JP2017108832A - 吐水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カルマン渦を利用した流体素子において、供給される湯水の瞬間流量が変化した場合であっても、吐水装置から吐出される湯水が安定して往復運動する吐水装置を提供する。【解決手段】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、振動発生素子と、を有し、上記振動発生素子は、給水通路と、湯水衝突部に給水通路から導かれた湯水の一部が衝突することで、その下流側に交互に反対回りの渦を発生させる渦発生通路と、吐水口通路と、上記給水通路が供給された湯水の瞬間流量が増大した際に、上記衝突部とその周囲の内壁面との間に形成される渦発生部の流路断面積を拡大させる流路可変部と、を有することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、湯水を往復振動させながら吐出する吐水装置に関する。

下記特許文献１〜３には、流体素子による発振現象を利用した吐水装置が記載されている。これらの吐水装置によれば、可動部材を設けることなく吐水の噴射方向を変化させることができるため、広い範囲に吐水可能な吐水装置を、簡単且つコンパクトな構成で実現できるという利点がある。

下記特許文献３に記載された吐水装置は、図１０に示す通り、まず入口孔１１４から前室１１０内に流入した流体が、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１０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。この方式の吐水装置によれば、極めて簡単且つコンパクトな構成で広い範囲に吐水可能な吐水装置を実現できる。

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

しかしながら、上記特許文献３に記載された方式の吐水装置において、上流側に流量調整手段が設けられている場合、この流量調整手段で流量を変更した場合には、吐水装置に流れ込む流体の瞬間流量が変化してしまう。すなわち、障害物１１６に衝突する流体の瞬間流量が変化し、障害物１１６の両側を通過する流体の速度が変化してしまう。

流体の速度が変化すると、発生するカルマン渦の周期が変化することで、往復運動の周期に影響を与えてしまう。つまり、設計者の意図していない往復運動となって、所望の振動吐水が行えないという問題が発生する。特に瞬間流量が増大し、カルマン渦の発生周期が短くなる場合には、往復運動の折り返し端部近くの水滴同士が接触して結合し、吐水の偏りが発生してしまい、浴び心地等に大きな悪影響が生じてしまう恐れがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、カルマン渦を利用した流体素子において、流入する流体の瞬間流量によって吐水に大きな影響が生じることを抑制できる吐水装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る吐水装置は、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、この吐水装置本体に取り付けられ、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、を有している。また、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、上記給水通路の下流側に設けられ、流路断面の一部を閉塞するよう設けられた湯水衝突部を有し、この湯水衝突部に給水通路から導かれた湯水の一部が衝突することで、その下流側に交互に反対回りの渦を発生させる渦発生通路と、上記渦発生通路の下流側に設けられ、上記渦列通路から導かれた渦列を含む湯水を往復振動させながら吐出させる吐水口通路と、上記給水通路が供給された湯水の瞬間流量が増大した際に、上記衝突部とその周囲の内壁面との間に形成される渦発生部の流路断面積を拡大させる流路可変部と、を有している。

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、流路可変部を設けていることにより、供給される湯水の流量を変更しても、湯水衝突部と給水通路の間を流れる湯水の流速が大きく変化することを抑制できる。つまり、湯水の瞬間流量によらず、所望のカルマン渦を安定的に発生させて所望の振動吐水にすることができる。

また本発明に係る吐水装置では、上記流路可変部は、上記給水通路と上記渦発生通路との間に接続されており、上記流路可変部が拡大した場合であっても、段差部が形成されないよう接続されていることも好ましい。

このように構成された本発明によれば、流路可変部が拡大した場合であっても、渦発生通路との間に段差が生じない。これにより、安定したカルマン渦が発生し、湯水の往復運動を安定させることが出来る。

また本発明に係る吐水装置では、流路可変部は、軟質部材により形成されていることも好ましい。

このように構成された本発明によれば、簡単な構成で渦発生部の流路断面積を拡大させることが可能となる。

本発明によれば、カルマン渦を利用した流体素子において、供給される湯水の瞬間流量が変化した場合であっても、吐水装置から吐出される湯水が安定して往復運動する吐水装置を提供することができる。

本発明における吐水装置の外観図である 本発明における吐水装置の分解斜視図である。 本発明における吐水装置の断面図である。 本発明における振動発生素子の外観図である。 本発明における吐水の発振の様子を表した模式図である。 対比例における瞬間流量変化時の振動発生素子の模式図である。 本発明における瞬間流量変化時の振動発生素子の模式図である。 本発明の変形例における瞬間流量変化時の振動発生素子の模式図である。 本発明の変形例における瞬間流量変化時の振動発生素子の模式図である。 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。

以下に、図面を用いながら本発明の実施例における吐水装置１について、説明を行う。
図１は本発明における吐水装置１の外観図である。吐水装置１はいわゆるハンドシャワーであって、吐水装置本体１０と、吐水装置本体１０に設けられた振動発生素子２とから構成されている。吐水装置本体１０は、おおきく、吐水ヘッド１２と把持部１４から構成されている。吐水ヘッド１０には複数の吐水ノズル１６と、振動発生素子２との二種類の吐水口が設けられており、それぞれ同時に、あるいは切り替えて吐水を行うことができるように構成されている。

図２は本発明における吐水装置１の分解斜視図である。吐水ヘッド１２は表面に設けられた散水板１８と、振動発生素子２と、吐水ノズル１６とを有する軟質材料により構成された散水パッキン４とから構成されている。散水板１８には複数の開口部が設けられており、この開口部から、振動発生素子２および吐水ノズル１６が表面に突出する形で組み立てられる。

図３は本発明における吐水装置１の断面図である。図３に示すように、散水パッキン４は吐水ヘッド本体１２０と散水板１８とに挟持される形で固定されている。また、把持部１４の内部には、給水路１４０が形成されており、図示していないシャワーホースから供給される湯水を吐水ヘッド１２へと供給する構造となっている。

図４に本発明における振動発生素子２の外観図を示す。振動発生素子２は略長方形上の吐水口を有し、その長方形の長手方向に往復振動しながら吐水を行うノズルである。このとき、湯水が往復振動する方向と一致する長手方向辺に一対の第一壁面部２４２を、直行する短手方向辺に一対の第二壁面部２４４を、それぞれ有しており、第一壁面部２４２のほうが第二壁面部２４４よりも厚みが厚い。

図５は本体における振動発生素子２の動作の様子を示した模式図である。
図５（ａ）は図４におけるＡ−Ａ断面図であるが、ここに示すように、振動発生素子２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２０、渦発生通路２２、吐水口流路２６として形成されている。給水通路２０は、振動発生素子２の背面側の流入口から伸びる断面積一定の長方形断面の直線状の通路である。給水通路２０の壁面は軟質部材から構成されている。

渦発生通路２２は給水通路２０の下流側に、給水通路２０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２０から渦発生通路２２までは同一の寸法形状を有している。
吐水口通路２４は渦発生通路２２のさらに下流側に、渦発生通路２２と連なるようにもうけられた長方形断面の通路である。吐水口通路２４は渦発生通路２２よりも、断面長方形の長辺方向の長さが短くなるように構成されており、断面積が小さくなっている。

給水通路２０と渦発生通路２２との間には湯水衝突部２６が設けられている。この湯水衝突部２６は図５（ｂ）（図４のＢ−Ｂ断面図）に示すように給水通路２０の高さ方向に対抗する壁面（天井面および床面）を連結するように伸びる三角柱状の部分であり、給水通路２０の幅方向の中央に、島状に配置されている。湯水衝突部２６の断面は、二等辺三角形状に形成されており、長さが等しい二辺が下流側に向かうように配置されている。この湯水衝突部２６を設けることにより、その下流側の渦発生通路２２内でカルマン渦が生成され、吐水口通路２４から吐水される湯水が往復振動される。このとき、吐水口通路２４から吐水された湯水は吐水口通路２４から吐出した後に、破断して水滴となって吐水される。

なお、湯水衝突部２６のうち、給水通路２０から流れてくる湯水が衝突する面の面積、即ち、給水通路２０のうち湯水衝突部２６によって閉塞されている部分の流路断面積は、吐水口通路２４の流路断面積よりも大きく構成されている。

図６に、対比例における振動発生素子２の瞬間流量変化の様子を模式的に示す。図６（ａ）に瞬間流量が小さい場合、図６（ｂ）に瞬間流量が大きい場合をそれぞれ示している。
図６（ａ）のように瞬間流量が一定の場合、湯水衝突部２６とその周囲の給水通路２０との間の渦発生部を通過する湯水の速度も一定となる。従って、下流側の渦発生通路２２に発生するカルマン渦も上側と下側に交互に一定の大きさ、速度で発生することになり、吐水口通路２４からの吐水も一定の往復運動をおこないながら吐水される。

しかし、図６（ｂ）のように、瞬間流量が増大すると、渦発生部を通過する湯水の速度は速くなる。このため、渦発生通路２２に発生するカルマン渦の周期が短くなり、最終的に吐水口通路２４からの吐水の発振周期が早くなる。また、瞬間流量が所定流量を越え、渦発生部を通過する湯水の速度が所定速度以上になった場合、吐水口通路２４から吐出した後に水滴となった湯水が、振動の折り返し部分において、互いに衝突してしまう現象が発生する。これにより、振動の折り返し部分、つまり、往復運動の左右端部分だけ水滴が大きく、水滴の感覚が疎であるという状態が発生し、浴び心地に悪影響を与えてしまう。

一方で、図示しないが、瞬間流量が減少すると、渦発生部を通過する湯水の速度は遅くなる。このため、渦発生通路２２に発生するカルマン渦の周期が長くなり、最終的に吐水口通路２４からの吐水の往復運動も遅いものとなってしまう。また、瞬間流量がある一定を下回ると、カルマン渦の発生が起きなくなってしまい、吐水の往復運動もなくなってしまう恐れがある。

図７に本発明における振動発生素子２の吐水の模式図を示す。図７（ａ）に標準的な瞬間流量の際の振動発生素子２の様子を示す。一定の瞬間流量で湯水が流入している場合は、湯水衝突流路の上側と下側を一定速度で通過するため、一定のカルマン渦が発生し、吐水口通路２４から一定の往復運動を行いながら吐水される。

次に供給される湯水の瞬間流量が増大する場合を図７（ｂ）に示す。給水通路２０は軟質部材により構成されているため、湯水の瞬間流量が増大すると、その水圧によって絞り可変部６０が膨張する方向に変形する。つまり、湯水衝突部２６と給水通路２０との隙間が、拡大するのである。これによって、瞬間流量が増大した場合であっても、渦発生部の流路断面積が変化するため、渦発生部を通過する湯水の速度は、瞬間流量が標準的な図７（ａ）の場合と比べて、略一定にすることができる。つまり、発生するカルマン渦も、カルマン渦によって引き起こされる湯水の往復運動も略一定となるのである。

一方で、図示しないが、供給される湯水の瞬間流量が減少した場合を説明する。この場合、図７（ｂ）とは逆に、軟質部材の弾性力によって、絞り可変部６０が収縮して、給水通路２０が縮小する方向に変形する。つまり、湯水衝突部２６と給水通路２０との隙間が、縮小するのである。これによって、瞬間流量が減少した場合であっても、流路の断面積が小さくなるため、湯水衝突部の上側と下側を流れる湯水の速度は、瞬間流量が標準的な図７（ａ）の場合と比べて、略一定にすることができる。すなわち、発生するカルマン渦も、カルマン渦によって引き起こされる湯水の往復運動も、所望の振動に近づけることができる。

給水通路２０を構成する軟質部材は、渦発生通路２２との間を固定されており、この接続箇所を支点として、膨張・収縮運動を行うように構成されている。つまり、図７の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、給水通路２０が拡大・縮小した場合であっても、渦発生通路２２との間に段差が生じないように構成されているのである。これにより、カルマン渦の発生がより安定し、吐水の往復運動もより安定するようになるのである。

本発明の変形例を図８に示す。変形例においては、給水通路２０は硬質部材で構成されているが、その外周方向からバネ等によって、一定の力で付勢されている。この付勢力と、供給される湯水の瞬間流量、つまり水圧とのバランスによって、硬質部材で形成された絞り可変部６０が移動することによって、渦発生部の流路断面積を変化させるように構成されている。

供給される湯水の瞬間流量が標準的な量であれば、図８（ａ）のように位置している。瞬間流量が増大すると湯水の力が増大し、図８（ｂ）に示すように付勢力に打ち勝つ方向、つまり、湯水衝突部２６から離間する方向に給水通路２０が広がり、流路断面積も拡大する。一方で瞬間流量が減少すると湯水の力が減少し、図示しないが、付勢力によって湯水衝突部２６へ接近する方向に給水通路２０が狭まり、流路断面積も縮小する。
これらの給水通路２０の動きによって、湯水衝突部２６の上側と下側を流れる湯水の速度が略一定に保たれて、カルマン渦と其れに起因する湯水の往復運動も略一定に保たれるのである。

以上、本発明の実施例および変形例について、図面を用いながら説明を行った。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において、様々に設計することが可能である。
例えば、絞り可変部６０のみを軟質部材で構成しても良いし、図９に示す通り、振動発生素子２全体を軟質部材で構成してもよい。また、図９に示す通り、絞り可変部の外周に隙間を空けて、その膨張量を規制する膨張規制部材７０を設けても良い。

吐水装置 １
吐水装置本体 １０
吐水ヘッド １２
吐水ヘッド本体 １２０
把持部 １４
給水路 １４０
吐水ノズル １６
散水板 １８
振動発生素子 ２
給水通路 ２０
渦発生通路 ２２
吐水口通路 ２４
第一壁面部 ２４２
第二壁面部 ２４４
湯水衝突部 ２６
散水パッキン ４
シール部 ４０
変形規制部 ４２
固定部 ４４
変形規制部材 ６
絞り可変部 ６０

Claims (3)

1. 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取り付けられ、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、
   上記給水通路の下流側に設けられ、流路断面の一部を閉塞するよう設けられた湯水衝突部を有し、この湯水衝突部に給水通路から導かれた湯水の一部が衝突することで、その下流側に交互に反対回りの渦を発生させる渦発生通路と、
   上記渦発生通路の下流側に設けられ、上記渦列通路から導かれた渦列を含む湯水を往復振動させながら吐出させる吐水口通路と、
   上記給水通路が供給された湯水の瞬間流量が増大した際に、上記衝突部とその周囲の内壁面との間に形成される渦発生部の流路断面積を拡大させる流路可変部と、を有することを特徴とする吐水装置。
2. 上記流路可変部は、上記給水通路と上記渦発生通路との間に接続されており、上記流路可変部が拡大した場合であっても、段差部が形成されないよう接続されていることを特徴とする請求項１に記載の吐水装置。
3. 上記流路可変部は、軟質部材により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の吐水装置。

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