JP6682757B2 - 吐水装置 - Google Patents

Description

本発明は、吐水装置に関する。

この技術分野において、水栓装置から吐水される水が容器等に着水する際に起こる水跳ねを低減させるため、または吐水を美しくみせるために、吐水部に整流部材を設けることにより、吐水を整流するものが知られている。（例えば特許文献１）

従来、このような整流部材としては、特許文献１および２、３に記載された星型の環状板やメッシュ状の整流網、格子状の部材を用いたものが一般的に知られており、その吐水水流においては、吐水口または整流部材の壁面から受ける摩擦の影響が少ない。従って水流中央部の流速が大きく、外周部の流速は中央部と比較して小さくなっている。

これらの整流部材は吐水口における水流の速度ベクトルを整えるという技術的思想に基づき考案されてきた。給水された水の進行方向を規制して、ベクトル方向を整えることで、吐水距離がごく短距離である場合には十分な整流であったが、例えば浴室内の天井付近に設けるオーバーヘッドシャワーから吐水するような場合においては、使用者の身体あるいは床面などへ着水するまでの間に吐水形状が乱れてしまい、最後まで吐水を美しく見せることが出来るものではなかった。

実開昭６２−１１４９５６号公報 実開平６−７４６６７号公報 特開２００１-２０３３２号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、吐水口から長
い距離にわたって吐水割れや空気の混入を起こすことなく、吐水形状を維持することが
可能な吐水装置を提供することである。

特許文献１などに記載の吐水装置から吐水される水流内部において、水流中央部の流速が、水流外周部に比べて大きくなっているため、吐水出口において水流に縮流が起こり、吐水後の時間経過と共に水流外周の水は中央部に引き寄せられる。そのため、例えば浴室天井から床面までの長距離において、吐水形状に乱れが生じることで、吐水の千切れが生じてしまう。そのため、吐水の千切れを抑制するには、水流外周部の流速を高めることが有効と考えられる。

しかしながら、水流外周部の流速を高めた場合、特に低流量時において、例えば吐水装置内部に貯留された空気が、吐水口付近の水流中央部に気泡として滞留する事象が頻発する。従来のように水流中央部の速度が大きい場合は水流によって気泡が押し流されるため、気泡が滞留する事象は起こりにくいが、水流外周部の流速を高めたことで、相対的に水流中央部の流速が低減されて、気泡を押し流す力が弱まり、気泡が滞留しやすくなったと考えられる。

このように吐水口付近に気泡が滞留すると、気泡は周囲の水流の僅かな速度差によって揺らぎ、この揺らぎが水流に伝播することで乱れが生じ、吐水形状継続距離が短くなってしまい、所望の吐水を得ることができなくなる。本発明者らはこのような事象において、水流外周部の流速を高めつつ、気泡の滞留を抑制することを両立させるという新たな課題を見出した。

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、吐水口における水流内部の流速分布を所望の形態に変更しつつ、気泡の滞留を抑制することで、吐水形状の継続距離を最大化し、たとえば低流量時においても浴室天井に設置した吐水装置から使用者の頭部や肩、または浴室床まで、吐水割れが起こらずに到達させることで、頭上から吐水された水流が着水時に人体に沿って水膜を形成し、全身を包み込むことが可能な吐水装置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に係る吐水装置は、水を一本の水流として下方に向けて吐出する吐水口と、前記吐水口に水を供給する給水路と、前記給水路の途上に設けられ、前記吐水口から吐出された水流が縮流することを抑制するために、前記給水路の中心軸側を流れる水の流速よりも前記給水路の外縁側を流れる水の流速が高くなるよう流速分布を変化させる流速分布変更部と、を備えた吐水装置であって、更に、前記吐水口から吐出された水流の中に気泡が滞留することを抑制する気泡滞留抑制手段を設けたことを特徴とする。

本発明において、前記給水路の途上に流速分布変更部を備えることで、前記給水路内部の中心軸側を流れる水の流速よりも前記給水路の外縁側を流れる水の流速を高め、前記吐水口から吐出される水流外周部の流速を高めることで、吐水形状維持距離を伸ばすことが可能となる。更に前記吐水口から吐出された水流内の気泡滞留を抑制する気泡滞留抑制手段を備えることで、吐水形状継続距離を伸ばしつつ、気泡滞留による水流の乱れを抑制することができ、頭上から吐水された水流が着水時に人体に沿って水膜を形成することが可能な吐水装置を提供できる。

更に本発明では、より安定した整流吐水を実現するため、前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との流速差が所定値以下になるよう構成されている。気泡滞留を抑制するには、水流によって気泡を押し出すことが必要となるが、水流が気泡を押し出す力は流速に比例する。従って、出口部における水流の中央側の流速が外縁部より大幅に小さい場合、気泡を押し出す力は小さく、滞留し続ける。よって、中央側と外縁側の流速差を所定の範囲内に収めることで、より安定して気泡の滞留を抑制することができる。

また本発明に係る吐水装置では、前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との間の領域の流速が、前記吐水口から吐出される水流の中心側および外縁側の流速よりも小さくなるよう構成されていることも好ましい。このように構成することで、出口部に滞留する大きな気泡を分断させ、中央側と外縁側の間に存在する流速が小さい領域に小さな気泡郡を留めることができる。水流は大きな滞留気泡が存在すると、その気泡の揺らぎの影響を受け、水流の乱れとなるが、小さな気泡の場合は揺らぎが発生しても水流への影響が小さく、水流の分断を抑制することができ、所望の吐水形状継続距離を得ることができる。

前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との間の領域における流速分布が不均一となるよう構成されていることも好ましい。このように構成することで、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との間の領域の流速差はより小さくなり、気泡の揺らぎを抑制することができる。

前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側の流速が略同一となるよう構成することも好ましい。このように構成することで、滞留する気泡に一様な力を作用させることができ、安定して気泡を排出できるようになるため、滞留気泡による水流の揺らぎを抑制することができ、所望の吐水形状継続距離を得ることができる。

本発明によれば、吐水口から長距離にわたって吐水形状を維持可能であるという効果がある。

本発明の実施形態における吐水装置の断面図である。 本発明の実施形態における吐水装置の分解斜視図である。 本発明の実施形態における水の流れを示す模式図である。 従来型吐水装置における吐水の変遷を示す模式図である。 吐水外周部の流速を高めた吐水装置における吐水の変遷を示す模式図である。 本発明の実施形態における吐水の変遷を示す模式図である。 吐水口部の速度分布の違いによる吐水の様子を示す図である。 本発明の変形例における吐水装置の断面図である。

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。

まず図１は、本発明の実施形態である吐水装置１の断面図である。図１に示すように吐水装置１は、鉛直方向に吐水する吐水口２と、前記吐水口２に水を供給する給水路３を備えている。給水路３と吐水口２の間に第一整流部４が備えられ、更に第一整流部４の鉛直下方向に第二整流部５が備えられている。給水路３と第一整流部４の間には滞留室４１が、第一整流部４と第二整流部５の間には滞留室４２がそれぞれ備えられている。また、第一整流部４及び、第二整流部５は吐水口形成部材２１と給水路形成部材３１に挟み込まれる形で保持される。吐水口形成部材２１と給水路形成部材３１はネジ固定やスナップフィット、接着や溶着といった方法で固定することが出来る。

続いて、第一整流部４及び、第二整流部５の分解斜視図を図２に示す。第一整流部４は中心部分に遮蔽部４３を有し、その周囲に複数の通水路４４が備えられ、更に通水路４４の周囲に複数の通水路４５を備えている。通水路４４の総開口面積は通水路４５の総開口面積よりも小さい。また、給水路３の断面積は遮蔽部４３の面積より小さく、鉛直方向から見た際には、給水路３は遮蔽部４３領域内に収まり重なるように配置されている。このように配置することで、給水路３から供給された水は遮蔽部４３に衝突し、一時的に滞留室４１に滞留させることが出来る。第二整流部５は、メッシュ状の網を備えた複数枚の整流網５１で構成されている。

本発明の実施形態である吐水装置１における水の流れを図３に模式的に示す。給水路３から供給された水（矢印Ａ）は遮蔽部４３に衝突、もしくは遮蔽部４３と衝突して逆流してくる水と衝突することにより、滞留室４１内に一旦滞留し（矢印Ｂ）、滞留室４１内部に水圧が篭るような状態となる。滞留室４１に滞留した水は、上流方向からの水に押し出され、通水路４４と通水路４５から下流側へ流出していく（矢印Ｃ群）。通水路４４と通水路４５から流出した水は第二整流部５を経て、吐水口２へ直進する流れ（矢印Ｃ１，矢印Ｃ２）と、表面張力や内部に発生する不圧により滞留室４２の中心方向への流れ（矢印Ｃ３，矢印Ｃ４）に分かれる。中心方向への流れ（矢印Ｃ３，矢印Ｃ４）は、中心部で集約され、第二整流部５を経て、吐水口２へと流出していく（矢印Ｃ５）。

吐水口２への流れ（矢印Ｃ群）は複数の整流網５１から構成される第二整流部５を通過して吐水口２へ至る。水が整流網５１を通過する際には速度ベクトルが進行方向に揃うことになり、最終的に吐水口２から水Ｄは一本の水流となり吐水される。第一整流部４と第二整流部５を水が通過する方向は同一に揃えている。このような構成にすることで第一整流部４、特に通水路４４、及び通水路４５を水が通過する際にある程度揃った速度ベクトルを、第二整流部５において更に揃えることができるため効率的である。またこのとき、整流網５１の枚数を多くする、整流網５１の厚みを厚く設定する、あるいは整流網５１の網目を細かくするほど整流効果は大きくなり、上流側の流路や供給流量などに応じてこれらを適宜設計することが可能である。また、第二整流部５は整流網５１に代えて、特許文献１および２、３に記載された星型の環状板や格子状の部材を用いたものを利用してもよい。

特許文献１に記載された星型の環状板などを整流部材とする、従来型吐水装置による吐水の様子の変遷を模式的に表したものを図４に示す。一般的に配管内を流れる水は、配管壁面からの摩擦抵抗を受け、中心部より外周部の流速が遅くなる。そのため従来型吐水装置の吐水口部における流速は中心部が最も速く、外周部になるほど遅くなる。中心部の流速が早いため、吐水時に吐水装置内に溜まった空気は整流部５’に留まること無く、水流に押し流される。しかし一方、中心部の流速が早いために吐水口出口において、水流に縮流が起こり、吐水後の時間経過と共に水流外周部の水は中心部に引き寄せられる。そのため、吐水は次第に細くなり、吐水形状に乱れが生じ、吐水は千切れて（図７-Ａ）着水時に水跳ねを起こす。この吐水の千切れを抑制するには、水流外周部の流速を高めることが有効な手段であると考えられる。

水流外周部の流速を高めるために、第一整流部４に通水路４４を形成せず、外周部に通水路４５のみを形成した第一整流部４’を備えた吐水装置による吐水の様子の変遷を模式的に表したものを図５に示す。水流外周部の流速を高めた場合、吐水装置内部の空気が吐水口付近の水流中央部に、気泡として滞留する事象が頻発する。これは吐水開始時に流速の速い外周部から吐水が始まり、中心部の空気を包み込むように縮流を起こし、空気溜りが出来やすくなったためと考えられる。また、水流外周部の流速を高めたことで、相対的に水流中央部の流速が低減されて、気泡を押し流す力が弱まり、気泡が滞留しやすくなったと考えられる。このよう吐水口付近に気泡６が滞留することで、気泡６は周囲の水流の僅かな速度差による揺らぎによって、水流に乱れが生じ、吐水は千切れて（図７-Ｂ）着水時に水跳ねを起こす。この気泡の滞留を抑制するには、滞留する度に指などで直接除去するなどの方法がある。しかし、直接除去する場合には、吐水装置の設置高さによっては手が届かないなどの懸念があり、本発明の実施形態としては不向きである。そこで気泡の滞留を抑制するために、吐水口部の流速分布を制御し、空気を水流で押し流す方法を有効であると考えた。

図６は本発明の実施形態である吐水装置１による吐水の様子の変遷を模式的に表したものである。中心部の流速が速いと縮流により、外周部の流速が速いと気泡により、いずれも吐水形状が乱れ、吐水が千切れてしまう。そこで図３に示すように、通水路３から供給される水流Ａを、水路４４と水路４５によって吐水口全体に分配することで、吐水口２における流速分布は、中心部の水流（矢印Ｄ１）と外周部の水流（矢印Ｄ２）の流速差が小さくなる。また、水路４４の総開口面積は水路４５の総開口面積に比べ小さく設定しているため、中心部の水流（矢印Ｄ１）の水量は外周部の水流（矢印Ｄ２）の水量よりも少ないため、中心部と外周部の間の水流（矢印Ｄ３）の流速は、中心部の水流（矢印Ｄ１）と外周部の水流（矢印Ｄ２）の流速より僅かに小さくなっている。なお、中心部と外周部の間の水流（矢印Ｄ３）の流速は、均一ではなく、不均一となるように構成してもよい。このように中心部と外周部の流速差を所定値以下にすることで縮流を低減し、より安定的に気泡の滞留を抑制することができる。また、中心部と外周部の間の領域の流速を中心部と外周部よりも僅かに小さくすることで、吐水口部に滞留する大きな気泡を分断し押し流し、流速が遅い領域７に極小さい気泡を留めることができる。水流は大きな滞留気泡が存在すると、その気泡の揺らぎの影響を受け、水流が乱れるが、気泡が極小さい場合は揺らぎが発生しても水流への影響が極めて小さく、吐水形状を維持し（図７-Ｃ）、対象物まで吐水が切れることなく着水させることが可能となる。

気泡滞留抑制手段としては、上記以外にも、中心部の水流（矢印Ｄ１）と外周部の水流（矢印Ｄ２）と中心部と外周部の間の水流（矢印Ｄ３）の流速を略均一となるように構成し、吐水装置内に溜まった空気を押し流すようにしてもよい。

次に本発明の変形例である第一整流部４’と整流網５１’を第二整流部５に組み込んだ吐水装置の断面図を図８に示す。なお、実施形態と共通の部分については同一の符号を付し、説明を省略する。

変形例における第一整流部４’は通水路４４を形成せず、外周部に通水路４５のみを形成されてある点が実施形態と異なる。また、整流網５１’は、その中心部が通水方向（鉛直下向き）に対し凸形状となっている点が実施形態と異なる。実施形態では第一整流部４に通水路４４を形成することで、水流を外周部だけでなく中心部にも集め、中心部と外周部の流速差を所定値以下とした。それに対し変形例においては、通水路４４が形成されていなくても、整流網５１’を下に凸形状とすることで中心部にも水流が集まり、中心部と外周部の流速差を所定値以下にすることが可能である。またその他にも、第一整流部４の遮蔽部４３の裏側を鉛直下向きに凸形状とすることで、心部と外周部の流速差を所定値以下にしてもよい。

以上、本発明に具体的構成について図面を用いて説明を行ったが、本発明は上記の実施形態及び変形例に拘束されるもではない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜変更することが可能である。例えば、本発明における吐水装置は必ずしもオーバーヘッドシャワーだけに設置する必要はなく、通常の手洗い器やキッチンで使用される湯水混合水栓に用いることも可能である。また、単水栓や、自動水栓、浄水器など様々な吐水装置に適用することが可能である。

１ 吐水装置
２ 吐水口
２１ 吐水口形成部材
３ 通水路
３１ 給水路形成部材
４ 第一整流部
４１，４２ 滞留部
４３ 遮蔽部
４４，４５ 通水路
５ 第二整流部
５１ 整流網
６，７ 気泡

Claims (6)

1. 水を一本の水流として下方に向けて吐出する吐水口と、
   前記吐水口に水を供給する給水路と、
   前記給水路の途上に設けられ、前記吐水口から吐出された水流が縮流することを抑制するために、前記給水路の中心軸側を流れる水の流速よりも前記給水路の外縁側を流れる水の流速が高くなるよう流速分布を変化させる流速分布変更部と、を備えた吐水装置であって、
   更に、前記吐水口から吐出された水流の中に気泡が滞留することを抑制する気泡滞留抑制手段を設け、
   前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との流速差が所定値以下になるよう構成され、かつ、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との間の領域の流速が、前記吐水口から吐出される水流の中心側および外縁側の流速よりも小さくなるよう構成されていることを特徴とする吐水装置。
2. 前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との間の領域における流速分布が不均一となるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の吐水装置。
3. 前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側の流速が略同一となるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の吐水装置。
4. 前記気泡滞留抑制手段は、前記吐水口から吐出される水流の中心側と外縁側との流速差が、前記吐水口から吐出される水流が前記吐水口から対象物まで切れることなく着水する流速差となるよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の吐水装置。
5. 前記流速分布変更部は、中心部分に形成され前記給水路から供給された水が衝突する遮蔽部と、前記遮蔽部の周囲に形成される前記気泡滞留抑制手段である複数の内側通水路と、前記内側通水路の周囲に形成される複数の外側通水路と、を備える第一整流部であり、
   前記第一整流部と前記給水路との間には第一滞留室が形成され、
   前記内側通水路の総開口面積は前記外側通水路の総開口面積よりも小さく、前記遮蔽部の面積より前記給水路の断面積が小さくなるよう形成され、
   前記給水路から供給された水が前記遮蔽部に衝突し、前記第一滞留室に滞留し、前記第一滞留室に滞留した水が、上流方向からの水に押し出され、前記内側通水路と前記外側通水路から下流側へ流出していくことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の吐水装置。
6. 前記第一整流部の下方に第二整流部を備え、前記第一整流部と前記第二整流部との間には第二滞留室が形成され、前記第二整流部は、メッシュ状の網を備えた複数枚の整流網で構成されることを特徴とする請求項５に記載の吐水装置。

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