JP2007063875A - 流体発振ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で安価に製造できる、直噴流と自励振動噴流とを切り換え、さらには拡散流にも切り換え可能な流体発振ノズルを提供する。
【解決手段】流体を流通させる主噴流吐出流路の終端に位置し上記流体を噴射する主噴流吐出口と、該主噴流吐出口の下流両側面に設けられ該主噴流吐出口より幅広く且つ先端側へテーパー状に拡開する側壁と、該側壁に設けられ上記主噴流吐出口より吐出される主噴流に対して制御流を吐出して上記主噴流の吐水状態を直噴流、自励振動噴流、拡散流へと変化させる一対の制御流吐出口とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば衛生洗浄便座や入浴シャワー装置等の洗浄装置に利用される洗浄水を吐水する流体発振ノズルに関する。

従来、人間の局部を洗浄する衛生洗浄便座等では、流体自身又は流体流と流体流との相互作用によって流れを切り換えたり、流れを制御したりする流体素子の一種である流体発振素子を利用して、噴射水を自励振動させる流体発振ノズルが使用されている（例えば、特許文献１，２参照。）。

通常のノズルは、洗浄水が人体の一点にしか当たらない直噴流を吐出するので、ある面積を洗浄するには使用者が体をずらす必要があるが、流体発振ノズルを用いれば、洗浄水が当たる面積が拡がるので、このような不便が解消される。また、通常のノズルでは、洗浄水が人体の一点に集中して当たるので、人によっては痛く感じることがあったところ、この流体発振ノズルを用いれば、洗浄水が当たる箇所が移動するので、洗浄水が当たる感覚をソフトにすることができる。

しかしながら、ソフトな感触を望むか、ある程度強い刺激を好むかは、個人により分かれるので、洗浄水の吐水状態を直噴流と自励振動噴流とに切り換えられるノズルが求められる。

このような切り換えを可能とするものとして、供給ノズル、供給ノズル下流両側に設けた側壁、側壁下流端に絞り部を有した噴流流出路よりなる素子流路の一方の側壁にはバイアス用ポート、他方の側壁には大気中に連通する制御ポートを有し、付着壁側開口をバイアス用ポートの付着壁側開口より大きくした制御室を有した流体発振素子が知られている（例えば、特許文献３参照。）。

また、洗浄ノズルが、ノズル本体とノズル本体の先端にノズル本体の軸線周りに回転可能に装着されたノズルキャップとからなり、ノズル本体は、その洗浄水噴出部に流体発振素子が組み込まれ、ノズルキャップは、ノズルキャップの回転により何れかが前記流体発振素子の吐水口と一致する複数の洗浄水噴出口と前記流体発振素子の渦室の吸気ポートに通ずる吸気口を有する局部洗浄装置も提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
特公昭６３−６０１８２号公報 特開平３−２７９５２５号公報 特公平５−３５２８２号公報 特開平８−１３４９８４号公報

しかしながら、特許文献３に記載された流体発振素子にあっては、噴流の微小偏向を利用しているので、発振時の吐水の振れ角度幅が小さく、十分な振れ角度幅の自励振動噴流を得ることは困難である。

また、特許文献４に記載された局部洗浄装置にあっては、そのノズルキャップの回転機構は例えば、ノズルキャップホルダーと共に回転するように構成された平歯車を回転させることにより、ノズルキャップを回転させ、これによって、吐水口と位置が合う洗浄水噴出口を切り替えるものであるが、この平歯車は、ノズルキャップ駆動用モータの回転を伝達シャフトと駆動歯車により伝達することにより回転させられる。そして、ノズルキャップが所定の位置に回転した後、ノズル駆動用モータを回転させ、給水管を前進させ、ノズルキャップを洗浄位置まで移動させる。伝達シャフトは、給水管の支持腕に回転可能でかつ軸方向には移動できないように支持されており、平歯車と駆動歯車とは、噛み合ったまま移動するという大がかりなものになってしまい、コスト面でも経済的ではない。

そして、直噴流及び自励振動噴流に加え、吐水が拡がる拡散流をも吐出できれば、使用者の好みによる選択の幅が拡がり、さらに便宜である。

本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、簡素な構成で安価に製造でき、直噴流と自励振動噴流とを切り換え、さらには拡散流にも切り換え可能な流体発振ノズルを提供することを目的とするものである。

本発明に係る流体発振ノズルは、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、流体を流通させる主噴流吐出流路の終端に位置し上記流体を噴射する主噴流吐出口と、該主噴流吐出口の下流両側面に設けられ該主噴流吐出口より幅広く且つ先端側へテーパー状に拡開する側壁と、該側壁に設けられ上記主噴流吐出口より吐出される主噴流に対して制御流を吐出して上記主噴流の吐水状態を直噴流、自励振動噴流、拡散流へと変化させる一対の制御流吐出口とを備えるものである。

前記側壁に設けられた前記一対の制御流吐出口は、好適には、請求項２に記載したように、対向する位置に設けられることが望ましく、また、請求項３に記載したように、前記主噴流吐出口近傍に設けられる方がよい。

そして、前記制御流吐出口は、好適には、請求項４に記載したように、前記制御流が前記主噴流吐出流路の中心軸延長線に対して垂直に吐出される位置関係に設けられることが望ましく、
また、好適には、請求項５に記載したように、主噴流吐出口下流直下の幅方向中央に、空気を導入する空気導入口を備えてもよい。

さらに、請求項６に記載したように、前記一対の制御流吐出口は、一本の流体供給管から分岐させた管路により流体が供給されることが望ましい。

またさらに、前記主噴流吐出口は、好適には、請求項７に記載したように、該主噴流吐出口への流体供給量を制御する制御機構を備え、前記制御流吐出口は、該制御流吐出口への流体供給量を制御する制御機構を備える構成とすることができ、或いは、請求項８に記載したように、前記主噴流吐出口及び前記制御流吐出口は、一本の流体供給管から分岐させた管路により流体が供給され、該分岐位置に上記主噴流吐出口及び上記制御流吐出口の流量比率を変化させる制御機構を備える構成としてもよい。

本発明に係る流体発振ノズルによれば、簡素な構成で安価でありながら、直噴流と自励振動噴流と拡散流とを切り換えることができる効果が得られる。

本発明に係る流体発振ノズルの一つの実施形態について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る流体発振ノズル１の第１の実施形態の全体的な概要を示す分解斜視図である。

流体発振ノズル１は、同図に示すように、例えば合成樹脂からなる主噴流形成体２と、制御流形成体３と、両者間に挟装される連結体４とから構成される。なお、本実施形態に係る流体発振ノズル１の説明において、図１に表したＸ，Ｙ，Ｚ軸の方向を、それぞれ「幅方向」「縦方向」「前後方向」と称する。

主噴流形成体２は、外部の配管（図示せず）と接続されこの配管から流体の供給を受ける主噴流供給管５と、この主噴流供給管５の終端近傍から延出し、その終端である主噴流吐出口７の幅を制限する主噴流吐出流路６と、主噴流吐出口７の下流両側面に該主噴流吐出口より幅広く且つ先端側へテーパー状に拡開する側壁８，８Ａと、側壁８，８Ａに設けられ上記主噴流吐出口７より吐出される主噴流に対して制御流を吐出する流路を形成する一対の制御流吐出口９，９Ａとを備える。これらは、連結体４に面する平面が切除された凹溝状に形成される。したがって、主噴流形成体２単体としては、側面が開口し、連結体４と一体化されて初めて側面が閉じた管路が形成される。

なお、図２に示すように、主噴流吐出流路６の幅をｔｍ、側壁８，８Ａ間の主噴流吐出口７直近における幅をＴｗ（以下、「側壁の幅Ｔｗ」という。）、制御流吐出流路９，９Ａの幅をｔｂとする。ここで、側壁８，８Ａ間の主噴流吐出口７直近における幅Ｔｗは、主噴流吐出流路の幅ｔｍより大きく形成される。

他方、制御流形成体３は、外部の配管（図示せず）と接続されこの配管から流体の供給を受ける制御流供給管１０と、この制御流供給管１０の終端近傍から延出して、二股に分岐する制御流分岐管１１，１１Ａとを備える。これらは、主噴流形成体３のものと同様に、連結体４に面する平面が切除された凹溝状に形成される。したがって、主噴流形成体２単体としては、側面が開口し、連結体４と一体化されて初めて側面が閉じた管路が形成される。

ここで、制御流分岐管１１，１１Ａは必ずしも一本の制御流供給管１０から分岐したものである必要はなく、それぞれ独立に設けてもよい。ただ、一本の制御流供給管１０から分岐させた方が、両者の制御流の流速及び流量等のバランスを取ることが容易となる。

主噴流形成体２と制御流形成体３とを連結する連結体５には、主噴流形成体２の制御流吐出流路９，９Ａの終端及び制御流分岐管１１，１１Ａの終端と対向する位置に連通孔１３，１３Ａが設けられ、これらを連通する。したがって、制御流供給管１０に流入した流体は、制御流分岐管１１，１１Ａから連通孔１２，１２Ａを介して主噴流形成体２の制御流吐出流路９，９Ａに導かれる。

本実施の形態に係る流体発振ノズル１は上記のように構成されており、以下その作動状態について説明する。まず、主噴流供給管５に流体が供給され、制御流供給管１０には流体が供給されない場合について説明する。

主噴流供給管５に供給された流体は、主噴流吐出流路６に導かれ、主噴流吐出口７より噴射される。この時、制御流吐出流路９，９Ａからは流体の吐出がないので、流体は側方から流れを乱されることなく直進する。また、側壁の幅ｔｗが主噴流吐出流路６の幅ｔｍよりも大きいので、直進すれば側壁８，８Ａに接触することもなく、主噴流は、直噴流Ｆ１として吐出される。

続いて、制御流供給管１０にも流体の供給を開始し、その流量を徐々に上げていく場合に、吐水状態に変化が生じる各段階について説明する。

制御流供給管１０から制御流分岐管１１，１１Ａを経由して制御流吐出口９，９Ａに流体が供給されると、低流量では主噴流吐出口７からの主噴流に巻き込まれて制御流吐水口９，９Ａからの水は即座に持ち去られるが、流量が増えるに従って主噴流と側壁８，８Ａとの間に滞留する制御流の量が増え、さらに流量が増えて一定の値に達すれば、主噴流と側壁８，８Ａが流体で充満される。

このとき、側壁８及び８Ａの加工精度、側壁位置の設定誤差や、左右の制御流流量の微妙なアンバランス、乱流によって生じる左右の圧力差等により、主噴流がいずれか一方の側壁側に曲げられ、片側の壁面に付着する。そうすると、コアンダ効果により主噴流の片側の壁面への付着が持続することになる。

その結果、主噴流は、付着噴流Ｆ２として吐出される。例えば、制御流吐出流路９Ａの流量Ｒ２が制御流吐出流路９の流量Ｒ１より多い場合、図３に示すように、主噴流は、側壁８Ａに付着する付着噴流Ｆ２となる。

そして、制御流の流量をさらに増加させると、制御流吐出流路９Ａからの制御流を巻き込んでいる主噴流のジェットポンプの作用により、制御流吐出口９Ａの圧力Ｐ２が低下する、すなわち、制御流吐出口９の圧力Ｐ１に対してＰ１＞Ｐ２の関係が生じる。この圧力差により制御流吐出口９Ａの流量が増加して、図４に示すように、主噴流が側壁８側へ押される。この押し力がコアンダ効果による付着力に打ち勝つことで、主噴流は側壁８Ａを離れ、側壁８に付着する。

そうすると、上述したプロセスと左右逆のプロセスが生じて、主噴流は側壁８を離れて再び側壁８Ａに付着する。この現象が繰り返されて、主噴流の吐出方向が左右に発振する自励振動噴流Ｆ３となる。

制御流の流量を更に大きくすると、主噴流に対する制御流の比率が高まり、両者は渾然一体となって、図５に示すように、拡散流Ｆ４となる。

このように、本発明に係る流体発振ノズルによれば、主噴流の流量に対する制御流の流量の比率を変えるだけで、直噴流、発振噴流（自励振動噴流）、拡散噴流を切り換えることができる。しかも、側壁８，８Ａの形状を任意に決定できるので、十分な振れ角度幅の自励振動噴流を得ることができる。加えて、複雑な機構、回路等を用いず、流体素子の形状のみにより斯かる切り換えを行えることから、故障し難く、製造コストも低く抑えることができ、万一故障しても躊躇無く部品を交換することができる。

さらに、図６に示すように、空気導入口１７を主噴流吐出口の下流に設けることにより、エジェクタ効果により噴流内に空気を混入することができる。これにより噴流の見かけのボリュームを増やすとともに、ソフトな吐水が実現できる。

続いて、斯かる流体発振ノズル１の主噴流供給管５及び制御流供給管１０へ供給される流体の供給量を変える機構について、例を挙げて説明する。

図７は、主噴流供給管５への流体供給量を制御する主噴流量制御機構１３として、例えば電磁弁等を備え、制御流供給管１０への流体供給量を制御する制御流量制御機構１４として、別個独立の電磁弁等を備える構成を示すものである。この構成によれば、主噴流の流量及び制御流の流量を独立に制御できるので、例えば、ソフトな感触の直噴流や、比較的刺激の強い自励振動流等、好みの吐水を容易に選ぶことができる。

これに対し、図８には、主噴流供給管５及び制御流供給管１０には、一本の流体供給管から分岐させた管路１６により流体が供給され、主噴流供給管５と制御流供給管１０とが分岐する位置に両者の流量比率を変化させる流量比率制御機構１５を備える構成の例が示されている。この構成によれば、直噴流、自励振動流、拡散流をワンタッチで選択することができる。この場合、比率の変化を連続的に行えるようにしてもよいし、予め設定された一定の比率に段階的に変化させるようにしてもよい。

次に、本実施形態に係る流体発振ノズルの変形例について、図９を参照して説明する。本変形例の流体発振ノズルは、同図に示すように、制御流吐出流路９，９Ａの位置向きが実施形態におけるものと基本的に相違し、他の構成は実施形態と実質的に同じであり、同じ符号を付して説明を省略する。

同図に示すように、本変形例の流体発振ノズル１Ａでは、制御流吐出流路９が、主噴流吐出口７から離れていたり、一対の制御流吐出流路９，９Ａが対向する位置になかったり、或いは、制御流吐出口９Ａが、制御流が主噴流吐出流路６の中心軸延長線に対して垂直に吐出される位置関係になかったりしている。このような形態であっても、上述した作用が起こり、直噴流、自励振動噴流、拡散噴流を切り換えることができる。

しかしながら、制御流吐出流路９が、主噴流吐出口７から離れていると、すなわち、側壁８，８Ａの根元から離隔すればするほど、自励振動流を発生させるのにより多くの制御流が必要となる。そして、一対の制御流吐出流路９，９Ａが対向する位置にないと、左右の制御流のバランスを取ることがむつかしくなる。また、制御流吐出口９Ａが、制御流が主噴流吐出流路６の中心軸延長線に対して垂直に吐出される位置関係になければ、吐出した制御流が主噴流に対して有効に働き難い嫌いがある。

したがって、ｉ）制御流吐出流路９，９Ａは、できるだけ主噴流吐出口近傍にあること、ｉｉ）一対の制御流吐出流路９，９Ａが対向する位置にあること、ｉｉｉ）制御流吐出流路は、制御流が主噴流吐出流路６の中心軸延長線に対して垂直に吐出される位置関係にあること、が流体発振ノズルの効果を高めるポイントとなる。

最後に、斯かる流体振動ノズルを用いて行なった実験の結果について報告する。図１０は、ｔｍ＝０．７５ｍｍ，ｔｂ＝１．５ｍｍ，ｔｗ＝１．５ｍｍのノズルの実験結果であり、図１０（ａ）は、横軸が主噴流吐出流路の流量、縦軸が制御流吐出流路の流量を表し、図１０（ｂ）は、横軸が主噴流吐出流路の流速、縦軸が制御流吐出流路の流速を表している。図中の矢印は、図１０（ｃ）に示す写真の条件を表している。■は直噴流から片側壁面への付着噴流に変化する流量条件、●は片側壁面の付着噴流から左右壁面への付着と剥離を繰り返す自励振動噴流に変化する流量条件を表している。この実験結果によれば、吐水状態の切り換えが良好に行われることが解る。

以上に説明した実施態様は説明のためのものであり、本発明の範囲を制限するものではない。したがって、当業者であればこれらの各要素もしくは全要素をこれと均等なものによって置換した実施態様を採用することが可能であるが、これらの実施態様も本発明の範囲に含まれる。

本発明に係る流体発振ノズルの一つの実施形態の概要を示す分解斜視図。 吐水状態が直噴流の場合の流体発振ノズルを示す図。 吐水状態が片側壁面への付着噴流の場合の流体発振ノズルを示す図。 吐水状態が自励噴流の場合の流体発振ノズルを示す図。 吐水状態が拡散流の場合の流体発振ノズルを示す図。 空気導入口を設けた流体発振ノズルを示す図。 本実施形態における流体発振ノズルに供給される流体の供給量を変える機構の一例を示す図。 本実施形態における流体発振ノズルに供給される流体の供給量を変える機構の他の例を示す図。 本実施形態に係る流体発振ノズルの変形例を示す図。 流体発振ノズルの実験結果を示す図。

符号の説明

１，１Ａ 流体発振ノズル
２ 主噴流形成体
３ 制御流形成体
４ 連結体
５ 主噴流供給管
６ 主噴流吐出流路
７ 主噴流吐出口
８，８Ａ 側壁
９，９Ａ 制御流吐出流路
１０ 制御流供給管
１１，１１Ａ 制御流分岐管
１２，１２Ａ 連通孔
１３ 主噴流量制御機構
１４ 制御流量制御機構
１５ 流量比率制御機構
１６ 管路
１７ 空気導入口
Ｆ１ 直噴流
Ｆ２ 付着噴流
Ｆ３ 自励震動噴流
Ｆ４ 拡散流

Claims (8)

1. 流体を流通させる主噴流吐出流路の終端に位置し上記流体を噴射する主噴流吐出口と、
   該主噴流吐出口の下流両側面に設けられ該主噴流吐出口より幅広く且つ先端側へテーパー状に拡開する側壁と、
   該側壁に設けられ上記主噴流吐出口より吐出される主噴流に対して制御流を吐出して上記主噴流の吐水状態を直噴流、自励振動噴流、拡散流へと変化させる一対の制御流吐出口と、
   を備えることを特徴とする流体発振ノズル。
2. 前記側壁に設けられた前記一対の制御流吐出口は、対向する位置に設けられたことを特徴とする請求項１記載の流体発振ノズル。
3. 前記制御流吐出口は、前記主噴流吐出口近傍に設けられたことを特徴とする請求項１記載の流体発振ノズル。
4. 前記制御流吐出口は、前記制御流が前記主噴流吐出流路の中心軸延長線に対して垂直に吐出される位置関係に設けられたことを特徴とする請求項１記載の流体発振ノズル。
5. 主噴流吐出口下流直下の幅方向中央に、空気を導入する空気導入口を備えることを特徴とする請求項１記載の流体発振ノズル。
6. 前記一対の制御流吐出口は、一本の流体供給管から分岐させた管路により流体が供給されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の流体発振ノズル。
7. 前記主噴流吐出口は、該主噴流吐出口への流体供給量を制御する制御機構を備え、前記制御流吐出口は、該制御流吐出口への流体供給量を制御する制御機構を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体発振ノズル。
8. 前記主噴流吐出口及び前記制御流吐出口は、一本の流体供給管から分岐させた管路により流体が供給され、該分岐位置に上記主噴流吐出口及び上記制御流吐出口の流量比率を変化させる制御機構を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の流体発振ノズル。

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