(57)【要約】  液体を汲み上げるための揚水効率を高め、人力で使用しても液体を高く汲み上げることができる汲み上げポンプを提供する  汲み上げポンプ１０は、吸い込み口２３と吐き出し口２４とを有する中空構造の外管２０と、外管内部に往復可能に挿通した中空構造の往復棒３０により構成され、外管内面と往復棒外面との間に通水用の間隙を有している。この汲み上げポンプは、外管２０の内径をＤ、往復棒３０の外径をｄとしたとき、０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄ  の比率に設定されている。さらに、汲み上げポンプ１０の往復棒３０は、０．９〜０．３の範囲の小さい比重に設定され、通水用の間隙内に入った液体によって往復棒３０に浮力が付加されるように構成されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した往復棒と、
上記吸い込み口近傍に設けられた吸い込み弁と、
上記往復棒の下端部に設けた吸い込み孔を有するピストンの上部に設けられた吐き出し弁とにより構成され、
上記外管の内部断面積よりも上記往復棒の断面積を小さくして上記外管の内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を形成すると共に、この隙間内に液体を介在させる構造のポンプであって、
外管の内径：Ｄ、往復棒の外径：ｄ  としたとき、
０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄ  とすることを特徴とする汲み上げポンプ。
【請求項２】
上記往復棒は、外管内部を０．１〜１．０ｍの範囲で往復させる請求項１に記載の汲み上げポンプ。
【請求項３】
上記往復棒は、外管内部を往復させる周期を０．３〜５サイクル／秒とした請求項１又は２に記載の汲み上げポンプ。
【請求項４】
上記液体内の上記往復棒の比重を、０．９〜０．３とした請求項１に記載の汲み上げポンプ。
【請求項５】
吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した中空構造の往復棒により構成され、上記外管内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を有する構造のポンプであって、
前記外管は上記吸い込み口側及び吐き出し口側に各々連結部が設けられて、この連結部間に少なくとも１本の延長外管が連結され、
前記往復棒は、前記吸い込み口側及び吐き出し口側に各々連結部が設けられて、この連結部間に少なくとも１本の延長往復棒が連結され、
吸い込み孔を有するピストンと、その上部に吐き出し弁とが設けられた前記往復棒の下端部が、前記外管の前記吸い込み口側に配置するように、前記延長外管と前記延長往復棒との長さを設定することを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の汲み上げポンプ。
【請求項６】
中空構造の前記往復棒は、上端部を閉塞すると共に、前記連結部を前記通水用の間隙に対して閉塞し、前記通水用の間隙内の液体によって前記往復棒に浮力を付加させた請求項５に記載の汲み上げポンプ。
【請求項７】
前記外管と前記延長外管の任意の場所に複数の吐き出し口を設け、これら吐き出し口には各々止水手段が設けられ、前記往復棒及び延長往復棒の往復動作により液体を汲み上げるときに、一つの前記止水手段を開口させて液体を吐き出す請求項５又は７に記載の汲み上げポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浮力を併用することで液体の引き上げに要する力を軽減できる汲み上げポンプに関する。より詳細には、主として人力により揚水するときの揚水効率を高めた汲み上げポンプに関する。また、汲み上げポンプを分割又は連結することにより携帯可能に構成した汲み上げポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸、河川、池等の水を汲み上げるための汲み上げポンプは多種類の構成が提案され、実用に供されている。通常使用されている汲み上げポンプは、動力源として電動モータを使用する電動式と、人力を使用する手動式に大別される。電動式の汲み上げポンプは、一般に電源を使用するため、災害時のように停電したときには使用できない問題がある。また、手動式の汲み上げポンプは、汲み上げ時に相当の力を要するため、子供や老人にとっては使用が困難なことが多く、しかも、呼び水を必要とするために準備作業が煩雑であり、揚水高さが小さく使用場所が制限される等の問題があった。【０００３】
そこで、本出願人は、特許第３４５７３０１号（特許文献１）において、吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した往復棒により構成され、上記外管内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を有する構造の汲み上げポンプを提案した。この汲み上げポンプは、中空構造の外管の内部に往復棒を挿通させるように構成することにより、往復棒に浮力が生ずることから、この浮力を利用することによって、液体を僅かな力で汲み上げることができる特徴を有している。また、この汲み上げポンプは簡易な構成であることから、ポンプ自体を軽量化することができるので、容易に携帯できる特徴も有している。
【特許文献１】特許第３４５７３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記汲み上げポンプは、水等の液体を３ｍ程度の高さまで汲み上げる場合は、往復棒に生ずる浮力によって僅かな力で汲み上げることができる。しかし、その高さを越えて液体を汲み上げるとき、往復棒を上昇させるときは浮力によって僅かな力で汲み上げることができるが、往復棒を下降させるときは浮力に抗して押圧しなければならない。このため、往復棒の作動方向によって操作力が著しく相違し、実際には人力での使用に耐えがたいポンプ操作になる問題がある。また、上述したように、外管の内部断面積よりも上記往復棒の断面積を小さくし、外管の内面と往復棒外面との間に通水用の間隙を形成するように構成するならば、液体を汲み上げることができる。ところが、液体を汲み上げる高さ、すなわち揚水高さを大きくすると、次第に液体の汲み上げ量が減少し、やがて汲み上げることができなくなる問題が生じた。【０００５】
また、上記汲み上げポンプは、使用場所によって揚水高さが異なることから、顧客が要求するポンプの長さも各々異なるために、数十種類の長さのポンプを製作し、在庫として保有しなければならない問題があった。また、上記汲み上げポンプが軽量であることから、使用場所まで携帯する場合があるが、汲み上げポンプが長尺のときは、搬送が困難となる問題もあった。さらに、使用者としては、揚水高さが異なる複数の使用場所で使用する場合は、揚水高さに適応した長さが異なる複数の汲み上げポンプを用意しなくてはならい問題もあった。【０００６】
本発明は、以上に述べた課題を解決するためになされたものであり、第１には、液体を汲み上げるための揚水効率を高め、人力で使用しても液体を高く汲み上げることができる汲み上げポンプを提供することにある。第２には、汲み上げ時に必要な浮力を得ながら往復棒の往復作動を容易にすることにある。第３には、構成が簡易であって安価に提供できる手動式ポンプを安価に提供することにある。また、第４には、携帯しての使用を可能にするために汲み上げ高さを変更できるようにした簡易的な手動式ポンプを安価に提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明にかかる汲み上げポンプは、吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した往復棒と、上記吸い込み口近傍に設けられた吸い込み弁と、上記往復棒の下端部に設けた吸い込み孔を有するピストンの上部に設けられた吐き出し弁とにより構成され、上記外管の内部断面積よりも上記往復棒の断面積を小さくして上記外管の内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を形成すると共に、この隙間内に液体を介在させる構造のポンプであって、上記外管の内径をＤ、上記往復棒の外径をｄ  としたとき、  ０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄ  の比率に設定したことを要旨とする。【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、上記往復棒の往復移動範囲を、外管内部に対して０．１〜１．０ｍの範囲としたことを要旨としている。【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の発明において、外管内部を往復させる上記往復棒の周期を０．３〜５サイクル／秒としたことを要旨としている。【００１０】
さらに、請求項４に記載の発明は、請求項１の発明において、上記液体内の上記往復棒の比重を、０．９〜０．３としたことを要旨としている。【００１１】
また、請求項５の発明にかかる汲み上げポンプは、請求項１、２、３又は４の発明において、吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した中空構造の往復棒により構成され、上記外管内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を有する構造のポンプであって、前記外管は上記吸い込み口側及び吐き出し口側に各々連結部が設けられて、この連結部間に少なくとも１本の延長外管が連結され、前記往復棒は、前記吸い込み口側及び吐き出し口側に各々連結部が設けられて、この連結部間に少なくとも１本の延長往復棒が連結され、吸い込み孔を有するピストンと、その上部に吐き出し弁とが設けられた前記往復棒の下端部が、前記外管の前記吸い込み口側に配置するように、前記延長外管と前記延長往復棒との長さを設定することを要旨としている。【００１２】
また、請求項６に記載の発明は、中空構造の前記往復棒は、上端部を閉塞すると共に、前記連結部を前記通水用の間隙に対して閉塞し、前記通水用の間隙内の液体によって前記往復棒に浮力を付加させたことを要旨としている。【００１３】
さらに、請求項７に記載の発明は、前記外管と前記延長外管の任意の場所に複数の吐き出し口を設け、これら吐き出し口には各々止水手段が設けられ、前記往復棒及び延長往復棒の往復動作により液体を汲み上げるときに、一つの前記止水手段を開口させて液体を吐き出すことを要旨としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明による汲み上げポンプによれば、僅かな力で液体を高所に汲み上げることはもとより、外管と該外管内部に往復可能に挿通した内管の構造を特定することにより、揚水効率を向上させ、災害時や動力源の得られない場所でなおかつ高揚程を汲み上げることができる。【００１５】
さらに、外管の内径Ｄと往復棒の外径ｄの関係を０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄの比率に設定することにより、僅かな力で液体を高所に汲み上げるための揚水効率を高くすることが可能となる。これにより、所定の汲み上げ量で高所まで液体を汲み上げることができ、広範囲な用途で使用することができる。【００１６】
また、外管に対して往復棒を０．１〜１．０ｍの範囲で往復移動させると、人力で使用することができ、しかも、この範囲で往復移動することにより液体を高く汲み上げることができる。【００１７】
さらにまた、外管内に挿通される往復棒の比重を、０．９〜０．３に設定することにより、往復棒を下降させる場合であっても、往復棒の浮力が適宜に調整される。このため、往復棒を下降させるときの押圧力を小さくすることができ、人力による汲み上げ操作が容易となり、揚水効率をさらに高めることが可能となる。【００１８】
また、本発明による汲み上げポンプによれば、僅かな力で液体を高所に汲み上げることはもとより、外管と該外管内部に往復可能に挿通した中空構造の往復棒に各々連結部を設けているので、短尺に分割して携帯することが可能となる。また、使用場所の条件に応じた汲み上げ高さに連結することが可能になる。従って、災害時や動力源の得られない場所でも迅速に汲み上げることができる。さらに、多くの長さの異なる在庫を保有する必要がなくなり、製造コストや在庫管理費を低減することが可能となる。さらにまた、使用者は、使用場所に応じて適宜の長さに変更することが可能であり、汲み上げポンプを多くの場所で使用することができる。【００１９】
また、往復棒とこれに連結する延長往復棒を中空構造にしたことにより発生する浮力によって、往復棒を引き上げる際に要する力を連続的に軽減することが可能になる。これにより、人力のみで高所に液体を汲み上げることを容易にすることができる。【００２０】
さらに、外管及び延長外管に吐き出し口を複数設けることにより、汲み上げた液体の吐き出し高さの自由度を高めることができる。この際、それぞれの吐き出し口にバルブ等による止水措置を設けることにより、任意の吐き出し口から汲み上げた液体の吐き出しを得ることが可能になる。【００２１】
また、構造をより簡素にできることから製作に要する労力を軽減し、運搬や使用に際しての取り扱いを容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による汲み上げポンプの構造を示す断面図である。
【図２】図１に示す汲み上げポンプの外管及び往復棒を示す断面図である。
【図３】往復棒の比重を調整するための第１の調整手段を示す断面図である。
【図４】往復棒の比重を調整するための第２の調整手段を示す断面図である。
【図５】本発明による汲み上げポンプの外管と往復棒との比率に対する揚水高さの関係を示すグラフである。
【図６】本発明による汲み上げポンプの往復棒と水中高さの関係を示すグラフである。
【図７】本発明による連結可能な汲み上げポンプの構造を示す断面図である。
【図８】図７に示す汲み上げポンプの外管連結部及び往復棒連結部の変形例を示す説明図である。
【図９】本発明による汲み上げポンプの第３の実施例を示す要部断面図である。
【図１０】従来の手動式汲み上げポンプを示す断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０  ポンプ
２０  外管
２１  外管連結部
２２  延長外管
２３  吸い込み口
２４  吐き出し口
２８  吸い込み弁
３０  往復棒
３１  浮力調整体
３２  連通孔
３３  ハンドル
３４  ピストン
３６  取り付け具
３８  吐き出し弁
４１  往復棒連結部
４２  延長往復棒
Ｄ    外管の内径
ｄ    往復棒の外径
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
汲み上げポンプは、吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した中空構造の往復棒により構成され、上記外管内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を有する構造となっている。このポンプの外管には、吐き出し口が設けられている。【００２５】
また、この汲み上げポンプは、上記外管の内径をＤ、上記往復棒の外径をｄ  としたとき、０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄ  の比率に設定されている。さらに、汲み上げポンプの往復棒は、０．９〜０．３の範囲の小さい比重に設定され、通水用の間隙内に入った液体によって往復棒に浮力が付加されるように構成されている。【００２６】
さらに、往復棒は外管に対して０．１〜１．０ｍの範囲で往復移動することにより液体が汲み上げられる。このとき、往復棒は、効率的に汲み上げるために、０．３〜５サイクル／秒の周期で往復移動する。【００２７】
汲み上げポンプは、吸い込み口と吐き出し口とを有する中空構造の外管と、該外管内部に往復可能に挿通した中空構造の往復棒により構成され、上記外管内面と上記往復棒外面との間に通水用の間隙を有する構造となっている。このポンプの外管は、吸い込み口側及び吐き出し口側に各々連結部が設けられていて、この連結部間に少なくとも１本の延長外管が連結されている。また、往復棒は、吸い込み口側及び吐き出し口側に各々連結部が設けられていて、この連結部間に少なくとも１本の延長往復棒が連結されている。さらに、吸い込み孔を有するピストンと、その上部に吐き出し弁とが設けられた往復棒の下端部が外管の吸い込み口側に配置されるように、延長外管と延長往復棒との長さが設定される。【００２８】
また、汲み上げポンプは、中空構造の往復棒の上端部が閉塞されると共に、連結部が通水用の間隙に対して閉塞されている。そして、通水用の間隙内に入った液体によって中空構造の往復棒に浮力が付加されるように構成される。【００２９】
さらに、汲み上げポンプは、外管と延長外管の任意の場所に複数の吐き出し口が設けられる。そして、これら吐き出し口には各々止水手段が設けられ、往復棒及び延長往復棒の往復動作により液体を汲み上げるときに、一つの止水手段のみを開口させることにより液体が吐き出される。
【実施例１】
【００３０】
本発明に係る汲み上げポンプの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、汲み上げポンプの構造を示す断面図である。汲み上げポンプ１０は、中空構造の外管２０と外管内部を往復可能な大きさの往復棒３０を内挿させた二重構造をなしている。外管２０は、吸い込み口２３と、吐き出し口２４と、往復棒３０の挿入口２６を有し、吸い込み口２３には吸い込み弁２８が設けられている。【００３１】
この汲み上げポンプ１０における往復棒３０は、先端に取り付け具３６を介してピストン３４が取り付けられている。ピストン３４は円盤状に形成され、外管２０の内部を往復する際の動作を円滑にするために、クリアランスとなる隙間を確保させるようにピストン径は外管２０の内径よりも僅かに小さく設定されている。また、ピストン３４の中央部には、吐き出し弁３８の大きさよりも僅かに小さな吸い込み孔４０が設けられている。取り付け具３６はピストン３４を支持するものであるが、吸い込み孔４０を通過した液体が吐き出し弁を通過し、さらに外管２０と往復棒３０との間の空隙部へと連通させるための機能を有している。【００３２】
次に、汲み上げポンプ１０における吸い込み弁２８と吐き出し弁３８は、それぞれ往復棒３０の上下動によって開閉するように構成されている。この往復棒３０を上方に引き上げる行程では、吐き出し弁３８が慣性で閉塞し、ピストン３４と吸い込み弁２８との間に形成された空間が減圧されることにより、吸い込み弁２８が開放されるとともに、液体が吸い込み口２３から吸い上げられる。続いて往復棒３０を押し下げる行程では、ピストン３４と吸い込み弁２８の間に充満した液体が圧縮されることで吸い込み弁２８が閉塞すると共に吐き出し弁３８が開放され、ピストン３４の上部に液体が汲み上げられる。このように往復棒３０を上下させることを繰り返すことにより、取り付け具３６を通過した液体が、外管２０と往復棒３０及び延長往復棒との間の空隙部に液体が汲み上げられ、やがては吐き出し口２４から液体が排出される。【００３３】
上述した構成からなる汲み上げポンプ１０のハンドル３３を上下動に往復させて往復棒３０を往復動させると、液体が吸い込み口２３から吸い上げられるにしたがって、ピストン３４と吐き出し弁３８に与える液体の重量が増加する。ところが、往復棒３０が中空構造に構成されているので、液体の中に浸漬されることにより往復棒３０には浮力が生ずる。従って、この浮力が汲み上げに要するハンドル３３の引き上げ力を軽減させることになる。このように、往復棒３０に浮力を発生させるために、通常の使用状態の姿勢では、少なくとも往復棒３０の上端を閉塞させている。なお、往復棒３０の上端と下端の両側を閉塞させて密閉状態にしても良い。【００３４】
汲み上げポンプのハンドル３３の往復動作を続け、往復棒３０を往復動させると、次第に揚水高さが高くなるに従って液体の重量が増加する。ところが、往復棒３０に浸漬される容積も増すので一層浮力が増加する。このため、汲み上げるべき位置までの水頭差が大きくても汲み上げに要する力を軽減させる効果は持続し、小さな人力で液体を汲み上げることが可能となる。【００３５】
このような汲み上げポンプは、汲み上げる液体の静水位が、少なくとも吸い込み弁２８よりも上部にあれば汲み上げが可能となる。このため、上記汲み上げポンプは、呼び水を不要であり、吸い込み弁２８が液体中に浸漬するだけで汲み上げることが可能である。従って、使用場所まで携帯したときに、何らの事前準備をすることなく、直接使用可能であり、液体の汲み上げ作業を迅速にすることができる。【００３６】
以上の構成からなる汲み上げポンプ１０において、外管２０の内径をＤ、往復棒３０の外径をｄとしたとき、  ０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄ  の比率に設定されている。すなわち、図２に示すように、往復棒３０の外径寸法ｄは、外管２０の内径Ｄに対して、０．９５倍から０．３倍となるように細くしている。【００３７】
人力によって所定の液体量を汲み上げる場合、汲み上げポンプのハンドル３３を上下動に往復させて往復棒３０を複数回往復動させる。このとき、汲み上げを行う人によってばらつきがあるものの、平均的にはハンドル３３の引き上げ力と押し下げ力のいずれか一方の力は１０ｋｇが限界である。また、当該汲み上げポンプ１０としては、実用的に使用可能な揚水高さは３０ｍ以上に設定することが必要となる。従って、人的な限界、および、実使用状態において、汲み上げポンプ１０としての揚水高さが３０ｍ以上であり、かつ、往復棒３０の連続往復動が可能な範囲としている。【００３８】
以上の条件において、図５に示すように、外管２０の内径Ｄと、往復棒３０の外径ｄの関係が０．９５Ｄ≧ｄ≧０．３Ｄのときに、実用的に使用可能であることが判明した。すなわち、往復棒３０の外径ｄが外管２０の内径Ｄの０．９５倍以上のときは、外管２０と往復棒３０との間の空隙部の容積が小さくなり、液体が汲み上げられず、揚水高さが３０ｍに達しない。また、往復棒３０の外径ｄが外管２０の内径Ｄの０．３倍未満のときは、空隙部内の液体の重量が大きくなって液体が汲み上げられず、揚水高さが３０ｍに達しない。【００３９】
なお、上述の説明において、往復棒３０の外径ｄ、および外管２０の内径Ｄとして例示したが、図１に示すように、外管２０の内断面積Ａ、往復棒３０の外断面積Ｂとして置換しても良いことは勿論である。また、往復棒３０および外管２０の断面形状が円形に限らず、四角形等の多角形であっても等価であることはいうまでもない。【００４０】
一方、上述した往復棒３０において、往復棒３０を中空のパイプ構造とし、図１に示す内径ｂに空気を密閉した場合においては、往復棒３０に高い浮力Ｆが得られる。往復棒３０が受ける浮力Ｆは、往復棒３０外断面積Ｂによって排斥される液体の容積に比例することから、外管３０と往復棒３０の断面積比率や往復棒３０の比重により浮力Ｆが異なる。また、特に外管２０の内径が等しくても、往復棒３０の断面積を変えることにより吸い込み高さの限界や揚水効率が変化する。因みに、往復棒３０の外断面積Ｂが小さいと、吸込み高さが低くなると共に浮力Ｆが小さくなり、外管２０内の液体の重量が大きくなるために、ハンドルを引き上げるために大きな力が必要になって効率が悪くなる。往復棒３０の外断面積Ｂが大きくなると、吸込み高さが高くなると共に浮力Ｆが大きくなり、外管３０内の液体の重量が小さくなるために、逆にハンドルを押し下げるために大きな力が必要になって効率が悪くなる。このため、実際には人力での実使用状態としては耐えがたいことがある。【００４１】
以上のことから、実使用において往復棒３０に適宜の浮力Ｆ与えるためには、往復棒３０の比重を０．９〜０．３とすることを究明した。すなわち、往復棒３０の比重が０．９以上のときは、往復棒３０が受ける浮力Ｆが小さくなり、ハンドルを引き上げるために大きな力が必要になって効率が悪くなる。また、往復棒３０の比重が０．３未満のときは、往復棒３０が受ける浮力Ｆが大きくなり、汲み上げに要する力Ｔを軽減するが、逆に、ハンドルを押し下げるときに、浮力Ｆのために大きな力Ｔが必要になって効率が悪くなる。【００４２】
上述したように、往復棒３０が受ける浮力Ｆは、往復棒３０外断面積Ｂによって排斥される液体の容積に比例する。このことから、汲み上げポンプ１０による揚水高さ、すなわち、図６において二点鎖線で示すように、外管２０と往復棒３０との間の空隙部に存在する水柱の高さによって浮力Ｆは比例的に増加する。従って、揚水高さが１０ｍ程度以上になった場合は、ハンドル３３の押し下げ力が１０ｋｇの限界を超えてしまい、人力での使用は耐えがたくなる。このことから、図６において実線で示すように、水柱高さによって往復棒３０が受ける浮力Ｆの変化がほぼ一定になるように、往復棒３０の比重を水柱高さに応じて変化させることが望ましい。因みに、水柱高さが小さいときは往復棒３０の比重を小さくし、水柱高さが大きいときは往復棒３０の比重を大きくするように設定する。【００４３】
図３は、往復棒３０の比重を調整するための第１の調整手段を示している。往復棒３０内の適宜の位置に浮力調整体３１を介在させると共に、往復棒３０のピストン３４側に連通孔３２を形成している。これにより、往復棒３０の内部には、浮力調整体３１まで液体が入り、この間における浮力を大幅に軽減している。なお、浮力調整体３１まで液体が入るように、浮力調整体３１の下方近傍には透孔３５が形成され、空隙部内と連通するようにしている。また、浮力調整体３１よりも上方は、往復棒３０の管内を密閉することにより、浮力を生じさせている。このように、浮力調整体３１の設置位置を適宜に設定することによって、往復棒３０の浮力を適宜に調整することが可能となる。【００４４】
図４は、往復棒３０の比重を調整するための第２の調整手段を示している。すなわち、往復棒３０自体を比重が０．９以下の無垢の棒材により形成している。このように、往復棒３０を適宜の比重を有する材質を変えることにより浮力を適宜に調整することが可能となる。【００４５】
この浮力調整手段としては、その他、中空構造の往復棒３０の管内に、０．９以下の比重を有する適宜の長さの棒材を挿入して往復棒３０の浮力を調整することも可能である。また、中空構造の往復棒３０自体を例えば金属材等の比重の大きな材質に変えて浮力を適宜に調整することも可能である。さらに、中空構造の往復棒３０の管内に比重の大きな充填材を充填して浮力を調整しても良い。【００４６】
以上のように構成した汲み上げポンプ１０の揚水効率は、往復棒３０の往復移動範囲、および、往復棒３０を往復させる周期にも影響を受ける。すなわち、実際の人力での実使用状態としては、往復棒３０を往復移動させる範囲は制限される。このとき、外管２０の内部に対する往復棒３０の往復移動範囲は０．１〜１．０ｍが良い。往復移動範囲が０．１ｍ未満のときは、吸い上げによる液体の量が少なくなって効率が悪化する。また、往復移動範囲が１．０ｍ以上のときは、移動範囲が大きすぎて人力での実使用状態から逸脱する。【００４７】
一方、外管２０の内部を往復させる往復棒３０の周期は、０．３〜５サイクル／秒としている。往復棒３０の周期が０．３サイクル／秒以下のときは、空隙部内に吸い上げられた液体が少ないために、大気圧によって押圧され、それ以上の吸い上げが困難になるために、３０ｍまで吸い上げることができない。また、往復棒３０の周期が５サイクル／秒以上のときは、往復棒３０の移動速度が大きいために、ピストン３４側の液体内にキャビテーションが生じることから、揚水効率が悪化する。従って、所定の揚水効率を得るためには、往復棒３０の周期を０．３〜５サイクル／秒に設定することが良い。【００４８】
本発明にかかる汲み上げポンプは、上記実施例に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で適宜に変更可能である。例えば、ピストンに設けられる吐き出し弁は、舌片状の弁の他に、ガラス或いは金属等の素材からなるボールに変更しても良い。また、汲み上げポンプの外管、延長外管、往復棒、及び延長往復棒の長さ、外径寸法は種々に変更することは勿論である。さらに、人力で汲み上げることが可能となる効率や汲み上げ高さを得るための構造としたが、この範囲を超えるものにおいては、テコや歯車、滑車等をハンドルに組み合わること、さらに、これに補助的な動力を用いても良い。
【実施例２】
【００４９】
本発明に係る汲み上げポンプの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図７は、連結可能な汲み上げポンプの構造を示す断面図である。汲み上げポンプ１０は、中空構造の外管２０と外管内部を往復可能な大きさの往復棒３０を内挿させた二重構造をなしている。外管２０は、吸い込み口２３と、吐き出し口２４と、往復棒の挿入口２６を有し、吸い込み口２３には吸い込み弁２８が設けられている。【００５０】
このような汲み上げポンプ１０において、外管２０には吸い込み口２３側及び吐き出し口２４側に各々連結部２１が設けられ、この連結部２１間には少なくとも１本の延長外管２２が連結されている。また、往復棒３０には、吸い込み口２３側及び吐き出し口２４側に各々連結部４１が設けられ、この連結部４１間には少なくとも１本の延長往復棒４２が連結されている。【００５１】
また、外管２０の吐き出し口２４側に位置する往復棒３０の上端側には、往復棒３０を往復動させるためのハンドル３３が設けられ、外管２０の吸い込み口２３側に位置する下端側には、外管２０の内径よりもやや小さい外径に形成されたピストン３４が取り付け具３６を介して配設されている。さらに、ピストン３４には、吐き出し弁３８が配設されている。【００５２】
上述した外管２０、往復棒３０及び延長外管２２、延長往復棒４２は、軽量であって、しかも長さを自由に選択でき、さらには加工が容易な塩ビ管、或いはアルミニュウム等の金属管を使用することができる。なお、延長外管２２及び延長往復棒４２を連結して揚水高さを長くした場合や、高温下において使用する場合は、変形による装置の故障を未然に防止するために、また、水以外のさまざまな液体を汲み上げる場合にもアルミニュウム等の金属管を使用することが望ましい。【００５３】
一方、外管２０と延長外管２２とを連結する連結部２１は、各々の端部にネジ山を形成して螺合することによって連結される。また、往復棒３０と延長往復棒４２とを連結する連結部４１も、各々の端部にネジ山を形成して螺合することによって連結される。このとき、延長外管２２と延長往復棒４２の長さを同一にしておけば、外管２０と、ハンドル３３及びピストン３４を所定の位置関係に保つことができる。【００５４】
この連結手段としては、図８（Ａ）に示すように、外管２０と延長外管２２とを連結する連結部２１の外部にソケットとなる管５０を取り付け、一方を外管２０に固定し、他端部から延長外管２２を挿入してビス５１によって締め付けることにより連結するようにしても良い。さらに、図８（Ｂ）に示すように、ソケットとなる管５０の両端をゴムリング５２により固定するようにしても良い。また、往復棒３０と延長往復棒４２とを連結する連結部４１は、図８（Ｃ）に示すように、往復棒３０を閉塞させるために設けた栓５３を介してピン５４によって接合するようにしても良い。上記栓５３の代わりに、中空リングを用いても良い。このように、図８に示した連結方法によれば、ネジ山を設けるといった製作工程を省略することができ、加工を容易にすることができる。【００５５】
外管２０、往復棒３０及び延長外管２２、延長往復棒４２は、当該汲み上げポンプを携帯することを考慮して、個々の長さを例えば０．５ｍ〜５ｍ程度に設定する。そして、使用条件に応じて、複数の延長外管２２及び延長往復棒４２を連結させることにより、およそ４０ｍまでの長さの汲み上げポンプを構成することができる。この汲み上げポンプの長さは、揚水可能な高さを意味し、揚水実験によれば、垂直の高さで約４０ｍまで揚水することを確認している。なお、当該汲み上げポンプを所定角度で傾斜した場合には、ポンプの全長がさらに長くなる。【００５６】
次に、当該汲み上げポンプにおける往復棒３０について詳述する。往復棒３０の先端には、取り付け具３６を介してピストン３４が取り付けられている。ピストン３４は円盤状に形成され、外管２０の内部を往復する際の動作を円滑にするために、クリアランスとなる隙間を確保させるようにピストン径は外管２０の内径よりも僅かに小さく設定されている。また、ピストン３４の中央部には、吐き出し弁３８の大きさよりも僅かに小さな吸い込み孔４０が設けられている。取り付け具３６はピストン３４を支持するものであるが、吸い込み孔４０を通過した液体が吐き出し弁を通過し、さらに外管２０と往復棒３０との空隙へと連通させるための機能を有している。【００５７】
さらに、当該汲み上げポンプにおける吸い込み弁２８と吐き出し弁３８について詳述する。吸い込み弁２８及び吐き出し弁３８は、それぞれ往復棒３０の上下動によって開閉するように構成されている。この往復棒３０を上方に引き上げる行程では、吐き出し弁３８が慣性で閉塞し、ピストン３４と吸い込み弁２８との間に形成された空間が減圧されることにより、吸い込み弁２８が開放されるとともに、液体が吸い込み口２３から吸い上げられる。続いて往復棒３０を押し下げる行程では、ピストン３４と吸い込み弁２８の間に充満した液体が圧縮されることで吸い込み弁２８が閉塞すると共に吐き出し弁３８が開放され、ピストン３４の上部に液体が汲み上げられる。このように往復棒３０を上下させることを繰り返すことにより、取り付け具３６を通過した液体が、外管２０及び延長外管２２と往復棒３０及び延長往復棒４２との間の空隙部に液体が汲み上げられ、やがては吐き出し口２４から液体が排出される。【００５８】
上述した構成からなる汲み上げポンプのハンドル３３を上下動に往復させて往復棒３０を往復動させると、液体が吸い込み口２３から吸い上げられるにしたがって、ピストン３４と吐き出し弁３８に与える液体の重量が増加する。ところが、往復棒３０及び延長往復棒４２が中空構造に構成されているので、液体の中に浸漬されることにより往復棒３０及び延長往復棒４２には浮力が生ずる。従って、この浮力が汲み上げに要するハンドル３３の引き上げ力を軽減させることになる。このように、往復棒３０及び延長往復棒４２に浮力を発生させるために、通常の使用状態の姿勢では、少なくとも往復棒３０の上端、または延長往復棒４２の上端を閉塞させている。なお、往復棒３０及び延長往復棒４２の上端と下端の両側を閉塞させて密閉状態にしても良い。【００５９】
汲み上げポンプのハンドル３３の往復動作を続け、往復棒３０を往復動させると、次第に揚水高さが高くなるに従って液体の重量が増加する。ところが、往復棒３０及び延長往復棒４２に浸漬される容積も増すので、一層浮力が増加する。このため、汲み上げるべき位置までの水頭差が大きくても汲み上げに要する力を軽減させる効果は持続し、小さな人力で液体を汲み上げることが可能となる。【００６０】
このような汲み上げポンプは、汲み上げる液体の静水位が、少なくとも吸い込み弁２８よりも上部にあれば汲み上げが可能となる。このため、上記汲み上げポンプは、呼び水を不要であり、吸い込み弁２８が液体中に浸漬するだけで汲み上げることが可能である。従って、使用場所まで携帯したときに、何らの事前準備をすることなく、直接使用可能であり、液体の汲み上げ作業を迅速にすることができる。
【実施例３】
【００６１】
図９は、汲み上げポンプの吐き出し口を複数個配設した例を示している。すなわち、当該汲み上げポンプにおいては、吐き出し口２４を往復棒３０の挿入口２６の高さよりも低位置に設けるならば汲み上げられた液体を吐き出し口２４から排出させることが可能である。従って、図９に示すように、高さの異なる位置に複数個の吐き出し口としてのバルブを設けることができる。【００６２】
図９に示す汲み上げポンプは、第１のバルブ６０、第２のバルブ６１、及び、第３のバルブ６３からなる３個のバルブが、各々高さを異ならせて配設されている。これらのうち、上端側の第１のバルブ６０は外管２０に配設されている、また、第２のバルブ６１、及び、第３のバルブ６３は、各々延長外管６４、６５に配設されている。これらの延長外管６４、６５は、前述した実施例２と同様に、外管２０と延長外管６４、６５とを連結部６６、６７によって連結されている。【００６３】
さらに、上記第１のバルブ６０、第２のバルブ６１、及び、第３のバルブ６３には、各々止水手段が設けられている。この止水手段は、例えば水栓が好ましい。そして、汲み上げポンプによって液体を汲み上げるときには、上記バルブの一つを開口させ、他のバルブは止水させる。この状態に設定した後に、ハンドル３３を上下動に往復させて往復棒３０を往復動させると、液体が吸い込み口２３から吸い上げられ、開口させたバルブから液体を吐き出させることができる。このように、第１のバルブ６０、第２のバルブ６１、及び、第３のバルブ６３のいずれか一つを選択して開口させることによって、ポンプを固定した状態でも任意の高さに揚水させることができ、例えばビルの階層ごとに使用することができる。なお、３個のバルブは、１本の外管または延長外管に配設しても良い。【００６４】
なお、本発明にかかる汲み上げポンプは、上記実施例に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で適宜に変更可能である。例えば、ピストンに設けられる吐き出し弁は、舌片状の弁の他に、ガラス或いは金属等の素材からなるボールに変更しても良い。また、汲み上げポンプの外管、延長外管、往復棒、及び延長往復棒の長さ、外径寸法は種々に変更することは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明は、井戸、河川、池等の水、或いは、油や薬液等の液体を汲み上げるための汲み上げポンプに適用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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