JP6699071B2 - 吐水装置 - Google Patents

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１３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１３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を、水道水中にカルシウム成分が多く含まれている地域で長期間使用した場合、カルマン渦の発生流路の内壁面にカルシウム成分が固化して生成されたスケールが付着する。この方式の吐水装置は、流路の障害物とその周囲の内壁面との間の隙間を所定寸法で設計することにより、所望の渦を生成するものである。このため、障害物やその周囲の内壁面にスケールが付着すると、上記隙間の寸法が狭くなる（所定寸法でなくなる）ため、所望の渦が生成できなくなってしまう恐れがある。このように所望の渦が生成できなくなると、吐水の振動振幅や振動周期などが変化し、所望の吐水が実現できなくなるという課題が生じる。

このスケールは、水流のみの力では除去することは困難であるが、物理的に擦ったり、スケールが付着した壁面自体を変形させたりすることで除去することが可能である。しかし、障害物やその周囲の内壁面は、吐水口よりも上流側に配置されており、使用者の手の届かない場所にあるため、メンテナンスが困難である。

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、カルマン渦の発生部にスケールが付着した場合であっても、使用者が容易にメンテナンスできる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、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。さらに、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、上記渦発生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、を有している。さらに、上記吐水口通路は、弾性変形可能な軟質部材で形成されており、且つ使用者が上記吐水口通路を変形操作可能なように上記吐水装置本体に取り付けられている。さらに、上記渦発生通路は、弾性変形可能な軟質部材で形成されており、且つ上記吐水口通路の変形がこの渦発生通路に伝達されるように、上記吐水口通路と一体形成されている。

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、吐水口通路を変形操作することにより、吐水口通路の内壁面に付着したスケールを使用者が容易に除去することができる。さらに、吐水口通路の変形が渦発生通路にまで伝達することにより、使用者の手が届きにくい渦発生通路（振動吐水に大きな影響を及ぼす障害物やその周囲の内壁面も含む）に付着したスケールを除去することができる。さらに、吐水口通路を変形操作することで吐水口通路と渦発生通路が変形することにより、吐水口通路に付着したスケールと渦発生通路に付着したスケールを、１回の操作で同時に除去することができる。このように、本発明によれば、カルマン渦の発生部にスケールが付着した場合であっても、使用者が容易にメンテナンスすることができる。

また本発明に係る吐水装置では、振動発生素子は、上記渦発生通路とともに弾性変形可能な軟質部材で一体形成され、上記吐水装置本体に対して水密的に取り付けるためのシール部を有しており、上記シール部と上記渦発生通路との間には、上記シール部の変形が上記吐水口通路および上記渦発生通路に伝達することを防止する変形規制部が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、シール部を渦発生通路と一体形成したことにより、吐水装置と振動発生素子との間に別体のシール部材（パッキン等）を設ける必要が無くなり、構造を簡略化できる。また、シール部と渦発生通路との間に変形規制部を設けたことにより、振動発生素子を吐水装置本体に水密的に取り付けるためにシール部を押し潰した場合であっても、シール部の変形が吐水口通路および渦発生通路に伝達しないようにできる。このように、シール部を渦発生通路と一体形成した場合であっても、所望の渦を生成して、所望の振動吐水を実現できる。

また本発明に係る吐水装置では、上記変形規制部は、上記渦発生通路よりも上流側に設けら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、吐水口通路と渦発生通路の間に変形規制部がないため、吐水口通路の変形を効率的に渦発生通路に伝達することができる。

また本発明に係る吐水装置では、複数の上記振動発生素子が軟質部材で一体形成されており、振動発生素子の各々に対して、上記吐水装置本体に固定する固定部が設けら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、複数の振動発生素子が軟質部材で一体形成されているため、生産性を向上させることができる。また、複数の振動発生素子の各々に対して固定部が設けられていることにより、吐水口通路を変形操作した際に渦発生通路の変形量が大きくなる最適位置に、変形の支点となる固定部を配置することができる。

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、カルマン渦の発生部にスケールが付着した場合であっても、使用者が容易にメンテナンスでき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１の外観図である 本発明における吐水装置１の分解斜視図である。 本発明における吐水装置１の断面図である。 本発明における振動発生素子２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。 本発明におけるシール部４０近傍の拡大断面図である。 本発明におけるスケール除去の様子を表した模式図である。 本発明における散水ノズル１６の断面図である。 本発明における吐水装置１の背面側からみた分解斜視図である。 対比例における振動発生素子２に水圧をかけたときの模式図である。 本発明の実施例における振動発生素子２に水圧をかけたときの模式図である。 本発明の変形例における振動発生素子２の水圧をかけたときの模式図である。 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。

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と連なるように設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２６から吐水される湯水が往復振動される。

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、吐水ヘッド１２の断面拡大図を示す。先述するように、散水パッキン４は吐水ヘッド本体１２０と、散水板１８とにはさまれる形で固定されている。このとき、散水パッキン４は吐水ヘッド本体１２０と散水板１８との間をシールするシール部材をかねており、両者の間を水密にシールするシール部４０を有している。このシール部４０は両者によって押圧されることによって、水密性を確保する構造となっている。そのままでは押圧による変形が、軟質な散水パッキン４全体に広がってしまい、振動発生素子２や、吐水ノズル１６も歪み、吐水に影響を与えてしまう。これを抑制するために、シール部４０の近傍には変形規制部４２が設けられている。この変形規制部４２によって、シール部４０の歪みが、振動発生素子２よりも上流側で縁ぎりされることで、振動発生素子２や、吐水ノズル１６の歪みが抑制され、美しい吐水が保たれる。

振動発生素子２の近傍においては、散水板４の一部が変形規制部材６として、微小隙間を有して配置されている。後述するように、この変形規制部材６は、振動発生素子２が水圧によって膨張してしまうことを抑制するために設けられている。なお、変形規制部材６と振動発生素子２の間に微小隙間が形成されていることによって、吐水装置１を組み立てる際に、変形規制部材６と接触し、振動発生素子２が傷ついてしまうことを抑制できる。

次に、本発明におけるスケール除去の仕組みについて、模式図である図７を参照しながら、説明を行う。
スケールは、水道水中に含まれるシリカやカルシウムなどが、通水路の壁面に徐々に析出するものである。吐水装置１においては、図７（ａ）に示すように、吐水ノズル１６や、振動発生素子２内部の給水通路２０、渦発生通路２２、吐水口通路２４などに徐々に析出、蓄積していく。これらの箇所にスケールが付着・析出してしまうと、カルマン渦の発生や、吐水に影響が生じてしまうため、吐水の振動や、吐水そのものが乱れてしまう可能性が存在する。

このとき、図７（ｂ）に示すように、散水板１８の表面に突出した吐水口通路２４の側面から、指などで力を加える。すると、図７（ｃ）に示すように、吐水口通路２４の変形が、渦発生通路２２、給水通路２０に伝わって、それぞれ変形することで、スケールが剥がれ落ちる。この状態で吐水を行うと、図７（ｄ）に示すように、剥がれ落ちたスケールが外部に流され、振動発生素子２から除去されるのである。

図８に示すように、振動発生素子２は吐水ノズル１６やシール部４０と一体的に散水パッキン４として、軟質部材で構成されている。これによって、振動発生素子２の吐水口通路２４の変形を渦発生通路２２に波及させたり、別途のシール部材を設けることなく、散水板１８と吐水ヘッド本体１２０との間をシールするなど、多種の機能をひとつの部材に持たせることが可能となる。

図９に示すように、散水パッキン４には、複数の振動発生素子２が設けられている。このとき、それぞれの振動発生素子２の周囲において、散水パッキン４と散水板１８の裏面が接触し、固定部として作用するように構成されている。これにより、各振動発生素子２の吐水口通路２４が変形するように力が加えられた場合に、変形が及ぶ箇所が各振動発生素子２周辺に限定される。換言すると、吐水口通路２４にくわえる力を各振動発生素子２の変形に利用することができ、効率的にスケールの除去を行うことができる。このように固定部を設けなかった場合は、散水パッキン４全体の変形で力を吸収してしまい、渦発生通路２２がうまく変形せずに、スケールの除去を完全に行うことができない可能性がある。

図１０に、対比例における振動発生素子２に水圧をかけたときの様子を模式的に示す。
この対比例は、本発明における実施例と比較して、変形規制部材６が設けられていないものである。水圧がかかっていないときには、図１０の（ａ）、（ｂ）に示すように、変形はしていない。しかし、ここに一定以上の水圧がかかると、図１０の（ｃ）、（ｄ）に示すように、軟質な材料からなる振動発生素子２は、その渦発生通路２２などにかかる水圧によって、外側に大きく変形してしまうのである。振動発生素子２における吐水の振動は渦発生通路２２で発生するカルマン渦の大きさによって変化するものであるため、この部分が大きく変化してしまうと、意図した吐水を行えない恐れがある。また、図１０（ｄ）に示すように高さ方向にも広がるように変形してしまうため、湯水衝突部２６も長手方向に大きく引っ張られてしまい、最終的には破断してしまう恐れがある。

対して、図１１に本発明の実施例における振動発生素子２に水圧をかけたときの様子を模式的に示す。実施例においては、振動発生素子２の近傍に変形規制部材６を設けている。これによって、軟質な材料からなる振動発生素子２に水圧が作用した場合であっても、変形規制部材６によって、振動発生素子２が膨張することを抑制することができる。つまり、大きな水圧が作用した場合であっても、振動発生素子２を所定寸法に維持することができるのである。

図１２に、本発明の変形例における振動発生素子２を示す。この変形例においては、水圧が作用した際に振動発生素子２が膨張してしまうことを抑制するために、実施例の変形規制部材に変えて、水圧作用部６０を設けている。この水圧作用部を、渦発生通路２２の側面に全周にわたって設けることによって、内部から渦発生通路２２を広げる方向に作用する水圧と、外部から渦発生通路２２を縮径する方向に作用する水圧とがバランスして、結果として振動発生素子２の膨張を抑制することが可能となっている。

本発明の実施例、変形例のように、振動発生素子２の膨張を抑制するように構成することによって、振動発生素子２を軟質な材料で構成し、スケールを除去できるようにすると同時に、高い水圧が作用した場合であっても所定の寸法を維持し、吐水を維持することができ、また振動発生素子２の耐久性を向上させることができるのである。

なお、図４で示したように、吐水口通路２４においては、短手方向の第一壁面部２４２よりも、長手方向の第二壁面部２４４のほうが厚く構成される。これは、水圧の作用に加えて、振動の運動エネルギーが作用する長手方向の第一壁面部２４２を分厚くすることで、振動の形成に寄与する第一壁面部２４２の耐久性を向上、クラックなどが発生すること抑制することができるようになる。また、吐水時に吐水口通路２４に高い水圧が加わった場合であっても、第一壁面部２４２が変形することを抑制し、所望の振幅の振動吐水を行うことができる。
一方で第二壁面部２４４は、薄く構成、つまり変形しやすく構成することができる。これにより、指などで変形させてスケールを除去する場合であっても、軽い力で変形させることができるようになる。

以上、本発明について、実施例を用いながら説明を行った。本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、発明を逸脱しない範囲で適宜設計を行うことが可能である。たとえば、吐水の種類は振動発生素子のみでもよいし、３種、４種とさまざまなノズルを組み合わせて利用してもよい。また、渦発生通路を硬質材料で形成し、吐水口通路と一体形成してもよい。

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
水圧作用部 ６０

Claims (4)

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、上記渦発生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、を有し、
   上記吐水口通路は、弾性変形可能な軟質部材で形成されており、且つ使用者が上記吐水口通路を変形操作可能なように上記吐水装置本体に取り付けられており、
   上記渦発生通路は、弾性変形可能な軟質部材で形成されており、且つ上記吐水口通路の変形がこの渦発生通路に伝達されるように、上記吐水口通路と一体形成されていることを特徴とする吐水装置。
2. 上記振動発生素子は、
   上記渦発生通路とともに弾性変形可能な軟質部材で一体形成され、上記吐水装置本体に対して水密的に取り付けるためのシール部を有しており、
   上記シール部と上記渦発生通路との間には、上記シール部の変形が上記吐水口通路および上記渦発生通路に伝達することを防止する変形規制部が形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. 上記変形規制部は、上記渦発生通路よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項２記載の吐水装置。
4. 複数の上記振動発生素子が軟質部材で一体形成されており、
   複数の上記振動発生素子の各々に対して、上記吐水装置本体に固定する固定部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の吐水装置。

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