KR100711331B1 - 워터 펌프용 회전 지지 장치 및 워터 펌프의 조립 방법 - Google Patents

워터 펌프용 회전 지지 장치 및 워터 펌프의 조립 방법 Download PDF

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Abstract

시일 링(13)을 구성하는 탄성 부재(21)의 제 2 시일 립(23)의 선단연부를 슬링거(14a)의 외측면에 미끄럼 접촉시킨다. 상기 시일 링(13) 및 이 슬링거(14a)를, 사전 조립함으로써, 외륜(16)의 단부 내주면과 회전축(3a)의 중간부 외주면 사이에 조립한다. 조립 이전에 제 1, 제 2 시일 립(22, 23)을 상기 슬링거(14a)에 의해 보호한다. 이로써, 슬링거(14a)와 조립되는 시일 링(13)을 구성하는 제 1, 제 2 시일 링(22, 23)을 손상하지 않고 조립하는 작업을 공업적 방법에 의해 용이하게 실행하게 한다.

Description

워터 펌프용 회전 지지 장치 및 워터 펌프의 조립 방법{SEAL DEVICE FOR WATER PUMP, ROTATION SUPPORTING DEVICE FOR WATER PUMP, AND ASSEMBLY METHOD FOR WATER PUMP}
본 발명에 따른 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치 및 워터 펌프의 조립 방법은 자동차용 엔진의 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프의 시일 장치의 조립 방법의 개량에 관한 것이다.
자동차용 엔진의 냉각수를 순환시키기 위한 워터 펌프로서 예컨대 일본 특허공개 제 1996-254213 호 공보에는, 도 10에 도시한 바와 같은 구조의 것이 기재되어 있다. 원통형의 하우징(1)은 내측 단부(축방향에 대하여 내부란 엔진에 근접한 측을 말하고, 각 도면의 우측) 외주면에 형성한 장착 플랜지(2)를 이용하여, 엔진의 실린더 블록(cylinder block)에 고정된다. 이 하우징(1)의 내경측에는 회전축(3)을 내측의 볼 베어링(4)과 외측(축방향에 대하여 외부란 엔진으로부터 먼 측을 말하고, 각 도면의 좌측)의 구름 베어링(5)을 조합하여 이루어지는 구름 베어링 유닛(6)에 의해 회전가능하게 지지하고 있다. 이 구름 베어링 유닛(6)의 축방향(도 10의 좌우 방향) 양단부에는 시일 링(7, 7)을 설치하고, 내부에 봉입된 그리스(grease)의 누출 방지와, 외부에 존재하는 먼지나 수증기 등의 이물질의 침입 방지를 도모하고 있다. 또한, 상기 회전축(3)의 외측 단부에서 상기 하우징(1)의 외측 단부 개구로부터 돌출한 부분에 풀리(pulley)(8)를 고정하고 있다.
엔진으로의 조립 상태에서는, 이 풀리(8)에 도시하지 않는 벨트를 감아 걸고, 상기 회전축(3)을 엔진의 크랭크샤프트에 의해 회전 구동한다. 한편, 이 회전축(3)의 내측 단부에서 상기 장착 플랜지(2)의 내측면으로부터 돌출한 부분에 임펠러(9)를 고정하고 있다. 이 장착 플랜지(2)를 엔진의 실린더 블록에 고정한 상태에서 상기 임펠러(9)는 이 실린더 블록내에 설치한 워터 재킷(water jacket)의 내측으로 들어간다. 그리고, 상기 회전축(3)의 회전에 따라서, 상기 워터 재킷내의 냉각수를 도시하지 않는 라디에이터(radiator) 등과의 사이로 순환시킨다.
또한, 회전축(3)의 외주면과 하우징(1)의 내주면 사이에는 메커니컬 시일(mechanical seal)(10)을 설치하고 있다. 이 메커니컬 시일(10)은 엔진의 운전시, 회전축(3)의 회전을 허용하면서 워터 재킷내를 흐르는 냉각수인 고온수(熱水)가 외부로 누출하는 것을 방지한다. 단지, 상기 메커니컬 시일(10)로는 완전한 밀봉은 곤란하고, 이 메커니컬 시일(10)의 시일면에서 발생하는 마찰열에 의해, 동결 방지제나 방청제 등의 화학 물질을 포함한 냉각수가 증발하여 수증기가 되고, 상기 구름 베어링 유닛(6)측으로 누출하는 동시에, 이 증발에 의해 상기 화학 물질이 농축된 냉각수도 상기 구름 베어링 유닛(6)측으로 누출하게 된다. 이 때문에, 상기 회전축(3)의 중간부에서 상기 메커니컬 시일(10)과 내측의 시일 링(7) 사이에 슬링거(slinger)(11)를, 상기 하우징(1)의 중간부에서 이 슬링거(11)의 외주연부에 대향하는 부분에 급배기 구멍(supply-discharge hole)(도시 생략)을 각각 설치하여, 상기 메커니컬 시일(10)로부터 누출한 수증기 또는 고온수를 상기 하우징(1) 외부로 배출가능하게 되어 있다. 즉, 상기 급배기 구멍은 축방향에 대하여 상기 메커니컬 시일(10)과 상기 내측의 시일 링(7) 사이에 설치된 수증기실로서 기능하는 공간과 외부를 연통하여, 이 공간내의 수증기 및 고온수를 외부로 배출가능하게 되어 있다.
상술한 도 10에 도시한 종래 구조의 제 1 예의 경우에는, 상기 내측의 시일 링(7)을 구성하는 한쌍의 시일 립(seal lip)(12, 12)의 내주연부를 상기 회전축(3)의 중간부 외주면에 전체 원주에 걸쳐서 미끄럼 접촉시키고 있다. 또한, 상기 내측의 시일 링(7)과 상기 슬링거(11)는 관련되지 않고, 서로 독립한 상태로 설치되어 있다.
이에 대해, 일본 특허 공개 제 1999-153096 호 공보에는, 도 11에 도시한 바와 같이, 시일 링(7a)과 슬링거(11a)를 서로 관련지어 설치함으로써, 밀봉성 향상을 도모한 구조체가 기재되어 있다. 이 구조체의 경우, 상기 시일 링(7a)을 구성하는 3개의 시일 립(12a, 12b, 12c)중, 2개의 시일 립(12a, 12b)을 회전축(3a)의 외주면에, 전체 원주에 걸쳐서 미끄럼 접촉시키고 있다. 이에 대해, 나머지 1개의 시일 립(12c)의 선단연부를 상기 슬링거(11a)의 외측면에 전체 원주에 걸쳐서 미끄럼 접촉시키고 있다. 이와 같이 구성함으로써, 도 10에 도시한 종래 구조의 제 1 예의 경우에 비하여 밀봉성을 향상시켜, 상기 회전축(3a)을 지지하고 있는 구름 베어링 유닛내로의 수증기나 고온수 등의 이물질 진입 방지를 보다 효과적으로 도모할 수 있다.
도 11에 도시한 제 2 예의 구조의 경우, 도 10에 도시한 제 1 예의 구조체에 비하여 밀봉성이 양호하지만, 장기간에 걸쳐 유효한 이물질 진입 방지를 도모하기 위해서는 더욱 개량되어야 한다. 즉, 상기 도 11의 구조를 기재한 일본 특허 공개 제 1999-153096 호 공보에는, 단지 시일 링(7a)을 구성하는 3개의 시일 립(12a, 12b, 12c)중 1개의 시일 립(12c)의 선단연부를 슬링거(11a)의 외측면에 미끄럼 접촉시킨 구조가 기재되어 있을 뿐이므로, 구체적인 수단 등에 관해서는 기재되지 있지 않다.
이에 대해, 장기간에 걸쳐서 유효한 이물질 진입 방지를 도모하기 위해서는, 다음 ① 및 ②와 같은 조건을 만족할 필요가 있다.
① 상기 시일 립(12c)의 선단연부와 상기 슬링거(11a)의 외측면이 전체 원주에 걸쳐 간극 없이, 더구나 충분한 접촉 압력으로 미끄럼 접촉한다.
② 상기 시일 립(12c)의 선단연부의 상기 슬링거(11a)의 외측면과의 마찰에 기인한 마모를 최소로 억제한다.
단지 상기 ①의 조건을 만족하는 것만을 고려하면, 상기 시일 립(12c)의 탄성 변형량을 크게 하여, 선단연부를 상기 슬링거(11a)의 외측면에 가압하는 힘을 강하게 하면 좋다. 한편, 단지 상기 ②의 조건을 만족하는 것만을 고려하면, 상기 시일 립(12c)의 탄성 변형량을 작게 하여, 선단연부를 상기 슬링거(11a)의 외측면에 가압하는 힘을 약하게 하면 좋다.
이와 같이, 밀봉성을 확보하기 위한 상기 ①의 조건과, 내구성을 확보하기 위한 상기 ②의 조건은 서로 상반되기 때문에, 장기간에 걸쳐 유효한 이물질 진입 방지를 도모하기 위한 구체적인 구조를 실현하고, 해당 구조를 공업적 방법에 의해 양품율 양호하게 조립되는 방법을 실현하는 것이 중요해진다.
본 발명의 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치, 워터 펌프의 조립 방법은 이러한 사정을 감안하여 발명한 것이다.
발명의 요약
본 발명의 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치, 워터 펌프의 조립 방법중, 제 1 및 제 2 태양에 따른 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치는, 회전하지 않는 부재의 내주면과 이 부재에 관통 삽입된 워터 펌프를 구성하는 회전축의 외주면 사이를 차단하기 위해, 외주연부를 상기 부재의 내주면에 고정한 시일 링과, 상기 회전축에 끼워맞춘 슬링거를 구비한다. 그리고, 이 시일 링은 상기 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 시일 립을 구비한 것이다. 또한, 제 2 태양에 따른 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치의 경우에는, 상기 시일 링은 이 회전축 또는 이 회전축과 함께 회전하는 슬링거의 외주면에 미끄럼 접촉하는 제 1 시일 립과, 이 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 제 2 시일 립을 구비한다.
또한, 제 3 태양에 따른 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 회전 지지 장치는, 내주면에 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 외주면에 내륜 궤도를 갖는, 워터 펌프를 구성하는 회전축과, 이들 외륜 궤도와 내륜 궤도 사이에 회전가능하게 설치된 다수개의 회전체와, 외주연부를 상기 외륜의 단부 내주면에 고정한 시일 링과, 상기 회전축에 끼워맞춘 슬링거를 구비한다. 그리고, 이 시일 링은 이 회전축 또는 이 슬링거의 외주면에 미끄럼 접촉하는 제 1 시일 립과, 이 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 제 2 시일 립을 구비한 것이다.
더욱이, 제 4 태양에 따른 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프는, 하우징과, 이 하우징의 내주면에 직접 또는 별개의 외륜을 거쳐서 설치된 외륜 궤도와, 외주면에 내륜 궤도를 갖는 회전축과, 이들 외륜 궤도와 내륜 궤도 사이에 회전가능하게 설치된 다수개의 회전체와, 외주연부를 상기 외륜의 단부 내주면에 고정한 시일 링과, 상기 회전축에 끼워맞춘 슬링거와, 이 회전축의 외측 단부에 고정한 풀리와, 이 회전축의 내측 단부에 고정한 임펠러와, 축방향에 대해서 이 임펠러와 상기 슬링거 사이 부분에서, 상기 하우징의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이에 설치된 메커니컬 시일과, 축방향에 대해서 이 메커니컬 시일과 상기 시일 링 사이에 형성된 공간을 구비한다. 그리고, 상기 시일 링은 상기 회전축 또는 상기 슬링거의 외주면에 미끄럼 접촉하는 제 1 시일 립과, 이 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 제 2 시일 립을 구비한 것이다.
더욱이, 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치, 워터 펌프는 상기 시일 립 또는 제 2 시일 립의 선단연부를 상기 슬링거의 한쪽 측면에 접촉시킴으로써 이 시일 립 또는 제 2 시일 립의 압축량을 이 시일 립 또는 제 2 시일 립의 자유 상태에서의 높이의 1/10 이상, 7/10 이하로 하고 있다. 이와 함께, 상기 슬링거의 한쪽 측면에서 이 시일 립 또는 제 2 시일 립의 선단연부가 미끄럼 접촉하는 부분의 거칠기(roughness)를 산술 평균 거칠기(Ra)에서 0.2㎛ 내지 2.0㎛, 또는 최대 높이(Ry)에서 0.8㎛ 내지 8.0㎛로 하고 있다.
또한, 상기 시일 립 또는 제 2 시일 립의 압축량은 바람직하게는 이 시일 립 또는 제 2 시일 립의 자유 상태에서의 높이의 2/10 이상, 5/10 이하, 가장 바람직하게는 2/10 이상, 3/10 이하로 한다.
또, 시일 립 또는 제 2 시일 립의 단면 형상은, 바람직하게는 선단연부를 향해 반경방향 외측으로 경사진 것으로 하고, 보다 바람직하게는 기단부측으로부터 선단부측을 향해 폭(두께) 치수가 작아지는 쐐기(wedge) 형상으로 한다. 동시에, 상기 시일 립 또는 제 2 시일 립의 길이 치수를 이 시일 립 또는 제 2 시일 립의 평균 두께 치수의 2배 이상, 바람직하게는 2.5배 이상으로 한다.
더욱이, 어떤 경우에서도, 상기 시일 링은 성형 금형의 캐비티(cavity)내에 재료(탄성 부재)를 보내주는 사출 성형에 의해 제조된 것으로 한다. 그리고, 상기 시일 링중 시일 립 또는 제 2 시일 립의 경도(바람직하게는 또한 제 1 시일 립의 경도)를 쇼어(Shore) 경도에서 Hs50 내지 Hs90으로 한다.
그리고, 상술한 바와 같은 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치, 워터 펌프를 조립할 경우에, 상기 시일 링과 상기 슬링거를 회전하지 않는 부재(외륜 또는 하우징을 포함함)의 내주면과 회전축의 외주면 사이에 조립하기에 앞서 사전 조립한다. 그리고, 조립된 상태 그대로, 이들 양쪽 원주면끼리의 사이에 조립한다.
또한, 바람직하게는 상기 시일 링과 슬링거를 조립하기 전(또는 조립할 때)에, 상기 시일 링의 일부에 그리스를 도포한다.
상술한 바와 같이 구성하는 본 발명의 조립 방법에 의해 제조되는 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치, 워터 펌프의 조립 방법에 의하면, 워터 펌프의 회전축을 지지하는 구름 베어링 유닛내로의 이물질 진입 방지를 장기간에 걸쳐 효과적으로 도모할 수 있다.
특히, 본 발명의 조립 방법에 의하면, 조립 작업시에 시일 립 또는 제 2 시일 립에 이물질이 부착되거나, 또는 이 시일 립 또는 제 2 시일 립에 흠 등의 손상이 발생하는 것을 방지하여, 안정한 밀봉 성능을 갖는 워터 펌프용 시일 장치, 워터 펌프용 회전 지지 장치, 워터 펌프를 저비용으로 안정되게 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 구조체의 제 1 예를 도시한, 도 10의 A부에 상당하는 부분 단면도,
도 2는 본 발명의 조립 방법의 실시예의 제 1 예를 도시한 부분 단면도,
도 3은 본 발명의 조립 방법의 실시예의 제 2 예를 도시한 부분 단면도,
도 4는 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 시일 구조체의 제 2 예를 도시한, 도 1의 B부에 상당하는 부분 단면도,
도 5는 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 시일 구조체의 제 3 예를 도시한, 도 4와 동일한 도면,
도 6은 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 시일 구조체의 제 4 예를 도시한 도 4와 동일한 도면,
도 7은 본 발명의 조립 방법의 실시예의 제 3 예를 도시한 부분 단면도,
도 8은 본 발명의 조립 방법의 실시예의 제 4 예를 도시한 부분 단면도,
도 9a 내지 도 9d는 사전 조립된 시일 링과 슬링거로의 그리스의 도포 상태의 4개의 예를 도시한 부분 단면도,
도 10은 종래부터 공지되어 있는 워터 펌프의 제 1 예를 도시한 단면도,
도 11은 종래부터 공지되어 있는 워터 펌프의 제 2 예를 도시한 부분 단면도.
우선, 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치의 구조체의 제 1 예에 대하여 도 1에 의해 설명한다. 또한, 본 예의 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치의 특징은, 회전축(3a)의 중간부에서 메커니컬 시일(10)(도 10 참조)보다도 외측 부분에 설치한 시일 링(13) 및 슬링거(14)의 형상 및 치수를 적절하게 규제함으로써, 상기 메커니컬 시일(10)을 통과한 수증기 혹은 고온수가 복수의 회전체(볼)(15)를 포함하는 구름 베어링 유닛(6a)측으로 들어가기 어렵게 하는 점에 있다. 워터 펌프의 전체 구조 등, 그 밖의 부분의 구조 및 작용은, 먼저 설명한 상기 도 10에 도시한 구조체를 포함하여, 종래부터 공지되어 있는 워터 펌프와 동일하기 때문에, 동등 부분에 관한 도시 및 설명은 생략하거나 또는 간략하게 하여, 이하 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치의 특징 부분 및 먼저 설명하지 않은 부분을 중심으로 설명한다.
상기 구름 베어링 유닛(6a)의 일부를 형성하는 볼 베어링(4a)을 구성하기 위해서, 외륜(16)의 내주면에 형성한 깊은 홈형상의 외륜 궤도(17)와, 상기 회전축(3a)의 외주면에 형성한 깊은 홈형상의 내륜 궤도(18) 사이에, 상기 각 회전체(15)를 도시하지 않는 리테이너에 의해 유지한 상태에서 회전가능하게 설치하고 있다. 그리고, 상기 외륜(16)의 내측 단부 내주면에 전체 원주에 걸쳐 형성한 고정 홈(19)에 상기 시일 링(13)의 외주연부를 고정하고 있다. 이 시일 링(13)은 원형 링 형상의 금속 코어(20)에 의해 고무와 같은 탄성중합체 등의 탄성 부재(21)를 보강하여 이루어진다. 도시한 예의 경우, 이 탄성 부재(21)의 외주연부를 상기 금속 코어(20)의 외주연부보다도 반경방향 외측으로 돌출시켜, 이 탄성 부재(21)의 외주연부를 상기 고정 홈(19)에 고정하고 있다. 단지, 금속 코어(20)를 상기 시일 링(13)의 외주연부에 노출시켜, 이 금속 코어(20)를 상기 고정 홈(19)에 고정할 수도 있다.
상기 탄성 부재(21)는 회전축 또는 슬링거의 외주면에 미끄럼 접촉하는 제 1 시일 립(22)과, 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 시일 립에 상당하는 제 2 시일 립(23)을 구비한다. 이 중 제 1 시일 립(22)은 상기 시일 링(13)의 내주연부를 구성하는 것으로, 상기 회전축(3a)의 중간부 외주면에 전체 원주에 걸쳐 미끄럼 접촉시키고 있다. 즉, 상기 제 1 시일 립(22)의 자유 상태에서의 내경을 상기 회전축(3a)의 중간부의 외경보다도 조금 작게 하여, 이 제 1 시일 립(22)의 내경측에 상기 회전축(3a)을 관통 삽입한 상태에서, 이 제 1 시일 립(22)의 내주연부가 이 회전축(3a)의 중간부 외주면에, 전체 원주에 걸쳐 탄성적으로 접촉하고 있다.
이에 대해 상기 제 2 시일 립(23)은 상기 탄성 부재(21)의 측면으로부터 내측에, 선단연부를 향해 반경방향 외측을 향하는 방향으로 경사진 상태로 연장되어 있다. 이러한 제 2 시일 립(23)의 단면 형상은 기단부측으로부터 선단부측을 향해 폭(두께) 치수가 작아지는 쐐기 형상으로 되어 있다. 동시에, 상기 제 2 시일 립(23)의 길이 치수를 이 제 2 시일 립(23)의 평균 두께 치수의 2배 이상, 바람직하게는 2.5배 이상으로 하고 있다. 이러한 제 2 시일 립(23)의 선단연부는 청구항에 기재한 한쪽 측면인 후술하는 슬링거(14)의 외측면에, 전체 원주에 걸쳐 미끄럼 접촉시키고 있다. 이 상태에서 상기 제 2 시일 립(23)은 단면이 원호 형상으로 만곡(curl)되어 있다.
상기 회전축(3a)의 중간부에서 상기 시일 링(13)의 내측에 인접하는 부분에 끼워 고정한 상기 슬링거(14)는 스테인리스 강판 등의 내식성 금속판 혹은 표면에 방식(防蝕) 처리를 실시한 강판 등, 적어도 상기 제 2 시일 립(23)의 선단연부가 미끄럼 접촉하는 부분의 표면이 부식되지 않는 성상으로 된 금속판을 절곡 형성함으로써, 단면이 크랭크 형상으로 전체를 환상으로 형성하고 있다. 즉, 상기 슬링거(14)는 원형 링부(24)의 내주연부를 축방향 내측을 향해 직각으로 절곡함으로써 내경측 원통부(25)로 하고, 마찬가지로 외주연부를 축방향 외측을 향해 직각으로 절곡함으로써 외경측 원통부(26)로 하고 있다. 그리고, 이 중 내경측 원통부(25)를 상기 회전축(3a)의 중간부에 견고하게 끼워맞춤함으로써, 상기 슬링거(14)를 이 회전축(3a)의 중간부 외주면에 고정하고 있다. 그리고, 이 슬링거(14)의 외측면에 상기 제 2 시일 립(23)의 선단연부를 전체 원주에 걸쳐 미끄럼 접촉시키고 있다. 이와 같이 제 2 시일 립(23)의 선단연부를 미끄럼 접촉시키는 상기 슬링거(14)의 외측면의 거칠기를 산술 평균 거칠기(Ra)에서 0.2㎛∼2.0㎛, 또는 최대 높이(Ry)에서 0.8㎛∼8.0㎛로 되어 있다.
본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 워터 펌프용 시일 장치의 경우, 상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)의 간격을 적절하게 규제함으로써, 도 1에 이점 쇄선으로 도시한 조립한 상태에서의 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)(자유 상태로부터의 축방향에 대한 탄성 압축량)을, 도면에 실선으로 도시한 이 제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이(H)의 1/10 이상, 7/10 이하(H/10 ≤δ≤7H/10)로 하고 있다. 또한, 바람직하게는, 상기 압축량(δ)을 상기 제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이의 2/10 이상, 5/10 이하(2H/10 ≤δ≤5H/10), 가장 바람직하게는 2/10 이상, 3/10 이하(2H/10≤δ≤3H/10)로 한다. 또한, 상기 슬링거(14)의 외주연부에 설치한 외경측 원통부(26)의 내경(R26)은 상기 제 2 시일 립(23)의 탄성 변형시의 외경(D23)보다도 크게 하고(R26>D23), 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부와 상기 외경측 원통부(26)의 내주면이 간섭하거나, 마찰하지 않도록 되어 있다.
다음에, 상술한 바와 같은 워터 펌프용 시일 장치의 조립 방법의 2개의 예에 대해서 도 2 및 도 3에 의해 설명한다. 이들 도 2 및 도 3에 도시하는 조립 방법을 채용한 이유는, 조립 완료 이전에 상기 제 1 시일 립(22) 및 상기 제 2 시일 립 (23)에 먼지 등의 이물질이 부착되거나, 이들 각 시일 립(22, 23)에 흠 등의 손상이 발생하는 것을 방지하는 동시에, 조립 완료 상태에서의 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)을 엄밀하게 규제하기 위해서이다. 즉, 본 발명의 조립 방법에 의해 조립된 워터 펌프용 시일 장치는, 상기 제 2 시일 립(23)의 탄성 변형량을 규제함으로써, 구름 베어링 유닛내로의 이물질 진입 방지를 장기간에 걸쳐 충분히 도모할 수 있는 것이다. 따라서, 상기 각 시일 립(22, 23)에 이물질의 부착이나 손상의 발생을 방지하는 것이, 필요로 하는 밀봉 성능을 얻기 위해 필요하다. 또한, 상기 제 2 시일 립(23)의 선단연부를 미끄럼 접촉시키는 슬링거(14)의 축방향 위치를 규제하면서, 이 슬링거(14)를 회전축(3a)에 끼워 고정하는 것도 중요하다.
이 때문에, 도 2에 도시한 제 1 예의 방법에서는, 슬링거(14)를 회전축(3a)에 끼워맞출 때에, 축방향으로 변위하는 가압 지그(pressing jig)(28)에 의해, 사전 조립된 상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)를 상기 외륜(16)의 단부 내주면과 상기 회전축(3a)의 중간부 외주면 사이의 소정 위치에 조립하도록 하고 있다. 상기 가압 지그(28)의 선단면(도 2의 좌측 단부면)에는, 외경측 단부에 상기 외륜(16)의 단부면에 접촉하기 위한 접촉면(29)을, 반경방향 중간부 외경측 부분에 상기 시일 링(13)의 측면 외경측 단부를 가압하기 위한 가압 원통부(30)를, 반경방향 중간부 내지 내경측 단부에 상기 슬링거(14)를 가압하기 위한 가압면(31)을, 각각 전체 원주에 걸쳐 설치하고 있다.
상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)를 상기 외륜(16)의 단부 내주면과 상기 회전축(3a)의 중간부 외주면 사이의 소정 위치에 조립하는 경우에는, 상기 시일 링 (13)과 상기 슬링거(14)를 도 2에 도시하는 상태로 사전 조립한다.
또한, 이러한 조립 작업은 이들 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)의 제조 공장에서 실행하고, 조립된 상태 그대로 워터 펌프의 제조 공장으로 반송한다. 따라서, 반송 작업 동안, 상기 시일 링(13)의 제 1, 제 2 시일 립(22, 23)은 포장재(packaging material) 이외에 상기 슬링거(14)에 의해도 보호된 상태가 되어, 이들 각 시일 립(22, 23)의 보호를 효과적으로 도모할 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 사전 조립된 상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)를 상기 가압 지그(28)에 의해 축방향으로 가압하여, 상기 소정 위치에 조립한다. 이 경우에, 상기 가압 원통부(30)의 선단연부(도 2의 좌측 단부 가장자리)를 상기 시일 링(13)의 측면 외경측 단부에 접촉시키는 동시에, 상기 가압면(31)을 상기 슬링거(14)의 한쪽면에 접촉시킨다. 이 상태에서, 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)이 적정값(H/10 ≤δ≤7H/10)으로 되도록, 상기 가압 원통부(30)의 선단연부와 상기 가압면(31)의 축방향에 대한 단차(L)를 규제하고 있다. 또한, 상기 압축량(δ)의 적정값으로의 규제는 최종적으로는 상기 접촉면(29)을 상기 외륜(16)의 축방향 단부면에 접촉시킴으로써 실행한다. 따라서, 상기 단차(L)는 탄성 부재(21)의 외경측 부분의 탄성 변형 정도를 고려하여 결정한다. 그리고, 상기 가압 지그(28)의 접촉면(29)이 외륜(16)의 축방향 단부면에 접촉할 때까지, 이 가압 지그(28)에 의해 상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)를 가압한다. 이러한 작업에 의해, 이 시일 링(13)의 외주연부를, 상기 외륜(16)의 단부 내주면에 형성한 고정 홈(19)에 밀어넣는 동시에, 상기 슬링거(14)를 상기 회전축(3a)의 소정 위치까지 밀어넣는다 (견고하게 끼워맞춘다). 이렇게 하여 상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)를 상기 소정 위치에 조립하면, 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)은 이 제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이(H)의 1/10 이상, 7/10 이하로 된다.
또한, 도 3에 도시한 제 2 예의 방법에서는, 선단면의 외주연부에 가압 원통부(30a)를 설치한 가압 지그(28a)를 사용한다. 이 가압 지그(28a)의 선단면에는, 반경방향 중간부에 슬링거(14)를 가압하기 위한 가압면(31a)을, 반경방향 내측 단부에 회전축(3a)의 중간부 외주면에 형성된 단차부(32)에 대해 접촉하기 위한 접촉면(29a)을 각각 형성하고 있다. 본 예의 경우에도, 상기 가압 원통부(30a)의 선단연부에 시일 링(13)의 한쪽면을, 상기 가압면(31a)에 슬링거(14)의 한쪽면을 접촉한 상태에서, 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)이 적정값(H/10 ≤δ≤7H/10)으로 되도록, 상기 가압 원통부(30a)의 선단연부와 상기 가압면(31a)의 축방향에 대한 단차(L)를 탄성 부재(21)의 외경측 부분의 탄성 변형 정도를 고려하면서 규제하고 있다. 이러한 가압 지그(28a)를 사용하는 본 예의 경우, 상기 접촉면(29a)이 상기 단차부(32)에 접촉할 때까지, 상기 가압 지그(28a)에 의해 상기 시일 링(13)과 상기 슬링거(14)를 가압한다. 이러한 작업에 의해, 이들 시일 링(13)과 슬링거(14)를 외륜(16)과 회전축(3a)의 소정 위치에 조립하여, 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)을 적정량[제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이(H)의 1/10 이상, 7/10 이하]으로 할 수 있다.
이와 같이, 어떤 방법의 경우에서도, 상기 시일 링(13)과 슬링거(14)를 사전 조립한 후에, 이들 시일 링(13)과 슬링거(14)를 상기 외륜(16)과 회전축(3a)의 소 정 위치에 조립한다. 이 때문에, 조립 이전에, 상기 시일 링(13)을 구성하는 제 1, 제 2 시일 립(22, 23)이 오손(汚損)되거나 손상되기 어렵게 할 수 있다. 동시에, 상기 가압 지그(28, 28a)의 접촉면(29, 29a)이 외륜(16) 또는 단차부(32)에 접촉하여, 이 가압 지그(28, 28a)가 더 이상 변위할 수 없게 된 상태에서, 제 2 시일 립(23)의 축방향 압축량은 이 제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이의 1/10 내지 7/10이 된다. 따라서, 상기 제 2 시일 립(23)을 적정량 탄성 변형시키는 작업을 공업적 방법에 의해 용이하게 실행할 수 있다.
상술한 바와 같은 조립 방법에 의해 조립되는 전술한 바와 같은 구조체를 갖는 워터 펌프용 시일 장치에 따르면, 워터 펌프의 회전축(3a)을 지지하는 구름 베어링 유닛(6a)내로의 수증기, 고온수 등의 이물질 진입 방지를 장기간에 걸쳐 효과적으로 도모할 수 있다.
우선, 이물질 진입 방지를 위한 밀봉성 향상을 도모할 수 있는 이유에 대하여 설명한다.
첫째로, 상기 제 2 시일 립(23)이 선단연부를 향해 반경방향 외측을 향하는 방향으로 경사져 있기 때문에, 우수한 이물질 진입 방지 효과를 얻을 수 있다. 즉, 상기 구름 베어링 유닛(6a)내로 유입되려고 하는 이물질은 상기 외경측 원통부(26)의 선단연부와 상기 시일 링(13)의 본체 부분 사이의 간극을 통해, 상기 제 2 시일 립(23)의 외경측에 존재하는 공간(27)내로 들어가서, 이 제 2 시일 립(23)의 외주면을 가압한다. 이 가압력은 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부를 상기 슬링거(14)의 외측면에 가압하는 방향으로 작용한다. 이 때문에, 이들 제 2 시일 링(23) 의 선단연부와 슬링거(14)의 외측면 사이 부분에 간극이 발생하기 어려워진다.
또한, 가령 이 사이 부분이 고온의 수증기와 동결 방지제나 방청제 등의 화학 물질이 농축된 상태로 포함되어 있는 냉각수에 노출되면(공격당하면), 이들 2종류의 물질(수증기 및 냉각수)의 상승 작용에 의해 상기 제 2 시일 립(23)이 팽윤하여 원주방향에 대해 파형으로 변형하고, 상기 제 2 시일 링(23)의 선단연부와 상기 슬링거(14)의 외측면의 미끄럼 접촉부의 여기저기에 간극이 생겨, 이물질이 상기 구름 베어링 유닛(6a)내로 들어가려고 하여도, 상기 회전축(3a)과 함께 회전하는 상기 슬링거(14)의 외측면에 접촉함으로써 상기 이물질에 가해지는 원심력에 의해, 이물질이 상기 간극으로부터 반경방향 외측으로 떨어진다. 상술한 바와 같이, 상기 슬링거(14)의 외주연부에 설치한 외경측 원통부(26)의 내경(R26)은 상기 제 2 시일 립(23)이 원호형 단면으로[컬(curl) 형상으로] 탄성 변형한 상태에서의 외경(D23)보다도 크고, 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부와 상기 외경측 원통부(26)의 내주면 사이에는, 상기 이물질을 배출하기 위한 충분한 간극이 존재하기 때문에, 이물질의 배출이 효율적으로 수행되어, 이러한 이물질의 상기 구름 베어링 유닛(6a)내로의 진입 방지는 효과적으로 도모된다.
두번째로, 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)을 이 제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이(H)의 1/10 이상(δ≥H/10) 확보하고 있기 때문에, 이 제 2 시일 립(23)의 탄성 변형에 기인하여 발생하는, 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부와 상기 슬링거(14)의 외측면의 미끄럼 접촉부의 접촉 압력을 확보할 수 있다. 이 때 문에, 이 미끄럼 접촉부에 간극이 생기기 어려워, 상기 밀봉성 향상을 도모할 수 있다. 또한, 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)을 이 제 2 시일 립(23)의 자유 상태의 높이(H)의 2/10 이상(δ≥2H/10) 확보하면, 상기 밀봉성 향상 효과를 보다 충분히 얻을 수 있다.
다음에, 상기 진입 방지 작용을 장기간에 걸쳐 확보하기 위해, 내구성 향상을 도모할 수 있는 이유에 대하여 설명한다.
첫째로, 상기 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)을 이 제 2 시일 립(23)의 자유 상태에서의 높이(H)의 7/10 이하(δ≤7H/10)로 억제하고 있기 때문에, 이 제 2 시일 립(23)의 탄성 변형에 기인하여, 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부와 상기 슬링거(14)의 외측면의 미끄럼 접촉부의 접촉 압력이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 이 미끄럼 접촉부에서의 마찰을 억제하여, 상기 제 2 시일 립(23)의 선단연부의 마모를 억제할 수 있다.
둘째로, 상기 제 2 시일 립의 선단연부가 미끄럼 접촉하는 상기 슬링거(14)의 외측면의 거칠기를 산술 평균 거칠기(Ra)에서 0.2㎛∼2.0㎛, 또는 최대 높이(Ry)에서 0.8㎛∼8.0㎛로 규제되어 있기 때문에[산술 평균 거칠기(Ra)와 최대 높이(Ry)중 적어도 한쪽의 값을 상기 범위내에 유지함으로써, 거칠기가 낮은 평활면으로 하고 있기 때문에], 상기 선단연부가 상기 외측면에 강제적으로 마찰되지 않아, 또한 이 선단연부의 마모를 억제할 수 있다. 또한, 이 외측면의 거칠기가 산술 평균 거칠기(Ra)에서 2.0㎛, 또는 최대 높이(Ry)에서 8.0㎛를 각각 초과할 경우에는, 상기 선단연부의 마모가 현저해져, 충분한 내구성 확보가 어렵게 된다. 이에 대 해, 상기 외측면의 거칠기가 산술 평균 거칠기(Ra)에서 0.2㎛ 미만, 또는 최대 높이(Ry)에서 0.8㎛ 미만일 경우에는, 가공 비용이 현저하게 높아지는 것에 반해, 그 이상의 내구성 향상 효과를 기대할 수 없다.
상기 슬링거(14)의 외측면의 거칠기를 상술한 바와 같이 규제한 것 이외에, 이 슬링거(14)는 상술한 바와 같이 적어도 상기 제 2 시일 립(23)의 선단연부가 미끄럼 접촉하는 부분의 표면이 부식되지 않는 성상으로 된 금속판에 의해 제조되어 있다. 이 때문에, 상기 외측면의 거칠기가 부식에 의해 악화하지 않고, 상기 마모 방지의 기능은 장기간에 걸쳐서 유지된다.
이들에 의해, 상기 제 2 시일 립(23)의 선단연부의 마모를 억제할 수 있다. 이 때문에, 장기간에 걸쳐 사용하더라도, 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부와 상기 슬링거(14)의 외측면의 미끄럼 접촉부의 접촉 상태를 적정하게 하여, 이 미끄럼 접촉부의 밀봉성 확보를 도모할 수 있다. 또한, 상기 산술 평균 거칠기(Ra)의 값과 최대 높이(Ry)의 값은 적어도 한쪽의 값을 상기 범위내에 유지할 필요가 있지만, 양쪽의 값을 모두 상기 범위내에 유지하면, 보다 우수한 내구성 향상 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 도 4는 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 시일 구조체의 제 2 예를 도시하고 있다. 상술한 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 구조체의 제 1 예의 시일 링(13)이 회전축(3a)의 외주면에 미끄럼 접촉시키는 제 1 시일 립(22)을 1개만 설치하고 있는 것에 대해, 이들 제 2 예의 시일 링(13a)의 경우에는 서로 반대방향으로 경사진 2개의 제 1 시일 립(22, 22a)을 설치하고 있다. 내경측을 향해 반경방향 외측을 향하는 방향으로 경사진 제 1 시일 립(22a)은 구름 베어링 유닛내에 봉입한 그리스의 누설 방지에 대하여 우수한 작용 및 효과를 나타낸다. 이러한 제 2 예의 구조체의 조립 방법은 도 1에 도시한 제 1 예의 경우와 마찬가지로 상술한 도 1 또는 도 2에 도시된 것과 같이 실행한다.
다음에, 도 5는 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 구조체의 제 3 예로서, 시일 링(13)과 슬링거(14a)의 다른 형상을 도시하고 있다. 이 도 5에 도시한 구조체의 경우에는 이 슬링거(14a)로서, 내경측 원통부(25a)와 외경측 원통부(26)가 원형 링부(24)에 대해 동일한 방향으로 절곡된 것을 사용하고 있다. 그리고, 상기 시일 링(13)을 구성하는 제 1 시일 립(22)의 내주연부를 상기 내경측 원통부(25a)의 외주면에 미끄럼 접촉시키고 있다. 또한, 이러한 구조의 경우에도, 본 발명의 조립 방법의 대상이 되는 구조의 제 4 예를 도시한 도 6과 마찬가지로, 시일 링의 내주연부에 2개의 제 1 시일 립(22, 22a)을 설치할 수도 있다.
이러한 구조를 갖는 슬링거(14a)와 시일 링(13)은 이들 슬링거(14a)와 시일 링(13)의 제조 공장에서 도 5에 도시한 상태로 조립한다. 따라서, 본 예의 경우에는, 조립 이전의 상태에서, 제 1, 제 2 양쪽 시일 립(22, 23)이 상기 슬링거(14a)에 의해 덮여서, 이들 양쪽 시일 립(22, 23)의 오손이나 손상을 효과적으로 방지할 수 있다. 그리고, 외륜(16)의 단부 내주면과 회전축(3a)의 중간부 외주면 사이에 조립할 경우에는, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 상기 내경측 원통부(25a)를 상기 제 1 시일 립(22)의 내경측에 삽입한 상태 그대로, 가압 지그(28, 28a)에 의해 상기 슬링거(14a)를 가압한다. 이 가압 지그(28, 28a)의 가압 원통부(30, 30a) 의 선단연부와 가압면(31, 31a)의 축방향의 단차(L)를 탄성 부재(21)의 외경측 부분의 탄성 변형량을 고려하면서 규제함으로써, 제 2 시일 립(23)의 압축량(δ)을 규제하는 것은 전술한 도 2 및 도 3에 기재한 조립 방법의 경우와 동일하다.
또한, 본 발명을 실시하는 경우에, 상기 제 2 시일 립(23)의 경도[쇼어 경도]를 Hs50 내지 Hs90의 범위로 규제하는 것이 바람직하다. 이 이유는, 시일 링(13, 13a)의 양품률을 확보하면서 상기 제 2 시일 립(23)의 강성을 적정하게 하고, 이 제 2 시일 립(23)의 선단연부와 슬링거(14, 14a)의 원형 링부(24)의 외측면의 미끄럼 접촉부의 접촉면 압력을 적정하게 하기 위해서이다. 상기 제 2 시일 립(23)의 경도가 너무 낮으면(Hs50 미만임), 이 제 2 시일 립(23)의 강성이 너무 낮아서, 상기 미끄럼 접촉부의 접촉면 압력이 부족하여, 밀봉성 확보가 어렵게 된다.
이에 대해, 상기 제 2 시일 립(23)의 경도가 지나치게 높으면(Hs90을 초과함), 이 제 2 시일 립(23)의 강성이 지나치게 높아서, 이 제 2 시일 립(23)을 포함하는 탄성 부재(21)의 성형시에, 이 제 2 시일 립(23)을 성형 금형으로부터 취출하기 어려워진다. 이 결과, 이 제 2 시일 립(23)이 쉽게 찢어지는 등, 시일 링(13, 13a)의 양품률이 악화한다. 이에 대해, 상기 제 2 시일 립(23)의 경도를 Hs50 내지 Hs90의 범위로 규제하면, 시일 링(13, 13a)의 양품률을 확보하면서, 필요로 하는 밀봉 성능을 확보할 수 있다. 또한, 제 1 시일 립(22, 22a)에 대해서도, 동일한 이유로 Hs50 내지 Hs90의 범위로 규제하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명을 실시할 경우에, 상기 시일 링(13, 13a)과 슬링거(14, 14a)를 사전 조립한 후(또는 조립할 때)에, 도 9a 내지 도 9d에 도시하는 바와 같이, 상기 시일 링(13, 13a)의 일부에 그리스(33)를 도포하는 것이 바람직하다. 그 후, 조립된 상태의 시일 링(13, 13a)과 슬링거(14, 14a)를 상기 외륜(16) 또는 하우징(1)의 내주면과 회전축(3a)의 외주면 사이에 조립한다. 그리스(33)를 도포하는 위치는, 도 9a 내지 도 9d에 도시한 바와 같이, 제 1, 제 2 시일 립(22, 22a, 23)의 선단부 근방, 즉 이들 각 시일 립(22, 22a, 23)의 선단연부와 상대면의 미끄럼 접촉부 근방으로 한다. 이와 같이, 상기 양쪽 원주면끼리의 사이에서의 조립 이전에 그리스(33)의 도포 작업을 실행하면, 이 도포 작업이 용이하고, 더구나 필요 개소에 확실하게 그리스를 도포할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같이 구성되어 작용하므로, 비용이 높아지거나, 혹은 대형화하는 일이 없는 구조체를 공업적 방법에 의해 저비용으로 조립할 수 있고, 워터 펌프의 내구성 향상을 도모할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 내주면에 외륜 궤도를 갖는 외륜과, 외주면에 내륜 궤도를 갖는 워터 펌프를 구성하는 회전축과, 이들 외륜 궤도와 내륜 궤도 사이에 회전가능하게 설치된 다수개의 회전체와, 외주연부를 상기 외륜의 단부 내주면에 고정한 시일 링과, 상기 회전축에 끼워맞춘 슬링거를 구비하는 워터 펌프용 회전 지지 장치의 조립 방법에 있어서,
    상기 시일 링은 상기 회전축 또는 상기 슬링거의 외주면에 미끄럼 접촉하는 제 1 시일 립과, 상기 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 제 2 시일 립을 구비하며, 워터 펌프용 회전 지지 장치를 조립할 때에, 시일 링과 슬링거를 외륜의 내주면과 회전축의 외주면 사이에 조립하기 전에 사전 조립하고, 조립한 상태 그대로 이들 양쪽 원주면끼리의 사이에 조립하며, 슬링거를 회전축에 끼워맞출 때에, 축방향으로 변위하고 또한 시일 링의 측면에 접촉하는 선단연부와 슬링거의 측면에 접촉하는 면 사이의 축방향의 높이차(L)가 관리된 가압 지그에 의해, 상기 슬링거의 측면을 상기 가압 지그의 일부가 외륜의 일부 또는 상기 회전축의 중간부 외주면에 형성된 단차부에 접촉할 때까지 가압하는
    워터 펌프용 회전 지지 장치의 조립 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 하우징과, 상기 하우징의 내주면에 직접 또는 별개의 외륜을 거쳐서 설치된 외륜 궤도와, 외주면에 내륜 궤도를 갖는 회전축과, 이들 외륜 궤도와 내륜 궤도 사이에 회전가능하게 설치된 다수개의 회전체와, 외주연부를 상기 외륜의 단부 내주면에 고정한 시일 링과, 상기 회전축에 끼워맞춘 슬링거와, 상기 회전축의 외측 단부에 고정한 풀리와, 상기 회전축의 내측 단부에 고정한 임펠러와, 축방향에 대해서 상기 임펠러와 상기 슬링거 사이 부분에서, 상기 하우징의 내주면과 상기 회전축의 외주면 사이에 설치된 메커니컬 시일과, 축방향에 대해서 상기 메커니컬 시일과 상기 시일 링 사이에 형성된 공간을 구비하는 워터 펌프의 조립 방법에 있어서,
    상기 시일 링은 상기 회전축 또는 상기 슬링거의 외주면에 미끄럼 접촉하는 제 1 시일 립과, 상기 슬링거의 한쪽 측면에 미끄럼 접촉하는 제 2 시일 립을 구비하며, 워터 펌프를 조립할 때에, 시일 링과 슬링거를 하우징 또는 외륜의 내주면과 회전축의 외주면 사이에 조립하기 전에 사전 조립하고, 조립한 상태 그대로 이들 양쪽 원주면끼리의 사이에 조립하며, 슬링거를 회전축에 끼워맞출 때에, 축방향으로 변위하고 또한 시일 링의 측면에 접촉하는 선단연부와 슬링거의 측면에 접촉하는 면 사이의 축방향의 높이차(L)가 관리된 가압 지그에 의해, 상기 슬링거의 측면을 상기 가압 지그의 일부가 외륜의 일부 또는 상기 회전축의 중간부 외주면에 형성된 단차부에 접촉할 때까지 가압하는
    워터 펌프의 조립 방법.
  8. 삭제
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