JP4533938B2 - 足踏み式エアコンプレッサ - Google Patents

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Description

本発明は、足踏み式エアコンプレッサに関しており、さらに詳しくは、ペダルを漕ぐことにより圧縮空気が得られる足踏み式エアコンプレッサに関している。
手動式エアコンプレッサの代表的なものに、自転車のタイヤに空気を入れる自転車用ポンプが知られているが、従来知られた自転車用ポンプの改良型とも言うべき自動式ポンプが特許文献1によって提案されている。
特表2002−526718号公報
特許文献1に記載されたポンプは、図3(公報記載の図番)を参照して、プーリ9(公報記載の符号であり、以下同じ)の周囲に巻かれた引張りコード3の力で動作する自転車用ポンプ装置であって、ハンドル5を引いてコード3をプーリ9から解いた後、ハンドルを放してバネの力でコード3をプーリ9に巻き戻すという動作を繰り返すことにより、プーリ9はフライホイールを介して主軸を駆動する。主軸はカム及びカム軸受を回転させ、これにより、カム軸受はピストンをシリンダ19内で往復運動させる。シリンダが一方のエンドキャップに向けて動くと、シリンダ内でピストンとエンドキャップとの間にある空気は圧縮され排気弁を開かせる。圧縮された空気は、エンドキャップ、出口ポート、ホース7(図2)、コネクタ8(図2)を通ってタイヤへ供給される。
提案された特許文献1の装置は、自転車用ポンプ装置として優れたものであると認められるが、圧力空気によって発電を起動する発電装置としての機能を発揮させるには些か出力不足といえる。
ところで、美容器具ないし健康器具の一つに所謂「自転車漕ぎ具」があり、これは自転車から車輪を除いた装置といえるものであって、ペダルを漕ぐことにより室内で効果的な運動ができ、美容及び健康に役立つものとして広く使用されているものである。自転車漕ぎ具が好まれているとはいえ、単にペダルを漕ぎ続けるだけの運動では飽きてくることは必定なので、自転車漕ぎのような運動であっても目的をもって行うことができれば、興味が尽きることはないと言うものである。
本願発明者は、圧縮空気によって発電するエアタービン付き発電装置に着目し、その前提として、人力駆動で圧縮空気が得られるエアコンプレッサの開発に成功した。エネルギー源として空気を利用した発電装置は、公害問題などが無縁なことから脚光を浴びている装置であるが、従来から小型で家庭的な発電装置は出現していない。しかし、空気を利用した家庭用の発電装置が開発されれば、地球の温暖化を防止し、省資源にも大いに貢献することができるものとなる。
発電装置がクリーンエネルギーによって起動されたとしても、電気を貯蔵しておくことはできないのであるが、近年は、自転車の補助動力を駆動するバッテリー、コードレス構造の家電製品に組込まれたバッテリーなど、充電しながら使用する電気器具は増え続けており、結果として電気を蓄えることが日常的に行われている。
本発明の課題は、足踏み式レバーを使用してシリンダ内のピストンを往復運動させることによって圧縮空気を発生させる足踏み式エアコンプレッサを提供することである。
解決手段の第1は、基端部が軸着されて揺動自在に設けられた一対の足踏みレバーと、上記足踏みレバーの基端部に設けた第1の主平歯車並びに該第1の主平歯車と噛合されかつ同径に形成された第1の従平歯車と、上記第1の主平歯車と同軸に設け当該第1の主平歯車よりも小径に形成された第2の主平歯車並びに該第2の主平歯車との間にラック杆を噛合した第2の従平歯車と、上記ラック杆のラック軸杆に設けたピストンを収容した第1の圧縮空気発生シリンダと、上記足踏みレバーの近傍に設けたフライホイールであって周縁位置に設けた回転コロを当該足踏みレバーに形成した長孔内に摺動自在に収容した上記フライホイールと、上記フライホイールと同期して回転するクランク円盤と、該クランク円盤に軸着したピストンロッドに設けたピストンを収容した第2の圧縮空気発生シリンダとを備え、上記足踏みレバーの揺動運動と連動する上記ラック杆の往復運動によって、上記第1の圧縮空気発生シリンダにおいて比較的高圧な圧縮空気を発生させ、上記足踏みレバーの揺動運動と連動する上記クランク円盤の回転運動によって、上記第2の圧縮空気発生シリンダにおいて比較的低圧な圧縮空気を発生させるものであって、上記第1及び第2の圧縮空気発生シリンダを選択的に運転することを特徴とするものである。
解決手段の第2は、解決手段の第1において、ラック軸杆にピストン集結基板を設け、該ピストン集結基板に複数のピストンが設けられていることを特徴とするものである。
解決手段の第3は、解決手段の第1又は2において、第1の圧縮空気発生シリンダ及び第2の圧縮空気発生シリンダが、いずれも一対で設けられていることを特徴とするものである。
解決手段の第4は、解決手段の第1から3のいずれかにおいて、基台に、前パイプと後ろパイプを横パイプで接続したパイプ枠体が形成されており、上記前パイプにハンドルが設けられ、上記後パイプに座席が設けられ、第1の圧縮空気発生シリンダに設けた足踏みレバーの自由端が上記座席の近傍に設けられ、上記第1の圧縮空気発生シリンダを覆うカバー筐体に上記第2の圧縮空気発生シリンダが設けられていることを特徴とするものである。
請求項1は、足踏みレバーの揺動運動と同期して往復運動するラック杆のラック軸杆にピストンを設け、該ピストンを第1の圧縮空気発生シリンダのシリンダ室に収容し、上記足踏みレバーの揺動運動と同期して回転するクランク円盤のピストンロッドにピストンを設け、該ピストンを第2の圧縮空気発生シリンダのシリンダ室に収容し、足踏みレバーの揺動運動によって第1及び第2の圧縮空気発生シリンダで圧縮空気を発生させるものであるから、いわゆる自転車漕ぎ具と同じ要領で足踏みレバーを漕ぐことで圧縮空気を発生させ貯蔵することができるものである。また、第1及び第2の圧縮空気発生シリンダを選択的に運転することができるから、足踏みレバーの踏込み運動を軽減し作業を容易とすることができるものである。
この他、請求項1においては、発生させた圧縮空気によってエアタービン付き発電装置を運転して発電することができるものであって、空気をエネルギー源とする発電装置は、公害問題を引き起こすことがないから、空気を利用した小型で家庭的な発電装置が開発されれば、地球温暖化の抑制効果があり、さらには省資源効果も発揮するものとなる。
請求項2は、複数の細径ピストンを装備しているから、大径単シリンダと略同容積の場合と比較して、圧縮比の高い圧縮空気が効率よく採集できることの効果がある。
請求項3は、第1の圧縮空気発生シリンダ及び第2の圧縮空気発生シリンダが、いずれも一対で設けられているから、シリンダ室が倍増するので発生させる圧縮空気が倍増し、大量の圧縮空気を瞬時に発生させ得るものである。
請求項4は、パイプ枠体中に座席及びハンドル有するものであるから、一対の足踏みレバーを所謂自転車漕ぎ具と同じ要領で運転できるので、室内において効果的に運動ができ美容と健康に役立つものとなる。
図1は本発明の足踏み式エアコンプレッサの全体構造を示す側面図、図2は同平面図、図3は同正面図である。図4は圧縮空気発生装置を示す縦断面図、図5は同装置における他の位置の縦断面図、図6は同平面図である。図7は圧縮空気発生装置の主たる構成の詳細を示す縦断面図、図8は同平面図、図9は圧縮空気発生装置の部品となるピストン及びその駆動部品を示す斜視図である。図10は圧縮空気発生装置の従たる構成の詳細を示す縦断面図、図11は同正面図である。
図1から図3において、本発明の足踏み式エアコンプレッサは、第1の圧縮空気発生装置100と第2の圧縮空気発生装置200とからなり、第1の圧縮空気発生装置100が基台1に設けられ、第2の圧縮空気発生装置200が第1の圧縮空気発生装置100を覆うカバー筐体2に設けられているものである。
第1の圧縮空気発生装置100は、基端部が軸着されて揺動自在に設けられた一対の足踏みレバー3,3aの交互の踏込み運動によって駆動されるものである。
上記足踏みレバー3,3aの自由端は、カバー筐体2から突出して設けられている。また、足踏みレバー3,3aの間には、基台1に固定した軸受台4,4aに軸架されたフライホイール軸5にフライホイール6,6aが設けられており、該フライホイール6,6aの周縁の対向位置に軸止した回転コロ7,7aが、上記足踏みレバー3,3aに形成した長孔8,8a内に摺動自在に結合されている(図2,図6参照)。なお、図中、9,9aは足踏みレバー3,3aの自由端に設けた足踏みペダルである。
基台1には、前パイプ11と後パイプ12を横パイプ13で接続したパイプ枠体が形成されており、前パイプ11はカバー筐体2の近傍に設けられ、後パイプ12はフライホイール6,6aよりも後方に設けられている。また、前パイプ11にハンドル14が設けられ、後パイプ12に座席15が設けられている。ここで、ハンドル14には、圧縮空気発生シリンダの運転状況を監視する図示しない運転表示盤などが設けられる。なお、ハンドル14及び座席15は、詳細な説明を省略したが、いずれも取付け高さが調整できるものとなっている。
本発明のエアコンプレッサは、基台1に設けた第1の圧縮空気発生装置100と第2の圧縮空気発生装置200からなるものであるから、例えば、基台1にキャスタを取付けて移動容易なものとすることができる。なお、第1の圧縮空気発生装置100は、カバー筐体2の内部に設けられ、第2の圧縮空気発生装置200は、カバー筐体2の天板に設けられている。
図4から図9において、第1の圧縮空気発生装置100は、足踏みレバー3,3aを漕いでラック杆123,123aを往復運動し、この往復運動を利用して、第1の圧縮空気発生シリンダ101,101aのピストンを往復運動してシリンダ内の空気を圧縮するものである。また、第2の圧縮空気発生装置200は、足踏みレバー3,3aを漕いでフライホイール6,6aを回転し、この回転運動を利用して、第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aのピストンと連結したピストンロッドを往復運動してシリンダ内の空気を圧縮するものである。
上記足踏みレバー3,3aの基端部に第1の主平歯車111,111aが設けられており、該第1の主平歯車111,111aと噛合い、当該第1の主平歯車111,111aと同径に形成した第1の従平歯車112,112aが設けられている。また、これら第1の主平歯車111,111aの主歯車軸113,113aが、基台1に設けた主軸受基板114に軸架され、第1の従平歯車112,112aの従歯車軸115,115aが従軸受基板116に軸架されており、上記足踏みレバー3,3aの交互の踏込み運動を行うことにより、第1の主平歯車111,111a及び第1の従平歯車112,112aが正逆方向に回転するようになっている。
上記した第1の主平歯車111,111a及び第1の従平歯車112,112aには、いずれも同軸位置に当該歯車よりも小径に形成した第2の主平歯車121,121aと第2の従平歯車122,122aが設けられており、これらは互いに噛合うことがなく対峙している。そして、該第2の主平歯車121,121aと第2の従平歯車122,122aの間に、棒状に形成したラック杆123,123aが噛合されており、該ラック杆123,123aは、ラック・ピニオンの構成になっているから、第1の主平歯車111,111a及び第1の従平歯車112,112aの正逆回転運動によって往復運動をする。また、該ラック杆123,123aは、前後に設けたラック軸杆124,124aがラック軸受基板125,125aに軸架されているものである。
上記ラック杆123,123aのラック軸杆124,124aは、一方の端、すなわち足踏みレバー3,3aから遠ざかる方向に向う端部が、ラック軸受基板125,125aから突出して延びており、先端にピストン集結基板131,131aが設けられている。また、該ピストン集結基板131,131aに、4本のピストン132,132aが設けられており、該各ピストン132,132aが第1の圧縮空気発生シリンダ101,101aに形成した4つのシリンダ室102,102aにそれぞれ収容されていて、当該シリンダ室102,102a内で圧縮空気を発生させるものである。
実施形態における第1の圧縮空気発生装置100は、一対で設けられた第1の圧縮空気発生シリンダ101,101aを有しており、また、該各第1の圧縮空気発生シリンダ101,101aに設けた4つのシリンダ室102,102aには、それぞれピストン132,132aが収容されている。したがって、当該第1の圧縮空気発生装置100は、8つのシリンダ室を有する構成になっているが、圧縮空気発生シリンダに設けるシリンダ室の数は任意である。なお、上記シリンダ室102,102aには、吸入弁103,103a及び排出弁104,104aが設けられている。また、シリンダ室102,102aで発生した圧縮空気は、上記排出弁104,104aに接続した図示しない配管装置を経て集められ、これも図示しない空気貯蔵タンクに採集される。
シリンダ室102,102a内に挿入したピストン132,132aは、足踏みレバー3,3aの自由端となる足踏みペダル9,9aが上昇した時に、シリンダ室102,102aに空気を吸引し、下降した時にシリンダ室102,102a内の空気を圧縮するものであって、この動作を繰り返えすことにより、第1の圧縮空気発生シリンダ101,101aによって比較的高圧な圧縮空気を発生させるものである。実施形態では、第1の圧縮空気発生シリンダ101,101aが、複数の細径ピストンを装備しているから、大径単シリンダの場合と比較して、比較的高圧な圧縮空気が採集できるものである。
第1の圧縮空気発生装置100によって圧縮空気を発生させるには、まず、座席15に座りハンドル14に手を掛けて運転姿勢を整える。そして、足踏みレバー3,3aの足踏みペダル9,9aに足を乗せて交互に踏み込む。足踏みレバー3,3aは長孔8,8a内にフライホイール6,6aの回転コロ7,7aが収容されているから、足踏みレバー3,3aの踏み込みによって上記フライホイール6,6aが側面視時計回りに回転する。運転開始時は足踏みレバー3,3aの踏込み力を要するとしても、踏込み数が増加してフライホイール6,6aの回転数が増えれば踏込み力が軽減されることになる。
足踏みレバー3,3aの交互の踏込み運動によって、該足踏みレバー3,3aの基端に設けた第1の主平歯車111,111a及び第1の従平歯車112,112aが正逆方向に回転し、同時に、第2の主平歯車121,121a及び第2の従平歯車122,122aが正逆方向に回転するが、当該歯車は、これ自体噛合していないで、歯車間にラック杆123,123aを噛合しているから、上記足踏みレバー3,3aの踏込み運動によってラック杆123,123aが往復運動を行う。
上述したように、ラック杆123,123aの先端に設けたラック軸杆124,124aにピストン132,132aを有するピストン集結基板131,131aが設けられており、該ピストン132,132aの往復運動によってシリンダ室102,102a内の空気が圧縮され、当該シリンダ室102,102a内において圧縮空気が発生する。
シリンダ室102,102a内で発生した圧縮空気は、排出弁104,104aから集められ、図示しない空気貯蔵タンクに採集されるものである。圧縮空気は、一例として、エアタービンを備えた発電装置を稼働して電力を発生させることができる。電力は、蓄電しておくことは困難であるが、発電装置が仮にエアタービンを備えたものであれば、圧縮空気を空気貯蔵タンクに貯蔵することは可能であるから、健康と美容促進を目的に足踏みレバー3,3aを、所謂自転車漕ぎ具と同じ要領で漕ぐ運動を行いながら、圧縮空気を発生させ貯蔵することができるものである。
第2の圧縮空気発生装置200は、足踏みレバー3,3aの搖動運動によって回転するフライホイール6,6aの回転力によって駆動されるものである。
上記フライホイール軸5に第1のチェーンスプロケット211が設けられ、上記カバー筐体2内に設けた軸受台212に軸架したスプロケット軸213に設けた第2のチェーンスプロケット214が設けられ、これら第1のチェーンスプロケット211と第2のチェーンスプロケット214とにチェーン215が装着されている。ここで、第2のチェーンスプロケット214は、第1のチェーンスプロケット211よりも小径に形成されているので、第2のチェーンスプロケット214は高速回転できるようになっている。
また、上記スプロケット軸213には、クランク円盤216,216aが設けられている。ここで、上記クランク円盤216,216aは上記フライホイール6,6aと同期して回転するものであり、また、当該クランク円盤216,216aには、クランク杆217,217aが揺動自在に軸着されている。なお、上記クランク杆217,217aは、上記カバー筐体2から突き抜けた長さを有しており、先端にピストン218,218aが軸着されている。
実施形態における第2の圧縮空気発生装置200は、一対で設けられた第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aを有しており、該各第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aに設けた1つのシリンダ室202,202aに、それぞれピストン218,218aが収容されている。ここで、第2の圧縮空気発生装置200は、第2のチェーンスプロケット214と対応する位置に設けられており、クランク杆217,217aに設けたピストン218,218aが第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aのシリンダ室202,202aに収容されていて、当該シリンダ室202,202a内で圧縮空気を発生させることができるようになっている。なお、上記シリンダ室202,202aには、吸入弁203,203a及び排出弁204,204aが設けられている。
図10を参照して、シリンダ室202,202a内のピストン218,218aは、一方のピストン218がシリンダ室202に空気を吸引した時に、他方のピストン218aがシリンダ室202a内の空気を圧縮する動作を繰り返すものである。
第2の圧縮空気発生装置200によって圧縮空気を発生させるには、足踏みレバー3,3aを交互に踏み込んでフライホイール6,6aを回転し、フライホイール6,6aと同期して回転する第1のチェーンスプロケット211の回転がチェーン215を介して第2のチェーンスプロケット214に伝達され、これによってクランク円盤216,216aが回転する。また、クランク円盤216,216aに設けたクランク杆217,217aは、第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aのシリンダ室202,202a内でピストン218,218aを往復運動させるので、当該シリンダ室202,202a内の空気が圧縮される。
第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aのシリンダ室202,202a内で圧縮された空気は、排出弁204,204aから集められ、第1の圧縮空気発生装置100で発生させた圧縮空気とともに空気貯蔵タンクに採集されるものとなる。なお、第2の圧縮空気発生シリンダ201,201aのシリンダ室202,202aは、大径単シリンダであるから、当該シリンダ室202,202aで発生する圧縮空気は、圧縮比率が比較的低い圧縮空気となる。
実施形態では図示していないが、第2の圧縮空気発生装置200の運転を、切換式にして一時的に作動させない手段を設けることにより、第2の圧縮空気発生装置200の運転を選択することが可能であり、この場合は、第1の圧縮空気発生装置100のみの運転となるから、足踏みレバー3,3aの踏込み運動が軽くなり容易となるものである。
本発明の足踏み式エアコンプレッサの全体構造を示す側面図。 図1の平面図。 図1の正面図。 圧縮空気発生装置の詳細を示す縦断面図。 圧縮空気発生装置の他の位置における縦断面図。 図4の平面図。 第1の圧縮空気発生装置の詳細を示す縦断面図。 図7の横断平面図。 第1の圧縮空気発生装置に使用するピストン及びその駆動部品を示す斜視図。 第2の圧縮空気発生装置の詳細を示す縦断面図。 図10の縦断正面図。
符号の説明
1 基台
2 カバー筐体
3,3a 足踏みレバー
4,4a 軸受台
5 フライホイール回転軸
6,6a フライホイール
7,7a 回転コロ
8,8a 長孔
9,9a 足踏みペダル
10 パイプ枠体
11 前パイプ
12 後パイプ
13 横パイプ
14 ハンドル
15 座席
100 第1の圧縮空気発生装置
101,101a 第1の圧縮空気発生シリンダ
102,102a シリンダ室
103,103a 吸入弁
104,104a 排出弁
111,111a 第1の主平歯車
112,112a 第1の従平歯車
113,113a 主歯車軸
114,114a 主軸受基板
115,115a 従歯車軸
116,116a 従軸受基板
121,121a 第2の主平歯車
122,122a 第2の従平歯車
123,123a ラック杆
124,124a ラック軸杆
125,125a ラック軸受基板
131,131a ピストン集結基板
132,132a ピストン
200 第2の圧縮空気発生装置
201,201a 第2の圧縮空気発生シリンダ
202,202a シリンダ室
203,203a 吸入弁
204,204a 排出弁
211 第1のチェーンスプロケット
212 軸受台
213 スプロケット軸
214 第2のチェーンスプロケット
215 チェーン
216,216a クランク円盤
217,217a クランク杆
218,218a ピストン

Claims (4)

  1. 基端部が軸着されて揺動自在に設けられた一対の足踏みレバー(3,3a)と、上記足踏みレバーの基端部に設けた第1の主平歯車(111)並びに該第1の主平歯車と噛合されかつ同径に形成された第1の従平歯車(112)と、上記第1の主平歯車と同軸に設け当該第1の主平歯車よりも小径に形成された第2の主平歯車(121)並びに該第2の主平歯車との間にラック杆(123)を噛合した第2の従平歯車(122)と、上記ラック杆のラック軸杆(124)に設けたピストン(132)を収容した第1の圧縮空気発生シリンダ(101)と、上記足踏みレバーの近傍に設けたフライホイール(6)であって周縁位置に設けた回転コロ(7)を当該足踏みレバーに形成した長孔(8)内に摺動自在に収容した上記フライホイールと、上記フライホイールと同期して回転するクランク円盤(216)と、該クランク円盤に軸着したピストンロッド(217)に設けたピストン(218)を収容した第2の圧縮空気発生シリンダ(201)とを備え、上記足踏みレバーの揺動運動と連動する上記ラック杆の往復運動によって、上記第1の圧縮空気発生シリンダにおいて比較的高圧な圧縮空気を発生させ、上記足踏みレバーの揺動運動と連動する上記クランク円盤の回転運動によって、上記第2の圧縮空気発生シリンダにおいて比較的低圧な圧縮空気を発生させるものであって、上記第1及び第2の圧縮空気発生シリンダを選択的に運転することを特徴とする足踏み式エアコンプレッサ。
  2. ラック軸杆(124)にピストン集結基板(131)を設け、該ピストン集結基板に複数のピストン(132)が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の足踏み式エアコンプレッサ。
  3. 第1の圧縮空気発生シリンダ(101)及び第2の圧縮空気発生シリンダ(201)が、いずれも一対で設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載の足踏み式エアコンプレッサ。
  4. 基台(1)に、前パイプ(11)と後ろパイプ(12)を横パイプ(13)で接続したパイプ枠体が形成されており、上記前パイプにハンドル(14)が設けられ、上記後パイプに座席(15)が設けられ、第1の圧縮空気発生シリンダ(101)に設けた足踏みレバー(3)の自由端が上記座席の近傍に設けられ、上記第1の圧縮空気発生シリンダを覆うカバー筐体(2)に上記第2の圧縮空気発生シリンダが設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の足踏み式エアコンプレッサ。
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