(57)【要約】  シャワーヘッド（１０，１０’）は、１つ又はそれよりも多くの液滴形成チャンバ（５０）を含み、各チャンバには、水を空気流中に懸濁される液滴に分割する水及び加圧空気が供給される。１つの態様において、液滴形成チャンバの幾何学的パラメータは、一次液滴形成モードと二次液滴形成モードとの間のバランスを維持するように選択されてよく、チャンバ内で形成される一次液滴のある割合は、チャンバ壁との衝突によって空気流から取り除かれ、薄膜分解によって形成される二次液滴として再同伴される。他の態様において、液滴形成チャンバ内への空気入口（４０）は、チャンバを通じる平行な軸方向空気流を維持する案内面（４５）を備える。
2019532687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの液滴生成器を含む、入浴中の使用のためのシャワーヘッドであって、
前記液滴生成器は、
水入口と、
空気入口と、
液滴形成チャンバとを含み、
該液滴形成チャンバは、流れ方向に延びるチャンバ軸を定め、前記流れ方向における前記チャンバ軸に沿う直列配置において、
入口領域と、
該入口領域の下流の喉部と、
該喉部の下流の漸進的に増大する断面積を有する発散領域と、
該発散領域の下流の漸進的に減少する断面積を有する収束領域と、
該収束領域の下流端にある出口とを含み、
前記収束領域は、前記出口で前記チャンバ軸に対して法線方向にある出口平面の上流で前記チャンバ軸を取り囲む壁によって定められ、
前記水入口及び前記空気入口は、両方とも、前記入口領域に開口し、
前記空気入口は、前記チャンバ軸の周りに延在し、平均空気流路を定める少なくとも１つの空気入口通路を含み、該空気入口通路は、空気入口開口で前記入口領域に開口し、
前記水入口及び前記空気入口は、使用中に、前記空気入口から流れる空気が前記水入口から流れる水に向かって収束して前記液滴形成チャンバ内で空気中に懸濁される水の液滴を形成する、ように構成され、
前記出口は、前記液滴を、ユーザが浴び得る液滴のスプレーとして、当該シャワーヘッドから損なわれることなく供給する、ように構成され、
前記液滴形成チャンバは、
前記喉部で前記チャンバ軸に対して法線方向の断面積Ｓ１と、
前記発散領域の下流端で前記チャンバ軸に対して法線方向の断面積Ｓ２と、
前記喉部での前記発散領域の上流端から前記出口平面への軸方向長Ｌ１と、
前記喉部での前記チャンバ軸に対して法線方向の平面内で、前記チャンバ軸上で中心化される等しい面積及び直径Ｄ１の公称円Ｃ１に対応する断面積Ｓ１と、
前記発散領域の下流端での前記チャンバ軸に対して法線方向の平面内で、前記チャンバ軸上で中心化される等しい面積及び直径Ｄ２の公称円Ｃ２に対応する断面積Ｓ２と、
前記出口平面内で、前記チャンバ軸上で中心化される等しい面積及び直径Ｄ３の公称円Ｃ３に対応する断面積Ｓ３とを有し、
前記発散領域は、軸方向長Ｌ２を有し、前記チャンバ軸を含む平面内で、前記チャンバ軸と前記チャンバ軸の両側でＣ１からＣ２に延びる一対の公称直線のいずれかとの間で発散角Ａｄを定め、
前記収束領域は、軸方向長Ｌ３を有し、前記チャンバ軸を含む平面内で、前記チャンバ軸と前記チャンバ軸の両側でＣ２からＣ３に延びる一対の公称直線のいずれかとの間で収束角Ａｃを定め、
前記チャンバ軸を含む平面内で考えられるときに、前記空気入口開口で前記平均空気流路を延ばす直線が、１５°〜４５°の範囲内の衝突角Ａｉで前記チャンバ軸と交差し、
Ｌ１：Ｄ１の比は、２：１〜５：１の範囲内にあり、
Ｄ２は、１．５・Ｄ１より大きくなく、
Ｌ２：Ｌ３の比は、０．６：１．４〜１．４：０．６の範囲内にあり、
前記発散角Ａｄは、２．５°〜１５°の範囲内にあることを特徴とする、
シャワーヘッド。
【請求項２】
前記Ｌ１：Ｄ１の比は、２．２５：１〜３．７５：１である、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項３】
前記発散角Ａｄは、２．５°〜５°の範囲内にある、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項４】
前記Ｄ３：Ｄ１の比は、１：１〜１．４：１の範囲内にある、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項５】
前記水入口は、水流入方向に対して法線方向の等しい断面積及び直径Ｄ４の円に対応する最小総断面積Ｓ４を有する水流路を定める、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項６】
少なくとも３つの液滴生成器を含み、Ｓ１は、３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内にある、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項７】
前記水入口は、単一の水入口開口で前記入口領域に開口し、前記チャンバ軸は、前記水入口開口を中心的に通じて延びる、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項８】
前記空気入口は、複数の案内面によって分割されて、複数の前記空気入口通路を形成し、前記空気入口通路は、前記チャンバ軸の周りの回転を実質的に伴わずに前記チャンバ軸に向かって収束するので、各空気入口通路は、前記チャンバ軸を含む平面内で前記空気入口通路を通じて延びる前記平均空気流路を定める、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項９】
前記チャンバ軸を含む平面内で考えられるとき、前記平均空気流路は、前記空気入口通路の長さに沿って少なくとも４５°を通じて回転する、請求項１に記載のシャワーヘッド。
【請求項１０】
少なくとも１つの液滴生成器を含む、入浴中の使用のためのシャワーヘッドであって、
前記液滴生成器は、
水入口と、
空気入口と、
液滴形成チャンバとを含み、
該液滴形成チャンバは、流れ方向に延びるチャンバ軸を定め、前記流れ方向において前記チャンバ軸に沿う直列配置において、
入口領域と、
該入口領域の下流の喉部と、
該喉部の下流の漸進的に増大する断面積を有する発散領域と、
該発散領域の下流の漸進的に減少する断面積を有する収束領域と、
該収束領域の下流端にある出口とを含み、
前記水入口及び前記空気入口は、両方とも、前記入口領域に開口し、
前記空気入口は、前記チャンバ軸の周りに延在し、
前記水入口及び前記空気入口は、使用中に、前記空気入口から流れる空気が前記水入口から流れる水に向かって収束して前記液滴形成チャンバ内で空気中に懸濁される水の液滴を形成する、ように構成され、
前記出口は、前記液滴を、ユーザが浴び得る液滴のスプレーとして、当該シャワーヘッドから損なわれることなく供給する、ように構成され、
前記空気入口は、複数の案内面によって分割されて、複数の空気入口通路を形成し、該空気入口通路は、前記チャンバ軸の周りの回転を実質的に伴わずに前記チャンバ軸に向かって収束するので、各空気入口通路は、前記チャンバ軸を含む平面内で前記空気入口通路を通じて延びる平均空気流路を定める、
シャワーヘッド。
【請求項１１】
各空気入口通路は、空気入口開口で前記入口領域に開口し、前記チャンバ軸を含む平面内で考えられるときに、前記空気入口開口で前記平均空気流路を延ばす直線が、１５°〜４５°の範囲内の衝突角Ａｉで前記チャンバ軸と交差する、請求項１０に記載のシャワーヘッド。
【請求項１２】
前記水入口は、複数の案内面によって分割されて、複数の水入口通路を形成し、前記水入口通路の各々は、前記チャンバ軸の周りの回転を実質的に伴わないで、前記水入口が前記入口領域に開口する水入口開口に向かって延びる、請求項１０に記載のシャワーヘッド。
【請求項１３】
加圧空気供給手段と、水供給手段と、請求項１又は１０に記載のシャワーヘッドとを含み、
該シャワーヘッドは、少なくとも３つの前記液滴生成器を含み、各液滴形成チャンバの前記喉部は、３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内の断面積Ｓ１を有し、
各液滴生成器には、毎分０．７リットル〜毎分２．０リットルの流量で水が供給される、
シャワー装置。
【請求項１４】
加圧空気供給手段と、水供給手段と、請求項１又は１０に記載のシャワーヘッドとを含み、
該シャワーヘッドは、少なくとも３つの前記液滴生成器を含み、各液滴形成チャンバの前記喉部は、３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内の断面積Ｓ１を有し、
前記空気及び水供給手段は、加圧空気及び水を、前記シャワーヘッドが毎分３リットル〜毎分９リットルの総水流量で水を供給されるときの空気供給圧力で、３０：１〜１２５：１の空気：水容積比で、前記液滴形成チャンバに供給するように構成される、
シャワー装置。
【請求項１５】
前記空気及び水供給手段は、調整可能な空気及び水流量を提供し、水流量の増大を伴って水に対する空気の比を減少させる、ように構成される、請求項１４に記載のシャワー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入浴中に使用するシャワーに関し、具体的には、空気と水とを混ぜて、空気流中に分散される水滴の懸濁(suspension)を形成する、シャワーヘッド(shower  head)に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、入浴中に使用するシャワーヘッドは、散水口(rose)として知られる微細に穿孔されたプレートを含み、水が多数の穿孔を通じて流れるときに水を微細に分割するように、プレートの背後にあるプレナムチャンバ(plenum  chamber)に水を供給する水入口を備える。
【０００３】
近年、水を多数の気泡を含む連続液相としてシャワーヘッドから放出して、いわゆる泡(foam)又は発泡シャワー(foaming  shower)を形成するよう、エジェクタポンプ又は他のベンチュリベースのデバイスを介して大気を引き込むことによって或いは空気ポンプから加圧空気を供給することによって、水に空気を混ぜることが一般的になってきている。
【０００４】
余り一般的ではないが、シャワーヘッド内の液滴形成チャンバの内側の水を分割して、連続気相中に懸濁される個々の液滴を形成することが知られている（本明細書では「ウォーター・イン・エア(water-in  air)」・シャワーヘッドと呼ぶ）。液滴形成チャンバ内で形成される液滴は、水流よりもはるかに大きな容積の空気流中の懸濁においてシャワーヘッドから損なわれずに(intact)運ばれる。これは、ユーザの身体に比較的少量の水を分配して、より多くの水を使用する従来的なシャワーのシャワー体験に匹敵する感覚シャワー体験(sensory  shower  experience)を提供しながら、身体を洗うために必要な水量を劇的に減少させる。
【０００５】
ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドは、本出願人に対する国際公開第２００９／０５６８８７Ａ１号、国際公開第２０１２／１１０７９０Ａ１号、及び国際公開第２０１２／１７５９６６Ａ１によって例示されている。
【０００６】
空気中の水滴の懸濁を生成する他の装置は、例えば、米国特許出願公開第２００２／００００４７７Ａ１号、特開平０９−２６２５１２号及び米国特許第３，９６５，４９４号によって開示されている。
【０００７】
ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドは、それらの比較的より一層大きな液滴サイズによって、例えば園芸又は他の目的のためにミスト又は霧を生成するための（しばしば「噴霧ノズル(atomizing  nozzles)」と呼ばれる）ノズルと区別されることが留意されるべきである。噴霧ノズルは、典型的には、直径約５０ミクロンまでのサイズ範囲の液滴を生成する。ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドがユーザに受け入れられるシャワー体験を提供するためには、水滴が、シャワーヘッドからの出口点からユーザの身体への衝突点まで熱及び運動エネルギの両方を保持するのに十分な程に大きいことが重要である。これは、噴霧ノズルによって生成される液滴よりも約１桁大きい少なくとも約５００ミクロンの直径の液滴を必要とし、その上、液滴がシャワーヘッドから損なわれずに出ることができることを必要とする。
【０００８】
人体内の神経終末(nerve  endings)の密度は、もし液滴が十分に大きく、多数であり、且つ均等に分布されるならば、それらの個々の衝撃は、より大きな容積の空気流の運動エネルギと組み合わせにおいて、従来的なシャワーヘッドから連続水相として供給される比較的大きな容積の水に匹敵する感覚としてユーザによって体験される一方で、液滴の衝撃力は、皮膚を効果的に洗浄するのに十分であるような、密度である。しかしながら、液滴が小さすぎるならば、それらのエネルギの全部又は大部分は、それらがノズルから出てユーザに到達する前に失われるので、空気と水とが組み合わせられた流れは、冷たい湿ったミストとして体験される。
【０００９】
ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドにおいて、所要の液滴サイズは、水が空気流によって破壊されて液滴形成チャンバ内に液滴を形成し、次に、そのように形成された液滴をチャンバの出口から空気流中の懸濁において元のまま排出してスプレーを形成するよう、空気及び水の移動する流れを混合することによって達成される。注目すべきことに、液滴は、表面に対して水を衝突させることによるよりもむしろ、空気及び水の移動する流れの間の相互作用によって形成される。従って、ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドは、個々の水滴を衝撃で分解させる(disintegrate)従来的な散水口を出口に含まない。
【００１０】
対照的に、噴霧ノズルでは、霧又はミストを形成するのに必要とされるはるかに小さい液滴サイズ範囲を生成するために、水は高速空気流内に導入されるか或いは表面に対して高速で衝突させられてよく、或いは両方の技法の組み合わせが用いられてよい。
【００１１】
ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドは、例えば、噴霧ノズルから、異なる液滴サイズ範囲を生成しなければならないことが知られているが、実際には、例えば、約５ｌ／ｍ（毎分リットル）の、低い水流量(water  flow  rate)で満足のいくシャワー体験をもたらす液滴サイズ分布を達成することは困難であることが分かっている。
【００１２】
特に温水源から水滴を生成するあらゆる技術におけるより特別な懸念は、気道を介して身体に入るレジオネラ及び類似の生物による汚染の可能性である。ユーザがシャワー筐体の閉じ込め内で高濃度の懸濁液滴に暴露される場合、直径１０ミクロン未満、特に直径１ミクロン〜５ミクロンの液滴サイズは、特に懸念される。何故ならば、このサイズ範囲内の吸入される液滴は、肺の深部に沈着されるのに対して、より大きな液滴は、口咽頭領域に沈着されるので、より少ない危険性を提示するからである（N.R.  Labiris  and  M.B.  Dolovich,  ”Pulmonary  drug  delivery.  Part  1:  Physiological  factors  affecting  therapeutic  effectiveness  of  aerosolized  medications,”  British  Journal  of  Clinical  Pharmacology,  vol.  56,  pp.  588-599,  Dec.  2003）。危険な、１０ミクロン未満の、更には１ミクロン未満のサイズ範囲内の液滴は、実際には、使用中に従来的なシャワーヘッドの表面に形成される水の薄膜の空気中での分離及びそれに続く分解(disintegration)によって形成されることが観察されている。
【００１３】
本出願人によって観察されるような、ウォーター・イン・エア・シャワーに特有な他の問題は、平均的なユーザの主観的なシャワー体験が触覚的であるのみならず、視覚的でもあることである。理論的には、ウォーター・イン・エア・シャワーの主要な利点は、それらの非常に低い水消費であるが、実際には、水流量の下限は、液滴によって送達されるべき熱及び運動エネルギの十分な凝集量についてのみならず、水滴のスプレーが従来的なシャワーヘッドからのより多量の水流の出現を模倣するのに十分な密度の視覚的外観を有することについてさえも、平均的なユーザの体験的な要求によって制限されることが分かる。視覚的要素が欠如しているならば、触覚的体験は満足のいくものでないと知覚される可能性が高い。この理由のために、水流量は、別の状況では技術的に実行可能な下限であるものより幾分上に増大される必要があることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
全てのこれらの問題に鑑みて、本発明は、シャワーヘッドが比較的低い水流量で使用されるときにより満足のいくシャワー体験を提供するために、ウォーター・イン・エア・シャワーヘッドの液滴生成性能を向上させることを試みる。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
従って、本発明は、請求項に定められるようなシャワーヘッド及びシャワー装置を提供する。
【００１６】
新規なシャワーヘッドは、加圧空気供給手段と水供給手段とを含むシャワー装置に組み込まれてよく、少なくとも１つの液滴生成器を含み、液滴生成器は、水入口と、空気入口と、液滴形成チャンバとを含む。液滴形成チャンバは、流れ方向Ｆに延びるチャンバ軸Ｙを定め、流れ方向におけるチャンバ軸に沿う直列配置において、入口領域と、入口領域の下流の喉部と、喉部の下流の発散領域と、発散領域の下流の収束領域と、収束領域の下流端の出口とを含む。収束領域は、出口においてチャンバ軸Ｙに対して法線方向の出口平面Ｐ３の上流でチャンバ軸を取り囲む壁によって定められる。水入口及び空気入口は、両方とも、入口領域に開口する。空気入口は、チャンバ軸の周りに延在し、平均空気流路を定める少なくとも１つの空気入口通路を含む。
【００１７】
水入口及び空気入口は、使用中に、空気入口から流れる空気が水入口から流れる水に向かって収束して液滴形成チャンバ内で空気中に懸濁される水の液滴を形成する、ように構成され、出口は、これらの液滴を、ユーザが浴びることがある液滴のスプレーとして、シャワーヘッドから損なわれることなく供給する、ように構成される。
【００１８】
液滴形成チャンバは、
喉部での発散領域の上流端から出口平面への軸方向長Ｌ１と、
喉部でのチャンバ軸に対して法線方向の平面Ｐ１内で、チャンバ軸上で中心化される等しい面積及び直径Ｄ１の公称円Ｃ１に対応する断面積Ｓ１と、
発散領域の下流端でのチャンバ軸に対して法線方向の平面Ｐ２内で、チャンバ軸上で中心化される等しい面積及び直径Ｄ２の公称円Ｃ２に対応する断面積Ｓ２と、
出口平面Ｐ３内で、チャンバ軸上で中心化される等しい面積及び直径Ｄ３の公称円Ｃ３に対応する断面積Ｓ３とを有する。
【００１９】
発散領域は、軸方向長Ｌ２を有し、チャンバ軸と、チャンバ軸の両側でＣ１からＣ２に延びる一対の公称直線のいずれかとの間で、チャンバ軸を含む平面内に、発散角Ａｄを定める。
【００２０】
収束領域は、軸方向長Ｌ３を有し、チャンバ軸と、チャンバ軸の両側でＣ２からＣ３に延びる一対の公称直線のいずれかとの間で、チャンバ軸を含む平面内に、収束角Ａｃを定める。
【００２１】
本発明の第１の態様において、空気入口通路は、空気入口開口で入口領域に開口し、チャンバ軸を含む平面内で考えられるときに、空気入口開口で平均空気流路を延ばす直線が、１５°〜４５°の範囲内の衝突角Ａｉでチャンバ軸と交差するように構成される。
【００２２】
チャンバの幾何学的パラメータは、Ｌ１：Ｓ１の比が２．５：１〜６．４：１の範囲内にあり、Ｓ２が２．３・Ｓ１より大きくなく、Ｌ２：Ｌ３の比が０．６：１．４〜１．４：０．６の範囲内にあり、発散角Ａｄが２．５°〜１５°の範囲内にある、ように更に選択される。
【００２３】
理論によって拘束されないが、本発明は、使用中に、シャワーヘッドから放出される水滴が、本明細書では液滴形成の一次モード及び二次モードと呼ぶ２つの別個の機構によって形成されることを認識する。
【００２４】
一次モードは、比較的速い空気流と入口領域に入る比較的遅い水流との間の速度の差によって作動して、流入する水のストリームを、液滴形成チャンバを通じる流れ中に懸濁させられる別個の一次液滴に分割する。完全には理解されていないが、一次モードは、特に、水ストリームの減衰、カオス的な分解、及び空気／水界面における水ストリームの摂動によって形成されるリガメント(靭帯)(ligament)の分離に至る表面摩擦を含む、幾つかの機構によって作動すると考えられる。
【００２５】
二次モードは、薄膜分離(thin  film  detachment)によって作動する。ある割合の一次液滴は、特に収束領域において、チャンバの壁に対する衝突によって空気流から取り除かれ、再結合してチャンバ壁の上に水の膜(フィルム)(film)を形成する。次に、水の膜は、出口又はノズルの下流で分離し、再び同伴されて、チャンバから流出する空気中に懸濁させられる二次液滴を形成する。
【００２６】
チャンバの幾何学的パラメータが記述の範囲内に入るように選択されるとき、液滴形成チャンバは、バランスのとれた一次モード及び二次モードの両方で作動させられて、以下に更に説明するような有利な液滴サイズ分布(droplet  size  distribution)を生成することが見出される。
【００２７】
全身シャワーとして構成されるとき、新規なシャワーヘッドは、好ましくは、少なくとも３つの、より好ましくは、３〜７つのそのような液滴生成器を組み込む。新規なシャワーヘッドは、液滴形成の一次モード及び二次モードを組み合わせて、従来的なシャワーヘッドから送出される実質的により大きな水流量と同等であるとユーザによって知覚される感覚（触覚及び視覚の両方）シャワー体験を提供する。驚くべきことに、新規なチャンバ幾何学的形状は、従来的な通気又は非通気シャワーヘッドよりも小さい平均液滴サイズ及びはるかに小さい液滴の比較的長いテールを備える液滴サイズ分布をもたらすことが試験において見出されるが、潜在的に危険な１０ミクロン未満のサイズ範囲においてはるかにより少数の液滴を生成することが見出される。
【００２８】
本発明の第２の態様において、空気入口は、複数の案内面によって分割されて、複数の空気入口通路を形成し、空気入口通路は、チャンバ軸の周りの回転を実質的に伴わずにチャンバ軸に向かって収束するので、各空気入口通路は、チャンバ軸を含む平面内で空気入口通路を通じて延びる平均空気流路を定める。案内面は、チャンバ軸の周りの渦流(vorticial  flow)を抑制するので、空気は、チャンバ軸Ｙと概ね平行に液滴形成チャンバを通じて流れる。
【００２９】
従来型又は「ウォーター・イン・エア」型のいずれかのシャワーヘッド内の空気と水の混合を助けるために、渦を巻く流れ(swirling  flow)又は渦流を誘発させることが、当技術分野において知られている。しかしながら、従来技術の教示に反して、チャンバ軸の周りの渦流を抑制することによって、液滴形成チャンバは、より良好な液滴サイズ分布をもたらす傾向を有することが見出されている。本発明は理論によって拘束されないが、平行な流れは、一次液滴形成モードと二次液滴形成モードとの間のより良好なバランスをもたらすのに対し、強い渦流は、（液滴再結合及び薄膜分離によって特徴付けられる）二次モードを優勢にさせる傾向を有すると考えられる。
【００３０】
本発明の第２の態様に従った案内面は、液滴サイズ分布を改善するために既知の種類の液滴形成チャンバを有するウォーター・イン・エアシャワーに適用されてよいが、本発明の第１の態様に従った液滴形成チャンバと共に使用される場合に最も有効である。
【００３１】
従って、好ましくは、本発明の第１の態様及び第２の態様の各々は、他方を伴わないで使用されてよいが、本発明の第１の態様及び第２の態様は、最適な性能のために組み合わせられる。そのような組み合わせは、ここで、純粋に一例として、請求項に対する限定を伴わずに、図面を参照して、以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に従った固定的な位置に装着するために設計され、５つの液滴生成器を備える、第１のシャワーヘッドの頂面図である。
【図２】本発明に従った固定的な位置に装着するために設計され、５つの液滴生成器を備える、第１のシャワーヘッドの頂面図である。
【図３】本発明に従った固定的な位置に装着するために設計され、５つの液滴生成器を備える、第１のシャワーヘッドの底面図である。
【図４】本発明に従った固定的な位置に装着するために設計され、５つの液滴生成器を備える、第１のシャワーヘッドの底面図である。
【図５】外側ケーシングが取り外されたＸ１及びＸ２に沿う第１のシャワーヘッドの断面図を示しており、水分配プレートを示している。
【図６】外側ケーシングが取り外されたＸ１及びＸ２に沿う第１のシャワーヘッドの断面図を示しており、水分配プレートの下に位置する空気分配プレートを示すよう水分配プレートが取り外されている。
【図７】水分配プレートの平面図である。
【図８】空気分配プレートの平面図である。
【図９】外側ケーシングを備える第１のシャワーヘッドを示すＸ１及びＸ２に沿う断面図である。
【図１０】外側ケーシングが外された状態の第１のシャワーヘッドを示す側面図である。
【図１１Ａ】液滴形成チャンバの上流端を示すＸ３（図１０）に沿う断面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示す液滴形成チャンバの１つを示す拡大図である。
【図１２Ａ】液滴形成チャンバの下流端を示すＸ４（図１０）に沿う断面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａに示す液滴形成チャンバの１つを示す拡大図である。
【図１３】図９に現れる液滴生成器をより明瞭に示す、チャンバ軸を含む平面Ｘ１に沿う断面図である。
【図１４】液滴形成チャンバの内部形状をより良く例示するために断面が空気及び水案内ベーンの間で取られている点及びチャンバの最も広い点にあるＯリングが省略された僅かに異なる構造が示されている点を除いて、図１３に示すものと同じである、液滴生成器のうちの他の液滴生成器を通じるチャンバ軸を含む平面Ｘ５で取られた断面図である。
【図１５】空気及び水案内ベーン並びに他の詳細がその内部形状をより良く示すために省略された、図１４の空気入口通路及び液滴形成チャンバの内面の拡大簡略図である。
【図１６】平均空気流路及び他の幾何学的パラメータを示す、図１５の液滴形成チャンバに対応する液滴形成チャンバの他の簡略図である。
【図１７Ａ】図１〜図１６の最適な幾何学的形状が太線によって示された、液滴形成チャンバの収束領域及び発散領域の変形幾何学的形状を示している。
【図１７Ｂ】図１〜図１６の最適な幾何学的形状が太線によって示された、液滴形成チャンバの収束領域及び発散領域の変形幾何学的形状を示している。
【図１７Ｃ】図１〜図１６の最適な幾何学的形状が太線によって示された、液滴形成チャンバの収束領域及び発散領域の変形幾何学的形状を示している。
【図１８Ａ】比較試験において使用されるシャワーヘッドの写真であり、手持ち式であるが、他の点では図１〜図１６に示すように空気及び水を供給される５つの液滴生成器を有する第１のシャワーヘッドと同一である、プロトタイプのシャワーヘッドである。シャワーヘッドＡを示している。
【図１８Ｂ】比較試験において使用されるシャワーヘッドの写真であり、従来的な非通気シャワーヘッドである、シャワーヘッドＢを示している。
【図１８Ｃ】比較試験において使用されるシャワーヘッドの写真であり、従来的な通気シャワーヘッドである、シャワーヘッドＣを示している。
【図１９】使用中のシャワーヘッドＡの写真である。
【図２０】シャワーヘッドＡから得られるスプレーの水分配パターンを示している。
【図２１Ａ】試験中にシャワーヘッドＡ（図１８Ａ）から得られた液滴サイズ分布を示している。
【図２１Ｂ】試験中にシャワーヘッドＢ（図１８Ｂ）から得られた液滴サイズ分布を示している。
【図２１Ｃ】試験中にシャワーヘッドＣ（図１８Ｃ）から得られた液滴サイズ分布を示している。
【図２２】シャワーヘッドＡに対応する手持ち式シャワーヘッドを組み込んだシャワー装置を示している。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図面のうちの１つよりも多くの図に現れる参照番号及び文字は、それらの図の各々において同一又は対応する要素を表している。
【００３４】
図面、特に図１〜図１６及び図２２を参照すると、シャワー装置１（図２２）が、（本明細書では空気ポンプ又はブロアと概ね呼ぶ）加圧空気供給手段２と、水供給手段３と、手持ち式シャワーヘッド１０’とを含む。
【００３５】
手持ち式シャワーヘッド１０’は、以下に更に記載する試験において使用されるシャワーヘッドＡと同じである一方で、図１〜図１６に示すような第１のシャワーヘッド１０は、固定的な位置において壁に取り付けられるように構成される。壁に取り付けられる実施形態において、第１のシャワーヘッド１０は、固定的な空気供給ホース又は導管１２と、別個の固定的な水供給ホース又は導管１３とを有する一方で、手持ち式の実施形態では、シャワーヘッド１０’は、ハンドルの端に接続されたる空気供給ホース１２’の内側に延びる水供給ホース１３’と同軸に配置されるフレキシブルホースを含む空気及び水供給導管１２’，１３’を有する。図１〜図１６に示すよう液滴生成器の数、位置及び内部の詳細を含む、全ての他の点において、シャワーヘッド１０及び１０’は同一である。従って、本明細書において、第１のシャワーヘッド１０、手持ち式シャワーヘッド１０’及びシャワーヘッドＡのうちのいずれかへの言及は、他のものへの言及として準用されるべきである。
【００３６】
例示の実施形態において、空気供給導管は、水供給導管よりも比較的小さい直径を有するが、空気供給導管は、実際には、より大きな直径を有してよい。下記のシャワーヘッドＡの試験において、空気導管の直径は、６２ｍｍであった。
【００３７】
第１のシャワーヘッド１０は、５つの同じ液滴生成器１１を含み、各液滴生成器１１は、非対称な先端を備えるノズル２２で終端し、以下に更に説明するように、上方ケーシング１４と、水分配プレート１５と、空気分配プレート１６と、以下に更に記載するように、ノズル２２及び５つの液滴形成チャンバ５０の下方部分を画定する５つの個々のモールディング１８を受け入れる孔を画定する下方ケーシング１７とを含む、相互接続されたプラスチック成形品のセットから組み立てられる。図示の例において、モールディング１４〜１８の各々は、例えば、硬質プラスチック材料から作られる。もちろん、他の材料及び構造が可能である。例えば、代替的に、ノイズを低減させるよう、成形品１８をより柔らかい材料、例えば、エラストマから作ることができる。
【００３８】
空気分配プレート１６は、各液滴形成チャンバ５０の上方部分及び各空気入口４０の下方部分を画定する一方で、水分配プレート１５は、以下に更に記載するように、水入口３０及び空気入口０の上方部分を画定する。水供給管路１３は、水分配プレート１５及び上方ケーシング１４の上方領域との間に形成される空間と連通し、それらは水がそれらの間の空間を通じて水入口３０に分配されるよう、互いに封止的に接続される。
【００３９】
空気供給導管１２は、上方ケーシング１４の外側領域と、水分配プレート１５と、空気分配プレート１６との間に形成される空間と連通し、それらは互いに封止的に接続される。この空間は、５つのプレナムチャンバ１９を画定し、各プレナムチャンバ１９は、液滴形成チャンバ５０のそれぞれ１つを取り囲み、それぞれの空気入口４０、及びプレナムチャンバ１９を空気供給導管１２と接続する空気供給通路２０と連通する。
【００４０】
各液滴形成チャンバの上方部分及び下方部分は、例えば、Ｏリングシール２１によって互いに接続されてよい。図１４、図１５及び図１６は、チャンバの上方部分及び下方部分がＯリングシールなしに接続されていることを除いて、図１〜図１３の構造と同一な僅かに変形した構造を示している。
【００４１】
各液滴生成器１１は、水入口３０と、空気入口４０と、本明細書では単にチャンバとも呼ぶ液滴形成チャンバ５０とを含む。液滴形成チャンバは、流れ方向Ｆに延びるチャンバ軸Ｙを画定し、チャンバ軸Ｙは、流れ方向においてチャンバ軸Ｙに沿う直列配置において、入口領域５１と、入口領域の下流の喉部５２と、喉部の下流の発散領域５３と、発散領域の下流の収束領域５４と、収束領域の下流端５４”にある出口５５とを含む。発散領域５３は、出口でチャンバ軸Ｙに対して法線方向の出口平面Ｐ３の上流でチャンバ軸Ｙを取り囲む、液滴形成チャンバ５０の壁５７の内面５６によって画定される。水入口３０及び空気入口４０は、両方とも入口領域５１内に開口する。空気入口４０は、チャンバ軸Ｙの周りに延在し、平均空気流路４２を画定する少なくとも１つの空気入口通路１を含む。例示の例では、以下に更に説明するように、６つの空気入口通路４１が設けられる。
【００４２】
水入口３０及び空気入口４０は、使用中、空気入口４０から流れる空気が水入口から流れる水に向かって収束して液滴形成チャンバ５０内の空気中に懸濁される水滴を形成するように配置され、出口は、ユーザが浴びることがある液滴４（図２２）のスプレーとしてシャワーヘッドから損なわれずに液滴を供給するように配置される。
【００４３】
好ましくは、シャワーヘッドは、少なくとも３つの、より好ましくは、５〜７つの、最適には、図示のような５つの液滴生成器１１を含み、それらは、それらのそれぞれのスプレーが平行な又は僅かに発散した軌道で或いはシャワーヘッドの平均中心軸Ｚに向かって収束するよう放射されるように構成されてよい（図２２）。各液滴形成チャンバの軸Ｙをシャワーヘッドの平均軸Ｚに向かって僅かに傾けるか或いは個々のスプレーが平均軸Ｚに向かって収束するよう個々のスプレーを一緒に引く傾向を有することがあるコアンダ効果に依存することによって、収束スプレー構成を達成することができる。多数の重なり合う、任意的に収束するスプレーは、液滴形成チャンバ１１のうちの異なる液滴形成チャンバ１１から放射される異なるサイズの液滴を有利に一緒に混ぜ、それらは各スプレー内で分離される傾向を有し、より大きくより重い液滴は、それぞれのチャンバ軸Ｙに向かってより集中させられるので、より均一な液滴サイズ分布がその平均軸Ｚに沿ってシャワーヘッドから放出される複合スプレー内で得られる。
【００４４】
液滴形成チャンバは、喉部５２にある発散領域３の上流端５３’から出口平面Ｐ３までの軸方向長Ｌ１を有する。
【００４５】
喉部５２にあるチャンバ軸Ｙに対して法線方向の平面Ｐ１において、チャンバは、等しい面積（即ち、断面領域Ｓ１の面積と等しい面積）の公称円Ｃ１に対応する断面領域Ｓ１と、平面Ｐ１内に位置し且つチャンバ軸Ｙ上に中心化される直径Ｄ１とを有する。
【００４６】
発散領域５３の下流端５３”にあるチャンバ軸Ｙに対して法線方向の平面Ｐ２において、チャンバは、等しい面積（即ち、断面領域Ｓ２の面積と等しい面積）の公称円Ｃ２に対応する断面領域Ｓ２と、平面Ｐ２内に位置し且つチャンバ軸Ｙ上で中心化される直径Ｄ２とを有する。
【００４７】
出口平面Ｐ３において、チャンバは、等しい面積（即ち、断面領域Ｓ３と等しい面積）の公称円Ｃ３に対応する断面領域Ｓ３と、平面Ｐ３内に位置し且つチャンバ軸上で中心化される直径Ｄ３とを有する。
【００４８】
チャンバ軸Ｙを含む平面、例えば、平面Ｘ１又はＸ５において考えられるとき、そして、図１３〜図１６に示すように、公称円Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の各々は、各平面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって画定される直線内に位置する２つの点を画定することが理解されるであろう。（図示のように）チャンバがその軸Ｙに対して法線方向の円形断面(circular  section)を有する場合、各円は、図１１Ｂ及び図１２Ｂに示すように、その平面でチャンバ壁の内面６に沿って位置するので、各円の直径は、その平面内のチャンバの実際の直径に対応し、それぞれの平面Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３がチャンバ軸Ｙを含む平面内のチャンバ壁の内面５６と交差する点の間に延在する。出口平面にある円Ｃ３は、図１２Ｂにおいて、出口の下流の斜めのノズル先端の可視的な境界の僅か内側に位置し、正反対の位置でノズルの始まりと一致する、点線によって現されていることに留意のこと。
【００４９】
円形断面が好ましいが、チャンバが非円形断面を有することが可能であり、その場合、円形断面Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、円形チャンバの等価断面積(equivalent  section  area)を表す。
【００５０】
発散領域は、軸方向長Ｌ２を有し、チャンバ軸Ｙを含む平面において、チャンバ軸とチャンバ軸Ｙの両側でＣ１からＣ２まで延びる一対の公称直線５６’のいずれかとの間の発散角Ａｄを画定する。
【００５１】
収束領域は、軸方向長Ｌ３を有し、チャンバ軸Ｙを含む平面において、チャンバ軸Ｙとチャンバ軸Ｙの両側でＣ２からＣ３まで延びる一対の公称直線５６”のいずれかとの間の収束角Ａｃを画定する。
【００５２】
例示の例では、チャンバ軸Ｙを含む平面において検討するとき、チャンバ壁は、喉部５２から平面Ｐ２でのチャンバの最も広い点まで並びにＰ２での最も広い点から出口平面Ｐ３まで概ね直線的であり、従って、直線５６’，５６”は、チャンバ壁の内面５６のそれぞれの部分に沿って位置する。例示の容易さのために、図１６において、角度Ａｃ及びＡｄは、チャンバ軸Ｙの一方の側でのみ示されており、チャンバ軸Ｙと平行に位置する基準線５８に対して示されている。
【００５３】
各空気入口通路４１は、空気入口開口４３で入口領域５１内に開口し、チャンバ軸Ｙを含む平面において考えられるときに、空気入口開口で平均空気流路４２を延びる直線４４が１５°〜４５°の範囲内の衝突角Ａｉでチャンバ軸Ｙと交差するように、配置される。
【００５４】
チャンバの幾何学的パラメータは、比Ｌ１：Ｌ２が２：１〜５：１の範囲内にあり、Ｄ２が１．５・Ｄ１より大きくないように、更に選択される。比Ｌ２：Ｌ３は、０．６：１．４〜１．４：０．６の範囲内にある。発散角Ａｄは、２．５°〜１５°の範囲内にある。
【００５５】
試験では、上述の比例的な範囲の各々が、等価な性能をもたらすために他の値範囲に対する調整によって範囲外の幾何学的パラメータを補償することができない外側限界を表す、ことが見出される。
【００５６】
０．６：１．４〜１．４：０．６の範囲内のＬ２：Ｌ３の比は、０．４３：１〜２．３３：１の範囲と等しい。
【００５７】
良好な性能のために、比Ｄ１：Ｄ２は、好ましくは、２．２５：１〜３．７５：１の範囲内にあり、最適には、図示のように、３：１である。
【００５８】
最適な液滴形成のために、比Ｄ１：Ｄ２は、最も好ましくは、図示のように、１：１．１８である。
【００５９】
良好な性能のために、Ｌ２及びＬ３は、好ましくは、比Ｌ２：Ｌ３が０．８５：１である場合に例示される最適例におけるように、等しいか或いは略等しい。
【００６０】
良好な性能のために、衝突角Ａｉは、好ましくは、２５°〜４５°の範囲内にあり、最適には、図示のように約３０°であるが、好ましい範囲の下端付近の値が、非常に良好な性能を生むことがある。試験では、チャンバが１５°未満の衝突角Ａｉを画定するように構成されるときに、流入水は、液滴内に効果的に分割されず(broken)、無傷のジェットとしてチャンバを通過する一方で、４５°を上回る衝突角Ａｉは、流れを別個の液滴に分割(divide)しないカオス的な流れをもたらすことが見出される。
【００６１】
好ましくは、衝突角Ａｉ及び水入口３０から喉部５２までの入口領域５１の長さは、チャンバ軸を含む平面で考えられるときに、空気入口開口で平均空気流路を延びる直線４４が、喉部２に近接するチャンバ軸Ｙと交差する、ように選択される。交差点は、喉部の僅か上流又は僅か下流にあってよい。喉部が３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内の断面積Ｓ１(section  area)を有する場合、この点は、好ましくは、発散領域の上流端５３’の４ｍｍ上流から発散領域の上流端の１．５ｍｍ下流の範囲内に位置する。例示の実施形態において、交差点は、発散領域の上流端５３’の約。４ｍｍ下流にある。
【００６２】
良好な性能のために、発散角Ａｄは、好ましくは、例示の最適な実施形態におけるように、２．５°〜約５°の範囲内にある。試験では、実質的に２．５°よりも小さい発散角Ａｄが、二次モードに対する不均衡な悪影響を伴って一次モードにおける顕著により不十分な液滴形成をもたらす一方で、実質的に５°よりも大きい発散角Ａｄが、スプレー力の減少を伴う効率のより低い操作及び液滴サイズの小さな減少をもたらすことが見出される。
【００６３】
収束角Ａｃは、発散角Ａｄに類似することが好ましい。例示の実施形態において、収束角Ａｃは、発散角Ａｄよりも僅かに小さい３．５°であり、それは、発散領域及び収束領域が図示のように略同じ長さであるときに、出口の断面領域Ｓ３が喉部の断面領域Ｓ１よりも僅かに大きいことを可能にする。収束角Ａｃは、チャンバ壁に対して衝突する液滴の比率に影響し、従って、液滴形成の一次モードと二次モードとの間のバランスに影響を及ぼし、喉部で生成されるノイズが収束領域内のチャンバ壁からチャンバに戻るよう反射される程度も決定する。
【００６４】
水入口３０は、水流入方向Ｆに対して法線方向の（そして、好ましくは、図示のようにチャンバ軸Ｙに対して法線方向の）平面内の最小総断面積Ｓ４を有する水流路を画定し、断面積Ｓ４は、同じ平面内の等面積及び直径Ｄ４の公称円に対応する。好ましくは、図示のように、水入口は、単一の水入口開口３１で入口領域内に開口し、チャンバ軸Ｙは、水入口開口を通じて中心的に延びる。更に好ましくは、図示のように、水入口は円形であり、直径Ｄ４は、水流入開口３１の実際の直径である。
【００６５】
良好な液滴形成のために、比Ｄ４：Ｄ１は、好ましくは、０．２６：１〜０．５４：１であり、図示のように、最適には、０．４：１である。
【００６６】
出口での断面積Ｓ３及び直径Ｄ３は、好ましくは、出口から発せられるスプレー円錐が狭くされないこと及び液滴形成の二次モードが優勢でないことを確実にするために、喉部での断面積Ｓ１及び直径Ｄ１と少なくとも等しい。比Ｄ３：Ｄ１は、好ましくは、０．７５：１〜１．４：１の範囲内にあり、より好ましくは、１：１〜１．４：１であり、最適には、例示の実施形態における１．０：１である。
【００６７】
（全身シャワーとして構成されるとき）好ましくは、シャワーヘッドは、少なくとも３つの液滴生成器１１を含み、Ｓ１は、３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内にあり、最も好ましくは約５０ｍｍ２であり、それは、円形又は略円形の断面について、好ましくは６．５ｍｍ〜１１ｍｍ、最も好ましくは例示の実施形態に示すように約８ｍｍの、喉部での直径Ｄ１と等しい。試験では、約６．５ｍｍ未満の直径Ｄ１が、過度に強力な空気ポンプを必要とする一方で、約１１ｍｍを超えるＤ１の値が、良好な液滴形成には低すぎる最大速度をもたらすことが見出される。
【００６８】
好ましくは、喉部での直径Ｄ１が、６．５ｍｍ〜１１ｍｍの範囲内である場合、出口直径Ｄ３は、６．５ｍｍ〜１２ｍｍの範囲内にあり、更に好ましくは、（空気がプレナムチャンバから入口内に流れ込む）空気入口の上方壁から出口平面Ｐ３までの全長Ｌ６は、約３５ｍｍ〜４５ｍｍの範囲内にあり、最適には、例示の実施形態におけるように約４０ｍｍである。
【００６９】
全長Ｌ６は、空気及び水が加速される全流路を表し、故に、減少させ螺得た長さＬ６は、スプレー出力の減少をもたらす。発散角Ａｄ及び収束角Ａｃを増加させることによって長さの実質的な減少をオフセット（相殺）することができる。しかしながら、それはチャンバの動的効率を減少させ、従って、その性能を損なう。長さＬ６が実質的に増加させられるならば、一次液滴のより大きな割合がチャンバ壁に衝突する傾向を有するので、二次液滴形成モードが優勢になる傾向を有し、その結果、知覚されるスプレー出力の減少を伴うより精細でより冷たいスプレーがもたらされる。
【００７０】
同じ理由により、Ｌ４：Ｄ１の比は、好ましくは、２．５：１〜５．５：１の範囲内にあり、最適には、図示のように４：１である。
【００７１】
長さＬ５は、好ましくは、約３ｍｍ〜１１ｍｍの範囲内にあり、最適には、図示の実施形態のように７．５ｍｍである。水入口が図示のように案内面を含む場合、これはより直線的な水ジェットを有利に確実にし、それはより大きな一次液滴の所望の割合が壁に衝突することなくチャンバを通過するのを確実にするのにも役立ち、従って、液滴形成の一次モードと二次モードとの間のバランスを維持するのを助ける。
【００７２】
収束領域の長さＬ３は、好ましくは、図示のように約１３ｍｍである。少なくともほぼこの長さの収束領域を備えるチャンバは、同じ空気流について、実質的により短い収束領域を備える等価チャンバよりも約１．５ｄＢａだけ静かであり、ユーザによって幾分より強力であると知覚されるスプレーも生成し、それは比較的より弱力の空気ポンプの使用を可能にすることが見出される。比較的に実質的により短い収束領域が使用されるならば、収束角Ａｃを増大させてチャンバ長の減少を補償してよいが、動的効率の減少を伴う。他の条件が同じならば、実質的により短い収束領域は、最適な幾何学的形状の液滴よりも実質的により弱いとユーザによって知覚される、より少ないより大きな液滴を伴うより集中的なスプレーをもたらすことが見出される。
【００７３】
図１７Ａ、図１７Ｂ及び図１７Ｃは、Ｄ１＝８ｍｍの単一の値を基準点として取って、Ｌ１，Ｌ２．Ｌ３，Ｄ１，Ｄ２についての比例的な値、発散角Ａｄ、及び比Ｄ１：Ｄ３についての好ましい範囲の限界で得られるときの、液滴形成チャンバの収束領域及び発散領域の変形幾何学的形状を示している。
【００７４】
明確性のために、図１７Ａ、図１７Ｂ及び図１７Ｃは、Ｌ２：Ｌ３＝１：１、Ｌ２：Ｌ３＝０．６：１．４、及びＬ２：Ｌ３＝１．４：０．６の値についてそれぞれ得られる、変形幾何学的形状を示している。
【００７５】
図１〜図１６の例示の実施形態に示すような最適な幾何学的形状は、チャンバ軸Ｙの両側に太線で示されており、変形幾何学的形状は片側にだけある。図は、円形の横断面を備えるチャンバの壁を例示している一方で、値Ｄ１及びＤ２は、平面Ｐ１及びＰ２でのチャンバの実際の直径に対応する。無効な幾何学的形状に至る値の組み合わせ（例えば、収束領域の断面積は出口に向かって減少しない場合、又はＤ２が図中では重鎖線で現されるＤ２＝１．５・Ｄ１によって定義される包絡線の外側に位置する場合）は示されていない。
【００７６】
一次及び二次液滴形成機構間の所望のバランスをもはや得ることができないチャンバの鍵となる幾何学的パラメータの各々についての限界として広範で反復的な試験の間に確立された、規定された比例的な値の範囲内で、多くの異なる有効な幾何学的形状が可能であることが分かる。チャンバの幾何学的パラメータがそれらの最大限度内で修正されるときに良好な性能を保証するために、太線によって表された最適なケースにより近似する全体形状をもたらし、最適なケースの一次及び二次液滴形成モードのバランスに接近する一次及び二次液滴形成モードのバランスを提供するよう試験中に見出された、好ましい範囲内の値の組み合わせを選択することが好ましい。更に有利には、手持ち式のシャワー装置において、最適な幾何学的形状は、従来的なシャワーハンドセットのアスペクト比と適合する比較的短いチャンバももたらす。
【００７７】
最適な例示の実施形態では、シャワーヘッドＡで試験されたように、比Ｌ２：Ｌ３は、図１７Ａ〜図１７Ｃに「ＩＬＬ」として表される０．８５：１である。パラメータ値は、以下の通りである。
Ｄ１＝８．００ｍｍ
Ｄ２＝９．７５ｍｍ
Ｄ３＝８．２５ｍｍ
Ｄ４＝３ｍｍ
Ｄ５＝４．４ｍｍ
Ｓ５（空気入口の上流端にある環状面積）＝３５１ｍｍ２
Ｌ１＝２４ｍｍ
Ｌ２＝１１ｍｍ
Ｌ３＝１３ｍｍ
Ｌ４＝３２．６ｍｍ
Ｌ５＝７．５ｍｍ
Ｌ６＝４０ｍｍ
Ａｉ＝（約）３０°
Ａｄ＝（約）５°
Ａｃ＝（約）３．５°
【００７８】
この明細書では、平面は、一般的に平坦な平面を意味し、チャンバ領域、通路又は流路は、（流れ方向Ｆに対して横断方向の）その断面積が流れ方向においてそれぞれ漸進的に減少又は増加するならば、「収束」又は「発散」するものとみなされる。
【００７９】
液滴形成チャンバの直列に配置される部分の各部分の内壁面は、チャンバ軸についての回転表面であってよいので、チャンバは、好ましくは、その長さに沿う任意の点で、円形断面を有する。チャンバ軸を含む平面内で考慮されるとき、チャンバの各部分の内壁面は直線的でよく或いは徐々に湾曲してよく、或いはチャンバ断面が滑らかに互いに混ざり合うよう（図示のように）直線部分と湾曲部分とを組み合わせてよい。代替的に、チャンバは、チャンバが流れ方向に対して法線方向に多角形断面を有するよう、その長さの一部又は全部に沿ってファセット化されてよく、或いは、チャンバは、例えば、シャワーヘッドの平均排出軸Ｚに向かってスプレーを導くのに役立つよう、流れ方向に対して法線方向に非円形（例えば、僅かに楕円形又は卵形）断面を有してよい。
【００８０】
シャワーヘッドによって画定される水及び空気入口並びに他の流路は、同様に、湾曲断面又は多角形断面を有してよい。しかしながら、好ましくは、水入口は、チャンバ軸と同軸の（案内面によって水入口開口の上流で中断される）円形横断面を有する。
【００８１】
喉部は、入口領域から発散領域への移行部を画定する。入口領域は、喉部に向かって収束させられることがあるので、喉部は、入口領域と発散領域との間のチャンバ断面積又は直径が最小である発散領域の上流端を印す線によって画定されることがある。収束した入口領域から発散領域への移行部は、滑らかに湾曲させられる。喉部が、移行部でのチャンバ軸に沿う最小断面積又は直径の点で画定される。代替的に、喉部は、チャンバ軸に沿って短い距離に亘って延び、発散領域の始まりで終わる、チャンバの平行な側面領域を画定することがある。
【００８２】
入口領域を画定するチャンバの壁面は、それが喉部でチャンバ軸に向かって一定の（又は絶えず変化する）速度で収束するよう、直線的であるか或いは滑らかに湾曲してよく、代替的に、入口領域の長さに沿って１以上（１つ又はそれよりも多く）の湾曲した又は傾斜した移行部を画定してよい。
【００８３】
好ましくは、発散領域及び収束領域のそれぞれを画定するチャンバの壁面も、その長さの少なくとも大部分に沿ってチャンバ軸に対して一定の角度（又は連続的に僅かに変化する接線角度）を画定するために、図示のように直線的であるか或いは滑らかに湾曲するが、それは同様に（特にそれが隣接領域に移行する場合には）その長さに沿って１以上の湾曲した又は傾斜した移行部を含んでよい。
【００８４】
好ましくは、発散領域の下流端は、収束領域の上流端に配置されるので、それらの間に平行領域はないが、例えば、図１〜図１３に示す構造中に例示するようなＯリングシール２１を収容するために、短い平行領域が設けられてよく、そこで、シールは、各チャンバの最も広い点で、チャンバの上方部分及び下方部分を形成する２つの別個のプラスチック成形品を互いに接続する。２つの領域の間の滑らかに湾曲した移行部は上手く働くことが見出される。
【００８５】
出口５５は、最もコンパクトな構成であるシャワーヘッドの外面に配置されてよいが、更なる構成要素が、例えば、短いフレア型の鍔（カラー）、又は例示の実施形態に示すように、スプレーが放射される非対称ノズル２２の様式において、出口から下流に延びることが可能である。任意的に、出口又は下流ノズルは、更に視覚的にスプレーを画定する小さな二次的な液滴の装飾パターンを提供するように、断続的な縁 (マージン)
(margin)を有してよい。
【００８６】
収束領域５４は、例示の実施形態のように、液滴形成チャンバ５０の固定的な部分として構成されてよく、或いは、代替的に（全体的に又は部分的に）調整可能なノズルとして構成されてよく、それは、シャワーヘッドからの複合スプレーの形状を変更するために、各チャンバ０からのジェットの角度が幾分変更されることを可能にする。（そのような調整を提供する別の方法は、収束領域がそのチャンバの他の構成要素に対して固定されるように、チャンバ全体又は液滴生成器全体がシャワーヘッド内で角度的に調整可能であることである）。
【００８７】
チャンバ軸Ｙは、収束領域（又は収束領域の一部）がチャンバの固定的な部分として構成される場合には、液滴形成チャンバの入口領域、喉部、発散領域及び収束領域（又は収束領域の固定的な部分）の平均中心軸として、或いは、収束領域がその軸に対して角度的に調整可能なノズルとして構成される場合には、チャンバの入口領域、喉部及び発散領域の平均中心軸として、画定される。好ましくは、図示のように、チャンバ軸Ｙは、入口領域５１から出口５まで直線において延び、入口領域、喉部、発散領域及び収束領域の各々を中心的に通過する。
【００８８】
収束領域５４は、出口でチャンバ軸に対して法線方向の出口平面Ｐ３の上流でチャンバ軸Ｙを取り囲むチャンバの壁の内面５６によって画定される。
【００８９】
液滴形成チャンバを画定する壁面５６は、好ましくは、チャンバ軸Ｙの周りに湾曲し、最も好ましくは、図示のように、チャンバ軸Ｙの周りの回転の表面である。この場合、そして、収束領域５４がチャンバの固定的な部分によって形成される場合、出口平面Ｐ３の上流のチャンバは、円形断面を有し、よって、出口５５も図示のように円形である。
【００９０】
例示の実施形態では、固定ノズル２２が、各出口の下流に設けられている。ノズルは非対称であり、シャワーヘッド上に残る水がノズルの先端から滴下することを確実にするようシャワーヘッドを固定する角度に従って配置される。これは、水滴が使用後に逆流してシャワーヘッドケーシングから蒸発しないことを確実にすることによって、湯垢(limescale)汚れを防止するのに役立つ。非対称ノズルを固定的な又は手持ち式のシャワーヘッド内に配置して、各チャンバから発せられるスプレーの方向に影響を与えてもよい。
【００９１】
図１３〜図１６に示すように、出口平面Ｐ３は、チャンバ壁が軸方向において最も短い点、即ち、チャンバ壁がチャンバ軸を取り囲むよう全回転に亘って延びるのを終了する点に画定される。
【００９２】
代替的に、収束領域がチャンバ軸の周りで旋回する(swivel)ことができる調整可能なノズル（図示せず）を含むか或いはそれから成るならば、出口平面Ｐ３の固定的な位置並びに出口におけるチャンバの断面積Ｓ３及び直径Ｄ３を含む、液滴形成チャンバの調整可能な部分の幾何学的パラメータは、チャンバ軸Ｙがノズル内で可能な限り中央付近を通過するようノズルが調整されるときに画定される。
【００９３】
（空気入口及び水入口）
空気入口４０は、チャンバ軸Ｙの方向において見られるときに（図１１Ｂ）、水入口３０を実質的に取り囲むようチャンバ軸Ｙの周りに延在する。換言すると、空気入口は、チャンバ軸及び水入口の周りの経路の少なくとも大部分で延在する。最も好ましくは、空気入口は、チャンバ軸及び水入口の周りの３６０°の全回転に亘って延在する連続的な環状開口４３を画定し、或いは、案内面４５が図示のように設けられる場合、空気入口は、案内面の下流に延びて、前記連続的な環状開口を画定する。これは、最小の乱流を伴う通常のサイズの液滴を形成するよう、各空気入口通路を出る気流が合体して、水入口を出る水のストリームに均一に衝突する均一な環状の流れを形成することを可能にする。
【００９４】
好ましくは、水入口は、単一の水入口開口３１（即ち、１つよりも多くない水入口開口）を介して入口領域内に開口して、チャンバ軸Yに沿って液滴形成チャンバ内に水を軸方向中心に排出する。これは液滴形成のための最適な構成であることが見出され、硬水領域において特に有利であることも見出される。何故ならば、それは（従来的なシャワー散水口の個々のピンホールサイズの出口よりもはるかに大きい）水入口開口内の湯垢形成の効果を最小に抑えるからである。好ましさは下回るが、それは収束空気流内でチャンバ軸の周りで水を排出するように構成されることができる。
【００９５】
使用中、収束空気流が水の排出ストリームに衝突する点の上流の水入口開口の例示の位置は、中立圧力(neutral  pressure)のゾーンであるので、空気流は殆ど又は全く正圧又は負圧を加えず、水は水入口から自由に流れることができる。
【００９６】
水入口開口を、シャワーヘッドの他の部分と一体的に、例示の実施形態におけるように硬質プラスチック材料から、或いは例えば共成形によって弾性材料から形成して、湯垢形成の効果を更に減少させることができる。
【００９７】
好ましくは、各液滴生成器１１は、空気入口に空気を供給するための個々のプレナムチャンバ１９と、空気供給ホース又は導管からの空気をプレナムチャンバに供給するための１以上の空気供給通路２０とを備える。好ましくは、図示のように、プレナムチャンバは、空気入口４０よりも大きい、任意的に空気供給通路よりも大きい、（空気流方向に対して横断方向に、故に、例示の実施形態において環状領域として画定される）断面積を有するので、使用中、空気流速は、空気入口内よりも、任意的に空気供給通路内よりも、プレナムチャンバ内でより低い。
【００９８】
更に有利には、各プレナムチャンバ１９は、チャンバ軸Ｙの周りに延在することがあるので、空気流は、図示のように、空気入口４０に向かって概ね径方向内向きであり、それは、好ましくは、図示のように、プレナムチャンバから入口領域５１に向かって漸進的に減少する断面積を伴って径方向内向きに通じる。液滴形成チャンバ５０は、非常にコンパクトな構成を与えるよう、図示のように、プレナムチャンバ１９の内側に径方向に（全体又は部分的に）配置されてよい。プレナムチャンバ内の低い流速は、空気流が空気供給導管１２と空気入口４０との間で方向を変えるときに流れ抵抗を最小限に抑え、チャンバ軸の周りの空気入口４０の全ての点で等しい圧力で空気流を分配する。総合的な流れ抵抗の減少は、ブロアのサイズを最小限に抑えることも可能にする。
【００９９】
空気入口通路４１又は各空気入口通路４１は、空気流方向に対して横方向の空気入口の断面領域内に延在する仮想表面と考えることができる空気入口開口４３で入口領域内に開口する。例示の実施形態において、空気入口開口４３は、チャンバ軸Ｙの周りで回転表面を形成する。
【０１００】
平均空気流路４２は、それぞれの空気入口通路又は各々のそれぞれの空気入口通路を通じる空気流の平均経路であり、チャンバ軸Ｙを含む平面で考えるとき、図１６に示すように、空気入口通路の対向壁の間の中間の線によって近似されてよい。
【０１０１】
チャンバ軸Ｙ及び平均空気流路を含む平面内で考えられるとき、空気入口の壁がプレナムチャンバから入口領域までの空気入口の長さに沿って平行であるか或いは収束する場合、空気入口開口（参照番号、図１６）は、空気入口を画定する壁が空気流方向に発散し始める空気入口と入口領域との間の境界における平均空気流路に対して法線方向の線として図示のように画定されてよい。代替的に、（同じ平面内にあると考えられる）空気入口の壁が、空気入口の長さに沿って幾分発散することが可能であり、その場合、空気入口開口は、空気入口を画定する壁の発散率が著しく増加するその点で、空気入口と入口領域との間の境界における平均空気流路に対して法線方向の線として前記平面内に画定される。当然のことながら、いずれの場合においても、空気入口がチャンバ軸を実質的に取り囲む場合、その総断面積は、入口領域に向かって減少し（即ち、空気入口は収束し）、その場合、空気入口開口４３は、空気入口４０が平均空気流路に対して法線方向にその最小断面積を有する平均空気流路４２上の点で図示のように画定される。
【０１０２】
好ましくは、空気入口４０は、プレナムチャンバ１９から入口領域５１への流れ方向において収束し、断面積の収束又は漸進的な減少は、チャンバ軸を含む平面内で考えられるときのその２つの壁の平行の程度又はその他の程度よりもむしろ、主として空気入口の径方向内向きの方向に起因する。
【０１０３】
好ましくは、空気入口４０がプレナムチャンバ１９内に開口するその上流端における空気入口４０の断面積（Ｓ５，Ｄ５）は、空気入口が入口領域５１内に開口する空気入口開口又は複数の空気入口４３におけるその断面積よりも数倍大きい。例示の実施形態において、空気入口の上流端の断面積Ｓ５は、約１５０ｍｍ２である一方で、喉部における断面積Ｓ１は、約５０ｍｍ２であり、約７：１の比Ｓ５：Ｓ１をもたらす。空気入口曲線は、プレナムチャンバから空気入口開口まで少なくとも４５°の角度を通じて空気流を回転させるように滑らかに漸進的に曲がる一方で、喉部で最小に達する断面積を備える入口領域に向かって漸進的に滑らかに収束することが分かる。空気入口通路４１の長さに沿って少なくとも４５°を通じて平均空気流路４２を回転させることによって、概ね従来的なアスペクト比のシャワーヘッド内にパッケージングすることができる一方で、典型的には喉部で約１５ｍ／ｓ（毎秒メートル）〜４０ｍ／ｓの一次液滴形成に必要とされる速度まで空気を加速することができる、非常にコンパクトな構成が得られる。
【０１０４】
空気入口及び入口領域は、径方向に折り畳まれたベンチュリの収束領域を共に画定し、喉部及び発散領域は、ベンチュリの喉部及び発散領域をそれぞれ形成し、それらは、空気流速がプレナムチャンバ内の最小値から喉部５２内の最大まで漸進的に増加し、次に、収束領域54を通じて出口55に向かってもう一度漸進的に増加する前に、発散領域53の長さに沿って漸進的に減少するように配置されてよいことが理解されよう。しかしながら、喉部５２の上流に水入口４０を配置し、チャンバ50の幾何学的形状を上述の比例値に適合するように構成することによって、チャンバ内の流速の微妙で驚くほど小さな変化で、改良された液滴サイズ分布を伴う最適な液滴形成が得られることが分かる。チャンバ50がその直径と比べて比較的短い場合でさえ、これは、従来技術の液滴形成チャンバと比較する場合に、液滴形成チャンバの長さに沿う断面積の比較的微妙で漸進的な変化によって得られ、図１３〜図１６に最良に見られるような特徴的な全体形状をもたらす。更に有利には、喉部における速度の比較的緩やかな増加も、より速い流速よりも比較的少ないノイズを生成する。
【０１０５】
（入口案内面）
空気入口４０が概ね環状であり、チャンバ軸Ｙに向かって並びにチャンバ軸Ｙに沿って収束する場合、空気流はチャンバ軸の周りで回転して、空気流が収束空気入口４０を通じて加速して喉部５２で最大速度に達するときに渦を形成する傾向があることが分かる。これは特に収束領域５４内で、より大きな液滴をチャンバの壁５７に衝突させ、よって、空気流からより大きな液滴を取り除かせる。類似の問題は、水入口３０が図示のように水入口開口３１に向かって内向きに収束するので、水のストリームが回転する故に、水のストリームが水入口から出た後にチャンバの壁５７に向かって移動する傾向がある場合に見出される。
【０１０６】
空気がチャンバに流入するときに空気が渦を形成するのを防止するために、空気入口４０は、例示の実施形態では、図示のような固定的な径方向のベーン４６(vanes)の側面によって画定される、複数の案内面４５によって分割されて、複数の空気入口通路４１を形成する。空気入口通路４１は、チャンバ軸の周りの回転を実質的に伴わずにチャンバ軸Yに向かって収束するので、各空気入口通路４１は、チャンバ軸Ｙを含む平面内で空気入口通路４１を通じて延在する平均空気流路４２を画定する。
【０１０７】
有利には、図示のように、水入口３０は、例示の実施形態では固定的なベーン３３によって画定される、複数の案内面３２によって分割されて、複数の水入口通路３４を形成し、水入口通路３４の各々は、チャンバ軸Ｙの周りの回転を実質的に伴わずに、水入口が入口領域５１内に開口する水入口開口３１に向かって延びる。
【０１０８】
空気及び水入口案内面４５，３２は、それぞれの入口を通じて流れる空気又は水を径方向及び軸方向に流れるように拘束し、円周方向、即ち、チャンバ軸Ｙの周りの回転における流れを防止するので、空気又は水は、渦巻き又は回転のない、概ね層流の、直線的な又は収束する流れとして、入口領域５１に入る。これは液滴形成チャンバ５０の内側で傾斜した一次液滴サイズ分布(graded  primary  droplet  size  distribution)の形成を助けることが見出され、液滴形成チャンバ内で、より大きな一次液滴は、チャンバ軸Ｙの付近に留まる傾向を有する一方で、より小さな一次液滴は、チャンバの周辺に向かって集中する。従って、最小の一次液滴は、それらが収束領域５４の壁に対して衝突するときに流れから取り除かれて、出口又はノズルの周辺で分離されて二次液滴(secondary  droplets)を形成する膜(film)を形成する傾向を有し、二次液滴は、液滴サイズ分布のより小さい直径のテール(tail)に寄与し、スプレーの境界を視覚的に画定する。
【０１０９】
空気入口案内面４５は、空気入口４０を完全に分離した空気入口通路４１に分割するので、各空気入口通路の案内面４５は、各空気入口通路を取り囲むそれぞれの壁又は壁の部分を形成することがある。代替的に、案内面は、空気入口内の途中までだけ延びることがあるので、案内面のうちの隣接する案内面の間に画定される空気入口の通路又は部分は、それらの上流端と下流端との間で流体的に互いに接続される。この場合、案内面は、空気がチャンバ軸の周りの回転において案内面を横断して流れることを実質的に防止するために、空気入口40の対向する壁の間で十分な距離に亘って延在するように配置される。
【０１１０】
同様に、水入口案内面３２は、水入口を複数の完全に分離した水入口通路に分割するように配置されてよく、或いは、代替的に、案内面のうちの隣接する案内面の間に画定される水入口の通路又は部分がそれらの上流端と下流端との間で流体的に互いに連結されるように、水入口内の途中までだけ延びてよい。再び、この場合、案内面は、水がチャンバ軸Ｙの周りの回転において案内面を横断して流れることを実質的に防止するために、水入口の対向する表面の間で十分な距離に亘って延在するように配置される。
【０１１１】
（空気及び水流量）
シャワーヘッドが少なくとも３つの液滴生成器を含み、各液滴形成チャンバ５０の喉部が３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内の断面積Ｓ１を有する場合、各液滴生成器は、好ましくは約０．７ｌ／ｍ（毎分リットル）から２．０ｌ／ｍの流量で水を供給される。例えば、３〜７個の液滴生成器を備えるシャワーヘッドは、約３〜６ｉ／ｍの総流量で水を供給されることがある一方で、５〜１０個の液滴生成器を備えるシャワーヘッドは、約６〜１０ｌ／ｍの総流量の水を供給されることがある。
【０１１２】
衝突角Ａｉは、一次液滴形成機構と二次液滴形成機構との間のバランスを維持するのに特に重要であることが分かる。しかしながら、空気と水の比率も有意である。試験では、他の条件が同じ場合、空気：水の比が低すぎるならば、一次液滴形成モードが優勢になり、ユーザによって弱い又は不十分と知覚される狭いスプレー円錐をもたらす傾向を有することが見出される。逆に、空気：水の比が高すぎるならば、第２のモードが優勢になり、同様に不十分なシャワー体験を提供するより精細なより冷たいスプレーをもたらす傾向を有する。
【０１１３】
有利には、少なくとも３つの液滴生成器を含むシャワーヘッドについて、各液滴形成チャンバ５０の喉部は、３３ｍｍ２〜９５ｍｍ２の範囲内の断面積Ｓ１を有し、空気及び水供給手段は、シャワーヘッドが３ｌ／ｍ〜９ｌ／ｍの総水流量で水を供給されるときの空気供給圧力で、約３０：１〜約１２５：１の空気：水の容積比で、液滴形成チャンバに加圧空気及び水を供給するように構成されてよい。
【０１１４】
図示の最適な例では、液滴チャンバ当たりのポンプ圧力での１．５ｌ／ｍ（毎秒リットル）の空気流速及び喉部での約３０ｍ／ｓ（毎秒メートル）の速度が良好に機能して、第２モードにおいて液滴を形成する容積によって水の約３０％をもたらし、一次液滴としてシャワーヘッドから発せられる容積によって水の７０％をもたらすことが見出される。
【０１１５】
空気供給手段は、例えば、約２〜５ｋＰａ及び２００〜５００ｌ／ｍの圧力及び流量で空気を送ることがある。
【０１１６】
空気及び水供給手段は、調整可能な空気及び水の流量をもたらし、水流量の増加を伴う水に対する空気の比を減少させるように構成されることがあるので、比例的に増加する空気流量は、より低い水量を補償して、一定範囲の水流量に亘ってより一貫したシャワー体験を提供する。空気及び水供給手段がシャワーヘッドに全空気流量Ａで空気を供給するように構成され、シャワーヘッドが数ｎの前記液滴生成器を含み、ここで、ｎ≧３である場合、各液滴生成器は、好ましくは、（（１／ｎ）Ａ）±２０％の容積流量で空気を供給される。これは均一なスプレーパターンを提供することが見出される。
【０１１７】
表１及び表２は、シャワーヘッドＡが４ｌ／ｓ（毎秒リットル）〜９ｌ／ｍの可変流量で空気を供給する可変速空気ポンプ及び５つの混合チャンバのそれぞれについて１ｌ／ｍ（毎分リットル）に対応する５ｌ／ｍの総流量に設定された水供給源に接続されたときの、シャワーヘッドＡの５つの液滴形成チャンバのうちの１つにおける、Ｓ１、Ｓ２及びＳ３の各々で測定された圧力、速度及び流量を含む、水及び空気流パラメータを示している。速度は、ｍ／ｓ（毎秒メートル）で表されている。「最適」ポンプ速度は、５ｌ／ｍの水流量でこの空気ポンプを用いた実際の用途のための典型的な速度であると考えられた。最大（マックス）ポンプ速度は、ポンプの能力によって制限された。液滴形成チャンバの測定された寸法は、表に示されている。
【０１１８】
表３は、表１及び表２から導かれた容積水流(water  flow  by  volume)に対するポンプ圧力における容積空気流(air  flow  by  volume)の比を示している。
【０１１９】
【表１】
2019532687.tif 000003
【０１２０】
【表２】
2019532687.tif 000004
【０１２１】
【表３】
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【０１２２】
表４は、表１〜３の実験的構成に対応するがより低い圧力の空気ポンプを使用する実験的構成におけるシャワーヘッドＡで実施された更なる実験の結果を示している。シャワーヘッドは、表１〜３の実験において使用された低い速さ及び最適な速さで得られた流速の間に入る、幾分より低い流量で空気を供給したときに満足のいくスプレーパターンをもたらすことが見出された。表は、ある範囲の水流量の各々についての容積水流に対するポンプ圧力での容積空気流の比の最適な比であると考えられたものを示している。
【０１２３】
【表４】
2019532687.tif 000006
【０１２４】
表１〜４に要約された試験から得られた結果は、新規なシャワーヘッドを操作して、より高い水流量での３５：１未満から、より低い水流量についての１００：１を実質的に超えるものまでの、容積水流に対するポンプ圧力での容積空気流の比を伴う最適な結果をもたらすことができることを示す。（結果は示していない）更なる実験は、満足のいく性能が、表４に示すものよりも低い比で得られることがあり、例えば、３ｌ／ｍの低い水流量についての１２５：１以上の高い比でも得られることがあることを示す。しかしながら、表４に示すように、比較的経済的でパワーの少ない空気ポンプを使用してより低い比を得ることができながら、最適な性能をもたらすことができ、よって、好ましい。
【０１２５】
表４の試験において、空気流量は水流量と共に増加したが、比較的より低い速度で増大したので、空気：水の比は、水流量の増加と共に漸進的に減少したことに留意のこと。この制御方法論は、より低い水流量にある間に、空気ポンプが（その最大出力仕様(maximum  output  specification)を減少させる）より狭いパワーバンド(power  band)内で作動させられることを有利に可能にし、比較的より多量の空気流の運動エネルギは、スプレーによって送出される総運動エネルギにより比例して寄与し、それにより、ユーザは空気と水の結合力(combined  force)をより高い水流設定にほぼ等しく理解することができる。
【０１２６】
このように作動させられるときの新規なシャワーヘッドの触覚効果は、シャワーヘッドＢからの等価水流量として表される５ｌ／ｍ（毎分リットル）の水流量に設定されるときに、各ユーザがシャワーヘッドＡからのスプレーをどのように体験したかを示す、下記の表１１に示す試験ユーザデータから理解されることができる。
【０１２７】
（液滴サイズ分布）
図２１Ａ、図２１Ｂ及び図２１Ｃは、それぞれ、シャワーヘッドＡ、シャワーヘッドＢ及びシャワーヘッドＣからの試験中に得られた測定された液滴サイズ分布を示している。表５、表７及び表９が、結果の統計的な解析を示している一方で、表６、表８及び表１０は、最小の液滴の測定された液滴サイズ分布を示している。
【０１２８】
シャワーヘッドＢ及びシャワーヘッドＣは、概ね従来的な設計の商業的に入手可能な市販品であった。各シャワーヘッドは、複数の孔を備える散水口からなる。シャワーヘッドＢにおいて、孔はピンホールサイズとされ、空気の混入を伴わずに水を細いジェットに分割した。シャワーヘッドＣは、通気(aerate)又は「発泡(foaming)」型のものであり、受動アスピレータ(aspirator)又はエダクタ(educator)を含み、それにより、周囲空気がベンチュリ効果によって水流に引き込まれ、連続水相内の複数の気泡として散水口の孔から発せられる。
【０１２９】
０．１μｍ〜２５００μｍのエアロゾルサイズを測定することができる３００ｍｍレンズを備えるMalvern  Spraytec  （RTM）デバイスを用いたレーザ回折によって測定を行った。この技法は、スプレーがレーザービームを通過するときにスプレーから散乱される光の角度強度を測定する。次に、適切な光学モデルを用いて記録された散乱パターンを分析して、サイズ分布をもたらす。
【０１３０】
シャワーヘッドを測定ゾーンから２５ｃｍの距離に設置し、スプレーの中央（流れの最も広い部分）を横断するようにレーザービームを配置して、液滴サイズ分布の最良の表現を得た。使用中の各シャワーヘッドの典型的な流量に対応する、シャワーヘッドＢについての約１０ｌ／ｍ（毎分リットル）、シャワーヘッドＣについての８ｌ／ｍ、シャワーヘッドＡについての５ｌ／ｍに、水流を固定した。シャワーヘッドＡは、その最大の流れの２／３に設定された空気ポンプから空気を供給された。
【０１３１】
試験手順は、以下のパラメータに基づいて、スプレーボトルからの水スプレーを測定するための装置製造業者の標準操作手順書に対応した。
粒子屈折率＝１．３３（水）
分散屈折率＝１．００（空気）
粒子密度＝１．００（ｇｍ／ｃｃ）（水）
最小サイズ＝０．１０（μｍ）
最大サイズ＝２５００．００（μｍ）
複数散乱＝オン
【０１３２】
システムによって毎秒１回測定を実行した。各試験について少なくとも１５回の測定を実施して、水流の代表像(representative  picture)を確実にした。システムによって以下の派生パラメータを計算した。
透過率（％）＝透過光強度(transmitted  light  intensity)
Ｄｖ（１０）（μｍ），Ｄｖ（５０）（μｍ），Ｄｖ（９０）（μｍ）：１０％、５０％及び９０％の累積容積百分率(cumulative  volume  percentage)
Ｄ［４，３］（μｍ）：質量モーメント平均直径(mass  moment  mean diameter)
Ｄ［３，２］（μｍ）：ソーター平均直径(Sauter  mean  diameter)＝
（外１）
2019532687.tif 000007
Ｃｖ（ＰＰＭ）：容積濃度（百万分率）
ＧＳＤ（μｍ）：幾何学的標準偏差(geometric  standard  deviation)
％＜１μ（％）、％＜５μ（％）、％＜１０μ（％）、％＜２０μ（％）：直径＜１、５、１０及び２０μｍを備える液滴の容積百分率
【０１３３】
驚くべきことに、二次液滴形成機構は、従来的なシャワーヘッドでは危険な１０ミクロン未満のサイズ範囲の液滴をもたらすことが知られている薄膜分解(thin  film  disintegration)によって作用するが、新規なシャワーヘッドは、シャワーヘッドＣの液滴の１／１６及びシャワーヘッドＢの液滴の１／６であるに過ぎない１０ミクロン未満のサイズ範囲内の液滴の容積百分率、及び５ミクロン未満のサイズ範囲内の液滴のゼロ容積百分率（１０分の５(5  decimals)まで）をもたらすことが見出された。総水流量はシャワーヘッド１及び２についてよりも実質的に低いので、これは、従来的なシャワーヘッドと比較されるときに、比例的により一層低い数の危険なサイズ範囲内の液滴を表す。
【０１３４】
【表５】
2019532687.tif 000008
【０１３５】
【表６】
2019532687.tif 000009
【０１３６】
【表７】
2019532687.tif 000010
【０１３７】
【表８】
2019532687.tif 000011
【０１３８】
【表９】
2019532687.tif 000012
【０１３９】
【表１０】
2019532687.tif 000013
【０１４０】
使用中、第１のシャワーヘッドに供給される水の約３０％を空気流から取り除いて二次液滴を形成してよく、残余の７０％は一次液滴として液滴形成チャンバから移動する。容積で一次液滴：二次液滴の比を約２５％：７５％から約３５％：６５％に調整するよう、チャンバ幾何学的形状を好ましい値の範囲内に維持してよいが、水の５０％又はそれよりも多くが二次液滴に変換されるように液滴形成チャンバを構成することが可能である。
【０１４１】
驚くべきことに、二次液滴は、チャンバから流れる空気中に巻き込まれたより大きな一次液滴よりも小さいが、試験結果は、新規なシャワーヘッドが、危険なサイズ範囲内にある無視できる割合の液滴を生成することを示す。有利には、より小さい二次液滴が出口及びノズルの縁で生成されるので、それらはノズルから出る膨張した空気の本体の外縁(outer  margin)で同伴されるので、それらはスプレーの外側境界に可視的な定義を提供する。
【０１４２】
最大の一次液滴は、最大の慣性を有し、チャンバ軸に最も近接して留まる傾向を有するので、チャンバ内で形成されるより小さな一次液滴は、収束領域の壁との接触によって優先的に取り除かれると考えられる。液滴形成の一次モードは、一般的に所望の範囲内の液滴サイズ分布をもたらす傾向を有するように思われるが、従って、収束領域は、より大きな一次液滴がチャンバ出口から損なわれることなく通過することを可能にしながら、危険なサイズ範囲内のあらゆる一次液滴を除去するのを助けると考えられる。
【０１４３】
よって、組み合わせにおいて、発散領域及び収束領域は、（特に水柱減衰及び表面摩擦によって作用する）一次液滴形成機構と、それに続く二次液滴形成機構（収束壁に沿って流れる水膜の分離）とを備える、液滴サイズフィルタとして作用し、それによって、最小液滴が取り除かれ、再結合され、次に、視覚的にスプレーを画定するのに役立つ危険なサイズ範囲を超える小さな液滴に再形成される。
【０１４４】
所望の液滴サイズ分布を形成するために、空気ストリームが喉部でその最大速度に達する前に水入口から流れる水のストリームを減衰させ始めるよう、水を喉部の上流で液滴形成チャンバの入口領域内に入れる水入口を配置することが重要であることが見出される。
【０１４５】
水消費を最小限まで減少させることにおける１つの挑戦は、従来的なシャワーと同等のサイズの標的領域に亘って少量の水を分配しながら、どのように十分な運動エネルギ及び熱エネルギをスプレー内に供給するかである。試験では、新規なチャンバ幾何学的形状を組み込んだシャワーヘッドＡが、従来的なシャワーヘッドの液滴サイズ分布に対して、ピーク液滴サイズが容積百分率で僅かに減少させられ、僅かにより小さ液滴サイズにシフトさせられ、（容積で５０％にある）平均液滴サイズがピーク液滴サイズより下にシフトさせられて、液滴サイズ範囲のより小さい端で拡張したテールを生成する、液滴サイズ分布を生成することによって、この問題を克服することが見出される。
【０１４６】
容積による水スプレーの大部分は、従来的なシャワーヘッドの液滴よりも平均的に幾分小さい液滴からなり、減少させられた水容積が標的領域に亘って３以上の液滴形成チャンバから均一に分配されることを可能にする、より細かいスプレーを提供する。
【０１４７】
分布のテールにおける液滴の小さいサイズは、同等の容積を有するが専らこの小さいサイズ範囲内の液滴からなるスプレーにおいて、許容可能な触覚シャワー体験を提供するのに十分な運動エネルギ及び熱エネルギを送ることが予想されるものよりも下である。それにも拘わらず、容積によるスプレーの大部分を形成するより大きな液滴と混合されるとき、これらのより小さな液滴は、より大きな液滴によって生成されるものと区別できない触感をもたらし、組み合わされた感覚効果は、恰もより大きな液滴によって生成される感覚が標的領域全体に亘って均一に広がったかのようである。
【０１４８】
分布のテールを形成する小さい液滴は、各液滴生成器からのスプレーの縁に集中させられるが、複数の液滴生成器からの重なり合うスプレーは、有利には、液滴サイズを再混合して、シャワーヘッドからの複合スプレーを通じて均一な液滴サイズ分布を提供する。
【０１４９】
図１９は、シャワーヘッドＡが、５ｌ／ｍの低い水流量でさえ視覚的に明確に画定されたスプレーをどのように生成するかを示しており、図２０は、シャワーヘッドが平坦な平面より上の２５０ｍｍの距離で水平に配置されたときのスプレー分布パターンを決定するためにシャワーヘッドＡで実施した試験の結果を示している。平面はスプレーの平均中心軸上で中心化された環状領域に分割され、各領域はｍｍ単位のその直径で特定され、各環状領域に衝突するスプレーの割合は百分率で示されている。多数の液滴生成器の配置は、試験平面上で均一な水の分布をもたらしたことが分かる。
【０１５０】
使用中、各液滴生成器は、約１５°〜３０°、最適には約２５°の円錐角度でスプレーを生成する一方で、５つの液滴生成器によって生成された複合スプレーは、約１０°の結合円錐角度でシャワーヘッドから出ることが分かる。
【０１５１】
（主観的ユーザ試験データ）
液滴形成の一次モード及び二次モードを均衡させることによって、第１のシャワーヘッドは、試験では驚くほど高い水流量で作動する従来的な非通気シャワーヘッドのシャワー体験と同等であることが見出されるシャワー体験をもたらす、液滴サイズ分布を達成することができることが見出される。
【０１５２】
表１１は、従来的なシャワーヘッドＢの同じユーザに対する対応する効果を参照して、シャワーヘッドＡの体験的効果を定量化するために、２０名の参加者（男性学生１５名及び女性学生５名）を参加させる独立した実験的試行の結果を示している。
【０１５３】
【表１１】
2019532687.tif 000014
【０１５４】
シャワーヘッドＡ及びシャワーヘッドＢは、水容器より上の都合のよい高さで支持された。試験は室温で実施され、水は約３８℃まで加熱した。各試験前に水温を確認した。
【０１５５】
シャワーヘッドＡは、その最大流量の２／３で設定された空気ポンプからの空気及び５ｌ／ｍ（毎分リットル）の総水流量の水が供給されて、図２１Ａ〜図２１Ｃの液滴サイズ分布試験のために使用されたのと同じ流れパラメータで作動させられた。シャワーヘッドＢには、可変流量で水が供給された。各被験者は、シャワーヘッドＡによって生成されたスプレー内に片手を置き、次に、中間の流量に設定されたシャワーヘッドＢによって生成されたスプレー内に片手を置くように頼まれた。試験ユーザは、彼らが望むのであれば、目を閉じることが許された。次に、シャワーヘッドＢからの流量は、シャワーヘッドＢからのスプレー運動量（スプレーパワー）がシャワーヘッドＡからのスプレー運動量（スプレーパワー）と同等であると試験ユーザによって知覚される値に調整された。試験ユーザが「同じスプレー運動量」の知覚をひとたび認めると、シャワーヘッドＢからの水流量は、１ｌの目盛付きピッチャ及びクロノメータを用いて試験者によって記録された。
【０１５６】
その結果は、５ｌ／ｍの水流量を送るシャワーヘッドＡからのスプレー運動量は、平均して、１．６８４の標準偏差で、従来的なシャワーヘッドＢからの１１．８３ｌ／ｍの流量（シャワーヘッドＡの２３７％）と等しいと知覚された。
【０１５７】
図２２を参照すると、加圧空気供給手段２は、電気モータによって駆動されるブロアを含んでもよく、任意的に、空気がシャワーヘッドに送られる前に空気を加熱するための電気的又は他の加熱手段を備えてよい。代替的に、空気は、例えば、熱湯供給源を熱源として用いて、流体／流体熱交換器を介して加熱されることができる。任意的に、空気ポンプは、ＡＣ等価物よりも静かであることが見出されるＤＣ電気モータによって駆動されてよいが、もちろんＡＣモータが使用されることもできる。水供給手段は、
典型的には、水がシャワーヘッドに送られる前に水供給源を加熱する加熱手段を備える、貯蔵タンク又は入ってくるユーティリティ供給源を含む、（例えば、家庭用又は商業用建物、レクリエーション車両又はボート又は船舶内の）より大きな水供給システムへのホース又は他の流体接続を含んでよい。加熱手段は、より大きな水供給システム内の他の出口のために水を加熱してよく、或いはシャワー装置専用であってよい。
【０１５８】
穏和な気候では、ユーザの９９％が、３７℃〜４２℃の温度で、水中でシャワーを浴びることが見出される。従って、好ましくは、穏和な気候における用途のために、水供給手段は、シャワーヘッドからユーザの身体との衝突点までの液滴の軌跡に沿う液滴からの熱損失に起因する約１．５℃の温度減少を許容するよう、水を約３８．５℃〜４３．５℃の温度まで水を加熱するように構成される。
【０１５９】
ユーザ制御の代替又は追加として、シャワーヘッド又は各液滴生成器への水流量は、当該技術分野において知られているような水流路の断面積を変更するよう供給圧力によって変形される弾性リングのような自動制限デバイスによって制御されてよい。
【０１６０】
水及び空気供給手段は、様々な異なる方法で空気及び水総流量を調整するように構成されてよい。水に対する空気の比は、ユーザによって或いは空気又は水流量の関数として、固定的又は可変であってよい。例えば、水に対する空気の比は、例えば、表４に示すように、最適な比を維持するように、水流量の増加で増加又は減少してよい。空気流量は、例えば、熱湯及び冷水供給線３’，３”内の水流量センサ６に応答して、ブロアのモータ速度を調整するために、当技術分野において知られている任意の適切なモータ制御手段５によって制御されてよい。
【０１６１】
シャワーヘッドに対する水温及び流量は、回転ノブ又はデジタルセレクタのような制御装置によってユーザによって直接的又は間接的に調整されるミキサバルブ７のようなバルブによって制御されてよい。この場合、モータ制御手段は、同じユーザ制御装置によって調整されてよい。これは、例えば、モータ制御手段にポテンショメータ又は他の適切な構成要素を組み込むことによって達成されることができ、ポテンショメータ又は他の適切な構成要素は、例えば、回転制御ノブを回転バルブに接続する共通のスピンドルにそれを取り付けることによって、或いはそのようなスピンドルに対する適切な比の伝動装置を介してそれを接続することによって、同じユーザ制御装置によって操作され、その場合、ギア比は、水流量の増加で水に対する空気の比を変化させるように構成されてよい。代替的に、モータ制御手段は、水流量を感知するよう当技術分野において知られているように配置されるセンサ６を含んでよい。一層更なる代替的な制御戦略において、ユーザは空気流センサ入力によって制御される水流量で空気流量を直接的に制御してよい。
【０１６２】
新規なシャワー装置は、従来的な電気シャワーに似るように構成されてよく、水加熱手段は、シャワー室内に設置される絶縁ケーシング内に１以上の従来的な浸漬加熱要素を含む。回転電力セレクタノブが、それらの要素を選択的に通電して加熱エネルギを変化させるように設けられてよく、流れは、（任意の所与の電力設定について）水出力温度の微調整を得るためにユーザによって調整される回転流量制御ノブによって制御される。そのような構成において、空気ブロアは、絶縁ケーシングの内側又は外側に配置されてよいが、従来的には、シャワー筐体内から空気をリサイクルするよう便利には内側に配置されてよく、モータ制御手段は、回転流量制御ノブ及び／又は電力セレクタノブ及び／又は追加的なユーザ制御装置によって制御されてよい。
【０１６３】
他の構成では、所望の水温は、シャワー室の内側に取り付けられ、回転ノブ又は他の温度制御装置を介して機械的に制御されてよい、或いは、シャワー室の外側に取り付けられ、シャワー室の内側の温度セレクタからの信号に応答して電気的に制御されてよい、機械的又は電気的に制御されるバルブアセンブリ、例えば、サーモスタット調温されたミキサバルブによって調整されてよい。後者の構成は、選択された温度を示す表示スクリーンを備える従来的な所謂「デジタルシャワー」に似るように構成されてよい。水流量は、ユーザ操作可能バルブによって直接的に或いはバルブアセンブリに信号を送信するユーザ制御装置によって間接的に制御されてよい。モータコントローラは、水流量に応答するセンサによって或いは電気制御システムへのユーザ入力によって直接的に制御されてよい。
【０１６４】
１つの可能な構成において、シャワーホースは、ユーザ制御装置が取り付けられる中央水平本体を備える従来的なシャワーバルブマニホールドに似た取付具にシャワー筐体内で接続されてよく、本体の中央領域は、空気ポンプハウジングから垂れ下がるホースに或いは固定的なライザに任意に取り付けられるシャワーヘッド及び空気ポンプを収容するハウジングを形成するように構成される。
【０１６５】
一層更なる代替的な構成では、小さな水貯蔵タンクが、重力圧力の下で或いは（水圧を空気圧に一致させることがある）空気ブロア又は別個の水ポンプからの圧力の下でシャワーヘッドに水を供給するために設けられてよく、それは空気流量に応答して水流量を制御するための更なる可能性を提供する。空気流量及び水流量が独立して制御されることがあるように個別の制御装置をユーザに提供することも可能である。
【０１６６】
新規なシャワーヘッドは、手で保持されてよく、或いは、壁、ボール(bowl)又は洗面器(basin)、又は他の支持構造体に取り付けられてよい。それは全身又は例えば足若しくは会陰領域のような身体の特定の部分を浸すこと(bathing)のために構成されてよく、液滴生成器の数は、特定の用途に適するように選択される。例えば、小さな集束スプレー(focused  spray)を提供するために、単一の液滴生成器が使用されてよく、或いは、例えば、支持バー又はロッドに沿って円形パターン又は直線に或いは任意の他の所望の構成に配置される、広域スプレー(wide  area  spray)のために、最大１０又はそれよりも多くの液滴生成器が使用されることができる。この明細書において、「シャワーヘッド(shower  head)」という用語は、固定式、手持ち式又はそれ以外を問わず、ユーザが彼らの身体の全部又は一部を浸すことがある水のスプレーを発する、あらゆる装置を含むと解釈される。有利には、従来的なシャワーと比較されるときに加圧空気流によって提供される増大したスプレーパワーは、より急速の洗浄を提供するので、シャワーに要する時間は削減される。
【０１６７】
要約すると、シャワーヘッドは、１以上の液滴形成チャンバを含み、各チャンバには、水を空気流中に懸濁される液滴に分割する水及び加圧空気が供給される。１つの態様において、液滴形成チャンバの幾何学的パラメータは、一次液滴形成モードと二次液滴形成モードとの間のバランスを維持するように選択されてよく、ここで、チャンバ内で形成される一次液滴のある割合は、チャンバ壁との衝突によって空気流から取り除かれ、薄膜分解によって形成される二次液滴として再同伴される。他の態様において、液滴形成チャンバ内への空気入口は、チャンバを通じる平行な軸方向空気流を維持する案内面を備えてよい。
【０１６８】
好ましさが下回る態様において、渦巻き空気流を抑制し、それにより、チャンバ壁を湿らせる水の容積百分率を減少させることによって、チャンバの液滴形成性能を向上させるために、新規な案内面は、本明細書に記載する幾何学的値に必ずしも適合しなくてよい液滴形成チャンバ内で使用されてよく、空気入口が必ずしも環状でない場合を含む。同様に、やはり、好ましさは下回るが、記載する割合範囲内に入る幾何学的パラメータを備える新規なチャンバは、案内面を備えずに使用されてよい。
【０１６９】
多くの更なる適合が、請求項の範囲内で可能である。
【０１７０】
請求項において、括弧内の参照符号（番号又は文字）は、理解の容易さのために提供されているに過ぎず、構成を限定するものとして解釈されてならない。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１７Ｃ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【国際調査報告】
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