JP2017064090A - 吐水構造 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根車を内蔵する吐水装置において大水塊を形成する技術を提供する。
【解決手段】通水方向を軸として回転することにより水塊を吐出する羽根車１０４を内蔵し、羽根車１０４の底面に大開口１２２を形成し、大開口１２２や小開口１２４は、第１の水塊の末端部が分裂離脱したあと、後続の第２の水塊と合流するよう形成する。大開口１２２の総面積に対する小開口１２４の総面積の割合は１３．３％未満になるよう設け、望ましくは５．３％以上であるよう設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、水栓等における吐水構造、特に、羽根車を内蔵する吐水構造に関する。

水洗式便器に搭載される局部洗浄装置においては、快適な洗浄感を追求するため、ある程度のボリュームを有する大きな水塊を作る技術が提案されている。特許文献１では、通水路の隣りに水溜室を形成し、空気流路から水溜室に空気を取り込むことで、断続的に水塊を吐出する。水塊中の先端低速部分に後続の高速部分が追いつき、低速部分が高速部分に呑み込まれることで大粒の水塊が形成される（特許文献１の図３参照）。

一方、浴室などに設置される水栓の中には、羽根車を内蔵するものがある。羽根車は、水流によって通水方向を軸として回転し、底面部に形成される開口から断続的に通水する。羽根車は、通水量を制限することで節水に寄与する一方、断続的通水により独特かつ適度な強度の触感を与える（特許文献２参照）。

特開２０１３−２３８０１７号公報 特開２０１３−１６２９８５号公報

特許文献１に記載の吐水装置は、水溜室のスペースを確保する必要があるため、洗面台や台所、浴室などに設置される水栓に応用するのは難しい。本出願人が過去に提案した特許文献２に記載の羽根車は、断続的通水を実現しつつ、回転性を高めることを目的とするものである。本発明者は、羽根車の断続通水機能に着目し、羽根車の構造を更に工夫すれば、特許文献１のような大水塊も形成できるのではないか、と考えた。

本発明は、本発明者の上記課題認識に基づいてなされたものであり、その主たる目的は、羽根車を内蔵する吐水装置において大水塊を形成するための技術、を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の吐水構造は、通水方向を軸方向として回転することにより、底面に形成される開口から水塊を吐出させる羽根車を内蔵する。羽根車の開口は、第１の水塊の末端部が分裂離脱したあと、後続の第２の水塊と合流するように形成される。

本発明の別の態様もまた、吐水構造である。この吐水構造は、通水方向を軸方向として回転することにより、水塊を吐出させる羽根車を内蔵する。羽根車の底面には、水塊を通過させる大開口と通水の一部を逃がす小開口が形成される。第１の水塊から分裂離脱した末端部分が後続の第２の水塊と合流するように、大開口および小開口の面積比と通水速度をバランスさせている。

本発明によれば、羽根車により大水塊を形成しやすくなる。

水栓の分解斜視図である。 水栓の分解側面図である。 羽根車の上面図である。 羽根車から大水塊が形成されるメカニズムを説明するための第１の模式図である。 羽根車から大水塊が形成されるメカニズムを説明するための第２の模式図である。 羽根車から大水塊が形成されるメカニズムを説明するための第３の模式図である。 羽根車から大水塊が形成されるメカニズムを説明するための第４の模式図である。 羽根車から大水塊が形成されるメカニズムを説明するための第５の模式図である。 大開口と小開口の面積比と、大水塊効果の関係を示す図である。 面積比が０％の場合の吐水状態を示す図である。 面積比が２．７％の場合の吐水状態を示す図である。 面積比が５．３％の場合の吐水状態を示す図である。 面積比が８．０％の場合の吐水状態を示す図である。 面積比が１０．７％の場合の吐水状態を示す図である。 面積比が１３．３％の場合の吐水状態を示す図である。 面積比が１６．０％の場合の吐水状態を示す図である。 小開口を２つ有する羽根車の第１の外観図である。 小開口を２つ有する羽根車の第２の外観図である。 小開口を３つ有する羽根車の外観図である。 小開口を４つ有する羽根車の外観図である。

図１は、水栓１００の分解斜視図である。図２は、水栓１００の分解側面図である。
本実施形態における水栓１００は、浴室で使用するシャワーである。吐水管１０２は、給水源に対してホース等（図示せず）により接続される。吐水管１０２の先端部には複数の通水孔を有するキャップ部材１０８が取り付けられる。そして、吐水管１０２とキャップ部材１０８の間に羽根車１０４および水流噴射部材１０６が収容される。

羽根車１０４は１２枚の羽根部を有し、底面部には複数の開口（通水口）が形成される（詳細は図３に関連して後述）。羽根車１０４は、吐水管１０２から供給される水を羽根部で受けて、通水方向（図１，２の矢印Ｆ）を軸方向として回転する。羽根車１０４の開口から断続的に通水される。

水流噴射部材１０６は軸１１０を有し、この軸１１０に羽根車１０４が嵌め込まれる。羽根車１０４は、水流噴射部材１０６の軸１１０に支えられた状態で、キャップ部材１０８の上で回転する。水流噴射部材１０６の上面には複数の通水孔１１２が形成される。水流噴射部材１０６の通水孔１１２は、水を羽根車１０４の羽根部の側面に当てて羽根車１０４に回転力を付与できるように、斜めに開口している。

キャップ部材１０８にも複数の通水孔が開口されている。本実施形態のキャップ部材１０８には、直径０．８ミリメートルの通水孔が４８個形成されている。

図３は、羽根車１０４の上面図である。
本実施形態における羽根車１０４は、直径約２７ミリメートルの円形状を有する。羽根車１０４の中央には軸孔１１４が形成され、ここに水流噴射部材１０６の軸１１０が挿入される。羽根車１０４の底面には、１２枚の羽根部１１６が並ぶ。羽根車１０４の底面は、通水領域１１８と遮蔽領域１２０に分かれる。本実施形態においては、一直線上に並ぶ２枚の羽根部１１６を境界線とし、通水領域１１８と遮蔽領域１２０はそれぞれ半円形の領域として形成される。

通水領域１１８は大開口１２２を有する。本実施形態の通水領域１１８においては、羽根部１１６の形成部分以外はすべて大開口１２２として開口している。遮蔽領域１２０は完全遮蔽でもよいが、１以上の小開口１２４が形成されてもよい。

詳細は後述するが、大開口１２２は、大水塊を作るための通水口である。一方、小開口１２４は遮蔽領域１２０の水の一部を逃がすことで、遮蔽領域１２０にかかる水圧を緩和するための開口である。通水領域１１８は側壁１２６を有するが、遮蔽領域１２０は側壁１２６を有さない。このため、通水領域１１８に流れ込む水は羽根車１０４の側面から逃げることなく、ほとんどが大開口１２２を通過する。一方、遮蔽領域１２０に流れ込んだ水のうち大開口１２２に流れ込まなかった一部の水は小開口１２４や羽根車１０４の側面から逃げる。

通水領域１１８は大開口１２２を有するため、通水領域１１８においては羽根車１０４にほとんど水圧がかからない。一方、遮蔽領域１２０は底面に大きな水圧がかかりやすい。そこで、遮蔽領域１２０に流れ込んだ一部の水を羽根車１０４の側面や小開口１２４からも逃がすことで、通水領域１１８と遮蔽領域１２０の水圧差を緩和している。これにより、羽根車１０４が過度に傾き回転バランスが悪くなるのを防いでいる。

図４（ａ）〜図４（ｅ）は、羽根車１０４から大水塊が形成されるメカニズムを説明するための模式図である。図４（ａ）から図４（ｅ）は時系列順である。給水および吐水方向はいずれも、図面右方向である。また、便宜上、中心軸の上側を領域Ｒ１，下側を領域Ｒ２とする。
まず、羽根車１０４の大開口１２２が領域Ｒ１にあるとき、大開口１２２からまとまった水が吐出される（図４（ａ））。羽根車１０４の回転により、大開口１２２は領域Ｒ２に移動する。このときも再び大開口１２２から水が吐出される（図４（ｂ））。一方、領域Ｒ１からの吐水は遮断されるため、図４（ａ）において吐出された水は水塊Ｍ１を形成する。水塊Ｍ１の先頭部分は後ろから給水圧を受けるため比較的高速になる。一方、水塊Ｍ１の末尾部分は給水圧を受けないため比較的低速になる。すなわち、水塊Ｍ１は先頭部分ほど高速で末尾部分ほど低速になる。

やがて水塊Ｍ１は、各部の速度差により、先頭部分Ｍｈ１、中央部分Ｍｍ１、末尾部分Ｍｔ１に３分裂する（図４（ｃ））。羽根車１０４の回転により、大開口１２２は領域Ｒ１に移動する。このとき大開口１２２から再び領域Ｒ１に水が吐出される。領域Ｒ２からの吐水は遮断されるため、図４（ｂ）において吐出された水は水塊Ｍ２を形成する。

３分裂した水塊Ｍ１の後方に新たな水塊Ｍ３が形成される（図４（ｄ））。水塊Ｍ３の先頭部分は高速であるため、先行する水塊Ｍ１の低速な末尾部分Ｍｔ１は水塊Ｍ３の高速な先頭部分に呑み込まれ、大水塊Ｂが形成される。以下、先行する水塊Ｍ１の末尾部分を後続の水塊Ｍ３が食いつくことで大水塊Ｂが形成される効果のことを「大水塊効果」とよぶことにする。水塊Ｍ２も先頭部分Ｍｈ２、中央部分Ｍｍ２、末尾部分Ｍｔ２に３分裂する。

水塊Ｍ２の末尾部分Ｍｔ２も後続の水塊Ｍ４に追いつかれ、領域Ｒ２においても大水塊効果が発生する（図４（ｅ））。大水塊Ｂを含む水塊Ｍ３は３分裂している。この結果、図４（ｅ）の水塊Ｍ３は、大水塊Ｂと小水塊Ｃに分かれる。

羽根車１０４により、従来のように断続的通水により水塊を作るだけではなく、大水塊効果を発生させることでボリュームの異なる複数の水塊を断続的に吐出することが可能となる。図４（ｅ）に示すように、大水塊Ｂによる強い圧力と、小水塊Ｃによる穏やかな圧力を交互に発生させることで、限られた給水量でもメリハリの効いた肌刺激を実現できる。

大水塊効果を発生させるためには、水塊Ｍが分裂し、かつ、後続の水塊Ｍが先行する水塊Ｍに追いつく必要がある。そのためには、吐水管１０２の通水速度（単位時間あたりの給水量）に応じて、大開口１２２および小開口１２４のサイズを最適なバランスとなるように設計する必要がある。
たとえば、通水速度が大きいときには大開口１２２が小さくても大きな水量の水塊を吐出することができる。一方、回転性を考慮すると水圧緩和のために小開口１２４の総面積を大きくする必要がある。通水速度が小さいときには大開口１２２を大きくする必要があるが、小開口１２４を大きくする必要性は薄くなる。このように、通水速度に応じて、大開口１２２および小開口１２４のサイズあるいはその面積比を調整することが望ましい。

図５は、大開口１２２と小開口１２４の面積比と、大水塊効果の関係を示す図である。 Ｓ１は大開口１２２の総面積（以下、「大開口面積」とよぶ）を示し、Ｓ２は小開口１２４の総面積（以下、「小開口面積」とよぶ）を示す。したがって、Ｓ２／Ｓ１とは、小開口面積／大開口面積（以下、「面積比」とよぶ）を意味する。本実施形態においては、１つの小開口１２４の大きさは、大開口面積の約２．７％である。そして、この小開口１２４を０〜６個の間で変化させることで試験を行っている。

図５は、給水量を６．５（リットル／分）とし、キャップ部材１０８から１５０〜２００（ミリメートル）離れた地点に３人の被験者が手をかざすことで大水塊効果が発生しているかを触感で判定した結果を示す。１５０〜２００（ミリメートル）は、浴室でシャワーを使うときのシャワーから肌までの一般的な距離である。３人の被験者がいずれも大水塊効果を実感できなくなるのは面積比が１３．３％以上となったときである。

図６（ａ）〜図６（ｇ）は、それぞれ、面積比が０％、２．７％、５．３％、８．０％、１０．７％、１３．３％および１６．０％の場合の吐水状態を示す。
大水塊Ｂが発生する箇所に印をつけている。図６（ａ）〜図６（ｇ）に示すように、面積比が１３．３％を超えると大水塊効果が発生しなくなる。小開口面積が大きすぎるため、羽根車１０４の断続通水効果が比較的弱くなってしまうためではないかと考えられる。

なお、上記条件にて実験した場合、面積比が５．３％未満になると羽根車１０４の回転性が悪くなることも判明した。具体的には、本出願人があらかじめ規定している通水試験において羽根車１０４に回転停止が発生すれば、「回転性が悪化した」と判定している。したがって、回転の安定性も考慮するならば、面積比は５．３％以上、１３．３％未満の範囲に設定されることが好ましい。なお、給水量を６．５（リットル／分）から変化させた場合でも、４．５〜８．５（リットル／分）程度の範囲であれば、大水塊効果および回転性の両面から考査しても、適切な面積比についての変化はなかった。

図７（ａ）〜図７（ｄ）は、小開口１２４の数が異なる羽根車１０４の外観図である。
いずれの図も、左から羽根車１０４の上面図、側面図および下面図を示す。図７（ａ）と図７（ｂ）は、小開口１２４が２つの場合である。図７（ａ）においては、通水領域１１８を等分割する分割線Ｄに対して、２つの小開口１２４ａ，１２４ｂが線対称となるように配置される。一方、図７（ｂ）の２つの小開口１２４ａ，１２４ｂは線対称配置になっていない。小開口１２４を線対称となるように配置することは必須ではないが、図７（ａ）のように２以上の小開口１２４を分割線Ｄに対して線対称となるように配置にする方が、回転が安定する。

図７（ｃ）は、小開口１２４が３つ配置されているが、これらの小開口１２４は分割線Ｄに対して線対称とはなっていない。回転を安定させる上では、１つの小開口１２４を分割線Ｄ上に配置し、残り２つの小開口１２４を分割線Ｄに対して線対称となるように配置することが望ましい。

図７（ｄ）では、４つの小開口１２４が分割線Ｄに対してほぼ線対称となるように配置されている。小開口１２４を１つだけ配置するときには、その１つの小開口１２４を分割線Ｄと重なるように配置するのが望ましい。

以上、実施形態に基づいて、水栓１００の吐水構造、特に、羽根車１０４の構造を中心として説明した。
本実施形態の羽根車１０４は、通水領域１１８および遮蔽領域１２０を有する。通水領域１１８に形成される大開口１２２と遮蔽領域１２０に形成される小開口１２４の面積比を通水速度に応じて調整することで、大水塊効果を発生させることができることが確認された。すなわち、羽根車１０４のような小さな部品であっても、大水塊Ｂと小水塊Ｃの双方を含む水塊列を肌に当てることで単調ではない、ボリューム感のある肌刺激を実現できる。また、羽根車１０４を利用することで、螺旋状に大水塊を吐出させることができるため、特有の肌刺激が実現される。

水栓１００の大きさや通水速度といった所与の使用条件を前提として、それに応じて面積比の最適値を追求することで、羽根車１０４であっても大水塊効果を実現可能であることがわかった。もちろん、面積比を所与として通水速度を調整してもよい。すなわち、通水速度、大開口面積および小開口面積それぞれの設計値の最適バランスを追求することで羽根車１０４でも大水塊効果を実現できることが確認された。本実施形態においては、通水速度とを６．５（リットル／分）としているが、４．５〜８．５（リットル／分）の範囲では面積比を変更しなくても大水塊効果を実現できる。この範囲外に通水速度が設定されるときには、そのような通水速度に適応するように面積比を調整することで大水塊効果を同様に実現できる。

以上、本発明をいくつかの実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

本実施形態においては、浴室用の水栓１００を対象として説明したが、本発明の吐水構造は、台所や洗面所など多様な水栓や局部洗浄装置等にも応用可能である。なお、特許文献１のように、羽根車１０４の回転を安定させるため、羽根車１０４の裏面（キャップ部材１０８と接触する側の面）に複数の突起を設けてもよい。
本実施形態のキャップ部材１０８に形成される通水孔の直径は０．８ミリメートルであるが、０．６〜１．０ミリメートルの範囲内であれば、羽根車１０４については本実施形態と同様の設計値にて大水塊効果を維持できる。

以上の記載から、以下の発明が認識される。
本発明のある態様における吐水構造は、通水方向を軸方向として回転することにより、底面に形成される開口から水塊を吐出させる羽根車を内蔵し、第１の水塊の末端部が分裂離脱したあと、後続の第２の水塊と合流するように前記開口が形成される。

開口から通過した水塊が分裂し、後続の水塊に呑み込まれて大水塊を形成する大水塊効果が生じるように開口を形成することで、羽根車によって大水塊特有の吐水感を実現しやすくなる。

底面には、水塊を吐出させる開口が形成される通水領域と、非形成の遮蔽領域が形成されてもよい。
遮蔽領域は、一切の開口が形成されない完全遮蔽の領域であってもよいし、水圧緩和のために水の逃げ道としての小孔が形成されてもよい。

底面には、水塊を通過させるための大開口とは別に小開口が形成されてもよい。大開口の総面積に対する小開口の総面積の割合は１３．３％未満であることが望ましい。また、大開口の総面積に対する小開口の総面積の割合は５．３％以上であるが更に望ましい。

底面には大開口を有する通水領域と小開口を有する遮蔽領域が１つずつ形成されてもよい。そして、遮蔽領域においては、通水領域を等分割する分割線に対して線対称となるように、小開口が配置されてもよい。
このような小開口の配置方法により、羽根車のバランスをとりやすくなる。たとえば、小開口１２４が１つのときには、分割線の線上に小開口１２４を配置する。小開口１２４が３つ以上の奇数個（２ｎ−１個）のときには、１つの小開口１２４を分割線の線上に配置し、残りを分割線の左右にｎ個ずつ小開口１２４を対称配置すればよい。小開口１２４が偶数個（２ｎ個）のときには、分割線に対して左右にｎ個ずつ小開口１２４を対称配置すればよい。

本発明の別の態様における吐水構造も、通水方向を軸方向として回転することにより、水塊を吐出させる羽根車を内蔵する。羽根車の底面には、水塊を通過させる大開口と通水の一部を逃がす小開口が形成される。そして、第１の水塊から分裂離脱した末端部分が後続の第２の水塊と合流するように、大開口および小開口の面積比と通水速度をバランスさせる。

１００ 水栓、 １０２ 吐水管、 １０４ 羽根車、 １０６ 水流噴射部材、 １０８ キャップ部材、 １１０ 軸、 １１２ 通水孔、 １１４ 軸孔、 １１６ 羽根部、 １１８ 通水領域、 １２０ 遮蔽領域、 １２２ 大開口、 １２４ 小開口、 １２６ 側壁、 Ｍ 水塊、 Ｂ 大水塊。

Claims (6)

1. 通水方向を軸方向として回転することにより、底面に形成される開口から水塊を吐出させる羽根車を内蔵し、
   第１の水塊の末端部が分裂離脱したあと、後続の第２の水塊と合流するように前記開口が形成されることを特徴とする吐水構造。
2. 前記底面には、水塊を吐出させる前記開口が形成される通水領域と、非形成の遮蔽領域が形成されることを特徴とする請求項１に記載の吐水構造。
3. 前記底面には、水塊を通過させるための大開口とは別に小開口が形成され、
   前記大開口の総面積に対する前記小開口の総面積の割合は１３．３％未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の吐水構造。
4. 前記大開口の総面積に対する前記小開口の総面積の割合は５．３％以上であることを特徴とする請求項３に記載の吐水構造。
5. 前記底面には前記大開口を有する通水領域と前記小開口を有する遮蔽領域が１つずつ形成されており、
   前記遮蔽領域においては、前記通水領域を等分割する分割線に対して線対称となるように、前記小開口が配置されることを特徴とする請求項３または４に記載の吐水構造。
6. 通水方向を軸方向として回転することにより、水塊を吐出させる羽根車を内蔵し、
   前記羽根車の底面には、前記水塊を通過させる大開口と通水の一部を逃がす小開口が形成され、
   第１の水塊から分裂離脱した末端部分が後続の第２の水塊と合流するように、前記大開口および前記小開口の面積比と通水速度をバランスさせたことを特徴とする吐水構造。