以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明の第一実施形態に係る水洗大便器装置について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は水洗大便器装置FTの断面図であって、水洗大便器装置FTをその左右方向に垂直な面で切断した場合の断面を示している。図2は水洗大便器装置FTの上面図である。図2では、後に説明するタンク20の内部構造を示すため、タンク20の上蓋201を取り外した状態を描いている。
図1及び図2に示したように、水洗大便器装置FTは、大便器本体10と、大便器本体10の後方側(図1では右側、図2では上側)において大便器本体10の上面101に設置されたタンク20とを備えている。水洗大便器装置FTは、大便器本体10によって汚物を受け止めて、当該汚物を、タンク20から供給される水(洗浄水)によって排水管SWに排出する装置である。
尚、以下の説明においては、特に断らない限り、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て右側(図2では左側)のことを「右側」と称し、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て左側のことを「左側」(図2では右側)と称することとする。また、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て前方側(図1では左側、図2では下側)のことを「前側」又は「前方側」と称し、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て後方側(図1では右側、図2では上側)のことを「後側」又は「後方側」と称することとする。
大便器本体10は、ボウル部110と、リム部120と、導水路130と、排水トラップ管路140とを有している。ボウル部110は、上方から落下する汚物を一時的に受け止める部分である。リム部120は、ボウル部110の上縁部に形成されており、図1に示したように、ボウル部110の内側面の一部を外周側に向けて後退させたような形状となっている。後に説明するように、リム部120は、ボウル部110に向けて供給された水が旋回して流れる流路となっている。リム部120は、ボウル部110の上縁に沿って一周するような略円形(上面視)の流路として形成されている。
導水路130は、タンク20から供給された水をボウル部110に導くために、大便器本体10の内部に形成された流路である。導水路130は、その一端が大便器本体10の上面101に開口しており、タンク20から供給される水の入口131となっている。入口131が形成されている位置は、大便器本体10の上面101のうち後方側の部分であり、且つ左右方向における中央の部分である。
導水路130は、その下流側において二つの流路(第一導水路132、第二導水路134)に分岐している。一方の流路である第一導水路132は、その下流側の端部がリム部120のうち右側の部分において開口しており、当該開口が水の出口(吐水部133)となっている。タンク20から入口131に水が供給されると、その一部は第一導水路132の内部を通り、吐水部133から噴出してリム部120に供給される。
他方の流路である第二導水路134は、その下流側の端部がリム部120のうち左側且つ後方寄りの部分において開口しており、当該開口が水の出口(吐水部135)となっている。タンク20から入口131に水が供給されると、その一部は第二導水路134の内部を通り、吐水部135から噴出してリム部120に供給される。
吐水部133から水が噴出する方向は、略円形の流路として形成されたリム部120の円周に沿う方向であり、且つ上面視において反時計回りの方向となっている。吐水部135から水が噴出する方向も、略円形の流路として形成されたリム部120の円周に沿う方向であり、且つ上面視において反時計回りの方向となっている。図2において矢印で示したように、吐水部133及び吐水部135からリム部120に噴出した水は、いずれもリム部120に沿って反時計回りに旋回して流れながら、リム部120の全体からボウル部110に向けて流下する。
排水トラップ管路140は、ボウル部110の下端と排水管SWとを接続する流路である。排水トラップ管路140は、ボウル部110の下端から下流に向かう方向に沿って上り勾配となるように形成されている上昇流路141と、上昇流路141の上端から下流に向かう方向に沿って下り勾配となるように形成されている下降流路142とを有している。このような構成により、ボウル部110の下部から上昇流路141の下部に亘る部分には水を貯留することが可能となっており、貯留した水によって封水WTが形成されている。下降流路142の下端には排水管SWが接続されている。排水管SWは建物の内部に配置された配管であって、その下流側の端部が不図示の下水管に接続されている。
タンク20からボウル部110に向けて水が供給されると、上記のように、当該水はリム部120を旋回して流れながら、リム部120の全体からボウル部110に向けて流下する。水はボウル部110に対して上方から追加され、ボウル部110の下端部から上昇流路141及び下降流路142を通って排出される。その結果、ボウル部110に貯留されている水(封水WT)には下向きの流れが生じることとなる。
ボウル部110において一時的に受け止められていた汚物は、上方のリム部120から供給される水によって下方に向けて押し込まれ、ボウル部110の下端に向かって移動する。その後、汚物は水流によって上昇流路141を通り下降流路142に到達して、水と共に排水管SWに向けて落下する。
タンク20は内部に水が貯留された容器であって、当該水を導水路130の入口131に供給するためのものである。タンク20は、第一タンク部210と、第一タンク部210の底壁211の一部を下方に伸ばすように形成された第二タンク部220とを有している。第一タンク部210と第二タンク部220はいずれも略直方体の容器であって、両者の内部空間が互いに連通している。第二タンク部220は、第一タンク部210の底壁211のうち後方側の部分に接続されている。
第一タンク部210の底壁211(第二タンク部220よりも前方側の部分)は、大便器本体10の上面101のうち後方側の部分に対して上方から近接した状態となっている。具体的には、大便器本体10の上面101のうち後方側の部分には入口131が形成されているが、第一タンク部210の底壁211は、入口131の周囲を上方から覆うように、大便器本体10の上面101に対して上方から近接した状態となっている。また、底壁211には入口131と略同一形状の開口212が形成されており、開口212と入口131とが上面視で重なっている。このため、タンク20の内部に貯留されている水は、開口212及び入口131を通って導水路130の内部に流入し、ボウル部110に向かって流れることが可能となっている。
第一タンク部210を上記のように配置した結果、第二タンク部220は大便器本体10よりも後方に位置している。すなわち、大便器本体10の後方側端部よりも更に後方側に位置した状態となっている。また、第二タンク部220の底壁221は、大便器本体10の上面101よりも低い位置に配置されている。
上記のようにタンク20が配置されることにより、タンク20の前端部が、大便器本体10の後端部よりも前方側に位置している。また、タンク20の下端部が、大便器本体10の上面101よりも下方側に位置している。その結果、水洗大便器装置FT全体の前後方向における寸法と、上下方向における寸法とが、いずれも小さくなっており、水洗大便器装置FTのデザイン性が向上している。
次に、タンク20の内部の構成について説明する。図3は、水洗大便器装置FTを後方側から見た場合における、タンク20の内部を示す斜視図である。図3に示したように、タンク20の内部には、給水管231と、主弁233と、パイロット弁234と、ジェットポンプユニット300とが配置されている。
給水管231は、主弁233に向けて水を供給するための管であって、第二タンク部220の底壁221から鉛直上方に向かって伸びるように配置されている。給水管231の下端は、タンク20の外部において不図示の水道管に接続されている。また、給水管231の上端は、タンク20の内部において主弁233に下方から接続されている。給水管231は、タンク20の内部のうち左右方向における中央よりも左側となる位置に配置されている。
給水管231の途中(水道管と主弁233との間)には、図3では図示しない定流量弁232が配置されている。主弁233が開いた状態において主弁233に流入する水の流量は定流量弁232によって一定となり、水道管内の水圧によって変動することがない。
主弁233は開閉弁であって、給水管231からジェットポンプユニット300に向かう水の流路の開閉を行うものである。主弁233とジェットポンプユニット300との間にはバキュームブレーカー235が備えられており、バキュームブレーカー235の上流側が負圧となって水が逆流してしまうことが防止されている。尚、上記のように給水管231が上方に向かって伸びており、主弁233とバキュームブレーカー235とはタンク20内の高い位置に配置されている。このため、タンク20の水位が満水位となった状態においても、バキュームブレーカー235が水没してしまうことはない。
主弁233にはパイロット弁234が備えられており、パイロット弁234の動作によって主弁233の開閉が切り替えられる構成となっている。パイロット弁234には、タンク20の外側に配置された手動レバー236が、タンク20の内部に配置された伝達機構237を介して接続されている。また、パイロット弁234には、タンク20の内部に配置されたフロート238が更に接続されている。
水洗大便器装置FTの使用者によって手動レバー236が操作されると、当該操作が伝達機構237を介してパイロット弁234に伝達され、パイロット弁234が開かれる。これにより主弁233が開かれた状態となり、給水管231からジェットポンプユニット300に向かって水が流れる。後に説明するように、ジェットポンプユニット300に向かって流れた水は、タンク20の内部に貯留されていた水と共に洗浄水として導水路130に供給される。このため、タンク20の内部における水位は次第に低下していく。
ボウル部110の洗浄が終了した後も、主弁233は閉じられず、給水管231からジェットポンプユニット300に向かって引き続き水が流れる。ジェットポンプユニット300に向かって流れた水はタンク20の内部に供給されて、次回の洗浄のために貯留される。タンク20の内部に向けた水の供給(タンク20への注水)が行われると、タンク20の内部における水位は次第に上昇して行く。タンク20の内部においてパイロット弁234に接続されているフロート238は、水位の上昇に伴って上昇し、これによりパイロット弁234が閉じられる。
このように、タンク20の内部における水位が上昇すると、フロート238が受ける浮力の変化によってパイロット弁234が閉じられる。パイロット弁234が閉じられると、主弁233が閉じられた状態となり、給水管231からジェットポンプユニット300への水の供給が停止される。この時点においてタンク20の内部に貯留されている水の量が、次回の洗浄のために必要な量となるように(所定の満水位となるように)、フロート238の配置が調整されている。
ジェットポンプユニット300は、給水管231から供給された水によりジェットポンプ作用を誘発させ、これにより導水路130に向けた水の供給を行うためのものである。ジェットポンプユニット300は、ノズル310と、スロート管320とを有している。
ノズル310は、一端が接続管239を介してバキュームブレーカー235に接続されており、他端には噴射口311が形成されている管である。ノズル310は、第二タンク部220の底壁221の近傍に配置されている。主弁233が開かれると、給水管231から供給された水は接続管239を流れてノズル310に到達し、噴射口311から高速の水流として噴射される。ノズル310は、第二タンク部220のうち後方側且つ右側の隅(上面視における隅)に配置されている。図3に示したように、ノズル310はU字形状となっており、その下流側が上記隅から折り返されている。噴射口311は、その噴射方向がスロート管320の内部に向けられている。
スロート管320は断面が円形の管であって、底壁211に形成された開口212を一部が貫通した状態で、タンク20の内部に配置されている。スロート管320の一端は導水路130の入口131に接続されており、他端には開口である吸引口321が形成されている。スロート管320は、導水路130の入口131側の部分が鉛直方向に沿っており、吸引口321側の部分が水平面に対して傾斜している。このため、その全体が逆U字形状となっている。図2に示したように、スロート管320は、上面視において前後方向に対して傾斜した状態で、タンク20の内部に配置されている。
スロート管320の具体的な形状について更に詳しく説明する。スロート管320は、吸引口321から斜め上方に向けて伸びる上昇部322と、上昇部322の下流側(上側)に配置された屈曲部323と、屈曲部323の下流側(下側)に配置され、屈曲部323から下方に向かって伸びる下降部324とを有している。
上昇部322は、その管径が全体において均一な円筒形状の管であって、水平面に対して傾斜した状態で配置されている。吸引口321は上昇部322の下端に形成されている。吸引口321は、その縁の全体が水平面に沿うように(水平面と平行になるように)形成されている。
下降部324は、その管径が全体において均一な円筒形状の管であって、鉛直方向に沿って配置されている。下降部324の管径は、上昇部322の管径よりも大きい。屈曲部323のうち上昇部322側の管径は、上昇部322の管径に等しい。また、屈曲部323のうち下降部324側の管径は、下降部324の管径に等しい。このため、管径が互いに異なる上昇部322と下降部324とが、屈曲部323によって滑らかに繋がれているということができる。
上昇部322のうち、その流路方向に沿って略中央となる位置には、空気導入管330が接続されている。空気導入管330は、鉛直方向に沿って配置された円筒形状の管である。空気導入管330の下端は上昇部322の上面側に接続されており、空気導入管330の内部空間と上昇部322の内部空間とが連通している。空気導入管330の上端には導入口331が開口形成されており、導入口331から流入した空気又は水が、空気導入管330を通って上昇部322の内部空間に流入し得る構成となっている。導入口331の位置(高さ)は、タンク20の水位が満水位であるときには水没するような位置となっている。また、吸引口321よりも高い位置となっている。
図4を参照しながら、ジェットポンプユニット300の構成及び動作について更に説明する。図4(A)は、タンク20内の水位が吸引口321よりも高い(例えば満水位)ときにおいてノズル310から水が噴射され、これによりジェットポンプ作用が誘発されている状態を模式的に示したものである。
主弁233が開かれて、ノズル310の噴射口311から水が噴射されると、噴射された高速の水が上昇部322の内部に向かって流れる。上昇部322のうち下側の部分及びノズル310は、タンク20内に貯留されている水の内部に水没している。このため、タンク20内に貯留されている水は、噴射口311から噴射された高速の水流によって上昇部322の内部に引き込まれて、導水路130に向かって流れる。このようなジェットポンプ作用が誘発される結果、スロート管320の内部では、ノズル310の噴射口311から噴射された水だけでなく、吸引口321の周囲から引き込まれた水も流れる。これらが導水路130を流れて、洗浄水として吐水部133、135からリム部120に供給される。
このように、水洗大便器装置FTにおいては、ノズル310の噴射口311から噴射される水の流量よりも、リム部120に供給される水の流量の方が大きくなっている。換言すれば、ノズル310の噴射口311から噴射される水の流量が小さくても、洗浄水として十分な流量の水がリム部120に供給される。このため、水道管の水圧が小さい低い環境に水洗大便器装置FTが設置された場合であっても、十分な洗浄性能を発揮することができる。
また、洗浄水としてリム部120(及びボウル部110)に供給される水の総量は、タンク20の内部に予め貯留されていた水の量に、ノズル310の噴射口311から噴射された水の量を加えたものとなる。全ての洗浄水をタンク20の内部に貯留しておく必要がないため、タンク20は小型化されており、そのデザイン性が向上している。
ところで、タンク20に貯留されている水のうち、吸引口321よりも下の部分に存在する水は、吸引口321からスロート管320の内部に供給されない。その結果、タンク20の内部に残水として残ってしまう。しかし、図3等に示したように、ノズル310及び吸引口321はいずれも(狭い)第二タンク部220の内部に配置されている。このため、吸引口321よりも下の部分で残ってしまう残水の量は、比較的少なくなっている。
このような構成により、水洗大便器装置FTでは、リム部120対する水の供給が終了した時点における残水の量を少なくしている。その結果、タンク20の内部空間のうち殆どの部分を、リム部120対して供給される水(残水とならない水)を貯留するための空間として利用することが可能となっており、タンク20の大型化が抑制されている。
上昇部322の下端近傍、すなわち吸引口321の近傍には、流路切り換え部材350が取り付けられている。流路切り換え部材350は棒状の部材であって、その長手方向に沿った一端にはフロート351を有しており、他端には切り換え板352を有している。尚、流路切り換え部材350は、先に参照した図3等においては図示を省略していたものである。
流路切り換え部材350は、フロート351と切り換え板352との間の部分が、上昇部322の下端近傍に対して回転自在な状態で取り付けられている。図4(A)に示したように、タンク20内の水位が吸引口321よりも高いときにおいては、フロート351に加わる浮力によって流路切り換え部材350が回転する。具体的には、フロート351が上方に移動し、切り換え板352が下方に移動して、それぞれ図4(A)に示した位置で停止する。
図4(A)の状態においては、ノズル310から噴射された水は、切り換え板352には直接当たることなく上昇部の内部に流入する。その結果、既に説明したようなジェットポンプ作用が誘発され、洗浄水としての水がリム部120に供給される。
その後、タンク20内の水がリム部120に供給されることにより、タンク20内の水位は次第に低下していく。
図4(B)は、タンク20内の水位が吸引口321の近傍まで低下し、リム部120への水の供給が停止した状態を模式的に示したものである。タンク20内の水位が吸引口321の近傍まで低下すると、フロート351に加わる浮力は小さくなる。このため、図4(B)に示したように、フロート351が下方に移動するように流路切り換え部材350が回転する。切り換え板352は上方に移動して、ノズル310から噴射された水が切り換え板352に直接当たるようになる。
切り換え板352のうち噴射口311に対向する面は、凹状に湾曲した形状となっている。ノズル310から噴射された水が当該面に当たると、水は当該面に沿って流れて、その進行方向を略90度変化させる。その結果、ノズル310から噴射された水は上昇部322の内部には流入せず、次回の洗浄のための水としてタンク20に貯留される。このように、流路切り換え部材350は、ノズル310から噴射された水の供給先を、リム部120(大便器本体10)からタンク20へと切り替えるためのものである。
図5は、タンク20の内部における構成を模式的に示している。既に説明したように、タンク20の内部には、給水管231と、主弁233と、ジェットポンプユニット300とが配置されている。
ボウル部110の洗浄が行われていない状態(待機状態)においては、タンク20の水位は満水位となっている。水洗大便器装置FTの使用者によって手動レバー236が操作されると、既に説明したように主弁233が開かれた状態となり、ノズル310の噴射口311から水が噴射される(図5の矢印AR1)。タンク20の内部に貯留されていた水は、スロート管320の内部に引き込まれて(図5の矢印AR2)、洗浄水としてリム部120に供給される(図5の矢印AR3)。
リム部120への水の供給が終了すると、ノズル310からの水の供給先が流路切り換え部材350によって切り替えられて、タンク20への注水が開始される(図5の矢印AR4)。タンク20内の水位は次第に上昇して行き、満水位となった時点でフロート238によりパイロット弁234が閉じられる。これと同時に主弁233が閉じられることによりタンク20への注水が終了し、待機状態に戻る。
タンク20の内部におけるその他の構成について、再び図3を参照しながら説明する。図3に示したように、タンク20の内部にはスロート管320の下降部324を囲むような隔壁240が配置されている。隔壁240は、底壁211から上方に向かって伸びるように形成されている。隔壁240、タンク20の前側壁面213、左側壁面214、及び第一タンク部210の底壁211によって、タンク20の内部空間の一部が区画され、小タンク260が構成されている。小タンク260は、その上部がタンク20の内部に開放された容器であって、第一タンク部210のうち前方側且つ左側の隅に配置されている。スロート管320は、下降部324の下端部分が小タンク260の内側に配置されている。また、吸引口321が小タンク260の外側に配置されている。
隔壁240のうち下端部近傍には開閉窓241が設けられている。開閉窓241は通常は開かれた状態となっており、開閉窓241を通じて小タンク260の内部と外部(隔壁240よりも後方側の空間)とが連通している。このため、ボウル部110の洗浄が行われていない状態(待機状態)においては、タンク20内に貯留された水の水位と、小タンク260内に貯留された水の水位は等しくなっている。
手動レバー236は二つの方向(大方向、小方向)に操作することが可能となっている。手動レバー236が大方向に操作された場合には、開閉窓241が開かれた状態のまま、パイロット弁234及び主弁233が開かれる。小タンク260に貯留されていた水は、開閉窓241を通過して第二タンク部220に流出し、吸引口321に到達する。このため、タンク20の内部に貯留されていた水は、小タンク260に貯留されていた分を含む殆どが、スロート管320の内部に引き込まれてリム部120に供給される。
一方、手動レバー236が小方向に操作された場合には、開閉窓241が閉じられると同時にパイロット弁234及び主弁233が開かれる。このため、タンク20の内部に貯留されていた水のうち小タンク260に貯留されていた水は、開閉窓241を通過することができずに小タンク260の内部に残留したままとなる。その結果、洗浄水としてリム部120に供給される水の量は少量となる。
尚、以下の説明において「タンク20に貯留されている水の水位」又は「タンク20内の水位」等というときには、小タンク260の外部における水位を示すものとする。すなわち、隔壁240によって二つに分けられた空間のうち、吸引口321が配置されている方の空間に貯留されている水の水位を示すものとする。小タンク260に貯留されている水の水位については、以下の説明では考慮しない。
続いて、リム部120へ洗浄水として供給される水の流量(吐水部133、135に供給される水の流量といってもよい)について、図6乃至8を参照しながら説明する。図6は、水洗大便器装置FTの、洗浄時における動作の流れを説明するためのフローチャートである。図7は、リム部120に供給される水の流量が変化することを説明するための図であって、ジェットポンプユニット300の流路状態が切り替わる様子を模式的に示している。図8は、リム部120に供給される水の流量の変化を示すグラフである。
まず、水洗大便器装置FTの使用者によって手動レバー236が操作されると(ステップS01)、ノズル310から水が噴射され、既に説明したようにジェットポンプ作用によってリム部120に水が供給される(ステップS02)。
図7(A)は、リム部120に水が供給され始めた直後における、ジェットポンプユニット300の流路状態を模式的に示している。タンク20内の水位は満水位から低下し始めているが、空気導入管330の導入口331よりも高い。すなわち、導入口331は水没した状態となっている。
上昇部322の内部においては、吸引口321から流入した水が屈曲部323に向かって流れている。この水流によって、空気導入管330の内部に存在する水には負圧が働き、当該水が上昇部322の内部に引き込まれる。その結果、上昇部322の内部においては、吸引口321から流入した水だけではなく、導入口331から流入した水も流れるため、ジェットポンプ作用による大流量の水がリム部120へ洗浄水として供給される。
ノズル310からの水の噴射が開始されてから、タンク20内の水位が低下して導入口331の位置(このときの水位を、以下では「第一水位」とも称する)となるまでの期間においては、上記のように大流量の水がリム部120に供給される。当該期間においてジェットポンプユニット300から大流量の水が供給される工程を、以下では「第一工程」とも称する(ステップS03)。第一工程は、静止した状態でボウル部110内に貯留されていた水に運動量を与えて水流を形成する工程であるため、水流形成工程とも称する。
タンク20内の水位が第一水位まで低下すると、上記の第一工程は終了する(ステップS04)。このとき、上昇部322の内部(空気導入管330の下端部近傍)においては依然として水流による負圧が生じているが、導入口331が水面上に現れている(水没していない)ため、導入口331からは水ではなく空気が流入するようになる。
図7(B)は、このときにおけるジェットポンプユニット300の流路状態を模式的に示している。ノズル310からは継続して水が噴射されており、スロート管320の内部ではジェットポンプ作用による水流が生じてはいるが、当該水流には空気導入管330からの空気が混入している。
その結果、図7(A)に示した状態と比較すると、スロート管320の内部に混入した空気がジェットポンプ作用を抑制するため、図7(B)においてはスロート管320の内部を流れる水の流量が低下している。すなわち、リム部120に供給される水の流量が、第一工程における流量よりも低下している。このように、第一工程が終了した後、(ジェットポンプ作用が抑制されて)低下した流量の水が洗浄水としてリム部120に供給される工程を、以下では「第二工程」とも称する(ステップS05)。第二工程は、引き続き吐水部に水を供給することにより、第一工程において形成されたボウル部110内の水流を維持するための工程であるため、水流維持工程とも称する。第二工程は、タンク20内の水位が更に低下して、流路切り換え部材350が図4(B)に示した状態となるまで継続される(ステップS06、S07)。
尚、流路切り換え部材350のフロート351に加わる浮力が小さくなり、流路切り換え部材350が回転して図4(B)に示した状態となる際におけるタンク20内の水位を、以下では「第二水位」とも称する。すなわち、第二水位とは、リム部120に対する洗浄水の供給が停止される際における、タンク20内の水位である。
第二工程が終了すると、既に説明したようにノズル310からは水が継続して噴射され、タンク20内への水の貯留が行われる(ステップS08)。タンク20内の水位が上昇して、満水位となると、ノズル310からの水の噴射が停止され、タンク20内への水の貯留が停止される(ステップS09、S10)。
尚、ボウル部110の洗浄が行われた後において、封水WTを形成するための水(リフィル水)をジェットポンプユニット300からリム部120に追加供給する構成としてもよい。このようなリフィル水の供給は、第二工程が終了した時点(ステップS07の直後)、又はタンク20内への水の貯留が停止した時点(ステップS10の直後)のいずれかのタイミングにおいて、開始することが望ましい。第二工程が終了した時点でリフィル水の供給を開始する場合には、タンク20内への水の貯留と、リム部120へのリフィル水の追加とが同時に行われることとなる。
図8は、第一工程の開始時点(時刻t0)から第二工程の終了時点(t200)までの期間における、リム部120に供給される水の流量の変化を示している。すなわち、ボウル部110の洗浄が行われている期間において、リム部120に供給される洗浄水の流量の変化を示している。同図においては、第一工程から第二工程に切り替わる時刻、すなわち、タンク20内の水位が第一水位となる時刻を時刻t100としている。また、ノズル310から噴射される水の流量をQjetと表記し、ジェットポンプ作用によって吸引口321に引き込まれる水(タンク20内からスロート管320の内部に引き込まれる水)の流量をQtankと表記している。
既に説明したように、時刻t0から時刻t100までの第一工程においては、ジェットポンプ作用による大流量の水がリム部120に供給される。図8に示したように、リム部120に到達する水の流量は、流量Qjetと流量Qtankとの和となっている。換言すれば、流量Qjetがジェットポンプ作用によって増幅された流量となっている。
時刻t100から時刻t200までの第二工程においては、第一工程と同様に、ジェットポンプ作用によって増幅された流量の水がリム部120に到達する。しかし、第二工程においては、スロート管320の内部に気泡が混入することによってジェットポンプ作用が抑制された状態となっている。つまり、ノズル310から噴射される水の流量Qjetは、第二工程に切り替わった後も変わらず一定のままであるが、吸引口321に引き込まれる水の流量Qtankは、第二工程に切り替わると同時に小さくなっている。その結果、ジェットポンプユニット300からリム部120に供給される水の流量(流量Qjetと流量Qtankとの和)は、時刻t100を境に急激に小さくなっている(流量Q1から流量Q2へと変化している)。
時刻t0から時刻t100までの第一工程においては、タンク20内で導入口331が水没している。このため、ジェットポンプ作用は抑制されず、リム部120(吐水部133、135)には大流量且つ略一定の水がジェットポンプユニット300から供給される。ボウル部110に付着した汚物は短時間のうちに除去される。
また、時刻t100から時刻t200までの第二工程においては、タンク20内で導入口331が水没していない。このため、空気導入管330から混入する気泡によってジェットポンプ作用が抑制され、リム部120に供給される水の流量が減少する(流量Q1から流量Q2に変化する)。このように、空気導入管330は、ジェットポンプ作用を抑制するようにジェットポンプユニット300の流路状態を切り換える「流路状態切り換え手段」として機能する。
尚、導入口331の位置(高さ)は、第一工程から第二工程へと移行するタイミングを考慮して決定される。また、空気導入管330の下端の位置は、ジェットポンプを適切に抑制することを考慮して決定される。このように決定されたそれぞれの位置は互いに異なるのが一般的であるが、一致する場合には、空気導入管330の長さを0としてもよい。すなわち、スロート管320の壁面に貫通孔を形成し、当該貫通孔から空気が導入される構成としてもよい。この場合、当該貫通孔の位置が導入口331の位置であり、且つ、スロート管320内の水流に空気が混入される位置でもある。
上述したように本実施形態に係る水洗大便器装置FTでは、第一工程に続く第二工程においては、リム部120に供給される水の流量が減少する。つまり第二工程においては、ボウル部110に供給される水の流量が減少する。
既に説明したように、ジェットポンプユニット300が大便器本体10に搭載された場合、常に一定流量の洗浄水がボウル部110に供給されることとなる。
しかしながら、ウォッシュダウン式の大便器本体10において汚物が排出されるために最低限必要となる洗浄水の流量は、洗浄の開始から終了まで常に一定ではなく、時間の経過とともに変化する。
具体的には、洗浄の開始では、静止した状態でボウル部110内に貯留されていた水に運動量を与えて水流を形成する必要があるため、大流量(第一流量)の洗浄水を供給する必要がある。ところが、洗浄の開始に続く洗浄の途中期では、ボウル部110内には既に水流が形成されており、その水には慣性力が働いているのであるから、ボウル部110内の水流を維持するために必要な水の流量は、第一流量よりも小さくなる。
このため、洗浄の開始から終了まで常に一定流量の水が供給されると、必要以上の洗浄水が供給されることになり、一部の洗浄水が無駄になってしまう。
そこで本実施形態に係る水洗大便器装置FTのように、水流形成工程と水流維持工程とが順に実行されるような構成とし、吐水部133、135に供給される水の流量を減少させれば(第一流量から第二流量に変化させれば)、洗浄性能を犠牲にすることなく、節水化を図ることができる。
また水の流量を減少させることで、大流量(第一流量)の供給時には排出されにくいボウル部110内に浮遊している軽い汚物が排出されやすくなるという利点があり、このような軽い汚物の排出性能を確保するためにも水の流量を減少させることが好ましいものである。
以上のように、本実施形態に係る水洗大便器装置FTでは、洗浄水を供給している期間(時刻t0から時刻t200まで)の全体において、ウォッシュダウン式の大便器本体にジェットポンプ式の給水機構が搭載された構成としながら、汚物の排出性能を確保すると共にボウル部110に供給される洗浄水の総量を低減することが可能となっている。その結果、洗浄性能を犠牲にすることなく節水性を高めることができる。
尚、スロート管320の内部に気泡を混入させる箇所としては、本実施形態のように上昇部322とする態様の他、下降部324とすることも考えられる。しかしながら、下降部324において空気を混入させる構成としてしまうと、タンク20内を満水位とすることができなくなってしまう。タンク20内が満水位のときにおいては導入口331が水没しており、導入口331から下降部324内に流入した水が、重力によってそのままリム部120に供給されてしまうからである。
そこで、水洗大便器装置FTでは、下降部324よりも上流側の箇所において空気を混入させるように構成されている。このような構成により、洗浄時ではないにも拘らずタンク20内の水が導入口331からスロート管320に流入し、そのまま大便器本体10側に流出してしまうようなことが防止されている。
また、スロート管320の内部に気泡を混入させる箇所としては、例えば図9に示したように、吸引口321よりも上流側とする態様も考えられる。この場合、空気導入管330の下端は、ノズル310と吸引口321との間となる位置に配置されることとなる。しかしながら、このような構成とした場合には、空気導入管330の下端が、吸引口321からスロート管320の内部に流入する水の流れを妨げてしまい、ジェットポンプ作用が妨げられてしまうおそれがある。その結果、(特に第一工程において)リム部120に供給される水の流量が低下してしまうおそれがある。
そこで、水洗大便器装置FTでは、空気導入管330の導入口331から導入された空気が、吸引口321よりも下流側となる位置において、ジェットポンプ作用によって生じている水流に混入される構成となっている。このような構成により、吸引口321からスロート管320の内部に流入する水の流れを空気導入管330が妨げてしまうことが防止される。その結果、第一工程におけるジェットポンプ作用が妨げられることがなく、大流量の水がリム部120に供給されるため、高い洗浄性能を確保することが可能となっている。
ところで、流路状態切り換え手段としては、ジェットポンプユニット300のうち吸引口321よりも上流側の流路状態を変更し、これにより第二工程におけるジェットポンプ作用を抑制するような態様のものが考えられる。例えば、ノズル310から噴射される水の流量Qjetを減少させることにより、第二工程におけるジェットポンプ作用を抑制するような態様とすることも考えられる。その他、ノズル310と吸引口321との間の部分における流路抵抗を増加させることにより、第二工程におけるジェットポンプ作用を抑制するような態様とすることも考えられる。
しかしながら、スロート管320の内部を流れる水の流量は、ノズル310から噴射された水の流量Qjetをジェットポンプ作用によって増大(増幅)させたものである。従って、ノズル310から噴射される水の流量Qjetを僅かに減少させただけで、スロート管320の内部を流れる水の流量は大きく減少してしまう。同様に、ノズル310と吸引口321との間の部分における流路抵抗を僅かに増加させただけでも、スロート管320の内部を流れる水の流量は大きく減少してしまう。
このように、吸引口321よりも上流側の流路状態を変更して、これにより流量Q1から適切な流量Q2(図8参照)に変化させることは容易ではない。このような態様とした場合には、第二工程においてリム部120に供給される水の流量が小さくなり過ぎて、必要な洗浄性能を確保できない場合が生じ得る。
そこで、水洗大便器装置FTにおいては、流路状態切り換え手段は、ジェットポンプユニット300のうちノズル310や吸引口321よりも下流側(本実施形態では上昇部322の内部)の流路状態を切り換えるものとして構成されている。このような構成により、スロート管320の内部を流れる水の流量を適切に調整することが容易となっている。その結果、第二工程においてリム部120に供給される水の流量が小さくなりすぎてしまうことを防止している。
また、流路状態切り換え手段としては、ジェットポンプユニット300のうち下降部324の流路状態を変更し、これにより第二工程におけるジェットポンプ作用を抑制するような態様のものも考えられる。しかしながら、下降部324の内部を流れる水の流速は比較的遅い(ノズル310から噴射される高速の水と、これにより搬送されるタンク20内の水とが十分に混ざり合っており、流速が流路断面内で平均化される結果、ノズル310から噴射される水の流速よりは遅くなっている)ため、例えば下降部324の流路抵抗を多少増加させた程度では、流量は殆ど減少しない。このように、下降部324の流路状態を変更し、これにより第二工程におけるジェットポンプ作用を抑制することは困難である。
そこで、水洗大便器装置FTでは、流路状態切り換え手段は、ジェットポンプユニット300のうち、下降部324よりも上流側(本実施形態では上昇部322の内部)の流路状態を切り換えるものとして構成されている。このような構成により、流路状態切り換え手段によって流路状態を切り換えて、スロート管320の内部を流れる水の流量を適切に調整することが更に容易なものとなっている。
続いて、図10を参照しながら、ノズル310から噴射される水の流量がばらつくことの影響について説明する。図10のグラフGJ1は、ノズル310から噴射される水の流量の時間変化を示している。既に説明したように、ノズル310からは一定の流量Qjetで水が噴射される。グラフGT1は、ジェットポンプ作用によってリム部120に供給される水の流量を示している。第一工程では、流量Qjetがジェットポンプ作用によって増幅される結果、リム部120に対して流量Q1の水が供給される。尚、図10では、時刻t100以降(第二工程)においてリム部120に供給される水の流量を示すグラフは描かれていない。
ところで、ジェットポンプユニット300によってリム部120に供給される水の流量は、例えばノズル310の上流側に配置された定流量弁232の機差等によって厳密には設計値(Qjet)通りとはならず、製品ごとにばらついてしまうことがある。図10のグラフGJ2は、ノズル310から噴射される水の流量が設計値通りとはならず、流量Qjetよりも僅かに大きい流量Qjet2となってしまった場合における、当該流量の時間変化を示している。このとき、大便器本体10に供給される水の流量は、グラフGT12で示したように流量Q1よりも大きい流量Q12となる。
本実施形態においては、タンク20内の水位が第一水位(導入口331)まで低下した時点で第一工程が終了し、第二工程への切り替えが行われるように構成されている。このため、リム部120に供給される水の流量が流量Q1から流量Q12に増加した場合には、時刻t100よりも早い時点(時刻t90)で第一工程が終了する。
図10のグラフGJ3は、ノズル310から噴射される水の流量が設計値通りとはならず、流量Qjetよりも僅かに小さい流量Qjet3となってしまった場合における、当該流量の時間変化を示している。このとき、リム部120に供給される水の流量は、グラフGT13で示したように流量Q1よりも小さい流量Q13となる。
図10から明らかなように、もしこのような場合においても第一工程を時刻t100で終了してしまうと、リム部120に供給される水の流量が十分に得られない状態で、第一工程から第二工程への切り替えが行われることとなる。すなわち、ボウル部110に供給される水の流量が十分に得られない状態で、ボウル部110へ供給される水の流量が減少してしまうこととなる。この場合には、第一工程における洗浄性能が十分に得られないため、ボウル部110の洗浄性能を確保し得ないこととなってしまう。
本実施形態においては、タンク20内の水位が第一水位(導入口331)に低下するまでの間は、第一工程が継続されるように構成されている。このため、大便器本体10に供給される水の流量が流量Q1から流量Q13に減少した場合には、時刻t100よりも遅い時点(時刻t110)まで第一工程が継続される。その結果、第一工程におけるボウル部110の洗浄性能が十分に確保される。
このように、本実施形態においては、第一工程においてリム部120に供給される水の流量が大きい程、第一工程から第二工程に移行するタイミングが早くなるように構成されている。すなわち、第一工程から第二工程に移行するタイミング(第一工程の期間の長さ)を固定するのではなく、第一工程においてリム部120に供給される水の流量に応じて変化させるように構成されている。このような構成により、第一工程においてリム部120に供給される水の流量が変動した場合であっても、当該変動に応じて、第一工程から第二工程に移行するタイミングが適切となるように調整される。
また、タンク20内の水位が第一水位(導入口331)まで低下した時点で、第一工程から第二工程への移行が行われる構成とすることにより、上記のようなタイミングの調整が自動的に行われるようになっている。従って、第一工程においてリム部120に供給される水の流量を直接測定することなく、第一工程から第二工程に移行するタイミングが適切且つ自動的に調整される。すなわち、流量計等の装置を必要とせず、簡易な構成によって、第二工程に移行するタイミングが適切に且つ自動的に調整される。
続いて、本発明の第二実施形態に係る水洗大便器装置FTaについて説明する。水洗大便器装置FTaは、スロート管320aに接続された空気導入管の配置及び個数において水洗大便器装置FTと異なっているが、他の構成については水洗大便器装置FTと同一となっている。このため、以下では、水洗大便器装置FTと共通する構成についてはその説明を省略する。
図11(A)に示したように、水洗大便器装置FTaのスロート管320aには、二つの空気導入管(第一空気導入管330a、第二空気導入管340a)が接続されている。これらはいずれも鉛直方向に沿って配置された円筒形状の管であって、その下端がスロート管320aの上昇部322aの上面側に接続されている。
第一空気導入管330aは、水洗大便器装置FTの空気導入管330と同一の形状であって、同一の位置に配置されている。第一空気導入管330aの上端には導入口331aが開口形成されており、導入口331aから流入した空気又は水が、第一空気導入管330aを通って上昇部322aの内部空間に流入し得る構成となっている。導入口331aの位置(高さ)は、タンク20aの水位が満水位であるときには水没するような位置となっており、吸引口321aよりも高い位置となっている。
第二空気導入管340aは、第一空気導入管330aと同一の形状であって、上昇部322aのうち第一空気導入管330aよりも上流側となる位置に接続されている。第二空気導入管340aの上端には導入口341aが開口形成されており、導入口341aから流入した空気又は水が、第二空気導入管340aを通って上昇部322aの内部空間に流入し得る構成となっている。導入口341aの位置(高さ)は、導入口331aよりも低い位置であり、且つ吸引口321aよりも高い位置となっている。
図11及び図12を参照しながら、リム部120aへ洗浄水として供給される水の流量について説明する。図11は、ジェットポンプユニット300aの構造及び動作を説明するための図であって、ジェットポンプユニット300aの流路状態が切り替わる様子を模式的に示している。図12は、リム部120aに供給される水の流量の変化を示すグラフである。
図11(A)は、リム部120aに水が供給され始めた直後における、ジェットポンプユニット300aの流路状態を模式的に示している。タンク20a内の水位は満水位から低下し始めているが、第一空気導入管330aの導入口331aよりも高い。このため、導入口331a及び導入口341aはいずれも水没した状態となっている。
上昇部322aの内部においては、吸引口321aから流入した水が屈曲部323aに向かって流れている。この水流によって、第一空気導入管330aの内部に存在する水には負圧が働き、当該水が上昇部322aの内部に引き込まれる。同様に、第二空気導入管340aの内部に存在する水にも負圧が働き、当該水が上昇部322aの内部に引き込まれる。その結果、上昇部322aの内部においては、吸引口321aから流入した水だけではなく、導入口331a及び導入口341aから流入した水も流れるため、ジェットポンプ作用による大流量の水がリム部120aへ洗浄水として供給される。ノズル310aからの水の噴射が開始されてから(時刻t0)、タンク20a内の水位が低下して導入口331aの位置(第一水位)となるまで(時刻t100)の期間においては、上記のように大流量(流量:Q1)の水がリム部120aに供給される。
水洗大便器装置FTの場合と同様に、タンク20a内の水位が第一水位(導入口331aの位置)まで低下すると第一工程は終了し、第二工程に移行する。このとき、上昇部322aの内部(第一空気導入管330aの下端部近傍)においては依然として水流による負圧が生じているが、導入口331aが水面上に現れている(水没していない)ため、導入口331aからは水ではなく空気が流入するようになる。一方、導入口341aはまだ水没した状態となっているため、導入口341aからは引き続き水が流入する。
図11(B)は、このときにおけるジェットポンプユニット300aの流路状態を模式的に示している。ノズル310aからは継続して水が噴射されており、スロート管320aの内部ではジェットポンプ作用による水流が生じてはいるが、当該水流には第一空気導入管330aからの空気が混入している。スロート管320aの内部に混入した空気がジェットポンプ作用を抑制するため、図11(B)においてはスロート管320aの内部を流れる水の流量が低下している。すなわち、リム部120aに供給される水の流量(流量:Q2)が、第一工程における流量(流量:Q1)よりも低下している。
その後、更にタンク20a内の水位が低下して、導入口341aの位置まで低下すると(時刻t130)、導入口341aからも空気が流入するようになる。このため、スロート管320aの内部の水流には、第一空気導入管330aからの空気に加えて、第二空気導入管340aからの空気も混入し始める。
図11(C)は、このときにおけるジェットポンプユニット300aの流路状態を模式的に示している。ノズル310aからは継続して水が噴射されており、スロート管320aの内部ではジェットポンプ作用による水流が生じているが、当該水流にはより多くの空気が混入している。混入した空気により、ジェットポンプ作用が更に抑制されるため、図11(C)においてはスロート管320aの内部を流れる水の流量が更に低下している。すなわち、リム部120aに供給される水の流量(流量:Q3)が、図11(B)における流量(流量:Q2)よりも更に低下している。
その後は、タンク20a内の水位が更に低下し、第二水位となるまでリム部120aへの水の供給が行われる。タンク20a内の水位が第二水位まで低下すると、第二工程は終了し、流路切り換え部材350aの動作によってタンク20a内への水の貯留が開始される。
以上の説明及び図12からも明らかなように、本実施形態においても、第一工程から第二工程に切り替わる時点(時刻t100)でジェットポンプ作用が抑制され、リム部120aに供給される水の流量が急激に小さくなる。更に本実施形態では、第二工程が行われている期間の途中(時刻t130)においてジェットポンプ作用が再び抑制され、リム部120aに供給される水の流量が更に小さくなる。
このように、第一工程(時刻t100まで)においては、可能な限り大流量且つ一定の水をリム部120aに供給する一方で、第二工程(時刻t100以降)においては段階的に流量を低下させている。
尚、空気導入管の本数は2本に限られるものではなく、更に増やしてもよい。すなわち、3本以上の空気導入管をスロート管320aに接続して、それぞれの空気導入管の上端(導入口)の高さが互いに異なるような構成としてもよい。このような構成とすることにより、第二工程においてリム部120aに供給される水の量を段階的に低下させるにあたり、その段数を更に増加させることができる。例えば、第二工程においてリム部120aに供給される水の流量を、図13に示したグラフGT3のようにほぼ滑らかに変化させることも可能となる。
続いて、本発明の第三実施形態に係る水洗大便器装置FTbについて説明する。水洗大便器装置FTbは、スロート管320bに接続された空気導入管の形状及び材質において水洗大便器装置FTと異なっているが、他の構成については水洗大便器装置FTと同一となっている。このため、以下では、水洗大便器装置FTと共通する構成についてはその説明を省略する。
図14は、水洗大便器装置FTbのうち、ジェットポンプユニット300bの構成を説明するための図である。図14(A)に示したように、上昇部322bのうち、その流路方向に沿って略中央となる位置には、空気導入管330bが接続されている。空気導入管330bは、可撓性を有する樹脂によって形成された円筒形状の管である。空気導入管330bの一端は上昇部322の上面側に接続されており、空気導入管330bの内部空間と上昇部322bの内部空間とが連通している。空気導入管330bの他端には導入口331bが開口形成されており、導入口331bから流入した空気又は水が、空気導入管330bを通って上昇部322bの内部空間に流入し得る構成となっている。
上昇部322bの上面には、保持部材360bが取り付けられている。保持部材360bは、逆U字形状に変形した空気導入管330bの他端(導入口331b側の端部)を下方に向けた状態で、空気導入管330bを保持することが可能となっている。
また、保持部材360bに保持された際における導入口331bの高さは、調整することが可能となっている。すなわち、図14(A)のように、導入口331bが比較的高い位置となるように空気導入管330bを保持することができる一方で、図14(B)のように、導入口331bが比較的低い位置となるように空気導入管330bを保持することが可能となっている。導入口331bの高さを変化せることにより、第一工程から第二工程に移行するタイミングを変化させることができる。
このようなタイミング調整を可能とした理由について説明する。ジェットポンプユニット300bによってリム部120bに供給される水の流量は、例えばノズル310bの上流側に配置された定流量弁232bの機差等によって厳密には設計値通りとはならず、製品ごとにばらついてしまうことがある。その結果、製品によってはボウル部110bの洗浄性能が不足したり、ボウル部110内において十分な水流が形成されなかったりするおそれがある。
例えば、定流量弁232bの機差により、図8に示した流量Q1の大きさが大きくなってしまったような場合には、第一工程を時刻t100まで継続すると、ボウル部110内において十分な水流が形成された時点以降においても、引き続きボウル部110に第一流量の水が供給されてしまうことになる。
そこで、リム部120bに供給される水の流量等が設計値通りとはならなかった場合には、導入口331bの高さを変化させることにより、第一工程から第二工程に移行するタイミングを調整する。具体的には、第一工程から第二工程に移行するときに、導入口331bの高さがのタンク20b内の水位となるように製品ごとに導入口331bの高さを調整する。当該調整により、ボウル部110bの洗浄性能を確保することと、ボウル部110内における十分な水流の形成を確保することがバランスよく両立するように、製品ごとに調整を行って最適化することが可能となっている。
ところで、第二工程の終了タイミング、すなわち、ジェットポンプ作用によるリム部120bへの水の供給が終了するタイミング(図8における時刻t200)、が固定されている場合には、第一工程の開始時(時刻t0)から第二工程の終了時(時刻t200)までの期間の長さは常に一定となる。このため、当該期間においてリム部120bに供給される水の量は、導入口331bの高さ(調整量)によって変化してしまう。
例えば、第一工程から第二工程に移行するタイミングが早くなるように調整された場合(図8の時刻t100よりも早いタイミングで第二工程に移行する場合)には、流量が大きい第一工程の期間が短くなり、流量が小さい第二工程の期間が長くなる。その結果、リム部120bに供給される水の量は調整前よりも少なくなるため、ボウル部110bの洗浄性能が低下してしまうおそれがある。
逆に、第一工程から第二工程に移行するタイミングが遅くなるように調整された場合(図8の時刻t100よりも遅いタイミングで第二工程に移行する場合)には、流量が大きい第一工程の期間が長くなり、流量が小さい第二工程の期間が短くなる。その結果、リム部120bに供給される水の量は調整前よりも多くなるため、ボウル部110bの洗浄が完了しないうちにタンク20b内の水位が吸引口321bまで低下してしまうおそれがある。このような場合には、ノズル310bから噴射された水がジェットポンプ作用により増幅されることなくリム部120bに到達し、洗浄に寄与しない無駄水として消費されることとなってしまう。
そこで、水洗大便器装置FTbでは、導入口331bの高さ(調整量)に基づいて、第二工程の終了タイミングを変更するように構成されている。
第二工程の終了タイミングについて、図15を参照しながら説明する。図15は、ジェットポンプユニット300bからリム部120bに供給される水の流量の変化を示すグラフである。図15(A)及び図15(B)において実線で示したグラフGT3は、いずれも、リム部120bに供給される水の流量が図8と同様のタイミングで変化する場合における、当該流量の時間変化を示している。すなわち、図8で示したように、時刻t100で第二工程に移行し、時刻t200で第二工程が終了する場合の流量を示している。
導入口331bの高さが低くなるように調整がなされた場合には、図15(A)の点線DL1で示したように、第一工程から第二工程に移行するタイミングが遅くなる(時刻t100よりも遅い時刻t101において第二工程に移行する)。このため、第一工程においてリム部120bに供給される水の量は多くなる。
水洗大便器装置FTについて既に説明したように、本実施形態においては、タンク20b内の水位が第二水位となった時点で第二工程が終了するように構成されている。このため、上記のような調整がなされて(流量が大きい)第一工程の期間が長くなると、タンク20b内の水位が第二水位となるタイミングは早くなる。すなわち、図15(A)の点線DL2で示したように、第二工程が終了するタイミングは早くなる(時刻t200よりも早い時刻t199において第二工程が終了する)。
このように、第一工程の期間は長くなる一方で第二工程の期間は短くなる。その結果、第一工程の開始時から第二工程の終了時までの期間においてリム部120bに供給される水の量は、導入口331bの高さを調整する前の量と略等しい。
導入口331bの高さが高くなるように調整がなされた場合には、図15(B)の点線DL3で示したように、第一工程から第二工程に移行するタイミングが早くなる(時刻t100よりも早い時刻t99において第二工程に移行する)。このため、第一工程においてリム部120bに供給される水の量は少なくなる。
本実施形態においては、タンク20b内の水位が第二水位となった時点で第二工程が終了するように構成されている。このため、上記のような調整がなされて(流量が大きい)第一工程の期間が短くなると、タンク20b内の水位が第二水位となるタイミングは遅くなる。すなわち、図15(B)の点線DL4で示したように、第二工程が終了するタイミングは遅くなる(時刻t200よりも遅い時刻t201において第二工程が終了する)。
このように、第一工程の期間は短くなる一方で第二工程の期間は長くなる。その結果、第一工程の開始時から第二工程の終了時までの期間においてリム部120bに供給される水の量は、やはり導入口331bの高さを調整する前の量と略等しい。
以上のように、導入口331bの高さが調整されると、当該調整量に基づいて、第二工程の終了時刻(第二工程が行われる期間の長さ)が自動的に変化するような構成となっている。このような構成により、洗浄性能の低下や無駄水の発生を防止することが可能となっている。
続いて、本発明の第四実施形態に係る水洗大便器装置FTcについて説明する。水洗大便器装置FTcは、空気導入管330cが開度調整機構を備えている点において水洗大便器装置FTと異なっているが、他の構成については水洗大便器装置FTと同一となっている。このため、以下では、水洗大便器装置FTと共通する構成についてはその説明を省略する。
図16は、水洗大便器装置FTcのうち、ジェットポンプユニット300cの構成を説明するための図である。図16(A)に示したように、上昇部322cのうち、その流路方向に沿って略中央となる位置には、空気導入管330cが接続されている。空気導入管330cは、鉛直方向に沿って配置された円筒形状の管である。空気導入管330cは、水洗大便器装置FTの空気導入管330と略同一の形状であって、同一の位置に配置されている。
空気導入管330cの上端には導入口331cが開口形成されており、導入口331cから流入した空気又は水が、空気導入管330cを通って上昇部322cの内部空間に流入し得る構成となっている。導入口331cの位置(高さ)は、タンク20cの水位が満水位であるときには水没するような位置となっており、吸引口321cよりも高い位置となっている。
空気導入管330cには、開度調整機構370cが取り付けられている。開度調整機構370cは、空気導入管330cの外側に配置された取っ手371cと、一部が空気導入管330cの内側に配置された弁体372cとを有している。作業者が取っ手371cを掴んで回転させると、弁体372cの位置が変化して、空気導入管330c内の流路断面積が当該部分において変化するように構成されている。
図16(A)のように、空気導入管330c内の流路断面積が大きくなるように調整した場合には、第二工程において導入口331cに流入する空気の量、すなわち、スロート管320cの内部の水流に混入する空気の量が多くなる。その結果、ジェットポンプ作用の抑制量は大きくなり、第二工程においてリム部120cに供給される水の流量は小さくなる。
一方、図16(B)のように、空気導入管330c内の流路断面積が小さくなるように調整した場合には、第二工程において導入口331cに流入する空気の量、すなわち、スロート管320cの内部の水流に混入する空気の量が少なくなる。その結果、ジェットポンプ作用の抑制量は小さくなり、第二工程においてリム部120cに供給される水の流量は大きくなる。
既に説明したように、定流量弁232cの機差や大便器本体10cの形状ばらつき等に起因して、リム部120cに供給される水の流量等が製品ごとにばらつくことがある。
そこで、リム部120cに供給される水の流量等が設計値通りとはならなかった場合には、空気導入管330c内の流路断面積を変化させることにより、ジェットポンプ作用の抑制量を調整する。具体的には、第二工程においてリム部120cに供給される水の流量が、第二工程が終了するまでの間においてボウル部110内において十分な水流が形成されているにも拘わらず、引き続き洗浄水がボウル部110内に無駄に供給されない流量となるように、開度調整機構370cを操作して空気導入管330c内の流路断面積を調整する。
当該調整により、洗浄水がボウル部110内に無駄に供給されない範囲で、可能な限り大流量の水がリム部120cに供給されるように調整することができる。換言すれば、ボウル部110bの洗浄性能を確保することと、ボウル部110内における水流の形成を確保することがバランスよく両立するように、製品ごとに調整を行って最適化することが可能となっている。
ところで、空気導入管330c内の流路断面積を大きくし、第二工程におけるジェットポンプ作用の抑制量が大きくなるように(流量が小さくなるように)調整した場合には、リム部120cに供給される水の量は調整前よりも少なくなる。その結果、ボウル部110内において十分な水流が形成されているにも拘わらず、引き続き洗浄水が無駄に供給されてしまうことが防止される一方で、ボウル部110cの洗浄性能が低下しまう可能性がある。
逆に、空気導入管330c内の流路断面積を小さくし、第二工程におけるジェットポンプ作用の抑制量が小さくなるように(流量が大きくなるように)調整した場合には、リム部120cに供給される水の量は調整前よりも多くなる。その結果、第二工程において引き続き洗浄水が無駄に供給されてしまう可能性がある。
そこで、水洗大便器装置FTcでは、空気導入管330c内の流路断面積(開度調整機構370cによる調整量)に基づいて、第二工程の終了タイミングを変更するように構成されている。
第二工程の終了タイミングについて、図17を参照しながら説明する。図17は、ジェットポンプユニット300cからリム部120cに供給される水の流量の変化を示すグラフである。図17(A)及び図17(B)において実線で示したグラフGT4は、いずれも、リム部120cに供給される水の流量が図8と同様である場合における、当該流量の時間変化を示している。すなわち、図8で示したように、時刻t100までの第一工程においては流量Q1の水がリム部120cに供給され、時刻t200までの第二工程においては流量Q2の水がリム部120cに供給される場合における、流量の時間変化を示している。
空気導入管330c内の流路断面積が大きくなるように調整がなされた場合には、図17(A)の点線DL5で示したように、第二工程における流量が小さくなる(流量Q2から流量Q21へと変化する)。
水洗大便器装置FTについて既に説明したように、本実施形態においては、タンク20c内の水位が第二水位となった時点で第二工程が終了するように構成されている。このため、上記のような調整がなされて第二工程における流量が小さくなると、タンク20c内の水位が第二水位となるタイミングは遅くなる。すなわち、図17(A)の点線DL6で示したように、第二工程が終了するタイミングは遅くなる(時刻t200よりも遅い時刻t202において終了する)。
このように、第二工程における流量が小さくなる一方で第二工程の期間は長くなる。その結果、第一工程の開始時から第二工程の終了時までの期間においてリム部120cに供給される水の量は、空気導入管330c内の流路断面積を調整する前の量と略等しい。
空気導入管330c内の流路断面積が大きくなるように調整がなされた場合には、図17(B)の点線DL7で示したように、第二工程における流量が大きくなる(流量Q2から流量Q22へと変化する)。
本実施形態においては、タンク20c内の水位が第二水位となった時点で第二工程が終了するように構成されている。このため、上記のような調整がなされて第二工程における流量が大きくなると、タンク20c内の水位が第二水位となるタイミングは早くなる。すなわち、図17(B)の点線DL8で示したように、第二工程が終了するタイミングは早くなる(時刻t200よりも早い時刻t198において終了する)。
このように、第二工程における流量が大きくなる一方で第二工程の期間は短くなる。その結果、第一工程の開始時から第二工程の終了時までの期間においてリム部120cに供給される水の量は、空気導入管330c内の流路断面積を調整する前の量と略等しい。
以上のように、空気導入管330c内の流路断面積が調整されると、当該調整量に基づいて、第二工程の終了時刻(第二工程が行われる期間の長さ)が自動的に変化するような構成となっている。このような構成により、洗浄性能の低下や無駄水の発生を防止することが可能となっている。
続いて、本発明の第五実施形態に係る水洗大便器装置FTdについて説明する。水洗大便器装置FTdでは、タンク20dが、図1に示したタンク20の位置よりも高い位置に配置されている。このため、タンク20dからリム部120dへ水が供給される際において、逆U字形状のスロート管320dの内部でサイホン作用が生じる構成となっている。すなわち、タンク20dに貯留されている水の水頭(位置エネルギー)による水流が生じて、当該水流が、既に説明したジェットポンプ作用による水流に加えられる構成となっている。水洗大便器装置FTdは、この点において水洗大便器装置FTと異なっているが、他の構成については水洗大便器装置FTと同一となっている。このため、以下では、水洗大便器装置FTと共通する構成についてはその説明を省略する。
図18は、ジェットポンプユニット300dの構造及び動作を説明するための図であって、ジェットポンプユニット300dの流路状態が切り替わる様子を模式的に示している。図19は、リム部120dに供給される水の流量の変化を示すグラフである。
図18(A)は、リム部120dに水が供給され始めた直後における、ジェットポンプユニット300dの流路状態を模式的に示している。タンク20d内の水位は満水位から低下し始めているが、空気導入管330dの導入口331dよりも高い。このため、導入口331dは水没した状態となっている。
上昇部322dの内部においては、吸引口321dから流入した水が屈曲部323dに向かって流れている。この水流によって、空気導入管330dの内部に存在する水には負圧が働き、当該水が上昇部322dの内部に引き込まれる。その結果、上昇部322dの内部においては、吸引口321dから流入した水だけではなく、導入口331dから流入した水も流れる。また、スロート管320dの内部ではこれに加えてサイホン作用による水流も生じている。このため、ジェットポンプ作用及びサイホン作用による大流量の水が、リム部120dへ洗浄水として供給される。
ノズル310dからの水の噴射が開始されてから(時刻t0)、タンク20d内の水位が低下して導入口331dの位置(第一水位)となるまで(時刻t100)の期間においては、上記のように大流量の水がリム部120dに供給される。ただし、タンク20d内の水位は次第に低下していくため、これに伴ってジェットポンプ作用による水流も次第に小さくなる。その結果、図19に示したように、時刻t100までの第一工程においては、リム部120dに供給される水の流量は次第に小さくなる。
水洗大便器装置FTの場合と同様に、タンク20d内の水位が第一水位(導入口331dの位置)まで低下すると第一工程は終了し、第二工程に移行する。このとき、上昇部322dの内部(空気導入管330dの下端部近傍)においては依然として水流による負圧が生じているが、導入口331dが水面上に現れている(水没していない)ため、導入口331dからは水ではなく空気が流入するようになる。
図18(B)は、このときにおけるジェットポンプユニット300dの流路状態を模式的に示している。ノズル310dからは継続して水が噴射されており、スロート管320aの内部ではジェットポンプ作用による水流が生じてはいるが、当該水流には空気導入管330dからの空気が混入している。スロート管320dの内部に混入した空気がジェットポンプ作用を抑制するため、スロート管320dの内部を流れる水の流量は低下している。図19に示したように、リム部120dに供給される水の流量は、第一工程から第二工程に移行する際(時刻t100)において急激に低下している。
導入口331dから空気が流入して第二工程に移行した後においても、サイホン作用は停止せず引き続き生じている。タンク20d内の水位が次第に低下するのに伴い、リム部120dに供給される水の流量は時刻t100以降においても次第に小さくなって行く。
導入口331dからスロート管320dの内部に流入した空気は屈曲部323dに向かって浮上し、屈曲部323dの内部(頂部の近傍)に溜まる。時刻t100から短時間が経過して時刻t140になると、スロート管320dの内部を満たしていた水(水塊)が、屈曲部323d内の空気によって分断される。その結果、第二工程の途中(時刻t140)においてサイホン作用は停止する。このように、本実施形態における空気導入管330dは、第二工程においてジェットポンプ作用を抑制するように機能することに加えて、時刻t140においてサイホン作用を停止させるようにも機能する。空気導入管330dがこれら二つの機能を兼ね備えた結果、タンク20d内部の構造が簡素化されている。
図18(C)は、このときにおけるジェットポンプユニット300dの流路状態を模式的に示している。ノズル310dからは継続して水が噴射されており、スロート管320dの内部ではジェットポンプ作用による水流のみが生じている。空気導入管330dからの空気の混入に加えて、サイホン作用が停止したことにより、スロート管320dの内部を流れる水の流量は更に低下している。図19に示したように、リム部120dに供給される水の流量は、サイホン作用が停止した時刻t140において再び急激に低下している。
その後は、タンク20d内の水位が更に低下し、第二水位となるまでリム部120dへの水の供給が行われる。タンク20d内の水位が第二水位まで低下すると、第二工程は終了し、流路切り換え部材350dの動作によってタンク20d内への水の貯留が開始される。
以上の説明及び図19からも明らかなように、本実施形態においても、第一工程から第二工程に切り替わる時点(時刻t100)でジェットポンプ作用が抑制され、リム部120dに供給される水の流量が急激に小さくなる。更に本実施形態では、第二工程が行われている期間の途中(時刻t140)においてサイホン作用が停止し、リム部120dに供給される水の流量が再度急激に小さくなる。
第一工程においては、ジェットポンプ作用とサイホン作用との両方が生じるため、リム部120dには大流量の水が供給される。これにより、汚物を排出するために必要な水流をボウル部110内において確実に形成することができる。また、第二工程に移行した時点以降の時刻t140において、それまでに生じていたサイホン作用が停止するように構成されている。このため、リム部120dに(大流量で)供給されていた水の流量を第二工程において容易に低下させることができる。
ところで、スロート管320dは逆U字形状であるから、下降部324dにおいて空気を混入させた場合であっても、当該空気は屈曲部323dに向かって浮上し、屈曲部323dの頂部に溜まるようにも思われる。
しかしながら、スロート管320dにおいてサイホン作用が生じている際には、下降部324dでは下方に向かう強い水流が生じている。このため、下降部324dにおいて空気を混入させた場合には、当該空気は水流によって(浮力よりも強い力で)下方に押し流されて、屈曲部323dの頂部に溜まらない場合がある。その結果、空気を混入させてもサイホン作用が停止しない場合が生じ得る。
そこで、本実施形態では、導入口331dから導入した空気を、下降部324dよりも上流側において水流に混入させる構成としている。導入された空気は下方に押し流されることなく屈曲部323dの頂部に溜まるため、当該空気によってサイホン作用を確実に停止させることが可能となっている。
尚、導入口331dから空気が導入されることによる第二工程への移行と、サイホン作用の停止とが、同時に行われるように構成することも可能である。例えば、図20に示したように、空気導入管330dを屈曲部323dの下面に配置した場合には、導入口331dから導入された空気は直ちに屈曲部323dの頂部に溜まり、サイホン作用を停止させる。このため、第二工程に移行するとほぼ同時に、サイホン作用が停止することとなる。
これに対して、本実施形態では、導入口331dから空気が導入されて第二工程に移行するタイミング(時刻t100)と、サイホン作用が停止するタイミング(時刻t140)とが異なるように構成されている。上昇部322d内の水流に混入した空気が屈曲部323dに移動する時間の分だけ、サイホン作用が停止するタイミングが遅れるように構成されている。
このような構成により、第二工程においてリム部120dに供給される水の流量は、図19に示したように、時間の経過とともに段階的に低下する。このように、節水化を図りながら可能な限り大流量の水をリム部120dに供給する構成となっている。
続いて、本発明の第六実施形態に係る水洗大便器装置FTeについて説明する。水洗大便器装置FTeは、スロート管320eに空気導入管330が接続されていない点、及び、スロート管320eに可動部材380eが取り付けられている点において水洗大便器装置FTと異なっているが、他の構成については水洗大便器装置FTと同一となっている。このため、以下では、水洗大便器装置FTと共通する構成についてはその説明を省略する。
図21は、ジェットポンプユニット300eの構造及び動作を説明するための図であって、ジェットポンプユニット300eの流路状態が切り替わる様子を模式的に示している。図21(A)に示したように、スロート管320eの上昇部322eには可動部材380eが取り付けられている。可動部材380eは、支持部381eと、フロート382eと、抑制板383eとを有している。
支持部381eは、上昇部322eに対して回動自在に取り付けられた板である。支持部381eは、その上端が上昇部322eの上面に取り付けられており、当該上端を中心として回動することが可能となっている。
フロート382eは、タンク20e内に貯留された水から浮力を受けて、当該浮力により可動部材380eを動作させるものである。フロート382eは支持部381eに固定されており、支持部381eと共に回動する。尚、フロート382eがその可動範囲のうち最も下方まで移動したときにおいても、フロート382eの下端が吸引口321eよりも高い位置となるように構成されている。
抑制板383eは、支持部381eの下端からスロート管320e側に向かって延びる板である。支持部381eは、フロート382eが受ける浮力によって支持部381eと共に回動する。
図21(A)は、リム部120eに水が供給され始めた直後における、ジェットポンプユニット300eの流路状態を模式的に示している。このとき、タンク20e内の水位は高いため、フロート382eが受ける浮力によって可動部材380eは回動し、抑制板383eが吸引口321eから外れた状態(吸引口321eを覆っていない状態)となっている。タンク20e内に貯留されていた水は、抑制板383eに妨げられることなくスロート管320eの内部に流入するため、ジェットポンプ作用により大流量の水がリム部120eに供給される。
タンク20e内の水位は次第に低下して行き、これに伴ってフロート382eの位置も次第に低下して行く。図21(B)は、フロート382eが可動範囲の最下端まで移動し、抑制板383eが吸引口321eを覆った状態を示している。このとき、抑制板383eは吸引口321eの縁と平行になっており、吸引口321eの僅か下方に配置されている。尚、タンク20e内の水位はこの時点でも吸引口321eより高く、リム部120eには引き続き水が供給されている。
図22は、図21(B)における抑制板383eを下方から見た様子を示す図である。図22に示したように、抑制板383eは、吸引口321eの略全体を覆う矩形の板である。抑制板383eには、その一辺(支持部381eが接続されている辺とは反対側の辺)から中央部に向かって切り欠き384eが形成されている。
図22において点線DL9で示した円は、ノズル310eから噴射された水流の断面を仮想的に示すものである。換言すれば、抑制板383eの表面を含む平面に対して、噴射口311eの形状を水の噴射方向に沿って投影した円である。当該円は、切り欠き384eの内部に含まれている。
このような形状の抑制板383eが吸引口321eを覆った状態においては、ノズル310eから噴射された水は切り欠き384eの内側を通るため、抑制板383eに妨げられることなく上昇部322eの内部に流入する。一方、ジェットポンプ作用によって引き込まれる水(タンク20e内に貯留されていた水)の流れは、抑制板383eによって一部が妨げられる。その結果、ジェットポンプ作用は抑制されて、リム部120eに供給される水の流量は小さくなる。
このように、本実施形態においては、タンク20e内の水位が低下すると可動部材380eが動作し、これによりジェットポンプユニット300eの流路状態が切り替えられて、ジェットポンプ作用が抑制された状態(第二工程)に移行する構成となっている。尚、抑制板383eの位置は、吸込口321eの近傍に限定されず、スロート管320eの内部であっても、同様にジェットポンプ作用が抑制された状態(第二工程)に移行することができる。
続いて、本発明の第七実施形態に係る水洗大便器装置FTgについて説明する。水洗大便器装置FTgは、上昇部322gの構造において水洗大便器装置FTと異なっているが、他の構成については水洗大便器装置FTと同一となっている。このため、以下では、水洗大便器装置FTと共通する構成についてはその説明を省略する。
図23は、ジェットポンプユニット300gの構造及び動作を説明するための図であって、ジェットポンプユニット300gの流路状態が切り替わる様子を模式的に示している。図23(A)に示したように、スロート管320gの上昇部322gは、第一上昇部401gと第二上昇部402gとに分かれており、これらがヒンジ403gを介して互いに接続された構成となっている。
第一上昇部401gは、上昇部322gのうち上方側(下流側)の部分であって、その上端が屈曲部323gに接続されている。第二上昇部402gは、上昇部322gのうち下方側(上流側)の部分であって、ヒンジ403gを介して第一上昇部401gの下端に接続されている。ヒンジ403gは、上昇部322gの下面側に配置され、第二上昇部402gを回動自在に支持している。このような構成により、第二上昇部402gの下端である吸引口321gは、その位置を変化させることが可能となっている。
第一上昇部401gと第二上昇部402gとの間には、接続管404gが配置されている。接続管404gは可撓性を有する樹脂によって形成された配管であって、第一上昇部401gと第二上昇部402gとの間から水が流出することを防止している。接続管404gは容易に変形するため、第二上昇部402gの動作を妨げてしまうことはない。
第二上昇部402gの上面側には、フロート405gが固定されている。フロート405gは、タンク20g内に貯留された水から浮力を受けて、当該浮力により第二上昇部402gを動作させるものである。フロート405gは、タンク20g内の水位が満水位の時には全体が水没する位置に配置されている。また、吸引口321gよりも高い位置に配置されている。
図23(A)は、リム部120gに水が供給され始めた直後における、ジェットポンプユニット300gの流路状態を模式的に示している。このとき、タンク20g内の水位は高いため、フロート405gが受ける浮力によって第二上昇部402gは回動し、第一上昇部401gの中心軸と第二上昇部402gの中心軸とが一致した状態となっている。タンク20g内に貯留されていた水は、ジェットポンプ作用によって吸引口321gからスロート管320gの内部に流入し、リム部120gに供給される。
タンク20g内の水位は次第に低下して行き、これに伴ってフロート405gの位置も次第に低下して行く。換言すれば、吸引口321gが下方側且つ下降部324g側に移動するように、第二上昇部402gが回動して行く。
図23(B)は、フロート405gが可動範囲の最下端まで移動したときの状態を示している。このとき、吸引口321gが下降部324g側に移動したことにより、ノズル310gから噴射された水はその一部のみが吸引口321gからスロート管320gの内部に流入し、残りはタンク20gの内部に供給される。尚、タンク20g内の水位はこの時点でも吸引口321gより高く、リム部120gには引き続き水が供給されている。
ノズル310gからスロート管320gの内部に噴射される水の流量が小さくなるため、ジェットポンプ作用によってスロート管320gの内部に引き込まれる水(タンク20e内に貯留されていた水)の流量も小さくなる。その結果、ジェットポンプ作用は抑制されて、リム部120gに供給される水の流量も小さくなる。
このように、本実施形態においては、タンク20g内の水位が低下すると第二上昇部402gが動作し、これによりジェットポンプユニット300gの流路状態が切り替えられて、ジェットポンプ作用が抑制された状態(第二工程)に移行する構成となっている。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。