JP2006159092A - 混合ノズルとこれを用いた手洗装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 空気のみならず、洗浄液をも吸引により取り込み、水、洗浄液及び空気を混合させて、マイクロバブルを発生させることのできる混合ノズルを開発し、この混合ノズルを利用した手洗装置を提供する。
【解決手段】 水Ｗを送り込む導入部12と、前記水Ｗに洗浄液Ｌ又は空気Ａを混合する混合部13と、水Ｗと洗浄液Ｌ又は空気Ａとを混合して生成したマイクロバブルを放出する吐出部14とからなり、混合部13は導入部12及び吐出部14を隔絶しながらこの導入部12及び吐出部14を連通する通過孔11を設けてなり、この通過孔11は導入部12より断面積の小さな導入側孔111と、吐出部14より断面積が小さく、かつ前記導入側孔111より断面積の大きな吐出側孔112とを連結し、導入側孔111及び吐出側孔112を連結して形成される段差113近傍の吐出側孔112に洗浄液体供給孔115又は空気供給孔116を連結した混合ノズル１を用いた手洗装置である。
【選択図】 図７

Description

本発明は、例えば空気又は洗浄液を水に混合して泡を発生させる混合ノズルと、この混合ノズルを用いた手洗装置とに関する。

手洗においては、洗浄液及び水をつけた両手をこすり合わせて、泡を発生させることにより、前記泡に汚れを包んで洗い落とす。これから、できるだけ多くの泡を発生させることが好ましいことが分かる。また、近年、発生させる泡が小さいほど洗浄能力が高められることが分かり、より小さい泡(以下、マイクロバブル)を多く発生させることに焦点が移ってきている。こうしたマイクロバブルを発生させる装置は、例えば特許文献１に見られるところである。

特許文献１は、加圧液体と気体との導入部と円筒状の気泡発生空間を有し、前記導入部内に、前記気泡発生空間に開口する加圧液体供給孔と気体供給孔を形成し、前記加圧液体供給孔を前記導入部の端面に開口し、前記気体供給孔を前記導入部の側面に開口し、前記気体供給孔と連通する気体導入管に気体導入量を調整する調整弁を設けたマイクロバブル吐出ノズルについて開示している。

特開2001-058142号公報

特許文献１のマイクロバブル吐出ノズルは、加圧液体供給孔から気泡発生空間内に導入された加圧液体が前記気泡発生空間内に吐出されることで「はがれ現象」を起こし、このはがれ現象によって、気体供給孔から導入された気体をマイクロバブルとして吐出水流中に分散させる。特許文献１は洗浄液について言及しておらず、気泡発生空間内で初めて水及び空気のみが混合され、マイクロバブルが発生するに過ぎないことから、手洗に適したマイクロバブルが発生するか否か明らかでない。

また、水のはがれ現象による吸引力は弱く、比較的軽い空気はある程度吸引されると考えることもできるが、空気より重く、また粘性がある洗浄液を吸引することはできないと思われる。これから、特許文献１のマイクロバブル吐出ノズルで洗浄液をも混合したマイクロバブルを生成するには、予め水に洗浄液を混合させておくほかはない。

このように、特許文献１のマイクロバブル吐出ノズルは、洗浄液を要する手洗装置には不向きであると言える。そこで、空気のみならず、洗浄液をも吸引により取り込み、水、洗浄液及び空気を混合させて、マイクロバブルを発生させることのできる混合ノズルを開発し、この混合ノズルを利用した手洗装置を提供するため、特に混合ノズルの構造について検討した。

検討の結果開発したものが、主液体を送り込む導入部と、前記主液体に副液体又は気体を混合する混合部と、主液体と副液体又は気体とを混合して生成した泡を放出する吐出部とからなり、混合部は導入部及び吐出部を隔絶しながらこの導入部及び吐出部を連通する通過孔を設けてなり、この通過孔は導入部より断面積の小さな導入側孔と、吐出部より断面積が小さく、かつ前記導入側孔より断面積の大きな吐出側孔とを連結し、導入側孔及び吐出側孔を連結して形成される段差近傍の吐出側孔に副液体供給孔又は気体供給孔を連結してなり、通過孔を通過する主液体により段差に負圧を発生させて、副液体供給孔から副液体を通過孔に吸引させ、又は気体供給孔から気体を通過孔に吸引させてなる混合ノズルである。

主液体は、副液体又は気体を混合させる基準となる液体で、手洗装置における水にあたる。副液体は、前記主液体に混合させる追加的な液体で、手洗装置における洗浄液にあたる。そして、気体は、前記主液体に混合させる追加的な気体で、手洗装置における空気にあたる。本発明の混合ノズルは、水、洗浄液及び空気を混合してマイクロバブルを発生させる手洗装置に適しているが、主液体、副液体及び気体の組み合わせは自由であり、液体及び気体を混合させるその他の装置にも、本発明の混合ノズルは利用しうる。

混合ノズルは、導入部から通過孔の前段となる導入側孔に主液体を押し込む。これにより加圧状態となった主液体は、通過孔内の導入側孔及び吐出側孔の境界である段差を通過する際、この段差に強い負圧を発生させる。本発明は、この負圧を利用して洗浄液又は空気を通過孔内に吸引する。従来と異なり、前記負圧が発生する部分は狭い通過孔内であり、無駄なく洗浄液又は空気の吸引に利用できる。そして、吸引された洗浄液又は空気は、狭い通過孔内で確実に水と混合され、しかも通過孔を通過した後は吐出部に放出されるため、大量のマイクロバブルを生成させることができる。

通過孔が１つだけの場合、この通過孔に対して副液体供給孔又は気体供給孔のいずれか一方又は両方を設けることになる。しかし、通過孔が複数ある場合、副液体供給孔及び気体供給孔を設けない通過孔と、副液体供給孔又は気体供給孔を設けた通過孔とを組み合わせてもよい。また、通過孔が複数ある場合、各通過孔は副液体供給孔又は気体供給孔のいずれか一方を設けるだけにしてもよい。すなわち、例えば４つの通過孔がある場合、２つが副液体供給孔を設けた通過孔とし、残る２つが気体供給孔を設けた通過孔とし、各通過孔に混合する副液体又は気体を分けることができる。これにより、各通過孔に発生する負圧をもれなく副液体又は気体いずれかの吸引にのみ利用できる。

水と洗浄液又は空気とは、通過孔を通過する間に混合され、通過孔から放出される段階でマイクロバブルを発生させる。ここで、より大量のマイクロバブルを発生させるには、混合ノズルから泡を放出させる前に、更に水、洗浄液又は空気を一体に攪拌してやればよい。具体的には、吐出部は、吐出側孔の開口端と外部との間に、通水性のある攪拌部を介在させればよい。この攪拌部は、洗浄液又は空気を混合させた水を衝突させ、水、洗浄液又は空気を一体に混合及び攪拌させる障害物で、金属製又は樹脂製のメッシュ、金属製又は樹脂製の多孔板、金属製又は樹脂製のたわし状障害物を単独又は積層して組み合わせたり、通水孔を開口したキャップ等を例示できる。また、これら攪拌部は物理的な異物に対するフィルタとしても働く。

本発明の混合ノズルを用いた手洗装置は、次の様に構成できる。すなわち、混合ノズルと洗浄液タンクとからなる手洗装置であって、混合ノズルは水道の蛇口に接続して水を送り込む導入部と、前記水に洗浄液又は気体を混合する混合部と、水と洗浄液又は空気とを混合して生成した泡を放出する吐出部とからなり、混合部は導入部及び吐出部を隔絶しながらこの導入部及び吐出部を連通する通過孔を設けてなり、この通過孔は導入部より断面積の小さな導入側孔と、吐出部より断面積が小さく、かつ前記導入側孔より断面積の大きな吐出側孔とを連結し、導入側孔及び吐出側孔を連結して形成される段差近傍の吐出側孔に洗浄液供給孔又は空気供給孔を設けてなり、通過孔を通過する水により段差に負圧を発生させて、洗浄液タンクを連結する洗浄液供給孔から洗浄液を通過孔に吸引させ、又は外部に連通する空気供給孔から空気を吸引させてなる手洗装置である。

本発明の手洗装置は、混合ノズルが発生させる強い負圧を利用して、空気より重く、粘性のある洗浄液をも吸引により混合ノズルに取り込む点に特徴がある。そして、前記強い負圧を利用することで、混合ノズルに取り込む洗浄液を定量に制限することができる。この洗浄液を定量に制限する手洗装置が、混合ノズルは複数の通過孔を有し、洗浄液供給孔又は空気供給孔を設けた通過孔と、外部に負圧を与える負圧付与孔を設けた通過孔とを組み合わせてなり、混合ノズルと洗浄液タンクとを連結する洗浄液供給路に供給制限部を介在させてなり、この供給制限部に前記負圧付与孔を連結し、この負圧付与孔の与える負圧により作動させた供給制限部が洗浄液タンクからの供給量を制限し、洗浄液供給孔から洗浄液を通過孔に定量だけ吸引させてなる手洗装置である。

具体的な供給制限部は、洗浄液タンクの洗浄液中に沈設する貯留槽と、この貯留槽内部と洗浄液供給路とを連結する供給ポートと、前記貯留槽内部と外部とを連通する吸気ポートと、貯留槽の底面に設けた吸入口を下方から閉蓋するストップ弁と、負圧付与孔から延びる負圧付与路に連結する昇降運動部とからなり、ストップ弁と昇降運動部とが連動するように両者を連結し、負圧付与孔から負圧付与路を通じて付与される負圧により上昇する昇降運動部によりストップ弁を上方に変位させて吸入口からの洗浄液の流入を遮断し、洗浄液タンクからの供給量を貯留槽の貯留量に制限し、洗浄液供給孔から前記貯留量の洗浄液を通過孔に吸引させる構成を示すことができる。昇降運動部は、ストップ弁から上方に延びる連結棒を下面に連結し、上面に負圧付与路端を開口した変位空間を設けたダイヤフラムで構成するとよい。

また、洗浄液を定量に制限する手洗装置は、混合ノズルは複数の通過孔を有し、洗浄液供給孔又は空気供給孔を設けた通過孔と、外部に負圧を与える負圧付与孔を設けた通過孔とを組み合わせてなり、混合ノズルと洗浄液タンクとを連結する洗浄液供給路に供給制限部を介在させてなり、この供給制限部に前記負圧付与孔を連結し、この負圧付与孔の与える負圧により作動させた供給制限部が予め洗浄液タンクから供給されて貯留した洗浄液を洗浄液供給孔から通過孔に定量だけ吸引させる構成とすることもできる。

この場合の供給制限部は、第１シリンダ及び第１ピストンと、第２シリンダ及び第２ピストンと、第２ピストン及び第１ピストンを連動させる連結軸と、前記第２シリンダの第２ピストン変位先と洗浄液供給路とを連結する受け側供給ポートと、混合ノズルの洗浄液供給孔から延びる洗浄液送出路を前記第２シリンダの第２ピストン変位先に連結する送り側供給ポートと、負圧付与孔から延びる負圧付与路を第１シリンダの第１ピストン変位先に連結する負圧付与ポートとからなり、負圧付与孔から負圧付与路を通じて付与される負圧により変位する第１ピストンに連動して第２ピストンを変位させ、予め洗浄液タンクから供給されて第２シリンダの第２ピストン変位先に貯留した洗浄液を前記第２ピストンにより洗浄液送出路へ押し出し、この洗浄液を洗浄液供給孔から通過孔に定量だけ吸引させる構成を示すことができる。

ここで、「第２シリンダの第２ピストン変位先」とは、第２ピストンで画される大シリンダの空間のうち、常態にある第２ピストンが第１ピストンの変位により変位する方向の側、すなわち第２ピストンの変位よって狭くなる側を意味する。これから、第２ピストンの変位よって広くなる側は、「第２シリンダの第２ピストン変位元」になる。第１シリンダについても同様である。これから、第１ピストン及び第２ピストンは、常態として第１シリンダ又は第２シリンダにおいて片側に寄っていることが好ましいことが分かる。この場合、第１ピストン及び第２ピストンは、負圧により変位する方向と逆方向に付勢するリターンスプリングを連結軸に取り付けるとよい。

本発明により、水、洗浄液及び空気を混合させて、マイクロバブルを大量に発生させることのできる混合ノズルが提供できるようになり、この混合ノズルを利用して、良好な手洗が可能な手洗装置を提供できるようになる。まず、混合ノズルがマイクロバブルを大量に発生させることは、通過孔の段差に発生する負圧を利用して、空気のみならず、洗浄液まで吸引し、水と洗浄液又は空気とを直接混合できることによる効果である。更に、吐出部に通水性のある攪拌部を設けることにより、より多くのマイクロバブルを発生させることができるが、これも水と洗浄液又は空気とを直接混合できる効果が、攪拌部を利用した攪拌による効果を高めている。

手洗装置は、上記混合ノズルを用いることで、従来に比べてマイクロバブルを発生させやすくなり、良好な手洗を可能にする。更に、混合ノズルの吸引を利用した供給制限部を構成できることにより、例えば水を出し始めた最初から一定時間だけ、水と洗浄液又は空気とを混合させたマイクロバブルで手を洗い、前記一定時間経過後は水と空気とを混合させたマイクロバブルで手をすすぐことができる。これにより、例えば蛇口の操作だけで手洗に必要な洗浄液の供給からすすぎまでを円滑に進めることができるようになる。これは、特にセンサにより手を感知して水を出し始める自動手洗装置において、洗浄液の供給量を自動的に制限する場合に適した効果である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。図１は本発明に基づく手洗装置用の混合ノズル１の一例を表した垂直断面図、図２は同混合ノズル１の平面図、図３は水道の蛇口７に装着した状態の混合ノズル１の側面図である。混合ノズル１の通過孔11の個数及びそれぞれ何を吸引させるかは自由であるが、本例の混合ノズル１は、平面視中心に１つの通過孔11、この通過孔を囲んで周方向等間隔に４つの通過孔11、計５つの通過孔11を有している。そして、水道の蛇口７から送り込まれる水Ｗを主液体とし、周辺の通過孔11のうち２つで気体である空気Ａを吸引し、また残る周辺の２つの通過孔11で副液体である洗浄液Ｌを吸引する(図７又は図９参照、以下同じ)。中央の通過孔11は、後述する供給制限部４,５を作動させる負圧を発生させる。

混合ノズル１は、図１〜図３に見られるように、水道の蛇口７に接続して水Ｗを送り込む導入部12と、前記水Ｗに洗浄液Ｌ及び空気Ａを混合する混合部13と、水Ｗと洗浄液Ｌ及び空気Ａとを混合して生成したマイクロバブルＢを放出する吐出部14とからなる。導入部12は、既存の蛇口に取り付けられるノズルに代えて前記蛇口の外部に設けた雄ネジ部(図示略)に接続するための雌ネジ部121を内面に刻設しており、蛇口の下端に圧接する円環状のシールリング122を内装している。吐出部14は、前記導入部12と一体かつ下流側に突出して設けた混合部13の外面に形成し雄ネジ部131に螺着する雌ネジ部141を上部内面に刻設した円筒状の部材で、混合部13の下端に圧接する円環状のシールリング142を内装し、このシールリング142直下に金属製多孔板(パンチングメタル)144及び複数の金属メッシュ145(図１中金属メッシュを包含する円筒で図示)を積層した攪拌部143を設けている。この攪拌部143は、下層に向けて金属性多孔板144及び金属メッシュ145の目を順に粗くしている。これにより、混合部13を通過して吐出される水Ｗ及びマイクロバブルＢは、前記攪拌部143に衝突して攪拌されることにより、より大量かつきめ細やかなマイクロバブルＢを発生させる。

攪拌部143は、混合部13を通過して吐出される水Ｗを衝突させ、水Ｗと洗浄液Ｌ及び空気Ａとを攪拌できればよい。例えば、図４に見られる混合ノズル２の攪拌部243は、吐出部24内に収納させた金属製たわし244とこの金属製たわし244を吐出部24に保持する金属製メッシュ245からなる。金属製たわし244は、金属製細線がランダムに絡み合っているため、水Ｗと洗浄液Ｌ及び空気Ａとを攪拌しやすく、きめ細やかなマイクロバブルＢを大量に発生させる。図５に見られる混合ノズル３の攪拌部343は、通水孔344を開口した金属製キャップ345であり、この金属製キャップ345の内底面に水Ｗを衝突させ、この金属製キャップ345内で水Ｗと洗浄液Ｌ及び空気Ａとを攪拌し、大量のマクロバブルＢを発生させる。そして、このマイクロバブルＢは金属製キャップ345内の容積を上回った段階で、各通水孔344から溢れ出し、吐出部34から吐出される。こうした攪拌部243,343での水Ｗと洗浄液Ｌ及び空気Ａの攪拌を助けるため、吐出部24,34に別途通気孔を設け、補助的に空気を引き込めるようにしてもよい。

混合部13は、上記導入部12と一体に構成し、導入部12と吐出部14とを隔絶する部分で、既述したように、平面視中心及び周囲に計５つの通過孔11を設けている。各通過孔11は、導入部12より断面積の小さな円筒状の導入側孔111と、吐出部14より断面積が小さく、かつ前記導入側孔111より断面積の大きな円筒状の吐出側孔112とを連結し、前記導入側孔111及び吐出側孔112を連結して形成される円錐台側面形状の段差113近傍の吐出側孔112に、負圧付与孔114(中央の通過孔11)、洗浄液供給孔115又は空気供給孔116(周辺の通過孔11)を設けている。負圧付与孔114、洗浄液供給孔115及び空気供給孔116は、半径方向に水平に延び、混合部13外面で負圧付与路61、洗浄液供給路62(後述の供給制限部４,５の例では洗浄液送出路621)又は空気供給路64を接続する。これにより、負圧付与路61を通じて与えられる負圧Ｐにより供給制限部４,５が作動し、洗浄液Ｌは前記洗浄液供給孔115に接続する洗浄液供給路62等を通じて洗浄液タンク８又は制限供給部４,５から通過孔11に吸引され、空気Ａは前記空気供給孔116に接続する空気供給路64を通じて外部から通気孔11に吸引され、それぞれの通過孔11内で水Ｗと洗浄液Ｌ又は空気Ａとを混合する。

本発明の混合ノズル１は、導入部12から通過孔11の導入側孔111へ加圧状態で水Ｗを押し込み、導入側孔111及び吐出側孔112との間で形成される段差113を前記加圧状態の水Ｗが通過する際に発生させる負圧Ｐを利用して、洗浄液Ｌ又は空気Ａを吸引する。これにより、水Ｗに直接洗浄液Ｌ又は空気Ａを混合でき、こうして洗浄液Ｌ又は空気Ａを混合した水Ｗが通過孔11の吐出側孔112から放出されて混合し、更に攪拌部143に前記水Ｗが衝突することで攪拌されて、大量のマイクロバブルＢを発生させ、放出する。洗浄液Ｌ及び空気Ａを水Ｗに混合させて発生させるマイクロバブルＢは手の汚れを良好に洗い落とす効果を有する。また、後述するように、洗浄液Ｌの供給を定量に制限すると、空気Ａのみを水Ｗに混合させてマイクロバブルＢを発生させることできる。この空気Ａのみを水Ｗに混合させて発生させるマイクロバブルＢは手洗後のすすぎに効果を発揮する。

各通過孔11が発生させる負圧Ｐの大きさは、導入側孔111及び吐出側孔112の各断面積の比や主液体の流量に左右されるが、例えば導入側孔111が１mm径、吐出側孔112が２mm径で両者が同軸であり、水Ｗ(主液体)を２Ｌ/min〜４Ｌ/minの流量で流し込むと、0.2気圧〜0.9気圧(20kPa〜90kPa)の負圧Ｐを発生させることができる。この負圧Ｐの大きさは、水を利用したエジェクタである従来同種の混合ノズルが発生させる負圧に比べて大きく、洗浄液Ｌのように、空気より重く、また粘性のある液体の吸引も可能にしている。ここで、本例の通過孔11が、導入側孔111を短く、吐出側孔112を長くしている理由は、これは導入側孔111に押し込まれた水Ｗに対して早期に洗浄液Ｌ又は空気Ａを取り込み、長い吐出側孔112で水Ｗと洗浄液Ｌ又は空気Ａとを十分に混合させるためであり、負圧Ｐの大小に直接関係はない。

図６は洗浄液タンク８内に制限供給部４を沈設した手洗装置の水Ｗの吐出前を表す部分断面図、図７は同手洗装置の水の吐出中を表す部分断面図、図８は混合ノズル１に一体の制限供給部５を設けた手洗装置の水の吐出前を表す部分断面図であり、図９は同手洗装置の水の吐出中を表す部分断面図である。本発明の混合ノズル１は、強い負圧Ｐを利用して、空気Ａのみならず洗浄液Ｌまで吸引し、水Ｗと洗浄液Ｌ及び空気Ａを混合させ、マイクロバブルＢを大量に放出する特徴を有するが、本例では更に前記負圧Ｐを利用して洗浄液Ｌを定量に供給する供給制限部４を作動させるようにしている。

図６に見られる供給制限部４は、洗浄液タンク８の洗浄液中Ｌに沈設する貯留槽41と、この貯留槽41内部と洗浄液供給路62とを連結する供給ポート411と、前記貯留槽41内部と外部とを連通する吸気ポート412と、貯留槽41の底面に設けた吸入口413を下方から閉蓋するストップ弁42と、負圧付与孔114から延びる負圧付与路61に連結するダイヤフラム43とからなり、上面に負圧付与路61端を開口した変位空間431内に前記ダイヤフラム43を設けている。ダイヤフラム43は、ストップ弁42を昇降させる昇降運動部であり、常態として下方押圧スプリング433により押し下げられているが、負圧Ｐによる変形によって、ストップ弁42を上昇させ、貯留槽41の底面に設けた吸入口413を閉鎖する。

貯留槽41は、混合ノズル１へ一度に供給する洗浄液Ｌの供給量を決定する容器で、通常開放状態にある底面の吸入口413から洗浄液Ｌを取り込んでいる。吸気ポート412は洗浄液タンク８から外部に突出して、貯留槽41から洗浄液Ｌが吸引される際、代わりに外部から空気を取り込む。供給ポート411は、洗浄液供給路62を介して混合ノズル１の周辺の通過孔11に繋がっており、前記通過孔11に負圧Ｐが発生すると、貯留槽41内部の洗浄液Ｌを吸引により前記周辺の通過孔11へ供給する。本例では、洗浄液供給路62に流量調整弁622を設けて洗浄液Ｌの最大流量を制限することにより、吸引力の変化による洗浄液Ｌの供給の変動を抑えている。ダイヤフラム43は、負圧付与路61を介して混合ノズル１の中央の通過孔11に発生した負圧Ｐが与えられ、上方へ凸に変形することで、連結棒432で連結したストップ弁42を上方に引き上げる。ストップ弁42は、前記ダイヤフラム43の働きにより上方へ変位して貯留槽41の底面に設けた吸入口413を塞ぎ、供給ポート411から洗浄液Ｌが供給される際に洗浄液タンク８から貯留槽41内に洗浄液Ｌが流れ込まないようにする。

本例の供給制限部４の働きは、次の通りである。混合ノズル１の導入部12に水Ｗが送り込まれると、図７に見られるように、水Ｗは各通過孔11に圧縮状態で押し込まれ、洗浄液供給路62、空気供給路64、そして負圧付与路61それぞれに負圧Ｐを与える。負圧付与路61に与えられた負圧Ｐは、貯留槽41の上部に設けられた変位空間431に与えられ、ダイヤフラム43を吸引して上方へ凸に変形させる。このダイヤフラム43の変形によってストップ弁42が上昇して吸入口413を塞ぎ、貯留槽41を密閉状態にする。ここで、厳密には、ストップ弁42は貯留槽41を沈設する深さに比例する水圧に負圧Ｐが勝る場合に上昇する。これから、常に一定の負圧Ｐでストップ弁42を上昇させるには、例えば貯留槽41をフロートで構成し、洗浄液タンク８内に貯留する洗浄液Ｌの残量に合わせて貯留槽41を昇降させるとよい。こうしてストップ弁42により吸入口413が閉鎖された貯留槽41では、洗浄液供給路62に与えられた負圧Ｐが、供給ポート411から貯留槽41内部の洗浄液Ｌに与えられ、吸引される。このとき、吸引された洗浄液Ｌに代わって吸気ポート411から空気が取り込まれるため、洗浄液Ｌの供給は円滑に進む。しかし、既に吸入口413はストップ弁42により塞がれているため、貯留槽41内部に貯留された以上の洗浄液Ｌは吸引されず、混合ノズル１へ供給する洗浄液Ｌの供給量が貯留槽41の容積で制限される。

ここで、貯留槽41内部の洗浄液Ｌがすべて供給された後は、洗浄液供給路62を通じて空気が吸引される可能性がある。しかし、本例の混合ノズル１は、洗浄液Ｌのほかに空気を吸引させ、混合する働きもあるので、特に問題になることはない。むしろ、定量の洗浄液Ｌを供給して、水Ｗ、洗浄液Ｌ及び空気Ａの混合によるマイクロバブルＢを大量に発生させて良好な手洗を終えた後、今度は水Ｗと空気ＡのみのマイクロバブルＢを大量に発生させ、手をすすぐことができるようになる。供給制限部４は、あくまで水Ｗを流し始めてから一定時間だけ、定量の洗浄液Ｌを供給できればよく、その後空気を供給することになっても構わない。

水Ｗを止めると、混合ノズル１に流れ込む水Ｗがなくなるため、各通過孔11に発生していた負圧Ｐも消失する。これにより、ダイヤフラム43は変形をやめて常態に復帰し、このダイヤフラム43の復帰によりストップ弁42も下降して、吸入口413を開く。そして、吸気ポート412を介して貯留槽41内部の空気を押し出しながら、吸入口413から洗浄液Ｌを流し込み、再び貯留槽41内部を洗浄液Ｌで満たすことになる。このとき、洗浄液供給路62を介して貯留槽41内へ空気が取り込まれる可能性もあるが、この貯留槽41には吸気ポート412が設けられているために、取り込まれた空気を逃がし、あくまで貯留槽41内を洗浄液Ｌのみで満たすことができる。これにより、次に送り出す洗浄液Ｌの定量を守ることができる。このように、本例の供給制限部４は、外部からの操作を必要とすることなく、混合ノズル１への水Ｗの送り込み及び停止に対応して、貯留槽41に応じた洗浄液Ｌのみを送り出すことができる。

図８に見られる供給制限部５は、第１シリンダ51及び第１ピストン512と、第２シリンダ52及び第２ピストン521と、第１ピストン512及び第１ピストン522を連動させる連結軸53と、前記第２シリンダ52の第２ピストン変位先522と洗浄液供給路62とを連結する受け側供給ポート523と、混合ノズル１の洗浄液供給孔115から延びる洗浄液送出路621を前記第２シリンダ52の第２ピストン変位先522に連結する送り側供給ポート524と、負圧付与孔114から延びる負圧付与路61を第１シリンダ51の第１ピストン変位先512に連結する負圧付与ポート513とからなる構成である。本例では、上記例(図６参照)と異なり、洗浄液タンク８とは別に制限供給部５を構成し、混合ノズル１の導入部12を横に曲げることにより、混合ノズル１の上部に第１シリンダ51、第２シリンダ52の順に両者を一体に積層している。

第１シリンダ51は、第１ピストン511の変位を円滑にするライナーを兼ねた第１円筒515を下ブロック54及び中間ブロック55で囲んだ密閉空間で、気密性を確保するため、第１円筒515と各ブロック54,55との繋ぎ目にシールリング516を介装している。負圧付与ポート513は前記下ブロック54に設けられ、第１シリンダ51の底面に開口しており、混合ノズル１の負圧付与孔114から延びる負圧付与路61を繋げることで、第１シリンダ51の第１ピストン変位先512に対して負圧Ｐを与える。第１ピストン511は、前記負圧Ｐにより吸引されて下降する。

第２シリンダ52は、第２ピストン521の変位を円滑にするライナーを兼ねた第２円筒525を中間ブロック55及び上ブロック56で囲まれた密閉空間で、気密性及び水密性を確保するため、第２円筒525と各ブロック55,56との繋ぎ目にシールリング526を介装している。受け側供給ポート523及び送り側供給ポート524は前記中間ブロック55に設けられ、第２シリンダ52の底面に開口している。受け側供給ポート523は、洗浄液タンク８から延びる洗浄液供給路62を繋げ、第２シリンダ52の第２ピストン変位先522に洗浄液Ｌを供給する。また、送り側供給ポート524は、混合ノズル１の洗浄液供給孔115から延びる洗浄液送出路621を繋げ、第２シリンダ52の第２ピストン変位先522から混合ノズル１へと洗浄液Ｌを送り出す。

第１ピストン511及び第２ピストン521はそれぞれ外周面が各円筒に摺接する扁平な樹脂製円板で、上ブロック56を貫通して上方へ延びる連結軸53に対し、第１ピストン511は前記連結軸53下端に、第２ピストン521は前記連結軸53途中にそれぞれ固着している。連結軸53の第２シリンダ52の貫通部位には、水密性を確保するためのシールリング531を装着している。本例では、第１シリンダ51に比べて第２シリンダ52の高さを大きくしているが、第１ピストン511は第１シリンダ51の底面に当接する位置で変位量が制限されており、この第１ピストン511に連動する第２ピストン521も前記第１ピストン511の変位量分しか変位しないことから、第２シリンダ52の第２ピストン変位先522は押し出せる洗浄液Ｌ以上の空間を有していることになる。これは、洗浄液タンク８から空気が混入することを想定して、空気溜まりを設けたものである。これにより、仮に洗浄液タンク８から第２シリンダ52内に空気が混入しても、送り側供給ポート524を開口した第２シリンダ52の底面からは洗浄液Ｌのみが押し出されることになるから、第２ピストン521の変位によって送り側供給ポート524から混合ノズル１へと空気が押し出されなくなる。この空気溜まりを有する第２シリンダ52の第２ピストン変位先522の容量は、押し出す洗浄液Ｌの供給量の1.5〜２倍程度にしておくとよい。

また、本例の制限供給部５は、第１ピストン511を負圧Ｐにより吸引して下降させるため、常態として第１ピストン511及び第２ピストン521が各シリンダ51,52の上方に位置保持されていることが望ましい。これから、本例では、上ブロック56を貫通して突出する連結軸53に、負圧Ｐにより第１ピストン511及び第２ピストン521が変位する方向と逆方向に付勢するコイルバネからなるリターンスプリング532を取り付けている。具体的には、リターンスプリング532は上ブロック56の上面から上方に向けて反発させ、連結軸53に螺着するナット533を押し上げることで、第１ピストン511及び第２ピストン521を各シリンダ51,52の上方に位置保持させる。このリターンスプリング532の反発力は、連結軸53に対するナット533の螺着位置により調節可能であり、経時的な劣化に伴うリターンスプリング532の反発力の調整も容易になっている。また、リターンスプリング532に対して被せるようにストッパカバー534を連結棒53に取り付け、リターンスプリング532を過圧縮しないようにしている。

本例の供給制限部５の働きは、次の通りである。説明の便宜上、既に第２シリンダ52の第２ピストン変位先522に定量の洗浄液Ｌが貯留されている段階から説明する。混合ノズル１の導入部12に水Ｗが送り込まれると、図９に見られるように、水Ｗは各通過孔11に圧縮状態で押し込まれ、洗浄液送出路621、空気供給路64、そして負圧付与路61それぞれに負圧Ｐを与える。負圧付与路61に与えられた負圧Ｐは、負圧付与路61から負圧付与ポート513を通じて第１シリンダ51の第１ピストン変位先512に与えられ、負圧Ｐがリターンスプリング532の反発力に抗して第１ピストン511を吸引することにより、第１ピストン511を下方へと変位させる。これにより、第１ピストン511に連動して第２ピストン521も下方へ変位し、第２シリンダ52の第２シリンダ変位先522に貯留されていた洗浄液Ｌを送り側供給ポート524から押し出す。

このとき、第２ピストン521の下降により、洗浄液タンク８に繋がる受け側供給ポート523にも洗浄液Ｌが送り出されるように見えるが、受け側供給ポート523に負圧Ｐが働いているため、洗浄液Ｌは送り側供給ポート524からのみ押し出されることになる。すなわち、第２ピストン521の押出しと、送り側供給ポート524の負圧Ｐとが相俟って、洗浄液Ｌは混合ノズル１へと供給されるわけである。ここで、洗浄液Ｌの供給量は、第２ピストン521の変位量に比例し、洗浄液Ｌの供給速度は洗浄液供給孔115から付与される負圧Ｐに比例する。そこで、一度に洗浄液Ｌが供給されてしまわないように、本例では洗浄液送出路621に流量調整弁623を設けている。

流量調整弁623は、一度に供給される洗浄液Ｌを制限するばかりでなく、洗浄液送出路621を通じて第２シリンダ52の第２ピストン変位先522に付与される負圧Ｐを制限する働きを有する。これにより、洗浄液Ｌは混合ノズル１から付与される負圧Ｐだけで吸引することができなくなり、上記第２ピストン521の変位により押し出される洗浄液Ｌのみが、洗浄液送出路621を通じて混合ノズル１へと供給されるようになる。これは、第２ピストン521が変位を終了すれば、第２シリンダ52内に残存する洗浄液Ｌ及び空気が混合ノズル１へ供給されないことを意味する。こうして、第２シリンダ52内の空気を混合ノズル１へ送らないようにすると共に、混合ノズル１でマイクロバブルＢを生成している間は、追加的に洗浄液タンク８から洗浄液Ｌを第２シリンダ52内へと取り込まないようにできる。

水Ｗを止めると、混合ノズル１に流れ込む水Ｗがなくなるため、各通過孔11に発生していた負圧Ｐも消失する。これにより、第１ピストン511及び第２ピストン521は、リターンスプリング532により上方へ押し上げられ、原位置へ復帰する。この際、第２ピストン521の変位に伴う第２シリンダ52の第２ピストン変位先522の容積変化が大きな負圧を発生させ、洗浄液タンク８から洗浄液供給路62を通じて洗浄液Ｌが補充されることになる。このとき、洗浄液送出路621を介して第２シリンダ52内へ空気を取り込まないように、洗浄液送出路621には混合ノズル１に向けて洗浄液Ｌが供給される向きにのみ連通するチェックバルブ527を送り側供給ポート524に内蔵させている。同様に、第２シリンダ52から洗浄液タンク８へ空気を流し込まないように、洗浄液供給路62には第２シリンダ52に向けて洗浄液Ｌが供給される向きにのみ連通するチェックバル528ブを受け側ポート523に内蔵させている。このように、本例の供給制限部５は、外部からの操作を必要とすることなく、混合ノズル１への水Ｗの送り込み及び停止に対応して、第２シリンダ52内に貯留された洗浄液Ｌを定量だけ送り出し、また自動的に第２シリンダ52に洗浄液Ｌの補充できるようになっている。

本発明の混合ノズルが発生させる負圧がどの程度であるかを確認するため、図１及び図２相当の混合ノズルを試作し、図３に見られるように水道の蛇口に装着した状態で、第１に通過孔１つあたりの負圧を測定し、第２に通過孔１つあたりの洗浄液の供給量(吸引量)を測定してみた。試作した混合ノズルは、平面視中央に１つの通過孔、そして前記通過孔の周辺に周方向等間隔で４つの通過孔、計５つの通過孔を設けた構成で、中央の通過孔は導入側孔が径1.1mm、長さ1.5mm、吐出側孔が径1.8mm、長さ9.0mmとし、周辺の通過孔は径1.0mm、長さ1.5mm、吐出側孔が径1.8mm、長さ9.0mmとしている。各通過孔に対する空気供給孔及び洗浄液供給孔は、いずれも径1.8mmで、吐出側孔下端から7.5mmの高さに設けている。

まず、水量と負圧との関係について測定した結果のグラフを図10に示す。導入部に送り込まれる水量が2.0Ｌ/min.〜3.4Ｌ/min.付近までは、中央の孔及び周辺の孔それぞれの水量に応じて負圧が増加しているが、前記3.4Ｌ/min.を越えた当たりからほぼ１気圧分の負圧(-100kPa)に落ち着いている。これから、十分な水量を送り込めば、非常に大きな負圧を得ることができ、また水量が多少少なくても従来に比べて大きな負圧が得られていることが分かる。ここで、負圧が増加傾向にある水量の範囲(前記2.0Ｌ/min.〜3.4Ｌ/min.)では、中央の通過孔のほうが負圧が若干大きいのは、導入側孔が大きく、それだけ圧縮された水の量が多くなるため、段差において発生する負圧が大きくなったものと思われる。

次に、水量と洗浄液の供給量との関係について測定した結果のグラフを図11に示す。洗浄液の供給量については、水量が2.0Ｌ/min.〜4.0Ｌ/min.までほぼ比例関係で増加している。上記水量と負圧との関係と完全に一致しないのは、洗浄液が空気より重く、また粘性があるためと思われる。それでも、水量の少ない場合にも200mL/min.もの供給量が見込めることから、本発明の混合ノズルによる洗浄液の吸引は必要十分な実用性を備えるものと言える。この結果、粘性のある洗浄液を十分に吸引することのできる混合ノズルは、手洗装置だけでなく、およそ主液体と副液体又は気体とを混合する装置として利用できることが確認されたと言える。

本発明の混合ノズルは、手洗装置に好適に利用しうる。この場合、主液体が水であり、副液体に洗浄液、気体に空気を用いる。しかし、上記試験結果から明らかなように、混合ノズルが発生させる負圧は大きいことから、主液体と副液体のみを混合させることも考えられる。しかも、本発明の混合ノズルは、単純に主液体及び副液体を混合させるだけでなく、通過孔からの放出に際してマイクロバブルを発生させ、主液体及び副液体を一体に攪拌させることもできる。これから、通常では混合しにくい液体相互を混合する装置に、本発明の混合ノズルを利用しうる。

本発明に基づく手洗装置用の混合ノズルの一例を表した垂直断面図である。 同混合ノズルの平面図である。 水道の蛇口に装着した状態の混合ノズルの側面図である。 別例の攪拌部を有する混合ノズルを表した図１相当垂直断面図である。 別例の攪拌部を有する混合ノズルを表した図１相当垂直断面図である。 洗浄液タンク内に制限供給部を沈設した手洗装置の水の吐出前を表す部分断面図である。 同手洗装置の水の吐出中を表す部分断面図である。 混合ノズルに一体の制限供給部を設けた手洗装置の水の吐出前を表す部分断面図である。 同手洗装置の水の吐出中を表す部分断面図である。 水量と負圧との関係について測定した結果のグラフである。 水量と洗浄液の供給量との関係について測定した結果のグラフである。

符号の説明

１ 混合ノズル
11 通過孔
111 導入側孔
112 吐出側孔
113 段差
114 負圧付与孔
115 洗浄液供給孔
116 空気供給孔
12 導入部
13 混合部
14 吐出部
143 攪拌部
２ 別例の混合ノズル
３ 別例の混合ノズル
４ 制限供給部
41 貯留槽
411 供給ポート
412 吸気ポート
413 吸入口
42 ストップ弁
43 ダイヤフラム
431 変位空間
432 連結棒
５ 制限供給部
51 第１シリンダ
511 第１ピストン
512 第１ピストン変位先
513 負圧付与ポート
52 第２シリンダ
521 第２ピストン
522 第２ピストン変位先
523 受け側供給ポート
524 送り側供給ポート
53 連結軸
532 リターンスプリング
533 ナット
54 下ブロック
55 中間ブロック
56 上ブロック
61 負圧付与路
62 洗浄液供給路
621 洗浄液送出路
63 水供給路
64 空気供給路
７ 水道の蛇口
８ 洗浄液タンク
Ｗ 水
Ｌ 洗浄液
Ａ 空気
Ｂ マイクロバブル
Ｐ 負圧

Claims (15)

1. 主液体を送り込む導入部と、前記主液体に副液体又は気体を混合する混合部と、主液体と副液体又は気体とを混合して生成した泡を放出する吐出部とからなり、混合部は導入部及び吐出部を隔絶しながら該導入部及び吐出部を連通する通過孔を設けてなり、該通過孔は導入部より断面積の小さな導入側孔と、吐出部より断面積が小さく、かつ前記導入側孔より断面積の大きな吐出側孔とを連結し、導入側孔及び吐出側孔を連結して形成される段差近傍の吐出側孔に副液体供給孔又は気体供給孔を連結してなり、通過孔を通過する主液体により段差に負圧を発生させて、副液体供給孔から副液体を通過孔に吸引させ、又は気体供給孔から気体を通過孔に吸引させてなる混合ノズル。
2. 通過孔は複数あり、副液体供給孔及び気体供給孔を設けない通過孔と、副液体供給孔又は気体供給孔を設けた通過孔とを組み合わせてなる請求項１記載の混合ノズル。
3. 通過孔は複数あり、各通過孔は副液体供給孔又は気体供給孔のいずれか一方を設けてなる請求項１記載の混合ノズル。
4. 吐出部は、吐出側孔の開口端と外部との間に、通水性のある攪拌部を介在させてなる請求項１〜３いずれか記載の混合ノズル。
5. 攪拌部は、金属製又は樹脂製のメッシュである請求項４記載の混合ノズル。
6. 攪拌部は、金属製又は樹脂製の多孔板である請求項４記載の混合ノズル。
7. 攪拌部は、金属製又は樹脂製のたわし状障害物である請求項４記載の混合ノズル。
8. 攪拌部は、通水孔を開口したキャップである請求項４記載の混合ノズル。
9. 混合ノズルと洗浄液タンクとからなる手洗装置であって、混合ノズルは水道の蛇口に接続して水を送り込む導入部と、前記水に洗浄液又は気体を混合する混合部と、水と洗浄液又は空気とを混合して生成した泡を放出する吐出部とからなり、混合部は導入部及び吐出部を隔絶しながら該導入部及び吐出部を連通する通過孔を設けてなり、該通過孔は導入部より断面積の小さな導入側孔と、吐出部より断面積が小さく、かつ前記導入側孔より断面積の大きな吐出側孔とを連結し、導入側孔及び吐出側孔を連結して形成される段差近傍の吐出側孔に洗浄液供給孔又は空気供給孔を設けてなり、通過孔を通過する水により段差に負圧を発生させて、洗浄液タンクを連結する洗浄液供給孔から洗浄液を通過孔に吸引させ、又は外部に連通する空気供給孔から空気を吸引させてなる手洗装置。
10. 混合ノズルは複数の通過孔を有し、洗浄液供給孔又は空気供給孔を設けた通過孔と、外部に負圧を与える負圧付与孔を設けた通過孔とを組み合わせてなり、混合ノズルと洗浄液タンクとを連結する洗浄液供給路に供給制限部を介在させてなり、該供給制限部に前記負圧付与孔を連結し、該負圧付与孔の与える負圧により作動させた供給制限部が洗浄液タンクからの供給量を制限し、洗浄液供給孔から洗浄液を通過孔に定量だけ吸引させてなる請求項９記載の手洗装置。
11. 供給制限部は、洗浄液タンクの洗浄液中に沈設する貯留槽と、該貯留槽内部と洗浄液供給路とを連結する供給ポートと、前記貯留槽内部と外部とを連通する吸気ポートと、貯留槽の底面に設けた吸入口を下方から閉蓋するストップ弁と、負圧付与孔から延びる負圧付与路に連結する昇降運動部とからなり、ストップ弁と昇降運動部とが連動するように両者を連結し、負圧付与孔から負圧付与路を通じて付与される負圧により上昇する昇降運動部によりストップ弁を上方に変位させて吸入口からの洗浄液の流入を遮断し、洗浄液タンクからの供給量を貯留槽の貯留量に制限し、洗浄液供給孔から前記貯留量の洗浄液を通過孔に吸引させてなる請求項９記載の手洗装置。
12. 昇降運動部は、ストップ弁から上方に延びる連結棒を下面に連結し、上面に負圧付与路端を開口した変位空間を設けたダイヤフラムである請求項11記載の手洗装置。
13. 混合ノズルは複数の通過孔を有し、洗浄液供給孔又は空気供給孔を設けた通過孔と、外部に負圧を与える負圧付与孔を設けた通過孔とを組み合わせてなり、混合ノズルと洗浄液タンクとを連結する洗浄液供給路に供給制限部を介在させてなり、該供給制限部に前記負圧付与孔を連結し、該負圧付与孔の与える負圧により作動させた供給制限部が予め洗浄液タンクから供給されて貯留した洗浄液を洗浄液供給孔から通過孔に定量だけ吸引させてなる請求項９記載の手洗装置。
14. 供給制限部は、第１シリンダ及び第１ピストンと、第２シリンダ及び第２ピストンと、第２ピストン及び第１ピストンを連動させる連結軸と、前記第２シリンダの第２ピストン変位先と洗浄液供給路とを連結する受け側供給ポートと、混合ノズルの洗浄液供給孔から延びる洗浄液送出路を前記第２シリンダの第２ピストン変位先に連結する送り側供給ポートと、負圧付与孔から延びる負圧付与路を第１シリンダの第１ピストン変位先に連結する負圧付与ポートとからなり、負圧付与孔から負圧付与路を通じて付与される負圧により変位する第１ピストンに連動して第２ピストンを変位させ、予め洗浄液タンクから供給されて第２シリンダの第２ピストン変位先に貯留した洗浄液を前記第２ピストンにより洗浄液送出路へ押し出し、該洗浄液を洗浄液供給孔から通過孔に定量だけ吸引させてなる請求項13記載の手洗装置。
15. 第１ピストン及び第２ピストンは、負圧により変位する方向と逆方向に付勢するリターンスプリングを連結軸に取り付けてなる請求項14記載の手洗装置。

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