(57)【要約】【課題】揚水の為のエネルギーが不要で配置の自由度が高く充分な高さまで効率よく揚水することができる揚水管および揚水装置を提供する。【解決手段】揚水装置１は、揚水管１０と、この揚水管１０に含まれる複数本の異形断面繊維１１の間の隙間より目が小さいフィルタと、を備え、フィルタの目を通過した液体を揚水管１０の第１端に供給し、その液体を毛細管現象により揚水管の第１端から第２端へ導く。揚水管１０は、各々異形断面形状を有し毛細管現象により液体を揚水する複数本の異形断面繊維１１の束と、液体を透過させない材料からなり複数本の異形断面繊維１１の束の外周を覆う外被１２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が非円形である複数本の異形繊維と、
液体を透過させない材料からなり前記複数本の異形繊維を覆う外被とを有し、
前記複数本の異形繊維間及び前記複数本の異形繊維と前記外被との隙間が毛細管として機能することにより、前記液体を揚水することを特徴とする揚水管。
【請求項２】
前記複数本の異形繊維は、最外径が０.１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の揚水管。
【請求項３】
前記複数本の異形繊維は、空孔部を有さないことを特徴とする請求項１に記載の揚水管。
【請求項４】
請求項１または２に記載の揚水管と、この揚水管に含まれる複数本の異形断面繊維の間の想定される最小の隙間より目が小さいフィルタと、を備え、
前記フィルタの目を通過した液体を前記揚水管の第１端に供給し、その液体を毛細管現象により前記揚水管の前記第１端から第２端へ導く、
ことを特徴とする揚水装置。
【請求項５】
前記揚水管の外側から液体が漏出するように、前記揚水管の前記第２端を含む一定範囲において、前記外被の一部が除去されて前記複数本の異形断面繊維が露出している、ことを特徴とする請求項４に記載の揚水装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の揚水管に従属接続される別の揚水管を有し、
前記別の揚水管は、前記異形繊維とは、別種又は別サイズの繊維有することを特徴とする請求項４記載の揚水装置。
【請求項７】
揚水するための毛細管現象として機能する隙間が小さい方の揚水管を、前記液体の採り入れ口側に配置することで、フィルタ機能を持たせたことを特徴とする請求項６記載の揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、揚水管および揚水装置に関するものである。なお、本願発明における「揚水装置」は、「液体を或る位置から他の位置まで導くもの」である。以降の文章で、仮に、「水」とする記載があるが、「水」以外の液体を排除するものではない。
【背景技術】
【０００２】
揚水装置は、例えば貯水槽に容れられた水を鉢植えの植物の根本まで導くものであった。揚水装置として、特許文献１〜３に開示された発明のものが知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された発明は、液体を容れる貯留部と栽培容器との間に給排チューブを設け、ポンプを動力源として用いて、貯留部から給排チューブを経て栽培容器まで液体を導くものである。特許文献２に記載された発明は、動力源を必要とせず、砂を充填した孔あき管における毛細管現象を利用して、貯水槽から植生部まで水を導くものである。特許文献３に記載された発明は、所定径の気孔が連通し且つ一次元配向したセラミック多孔体からなる揚水材を用いて水を導くものである。特許文献４に記載された発明は、横断面が円形中空部のコアー部とコアー部外表面から放射状に突出した複数のフィン部とを有するポリエステルフィラメントで、織編用の繊維糸に関するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−０２４０２９号公報
【特許文献２】特開平１１−１８１７７５号公報
【特許文献３】特開２００８−３０１７４４号公報
【特許文献４】特開２００８−０５７０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された揚水装置は、貯留部から給排チューブを経て栽培容器まで液体を導くために、動力源を必要とし、エネルギーを必要とする。特許文献２，３それぞれに記載された揚水装置は、動力源を必要としないが、砂の大きさ，孔あき管の孔の径，孔の向き及び孔の繋がり方などにより、毛細管現象により重力に打ち勝って揚水できる高さが制限される。特許文献３に記載された揚水装置は、セラミック多孔体からなる揚水材が用途や配置条件に応じて所定の形状を有する必要があることから、配置の自由度が低くなる。
【０００６】
従来の揚水管においては、単に内部に連通した中空を有した中空糸が一般的であった。中空部のみの円環状構造では、中空部により揚水することは容易であったが、揚水した液体を中空部から取り出すためには、中空糸の端部に液体を取り出す作用を有するものを装着する必要があった。
【０００７】
また、特許文献４に記載されたような中空糸は、揚水部材の構成要素としての機能は想定されていなかったが、仮に、この中空糸のみを、揚水として機能する部分として用いた場合を想定すると、断面積当りの揚水量が制限されることになる。すなわち、横断面形状が円形以外の異形の異形断面形状を有する中空糸のままであると、最外突起部を結ぶ領域部分の断面積に対し揚水として機能する部分である中空部の断面積の比は小さく、中空糸１本当たりの揚水機能は小さく制限されることになる。また、複数の異形断面中空糸の集団を高密度にして使用することも考えられるが、複数の異形断面中空糸間に形成される隙間部分は、毛細管現象による揚水がある程度期待できるが、複数の異形断面中空糸の集団の外側部分は外部に開放されていることから、揚水途中で水が外部に漏れ出したり蒸発したりすることにより、揚水終了端まで水が到達しないことが予想された。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、外部からの特別な動力源がなくても揚水が可能であり、揚水の効率を低下させることがなく、配置の自由度を十分に担保、さらに、揚水した液体を中空部から取り出すための特別な装置は不要である揚水管および揚水装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の揚水管は、断面形状が非円形である複数本の異形繊維と、液体を透過させない材料からなり、複数本の異形繊維を覆う外被とを有し、複数本の異形繊維間及び複数本の異形繊維と外被との隙間が毛細管として機能することにより、液体を揚水することを特徴とする。複数本の異形繊維は、最外径が０.１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好適である。また、複数本の異形繊維は、空孔部を有さないのが好適である。
【００１０】
本発明の揚水装置は、上記の本発明の揚水管と、この揚水管に含まれる複数本の異形断面繊維の間の想定される最小の隙間より目が小さいフィルタと、を備え、フィルタの目を通過した液体を揚水管の第１端に供給し、その液体を毛細管現象により揚水管の第１端から第２端へ導くことを特徴とする。揚水管の外側から液体が漏出するように、揚水管の第２端を含む一定範囲において、外被の一部が除去されて複数本の異形断面繊維が露出しているのが好適である。上記の本発明の揚水管に従属接続される別の揚水管を有し、別の揚水管は、異形繊維とは、別種又は別サイズの繊維有するのが好適である。また、揚水するための毛細管現象として機能する隙間が小さい方の揚水管を、液体の採り入れ口側に配置することで、フィルタ機能を持たせるのが好適である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の揚水管および揚水装置は、外部からの特別な動力源がなくても揚水が可能であり、揚水の効率を低下させることがなく、配置の自由度を十分に担保し、さらに揚水した液体を中空部から取り出すための特別な装置は不要することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態の揚水装置１の構成を示す図である。
【図２】揚水装置１に含まれる揚水管１０の断面図である。
【図３】揚水管１０に含まれる異形断面繊維１１の断面形状の他の一例を示す図である。
【図４】揚水管１０に含まれる異形断面繊維１１の断面形状の更に他の一例を示す図である。
【図５】揚水管１０の第２端を含む一定範囲において外被１２が除去されて複数本の異形断面繊維１１が露出している様子を示す図である。
【図６】異形断面繊維１１の貫通孔の内径と揚水高さとの関係を示すグラフである。
【図７】揚水管１０Ａ，揚水管５０および揚水管１０Ｂが順に縦続接続されてなる揚水装置の構成を示す図である。
【図８】揚水管５０の断面図である。
【図９】揚水管５０に含まれる微小管５１の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１は、本実施形態の揚水装置１の構成を示す図である。同図には、揚水管１０およびフィルタ２０を備える揚水装置１の他に、貯水槽３０および繊維材シート４０も示されている。フィルタ２０は、揚水管１０の第１端の端面を覆うように固定されて設けられている。フィルタ２０の目は、複数本の異形断面繊維１１の間の想定される最小の隙間より小さい。それにより、揚水とともに混入する異物により、複数本の異形断面繊維１１の間の想定される最小の隙間が詰まり、揚水能力が低下するのを防止する。「想定される最小の隙間」は、具体的には、異型断面に外接する円と断面の凹部との隙間で定義される。
【００１５】
揚水管１０の第１端は貯水槽３０内の水３１に沈められる。揚水管１０の第２端は繊維材シート４０と接触している。そして、この揚水装置１は、フィルタ２０の目を通過した水３１を揚水管１０の第１端に供給し、その水を毛細管現象により揚水管１０の第１端から第２端へ導き、揚水管１０の第２端と接触している繊維材シート４０へ水を導く。繊維材シート４０は、不織布、吸水紙などのシートなどである。異形断面繊維に中空部がある場合は、オプション的に毛状体がある繊維材シートを用いてもよい。
【００１６】
図２は、揚水装置１に含まれる揚水管１０の断面図である。揚水管１０は、複数本の異形断面繊維１１および外被１２を備える。各異形断面繊維１１は、外表面において長手方向に延在する１本または複数本の溝部が形成された異形断面形状を有し、その溝部における毛細管現象により液体を揚水することができる。また、各異形断面繊維１１は、長手方向に延在する貫通孔を有していてもよく、この場合、その貫通孔における毛細管現象により液体を揚水することもできる。ここでいう異形断面とは、断面形状が、非円形のものをいう。異形断面繊維の表面積が円形断面の繊維表面積より大きくなる構造、例えば、表面に凹凸などの溝部を有する構造も、好ましい。このようにすることで、異形繊維の外周をも揚水の際の液体の通路として機能させることが可能になる。それにより、単位断面積あたりの揚水効率の増加が可能である。
【００１７】
異形断面繊維１１は、図２に示されるように、中心軸から６方向にフィンが突き出た構造を有していてもよい。外被１２は、液体を透過させない材料からなり、複数本の異形断面繊維１１の束の外周を覆う。異形断面繊維１１のサイズ（フィンの最外端間の距離）は例えば１０μｍであり、揚水管１０のサイズ（外被１２の外直径）は例えば１００μｍである。異形断面繊維１１の最外径は０.１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましい。なお、「最外径」の定義は、「外周上の２点間の距離が最長となる距離」とする。
【００１８】
異形断面繊維１１の断面形状は、図２に示される例に限定されず、例えば図３に示されるように、中心部に空孔を有し、中心軸から８方向にフィンが突き出ることで長手方向に延在する８本の溝部が形成されるとともに、長手方向に延在する貫通孔が形成されていてもよい。また、異形断面繊維１１の断面形状は例えば図４に示されるように、扁平なひつじ雲型のようなものであってもよい。これらは、表面に溝部を形成し、異形断面繊維間で毛細管となる隙間を形成する。図３は、オクタ（帝人ファイバー株式会社の高異型特殊断面繊維の商標）の写真であり、図４は、ボディクール（東レ株式会社のナイロン・マイクロファイバーの商標）の写真である。両図とも、異形断面として、考えられる形状を示した。オクタとボディクールは、それぞれ、吸汗、吸水機能があるが、（本願の揚水管に使用する）異形断面繊維には、必ずしも必要というわけではない。また、異形断面繊維の中心には、空孔があってもよいが、必ずしも必要というわけではない。
【００１９】
異形断面繊維１１の材料はガラスや樹脂など様々なものが利用可能である。例えば、異形断面繊維１１がポリエステル・ナイロン等の化学繊維であると、異形断面を形成する上で好適である。
【００２０】
また、外被１２の材料としてポリエチレン・ポリ塩化ビニリデン・エチレン−ビニルアルコール共重合体等の樹脂が用いられるのが好適であり、この場合、この共重合体の薄膜フィルムに複数本の異形断面繊維１１の集団を包むことで、揚水管１０を作製することができる。或いは、ゴム等の伸縮性のある材料で製造されたチューブが外被１２として用いられるのも好適であり、この場合、チューブ内径を広げた状態で該チューブ内に複数本の異形断面繊維１１の集団を挿入した後にチューブ内径を元に戻すことで、揚水管１０を作製することができる。また、複数本の異形断面繊維を束状に集合後、その集合物上に上記の樹脂を押し出し被覆することにより、揚水管１０を作製することができる。
【００２１】
本実施形態の揚水管１０では、各々異形断面形状を有し毛細管現象により液体を揚水する複数本の異形断面繊維１１の束が、液体を透過させない材料からなる外被１２により覆われているので、揚水のためのエネルギーが不要で、配置の自由度が高く、充分な高さまで効率よく揚水することができる。
【００２２】
図５に示されるように、揚水管１０の第１端および第２端のうち繊維材シート４０と接触する第２端を含む一定範囲において、外被１２が除去されて複数本の異形断面繊維１１が露出しており、この露出した複数本の異形断面繊維１１から液体を取り出すのが好適である。このようにすることにより、毛細管現象により揚水管１０の第１端から第２端へ導かれた水は、第２端側において露出した複数本の異形断面繊維１１が露出した部分より、漏出する。露出した部分を下側に向けておけば、漏出した水は揚水管１０より自然に放出される。また、露出した部分に接触して、繊維材シート４０を設けることにより、強制的に揚水管１０より外部へ排出させることも可能である。異形断面繊維１１に中空部が存在する場合には、毛細管現象により第２端面（異形断面繊維１１の先端）に揚水された水を毛状体を有する繊維材シート４０に接触させてもよい。繊維材シート４０全体に水が拡がると、例えば、給水が必要な植物等が入れられた植木鉢・プランター等に繊維材シート４０が設置されることにより、貯水槽３０の水が涸れない限りは、動力源を使用すること無く自動給水が可能となる。
【００２３】
異形断面繊維１１のサイズおよび揚水管１０のサイズそれぞれは上記の数値例に限定されない。異形断面繊維１１のサイズは、毛細管現象を利用してどの程度の高さまで揚水する必要があるかに応じて決定すれば良い。一例として、異形断面繊維１１が貫通孔を有する場合、その貫通孔の内径と揚水高さとの関係を図６に示す。この図に示されるように、毛細管現象により異形断面繊維１１が揚水できる高さは、貫通孔の内径等に依存する。貫通孔の内径を０.１μｍから１００μｍの間で適切に選択することにより、揚水可能な高さは数百ｍから数十ｃｍの範囲で選択可能となる。一方、揚水管１０のサイズは、必要となる揚水量に応じて適切に設定される。揚水量が多い場合には揚水管１０は太径とすれば良く、揚水量が少ない場合には揚水管１０は細径とすれば良い。必要となる揚水量が多い場合には、複数本の揚水管１０を並列的に使用することも有効である。
【００２４】
図１に示される構成例では揚水管１０の第２端側から水を取り出す為に繊維材シート４０が設けられたが、これに限定されない。揚水された水を毛細管現象等により異形断面繊維１１から取り出すことが可能な材料であれば、繊維材シート４０に替えて使用することが可能であり、具体的には微小多孔体や砂等の粉体の使用が考えられる。
【００２５】
本実施形態の揚水装置は、図２を用いて説明した構成の揚水管１０と、この揚水管１０に縦続接続された別種の揚水管と、を備えていてもよい。また、本実施形態の揚水装置は、各々毛細管現象により液体を揚水する互いに別種または別サイズの第１揚水管と第２揚水管とが縦続接続されてなるものであってもよい。ここで、「別種」とは、例えば、一方の揚水管が異形断面繊維を用いたものであって他方の揚水管が中空繊維を用いたものである場合等である。また、「別サイズ」とは、例えば、双方の揚水管が共に異形断面繊維を用いたものであるが異形断面繊維のサイズが互いに異なる場合や、双方の揚水管が共に中空繊維を用いたものである中空繊維のサイズまたは内径が互いに異なる場合、等である。別種間で、揚水するための毛細管現象の隙間が小さい方は、入り口側に配置することで、フィルタとして機能させることも可能である。その場合は、フィルタ２０を別に用いなくても良い。
【００２６】
図７は、揚水管１０Ａ，揚水管５０および揚水管１０Ｂが順に縦続接続されてなる揚水装置の構成を示す図である。揚水管１０Ａと揚水管５０および揚水管１０Ｂと揚水管５０は、それぞれ接続部６０で、接続されている。接続部６０は、揚水管の接続により、液漏れがしないように、樹脂被覆等により、外被を密閉されている。揚水管１０Ａおよび揚水管１０Ｂそれぞれは、図２および図５を用いて説明した揚水管１０と同様の構成を有する。揚水管５０は、揚水管１０，１０Ａ，１０Ｂとは別種のものであり、例えば図８および図９に示されるようなものである。図８は、揚水管５０の断面図である。図９は、揚水管５０に含まれる微小管５１の断面図である。
【００２７】
揚水管５０は、長手方向全長に亘って内径が略均一である貫通孔を有する微小管５１を含む。揚水管５０は、複数本（図８では１０９本）の微小管５１を束ねて構成され、これらの外周が外被５２で覆われている。揚水管５０に含まれる各微小管５１は、図９に断面図が示されるように、長手方向に亘って外径が略均一であるガラス部５３に複数本（同図では９１本）の貫通孔５４が長手方向に設けられていて、このガラス部５３の外周が被覆部５５で覆われている。各貫通孔５４は、長手方向全長に亘って内径が略均一である。各貫通孔５４の内径は０.１μｍ以上１００μｍ以下であるのが好適である。例えば、各貫通孔５４の内径は８μｍ程度であり、ガラス部５３の外径は１２５μｍ程度であり、被覆部５５の外径は１７０μｍ程度であり、外被５２の外径は２ｍｍ程度である。
【００２８】
揚水管５０に対して下側（貯水槽側）に配置される揚水管１０Ａの異形断面繊維１１のサイズを揚水管５０の貫通孔５４の内径より小さくすることにより、揚水管１０Ａは揚水管５０に対してフィルタとして機能し得る。また、揚水管５０に対して上側に配置される揚水管１０Ｂは、揚水した水を繊維材シート４０に広げることを容易にする。なお、揚水管１０Ａ，１０Ｂの異形断面繊維１１が揚水管５０の貫通孔５４に入ることにより、異なる種類の揚水管を接続しても、毛細管現象による揚水が接続部で途絶えることなく実現される。
【００２９】
また、用途として本実施形態では植物への給水を挙げたが、この他に、気化熱による冷却等、水が必要とされる様々な用途に利用可能である。さらに、“揚水”、“貯水”等の用語を使用したが、液体としては水に限定されない。
【符号の説明】
【００３０】
１…揚水装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ…揚水管、１１…異形断面繊維、１２…外被、２０…フィルタ、３０…貯水槽、４０…繊維材シート、５０…揚水管、５１…微小管、５２…外被、５３…ガラス部、５４…貫通孔、５５…被覆部、６０…接続部。
【図１】
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【図２】
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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３】
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【図４】
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