JP6190177B2 - ダイヤフラムポンプ - Google Patents

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本発明は、ダイヤフラムポンプに関するものである。
従来より、ダイヤフラムにより形成されるポンプ室が収縮・膨張を繰り返すことにより、流体を吐出するダイヤフラムポンプが知られている。具体的には、膨張することにより負圧状態となったポンプ室内には、外部とポンプ室とをつなぐ吸入通路を介して外部の流体が吸入される。この流体を吸入したポンプ室が収縮すると、ポンプ室内の流体は、ポンプ室と外部とをつなぐ吐出通路を介して外部に吐出される。このようなダイヤフラムポンプは、例えば給湯器や血圧計などに用いられている。
このようなダイヤフラムポンプには、通常、ポンプ室内の流体が吸入通路から流出したり、吐出通路からポンプ室内に流体が流入したりしないよう、逆止弁が形成されている(例えば、特許文献1参照。)。例えば、図5に示すように、ダイヤフラム100をダイヤフラムホルダ110とともに挟持するバルブホルダ120には、ポンプ室130内の流体が吸入通路121から流出することを防ぐ逆止弁122と、ダイヤフラム100と一体形成され、吐出通路123からポンプ室130内に流体が流入することを防ぐ逆止弁124とが備えられている。
ここで、逆止弁124は、側壁部124aが底部124bから立設した有底円筒状に形成されており、側壁部124aがバルブホルダ120に形成された円筒状の吐出通路123内に挿入されて、吐出通路123の内周面に一様に密着するように配設されている。このような逆止弁124は、流体の吐出時には、側壁部124aが吐出通路123から離間することにより、ポンプ室130から吐出された流体を側壁部124aと吐出通路123との間を介して加圧対象物に吐出させる。一方、流体の吸入時には、側壁部124aが吐出通路123の内周面に密着して、ポンプ室130と吐出通路123とを閉塞する。
特開昭62−291484号公報
吐出通路123内に側壁部124aが挿入された逆止弁124は、流体の吐出時に側壁部124aが吐出通路123の内周面から容易に離間するようにゴム等の変形しやすい材料から形成されている。このため、吐出通路123内に挿入された側壁部124aがたわんでしまい、側壁部124aが吐出通路123の内周面に一様に密着しないことがあった。側壁部124aにたわみがあると、ポンプ室130と吐出通路114の間を閉塞できなくなり、外部から吐出通路123を通ってポンプ室130内に流体が流入してしまう。このように吐出通路123に側壁部124aを挿入する時に側壁部124aがたわんでしまった場合には、そのたわみを直さなければならず、組み立てに手間がかかっていた。
そこで、本発明は、より容易に組み立てることができるダイヤフラムポンプを提供することを目的とするものである。
上述したような課題を解決するために、本発明に係るダイヤフラムポンプは、変形可能なダイヤフラム部を有するダイヤフラムと、このダイヤフラムを支持するダイヤフラムホルダと、このダイヤフラムホルダ上に配置され、ダイヤフラム部と共にポンプ室を形成するとともに、ポンプ室に吸入される流体を入力する吸入口とポンプ室から吐出される流体を出力する吐出口とを有する蓋部材と、ダイヤフラム部を変形させてポンプ室を拡縮する駆動機構と、吸入口とポンプ室とをつなぐ吸入通路に設けられ、ポンプ室から吸入通路への流体の逆流を規制する吸入用弁と、吐出口とポンプ室とをつなぐ吐出通路に設けられ、当該吐出通路からポンプ室への流体の逆流を規制する吐出用弁とを備え、吐出用弁および吸入用弁の少なくとも一方は、柱状に形成された弁座と、この弁座よりも軟らかい材料からなる円錐台の筒状の弁体とからなり、弁体は、一方の開口から弁座が挿通されて、一方の開口よりも小径の他方の開口の端部が弁座の周面に当接するものであり、前記弁座と前記弁体との間の流体通路は、一つのポンプ室のみに接続されていることを特徴とするものである。
上記ダイヤフラムポンプにおいて、弁体は、ダイヤフラムと一体形成され、弁座は、蓋部材に形成されるようにしてもよい。
本発明によれば、吐出用弁および吸入用弁の少なくとも一方が、柱状に形成された弁座と、この弁座よりも軟らかい材料からなる円錐台の筒状の弁体とからなり、弁体の一方の開口から弁座が挿通されて、一方の開口よりも小径の他方の開口の端部が弁座の周面に当接する構成を有するので、弁体に弁座を挿入して組み立てるときに弁体がたわみにくい。この結果、ダイヤフラムポンプをより容易に組み立てることができる。
図1は、本発明の実施の形態に係るダイヤフラムポンプの構成を示す断面図である。 図2は、ダイヤフラムの構成を示す平面図である。 図3は、図2のI-I線断面図である。 図4は、本発明の実施の形態に係る他のダイヤフラムポンプの構成を示す断面図である。 図5は、従来のダイヤフラムポンプの要部断面図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
<ダイヤフラムポンプの構成>
図1に示すように、本実施の形態に係るダイヤフラムポンプは、モータ1と、このモータ1が固定されたダイヤフラムホルダ2と、このダイヤフラムホルダ2内に収納された駆動機構3と、ダイヤフラムホルダ2に支持されるダイヤフラム4と、ダイヤフラムホルダ2上に設けられた蓋部材5とを備えている。
ダイヤフラムホルダ2は、例えば樹脂からなる有天筒状の部材である。このダイヤフラムホルダ2の開口端部の内周面には、モータ1の筐体の外周面が固定されている。これにより形成されるモータ1とダイヤフラムホルダ2との間の空間には、駆動機構3が収容されている。
ここで、駆動機構3は、モータ1の出力軸1aに固定されたクランク台31と、このクランク台31に係合される駆動体32とを備えている。
クランク台31は、例えば樹脂からなる略円柱状の部材である。このクランク台31の底面の中央部には、モータ1の出力軸1aが圧入される孔31aが形成されている。また、クランク台31の上面には、孔31a(クランク台31の回転軸)を中心とした円周方向に延在する平面視リング状で、上方に向かって断面積が拡がるように形成された係入溝31bが形成されている。この係入溝31bの底部には、後述する駆動体32の駆動突起32bの下端部が係合する係合凸部31cが形成されている。
駆動体32は、例えば樹脂からなる部材であり、円柱状の基部32aの下端部にはクランク台31の係合凸部31cと係合する細径状の駆動突起32bが形成されている。また、基部32aの上端部には、基部32aの軸線に直交する方向に突設された三つの駆動子32cが、平面視において円周方向に互いに等角度(120°)をおいて一体に設けられている。この駆動子32cに形成された係止孔32dには、後述するダイヤフラム4のピストン44と一体形成された凸部45が係止されている。さらに、基部32aの上端部の中央には、ダイヤフラムホルダ2の天板21の下面に形成された凹部22に傾動自在かつ回転自在に支持される支持突起32eが形成されている。
このような駆動機構3は、モータ1を駆動させて出力軸1aを回転させると、クランク台31とともに駆動体32が傾斜した状態で回転するので、駆動体32の三つの駆動子32cおよびこの駆動子32cに係止されたピストン44が図中上下方向に往復運動する。このように、駆動機構3は、モータ1の回転運動をピストン44の上下方向の往復運動に変換する。
また、ダイヤフラムホルダ2の天板21には、後述するダイヤフラム4のダイヤフラム部42を保持する平面視において円周方向に互いに等角度(120°)を置いて三つの保持孔23が設けられている。これらの保持孔23の間には、天板21に凹設された連通溝24が形成されている。この連通溝24は、ダイヤフラムホルダ2の中心から半径方向に延設され、互いに円周方向に等角度(120°)を置いた三本の溝部によって平面視Y字状に形成されている。これらの溝部の端部には、天板21の下面の外縁部から立設された有底の筒部25の上端部がそれぞれ接続されている。この筒部25は、平面視において円周方向に互いに等角度(120°)を置いて三つ形成されている。
ダイヤフラム4は、例えばゴム等の柔軟性を有する材料からなる略円板状の部材である。このようなダイヤフラム4は、図2に示すように、中心に形成された孔41と、この孔41を中心とした円周方向に互いに等角度(120°)をおいた三つの半球状のダイヤフラム部42と、これらの3つのダイヤフラム部42の間に形成された三つの吐出用弁体43とを備えており、これらが一体形成されている。
各ダイヤフラム部42の頂部には、図3に示すように、ピストン44が設けられており、各ピストン44の一端には、係止用の凸部45が一体に形成されている。また、各ダイヤフラム部42の端部の一部から吸入用弁体46がダイヤフラム4に一体に水平方向に突設されている。この吸入用弁体46は、図2に示すように平面視において三日月状に形成されている。
吐出用弁体43は、円錐台の筒状に形成されており、大径の上底側の周縁部が支持され、小径の下底側の端部が下方に突出した状態となっている。
このようなダイヤフラム4は、吐出用弁体43を筒部25に、ダイヤフラム部42をダイヤフラムホルダ2の保持孔23がそれぞれ挿入され、かつ、凸部45が駆動体32の係止孔32dに係止された状態でダイヤフラムホルダ2に保持される。このとき、ダイヤフラムホルダ2の連通溝24とダイヤフラム4との間には、筒部25の内部空間と後述する吐出通路56とを連通する吐出通路側吐出流路47が形成される。
蓋部材5は、例えば樹脂等のダイヤフラム4よりも固い材料からなる円板状の部材である。この蓋部材5の下面の縁部近傍には、円周方向に互いに等角度(120°)おいて三つの円柱状の吐出用弁座51が立設されている。この吐出用弁座51の外径は、吐出用弁体43の下底側の端部の内径と同等またはその内径よりも大きく形成されている。また、蓋部材5の下面には、一端が吐出用弁座51に隣接した三つの連通溝52が凹設されてい
このような蓋部材5は、ダイヤフラムホルダ2にダイヤフラム4が保持された状態において、吐出用弁座51を吐出用弁体43に挿通した状態で、ダイヤフラムホルダ2とともにダイヤフラム4を挟持するようにダイヤフラムホルダ2の天板に載置される。これにより、蓋部材5は、ダイヤフラム4の各ダイヤフラム部42とともにポンプ室50を形成する。また、各連通溝52とダイヤフラム4との間には、各ポンプ室50と吐出通路側吐出流路47とを接続するポンプ室側吐出流路53が形成される。このポンプ室側吐出流路53と吐出通路側吐出流路47との間には、吐出用弁体43と吐出用弁座51から構成され、ポンプ室側吐出流路53から吐出通路側吐出流路47へ流体を流通させる一方、吐出通路側吐出流路47からポンプ室側吐出流路53への流体の流通を防ぐ吐出用弁54が形成されている。この吐出用弁54の吐出用弁体43と吐出用弁座51との間の流体通路は、ポンプ室側吐出流路53を介して一つのポンプ室50のみに接続されている。
また、蓋部材5の縁部近傍には、円周方向に互いに等角度(120°)おいて、各ポンプ室50と外部とを連通する吸入通路55が形成されている。この吸入通路55の下方側の吸入口55aには吸入用弁体46が位置している。この吸入用弁体46は、ポンプ室50から外部への逆流を規制する。
蓋部材5の上面の中央部には、筒状の吐出通路56が立設されている。この吐出通路56の一端は、ダイヤフラム4の孔41を介して吐出通路側吐出流路47に接続されている。吐出通路56の他端には、外部に開放された吐出口56aが形成されている。
<ダイヤフラムポンプの組み立て方法>
次に、本実施の形態に係るダイヤフラムポンプの組み立て方法について説明する。
まず、ダイヤフラムホルダ2、駆動体32およびダイヤフラム4とを用意し、吐出用弁体43を筒部25に、ダイヤフラム部42をダイヤフラムホルダ2の保持孔23にそれぞれ挿入した後、凸部45を弾性変形させながら駆動体32の係止孔32dに圧入することにより、駆動体32とダイヤフラム4とを繋げるとともにダイヤフラム4をダイヤフラムホルダ2に保持させる。
次に、出力軸1aにクランク台31が固定されたモータ1を用意し、クランク台31に駆動体32を係合させながら、ダイヤフラムホルダ2の開口端部の内周面にモータ1の筐体の外周面を固定する。
次に、蓋部材5を用意し、吐出用弁座51を吐出用弁体43に挿入させながら、蓋部材5をダイヤフラムホルダ2の天板に載置する。
ここで、吐出用弁体43は変形しやすい材料から構成されている一方、吐出用弁座51は変形しにくい材料から構成されている。したがって、変形しやすい吐出用弁体43に変形しにくい吐出用弁座51を挿入するので、吐出用弁体43をたわませることなく吐出用弁座51に吐出用弁体43を挿通させることができる。このとき、ダイヤフラム4に連結された吐出用弁体43の大径の開口から小径の開口に向かって吐出用弁座51が吐出用弁体43内部を移動してゆくので、吐出用弁座51が円滑に挿入されてゆき、吐出用弁体43がたわむことを防ぐことができる。
これにより、吐出用弁体43の下底側の端部が吐出用弁座51の周面に一様に当接して、ポンプ室側吐出流路53と吐出通路側吐出流路47とが吐出用弁54により隔てられるので、吐出通路側吐出流路47からポンプ室側吐出流路53へと流体が逆流することを防ぐことができる。
最後に、モータ1、ダイヤフラムホルダ2、ダイヤフラム4および蓋部材5がこの順番で積層された状態で、これらを一体化する。この一体化は、例えば、隣り合う部材同士を接着剤等により固定したり、蓋部材5をモータ1に向かって押圧した状態で固定するばね等を設けたりすることにより行うことができる。これにより、ダイヤフラムポンプが組み立てられることとなる。
<ダイヤフラムポンプの動作>
次に、本実施の形態に係るダイヤフラムポンプの動作について説明する。なお、以下においては、流体として空気を吐出する場合を例に説明する。
本実施の形態に係るダイヤフラムポンプにおいて、モータ1を駆動して出力軸1aを回転させると、駆動機構3によりピストン44が上下方向に往復運動して、三つのダイヤフラム部42が順番に変形して三つのポンプ室50も順番に拡縮する。
ポンプ室50が拡張するときには、ポンプ室50内が負圧状態となって、吸入用弁体46によって閉じられていた吸入口55aが開き、大気中の空気が吸入通路55から吸入口55aを介してポンプ室50内に吸入される。
一方、ポンプ室50が収縮するときには、ポンプ室50内の空気の圧力が上昇するので、吸入用弁体46が吸入口55aを閉じるとともに、吐出用弁54が開く、すなわち吐出用弁体43の下底側の端部が吐出用弁座51から離間する。これにより、ポンプ室50内の空気は、ポンプ室側吐出流路53から吐出用弁体43と吐出用弁座51との隙間を通り、筒部25と吐出用弁体43との隙間から吐出通路側吐出流路47を通って吐出通路56から吐出されることとなる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、吐出用弁54が、柱状に形成された吐出用弁座51と、この吐出用弁座51よりも軟らかい材料からなる円錐台の筒状の吐出用弁体43とからなり、吐出用弁体43の一方の開口から弁座が挿通されて、一方の開口よりも小径の他方の開口の端部が吐出用弁座51の周面に当接する構成を有するので、吐出用弁体43に吐出用弁座51を挿入して組み立てるときに吐出用弁体43がたわみにくい。この結果、ダイヤフラムポンプをより容易に組み立てることができる。
なお、本実施の形態においては、3つのポンプ室50を有するダイヤフラムポンプに適用した場合を例に説明したが、ポンプ室の数量は3つに限定されず、適宜自由に設定することができる。
<変形例>
また、本実施の形態においては、柱状に形成された弁座と、円錐台の筒状に形成された弁体とからなる逆止弁を吐出通路に設けられる吐出用弁に適用した場合を例に説明したが、その逆止弁は吐出用弁のみならず、吸入用弁に適用したり、吐出用弁と吸入用弁の両方に適用したりするようにしてもよい。一例として、その逆止弁を吸入用弁として適用した場合を図4に示す。なお、以下に図4に示す変形例において、図1に示したダイヤフラムポンプと同等の構成要素については同じ名称および符号、同等の機能を有する構成要素については符号に「’」をそれぞれ付して、適宜説明を省略する。
図4に示すダイヤフラムポンプは、モータ1と、このモータ1が固定されたダイヤフラムホルダ2’と、このダイヤフラムホルダ2’内に収納された駆動機構3’と、ダイヤフラムホルダ2’に支持されるダイヤフラム4’と、ダイヤフラムホルダ2’上に設けられた蓋部材6とを備えている。
ここで、蓋部材6は、ダイヤフラム4’を保持したダイヤフラムホルダ2’上に載置される下側部材7と、この下側部材7上に載置される上側部材8とから構成される。
下側部材7は、例えば樹脂からなる平面視略円形の板状の部材である。このような下側部材7は、ダイヤフラムホルダ2’と共にダイヤフラム4’を挟持するようにダイヤフラムホルダ2’の天板21’に載置される。これにより、下側部材7は、ダイヤフラム4’の各ダイヤフラム部42とともにポンプ室50’を形成する。
また、下側部材7の略中央部には、各ポンプ室50’と後述する吐出空間85とを連通する吐出通路71が形成されている。下側部材7上面の中央部には、凸部72が立設されている。この凸部72には、吐出通路71の上端の吐出口71aを塞ぎ、吐出通路71からポンプ室50’への逆流を規制する吐出用弁体73が取り付けられている。下側部材7の周縁近傍には、各ポンプ室50’と後述する吸入空間87とを連通する吸入通路74が形成されている。
上側部材8は、例えば樹脂からなる平面視略円形の板状の部材である。この上側部材8の下面の外縁部には筒状の側壁81が立設され、この側壁81の内側には筒状の隔壁82が立設されている。さらに、側壁81と隔壁82の間には、円柱状の吸入用弁座83が立設されている。この吸入用弁座83は、外径が吸入通路74の内径と同等またはその内径よりも大きくされており、軸線方向の長さが側壁81および隔壁82よりも長くされている。
このような上側部材8は、ダイヤフラムホルダ2’上に載置された下側部材7の吸入通路74に、円錐台の円筒状に形成された吸入用弁体84の小径側の端部を挿入した上で、この吸入用弁体84の大径側の端部から吸入用弁座83を挿入することにより、下側部材7上に載置される。吸入用弁体84は、大径側の端部に一体形成されたフランジ部84aが、側壁81および隔壁82と下側部材7の上面とで挟持された状態で、下側部材7と上側部材8との間に固定される。
これにより、上側部材8の下面および隔壁82が下側部材7の上面と協働して、吐出空間85を形成する。この吐出空間85は、上側部材8上面の中央部に立設された筒状の供給通路86により外部と連通されている。
また、上側部材8の下面、側壁81および隔壁82が下側部材7の上面と協働して、吸入空間87を形成する。この吸入空間87は、上側部材8に形成された吸入口88により外部と連通されている。
さらに、吸入空間87とポンプ室50’との間には、吸入用弁座83と吸入用弁体84とから構成され、ポンプ室50’から吸入空間87への流体の逆流を阻止する吸入用弁90が形成されている。
上述したように、この吸入用弁90は、吸入用弁体84に吸入用弁座83を挿入することにより形成される。ここで、吸入用弁体84は例えばゴムなどの変形しやすい材料から構成されている一方、吸入用弁座83は変形しにくい材料から構成されている。したがって、変形しやすい吸入用弁体84に変形しにくい吸入用弁座83を挿入するので、吸入用弁体84をたわませることなく吸入用弁座83を吸入用弁体84に挿通させることができる。これにより、吸入用弁体84の下底側の端部が吸入用弁座83の周面に一様に当接して、ポンプ室50’と吸入空間87が吸入用弁90により隔てられるので、ポンプ室50’から吸入空間87へ流体が逆流することを防ぐことができる。この吸入用弁90の吸入用弁座83と吸入用弁体84との間の流体通路は、一つのポンプ室50’のみに接続されている。
<ダイヤフラムポンプの動作>
次に、変形例のダイヤフラムポンプの動作について説明する。なお、以下においては、流体として空気を吐出する場合を例に説明する。
モータ1’を駆動して駆動軸1a’を回転させると、駆動機構3’によりピストン44’が上下方向に往復運動して、各ダイヤフラム部42’が順番に変形し各ポンプ室50’も順番に拡縮する。
ポンプ室50’が拡張するときには、ポンプ室50’内が負圧状態となって、吸入用弁90によって閉じられていた吸入通路74が開き、大気中の空気が吸入口88、吸入空間87を介して吸入通路74からポンプ室50’内に吸入される。
一方、ポンプ室50’が収縮するときには、ポンプ室50’内の空気の圧力が上昇するので、吸入用弁90が吸入通路74を閉じるとともに、吐出用弁体73によって閉じされていた吐出通路71が開き、ポンプ室50’内の空気が吐出通路71および吐出空間85を介して供給通路86から吐出されることとなる。
以上説明したように、上述した変形例によれば、吸入用弁90が、柱状に形成された吸入用弁座83と、この吸入用弁座83よりも軟らかい材料からなる円錐台の筒状の吸入用弁体84とからなり、吸入用弁体84の一方の開口から弁座が挿通されて、一方の開口よりも小径の他方の開口の端部が吸入用弁座83の周面に当接する構成を有するので、吸入用弁体84に吸入用弁座83を挿入して組み立てるときに吸入用弁体84がたわみにくい。この結果、ダイヤフラムポンプをより容易に組み立てることができる。
本発明は、血圧計や給湯器など流体を加圧供給する各種装置に適用することができる。
1,1’…モータ、1a,1a’…出力軸、2,2’…ダイヤフラムホルダ、3,3’…駆動機構、4,4’…ダイヤフラム、5,6…蓋部材、7…下側部材、8…上側部材、21…天板、22…凹部、23…保持孔、24…連通溝、25…筒部、31…クランク台、31a…孔、31b…係入溝、31c…係合凸部、32…駆動体、32a…基部、32b…駆動突起、32c…駆動子、32d…係止孔、32e…支持突起、41…孔、42…ダイヤフラム部、43…吐出用弁体、44…ピストン、45…凸部、46…吸入用弁体、47…吐出通路側吐出流路、50…ポンプ室、51…吐出用弁座、52…連通溝、53…ポンプ室側吐出流路、54…逆止弁、55…吸入通路、55a…吸入口、56…吐出通路、71…吐出通路、71a…吐出口、72…凸部、73…吐出用弁体、74…吸入通路、81…側壁、82…隔壁、83…吸入用弁座、84…吸入用弁体、84a…フランジ部、85…吐出空間、86…供給通路、87…吸入空間、88…吸入口、90…逆止弁。

Claims (2)

  1. 変形可能なダイヤフラム部を有するダイヤフラムと、
    このダイヤフラムを支持するダイヤフラムホルダと、
    このダイヤフラムホルダ上に配置され、前記ダイヤフラム部と共にポンプ室を形成するとともに、前記ポンプ室に吸入される流体を入力する吸入口と前記ポンプ室から吐出される流体を出力する吐出口とを有する蓋部材と、
    前記ダイヤフラム部を変形させて前記ポンプ室を拡縮する駆動機構と、
    前記吸入口と前記ポンプ室とをつなぐ吸入通路に設けられ、前記ポンプ室から前記吸入通路への流体の逆流を規制する吸入用弁と、
    前記吐出口と前記ポンプ室とをつなぐ吐出通路に設けられ、当該吐出通路から前記ポンプ室への流体の逆流を規制する吐出用弁と
    を備え、
    前記吐出用弁および前記吸入用弁の少なくとも一方は、柱状に形成された弁座と、この弁座よりも軟らかい材料からなる円錐台の筒状の弁体とからなり、
    前記弁体は、一方の開口から前記弁座が挿通されて、前記一方の開口よりも小径の他方の開口の端部が前記弁座の周面に当接するものであり、
    前記弁座と前記弁体との間の流体通路は、一つのポンプ室のみに接続されている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、
    前記弁体は、前記ダイヤフラムと一体形成され、
    前記弁座は、前記蓋部材に形成される
    ことを特徴とするダイヤフラムポンプ。
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