JP2014190068A - 水洗大便器装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ボウル部に供給された水によって汚物が排水管側に押し出されるように構成された、所謂洗い落とし式の水洗大便器装置であって、簡単な構成により、ボウル部に対して供給される洗浄水の流量を一定且つ適切な流量とすることのできる水洗大便器装置を提供すること。
【解決手段】この水洗大便器装置FTは、大便器本体10に対する洗浄水の供給を開始した時点からの第一期間においては、サイホン作用を主に発生させることによってタンク20から水を供給し、第一期間が経過した時点から、大便器本体10に対する洗浄水の供給を終了するまでの第二期間においては、ジェットポンプ作用を主に発生させることによってタンク20から水を供給することにより、大便器本体10に対して供給される洗浄水の流量が、第一期間及び第二期間の全体に亘って略一定となるように構成されている。
【選択図】図26

Description

本発明は、洗浄水によって汚物を排水管に排出する水洗大便器装置に関する。
水洗大便器装置のボウル部が受け止めた汚物を、洗浄水と共に排水管に排出するための方式の一つとして、サイホン作用によって洗浄水を排水管に吸引せしめるような方式(サイホン式)が知られている。このようなサイホン式の水洗大便器装置においては、洗浄が開始された直後において一時的に大流量の洗浄水がボウル部に供給される。大流量の洗浄水によってボウル部から排水管に至る流路が水で満たされると、当該流路においてサイホン作用が誘発される。このサイホン作用により、以降は洗浄水の供給を停止しても、汚物は洗浄水と共に排水管に吸引されて排出される。
上記のようなサイホン式の他、洗い落とし式(ウォッシュダウン式)と称される方式も知られている。洗い落とし式の水洗大便器装置においては、一定の流量の洗浄水がボウル部に対して上方から供給され、この洗浄水によって、汚物は下方に押し込まれながら排水管に向けて排出される(押し出される)。洗い落とし式の場合には、ボウル部及びその下流側の流路においてサイホン作用は誘発されない。このため、サイホン式の場合のように一時的に大流量の洗浄水を供給する必要はない。ただし、汚物を確実に排水管に排出するためには、一定且つ適切な流量で、洗浄水をボウル部に供給する必要がある。流量が小さくなり過ぎたり、大きくなり過ぎたりすると、汚物が排水管に排出されない場合や、排出されるのに時間がかかってしまう場合がある。
このような洗い落とし式の水洗大便器装置に洗浄水を供給するための構成としては、水道管内の高い水圧を利用して水を供給する構成(直圧式)や、高所に配置されたタンクから水を供給する構成(タンク式)が知られている。
直圧式の構成を採用した場合には、水道管内の水圧が低い環境に水洗大便器装置が設置されると洗浄水の流量が低下し、洗浄性能が低下してしまうという問題がある。このため、高層階に洗い落とし式の水洗大便器装置を設置するような場合には、直圧式の構成を採用することは望ましくない。
一方、タンク式の構成を採用した場合には、タンク内に貯留された水の位置エネルギーを利用することによりボウル部に水が供給される。従って、水道管内の水圧の影響を受けることがなく、水洗大便器装置がどのような場所に設置された場合であっても大流量の洗浄水を供給することが可能である。しかし、タンクからボウル部に供給される洗浄水の流量は、洗浄水の供給が開始されてからは時間とともに減少してしまい、一定とはならない。
タンクが満水の状態から洗浄水が供給され始めた直後においては、水頭が最も高い状態となっており、ボウル部に供給される洗浄水の流量は大きい。これに対し、時間が経過してタンク内の水位が低下したときにおいては、水頭が低い状態となっており、ボウル部に供給される洗浄水の流量は小さい。
このため、洗い落とし式の水洗大便器装置に対して、上記のようなタンク式の構成を採用した場合には、洗浄の始期において供給された(大流量の)洗浄水の一部が無駄になるか、洗浄の終期において洗浄水の流量が不足してしまうこととなる。洗浄水を無駄に使用することなく、且つ確実に汚物を排出するという観点からは、タンク式の構成を洗い落とし式の水洗大便器装置に採用することも望ましくない。
上記のような直圧式及びタンク式に加えて、近年では、ジェットポンプによってボウル部に洗浄水を供給する構成(ジェットポンプ式)の水洗大便器装置が提案されている。例えば、下記特許文献1に記載されている水洗大便器装置では、水を貯留したタンクを備えており、当該タンクの内部に、ジェットポンプユニットが水没した状態で配置されている。ジェットポンプユニットはスロート管を有しており、当該スロート管の一端はボウル部に向かう流路に接続され、他端には開口が形成されている。噴射ノズルから、開口を通じてスロート管の内部に向かうように水が噴射されると、ジェットポンプ作用が誘発されることによって、スロート管の内部ではボウル部に向かって大流量の水が流れる。噴射ノズルから噴射された水のみならず、タンク内に貯留されていた水も引き込まれてスロート管の内部を流れるため、ボウル部には大流量の水が供給される。
このように、下記特許文献1に記載されている水洗大便器装置は、ジェットポンプ作用によって大流量の水をボウル部に供給するものであるため、直圧式の構成を採用したに比べて、水道管内の水圧が低い環境に設置された場合における洗浄性能の低下を抑制することができる。
特開2004−156382号公報
上記特許文献1に記載されている水洗大便器装置は、洗い落とし式ではなくサイホン式の水洗大便器装置である。換言すれば、洗浄が開始された直後において一時的に大流量の洗浄水をボウル部に供給する必要があるものであって、一定の流量で洗浄水を供給する必要があるものではない。従って、上記特許文献1においては、洗浄水の供給が開始されてから終了するまでの間、供給される洗浄水の流量を一定且つ適切な流量とすることについては、何ら検討がなされていない。
尚、洗浄水の流量を制御するために、ポンプや蓄圧器等の機構部品をタンクの内部に配置することも考えられる。しかし、その場合にはコストが上昇してしまうのみならず、タンクも大型化してしまうため、デザイン性等の観点からも好ましくない。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ボウル部に供給された水によって汚物が排水管側に押し出されるように構成された、所謂洗い落とし式の水洗大便器装置であって、簡単な構成により、ボウル部に対して供給される洗浄水の流量を一定且つ適切な流量とすることのできる水洗大便器装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る水洗大便器装置は、洗浄水によって汚物を排水管に排出する水洗大便器装置であって、汚物を受け止めるボウル部を有しており、洗浄水として供給される水を前記ボウル部に導くための導水路が内部に形成された大便器本体と、内部に水を貯留しており、当該水を前記導水路の入口に供給することができるよう、前記入口よりも高い位置に配置されたタンクと、前記タンクの内部において少なくとも一部が水没した状態で配置されたジェットポンプユニットと、を備え、前記ジェットポンプユニットは、一端が前記導水路の入口に接続され、他端には吸引口が形成されている管であって、前記吸引口が前記タンクの内部のうち下部に位置するように配置されているスロート管と、前記吸引口から前記スロート管の内部に向けて高速の水を噴射することにより、ジェットポンプ作用及びサイホン作用を誘発させるノズルと、を有するものであり、前記大便器本体は、前記導水路から前記ボウル部に供給された水によって汚物が前記排水管側に押し出されるように構成されており、前記大便器本体に対する洗浄水の供給を開始した時点からの第一期間においては、サイホン作用を主に発生させることによって前記タンクから前記導水路に水を供給し、前記第一期間が経過した時点から、前記大便器本体に対する洗浄水の供給を終了するまでの第二期間においては、ジェットポンプ作用を主に発生させることによって前記タンクから前記導水路に水を供給することにより、前記大便器本体に対して供給される洗浄水の流量が、前記第一期間及び前記第二期間の全体に亘って略一定となるように構成したことを特徴とする。
本発明に係る水洗大便器装置は、大便器本体のボウル部に洗浄水を供給するための機構として、タンクと、ジェットポンプユニットとを備えている。尚、大便器本体は、タンクからボウル部に供給された水によって、汚物が排水管側に押し出されるように構成されている。すなわち、本発明に係る水洗大便器装置は、所謂洗い落とし式の水洗大便器装置である。換言すれば、ボウル部及びその下流側の流路においてサイホン作用が誘発される方式のものではなく、タンクからボウル部に供給される洗浄水により、汚物を排水管に向けて押し出す方式のものである。
タンクは、内部に水を貯留しており、当該水を導水路の入口に供給することができるように配置されている。導水路とは、大便器本体の内部に形成された水の流路であって、その入口から供給された水が洗浄水としてボウル部に導かれるように形成されているものである。また、タンクは導水路の入口よりも高い位置に配置されている。このため、タンク内に貯留された水の位置エネルギーを利用することにより、当該水を導水路の入口からボウル部に導くことが可能となっている。
ジェットポンプユニットは、タンクの内部において少なくとも一部が水没した状態で配置されており、スロート管と、ノズルとを有している。
スロート管は、一端が導水路の入口に接続され、他端には吸引口が形成されている管である。上記吸引口は、タンク内に貯留された水がスロート管の内部に供給される際の入口となる開口であって、タンクの内部のうち下部に配置されている。タンクの内部に貯留されている水は、当該吸引口からスロート管の内部を流れて導水路に流入し、ボウル部に導かれることとなる。タンクの内部に貯留されている水は、後述のジェットポンプ作用が発生することによってスロート管の内部に吸引される他、サイホン作用が発生することによってもスロート管の内部に吸引されて、ボウル部に供給される。
ノズルは、吸引口からスロート管の内部に向けて高速の水を噴射することにより、ジェットポンプ作用及びサイホン作用を誘発させるものである。ノズルからスロート管の内部に向けて高速の水が噴射されると、その水流によって、タンクの内部に貯留されていた水がスロート管の内部に引き込まれる(ジェットポンプ作用)。また、タンク内に貯留されていた水は、その位置エネルギー(水頭)によってもスロート管の内部に引き込まれる(サイホン作用)。その結果、スロート管の内部を導水路に向かって流れる水の流量は、ノズルから噴射される水の流量よりも多くなる。
更に、本発明に係る水洗大便器装置は、大便器本体に対する洗浄水の供給を開始した時点からの第一期間においては、サイホン作用を主に発生させることによってタンクから導水路に水を供給する。また、第一期間が経過した時点から、大便器本体に対する洗浄水の供給を終了するまでの第二期間においては、ジェットポンプ作用を主に発生させることによってタンクから導水路に水を供給する。
タンクに貯留されている水の水面が比較的高く、水頭が高い第一期間においては、サイホン作用の方が支配的であるような水流を発生させる。その結果、高い水頭が有効に利用されることにより、洗浄水の供給を開始した当初より十分な流量の洗浄水をボウル部に供給することができる。また、タンクに貯留されている水の水面が比較的低くなり、水頭が低くなっている第二期間においては、ジェットポンプ作用の方が支配的であるような水流を発生させる。水頭の低下によってサイホン作用による水流の流量は低下しているが、ジェットポンプ作用による水流がこれを補うこととなる。その結果、第二期間における洗浄水の流量の低下は抑制される。
このように、本発明に係る水洗大便器装置は、サイホン作用の方が支配的な状態から、ジェットポンプ作用の方が支配的な状態へと切り替えることによって、大便器本体(ボウル部)に対して供給される洗浄水の流量が第一期間及び第二期間の全体に亘って略一定となるように構成されている。このため、洗い落とし式の水洗大便器装置において、ボウル部に供給される洗浄水の流量を一定且つ適切な流量とすることができ、汚物を確実に排水管に排出することができる。
また、第一期間においてはサイホン作用が発生しているのであるから、スロート管の内部は水で満たされた状態となっている。このため、続く第二期間となりジェットポンプ作用の方が支配的である状態に移行する際には、当該移行は連続的且つ安定的に行われることとなる。その結果、第一期間から第二期間へと移行する際においても、ボウル部に供給される洗浄水の流量は一定且つ適切な流量に維持される。
更に、サイホン作用の方が支配的な状態から、ジェットポンプ作用の方が支配的な状態へと切り替える、という簡単な構成であるから、ポンプや蓄圧器等の機構部品をタンク内に配置する必要がない。すなわち、電気的な駆動力を一切用いる必要がない。このため、コストの上昇を抑制することができる上、タンクの大型化も抑制することができる。
また、本発明に係る水洗大便器装置では、前記ノズルから噴射される水の流量は、前記第一期間及び前記第二期間の全体に亘って一定であり、前記第一期間の初期において前記ノズルから噴射された水により、サイホン作用を誘発させることも好ましい。
この好ましい態様では、第一期間の初期においてノズルから噴射された水により、サイホン作用を誘発させるように構成されている。ノズルから水が噴射され始めた直後からサイホン作用が誘発されるため、第一期間の開始とほぼ同時に、一定且つ適切な流量の洗浄水をボウル部に供給することができる。また、サイホン作用はノズルから噴射された水によって誘発されるため、サイホン作用を発生させるための特別な機構をタンク内に配置する必要がない。更に、ノズルから噴射される水の流量は、第一期間及び第二期間の全体に亘って一定である。このため、第一期間から第二期間に移行する際において、ボウル部に供給される洗浄水の流量が不連続に変化してしまうことが抑制される。
また、本発明に係る水洗大便器装置では、前記大便器本体は、その上面に前記導水路の入口が形成されており、前記スロート管は、前記吸引口側の部分である第一スロート部と、前記導水路の入口側の部分である第二スロート部とを有しており、前記第一スロート部は、前記吸引口から前記第二スロート部に向かって上るように水平面に対して傾斜した状態で配置され、前記第二スロート部は、前記導水路の入口から鉛直上方に向かって伸びており、その上端が前記第一スロート部に接続された状態で配置されていることも好ましい。
この好ましい態様では、スロート管は、吸引口側の部分である第一スロート部と、導水路の入口側の部分である第二スロート部とを有している。
第一スロート部は、吸引口から第二スロート部に向かって上るように水平面に対して傾斜した状態で配置されている。ノズルから噴射された水、及び、当該噴射によって引き込まれた水は、吸引口から第一スロート部の内部に流入した後、傾斜している第一スロート部を斜め上方に向かって流れる。
第一スロート部は、スロート管のうちジェットポンプ作用が生じる部分ということができる。この好ましい態様では、このような第一スロート部を、水平面に対して傾斜した状態で配置している。これにより、ジェットポンプ作用を効率的に発生させるために必要なスロート管の流路長が、タンクの内部において確保されている。このような構成により、ノズルからの水の噴射が開始されると、ジェットポンプ作用によって多量の水が流入し、第一スロート部の内部は直ちに水で満たされた状態となる。
第二スロート部は、大便器本体の上面に形成された導水路の入口から鉛直上方に向かって伸びており、その上端が第一スロート部に接続された状態で配置されている。このため、第一スロート部から第二スロート部に流入した水は、重力によって第二スロート部の内部を鉛直下方に向けて落下する。その結果、スロート管の内部においてサイホン作用が誘発される。このサイホン作用によって、タンクの内部に貯留されている水は第一スロート部の内部に更に引き込まれ、ボウル部に向かって流れる。
以上のように、ノズルから水が噴射されると、第一スロート部の内部が直ちに水で満たされた状態となり、スロート管の内部においてサイホン作用が誘発される。このため、第一期間の初期において、ジェットポンプ作用が誘発されるのとほぼ同時に、サイホン作用がスムーズに且つ確実に誘発されることとなる。その結果、ノズルから水が噴射され始めた直後から、一定且つ適切な流量の洗浄水を確実にボウル部に供給することができる。
また、本発明に係る水洗大便器装置では、前記第一スロート部は、その管径が全体において均一な円筒形状の管であり、前記第二スロート部は、その管径が全体において均一且つ前記第一スロート部の管径よりも大きい円筒形状の管であり、前記第一スロート部と前記第二スロート部とは、屈曲した管である屈曲部を介して接続されていることも好ましい。
ノズルから水が噴射され始めた直後から、スロート管の内部で確実にサイホン作用を誘発させるためには、噴射された水の下流端に形成される気液界面が、流路方向に対して垂直となっている状態を保ちながら移動して導水路の入口に向かうのが理想的である。この場合、ノズルから噴射された水はスロート管の内部を一つの水塊となって移動するため、確実にサイホン作用が誘発される。
この好ましい態様では、上記のような流れを形成するために、スロート管の形状を工夫している。具体的には、第一スロート部と第二スロート部とを、それぞれ、管径が全体において均一な円筒形状の管としている。また、第二スロート部の管径は、第一スロート部の管径よりも大きい。更に、このように互いに大きさ(及び流路方向)の異なる第一スロート部と第二スロート部とを、屈曲した管である屈曲部を介して接続している。
このような形状のスロート管の内部に向けてノズルから水が噴射されると、ジェットポンプ作用による水が第一スロート部の内部を高速で移動し、屈曲部に向かう。屈曲部では、下流側に行く程流路断面が大きくなっている上、流路方向も変化している。このため、噴射された水は、屈曲部を通過する際において流路断面に沿って広がりながら、且つ減速しながら流れることとなる。その結果、スロート管を流れる水の下流端が第二スロート部の上端に達した際には、当該部分に形成される気液界面は、流路方向に対して略垂直な状態となる。これにより、確実にサイホン作用が誘発される。
このように、この好ましい態様によれば、ジェットポンプ作用によって流れる水の流速をうまく利用することにより、第一期間の初期からサイホン作用を確実に誘発させることができる。
また、本発明に係る水洗大便器装置では、前記第一スロート部の中心軸、及び、前記第二スロート部の中心軸のいずれに対しても垂直な方向から見た場合において、前記屈曲部の上面側の曲率半径は、前記屈曲部の下面側の曲率半径よりも大きいことも好ましい。
この好ましい態様では、第一スロート部の中心軸、及び、第二スロート部の中心軸のいずれに対しても垂直な方向から見た場合において、屈曲部の上面側の曲率半径が、屈曲部の下面側の曲率半径よりも大きくなるように形成されている。
屈曲部をこのような形状とすることにより、第一スロート部を上方に向かって流れる水は、屈曲部に到達した後、屈曲部の上面側に沿って流れながらスムーズに流路方向を変化させる。その結果、スロート管を流れる水の下流端が第二スロート部の上端に達した際において、当該部分に形成される気液界面は流路方向に対してより略垂直な状態となりやすい。このため、より確実にサイホン作用を誘発させることができる。
また、本発明に係る水洗大便器装置では、前記スロート管はサイホン遮断機構を有しており、当該サイホン遮断機構は、前記吸引口から前記スロート管の内部に空気が流入するよりも前の時点で、サイホン作用による洗浄水の流れを停止させるものであることも好ましい。
ボウル部に対する洗浄水の供給が行われている際においては、スロート管の内部では、上記のようにジェットポンプ作用とサイホン作用の両方が発生している。このような状態のまま、タンク内の水位がスロート管の吸引口まで低下してしまうと、吸引口からスロート管の内部に空気が流入することより大きな騒音が生じてしまうこととなる。このような騒音は、タンク内の水面が波打つことによって断続的に生じる場合や、タンク内で反響することによって更に大きくなる場合もあり、水洗大便器装置が病院や戸建住宅に設置された場合などにおいて特に問題となる。
また、タンク内の水位がスロート管の吸引口まで低下してしまった後においても、ノズルからは水が噴射されているため、サイホン作用が停止せずに継続されてしまう場合がある。換言すれば、ボウル部に対する洗浄水の供給を停止し、タンク内の注水を開始すべきタイミングであるにも拘わらず、ボウル部に対する洗浄水の供給が継続されてしまう場合がある。
そこで、この好ましい態様では、スロート管がサイホン遮断機構を有する構成としている。サイホン遮断機構は、吸引口からスロート管の内部に空気が流入するよりも前の時点で、サイホン作用による洗浄水の流れを停止させるものである。サイホン作用による洗浄水の流れをこのようなタイミングで停止させるため、吸引口から空気が流入することによる騒音の発生や、ボウル部に対する洗浄水の供給が必要以上に継続されてしまうという問題を、確実に防止することができる。
本発明によれば、ボウル部に供給された水によって汚物が排水管側に押し出されるように構成された、所謂洗い落とし式の水洗大便器装置であって、簡単な構成により、ボウル部に対して供給される洗浄水の流量を一定且つ適切な流量とすることのできる水洗大便器装置を提供することができる。
本発明の第一実施形態に係る水洗大便器装置を示す断面図である。 図1に示した水洗大便器装置の上面図である。 図1に示した水洗大便器装置のタンクの内部を示す図である。 図1に示した水洗大便器装置のタンクの内部を示す図である。 図3に示したタンクの内部に配置された、スロート管の具体的な構造を示す分解斜視図である。 図5に示したスロート管の動作を説明するための図である。 図1に示した水洗大便器装置のタンクの内部における構成を示す図である。 ジェットポンプ作用による水の供給を説明するための図である。 ジェットポンプ作用による水の供給を説明するための図である。 タンクに貯留されている水の水位が時間の経過とともに変化する様子を示すグラフである。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクに貯留されている水の水位等が時間の経過とともに変化する様子を示すグラフである。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 タンクの内部の状態を模式的に示す図である。 ノズルから噴射された水が、フロートの一部に当たる様子を模式的に示す図である。 タンクからリム部に供給される水の流量の変化を示すグラフである。 タンクの水面において生じる水面陥落を説明するための図である。 タンクの水面において生じる水面陥落を説明するための図である。 タンクの水面において生じる水面陥落を説明するための図である。 スロート管の吸引口と、大便器本体との位置関係を示す上面図である。 本発明の第二実施形態に係る水洗大便器装置における、スロート管の形状を説明するための図である。 本発明の第三実施形態に係る水洗大便器装置における、スロート管の形状を模式的に示す図である。 本発明の第四実施形態に係る水洗大便器装置における、スロート管の動きを説明するための図である。 本発明の第五実施形態に係る水洗大便器装置における、タンクの形状を説明するための図である。
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、出口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、出口135から噴出してリム部120に供給される。
出口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。出口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。このため、出口133及び出口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の下部に渡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、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。
以上の説明で明らかなように、水洗大便器装置FTは所謂「洗い落とし式」の水洗大便器装置である。換言すれば、水洗大便器装置FTは、ボウル部110及びその下流側の流路においてサイホン作用が誘発される方式のものではなく、タンク20から供給される水により汚物を排水管SWに向けて押し出す方式のものである。
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、大便器本体の後端部よりも前方側に位置しているまた、タンクの下端部が、大便器本体の上面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。
また、タンク20のうち第二タンク部220のみを大便器本体の上面よりも下方側に設置しているため、タンク20に貯留されている水の水頭は維持されている。その結果、上記のように水洗大便器装置FT全体の小型化を実現しながらも、後に説明するジェットポンプユニット300の性能(リム部120に向けて所定量及び所定流量の水を供給する性能)は維持されている。
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の内部を示す背面図である。また、図4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及び図4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の一端はタンク20の外部において図示しない水道管に接続されている。また、給水管231の他端(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及び図4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が満水となって状態においても、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。すなわち、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及び図4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。図3及び図4に示した状態においては、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331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331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。
図5を参照しながら、スロート管320の具体的な構成を説明する。図5はスロート管の分解斜視図である。図5に示したように、スロート管320は二つの管(第一スロート管330、第二スロート管350)を直列に接続して一本の管とした構成となっている。
第一スロート管330は、スロート管320のうち吸引口331側の部分であって、上記のように水平面に対して傾斜した状態で配置される部分である。第一スロート管330は、その管径が全体において均一な円筒形状の管である。吸引口331は第一スロート管330の下端に形成されている。吸引口331は、その縁の全体が、第一スロート管330の中心軸に対して傾斜した面に沿うように形成されており、図3及び図4に示した状態においては、吸引口331の縁は水平面に沿っている。すなわち、吸引口331の縁はタンク内の水面と平行になっている。一方、第一スロート管330の上端に形成された開口332は、その縁が第一スロート管330の中心軸に対して垂直な面に沿っている。第一スロート管330の下端部には、吸引口331の周囲(側面)を囲むようにフロート380がボルトBで固定されている。
第二スロート管350は、スロート管320のうち導水路130側の部分である。第二スロート管350は、導水路130の入口131から鉛直上方に向かって伸びる鉛直部351と、鉛直部351の上端から第一スロート管330に向かうように屈曲する屈曲部352とを有している。屈曲部352のうち第一スロート管330側の端部には開口353が形成されている。開口353の縁は、当該部分における屈曲部352の流路方向に対して垂直な面に沿っている。
鉛直部351は、その管径が全体において均一な円筒形状の管である。鉛直部351の管径は、第一スロート管330の管径よりも大きい。屈曲部352のうち鉛直部351側の管径は、鉛直部351の管径に等しい。また、屈曲部352のうち第一スロート管330側の管径は、第一スロート管330の管径に等しい。このため、管径が互いに異なる鉛直部351と第一スロート管330とが、屈曲部352によって滑らかに繋がれているということができる。
第一スロート管330と第二スロート管350とは、開口332と開口353とを互いに合わせた状態で、棒状のシャフト341を介して接続されている。シャフト341は、開口332及び開口353の下方側に配置されている。また、シャフト341は、その中心軸が水平であり且つ第一スロート管330の中心軸に対して垂直となるように配置されている。第一スロート管330は、シャフト341を回転軸として、第二スロート管350に対して回転するように動くことが可能となっている。スロート管320は、第一スロート管330が上記のように動くことにより、開口332と開口353とが互いに隙間なく当接した状態と、開口332と開口353との間に隙間が形成された状態とを取り得る。
第一スロート管330の下面側であって、開口332の近傍には、下方に向けて突出する突起333が形成されている。また、第二スロート管350の下面側であって、開口353の近傍には、突起333の下方側に向けて延びる板状のストッパ354が形成されている。開口332と開口353とが互いに隙間なく当接した状態においては、突起333の先端とストッパ354とは離間している。一方、第一スロート管330がシャフト341を回転軸として回転し、開口332と開口353との間に形成された隙間が大きくなって行くと、突起333の先端がストッパ354の上面に当たり、第一スロート管330はそれ以上回転することができなくなる。
図6を参照しながら、第一スロート管330の動作について更に説明する。図6(A)は、開口332と開口353とが互いに隙間なく当接した状態を示している。尚、この状態における第一スロート管330の位置を、以下では「第一位置」とも称する。
図6(A)に示したように、第一スロート管330が第一位置にある状態においてノズル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第一スロート管330の内部に向かって流れる。第一スロート管330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の一部は、噴射口311から噴射された高速の水流によって第一スロート管330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、第一スロート管330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331の周囲から引き込まれた水も流れる。これらが洗浄水として導水路130を流れて、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331よりも下の部分に存在する水は、吸引口331から第一スロート管330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331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331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。
図6(B)は、図6(A)の状態から第一スロート管330がシャフト341を回転軸として回転し、突起333の先端がストッパ354の上面に当たった状態を示している。換言すれば、開口332と開口353との間に形成された隙間が最も大きくなった状態を示している。尚、この状態における第一スロート管330の位置を、以下では「第二位置」とも称する。
図6(B)に示したように、第一スロート管330が第二位置にある状態においてノズル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は吸引口331を外れるために第一スロート管330の内部には供給されない。噴射口311から噴射された水は、タンク20の内部(第一スロート管330の周囲)に供給され、タンク20に貯留される。
ノズル310の噴射口311から水が噴射されている状態で、第一スロート管330の位置が第一位置から第二位置へと切り替えられると、リム部120への水の供給は停止され、タンク20への注水が開始される。このように、水洗大便器装置FTにおいては、スロート管320の一部をタンク20の内部で移動させることにより、リム部120(ボウル部110)に対する水の供給が行われる状態と、タンク20への注水が行われる状態との切り換え(以下では「流路切り換え」とも称する)を行うことが可能となっている。換言すれば、スロート管320は、ノズル310の噴射口311から噴射される水の供給先を切り換える流路切り換えバルブとして機能するものである。流路を切り換えるバルブのような機構部品を別途タンク20の内部に配置する必要がないため、タンク20の大型化が抑制されている。
尚、第一スロート管330を第一位置に保持する力や、第一スロート管330を第一位置から第二位置に切り替えるための力等については、後に詳しく説明する。
タンク20の内部におけるその他の構成について、再び図4を参照しながら説明する。図4に示したように、タンク20の内部にはスロート管320の鉛直部351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、鉛直部351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331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331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331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。
図7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、パイロット弁234と、小タンク260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おり、第一スロート管330は第一位置となっている。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7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7の矢印AR2)、洗浄水としてリム部120に供給される(図7の矢印AR3)。
リム部120への水の供給が終了すると、第一スロート管330の位置が第一位置から第二位置に切り替わり、タンク20への注水が開始される(図7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。
ノズル310の噴射口311から噴射される水の流量と、リム部120に供給される水の流量との関係について、図8及び図9を参照しながら説明する。図8は、ジェットポンプ作用による水の供給を説明するための図であって、外部(給水管231)からタンク20に向けて供給される水の流量と、タンク20から大便器本体10に向けて供給される水の流量との関係を模式的に描いている。
既に説明したように、水洗大便器装置FTにおいてはジェットポンプユニット300によりジェットポンプ作用が誘発されるため、給水管231から供給されてノズル310の噴射口311から噴射される水の流量(矢印AR5)よりも、スロート管320を通ってリム部120に供給される水の流量(矢印AR6)の方が大きくなっている。また、タンク20は導水路130の入口131よりも高い位置に設置されている。このため、タンク20に貯留された水の位置エネルギーにより、リム部120に供給される水の流量が更に大きくなっている。換言すれば、タンク20の内部に貯留されている水には、ジェットポンプ作用によって導水路130に供給される流れと、水頭(位置エネルギー)によって導水路130に供給される流れとが生じ得る構成となっている。
ノズル310の噴射口311から水が噴射されると、その流量が増幅されることにより、タンク20から大便器本体10(リム部120)に向けて大流量の水が供給される。本実施形態においては、噴射口311から噴射される水の量は20リットル/分となっている。これに対し、タンク20からスロート管320を通って大便器本体10に供給される水の量は80リットル/分となっている。すなわち、増幅率は4倍ということになる。
図9は、ジェットポンプ作用による水の供給を説明するための図であって、大便器本体10に供給される水の流量の時間変化(グラフG1)、及び、噴射口311からタンク20への注水が行われる際の流量の時間変化(グラフG2)を示している。時刻t0において手動レバー236が操作され、これによりノズル310の噴射口311から水が噴射され始めると、大便器本体10には80リットル/分の流量で水が供給される。本実施形態においては、大便器本体10は洗浄水として3.6リットルの水の供給を必要とするものである。従って、大便器本体10に向けた水の供給は2.7秒間行われる。時刻t0から2.7秒が経過した時点(時刻t100)で、第一スロート管330の位置が第一位置から第二位置へと切り替えられる。大便器本体10に対する水の供給が停止され、それとほぼ同時にタンク20への注水が開始される。
時刻t100以降においてタンク20に注水され貯留される水は、次回の洗浄時において大便器本体10に供給される水である。上記のように、大便器本体10には洗浄水として3.6リットルの水を供給する必要がある。また、大便器本体10には、噴射口311から噴射される水の4倍の量の水が供給される。従って、時刻t100以降においては、2.7リットル(3.6リットルの3/4)の水をタンク20に貯留しておく必要がある。
時刻t100以降においても、噴射口311から噴射される水の量は引き続き20リットル/分となっている。従って、2.7リットルの水をタンク20に貯留するために、タンク20への注水を8.1秒間行う必要がある。本実施形態では、時刻t100から8.1秒が経過した時点(時刻t200)で主弁233とパイロット弁234とが閉じられるように、フロート238の配置が調整されている。
以上のように、大便器本体10への水の供給を開始してから、タンク20への注水が終了するまでには、10.8秒(2.7秒+8.1秒)の時間が必要となっている。従って、水洗大便器装置FTの洗浄が開始された後、次の使用者のために再び洗浄が開始されるまでの時間が10.8秒以上であれば、タンク20への注水がそのような連続使用の妨げになることはない。実際には、大便器本体10の洗浄がこのような短時間で繰り返される可能性は極めて低い。
このように、本実施形態に係る水洗大便器装置FTでは、ジェットポンプ作用を利用して大便器本体10に水を供給する構成であるため、タンク20が小型化されている。その結果、タンク20への注水に要する時間が短時間となっており、連続的な洗浄が実質的に可能となっている。
続いて、第一スロート管330に対して働く力と、これによる第一スロート管330の具体的な動きについて説明する。図10は、タンク20に貯留されている水の水位が時間の経過とともに変化する様子を示すグラフである。以下では、この図10を適宜参照しながら、各時点におけるスロート管320の内部を流れる水の状態や第一スロート管330の状態等を、図11乃至17に基づいて説明する。図11乃至17は、タンク20の内部の状態を模式的に示す図である。
図10に示したように、手動レバー236が操作される時刻t0よりも前の待機状態においては、タンク20内の水位は満水位LVFとなっている。図11は、このときにおけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図11に示したように、待機状態においては第一スロート管330のほぼ全体が水没した状態となっている。ノズル310の噴射口311からは水は噴射されておらず、タンク20内の水面WSは殆ど波打っていない。
第一スロート管330には重力が働いている。このため、第一スロート管330には第一位置から第二位置に向かう方向の回転力が働いている。また、第一スロート管330の下端に固定されたフロート380はその全体が水没しており、浮力を受けている。この浮力により、第一スロート管330には第二位置から第一位置に向かう方向の回転力も働いている。本実施形態においては、重力による回転力よりも、浮力による回転力の方が大きくなるように構成されている。従って、図11に示した待機状態においては、フロート380が受ける浮力によって、第一スロート管330は第一位置において保持された状態となっている。
時刻t0において手動レバー236が操作されると、ノズル310の噴射口311から高速の水が噴射される。図12は、このときにおけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図12に示したように、第一スロート管330が第一位置に保持されているため、噴射口311から噴射された水は吸引口331から第一スロート管330の内部に向かって流れる。タンク20内の水面WSは、このような水流の影響によって波打った状態となる。
このとき、タンク20の内部に貯留されていた水(吸引口331の周囲に存在していた水)は、噴射口311から噴射された水の流れによって、吸引口331から第一スロート管330の内部に引き込まれる。その後は、噴射口311から噴射された水と共に第一スロート管330の内部を上昇し、第二スロート管350に向かって流れる。このように、第一スロート管330の内部ではジェットポンプ作用が誘発されることにより、噴射口311から噴射された水の流量よりも大きな流量の水が流れる。
第一スロート管330は、その内壁面に沿って流れる大流量の水から摩擦力FFを受ける。当該摩擦力FFは、第一スロート管330の流路方向に沿って、吸引口331から屈曲部352に向かう方向の力である。また、摩擦力FFは、第一スロート管330の内壁面の全体に対して略均一に加わる。
既に説明したように、第一スロート管330は、その上端部であり且つ下面側に配置されたシャフト341を中心軸として回転可能となっている。このような第一スロート管330に対して上記のような摩擦力FFが加わると、摩擦力FFは、第一スロート管330を第二位置から第一位置に向かわせるような回転力として働くこととなる。その結果、浮力による回転力に対して摩擦力FFによる回転力が加わることにより、時刻t0以降においては第一スロート管330を第一位置に保持しようとする力が増加することとなる。
ここで、噴射口311から水が噴射され始めた直後において、第一スロート管330の内部を当該水が最初に上昇していく様子を、図13を参照しながら説明する。図13は、噴射口311から水が噴射され始めた直後におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図13では、スロート管320の内部に存在する水の水面(IS1〜IS6)の位置及び形状が、時間の経過とともに変化していく様子を示している。
時刻t0において噴射口311から水が噴射され始めると、ジェットポンプ作用による水が第一スロート管330の内部を高速で移動し、第二スロート管350の屈曲部352に向かう。当該水が屈曲部352に到達すると、スロート管320の内部に存在する水の水面は、図13のIS1、IS2、・・IS6の順にその位置及び形状を変化させながら、導水路130に向かって移動する。
既に説明したように、屈曲部352では、下流側に行く程その流路断面が大きくなっている上、流路方向も変化している。このため、屈曲部352に最初に到達した水は、屈曲部352を通過する際において流路断面に沿って広がりながら、且つ減速しながら流れることとなる。その結果、図13のIS1〜IS6に示したように、スロート管320の内部に存在する水の水面(気液界面ともいえる)は、流路方向に対して常に略垂直な状態を保ちながら下流側に移動する。
このため、水面よりも下流側に存在していた空気を、水面よりも上流側に巻き込んでしまうことが抑制される。第一スロート管330から屈曲部352に到達した水は、スロート管320の内部を一つの水塊となって移動しながら、鉛直部351に到達して下方に落下する。その結果、スロート管320の内部ではサイホン作用が当初より確実に誘発され、タンク20に貯留されている水の水頭による流れ(位置エネルギーを利用した流れ)が発生する。
また、本実施形態においては、第一スロート管330の中心軸、及び、第二スロート管350の中心軸のいずれに対しても垂直な方向(図13の紙面に垂直な方向)から見た場合において、屈曲部352の上面側の曲率半径が、屈曲部352の下面側の曲率半径よりも大きくなっている。屈曲部352がこのような形状であるから、第一スロート管330を上方に向かって流れる水は、屈曲部352に到達した後、屈曲部352の上面側に沿って流れながらスムーズにその流路方向を変化させる。その結果、スロート管320を流れる水の下流端における水面(気液界面)は、流路方向に対してより略垂直な状態となりやすい。このため、より確実にサイホン作用を誘発させることが可能となっている。
このように、本実施形態では、スロート管320の形状を工夫することによって、ジェットポンプ作用によって流れる水の流速をうまく利用しており、噴射口311から水が噴射され始めた直後からサイホン作用を確実に誘発させることを可能としている。サイホン作用が誘発されると、タンク20内に貯留されていた水は、ジェットポンプ作用とサイホン作用の両方によって吸引口331から第一スロート管330の内部に引き込まれ、リム部120に向かって流れる。ジェットポンプ作用とサイホン作用の両方が発生するため、汚物を排出するために必要な流量の水がリム部120(ボウル部110)に対して供給される。
図10に戻って説明を続ける。時刻t0以降においては、上記のように、タンク20内に貯留されていた水は第一スロート管330の内部に引き込まれ、リム部120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。図14は、タンク20の内部における水位が次第に低下しているとき(図10の時刻t10)におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。
タンク20内に貯留されていた水は、ジェットポンプ作用とサイホン作用の両方によって吸引口331から第一スロート管330の内部に引き込まれ、リム部120に向かって流れている。タンク20内の水面WSは、このような水流の影響によって波打った状態となっている。時刻t10においても、第一スロート管330の下端に固定されたフロート380はその全体が水没している。従って、時刻t10において第一スロート管330に加わっている力は、図12において加わっていた力とほとんど同じである。第一スロート管330は、浮力による回転力と摩擦力FFによる回転力とによって、第一位置において保持されている。
ところで、第一スロート管330は上面視において前後方向に対して傾斜しており、背面視において水平面に対しても傾斜している。このため、タンク20の限られた空間内において、第一スロート管330の流路長が可能な限り長く確保されている。換言すれば、スロート管320のうち上流側の部分である直線状の流路(屈曲部352よりも上流側の流路)が、可能な限り長く確保されている。
このため、第一スロート管330の内部を第二スロート管350に向かって流れる水は、屈曲部352に到達するまでの間に、その流路断面における流速の分布が均一化される。その結果、水が屈曲部352に到達した際において、流路壁面から剥離するような流れが生じたり、屈曲部352の内部で渦が発生したりすることが抑制される。スロート管320の形状に起因したジェットポンプ性能の低下が抑制され、スロート管320の内部におけるスムーズな水流が確保されている。
図10に戻って説明を続ける。時刻t10から更に時間が経過し、タンク20内の水位が低下すると、第一スロート管330の下端に固定されたフロート380の一部が水面上に現れた状態となる。フロート380が受ける浮力の大きさは、フロート380のうち水没している部分の体積に比例するのであるから、フロート380の一部が水面上に現れると、以降は浮力の大きさが急激に減少することとなる。
フロート380が受ける浮力の大きさが減少すると、第一スロート管330を第一位置に保持しようとする力は減少し、重力による回転力と釣り合った状態となる。このため、タンク20内の水位が低下するに伴って、第一スロート管330は第一位置から第二位置へと重力により移動する(シャフト341を回転軸として回転する)。
第一スロート管330が第一位置から移動し始めると、スロート管320の上面側において開口332と開口353とが互いに離間して、第一スロート管330と第二スロート管350との間には隙間が形成される。すなわち、吸引口331よりも高い位置において隙間が形成され、当該隙間からスロート管320の内部に空気が導入される。その結果、スロート管320の内部に存在していた水塊が当該空気によって分断されることとなり、サイホン作用は短時間のうちに(ほぼ同時といってもよい)停止する。
図15は、第一スロート管330が第二位置まで移動したとき(図10の時刻t100)におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。第一スロート管330が第二位置へ移動した後においても、ノズル310の噴射口311からは継続して20リットル/分の水が噴射される。図6(B)を参照しながら既に説明したように、この状態で噴射された水は吸引口331を外れるために第一スロート管330の内部には供給されない。このため、ジェットポンプ作用もこの時点で停止する。噴射口311から噴射された水は吸引口331よりも上方に向かい、タンク20の内部に供給される。
フロート380のうち第一スロート管330の上面側に位置する部分には、第一スロート管330上面から立ち上がるように形成された傾斜面381が形成されている(図15及び図5を参照)。傾斜面381は、第一スロート管330の中心軸に対して傾斜した面であって、その幅は噴射口311の内径よりも僅かに大きい。図15に示したように、第一スロート管330が第二位置に移動した後においては、噴射口311から噴射された水は傾斜面381に当たり、上方に向かってその流れ方向を変化させる。傾斜面381に当たった水は、上方に向かった後に落下して、タンク20の内部に貯留される。タンク20内の水面WSは、このような水の落下等の影響によって波打った状態となっている。タンク20内の水位は時刻t100において最も低く、以降は上昇して行く。
フロート380の傾斜面381は、噴射口311から噴射された水が当たることによって下向きの力を受ける。換言すれば、噴射口311から噴射された水の流れ方向を上向きに変化させたことによる反作用として、傾斜面381は下向きの力を受ける。その結果、第一スロート管330には、第一位置から第二位置に向かう方向の回転力が加えられる。
このとき(時刻t100)におけるタンク20内の水位について説明する。図10において示した下限水位LV1は、第一スロート管330が第一位置にあるときにおける吸引口331の高さとほぼ同じ高さの水位である。換言すれば、吸引口331から第一スロート管330の内部に空気が流入してしまう恐れのある水位である。
図10に示したように、第一スロート管330の位置が第一位置から第二位置へと切り替えられるとき(時刻t100)におけるタンク20内の水位は、上記のような下限水位LV1よりも高い。タンク20内の水位が低下して下限水位LV1に到達するよりも前の時点で、フロート380の一部が水面上に現れて、第一スロート管330が第二位置へと移動するように構成されている。
第一スロート管330の移動によってジェットポンプ作用は停止する。また、第一スロート管330と第二スロート管350との隙間から空気が導入されることによってサイホン作用も停止する。このため、タンク20内の水位が更に低下して下限水位LV1に到達するようなことはなく、吸引口331から空気が流入することはない。このように、ジェットポンプ作用やサイホン作用が生じている状態で吸引口331から空気が流入し、タンク20から騒音が発生しまうことが防止されている。
図16は、時刻t100におけるタンク20の内部の状態を示す断面図であって、タンク20を左右方向に対し垂直な面で切断して左側から見た場合の断面を示している。図16に示したように、時刻t100においては、タンク20内の水は第二タンク部220にのみ貯留されている。このため、水面WSの表面積は、水位が満水位LVFの場合に比べて小さくなっている。換言すれば、タンク20の形状は、貯留された水の水位が、ジェットポンプ作用を停止してタンク20への注水を開始するような水位まで低下したときに、水面WSの表面積が小さくなっているような形状ということができる。
水面WSの表面積が小さいと、水面WSに生じる波の振幅が小さくなる。このため、水面WSの高さが波によって変動し、吸引口331から第一スロート管330の内部に空気が流入してしまうことが防止される。また、フロート380が受ける浮力の大きさが波によって変動することも抑制されるため、後に説明するように、第一スロート管330が第一位置から第二位置へと動くタイミングが変動してしまうことが抑制される。
図10に戻って説明を続ける。時刻t100以降においては、噴射口311から噴射された水がタンク20内に貯留されるため、タンク20内の水位は上昇する。図17は、タンク20の内部における水位が上昇しているとき(図10の時刻t110)におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。
図17に示したように、第一スロート管330の下端に固定されたフロート380は再び全体が水没した状態となる。フロート380は、図11に示した待機状態のときと同じ大きさの浮力を受けるため、浮力による回転力(第二位置から第一位置に向かう力)が、重力による回転力(第一位置から第二位置に向かう力)よりも大きくなっている。
しかし、傾斜面381には噴射口311から噴射された水が引き続き当たっており、傾斜面381は下向きの力を受けている。このため、第一スロート管330に加えられている力のうち、第一位置から第二位置に向かう方向の回転力(重力による回転力と、傾斜面381が受けている力)は、第二位置から第一位置に向かう方向の回転力(浮力による回転力)よりも大きくなっている。その結果、フロート380の全体が水没した以降も、第一スロート管330は第二位置において保持されたままとなっている。
このように、第一スロート管330が第二位置において保持されている状態のまま、噴射口311から噴射された水がタンク20内に供給され続ける。タンク20内の水位が上昇して行き満水位LVFとなった時点(時刻t200)で、既に説明したようにパイロット弁234及び主弁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。噴射口311からの水の噴射が停止され、水洗大便器装置FTは待機状態となる。
以上に説明したように、本実施形態に係る水洗大便器装置FTでは、タンク20の内部で第一スロート管330が動くことにより、噴射口311から噴射された水の供給先が導水路130からタンク20へと切り替えられる構成となっている。すなわち、スロート管320自体が流路切り換えのための可動バルブとして機能しており、第一スロート管330は当該可動バルブの可動部ということができる。また、第一スロート管330にはフロート380が連結されており、フロート380が受ける浮力を、可動部を動かすための力の一部として利用している。
このように、水洗大便器装置FTでは、水の供給先を切り換えるバルブのような機構部品を別途タンク20の内部に配置することなく、スロート管320とノズル310という必要最低限の部材のみによって水の供給先を切り換える構成となっている。このため、タンク20が更に小型化されている。また、フロート380が受ける浮力を利用することによって電気的なアクチュエータが不要となっており、タンク20内の構成が更に簡便なものとなっている。
続いて、第一スロート管330に加わる力のバランスや変化のタイミング等について、更に詳しく説明する。図18は、時刻t100を含む短い期間P(図10を参照)において、タンク20に貯留されている水の水位等が時間の経過とともに変化する様子を示すグラフである。図18に示した複数のグラフのうち、グラフG3は、タンク20内の水位の変化を示すグラフである。従って、グラフG3は、図10に示したグラフのうち期間Pにおける部分を拡大して示したものである。
グラフG4は、第一スロート管330に加わる力のうち、第一スロート管330を第二位置から第一位置へと移動させる方向の回転力(以下、「第一の力」とも称する)の大きさの変化を示すグラフである。第一の力は、第一スロート管330を第一位置に保持する力ということもできる。
グラフG5は、第一スロート管330に加わる力のうち、第一スロート管330を第一位置から第二位置へと移動させる方向の回転力(以下、「第二の力」とも称する)の大きさの変化を示すグラフである。第二の力は、第一スロート管330を第二位置に保持する力ということもできる。
図18に示した波形GWは、タンク20内の水面WSに生じる波の振幅及び周波数が変化する様子を模式的に示すものである。例えば、時刻t100よりも後においては、それ以前よりも波の振幅が大きくなり、周波数が小さくなることを示している。
以下では、この図18を適宜参照しながら、各時点におけるタンク20内の水位や、第一スロート管330に加わる力の変化等を、図19乃至24に基づいて説明する。図19乃至24は、タンク20の内部の状態を模式的に示す図である。
期間Pの初期(図18において時刻t20よりも前の期間)においては、第一スロート管330は第一位置において保持されている。ノズル310の噴射口311から噴射された水は、吸引口331から第一スロート管330の内部に向かって流れている。タンク20内の水は、第一タンク部210及び第二タンク部220の両方に亘って貯留されている。このため、水面WSの表面積は、図16に示した状態のときよりも大きい。第一スロート管330の下端に固定されたフロート380は、その全体が水没している。
その後、タンク20内の水位が更に低下して水位LV2となると、水面WSの高さがフロート380の上端の高さと一致した状態となる。このときの時刻を時刻t20とする。図19は、時刻t20におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。尚、図19においては、第二スロート管350の図示を省略しており、フロート380の形状等についても簡略化して描いている。図20乃至24についても同様である。
時刻t20以降においては、タンク20内の水位が低下するのに伴ってフロート380の一部が水面上に現れ始めるため、フロート380が受ける浮力の大きさが減少していく。このため、図18に示したように、第一の力(グラフG4)は時刻t20までは一定であるが、時刻t20以降においては減少していく。
図20は、時刻t20から僅かに時間が経過したとき(時刻t20と時刻t30との間の時点)におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図20に示した状態においては、フロート380が受ける浮力の減少に伴って第一の力も減少してはいるが、第一の力は依然として第二の力よりも大きい。このため、第一スロート管330は第一位置において保持されたままとなっている。
タンク20内の水位が更に低下し、第一の力も更に低下すると、第一の力は第二の力と釣り合った状態となる。具体的には、フロート380が受ける浮力による回転力に対し摩擦力FFによる回転力が加わった第一の力と、第一スロート管330が受ける重力による回転力である第二の力とが釣り合った状態となる。このときの時刻を時刻t30とする。
時刻t30においては、第一スロート管330を第一位置に保持しようとする力(開口332と開口353とが互いに押し付け合うような力)は0となっており、第一スロート管330はフロート380によって水面WSに浮いているだけの不安定な状態となっている。すなわち、水面WSの高さのみによって第一スロート管330の位置が決まっている状態となっている。
このため、時刻t30以降においては、タンク20内の水位が低下するのに伴って、第一スロート管330も第二位置に向けて移動する。図21は、時刻t30から僅かに時間が経過したとき(時刻t30と時刻t40との間の時点)におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図21に示したように、第一スロート管330が第二位置に向けて移動し始めており、第一スロート管330の上部内壁面が、噴射口311から噴射された水の流れ(以下、「噴流FL」とも称する)に接近している。
第一スロート管330の上部内壁面が噴流FLに接近すると、両者の間には負圧が生じる。第一スロート管330は、当該負圧によって第二位置に向けた力を受ける。また、当該負圧の大きさは、第一スロート管330の上部内壁面が噴流FLに近づくほど大きくなる。このため、図18に示したように、時刻t30以降においては、時間の経過とともに第二の力(グラフG5)が増加して行く。
また、時刻t30以降においては開口332と開口353とが互いに離間し始めるため、第一スロート管330と第二スロート管350との間には隙間が形成され、当該隙間からスロート管320の内部に空気が導入される。スロート管320の内部で生じていたサイホン作用による流れは、時刻t30から急激にその流速が減少し、その後の短期間のうちに完全に停止する。サイホン作用が停止した時点(時刻t40)以降においては、第一スロート管330の内部は空気で満たされた状態となっている。
このように、噴射口311から噴射される水の供給先がタンク20の内部へと切り替えられる時点(時刻t100)よりも前の時点で、スロート管320の内部に対する空気の導入を開始している。サイホン作用が実際に停止するタイミング(時刻t40)が、タンク20への注水が開始されるタイミング(時刻t100)よりも後になってしまい、タンク20に供給された水がサイホン作用によってスロート管320の内部に吸引されてしまうような現象を防止している。
時刻t30以降においては、上記のように第一スロート管330の内部を流れる水の流速が減少することにより、摩擦力FFによる回転力が減少して行く。従って、第一の力(グラフG4)も減少していく。
このように、時刻t30においては第二の力(グラフG5)は増加して行き、第一の力(グラフG4)は減少して行く。従って、第一スロート管330は第二位置に向かって加速しながらその位置を変化させて行く。
第一スロート管330が第二位置に向かって移動する途中において、第一スロート管330の一部(吸引口331の縁)が噴流FLに当たった状態となる。本実施形態では、このときの時刻はサイホン作用が停止する時刻t40と一致している。図22は、時刻t40におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図22に示した状態においては、吸引口331の縁、すなわち第一スロート管330の端面に下方から噴流FLが当たっているため、第一スロート管330には第一位置に向かう方向の回転力が加わっている。換言すれば、第二位置に移動しようとする第一スロート管330の動きを妨げるような力が加わっている。
しかし、時刻t40の直前において、第一スロート管330は第二位置に向かって加速しながらその位置を変化させていたため、時刻t40以降においても、慣性によって引き続き第二位置に向かって移動し続ける。その結果、第一スロート管330は図22に示した状態を直ちに乗り越えて、第一スロート管330の上面が噴流FLの下方に位置した状態に移行する。
図23は、図22のうち吸引口331の近傍を拡大して示した図である。図23及び図5に示したように、吸引口331近傍のうち第一スロート管330の上面側の部分には、当該部分を第一スロート管330の中心軸に対して斜めに切断することにより、傾斜面335が形成されている。このような傾斜面335を形成することにより、第一スロート管330の端面の幅が上面側で狭くなっている。
従って、第一スロート管330の端面に下方から噴流FLが当たることによる力(第一スロート管330の動きを妨げるような力)は小さくなっている。また、図22及び図23に示した状態から僅かに時間が経過した後には、噴流FLが傾斜面335に当たるため、第一スロート管330には第一位置から第二位置へと向かう方向に力が加わる。すなわち、第二の力が増加する。その結果、第一スロート管330が図22に示した状態を更に乗り越えやすくなっており、第一スロート管330の上面が噴流FLの下方に位置した状態に確実に移行する。
噴流FLが傾斜面335及び傾斜面381に当たることにより、時刻t40の直後において第二の力(グラフG5)は急激に増加する。一方、時刻t40ではサイホン作用による水流が完全に停止した状態となるため、摩擦力FFによる回転力は0となる。このため、図18に示したように、時刻t40において第一の力(グラフG4)が減少する。
以上のように、時刻t40以降においては第二の力(グラフG5)が急激に増加して行き、第一の力(グラフG4)は減少して行く。従って、第一スロート管330は第二位置に向かって更に加速しながらその位置を変化させて行き、短時間のうちに第二位置に到達する(時刻t100)。このときの状態を図24に示した。図24は、時刻t100におけるタンク20の内部の状態を模式的に示している。図15を参照しながら既に説明したように、フロート380の傾斜面381に噴流FLが当たることによって、第一スロート管330は第二位置に保持された状態となっている。この状態のまま、噴射口311から噴射された水がタンク20内に供給され、タンク20内の水位が上昇して行く。
水位の上昇に伴ってフロート380が受ける浮力が増加するため、第一の力も増加する。その後、短時間のうちにフロート380の全体が水没することにより、第一の力も一定となる。フロート380の全体が水没した時刻を時刻t105とする。図18に示したように、時刻t105以降においては、第二の力(グラフG5)も一定となっているが、その大きさは第一の力(グラフG4)よりも大きい。このため、タンク20内の水位が満水位LVFとなるまでの間、第一スロート管330は第二位置において保持され続ける。
以上に説明したように、水洗大便器装置FTでは、タンク20内の水位が変化することに伴って、第一スロート管330に加わっている力のバランスをうまく変化させることにより、適切且つ一定のタイミングで第一スロート管330を第二位置に移動させている。
図18を再び参照しながら補足すると、時刻t20においてタンク20内の水位が水位LV2まで低下すると、以降における第一の力(グラフG4)の減少速度が上がるように構成されている。具体的には、第一の力は時刻t20までは一定であるが、時刻t20以降において急激に減少する。このため、第一の力と第二の力とが釣り合うような不安定な状態に直ちに移行する(時刻t30)。時刻t30以降においては、タンク20内における水面WSの振動等によって第二位置に向かうような動きが誘発されるため、このような動きをきっかけとして、第一スロート管330を第二位置へと移動させることが可能となっている。
尚、第一の力を上記のように急激に減少させず、タンク20内の水位の減少に伴ってゆっくりと(例えば一定の減少速度で)減少させることも考えられる。しかし、そのような場合には、第一スロート管330を第一位置に保持しようとする力が中途半端に残るため、第一位置に再び戻ってしまうことが起こり得る。その結果、噴射口311から噴射された水の供給先が適切なタイミングで切り替えられないことにより、リム部120に過剰な洗浄水が供給されてしまったり、吸引口331から空気が流入することによる騒音が発生してしまったりする可能性がある。
これに対し、水洗大便器装置FTでは、時刻t20以降において第一の力の減少速度を上げて一気に減少させることにより、上記のように第一スロート管330が第一位置に戻ってしまうようなこと防止している。その結果、スロート管320の内部に空気を流入させるような状態変化を伴うことなく、また、このような状態変化を利用することもなく、タンク20内の水位の変化のみに基づきながらも適切なタイミングで、水の供給先をタンク20側に切り換えることを可能としている。
更に、水洗大便器装置FTでは、タンク20内の水位が水位LV2まで低下した時点(時刻t20)から、第一スロート管330が第二位置に移動した時点(時刻t100)までの間における第一の力の減少量は、タンク20内の水位が満水位LVFから水位LV2まで低下する間における第一の力の減少量(本実施形態では0である)よりも大きい。
タンク20内の水位が水位LV2まで低下したところで第一の力が急激に且つ大きく減少するため、第一の力と第二の力とが釣り合うような不安定な状態へとより短時間で一気に移行する。その結果、適切なタイミングにおける水の供給先の切り替え(第一スロート管330の第二位置への移動)が、より確実に行われる。
また、水洗大便器装置FTでは、タンク20内の水位が水位LV2まで低下した時点(時刻t20)から、第一スロート管330が第二位置に移動した時点(時刻t100)までの期間においては、当該期間のうち初期(時刻t30までの期間)における第一の力の減少速度が、末期(時刻t30以降における期間)における第一の力の減少速度よりも大きくなっている。第一の力を大きく減少させた後に、緩やかに減少させる期間を設けることで、第一スロート管330の動きに振動(ハンチング)が生じることが防止されている。その結果、第一スロート管330の移動がより正確なタイミングで行われる。
ここで、タンク20の内部に貯留された水の水位の変化量に対する、フロート380が受ける浮力の大きさの変化量の比、の絶対値を「浮力変化率」と定義する。換言すれば、フロートが受ける浮力の大きさの変化量を、タンクの内部に貯留された水の水位の変化量で除した値、の絶対値を「浮力変化率」と定義する。
水洗大便器装置FTでは、時刻t20以降における浮力変化率が、時刻t20以前における浮力変化率(本実施形態では0である)よりも大きくなっている。換言すれば、浮力の変化を利用して第一スロート管330を第一位置から移動させようとする際における浮力変化率が、それまでの浮力変化率よりも大きくなっている。第一スロート管330を第一位置から第二位置に移動させるべき適切なタイミングにおいて、フロート380が受ける浮力の大きさを急激に変化させるため、第一スロート管330の移動が更に確実に行われる。
また、水洗大便器装置FTでは、タンク20内の水位が水位LV2まで低下して、フロート380の一部が水面上に現れ始めた時点(時刻t20)において、タンク20内の水が第二タンク部220にのみ貯留されている状態となるように構成されている。このため、図18のグラフG3に示したように、時刻t20以降においては水面の低下速度が大きくなっている。その結果、時刻t20以降における第一の力の減少速度はさらに大きくなり、第一スロート管330の移動が更にスムーズ且つ確実に行われる。
水洗大便器装置FTでは、タンク20内の水位の変化によってフロート380及び第一スロート管330を移動させている。このため、水面WSが波打つこと等によって水位が変動すると、第一スロート管330が第一位置から第二位置へと移動するタイミングが変動してしまう。特に、第一スロート管330がフロート380によって水面WSに浮いているだけの不安定な状態となるタイミング(時刻t30)は変動しやすく、これにより第一スロート管330が移動するタイミングが変動してしまうことが考えられる。
しかし、水洗大便器装置FTでは、フロート380の一部が水面上に現れ始めた時点(時刻t20)において、タンク20内の水が第二タンク部220にのみ貯留されている状態となり、水面WSの表面積が小さくなるように構成されている。このような構成により、時刻t20以降においては、水面WSに生じる波の振幅が小さくなるため、フロート380が受ける浮力の大きさが安定する。また、水面WSに生じる波の周波数は大きくなるため、フロート380及び第一スロート管330はそれに追従して動くことができない。その結果、第一スロート管330の位置の変動は更に抑制され、第一スロート管330が移動するタイミングの変動も抑制される。
また、図4や図5等に示したように、フロート380は吸引口331の周囲を囲むように配置されている。このため、タンク20内の水面WSに生じた波は、フロート380に当たることによってその振幅が小さくなる。その結果、第一スロート管330の位置の変動は更に抑制される。
図18において、時刻t30、t40、t100として現わしたタイミングの変動が抑制されるため、リム部120に供給される水の量が変動してしまうことや、タンク20内の水位が低下し過ぎて吸引口331から空気が吸引されて騒音が発生すること等が抑制される。
水洗大便器装置FTでは、タンク20内の水面WSのうち特に吸引口331の近傍においてに生じる波を抑制するために、種々の工夫がなされている。
図2に示したように、吸引口331は、第二タンク部220のうち後方側且つ右側の隅部(上面視における隅部)の近傍に配置されている。後方側及び右側の壁面に近く、最も波が減衰しやすい部分である隅部の近傍に吸引口331が配置されている。
また、第二タンク部220の後側壁面216と吸引口331との間にノズル310の一部が配置されており、第二タンク部220の右側壁面215と吸引口331との間にフロート380の一部が配置されている。このような構成により、第二タンク部220の内部で生じた波は、吸引口331に到達する前に、フロート380又はノズル310によって更に減衰する。
以上のような工夫により、吸引口331の近傍においてに生じる波が抑制されている。このため、タンク20を小型化し、時刻t30以降における水位が吸引口331の近く(僅かに上)となるような構成としたとしても、水面WSが波打って空気が吸引口331から第一スロート管330に流入してしまうようなことが防止される。
更に、第一スロート管330が第一位置にある状態において、吸引口331はその縁の全体が水平面に沿うように形成されている。吸引口331をこのように形成することにより、吸引口331からスロート管320の内部に空気が流入することを防止しながら、タンク20の内部に貯留されている水の水位を吸引口331の近傍まで低下させることが可能となっている。タンク20の内部に貯留されていた水が無駄なく利用されるため、タンク20を更に小型化することが可能となっている。
図25は、時刻t100においてノズル310から噴射された水が、フロート380の一部(傾斜面381)に当たる様子を模式的に示す図である。時刻t100においては、第一スロート管330は第二位置に移動した直後であって、タンク20内の水位は最も低い状態となっている。このとき、ノズル310から噴射された水はフロート380の傾斜面381に当たり、矢印AR7で示したように上方に向けて広がりながら飛散する。飛散した水は吸引口331に近傍に集中して落下するのではなく、タンク20内の水面全体に落下する。その結果、吸引口331の近傍の水面が大きく波打ってしまうことはなく、吸引口331からスロート管320の内部に空気が流入することは更に抑制される。
ところで、図14に示した状態、すなわち、第一スロート管330が第一位置にある状態においては、ノズル310から噴射された水の進行方向は、第一スロート管330の中心軸の方向と一致している。このため、噴射された水は第一スロート管330の内壁面に沿って流れるはずであるから、第一スロート管330は、ノズル310から噴射された水が内壁面に当たることによる力を受けることはないはずである。
しかし、このような設計とした場合であっても、実際には部品形状の誤差や組み立て時に生じる誤差等によって、ノズル310から噴射された水の進行方向が、第一スロート管330の中心軸に対して非平行となってしまう可能性がある。
この場合、誤差が生じる方向(ノズル310から噴射された水の進行方向が、第一スロート管330の中心軸に対して傾斜する方向)はランダムである。従って、例えば、第一スロート管330を第一位置に保持するような力が生じてしまう場合もあれば、第一スロート部が第二位置に向かうように付勢するような力が生じてしまう場合もある。その結果、流路切り換えが行われるタイミングなどが、製品ごとに大きく変わってしまう可能性がある。
このようなことを防止するために、第一スロート管330が第一位置で停止した状態において、ノズル310から噴射された水の進行方向が、第一スロート管330の中心軸に対して非平行となるような構成(設計)としてもよい。すなわち、ノズル310から噴射される水の進行方向を、第一スロート管330の中心軸に対して平行とするのではなく、所定の方向に向かって敢えて傾斜させるような構成としてもよい。このため、部品形状の誤差や組み立て時に生じる誤差等により、第一スロート管330に働く力の大きさが変動する可能性はあるものの、その力の方向が(第一スロート管330の中心軸を挟んで)反転してしまうようなことはない。その結果、流路切り換えが行われるタイミングなどが、製品ごとの誤差に起因して大きく変わってしまうようなことを抑制することができる。
更に、第一スロート管330が第一位置で停止した状態において、ノズル310から噴射される水の進行方向が、第一スロート管330の中心軸に対して非平行であり、且つ、移動面に対して平行となるように構成してもよい。移動面とは、第一位置における第一スロート管330の中心軸と、第二位置における第一スロート管330の中心軸と、の両方を含むような平面のことである。換言すれば、第一位置と第二位置との間で第一スロート管330が移動する際において、第一スロート管330の中心軸が通る軌跡を含むような平面のことである。
このような構成とすれば、第一スロート管330が第一位置で停止した状態においては、第一スロート管330は、第一位置から第二位置に向かう方向の力か、第二位置から第一位置に向かう方向の力のいずれかを、ノズル310から噴射された水の流れによって受けることとなる。このため、第一スロート管330が受ける上記のような力を、第一スロート管330を第一位置又は第二位置に保持するための力として、効率的且つ安定的に利用することが可能となる。
更に、第一スロート管330が第一位置で停止した状態において、ノズル310から噴射される水の進行方向を、第一スロート管330が第一位置から第二位置に移動することを抑制するような方向としてもよい。ノズル310から噴射された水が、第一スロート管330の上側における内壁面に向かうことによって、第一スロート管330は、第一位置から第二位置に移動することを抑制するような方向の力を受ける。
このような構成により、第一スロート管330が第一位置で停止した状態においては、ノズル310から噴射された水の流れによって、第一スロート管330は第一位置に保持されるような力を受ける。タンクの内部に貯留された水の水面が波打つことにより、第一スロート管330に働く浮力の大きさが変動するような場合であっても、第一スロート管330は第一位置に安定的に保持されることとなる。
続いて、導水路130を通ってリム部120に供給される水の流量について詳しく説明する。水洗大便器装置FTは、リム部120に沿って旋回するように水を流しながら、リム部120の全体からボウル部110に向けて水を流下させるものである。従って、リム部120に供給される水の流量が小さくなってしまうと、供給された水がリム部120の全体を旋回することができないうちにボウル部110に流下するようになり、ボウル部110の一部が洗浄されなくなってしまう場合がある。
更に、水洗大便器装置FTは、タンク20から供給される水により汚物を排水管SWに向けて押し出す方式(洗い落とし式)のものである。従って、水の流量が小さくなり過ぎたり、大きくなり過ぎたりすると、汚物が排水管SWに排出されない場合や、排出されるのに時間がかかってしまう場合がある。このため、リム部120(ボウル部110)には、水を一定且つ適切な流量で供給する必要がある。
以上の点を考慮して、水洗大便器装置FTでは、大便器本体10に洗浄水として供給される水の流量が80リットル/分となるように構成されている(図9参照)。しかし、水洗大便器装置FTのように、タンク20に貯留されている水の水頭による流れ(位置エネルギーを利用した流れであって、本実施形態ではサイホン作用により生じる流れである)を利用するような水洗大便器装置においては、図9のグラフG1で示したように一定の流量で水を供給することは実際には容易ではない。
時刻t0の直後においては、タンク20内の水位は満水位LVFに近いために水頭が最も高い状態となっており、サイホン作用によってリム部120に供給される水の流量は大きくなる傾向がある。これに対し、時間が経過してタンク20内の水位が低下したときにおいては、水頭が低い状態となっており、サイホン作用によってリム部120に供給される水の流量は小さくなる傾向がある。
そこで、水洗大便器装置FTでは、サイホン作用による水の流れと共にジェットポンプ作用による水の流れを適切に発生させることで、リム部120(ボウル部110)に洗浄水として供給される水の量を一定且つ適切なものとしている。
図26は、タンク20からリム部120に供給される水の流量の変化を示すグラフであって、リム部120に対して80リットル/分の水が供給されている期間(時刻t0の直後から、時刻t40までの期間)における流量の変化を示している。図26に示した複数のグラフのうち、グラフG6は、導水路130を通ってリム部120に供給される水全体の流量の変化を示している。グラフG7は、ノズル310の噴射口311から噴射される水の流量の変化を示している。グラフG8は、導水路130を通ってリム部120に供給される水のうち、タンク20に貯留された水の水頭による流れ(位置エネルギーを利用した流れであって、本実施形態ではサイホン作用により生じる流れである)の流量の変化を示している。グラフG9は、導水路130を通ってリム部120に供給される水のうち、ジェットポンプ作用による流れの流量の変化を示している。
図13を参照しながら説明したように、時刻t0において噴射口311からの水の噴射が開始されると、ジェットポンプ作用が誘発されるとほぼ同時にサイホン作用が誘発される。このため、ジェットポンプ作用による流れ(以下では「JP流」とも称する)と、タンク20に貯留されている水の水頭による流れ(以下では「水頭流」とも称する)とがほぼ同時に生じる。
時刻t0の直後においては水頭が高いため、図26に示したように、水頭流(グラフG8)の流量は大きくなっている。一方、このときには噴射口311から吸引口331に向けて水が噴射されてはいるが、大流量の水頭流によってJP流は抑制されており、水頭流に比べてその流量は小さくなっている。すなわち、時刻t0の直後においては、JP流よりも水頭流の方が支配的な状態となっている。
その後、時間の経過とともにタンク20内の水位は低下していくため、水頭も小さくなっていく。その結果、水頭流の流量は次第に低下していく。水頭流の流量が低下すると、これによって抑制されていたJP流の流量は次第に大きくなっていく。JP流の流量と水頭流の流量とは時刻t1においてほぼ互いに等しくなり、その後はJP流の方が支配的な状態に移行して行く。時刻t1は、時刻t0と時刻t40とのほぼ中間における時刻である。
以上のように、時間の経過と共に水頭流は低下して行くが、JP流がそれを補うように増加して行く。このため、リム部120に対して水が供給されている期間の全体において、導水路130を通ってリム部120に供給される水全体の流量は略一定(80リットル/分)となっている。
このように、水洗大便器装置FTでは、水頭流の方が支配的な状態から、JP流の方が支配的な状態へと切り替えることによって、リム部120に対して供給される水の流量が略一定となるように構成されている。このため、洗い落とし式の水洗大便器装置FTにおいて、ボウル部110に供給される洗浄水の流量を一定且つ適切な流量とすることができ、汚物を確実に排水管SWに排出することが可能となっている。
また、当初よりサイホン作用が発生しているのであるから、時刻t1においてはスロート管320の内部は水で満たされた状態となっている。このため、時刻t1以降の期間となりJP流の方が支配的である状態に移行する際には、当該移行は連続的且つ安定的に行われる。その結果、JP流の方が支配的である状態へと移行する際においても、ボウル部110に供給される洗浄水の流量は一定且つ適切な流量に維持される。
また、時刻t0においてノズルから水が噴射され始めた直後からサイホン作用が誘発されるため、それとほぼ同時に、一定且つ適切な流量の水がボウル部110にされる。サイホン作用は噴射口311から噴射された水によって誘発されるため、サイホン作用を発生させるための特別な機構を必要としない。更に、噴射口311から噴射される水の流量は、常に20リットル/分であり一定である。このため、JP流の方が支配的である状態へと移行する際において、ボウル部110に供給される水の流量が不連続に変化してしまうことが抑制される。
また、JP流の流量が、時間の経過と共に徐々に(連続的に)増加するように構成されている。このため、時刻t0の直後から時刻t40までの期間の全体に亘り、導水路130を通過してリム部120に供給される水の流量を略一定とすることが可能となっている。換言すれば、リム部120を旋回する水の流速が大きくなりすぎることや、小さくなりすぎることを、期間の全体に亘って確実に防止することが可能となっている。
ところで、タンク20から導水路130に供給される水の流れのうち、ジェットポンプ作用によって導水路130に供給される水の流れ(JP流)は、噴射口311からの噴射によって比較的乱れの大きい流れとなっている。このため、リム部120に沿って旋回して流れる際に、当該乱れに起因して水洗大便器装置FTの周囲に水が飛び散ってしまう可能性がある。一方、タンク20に貯留された水の水頭によって導水路130に供給される水の流れ(水頭流)は、比較的乱れの小さい流れであるから、リム部120に沿って旋回して流れる際に飛び散ってしまう可能性は小さい。
そこで、水洗大便器装置FTでは、乱れの小さい水頭流を有効に利用することのできる前半の期間(時刻t0の直後から時刻t1までの期間)において、水頭流の方が支配的となるように構成されている。このような構成により、水洗大便器装置FTの周囲に水が飛び散ってしまう現象を確実に防止している。
尚、リム部120に供給される水の流量を更に一定に近づけることを目的として、ノズル310の噴射口311から噴射される水の流速を変更するような機構を更に備えてもよい。例えば、このような機構として、主弁233とバキュームブレーカー235との間に電動式の流量調整弁を設けて、ノズル310に供給される水の流量が徐々に大きくなるよう、電気的に制御するような構成としてもよい。このような機構を備えることにより、時刻t0の直後から時刻t40までの期間におけるJP流をより適切に調整することが可能となる。
また、リム部120に供給される水の流量を更に一定に近づけることを目的として、ノズル310の噴射口311から噴射された水が受ける通水抵抗を変更するような機構を更に備えてもよい。例えば、このような機構として、噴射口311の下流側(噴射口311と吸引口331との間)に電動式の邪魔板を配置して、噴射された水のうち当該邪魔板に直接当たる水の量が徐々に減少するよう(通水抵抗が徐々に減少するよう)、邪魔板の位置や角度等を制御するような構成としてもよい。このような機構を備えることにより、時刻t0の直後から時刻t40までの期間におけるJP流をより適切に調整することが可能となる。
水洗大便器装置FTのその他の構成について説明する。図4に示したように、本実施形態においては、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)は水平となっている。このような態様に替えて、底壁211(の上面)を、第二タンク部に向かって下るように傾斜させてもよい。この場合、タンク20の内部に貯留されていた水の水位が低下して行く過程において、第一タンク部210の内部に存在していた水は、スムーズ且つ確実に第二タンク部220に流入することとなる。底壁211の上面に水が留まってしまい、水面WSが吸引口331よりも下方まで低下してしまうようなことが防止されるため、吸引口331からスロート管320の内部に空気が流入することによる騒音の発生を更に抑制することが可能となる。
第一スロート管330と第二スロート管350との間に水が浸入し、両者が密着してしまった場合には、水の表面張力によって第一スロート管330が第一位置に保持されてしまう可能性がある。この場合、第一スロート管330が適切なタイミングで動かなくなってしまう可能性がある。そこで、このような現象を防止するために、第一スロート管330のうち開口332側の端面、及び、第二スロート管350のうち開口353側の端面、の少なくともいずれか一方を、粗くしておいてもよい。
続いて、タンク20内の水面WSに生じる「水面陥落」という現象について説明する。図27は水面陥落を説明するための図であって、水面WSが吸引口331の近くまで低下した際における、タンク20内の状態を模式的に示す図である。図27に示した状態では、第一スロート管330は第一位置にあり、タンク20内の水が第一スロート管330の内部に吸引されている。
第一スロート管330の内部に水が吸引されると、吸引された水を補うように、吸引口331の近傍にはタンク20内に貯留されていた水が周囲から流入する。しかし、水面WSが吸引口331の近くまで低下した状態においては、吸引口331の近傍に向けた周囲からの水の流入が不足してしまうことがある。特に、タンク20の壁Wと第一スロート管330とが近接した部分(符号CSで示した部分)においては、このように水の流入が不足した状態となりやすい。この場合、図27に示したように、水面WSのうち吸引口の近傍の部分が、局所的に他の部分よりも低くなり陥落した状態となってしまう。以下では、このような現象を「水面陥落」と称する。
水面陥落が生じると、タンク20内の(全体の)水位が吸引口331よりも高い時点において吸引口331に空気が流入してしまい、ジェットポンプの性能が低下してしまう恐れがある。換言すれば、タンク20内に貯留されていた水の一部が、洗浄水として有効に利用されなくなってしまう恐れがある。節水のためにタンク20を小型化し、最低限の水量で洗浄を行う水洗大便器装置FTにおいて、このようなジェットポンプの性能低下が生じると、洗浄性能が不足して汚物の排出が行えなくなってしまうことがある。
図28は、タンク20内の一部(吸引口331の近傍)を上面視で示したものであり、第一スロート管330を、その中心軸CAが前後方向に沿うように配置した場合(タンク20の壁Wに対して中心軸CAが垂直となるように第一スロート管330を配置した場合)における、タンク20内の一部を示している。
ジェットポンプ作用を効率的に発生させるには、スロート管320のうち上流側の部分、すなわち、第一スロート管330を含む略直線状の部分における流路長を長く確保することが好ましい。このため、当該流路長を長く確保した上で、図28に示したように第一スロート管330を配置した場合には、吸引口331とタンク20の壁W(後側壁面216)との距離は小さくなる。その結果、タンク内の水面WSのうち吸引口331とタンク20の壁Wとの間には、周囲から水が流入しにくく水面陥落が生じやすい領域RW1が形成される。
このような領域RW1は、左右方向に伸びた比較的広い範囲となっている。また、水面WSが波打った場合には、その影響によって領域RW1の範囲も変動してしまう。水面陥落を防止するには、領域RW1に向けた水の流入を促進する等の対策を行うことが考えられる。しかし、水面陥落が生じ得る位置の範囲が上記のように広範囲で且つ変動してしまう場合には、水面陥落を防止するための対策は大掛かりなものとならざるを得ない。その結果、タンク20は大型化してしまうこととなる。
これに対し、本実施形態に係る水洗大便器装置FTでは、上面視において第一スロート管330の中心軸CAが前後方向に対して傾斜した状態となっている。図29は、タンク20の水面WSにおいて生じる水面陥落を説明するための図であって、タンク20の内部におけるスロート管320の配置を、上面視で模式的に示している。
図29に示したように、スロート管320の端部である吸引口331は、タンク20の内部のうち上面視において後方側の隅となる部分である第一隅部C1の近傍に配置されている。すなわち、タンク20のうち後側壁面216と右側壁面215との両方に近接するような位置に吸引口331が配置されている。
吸引口331がこのような位置に配置されていることにより、タンク20内の水面WSのうち第一隅部C1の近傍の部分は、タンク20の後側壁面216、右側壁面215、スロート管320によって囲まれている。このため、第一隅部C1には比較的水が流入しにくくなっており、水面陥落が生じやすい状態となっている。換言すれば、水洗大便器装置FTは、水面WSのうち水面陥落の生じ得る範囲が、第一隅部C1近傍の比較的狭く、且つ変動の小さい範囲(領域RW2)に限定されるような構成となっている。
また、水洗大便器装置FTでは、スロート管320のうち吸引口331側の部分が、上面視及び側面視のいずれにおいても傾斜した状態でタンク20の内部に配置されている。具体的には、側面視においては、当該部分は吸引口331に向かって下るように傾斜した状態となっている。また、上面視においては、当該部分は前後方向に対して傾斜した状態となっている。
スロート管320がこのような状態でタンク20内に配置されているため、タンク20内の水位が低下した際においてスロート管320に向かって流れる水は、矢印AR8で示したように、スロート管320の外面に沿って案内されながら領域RW2に向かって流れることとなる。また、第一スロート管330の上面に乗り上げた水も、傾斜している当該上面に沿って領域RW2に流入することとなる。その結果、水面陥落が生じ得る領域である領域RW2に向かって周囲から十分な量の水が流入するため、水面陥落の発生が抑制される。
このように、水洗大便器装置FTでは、水面陥落の生じ得る範囲が、第一隅部C1近傍の比較的狭い領域RW2に限定されるような構成とした上で、領域RW2へ水が流入しやすい構成とすることにより、水面陥落の発生を抑制している。その結果、タンク20を小型化しながらも、水面陥落に起因したジェットポンプユニット300の性能の低下を防止している。
ジェットポンプユニット300の性能の低下が上記のように防止されるため、タンク20内に貯留されていた水の略全体を、洗浄水として有効に利用することが可能となっている。その結果、タンク20の内部において無駄な水を貯留するための空間を確保する必要がなくなっており、タンク20は更に小型化されている。
ところで、タンク20の内部に貯留されている水においては、上面視において第一スロート管330の中心軸CAよりも前方側(右側)の部分である領域280と、上面視において第一スロート管330の中心軸CAよりも後方側(左側)の部分である領域290とが存在している。このうち、領域280は比較的狭い領域であり、また、図4等を見れば明らかなように水深が比較的浅い領域でもある。一方、領域290は比較的広い領域であり、また、図4等を見れば明らかなように水深が比較的深い領域でもある。
このため、領域290からは第一隅部C1に向かって水が流入しやすいのに対し、領域280からは第一隅部C1に向かって水が流入しにくい。その結果、第一隅部C1に向かう水の流れに偏りが生じ得るため、これに起因して吸引口331の近傍(領域RW2)で水面陥落が生じてしまうことが考えられる。
そこで、水洗大便器装置FTでは、タンクの壁面に対する中心軸CAの角度を工夫することにより、第一隅部C1に向かう水の流れを均一化している。具体的には、上面視において、中心軸CAが後側壁面216に対してなす角度θ1よりも、中心軸CAが右側壁面215に対してなす角度θ2の方が大きくなるように配置されている。このような配置により、スロート管320よりも後方側(左側)の領域290に存在する水が第一隅部C1に向かう流れは抑制される一方、スロート管320よりも前方側(右側)の領域280に存在する水が第一隅部C1に向かう流れは促進される。その結果、第一隅部C1に向かう水の流れはタンク20内全体において均一化され、水面陥落の発生が更に抑制されている。
吸引口331の縁が沿う平面(仮想的な平面)の法線は、中心軸CAに対して傾斜している。換言すれば、第一スロート管330はその中心軸CAに対して斜めに切断されたような形状となっており、当該切断面に相当する部分が吸引口331となっている。その結果、図4等に示したように、第一スロート管330はその中心軸CAの方向に沿った下面側の長さよりも、その中心軸CAの方向に沿った上面側の長さの方が長い。このため、吸引口331の縁が沿う平面の法線が中心軸CAと平行な場合に比べると、吸引口331の縁が沿う平面が水平面に対して成す角度は小さくなっている。このような第一スロート管330の形状は、吸引口331の縁のうち第一隅部C1側の部分を、下方に向けて(中心軸CAに沿って)伸ばしたような形状ということもできる。
その結果、領域RW2において小さな水面陥落が生じた程度では、吸引口331からスロート管320の内部に空気が入り込むことはない。このように、水面陥落に起因したジェットポンプユニット300の性能の低下を、簡単な構成によって更に抑制している。
図5等を参照しながら説明したように、第一スロート管330の下端部には、吸引口331の周囲(側面)を囲むようにフロート380がボルトBで固定されている(図29においては不図示)。吸引口331の周囲にフロート380が存在することにより、タンク20内の水位が低下した際において矢印AR8に沿って流れる水は、第一スロート管330の外面に沿って案内される他、フロート380の表面によっても案内されながら領域RW2に向かって流れる。具体的には、水は第一スロート管330の外面に沿って第一隅部C1に向かった後、フロート380の上面に沿って流れて領域RW2に到達する。すなわち、水面WSの近くを流れて領域RW2に到達する。その結果、領域RW2にはより多くの水が(集中して)周囲から流入するため、水面陥落の発生が更に抑制される。
図4に示したように、小タンク260、給水管231、パイロット弁234に接続されたフロート238は、いずれもタンク20の内部のうち左側寄りの部分に配置されている。換言すれば、タンクの内部のうち、左右方向において吸引口331が配置されている側(右側)とは反対側の部分に配置されている。このため、吸引口331に向かう水の流れがこれらによって妨げられてしまうことがなく、領域RW2には周囲からスムーズに水が流入する。その結果、タンク20内の水位が低下した際における水面陥落の発生が更に抑制されている。
続いて、タンク20の小型化を実現するための様々な工夫について説明する。水洗大便器装置FTでは、スロート管320のうち吸引口331側の部分(第一スロート管330)が、上面視及び側面視のいずれにおいても傾斜した状態でタンク20の内部に配置されている。具体的には、側面視においては、当該部分は吸引口331に向かって下るように傾斜した状態となっている。また、上面視においては、当該部分は前後方向に対して傾斜した状態となっている。
スロート管320をこのような状態でタンク内に配置することにより、タンク20を大型化することなく、ジェットポンプ作用を効率的に発生させるために必要な(略直線状の)流路長を確保している。このように、水洗大便器装置FTでは、スロート管320の配置を工夫することにより、ジェットポンプユニット300の性能を犠牲にすることなくタンクを小型化している。
図30は、吸引口331と大便器本体10との位置関係を示す上面図であって、タンク20の内部におけるスロート管320の配置を、上面視で模式的に示している。尚、図30において符号VUを付して示したのは、給水管231、定流量弁232、主弁233、パイロット弁234、及びバキュームブレーカー235からなる一群の機器である。以下では、これらをバルブユニットVUとして説明する。
図30に示したように、吸引口331は、上面視において大便器本体10と重ならない位置に配置されている。吸引口331の下方にはノズル310(図30では不図示)及び第二タンク部220の底壁221が存在するが、その更に下方には大便器本体10は存在しない。このため、底壁221のうちノズルの下方部分の形状が大便器本体10のために制約されることは無く、ノズル310を配置するために適切な形状とすることが可能となっている。例えば、本実施形態では、底壁221が大便器本体10の上面101よりも低い位置となるように、タンク20の一部を下方に伸ばしている。このように、タンク20の上端位置を高くすることなく、吸引口331と底壁221との間に広い空間を確保してノズル310を配置している。その結果、タンク20の大型化が抑制されている。また、第一スロート管330の下端(吸引口331)を第二タンク部220の内部に配置することにより、第一スロート管330の流路長を確保している。このような構成によっても、ジェットポンプユニット300の性能を向上させている。
図30に示したように、バルブユニットVUは、タンク20内のうち、左右方向において吸引口331が配置されている側(右側)とは反対側(左側)の空間と、第二スロート管350の後方側の空間とに亘って配置されている。換言すれば、スロート管320を上面視で傾斜するように配置したことにより広く空いた空間(第二スロート管350の後方側の空間)を有効に利用しながら、吸引口331に干渉しない位置にバルブユニットVUを配置している。このため、タンク20内にバルブユニットVUを配置しながらも、タンク20の大型化は抑制されている。
図4を参照しながら説明したように、小タンク260は、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。換言すれば、タンク20の内部のうち、左右方向において吸引口331が配置されている側(右側)とは反対側(左側)の部分に配置されている。また、小タンク260とバルブユニットVU(主弁233等)とは、前後方向に沿って並んでいる。タンク20内の空間のうち、スロート管320に占められている部分以外の空間を有効に利用しながら、小タンク260とバルブユニットVUとを配置している。このため、タンク内にこれらを配置しながらも、タンク20の大型化は抑制されている。
図4を参照しながら説明したように、タンク20の内部には伝達機構237が配置されている。伝達機構237は、タンク20の内部のうち第一スロート管330の上方に配置されている。換言すれば、第一スロート管330を水平面に対して傾斜した状態で配置することにより形成された空間を、伝達機構237を配置するための空間として有効に利用している。このため、タンク20内に伝達機構237を配置しながらも、これによるタンク20の大型化は抑制されている。
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320の形状において水洗大便器装置FTと異なっている。図31は、スロート管320aの形状を説明するための図であって、タンク20の内部におけるスロート管320aの配置を、上面視で模式的に示している。
図31に示したように、スロート管320aは、バルブユニットVUが配置される空間が広く確保されるように、その中心軸が上面視において滑らかに湾曲した形状となっている。具体的には、上面視した場合において、吸引口331a側から第二スロート管350a側に行くに従って、スロート管320aの中心軸と左右方向との成す角度が次第に小さくなるような形状となっている。
スロート管320aの中心軸が上面視において直線状である場合に比べて、バルブユニットVUが配置される空間(第二スロート管350aの後方側の空間)が広く確保される。このため、バルブユニットVUを小型化する必要がなく、小型化のためのコストを抑制することができる。また、図30と図31とを比較すると明らかなように、スロート管320aを湾曲させることによって、バルブユニットVUをより左右方向の中央側に配置することが可能となっている。このため、タンク20の左右方向の寸法を小さくすることにより、タンク20を更に小型化することができる。
尚、また、湾曲したスロート管320aの曲率は、バルブユニットVUが配置される空間を確保する程度でよい。このため、このようなスロート管320aの形状によってジェットポンプ性能が低下してしまうことはない。
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320の形状において水洗大便器装置FTと異なっている。図32は、スロート管320bの形状を説明するための図であって、タンク20の内部におけるスロート管320bの配置を、上面視で模式的に示している。
図32に示したように、上面視した場合において、スロート管320bの中心軸と左右方向との成す角度は、スロート管320の中心軸と左右方向との成す角度よりも小さくなるように配置されている。その結果、吸引口331bの前方側端部の位置(P1)が、導水路130の入口131の後方側端部の位置(P2)よりも前方側(図32では下側)となるようにスロート管320bが配置されている。このような配置は、側面視した場合において、入口131の位置と吸引口331bの位置とが、前後方向に一部重なり合っているともいうことができる。スロート管320bをこのように配置することにより、タンク20内において前後方向に沿ったスロート管320bの寸法を小さくすることができる。その結果、ジェットポンプの性能を犠牲にすることなく、前後方向に沿ったタンク20の寸法を更に小さくすることができる。
尚、第二実施形態に係るスロート管320aを上記のように配置してもよい。すなわち、吸引口331aの前方側端部の位置が、導水路130の入口131の後方側端部の位置よりも前方側となるようにスロート管320aを配置してもよい。
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、第一スロート管330cが動く方向において水洗大便器装置FTと異なっている。図33は、水洗大便器装置FTcにおける第一スロート管330cの動きを説明するための図である。
図6等を参照しながら説明したように、水洗大便器装置FTの第一スロート管330は、中心軸が水平となるように配置されたシャフト341を回転軸として、第二スロート管350に対して回転するように動くことが可能となっていた。すなわち、鉛直面に沿って動くことが可能となっていた。
これに対し、水洗大便器装置FTcにおいては、シャフト341cは、その中心軸が水平面に対して傾斜した状態で配置されている。また、シャフト341cは、その中心軸が第一スロート管330cの中心軸に対して垂直となるように配置されている。このため、第一スロート管330cは、鉛直面に対し傾斜した面に沿って(矢印AR9で示した方向に)動くことが可能となっている。
このような構成においては、タンク20の上下方向の寸法が小さい場合であっても、タンク20内において第一スロート管330cの可動範囲を確保することができる。第一スロート管330cが動く方向と鉛直方向とのなす角度は、第一スロート管330cが適切且つ一定のタイミングで動き得る状態を維持し得る範囲で、適宜設定すればよい。
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は、タンク20dの形状において水洗大便器装置FTと異なっている。図34は、タンク20dの形状を説明するための図であって、タンク20dの内部におけるスロート管320等の配置を、上面視で模式的に示している。
図34に示したように、タンク20dにおいては、第二タンク部220dのうち前方側の壁223が、上面視において後方側に向かって凸となるように湾曲した形状となっている。第二タンク部220dの壁223dがこのような形状となっているため、第二タンク部220dの内部で生じた波は、壁223に当たった際において減衰することとなる。また、第二タンク部220dの内部空間は、前後方向における幅がその一部(本実施形態では左右方向の中央部)において狭くなっている。従って、第二タンク部220dの内部で生じた波は、第二タンク部220dの全体に伝搬することが妨げられているために、更に減衰しやすくなっている。その結果、吸引口331からスロート管320の内部に空気が流入してしまうことによる騒音の発生が抑制されている。
また、タンク20dの内部においては、スロート管320の端部に形成された吸引口331が、第二タンク部220dの右側壁面215の近傍に配置されている。すなわち、第二タンク部220dの内部空間のうち、上記のように狭くなっている部分(左右方向の中央部)を避けるような位置に配置されている。その結果、第二タンク部220dの内部空間を有効に利用しており、タンク20dの大型化を更に抑制している。
また、第二タンク部220dのうち前方側の壁223dが上記のように湾曲した形状となっていることにより、第二タンク部220dの前方側且つ外側の壁面(大便器本体10の後方側端部と対向する壁面)は、後方側に向かって一部が後退するような形状となっている。第二タンク部220dの一部が後退することによって、第二タンク部220dの前方側且つ外側には凹状の空間SPが形成されている。大便器本体10の後方側端部は、この空間SPの内部に収納されている。このような構成により、水洗大便器装置FTd全体の前後方向における寸法が更に小さくなっている。
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。
10:大便器本体
101:上面
110:ボウル部
120:リム部
130:導水路
131:入口
132:第一導水路
133:出口
134:第二導水路
135:出口
140:排水トラップ管路
141:上昇流路
142:下降流路
20,20d:タンク
201:上蓋
210:第一タンク部
211:底壁
212:開口
213:前側壁面
214:左側壁面
215:右側壁面
216:後側壁面
220,220d:第二タンク部
221:底壁
223,223d:壁
231:給水管
232:定流量弁
233:主弁
234:パイロット弁
235:バキュームブレーカー
236:手動レバー
237:伝達機構
238:フロート
239:接続管
240:隔壁
241:開閉窓
260:小タンク
300:ジェットポンプユニット
310:ノズル
311:噴射口
320,320a,320b:スロート管
330,330c:第一スロート管
331,331a,331b:吸引口
332:開口
333:突起
335:傾斜面
341,341c:シャフト
350,350a:第二スロート管
351:鉛直部
352:屈曲部
353:開口
354:ストッパ
380:フロート
381:傾斜面
B:ボルト
C1:第一隅部
CA:中心軸
FF:摩擦力
FL:噴流
FT,FTa,FTb,FTc,FTd:水洗大便器装置
SP:空間
SW:排水管
VU:バルブユニット
WS:水面
WT:封水

Claims (6)

  1. 洗浄水によって汚物を排水管に排出する水洗大便器装置であって、
    汚物を受け止めるボウル部を有しており、洗浄水として供給される水を前記ボウル部に導くための導水路が内部に形成された大便器本体と、
    内部に水を貯留しており、当該水を前記導水路の入口に供給することができるよう、前記入口よりも高い位置に配置されたタンクと、
    前記タンクの内部において少なくとも一部が水没した状態で配置されたジェットポンプユニットと、を備え、
    前記ジェットポンプユニットは、
    一端が前記導水路の入口に接続され、他端には吸引口が形成されている管であって、前記吸引口が前記タンクの内部のうち下部に位置するように配置されているスロート管と、
    前記吸引口から前記スロート管の内部に向けて高速の水を噴射することにより、ジェットポンプ作用及びサイホン作用を誘発させるノズルと、を有するものであり、
    前記大便器本体は、前記導水路から前記ボウル部に供給された水によって汚物が前記排水管側に押し出されるように構成されており、
    前記大便器本体に対する洗浄水の供給を開始した時点からの第一期間においては、サイホン作用を主に発生させることによって前記タンクから前記導水路に水を供給し、
    前記第一期間が経過した時点から、前記大便器本体に対する洗浄水の供給を終了するまでの第二期間においては、ジェットポンプ作用を主に発生させることによって前記タンクから前記導水路に水を供給することにより、
    前記大便器本体に対して供給される洗浄水の流量が、前記第一期間及び前記第二期間の全体に亘って略一定となるように構成したことを特徴とする水洗大便器装置。
  2. 前記ノズルから噴射される水の流量は、前記第一期間及び前記第二期間の全体に亘って一定であり、前記第一期間の初期において前記ノズルから噴射された水により、サイホン作用を誘発させることを特徴とする、請求項1に記載の水洗大便器装置。
  3. 前記大便器本体は、その上面に前記導水路の入口が形成されており、
    前記スロート管は、前記吸引口側の部分である第一スロート部と、前記導水路の入口側の部分である第二スロート部とを有しており、
    前記第一スロート部は、前記吸引口から前記第二スロート部に向かって上るように水平面に対して傾斜した状態で配置され、
    前記第二スロート部は、前記導水路の入口から鉛直上方に向かって伸びており、その上端が前記第一スロート部に接続された状態で配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の水洗大便器装置。
  4. 前記第一スロート部は、その管径が全体において均一な円筒形状の管であり、
    前記第二スロート部は、その管径が全体において均一且つ前記第一スロート部の管径よりも大きい円筒形状の管であり、
    前記第一スロート部と前記第二スロート部とは、屈曲した管である屈曲部を介して接続されていることを特徴とする、請求項3に記載の水洗大便器装置。
  5. 前記第一スロート部の中心軸、及び、前記第二スロート部の中心軸のいずれに対しても垂直な方向から見た場合において、
    前記屈曲部の上面側の曲率半径は、前記屈曲部の下面側の曲率半径よりも大きいことを特徴とする、請求項4に記載の水洗大便器装置。
  6. 前記スロート管はサイホン遮断機構を有しており、
    当該サイホン遮断機構は、
    前記吸引口から前記スロート管の内部に空気が流入するよりも前の時点で、サイホン作用による洗浄水の流れを停止させるものであることを特徴とする、請求項5に記載の水洗大便器装置。
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