JP7216367B2

JP7216367B2 - ダイヤフラムポンプ

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Publication number: JP7216367B2
Application number: JP2018224701A
Authority: JP
Inventors: 晃井上; 一毅板原
Original assignee: Oken Seiko Co Ltd
Current assignee: Oken Seiko Co Ltd
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2023-02-01
Anticipated expiration: 2038-11-30
Also published as: US20200173433A1; EP3660309B1; CN111255664A; EP3660309A1; CN111255664B; US11225960B2; JP2020084953A

Description

本発明は、弾性材によって形成されたアンブレラ弁を有するダイヤフラムポンプに関する。

アンブレラ弁を備えた従来のダイヤフラムポンプとしては、例えば特許文献１や特許文献２に記載されているものがある。
特許文献１に開示されたダイヤフラムポンプは、アンブレラ弁からなる吸入弁を備えている。この吸入弁を図７を参照して説明する、図７に示す吸入弁１は、ハウジング部材２の貫通孔３に軸４を通して取付けられており、ハウジング部材２に形成された吸入通路５を開閉する。ハウジング部材２は、ダイヤフラム６のポンプ部７と協働してポンプ室８を形成するものである。

吸入弁１は、貫通孔３に挿入された軸４と、ポンプ室８内に位置する軸４の一端部に設けられた板状の弁体９とによって形成されている。図７に示す軸４の他端部には、貫通孔３の孔径より大径なストッパー４ａと、このストッパー４ａから長手方向に突出する摘み部４ｂとが設けられている。軸４の摘み部４ｂは、吸入弁１がハウジング部材２に組み込まれる以前は図８に示すようにストッパー４ａが軸４の中間部に位置するように長く形成されており、吸入弁１がハウジング部材２に組み込まれた後に図７に示すようにストッパー４ａの近傍で切断される。

吸入弁１は、軸４を貫通孔３に通し、ストッパー４ａがハウジング部材２から突出するように摘み部４ｂを摘んで引っ張ることによって、ハウジング部材２に取付けられる。ハウジング部材２に取付けられた状態では軸４が弁体９とストッパー４ａとを引っ張り、弁体９が所定の押付け力でハウジング部材２のシート面２ａに押し付けられるようになる。図７は、吸入弁１が開いた状態で描いてある。

特許文献２に記載されたアンブレラ弁は、板状の弁体が軸の軸線方向の中央部に設けられており、２枚のハウジング部材の間に配置されている。このアンブレラ弁の軸の一端部は、一方のハウジング部材の軸孔に嵌合し、他端部は、他方のハウジング部材の軸孔に嵌合している。このアンブレラ弁は、軸の両端部がそれぞれ軸孔に嵌合した状態で弁体が一方のハウジング部材のシート面に密着するように構成されている。

特開２０１８－１１２１２７号公報特開２０１３－１９２６３９号公報

特許文献１に開示されたアンブレラ弁を使用したダイヤフラムポンプにおいては、アンブレラ弁の摘み部４ｂが原因でコストダウンと小型化とを両立することが難しいという問題があった。すなわち、アンブレラ弁をハウジング部材２に組付けた後に摘み部４ｂを切断すると、切断作業が増えてコストアップになってしまう。摘み部４ｂを切断することなく残す構成を採ると、他の部品を摘み部４ｂとの干渉を避けるために最適な位置に配置できなくなり、ダイヤフラムポンプが大型化してしまう。

特許文献２に開示されたアンブレラ弁は、摘み部４ｂを必要としないためにコストダウンと小型化とを実現し易い。しかし、このアンブレラ弁では、軸やハウジング部材の軸孔ｄの製造誤差により軸の軸線方向における弁体の位置が一定になり難く、シール面の位置の精度が低くなるという問題があった。このため、弁体をシート面に押し付ける力が一定にならず、品質がばらついてしまう。

本発明の目的は、シール面の位置の精度が高いアンブレラ弁を実現し、コストダウンと小型化とを図ることができるダイヤフラムポンプを提供することである。

この目的を達成するために、本発明に係るダイヤフラムポンプは、ポンプハウジングの中に設けられたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムのポンプ部と前記ポンプハウジングとによって形成されたポンプ室と、前記ポンプ室が拡張することにより流体が前記ポンプ室に向けて流れる吸入通路と、前記ポンプ室が収縮することにより前記ポンプ室から吐出された流体が流れる吐出通路と、前記吸入通路内より前記ポンプ室内の圧力が低い場合に前記吸入通路を開きかつ前記吸入通路内より前記ポンプ室内の圧力が高い場合に前記吸入通路を閉じる吸入弁と、前記吐出通路内より前記ポンプ室内の圧力が高い場合に前記吐出通路を開きかつ前記吐出通路内より前記ポンプ室内の圧力が低い場合に前記吐出通路を閉じる吐出弁とを備え、前記吸入弁と前記吐出弁とのうち少なくとも一方の弁は、弾性材によって形成されているとともに、軸と、前記軸の一端部に一体に形成されて前記軸の軸線とは直交する方向に延びる板状の弁体とを備え、前記ポンプハウジングは、前記軸の他端部が挿入される非貫通孔からなる軸孔が開口しかつ前記吸入通路または前記吐出通路が開口するシート面を有する第１のハウジング部材と、前記軸孔に挿入された前記軸の前記一端部を他端部に向けて押し、前記軸を前記第１のハウジング部材と協働して挟持する第２のハウジング部材とを備え、前記軸の一端部には、前記第２のハウジング部材に向けて突出する突起が設けられ、前記弁体は、前記軸が前記第１のハウジング部材と前記第２のハウジング部材とに挟まれることにより前記シート面に密着するものである。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記突起は、断面山形状の突条であって、前記軸の軸線方向から見て円環状に形成されていてもよい。

本発明は、前記ダイヤフラムポンプにおいて、前記突起は、山形状に形成されていてもよい。

本発明による弁は、軸が第１のハウジング部材と第２のハウジング部材とに挟まれて保持され、軸線方向に圧縮されることによって、弁体が所定の押し付け力でシート面に押し付けられる。このため、この弁によれば摘み部が不要になる。
軸が圧縮されるときは、突起が弾性変形する。軸が第１および第２のハウジング部材から受ける押圧力の大きさは、部品の公差の範囲で増減する。この押圧力が相対的に大きい場合は突起の弾性変形量が増え、この押圧力が相対的に小さい場合は突起の弾性変形量が少なくなる。このため、この弁においては、突起が弾性変形するから、弁体をシート面に押し付ける力を適度にすることが容易になる。このことは、弁体のシール面の位置の精度が高くなることを意味する。
したがって、本発明によれば、シール面の位置の精度が高いアンブレラ弁を実現し、コストダウンと小型化とを図ることが可能なダイヤフラムポンプを提供することができる。

本発明に係るダイヤフラムポンプの断面図である。弁部を拡大して示す断面図である。要部を拡大して示す断面図である。吸入弁の断面図である。吸入弁の軸線方向から見た平面図である。突起の変形例を示す断面図である。従来のアンブレラ弁が設けられたダイヤフラムポンプの一部を示す断面図である。従来のアンブレラ弁の断面図である。

以下、本発明に係るダイヤフラムポンプの一実施の形態を図１～図７を参照して詳細に説明する。
図１に示すダイヤフラムポンプ１１は、図１において最も下に位置するモータ１２に取付けられ、このモータ１２によって駆動されて動作する。この実施の形態によるダイヤフラムポンプ１１は、空気を吸込んで吐出するポンプである。このダイヤフラムポンプ１１に流れる流体は空気である。
このダイヤフラムポンプ１１は、モータ１２に固定された駆動部１３と、この駆動部１３に取付けられた弁部１４とを備えている。

＜駆動部の構成＞
駆動部１３は、モータ１２に固定された駆動部用ハウジング１５と、このハウジング１５の中に収容された駆動機構１６とによって構成されている。
ハウジング１５は、有底円筒状に形成されてモータ１２に固定用ボルト１７によって固定されている
駆動機構１６は、モータ１２の回転軸１８に取付けられたクランク体１９と、このクランク体１９に駆動軸２０を介して連結された駆動体２１などを備えている。

駆動軸２０は、回転軸１８に対して所定の方向に傾斜している。
駆動体２１は、駆動軸２０に回転自在に支持された円柱状の軸部２２と、この軸部２２から径方向の外側に突出する複数の腕部２３とによって構成されている。
腕部２３は、後述するダイヤフラム２４のポンプ部２５毎に設けられており、軸部２２から放射状に径方向の外側へ延びている。

腕部２３には貫通穴２３ａが穿設されている。この貫通穴２３ａには、ダイヤフラム２４の連結片２６が係入されている。連結片２６は、腕部２３を貫通した状態で腕部２３に固定されている。
この駆動機構１６によれば、モータ１２の回転軸１８とともにクランク体１９と駆動軸２０とが回転することにより、駆動体２１が揺動し、ダイヤフラム２４のポンプ部２５が収縮と拡張とを繰り返す。

＜弁部の構成＞
弁部１４は、上述した駆動部用ハウジング１５の開口部分に取付けられたダイヤフラムホルダー３１と、このダイヤフラムホルダー３１との間に後述するダイヤフラム２４が挟まれる状態でダイヤフラムホルダー３１に取付けられたダイヤフラムハウジング３２と、このダイヤフラムハウジング３２に隔壁３３を介して取付けられたカバー３４などを備えている。ダイヤフラムホルダー３１と、ダイヤフラムハウジング３２と、カバー３４は、モータ１２の軸線方向から見て円形に形成されている。この実施の形態においては、ダイヤフラムホルダー３１と、ダイヤフラムハウジング３２と、カバー３４と、上述した駆動部用ハウジング１５とによって、本発明でいうポンプハウジング３５が構成されている。

＜ダイヤフラムホルダーの説明＞
ダイヤフラムホルダー３１は、駆動部用ハウジング１５に接続可能な円板状に形成され、図２に示すように複数の貫通孔を有している。これらの貫通孔とは、後述するダイヤフラム２４のポンプ部２５が挿入されるポンプ部毎のシリンダ孔３６と、後述する吸入弁３７によって開閉される吸入孔３８である。これらのシリンダ孔３６と吸入孔３８は、それぞれ駆動部用ハウジング１５とダイヤフラムホルダー３１とによって囲まれたハウジング内空間Ｓに開口している。

吸入孔３８は、ハウジング内空間Ｓと、ダイヤフラムホルダー３１の中心部に形成された円形凹部３９とを連通している。円形凹部３９の中心部には非貫通孔からなる軸孔４１が形成されている。この軸孔４１には吸入弁３７の軸４２が嵌合している。吸入弁３７の構成は後述する。円形凹部３９の底面は平坦に形成され、シート面４３を構成している。吸入孔３８と軸孔４１は、このシート面４３に開口している。

＜ダイヤフラムの説明＞
ダイヤフラム２４は、ダイヤフラムホルダー３１とダイヤフラムハウジング３２とに挟まれて保持されている。また、ダイヤフラム２４は、ダイヤフラムハウジング３２に向けて開口する複数のカップ状のポンプ部２５と、このポンプ部２５よりダイヤフラムホルダー３１の中心側に位置するポンプ部毎の第１の貫通孔４４と、ダイヤフラムホルダー３１の中心部に位置する第２の貫通孔４５と、ポンプ部２５よりダイヤフラムホルダー３１の外周側に位置するポンプ部毎の板状の吐出弁４６および貫通穴４７などを有している。

ポンプ部２５は、ダイヤフラムホルダー３１の周方向において、ダイヤフラム２４を複数に分割する位置にそれぞれ設けられている。これらのポンプ部２５は、ダイヤフラムホルダー３１に形成されたシリンダ孔３６の中に挿入されている。
ポンプ部２５の開口部分は、ダイヤフラムハウジング３２によって閉塞されている。
このポンプ部２５とダイヤフラムハウジング３２との間にポンプ室４８が形成されている。
カップ状を呈するポンプ部２５の底にはピストン４９が設けられているとともに、ポンプ室４８とは反対方向に向けて突出する連結片２６が設けられている。この連結片２６は、上述したように駆動機構１６の駆動体２１に連結されている。

ダイヤフラムハウジング３２におけるポンプ室４８の壁を構成する部分には、吸入通路５１の一部を構成する第１の溝５２と、吐出通路５３の一部を構成する第２の溝５４とが形成されている。第１の溝５２は、ポンプ室４８からダイヤフラムハウジング３２の中心側に向けて延びており、ダイヤフラム２４の第１の貫通孔４４に接続されている。
吸入通路５１は、第１の溝５２と、第１の貫通孔４４と、ダイヤフラムホルダー３１の吸入孔３８および円形凹部３９などによって形成されている。円形凹部３９は、図示してはいないが、ポンプ室４８毎に設けられている全ての吸入通路５１に接続されている。
ハウジング内空間Ｓの空気は、ポンプ室４８が拡張することにより後述する吸入弁３７を開き、吸入通路５１をポンプ室４８に向けて流れる。

第２の溝５４は、ポンプ室４８からダイヤフラム２４の吐出弁４６と対向する位置まで延びている。吐出弁４６は、ダイヤフラムハウジング３２の外周部で第２の溝５４の一端部（下流側端部）を閉じるように形成されている。
吐出弁４６は、ダイヤフラム２４の貫通穴４７内（吐出通路５３内）よりポンプ室４８内の圧力が高い場合に吐出通路５３を開く。また、吐出弁４６は、吐出通路５３内よりポンプ室４８内の圧力が低い場合に吐出通路５３を閉じる。

ダイヤフラム２４の貫通穴４７は、ダイヤフラムハウジング３２の通路孔５５の一端部に接続されている。この通路孔５５の他端部は、ダイヤフラムハウジング３２と後述する隔壁３３との間に形成された入力側空間５６に接続されている。
隔壁３３は、ダイヤフラムハウジング３２とカバー３４との間に挟まれて保持されている。また、隔壁３３は、合成ゴムを含むゴム材料などの弾性材によって板状に形成され、ダイヤフラムハウジング３２とカバー３４との間を仕切っている。隔壁３３とダイヤフラムハウジング３２との間には入力側空間５６が形成され、隔壁３３とカバー３４との間には出力側空間５７が形成されている。

出力側空間５７は、入力側空間５６とは隔壁３３によって仕切られている。この出力側空間５７は、カバー３４の一側部（図２においては左側部）に設けられている出口通路６１と、カバー３４の他側部に設けられている主排気通路６２と、カバー３４の中心部に設けられている副排気通路６３とに図示していない連通路を介して接続されている。
隔壁３３の一側部（図２においては左側部）には、カバー３４に向けて突出する筒状弁体６４が設けられている。この筒状弁体６４は、ダイヤフラムハウジング３２の円柱６５と協働して逆止弁６６を構成するものである。

この逆止弁１６６は、入力側空間５６の空気を出力側空間５７に流す。円柱６５は、逆止弁６６の弁座を構成している。筒状弁体６４は、円筒６５の外周面を覆う円筒状に形成されている。筒状弁体６４の突出端は、円柱６５の外周面に周方向の全域にわたって密着している。筒状弁体６４の基端部は、円柱６５より径が大きくなるように形成されている。この筒状弁体６４と円柱６５との間の空間は、入力側空間５６の一部である。

隔壁３３には、後述する急排弁７１の弁体７２と、副排気通路６３に接続された円形孔７３とが設けられている。
急排弁７１は、弁体７２と、主排気通路６２が開口する弁座７４とによって構成されており、弁体７２が入力側空間５６と出力側空間５７との圧力差で移動することにより、主排気通路６２を開閉する。
円形孔７３にはダイヤフラムハウジング３２の柱状突起７５が挿入されている。柱状突起７５は、円形孔７３の孔壁面とは微小な隙間を隔てて離間するように形成されている。このため、入力側空間５６は、柱状突起７５と円形孔７３との間の微小な隙間と、カバー３４の副排気通路６３とを介して大気中に開放されている。

＜吸入弁の説明＞
吸入弁３７は、アンブレラ弁で、図２および図３に示すように、ダイヤフラムホルダー３１の軸孔４１に嵌合した軸４２と、この軸４２の一端部（ダイヤフラムハウジング３２に近接する端部）に一体に形成された板状の弁体８１とを備えている。
軸４２は円柱状に形成され、弁体８１は、軸４２の軸線Ｃ（図３参照）とは直交する方向に延びる板状に形成されている。この実施の形態による弁体８１は、いわゆる傘状に形成されている。

この吸入弁３７は、合成ゴムを含むゴム材料などの弾性材によって形成されている。このため、軸４２と弁体８１とは一体に形成されている。
軸４２の一端部には、図３に示すように、ダイヤフラムハウジング３２に向けて突出する突起８２が設けられている。ダイヤフラムハウジング３２における軸４２と対向する部分には柱状体８３が設けられている。この柱状体８３は、円柱状に形成されており、ダイヤフラム２４の第２の貫通孔４５に通されて突起８２に接触している。柱状体８３の突起８２と接触する先端面は平坦に形成されている。

突起８２を含めた軸４２の全長は、このダイヤフラムポンプ１１の完成状態における、ダイヤフラムホルダー３１の軸孔４１の底と、ダイヤフラムハウジング３２の柱状体８３の先端との間隔より僅かに長い。このため、柱状体８３を有するダイヤフラムハウジング３２は、軸孔４１に挿入された軸４２の一端部を他端部に向けて押し、軸４２をダイヤフラムホルダー３１と協働して挟持する。
この実施の形態においては、ダイヤフラムホルダー３１が本発明でいう「第１のハウジング部材」に相当し、ダイヤフラムハウジング３２が本発明でいう「第２のハウジング部材」に相当する。

この実施の形態による突起８２は、断面山形状の突条であって、図５に示すように、軸４２の軸線方向から見て円環状に形成されている。吸入弁３７がダイヤフラムホルダー３１とダイヤフラムハウジング３２との間に組み込まれた状態においては、突起８２の先端が柱状体８３の先端面によって押され、突起８２が座屈するように弾性変形する。
弁体８１は、図５に示すように、軸４２の軸線方向から見て円形に形成されている。弁体８１の外径は、ダイヤフラムホルダー３１の円形凹部３９の内径より小さい。

この実施の形態による弁体８１は、ダイヤフラムハウジング３２に向けて凸になるとともに、球面の一部となるような湾曲した形状に形成されている。また、この弁体８１は、軸４２がダイヤフラムホルダー３１とダイヤフラムハウジング３２とに挟まれることにより所定の押圧力で円形凹部３９のシート面４３に密着する。弁体８１がシート面４３に密着することにより、吸入孔３８の開口が閉じられ、吸入通路５１が閉じられる。
吸入弁３７は、吸入孔３８（吸入通路５１内）よりポンプ室４８内の圧力が低い場合に吸入通路５１を開く。また、吸入弁３７は、吸入通路５１内よりポンプ室４８内の圧力が高い場合に吸入通路５１を閉じる。

＜動作の説明＞
このように構成されたダイヤフラムポンプ１１において、ダイヤフラム２４のポンプ部２５が拡張する場合は、吸入弁３７が開いてハウジング内空間Ｓの空気が吸入通路５１を通ってポンプ室４８に吸い込まれる。また、ダイヤフラム２４のポンプ部２５が収縮する場合は、吐出弁４６が開き、ポンプ室４８内の空気が入力側空間５６に送られる。入力側空間５６の圧力が上昇することにより急排弁７１が閉じ、入力側空間５６の空気が逆止弁６６を通って出口通路６１に供給される。
モータ１２が停止すると、入力側空間５６の空気が副排気通路６３を通ってポンプ外に排出されているために、入力側空間５６内の圧力が低下し、これに伴って急排弁７１が開く。このように急排弁７１が開くことにより、出力側空間５７内の空気、すなわち出口通路６１内の空気が主排気通路６２を通ってポンプ外に排出される。

このダイヤフラムポンプ１１の吸入弁３７においては、軸４２がダイヤフラムホルダー３１とダイヤフラムハウジング３２とに挟まれて保持され、軸線方向に圧縮されることによって、弁体８１が所定の押し付け力でシート面４３に押し付けられる。このため、この吸入弁３７によれば、従来のアンブレラ弁と較べると、摘み部を使用することなく組み付けることができるから、摘み部が不要になる。

軸４２が圧縮されるときは、突起８２が弾性変形する。軸４２がダイヤフラムホルダー３１とダイヤフラムハウジング３２とから受ける押圧力の大きさは、部品の公差の範囲で増減する。この押圧力が相対的に大きい場合は突起８２の弾性変形量が増え、この押圧力が相対的に小さい場合は突起８２の弾性変形量が少なくなる。
このため、この吸入弁３７においては、各部品の寸法精度に公差があるにもかかわらず、弁体８１をシート面４３に押し付ける力を適度にすることが容易になる。このことは、弁体８１のシール面の位置の精度が高くなることを意味する。
したがって、この実施の形態によれば、シール面の位置の精度が高いアンブレラ弁を実現でき、コストダウンと小型化とを図ることが可能なダイヤフラムポンプを提供することができる。

この実施の形態による吸入弁３７の突起８２は、断面山形状の突条であって、軸４２の軸線方向から見て円環状に形成されている。このため、ダイヤフラムハウジング３２の柱状体８３から受ける押圧力が円形の弁体８１に伝わり易くなる。この結果、弁体８１が周方向の全域において均等にシート面４３に密着するようになるから、シール性能が高くなる。

＜突起の変形例＞
突起は図６に示すように形成することができる。図６において、図１～図５によって説明したものと同等の部材には同一の符号を付し、この部材の詳細な説明は省略する。
図６に示す吸入弁３７の突起９１は、一つの山形状に形成され、軸４２と同一軸線上に位置付けられている。この実施の形態による突起８２は、円錐状に形成されている。

このような山形状の突起８２は、図１～図５に示したような環状の突条からなる突起８２と較べて容易に弾性変形するものである。このため、図６に示す突起９１を用いることにより、柱状体８３から受ける押圧力が相対的に小さい場合であっても突起９１が弾性変形するから、弁体８１のシール面の位置精度が高くなる。

上述した実施の形態においては、吸入弁３７に本発明を適用する例を示した。しかし、本発明は、このような限定にとらわれることはない。すなわち、本発明は、吐出弁に適用することができるし、吸入弁と吐出弁の両方に適用することもできる。

１１…ダイヤフラムポンプ、２４…ダイヤフラム、２５…ポンプ部、３１…ダイヤフラムホルダー（第１のハウジング部材）、３２…ダイヤフラムハウジング（第２のハウジング部材）、３７…吸入弁、４１…軸孔、４２…軸、４３…シート面、４６…吐出弁、４８…ポンプ室、５１…吸入通路、５３…吐出通路、８１…弁体、８２，９１…突起。

Claims

ポンプハウジングの中に設けられたダイヤフラムと、
前記ダイヤフラムのポンプ部と前記ポンプハウジングとによって形成されたポンプ室と、
前記ポンプ室が拡張することにより流体が前記ポンプ室に向けて流れる吸入通路と、
前記ポンプ室が収縮することにより前記ポンプ室から吐出された流体が流れる吐出通路と、
前記吸入通路内より前記ポンプ室内の圧力が低い場合に前記吸入通路を開きかつ前記吸入通路内より前記ポンプ室内の圧力が高い場合に前記吸入通路を閉じる吸入弁と、
前記吐出通路内より前記ポンプ室内の圧力が高い場合に前記吐出通路を開きかつ前記吐出通路内より前記ポンプ室内の圧力が低い場合に前記吐出通路を閉じる吐出弁とを備え、
前記吸入弁と前記吐出弁とのうち少なくとも一方の弁は、弾性材によって形成されているとともに、円柱状に形成された軸と、前記軸の一端部に一体に形成されて前記軸の軸線とは直交する方向に延びる板状の弁体とを備え、
前記ポンプハウジングは、
前記軸の他端部が嵌合する非貫通孔からなる軸孔が開口しかつ前記吸入通路または前記吐出通路が開口するシート面を有する第１のハウジング部材と、
前記軸孔に前記他端部が挿入されて前記軸孔の内側底面に他端面が当接した前記軸の前記一端部を前記他端部に向けて押し、前記軸を前記第１のハウジング部材と協働して挟持する第２のハウジング部材とを備え、
前記軸の一端部には、前記第２のハウジング部材に向けて突出する突起が設けられ、
前記弁体は、前記軸が前記第１のハウジング部材と前記第２のハウジング部材とに挟まれることにより前記シート面に密着するものであることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、
前記突起は、断面山形状の突条であって、前記軸の軸線方向から見て円環状に形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。
請求項１記載のダイヤフラムポンプにおいて、
前記突起は、山形状に形成されていることを特徴とするダイヤフラムポンプ。