JPH10511161A - 閉塞する入口を備えた蠕動ポンプ - Google Patents
閉塞する入口を備えた蠕動ポンプInfo
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Abstract
(57)【要約】
閉塞入口部分を備えたポンプ導管(12)を有する蠕動ポンプ。ポンプは回転子(16)によつて支持されるローラ(22)を備えたフレーム(14)を含んでおり、モータ(19)によつて回転させられる。入口端(26)と出口端(28)を有する柔軟な導管がローラのまわりに位置決めされかつ閉塞部分(38)および非閉塞部分(40)を含んでいる。その自由状態すなわち前記閉塞部分内の圧力が前記閉塞部分の外部に作用する圧力に等しいかまたはそれ以下であるとき、閉塞部分を通る通路が実質上完全に閉塞される。前記非閉塞部分はその自由状態すなわち前記非閉塞部分内の圧力が前記閉塞部の外側に作用する圧力に等しいとき、開放通路を有する膨らんだ状態を呈するように軽くバイアスされる。
Description
【発明の詳細な説明】
発明の名称
閉塞する入口を備えた蠕動ポンプ
発明の技術分野
本発明は一般的には蠕動ポンプに関する。とくにこの発明は汲み上げ導管が2
つの不可欠な部分から形成される蠕動ポンプに関する。第1部分はこの部分内の
圧力がそれに外部から作用する圧力に等しいかまたはそれより小さいときに完全
に閉塞する閉塞部分である。第2部分は、膨らませ得るようにバイアスされてい
て、その中の圧力がその外部に作用する圧力より実質上小さくないとき、開放通
路を画成する非閉塞部分である。
従来の技術
蠕動ポンプは広範囲の対外循環方法において使用され、顕著な成功をおさめて
いる。一般に、対外循環の間中血液または他の体液は、患者と、流体が患者に戻
される前に処理を施す1またはそれ以上の対外装置との間で移動される。かかる
ポンプを普通に使用する医療方法には、以下すなわち、心臓切開手術、透析療法
および長期間連続介護状況などが含まれる。心臓切開手術の間中、血液は、消泡
装置、酸素供給装置および加熱装置のごとき多数の血液処理装置と患者との間で
ポンプによつて移動される。透析療法の間中、ポンプは不純物を除去する透析器
に血液を通す。長期連続介護状況において、静脈内溶液が、全体的な分布または
局部的治療のために、静脈カテーテルを通って患者にポンプによつてゆつくり注
入される。
蠕動ポンプは、柔軟なポンプ導管を圧縮する、間隔を置いて配置されたローラ
を有する可動のまたは回転する部材を含む容積ポンプとして記載され得る。導管
の圧縮の連続および導管の長さに沿うこの圧縮点の相対的運動が強制的に流体を
導管内に通させる。その作動の簡単性および汲み上げられた流体と種々のポンプ
要素との間の直接接触の不存在が、蠕動ポンプの主要な利点のうちの2つである
。
かなりの上首尾で使用される一方、幾つかの蠕動ポンプの設計は幾つかの固有
の制限を呈する。明らかなように、これらの制限はポンプの使用の間中考慮され
ねばならない。例えば、幾つかの非閉塞導管を使用した蠕動ポンプは、定速度モ
ータによつて駆動され、水路または固定子に対して非閉塞導管をローラにより漸
次圧縮する。非閉塞導管はその中心を通って画成された常開通路を有する。これ
らのポンプは実質上一定の割合で血液を汲み上げる。流体回路がかかるポンプの
下流で閉塞されるならば、ポンプは導管を過圧し結果として破壊する。加えて、
ポンプへの上流の流体供給が閉塞のため停止するならば、ポンプは閉塞の下流で
負圧を発生する。この負圧が十分に低いとき、負圧は血液を損傷または溶血させ
および/または結果として流体供給容器が空になる。流体供給が空にされるなら
ば、患者の供給組織容器の崩壊の可能性が存在し、排液カテーテル先端での組織
の損傷を結果として生じる。
他の型の蠕動ポンプに非閉塞の二重壁導管を使用するものがあるが、内方導管
が薄い壁の弾性材料から構成されていて、導管内部に作用する圧力が導管外部に
作用する圧力に等しいかまたはそれ以下であるとき内方導管が萎む。この型の嬬
動ポンプはアメリカ合衆国特許第4,515,589号に記載されている。この
ポンプは上流閉塞時それらの入口に顕著な負圧を発生しない一方、出口が閉塞さ
れるならば、導管が水路または固定子に対してローラによつて強制的に圧縮され
るため結果として過圧が生じる。
他の型の蠕動ポンプに閉塞導管を使用するものがある。これらの型のポンプは
導管内部の圧力が導管の外部に作用する圧力に等しいかまたはそれ以下であると
き、導管がその長さにわたつて実質上閉塞されるように構成される。かかるポン
プの1つはアメリカ合衆国特許第5,222,880号に記載されている。この
種のポンプはポンプへの流体の供給が停止されるとき負圧を発生しない一方、作
動しかつ管の固有の張力を克服するために、ポンプが、時折、所望されるかまた
は利用し得るものより大きいかも知れない入口流体圧力および流量を必要とする
。
上記欠点および制限に鑑みて、理解され得ることは、ポンプ入口の上流の負圧
の発生を回避し、ポンプ出口から下流を過圧することができずかつそれらの長さ
に沿って通常閉塞されるポンプに比してより低い入口圧力で多量の血液を充填お
よび汲み上げることができる改良された蠕動ポンプを提供する必要が当該技術に
おいて存在するということである。
発明の開示
それゆえ本発明の主たる目的は、顕著な量の血液を充填および汲み上げるため
により低い入口圧力を必要とする蠕動ポンプを提供することにある。
本発明の他の目的は、血液供給充填圧力がポンプ入口の外部に作用する圧力に
等しいかまたはそれ以下に降下するとき血液の汲み上げを停止する蠕動ポンプを
提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ポンプ入口から上流に大気圧以下の圧力を発生す
ることができない蠕動ポンプを提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、流体供給充填圧力がポンプの入口の外部に作用
する圧力に等しいかまたはそれ以下に降下するとき流体の汲み上げを停止する蠕
動ポンプを提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、流体供給充填圧力がポンプ室の外部に作用する
圧力に等しいかまたはそれ以下に降下するときその入口から下流に僅かな大気圧
以下の圧力を発生することができる蠕動ポンプを提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、出口が閉塞されるとき過圧することができない
蠕動ポンプを提供することにある。
本発明は、回転可能な回転子に取り付けられるローラのまわりに張力がかかる
状態で巻かれるポンプ導管を使用する、水路または固定子なしの、蠕動ポンプを
提供することにより上記および他の目的を達成する。ポンプ導管は弾性材料から
作られ、かつ通常ポンプの入口に隣接して置かれた長さの小さい部分を除いてそ
の長さに沿って僅かにバイアスされた状態を呈する。ポンプ導管のこの入口部分
はポンプ導管内部の圧力がポンプ導管の外部に作用する圧力に等しいかまたはそ
れより小さいときに完全に閉塞されるように形成される。ポンプ導管の入口部分
つまり閉塞部分は、回転ローラがポンプ導管に最初に係合する位置よりも上流で
始まり、そして回転ローラによつて係合される領域に僅かに延びるかまたは延び
なくてもよい。
上記の方法で構成されるとき、流体供給充填圧力がポンプ室の外部に作用する
圧力以上であるかぎり、蠕動ボンプは血液または他の流体を汲み上げる。流体供
給圧力または充填圧力が、ポンプ室の外部に作用する圧力に等しいかまたはそれ
以下に降下すると、流体は汲み上げられるのを停止する。この停止はポンプの回
転子が作動かつ回転し続けるとしても発生する。結果として、相対的に負の圧力
がポンプ導管の閉塞された入口部分から上流に発生されることができない。しか
しながら閉塞部分が完全に閉塞されるとき、ポンプは回転子が回転し続けるなら
ば閉塞部分から下流に僅かな大気圧以下の圧力を発生することができる。しかし
ながら、これらの僅かな大気圧以下の圧力は、血液細胞への損傷を生じるのには
不十分である。
このポンプ導管の設計の他の利点は、ポンプがそれらの全長に沿って閉塞する
ポンブ導管を有するポンプに比して、低い充填圧力においてより多くの流体を充
填および汲み上げることができるということである。
他の利点は蠕動ポンプから上流に置かれた容器とともに使用されるとき、本発
明は、容器を空にし且つ潜在的に空気を患者に汲み上げることを阻止するという
ことである。
本発明の付加的利益および利点は、本発明が関連する技術に熟練した者には、
添付図面に関連して取られる、好適な実施例の以下の説明および添付の請求の範
囲から明らかとなろう。
図面の簡単な説明
第1図は流体充填圧力がポンプ導管の閉塞入口部分の外部に作用する圧力より
大きいときの本発明の原理を実施する蠕動ポンブの概略図;
第2図は流体充填圧力がポンプ導管の閉塞入口部分の外部に作用する圧力に等
しいときのポンプ導管の閉塞入口部分を示す、本発明の原理を実施する蠕動ポン
プの概略図;
第3図は流体充填圧力がポンプ導管の外部に作用する圧力に等しいかまたはそ
れ以下であるときかつポンプ導管の非閉塞部分において僅かな負圧の発生後の本
発明の原理を実施する蠕動ポンプの概略図;
第4a図および第4b図は本発明の原理を実施する蠕動ポンプにおいて利用さ
れようなポンプ導管の1実施例の平面図および側面図;
第5図はポンプ導管の非閉塞部分を示す第4b図の線5−5に実質上沿って取
られる断面図;
第6図は閉塞された状態においてポンプ導管の閉塞入口部分を示す第4b図の
線6−6に実質上沿ってとられる断面図;そして
第7図は非閉塞状態において第6図の閉塞入口部分を示す断面図である。
発明を実施するための好適な実施例
次に図面を詳細に参照して、本発明の原理を実施している蠕動ポンプ10が第
1図に示されそして総括的に符号10で示される。予期されることは、本発明の
ポンプ10が広範な汲み上げ用途、とくに、限定はされないが、心肺バイパス、
血液酸素供給、二酸化炭素除去、血液透析および血液濾過ならびに医療注入を必
要とするそれらのごとき長期間の連続介護状況を包含する対外用途において広範
な利用性を有するということである。
主としてポンプ10は、ポンプ導管または管12、フレーム14、および回転
子16から構成される。該回転子16はこの回転子16の中心に位置決めされた
軸18により画成された軸線のまわりに回転するようにフレーム14に取り付け
られる。軸18を駆動するのは回転子16を矢印20で示される時計回り方向に
回転させる電動機19または他の適切な駆動手段である。
軸18と略平行に、回転子16から延びるのは、複数のローラ22である。該
ローラ22は回転子16のまわりの半径方向に等距離に位置決めされ、回転子1
6が回転されるとき、ローラ22が略円形通路内で動く。図示実施例において、
3つのローラ22はおよそ120°間隔で配置されている。ローラ22それら自
体はそれらの固有の軸線のまわりに回転するように取り付けられる。従って、ロ
ーラ22がポンプ導管12に沿って動くとき、ローラ22は導管12上に顕著な
量の摩擦引っ張りまたは張力を発生せずそれによりその使用寿命を増加する。
熟練者が理解するように、利用されるローラの実際の数は特別な用途に依存し
、本発明の性質から逸脱することなく変化され得る。代替的に、回転子16はロ
ーラ22を非円形通路内に支持するように設計され得る。明瞭にするために、ロ
ーラ22もまた単一の板24から延びるように示されている。しかしながら、ロ
ーラ22は導管12がローラ22から不意に外れるのを阻止するように協働する
1対の板(内方板および外方板)の間に延びることもできる。
導管12は、外科用のポリウレタンまたは他の適切な材料のごとき柔軟な材料
から構成され、ローラー22のまわりに延びるように位置決めされ、そして入口
端26および出口端28がそれぞれ入口カツプリング30および出口カツプリン
グ32に固定される。カツプリング30および32は順次ポンプ10のフレーム
14に取り付けられ、導管12をポンプ10の所望の流体を供給する入口供給導
管34に接続し、更に流体を患者にまたは他の対外装置に戻す出口供給導管36
に接続する。
示されないが、導管12および回転子16を保護的に封入するようにハウジン
グがフレーム14に取り付けられ得る。所望ならば、ハウジングはポンプ10の
種々の構成要素への容易なアクセスを許容するためにフレーム14に対して蝶着
され得る。
次に第4a図、第4b図、第5図、第6図および第7図を参照して、導管12
は、閉塞または第1部分38および非閉塞または第2部分40とここで称される
2つの不可欠な部分で略一体に形成されることが理解される。閉塞部分38は以
下でより十分に議論される理由のために非閉塞部分40より導管の長さのより小
さい部分を占有する。
2つの部分間の主要な差異は、血液が入口供給導管34を通ってポンプ10に
供給されてないとき閉塞部分38が平らになり、それを通る通路42が完全に閉
塞されるということである。他の方法で述べれば、閉塞部分38の外部に作用す
る外部圧力が閉塞部分38の内部の圧力に少なくとも等しいとき、閉塞部分は完
全に閉塞された状態に萎む。この状態はここでは閉塞部分38の「自由」状態と
称せられる。完全に閉塞されるとき、閉塞部分38は負圧が該閉塞部分38内に
またはこの部分38の上流で発生されるのを不可能にする。もし回転子16が閉
塞部分38の閉塞後回転し続けても、本発明は上流の導管34を空にすることを
防ぎ、また供給組織(その損傷の潜在力をもつ)の崩壊および患者への空気の汲
み上げを阻止する。
閉塞部分38がその自由状態にあるとき完全に閉塞され、かつ負圧が閉塞部分
38内に発生されえないことを保証するために、閉塞部分38の区域において導
管12はその側縁部46においてゼロまたはゼロに近い内方曲率半径44を呈す
る。かかる導管12を構成する方法は当該産業において公知である。1つの構成
方法において、ポリウレタンまたはビニールのごとき柔軟な材料の薄い壁の管が
熱処理され、かつこの自由状態の形状に永続的に変形される。閉塞部分38を構
成する他の方法は、それらの長手方向縁部46に沿って、平らな、柔軟な材料か
らなる2枚のフイルムまたはシートを接着することを伴う。縁部46は熱密封に
よりまたは接着剤の使用により接着され得る。
ローラ22上に取り付けられるとき、導管12の閉塞部分38は、閉塞部分3
8の平らな側48がローラ22の周面と面対面接触するように、閉塞部分38の
側縁部の長手方向がローラ22の回転軸線に沿うように方向付けられる。
非閉塞部分40は、非閉塞部分40がその自由状態にあるとき、それを通る通
路が開放されるように軽いバイアスを呈する。しかしながら、非閉塞部分40が
その萎んだ状態にあるとき完全に閉塞され、かつ有限の負圧が非閉塞部分40内
にのみ発生され得ることを保証するために、非閉塞部分40の区域において導管
12は好ましくは、閉塞部分38と同様な、その側縁部46においてゼロまたは
ゼロに近い内方曲率半径44を呈する。したがつて、非閉塞部分40の通路42
内の圧力が非閉塞部分40の外部に作用する圧力に等しいとき、通路42は第5
図に見られるように開放される。これは、僅かな、しかし有限の負圧を、回転子
16が回転し続けるとき導管12内に発生されることを許容する。また、その全
長にわたつて閉塞されてないことにより、導管12が必要とする入口圧力および
流量が減少し、それにより少ない努力およびプライミングで、最初に汲み上げら
れる流体の量を増加することが可能となる。
例えば図1に示されるように、ポンプ10のローラ22のまわりに置かれる導
管12の閉塞部分38は、ローラ22が回転するとき最初に係合する位置よりも
上流に始まり、ローラ22および導管12により係合される領域に僅かに延ばす
こともできるが、必ずしもそうする必要はない。ローラ22と導管12との間の
最初の係合の区域は符号49で第1図に略示される。
結果的にポンプ10は、流体入口供給圧力が導管12の外方に作用する圧力よ
り大きいとき、閉塞部分38が膨らみかつ流体50で充填され、そしてその流体
50を出口供給導管36に通すことを強制する。その膨らんだ状態において、閉
塞部分38は第7図に見られるように略レモン形状を取る。入口流体圧力が導管
12上の外部圧力より大きい1つの状況は、流体50が容器52内に収容され、
該流体50のそのレベル54が、導管12の入口端26およびポンプ10によっ
て画成されるレベル以上のときである。これは第1図に示される。閉塞部分38
が導管12の比較的小さい長さのみを占有するため、本発明は、それらの全長に
わたつて閉塞する導管を有するポンプより低い充填圧力でより多くの流体を充填
しかつ汲み上げることができる。
導管の入口端26での流体圧力が閉塞部分38の外部に作用する圧力に等しい
とき、閉塞部分38はその自由状態を取り、それにより第2図に符号56で示さ
れる閉塞部分38の通路42を完全に閉止する。これが生じる1つの状況は容器
52内の流体50のレベル58が、ポンプ10の入口端26の高さと最初に一致
するときである。
第3図に示されるように、回転子16が導管12の長さに沿って回転しかつ動
き続けるに従って、追加の流体50が閉塞部分38を通って引き出されることな
く、非閉塞部分40の通路42を充填するすべての流体はポンプ10から漸次排
出される。結果として、非閉塞部分40は相対的な圧力が導管12の非閉塞部分
40内に発生されるとき最初に萎みを経験する。閉塞部分38のため、本発明は
入口端26またはそれから上流で負圧を発生することができない。その全長にわ
たって非閉塞のまたは通常膨らんだ導管を組み込んでいるポンプは、それらの上
流の負圧を発生しかつ供給導管を潜在的に萎ませ、結果として供給組織容器内に
置かれているカテーテル先端の患者の組織を損傷することが可能である。
上記説明は本発明の好適な実施例を構成する一方、本発明は添付図面の適切な
範囲および正しい意味から逸脱することなく変形、変更および変化を受け入れる
ことができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.流体汲み上げ用蠕動ポンプにおいて、 複数のローラ、及び予め定めた通路に沿うように間隔を置いて配置された前記 ローラを支持する支持手段を有するフレーム; 前記支持手段に動きを生じさせ、それによつて前記ローラが、前記予め定めた 通路に沿って動くことを誘起させる駆動手段; 入口端と出口端との間に置かれた一体に形成された第1および第2部分を有し 、前記第1部分が前記第2部分から上流に配置され、前記第1部分内の圧力が前 記第1部分の外部に作用する圧力に等しい自由状態において前記第1部分が萎み それによってそれを通る通路が実質上完全に閉塞されることでそれを通る流体の 伝達を阻止し、前記第1部分内の圧力が前記第1部分の外部に作用する圧力より 大きいとき前記第1部分が妨害されない通路を有する膨らんだ状態を取りそれに よってそれを通る流体の伝達を許容し、前記第2部分内の圧力が前記第1部分の 外部に作用する圧力に等しい自由状態において前記第2部分が開放通路を有する 膨らんだ状態を呈するようにバイアスされそれによってそれを通る流体の伝達を 許容する柔軟な導管;および 前記入口端および出口端を保持し、前記導管がその長さの1部分に沿って前記 ローラと協働して蠕動運動することによって固定子の使用なしに前記導管を通っ て流体を伝達するように前記ローラのまわりに前記導管を取り付ける取り付け手 段からなることを特徴とする蠕動ポンプ。 2.前記第1部分内及び上流の圧力が前記第1部分の外部に作用する圧力より 大きいとき、前記第1部分が閉塞されない開放通路を有する膨らんだ状態を呈す ることを特徴とする請求項1に記載の蠕動ポンプ。 3.前記第1部分が前記第2部分より長さが短いことを特徴とする請求項1に 記載の蠕動ポンプ。 4.前記第1部分は前記ローラが回転するとき前記ローラによつて係合されず 、前記第2部分は少なくともその長さの一部において前記ローラと係合されるよ うに協働し、それにより前記ローラが蠕動運動により前記導管を通る流体を伝達 するように前記第2部分を少なくとも部分的に萎ますことを特徴とする請求項1 に記載の蠕動ポンプ。 5.前記第1および第2部分が互いに一体成型されることを特徴とする請求項 1に記載の蠕動ポンプ。 6.前記第2部分のみが前記ローラと係合することを特徴とする請求項1に記 載の蠕動ポンプ。 7.前記ローラが前記第2部分のうち実質上前記第1部分に隣接した位置に係 合するように、前記第2部分が配置されることを特徴とする請求項6に記載の蠕 動ポンプ。 8.前記回転子が回転する際の前記予め定めた通路が円形であることを特徴と する請求項1に記載の蠕動ポンプ。 9.前記嬬動ポンプが前記第2部分を萎ますために固定子を利用しないことを 特徴とする請求項1に記載の蠕動ポンプ。 10.前記導管が前記第1部分が前記ローラと係合し得るようにローラのまわ りに配置されることを特徴とする請求項1に記載の蠕動ポンプ。 11.流体汲み上げ用蠕動ポンプにおいて、複数のローラおよび予め定めた通 路に沿うように間隔を置いて配置された前記ローラを支持する支持手段を有する フレーム、前記支持手段に動きを生じさせそれによつて前記ローラが前記予め定 めた通路に沿って動くことを誘起させる駆動手段、入口端と出口端との間に置か れた一体に形成された第1および第2部分を有し、前記第1部分が前記第2部分 から上流に配置され、前記第1部分内の圧力が前記第1部分の外部に作用する圧 力に等しい自由状態において前記第1部分が萎みそれによってそれを通る通路が 実質上完全に閉塞されることでそれを通る流体の伝達を阻止し、前記第1部分内 及びその上流の圧力が前記第1部分の外部に作用する圧力より大きいとき前記第 1部分が妨害されない通路を有する膨らんだ状態を取りそれによってそれを通る 流体の伝達を許容し、前記第2部分が前記第1部分より長さが長くかつ前記第2 部分内の圧力が前記第1部分の外部に作用する圧力に等しい自由状態において前 記第2部分が開放通路を有する膨らんだ状態を呈するようにバイアスされそれに よってそれを通る流体の伝達を許容し、前記第2部分は前記ローラと係合される ようにその長さの少なくとも1部分に沿って協働しそれにより前記ローラが蠕動 運動により前記導管を通る流体を伝達するように固定子の使用なしに前記第2部 分を少なくとも部分的に萎ませ、前記第1部分は前記ローラーが回転するとき前 記ローラーによって係合されず、前記第1部分に実質上隣接した位置の前記第2 部分が前記ローラーと係合するように前記第1部分が配置される柔軟な導管、そ して前記導管を前記ローラのまわりに取り付けかつその前記入口端および出口端 部を取り付ける取り付け手段からなることを特徴とする蠕動ポンプ。 12.複数のローラおよび予め定めた通路に沿うように間隔を置いて配置され た前記ローラを支持する支持手段を有するフレーム、前記支持手段に動きを生じ させそれによつて前記ローラーが前記予め定めた通路に沿って動くことを誘起さ せる駆動手段を含む蠕動ポンプ用ポンプ導管において、前記ポンプ導管が、柔軟 であり、入口端と出口端との間に置かれた一体に形成された第1および第2部分 からなり、前記第1部分内の圧力が前記第1部分の外部に作用する圧力に等しい 自由状態において前記第1部分が萎みそれによってそれを通る通路が実質上完全 に閉塞されることでそれを通る流体の伝達を阻止し、前記第1部分内の圧力が前 記第1部分の外部に作用する圧力より大きいとき妨害されない通路を有する膨ら んだ状態を取りそれによってそれを通る流体の伝達を許容し、前記第2部分内の 圧力が前記第1部分の外部に作用する圧力に等しい自由状態において前記第2部 分が開放通路を有する膨らんだ状態を呈するようにバイアスされそれによってそ れを通る流体の伝達を許容することを特徴とする蠕動ポンプ用ポンプ導管。 13.前記第2部分が前記第1部分より長さにおいて長いことを特徴とする請 求項12に記載の蠕動ポンプ用ポンプ導管。 14.前記第1部分がその自由状態においてその側縁部においてゼロに近い曲 率半径を呈することを特徴とする請求項12に記載の蠕動ポンプ用ポンプ導管。 15.前記第1部分がその自由状態において実質上平らであることを特徴とす る請求項12に記載の蠕動ポンプ用ポンプ導管。 16.前記第2部分が縁部を画成する部分を含み、前記第2部分がその自由状 態にあるとき前記縁部においてゼロに近い内部曲率半径を呈することを特徴とす る請求項12に記載の蠕動ポンプ用ポンプ導管。 17.前記第1部分が前第2部分の上流に置かれることを特徴とする請求項1 2に記載の蠕動ポンプ用ポンプ導管。
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