KR20100024938A - 전동식 코일을 갖는 나사형 권선 장치 - Google Patents

전동식 코일을 갖는 나사형 권선 장치 Download PDF

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KR20100024938A
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Abstract

베이스 구조(2) 상에서 회전하도록 조립되는 적어도 하나의 디스크(51-52, 101-103), 디스크(51-52)의 회전을 구동하기에 적합한 모터(9), 상기 디스크(51-52, 101-103)와 일체인 지지구들(4) 상에서 회전하도록 조립된 복수 개의 코일(3), 및 관형 제품(20)이 권선되는 동안 와이어(8)의 일정한 장력을 유지하기에 적합한 인장 수단(18, 30-31, 40-42)을 포함하는, 바람직하게는 인장된 와이어(8)를 갖는 관형 제품(20)을 권선하기 위한 장치가 설명된다. 상기 장치는 와이어(8)를 공급하기에 적합한 각 코일(3)과 결합되는 복수 개의 구동 모터(5), 및 모터(5)에 의해 구동되는 코일들(3)로부터 와이어(8)의 풀림 속도를 제어하기에 적합한 작동 수단(70) 및 전위차계(19)를 더 포함한다.
나사형 권선 장치(spiral winding machine), 와이어(wire), 코일(coil), 장력(tension), 전위차계(potentiometer)

Description

전동식 코일을 갖는 나사형 권선 장치{SPIRAL WINDING MACHINE WITH MOTORIZED COILS}
본 발명은 전동식 코일을 갖는 나사형 권선 장치에 관한 것이다.
나사형 권선 장치는 일반적으로 튜브 자체의 압력에 대한 저항의 특징들을 크게 증가시키기 위해서, 스틸, 직물, 또는 합성 재료로 이루어진 와이어를 직경 또는 이용 작업 압력을 기초로 하여 결정되는 가변되는 양으로 고무, 열가소성, 또는 PTFE 튜브에 권선하기 위해 사용된다.
이러한 종류의 권선 장치들은 또한 전자기적 장애로부터 케이블을 보호하며 마모 저항을 증가시키기 위해서, 전기 케이블 또는 데이터 전송의 은폐 및 보호를 위해 사용된다.
나사형 권선 장치들은 일반적으로 디스크 자체의 회전을 위한 모터가 조립되는 메탈 구조에 의해 사용 및 지지되는 코일의 개수 및 크기를 기초로 하여 단일 또는 두 개일 수 있는 스틸 또는 알루미늄 디스크에 의해 형성된다.
제품의 피복을 위해 사용되는 와이어를 포함하는 코일이 위치하는 지지구들은 디스크들 상에 다른 수준의 원형으로 조립된다.
나선형 회전을 위해 사용되는 플랜지가 형성되거나 형성되지 아니한 코일들 은 와이어가 금속, 직물, 또는 합성 재료로 이루어지든 아니든 와이어 제작자에 의해 직접 제공되거나, 또는 제조업자에 의해 제공되는 코일들로부터 와이어를 풀어서 원래의 코일들과는 다른 특징들을 갖는 코일들에 그 와이어 또는 복수 개의 와이어들을 재권선하기 위한 재권선 작업 이후에 얻어질 수 있다. 재권선은 권선 장치의 코일들이 원래의 코일들보다 더 크거나 더 작은 경우, 그들을 나선형 권선 장치 자체 또는 피복 제품의 기술적 특징들에 더 적합하게 하기 위해서 필요하다. 더욱이, 권선 장치의 코일이 다른 특징들을 갖거나 또는 와이어가 추가적인 작업들을 필요로 하더라도, 그 크기가 동일할 수 있어서, 재권선이 필요하다.
피복 제품 상의 와이어들의 평행한 퇴적을 획득하는 것이 주된 특전들 중 하나이기 때문에, 와이어의 장력은 모든 와이어들이 동일한 장력을 갖도록, 인가된 제동력을 가능한 한 균일하며 일정하게 유지하기 위해서, 다소 정교한 장력 제어 시스템들이 결합되는 기계적, 자기적, 전자기적, 전기적, 또는 공압적(pneumatic) 브레이크들 중 어느 하나에 의해, 병진 운동시에 권선하기 위한 튜브에 의해서 그의 와이어가 인출되는 코일에 제동력을 인가함으로써 일반적으로 얻어진다.
피복 제품들은 일반적으로 경화되지 아니한 고무, 열가소성, 또는 PTFE 튜브, 즉, 압축에 대하여 낮은 저항을 나타내는 물질들로 구성되기 때문에, 와이어들이 인가되는 장력들은 와이어들 자체의 굽힘 저항(bending resistance)에 적절하도록 가능한 한 작아야만 한다.
그러므로, 고생산 기준을 획득하기 위한 나사형 권선 장치들의 주된 특전은 디스크의 회전 속도 뿐만 아니라 디스크 상에서의 위치(디스크의 회전축에 대한 근 접성이 서로 다른 관성을 결정한다)에 상관없이, 충전된 코일로부터 빈 코일까지 상대적으로 낮으며 일정한 와이어의 적용 장력을 유지하면서도, 가능한 최고일 필요가 있는 코일의 함유 용량과 함께 가능한 최고 회전 속도를 갖는 권선 장치의 회전 능력이다.
종래의 제동 시스템들을 이용하여 디스크들이 회전되는 동안 코일에 가해지는 원심력에 따라 와이어에 상당한 장력 변화를 받기 쉬운 현재 시장에서 이용 가능한 권선 장치들은 권선 장치 자체의 최대 이용 한계를 자동적으로 내포하여, 사용되는 코일들의 크기나 디스크들의 회전 속도 중 어느 하나를 제한하여, 이 두 경우 모두 권선 장치의 처리량에 영향을 미치거나, 상당히 감소된 코일 변화 횟수들을 필요로 하거나, 또는 회전 속도를 제한한다.
그러므로, 현재 기술 수준은 100 내지 160 유닛의 코일들 전체에 대하여 무게가 7~8kg인 단일 와이어 코일들로의 60~70 회전 또는 24 내지 32 유닛의 코일들 전체에 대하여 무게가 20~30kg인 다수의 와이어 코일들(3~6)로의 80~90 회전과 같은 평균 회전 속도를 달성할 수 있다.
본 발명의 일 목적은 생산의 질과 양을 증가시키며, 와이어의 낮으며 일정한 장력을 유지하면서도 높은 회전 속도를 갖는 나선형 권선 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 회전 속도에서도 와이어의 낮으며 일정한 장력을 유지하기에 적합한 와이어의 장력의 제어 공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 상기 목적들은 베이스 구조 상에서 회전하도록 조립되는 적어도 하나의 디스크, 디스크의 회전을 구동하기에 적합한 모터, 상기 디스크와 일체로 지지구들 상에서 회전하도록 조립된 복수 개의 코일, 및 관형 제품이 권선되는 동안 와이어의 일정한 장력을 유지하기에 적합한 인장 수단을 포함하는 바람직하게는 인장된 와이어를 갖는 관형 제품을 권선하기 위한 장치에 있어서, 와이어를 공급하기에 적합한 각 코일과 결합되는 복수 개의 구동 모터를 더 포함하는 장치에 의해 달성된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 나선형 권선 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 권선 장치의 측단면도이다.
도 3은 지지구 및 모터들을 각각 구비한 한 쌍의 코일의 확대 상면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV 선을 따라 자른 단면도이다.
도 5는 도 3의 코일의 우측면도이다.
도 6은 도 3의 코일의 좌측면도이다.
도 7은 와이어에 대한 인장 시스템의 도식이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나선형 권선 장치의 측단면도이다.
도 9는 도 8의 권선 장치의 좌측면도이다.
도 10은 도 8의 권선 장치의 우측면도이다.
도 11은 도 8의 권선 장치의 상면도이다.
본 발명의 이러한 특징들 그리고 다른 특징들은 첨부 도면에서 비제한적으로 도시되는 바와 같은 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 나선형 권선 장치는 금속 구조(2) 상에서 수평 회전축을 가지고 회전하도록 조립되는 한 쌍의 마주보는 체결 디스크(51-52; 도 2), 및 지지구(4; 도 3) 상에서 두 개씩 회전하도록 조립되는 복수 개의 코일(3)을 포함한다.
각 코일(3)은 전용 모터(5)에 의해 구동되며, 각 지지구(4)는 두 개의 코일 및 두 개의 모터(5)를 지지한다.
각 지지구(4)는 인출 유닛(도시되지 아니함)에 의해 구동되는 병진 튜브(20)에 권선되는 와이어(8; 또는 와이어 스트립)을 위한 한 쌍의 가이드 롤러(7)를 포함한다.
와이어(8) 또는 와이어 스트립은 피복 튜브(2)에 의존하는 가변 크기를 갖는다.
모터(9)는 디스크(52-52)의 회전을 구동한다.
잠금 피스톤(13)을 포함하는 공압 잠금 장치(12)를 갖는 조립 지점(10) 및 심압대(tailstock; 11)가 각 코일(3)에 대해 구비된다.
본 발명에 따른 권선 장치는 공압 실린터(16)의 피스톤에 연결되는 커서(15)를 축으로 선회하는 병진 풀리(14) 및 가이드 풀리(17)를 포함하는 복수 개의 메인 인장 어셈블리(30; 디스크(51)의 코일(3)에 대한) 및 전달 인장 어셈블리(31; 디스크(52)의 코일(3)에 대한)를 더 포함한다. 상기 풀리(14, 17)는 디스크 (51-52)에 자체로 회전한다(도 7 참조).
본 발명에 따른 나선형 권선 장치는 공압 압축기(50)에 의해 공급되는 공압 탱크(18; 도 7에 도식적으로 도시된), 비례 밸브(40), 비례 밸브(40) 상에서 작동함으로써 공기압을 설정하는 외부 전위차계(41), 및 커서(15)에 체결되는 실린더(16)로부터의 공기를 운반 및 수납하는 공기 챔버 및 탱크(42)를 더 포함한다. 전위차계(19)는 모터(5)의 회전 속도 및 이에 따른 코일(3)의 회전을 드라이버(70)에 의해 제어하여, 와이어(8)의 일정한 장력을 유지하도록 작용한다.
작동이 관여하는 한, 튜브(20)의 병진 속도(생산성) 및 와이어(8)의 필요 장력을 기초로 다음의 작업 파라미터가 처음에 설정된다:
- 디스크(51-52)의 회전 속도; 및
- 실린더(16) 내부의 압력.
와이어(8)에 연결된 튜브(20)의 전진 운동은 피스톤 내부의 공기를 압축함으로써 그의 풀림 장력을 결정하는 풀리(14)에 의해 눌리는 커서(15)의 압축을 결정하게 되며, 이에 반하여 드라이버(70)에 의해 커서(15)의 위치를 검출함으로써 전위차계(19)는 모터 및 그에 체결된 코일의 회전 속도 및 그에 다른 와이어(8)의 풀림 속도를 제어한다.
본 발명은 제동 시스템을 가지고 코일(3) 상에서 작동하는 대신에, 각 코일(3)에 대한 모터(5)를 사용하여 전자 모터(5)에 의해 발생되는 추력을 가지고 와이어(8)를 포함하는 코일을 회전시킴으로써, 와이어 또는 와이어들의 장력에 직접 영향을 주며 회전 속도의 기능으로서(그러므로, 원심력의 기능으로서) 기하급수적 으로 증가하는 모든 기계적인 저항들이 제거된다는 사실에 근거를 둔다. 이러한 기계적인 저항들을 하적 시의 코일의 무게 및 이의 변화량과 베어링 및 코일의 회전을 제어하기에 적합한 모든 기계적 장치들의 구름(rolling)에 대한 저항을 주로 포함한다.
그러므로, 이러한 요소들은 코일에 권선되는 와이어를 당김으로써 코일을 회전시키기 위해 필요한 토크와 직접 관련이 있기 때문에, 와이어 상의 최소 장력을 결정한다.
제품의 피복을 위해 필요한 개수의 코일이 설치되도록 코일이 디스크(51-52)와 주위에 원형으로 배열되며 서로 다른 직경을 갖는 원형 상에 배열되는 바, 이러한 힘은 디스크(51-52; 도 1) 상에서의 코일의 위치에 의거하여 서로 다른 입사각을 갖기 때문에 이는 더 큰 관련이 있다.
그러므로, 디스크(51-52)의 중심에 가장 가까운 코일들(3)은 디스크의 외측의 코일들보다 훨씬 낮은 원심력에 영향을 받아, 권선 장치의 중심으로부터 가장 가깝거나 가장 먼 코일들에 권선된 와이어들 사이에 있어서의 장력 불균형을 결정한다.
코일의 무게, 지지 디스크 상의 그 위치, 및 디스크의 회전 속도와 관계없이 와이어가 제공되며 그 속도가 늦추어지지 않는 바, 코일(3)의 회전을 동력화하여 이러한 힘이 와이어의 장력의 제어에 가해지는 영향력을 제거함으로써, 낮은 풀림 장력(거의 제로에 가까운)이 획득될 수 있다.
그러므로, 상기한 바와 같이, 와이어 또는 와이어들 상의 장력의 제어는 인 장 어셈블리(30-31)에 의해서 이루어진다. 각 공압 실린터(16)는 탱크(42) 및 비례 밸브(40)에 의해 도입되는 공기의 압력을 기초로 하여 견인에 대한 그의 저항이 변화하여, 와이어 또는 와이어들에 가해지는 장력을 결정한다.
각 인장 어셈블리(30-31) 상에 놓인 전위차계(19)는 디스크(1)의 회전 속도 및 튜브(20)의 전진 운동의 속도에 기초하여 실린더(16)의 피스톤에 연결되는 커서(15)의 위치를 검출하며 코일에 권선되는 와이어의 길이와 관계없이 일정하게 유지되는 코일(3)의 회전 속도를 결정하여, 와이어의 선형 풀림 속도를 결정한다.
그러므로, 본 시스템은 전위차계(41)에 의해 제어되는 비례 밸브(40)에 의해서 실린더(16) 내부로 도입되는 공기의 압력을 간단하게 조절함으로써, 소량의 그램, 바람직하게는 100-200 그램 정도의 와이어들 상의 장력을 더 큰 와이어의 경우 몇몇 킬로그램, 바람직하게는 10-15 킬로그램에 달하는 높은 장력까지 획득할 수 있다.
그러므로, 다양한 요소들의 집적은 설정된 장력이 빈 코일로부터 충전된 코일까지 일정한 값을 유지하도록 한다.
이러한 조절은 작동 단계 전에 그리고 작동 단계 중에, 즉, 권선 장치가 멈출 경우 그리고 회전하고 있는 경우, 외부 제어에 의해서 일어날 수 있다.
탱크(42; 도 7에 도식적으로 도시됨)는 코일(3)을 지지하는 디스크(51-52) 상에 위치하며 챔버에 대한 피스톤(그에 따른 커서(15))의 위치에 따라서 공기를 빨아들이거나 제공하여, 챔버에 대한 피스톤의 위치에 상관없이 다양한 실린더들 중에 공압 실린더(16) 내부에 동일한 공기 압력을 유지시켜서, 커서(15)의 위치에 관계없이 디스크 상에 설치된 다양한 코일들(3)로부터의 와이어(8)의 장력을 균일하게 한다.
본 발명의 특징은 상당한 크기를 갖는 코일(3) 및 그에 따른 튜브(2)의 더욱 긴 길이를 이용할 수 있다는 것 뿐만 아니라, 코일(3)의 무게의 와이어(8)의 장력에 대한 영향을 제거하며 그에 따라 권선 장치 자체의 조절 횟수를 상당히 감소시킬 뿐 아니라 처리량을 상당히 증가시킴으로써 상승된 회전 속도를 이용할 수 있다는 것이다. 이는 상기 권선 장치의 회전 속도가 와이어(8) 상의 장력 파라미터들의 변경 없이 작동 시 및 준비 시에 변화될 수 있으며, 와이어(8)의 장력이 와이어 또는 와이어들(8)의 풀림 속도로의 영향 없이 권선 장치가 멈출 때 그리고 회전하는 동안 모두 변경될 수 있기 때문이다.
이 시스템은 단일 와이어(코일당 하나의 와이어)를 갖는 나선형으로 회전하는 라인 및 다수 개의 와이어(각 코일당 다수 개의 와이어, 통상 6 내지 6 단위)를 갖는 나선형으로 회전하는 라인 모두에 적용될 수 있다.
그러므로, 금속 구조(2)는 디스크들을 회전하기에 적합한 구동 모터가 조립되는 전기 용접된 스틸 헤드로 이루어지며, 디스크의 회전은 치형 동력 벨트(toothed drive belt) 및 기어 캐스케이드(cascade of gears) 중 어느 하나에 의해 이루어진다.
그러므로, 각 디스크 상에 위치하는 코일을 디스플레이하는 멀티 와이어 코일들(24, 32)을 구비하는 나선형 권선 장치의 경우, 두 개의 마주보며 반대로 회전하는 디스크들이 이러한 구조(2) 상에 설치되며, 본 실시예에서 설명되는 바와 같 은 단일의 와이어의 경우, 동일한 방향으로 회전하는 두 개의 체결된 디스크들이 구조(2) 상에 설치될 수 있다.
이러한 경우, 코일들은 전방 디스크(51) 및 후방 디스크(52) 둘 모두에 조립되며, 후방 디스크(52)의 와이어들(8)은 구동되어 전방 디스크(51)로부터 인출되는 와이어들과 함께, 와어어들을 튜브 상에 퇴적시키기에 적합한 와이어 구동 부시들이 위치하는 권선 장치의 전방부에 그룹을 지어 배열된다. 권선 장치는 조립 개념에 기초하여 특정한 시장 조건들에 따라 쉽게 구성될 수 있기 때문에, 단일의 와이어 코일들이 사용될 때, 가장 일반적으로 사용되는 구성은 103-106-120-144-160 와이어들이지만, 이에 한정되지는 아니한다.
254mm의 플랜지 직경과 28kg에 해당하는 그 내부에 포함된 와이어의 총 무게를 갖는 일반적으로 채택되며 널리 보급된 BP60-타입의 코일을 사용하는 견본에서 시행된 검사에 의해 수집된 데이터에 의하면, 0.6mm의 직경을 갖는 고저항의 스틸 와이어를 사용함으로써, 회전 속도의 값 및 장력의 제어의 값 모두가 상당히 증가하는 본 발명의 효율이 증명되었다.
일 예로서, 본 시스템은 고저항 단일 스틸 와이어로 권선되는 총 160개의 BP60-타입의 코일을 구비하는 더블 디스크들로는 분당 110번 회전하는 회전 속도를 달성할 수 있으며, 고저항 단일 스틸 와이어로 권선되는 총 103개의 BP60-타입의 코일을 구비하는 더블 디스크들로는 분당 140번 회전하는 회전 속도를 달성할 수 있다고 한다.
그러므로, 상기 특징들은 특히, 고압 또는 극고압 고무, 열가소성, 또는 PTFE 튜브, 예를 들면, 현재 시장에 나와 있는 기술을 참조로 하는 다음의 EN 856 4SP - EN 856 4SH - EN 856 R12 - R13 - R15 -SAE 100R9 - R10-R12 -R13 표준의 제조에 있어서 상당한 제조 이점들을 허용한다.
도 8 내지 도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 나선형 권선 장치를 도시한다.
상술한 실시예와 비교하면, 각 모터들(5)과 함께 코일들(3)이 튜브(20)의 운동의 병진 방향과 평행한 수평의 열을 따라 배열된다,
도 8의 권선 장치는 실제적으로 전방 디스크(101), 후방 디스크(102), 및 세 개의 중간 디스크들(103)을 포함한다. 상기 디스크들은 각 모터들(5)을 갖는 여덟 개의 코일들(3)을 지지하는 수평 지지구들(4)의 회전을 구동한다.
도 9는 본 권선 장치가 디스크들(101-103)의 외부를 향하여 일정한 각거리로 배열되는 여덟 개의 코일(3) 및 모터(5)의 열두 개의 열을 포함하는 것을 도시한다.
본 권선 장치의 동작은 상술한 실시예에서 설명된 것과 유사하다.
유일한 차이점은 메인 인장 어셈블리들(30)만이 존재한다는 것이다. 와이어에 대하여 결과적으로 더 큰 작동의 용이함을 갖는 전달 인장 어셈블리(31)가 존재하지 아니한다. 와이어(8)의 경로는 더욱 단순하다.
이러한 두 번째 배열은 더욱 작은 디스크들의 사용을 허용하여, 관련된 관성의 감소를 허용한다.
더 많은 개수의 코일들(3)을 필요로 하는 권선 장치의 경우, 각 지지구(4)에 대한 코일들(3) 및 모터들(5)의 개수가 증가되거나, 주변 지지구들(4)의 개수가 증가될 수 있어서, 디스크들(101-103)의 직경을 증가시키게 된다.

Claims (9)

  1. 베이스 구조(2) 상에서 회전하도록 조립되는 적어도 하나의 디스크(51-52, 101-103);
    디스크(51-52)의 회전을 구동하기에 적합한 모터(9);
    상기 디스크(51-52, 101-103)와 일체인 지지구들(4) 상에서 회전하도록 조립된 복수 개의 코일(3); 및
    관형 제품(20)이 권선되는 동안 와이어(8)의 일정한 장력을 유지하기에 적합한 인장 수단(18, 30-31, 40-42)을 포함하는 바람직하게는 인장된 와이어(8)를 갖는 관형 제품(20)을 권선하기 위한 장치에 있어서,
    와이어(8)를 공급하기에 적합한 각 코일(3)과 결합되는 복수 개의 구동 모터(5); 및
    모터(5)에 의해 구동되는 코일들(3)로부터 와이어(8)의 풀림 속도를 제어하기에 적합한 작동 수단(70) 및 전위차계(19)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 공압 압축기(50)에 의해 공급되는 공압 탱크(18), 비례 밸브(40), 비례 밸브(40) 상에서 작동함으로써 풀리(14)가 이를 축으로 선회하는 커서(15)에 체결되는 공압 실린더(16) 내부의 공기 압력을 설정하는 외부 전위차계(41), 공압 실린더(16)로부터 공기를 운반 및 수납하는 탱크 역할을 하는 공기 튜브(42), 및 작동 수단(70)에 의해서 모터(50)의 회전 속도 및 그에 따른 코일의 회전을 제어하여 와이어(8)의 일정한 장력을 유지하도록 구비되는 전위차계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 디스크(101-103)의 중심으로부터 일정한 거리그리고 상호 일정한 각거리로 두 개 또는 그 이상의 별개의 디스크들(101-103)의 주변에 실장되는 복수 개의 코일(3) 및 각각의 모터(5)들이 조립되는 복수 개의 수평 지지구(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 여덟 개의 코일(8) 및 여덟 개의 모터(5)에 대해서 열두 개의 지지구(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 실질적으로 디스크(51, 52)의 전면을 피복하도록 단일 디스크(51, 52) 상에 조립되는 두 개의 코일(3) 및 두 개의 모터(5)가 조립되는 복수 개의 수평 지지구(4)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 동일한 방향으로 회전하는 한 쌍의 마주보는 체결 디스크들(51-52)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 마주보는 디스크들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수 개의 메인 및 전달 인장 어셈블리(30, 31)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 코일(3)의 회전축이 디스크(51-52, 101-103)의 축에 수직하는 것을 특징으로 하는 장치.
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