JP4354841B2 - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

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Description

本発明は、モータの回転に追従して傾斜した状態で回転する駆動軸によって揺動する駆動体を備え、この駆動体の揺動動作によってこの駆動体に取り付けられたダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させポンプ室が拡縮することによりポンプ作用をするダイヤフラムポンプに関するものである。
図7は従来のダイヤフラムポンプを示し、同図(A)は正断面図、同図(B)は同図(A)のVII(B)-VII(B) 線断面図、図8はクランク台の位相に対して左右のポンプ室の圧力差を示す図である。図7に、全体を符号101で示す2気筒で負圧型のダイヤフラムポンプは、略有底角筒状に形成されたケース2の底部の外側に固定されたモータ3を備えており、このモータ3の出力軸3aはケース2の孔からケース2内に突出し、突出端部にはクランク台4が軸着されている。5は下部がクランク台4の出力軸3aから偏心した部位に傾斜した状態で軸着された駆動軸であって、上部が駆動体6の中央部に設けた非貫通穴7内に遊嵌されており、駆動体6はこの駆動軸5に回転自在に支持されている。この駆動体6の頭部6aは断面が円弧状に形成され、駆動体6には互いに反対方向に延設された一対の腕8,8が一体に設けられており、これら腕8,8の両端部の上側には、それぞれキノコ形に形成された固定子9,9が突設されている。
10は下方が開口され箱状に形成されたダイヤフラムホルダーであって、上板の中央部に駆動体6の頭部6aが当接する当接部11と、この当接部11を挟むようにして2つの保持孔12,12とが設けられており、ケース2の上部開口端に載置されている。13はダイヤフラムであって、ダイヤフラムホルダーの保持孔12,12に挿入される平面視において互いに180°位相をずらした2つのダイヤフラム部14,14が設けられているとともに、これらダイヤフラム部14,14の下部には、駆動体6の固定子9,9に取り付けられるピストン15,15が設けられており、ダイヤフラムホルダー10上に載置されている。
16はバルブホルダーであって、中央に2つの吐出孔17,17が設けられているとともに、これら吐出孔17,17の外側に吸入孔18,18が設けられており、これら吸入孔18,18を開閉する吸入弁19,19が取り付けられている。このバルブホルダー16によってダイヤフラム13をダイヤフラムホルダー10とともに挟持することにより、このバルブホルダー16と各ダイヤフラム部14,14との間にポンプ室20,20が形成される。21は吐出孔17,17を開閉する吐出弁である。22はバルブホルダー16を覆う蓋体であって、バルブホルダー16との間に、吐出孔17を介してポンプ室20に連通する吐出空間23と、この吐出空間23の周りに吸入孔18を介してポンプ室20に連通する吸入空間24とが形成されている。25は外部と吐出空間23とを連通する吐出筒、26は外部と吸入空間24とを連通する吸入筒である。
このように構成されていることにより、吸入筒26にエアーチューブ等を介して真空引きする装置を接続させ、吐出筒25を大気に開放する。このような状態としてから、モータ3を駆動し出力軸3aを回転させると、クランク台4も一体的に回転し、駆動軸5が傾斜した状態で回転するため、駆動体6はダイヤフラムホルダー10の当接部11に当接した頂部6aを中心として揺動し、一対の腕8,8の両端部が図中上下方向へ往復動する。したがって、2つのダイヤフラム部14,14が交互に上下方向に往復動するため、2つのポンプ室20,20も交互に拡縮する。ポンプ室20が拡張することにより、ポンプ室20内が負圧状態となって吸入筒26を介して真空引きする装置内のエアーが吸入空間24および吸入孔18を通ってポンプ室20内に吸入されるから、装置の内部が減圧される。一方、ポンプ室20が収縮すると、ポンプ室20内のエアーは圧力が上昇するので吐出孔17および吐出空間23を通って吐出筒25から大気に放出される。なお、上述した従来技術は、出願人が出願時点で知る限りにおいて文献公知ではない。また、出願人は、出願時までに本発明に関連する先行技術文献を発見することができなかった。よって、先行技術文献情報を開示していない。
上述した従来のダイヤフラムポンプにおいては、このダイヤフラムポンプによって真空引きする装置の内部が減圧され、最大の減圧状態、すなわち締切圧に近づくと、駆動体6と駆動軸5との間で機械音が発生するという問題があった。そこで、発明者らは、その原因を究明すべく試行錯誤の結果、次の理由により発生する機械音であることを突き止めた。以下、図7および図8を用いてその理由について説明する。
図7(A)に示すように、駆動軸5が駆動体6の腕8,8の延設方向(X軸方向)において左斜めに傾斜した状態、すなわち図8において駆動軸5が左端側に図示する態様のときには、左側のポンプ室20A内の圧力が締切圧に近い負圧状態になり、右側のポンプ室20B内の圧力は無負荷状態となる。したがって、左右のポンプ室の間で圧力差が発生するから、ダイヤフラムホルダー10の当接部11に当接した上端6aを中心として、駆動体6から駆動軸5に対してモーメントmが発生するため、駆動体6の非貫通穴7の内面に駆動軸5が密着する。
一方、図7(A)に示す状態からクランク台4が90°回転し、同図(B)に示すように駆動軸5がX軸方向と直交するY軸方向において傾斜した状態、すなわち、図8において駆動軸5が中央に図示する態様のときには、左右のポンプ室20,20間の圧力が略同じ負圧となって圧力差がなくなる。このため、駆動体6がダイヤフラム13から受ける力は、駆動軸5の軸線C方向と同方向のfのみとなるため、駆動軸5が駆動体6の非貫通穴7の内面と密着しようとする力がかからなくなる。このように、クランク台4の回転中に、駆動軸5が駆動体6の非貫通穴7の内面に密着した状態と密着していない状態とを交互に繰り返す。このため、駆動体6の非貫通穴7の内周面と駆動軸5の外周面とが当接・離間を繰り返すため、これらの間で機械音が発生するものと考えられる。
本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ポンプ動作中の機械音の発生を抑制することにある。
この目的を達成するために、請求項1に係る発明は、モータの出力軸と一体的に回転するクランク台と、互いに反対方向に延設された一対の腕が設けられた駆動体と、この駆動体の中央部と前記クランク台の出力軸から偏心した部位との間を連結する駆動軸と、前記駆動体の腕にポンプ室を形成する2つのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーとを備え、前記駆動体と前記ダイヤフラムホルダーとの間に駆動体を揺動自在に支承する支承部を設け、この支承部を中心として駆動体を揺動させることにより前記ダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させ前記ポンプ室が拡縮することでポンプ作用をするダイヤフラムポンプにおいて、前記支承部を前記駆動軸の軸線方向から偏心した位置に位置付けたものである。
請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記支承部を前記駆動体に突設した楕円形を呈する凸条体としたものである。
請求項3に係る発明は、請求項2に係る発明において、前記ダイヤフラムホルダーの前記凸条体が当接する部位を円錐形に形成し、この円錐形の頂角をβとし、前記駆動軸の傾斜角度をαとしたときに、β≒(180−α)としたものである。
請求項4に係る発明は、モータの出力軸と一体的に回転するクランク台と、互いに反対方向に延設された一対の腕が設けられた駆動体と、この駆動体の中心部と前記クランク台の出力軸から偏心した部位との間を連結する駆動軸と、前記駆動体の腕にポンプ室を形成する2つのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーとを備え、前記駆動体を揺動させることにより前記ダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させ前記ポンプ室が拡縮することでポンプ作用をするダイヤフラムポンプにおいて、前記両ダイヤフラム部を結ぶ線と直交する方向に傾斜した前記駆動軸の軸線方向を、前記駆動体が前記ダイヤフラムから受ける力の方向から偏心した位置に位置付けたものである。
請求項5に係る発明は、モータの出力軸と一体的に回転するクランク台と、互いに反対方向に延設された一対の腕が設けられた駆動体と、この駆動体の中心部と前記クランク台の出力軸から偏心した部位との間を連結する駆動軸と、前記駆動体の腕にポンプ室を形成する2つのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーとを備え、前記駆動体を揺動させることにより前記ダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させ前記ポンプ室が拡縮することでポンプ作用をするダイヤフラムポンプにおいて、前記両ダイヤフラム部を結ぶ線と直交する方向に傾斜した前記駆動軸の軸線方向を、前記駆動体が前記ダイヤフラムから受ける力の方向に対して傾斜させたものである。
請求項6に係る発明は、請求項1ないし5のいずれか1項の発明において、前記クランク台と前記駆動体との間にこの駆動体を前記ダイヤフラムホルダー側に付勢する付勢手段を設けたものである。
請求項1に係る発明によれば、機械音の発生を抑制することができる。
請求項2に係る発明によれば、ダイヤフラムポンプの小型化を図ることができる。
請求項3に係る発明によれば、駆動体とダイヤフラムホルダーとの間に摺動が起こらないから、摩擦が発生することがなく耐久性が向上する。
請求項4または5に係る発明によれば、負圧ポンプとしてだけではなく正圧ポンプとして使用しても機械音の発生を抑制することができる。
請求項6に係る発明によれば、締切圧の比較的小さいポンプの場合にも、駆動軸に大きなモーメントを発生させることができるから、機械音の発生をより確実に抑制することができる。
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図1は本発明に係るダイヤフラムポンプを示し、同図(A)は正断面図、同図(B)は同図(A)のI(B)-I(B) 線断面図、図2(A)は駆動体の平面図、同図(B)は同図(A)のII(B)-II(B) 線断面図、同図(C)はダイヤフラムホルダーの頂角と駆動軸の傾斜角度との関係を説明するための要部の断面図、図3はダイヤフラムホルダーの頂角と駆動軸の傾斜角度との関係を説明するためのモデル図である。これらの図において、上述した図7に示す従来技術において説明した同一または同等の部材については、同一の符号を付し詳細な説明は適宜省略する。
本発明に係るダイヤフラムポンプ1の第1の特徴とするところは、図1および図2に示すように、駆動体6の頂部6aを平坦状に形成し、この頂部6aに、この駆動体6が駆動軸5に組み付けられた状態で、ダイヤフラムホルダー10側から視て、腕8,8の延設方向(X軸方向)を短軸とする楕円形の支承部としての凸条体30を一体に突設した点にある。
また、第2の特徴とするところは、図2に示すように、ダイヤフラムホルダー10の凸条体30が当接する当接部11を円錐形に形成し、図3に示すように、この当接部11の頂点Oを駆動軸5の軸線C上およびモータ3の出力軸3aの軸線G上に位置付け、駆動軸5がY軸方向に傾斜した状態で、軸線Gに対する駆動軸5の傾斜角をαとし、当接部11の頂角をβとしたときに、β≒(180−α)とした点にある。
このように、凸条体30を設けたことにより、図1に示すように、この凸条体30がダイヤフラムホルダー10の当接部11に当接し駆動体6の支承部となる。そして、同図(B)に示すように、駆動軸5の下端部がY軸方向に偏心したとき、すなわち駆動軸5がY軸方向に傾斜した状態において、駆動体6の支承部となる凸条体30が駆動軸5の軸線C方向から偏心した位置に位置付けられる。このため、この凸条体30を中心として駆動体6に時計方向のモーメントm1が発生するから、駆動体6の非貫通穴7の内面と駆動軸5とが密着する。
一方、クランク台4が90°回動し、同図(A)に示すように、駆動軸5の下端部がX軸方向に偏心したとき、すなわち駆動軸5がX軸方向において傾斜した状態において、上述した従来技術と同様に左右のポンプ室20A,20Bとの間の圧力差によって、駆動体6に時計方向のモーメントが発生する。同時に、駆動体6の支承部となる凸条体30が駆動軸5の軸線Cから偏心した位置に位置付けられるため、この凸条体30を中心として駆動体6に時計方向のモーメントが発生する。したがって、駆動体6には、これらモーメントを合計したモーメントm2が発生するから、駆動体6の非貫通穴7の内面と駆動軸5とが密着する。このように、クランク台4が回転しポンプ作用を行っている間、駆動体6の非貫通穴7の内面と駆動軸5とが密着したままの状態を保持するから、駆動体6と駆動軸5との間に発生する機械音を抑制することができる。
ここで、凸条体30を駆動体6の腕8,8の延設方向(X軸方向)を短軸とした楕円形としたことにより、凸条体30が当接する当接部11のX軸方向の寸法を大きくする必要がないから、装置が大型化するようなことがない。また、両ポンプ室20,20との間の圧力差がなくなる同図(B)に示す状態のときに、凸条体30と駆動軸5の軸線Cとの間隔が最大となり、モーメントm1も最大となる。したがって、両ポンプ室20,20との間の圧力差がなくなる同図(B)に示す状態のときにも、駆動体6の非貫通穴7の内面と駆動軸5との密着力も充分に得られるから、駆動体6と駆動軸5との間に発生する機械音をより確実に抑制することができる。
また、β≒(180−α)としたことにより、凸条体30と当接部11との間で摺動による摩擦が発生しないから耐久性が向上する。これを図3によって説明すると、点Dは凸条体30と当接部11とが当接する部位を示しており、この部位Dと軸線Gまでの長さDE(r1)は、駆動体6が回転した際に凸条体30が当接部11に当接する軌跡までの距離に相当する。一方、部位Dと駆動軸5までの長さDF(r2)は、駆動軸5と凸条体30までの距離に相当し、図2(A)における凸条体30の楕円形状を示している。駆動体6が回転した際に、凸条体30と当接部11との間で摺動が起こらない条件として、図2(A)における凸条体30の楕円形状と、駆動体6が回転した際に凸条体30が当接部11に当接する軌跡とが同じ形状、すなわちr1=r2になることが必要となる。
したがって、△DEOと△DFOとが同一となり、
∠EOF=180−αであるから、
∠DOE=∠DOF=(180−α)/2となる。このとき、
∠DOE=β/2であるから、
β/2=(180−α)/2となり、
β=180−α
すなわち、β=180−αとなるように、駆動軸5の傾斜角度αと当接部11の頂角βとを設定すれば、常にr1=r2となり、上述したように、図2(A)における凸条体30の楕円形状と、駆動体6が回転した際に凸条体30が当接部11に当接する軌跡とが同じ形状となるから、駆動体6が回転した際に、凸条体30と当接部11との間で摺動が起こるようなことがなくなる。
図4は本発明の第2の実施の形態を示し、同図(A)は正断面図、同図(B)は同図(A)のIV(B)-IV(B) 線断面図である。
この第2の実施の形態においては、クランク台4と駆動体6との間に、この駆動体6をダイヤフラムホルダー10の当接部11に付勢する付勢手段としての圧縮コイルばね35を弾装したものである。このように構成されていることにより、締切圧が比較的小さくて駆動体6に対して駆動軸5の軸線方向に発生する力fが小さい場合にも、圧縮コイルばね35によってこれを補うことができる。したがって、駆動体6に大きなモーメントmを発生させることができるから、機械音の発生をより確実に抑制することができる。
図5は本発明の第3の実施の形態を示し、同図(A)は側断面図、同図(B)は駆動軸の位置を説明するためのモデル図であってダイヤフラムホルダーの平面図である。
この第3の実施の形態においては、駆動軸5の下端部が両ダイヤフラム部14,14の中心を結ぶ線Hと直交する方向(Y軸方向)に偏心したとき、すなわち駆動軸5がY軸方向に傾斜したとき、この駆動軸5の軸線方向Cを、駆動体6がダイヤフラム13から受ける力fの方向C′、すなわちダイヤフラム13のピストン15の往復動方向C′から間隔γだけ偏心した位置に位置付けたものである。すなわち、駆動体6の頂部6bがダイヤフラムホルダー10の当接部11に当接する部位37が、両ダイヤフラム部14,14の中心を結んだ線HからY軸方向に間隔δだけずれた位置に位置付けられている。
このように構成されていることにより、駆動軸5がY軸方向に傾斜したとき、すなわち両ポンプ室20A,20Bとの間の圧力差がなくなる同図(A)に示す状態のとき、ダイヤフラム13のピストン15から駆動体6に加わる力fによって、駆動体6に図中時計方向のモーメントmが発生する。したがって、両ポンプ室20A,20Bとの間の圧力差がなくなる同図(A)に示す状態のときにも、駆動体6の非貫通穴7の内面と駆動軸5との密着力も充分に得られるから、駆動体6と駆動軸5との間に発生する機械音をより確実に抑制することができる。
図6は本発明の第4の実施の形態を示し、同図(A)は駆動軸5の下端部がY軸方向の一方側に偏心した状態を示す側断面図、同図(B)は駆動軸5の下端部がY軸方向の他方側に偏心した状態を示す側断面図である。
この第4の実施の形態においては、駆動軸5の下端部がY軸方向に偏心したとき、すなわち駆動軸5がY軸方向に傾斜したとき、この駆動軸5の軸線方向C′を、駆動体6がダイヤフラム13から受ける力fの方向、すなわちダイヤフラム13のピストン15の底面15aと直交する方向Cに対して角度δだけ傾斜させたものである。このように構成されていることにより、駆動軸5がY軸方向に傾斜したとき、すなわち両ポンプ室20A,20Bとの間の圧力差がなくなる同図(A)および(B)に示す状態のとき、ダイヤフラム13のピストン15から駆動体6に加わる力fによって、駆動体6に図中反時計方向のモーメントmが発生する。したがって、両ポンプ室20A,20Bとの間の圧力差がなくなる同図(A)および(B)に示す状態のときにも、駆動体6の非貫通穴7の内面と駆動軸5との密着力も充分に得られるから、駆動体6と駆動軸5との間に発生する機械音をより確実に抑制することができる。
なお、本実施の形態においては、駆動軸5をクランク台4に軸着するとともに、駆動体6の非貫通穴7内に遊嵌して駆動体6を駆動軸5に回転自在に支持するようにしたが、駆動軸5を駆動体6に軸着し、クランク台4を駆動軸5に回転自在に支持するようにしてもよく、その場合にも上述した同様な作用効果が得られる。また、凸条体30をダイヤフラムホルダー10側から視て楕円形に形成したが円形でもよく種々の設計変更が可能である。また、第3および第4の実施の形態において、第2の実施の形態と同様にクランク台4と駆動体6との間に圧縮コイルばね35を弾装してもよい。また、第3および第4の実施の形態においては、必ずしも駆動体6がダイヤフラムホルダー10の当接部11に当接させて使用しなくてもよく、このため負圧ポンプとしてだけではなく、正圧ポンプとして使用してもよい。正圧ポンプとして使用した場合には、駆動軸5の上端と駆動体6の非貫通穴7の頭部と当接し、上述した第3および第4の実施の形態と同様な効果が得られる。
本発明に係るダイヤフラムポンプを示し、同図(A)は正断面図、同図(B)は同図(A)のI(B)-I(B) 線断面図である。 同図(A)は本発明に係るダイヤフラムポンプの駆動体の平面図、同図(B)は同図(A)のII(B)-II(B) 線断面図、同図(C)はダイヤフラムホルダーの頂角と駆動軸の傾斜角度との関係を説明するための要部の断面図である。 本発明に係るダイヤフラムポンプにおいて、ダイヤフラムホルダーの頂角と駆動軸の傾斜角度との関係を説明するためのモデル図である。 本発明の第2の実施の形態を示し、同図(A)は正断面図、同図(B)は同図(A)のIV(B)-IV(B) 線断面図である。 本発明の第3の実施の形態を示し、同図(A)は側断面図、同図(B)は駆動軸の位置を説明するためのモデル図であってダイヤフラムホルダーの平面図である。 本発明の第4の実施の形態を示し、同図(A)は駆動軸5の下端部がY軸方向の一方側に偏心した状態を示す側断面図、同図(B)は駆動軸5の下端部がY軸方向の他方側に偏心した状態を示す側断面図である。 従来のダイヤフラムポンプを示し、同図(A)は正断面図、同図(B)は同図(A)のVII(B)-VII(B) 線断面図である。 ダイヤフラムポンプにおいて、クランク台の位相に対して左右のポンプ室の圧力差を示す図である。
符号の説明
1…ダイヤフラムポンプ、3…モータ、3a…出力軸、5…駆動軸、6…駆動体、7…非貫通穴、8…腕、10…ダイヤフラムホルダー、11…当接部、13…ダイヤフラム、14…ダイヤフラム部、15…ピストン、19…吸入弁、21…吐出弁、25…吐出筒、26…吸入筒、30…凸条体(支承部)、35…圧縮コイルばね(付勢部材)。

Claims (6)

  1. モータの出力軸と一体的に回転するクランク台と、互いに反対方向に延設された一対の腕が設けられた駆動体と、この駆動体の中央部と前記クランク台の出力軸から偏心した部位との間を連結する駆動軸と、前記駆動体の腕にポンプ室を形成する2つのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーとを備え、前記駆動体と前記ダイヤフラムホルダーとの間に駆動体を揺動自在に支承する支承部を設け、この支承部を中心として駆動体を揺動させることにより前記ダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させ前記ポンプ室が拡縮することでポンプ作用をするダイヤフラムポンプにおいて、前記支承部を前記駆動軸の軸線方向から偏心した位置に位置付けたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
  2. 請求項1記載のダイヤフラムポンプにおいて、前記支承部を前記駆動体に突設した楕円形を呈する凸条体としたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
  3. 請求項2記載のダイヤフラムポンプにおいて、前記ダイヤフラムホルダーの前記凸条体が当接する部位を円錐形に形成し、この円錐形の頂角をβとし、前記駆動軸の傾斜角度をαとしたときに、β≒(180−α)としたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
  4. モータの出力軸と一体的に回転するクランク台と、互いに反対方向に延設された一対の腕が設けられた駆動体と、この駆動体の中心部と前記クランク台の出力軸から偏心した部位との間を連結する駆動軸と、前記駆動体の腕にポンプ室を形成する2つのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーとを備え、前記駆動体を揺動させることにより前記ダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させ前記ポンプ室が拡縮することでポンプ作用をするダイヤフラムポンプにおいて、前記両ダイヤフラム部を結ぶ線と直交する方向に傾斜した前記駆動軸の軸線方向を、前記駆動体が前記ダイヤフラムから受ける力の方向から偏心した位置に位置付けたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
  5. モータの出力軸と一体的に回転するクランク台と、互いに反対方向に延設された一対の腕が設けられた駆動体と、この駆動体の中心部と前記クランク台の出力軸から偏心した部位との間を連結する駆動軸と、前記駆動体の腕にポンプ室を形成する2つのダイヤフラム部が取り付けられたダイヤフラムと、このダイヤフラムを保持するダイヤフラムホルダーとを備え、前記駆動体を揺動させることにより前記ダイヤフラムの各ダイヤフラム部を往復動させ前記ポンプ室が拡縮することでポンプ作用をするダイヤフラムポンプにおいて、前記両ダイヤフラム部を結ぶ線と直交する方向に傾斜した前記駆動軸の軸線方向を、前記駆動体が前記ダイヤフラムから受ける力の方向に対して傾斜させたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
  6. 請求項1ないし5記載のいずれか1項のダイヤフラムポンプにおいて、前記クランク台と前記駆動体との間にこの駆動体を前記ダイヤフラムホルダー側に付勢する付勢手段を設けたことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
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