JP2007530388A - 高精度に荷を位置決めする油圧式補助ホイスト及びクレーン制御装置 - Google Patents
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Abstract
荷を位置決めするホイストは、複数のホイストシリンダ、複数の位置センサ、複数の電気制御バルブ、ユーザ入力装置、及びホイスト制御装置を備えている。この油圧式ホイストシリンダの各々は、一方の端でホイストにつながれ、反対の端で荷のリフト点につながれている。位置センサの各々はホイストシリンダの一つにつながれ、このつながれたホイストシリンダに位置データを与えるように作動する。電気制御バルブはホイストシリンダと油圧でつながれ、このつながれたシリンダを伸ばしたり引っ込めたりする。ユーザ入力装置は荷データを指定するためユーザが使用できる。ホイスト制御装置は、その荷データにしたがって荷を位置決めするように、ユーザ入力装置からの荷データならびに位置センサからの位置データを受けとり、それに応じて電気制御バルブを制御する。
Description
本発明は、概して構造物を組み立てる際に荷を位置決めするホイストに関し、特に、荷を高精度に位置決めする油圧式の補助ホイスト及びクレーン制御装置に関する。
油圧ジャッキあるいはリフトシリンダが出現して以来、建築技師たちはほぼ全ての規模および重量の建物、橋、又はビル、街の中心全体でさえ持ち上げたり再配置したりすることができるようになり、地下鉄といった新たな地下埋設物あるいは大々的な改修工事が可能となっている。
かかる位置決め作業では、通常、重量が制限要因となることはなく、重量が重いほど多くのシリンダが必要となるだけである。ただし、まっすぐに持ち上げる範囲は使用されるシリンダのプランジャのストローク長により制限される。通常、ストローク長の制限を超えて持ち上げるには、この持ち上げ作業における次の段でのシリンダの交換あるいは再配置ができるように保持機を追加して使用する必要がある。
クレーンを1つだけ使用する場合には、大きな建造部分(屋根部分、床部分、壁部分、大規模な建築装飾物、梁部分等)などの重量物を、比較的高速で垂直に長距離動かすことができる。しかしながら、荷を垂直面及び水平面に正確に配置する位置決めが要求される場合には、たいてい複数のクレーンあるいは複雑な昇降機が必要とされる。このように複数のクレーンを同時に動かすのは、困難かつ危険であることがはっきりしている。この同時に動かすことの困難さは、リフト作業の精度を制限し、荷、支持器具、及び/又はクレーンに損傷を与える原因となる場合もある。また、このような困難な技術を要する位置決め操作は、操作者や作業者に対するリスクを増大させる。
リフト作業の危険な工程中におけるクレーンの突然の始動や停止は揺れを発生させる。また、重量物の位置決め作業中における天候条件も、持ち上げた部分に風が吹き付けて危険な側面荷重をクレーンに生じさせることで、この側面荷重に耐え得るように作られていないクレーンでは、揺れを引き起こす原因となる。
荷を位置決めするあるシステムは、クレーン又はその他のリフト装置とケーブルでつながれた複数の油圧式シリンダを具備する。この油圧式シリンダは、荷の位置を調節するのに手動制御される。かかる手動システムは複数のジョグ動作を要し揺れを生じる場合もある。さらにシリンダの位置は、通常一度に一つしか変えられず、この状態では荷が不安定になる場合もある。
したがって、複数クレーンの操作又はリフトシリンダの手動制御に付随して起こる同時動作の問題や積載の問題が無く実行できる高精度に荷を位置決めするシステムが必要である。
本発明は主に、高精度に荷を位置決めする油圧式補助ホイスト及びクレーン制御装置に関する。該ホイストは、荷を位置決めする複数の同時動作される油圧式ホイストシリンダを備えている。
本発明の特徴の一つは荷を位置決めするホイストにある。該ホイストは複数のリフトシリンダ、複数の位置センサ、複数の電気制御バルブ、ユーザ入力装置、及びホイスト制御装置を備える。この油圧式ホイストシリンダの各々は、一方の端でホイストにつながれ、反対の端で荷のリフト点につながれる。位置センサの各々はホイストシリンダの一つにつながれ、このつながれたホイストシリンダに位置データを与えるように作動する。電気制御バルブはホイストシリンダと油圧でつながれ、このつながれたシリンダを伸ばしたり引っ込めたりする。ユーザ入力装置は荷データを指定するためユーザが使用できる。ホイスト制御装置は、その荷データにしたがって荷を位置決めするように、ユーザ入力装置からの荷データならびに位置センサからの位置データを受けとり、それに応じて電気制御バルブを制御する。
本発明の別の特徴は、ホイスト制御装置が荷やホイストシリンダに関する幾何学データを記録し、そして所望の動作を実行するため、その荷に定めた基準点についての所望の動作を少なくとも1つのホイストシリンダの位置変化に変換するよう作動するところにある。
本発明の更に別の特徴は、荷を位置決めする工程中に、その荷を精密に位置決めするよう制御されるホイストシリンダを支持するクレーンあるいはその他のリフト装置に見られる。
本発明の他の目的、効果及び特徴は、添付図面を併せて考慮することで以下の記述から明らかとなるであろう。
本発明は様々な改良や代替形態を受け入れることができるものであるが、その特定の実施形態を例のために図中に示し、ここに詳細に説明する。しかしながら、この特定の実施形態に関するここでの説明は開示した特定の形態に本発明を限定することを意図するものではなく、それどころか、本発明は、添付した特許請求の範囲によって規定したように、本発明の精神及び範囲に含まれるあらゆる改良、同等物、及び代替物を含むものであることを理解されたい。
本発明はあらゆる様々に異なる形態で具体的に表現できるが、本開示は本発明の例示を説明するものと考えられるべきもので、例示した特定の実施形態に本発明を制限することを意図するものではないとの了解のもとで本発明を記載する。明確に「決定的」又は「不可欠」と示されていない限り、本発明の如何なる内容も本発明にとって決定的又は不可欠であるとみなしてはならない。
次に図面を参照するが、ここでは、それぞれの図面を通して同じ参照番号は同様の構成要素に相当し、特に図1を参照して、同時動作されるホイスト10に関連した説明をする。同時動作のホイスト10は、ホイスト制御装置20に油圧及び電気的につながれた複数のホイストシリンダ15を備える。同時動作のホイスト10は、クレーン35又はその他のリフト装置から伸びるケーブル30とつながれたフック25から吊される。各ホイストシリンダ15は、共通中心点を有するフック25に該ホイストシリンダをつなげる連結延長ケーブル37を有する。ホイストシリンダ15は荷40とリフト点45でつなげられる。各ホイストシリンダ15は油圧ホース50及びセンサケーブル55を介してホイスト制御装置20につなげられる。説明を容易にするため、ホース50及びケーブル55は1つのホイストシリンダ15にだけ番号を付す。4つのホイストシリンダ15を示しているが、本発明の適用にあたっては特定の数のシリンダに制限されない。たとえば、2点、3点、6点などの構成が使用できる。図示したホース50及びケーブル55の経路は構成要素間の接続を示す説明目的で示したもので、実際の経路を表すものではない。実際の実施にあたっては、ホース50及びケーブル55の経路を整理するのに束状あるいは他の管理技術を使用しても良く、いくつかのケーブル55を共用しても良い。
図示した実施形態では、ホイストシリンダ15に電気ストロークセンサが設けられ、該センサはこれにつながれたシリンダの正確なプランジャの移動行程を測定する。このストロークセンサからの位置情報はセンサケーブル55によってホイスト制御装置20に送られる。このようにして、全てのリフト点45の位置及び/又は移動が同時にモニターされ同時に制御できる。ストロークセンサの典型的な種類は線形可変差動変圧器(LVDT)である。
この同時動作のホイスト10では、ただ1つのクレーン35だけで高精度に荷を位置決めできる。荷40を位置決めする工程はクレーン35によって実行できる。ホイストシリンダ15の個々の位置を制御することにより、ホイスト制御装置20は垂直面と水平面の双方に荷40を正確に動かすことができる。クレーン35で位置決めする工程のあとに続く同時動作のホイスト10を使用する微細な位置決めは、ワイヤロープに振動を生じたりクレーンのブレーキの摩耗を早めたりする可能性を有する動作であるクレーンのジョグ動作(すなわち、クレーン35の急始動や急停止)を用いる必要性を回避する。またホイストシリンダ15がホイスト制御装置20によって同時に制御されるため、ホイストシリンダ15を手動でジョグ動作することが回避される。
ホイスト制御装置20は遠隔装置として図示したが、クレーン35と一体化しても良い。したがって、荷40の位置決めは、クレーンのオペレータによってクレーン35から操作されるか、あるいは遠隔装置を使用して荷40の設置場所近くの他のオペレータによって操作されても良い。
ホイストシリンダ15はその伸びがホイスト制御装置20によって正確に電気制御される。図示した実施形態におけるホイストシリンダ15は複動引抜シリンダである。この複動引抜の機能によって各延長ケーブル37の昇降調整を正確に制御することができる。この説明にかかるホイストシリンダ15は最大の油圧が700バールを有する。このホイストシリンダ15の引き込み性能は利用形態により決まるが、最大荷重は油圧システムではなく、ケーブル30、37の持ち上げ性能によって決まる。約1500mmのプランジャストロークを有するホイストシリンダ15は4つか6つのリフト点45を有する昇揚用途および位置決め用途で使用される。
ホイスト制御装置20に使用されるタイプは様々であり、特定の用途によって決まる。たとえば、荷の位置決め機能を実行するために、プログラマブル論理制御装置(PLC)あるいはソフトウェアでプログラムされた汎用コンピュータを使用して実施しても良い。例えば、ウィスコンシン州グレンデールに営業所がある作動装置会社、エナパック(Enerpac)によるSLCPC−2001シリーズの制御装置(PC制御された同時リフトシステム)に使われているのと同様のロジックを使用して実施しても良い。
一般に、ホイスト制御装置20は、荷40やホイストの配置に関する荷データを使ってユーザ入力装置22(例えば、ホイスト制御装置20に統合された、あるいは、ホイスト制御装置20に取り付けられたキーボードや表示部)を介してオペレータによってプログラムされる。例えば、この荷データには荷の動作、荷の材料、荷の形状、リフト点の配置などに関するユーザコマンドを有する。このホイスト制御装置20は、ホイストシリンダ15中のピストン両側への油圧油の供給量を制御するため、一つ以上の電気制御バルブ58を調整する。ホイスト制御装置20の論理機能を実行するのに使用される演算装置は、ホイストシリンダ15の位置決めを制御するのに使用される機械系やバルブ58から離して設けても良い。ホイスト制御装置20の論理部分と機械部分の間の通信には、配線接続又は無線接続が使用できるが、説明を簡単にするため、ホイスト制御装置20は単一の統合装置として示す。
このホイストシリンダ15によって実現される精度によって、高精度の配置転換、予めプログラムされた配置転換、予めプログラムされた捻り又は回転、釣り合わせ(つまり、重心を決めること)といった様々な用途にこの同時動作のホイスト10を使用できる。典型的な用途としては、これに限定されないが、建設産業における屋根部分、コンクリート構成要素、鉄筋構造などの位置決め、公共産業におけるタービン、トランス、燃料棒などの精密な位置決め、設備集約的産業における圧延ロールの交換、ベアリング交換などの正確な重機の積載、石油化学産業や石油ガス産業におけるパイプライン、送風バルブなどの正確な位置決め、ならびに造船産業における船舶断片部分の移動や位置決めがある。
荷をより高度に制御しやすくするため、一部の用途では更にセンサや駆動器を設けても良い。また一実施例では、各ホイストシリンダ15内の圧力、すなわち各ホイストシリンダ15にかかる力をホイスト制御装置20でモニターしても良い。例えば、荷重検出セル、圧力トランスデューサなどのセンサ60を各ホイストシリンダ15に設け、各ホイストシリンダ15にかかる荷重を検出するようにしても良い。センサ60からの荷重情報はセンサケーブル55を通ってホイスト制御装置20に伝送される。
ホイスト制御装置20はセンサ60からの荷重情報を使用して荷のバランスをとること、すなわち即座又はほぼ即座に天候による異常を修正することができる。天候状態に関する追加情報は、垂直面からのケーブルの(例えば、風による)揺れを示す振れ角センサ65をクレーン35に取り付けられたセンサケーブル67に設けることで取得できる。たとえば風が荷の横から吹く場合には、ホイスト制御装置20はホイストシリンダ15を伸ばすか引っ込めて、向かって吹く風に対してできるだけ狭い領域を向ける、荷のバランスをとる、もしくは荷40が取り付けられている構造体に対して荷40の方向を保持するようにホイストシリンダ15を調整することができる。
ホイスト制御装置20はセンサ60からの荷重情報及びホイストシリンダ15からの位置情報を用いて荷40の重心を判定することができる。この荷重情報や位置情報は、荷40を特徴づけることのできる力ベクトルに変換することもできる。重心情報は、荷40を位置決めするのに必要なホイストシリンダ150を調整する際にホイスト制御装置20によって使用できる。
また、クレーン35の荷重性能の限界をホイスト制御装置20にプログラムしても良く、そのクレーン35の性能の限界に近づくと、このホイスト制御装置20が過荷重がかかった警告状態である旨を知らせるか、あるいは自動的にホイストシリンダを予防調整するようにしても良い。
この同時動作のホイスト10に追加の情報や追加の制御機能を与えるために設けることのあるその他の補助装置としては、ケーブル30(例えば、フック25上部)につながれた油圧式回転継手70がある。この回転継手70には、垂直軸の周りを回転する回転継手70の回転位置を示す電気角度センサを設けることができる。加えて油圧ホース75とセンサケーブル80を設けてその回転継手70をホイスト制御装置20につなげることができる。ホイスト制御装置20はこの角度センサからの情報を基に回転継手70の角度を制御できる。この回転継手70は、荷40を高精度に位置決めするのに役立つ制御軸をさらに備えている。
ホイスト制御装置20は、ホイストシリンダ15の位置変更により荷40上の様々な基準点を位置決めするのを自動的に決定するようプログラムされても良い。例えば、基準点85、90、95、100は、リフト点45とは無関係に荷40上に定められる。オペレータが形状、荷重又は材料、ならびに荷40を表すその他の情報、即ち、リフト点45の位置や基準点85、90、95、100の位置などの荷データをホイスト制御装置20に入力するようにしても良い。場合によっては、一つ以上の基準点85、90、95、100が一つ以上のリフト点45と完全に一致する場合もある。さらに、オペレータが、ホイスト制御装置20に対し、一つ以上の基準点85、90、95、100に関して特定の動作を入力することができるように、ホイスト制御装置20に公式あるいは参照テーブルをプログラムすることができる。例えば、オペレータは、基準点100において荷40を一定距離下げることを入力できる。また、その動作を別の基準点と調整することもできる。例えば、荷40を基準点90の位置を変えずに基準点100において所定距離下げるとする。基準点100に取り付けたホイストシリンダ15によって荷40が動かされると、異なった位置で再度この荷のバランスをとるため、最終位置に達するのに反復処理が必要となる。このホイスト制御装置20ではそのホイストシリンダ15を動かす前にその反復処理を完了でき、その動作を一度で実行できる。
またホイスト制御装置20を、荷40の4つ全ての基準点85、90、95、100の位置を同時に動かすなど、より複雑な動作を実行する指示でプログラムしても良い。その際、ホイスト制御装置20は、要求された動作を実行するため、その4つのホイストシリンダ15の各々をどの程度引き上げるか、又は引っ込めるかを計算し、油圧制御バルブを操作してその位置の変更を実行する。ホイストシリンダ15が動いている間、ホイスト制御装置20は各ホイストシリンダ15に取り付けられた位置センサをモニターし、位置決め操作が終わるまでフィードバック制御を実行し続ける。
同時動作のホイスト10の形状によって、リフト点45と基準点85、90、95、100の間の関係はよく知られた形状の三角形を用いて定義できる。図2は2つのホイストシリンダ105、110及びそれらに関するリフト点115、120を有する同時動作のホイスト10の典型的な配置関係を例示している。辺Aと辺Bはホイストシリンダ105、110とそれらの連結延長ケーブル37とを組み合わせた長さを表している。辺Cはリフト点115、120間の一定間隔を表している。辺Dは基準点125とフック25間の間隔を表している。辺Eはリフト点115と基準点125間の一定間隔を表している。ホイスト制御装置20は延長ケーブル37とホイストシリンダ105、110の各々の位置に基づいて決まるA及びBを決定できる。
リフト点115、120と基準点125間の配置関係は既定である。Cは一定であるため、ホイスト制御装置20は未知の辺と角度の値を計算することができる。かかる辺と角度はよく知られた三角法の関係にある。例えば正弦法則:
A/sin(a)=B/sin(b)=C/sin(c) (1)
及び余弦法則:
B2=A2+C2−2ACcos(b) (2)
ホイストシリンダ105、110の一方又は双方を動かすために辺Aと辺Bの長さを変更すると、各種の配置要素のうちの角度(例えば、a、b、c、d)や特定の辺の長さ(例えば、D)が変わる。これら変更の影響はこの既知の三角法の関係を用いて直ちに決定できる。例えば、図3は、A’と示したように、ホイストシリンダ105の位置を変えた後の変更後の配置関係を例示している。この変更の結果、角度a’、b’、c’、d’及び長さD’も変わる。これら配置について変更したパラメータの値は、所望の位置変更をホイストシリンダ105、110を同時に動かして行うようにするため、予めホイスト制御装置20で決定される。
図1にもどると、ホイストシリンダ15の数が増えると、幾何学的配置を表すのに必要な三角形の数も増加するが、未知の値は、既にわかっているホイストシリンダ15の位置ならびにリフト点45及び参照点85、90、95、100間の三角法の関係を用いて同様に決定できる。
次に図4に進むと、同時動作のホイスト10の別の実施形態を説明する図がある。この同時動作のホイスト10は、中心部材として機能するフック25の替わりに、フレーム150を更に備え、そのフレーム150から延長ケーブル37とホイストシリンダ15が伸びている。説明を容易にするため、リフトシステムの部分(例えば、ホイスト制御装置20、クレーン35、ホース50、ケーブル55など)は省略する。延長ケーブル37とホイストシリンダ15はこのフレーム150の角155に取り付けられている。同様に、フレーム150は追加ケーブルでフック25につなげることができる。中心部材としてフレーム150を使用すると、荷40の動作に及ぼすホイストシリンダ15の動き方が変わる。図1の実施形態と比較すると、このホイストシリンダ15は荷40に対して垂直により近く存在することとなるため、ホイストシリンダ15の動作が荷40の垂直移動により精密に伝わる(すなわち、昇降ベクトルの垂直成分が水平成分と比べ増大する)。使用されるホイストシリンダ15の数や荷40の形状に応じて他のタイプの中心部材を使用しても良い。
本発明の同時動作のホイスト10には多数の利点がある。高精度位置決めを実行するのに複数のクレーンを必要としないため、作業費が低減され、作業スピードが速くなり、またオペレータのリスクが低減される。荷を位置決めするのに必要とされる同時動作の単純化により位置決め精度が高まる。さらに、風の影響を補正し最小化するため荷の方向を変えることができるので、位置決めの有効性に及ぼす天候条件の影響を低減できる。ホイスト制御装置20はプログラムされた荷データに基づきホイストシリンダ15を同時制御するので、位置決め操作がスムーズになる。
この発明は、様々であるがここでの開示の利益を有する当業者にとって明らかである同等の方法で修正や実施され得るものであり、上述した特定の実施形態は単なる例示である。さらに、添付の特許請求の範囲に記載した以外、ここに示した説明もしくは図面の詳細は、限定することを意図するものではない。そのため上述した特定の実施形態は変更もしくは改良されても良く、かかる変形の全てが本発明の範囲および精神の範囲内にあると考えられることは明らかである。したがって、ここで求める保護は添付の特許請求の範囲に記載の通りである。
10 同時動作のホイスト
15、105、110 ホイストシリンダ
20 ホイスト制御装置
22 ユーザ入力装置
25 フック
30 ケーブル
35 クレーン
37 延長ケーブル
40 荷
45、115、120 リフト点
50、75 油圧ホース
55、67、80 センサケーブル
58 電気制御バルブ
60 センサ
65 振れ角センサ
70 油圧式回転継手
85、90、95、100、125 基準点
150 フレーム
155 角
15、105、110 ホイストシリンダ
20 ホイスト制御装置
22 ユーザ入力装置
25 フック
30 ケーブル
35 クレーン
37 延長ケーブル
40 荷
45、115、120 リフト点
50、75 油圧ホース
55、67、80 センサケーブル
58 電気制御バルブ
60 センサ
65 振れ角センサ
70 油圧式回転継手
85、90、95、100、125 基準点
150 フレーム
155 角
Claims (18)
- それぞれ、一方の端でホイストにつながれ、反対の端で荷のリフト点につながれた複数の油圧式ホイストシリンダと、
それぞれ、該ホイストシリンダの一つにつながれ、該つながれたホイストシリンダに位置情報を与えるように作動する複数の位置センサと、
前記ホイストシリンダと油圧でつながれ、該つながれたホイストシリンダを伸ばしたり引っ込めたりする複数の電気制御バルブと、
荷データを指定するためユーザが使用可能なユーザ入力装置と、
該荷データにしたがって前記荷を位置決めするように、前記ユーザ入力装置からの荷データならびに前記位置センサからの位置データを受け取り、それに応じて前記電気制御バルブを制御するよう作動するホイスト制御装置と、
を備える荷を位置決めするホイスト。 - 前記荷データが、荷の動作、荷の材料、荷の形状、及びリフト点の配置に関するユーザコマンドの少なくとも一つを含む請求項1に記載のホイスト。
- 前記ホイストシリンダにつながれた中心部材を更に備える請求項1に記載のホイスト。
- 前記中心部材がフックを有する請求項3に記載のホイスト。
- 前記中心部材がフレームを有する請求項4に記載のホイスト。
- 前記ホイスト制御装置が、所望の動作を実行するため、前記荷データによって前記荷に定められた基準点の所望の動作を前記ホイストシリンダの少なくとも1つの位置変化に変換するよう作動する請求項1に記載のホイスト。
- 前記荷データが前記リフト点と前記基準点間の配置関係を定め、前記ホイスト制御装置が該配置関係に基づく位置変化を判断するよう作動する請求項1に記載のホイスト。
- 前記ホイストにつながれ、垂直軸を中心に前記荷を回転するよう作動できる回転継手を更に備える請求項1に記載のホイスト。
- 前記回転継手が油圧で作動でき、前記ホイスト制御装置に油圧でつながれ、該ホイスト制御装置が該回転継手の回転位置を制御するように作動可能な請求項8に記載のホイスト。
- 前記中心部材がケーブルから伸び、前記ホイストが該ケーブルの振れを測定するように作動する振れセンサを更に備える請求項3に記載のホイスト。
- 前記ホイスト制御装置が、前記振れセンサにつながれ、前記振れに応じて前記ホイストシリンダの少なくとも一つの位置を制御するように作動する請求項10に記載のホイスト。
- 荷重データを生成するため、前記ホイストシリンダの各々に取り付けられた荷重センサを更に備え、該荷重データを受信するため、前記ホイスト制御装置が前記荷重センサにつながれている請求項1に記載のホイスト。
- 前記荷重センサが荷重検出セルと圧力トランスデューサの少なくとも一つを備える請求項12に記載のホイスト。
- 前記ホイスト制御装置が少なくとも一つの荷重の限界を記憶し、該荷重の限界を前記荷重データと比較して過荷重がかかった警告状態であることを識別するよう作動する請求項12に記載のホイスト。
- 前記ホイスト制御装置が、前記過荷重がかかった警告状態を識別するのに応答して前記ホイストシリンダの少なくとも一つの位置を変更するよう作動する請求項14に記載のホイスト。
- 前記ホイスト制御装置が、前記荷重データに基づき前記荷重の重心を判断するよう作動する請求項12に記載のホイスト。
- 前記複数のホイストシリンダが少なくとも4つのホイストシリンダを備える請求項1に記載のホイスト。
- リフト装置と、
それぞれ、一方の端で該リフト装置により支持され、反対の端で荷のリフト点に支えられた複数の油圧式ホイストシリンダと、
それぞれ、該ホイストシリンダの一つにつながれ、該つながれたホイストシリンダに位置データを与えるように作動する複数の位置センサと、
前記ホイストシリンダと油圧でつながれ、該つながれたホイストシリンダを伸ばしたり引っ込めたりする複数の電気制御バルブと、
荷データを指定するためユーザが使用可能なユーザ入力装置と、
該荷データにしたがって前記荷を位置決めするように、前記ユーザ入力装置からの前記荷データならびに前記位置センサからの前記位置データを受け取り、それに応じて前記電気制御バルブを制御するよう作動するホイスト制御装置と、
を備える荷を位置決めするリフトシステム。
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