JP2711070B2 - 加圧水洗トイレットの流水式洗浄システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トイレットの水洗に付
随する水の使用を最低限に抑え、しかも汚物の洗い流し
効率を最大限に発揮する加圧水洗トイレットの流水式洗
浄システムに関するものである。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】本明細書
に開示される加圧水洗トイレットの流水式洗浄システム
は、１９８０年１１月１８日付で発行された本出願人の
特許第４，２３３，６９８号に開示されたシステムに改
良を加えたシステムである。

【０００３】水の保全は、国内各地域での家庭の水利用
に厳しい制限を課す結果となった環境問題である。加圧
水洗トイレットの流水式洗浄システムは、比較的少量の
水消費量で高い汚物洗い流し効率が得られる点で、水の
保全に重要な貢献をなすものである。これら公知のシス
テムは、大体において給水グループ、アキュムレータ容
器、流水弁、噴出制御装置とから成っている。これらの
構成要素は、概してトイレット内に設置され、真水の給
水システムからの水圧によって励起される。給水システ
ムの圧力で水がアキュムレータ容器内へ圧入されるので
ある。

【０００４】使用時に、アキュムレータ容器内の水のレ
ベルが上昇するにつれて、内部の空気は圧縮される。容
器内の圧縮された空気の圧力が給水システムの圧力と等
しくなると、容器内への給水は停止し、システムの使用
条件がととのう。噴出制御装置が起動されると、容器内
の圧縮された空気が、貯えられた水を便器内へ高速で押
出し、最低限の水消費量で汚物を洗い流す。

【０００５】アキュムレータ容器の機能は、水と圧縮空
気の形態での位置エネルギーとの双方を貯えることであ
る。給水ラインの圧力が所定の圧力である場合、アキュ
ムレータ容器の容積が、利用可能の最大吐出エネルギー
を決定する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるトイレット
流水式洗浄システムでは、公知システムに比して水の吐
出エネルギーが著しく増大したにも拘らず、それに対応
して水消費量が増すことがない。吐出エネルギーは、ア
キュムレータ容器内の水の上方に充填される圧縮空気の
量、したがって総位置エネルギーを増大させることによ
って最大にされる。他方、水の消費量は、改良洗浄弁の
確動閉弁により最低限に抑えられる。

【０００７】この改良洗浄弁の特徴は新規なバランス式
ピストンにある。このピストンは、流水弁シリンダを上
下のチャンバに分割する。水がアキュムレータ容器内へ
入るにつれて、圧縮された空気は、ピストンにより形成
される下部チャンバから、ピストン内の空気移送オリフ
ィスを介してピストン上方の上部チャンバへ流入する。
この流入は、ピストンの上下に圧力バランスが生じ、ピ
ストン戻しばねが、ピストンとその上の流水弁とに予圧
を与えて閉弁状態が生じるまで続く。

【０００８】噴出制御装置は、流水弁シリンダの上部チ
ャンバに接続されている。噴出制御装置が開かれると、
上部チャンバの圧縮空気は放出され、ピストンの上下に
圧力差が生じ、下部チャンバからの圧力で流水弁が押上
げられる。流水弁が開かれると、アキュムレータ容器内
の水が高速で便器内へ吐出される。

【０００９】流水弁ピストンの閉じ運動、つまり降下運
動は、初め部分真空による抵抗を受ける。この部分真空
は、ピストンの初期下降運動によりピストン上方のシリ
ンダ上部チャンバ内に発生するものである。流水弁ピス
トンは、その上の流水弁とともに開状態で停留したまま
となる。この停留状態は、アキュムレータ容器から流水
弁シリンダの下部チャンバに入った十分の空気が、移送
オリフィスを通過して上方へ流れ、シリンダの上部チャ
ンバに入り、ピストンの上下の圧力差が解消されるまで
続く。ピストン上下の圧力差が解消されることにより、
流水弁ピストンと流水弁とは、流水弁戻しばねの予圧を
受けて閉状態へ戻る。

【００１０】流水弁の前記動作は、改良空気吸込システ
ムにより確実に行なわれる。このシステムは、各洗浄サ
イクルで失われた空気及び貯水内への空気の吸収により
失われた空気を補給するためのものである。更に、この
空気吸込システムは自己制限式であり、アキュムレータ
容器は空気の過剰充填は起りえず、たとえばエアロック
による障害（ａｉｒ−ｌｏｇｇｅｄ）は生じない。

【００１１】更に別の特徴によれば、改良ヴァキューム
ブレーカが安全装置としての機能を有している。すなわ
ち、便器内の汚水がアキュムレータ容器内へ吸上げら
れ、給水システム内へ流入することを防止する。給水シ
ステム内に負圧が発生し、その結果、給水システム内よ
り高い圧力がアキュムレータ容器内を支配するような場
合には、容器内の水が逆流し、容器内の圧力が降下す
る。容器内の内圧が周囲圧力を下回ると、ヴァキューム
ブレーカ弁が開き、外部空気を容器内へ導入し、真空を
解消し、便器の汚水が容器内へ吸引されるのを防止す
る。ヴァキュームブレーカを流水弁ピストン上方に配置
することによって、アキュムレータ容器内の空気が流水
弁の正常な閉弁を阻害するおそれが生じるほど著しく膨
張するような場合に、ピストン上方での真空発生が防止
される。

【００１２】本明細書に開示されたシステムが備えてい
る、先行技術によるシステムに勝る利点は、操作上の信
頼性が、より大であること、効率がより高く、製造費が
より低廉なことである。

【００１３】

【実施例】図１には、本発明による加圧水洗トイレット
の流水式洗浄システム１０の有利な一実施例が、従来型
式の水洗タンク１２と組合わせて示されている。システ
ム１０の主要構成要素は、アキュムレータ容器１４、流
水弁組立体１６、水入口・空気吸込組立体１８、ヴァキ
ュームブレーカ組立体、手動式噴出制御弁２２である。

【００１４】水は、加圧源（図示せず）から、水入口管
２６の従来型式の外ねじ山付入口接続管２４を介して水
洗システム１０へ供給される。入口接続管２４は、水洗
タンク１２の対応穴２８内に配置されている。水は、入
口管２６内を制限なしに上方へ流れ、次いで横方向に管
３０（図２）を経て、水入口・空気吸込組立体１８に至
る。組立体１８はアキュムレータ容器１４の上に配置さ
れている。

【００１５】アキュムレータ容器１４の寸法と形状と
は、エネルギー面の要求によって決まる。その形状は、
また、システム１０の便器との接続に関係するスペース
上の要求によっても決まる。ここに開示された構成の実
施例の場合、アキュムレータ容器１４は、水平配置され
た円筒形１次タンク３２と、頂部に配置された１対の補
助タンク３３，３４とを有している。

【００１６】図３から最もよく分かるように、水入口・
空気吸込組立体１８は、アキュムレータ容器１４の１次
タンク３２上に取付けられている。フランジ付取付ニッ
プル３５は、その外ねじ山部分３７にねじ込まれたナッ
ト３６により保持されている。取付けニップル３５は、
また、Ｔ字形水入口取付部材４０の対応内ねじ山を有す
る脚３９がねじ込まれる外ねじ山を有する直立部３８を
有している。水入口取付部材４０は、内ねじ山を有する
接続部４２と、内ねじ山を有する直立脚部４４とを有し
ている。この接続部４２は水入口管２６からの管３０を
接続され、脚部４４は、全体が符号４８で示された空気
吸込弁システムを受容している。システム１０内の水
は、自由に入口管２６、管３０、Ｔ字形水入口取付部材
４０、取付けニップル３５を通過でき、常時、システム
圧力下にある。

【００１７】本発明の一特徴によれば、空気吸込弁シス
テム４８は、取付そう入体５２を有している。そう入体
５２は外ねじ山付きの下方接続部５３を有し、この接続
部５３が、Ｔ字形水入口取付部材４０の対応内ねじ山付
脚部４４内に受容されている。そう入体５２は、また、
ねじ山付上方接続部５５を有し、この接続部５５には対
応内ねじ山付キャップ５６がねじ込まれている。キャッ
プ５６は穴５８を有し、この穴５８には空気吸込弁６２
の軸端６０が受容されている。弁６２は半径方向に延び
るフランジ６４を有し、このフランジ６４は、キャップ
５６の対応弁座６６に常時密着している。弁６２には、
システム内の水圧により常時予圧が与えられ、閉じ状態
になっている。アキュムレータ容器１４への流れにより
圧力が降下すると、弁６２は自由に開かれる。ばね６８
は、単なるスペーサとして弁６２を位置決めするスペー
サであり、水の流入により弁の上下に圧力差が生じた場
合、弁の自由な運動を可能にする。

【００１８】管７２は、そう入体５２の中心通路７３内
を下方に延び、管延長部７４を保持している。管延長部
７４の端部はアキュムレータ容器１４への水流の方向へ
開いているので、この水流は、管７２からの水を完全に
抜いてしまい、弁６２の上下に空気圧の差を生じさせ
る。この圧力差により、弁６２には予圧が与えられ開状
態となり、この状態が、外部空気圧がアキュムレータ容
器１４内の空気圧より高い間は継続される。この圧力差
が存在する場合、空気が流入する水流に引込まれ、アキ
ュムレータ容器１４内の空気が自動調整式に補給され
る。

【００１９】本発明の別の特徴によれば、図５から最も
よく分かるように、流水弁組立体１６は、外ねじ山付上
端部１０２を有する垂直の流水弁シリンダ１００を有し
ている。上端部１０２は、アキュムレータ容器１４の１
次タンク３２の対応内ねじ山付フランジ１０６にねじ込
まれている。流水弁シリンダ１００は、環状シール１１
０を受容する環状シールみぞ１０８を有している。環状
シール１１０は、シリンダ１００とアキュムレータ容器
１４のフランジ１０６との間のシールとして役立ってい
る。注意すべき点は、流水弁組立体１６が、一揃いの組
立体としてアキュムレータ容器１４から取外し可能な点
である。この取外しは、シリンダ１００を容器１４に対
し回動させて、相対垂直運動を生じさせることで簡単に
行なうことができる。

【００２０】流水弁シリンダ１００には、外ねじ山付上
端キャップ１１２が備えられ、このキャップ１１２が、
シリンダ１００の上端部１０２の対応内ねじ山に受容さ
れている。キャップ１１２は、外ねじ山付エルボ１１５
のニップルを受容する内ねじ山付孔１１４を有してい
る。管１１６は、エルボ１１５を手動操作可能の噴出制
御弁２２に接続し、後述するように、流水式洗浄システ
ム１０の洗い流し作業を容易にする。

【００２１】シリンダ１００の下端部１２８には、空気
と水とを流水弁シリンダ１００の内部へ導入する１対の
開口１３０，１３２が設けられている。開口１３０，１
３２は、Ｏリング１３６がはめ込まれている、シリンダ
１００の環状みぞ１３４の直ぐ上方に設けられている。
Ｏリング１３６は、流水弁ブッシュ１４０に設けられた
対応円錐状シート１３８上に密着している。ブッシュ１
４０は外ねじ山部１４２を有し、この外ねじ山部１４２
が、アキュムレータ容器１４の１次タンク３２に設けら
れた対応内ねじ山付開口１４４にねじ込まれている。適
当なガスケット１４６がブッシュ１４０とアキュムレー
タ容器１４との間のシールとして役立っている。

【００２２】シリンダ１００の下端部１２８が円錐形に
構成されていることにより、流水弁ピストン１５２の、
下方に延びる逆さのカップ部分からなる鐘形弁１５１の
座着用環状円錐形シート１５０が形成される。ピストン
１５２の鐘形弁１５１は、Ｏリング１５８をはめ込むた
めのみぞ１５６を有している。このＯリング１５８は、
シリンダ１００の環状円錐形弁座１５０に常時閉状態で
座着している。

【００２３】ピストン１５２の鐘形弁１５１は、中間の
頸部１６１を介してピストン１５２のヘッド部１６０と
結合されている。ヘッド部１６０は、Ｕ字形の半径方向
横断面を有する環状リップシールを受容するための環状
みぞ１６２を有している。このリップシール１６４は、
ピストン１５２とシリンダ１００の内壁１６６との間に
滑動可能な密封接触を生じさせる。

【００２４】ピストン１５２は、シリンダ１００に対し
て下方へ圧縮ばね１７０により予圧を加えられることに
より、図５に示された位置を占めるのが普通である。こ
の状態では、ピストン１５２の鐘形弁１５１のＯリング
１５８は、シリンダ１００の環状円錐形シート１５０に
座着し、アキュムレータ容器１４を容器１４から吐出さ
れる水に対してシールする。

【００２５】本発明の一特徴によれば、ピストン１５２
のヘッド部１６０により、シリンダ１００は、ヘッド部
１６０とキャップ１１２との間の上部チャンバ１７２
と、ヘッド部１６０の下方に位置する下部チャンバ１７
４とに分割されている。流体は、ピストン１５２のヘッ
ド部１６０内の垂直に延びる弁なしのオリフィス１８０
を介して上下のチャンバ１７２，１７４間に連通する。
オリフィス１８０の断面積は、流水式洗浄システム１０
の製造時に注意深く制御される。なぜなら、このオリフ
ィスは流水弁組立体１６の操作を制御するからである。
これについては後述する。

【００２６】図４から最もよく分かるように、シリンダ
１００の上端キャップ１１２には、常閉流水制御弁であ
るヴァキュームブレーカ組立体２０を受容する垂直孔１
９０が設けられている。組立体２０は垂直に可動のきの
こ弁１９４を収容する円筒形カートリッジ１９２を有し
ている。きのこ弁１９４は、通常は、圧縮コイルばね１
９８による予圧によってカートリッジ１９２の円錐形弁
座１９６に圧着されている。これによって、正常作動状
態の下では、流水弁シリンダ１００の上部チャンバ１７
２の外への空気の流出が防止される。しかし、きのこ弁
１９４の上下に空気圧の差が生じ、容器１４の外部の空
気圧が容器１４内部の空気圧より高い値になると、きの
こ弁１９４が開弁し、大気が吸込まれ、流水弁１６の誤
った開弁が防止され、給水システムへの汚水の吸込みが
阻止される。

【００２７】本発明の別の特徴によれば、図５から最も
よく分かるように、ピストン１５２および鐘形弁１５１
との上向運動は、鐘形弁１５１のスカート２００によっ
て補助される。スカート２００は、シリンダ１００の下
端部１２８のところで吐出オリフィス１２９を部分的に
ふさいでいるので、容器１４から放出される加圧水によ
り液圧式に押上げられる。

【００２８】システム１０による洗い流しを起動するの
に用いられる噴出制御弁２２は、従来型式であり、たと
えばマンスフィールド配管製造会社（Ｍａｎｓｆｉｅｌ
ｄＰｌｕｍｂｉｎｇ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｐｅｒｒｙｓ
ｖｉｌｌｅ，Ｏｈｉｏ）製のモデル１９０−０押しボタ
ン弁である。制御弁２２は、管路１１６を介して流水弁
シリンダ１００の上端キャップ１１２と直接接続されて
いる。制御弁２２の開弁により、流水弁シリンダ１００
の上部チャンバ１７２内の圧縮空気と水とが放出され
る。この放出は、初めは上部チャンバ１７２内の空気の
膨張により、次いで弁の上下の圧力差によるピストン１
５２の上向運動により行なわれる。

【００２９】制御弁２２の出口は、管路１８２を介して
鐘形弁１５１のＯリング、すなわち出口シール１５８の
下方の個所でアキュムレータ容器１４に再び接続される
か、もしくは、便器への通気のために、タンク１２の内
部へ接続され、それにより流水弁１６の上部チャンバ１
７２から吐出される流体は、直接に便器へ流入する。

【００３０】図６に見られるように、変更された流水弁
組立体２０１は、本出願人のアメリカ合衆国特許４，２
３３，６９８に開示された型式の、以前の設計のフラッ
ショメータ・タンク（ｆｌｕｓｈｏｍｅｔｅｒ−ｔａｎ
ｋ）と一緒に使用するように設計されている。流水弁組
立体２０１は垂直の流水弁シリンダ２０２を有してい
る。シリンダ２０２は、その端部と端部との間に肩２０
４を有し、この肩２０４がブッシュ２０６上に座着して
いる。ブッシュ２０６は、アキュムレータ容器１４の開
口２１０にねじ込まれている外ねじ山付きの部分２０８
を有している。ブッシュ２０６は、ナットとブッシュと
を組合せた延長部２１２と結合されている。適当なガス
ケット２１４により、容器１４とブッシュ２０６との
間、及び容器１４と延長部２１２との間が、それぞれシ
ールされている。延長部２１２は下方へ延びて、便器２
１６と結合されている。

【００３１】使用時、システム圧力下の水が、水入口管
２６、管路３０、水及び空気吸込組立体１８を介してア
キュムレータ容器１４内へ供給される。水レベルが容器
１４内で上昇すると、容器１４内の空気は、空気圧が供
給水の圧力と等しくなるまで圧縮される。注意すべき点
は、洗い流しの直後に、流水弁１６のピストン１５２の
上下の空気圧がオリフィス１８０を通過する流量が制限
されるため、アンバランスになる点である。したがっ
て、鐘形弁１５１は、初めは弁座１５０に座着せず、容
器１４への初めの流入水量は便器内へ流下でき、便器内
での所望レベルが達成できる。次いで、ピストン１５２
の上下の空気圧差が除去され、ピストン１５２の鐘形弁
１５１のＯリング１５８が流水弁ばね１７０により予圧
を受け便座１５０に密着する。

【００３２】噴出制御装置２２が起動されると、ピスト
ン１５２の上部チャンバ１７２内の圧縮空気が大気中へ
逃がされ、ピストン１５２は、ピストン１５２の上下の
圧力差により、ばね１７０の予圧に抗して上昇すること
ができる。ピストン１５２と鐘形弁１５１とが上昇する
と、容器１４内に貯えられた水がシリンダ１００の開口
１３０，１３２を介して吐出され、鐘形弁１５１を流過
して便器に流入する。

【００３３】この操作段階で３つの協働現象が生じる。
すなわち、第１は、鐘形弁１５１を通過して流下する水
流がスカート２００に対して上向きの静水圧を作用さ
せ、この圧力が、ばね１７０の予圧に抗して働くことで
ある。第２は、アキュムレータ容器１４の１次タンク３
２内の空気が膨張するにつれて、その圧力が大気圧に近
づき、上昇したピストン１５２の上下での圧力差が減少
し、ピストン１５２がばね１７０の予圧により下降し、
ピストン上方のチャンバ１７２内の圧力が降下する現象
である。チャンバ１７２内の圧力が減少することによ
り、ピストン１５２とその鐘形弁１５１は吐出オリフィ
ス１２９を閉じるには至らず、“宙吊り状態”となる。
第３は、１次タンク３２内の水レベルが低下して、開口
１３０，１３２、更にピストン１５２のオリフィス１８
０を空気が流れるレベルとなることである。その場合に
は、ピストン１５２の上下での圧力差が解消されるの
で、流水弁のばね１７０はピストン１５２に予圧を与え
ることができるようになり、鐘形弁１５１が下降し、Ｏ
リング１５８が弁座１５０に密着し、便器への流入が終
る。注意すべき点は、前記の操作過程では１次タンク３
２内の水量のすべては必要ではないが、洗い流し作業の
終了は、ピストン１５２の上下での空気圧差が解消する
度合によって確実に制御され、他方、空気圧差の解消は
オリフィス１８０の横断面の面積により制御される点で
ある。鐘形弁１５１の閉弁速度はオリフィス１８０の寸
法の変更により制御できる。オリフィス１８０の面積が
大であれば、真空の解消が速くなり、弁１５１の閉弁速
度は速くなる。逆に、オリフィスの面積を小さくすれ
ば、閉弁速度は遅くなる。

【００３４】洗い流し作業の終了後、１次タンク３２へ
の水の補給は、給水システムから行なわれる。水は、入
口管２６と管路３０を通り、水及び空気吸込組立体１８
へ流入する。水が組立体１８の延長部７４を通過する
と、弁６４の上下での圧力差により、弁６４が、ばね１
６８の予圧に抗して移動し、開弁される。空気は水流中
に導入されて、１次タンク３２内の空気が補充される。
この補充は自己制御式に行なわれ、適量の空気がアキュ
ムレータ容器１４内へ導入され、空気の圧縮は弁６２の
閉弁により生ぜしめられる。

【００３５】以上の説明から、本発明の水洗システム
が、公知システムの改良により成立していることが分か
るであろう。その改良点は、（１）システムの水吐出ピ
ーク速度を最大限に高め、しかも水消費量を増加させな
い点、（２）流水弁の効率を高め、かつ製造費を引下げ
た点、（３）流水弁の閉弁を確実に制御可能にした点、
（４）空気補給システムを改善した点である。流水弁
（５）の閉弁運動は部分真空による抵抗を受ける。この
部分真空は、ピストン１５２上方のチャンバ１７２内に
ピストン１５２の初期下降運動により生じる。この部分
真空が続くのは、ピストン１５２内のオリフィス１８０
を通って十分な空気が、容器１４から上部チャンバ１７
２へ流入し、ピストン１５２の上下での圧力差が解消さ
れるまでである。

【００３６】各洗い流しサイクルでの空気損失と貯留水
内への空気の吸収のため、空気吸込システム１８が損失
空気の補充用に備えられている。空気吸込システム１８
は、復帰水流により生じる吸込力が容器１４内の逆圧よ
り大である場合にのみ、容器１４内へ空気を吸込む。

【００３７】以上、本発明の好適実施例を開示したが、
本発明は添付の特許請求の範囲の枠を逸脱することなし
に、種々の変更態様が可能であること言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による改良トイレットの加圧水洗流水式
洗浄システムの正面部分断面図である。

【図２】図１の矢印“２”の方向へ見た図である。

【図３】図２の３−３線に沿った断面図である。

【図４】図１の円“４”内の部分の拡大図である。

【図５】図１の円“５”内の部分の拡大図である。

【図６】流水弁組立体の変更態様を示した破断図。

【符号の説明】

１０ 加圧水洗トイレットの流水式洗浄システム １４ アキュムレータ容器 １６ 流水弁組立体 １８ 水入口・空気吸込組立体 ２０ ヴァキュームブレーカ ２２ 手動噴出制御弁 ２６ 水入口管 ３２ １次タンク ３３，３４ 補助タンク ３８ 空気吸込システム ６２ 空気吸込弁 １００ 流水弁シリンダ １３０，１３２ 開口 １５１ 鐘形弁 １５２ ピストン １７２ 上部チャンバ １７４ 下部チャンバ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加圧水洗トイレットの流水式洗浄システ
   ムにおいて、 圧力下の水および空気を貯蔵するアキュームレータ容器
   と、 該容器からの水出口と、 該水出口からの水の吐出を制御する流水弁組立体と、を
   有し、 該流水弁組立体が、前記容器の水出口上方に垂直に延び
   るシリンダであって、前記容器の水出口と流体を連通さ
   せる下端部を有するシリンダと、該シリンダ内に上下の
   チャンバを形成するピストンと、前記シリンダ内の上下
   チャンバ間に流体を連通させる前記ピストンのオリフィ
   スと、前記アキュームレータ容器内部と前記シリンダ内
   の下方チャンバとの間に流体を連通させる前記シリンダ
   内の開口と、前記水出口を閉じるため前記シリンダ下端
   を常時閉にし、かつまた前記水出口からの水の吐出を可
   能にするため前記ピストンの上向き運動を操作すること
   のできる、前記ピストンに設けられた弁と、を有してお
   り、そして、 前記流水式洗浄システムが、周囲空気と前記シリンダ内
   の上方のチャンバとの間に流体の連通を生じさせるよう
   に操作可能である常閉流水制御弁を有し、それによって
   前記制御弁の開放が前記ピストンの上下において流体の
   圧力差を生じさせ、それによりピストンを上昇させかつ
   前記ピストンに設けられた弁を開放させることを特徴と
   する加圧水洗トイレットの流水式洗浄システム。