JP4848579B2

JP4848579B2 - 人体洗浄装置

Info

Publication number: JP4848579B2
Application number: JP2000210755A
Authority: JP
Inventors: 英樹大野; 英穂篠田; 良一古閑; 真一丸山; 聡川本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2020-07-12
Also published as: JP2002021155A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばシャワーや温水洗浄便座等の特に人体の洗浄を行う人体洗浄装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の人体洗浄装置としては、例えば、特開平５−３３３７７号公報に記載されるようなものがあった。図９は洗浄水の供給系を示す概略図である。図９において、１はポンプで、ポンプ１の上流側には給水配管２が接続され、下流側には空気混入部３が接続されている。空気混入部３にはコンプレッサー５が接続されており、内部にセラミックを素材とした円筒状の吸引ヘッド４が設けてある。また、空気混入部３の下流側には熱交換器６およびノズル装置７が設けてある。この構成により、給水配管から供給された洗浄水はポンプ１によって加圧され空気混入部３へと至る。空気混入部３ではコンプレッサー５から供給された空気が、吸引ヘッド４により微細化されて洗浄水中に流入する。さらに空気混入部３を経た洗浄水は熱交換器６へと至り、ここで適温にまで加熱された後、ノズル装置７より噴出される。このことにより、ノズル装置７から噴出される洗浄水は気泡を含み、やわらかな体感が得られるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の構成では、空気の混入を熱交換器よりもさらに上流で行っており、また吸引ヘッドを介して微細化された空気が洗浄水中に混入されるため、洗浄水中には混入当初細かな気泡が含まれるが、その一部は流路内において複数の気泡が一体となり、また流路の様々な凹凸により再度微細化されたりという現象を繰り返し、結果的に径の大きな気泡や微細な気泡が洗浄水中に不規則に入り乱れてノズル装置７に至る。その結果、噴流はしぶき状の不規則な断続流としてノズル装置７から噴出され、洗浄音や使用者の体感において不快なものとなる。また、大きな径の気泡は体積の圧縮率も高いため、噴出時に一気に膨張し、洗浄水を広い範囲に拡散させてしまい、噴流のもつ運動エネルギーが広範囲に分散されてしまうため、ロスが大きく、また使用者にとって不快な洗浄水の飛び散りにもつながる。また、仮に微細なままノズル装置７までたどり着いたとしても、そこから噴出される噴流は、微細な気泡を含んだやわらかな連続流となってしまい、洗浄水量を多くすれば非常に体感に優れた噴流が得られるが、気泡を含まない噴流と比較して洗浄水量を低減するといった効果は得られない。
【０００４】
そのため、大量の気泡を混入することによる節水効果はもとより、節電のために瞬間型の熱交換器を採用すると、特に水温の低下する厳寒期にはその沸かし上げ能力の不足が生じることで洗浄水量が不足し、洗浄力、洗浄水の体感強さに不満がでるなどの不具合点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、水源から供給される洗浄水の流量調節を行う流量調節手段と、前記洗浄水を加熱する加熱手段と、温水管を介して前記加熱手段と接続される洗浄水噴出手段と、前記洗浄水噴出手段に設けられ一端を前記温水管に接続され他端を噴出流路に接続された内部流路と、前記加熱手段から供給される洗浄水を前記噴出流路から各々独立した略球状の水塊として連続的に噴出せしめる水塊噴出手段と、前記加熱手段と前記洗浄水噴出手段とを接続する前記温水管に接続される気体混入部と、制御器とを備え、前記水塊噴出手段は、前記気体混入部において洗浄水中に気体を強制的に混入可能であるとともに、少なくとも前記噴出流路内における気液の混合状態が均一なスラグ流を形成可能な気体供給手段とし、前記気体供給手段は、ポンプモータの回転数に連動して気体の供給圧力に周期的かつ少なくとも微少な脈動を与えうるエアポンプとし、前記制御器は、前記流量調節手段によって調節される洗浄流量に応じて前記気体供給手段を制御し、気体の供給圧力の脈動周期および混入する気体の量を可変する構成としたものである。
【０００６】
上記発明によれば、同一流量における連続流の場合と比較して使用者の体感する洗浄強さおよび汚れに対する洗浄力が大幅に向上するため、使用する水量を大幅に低減しても洗浄体感および洗浄力に優れた洗浄が実現可能で、大きな節水効果が得られる。また、これに付随して瞬間型の熱交換器でも沸き上げ可能な水量での洗浄が成立し、その結果、装置の大幅な省エネが実現できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる人体洗浄装置は、水源から供給される洗浄水の流量調節を行う流量調節手段と、前記洗浄水を加熱する加熱手段と、温水管を介して前記加熱手段と接続される洗浄水噴出手段と、前記洗浄水噴出手段に設けられ一端を前記温水管に接続され他端を噴出流路に接続された内部流路と、前記加熱手段から供給される洗浄水を前記噴出流路から各々独立した略球状の水塊として連続的に噴出せしめる水塊噴出手段と、前記加熱手段と前記洗浄水噴出手段とを接続する前記温水管に接続される気体混入部と、制御器とを備え、前記水塊噴出手段は、前記気体混入部において洗浄水中に気体を強制的に混入可能であるとともに、少なくとも前記噴出流路内における気液の混合状態が均一なスラグ流を形成可能な気体供給手段とし、前記気体供給手段は、ポンプモータの回転数に連動して気体の供給圧力に周期的かつ少なくとも微少な脈動を与えうるエアポンプとし、前記制御器は、前記流量調節手段によって調節される洗浄流量に応じて前記気体供給手段を制御し、気体の供給圧力の脈動周期および混入する気体の量を可変する構成としたものである。
【０００８】
そして、水塊噴出手段が、洗浄水を連続流ではなく、独立した略球状の水塊の状態にするとともに連続して噴出するので、洗浄噴流が人体に与える刺激感が増し、快適な人体洗浄が実現できる。
【０００９】
また、気体供給手段が噴出流路内における気液の混合状態を均一なスラグ流とするので、噴出流路内では洗浄水中に栓状の大気泡（以下気栓と記す）が形成され、この洗浄水と気栓が交互に流れるといった様相を呈する。そのため、当然のことながら噴出流路からは水塊と気栓が交互に噴出され、噴出される水塊は表面張力の作用により個々が独立した略球状の水塊となり、噴流の刺激感、洗浄力が向上する。また、洗浄水中に気体を強制的に混入すると、流路を流れる流体の体積が増大し、それに伴い流速を増大させることができるとともに、流路内において圧縮されていた気栓は噴出直後、大気開放状態となることで一気に膨張し、水塊を進行方向に加速するという作用を有するため、体感および洗浄力、節水性に優れた人体洗浄装置が実現できる。
【００１０】
また、気体供給手段が気体を強制的に混入する際にその供給圧力を周期的に脈動させるので、洗浄水中に含まれる気栓の形成周期が一定になり、結果として噴出流路から噴出される水塊の大きさを均一にできるとともに、水塊噴出の周期もほぼ一定になるため、使用者の感じる体感を大きく向上できる。
【００１１】
そして、気体供給手段が混入する気体の脈動周期および量を可変することで、単位時間あたりに噴出される水塊の数を可変できるとともに、洗浄水と気体の混入バランスを常に最適にすることが可能となり、また、体感上の強さを可変することが可能となるため、使用者の好みに応じた快適な洗浄が実現できる。
【００１２】
本発明の請求項２にかかる人体洗浄装置は、請求項１に記載の人体洗浄装置の構成に加え、気体供給手段から供給される気体の流量Ｑｇと洗浄水流量Ｑｗの関係は０．８≦（Ｑｇ／Ｑｗ）≦１．３とし、望ましくは（Ｑｇ／Ｑｗ）≒１．２としたものである。
【００１３】
そして、気体供給手段が強制的に混入する気体の流量を洗浄水流量とほぼ等量に調節するので、流路内において洗浄水と気栓をほぼ同体積ずつ交互に流すことができ、スラグ流の均一性が常に保たれるとともに、噴出される水塊も均一になり、洗浄時の快適性が増す。また、このスラグ流の均一化を図る際、気体は圧縮性を有するため、水の約１．２倍程度の混入量としておくことで、さらに均一性を保つことができるが、１．３倍を越えると、流路の圧力損失が増大することに相まって気栓の圧縮率が極度に高くなるため、噴出時の気栓の膨張が激しさを増し、水塊を破壊してしまいかねない。
【００１４】
本発明の請求項３にかかる人体洗浄装置は、請求項１または２に記載の人体洗浄装置の構成に加え、気体供給手段が接続される気体混入部の下流側において、温水管から内部流路および噴出流路に至る流路断面形状を略円形に構成するとともに、前記温水管から前記内部流路に至る流路断面積をほぼ一定もしくは徐変する構成としたものである。
【００１５】
そして、流路断面が略円形であるので、流路内面における表面張力が効果的に作用し、洗浄水と気体が流路内で各々独立した状態になりやすく、また流路断面積をほぼ一定もしくは徐変する構成とすることで、流路内の流れが非常に円滑なものとなり、独立した気体の固まりが渦の発生等によって細かく分断されることが回避できるため、より一様なスラグ流を噴出することが可能となり、結果として均一な略球状の水塊となった洗浄水を噴出することが可能となり、使用時の快適性が向上する。
【００１６】
本発明の請求項４にかかる人体洗浄装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の人体洗浄装置の構成に加え、噴出流路を略円筒形状に構成するとともに、温水管から内部流路および前記噴出流路に至る流路において、前記噴出流路の断面積を最も小さく構成し、前記内部流路と前記噴出流路の接合部分の流路断面積を徐変する徐変部分を備えて構成するものである。
【００１７】
そして、噴出流路を深さ方向に所定の距離を有した略円筒形状に構成したので、流路内を流れてきた洗浄水が噴出後、より略球状に形成されやすくなり、また、内部流路と噴出流路の接合部分に断面積を徐変する徐変部分を設けたので、断面積の大きい内部流路から小さい噴出流路へスラグ流が流れ込む際にも渦の発生等による気栓の分断を防止でき、均一な略球状の水塊を噴出することが可能となる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図１〜図８を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は本発明の実施例における人体洗浄装置の概観を示すものである。図１において、人体洗浄装置としての温水洗浄便座は便器８上に設置され、温水洗浄便座本体９、便蓋１０、使用者が座るための便座１１等から構成されており、また水道から洗浄水の供給を受けるための給水配管（図示せず）および壁面のコンセントから電源供給を受けるための電気ケーブル１２が備えてある。また、温水洗浄便座内部には使用者が肛門の洗浄を行うためのおしり洗浄機能、小用後の女性局部を洗浄するビデ洗浄機能、洗浄後の人体局部を乾燥するための乾燥機能、寒冷時にトイレ空間を暖房する部屋暖房機能等を備えており、各々の操作は壁面に取り付けたリモートコントローラ１３（以下、リモコンと略す）によってなされる。また、便座１１には使用者の存在を検知する検知手段としての着座スイッチ１４が備えてある。なお、この着座スイッチ１４は、本実施例では便座の下向きの変位を検知する機械的なスイッチを便座のヒンジ部に設け、使用者が便座に座って装置を使用としている状態もしくは便座から立ち上がり、装置の使用を終了したことを検知可能な構成としたが、方式としては便座の静電容量を検知する方式や、さらには赤外線や超音波等を用いて使用者の便座への着座を検知する、もしくはトイレルームに入室、退室したことを検知する方式、さらには例えばトイレの照明に連動して使用者の存在を検知する方式等でも検知手段としての応用が可能である。
【００２０】
次に図２はリモコン１３の概観を示すものである。図２においてリモコン１３には使用者が洗浄の開始を入力可能なおしりスイッチ１５、第２のおしりスイッチ１６、女性が小用後や生理時に主に用いるビデスイッチ１７、洗浄の停止を入力する停止スイッチ１８、さらには乾燥機能や脱臭機能の入り切りを行う乾燥スイッチ１９や脱臭スイッチ２０、また、それぞれの機能のレベルあわせを行うためのレベルスイッチ２１等を設けてある。そして使用者が行う操作信号は赤外線信号によって温水洗浄便座本体へと送られ、無線で本体の操作が可能な構成となっている。
【００２１】
図３は本実施例における人体洗浄装置の水回路を表すブロック図である。図３において、まず、水源である水道配管２２からの分岐流れを温水洗浄便座本体９内へと接続する接続管２３は、給水管２４に接続される。この給水管２４には流量調節手段としての電磁弁２５および減圧弁２６、圧力過昇による水回路の破損を防止するリリーフ弁２７等の様々な機能部品が設けてあり、さらに入水温度を検知する入水サーミスタ２８および洗浄水の流量を計測する流量センサー２９を経て、加熱手段としての熱交換器３０へと接続される。
【００２２】
熱交換器３０は板状のセラミックヒータ３１とその両面に設けた蛇行する加熱流路３２から構成されており、熱交入口３３に供給された常温の洗浄水は、この蛇行する加熱流路３２を流れながらセラミックヒータ３１から熱を受け取り、熱交出口３４に至るまでの間に適温に加熱される仕組みである。そのため、必要に応じて適温の温水を供給可能で、使用時に備えて温水を保温貯溜しておく必要性がないため、非常に省エネ性に優れ、また連続して加熱可能であるため、長時間の使用や複数の使用者による連続使用の際にも湯切れの心配がなく、非常に使い勝手のよい温水供給手段となっている。
【００２３】
なお本実施例においては、ヒータは熱密度に優れた板状のセラミックヒータを用いたが、シーズヒータやマイカヒータ、さらには燃焼の熱を利用するなど様々な応用が考えられることは言うまでもない。また、熱交出口３４の近傍には温水サーミスタ３５が設けてあり、熱交換器３０によって加熱された洗浄水の温度を検出する。
【００２４】
熱交換器３０の下流には温水管３６を介して流路切換弁３７が接続されており、この流路切換弁３７は先述の温水管３６が接続される入口流路３８と第１出口流路３９、第２出口流路４０、第３出口流路４１がモータ４２によって選択的に連通される構成となっている。なお、本実施例で用いた流路切換弁３７は入口流路３８と第１出口流路３９、第２出口流路４０、第３出口流路４１の連通面積を可変することで水路の切換に加え、選択された流路に流れる洗浄水の流量も可変可能な流量調節手段としての役割も果たす。
【００２５】
この流路切換弁３７の下流側においては、第１出口流路３９に温水管の一部をなすおしりホース４３および洗浄水噴出手段としてのおしりノズル４４が、第２出口流路４０に同じく温水管の一部をなすビデホース４５および洗浄水噴出手段としてのビデノズル４６が、第３出口流路４１にクリーニングホース４７およびクリーニングノズル４８が各々接続されている。また、おしりノズル４４の先端部には噴出流路としてのおしり噴出流路４９が、ビデノズル４６の先端部には同じく噴出流路としてのビデ噴出流路５０が備えてある。なお、おしり噴出流路４９およびビデ噴出流路５０は、使用時に人体の被洗浄部、つまり肛門もしくは女性の局部に向けて洗浄水を噴出する構成となっているが、クリーニングノズル４８は便器ボウル表面に水を散布する構成となっており、人体にはそこから噴出される洗浄水がかからないよう位置および向きが決められている。また、おしりノズル４４およびビデノズル４６には各々下面にラック（図示せず）が形成してあり、ノズル駆動モータ５１に設けたピニオンギアと噛み合うことで待機時と使用時の噴出流路位置の可変が可能な構成となっている。さらにおしりノズル４４およびビデノズル４６が待機状態（収納状態）にある時にはおしり噴出流路４９およびビデ噴出流路５０はカバー（図示せず）が覆い被さる構成となっており、待機状態では仮に洗浄水が噴出しても、人体にかかることはない。
【００２６】
また、同じく流路切換弁３７の下流側においては、おしりホース４３上に設けた第１の気体混入部５２に第１のエアホース５４が、ビデホース４５上に設けた第２の気体混入部５３に第２のエアホース５５が接続されている。これらの第１、第２のエアホース５４、５５はソレノイド式の三方弁であるエア切換弁５６に接続され、さらにこのエア切換弁５６上流側には気体供給手段としてのエアポンプ５７がエアホース５８を介して接続してある。このエアポンプ５７から供給される気体はエア切換弁５６によって流路が決定された後、おしりホース４３もしくはビデホース４５へと供給され、そこを流れる温水中に強制的に混入されるが、その途中には気体の供給方向に圧力がかかった場合にのみ開成する逆止弁５９を設けてある。また、第１のエアホース５４、第２のエアホース５５およびエアホース５８は、おしりホース４３およびビデホース４５と比較して細い管径としてある。具体的には、気体流路系は内径２ｍｍ外径４ｍｍ、水路系は内径３ｍｍ外径６ｍｍであるが、これは水に比べ気体の圧力損失が格段に低いことに起因するもので、気体流路系に細いホースを用いることで省スペース化が図れる。さらにはここで気体は圧縮流体であるため、ホースの管径が太く内部の体積が大きいと、洗浄水が一気に逆流した場合等には、逆止弁５９のような構成を設けていても、水の侵入により信頼性が低下する等の課題があり、この防止にも効果的である。
【００２７】
なお、本実施例では、気体流路切換の信頼性を向上させるため、エア切換弁５６はソレノイド式の電磁三方弁を用いているが、水圧を利用して流路を切り換えるいわゆるシャトル弁のような構成も容易に考えられる。さらにまた、逆止弁５９はゴム製のいわゆるダックビルと呼ばれる部材を用い、万が一、エアポンプ５７の不具合やおしりホース４３もしくはビデホース４５における圧力の過昇等が生じた場合にも、エア切換弁５６もしくはエアポンプ５７に洗浄水が流入することを防止し、その信頼性を向上させている。しかしながら、逆止の機能を有するものであれば、アンブレラ弁やスプリングを用いた一般的な逆止弁でも応用が可能である。
【００２８】
次に図４〜６を用いて流路切換弁３７について詳述する。流路切換弁３７はハウジング６０とハウジング６０内に回転可能に挿入された弁体６１および弁体６１を回転駆動するモータ４２によって構成される。まず、ハウジング６０には入口流路３８、第１出口流路３９、第２出口流路４０、第３出口流路４１が構成してあり、第１出口流路３９と第２出口流路４０は断面Ａ−Ａにて対向して位置するとともに、第３出口流路４１は断面Ｂ−Ｂに示すとおり、前記２つの出口流路とは異なる断面位置に設けてある。次に弁体６１であるが、ハウジング６０に挿入した際に入口流路３８に常時連通する形で弁内部流路６２が設けてあり、また、この内部流路６２から分岐して第１の弁体出口６３、第２の弁体出口６４が構成されている。この第１の弁体出口６３はハウジング６０の第１出口流路３９および第２出口流路４０に、また第２の弁体出口６４はハウジング６０の第３出口流路４１に対応して位置が決められており、弁体６１の回転角度によって、入口流路３８と第１出口流路３９、第２出口流路４０、第３出口流路４１の連通度合いを可変できる構成となっている。なお、それぞれの流路に対して内部リークの防止、もしくは外部漏れを防止するためにシール部材としてＯリング６５を備えてあるが、これはモータの負荷を軽減するためにはＸリングやＶパッキンなどの特殊Ｏリングを用いると効果的である。さらにモータ４２であるが、ここではオープン制御でも精度よく位置決めのできる減速ギア内蔵型のステッピングモータを採用し、その出力軸を弁体６１に挿入する形で取り付けてある。なお、モータ４２の原点位置はストッパ６６を弁体６１に設け、ステッピングモータ特有の脱調動作を利用して位置決めを行う。本実施例ではモータ４２としてステッピングモータを採用したが、位置決めの精度さえ確保できれば、ブラシタイプの汎用ＤＣモータ等の利用も可能であるし、回転型のソレノイド等、様々なアクチュエータの応用が考えられることは言うまでもない。さらにまた、本実施例では回転型の流路切換弁を用いたが、直動型やダイヤフラムを用いたもの、さらには円盤タイプの弁体で複数流路の切換えを行うものなども容易に応用可能である。
【００２９】
また、制御器６７は入水サーミスタ２８、流量センサー２９、温水サーミスタ３５、さらにはトイレルームの温度を検知する気温検知手段である気温サーミスタ６８等からの信号を取込み、また内部に備えた計時回路６９等を用いて様々な演算を行い、電磁弁２５、セラミックヒータ３１、流路切換弁３７、エアポンプ５７、ノズル駆動モータ５１等を電気的な信号によって制御する。さらに、制御器６７はリモコン１３と赤外線を利用して信号のやり取りを行っており、使用者からの指示はリモコン１３に設けた複数の入力スイッチによってなされる。
【００３０】
次に図７を用いて洗浄水噴出手段の一つであるおしりノズル４４について詳述する。図７はおしりノズル４４の断面図を示すものである。おしりノズル４４は内部に内部流路７０を形成してあり、内部流路７０の一端はおしりホース４３が接続される接続部７１に連通する構成としてある。また、反対側の一端は内部流路７０が洗浄噴流の進行方向が適切となるよう大きく湾曲し、おしり噴出流路４９へと接続される。なお、ここで取り上げる流路は全て円形断面をしており、内部流路７０の大きく湾曲しているも例外ではない。また、図８に示すφＡ、φＢ、φＣ、φＤの関係はφＡ≧φＢ＞φＣ＞φＤで滑らかに接合し、図示していないがおしりホース４３の内径は接続部７１の内径φＡと同等に構成してある。さらにまた、おしり噴出流路４９と内部流路７０の接合部には、流路の急拡大や急縮小によって生じる渦の発生を最低限に押さえる目的で、その断面積が徐々に変化する徐変部分７２を設けてある。
【００３１】
次に図８を用いて水塊噴出手段であり気体供給手段でもあるエアポンプ５７について説明する。図９はエアポンプ５７の断面構成図を示すものである。ここで用いたエアポンプ５７は一般的にローリング式とよばれるもので、駆動手段としてポンプモータ７３を備え、このポンプモータ７３の回転運動を、傾斜ピン７４を用いた一種のクランク機構によって往復運動に変換し、ゴム製のダイヤフラム７５、７６を交互に押すことで空気を圧送する構成としている。なお、図示していないが、当然のことながらポンプであるので吸引口、吐出口には逆止弁が構成されており、気体は一定方向に送り出される。
【００３２】
以上のように構成された人体洗浄装置について、以下その作用、動作を説明する。まず、使用者がトイレに入室し、便座１１に座ると、着座スイッチ１４によって使用者の存在が検知される。この検知信号に基づいて制御器６７は流路切換弁３７を駆動し、温水管３６とクリーニングホース４７を連通せしめた後、電磁弁２５を開成し、流量センサー２９からの信号により流水が確認されると即座にセラミックヒータ３１への通電を開始する。ここで給水管２４から供給される洗浄水は温水となってクリーニングノズル４８から噴出されるが、その際、制御器６７は温水サーミスタ３５の温度信号と内部に設けた計時回路６９によってカウントされる時間によって演算を行い、周囲の温度環境を推定する。そしてこの推定した値に準じて制御器６７はクリーニングノズル４８からの放水の時間を決定する。つまり、温水サーミスタ３５から得られる温水の温度信号が所定値になるまでにかかる時間を計時し、所要時間が長ければ給水温、雰囲気温度ともに低いと判断し、長めに加熱放水を行う。逆に所要時間が短ければ短時間で加熱放水を終了する。これは冷え切った流路を加熱するための動作であり、特に厳寒期には洗浄水の噴出を早めるために非常に有効である。また、便器に大便が付着することを防止する意味においても、使用者が用便をする前に便器表面をぬらす行為は非常に効果的である。
【００３３】
次に、使用者が用便後、リモコン１３に設けたおしりスイッチ１５を押すと、制御器６７は流路切換弁３７を駆動し、温水管３６とクリーニングホース４７を連通せしめた後、電磁弁２５を開成し、流量センサー２９からの信号により流水が確認されるとともにセラミックヒータ３１への通電を開始する。その後、ノズル駆動モータ５１を駆動し、おしりノズル４４を待機位置から使用位置へと突出させる。そして、熱交換器３０で加熱される洗浄水の温度が所定値１（約３６℃）に達したことが温水サーミスタ３５からの信号で検知されると、流路切換弁３７を駆動し、温水管３６とおしりホース４３を連通せしめる。この状態で温水はおしり噴出流路４９から噴出され、人体被洗浄部の洗浄を開始する。ここでさらに、洗浄水の温度が所定値２（３８℃）に達すると、エア切替弁５６はエアポンプ５７とおしりホース４３の流路を開成し、またエアポンプ５７は空気の供給を開始する。空気の供給が始まると、逆止弁５９を通過して洗浄水とほぼ等量の空気が供給されるため、おしり噴出流路４９からは空気が混入された洗浄水が勢いよく噴出され、体感、洗浄力ともに好適な洗浄が行われる。
【００３４】
このとき噴出される洗浄水は、概略球状の水塊となっており、この球状の水塊が繋がることなく独立した状態で連射される。これは、流路内を気体と液体が混合して、つまり気液二相流として流れる場合、気体の混合比率が高くなるに従い、小気泡を含んだ気泡流、大気泡が栓状に流れるスラグ流、噴霧状態の噴霧流、中央が気相で壁面が液相となる環状流といった様相変化を呈するが、一般的に温水洗浄便座のような人体洗浄装置で用いられる流路径（約φ２〜４ｍｍ程度）の場合、液相と気相の比率をほぼ同等とすることで、流路内の流れが上記スラグ流の様相を呈することに起因する。流路内においてスラグ流の様相を呈する流れは、気相と液相がほぼ独立して交互に流れており、その流れを乱すことなく、つまり洗浄水中に存在する気栓を分断することなく噴出させれば、洗浄水の塊と気栓が交互に噴出し、結果として洗浄水が独立した水塊の状態で連射されることになる。ここで、噴出した水塊は表面張力の作用で概略球状となり、また、流路内において圧縮されていた気栓が一気に膨張することで、水塊はその進行方向に大きく加速される。これらの事象はいくつかの実験において確認済みであり、気体流量Ｑｇと洗浄水流量Ｑｗの関係を０．８≦（Ｑｇ／Ｑｗ）≦１．３とすることで流路内の流れをスラグ流とすることができ、結果として洗浄水を水塊状態で噴出させることが可能となる。なお、気体は圧縮性の性質を有していることから、流路内において均一なスラグ流を形成するには混入気体の流量を洗浄水量よりも多めに設定することが望ましいが、洗浄水量の１．３倍を越える量の気体を混入すると、スラグ流から噴霧流へと流れの様相が変化する臨界点に近づくとともに、気栓の膨張エネルギーが大きすぎて噴出された水塊を破壊することにもつながるため、気体の混入比率は上記範囲内に収めることが望ましい。実験による結果では流路径がφ２〜４ｍｍの場合、（Ｑｇ／Ｑｗ）≒１．２において、最も安定したスラグ流を得られることが確認できた。
【００３５】
また、スラグ流は表面張力が作用して気相と液相が分離していることから、流路の断面形状は円形状が最適であり、内部流路７０、おしり噴出流路４９はもとより徐変部分７２、接続部７１等、全ての流路の断面形状を円形状とすることで、均一なスラグ流の形成がなされる。しかしながら、一旦、均一なスラグ流が形成されても、流路に凹凸や急拡大部、急縮小部等の流れに渦を生じさせる箇所が存在すると、気栓が分断され、流れの中に小気泡が混在してしまうことから、先述の通り、図７に示すφＡ、φＢ、φＣ、φＤの関係はφＡ≧φＢ＞φＣ＞φＤとして滑らかに接合するとともに、おしりホース４３の内径も接続部７１の内径φＡとほぼ同等に構成してある。また、内部流路７０とおしり噴出流路４９の接合部には徐変部分７２を設け、気栓の分断を最小限に抑えている。このような構成にすることで、均一なスラグ流が乱れることなくおしり噴出流路４９へと至るため、噴出される水塊の独立性、均一性が増し、快適な噴流を得ることが可能となる。また、φＢ＞φＣとすることで、流路内の上流から下流にかけての急激な圧力低下による気栓の成長が防止できるとともに、流路内の不要な圧力損失の上昇を防止できるという効果も得られる。
【００３６】
さらにまた、エアポンプ５７はその構成により、供給される気体の圧力が微少ではあるが脈動しており、この脈動に同期して気体が混入され、スラグ流の気栓部分が形成される。気体が一定圧力で洗浄水の流れの中に混入される場合には、流路内の気体混入部において気泡が次第に成長し、最終的にもぎ取られるような挙動で気栓が形成されるが、これは洗浄水の流れの乱れに依存する部分が多く、気栓の形成される周期は一定とは言い難い。これに対して、本実施例における人体洗浄装置の構成では、エアポンプ５７からの気体の供給圧力がポンプモータ７３の回転数に連動して脈動することで、気栓の形成が非常に周期的なものとなり、より均一なスラグ流の形成が実現できる。また、ポンプモータ７３の回転数を可変する際にも、脈動の周期が連動して変化するため、常に最適な気栓の形成タイミングが得られる。
【００３７】
本実施例では、流路切換弁３７の下流側に第１の気体混入部５２、第２の気体混入部５３を設け、空気が混入されたあとの気液二相流が流路切換弁３７の内部を通過しない構成としてある。これは、気液二相流が管路を流れる際にその圧力損失が非常に大きくなることに対する解決策であり、無駄な圧力損失上昇による機器の複雑化、大型化を防止するものである。また、流路切換弁３７は内部の流路が複雑な構成をしているため、均一なスラグ流が流れ込んでも、内部で気栓の分断が生じ、スラグ流の均一さが損なわれることも防止している。
【００３８】
なお、洗浄水の噴出中も制御器６７は、リモコン１３で入力される信号や、入水サーミスタ２８、流量センサー２９、温水サーミスタ３５等の信号を常に監視し、セラミックヒータ３１への通電量や流路切換弁３７の開度、さらにはエアポンプ５７に備えたポンプモータ７３の回転数等を制御している。例えば、使用者がレベルスイッチ２１を操作し、洗浄の強さレベルを上げた場合、制御器６７は流量センサー２９の信号を見ながら、洗浄水の流量が所定量になるよう流路切換弁３７の開度を大きくしていくが、それと同時にポンプモータ７３の回転数を制御し、常に最適なスラグ流が形成されるよう動作する。この場合、洗浄水の流量が増え、エアポンプ５７の供給する気体量および単位時間あたりの圧力の脈動数も増加するため、流れの中に存在する気栓の数が増加し、結果的に噴出される水塊の数も増加する。逆に洗浄の強さレベルを下げる操作がなされた場合には、制御器６７は洗浄水の流量を減らすとともに、エアポンプ５７の供給する気体量および単位時間あたりの圧力の脈動数を減少させるので、結果的に噴出される水塊の数は減少する。このように単位時間あたりに噴出される水塊の数を可変することで、使用者の体感強さを大きく変えることが可能で、好みに応じた洗浄が実現できる。
【００３９】
また、例えば水道配管２２の給水圧力が極端に低く、設定流量に到達しきれないといった事態が生じると、それに応じてエアポンプ５７を制御し、気体の混入量および圧力の脈動周期を最適な状態へと可変する。また、平常時は温水サーミスタ３５で検知される温水温度と設定温度を比較演算し、セラミックヒータ３１の通電量を制御するが、なんらかの異常で高温の温水が流出した場合には、制御器６７は流路切換弁３７を制御し、連通流路をおしりホース４３からクリーニングホース４７側へと変更するとともにエアポンプ５７の動作を停止し、さらには電磁弁１６を即座に閉止する。さらにまた、厳寒期に給水温度が極端に低下し、供給できる温水温度が設定値に到達しない場合には、流路切換弁３７の連通開度を調節し、温水温度が設定値まで上昇可能な流量にまで洗浄水を絞る。
【００４０】
さらに次に使用者が洗浄を終え、リモコン１３に設けた停止スイッチ１８を押すと、制御器６７は電磁弁２５を閉止せしめた後、流路切換弁３７を駆動し、温水管３６とクリーニングホース４７を連通せしめるとともに、ノズル駆動モータ５１を駆動し、おしりノズル４４を使用位置から待機位置へと収納する。この状態で所定時間経過後、制御器６７はエア切換弁５６を制御し、先ほど使用したおしりホース４３側の流路を開成せしめるとともに、エアポンプ５７を再度駆動し、おしりホース４３およびおしりノズル４４内部に残っている洗浄水を排出せしめる。この動作により、次に使用される際に流路内の冷水が排出された状態で洗浄が開始されるため、不快な冷水の噴出を大幅に低減することが可能となる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、瞬間型の加熱手段で適温にまで沸かし上げ可能な少量の洗浄水でも、十分な体感強さ、洗浄力の得られる人体の洗浄が可能で、節水性、省エネ性、快適性に優れた人体洗浄装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における人体洗浄装置の概観図
【図２】本発明の実施例におけるリモコンの概観図
【図３】本発明の実施例における水回路を表すブロック図
【図４】本発明の実施例における流路切換弁を示す断面図
【図５】本発明の実施例における図４のＡ−Ａ断面図
【図６】本発明の実施例における図４のＢ−Ｂ断面図
【図７】本発明の実施例におけるおしりノズルを示す断面図
【図８】本発明の実施例におけるエアポンプを示す断面図
【図９】従来の人体洗浄装置の水回路を表すブロック図
【符号の説明】
２２水道配管（水源）
２５電磁弁（流量調節手段）
２６減圧弁（流量調節手段）
３０熱交換器（加熱手段）
３６温水管
３７流路切換弁（流量調節手段）
４３おしりホース（温水管）
４４おしりノズル（洗浄水噴出手段）
４５ビデホース（温水管）
４６ビデノズル（洗浄水噴出手段）
４９おしり噴出流路（噴出流路）
５０ビデ噴出流路（噴出流路）
５２第１の気体混入部（気体混入部）
５３第２の気体混入部（気体混入部）
６７制御器
７０内部流路
７２徐変部分

Claims

水源から供給される洗浄水の流量調節を行う流量調節手段と、
前記洗浄水を加熱する加熱手段と、
温水管を介して前記加熱手段と接続される洗浄水噴出手段と、
前記洗浄水噴出手段に設けられ一端を前記温水管に接続され他端を噴出流路に接続された内部流路と、
前記加熱手段から供給される洗浄水を前記噴出流路から各々独立した略球状の水塊として連続的に噴出せしめる水塊噴出手段と、
前記加熱手段と前記洗浄水噴出手段とを接続する前記温水管に接続される気体混入部と、制御器とを備え、
前記水塊噴出手段は、前記気体混入部において洗浄水中に気体を強制的に混入可能であるとともに、少なくとも前記噴出流路内における気液の混合状態が均一なスラグ流を形成可能な気体供給手段とし、前記気体供給手段は、ポンプモータの回転数に連動して気体の供給圧力に周期的かつ少なくとも微少な脈動を与えうるエアポンプとし、
前記制御器は、前記流量調節手段によって調節される洗浄流量に応じて前記気体供給手段を制御し、気体の供給圧力の脈動周期および混入する気体の量を可変する
人体洗浄装置。
気体供給手段から供給される気体の流量Ｑｇと洗浄水流量Ｑｗの関係は０．８≦（Ｑｇ／Ｑｗ）≦１．３とし、望ましくは（Ｑｇ／Ｑｗ）≒１．２とした請求項１に記載の人体洗浄装置。
気体供給手段が接続される気体混入部の下流側において、温水管から内部流路および噴出流路に至る流路断面形状を略円形に構成するとともに、前記温水管から前記内部流路に至る流路断面積をほぼ一定もしくは徐変する構成とした請求項１または２に記載の人体洗浄装置。
噴出流路を略円筒形状に構成するとともに、温水管から内部流路および前記噴出流路に至る流路において、前記噴出流路の断面積を最も小さく構成するとともに、前記内部流路と前記噴出流路の接合部分の流路断面積を徐変する徐変部分を備えてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の人体洗浄装置。