WO2013011570A1 - 気泡発生機構及び気泡発生機構付シャワーヘッド - Google Patents

気泡発生機構及び気泡発生機構付シャワーヘッド Download PDF

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WO2013011570A1
WO2013011570A1 PCT/JP2011/066417 JP2011066417W WO2013011570A1 WO 2013011570 A1 WO2013011570 A1 WO 2013011570A1 JP 2011066417 W JP2011066417 W JP 2011066417W WO 2013011570 A1 WO2013011570 A1 WO 2013011570A1
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PCT/JP2011/066417
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博毅 池田
Original Assignee
株式会社Ｊａｐａｎ Ｓｔａｒ
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03C—DOMESTIC PLUMBING INSTALLATIONS FOR FRESH WATER OR WASTE WATER; SINKS
    • E03C1/00—Domestic plumbing installations for fresh water or waste water; Sinks
    • E03C1/02—Plumbing installations for fresh water
    • E03C1/04—Water-basin installations specially adapted to wash-basins or baths
    • E03C1/0408—Water installations especially for showers
    • E03C1/0409—Shower handles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B01F23/2323—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles by circulating the flow in guiding constructions or conduits
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    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
    • B01F25/441—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits
    • B01F25/4412—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the slits being formed between opposed planar surfaces, e.g. pushed again each other by springs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01F25/441—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits
    • B01F25/4416—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the configuration of the surfaces forming the slits the opposed surfaces being provided with grooves
    • B01F25/44163—Helical grooves formed on opposed surfaces, e.g. on cylinders or cones
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/44—Mixers in which the components are pressed through slits
    • B01F25/442—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the relative position of the surfaces during operation
    • B01F25/4422—Mixers in which the components are pressed through slits characterised by the relative position of the surfaces during operation the surfaces being maintained in a fixed but adjustable position, spaced from each other, therefore allowing the slit spacing to be varied

Definitions

  • the present invention relates to a bubble generation mechanism, particularly a mechanism suitable for generating fine bubbles such as microbubbles and nanobubbles, and a shower head using the mechanism.
  • Bubbles formed in the water are classified into millibubbles or microbubbles (further, micro / nano bubbles, nano bubbles, etc.) depending on their sizes. Millibubbles are huge bubbles to some extent, which rise rapidly in water and eventually rupture and disappear at the surface of the water. On the other hand, bubbles with a diameter of 50 ⁇ m or less are fine, so they have a long residence time in water and are excellent in gas dissolving ability, so they further shrink in water, and finally disappear in water ( It has a special property of completely dissolving), and it is becoming common to call this microbubble (Non-patent Document 1).
  • fine bubbles refers to a concept that collectively refers to micro-nano bubbles (diameter: 10 nm or more and less than 1 ⁇ m) and nano bubbles (diameter: less than 10 nm) having a smaller diameter in addition to the micro bubbles.
  • Patent Documents 1 to 5 various shower devices incorporating a bubble generation mechanism have been proposed for use in bathrooms.
  • the bubble generating mechanism incorporated in the shower apparatus disclosed in these patent documents is formed in the wing body shaft portion in the swirl flow generating wing body incorporated in the head portion for ejecting the shower water flow and the vortex formed by the wing body.
  • a method of entraining outside air sucked in from the fine pores into a gas-liquid mixture referred to as Patent Document 1: Two-phase flow swirl method
  • a venturi in the shower body the handle portion extending from the head portion.
  • a cavitation system that incorporates a throttle mechanism such as a pipe and deposits air dissolved in water as fine bubbles due to the pressure reduction effect caused by Bernoulli's principle when water passes through the throttle mechanism at a high flow rate ( It is roughly classified into Patent Documents 2 to 5).
  • JP 2008-229516 A JP 2008-73432 A JP 2007-209509 A JP 2007-50341 A JP 2006-116518 A Internet homepage (http://unit.aist.go.jp/emtech-ri/26env-fluid/takahashi.pdf#search 'Research on microbubbles and nanobubbles')
  • the shower apparatus disclosed in Patent Documents 2 to 4 adopting the cavitation method has only one closed throttle hole around the venturi pipe or orifice, and the flow path portion is provided at the throttle hole position. Has a structure that does not exist. For this reason, the flow velocity does not increase as expected when the fluid resistance when passing through the throttle hole is increased, and the radial pressure from the inner wall surface of the hole is easily received in the throttle hole, so that the cavitation (decompression) effect is achieved. There is a drawback that the amount of bubble deposition tends to be insufficient.
  • An object of the present invention is to generate a sufficient amount of bubbles without using a complicated gas-liquid mixing mechanism. As a result, the amount of bubbles generated in the microbubble region or the micro / nanobubble region can be reduced to a level that could not be achieved conventionally.
  • An object of the present invention is to provide a bubble generation mechanism that can be enhanced and a shower head using the same.
  • the bubble generation mechanism of the present invention is: A liquid body is formed in a penetrating configuration that connects an inlet opening at the inflow end and an outlet opening at the outflow end with respect to a member body having an inflow end on the liquid inflow side and an outflow end on the liquid outflow side.
  • a plurality of collision part-attached flow paths in which a collision part for forming a flow channel cross-sectional area reduction part is formed in the middle of the direction are formed, Distributing the gas-dissolved liquid supplied to the inflow end of the member main body to a plurality of flow paths with a collision portion and passing through each flow passage cross-sectional area decreasing portion, and precipitating the dissolved gas due to the decompression effect
  • a bubble-containing liquid is used, and the bubble-containing liquid from each flow path with a collision portion is collected at the outflow end of the member main body.
  • Bubbles in water are different from solid particles, and are likely to coalesce even if they collide with each other.
  • a macro vortex formed by a swirling flow generating blade as in Patent Document 1 the probability of mutual collision of bubbles increases.
  • the pulverization into microbubbles tends to be difficult to proceed.
  • the mechanism with only one throttle mechanism since the passage resistance of the throttle part is large, the effect of increasing the flow velocity due to the reduction of the cross section and thus the negative pressure generation effect is poor, and the flow rate is significantly reduced. The amount of precipitation decreased, and fine bubbles could not be formed sufficiently.
  • the bubble generating mechanism of the present invention a plurality of flow paths with collision portions having flow path cross-sectional area decreasing portions are formed, and the gas-dissolved liquid is distributed to the plurality of flow paths with collision portions to thereby provide each flow path cross-sectional area. Since the reduced part is allowed to pass while increasing in speed, the fluid resistance does not increase excessively in each flow path with a collision part, and the flow velocity increases compared with the case where the flow path cross-sectional area reduced part is single. As a result, the negative pressure generation effect can be greatly increased.
  • the cavitation (decompression) effect at the flow path cross-sectional area decreasing portion (or downstream) of each flow path is greatly enhanced, for example, a larger amount of bubbles are deposited even in a water flow having the same dissolved air concentration. Can be made.
  • the bubble generating mechanism of the present invention includes a liquid supply pipe for supplying a gas-dissolved liquid to the inflow end side of the member body, and a liquid recovery pipe for collecting and collecting the bubble-containing liquid at the outflow end side of the member body.
  • Roads can be provided.
  • the liquid supply conduit and the liquid recovery conduit have a plurality of inlets of the collision-provided flow passages each having a connection opening to the member main body that opens at the inflow end, and each of the collision-provided flow passages opened at the outflow end.
  • a plurality of inflow ports are provided.
  • the gas-dissolved liquid is collectively supplied by a liquid supply pipe having a connection opening having a larger area than each flow path with a collision portion, and the bubble-containing liquid is collectively recovered by a similar liquid recovery pipe before and after the member body.
  • the flow velocity at each channel cross-sectional area reduction portion can be further increased, and the amount of bubble deposition can be further increased.
  • each collision with respect to the virtual axis If it arrange
  • the member body can be coaxially mounted inside the tube member by forming the outer peripheral surface into a cylindrical surface.
  • a portion of the pipe member positioned upstream of the inflow end of the member main body forms a liquid supply conduit
  • a portion of the tube member positioned downstream of the outflow end forms a liquid recovery conduit.
  • the liquid supply conduit and the liquid recovery conduit can be formed collectively with a single tube member, so that the number of parts can be reduced.
  • a ring-shaped seal member is provided between the outer peripheral surface of the member main body and the inner peripheral surface of the pipe member to seal the space between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface. It is desirable to configure so as to prevent the flow leaking into the water.
  • the member main body is formed as a columnar member in which the end surfaces of the inflow end side and the outflow end side are flat surfaces orthogonal to the axis of the outer peripheral surface, it is easy to manufacture and can be attached to the tube member. It is convenient because it is simple.
  • the central axis line is arranged so that each of the plurality of flow paths with a collision portion is parallel to the central axis of the cylindrical surface forming the outer peripheral surface of the member main body (corresponding to the virtual axis described above). If formed at equiangular intervals around the passage, the flow velocity (and flow rate) of each of the flow paths with collision portions can be made uniform.
  • a tapered inflow-side throttle portion having a diameter that increases toward the inlet can be formed.
  • the flow velocity in the flow path cross-sectional area decreasing portion can be further increased, and the bubble generation effect can be enhanced.
  • squeeze part diameter-expanded toward this outflow port can also be formed in the outflow port side of a flow path with a collision part.
  • the flow that has passed through the flow path cross-sectional area reduction portion can be transferred to the outflow end side of the member body while decelerating with low loss, and as a result, the outflow efficiency of the bubble-containing liquid from the bubble generation mechanism can be increased.
  • a constant cross-sectional portion with a constant flow cross-sectional area is formed between the inflow side constriction portion and the outflow side constriction portion of the flow path with a collision portion, and the collision portion is disposed in the constant cross-section portion.
  • the flow increased by the inflow side restricting portion can be guided to the collision portion and thus the flow passage cross-sectional area decreasing portion while stabilizing the flow at the constant cross-sectional portion, so that bubbles can be generated more stably.
  • the collision part can be provided in a form protruding from the inner peripheral surface of the flow path, and on both sides in the protruding direction, the detour flow path part between the outer peripheral surface of the collision part and the inner peripheral surface of the flow path (Forms at least a part of the flow path cross-sectional area reduction portion).
  • the flow that has passed through the detour channel portion generates a vortex or turbulent flow downstream of the collision portion, and the effect of entraining the generated bubbles in the vortex or turbulent flow to make it finer is enhanced.
  • the flow path is formed to have a circular axial cross section
  • the collision part is formed so as to protrude along the diameter of the axial cross section
  • the detour flow is geometrically equivalent on both sides of the collision part.
  • a path portion is formed, and the flow passing through both sides of the collision portion is symmetrized, so that it is difficult to cause a loss of flow, and the passage flow velocity of each bypass flow path portion can be increased.
  • the flow path can be formed to have an elliptical axial cross section.
  • the collision part may be formed so as to protrude along the long axis direction of the axial cross section. Thereby, the flow restricting effect in the detour channel portion can be improved, and the passage flow velocity can be further increased.
  • a plurality of circumferential throttle ribs can be formed on the outer peripheral surface of the collision part along the protruding direction of the collision part.
  • the gas-dissolved liquid flowing in the tangential direction of the outer peripheral surface of the collision portion is further squeezed in the groove portion (or valley-like portion) between the restricting ribs, and the pressure reduction effect is enhanced.
  • the flow on the valley opening side is relatively slow, and the pressure is particularly high with respect to the high-speed flow on the valley bottom side.
  • the gas saturation dissolution amount of the liquid on the valley opening side increases, the saturation dissolution amount on the valley bottom side decreases, and the dissolution liquid flows to the valley bottom side, so that bubbles can be precipitated extremely actively.
  • the side area facing the detour channel part as viewed from the upstream side of the collision part has a large flow velocity due to the centrifugal force that detours the collision part. Since the negative pressure generation level is maximized, bubble deposition is particularly remarkable.
  • the valley-shaped part has a shape that decreases in width toward the valley, it is desirable to enhance the flow restricting effect in the valley-like part and the bubble precipitation effect.
  • the plurality of throttle ribs in the valley portion are formed adjacent to each other with the apex portion having an acute angle.
  • the apex angle of the aperture rib is preferably set to 60 ° or less and 20 ° or more from the viewpoint of optimizing the above effect.
  • the collision part can be formed so as to penetrate and cross the axial cross section of the flow path. Thereby, a flow can be uniformly distributed to the detour channel portions on both sides, and in particular, the effect of generating bubbles can be enhanced when a throttle rib is provided.
  • the collision part is configured as a screw member screwed into the flow path from the outer peripheral surface of the member main body so that the leg end side protrudes into the flow path, a conical part is provided at the tip of the leg part of the screw member. It is preferable to form a thread on the outer peripheral surface of the leg portion up to the base end position of the conical portion.
  • the conical portion when the conical portion is embedded in the flow passage wall portion positioned opposite to the screwing start side of the screw member, the conical portion penetrating and crossing the cross section of the flow passage axis is provided on the conical portion embedding side.
  • the throttle ribs can be arranged as close as possible to the wall portion, and the number of throttle ribs formed in the cross section of the channel axis is increased, so that the bubble precipitation effect can be further enhanced.
  • the collision part can also be arranged so that the narrowing gap is formed such that the tip surface faces the inner peripheral surface of the flow path.
  • the plurality of flow paths with collision portions can be formed so that the cross-sectional areas of the flow paths are equal to each other. In this way (especially when the distances from the center axis of the member body to the cross-sectional centers of the flow paths with each collision portion are equal to each other), the flow equivalence in each flow path with the collision portions is increased. be able to.
  • the adjustment flow path having a smaller flow path cross-sectional area than any of the flow paths with the collision portion may be formed in a penetrating form that connects the inflow opening that opens to the inflow end and the outflow opening that opens to the outflow end. .
  • the adjustment flow path is set to the virtual axis. It is desirable to form along.
  • the adjustment flow path is formed corresponding to the flow path center position where the flow velocity is highest at the inflow end of the member body, it is possible to increase the adjustment margin of the flow amount released to the adjustment flow path.
  • pressure generation can also be suppressed, optimization of bubble generation efficiency is further facilitated.
  • the member main body is formed as a cylindrical member in which each end surface of the inflow end side and the outflow end side is a flat surface orthogonal to the axis of the outer peripheral surface, and a plurality of flow paths with collision portions are formed on the member main body.
  • the cylindrical surface forming the outer peripheral surface of the member main body is formed at equal angular intervals around the central axis so as to be parallel to the central axis forming the virtual axis, the adjustment flow path is formed along the central axis. do it.
  • a collision portion for forming a flow path cross-sectional area decreasing portion can be disposed at an intermediate position in the liquid flow direction with respect to the adjustment flow path.
  • the generation of bubbles can be promoted in the adjustment flow path by arranging the collision portions.
  • the collision portion interferes with the screw member on the flow channel side with the collision portion in the flow direction in the flow channel from the outer peripheral surface of the member body toward the flow channel so that the leg end side protrudes into the flow channel. If it is formed by the auxiliary screw member screwed into the position where it does not, the collision part formation of the adjustment flow path can be realized more easily.
  • the present invention also provides a shower head using the bubble generating mechanism of the present invention.
  • the shower head is A liquid body is formed in a penetrating configuration that connects an inlet opening at the inflow end and an outlet opening at the outflow end with respect to a member body having an inflow end on the liquid inflow side and an outflow end on the liquid outflow side.
  • a plurality of collision part-attached flow paths in which a collision part for forming a flow channel cross-sectional area reduction part is formed in the middle of the direction are formed, Distributing the gas-dissolved liquid supplied to the inflow end of the member main body to a plurality of flow paths with a collision portion and passing through each flow passage cross-sectional area decreasing portion, and precipitating the dissolved gas due to the decompression effect
  • a water flow supply unit for supplying a water flow to the inflow end of the member body of the bubble generating mechanism; And a water jet unit that jets the bubble-containing liquid collected at the outflow end of the member main body as a shower water flow.
  • a shower water flow containing a larger amount of bubbles can be easily formed even with a water flow having the same dissolved air concentration.
  • dissolved air is bubbled by precipitation under reduced pressure, the dissolved oxygen concentration of bulk water (or dissolved chlorine concentration in the case of tap water, etc.) is reduced, and oxygen (or chlorine) for the skin and hair in contact with the shower water flow Can be effectively reduced.
  • the figure which shows the 4th modification of a collision part. The figure which shows the example which formed the flow path which provides a collision part in elliptical shape.
  • the front view which shows the 4th modification of the formation form of the flow path with a collision part with respect to a member main body The schematic diagram which shows another utilization form of the bubble generation mechanism of this invention.
  • FIG. 1 shows the appearance of a shower device with a bubble generating mechanism (hereinafter also simply referred to as “shower device”) 100 according to an embodiment of the present invention, along with its internal structure cross section.
  • the shower apparatus 100 includes a shower main body 100M having a hand grip portion 101 and a water flow injection portion 102 integrated at the tip thereof, and a bubble generation engine (bubble generation mechanism) 1 incorporated in the shower main body 100M.
  • the grip portion 101 and the shower main body 100M are configured as an integral plastic molded product.
  • the bubble generation engine 1 is accommodated in the cylindrical grip 101. Specifically, the cylindrical bubble generating engine 1 is inserted coaxially from the rear end side opening of the grip portion 101, and the outer peripheral edge of the front end surface is formed on the front end side of the inner peripheral surface of the grip portion 101. It is stopped by the part 101a. The space between the outer peripheral surface of the bubble generating engine 1 and the inner peripheral surface of the grip portion 101 is sealed with a seal ring 8.
  • a threaded portion 104 c is formed at the rear end of the gripping portion 101, and a hose connecting portion 103 is screwed and coupled thereto via a seal ring 104.
  • a shower hose (not shown) is screwed to the screw portion 103t formed in the hose connection portion 103, and a water flow is supplied to the inside of the grip portion 101 via the shower hose.
  • a water purification cartridge 105 is incorporated in the grip portion 101.
  • the water purification cartridge 105 is, for example, a ceramic molding compounded with a well-known chlorine remover, and can be attached to and detached from the inside of the grip portion 101 from the rear end side opening in the axial direction by removing the hose connection portion 103. It has become.
  • the water purification cartridge 105 is a cylindrical member in which a water circulation hole 105h is formed along the central axis, and the first cartridge holder 106 is provided at the front end surface and the second cartridge is provided at the rear end surface as a member for preventing rattling.
  • Each cartridge holder 104c is detachably fitted, and is held against and held by the outer peripheral edge of the rear end surface of the bubble generating engine 1 via the second cartridge holder 106.
  • the water flow from the hose connecting portion 103 is supplied to the water circulation hole 105h of the water purification cartridge 105 via the second cartridge holder 104c, and the rear end surface of the bubble generating engine 1 passes through the first cartridge holder 106 while removing chlorine. (Inflow end on the liquid inflow side).
  • a portion of the inner peripheral surface of the grip portion 101 located forward of the front end surface of the bubble generation engine 1 fixed by the step portion 101 a is a tapered throttle portion 101 b, and has passed through the bubble generation engine 1.
  • the water flow is accelerated by the throttle unit 101b and supplied to the shower main body 101M integrated in a communication form on the front end side of the gripping part 101, and is injected as a shower water flow from the water flow injection unit 102 having the water spray plate 109.
  • the shower main body 100M includes a disc-shaped rear main body 107 integrated with the gripping hand portion 101, and a rotary main body 108 attached to the rear main body 108 so as to be rotatable around the axis of the disc-shaped rear main body 107.
  • a rotation guide wall 112 is erected on the inner surface of the back body 107, and a disk-shaped water flow control frame 113 is rotatably disposed on the inner side.
  • the water flow control frame 113 is integrated with the rotary main body 108 via the seal rings 115 and 116, and the back guide wall 113b erected along the outer periphery of the back surface rotates on the back main body 107 side.
  • the guide wall 112 is fitted in a liquid-tight manner through a seal ring 114.
  • a watering plate 109 is integrated inside the rotating body 108 in the radial direction, and a watering adjustment plate 110 is disposed in close contact with the back surface of the watering plate 109.
  • a rotation support shaft 110 s protrudes from the center of the back surface of the sprinkling adjustment plate 110 so as to penetrate the water flow control frame 113, and a back shaft that protrudes from the inner surface of the back body 107 by a bolt 117 inserted from the back surface of the back body 107. Fastened to 107a.
  • rotation guide ribs 113c and 113d project from the front and back of the water flow control frame 113, and the water flow control frame 113 and the rotation main body 108 are allowed to rotate.
  • 107a and the rotation support shaft 110s are sealed by seal rings 122 and 121.
  • the passing water flow of the bubble generating engine 1 enters the shower body 100M through the throttle portion 101b, and is jetted from the water spray plate 109 through the water flow control frame 113. Then, by rotating the rotating body 108, the rotation angle phase between the watering plate 109 and the watering adjustment plate 110 changes, and the water flow hole on the watering plate 109 side and the watering adjustment plate 110 side according to the rotation operation position. The positional relationship with the water flow hole is changed, and the shower injection mode can be switched.
  • the space area corresponding to the inner area SSA of the water spray plate 109 inside the rotating body 108 is different from the space area corresponding to the outer area PSA via the first partition wall 113a on the water flow control frame 113 side and the seal ring 120. It is partitioned off by a second partition wall 110a on the watering adjustment plate 110 side that engages with the one partition wall 113a.
  • the rotation support shaft 110s is provided with a pulsating flow forming impeller 111, which is rotated by the water flow passing through the area, and from the water spray hole of the inner area SSA. A pulsating flow for massage is given to the jet flow.
  • an operation position defining hole 113h that defines the selectable operation angle phase of each shower injection mode is formed on the back surface of the water flow control frame 113, and is accommodated in the spring case 112a on the back body 107 side.
  • a steel ball 118 is engaged in a form urged by a compression spring 119, and a known operation click mechanism is formed.
  • FIG. 2 is an enlarged view showing the bubble generation engine 1 taken out, and the lower left is the inflow end (the end surface on the side close to the hose connecting portion 103 in the grip portion 101 of FIG. 1: the opposite side is the outflow end) ) Side direct view, the upper right is the BB cross-sectional view, and the lower right is the AA cross-sectional view.
  • the member main body 6 is formed with a plurality of flow paths 4 with collision portions. Each of the flow paths 4 with a collision portion is formed in a penetrating shape connecting the inflow port 2n that opens to the inflow end and the outflow port 2x that opens to the outflow end.
  • a collision part 3 for forming is arranged. In this embodiment, the number of formed flow paths 4 with a collision portion is four, and the protruding direction of the collision portion 3 is determined in the direction in which the central axis O of the member body 6 is expected.
  • the water (hot water) supplied to the shower device is a gas-dissolved liquid in which air is dissolved.
  • the gas-dissolved liquid supplied to the inflow end of the member main body 6 is distributed to the plurality of flow paths 4 with a collision portion, and passes through the flow path cross-sectional area decreasing portion formed by the collision portion 3 while increasing the speed. Then, due to the pressure reducing effect, the dissolved gas in the gas-dissolved liquid is deposited as bubbles and becomes a bubble-containing liquid.
  • the bubble-containing liquid from each of the collision-provided flow paths 4 is collected at the outflow end of the member main body 6 and is ejected as a shower water flow from the shower main body 100M of FIG.
  • the grip portion 101 serves as a liquid supply conduit that supplies the gas-dissolved liquid to the inflow end side of the member body 6, and the ejection throttle portion 101 b receives the bubble-containing liquid. It plays the role of a liquid recovery conduit that collects and recovers at the outflow end side of the member body 6. Since the bubble generation engine 1 is configured to be accommodated in the grip portion 101, the grip portion 101 (liquid supply conduit) and the injection throttle portion 101 b (liquid recovery conduit) are connected to the member body 6.
  • the connection opening includes a plurality of inflow ports 2n of the flow path 4 with a collision portion each opening at the inflow end, and a plurality of outflow ports 2x of the flow path 4 with a collision portion each opening at the outflow end. It is self-evident.
  • the plurality of collision-provided flow paths 4 are formed at equal angular intervals around the virtual axis O set parallel to the flow direction of each flow path 2 with respect to the member body 6.
  • an axis that passes through the center of the opening of the grip portion 101 (liquid supply conduit) and is parallel to each flow path 4 with a collision portion corresponds to the virtual axis O.
  • each of the collision-provided flow paths 4 is arranged so that the distance to the center of the cross section becomes equal with respect to the virtual axis O. Has been.
  • the member body 6 has a cylindrical outer peripheral surface and is coaxially mounted on the inside of the grip part (tube member) 101. More specifically, the member main body 6 is formed as a columnar member in which the end surfaces on the inflow end side and the outflow end side are flat surfaces orthogonal to the axis of the outer peripheral surface. A portion of the grip portion 101 located upstream from the inflow end of the member main body 6 is a liquid supply conduit, and a portion located downstream of the outflow end is a liquid recovery conduit (injection restricting portion 101b). ) Is formed. As shown in FIG.
  • the plurality of collision-provided flow passages 4 are parallel to the central axis (virtual axis O) of the cylindrical surface forming the outer peripheral surface of the member main body 6 with respect to the member main body 6. It is formed at equiangular intervals around the central axis.
  • a ring-shaped seal member that seals between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface in a liquid-tight manner. 8 is arranged so that the flow leaking to the outer peripheral surface side of the member main body 6 is prevented.
  • a tapered inflow side constriction portion 2a that expands toward the inflow port 2n is formed on the inflow port 2n side of the flow path 4 with a collision portion.
  • the taper-shaped outflow side narrowing part 2b which diameter-expands toward this outflow port 2x is formed in the outflow port 2x side of the flow path 4 with a collision part.
  • a constant cross-sectional portion 2c having a constant flow cross-sectional area is formed between the inflow side constriction portion 2a and the outflow side constriction portion 2b of the flow path 4 with a collision portion, and the collision portion 3 is formed in the constant cross-section portion 2c. Has been placed.
  • the collision part 3 is provided in a form protruding from the inner peripheral surface of the flow path 2, and the bypass flow path part 12 is provided between the outer peripheral surface of the collision part 3 and the inner peripheral surface of the flow path 2 on both sides in the protruding direction. (Forms at least a part of the flow path cross-sectional area reduction portion). Thereby, each flow that has passed through the detour channel portion 12 generates a vortex or turbulent flow downstream of the collision portion 3, and the effect that the generated bubbles are entrained in the vortex or turbulent flow and refined is enhanced. Yes.
  • the flow path 2 has a circular axial cross section, and the collision portion 3 is formed so as to protrude along the diameter of the axial cross section. That is, the bypass flow path parts 12 are formed on both sides of the collision part 3 in a geometrically equivalent form. Thereby, the flow which passes through the both sides of the collision part 3 is symmetrized, it is hard to produce the loss of a flow, and the passage flow velocity of each detour channel part 12 is also raised.
  • FIG. 3 shows the collision part 3 in an enlarged manner.
  • a plurality of circumferential narrowing ribs 5 r are formed along the protruding direction of the collision part 3.
  • the valley portion has a shape in which the width is reduced toward the valley low.
  • the plurality of diaphragm ribs 5r are formed adjacent to each other with the apex being an acute angle.
  • the apex angle of the aperture rib 5r is set to 60 ° or less and 20 ° or more, for example.
  • a plurality of winding ribs 5r are integrally formed in a spiral shape. More specifically, the collision part 3 is formed by a screw member 5 screwed from the outer peripheral surface of the member body 6 toward the flow path 2 such that the leg end side protrudes into the flow path 2. .
  • a conical portion 5t is formed at the tip of the leg portion of the screw member 5, and a thread 5r is engraved on the outer peripheral surface of the leg portion up to the base end position of the conical portion. Then, the conical portion 5t is embedded in the flow passage wall portion located opposite to the screwing start side of the screw member 5, and as a result, the collision portion 3 is formed so as to penetrate and cross the axial cross section of the flow passage 2. ing.
  • a throttle rib (thread) 5r is arranged at the limit of the wall part on the embedding side of the conical part 5t, and within the axial cross section of the flow path 2 A contrivance is made to increase the number of aperture ribs 5r formed.
  • the plurality of collision-targeted channels 4 are formed so that the channel cross-sectional areas are equal to each other.
  • the adjustment channel 9 having a smaller channel cross-sectional area than any of the channels 4 with the collision portion is formed in a through shape that connects the inlet 9n that opens to the inflow end and the outlet 9x that opens to the outflow end.
  • the plurality of collision-provided flow paths 4 are formed at equal angular intervals around the virtual axis O set in parallel to the flow direction of each flow path 2 with respect to the member body 6. 9 is formed along the virtual axis O.
  • the member main body 6 is formed as a cylindrical member in which the end surfaces on the inflow end side and the outflow end side are flat surfaces orthogonal to the central axis O of the outer peripheral surface (in this embodiment, a resin molded body)
  • the central axis line is such that the plurality of collision-provided flow paths 4 are parallel to the member main body 6 with respect to the central axis forming the virtual axis O of the cylindrical surface forming the outer peripheral surface of the member main body 6. It is formed at equal angular intervals around O.
  • the adjustment flow path 9 is formed along the central axis O.
  • a collision portion 11 for forming a flow path cross-sectional area decreasing portion is disposed at an intermediate position in the liquid flow direction with respect to the adjustment flow path 9 as well.
  • the collision part 11 is directed from the outer peripheral surface of the member body 6 toward the flow path 2 so that the leg end side protrudes into the flow path 2, and the collision part 11 is arranged on the side of the flow path 4 with the collision part.
  • the auxiliary screw member 10 is screwed into a position where it does not interfere with the screw member 5.
  • a shower hose (not shown) is attached to the hose connection part 103 of the shower head 100, and a water flow is supplied through the shower hose.
  • the water flow from the hose connecting portion 103 is supplied to the water circulation hole 105h of the water purification cartridge 105, and passes through the bubble generating engine 1 through the first cartridge holder 106 while removing chlorine, and further passes through the throttle portion 101b to the shower body. It is supplied to 101M and is jetted as a shower water stream from a water jet unit 102 having a water spray plate 109.
  • the water flow is distributed to the plurality of flow paths 4 with a collision portion, and the flow velocity is increased by being throttled at the flow path cross-sectional area decreasing portions formed by the collision portions 3. .
  • a negative pressure region is formed in the flow path cross-sectional area reduction part (and its downstream side), and dissolved gas (for example, air) in the water flow precipitates due to the cavitation (decompression) effect, generating bubbles.
  • the grip portion 101 liquid supply conduit
  • the injection throttle portion 101b liquid recovery conduit 6 includes a plurality of inlets 2n of the collision-provided flow path 4 each opening at the inflow end, and a plurality of outlets 2x of the collision-provided flow path 4 opening respectively at the outflow end. It is in form. That is, a water flow (gas-dissolved liquid) is collectively supplied to the bubble generation engine 1 through a liquid supply pipe having a connection opening having a larger area than each of the collision-provided flow paths 4, and a similar liquid recovery pipe 101b. Collecting the bubble-containing liquid from the bubble generation engine 1 reduces the pipe resistance before and after the member body 6 and can further increase the flow velocity at each channel cross-sectional area reduction portion. It is possible to increase more.
  • the inflow side restricting part 2a is formed on the inflow port 2n side of each flow path 4 with an impinging part
  • the outflow side restricting part 2b is also formed on the outflow port 2x side
  • the impinging part 3 (reducing the cross-sectional area of the road) And the flow passing through this can be transferred to the outflow end side of the member body 6 while decelerating with low loss, and the outflow of the bubble-containing liquid from the bubble generation engine 1 can be performed. Efficiency can be increased.
  • a constant cross section 2c is formed between the inflow side restricting portion 2a and the outflow side restricting portion 2b, and the collision portion 3 is disposed in the constant cross section 2c so that the speed is increased by the inflow side restricting portion 2a. While stabilizing the flow at the constant cross-section portion 2c, the flow can be guided to the collision portion 3 and thus to the flow passage cross-sectional area reduction portion, and bubbles can be generated more stably.
  • detour channel sections 12 are formed on both sides of the projecting direction of the collision section 3.
  • the detour channel portion 12 forms a channel cross-sectional area decreasing portion, and bubbles are generated by the negative pressure. Further, the flow that has passed through the detour channel portion 12 generates a vortex or turbulent flow downstream of the collision portion 3, and the bubbles are further refined by being caught in the vortex or turbulent flow.
  • a plurality of circumferential restriction ribs 5 r are formed on the outer peripheral surface of the collision portion 3 along the protruding direction of the collision portion 3.
  • the gas-dissolved liquid that flows in the tangential direction of the outer peripheral surface of the collision portion 3 is further increased in speed by being squeezed in the groove portion (or valley-like portion) 21 between the squeezing ribs 5r, and the pressure reduction effect is enhanced.
  • the flow on the valley opening side is relatively slow, and the pressure is particularly high with respect to the high-speed flow on the valley bottom side.
  • a low-speed high-pressure area HPA is formed on the valley opening side
  • a high-speed low-pressure area LPA is formed on the valley low side, so that the gas saturation dissolution amount of the liquid on the valley opening side increases and the saturation dissolution amount on the valley bottom side decreases.
  • the dissolved air (dissolved liquid) SGF in the water flow changes from the low-speed flow region LF (high-pressure region HPA: FIG. 4) on the valley opening side to the high-speed flow region FF (low-pressure region LPA: on the valley low side). 4), the bubbles MB are deposited very actively. Further, as shown in FIG.
  • the side region SPA facing the detour channel unit 12 when viewed from the front upstream direction of the collision unit 3 is a centrifugal force that bypasses the collision unit 3.
  • the flow velocity becomes large, and at this position, the level of negative pressure generation in the valley is maximized, so that bubble deposition is particularly remarkable.
  • the collision portion 3 is formed by a screw member 5, and a plurality of winding ribs 5r are integrally formed in a spiral shape.
  • the flow component crossing the ridge portion of the throttle rib 5r increases, and the effect of generating turbulent flow accompanying flow separation becomes significant. Therefore, there is an advantage that the bubbles can be further miniaturized.
  • FIG. 7 is an image of the flow analysis result in the detour channel portion 12 of the collision portion 3 using the screw member 5. It was clear that the flow was constricted significantly at the bottom of the valley, and it was confirmed that a negative pressure exceeding 0.7 MPa could be generated in the side region SPA.
  • FIG. 8 shows the result of pressure distribution analysis in the diameter direction immediately upstream of the collision portion 3. It is apparent that the negative pressure level has a minimum value of around 0.7 MPa at the valley bottom position of the side region SPA shown in FIG.
  • the member main body 6 is formed with an adjustment channel 9 having a channel cross-sectional area smaller than any of the collision-targeted channels 4 in a penetrating form.
  • the cross-sectional area (or formation position and number of formations) of the adjustment flow path 9 according to the pressure of the liquid supplied to the inflow end of the member body 6, the flow rate and flow velocity in each flow path 4 with a collision portion Therefore, it is possible to easily optimize the bubble generation efficiency according to the liquid supply pressure.
  • the adjustment flow path 9 is formed at the inflow end of the member main body 6 corresponding to the flow path center position where the flow velocity is the highest, and the adjustment margin of the flow amount released to the adjustment flow path 9 is also large. be able to.
  • the fluid pressure in the collision-provided flow path 4 can be adjusted without excess or deficiency by changing the inner diameter of the adjustment flow path 9, and as a result, the flow resistance can be reduced without excessively reducing the flow rate in each collision-provided flow path 4. Since the generation of back pressure as a factor can be suppressed, optimization of bubble generation efficiency is further facilitated.
  • a collision portion 11 for forming a channel cross-sectional area decreasing portion is disposed at a midway position in the liquid flow direction with respect to the adjustment channel 9, and bubble generation is also promoted in the adjustment channel 9.
  • the shower head 100 by incorporating the bubble generation engine 1, it is possible to easily form a shower water flow containing a larger amount of bubbles even if the water flow has the same dissolved air concentration. Also, since dissolved air is bubbled by precipitation under reduced pressure, the dissolved oxygen concentration of bulk water (or dissolved chlorine concentration in the case of tap water, etc.) is reduced, and oxygen (or chlorine) for the skin and hair in contact with the shower water flow Can be effectively reduced.
  • the conical tip portion (tip portion of the leg portion of the screw member 5) 5t of the collision portion 3 embedded in the flow path wall portion in FIG. It can be set as the structure made to contact a part inner surface.
  • assistant gap 12g of the wedge-shaped cross section narrowed toward the contact point is formed.
  • the auxiliary gap 12g has a remarkable throttling effect on the passing water flow, further promotes bubble precipitation by increasing the flow velocity, and can improve bubble generation efficiency.
  • the aperture gap 13 can be formed in such a manner that the front end surface of the collision part 3 faces the inner peripheral surface of the flow path 2. Thereby, a high-speed passing water flow is generated in the throttle gap 13 and the bubble generation efficiency can be improved.
  • the conical tip 5t of the collision portion 3 and the inner surface of the wall face each other, the gap interval is minimized at the tip position, and auxiliary gaps similar to FIG. 12g is formed.
  • a slit-like throttle gap 13 is formed between the front end surface of the collision part 3 and the inner surface of the wall part. Is formed.
  • an edge advantageous for cavitation is formed along the peripheral edge of the front end surface of the collision portion 3, which contributes to improvement of bubble generation efficiency.
  • both ends of the diameter of the front end surface of the collision portion 3 orthogonal to the flow direction may or may not be in contact with the inner surface of the wall portion.
  • tip part of the collision part 3 can also be formed as the convex curve part 5q. Thereby, the space
  • FIG. 13 is an example in which the flow path 2 of the flow path 4 with a collision portion is formed to have an elliptical axial cross section.
  • the collision part 3 is formed so as to protrude along the long axis direction of the axial cross section. Thereby, the flow restricting effect in the detour channel portion 12 is improved, and the passage flow velocity can be further increased.
  • the number of the flow paths 4 with a collision portion formed in the member main body 6 is four, but the number of formation of the flow paths 4 with a collision portion is not limited to this.
  • FIG. 14 is an example in which the number of the flow paths 4 with collision portions is 6, and FIG. In any case, the protruding direction of the collision portion 3 is determined in a direction in which the central axis O of the member main body 6 is seen, and the adjustment flow path 9 (the adjustment collision portion 11 is formed along the central axis O as in FIG. Associated) is formed.
  • FIG. 16 is an example in which the number of the flow paths 4 with collision portions is 2, and the adjustment flow path 9 is omitted.
  • FIG. 17 shows that a plurality of the flow paths 4 with a collision portion are arranged at equiangular intervals around the central axis of the member body 6, and another flow path 4 with a collision portion is arranged at a position along the central axis.
  • the flow path 2 along the central axis has the same cross-sectional area as the flow path 2 of the surrounding collision-provided flow path 4, and a plurality of adjustment flow paths 9 having a smaller cross-sectional area than that of the flow path 2 with the collision section.
  • a plurality of channels 4 are formed alternately. Each adjustment channel 9 is not provided with a collision portion.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of a circulation type bubble generation mechanism 200 using the bubble generation engine 1.
  • the bubble generating engine 1 is incorporated in a wall portion of the water tank 54 to be a water flow outlet for the water tank 54, while a water flow inlet 53 is formed at another position of the wall portion, and the water tank is formed by a pump 51 through pipes 50 and 52. Inside water W bubble generation engine 1 It is designed to circulate through. When the water flow pumped by the pump 51 passes through the bubble generation engine 1, the bubbles MB are deposited and discharged into the water tank 54 as a bubble-containing liquid.
  • a known ejector nozzle is mounted on the pipe 50 or the pipe 52, and the sucked gas is further finely pulverized into the water tank 54 while passing through the bubble generating engine 1 while sucking and taking in outside air through the ejector nozzle. It can also be configured to release.
  • Bubble generation engine (bubble generation mechanism) 2 flow path 2a inflow side constriction part 2b outflow side constriction part 2c constant section 3 collision part 4 flow path with collision part 5 screw member 6 member main body 9 adjustment flow path 11 adjustment side collision part 12 detour flow path part 100 shower device

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Abstract

　複雑な気液混合機構を用いずとも十分な量の微細気泡を発生できる気泡発生機構を提供する。　液体流入側となる流入端と液体流出側となる流出端とが定められた部材本体６に対し、流入端に開口する流入口２ａと流出端に開口する流出口２ｂとをつなぐ貫通形態に形成され液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部３が配置された衝突部付流路４が複数形成される。部材本体６の流入端に供給された気体溶解液体を複数の衝突部付流路４に分配して各流路断面積減少部を増速しつつ通過させ、その減圧効果により溶解した気体を析出させて気泡含有液体となし、各衝突部付流路４からの気泡含有液体を部材本体６の流出端にて集約する。　

Description

気泡発生機構及び気泡発生機構付シャワーヘッド
　本発明は、気泡発生機構、特にマイクロバブルやナノバブルなどの微細気泡の発生に好適な機構と、それを用いたシャワーヘッドに関するものである。
　水中に形成される気泡は、そのサイズによりミリバブルあるいはマイクロバブル（さらには、マイクロ・ナノバブルおよびナノバブル等）に分類されている。ミリバブルはある程度の巨大な気泡であり、水中を急速に上昇して最終的には水面で破裂して消滅する。これに対して、直径が５０μｍ以下の気泡は、微細であるが故に水中での滞在時間が長く、気体の溶解能力にも優れているため水中においてさらに縮小していき、ついには水中で消滅（完全溶解）する特殊な性質を有し、これをマイクロバブルと称することが一般化しつつある（非特許文献１）。本明細書において「微細気泡」とは、上記マイクロバブルのほか、さらに径の小さいマイクロ・ナノバブル（直径１０ｎｍ以上１μｍ未満）およびナノバブル（直径１０ｎｍ未満）を総称する概念を指すものとする。
　近年、こうした微細気泡が多くの用途に応用され、特に、浴室等で使用するシャワー装置に関しては気泡発生機構を組み込んだものが種々提案されている（特許文献１～５）。これら特許文献に開示されたシャワー装置に組み込まれている気泡発生機構は、シャワー水流を噴出するヘッド部分に旋回流発生翼体を組み込み、該翼体が形成する渦流に翼体軸部に形成された細孔から負圧吸引される外気を巻き込んで気液混合する方式（特許文献１：二相流旋回方式と称される）、シャワー本体（ヘッド部分から延出する把手の部分）内にベンチュリ管などの絞り機構を組み込み、水が該絞り機構を高流速化して通過する際にベルヌーイの原理に由来して生ずる減圧効果により、水に溶解していた空気を微細気泡として析出させるキャビテーション方式（特許文献２～５）に大別される。
特開２００８－２２９５１６号公報 特開２００８－　７３４３２号公報 特開２００７－２０９５０９号公報 特開２００７－　５０３４１号公報 特開２００６－１１６５１８号公報 インターネットホームページ（http://unit.aist.go.jp/emtech-ri/26env-fluid/takahashi.pdf#search='マイクロバブルおよびナノバブルに関する研究'）
　しかし、上記従来のシャワー装置では、いずれのタイプのものも気泡の微細化度がまだまだ不十分であり、水中での滞留時間が長いマイクロバブルの発生量、特に粒径１μｍ未満のマイクロ・ナノバブル領域の気泡発生量が十分でない問題があった。また、特許文献１に代表される二相流旋回方式のものはシャワーヘッド内に旋回流発生翼を組み込まねばならず機構が複雑となる問題がある。さらに、入浴用等の一般用途に使用される水道水圧力では、吸引する外気を十分細径化するのに十分な回転速度が得られず、マイクロバブル領域以下の微細気泡の発生効率が悪い欠点がある。
　他方、キャビテーション方式を採用する特許文献２～４のシャワー装置はベンチュリ管やオリフィスなどの周囲の閉じた絞り孔が１か所設けられているのみであり、その絞り孔位置では他に流路部分が存在しない構造になっている。このため、絞り孔通過時の流体抵抗が上昇して期待されるほど流速が増加せず、また絞り孔内では孔内壁面からのラジアル方向の背圧も受けやすいので、キャビテーション（減圧）効果が不十分となり、気泡析出量が不足しやすい難点がある。
　本発明の課題は、複雑な気液混合機構を用いずとも十分な量の気泡を発生でき、ひいてはマイクロバブル領域あるいはマイクロ・ナノバブル領域の気泡の発生量を、従来達成し得なかったレベルにまで高めることができる気泡発生機構と、それを用いたシャワーヘッドを提供することにある。
課題を解決する手段及び発明の効果
　上記の課題を解決するために、本発明の気泡発生機構は、
　液体流入側となる流入端と液体流出側となる流出端とが定められた部材本体に対し、流入端に開口する流入口と流出端に開口する流出口とをつなぐ貫通形態に形成され液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部が配置された衝突部付流路が複数形成され、
　部材本体の流入端に供給された気体溶解液体を複数の衝突部付流路に分配して各流路断面積減少部を増速しつつ通過させ、その減圧効果により溶解した気体を析出させて気泡含有液体となし、各衝突部付流路からの気泡含有液体を部材本体の流出端にて集約するようにしたことを特徴とする。
　このような構造の気泡発生機構に例えば水流を供給すると、複数形された衝突部付流路に分配された水流は、それぞれ流路断面積減少部にて絞られ流速が増加する。その結果、ベルヌーイの原理に従い流路断面積減少部（及びその下流側）に負圧域が形成され、そのキャビテーション（減圧）効果により水流中の溶存気体（例えば空気）が析出して気泡が発生する。
　水中の気泡は固体粒子と異なり、相互衝突しても気泡の合体が生じやすく、例えば特許文献１のような旋回流発生翼が形成するマクロな渦流では、気泡の相互衝突確率は増大しても微小気泡への粉砕自体は進みにくい傾向にある。他方、絞り機構を１つのみ設けた機構では絞り部の通過抵抗が大きいため、断面縮小にみあった流速の増加効果ひいては負圧発生効果に乏しく、流量の減少も著しくなるため、キャビテーションによる気泡析出量が少なくなり、微細気泡を十分に形成することができなかった。
　しかし、本発明の気泡発生機構によると、流路断面積減少部を有した衝突部付流路を複数形成し、気体溶解液体を複数の衝突部付流路に分配して各流路断面積減少部を増速しつつ通過させるようにしたので、個々の衝突部付流路にて流体抵抗が過度に増加せず、流路断面積減少部が単一の場合と比較して流速の増加効果ひいては負圧発生効果を大幅に増すことができる。これにより、各流路の流路断面積減少部（ないし及びその下流）でのキャビテーション（減圧）効果が大幅に高められ、例えば、溶存空気濃度が同じ水流であってもより多量の気泡を析出させることができる。
　次に、本発明の気泡発生機構には、気体溶解液体を部材本体の流入端側に供給する液体供給管路と、気泡含有液体を部材本体の流出端側にて集約・回収する液体回収管路とを設けることができる。これら液体供給管路及び液体回収管路は、部材本体に対する接続開口が、流入端に各々開口する衝突部付流路の複数の流入口と、同じく流出端に各々開口する衝突部付流路の複数の流入口とをそれぞれ包含する形態にて設けられる。各衝突部付流路よりも大面積の接続開口を有した液体供給管路により気体溶解液体を一括供給し、また、同様の液体回収管路により気泡含有液体を一括回収することで部材本体前後での管路抵抗が減じられ、各流路断面積減少部での流速をより高めることができ、ひいては気泡析出量をより増加することができる。
　複数の衝突部付流路は部材本体に対し、各流路の流れ方向と平行に設定された仮想軸線周りに等角度間隔に形成することが、個々の衝突部付流路に気体溶解液体を均一に供給でき、機構通過時の流れ損失も小さくできるので望ましい。特に上記液体供給管路の開口中心を通り、個々の衝突部付流路と平行な軸線を上記仮想軸線として、その仮想軸線と直交する断面に部材本体を切断したとき、該仮想軸線に関し各衝突部付流路の断面中心までの距離が互いに等しくなるように配置すれば、個々の衝突部付流路の通過流速（および流量）をより均一化することができる。
　部材本体は外周面を円筒面状に形成することにより、管部材の内側に同軸的に装着できる。この場合、該管部材の部材本体の流入端よりも上流側に位置する部分が液体供給管路を、同じく流出端よりも下流側に位置する部分が液体回収管路を形成することとなる。このようにすると、単一の管部材にて液体供給管路と液体回収管路とを一括形成できるので部品点数の削減を図ることができる。この場合、部材本体の外周面と管部材の内周面との間に、それら外周面と内周面との間を液密にシールするリング状のシール部材を配置し、部材本体外周面側に漏洩する流れを阻止するように構成することが望ましい。
　また、部材本体は、流入端側と流出端側との各端面が外周面の軸線と直交する平坦面とされた円柱状部材として形成すれば、製造も容易であり、管部材への装着も簡単なので好都合である。この場合は、複数の衝突部付流路を部材本体に対し、該部材本体の外周面をなす円筒面の中心軸線（前述の仮想軸線に相当する）と各々平行となるように、該中心軸線周りに等角度間隔に形成すると、個々の衝突部付流路の通過流速（および流量）を均一化することができる。
　次に、衝突部付流路の流入口側には、該流入口に向けて拡径するテーパ状の流入側絞り部を形成できる。これにより、流路断面積減少部での流速をさらに増加でき、気泡発生効果を高めることができる。また、衝突部付流路の流出口側に、該流出口に向けて拡径するテーパ状の流出側絞り部を形成することもできる。これにより、流路断面積減少部を通過した流れを低損失にて減速しつつ部材本体の流出端側に受け渡すことでき、ひいては気泡発生機構からの気泡含有液体の流出効率を高めることができる。該構成においては、衝突部付流路の流入側絞り部と流出側絞り部との間に流路断面積が一定の断面一定部を形成し、衝突部を該断面一定部に配置しておけば、流入側絞り部により増速された流れを断面一定部にて安定化させつつ、衝突部ひいては流路断面積減少部に導けるので、気泡をより安定して発生させることができる。
　次に、衝突部は流路の内周面から突出する形態に設けることができ、その突出方向に関する両側にて、衝突部の外周面と流路の内周面との間に迂回流路部（流路断面積減少部の少なくとも一部を形成する）を形成できる。これにより、迂回流路部を通過した流れが衝突部の下流で渦流ないし乱流を発生させ、発生した気泡を該渦流ないし乱流に巻き込んでこれを微細化する効果が高められる。
　流路が円状の軸断面を有するように形成される場合、衝突部を該軸断面の直径に沿って突出形成しておけば、衝突部の両側に幾何学的に等価な形で迂回流路部が形成され、ひいては衝突部両側を通過する流れが対称化されて、流れの損失を生じにくくすることができ、また、各迂回流路部の通過流速も高めることができる。一方、流路を楕円状の軸断面を有するものとして形成することもできる。この場合、衝突部を該軸断面の長軸方向に沿って突出形成しておくとよい。これにより、迂回流路部での流れ絞り効果が向上し、通過流速をさらに高めることができる。
　衝突部の外周面には、周方向の絞りリブを衝突部の突出方向に沿って複数巻形成することができる。このようにすると、衝突部の外周面接線方向に流れ込む気体溶解液体が、絞りリブ間の溝部（あるいは谷状部）内にて絞られることによりさらに増速し、減圧効果が高められる。他方、谷開口側の流れは相対的に低速となり、特に谷底側の高速流に対して圧力は高くなる。その結果、谷開口側の液体の気体飽和溶解量が増加し、谷底側の飽和溶解量が減少する形となって溶解液体が谷底側に流れ、気泡を極めて活発に析出させることができる。衝突部の外周面のうち、衝突部正面上流方向から見て迂回流路部に面する側方領域は、衝突部を迂回する遠心力の影響により流速が大となり、この位置にて谷状部内の負圧発生レベルも最大化しするので気泡析出が特に著しくなる。
　谷状部は谷低に向かうほど幅が縮小する形状とすれば、谷状部内での流れ絞り効果ひいては気泡析出効果を高める上で望ましい。この場合、谷状部内の複数の絞りリブは頂部を鋭角としつつ互いに隣接して形成するのが好適である。また、絞りリブの頂角は、上記効果を適正化する観点において６０°以下２０°以上に設定するのがよい。
　複数巻の絞りリブは、らせん状に一体形成することができる。このようにすると、絞りリブの形成が容易になるほか、流れに対し絞りリブが傾斜することで、絞りリブの稜線部を横切る流れ成分が増加し、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなるので、気泡のさらなる微細化を図ることができる。この場合、衝突部は、脚部末端側が流路内に突出するように、部材本体の外周面から該流路に向けてねじ込まれたねじ部材にて形成しておくと、該ねじ部材の脚部の外周面に形成されるねじ山を絞りリブとして利用でき、製造が容易である。
　衝突部は流路の軸断面を貫通横断するように形成できる。これにより、両側の迂回流路部に流れを均一に分配でき、特に絞りリブを設けた場合の気泡発生効果を高めることができる。脚部末端側が流路内に突出するように、部材本体の外周面から該流路に向けてねじ込まれたねじ部材として衝突部を構成する場合、該ねじ部材の脚部の先端に円錐部を形成するとともに、脚部の外周面にて該円錐部の基端位置までねじ山を刻設しておくとよい。そして、該構成において、ねじ部材のねじ込み開始側と反対に位置する流路壁部に該円錐部を埋め込むように構成すると、流路軸断面を貫通横断する衝突部には、円錐部埋め込み側にて壁部ぎりぎりの位置にまで絞りリブ（ねじ山）を配置でき、流路軸断面内の絞りリブの形成個数が増加するので、気泡析出効果をさらに高めることができる。
　一方、衝突部は、先端面が流路の内周面と対向する形で絞りギャップを形成するように配置することもできる。これにより、液体流は絞りギャップにて絞られるので流速がさらに増加し、気泡析出効果がより高められる。
　複数の衝突部付流路は、流路断面積が互いに等しくなるように形成できる。このようにすると（特に、部材本体の中心軸線に関し各衝突部付流路の断面中心までの距離が互いに等しくなるように配置したとき）、各衝突部付流路内の流れの等価性を高めることができる。このとき、衝突部付流路のいずれよりも流路断面積が小さい調整流路を、流入端に開口する流入口と流出端に開口する流出口とをつなぐ貫通形態に形成しておくとよい。このような調整流路の断面積（あるいは形成位置や形成個数）を、部材本体の流入端に供給する液体の圧力に応じて調整することにより、個々の衝突部付流路内の流量及び流速を容易に調整でき、ひいては液体供給圧に応じた気泡発生効率の最適化を容易に図ることができる。
　特に、複数の衝突部付流路が部材本体に対し、各流路の流れ方向と平行に設定された仮想軸線周りに等角度間隔に形成されている場合は、調整流路をその仮想軸線に沿って形成することが望ましい。この構成では、部材本体の流入端にて最も流速が高くなる流路中心位置に対応して調整流路が形成されるので、調整流路に逃がす流れ量の調整マージンを大きくとることができる。その結果、衝突部付流路内の流体圧力を調整流路の内径変更により過不足なく調整でき、ひいては衝突部付流路内の流量を過度に減少させることなく、流れ抵抗の要因となる背圧発生も抑制できるので、気泡発生効率の最適化がさらに容易となる。例えば、部材本体を、流入端側と流出端側との各端面が外周面の軸線と直交する平坦面とされた円柱状部材として形成し、複数の衝突部付流路が部材本体に対し、該部材本体の外周面をなす円筒面の、仮想軸線をなす中心軸線と各々平行となるように該中心軸線周りに等角度間隔に形成する場合は、調整流路を上記中心軸線に沿って形成すればよい。
　なお、上記調整流路に対しても、液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部を配置することができる。特に調整流路内の流速が比較的大きい場合は、衝突部の配置により調整流路内でも気泡発生を促進することができる。この場合の衝突部は、脚部末端側が流路内に突出するように部材本体の外周面から該流路に向け、該流路内の流れ方向にて衝突部付流路側のねじ部材と干渉しない位置にねじ込まれた補助ねじ部材により形成すれば、調整流路の衝突部形成をより容易に実現できる。
　最後に、本発明は、上記本発明の気泡発生機構を用いたシャワーヘッドも提供する。具体的には、該シャワーヘッドは、
　液体流入側となる流入端と液体流出側となる流出端とが定められた部材本体に対し、流入端に開口する流入口と流出端に開口する流出口とをつなぐ貫通形態に形成され液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部が配置された衝突部付流路が複数形成され、
　部材本体の流入端に供給された気体溶解液体を複数の衝突部付流路に分配して各流路断面積減少部を増速しつつ通過させ、その減圧効果により溶解した気体を析出させて気泡含有液体となし、各衝突部付流路からの気泡含有液体を部材本体の流出端にて集約するようにした気泡発生機構と、
　気泡発生機構の部材本体の流入端に対し水流を供給する水流供給部と、
　部材本体の流出端にて集約された気泡含有液体をシャワー水流として噴射する水流噴射部と、を備えたことを特徴とする。
　上記本発明のシャワーヘッドによれば、本発明の気泡発生機構が組み込まれることにより、溶存空気濃度が同じ水流であっても、より多量の気泡を含有したシャワー水流を容易に形成することができる。また、溶存空気が減圧析出により気泡化するので、バルク水の溶解酸素濃度（あるいは、水道水等の場合、溶解塩素濃度）が減じられ、シャワー水流に接触する肌や髪に対する酸素（あるいは塩素）の影響を効果的に低減できる。
本発明の気泡発生機構付シャワー装置の一例を示す側面断面図及び正面図。 図１の気泡発生機構付シャワー装置に組み込まれた気泡発生エンジンの説明図。 図２の気泡発生エンジンの衝突部付流路の要部を拡大して示す断面図。 絞りリブの作用説明図（その１）。 絞りリブの作用説明図（その２）。 衝突部の作用説明図。 ねじ部材を用いた衝突部の、迂回流路部内での流れ解析結果を画像化した図。 衝突部の直上流側直径方向の圧力分布解析結果を示す図。 衝突部の第一変形例を示す図。 衝突部の第二変形例を示す図。 衝突部の第三変形例を示す図。 衝突部の第四変形例を示す図。 衝突部を設ける流路を楕円状に形成した例を示す図。 部材本体に対する衝突部付流路の形成形態の第一変形例を示す正面図。 部材本体に対する衝突部付流路の形成形態の第二変形例を示す正面図。 部材本体に対する衝突部付流路の形成形態の第三変形例を示す正面図。 部材本体に対する衝突部付流路の形成形態の第四変形例を示す正面図。 本発明の気泡発生機構の別利用形態を示す模式図。
　以下、本発明を実施するための形態を添付の図面を用いて説明する。
　図１は、本発明の一実施形態に係る気泡発生機構付シャワー装置（以下、単に「シャワー装置」ともいう）１００の外観をその内部構造断面とともに示すものである。シャワー装置１００は、握り手部１０１と、その先端に一体化された水流噴射部１０２とを有するシャワー本体１００Ｍと、該シャワー本体１００Ｍの内部に組み込まれた気泡発生エンジン（気泡発生機構）１とを有する。握り手部１０１とシャワー本体１００Ｍとは一体のプラスチック成型品として構成されている。
　この実施形態では、気泡発生エンジン１は筒状の握り手部１０１の内部に収容されている。具体的には、円柱形の気泡発生エンジン１が握り手部１０１の後端側開口から同軸的に挿入され、その前端面外周縁が握り手部１０１の内周面前端側に形成された段差部１０１ａに当て止めされている。また、気泡発生エンジン１の外周面と握り手部１０１の内周面との間はシールリング８により封止されている。
　握り手部１０１の後端部にはねじ部１０４ｃが形成され、これにホース接続部１０３がシールリング１０４を介して螺合結合されている。そして、ホース接続部１０３に形成されたねじ部１０３ｔに対し、図示しないシャワーホースが螺合取り付けされ、該シャワーホースを介して握り手部１０１の内部に水流が供給される。この実施形態では、握り手部１０１の内部に浄水カートリッジ１０５が組み込まれている。
　該浄水カートリッジ１０５は、例えば周知の塩素除去剤を配合したセラミック成形物であり、ホース接続部１０３を取り外すことにより、握り手部１０１の内部に対し後端側開口から軸線方向に着脱できるようになっている。本実施形態では、浄水カートリッジ１０５は中心軸線に沿って水流通孔１０５ｈが形成された筒状部材であり、ガタつき防止用の部材として前端面に第一カートリッジホルダ１０６が、後端面に第二カートリッジホルダ１０４ｃがそれぞれ着脱可能に嵌着され、第二カートリッジホルダ１０６を介して気泡発生エンジン１の後端面外周縁に当て止め保持されている。ホース接続部１０３からの水流は、第二カートリッジホルダ１０４ｃを介して浄水カートリッジ１０５の水流通孔１０５ｈに供給され、ここで塩素を除去されつつ第一カートリッジホルダ１０６を経て気泡発生エンジン１の後端面（液体流入側となる流入端）に供給される。
　握り手部１０１の内周面は、段差部１０１ａにより固定された気泡発生エンジン１の前端面よりも前方に位置する部分がテーパ状の絞り部１０１ｂとされており、気泡発生エンジン１を通過した水流は該絞り部１０１ｂにて増速されつつ、握り手部１０１の先端側に連通形態で一体化されたシャワー本体１０１Ｍに供給され、散水板１０９を有する水流噴射部１０２よりシャワー水流として噴射される。
　シャワー本体１００Ｍは、握り手部１０１に一体化された円盤状の背面本体１０７と、該背面本体１０８に対し円盤状の背面本体１０７の軸線周りに回転操作可能に取り付けられた回転本体１０８とからなる。背面本体１０７の内面には回転ガイド壁１１２が立設され、その内側には円板状の水流制御枠１１３が回転可能に配置されている。具体的には、水流制御枠１１３はシールリング１１５，１１６を介して回転本体１０８と一体化されており、その裏面外周に沿って立設された裏面ガイド壁１１３ｂが、背面本体１０７側の回転ガイド壁１１２内にシールリング１１４を介して液密に嵌めこまれている。
　回転本体１０８の半径方向内側には散水板１０９が一体化されており、該散水板１０９の裏面には散水調整板１１０が密着配置されている。該散水調整板１１０の裏面中央からは水流制御枠１１３を貫通する形で回転支持軸１１０ｓが突出しており、背面本体１０７の裏面から挿入されるボルト１１７により背面本体１０７の内面から突出する背面軸１０７ａと締結結合されている。回転支持軸１１０ｓの貫通孔周囲にて水流制御枠１１３の表裏には回転ガイドリブ１１３ｃ，１１３ｄが突設されており、水流制御枠１１３ひいては回転本体１０８の回転を許容した形にて、各々背面軸１０７ａ及び回転支持軸１１０ｓとの間がシールリング１２２，１２１により封止されている。
　気泡発生エンジン１の通過水流は、絞り部１０１ｂを経てシャワー本体１００Ｍ内に入り込み、水流制御枠１１３を経て散水板１０９から噴射される。そして、回転本体１０８を回転操作することにより、散水板１０９と散水調整板１１０との回転角度位相が変化するとともに、その回転操作位置に応じ、散水板１０９側の水流孔と散水調整板１１０側の水流孔との重なり位置関係が変化し、シャワー噴射モードが切り替え可能となっている。その切り替え形態は種々選択が可能であるが、本実施形態では、散水板１０９の外側エリアＰＳＡの水流噴射孔と、同じく内側エリアＳＳＡの水流噴射孔との双方から水流噴射するモードと、内側エリアＳＳＡの水流噴射孔からのみ水流噴射するモードとの間での切り替えが可能とされている。
　回転本体１０８内部の散水板１０９の内側エリアＳＳＡに対応する空間領域は外側エリアＰＳＡに対応する空間領域に対し、水流制御枠１１３側の第一区画壁１１３ａと、シールリング１２０を介して該第一区画壁１１３ａと係合する散水調整板１１０側の第二区画壁１１０ａとにより仕切られている。そして、内側エリアＳＳＡに対応する空間領域内部にて、回転支持軸１１０ｓには脈動流形成インペラ１１１が配置されており、該領域を通過する水流により回転して、内側エリアＳＳＡの散水孔からの噴射流にマッサージ用の脈動流を与えるようになっている。なお、水流制御枠１１３の裏面には、選択可能な各シャワー噴射モードの操作角度位相を規定する操作位置規定孔１１３ｈが開口形成されており、背面本体１０７側のスプリングケース１１２ａ内に収容された圧縮ばね１１９により付勢された形で鋼球１１８が係合しており、周知の操作クリック機構が形成されている。
　図２は、気泡発生エンジン１を取り出して示す拡大図であり、左下が流入端（図１の握り手部１０１内にてホース接続部１０３に近い側の端面：これと反対側が流出端である）側の直視図であり、右上がＢ－Ｂ断面図、右下がＡ－Ａ断面図である。部材本体６には衝突部付流路４が複数形成されている。該衝突部付流路４はそれぞれ、流入端に開口する流入口２ｎと流出端に開口する流出口２ｘとをつなぐ貫通形態に形成され、液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部３が配置されている。この実施形態において衝突部付流路４の形成個数は４であり、いずれも部材本体６の中心軸線Ｏを見込む向きに衝突部３の突出方向が定められている。
　シャワー装置に供給される水（温水）は空気が溶け込んだ気体溶解液体である。部材本体６の流入端に供給された気体溶解液体は複数の衝突部付流路４に分配され、衝突部３が形成する流路断面積減少部を増速しつつ通過する。そして、その減圧効果により、気体溶解液体中の溶解気体が気泡となって析出し、気泡含有液体となる。各衝突部付流路４からの気泡含有液体は部材本体６の流出端にて集約され、図１のシャワー本体１００Ｍからシャワー水流となって噴出される。
　図１の構造からも明らかなごとく、握り手部１０１は、気体溶解液体を部材本体６の流入端側に供給する液体供給管路の役割をなし、噴射用絞り部１０１ｂは、気泡含有液体を部材本体６の流出端側にて集約・回収する液体回収管路の役割を果たしている。気泡発生エンジン１が握り手部１０１内に収容される構造になっていることから、握り手部１０１（液体供給管路）及び噴射用絞り部１０１ｂ（液体回収管路）は、部材本体６に対する接続開口が、流入端に各々開口する衝突部付流路４の複数の流入口２ｎと、同じく流出端に各々開口する衝突部付流路４の複数の流出口２ｘとをそれぞれ包含する形態になっていることも自明である。
　次に、図２に示すごとく、複数の衝突部付流路４は部材本体６に対し、各流路２の流れ方向と平行に設定された仮想軸線Ｏの周りに等角度間隔に形成されている。図１において、握り手部１０１（液体供給管路）の開口中心を通り、個々の衝突部付流路４と平行な軸線が上記仮想軸線Ｏに相当する。図２に示すごとく、その仮想軸線Ｏと直交する断面により部材本体６を切断したとき、該仮想軸線Ｏに関し各衝突部付流路４は、その断面中心までの距離が互いに等しくなるように配置されている。
　部材本体６は外周面が円筒面状に形成されており、握り手部（管部材）１０１の内側に同軸的に装着されている。より具体的には部材本体６は、流入端側と流出端側との各端面が外周面の軸線と直交する平坦面とされた円柱状部材として形成されている。そして、握り手部１０１の部材本体６の流入端よりも上流側に位置する部分が液体供給管路を、同じく流出端よりも下流側に位置する部分が液体回収管路（噴射用絞り部１０１ｂ）を形成している。図２に示すように、複数の衝突部付流路４は部材本体６に対し、該部材本体６の外周面をなす円筒面の中心軸線（仮想軸線Ｏ）と各々平行となるように、該中心軸線周りに等角度間隔に形成されている。前述のごとく、部材本体６の外周面と握り手部（管部材）１０１の内周面との間には、それら外周面と内周面との間を液密にシールするリング状のシール部材８が配置ざれ、部材本体６外周面側に漏洩する流れが阻止されるように構成されている。
　次に、図２のＡ－Ａ断面図に示すごとく、衝突部付流路４の流入口２ｎ側には、該流入口２ｎに向けて拡径するテーパ状の流入側絞り部２ａが形成されている。また、衝突部付流路４の流出口２ｘ側に、該流出口２ｘに向けて拡径するテーパ状の流出側絞り部２ｂが形成されている。そして、衝突部付流路４の流入側絞り部２ａと流出側絞り部２ｂとの間には流路断面積が一定の断面一定部２ｃが形成され、衝突部３は該断面一定部２ｃに配置されている。
　衝突部３は流路２の内周面から突出する形態に設けられ、その突出方向に関する両側にて、衝突部３の外周面と流路２の内周面との間に迂回流路部１２（流路断面積減少部の少なくとも一部を形成する）を形成している。これにより、迂回流路部１２を通過した各流れが衝突部３の下流で渦流ないし乱流を発生させ、発生した気泡を該渦流ないし乱流に巻き込んでこれを微細化する効果が高められている。
　流路２は円状の軸断面を有しており、衝突部３は該軸断面の直径に沿って突出形成されている。つまり、衝突部３の両側には幾何学的に等価な形で迂回流路部１２が形成されている。これにより、衝突部３の両側を通過する流れが対称化されており、流れの損失を生じにくく、また、各迂回流路部１２の通過流速も高められている。
　次に、図３は衝突部３を拡大して示すものである。衝突部３の外周面には、周方向の絞りリブ５ｒが衝突部３の突出方向に沿って複数巻形成されている。谷状部は谷低に向かうほど幅が縮小する形状となっている。また、複数の絞りリブ５ｒは頂部を鋭角としつつ互いに隣接して形成されている。該絞りリブ５ｒの頂角は、例えば６０°以下２０°以上に設定されている。
　複数巻の絞りリブ５ｒは、らせん状に一体形成されている。より具体的には、衝突部３が、脚部末端側が流路２内に突出するように、部材本体６の外周面から該流路２に向けてねじ込まれたねじ部材５により形成されている。ねじ部材５の脚部の先端には円錐部５ｔが形成され、脚部の外周面にて該円錐部の基端位置までねじ山５ｒが刻設されている。そして、ねじ部材５のねじ込み開始側と反対に位置する流路壁部に該円錐部５ｔが埋め込まれており、結果として衝突部３は、流路２の軸断面を貫通横断するように形成されている。流路２の軸断面を貫通横断する衝突部３には、円錐部５ｔの埋め込み側にて壁部ぎりぎりの位置にまで絞りリブ（ねじ山）５ｒが配置され、流路２の軸断面内の絞りリブ５ｒの形成個数を増加させる工夫がなされている。
　図２に戻り、複数の衝突部付流路４は、流路断面積が互いに等しくなるように形成されている。また、衝突部付流路４のいずれよりも流路断面積が小さい調整流路９が、流入端に開口する流入口９ｎと流出端に開口する流出口９ｘとをつなぐ貫通形態に形成されている。前述のごとく、複数の衝突部付流路４は部材本体６に対し、各流路２の流れ方向と平行に設定された仮想軸線Ｏ周りに等角度間隔に形成されているが、調整流路９は、その仮想軸線Ｏに沿って形成されている。具体的には、部材本体６は、流入端側と流出端側との各端面が外周面の中心軸線Ｏと直交する平坦面とされた円柱状部材として形成され（この実施形態では樹脂成型体である）、複数の衝突部付流路４が部材本体６に対し、該部材本体６の外周面をなす円筒面の、仮想軸線Ｏをなす中心軸線と各々平行となるように、該中心軸線Ｏ周りに等角度間隔に形成されている。そして、調整流路９は、上記中心軸線Ｏに沿って形成されている。
　また、上記調整流路９に対しても、液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部１１が配置されている。衝突部１１は、脚部末端側が流路２内に突出するように部材本体６の外周面から該流路２に向け、該流路２内の流れ方向にて衝突部付流路４側のねじ部材５と干渉しない位置にねじ込まれた補助ねじ部材１０により形成されている。
　以下、図１のシャワーヘッド１００の作用・効果について説明する。シャワーヘッド１００のホース接続部１０３にシャワーホース（不図示）を取り付け、該シャワーホースを介して水流を供給する。ホース接続部１０３からの水流は浄水カートリッジ１０５の水流通孔１０５ｈに供給され、ここで塩素を除去されつつ第一カートリッジホルダ１０６を経て気泡発生エンジン１を通過し、さらに絞り部１０１ｂを経てシャワー本体１０１Ｍに供給され、散水板１０９を有する水流噴射部１０２よりシャワー水流として噴射される。
　気泡発生エンジン１においては、図２に示すごとく、複数形された衝突部付流路４に水流が分配され、それぞれ衝突部３が形成する流路断面積減少部にて絞られ流速が増加する。その結果、ベルヌーイの原理に従い流路断面積減少部（及びその下流側）に負圧域が形成され、そのキャビテーション（減圧）効果により水流中の溶存気体（例えば空気）が析出して気泡が発生する。このような衝突部付流路４を複数形成し、水流（気体溶解液体）をそれら衝突部付流路４に分配して各流路断面積減少部を増速しつつ通過させるようにしたので、個々の衝突部付流路４にて流体抵抗が過度に増加せず、流速の増加効果ひいては負圧発生効果を大幅に増すことができる。その結果、各流路２の流路断面積減少部（ないし及びその下流）でのキャビテーション（減圧）効果が大幅に高められ、溶存空気濃度が同じ水流であってもより多量の気泡を析出させることができる。
　また、気泡発生エンジン１が握り手部１０１内に収容される構造になっていることから、握り手部１０１（液体供給管路）及び噴射用絞り部１０１ｂ（液体回収管路）は、部材本体６に対する接続開口が、流入端に各々開口する衝突部付流路４の複数の流入口２ｎと、同じく流出端に各々開口する衝突部付流路４の複数の流出口２ｘとをそれぞれ包含する形態になっている。つまり、各衝突部付流路４よりも大面積の接続開口を有した液体供給管路により水流（気体溶解液体）を気泡発生エンジン１に一括供給し、また、同様の液体回収管路１０１ｂにより気泡発生エンジン１からの気泡含有液体を一括回収することで部材本体６の前後での管路抵抗が減じられ、各流路断面積減少部での流速をより高めることができ、ひいては気泡析出量をより増加することが可能となっている。
　また、各衝突部付流路４の流入口２ｎ側に流入側絞り部２ａを形成し、同じく流出口２ｘ側に流出側絞り部２ｂを形成しているので、衝突部３（路断面積減少部）での流速をさらに増加でき、また、これを通過した流れを低損失にて減速しつつ部材本体６の流出端側に受け渡すことでき、ひいては気泡発生エンジン１からの気泡含有液体の流出効率を高めることができる。さらに、流入側絞り部２ａと流出側絞り部２ｂとの間に断面一定部２ｃを形成し、衝突部３を該断面一定部２ｃに配置することで、流入側絞り部２ａにより増速された流れを断面一定部２ｃにて安定化させつつ、衝突部３ひいては流路断面積減少部に導くことができ、気泡をより安定して発生させることが可能となっている。
　また、図６に示すように、衝突部３の突出方向に関する両側には、迂回流路部１２が形成されている。該迂回流路部１２は流路断面積減少部を形成し、その負圧により気泡を発生させる。また、該迂回流路部１２を通過した流れは衝突部３の下流で渦流ないし乱流を発生し、気泡は該渦流ないし乱流に巻き込まれてさらに微細化される。
　また、図３に示すように、衝突部３の外周面には周方向の絞りリブ５ｒが衝突部３の突出方向に沿って複数巻形成されている。衝突部３の外周面接線方向に流れ込む気体溶解液体は、絞りリブ５ｒ間の溝部（あるいは谷状部）２１内にて絞られることによりさらに増速し、減圧効果が高められる。図４に示すように、谷開口側の流れは相対的に低速となり、特に谷底側の高速流に対して圧力は高くなる。つまり、谷開口側に低速の高圧域ＨＰＡが、谷低側に高速の低圧域ＬＰＡが形成され、谷開口側の液体の気体飽和溶解量が増加し、谷底側の飽和溶解量が減少する。その結果、水流中の溶存空気（溶解液体）ＳＧＦは、図５に示すように、谷開口側の低速流域ＬＦ（高圧域ＨＰＡ：図４）から谷低側の高速流域ＦＦ（低圧域ＬＰＡ：図４）に流れ、気泡ＭＢが極めて活発に析出する。また、図６に示すように、衝突部３の外周面のうち、衝突部３の正面上流方向から見て迂回流路部１２に面する側方領域ＳＰＡは、衝突部３を迂回する遠心力の影響により流速が大となり、この位置にて谷状部内の負圧発生レベルも最大化するので気泡析出が特に著しくなる。
　また、図２に示すごとく、衝突部３をねじ部材５にて形成しており、複数巻の絞りリブ５ｒを、らせん状に一体形成している。ねじ山を絞りリブ５ｒとして簡易に利用できるほか、流れに対し絞りリブ５ｒが傾斜することで、絞りリブ５ｒの稜線部を横切る流れ成分が増加し、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなるので、気泡のさらなる微細化が図れる利点も生じている。
　図７は、ねじ部材５を用いた衝突部３の、迂回流路部１２内での流れ解析結果を画像化したものである。谷底部で流れが顕著に絞られていることが明らかであり、上記の側方領域ＳＰＡ内では０．７ＭＰａを超える負圧が発生できることも確認できた。また、図８は、衝突部３の直上流側直径方向の圧力分布解析結果を示すものである。図６に示す側方領域ＳＰＡの谷底位置にて負圧レベルが０．７ＭＰａ前後の極小値をとっていることが明らかである。
　また、図２に示すように部材本体６には、衝突部付流路４のいずれよりも流路断面積が小さい調整流路９が貫通形態に形成されている。調整流路９の断面積（あるいは形成位置や形成個数）を、部材本体６の流入端に供給する液体の圧力に応じて調整することにより、個々の衝突部付流路４内の流量及び流速を容易に調整でき、ひいては液体供給圧に応じた気泡発生効率の最適化を容易に図ることができる。この実施形態では、部材本体６の流入端において、流速が最も高くなる流路中心位置に対応して調整流路９が形成されており、調整流路９に逃がす流れ量の調整マージンも大きくとることができる。その結果、衝突部付流路４内の流体圧力を調整流路９の内径変更により過不足なく調整でき、ひいては各衝突部付流路４内の流量を過度に減少させることなく、流れ抵抗の要因となる背圧発生も抑制できるので、気泡発生効率の最適化がさらに容易となっている。また、上記調整流路９に対しても、液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部１１が配置されており、調整流路９内でも気泡発生が促進される。　
　上記のごとく、シャワーヘッド１００によれば、気泡発生エンジン１が組み込まれることにより、溶存空気濃度が同じ水流であっても、より多量の気泡を含有したシャワー水流を容易に形成することができる。また、溶存空気が減圧析出により気泡化するので、バルク水の溶解酸素濃度（あるいは、水道水等の場合、溶解塩素濃度）が減じられ、シャワー水流に接触する肌や髪に対する酸素（あるいは塩素）の影響を効果的に低減できる。
　以下、本発明の気泡発生エンジンの種々の変形例について説明する。図９に示すように、図３において流路壁部に埋め込まれている衝突部３の円錐状の先端部（ねじ部材５の脚部の先端部）５ｔは、図９に示すように、壁部内面に接触させる構成とすることができる。これにより、先端部５ｔの外周面と壁部内面との間には、その接触点に向けて狭小化するくさび状断面の補助ギャップ１２ｇが形成されている。この補助ギャップ１２ｇは、通過水流に対して顕著な絞り効果を有し、高流速化による気泡析出がさらに促進され、気泡発生効率を向上させることができる。
　さらに、図１０に示すように、衝突部３の先端面を、流路２の内周面と対向させる形で絞りギャップ１３を形成することもできる。これにより、絞りギャップ１３において高速の通過水流が発生し気泡発生効率を向上させることができる。図１０では、衝突部３の円錐状の先端部５ｔと壁部内面とを対向させていることから、その先端位置にてギャップ間隔が最小化し、その両側には、図９と同様の補助ギャップ１２ｇが形成される。
　他方、図１１に示すように、衝突部３の先端面を平坦に形成すれば、図１１に示すように、衝突部３の先端面と壁部内面との間にはスリット状の絞りギャップ１３が形成される。このようなスリット状の絞りギャップ１３内では、衝突部３の先端面周縁に沿ってキャビテーションに有利なエッジが形成され、気泡発生効率の向上に寄与する。この際、衝突部３の先端面の、流れ方向と直交する直径両端縁は、壁部内面と接触していてもいなくてもいずれでもよい。さらに、図１２に示すように、衝突部３の先端部を凸曲面部５ｑとして形成することもできる。これにより、衝突部３の先端面と壁部内面との間に形成される絞りギャップ１３の間隔をより狭小化することができる。
　図１３は、衝突部付流路４の流路２を楕円状の軸断面を有するものとして形成した例である。衝突部３は、該軸断面の長軸方向に沿って突出形成されている。これにより、迂回流路部１２での流れ絞り効果が向上し、通過流速をさらに高めることができる。
　図２において、部材本体６に形成する衝突部付流路４の数は４個であったが、衝突部付流路４の形成個数はこれに限定されるものではない。図１４は、衝突部付流路４の数を６とした例であり、図１５は３とした例である。いずれも、部材本体６の中心軸線Ｏを見込む向きに衝突部３の突出方向が定められており、図２と同様に、該中心軸線Ｏに沿って調整流路９（調整用衝突部１１が随伴している）が形成されている。一方、図１６は衝突部付流路４の数を２とした例であり、調整流路９は省略されている。
　また、図１７は、衝突部付流路４を、部材本体６の中心軸線の周囲に等角度間隔に複数配置するとともに、該中心軸線に沿う位置にさらにもう一つの衝突部付流路４を設けた例である。中心軸線に沿う流路２は、その周囲の衝突部付流路４の流路２と同一断面積であり、それよりも小断面積の複数の調整流路９を、該周囲の衝突部付流路４と互い違いに複数形成している。なお、各調整流路９には衝突部を設けていない。
　なお、本発明の気泡発生機構はシャワー装置に限らず、種々の目的に活用することができる。図１８は、気泡発生エンジン１を用いた循環式気泡発生機構２００の模式図である。気泡発生エンジン１は水槽５４の壁部に組み込まれて水槽５４に対する水流噴出口となる一方、壁部の別の位置に水流取入口５３が形成され、配管５０，５２を介してポンプ５１により水槽内の水Ｗを気泡発生エンジン１
を介して循環させるようになっている。ポンプ５１によりにより圧送される水流は気泡発生エンジン１を通過する際に気泡ＭＢが析出し、気泡含有液体となって水槽５４内に放出される。なお、配管５０又は配管５２上に周知のエジェクタノズルを取り付け、該エジェクタノズルを介して外気を吸引取り込みしつつ、その吸引した気体を気泡発生エンジン１の通過時にさらに微粉砕して水槽５４内に放出するように構成することも可能である。
　１　気泡発生エンジン（気泡発生機構）
　２　流路
　２ａ　流入側絞り部
　２ｂ　流出側絞り部
　２ｃ　断面一定部
　３　衝突部
　４　衝突部付流路
　５　ねじ部材
　６　部材本体
　９　調整流路
　１１　調整側衝突部
　１２　迂回流路部　
　１００　シャワー装置

Claims (26)

  1. 液体流入側となる流入端と液体流出側となる流出端とが定められた部材本体に対し、前記流入端に開口する流入口と前記流出端に開口する流出口とをつなぐ貫通形態に形成され液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部が配置された衝突部付流路が複数形成され、
    　前記部材本体の流入端に供給された気体溶解液体を複数の前記衝突部付流路に分配して各前記流路断面積減少部を増速しつつ通過させ、その減圧効果により溶解した気体を析出させて気泡含有液体となし、各前記衝突部付流路からの気泡含有液体を前記部材本体の前記流出端にて集約するようにしたことを特徴とする気泡発生機構。
  2. 前記気体溶解液体を前記部材本体の前記流入端側に供給する液体供給管路と、前記気泡含有液体を前記部材本体の前記流出端側にて集約・回収する液体回収管路とを、前記部材本体に対する接続開口が、前記流入端に各々開口する前記衝突部付流路の複数の前記流入口と、同じく前記流出端に各々開口する前記衝突部付流路の複数の前記流入口とをそれぞれ包含する形態にて設けた請求項１記載の気泡発生機構。
  3. 複数の前記衝突部付流路が前記部材本体に対し、各流路の流れ方向と平行に設定された仮想軸線周りに等角度間隔に形成されてなる請求項２記載の気泡発生機構。
  4. 前記部材本体は外周面が円筒面状に形成されるとともに管部材の内側に同軸的に装着されてなり、当該管部材の前記部材本体の流入端よりも上流側に位置する部分が前記液体供給管路を、同じく流出端よりも下流側に位置する部分が前記液体回収管路を形成している請求項２又は請求項３に記載の気泡発生機構。
  5. 前記部材本体の外周面と前記管部材の内周面との間に、それら外周面と内周面との間を液密にシールするリング状のシール部材が配置されてなる請求項４記載の気泡発生機構。
  6. 前記部材本体は、前記流入端側と前記流出端側との各端面が前記外周面の軸線と直交する平坦面とされた円柱状部材として形成されてなる請求項５記載の気泡発生機構。
  7. 複数の前記衝突部付流路が前記部材本体に対し、該部材本体の外周面をなす円筒面の中心軸線と各々平行となるように、該中心軸線周りに等角度間隔に形成されてなる請求項６記載の気泡発生機構。
  8. 前記衝突部付流路の前記流入口側に、該流入口に向けて拡径するテーパ状の流入側絞り部が形成されている請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
  9. 前記衝突部付流路の前記流出口側に、該流出口に向けて拡径するテーパ状の流出側絞り部が形成されている請求項８記載の気泡発生機構。
  10. 前記衝突部付流路の前記流入側絞り部と前記流出側絞り部との間に流路断面積が一定の断面一定部が形成され、前記衝突部が該断面一定部に配置されている請求項９記載の気泡発生機構。
  11. 前記衝突部は前記流路の内周面から突出する形態に設けられ、その突出方向に関する両側にて、前記衝突部の外周面と前記流路の内周面との間に迂回流路部が形成されてなる請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
  12. 前記流路は円状の軸断面を有するとともに、前記衝突部が該軸断面の直径に沿って突出形成されている請求項１１記載の気泡発生機構。
  13. 前記流路は楕円状の軸断面を有するとともに、前記衝突部が該軸断面の長軸方向に沿って突出形成されている請求項１１記載の気泡発生機構。
  14. 前記衝突部の外周面に周方向の絞りリブが前記突出方向に沿って複数巻形成されている請求項１１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
  15. 前記絞りリブは頂部が鋭角に形成されてなる請求項１４記載の気泡発生機構。
  16. 複数巻の前記絞りリブがらせん状に一体形成されている請求項１４又は請求項１５に記載の気泡発生機構。
  17. 前記衝突部は、脚部末端側が前記流路内に突出するように前記部材本体の外周面から該流路に向けてねじ込まれたねじ部材にて形成され、該ねじ部材の前記脚部の外周面に形成されるねじ山が前記絞りリブを形成する請求項１６記載の気泡発生機構。
  18. 前記衝突部は前記流路の軸断面を貫通横断するように形成されてなる請求項１１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
  19. 前記衝突部は、脚部末端側が前記流路内に突出するように、前記部材本体の外周面から該流路に向けてねじ込まれたねじ部材であり、かつ前記脚部の先端は当該ねじ部材のねじ込み開始側と反対に位置する流路壁部に埋め込まれる円錐部を形成し、前記脚部の外周面には該円錐部の基端位置までねじ山が刻設されてなる請求項１８記載の気泡発生機構。
  20. 前記衝突部は、先端面が前記流路の内周面と対向する形で絞りギャップを形成してなる請求項１１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
  21. 複数の前記衝突部付流路は流路断面積が互いに等しくなるように形成されるとともに、前記部材本体には、それら前記衝突部付流路のいずれよりも流路断面積が小さい調整流路が、前記流入端に開口する流入口と前記流出端に開口する流出口とをつなぐ貫通形態に形成されてなる請求項１ないし請求項２０のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
  22. 複数の前記衝突部付流路が前記部材本体に対し、各流路の流れ方向と平行に設定された仮想軸線周りに等角度間隔に形成されてなり、前記調整流路が前記仮想軸線に沿って形成されてなる請求項２１記載の気泡発生機構。
  23. 前記部材本体は、前記流入端側と前記流出端側との各端面が前記外周面の軸線と直交する平坦面とされた円柱状部材として形成されてなり、複数の前記衝突部付流路が前記部材本体に対し、該部材本体の外周面をなす円筒面の、前記仮想軸線をなす中心軸線と各々平行となるように該中心軸線周りに等角度間隔に形成されてなり、前記調整流路が前記中心軸線に沿って形成されてなる請求項２２記載の気泡発生機構。
  24. 前記調整流路に対しても、液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部が配置されてなる請求項２３記載の気泡発生機構。
  25. 前記衝突部は、脚部末端側が前記流路内に突出するように前記部材本体の外周面から該流路に向け、該流路内の流れ方向にて前記衝突部付流路側の前記ねじ部材と干渉しない位置にねじ込まれた補助ねじ部材にて形成されている請求項２４記載の気泡発生機構。
  26. 液体流入側となる流入端と液体流出側となる流出端とが定められた部材本体に対し、前記流入端に開口する流入口と前記流出端に開口する流出口とをつなぐ貫通形態の流路であって、液体流通方向の途中位置に流路断面積減少部を形成するための衝突部が配置された衝突部付流路が複数形成され、
    　前記部材本体の流入端に供給された気体溶解液体を複数の前記衝突部付流路に分配して各前記流路断面積減少部を増速しつつ通過させ、その減圧効果により溶解した気体を析出させて気泡含有液体となし、各前記衝突部付流路からの気泡含有液体を前記部材本体の前記流出端にて集約するようにした気泡発生機構と、
    　前記気泡発生機構の前記部材本体の前記流入端に対し水流を供給する水流供給部と、
    　前記部材本体の前記流出端にて集約された前記気泡含有液体をシャワー水流として噴射する水流噴射部と、
    　を備えたことを特徴とする気泡発生機構付シャワーヘッド。
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
    　
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