JP4501477B2 - 流体噴出装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を噴出し、人体洗浄等を行う流体噴出装置に関するものである。

従来、この種の流体噴出装置は、図９に示すように、熱交換手段１の出口の出湯口２とノズル吐出手段３との間に、水の物理量変化手段としてのプランジャーポンプ４を備え、それを制御する通電制御手段５から構成されていた。そして、熱交換手段１に熱エネルギを供給する自己温度制御機能の加熱手段６と、検知手段７で使用者を検知し、使用者の洗浄行為より前にあらかじめ加熱を開始する通電制御手段８とからなっていた。ここで、熱交換手段１と入水口９の間にプレフィルタ１０があり異物などの侵入を防ぐ構成としている（例えば、特許文献１参照）。

上記構成において、プランジャーポンプ４の間歇動作によって流速の立上り時間を短くしてより強い加速度を得るようにしたものである。
特開２００１−２７９７８４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、プランジャーポンプ４の開閉動作で流速の立上りを短くするのであるが、立上った後の最高流速はポンプの開時の流速と同等で速い流速を得ることは困難であるという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギの大きな噴流を断続的に噴出することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の流体噴出装置は、上流から下流へ流体を流し上流方向への流れを遮断する逆止弁を有した蓄圧手段と、前記流体が流れる流路面積を変える流路面積可変手段と、前記流路面積可変手段と前記逆止弁との間に接続され加圧した気体を流体に混入させる空気ポンプと、前記空気ポンプの動作と前記流路面積可変手段の動作とを制御する連動制御手段と、前記空気ポンプにより気体を混入した流体を噴出するノズルとを備えたものである。

これにより、空気ポンプからの気体を液体に混入することによって、流路内の内圧を一時的に高めることで、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギの大きな噴流を断続的に噴出できる。

本発明の流体噴出装置は、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギの大きな噴流を断続的に噴出させることによって、快適な洗浄感を得ることができる。

第１の発明は、上流から下流へ流体を流し上流方向への流れを遮断する逆止弁を有した蓄圧手段と、前記流体が流れる流路面積を変える流路面積可変手段と、前記流路面積可変手段と前記逆止弁との間に接続され加圧した気体を流体に混入させる空気ポンプと、前記空気ポンプの動作と前記流路面積可変手段の動作とを制御する連動制御手段と、前記空気ポンプにより気体を混入した流体を噴出するノズルとを備えた構成とする。これにより、空気ポンプにより加圧された空気を流体に混入して流路面積可変手段を動作させると、一時的に流路面積が小さくなった際に蓄圧し、流路面積を大きくしたときに開放されるので、この時にノズルから高圧または大流量、高速噴流といった、エネルギの大きな噴流を噴出できる。空気ポンプにより加圧された空気を混入することで、流体のエネルギはより効率よく蓄圧増圧される。

また、第１の発明の流体噴出装置は、流路面積可変手段の上流に蓄圧手段を備え、前記蓄圧手段の逆止弁と流路面積可変手段との間に空気ポンプを設けた構成とすることにより、空気ポンプによって蓄圧手段内で蓄圧した流体に、加圧した空気を混入して流体の圧力をより高めることができ、流体の圧力蓄積がより効率よく行える。

第２の発明は、特に、第１の発明の連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積を脈動的に制御する構成とすることにより、蓄圧された圧力を、下流の流路へ脈動的に供給することができるので、ノズルからの噴流を脈動的に噴出することができ、強弱をなめらかに変化させた噴流とすることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積を断続的に開閉させるように制御する構成とすることにより、蓄圧された圧力を、下流の流路へ断続的に供給することができるので、ノズルからの噴流を断続的に噴出することができ、強弱を強調した噴流とすることができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積の開時間と閉時間の比を制御する構成としたことにより、比を制御することによって流量の制御が行える。

第５の発明は、特に、第４の発明の連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積の開時間と閉時間の比を制御して流量を調整する構成としたことにより、断続運転や脈動運転時でも、開閉の比を制御することによって流量の制御が行える。

第６の発明は、特に、第４の発明の連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積の開時間と閉時間の比を脈動的に制御する構成とすることにより、連続的に流量を変化させることができ、よりスムーズな変化がある噴流とすることができる。

第７の発明は、特に、第１の発明から第６の発明の連動制御手段を、空気ポンプの動作回数より流路面積可変手段の動作回数を少なくして制御することで、流路面積可変手段の動作回数を少なくして、より高い圧力に加圧することができる。

第８の発明は、特に、第１の発明から第６の発明の連動制御手段は、空気ポンプの動作時間より流路面積可変手段の動作時間を少なくして制御することで、流路面積可変手段の動作時間を少なくして、より高い圧力に加圧することができる。

第９の発明は、特に、第１の発明から第６の発明の連動制御手段は、空気ポンプの動作時に、流路面積可変手段の流路面積を小さく制御することで、空気ポンプによる加圧が促進され高い圧力とすることができる。

第１０の発明は、特に、第１の発明から第９の発明の流体噴出装置を備えた衛生洗浄装置は、流体噴出装置によりエネルギの大きい流体を噴出することができ、満足する洗浄感を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における流体噴出装置としての衛生洗浄装置のブロック図を示すものである。

図１において、流体としての水を供給する本管１１から分岐手段１２によって分岐された配管１３に、上流側から順に、フィルタ１４と、遮断弁１５と、流量センサ１６と、入水温度センサ１７と、加熱手段１８と、出湯温度センサ１９と、蓄圧手段２０と、気体混入手段としての空気ポンプ２１と、空気ポンプ２１からの空気を混入させる気体混入部２２と、流路面積可変手段としての開閉弁２３と、流量調節切替弁２４と、おしり洗浄ノズル２５と、ビデ洗浄ノズル２６を備えた構成とした。そして、上記部品を制御しつつ、空気ポンプ２１と開閉弁２３の動作が連動するように制御する連動制御手段２７を備えている。

以上のように構成された人体洗浄装置について、以下その動作、作用を説明する。まず、水は本管１１から供給され、フィルタ１４を介して遮断弁１５に流れこむ。そして、洗浄動作を開始する時に遮断弁１５が開き、加熱手段１８に水が通水され加熱が開始される。そして、加熱手段１８によって加熱された洗浄水が、流量調節切替弁２４によって流量調整されながら所定のノズル、例えばおしり洗浄ノズル２５から噴出されるものである。この時に、開閉弁２３は流路の流路面積を変化させながら開閉し、さらに空気ポンプ２１を動作させることで気体混入部２２から空気を送り込み、蓄圧手段２０内の圧力を高めてエネルギの大きな噴流をノズルから噴出させるようにしている。

また、図２は蓄圧手段２０の断面図を示している。ここで、図２（ａ）に示すように矢印方向にのみ洗浄水が流れるよう、入口側には逆止弁３１を設けている。また、図２（ｂ）に示すように蓄圧手段内側から逆止弁３１方向へは流れが遮断されるようになっている。さらに、上部には空気ポンプ２１からの空気を混入するための気体混入部２２から構成されおり、出口側は開閉弁２３へと繋がっている。また、蓄圧手段２０の材質は伸縮性・耐圧性があるシリコンチューブを用いている。開閉弁２３が閉じられている時には、逆止弁３１を設けているので空気ポンプ２１により空気を混入することで、蓄圧手段２０内の圧力を高めることができる。

また、開閉弁２３は、図３に示すように電磁式の遮断弁機構で、プランジャ２８と、弁座２９の間の隙間を変化させることで流路面積を変化するものである。そして、３０は入水口、３１は出水口、３２は電磁コイル部、３３はバネである。このような電磁式の弁を動作させるので、その応答性が速く、開閉を断続的に高速で行うことができる。図４にその動作のタイミングを示す。

図４〜図６には、上段に制御弁２２の弁動作、下段にはポンプ２０の加圧動作のタイミングチャートを示す。図４に示すように、開閉弁２３を閉じるタイミングで空気ポンプ２１が動作するように連動制御手段２７が連動動作させることにより、蓄圧手段２０には逆止弁３１を接続しているため、蓄圧手段２０内の内圧をより高圧にすることができる。そして、開閉弁２３が閉じている時には、空気ポンプ２１により蓄圧手段２０内に圧力が蓄圧される。そして、開閉弁２３が開いたときに、蓄圧された圧力が放出されるので、ノズルからは強い噴流が放出される。

図４は空気ポンプ２１の加圧タイミングと開閉弁２３の開閉タイミングを同じにしているが、図５に示すように、空気ポンプ２１での加圧回数より、開閉弁２３の開閉回数を少なくすることにより、蓄圧される圧力をより強くすることも可能である。すなわち、加圧中は蓄圧手段２０が閉塞されているので、蓄圧手段２０内の圧力はより高圧に上昇するのである。そして、開閉弁２３を開けて圧力を放出することで強い噴流圧力を得るものである。また、加圧回数や開閉動作の回数で説明しているが、加圧時間や開閉時間の関係でも同じであり、加圧時間より開閉弁の開時間が短いように連動動作させることで蓄圧手段２０内の圧力を高めることができる。

また、図６に示すように開閉弁２３の開時間と閉時間の比を変化させることによって、開時間が制限され、流体である水の流れる量が決められる。すなわち、開閉弁２３の開時間が多い時は、流量が多く流れ、開時間が少ない時は流量も少なくなる。この原理を利用して、開閉のデューティを制御することによって流量を調整することが可能である。図１の構成では、流量調整は流量調整切替弁２４で行っていたが、間歇的に流量が流れることになるので流量を計測することは非常に困難となる。そこで、開閉弁２３の開閉時間の制御によって流量調整を行うことができるので、流量調整切替弁２４は流路の切替のみの動作で良くなり、応答を速く行うことができるとともに、湯水の温度調整などもデューティを変化することで的確に行うことができるのである。

このように、空気ポンプ２１と開閉弁２３の動作を関連付けて連動させることにより、蓄圧手段２０内の圧力を高めることができる。そして、その高い圧力を洗浄ノズルから放出することで非常に強い噴流を吐出することができ、洗浄効果を大幅に向上することができる。さらに、人体を洗浄する際には、気体混入によって洗浄力の強さとともに洗浄感をも向上させることができて、使用者の満足感を充実させることができる。

なお、蓄圧手段２０に逆止弁３１を設けている例を説明したが、逆止弁３１の代わりに流路面積可変手段に用いているような開閉弁を用いても、空気ポンプ２０により圧力を加える時には、開閉弁を閉じるように制御することで、蓄圧手段２０内の圧力を高めるという同様の効果が期待できるなら何ら問題ない。

また、蓄圧手段２０の材質として、伸縮性・耐圧性があるシリコンチューブを用いた例を示したが、材質は伸縮性がないような剛体を用いても、その他どのようなものを用いても、蓄圧手段２０内の圧力を高めることが可能であれば、何ら問題ない。

また、空気ポンプ２１と開閉弁２３の動作を連動させるには、同期をとる必要があるが、非同期で動作させる場合でも同様の効果を得ることは可能である。さらに、本発明である高い圧力が得られる動作と、従来の蓄圧手段２０や開閉弁２３を用いない動作との組み合わせによって、いろいろな噴流形態を実現することは、周知のところであることを付記しておく。

また、本実施の形態では、空気ポンプ２１を開閉弁２３上流に用いた例を示したが、開閉弁２３下流に設けることによっても、開閉弁２３を開いた時に空気ポンプ２１を動作させることで空気ポンプ２１による加圧された空気の混入により流体を加速させることができて、ノズルから噴出する際には大きいエネルギを持った流体を得ることができる。

なお、本実施の形態では、加圧した空気を流体に混入する空気混入手段とし空気ポンプ２１を用いたが、酸素ボンベのようなものを用いて、加圧気体を流路へ混入させて流体のエネルギを増加させるようにしてもよい。

（実施の形態２）
図７は本発明の第２の実施の形態の流体噴出装置に用いる流路面積可変手段の構成図である。第１の実施の形態と同様の符号を付したものは同様の動作、作用するもので説明は省略する。第１の実施の形態と異なる点は、流路面積可変手段が開閉弁のように断続的な動きをするものではなく、図７にあるように弁軸３３に設けた開口部３４、３５と、ケーシング３６に備えた入水口３７と出水口３８が重なる面積によって、流路面積を変更する構成とした点である。ここで、３９はモータである。

以下その動作、作用を説明する。モータ３９が回転することにより、開口部３４と入水口３７が徐々に重なり合い流路面積が増加していく。その後、最も重なり合ったタイミングから再び重なり面積が減少し、最後は重なりが最も少なくなる。このような動作を繰り返すことによって、蓄圧手段内の水圧は図８に示すように脈動的に変化する。その結果、連続的に流量を変化させることができ、よりスムーズな変化がある噴流とすることができる。よって、人体洗浄に用いた場合、柔らかな強さが得られる洗浄感とすることができる。

また、空気ポンプと連動させることで、蓄圧手段内の圧力が上昇し強い洗浄を得ることができることは、実施の形態１で説明した通りである。

なお、モータによる構成で説明したが、電磁式においてもバネなどの調整によってゆっくりと流路面積を変化させることで同様の脈動的な動作を得ることができる。また、モータの回転数の変化により、流量制御を行うことや、開時間と閉時間のデューティを変えることは、実施の形態１と同様に得ることができる。

以上のように、本発明にかかる流体噴出装置は、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギの大きな噴流を断続的に噴出でき、様々な噴流パターンを実現できるので、流体を噴出させるシャワー装置、噴水等の用途にも適用できる。

本発明の実施形態１における流体噴出装置のブロック図 同流体噴出装置の蓄圧手段の断面図 同流体噴出装置の流路面積可変手段の断面図 同流体噴出装置の動作を説明するタイミングチャート 同流体噴出装置の動作を説明するタイミングチャート 同流体噴出装置の動作を説明するタイミングチャート 本発明の実施の形態２におけるの流体噴出装置の流路面積可変手段の断面図 同流体噴出装置の動作を説明するタイミングチャート 従来の流体噴出装置のブロック図

符号の説明

２０ 蓄圧手段
２１ 空気ポンプ（気体混入手段）
２３ 開閉弁（流路面積可変手段）
２５ おしり洗ノズル（ノズル）
２６ ビデ洗浄ノズル（ノズル）
２７ 連動制御手段

Claims (10)

1. 上流から下流へ流体を流し上流方向への流れを遮断する逆止弁を有した蓄圧手段と、前記流体が流れる流路面積を変える流路面積可変手段と、前記流路面積可変手段と前記逆止弁との間に接続され加圧した気体を流体に混入させる空気ポンプと、前記空気ポンプの動作と前記流路面積可変手段の動作とを制御する連動制御手段と、前記空気ポンプにより気体を混入した流体を噴出するノズルとを備えた流体噴出装置。
2. 連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積を脈動的に制御する請求項１記載の流体噴出装置。
3. 連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積を断続的に開閉させるように制御する請求項１記載の流体噴出装置。
4. 連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積の開時間と閉時間の比を制御する請求項３記載の流体噴出装置。
5. 連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積の開時間と閉時間の比を制御して流量を調整する請求項４記載の流体噴出装置。
6. 連動制御手段は、流路面積可変手段の流路面積の開時間と閉時間の比を脈動的に制御する請求項４記載の流体噴出装置。
7. 連動制御手段は、空気ポンプの動作回数より流路面積可変手段の動作回数を少なくして制御する請求項１から６のいずれか１項記載の流体噴出装置。
8. 連動制御手段は、空気ポンプの動作時間より流路面積可変手段の動作時間を少なくして制御する請求項１から６のいずれか１項記載の流体噴出装置。
9. 連動制御手段は、空気ポンプの作動時に、流路面積可変手段の流路面積を小さく制御する請求項１から６のいずれか１項記載の流体噴出装置。
10. 請求項１から９のいずれか１項記載の流体噴出装置を備えた衛生洗浄装置。

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