(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部側に液体の吸い込み部、他端部側に液体の吐き出し部を有する管路部と、
前記管路部内を往復移動可能に配置され、往復運動により前記管路部の前記吸い込み部から前記液体を吸い込み、前記吐き出し部から前記液体を吐き出すピストンと、
前記ピストン往復運動に同期して前記液体の流路を開閉する開閉機構部と、を備え、
前記ピストンの外径が前記管路部の内径より小さく、前記管路部の内周面と前記ピストンの外周部との間に隙間を備えることを特徴とするピストンポンプ。
【請求項２】
前記開閉機構部は、前記管路部の前記前記吸い込み部となる前記一端部側に設けられ、前記管路部の前記他端部は開放端部であることを特徴とする請求項１に記載のピストンポンプ。
【請求項３】
前記ピストンは、
前記管路部の前記一端部から入った前記液体を通す開口部を有する第１液体案内部と、
前記第１液体案内部に一端部が接続されて前記液体を通すための接続部と、
前記接続部の他端部に接続されて、前記第１液体案内部と前記接続部を通ってきた前記液体を、前記管路部内へ吐き出すための液体通過孔を有する第２液体案内部と、
前記第１液体案内部と前記接続部と前記第２液体案内部との間で移動可能であり、前記ピストンが前記管路部の前記他端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を閉鎖し、前記ピストンが前記管路部の前記一端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を開いて前記液体を前記第１液体案内部内に通す可動開閉部材と、
を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のピストンポンプ。
【請求項４】
前記ピストンは、
前記管路部の前記一端部から入った前記液体を通す開口部を有する第１液体案内部と、
前記第１液体案内部に一端部が接続されて前記液体を通すための接続部と、
前記接続部の他端部に接続されて、前記第１液体案内部と前記接続部を通ってきた前記液体を留める第２液体案内部と、
前記第２の液体案内部の上端に接続されており、前記液体を前記液体案内部から外部に導出する前記管路部の径より細い送出管と、
前記第１液体案内部と前記接続部の間で移動可能であり、前記ピストンが前記管路部の前記他端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を閉鎖し、前記ピストンが前記管路部の前記一端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を開いて前記液体を通す可動開閉部材と、
を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のピストンポンプ。
【請求項５】
前記第１液体案内部と前記第２液体案内部は、それぞれ太径部と細径部を有しており、前記第１液体案内部の前記太径部と前記第２液体案内部の前記太径部が前記接続部により接続されていることを特徴とする請求項３または４に記載のピストンポンプ。
【請求項６】
前記第１液体案内部の前記太径部と前記管路部の内面との間に前記隙間が設けられ、前記第２液体案内部の前記太径部と前記管路部の内面との間にも前記隙間が設けられことを特徴とする請求項５に記載のピストンポンプ。
【請求項７】
前記隙間は、隙間面積率を管路部内面の断面積から液体案内部の太径部の断面積を差し引いてさらにこの値を管路部内面の断面積で割ったものを１００倍した値として定義した場合に、隙間面積率が２から４５％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のピストンポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関するものであり、特に水などの液体をくみ上げるためのピストンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
井戸内部から水をくみ上げるためのポンプとして、従来からピストンを用いた手押しポンプや電動式ポンプが用いられている。本発明はピストンを用いたピストンポンプに関するものである。ピストンポンプでは、ピストン部がパッキンを有しており、このパッキンがシリンダの内壁に密接することで水密性を上げて水を確実にくみ上げるようにしており、ピストンロッドの傾き（ぶれ）による漏水を解消する構造を有している。
ピストンポンプに関連する技術としては、特許文献１と特許文献２がある。
【特許文献１】特開２００７−６４１０５号公報
【特許文献２】特開２００７−５６７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、特許文献１と特許文献２に開示されているピストンポンプでは、ピストン部がシリンダ内で往復動作されると、ピストン部のパッキンとシリンダの内壁との間に大きな摩擦力が発生し、シリンダ内に大きな圧力減少が生じる。このため、水をくみ上げるには大きな力が必要である。また、この摩擦によりピストンやシリンダが摩耗し易いという問題もあった。
【０００４】
さらに、従来技術によるピストンポンプは、ピストンロッドの傾き（ぶれ）による漏水を解消する構造を有しているが、水をくみ上げる時に大きな力が必要であり労力を減らすことはできず、多くの水を素早く効率良く供給することができない。
そこで、本発明は上記課題を解消するために、水などの液体をより小さな力で素早く効率良く供給することができるポンプ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】
【０００５】
上記課題を解消して水などの液体をより小さな力で素早く効率良く供給することができるようにするために、本発明のポンプの第１態様は、一端部側に液体の吸い込み部、他端部側に液体の吐き出し部を有する管路部と、
前記管路部内を往復移動可能に配置され、往復運動により前記管路部の前記吸い込み部から前記液体を吸い込み、前記吐き出し部から前記液体を吐き出すピストンと、
前記ピストン往復運動に同期して前記液体の流路を開閉する開閉機構部と、を備え、
前記ピストンの外径が前記管路部の内径より小さく、前記管路部の内周面と前記ピストンの外周部との間に隙間を備えることを特徴とする。
【０００６】
ここで液体の流路とは、ピストンの往復運動により、液体を管路部内に吸い上げて液体を移動させる液体の通路のことである。このように、本発明の第１の態様に係るポンプによると、管路部の内面とピストンの外周部分との間には隙間が形成されているので、ピストンが管路内で往復動作させても、ピストンと管路部の内面との間に大きな摩擦力が発生せず、管路部内に大きな圧力減少が生じることがない。従って、水などの液体をくみ上げるのに大きな力が不要で、液体をより小さな力で素早く効率良く供給することができる。
【０００７】
本発明のポンプの第２態様は、好ましくは前記開閉機構部が、前記管路部の前記吸い込み部となる前記一端部側に設けられ、前記管路部の前記他端部は開放端部であることを特徴とする。
これにより、液体は開閉機構部を通じて管路部内に吸い込むことができ、他端部である開放端部にそのまま液体を送りだすという、簡単な構造とすることができる。また、ピストンを開放端部を通じて管路部内に簡単に挿入して配置できるので、組み立て、分解が容易である。
【０００８】
本発明のポンプの第３態様では、好ましくは、前記ピストンが、
前記管路部の前記一端部から入った前記液体を通す開口部を有する第１液体案内部と、
前記第１液体案内部に一端部が接続されて前記液体を通すための接続部と、
前記接続部の他端部に接続されて、前記第１液体案内部と前記接続部を通ってきた前記液体を、前記管路部内へ吐き出すための液体通過孔を有する第２液体案内部と、
前記第１液体案内部と前記接続部と前記第２液体案内部との間で移動可能であり、前記ピストンが前記管路部の前記他端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を閉鎖し、前記ピストンが前記管路部の前記一端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を開いて前記液体を前記第１液体案内部内に通す可動開閉部材と、
を備えていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、ピストンが管路部の他端部側に移動する際には、第１液体案内部の開口部を閉鎖して液体が管路部内には入らないようにして、液体を管路部内に効率良く吸い込むことができる。また、ピストンが管路部の一端部側に移動する際には、開口部を開くことで液体がピストン内に導かれて液体通し穴を通じて管路部内に戻すことができるので、ピストンを管路部の一端部側に移動しても管路部内に吸い込まれた液体によるピストンに対する抵抗を小さくできる。従って、液体はより小さな力で素早く効率良く供給することができる。
【００１０】
本発明のポンプの第４態様では、好ましくは、前記ピストンが、
前記管路部の前記一端部から入った前記液体を通す開口部を有する第１液体案内部と、
前記第１液体案内部に一端部が接続されて前記液体を通すための接続部と、
前記接続部の他端部に接続されて、前記第１液体案内部と前記接続部を通ってきた前記液体を留める第２液体案内部と、
前記第２の液体案内部の上端に接続されており、前記液体を前記液体案内部から外部に導出する前記管路部の径より細い送出管と、
前記第１液体案内部と前記接続部の間で移動可能であり、前記ピストンが前記管路部の前記他端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を閉鎖し、前記ピストンが前記管路部の前記一端部側に移動する際には前記第１液体案内部の前記開口部を開いて前記液体を通す可動開閉部材と、
を備えていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、ピストンが管路部の他端部側に移動する際には、第１液体案内部の開口部を閉鎖して液体が管路部内には入らないようにして、液体を管路部内に効率良く吸い込むことができる。また、ピストンが管路部の一端部側に移動する際には、開口部を開くことで液体がピストン内に導かれるので、ピストンを管路部の一端部側に移動しても管路部内に吸い込まれた液体によるピストンに対する抵抗を小さくできる。従って、液体はより小さな力で素早く効率良く供給することができる。また、管路部より小さな内径の送出管により液体を外部に案内するので、管路部とピストン外径に隙間があっても、送り出した液体が隙間を逆流することなく効率的に液体をくみ出すことが可能となる。
【００１２】
本発明のポンプの第５態様では、好ましくは前記第１液体案内部と前記第２液体案内部は、それぞれ太径部と細径部を有しており、前記第１液体案内部の前記太径部と前記第２液体案内部の前記太径部が前記接続部により接続されていることを特徴とする。
これにより、第１液体案内部と第２液体案内部が移動方向に沿って同じ太さの形状にするのに比べて、小型化が図れ、ピストンは管路部内でより小さな力で往復移動できる。
【００１３】
本発明のポンプの第６態様は、好ましくは前記第１液体案内部の前記太径部と前記管路部の内面との間に前記隙間が設けられ、前記第２液体案内部の前記太径部と前記管路部の内面との間にも前記隙間が設けられことを特徴とする。
これにより、第１液体案内部の太径部と管路部の内面との間に隙間が設けられ、第２液体案内部の太径部と管路部の内面との間にも隙間が設けられるので、液体はより小さな力で素早く効率良く供給することができる。
【００１４】
本発明のポンプの第１０態様では、好ましい前記隙間は、隙間面積率を管路部内面の断面積から液体案内部の太径部の断面積を差し引いてさらにこの値を管路部内面の断面積で割ったものを１００倍した値として定義した場合に、隙間面積率が２から４５％の範囲であることを特徴とするものである。隙間面積率が２％より小さいと吸い上げ時に大きな力を必要とするために、好ましくなく。大きいと逆に、吸い上げる水量が低下するので、好ましくない。隙間面性率を２０％とすると、吸い上げ量と吸い上げ時に必要とする力のバランスが良い、特に好ましいのは、隙間面積率２％から２０％の範囲である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のピストンポンプによれば、シリンダとピストンの間に隙間を設けることにより、少ない力でピストンを駆動することができる。従って、水その他の各種液体を素早くかつ効率良くくみ上げることができ、かつピストン及び管路部の摺動摩耗を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。  
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のポンプの第１実施形態であるピストンポンプの軸方向ＣＬに沿った断面図である。ピストン７０は下部のみを断面で示している。図２は、基部１３の一例を示す斜視図であり、図３は、図２に示す基部１３の断面図であり、軸方向ＣＬに沿った断面を示している。
【００１７】
図１に示すように、ピストンポンプ１０は、くみ上げポンプともいい、管路部１１と、ピストン１２と、吸い込み部を備える基部１３とを有している。
図１に示す管路部１１は、例えば円筒状の部材であり、例えば鉄やステンレスなどの金属やプラスチックあるいはセラミックスにより作ることができる。管路部１１の一端部２２は吸引側であり、他端部２１は液体の放出側であり図１上方向に液体が通過できるように開放されている。管路部１１の一端部２２には基部１３が固定されており、一端部２２は基部１３により、中心部を除き閉鎖されている。管路部１１の一端部２２は閉鎖されているが他端部２１は開放されているので、ピストン１２は他端部２１から管路部１１内に簡単に挿入することができ、容易に組み立てることができる。
【００１８】
図２と図３に示す基部１３を含む管路部１１の一端部２２は、図１に例示するように、水１００などの液体内に浸漬して配置される。基部１３は、金属やプラスチックあるいはセラミックスなどにより作ることができる。液体として例示している水１００は、例えば井戸内の水や池または貯水層等の容器内に貯蔵されている水等であるが、これらに限定されるものではない。
【００１９】
基部１３の外周部分１３Ｇの内側部分（内部）は、中空部１３Ｓ（図３参照）となっている。図２と図３に示すように基部１３の外周部分１３Ｇには、複数の液体吸引孔部２３が、外周部分１３Ｇの全周囲に沿って等間隔をおいて形成されている。これにより、基部１３の液体取り込み孔部２３は、基部１３の周囲から均等に水を吸い込むことができる。本明細書の実施例においては、液体吸引孔部２３は細長い長方形となっているが、液体吸引孔部２３をどのような形状とするか、間隔をどの程度とするかは任意である。また、均等に液体を吸い込むために、液体吸引孔部２３を等間隔に配置することが望ましいが、必要に応じて偏在させることも可能であり、必ずしも等間隔である必要はない。液体の吸引を容易にするために外周部分１３Ｇの側面全体を網目状とすることも可能である。また、ごみ等の吸い込みを防止するために、液体吸引孔部２３に比較的細かいメッシュ状の網を設けてもよい。
【００２０】
図３に示すように、この基部１３の中央には、管路部１１の軸方向ＣＬに沿ってバネ収容部２４と開閉弁受け部２５が形成されている。バネ収容部２４は円柱形状の中空の穴であり、周縁部側面に中空部１３Ｓに連通する複数の連通孔２４Ｐを備えている。バネ収容部２４内には比較的弱いコイルバネ２６が軸方向ＣＬに沿って収容されている。コイルバネ２６の上部には円錐状の開閉弁１４が固定されており、開閉弁１４が開閉弁受け部２５の位置より高い位置になるように、コイルバネ２６により上方向に比較的弱い力で付勢されている。開閉弁受け部２５は、開閉弁１４の密着面２７Ｄが係合したときに密着する漏斗状の受け面２５Ｃを備えている。従って、開閉弁２５がコイルバネ２６により付勢されて開閉弁受け部２５よりも高い位置にあるときにはバネ収容部２４の上端開口部が開放されているが、開閉弁１４がコイルバネ２６に抗して上から下へ押圧されて開閉弁受け部２５に係合すると、開閉弁１４の密着面２７Ｄが受け面２５Ｃに密着して、バネ収容部２４の上端が封鎖される。基部１３、コイルバネ２６及び開閉弁により、開閉機構部が構成される。
【００２１】
図３に示すように、バネ収容部２４は連通孔２４Ｐにより中空部１３Ｓに通じている。また、中空部１３Ｓは、複数の液体吸引孔部２３により外部と通じている。複数の液体吸引孔部２３と中空部１３Ｓと複数の連通孔２４Ｐ、及びバネ収容部２４は、水１００を管路部１１内に導くための液体の流路を形成している。
【００２２】
図３に示すように、コイルバネ２６の一端部２６Ｂは基部１３の内側部分１３Ｂに固定されており、コイルバネ２６の他端部２６Ｃは開閉弁１４の取付部分２７Ｃに固定されている。
【００２３】
開閉弁受け部２５は、上方向（軸ＣＬ方向）から見て円形状であり、傾斜した受け面２５Ｃを有する。開閉弁１４は円錐形状となっており、上述したように、開閉弁受け部２５の受け面２５Ｃに係合する密着面２７Ｄを有している。開閉弁１４は、例えば、弾性変形可能なゴム部材で構成されることが望ましい。開閉弁１４が開放されているときは、開放弁１４はコイルバネ２６により弱い力で付勢されて開閉弁受け部２５よりも高い位置にあり、バネ収容部２４の上部開口は開放されている。開放弁１４がコイルバネ２６に抗して下降して開閉弁受け部２５と係合すると、開閉弁１４の円錐状に傾斜した密着面２７Ｄが受け面２５Ｃに密着する。これにより、この開閉弁１４はバネ収容部２４上端開口部を閉鎖し、液体流路が閉じられる。図１と図３に示すような開閉弁１４による閉鎖状態では、基部１３の外部と管路部１１の内部との間の液体流路は開閉弁１４により遮断されており、この閉鎖状態では水１００が管路部１１内には浸入しない。
【００２４】
次にピストン１２について、詳細に説明する。図４は、図１に示すピストン１２の構造を拡大して示す一部断面である。
図４に示すピストン１２は、球体３０（可動開閉部材）と、第１液体案内部４１と、第２液体案内部４２と、接続部４３を有する。ピストン１２は例えばプラスチック、ゴムあるいは金属により作られているが、どのような材質を用いるかは、耐摩耗性、耐腐食性、重さ等を考慮して適宜選択可能である。
【００２５】
ピストン１２の第１液体案内部４１は、第１先細り形状部分５０と細管５１を有している。第１先細り形状部分５０は、基部１３側に向けて先細りになった内部空間５２を有している。第１先細り形状部分５０は、太径部５３と細径部５４を有している。細管５１は、管路部１１内に浸入した水１００を、第１先細り形状部分５０の内部空間５２に導くための先導管の役割を果たしている。また、図１に示すように、ピストン１２が管路部１１内の一端部２２側に移動している場合には、細管５１の他端部５１Ｃにより開閉弁１４を軸方向ＣＬに沿って下向きに押圧している。これにより、ピストン１２が管路部１１内の一端部２２側に位置している場合には、細管５１により開閉弁１４をコイルバネ２６に抗して開閉弁受け部２５に押圧密着させる構成となっている。逆に、ピストン１２が上方に移動すると開閉弁１４が開放される。
【００２６】
図４に示す第１液体案内部４１の内部空間５２内には、球体３０が収容されている。細管５１の一端部５１Ｂが、細径部５４に対して開口部５１Ｄを通じて接続されている。細管５１の他端部５１Ｃは、基部１３の開閉弁１４側に向いており、他端部５１Ｃは開放端である。図４に示すように、球体３０は、細径部５４の内面に密着することで開口５１Ｄを閉じる。このように、球体３０は、細管５１から細径部５４への液体の流路を開閉する可動開閉部材としての機能を有している。
【００２７】
図４に示すピストン１２の第２液体案内部４２は、第２先細り形状部分６０を有している。第２先細り形状部分６０は、基部１３とは反対の方向である管路部１１の他端部側に向けて先細りになった内部空間６２を有している。第２先細り形状部分６０は、太径部６３と細径部６４を有している。第２先細り形状部分６０の傾斜した周囲部分には、複数の液体通過孔６６が等間隔をおいて全周囲にわたって形成されている。なお、この通過孔６６は、第２液体案内部材の外周部と内周部で開口の大きさを変えることが可能である。従って、通過孔の面積を変化させて、通過孔外周部の通過孔の面積を稼ぐことができる。
【００２８】
図４に示すように、第１先細り形状部分５０の太径部５３の開口部６７と、第２先細り形状部分６０の太径部６３の開口部６８は、接続部４３により接続されている。接続部４３は円筒状の部材であり、接続部４３の外径は、太径部５３と太径部６３の外径に比べて小さいが、球体３０は軸方向ＣＬに沿って接続部４３内を通過できる。接続部４３の幅（直径）は、第１液体案内部４１、第２液体案内部４２の最大直径部分よりも直径が小さいが、接続部４３の幅を第１液体案内部４１、第２液体案内部４２の最大直径部分と同一にすることもできるが、これらの幅（直径）を同一にすると、抵抗が増加することから、水の吸い上げ量が増加するが水の吸い上げ効率が低下する。ここで、接続部４３の長さが短いと、吸い上げ力あるいは吸い上げ速度は増すが、吸い上げ量は減少する。逆に、接続部４３の長さが長いと、吸い上げ力あるいは吸い上げ速度は低下するが吸い上げ量が多くなる。
【００２９】
第２先細り形状部分６０の細径部６４は、閉鎖されており、細径部６４にはピストン１２を駆動する駆動部材７０の一端部が固定されている。この駆動部材７０は、ピストン１２を軸方向ＣＬに沿って直線往復動作するための部材であり、例えば棒状の部材である。駆動部材７０は、管路部１１の他端部２１を通って管路部１１の外部に達している。駆動部材は使用者が手で持って駆動することも、電気その他のエネルギーで駆動することも可能である。
【００３０】
図４に示す太径部５３の半径Ｔは、管路部１１の内面の半径Ｄに比べて小さくなるように構成されている。また、細径部５４の半径Ｔ１は、管路部１１の内面の半径Ｄに比べてさらに小さい径となっている。
【００３１】
太径部５３の半径Ｔは、管路部１１の内面の半径Ｄに比べて、例えば、管路部の半径Ｄを約２０ｍｍに設定すると、太径部５３の半径は管路部内面の半径より、０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度小さくなるように設定する。より好ましくは、０．２ｍｍ〜２．１ｍｍ程度小さくなるように設定する。これにより、太径部５３の外径部分５５と管路部１１の内面５６の間には、隙間Ｇが形成されることになる。このように隙間Ｇを設定した場合に、段落１１で定義した隙間面積率はそれぞれ、ほぼ２〜４５％、２〜２０％に相当する。
【００３２】
同様にして、図４に示す太径部６３の半径Ｔは、管路部１１の内面の半径Ｄに比べて小さく、細径部６４の半径Ｔ１は、管路部１１の内面の半径Ｄに比べてさらに小さい。太径部６３の半径Ｔは、管路部１１の内面の半径Ｄを２０ｍｍに設定すると、管路部内面の半径に比べて、太径部６３の半径Ｔは好ましくは０．２ｍｍ〜５ｍｍ程度小さく設定し、より好ましくは０．２ｍｍ〜２．１ｍｍ程度小さくなるように設定する。これにより、太径部６３の外径部分６５と管路部１１の内面５６の間には、隙間Ｇが形成される。このように設定した場合に、段落１１で定義した隙間面積率は２〜４５％、２〜２０％に相当する。このように設定すると、管路部１１の内面の直径（２Ｄ）と太径部６３の直径（２Ｔ）のクリアランスは、それぞれ０．４〜１０．３ｍｍ、０．４〜４．２ｍｍとなる。
【００３３】
このように隙間Ｇを設けることにより、ピストン１２による吸引力は軽減される。しかし、上記実施形態の構造のピストンポンプを用いて、隙間Ｇを種々変化させてポンプの機能をテストしたところ、隙間Ｇが所定の範囲内であれば、ポンプとして十分機能する吸引力を得ることが可能であるとの結論を得た。隙間の大きさは、吸引する液体の粘性ピストン１２の駆動速度、及び管路部の内径等をファクターとして決定される。
【００３４】
一方、これらの隙間Ｇを設けることにより、ピストン１２の摺動摩擦がなくなり、摩擦による負荷が軽減されるので、ピストンの駆動エネルギーを低減することが可能となる。また、摺動摩擦によるピストン１２または管路１１の内壁面の摩耗を抑制することができるという効果を有する。特に、軽い負荷でポンプを駆動できるため、例えば、災害等において、電気エネルギー等が使用できない場合や、手動によりポンプを駆動する必要がある場合等に特に有用である。
【００３５】
上記隙間Ｇは、隙間面積率２〜４５％（隙間率で１〜２６％）に相当するように設定されているが、これらの隙間Ｇは、液体の粘性と、管路部の径の大きさ、ピストンのストローク及びピストンの駆動速度等をパラメータとして、適宜決定することができる。隙間面積率が２％より小さいと、吸い上げに必要とする力が大きくなり、隙間面積率が４５％より大きいと、吸い上げ量が低下するので、好ましくない。望ましくは、隙間面積率の範囲は、２から２０％とするのが好ましい。
【００３６】
次に、上述した第１実施形態のピストンポンプ１０の動作を、図１と、図５〜図７を参照して説明する。
図１は、ピストン１２の動作の初期状態を示している。図５は、図１のピストン１２の初期状態からピストン１２を上昇させた状態（吸引）を示し、図６は、ピストン１２を下降させた状態を示し（上部への送出）、図７は、再びピストン１２を上昇させた状態（吸引）を示している。
【００３７】
図１に示すように、ピストンポンプ１０の基部１３は、液体、例えば水１００の中に浸漬して配置する。この場合に、この図の例では、ピストンポンプ１３の管路部１１は上下方向Ｓに沿って水１００の面に対して垂直に立てているが、必ずしも水面に対して垂直に配置して用いる必要はない。図１の状態において、第１液体案内部４１の細管５１の他端部５１Ｃは、開閉弁１４をコイルバネ２６に抗して押圧して開閉弁１４が開かないようにしている。
【００３８】
開閉弁１４は、基部１３の開閉弁受け部２５内に押圧密着してバネ収容部２４の上端開口部を封鎖しているため、水１００は管路部１１内には浸入しない。球体３０は、球体３０の自重により細管５１の開口部５１Ｄを閉じている。
【００３９】
次に、図５の矢印Ｚ１方向で示すように、駆動部材７０を引き上げてピストン１２を上部方向に移動させることにより細管５１が上方に移動すると、開閉弁１４への下方押圧力がなくなるため、開閉弁１４はコイルバネ２６の力及びピストン１２の吸引力により上方移動する。これにより、図３に示すバネ収容部２４の上端開口部が開放されるとともに、ピストン１２の上方向への移動による吸引力が発生し、水１００は図５に示す矢印Ｗ１で示すように、図３に示す基部１３の液体吸引孔部２３から連通穴２４Ｐ、そしてバネ収容部２４を通じて、管路部１１内に浸入する。管路部１１内に浸入した水１００は、図５の矢印Ｗ２で示すように管路部１１内を上昇して、液面Ｌ１は、第１先細り形状部分５０の太径部５３の方向に吸い上げられる。
【００４０】
次に、駆動部材７０を図６の矢印Ｚ２方向押し下げると、水１００は図５の矢印Ｗ３で示すように細管５１内に浸入する。このとき、図６に示すように、ピストン１２は管路部１１内の水１００の中をＺ２方向に下降することから管路部１１内の水を下方に押し下げようとするため管路部１１内の水１００の下方への圧力により、開閉弁１４は押し下げられてバネ収容部２４の上部開口を閉じる。また、ピストン１２が下降することにより、細管５１の先端部５１Ｃにより開閉弁１４は押し下げられる。
【００４１】
開閉弁により下方の流路が封鎖されるので、図５及び図６に矢印、Ｗ３Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６で示すように、細管５１から流入した水１００は、第１先細り形状部分５０の太径部５３から接続部４３を通って、第２先細り形状部分６０の各液体通過孔６６を通って管路部１１の上部に放出されてＺ１方向に上昇する。この際に、球体３０は水１００の水圧により、第１先細り形状部分５０の太径部５３から接続部４３を通って、第２先細り形状部分６０の上部である細径部６４内に位置しているので、球体３０は液体通過孔６６を閉じることがなく、液体通過孔６６から水１００がＷ５方向に沿って管路部１１内に出て行くのを妨害しない。このようにして、管路部１１内の水１００は管路部１１の他端部２１の方に送り出される。このようなピストンの往復運動を繰り返すことにより水１００の液面Ｌ２は、徐々に上昇していく。
【００４２】
さらに、図７に示すように、再び図７の矢印Ｚ１方向で示すように、駆動部材７０によりピストン１２を引き上げることにより、開閉弁１４が吸引力及びコイルバネ２６の力によりＺ１方向に上昇すると共に、更に水１００は図３に示す基部１３の液体吸引孔部２３から連通穴２４Ｐ、そしてバネ収容部２４を通じて、図７に示す矢印Ｗ７で示すようにして、管路部１１内に浸入する。管路部１１内に入った水１００は、矢印Ｗ８，Ｗ９で示すように管路部１１内を上昇して、液面Ｌ２はさらに上昇する。
【００４３】
上述したように、ピストン１２の太径部５３と管路部１１の内面との間、および太径部６３と管路部１１の内面との間にそれぞれ隙間Ｇを設けている。従って、図５〜図７に示すようなピストン１２の直線往復動作の際に、ピストン１２は管路部１１の内面には接していない。このため、ピストン１２の水１００を吸引力は若干軽減するが、ピストン１２をＺ１方向とＺ２方向に駆動する際に摩擦力による駆動エネルギーの消費がなくなり、水１００をくみ上げるピストン１２の直線往復動作の負荷が軽くなる。そのため、往復動作速度を上げることができ、井戸内の水１００等を少ない力でくみ上げることが可能となる。
【００４４】
このように、ピストン１２と管路部１１の内面とは完全に接触しておらず、ピストン１２と管路部１１の内面との間には隙間Ｇが積極的に設けられていることから、ピストン１２をＺ１方向に沿って上方に引くことで水１００が管路部１１内に吸い上げられ、ピストン１２をＺ２方向に沿って下方に押し下げ、再びピストン１２をＺ１方向に沿って上方に引くという動作を繰り返すことにより、水１００は管路部１１内に吸い上げられて、管路部１１の開放端である他端部２１から小さな力で効率良く供給できる。
【００４５】
ピストン１２と管路部１１の間に隙間Ｇが存在しているので、水の吸引力は弱まるが、その隙間Ｇによりピストン１２と管路部１１の間の摩擦や水を吸い上げるための水圧などによる力が必要でなくなるので、ピストンと管路部が接している従来に比べて、小さな力でピストンを素早く上下動作させることができる。従って、結果的に必要な水を効率よくくみ上げることができる。
【００４６】
また隙間Ｇの存在により、ピストン１２の摩耗と管路部１１の内面の摩耗を防ぎ、品質上の持続性も高くなる。すなわち、従来の水の漏れを重視した密閉状態のくみ上げよりも、本発明のピストンポンプの方が、従来に比べて小さな力による水のくみ上げが可能となる。
【００４７】
第１実施形態では、ピストン１２が管路部１１の他端部２１側に移動する際には、球体３０が第１液体案内部４１の開口部５１Ｄを閉鎖して液体が管路部１１内に逆流しないようにしているので、液体を管路部１１内に効率良く吸い込むことができる。ピストン１２が管路部１１の一端部２２側に移動する際には、球体３０が上に移動して開口部５１Ｄを開くことで液体がピストン１２内に導かれて液体通過孔６６を通じて管路部１１の上部に送り出すことができるので、ピストン１２を管路部１１の一端部２２側に移動しても管路部１１内に吸い込まれた液体によるピストン１２に対する抵抗を小さくできる。
【００４８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明のポンプの好ましい第２実施形態であるピストンポンプ１０Ａを、図８〜図１２を参照して説明する。
第２実施形態のピストンポンプ１０Ａの各部分は、上述した第１実施形態のピストンポンプ１０の対応する各部分と、ピストンの構造を除いてはほぼ同じであるので、ピストンポンプ１０Ａのピストンを除いた各部分は、上述した第１実施形態のピストンポンプ１０の対応するピストンを除いた各部分と同じ符号を記してその説明を用いることにする。
図８に示す本発明の好ましい第２実施形態のピストンポンプ１０Ａは、管路部１１と、ピストン１２Ａと、基部１３を有している。図８は、ピストン１２Ａの初期位置を示しており、図９は、図８に示すピストン１２Ａの構造を拡大して示す一部断面を有する正面図である。
【００４９】
図９に示すピストン１２Ａは、球体３０Ａと、第１液体案内部１４１と、第２液体案内部１４２と、接続部１４３を有する。ピストン１２Ａは例えばプラスチック、ゴムあるいは金属等により作ることができる。
ピストン１２Ａの第１液体案内部１４１は、第１先細り形状部分１５０と細管１５１を有している。第１先細り形状部分１５０は、基部１３側に向けて先細りになった内部空間１５２を有している。第１先細り形状部分１５０は、太径部１５３と細径部１５４を有している。細管１５１は、管路部１１内に入った水１００を、第１先細り形状部分５９内に導くための先導管の役割を果たしている。しかも、図８に示すように、ピストン１２が管路部１１内の一端部２２側に位置している場合には、細管１５１の他端部１５１Ｃは開閉弁１４を軸方向ＣＬに沿って下向きに押している。これにより、ピストン１２が管路部１１内の一端部２２側に位置している場合には、開閉弁１４は開かないようになっている。
【００５０】
図９に示す第１液体案内部１４１の内部空間１５２内には、球体３０Ａが収容されている。細管１５１の一端部１５１Ｂが、細径部１５４に対して開口１５１Ｄを通じて接続されている。細管１５１の他端部１５１Ｃは、基部１３の開閉弁１４側に向いており、他端部１５１Ｃは開放端である。球体３０Ａは、開口１５１Ｄを閉じる。
【００５１】
図９に示すピストン１２Ａの第２液体案内部１４２は、第２先細り形状部分１６０を有している。第２先細り形状部分１６０は、基部１３とは反対の方向に向けて先細りになった内部空間１６２を有している。第２先細り形状部分１６０は、太径部１６３と細径部１６４を有している。
【００５２】
第１先細り形状部分１５０の太径部１５３の開口部１６７と、第２先細り形状部分１６０の太径部１６３の開口部１６８は、接続部１４３により接続されている。接続部１４３は円筒状の部材であり、接続部１４３の外径は、太径部１５３と太径部１６３の外径に比べて小さい。
【００５３】
接続部１４３内には、球体３０Ａが第２液体案内部１４２の第２の先細り形状部分１６０まで上方移動して流路を塞ぐことを防止するため、球体移動阻止部としての格子部１９０が配置されている。この格子部１９０は水を通すが球体３０Ａは通過できない。第２先細り形状部分１６０の細径部１６４は、駆動部材７０と接続されている。駆動部材７０の内部は中空になっており、第２先細り形状部分１６０の細径部１６４から送り出される液体を上部に送りだすことができる。
【００５４】
図９に示す太径部１５３の半径Ｔは、管路部１１の内面の半径Ｄ、細径部５４の半径Ｔ１、管路部１１の内面の半径Ｄ及び、太径部１５３の外径部分１５５と管路部１１の内面５６の隙間Ｇについては、第１の実施形態の場合と同様である。
【００５５】
ここで、第１の実施形態の隙間面積率の最適範囲と第２の実施形態の隙間面積率の最適範囲は同様で２〜４５％、好ましくは、２〜２０％と考えられる。これは、隙間率に換算すると、１〜２６％、好ましくは１〜１０．５％に相当するものである。
次に、上述した第２実施形態のピストンポンプ１０Ａの動作を、図８と、図１０〜図１２を参照して説明する。
【００５６】
図８は、ピストン１２Ａの初期状態を示している。図１０は、ピストン１２Ａを上昇させた状態を示し、図１１は、ピストン１２Ａを下降させた状態を示し、図１２は、再びピストン１２Ａを上昇させた状態を示している。
【００５７】
図８に示すピストンポンプ１０Ａの基部１３は、液体、例えば水１００の中に浸漬した配置とする。この場合に、ピストンポンプ１３の管路部１１は水１００に対して上下方向Ｓに沿って立ててある。第１液体案内部１４１の細管１５１の他端部１５１Ｃは、開閉弁１４の付近に位置されている。
開閉弁１４は、基部１３の開閉弁受け部２５に位置されており、水１００は基部１３の液体吸引孔部２３から管路部１１内には浸入しない。球体３０Ａは、球体３０Ａの自重により細管１５１の開口１５１Ｄを閉じている。
【００５８】
次に、図１０の矢印Ｚ１方向で示すように、駆動部材１７０により引き上げることにより、開閉弁１４がコイルバネ２６の力によりＺ１方向に上昇すると共に、水１００は図１０に示す基部１３の液体吸引孔部２３からバネ収容部２４を通じて、図１０に示す矢印Ｗ１で示すようにして、管路部１１内に浸入する。管路部１１内に浸入した水１００は、矢印Ｗ２で示すように管路部１１内を上昇して、液面Ｌ１は、第１先細り形状部分１５０の太径部１５３の方に吸い上げられる。
【００５９】
そして、図１１の矢印Ｚ２方向で示すように、駆動部材１７０を押し下げることにより、ピストン１２Ａは管路部１１内の水１００をＺ２方向に押し下げて、管路部１１内の水１００の水圧と細管１５１により開閉弁１４がコイルバネ２６の力に抗して下げることで、開閉弁１４はバネ収容部２４を閉じる。これにより、水１００は、矢印Ｗ４で示すように、第１先細り形状部分１５０の太径部１５３から接続部１４３を通って、第２先細り形状部分１６０内へＺ１方向に上昇する。この際に、球体３０Ａは第１先細り形状部分１５０の太径部１５３から接続部１４３を通って、接続部１４３の格子部１９０により止まる。
この状態では、管路部１１内では水１００の液面Ｌ４に位置し、ピストン１２Ａの内部の水１００は液面Ｌ５に達している。液面Ｌ４は太径部１５３に対応する位置である。
【００６０】
さらに、図１２に示すように、使用者が、再び図１２の矢印Ｚ１方向で示すように、操作部材１７０を手動により引き上げることにより、開閉弁１４がコイルバネ２６の力によりＺ１方向に上昇すると共に、更に水１００は基部１３の液体取り込み孔部２３からバネ収容部２４を通じて、図１２に示す矢印Ｗ７で示すようにして、管路部１１内に浸入する。管路部１１内に浸入した水１００は、矢印Ｗ８，Ｗ９で示すように管路部１１内を上昇する。このときの管路部１１内の水１００は液面Ｌ６に達し、ピストン１２Ａ内の水１００は液面Ｌ７の方に送りだされる。液面Ｌ６は太径部１５３に対応する位置である。
【００６１】
ピストン１２Ａ内の水１００は、ピストン１２Ａの往復運動により、駆動部材７０の内部の空洞を通じて順次上方に送り出されて、所定の高さまで送り出されたら外部に放出される。すなわち、駆動部材７０が液体を送り出すための送出管となっている。このように、ピストン１２Ａの上部に接続された細い送出管により、管路部１１内に吸い上げた水１００を送り出すことにより、ピストン１２Ａと管路部１１の内壁との間に隙間があっても、より確実に液体をくみ上げることが可能となる。管路部１１の内壁面とピストン１２Ａの外周との間に隙間を設けたことによる効果は、第１の実施形態と同じである。
【００６２】
ところで、本発明は、上記実施形態に限定されず種々の変形例を採用できる。
図１に示す管路部１１は、円筒状の部材であり金属により作られているが、断面が正方形の中空状の部材であっても良く、特に断面形状は限定されない。
また、上述の第１及び第２の実施形態ではいずれも、細管５１から細径部５４への液体の流路を開閉する可動開閉部材として、球状の形態を有する球体３０、３０Ａを用いる例を示したが、球体３０，３０Ａの代わりに、底面の径が細径部５４の内径よりも小さい円錐形状の可動開閉部材とし、先端部が下になるように逆さに配置してもよい。また、先端が半球状の円柱形状の可動部材を用いることもできる。
さらに、液体は、水の他に、石油類やその他の種類のものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のポンプの好ましい第１実施形態である手押しポンプを示す軸方向の断面図である。
【図２】基部の構造例を示す斜視図を示す図である。
【図３】基部の構造例を示す軸方向に沿った断面図である。
【図４】図１に示すピストンの構造を拡大して示す一部断面を有する正面図である。
【図５】第１実施形態においてピストンを上昇させた状態を示す図である。
【図６】ピストンを下降させた状態を示す図である。
【図７】再びピストンを上昇させた状態を示す図である。
【図８】本発明のポンプの好ましい第２実施形態である手押しポンプを示す軸方向の断面図である。
【図９】図８に示すピストンの構造を拡大して示す一部断面を有する正面図である。
【図１０】第２実施形態においてピストンを上昇させた状態を示す図である。
【図１１】ピストンを下降させた状態を示す図である。
【図１２】再びピストンを上昇させた状態を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０，１０Ａ    ピストンポンプ
１１            管路部
１２，１２Ａ    ピストン
１３            基部
１３Ｓ          中空部（液体の流路）
１４            開閉弁
２４Ｐ          連通穴（液体の流路）
２３            液体吸引孔部（液体の流路）
３０，３０Ａ    球体
４１，１４１    第１液体案内部
４２，１４２    第２液体案内部
４３，１４３    接続部
Ｇ              隙間
１００          水（液体の一例）
【図１】
0004956359.tif 000002
【図２】
0004956359.tif 000003
【図３】
0004956359.tif 000004
【図４】
0004956359.tif 000005
【図５】
0004956359.tif 000006
【図６】
0004956359.tif 000007
【図７】
0004956359.tif 000008
【図８】
0004956359.tif 000009
【図９】
0004956359.tif 000010
【図１０】
0004956359.tif 000011
【図１１】
0004956359.tif 000012
【図１２】
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