JP4572641B2 - 流体噴出装置とそれを用いた衛生洗浄便座 - Google Patents

Description

本発明は、流体を噴出する流体噴出装置と、それを用いて便器を使用する人の局部に向けて洗浄水を噴出する衛生洗浄便座に関するものである。

従来、この種の流体噴出装置は、図１２に示すように、吐水口１が人体洗浄ノズル内にある軸２の周りに所定軌跡で移動するような構成からなり、３は人体洗浄ノズル、４は不動通水路、５は移動通水路、６は吐水口駆動モーター、７は洗浄面積可変手段である。そして、吐水口駆動モーター６より突出している回転シャフト８に、回転シャフト８と一体で、回転突出部９を設ける。回転突出部９は、移動通水路５と吐水口１で構成される。ここで、１０はシール部である。

上記構成において、吐水口駆動モーター６を駆動し、洗浄水を吐水することにより、移動通水路５を回転シャフト８の軸２の周りに回転させ、ひいては吐水口１を軸２の周りに回転させることができ、洗浄水を回転又は略回転させながら吐水することができる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−７９０７１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、回転した噴流で洗浄面積を可変しているので、面積を広げようとすると、中心部への吐出が少なくなり、中心部の洗浄力を低減させるという課題があった。また、中心部の洗浄力を高めるために洗浄面積を小さくすると、スポット的に当たるので痛さを感じることがあるとともに、全体が洗えず、洗浄感に不満が生じる洗浄となっていた。よって、限られた流量で、流量たっぷりの洗浄感と強い洗浄感の両立を実現することは困難となっていた。

本発明は、層状に粗密の水粒または水塊を形成する扇形状の薄膜流を膜面に対して垂直方向に揺動して噴出するノズル孔を備えた流体噴出装置とすることにより、流量たっぷりの洗浄感と強い洗浄感の両立を実現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、層状に粗密の水粒または水塊を形成する扇形状の薄膜流を膜面に対して垂直方向に揺動して噴出するノズル孔を備えたものである。

本発明の流体噴出装置は、層状に粗密の水粒または水塊を形成する扇形状の薄膜流を膜面に対して垂直方向に揺動して噴出するノズル孔を備えた構成とすることにより、ノズルから膜状に粗密の水粒または水塊を発生させ膜面垂直方向に揺動させることで、膜の幅で揺動させて広い面積を洗浄することができると共に、水粒または水塊にして噴流に粗密を生じさせることで、噴流の強さに強弱が発生し、強い洗浄感を際立たせ、強さと広範囲洗浄の両立を実現することができる。

第１の発明は、扇形状の薄膜流を吐出するノズル孔である吐出孔を備えた噴出ノズルと、前記噴出ノズルの上流側流路内に流速分布変動を発生させる流体変動手段を備え、前記流体変動手段は、前記流路内に気泡を混入する気泡混入手段であり、前記気泡混入手段で混入された気泡により前記吐出孔から層状の粗密水粒または粗密水塊による強弱噴流が形成されると共に、扇形状の薄膜流を膜面に対して垂直方向に揺動して噴出するものであり、前記噴出ノズルには、前記吐出孔の上流側の直前に球面状を有した直前流路が形成されており、前記吐出孔は前記直前流路の球面状の中央部にＶ字にカットされて形成され、前記直前流路内の水流は、前記吐出孔直前で前記直前流路の球面状壁面に沿って中央に向か
うように流れ、前記Ｖ字にカットされた吐出孔で流体バランスが層状に分配され扇形状の水流を噴出し、前記気泡混入手段は、エジェクタとし、前記エジェクタにより混入された空気は不均一な状態で水流に混入され、この不均一な混合流は前記直前流路の前記球面状の流路で流量バランスを崩し、気泡の混入具合によって、左右に噴出するようになり噴流が揺動する流体噴出装置とすることにより、ノズルから扇形状の幅広い粗密の水粒または水塊を揺動させながら発生させることができ、強い洗浄と広範囲洗浄の両立を実現すると共に、気泡混入によって噴流にメリハリのある粗密を実現することができるので、より強い洗浄感を際立たせることができる。

この場合、特に、流体変動手段は、気泡を混入する気泡混入手段であって、流体内に気泡混入して吐出孔から吐出される扇形状の薄膜流に層状の粗密水粒または粗密水塊による強弱噴流が形成されるだけではなく、気泡混入手段で混入された気泡により流速分布を変動させて噴流を揺動させることができるので、たとえばモーターやカム機構等により噴出ノズルを機械的に駆動して噴流を揺動させるような構成とは異なり、機械的な駆動部を用いない構成で吐出孔から吐出される扇形状の薄膜流を膜面に対して垂直方向に揺動できるので信頼性の高い流体噴出装置とすることができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の流体噴出装置を備えた衛生洗浄便座装置とする構成とし、層状の噴流がお尻の割れ目に沿うようにノズルから発生させることができ、広範囲の洗浄感と粗密による強い洗浄感の両立を実現することができる。

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を用いた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、フィルター１４と、遮断弁１５と、流量センサー１６と、入水温度センサー１７と、加熱手段１８と、出湯温度センサー１９と、流路切り替えと流量調節を兼用した切替調整弁２０と、これらを制御する制御手段２１と、噴出ノズルとしてのお尻洗浄ノズル２２と、噴出ノズルとしてのビデ洗浄ノズル２３を備えた構成とした。

そして、図２から図４に示すように、例えば、お尻洗浄ノズル２２の上流側には、流体変動手段としての気泡混入手段であるエジェクタ効果によって空気を吸入するエジェクタノズル２４と、吸入孔２５を噴出方向に対して左右にそれぞれ備えている。ここで、２６は吐出孔、２７は吐出孔直前流路、２８はエジェクタノズル２４の下流流路、２９はエジェクタノズル２４の上流流路、３０は噴流の水塊または水粒、３１は噴流の空気層、３２は気泡を示す。また、説明は割愛するが、ビデ洗浄ノズル２３においても同様の構成としている。

以上のように構成された衛生洗浄装置について、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、フィルター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、通水が開始される。そして、流量センサー１６と入水温度センサー１７と出湯温度センサー１９との情報により、加熱手段１８が瞬時に水を適温に加熱し、切替調整弁２０で設定されるノズル、例えばお尻洗浄ノズル２２に適切な温水を通水するものである。

この時、お尻ノズル２２内部の流路においては、エジェクタノズル２４によって流路面積が縮小されており、流速が速くなっている。その速い流速によって吸入孔２５から空気が混入され、混合流が吐出孔２６から噴出されるものである。

このような動作において、噴出される噴流について説明する。お尻洗浄ノズル２２は、図２と図３に示すような流路から構成され、扇形状の薄膜流を噴出するように設計されている。すなわち、吐出孔２６上流の直前流路２７は、吐出孔直前が球面状に形成され、吐出孔直前で水流は、流路の壁面に沿って中央に向かうように流れる。そして、その中央に向かった流れが、Ｖ字にカットされた吐出孔２６で流体バランスが層状に分配され、扇形状の水流を噴出することができるものである。

ここで、水流には、空気が混入されているので、吐出孔から噴出される扇形の水流は、図２に示すように水粒３０（または水塊）の部分と空気層３１の部分に層が分かれて、輪状の水粒を形成することができる。

また、上流側でエジェクタにより混入された空気は、エジェクタノズル２４の下流流路２８内では均等混合されず、不均一な状態で混入される。その不均一な混合流は、吐出孔直前の球面状の流路で流量バランスを崩すことになり、正面方向に吐出せず、気泡の混入具合によって、右に噴出したり、左に噴出したりするようになり、噴流を揺動させることができるのである。図４に揺動の様子を模式的に示す。噴流３３が、噴流３４、噴流３５へ揺動し、また噴流３４、噴流３３に戻るように繰り返し動作を行うものである。

特にエジェクタの吸入孔２５は、流路２８より小さい断面積として、小さな気泡が混入されるようにすることによって、混合流のバランスを崩すことができるのである。ここでは、お尻ノズル２２について説明したが、ビデ洗浄ノズル２３においても、寸法に差はあるが、同様の動作を行うものである。

次に、本流体噴出装置を衛生洗浄装置に用いた場合について説明する。図５に示すように、３６は便器、３７は便座、３８は人体、３９は衛生洗浄便座の本体部、４０は熱交換器などを備えた制御部である。図６に示すように、お尻洗浄の時、左右に揺動して満遍なく肛門周辺を洗浄することができるのである。

このような噴流によって、お尻洗浄は、吐出孔から吐出した層状の粗密水粒または粗密水塊を発生させ、さらにそれを揺動させることで、層状で前後に幅広い面積を洗浄することができると共に、左右にも洗浄することができるので、肛門全体を広い範囲で洗浄することができる。そして、水粒または水塊にして噴流に粗密を生じさせることで、噴流の強さに強弱が発生し、強い洗浄感を際立たせ、強さと広範囲洗浄の両立を実現することができるのである。

また、お尻の前後方向に扇形状が広がっているので、お尻の後ろ側から見た場合、図６に示すように、肛門４１を含むお尻の窪み部４２の周辺を揺動して噴流を当てることができる。前後方向には、扇形状に広がって広い範囲で噴流を当てることができるので、洗浄のボリューム感を感じることができ、多くの湯量で洗浄しているように感じることができるとともに、気泡混入により粗密の水粒または水塊を揺動させることができ、より強い洗浄感を得ることができるのである。

また、流体変動手段は、エジェクタ方式で空気を混入した方法で説明したが、図７に示すように、噴出ノズルの上流流側に備えた流体素子手段を用いても同様の効果が得られる。以下、その実施例について説明する。

図７と図８に示すように、噴出ノズルの上流側に流体素子としての絞り流路４３と、窪み部４４と、付着流路４５と、空気吸入孔４６を備えた構成とした。

このような構成において、流れは、絞り流路４３で流速を速め、窪み部４４の圧力が負圧になることで、一方の付着流路４５に付着して偏って流れることになる。そして、窪み部４４が負圧になることで、空気吸入孔４６から空気が混入され、負圧が解消される。そして、今度は他方の窪み部４４に負圧ができ、他方の付着面に付着して流れることになる。これらの動作を繰り返すことで、流路内の流速分布に変動が発生する。その結果、層状の噴流を噴出する吐出孔２６からは、吐出孔２６直前の球面状の流路で、不均一な状態で混入されため、流量バランスを崩すことになり、正面方向に吐出せず、気泡の混入具合によって、右に噴出したり、左に噴出したりするようになり、噴流を揺動させることができるのである。また、空気吸入孔４６からの気泡により、噴流に粗密を発生させることができ、輪状の粗密水粒を形成し、かつそれを左右に揺動させることができる。

このように、層状の噴流に気泡を混入して流速分布に変動を与えることですることで、輪状の粗密水粒を形成するとともに、噴流を左右に揺動させることができ、少ない流量で強い洗浄感とボリューム感のある洗浄感を両立させることができる。

なお、層面に垂直方向に揺動することで説明したが、面全体が揺動する場合や、面がねじれながら揺動する場合も含まれることを補足しておく。また、衛生洗浄便座について説明したが、食器洗浄装置や、自動車などの洗浄装置や、あるいは単なる噴水や散水機のような流体噴出装置でも用いても、層状の粗密水粒または水塊を揺動して発生させることができ、一方向に広がった強い噴流を広い範囲で吐出させることができる。

（参考の形態１）
図９は本発明の第１の参考の形態の流体噴出装置を用いた衛生洗浄便座のブロック図である。第１の実施の形態と異なる点は、流体変動手段としての気泡混入手段が、空気ポンプを用いて行う構成とした点である。ここで、４７は空気ポンプ、４８は流路を切り替える手段と流量を調整する手段を兼用した流量切替調整手段としての流量制御弁、４９は気泡の混入を制御する気泡混入制御弁である。

以下その動作、作用を説明する。

図１０は、空気ポンプ４７を動作させたときの流体と気泡の流れを模式的に図示したものである。空気ポンプ４７を動作させると流体としての水流５０の中に気泡５１が混入される。この空気の不均一性によって、流速が変動し、実施の形態１と同様に噴流が揺動するのである。この時の空気流量は、流体としての湯水の流量より少ない流量（例えば、１／２以下）とすることで、流路内に不均一性を持たせることができる。

そして、空気ポンプ４７の動作と気泡混入制御弁４９を利用して、気泡混入の周期を調整している。例えば、図１１に示すように、空気ポンプ４７の動作時に、気泡混入制御弁４９をオン／オフすることで、気泡混入のタイミングを強制的に間欠動作させる。その結果、気泡が混入されるタイミングを、長くしたり、短くしたりすることができ、揺動を発生する時間を変更することができる。

また、空気ポンプ４７を連続的にオン状態で、気泡混入制御弁４９をオン／オフ制御することで、蓄圧された状態から一気に水流に気泡を混入させることができ、素速い気泡の混入を実現することができるので、揺動の周期を速く切り替えることができる。

なお、気泡混入制御弁２１のオン／オフのタイミングをランダムにすることでも同様の効果が得られる。

（参考の形態２）
図１２は本発明の第２の参考の形態の流体噴出装置に用いる噴出ノズルの構成とブロック図である。第１の実施の形態と異なる点は、流体変動手段をノズル孔の上流側の複数流路に流入する流量を変動させる流量変動手段を備えた点である。そして、複数の流路への流量比は、ステッピングモータを使用した流量調整弁により行う構成とした。ここで、５２はステッピングモータ、５３は流量調整弁、５４ａ、５４ｂはノズル孔までの複数流路である。図１３には、噴出ノズルの正面断面図を示す。ここで、スリット２６は流路の流れ方向に対して平行に設けており、スリット（噴出孔）手前で複数に分岐していた流路が合流するようになっている。そして、噴出孔の噴出方向に対して左右両側に、複数流路（本参考の形態では２つであるので左右両側１経路ずつ）５４ａ、５４ｂが配設されている。

以下その動作、作用を説明する。

図１３に示すような複数の２つの流路５４に、それぞれ流量を分配して流すことで、吐出孔２６の直前の流速バランスがくずれ扇形状の噴流が層面（すなわちスリットの方向となる）に対して垂直方向に偏向する。流速の速い方が強く偏向するので傾くのである。よって、この原理を使用して２つの流路５４ａ、５４ｂへの流量比を時間的に変動させることで、噴流の噴出方向が変更される。

また、ステッピングモータ５２を用いて流量比を変更するので、図１４のように噴出方向も徐々に変化させることができる。図１４には上からノズル孔から噴出する噴流の方向とそのときの左右のそれぞれの経路の流量比を示す。ステッピングモータ５２によるスピード変化によって偏向の速度は調整することができ、人体の局部を洗浄するときに使用者各自の適した揺動速度を設定することができる。さらに、ステッピングモータ５２を用いているので、特定の流量比で固定させることも可能で、偏向角度を特定の角度で止めることもできるので、目的洗浄方向を定めて洗浄することも可能となる。

また、図１５に示すように３方向切替の電磁弁５５を用いて２つの流路を切り替えることで、同様に噴流を揺動させることができる。そして、電磁弁５５を用いることで、瞬時に流路を切り替えることができるので、図１６に示すように噴出方向を瞬時に変更させることができる。また、流量の有無で切り替わるので偏向角度を大きくすることができる。例えば、図１６の切り替わり周期を数Ｈｚ程度で行うことで、衛生洗浄装置として十分に洗浄可能となる。

このように、複数の流路への流量比や流量の有無を切り替えることで噴流の噴出方向を揺動させることができ、人体局部洗浄などの場合には、ほどよい刺激になって心地よい洗浄感を得ることができる。

なお、気泡を混入することを併用しても、同様の効果が得られるものである。そして、お尻洗浄で説明したが、ビデ洗浄の場合も同様の効果が得られるものである。

以上のように、本発明にかかる流体噴出装置は、層状に粗密の水粒または水塊を形成する噴流が、層面に対して垂直方向に揺動するノズル孔を備えた構成とすることにより、ノズルから層状に粗密の水粒または水塊を揺動させて発生させることで、層状で広い面積を洗浄することができると共に、水粒または水塊にして噴流に粗密を生じさせることで、噴
流の強さに強弱が発生し、強い洗浄感を際立たせ、強さと広範囲洗浄の両立を実現することができるので、衛生洗浄便座のほか、食器洗浄、車洗浄など、多様な洗浄用途への適用が可能で効果的な洗浄が可能となる。また、液体のみならず気体の噴出に適用してもよい。

本発明の実施形態１における流体噴出装置を用いた衛生洗浄装置のブロック図 同流体噴出装置のノズル部の側面断面図と噴流模式図 同流体噴出装置のノズル部の正面断面図 同流体噴出装置のノズル部の側面断面図と噴流模式図 同流体噴出装置を衛生洗浄装置に用いたおしり洗浄時の構成図 おしり洗浄時の噴流模式図 同流体噴出装置の他の実施例を示すノズル部の側面断面図と噴流模式図 同流体噴出装置のノズル部の正面断面図 本発明の参考の形態１における流体噴出装置を用いた衛生洗浄装置のブロック図 同流体噴出装置のノズル部の側面断面図 同流体噴出装置の動作タイミングチャート 本発明の参考の形態２における流体噴出装置を用いた衛生洗浄装置のブロック図 同流体噴出装置の正面断面図 同流体噴出装置の動作タイミング図 同流体噴出装置の他の実施例を用いた衛生洗浄装置のブロック図 同流体噴出装置の他の動作タイミング図 従来の流体噴出装置の断面図

２２ 噴出ノズルとしてのおしり洗浄ノズル
２３ 噴出ノズルとしてのビデ洗浄ノズル
２４ 流体変動手段としてのエジェクタノズル
２６ ノズル孔
３０ 水塊または水粒
４７ 気泡混入手段としての空気ポンプ
５２ ステッピングモータ
５４ａ、５４ｂ 複数流路
５５ 電磁弁

Claims (2)

1. 扇形状の薄膜流を吐出するノズル孔である吐出孔を備えた噴出ノズルと、
   前記噴出ノズルの上流側流路内に流速分布変動を発生させる流体変動手段を備え、
   前記流体変動手段は、前記流路内に気泡を混入する気泡混入手段であり、
   前記気泡混入手段で混入された気泡により
   前記吐出孔から層状の粗密水粒または粗密水塊による強弱噴流が形成されると共に、扇形状の薄膜流を膜面に対して垂直方向に揺動して噴出するものであり、
   前記噴出ノズルには、前記吐出孔の上流側の直前に球面状を有した直前流路が形成されており、
   前記吐出孔は前記直前流路の球面状の中央部にＶ字にカットされて形成され、
   前記直前流路内の水流は、前記吐出孔直前で前記直前流路の球面状壁面に沿って中央に向かうように流れ、前記Ｖ字にカットされた吐出孔で流体バランスが層状に分配され扇形状の水流を噴出し、
   前記気泡混入手段は、エジェクタとし、前記エジェクタにより混入された空気は不均一な状態で水流に混入され、この不均一な混合流は前記直前流路の前記球面状の流路で流量バランスを崩し、気泡の混入具合によって、左右に噴出するようになり噴流が揺動する流体噴出装置。
2. 請求項１に記載の流体噴出装置を備えた衛生洗浄便座。

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