JP2005214014A - 連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプ - Google Patents
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Abstract
【課題】 連動シャフトによって左右一対のベローズを連動させる構成の2連往復動ベローズポンプにおいて、連動シャフトが軸受との摺動によって発生する摩耗粉や摩耗クズをポンプ室内のポンプ給送流体に混入させることがなく、ポンプ構成部材として合成樹脂の採用を容易にし、機能上ならびにコスト上でも優れ、小型化設計も容易なポンプを提供すること。
【解決手段】 左右一対のベローズ5の端板6に連結した連動シャフト10を作動エアー室8に配置し、この連動シャフト10をポンプヘッド2に設けた貫通孔11に移動可能に挿通させる。連動シャフト10と貫通孔11との間は、弾性シール部材16によってシールして左右の作動エアー室8を隔離する。連動シャフト10に対して特別の軸受を必要としない。弾性シール部材16として、リップシールを採用するのが望ましい。
【選択図】 図1
【解決手段】 左右一対のベローズ5の端板6に連結した連動シャフト10を作動エアー室8に配置し、この連動シャフト10をポンプヘッド2に設けた貫通孔11に移動可能に挿通させる。連動シャフト10と貫通孔11との間は、弾性シール部材16によってシールして左右の作動エアー室8を隔離する。連動シャフト10に対して特別の軸受を必要としない。弾性シール部材16として、リップシールを採用するのが望ましい。
【選択図】 図1
Description
本発明は、伸縮自在な筒状のベローズを一対設け、その間にポンプヘッドを配し、連動シャフトによって一対のベローズを連動させ、該筒状ベローズの内側を、半導体の処理液等のポンプ給送流体のポンプ室とし、その外側にポンプハウジングで区画した作動エアー室を設けた型式の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプに関する。
この種の2連往復動ベローズポンプにおいて、左右一対のベローズを連動させるために、両ベローズを相互に連結する連動シャフトが設けられるが、その連動シャフトをポンプハウジングの外部に配した構造のもの及びポンプ室内に配した構造のもの(例えば、特許文献1)が知られている。前者の場合には、各ベローズと一体に移動する部材をポンプハウジング外に延出させ、その延出端に連動シャフトを連結する構成となっている。他方、後者の場合にはポンプハウジングの中央に配置したポンプヘッドにポンプ室に開口した貫通孔が設けられ、この貫通孔の内周面に摺接するように連動シャフトが挿通されて、シャフトの各端部がポンプ室内に延出してベローズの自由端に設けられた端板に作動連結するように配置される構成となっている。
上記従来の2連往復動ベローズポンプにおいて、連動シャフトをポンプハウジングの外側に配した構造にあっては、ベローズの動作を連動シャフトに伝えるまでの連結機構が複雑になるとともにポンプ全体が大型化し、製作コストもアップするといった問題がある。又、連動シャフトをポンプ室内に配した構造にあっては、両ポンプ室内の流体を隔離するために連動シャフトがポンプヘッドの貫通孔に対してこれを軸受として密接した状態で摺動する構成上、摺動部分で摩耗粉ないし摩耗クズが発生し、これがポンプ室内のポンプ給送流体に望ましくない不純物として混入する問題がある。特に、このポンプ給送流体が高純度を要求される半導体の処理液等の場合には極めて大きな問題となるのであった。
又、ポンプ給送流体として上述のように半導体の処理液あるいは薬液を扱うポンプにおいては、ポンプ室の接液部分の材質として金属に代えて耐食性に富む合成樹脂が用いられ、今日ではポンプ構成部材を全て合成樹脂で構成したものが機能的にもコスト上でも望ましいものとして普及するに至っている。このように、少なくとも接液部に合成樹脂を用いたポンプ構成を採用した場合にあっても、ポンプ室内に連動シャフトを配した構造では連動シャフトとポンプヘッドの貫通孔の間の摺動部分にグリス等の潤滑剤を使用できず、又、摺動性に優れるカーボン混入樹脂も、耐食性や摩耗粉の問題発生のために使用できず、いきおい合成樹脂製の連動シャフトを合成樹脂製のポンプヘッドの貫通孔に対して合成樹脂製の軸受を介在させるなどして密接に摺動させる構成を採用せざるを得ないこととなる。このため、組立時のわずかな歪みでも、この摺動部分に大きな負荷がかかり、いわゆる「かじり現象」が生じ連動シャフトの円滑移動が妨げられ、場合によってはポンプ作動停止を招くといった問題があった。
本発明は、上記従来の諸問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポンプ給送流体への望ましくない不純物の混入を防止するとともに構成部材に合成樹脂の採用を容易にし、機能的にもコスト上でも優れ、小型化設計が容易な連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを提供することにある。
上記本発明の目的を達成するために、本発明は、ポンプハウジングと、該ハウジングの長手軸線に沿う中央位置に組付けられるとともにポンプ給送流体の吸込み及び吐出を行うポンプヘッドと、基端部が前記ポンプヘッドにシール状態でそれぞれ取着されるとともに前記ハウジング内において、該ハウジングの長手軸線に沿って伸縮自在に所定のストロークをもって往復動可能な左右一対の筒状ベローズと、これら各ベローズの自由端にシール状態で連結され、前記ポンプヘッドと共働してベローズ内部をポンプ室に区画するとともに該ベローズとハウジングとの間を作動エアー室に区画する端板と、前記一方のベローズの往復動に連動して他方のベローズを往復動させるために、該一対の端板に端部が連結され、前記ポンプヘッドに形成された貫通孔に挿通されるとともに、該ハウジングの長手軸線に沿って移動可能な連動シャフトと、前記左右一対の作動エアー室に作動エアーを選択的に供給する作動エアー供給手段と、前記作動エアー供給手段により前記左右一対の作動エアー室に供給される作動エアーの圧力変化に応答して往復動する左右一対のベローズのポンプ室に対してポンプ給送流体の流入ないし流出を制御するために、前記ポンプヘッドに取着されるとともに各ポンプ室に対応して設けられたバルブ手段と、よりなる構成を前提として、前記ポンプヘッドに形成された前記貫通孔は、前記左右一対の作動エアー室に開口し、前記連動シャフトは該貫通孔を介して前記左右一対の作動エアー室に延出し、該連動シャフトと該ポンプヘッドの貫通孔との間に、左右一対の作動エアー室を隔離するシール手段が設けられてなる、ことを特徴とする連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを提案するものである。
上記本発明の構成において、連動シャフトは、左右の作動エアー室に開口した状態でポンプヘッドに設けた貫通孔を介して該作動エアー室に延出し、ポンプ室内には連動シャフトが配置されない。貫通孔と連動シャフトとの間にはシール手段が設けられ、これによって左右の作動エアー室が隔離される。ここにおいて、連動シャフトを支持する軸受を設けることを要しない。
又、本発明において、前記シール手段は、前記ポンプヘッドの貫通孔に挿着されて固定されるととともに左右の作動エアー室に延出した両端開放の筒状ガイド部材と、該ガイド部材の各開口端部に取着された弾性シール部材と、よりなり、前記連動シャフトは前記筒状ガイド部材に移動自在に挿通されるとともに該筒状ガイド部材の内径は該連動シャフトの外径よりも大であり、前記弾性シール部材は該連動シャフトに対してシール接触して、左右の作動エアー室の隔離を遂行してなる構成の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを提案するものである。
上記本発明の具体的構成において、シール手段として、筒状ガイド部材が貫通孔に挿通固定され、その両端の開口端部に弾性シール部材をそれぞれ取着し、これを筒状ガイド部材内に移動自在に挿通される連動シャフトに対してシール接触させ、この接触部分で左右の作動エアー室を隔離するシール作用が遂行される。筒状ガイド部材の内径は連動シャフトの外径よりも大に設定されているので、連動シャフトの移動中に該筒状ガイド部材と接触してその移動に支障をきたす恐れがない。
更に本発明において、前記ポンプヘッドの貫通孔の内径は前記連動シャフトの外径より大であり、該貫通孔に一対の弾性シール部材が連動シャフトとシール接触可能に配置され、これによって左右の作動エアー室の隔離を遂行してなる連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを提案するものである。
上記本発明の具体的構成において、連動シャフトはポンプヘッドの貫通孔に直接挿通され、その連動シャフトと貫通孔との間において貫通孔に一対の弾性シール部材が配置され、これによって、左右の作動エアー室の隔離が遂行される。ここにおいても、連動シャフトを支持する軸受は設けられない。
又、更に本発明において、前記弾性シール部材はリップシールよりなる構成の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを提案するものである。
上記本発明の具体的構成においては、弾性シール部材を、シール接触部分が肉薄の舌片状をなす、いわゆるリップシールで構成する。リップシールは柔軟性に富んでいるため、ポンプ組立時のわずかな歪みをここで吸収することができる。左右のベローズはポンプ動作中、作動エアーで加圧された状態を保つため、この圧力バランスによって、大きな歪みを生ずることなく、ほぼ水平に往復動していると考えられるので、リップシールに対して、これとシール接触している連動シャフトより大きな負荷が加わらない。従って、このシール部分で望ましくないかじり現象が生じない。
又、更に本発明において、ポンプ構成部材は全て合成樹脂により形成されてなる連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを提案するものである。
上記本発明の具体的構成において、ポンプ給送流体を収容するポンプ室の接液部を含めてポンプの各構成部材の材質として合成樹脂を用いて、いわゆるオール樹脂化のポンプ設計が行われる。
本発明によれば、連動シャフトをベローズの外側の作動エアー室に配置する構成としたので、ベローズの内側に区画されたポンプ室内の流体に対して摩耗粉や摩耗クズを混入させる恐れがなく、又、ポンプハウジングの内側に配置されることから、ベローズとの連結構造が簡単であり、ポンプ全体の小型化設計も容易であるといった効果を奏する。
又、連動シャフトと、これを挿通させるポンプヘッドの貫通孔との間の作動エアー室隔離のためのシール手段は、左右のベローズがポンプ作動中作動エアーで加圧された状態を保つために、この圧力バランスによって大きな歪みを生ずることなく、ほぼ水平に往復動することから、比較的簡単な構造のものですみ、しかも、該連動シャフトと貫通孔の間に特別の軸受を必要としないため、連動シャフトに対する負荷が軽減されスムーズなポンプ動作を遂行し得る。
従って、連動シャフトの移動を案内する筒状ガイド部材を貫通孔に挿着して固定する構成を採用した場合にも、該ガイド部材の内径は連動シャフトの外径より大として、移動中に連動シャフトが該ガイド部材に摺接することがなく、シールは該ガイド部材の開口端部に取着した弾性シール部材で十分に作動エアー室の隔離を遂行し得る。
又、上記筒状ガイド部材を設けない構成においては、連動シャフトを貫通孔に直接挿通させ、その貫通孔の内径を連動シャフトの外径より大とし、この間に一対の弾性シール部材を配することによって、移動中に貫通孔との摺接を回避し得るとともに該一対の弾性シール部材で十分な作動エアー室の隔離を遂行し得る。
更に、上記弾性シール部材として、リップシールを採用することにより、連動シャフトに対する接触状態がより柔軟になり、ポンプ組立時のわずかな歪みをここで吸収できるので連動シャフトに対する負荷が一層軽減される。
上記のごとく構成することによって、本発明では、ポンプ給送流体を収容するポンプ室の接液部を含めてポンプの各構成部材の材質として合成樹脂を用いて、いわゆるオール樹脂化したポンプ設計が容易になり、ポンプ給送流体として半導体の処理液や薬液などを扱うに適したポンプを提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。図1及び図2に示す第1の実施例の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプにおいて、1はポンプハウジング、2は、そのハウジングの長手軸線X−Xに沿って、その中央位置に配置されたポンプヘッドである。ハウジング1はポンプヘッド2を境として左右一対に分割されており、これらがポンプヘッド2に対してピン3により位置合わせ状態で、一対の組付けフレーム4により一体的に組付けられている。
5は、基端部5aが中央のポンプヘッド2にシール状態で、それぞれ取着されるとともにハウジング1の長手軸線X−Xに沿って伸縮自在に所定のストロークをもって往復動可能な左右一対の筒状ベローズ、6は各ベローズの自由端にシール状態で連結されポンプヘッド2と共働してベローズ5の内部をそれぞれポンプ室7に区画するとともに該ベローズ5とハウジング1との間を作動エアー室8に区画する端板である。この端板6はこの実施例においてはベローズ5と一体に形成されている。
10は連動シャフトで、ポンプヘッド2に形成されるとともに左右一対の作動エアー室8に開口された貫通孔11に挿通されるとともに左右の作動エアー室8内に延出し、各端部が対応する端板6と2枚の連結板12,13を介してボルト14で連結されている。2枚の連結板12,13は、対応する端板6を挟むように前記ボルト14で対応する端板6に取着されている。この連動シャフト10は作動エアー室8に長手軸線X−Xを中心とする半径方向に沿い同心位置に対向状態で一対設けられており、一方のベローズ5の軸線X−Xに沿う往復動に応答して他方のベローズ5をバランスよく連動させるように軸線X−Xに沿ってこれと平行に移動する。
15は各貫通孔に挿着されて固定された両端開放の筒状ガイド部材で、連動シャフト10はそのガイド部材15内に移動自在に挿通されている。ガイド部材15の内径IDは図2で示すように連動シャフト10の外径ODより大に設定され、連動シャフト10が移動する間には、後述の弾性シール部材16によってその間に間隙Gが保持され、該ガイド部材15の内周面に摺接することはない。
弾性シール部材16はリング状をなし、筒状ガイド部材15の各開口端部15aに取着されて連動シャフト10の外周面に弾性をもって接触し、ここでシール接触を果たす。この弾性シール部材16としては、特に実施例に示すごとく、肉薄の舌片状のリップシールを採用するのが望ましい。
リップシールで構成された各弾性シール部材16は、対応する筒状ガイド部材15の開口端部15aに押当てた状態で、その背後からバックアップ板17により基部16aが挟持された状態で固定され、半径内方に延出した舌片部16bが対応する連動シャフト10の外周全体に弾性をもってシール接触する。従って、左右一対の弾性シール部材16は、左右の作動エアー室8の作動エアーの流通を遮断する。これら弾性シール部材16は筒状ガイド部材15とともに左右一対の作動エアー室8を隔離するシール手段を構成する。
左右一対の作動エアー室8には、ポンプハウジング1の両端部にそれぞれ取着した作動エアー供給切換機構18よりエアー供給源19から作動エアーが制御バルブ20を介して選択的に供給され、これによって、一方の作動エアー室8に作動エアーが供給されると、それに対応した側のベローズ5が収縮移動し、この移動が連動シャフト10を介して他方のベローズ5に伝達されるとともに、この伝達された側の作動エアーが放出されるので、該他方のベローズ5が伸張移動を行い、これが繰返される。
上記作動エアー供給切換機構18は、エアー取入口21、排出口22、ピストン23及びシリンダ24を含む構成であり、これに配管25,26,27,28を介して接続された制御バルブ20及びエアー供給源19とともに作動エアー供給手段を構成するが、これは特開2003−314458号公報に開示のものと同様でよいので、その構成の詳細を省略する。
作動エアーの切換供給動作に応答して左右一対のベローズ5が伸縮移動を繰返すことにより、ベローズ内部のポンプ室7に収容された半導体処理液や薬液などのポンプ給送流体の吸込ならびに吐出のポンプ動作が遂行される。このポンプ室7へのポンプ給送流体の流入及び流出はポンプヘッド2に設けたバルブ30を介して行なわれる。図1には各ポンプ室に部分的に突出したバルブを1個ずつ示してあるが、各ポンプ室7には、吸込側及び吐出側のバルブ30が一対対応配置されている。図1ではこれら一対のバルブ30が紙面方向にならんでいるので、その一方のバルブ30のみが見えている。これらバルブはポンプヘッド2に設けた図示しない吸込口及び吐出口に連通しているが、この部分の構成も前記特開2003−314458号公報に開示されたものと同様でよいので、その詳細説明を省略する。
以上のように構成された2連往復動ベローズポンプにおいて、前述のように左右一対のベローズ5が作動エアーの選択供給に応答して、連動シャフト10により連動した状態で長手軸線X−Xに沿って往復動することによりポンプ動作を遂行する。この間、連動シャフト10も長手軸線X−Xに沿ってこれと平行に移動する。この動作中、作動エアーが左右の作動エアー室8を常に加圧状態にしてバランスを保っているので、ベローズ5が軸線X−X方向よりも過度にそれて歪んだり振動を引起こすことがない。従って、連動シャフト10も同様にその移動は軸線X−X方向におおむね沿って行なわれるため、連動シャフト10が筒状ガイド部材15と過度に接触したりすることがなく、スムーズな移動をなし得る。この構成により、連動シャフト10は特別の軸受を必要とせず、左右の作動エアー室8を隔離する弾性シール部材16のみが必要であり、これのみが通常の移動時に接触しているのみであるから、連動シャフト10に対する負荷が極めて小さくなるとともに、その接触部分からの摩耗粉や摩耗ゴミの発生も極力抑制することができる。
上記ポンプを構成する部材は、全て合成樹脂で製作することが容易である。特に、ポンプ給送流体が収容されるポンプ室7の接液部を構成するベローズ5、ポンプヘッド2、バルブ30等は耐食性に富む合成樹脂を採用するのが望ましい。又、連動シャフト10、筒状ガイド部材15は例えば、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)樹脂などの合成樹脂が望ましい。弾性シール部材16をなすリップシールは、充填剤入りのPTFE(ポリ四フッ化エチレン)樹脂が望ましい。
充填剤入りのPTFE樹脂製のリップシールは、PEEK製の連動シャフト10に対して接触すると、そのシャフトの摺動面に初期摩耗としてPTFEが転移し、結果として、充填剤入りのPTFE製のリップシールはPEEK樹脂の表面に転移し付着した充填入りPTFEと摺動することとなるので、それ以上、摩耗は大きく進行しないといった現象が生じる。これにより、このリップシールのみで十分なエアーシールが可能となり特別の軸受を要しない利点がある。
図3及び図4は、本発明の第2の実施例の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプを示し、第1の実施例と共通する部分には同一の参照番号を付してその説明を省略する。この実施例においては、中央のポンプヘッド2に形成した貫通孔11の内径を連動シャフト10の外径より大にするとともに、この貫通孔11に左右一対のリング状の弾性シール部材16を離間して配置し、このシール部材16を該貫通孔11内に挿通された連動シャフト10に接触させることにより、ここで左右の作動エアー室8内の作動エアーの流通を遮断して両室の隔離を遂行する構成である。
第2の実施例のポンプは、第1の実施例で設けた筒状ガイド部材15を省略した、より簡単な構造である。ここにおいて、弾性シール部材16は第1の実施例と同様、肉薄で舌片状のリップシールを採用している。図4に拡大して示すように、リップシールで構成された各弾性シール部材16は、縦断面がL字状をなし、その基部16aがポンプヘッド2の両側に形成したネジ付き環状凹所31において、ネジ付きリング状シール押え32をこの凹所31にネジ込むことにより固定される。33はシール押え32に形成した工具挿入穴で、ここに適宜の工具を挿入して環状凹所31へ該シール押え32を挿着する。リップシールの基部16aより半径方向内方に折曲して延出した舌片部16bが連動シャフト10の外周全体にリング状に弾性をもって摺接して、ここにシール接触を果たす。これにより、連動シャフト10はその移動動作中に、これら弾性シール部材16とのみ接触し、ポンプヘッド2の貫通孔11の内壁と接触することはない。従って、この実施例においても連動シャフト10のための特別の軸受は必要とされない。
尚、図3及び図4では、1つの連動シャフト10及びその関連構成を説明したが、第1の実施例と同様、作動エアー室8には一対の連動シャフト10が配置される。又、これらポンプ構成部材の材質は第1の実施例と同様、全ての部材を適宜の合成樹脂で容易に構成し得る。
図5には、弾性シール部材を構成するリップシールの変形例を図4の一部に対応して表わしてある。この変形例のリップシール16のごとく、基部16aを拡大形状とし、第2の実施例におけるシール押え32をこの基部16aに兼用させることも可能である。ここにおいて、リップシール16の基部16aは、ネジなしの環状凹所31において、外部からハウジング1の端面1aで押圧した状態で保持され、肉薄の舌片部16bが半径方向内方に折曲して延出し、連動シャフト10の外周にシール接触する構成である。
このように、弾性シール部材16の形状は種々のものが考えられるが、連動シャフト10に対する接触部分は、肉薄の舌片状の形状としたものが望ましい。
以上、本発明の実施例ならびに変形例の構成を図面を参照して説明したが、連動シャフト10は、丸棒状のものを示したが、角状のもの等、他の形状も可能であり、本発明は図示の構成に限定されるものではない。
1 ハウジング
2 ポンプヘッド
5 ベローズ
6 端板
7 ポンプ室
8 作動エアー室
10 連動シャフト
11 貫通孔
15 筒状ガイド部材
16 弾性シール部材
18 作動エアー供給切換機構
2 ポンプヘッド
5 ベローズ
6 端板
7 ポンプ室
8 作動エアー室
10 連動シャフト
11 貫通孔
15 筒状ガイド部材
16 弾性シール部材
18 作動エアー供給切換機構
Claims (5)
- ポンプハウジングと、
該ハウジングの長手軸線に沿う中央位置に組付けられるとともにポンプ給送流体の吸込み及び吐出を行うポンプヘッドと、
基端部が前記ポンプヘッドにシール状態でそれぞれ取着されるとともに前記ハウジング内において、該ハウジングの長手軸線に沿って伸縮自在に所定のストロークをもって往復動可能な左右一対の筒状ベローズと、
これら各ベローズの自由端にシール状態で連結され、前記ポンプヘッドと共働してベローズ内部をポンプ室に区画するとともに該ベローズとハウジングとの間を作動エアー室に区画する端板と、
前記一方のベローズの往復動に連動して他方のベローズを往復動させるために、該一対の端板に端部が連結され、前記ポンプヘッドに形成された貫通孔に挿通されるとともに、該ハウジングの長手軸線に沿って移動可能な連動シャフトと、
前記左右一対の作動エアー室に作動エアーを選択的に供給する作動エアー供給手段と、
前記作動エアー供給手段により前記左右一対の作動エアー室に供給される作動エアーの圧力変化に応答して往復動する左右一対のベローズのポンプ室に対してポンプ給送流体の流入ないし流出を制御するために、前記ポンプヘッドに取着されるとともに各ポンプ室に対応して設けられたバルブ手段と、
よりなる連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプにおいて、
前記ポンプヘッドに形成された前記貫通孔は、前記左右一対の作動エアー室に開口し、
前記連動シャフトは該貫通孔を介して前記左右一対の作動エアー室に延出し、
該連動シャフトと該ポンプヘッドの貫通孔との間に、左右一対の作動エアー室を隔離するシール手段が設けられてなる、
ことを特徴とする連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプ。 - 前記シール手段は、前記ポンプヘッドの貫通孔に挿着されて固定されるととともに左右の作動エアー室に延出した両端開放の筒状ガイド部材と、該ガイド部材の各開口端部に取着された弾性シール部材と、よりなり、
前記連動シャフトは前記筒状ガイド部材に移動自在に挿通されるとともに該筒状ガイド部材の内径は該連動シャフトの外径よりも大であり、
前記弾性シール部材は該連動シャフトに対してシール接触して、左右の作動エアー室の隔離を遂行してなる、
ことを特徴とする請求項1に記載の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプ。 - 前記ポンプヘッドの貫通孔の内径は前記連動シャフトの外径より大であり、
該貫通孔に一対の弾性シール部材が連動シャフトとシール接触可能に配置され、これによって左右の作動エアー室の隔離を遂行してなること、
を特徴とする請求項1に記載の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプ。 - 前記弾性シール部材はリップシールよりなること、
を特徴とする請求項2又は3に記載の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプ。 - 各ポンプ構成部材は全て合成樹脂により形成されてなること、
を特徴とする請求項1ないし4のいずれか1に記載の連動シャフトを備えた2連往復動ベローズポンプ。
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