JP4005550B2 - エンジンフレーム構造 - Google Patents

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    • F16C5/00Crossheads; Constructions of connecting-rod heads or piston-rod connections rigid with crossheads

Description

本発明は、溶接製造によるエンジンフレームを有するクロスヘッド型の2ストロークディーゼルエンジンに関し、特に、コンパクトでありながら頑丈なエンジンフレーム構造に関する。
デンマーク特許出願第1406/92号公報には、台板に搭載された溶接製造によるエンジンフレームを有するクロスヘッド型の2ストロークディーゼルエンジンが開示されている。このエンジンフレームは、シリンダライナを受けるための穿孔が形成された天板と、エンジンフレームを上側のシリンダフレーム部と下側のクランクケースフレーム部に分ける中間底板を有している。2つの対向する縦外壁が、エンジンフレームの下部から天板まで延びている。エンジンフレームの縦方向に対向する2つの側面で各クロスヘッドと隣接する横補剛体が、縦外壁の間に横方向に延びてから、上方向に向って中間底板まで延びる。各クロスヘッドにつき、4つのガイド面が上方向に中間底板まで伸びる。4つのガイド面のうち2つは該当するクロスヘッドの片側の横補剛体によって支持され、残る2つのガイド面は該当するクロスヘッドの反対側の横補剛体によって支持される。このエンジンフレーム構造は、鋳造されたシリンダフレームがクランプされた溶接クランクケースフレームを有する通常の構造を改善したものである。
デンマーク特許出願第1406/92号公報
以上の背景を踏まえて、本発明は、上述のようなエンジンであって、エンジンフレームがコンパクトでありながら、頑丈かつ強固であり、組立て易いエンジンを提供することを目的とする。この目的は、請求項1によると、横補剛体とガイド面が天板まで延び、該当するクロスヘッドの片側の横補剛体によって支持されるガイド面の上部が、該当するクロスヘッドの反対側の横補剛体によって支持されるガイド面の上部に接続されているエンジンを提供することによって実現される。
ガイド面の上部を互いに接続することによって、エンジンフレームの強度や剛性が著しく改善される。このようにして形成された縦方向の補剛材は従来では知られていなかった。さらに、ガイド面および横補剛体を天板まで延ばすことによって、エンジンフレームが組立て易くなる上、強度も向上する。縦方向の補剛材によって、エンジンフレームの縦の剛性を著しく改善することができる。
隣接するガイド面の上部を、ガイド面の平面内に延長させて互いに接続することによって、隣接するガイド面を一枚板として形成することができる。これを、クロスヘッドの同一側に位置するすべてのガイド面に対して行うことによって、縦方向に延びる単一の板構造を形成することができる。
隣接するガイド面間の接続をアーチ型にすることで切欠効果を軽減することができる。
相互接続されたガイド面の縦方向に延びる板構造の上端を、実質的にエンジンの全長に亘って天板に接続することができる。
各シリンダに、ガイド面の上部の間に延びる底板を設けることもできる。底板には、ピストンロッドを収容するための貫通孔が設けてある。このようにして形成された空洞は、掃気口を有するシリンダライナの下部を収容するためのものである。
掃気受容器を、エンジンフレーム内に形成することができる。エンジンフレーム内に受け込んだ掃気を内臓することによって、エンジンの大きさ、特にエンジンの高さおよび幅を、著しくコンパクト化ことができる。さらに、全体的な構造が軽量となり、より強固になる。掃気受容器は、好ましくは、片側がガイド面の相互接続された上部によって画定される。掃気受容器の反対側は、好ましくは、1つの縦側壁によって画定される。下方向において、掃気受容器は好ましくは相互接続されたガイド面の上部とエンジンフレームの1つの縦外壁との間に延びる受容器底板によって画定される。エンジンの高さまたは幅を変えることなく掃気受容器に必要な容積を得るために、受容器の底板をできるだけ低く配置することが好ましい。
掃気を掃気受容器から逃し、掃気口を有するシリンダライナの下部が突出している空洞内に導入するために、各シリンダにつき、掃気受容器の壁を形成するガイド面の相互接続された上部に1つまたは複数の開口を設けることも可能である。
横補剛体の掃気受容器内に延びる部分に、あるシリンダから次のシリンダへ掃気の通過を可能にする開口を設けることができる。
エンジンフレーム内にカム軸を配置することができ、横補剛体にこのカム軸のための開口および支持部を設けることが好ましい。
シリンダライナからの圧縮力を天板に伝達するための支持板を、シリンダライナと天板との間に配置することが可能である。
本発明は、控えボルトの輪郭のデザインを改善した上述のようなエンジンを提供することをさらなる目的とする。この目的は、請求項18によって、クランク軸のための主軸受を有する台板と、台板に取り付けられた天板を有する溶接製造によるエンジンフレームと、縦外壁の間に横方向に延び、さらに天板まで上方に延びる2つの対向する縦外壁およびクロスヘッドの間の横補剛体とを具備するクロスヘッド型の2ストローク内燃機関エンジンを提供することによって実現できる。横補剛体は、クロスヘッドのためのガイド面を支持する。台板とエンジンフレームは複数の控えボルトによってクランプされており、控えボルトが横補剛体の平面内に配置され、控えボルトを横補剛体の平面内に収容するための空洞が、横補剛体を、該当するガイド面の裏側に接続される2つの枝状の補強壁に分岐させることによって形成される。
従って、控えボルトを収容するための安定した空洞を有する、頑丈でありながらコンパクトで組立て易いエンジンフレームを提供する。本発明によるエンジンフレームは、デンマーク特許出願第1406/92号公報に開示されたエンジンフレームに比べて、必要な控えボルトが半分であり、よって控えボルトを製造し、天板に孔を設け、台板にねじを有する孔を設けるために必要なコストを削減できる。さらに、ガイド面に溶接された補強壁の端部を、横補剛体の平面の近くに配置することができる。デンマーク特許出願第1406/92号公報による補強壁では、主軸受のためのスタッド/ボルトを収容する凹部のためにエンジンフレームの底部に複雑な溶接処理を行う必要があることを考慮すると、本発明の特徴には大きな利点がある。本発明によって、この凹部とそれによって必要となる複雑な溶接処理を避けることができる。
控えボルトの前で横補剛体の横板を中断し、U字型の板の曲面部を該中断端に接合し、U字型の板の端部を該当するガイド面の裏側に接合することによって、横補剛体を分岐させることができる。
また、控えボルトの前で横補剛体の横板を中断し、2つの彎曲したまたは平坦な補強壁を、それぞれの端部拡がるように、好ましくは上記中断端で横補剛体接合し、補強壁の反対側を該当するガイド面の裏側に接合することによって、横補剛体を分岐させることもできる。
該当する横補剛体をその平面から折り曲げ彎曲したまたは平坦な補強壁を、片方の端部を横補剛体の平面から拡がるようにして横補剛体の折り曲げ部に接続し、補強壁の反対側と、横補剛体の自由端を両方とも該当するガイド面の裏側に接続することも可能である。
スペースを節約し、ガイド面と横補剛体との間の溶接処理を容易化するために、横補剛体の分岐部の2つの補強壁が、該当する控えボルトの周辺を廻る板によって形成されるものであってもよい。
控えボルトの一部が、ガイド面と、横補剛体の分岐部の2つの補強壁との間に形成された空洞内に延びることが好ましい。
本発明によるエンジンのさらなる目的、特徴および利点は、以下の詳細な説明によって明らかとなろう。
次の詳細な説明において、好ましい実施形態によって本発明をより具体的に説明する。
図1および2には、主軸受3を介してクランク軸4が設置された台板2から構築された大型のマルチシリンダ2ストロークターボ過給ディーゼルエンジン1が示してある。この種のエンジンのシリンダの数は、通常は4〜12である。便宜上、1つのシリンダの断面図しか示していない。台板2は、溶接された縦桁と、鋳鋼の軸受支持体を有する溶接された横桁とからなっている。
エンジン1のピストン5は、クロスヘッド8によって接続ロッド7に連結されたピストンロッド6を介してクランク軸4に接続されている。
台板2に、溶接設計されたエンジンフレーム9が取り付けられている。エンジンフレーム9に、縦に延びる外側壁10とシリンダライナ12を保持する天板11が設けてある。ここで、天板11に、エンジンのシリンダ数に等しい数の貫通穿孔が一列に設けてあり、各穿孔にシリンダライナ12が収容されている。掃気口が設けてあるシリンダライナ12の下部は、エンジンフレーム9まで延びている。
エンジンフレーム9は、各シリンダの間に、外側壁10を相互接続し、エンジンフレーム9の下部から天板11まで延びる横板からなる横補剛体13を有している。横補剛体13と外側壁10は、天板11との接触部の全長に亘って溶接によって接合されている。横補剛体13が対向する外側壁10の間に延在しているため、エンジンフレームボックスに高い横方向の剛性を付与している。
図3を参照すると、ガイドシュー15を介してクロスヘッド8に作用する横方向の力を受けるための、垂直に延設されるガイド面14は、例えば溶接等によって横補剛体13に設置される。横補剛体13の途中に、2つのガイド面14が横方向に対向して配置され、その間にクロスヘッドのガイドシュー15が設けてある。クロスヘッド8の各側に1つの横補剛体13が設けてあるため、各クロスヘッドに尽きガイド面14が4つある。4つのガイド面14のうち2つは該当するクロスヘッド8の片側の横補剛体13に設置され、残る2つのガイド面14はクロスヘッド8の反対側の横補剛体13に設置される。ガイド面14は上方に延び、天板11まで到達する。エンジンフレームの上方の領域でガイド面14同士を接続するために上部16が設けてある。よって、クロスヘッドの片側の横補剛体13に設置されたガイド面14の上部は、クロスヘッド8の反対側の横補剛体に設置されたガイド面14に接続される。好ましい実施形態によれば、上部16は、エンジンの全長に渡る単一の貫通板である。
図示するとおり、各ガイド面14の上部間の接続は、2つのガイド面14を一枚の板から形成することで達成できる。ただし、縦方向に対向する2つのガイド面14を相互接続するための方法は他にも考えられる。
図4に最も明確に示しているとおり、すべてのシリンダのガイド面14の上部16が相互接続されているので、ガイド面14の上部16は、エンジンフレーム9の縦方向の剛性を高める貫通板壁を形成している。
各ガイド面14の裏側は、ガイド面14を横補剛体13に接続する垂直に延びる補強壁17によって支持されている。図示のとおり、補強壁17は横補剛体13と鋭角をなす平板材からなるものであってもよいが、平板状の補強壁17の代わりに水平の半円形または四半楕円形を用いることも可能であり、その場合、補強壁17’は横補剛体13に対して実質的に直角に延びる。ガイド面14、補強壁17および横補剛体13は、ねじり剛性の高い空洞18を形成する。
エンジンフレーム9と台板2は、複数対の近接して配置された控えボルト19によって互いにクランプされている。控えボルト19の下端は、台板2の上側のねじ穴に固定されており、天板11上のナット20によって引張られている。天板11とエンジンフレーム9の底部の間に、控えボルトは空洞18内に延びるので、これらは控えボルト用の筒体として機能する。中空輪郭は、エンジンフレームボックスに、エンジン1が稼動中にピストン5によってフレームボックスに伝達される大きな可変の力を耐えるために必要な剛性を付与する。
シリンダライナ12と天板11の間に、シリンダライナ12から天板11へ圧縮力を伝達する支持板21が設けてあり、天板11に掛かる曲げモーメントを軽減している。支持板21を使用することによって、天板11をより軽く設計することが可能になる。
実質的に正方形の底板22が、横方向に対向した相互接続されたガイド面14の上部16の間と、隣り合う2つの横補剛体13の間に、水平方向に溶接されている。ピストンロッド6を誘導し、密封するためのパッキン箱(図示せず)を収容する円形フランジ23が、底板22の中央の対応する開口に溶接されている。底板に溜まった液体の廃液を容易化するために、底板22に若干の傾斜(図示せず)を設けることができる。また、底板22の剛性を高めるために曲面(図示せず)とすることができ、上部16への接合を溶接の代わりにボルト締めによって行うことができる。このようにして底板22と天板11との間に形成された空洞内に、掃気口を有するシリンダライナ12の下部が突出している。
エンジンフレーム9内に、掃気受容器24が形成されている。掃気受容器を画定する壁は、1つの外側壁10とガイド面14の相互接続された上部16のうちの1つである。掃気受容器の底部は、ガイド面14の相互接続された上部16と1つの外側壁10との間に溶接された受容器底板25によって形成される。底板に溜まった液体の廃液を容易化するために、底板22に若干の傾斜(図示せず)を設けることができる。掃気受容器の上部は、外側壁10と天板11との間に溶接された曲面を有する上板26によって形成される。掃気受容器24を画定する壁を形成するガイド面14の相互接続された上部16の部分には、掃気を掃気受容器24から逃せ、シリンダライナ12の下部が突出する空洞に導入させるための開口27が設けてある。横補剛体13の掃気受容器24の中に延びる部分には、あるシリンダから他のシリンダへと掃気を通すための開口28が設けてある。
エンジンフレーム9の幅または高さを変えずに掃気受容器24に必要な容積を得るために、受容器の底板25はできるだけ低く設置してある。図2の鎖線10’に示すように、受容器の容積を大きくするために、外側壁10が掃気受容器24の周辺で膨出するようになっていてもよい。
カム軸29は、掃気受容器24の反対側にエンジンフレーム9内に配置される。エンジンフレーム9のこちら側では、横補剛体13が、カム軸29用の開口および支持部を有している。
図5は、控えボルトを受けるための輪郭の構造が異なる本発明の第2の実施形態を示す部分断面図である。この実施形態において、エンジンフレームは別個のシリンダフレーム(図示せず)を有するクランクケースフレームであってもよく、掃気受容器やカム軸はエンジンフレーム内に形成する必要がない。
溶接製造によるエンジンフレームは、2つの対向する外側壁10と、縦方向に対向する各側のクロスヘッド8に隣接する横補剛体13を有する。横補剛体13は上方には天板(図示せず)まで延びている。また横補剛体13は、横方向には一方の外側壁10から他方の外側壁10まで延在するが、その途中にガイド面14が横補剛体13を分断するように設置される。各クロスヘッド8は、4つのガイド面14によって支持されている。ガイド面14はエンジンフレーム9の底部から天板まで延びる。4つのガイド面14のうち2つは該当するクロスヘッド8の片側の横補剛体13によって指示され、残る2つのガイド面14は該当するクロスヘッド8の反対側の横補剛体13によって支持される。
エンジンフレーム9と台板2は控えボルト19によってクランプされている。控えボルト19は、横補剛体13の平面内に配置されている。横補剛体13を控えボルト19の直前に2つの補強壁17’に分岐させることによって、控えボルト19を収容するための空洞18’が形成される。横補剛体の末端に、例えば溶接によって、U字型の板の曲面部を接合する。U字板の補強壁17’の自由端を該当するガイド面14の裏側に溶接する。よって、控えボルト19を収容することができる安定した空洞18’が形成される。分岐部の2つの補強壁17’を、対応する従来技術による補強壁より横補剛体13の平面部に近く配置することができる。従って、主軸受スタッド/ボルトのための間隔を空けるための補強壁の最下部の凹部を設ける必要がなくなる。
図6に、本発明の第2の実施形態の第1の変形を示す。横補剛体13は、控えボルト19の前に当該横補剛体を折り曲げることで分岐させる。横補剛体13の曲面部に、補強壁17’の一端が、横補剛体13の平面から反対に分岐する方向に溶接されている。補強壁17’の反対側と横補剛体13の自由端は、いずれも該当するガイド面14の裏側に溶接されている。控えボルト19は、このように形成された空洞18’の中に挿入される。
図7に、本発明の第2の実施形態の第2の変形を示す。横補剛体13は、控えボルト19の前に中断することで分岐させる。2枚の補強壁17’の各一端を、分岐する方向に横補剛体13に、好ましくは横補剛体13の中断部に溶接する。補強壁17’の反対側は、該当するガイド面14の裏側に溶接される。控えボルト19は、このように形成された空洞18’の中に挿入される。
横補剛体13の分岐部の2つの補強壁17’を、該当する控えボルト19の周辺に曲がる板(図示しないが、図5の形状に類似)によって形成することができる。
図8には、本発明のさらなる実施形態によるガイド面14およびその相互接続された上部16の側面図を示す。上部16およびガイド面14は、単一の鋼板から作成されている。ガイド面14と上部16との間の転移によって、上述のアーチ型の実施形態に比べて構造の高さが全体的に低い。ガイド面と相互接続された上部16との間の丸みのある転移によって、切欠効果を軽減し、転移におけるピーク応力を低めることができる。
図9に、本発明のさらなる実施形態によるガイド面14およびその相互接続された上部16を示す。この実施形態では、ガイド面14と相互接続された上部は、溶接によって接合された異なる鋼板から作成される。
図10は、本発明のさらなる実施形態によるガイド面14およびその相互接続された上部16を示す側面図である。この実施形態では、ガイド面14と相互接続された上部は、溶接によって接合された個別の鋼板によって形成される。上部16のアーチ型凹部は、上述のように応力を軽減するためのガイド面14と相互接続された上部16との間の丸みを有する転移部を形成している。
図11は、本発明のさらなる実施形態によるガイド面14とその相互接続された上部16を示す側面図である。この実施形態では、ガイド面14と各上部16は、溶接によって接合された異なる鋼板によって形成される。
ここで、本発明を実施するための形態を例として挙げているが、その詳細はあくまで例示的なものであり、当業者であれば本発明の技術範囲から逸脱しない程度の変更を行うことが可能であることを理解されたい。
従って、本発明による装置および方法の好ましい実施形態を、開発された背景を考慮して説明したが、本発明の原理を例示するだけのものである。添付の請求項の範囲から逸脱せずに、他の実施形態や構成が考えられる。
図1は、本発明によるエンジンの好ましい実施形態を示す一部切取斜視図である。 図2は、図1のエンジンを示す断面図である。 図3は、図2の線III−IIIに沿ったエンジンの断面図である。 図4は、図2の線IV−IVに沿ったエンジンの断面図である。 図5は、本発明によるエンジンの第2の実施形態を示す図3に対応する断面図である。 図6は、本発明によるエンジンの第2の実施形態の第1の変形を示す図5に対応する断面図である。 図7は、本発明によるエンジンの第2の実施形態の第2の変形を示す図6に対応する断面図である。 図8は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。 図9は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。 図10は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。 図11は、さらなる実施形態による接続支持面を示す側面図である。
符号の説明
1 エンジン
2 台板
3 主軸受
4 クランク軸
5 ピストン
6 ピストンロッド
7 接続ロッド
8 クロスヘッド
9 エンジンフレーム
10 外壁
11 天板
12 シリンダライナ
13 横補剛材
14 ガイド面
15 ガイドシュー
16 ガイド面の上部
17 補強板
17’ 補強板(枝)
18 空洞
18’ 空洞
19 控えボルト
20 ナット
21 支持板
22 底板
23 円形フランジ(貫通孔)
24 掃気受容器
25 受容器の底板
26 上板
27 開口
28 開口
29 カム軸

Claims (15)

  1. クランク軸(4)のための主軸受(3)を有する台板(2)、および、前記台板(2)に取り付けられた、溶接製造によるエンジンフレーム(9)を具備するクロスヘッド型の2ストローク内燃機関エンジンであって、
    前記エンジンフレームは、
    ・ エンジンのシリンダの数に対応する数の一列の貫通穿孔が設けてあり、前記貫通穿孔の各々にシリンダライナ(12)が収容され、前記シリンダライナ(12)の下部がエンジンフレーム(9)内に延びている、天板(11)と、
    ・ 2つの対向する外側壁(10)と、
    ・ 各クロスヘッド(8)に縦方向に対向する両側で隣接する横補剛体(13)であって、前記外側壁(10)の間に横方向に延びる横補剛体(13)と、
    ・ 各々の前記クロスヘッド(8)につき4つ存在するガイド面(14)であって、前記4つのガイド面(14)のうち2つが該当する前記クロスヘッド(8)の片側の前記横補剛体(13)に取り付けられ、残る2つのガイド面(14)が該当する前記クロスヘッド(8)の反対側の前記横補剛体(13)に取り付けられるガイド面(14)とを有し、
    前記横補剛体(13)と前記ガイド面(14)が前記天板(11)まで上方に延び、
    1つの前記クロスヘッド(8)の片側の前記横補剛体(13)によって支持される前記ガイド面(14)の上部(16)が、前記1つのクロスヘッド(8)の反対側の前記横補剛体(13)によって支持される前記ガイド面(14)の上部に接続されており、
    さらに、前記ガイド面の上部(16)は、複数の前記ガイド面に共通の上部となる単一の板状部材によって構成され、前記ガイド面の下部を構成する部材は、各々その上部が前記単一の板状部材の下部に溶接せしめられていることを特徴とする2ストローク内燃機関エンジン。
  2. 隣接する前記ガイド面(14)の上部(16)が、前記ガイド面のその平面内の延長によって相互に接続されることを特徴とする請求項1に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  3. 前記クロスヘッドの同一側の前記ガイド面の上部(16)がすべて相互に接続され、縦方向に延びる平板構造を形成していることを特徴とする請求項1または2に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  4. 前記ガイド面(14)間の接続がアーチ型であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  5. 相互接続された前記ガイド面(14)の縦方向に延びる平板構造の上端が、実質的に前記エンジンの全長に亘って前記天板(11)に接続されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  6. 前記エンジンフレーム(9)が各々の前記シリンダにつき底板(22)を有し、前記底板(22)が前記ガイド面の上部(16)の間であって2つの前記横補剛体(13)の間に溶接されており、前記底板(22)に、好ましくはピストンロッド(6)を収容するための円形フランジ(23)が設けてあることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  7. 前記エンジンフレーム(9)内に掃気受容器(24)が形成されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  8. 前記掃気受容器(24)が、その片側において、相互接続された前記ガイド面(14)の上部(16)によって画定されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  9. 前記掃気受容器(24)が、前記片側の反対側において、前記外側壁(10)によって画定されていることを特徴とする請求項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  10. 前記エンジンフレーム(9)の高さを変えずに前記掃気受容器(24)に必要な容積を確保するために、前記掃気受容器(24)の周辺の前記外側壁(10)が膨出していることを特徴とする請求項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  11. 前記掃気受容器(24)が、相互接続された前記ガイド面(14)の上部(16)と1つの前記外側壁(10)との間に延びる受容器底板(25)によって下方に画定されており、前記受容器の底板(25)が、前記エンジンフレーム(9)の高さまたは幅を大きくせずに前記掃気受容器(24)に必要な容積を得るために、対向する前記ガイド面の上部(16)の間であって、対向する前記横補剛体(13)の間に溶接される底板(22)に形成される円形フランジ(23)に収容されるパッキン箱よりも低く配置されることを特徴とする請求項9または10に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  12. 前記掃気受容器(24)の壁を形成する前記ガイド面の相互接続された前記上部(16)に、掃気を前記掃気受容器から逃し、前記天板(11)と前記底板(22)との間の空洞に導入するために、各々の前記シリンダにつき開口(27)が1つまたは複数設けてあることを特徴とする請求項8ないし11のいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  13. 前記掃気受容器(24)内に延びる前記横補剛体(13)の部分に、掃気の通過を可能にするための開口(28)が設けてあることを特徴とする請求項8ないし12のいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  14. 前記エンジンフレーム(9)内にカム軸(29)が配置され、前記横補剛体(13)が前記カム軸のための開口および支持部を有することを特徴とする請求項8ないし13のいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
  15. 前記シリンダライナ(12)から前記天板(11)に力を伝達するための支持板(21)が、前記シリンダライナ(12)と前記天板(11)との間に配置されていることを特徴とする請求項8ないし13のいずれか1項に記載の2ストローク内燃機関エンジン。
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