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JP3083666B2 - 搬送媒体によって制御可能な弁を備えたポンプ - Google Patents

搬送媒体によって制御可能な弁を備えたポンプ

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Publication number
JP3083666B2
JP3083666B2 JP05004775A JP477593A JP3083666B2 JP 3083666 B2 JP3083666 B2 JP 3083666B2 JP 05004775 A JP05004775 A JP 05004775A JP 477593 A JP477593 A JP 477593A JP 3083666 B2 JP3083666 B2 JP 3083666B2
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JP
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pump
valve plate
plate
support surface
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ベッカー エーリッヒ
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KNF Neuberger GmbH
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポンプ、特にダイヤフ
ラムポンプであって、ポンプヘッド内に配置されていて
搬送媒体によって制御可能な弁を備えており、少なくと
も1つの弁が別体のほぼ円板状のたわみ変形可能な弁プ
レートを有しており、弁プレートの中央範囲がほぼ円形
の支持面に固定されており、弁プレートの縁部範囲がポ
ンプヘッド内の弁シール面に接触していて、開放位置へ
弁開放運動のための所属の切欠き内に変位するようにな
っている形式のものに関する。
【0002】
【従来の技術】搬送媒体によって制御可能な弁を備えた
コンプレッサーはすでに公知であり、この場合、少なく
とも1つの弁がほぼ円板状のたわみ可能なセパレートの
弁プレートを有しており、弁プレートの中央範囲がほぼ
円形の支持面上に取り付けられており、弁プレートの縁
部範囲が閉鎖位置でポンプヘッドの弁シール面に接触し
て、開放位置で弁通路を開くように変位している(フラ
ンス国特許第627573号公報)。
【0003】冷却媒体・圧縮機においても、前記形式の
弁が知られている。このような弁はほぼ円形の支持面上
に堅く緊定して取り付けられている(フランス国特許第
1346409号公報)。
【0004】冒頭に述べた形式のポンプ、有利にはダイ
ヤフラムポンプにおいては、入口弁及び出口弁が搬送媒
体によってガス交換などの際の異なる圧力の作用下で制
御される。この場合、弁のばね力が搬送媒体の相応に小
さい圧力差の際の迅速な閉鎖のために用いられる。
【0005】このようなポンプは、特にダイヤフラムポ
ンプとして構成された場合、搬送媒体が潤滑されねばな
らない弁・制御機構と関連していないという利点を有し
ている。
【0006】しかしながら、前記形式のポンプは高速運
転の場合にはいくつかの欠点を有している。特に容積率
はさらに改善の余地がある。高い容積率の達成は、相反
する2つの目的の追求によって、すなわち、一方では弁
にできるだけ長い開放時間を与え、他方では弁を迅速に
閉じるようにすることによって可能である。
【0007】
【発明の課題】本発明の課題は、冒頭に述べた形式のポ
ンプを改善して、ポンプができるだけ高い容積率を有し
ていて、広い範囲で良好に使用されるようにすることで
ある。さらに、騒音の発生を小さくかつ摩滅を少なくし
たい。
【0008】
【発明の構成】前記課題を解決するために本発明の構成
では、弁プレートの弾性、厚さ及び外径を考慮して、弁
プレートの支持面の半径方向の距離を、弁プレートがポ
ンプ運転に設定された回転数で共鳴周波数範囲になるよ
うに規定してある。弁プレートの外径は弁範囲の搬送媒
体の流入面若しくは流出面の形成のために規定され、弁
行程は運転速度並びにポンプの貫流容積によって規定さ
れ、弁プレートの厚さはポンプ構造、例えばそこに作用
する圧力状態によって規定され;このことはそれぞれ特
定のポンプ構造範囲若しくは運転範囲で当てはまり、弁
プレートの厚さは弁材料、例えば材料のショア硬さにも
関連している。このようなことを、本発明は弁プレート
の支持面の半径方向の種々の距離によって開口広さ及び
閉鎖速度を最適化することによって可能にする。従っ
て、本発明はポンプの弁の作業形式に対する付加的に任
意の構成寸法を設定するものである。
【0009】前述の構成はピストンポンプにも、特にダ
イヤフラムポンプにも用いられる。ポンプは真空形成の
ためにも圧力形成のためにも使用される。
【0010】ポンプの有利な構成では、弁プレートのた
めの支持面が半径方向の距離を適合せしめられた交換可
能な支持プレートの上面若しくは下面によって形成され
ている。このような構成によりいくつかの利点が得られ
る:交換可能な支持プレートの半径方向の距離が容易に
変えられ、それぞれの要求に適合せしめられる。特に実
験して最適な距離を得るためにも、交換可能な支持プレ
ートが有利である。さらに、このようなセパレートな支
持プレートは弁材料と異なる材料から形成できる。例え
ば腐食の理由からネオプレン(Neopren)・弁プレートの
代わりにビトン(Viton)から成るプレートを選んだ場合
には、変えられた弁プレート・材料においても、支持プ
レートの相応の選択によって異なる直径及び又は戻しば
ね力で所望の閉鎖力が得られる。
【0011】請求項3に記載の構成により、それぞれの
弁プレートが縁部で容易に開かれ、閉鎖過程においても
助成される。場合によっては、弁プレートの弁開放運動
に際して変位する縁部を例えば弁運動のための切欠きの
平面側に当接させる必要がなく、これによって弁騒音、
並びに摩耗が避けられ、閉鎖時間が短くなる。請求項5
に記載の構成により、比較的簡単な構造が得られる。
【0012】請求項6に記載の構成により、弁プレート
が弁開放運動に際して中央範囲から出発して実質的に、
弁に所属する切欠きの湾曲せしめられた面上を転動する
(転がる)ように変形(変位)する。従って、生じる搬
送媒体容積において必要な流過横断面積に対して比較的
小さい質量のみを運動させるだけでよい。弁運動のため
の切欠きの底部に対する弁部分の当接による振動が少な
くとも部分的に避けられる。このような弁は静かに作動
し、わずかにしか機械的な負荷を受けず、場合によって
は極めて短い開放距離若しくは閉鎖距離で十分である。
このことは、支持面若しくは支持プレートの上面が請求
項2に記載の構成に基づき所属の弁プレートのたわみ面
にほぼ適合可能である場合に特に当てはまる。実質的に
は、運動可能な弁プレートのたわみ特性にほぼ適合せし
められた転動するような変形が開放運動に際して生じ
る。
【0013】支持プレートの直径がポンプヘッドの切欠
きの範囲で支持プレートのための支持面の直径よりもい
くらか大きくなっていると、支持プレートも相応に弾性
的な構成によって弁開放の方向でいくらかたわむ。この
こともある程度、弁プレート・支持面上での弁プレート
の開放縁部の転動変形を助成する。従って、すでに述べ
た利点が、特に低い騒音発生及び少ない摩耗と関連して
強められる。
【0014】本発明に基づくポンプは高い精度で作動す
ることがわかった。従ってポンプは調量ポンプ、有利に
は流体・調量ポンプとして作動できる。従来のポンプに
おいては弁の運動質量に基づき開放時間と閉鎖時間との
大きな隔たりがある。これに対して本発明では、すでに
述べたように弁が開放行程ではできるだけ長く開いてお
り、かつ迅速に閉鎖する。弁の開放幅及び閉鎖速度が弁
プレートの支持面の半径方向の距離を変えることによっ
て容易に適合される。弁開放運動及び閉鎖運動がガス交
換状態を考慮してポンプ回転数に対して共振させられ
る。このことは液体の搬送においては液体流過状態を考
慮して行われる。
【0015】
【実施例】図面に示すように、ダイヤフラムポンプ、こ
こでは短くポンプ1と呼ぶ、はクランクケーシング2、
ダイヤフラム3、中間カバー4、並びに閉鎖カバー6を
有している。ダイヤフラム3が縁部で以て中間カバー4
とポンプケーシング2の上縁部2aとによって密接に緊
定されている。中間カバー4はポンプケーシング2に向
いた側でダイヤフラム3の範囲にほぼ球欠形の切欠き8
を有しており、この切欠きは公知の形式でダイヤフラム
3と一緒にポンプ室13を形成している。閉鎖カバー6
には(図1で右側に)入口孔20を配置してあり、入口
孔は吸込接続部10を有している。入口孔20から入口
通路21が入口弁22へ延びている。入口弁は単数若し
くは複数の供給管路23を介してポンプ室13に接続し
ている。入口弁22に1つの弁プレート24を配設して
あり、弁プレートが閉鎖位置では公知の形式で弁シール
面に接触している。この場合、同じく公知の形式で弁シ
ール面25が閉鎖カバー6の下面26によって形成され
ていて−弁範囲を除いて−中間カバー4の隣接の上面2
7に接触している。中間カバー及び閉鎖カバー6はここ
では一緒に短くポンプヘッド5と呼ばれる。符号7で連
接棒が示し、符号108で偏心駆動部が示してある。弁
プレート24は図2から図4に側面をかつ図6に平面を
示してある。
【0016】特に図1〜図3から明らかなように、弁プ
レートが所属の弁シール面25に対してほぼ中央に取り
付けられている。弁プレートは開放に際して縁部範囲3
4で以て弁開放運動のためのそれ自体公知の切欠き11
内へ変位する(図3、及び図4参照)。弁プレート24
の中央範囲はほぼ円形リング状の支持面40を用いてほ
ぼ弁開放及び閉鎖運動の方向で保持されている(図2、
図3、及び図5参照)。図2の実施例では支持面40は
ポンプヘッド5によって形成されている。
【0017】前述の形式の公知のポンプの弁22におい
ては、(入口)弁プレート24の直径Dは通常は構成的
に、例えば搬送媒体の流入面を受容するために入口通路
21を越えて規定されている。さらに、弁プレート24
の縁部範囲34の開放運動が、図2では旋回角度hとし
て示してあって、ポンプ1の運転速度、通過する容積及
び弁プレート24の厚さによってポンプ構造に基づき、
例えば圧力比に基づき規定される。このような基準にと
って、弁プレート24の材料(例えば弁プレートのショ
ア硬度)にも関連している所定の範囲がある。
【0018】図1から明らかであるように、ポンプ1は
さらに、全体を符号122で示す出口弁を有しており、
出口弁は−開放方向で見て−前述の入口弁22に類似し
ている。有利には1つのダイヤフラム3を備えたポンプ
1は、ガス交換若しくは類似のものに関連して搬送媒体
によって制御可能な弁22,122を有しており、この
弁はポンプヘッド5内に受容されている。この場合、少
なくとも1つの弁22,122はほぼ円板状のたわみ可
能なセパレートの弁プレート24(図6参照)、若しく
は24aを有しており、弁プレートの中央範囲39(図
2、図3、及び図5参照)がほぼ円形の支持面40に取
り付けられていて、そこに堅く緊定されている。この場
合、弁プレート24(24a)は縁部範囲34で以て閉
鎖位置(例えば図1から図3)ではポンプヘッド5の一
方の弁シール面25,25aに接している。開放位置で
は弁プレート24の縁部範囲34が弁開放運動のための
所属の切欠き11,11a内に変位している。
【0019】本発明に基づき、弁プレート24の支持面
40の半径方向の距離rが弁プレートの弾性、厚さa、
及び外径Dを考慮して規定され、弁プレート24がポン
プ運転のポンプ回転数で固有振動範囲内にあるようにさ
れる。支持面40の半径方向の距離r若しくは所属の直
径d(図2及び図3参照)が本発明に基づき変えられ、
弁プレート24若しくは入口弁22のできるだけ長い開
放時間、及びそれにもかかわらず迅速な閉鎖が得られ
る。これによってポンプ1の容量的な効率が改善され
る。この場合、次のような関係がある。閉鎖力は支持面
40の直径dの関数である。直径dが大きいほど、閉鎖
力は−そのほか弁プレート・外径D、弁開放・旋回角
h、弁プレート厚さa、及び弁プレートのショア硬度の
同じ条件下で−大きくなる。
【0020】図3には本発明の有利な変化実施例が示し
てあり、この場合には、ポンプヘッド5aの弁プレート
24のための支持面40が支持プレート46の隣接の
(上側の)面45によって形成されており、支持プレー
トの半径方向の距離r1が弁22の所望の長さの開放時
間、所望の閉鎖速度、若しくは弁プレート24の所望の
運動速度に適合させられるようになっている。図3の実
施例では、支持プレート46が所属の中間カバー4aの
支持面47と同じように例えば円形の輪郭を有してい
る。例えば楕円形も使用できるが、円形の輪郭が製作の
容易性に基づき有利である。さらに図3から明らかなよ
うに、支持プレートの直径dが有利には中間カバー4a
の支持面47の直径d2よりもいくらか大きくなってい
る。支持プレート46の直径dは中間カバーに配設され
た支持面40(図2参照)の直径よりも簡単に変えられ
る。支持プレート46を使用する場合の別の利点が、必
要に応じて種々の直径の支持プレートを容易に交換して
実験によって試して、最適な直径dを見つけ出し得るこ
とにある。
【0021】本発明の有利な別の構成では、支持プレー
ト46がばね弾性的な材料から成っていて、ポンプヘッ
ド5a内に取り付けられており、縁部範囲が所属の弁プ
レートの開放運動に際していくらか弾性的にたわむよう
になっている。図3と図4との比較によって相応の作業
形式が明らかである。図4には、支持プレート46の外
側の縁部の、中間カバー4aの切欠き11内への弾性的
なたわみ状態が破線で示してある。適当な材料選択及び
適当な寸法比に基づき、ばね弾性的な支持プレート46
が弁プレート24の閉鎖運動の速度を助成する。
【0022】図1乃至図5から明らかなように、少なく
とも1つの弁プレート24及び若しくは所属の支持プレ
ート46の中央範囲39がポンプヘッド5の所属の弁シ
ール面25に対してほぼ中央に固定されている。この場
合、半径方向の固定がピン35を用いて行われている。
ピン35の機能はリベットによって生ぜしめることもで
きる。図3から明らかなように、ピン35は同時に支持
プレート46の半径方向の位置をも規定している。
【0023】弁22,122の開放及び閉鎖状態は、少
なくとも1つの弁において所属の弁プレート24の縁部
範囲34が−弁プレートの中央範囲39から縁部範囲3
4の方向に見て−半径方向外側に向かって増大して変位
及び開放できることによって助成される。半径方向外側
に向かって増大する変位及び開放は、中央を実施例では
ほぼ円錐形に形成された切欠き11によって、かつ弁プ
レートのための旋回角hに基づき簡単な形式で達成され
ている。
【0024】前述のポンプ1は真空ポンプとしても、圧
縮ポンプとしても構成され、かつ作動できる。図5の実
施例においては、弁プレート24のための支持プレート
40が半径方向に切欠き11内へ延びていて、開放位置
で湾曲させられる鎖線で示された弁プレート24′のた
めの断面で湾曲せしめられた支持面28′として構成さ
れている。すなわち弁プレート24′のための、切欠き
11に所属する支持面28′が、幾何学的に簡単な円錐
台として構成されているだけでなく、開かれた弁プレー
ト24′のたわみ経過に少なくともほぼ適合させられて
いる。このことは、支持プレート46を備えたポンプ1
においても、図5に示してあるように、支持プレートな
しのポンプ1においても行われ得る。支持面28′の、
弁開放位置に相応して湾曲せしめられた、少なくとも弁
プレート24′のたわみ経過にほぼ適合せしめられた構
成に基づき、弁開放及び閉鎖距離、若しくは開閉の際に
運動する弁質量がほかの同じ条件下で小さくできる。こ
のことが、図5には支持プレートを有するのではなく、
すでに図2で述べたように、支持面40を中間カバー4
bによって形成してあるポンプ1の実施例で示してあ
る。
【0025】断面を湾曲せしめられた支持面28′は、
支持プレート46がいくらか弾性的にたわみ可能な材料
から成っている場合には、弁22の開放の際の支持プレ
ート46のたわみに基づいて形成される。この場合、有
利には弁・支持面28,28′の表面45の曲率が所属
の弁プレート24,24′のたわみ面に適合させられて
いる(図4、参照)。弁プレート24の開きつつある縁
部範囲34が支持面28′上にいわば転動するようにた
わみ接触する。前述の利点(弁質量体のわずかな運動)
に加えて、さらに騒音発生及び弁摩耗が比較的わずかで
ある。
【0026】弁プレート24,24′は変形の際の固有
応力を有するばね弾性的な材料から成っている。このよ
うな材料は、例えば商品名「ネオプレン:Neopren」で知
られたプラスチックである。腐食の理由から前記プラス
チックの代わりに商品名「ビトン:Viton」で知られたプ
ラスチックが使用されてよい。この場合、所望の有利に
は高い閉鎖力がショア硬度の変化にもかかわらず支持プ
レート46の助けによって、場合によっては弁プレート
の外径D及び又は支持プレート46の外径dの適合に基
づき得られる。
【0027】図6は、図5の矢印Aの方向で見て中央の
孔42を備えた弁プレート24の平面をほぼ閉鎖位置で
示しており、この場合、ポンプヘッド5bの対応する部
分は省略してある。
【0028】弁の長い開放時間及び迅速な閉鎖、ひいて
はこれと関連した良好な容積率に基づき、ポンプ1が調
量ポンプとして、場合によっては流体・調量ポンプとし
て投入できる。
【0029】さらに図面に示した実施例の詳細について
述べる。図5の実施例においては、切欠き11の、弁プ
レート24に向いた支持面28′と弁プレートとの間の
間隔bが、弁プレート24の閉鎖位置での締め付け区分
をも成す中央の支持面40から出発して半径方向外側に
向かって増大している。そのように成形された支持面2
8,28′に対して、弁プレート24が弁開口の完全な
開放に際して接触する(図5で弁プレート24′の鎖線
で示した位置、参照)。湾曲せしめられた支持面28′
が弁プレート24の開放位置での変位せしめられた形に
適合せしめられており、これによって(短い)開放及び
閉鎖運動が助成されることになる(図5の二重矢印3
0、参照)。支持面28′の前述の構成により、支持面
28′への弁プレート24の衝撃のない接触が特に部分
的な弁開放に際しても達成される。ピン35若しくはリ
ベットを用いて中央で固定される形式の円板状の弁プレ
ート(24:図6、参照)においては、図5の湾曲せし
められた支持面28′はほぼ球表面の一部分に相当する
ものである。弁プレート24の円板状の構造は、不必要
に運動せしめられる質量を避けるために役立っている。
【0030】図1の左側の出口弁122は、前述の入口
弁に類似して出口弁122の閉鎖位置で出口弁プレート
24aがポンプ室13から出口弁122への管路23a
を対応する弁面25aで覆っている状態で示してある。
出口弁122においては、弁開放運動のための切欠き1
1aが同じく閉鎖カバー6内に形成されている。切欠き
から出口弁通路21aが出口孔20aに通じている。出
口弁122、及び所属の弁プレート24a、並びに場合
によっては支持プレート46の作動形式は、前述の入口
弁22の作動形式と類似している。
【0031】ポンプ1において特に有利には、弁プレー
ト24,24aのための支持面40の適合、場合によっ
ては支持面28′の湾曲、及びばね弾性的な材料からの
支持プレート46の構成などの手段が個別に若しくは組
み合わせて用いられる。これによって本発明の利点が増
大せしめられる。弁プレート24,24aの質量をポン
プ1の回転数に合わせることも可能である。前述の手段
は個別に、若しくは任意に組み合わせて実施でき、これ
によってポンプ1の容積率が改善され、弁22,22a
の摩耗若しくは騒音発生が避けられる。
【0032】中間カバー4内を入口弁22からポンプ室
13へ延びる管路23、及びポンプ室13から出口弁1
22へ延びる管路23aが、例えば複数の孔によって構
成されていてよく、孔の縦軸線が−中間カバー4の平面
で見て−それぞれ1つの円上に位置している。さらに、
管路23,23aはそれぞれ1つのリング通路によって
構成されていてもよく、リング通路の内側部分39,3
9′(図5、参照)は半径方向のウエブを介して中間カ
バー4に結合されている。このことは入口弁22の入口
通路21及び出口弁の出口通路21aの構成にとっても
当てはまる。図5の符号36は弁の中心線である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくポンプの拡大断面図。
【図2】図1の部分断面図。
【図3】図1に対する別の実施例の部分断面図。
【図4】図3の実施例の部分拡大図。
【図5】図1に対するさらに別の実施例の部分断面図。
【図6】図5の弁プレートの平面図。
【符号の説明】
1 ポンプ、 2 クランクケーシング、 3 ダ
イヤフラム、 4中間カバー、 5 ポンプヘッ
ド、 6 閉鎖カバー、 7 連接棒、10 吸込
接続部、 13 ポンプ室、 20 入口孔、
21 入口通路、 22 入口弁、 23 供給管
路、 24 弁プレート、 25 弁シール面、
26 下面、 27 上面、 34 縁部範囲、
35 ピン、 39 中央範囲、 40 支持面、
45 面、 46支持プレート、 47 支持
面、 108 偏心駆動部、 122 出口弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−129789(JP,A) 実開 昭62−79972(JP,U) 実公 昭48−40166(JP,Y2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F04B 21/02 F04B 39/10 F04B 43/02

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ポンプであって、ポンプヘッド(5)内
    に配置されていて搬送媒体によって制御可能な弁(2
    2,122)を備えており、少なくとも1つの弁(2
    2,122,22a)が別体のほぼ円板状のたわみ変形
    可能な弁プレート(24)を有しており、弁プレートの
    中央範囲(39)がほぼ円形の支持面(40)に固定さ
    れており、弁プレートの縁部範囲(34)がポンプヘッ
    ド(5)内の弁シール面(25,25a)に接触してい
    て、開放位置へ弁開放運動のための所属の切欠き(1
    1,11a)内に変位するようになっている形式のもの
    において、弁プレートの弾性、厚さ(a)及び外径
    (D)を考慮して、弁プレート(24)の支持面(4
    0)の半径方向の距離(r,r1)を、弁プレート(2
    4)がポンプ運転に設定された回転数で共鳴周波数範囲
    になるように規定してあることを特徴とする、搬送媒体
    によって制御可能な弁を備えたポンプ。
  2. 【請求項2】 弁プレート(24)のための支持面(4
    0)が半径方向の距離(r1)を適合せしめられた交換
    可能な支持プレート(46)の上面(45)若しくは下
    面によって形成されている請求項1記載のポンプ。
  3. 【請求項3】 支持プレート(46)がばね弾性的な材
    料から成っていて、有利にはポンプヘッド(5a)内に
    取り付けられており、支持プレート(46)の縁部範囲
    (46a)が所属の弁プレート(24)の開放運動に際
    していくらか弾性的にたわむようになっている請求項2
    記載のポンプ。
  4. 【請求項4】 少なくとも1つの弁(22,122)の
    弁プレート(24)の縁部範囲(34)が半径方向外側
    に向かってより大きく変位するようになっている請求項
    1から3のいずれか1項記載のポンプ。
  5. 【請求項5】 弁プレート(24)の支持面(40)が少な
    くとも中央範囲(39)で平らに構成されている請求項
    1から4のいずれか1項記載のポンプ。
  6. 【請求項6】 少なくとも1つの弁プレート(24)の
    支持面(40)の半径方向外側で、切欠き(11)内の
    支持面(40)の半径方向の延長部(28′)が、弁開
    放位置で湾曲せしめられている弁プレート(24′)に
    対する断面で湾曲せしめられた支持面(28′)として
    構成されており、有利には弁支持面(28,28′)の
    曲率が所属の弁プレート(24,24′)のたわみ面に
    開放位置で適合せしめられている請求項1から5のいず
    れか1項記載のポンプ。
  7. 【請求項7】 支持プレート(46)の直径(d)がポ
    ンプヘッド(5,5a)の切欠き(11)の範囲の支持
    プレートのための支持面(47)の直径(d2)よりも
    いくらか大きくなっている請求項1から6のいずれか1
    項記載のポンプ。
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