JP7145549B1 - 流量調整ユニット及び流量調整ユニットを組み入れたファインバブル発生機能付き給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水圧に関係なくほぼ一定量の水を自動的に噴射する流量調整ユニットと、該ユニットを組み入れたファインバブル発生機能付き給水装置を提供する。【解決手段】流量調整ユニットは、流路１５を形成する中空の筒状壁１２と、上流壁１４と、下流壁１３と、入口開口１６と、出口開口２２とを備えたハウジング１０と、最上流と最下流位置との間を移動可能な弁部材２５と、入口開口から流入する液体から下流側に向かう方向の力を受ける受圧部３１を備え、受圧部が液体から受ける力が大きくなるに従って弁部材の移動量が大きくなるように変形する弾性付勢部材３５と、入口開口から流れ込む液体を弁部材の下流側に案内する第１の案内流路３０と、液体を第１の案内流路から出口開口に案内する第２の案内流路３３を形成し、第２の案内流路は、弁部材が下流側に移動するにしたがって、第２の案内流路を通過する液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を構成する。【選択図】図２

Description

本発明は、管路内を流れる液体の量を調整する流量調整ユニットと、この流量調整ユニットを組み入れたファインバブル発生機能付き給水装置に関する。

シャワーヘッドなどの給水装置は、水源から供給される水の圧力に拘わらず、一定の勢いで水を噴射できることが好ましい。しかし、実際には、高低差の大きい高層建物等にあっては、場所によって又は地上からの高さによって、十分な水圧が確保できず、そのために給水口から勢いよく水が噴射されないことがある。

そのため、特許文献１には、使用する水の量を維持又は低減させながらもシャワーの勢いを増大させるシャワーヘッドが提供されている。具体的に、特許文献１のシャワーヘッドでは、シャワーヘッドに吸気口とエジェクタ部を近接して設け、これにより、流路抵抗を低減して水に効率良く空気を混入させることでシャワーの勢いを増大させている。

しかし、特許文献１のシャワーヘッドは、水に空気を混入させることによってシャワーの勢いを保つものであって、水圧に関係なく安定した量の水を噴射するものではない。

特開２０１５－０７０９３５号公報

本発明は、水圧に関係なくほぼ一定量の水を自動的に噴射する流量調整ユニットと、その流量調整ユニットを組み入れたファインバブル発生機能付き給水装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の実施形態に係る流量調整ユニットは、
（ａ） 上流側から下流側に向かって液体を案内する流路（１５）を形成する中空の筒状壁（１２）と、
前記流路（１５）の上流側に配置された上流壁（１４）と、
前記流路（１５）の下流側に配置された下流壁（１３）と、
前記上流壁（１４）に形成された入口開口（１６）と、
前記下流壁（１３）に形成された出口開口（２２）とを備えたハウジング（１０）と、
（ｂ） 前記筒状壁（１２）の内側に且つ前記上流壁（１４）と前記下流壁（１３）との間に配置され、前記上流壁（１４）によって上流側への移動が規制される最上流位置と前記下流壁（１３）によって下流側への移動が規制される最下流位置との間を移動可能な弁部材（２５）であって、前記入口開口（１６）に対向して前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流入する液体から下流側に向かう方向の力を受ける受圧部（３１）を備えた弁部材（２５）と、
（ｃ） 前記弁部材（２５）を前記最上流位置に向けて付勢するとともに、前記受圧部（３１）が液体から受ける力が大きくなるにしたがって前記弁部材（２５）の下流側への移動量が大きくなるように変形する弾性付勢部材（３５）とを有し、
（ｄ） 前記弁部材（２５）又は前記筒状壁（１２）は、前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流れ込む液体を前記弁部材（２５）の下流側に案内する第１の案内流路（３０）を形成し、
（ｅ） 前記弁部材（２５）は、前記下流壁（１３）との間に前記下流壁（１３）と協働して、液体を前記第１の案内流路（３０）から前記出口開口（２２）に案内する第２の案内流路（３３）を形成し、
（ｆ） 前記第２の案内流路（３３）は、前記弁部材（２５）と前記下流壁（１３）との協働により、前記弁部材（２５）が前記上流壁（１４）から下流側に移動するにしたがって、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を構成し、
（ｇ） 前記第１の案内流路（３０）は、前記流路（１５）の中心軸（１１）に沿って、前記弁部材（２５）を貫通し、
（ｈ） 前記弁部材（２５）は、前記中心軸（１１）に沿って上流側から下流側に延在し、下流側端部に開口を有する内側中空円筒部（２９）を有し、
（ｉ） 前記下流壁（１３）は、前記中心軸（１１）に沿って下流側から上流側に延在し、上流側端部に開口を有する外側中空円筒部（２０）を有し、
（ｊ） 前記内側中空円筒部（２９）の外径が前記外側中空円筒部（２０）の内径よりも小さく、
（ｋ） 前記内側中空円筒部（２９）は前記外側中空円筒部（２０）の内側に、前記内側中空円筒部（２９）と前記外側中空円筒部（２０）との間に前記第２の案内流路（３３）を形成する隙間をあけた状態で、前記内側中空円筒部（２９）が前記外側中空円筒部（２０）に対して進退可能に挿入され、
（ｌ） 前記弁部材（２５）が上流側から下流側に移動するにしたがって前記第２の案内流路（３３）の流路長が大きくなり、これにより、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる、ことを特徴とする。

このように構成された実施形態の流量調整ユニット及び該流量調整ユニットを備えた給水装置によれば、流量調整ユニットに流れ込む液体の圧力に応じて可変抵抗部の抵抗が変化し、水圧が高くなるにしたがって、流路内を流れる液体に作用する抵抗が大きくなる。そのため、流量調整ユニットに流れ込む液体の水圧に拘わらず、ほぼ一定流量の液体を安定して送り出すことができる。

本発明の実施形態に係る流量調整ユニットの斜視図を示す。 図１に示す流量調整ユニットの中心軸に沿った断面図で、弁部材が最上流位置にある状態を示す。 図１に示す流量調整ユニットの中心軸に沿った断面図で、弁部材が最上流位置から下流側に移動した位置にある状態を示す。 図１に示す流量調整ユニットを構成する下流壁の背面図[図４（ａ）]、側面図[図４（ｂ）]、及び一部を切除した側面図[図４（ｃ）]を示す。 図１に示す流量調整ユニットを構成する弁部材の背面図[図５（ａ）]及び一部を切除した側面図[図５（ｂ）]を示す。 図１に示す流量調整ユニットにおける弁部材の動きを示す断面図[図６（ａａ）～（ｄ）]を示す。 図１に示す流量調整ユニットを組み入れたシャワーヘッドの部分断面図を示す。 図７に示すシャワーヘッドに組み込まれた節水アセンブリの断面図を示す。 図８に示す節水アセンブリの分解斜視図を示す。 実験に使用した流路調整ユニットの各部の寸法を示す断面図[図１０（ａ）、（ｂ）]を示す。 外側中空円筒部の他の実施形態の斜視図［図１１（ａ）］、正面図［図１１（ｂ）］を示す。

以下、添付図面を参照して本発明に係る流量調整ユニットとそれを組み入れた給水装置の実施形態を説明する。

[Ａ．流量調整ユニット]
図１～３は、本発明に係る流量調整ユニット１の第１の実施形態を示す。流量調整ユニット１は、図２，３の右側から左側に向かって流れる液体の流路（図示せず）に組み込まれる。したがって、以下の説明では、図２，３の右側と左側をそれぞれ「上流側」と「下流側」と呼ぶ。

[ハウジング]
流量調整ユニット１は、ハウジング（筐体）１０を有する。図示する実施形態において、ハウジング１０は２つの部材で構成されている。これら２つの部材は、図２，３に仮想線で表された中心軸１１に沿って延在する管状の筒状壁（周壁）１２と、筒状壁１２の下流端に連結された下流壁１３を含む。筒状壁１２の上流端は中心軸１１に向けて内方に延ばして上流壁（規制部）１４が一体的に形成されている。したがって、ハウジング１０の外観は、３つの壁部分（筒状壁１２、下流壁１３、上流壁１４）によって形作られ、ハウジング１０の内側に液体の流れる流路空間（流路）１５が形成されている。

[上流壁]
図示する実施形態では、上流壁１４は筒状壁１２に一体的に形成されているが、上流壁１４を独立した一つ又は複数の部材で構成し、そのように構成された上流壁を筒状壁の上流端に固定してもよい。

図示する実施形態では、上流壁１４は、中心軸１１を中心とする周方向に連続した一定の幅（中心軸１１を中心とする径方向の幅）を有する環状のフランジであるが、周方向に間欠的に配置された複数の部分（例えば、周方向に一定の間隔をあけて筒状壁から内方に突出する突部）によって構成してもよい。

このように、上流壁１４は、その内側に、中心軸１１を中心とする円形又は略円形の上流側開口部（入口開口）１６を形成している。したがって、上流側から流れてくる液体は、上流側開口部１６を介して流路空間１５に流れ込む。

[下流壁]
下流壁１３は、図４に示すように、筒状壁１２と組み合わされた状態（図１～３の状態）で中心軸１１に一致する中心軸１７を有する略円形のブロックで、下流側の円形基部１８と、円形基部１８の上流側に該円形基部１８と一体に且つ同心的に形成された円形隆起部１９と、円形隆起部１９の上流側に該円形隆起部１９と一体的に且つ同心的に形成された円形筒部（以下、適宜「外側中空円筒部」という。）２０を有する。

円形基部１８の外径は、筒状壁１２の下流端外径にほぼ等しい。円形隆起部１９の外径は、筒状壁１２の下流端内径にほぼ等しい。円形筒部２０は中空円筒であって、外径は円形隆起部１９よりも小さく、内側に筒状の窪み又は空間２１を形成している。空間２１は、後に説明する内側中空円筒部２９を受け入れる部屋として機能する。

円形基部１８と円形隆起部１９には、円形筒部２０の外側に位置する部分に、これら円形基部１８と円形隆起部１９を中心軸１７の方向に貫通する複数の下流側開口部（出口開口）２２が形成されている。

実施形態では、４つの下流側開口部２２が、周方向に９０°の間隔をあけて等間隔に形成されている。

実施形態では、下流側開口部２２は、下流壁１３の外周面から切り込まれた切り欠き又は溝である。他の実施形態では、下流側開口部２２は、下流壁１３を貫通する孔であってもよい。

実施形態では、下流側開口部２２の中心線２３はすべて、中心軸１７に平行な方向２４に対して、所定角度（例えば、１７°）傾斜している。他の実施形態では、下流側開口部２２は、中心軸１７に平行に設けてもよい。

このように構成された下流壁１３は、円形隆起部１９を筒状壁１２の下流端開口に嵌め込んで固定され、複数の下流側開口部２２が筒状壁１２の流路空間１５に流体接続される。したがって、流路空間１５を上流側から流れてくる液体は、下流側開口部２２を介して下流側に流れ出る。

[弁部材]
筒状壁１２内の流路空間１５には、弁部材２５が配置される。図５に示すように弁部材２５は、筒状壁１２に組み込まれた状態（図２，３参照）で中心軸１１に一致する中心軸２６を有する略中空筒状のブロックで、上流側円筒部２７と、上流側円筒部２７の下流側に該上流側円筒部２７と一体に且つ同心的に形成された中央円筒部２８と、中央円筒部２８の下流側に該中央円筒部２８と一体に且つ同心的に形成された下流側円筒部（以下、適宜「内側中空円筒部」という。）２９を有し、これら３つの円筒部２７，２８，２９には中心軸２６に沿って一つの円筒流路（以下、「第１の案内流路」という。）３０が形成されている。

図２，３に示すように、第１の案内流路３０の内径は、上流壁１４に形成された上流側開口部１６の内径よりも小さい。したがって、弁部材２５が上流壁１４に当接した状態では、弁部材２５の上流端面３１のうちで上流側開口部１６に臨む箇所（すなわち、弁部材２５の上流端面３１のうちで上流壁１４に対向しない箇所）が、流路空間１５に流れ込む液体から力を受ける。弁部材２５が上流壁１４から下流側に移動した状態では、弁部材２５の上流端面３１の全体が、流路空間１５に流れ込む液体から力を受ける。したがって、弁部材２５の上流端面３１が受圧部として機能する。

上流側円筒部２７の外径は、筒状壁１２の内径とほぼ同じ又はそれよりも僅かに小さい。したがって、弁部材２５は、上流側円筒部２７の外周面が筒状壁１２の内周面に案内されながら、流路空間１５の中を上流側から下流側へ又は下流側から上流側へと、中心軸１１に沿って往復移動できる。

内側中空円筒部２９の外径は、下流壁１３における外側中空円筒部２０の内径よりも小さい。したがって、図３に示すように、弁部材２５の内側中空円筒部２９が下流壁１３の外側中空円筒部２０に入子式に進退し、進入した状態で内側中空円筒部２９の外周面と外側中空円筒部２０の内周面との間に環状の隙間が形成される。

弁部材２５の中心軸１１の方向の長さは、図２に示すように、弁部材２５が上流壁１４に当接した最上流位置にあるとき、中心軸１１の方向に関して、内側中空円筒部２９の下流端が外側中空円筒部２０の上流端の上流側に位置する、または、内側中空円筒部２９の下流端が外側中空円筒部２０の上流端とほぼ同じ位置に位置する、もしくは、内側中空円筒部２９の下流端が外側中空円筒部２０の上流端の下流側に位置し、且つ、図３に示すように、弁部材２５が流路空間１５の最下流位置［図６（ｄ）に示すように、中央円筒部２８と内側中央円筒部（下流側円筒部）２９との境界に形成された環状段部３２が、外側中空円筒部２０の上流端に最接近する位置］にあるとき、内側中空円筒部２９が外側中空円筒部２０の内側に進入するように決められる。以下、外側中空円筒部２０内側中空円筒部２９の間に形成される流路を第２の案内流路３３（図２，３参照）という。

第２の案内流路３３の大きさは、弁部材２５の位置に応じて変化する。例えば、図２に示すように、内側中空円筒部２９が外側中空円筒部２０に挿入されていない状態では、第２の案内流路３３は、内側中空円筒部２９の下流端と外側中空円筒部２０の上流端との間に形成された環状の隙間である。図３に示すように、内側中空円筒部２９が外側中空円筒部２０に挿入された状態では、第２の案内流路３３は、内側中空円筒部２９の外周面と外側中空円筒部２０の内周面との間に形成された薄い筒状の隙間である。また、隙間の長さ（中心軸１１の方向の長さ）は、外側中空円筒部２０に対する内側中空円筒部２９の進入量に応じて異なる。

そのため、第２の案内流路３３を通過する液体が受ける抵抗は、弁部材２５の位置、すなわち、内側中空円筒部２９と外側中空円筒部２０の中心軸方向の相対的位置（両者の間隔及びオーバーラップ量）に応じて変化する。したがって、内側中空円筒部２９と外側中空円筒部２０が、第２の案内流路３３を流れる液体に与える抵抗を変える可変抵抗部として機能する。

[付勢部材]
図２，３に示すように、下流壁１３の円形隆起部１９と弁部材２５の上流側円筒部２７との間には、弁部材２５の周りにヘリカル状に配置された弾性圧縮ばね３５からなる付勢部材が配置される。圧縮ばね３５の中心軸方向の長さと弾性、すなわち、圧縮ばね３５が弁部材２５を上流側に付勢する力は、流路空間１５に液体が流れていない状態、すなわち、弁部材２５が流路空間１５を流れる液体から下流側に向かう力を受けていない状態では、弁部材２５を上流壁１４に軽く押し付けて最上流位置に保持し、流路空間１５に流れる液体から下流側に向かう力を受けると、その力の大きさに応じて圧縮し、その結果、内側中空円筒部２９と外側中空円筒部２０の位置関係が変化して、第２の案内流路３３を流れる液体に与える抵抗が大きくなるように、決められている。

[動作]
このように構成された流量調整ユニット１によれば、図２に示す状態において、液体に圧力（水圧）が作用して、流量調整ユニット１の上流側から流路空間１５に向けて液体が流れ始めると、その液体は上流側開口部１６から、弁部材２５に形成された第１の案内流路３０に流れ込む。また、第１の案内流路３０を通過した液体は、内側中空円筒部２９と外側中空円筒部２０の間の第２の案内流路３３を通過した後、下流壁１３の下流側開口部２２を通過する。

液体に作用している圧力は、上流側開口部１６に面する弁部材２５の上流端面（受圧部）３１に作用する。これにより、弁部材２５は下流側に向かう力を受ける。この力は、流れ込む液体の水圧によって異なり、水圧が高くなると、弁部材２５に作用する力、また弁部材２５から圧縮ばね３５に加わる力が大きくなる。その結果、図３に示すように、圧縮ばね３５が圧縮し、弁部材２５が下流側に移動する。図６（ａ）～（ｄ）は、弁部材２５が水圧に応じて異なる位置を取ることを示しており、水圧がゼロ又はほぼゼロのとき、弁部材２５は図６（ａ）に示す最上流位置をとり、水圧の上昇に応じて弁部材２５は図６（ｄ）に示す最下流位置まで徐々に移動する。

弁部材２５の下流側への移動量が大きくなると、第２の案内流路３３を通過する液体の受ける抵抗が大きくなり、結果、流路空間１５に流れ込む液体の水圧と下流側開口部２２を通じて流れ出る液体の水圧との差（水頭損失）が大きくなり、下流側開口部２２から流れ出る液体の流量が減少する。

逆に、上流側開口部１６を通じて流路空間１５に流れ込む液体の水圧が低下すると、弁部材２５の下流側への移動量が小さくなって、第２の案内流路３３を通過する液体の受ける抵抗が小さくなり、結果、流路空間１５に流れ込む液体の水圧と下流側開口部２２を通じて流れ出る液体の水圧との差（水頭損失）が小さくなり、下流側開口部２２から流れ出る液体の流量が増加する。

したがって、流量調整ユニット１は、流れ込む液体の水圧が変化しても、一定又はほぼ一定の圧力及び流量の液体を送り出すことができる。

[Ｂ．給水装置]
上述の流量調整ユニットを組み入れたファインバブル発生機能付き給水装置について説明する。以下に説明する給水装置は、シャワーヘッドである。

図７は、流量調整ユニット１を含むシャワーヘッド５０の一部を示す。

[ヘッド本体]
シャワーヘッド５０は、プラスチックを成形して一体的に成型された把持部５１と円筒状のヘッド本体５２を有する。把持部５１の中には液体（通常は水）が流れる流路５３が形成されている。また、ヘッド本体５２には、把持部５１の流路５３に通じる空間５４が形成されており、空間５４には節水アセンブリ６０が収容されている。

[節水アセンブリ]
節水アセンブリ６０は、上述した流量調整ユニット１、後述するファインバブル発生ユニット６２と、これら２つのユニット１，６２をヘッド本体５２に固定する複数の固定部品を含む。

[ファインバブル発生ユニット]
図８に示すように、ファインバブル発生ユニット６２は、中空円筒の真っ直ぐなチューブ６３を有する。チューブ６３の内面には、上流端と下流端からそれぞれ上流側内ねじ６４と下流側内ねじ６５が形成されている。上流側内ねじ６４の下流端と下流側内ねじ６５の上流端との間には不連続領域６６が形成されている。実施形態において、不連続領域６６は、ねじが形成されていない領域である。例えば、上流側内ねじ６４の方向と下流側内ねじ６５の方向を違えることによっても、また、上流側内ねじ６４のピッチと下流側内ねじ６５のピッチを違えることによっても、不連続領域を形成することができる。

上流側内ねじ６４には、上流側から下流側に向かって順番に、第１の撹拌部材６７と第２の撹拌６８が収容されている。

第１の撹拌部材６７は、外周面に、上流側内ねじ６４に噛み合う外ねじ６９が形成されている。第１の撹拌部材６７はまた、チューブ６３の中心軸７０に沿って、上流側の小径円筒流路７１と下流側の大径円筒流路７２が形成されている。

第２の撹拌部材６８は、外周面に、上流側内ねじ６４に噛み合う外ねじ７３が形成されている。第２の撹拌部材６８はまた、外周面に、周方向に一定の間隔をあけて、上流端と下流端を貫通する複数の溝又は流路７４が形成されている。

このように構成された第１の撹拌部材６７と第２の撹拌部材６８は、チューブ６３の上流端からねじ込まれ、不連続領域６６の上流側に固定される。

チューブ６３の外周面には、上流端を径方向外側に突出させて環状のフランジ７５が一体的に形成され、フランジ７５の下流側に隣接して外ねじ７６が形成されている。

[固定部品]
複数の固定部品は、カップリング７８と、支持プレート７９と、接続ジョイント８０を
含む。

図９に示すように、カップリング７８は、環状のリングからなり、円筒部８１と、円筒部８１の上流端から径方向に内側に突出するフランジ８２と、を一体的に備えており、円筒部８１の内面に内ねじ８３が形成されている。このように構成されたカップリング７８は、円筒部８１の中心軸をヘッド本体５２の中心軸８４（図７）に一致させた状態で、ヘッド本体５２に一体的にインサート成形されて固定されている。

支持プレート７９は円盤状の板である。

接続ジョイント８０は、環状のリングからなり、外周面にはカップリング７８の内ねじ８３に噛み合う外ねじ８５が形成されている。接続ジョイント８０の内周面は、上流側の大径円筒部８６と下流側の小径円筒部８７を有し、下流側の小径円筒部８７の内周面にチューブ６３の外ねじ７６と噛み合う内ねじ８８が形成されている。

このような構成を備えた複数の部品を組み立てる場合、例えば、接続ジョイント８０の内側に、その上流側からファインバブル発生ユニット６２を挿入し、チューブ６３の外ねじ７６を接続ジョイント８０の内ねじ８８に螺合する。次に、流量調整ユニット１を接続ジョイント８０の大径円筒部８６にその上流側から嵌め込む。続いて、支持プレート７９を、流量調整ユニット１の筒状壁８９に外装する。最後に、このようにして組み合わされたアセンブリを、ヘッド本体５２の内部空間にその下流側から挿入し、接続ジョイント８０の外ねじ８５を、カップリング７８の内ねじ８３に螺合する。

[動作]
このように構成されたシャワーヘッド５０によれば、把持部５１の流路５３を通じて送られてくる液体は、シャワーヘッド本体５２の内部の空間５４に供給される。空間５４に入った液体は、図２，３に示すように、流量調整ユニット１の上流側開口部１６を通じて、流量調整ユニット１の流路空間１５に入り、上述のように、第１の案内流路３０、第２の案内流路３３を介して下流側開口部２２から吐出する。このとき、水圧に応じて弁部材２５が流路空間１５内を上流側から下流側に又は下流側から上流側に移動して、吐出する液体の流量をほぼ一定に維持する。

流量調整ユニット１から吐出した液体は、図７、８に示すように、ファインバブル発生ユニット６２のチューブ６３の内部に入り、そこを下流側に向かって流れる。

次に、チューブ６３の中を流れる液体は、第１の撹拌部材６７の上流側の小径円筒流路７１から下流側の大径円筒流路７２を通過する。このとき、小径円筒流路７１に入った液体の流速が上昇するとともに圧力が変化する（具体的には、動圧（運動エネルギー）が上昇し、静圧が減少する。）。これにより、液体中に溶解している残存気体が気泡となって析出する。また、大径円筒流路７２に入ると、液体の圧力が変化し（具体的には、動圧（運動エネルギー）が低下し、静圧が上昇する。）、析出した気泡が破砕されて微細なファインバブルになる。

続いて、第１の撹拌部材６７を通過した液体は、第２の撹拌部材６８の複数の流路７４に入る。このとき、第１の撹拌部材６７の大径円筒流路７２を通過した液体は、径方向外側に向けて流れの方向が変わり、複数の流路７４を通過する際に、周囲の内ねじ６４から受ける摩擦によってせん断され、これにより液体に含まれる気泡がせん断破壊されてさらに微細なファインバブルが生成される。

その後、第２の撹拌部材６８から吐出した液体は、下流側内ねじ６５の領域に入ると圧力が変化し（具体的には、動圧（運動エネルギー）が低下し、静圧が上昇する。）、析出した気泡が破砕されて微細なファインバブルになる。また、下流側内ねじ６５の近傍を通過する液体は、下流側内ねじ６５との接触によってさらにせん断される。その結果、液体に含まれる気泡がさらにせん断破壊されて微細なファインバブルになる。

このように、シャワーヘッド５０の内部を通過する液体は、繰り返し圧力の変化を受けることにより大量のファインバブルが生成されるだけでなく、生成されたファインバブルはねじとの接触によって繰り返しせん断される。これにより、シャワーヘッド５０から吐出する液体は、勢いが良く、大量のファインバブルを含む。

[実験１]
流量調整ユニットを内蔵した５つのシャワーヘッド（Ｎｏ．１～５）を用意し、それぞれについて、供給する水の圧力を変えて、吐出する水の量を測定した。実験に使用した流量調整ユニットにおいて、流量調整に関与する箇所の寸法を図１０に示す。また、付勢部材である圧縮ばねには、ばね定数は６．７２Ｎ/ｍｍのヘリカルスプリングを使用した。結果を表１に示す。

表１から明らかなように、すべてのシャワーヘッドにおいて、平均流量５Ｌ/ｍｉｎ以下、最低流量４．５Ｌ/ｍｉｎ以上、最高流量５．５Ｌ/ｍｉｎで、水圧に拘わらずほぼ安定した流量が得られた。

[実験２]
供給する水の圧力を変えて、流量調整ユニットを内蔵したシャワーヘッドから吐出されたシャワー水流に含まれるウルトラファインバブルの数とメディアン径（Ｄ５０）を計測した。水温は４０℃であった。結果を表２に示す。

表２から、水圧が高い場合（０．４ＭＰａ）は勿論、水圧が低い場合（０．２ＭＰａ）でも、必要量のウルトラファインバブルが得られることを確認した。

[他の実施形態]
上述した実施形態１の流量調整ユニットは、種々改変可能である。

［第２の実施形態］
上述した流量調整ユニットの外側中空円筒部に、外側中空円筒部の上流側端部から下流側に向かって延在する一つ又は複数の溝又はスロットを形成し、これによって流量を調整してもよい。例えば、図１１に示す他の形態では、外側中空円筒部２０に、その上流端から下流側に延在する３つのスロット９１～９３を、周方向に９０°の間隔をあけて形成している。複数のスロットの数、間隔（周方向の間隔）、幅（周方向の幅）、及び／又は深さ（中心軸方向の長さ）は、流量調整ユニットを組み込む給水装置に応じて、適宜決定することができる。これにより、より柔軟な流量調整が可能となる。

スロットは、外側中空円筒部に代えて、又は、外側中空円筒部に加えて、内側中空円筒部に設けてもよい。この場合も、外側中空円筒部又は内側中空円筒部若しくは両方のスロットの数、間隔、幅、及び／又は深さを、流量調整ユニットを組み込む給水装置に応じて適宜変更し、より柔軟な流量調整を行うことができる。

[第３の実施形態]
上述した第１の実施液体の流量調整ユニットは、弁部材に内側中空円筒部を形成し、下流壁に外側円筒部を形成し、第１の案内流路から供給される液体が第２の案内流路を介して径方向外側に流れるように構成したが、逆に、弁部材に外側円筒部を形成し、下流壁に内側円筒部を形成し、第１の案内流路から供給される液体が第２の案内流路を介して径方向内側に流れるように構成してもよい。この場合、弁部材の外周面又弁部材の外周面に対向する筒状壁の内周面に中心軸に平行に又はらせん状に延びる複数の溝を形成するか、又は弁部材の外周面付近に弁部材を貫通する複数の貫通孔を形成してこれを第１の案内流路として利用する一方、下流側壁には内側円筒部の内側に下流側開口部を形成する。

［第４の実施形態］
上述した第１及び第２の実施形態の流量調整ユニットは、内側中空円筒部の外径を外側中空円筒部の内径よりも小さくすることによって両中空円筒部の間に筒状の隙間を形成し、その隙間を第２の案内流路として利用したが、内側中空円筒部の外径を外側中空円筒部の内径と等しく又はほぼ等しくする（すなわち、内側中空円筒部を外側中空円筒部の内側に進退可能に構成する）一方、内側中空円筒部の外周面に該内側中空円筒部の開口端部（外側中空円筒部に隣接する開口端部）から反対側に向かって中心軸に沿って延在する少なくとも１つの溝、又は外側中空円筒部の内周面に該外側中空円筒部の開口端部（内側中空円筒部に隣接する開口端部）から反対側に向かって中心軸に沿って延在する少なくとも１つの溝、若しくはそれらの溝の両方を設け、その溝を第２の案内流路として利用してもよい。この場合、溝は、内側中空円筒部の外周面又は外側中空円筒部の内周面に周方向に間隔をあけて複数形成してもよい。また、溝は、中心軸に平行な溝である必要はない、らせん溝であってもよい。

上述した流量調整ユニット及び給水装置は、種々の分野で種々の目的に利用できる。例えば、環境分野（工場排水処理、汚泥減容化、水質浄化、水質改善）、農業分野（植物成長促進、収量増加、品質向上、害虫駆除）、食品分野（鮮度保持、酸化防止、薬剤使用抑制）、洗浄分野（トイレの洗浄、衣類や食品の洗浄）、美容分野（洗顔、頭皮洗浄、シャワーヘッド）等における給水システムに幅広く利用可能である。その場合、適用する分野によっては、液体は水である必要はなく、水以外の液体（例えば油、油と油以外の液体との混合液）であってもよい。

１：流量調整ユニット
１０：ハウジング（筐体）
１１：中心軸
１２：筒状壁（周壁）
１３：下流壁
１４：上流壁
１５：流路空間
１６：上流側開口部（入口開口）
１７：中心軸
２０：円形筒部（外側中空円筒部）
２２：下流側開口部（出口開口）
２５：弁部材
２９：下流側円筒部（内側中空円筒部）
３０：第１の案内流路（上流側流路）
３１：上流端面（受圧部）
３３：第２の案内流路（下流側流路）
３５：ばね（付勢部材）
５０：シャワーヘッド

Claims (13)

1. （ａ） 上流側から下流側に向かって液体を案内する流路（１５）を形成する中空の筒状壁（１２）と、
   前記流路（１５）の上流側に配置された上流壁（１４）と、
   前記流路（１５）の下流側に配置された下流壁（１３）と、
   前記上流壁（１４）に形成された入口開口（１６）と、
   前記下流壁（１３）に形成された出口開口（２２）とを備えたハウジング（１０）と、
   （ｂ） 前記筒状壁（１２）の内側に且つ前記上流壁（１４）と前記下流壁（１３）との間に配置され、前記上流壁（１４）によって上流側への移動が規制される最上流位置と前記下流壁（１３）によって下流側への移動が規制される最下流位置との間を移動可能な弁部材（２５）であって、前記入口開口（１６）に対向して前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流入する液体から下流側に向かう方向の力を受ける受圧部（３１）を備えた弁部材（２５）と、
   （ｃ） 前記弁部材（２５）を前記最上流位置に向けて付勢するとともに、前記受圧部（３１）が液体から受ける力が大きくなるにしたがって前記弁部材（２５）の下流側への移動量が大きくなるように変形する弾性付勢部材（３５）とを有し、
   （ｄ） 前記弁部材（２５）又は前記筒状壁（１２）は、前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流れ込む液体を前記弁部材（２５）の下流側に案内する第１の案内流路（３０）を形成し、
   （ｅ） 前記弁部材（２５）は、前記下流壁（１３）との間に前記下流壁（１３）と協働して、液体を前記第１の案内流路（３０）から前記出口開口（２２）に案内する第２の案内流路（３３）を形成し、
   （ｆ） 前記第２の案内流路（３３）は、前記弁部材（２５）と前記下流壁（１３）との協働により、前記弁部材（２５）が前記上流壁（１４）から下流側に移動するにしたがって、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を構成し、
   （ｇ） 前記第１の案内流路（３０）は、前記流路（１５）の中心軸（１１）に沿って、前記弁部材（２５）を貫通し、
   （ｈ） 前記弁部材（２５）は、前記中心軸（１１）に沿って上流側から下流側に延在し、下流側端部に開口を有する内側中空円筒部（２９）を有し、
   （ｉ） 前記下流壁（１３）は、前記中心軸（１１）に沿って下流側から上流側に延在し、上流側端部に開口を有する外側中空円筒部（２０）を有し、
   （ｊ） 前記内側中空円筒部（２９）の外径が前記外側中空円筒部（２０）の内径よりも小さく、
   （ｋ） 前記内側中空円筒部（２９）は前記外側中空円筒部（２０）の内側に、前記内側中空円筒部（２９）と前記外側中空円筒部（２０）との間に前記第２の案内流路（３３）を形成する隙間をあけた状態で、前記内側中空円筒部（２９）が前記外側中空円筒部（２０）に対して進退可能に挿入され、
   （ｌ） 前記弁部材（２５）が上流側から下流側に移動するにしたがって前記第２の案内流路（３３）の流路長が大きくなり、これにより、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる、流量調整ユニット。
2. 前記弁部材（２５）は、前記筒状壁（１２）の内周面に対応する形状の外周面を有し、前記弁部材（２５）が移動する際に、前記弁部材（２５）の前記外周面が前記筒状壁の前記内周面に案内されるように構成されている、請求項１に記載の流量調整ユニット。
3. （ａ） 上流側から下流側に向かって液体を案内する流路（１５）を形成する中空の筒状壁（１２）と、
   前記流路（１５）の上流側に配置された上流壁（１４）と、
   前記流路（１５）の下流側に配置された下流壁（１３）と、
   前記上流壁（１４）に形成された入口開口（１６）と、
   前記下流壁（１３）に形成された出口開口（２２）とを備えたハウジング（１０）と、
   （ｂ） 前記筒状壁（１２）の内側に且つ前記上流壁（１４）と前記下流壁（１３）との間に配置され、前記上流壁（１４）によって上流側への移動が規制される最上流位置と前記下流壁（１３）によって下流側への移動が規制される最下流位置との間を移動可能な弁部材（２５）であって、前記入口開口（１６）に対向して前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流入する液体から下流側に向かう方向の力を受ける受圧部（３１）を備えた弁部材（２５）と、
   （ｃ） 前記弁部材（２５）を前記最上流位置に向けて付勢するとともに、前記受圧部（３１）が液体から受ける力が大きくなるにしたがって前記弁部材（２５）の下流側への移動量が大きくなるように変形する弾性付勢部材（３５）とを有し、
   （ｄ） 前記弁部材（２５）又は前記筒状壁（１２）は、前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流れ込む液体を前記弁部材（２５）の下流側に案内する第１の案内流路（３０）を形成し、
   （ｅ） 前記弁部材（２５）は、前記下流壁（１３）との間に前記下流壁（１３）と協働して、液体を前記第１の案内流路（３０）から前記出口開口（２２）に案内する第２の案内流路（３３）を形成し、
   （ｆ） 前記第２の案内流路（３３）は、前記弁部材（２５）と前記下流壁（１３）との協働により、前記弁部材（２５）が前記上流壁（１４）から下流側に移動するにしたがって、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を構成し、
   （ｇ） 前記第１の案内流路（３０）は、前記流路（１５）の中心軸（１１）に沿って、前記弁部材（２５）を貫通し、
   （ｈ） 前記弁部材（２５）は、前記中心軸（１１）に沿って上流側から下流側に延在し、下流側端部に開口を有する内側中空円筒部（２９）を有し、
   （ｉ） 前記下流壁（１３）は、前記中心軸（１１）に沿って下流側から上流側に延在し、上流側端部に開口を有する外側中空円筒部（２０）を有し、
   （ｊ） 前記内側中空円筒部（２９）の外径が前記外側中空円筒部（２０）の内径とほぼ等しく、
   （ｋ） 前記内側中空円筒部（２９）は前記外側中空円筒部（２０）の内側に、前記内側中空円筒部（２９）が前記外側中空円筒部（２０）に対して進退可能に挿入され、
   （ｌ） 前記内側中空円筒部（２９）の外周面又は前記外側中空円筒部（２０）の内周面若しくは前記内側中空円筒部（２９）の外周面と前記外側中空円筒部（２０）の内周面の両方に、前記中心軸（１１）に沿って延在して前記第２の案内流路を構成する少なくとも１つの溝が形成され、
   （ｍ） 前記弁部材（２５）が上流側から下流側に移動するにしたがって前記第２の案内流路（３３）の流路長が大きくなり、これにより、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる、流量調整ユニット。
4. 前記弁部材（２５）は、前記筒状壁（１２）の内周面に対応する形状の外周面を有し、前記弁部材（２５）が移動する際に、前記弁部材（２５）の前記外周面が前記筒状壁の前記内周面に案内されるように構成されている、請求項３に記載の流量調整ユニット。
5. （ａ） 上流側から下流側に向かって液体を案内する流路（１５）を形成する中空の筒状壁（１２）と、
   前記流路（１５）の上流側に配置された上流壁（１４）と、
   前記流路（１５）の下流側に配置された下流壁（１３）と、
   前記上流壁（１４）に形成された入口開口（１６）と、
   前記下流壁（１３）に形成された出口開口（２２）とを備えたハウジング（１０）と、
   （ｂ） 前記筒状壁（１２）の内側に且つ前記上流壁（１４）と前記下流壁（１３）との間に配置され、前記上流壁（１４）によって上流側への移動が規制される最上流位置と前記下流壁（１３）によって下流側への移動が規制される最下流位置との間を移動可能な弁部材（２５）であって、前記入口開口（１６）に対向して前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流入する液体から下流側に向かう方向の力を受ける受圧部（３１）を備えた弁部材（２５）と、
   （ｃ） 前記弁部材（２５）を前記最上流位置に向けて付勢するとともに、前記受圧部（３１）が液体から受ける力が大きくなるにしたがって前記弁部材（２５）の下流側への移動量が大きくなるように変形する弾性付勢部材（３５）とを有し、
   （ｄ） 前記弁部材（２５）又は前記筒状壁（１２）は、前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流れ込む液体を前記弁部材（２５）の下流側に案内する第１の案内流路（３０）を形成し、
   （ｅ） 前記弁部材（２５）は、前記下流壁（１３）との間に前記下流壁（１３）と協働して、液体を前記第１の案内流路（３０）から前記出口開口（２２）に案内する第２の案内流路（３３）を形成し、
   （ｆ） 前記第２の案内流路（３３）は、前記弁部材（２５）と前記下流壁（１３）との協働により、前記弁部材（２５）が前記上流壁（１４）から下流側に移動するにしたがって、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を構成し、
   （ｇ） 前記第１の案内流路（３０）は、前記流路（１５）の中心軸（１１）に平行に延在し、前記弁部材（２５）を貫通し、
   （ｈ） 前記弁部材（２５）は、前記中心軸（１１）に沿って上流側から下流側に延在し、下流側端部に開口を有する外側中空円筒部を有し、
   （ｉ） 前記下流壁（１３）は、前記中心軸（１１）に沿って下流側から上流側に延在し、上流側端部に開口を有する内側中空円筒部を有し、
   （ｊ） 前記外側中空円筒部の内径が前記内側中空円筒部の外径よりも大きく、
   （ｋ） 前記外側中空円筒部は前記内側中空円筒部の外側に、前記外側中空円筒部と前記内側中空円筒部との間に前記第２の案内流路を形成する隙間した状態で、前記外側中空円筒部が前記内側中空円筒部に対して進退可能に外挿され、
   （ｌ） 前記弁部材が上流側から下流側に移動するにしたがって前記第２の案内流路の流路長が大きくなり、これにより、前記第２の案内流路を通過する液体に与える抵抗が大きくなる、流量調整ユニット。
6. （ａ） 上流側から下流側に向かって液体を案内する流路（１５）を形成する中空の筒状壁（１２）と、
   前記流路（１５）の上流側に配置された上流壁（１４）と、
   前記流路（１５）の下流側に配置された下流壁（１３）と、
   前記上流壁（１４）に形成された入口開口（１６）と、
   前記下流壁（１３）に形成された出口開口（２２）とを備えたハウジング（１０）と、
   （ｂ） 前記筒状壁（１２）の内側に且つ前記上流壁（１４）と前記下流壁（１３）との間に配置され、前記上流壁（１４）によって上流側への移動が規制される最上流位置と前記下流壁（１３）によって下流側への移動が規制される最下流位置との間を移動可能な弁部材（２５）であって、前記入口開口（１６）に対向して前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流入する液体から下流側に向かう方向の力を受ける受圧部（３１）を備えた弁部材（２５）と、
   （ｃ） 前記弁部材（２５）を前記最上流位置に向けて付勢するとともに、前記受圧部（３１）が液体から受ける力が大きくなるにしたがって前記弁部材（２５）の下流側への移動量が大きくなるように変形する弾性付勢部材（３５）とを有し、
   （ｄ） 前記弁部材（２５）又は前記筒状壁（１２）は、前記入口開口（１６）から前記流路（１５）に流れ込む液体を前記弁部材（２５）の下流側に案内する第１の案内流路（３０）を形成し、
   （ｅ） 前記弁部材（２５）は、前記下流壁（１３）との間に前記下流壁（１３）と協働して、液体を前記第１の案内流路（３０）から前記出口開口（２２）に案内する第２の案内流路（３３）を形成し、
   （ｆ） 前記第２の案内流路（３３）は、前記弁部材（２５）と前記下流壁（１３）との協働により、前記弁部材（２５）が前記上流壁（１４）から下流側に移動するにしたがって、前記第２の案内流路（３３）を通過する液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を構成し、
   （ｇ） 前記第１の案内流路（３０）は、前記流路（１５）の中心軸（１１）に平行に延在し、前記弁部材（２５）を貫通し、
   （ｈ） 前記弁部材（２５）は、前記中心軸（１１）に沿って上流側から下流側に延在し、下流側端部に開口を有する外側中空円筒部を有し、
   （ｉ） 前記下流壁（１３）は、前記中心軸（１１）に沿って下流側から上流側に延在し、上流側端部に開口を有する内側中空円筒部を有し、
   （ｊ） 前記外側中空円筒部の内径が前記内側中空円筒部の外径とほぼ等しく、
   （ｋ） 前記内側中空円筒部の外周面又は前記外側中空円筒部の内周面若しくは前記内側中空円筒部の外周面と前記外側中空円筒部の内周面の両方に、前記中心軸（１１）に沿って延在して前記第２の案内流路を構成する少なくとも１つの溝が形成され、
   （ｌ） 前記弁部材が上流側から下流側に移動するにしたがって前記第２の案内流路の流路長が大きくなり、これにより、前記第２の案内流路を通過する液体に与える抵抗が大きくなる、流量調整ユニット。
7. 流量調整ユニット（１）であって、前記流量調整ユニット（１）は、
   （ａ） 液体が流れる流路を形成するハウジング（１０）であって、
   前記液体が流れる方向に延在する中心軸（１１）に沿って延在する中空筒の周壁（１２）と、
   前記液体が流れる方向に関して前記周壁（１２）の上流側にあって前記周壁（１２）に一体的に設けられた上流側の壁（１４）と、
   前記液体が流れる方向に関して前記周壁（１２）の下流側にあって前記周壁（１２）に一体的に設けられた下流側の壁（１３）とを有するハウジング（１０）とを有し、
   前記周壁（１２）と前記上流側の壁（１４）と前記下流側の壁（１３）によって、前記周壁（１２）と前記上流側の壁（１４）と前記下流側の壁（１３）によって囲まれ、前記液体が上流側から下流側に向かって流れる流路空間（１５）が形成された、ハウジング（１０）と、
   （ｂ） 前記流路空間（１５）に、前記周壁（１２）に案内されながら前記中心軸（１１）に沿って上流側から下流側に又下流側から上流側に往復移動可能に収容された弁部材（２５）と、
   （ｃ） 前記弁部材（２５）を前記上流側の壁（１４）に向けて付勢する付勢部材（３５）とを備え、
   （ｄ） 前記上流側の壁（１４）は、前記中心軸（１１）に向かって前記周壁（１２）から内方に突出し、前記付勢部材（３５）によって付勢された前記弁部材（２５）の上流側への移動を規制する規制部と、前記流路空間（１５）を前記上流側の壁（１４）の上流側にある上流側外部空間に連通する上流側開口部（１６）とを有し、
   （ｅ） 前記上流側の壁（１４）と前記弁部材（２５）は、前記上流側外部空間から前記流路空間（１５）に流れ込む液体が前記弁部材（２５）に当たって前記弁部材（２５）に上流側から下流側に向かう力を与えるように構成され、
   （ｆ）前記付勢部材（３５）は、前記弁部材（２５）が液体から受ける力が増加するしたがって前記弁部材（２５）が前記規制部から下流側に移動する距離が大きくなることを許可するように構成され、
   （ｇ） 前記弁部材（２５）は、前記流路空間（１５）に流れ込んだ液体を下流側に案内する上流側流路（３０）が形成され、
   （ｈ） 前記下流側の壁（１３）は、前記流路空間（１５）の液体を前記下流側の壁（１３）の下流側にある下流側外部空間に案内する下流側開口部（２２）を有し、
   （ｉ） 前記弁部材（２５）と前記下流側の壁（１３）との間には、前記上流側流路（３０）を前記下流側開口部（２２）に連通する下流側流路（３３）が形成され、
   （ｊ） 前記下流側流路（３３）は、前記弁部材（２５）が下流側に移動する距離が大きくなるにしたがって流路長が大きくなり、前記下流側流路（３３）を流れる液体に与える抵抗が大きくなる可変抵抗部を形成し、
   （ｋ） 前記可変抵抗部は、
   前記弁部材（２５）に形成され、前記下流側の壁（１３）に向かって前記中心軸（１１）に沿って延在する上流側中空円筒部（２９）と、
   前記下流側の壁（１３）に形成され、前記弁部材（２５）に向かって前記中心軸（１１）に沿って延在する下流側中空円筒部（２０）とを有し、
   （ｌ） 前記上流側中空円筒部（２９）と前記下流側中空円筒部（２０）は、前記弁部材（２５）の前記中心軸（１１）に沿った移動に応じて前記上流側中空円筒部（２９）が前記下流側中空円筒部（２０）に対して入子式に移動し、前記下流側流路（３３）を通過する液体の受ける抵抗が前記弁部材（２５）の下流側への移動量に応じて大きくなるように構成されている、流量調整ユニット。
8. 前記上流側中空円筒部が前記下流側中空円筒部の内側に進退できるように、前記上流側中空円筒部の外径が前記下流側中空円筒部の内径よりも小さく、前記上流側中空円筒部の外周面と前記下流側中空円筒部の内周面との間に円筒状の隙間が形成され、前記隙間が前記可変抵抗部を形成している、請求項７に記載の流量調整ユニット。
9. 前記下流側中空円筒部が前記上流側中空円筒部の内側に進退できるように、前記上流側中空円筒部の内径が前記下流側中空円筒部の外径よりも大きく、前記上流側中空円筒部の内周面と前記下流側中空円筒部の外周面との間に円筒状の隙間が形成され、前記隙間が前記可変抵抗部を形成している、請求項７に記載の流量調整ユニット。
10. 前記上流側中空円筒部の外径が前記下流側中空円筒部の内径と等しく又はほぼ等しく、
    前記上流側中空円筒部の外周面と前記下流側中空円筒部の内周面の少なくとも一方には、前記中心軸に沿って延在する少なくとも１つの溝が形成されている、請求項７に記載の流量調整ユニット。
11. 前記上流側中空円筒部の内径が前記下流側中空円筒部の外径と等しく又はほぼ等しく、
    前記上流側中空円筒部の内周面と前記下流側中空円筒部の外周面の少なくとも一方には、前記中心軸に沿って延在する少なくとも１つの溝が形成されている、請求項７に記載の流量調整ユニット。
12. 請求項１～１１のいずれかの流量調整ユニットを含む給水装置。
13. 前記給水装置は、前記液体の流れる方向に関して前記流量調整ユニットの下流側にファインバブル発生ユニットを組み入れている、ことを特徴とする請求項１２の給水装置。

Images