JP2016118020A - タンクレス便器装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動排水トラップを備えたタンクレス便器装置において、停電時でも電源電池によって電気式給水弁を作動させて給水できるようにする。【解決手段】便器装置1は停電時用の電源電池5を収容する電池収容部22を備え、電気式給水弁13は外部電源によって作動する主給水弁13Aと、電源電池によって作動する電池駆動給水弁13Bとで構成する。【選択図】図1

Description

本発明は電気式給水弁を介して水道から直接給水するタンクレス便器装置の改良に関する。
近時、前記のようなタンクレス便器装置が普及しつつある。しかしながら停電時には電気式給水弁が作動できないため便器の使用後にバケツ等を用いた手作業で給水して汚水を流す必要があった。特に固定式トラップ管を用いた便器装置の場合はサイホン効果のためにボウル部に溜め水が溜まり難いという事情があり、給水作業にコツが必要であった。
タンクレス便器装置には開放端を有する柔軟なトラップ管を電動で上下に首振りさせることで排水制御するものもある。次の特許文献1にはそのような便器装置において停電時には予備電池によってトラップ管を駆動すること、及び手動で開閉弁させるバイパス給水弁を設けることが記載されている。この場合は固定式トラップ管のようなサイホン効果は生じないから、停電時には予備電池によってトラップ管を作動させてトラップ管が元に戻った後バイパス給水弁から十分な量を給水すればボウル部に溜め水を溜めることができる。
特開平11−210052号公報
しかしながら特許文献1はバイパス給水弁の構成やこの弁を操作する操作部について詳細に記載されていない。仮にレバーやダイヤルが付加された手動式弁を便器装置の給水路に介装したとすると、そのレバーあるいはダイヤルを操作するために便器装置の筐体の一部等を外す必要がある等の問題が生じることが考えられる。本発明はこのような考察の下になされたもので、停電時でも電気式給水弁を作動させて給水できるタンクレス便器装置を提供することを目的としている。
本発明は、電気式給水弁を介して水道から直接給水するタンクレス便器装置において、停電時用の電源電池を収容する電池収容部を備えており、前記電気式給水弁は、外部電源によって作動する主給水弁と、電源電池によって作動する電池駆動給水弁とで構成されていることを特徴とする。
本発明では、停電時であっても電源電池によって電池駆動給水弁を作動させて給水できる。
本発明の実施形態の一例とされるタンクレス便器装置の基本構成を示すブロック図である。 (a)、(b)は本実施形態の具体的な構成を説明する平面図及び縦断面図である。 (a)、(b)は本実施形態に設けられる電池駆動給水弁の一例の閉弁状態、開弁状態を示す流路に沿った断面図である。 (a)、(b)は本実施形態に設けられる電池駆動給水弁の変形例の閉弁状態、開弁状態を示す断面図である。 (a)、(b)は本実施形態に設けられる電池駆動給水弁の他の変形例の閉弁状態、開弁状態を示す断面図である。 本実施形態の通常時(非停電時)における基本動作の一例を示すタイムチャートである。 本実施形態の停電時における基本動作の一例を示すタイムチャートである。
図1は本発明の実施形態の一例とされるタンクレス便器装置の基本構成を示すブロック図である。便器装置は外部電源によって作動し電気式給水弁を介して水道から直接給水する洋式タンクレスのものである。ここに外部電源は商用電源、商用電源を整流した電源又は自家発電装置で発電した電源等の総称である。便器装置は電動によって排水制御する電動排水トラップを備えているが、本発明は固定式トラップ管を備えた便器装置にも同様に適用できる。また便器装置はブロック図以外の要素として例えば局部洗浄機構、便座保温機構等も備えてよいが、本発明には特に関連しないのでそれらについての説明は省略する。
便器装置1は大小便を受けるボウル部10の上流側、下流側にはそれぞれ給水路11と排水路12とが形成されている。給水路11は止水栓2とボウル部10とを繋ぐ管路であって金属パイプや樹脂パイプからなり、その経路中に電気式給水弁13等が設けられている。排水路12はボウル部10と下水管4とを繋ぐ管路であって樹脂パイプ等からなり、その経路中に電動排水トラップ14が設けられている。
整流回路15は例えばダイオードブリッジ等で構成され商用電源等を整流して便器装置1の各部に作動電源を供給する。整流回路15の出力はダイオードD1を介して給電路16に接続されている。給電路16には平滑用コンデンサーCや降圧回路17が接続されている。降圧回路17はDC/DCコンバータ―等からなり制御部18等に作動電源よりも低い電圧レベルの電源を供給する。
制御部18はマイコン等からなり、降圧回路17で降圧された電源によって動作し、予め用意された制御プログラムに従って電気式給水弁13や電動排水トラップ14を制御する。電圧センサ19は整流回路15の出力電圧を監視するセンサである。
正逆駆動回路20はトラップモーターMに駆動電流を通じさせる回路ブロックであってアンプ回路等からなり、給電路16から供給された電源によってトラップモーターMを正逆自在に回動させる。
電気式給水弁13は、外部電源によって作動する主給水弁13Aに、電源電池5によって作動する電池駆動給水弁13Bを併設させた構成になっている。
主給水弁13Aはソレノイドによって弁体を駆動する電磁式のものでも、モーターによって弁体を駆動する電気式のものでもよいが、ここでは一例として電磁式のものを採用している。電磁弁には常時閉タイプと常時開タイプとがあるが、便器装置1は待機中に給水することはないので主給水弁13Aには常時閉タイプのものを用いる。トランジスタ素子Q1は主給水弁13Aの制御用素子を概念的に示している。
一方電池駆動給水弁13Bは電源電池5の供給する低電圧電源で駆動可能な電磁式のものを想定している。電池駆動給水弁13Bの詳細は後述する。
電動排水トラップ14は開放端を有する柔軟なトラップ管をトラップモーターMで上下に首振りさせる仕組みのものである。トラップモーターMは一般的なブラシモーター、ブラシレスモーター、ステッピングモーター等で構成される。
電池駆動給水弁13Bの駆動回路21は、停電時用の電源電池5を収容する電池収容部22と、電池駆動給水弁13Bを作動させる操作スイッチSWと、電池駆動給水弁13BのソレノイドS2に作動電流を通じさせるトランジスタ素子Q2とで構成されている。操作スイッチSWが操作されるとトランジスタQ2がオンしてソレノイドS2に作動電流が供給されて電池駆動給水弁13Bが開弁する。すなわち停電時であっても電源電池5によって電池駆動給水弁13Bを作動させて給水できる。また操作スイッチSWが解除されるとトランジスタ素子Q2がオフになり電源電池5を遮断するので電源電池5の消耗が抑えられる。またこのように回路構成すれば操作スイッチSWはトランジスタ素子Q2をオンオフ制御するだけであり大電流が通じることはないので小容量スイッチを用いることができる。
駆動回路21は図中点線で示すダイオードD2の経路によって給電路16に接続される。そうした場合操作スイッチSWが操作されている間つまり電池駆動給水弁13Bが作動している間は電源電池5から給電路16を介して制御部18、電動排水トラップ14に電源が供給される。これに対し制御部18はパワーオンリセット解除後の起動時に電圧センサ19の検知信号によって通常時(非停電時)か停電時かを判断し、その判断結果に基づいて通常時用の制御プログラム、停電時用の制御プログラムのいずれか一方を実行するとよい。すなわち通常時用の制御プログラムでは便器装置1の主操作部(図示なし)からの指令信号に基づいて便座保温、局部洗浄、排水等の通常処理を実行すればよい。一方停電時用の制御プログラムでは自動的に排水処理を実行すればよい。このようにすれば電池駆動給水弁13Bの開弁に連動して電動排水トラップ14が作動するので使い勝手が改善される。
変形例として前記点線で示すダイオードD2の経路をなくし、駆動回路21は制御部18や主給水弁13Aの駆動回路を含めた主回路から独立させて設けてもよい。そうすれば全体の回路構成や制御部18の制御プログラムが簡単になる。
電源電池5は専用品としてもよいが、市販の乾電池(9V品、1.5V品等)を用いてもよい。電源電池5の供給電圧は9〜12V程度にするとよい。電池収容部22はその配置や構成に特段の制限はないが、水濡れし難い位置に電池収容部22を配することが望ましい。
このように本実施形態では便器装置1は停電時用の電源電池5を収容する電池収容部22を備え、電気式給水弁13は外部電源によって作動する主給水弁13Aと、電源電池4によって作動する電池駆動給水弁13Bとで構成されている。したがって停電時であっても電源電池5によって電池駆動給水弁13Bを作動させて給水できる。
図2(a)、(b)は本実施形態の具体的な構成を説明する平面図及び縦断面図である。図1に共通する要素には同一の参照符号を付けて説明を省略する。なお平面図では電気式給水弁13を想像線(点線)で記載している。
便器装置1はボウル部10を収容する本体外殻部30と、便座31と、便蓋32と、給水路11の主要部を収容する上部筐体33とを備えている。便座31及び便蓋32は上部筐体33の前方にヒンジ固定されている。なお本体外殻部30、便座31、便蓋32、上部筐体33は樹脂等で形成するとよい。
ボウル部10は化学安定性に優れる樹脂、陶磁器あるいはホウロウ等からなり本体外殻部30の上面に開口部10aが配され底面後部に排水口10bが形成されている。
電気式給水弁13を構成する主給水弁13Aと電池駆動給水弁13Bは近接して配置されている。これらの弁の上流側合流点は止水栓に接続されている。また下流側合流点よりも下流側に流量センサ34が設けられ、その更に下流側に剤ポンプ及び剤タンク35が設けられている。給水路11はボウルリム内に形成された水路10cに連通されており、その水路10cに1乃至複数の出水口(図示なし)が形成されている。
電動排水トラップ14はボウル部10の排水口10bの後方に設けられている。トラップ管14aは汚水の飛散を防止するために気密室14bに収容されている。気密室14bの下端部開口は下水管に接続されている。トラップ管14aの開放端にはアーム14cが連結されており、アーム14cの駆動軸は気密室14bから導出されギヤ等を介してトラップモーターMの出力軸に連結されている。
電池収容部22は上部筐体33の後方上面に矩形凹部として形成され、その凹部を覆う蓋22aが開閉自在にヒンジ止めされている。電源電池5は市販の9V品とされ、電源電池5を接続するための端子板220bがリード線によって引き出し可能に設けられている。このような場所に電池収容部22を形成すれば電池の装着が簡単に行え、又蓋22aを設けているので異物や水滴が内部に侵入し難くなる。なお電池収容部22は上部筐体33の内側に設けてもよい。
操作スイッチSWは便器装置1の図示しない主操作部に設けてもよいが、図示のように電池収容部22に隣接して設けてもよい。そうすれば操作スイッチSWを操作しても電源電池5が挿入忘れのために排水されずに戸惑う等のトラブルが防止できる。
以下、本実施形態に設けられる電気式給水弁の一例を図に従って具体的に説明する。
図3(a)、(b)はその一例である同一の手動式給水弁の閉弁状態、開弁状態をそれぞれ示している。
電気式給水弁13を構成する主給水弁13Aは常時閉タイプの電磁弁であり、ポペット式弁体13aがソレノイドS1によって駆動されるようになっている。弁体13aはコイルバネ13bによって弁座13c方向(図では右方向)に付勢されており、かつ弁体13aが弁座13cに当接した状態では水道水圧も弁体13aを弁座13cに更に押し付けるように作用するので常時閉タイプの性質が得られる。このような構成の電磁弁はゴミの噛み込み等による動作不良が生じ難く信頼性が高いが、水圧に抗して開弁させるために大型のソレノイドと大きな制御電流を要するので電池駆動には適していない。
ソレノイドS1は駆動コイル13dと、駆動コイル13dに挿通された可動鉄心13eと、駆動コイル13dに挿通固定された固定鉄心13fとからなる。可動鉄心13eは主給水弁13Aが閉弁しているときは固定鉄心から引き離された状態となるように弁体13aに連結されている。主給水弁13Aが閉弁しているときにソレノイドS1に通電すると可動鉄心13eと固定鉄心13fとが同方向に磁化されるため可動鉄心13eを固定鉄心13側に引き込む力が生じる。この力によって弁体13aが弁座13cから引き離されて主給水弁13Aが開弁される。
一方電池駆動給水弁13Bも常時閉タイプであり、ガイド筒13gの中でスプール式弁体13hをソレノイドS2によって開弁方向(図では右方向)にスライドさせるようになっている。弁体13hは水道水を流通させる流通孔13iが軸と交差する方向に形成されており、流通孔13iの流路13jに対する整合、不整合によって開弁、閉弁を制御する。つまり図3(a)の状態では流通孔13iが流路13jに整合しない位置にあるため水道水の流通は禁止されるが、図3(b)の状態では流通孔13iが流路13jに整合する位置にあるため水道水の流体は許可される。弁体13hには流通孔13iに代えて小径部を形成してもよい。弁体13hはコイルバネ13bによって閉弁する方向に付勢されており、その作用によって常時閉タイプの性質が得られる。このような構成の電磁弁は弁体の軸方向に水圧がほとんど作用しないので小型のソレノイドを用いることができ電池駆動に適する。
ソレノイドS2はソレノイドS1と同様の構成とされる。電池駆動給水弁13Bが閉弁しているときにソレノイドS2に通電すれば可動鉄心13eを固定鉄心13f側に引き込む力が生じる。この力によって弁体が開弁方向にスライドして電池駆動給水弁13Bが開弁される。
主給水弁13Aと電池駆動給水弁13Bは上流側に分岐管13kを用い下流側に合流管13mを用いて併設されている。このようにすれば主給水弁13Aと電池駆動給水弁13Bとをコンパクトにまとめることができる。分岐管12aの分岐点よりも上流側には異物を捕集するストレーナー13nが配置されている。合流管12bには主給水弁13A又は電池駆動給水弁13Bの閉弁動作時に生じる負圧を破壊する真空破壊弁(図示なし)を配置してそれ以降の給水路11の逆流を防止するとよい。なお主給水弁13Aと電池駆動給水弁13Bは必ずしも併設する必要はなく、例えば電池駆動給水弁13Bは局部洗浄機構に向かう水路から分岐させた水路に設けてもよい。要は電池駆動給水弁Bを通じてボウル部に給水できればよい。
更に、本実施形態に設けられる電池駆動給水弁の変形を図に従って具体的に説明する。
図4(a)、(b)はその変形例である同一の手動式給水弁の閉弁状態、開弁状態をそれぞれ示している。図3(a)、(b)に示した例に共通する要素には同一の参照符号を付けている。
主給水弁13Aの構成及び作用はソレノイドS1を含めて図3(a)、(b)に示した例と同様である。
電池駆動給水弁13Bは常時閉タイプであり、図3(a)、(b)に示した例に類似した構成であるが、スプール式弁体13hとソレノイドS2との結合態様は図3(a)、(b)に示した例とは相違している。弁体13hは流通孔13iが軸と交差する方向に形成されており、図4(a)の状態では流通孔13iが流路13jに整合しない位置にあるため水道水の流通は禁止されるが、図4(b)の状態では流通孔13iが流路13jに整合する位置にあるため水道水の流体は許可される。
ソレノイドS2は駆動コイル13dと、駆動コイル13dに挿通された可動鉄心13eと、駆動コイル13dに挿通固定された固定鉄心13fと、固定鉄心13fを貫通して可動鉄心13eに結合された押棒13pとからなる。押棒13pは固定鉄心13fに対してスライド可能とされ電池駆動給水弁13Bが開弁しているときは可動鉄心13eが固定鉄心13fから引き離された状態となるように弁体13hに連結されている。電池駆動給水弁13Bが開弁しているときにソレノイドSに通電すると可動鉄心13eと固定鉄心13fとが同方向に磁化されて可動鉄心13eを固定鉄心13f側に引き込む力が生じる。この力によって押棒13pがソレノイドS2から押し出されて弁体13hを開弁方向にスライドさせ電池駆動給水弁13Bが開弁される。
なお分岐管13kと合流管13mを用いた主給水弁13Aと電池駆動給水弁Bとの結合態様、ストレーナー13n、真空破壊弁に関しては図(3(a)、(b)に示した例と同様である。
更に、本実施形態に設けられる電池駆動給水弁の変形を図に従って具体的に説明する。
図5(a)、(b)はその変形例である同一の手動式給水弁の閉弁状態、開弁状態をそれぞれ示している。図3(a)、(b)に示した例に共通する要素には同一の参照符号を付けている。
主給水弁13Aの構成及び作用はソレノイドS1を含めて図3(a)、(b)に示した例と同様である。
電池駆動給水弁13Bはダブルソレノイドタイプとしている。ソレノイドS2はガイド筒21c内でスプール式弁体13hを開弁方向(図では右方向)にスライドさせ、ソレノイドS2´は弁体13hを閉弁方向にスライドさせる。弁体13hは流通孔13iが軸と交差する方向に形成されており、図4(a)の状態では流通孔13iが流路13jに整合しない位置にあるため水道水の流通は禁止されるが、図4(b)の状態では流通孔13iが流路13jに整合する位置にあるため水道水の流体は許可される。
ソレノイドS2、S2´の構成はいずれも図3(a)、(b)に示した例と同様である。弁体13hの両端はそれぞれソレノイドS2の可動鉄片13e、ソレノイドS2´の可動鉄片13eに結合されている。電池駆動給水弁13Bが閉弁しているときにソレノイドS2に通電すると弁体13hが開弁方向にスライドされ電池駆動給水弁13Bが開弁される。一方電池駆動給水弁13Bが開弁しているときにソレノイドS2´に通電すると弁体13hが閉弁方向にスライドされ電池駆動給水弁13Bが閉弁される。このようなダブルソレノイドタイプの電磁弁は開弁又は閉弁動作中のみソレノイドの一方に通電すればよく、ソレノイドのいずれにも通電しないときには直前の状態を保持する。つまりこのような構成の電池駆動給水弁13Bを用いれば、給水開始時、停止時に電力を一瞬消費するが、給水中は電力を消費しないので電源電池の寿命を延ばせる。
次いで本実施形態の通常時及び停電時における基本動作を図に従って説明する。
図6は本実施形態の通常時における基本動作の一例を示すタイムチャートである。局部洗浄や便座保温に関する説明は省略する。
タイムチャートでは時刻T1に商用電源が通電され、制御部はパワーオンリセット解除後に再起動されている。時刻T2に制御部は通常時か否かを判定する処理を行っている。このとき通常時であるから時刻T3以降、制御部は通常時用の制御プログラムに従って各処理を行う。
時刻T3に制御部は排水指令を監視する処理を開始している。具体的には便器装置の主操作部からの指令信号を監視する。時刻T4に主操作部から排水指令が発せられている。
時刻T5に制御部はその排水指令に基づいて排水処理を開始している。ここでの排水処理では主に主給水弁と電動排水トラップとを制御する。時刻T5に主給水弁が開弁され給水が開始されている。時刻T6ではトラップモーターが上方向に回動制御され、これによってトラップ管の開放端が上位置よりも更に高い位置まで首振り移動する。これによりボウル部に溜め水が追加されて汚水を一気に排水することが可能になる。時刻T7にトラップモーターが下方向に回動制御され、これによってトラップ管の開放端が下位置(排水位置)まで首振り移動する。その結果ボウル部の汚水が全て排水される。時刻T8にトラップモーターが上方向に回動制御され、これによってトラップ管の開放端が上位置まで首振り移動する。その結果ボウル部に溜め水が再び溜められる。時刻T9に主給水弁が閉弁され給水が停止されている。これにより排水処理が終了する。
時刻T10に制御部は再び排水指令を監視する処理を開始している。
本実施形態の通常時における基本動作は前記のような手順でなされる。その特徴としては、商用電源によって常時給電されており、制御部は処理を実行していない間は操作部からの指令を監視している点が挙げられる。
図7は本実施形態の停電時における基本動作の一例を示すタイムチャートである。なお本実施形態では停電時でも電源電池によって電池駆動給水弁と電動排水トラップを作動させることが可能であるが、そのためには予め電源電池を便器装置に装着する必要がある。この電源電池の装着はタイムチャートには図示していない。
タイムチャートでは時刻T21に電池駆動給水弁を作動させる操作スイッチが操作され、これによって電源電池が通電され電池駆動給水弁が開弁して給水が開始されている。制御部はパワーオンリセット解除後に再起動されている。時刻T22に制御部は通常時か否かを判定する処理を行っている。ここは停電時であるから時刻T23以降、制御部は停電時用の制御プログラムに従って各処理を行う。
時刻T23に制御部は自動的に排水処理を開始している。ここでの排水処理では電動排水トラップの制御が自動的に実行される。時刻T24にトラップモーターが下方向に回動制御され、これによってトラップ管の開放端が下位置(排水位置)まで首振り移動する。その結果ボウル部の汚水が全て排水される。時刻T25にトラップモーターが上方向に回動制御され、これによってトラップ管の開放端が上位置まで首振り移動する。その結果ボウル部に溜め水が再び溜められる。時刻T26に排水処理が終了して制御部は停止状態になる。停止状態は特に処理を行わずに消費電力を抑えるモードである。
その後使用者がボウル部に溜め水が十分溜まったことを確認し、時刻T27に操作スイッチが操作解除されている。これによって電源電池が遮断され停電圧給水弁が閉弁して給水が停止されている。
本実施形態の停電時における基本動作は前記のような手順でなされる。その特徴としては、電池駆動給水弁の操作スイッチが操作されている間だけ電源電池から給電され、制御部はパワーオンリセット解除後に再起動されると自動的に電動排水トラップを作動させる点が挙げられる。つまり電源電池の通電は最小限とされており、電源電池の消耗が抑えられる。
1 便器装置
5 電源電池
13 電気式給水弁
13A 主給水弁
13B 電池駆動給水弁
14 電動排水トラップ
21 電池駆動給水弁の駆動回路
22 電池収容部
SW 操作スイッチ

Claims (6)

  1. 電気式給水弁を介して水道から直接給水するタンクレス便器装置において、
    停電時用の電源電池を収容する電池収容部を備えており、
    前記電気式給水弁は、外部電源によって作動する主給水弁と、電源電池によって作動する電池駆動給水弁とで構成されていることを特徴とするタンクレス便器装置。
  2. 請求項1に記載のタンクレス便器装置において、
    前記電池駆動給水弁は前記主給水弁に併設されていることを特徴とするタンクレス便器装置。
  3. 請求項1又は2に記載のタンクレス便器装置において、
    前記電池駆動給水弁を作動させる操作スイッチが操作されたときに前記電源電池を通電開始させることを特徴とするタンクレス便器装置。
  4. 請求項3に記載のタンクレス便器装置において、
    電動によって排水を制御する電動排水トラップを更に備え、
    前記操作スイッチが操作されたときに前記電源電池によって前記電動排水トラップを作動させることを特徴とするタンクレス便器装置。
  5. 請求項1乃至3のいずれか一項に記載のタンクレス便器装置において、
    前記電池駆動給水弁の駆動回路は前記主給水弁の駆動回路を含めた主回路から独立して設けられていることを特徴とするタンクレス便器装置。
  6. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載のタンクレス便器装置において、
    前記操作スイッチは前記電池収容部に隣接して設けられていることを特徴とするタンクレス便器装置。
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