JP2010214423A - Apparatus and method for electromagnetic pump charging type inclined mold casting - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋳型に溶融金属を注入し、鋳物を成型する鋳造装置に関し、特に鋳型を適度に傾斜して鋳型のキャビティ内への溶融金属の注入を容易にすると共に、キャビティ内での溶融金属の凝固時の金属の収縮容積分の溶融金属を電磁ポンプによる注湯によって補充する電磁ポンプ注湯鋳型傾斜鋳造装置とこれによる鋳造方法に関する。 The present invention relates to a casting apparatus that injects molten metal into a mold and molds a casting, and in particular, facilitates the injection of molten metal into a mold cavity by moderately tilting the mold, and the molten metal in the cavity. TECHNICAL FIELD The present invention relates to an electromagnetic pump pouring mold tilt casting apparatus for replenishing molten metal corresponding to a shrinkage volume of metal during solidification by pouring with an electromagnetic pump and a casting method using the same.
鋳造等の分野では鋳物を鋳造する方法として、一般に重力鋳造法、低圧鋳造法、ダイカスト鋳造法等があり、さらにこれらの特徴を兼ね備えるものとしてコスワース式鋳造法がある。
重力鋳造装置の一例の概念図を図7に示す。半割鋳型をピン49を位置決め手段として連結して組み立てられる鋳型41の中に湯口43、湯道45、キャビティ48等の溶融金属が通過または充填される空間部を形成する。溶融金属は湯杓42を用いて図示してない坩堝から汲み上げて湯口43に注ぐ。湯口43に注がれた溶融金属は湯貯めとしての湯口底44から鋳型41の底側の湯道45を通り、側押部46に昇り、そこから上下数本の堰を通してキャビティ48内に充填される。さらに、前記側押部46や上押部47からキャビティ48内に溶融金属の凝固時の収縮分に見合った容積の溶融金属が補充的に充填される。
In the field of casting and the like, there are generally a gravity casting method, a low pressure casting method, a die casting method and the like as a method for casting a casting, and there is a Cosworth type casting method having these features.
A conceptual diagram of an example of a gravity casting apparatus is shown in FIG. A space part in which molten metal such as a
低圧鋳造装置の一例の概念図を図8に示す。加熱炉51で加熱される坩堝52内を密閉空間とし、その空間に圧搾空気を送る圧縮空気配管56を設ける。この圧縮空気配管56から坩堝52内に圧縮空気を送り、坩堝52内を高圧にし、これにより坩堝52内の溶融金属をストーク53を通して炉蓋55の上に設置した鋳型54の中のキャビティに圧送して充填し、鋳物を鋳込む。溶融金属が凝固に伴って収縮する時は、圧縮空気配管56から坩堝52内にさらに圧縮空気を送り、収縮容積分を追加充填する。鋳型54は半割形の分割鋳型となっており、溶融金属の充填、凝固後に鋳型54を分離して鋳物を取り出す。
A conceptual diagram of an example of the low-pressure casting apparatus is shown in FIG. The inside of the
図9は低圧鋳造装置の他の例としてのルノー式低圧鋳造装置の概念図を示している。この方式では鋳型を設けた鋳造機61と炉62とを分離して設け、圧搾ポンプ66から炉62の中に圧縮空気を送り、炉62内の溶融金属をストーク64及び連結管65を通して鋳型63の中のキャビティへ送って鋳込む。鋳型63は昇降機を含む鋳造機61により上下動される。その他の動作は基本的に図8の装置と同様である。
FIG. 9 shows a conceptual diagram of a Renault low pressure casting apparatus as another example of the low pressure casting apparatus. In this method, the
図10は低圧鋳造装置から派生した鋳造装置の例としてのノバトム式低圧鋳造装置の概念図を示している。このノバトム式低圧鋳造装置は、前述したルノー式低圧鋳造装置と同様に、鋳型73が昇降機を含む鋳造機71により上下動される。ここでは開放状態の炉72の中に電磁ポンプ75を浸漬し、この電磁ポンプ75を使用して炉72側から送湯管74を通して鋳型73に溶融金属を送る。その他の動作は基本的に図8の装置と同様である。
FIG. 10 shows a conceptual diagram of a Novatom type low pressure casting apparatus as an example of a casting apparatus derived from the low pressure casting apparatus. In this Novatom type low-pressure casting apparatus, the
ダイカスト鋳造装置の一例の概念図を図11に示す。溶融金属はスリーブ82内に注入され、このスリーブ82からシリンダ機構84により溶融金属が鋳型83のキャビティ87内に射出注入される。鋳型83のキャビティ87内の鋳物は鋳造機81の型締めシリンダ86により型締めされる。また鋳造機81には押出シリンダ85が設けられ、鋳型83のキャビティ87内に注入した溶融金属が凝固すると、鋳型83が移動し、前記押出シリンダ85により鋳物がキャビティ87内から押し出されて排出される。
A conceptual diagram of an example of a die casting apparatus is shown in FIG. Molten metal is injected into the
図7〜図11に示した重力鋳造装置、低圧鋳造装置、ダイカスト鋳造装置のうち、図10に示したノバトム式低圧鋳造装置を除くものは、溶融金属を湯口に注ぎ込む時に溶融金属の中に空気を巻き込みやすく、さらに杓で坩堝内の溶融金属をすくい上げるときに、溶融金属の湯面に浮いた酸化物等の浮遊固形物を混入させてしまう欠点がある。他方、図10に示したノバトム式低圧鋳造装置では、炉内の溶融金属の液面より下方の位置から配管を通して鋳型のキャビティ内に溶融金属を充填するので、空気や酸化物の巻き込みによる混入が少くない。しかしながら、キャビティ内での溶融金属の凝固時間が長く、炉への溶融金属の供給や電磁ポンプのメンテナンス等が難しいという欠点がある。 Among the gravity casting apparatus, the low pressure casting apparatus, and the die casting casting apparatus shown in FIGS. 7 to 11, except for the Novatom type low pressure casting apparatus shown in FIG. 10, air is poured into the molten metal when the molten metal is poured into the gate. When the molten metal in the crucible is scooped up with a scissors, floating solids such as oxide floating on the molten metal surface are mixed. On the other hand, in the Novatom type low pressure casting apparatus shown in FIG. 10, since the molten metal is filled into the mold cavity through the pipe from a position below the liquid level of the molten metal in the furnace, it is not mixed by entrainment of air or oxide. Not a little. However, the solidification time of the molten metal in the cavity is long, and there is a drawback that it is difficult to supply the molten metal to the furnace and to maintain the electromagnetic pump.
コスワース式鋳造法はこれらの欠点を解消するために開発されたものであり、これは下記特許文献1である特開昭62−234653号公報に記載されている。その概要を添付の図12に示す。プランジャポンプ方式等の機械的溶融金属ポンプや電磁ポンプ95を使用し、そのダクト94の先端を鋳型支持体96に設けた継手97に脱着方式に接続する。
The Cosworth type casting method was developed to eliminate these drawbacks, and is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-234653, which is Patent Document 1 below. The outline is shown in FIG. A mechanical molten metal pump such as a plunger pump system or an
まず図12(A)に示すように、鋳型支持体96の継手97にダクト94を接続し、鋳型93を鋳型支持体96の上に配置した状態で電磁ポンプ95により炉92側からダクト94及び鋳型支持体96を介して同鋳型支持体96に取り付けた鋳型93のキャビティ内に溶融金属を充填する。鋳型93のキャビティ内に溶融金属の充填が完了した後、鋳造機91の回転機構98により鋳型支持体96とこれに取り付けられた鋳型93が180゜回転され、図12(B)の如く鋳型93を鋳型支持体96の下方に吊り下げる。溶融金属が凝固に伴って収縮する時は、鋳型支持体96側にある溶融金属が押し湯となってその重力で収縮容積分を補うように追加充填される。この状態で鋳型93のキャビティ内の溶融金属を凝固させた後、鋳型93を鋳造機91から外して分離し、鋳物を取り出す。
First, as shown in FIG. 12A, the
このコスワース式鋳造法では、鋳型93による鋳造、脱型、再組立を繰り返えすことで多くの鋳物を能率良く製造することが出来る利点がある。
しかしこのコスワース式鋳造法で大型の鋳物を鋳造する場合は、大きな鋳型を回転させるための大型の回転機構を必要とする。また大型の鋳物をこのコスワース式鋳造法で鋳造する場合、鋳型内で凝固する溶融金属の収縮分の補給と押し湯分の高さを確保するために鋳型の内部の押し湯とする鋳型支持体96の容積部分を大きくとる必要がある。
This Cosworth type casting method has an advantage that many castings can be efficiently manufactured by repeating casting, demolding, and reassembly with the
However, when casting a large casting by this Cosworth type casting method, a large rotating mechanism for rotating a large mold is required. In addition, when casting a large casting by this Cosworth type casting method, a mold support that serves as a hot water inside the mold to replenish the shrinkage of the molten metal that solidifies in the mold and secure the height of the hot water. It is necessary to take a large volume of 96.
本発明は、前記従来の鋳造手段における課題に鑑み、大型の鋳物であっても大掛かりな機構を必要とせず、鋳物中への空気の巻き込みも少なく、適当な加圧による押し湯効果を鋳物に与えて表面の肌荒れの小さな鋳物を容易に製造することが可能な鋳造装置と鋳造方法を提供することを目的とする。 In view of the problems in the conventional casting means, the present invention does not require a large-scale mechanism even for a large casting, and less air is involved in the casting, and the effect of the hot water by appropriate pressurization is applied to the casting. It is an object of the present invention to provide a casting apparatus and a casting method capable of easily producing a casting with a small surface roughness.
本発明では、前記の目的を達成するため、電磁ポンプによる溶融金属の加圧搬送と重力との併用により鋳型のキャビティへ溶融金属を鋳込み、加えて金属の凝固時の縮小容積分の溶融金属を電磁ポンプにより鋳型のキャビティ内に補充的に充填するようにした。より具体的には、鋳型の傾動により鋳型の注入口がキャビティより上側に位置するように傾けて電磁ポンプにより溶融金属を加圧搬送してキャビティ内に注入し、その後鋳型の注入口がキャビティより下側に位置するように傾けてキャビティ内の溶融金属を凝固させる。このときの凝固に伴う金属の収縮分を電磁ポンプの加圧搬送によりキャビティより下側の注入口から補充する。 In the present invention, in order to achieve the above object, the molten metal is cast into the cavity of the mold by the combined use of the pressurized conveyance of the molten metal by an electromagnetic pump and gravity, and in addition, the molten metal corresponding to the reduced volume when the metal is solidified is added. The cavity of the mold was supplementarily filled with an electromagnetic pump. More specifically, the mold is tilted so that the mold inlet is positioned above the cavity, and the molten metal is pressurized and conveyed by the electromagnetic pump and injected into the cavity. The molten metal in the cavity is solidified by being tilted so as to be positioned on the lower side. The shrinkage of the metal accompanying the solidification at this time is replenished from the inlet below the cavity by the pressurized conveyance of the electromagnetic pump.
すなわち、本発明による電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置は、電磁ポンプ5による溶融金属の加圧搬送と重力との併用により鋳型4のキャビティ24へ溶融金属を鋳込むものであって、一端側にキャビティ24への溶融金属の注入口25、25を有し、キャビティ24に対してその注入口25、25が上下するよう傾動自在に支持された鋳型4と、溶融金属を溶融した溶融金属炉1から鋳型4の注入口25、25を通してキャビティ24内へ溶融金属を加圧搬送する電磁ポンプ5とを有する。
That is, the electromagnetic pump pouring type mold tilt casting apparatus according to the present invention is for casting molten metal into the
このような電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置を使用し、鋳型4をその溶融金属の注入口25、25がキャビティ24より高くなるよう傾斜して保持した状態で電磁ポンプ5により溶融金属炉1から溶融金属を加圧搬送して鋳型4の注入口25、25からそのキャビティ24へ充填し、その後鋳型4をそのキャビティ24への溶融金属の注入口25、25がキャビティ24より低くなるように傾斜して保持した状態で鋳型4のキャビティ24内の溶融金属を凝固させる。さらにこの凝固に伴って溶融金属が収縮した容積分の溶融金属を電磁ポンプ5により溶融金属炉1から送り、補充する。その後鋳型4を取り出し、脱型することで鋳物を取り出すことが出来る。
Using such an electromagnetic pump pouring mold inclined casting apparatus, the molten metal furnace 1 is held by the
この電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置と鋳造方法をより具体的に説明すると、前記鋳型4の注入口25、25に溶融金属射出部17の中に設けた溶融金属の流路が接続され、この溶融金属射出部17を通して溶融金属炉1から鋳型4の注入口25、25を経てキャビティ24内へ溶融金属が加圧搬送される。この溶融金属射出部17はそれに接続した鋳型4の傾動に伴い鋳型4と共に往復回転するよう支持されている。これにより、溶融金属射出部17は鋳型4の傾動に追随し、その鋳型4との連結状態を維持することが出来る。この鋳型4の傾動に際しては溶融金属射出部17の往復回転の中心が鋳型4の傾動の支点になるようにする。
The electromagnetic pump pouring mold tilt casting apparatus and casting method will be described more specifically. The molten metal flow path provided in the molten
溶融金属射出部17は溶融金属の流路を兼ねるパイプ状の中空軸16により回転自在に支持され、この中空軸16の中心軸の周りに往復回転する。電磁ポンプ5は溶融金属炉1の出口に設けられ、前記溶融金属射出部17の中空軸16に接続されている。
The molten
鋳型4はそれに連結された溶融金属射出部17と共にフレーム3に支持され、互いに連結状態で保持される。フレーム3は軸受10、10を有し、この軸受け10、10に前記溶融金属射出部17の軸16、16’が支持される。フレーム3は溶融金属射出部17の軸16、16’を支持した軸受10、10の中心軸の周りに揺動し、これにより溶融金属射出部17と共に鋳型4を傾斜させる。さらにこの軸受10、10は、基台に固定された軸受9、9に回転自在に支持されている。
The mold 4 is supported by the frame 3 together with the molten
鋳型4は、そのキャビティ24への溶融金属の注入口25、25がある一端側から他端側にわたってそれぞれ分離された複数のヒータユニット31b〜31eを有している。この分離独立した複数のヒータユニット31b〜31eにより、鋳型4はそれぞれの個所がそれぞれ適宜の温度に加熱、保温される。鋳型4の一端側から他端側にわたって温度分布や温度勾配を形成することも可能である。
The mold 4 has a plurality of
以上説明した通り、本発明による電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置と鋳造方法では、鋳型4を傾斜して保持した状態で電磁ポンプ5により溶融金属を鋳型4のキャビティ24へ鋳込むため、溶融金属の重力が過大とならず、全体に適度で均一な充填密度により表面の鋳肌が粗くない鋳物を鋳造することが出来る。さらに、キャビティ24に鋳込んだ溶融金属の凝固時も、収縮した容積分の溶融金属を電磁ポンプ5によりキャビティ24より下側となった鋳型4の注入口25、25からキャビティ24内に補充するため、適当な充填圧で溶融金属を補充することができる。これらにより、高い品質の鋳物を能率良く鋳造することが可能になる。
As described above, in the electromagnetic pump pouring mold tilt casting apparatus and casting method according to the present invention, the molten metal is cast into the
本発明では、鋳型の傾斜による溶融金属の重力を利用すると共に、電磁ポンプによる溶融金属の加圧搬送との併用により鋳型のキャビティへ溶融金属を鋳込むようにし、最良の品質の鋳物を能率よく鋳造出来るようにした。
以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施例をあげて詳細に説明する。
In the present invention, the gravity of the molten metal due to the inclination of the mold is used, and the molten metal is cast into the mold cavity by using the pressurized metal with the electromagnetic pump, so that the casting of the best quality can be efficiently performed. I was able to cast.
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
図1は本発明による電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置の一実施例の全体を示している。この図では図6に示したヒータユニット31a〜31eは取り外してある。
図4に拡大して示すように、金属を溶融した状態の溶融金属を入れる溶融金属炉1は箱形であり、この溶融金属炉1にはその中の溶融金属を加熱して溶融状態を維持するために図1に示すように浸漬ヒータ7が設けられている。この溶融金属炉1には機械的に湯面を上下させる錘2が浸漬されており、この錘2が溶融金属炉1の上壁に設けた錘ガイド6に沿って上下動することにより溶融金属炉1の中の溶融金属aの液位が上下する。
FIG. 1 shows the whole of an embodiment of an electromagnetic pump pouring mold tilt casting apparatus according to the present invention. In this figure, the
As shown in an enlarged view in FIG. 4, the molten metal furnace 1 in which the molten metal in a molten state is put in is a box shape, and the molten metal in the molten metal furnace 1 is heated to maintain the molten state. For this purpose, an
溶融金属炉1の溶融金属の出口側には電磁ポンプ5が設けられている。図4に示すように、この電磁ポンプ5は、溶融金属炉1の溶融金属の出口に接続された円管状のダクト30の内部にスペーサ28で保持された状態で磁性体製のコア27が配置され、この周囲にステータ29を設けている。ステータ29は三相交流電力が供給されるコイルを有し、これに三相交流を流すことによりダクト30の内部に移動磁界が発生する。前記の錘2が下降し、溶融金属炉1の中の溶融金属aの液位が押し出されて上昇し、ダクト30の内部に溶融金属が流入すると、前記三相交流によりダクト30の内部に発生する移動磁界によりダクト30の内部の溶融金属に推力が与えられ、溶融金属が加圧搬送される。
An
図1に示すように、電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置には図2に示すようなフレーム3を有しており、このフレーム3に図3に示すような鋳型4と溶融金属射出部17とが連結した状態で保持される。
図2に示したフレーム3は上面側が開放した側面コ字形の部材で、その一端の両側に円筒形の軸受10、10が設けられている。この軸受10、10の内周縦方向には90゜間隔でリブ21が設けられている。このフレーム3の一端側から立ち上がった壁の内側縦方向にリブ13、13が設けられている。また、このフレーム3の他端側から立ち上がった壁にはネジ孔22、22が設けられている。
As shown in FIG. 1, the electromagnetic pump pouring mold inclined casting apparatus has a frame 3 as shown in FIG. 2, and the mold 4 and the molten
The frame 3 shown in FIG. 2 is a U-shaped member whose upper surface is open, and
鋳型4は砂型、金型等であって、図3に示すように、この鋳型4は内部に鋳物を成型するためのキャビティ24を有し、その一端側にこのキャビティ24に溶融金属を注入するための注入口25、25が設けられている。注入口25、25とキャビティ24との間には、溶融金属を一時貯めるバッファとしての液貯部26が形成されている。
The mold 4 is a sand mold, a mold, or the like. As shown in FIG. 3, the mold 4 has a
この鋳型4に連結される溶融金属射出部17はサイアロンや窒化珪素等の耐熱性材料からなる中空の横長の箱状のもので、内部縦方向の中空部分は溶融金属が通る通路となっている。この溶融金属の通路は、図3において右上側で閉じられている。この溶融金属の通路に連なるように、溶融金属射出部17の一側面に溶融金属供給孔23、23が設けられている。溶融金属射出部17の両端から軸16、16’が互いに両端延長方向に延びて設けられており、このうち一方の軸16は内部に溶融金属が通る通路が形成された中空軸となっている。この中空軸16の内部通路は溶融金属射出部17の内部通路に通じている。
The molten
図3に示すように、枠板状の耐熱性ガスケット18を挟んで鋳型4の注入口25、25を有する側の端部に前記溶融金属射出部17の溶融金属供給孔23、23が設けられた側面が重ね合わせられる。これにより、溶融金属射出部17の内部の溶融金属通路は、溶融金属供給孔23、23と注入口25、25とを介して鋳型4のキャビティ24に通じる。この状態で図1と図5に示すように鋳型4と溶融金属射出部17とが前記フレーム3の中に取り付けられ、保持される。溶融金属射出部17側はリブ13に当たり、鋳型の他端側はフレーム3のネジ孔22、22にねじ込んだボルト14、14によりバネ15(図5参照)を介して押さえられる。さらに前記の溶融金属射出部17の両側から突出した軸16、16’はフレーム3の両側の軸受9、9に支持される。具体的には、軸16、16’は軸受10、10の内周のリブ21に周囲から挟まれて支持される。
As shown in FIG. 3, molten metal supply holes 23, 23 of the molten
図1に示すように、前記鋳型4と溶融金属射出部17とを支持したフレーム3の両側に軸受9、9が設けられ、この軸受9、9に前記フレーム3の軸受10、10が回転自在に支持される。さらにフレーム3は、図1に示す支持台12により前記軸受9、9を支点とした傾動を許容するように支持される。フレーム3の溶融金属射出部17と反対側の端部にはワイヤ19が掛けられ、このワイヤ19に図示していないホイスト等の駆動手段のハンガー20が掛けられている。これにより、フレーム3は前記軸受9、9を支点として揺動される。
As shown in FIG. 1, bearings 9 and 9 are provided on both sides of the frame 3 that supports the mold 4 and the molten
前記軸受9、9に回転自在に支持された溶融金属射出部17の軸16、16’のうち、一方の中空軸16が電磁ポンプ5のダクト30(図4参照)に接続される。これにより、電磁ポンプ5の駆動により、溶融金属炉1の中の溶融金属が中空軸16、溶融金属射出部17、溶融金属供給孔23、23及び注入口25、25を介して鋳型4のキャビティ24の中に加圧搬送される。
One of the
図6は鋳型4と溶融金属射出部17とにヒータユニット31を設けた状態を示している。溶融金属射出部17にヒータユニット31aが設けられると共に、鋳型4にはそのキャビティ24への溶融金属の注入口25、25がある一端側から他端側にわたって分離された複数のヒータユニット31b〜31eが設けられている。この分離独立した複数のヒータユニット31a〜31eにより、溶融金属射出部17と鋳型4は各個所がそれぞれ適宜の温度に加熱、保温される。
FIG. 6 shows a state in which the
このような電磁ポンプ注湯式鋳型傾斜鋳造装置を使用して鋳物を鋳造する工程について次に説明する。
まず図5(A)に示すように、鋳型4をそのキャビティ24への溶融金属の注入口25、25側がキャビティ24より高く、他方側がキャビティ24より低くなるよう傾斜して保持した状態とする。この状態で図1に示す電磁ポンプ5により溶融金属を溶融金属炉1から前記溶融金属射出部17を通して鋳型4に加圧搬送し、溶融金属を鋳型4の注入口25、25からそのキャビティ24へ鋳込む。
Next, the process of casting a casting using such an electromagnetic pump pouring type mold casting apparatus will be described.
First, as shown in FIG. 5A, the mold 4 is held in an inclined state so that the
次に、図5(B)に示すように鋳型4を傾斜させ、そのキャビティ24への溶融金属の注入口25、25側がキャビティ24より低く、他方側がキャビティ24より高くなるように保持し、この状態で鋳型4のキャビティ24内の溶融金属を凝固させる。この凝固に伴って溶融金属が収縮した容積分の溶融金属を電磁ポンプ5により溶融金属炉1から送り、補充する。溶融金属が凝固した後鋳型4を取り出し、脱型することで鋳物を取り出すことが出来る。
この鋳造工程においては、前記の分離独立した複数のヒータユニット31b〜31eにより、鋳型4の一端側から他端側にわたって最適な温度分布や温度勾配を形成することが可能である。
Next, as shown in FIG. 5 (B), the mold 4 is inclined and held so that the
In this casting process, it is possible to form an optimal temperature distribution and temperature gradient from one end side to the other end side of the mold 4 by the plurality of separate and
本発明は、鋳型を傾斜させながら良質の鋳物を能率よく鋳造することが出来るので、特に大型の鋳物、例えば自動車用のエンジンブロックやフレーム等、液晶パネルの製造工程における加熱に使用するアルミ均熱板等の鋳造等に適用することが出来る。 Since the present invention can efficiently cast a high-quality casting while tilting the mold, aluminum soaking used for heating in the manufacturing process of liquid crystal panels such as large-sized castings such as engine blocks and frames for automobiles. It can be applied to casting of plates and the like.
5 電磁ポンプ
4 鋳型のキャビティ
24 鋳型のキャビティ
25 鋳型の注入口口
17 溶融金属射出部
1 溶融金属炉
16 中空軸
3 フレーム
10 フレームの軸受
31a〜31e ヒータユニット
5 Electromagnetic pump 4
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