(57)【要約】  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。  部材本体６には、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とをつなぐ流路２が貫通形態に形成され、その流路２の途中位置に流入口２ｎよりも流通断面積が小さい絞り部２ｃが形成されている。絞り部２ｃには、流路２の軸断面を３以上のセグメント領域２ｅに区画する形態で、当該絞り部２ｃの流路断面積をさらに減少させる衝突部３が配置されている。
2013012069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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流路が貫通形態に形成されるとともに、前記流路の途中位置に前記流入口よりも流通断面積が小さい絞り部が形成され、該絞り部にて前記流路の軸断面を３以上のセグメント領域に区画する形態で、当該絞り部の流路断面積をさらに減少させる衝突部が配置され、
前記部材本体の前記流入端に供給された気体溶解液体の流れを前記衝突部に衝突させた後、各前記セグメント領域に分配しつつ増速して通過させ、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、前記流出口から流出させるようにしたことを特徴とする気泡発生機構。
【請求項２】
前記絞り部の断面中心部に向けて突出する複数の前記衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップが形成されている請求項１記載の気泡発生機構。
【請求項３】
前記衝突部の先端部には先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部が形成されてなり、前記セグメント領域を挟んで互いに隣接する２つの前記衝突部において前記錐状部の外周面間に、前記高速流ギャップを構成するスリット部が形成されている請求項２記載の気泡発生機構。
【請求項４】
複数の前記衝突部の少なくとも１対のものが、前記絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向する形で配置され、それら衝突部の先端間に、前記高速流ギャップを構成する中心ギャップが形成されている請求項２又は請求項３に記載の気泡発生機構。
【請求項５】
前記衝突部は、各々その突出方向が前記絞り部の軸断面にて互いに直交する十字形態に設けられ、それら衝突部により前記絞り部が４つの前記絞りセグメント領域に分割されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
【請求項６】
前記絞り部の断面中心部に向けて突出する複数の前記衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップが形成され、
４つの前記衝突部が前記流路の内周面から該流路の中心部に向けて突出する形で設けられ、
各前記衝突部の先端部には先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部が形成されてなり、
前記セグメント領域を挟んで互いに隣接する前記衝突部において前記錐状部の外周面間に、前記高速流ギャップを構成するスリット部が形成され、
前記絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向して配置される前記衝突部の先端間に、前記高速流ギャップの一部を構成する中心ギャップが形成され、
前記高速流ギャップは、４つの前記スリット部が前記中心ギャップを介して一体化された十字形態に形成されてなる請求項５記載の気泡発生機構。
【請求項７】
前記衝突部の先端が先鋭に形成されてなる請求項６記載の気泡発生機構。
【請求項８】
前記衝突部の先端が平坦に形成されてなる請求項７記載の気泡発生機構。
【請求項９】
前記衝突部は、前記絞り部の断面を内径に沿って横切るように配置される主衝突部と、該主衝突部と直交する形で、前記絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向して配置されるとともに、各々先端面と前記主衝突部の外周面との間に前記高速流ギャップを構成する外周ギャップを形成する１対の対向衝突部とを備える請求項５記載の気泡発生機構。
【請求項１０】
前記対向衝突部の先端が平坦に形成されてなる請求項９記載の気泡発生機構。
【請求項１１】
前記主衝突部は、各々平坦な先端面を有する１対の衝突部が、それら先端面間に前記絞り部の断面中心を包含する中心ギャップを形成する形で、前記絞り部の内径方向に対向して配置されて形成されたものである請求項９又は請求項１０に記載の気泡発生機構。
【請求項１２】
前記対向衝突部の先端が先鋭に形成されてなる請求項９記載の気泡発生機構。
【請求項１３】
前記主衝突部は、各々平坦な先端面を有するとともに該先端面の外周に沿って面取り部が形成された１対の衝突部が、該先端面にて互いに接するように前記絞り部の内径方向に対向して配置されて形成されたものであり、
前記対向衝突部の先端が、前記主衝突部をなす２つの衝突部の前記面取り部が作るＶ字状断面の溝部と対向する形で前記外周ギャップを形成してなる請求項１２記載の気泡発生機構。
【請求項１４】
前記セグメント領域を挟んで互いに隣接する２つの前記衝突部の少なくともいずれかの外周面に、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１ないし請求項１３のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
【請求項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。
【請求項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１３又は請求項１４に記載の気泡発生機構。
【請求項１７】
前記衝突部は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。
【請求項１８】
前記衝突部の外周面の一部にのみ前記絞りリブが形成されている請求項１４ないし請求項１７のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
【請求項１９】
前記衝突部の先端部を除く領域に前記絞りリブが形成されている請求項１８記載の気泡発生機構。
【請求項２０】
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している請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
【請求項２１】
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２０記載の気泡発生機構。
【請求項２２】
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２１記載の気泡発生機構。
【請求項２３】
前記流路の前記流入口側に、該流入口に向けて拡径する流入側テーパ部が形成されている請求項１ないし請求項２２のいずれか１項に記載の気泡発生機構。
【請求項２４】
前記流路の前記流出口側に、該流出口に向けて拡径する流出側テーパ部が形成されている請求項２３記載の気泡発生機構。
【請求項２５】
前記流路の前記流入側テーパ部と前記流出側テーパ部との間に流路断面積が一定の断面一定部が前記絞り部として形成され、前記衝突部が該断面一定部に配置されている請求項２４記載の気泡発生機構。
【請求項２６】
請求項１ないし請求項２５のいずれか１項に記載の気泡発生機構と、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２２９５１６号公報
【特許文献２】特開２００８−  ７３４３２号公報
【特許文献３】特開２００７−２０９５０９号公報
【特許文献４】特開２００７−  ５０３４１号公報
【特許文献５】特開２００６−１１６５１８号公報
【非特許文献１】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'）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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流路が貫通形態に形成されるとともに、流路の途中位置に流入口よりも流通断面積が小さい絞り部が形成され、該絞り部にて流路の軸断面を３以上のセグメント領域に区画する形態で、当該絞り部の流路断面積をさらに減少させる衝突部が配置され、
部材本体の流入端に供給された気体溶解液体の流れを衝突部に衝突させた後、各セグメント領域に分配しつつ増速して通過させ、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、流出口から流出させるようにしたことを特徴とする。【０００９】
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、流路に供給された液体は絞り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絞り部（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。【００１０】
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、ベンチュリ管などの周知の絞り機構を通過させるだけでは通過水流の流速が不十分なため、絞り孔下流側の減圧レベルも小さく渦流の発生程度も小さい。また、そのような絞り機構では絞り部にて流路断面が相似的に縮小する構造になっているので、流速を高めようとするあまりむやみに絞り部の断面を縮小すると流体の通過抵抗が大きくなり、断面縮小比に見合った流速の上昇が見込めず、気泡発生効率が却って低下することになる。従って、キャビテーションによる気泡析出量も少ないし、気泡の粉砕が起きる程度の衝突も十分に起こすことができないので、微細気泡を十分に形成することができなかった。【００１１】
これに対し、本発明の気泡発生機構においては、絞り部にて流路の軸断面を３以上のセグメント領域に区画する形態で、当該絞り部の流路断面積をさらに減少させる衝突部が配置されている。つまり、流路の断面積を高流速となる断面中心に向けて径方向に相似的に縮小するのではなく、衝突部を障害物として用いることで、液体が流通可能な領域を断面中心に関する周方向にいわば間引く形で流路の断面縮小を図るのである。その結果、絞り部での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。これにより、各セグメント領域（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。【００１２】
本発明の気泡発生機構において、セグメント領域に流れ込む流体は衝突部の先端部を迂回して流れ込むものが主体的となり、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れは、その迂回により減速する傾向にある。この場合、絞り部の断面中心部に向けて突出する複数の衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップを形成しておくことが有効である。これにより、断面中心付近の流れを大きく減速させずに高速流ギャップを経て通過させることができ、該高速流を微細な気泡の発生に特に有効に活用することが可能となる。【００１３】
高速流ギャップは種々の形態に形成できる。例えば衝突部の先端部に先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部を形成し、セグメント領域を挟んで互いに隣接する２つの衝突部において錐状部の外周面間に、高速流ギャップを構成するスリット部を形成することができる。スリット部は錐状部の外周面母線方向に形成されるので、該スリット部に向かう流れは錐状部の該母線に沿う膨らみをいわば乗り越える形で絞られ圧縮される。このとき、スリット部の長手方向に圧縮された液体の流動代が与えられるので流速が低下しにくく、キャビテーション（減圧）効果がさらに高められる。そして、キャビテーション発生領域が、従来のベンチュリ管やオリフィスでは絞り中心の近傍でポイント状に形成されていたのが、上記構成ではスリット部に沿って線状に形成されるため、気泡が減圧析出する領域が大幅に拡張し、多量の微細気泡を析出させることができる。【００１４】
他方、複数の衝突部の少なくとも１対のものを、絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向する形で配置し、それら衝突部の先端間に、高速流ギャップを構成する中心ギャップを形成することもできる。この構成によると、最も高流速となる断面中心の流れを、中心ギャップを経て大きな損失を生じることなく通過させることが可能となる。その断面中心の流れは中心ギャップの通過によりさらに絞られて高速化しようとするが、セグメント領域側への流れ迂回が許容されているため流体抵抗の増加が効果的に抑制され、キャビテーション（減圧）効果が大幅に高められ、断面中心における流速を大幅に増加できるので、より多量の微細気泡を析出させることができる。【００１５】
衝突部は、各々その突出方向が絞り部の軸断面にて互いに直交する十字形態に設けることができ、それら衝突部により絞り部を４つの絞りセグメント領域に分割することができる。衝突部を互いに直交する向きに配置して４つの絞りセグメント領域に分割することで、断面中心に関する衝突部ひいては絞りセグメント領域の配置の対象性も良好となり、個々の絞りセグメント領域にてより均質に微細気泡を析出することができるようになる。【００１６】
この場合、絞り部の断面中心部に向けて突出する複数の衝突部の２つ以上のものの先端部同士の間に、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップを形成できる。４つの衝突部は流路の内周面から該流路の中心部に向けて突出する形で設けることができる。また、各衝突部の先端部には先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部を形成することで、セグメント領域を挟んで互いに隣接する衝突部において錐状部の外周面間に、高速流ギャップを構成するスリット部を形成できる。その結果、絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向して配置される衝突部の先端間に、高速流ギャップの一部を構成する中心ギャップが形成され、高速流ギャップは、４つのスリット部が中心ギャップを介して一体化された十字形態に形成される。【００１７】
上記の構成によると、最も高流速となる断面中心の流れは、断面中心を取り囲むように配置される４つの錐状部により効果的に絞られて中心ギャップに増速しつつ流れ込む。そして、中心ギャップには周囲の４つのスリット部が連通し、中心ギャップ内で絞られて圧縮される流れは、スリット部へ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制され、かつ、スリットにより絞られているので迂回先での流速低下も低く抑えられる。その結果、中心ギャップだけでなくスリット部でもキャビテーション（減圧）効果は極めて活発となり、ナノバブルレベルの微細気泡を高濃度に発生させることができるようになる。【００１８】
この場合、中心ギャップに臨む衝突部の先端を先鋭に形成しておくことにより、その近傍を通過する流れを特に高速化でき、気泡微細化がより顕著となる。一方、衝突部の先端は平坦に形成することも可能であり、この場合は、中心ギャップの拡張と流れ均一化により、微細気泡の全体としての発生濃度向上に貢献する。【００１９】
衝突部は、絞り部の断面を内径に沿って横切るように配置される主衝突部と、該主衝突部と直交する形で、絞り部の断面中心を挟んで内径方向に対向して配置されるとともに、各々先端面と主衝突部の外周面との間に、高速流ギャップを構成する外周ギャップを形成する１対の対向衝突部とを備えるものとして構成することもできる。特に、絞り部の内径寸法を縮小せざるを得ない場合に、上記構成は中心ギャップを形成する構成よりも簡略化できる。また、断面中心付近の流れは主衝突部に衝突して迂回する形となるが、主衝突部を迂回する遠心力の影響により増速しつつ対向衝突部が形成する外周ギャップを通過する形となるので、主衝突部との衝突による流れ減速の影響がそれほど大きくない利点がある。【００２０】
この場合、対向衝突部の先端は平坦に形成することで、外周ギャップをスリット状に形成でき、スリット長手方向にキャビテーション領域を拡張できる。その結果、微細気泡をより高濃度で発生することができる。また、主衝突部は、各々平坦な先端面を有する１対の衝突部を、それら先端面間に絞り部の断面中心を包含する中心ギャップを形成する形で、絞り部の内径方向に対向して配置することも可能である。主衝突部をこのように分割し、その先端面間に中心ギャップを形成することで、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れは中心ギャップによりさらに絞られて高速化し、さらに中心ギャップ内で絞られて圧縮される流れは、スリット状の外周ギャップへ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制される。また、外周ギャップもスリット状に絞られているので迂回先での流速低下も低く抑えられる。その結果、中心ギャップおよびスリット部でもキャビテーション（減圧）効果は極めて活発となり、ナノバブルレベルの微細気泡を高濃度に発生させることができるようになる。【００２１】
他方、対向衝突部の先端は先鋭に形成することも可能であり、外周ギャップにおいて対向衝突部先端付近の絞り効果が高められ、高流速化による気泡微細化を図ることができる。この場合、主衝突部は、各々平坦な先端面を有するとともに該先端面の外周に沿って面取り部が形成された１対の衝突部を、該先端面にて互いに接するように絞り部の内径方向に対向して配置形成したものとして構成できる。このとき、対向衝突部の先端を、主衝突部をなす２つの衝突部の面取り部が作るＶ字状断面の溝部と対向する形で外周ギャップを形成するようにすれば、上記の対向衝突部先端付近の高流速化による気泡微細化効果を一層高めることができる。【００２２】
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。【００２３】
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。【００２４】
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。【００２５】
全ての衝突部の外周面に上記の絞りリブを連続的に形成すれば、各セグメント領域の両側に接する衝突部には、それら絞りリブひいては谷状部により気泡析出のためのキャビテーションポイントが多数形成され、気泡析出が極めて活発となって水流中の気泡濃度を大幅に上昇させることができる。この効果は、例えば本発明の気泡発生機構をシャワーヘッドや浴槽への水流噴霧部に組み込んだとき、外気を取り入れずともキャビテーションによる析出効果のみで水流を白濁できる程度に大量の気泡を導入できるなど、視覚的にインパクトのある演出が可能となる。しかし、絞り部に流れ込む流れの流速が大きい場合は過剰な気泡析出が生じ、析出した気泡の合体が生じて微細気泡濃度が却って減少してしまうことも懸念される。そこで、微細気泡の発生を優先したい場合には、全ての衝突部の外周面の一部にのみ絞りリブを形成して、谷状部での気泡析出頻度を抑制することが有効である。この場合、微細気泡発生への貢献が大きい高流速の断面中心部に位置する衝突部の先端部には絞りリブを形成せず、残余の領域に絞りリブを形成することが、微細気泡を気泡合体により損失させないようにする上で有効である。他方、複数ある衝突部の一部を絞りリブ付きとし、残余を絞りリブなしとして構成することも可能である。【００２６】
次に、本発明の気泡発生機構において、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。【００２７】
次に、流路の流入口側には、該流入口に向けて拡径する流入側テーパ部を形成できる。これにより、絞り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流出側テーパ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テーパ部と流出側テーパ部との間に流路断面積が一定の断面一定部を絞り部として形成し、衝突部を該断面一定部に配置しておけば、流入側テーパ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。【００２８】
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、上記本発明の気泡発生機構と、
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。【００２９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】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２】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３】図２の気泡発生エンジンの要部を拡大して示す図。
【図４】衝突部の作用説明図。
【図５】絞りリブの作用説明図。
【図６】衝突部の作用説明図。
【図７】衝突部の第一変形例を示す図。
【図８】衝突部の第二変形例を示す図。
【図９】衝突部の第三変形例を示す図。
【図１０】衝突部の第四変形例を示す図。
【図１１】衝突部の第五変形例を示す図。
【図１２】衝突部の第六変形例を示す図。
【図１３】衝突部の第七変形例を示す図。
【図１４】衝突部の第八変形例を示す図。
【図１５】衝突部の第九変形例を示す図。
【図１６】衝突部の第十変形例を示す図。
【図１７】衝突部の第十一変形例を示す図。
【図１８】衝突部の第十二変形例を示す図。
【図１９】衝突部の第十三変形例を示す図。
【図２０】衝突部の第十四変形例を示す図。
【図２１】本発明の気泡発生機構の別利用形態を示す模式図。
【図２２】実施例の気泡測定結果を示す第一の図。
【図２３】同じく第二の図。
【図２４】同じく第三の図。
【図２５】同じく第四の図。
【図２６】同じく第五の図。
【図２７】同じく第六の図。
【図２８】同じく第七の図。
【図２９】同じく第八の図。
【図３０】同じく第九の図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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ヘッド部１００Ｈ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。シャワー本体１００Ｍは一体のプラスチック成型品として構成されている。
【００３２】
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。部材本体６は樹脂製（金属製でもよい）であり、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。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の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。
【００３３】
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。
【００３４】
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とされている。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、水流噴射部１０２の散水板１０９（複数の水流噴射口１０９ｈが分散形成されている）からシャワー水流として噴射される。
【００３５】
ヘッド部１００Ｈは、握り手部１０１に一体化された背面本体１０７と、該背面本体１０８の開口周縁に形成されたねじ部１０７ｔに対し、シールリング１１４を介して、ねじ部１０８ｔにより螺着された水流噴射部１０２とからなる。気泡発生エンジン１の通過水流は、絞り部１０１ｂを経てヘッド部１００Ｈ内に入り込み、散水板１０９から噴射される。
【００３６】
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る。部材本体６には、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とをつなぐ流路２が貫通形態に形成され、その流路２の途中位置に流入口２ｎよりも流通断面積が小さい絞り部２ｃが形成されている。絞り部２ｃには、図３に示すように、流路２の軸断面を３以上、この実施形態では４つのセグメント領域２ｅに区画する形態で、当該絞り部２ｃの流路断面積をさらに減少させる衝突部３が配置されている。各衝突部３はねじ部材として構成され、図２に示すように、絞り部２ｃに向けて部材本体６の外周面側から半径方向に孔設されたねじ孔３ｈにねじ込まれる形で４本取り付けられている。各セグメント領域２ｅ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。
【００３７】
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。図２において、部材本体６の流入端に供給された気体溶解液体の流れは衝突部３に衝突した後、各セグメント領域２ｅに分配されつつ増速して通過する。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、気泡含有液体となり、図１のヘッド部１００Ｈからシャワー水流となって噴出される。
【００３８】
図３に示すように、絞り部２ｃの断面中心部に向けて突出する複数の衝突部３の２つ以上のものの先端部同士の間には、断面周囲流に対し相対的に高速となる断面中心流を通過させるための高速流ギャップ２ｇ，２ｋが形成されている。衝突部３の先端部には、先端に向かうほど軸断面を縮小させる錐状部５ｔが形成され（この実施形態では円錐状であるが、四角錐や六角錐などの他の錐体形状であってもよい）、セグメント領域２ｅを挟んで互いに隣接する２つの衝突部３において、それら錐状部５ｔの外周面間に、高速流ギャップを構成するスリット部２ｇが形成されている。一方、４つの衝突部３の、絞り部２ｃの断面中心を挟んで内径方向に対向するもの同士の先端間には、高速流ギャップを構成する中心ギャップ２ｋが形成されている。
【００３９】
図３に示すごとく、衝突部３は、各々その突出方向が絞り部２ｃの軸断面にて互いに直交する十字形態に設けられており、それら衝突部３により絞り部は４つの絞りセグメント領域２ｅに分割されている。４つの衝突部３は流路２の内周面から該流路２の中心部に向けて突出している。そして、セグメント領域２ｅを挟んで互いに隣接する衝突部３には、錐状部５ｔの外周面間にスリット部２ｇが４つ形成されるとともに、内径方向に対向して配置される衝突部３の先端間に中心ギャップ２ｋが形成される。その結果、高速流ギャップは、４つのスリット部２ｇが中心ギャップ２ｋを介して一体化された十字形態に形成されることとなる。
【００４０】
また、図３に示すように、各衝突部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２１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。前述のごとく衝突部３はねじ部材であり、複数巻の絞りリブ５ｒはらせん状に一体形成されている。
【００４１】
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からの水流は握り手部１０１内に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。
【００４２】
図２に示すごとく、気泡発生エンジン１は、絞り部２ｃにおいて流路２の断面積が、高流速となる断面中心Ｏに向けて径方向に相似的に縮小するのではなく、衝突部３を障害物として用いることにより、液体が流通可能な領域が断面中心に関する周方向にいわば間引く形で縮小される。その結果、絞り部２ｃでの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。そして、セグメント領域２ｅ（及びその下流）に分配される気体溶解液体へ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。流入側テーパ部２ａと流出側テーパ部２ｂとの間には絞り部２ｃが断面一定部として形成され、衝突部３が該断面一定部２ｃに配置されているので、流入側テーパ部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。
【００４３】
そして、絞り部２ｃにおいては、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れが衝突部３の先端部を迂回して各セグメント領域２ｅに分配される。図３に示すように、衝突部３の先端部間に高速流ギャップ２ｇ，２ｋが形成されているので、断面中心付近の高流速は該高速流ギャップ２ｇ，２ｋにて大きく減速することなく通過できる。その結果、該高速流ギャップ２ｇ，２ｋでは通過水流によるキャビテーション効果が著しく高められ、発生する気泡の微細化が極めて顕著となる。
【００４４】
高速流ギャップ２ｇ，２ｋのうち、セグメント領域２ｅを挟んで隣接する衝突部３の先端部（錐状部）５ｔ，５ｔ間に形成されるスリット部２ｇは、該錐状部５ｔの外周面母線方向に形成される。従って、該スリット部２ｇに向かう流れは錐状部５ｔの該母線に沿う膨らみをいわば乗り越える形で絞られ圧縮される。このとき、スリット部２ｇの長手方向には、圧縮された液体の流動代が与えられるので流速が低下しにくく、キャビテーション（減圧）効果がさらに高められる。また、キャビテーション発生領域はスリット部２ｇに沿って線状に形成されるため、気泡が減圧析出する領域が大幅に拡張し、多量の微細気泡を析出させることができる。
【００４５】
一方、中心ギャップ２ｋは断面中心を包含する形で形成され、流速最大となる中心流れは、この中心ギャップ２ｋにより迂回の影響を受けずに通過できる。また、中心流れは中心ギャップ２ｋの通過によりさらに絞られて高速化しようとするが、セグメント領域２ｅ側への流れ迂回が許容されているため流体抵抗の増加が効果的に抑制される。これにより、断面中心部でのキャビテーション（減圧）効果はさらに高められ、より多量の微細気泡を析出させることができる。セグメント領域２ｅに分配される各流れは、個々の衝突部３の下流で渦流ないし乱流を発生させ、発生した気泡が該渦流ないし乱流に巻き込まれて微細化する効果も期待できる。
【００４６】
そして、断面中心付近の高速流は、図４に示すように、断面中心を取り囲むように配置される４つの錐状部５ｔにより効果的に絞られて中心ギャップ２ｋに増速しつつ流れ込む。図３に示すように、中心ギャップ２ｋには周囲の４つのスリット部２ｇが連通し、中心ギャップ２ｋ内で絞られて圧縮される流れはスリット部２ｇへ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制される。また、スリット部２ｇへ迂回する流れ自体もスリット長手方向に自由度を有するため、流速低下は低く抑えられる。その結果、中心ギャップ２ｋおよびスリット部２ｇでもキャビテーション（減圧）効果は極めて活発となり、ナノバブルレベルの微細気泡を高濃度に発生させることができるようになる。また、中心ギャップ２ｋに臨む衝突部３（錐状部５ｔ）の先端は先鋭に形成されており、その近傍を通過する流れを特に高速化できるので、気泡微細化がより顕著となる。
【００４７】
また、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５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６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５）に流れ、気泡ＭＢが極めて活発に析出する。
【００４８】
また、図３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。
【００４９】
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。特に、図３のごとく、全ての衝突部３の外周面に上記の絞りリブ５ｒを連続的に形成していることで、各セグメント領域２ｅの両側に接する衝突部３材には、それら絞りリブ５ｒひいては谷状部により、気泡析出のためのキャビテーションポイントが多数形成され、気泡析出が極めて活発となり、水流中の気泡濃度を大幅に上昇させることができる。その結果、シャワーヘッド１００によれば、外気を取り入れずともキャビテーションによる析出効果のみで水流を白濁できる程度に大量の気泡を導入できるなど、視覚的にインパクトのある演出が可能となる。
【００５０】
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。まず、図３のごとく、全ての衝突部３の外周面に絞りリブ５ｒを連続的に形成する構成では、絞り部２ｃに流れ込む流れの流速が大きいときに気泡析出が過剰となり、析出した気泡の合体が生じて微細気泡濃度が却って減少してしまうことも懸念される。そこで、微細気泡の発生を優先したい場合には、図８、図９及び図１０に示すごとく、衝突部の外周面の一部にのみ絞りリブ５ｒを形成して、谷状部での気泡析出頻度を抑制することが有効である。
【００５１】
図８は、複数ある衝突部３の一部を絞りリブ５ｒ付きとし、残余を絞りリブ５ｒなしとして構成した例である。この実施形態では、絞りリブ５ｒ付きのものと絞りリブ５ｒなしのものとを周方向に交互に配置しており、全てのセグメント領域２ｅにおいてこれに接する衝突部３の一方の側で、絞りリブ５ｒによるキャビテーション効果が必ず生ずるようにしてある。
【００５２】
また、微細気泡発生への貢献が大きい高流速の断面中心部に位置する衝突部３の先端部には絞りリブ５ｒを形成せず、残余の領域に絞りリブ５ｒを形成することが、微細気泡を気泡合体により損失させないようにする上で有効である。図３においても、衝突部３の先端部をなす錐状部５ｔの外周面には絞りリブ５ｒを形成していなかったが、気泡発生が過剰である場合には、図９に示すように、錐状部５ｔに続く円筒状の周側面部の先端側領域において絞りリブ５ｒの形成を省略する構成も可能である。該構成は、断面中心領域での高速流ギャップ２ｇ，２ｋによる超微細気泡（特に１０ｎｍ以上８００ｎｍ以下のナノバブル）と、断面周囲領域での絞りリブ５ｒによる微細気泡（１μｍ以上１００μｍ以下のマイクロバブル）とをバランスよく発生させる上で有効であるといえる。さらに、図１０は、円筒状の周側面部に対し、絞りリブ５ｒを軸線方向にて断続的に形成した例を示している。また、ナノバブルの発生を特に優先させたい場合には、図７のごとく、衝突部の外周面に絞りリブを形成しない構成とすることも可能である。
【００５３】
次に、絞りリブは、図１１に示すように、衝突部３の軸線周りにて周方向に閉じる形で独立した絞りリブ５ｓを、軸線方向に複数密接させて形成することも可能である。図１１においては、独立した個々の絞りリブ５ｓを衝突部３の軸線と直交する向きに形成しているが、これを該軸線と直交する面に対し傾斜させて形成することも可能である。このようにすれば、図３と同様に、絞りリブが傾斜することで、流れ剥離に伴う乱流発生効果が著しくなり、気泡のさらなる微細化が図ることができる。
【００５４】
図３において、衝突部３の先端部をなす錐状部５ｔの先端角は、衝突部３の軸線を含む平面で切断した断面に表われる角度にて９０°（つまり、全周角３６０°を衝突部３の数（４）で割った値）に設定されている。従って、図１２に示すように、衝突部３の先端を絞り部２ｃの断面中心に合わせる形で、隣接する錐状部５ｔの側面同士が密接するように各衝突部３を位置決めすれば、高速流ギャップを非形成とすることも可能である。これにより、液体の流れは各セグメント領域２ｅにもれなく分配され、絞りリブ５ｒを主体としたキャビテーション効果により気泡発生が可能となる。また、図１３に示すように、内径方向に対向する１対の衝突部３，３について錐状部５ｔの先端を接触させ、残余の１対の衝突部３，３を軸線方向に後退させる配置とすることで、スリット部２ｇを形成することができる。
【００５５】
衝突部３の先端は平坦に形成することも可能である。図１４及び図１５に示す例では、図３と同様の錐状部５ｔの先端部を切り欠く形で平坦な先端面５ｕを形成している。これにより、中心ギャップ２ｋの拡張と流れ均一化とを図ることができ、微細気泡の全体としての発生濃度向上に貢献する。図１４では、隣接する錐状部５ｔの側面同士を密接させているが、平坦な先端面５ｕを形成することで、中心ギャップ２ｋを周囲が閉じた形で形成している。また、図１５では、隣接する錐状部５ｔの側面間にスリット部２ｇを形成した例を示す。
【００５６】
図１６の構成においては、絞り部２ｃの断面を内径に沿って横切るように主衝突部１３０を配置し、さらに、該主衝突部１３０と直交する形で、絞り部２ｃの断面中心を挟んで内径方向に対向する１対の対向衝突部３０とを設けた例である。対向衝突部３０の各先端面と主衝突部１３０の外周面との間には、高速流ギャップを構成する外周ギャップ２ｊが形成されている。絞り部２ｃの内径寸法を縮小せざるを得ない場合、上記構成は中心ギャップ２ｋを形成する構成よりも簡略化できる。断面中心付近の流れは主衝突部１３０に衝突して迂回する形となるが、主衝突部１３０を迂回する遠心力の影響により増速しつつ対向衝突部３０が形成する外周ギャップ２ｊを通過する形となるので、主衝突部１３０との衝突による流れ減速の影響がそれほど大きくない利点がある。
【００５７】
図１６の構成では、対向衝突部３０の先端は平坦に形成され、外周ギャップ２ｊがスリット状に形成されている。スリット長手方向にキャビテーション領域を拡張できるので、微細気泡をより高濃度で発生することができる。主衝突部１３０は両端部が部材本体６に埋設される内径方向に一体の部材であり、絞り部２ｃ内に露出する部分にてその外周面の全面に絞りリブ５ｒが形成されている。外周ギャップ２ｊにおいては、対向衝突部３０の先端面と対向する主衝突部１３０の外周面が絞りリブ５ｒにより凹凸化しており、絞りリブ５ｒ（山）位置ではギャップ間隔が狭小化して高速流領域が生じ、谷状部２１ではギャップ間隔が拡大して低流速領域が生じる。その結果、隣接するこれら２領域間の圧力差に伴い低流速領域から高流速領域に向けて溶存気体の流れが生じ、さらに、図５ないし図６にて示した谷状部２１内で生ずる溶存気体の流れが加わることで、気泡析出が極めて活発化し、高濃度の気泡発生が期待できる。また、主衝突部１３０の外周面は、液体流入側から対向衝突部３０の先端面との対向位置に向けて間隔を縮小し，その絞り効果により流速が上昇することも、気泡発生効果を高める点において有利となっている。なお、図１６中に破線で示すごとく、対向衝突部３０の先端面を主衝突部１３０の外周面の絞りリブ５に当接させても、谷状部２１の空間が外周ギャップ２ｊを形成する形となり、活発な気泡析出が期待できる。
【００５８】
また、図１７は、対向衝突部３，３の先端を先鋭に形成した例である。外周ギャップ２ｊにおいて対向衝突部３の先端付近の絞り効果が高められ、高流速化による気泡微細化を図ることができる。主衝突部は、各々平坦な先端面５ｕを有するとともに該先端面５ｕの外周に沿って面取り部３ｔが形成された１対の衝突部３０，３０を、該先端面５ｕ，５ｕにて互いに接するように絞り部２ｃの内径方向に対向して配置形成している。対向衝突部３，３の先端は、主衝突部をなす２つの衝突部３０，３０の面取り部３ｔが作るＶ字状断面の溝部と対向する形で外周ギャップ２ｊを形成している。これにより、上記の対向衝突部３先端付近の高流速化による気泡微細化効果が一層高められている。
【００５９】
また、図１８、図１９に示すように、主衝突部は、各々平坦な先端面５ｕ，５ｕを有する１対の衝突部３０’，３０’（以下、主衝突部３０’，３０’と表示する）を、それら先端面５ｕ，５ｕ間に絞り部２ｃの断面中心を包含する中心ギャップ２ｋを形成する形で、絞り部２ｃの内径方向に対向して配置する形とすることも可能である。図１８は、主衝突部３０’，３０’の先端部外周面（ひいては絞りリブ５ｒ）に対し、対向衝突部３０，３０の各先端面を当接させた構成を示す。このように２つの衝突部３０’，３０’に分割し、その先端面間に中心ギャップ２ｋを形成することで、流速が最も大きくなる断面中心付近の流れは中心ギャップ２ｋにより絞られてさらに高速化する。また、図１９は、対向衝突部３０，３０の各先端面５ｕ,５ｕを主衝突部３０’，３０’の先端部外周面（ひいては絞りリブ５ｒ）から離間させて、スリット状の外周ギャップ２ｊをさらに形成した例を示す。中心ギャップ２ｋ内で絞られて圧縮される流れは、スリット状の外周ギャップ２ｊへ迂回することで流体抵抗の増加が極めて効果的に抑制される。また、外周ギャップ２ｊもスリット状に絞られているので迂回先での流速低下も低く抑えられる。その結果、中心ギャップ２ｋおよびスリット部２ｇでもキャビテーション（減圧）効果は極めて活発となり、ナノバブルレベルの微細気泡を高濃度に発生させることができるようになる。
【００６０】
なお、以上説明した実施形態ではセグメント領域がいずれも４つ形成されていたが、セグメント領域の形成個数は４つに限らず、例えば図２０に示すように３つの衝突部３によりセグメント領域２ｅを３つ形成することも可能である。また、衝突部の外径を減ずることで、セグメント領域の形成個数を５以上とすることも可能である。
【００６１】
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２１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。
【実施例】
【００６２】
図２の流路及び衝突部材の具体的寸法を次のように定めた気泡発生エンジン２を用意した。
（図３）
・流入口２ｎ及び流出口２ｘ：  内径＝１６ｍｍ
・流入側テーパ部２ａ：流路長Ｌ３＝２４ｍｍ
・流出側テーパ部２ｂ：流路長Ｌ１＝１６ｍｍ
・絞り部２ｃ：  内径Ｄ２＝８ｍｍ、流路長Ｌ２＝８ｍｍ
・衝突部３：  ねじ外径：Ｍ２、先端部は軸線含む断面にて先端角９０°のとがり先
・中心ギャップ２ｋの大きさ（対向する衝突部３のとがり先間長）：０ｍｍ、０．１８ｍｍ及び０．３６ｍｍの３条件【００６３】
該気泡発生エンジン２にホースを接続し、流入口２ｎに供給圧力０．１２ＭＰａにて１０℃の水を供給し、噴射される水を容積約９０リットルの水槽中に放出した。このとき、流出口２ｘからの噴射流量は約１０リットル／分であった。【００６４】
そして、水槽の側壁に設けた測定水排出管（槽底面からの排水口高さ：約４０ｃｍ）から槽内に溜まった水を流出させてレーザー回折式粒度分布測定装置（（株）島津製作所：ＳＡＬＤ７１００Ｈ）の測定セルに導き、気泡径分布を測定した。レーザー回折式粒度分布測定装置は、測定セルにレーザー光ビームを一定角度で入射するとともに、測定対象粒子（ここでは気泡）の粒径に応じてその散乱角度が異なることを利用して、角度別の散乱光強度を個別の光検出器により検出し、各センサの検出強度から粒径の分布に係る情報を得るものである。この測定原理から明らかなごとく、レーザー回折式粒度分布測定装置においては体積の大きい気泡ほど対応する検出器における散乱光の検出強度は増大する傾向にあるため、受け持つ粒径区間が異なる複数の光検出器の出力強度比を用いて直接計算されるのは、粒径区間毎の相対合計体積（以下、体積相対頻度ともいう）を指標とした分布情報である。つまり、一般的に平均径としての認知度が高いのは粒子の直径の合計値を粒子の個数で除した数平均径であるが、レーザー回折式粒度分布測定装置の場合は、測定原理上、粒子体積により重み付けした体積平均径しか直接的には算出できない。そこで、装置に標準搭載されたソフトウェアにより、気泡を球形と仮定して体積相対頻度を個数相対頻度に変換した形で気泡径分布を算出した。【００６５】
図２２は、供給圧力０．１２ＭＰａにて中心ギャップ２ｋを０ｍｍとした場合、つまり、スリット部２ｇを非形成とした場合の、通水継続中の測定結果を示すものである。図中、上段が個数相対頻度による気泡径分布を、下段がそのときの、各検出器（すなわち、散乱角度位置）での散乱光強度を示す。通水継続中は、目視でも確認できる粗大な気泡の発生が著しく、水槽内は白濁した状態となった。このときの個数平均径の測定結果は２７．２４４μｍである。そこで、通水を停止し、水槽内の粗大気泡が水面上に上昇するまで約１分放置した後、同様の測定を行った。結果を図２３に示す。平均径は０．１２８μｍと、非常に微細な気泡が存在していることがわかったが、水の吸光度（散乱によるレーザー光の損失度合いを示す）は大幅に減少しており、微細気泡の濃度は低いと考えられる。【００６６】
一方、図２４は、供給圧力を０．０９ＭＰａに落として、通水停止後、約１分放置して全く同様に実施した測定結果を示すものである。平均径０．１１３μｍの非常に微細な気泡が確認され、吸光度も０．０１２と高く、微細気泡が比較的高濃度に形成されていることがわかる。供給圧力を多少低めに設定して気泡の合体を適度に抑制することにより、中心ギャップ非形成のエンジンでも微細気泡を高濃度に形成できることがわかる。【００６７】
図２５は、供給圧力０．１２ＭＰａにて中心ギャップ２ｋを０．１８ｍｍとした場合の、通水継続中の測定結果を示すものである。この場合も水槽内は白濁していたが、中心ギャップ２ｋを非形成の場合と比較して気泡の浮上速度は明らかに遅く、気泡の平均径は１８．５３９μｍまで縮小していた。そして、通水停止後１分経過後の測定結果が図２６である。比較的高い吸光度（０．０２５）を維持しつつ、平均径は２．６３μｍまで減少していることがわかる。そして、供給圧力を０．０９ＭＰａに落として、通水停止後、約１分放置して同様に実施した測定結果を図２７に示す。吸光度は０．０２０と高い値を維持しつつ、平均径０．０２４μｍと極めて微細な気泡が高濃度に形成されていることがわかる。【００６８】
図２８は、供給圧力０．１２ＭＰａにて中心ギャップ２ｋを０．３６ｍｍとした場合の、通水継続中の測定結果を示すものである。中心ギャップ２ｋを非形成の場合と比較して、気泡の平均径は１８．４７７μｍと小さい。また、通水停止後１分経過後の測定結果が図２９であり、比較的高い吸光度（０．０１７）を維持しつつ、平均径は０．１５３μｍまで減少している。供給圧力が若干高くとも、ナノメートル域の微細気泡が高濃度に形成されていることがわかる。そして、供給圧力を０．０９ＭＰａに落として、通水停止後、約１分放置して同様に実施した測定結果を図３０に示す。吸光度は０．０１５と高い値を維持しつつ、平均径０．０７１μｍと極めて微細な気泡が高濃度に形成されていることがわかる。
【符号の説明】
【００６９】
１  気泡発生エンジン（気泡発生機構）
２  流路
２ａ  流入側テーパ部
２ｂ  流出側テーパ部
２ｃ  絞り部
２ｅ  セグメント領域
２ｎ  流入口
２ｘ  流出口
２ｇ  スリット部（高速流ギャップ）
２ｋ  中心ギャップ（高速流ギャップ）
３，３０，３０’，１３０  衝突部
５ｔ  錐状部
５ｒ  絞りリブ
６  部材本体
１００  シャワー装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【国際調査報告】
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