JP6769641B1 - マイクロバブル発生装置およびこれを備えるシャワーヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】動力源または精密加工を必要とせずに、流体中に微小な気泡を発生させられるマイクロバブル発生装置を提供する。【解決手段】マイクロバブル発生装置１０は、通液部材と、通気部材２７と、通気栓３０を備えている。通液部材は、通液路２６と、表面に開口部が形成された通液壁２９を備えている。通気部材２７は、通気路２８と通気壁３４を備えている。通気路２８は、開口部を介して通液路２６とつながっている。通気壁３４は、開口部と反対側の端に通気口４０が形成され、通液壁２９と接続されている。弾性体である通気栓３０は、通気壁３４の内表面との間で圧力が高い個所と低い個所が生じるように、通気壁３４の内側に装着されている。マイクロバブル発生装置１０は、流体が通液路２６を通過するときに生じる通液路２６内の負圧によって、通気壁３４と通気栓３０との間に通気部４２を生じさせて、流体中にマイクロバブルを発生させる。【選択図】図２

Description

本願は、流体中に微小な気泡を発生させるマイクロバブル発生装置と、このマイクロバブル発生装置を備えるシャワーヘッドに関するものである。

マイクロバブルの発生方式として、フィルタに微小な孔を設け、この孔から加圧した空気を送り出す押出し方式、流入させた空気をファンなどによってせん断するせん断方式、および水の粘性を利用して空気を送り出すエジェクタ方式などが知られている。特許文献１には、加圧液体および気体の導入部と、円筒状の気泡発生空間を備えるエジェクタ方式のマイクロバブル発生装置が記載されている。

このマイクロバブル発生装置では、加圧液体および気体の導入部に、気泡発生空間と通じる加圧液体導入孔と気体導入孔が設けられている。また、このマイクロバブル発生装置では、加圧液体導入孔の導入部の端面と気体導入孔の導入部の側面に、それぞれ開口が設けられている。また、このマイクロバブル発生装置では、気体導入孔と連通する気体導入管に、気体導入量を調整する調整弁が設けられている。水道栓またはシャワーヘッドなどの吐水装置にこのマイクロバブル発生装置を搭載することで、吐水の洗浄能力が高くなる。このような吐水装置では、流入する水の一部に、マイクロサイズの微小バブルではない空気を混合して、吐水の一部を気泡化させている。

また、吐水装置は、吐水口に至る通水路内で水同士を衝突させて泡沫水を得ている。泡沫水を発生させる装置は、減圧部、通水路、および整流部を備えている。減圧部は、給水口と吐水口との間に、水圧を減らすための複数の小孔を有する。通水路は、減圧部を流れる水に空気を含ませる複数の空気孔を有する。整流部は、通水路の下流に設けられ、空気を含んだ水を通水路に沿って落下させ、吐水口に向けて排出方向を整える。

特許文献２には、整流吐水、泡沫吐水、およびシャワー吐水の３種類の吐水形態を切り替えられる吐水装置が記載されている。この吐水装置は、第１筒体と第２筒体を備えている。第１筒体には、内部に隔壁を備える通水路が形成されている。第２筒体は、環状隙間を介して、第１筒体の外側に設けられている。環状隙間は、吐水面に設けられた小径孔と連通している。そして、この吐水装置は、環状隙間を塞ぐことによって整流吐水を供給し、環状隙間を開くことによってシャワー吐水を供給し、小径孔から環状隙間を経由して通水路に外気を導入することによって泡沫吐水を供給する。

特許第４００２４３９号公報 特開２００５−２９０６８６号公報

従来の押出し方式およびせん断方式のマイクロバブル発生装置では、空気を加圧したり、ファンを高速回転させたりするための動力源が必要となる。また、マイクロバブルを発生させるための孔の加工に、精度が要求される。また、従来のエジェクタ方式のマイクロバブル発生装置では、空気流入口となる孔または隙間をマイクロメートル単位で正確かつ一律に加工する必要がある。しかし、この加工は難しく、エジェクタ方式のマイクロバブル発生装置では、空気流入量にバラツキが生じていた。このため、吐水に大きな気泡が混在したり、吐水中の気泡の量が少なかったりするなどして、吐水の洗浄性が効果的に得られなかった。また、微小孔が多数形成されたフィルタは、目詰まりを起こしやすい。

一方、特許文献２の吐水装置のように、吐水面の小径孔から環状隙間を経由して通水路に外気を導入することで、整流吐水とシャワー吐水を切り替え、混入する空気量を調整する装置では、マイクロバブルのような微小な気泡が吐水に発生しない。本願の課題は、動力源または精密加工を必要とせずに、流体中に微小な気泡を発生させられるマイクロバブル発生装置を提供することである。

本願のマイクロバブル発生装置は、流体が通過する通液路と、通液路を囲むとともに、表面に開口部が形成された通液壁とを備える通液部材と、開口部を介して通液路とつながっており、気体が通過する通気路と、通気路を囲むとともに、開口部と反対側の端に通気口が形成され、通液壁と接続された通気壁とを備える通気部材と、通気壁の内表面との間で圧力が高い個所と低い個所が生じるように、通気壁の内側に装着された弾性体である通気栓とを有し、流体が通液路を通過するときに生じる通液路内の負圧によって、圧力が低い個所で通気壁と通気栓との間に隙間である通気部を生じさせて、流体中にマイクロバブルを発生させる。

本願のシャワーヘッドは、給水口と、内側に通水路とを備えるグリップと、グリップと連結され、散水口を備えるヘッドと、通水路に設置された本願のマイクロバブル発生装置とを有する。

本願のマイクロバブル発生装置では、通液路を通過する流体によって通気路内を減圧し、通気壁と通気栓との間に隙間である通気部を生じさせて、これらの通気部から外気を通液路に取り込み、通液路内の流体にマイクロバブルを発生させられる。通気壁と通気栓によって、マイクロバブルの発生に適した通気部が形成できるので、精密加工によって通気部を作製する必要がない。また、本願のシャワーヘッドは、本願のマイクロバブル発生装置を備えているので、マイクロバブルを含むシャワー水が簡便に得られる。

第一実施形態のシャワーヘッドの正面図とその部分拡大図。 第一実施形態のシャワーヘッドの右側面図とその部分拡大図。 第一実施形態のシャワーヘッドのグリップの下面図。 図１のＩＶ−ＩＶ断面図の一部。 第二実施形態のシャワーヘッドの右側面図とその部分拡大図。 第三実施形態のシャワーヘッドの右側面図とその部分拡大図。

以下、本願のマイクロバブル発生装置（以下「ＭＢ発生装置」と記載する）とシャワーヘッドについて、図面を参照しながら各実施形態に基づいて説明する。なお、ＭＢ発生装置は、シャワーヘッドの構成部材として説明する。図面は、シャワーヘッド、シャワーヘッドの構成部材、およびシャワーヘッドの周辺部材を模式的に表しており、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、同一部材には同一符号を付与することがある。特にことわらない限り、本願では便宜上、図１に示すＭＢ発生装置およびシャワーヘッドの向きを基準に、正面と背面、左右、上下、および内側と外側などの方向を表す。

図１は、本願の第一実施形態のシャワーヘッド１０の正面を示している。図２はシャワーヘッド１０の右側面と、その一部分を拡大して示している。シャワーヘッド１０は、グリップ１２と、ヘッド１４と、本願の第一実施形態のＭＢ発生装置１６を備えている。なお、図１のシャワーヘッド１０の正面図の下部は、ＭＢ発生装置１６の中心を通り、正面と平行に切断したときの断面を示している。また、図１では、ＭＢ発生装置１６の一部を拡大して示している。図２では、グリップ１２とヘッド１４を透視して、ＭＢ発生装置１６の外観が現れるように示している。また、図２では、ＭＢ発生装置１６の一部を拡大して示している。なお、図２では、後述するように、通気部４２が現れている状態を示している。図３はグリップ１２の下面を示している。

グリップ１２は、給水口２０と、通水路２２を備えている。ヘッド１４は、グリップ１２と連結されており、散水口２４を備えている。すなわち、グリップ１２の給水口２０から取り入れられ、グリップ１２の通水路２２を通過した水が、ヘッド１４の散水口２４から吐出されるように、シャワーヘッド１０が構成されている。ＭＢ発生装置１６は、通水路２２に設置されている。すなわち、グリップ１２の給水口２０から供給された水は、通水路２２内のＭＢ発生装置１６を通過した後、ヘッド１４に到達する。

ＭＢ発生装置１６は、通液部材２５と、通気部材２７と、通気栓３０を備えている。通液部材２５は、通液路２６と通液壁２９を備えている。通液路２６は流体が通過する。本実施形態では、ＭＢ発生装置１６がシャワーヘッド１０に用いられているので、流体が水である。なお、ＭＢ発生装置１６は、水以外の流体、例えば油などにマイクロバブルを発生させてもよい。この場合、流体は油などである。マイクロバブルは、直径５０μｍ（０．０５ｍｍ）以下の微小な気泡である。

通液壁２９は、内径が変化している円筒形状を備えており、通液路２６を囲んでいる。通液壁２９の表面には、２つの開口部３２，３２が形成されている。開口部３２の最も外側と最も内側の形状は長方形状である。すなわち、開口部３２は円筒殻形状を備えている。通気部材２７は、通気路２８と通気壁３４を備えている。通気路２８は、開口部３２を介して通液路２６とつながっている。通気路２８は、気体の一例である空気が通過する。すなわち、通気路２８は、外気を取り込んで、通液路２６にこの外気を導入する。通気壁３４は、筒形状を備えており、通気路２８を囲んでいる。また、通気壁３４は、通液壁２９と接続されている。通気壁３４の開口部３２と反対側の端には、通気口４０が形成されている。

弾性体である通気栓３０は、通気壁３４の内表面との間で、圧力が高い個所と低い個所が生じるように、通気壁３４の内側に装着されている。つまり、通気栓３０の外表面と通気壁３４の内表面が強く接触している部分と、弱く接触している部分が存在する。この状態では、図２に示す通気壁３４の内表側と通気栓３０の外表面が周回して接触している。そして、水が通液路２６を通過するときに生じる通液路２６内の負圧によって、この弱く接触している部分で、すなわち、圧力が低い個所で、通気壁３４と通気栓３０との間に隙間である通気部４２が生じて、水中にマイクロバブルが発生する。

マイクロバブルの発生の仕組みを、より詳しく説明する。水が通液路２６を通過すると通液路２６内に負圧が生じる。この負圧によって、通気栓３０は通液路２６の方向に吸引される。このとき、通気栓３０がわずかに変形して、通気栓３０の外表面と通気壁３４の内表面が弱く接触している部分で、微小な空間である通気部４２が形成される。外気は、この通気部４２を通過し、通液路２６内の水に取り込まれ、水中のマイクロバブルとなる。換言すると、水によって生じる通液路２６内の負圧で形成された通気部４２を通過する外気が水中でマイクロバブルとなるように、通気栓３０が通気壁３４の内側に装着されている。

通気栓３０の外表面と通気壁３４の内表面が強く接触している部分と、弱く接触している部分が存在するように、通気栓３０が通気壁３４の内側に装着されている例として、通気口４０を含む通気路２８の少なくとも一部の形状が多角柱であり、この通気口４０の少なくとも一部である多角柱に装着される部分の通気栓３０の形状が円柱である態様が挙げられる。この場合、通気口４０の多角形の角の数またはこの多角形の大きさなどを適宜調整することによって、水中にマイクロバブルが発生するような通気部４２が得られる。通気部４２が狭過ぎれば水中に気泡が生じないし、通気部４２が広過ぎれば、マイクロバブルより大きな気泡が水中に生じる。

通気栓３０は、例えばエラストマー、シリコーン、エチレン・プロピレン・ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、またはアクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）から構成されている。本実施形態では、通気栓３０が通気壁３４の内側に圧入されている。また、本実施形態では、図１に示すように、通気壁３４の内側にも通液壁２９の壁部分が存在する。つまり、開口部３２は通気路２８より狭くなっている。

このため、通気路２８に装着された通気栓３０は、すなわち、通気壁３４の内側に装着された通気栓３０は、通液路２６の方向に吸引されても、通気壁３４の内側に存在する通液壁２９の壁部分が、通液路２６の方向に通気栓３０が進むのを妨げている。本実施形態では、図１に示すように、２つの通気路２８，２８が通液路２６と直交するように、通気壁３４が通液壁２９と接続されている。また、通気路２８の形状は多角柱であり、開口部３２の形状は円筒殻である。通気栓３０の形状は円柱である。

図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線での断面の一部を示している。図４に示すように、通気栓３０の平坦な内側端面３０ａは、通液壁２９の外表面２９ａである曲面の一部と接している。このため、通気路２８と開口部３２の間は、通気栓３０によって完全にはふさがれない。したがって、通気部４２から取り込んだ外気は、通気栓３０の内側端面３０ａと通液壁２９の外表面２９ａの間の空間を経由して、開口部３２を通過して、通液路２６に導入される。

マイクロバブルが発生する態様として次の例が挙げられる。シリコーンゴム製の円柱形の通気栓３０の底面の円の直径が５．１ｍｍで、角部が滑らかに加工されている通気口４０部分を除いた通気壁３４の内側が、底面の直径が５ｍｍの円柱に外接する正十二角形柱の場合、この通気栓３０がこの通気口４０に圧入されたときに、水中にマイクロバブルが生じた。なお、マイクロバブルの発生は、ナノ粒径分布測定装置（島津製作所製ＳＡＬＤ−７５００）によって確認した。

この通気栓３０がこの通気口４０に圧入されると、通気壁３４の内表面の角部３４ａと通気栓３０の外表面との間の圧力は、通気壁３４の内表面の平坦部３４ｂと通気栓３０の外表面との間の圧力より低い。すなわち、通気壁３４の内表面との間で圧力が高い個所と低い個所が生じるように、通気栓３０が通気壁３４の内側に装着されている。この状態で水が通液路２６を通過すると、図２に示すように、通液路２６内の負圧によって、通気壁３４の内表面の角部３４ａと通気栓３０の外表面との間で十二個所の通気部４２が現れる。そして、この通気部４２から水中に取り込まれた外気によって、水中にマイクロバブルが発生する。

図３に示すように、グリップ１２は、給水口２０の周囲に外気取入孔４６を備えている。外気取入孔４６は通気口４０に外気を取り入れる。すなわち、外気取入孔４６からグリップ１２の内部に取り入れられた外気は、通気口４０の通気部４２から通気路２８に取り込まれ、ＭＢ発生装置１６の通液路２６に導入されて、通液路２６を通過する水中にマイクロバブルを生じさせる。

図５は、本願の第二実施形態のシャワーヘッド５０の右側面を示している。図５では、グリップ１２とヘッド１４を透視して、本願の第二実施形態のＭＢ発生装置５６の外観が現れるように示している。また、図５では、ＭＢ発生装置５６の一部を拡大して示している。なお、図５では、通気部７２が現れている状態を示している。ＭＢ発生装置５６は、通液路２６と、通気路５８と、通気栓６０を備えている。通気路５８と通気栓６０の形状が、第一実施形態のＭＢ発生装置１６の通気路２８と通気栓３０の形状と異なる点を除いて、ＭＢ発生装置５６はＭＢ発生装置１６と同じである。

通気路５８は通気口７０を備えている。通気路５８の形状は円柱、すなわち通気口７０の形状は円形であり、通気栓６０の形状は正十二角柱である。なお、通気栓６０の形状は、正十二角柱に限らず、他の多角柱であってもよい。本実施形態では、通気栓６０の外表面の平坦部と通気壁６４の内表面との間の圧力は、通気栓６０の外表面の角部と通気壁６４の内表面との間の圧力より低い。

すなわち、通気壁６４の内表面との間で圧力が高い個所と低い個所が生じるように、通気栓６０が通気壁６４の内側に装着されている。そして、この状態で水が通液路２６を通過すると、図５に示すように、通液路２６内の負圧によって、通気栓６０の外表面の平坦部と通気壁６４の内表面との間で十二個所の通気部７２が現れ、この通気部７２から水中に取り込まれた外気によって、水中にマイクロバブルが発生する。

図６は、本願の第三実施形態のシャワーヘッド８０の右側面を示している。図６では、グリップ１２とヘッド１４を透視して、本願の第三実施形態のＭＢ発生装置８６の外観が現れるように示している。また、図６では、ＭＢ発生装置８６の一部を拡大して示している。なお、図６では、通気部１０２が現れている状態を示している。ＭＢ発生装置８６は、通液路２６と、通気路８８と、通気栓９０を備えている。通気路８８と通気栓９０の形状が、第一実施形態のＭＢ発生装置１６の通気路２８と通気栓３０の形状と異なる点を除いて、ＭＢ発生装置８６はＭＢ発生装置１６と同じである。

通気路８８は通気口１００を備えている。通気路８８は、円筒の内側面に八本の円弧溝が形成された形状を備えており、通気栓９０は円柱形状を備えている。なお、円弧溝は、円柱の一部を中心軸方向に沿って切り取った形状を備える溝である。この円弧溝が通気部１０２となる。図６では、通気部１０２を誇張して示しているが、実物のＭＢ発生装置８６では、この円弧溝は、通気栓９０で充填されるくらいの大きさである。なお、通気路８８は、円筒の内側面に円弧溝以外の溝が形成された形状を備えていてもよい。また、通液路２６を通過する水中にマイクロバブルが生じるのであれば、溝の大きさと数量には制限がない。

本実施形態では、通気壁９４の円弧溝部分の内表面と通気栓９０の外表面との間の圧力は、通気壁９４の円筒部分の内表面と通気栓９０の外表面との間の圧力より低い。すなわち、通気壁９４の内表面との間で圧力が高い個所と低い個所が生じるように、通気栓９０が通気壁９４の内側に装着されている。そして、この状態で水が通液路２６を通過すると、図６に示すように、通液路２６内の負圧によって、通気壁９４の内表面と通気栓９０の外表面との間で八個所の通気部１０２が現れ、この通気部１０２から水中に取り込まれた外気によって、水中にマイクロバブルが発生する。

１０，５０，８０ シャワーヘッド
１２ グリップ
１４ ヘッド
１６，５６，８６ マイクロバブル発生装置（ＭＢ発生装置）
２０ 給水口
２２ 通水路
２４ 散水口
２５ 通液部材
２６ 通液路
２７ 通気部材
２８，５８，８８ 通気路
２９ 通液壁
２９ａ 通液壁の外表面
３０，６０，９０ 通気栓
３０ａ 通気栓の内側端面
３２ 開口部
３４，６４，９４ 通気壁
３４ａ 通気壁の内表面の角部
３４ｂ 通気壁の内表面の平坦部
４０，７０，１００ 通気口
４２，７２，１０２ 通気部
４６ 外気取入孔

Claims (8)

1. 流体が通過する通液路と、前記通液路を囲むとともに、表面に開口部が形成された通液壁とを備える通液部材と、
   前記開口部を介して前記通液路とつながっており、気体が通過する通気路と、前記通気路を囲むとともに、前記開口部と反対側の端に通気口が形成され、前記通液壁と接続された通気壁とを備える通気部材と、
   前記通気壁の内表面との間で圧力が高い個所と低い個所が生じるように、前記通気壁の内側に装着された弾性体である通気栓と、
   を有し、
   流体が前記通液路を通過するときに生じる前記通液路内の負圧によって、前記圧力が低い個所で前記通気壁と前記通気栓との間に隙間である通気部を生じさせて、前記流体中にマイクロバブルを発生させるマイクロバブル発生装置。
2. 請求項１において、
   前記通気口を含む前記通気路の少なくとも一部の形状が多角柱であり、
   前記通気口の前記少なくとも一部に装着される部分の前記通気栓の形状が円柱であるマイクロバブル発生装置。
3. 請求項１において、
   前記通気口を含む前記通気路の少なくとも一部の形状が円柱であり、
   前記通気口の前記少なくとも一部に装着される部分の前記通気栓の形状が多角柱であるマイクロバブル発生装置。
4. 請求項１において、
   前記通気口を含む前記通気路の少なくとも一部の形状が、内側面に円弧溝が形成された円筒であり、
   前記通気口の前記少なくとも一部に装着される部分の前記通気栓の形状が円柱であるマイクロバブル発生装置。
5. 請求項１から４のいずれかにおいて、
   前記開口部が前記通気路より狭いマイクロバブル発生装置。
6. 請求項１から５のいずれかにおいて、
   前記通気栓が前記通気壁の内側に圧入されているマイクロバブル発生装置。
7. 給水口と、内側に通水路とを備えるグリップと、
   前記グリップと連結され、散水口を備えるヘッドと、
   前記通水路に設置された請求項１から６のいずれかのマイクロバブル発生装置と、
   を有するシャワーヘッド。
8. 請求項７において、
   前記グリップが、前記通気口に外気を取り入れる外気取入孔を前記給水口の周囲に備えるシャワーヘッド。

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