JP2542260B2 - 噴水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は噴水装置に関するものである。

（従来の技術） フロリダのディズニーワールドのEPCOTセンターに
は、層流ノズルを用いた、リープフロッグ噴水として知
られている噴水装置が設けられている。この噴水装置
は、複数の層流ノズルがさまざまな間隔で、ある空間を
横切るように配置されている。各層流ノズルは、隣接す
る層流ノズルに層流を向けるようにされている。また、
隣接する層流ノズルはそれぞれ、シンク部となってお
り、シンク部に入る層流のはねを少なくしてその水を再
度利用することができるように構成されている。これに
より、各ノズルは層流を高さおよび幅が一定のアーチ状
にして隣接のノズルであるシンク部へ送る。各ノズル位
置に２つの層流ノズルを設けて、層流を所望通りにパタ
ーンの両方向へ送ることができるようにしている。流れ
を制御することによって、リープフロッグ形ディスプレ
イを海蛇のようにして、一定長さの１本の流れが地面か
ら出て、弧を描きながら他方の地点で地面を通過して、
最終的に地面内へ消えるようにすることもできる。

そのような層流を適当に組み合わせることによって、
噴水で独特な造形を作り上げて、子供も大人も共に楽し
めるものにすることができる。これは、ディズニーのた
めに本特許の発明人が開発したものである。その結果、
本発明の譲受人が、ディズニーとのライセンス契約に基
づいて世界中の各地にこの総括的な形式の噴水を設置し
ている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、さらに新しい別の噴水装置によって
層流ノズルの使い方の範囲を広げることにより、夜昼共
に人々の注意を引くことができるさらに独特な効果を作
り出すことができるようにすることである。

（課題を解決するための手段および作用） 上記目的を達成するため本発明は請求項１〜14に記載
の構成を有する。

層流ノズルを用いてダイナミックなアーチ状のディス
プレイを作り出す噴水装置が開示されている。層流が固
定点から様々な角度で出るように見せて、ディスプレイ
をダイナミックに変化させることができるように、層流
ノズルはそれの角度を変えたり位置を変更させるアセン
ブリに取り付けられている。ノズルの位置および角度の
制御をそれに供給する水の圧力の制御と同時に行うこと
によって、流れを変化させてダイナミックなディスプレ
イを作り出すとともに、水流の高さに関係なく固定位置
のシンク部に水が戻るようにすることができる。層流を
内部から照明することによって、それに所望通りに変更
可能な色を付けてネオン管のように光らせることができ
る。層流を交差させることによって、交差状の水の造形
が得られ、色が異なる２つの水流を交差させると、交差
して広がった部分が第３の色になる。本発明の特徴は、
同一の装置において個別的でも全体的でも、あるいは所
望通りに様々に組み合わせても用いることができる。

（実施例） 第１図は、本発明の一実施例を示している。この実施
例においては、層流ノズル20が地表面より下に配設され
ており、層流22が上向きにアーチを描きながら「シン
ク」部24へ送られ、このシンク部はしぶきを最小限に抑
えて層流を受取り、ドレイン26を介して水を戻し、ろ過
してから装置で再利用できるようにする。シンク部24は
様々な形にすることができ、適当なスクリーンの上に小
さい岩を配置して自然な感じを出す場合が多いが、所望
のやり方で水を受け取ることができる。第１図に示すよ
うに、本実施例では複数のアーチ状の水流22を用いて、
ショッピングセンター等の入口などに利用できるキャノ
ピー状に造形している。

本発明に用いる層流ノズルの詳細が第８および第９図
に示されている。ノズルには円筒形のケーシング28が設
けられており、ケーシング内へ加圧した水を供給するた
めの水入口30がその底部付近に設けられている。水入口
の上方には、複数の比較的小さい流通路を形成して乱れ
をなくして整流する手段31、例えば硬質の開放気泡形発
泡体などが設けられている。その上にはプレナム32があ
り、ケーシングのカバー36の上部に形成された出口オリ
フィス34の下側に位置している。出口オリフィスは、そ
こから出る層流の粘性抵抗がほとんどなくなるように、
鋭角になっている。従って、水流22は層流であるだけで
なく、本発明にとって非常に好ましいことであるが、ス
ラグ流でもある。すなわち、層流とは局部的な流線が平
行な流れのことである。これは、流線が互いに交差して
流れ内の流体が混合する乱流と対比される。管の内部に
完全な層流を流した場合に、流線の速度は、ほぼ放物線
となる、すなわち、管の中心が最高速度となり、粘性効
力により径方向に向かって速度が減少して管の壁面での
速度がゼロとなる。これに対して、スラグ流は、層流で
あるだけでなく、すなわち局部的な流線が互いに平行で
あるだけでなく、流れ面積の横断面を横切る全ての流線
の速度が同じになっている。オリフィス34が、高速流22
と接触する面積が大きくない鋭角の縁部になっているこ
とから、第８および第９図の層流ノズルによってスラグ
流が発生する。明らかに完全な層流すなわちスラグ流を
達成することは不可能であるが、後に詳細に説明するよ
うに、良質の層流を通常得ることができるため、さらに
は、本発明の多くの実施例のダイナミックな効果がスラ
グ流によって得られるため、本発明では、好ましくはス
ラグ流となるように近づけている。

次に、第２図〜第７図を参照しながら、本発明の層流
ノズルの支持構造について説明する。平行なベース部材
38をそれに溶接した横部材40（第３図参照）によって離
隔状態に維持して設けているベースには、アセンブリを
所望の設置位置に固定するためのフランジ42が設けられ
ている。このベースには、一対の直立部材44の一端部付
近および傾斜部材46がしっかり溶接されており、側部か
ら見た時、ベースと合わせて三角形を形成している。第
３図の４−４線に沿って部材46の平面の方向に見た図で
ある第４図に示すように、部材46の上端部付近にロッド
エンド軸受48が固定されている。これらのロッドエンド
軸受にはシャフト54が挿通されており、溶接したクロス
部材52で離隔状態に保持されている平行部材50（第３お
よび第５図参照）を有する構造体がシャフトの端部で支
持されている。部材50の上端部に、層流ノズル58を支持
するさらなるロッドエンド軸受56が取り付けられてお
り、そのシャフト状の突起60が層流ノズルに連結されて
いる。好ましくは、層流ノズルをほぼその重心で支持す
ることにより、重大な不均衡をもたらすことなくロッド
エンド軸受56を中心にして回転できるようにする。シャ
フト54およびロッドエンド軸受48で形成される軸心を中
心にして層流ノズル58の重さに釣り合うように、平行部
材50の反対側端部に釣り合い重り61、すなわち中実金属
重りが設けられている（第３図参照）。

部材46には、ホィール状の部材62が固設されており
（特に第３、第５および第６図参照）、このホィール状
の部材には一方のクロス部材52を通すためのクリアラン
ス部64が設けられている。ホィール状の部材62と同一平
面上にホィール66が取り付けられており、このホィール
66の回転に伴ってそれと一緒に層流ノズル58がロッドエ
ンド軸受56の軸心を中心に回転するように、ホィール66
がノズル58に固着されている。ホィール状部材62とホィ
ール66とはステンレス鋼のベルト68で連結されている
が、このベルト68は、図面に示すように、一端部70でホ
ィール状の部材62に固定されてそれに時計回り方向に巻
装されてから、ホィール66に巻架された後、ホィール状
の部材62に戻り、さらに調節可能な留め具72で固定され
ており、この留め具72は、ベルトに所望の張力を与える
ことができるように、留め具とステンレス鋼のベルト68
との間に設けられたばね74に逆らってベルトを引っ張っ
ている。ベルトがホィール66に対して滑らないようにす
るため、ベルトをホィール66上の固定位置に確実に固定
できるようにするクランプボルト76によってベルトをホ
ィール66に確実に固定している。

上記構造のため、一端部に層流ノズル58が設けられ、
他端部に釣り合い重り61が取り付けられているアセンブ
リは釣り合い状態であり、シャフト54を中心にして一定
の角度内で回転可能であることが分かるであろう。その
ように回転する際に、ホィール66とホィール状の部材62
とが同じ直径であれば、層流ノズル58は円弧を描きなが
ら揺動するが、その重心を中心にした回転がまったく生
じないため、層流の起点の位置は変化するが、その角度
は変わらない。それに対して、ホィール66をホィール状
の部材62よりも小さくした場合、ベルト68の作用によっ
て構造全体がシャフト54を中心にして回転するととも
に、層流ノズルがその重心を中心にして回転する。これ
を説明する第６図では、層流ノズルを取り付けたアセン
ブリがシャフト54の軸心を中心にして時計回り方向に回
転する時、層流ノズルが固定ベースに対して反時計回り
に回転している。このため、第６図に示すように、アセ
ンブリが２つのある特定の取り付け向きにある時に層流
ノズルから出る層流22は、ホィール66およびホィール状
の部材62の相対寸法によって決まる量だけノズルより上
方にある一定の空間地点78を通る。アセンブリの相対位
置の変化に伴って層流22の角度も変わるが、やはり点78
を通るため、この点78を地表面の高さにすれば、アセン
ブリの位置を制御することによって、層流を所望通りに
角度変化させながら地表面上の一定の固定点から出てい
るように見せることができる。

アセンブリを制御するため、固定フレームアセンブリ
上の一方のクロス部材40と、回転アセンブリのクロス部
材52に溶接したクレビス状部材84に挿通させたピン82
（特に第４図参照）との間に空気圧シリンダ80が連結さ
れている。ピン42の軸線がアセンブリの回転中心である
シャフト54の軸線の事実上の下方にあるので、空気圧シ
リンダを伸長させると、アセンブリが反時計回りに回転
し、反対の場合にはその反対になる。これらの様々な上
記部品は、第６図の７−７線に沿って見た図面である第
７図にも示されている。

システムの制御が第６図に概略的に示されている。一
般的にIBM PCあるいはPCコンパチブルコンピュータな
どのパーソナルコンピュータであるコンピュータ86が、
適当なコントローラ90によってポンプ88から層流ノズル
58へ供給される水の圧力を制御している。同様に、ポン
プ92から空気圧シリンダ80への供給はコントローラ94に
よって制御される。全体的に、これらの制御はこの様な
目的に対する公知の制御形式でよい。一例を挙げると、
層流ノズルへの水を制御するには、層流ノズルケーシン
グ内の所望圧力に基づいて、または層流ノズルに供給す
る供給ライン内の代表点において測定した圧力に基づい
て、ポンプから層流ノズルへ送られる水流を制御する。
あるいは、ライン内の絞りに水を送り込んでから、その
一部を排水するようにし、層流ノズル内の水圧を所望通
りに制御できるようにその排水量を常時選択することに
よって、所望の圧力または圧力プロファイルが得られる
ように水流を制御してもよい。ポンプ88自体を制御して
圧力を変化させることは可能ではあるが、一般的にはポ
ンプを一定の動力レベルで作動させて水流を制御するこ
とよりも難しい。空気圧シリンダ80の制御は、この場合
も同様に、位置フィードバックを用いないために時間が
たつにつれて空気シリンダの位置がずれることがないよ
うに、コンピュータ86からの指令位置と空気圧シリンダ
の実際の位置との差をコントローラで処理するか、ある
いは、空気圧シリンダを既知位置に戻すようにした位置
フィードバックを利用している。これに関連して、ター
ンバックル形の調節装置96（第７図参照）を空気圧シリ
ンダ80と回転アセンブリとの間の連結部に設けて、既知
の空気圧シリンダ位置と所望の対応の層流向きとが一致
するように手動調節できるようにしている。

次に第10図を参照しながら、上記の装置の利点および
それの効果について説明する。図示のように、ノズルア
センブリ20から層流22が上向きに出て、カーブを描きな
がら進み、シンク部24へ落ちていく。層流ノズルに供給
する水の圧力を変えるだけで層流22を不規則な形にする
ことができるが、層流ノズル内の圧力の変え方によっ
て、水の落下点がシンク24の付近でふらつき、手前にな
ったり、通り過ぎることもある。しかし、層流ノズル内
の圧力および流れの角度の両方を制御することによっ
て、層流22を第10図に示したような形にできると同時
に、大したふらつきもなく連続的にシンク24内に落下さ
せることができる。これは以下のように説明できる。

第１図において、層流22は放物線を描き、層流ノズル
20から出てシンク部24に入る。しかし、図示のアーチ
は、層流ノズル20から出てシンク部24に入る連続したア
ーチの１つに過ぎず、その他のアーチについては、水が
シンク部に達するように、また必要に応じてシンク部の
みに達するようにして上記装置を介して層流ノズルの角
度を変化させるとともに水圧を調節することによって、
それよりも高くしたり低くすることができる。これにつ
いては、圧力と層流ノズルの角度、あるいは空気圧シリ
ンダ80によって制御される装置の位置との関係を計算す
ることができる。好ましくは、角度を設定にして、アー
チがシンク部24に入るように圧力を調節する実験的測定
を利用して、システム制御でコンピュータが使用する索
引表を作成する。スラグ流であるため、各水流は、層流
ノズルからシンク部24に発射された別個の弾道のように
なり、水流の流れの断面の前後の部分に影響することが
なく、空間を均一な速度で横切るスラグ流の特性のた
め、異なる軌道の隣接する流れの部分の間の水の転換を
防ぐことに注目されたい。これが、本発明でスラグ流が
好ましいとする理由であり、さもなければ、上述したよ
うに水が転換するような中心部分の流速が速い層流で
は、特に第10図に示したようなガラスの棒状となるよう
なダイナミックな流れの特徴が損なわれる。

以上の説明から、水流22上の部分96は、点線で示した
アーチ98、すなわち比較的高圧かつ高い角度のアーチに
相当する角度および圧力で層流ノズルから発射されたも
のであるのに対して、部分96からあまり離れていない水
流部分100は、部分104および106とともに、角度が低く
低圧状態で層流ノズルから発射されたはるかに低いアー
チ102上にあることが明らかとなる。部分96はもちろん
軌道98に沿って進み、部分100,104および106も軌道102
に沿って進み、全てほぼ同一地点でシンク部24に入る。
当然のことながら、中間軌道を通る水流部分はその中間
軌道を進み、やはり同一地点でシンク部24に入る。この
ように、第10図から明らかなように、一定範囲内で水流
の角度が変化する場合、水流が「揺動」する量は、軌道
の上部に達するまで増加して、その後減少していき、シ
ンク部に入るときには０になっているように見える。し
かし、これは第10図に示したような瞬間的な輪郭を制限
するものではなく、いずれの瞬間でも輪郭の各部分はそ
れぞれの時間に発射された水流部分を表しており、瞬間
的には軌道の上部よりも水流の立ち上がり部分または立
ち下がり部分の角度変化のほうが大きいこともある。

本発明の別の特徴を第６、第８および第９図を参照し
ながら説明する。特に第８および第９図に示すように、
光学繊維束が層流ノズル58の壁を貫通して、水流22と同
軸的に整流手段を31を通って上向きに延出しており、そ
の上端部110が層流ノズルの出口オリフィス34より若干
下方に位置している。これにより、光学繊維束に連結し
た光を層流22に沿って送ることができ、層流は太い光パ
イプとなる。特に、光学繊維束から出た光は狭い範囲内
で散乱し、また層流22の外表面がガラス棒のように滑ら
かなため、光は水／空気接合面で反射されるので、水／
空気接合面で繰り返し反射されながら層流に沿って進
む。層流は完全ではなく、またカーブしていたりするの
で、流れに沿った光の一部は水／空気接合面に対する入
射角が高くなって反射されず、水流の表面から「漏出」
するため、最終的な効果として、層流がそれに供給され
た光の色で全長にわたって輝き、極めて独特かつ幻想的
な夜用のディスプレイになる。第６図に示すように、カ
ラーホィール112をコンピュータ86で制御して、連続的
に変化するカラー水流を作り出したり、層流の動きと同
期させてそれの演出の一部として色の変化を指令した
り、または必要に応じて水流の色および動きをさらに別
の事象、例えば音楽などと同期させることもできる。

次に、第11図を参照しながら、本発明により達成でき
る別のディスプレイについて説明する。この場合、２つ
の層流ノズル20が層流22aおよび22bを同一のアーチの両
端部から上向きに発射して、頂部で衝突させて部分116
で外向きに扇形に広がるようにする。２つの層流ノズル
に同じ圧力の水を供給するとともに、それらの取り付け
向きを一緒に制御することによって、層流22を上下に移
動させたり、第10図のように対称的に揺動させ、それに
伴って扇形部分116を上下に移動させることができる。
本実施例では、圧力だけ、両方の水流の角度だけ、また
は圧力および角度の両方を変えることによって、面白い
動きを作り出すことができる。圧力、角度およびノズル
の位置を同時に変えることによって、水流が２つの地点
から現れて、軌道に関係なく空中の２つの一定の点を通
ってあたかも各水流がそれぞれの地点の一方に懸架され
たようになり、さらに前述のようにそれらを衝突させる
ことができる。２つの層流を別色の光で照明すれば、例
えば第12図で示したように、層流22aを赤色、層流22bを
緑色に照明すると、２つの層流はそれぞれの色で輝く
が、扇形部分116では２色が混ざって黄色の扇形部分に
なる。場合によっては扇形部分116を第11図のように中
央に設けずに、ディスプレイの一方側に大きく片寄らせ
れば、同じカーブが重力の作用でマッシュルーム形にな
る。いずれの場合も、層流がスラグ流になっているた
め、扇形部分116が広がってその外周部で水が表面張力
によって小さな水滴になる衝突地点からかなり離れた部
分以外では、扇形部分116は比較的きれいな形に整う。

場合によっては、相補的に層流ノズルの取り付け角度
を変えずに層流ノズルに送る水の圧力を変えることによ
って所望の効果を出すことができる。これによって得ら
れる層流は、意図したように時間で変わるおもしろい揺
動をする。また、この場合には水流が層流ノズルから一
定の距離の位置に落ちず、水流の各部分がノズルオリフ
ィスを出た時のノズルの供給水圧によってその距離が決
まるが、例えば水流がかなり大きい池に落下するように
したり、例えばデッキスラブ間に十分な排水路を設けた
開放形連結舗装テラスデッキなどの適当な排水装置を設
けたテラスデッキに落下するようにすれば、問題ない。
このように単一の層流ノズルからおもしろい効果を得る
こともできるが、共通の可変圧力水源で駆動される複数
のノズルを並設すれば、複数の水流の各々の動きを同期
化できるためにさらにおもしろいディスプレイを作り出
すことができる。

様々な装飾的および娯楽的効果を得るために層流ノズ
ルを、好ましくはスラグ流を発生する層流ノズルを用い
た新規かつ独特な噴水装置について説明してきた。以上
に本発明の様々な実施例を説明したが、本発明の範囲か
ら逸脱しない程度で形および詳細を様々に変化させるこ
とができることは当業者には理解されるであろう。

（発明の効果） 本発明は、層流ノズルから送り出される層流の軌道を
変化させ、且つ、一定の場所に配置されたシンク部に層
流を到達させるように制御することより、層流ノズルか
ら送り出された水流が、軌道の変化に関係なくシンク部
により受け取られる。また、本発明は、層流ノズルから
送り出される層流の軌道を変化させ、且つ、層流を互い
に衝突させるように制御することにより、層流ノズルか
ら送り出された水流が、軌道の変化に関係なく互いに衝
突する。本発明によれば、これらの特有の作用により、
人々の注意を引く興味深い噴水装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る噴水装置を示す概略図、 第２図は本発明の実施例における層流ノズルおよび支持
装置の上面図、 第３図は第２図の３−３線に沿って見た正面図、 第４図は第３図の４−４線に沿って見た一部側面図、 第５図は第３図と同様に見た一部横断面図、 第６図は層流ノズルおよびその支持構造の動きとともに
それを制御するシステムを説明する概略構成図、 第７図は第６図の７−７線に沿って見た一部横断面図、 第８図は典型的な層流ノズルの部分横断面図、 第９図は第３図の９−９線に沿って見た層流ノズルの部
分横断面図、 第10図は本発明の実施例における動的な噴水装置を示す
概略図、 第11図は本発明の他の噴水装置、 第12図は第11図の２つの層流の交差部分の拡大図であ
る。 20,58……層流ノズル、22……水流 24……シンク部、26……ドレイン 28……ケーシング、31……整流手段 34……オリフィス、86……コンピュータ 94……コントローラ、98……軌道

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−127504（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−99362（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−52065（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−115064（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−136264（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭36−16540（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭61−7824（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加圧水源と、 該加圧水源に接続されて層流を連続して送り出す層流ノ
   ズルと、 該層流ノズルから送り出された層流を受け取るように一
   定の場所に配置されたシンク部と、 前記層流ノズルから送り出される層流の軌道を変化さ
   せ、且つ、層流を前記シンク部に到達させるように制御
   する制御手段とを備えてなる噴水装置。
2. 【請求項２】前記層流ノズルは、送り出される層流にス
   ラグ流を発生させる手段である、請求項１に記載の噴水
   装置。
3. 【請求項３】前記制御手段は、前記層流ノズルの仰角を
   制御することを特徴とする請求項１または２のいずれか
   に記載の噴水装置。
4. 【請求項４】前記制御手段は、前記層流ノズルの位置を
   制御する、請求項１乃至３のいずれかに記載の噴水装
   置。
5. 【請求項５】前記制御手段が前記層流ノズルの仰角及び
   位置を変化させる手段であり、前記層流ノズルは、その
   仰角及び／または位置の変化に関係なく、前記層流ノズ
   ルから送り出された層流が空中の一定の地点を通るよう
   に構成配置されたことを特徴とする、請求項３または４
   のいずれかに記載の噴水装置。
6. 【請求項６】前記制御手段は、前記層流ノズルから送り
   出される層流の圧力を変化させることが可能なように制
   御する、請求項３乃至５のいずれかに記載の噴水装置。
7. 【請求項７】前記層流ノズルから送り出される層流の軸
   線に沿って、光を送る光源手段を有することを特徴とす
   る、請求項１乃至６のいずれかに記載の噴水装置。
8. 【請求項８】加圧水源と、 該加圧水源に接続されて層流を連続して送り出す複数の
   層流ノズルと、 前記層流ノズルから送り出される層流の軌道を変化さ
   せ、且つ、層流を互いに衝突させるように制御する制御
   手段とを備えてなる噴水装置。
9. 【請求項９】前記層流ノズルは、送り出される層流にス
   ラグ流を発生させる手段である、請求項８に記載の噴水
   装置。
10. 【請求項１０】前記制御手段は、前記層流ノズルの仰角
    を制御することを特徴とする請求項８または９のいずれ
    かに記載の噴水装置。
11. 【請求項１１】前記制御手段は、前記層流ノズルの位置
    を制御する、請求項８乃至10のいずれかに記載の噴水装
    置。
12. 【請求項１２】前記制御手段が前記層流ノズルの仰角及
    び位置を変化させる手段であり、前記各層流ノズルは、
    その仰角及び／または位置の変化に関係なく、前記層流
    ノズルから送り出された層流が空中の一定の地点を通る
    ように構成配置されたことを特徴とする、請求項10また
    は11のいずれかに記載の噴水装置。
13. 【請求項１３】前記制御手段は、前記層流ノズルから送
    り出される層流の圧力を変化させることが可能なように
    制御する、請求項10乃至12のいずれかに記載の噴水装
    置。
14. 【請求項１４】前記層流ノズルから送り出される層流の
    軸線に沿って、光を送る光源手段を有することを特徴と
    する、請求項８乃至13のいずれかに記載の噴水装置。