JP2014206018A - 吐水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吐水口から長距離にわたって吐水形状を維持することを可能とする。
【解決手段】 本発明では、流体を吐水する吐水装置であって、前記流体を吐水する吐水口を備え、前記吐水口において、前記流体の吐水外周部の流速が、吐水中心部の流速よりも早くなるように構成する。それによって、吐水口から吐水された流体が空気中を進んでいくにつれて外周部分の流速が低下しても中心部分との流速に大きな差が生じず、吐水口から長距離にわたって吐水形状を保つことが可能となり、例えば吐水口から床面等に到達するまで柱状吐水を維持することができる。
【選択図】 図６

Description

本発明は、吐水装置に関する発明である。

従来、水栓装置において吐水をより美しく見せるために、水を吐水する吐水部に整流部材を設けることにより、吐水の流れを整流化するものが知られている。（例えば、特許文献１参照。）

従来、このような整流部材としては、特許文献１に記載されたメッシュ状の整流網を採用したものが一般的に知られている。このとき、吐水口内部に残留した空気をより効率的に排出し、空気の混入をなくすために、整流部材の通水抵抗に差を設けたものが提案されている。（特許文献２）

これまでに提案されてきた整流部材は何れも、吐水口において流体の流れを均一化することを目的としている。ところが、吐水口において流体の流れが均一である場合、吐水が空気中を進むにつれて、空気との抵抗によって外周付近の流体は徐々に速度が低下し、内周部分の流体と流速差が生まれることによって、吐水形態に乱れが生じてしまう。つまり、吐水口付近においては一様であった吐水形状が、ある距離を進んだ場所で乱れてしまうという課題があった。

つまり、これまでに提案されてきた整流部材は吐水口からの吐水がごく短距離である場合には十分であるかもしれないが、例えば浴室内の天井付近に設けるオーバーヘッドシャワーから吐水するような場合においては、使用者の身体あるいは床面などへ着水するまでの間に吐水形状が乱れてしまい、最後まで吐水を美しく見せることが出来るものではなかった。

特開２００１−２０３３２号公報 特開２０１０−７７７３１号公報 実開平６−７４６６７号公報 実開平２−９３３７０号公報 実開昭６２−１１４９５６号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、吐水口から長い距離にわたって吐水割れや空気の混入を起こすことのなく、吐水形状を維持することが可能な吐水装置を提供することである。

上記目的を達成するために請求項１記載は、流体を吐水する吐水装置であって、前記流体を吐水する吐水口を備え、前記吐水口において、前記流体の吐水外周部の流速が、吐水中心部の流速よりも早いことを特徴とする。
吐水口から吐水された流体は空気中を進むにつれて、空気との抵抗によって外周付近の流体は徐々に速度が低下し、内周部分の流体と流速差が生まれる。これにより、吐水形態に乱れが生じて、空気などを巻き込んで吐水形状が崩れてしまう。しかし、本発明では、外周部分の流速を中心部分の流速より早くしていることから、吐水口から吐水された流体が空気中を進んでいくにつれて外周部分の流速が低下しても中心部分との流速に大きな差が生じず、吐水口から長距離にわたって吐水形状を保つことが可能となる。

本発明において、好ましくは更に、前記流体の速度ベクトルを揃える整流部材を備えている。
吐水装置においては、吐水口までの経路によって流体の速度ベクトルが様々な方向に乱れ、乱流となることが多い。流体の速度ベクトルを揃える整流部材を設けることによって、流体が乱流となってしまった場合も層流へと整えることが可能となる。これにより、より確実に吐水口からの吐水形状を整えることが可能となる。

また別の本発明においては流体を吐水する吐水装置であって、前記流体を吐水する吐水口と、前記吐水口より上流側に設けられた整流部を備え、前記整流部は流体の流れと垂直な断面において、流体の流れを阻止する遮蔽部と、前記遮蔽部の周囲に設けられた通水部と、を有することを特徴とする。
このように構成することによって、整流部に流れ込んだ流体は一度、遮蔽部にぶつかり遮蔽部上流側に滞留する。この滞留した流体は上流からの圧力によって、通水部を通じて下流側へ押し出されるようにして流れていく。このとき、流体の流れ方向は通水部によって整えられ、流体全体において均一化される。通水部を通過した流体はそのまま吐水口へ直進する成分と、表面張力などによって遮蔽部裏面によって中心部分へ移動する成分と、に分かれる。そして、再び一体の流体として吐水口から吐水される。このとき、中心部分へ移動する成分は移動距離が長いこと、流れが折れ曲がることなどによりエネルギー損失が発生し、流速が低下する。一方で、吐水口へ直進する成分についてはエネルギー損失がほとんど発生せず、流速もほとんど変わらない。このため、吐水口において、吐出口から吐出される流体の初速は、中心部分へ移動した成分と比較して、直進した成分の多い外周側の流速のほうが速くなる。その後、流体は空気中を進むにつれて空気との抵抗により外周側の流速が徐々に低下していくが、吐水口時点において外周側の流速が中心部の流速よりも早いため、中心部分との流速に大きな差が生じず、吐水口から長距離にわたって吐水形状を保つことが可能となる。

本発明において好ましくは更に、前記整流部より上流側に、前記整流部と接続する通水管をさらに有し、前記通水管の内径断面積は、前記整流部との接続領域において、前記遮蔽部の面積より小さく前記通水管内の流体の流れる方向から見て、前記通水管の内径領域は前記遮蔽部内に重なる。
このように構成することによって、通水管から供給された水がより確実に遮蔽部へとぶつけることが可能となる。

本発明において好ましくは更に、前記遮蔽部と前記通水部とは、共通のディスク部材に形成され、前記通水部は、前記ディスク部材に設けられた前記遮蔽部の周囲に形成された複数の開口部により構成されている。
このように構成することによって、通常の通水管内部にディスク部材を挿入することによって簡単に本発明を実現することが可能となる。また、通水管を耐久性の高い金属製部材などで構成した場合であっても、ディスク部材を樹脂など加工性の高い別材料で構成することが可能となる。

本発明において好ましくは更に、前記遮蔽部と前記通水部との間に壁面を有する。
このように構成することによって、遮蔽部へとぶつかった水流が通水部へ至るためには壁面を乗り越える必要が生じるため、より確実に水を滞留させることが可能となる。

本発明において好ましくは更に、前記整流部は、前記通水部より下流側に、少なくとも一つの整流部材を備える。
このように構成することによって、整流部に供給される流体が乱流であっても、整流部材を通過することによって速度ベクトルを揃えて、層流へと整流することが可能となる。

本発明において好ましくは更に、浴室の天井付近に設置される。
このように構成することによって、浴室の天井から床までの長い距離に渡って吐水形状が乱れることのない吐水装置を提供することが可能となる。

本発明によれば、吐水口から長距離にわたって吐水形状を維持可能であるという効果がある。

本発明の実施例における天井埋め込みシャワーを示す斜視図である。 本発明の実施例における天井埋め込みシャワーが設置された浴室を示す模式図である。 本発明の実施例における天井埋め込みシャワーを示す断面図である。 本発明の実施例における整流吐水部付近を示す断面図である。 本発明の実施例における整流吐水部付近の分解斜視図である。 本発明の実施例における整流吐水部付近の水の流れを示す模式図である。 本発明の変形例における整流吐水部付近を示す断面図である。

以下、本発明の実施例について図１〜図６を用いて説明を行う。図１は本発明の実施例における天井埋め込みシャワー１の斜視図である。天井埋め込みシャワー１は文字通り、図２に示すように浴室３の天井に埋設される。

図１および図３に示すように天井埋め込みシャワー１は浴室３内に露出する散水板１１を備え、その表面略中央に整流吐水部５を供えている。散水板１１には、整流吐水部５にくわえて、散水孔１３、揺動吐水口１５及び、空気吸入口１７を備えており、散水孔１３は空気吸入口１７から吸入した空気を混入した空気混入吐水が、揺動吐水口１５は内部に設けられた揺動ノズル（図示せず）が揺動することによるマッサージ吐水が、夫々吐水される構成となっている。
整流吐水部５からの吐水は太い整流吐水であり、図２に示すように浴室３内の床面３３と接触するまで同一径の吐水形状となる。

整流吐水部５、散水孔１３及び揺動吐水口１５は夫々、異なる埋め込み配管３１，３３，３５と夫々接続されている。各埋め込み配管は壁面に設置された操作部材３７によって選択的に給水源と接続されるように構成されている。使用者は操作部材３７を操作することによって、天井埋め込みシャワー１から各吐水モードの変更および吐止水を行うことが可能となっている。このとき、操作部材３７には水供給管３８と湯供給管３９が接続されており、使用者の操作に応じてこれらの混合比率を調整することによって吐水温度を調整することが可能である。吐水モードの変更、吐止水、吐水温度調整においては、夫々既知の構造、手法を利用することが可能である。

整流吐水部５近辺の拡大図を図４に示す。整流吐水部５はその最も下流側、天井埋め込みシャワー１の表面に露出する位置に吐水口５１を有している。上流側には通水管５３が設けられており、埋め込み配管３１からの給水を導入可能に構成されている。吐水口５１はその断面が円形であることが好ましく、最も好ましくは真円である。

通水管５３と吐水口５１の間にはディスク部材７が設けられている。このディスク部材７は中心部分に遮蔽部７１を有し、その周囲に複数の通水孔７３を設けてなる。通水管５３の下流側は拡径され、ディスク部材７との間に圧力室５５が形成されている。このとき、通水管５３の内径断面積は遮蔽部７１の面積よりも小さい。さらに、通水管５３の管軸に沿って、つまり水の流れる方向から見た際には、通水管５３の内径領域は、遮蔽部７１に重なるように位置している。より好ましくは上記の方向から見た際に、通水管５３の内径領域全体が遮蔽部７１内に収まり重なるように位置することにより、通水管５３から流入する流体をより確実に遮蔽部７１にぶつかり一旦滞留させることができる。また、ディスク部材７の下流部には整流部材として、メッシュ状の網を備えた整流網９１が複数設けられている。

整流吐水部５の分解斜視図を図５に示す。整流吐水部５は天井埋め込みシャワー１に対して吐水口形成部材９を取り付けることで構成される。この際、吐水口形成部材９と通水管５３に挟み込まれる形でディスク部材７と整流網９１が保持される。なお、吐水口形成部材９にはその周囲にフランジ部９３が設けられている。このフランジ部９３にはネジ孔９５が複数設けられており、このネジ孔９５を介して天井埋め込みシャワー１に対してネジ固定することで取り付けられる。なお、吐水口形成部材９は、その外周にネジをきり吐水口形成部材９自身を回転させることでネジ固定したり、スナップフィットや接着といったその他の方法で固定してもよい。なお、本発明の１態様における整流部とは、本実施形態においては、遮蔽部７１、通水孔７３（これらが共通のディスク部材に形成されている場合はディスク部材７）、圧力室５５、吐水口形成部材９により構成されており、より好ましくは後述の整流部材（本実施形態においては整流網９１）をさらに備えていても良い。

整流吐水部５における水の流れを図６に模式的に示す。埋め込み配管１３を通じて供給あされる水は、まず通水管５３へと流入する（矢印Ａ）。通水管５３から圧力室５５へ流入した水は一度遮蔽部７１へと衝突、あるいは遮蔽部７１と衝突して逆流してくる水と衝突することによって圧力室５５内部へ滞留し（矢印Ｂ）、圧力室５５内部には水圧が篭るような状態となる。圧力室５５内部に滞留した水は、上流からの流れによって押し出され、通水孔７３を通じて下流側に流出することになる（矢印Ｃ）。その後、通水孔７３から流出した水は、そのまま吐水口５１へ直進する流れ（矢印Ｃ１）と、表面張力や内部に発生する負圧によって中心方向へ移動する流れ（矢印Ｃ２）に分かれる。このとき、中心方向へ移動する流れ（矢印Ｃ２）は、吐水口５１へ直進する流れ（矢印Ｃ１）に対して、吐水口５１到達までの距離が長いこと、流れが屈曲することによる圧力損失が発生することなどから、エネルギー損失が大きくなり、速度低下が大きくなる。つまり、吐水口５１へ到達した時点において、吐水口５１へ直進した外周部分の流れ（矢印Ｄ１）は、中心部分の流れ（矢印Ｄ２）と比較して、流速が速くなっており、吐水口５１において、吐出される流体の初速は外周側の方がその中心部に比べて早くなっている。

吐水口５１へ直進する流れ（矢印Ｃ１）及び中心方向へ移動する流れ（矢印Ｃ２）は何れも複数の整流網９１を通過して吐水口５１へ至る。流体は整流網９１を通過する際に速度ベクトルが通過方向に揃うことになり、吐水口５１から吐水される流体Ｅは層流となって吐水される。このとき、整流網９１を多数設ける、あるいは整流網９１の厚みを厚く設定するほど整流作用は大きくなるが、上流側の流路や想定される供給水量などに応じてこれらは適宜設計可能である。また、整流網９１に代えて、コイル状の弾性体を採用したもの（特許文献３参照）や、縦横の仕切壁を採用した整流部材（例えば、特許文献４参照）や、黄銅やステンレスの帯板を屈曲させたり樹脂を加工したりした弾性材を用いた整流部材（例えば、特許文献５参照）を利用してもよい。このとき、整流網９１（整流部材）を水が通過する方向は、整流部を水が通過する方向と同一にそろえている。このように構成することによって、整流部、とくに通水孔７３を通過する際にある程度揃った速度ベクトルを更にそろえることが出来るため有利となる。例えば、通水孔７３の通過方向と、整流網９１の通過方向を直角に屈曲させる場合、ここで水流が再び乱れて、速度ベクトルがばらばらになってしまうため、非効率的であると考えられる。

吐水口５１から吐水された流体Ｅは、外周側において空気との摩擦抵抗を受ける。これにより、外周側の流速は徐々に低下していく（矢印Ｅ１）。それに対して、中心付近の流速は空気との摩擦抵抗の影響は極めて小さく、吐水口５１付近での流速を維持する（矢印Ｅ２）。この流速変化によって、吐水口５１付近においては外周側の流速が中心付近の流速より早い状態であった流速分布は、吐水口５１から離れるに従い均一に変化していく。外周側の流速が中心付近の流速に比べて大きく遅くなり吐水形状が崩れ始めるまでの距離は、吐水口付近において流速が均一、あるいは吐水口付近において既に外周側流速が遅い場合と比較して、非常に長い距離である。このため、吐水口から長距離にわたって吐水形状を美しく保つことが可能となるのである。

次に、本発明の変形例における整流吐水部５’付近の断面図を図７に示す。なお、実施例と共通の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。また、整流吐水部５‘は整流吐水部５と同様に、天井埋め込みシャワー１に取り付けられるものである。

変形例における整流吐水部５’においては、遮蔽部７１がその周囲であって、通水孔７３との間に位置する箇所に壁面７５を備えている点が実施例と異なる。このように壁面７５を設けることによって、通水管５３から圧力室５５へ流入して遮蔽部７１と衝突した水流が通水孔７３に至るまでの間に壁面７５を乗り越える必要があり、より効率的に圧力室５５内部に滞留させることが可能となる。なお、変形例では遮蔽部７１をへこませる形で壁面７５を形成したが、実施例のように遮蔽部７１と通水孔７３とを同一平面に形成し、その間に凸部を設けることによって壁面７５を形成してもよい。

以上、本発明の具体的構成について図面を用いて説明を行ったが、本発明は上記の実施例および変形例に拘束されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更することが可能である。例えば、本発明における吐水装置は必ずしもオーバーヘッドシャワーに設ける必要はなく、通常の手洗い器などで利用される湯水混合水栓に適用することも可能である。また、単水栓でもよく、自動水栓装置や、浄水器など様々な吐水装置に適用することが可能である。

１ 天井埋め込みシャワー
１１ 散水板
１３ 散水孔
１５ 揺動吐水口
１７ 空気吸入口
３ 浴室
３１，３３，３５ 埋め込み配管
３７ 操作部材
３８ 水供給管
３９ 湯供給管
５ 整流吐水部
５１ 吐水口
５３ 通水管
５５ 圧力室
７ ディスク部材
７１ 遮蔽部
７３ 通水孔
７５ 壁面
９ 吐水口形成部材９
９１ 整流網（整流部材）
９３ フランジ部
９５ ネジ孔

Claims (8)

1. 流体を吐水する吐水装置であって、
   前記流体を吐水する吐水口を備え、
   前記吐水口において、前記流体の吐水外周部の流速が、吐水中心部の流速よりも早いことを特徴とする吐水装置。
2. 前記吐水口よりも上流に、前記流体の速度ベクトルを揃える整流部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の吐水装置。
3. 流体を吐水する吐水装置であって、
   前記流体を吐水する吐水口と、
   前記吐水口より上流側に設けられた整流部を備え、
   前記整流部は流体の流れと垂直な断面において、流体の流れを阻止する遮蔽部と、前記遮蔽部の周囲に設けられた通水部と、を有することを特徴とする吐水装置。
4. 前記整流部より上流側に、前記整流部と接続する通水管をさらに有し、
   前記通水管の内径断面積は、前記整流部との接続領域において、前記遮蔽部の面積より小さく、
   前記通水管内の流体の流れる方向から見て、前記通水管の内径領域は前記遮蔽部内に重なることを特徴とする請求項３に記載の吐水装置。
5. 前記遮蔽部と前記通水部とは、共通のディスク部材に形成され、
   前記通水部は、前記ディスク部材に設けられた前記遮蔽部の周囲に形成された複数の開口部により構成されている請求項３または４に記載の吐水装置。
6. 前記遮蔽部と前記通水部との間に壁面を有する請求項３乃至５の何れか１項に記載の吐水装置。
7. 前記整流部は、前記通水部より下流側に、少なくとも一つの整流部材を備えることを特徴とする請求項３乃至６の何れか１項に記載の吐水装置。
8. 浴室の天井付近に設置されることを特徴とする請求項３乃至７の何れか１項に記載の吐水装置。