以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明の実施形態である吐水装置について図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態である吐水装置の概略構成を示す図である。図1に示すように、吐水装置SHは、本体部SHaと、切替ボタンSHbとを備えている。本体部SHaは、持ち手部SHa1と、ヘッド部SHa2とによって構成されている。
ヘッド部SHa2の散水面2には、スプレー吐水流路部SHcの吐出口及び滝吐水流路部SHdの吐出口が臨むように形成されている。本実施形態の場合、スプレー吐水流路部SHcが散水面2の略中央を中心とする略円形の領域に散在するように設けられ、滝吐水流路部SHdがスプレー吐水流路部SHcの外側且つ先端近傍に円弧状に設けられている。
散水面には切替ボタンSHbも設けられており、切替ボタンSHbによってスプレー吐水流路部SHcからの吐水と滝吐水流路部SHdからの吐水とを切り替えることが可能なように構成されている。
続いて、図2及び図3を参照しながら、ヘッド部SHa2の内部構成について説明する。図2は、ヘッド部SHa2の内部構造を示す平面図である。図3は、図2のII−II断面を示す断面図である。図2及び図3に示すように、ヘッド部SHa2には、給水流路部SHeと滝吐水流路部SHdとが設けられている。
給水流路部SHeは、水を下流側に供給するための部分である。滝吐水流路部SHdは、給水流路部SHeの下流側に設けられている。滝吐水流路部SHdは、給水流路部SHeから流入する水を入口部10から受け入れて、入口部10に繋がる出口部12から幅広薄膜状の滝状水流WFaとして吐出する部分である。入口部10と出口部12とは、内部流路13によって繋がれている。
ここで、本発明における幅広薄膜状の滝状水流について、図4を参照しながら説明する。図4は、吐水装置SHによって供給される滝状水流WFaの特徴を説明するための図である。図4の(A)は、使用者HMの上方から見た状態を模式的に示し、図4の(B)は、使用者HMに滝状水流WFaが使用者HMに当たった際の水流の状態を模式的に拡大して示す図である。
詳しくは後述するけれども、吐水装置SHから吐出される滝状水流WFaには、幅方向への慣性力が付与されている。そのため、吐水装置SHから吐出された後も滝状水流WFaは拡幅し続け、使用者HMに当たる。使用者HMに当たった滝状水流WFaは、付与された慣性力の作用によって更に外側に流れる。従って、使用者HMに当たった滝状水流WFaの最も外側の水流が使用者HMに沿って流れる距離diは十分に長く、滝状水流WFaが使用者HMに当たる全幅Diも十分に長く確保できる。
比較のため、従来技術における幅広薄膜状の滝状水流について、図5を参照しながら説明する。図5は、従来例としての吐水装置SHpによって供給される滝状水流WFpの特徴を説明するための図である。図5の(A)は、使用者HMの上方から見た状態を模式的に示し、図5の(B)は、使用者HMに滝状水流WFpが使用者HMに当たった際の水流の状態を模式的に拡大して示す図である。
従来の吐水装置SHpから吐出される滝状水流WFpには、幅方向への慣性力が付与されていない。そのため、吐水装置SHpから吐出された後は、滝状水流WFpは拡幅し続けることができない。滝状水流WFpは、表面張力による収縮作用を受けて、むしろやや狭まる方向に向かって使用者HMに当たる。使用者HMに当たった滝状水流WFpは、使用者HMに当たった衝撃力によってのみ外側に流れる。従って、使用者HMに当たった滝状水流WFpの最も外側の水流が使用者HMに沿って流れる距離dpは短く、滝状水流WFpが使用者HMに当たる全幅Dpも短くなる。
図2及び図3に戻って説明を続ける。給水流路部SHeと滝吐水流路部SHdとの間には、整流部SHf及び攪拌部SHgが設けられている。整流部SHfは給水流路部SHe側に設けられ、攪拌部SHgは滝吐水流路部SHd側に設けられている。
整流部SHfは、円弧状に入口部10及び出口部12が形成された滝吐水流路部SHdに倣って、全体として円弧状を成すように構成されている。整流部SHfは、リブSHfa及びスリットSHfbを備えている。リブSHfa及びスリットSHfbは、円弧状となっている方向に沿って交互に設けられている。リブSHfaは、給水流路部SHeと滝吐水流路部SHdとを部分的に遮るように設けられている。スリットSHfbは、隣接するリブSHfaの間において、給水流路部SHeと滝吐水流路部SHdとを部分的に連通するように設けられている。
給水流路部SHeを流れてくる水は、整流部SHfが円弧状に形成されていることから、その円弧形状に沿って旋回し、図2においては反時計回りに回りこんでくる。整流部SHfのリブSHfaは、反時計回りに回りこんでくる水の流を部分的に塞き止めるので、内部圧力を高め、幅方向全体にまんべんなく水が回りこむように作用する。
整流部SHfよりも上流側にある水は圧力が高まっているので、各リブSHfa間に設けられたスリットSHfbから放射状に水が噴射される。この放射状に噴射された水は攪拌部SHgに供給される。攪拌部SHgでは、噴射された水が一時的に滞留し且つ攪拌され、速度分布が均一化される。攪拌部SHgで速度分布が均一化された水は、滝吐水流路部SHdに供給される。
続いて、滝吐水流路部SHdについて、図6を参照しながら説明する。図6は、図1に示す吐水装置SHの滝吐水流路部SHdを説明するための透視斜視図である。図6に示すように、滝吐水流路部SHdは、ヘッド部SHa2に設けられている。滝吐水流路部SHdは、入口部10と、出口部12と、内部流路13とを備えている。
入口部10は、給水流路部SHeから流入する水を受け入れる部分であり、本実施形態の場合は攪拌部SHgにおいて速度ムラが解消された水を受け入れる部分である。入口部10から入った水は、内部流路13を通って出口部12に至り、滝状水流として吐出される。本実施形態の場合、内部流路13の内壁面は、滝吐水流路部SHdにおける水流方向に交わる断面が円弧状となるように形成されている。
続いて、入口部10、出口部12、及び内部流路13の詳細について、図7、図8、図9、図10を参照しながら説明する。図7は、図6に示す滝吐水流路部SHdを入口部10側から見た状態を模式的に示す図である。図8は、図6に示す滝吐水流路部SHdを上方である図7のA方向から見た状態を模式的に示す図である。図9は、図6に示す滝吐水流路部SHdを流れる水流を模式的に示す図である。図10は、図6に示す滝吐水流路部SHdの流路断面を模式的に示す図である。
図7に示すように、入口部10及び出口部12は、断面が円弧状となるように形成されている。入口部10から出口部12に至る内部流路13も、断面が円弧状となるように形成されている。その円弧の曲率半径は、入口部10側から出口部12側に向けて徐々に大きくなるように構成されている。また、その円弧の円弧長も、入口部10側から出口部12側に向けて徐々に長くなるように構成されている。
図10には、入口部10と出口部12との中間に位置する中間部11を含め、各断面形状の変遷を示している。図10の(A)は入口部10の断面形状を示し、図10の(B)は中間部11の断面形状を示し、図10の(C)は出口部12の断面形状を示している。図10の(D)は、図10の(A)〜(C)を重ねた状態を示している。
従って、入口部10から入った水は、中央近傍ではそのまま直進し、端部に行くに従って内部流路13の内壁面14から干渉され、その進行方向が変わるように慣性力を受ける。入口部10から入った水を、幅方向に細分化した分水流WFdとして見た場合、図7に示すようにそれぞれの分水流WFdが受ける干渉度合いが異なり、受ける慣性力も異なるためそれぞれの分水流WFdの進行方向は異なるものとなる。
本実施形態の場合、入口部10側から流入する水の進行方向、換言すれば図7において紙面に対して正対する方向(紙面に略垂直に貫く直線に沿った方向)に沿った仮想進行線と、滝吐水流路部SHdの内壁面14とを干渉させるように構成している。更に、その干渉度合を、幅方向(図7において紙面に沿う方向)における中央側から両端側に向かって徐々に増大させるように調整している。別の視点から把握すれば、滝吐水流路部の入口部10を形成する入口側周縁部と出口部12を形成する出口側周縁部とを繋ぐ内壁面14を、入口側周縁部をその面上に含む入口面における仮想法線と干渉させることで幅方向への慣性力を付与するものである。
このように干渉度合いを調整しているため、図8に示すように、図7のA方向である上方向から見た場合、各分水流WFdは幅方向に互いの距離を広げるように進行する。各分水流WFdは、図7及び図8に示すような平面的に投影した図では、それぞれの経路長が異なるように見え、特に図8に示すものでは幅方向端部に近い分水流WFdは最短経路を通らずに入口部10から出口部12に向かっているように見えるけれども、実際には各分水流WFdはそれぞれの最短経路を通って入口部10から出口部12に向かっている(図9参照)。
分水流WFdの最短経路の考え方について、図11を参照しながら説明する。図11は、図6に示す滝吐水流路部の水の流れを説明するための図である。図11に示すように、分水流WFdaは、入口部10の入口点P1aから内部流路13に入り込む。入口部10から出口部12に至る内部流路13は湾曲しているため、内部流路13に入った分水流WFdaは、入口点P1aから最も近い出口点を探して内部流路13を進行する。入口点P1aから最も近い出口点P2aは、入口点P1aを中心として出口部12に接する円S1aを描いた場合に、その円S1aが出口部12に接する点が相当する。
入口点P1aが異なる点となれば、最短経路はそのまま平行移動するのではなく、上述した考え方を踏襲して設定される。例えば、分水流WFdbは、入口部10の入口点P1bから内部流路13に入り込む。入口部10から出口部12に至る内部流路13は湾曲しているため、内部流路13に入った分水流WFdbは、入口点P1bから最も近い出口点を探して内部流路13を進行する。入口点P1bから最も近い出口点P2bは、入口点P1bを中心として出口部12に接する円S1bを描いた場合に、その円S1bが出口部12に接する点が相当する。
このように本実施形態では、入口部10と出口部12とを繋ぐ分水流WFda,WFdbそれぞれの最短経路と、分水流WFda,WFdbの流れ経路が一致するように構成することで、水の流を中央近傍から端部にかけて自然に変化させている。また、各分水流WFda,WFdbが入口部10から出口部12に至る最短経路を比較すると、図11や図7〜図9から明らかなように、幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に幅方向成分が増大するように内壁面14が構成されている。
流路の観点からは、入口側周縁部をその面上に含む入口面を細分化した複数の部分入口面と、出口側周縁部をその面上に含む出口面を細分化した複数の部分出口面と、複数の部分入口面それぞれから最短経路上にある部分出口面に至る部分最短経路とを設定した場合に、幅方向における中央側に設定される部分最短経路よりも両端側に設定される部分最短経路の幅方向成分が増大するように内壁面14が構成されている。
続いて、図12を参照しながら説明を続ける。図12は、図6に示す滝吐水流路部の流路断面を模式的に示す図である。本実施形態では、入口部10側から流入する水の進行方向、換言すれば図7において紙面に対して正対する方向(紙面に略垂直に貫く直線に沿った方向)から滝吐水流路部SHdを見通した場合、入口部10の開口領域と内壁面14とが重なりあって見える面積Sfが、幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に大きくなるように構成している(図12参照)。
入口部10の開口領域と内壁面14とが重なりあって見える面積Sfは、換言すれば、入口部10から入り込む水に対する内壁面14の干渉度合いを示すものともいえる。図13を参照しながら、この干渉度合いの調整について説明を加える。図13は、図6に示す滝吐水流路部の水流への慣性力付与を説明するための図である。図13の(A)は、入口部10から出口部12にかけての干渉度合いを示す図である。図13の(B)は、図13の(A)のIII-III断面を示す断面図である。図13の(C)は、図13の(A)のIV-IV断面を示す断面図である。図13の(D)は、図13の(A)のV-V断面を示す断面図である。
図13の(B)は、幅方向の中央近傍における滝状水流WFaに対する内壁面14の干渉度合いを示している。図13の(D)は、幅方向の両端近傍における滝状水流WFaに対する内壁面14の干渉度合いを示している。図13の(C)は、図13の(B)と(D)との間における滝状水流WFaに対する内壁面14の干渉度合いを示している。これら各図に示されるように、滝吐水流路部SHdの内壁面14を入口部10から流入する水の進行方向に沿った仮想進行線と干渉させており、その干渉度合を幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に増大させるように調整している。
本実施形態では、幅方向中央近傍において、入口部10から出口部12に至るまでに、内壁面14の滝状水流WFaに対する干渉度合いが極めて小さい流路領域を形成している。この技術について、図14を参照しながら説明する。図14は、図6に示す滝吐水流路部の流路領域を説明するための図である。
図14に示すように、滝吐水流路部SHdは、内部に水が流れる方向に沿って(幅方向において)並存する第1流路領域AR1及び第2流路領域AR2と、第1流路領域AR1と第2流路領域AR2との間に設けられる第3流路領域AR3と、を有している。
入口部10から入り込む水流に沿った方向から滝吐水流路部SHdを見通した場合に、入口部10の開口領域と内壁面14とが、第1流路領域AR1及び第2流路領域AR2においては略完全に重なり、第3流路領域AR3においては略完全には重ならないように構成されている。第3流路領域AR3においては、入口部10側から見た場合の内壁面14の干渉率は、50%未満となるように構成し、好ましくは0%すなわち全く干渉がない状態とするように構成する。全く干渉がない状態であれば、入口部10から入り込む水流に沿った方向から滝吐水流路部を見通した場合に、第3流路領域AR3における幅方向の略中央は、入口部10の開口領域と内壁面14とが、完全に重ならないものとなる。
換言すれば、第3流路領域AR3を通って出口部12から滝状水流WFaとして吐出される水に対しては、滝状水流WFaが割れてしまうことなくそのままの形態を保持して進行するように、図14の紙面に向かって左側である第1方向においては第1流路領域AR1によって付与される第1慣性力よりも小さい慣性力を付与し、図14の紙面に向かって右側である第2方向においては第2流路領域によって付与される第2慣性力よりも小さい慣性力を付与する。
このように慣性力調整手段としても機能する滝吐水流路部SHdにおいて、第1流路領域AR1及び第2流路領域AR1を流れる水に対して、互いに逆向きの慣性力を与えると共に、それら付与する慣性力を中央側から両端側に向かって徐々に増大させるので、幅方向に広がる慣性力を大きく与えることができる。更に、そのままで割れやすくなってしまう滝状水流WFaを繋ぐため、第3流路領域AR3を通る水に対して、滝状水流WFaが割れてしまうことなくそのままの形態を保持して進行するように、第1方向においては第1慣性力よりも小さい慣性力を付与し、第2方向においては第2慣性力よりも小さい慣性力を付与する。
従って、第1流路領域AR1及び第2流路領域AR2において幅方向に広がる慣性力を大きく付与した場合であっても、第3流路領域AR3における慣性力の調整付与によって滝状水流WFaが割れてしまうことなくそのままの形態を保持し、出口部12からの滝状水流WFaを維持することができる。
また本実施形態では、滝吐水流路部SHdの内壁面14を入口部10から流入する水の進行方向に沿った仮想進行線と干渉させることで、滝吐水流路部SHdに流れる水に慣性力を付与している。更に、その干渉度合を、第1流路領域AR1及び第2流路領域AR2においては大きくし、第3流路領域AR3においては小さくすることで、第1流路領域AR1及び第2流路領域AR2からの吐水は滝状水流WFaを広げるように作用させ、第3流路領域AR3からの吐水は滝状水流を繋ぐように作用させている。
続いて、第3流路領域AR3の縦横比の特徴について、図15を参照しながら説明する。図15は、第3流路領域AR3の縦横比を説明するための図である。図15の(A)は、第3流路領域AR3の厚み方向長さdaと幅方向長さdbとを説明する図であり、図15の(B)は、第3流路領域AR3の幅方向の速度成分を示す図である。
図15に示すように、第3流路領域AR3を通って出口部12から滝状水流WFaとして吐出される水は、厚み方向長さdaよりも幅方向長さdbが長くなるように吐出される。
図15に示すように構成することで、第1流路領域AR1から吐出される滝状水流と第2流路領域AR2から吐出される滝状水流とを繋ぐ滝状水流を供給する第3流路領域AR3を流れる水量を、幅方向長さdbが厚み方向長さdaよりも長くなるように構成することで確保することができる。第3流路領域AR3を流れる水量を十分に確保することで、第1流路領域AR1及び第2流路領域AR2における第1慣性力及び第2慣性力を十分大きくすることができるので、滝状水流WFaの幅を十分に確保することができる。更に、幅方向長さdbの確保を優先することで、第3流路領域AR3の幅を十分に確保することが可能になり、第3流路領域AR3の曲率半径を大きくすることができる。表面張力は吐水断面の曲率半径に反比例するので、滝状水流WFaの割れをより確実に回避することができる。
続いて、図16を参照しながら、本実施形態に係る吐水装置SHの付帯的な効果について説明する。図16は、本実施形態に係る吐水装置SHの効果を説明するための図である。図16の(A)に示すように、本実施形態の吐水装置SHでは、散水面2に対して垂直に滝吐水流路部SHdを配置している。そのため、散水面2に対して垂直に吐水されるため、使用者HMは吐水軌跡を容易に想像することがで、シャワーを浴び易くなる。一方、図16の(B)に示すように、比較例の吐水装置SHcでは、散水面2cに対して斜めに滝吐水流路部SHdcを配置している。そのため、散水面2cに対して垂直に吐水されず、使用者HMは吐水軌跡を容易に想像することができない。
続いて、本実施形態の作用効果についてまとめて説明する。本実施形態に係る吐水装置SHは、水を幅広薄膜状に吐出する吐水装置であって、水を下流側に供給するための給水流路部SHeと、給水流路部SHeの下流側に設けられており、給水流路部SHeから流入する水を入口部10から受け入れ、入口部10に繋がる出口部12から幅広薄膜状の滝状水流WFaとして吐出する滝吐水流路部SHdと、を備える。
滝吐水流路部SHdの少なくとも一部の構成要素は、単独で若しくは複数の構成要素が相互に共同して、慣性力調整手段として機能する。慣性力調整手段は、出口部12から滝状水流WFaとして吐出される水に対して幅方向への慣性力を付与するものであって、滝状水流WFaが割れてしまうことなくそのままの形態を保持して進行する範囲内でその付与する慣性力を幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に増大させる。
慣性力調整手段が、滝状水流WFaが割れない範囲となるように水流に付与する慣性力を調整するので、幅方向に広がる慣性力を大きく付与した場合であっても、滝状水流WFaが割れてしまうことなくそのままの形態を保持し、出口部12からの滝状水流WFaを維持することができる。出口部12から吐出される水に対して大きな慣性力が付与できれば、表面張力に起因する滝状水流WFaの収縮を抑制することができ、出口部12からの滝状水流WFaを維持する距離を長く保つことができる。従って、出口部12から使用者までの距離が離れている場合であっても、滝状水流WFaがそのままの形態を保って使用者に着水することができる。更に、使用者に着水した後であっても、滝状水流WFaを広げる方向に作用する慣性力を残存させることも可能となり、着水後に身体表面に形成される水膜の幅を大きく広げることができる(図4、図5及びそれらの説明参照)。
また、慣性力調整手段は、滝吐水流路部SHdの内壁面14を入口部10から流入する水の進行方向に沿った仮想進行線と干渉させるものであって、その干渉度合を幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に増大させるように調整することで機能する。
本実施形態のように出口部12から滝状水流WFaとして吐出される水に対して幅方向への慣性力を付与する場合、滝吐水流路部SHdに単に水を通すだけでは慣性力を付与できないため、その流れる水に対して何らかの外力を加える必要がある。そこで、滝吐水流路部SHdの内壁面14を入口部10から流入する水の進行方向に沿った仮想進行線と干渉させることで、滝吐水流路部SHdに流れる水に慣性力を付与している。更に、その干渉度合を、中央側から両端側に向かって徐々に増大させるように調整しているので、幅方向における慣性力の変化を徐々につけることができ、滝状水流WFaが割れてしまうことなくそのままの形態を保持するような慣性力の調整を確実に行うことができる(図7〜図13及びそれらの説明参照)。
また、入口部10から出口部12に至る水を幅方向に細分化した分水流WFdとして見た場合に、各分水流WFdが入口部10から出口部12に至る最短経路を比較すると、幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に幅方向成分が増大するように内壁面14が構成されている。
本実施形態のように入口部10と出口部12とを繋ぐように滝吐水流路部SHdを形成すると、水の流れ全体である滝状水流WFaを見れば入口部10から出口部12の開口面積に合わせた幅に拡幅しながら進行する。一方で、入口部10から出口部12に至る水を幅方向に細分化した分水流WFdとして見た場合には、各分水流WFdはそれぞれが入口部10に到達した地点から最も近い距離にある出口部12の地点に向けて進行する。幅方向に各分水流WFdが慣性力を受ければ、その影響によって各分水流WFdの幅方向成分が増大することになる。そこで、各分水流WFdに対応する最短経路の幅方向成分が、幅方向の中央側から両端側に向かって徐々に増大するように構成することで、滝吐水流路部SHdの内壁面14に対する水流の干渉を用いた慣性力の変化の調整をより確実に行うことができる(図11及びその説明参照)。
また、入口部10から入り込む水流に沿った方向から滝吐水流路部SHdを見通した場合に、入口部10の開口領域と内壁面14とが重なりあって見える面積Sfが、幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に大きくなるように構成されている。
上述したように滝吐水流路部SHdの入口部10から流入する水の仮想進行線と内壁面14とを干渉させて慣性力を付与する場合、仮想進行線に沿って内壁面14を見た場合に重なりあって見える面積Sfが、出口部12に向かって流れる水に慣性力を作用させる力と相関性を有することになる。そこで、入口部10の開口領域と内壁面14とが重なりあって見える面積Sfが、幅方向における中央側から両端側に向かって徐々に大きくなるように構成することで、滝吐水流路部SHdの内壁面14に対する水流の干渉を用いた慣性力の変化の調整をより確実に行うことができる(図12、図13及びそれらの説明参照)。
また、内壁面14は滝吐水流路部SHdの水流方向に交わる断面が円弧状となるように形成されており、当該円弧の曲率半径が入口部10側から出口部12側に向けて徐々に大きくなると共に、当該円弧の円弧長も徐々に長くなるように構成されている。
このように、円弧状の断面を有する内壁面14の円弧長が入口側から出口側に向けて徐々に長くなるように構成しているので、入口部10から流入した水を徐々に拡幅し、内壁面14から離脱させることなく出口部12に導くことができる。更に、円弧状の断面の曲率半径も徐々に大きくなるように構成しているので、水流の幅を広げる方向の慣性力を中央側から両端側に向けて円滑に大きくすることができる(図7〜図10及びそれらの説明参照)。