JP5800276B2

JP5800276B2 - 吐水装置

Info

Publication number: JP5800276B2
Application number: JP2011075596A
Authority: JP
Inventors: 宏二武田; 智博工藤; 遼平八板
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2015-10-28
Anticipated expiration: 2031-03-30
Also published as: JP2012207492A

Description

本発明は、気泡混入水を吐出することが可能な吐水装置に関する。

従来、吐水装置として、吐水先のシンクや洗面ボウルへの着水音を小さくしたり、その際の水跳ねを抑制したりするために、吐水に気泡を混入させ気泡混入水を吐出するものが提案されている。特に近年は、下記特許文献１に記載されているように、吐水の量感を高めるために、流速の低い低流量段階から気泡の混入率を高める吐水装置が提案されている。

下記特許文献１に記載の吐水装置は、流入口と吐出口との間に延在する流路の途上に空気混入機構と整流機構とを上流側よりこの順に備えた泡沫吐水部材を、継手を介して水栓の吐水口先端に設けている。空気混入機構は、減圧板と、減圧板の下流に形成された流路囲壁と、流路囲壁の下流に形成された逆流防止部とを有している。減圧板は、吐出口と同心の円であり且つ吐出口よりも大径の円の周上に配設された複数の小孔が形成されていると共に、流路を塞ぐように配設されている。減圧板の下流の流路囲壁には、空気孔が形成されている。その空気孔が形成された領域の下流には、逆流防止部が配設されている。整流機構は、傾斜部と、整流部と、整流格子と、整流路とを有している。傾斜部は、逆流防止部の下流で漏斗状に縮径する流路を有する。整流部は、傾斜部の下流端から吐出口へ向けて延在する吐出口と同心の流路を有する。整流格子は、流路の整流部を塞ぐように配設される格子状の部分である。整流路は、整流格子の下流で整流部に接続する流路である。更に、減圧板より上流に、継手の流路断面積よりも小さな流路断面を有する絞り部を設けている。

下記特許文献１に記載の吐水装置は上述の構成を備えることで、洗浄水が減圧板の小孔を通過する際、圧力エネルギーが運動エネルギーに変換され小孔からの噴流は流速を高め、この噴流が粘性により周囲の空気を巻き込むものである。このように空気を巻き込んで生成された水流は、比較的大きな気泡を含んだ高速水流となって、漏斗状の傾斜部に衝突する。傾斜部に衝突した高速水流は乱流化し、内包した比較的大きな気泡を破砕し、細かい気泡を含む気泡混入水流に変換される。この気泡混入水流は傾斜部に沿って収束し、整流格子にて整流され、整流路でまとめられて吐出口から吐出される。

さらに、下記特許文献２に記載されているように、吐水する水の流量が２Ｌ／ｍｉｎ程度の低流量段階では気泡混入率を高めることで吐水の量感や流速を上げ、節水しつつも低流量での快適性を向上させ、さらに高流量段階では気泡混入率を抑制することで、使用者がその感覚に従って高流量となるように操作した場合に、使用者の意図した水量を大きく超えたと感じるような総量（実際の水量及び気泡量に相当する）の気泡混入水が吐出されることを回避させる泡沫吐水装置が提案されている。

下記特許文献２に記載の吐水装置は、気泡混入水を吐出することが可能な吐水装置であって、水を吐出するための吐出口と、前記吐出口から吐出する水を給水元から流入させるための流入口と、前記流入口から前記吐出口に至る内部流路が形成された本体部と、前記流入口から流入した水を前記内部流路の下流側に向けて噴射するオリフィス部と、前記内部流路内に空気を導入する開口部が形成され、この開口部から導入された空気を前記オリフィス部から噴射された水に混入して気泡混入水と成し前記吐出口に供給する気泡混入部と、前記気泡混入部において気泡混入水に混入される気泡の混入率を調整する混入率調整部と、を備える。前記混入率調整部は、前記流入口から流入する水が所定流量に至るまでは前記混入率を増加させ、前記流入口から流入する水が所定流量を超えると前記混入率の増加を抑制することを特徴とする吐水装置である。

特開２００２−２７５９６９号公報特願２０１０−０８２６５３号

上記特許文献１に記載の吐水装置では、いわゆるエジェクタ効果によって気泡混入水を生成するものであるため、低流量段階では効果的に細かい気泡を含む気泡混入水を生成し、吐出口からシンクや洗面ボウルに向けて吐出することができる。

気泡混入水は、低流量段階においては、気泡の混入率を高めることで、吐水先のシンクや洗面ボウルへの着水音を小さくしたり、その際の水跳ねを抑制したりするという基本的な目的を損なわずに、吐水の量感を高めることができ、節水にも寄与することができる。従って、低流量段階において気泡の混入率を極力高めて行く方向に、各部材の配置や形状の工夫がなされるものである。

しかしながら、実際の使用場面では、このような低流量の給水のみならず、高流量の給水を行うことも求められる。例えば、コップや花瓶に水を溜めたりする場合には、早く満水状態にするため、供給する水量を高めることが必要となる場面がある。上記特許文献１に記載の吐水装置では、高流量にすると気泡の混入率も高まるため、結果として、使用者が意図した水量の増分よりも、気泡の混入率が高まることによる総量の増分が影響し、予想した感覚を超えた大流量の気泡混入水が吐出されることになる。特に、上述したように低流量段階における気泡混入率を高める工夫をすればするほど、高流量段階におけるこれらの事象が顕著に現れることになる。

これらを回避するため、上記特許文献２に記載の吐水装置では、使用者が従来の吐水装置と同じ感覚で流量調整をしても、低流量段階では気泡混入率を高めた気泡混入水を吐出することが可能であり、高流量段階では気泡混入率を抑制することで使用者が意図した水量を大きく超えたと感じるような総量の気泡混入水が吐出しないようにされている。

上記特許文献２の吐水装置では、気泡混入率を抑制する手段の１つとして、高流量段階になると減圧板下流側に水が至る経路を、減圧板の噴射孔を通過する主流路以外にも形成するようにしている。減圧板の噴射孔を通過する主流路以外のバイパス流路を形成することで、減圧板の噴射孔以外にも減圧板の下流側に水が至る経路が形成されるので、全体としてみれば開口面積が増えることになり、減圧板の噴射孔からの噴流の流速増加を抑制することができ、気泡混入率の増加を抑制することができる。

上述したように、減圧板の噴射孔を通過する主流路と、減圧板の噴射孔を通過する主流路以外のバイパス流路を形成することで、高流量段階における減圧板の噴射孔からの噴流の流速増加は抑制できる。これらの２つの流路を通過した水は、吐水装置内部で合流させて吐出口より吐出させることもできるし、吐出口より別々に吐出させて、吐出口通過後に合流させることもできる。しかしながら、２つの流路を通過した水を吐出口より別々に吐出させて、吐出口通過後に合流させると、合流後の水は流線が乱れてしまうという課題が生じる。

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、低流量段階では気泡混入率を高めた気泡混入水を吐出することが可能でありつつ、高流量段階では気泡混入率の増加を抑制しつつ流速の高まりを抑制し、主流路とバイパス流路を通過した水を吐出口より別々に吐出させた場合の、吐出口通過後に合流してできた１本の水の流線の乱れを低減することが可能な泡沫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、気泡混入水を吐出することが可能な吐水装置であって、水を吐出するための吐出口と、前記吐出口から吐出する水を給水元から流入させるための流入口と、前記流入口から前記吐出口に至る内部流路と、が形成された本体部と、前記内部流路を遮るように設けられ、前記流入口から流入した水を前記内部流路の下流側に向けて噴射する複数の噴射孔が形成された減圧板と、前記内部流路内に空気を導入する開口部が形成され、この開口部から導入された空気を前記複数の噴射孔から噴射された水に混入して気泡混入水と成し前記吐出口に供給する気泡混入部と、前記気泡混入部において気泡混入水に混入される気泡の混入率を調整する混入率調整部と、を備え、前記気泡混入部は、前記複数の噴射孔から噴射される水によって負圧を発生させ、この負圧の作用によって前記開口部から空気を引き込むように構成されており、前記混入率調整部は、前記流入口から流入する水が所定流量を超えると、気泡の混入率の増加を減少させるように、前記減圧板よりも下流側に水が至る経路を前記複数の噴射孔を通る主流路以外にバイパス流路として形成することで前記複数の噴射孔から噴射される水の流速増加を抑制するように構成されており、前記主流路を通過した水と前記バイパス流路を通過した水は吐出口から別々に吐出され、前記主流路を通過した水と前記バイパス流路を通過した水は吐出口から吐出した後に合流し、前記バイパス流路を通過して前記吐出口から吐出された水の吐出方向は、前記主流路を通過して前記吐出口から吐出された水の吐出方向と同じになるよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係る吐水装置では、気泡混入部において、複数の噴射孔から噴射された水に開口部から導入された空気を混入して気泡混入水と成して吐出口から吐出するので、エジェクタ効果を利用して簡便に気泡混入水を生成することができる。

更に、混入率調整部は、流入口から流入する水が所定流量に至るまでの低流量段階では、気泡の混入率の高い気泡混入水を供給することができる。従って、低流量段階でも量感のある吐水が可能となって、気泡が混入していない吐水に比較して少ない水量で食器洗いや手洗いをすることができ、節水に寄与できると共に水跳ねを抑制することもできる。

混入率調整部は、流入口から流入する水が所定流量を超えると、気泡混入水に混入される気泡の混入率の増加を抑制するので、流入口から流入する水量に応じて、気泡の混入率を維持したり気泡の混入率を低減させたりすることもできる。従って、低流量段階で気泡の混入率を極限まで上げるような設定にしても、そこからの流量の増加に伴って気泡の混入率の増加が抑制され、所定流量を超えた領域においての最適な混入率にすることができる。そのため、使用者がその感覚に従って高流量となるように操作した結果、使用者が意図した水量を大きく超えたと感じるような総量（実際の水量及び気泡量に相当する）の気泡混入水が吐出されることを回避することができる。

具体的には、コップや花瓶に水を溜めようとする際に、水の勢いが強いこと（吐水の総量が必要以上に多いこと）による折返し流で溢れかえってしまい、コップの容量の半分程度しか貯めることができないようなことを回避できる。更に、コップや花瓶に半分程度の水を溜めようとする際に、気泡分での増量を抑制することができるので、狙った通りの分量の水を溜めることができる。更に、高流量段階での吐水の総量から不要な気泡分を減じることができるので、吐水の総量で見れば低流量段階と高流量段階での差分を少なくすることができる。従って、吐水流の流速の大きな増減を抑制することができ、吐水の勢いの大きな変動も抑制することができるので、斜めに吐水する場合などの吐水軌跡の変動を抑制することができ、狙った位置への吐水が容易なものとなる。

更に本発明では、流入口から流入する水が所定流量を超えた場合、減圧板よりも下流側に水が至る経路を複数の噴射孔を通る主流路に加えてバイパス流路も通るように形成され、主流路を通過した水とバイパス流路を通過した水は、吐出口から同じ方向に別々に吐出されるように構成されている。主流路を通過した水とバイパス流路を通過した水は同じ方向に吐出されているため、吐出口通過後に合流した水の流線の乱れ（揺れ、偏り）を防ぐことができる。

また本発明に係る吐水装置では、前記吐出口における前記主流路を通過した水の流速と前記バイパス流路を通過した水の流速の流速差を低減するよう構成されていることも好ましい。

この好ましい態様では、主流路を通過した水とバイパス流路を通過した水の流速差を低減することで、吐出口から別々に吐出された後で合流した水の速度分布の偏りが緩和され、流線の乱れ（揺れ、偏り）をさらに低減することができる。

また本発明に係る吐水装置では、前記所定流量以上での流量増加に伴い、前記バイパス流路途上の最小流路面積が増加することで前記バイパス流路を通過して前記吐出口から吐出される水の流速が増加し、前記主流路を通過して吐出口より吐出される水との流速差を低減するよう構成されていることも好ましい。

この好ましい様態では、所定流量以上での流量増加に伴い、バイパス流路途上の最小流路面積が増加するためバイパス流路への流入量が増加し、バイパス流路を通過して吐出口より吐出される水の流速が増加する。またバイパス流路への流入量が増加するため、主流路への流入量の増加は抑制され、主流路を通過して吐出口より吐出される水の流速増加は抑制される。そのため主流路を通過して吐出口より吐出された水の流速と、バイパス流路を通過して吐出口より吐出された水の流速の流速差を低減することができる。そのため、吐出口から別々に吐出された後で合流した水の速度分布の偏りが緩和され、流線の乱れ（揺れ、偏り）を低減することができる。

また本発明に係る吐水装置では、前記所定流量を超えると、前記主流路を通過して前記吐出口から吐出される水の流速の増加を抑制するように、前記複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を高めるための圧損手段を有するよう構成されていることも好ましい。

この好ましい様態では、所定流量を超えると複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失が増加するため、複数の噴射孔への流入量がさらに抑制され、バイパス流路への流入量が増加する。そのため、主流路を通過した水とバイパス流路を通過した水の流速差をより低減することができ、吐出口から別々に吐出された後で合流した水の速度分布の偏りが緩和され、流線の乱れ（揺れ、偏り）を低減することができる。

また本発明に係る吐水装置では、前記所定流量以上での流量増加に伴い、前記主流路を通過して前記吐出口から吐出される水の流速の増加を抑制するように、前記複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を高めるための圧損手段を有するよう構成されていることも好ましい。

この好ましい様態では、所定流量以上での流量増加に伴い、複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失が増加するため、複数の噴射孔への流入量が抑制され、バイパス流路への流入量が増加する。そのため、主流路を通過した水とバイパス流路を通過した水の流速差を低減することができ、吐出口から別々に吐出された後で合流した水の速度分布の偏りが緩和され、流線の乱れ（揺れ、偏り）を低減することができる。

また本発明に係る吐水装置では、前記混入率調整部は、前記流入口から流入する水の前記所定流量以上での流量増加に伴い、吐水方向下流側に可動することで、前記減圧板よりも下流側に水が至る経路を、前記複数の噴射孔を通る主流路以外に、前記バイパス流路として形成しつつ、前記複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を高めることで、前記複数の噴射孔から噴射される水の流速増加を抑制し、前記混入率の増加を抑制するように構成されていることも好ましい。

この好ましい様態では、所定流量以上での流量増加に伴う混入率調整部の動きによって、簡易な構成で、バイパス流路を形成しつつ複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を増加させることができ、吐出口から別々に吐出される主流路を通過した水とバイパス流路を通過した水の流速差を低減させ、合流後の水の乱れ（揺れ、偏り）を低減することができる。

本発明によれば、低流量段階では気泡混入率を高めた気泡混入水を吐出することが可能でありつつ、高流量段階では気泡混入率の増加を抑制しつつ流速の高まりも抑制し、使用時の水跳ねや見た目の悪化等の問題を防ぎ、吐水の乱れを低減することが可能な泡沫吐水装置を提供することができる。

本発明の第一実施形態である吐水口キャップを取り付けた水栓装置を示す斜視図である。図１に示す吐水口キャップの中心線における断面を示す断面斜視図である。本発明の実施形態に係る泡沫吐水が吐出される状態を説明するための断面図である。本発明の実施形態に係る主流路から整流吐水が吐出される状態を説明するための断面図である。本発明の実施形態に係る主流路とバイパス流路から整流吐水が吐出される状態を説明するための断面図である。本発明の実施形態に係る主流路とバイパス流路から吐出される整流吐水の流速差が無くなった状態を説明するための断面図である。図３〜６に示す状態での、水流量と気泡混入率との関係を示す図である。図３〜６に示す状態での、水流量と吐出口における主流路およびバイパス流路を通過した水の流速との関係を示す図である。図３〜６に示す状態での、水流量と主流路の圧力損失との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

本発明の第一実施形態である吐水口キャップ（吐水装置）について図１を参照しながら説明する。図１は、吐水装置としての水栓装置ＦＣを示す斜視図である。水栓装置ＦＣは、洗面器や手洗器やシンク等に取り付けられるものであって、水を溜めたり水を受けたりするためのボウル部に向かって吐水するためのものである。水栓装置ＦＣは、ボウル部の周辺に取り付けられて、水の給水元である水道管と接続される。

水栓装置ＦＣは、立位部Ｂ１とスパウト部Ｂ２と、吐水ハンドルＨＬと、吐水口キャップＢＣとを備えている。立位部Ｂ１は、取付面に固定される部分であって、その取付面から垂直若しくは手前側に傾斜した状態で取り付けられて固定される部分である。

立位部Ｂ１に繋がるスパウト部Ｂ２は、その先端の吐水口から吐水する部分である。スパウト部Ｂ２は、立位部Ｂ１の上端近傍に略水平方向に沿って突出するように設けられている。

立位部Ｂ１の上端には水栓ハンドルＨＬが設けられている。水栓ハンドルＨＬを上下に操作することで吐水と止水とを切り替えることができると共に、吐水量も調整可能である。水栓ハンドルＨＬを左右に操作することで、吐水の温度を変更することも可能である。

続いて、スパウト部Ｂ２の吐水口に取り付けられる吐水口キャップＢＣについて、図２を参照しながら説明する。図２は、図１に示す吐水口キャップＢＣの中心線ＣＬにおける断面を示す断面斜視図である。図２において、図１に示した中心線ＣＬが沿う方向をｙ軸方向とし、ｙ軸に直交し紙面に沿った横方向をｘ軸方向としている。

図２に示されるように、吐水口キャップＢＣは、第一筒部１０（本体部）と、第二筒部２０と、減圧部３０と、上絞径部４０と、パッキン５０と、バネ６０と、下絞径部７０と、整流部８０とを備えている。

第一筒部１０は、略円筒形状の部材であって、その円筒形状の内部に、第二筒部２０と、減圧部３０と、上絞径部４０と、パッキン５０と、バネ６０とを収める本体部として機能している。第一筒部１０の図中上端側（ｙ軸方向における負方向の末端側）には、取付ネジ部１０３が設けられている。取付ネジ部１０３は、吐水口キャップＢＣをスパウト部Ｂ２の吐水口に取り付けるための雌ネジである。取付ネジ部１０３の下方（ｙ軸方向における正方向）には、パッキン５０が第一筒部１０の内壁に沿うように円環状に設けられている。パッキン５０は、吐水口キャップＢＣをスパウト部Ｂ２の吐水口に取り付けた場合の漏水防止用の密接部材である。

第一筒部１０の取付ネジ部１０３を、スパウト部Ｂ２の吐水口の雄ネジと螺合させて取り付けると、水栓装置ＦＣから供給される水Ｗａは流入口１０１から供給される。流入口１０１から本体部としての第一筒部１０に入った水Ｗａは、その内部流路（詳細は後述するが、第二筒部２０、減圧部３０、上絞径部４０、下絞径部７０、整流部８０を通る流路）を通って気泡混入水又は整流水（実質的に気泡が混入されていない水）となって、吐出口１０２から外部（ボウル部）へと吐出される水Ｗｂとなる。

上絞径部４０は、パッキン５０の下流側（吐出口１０２側、ｙ軸方向における正方向）で、パッキン５０に密着するように配置されている。上絞径部４０は、ばねを設置するために形成された円形板状の第一受圧部４０１と、第一受圧部４０１より下流側で中央部が中空の円形板状に形成された第二受圧部４０２と、第二受圧部４０２の外周から下流側に向けて延在する遮蔽壁４０３と、第一受圧部４０１と第二受圧部４０２を接続するための支持部４０４を備えている。

第二受圧部４０２の中央部の中空は流入穴４０５として機能する。流入口１０１から入った水は、上絞径部４０に当たることで水の圧力変動が減衰され、流入穴４０５から下流側に流出される。流入穴４０５から下流側に流出した水は、上絞径部４０と減圧部３０との間に形成される溜水部４０６に流入する。

減圧部３０は、上絞径部４０の下流側に配置されている。減圧部３０は、減圧板３０１（受圧板）と、固定部３０２とを備えている。減圧板３０１は円形板状の部材である。減圧板３０１には、複数の噴射孔３０３（オリフィス部）が円環状を成すように形成されている。複数の噴射孔３０３が形成されているのは、溜水部４０６に相当する位置である。従って、複数の噴射孔３０３は、上絞径部４０の第二受圧部４０２によって塞がれないように設けられている。

上絞径部４０は、上下動（ｙ軸方向に沿った進退運動）を行うことが可能なように構成されている。遮蔽壁４０３は、上絞径部４０の上下動に伴って、後述する開口部２０３を閉じたり開いたりするように作用する。この作用に着目すれば、遮蔽壁４０３は、内部流路に導入する空気の量を調整する空気量調整部として機能し、気泡混入水への気泡の混入率を調整するものとして機能する。

上絞径部４０及び減圧部３０と、第一筒部１０との間には、第二筒部２０が設けられている。第二筒部２０は、第一ガイド部２０１を備えている。

第一ガイド部２０１の上端（流入口１０１側の端部、ｙ軸方向における負方向の端部）には、外側突起２０２が第一筒部１０側に向けて突出するように設けられている。外側突起２０２は、第一筒部１０の内側に設けられた係合部１０４と係合することで、第一筒部１０に対して第二筒部２０が所定の位置に位置決めされ保持されるように形成されている。

第一ガイド部２０１の内側には、遮蔽壁４０３が当接するように配置されている。上絞径部４０の遮蔽壁４０３は、第一ガイド部２０１の内側の壁面に沿って上下方向（ｙ
軸に沿った方向）に動くように構成されている。

減圧板３０１の下流側には下絞径部７０が配置されている。減圧板３０１と下絞径部７０との間は、内部流路内に空気を導入する開口部２０３として機能する。下絞径部７０の上流側端部の外周は減圧板３０１の外周と同一寸法であり、減圧板３０１の外周は、遮蔽壁４０３の内周と当接するように配置されている。そのため、上述した遮蔽壁４０３の動きによって、開口部２０３は閉じたり開かれたりするように構成されている。

減圧部３０の固定部３０２は、整流部８０の中央の開口部に固定される。整流部８０には空気流路８０２が形成されている。整流部８０の下流側端には空気導入口８０３が形成されており、空気導入口８０３から導入された空気は空気流路８０２を通って開口部２０３から内部流路へと導入されている。

下絞径部７０は、縮径テーパー部７０１と、拡径テーパー部７０２とを備えた円筒状の部材である。縮径テーパー部７０１は、拡径テーパー部７０２よりも上流側に設けられており、上流側から下流側に向けて内部流路を狭めるように形成されている。拡径テーパー部７０２は、縮径テーパー部７０１よりも下流側に設けられており、上流側から下流側に向けて内部流路を広げるように形成されている。

縮径テーパー部７０１の内側側面である傾斜面７０１ａは、減圧板３０１の複数の噴射孔３０３に対応した位置に形成されている。従って、減圧板３０１の複数の噴射孔３０３から噴射された水は、傾斜面７０１ａに当たって内側に方向付けられる。

流入口１０１から水が供給され、減圧板３０１の複数の噴射孔３０３から水が噴射されると、下流側から水が溜まって、下絞径部７０に相当する位置に気液界面が形成される。この気液界面に、傾斜面７０１ａで方向付けられた水流が空気を巻き込みながら突入するので、気泡混入水が生成される。減圧板３０１の作用によって、減圧板３０１から下絞径部７０の間は負圧になるので、開口部２０３から空気が引き込まれ、複数の噴射孔３０３から噴射される水と共に気液界面に突入する。気液界面への水流の突入によって、気液界面は乱されて、より気泡が混入されやすい状況にもなる。従って、減圧板３０１から下絞径部７０にかけての領域は、気泡混入部７０３として形成されるものである。

気泡混入部７０３によって生成された気泡混入水は、第二筒部２０の下流側に設けられた整流部８０の整流格子８０１によって整流され、吐出口１０２から外部へと吐出される。

上絞径部４０の第一受圧部４０１と減圧部３０との間には、付勢手段としてのバネ６０が配置されている。バネ６０は、上絞径部４０の流入穴４０５を通過するように配置されている。

上絞径部４０の遮蔽壁４０３は、所定流量を超えるまでは第二筒部２０の第一ガイド部２０１に当接するように構成されている。流入口１０１から水が供給され、上絞径部４０の第一受圧部４０１及び第二受圧部４０２に水が当たると、上絞径部４０は上流側から下流側に押し下げられる力を受ける。バネ６０はこの力に対抗するように配置されているので、上絞径部４０の動きは、流入口１０１からの所定流量未満での流量増加に伴い、第一ガイド部２０１との当接が解除されない程度に動き、流入口１０１から所定流量を超えた水が供給されると第一ガイド部２０１との当接が解除されるように吐水方向下流側に動くことになる。上絞径部４０の遮蔽壁４０３と第一ガイド部２０１が離れるまで下降すると、遮蔽壁４０３と第一ガイド部２０１の間がバイパス流路４０８へと通じる流入部４０９となり、バイパス流路４０８が形成される。バイパス流路４０８の上端となる流入部４０９の開口面積がバイパス流路途上の最小流路面積となる。

また流入口１０１からの所定流量未満での流量増加に伴い、上絞径部４０が吐水方向下流側に動くことで、上絞径部４０の遮蔽壁４０３は開口部２０３を遮蔽するように調整することができる。流入口１０１から所定流量を超えた水が供給された場合は、上絞径部４０の遮蔽壁４０３によって開口部２０３は遮蔽された状態となる．

バイパス流路４０８は、所定流量を超えるまでは空気流路として機能する。流入口１０１から所定流量を超えた水が供給されると上絞径部４０が動いて、バイパス流路４０８が形成される。流入口１０１から供給された水は、噴射孔３０３を通る主流路に加えて、バイパス流路４０８も通るようになるので、噴射孔３０３への流入量が抑制され、噴射孔３０３から噴射される水の流速が抑制される。

気泡混入部７０３は、複数の噴射孔３０３から噴射される水によって負圧を発生させ、この負圧の作用によって開口部２０３から空気を引き込むように構成されている。上絞径部４０は、流入口１０１から流入する水が所定流量を超えると、遮蔽壁４０３によって開口部２０３を遮蔽すると共に、減圧板３０１よりも下流側に水が至る経路を複数の噴射孔３０３を通る主流路以外にバイパス流路４０８として形成する。このように開口部２０３を減少させ遮蔽し、バイパス流路４０８を形成することで、混入率の増加の抑制しつつ、主流路から噴射される水の流速増加を抑制するように構成されている。

バイパス流路４０８の整流格子は、主流路の整流格子と同じ方向に向かって延在するよう構成されている。そのため、バイパス流路４０８を通過して吐出口１０２より吐出される水の吐出方向は、主流路を通過して吐出口１０２より吐出される水の吐出方向と同じになる。主流路を通過した水とバイパス流路４０８を通過した水は同じ方向に吐出されるため、吐出口通過後に合流した水の流線の乱れを防ぐことができる。

上述した上絞径部４０の動作に伴う吐水形態の変化を図３から図６を用いて説明する。また、図３〜６に示す状態での、水流量と気泡混入率との関係を図７に示す。図３〜６に示す状態での、水流量と吐出口１０２での流速との関係を図８に示す。図３〜６に示す状態での、水流量と主流路の圧力損失との関係を図９に示す。

図３に示す状態は、流入口１０１から供給される水が所定流量を超えておらず、上絞径部４０がパッキン５０と密着している状態である。この場合、開口部２０３は遮蔽されておらず、バイパス流路４０８も形成されていない。そのため上述したように、開口部２０３から空気が吸い込まれ、気泡混入部７０３によって生成された気泡混入水は、第二筒部２０の下流側に設けられた整流部８０の整流格子８０１によって整流され、吐出口１０２から外部へと吐出される。

図３の状態における気泡混入率の変化を、図７のグラフにて説明する。図３に示す状態では開口部２０３が遮蔽されないため、気泡混入率は図６に示すように流量増加に伴い増加する。

図３の状態での吐出口１０２における主流路及びバイパス流路４０８を通過した水の流速の変化を、図８のグラフにて説明する。流入口１０１から供給される水が所定流量を超えていないため開口部２０３は遮蔽されず、バイパス流路４０８も形成されない。そのため、吐出口１０２から吐出される水は主流路からの水のみであり、その流速は流量増加に伴い空気を巻き込むため増加する。

図３の状態において、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失の変化を、図９のグラフにて説明する。図３に示す状態では上絞径部４０は下降していないため、溜水部導入口４０７の面積は変化しない。そのため溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失は、流量の増加によってのみ増加する。

本実施形態に係る吐水口キャップＢＣでは、気泡混入部７０３において、複数の噴射孔３０３から噴射された水に開口部２０３から導入された空気を混入して気泡混入水と成して吐出口１０２から吐出するので、エジェクタ効果を利用して簡便に気泡混入水を生成することができる。従って、低流量段階でも量感のある吐水が可能となって、気泡が混入していない吐水に比較して少ない水量で食器洗いや手洗いをすることができ、節水に寄与できると共に水跳ねを抑制することもできる。

図４に示す状態は、流入口１０１から供給される水が所定流量未満となる範囲で図３に示す状態よりも増加し、上絞径部４０が下降を開始し、遮蔽壁４０３の下流側端部が縮径テーパ部７０１の上流側端部と一致するまで下降した状態である。そのため図４に示す状態では、開口部２０３が遮蔽されており、空気混入が遮蔽されることになる。そのため図７に示す気泡混入率は、図４の状態時には０％になる。後述する図５、図６の状態時も、気泡混入率は０％である。

図４の状態での吐出口１０２における主流路及びバイパス流路４０８を通過した水の流速の変化を、図８のグラフにて説明する。流入口１０１から供給される水が所定流量未満となる範囲で図３に示す状態よりも増加し、開口部２０３が遮蔽されると、空気を巻き込むことによる主流路を通過した水の流速の増加傾向は、それまでの状態に比べて抑制される。また、図４の状態ではバイパス流路４０８は形成されていない。そのため、吐出口１０２から吐出される水は主流路からの水のみであり、バイパス流路４０８を通過する水はないため、バイパス流路４０８を通過した水の流速は０ｍ／ｓである。

図４の状態において、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失の変化を、図９のグラフにて説明する。流入口１０１から供給される水が所定流量未満となる範囲で図３に示す状態よりも増加し、上絞径部４０が開口部２０３を遮蔽するまで下降すると、留水部導入口４０７の面積は図３の状態よりも減少する。そのため、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失の増加は、流量の増加に伴い促進される。

図４の状態では、主流路を通過する水に空気を巻き込むことによって生じる流速増加は抑制される。しかし、流入口１０１から供給される水が所定流量未満となる範囲で図３に示す状態よりも増加しているため、複数の噴射孔３０３から噴射される水の流速は、流量の増加に伴い増加する。そのため吐出口１０２より吐出される水の流速も増加する。

図５に示す状態は、流入口１０１から供給される水が所定流量を超え、上絞径部４０の遮蔽壁４０３と第一ガイド部２０１が離れるまで下降し、遮蔽壁４０３と第一ガイド部２０１の間にバイパス流路４０８へと通じる流入部４０９がわずかに開口された状態である。バイパス流路４０８は、所定流量を超えるまでは空気流路として機能する。

図５に示す状態では、溜水部導入口４０７の面積が減少している。そのため図９に示すように、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失の増加はさらに促進される。

図５に示す状態では、バイパス流路４０８が形成されると同時に、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失が増加する。そのため、流入口１０１から供給される水の複数の噴射孔３０３への流入量が抑制される。つまり流入口１０１から供給される水は複数の噴射孔３０３を通る主流路に加えて、バイパス流路４０８も通るようになる。複数の噴射口３０３への流入量が抑制されることにより、複数の噴射孔３０３から噴射される水の流速はそれまでの増加傾向に比べて抑制されるようになる。

図５の状態での吐出口１０２における主流路及びバイパス流路４０８を通過した水の流速の変化を、図８のグラフにて説明する。図５の状態では、主流路を通過した水とバイパス流路４０８を通過した水が、吐出口１０２より別々に吐出される。この時バイパス流路４０８へと通じる流入部４０９がわずかにしか開口されていないため、流入口１０１より供給される水の多くは主流路を通過し、バイパス流路４０８へ供給される水はわずかである。そのため吐出口１０２より吐出される水の流速は、図８に示すように、主流路を通過して吐出された水の流速が速く、バイパス流路４０８を通過して吐出された水の流速が遅くなる。上述したように、主流路を通過した水とバイパス流路４０８を通過した水は同じ方向に吐出されるよう構成されているため、２つの吐水は吐出口通過後に合流する。

図５の状態における吐出口１０２から吐出された合流後の吐水Ｗｂは、複数の噴射孔３０３への流入量を抑制することで、主流路を通過した水の流速の増加傾向を抑制している。そのため、バイパス流路４０８を設けずに流入口１０１から同流量を供給した場合と比較して、吐出口１０２から吐出された合流後の吐水Ｗｂの流速は低減される。

図６に示す状態は、流入口１０１から供給される水量がさらに増加し、上絞径部４０が図５の状態よりもさらに下降した状態である。この場合、溜水部導入口４０７の面積がさらに減少するため、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失はさらに高まることになる。

図６の状態において、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失の変化を、図９のグラフにて説明する。上述したように、溜水部導入口４０７の面積が減少することで、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失はさらに高まることになる。そのため図４の状態から図５の状態になるまでの主流路の圧力損失の増加に比べ、図５の状態から図６の状態になるまでの主流路の圧力損失の増加はさらに促進される。

図６の状態では、溜水部導入口４０７による主流路の圧力損失がさらに高まることで、複数の噴射孔３０３へ流入する水の増加がさらに抑制され、バイパス流路４０８へ流入する水が増加するようになる。図６の状態での吐出口１０２における主流路及びバイパス流路４０８を通過した水の流速の変化を、図８のグラフにて説明する。図８のグラフにて示すように、図６の状態での吐出口１０２における主流路及びバイパス流路４０８を通過した水の流速は、主流路を通過した水の流速の増加傾向が抑制され、バイパス流路４０８を通過した水の流速の増加傾向が促進されることになる。そのため、主流路を通過した水の流速とバイパス流路４０８を通過した水の流速の流速差はなくなる。２つの流路を通過した水の流速差がなくなることで、吐出口１０２から吐出された合流後の吐水Ｗｂの流速の増加が抑制されるだけでなく、２つの流路を通過した水の流速差に起因する合流後の吐水Ｗｂの見た目の乱れも低減することができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

ＦＣ：水栓装置（吐水装置）
Ｂ１：立位部
Ｂ２：スパウト部
ＨＬ：吐水ハンドル
ＢＣ：吐水口キャップ（吐水装置）
１０：第一筒部（本体部）
２０：第二筒部
３０：減圧部（減圧板、固定部、噴射孔）
４０：上絞径部（混入率調整部）
５０：パッキン
６０：ばね
７０：下絞径部
８０：整流部
１０１：流入口
１０２：吐出口
１０３：取付ネジ部
１０４：係合部
２０１：第一ガイド部
２０２：外側突起
２０３：開口部（空気孔）
３０１：減圧板（受圧板）
３０２：固定部
３０３：噴射孔（オリフィス部）
４０１：第一受圧部
４０２：第二受圧部
４０３：遮蔽壁
４０４：支持部
４０５：流入穴
４０６：溜水部
４０７：溜水部導入口
４０８：バイパス流路
４０９：流入部
７０１：縮径テーパー部
７０１ａ：傾斜面
７０２：拡径テーパー部
７０３：気泡混入部
８０１：整流格子
８０２：空気流路
８０３：空気導入口

Claims

気泡混入水を吐出することが可能な吐水装置であって、水を吐出するための吐出口と、前記吐出口から吐出する水を給水元から流入させるための流入口と、前記流入口から前記吐出口に至る内部流路と、が形成された本体部と、前記内部流路を遮るように設けられ、前記流入口から流入した水を前記内部流路の下流側に向けて噴射する複数の噴射孔が形成された減圧板と、前記内部流路内に空気を導入する開口部が形成され、この開口部から導入された空気を前記複数の噴射孔から噴射された水に混入して気泡混入水と成し前記吐出口に供給する気泡混入部と、前記気泡混入部において気泡混入水に混入される気泡の混入率を調整する混入率調整部と、を備え、前記気泡混入部は、前記複数の噴射孔から噴射される水によって負圧を発生させ、この負圧の作用によって前記開口部から空気を引き込むように構成されており、前記混入率調整部は、前記流入口から流入する水が所定流量を超えると、気泡の混入率の増加を減少させるように、前記減圧板よりも下流側に水が至る経路を前記複数の噴射孔を通る主流路以外にバイパス流路として形成することで前記複数の噴射孔から噴射される水の流速増加を抑制するように構成されており、前記主流路を通過した水と前記バイパス流路を通過した水は吐出口から別々に吐出され、前記主流路を通過した水と前記バイパス流路を通過した水は吐出口から吐出した後に合流し、前記バイパス流路を通過して前記吐出口から吐出された水の吐出方向は、前記主流路を通過して前記吐出口から吐出された水の吐出方向と同じになるよう構成されていることを特徴とする吐水装置。
前記吐出口における前記主流路を通過した水の流速と前記バイパス流路を通過した水の流速の流速差を低減するよう構成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。
前記所定流量以上での流量増加に伴い、前記バイパス流路途上の最小流路面積が増加することで前記バイパス流路を通過して前記吐出口から吐出される水の流速が増加し、前記主流路を通過して吐出口より吐出される水との流速差を低減するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の吐水装置。
前記所定流量を超えると、前記主流路を通過して前記吐出口から吐出される水の流速の増加を抑制するように、前記複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を高めるための圧損手段を有するよう構成されていることを特徴とする請求項２に記載の吐水装置。
前記所定流量以上での流量増加に伴い、前記主流路を通過して前記吐出口から吐出される水の流速の増加を抑制するように、前記複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を高めるための圧損手段を有するよう構成されていることを特徴とする請求項４に記載の吐水装置。
前記混入率調整部は、前記流入口から流入する水の前記所定流量以上での流量増加に伴い、吐水方向下流側に可動することで、前記減圧板よりも下流側に水が至る経路を、前記複数の噴射孔を通る主流路以外に、前記バイパス流路として形成しつつ、前記複数の噴射孔へ至る流路の圧力損失を高めることで、前記複数の噴射孔から噴射される水の流速増加を抑制し、前記混入率の増加を抑制するように構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の吐水装置。