JP2010110694A - 水膜形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な装置でありながら、人を中に収容できるほどの大きさの水膜を形成できるようにすること。
【解決手段】水膜形成装置３の環状の開口部７から下方に噴水された水が、環状の凹曲面６ａと、その外側で変曲面を共有して連結した環状の凸曲面６ｂとにより形成された環状凹凸曲面状の案内体６に案内されて、その案内体６の外周縁９から半径方向外方へ水膜状に放水されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、膜状に放水される水により、例えば癒しの空間を演出するようにした水膜形成装置に関する。

従来の噴水には、噴水口から勢いよく噴出された水の流勢や、水の動的な変化を楽しむタイプのものが多く見られたが、連続的に流れ落ちる水膜を楽しむタイプのものも見られるようになっている。

特許文献１に開示されている「集客構造物の親水装置」においては、構造物の屋上に貯水池が設けられ、貯水池からの水が円弧状の落口を経ることにより滝水が薄い膜状となって流下する。そして、その流下水によって形成された水のカーテンが外気を遮断するとともに空間を演出するとしている。

特許文献２に開示されている「液体薄膜形成装置」においては、コアの周囲に円筒状の導管が設けられて、それらの間に上下方向に延びる円筒状の流路が形成され、その流路上端には斜め上方を指向する噴射口が設けられている。そして、噴射口から噴射される水により球形若しくは釣り鐘状の液体膜が形成される。その液体膜の内側には装飾品等が配設される。この装置によれば、液膜の厚さを薄くして人の趣味感や透明性を高めて、薄い透明フィルムのような液膜を形成することができるとしている。

特許文献３に開示されている「水膜形成方法とその装置」においては、水の流路に平面衝突物が設けられる。そして、水を上方から前記平面衝突物に落下衝突させるか、又は、水を下方より平面衝突物に吹上衝突させることにより、平面衝突物の平面周縁部から放射方向へ水を拡散させ、連続した薄膜曲面状又は薄膜平面状に落下する水膜面を形成できるとしている。
特開平５ー２３９９３８号公報（［要約］を参照） 特開平８−１１７６６１号公報（［要約］を参照） 特開平１０−１３７６４５号公報（［要約］を参照）

特許文献１の装置によれば、水のカーテン越しに外の景色を楽しむこともできるが、構造物の屋上に貯水池が必要であって、装置が大掛かりなものとなるため、簡易に設置することは難しいものである。

また、特許文献２の装置によれば、流路断面積を噴射口に向かって狭くすることにより、薄い透明フィルムのような液膜を形成することができるとしているが、このように構成した場合、噴射口の開口幅が全周同一となるように前記コアと導管とを高精度に加工する必要がある。それらの加工精度が低く、開口幅が周方向において不均一な場合は、全周一様な厚さや噴射径の液膜を形成し得ない。また、この特許文献２の装置は、液膜の厚さを薄くするための装置であるが故に、人を収容できるほどの大きさのドームのような水膜を形成しようとした場合、薄い透明フィルムのような液膜を形成することは困難で、空気抵抗により水膜が水滴状になって飛散するおそれが多分にある。

さらに、特許文献３の装置によれば、水を上方又は下方から平面衝突物に衝突させるだけのものであるので、衝突される水が乱流状態でなくても、平面衝突物から拡散される水を、同一膜厚で連続した薄膜にすることは困難である。しかも、前記のように、水を平面衝突物に衝突させるだけのものであるので、水膜が形成されるとしても、その水膜の大きさには限度がある。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、その目的とするところは、簡便な装置でありながら、人を収容できるほどの大きさのドーム状等の水膜を形成することが可能な水膜形成装置を提供することにある。

上記問題を解決するために本発明は、環状流路を形成する流路形成軸の外周に案内フランジを一体形成し、その案内フランジと前記流路形成軸との境界部には凹曲面を形成するとともに、その案内フランジの外周側には変曲面を介して凸曲面を前記凹曲面と連続させ、前記環状流路からの水が前記凹曲面を経て凸曲面の周縁から膜状に放水されように構成したことを特徴とするものである。

本発明によれば、環状流路から放出された水が、層流状態を保ちながら、凹曲面を経て凸曲面によって案内されて、案内板の外周縁から外方へ表面張力により水膜として放水される。従って、その水は連続的に放物線を描いて落下して均等厚さの水膜を形成することができる。

本発明の構成は、前記流路形成軸と協働して環状流路を形成するためのキャップを流路形成軸の先端部に遊嵌することが好ましい。このようにすれば、キャップの案内作用により、流路形成軸の周囲において、環状流路を適切に形成できる。

さらに、本発明の構成は、前記流路形成軸を放水ノズルにより形成することが好ましい。

本発明によれば、簡便な装置でありながら、例えば人を収容できるほどの大きさの水膜を形成できるという効果を発揮する。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態を図１〜４を用いて説明する。
図４に示すように、親水装置１においては、コンクリートや敷石等で舗装した地表面１ｃ上に配水管兼用のポール４が立設され、そのポール４の上端に水膜形成装置３が支持されている。その水膜形成装置３にはポール４内の供給路４ａを介して水が供給され、その水が水膜形成装置３から放出されることにより、水膜２が形成される。この水膜２は全体としてドーム状をなし、内部に佇む人Ｍ１や椅子１ｂに座る人Ｍ２を収容可能な大きさに形成される。そして、水膜２を形成する水が地表面１ｃに衝突して周囲に飛散しないように、水の落下地点には環状溝１ａが設けられている。環状溝１ａ内に落下した水は、この環状溝１ａから図示しない排水溝へ流される。なお、水膜形成装置３への水の供給は、水道水等の水源から得た水をポンプで加圧するとともに、バルブを開放した状態で行われるが、そのポンプやバルブの図示及び説明は省略する。

水膜形成装置３からの水の放出は、ポール４に備えられたスイッチ４ｃを操作することによりオンオフが可能となっている。
次に、図１〜３を用いて水膜２を形成するための水膜形成装置３を詳細に説明する。

図１に示すように、水膜形成装置３は、いずれもステンレススチール製の案内体６と、その案内体６の上端の砲弾形状をなすキャップ５と、このキャップ５と案内体６とを結合する支持体１０とより構成されている。ポール４の上端と案内体６との結合は、ポール４の上端部に形成された雄ねじ４ｂと、案内体６の雌ねじ６ｆとが螺合されることにより行われる。

前記案内体６は、逆コニーデ状の基体部６ｃの上部に、流路形成軸としての放水ノズル（以下、単にノズルという）６ｄを一体形成するとともに、そのノズル６ｄの先端（上端）から下方へ離れた位置におけるノズル６ｄの外周に円板状の案内フランジ６ｅを一体形成して構成されている。ノズル６ｄ及び案内フランジ６ｅはノズル６ｄの軸心を中心とした回転体の形状である。ノズル６ｄの外周と案内フランジ６ｅの内周との間の境界部には下方へ向かう凹曲面６ａが形成されている。その凹曲面６ａの外周側において案内フランジ６ｅの上面には、変曲面を介して凸曲面６ｂが連続して形成されている。ここで、変曲面とは、前記凹曲面６ａと凸曲面６ｂとを、それらの間に境界線が形成されることなく、なだらかに連続させるために、曲率が連続的に変化する面を指す。

図２及び図３に示すように、前記支持体１０は、基軸部１０ａと、その上部に一体に形成された張り出し部１０ｃと、基軸部１０ａ及び張り出し部１０ｃの間に位置し、等間隔の放射状に延在する３枚の整流板１０ｂと、張り出し部１０ｃの上面中心部から上方へ向かうピン部１０ｅとにより一体形成されている。そのピン部１０ｅの先端には雄ねじ１０ｆが形成されている。それぞれの整流板１０ｂの下部には、ノズル６ｄの先端６ｇに係合するための段差部１０ｇが形成され、その段差部１０ｇの下部における整流板１０ｂの側面には、雄ねじ１０ｈが形成されている。また、整流板１０ｂの下面は凹曲面状となっている。

そして、ノズル６ｄの上部内面に形成された雌ねじ６ｈに対して整流板１０ｂの雄ねじ１０ｈを螺合し、段差部１０ｇとノズル６ｄの先端６ｇとを当接させることにより、支持体１０がノズル６ｄに着脱可能に固定される。

支持体１０とキャップ５との結合は、キャップ５の内面頂部に形成された係合凹部５ｂに支持体１０の張り出し部１０ｃを係合させるととともに、キャップ５の中心に形成された貫通孔５ｃに支持体１０のピン部１０ｅを嵌合させた状態で、雄ねじ１０ｆにナット１１を螺合することにより行われている。この状態においては、キャップ５がノズル６ｄの先端に遊嵌されている。

そして、支持体１０の基軸部１０ａ及び整流板１０ｂの下端から、張り出し部１０ｃの下面及びキャップ５の内面５ａにかけて、連続する反転案内面としての案内曲面が形成されている。

キャップ５の内面５ａとノズル６ｄの外周との間に環状流路８が形成され、その環状流路８の先端（下端）の開口部７は、その上部側の環状流路８の断面積より小さな開口面積となるように絞られるとともに、前記凹曲面６ａを指向している。さらに、ノズル６ｄの外周面は、断面放物線を描いている。また、支持体１０の張り出し部１０ｃ及びキャップ５の内面は、前記ノズル６ｄの外周面の放物線に対してノズルの軸線方向に変位した同様な放物線を描いている。

次に、ポール４の供給路４ａを上昇して供給される水が、ドーム状の水膜を形成する作用を説明する。
ポール４の供給路４ａからノズル６ｄへと供給された水は、ノズル６ｄの先端から噴出される。その噴出された水は、整流板１０ｂの整流作用を受けながら、反転案内面を構成する支持体１０の張り出し部１０ｃ及びキャップ５の内面５ａに案内されて、流れの方向が上向きから下向きへ反転される。そして、その下方を向いた水は、ノズル６ｄとキャップ５の内面５ａとの間の環状流路８を層流状態で流れて開口部７から、案内体６の凹曲面６ａに向かって放出される。このとき、ノズル６ｄの外周面は、断面放物線を描いている。また、ノズル６ｄの外周面と、支持体１０の張り出し部１０ｃ及びキャップ５の内面とは、放物線を描いているため、環状流路８内の水は乱流になることなく、下方へ円滑に流れる。さらに、開口部７が絞られているため、開口部７において増速される。そして、増速されて、高速流となり、凹曲面６ａによって案内された水は、流れの方向を変更されて斜め上向きになる。さらに、その水は、凹曲面６ａから凸曲面６ｂに至り、凸曲面６ｂ上を外方へ流れる。そして、その水は凸曲面６ｂの外周縁９から半径方向外方へ放水され、表面張力により水膜が形成される。

従って、上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、水膜形成装置３の環状の開口部７から下方へ層流状態に噴水された水を、案内体６の凹曲面６ａにより斜め上向きとなるようにした後、凸曲面６ｂの案内により案内フランジ６ｅの外周縁９から半径方向外方へ放出されるようにした。そのため、狭い噴射口から薄い水膜が形成される前記特許文献２や、平面衝突物に水を衝突させるだけの特許文献３とは異なり、適切な厚さの層流状態の水膜を形成できる。従って、水膜が空気抵抗を受けて水滴状に飛散されたり、乱流状態の水膜が形成されたりすることを回避して、全周均等な厚さで形成される。そして、水は開口部７において増速されるため、案内フランジ６ｅの外周縁９から放出されて形成される水膜を、人をゆうに収容できるほどの大きさに形成することができる。

（２）水膜形成装置３は、案内体６，キャップ５及び支持体１０の３部品から構成されているだけであるため、部品点数が少なく、構成簡単である。また、案内フランジ６ｅの上面から放出される水により均等厚さの水膜が形成されるため、前記特許文献２とは異なり、噴射口を高精度に加工するような必要はなく、水膜形成装置３の加工は容易である。

（３）水膜形成装置３を有する親水装置１は、地表面１ｃに立設したポール４の上端に水膜形成装置３を支持しただけの簡単な構成である。そのため、水膜２を形成しない場合、周囲の景観を損なうことなく、周囲の景観にすっきりと収まる親水装置１を提供することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を具体化した第２の実施形態を、第１実施形態と異なる部分を中心に図５及び図６を用いて説明する。

図６に示すように、第２実施形態の親水装置１は、水膜２の外側となる部分、例えば環状溝１ａの外側の地表面１ｃに立設された中空管状のポール４０の上端部に梁部４０ａを形成し、この梁部４０ａに水膜形成装置３０が支持されている。水膜２の形成をオンオフするスイッチは、図示しないが、水膜形成装置３０の下部に備えられている。

図５に示すように、本実施形態の案内体６０においては、閉じられた頂部６１ａを有する流路形成軸６１の下端外周に、案内フランジ６ｅが形成されている。案内フランジ６ｅには、前記第１実施形態と同様に、凹曲面６ａと、その凹曲面６ａの外側に変曲面を介して凸曲面６ｂが一体に形成されている。

キャップ５０は、梁部４０ａの先端に支持されている。案内体６０とキャップ５０とを結合する支持体７０は、上端に雄ねじが形成された棒状に形成されている。支持体７０は、案内体６０の流路形成軸６１の頂部６１ａに溶接により固定されている。そして、前記雄ねじに螺合するナット１１により案内体６０がキャップ５０に吊り下げ状態で支持されている。

図５に示すように、キャップ５０の上部には、水の供給口としての貫通孔５０ｅが周方向の等間隔に複数形成されている。前記梁部４０ａは、その先端の環状部４０ｂにおいてキャップ５０の上部の外周に連結されている。前記環状部４０ｂの内部には貫通孔５０ｅと対応する環状室４０ｃが形成されている。

以上のような構成の水膜形成装置３０においては、水膜形成装置３が水の供給を下方から受ける構成とは異なり、水が梁部４０ａ内の通路４０ｄを通って環状室４０ｃ内に至り、その環状室４０ｃから貫通孔５０ｅを経てキャップ５０内の上部に供給される。そして、水は環状流路８に案内されて下方へ流れる。その後の水の挙動は、第１実施例における水膜形成装置３におけるものと同一となるので、説明を省くものとする。

そして、この第２実施形態においては、第１の実施形態における効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（４）上記実施形態では、水膜２の形成予定部の外側において地表面１ｃにポール４０が立設され、そのポール４０の上端部から横方向に延在する梁部４０ａにより水膜形成装置３０が支持されるようにした。そのため、水膜２の内部は構築物が存在しない空間とすることが可能となり、内部空間を有効に利用できる。

（第３の実施形態）
次に、本発明を具体化した第３の実施形態を、第１実施形態と異なる部分を中心に図７を用いて説明する。

この第３実施形態は、水膜形成のための放水の瞬時停止及び瞬時開始を可能にしたものである。
すなわち、ポール４の上端部には収容室７１が形成され、その内部には遮蔽板７２が収容されている。前記供給路４ａを介して収容室７１の反対側には受け入れ室７４が形成されている。そして、前記遮蔽板７２は、電磁ソレノイド７３の作用により、収容室７１内の位置と、その位置から矢印方向に受け入れ室７４内まで進出されて供給路４ａを遮断する位置との間を移動される。遮蔽板７２の上流側において、ポール４の外側には排水路７７が形成されている。この排水路７７と供給路４ａとの間において、ポール４の管壁にはリリーフ弁７５が設けられ、供給路４ａ内の水圧が高騰した際に、このリリーフ弁７５がスプリング７６の付勢力に抗して開放される。

さて、図７は、遮蔽板７２が後退位置にあって、供給路４ａが開放され、水膜形成のための放水が行われている状態を示す。この状態において、放水が停止される場合には、電磁ソレノイド７３の駆動力により遮蔽板７２が供給路４ａを瞬時に遮蔽する。このため、放水が瞬時に停止される。このとき、供給路４ａの内圧が急騰するが、その内圧は、リリーフ弁７５が開放されることにより、逃がされて、排水路７７から排出される。その後、供給路４ａのバルブ（図示しない）が閉鎖される。

水膜形成のために、放水を開始する場合には、前記バルブが開放されて供給路４ａ内の水圧が維持された状態において、電磁ソレノイド７３の駆動力により遮蔽板７２が遮断状態から瞬時に開放位置に移動される。従って、水膜が瞬時に形成される。

この第３実施形態においては、以下の効果がある。
（５）水膜が瞬時に形成されるとともに、瞬時に消滅されるため、水膜の形成開始時及び消滅時にその水膜が小さい状態から拡大したり、拡大状態から収縮したりすることを回避できる。このため、水膜形成領域の内部空間に水が落ちることはなく、その位置の人物や物に水がかかることを防止できる。

（６）遮蔽板７２による放水の瞬時停止にともなって供給路４ａ内の水圧が高騰した場合、その水圧はリリーフ弁７５の開放によって逃がされるため、ウォーターハンマーの発生や、配管系の損傷を防止できる。

（変更例）
なお、上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態においては、水膜形成装置３、３０を構成するキャップ５、５０、案内体６、６０及び支持体１０、７０のいずれもステンレス製としたが、防錆処理をした鉄あるいは鉄系金属、又は非鉄金属とすること。
・ 整流板１０ｂの数を３枚としたが、２枚あるいは４枚以上とすること。
・ ポール４、４０をコンクリート等で舗装した地表面１ｃに立設したが、通水性がある砂又は砂利等が敷き詰められた地表面１ｃに立設すること。この場合、水膜の落下によって砂利が流されることがなければ、環状溝１ａを省くことができ、その水を暗渠に流すこともできる。
・ 前記第３実施形態においては、瞬時開閉装置をポール４に設けたが、この瞬時開閉装置を水膜形成装置３，３０に設けること。
・第２実施形態において、キャップ５０を省略すること。この場合には、例えば、第２実施形態の流路形成軸６１の頂部６１ａにその軸線方向から、整流されたビーム状の放水を供給することにより、案内フランジ６ｅを経て水膜を形成することができる。
・水膜形成装置３，３０を前記実施形態とは上下逆にして用いること。

（他の技術的思想）
前記実施形態や変更例から把握されるが、特許請求の範囲に記載されていない技術的思想は以下の通りである。

（Ａ） 前記キャップは支持体を介して前記ノズルの先端に遊嵌され、その支持体とキャップの内周面との間にはノズルの先端から噴出された水を前記凹曲面側に向かって反転させるための反転案内面を形成したことを特徴とする請求項３に記載の水膜形成装置。

（Ｂ） 前記流路形成軸の先端を閉じた頂部により形成し、キャップに、前記頂部に対して水が供給される供給口を形成したことを特徴とする請求項２に記載の水膜形成装置。
（Ｃ） 前記キャップの内面とノズルの外周との間に環状流路が形成され、その環状流路の先端に形成された開口部は、その上部側の環状流路の断面積より小さな開口面積となるように絞られていることを特徴とする前記他の技術的思想（Ａ）項または（Ｂ）項に記載の水膜形成装置。

（Ｄ） 請求項１〜３、前記他の技術的思想（Ａ）項〜（Ｃ）項のうちのいずれか一項に記載の水膜形成装置を、地表面に立設されたポールの上端に支持したことを特徴とする親水装置。

（Ｅ） 前記水膜形成装置は、地表面に立設された中空管状のポールの上端から横方向に延在する梁部に吊り下げられたことを特徴とする技術的思想（Ｄ）項に記載の親水装置。

本発明の第１実施形態のポールに支持された噴水装置を模式的に示す断面図。 図１におけるＡ部詳細図。 図２におけるＢＢ矢視断面図。 本発明の第１実施形態の親水装置を示す模式図。 本発明の第２実施形態の噴水装置を模式的に示す断面図。 本発明の第２実施形態の親水装置を示す模式図。 本発明の第３実施形態を示す断面図。

符号の説明

１…親水装置、２…水膜、３，３０…水膜形成装置、４，４０…ポール、５，５０…キャップ、６，６０…案内体、６ａ…凹曲面、６ｂ…凸曲面、６ｄ…放水ノズル、６ｅ…案内フランジ、７…放水口、８…環状流路、９…外周縁、１０，７０…支持体、６１…流路形成軸。

Claims (3)

1. 環状流路を形成する流路形成軸の外周に案内フランジを一体形成し、
   その案内フランジと前記流路形成軸との境界部には凹曲面を形成するとともに、その案内フランジの外周側には変曲面を介して凸曲面を前記凹曲面と連続させ、
   前記環状流路からの水が前記凹曲面を経て凸曲面の周縁から膜状に放水されように構成したことを特徴とする水膜形成装置。
2. 前記流路形成軸と協働して環状流路を形成するためのキャップを流路形成軸の先端部に遊嵌したことを特徴とする請求項１に記載の水膜形成装置。
3. 前記流路形成軸を放水ノズルにより形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の水膜形成装置。

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