JP6048648B2 - シャワーヘッド - Google Patents

Description

本発明は、散水孔から微細気泡が混入した湯水を吐出するシャワーヘッドに関する。

湯水中に混入された直径５０μｍ以下の微細気泡は、比表面積が大きいため、たとえば、人体の皮脂などの汚れを多く吸着して除去することができる。微細気泡は、その直径が小さくなるほど比表面積が増加するので、上記のような洗浄機能の向上を図るためには、微細気泡の直径をできるだけ小さくすることが望まれる。

下記特許文献１には、効率的かつ高密度に微細気泡を発生させることができる液吐出装置が記載されている。この液吐出装置はシャワーヘッドへの適用が可能なものである。

特許文献１に記載された液吐出装置では、湯水などの液体の流路が、液導入路と、この液導入路の上流側に接続された液流旋回路と、この液流旋回路の上流側に接続された縮流路と、この縮流路の上流側に接続された拡流路とから形成されている。液流旋回路は、液流旋回翼が配置されたものであり、縮流路は、その径が液流旋回路の径よりも小さくされたものである。また、拡流路は、その径が縮流路の径よりも大きくされたものである。この拡流路が液吐出口に連通している。

また、特許文献１に記載された液吐出装置は、空気などの気体の気流導入路を備え、この気流導入路は、液吐出装置の外部に連通し、かつ液流旋回路または縮流路内で下流側に開口している。また、特許文献１に記載された液吐出装置では、拡流路内に臨み、縮流路の開口範囲に対向した、テーパ状の液流飛散面が設けられている。

このような液吐出装置では、液導入路を通じて導入された液体に液流旋回路内において液流旋回翼によって旋回流が発生し、このとき生ずる減圧作用により空気など気体が気流導入路を通じて旋回流に混入され、気液混合流体が生成する。生成した気液混合流体が縮流路を通過する際に流速および旋回周波数が増大し、せん断力によって気液混合流体中に微細気泡が徐々に生成する。その後、拡流路内において遠心力による旋回流の分散などによって渦破壊が起こり、気液混合流体中に含まれる気泡が微細化され、微細気泡が多数発生する。また、気液混合流体の一部は、液流飛散面に衝突し、渦流が完全に破壊され、微細気泡が生成する。このようにして生成した微細気泡を多く含む液体が液吐出口を通じて外部に吐出する。

特開２００９−１７８６６１号公報

上記のとおりの液吐出装置は、また、部品コストの低減や組立性の向上が図られ、製造コストの高騰を抑制可能にするものであると特許文献１に記載されている。しかしながら、特許文献１に記載された液吐出装置は、微細気泡の生成のための構成がやや複雑になっているという感が否めない。たとえば、液流旋回路が必要とされ、液流旋回路には、旋回流の形成のために液流旋回翼が設けられねばならないことが指摘される。また、液流飛散面を設けなければならないことも指摘される。汎用性のあるシャワーヘッドの実現のためには、構成の簡略化が是非とも望まれる。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、構成の簡略化を図りつつ、気泡の合一を抑制して微細気泡の生成を促進することができるシャワーヘッドを提供することを課題としている。

上記の課題を解決するために、本発明のシャワーヘッドは、湯水の導入流路が内部に形成され、導入流路の上流側に、湯水の導入時に減圧により気体を吸引し、吸引した気体を気泡として湯水中に混入させる気液混合部が設けられたヘッド本体と、平板状の部分を有し、複数の散水孔が平板状の部分を板厚方向に貫通して形成され、導入流路の出口の外側に配置されてヘッド本体に取り付けられた散水板と、ヘッド本体と散水板の間に形成され、散水板に対し平行に配置された、導入流路と連通した湯水の吐出流路とを備え、導入流路は、その出口側に、出口に向かうにしたがって断面積が次第に拡大する流路拡大部を有し、吐出流路は、導入流路の出口側の部分に対し略直交して配置され、吐出流路の入口は、単位時間当たりに吐出流路に流れ込む湯水の体積が、導入流路の流路拡大部を除く部分における単位時間当たりに通過する湯水の体積以下となる断面積を有し、散水板では、散水孔の上流側に、湯水に旋回流を発生させる旋回流発生流路が凹設され、旋回流発生流路は、吐出流路および散水孔の両方と連通し、かつ吐出流路より外側に広がって配置されていることを特徴としている。

このシャワーヘッドにおいては、導入流路の流路拡大部では、その長さ方向の各断面が、単位時間当たりに通過する湯水の体積が断面ごとに等しくなる断面積を有していることが好ましい。

このシャワーヘッドにおいては、旋回流発生流路では、散水孔に向かう湯水の吐出方向の長さがこの長さに直交する湯水の導入方向の長さより短くなっていることが好ましい。

本発明のシャワーヘッドによれば、構成の簡略化が図られ、しかも、気泡の合一が抑制されて微細気泡の生成が促進される。

（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明のシャワーヘッドの第１実施形態を示した正面図、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１（ａ）（ｂ）に示したシャワーヘッドの斜視図である。 本発明のシャワーヘッドの第２実施形態を示した、図１（ｂ）と同様な断面図である。

図１（ａ）（ｂ）は、それぞれ、本発明のシャワーヘッドの第１実施形態を示した正面図、図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は、図１（ａ）（ｂ）に示したシャワーヘッドの斜視図である。

シャワーヘッド１は、ヘッド本体２と、散水板３と、吐出流路４とから形成されている。ヘッド本体２は、ともに円板状である基部５および重合部６を備えている。基部５は、やや厚さのある部材であり、その内部には、湯水を導入して重合部６へ送出する、断面が円形である第１導入流路７が形成されている。第１導入流路７は、基部５の側端部に入口８を、中心部に出口９を有し、略Ｌ字状に屈曲している。すなわち、第１導入流路７は、入口８から基部５の中心軸に向かってまっすぐ延び、中心軸付近で略Ｌ字状に屈曲し、屈曲部１０を有している。また、基部５では、第１導入流路７の入口８付近に気液混合部１１が設けられている。

気液混合部１１では、その内部に、湯水を導入して基部５の入口８に送出する、断面が円形である第２導入流路１２が形成されている。第２導入流路１２は、入口１３側に、内径が第２導入流路１２の長さ方向に急激に減少する加圧部１４を有し、出口１５側に、加圧部１４に連通し、出口１５に向かって内径が漸増する減圧部１６を有している。また、第２導入流路１２では、出口１５が、基部５の内部に形成された第１導入流路７の入口８と一致し、第２導入流路１２は第１導入流路７と連通している。

また、気液混合部１１では、第２導入流路１２における加圧部１４と減圧部１６の接続部付近に、空気、酸素、炭酸ガス、オゾンなどの気体の通気路１７を内部に有する、断面が円形である気体導入管１８が、気液混合部１１に直交して接続されている。気体導入管１８は、気液混合部１１の外側方に向かって延び、その先端に入口１９を有し、気液混合部１１の最も近くに配置された部分に出口２０を有している。また、気液混合部１１では、第２導入流路１２と気体導入管１８の出口２０との間に、断面が円形である連通路２１が内部に形成されている。気体導入管１８の通気路１７は、連通路２１を介して第２導入流路１２と連通している。

このような気液混合部１１は、第２導入流路１２の出口１５側の端部が、基部５の側端部に形成された凹部２２に嵌合して固定され、基部５の外側方に突出している。凹部２２では、基部５と気液混合部１１の間にＯリング２３が介設され、基部５と気液混合部１１の間の水密性が確保されている。なお、気液混合部１１の配設位置は、第１実施形態のような基部５の第１導入流路７よりも上流側に限定されることはなく、第１導入流路７の入口８から屈曲部１０までの途中とすることも可能である。

そして、基部５では、その外周部に、複数の固定孔２４が、基部５の厚さ方向に貫通して形成されている。固定孔２４は、散水板３と基部５の結合に用いられるものであり、所定の間隔で基部５の外周部に配置されている。

重合部６は、基部５よりサイズがひとまわり小さく、ある程度厚さのある円板状の部材である。重合部６では、その内部に、湯水を導入して送出する、断面が円形である第３導入流路２５が形成されている。第３導入流路２５は、重合部６の中心軸に位置し、重合部６を表裏方向に貫通している。重合部６は、第３導入流路２５の入口２６を基部５の第１導入流路７の出口９に一致させて基部５と重合し、基部５とによりヘッド本体２を形成する。重合部６と基部５が重合する部分において、第１導入流路７の出口９と第３導入流路２５の入口２６が近接する部分には、Ｏリング２７が介設され、基部５と重合部６の間の水密性が確保されている。

重合部６に形成された第３導入流路２５は、出口２８側に、出口２８に向かうにしたがって内径が次第に拡大し、断面積が漸増する流路拡大部２９を有している。流路拡大部２９では、出口２８に向かうにしたがって内面が外側に広がるように湾曲している。

ヘッド本体２では、第１導入流路７、第２導入流路１２および第３導入流路２５によって、湯水の導入流路３０が形成されている。導入流路３０内に導入され、導入流路３０から流出する湯水が、散水板３に形成された散水孔３１から吐出される。

散水板３では、中央部と外周部の間に複数の散水孔３１が形成されている。散水板３において少なくとも散水孔３１が形成された部分は、薄くて平らな円板状の形状を有しており、散水孔３１は、その円板状の部分を板厚方向に貫通している。また、散水孔３１は、隣り合う３つで配列の基本パターンを形成し、この基本パターンでは、３つの散水孔３１が、中央側から外周側に向かって一定間隔で離れて配置されている。この基本パターンが、散水板３の外周に沿って繰り返し配置され、散水板３における散水孔３１の配列形態は、略渦巻き状とされている。

また、散水板３では、散水孔３１の上流側に、湯水の流れに旋回流を発生させる旋回流発生流路３２が凹設されている。旋回流発生流路３２は、散水板３を厚さ方向に切り欠いた円形の溝として形成されている。旋回流発生流路３２は、散水孔３１に向かう湯水の吐出方向の長さをｌとし、長さｌに直交する湯水の導入方向の長さｄとしたとき、ｌ＜ｄの関係を有している。すなわち、旋回流発生流路３２では、散水孔３１に向かう吐出方向の長さｌが、この長さｌに直交する湯水の導入方向の長さｄより短い。このような旋回流発生流路３２は、吐出流路４および散水孔３１の両方と連通している。

また、散水板３では、その外周部に、厚みのある円筒状の胴部３３が突設されている。胴部３３は、散水板３において旋回流発生流路３２の外側から散水板３の外周端にかけて配置されている。胴部３３の内径は、ヘッド本体２の重合部６の外径に略一致している。また、胴部３３では、複数の取付孔３４が、胴部３３の長さ方向に貫通し、かつ散水板３の厚さ方向に貫通して形成されている。取付孔３４は、散水板３をヘッド本体２の基部５に取り付けるためのものである。取付孔３４を基部５に形成された固定孔２４と一致させて散水板３を基部５に重合させ、ネジなどの締結具を取付孔３４から固定孔２４に向けてねじ込むなどによって、散水板３は基部５と結合し、シャワーヘッド１が組み立てられる。シャワーヘッド１では、散水板３は、ヘッド本体２に形成された導入流路３０の出口、すなわち、重合部６に形成された第３導入流路２５の出口２８の外側に配置される。

重合部６の基部５との重合は、たとえば、散水板３と基部５を結合する際に、散水板３の胴部３３の内側に重合部６を嵌合させるなどによって、散水板３と基部５の結合と同時に実現可能である。もちろん、重合部６は、散水板３の取り付けに先立って基部５に重合させ、締結具を用いて固定しておくことも可能である。胴部３３と重合部６の間にはＯリング３５が介設され、重合部６と胴部３３の間の水密性が確保されている。

このようにして組み立てられたシャワーヘッド１では、湯水の吐出流路４が、ヘッド本体２と散水板３の間に形成されている。具体的には、ヘッド本体２の重合部６と散水板３との間の間隔の狭い隙間が、吐出流路４となっている。吐出流路４は、散水板３に対し平行に配置され、ヘッド本体２の導入流路３０と連通し、かつ散水板３の旋回流発生流路３２と連通している。

また、吐出流路４は、導入流路３０の出口側の部分、すなわち、第１導入流路７の屈曲部１０から出口９にかけての部分および第３導入流路２５に対し略直交して配置されている。そして、吐出流路４では、導入流路３０の出口である、流路拡大部２９の下流端に一致する入口３６が、次のような関係にある断面積を有している。すなわち、入口３６の断面積が、たとえば、０．１秒程度の単位時間当たりに吐出流路４に流れ込む湯水の座金状の体積が、導入流路３０の流路拡大部２９を除く部分における単位時間当たりに通過する湯水の円板状の体積以下となるように設定されている。この断面積は、導入流路３０を流れる湯水の流れの方向に対して垂直な断面の面積である。

旋回流発生流路３２は、このような吐出流路４より外側に広がって配置されている。また、旋回流発生流路３２では、湯水の吐出方向の長さｌが、吐出流路４が形成される、ヘッド本体２と散水板３の間、具体的には、ヘッド本体２の重合部６と散水板３との間の隙間の間隔よりも長くなっている。

このようなシャワーヘッド１は、直径５０μｍ以下の微細気泡を多数含んだ湯水を散水孔３１から吐出することができる。シャワーヘッド１は、湯水が通過するホースなどの通水管と気液混合部１１の入口１３において接続される。通水管を通じて気液混合部１１の第２導入流路１２内に導入された湯水は、加圧部１４を通過するときに一旦加圧され、次いで減圧部１６を通過するときに減圧される。このときの減圧にともなって、空気、酸素、炭酸ガス、オゾンなどの気体が、入口１９を通じて気体導入管１８の通気路１７内に吸引される。吸引された気体は、出口２０から連通路２１へ抜けて第２導入流路１２内に導入された湯水中に気泡として混入される。その結果、第２導入流路１２の出口１５から入口８を通じて第１導入流路７内には、湯水が気液混合流体として導入される。

第１導入流路７内に導入された湯水は、屈曲部１０において流れの向きを略直角方向に変え、第１導入流路７の出口９から流出し、入口２６を通じて第３導入流路２５内に導入される。第３導入流路２５内に導入された湯水は、流路拡大部２９を通過するとき、流路拡大部２９の内面に沿って外側に広がって流れ、第３導入流路２５の出口２８から入口３６を通じて吐出流路４内に導入される。流路拡大部２９は、その内面が外側に広がるように湾曲しているため、出口２８から流出する湯水に渦などの乱流が発生するのが抑制される。乱流の発生にともなう気泡同士の衝突が抑制され、気泡の合一が抑制される。

吐出流路４の入口３６は、単位時間当たりに吐出流路４に流れ込む湯水の体積が、導入流路３０の流路拡大部２９を除く部分における単位時間当たりに通過する湯水の体積以下となる断面積を有しているため、吐出流路４内に導入される湯水は、加圧される。そして、吐出流路４では、入口３６より下流側の部分の断面積が入口３６の断面積よりも大きいため、次第に減圧される。この加圧および減圧の結果、湯水中の気泡は、粉砕され、そのほとんどが微細気泡となる。このように微細気泡を含んだ湯水は、上記のとおり、乱流の発生が抑制されているので、吐出流路４の外周部に向かってほぼ放射状に流れ、旋回流発生流路３２内に導入される。

旋回流発生流路３２内に導入される湯水は、旋回流発生流路３２内への導入時に、胴部３３の内面に衝突し、流れが、散水孔３１側に略直角に折り曲げられる。このため、旋回流発生流路３２内に導入された湯水には旋回流が一時的に発生する。しかしながら、この旋回流は、散水孔３１に向かう湯水の流れと、吐出流路４から旋回流発生流路３２内へ流入してくる湯水の流れとの流体作用力の差に起因して発生するせん断力によって間もなく崩壊する。湯水中には、直径の比較的大きい大気泡が多少含まれる場合があり、この大気泡は、一般に旋回流の中央部に捕捉されやすい。しかしながら、旋回流の崩壊にともない大気泡は拘束から解き放たれ、しかも、せん断力によって粉砕されるため、微細気泡となる。湯水中に含まれる気泡の微細化が、旋回流発生流路３２内で発生する旋回流とその崩壊によって促進され、微細気泡を多数含んだ湯水が生成される。

このような微細気泡を多数含んだ湯水は、散水孔３１を通じてシャワーヘッド１の外部に吐出される。微細気泡は、その直径が散水孔３１の内径に比べ非常に小さいので、散水孔３１を容易に通り抜けることができる。シャワーヘッド１から吐出される微細気泡を多数含んだ湯水は、微細気泡が比表面積の大きいものであるので、高い洗浄機能などを有している。

上記のとおり、シャワーヘッド１は、基本的に、内部に導入流路３０が形成され、導入流路３０の上流側に気液混合部１１が設けられたヘッド本体２と、複数の散水孔３１が形成され、旋回流発生流路３２が凹設された散水板３と、ヘッド本体２と散水板３の間に形成された吐出流路４とを備えたものである。したがって、シャワーヘッド１は、微細気泡を多数含んだ湯水の生成を促進するものでありながら、構成が簡略化されたものである。シャワーヘッド１は、汎用性のあるものとして有望視される。

しかも、旋回流発生流路３２が、散水孔３１に向かう吐出方向の長さをｌとし、長さｌに直交する導入方向の長さをｄとしたとき、ｌ＜ｄの関係を有するものである場合には、湯水の散水方向と湯水の導入方向における湯水に作用する力の差が大きくなる。この力の差によって旋回流発生流路３２内で発生する旋回流によるせん断力がより大きくなり、気泡の粉砕がより促進され、微細化に有効に機能する。散水孔３１から吐出される湯水は、微細気泡の密度がより高い良質なものとなる。また、湯水の散水方向の長さｌを短くすることは、シャワーヘッド１の小型化にも寄与する。

図３は、本発明のシャワーヘッドの第２実施形態を示した、図１（ｂ）と同様な断面図である。

シャワーヘッド１ａに関し、図１（ｂ）に示したシャワーヘッド１と共通する部位には図３において同一の符号を付し、以下ではその説明を省略する。

シャワーヘッド１ａでは、導入流路３０の流路拡大部２９ａが、シャワーヘッド１の流路拡大部２９と異なっている。すなわち、流路拡大部２９ａでは、その長さ方向の各断面、すなわち、湯水の流れ方向に垂直な断面が、単位時間当たりに通過する湯水の体積が、断面ごとに等しくなる面積を有している。このような流路拡大部２９ａを有するシャワーヘッド１ａでは、湯水が流路拡大部２９ａを通過するときの流速の低下を抑制することができ、その結果、湯水中の気泡同士の衝突がさらに抑制され、気泡の合一がさらに抑制される。気泡の膨張やこれにともなう気泡数の減少が抑制される。

本発明のシャワーヘッドは、以上の実施形態に限定されるものではない。ヘッド本体、散水板および吐出流路の形状および構成をはじめとして、旋回流発生流路の形状および構成や、気液混合部の構成および配置位置などの細部については様々な態様が可能である。

１、１ａ シャワーヘッド
２ ヘッド本体
３ 散水板
４ 吐出流路
１１ 気液混合部
２９、２９ａ 流路拡大部
３０ 導入流路
３１ 散水孔
３２ 旋回流発生流路
３６ 吐出流路の入口
ｌ 旋回流発生流路における湯水の吐出長さ
ｄ 旋回流発生流路における導入長さ

Claims (3)

1. 湯水の導入流路が内部に形成され、この導入流路の上流側に、湯水の導入時に減圧により気体を吸引し、吸引した気体を気泡として湯水中に混入させる気液混合部が設けられたヘッド本体と、
   平板状の部分を有し、複数の散水孔が前記平板状の部分を板厚方向に貫通して形成され、前記導入流路の出口の外側に配置されて前記ヘッド本体に取り付けられた散水板と、
   前記ヘッド本体と前記散水板の間に形成され、前記散水板に対し平行に配置された、前記導入流路と連通した湯水の吐出流路と
   を備え、
   前記導入流路は、その出口側に、出口に向かうにしたがって断面積が次第に拡大する流路拡大部を有し、
   前記吐出流路は、前記導入流路の出口側の部分に対し略直交して配置され、前記吐出流路の入口は、単位時間当たりに前記吐出流路に流れ込む湯水の体積が、前記導入流路の前記流路拡大部を除く部分における単位時間当たりに通過する湯水の体積以下となる断面積を有し、
   前記散水板では、前記散水孔の上流側に、湯水に旋回流を発生させる旋回流発生流路が凹設され、この旋回流発生流路は、前記吐出流路および前記散水孔の両方と連通し、かつ前記吐出流路より外側に広がって配置されている
   ことを特徴とするシャワーヘッド。
2. 前記導入流路の前記流路拡大部では、その長さ方向の各断面が、単位時間当たりに通過する湯水の体積が前記断面ごとに等しくなる断面積を有していることを特徴とする請求項１に記載のシャワーヘッド。
3. 前記旋回流発生流路では、前記散水孔に向かう湯水の吐出方向の長さがこの長さに直交する湯水の導入方向の長さより短くなっていることを特徴とする請求項１または２に記載のシャワーヘッド。
   

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