以下、ここで提案される負圧吸引式トイレを図面に基づいて説明する。以下の説明において、前、後、左、右は、それぞれ便座に腰掛けた使用者から見た方向を意味しており、図面には、それぞれ符号Fr、Bk、L、Rが適宜に付されている。また、各図において同じ作用を奏する部材や部位には、同じ符号を付し、適宜に重複する説明を省略している。
ここではまず、負圧吸引式トイレの構造について、一例を説明する。その後、かかる負圧吸引式トイレについて、***物が負圧吸引される際の音を小さく抑える方法に言及する。
図1は本実施形態に係る負圧吸引式トイレ10の構成を示す右側面図である。図2は、負圧吸引式トイレ10を底面から見た斜視図である。本実施形態に係る負圧吸引式トイレ10は、図1および図2に示すように、外枠11と、便器本体12と、排水管路13と、負圧タンク14と、開閉弁15と、制御装置100とを備えている。ここでは、まず外枠11を説明し、便器本体12と、排水管路13と、負圧タンク14と、開閉弁15と、制御装置100を順に説明する。
《外枠11》
外枠11は、土台21と、便座22と、背もたれ23と、肘掛24、25とを備えている。土台21は、全体として凡そ矩形の箱状のフレームで構成されており、便器本体12を収容しうる空間を有している。土台21には4つの脚部26〜29が設けられている。当該脚部26〜29によって、土台21の底部に所要のスペースが形成されている。
便座22は、負圧吸引式トイレ10の上部に取り付けられている。背もたれ23は、便座22に腰掛けた使用者の背中を支持しうる部位であり、土台21の後側の側面から上方に延びている。肘掛24、25は、便座22に着座した使用者が肘を付く部位である。背もたれ23や肘掛24、25は、使用者の動作能力や介護者のニーズに合わせて、適宜に土台21から取り外すことができる。また、肘掛24、25および脚部26〜29は、それぞれ高さを調整する機構を有しており、使用者の体格や介護者のニーズに合わせてそれぞれ高さが調整できる。
土台21の上部は、便器本体12の上部開口31に合わせた形状で開口している。土台21の内部に収容された便器本体12は、上部開口31が露出するように、上部開口31を上に向けて土台21の上部に取り付けられている。また、土台21の上部に取り付けられた便座22は、便器本体12の上部開口31の上縁に沿って配置される。便座22の詳細な図示は省略するが、便座22の中央部は使用者が便器本体12に便を***可能なように開口している。図示は省略するが、土台21の上部には、便器本体12の上部開口31を覆うように蓋を取り付けても良い。かかる蓋は、人が座れるように所要の強度を持たせ、かつ、上部にクッションを備えていてもよい。この場合、負圧吸引式トイレ10は、便器として使用しない場合には土台21の上部に蓋をするとよい。これにより、臭いが拡散するのを防止でき、また、適宜に腰掛として利用できるようになる。
《便器本体12》
次に、便器本体12の構造を説明する。
便器本体12は、図1に示すように、有底の容器である。この実施形態では、便器本体12は、プラスチック成形品であり、上部12aが広く開口し、底部12bに向けて縮径した有底の容器である。また、便器本体12の底部12bの内部にインナースリーブ30が装着されている。図3は、インナースリーブ30が取り外された便器本体12の平面図である。図4は、インナースリーブ30が装着された便器本体12の底部12bを拡大した断面図である。
《便器本体12の上部12a》
この実施形態では、図3に示すように、便器本体12の上部12aは、便座に腰掛けた使用者から見た方向において前側が広くなっている。便器本体12の上部開口31は外側に折り返っている。便器本体12は、当該上部開口31および便器内が土台21の上部から見えるように、上記外枠11の土台21の開口に収められている。
《便器本体12の底部12b》
便器本体12の底部12bは、便座に腰掛けた使用者の臀部が納まる位置に合わせて、便器本体12のやや後方に設けられている。当該底部12bには、図4に示すように、便器本体12の排出口として、排水口32(適宜、「排出口」とも称される)が設けられている。かかる排水口32の周囲には、便受部41と、段差部42と、傾斜面部43とが設けられている。この実施形態では、図1および図3に示すように、便器本体12の底部12bは、凡そ逆円錐状に形成されている。かかる逆円錐状の底部12bの深部には、インナースリーブ30が装着される有底の凹部12cが形成されている。かかる凹部12cは、上円筒部51と、絞り部52と、下円筒部53とを備えている。
ここで、便器本体12の底部12bのうち、逆円錐状に形成された側面は、便器本体12の傾斜面部43を形成する。上円筒部51は、逆円錐状に形成された側面の下縁から下方に延びている。上円筒部51は、便器本体12の段差部42を形成する。絞り部52は、かかる上円筒部51の下縁から水平方向に張り出している。下円筒部53は、絞り部52の内側縁から下方に連続している。下円筒部53は、上円筒部51よりも少し小さい円筒状の有底の窪みで構成されており、当該下円筒部53の底54の中心には、インナースリーブ30の下部が挿通される挿通孔55が形成されている。当該下円筒部53の底54に形成された挿通孔55の周りに、インナースリーブ30をビス止めするためのビス孔56が形成されている。
《インナースリーブ30》
図5は、インナースリーブ30の側面図である。インナースリーブ30は、図5に示すように、便器本体12の底部12bに装着される筒状の部材である。インナースリーブ30は、上側軸部36と、下側軸部37を備えている。上側軸部36は、便器本体12の底部12bに装着される部位である。
上側軸部36は、図4に示すように、便器本体12の底部12bに形成された、上円筒部51の下部および下円筒部53に装着される。上側軸部36は、便器本体12の底部12bに凡そ隙間なく嵌る外形を有している。つまり、インナースリーブ30の上側軸部36の上段には、便器本体12の上円筒部51に嵌る上円筒部36aを有している。インナースリーブ30の上側軸部36の中段には、便器本体12の上円筒部51の下部の絞り部52に合わせて段差36bが設けられている。インナースリーブ30の上側軸部36の下段には、便器本体12の下円筒部53に嵌る下円筒部36cを有している。
下側軸部37は、上側軸部36の下段の下円筒部36cよりも細い軸37aで構成されている。当該軸37aは、便器本体12の底部12bの下円筒部53の底54に形成された挿通孔55に挿通される。この実施形態では、上側軸部36の上下の円筒部36a、36cと下側軸部37の軸37aとは、それぞれ同軸に沿って形成されている。
インナースリーブ30の上部には、便受部41となる逆円錐状の窪みが形成されている。当該窪み(便受部41)の中心に、排水口32が形成されている。そして、インナースリーブ30の中心軸L1(図1参照)に沿って、排水口32に連なる管路33が、上側軸部36と下側軸部37を貫通している。
《インナースリーブ30の取り付け構造》
この実施形態では、図4に示すように、便器本体12の底部12bにインナースリーブ30が取り付けられている。当該インナースリーブ30を便器本体12に取り付けることによって便受部41および排水口32が便器本体12の底部12bに設けられている。以下、便器本体12の底部12bの構造およびインナースリーブ30の取り付け構造をさらに説明する。
このインナースリーブ30は、図4に示すように、便器本体12の底部12bに形成された挿通孔55に下側軸部37を挿通させ、上側軸部36を便器本体12の底部12bに形成された下円筒部53および上円筒部51に装着している。この際、下円筒部53の底54には平板リング状のシール材57が装着されている。また、上円筒部51と下円筒部53とに設けられた絞り部52には、Oリング58が装着されている。
このように、便器本体12の底部12bには、インナースリーブ30が装着されている。そして、インナースリーブ30の上面に便受部41が設けられ、排水口32が形成されている。さらに、便受部41の上縁からは、便器本体12の側面によって段差部42と傾斜面部43が形成されている。この実施形態では、便器本体12の底部12bからインナースリーブ30の下側軸部37が下方に延びている。インナースリーブ30の下側軸部37には、排水口32に連通した管路33が形成されている。以下、便器本体12の排水口32、管路33、便受部41、段差部42および傾斜面部43をさらに説明する。
《排水口32》
排水口32は、便器本体12に溜まった排水を排出する開口である。この実施形態では、排水口32は、インナースリーブ30に形成されている。排水口32は、インナースリーブ30に形成される管路33に連通している。管路33は、便器本体12の外部に延び出たインナースリーブ30の下側軸部37に沿って排水口32から凡そ垂直な軸L1に沿って真っ直ぐに形成されている。この実施形態では、インナースリーブ30に形成された排水口32および管路33の内径(直径)は、凡そ20mmである。
《便受部41》
便器本体12の底部12bに形成された便受部41は、排水口32から水平方向に広がっている。ここで、便受部41について、「水平方向に広がっている」とは、便受部41が排水口32から水平方向に広がった形態のみならず、水平方向に広がるにつれて上方に傾斜して広がっているような形態が含まれている。
この実施形態では、便受部41は、便器本体12の底部12bに装着されたインナースリーブ30の上面によって形成されている。また、便受部41は、排水口32から水平方向に広がるにつれて上方に傾斜して広がっている。より具体的には、便受部41は、排水口32の中心を通る鉛直軸L1を円錐軸とし、頂点を下方に向けた逆円錐の側面に沿った傾斜面で構成されている。排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する便受部41の傾斜角度θ1(図8参照)は、凡そ40度以上80度以下であるとよい。この実施形態では、便受部41の傾斜角度θ1(図8参照)は60度に設定されている。また、便受部41の下縁は排水口32となり、その内径D1(直径)は20mmである。また、便受部41の上縁は、段差部42となり、その内径D2(直径)は65mmである。
《段差部42》
段差部42は、便受部41の周縁部から立ち上がっている。この実施形態では、便器本体12の底部12bの内周面は、便器本体12の底部12bに装着されたインナースリーブ30の上部外周縁から上方に延びている。段差部42は、インナースリーブ30の上部外周縁から上方に延びた、便器本体12の底部12bの内周面によって構築されている。段差部42の高さ(便受部41と傾斜面部43との間の距離)は、凡そ10mm〜30mm程度にするとよく、好ましくは、15mm〜25mm程度にするとよい。この実施形態では、段差部42の高さを凡そ10mmとした。
《傾斜面部43》
傾斜面部43は、段差部42の上縁から連続し、便受部41よりも急な傾斜を有している。この実施形態では、傾斜面部43は、便器本体12の底部12bの内周面によって構築されている。傾斜面部43は、段差部42の上縁から水平方向に広がるにつれて上方に傾斜して広がっている。より具体的には、傾斜面部43は、排水口32の中心を通る鉛直軸L1を円錐軸とし、頂点を下方に向けた逆円錐の側面に沿った傾斜面で構成されている。傾斜面部43は、便受部41よりも急な傾斜を有しているとよい。排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する便受部41の傾斜角度θ2(図8参照)は、便受部41よりも急な傾斜とした上で、20度以上45度以下にするとよい。この実施形態では、排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する便受部41の傾斜角度θ1(図8参照)が60度であるのに対して、傾斜面部43の傾斜角度θ2(図8参照)は凡そ30度である。
後述するが、便器本体12の底部12b、特に、排水口32およびその近傍部分は、負圧タンク14による吸引力によって、大きな力がかかる。このため、便器本体12の底部12b(特に、排水口32およびその近傍部分)は、所要の強度(剛性)を持たせたい。この実施形態では、便器本体12の底部12bにインナースリーブ30を装着することによって、便器本体12の底部12bに所要の強度を持たせている。また、インナースリーブ30を装着して、便器本体12の底部12bの強度を確保しているが、便器本体12の他の部分は肉厚を薄くできる。このため、全体としては製造コストを少なく抑えることができる。
なお、この実施形態では、便器本体12の底部12bにインナースリーブ30が装着されているが、便器本体12は、インナースリーブ30を装着した形態に限定されない。例えば、インナースリーブ30を用いずに、便器本体12の底部12bに、排水口32を設け、排水口32の周囲に便受部41と、段差部42と、傾斜面部43とが順に設けられるように、便器本体12の底部12bを成形してもよい。
《カバー60》
この実施形態では、図1、図2および図4に示すように、かかる便器本体12の下部は、カバー60によって覆われている。カバー60は、土台21に取り付けられている。また、カバー60には、図4に示すように、便器本体12の底部12bから下方に延びたインナースリーブ30の下側軸部37が挿通するように、対応する位置に貫通孔62が形成されている。当該貫通孔62には、インナースリーブ30の下側軸部37および下側軸部37に取り付けられる排水管路13が挿通されている。
《配管スペース65》
また、この実施形態では、図1および図2に示すように、土台21の下部には、カバー60の下、および、カバー60の後ろ側(背もたれ23が設けられた部位の下側)に配管スペース65が設けられている。排水管路13は、かかる配管スペース65に配されている。
《排水管路13》
排水管路13は、図1に示すように、便器本体12の排水口32と負圧タンク14の吸引口93とを接続する管路である。この実施形態では、排水管路13は、便器本体12の底部12bから延びたインナースリーブ30の下側軸部37に接続されており、インナースリーブ30の管路33を通じて排水口32に接続されている。これにより、便器本体12の排水口32、インナースリーブ30の下側軸部37の管路33および排水管路13が繋がっている。
図6は、便器本体12に接続される排水管路13を示す斜視図である。この実施形態では、排水管路13は、図1および図6に示すように、導入管71と、横引き管72と、立ち上がり管73と、横管74と、降下管75と、末管76と、接続管77とを備えている。排水管路13のうち、導入管71と、横引き管72と、立ち上がり管73と、横管74と、降下管75と、末管76は、塩化ビニル製の配管を用いている。
《導入管71》
導入管71は、図4に示すように、インナースリーブ30の下側軸部37に接続される管である。導入管71は、インナースリーブ30の下側軸部37が差し込まれる受口71aを有している。この実施形態では、導入管71とインナースリーブ30は同じ塩化ビニル製であるので、導入管71の受口71aと、インナースリーブ30の下側軸部37とは接着剤によって強固に接着することができる。
この実施形態では、導入管71は、インナースリーブ30の下側軸部37が差し込まれる受口71aを有し、排水口32から凡そ垂直に延びたインナースリーブ30の管路33に接続されている。導入管71は、当該受口71aから凡そ水平に屈曲しており、その先端には、横引き管72の一端が差し込まれる受口71bが設けられている。この実施形態では、インナースリーブ30の管路33の内径(直径)が凡そ20mmである。インナースリーブ30の管路33が接続される受口71a側では、導入管71から接続管77に至る管路の内径は凡そ20mmである。
ここで、導入管71の屈曲部分71cは、凡そ直角に屈曲させ、屈曲部分71cの高さ(エルボー高さ)を10mmとした。これによって、便器本体12の下部(ここでは、インナースリーブ30の下側軸部37)から導入管71および横引き管72の高さが低く抑えられている。
《横引き管72》
横引き管72は、カバー60の下の空間に配されている。横引き管72は、導入管71の下端から、カバー60の後ろに設けられた、負圧吸引式トイレ10のカバー60の後ろ側の配管スペース65(図1参照)の左寄りの位置まで、左斜め後方向に延びている。横引き管72は、屈曲した継手81によって、立ち上がり管73に接続されている。
《立ち上がり管73》
立ち上がり管73は、負圧吸引式トイレ10の配管スペース65の左寄りの位置で凡そ垂直に配されている。立ち上がり管73は、配管スペース65の上部の左寄りの位置において、横管74に接続されている。立ち上がり管73と横管74は、屈曲した継手82によって接続されている。
《横管74》
図12は、負圧吸引式トイレ10の底面図である。横管74は、図12に示すように、負圧吸引式トイレ10の配管スペース65の上部において凡そ左右に水平に配されている。横管74は、配管スペース65の上部の中央の位置において、降下管75に接続されている。横管74と降下管75は、屈曲した継手83によって接続されている。
《降下管75》
降下管75は、図2に示すように、負圧吸引式トイレ10の配管スペース65の中央の位置で凡そ垂直に配されている。降下管75は、配管スペース65の下部の中央の位置において、末管76に接続されている。降下管75と末管76は、屈曲した継手84によって接続されている。
《末管76》
末管76は、負圧吸引式トイレ10の後側の脚部28、29の間を抜けて、負圧吸引式トイレ10の後方に端部76aを向けて配設されている。排水管路13は、導入管71から末管76まで、適当な位置でブラケットが取り付けられており、負圧吸引式トイレ10の下部に固定されている。
《接続管77》
末管76の端部76aには、図1に示すように、負圧タンク14に接続される接続管77が接続されている。接続管77は、負圧吸引式トイレ10の下部の配管スペース65に構築された排水管路13と負圧タンク14とを接続する配管である。
なお、この実施形態では、導入管71から末管76までの各配管は、例えば、塩化ビニル製の硬質配管を組み合わせ、例えば、接着剤を用いて接着することによって構築されている。接続管77は、可撓性を有する軟質配管で構築されている。各配管は、これに限定されず、例えば、適宜に硬質配管を用いて構築してもよく、また、可撓性を有する軟質配管を用いて構築してもよい。
《排水面規定部70》
負圧吸引式トイレ10と負圧タンク14とを接続する排水管路13は、排水面規定部70を備えている。排水面規定部70は、少なくとも段差部42の上縁よりも上まで排水が溜まるように、便器本体12に溜まる排水の高さを規定する部位である。この実施形態では、便器本体12に溜まる水の高さは、立ち上がり管73に接続された横管74の底部の高さによって予め定められた高さに規定される。
つまり、この実施形態では、排水管路13が大気開放されている状態で、負圧吸引式トイレ10に注水すると、注水された水は、排水口32から排水管路13に流入し、導入管71、横引き管72および立ち上がり管73に満たされて横管74に達する。さらに、便器本体12への注水が継続されると、注水された水は、横管74の底部を流れて降下管75へ流れていく。このため、排水管路13が大気開放されている状態では、便器本体12に十分な注水がある場合でも、便器本体12に溜まる水の高さは、立ち上がり管73に接続された横管74の底部の高さによって予め定められた高さに規定される。このように、排水面規定部70は、立ち上がり管73と、立ち上がり管73に接続された横管74とによって構成されている。
なお、この実施形態では、立ち上がり管73に接続された横管74の底部の高さJ1は、図1に示すように、便器本体12の段差部42の上縁よりも上、具体的には、便器本体12の傾斜面部43の上段付近に設定されている。なお、導入管71から接続管77に至る管路は、途中で絞っても良い。これにより管路を細くできる。例えば、導入管71から接続管77に至る管路は、複数の屈曲する部分を有している。かかる屈曲する部分で、管路を絞ってもよい。この場合、例えば、導入管71から横引き管72に至る導入管71の屈曲部分71cで管路を絞ってもよく、横引き管72が接続される管路の内径(直径)を凡そ16mmとし、導入管71の屈曲部分71cから下流側を凡そ16mmにしてもよい。
《負圧タンク14》
次に、負圧タンク14を説明する。負圧タンク14は、図1に示すように、タンク本体91と、真空ポンプ92と、吸引口93と、排出口94と、排出弁95と、大気開放弁96と、気圧計97とを備えている。
《タンク本体91》
タンク本体91は、所要の真空圧に耐えうる耐圧容器である。負圧吸引式トイレ10では、タンク本体91を減圧し、大気開放する際の吸引力によって、便器本体12から便を含む排水を吸引する。このためにタンク本体91は、十分な容量(例えば、凡そ7L〜15L)を有しているとよい。
《真空ポンプ92、減圧弁92c》
真空ポンプ92は、タンク本体91内の空気を吸引し、タンク本体91を減圧する装置である。この実施形態では、真空ポンプ92は、所要の能力を備えており、例えば、タンク本体91の内圧が0.08MPa程度になるまでタンク本体91を減圧することができる能力をそなえているとよい。なお、真空ポンプ92によって減圧された後のタンク本体91の内圧は、0.08MPaに特段限定されるものではない。真空ポンプ92によって減圧された後のタンク本体91の内圧は、後述するように便器本体12に溜まった***物を含む排水が負圧タンク14によって吸引されるのに適当な負圧状態が負圧タンク14に確保されるとよい。また、タンク本体91と真空ポンプ92を繋ぐ配管92aには、エアフィルタ92bと、減圧弁92cとを備えている。エアフィルタ92bは、タンク本体91から真空ポンプ92に引き込まれる空気中の異物を取り除くフィルタである。また、減圧弁92cは、真空ポンプ92による真空引きのタイミングを制御する弁である。
《吸引口93、排出口94、排出弁95、大気開放弁96》
吸引口93は、タンク本体91に設けられた開口であり、タンク本体91に排水管路13が接続される接続口となる。排出口94は、タンク本体91の底部に設けられた開口であり、汚水ます200に接続されている。排出弁95は、当該排出口94に設けられている。大気開放弁96は、タンク本体91に設けられており、タンク本体91を大気開放する弁である。また、タンク本体91にはタンク本体91の内圧を測定する気圧計97が設けられている。
《開閉弁15》
開閉弁15は、負圧タンク14の吸引口93に設けられている。この実施形態では、開閉弁15が、負圧タンク14の吸引口93に設けられているので、排水管路13に要求される耐圧性能を緩和できる。これにより、排水管路13により汎用性のある配管を用いることができ、負圧吸引式トイレ10のコストを安価に抑えることができる。なお、図示は省略するが、開閉弁15は、排水管路13に設けられていてもよい。開閉弁15を排水管路13に設ける場合には、排水管路13は、少なくとも真空引きされる部分において所要の耐圧性を有する配管を用いるとよい。なお、開閉弁15を、排水管路13の便器本体12に近い側に設けることにより、排水管路13内まで真空引きできる。このため、負圧吸引式トイレ10において排水管路13が長くても必要な吸引力を得ることができる。
ここで、減圧弁92cと排出弁95と大気開放弁96と開閉弁15は、それぞれ電磁弁であり、制御装置100によって電気的に制御されている。また、気圧計97は、タンク本体91の内圧のデータを制御装置に適宜に送信する。
《制御装置100》
制御装置100は、減圧弁92cと排出弁95と大気開放弁96と開閉弁15とを制御する。図7は、制御装置100の制御フローを示すフローチャートである。
制御装置100の制御フローは、例えば、以下の工程S1〜S8による。また、例えば、図1に示す例では、負圧吸引式トイレ10側の適当な位置(例えば、肘掛25)に操作スイッチ110が設けられている。そして、負圧吸引式トイレ10の使用者が操作スイッチ110を操作するのを基に、図7の制御フローをスタートさせるとよい。なお、ここでは、制御装置100による制御は、制御装置100に内臓されるタイマーに基づいて、各工程を所定のタイミングで順次実行するシーケンス制御である。
《タンク本体91の減圧工程S1、S2》
タンク本体91の減圧工程は、開閉弁15と排出弁95と大気開放弁96が閉じられた状態で、減圧弁92cを開き、真空ポンプ92を作動(ON)させる(S1)。これによって負圧タンク14のタンク本体91が真空引きされる。減圧工程S1は、予め定められた時間KT1経過後に停止される。減圧工程S1は、予め定められた時間KT1経過後、減圧弁92cを閉じ、真空ポンプ92を停止(OFF)する(S2)。これによって、タンク本体91は、予め定められたよりも低い内圧に減圧される。
ここで、予め定められた時間KT1は、真空ポンプ92が作動してからタンク本体91が所要の内圧(負圧状態)に達するまでの時間を予め調べておき、これに基づいて定めると良い。このため、ここで設定される時間KT1は、真空ポンプ92の吸引能力やタンク本体91の容量に応じて変わる。また、タンク本体91が予め定められたよりも低い内圧に確実になるように適当な時間を設定するとよい。例えば、負圧タンク14を0.08MPa程度の負圧状態にするのであれば、負圧タンク14の容量や真空ポンプ92の出力にもよるが、例えば、真空ポンプ92を15秒程度駆動させることによって、実現可能である。
なお、減圧を停止する工程(S2)は、タイマーを基に制御された構成を例示したが、タンク本体91に取り付けられた気圧計97によって得られるタンク本体91の内圧のデータに基づいて減圧弁92cと真空ポンプ92を停止させるタイミングを調整してもよい。つまり、制御装置100は、タンク本体91の内圧のデータを得つつ、{タンク本体91の内圧<B1(予め定められた内圧)}となったタイミングで、減圧弁92cを閉じ、真空ポンプ92を停止(OFF)してもよい。これにより、タンク本体91をより確実に予め定めたよりも低い内圧にすることができる。
また、タイマーで制御する場合でも、減圧を停止する工程(S2)の後で、気圧計97に基づいてタンク本体91の内圧を測り、そのデータに基づいて、タンク本体91が予め定められた内圧に達していない場合には、さらに所定時間の減圧(追加の減圧)を行うようにしてもよい。この場合、気圧計97によってタンク本体91の内圧を測り、タンク本体91が予め定められた内圧に達するまで、追加の減圧を繰り返すようにしてもよい。これにより、予め定められたよりも低い内圧まで、より確実に、タンク本体91を減圧することができる。
《吸引工程S3、S4》
便器本体12からタンク本体91に排水を吸引する吸引工程(S3)は、S1およびS2によって、所要の内圧にタンク本体91が減圧された状態で行われる。ここでは、開閉弁15を開け、便器本体12に溜まった排水をタンク本体91に吸引する。これによって、タンク本体91が排水管路13を通じて便器本体12に通じる。便器本体12は大気に開放されているので、減圧された状態から大気圧に戻ろうとするタンク本体91によって吸引力が生じる。かかる吸引力によって、便器本体12に溜まった排水は、排水管路13を通じてタンク本体91に引き込まれる。ここでは、開閉弁15が開かれてから予め定められた時間KT2が経過した後、開閉弁15は閉じられる(S4)。
《大気開放S5、排水の排出S6》
次に、タンク本体91に排水が引き込まれた状態で、大気開放弁96が開かれ、タンク本体91が大気開放される(S5)。そして、かかる大気開放にタイミングを遅らせて、排出弁95を開ける(S6)。これにより、タンク本体91に溜まった排水を汚水ます200へ自然流下させることができる。ここでは、大気開放弁96が開かれてから予め定められた時間KT3が経過した後、大気開放弁96が閉じられる(S7)。また、排出弁95が開かれてから予め定められた時間KT4が経過した後、排出弁95が閉じられる(S8)。これにより、便器本体12およびタンク本体91は、操作スイッチ110が操作される前の状態に戻る。
なお、ここでは、便器本体12への注水は使用者が行っているが、例えば、図1に示すように、負圧吸引式トイレ10に注水用のタンク121(注水タンクあるいは給水ポンプとも称される。)とポンプ122(注水ポンプあるいは給水ポンプとも称される。)を用意しておき、操作スイッチ110が押された際に、減圧工程の前段階、或いは、負圧タンク14の減圧が行われているのと同時に、ポンプを作動させてタンクから便器本体12に所定量の水が管路124を通して注水されるように制御を構築してもよい。
このように、負圧吸引式トイレ10は、負圧タンク14に接続された真空ポンプ92と、開閉弁15を操作するアクチュエータ(電磁弁機構)と、真空ポンプ92と開閉弁15を操作するアクチュエータ(電磁弁機構)とを制御する制御装置100とを備えている。これにより、制御装置100によって負圧吸引式トイレ10の操作を簡単に構成できる。
この負圧吸引式トイレ10は、負圧タンク14(負圧タンク側要素10Y)を負圧吸引式トイレ10本体(便器側要素10X)から離れた場所に設けてもよい。例えば、負圧吸引式トイレ10本体(便器側要素10X)は屋内に設置し、負圧タンク14(負圧タンク側要素10Y)は戸外に設置してもよい。この場合、例えば、図1に示すように、建物の壁250に穴を開けて排水管路13を通して、屋内に設置された負圧吸引式トイレ10本体と屋外に設置された負圧タンク14とを接続するとよい。このように、負圧タンク14を屋外に設置する場合、負圧タンク14が接続される汚水ます200は戸外に設置することができる。このため戸外に設置された既存の汚水配管の近くに負圧タンク14を設置することによって下水の配管工事を少なくできる。これにより、既存の住宅に負圧吸引式トイレ10を設置する場合の設置コストを安価に抑えることができる。また、建物の壁250に開ける穴は、例えば、エアコン用に明けられる穴を利用できる。
この場合、制御装置100の操作部としての操作スイッチ110は、屋内に設置される便器側に設けられているとよい。これにより、屋内で、負圧タンク14を操作し、排水を適当なタイミングで吸引することができる。また、操作スイッチ110は、制御装置100を遠隔操作するリモートコントローラーとしてもよい。これにより、使用者の使いやすい位置に、操作スイッチ110を配置することができる。
《負圧吸引式トイレ10の作用》
上述したように、この負圧吸引式トイレ10の便器本体12は、図1、図3および図4に示すように、便器本体12と、負圧タンク14と、排水管路13と、開閉弁15とを備えている。ここで、便器本体12は、底部12bに排水口32が設けられた有底の容器である。負圧タンク14は、吸引口93を備えている。排水管路13は、便器本体12の排水口32と負圧タンク14の吸引口93とを接続する管路である。開閉弁15は、排水管路13または吸引口93に設けられている。便器本体12の底部12bには、排水口32から水平方向に広がった便受部41と、便受部41の周縁部から立ち上がった段差部42と、段差部42の上縁から連続し、便受部41よりも急な傾斜を有する傾斜面部43とが設けられている。排水管路13は、段差部42の上縁よりも上まで排水が溜まるように、便器本体12に溜まる排水の高さを規定する排水面規定部70を有している。
この実施形態では、上述したように、便受部41の中心に排水口32が形成されている。排水口32の周囲には、排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する傾斜角度は凡そ30度である逆円錐状の傾斜面部43が設けられている。そして、傾斜面部43の下縁から段差部42を経て便受部41が設けられている。便受部41は、段差部42の下縁から中心に向けて、傾斜面部43よりも緩やかに傾斜している。ここで、排水口32の内径(D1)は凡そ20mmである。傾斜面部43の下縁および段差部42の内径(D2)は凡そ65mmである。段差部42の高さ(H1)は凡そ10mmである。傾斜面部43の傾斜角度(θ2)は凡そ30度である。排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する便受部41の傾斜角度(θ1)が凡そ60度である。
かかる負圧吸引式トイレ10では、負圧吸引式トイレ10の使用者は、便座22に座って排便する。図8は、便器本体12に落下した便300の状態を示している。ここで、便器本体12に落下した便300は、人間の便を模して所定の粘度に味噌を練って作製した模擬便である。ここでは、直径(Bd)が25mm、長さ(BL)が80mmの円筒形状に成形した模擬便を用いている。かかる形状の模擬便を採用したのは、負圧吸引式トイレ10において、排水口よりも太い棒状の便が一端を排水口に向けて配置された状態が、最も便が排水口に吸引されにくい典型例の一つであるとの経験則に倣っている。
なお、図8では、便器本体12に模擬便300が1本置かれた状態を示しているが、統計的には、一般的な日本人の成人男性の1回の平均的な排便量は、当該便300の2本分に相当する。また、統計的には、一般的な日本人の成人男性の1回の平均的な尿の量は、凡そ500mLである。加えて使用者による注水することを考慮すると、上述した便300に加えて凡そ500mL〜1L程度の排水が便器本体12に溜まる。このような状態で、さらに、通常、使用者が排便後に肛門を拭くのにトイレットペーパを用いるので、さらに数枚の所要長さのトイレットペーパが追加される。
この負圧吸引式トイレ10では、便器本体12の底部12bの形状によって、便器本体12に落下した便300は、典型的には、図8に示すように、一端を排水口32に向けて、傾斜面部43に沿って傾き、便器本体12の底部12bに立った状態で配置される。便器本体12は、傾斜面部43と便受部41との間に段差部42を有している。一端を排水口32に向けて、傾斜面部43に沿って傾き、便器本体12の底部12bに立った状態で配置される便300と、便器本体12との間には、かかる段差部42によって隙間S1が形成される。
また、排水は、排水口32から排水管路13に流れ込む。この際、図1に示すように、便器本体12に溜まる排水の高さは、排水管路13に設けられた排水面規定部70によって規定される。ここでは、便器本体12に溜まる排水の高さは、立ち上がり管73に接続された横管74の底部の高さによって規定される。この実施形態では、立ち上がり管73に接続された横管74の底部までの高さJ1は、図1に示すように、便器本体12の段差部42の上縁よりも上、具体的には、便器本体12の傾斜面部43の上段付近に設定されている。このため、十分な水が注水されると、便器本体12には、便器本体12の傾斜面部43の上段付近まで排水が溜まりうる。なお、排水管路13が大気開放されていない状態で、便器本体12に注水されると、排水によって排水管路13内の空気が閉じ込められて排水管路13の内圧が高くなる。この分、便器本体12にはより高い位置まで排水が溜められる。
また、この実施形態では、排水管路13の内径は凡そ20mmと狭く、また、便器本体12の傾斜面部43の傾斜が急である。このため、排水管路13に溜まる排水は少なく、また便器本体12の容積は底に行くほど小さい。このため、500mL程度の排水であっても、便器本体12では、便300やトイレットペーパよりも十分に高い位置まで排水が溜まる。また、この際、棒状の便300の長さ方向の中間部分が、段差部42の上縁に当たる。この状態では、便300の自重によって、便300の長さ方向の中間部分に外力P1が作用する。このため、図示されないが、かかる外力P1の作用によって長さ方向の中間部分で、便300の形状が崩れうる。
この負圧吸引式トイレ10では、使用者によって棒状の便300が***された場合でも、典型的には、このような状態で操作スイッチ110が操作される。このような状態で操作スイッチ110が操作されると、負圧タンク14のタンク本体91が予め定められた内圧まで減圧され、その後、開閉弁15が開かれる。開閉弁15が開かれると、便器本体12に溜まった便300を含む排水が、相当の勢いで排水口32に引き込まれる。
この際、便器本体12には、便300と便器本体12との間に適度な隙間S1が形成されている。当該隙間S1に排水が溜まっている。このため、排水口32に吸引される際に、当該隙間S1に溜まった排水が排水口32に引き込まれる勢いによって便300が粉砕される。特に、棒状の長い便300では、図8に示すように、長さ方向の中間部分に外力P1が作用している。このため、便300は中間部分で分断され易い。この実施形態では、便器本体12の排水口32の内径(直径)が凡そ20mmと狭いが、便300が適当に崩れて粉砕されつつ排水口32へ引き込まれる。さらに、粉砕された便300を含む排水には、排水口32に引き込まれる空気が多く含まれる。
このように、この負圧吸引式トイレ10では、便器本体12の底部12bに、排水口32から水平方向に広がった便受部41と、便受部41の周縁部から立ち上がった段差部42と、段差部42の上縁から連続し、便受部41よりも急な傾斜を有する傾斜面部43とが設けられている。このため、便器本体12には、便300と便器本体12との間に適度な隙間S1が形成されている。さらに、排水管路13は、少なくとも段差部42の上縁よりも上まで排水が溜まるように、便器本体12に溜まる排水の高さを規定する排水面規定部70を有している。このため、上述した隙間S1には排水が流入している。そして、この状態で、便器本体12に溜まった便300を含む排水が、排水口32から吸引されるため、例えば、隙間S1に流入した排水が引き込まれる際の力などが便300に作用する。このため、便300は、適当に粉砕されつつ、排水口32にスムーズに吸引される。この場合、排水口32の内径(直径)が、例えば、ここで開示されるように20mm程度であっても、さらには15mm程度であっても排水は概ねスムーズに吸引される。
さらに、この実施形態では、排水口32に連なる管路33は垂直に形成されている。このため、負圧タンク14からの吸引力のみならず、便300を含む排水の自重による重力の作用によって、排水口32から管路33へ、便300を含む排水を引き込むことができる。排水口32に連なる管路33は、導入管71から横引き管72へ至る際の最初の屈曲部分71cにおいて、凡そ直角に進路が変わる。この際、排水に含まれる便300は、管路の壁面に激しく衝突するので、さらに細かく砕かれる。さらに、屈曲部分71cでは、排水に乱流が生じるので、便は、排水および排水に含まれる空気にさらに細かく混ざり合う。このため、この実施形態では、かかる排水管路13の内径(直径)は、導入管71の屈曲部分71cにおいて、凡そ20mmと狭くなっているが、当該部分71cでも便300やトイレットペーパが詰まらずに流れる。
さらに、この実施形態では、排水管路13には、導入管71と、横引き管72と、立ち上がり管73と、横管74と、降下管75と、末管76と、接続管77と、負圧タンク14に至る経路において複数の屈曲箇所が設けられている。かかる屈曲箇所では、排水の進行方向が急に変化するため、乱流が生じ、便300がさらに細かく粉砕されるとともに、排水および排水に含まれる空気に混ぜられる。
このように、排水に含まれる便300やトイレットペーパは、排水口32および排水管路13において詰まらずに、タンク本体91に引き込まれる。さらに、この実施形態では、傾斜面部43のみならず、便受部41に適度な傾斜が付いているので、便器本体12に便300が残留し難い。
本発明者は、かかる負圧吸引式トイレ10について、以下の試験によって、段差部42を設けたことによる効果を調べた。
<サンプル1>
ここでは、図1に示す負圧吸引式トイレ10について排水試験を行った。サンプル1では、図8に示すように、便器本体12は、排水口32の内径D1を20mm、便受部41の外径D2を65mm、排水口32から便受部41と段差部42とを合わせた合計高さH2を35mm、傾斜面部43の傾斜角度θ2を30度とした。また、便受部41のテーパ高さH3を10mmとした。つまり、かかるサンプル1では、段差部42の高さH1が25mmであった。ここでは、段差部42の高さは25mmであり、便受部41の傾斜は比較的緩やかに設定されている。なお、ここで、図8は、便器本体12の排水口32の周囲を模式的に示すものであり、各サンプルを具体的に示すものではない。
ここでは、洗浄水250mL×2(500mL)、疑似便2個(直径25mm×長さ80mm×2個)、トイレットペーパ2枚(幅114mm×長さ750mm×2枚)、疑似尿500mLを便器本体12に入れた。そして、負圧タンク14を0.08MPaに減圧した後に、開閉弁15を開き、便器本体12に溜まった疑似便を含む排水を負圧タンク14に吸引した。
<サンプル2>
便受部41のテーパ高さH3を15mmとし、段差部42の高さH1を20mmとしたこと以外はサンプル1と同様の排水試験を行った。つまり、サンプル2では、サンプル1に比べて、段差部42の高さH1が低くなり、便受部41の傾斜はきつくなる。
<サンプル3>
便受部41のテーパ高さH3を20mmとし、段差部42の高さH1を15mmとしたこと以外はサンプル1と同様の排水試験を行った。つまり、サンプル3では、サンプル2に比べて、段差部42の高さH1がさらに低くなり、便受部41の傾斜はさらにきつくなる。
<サンプル4>
図9は、サンプル4における便器本体12の底部12bの構造を示している。サンプル4は、図9に示すように、便受部41のテーパ高さH3を35mmとし、段差部42や便受部41(図8参照)に相当する部位がなく、逆円錐状の傾斜面部43の底に排水口32が形成された便器本体12を使用した。この点を除き、サンプル1と同様の排水試験を行なった。
なお、真空排水試験は、各サンプルで3回ずつ行った。結果を表1に示す。ここでは***物残りが見られなかったものを「○」、若干の***物(残りが見られたが、実用では問題ないレベルであるものを「△」、***物残りが見られたものを「×」で示している。
表1に示すように、サンプル2とサンプル3では、***物の残留が見られなかった。これは、サンプル2とサンプル3では、図8に示されるように、便器本体12の底部12bに立った状態で配置される便300と、便器本体12との間には、段差部42によって適度な隙間S1が形成される。このため、便器本体12に溜まる排水が隙間S1に流れ込む。排水口32に吸引される場合には、かかる隙間S1に溜まった水の作用も合わさり便300が適当に粉砕されつつ、排水に混ざりながら吸引される。
サンプル1では、3回目に***物の残留が見られた。ここでは、***物は、特に便受部41に付着して残留していた。これは、サンプル1では、サンプル2とサンプル3に比べて便受部41の傾斜が緩やかであったためと考えられる。また、サンプル4では、1回目〜3回目の全てにおいて、便器本体12内に***物が残留した。これは、図9に示すように、便300が便器本体12の側面に付着するものであり、排水口32に吸引された後も、便300の一部が、便器本体12の側面に付着したまま残る傾向が見られた。
このように、負圧吸引式トイレ10では、便器本体12が一様な傾斜であると便が残留しやすいと考えられる。また、便器本体12に適度な傾斜の便受部41と、適度な高さの段差部42が設けられているとよいと考えられる。
また、負圧吸引式トイレ10は、図1に示すように、底部12bに排水口32が設けられた有底の容器である便器本体12と、吸引口93を備えた負圧タンク14と、便器本体12の排水口32と負圧タンク14の吸引口93とを接続する排水管路13と、排水管路13または吸引口93に設けられた開閉弁15とを備えている。
そして、便器本体12の底部12bには、排水口32から水平方向に広がった便受部41と、便受部41の周縁部から立ち上がった段差部42と、段差部42の上縁から連続し、便受部41よりも急な傾斜を有する傾斜面部43とが設けられている。排水管路13は、少なくとも段差部42の上縁よりも上まで排水が溜まるように、便器本体12に溜まる排水の高さを規定する排水面規定部70を有している。この負圧吸引式トイレ10によれば、便器本体12に溜まった便300(図8参照)を含む排水は、便300が適当に粉砕されつつ、排水口32にスムーズに吸引される。
この場合、便受部41は、排水口32から水平方向に広がるにつれて上方に向かうように傾斜していてもよい。これにより、便受部41に便が残留しにくくなる。なお、便受部41の傾斜角度θ1(図8参照)の傾斜がきつくなると、便受部41の上縁の開口部分を広く取るべく、所要の高さが必要になる。このため、排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する便受部41の傾斜角度θ1は、例えば、凡そ30度以上であるとよく、より好ましくは40度以上であるとよい。また、排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する便受部41の傾斜角度θ1は、凡そ80度以下であるとよい。これにより、便受部41に便が残留し難くなる。
また、傾斜面部43の傾斜が急であると、傾斜面部43の上縁を所要の面積を確保するのに所要の高さが必要になる。このため、排水口32の中心を通る鉛直軸L1に対する傾斜面部43の傾斜角度θ2(図8参照)は、例えば、凡そ20度以上であるとよい。また、傾斜面部43が緩やかであると、便300やトイレットペーパが、傾斜面部43に引っ掛かる。このため、当該傾斜角度θ2は45度以下であるとよい。これにより、傾斜面部43に適当な傾斜が得られ、便300やトイレットペーパが傾斜面部43に引っ掛かるのをより確実に防止できる。また、便受部41の傾斜角度θ1と傾斜面部43の傾斜角度θ2は、θ1>θ2であるとよく、その差(θ1−θ2)は、凡そ10度以上あるとよい。
また、便受部41の周縁部(上縁)を基準としたときの段差部42の高さH1(図8参照)は、例えば、5mm以上30mm以下であるとよい。これにより、棒状の長い便が、一端を排水口32に向けて、傾斜面部43に沿って傾き、便器本体12の底部12bに立った状態で配置された場合に、便300と便器本体12との間に、より適切な隙間S1が形成される。これによって、便300を排水口32からスムーズに吸引することができる。この際、便受部41の周縁部を基準としたときの段差部42の高さH1は、より好ましくは10mm以上、25mm以下であるとよい。
また、傾斜面部43の下縁で囲まれる周縁の最も広い間隔(距離)は、凡そ75mm以下であるとよい。これによって、例えば、長さが75mmを越えるような棒状の長い便300が、典型的には、図8に示すように、少なくとも一部を傾斜面部43に掛けつつ、一端を排水口32に向けて、便器本体12の底部12bに立った状態で配置される。これによって、かかる便300を排水口32からスムーズに吸引することができる。
また、排水口32の内径(直径)は、例えば、15mm以上25mm以下でもよい。この負圧吸引式トイレ10は、便受部41、段差部42、傾斜面部43を備えているので、15mm以上25mm以下程度の狭い排水口32でも便を含む排水をスムーズに吸引することができる。
また、便受部41は、便受部41は、平面視において円形に形成されていてもよい。この場合、排水口32の内径(直径)をD1とし、便受部41の周縁部の内径(直径)(便受部41の上縁の内径(直径))をD2としたときに、1.5≦(D2/D1)≦4.0の関係が成立するとよい。
また、排水管路13は、例えば、図1および図6に示すように、排水口32から下方に延びた導入管71を有していてもよい。これにより、負圧タンク14からの吸引力のみならず、重力の作用も合わせて、便300を含む排水に作用する。このため、例えば、排水口32を側面に設けて排水口32から連なる管路33が水平に形成され、排水を水平に引き込む場合に比べて、排水を格段にスムーズに引き込むことができる。
また、排水管路13は、導入管71の下端から水平方向に延びた横引き管72を有していてもよい。さらに、導入管71の管軸と、横引き管72の管軸との交差角度が略90度であってもよい。この場合、導入管71から屈曲して横引き管72が設けられているので、排水の進行方向が凡そ直角に変わる。排水に含まれる便300は、管路の壁面に激しく衝突し、さらに細かく砕かれる。さらに、屈曲部分71cでは、排水には乱流が生じるので、便は、排水および排水に含まれる空気にさらに細かく混ざり合う。このようなことから、便300やトイレットペーパが詰まらずにスムーズに流れる。以下に、排水管路13の構成をさらに説明する。
上述した負圧吸引式トイレ10では、図1および図6に示すように、便器本体12と、排水管路13とを備えている。便器本体12は、底部12bに排水口32を有する有底の容器である。排水管路13は、便器本体12の外側において、排水口32に接続された一端部13aと、一端部13aから上方に延びた立ち上がり部13bと、立ち上がり部13bから下方に延びた降下部13cとを備えている。
上述した実施形態では、排水管路13は、便器本体12の外側において、排水口32に接続された一端部13aとして導入管71を備えている。また、一端部13aから上方に延びた立ち上がり部13bとして、立ち上がり管73と横管74とを備えている。かかる立ち上がり部13bは、便器本体12の中間において便器本体12に溜められる排水の高さを規定する予め定められた高さ位置J1に、排水管路13の底が配置されている。ここでは、立ち上がり管73が、図1に示すように、便器本体12の中間部において、便器本体12に溜められる排水の高さを規定する予め定められた高さ位置J1まで延び、当該立ち上がり管73の上端に横管74が接続されている。そして、当該横管74では、予め定められた高さ位置J1に排水管路13の底が設定されている。また、横管74は降下部13cに連続しており、余剰な排水は、降下部13cへと流れていく。
かかる排水管路13によれば、立ち上がり部13bと降下部13cによって、便器本体12に溜められる排水の高さが規定できる。つまり、かかる負圧吸引式トイレ10では、吸引前に便器本体12に所要の排水を溜めることができる。これにより、排水をスムーズに排水管路13および負圧タンク14に引き込むことができる。
ここで、降下部13cは、便器本体12の排水口32よりも低い位置まで延びているとよい。これにより、排水管路13のうち、負圧吸引式トイレ10に配管された末端を低く配設し易くなる。負圧吸引式トイレ10の配管の敷設が容易になる。
また、排水管路13は、立ち上がり部13bから連続して水平方向に延び、降下部13cに接続された横管部13d(上述した実施形態では横管74)を有していてもよい。かかる横管部13dを設けることで、立ち上がり部13bから降下部13cへの繋ぎ部分での、圧力損失(ひいては吸引力の低下)を抑えることができる。
この場合、立ち上がり部13bの管軸V1と横管部13dの管軸V2との交差角度は、図6に示すように、略90度であるとよい。立ち上がり部13bと横管部13dの交差角度が略90度に屈曲していることにより、排水が淀みなく流れ、かつ、便が管路に衝突した際に排水に適度な乱流が生じ、便がより粉砕される。このため、排水がスムーズに吸引されやすくなる。なお、具体的には、「略90度」とは、凡そ90度±10度程度の範囲であるとよく、凡そ80度以上100度以下であるとよい。また、さらに90度に近いとよく、例えば、85度以上95度以下程度であるとよい。
さらに、横管部13dの管軸V2と降下部13cの管軸V3との交差角度が略90度であるとよい。横管部13dと降下部13cの交差角度についても、略90度に屈曲していることにより、排水が淀みなく流れ、かつ、便が管路に衝突した際に排水に適度な乱流が生じ、便がより粉砕される。このため、排水がスムーズに吸引されやすくなる。
さらに、上述した実施形態では、排水管路13の一端部13aは、排水口32から下方に延びた導入部としての導入管71を有している。これにより、便器本体12から排水が垂直に引き込まれるので、重力の作用もあり、排水がスムーズに引き込まれる。さらに、排水管路13の一端部13aは、導入部としての導入管71の下端から水平方向に延びた横引き管72(横引き部)とを有している。
この場合、導入管71(導入部)を通過した便を含む排水が横引き管72(横引き部)によって横方向に引き込まれる際に、進行方向が変更され、排水に含まれる便が管路に衝突する。この際、便器本体12から引き込まれる極めて初期の段階で、排水に含まれる便が粉砕され、小さくなるとともに、排水に乱流が生じ、排水に空気が効率よく巻き込まれるので、便が流れやすくなる。また、この場合でも、導入管71(導入部)の管軸V4と横引き管72(横引き部)の管軸V5との交差角度が略90度であるとよい。
また、上述した実施形態では、図6に示すように、立ち上がり部13bとしての立ち上がり管73は、横引き部としての横引き管72に連続している。横引き管72の管軸V5と立ち上がり管73の管軸V1との交差角度は略90度である。このため、横引き管72から立ち上がり管73へ至る屈曲部分81でも、排水に含まれる便が粉砕され、小さくなるとともに、排水に乱流が生じ、排水に空気がさらに効率よく巻き込まれる。
また、上述した実施形態では、図1および図2に示すように、便器本体12の周囲を囲む外枠11を有している。立ち上がり部13bとしての立ち上がり管73と降下部13cとしての降下管75とは、便器本体12の外側でかつ外枠11の内側の空間に設けられている。これにより、立ち上がり部13bと降下部13cを外枠11の下の目立たない位置に配置できる。
また、排水管路13は、図1に示すように、降下部13cとしての降下管75から連続し、外枠11の外側に向けて延びた末端部としての末管76を備えている。この場合、末管76は、排水管路13の天井が排水口32よりも低い位置に配設されている。これにより、末管76に接続される接続管77を床に近い位置に敷設できる。また、この場合、降下部13cとしての降下管75の管軸V3と末端部としての末管76の管軸V6との交差角度が略90度であるとよい。このため、降下部13cに末端部が接続された位置でも排水に乱流を生じさせ、排水に粉砕された便および空気を巻き込むことができるので、排水をスムーズに搬送することができる。
また、排水管路13の末端部としての末管76では、排水管路13の内径をより小さくしてもよい。つまり、排水管路13の末端部としての末管76は、立ち上がり管73や降下管75を通過しており、排水に含まれる便やトイレットペーパが粉砕されて細かくなっている。このため、かかる末管76では、管路を細くしてもスムーズに排水を流すことができる。また、かかる末管76において、管路を細くすることによって、吸引力が低下するのを小さく抑えることができる。
排水管路13は、立ち上がり部13bとしての立ち上がり管73と、降下部13cとしての降下管75とは、便器本体12の外側で、かつ、外枠11の内側の空間において、便器本体12の座位における前側を除く空間に設けられているとよい。これにより、排水管路13の立ち上がり部13bと降下部13cを、使用上、邪魔にならない位置に配置できる。
なお、上述した実施形態では、図1に示すように、排水管路13の配管スペース65として、立ち上がり管73と降下管75を設けるスペースが、便器本体12の後側に設けられているが、排水管路13の配置はこれに限らない。例えば、立ち上がり管73と降下管75を設けるスペースは、便器本体12の横、例えば、図13に示すように、肘掛24、25が設けられた位置の下側に設けてもよい。この場合、末管76は、負圧吸引式トイレ10本体(便器側要素10X(図1参照))の横に向けて配置してもよい。
また、図示は省略するが、排水管路13の立ち上がり部13bと降下部13cを設けるスペースが、便器本体12の外側で外枠11の内側に確保できない場合もある。その場合には、排水管路13の立ち上がり部13bと降下部13cを、負圧吸引式トイレ10の本体(便器側要素10X(図1参照))の外枠11の外側に設けてもよい。また、負圧吸引式トイレ10は、背もたれ23や肘掛24,25は、必ずしも必要ではない。この場合、負圧吸引式トイレ10本体(便器側要素10X(図1参照))は、よりコンパクトに構成できる。
また、排水管路13は、負圧タンク14に接続される接続部としての接続管77を備えており、負圧タンク14の吸引口93に接続されている。このように、排水管路13は、便器本体12の排水口32と負圧タンク14の吸引口93とを接続している。また、吸引のタイミングを操作する開閉弁15は、排水管路13または吸引口93に設けられているとよい。さらに、開閉弁15は、図1に示すように、負圧タンク14の吸引口93に設けられていてもよい。
以上、負圧吸引式トイレについて種々の実施形態および試験例を説明してきたが、ここで挙げた実施形態および試験例は、特に言及されない限りにおいて、本発明を限定するものではない。
例えば、上述した実施形態における便器本体12は、底部12bにインナースリーブ30が装着された形態を示したが、これに限定されない。便器本体12は、例えば、便受部41と段差部42と傾斜面部43とを射出成形によって一体成形してもよい。この場合、便器本体12の肉厚は薄くしたいが、便器本体12の底部12b、特に、排水口32および排水口32の近傍には、吸引力によって相当の力が作用する。このため、便器本体12の底部12bの内側にインナースリーブ30を装着することに代えて、図示は省略するが、便器本体12の底部の外側にアウタースリーブを装着し、便器本体12の底部12bに所要の強度を確保してもよい。
また、上記実施形態における便受部41は、排水口32から水平方向に広がるにつれて上方に傾斜しているが、これに限定されない。便受部41は、排水口32から水平方向に傾斜することなく広がっていてもよい。この場合、太く長い棒状の便に対しては、段差部によって便と便器本体12との間に隙間S1が比較的広く確保できる。このため、便受部41の隅に少し便が残留する場合があるが、大方の便はスムーズに吸引される。
また、上述した実施形態における便受部41、段差部42および傾斜面部43は、図1に示すように、排水口32を囲うように、平面視において円形に形成されているが、これに限定されない。例えば、便受部41の平面視において円形に限らず、例えば、矩形や楕円形などでもよい。また、便受部41は、排水口32の周囲に全周に形成されている必要はなく、排水口32の周囲において周方向の少なくとも一部に形成されていてもよい。図10は、便器本体12の変形例を示す図である。例えば、図10に示すように、排水口32の周方向の一部に便受部41と段差部42と傾斜面部43を形成してもよい。
また、図1に示すように、上述した実施形態では、排水口32に連通した排水管路13は、排水口32から下方(鉛直下向き)に延びた管路33が形成されている。かかる管路33が形成される方向はこれに限定されない。図11は、便器本体12の変形例を示す図である。例えば、図11に示すように、排水口32に連なる管路33は、斜め下方に傾斜していてもよい。
また、便器本体12やインナースリーブ30の材質は、上記実施形態の如き樹脂製に何ら限定されるものではなく適宜変更が可能であることは言う迄もない。 その他、排水管路13、負圧タンク14、開閉弁15などの具体的な構成も、全て本発明の意図する範囲内に於いて任意に変更されうる。
なお、図示は省略するが、便器本体12の排出口32(排水口も称される)と、排水管路13とは、着脱自在な接続部で接続してもよい。これにより、メンテナンス性が向上するとともに、さらに、便器本体12をバケツとして利用できるようにし、負圧吸引式トイレ10を、汲み上げ式のポータブルトイレとしても利用できるようにしてもよい。
以下、負圧吸引式トイレ10の制御をさらに説明する。ここで提案される負圧吸引式トイレ10は、図1に示すように、便器本体12と、負圧タンク14と、開閉弁15と、真空ポンプ92と、排出弁95と、制御装置100とを備えている。ここでは、負圧吸引式トイレ10の構造、特に便器側要素Aについて、図1に示された形態に限定されない。
便器本体12は底部に排出口32(上述した例では「排水口」と称されている。)を有している。負圧タンク14は、便器本体12の排出口32に排水管路13を通じて接続されている。開閉弁15は、負圧タンク14と便器本体12との接続を開閉する弁である。真空ポンプ92は、負圧タンク14に取り付けられており、負圧タンク14を減圧するポンプである。排出弁95は、負圧タンク14の底部に設けられた排出口94を開閉する弁である。
制御装置100は、図7に示すように、基本的な制御として、以下のステップAからステップCを実行する。
ステップAは、真空ポンプ92を作動させ、負圧タンク14を負圧状態にする。
ステップBは、開閉弁15を開ける。
ステップCは、排出弁95を開ける。
かかるステップAからステップCが実行されることによって、負圧吸引式トイレ10は、便器本体12に溜まった***物が負圧タンク14に吸引され、さらに負圧タンク14から排出される。
つまり、ステップAでは、真空ポンプ92が作動し、負圧タンク14が負圧状態になる。この際、例えば、真空ポンプ92の作動時間を予め決めておくとよい。これにより、負圧タンク14が予め定められた負圧状態に減圧される。次に、ステップBでは、開閉弁15が開かれる。これによって、便器本体12に溜まった***物が負圧状態となった負圧タンク14に吸引される。次に、ステップCでは、排出弁95が開かれる。これによって、負圧タンク14に吸引された***物が排出される。この場合、例えば、図1で示すように、負圧タンク14の排出口94の先には、汚水ます200のように***物を含む排水(汚水)が排出される下水設備が設けられているとよい。
この場合、負圧タンク14内に吸引された***物を、毎回排出口94から自然流下によって排出できる。また、毎回、負圧タンク14が空になるので、負圧タンク14の容量はある程度小さくでき、負圧タンク14を小型化できる。また、負圧タンク14からの排出には自然流下を利用するので、システム全体としてコンパクトにでき、さらに低コスト化を図ることができる。
さらに、負圧吸引式トイレ10は、負圧タンク14と真空ポンプ92との接続を開閉する減圧弁92cを備えていてもよい。この場合、制御装置100は、ステップAにおいて、減圧弁92cを開いた状態で、真空ポンプ92を作動させ、真空ポンプ92を停止するときに減圧弁92cを閉じるとよい。この場合、減圧弁92cによって、負圧タンク14の減圧を適切に調整することができる。
また、例えば、便器本体12に設けられた便座22には、図1に示すように、人が座ったことを検知する着座センサ140が設けられていてもよい。この場合、制御装置100は、便座22に人が座ったことを検知した信号を着座センサ140から受けて、ステップAを実行するように構成してもよい。この場合、着座センサ140は、荷重センサとしてもよいし、赤外線センサなどで構成してもよい。なお、着座センサ140は、便座22に設けられた形態を例示しているが、着座センサ140の構成はかかる形態に限定されない。図示は省略するが、着座センサ140は、例えば、背もたれ23に赤外線センサ(近接センサ)を設けて、便座22に人が座ったことを検知するものでもよい。
また、誤作動を防止するため、着座センサ140の信号を基に、例えば、人が着座した状態が予め定められた時間(例えば、8秒程度)継続する場合に、ステップAを実行するように制御装置100を構成してもよい。なお、便座22に人が座ったことを検知した信号を着座センサ140から受けてから、ステップAが実行されるタイミングは、任意に設定することができる。このように着座センサ140を設けることによって、別途、スイッチを押すというような特別な動作を必要とせず、予め負圧タンク14が負圧状態になる。このため、特別な人の操作を必要とせず、負圧タンク14の負圧状態にするステップAが実行される。また、この場合、負圧タンク14が適切に負圧状態になるので、排便が終わると、負圧タンク14によって吸引するステップBをスムーズに実行することができる。
また、このように、着座センサ140が設けられている場合には、制御装置100は、便座22に人が座っている状態から人が便座から離れたことを検知した信号を着座センサ140から受けて、適当なタイミングで、ステップBを実行するとよい。つまり、この場合、便器本体12は、便座22に人が座って排便し、その後、便座22から人が退いたことを検知し、その後、少し経つと適当なタイミングで開閉弁15が開く。そして、便器本体12に溜まった***物が負圧タンク14に吸引される。この場合、使用者は、後述する制御装置100の操作部110を操作することなく、負圧吸引式トイレ10を使用できる。
また、制御装置100は、ステップBで吸引が完了すると、適当なタイミングで、開閉弁15を閉じるとよい。また、制御装置100は、例えば、ステップCでは、開閉弁15を閉じた状態で排出弁95を開くとよい。この際、開閉弁15が開いていると、排水管路13を通じて、便器本体12に臭気が上がってくる。このため、ステップCでは、開閉弁15を閉じた状態で排出弁95を開くとよい。このように、開閉弁15を閉じた状態で排出弁95を開くことによって、負圧タンク14内の臭気が便器側に漏れるのを防止できる。
また、図1で示されているように、負圧タンク14を大気開放する大気開放弁96を備えていてもよい。この場合、制御装置100は、ステップCにおいて、大気開放弁96を開けるとよい。これにより、負圧タンク14に吸引された***物を排出口94から排出する際に、負圧タンク14が大気開放されているので、***物をスムーズに排出できる。また、この場合、ステップCにおいて、大気開放弁96は排出弁95よりも早く開くようにしてもよい。これによって、負圧タンク14の大気開放のタイミングが先であるため、負圧タンク14に溜まった***物が排出口94から排出される際に、負圧タンク14に大気が取り込まれる。このため、負圧タンク14に溜まった***物をよりスムーズに排出することができるとともに、排出時に生じる音や、負圧タンク14内での***物を含む排水の飛散を確実に小さくできる。
なお、負圧タンク14の大気開放のタイミングを先にする場合、大気開放弁96が開いてから、排出弁95が開くまでの時間や開度は、負圧タンク14内の臭気が外部に漏れるのが少なく抑えられる程度であるとよい。大気開放弁96が開かれてから排出弁95が開くまでの時間は、例えば、0.1秒から1秒程度で設定するとよい。また、大気開放弁96は、排出弁95が閉じられるのと同時または排出弁95が閉じられるよりも先、あるいは、排出弁95が閉じられた直後に閉じられてもよい。これにより、負圧タンク14内の臭気が外部に漏れるのを防止できる。
また、制御装置100を操作する操作部110(操作スイッチ)を備えていてもよい。ここで、操作部110は、便器本体12が設けられた便器側に配置されていてもよい。つまり、図1に示すように、負圧タンク14や真空ポンプ92などは、屋外に設けられる場合がある。これに対して、便器本体12は、屋内に配置され、屋内で使用される。制御装置100を操作する操作部110(操作スイッチ)は、便器本体12が配置される側(便器側)である屋内に配置することによって、使用者の便宜が図られる。
また、操作部110は、ステップAを実行する指令を制御装置100に出すためのスイッチを備えていてもよい。つまり、便座22に着座センサ140を設けて、ステップAの制御を開始する例を説明したが、操作部110に設けたスイッチを操作することによって、ステップAが開始されるように構成してもよい。操作部110にこのようなスイッチを設けておくことによって、使用者は、真空ポンプ92を操作できる。
また、操作部110は、ステップBを実行する指令を制御装置100に出すためのスイッチを備えていてもよい。つまり、開閉弁15を開いて便器本体12に溜まった***物を負圧タンク14に吸引する動作は、使用者が操作部110に設けられたスイッチを操作することによって開始してもよい。これにより、使用者の意図するタイミングで、便器本体12に溜まった***物を吸引することができる。
また、負圧吸引式トイレ10は、注水タンク121を備えていてもよい。この場合、制御装置100は、ステップBが実行される前に、注水タンク121から便器本体12に注水するステップDを備えているとよい。また、ステップDを実行する指令を制御装置100に出すためのスイッチを備えていてもよい。かかるスイッチは、例えば、操作部110に設けられていてもよい。また、制御装置100は、ステップB後に開閉弁15が閉じられた後で、注水タンク121から便器本体12に注水するステップEを備えていてもよい。ここで、注水タンク121は、図1に示すように、注水用のポンプ122を備えており、ポンプ122を作動させることで注水するものでもよい。また、注水タンク121は、図示は省略するが、ポンプ122に代えて開閉弁(例えば、電磁弁)が設けられ、開閉弁を開くことで、自然流下によって便器本体12に注水し、開閉弁を閉じることで注水が停止されるものでもよい。
また、制御装置100は、上記ステップAからステップCの各制御ステップを、タイマーによって管理されたシーケンス制御によって実行してもよい。この場合、制御構成が簡素であり、システムを安価に構成できる。
また、負圧吸引式トイレ10は、図1に示すように、負圧タンク14の内圧を検知する気圧計97を備えていてもよい。この場合、制御装置100は、ステップAにおいて、気圧計97によって検知された負圧タンク14の内圧に基づいて、負圧タンク14の内圧を予め定められた値にしてもよい。
図14は、かかるステップD、ステップEを含む制御装置100のフローチャートの一例を示している。図15は、かかるステップD、ステップEを含む制御装置100のフローチャートの他の一例を示している。
図14は、使用者によって手動で操作される操作部110を有する形態である。図14に示す形態では、使用者は、操作部110によって負圧タンク14および真空ポンプ92を操作する。ここでは、図1に示すように、使用者が便器本体12に***し終わると、使用者が操作部110を操作することによって、制御装置100は、ステップAを実行する。
《ステップA》
ステップAでは、減圧弁92cが開けられ、真空ポンプ92が作動される(S101)。ここでは、予め定められた時間、真空ポンプ92が作動して負圧タンク14が予め定められた負圧状態(例えば、0.08MPa)に減圧されると、減圧弁92cが閉じられ、真空ポンプ92が停止する(S102)
《ステップD》
また、制御装置100は、ステップAと同時にステップDを実行する。ステップDでは、例えば、注水タンク121に設けられたポンプ122を作動させ、注水タンク121から便器本体12へ注水を開始する(S103)。ここで、注水量は予め定められた量とし、例えば、ポンプ122の作動時間を予め設定して調整するとよい。注水が完了すると、ポンプ122は停止する(S104)。
《ステップB》
ステップAが完了すると、制御装置100はステップBを実行する。ステップBでは、開閉弁15が開かれる(S105)。ステップBが実行される前には、ステップAが完了しており、負圧タンク14が予め定められた負圧状態(例えば、0.08MPa)に減圧されている。このため、ステップBで開閉弁15が開かれると、便器本体12に溜まった***物を含む汚水は負圧タンク14に勢いよく吸引される。負圧タンク14による吸引が完了すると、開閉弁15は閉じられる(S106)。
《ステップC》
次に、制御装置100は、ステップCを実行する。ステップCでは、まず大気開放弁96が開かれる(S107)。そして、少し遅れて排出弁95が開かれる(S108)。これにより、負圧タンク14に溜まった***物を含む汚水は、排出口94から汚水ます200へ排出される。負圧タンク14から汚水ます200へ汚水の排出が完了すると、大気開放弁96と排出弁95が閉じられる(S109)。これにより、負圧タンク14内が空になる。
《ステップE》
また、この実施形態では、制御装置100は、ステップCと同時にステップEを実行する。ステップEでは、ポンプ122を作動させる(S110)。かかるポンプ122の作動によって、便器本体12に所定量の水が貯められる。かかる注水は、次回の排便や排尿に備えたものであり、便器本体12の汚れを防止するとともに、排水管路13から臭気が上がってくるのを防止する。また、かかるステップEでは、例えば、100mL程度の水が注水されるとよい。予め定められた量の注水が完了すると、ポンプ122が停止される(S111)。
図14に係る形態におけるステップA〜ステップEは、例えば、便器本体12への***が終わり、使用者がステップAを実行する操作をすると、以後、シーケンス制御によって自動的に連続して実行されるように制御装置100の制御を構築してもよい。
次に、図15に示されたフローチャートを説明する。ここでは、負圧吸引式トイレ10は、便座22に人が座ったことを検知する着座センサ140を備えている。なお、ここでは、各ステップA〜Eについては、それぞれ図14の形態と同じ動作が実行されるので、その説明は適宜に省略する。
《ステップA》
この場合、制御装置100は、便座22に人が座ったことを検知した信号を着座センサ140から受けて、ステップAを実行する。ここでは、便座22に人が座ったことを検知した信号を着座センサ140から受けて、負圧タンク14の減圧するステップAが実行される(S101、S102)。
《ステップD》
また、ここでは、使用者が***(S010)した後、使用者の操作(手動スイッチON:S011)によって、ステップDが実行され便器本体12への注水が行われる(S103、S104)。この場合、使用者は、例えば、操作部110に設けられた、ステップDを実行するためのスイッチを操作するとよい。
《ステップB、ステップC、ステップE》
その後、制御装置100は、便座22から人が離れたことを検知して、ステップBを実行する(S105、S106)。これにより、便器本体12に溜まった***物を含む汚水は、減圧された負圧タンク14に吸引される。その後、制御装置100は、ステップCとステップEを実行する。ここで、ステップB、ステップC、ステップEは、制御装置100が便座22から人が離れたことを検知して順に実行される。
以上のように、負圧吸引式トイレ10は、便器本体12と、負圧タンク14と、開閉弁15と、真空ポンプ92と、制御装置100とを備えている。上述したように、便器本体12は、底部12bに排出口32(排水口)を有している。負圧タンク14は、便器本体12の排出口32に排水管路13を通じて接続されている。開閉弁15は、負圧タンク14と便器本体12との接続を開閉する弁である。真空ポンプ92は、負圧タンク14に取り付けられたポンプである。
かかる負圧吸引式トイレ10は、***物を負圧タンク14まで引き込むため、相当程度の負圧によって吸引する。このため、吸引の勢いが強く、***物を吸引する時に音が生じる。本発明者は、かかる負圧吸引式トイレ10が屋内で使用されるため音が反響することや、同居者への配慮が必要となることなどから、***物を吸引する時の音は小さい方が望ましいと考えている。本発明者は、負圧吸引式トイレ10について、***物を含む排水を吸引する時に生じる音の原因を検討し、当該音を小さくする方法を提案する。
本発明者は、負圧吸引式トイレ10で生じる音を調べた。図16は、負圧吸引式トイレ10で***物の吸引が開始されてからの経過時間と、負圧吸引式トイレ10で生じる音の大きさとの関係について典型的な例を示している。ここで、図16において点線で示されたグラフAは、ここで提案される音を小さく抑える方法が採用されていない負圧吸引式トイレで生じる音を示している。図16において実線で示されたグラフBは、ここで提案される音を小さく抑える方法が採用された負圧吸引式トイレで生じる音を示している。なお、図16のグラフは、図示は省略するが、便器本体12の上縁から上方に1m、かつ、便座の取付部から前方に1m程度離れた対角位置にマイクを設置して、***物を含む排水を吸引した際に生じる音を採取した。
図16に破線Aで示すように、負圧吸引式トイレ10で***物の吸引が開始されると、音の大きさにはピークが2回生じる。本発明者の観察によれば、吸引が開始されて最初のピークP1は、便器本体12の排出口32から汚物や洗浄水などを含む水が吸引され始めてから初めて排出口32側から空気が吸引される瞬間に吸引音が大きくなる。
この最初のピークP1後も、排出口32に空気が吸引されるので、排出口32に空気が吸引されることに伴う吸引音は、ピーク後に小さくなるものの比較的高いレベルで継続する。この実施形態では、図1および図6に示すように、排水管路13は、立ち上がり部13bを有しており、いくつか配管が屈曲した部分を有している。そして、排出口32に吸引された***物は、排水管路13の屈曲した部分で、配管の内壁に衝突し、吸引される方向が変わったり、上昇して降下する際などに速度が変化したりする。この際に生じる音が、第1のピーク後に継続する。
さらに、その後、第2のピークP2が生じる。第2のピークP2は、***物を含む排水が吸引されてから吸引の最後の方で生じている。このため、***物を含む排水が負圧タンク14に引き込まれた後に続き、空気がタンク本体91の吸引口93(図1参照)を通過する際に生じる音に起因すると考えられる。
このように、負圧吸引式トイレ10では、***物が、排出口32に吸引される際や排水管路13を通過する際に音が生じる。ここでは、負圧吸引式トイレ10を、よりストレスなく使用できるように、***物が吸引される際の音を小さく抑える方法を提案する。
ここで提案される方法は、便器本体12の底部12bに***物が溜められた後で、かつ、開閉弁15が開かれる前に、便器本体12に消音剤を供給するものである。ここで、消音剤としては、泡状の薬剤や、気泡剤のように、泡を生じさせる薬剤を用いるとよい。つまり、本発明者は、便器本体12の底部12bに溜まった***物を含む排水に、消音剤として、例えば、泡を注入することによって、***物が吸引される際の音が小さく抑えられることを見出した。
図16の実線Bは、実際に泡が注入された際の音の大きさを示している。便器本体12の底部12bに溜まった***物を含む排水に消音剤が注入された場合には、図16に実線Bで示すように、***物を含む排水が排出口32に吸引される際の音が小さくなる。特に、***物を含む排水に消音剤を供給しない場合に生じていたピークP1およびその後に継続する音が小さくなる。さらに、吸引の最後の方では、第2のピークP2は出現しなくなり、音が漸減する。
本発明者は、音が小さく抑えられた要因を以下のように考えている。便器本体12の底部12bに溜まった***物を含む排水に、消音剤として泡が注入されている場合、***物を含む排水の上層に泡の層ができる。上層に泡の層を有する排水が吸引されてから初めて排出口32に空気が吸引される際、空気は泡と一緒に排出口32に吸引される。このため、泡が緩衝材のような役割を果たし、排出口32に空気が吸引される際の音が小さくなる。また泡は、排水管路13の内壁にも付着するので、***物を含む排水および空気が排水管路13を通過する際の音も小さく抑えることができる。このため、最初のピークP1およびピークP1後に継続する音が小さくなっている。また、吸引の最後の方で、タンク本体91の吸引口93を通過する際の音も小さくなる。
このように、本発明者の行った試験では、図16に実線Bで示すように、***物を含む排水が排出口32に吸引される際の音が10db以上小さくなった。そして、便器本体12の底部12bに溜まった***物を含む排水に消音剤を供給することによって、***物を含む排水が排出口32に吸引される際の音を全体的に小さくできた。
図17は、かかる方法を具現化した負圧吸引式トイレ10Aの装置構成を模式的に描いた模式図である。ここでは負圧吸引式トイレ10Aは、説明に要する構成要素が描かれている。その余の構成は、特に言及しない限りにおいて、図1に示された負圧吸引式トイレ10と同様の構成を有しているが、ここでは図示を省略している。また、図1に示された負圧吸引式トイレ10と機能が対応する部材および部位には同じ符号を付している。
ここで提案される負圧吸引式トイレ10Aは、図17に示すように、便器本体12に消音剤を供給する装置150を備えている。また、この実施形態では、負圧吸引式トイレ10Aは、***物を含む排水を溜めるタンク98を備えている。タンク98は、負圧タンク14のタンク本体91の直下に配置され、タンク本体91に溜まる排水を受ける。このように、図17に示す負圧吸引式トイレ10Aは、***物を含む排水を溜めるタンク98を含む負圧タンク14をユニット化した構造を備えている。かかる負圧吸引式トイレ10Aは、例えば、負圧タンク14および***物を含む排水を溜めるタンク98を含めて屋内(例えば、使用者の居室)に配置することができる。そして、使用者が使用し、負圧タンク14に吸引された排水は、一時的にタンク98に溜められる。介護者は、定期的に、タンク98に溜まった排水をトイレに流しに行くことになる。
ここで、制御装置100は、以下のステップA,BおよびXを実行する。ステップAは、真空ポンプ92を作動させ、負圧タンク14を負圧状態にする工程である。ステップBは、開閉弁15を開く工程である。ステップXは、ステップBの前に、消音剤を供給する装置150を作動させ、便器本体12に消音剤を供給する工程である。
この場合、負圧吸引式トイレ10は、開閉弁15が開かれる前に、便器本体12に消音剤が供給される。このため、便器本体12の底部12bに溜められた***物を含む排水には、消音剤が含まれており、***物を含む排水の上層部が泡で覆われる。そして、開閉弁15が開かれると、上層部に泡の層を有する***物を含む排水が排出口32に引き込まれる。この場合、図16の実線Bで示されるように、***物を含む排水が、排出口32および排水管路13を通じて負圧タンク14吸引される際の音を全体として小さくできる。
本発明者が行った試験では、***物を含む排水が、排出口32および排水管路13を通じて負圧タンク14吸引される際の音は、全体として凡そ10db小さくできた。特に、***物を含む排水が排出口32に吸引された後で、排出口32に空気が最初に吸引される際に生じるピークP1や、当該ピークP1以後の音が凡そ10db低下する。さらに、その後、生じていたピークP2は、凡そ無くなる。このように、開閉弁15が開かれる前に、便器本体12に消音剤を供給することによって、音をかなり小さくすることができる。
なお、図17に示す形態では、負圧タンク14およびタンク98が屋内に設置されている。かかる便器本体12に消音剤を供給する工程を含む制御は、負圧タンク14を屋内に設置するか屋外に設置するかを問わず、同様の制御が適用されうる。また、負圧タンク14を屋内に設置するか屋外に設置するかを問わず、***物を含む排水に消音剤を供給することによって吸引時の音を小さくできる。
《消音剤》
ここで、供給される消音剤としては、例えば、***物を含む排水の上層に泡を生じさせる薬剤が好ましい。ただし、負圧タンク14内に、***物を含む排水が溜められるが、その際に、負圧タンク14内に溜まる泡の量が多くなりすぎるのは好ましくない。このため、消音剤としては、適度に泡を発生させる薬剤が好ましい。また、消音剤は、好適には、タンク内や配管内では、液状で維持され、便器本体12に供給される際に泡の状態で供給されるとよい。
このような消音剤としては、泡を生ずる材料であれば何でも用いることができる。泡を生じさせる材料としては、卵白、サポニン、乳化剤、界面活性剤などを挙げることができる。但し、工業的に品質が安定していて定量の泡を再現性良く生じることができる点で界面活性剤が好ましい。起泡性の界面活性剤としては、アニオン界面活性剤(陰イオン性界面活性剤)、ノニオン界面活性剤(非イオン性界面活性剤)、両性界面活性剤(双性界面活性剤)、カチオン界面活性剤(陽イオン性界面活性剤)などが知られている。これらの界面活性剤の中から少なくとも2種以上を併用することもできる。例えば、消音剤は、サポニン、乳化剤および界面活性剤から選択される1又は2種以上を混合した薬剤であるとよい。
また、アニオン界面活性剤としては石鹸などの有機カルボン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの有機スルホン酸塩、高級アルコール硫酸エステル等の硫酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテルリン酸塩などのリン酸エステル塩などがある。
ノニオン界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどのエーテル型やポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルなどのエステルエーテル型、ポリエチレングリコール脂肪酸エステルなどのエステル型、脂肪酸アルカノールアミドなどの含窒素型などがある。
両性界面活性剤としては、カルボキシベタインやスルホベタイン、アミノカルボン酸、イミダゾリン誘導体などがある。
カチオン界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、脂肪族4級アンモニウム塩、塩化ベンザルコニウム塩、塩化ベンゼトニウム、ピリジウム塩、イミダゾリウム塩などがある。
これらのうち、アニオン界面活性剤は起泡力が高く、安価に製造できる点で優れており、カチオン界面活性剤は、多くが殺菌性を有する点で衛生上の利点がある。ノニオン界面活性剤は安価に製造されているが起泡力は弱く、また、他種の界面活性剤と併用した場合にも起泡を抑える傾向がある。
また、アニオン界面活性剤とカチオン界面活性剤とは、併用すると泡を生じさせる効果が減ずる場合がある。これに対して、両性イオン性界面活性剤は、自身が優れた起泡力を有する上に、他種の界面活性剤と併用した場合にも起泡を抑えることがない。このため、両性イオン性界面活性剤は、他種の界面活性剤と併用して起泡力や消泡性、殺菌性等の性質を制御しやすいという点で特に優れている。すなわち、起泡剤として界面活性剤を用いる場合、起泡力があればいずれの界面活性剤でも用いることができるが、好ましいのは両性界面活性剤であり、複数の両性界面活性剤を併用することもできるし、両性界面活性剤と他の界面活性剤を併用することも好ましい。併用する他の界面活性剤として好ましいのは、カチオン界面活性剤またはアニオン界面活性剤である。
また、消音剤を含む排水は、負圧タンク14に吸引された後、負圧タンク14に溜まる。この場合、負圧タンク14内のにおいを軽減するため、消音剤は、芳香成分を有していてもよい。また、負圧タンク14に溜まった排水の上層に消音剤が適度な量で泡の状態で維持されているとよい。つまり、負圧タンク14に溜まった排水の上層が適度に泡で覆われているとよい。この場合、負圧タンク14に溜まった排水の上層が泡で覆われていると、排水のにおいが泡で遮断される。このため、負圧タンク14ににおいが籠もるのを抑えることができる。また、次の吸引の際に、真空ポンプ92によって、負圧タンク14内の空気が外部に放出されるが、真空ポンプ92から外部に放出されるにおいを軽減できる。なお、真空ポンプ92によって負圧タンク14から外部に空気を放出する配管が、例えば、汚水設備の配管に接続され、汚水設備の配管に空気が放出されるような場合には、負圧タンク14ににおいが籠もってもあまり大きな問題にならない。
《消音剤の濃度》
これらの消音剤は、適度な濃度で使用すると良い。特に、底部12bに***物を含む排水が溜まった便器本体12に供給された際に、排水の上層に適度な泡が生じることが望ましい。また、消音剤は、泡の状態で便器本体12に供給されてもよい。本発明者の知見によれば、便器本体12の底部12bに溜められた***物を含む排水の上層に生じる泡の量が多いほど、音を小さく抑える効果が高い。また、消音剤は、負圧タンク14内で泡の状態が維持されると、負圧タンク14が泡であふれたり、真空ポンプ92に泡が侵入したりするような、不具合を生じさせうる。さらに、図17に示すように、***物を含む排水を溜めるタンク98を室内に置く形態では、***物を含む排水を溜めるタンク98が泡であふれたりする。このため、このような不具合を勘案し、吸引された後は、適度に泡が消失する薬剤が好ましい。また、***物を含む排水を溜めるタンク98を室内に置く形態では、タンク98に溜められた排水の上層を適度に覆う程度に泡が残っているとよい。このため、このような点を加味して、便器本体12に供給する消音剤の濃度を適度に調整するとよい。
例えば、25℃の温度環境で、消音剤としてアニオン界面活性剤や両性イオン性界面活性剤を用い、水を溶媒に用いた場合において、適度な泡立ちを確保するという観点では、それぞれ0.01wt%以上、より好ましくは0.05wt%以上、さらに好ましくは0.1wt%以上であるとよい。また、吸引後適切に泡を消失させるという観点では、0.5wt%以下、より好ましくは1wt%以下、さらに好ましくは0.5wt%以下であるとよい。また、好適には、両性イオン性界面活性剤は、吸引後適切なタイミングで泡が消失し易い。このため、負圧タンク14内や、排水を溜めるタンク98、汚水ます200(図1参照)などで、泡があふれるのを防止することができる。かかる観点において、特に好適な消音剤としては、例えば、ラウリルジメチルアミノ酢酸ベタインのような両性イオン性界面活性剤が挙げられ、これを上記に例示したように適当な濃度で用いるとよい。
《消音剤を供給する装置》
次に、消音剤を供給する装置を説明する。図17に示す実施形態では、負圧吸引式トイレ10Aは、注水装置120と、消音剤を供給する装置150とを備えている。
〈注水装置120〉
注水装置120は、便器本体12に水を注水する装置である。例えば、便器本体12の内壁の洗浄を兼ねるものでもよい。この実施形態では、便器本体12の内壁には水を噴出するノズル125が設けられている。この実施形態では、複数(ここでは3つ)のノズル125が、便器本体12の内周面の高さ方向の中間部分において、底部12bの周りに凡そ均等に配置されている。
また、この実施形態では、水を注水する注水装置120は、注水タンク121と、注水管124(第1管路)と、注水ポンプ122(第1ポンプ)とを備えている。ここで、注水タンク121は、水を溜めたタンクである。注水管124は、注水タンク121から便器本体12に水を供給する管路である。注水ポンプ122は、注水管124に設けられている。この実施形態では、注水ポンプ122は、注水タンク121から延びた注水管124の中間部分に設けられており、便器本体12に向けて水を押出す装置である。また、便器本体12に複数のノズル125が設けられており、注水管124は、注水ポンプ122を経た後で分岐して各ノズル125に接続されている。
〈消音剤を供給する装置150〉
消音剤を供給する装置150は、消音剤タンク151と、第2管路152と、第2ポンプ153とを備えている。ここで、消音剤タンク151には、消音剤が溜められる。第2管路152は、消音剤タンク151から注水管124(第1管路)に接続されている。第2ポンプ153は、第2管路152に設けられている。この実施形態では、第2管路152は、注水管124に対し、注水管124が分岐される上流側の部位に接続されている。
また、この実施形態では、注水管124(第1管路)は、第2管路152が合流する合流部152aと注水タンク121との間に、注水タンク121から合流部152aに向けて水を流すが、反対方向へ水が流れるのを防止する第1逆止弁161を備えている。この場合、第1逆止弁161によって、注水タンクに消音剤が流入するのを防止できる。例えば、図示は省略するが、負圧吸引式トイレ10Aがおしりを洗浄する機能を備えている場合で、おしりを洗浄するのに注水タンク121の水を用いる場合には、このような第1逆止弁161を設けることで、注水タンク121内の水に消音剤が混ざるのを防止できる。
また、第2管路152は、消音剤タンク151から注水タンク121(第1管路)に向けて消音剤を流すが、反対方向へ消音剤が流れるのを防止する第2逆止弁162を備えている。この場合、第2逆止弁162によって、消音剤タンク151に、水に混ざった消音剤が逆流するのを防止できる。
〈制御装置100〉
制御装置100は、真空ポンプ92を作動させ、負圧タンク14を負圧状態にするステップAと、開閉弁15を開くステップBとを備えている。ここでステップAおよびステップBについては、既に述べたので、ここでは詳述しない。かかる消音剤を供給する装置150を備えた負圧吸引式トイレ10Aでは、制御装置100は、ステップBの前に、消音剤を供給する装置150を作動させ、便器本体12に消音剤を供給するステップXを実行する。かかるステップXによって、吸引が開始される前に、便器本体12に消音剤を供給することができる。なお、便器本体12に供給された消音剤によって、便器本体12の底部12bに溜められた排水の上層が泡で覆われるのを待つことが好ましい。このため、制御装置100は、例えば、便器本体12に消音剤を供給されてから数秒(例えば、1秒から5秒程度)待って、開閉弁15を開くステップBを実行するとよい。このような制御は、シーケンス制御により実現されうる。
つまり、排水を吸引する場合には、操作スイッチ110の操作に基づいて、負圧タンクを負圧にするステップA、便器本体12に消音剤を供給するステップX、開閉弁15を開くステップBが順に実行されるとよい。例えば、制御装置は、操作スイッチ110の操作信号を受信した後、ステップA、ステップX、ステップBを順に実行するように設定されているとよい。また、制御装置は、操作スイッチ110の操作信号を受信した後、ステップAとステップXを同時に実行し、ステップAとステップXの両方が終了した後で、ステップBを順に実行するように設定されているとよい。
また負圧タンク14を負圧にするステップAは、使用者がポータブルトイレの使用を開始した時などに真空ポンプ92を作動させて負圧タンク14を予め負圧にしていておいてもよい。この場合、負圧タンク14を予め負圧にしておくことによって、排水を吸引するステップBを実行するスイッチ110が操作されると直ぐに、吸引を開始することが可能となる。操作スイッチ110の操作信号を受信した後、ステップX、ステップBを順に実行するように、設定されているとよい。
また、制御装置に設定される制御は、必ずしもシーケンス制御に限定されない。制御装置は、例えば、便座にセンサを取り付けるなどして、使用者がポータブルトイレの使用を開始したタイミングを、検知して負圧タンク14を負圧にするステップAしてもよい。また、消音剤の濃度調整に、温度管理が必要な場合には、温度センサを設けておき、適宜に、温度センサから負圧吸引式トイレが設置された場所の温度を検知して、消音剤の濃度を調整する制御を組み込んでもよい。また、便器本体の水面を検知するセンサを設けて、便器本体に注水する量を調整する制御を組み込んでもよい。
また、制御装置100は、ステップBが実行される前に、注水ポンプ122(第1ポンプ)を作動させ、注水タンク121から注水管124(第1管路)を通じて便器本体12に水を供給するステップDを実行してもよい。さらに、この実施形態では、制御装置100は、ステップXとして、ステップDが実行される前に、第2ポンプ153を作動させ、消音剤タンク151から第2管路152を通じて注水管124に消音剤を供給するステップX1を実行するとよい。この場合、ステップXにおいて、消音剤が混ざった水が、ノズル125から吐出されるが、この場合、ノズル125は、消音剤が混ざった水を吐出する際には、泡の状態で吐出するとよい。また、ノズルは、泡を効率よく発生させる構造を備えたものを採用するとよい。
この場合、制御装置100は、注水ポンプ122を作動させるタイミングに対して、第2ポンプ153を作動させるタイミングを遅らせてもよい。この場合、便器本体12に水を供給してから、消音剤を供給することができる。また、制御装置100は、第2ポンプ153を作動させるタイミングにおいて、注水ポンプ122によって水の供給量を調整するとともに、第2ポンプ153によって消音剤の供給量を調整してもよい。これによって、水を溶媒として、消音剤の濃度を調整することができる。
次に、図18は、他の形態に係る負圧吸引式トイレ10Bを示している。
負圧吸引式トイレ10Bでは、便器本体12は、消音剤用のノズルを別に備えており、消音剤が流れる第2管路152は、注水管124(第1管路)に合流しておらず、便器本体12に設けられた消音剤用のノズル126に直接接続されている。つまり、負圧吸引式トイレ10Bでは、便器本体12に消音剤を供給する装置150は、消音剤タンク151から便器本体12に消音剤を供給する第2管路152と、第2管路152に設けられた第2ポンプ153とを備えている。
そして、制御装置100は、ステップXにおいて、第2ポンプ153を作動させ、消音剤タンク151から第2管路152を通じて便器本体12に前記消音剤を供給する。この場合、消音剤タンク151には、予め濃度が調整された消音剤が溜められているとよい。また、消音剤が吐出するノズル126は、消音剤を泡の状態で吐出するノズルであるとよい。このように、注水と、消音剤の供給を別系統にしてもよい。注水と、消音剤の供給を別系統にした場合には、消音剤の濃度を別途調整しておくとよいので、消音剤を供給する
なお、図18に示された負圧吸引式トイレ10Bでは、注水管124に第1逆止弁161を備えており、消音剤を供給する第2管路152に第2逆止弁162を備えている。これにより、それぞれ水と消音剤の逆流を防止できる。なお、注水と、消音剤の供給を別系統にした場合には、両者が混ざることはない。このため、コスト面では、逆止弁161,162はそれぞれなくてもよい。但し、注水タンク121や消音剤タンク151の内部を清潔に保つ意味では、逆流が防止されることが望ましい。かかる観点において、注水管124や第2管路152に逆止弁161,162が設けられているとよい。
また、負圧吸引式トイレ10A,10Bは、操作スイッチ110に、それぞれステップXを実行する指令を制御装置100に出すためのスイッチ111を備えていてもよい。また、制御装置の制御は、タイマーによって管理されたシーケンス制御によって実現してもよい。
また、図17に示された負圧吸引式トイレ10Aでは、消音剤を供給する装置150は、注水管124に消音剤を混ぜる構造を備えている。図18に示された負圧吸引式トイレ10Bでは、注水装置120と消音剤を供給する装置150とが別々に設けられている。この場合、消音剤タンク151には、予め濃度が調整された消音剤が溜められているとよい。また、図18に示す負圧吸引式トイレ10Bにおいて、消音剤を供給する装置150で消音剤タンク151に用意された消音剤が、便器本体12への注水も兼ねるように構成することができる。この場合には、負圧吸引式トイレは、注水装置120がなく、消音剤を供給する装置150を備えていてもよい(図18参照)。
また、図17および図18に示すように、排水管路13のうち、便器本体12の排出口32に接続された部位は、垂直に延びて排出口32に接続されていてもよい。この場合、排水管路13が排出口32に垂直に延びて接続されているので、吸引時に、排水に勢いが付きやすく、音が大きくなりやすい。さらに、排水管路13は、当該垂直に延びた部位の下部が屈曲していてもよい。このような場合も、図16に示すように、吸引時に第1ピークP1が現れた後、音が大きい状態が継続する。ここで提案される負圧吸引式トイレ10A、10Bは、それぞれ便器本体12に消音剤を供給することができるので、吸引時に生じる音を小さく抑えることができる。このため、上述のように吸引時の音が大きく鳴りやすい排水管路13を有する負圧吸引式トイレ10A、10Bに対して、特に好適である。
ここでは、負圧吸引式トイレについて、特に音が大きくなりやすい配管構造を例示したが、負圧吸引式トイレの配管構造は、上述した形態に限定されない。つまり、負圧吸引式トイレ10A,10Bの排水管路13は、特に上述した実施形態に限定されない。また、音を小さくするという観点において、便器本体12に消音剤を供給する装置150を備えた構成は、種々の負圧吸引式トイレに適用されうる。その余、負圧吸引式トイレの構成は、種々の変更が可能である。
以上、負圧吸引式トイレおよびその制御について、種々説明したが、ここに挙げた実施例は、特に言及されない限りにおいて、本発明を限定しない。