JP2017064099A - 吐水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で、コンパクトに構成することができ、使い勝手の良い吐水を得ることができる吐水装置を提供する。【解決手段】本発明は、湯水を往復振動させながら吐出する吐水装置であって、吐水装置本体と、振動発生素子４と、を有し、振動発生素子４は、給水通路１０ａと、給水通路の下流側端部に配置され、湯水が衝突することで、その下流側に交互に反対回りの渦を発生させる湯水衝突部１４と、湯水衝突部により形成された渦を成長させながら導く渦列通路１０ｂと、渦列通路によって導かれた渦列を含む湯水を整流して吐出させる整流通路１０ｃと、を有し、渦列通路の対向する一対の壁面は、流路断面積が下流側に向かって縮小するように、その下流側が、整流通路よりも長い範囲に亘ってテーパするように構成している。【選択図】図４

Description

本発明は、吐水装置に関し、特に、吐水口から湯水（湯又は水）を往復振動させながら吐出する吐水装置に関する。

吐水口から吐出される湯水の方向が振動的に変化するシャワーヘッドが知られている。このシャワーヘッドのような吐水装置においては、供給される湯水の給水圧によりノズルを振動的に駆動し、吐出口から吐出される湯水の方向を変化させている。このようなタイプの吐水装置では、単一の吐水口から広い範囲に湯水を吐出することができるので、広い範囲に吐水可能な吐水装置をコンパクトに構成できることが期待される。

一方、特開２０００−１２０１４１号公報（特許文献１）には、温水洗浄便座装置が記載されている。この温水洗浄便座装置においては、流体素子ノズルを使用して自励発振を誘発し、洗浄水の噴出方向を振動的に変化させている。具体的には、この温水洗浄便座装置においては図１１に示すように、噴射ノズル１０２の両側にフィードバック流路１０４が設けられている。各フィードバック流路１０４は、噴射ノズル１０２と連通したループ状の流路であり、噴射ノズル１０２内を流れる洗浄水の一部が流入して循環するように構成されている。また、噴射ノズル１０２は、楕円形断面の噴射口１０２ａに向けてテーパ状に広がる形状に構成されている。

洗浄水が供給されると、噴射ノズル１０２から噴射される洗浄水は、コアンダ効果（Coanda effect）により、楕円形断面の噴射口１０２ａの何れか一方の側の壁面に引き寄せられ、これに沿うように噴射される（図１１の状態ａ）。洗浄水が一方の壁面に沿って噴射されると、洗浄水が噴射されている側のフィードバック流路１０４内にも洗浄水が流入し、フィードバック流路１０４内の圧力が上昇する。この圧力上昇により、噴射されている洗浄水が押され、洗浄水は反対側の壁面に引き寄せられ、反対側の壁面に沿って噴射されるようになる（図１１の状態ａ→ｂ→ｃ）。さらに、反対側の壁面に沿って洗浄水がされると、今度は、反対側のフィードバック流路１０４内の圧力が上昇し、噴射洗浄水は押し戻される（図１１の状態ｃ→ｂ→ａ）。この作用を繰り返すことにより、噴射される洗浄水は、図１１の状態ａとｃの間で振動的に方向が変化する。

また、特開２００４−２７５９８５号公報（特許文献２）には、純流体素子が記載されている。この純流体素子は、流体噴出ノズルを横断するように、連結ダクトが設けられており、この連結ダクトの作用により、流体噴出ノズル内の上側又は下側の圧力が交互に上昇する。この圧力上昇により押された噴流は、コアンダ効果により、流体噴出ノズルの上側板に沿った噴流、又は下側板に沿った噴流となり、これらの状態が一定周期で繰り返され、噴射方向が振動的に変化する流れとなる。

さらに、特公昭５８−４９３００号公報（特許文献３）には、振動スプレー装置が記載されている。この振動スプレー装置は、図１２に示す構成を有するものであり、前室１１０内で発生するカルマン渦を利用して、出口１１２から噴射される噴流の方向を振動的に変化させるものである。まず、入口孔１１４から前室１１０内に流入した流体は、前室１１０内に島状に設けられた三角形断面の障害物１１６に衝突する。流体が衝突すると、障害物１１６の下流側には、障害物１１６の上側と下側に交互にカルマン渦が発生し、渦列となる。

このカルマン渦の渦列は、成長しながら出口１１２に到達する。出口１１２近傍においては、渦列の渦が存在する側の流速が速く、反対側の流速が遅くなる。図１２に示す例においては、カルマン渦は障害物１１６の上側と下側で交互に発生し、この渦列が順次出口１１２まで到達するので、出口１１２近傍では、上側の流速が速い状態と、下側の流速が速い状態が交互に現れる。上側の流速が速い状態では、流速の速い流体が出口１１２上側の壁面１１０ａに衝突して方向が変えられ、出口１１２から噴射される流体は、全体として斜め下方に向かう噴流となる。一方、下側の流速が速い状態では、流速の速い流体が出口１１２下側の壁面１１０ｂに衝突し、出口１１２からは斜め上方に向かう噴流が噴射される。このような状態が交互に繰り返されることにより、出口１１２からの噴流は往復振動しながら噴射される。

以上、特許文献１乃至３に記載されている流体素子をシャワーヘッド等の吐水装置に応用して、湯水を往復振動させながら吐出することも考えられる。

特開２０００−１２０１４１号公報 特開２００４−２７５９８５号公報 特公昭５８−４９３００号公報

まず、散水ノズルを振動的に駆動して吐出される湯水の方向を変化させる吐水装置は、ノズルを駆動する必要があるため、ノズル周辺の構造が複雑になり、複数のノズルをコンパクトに吐水装置に収納することが難しいという問題がある。また、このタイプの吐水装置では、ノズルが物理的に動くため、可動部分に摩耗が発生しやすく、摩耗を回避するためには、可動部を構成する部材の材質の選択に制約を受けるという問題がある。さらに、複雑な構造の可動部分を摩耗しにくい材料で形成する必要があるため、コスト高になるという問題がある。

一方、特許文献１乃至３に記載されているタイプの噴射装置は流体素子による発振現象を利用したものであり、可動部材を設けることなく流体の噴射方向を変化させることができるため、簡単な構成で、コンパクトにノズル部分を構成できるという利点がある。
しかしながら、特許文献１及び２に記載の流体素子をシャワーヘッド等の吐水装置に応用した場合には、噴射される湯水の浴び心地が良くないという問題が、本件発明者により見出された。ここで、発明者が目標としている良好な浴び心地とは、大きな液滴の湯水が、広範囲に万遍なく吐出されている状態を意味している。即ち、シャワーヘッドから吐出される湯水の液滴が過度に小さい場合には湯水がミスト状となり、同量の湯水を浴びていたとしてもシャワーを浴びている実感を得ることができない。また、吐出される湯水が吐水範囲内で不均一になっていると、使用者が意図してシャワーをあてた部分を均一に洗い流すことができず、使用感の悪いものとなる。

ここで、特許文献１及び２に記載されている流体素子は、噴出される流体がコアンダ効果により壁面に沿って流れるという現象を利用したものであるため、吐出範囲内に噴射される流体にムラができてしまう。即ち、図１１に示す温水便座装置においては、噴射される洗浄水は状態ａ、ｂ、ｃの間を遷移するものであるが、実際には、噴流が壁面に引き寄せられている状態ａや状態ｃの期間が長く、それらの間の状態（状態ｂ付近）をとる期間は極僅かである。このため、特許文献１及び２に記載されている流体素子をシャワーヘッド等の吐水装置に応用した場合、吐水範囲の周辺部分の吐水量が多く、中央付近の吐水量が少ない「中抜け」した状態となり、浴び心地の悪いものとなってしまう。

これに対して特許文献３に記載されている流体素子は、カルマン渦を応用したものであるため、噴流が壁面に引き寄せられながら流れるという現象は殆ど発生していない。このため、吐水方向が振動的に変化することにより形成される吐水範囲内において、ほぼ均一な吐水量を得ることができる。しかしながら、図１２に示す流体素子をシャワーヘッド等の吐水装置に応用した場合、噴射される湯水が往復振動する範囲が、噴出する湯水の流量に強く依存して変化してしまうという問題が本件発明者により見出された。即ち、図１２に示す流体素子では、流量を大きくし、出口１１２から噴射される湯水の流速を速くすると、湯水は大きな速度で壁面１１０ａ（又は１１０ｂ）に衝突して大きく方向転換される。このため、流量が大きい状態では、出口１１２から噴射される湯水は広い範囲に広がるのに対して、流量が小さくなると吐水範囲が狭くなる。このように、流量の変更に伴って吐水範囲が大きく変化するのでは、使い勝手の悪い吐水装置となってしまう。

従って、本発明は、簡単な構造で、コンパクトに構成することができ、使い勝手の良い吐水を得ることができる吐水装置を提供することを目的としている。

上述した課題を解決するために、本発明は、吐水口から湯水を往復振動させながら吐出する吐水装置であって、吐水装置本体と、この吐水装置本体に設けられ、供給された湯水を往復振動させながら吐出する振動発生素子と、を有し、振動発生素子は、吐水装置本体から供給された湯水が流入する給水通路と、この給水通路の流路断面の一部を閉塞するように、給水通路の下流側端部に配置され、給水通路によって導かれた湯水が衝突することで、その下流側に交互に反対回りの渦を発生させる湯水衝突部と、給水通路の下流側に設けられ、湯水衝突部により形成された渦を成長させながら導く渦列通路と、この渦列通路の下流側に設けられた流路断面積ほぼ一定の通路であって、渦列通路によって導かれた渦列を含む湯水を整流して吐出させる整流通路と、を有し、渦列通路の下流側には、流路断面積が下流側に向かって縮小するように、対向する一対の壁面がテーパして設けられたテーパ部分が、整流通路よりも長い範囲に亘って設けられていることを特徴としている。

このように構成された本発明によれば、振動発生素子により、吐水装置から吐出される湯水を往復振動させることができるので、コンパクトで簡単な構造で、１つの吐水口から広い範囲に湯水を吐出することができる。また、吐出するノズルを動かすことなく、吐水方向を変化させることができるので、可動部の摩耗等の問題がなく、低コストで、耐久性の高い吐水装置を構成することができる。また、振動発生素子の渦列通路に、流路断面積が縮小するテーパ部が設けられているので、湯水の吐水流量に依存して大きく吐水範囲が変化することがなく、使い勝手の良い吐水装置を構成することができる。即ち、渦列通路内を流れる湯水はこのテーパした壁面に沿って流れ、湯水の流れ方向は、概ねテーパした壁面に沿った方向に規定されることになるので、流量の変化に起因して吐水範囲が変化し難くなり、吐水範囲をほぼ一定とすることが可能となった。

しかしながら、湯水の流れをテーパした壁面に沿わせることにより、吐水流量に対する吐水範囲の依存性を改善することが可能になったものの、この構成により新たな技術課題が生じた。即ち、このようにして得られた吐水は、吐水範囲の周辺部分の水量が多く、中央付近の吐水量の少ない「中抜け」したものとなり、浴び心地の良くない吐水となってしまった。これは、湯水がテーパした壁面に沿って流れることによりコアンダ効果が発生してしまい、吐水範囲の周辺に吐水が集中したものと考えられる。そこで、本件発明者は、この新たな技術課題を解決するために、渦列通路のテーパ部分を、整流通路よりも長い範囲に亘って設ける構造とした。このように、本件発明者は、テーパ部分を、整流通路よりも長い範囲に亘って設けることにより整流通路から流出する際のコアンダ効果を抑制し、吐水範囲にムラなく液滴を分布させながら、流量の変化による吐水範囲の変化を抑制することに成功した。

本発明において、好ましくは、渦列通路のテーパ部分は、整流通路の長さの４倍以上の長さに亘って設けられている。
このように構成された本発明によれば、壁面がテーパしているテーパ部分が整流通路の長さの４倍以上の長さに亘って設けられているので、整流通路に向かう湯水が渦列通路のテーパした壁面に押し付けられる圧力を十分に低減することができ、コアンダ効果の発生を確実に抑制することができる。

本発明において、好ましくは、整流通路の流路断面積は、湯水衝突部によって流路の一部が閉塞された部分における流路断面積よりも小さい。
本件発明者が検討した結果、湯水衝突部によって形成された渦列の周期は湯水衝突部によって流路の一部が閉塞された部分における流路断面積により決定され、また噴出流速は整流通路の断面積により決定される。このように構成された本発明によれば、整流通路の流路断面積が、湯水衝突部における流路断面積よりも小さく構成されているので、噴出される湯水の波長を長くすることができ、吐吐水方向が振動的に変化することにより形成される吐水範囲内において、中抜けのないほぼ均一な吐水量を得ることができる。

本発明において、好ましくは、渦列通路のテーパした一対の壁面は、渦列通路の中心軸線に対して３゜乃至２５゜傾斜している。
このように構成された本発明によれば、吐水流量による吐水範囲の変化と、吐出時におけるコアンダ効果の発生をバランス良く抑制することができる。

本発明によれば、使い勝手の良い吐水装置を、簡単な構造で、コンパクトに構成することができる。

本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドの外観を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドの全断面図である。 本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドに備えられている振動発生素子の外観を示す斜視図である。 （ａ）本発明の第１実施形態における振動発生素子の平面断面図であり、（ｂ）振動発生素子の垂直断面図である。 本発明の実施形態によるシャワーヘッドに備えられている振動発生素子における湯水の流れを解析した流体シミュレーションの結果を示す図である。 比較例として、図１２に示す構造の振動発生素子における湯水の流れを解析した流体シミュレーションの結果を示す図である。 （ａ）本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドに備えられている単一の振動発生素子から吐出された湯水の流れを示すストロボ写真の一例であり、（ｂ）比較例として、図１２に示す構造の振動発生素子から吐出された湯水の流れを示すストロボ写真の一例である。 （ａ）本発明の第２実施形態における振動発生素子の平面断面図であり、（ｂ）振動発生素子の垂直断面図である。 本発明の第３実施形態における振動発生素子の平面断面図である。 本発明の第４実施形態における振動発生素子の平面断面図である。 特許文献１に記載されている流体素子の作用を示す図である。 特許文献３に記載されている流体素子の構成を示す図である。

次に、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の吐水装置であるシャワーヘッドを説明する。
まず、図１乃至図７を参照して、本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドを説明する。図１は本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドの外観を示す斜視図である。図２は本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドの全断面図である。図３は本発明の第１実施形態によるシャワーヘッドに備えられている振動発生素子の外観を示す斜視図である。また、図４は、（ａ）本実施形態における振動発生素子の平面断面図であり、（ｂ）振動発生素子の垂直断面図である。

図１に示すように、本実施形態のシャワーヘッド１は、概ね円柱形の吐水装置本体であるシャワーヘッド本体２と、このシャワーヘッド本体２内に、軸線方向に一直線に並べて埋め込まれた７つの振動発生素子４と、を有する。
本実施形態のシャワーヘッド１は、シャワーヘッド本体２の基端部２ａに接続されたシャワーホース（図示せず）から湯水が供給されると、各振動発生素子４の吐水口４ａから湯水が往復振動しながら吐出される。なお、本実施形態においては、湯水は、シャワーヘッド本体２の中心軸線に概ね直交する平面内で、所定の中心角を有する扇形を形成するように、各吐水口４ａから吐出される。

次に、図２を参照して、シャワーヘッド１の内部構造を説明する。
図２に示すように、シャワーヘッド本体２内には、通水路を形成する通水路形成部材６と、各振動発生素子４を保持する振動発生素子保持部材８が内蔵されている。
通水路形成部材６は、概ね円筒形の部材であり、シャワーヘッド本体２の内部に供給された湯水の流路を形成するように構成されている。通水路形成部材６の基端部には、シャワーホース接続部材６ａが水密的に接続されるようになっている。また、通水路形成部材６の先端部は、半円形断面状に切り欠かれており、この切り欠き部分に振動発生素子保持部材８が配置される。

振動発生素子保持部材８は、概ね半円柱形の部材であり、通水路形成部材６の切り欠き部に配置されることにより、円柱形が形成されるようになっている。また、通水路形成部材６と振動発生素子保持部材８の間にはパッキン６ｂが配置され、これらの間の水密性が確保されている。さらに、振動発生素子保持部材８には、各振動発生素子４を挿入して保持するための７つの素子挿入孔８ａが、概ね等間隔に、軸線方向に一直線に並べて形成されている。これにより、通水路形成部材６の中に流入した湯水は、振動発生素子保持部材８に保持された各振動発生素子４の背面側に流入し、正面に設けられた吐水口４ａから吐出される。また、各素子挿入孔８ａは、シャワーヘッド本体２の中心軸線に直交する平面に対して僅かに傾斜するように設けられており、各振動発生素子４から噴射される湯水は、全体としてシャワーヘッド本体２の軸線方向にも僅かに広がるように吐出される。

次に、図３及び図４を参照して、本実施形態のシャワーヘッドに内蔵されている振動発生素子４の構成を説明する。
図３に示すように、振動発生素子４は概ね薄い直方体状の部材であり、その正面側の端面には長方形の吐水口４ａが設けられ、背面側の端部には鍔部４ｂが形成されている。さらに、振動発生素子４の周囲を一周するように、鍔部４ｂと平行に溝４ｃが設けられている。この溝４ｃにはＯリング（図示せず）が嵌め込まれ、振動発生素子保持部材８の素子挿入孔８ａとの間の水密性が確保される。また、振動発生素子４は、鍔部４ｂにより振動発生素子保持部材８に対して位置決めされると共に、水圧による振動発生素子保持部材８からの脱落が防止されている。

図４（ａ）は図３のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図４（ｂ）は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図４（ａ）に示すように、振動発生素子４の内部には、長手方向に貫通するように長方形断面の通路が形成されている。この通路は、上流側から順に、給水通路１０ａ、渦列通路１０ｂ、整流通路１０ｃとして形成されている。
給水通路１０ａは、振動発生素子４背面側の流入口４ｄから延びる断面積一定の長方形断面の直線状の通路である。
渦列通路１０ｂは、給水通路１０ａの下流側に、給水通路１０ａに連なるように（段差なく）設けられた長方形断面の通路である。即ち、給水通路１０ａの下流端と、渦列通路１０ｂの上流端は、同一の寸法形状を有している。渦列通路１０ｂの対向する一対の壁面（両側壁面）は、下流側に向けて流路断面積が渦列通路１０ｂ全体に亘って縮小するようにテーパして構成されている。即ち、渦列通路１０ｂは下流側に向けて細く、次第に幅が狭くなるように構成されている。

整流通路１０ｃは、渦列通路１０ｂと連通するように下流側に設けられた長方形断面の通路であり、断面積一定で直線状に形成されている。この整流通路１０ｃにより、渦列通路１０ｂによって導かれた渦列を含む湯水が整流され、吐水口４ａから吐出される。この整流通路１０ｃの流路断面積は、渦列通路１０ｂの下流側端部の流路断面積よりも小さく構成されており、渦列通路１０ｂと整流通路１０ｃの間には段部１２が形成されている。

一方、図４（ｂ）に示すように、給水通路１０ａ、渦列通路１０ｂ、及び整流通路１０ｃの高さ方向に対向する壁面（天井面及び床面）は、全て同一平面上に設けられている。即ち、給水通路１０ａ、渦列通路１０ｂ、及び整流通路１０ｃの高さは全て同一で、一定である。

次に、給水通路１０ａの下流側端部（給水通路１０ａと渦列通路１０ｂの接続部近傍）には湯水衝突部１４が形成されており、この湯水衝突部１４は給水通路１０ａの流路断面の一部を閉塞するように設けられている。この湯水衝突部１４は、給水通路１０ａの高さ方向に対向する壁面（天井面及び床面）を連結するように延びる三角柱状の部分であり、給水通路１０ａの幅方向の中央に、島状に配置されている。湯水衝突部１４の断面は、直角二等辺三角形状に形成されており、その斜辺が給水通路１０ａの中心軸線と直交するように配置され、また、直角二等辺三角形の直角の部分は下流側に向くように配置されている。この湯水衝突部１４を設けることにより、その下流側にカルマン渦が生成され、吐水口４ａから吐出される湯水が往復振動される。また、本実施形態においては、湯水衝突部１４は、直角二等辺三角形の斜辺の部分（湯水衝突部１４の上流端）が渦列通路１０ｂの上流端よりも上流側に位置し、直角二等辺三角形の直角の部分（湯水衝突部１４の下流端）が渦列通路１０ｂの上流端よりも下流側に位置するように配置されている。

なお、本実施形態において、渦列通路１０ｂの側壁面と、中心軸線との為す角（図４（ａ）における角α）は約７゜である。好ましくは、側壁面と中心軸線との為す角は約３゜乃至約２５゜に設定する。このように角度を設定することにより、吐出流量の変化に伴う吐水範囲の変化を抑制しながら、コアンダ効果の発生を抑制することができる。さらに、供給通路１０ａ下流端の、湯水衝突部１４によって一部が閉塞されている部分の流路断面積は、整流通路１０ｃの流路断面積よりも大きく構成されている。

次に、図５乃至図７を新たに参照して、本発明の実施形態によるシャワーヘッド１の作用を説明する。
図５は、本発明の実施形態によるシャワーヘッド１に備えられている振動発生素子４における湯水の流れを解析した流体シミュレーションの結果を示す図である。図６は、比較例として、図１２に示した構造の振動発生素子における湯水の流れを解析した流体シミュレーションの結果を示す図である。図７（ａ）は、本発明の実施形態によるシャワーヘッド１に備えられている単一の振動発生素子４から吐出された湯水の流れを示すストロボ写真の一例である。図７（ｂ）は、比較例として、図１２に示した構造の振動発生素子から吐出された湯水の流れを示すストロボ写真の一例である。

まず、シャワーホース（図示せず）から供給された湯水は、シャワーヘッド本体２内の通水路形成部材６（図２）に流入し、さらに、振動発生素子保持部材８に保持された各振動発生素子４の流入口４ｄに流入する。各振動発生素子４の流入口４ｄから給水通路１０ａに流入した湯水は、その流路の一部を閉塞するように設けられた湯水衝突部１４に衝突する。これにより、湯水衝突部１４の下流側には、湯水衝突部１４の左右方向両側に交互にカルマン渦の渦列が形成される。この湯水衝突部１４により形成されたカルマン渦は、テーパ状に先が細くなった渦列通路１０ｂによって導かれながら成長し、整流通路１０ｃに至る。

この渦列通路１０ｂ内における湯水の流れを流体シミュレーションにより解析した結果が図５（ａ）〜（ｃ）である。この流体シミュレーションに示されているように、湯水衝突部１４の両側には渦が発生し、その部分で流速が高くなっている。この流速の高い部分（図５において色の濃い部分）は湯水衝突部１４の下流側に交互に表れ、渦列は渦列通路１０ｂの壁面に沿って吐水口４ａに向かって進行する。渦列通路１０ｂの下流側の整流通路１０ｃに流入した湯水は、ここで整流される。この整流通路１０ｃを経て吐水口４ａから吐出される湯水は、吐水口４ａにおける流速分布に基づいて曲げられ、流速の高い部分が図５における上下方向に移動するに従って、吐出方向が変化する。即ち、湯水の流速の高い部分が図５における吐水口４ａの上端に位置する状態では、湯水は下方に向けて噴射され、流速の高い部分が吐水口４ａの下端に位置する状態では、湯水は上方に向けて噴射される。このように、湯水衝突部１４の下流側に交互に反対回りのカルマン渦を発生させることにより、吐水口４ａにおいて流速分布が発生して、噴流が偏向する。また、渦列の進行により流速の速い部分の位置が往復運動するため、噴射される湯水も往復振動する。

また、渦列通路１０ｂと整流通路１０ｃの間には段部１２が設けられているため、渦列通路１０ｂのテーパした壁面に沿う流れは、ここで剥離されて整流通路１０ｃに流入する。この段部１２により流れが壁面から剥離されることにより、整流通路１０ｃの壁面において発生するコアンダ効果が抑制され、吐水口４ａから吐出される湯水は、滑らかに往復移動される。従って、段部１２は、渦列通路１０ｂの壁面に沿った流れを剥離させ、コアンダ効果を抑制する剥離部として作用する。

一方、比較例として図６に示すように、図１２に示した構造の振動発生素子においては、衝突部の下流側にカルマン渦の渦列が発生しているものの、吐水口の部分において噴射される湯水が大きく偏向され、噴射される湯水の吐水範囲が広くなりすぎている。また、吐出させる湯水の流量を減少させてシミュレーションを行うと、今度は、噴射される湯水があまり偏向されなくなり吐水範囲が狭くなってしまうことが確認された。一方、本実施形態における振動発生素子４では、適切な大きさの吐水範囲が、比較的広い範囲の流量で得られることが確認されている。

次に、図７（ａ）に示す、本実施形態における振動発生素子４から吐出された湯水の流れを示すストロボ写真では、吐水方向が滑らかに往復移動しているため、整った正弦波状の流れが得られている。これに対し、比較例として図７（ｂ）に示す、図１２に示した構造の振動発生素子から吐出された湯水は、往復振動しているものの、弓形に湾曲している。これは、湯水の吐出方向の変化が滑らかではなく、偏向角度が最大となっている時間が長く、最大の偏向角度の間で噴流が移動する時間が短くなっているためである。このように、本実施形態における振動発生素子４によれば、大粒の液滴が、広い範囲にムラなく吐出される浴び心地の良いシャワー吐水を得ることができる。

次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態によるシャワーヘッドを説明する。
本実施形態のシャワーヘッドは、内蔵されている振動発生素子の通路の構成のみが、上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。

図８は、（ａ）本発明の第２実施形態における振動発生素子の平面断面図であり、（ｂ）振動発生素子の垂直断面図である。
図８（ａ）に示すように、振動発生素子２０の内部には、長手方向に貫通するように長方形断面の通路が形成されている。この通路は、上流側から順に、給水通路２２ａ、渦列通路２２ｂ、整流通路２２ｃとして形成されている。
給水通路２２ａは、振動発生素子２０背面側の流入口２０ｄから延びる断面積一定の長方形断面の直線状の通路である。
渦列通路２２ｂは、給水通路２２ａの下流側に、給水通路２２ａに連なるように設けられた長方形断面の通路である。即ち、給水通路２２ａの下流端と、渦列通路２２ｂの上流端は、同一の寸法形状を有している。渦列通路２２ｂの対向する一対の壁面（両側面）は、下流側に向けて流路断面積が縮小するようにテーパして構成されている。即ち、渦列通路２２ｂは下流側に向けて細くなるように、次第に幅が狭くなるように構成されている。

整流通路２２ｃは、渦列通路２２ｂの下流端に連なるように設けられた長方形断面の通路であり、断面積一定で直線状に形成されている。従って、整流通路２２ｃは、渦列通路２２ｂの下流端と同一の寸法形状を有しており、流路断面積も同一に構成されている。

一方、図８（ｂ）に示すように、給水通路２２ａ、渦列通路２２ｂ、及び整流通路２２ｃの高さ方向に対向する壁面（天井面及び床面）は、全て同一平面上に設けられている。即ち、給水通路２２ａ、渦列通路２２ｂ、及び整流通路２２ｃの高さは全て同一で、一定である。

次に、給水通路２２ａの下流側端部（給水通路２２ａと渦列通路２２ｂの接続部近傍）には、給水通路２２ａの流路断面の一部を閉塞するように、湯水衝突部２４が設けられている。この湯水衝突部２４は、給水通路２２ａの高さ方向に対向する壁面（天井面及び床面）を連結するように延びる三角柱状の部分であり、給水通路２２ａの幅方向の中央に、島状に配置されている。湯水衝突部２４の断面は、直角二等辺三角形状に形成されており、その斜辺が給水通路２２ａの中心軸線と直交するように配置され、また、断面の直角の部分は下流側に向くように配置されている。この湯水衝突部２４を設けることにより、その下流側にカルマン渦が生成され、吐水口２０ａから吐出される湯水が往復振動される。

なお、本実施形態において、渦列通路２２ｂの側壁面と、中心軸線との為す角（図８（ａ）における角α）は約７゜である。好ましくは、側壁面と中心軸線との為す角は約３゜乃至約２５゜に設定する。このように角度を設定することにより、吐出流量の変化に伴う吐水範囲の変化を抑制しながら、コアンダ効果の発生を抑制することができる。さらに、供給通路２２ａ下流端の、湯水衝突部２４によって一部が閉塞されている部分の流路断面積は、整流通路２２ｃの流路断面積よりも大きく構成されている。

本実施形態の振動発生素子２０は、第１実施形態における段部１２（剥離部）が設けられていないが、本実施形態においても、吐水口２０ａから吐出される湯水は、適度な角度範囲で往復振動されると共に、吐出される湯水の流量によって吐出範囲が大きく変化することはなかった。これは、渦列通路２２ｂにおけるテーパ角（角α）が比較的小さいため、渦列通路２２ｂ内を流れる湯水が側壁面に強い力で押し付けられることがない。これにより、渦列通路２２ｂから連なる整流流路２２ｃにおいて十分に湯水の流れが剥離され、コアンダ効果が抑制されたものと考えられる。

次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態によるシャワーヘッドを説明する。
本実施形態のシャワーヘッドは、内蔵されている振動発生素子の通路の構成のみが、上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。

図９は、本発明の第３実施形態における振動発生素子の平面断面図である。
図９に示すように、本実施形態における振動発生素子３０は、渦列通路の構成が第１実施形態と異なっており、渦列通路の上流側が断面積一定の通路で構成されている。振動発生素子３０の内部には、長手方向に貫通するように長方形断面の通路が形成されている。この通路は、上流側から順に、給水通路３２ａ、渦列通路３２ｂ、整流通路３２ｃとして形成されている。
給水通路３２ａは、振動発生素子３０背面側の流入口３０ｄから延びる断面積一定の長方形断面の直線状の通路である。
渦列通路３２ｂは、給水通路３２ａの下流側に、給水通路３２ａに連なるように設けられた長方形断面の通路である。即ち、給水通路３２ａの下流端と、渦列通路３２ｂの上流端は、同一の寸法形状を有している。渦列通路３２ｂの対向する一対の壁面（両側面）は、その上流側においては平行に形成され、下流側においては、下流端に向けて流路断面積が縮小するようにテーパして構成されたテーパ部分３２ｄが設けられている。即ち、渦列通路３２ｂは、上流端から断面積一定で延びた後、下流側に向けて次第に幅が狭くなるように構成されている。

整流通路３２ｃは、渦列通路３２ｂ（テーパ部分３２ｄ）と連通するように下流側に設けられた長方形断面の通路であり、断面積一定で直線状に形成されている。この整流通路３２ｃにより、渦列通路３２ｂによって導かれた渦列を含む湯水が整流され、吐水口３０ａから吐出される。この整流通路３２ｃの流路断面積は、渦列通路３２ｂ（テーパ部分３２ｄ）の下流側端部の流路断面積よりも小さく構成されており、渦列通路３２ｂと整流通路３２ｃの間には剥離部である段部３６が形成されている。

一方、第１実施形態と同様に、給水通路３２ａ、渦列通路３２ｂ、及び整流通路３２ｃの高さ方向に対向する壁面（天井面及び床面）は、全て同一平面上に設けられている。即ち、給水通路３２ａ、渦列通路３２ｂ、及び整流通路３２ｃの高さは全て同一で、一定である。

次に、給水通路３２ａの下流側端部（給水通路３２ａと渦列通路３２ｂの接続部近傍）には、給水通路３２ａの流路断面の一部を閉塞するように、湯水衝突部３４が設けられている。この湯水衝突部３４の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

なお、本実施形態において、このように、渦列通路３２ｂのテーパ部分３２ｄの軸線方向の長さを、整流通路３２ｃの軸線方向の長さよりも長く形成しておくことにより、吐出される湯水の流量による吐出範囲の変化を十分に抑制できることが確認されている。好ましくは、テーパ部分３２ｄの軸線方向の長さは、整流通路３２ｃの軸線方向の長さの４倍以上に形成する。また、渦列通路３２ｂの側壁面と、中心軸線との為す角（図９における角α）は約７゜である。好ましくは、側壁面と中心軸線との為す角は約３゜乃至約２５゜に設定する。このように角度を設定することにより、吐出流量の変化に伴う吐水範囲の変化を抑制しながら、コアンダ効果の発生を抑制することができる。さらに、給水通路３２ａ下流端の、湯水衝突部３４によって一部が閉塞されている部分の流路断面積（給水通路３２ａの流路断面積から湯水衝突部３４の投影面積を減じた面積）は、整流通路３２ｃの流路断面積よりも大きく構成されている。

次に、図１０を参照して、本発明の第４実施形態によるシャワーヘッドを説明する。
本実施形態のシャワーヘッドは、内蔵されている振動発生素子の通路の構成のみが、上述した第１実施形態とは異なっている。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成、作用、効果については説明を省略する。

図１０は、本発明の第４実施形態における振動発生素子の平面断面図である。
図１０に示すように、本実施形態における振動発生素子４０は、渦列通路の構成及び剥離部の構成が第１実施形態と異なっており、渦列通路の上流側が断面積一定の通路で構成されていると共に、渦列通路と整流通路との間に段部が設けられていない。即ち、振動発生素子４０の内部には、長手方向に貫通するように長方形断面の通路が形成されている。この通路は、上流側から順に、給水通路４２ａ、渦列通路４２ｂ、整流通路４２ｃとして形成されている。
給水通路４２ａは、振動発生素子４０背面側の流入口４０ｄから延びる断面積一定の長方形断面の直線状の通路である。
渦列通路４２ｂは、給水通路４２ａの下流側に、給水通路４２ａに連なるように設けられた長方形断面の通路である。即ち、給水通路４２ａの下流端と、渦列通路４２ｂの上流端は、同一の寸法形状を有している。渦列通路４２ｂの対向する一対の壁面（両側面）は、その上流側においては平行に形成され、下流側においては、下流端に向けて流路断面積が縮小するようにテーパして構成されたテーパ部分４２ｄが設けられている。即ち、渦列通路４２ｂは、上流端から断面積一定で延びた後、下流側に向けて次第に幅が狭くなるように構成されている。

整流通路４２ｃは、渦列通路４２ｂ（テーパ部分４２ｄ）の下流端に連なるように設けられた長方形断面の通路であり、断面積一定で吐水口４０ａまで直線状に延びている。従って、整流通路４２ｃは、渦列通路４２ｂ（テーパ部分４２ｄ）の下流端と同一の寸法形状を有しており、流路断面積も同一に構成されている。

一方、第１実施形態と同様に、給水通路４２ａ、渦列通路４２ｂ、及び整流通路４２ｃの高さ方向に対向する壁面（天井面及び床面）は、全て同一平面上に設けられている。即ち、給水通路４２ａ、渦列通路４２ｂ、及び整流通路４２ｃの高さは全て同一で、一定である。

次に、給水通路４２ａの下流側端部（給水通路４２ａと渦列通路４２ｂの接続部近傍）には、給水通路４２ａの流路断面の一部を閉塞するように、湯水衝突部４４が設けられている。この湯水衝突部４４の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

なお、本実施形態においては、第３実施形態と同様に、渦列通路４２ｂのテーパ部分４２ｄの軸線方向長さを、整流通路４２ｃの軸線方向の長さよりも長く形成しておくことにより、吐出される湯水の流量による吐出範囲の変化を十分に抑制できることが確認されている。好ましくは、テーパ部分４２ｄの長さは、整流通路４２ｃの長さの４倍以上に形成する。渦列通路４２ｂの側壁面と、中心軸線との為す角（図１０における角α）は約７゜である。好ましくは、側壁面と中心軸線との為す角は約３゜乃至約２５゜に設定する。このように角度を設定することにより、吐出流量の変化に伴う吐水範囲の変化を抑制しながら、コアンダ効果の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態のシャワーヘッド（１）によれば、振動発生素子（４、２０、３０、４０）により、吐出される湯水を往復振動させることができるので、コンパクトで簡単な構造で、１つの吐水口から広い範囲に湯水を吐出することができる。また、吐出するノズルを動かすことなく、吐水方向を変化させることができるので、可動部の摩耗等の問題がなく、低コストで、耐久性の高いシャワーヘッドを構成することができる。また、振動発生素子の渦列通路（１０ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ）に、流路断面積が縮小するテーパ部が設けられているので、湯水の吐水流量に依存して大きく吐水範囲が変化することがなく、使い勝手の良いシャワーヘッドを構成することができる。さらに、渦列通路の対向する壁面がテーパして設けられたテーパ部分が、整流通路（１０ｃ、２２ｃ、３２ｃ、４２ｃ）よりも長い範囲に亘って設けられているので、渦列通路内を流れる湯水が高い圧力で壁面に押し付けられることがなく、整流通路から流出する際のコアンダ効果が抑制され、吐水範囲にムラなく液滴を分布させることができる。

また、本実施形態のシャワーヘッド（１）によれば、渦列通路（１０ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ）の壁面がテーパしているテーパ部分が整流通路（１０ｃ、２２ｃ、３２ｃ、４２ｃ）の長さの４倍以上の長さに亘って設けられているので、整流通路に向かう湯水が渦列通路のテーパした壁面に押し付けられる圧力を十分に低減することができ、コアンダ効果の発生を確実に抑制することができる。

さらに、本実施形態のシャワーヘッド（１）によれば、整流通路（１０ｃ、２２ｃ、３２ｃ、４２ｃ）の流路断面積が、湯水衝突部（１４、２４、３４、４４）における流路断面積よりも小さく構成されているので、噴出される湯水の波長を長くすることができ、吐吐水方向が振動的に変化することにより形成される吐水範囲内において、中抜けのないほぼ均一な吐水量を得ることができる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した実施形態においては、本発明をシャワーヘッドに適用していたが、台所のシンクや洗面台等で使用する水栓装置や、便座等に備えられる温水洗浄装置等、任意の吐水装置に本発明を適用することができる。また、上述した実施形態においては、シャワーヘッドに複数の振動発生素子が備えられていたが、吐水装置には適用に応じて任意の個数の振動発生素子を備えることができ、単一の振動発生素子を備えた吐水装置を構成することもできる。

なお、上述した本発明の実施形態において、振動発生素子内の通路について、便宜的に「幅」、「高さ」等の用語を用いて形状を説明したが、これらの用語は振動発生素子を設ける方向を規定するものではなく、振動発生素子は任意の方向に向けて使用することができる。例えば、上述した実施形態における「高さ」の方向を水平方向に向けて振動発生素子を使用することもできる。

１ 本発明の第１実施形態の吐水装置であるシャワーヘッド
２ シャワーヘッド本体（吐水装置本体）
４ 振動発生素子
４ａ 吐水口
４ｂ 鍔部
４ｃ 溝
４ｄ 流入口
６ 通水路形成部材
６ａ シャワーホース接続部材
６ｂ パッキン
８ 振動発生素子保持部材
８ａ 素子挿入孔
１０ａ 給水通路
１０ｂ 渦列通路
１０ｃ 整流通路
１２ 段部（剥離部）
１４ 湯水衝突部
２０ 振動発生素子
２０ａ 吐水口
２０ｄ 流入口
２２ａ 給水通路
２２ｂ 渦列通路
２２ｃ 整流通路
２４ 湯水衝突部
３０ 振動発生素子
３０ａ 吐水口
３０ｄ 流入口
３２ａ 給水通路
３２ｂ 渦列通路
３２ｃ 整流通路
３２ｄ テーパ部分
３４ 湯水衝突部
３６ 段部（剥離部）
４０ 振動発生素子
４０ａ 吐水口
４０ｄ 流入口
４２ａ 給水通路
４２ｂ 渦列通路
４２ｃ 整流通路
４２ｄ テーパ部分
４４ 湯水衝突部
１０２ 噴射ノズル
１０２ａ 噴射口
１０４ フィードバック流路
１１０ 前室
１１０ａ 壁面
１１０ｂ 壁面
１１２ 出口
１１４ 入口孔
１１６ 障害物

Claims (4)

1. 吐水口から湯水を往復振動させながら吐出する吐水装置であって、
   吐水装置本体と、
   この吐水装置本体に設けられ、供給された湯水を往復振動させながら吐出する振動発生素子と、を有し、
   上記振動発生素子は、
   上記吐水装置本体から供給された湯水が流入する給水通路と、
   この給水通路の流路断面の一部を閉塞するように、上記給水通路の下流側端部に配置され、上記給水通路によって導かれた湯水が衝突することで、その下流側に交互に反対回りの渦を発生させる湯水衝突部と、
   上記給水通路の下流側に設けられ、上記湯水衝突部により形成された渦を成長させながら導く渦列通路と、
   この渦列通路の下流側に設けられた流路断面積ほぼ一定の通路であって、上記渦列通路によって導かれた渦列を含む湯水を整流して吐出させる整流通路と、を有し、
   上記渦列通路の下流側には、流路断面積が下流側に向かって縮小するように、対向する一対の壁面がテーパして設けられたテーパ部分が、上記整流通路よりも長い範囲に亘って設けられていることを特徴とする吐水装置。
2. 上記渦列通路の上記テーパ部分は、上記整流通路の長さの４倍以上の長さに亘って設けられている請求項１記載の吐水装置。
3. 上記整流通路の流路断面積は、上記湯水衝突部によって流路の一部が閉塞された部分における流路断面積よりも小さい請求項１又は２記載の吐水装置。
4. 上記渦列通路のテーパした一対の壁面は、上記渦列通路の中心軸線に対して３゜乃至２５゜傾斜している請求項１乃至３の何れか１項に記載の吐水装置。