JP3632485B2 - サイホン式大便器の洗浄方法とサイホン式大便器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、便器のボール部内の汚物を、トラップ排水路を介してボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の大便器は、トラップ排水路を洗浄水で満たしてボール部にサイホン作用を発生させ、ボール内の汚物排出にこのサイホン作用を利用している。こうした大便器、即ちサイホン式大便器では、サイホン作用による吸引で汚物を搬送・排出できることから、汚物排出のために新たに供給する洗浄水を少なくでき節水化を図ることができる。
【０００３】
この節水化はサイホン作用の発生を前提としているので、従来から、サイホン作用を確実に発生させるため種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特開平４−２８９３４４では、トラップ排水路の頂上トラップ部の管路内側の曲率半径を大きくすると共にその下流側の内壁に段部を設けることで、サイホン作用の促進を図る技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、便器は陶器製であるため寸法管理が難しく、頂上トラップ部の曲率半径や内壁に設けた段部形状を便器ごとにほぼ一律としたりすることは困難であった。よって、便器ごとにサイホン作用の発生状況が異なり、節水化を各便器で実現できないこともあった。
【０００６】
その一方、便器は、その設置場所であるトイレの寸法やトイレにおける排水管設置の様子から、その大きさや形状が制約される。よって、トラップ排水路において、頂上トラップ部の曲率半径を望ましいものにできなかったり、内壁に段部を設けることが困難な場合もあった。また、ボール部内に新たに洗浄水を送り込んでボール部内洗浄水水位を頂上トラップ部より高くし、その際の水頭圧によりサイホン作用を起こさせるものでは、水頭圧をある程度以上とするためにボール部を大きくせざるを得ないような場合もあった。これらの場合には、サイホン作用を利用した節水化が可能な便器を設置できないことがあった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、便器各部の形状に左右されることなくサイホン作用を発生させ、汚物排出の際の節水化の実効性を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題を解決するため、本発明の洗浄方法は、
便器のボール部に臨んだ開口から連続形成されたトラップ排水路を備え、該トラップ排水路を介して前記ボール部内の汚物をボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器の洗浄方法であって、
前記開口に向かう洗浄水の流れにより前記ボール内洗浄水が前記開口から前記トラップ排水路内に流れ込むようにすると共に、前記トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こすように、前記洗浄水の流れを形成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のサイホン式大便器は、
便器のボール部に臨んだ開口から連続形成されたトラップ排水路を備え、該トラップ排水路を介して前記ボール部内の汚物をボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器であって、
前記開口に向かう洗浄水の流れにより前記ボール内洗浄水が前記開口から前記トラップ排水路内に流れ込むように前記ボール部に洗浄水を吐出すると共に、前記トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こすように、前記ボール部に洗浄水を吐出する吐出手段を有する
ことを特徴とする。
【００１０】
上記構成を有する本発明のサイホン式大便器とその洗浄方法では、ボール部に臨んだ開口に向かう洗浄水の流れを形成して、この洗浄水の流れによりボール内洗浄水を開口からトラップ排水路内に流れ込ませる。よって、従来のように水頭圧確保のためにボール部を設計・製造する必要がない。また、この形成した洗浄水の流れとこの流れにより流れ込むボール内洗浄水とで、トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こす。このようにして短時間の内に多量の排水がなされていることから、トラップ排水路では、その内部の残存空気並びに残存洗浄水は、上記の排水状況を引き起こす洗浄水の流れでもってして強い入力を受けて当初から押し出される。この際の洗浄水の流れによる入力はトラップ排水路の形状の影響を受けないことから、トラップ排水路を介して早期のうちに確実にサイホン作用が発生する。これらの結果、本発明によれば、ボール部やトラップ排水路の形状に左右されることなくサイホン作用を早期のうちに確実に発生させることができるので、汚物排出の際の節水化の実効性を高めることができる。
【００１１】
なお、トラップ排水路の内容積は、通常、約１．５〜２．０リットル程度であることから、積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況が起きていれば、サイホン作用は、排水開始から早期のうちに発生しているともいえる。
【００１２】
上記の構成を有する本発明のサイホン式大便器は、以下の態様を採ることもできる。
即ち、前記吐出手段を、
前記トラップ排水路を介して前記ボール部にサイホン作用が発生するまで、前記ボール部に洗浄水を吐出する手段を有するものとすることができる。
こうすれば、サイホン作用発生後において新たな洗浄水吐出を要しないので、より節水化を図ることができる。なお、サイホン作用の発生は、トラップ排水路内が負圧となることで検出したり、洗浄水吐出からの経過時間で検出できることから、このようにして検出したサイホン作用の発生時点で、洗浄水吐出を停止すればよい。
【００１３】
また、前記吐出手段による洗浄水吐出が終了する前に、前記ボール部の上縁から洗浄水を吐出してボール部内壁に沿って洗浄水を流す上縁吐出手段を有するものとすることができる。
こうすれば、ボール部内壁に付着したトイレットペーパー等が内壁に沿って流れる洗浄水によりボール内洗浄水に流し込まれた状態とできる。あるいは、この内壁のトイレットペーパーが水に濡れた状態でボール内洗浄水に一部浸っている状態とできる。よって、このトイレットペーパー等をトラップ排水路に流れ込むボール内洗浄水により、確実に排出できる。
【００１４】
更に、前記トラップ排水路を、管路径が約４０〜７０ｍｍの管路軌跡と、管路内側の曲率半径が約４５〜１００ｍｍの頂上トラップ部とを有するものとすることができる。
これら寸法は、既存のサイホン式大便器で通常採用されているものであることから、既存のものと容易に置換できる。あるいは、トイレ寸法等の便器周りの設備状況を大きく変更する必要がなく、設計変更に伴うコスト増加を招かない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、実施例のサイホン式大便器１００の概略断面図、図２は、このサイホン式大便器１００の要部Ｚの拡大断面図である。図示するように、サイホン式大便器１００は、便器とは別体の洗浄水タンクを備えないいわゆるローシルエットタイプのサイホン式大便器である。そして、サイホン式大便器１００は、その概略断面図である図１に示すように、便器本体１のやや前方よりにボール部１ａを備え、このボール部１ａの上周縁には通水リム３を有する。この通水リム３は、便器上端の分配弁８と給水管９を介して接続されており、この分配弁８とそれより上流に配設された図示しない給水弁の弁駆動により給水源から供給を受けた洗浄水（水道水）をボール部１ａに吐出する。これにより、便器のボール部１ａの内壁に沿って洗浄水を流すいわゆるリム洗浄が行われる。また、ボール部底部の汚物落し込み凹部１ｂの奥壁部には、排水トラップ２の入口２ａがボール部１ａに臨んで開設されており、汚物落し込み凹部１ｂの前壁部には、排水トラップ２の入口２ａに対向してゼット吐水口６（洗浄水吐出口）が開設されている。
【００１６】
ボール部１ａの前方側（図１における左側）には、洗浄水を貯め置く洗浄水貯留部４が、隔壁１ｃによりボール部１ａから区画形成されている。この洗浄水貯留部４は、図２に詳細に示すように、ゼット吐水口６の奥側部位６ａに配設されたスロート６１の前端部並びにこのスロート６１の側壁貫通孔６２を介して、ゼット吐水口６並びにボール部１ａと連通している。よって、ボール部１ａに洗浄水が貯め置かれると（以下、このボール部内の洗浄水を封水と呼ぶ）、洗浄水貯留部４にも洗浄水が進入し、この洗浄水貯留部４に所定量の洗浄水が貯留される。本実施例では、この洗浄水貯留部４に約０．５リットル程度の洗浄水が貯留されるようにされている。なお、洗浄水貯留部４に洗浄水が支障なく進入するよう、洗浄水貯留部４には、ボール部の封水水面より高い位置で開口した図示しない空気孔が設けられている。
【００１７】
このスロート６１は、ゼット吐水口６に向けた洗浄水導水路として機能し、スロート奥側には、スロート６１の指向方向と略同一方向に向けられた吐出ノズル５を有する。図２に示すように、吐出ノズル５とスロート６１とは一体化されており、固定ブッシュ６３を介して、洗浄水貯留部４の周囲壁に固定されている。この場合、吐出ノズル５の先端部のノズル径とスロート６１の内径（開口径）とは、その比が０．３〜０．７の範囲になるように、決定されている。また、スロート６１は、排水トラップ２の入口２ａを指向していることから、吐出ノズル５もこの入口２ａを指向することになる。この吐出ノズル５は、分配弁８と給水管１１を介して接続されており、図示しない給水弁とこの分配弁８の弁駆動により給水源から供給を受けた洗浄水（水道水）を吐出する。
【００１８】
このように吐出ノズル５から洗浄水が吐出されると、その吐出洗浄水は、１〜２ｋｇｆ／ｃｍ２ という給水源とほぼ同じ高水圧で、図中白塗り矢印Ｘのようにスロート６１の内部を高速に通過する。すると、洗浄水貯留部４内の洗浄水は、エジェクタ効果を受けて図中実線矢印Ｙのように側壁貫通孔６２を介して吐出ノズル５からの吐出洗浄水に大量に巻き込まれ、スロート６１を通過する。つまり、この吐出ノズル５とスロート６１とは、吐出ノズル５からの吐出洗浄水を駆動流体とし洗浄水貯留部４内の洗浄水を被駆動流体とするジェットポンプを構成し、吐出ノズル５からの吐出洗浄水を洗浄水貯留部４内の洗浄水を巻き込む噴流とする。このため、この噴流と巻き込まれた洗浄水貯留部４内の水とが、ジェットポンプによる吐水のようにしてスロート６１内部の先端、即ちゼット吐水口６から図中白塗り矢印Ｘａのように吐出される。
【００１９】
また、スロート６１の先端部では、洗浄水貯留部４内の洗浄水は、図中点線矢印Ｙａのようにスロート先端の切欠を介してスロート６１からの吐出洗浄水に巻き込まれて、スロート６１からの吐出洗浄水と共にゼット吐水口６から吐出される。この場合、ゼット吐水口６は排水トラップ２の入口２ａに対向していることから、ゼット吐水口６からは、排水トラップ２の入口２ａに向けて直に洗浄水が吐出される。このため、このようなゼット吐水口６からの洗浄水吐出により、ボール部１ａの汚物落し込み凹部１ｂでは、図１に白塗り矢印ＸＡで示すように、排水トラップ２の入口２ａに向かう洗浄水の流れが形成される。この洗浄水の流れＸＡは、ボール部１ａの封水を図１に白塗り矢印ＸＡＷで示すように入口２ａから排水トラップ２の流路内に流れ込ませる。よって、ゼット吐水口６からの洗浄水吐出による洗浄水の流れＸＡと、この洗浄水の流れＸＡによるボール部１ａの洗浄水（封水）の流れＸＡＷとによって、排水トラップ２に洗浄水が瞬時に大量に流れ込み、ボール部１ａにサイホン作用を発生させる。こうした一連の吐水動作によりいわゆるジェット洗浄が実施され、その際の排水トラップ２への洗浄水の入水状況、延いては当該トラップ出口からの出水状況（排水水量）は、ゼット吐水口６からの洗浄水吐出状態とボール部１ａの封水水量（本実施例では約２リットル）等で定まる。なお、サイホン作用発生の様子については後述する。
【００２０】
このようにしてサイホン作用が発生すると、汚物落し込み凹部１ｂに沈降した汚物やボール部内の封水に浮遊した汚物は、サイホン作用による吸引を受けて封水と共に排水トラップ２から排出される。なお、ゼット吐水口６から入口２ａに向けた上記の洗浄水の流れＸＡが形成されていることから、汚物落し込み凹部１ｂの沈降汚物は、この洗浄水の流れＸＡに直接押し流されて排水トラップ２内に強力に押し込まれる。
【００２１】
本実施例では、吐出ノズル５とスロート６１とでジェットポンプを構成するに当たり、以下のスペックを想定した。吐出ノズル５には上記水圧の給水を行うと共に、その際の瞬間流量（給水瞬間流量・吐出瞬間流量）は、約１６リットル／分とした。そして、ジェットポンプの巻き込み比を約１．０１とし、ジェットポンプからの吐出出力瞬間流量を約３２．１６（＝１６ｘ２．０１）リットル／分とした。このスペックでのジェットポンプ吐出により、上記の洗浄水の流れＸＡを形成し、この洗浄水の流れＸＡとボール部１ａの封水の流れＸＡＷとで排水トラップ２に洗浄水の入水状況を引き起こすようにした。なお、吐出ノズル５への給水瞬間流量が上記の値から変化すると、巻き込み比もこの変化に応じて変化するため、排水トラップ２への洗浄水の入水状況も変化する。
【００２２】
次に、排水トラップ２について説明する。本実施例では、上記したジェットポンプによる排水トラップ２への入水により後述するように排水トラップ２からの積算排水量が所定のものであれば、排水トラップ２の管路形状の影響を排除できるが、便器製造の上で排水トラップ２の管路形状の決定は不可欠であるため、以下のように定めた。
【００２３】
排水トラップ２は、前述のようにその入口２ａがボール部１ａの底部分に設けた汚物落し込み凹部１ｂに開口されており、この入口２ａからボール部１ａの裏面に沿って便器本体１の後方に向かって斜め上向きに延びる上昇路２ｂと、上昇路２ｂ上端から下方に向かってほぼ垂直に延びる下降路２ｃと、下降路２ｃ下端から便器本体１前方に横向きに延びる横引き路２ｄとにより連続する屈曲流路に構成され、上記横引き路２ｄ先端において便器排水口２ｅが垂直方向に開口している。なお、排水トラップ２の堰部２ｇで洗浄水の剥離が生じた場合、その剥離した洗浄水が管路内で乱流となって空気を巻き込んだ状態となり、迅速な空気の排出ができないことがある。よって、堰部２ｇの曲率半径は４０〜１００ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．７〜１．８倍程度）、好ましくは４５〜８０ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．９〜１．４倍程度）としてできるだけ、堰部２ｇから水が剥離しないように構成する。本実施例では、堰部２ｇの曲率半径を４５ｍｍ、排水トラップの直径をその管路に亘ってφ５５とした。
【００２４】
上昇路２ｂは、入口２ａにおける傾斜角度が４０〜８０度で形成されている。下降路２ｃは、重力方向に略円筒状に堰部２ｇから１００〜１５０ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、１．８〜２．７倍程度）形成し、その下降路２ｃ直下付近に段部２ｆが位置するように形成する。本実施例では、上昇路２ｂの傾斜角度が６０度、下降路２ｃは、２３０ｍｍとした。
【００２５】
また、横引き路２ｄは上記のごとく一度上向きに屈曲して第２堰部２ｈを形成した後、直ちに下向きに屈曲してこの下向き屈曲部３０がそのまま便器排水口２ｅに連絡している。なお、排水トラップ２の管路形状の影響を排除できることから、この横引き路２ｄや第２堰部２ｈを設けることなく下降路２ｃを便器排水口２ｅに連絡してもよい。
【００２６】
上記の段部２ｆは、図面に示す位置、即ち下降路２ｃと横引き路２ｄが交差する部分の排水トラップ２外側壁面に設けてある。斯る位置に設けることにより、通常、排水トラップ２の下降路２ｃから横引き路２ｄに連続する屈曲部を曲がり切ったところで生ずる不均一な流速分布の補正を行うことができる。
【００２７】
この段部２ｆの位置としては、横引き路２ｄの高さ方向に対し、中央より上、天井壁から１０〜２０ｍｍの位置が最も有効に流速分布の補正を行い、且つ排水トラップ２内の空気を速やかに排出できる。なお、この段部２ｆにあっても省略することもできる。
【００２８】
段部２ｆを下降路２ｃと横引き路２ｄの交差部より上の位置に設けると、上記のように下降路２ｃから横引き路２ｄに連続する屈曲部を曲がり切ったところの流速分布が不均一になるばかりでなく、段部２ｆにより横に曲げられた水流がトラップ２を塞ぐ流れとなり、サイホン成長を妨げることがある。また、逆に、この位置を上記よりも低くすると、流速補正の効果が低くなって行く。
【００２９】
また、この排水トラップ２は第２堰部２ｈを構成する屈曲部頂部から便器排水口２ｅにかけて形成される下向き屈曲部２ｈの曲率半径を４０〜６５ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．７〜１．２倍程度）、好ましくは４５〜５５ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．８〜１．０倍程度）と大きく形成すると共に便器排水口２ｅが開口するその端末が便器本体１の底面と同じレベルに達するように形成して排出経路を可及的に延長してある。なお、本実施例においては下向き屈曲部３０の曲率半径は５５ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、１．０倍）に形成している。
【００３０】
次に、このサイホン式大便器１００における便器洗浄動作について説明する。図示しない遠隔操作盤等にて便器洗浄指示が出されると、分配弁８より上流の給水弁が、当該操作盤から発せられる赤外光を受光して管路を所定時間に亘って開放する。こうして分配弁８に給水がなされると、分配弁８は、給水弁を経て供給された洗浄水の供給先を、以下のように時系列的に切り換える。つまり、この分配弁８は、洗浄水（水道水）供給先を、当初は、通水リム３に洗浄水を流し込むための給水管９とし、その後は、上記した吐水ノズルに連結された給水管９とし、その後は再度、給水管９に切り換える。そして、これら配管への洗浄水の供給先の時系列的な切り換えにより、リム洗浄に引き続いてジェット洗浄が行われ、その後に、再度リム洗浄が行われるようにされている。なお、分配弁８の詳細な構成は、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明は省略することとする。
【００３１】
この最初のリム洗浄により、ボール部内壁が洗浄されると共に、当該内壁に落とされたトイレットペーパーは、この内壁に沿って流れる洗浄水によりボール部１ａの封水に流し込まれたり、水に濡れた状態で封水に一部浸っている状態となる。よって、その後のジェット洗浄により、このトイレットペーパー等を封水と共に排水トラップ２に流れ込ませ、確実に排出できる。
【００３２】
ジェット洗浄の過程では、既述したようにゼット吐水口６から洗浄水が吐出され、洗浄水の流れＸＡと封水の流れＸＡＷとで排水トラップ２に洗浄水の入水状況を引き起こす。こうして上昇路２ｂに洗浄水が入水すると、上昇路内の洗浄水が押されて堰部２ｇを乗り越え、当該堰部に存在した空気を巻き込んで洗浄水が下降路２ｃに流れ込む。よって、汚物落し込み凹部１ｂから下降路２ｃまでが上昇路２ｂを介して洗浄水で満たされるため、サイホン作用が起きる。そして、このサイホン作用で生じた引き力により、汚物落し込み凹部１ｂにおける汚物並びに封水が上昇路２ｂに引き込まれ、この洗浄水の引き込みにより汚物が上昇路２ｂを通って排出される。
【００３３】
上記したように汚物を排水トラップ２から排出するジェット洗浄が完了すると、分配弁８により洗浄水の供給先が給水管９に再度切り換えられる。このため、洗浄水は再び通水リム３に導かれ、改めてリム洗浄が開始される。そして、この際のリム洗浄により流れ出た洗浄水は、ボール部１ａに新たな封水として溜置かれる。
【００３４】
次に、上記したジェット洗浄実行時における排水トラップ２への洗浄水の入水状況並びにこの入水により起きる排水トラップ２からの排水状況について説明する。この入水状況並びに排水状況は、上記したサイホン式大便器１００における排水トラップ２の形状を図３に示すようにコンピュータ上で再現し、このコンピュータ上で再現した仮想排水トラップ１０２でシューミレートした。即ち、この仮想排水トラップ１０２にあっては、その入口１０２ａ・排水口１０２ｅ形状や管路途中の管路径はサイホン式大便器１００と同じとされ、この入口１０２ａに継続して洗浄水入力をかけたときの当該洗浄水入力と排水口１０２ｅでの洗浄水出力をコンピュータにて演算し、この入力と出力との関係をシュミレートした。また、排水口１０２ｅからの排出洗浄水の積算排水量をもコンピュータにて演算し、上記の入力開始からの経過時間とこの積算排水量との関係をもシュミレートした。これらの結果を図４〜図６に示す。
【００３５】
図４は、洗浄水入力が大きい場合の入力と出力との関係を、図５は、洗浄水入力が小さい場合の入力と出力との関係を示す。この場合、洗浄水入力は入口１０２ａにおける断面平均流量とし、洗浄水出力にあっては排水口１０２ｅにおける断面平均流量とした。図面中の見出し欄には、仮想排水トラップ１０２の入口１０２ａに洗浄水入力があった時点から１．５秒を経過した時の断面平均流量を記載した。よって、この見出し欄における断面平均流量の記載９０〜３８０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓは、入力開始時刻（時刻ゼロ／流量０リットル／ｍｉｎ）から約１．５秒経過後の流量が９０〜３８０リットル／ｍｉｎであることを意味する。なお、図における時間ゼロの時点は、実際のサイホン式大便器１００において吐出ノズル５、即ちゼット吐水口６から洗浄水吐出（便器洗浄）が実行されたときに相当する。
【００３６】
図４に示すように、断面平均流量が１６０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓ以上のもの（以下、高入力モデルという）では、いずれも、▲１▼出力が観察された当初の出力の傾きが入力の傾きを大きく越えている。また、▲２▼入力と出力が一致するまでの期間に亘っては、出力の傾きが入力の傾きに勝っており、▲３▼この期間において出力の傾きが入力の傾きを下回るのはごく短時間だけしか見られない。例えば、断面平均流量が１６０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓの高入力モデルでは、図にａで示した約０．２ｓｅｃでしかない。しかも、▲４▼短時間の内に（１．１〜１．７ｓｅｃ）入力と出力が一致した。
【００３７】
図５に示すように、断面平均流量が９０〜１５０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓのもの（以下、低入力モデルという）では、断面平均流量が９０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓのもの（以下、最低入力モデルという）を除き、上記の高入力モデルと同様に▲１▼〜▲４▼の現象が見られた。この場合、▲４▼については１．８〜２．２ｓｅｃで入力と出力が一致した。その一方、最低入力モデルであっても、▲１▼’出力観察当初の出力の傾きは入力の傾きを越えていた。また、▲２▼’約１ｓｅｃの経過後からは、出力の傾きは入力の傾きとほぼ同じか僅かに出力の傾きが勝るに過ぎないものの、▲３▼’図にｂで示したように約０．５ｓｅｃと比較的短時間に亘ってしか出力の傾きが入力の傾きを下回っていない。また、▲４▼’約２．５ｓｅｃ経過すれば、入力と出力は一致すると予想される。
【００３８】
図６に示すように、入力開始時刻（時刻ゼロ）から約０．５秒経過するまでは、いずれの断面平均流量のものであっても排水口１０２ｅからの排出洗浄水の積算排水量（排水積算体積）は観察されなかった。つまり、この間は、排水路内の空気排出のためのものと考えられる。そして、この０．５秒経過時点の時刻を排水口１０２ｅから排水が開始されるようになると仮定すると、上記の最低入力モデルであっても、この排水開始時点から約１．５秒経過するまでに（入力開始からは約２秒後）、排水口１０２ｅから積算で１リットルを越える洗浄水（約１．２リットルの洗浄水）が排出されていることがわかった。
【００３９】
図３に示す仮想排水トラップ１０２において、その内部のエアーが洗浄水入力により押し出されてトラップ内が洗浄水で置換されると、サイホン作用が発生しそれ以降では洗浄水入力と出力が一致するといえる。この現象を図４ないし図６の結果に照らし合わせると、以下のように考えることができる。
【００４０】
入力開始時点から出力が立ち上がるまでの間は、それまでの入力によりエアーが先に排水口１０２ｅから排出されるので、出力はゼロであり、出力立上がり後は、洗浄水の出力状況（図４，図５の出力並びに図６の積算体積）がグラフ化される。そして、この出力立上がりが急であるほど、エアーがより早く排出されて管路内が流れ込んだ洗浄水で満たされるようになり、その分、サイホン作用も早期に発生する。
【００４１】
こうした洗浄水の出力状況のうち、入力と出力が一致するまでは、洗浄水にトラップ内エアーが混在した出力状況となり、この間は、エアーを除いた洗浄水出力となる。そして、サイホン作用は、入力と出力の一致が起きたことで、その発生が確認される。各高入力モデルと、最低入力モデルを除く各低入力モデルとは、約２秒以内という短時間の内で入力と出力の一致が観察されていることから、この一致が観察される以前のいずれかの時点でサイホン作用が確実に発生しているといえる。よって、断面平均流量が３８０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓの高入力モデルでは、入力開始から、即ち便器洗浄開始から約１ｓｅｃ以前に確実にサイホン作用が発生し、断面平均流量が１１０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓの低入力モデルでは、便器洗浄開始から約２．２ｓｅｃ以前に確実にサイホン作用が発生しているといえる。しかも、このような短時間の間に、積算排水量は約１リットルを超える量となっており、管路内は洗浄水で確実に満たされている。その一方、最低入力モデルであっても、約２．５秒経過後には、入力と出力とが一致すると予想されるので、上記の場合よりは遅いものの、この２．５秒経過以前にはサイホン作用が確実に発生しているといえる。この最低入力モデルであっても、比較的短時間の内にサイホン作用が発生するといえる。そして、この最低入力モデルであっても、排水開始から短時間の間に、積算排水量は約１リットルを超える量となっており、管路内は洗浄水で確実に満たされている。従って、このような洗浄水の排出状況を引き起こすよう上記のようにして洗浄水入力を与えれば、早期のうちの確実なサイホン作用の発生により、速やかな便器洗浄完了と節水化を図ることができる。なお、上記の最低入力モデルを下回る入力を加えても、排水開始から約１．５秒後に約１リットル以上の積算排水量とすることはできず、サイホン作用の早期発生は確認できなかった。
【００４２】
このようなコンピュータシュミレーションの結果を踏まえ、実機たるサイホン式大便器１００にて実際に便器洗浄を行って見たところ、ほぼ同様の結果が得られ、早期の洗浄完了と節水化を図ることができた。即ち、約２リットルのボール部１ａの封水に対して、吐出ノズル５からの吐出洗浄水によりゼット吐水口６から洗浄水の流れＸＡを加えることで、この洗浄水の流れＸＡと封水の流れＸＡＷとによって、速やかに便器洗浄を行うことができた。その際、サイホン式大便器１００では、洗浄水の流れＸＡを形成するために吐出ノズル５から新たに約１．３リットルの洗浄水（水道水）を吐出するだけでよく、確実に節水化を図ることができた。この場合、洗浄水貯留部４内の洗浄水が上記スペックのジェットポンプにより総て巻き込まれる前に、吐出ノズル５からの洗浄水吐出を停止しても、確実に汚物を排出できた。しかも、上記したように、当初のリム洗浄を行うことで、トイレットペーパーも洗浄水並びに汚物と共に排出できた。つまり、吐出ノズル５とスロート６１で構成されるジェットポンプにより、本実施例では、図４あるいは図５に示す洗浄水の入水状況と図６に示す排水状況を得ることができ、このために節水化を図ることができたといえる。
【００４３】
上記したコンピュータシュミレーションを、サイホン式大便器１００における排水トラップ２の形状（堰部２ｇの曲率半径：４５ｍｍ、排水トラップ直径：φ５５、上昇路２ｂの傾斜角度：６５度、下降路２ｃの全経路長：２３０ｍｍ等）を再現した仮想排水トラップ１０２以外の仮想排水トラップ、具体的には、堰部２ｇの曲率半径が４０〜１００ｍｍで、排水トラップ直径がφ５５〜φ６０で、上昇路２ｂの傾斜角度が４０〜８０度で、下降路２ｃの経路長が１００〜１５０ｍｍであるような種々の仮想排水トラップについて実施したところ、ほぼ同じ結果が得られた。よって、排水トラップ２の形状が上記のように便器製造の上で通常採られるものであれば、上記の洗浄水入水状況を発現させることで、排水トラップ２の管路形状の影響を受けることなくサイホン作用を早期のうちに確実に発生させることができるといえる。そして、このように排水トラップ２の管路形状の影響を排除して、汚物排出の際の節水化の実効性を高めることができる。
【００４４】
次に、変形例について説明する。この変形例では、図７に示すように、上昇路２ｂの壁面に、管路内の圧力を検出する圧力センサ１０１を管路内洗浄水に水没して備える。この圧力センサ１０１は、図示しない制御装置と接続されており、上昇路２ｂ内の検出圧力を出力する。この出力を受ける制御装置は、検出圧力を所定時間ごとにスキャンし、その結果からサイホン作用発生の有無を検出する。具体的には、検出圧力が負圧となる所定状況が観察されると、サイホン作用が発生したと判断する。これは、サイホン作用の発生により、この上昇路２ｂ内が負圧となることによる。そして、制御装置は、サイホン作用の発生により、吐出ノズル５からの洗浄水吐出が停止するよう、分配弁８を弁制御する。このように洗浄水吐出が停止しても、既に発生済みのサイホン作用により封水の吸引はその後も継続されるので、汚物やトイレットペーパーは排水トラップ２から確実に排出される。よって、この変形例によれば、吐出ノズル５からの吐出洗浄水量を低減できるので、これを通してより節水化を図ることができる。なお、圧力センサ１０１からの検出圧力推移ではなく、吐出ノズル５による洗浄水吐出開始からの経過時間とサイホン作用発生の関係を把握し、経過時間が所定時間となると吐出ノズル５からの洗浄水吐出を停止するよう変形することもできる。このようにしても、吐出ノズル５からの吐出洗浄水量の低減を通してより節水化を図ることができる。
【００４５】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のサイホン式大便器１００の概略断面図である。
【図２】このサイホン式大便器１００の要部Ｚの拡大断面図である。
【図３】サイホン式大便器１００における排水トラップ２の形状をコンピュータ上で再現した仮想排水トラップ１０２を説明する説明図である。
【図４】この仮想排水トラップ１０２に洗浄水入力を加えた場合の入力と出力との関係を、洗浄水入力が大きい場合について表すグラフである。
【図５】この入力と出力との関係を、洗浄水入力が小さい場合について表すグラフである。
【図６】仮想排水トラップ１０２の排水口１０２ｅからの排出洗浄水の積算排水量と入力開始からの経過時間との関係を表すグラフである。
【図７】変形例のサイホン式大便器１００の概略断面図である。
【符号の説明】
１…便器本体
１ａ…ボール部
１ｂ…汚物落とし込み凹部
１ｃ…隔壁
２…排水トラップ
２ａ…入口
２ｂ…上昇路
２ｃ…下降路
２ｄ…横引き路
２ｅ…便器排水口
２ｆ…段部
２ｇ…堰部
２ｈ…第２堰部
２ｈ…屈曲部
３…通水リム
４…洗浄水貯留部
５…吐出ノズル
６…ゼット吐水口
６ａ…奥側部位
８…分配弁
９…給水管
１１…給水管
３０…屈曲部
６１…スロート
６２…側壁貫通孔
６３…固定ブッシュ
１００…サイホン式大便器
１０１…圧力センサ
１０２…仮想排水トラップ
１０２ａ…入口
１０２ｅ…排水口
【発明の属する技術分野】
本発明は、便器のボール部内の汚物を、トラップ排水路を介してボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の大便器は、トラップ排水路を洗浄水で満たしてボール部にサイホン作用を発生させ、ボール内の汚物排出にこのサイホン作用を利用している。こうした大便器、即ちサイホン式大便器では、サイホン作用による吸引で汚物を搬送・排出できることから、汚物排出のために新たに供給する洗浄水を少なくでき節水化を図ることができる。
【０００３】
この節水化はサイホン作用の発生を前提としているので、従来から、サイホン作用を確実に発生させるため種々の提案がなされている。
【０００４】
例えば、特開平４−２８９３４４では、トラップ排水路の頂上トラップ部の管路内側の曲率半径を大きくすると共にその下流側の内壁に段部を設けることで、サイホン作用の促進を図る技術が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、便器は陶器製であるため寸法管理が難しく、頂上トラップ部の曲率半径や内壁に設けた段部形状を便器ごとにほぼ一律としたりすることは困難であった。よって、便器ごとにサイホン作用の発生状況が異なり、節水化を各便器で実現できないこともあった。
【０００６】
その一方、便器は、その設置場所であるトイレの寸法やトイレにおける排水管設置の様子から、その大きさや形状が制約される。よって、トラップ排水路において、頂上トラップ部の曲率半径を望ましいものにできなかったり、内壁に段部を設けることが困難な場合もあった。また、ボール部内に新たに洗浄水を送り込んでボール部内洗浄水水位を頂上トラップ部より高くし、その際の水頭圧によりサイホン作用を起こさせるものでは、水頭圧をある程度以上とするためにボール部を大きくせざるを得ないような場合もあった。これらの場合には、サイホン作用を利用した節水化が可能な便器を設置できないことがあった。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決するためになされ、便器各部の形状に左右されることなくサイホン作用を発生させ、汚物排出の際の節水化の実効性を高めることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
かかる課題を解決するため、本発明の洗浄方法は、
便器のボール部に臨んだ開口から連続形成されたトラップ排水路を備え、該トラップ排水路を介して前記ボール部内の汚物をボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器の洗浄方法であって、
前記開口に向かう洗浄水の流れにより前記ボール内洗浄水が前記開口から前記トラップ排水路内に流れ込むようにすると共に、前記トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こすように、前記洗浄水の流れを形成することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明のサイホン式大便器は、
便器のボール部に臨んだ開口から連続形成されたトラップ排水路を備え、該トラップ排水路を介して前記ボール部内の汚物をボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器であって、
前記開口に向かう洗浄水の流れにより前記ボール内洗浄水が前記開口から前記トラップ排水路内に流れ込むように前記ボール部に洗浄水を吐出すると共に、前記トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こすように、前記ボール部に洗浄水を吐出する吐出手段を有する
ことを特徴とする。
【００１０】
上記構成を有する本発明のサイホン式大便器とその洗浄方法では、ボール部に臨んだ開口に向かう洗浄水の流れを形成して、この洗浄水の流れによりボール内洗浄水を開口からトラップ排水路内に流れ込ませる。よって、従来のように水頭圧確保のためにボール部を設計・製造する必要がない。また、この形成した洗浄水の流れとこの流れにより流れ込むボール内洗浄水とで、トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こす。このようにして短時間の内に多量の排水がなされていることから、トラップ排水路では、その内部の残存空気並びに残存洗浄水は、上記の排水状況を引き起こす洗浄水の流れでもってして強い入力を受けて当初から押し出される。この際の洗浄水の流れによる入力はトラップ排水路の形状の影響を受けないことから、トラップ排水路を介して早期のうちに確実にサイホン作用が発生する。これらの結果、本発明によれば、ボール部やトラップ排水路の形状に左右されることなくサイホン作用を早期のうちに確実に発生させることができるので、汚物排出の際の節水化の実効性を高めることができる。
【００１１】
なお、トラップ排水路の内容積は、通常、約１．５〜２．０リットル程度であることから、積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況が起きていれば、サイホン作用は、排水開始から早期のうちに発生しているともいえる。
【００１２】
上記の構成を有する本発明のサイホン式大便器は、以下の態様を採ることもできる。
即ち、前記吐出手段を、
前記トラップ排水路を介して前記ボール部にサイホン作用が発生するまで、前記ボール部に洗浄水を吐出する手段を有するものとすることができる。
こうすれば、サイホン作用発生後において新たな洗浄水吐出を要しないので、より節水化を図ることができる。なお、サイホン作用の発生は、トラップ排水路内が負圧となることで検出したり、洗浄水吐出からの経過時間で検出できることから、このようにして検出したサイホン作用の発生時点で、洗浄水吐出を停止すればよい。
【００１３】
また、前記吐出手段による洗浄水吐出が終了する前に、前記ボール部の上縁から洗浄水を吐出してボール部内壁に沿って洗浄水を流す上縁吐出手段を有するものとすることができる。
こうすれば、ボール部内壁に付着したトイレットペーパー等が内壁に沿って流れる洗浄水によりボール内洗浄水に流し込まれた状態とできる。あるいは、この内壁のトイレットペーパーが水に濡れた状態でボール内洗浄水に一部浸っている状態とできる。よって、このトイレットペーパー等をトラップ排水路に流れ込むボール内洗浄水により、確実に排出できる。
【００１４】
更に、前記トラップ排水路を、管路径が約４０〜７０ｍｍの管路軌跡と、管路内側の曲率半径が約４５〜１００ｍｍの頂上トラップ部とを有するものとすることができる。
これら寸法は、既存のサイホン式大便器で通常採用されているものであることから、既存のものと容易に置換できる。あるいは、トイレ寸法等の便器周りの設備状況を大きく変更する必要がなく、設計変更に伴うコスト増加を招かない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づき説明する。図１は、実施例のサイホン式大便器１００の概略断面図、図２は、このサイホン式大便器１００の要部Ｚの拡大断面図である。図示するように、サイホン式大便器１００は、便器とは別体の洗浄水タンクを備えないいわゆるローシルエットタイプのサイホン式大便器である。そして、サイホン式大便器１００は、その概略断面図である図１に示すように、便器本体１のやや前方よりにボール部１ａを備え、このボール部１ａの上周縁には通水リム３を有する。この通水リム３は、便器上端の分配弁８と給水管９を介して接続されており、この分配弁８とそれより上流に配設された図示しない給水弁の弁駆動により給水源から供給を受けた洗浄水（水道水）をボール部１ａに吐出する。これにより、便器のボール部１ａの内壁に沿って洗浄水を流すいわゆるリム洗浄が行われる。また、ボール部底部の汚物落し込み凹部１ｂの奥壁部には、排水トラップ２の入口２ａがボール部１ａに臨んで開設されており、汚物落し込み凹部１ｂの前壁部には、排水トラップ２の入口２ａに対向してゼット吐水口６（洗浄水吐出口）が開設されている。
【００１６】
ボール部１ａの前方側（図１における左側）には、洗浄水を貯め置く洗浄水貯留部４が、隔壁１ｃによりボール部１ａから区画形成されている。この洗浄水貯留部４は、図２に詳細に示すように、ゼット吐水口６の奥側部位６ａに配設されたスロート６１の前端部並びにこのスロート６１の側壁貫通孔６２を介して、ゼット吐水口６並びにボール部１ａと連通している。よって、ボール部１ａに洗浄水が貯め置かれると（以下、このボール部内の洗浄水を封水と呼ぶ）、洗浄水貯留部４にも洗浄水が進入し、この洗浄水貯留部４に所定量の洗浄水が貯留される。本実施例では、この洗浄水貯留部４に約０．５リットル程度の洗浄水が貯留されるようにされている。なお、洗浄水貯留部４に洗浄水が支障なく進入するよう、洗浄水貯留部４には、ボール部の封水水面より高い位置で開口した図示しない空気孔が設けられている。
【００１７】
このスロート６１は、ゼット吐水口６に向けた洗浄水導水路として機能し、スロート奥側には、スロート６１の指向方向と略同一方向に向けられた吐出ノズル５を有する。図２に示すように、吐出ノズル５とスロート６１とは一体化されており、固定ブッシュ６３を介して、洗浄水貯留部４の周囲壁に固定されている。この場合、吐出ノズル５の先端部のノズル径とスロート６１の内径（開口径）とは、その比が０．３〜０．７の範囲になるように、決定されている。また、スロート６１は、排水トラップ２の入口２ａを指向していることから、吐出ノズル５もこの入口２ａを指向することになる。この吐出ノズル５は、分配弁８と給水管１１を介して接続されており、図示しない給水弁とこの分配弁８の弁駆動により給水源から供給を受けた洗浄水（水道水）を吐出する。
【００１８】
このように吐出ノズル５から洗浄水が吐出されると、その吐出洗浄水は、１〜２ｋｇｆ／ｃｍ２ という給水源とほぼ同じ高水圧で、図中白塗り矢印Ｘのようにスロート６１の内部を高速に通過する。すると、洗浄水貯留部４内の洗浄水は、エジェクタ効果を受けて図中実線矢印Ｙのように側壁貫通孔６２を介して吐出ノズル５からの吐出洗浄水に大量に巻き込まれ、スロート６１を通過する。つまり、この吐出ノズル５とスロート６１とは、吐出ノズル５からの吐出洗浄水を駆動流体とし洗浄水貯留部４内の洗浄水を被駆動流体とするジェットポンプを構成し、吐出ノズル５からの吐出洗浄水を洗浄水貯留部４内の洗浄水を巻き込む噴流とする。このため、この噴流と巻き込まれた洗浄水貯留部４内の水とが、ジェットポンプによる吐水のようにしてスロート６１内部の先端、即ちゼット吐水口６から図中白塗り矢印Ｘａのように吐出される。
【００１９】
また、スロート６１の先端部では、洗浄水貯留部４内の洗浄水は、図中点線矢印Ｙａのようにスロート先端の切欠を介してスロート６１からの吐出洗浄水に巻き込まれて、スロート６１からの吐出洗浄水と共にゼット吐水口６から吐出される。この場合、ゼット吐水口６は排水トラップ２の入口２ａに対向していることから、ゼット吐水口６からは、排水トラップ２の入口２ａに向けて直に洗浄水が吐出される。このため、このようなゼット吐水口６からの洗浄水吐出により、ボール部１ａの汚物落し込み凹部１ｂでは、図１に白塗り矢印ＸＡで示すように、排水トラップ２の入口２ａに向かう洗浄水の流れが形成される。この洗浄水の流れＸＡは、ボール部１ａの封水を図１に白塗り矢印ＸＡＷで示すように入口２ａから排水トラップ２の流路内に流れ込ませる。よって、ゼット吐水口６からの洗浄水吐出による洗浄水の流れＸＡと、この洗浄水の流れＸＡによるボール部１ａの洗浄水（封水）の流れＸＡＷとによって、排水トラップ２に洗浄水が瞬時に大量に流れ込み、ボール部１ａにサイホン作用を発生させる。こうした一連の吐水動作によりいわゆるジェット洗浄が実施され、その際の排水トラップ２への洗浄水の入水状況、延いては当該トラップ出口からの出水状況（排水水量）は、ゼット吐水口６からの洗浄水吐出状態とボール部１ａの封水水量（本実施例では約２リットル）等で定まる。なお、サイホン作用発生の様子については後述する。
【００２０】
このようにしてサイホン作用が発生すると、汚物落し込み凹部１ｂに沈降した汚物やボール部内の封水に浮遊した汚物は、サイホン作用による吸引を受けて封水と共に排水トラップ２から排出される。なお、ゼット吐水口６から入口２ａに向けた上記の洗浄水の流れＸＡが形成されていることから、汚物落し込み凹部１ｂの沈降汚物は、この洗浄水の流れＸＡに直接押し流されて排水トラップ２内に強力に押し込まれる。
【００２１】
本実施例では、吐出ノズル５とスロート６１とでジェットポンプを構成するに当たり、以下のスペックを想定した。吐出ノズル５には上記水圧の給水を行うと共に、その際の瞬間流量（給水瞬間流量・吐出瞬間流量）は、約１６リットル／分とした。そして、ジェットポンプの巻き込み比を約１．０１とし、ジェットポンプからの吐出出力瞬間流量を約３２．１６（＝１６ｘ２．０１）リットル／分とした。このスペックでのジェットポンプ吐出により、上記の洗浄水の流れＸＡを形成し、この洗浄水の流れＸＡとボール部１ａの封水の流れＸＡＷとで排水トラップ２に洗浄水の入水状況を引き起こすようにした。なお、吐出ノズル５への給水瞬間流量が上記の値から変化すると、巻き込み比もこの変化に応じて変化するため、排水トラップ２への洗浄水の入水状況も変化する。
【００２２】
次に、排水トラップ２について説明する。本実施例では、上記したジェットポンプによる排水トラップ２への入水により後述するように排水トラップ２からの積算排水量が所定のものであれば、排水トラップ２の管路形状の影響を排除できるが、便器製造の上で排水トラップ２の管路形状の決定は不可欠であるため、以下のように定めた。
【００２３】
排水トラップ２は、前述のようにその入口２ａがボール部１ａの底部分に設けた汚物落し込み凹部１ｂに開口されており、この入口２ａからボール部１ａの裏面に沿って便器本体１の後方に向かって斜め上向きに延びる上昇路２ｂと、上昇路２ｂ上端から下方に向かってほぼ垂直に延びる下降路２ｃと、下降路２ｃ下端から便器本体１前方に横向きに延びる横引き路２ｄとにより連続する屈曲流路に構成され、上記横引き路２ｄ先端において便器排水口２ｅが垂直方向に開口している。なお、排水トラップ２の堰部２ｇで洗浄水の剥離が生じた場合、その剥離した洗浄水が管路内で乱流となって空気を巻き込んだ状態となり、迅速な空気の排出ができないことがある。よって、堰部２ｇの曲率半径は４０〜１００ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．７〜１．８倍程度）、好ましくは４５〜８０ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．９〜１．４倍程度）としてできるだけ、堰部２ｇから水が剥離しないように構成する。本実施例では、堰部２ｇの曲率半径を４５ｍｍ、排水トラップの直径をその管路に亘ってφ５５とした。
【００２４】
上昇路２ｂは、入口２ａにおける傾斜角度が４０〜８０度で形成されている。下降路２ｃは、重力方向に略円筒状に堰部２ｇから１００〜１５０ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、１．８〜２．７倍程度）形成し、その下降路２ｃ直下付近に段部２ｆが位置するように形成する。本実施例では、上昇路２ｂの傾斜角度が６０度、下降路２ｃは、２３０ｍｍとした。
【００２５】
また、横引き路２ｄは上記のごとく一度上向きに屈曲して第２堰部２ｈを形成した後、直ちに下向きに屈曲してこの下向き屈曲部３０がそのまま便器排水口２ｅに連絡している。なお、排水トラップ２の管路形状の影響を排除できることから、この横引き路２ｄや第２堰部２ｈを設けることなく下降路２ｃを便器排水口２ｅに連絡してもよい。
【００２６】
上記の段部２ｆは、図面に示す位置、即ち下降路２ｃと横引き路２ｄが交差する部分の排水トラップ２外側壁面に設けてある。斯る位置に設けることにより、通常、排水トラップ２の下降路２ｃから横引き路２ｄに連続する屈曲部を曲がり切ったところで生ずる不均一な流速分布の補正を行うことができる。
【００２７】
この段部２ｆの位置としては、横引き路２ｄの高さ方向に対し、中央より上、天井壁から１０〜２０ｍｍの位置が最も有効に流速分布の補正を行い、且つ排水トラップ２内の空気を速やかに排出できる。なお、この段部２ｆにあっても省略することもできる。
【００２８】
段部２ｆを下降路２ｃと横引き路２ｄの交差部より上の位置に設けると、上記のように下降路２ｃから横引き路２ｄに連続する屈曲部を曲がり切ったところの流速分布が不均一になるばかりでなく、段部２ｆにより横に曲げられた水流がトラップ２を塞ぐ流れとなり、サイホン成長を妨げることがある。また、逆に、この位置を上記よりも低くすると、流速補正の効果が低くなって行く。
【００２９】
また、この排水トラップ２は第２堰部２ｈを構成する屈曲部頂部から便器排水口２ｅにかけて形成される下向き屈曲部２ｈの曲率半径を４０〜６５ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．７〜１．２倍程度）、好ましくは４５〜５５ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、０．８〜１．０倍程度）と大きく形成すると共に便器排水口２ｅが開口するその端末が便器本体１の底面と同じレベルに達するように形成して排出経路を可及的に延長してある。なお、本実施例においては下向き屈曲部３０の曲率半径は５５ｍｍ（排水トラップの直径φ５５に対して、１．０倍）に形成している。
【００３０】
次に、このサイホン式大便器１００における便器洗浄動作について説明する。図示しない遠隔操作盤等にて便器洗浄指示が出されると、分配弁８より上流の給水弁が、当該操作盤から発せられる赤外光を受光して管路を所定時間に亘って開放する。こうして分配弁８に給水がなされると、分配弁８は、給水弁を経て供給された洗浄水の供給先を、以下のように時系列的に切り換える。つまり、この分配弁８は、洗浄水（水道水）供給先を、当初は、通水リム３に洗浄水を流し込むための給水管９とし、その後は、上記した吐水ノズルに連結された給水管９とし、その後は再度、給水管９に切り換える。そして、これら配管への洗浄水の供給先の時系列的な切り換えにより、リム洗浄に引き続いてジェット洗浄が行われ、その後に、再度リム洗浄が行われるようにされている。なお、分配弁８の詳細な構成は、本発明の要旨と直接関係しないので、その説明は省略することとする。
【００３１】
この最初のリム洗浄により、ボール部内壁が洗浄されると共に、当該内壁に落とされたトイレットペーパーは、この内壁に沿って流れる洗浄水によりボール部１ａの封水に流し込まれたり、水に濡れた状態で封水に一部浸っている状態となる。よって、その後のジェット洗浄により、このトイレットペーパー等を封水と共に排水トラップ２に流れ込ませ、確実に排出できる。
【００３２】
ジェット洗浄の過程では、既述したようにゼット吐水口６から洗浄水が吐出され、洗浄水の流れＸＡと封水の流れＸＡＷとで排水トラップ２に洗浄水の入水状況を引き起こす。こうして上昇路２ｂに洗浄水が入水すると、上昇路内の洗浄水が押されて堰部２ｇを乗り越え、当該堰部に存在した空気を巻き込んで洗浄水が下降路２ｃに流れ込む。よって、汚物落し込み凹部１ｂから下降路２ｃまでが上昇路２ｂを介して洗浄水で満たされるため、サイホン作用が起きる。そして、このサイホン作用で生じた引き力により、汚物落し込み凹部１ｂにおける汚物並びに封水が上昇路２ｂに引き込まれ、この洗浄水の引き込みにより汚物が上昇路２ｂを通って排出される。
【００３３】
上記したように汚物を排水トラップ２から排出するジェット洗浄が完了すると、分配弁８により洗浄水の供給先が給水管９に再度切り換えられる。このため、洗浄水は再び通水リム３に導かれ、改めてリム洗浄が開始される。そして、この際のリム洗浄により流れ出た洗浄水は、ボール部１ａに新たな封水として溜置かれる。
【００３４】
次に、上記したジェット洗浄実行時における排水トラップ２への洗浄水の入水状況並びにこの入水により起きる排水トラップ２からの排水状況について説明する。この入水状況並びに排水状況は、上記したサイホン式大便器１００における排水トラップ２の形状を図３に示すようにコンピュータ上で再現し、このコンピュータ上で再現した仮想排水トラップ１０２でシューミレートした。即ち、この仮想排水トラップ１０２にあっては、その入口１０２ａ・排水口１０２ｅ形状や管路途中の管路径はサイホン式大便器１００と同じとされ、この入口１０２ａに継続して洗浄水入力をかけたときの当該洗浄水入力と排水口１０２ｅでの洗浄水出力をコンピュータにて演算し、この入力と出力との関係をシュミレートした。また、排水口１０２ｅからの排出洗浄水の積算排水量をもコンピュータにて演算し、上記の入力開始からの経過時間とこの積算排水量との関係をもシュミレートした。これらの結果を図４〜図６に示す。
【００３５】
図４は、洗浄水入力が大きい場合の入力と出力との関係を、図５は、洗浄水入力が小さい場合の入力と出力との関係を示す。この場合、洗浄水入力は入口１０２ａにおける断面平均流量とし、洗浄水出力にあっては排水口１０２ｅにおける断面平均流量とした。図面中の見出し欄には、仮想排水トラップ１０２の入口１０２ａに洗浄水入力があった時点から１．５秒を経過した時の断面平均流量を記載した。よって、この見出し欄における断面平均流量の記載９０〜３８０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓは、入力開始時刻（時刻ゼロ／流量０リットル／ｍｉｎ）から約１．５秒経過後の流量が９０〜３８０リットル／ｍｉｎであることを意味する。なお、図における時間ゼロの時点は、実際のサイホン式大便器１００において吐出ノズル５、即ちゼット吐水口６から洗浄水吐出（便器洗浄）が実行されたときに相当する。
【００３６】
図４に示すように、断面平均流量が１６０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓ以上のもの（以下、高入力モデルという）では、いずれも、▲１▼出力が観察された当初の出力の傾きが入力の傾きを大きく越えている。また、▲２▼入力と出力が一致するまでの期間に亘っては、出力の傾きが入力の傾きに勝っており、▲３▼この期間において出力の傾きが入力の傾きを下回るのはごく短時間だけしか見られない。例えば、断面平均流量が１６０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓの高入力モデルでは、図にａで示した約０．２ｓｅｃでしかない。しかも、▲４▼短時間の内に（１．１〜１．７ｓｅｃ）入力と出力が一致した。
【００３７】
図５に示すように、断面平均流量が９０〜１５０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓのもの（以下、低入力モデルという）では、断面平均流量が９０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓのもの（以下、最低入力モデルという）を除き、上記の高入力モデルと同様に▲１▼〜▲４▼の現象が見られた。この場合、▲４▼については１．８〜２．２ｓｅｃで入力と出力が一致した。その一方、最低入力モデルであっても、▲１▼’出力観察当初の出力の傾きは入力の傾きを越えていた。また、▲２▼’約１ｓｅｃの経過後からは、出力の傾きは入力の傾きとほぼ同じか僅かに出力の傾きが勝るに過ぎないものの、▲３▼’図にｂで示したように約０．５ｓｅｃと比較的短時間に亘ってしか出力の傾きが入力の傾きを下回っていない。また、▲４▼’約２．５ｓｅｃ経過すれば、入力と出力は一致すると予想される。
【００３８】
図６に示すように、入力開始時刻（時刻ゼロ）から約０．５秒経過するまでは、いずれの断面平均流量のものであっても排水口１０２ｅからの排出洗浄水の積算排水量（排水積算体積）は観察されなかった。つまり、この間は、排水路内の空気排出のためのものと考えられる。そして、この０．５秒経過時点の時刻を排水口１０２ｅから排水が開始されるようになると仮定すると、上記の最低入力モデルであっても、この排水開始時点から約１．５秒経過するまでに（入力開始からは約２秒後）、排水口１０２ｅから積算で１リットルを越える洗浄水（約１．２リットルの洗浄水）が排出されていることがわかった。
【００３９】
図３に示す仮想排水トラップ１０２において、その内部のエアーが洗浄水入力により押し出されてトラップ内が洗浄水で置換されると、サイホン作用が発生しそれ以降では洗浄水入力と出力が一致するといえる。この現象を図４ないし図６の結果に照らし合わせると、以下のように考えることができる。
【００４０】
入力開始時点から出力が立ち上がるまでの間は、それまでの入力によりエアーが先に排水口１０２ｅから排出されるので、出力はゼロであり、出力立上がり後は、洗浄水の出力状況（図４，図５の出力並びに図６の積算体積）がグラフ化される。そして、この出力立上がりが急であるほど、エアーがより早く排出されて管路内が流れ込んだ洗浄水で満たされるようになり、その分、サイホン作用も早期に発生する。
【００４１】
こうした洗浄水の出力状況のうち、入力と出力が一致するまでは、洗浄水にトラップ内エアーが混在した出力状況となり、この間は、エアーを除いた洗浄水出力となる。そして、サイホン作用は、入力と出力の一致が起きたことで、その発生が確認される。各高入力モデルと、最低入力モデルを除く各低入力モデルとは、約２秒以内という短時間の内で入力と出力の一致が観察されていることから、この一致が観察される以前のいずれかの時点でサイホン作用が確実に発生しているといえる。よって、断面平均流量が３８０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓの高入力モデルでは、入力開始から、即ち便器洗浄開始から約１ｓｅｃ以前に確実にサイホン作用が発生し、断面平均流量が１１０（Ｌ／ｍｉｎ）／１．５ｓの低入力モデルでは、便器洗浄開始から約２．２ｓｅｃ以前に確実にサイホン作用が発生しているといえる。しかも、このような短時間の間に、積算排水量は約１リットルを超える量となっており、管路内は洗浄水で確実に満たされている。その一方、最低入力モデルであっても、約２．５秒経過後には、入力と出力とが一致すると予想されるので、上記の場合よりは遅いものの、この２．５秒経過以前にはサイホン作用が確実に発生しているといえる。この最低入力モデルであっても、比較的短時間の内にサイホン作用が発生するといえる。そして、この最低入力モデルであっても、排水開始から短時間の間に、積算排水量は約１リットルを超える量となっており、管路内は洗浄水で確実に満たされている。従って、このような洗浄水の排出状況を引き起こすよう上記のようにして洗浄水入力を与えれば、早期のうちの確実なサイホン作用の発生により、速やかな便器洗浄完了と節水化を図ることができる。なお、上記の最低入力モデルを下回る入力を加えても、排水開始から約１．５秒後に約１リットル以上の積算排水量とすることはできず、サイホン作用の早期発生は確認できなかった。
【００４２】
このようなコンピュータシュミレーションの結果を踏まえ、実機たるサイホン式大便器１００にて実際に便器洗浄を行って見たところ、ほぼ同様の結果が得られ、早期の洗浄完了と節水化を図ることができた。即ち、約２リットルのボール部１ａの封水に対して、吐出ノズル５からの吐出洗浄水によりゼット吐水口６から洗浄水の流れＸＡを加えることで、この洗浄水の流れＸＡと封水の流れＸＡＷとによって、速やかに便器洗浄を行うことができた。その際、サイホン式大便器１００では、洗浄水の流れＸＡを形成するために吐出ノズル５から新たに約１．３リットルの洗浄水（水道水）を吐出するだけでよく、確実に節水化を図ることができた。この場合、洗浄水貯留部４内の洗浄水が上記スペックのジェットポンプにより総て巻き込まれる前に、吐出ノズル５からの洗浄水吐出を停止しても、確実に汚物を排出できた。しかも、上記したように、当初のリム洗浄を行うことで、トイレットペーパーも洗浄水並びに汚物と共に排出できた。つまり、吐出ノズル５とスロート６１で構成されるジェットポンプにより、本実施例では、図４あるいは図５に示す洗浄水の入水状況と図６に示す排水状況を得ることができ、このために節水化を図ることができたといえる。
【００４３】
上記したコンピュータシュミレーションを、サイホン式大便器１００における排水トラップ２の形状（堰部２ｇの曲率半径：４５ｍｍ、排水トラップ直径：φ５５、上昇路２ｂの傾斜角度：６５度、下降路２ｃの全経路長：２３０ｍｍ等）を再現した仮想排水トラップ１０２以外の仮想排水トラップ、具体的には、堰部２ｇの曲率半径が４０〜１００ｍｍで、排水トラップ直径がφ５５〜φ６０で、上昇路２ｂの傾斜角度が４０〜８０度で、下降路２ｃの経路長が１００〜１５０ｍｍであるような種々の仮想排水トラップについて実施したところ、ほぼ同じ結果が得られた。よって、排水トラップ２の形状が上記のように便器製造の上で通常採られるものであれば、上記の洗浄水入水状況を発現させることで、排水トラップ２の管路形状の影響を受けることなくサイホン作用を早期のうちに確実に発生させることができるといえる。そして、このように排水トラップ２の管路形状の影響を排除して、汚物排出の際の節水化の実効性を高めることができる。
【００４４】
次に、変形例について説明する。この変形例では、図７に示すように、上昇路２ｂの壁面に、管路内の圧力を検出する圧力センサ１０１を管路内洗浄水に水没して備える。この圧力センサ１０１は、図示しない制御装置と接続されており、上昇路２ｂ内の検出圧力を出力する。この出力を受ける制御装置は、検出圧力を所定時間ごとにスキャンし、その結果からサイホン作用発生の有無を検出する。具体的には、検出圧力が負圧となる所定状況が観察されると、サイホン作用が発生したと判断する。これは、サイホン作用の発生により、この上昇路２ｂ内が負圧となることによる。そして、制御装置は、サイホン作用の発生により、吐出ノズル５からの洗浄水吐出が停止するよう、分配弁８を弁制御する。このように洗浄水吐出が停止しても、既に発生済みのサイホン作用により封水の吸引はその後も継続されるので、汚物やトイレットペーパーは排水トラップ２から確実に排出される。よって、この変形例によれば、吐出ノズル５からの吐出洗浄水量を低減できるので、これを通してより節水化を図ることができる。なお、圧力センサ１０１からの検出圧力推移ではなく、吐出ノズル５による洗浄水吐出開始からの経過時間とサイホン作用発生の関係を把握し、経過時間が所定時間となると吐出ノズル５からの洗浄水吐出を停止するよう変形することもできる。このようにしても、吐出ノズル５からの吐出洗浄水量の低減を通してより節水化を図ることができる。
【００４５】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の実施例や実施形態になんら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のサイホン式大便器１００の概略断面図である。
【図２】このサイホン式大便器１００の要部Ｚの拡大断面図である。
【図３】サイホン式大便器１００における排水トラップ２の形状をコンピュータ上で再現した仮想排水トラップ１０２を説明する説明図である。
【図４】この仮想排水トラップ１０２に洗浄水入力を加えた場合の入力と出力との関係を、洗浄水入力が大きい場合について表すグラフである。
【図５】この入力と出力との関係を、洗浄水入力が小さい場合について表すグラフである。
【図６】仮想排水トラップ１０２の排水口１０２ｅからの排出洗浄水の積算排水量と入力開始からの経過時間との関係を表すグラフである。
【図７】変形例のサイホン式大便器１００の概略断面図である。
【符号の説明】
１…便器本体
１ａ…ボール部
１ｂ…汚物落とし込み凹部
１ｃ…隔壁
２…排水トラップ
２ａ…入口
２ｂ…上昇路
２ｃ…下降路
２ｄ…横引き路
２ｅ…便器排水口
２ｆ…段部
２ｇ…堰部
２ｈ…第２堰部
２ｈ…屈曲部
３…通水リム
４…洗浄水貯留部
５…吐出ノズル
６…ゼット吐水口
６ａ…奥側部位
８…分配弁
９…給水管
１１…給水管
３０…屈曲部
６１…スロート
６２…側壁貫通孔
６３…固定ブッシュ
１００…サイホン式大便器
１０１…圧力センサ
１０２…仮想排水トラップ
１０２ａ…入口
１０２ｅ…排水口
Claims (5)
- 便器のボール部に臨んだ開口から連続形成されたトラップ排水路を備え、該トラップ排水路を介して前記ボール部内の汚物をボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器の洗浄方法であって、
前記開口に向かう洗浄水の流れにより前記ボール内洗浄水が前記開口から前記トラップ排水路内に流れ込むようにすると共に、前記トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こすように、前記洗浄水の流れを形成することを特徴とするサイホン式大便器の洗浄方法。 - 便器のボール部に臨んだ開口から連続形成されたトラップ排水路を備え、該トラップ排水路を介して前記ボール部内の汚物をボール内洗浄水と共に吸引して排出するサイホン式大便器であって、
前記開口に向かう洗浄水の流れにより前記ボール内洗浄水が前記開口から前記トラップ排水路内に流れ込むように前記ボール部に洗浄水を吐出すると共に、前記トラップ排水路からの積算排水量が排水開始から１．５秒経過する間に約１リットル以上となる排水状況を引き起こすように、前記ボール部に洗浄水を吐出する吐出手段を有する
ことを特徴とするサイホン式大便器。 - 請求項２記載のサイホン式大便器であって、
前記吐出手段は、
前記トラップ排水路を介して前記ボール部にサイホン作用が発生するまで、前記ボール部に洗浄水を吐出する手段を有する、サイホン式大便器。 - 請求項２又は請求項３記載のサイホン式大便器であって、
前記吐出手段による洗浄水吐出が終了する前に、前記ボール部の上縁から洗浄水を吐出してボール部内壁に沿って洗浄水を流す上縁吐出手段を有する、サイホン式大便器。 - 請求項２ないし請求項４いずれか記載のサイホン式大便器であって、
前記トラップ排水路は、管路径が約４０〜７０ｍｍの管路軌跡と、管路内側の曲率半径が約４５〜１００ｍｍの頂上トラップ部とを有する、サイホン式大便器。
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