JP4527916B2 - 改善されたシールを備えた高圧ポンプ - Google Patents
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Description
本発明は改善されたシールを備えた高圧ポンプに関する。本発明は特に自動車の内燃機関に燃料を供給するための高圧ポンプに適用される。この場合、移送される液体は燃料である。当技術分野の水準は、移送液体として知られる第1の液体をポンピングするための高圧ポンプを開示する。この形式の高圧ポンプは、作業液体として知られる第2の液体をポンピングするための補助ユニットにより作動される、移送液体をポンピングするための主要ユニットを含み、また主要ユニット及び補助ユニットを内部に配置した全体的に円筒形状のハウジングを含む。
【0002】
主要ユニットは、ハウジング内に収容された弁本体に担持された、移送液体のための少なくとも2つの弁、即ち吸入弁及び送給弁を備え、各弁は移送液体のための2つの室、即ち吸入室及び送給室に連通し、これらの室は、弁本体内及びハウジング内に形成されてハウジングの軸線にほぼ一致する軸線を有する全体的に円筒形状の対向する表面により境界を定められる。
【0003】
上記型式のポンプは、例えば、WO97/47883号明細書に記載されている。この文献に記載のポンプにおいては、弁に接続された吸入室及び送給室はゴム製のO−リングシールにより隔離される。弁本体の周辺表面に形成された環状の溝内に収容されたこのシールは比較的大型である。
【0004】
本発明の特定の目的は、吸入室及び送給室を隔離するための有効であるが極めて大型ではない手段を備えた上述の型式の高圧ポンプを提供することである。この目的のため、本発明の主題は、上述の型式の高圧ポンプであって、対向する表面が吸入室及び送給室を隔離するシールされた結合面を形成するように互いに当接する2つの合致する肩部を有することを特徴とする高圧ポンプである。
【0005】
本発明の他の特徴によれば、ハウジングはこのハウジングのそれぞれ2つの対向端部を形成する本体及びカバーを有し、ハウジングの本体はハウジングの軸線にほぼ平行な少なくとも1つのネジによりカバーに接続され、ネジはハウジングの本体に形成された座に当接するヘッドと、カバーのネジオリフィスに螺入されるネジ付き本体とを有し、ポンプは更に中間組立体を有し、この中間組立体は、ハウジングの本体、中間組立体及び弁本体がネジのヘッドと結合面との間でクランプされるように、カバーの内側のハウジング本体のスカート部と弁本体との間で軸方向においてクランプされる。
【0006】
中間組立体は、摺動できるようにピストンを内部に装着した本体を有し、このピストンは作業液体を圧縮するためのものであり、ハウジング及び弁本体はアルミニウムの如き軽量金属又はアルミニウム合金で作られ、中間組立体は鋼鉄又は鋳鉄で作られ、ネジは鋼鉄で作られ、中間組立体の軸方向寸法はネジのヘッドとカバーのネジオリフィスとの間を延びるネジの本体の部分の長さ(L2)にほぼ等しく、移送液体は自動車の内燃機関のための燃料である。本発明は、例示の方法のみで与えられ、図面を参照して行う次の説明を読むことにより、良好に理解できよう。
【0007】
図1乃至3は本発明に係る高圧ポンプ12を示す。説明する例においては、ポンプ12は自動車の内燃機関に燃料を高圧で供給するためのものである。それ故、ポンプ12は、移送液体として知られる第1の液体、すなわち、説明する例では燃料をポンピングするためのものである。図1に示す接続部14はポンプ12を燃料タンクに接続するためのものである。
【0008】
図2及び図3をより詳細に参照すると、ポンプ12は全体的に円筒形状で軸線Xを備えたハウジング16を有し、燃料をポンピングするための主要ユニット18、及び、作業液体として知られる普通の第2の液体、例えばミネラル油をポンピングするための補助ユニット18がハウジング内に配置されることが分かる。主要ユニット18は、例えばWO97/47883号明細書に記載された一般の普通の作動原理に従って補助ユニット20により作動される。
【0009】
ハウジング16は補助ユニット20を取り巻く全体的に円筒形状の本体22と、主要ユニット18を取り巻く全体的に円筒形状のカバー24とを有する。ハウジングの本体22及びカバー24はそれぞれハウジング16の2つの対向する端部を形成する。ハウジングの本体22は少なくとも1つのネジ26、例えば3つのネジ26によりカバー24に接続される。各ネジ26は好ましくは鋼鉄で作られ、軸線Xにほぼ平行に延びる。ネジ26については後に詳述する。
【0010】
ハウジング16の内部で、主要ユニット18はほぼ軸線X上に中心を持つ分離ディスク28により補助ユニット20から隔離される。このディスク28は好ましくは鋼鉄又は鋳鉄で作られる。主要ユニット18は、図示の例のように、燃料をポンピングするための少なくとも1つの可撓性のダイアフラム30、例えば、図示の例のように3つのダイアフラム30を有する。ほんの2つのダイアフラム30が図面特に図3に示されていることに留意されたい。
【0011】
ダイアフラム30は、主要ユニット18内に配置された燃料ポンピング室32を補助ユニット20内に配置された作業液体を圧縮するための室34から隔離する。ポンピング室32の容積は可変である。圧縮室34は分離ディスク28内に部分的に形成される。各ポンピング室32には、燃料吸入弁36及び燃料送給弁38が関連する。これらの弁36、38は普通の構造で普通に作動するものであり、カバー端壁と分離ディスク28との間でカバー24内に収容された本体40により担持される。 ポンプ12を一層軽くするため、ハウジングの本体22、カバー24及び弁の本体40はアルミニウム又はアルミニウム合金、若しくは、代わりに、ある他の等価の軽量金属で作られる。
【0012】
弁36、38はそれ自体既知の方法で対応するポンピング室32及び普通の構造で普通に作動する安全弁42に接続される。普通の方法で、各ダイアフラム30は、特に図2、3に示すようにポンピング室32が最大容積を有する第1の位置と、このポンピング室が最小容積を有する第2の位置(この位置は図には示さない)との間で、運動することができる。ダイアフラム30の運動は補助ユニット20により特に指令され、燃料吸入弁及び送給弁36、38の開閉を制御する。
【0013】
各ダイアフラム30はダイアフラムバネとして知られるバネ44によりその第1の位置へ常に弾性的に戻される。各弁36、38は、一方では、燃料吸入室46に連通し、他方では、燃料送給室48に連通する。吸入室46はそれ自体既知の方法で燃料供給接続部14に接続される。燃料吸入室46及び送給室48は、全体的に円筒形状で軸線Xにほぼ一致する軸線を有する対向する表面50、52により、少なくとも部分的に境界を定められる。第1の表面50はカバー24の内表面を形成する。第2の表面52は弁本体40の周辺表面を形成する。
【0014】
対向する表面50、52は2つの合致する肩部50E、52Eを有し、これらの肩部は互いに当接して、吸入室46及び送給48室を隔離するシールされた結合面を形成する。この結合面は軸線Xに対してほぼ垂直である。肩部50E、52Eは有効な金属対金属シールを形成する。送給室48内の圧力よりも低い圧力を有する吸入室46はカバー24の端壁により境界を定められ、この壁の厚さは比較的小さい。これに対し、送給室48はこのカバーの端壁よりも厚いカバー24の周辺壁により境界を定められて、この送給室を通って流れる燃料により達成される高圧に耐える。
【0015】
補助ユニット20は作業液体を圧縮するためのピストン54を有し、このピストンは各ダイアフラム30と関連し、このダイアフラム30をその2つの位置間で移動させるためのものである。従って、説明する例においては、補助ユニット20は3つのピストン54を有し、ほんの2つのピストンが図面特に図3に示されている。
【0016】
ピストン54は、ピストン本体56内で摺動できるように装着され、好ましくは鋼鉄又は鋳鉄で作られて、軸線Xにほぼ平行に運動できる。ピストン54はピストン本体56内に部分的に形成された作業液体を圧縮するための室34と、作業液体のリザーバ58との間を延びる。
【0017】
ピストン本体56の外部のピストン54の端部は、ピストン54を作動させる斜板カム62により担持されたスラスト転がり軸受(例えばスラストニードル軸受60)と接触するようにバネ59により弾性的に戻される。この斜板カムは補助ユニット20のハブ64を介して担持される。このハブ64は軸受装着部を形成するハウジング本体22内で軸線Xのまわりを回転できるように装着される。斜板カム62はハブ64と一緒に軸線Xのまわりで旋回し、ハブはオルダム型式の継手66により普通の駆動手段に接続される。ハウジング本体22とハブ64との間での作業液体に対するシールは、特にエラストマーで作った環状シール67からなる普通の手段により提供される。ハブ64については後に詳述する。
【0018】
分離ディスク28及びピストン本体56はカバー24の内部のハウジング本体22のスカート部22Jと弁本体40との間で軸方向においてクランプされる中間組立体EIを形成することに留意されたい。更に、特に図4を参照すると、各ネジ26がヘッド26Tと、ネジ付き本体26Cとを有することが分かる。ヘッド26Tはハウジング本体22内に形成された座68に当接する。ネジ付き本体26Cはカバー24に固定されたラグ即ち突起72内に作られたネジオリフィス70内に螺入される。この結果、ハウジング本体22、中間組立体EI及び弁本体40はネジのヘッド26Tと肩部50E、52Eにより具体化された結合面との間でクランプされる。
【0019】
好ましくは、中間組立体EIの軸方向寸法L1はネジのヘッド26Tとネジオリフィス70との間を延びるネジの本体26Cの部分の長さL2にほぼ等しい。従って、種々の材料、すなわち、一方ではアルミニウム又は軽量金属、他方では鋼鉄又は鋳鉄の延長部はハウジング16のほぼ同じ内部及び外部にある。再び図2及び図3を参照すると、ピストン54は軸方向のドリル穴74を有し、この穴を通って、作業液体がリザーバ58と圧縮室34との間を流れることができることが分かる。ピストン本体56の内部のドリル穴74の第1の端部は圧縮室34に恒久的に連通する。ピストン本体56の外部のドリル穴74の第2の端部はリザーバ58に恒久的に連通する。
【0020】
好ましくは、ドリル穴74は段付きであり、圧縮室34内へ開いた大径部分74Aと、リザーバ58内へ開いた小径部分74Bとを有する。弁76を形成するボールは大径部分74A内に収容されていて、一方では、部分74A、74Bを隔離し弁76のための座を形成する肩部E74と、他方では、この弁76の開き行程を制限するストッパ78との間で、運動することができる。
【0021】
リザーバ58内の作業液体の圧力が圧縮室34内の作業液体の圧力を越えた直後に、弁76が開く。逆も真であるならば、弁76が閉じてドリル穴74を遮断する。ポンプ12を正しく作動させるため、ピストン54に関連するダイアフラム30のための復帰バネ44のこわさは、このバネ44が圧縮室34内に収容された作業液体をリザーバ58内に収容された作業液体に比べて一層上昇した圧力に維持するように、定格化され、ダイアフラム44が(ポンピング室32がその最大容積を有する)その第1の位置に到達しない限り、この状態が維持される。
【0022】
主要18及び補助20のポンピングユニットの作動のいくつかの特定の特徴を以下に説明するが、主要ユニット18は容積式ポンプの原理に従って作動する。斜板カム62がピストン54をピストン本体56内へ駆動する(ピストン54を図2、3で右に移動させる)と、圧縮室34内に収容された作業液体が(リザーバ58内に収容された液体に比べて一層上昇した圧力に)圧縮されて、弁76が閉じ、可撓性のダイアフラム30がその第2の位置の方へ移動して、ポンピング室32がその最小容積となる。これにより、普通の方法で、燃料が高圧で送給室48へ送給される。
【0023】
斜板カム62が復帰バネ59の効果の下で先の方向とは反対の方向(図2、3で左方向)へのピストン74の運動を許容すると、ダイアフラム30はバネ44によりその第1の位置へ戻され、ポンピング室32がその最大容積となる。これにより、普通の方法で、吸入室46からの燃料がポンピング室32内へ吸引される。
【0024】
主要ポンピングユニット18内に燃料が無い場合でさえ、ダイアフラムバネ44はダイアフラム30がその第1の位置へ自動的に戻るのを許容することに留意されたい。更に、圧縮室34とリザーバ58との間の作業液体の漏洩によりピストン54が図2、3で左に移動した場合、ピストン54が左方へのそのストロークを完了する前に、ダイアフラム30はその第1の位置に到達する。その結果、ダイアフラム30がその第1の位置に到達すると、圧縮室34内の作業液体の圧力がリザーバ58内の作業液体の圧力に比べて低下し、これにより、弁76が開き、圧縮室34に作業液体を再度供給し、漏洩を補償する。
【0025】
リザーバ58を作業液体で完全に充填することのできるある簡単で有効な手段を、特に図3、図5を参照して以下に説明する。このような充填手段はリザーバ58に接続され、プラグ82により閉栓することのできる充填ネック部80を有する。
【0026】
図3、図5に示す例においては、プラグ82はネジ作用によりネック部80と共働するようになっている。プラグ82はほぼ軸方向の盲穴84を有し、この穴はプラグのほぼ半径方向のドリル穴86を介してプラグの周辺カウンタボア88と連通し、このボアはこのプラグの閉栓表面90まで延び、この表面はリザーバ58の近傍のネック部80の端部に形成された閉栓座92と共働するようになっている。好ましくは、閉栓表面90及び閉栓座92は全体的に円錐形状を有し、閉栓表面90は閉栓座92の方へ収斂する。
【0027】
プラグ82は、ネジ作用により、リザーバ58を予備閉栓する位置(この位置では、図5に示すように、閉栓表面90は座92からその上方へ離れている)と、このリザーバ58を閉栓する位置(この位置では、図3に示すように、閉栓表面90は座92とシール接触する)との間を、ネック部80内で運動できる。ネック部80はリザーバの過剰な作業液体の氾濫液(overflow)を収容することができ、この氾濫液のレベルNは座92の上方でネック部80内へ延びる。
【0028】
プラグ82がその予備閉栓位置にあるとき、このプラグの周辺カウンタボア88がリザーバ58に連通して、盲穴84が過剰な作業液体のための容器を形成することに留意されたい。更に、過剰な液体がネック部80内にあるとき、プラグ82はその予備閉栓位置と閉栓位置との間をこのネック部内で移動できる。プラグ82を移動させるため、プラグは作動ヘッド82Tを備え、このヘッドを通って、盲穴84の開端部が開口する。ヘッド82Tは、普通の工具を使用してのプラグ82の回転を許容する多角形の内表面82Iにより境界を定められる。
【0029】
変形例として、作動ヘッド82Tは、普通の工具を使用してプラグ82を回転できるように、図6に示すような多角形の外表面82Eにより境界を定めることができる。プラグ82はヘッド82Tとカウンタボア88との間で軸方向に位置決めされた周辺O−リングシール93を担持する。このシール93はカウンタボア88の上方でネック部80とプラグ82との間のシールを提供する。プラグ82は、次のようにしてリザーバ58が真空下で充填されるのを許容する。最初に、プラグ82は図5に示すような予備閉栓位置へネック部80内に螺入される。
【0030】
リザーバ58を作業液体で充填するため、普通の手段を使用してこのリザーバ内で真空が吸引され、次いで、作業液体がプラグの盲穴84を介して導入される。従って、作業液体は、盲穴84、半径方向のドリル穴86及びカウンタボア88内を流れることにより、リザーバ58内へ流入する。図5に示すように、過剰液がネック部80及び盲穴84内に残るまで、リザーバ58は充填され続ける。
【0031】
最後に、過剰液が存在した状態で、プラグ82が図3に示すようにその閉栓位置へ螺入される。リザーバ58はこのようにして充填ネック80部から隔離され、盲穴84内に残っている作業液体の量は作動ヘッド82Tを通って開口する盲穴84の端部を介して容易に除去される。
【0032】
図3を参照すると、リザーバ58は、リザーバ58内に収容された作業液体の膨張を補償するための普通の手段94に接続されることに留意されたい。このような手段は可撓性のダイアフラム96を有し、このダイアフラムは、ダイアフラム96をリザーバ58の作業流体に連通させるダクト98と、ダイアフラム96を係合解除するための空間100とを隔離し、この空間は全体的に半球形状の殻体即ちシェル102により保護される。ダイアフラム96はリザーバ58内に収容された作業液体の体積の変化に応じて変形する。
【0033】
図7はプラグ82の変形形状を示す。この場合、プラグ82は、図7に鎖線で示すようなリザーバ58を予備閉栓する位置と、図7に実線で示すようなこのリザーバ58を閉栓する位置との間を強制的に移動させられるボール104を有する。ボール104の表面はシール様式でネック部の座92と共働するようになった閉栓表面を形成する。
【0034】
充填ネック部80はボール104を使用して次のように閉栓される。過剰の作業液体が存在する場合、その液のレベルNは図7に鎖線で示されるが、ボール104は図7に鎖線で示すようにその予備閉栓位置にある。次いで、ボール104はネック部80に沿って強制移動され、図7に実線で示すように座92に対して押圧される。
【0035】
リザーバ58を予備閉栓する位置と閉栓する位置との間でのボール104の強制運動中、ボール104の運動の効果の下にリザーバ58内へ押し込まれた過剰な作業液体は、図7に示すように、膨張補償手段94のダイアフラム96の変形により補償されることに留意されたい。
【0036】
図3を参照してハブ64を以下に一層詳細に説明する。図3に示す例においては、ハブ64は、軸線Xに一致する軸線を有し斜板カム62を収容するスリーブ106を有する。ハブ64はまた、スリーブ106の外表面に固定されたリング108を有する。スリーブ106の外表面はハウジング本体22内でのハブの回転を案内するための円筒状の周辺表面SGを形成する。リング108の一面はハウジング本体22に関してハブ64を軸方向で位置決めするための肩部FEを形成する。
【0037】
一方、ハウジング本体22はライナー110を有し、その内表面はハブの周辺案内表面SGと摺動接触する円筒状の軸受表面SPを形成する。ハウジング本体22はまた、ライナー110の一端に配置されたワッシャ112を有し、ワッシャの一面はハブの肩部FEと摺動接触する平坦な軸受表面FPを形成する。
【0038】
ライナー110及びワッシャ112はハウジング本体22にそれ自体既知の方法で固定され、普通の材料、好ましくは低摩擦係数の材料で作られる。ハブの案内表面SGから延びるハブ64の肩部FEは、スラストニードル軸受60と接触するピストン54の弾性復帰力及び斜板カム62と接触する作業液体の圧力により、ハウジング本体22の軸受表面FPに対して押圧されることに留意されたい。
【0039】
図8に示す第1の変形例によれば、円筒状の軸受表面SPは平坦な軸受表面FPの境界を定めるフランジ116となって延びる一端を備えたハウジング本体22により担持されたスリーブ114の内表面により形成される。
【0040】
図9に示す第2の変形例によれば、ハブの周辺案内表面SGはスリーブ118の外表面により形成され、このスリーブは斜板カム62を収容し、ハブの軸方向での位置決めのための肩部FEの境界を定めるフランジ120となって延びる端部を具備する。ハブのスリーブ118は図8に示す型式のハウジング本体22に固定されたスリーブ114と共働する。
【0041】
図10及び図11にそれぞれ示す第3及び第4の変形例によれば、ハブの軸方向での位置決めのための周辺案内表面SG及び肩部FEは、単一部品で作られ斜板カム62を収容した段付き管状部材122の外表面により形成される。段付き部材122は普通の方法、特に引抜き、処理及び研削により容易に製造することができる。図10に示す第3の変形例においては、段付き部材122は円筒状の軸受表面SP及び平坦な軸受表面FPと摺動接触し、これらの表面は図3に示すものと同様の素子上に形成される。
【0042】
図11に示す第4の変形例においては、段付き部材122の周辺案内表面SGは軸線Xとほぼ平行に延びる軸受ニードル124と接触し、軸方向の位置決め肩部FEは軸線Xに関してほぼ半径方向に延びる軸受ニードル126と接触する。ニードル124、126はそれ自体既知の方法でハウジング本体22に固定されてケージ128、130に収容される。
【0043】
次のものは本発明の利点の中に含まれることに留意されたい。本発明は簡単で有効な手段を使用して高圧ポンプの吸入弁及び送給弁に関連する吸入室及び送給室を隔離することを可能にする。アルミニウム又は等価の軽量金属で作られたハウジング及び弁本体は、これらのアルミニウム素子と鋼鉄又は鋳鉄で作られたポンプの他の素子との間の膨張差の問題を何等生じることなく、ポンプの軽量化を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る高圧ポンプの前面図である。
【図2】 図1の2−2線における断面図である。
【図3】 図1の3−3線における断面図である。
【図4】 図2及び図4に示すネジの軸線を通過させるように僅かに片寄った断面における図2の詳細図である。
【図5】 ポンプのリザーバを充填する手段を予備閉栓位置で閉栓するプラグを示す、図3の楕円部分5の詳細図である。
【図6】 プラグの第1の変形例を示す図5と同様の図である。
【図7】 プラグの第2の変形例を示す図3と同様の図である。
【図8】 本発明に係るポンプのハブの4つの変形例のうちの1つを示す図2と同様の図である。
【図9】 本発明に係るポンプのハブの4つの変形例のうちの1つを示す図2と同様の図である。
【図10】 本発明に係るポンプのハブの4つの変形例のうちの1つを示す図2と同様の図である。
【図11】 本発明に係るポンプのハブの4つの変形例のうちの1つを示す図2と同様の図である。
Claims (6)
- 移送液体として知られる第1の液体をポンピングするための高圧ポンプであって、
作業液体として知られる第2の液体をポンピングするための補助ユニット(20)により作動される、移送液体をポンピングするための主要ユニット(18)、及び、
軸線(X)に沿って延びる全体的に円筒形状のハウジング(16)、からなり、
前記ハウジング内に主要ユニット(18)及び補助ユニット(20)が配置され、
主要ユニット(18)がハウジング(16)内に収容された弁本体(40)を含み、
前記ハウジング(16)が内部表面(50)を有し、内部表面(50)がハウジングの軸線(X)にほぼ一致する軸線を有する全体的に円筒形状であり、
前記弁本体(40)が前記内部表面(50)に対向する外周表面(52)を有し、外周表面(52)がハウジングの軸線(X)にほぼ一致する軸線を有する全体的に円筒形状であり、
前記対向する内部表面(50)及び外周表面(52)が移送液体のための吸入室(46)及び送給室(48)を形成し、
前記弁本体(40)が移送液体のための吸入弁(36)及び送給弁(38)を担持し、
前記吸入弁(36)及び送給弁(38)がそれぞれ吸入室(46)及び送給室(48)に連通され、
前記対向する内部表面(50)及び外周表面(52)が互いに当接する2つの合致する肩部(50E、52E)を有し、
前記2つの合致する肩部(50E、52E)が吸入室(46)及び送給室(48)を隔離するシールを形成することを特徴とするポンプ。 - 前記ハウジング(16)が、ハウジングの2つの対向する端部を形成する本体(22)及びカバー(24)を有し、ハウジングの本体(22)がハウジングの軸線(X)にほぼ平行な少なくとも1つのネジ(26)によりカバー(24)に接続され、ネジがハウジングの本体(22)に形成された座(68)に当接するヘッド(26T)と、カバー(24)のネジオリフィス(70)に螺入されるネジ付き本体(26C)とを有し、ポンプが更に中間組立体(EI)を有し、同中間組立体は、ハウジングの本体(22)、中間組立体(EI)及び弁本体(40)がネジのヘッド(26T)と内部表面(50)の肩部(50E)との間でクランプされるように、カバー(24)の内側のハウジング本体(22)のスカート部(22J)と弁本体(40)との間で軸方向においてクランプされることを特徴とする請求項1に記載のポンプ。
- 前記中間組立体(EI)が本体(56)を有し、該本体(56)が作業液体を圧縮するための室(34)及び該室(34)において部分的に延びるピストン(54)を有し、該ピストン(54)が該室(34)内の作業液体を圧縮するためのものであることを特徴とする請求項2に記載のポンプ。
- 前記ハウジング(16)及び弁本体(40)がアルミニウム又はアルミニウム合金で作られることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のポンプ。
- 前記中間組立体(EI)が鋼鉄又は鋳鉄で作られ、ネジ(26)が鋼鉄で作られ、
ハウジング本体(22)と弁本体(40)との間でクランプされる中間組立体(EI)の軸方向寸法(L1)がネジのヘッド(26T)とカバー(24)のネジオリフィス(70)との間を延びるねじの本体(26C)の部分の長さ(L2)にほぼ等しいことを特徴とする請求項2又は3に記載のポンプ。 - 前記移送液体が自動車の内燃機関のための燃料であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のポンプ。
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