JP4682523B2 - 流体噴出装置 - Google Patents

Description

本発明は、冷水を温水に加熱する熱交換器を備えて人体などを洗浄する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８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８から構成されていた。そして、熱交換手段１に熱エネルギーを供給する自己温度制御機能をもつ加熱手段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ー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の間欠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くて強い噴流を得ることは困難であるという課題があった。

本発明は、ポンプ下流の流路面積を変える流路面積可変手段により、ポンプで加圧された流体を流路面積可変手段の上流側で一時的に蓄圧し、そして開放することにより、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギー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流路内の流体を加圧搬送するポンプと、前記ポンプの下流に設けられ流路の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の下流側に設けられ前記流体を噴出するノズルと、前記ポンプと前記流路面積可変手段との間に設けられた蓄圧手段と、前記流路面積可変手段の動作と前記ポンプの動作が連動するように制御する連動制御手段を備えたものである。この構成により、ポンプ下流の流路面積を変える流路面積可変手段により、ポンプで加圧された流体を流路面積可変手段の上流側で一時的に蓄圧し、そして開放することにより、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギーの大きな噴流を断続的に噴出する。

本発明の流体噴出装置は、ポンプ下流の流路面積を変える流路面積可変手段により、ポンプで加圧された流体を流路面積可変手段の上流側で一時的に蓄圧し、そして開放することにより、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギーの大きな噴流を断続的に噴出することができる。

第１の発明は、流路内の流体を加圧搬送するポンプと、前記ポンプの下流に設けられ流路の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の下流側に設けられ前記流体を噴出するノズルと、前記ポンプと前記流路面積可変手段との間に設けられた蓄圧手段と、前記流路面積可変手段の動作と前記ポンプの動作が連動するように制御する連動制御手段を備え、前記連動制御手段は、単位時間当たりの前記ポンプの加圧回数より前記流路面積可変手段の開閉回数のほうが少なくなるように制御し、かつ単位時間当たりの前記ポンプの加圧時間より前記流路面積可変手段の開時間のほうが短くなるように制御する構成としたものである。連動制御手段はポンプと流路面積可変手段の動作を連動制御するもので、ポンプで加圧された流体を流路面積可変手段の上流側で一時的に蓄圧し開放することで、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギーの大きな噴流を断続的に噴出できる。この場合、連動制御手段は、単位時間当たりの前記ポンプの加圧回数より前記流路面積可変手段の開閉回数のほうが少なくなるように制御し、かつ単位時間当たりの前記ポンプの加圧時間より前記流路面積可変手段の開時間のほうが短くなるように制御する構成によって、蓄圧手段に蓄圧される圧力をより高圧に高められることにより、さらに高
い圧力に加圧することができ、ノズルからさらに高圧または大流量、高速噴流など、エネルギーの大きな噴流を断続的に噴出できる。

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人体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（流路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、加圧ポンプ２０と、蓄圧手段としての収縮ホース２１と、流路面積可変手段としての開閉弁２２と、流量調節切替弁２３と、おしり洗浄ノズル２４と、ビデ洗浄ノズル２５を備えた構成とした。そして、上記部品を制御しつつ、加圧ポンプ２０と開閉弁２２の動作が連動するように電気信号で制御する連動制御手段２６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、加熱手段１８に水が通水され加熱が開始される。そして、その下流に接続された加圧ポンプ２０によって加圧搬送された温水が、流量調節切替弁２３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２４から噴出されるものである。ここで、開閉弁２２は、図２に示すように電磁式の遮断弁機構で、プランジャ２７と、弁座２８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、図２中の２９は入水口、３０は出水口、３１は電磁コイル部、３２はバネである。

このような動作において、流路内の水圧は、開閉弁２２が流路の流路面積変化させながら開閉することで、更に高圧になるのである。そして、ノズルから強い噴流が噴出できるようにしている。さらに、このような電磁式の弁が動作させているので、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３にその動作のタイミングを示す。

図３〜図５には、上段に開閉弁２２の弁動作、下段には加圧ポンプ２０の加圧動作のタイミングを示す。図３に示すように、開閉弁２２の弁を閉じるタイミングでポンプ２０が加圧するように連動制御手段２６が連動動作させることにより、流路内の内圧がポンプの加圧以上に上昇する。そして、ポンプ２０と開閉弁２２の間には蓄圧手段としての収縮ホース２１を接続しているため、開閉弁２２が閉じている時には、ポンプ２０で加圧された圧力は、収縮ホース２１に蓄圧される。そして、開閉弁２２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。特に低水圧地域で使用する場合においても、強い噴流が得られるのであるが、本管の水圧に関係なく、強い噴流が得
られる効果がある。

図３は加圧ポンプ２０の加圧タイミングと開閉弁２２の開閉タイミングを同じにしているが、図４に別の加圧ポンプ２０と開閉弁２２のタイミングを示すように、加圧ポンプ２０の加圧回数より、開閉弁２２の開閉回数を少なくすることにより、収縮ホース２１に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、ポンプ２０の加圧中に開閉弁２２により流路が閉塞されているので、流路内の圧力は配管内、または収縮ホース２１に蓄圧され高圧に上昇するのである。そして、開閉弁２２が開いた時に圧力を放出することで、おしり洗浄ノズル２４やビデ洗浄ノズル２５から噴出した際に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、ポンプ２０の加圧時間より開閉弁２２の開時間が短いように連動動作させることで流路内の圧力を高めることができる。

また、図５にさらに別の加圧ポンプ２０と開閉弁２２のタイミングを示すように、加圧ポンプ２０の加圧タイミングと合わせながらも開閉弁２２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。断続の周期は一定でも開閉弁２２の開閉比の変化で流量を制御調整することができるので、刺激感覚は同じで、流量が異なる洗浄感のみを変えることができる。

例えば、人体洗浄装置として人体の局部、例えば肛門を洗浄する衛生洗浄便座の洗浄装置に用いれば、おしり洗浄ノズル２４から噴出する水流により断続的に局部に刺激を与えることで便意を促進することができ、開閉弁２２の開閉の比を変えることで、流量を絞って節水することができる。排便後は、開閉比を変えて流量を増加し洗浄の効果を高めるという動作も可能である。また、逆に流量を一定にして断続周期を変えて刺激が使用者の感覚とマッチするようなところを探るような動作も可能で、流量を一定にすることで、加熱手段の温度コントロールが安定して行え、安定した湯温で洗浄することができる。

図１の構成では、流量調整は流量調整切替弁２３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２３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、加圧ポンプ２０と開閉弁２２の動作を関連付けて連動させることにより、流路内の圧力を蓄圧手段である収縮ホース２１に蓄え大幅に高めることができる。そして、その高い圧力をおしり洗浄ノズル２４、ビデ洗浄ノズル２５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、その強い洗浄感が使用者の満足感を充実させることができる。

なお、蓄圧手段は収縮ホース２１で説明したが、収縮性の少ないホースや配管でも、同様の効果は期待できる。また、加圧ポンプ２０と開閉弁２２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、本発明の高い圧力が得られる動作と、従来の開閉弁や蓄圧手段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。そして、人体洗浄装置だけでなく自動車などその他の洗浄装置や、単なる噴水や散水機のような流体噴流装置でも用いても、低水圧地域でも強い噴流を得ることができる効果がある。

（実施の形態２）
図６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。実施の形態１と同じ符号を付したものは説明を省略する。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６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が重なる面積が変化すること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、配管内の水圧は、図７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、ノズルから放出される噴流に柔かな強さの変化が得られる洗浄感とすることができる。例えば、シャワーなどに用いた場合、その刺激変化の間隔はソフトに感じられるので、ゆったりとしたリラックス感を体感することができる。

また、加圧ポンプと連動させることで、配管内の圧力が上昇し強い洗浄を得ることができることは、第１の形態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や電磁力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、第１の形態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、流路面積可変手段の動作とポンプの動作が連動するように制御する連動制御手段を備えたので、ポンプで加圧された流体を流路面積可変手段の上流側で一時的に蓄圧し開放することで、ノズルから高圧または大流量、高速噴流など、エネルギーの大きな噴流を断続的に噴出できる。よって、人体洗浄装置だけでなく自動車などその他の洗浄装置や、単なる噴水や散水機のような流体噴流装置などに適用することも可能で、低水圧地域でも強い噴流を得ることができる効果がある。

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

１３ 流路
２０ 加圧ポンプ（ポンプ）
２１ 収縮ホース（蓄圧手段）
２２ 開閉弁（流路面積可変手段）
２４ おしり洗浄ノズル（ノズル）
２５ ビデ洗浄ノズル（ノズル）
２６ 連動制御手段

Claims (1)

1. 流路内の流体を加圧搬送するポンプと、
   前記ポンプの下流に設けられ流路の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の下流側に設けられ前記流体を噴出するノズルと、
   前記ポンプと前記流路面積可変手段との間に設けられた蓄圧手段と、
   前記流路面積可変手段の動作と前記ポンプの動作が連動するように制御する連動制御手段を備え、
   前記連動制御手段は、単位時間当たりの前記ポンプの加圧回数より前記流路面積可変手段の開閉回数のほうが少なくなるように制御し、かつ単位時間当たりの前記ポンプの加圧時間より前記流路面積可変手段の開時間のほうが短くなるように制御する流体噴出装置。

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