(57)【要約】【課題】青少年向けの理科実験用教材に係り、理科への興味喚起を狙いとしたサイフォン原理のコップに関し、排水管と取水管に分割した簡単構成の実験教材提供を課題とする。【解決手段】一端が閉じた底面と他端に開口部を備えたコップ状容器の内部において、両端が開口した排水管の開口下端をコップの底面から外部に貫通して排水口とし、上端側をコップよりも低くして排水管をコップ内部に一体成形してコップ容器を形成する。  一方、上端部が閉ざされるとともに開口下端に取水口を設けた取水管を上記排水管よりも大径加工し、該取水管を前記排水管に覆い被せる態様により着脱自在として簡単構成で課題を解消したサイフォンコップである。本提案は、サイフォン原理に基づく多種多様な実験を可能としたユニークで遊具的なサイフォンの実験教材の提供を狙いとする。【選択図】    図１
2009069719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に注水用の開口部と他端底面に排水口を備えたコップが、次のように形成されてなる。即ち、
排水管の開口下端部がコップ底面の外側に貫通されて排水口を形成したこと、
前記排水管の開口上端部を前記コップ開口部より低く形成したこと、
前記両端開口の排水管を前記コップ底面からコップ内部に立設状に形成したこと、
前記排水管を具備して加工したコップを用いるとともに、
前記コップに付属させるための取水管が次のように別体加工されてなる。即ち、
前記取水管の内径を前記排水管の外径よりも大径としたこと、
前記取水管を前記排水管に覆い被せた状態において、該取水管の内部上端が前記排水管の開口上端よりも高くした寸法で密閉形成したこと、
前記取水管の開口下端部に取水口を形成したこと、
とを具備して加工した前記取水管を用い、
然して、前記コップ内部に立設状に形成した前記排水管に対して、前記別体加工した前記取水管を覆い被せる態様として構成したことを特徴とするサイフォンの原理に基づくサイフォンコップ。
【請求項２】
台座に取付けられた支柱と、
前記支柱に回動支点を介して支持された天秤バーと、
前記天秤バーの少なくとも片端側に懸吊状に取り付けた前記サイフォンコップと、
とを具備してコップ式天秤が構成され、
然して、前記サイフォンコップへの注水及び排水と関連して、前記天秤が平衡、不平衡の天秤動作をなし得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載のサイフォンの原理に基づくサイフォンコップ。
【請求項３】
前記コップの前記開口部に公認ゴルフボールを挿入した際に、前記ゴルフボールの略上半分が突出されるように前記コップ開口部の内径寸法を加工したこと、
前記開口部に挿入した前記ゴルフボールが、前記取水管の上端部に当接されて前記ゴルフボールが支軸されるようにしたこと、
前記開口部に前記ゴルフボールを挿入した状態で、前記開口部の該外周縁部で勘合され、且つ、着脱自在としたゴルフボールの抜け防止のための押えリングを用いたこと、
然して、前記コップの開口部から突出した前記ゴルフボールが、前記取水管の上端部で支軸されて前記コップの開口部で転動自在に保持される態様により、前記コップを用いてマッサージ器を構成したことを特徴とする請求項１に記載のサイフォンの原理に基づくサイフォンコップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂サイフォンの原理を用いて形成した理科の実験用に最適なサイフォンコップである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、基本的にはサイフォンの原理を応用したサイフォンコップである。
そこで、先ず、広く知られているサイフォンの原理（該発明者は、水時計などを考えたアレクサンドリアの技術者、クテシビオスではないかと云われている）について、図１０に参考添付した図解図とともにサイフォンの原理５０の概要につて先ず説明する。
図１０において、今、容器Ａの水を別の容器Ｂに移す場合にホースを図示のように逆Ｊ字状に折り曲げて、取水口Ｓより排水口Ｈの高さを低く（Ｚ）し、排水口Ｈ側からホース内の水を一度吸い込んで最高部Ｔを越えて導いた場合はポンプを用いることなく、容器Ａの水面より高い容器縁部やホースの最高部Ｔを越えて容器Ａの水を容器Ｂに連続的に移すことがきる。これがサイフォンの原理である。
該サイフォンの原理は、例えば、ホースを用いて車の燃料タンクからガソリンを別の容器に抜取ったり、風呂桶の水を桶縁越えして排水する場合などに日常的にも活用されているが、該原理は水洗式便器、冷蔵庫、冷却装置等の製品にも応用されおり、中でもコーヒー沸かし器としての所謂「コーヒーサイフォン」は有名である。
【０００３】
さて、本発明に関連した特許文献は先行開示技術の調査結果では発見されなかったが、背景技術としては、下記の非特許文献１中に「戒めの盃」として図解図とともに紹介記載されているサイフォンの原理に基づく盃の構成内容が本発明と深い係りがあると思われる。そこで、下記の非特許文献１中に「戒めの盃」として紹介されている図解図とともに記載内容を引用させて貰い、サイフォンの原理（なお、サイフォンの原理や現象のことを含めて以下の説明では、単にサイフォンと称して説明することもある）の予備学習を兼ね、後述する本発明の構成内容を理解する上からも参考になので、先ず、最初に下記文献からの図解図とともに該解説記載内容を引用して説明することにする。
【非特許文献１】図解  古代・中世の超技術３８  小峯龍男  講談社ブルーバックス                「戒めの盃」古代ギリシャ  Ｂ．Ｃ．１世紀頃（４６頁〜５３頁）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記非特許文献１に記載されている公知技術の「戒めの盃」の構成内容と本発明のサイフォンコップの構成内容の違いを明らかにするためにも、古代ギリシャで（Ｂ．Ｃ．１世紀頃）ヘロンが考案したと云われている前記「戒めの盃」に関し、前記非特許文献１中に図解入りで紹介されている図解図と解説内容を図１１に引用添付し、以下に説明する。
図１１の図解図は、他人から勧められた酒等を欲張って注がせ過ぎると盃底から全て流れ出してしまう…と云う教訓を教える「戒めの盃」として紹介されているものであるが、同文献にも記述されているように同じ仕組みによる陶器製の茶碗が沖縄の石垣市で不思議な茶碗、腹八分茶碗として製造販売されている（実は、本出願人も１０年前に同島を観光した折に、既に入手して内部を切断解体して調査済みである）。
【０００５】
前記文献における「戒めの盃」は、後述する本発明に係るサイフォンコップの構成内容を理解する上からも十分参考になるので、先ず、前記文献から引用した図１１の図解図とともに適宜補足を加えて説明する。なお、以下で取り扱う液体は全て水として説明する。
図１１ａ〜ｄの各図は盃の断面図を示しており、図１１ａのようにコップ底面に穴加工した盃に対して、図示のように逆Ｊ字管を取水口と盃底間に隙間を設け、排水口が取水口より低くなるようにして盃の底穴に差し込んで水が漏れないように加工する。以上の簡単な仕組みでできたのが「戒めの盃」と称されているものである。
さて、でき上がった盃に水を注いだ際の状況について図解図とともに説明する。
図１１ｂ…注水の水面が逆Ｊ字管の最高部に達するまでは、水が盃と逆Ｊ字管の中にも同時に上昇する。
図１１ｃ…水面が逆Ｊ字管の頂点を越えるまで注水すると、水は逆Ｊ字管の排水口から急に流れ出す。
図１１ｄ…一旦流れ出すと、注水を止めても、水面が最高部より低くなっても流れ続け、取水口が水面から離れるまで水は全部流出される。
【０００６】
更に、サイフォンの原理につて前記ヘロンが語った説として、前記文献に記載されている図解図と解説内容がサイフォンの理解に参考になるので、併せて、要点を以下に参考記載させて貰うことにする。
図１１ｅ、ｆ…逆Ｊ字管の出口Ａが水面Ｂと等しい場合は、逆Ｊ字管に水が満たされていても流れない。それは、図ｆのＡＣとＢＣ部分の水の重さが天秤同様に釣合っているからである。
図１１ｇ、ｈ…しかし、図ｇのように出口Ａが水面より低くなると、図ｈのようにＡＤ間の水の重さが加わるので、ＡＣ間の重さがＢＣ間の水の重さより重くなるなり、水は出口Ａ側に引張られて連続して流れ出す。（以上がヘロンの説として前記文献に引用されている内容であるが、続けて、前記文献には下記のように解説されているので引用転記する）
ところで、水が連続して流れる理由であるが、図１１ｇにおいてＡＣ間の水が流れ出た後、もしも、ＢＣ間の管内にそのまま水が残るかＢＣ間の水が逆流したりすると、Ｃ点には空間ができて水が切れてしまい、Ｃ点が真空状態化し、水面Ｂに作用している大気圧がＢＣ間の水をＣ点の真空部分に向けて押付けることになる。しかし、実際には逆Ｊ字管内の水は何処の点でも水の重量で力の釣合いが保たれているのでＣ点は真空化せず水が連続して流れ続けるのである。
【０００７】
そこで、本発明が狙いとするサイフォンの原理に基づくサイフォンコップは、前記非文献１始め、従来、各種資料にサイフォンの構成要素として広く紹介されている逆Ｊ（Ｕ）字管の機能や作用に鑑み、特に、理科実験教材用としての目的に適合するように、古代から知られている前記サイフォン構成の要部に対して改良を加えることを課題とする。
即ち、折り曲げて固着していた逆Ｊ字管に鑑み、取水部と排水部とに二分割構成することで一つのサイフォンコップを用いて多種多様なサイフォンの実験が可能なように、コップに排水管を立設形成するとともに、別体で成形加工した取水管を排水管に覆い被せる態様として該取水管を交換自在としたサイフォンコップの実現を課題とし、且つ、目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明に係るサイフォンコップ次のように構成される。
第１発明のサイフォンコップは、一端に注水用の開口部と他端底面に排水口を備えたコップが次のように形成されてなる。即ち、
排水管の開口下端部がコップ底面の外側に貫通されて排水口を形成したこと、前記排水管の開口上端部を前記コップ開口端部より低く形成したこと、前記両端開口の排水管を前記コップ底面からコップ内部に立設状に形成したこと、前記排水管を具備して加工したコップを用いるとともに、
前記コップに付属させるための取水管が次のように別体加工されてなる。即ち、前記取水管の内径を前記排水管の外径よりも大径としたこと、前記取水管を前記排水管に覆い被せた状態において、該取水管の内部上端が前記排水管の開口上端よりも高くした寸法で密閉形成したこと、前記取水管の開口下端部に取水口を形成したこと、とを具備して加工した前記取水管を用い、
然して、前記コップ内部に立設状に形成した前記排水管に対して、前記別体加工した前記取水管を覆い被せる態様として構成したサイフォンの原理に基づくサイフォンコップである。
【０００９】
第２発明のサイフォンコップは、前記第１発明のサイフォンコップにおいて
台座に取付けられた支柱と、前記支柱に回動支点を介して支持された天秤バーと、前記天秤バーの少なくとも片端側に懸吊状に取り付けた前記サイフォンコップと、とを具備してコップ式天秤が構成され、
然して、前記サイフォンコップへの注水及び排水と関連して、前記天秤が平衡、不平衡の天秤動作をなし得るように構成したサイフォンの原理に基づくサイフォンコップである。
【００１０】
第３発明のサイフォンコップは、前記２発明のサイフォンコップにおいて
前記コップの前記開口部に公認ゴルフボールを挿入した際に、前記ゴルフボールの略上半分が突出されるように前記コップ開口部の内径寸法を加工したこと、前記開口部に挿入した前記ゴルフボールが、前記取水管の上端部に当接されて前記ゴルフボールが支軸されるようにしたこと、前記開口部に前記ゴルフボールを挿入した状態で前記開口部の該外周縁部で勘合され、且つ、着脱自在としたゴルフボールの抜け防止のための押えリングを用いたこと、
然して、前記コップの開口部から突出した前記ゴルフボールが、前記取水管の上端部で支軸されて前記コップの開口部で転動自在に保持される態様により、前記コップを用いてマッサージ器を構成したサイフォンの原理に基づくサイフォンコップである。
【発明の効果】
【００１１】
近年、我が国では青少年らの理科離れが指摘されており、文部科学省では平成１４年より「科学技術・理科大好きプラン」等の施策により科学技術・理科に対する学習向上の強化が計られている。本発明は特にサイフォンの実験用として最適な実験教材を提供し得るように考案したサイフォンコップに係る。
本発明によるサイフォンコップ及び該コップを活用した後述のコップ式天秤（第４実施例）を含め、小中学生向けにサイフォンに関する多種多様（以下に各実施例図面とともに説明する）で興味が持てて面白く、不思議な手品的要素の実験を通じて青少年らに理科への好奇心を喚起し、理科の学習効果を高め得る実験教材を提供する。
【００１２】
即ち、本発明に基づくサイフォンコップは明細書中に各実施例図面とともに明らかにされるように、排水管をコップに立設貫通して一体成形したコップを用いるとともに、該排水管に覆い被せる形体として取水口Ｓのギャップ寸法を異にした取水管とのワンタッチ交換を実現した構成により、多種のサイフォン実験を可能とした。
一方、取水管を交換自在に構成したことにより、前記コップへの注水後に前記異種の取水管をコップに落し入れた場合に、コップ内部の水はどうなるかを問う実験等（図４参照）、恐らく、それらのサイフォンに関しては前記「戒めの盃」（図１１参照）の考案者のヘロンや先人らも考え付かなかったと思われるユニークな実験を可能にしたサイフォンコップを提案する（なお、参考までに前記石垣市で製造販売されている腹八分茶碗の内部構造は、本出願人が現物解体調査結果、前記文献１に図解開示されている構成同様の逆Ｊ字型に基づく構造であり、図１ｅの断面図とは異なる構造である点を検証した）。
【００１３】
従来、サイフォンの説明図として多くの文献や資料等に広く紹介されている代表的図解図を図１０に添付し、更に、前記非特許文献から引用した「戒めの盃」の図解図を図１１に引用前記した。即ち、サイフォン原理の構成説明図としては普く、逆Ｊ字管や逆Ｕ字管をコップ容器底面に固着形成した図解図が示されている。従来は、排水管や取水管を別体構成としたり、区分することなく、折り曲げて一体とした逆Ｊ字型のサイフォン管を水漏れ防止して容器に挿入固着したサイフォン構成であった。
例えば、「戒めの盃」の如く逆Ｊ管の固定式による公知のサイフォン原理で構成したサイフォンでは、単に面白グッズ的な単機能の盃は実現できても、本発明が狙いとする如き実験教材用としては機能的に満足な結果が得られず、目的が適えられないものであった。
一方、前記「戒めの盃」に開示されている構成で盃を加工する場合、Ｊ字管は成形困難で、且つ、容器コップとＪ字管を別々に加工後に圧入や接着工程等に組立ての２次加工が不可欠である。
本発明のサイフォンコップは、前記Ｊ字管を用いた前記公知技術とは全く異ったサイフォンの構成（構造）に係り、教材用としての優れた実験機能に加えて構成部品の全てを筒状の管状体としてプラスチックで容易に成形加工ができて、接着等の２次加工を一切必要としない製造上の大きな特徴も備えている。
【００１４】
以下に主実施例の効果特徴について、概要を記載する。
本発明に係るサイフォンコップ単体の構成上の特徴は第１実施例（図１〜図４）によって代表的に示されている。即ち、上記発明の目的を達成するために第１実施例では、図１の各図に示すように、一端が閉じた底面と他端に開口部を備えたコップにおいて、両端が開口した排水管の開口下端をコップの底面から外部に貫通して排水口とし、排水管の上端側をコップより低くして排水管をコップ１と一体で成形加工する。
一方、上端部が閉ざされるとともに開口下端に取水口を設けた取水管が上記排水管より高くした寸法で、且つ、内径が排水管４よりも大径にして取水管６を別体加工し、開口下端に図１ｆ〜図ｈのように切欠ギャップＧの寸法を異にしたものを用意する。然るに、本発明のサイフォンコップ構成上の大きな特徴は、図１ｅの断面図に示すように取水管６を前記排水管４に覆い被せる態様とし、且つ、両管の連結切替をコップ底面３の大気圧の影響を受けない水面下の最底面３で行い、取水管６をワンタッチで着脱交換し得るようにした点である。
【００１５】
前記構成要点の仕組み発明の結果として、サイフォン原理に基づく多種多様なサイフォン実験の実現（＜実験その１＞：図２〜＜実験その３＞：図７参照）を可能とし、構成が簡単で生産性に優れ、且つ、ユニークで遊具性を備えて課題解消したサイフォンコップである。なお、本サイフォンコップは特に実験教材を目的として実施する場合は、コップ内部構造や注水・排水・滞留水の状況が外部から透けて見えるように透明体（クリア）として成形加工することが好ましく、更に、必要により着色した水用いると、所謂、造影剤的効果が発揮されて一層実験教材としての効果が発揮される。（図１〜図４参照）。
【００１６】
本発明に係る第２実施例の最良の実施形態のサイフォンコップによれば、図５の各図に示すように取水管６の開口下端に複数ヶの取水口を加工することと関連して、１ヶの取水管６に加工した複数の取水口を図５ｃのように回転切替えしたり、取水口を異にした複数個の取水管を図５ｄ、ｅのように横や縦方向に連結合体した態様の取水管６を用い、取水口Ｓを切替える構成としたのがサイフォンコップの第２実施例である。
【００１７】
本発明に係る第４実施例の最良の実施形態のサイフォンコップによれば、図７のように台座に取付けられた支柱から回動支点を介して支持された天秤バーに対し、少なくとも前記天秤バーの片端側に本発明に係るサイフォンコップを懸吊状に取り付けて図７のように構成した天秤が第４実施例のコップ式天秤である。
即ち、コップ式天秤２０の片側に懸吊状に取り付けられたサイフォンコップへの注水及び排水と関連して、図７の各図解図や明細書に詳細説明されているようなサイフォンとともに、天秤における平衡、不平衡の動作原理を含めて一石二鳥的な実験学習を可能にしたのがコップ式天秤２０であり、学習効果を高める実験教材として最適である。
【００１８】
本発明に係る第５実施例の最良の実施形態のサイフォンコップによれば、図８のようにコップの前記開口部に公認ゴルフボールを挿入した際に、前記ゴルフボールの略上半分が突出されるように前記コップ開口部の内径寸法を加工し、且つ、挿入したゴルフボールが取水管の上端部に当接されるように前記ゴルフボール下縁部を支軸し、更に、ゴルフボールの抜け防止のための押えリング４４を用い、該押えリングをコップ開口部の外周縁に勘合させるようにゴルフボールを着脱自在として、コップをマッサージ器のハンドルに兼用し、ゴルフボールを用いてマッサージ器４０を構成したのが第５実施例である。
【００１９】
即ち、サイフォンコップとしての不使用時はコップ１をハンドルに兼用し、前記コップ開口部から突出して前記取水管の上端部で支軸され、コップ開口部に３６０°方向に円滑転動されるよう保持したゴルフボール式マッサージ器である。図８ｄに使用態様を示すようにハンドル（コップ）を握って、マッサージを要する皮膚部にゴルフボールを押圧転動するようにした構成により、ゴルフボール表面に形成された数１００個のディンプル（くぼみ）の作用でマッサージや指圧効果が高められるマッサージ器となる。
なお、本実施例のマッサージ器はゴルフボール４３が自在交換できて、所謂、マイボールやホールインワンした記念ゴルフボール等の保存用も兼ね得る点、ゴルファーのゴルフコンペ用や遊具性を備えた高付加価値商品となし得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
さて、本発明に係るサイフォンコップの構成内容は、前記図１０の添付図及び前記非特許文献１から引用した前記図１１とともに既述したサイフォンの解説内容を参照することで理解の助けになる。以下、各実施例の説明に先駆けて本発明に基づくサイフォンコップの構成要点について、先ず、実施例図面を参照しつつ以下に構成要点を列記する。
＜サイフォンコップの構成要点＞
１．図１に示すようにコップ１において、両端が開口した排水管４をコップ底面から立設形成し、コップに貫通して一体成形する。
２．一方、別体とした図１ｂの取水管６は、上端を密閉６ｔして開口下端に切欠ギャップを設けて取水口Ｓを形成する。
３．図１ｅの断面図に示すように、排水管４に対して取水管６を外側から覆い被せる態様でセットする。以上でサイフォンコップが完成する。
【００２１】
４．一方、図１ｆ、ｇに示す取水管６の切欠ギャップＧを所定寸法で加工した種類を用意し、取水口Ｓの異なった取水管をワンタッチで交換可能としことで、結果の異なった二つの興味あるサイフォン実験が可能となる。
５．更に、コップ１に排水管４の上端Ｔまで注水した状態から、各取水管を排水管に落し込むようにセットした場合は、三つ目の興味あるサイフォン実験が可能となる。
６．別途構成の天秤機構の片側に、前記サイフォンコップを懸吊状に取り付けてコップ式天秤（図７、第４実施例）を構成した場合は、注水、排水に伴なうサイフォンと関連して天秤の平衡、不平衡原理の実験教示用としても最適である。
７．又、図８の第５実施例のようにサイフォンコップのコップ１の開口部２にセットしたゴルフボールを取水管端部で転動支軸するとともに、押えリングで抜け防止してコップをボールマッサージ器のハンドルに兼用することでマッサージ器を構成し、一石二鳥的に一層付加価値を高めたサイフォンコップとなる。
【００２２】
さて、本明細書では構成内容を理解し易くするために同一構成や同一作用をする要素部分には同一符号や同一名称を図面に付し、以下具体的実施例を図面とともに説明する。先ず、本発明のサイフォンコップの構成部品の生産化上の大きな特徴は、加工後に部品の接着や圧入等の二次加工を要することなく、本質的には直立管状（パイプ）体としてプラスチック素材で生産性よく成形加工ができ、低コストで実施できる点である。
更に、青少年向けの理科実験教材としての目的を良好に達成するためには、コップ１や排水管４、取水管６の内部構造及び取水、排水時等の内部状況を外部から観察できるように透明（クリア）、アクリル、ＡＢＳ、ＰＣ等のプラスチックで透明体として成形加工したり、意匠的理由から若干着色して用いる場合にも内部が透けて見える程度に半透明体として成形することが望ましい。そこで、本願図面中の外観斜視図における内部透視線部分は、全て実線による細線を用いて区別表示して図示する。
【実施例１】
【００２３】
本発明に係る第１実施例サイフォンコップの最良の実施形態を示した図１とともに説明する。
さて、図１は本発明に基づくサイフォンコップの構成内容と構成部品の状況を示し、又、図２及び図３は第１実施例サイフォンコップの取水、排水時の状況と関連して具体的実験状況と結果を図解して示しおり、本発明の構成要点は図１〜図３に示す第１実施例の説明によって十分明らかになる。
以下、第１実施例に関して図１ａ〜図ｋの各図を同時参照しつつ、図面とともに説明する。図１ａはコップ１の外観斜視図、図ｂは図ｆ〜図ｈとともに後述する取水管６、図ｃはコップ１に取水管６をセットした状態の斜視図、図ｄは図ｃの平面図、図ｅは図ｃのＡ−Ａ線断面図、図ｆ〜図ｈは取水管６の取水口Ｓを変えて加工した各種類、図ｉ〜図ｋは排水管４に取水管６ｃを抜け防止して実施する場合の他の構成例を夫々示している。
【００２４】
そこで、図１ａにおけるコップ１は一端に開口部２を備え、他端の閉じた底面３からは図ｅの断面図に示すように排水管４が高さｈ１としてコップ高さｈ３の略７割位の高さにより、上端Ｔが開口されるとともに下端が底面３の外側に貫通した排水口Ｈが形成され、更に、排水管４はコップ１内部で付け根部に底面３から図ｉのような形体で複数の補強リブ５とともに立設成形されている。なお、図１ａ〜図ｅの実施例は補強リブ５が３ヶ、図ｉは補強リブ５を４ヶ設けた実施例である。
図１の第１実施例に関して更に説明を続ける。図ｃは取水管６を図ｂのように摘み部分７を摘んで、コップ１の排水管４に覆い被せるように上から単に底面３に載置した状態であり、図ｄは図ｃの平面図を示している。なお、排水管４に取水管６を上から被せるように載置した場合、取水管６の内径下端が補強リブ５に案内されて図ｄ、図ｅのように排水管４と取水管６の軸心が大略一致する如くに補強リブ５の付け根部と取水管６の内径ｄ３の関係寸法が設定されている。
【００２５】
ここで、図１ｅ〜図ｈに基づいて第１実施例の具体的な要部寸法について記載する。図１ｅにおける各部寸法は、排水管４の底面３からの高さ寸法ｈ１＝４５（単位はｍｍ表示）、取水管６の内部高さ（開口下端から密閉上端までの高さ）ｈ２＝４８、コップ１内部高さｈ３＝７０、排水口Ｈの内径ｄ１＝φ４、排水管４の外径ｄ２＝φ８、取水管６の内径ｄ３＝１４、コップ１の開口部２（下段くびれ部）の内径ｄ４＝φ４０として実施している。次に取水管６の取水口Ｓの実施例寸法につて説明する。切欠ギャップＳの幅寸法Ｗ＝５、図ｆのギャップ高さ寸法Ｇ＝７（これをＧ＝Ｌ型とする）、図ｇのギャップ高さ寸法Ｇ＝２（これをＧ＝Ｓ型とする）、図ｈのギャップ高さ寸法Ｇ＝０は切欠が無い取水管６（これをＧ＝０型とする）である。
なお、図１ｅの断面図は例えば図ｆの取水管６の摘み部分７を摘んで時計方向に９０°回してセットした状態の断面図を示している。又、以上の取水管６の取水口Ｓとして１ヶ所設けた場合の各実施例を示したが、例えば、取水口Ｓは対向して２ヶ所又は１２０°置きに３ヶ所、更には４ヶ所に設けてもよく、取水口Ｓは複数ヶ設けた場合も略同様結果が得られる。
【００２６】
次に、図１ｉ〜図ｋにつて説明する。前記の実施例の取水管６は排水管４へのセット時、特に抜け防止しない場合の実施例を示したが、例えば、図ｉのように排水管４の補強リブ５と関連した所定ヶ所に図示のように凹部９を加工し、一方の取水管６の対応ヶ所に図ｊの断面図のように凸３５を形成して、両者を嵌め合わせた場合に図ｋのＢ−Ｂ線断面図のように排水管４に取水管６の開口端部が周知技術でソフト嵌合されて抜け防止されるように構成してもよい。
なお、図ｉは補強リブが４ヶ所ある場合の実施例を示し、そして、図ｉ、図ｊは夫々の上端部を切断面１０として図示してある。
＜実験その１＞
【００２７】
さて、前記第１実施例の実験結果の概要に関し、図面とともに説明する。
以下、本特許願ではサイフォンコップの内容を理解し易くするため、サイフォンの実験状況や結果を図解図とともに図面中に併記し、＜実験その１＞〜＜実験その３＞として記載説明する。なお、本発明のサイフォンの実験教材としての主目的は第１実施例における実験その１、実験その２、実験その３を通して十分理解し得るものと思われる。
【００２８】
実験その１に関して、図２の各図とともに実験状況につて列記説明する。
１．図２ａ〜図ｃは前記第１実施例で示したサイフォンコップに前記取水管６のＧ＝７型（切欠高さ７ｍｍ）をセットした際のサイフォンの実験状況を示している。
本サイフォンコップでは、コップ外周に水位線８を印刷形成してあり、この水位線８は図２ｂのように、コップ１に取水管６をセットした状態で開口部２から略５０ｃｃの水を注水１１した時の水位に相当し、且つ、サイフォンが動作する水位線８を示している。結論的に図２ａ〜図ｃの実験では、図ｂにおける注水線未満の注水ではコップ内の水は排水口Ｈから一切排水１２されない。
しかし、水位線を越えて注水した場合は、コップ１の水は前記図１に例示した寸法の実施例では約７秒間で略全部が排水口Ｈから排水１２される（しかし、排水後のコップ底面３には、常時２〜３ｍｍ程度の水が以下の実験でも同様に残留する）。又、この実験を注意深く観察すると、排水の最後に取水口Ｓから大気が取り込まれて取水管６から排水管４の排水口Ｈに水を押出すように複数の気泡がポコンと音を発して排水され、両管内部に大気が流入される。
【００２９】
２．図２ｄ〜図ｇはサイフォンコップに前記取水管６としてＧ＝２型（切欠高さ２ｍｍ）をセットした際のサイフォンの実験状況を示している。この実験結果は前記１項の結果とは異なったサイフォンとなる。即ち、図２ｄに対する最初の注水において、図ｅの水位線未満の注水時は、コップ内の水は排水口Ｈから一切排水１２されず、且つ、水位線８以上に注水した場合にコップの水は見掛け上は、略全部が排水口Ｈから排水１２されてしまう状況は前記１項の実験結果と同様である。
しかし、図ｅの排水後の図ｆに再び注水すると、何と、図ｇのように注水１１した水が僅かな水量であっても注水１１の都度、排水管４越えしてどんどん排水１２されてしまうのである。
【００３０】
そこで、図２ｇの状況におけるコップ１の要部断面状況を拡大して示したのが図３である。図３を一見して解かるように取水管６及び排水管４の両管内には夫々滞留水１５、滞留水１４が張付くように滞留しているのである。取水管６の取水口Ｓとして前記Ｇ＝Ｓ型を用い、即ち、切欠ギャップＧを低く加工した取水管６を用いて注水した排水後の状況を観察すると、取水口Ｓにおける水面の大気圧が取水管６の水の重量と一致し、図３のＳＴとＴＨ間の重量が等しくなって図３のように両管内に水が滞留しままの状態になるのではないかと判断するが、その際、排水口Ｈと取水口Ｓには表面張力ＳＴが作用して排水口Ｈには水球が形成されていることが確認される。
従って、図３の状態からコップ１に注水した場合は、取水口Ｓ水面の大気圧が高められて、図２ｇのように注水１１の都度、両管の滞留水が順次に押出され、上端Ｔ越えして排水されるのではなかと思われる。即ち、前記１項と状況は異なるがその現象もサイフォンそのものであり、本サイフォンコップでは取水管６を取り替えることで、前記１、２項記載の二通りの異なった興味あるサイフォンが実験可能となる。
【００３１】
３．図２ｈ〜図ｊはサイフォンコップに前記取水管６のＧ＝０型（切欠が無いタイプ）をセットした際のサイフォンの実験状況を示している。図２ｈに示すように取水管６に取水口Ｓを加工しないＧ＝０型をセットして図ｉのように注水した場合、水位線未満の注水時は、コップ内の水は排水口Ｈから一切排水１２されない。
水位線８以上に注水した場合は、コップの水は徐徐に水滴状になって排水口Ｈから落下される。しかし、この場合、図ｊのように取水管６の摘み部分７を摘んで上下や左右方向に動かし、即ち、取水管６の開口下端に隙間ができるように動かした場合は、その都度、活きよいよく排水される。勿論、それもサイフォンの一種である。
＜実験その２＞
【００３２】
さて、前記第１実施例で実験その２を行う方法に関し、即ち、サイフォンコップを用いた三つ目のサイフォン実験について図４とともにその結果について簡単に説明する。実験状況は図４とともに図解説明してある通りある。即ち、図４ａのコップ１に対して図ｂのように、排水管４のない状態で上端Ｔから溢れるまで予め注水１１し、前記図１ｆ〜ｈの各取水管６を用い、図ｃのように注水済みのコップ１に上から落とし込むようにしてセットした場合にコップの水がどうなるかを問う実験に関し、興味あるサイフォン実験が行い得るのであり、以下結果のみについて述べると。
１．図４ｃのようにＧ＝Ｌ型の取水管６をセットした場合、コップの水は略全部がその都度、排水１２される。
２．図４ｄのようにＧ＝Ｓ型の取水管６をセットした場合、コップの水は見掛け上は略全部の水が排水１２される。しかし、前記図３に図示説明した状況同様、図４ｅのように排水管４及び取水管６には滞留水１４、１５が残る点、前記Ｇ＝Ｌ型の結果とは異なる。
３．図４ｆのようにＧ＝０型の取水管６をセットした場合、コップの水はポタポタと水滴状１２にゆっくりと落下される。そして、この場合も排水後の両管内には図４ｇや前記図３のように滞留水が残留する。
【実施例２】
【００３３】
本発明に係るサイフォンコップの第２実施例につて図５の各図とともに説明する。
なお、以下の各実施例の説明では前記実施例と同一作用や同一役割を果たす部分の重複説明を省略し、異なる要点部分について主に説明する。前記した第１実施例では、別体加工した取水管６に関して取水口Ｓの加工寸法を違えたものを用意して取水管６を交換式とした場合の実施例を示したが、図５ａ〜図ｃは一つの取水管６に加工した複数の取水口Ｓを切替え式とし、図５ｄ、ｅは複数個の取水管６を一体に連結合体した態様で差替え式とした実施例である。
図５ａは第２実施例の要部断面を拡大図示する。本実施例では、前記図１とともに説明した取水管６の取水口Ｓとして、図ｂは開口下端に前記二つの取水口ＳのＧ＝Ｌ（第１取水口）とＧ＝Ｓ（第２取水口）の１８０°対向位置に形成した取水管６であり、上面部には回動切替えする際の夫々の方向位置が刻印表示６ｂしてある。図ｃは第２実施例の要部拡大斜視図を夫々示す。以下、３図面を同時参照しつつ説明する。
【００３４】
図５ｃは、コップ１の底面３に加工した切替機構部の斜視図を示している。第２実施例では図ｃのように底面３の中央部に、外取水管１６の内径が取水管６の外径＝ｄ６と嵌合される内径寸法で、高さｈ４＝１５、外取水管１６の取水口幅Ｗ＝８として図ｃのように排水管４と同軸状に立設成形してあり、該内部に前記取水管６を挿入して取水管６を略１８０°回動し、外取水口幅ＷとＧ＝Ｌ、Ｇ＝Ｓの夫々の取水口が重なるようにして取水口を回動切替えし得るように構成した実施例である。なお、図ａの断面図は夫々の前記取水口が図面の左側向き配置とした場合を示している。
又、Ｇ＝Ｌ、Ｇ＝Ｓの中間位置に回した場合は取水口Ｓが閉ざされるので前記Ｇ＝０の取水口Ｓと同様な結果になる。更に、本実施例を含めた各実施例において取水口ＳをＧ＝０とする場合、必要により取水管６の開口下端部にゴム製パッキン等を用いて防水加工することで排水口Ｈから水滴状に落下するのを防止構成することも可能である。
【００３５】
そして、この第３実施例の取水管６における取水口Ｓの回動切替えに伴なうサイフォンとしての作用効果は前記第１実施例の詳細説明から既に明らかなものと思われる。
次に、図５ｄはＧ＝Ｌ、Ｇ＝Ｓ、Ｇ＝０の取水口Ｓを備えた取水管６を抱き合わせるように合体した取水管６であり、図５ｅはＧ＝Ｌ、Ｇ＝Ｓの取水口を上下にして縦方向に連結合体した取水管６の実施例である。
【実施例３】
【００３６】
本発明に係るサイフォンコップの第３実施例につて図６の各図とともに説明する。
図６ａ〜図ｇの各図は第３実施例サイフォンコップの各部の構成内容を示している。第３実施例の構成要点としては、取水管６の取水口Ｓとして図ｃのように取水管６の途中から分岐した分岐管１８を設けて、取水口Ｓとした変形実施例である。
第３実施例のコップ１は、図ａは外観が図示のような形状をしたコップ１であり、図ｂは平面図を示し、図ｄは図ａにおけるサイフォンコップのＣ−Ｃ線断面図である。なお、本第３実施例においても排水管４に対し、取水管６が前記第１実施例同様に覆い被さる態様でセットされる。
【００３７】
さて、第３実施における取水管６の取水口Ｓは図６ｅ、図ｆに示す取水管６から分岐した分岐管１８の実施例内径をφ５とし、図示のように取水管６の開口下端に対する高さ寸法をＧとした場合、図ｅではＧ＝Ｌ、図ｆではＧ＝Ｓとして前記第１実施例同様に、例えば、Ｌ＝７、Ｓ＝２ｍｍとして成形加工することで所期の目的が果せる。
又、第３実施例において図６ａのコップ１に対して前記図６ｅ〜図ｇに示した各取水管６を用いて、サイフォン実験を行った場合の結果は前記第１実施例で夫々前記図２、図４とともに説明した実験結果と同様な状況となる。
【実施例４】
【００３８】
本発明に係るサイフォンコップの第４実施例につて図７の各図とともに説明する。
この第４実施例は図７の各図を一見して明らかなように、例えば、前記第１実施例のサイフォンコップを用いて図示のようなコップ式天秤２０を構成した実施例である。本発明に係るコップ式天秤２０は前記サイフォンの各種実験を行うための実験用としても大いに便利であり、且つ、コップへの注水、排水と関連して天秤の平衡、不平衡を学ぶ学習用としても最適な実験教材を提供し得る。
さて、図７ａに示すコップ式天秤２０は、例えば、以下のように構成される。即ち、図７ａ、ｂに示すように台座２１を介して取り付けられたアルミ支柱２２の先端部にはネジ穴を加工し、アルミ製の天秤バー２３の中央部に設けられた回動支点穴にネジ２７をセットして天秤バー２３の回動支点２５とする。
【００３９】
実施例の一つとしては天秤バー２３の両端に設けた貫通穴２６にステンレス線（例えば、φ２のばね線）を挿通固着し、図示のようにコップ開口部の外径に合わせて円弧状に加工して両端を図示のように内側に折り曲げてホルダー２４とする。一方、サイフォンコップＳＣとダミーコップＤＣの夫々の開口端には、コップの中心部を通る対向位置に懸吊穴２８が加工してあり、前記両ホルダー２４を開くようにしてサイフォンコップＳＣとダミーコップＤＣの夫々を天秤バー２３の両側に懸吊状に取り付けたのが図７ａのコップ式天秤２０である。なお、支柱２２に取り付けたストッパー２９は、天秤バー２３の回動範囲を制限するためのものである。
次に、図７ｃはコップ式天秤２０の各部品をプラスチックで成形加工した場合の他の実施例を示す。この実施例では、天秤バー２３、ホルダー２４及び突起軸３０を含めて、弾力性があって硬質なジュラコン素材で一体成形したものである。又、本実施例では溝リブ３１を設けた支柱２２端部がＵ字溝３３状に加工されるとともにセット穴３２が形成され、該Ｕ字溝３３に前記天秤バー２３を挟む形体で回動支点を構成する実施例である。
【００４０】
＜実験その３＞
さて、前記第４実施例のコップ式天秤の実験結果概要に関し、図７の図面とともに説明する。
図７ｄ〜図ｇの各図は前記第４実施例におけるコップ式天秤２０への注水から排水に至る経緯に関して、天秤の平衡、不平衡状態の過程を含め、段階的に図解説明したサイフォンコップに係る実験その３を示したものである。
なお、実験結果を理解し易くするため、図解とともに経過を図中に併記し、以下、図面毎に経過内容を列記する。
図ｄ…先ず、ダミーコップＤＣ（以下、単にＤＣとする）側に水位線まで注水し、サイフォンコップＳＣ（以下、単にＳＣとする）を持上げる。
次に、ＳＣへの注水であるが、水位線未満の注水ではＳＣの水は一切排水されないことを確認する。天秤は、ＳＣ側が持上げられた不平衡状態のままである。
図ｅ…前記図ｄの状態からＳＣに、更に、水位線８以上に注水した場合、ＳＣの排水口Ｈから急に排水を始めると同時的に天秤は平衡状態を失うが、一旦、平衡状態を通過することになる。
【００４１】
図ｆ…ＳＣは排水口Ｈから排水を続けながら、ＳＣ側が一旦降下する。天秤は平衡状態を通過後、ＳＣ側が下がった不平衡状態になる。
図ｇ…ＳＣは排水を続けながら、一挙に持上げられ、ＳＣ側は持ち上がったままなお排水を続け、コップの水は全部排水される。
天秤はＳＣ側が持ち上がった不平衡の状態となり、最初の図ｄの状態に復帰する。
なお、上記コップ式天秤２０の実験では図ｅの排水開始から図ｆの排水終了までの所要時間は実施例の場合、７〜８秒程度である。なお、上記第４実施例ではコップ式天秤２０の片側にＤＣを用いた場合の構成を示したが、本実施例のＤＣ側の水位線８は天秤の他端に支持されたＳＣへの注水１１（水位線８）と関連して、該サイフォンが丁度動作する水位線８として表示したものである。
一方、ＤＣには注水する代りに注水量と同等の重量（略５０ｇ）を有する別の錘をＤＣに投入してもよく、更に、ＤＣに代えて単に錘を固定取り付けしてもよい。
【実施例５】
【００４２】
本発明に係るサイフォンコップの第５実施例について説明する。
図８は本発明のサイフォンコップにおけるコップ１をマッサージ器の握りハンドルとして兼用し、図８に示すようにゴルフボールを用いてマッサージ器を構成するようにした実施例である。
即ち、本第５実施例は前記各実施例に示したサイフォンコップとしたり、不使用時にはコップ１にゴルフボールをセットしてマッサージ器としたりと、コップ１をマッサージ器のハンドルに兼用して一石二鳥式に両者の機能を備えた高付加価値のアイデアグッズとし得るようにしたものである。本出願人は、先にゴルフボールを用いたマッサージ器の発明を行い、既に、特許願２００７−１６０９３号（平成１９年１月２６日出願）として特許出願中であるが、図８に示すマッサージ器４０は前記特許願に示されているゴルフボールの保持方法と一部類似した構成になっている。
【００４３】
図８ａは、第５実施例におけるマッサージ器の各構成部品を縦に並べて示し、以下、図８ａ〜図ｅの各図とともに同時関連的に説明する。本実施におけるハンドル兼用のコップ１は、図示のように握りにフィットする形体としてコップ１の外周４ヶ所にくぼみが形成してあり、内部には前記図１とともに説明した構成同様の排水管４が立設してある。コップ１の開口部２中、最端部の内径ｄ５＝φ４５、一段下のくびれ部分の内径ｄ４＝φ４０とし、公認ゴルフボールの直径略：φ４３のゴルフボール４２を開口部２に挿入して図ｂのように組立した際に、ゴルフボールの略上半分が突出され、略下半分がコップ１の開口部２に保持されるように開口部２を形成加工してある。
そして、表面にディンプル４３を有するゴルフボール４２が図ｃの断面図のようにコップ１の開口部２の前記ｄ４＝φ４０部と、ゴルフボール下部が取水管６の上端に設けた円筒状の摺接軸受縁４５に支軸されて図ｂのように組立した際に、ゴルフボールが円滑回動されるように構成してある。
【００４４】
第５実施例に関して図８ａについて更に説明すると、本５実施例では取水管６の密閉端６ｔの上端には図ｂのＣ―Ｃ線断面として示した図ｃの形体は、取水管６の上端をゴルフボール４２の摺接軸受縁４５とした構成例である。一方、取水管６を取外した状態として排水管４の開口上端Ｔを直接ゴルフボールの直接軸支したり、前記一段下のくびれた内径ｄ４を例えばφ３０位に小径加工してゴルフボールの回動軸受を構成してもよい。
さて、図８ａにおける取水管６とゴルフボールを図ｂのようにセットした状態から、コップ１開口部２の外周縁に対し、周知技術で着脱式とした嵌合凸部４１に押えリング４４を嵌めて合わせることでマッサージ器４０が組立構成される。なお、前記押えリングはコップ開口外周縁とねじ込み式に構成してもよい。
図ｄは皮膚部４６に対し、図示のようにコップ１をハンドルとして、ゴルフボールを前後左右に押圧転動する使用状態を示しており、前記構成によりゴルフボールが円滑に押圧転動されて、ゴルフボール表面に形成された数１００個のディンプル（くぼみ）の作用によりマッサージや指圧効果が高められたマッサージ器となる。
【００４５】
そして、コップ１から押えリング４４を取り外してゴルフボール４２を取出し、サイフォンコップとした態様が図ｅである。その時、押えリング４４はサイフォン機能に関係ないので嵌め合わせる必要はないのであるが、離れ離れにすると紛失してしまう恐れもあり、外観意匠的にも図示のようにセットした方が望ましい。なお、本実施例のマッサージ器はゴルフボール４３が自在交換できて、所謂、マイボールやホールインワンした記念ゴルフボール等の保存用も兼ね得る点、ゴルファーのゴルフコンペ用や遊具的付加価値商品としても最適である。なお、本マッサージ器の実施例においてゴルフボールを上端部で回動支軸する取水管６が、ゴルフボールの押圧転動に伴なって引き摺られて横ぶれする恐れのある場合は、取水管６の開口下端部を排水管４に（抜け防止を兼ねて）嵌合されるように構成するとよい。
【００４６】
図９は、本発明によるサイフォンコップの理科教材用としての実験用セット例を示した写真である。写真で示すセット例のように、前記したコップ式天秤２０、サイフォンコップ単体、取水管６の各種類及び水槽、水差し、排水に伴なって回転される遊具水車等を揃えた一式を実験セットとして用いることで理科実験用教材としての効果が一層発揮される。
【００４７】
終わりに補足説明を加えると、前記した各実施例ではサイフォンコップとしての説明や名称の便宜上から容器をコップ１としたが、本発明は勿論、容器をコップ状形体に限定するものではなく、本特許願は、前記各実施例に共通した構成内容から明らかなようにサイフォンとしての構成方法や構造を特徴とした発明である。
従って、容器はコップに代えてボトル状や球体状としたり、玩具状の容器形体としてもよく、例えば、ボトル形体の容器で実施する場合はサイフォンボトルと読み代えればよく、更に、ガラス素材を用いてサイフォンコップを完全透明体として成形してもよい。一方、遊具性、マジック性、手品的要素を高めるには内部が覗けないようブラックボックスとして形成し、例えば、ボトル注水口を回す操作に連動して前記図５に示した取水口Ｓを切替えるように構成することもできる。
そして、本発明に係る前記サイフォンコップは、例えば、化学容器や他の分野等における液体容器としての応用も考えられるのであり、発明の精神を逸脱しない範囲での応用展開が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明第１実施例に係るサイフォンコップの斜視図、断面図、各部構成を示す図である。
【図２】第１実施例に係るサイフォンコップの実験その１の状況を示す断面図である。
【図３】第１実施例に係るサイフォンコップの管内に水が滞留した状況を示す拡大図である。
【図４】第１実施例に係るサイフォンコップの実験その２の状況を示す断面図である。
【図５】第２実施例に係るサイフォンコップの各主要部の構成を示す図である。
【図６】第３実施例に係るサイフォンコップの各部構成を示す図である。
【図７】第４実施例に係るサイフォンコップを用いたコップ式天秤と実験その３の状況を示す図である。
【図８】第５実施例に係るサイフォンコップを用いたゴルフボール利用のマッサージ器である。
【図９】本発明に係るサイフォンコップの実験セット例を示す写真である。
【図１０】従来の公知技術におけるサイフォンの原理を説明するための参考添付図である。
【図１１】非特許文献１からの引用図面である。
【符号の説明】
【００４９】
ＳＣ    サイフォンコップ
Ｓ      取水口
Ｈ      排水口
Ｔ      上端
Ｇ      ギャップ
１      コップ
２      開口部
３      底面
４      排水管
５      補強リブ
６      取水管
８      水位線
１１    注水
１２    排水
１３    底面の残留水
１４    排水管の滞留水
１５    取水管の滞留水
１８    分岐管
２０    コップ式天秤
２３    天秤バー
４０    マッサージ器
【図１】
2009069719.tif 000003
【図２】
2009069719.tif 000004
【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】
2009069719.tif 000009
【図８】
2009069719.tif 000010
【図９】
2009069719.tif 000011
【図１０】
2009069719.tif 000012
【図１１】
2009069719.tif 000013