JP5552123B2 - 洗浄弁パネル及び真空吸引式トイレシステムの組み立て方法 - Google Patents

Description

関連特許出願の相互参照
本特許出願は、２００８年１０月３日に出願の米国仮特許出願第６１／１０２，６７４号の利益を主張するものである。

技術分野
本発明は、概略的には真空吸引式排泄物処理システムに関し、より詳細には、真空吸引式トイレなどの真空排泄物容器用の洗浄弁に関する。

背景
真空吸引式排泄物処理システムは、航空機などの輸送用乗り物で使用することが当技術分野で公知である。真空吸引式排泄物処理システムは通常、真空パイプによって排泄物タンクに接続された便器を含む。洗浄弁は、便器と真空パイプとの間に配置される。洗浄弁が開くと、真空下にある配管内の空気圧は、便器内の周囲空気圧よりも低いので、便器の内容物は、差圧によって排泄物タンクに送られる。洗浄弁は、便器内の周囲空気と、パイプおよび排泄物タンクの低圧部との間の圧力境界を維持する。航空機において、パイプは、約１６，０００フィートより低い高度では真空源によって真空圧力下に置くことができる。約１６，０００フィート以上の高度では、パイプ内の真空圧力は、機室と機外との間の大気差圧によって供給することができる。

便器から排泄物タンクへの排泄物の移動を制御するための従来の洗浄弁および方法は公知である。そのような先行洗浄弁は、排泄物が通り抜けることができる開孔を有する大型の回転ディスクを使用することがある。そのような大型のディスクを使用することは、それにより、洗浄弁全体が、大きく、重く、かつ航空機のトイレなどの狭い場所で使用するのに扱いにくくなるので望ましくない。

さらに、開孔を有するディスクを使用する場合、便器から、排泄物タンクに通じるパイプに移動する排泄物が、ディスクの開孔の周縁部や、ディスクの連続した部分に引っかかるか、または集積して、ディスクが動かなくなったり、または適切に封止しなくなったりすることがないように、排泄物導入口の上に開孔を正確に位置決めしなければならない。さらに、時間が経過すると、通常の摩耗のために、そのようなディスク開孔の位置決めの精度は低下する傾向にあり、前述の問題を悪化させる。

排泄物がディスクを通り抜けることを可能にする開孔を設けたディスクを使用する従来の洗浄弁に関する別の問題は、使用者が手動で洗浄弁を開くことができないことである。この結果として、洗浄弁が閉鎖位置で動かなくなった場合に、不衛生にも排泄物が便器内に停滞して、便器からトイレ領域にあふれ出ることがある。

真空吸引式トイレシステムにおいて、便器からの排泄物の移動を制御するのに、開孔を有するディスクを利用しない、より小型で、容易に設置でき、より効率的な洗浄弁が必要である。

概要
本発明は、概略的には、真空吸引式排泄物処理システムにおいて、排泄物を便器から排出する際の電力消費、効率、および信頼性を改善し、航空機のトイレ室の狭い領域で使用される従来の洗浄弁よりも空間を占有しない、より簡素化された小型の洗浄弁構造を提供することを目的とする。本発明の装置および方法は、独自の形状の排出ディスクを利用する洗浄弁によって上記目的を達成する。かかる排出ディスクは開孔を含まず、洗浄弁排出口を封止するのに過不足のない大きさとされる。排出ディスクは、先行の洗浄弁で使用される排出ディスクよりも小さくかつ軽い。ディスクはより小さく、独自の形状とされるので、ディスクが動作するのにあまり空間を必要とせず、従来の洗浄弁と比較して電流引き込みが比較的小さい。さらに、好ましい実施形態では、洗浄弁は、独自の格子構造の軽量トイレスタンドの組み込み部品である。この従来にない一体構造により、弁の重量および所要空間がさらに最小化される。これらは、航空機業界において、重量、空間、および電力消費の最小化が、設計上一番の考慮事項であることから重要な利点である。

さらに、この弁は、信頼性を高めるために手動優先機能を含む。さらに別の態様では、使用される真空源は、ブラシレスＤＣモータによって駆動される単一インペラの遠心真空発生装置である。この真空発生装置の構造は、先行の真空発生装置の構造よりも熱を発生しにくいので、インペラおよび発生装置のハウジングは、工業用ポリマーで形成することができ、それによって、航空機の洗浄弁と共に使用される従来の真空発生装置アセンブリと比べて、発生装置の重量が劇的に低減される。さらに、より小さく、より軽いインペラがモータシャフトに直接取り付けられ、それによって、慣性モーメントが小さくなり、真空発生装置が、従来の真空発生装置よりも少ない電力を使用しながら目標真空圧力に達し、これを維持するのを可能にする。本発明のこれらのおよび他の利点が、本明細書に提示した本発明の説明から明らかになるであろう。

本発明の上記のおよび他の利点が、添付の図面に関連させて本明細書に提示した本発明の説明から明らかになるであろう。

格子構造トイレスタンドの１つの側面の背面外観斜視図であり、本発明の洗浄弁の基本構成要素をトイレスタンド側面の組み込み部品として示している。 洗浄弁構成要素を囲むカバーが付いた、図１に示すトイレスタンド側面の前面斜視図である。 本発明の実施形態による洗浄弁のカバーの斜視図である。 図１の４−４線に沿って切り取った図１の断面図である。 本発明の実施形態による洗浄弁内にある排出ディスクの斜視図である。 先行技術の洗浄弁ディスクの大きさおよび形状と比較した図５のディスクの斜視図である。 本発明による真空発生装置の斜視図である。 本発明による真空発生装置の斜視図である。 ９−９線に沿って切り取った図８の真空発生装置の断面図である。 トイレスタンドの斜視図であり、洗浄弁を組み込んだサイドパネルを示している。

実施形態の詳細な説明
下記に開示する本発明の実施形態はそれに尽きるものではない、すなわち、開示したその構造および動作に本発明を限定することを意図するものではない。むしろ、下記に詳細に説明する実施形態は、当業者がその教示を最も深く理解できるように、本発明の原理およびその応用と、動作および使用法とについて説明するために選択および記載されている。

本発明は、概略的には、特に航空機の真空吸引式排泄物処理システムを含む真空吸引式排泄物処理システムにおいて、便器からの排泄物の排出を制御する洗浄弁および方法に関する。以下の例は、本発明をさらに説明しているが、決してその範囲を限定すると解釈すべきでない。

ここで図１〜４を参照すると、真空吸引式排泄物処理システムにおいて、便器からの排泄物の排出を制御する本発明の洗浄弁の実施形態が符号１０で示されている。本発明のこの実施形態では、洗浄弁１０は、真空吸引式トイレ排泄物容器４７用の便器支持スタンド４０（図１０）の組み込み構成要素として設計されている。便器支持スタンド４０は、４つの連結した側面４１、４２、４３、４４を有し、各側面は、重量を最小化し、構造強度を最大化するために、図示するように、開放型格子構造を有する。スタンド４０は、「真空吸引式排泄物処理システムおよび同システムを使用するための方法」と題して２００８年１０月３日に出願された米国仮特許出願第６１／１０２，８１２号に詳細に説明されている。スタンドの構造に関するこの同時出願の開示は、参照により援用するものとする。

側面４２、４４は、スタンドの隣接するパネル４１、４３のダブテール受け４８（図１０）に連結するための、一連の連結用ダブテール２８（図１〜２および図１０）をその縁部に有する。他の実施形態では、側面４２、４４は、スタンドの隣接するパネル４１、４３のダブテールに連結するための、一連のダブテール受けをその縁部に有してよい。図１〜２に示すスタンド側面４４には、スタンドの側面４４の構成要素として本発明の洗浄弁１０が示されている。弁の基本構成要素には、排出ディスク１６、駆動体ギア１８、従動子ギア２０、アクチュエータシャフト２２（図４）、従動子シャフト２４、およびセンサ２５（図４）が含まれ、これらのすべては、図示するように、スタンド側面４４に取り付けられている。前部弁カバー１４は、ねじ付き留め具４５または他の適切な手段によって、スタンドパネル４４に取り付けられて、サイドパネル４４とカバー１４との間の空洞に配置された排出ディスク１６を少なくとも部分的に囲んでいる。ガスケット（図示せず）は、サイドパネル４４とカバー１４との間に挿入されて、空洞からの漏れを防止するシールを形成する。

スタンド側面４４は、（図４に最もよく示すように）排出ポート３１が前部弁カバー１４内の対応する導入ポート２７と一列に整列した状態で、排出ディスクの上に配置された組み込み環状フランジ３０を含む。カバー１４は、便器（図示せず）から排泄物を受け入れる導入ポート２７を有する環状フランジ２６を含む。排出ポート３１はパイプ（図示せず）に取り付けられ、（後で説明するように）排出ディスク１６が開いたときに、導入ポート２７および排泄物タンク（図示せず）と流体連通する。

（図４に概略的に示すように）従来からの適切な洗浄弁アクチュエータ４６は、組み込みアクチュエータシャフト２２を有する。好ましい実施形態では、洗浄弁アクチュエータは２８ＶＤＣモータである。アクチュエータシャフト２２は、駆動体ギア１８に取り付けられており、洗浄弁アクチュエータが作動すると、駆動体ギア１８を回転させる。駆動体ギアは、洗浄弁を手動で開閉するための一体延長アーム３２を有する。図１および図４に最もよく示すように、従動子ギア２０は、駆動体ギア１８と噛み合い、排出ディスク１６に取り付けられた従動子シャフト２４を回転させる（図４）。

排出ディスク１６は、導入ポート２７と排出ポート３１との間に配置されている。排出ディスク１６は、回転部２３およびカバー部２９を含む。排出ディスク１６の回転部２３は、排出ディスク１６の、従動子シャフト２４に取り付けられた部分である。カバー部２９は、排出ディスク１６の、排出ポート３１の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状とされた部分である。カバー部２９は、開孔または穴を何ら含まない限り連続的である。回転部２３は、従動子シャフト２４によって、サイドパネル４４に取り付けられている。回転部分２３は、閉鎖位置（図１）と開放位置との間を双方向に回転し、開放位置では、排出ディスク１６のカバー部２９は、導入ポートと排出ポートとの間の境界全体が実質的に開通するように、排出ポート３１から実質的に除かれる。好ましい実施形態では、ディスクは、閉鎖位置と開放位置との間を約０．７秒かけてほぼ９０°面内回転する。開放位置では、洗浄弁の導入ポート２７および排出ポート３１は、互いに流体連通している。図１に示すような閉鎖位置にある場合、ディスク１６のカバー部２９は、導入ポート２７と排出ポート３１との間の流体連通（または圧力境界）を遮断し、便器から排泄物を受け入れないように排出ポート３１を封止する。好ましくはポリエチレンからなるスリーブシール３３は、排出ポート３１の環状フランジ３０内で排出ポート３１の周縁部に隣接して配置されている。シールの面はカバー部２９と接触し、３２μｍまたはそれより良好な仕上げ面を有するのが好ましい。ディスク１６が閉鎖位置にある場合、排出ポート３１内は真空になり、スリーブシール３３は、排泄物の漏れを防止するシールを形成する。カバー部２９は、完全な閉鎖を保証するために、シール３３よりも若干大きくなるように寸法を決められる。

好ましい実施形態では、排出ディスク１６は、図５に示すような涙形状とされる。涙形状の排出ディスク１６では、回転部２３は、排出ディスク１６の細い方の後尾部分であり、カバー部２９は、排出ディスク１６の幅広い方の先導部分である。図６に示すように、領域４９内の機能しない材料がディスク１６にはないので、示した涙形状は、従来の洗浄弁で通常使用される排出ディスク１７よりもかなり小さく、したがって軽量である。排出ディスク１６の形状は涙形状に限定されない。便器から排泄物を受け入れないようにカバー部分２９が排出ポート３１を封止する限り、機能しない材料の様々な部分を削除して、それらに限定するものではないが、円形形状、三角形形状、または多角形形状を含む他の適切な形状を使用することができる。「機能しない材料」とは、回転部の完全性を維持するのに必要でない回転部の材料、および導入ポート２７と排出ポート３１との間の境界に覆いをするのに必要でないカバー部の材料を意味する。細い方の後尾部分のない形状を有する排出ディスクでは、回転部２３は、排出ディスク１６の、従動子シャフト２４に取り付く部分であり、カバー部２９は、排出ディスク１６の、排出ポート３１の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状の部分である。一部の実施形態では、排出ディスク１６は、形状を組み合わせたものであってもよい。回転部２３は、カバー部２９とは異なる形状であってもよい。例えば、排出ディスク１６は、柄に似た細長い回転部２３と、ピンポンラケットの面の形状に似た、より幅広く、丸みのあるカバー部２９とを有するパドル形状であってよい。

図４に最もよく示すように、アクチュエータシャフト２２は、ポテンショメータなどのセンサ２５に取り付けられ、これを回転させる。サイドパネル４４に取り付けられた組み込みシステムコントローラ（ＩＳＣ）３４（図１）は、センサ２５に電気的に接続され、アクチュエータシャフト２２の角度位置に関する、センサからのデータを受け取る。アクチュエータシャフト２２はまた、駆動体ギア１８を回転させ、次ぎに、駆動体ギアは、従動子ギア２０およびディスク１６を回転させるので、ＩＳＣは、ディスク１６の位置を間接的に読み取る。

任意の適切な真空発生装置を使用して、弁が開いたときに、パイプに接続された排泄物タンクから空気を引き抜くことにより、洗浄弁排出ポート３１に取り付けられたパイプ内に差圧を生じさせることができる。ただし、好ましい真空発生装置は、ブラシレスＤＣモータを備えた、単一段の遠心真空発生装置である。この真空発生装置は、より小型でかつより軽量であり、他のタイプの真空発生装置よりも電力の使用が少なく、さらに、目標の真空に素速く到達できるため好ましい。この真空発生装置は単一のインペラを有し、好ましくは、高速回転のブラシレスＤＣモータで駆動される。

図７〜９に示す好ましい遠心真空発生装置５０は、渦巻形の上部ハウジング５２、渦巻形の底部ハウジング５４、単一インペラ５６（図９）、真空発生装置コントローラ（ＶＧＣ）５７、ＤＣブラシレスモータ５８、吸気フランジ５９、および排気フランジ６１を含む。したがって、空気は、排泄物タンクから、渦巻形上部ハウジング５２の吸気フランジ５９によって形成された吸気開孔６０を通って、真空発生装置に引き込まれる。インペラ５６は、空気を外方に向かって回転させて渦巻形チャンバ内に導き、渦巻形チャンバは、その空気を排気フランジ６１によって形成された排気開孔６２に送る。ハウジング５２、５４およびインペラ５６は、それらの重量を低減し、構造をコンパクトに保ち、寒空での動作中の着氷に耐えるために、工業用ポリマーで構築されるのが好ましい。インペラは、ＤＣモータ５８に連結されたモータシャフト６４（図９）に取り付けられ、ハウジング５２、５４内で約４０，０００ｒｐｍ〜９０，０００ｒｐｍ、好ましくは４０，０００ｒｐｍ〜５０，０００ｒｐｍで回転する。インペラ５６は小型かつ軽量であるので、ＤＣモータ５８のモータシャフト６４に直接取り付けることができ、それにより、慣性モーメントが小さくなって、真空発生装置アセンブリが目標回転数に素速く到達するのが可能になる。さらに、結果として、同様の用途に使用される従来の真空発生装置と比べて慣性モーメントが小さくなったことで、より小さいＤＣモータを使用することが可能になり、電流引き込みが減る。ＶＧＣ５７はモータ５８を制御し、排泄物タンク（図示せず）上の液位センサ（図示せず）から入力を受け取り、オプションでシステムヒータ（図示せず）を制御する。

使用者がトイレの水を流すためにスイッチを入れると、スイッチは、洗浄弁アクチュエータ４６を作動させる組み込みシステムコントローラ３４への電気信号を発生させる。それに応答して、洗浄弁アクチュエータは、アクチュエータシャフト２２と、それに取り付けてある、駆動ギア歯１９を有する駆動体ギア１８（図１及び図４）とを回転させる。好ましい実施形態では、アクチュエータシャフトおよび駆動体ギアは、時計方向にほぼ９０°回転する。駆動ギア歯１９と従動子ギア２０の歯２１との噛合により、従動子シャフト２４と従動子シャフトに取り付けられた排出ディスク１６とは、ほぼ９０°反時計方向に、開放位置まで回転する。開放位置では、導入ポート２７が排出ポート３１と流体連通するように、排出ディスクは導入ポート２７および排出ポート３１の両方の縁部から除かれる。回転方向は、必要に応じて、反時計方向ではなく時計方向であってもよい。同様に、回転の範囲も所望通りに変えることができる。他の実施形態では、ディスクが導入ポートから完全に除かれるのを確実にするために、排出ディスクの回転度をより大きくするのが望ましいこともある。

排出ディスクが開いた状態にあると、便器内にある周囲空気と、便器（図示せず）と排泄物タンクとの間のパイプ内の低い方の空気圧との間の圧力差により、排泄物を便器からパイプを経由して排泄物タンクに移動させる吸引力が発生する。パイプ内の低い方の空気圧は、約１６，０００フィートより低い高度では、真空発生装置（好ましくは上記の発生装置５０）によって生成され、約１６，０００フィート以上の高度では、機外の大気圧によって生成される。

洗浄弁が開いて約１秒後、システムコントローラ３４は、アクチュエータシャフト２２および駆動体ギア１８をほぼ９０°反時計方向に回転させるよう洗浄弁アクチュエータに信号を送る。これにより、従動子シャフト２４および排出ディスク１６はほぼ９０°時計方向に回転するので、導入ポート２７と排出ポート３１との間の流体接続がディスク１６およびシール３３によって閉じられ、便器からさらに排泄物を受け入れないように封止される。

洗浄弁アクチュエータに電力障害が発生した場合、洗浄弁は手動で動かすことができる。洗浄弁を手動で動かすために、延長アーム３２が使用者によってほぼ９０°回転されて洗浄弁を開き、次いで反対の方向にほぼ９０°戻されて洗浄弁を閉じる。したがって、洗浄弁が動かない、すなわち、閉鎖位置で動かなくなった場合、延長アーム３２が使用者によって回転されて、洗浄弁を開くことができる。この新規の機能は、洗浄弁が閉じていることによる、便器内での排泄物の不衛生な滞留、および便器からトイレ領域への排泄物の起こり得る流出を防止する。

本明細書に記載した、出版物、特許出願、および特許を含むすべての参考文献は、それぞれの参考文献が参照により援用されると個々にかつ具体的に指摘され、本明細書にその全体を記載されたのと同様の範囲で、参照により本明細書に援用するものとする。

本発明を記載する文脈の中で（特に、添付の特許請求の範囲の文脈の中で）用語「ａ」および「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、本明細書に別途指摘がない限り、または文脈と明らかに矛盾しない限り、単数形および複数形の両方が含まれると解釈すべきである。本明細書における各値の範囲の記載は、本明細書に別途指摘がない限り、単に、その範囲に包含される各別個の値を個々に参照することに対する簡便な方法となることを意図されており、各別個の値は、これが本明細書に個々に記載されているのと同様に本明細書に援用される。本明細書で説明したすべての方法は、本明細書で別途指摘がない限り、または別段に文脈と明らかに矛盾しない限り、任意の適切な順序で実行することができる。本明細書に提示したあらゆる例、または例示的な言い回し（例えば「〜など」）を使用することは、単に本発明の理解をより容易にすることを意図しており、別途請求項で主張されない限り、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書の言い回しが、請求項で主張されない任意の要素を本発明の実施に必須のものであるとして示していると解釈すべきでない。

本発明を実施するための、本発明人に周知の最良の形態を含む、本発明の好ましい実施形態が本明細書に記載されている。当然のことながら、図示した実施形態は単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。

Claims (14)

1. 排泄物容器スタンドによって支持された真空吸引式トイレ排泄物容器を含む真空吸引式トイレシステムのための洗浄弁パネルであって、
   前記スタンドの側面に対し着脱自在な前記パネルと、
   真空源に接続するための単一の排出口と、前記排出口と選択可能に流体連通し、前記排出口と直線的に配置された単一の導入口とを有し、前記パネル内に形成されたハウジングと、
   回転部と、連続的なカバー部とを備え、前記ハウジング内に設けられた排出ディスクであって、前記カバー部が、前記排出口の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状で開口がなく、前記回転部が、前記導入口と流体連通しないように前記カバー部が前記排出口を封止する閉鎖位置と前記カバー部が前記排出口から実質的に除かれる開放位置との間で回転動作するように前記ハウジングに取り付けられている、排出ディスクと、
   前記ハウジング内で、前記排出口と前記排出ディスクとの間に配置されたスリーブシールであって、前記排出口の周縁部と当接して、前記排出ディスクが前記閉鎖位置にあるときに前記排出口を封止するスリーブシールと、
   前記パネルに取り付けられて、加えられた駆動力に応じて前記排出ディスクを回転させるギア装置と、を含む洗浄弁パネル。
2. 前記真空源は前記排出口と流体連通した真空発生装置である、請求項１に記載の洗浄弁パネル。
3. 前記真空源は、二つ配置されており、
   第１の真空源は、第１の高度まで真空を形成する真空発生装置によって提供され、第２の真空源は、第１の高度より高い高度で飛行機外の大気圧によって提供される、請求項２に記載の洗浄弁パネル。
4. 前記真空発生装置は、モータシャフトに直接取り付けられたインペラを有する単段遠心真空発生装置である、請求項２に記載の洗浄弁パネル。
5. 前記真空発生装置は、工業用ポリマーから構築されたインペラを囲むハウジングを含む、請求項２又は４に記載の洗浄弁パネル。
6. 前記排出ディスクは、涙形、円形、およびパドル形からなる群から選択された形状とされる、請求項１〜５のいずれかに記載の洗浄弁パネル。
7. 前記排出ディスクは涙形状であり、前記回転部は、前記涙形状の細い方の後尾部分にあり、前記カバー部は、前記涙形状の幅広い方の先導部分にある、請求項１〜５のいずれかに記載の洗浄弁パネル。
8. 前記排出ディスクを回転させる駆動アセンブリと、
   前記駆動アセンブリに動作可能に連結されたモータと、
   をさらに含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の洗浄弁パネル。
9. 前記駆動アセンブリを手動で回転させて、前記開放位置と前記閉鎖位置との間で前記排出ディスクを移動させるために、前記駆動アセンブリに連結された延長アームをさらに含む、請求項８に記載の洗浄弁パネル。
10. 前記排出ディスクの回転動作の範囲は約９０°である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の洗浄弁パネル。
11. 前記排出ディスクの位置を測定するように構成されたセンサをさらに含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の洗浄弁パネル。
12. 前記センサは、前記排出ディスクを回転させるアクチュエータシャフトに取り付けられて、前記アクチュエータシャフトの回転位置を測定するポテンショメータである、請求項１１に記載の洗浄弁パネル。
13. 前記ハウジングに取り付けられたアクチュエータシャフトと、
    前記ハウジングに取り付けられ、前記排出ディスクを回転させるように構成された従動子ギアと、
    前記アクチュエータシャフトに取り付けられ、前記従動子ギアを回転させるように構成された駆動体ギヤと、
    前記洗浄弁パネルを手動で開くための、前記駆動体ギアと一体の延長アームと、
    をさらに含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の洗浄弁パネル。
14. 飛行機の真空吸引式トイレシステムの組み立て方法であって、
    排泄物容器スタンドによって支持された真空吸引式トイレ排泄物容器を含む真空吸引式トイレシステムを提供し、
    前記スタンドの側面に対し着脱自在な洗浄弁パネルを提供し、
    真空源に接続するための単一の排出口と、前記排出口と選択可能に流体連通し、前記真空吸引式排泄物容器と流体連通し、前記排出口と直線的に配置された単一の導入口とを有するハウジングを、前記洗浄弁パネル内に形成し、
    回転部と、連続的なカバー部とを備え、前記カバー部が、前記排出口の大きさおよび形状に対応する大きさおよび形状で開口のないものである、排出ディスクを、前記ハウジング内の前記排出口を覆う閉鎖位置に配置し、その位置において、前記ハウジング内で前記排出口と前記排出ディスクとの間に配置され、前記排出口の周縁部と当接しているスリーブシールが、前記排出口を封止し、
    前記洗浄弁パネルを前記スタンドの側面に取り付けること、を含む方法。

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