以下、添付図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
本発明の第一実施形態に係る水洗大便器装置について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は水洗大便器装置FTの断面図であって、水洗大便器装置FTをその左右方向に垂直な面で切断した場合の断面を示している。図2は水洗大便器装置FTの上面図である。図2では、後に説明するタンク20の内部構造を示すため、タンク20の上蓋201を取り外した状態を描いている。
図1及び図2に示したように、水洗大便器装置FTは、大便器本体10と、大便器本体10の後方側(図1では右側、図2では上側)において大便器本体10の上面101に設置されたタンク20とを備えている。水洗大便器装置FTは、大便器本体10によって汚物を受け止めて、当該汚物を、タンク20から供給される水(洗浄水)によって排水管SWに排出する装置である。
尚、以下の説明においては、特に断らない限り、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て右側(図2では左側)のことを「右側」と称し、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て左側のことを「左側」(図2では右側)と称することとする。また、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て前方側(図1では左側、図2では下側)のことを「前側」又は「前方側」と称し、大便器本体10に着座した状態の使用者から見て後方側(図1では右側、図2では上側)のことを「後側」又は「後方側」と称することとする。
大便器本体10は、ボウル部110と、リム部120と、導水路130と、排水トラップ管路140とを有している。ボウル部110は、上方から落下する汚物を一時的に受け止める部分である。リム部120は、ボウル部110の上縁部に形成されており、図1に示したように、ボウル部110の内側面の一部を外周側に向けて後退させたような形状となっている。後に説明するように、リム部120は、ボウル部110に向けて供給された水が旋回して流れる流路となっている。リム部120は、ボウル部110の上縁に沿って一周するような略円形(上面視)の流路として形成されている。
導水路130は、タンク20から供給された水をボウル部110に導くために、大便器本体10の内部に形成された流路である。導水路130は、その一端が大便器本体10の上面101に開口しており、タンク20から供給される水の入口131となっている。入口131が形成されている位置は、大便器本体10の上面101のうち後方側の部分であり、且つ左右方向における中央の部分である。
導水路130は、その下流側において二つの流路(第一導水路132、第二導水路134)に分岐している。一方の流路である第一導水路132は、その下流側の端部がリム部120のうち右側の部分において開口しており、当該開口が水の出口(吐水部133)となっている。タンク20から入口131に水が供給されると、その一部は第一導水路132の内部を通り、吐水部133から噴出してリム部120に供給される。
他方の流路である第二導水路134は、その下流側の端部がリム部120のうち左側且つ後方寄りの部分において開口しており、当該開口が水の出口(吐水部135)となっている。タンク20から入口131に水が供給されると、その一部は第二導水路134の内部を通り、吐水部135から噴出してリム部120に供給される。
吐水部133から水が噴出する方向は、略円形の流路として形成されたリム部120の円周に沿う方向であり、且つ上面視において反時計回りの方向となっている。吐水部135から水が噴出する方向も、略円形の流路として形成されたリム部120の円周に沿う方向であり、且つ上面視において反時計回りの方向となっている。図2において矢印で示したように、吐水部133及び吐水部135からリム部120に噴出した水は、いずれもリム部120に沿って反時計回りに旋回して流れながら、リム部120の全体からボウル部110に向けて流下する。
排水トラップ管路140は、ボウル部110の下端と排水管SWとを接続する流路である。排水トラップ管路140は、ボウル部110の下端から下流に向かう方向に沿って上り勾配となるように形成されている上昇流路141と、上昇流路141の上端から下流に向かう方向に沿って下り勾配となるように形成されている下降流路142とを有している。このような構成により、ボウル部110の下部から上昇流路141の下部に亘る部分には水を貯留することが可能となっており、貯留した水によって封水WTが形成されている。下降流路142の下端には排水管SWが接続されている。排水管SWは建物の内部に配置された配管であって、その下流側の端部が不図示の下水管に接続されている。
タンク20からボウル部110に向けて水が供給されると、上記のように、当該水はリム部120を旋回して流れながら、リム部120の全体からボウル部110に向けて流下する。水はボウル部110に対して上方から追加され、ボウル部110の下端部から上昇流路141及び下降流路142を通って排出される。その結果、ボウル部110に貯留されている水(封水WT)には下向きの流れが生じることとなる。
ボウル部110において一時的に受け止められていた汚物は、上方のリム部120から供給される水によって下方に向けて押し込まれ、ボウル部110の下端に向かって移動する。その後、汚物は水流によって上昇流路141を通り下降流路142に到達して、水と共に排水管SWに向けて落下する。
タンク20は内部に水が貯留された容器であって、当該水を導水路130の入口131に供給するためのものである。タンク20は、第一タンク部210と、第一タンク部210の底壁211の一部を下方に伸ばすように形成された第二タンク部220とを有している。第一タンク部210と第二タンク部220はいずれも略直方体の容器であって、両者の内部空間が互いに連通している。第二タンク部220は、第一タンク部210の底壁211のうち後方側の部分に接続されている。
第一タンク部210の底壁211(第二タンク部220よりも前方側の部分)は、大便器本体10の上面101のうち後方側の部分に対して上方から近接した状態となっている。具体的には、大便器本体10の上面101のうち後方側の部分には入口131が形成されているが、第一タンク部210の底壁211は、入口131の周囲を上方から覆うように、大便器本体10の上面101に対して上方から近接した状態となっている。また、底壁211には入口131と略同一形状の開口212が形成されており、開口212と入口131とが上面視で重なっている。このため、タンク20の内部に貯留されている水は、開口212及び入口131を通って導水路130の内部に流入し、ボウル部110に向かって流れることが可能となっている。
第一タンク部210を上記のように配置した結果、第二タンク部220は大便器本体10よりも後方に位置している。すなわち、大便器本体10の後方側端部よりも更に後方側に位置した状態となっている。また、第二タンク部220の底壁221は、大便器本体10の上面101よりも低い位置に配置されている。
上記のようにタンク20が配置されることにより、タンク20の前端部が、大便器本体10の後端部よりも前方側に位置している。また、タンク20の下端部が、大便器本体10の上面101よりも下方側に位置している。その結果、水洗大便器装置FT全体の前後方向における寸法と、上下方向における寸法とが、いずれも小さくなっており、水洗大便器装置FTのデザイン性が向上している。
次に、タンク20の内部の構成について説明する。図3は、水洗大便器装置FTを後方側から見た場合における、タンク20の内部を示す斜視図である。図3に示したように、タンク20の内部には、給水管231と、主弁233と、パイロット弁234と、ジェットポンプユニット300とが配置されている。
給水管231は、主弁233に向けて水を供給するための管であって、第二タンク部220の底壁221から鉛直上方に向かって伸びるように配置されている。給水管231の下端は、タンク20の外部において不図示の水道管に接続されている。また、給水管231の上端は、タンク20の内部において主弁233に下方から接続されている。給水管231は、タンク20の内部のうち左右方向における中央よりも左側となる位置に配置されている。
給水管231の途中(水道管と主弁233との間)には、図3では図示しない定流量弁232が配置されている。主弁233が開いた状態において主弁233に流入する水の流量は定流量弁232によって一定となり、水道管内の水圧によって変動することがない。
主弁233は開閉弁であって、給水管231からジェットポンプユニット300に向かう水の流路の開閉を行うものである。主弁233とジェットポンプユニット300との間にはバキュームブレーカー235が備えられており、バキュームブレーカー235の上流側が負圧となって水が逆流してしまうことが防止されている。尚、上記のように給水管231が上方に向かって伸びており、主弁233とバキュームブレーカー235とはタンク20内の高い位置に配置されている。このため、タンク20の水位が満水位となった状態においても、バキュームブレーカー235が水没してしまうことはない。
主弁233にはパイロット弁234が備えられており、パイロット弁234の動作によって主弁233の開閉が切り替えられる構成となっている。パイロット弁234には、タンク20の外側に配置された手動レバー236が、タンク20の内部に配置された伝達機構237を介して接続されている。また、パイロット弁234には、タンク20の内部に配置されたフロート238が更に接続されている。
水洗大便器装置FTの使用者によって手動レバー236が操作されると、当該操作が伝達機構237を介してパイロット弁234に伝達され、パイロット弁234が開かれる。これにより主弁233が開かれた状態となり、給水管231からジェットポンプユニット300に向かって水が流れる。後に説明するように、ジェットポンプユニット300に向かって流れた水は、タンク20の内部に貯留されていた水と共に洗浄水として導水路130に供給される。このため、タンク20の内部における水位は次第に低下していく。
ボウル部110の洗浄が終了した後も、主弁233は閉じられず、給水管231からジェットポンプユニット300に向かって引き続き水が流れる。ジェットポンプユニット300に向かって流れた水はタンク20の内部に供給されて、次回の洗浄のために貯留される。タンク20の内部に向けた水の供給(タンク20への注水)が行われると、タンク20の内部における水位は次第に上昇して行く。タンク20の内部においてパイロット弁234に接続されているフロート238は、水位の上昇に伴って上昇し、これによりパイロット弁234が閉じられる。
このように、タンク20の内部における水位が上昇すると、フロート238が受ける浮力の変化によってパイロット弁234が閉じられる。パイロット弁234が閉じられると、主弁233が閉じられた状態となり、給水管231からジェットポンプユニット300への水の供給が停止される。この時点においてタンク20の内部に貯留されている水の量が、次回の洗浄のために必要な量となるように(所定の満水位となるように)、フロート238の配置が調整されている。
ジェットポンプユニット300は、給水管231から供給された水によりジェットポンプ作用を誘発させ、これにより導水路130に向けた水の供給を行うためのものである。ジェットポンプユニット300は、ノズル310と、スロート管320とを有している。
ノズル310は、一端が接続管239を介してバキュームブレーカー235に接続されており、他端には噴射口311が形成されている管である。ノズル310は、第二タンク部220の底壁221の近傍に配置されている。主弁233が開かれると、給水管231から供給された水は接続管239を流れてノズル310に到達し、噴射口311から高速の水流として噴射される。ノズル310は、第二タンク部220のうち後方側且つ右側の隅(上面視における隅)に配置されている。図3に示したように、ノズル310はU字形状となっており、その下流側が上記隅から折り返されている。噴射口311は、その噴射方向がスロート管320の内部に向けられている。
スロート管320は断面が円形の管であって、底壁211に形成された開口212を一部が貫通した状態で、タンク20の内部に配置されている。スロート管320の一端は導水路130の入口131に接続されており、他端には開口である吸引口321が形成されている。スロート管320は、導水路130の入口131側の部分が鉛直方向に沿っており、吸引口321側の部分が水平面に対して傾斜している。このため、その全体が逆U字形状となっている。図2に示したように、スロート管320は、上面視において前後方向に対して傾斜した状態で、タンク20の内部に配置されている。
スロート管320の具体的な形状について更に詳しく説明する。スロート管320は、吸引口321から斜め上方に向けて伸びる上昇部322と、上昇部322の下流側(上側)に配置された屈曲部323と、屈曲部323の下流側(下側)に配置され、屈曲部323から下方に向かって伸びる下降部324とを有している。
上昇部322は、その管径が全体において均一な円筒形状の管であって、水平面に対して傾斜した状態で配置されている。吸引口321は上昇部322の下端に形成されている。吸引口321は、その縁の全体が水平面に沿うように(水平面と平行になるように)形成されている。
下降部324は、その管径が全体において均一な円筒形状の管であって、鉛直方向に沿って配置されている。下降部324の管径は、上昇部322の管径よりも大きい。屈曲部323のうち上昇部322側の管径は、上昇部322の管径に等しい。また、屈曲部323のうち下降部324側の管径は、下降部324の管径に等しい。このため、管径が互いに異なる上昇部322と下降部324とが、屈曲部323によって滑らかに繋がれているということができる。
上昇部322のうち、その流路方向に沿って略中央となる位置には、空気導入管330が接続されている。空気導入管330は、鉛直方向に沿って配置された円筒形状の管である。空気導入管330の下端は上昇部322の上面側に接続されており、空気導入管330の内部空間と上昇部322の内部空間とが連通している。空気導入管330の上端には導入口331が開口形成されており、導入口331から流入した空気又は水が、空気導入管330を通って上昇部322の内部空間に流入し得る構成となっている。導入口331の位置(高さ)は、タンク20の水位が満水位であるときには水没するような位置となっている。また、吸引口321よりも高い位置となっている。
図4を参照しながら、ジェットポンプユニット300の構成及び動作について更に説明する。図4(A)は、タンク20内の水位が吸引口321よりも高い(例えば満水位)ときにおいてノズル310から水が噴射され、これによりジェットポンプ作用が誘発されている状態を模式的に示したものである。
主弁233が開かれて、ノズル310の噴射口311から水が噴射されると、噴射された高速の水が上昇部322の内部に向かって流れる。上昇部322のうち下側の部分及びノズル310は、タンク20内に貯留されている水の内部に水没している。このため、タンク20内に貯留されている水は、噴射口311から噴射された高速の水流によって上昇部322の内部に引き込まれて、導水路130に向かって流れる。このようなジェットポンプ作用が誘発される結果、スロート管320の内部では、ノズル310の噴射口311から噴射された水だけでなく、吸引口321の周囲から引き込まれた水も流れる。これらが導水路130を流れて、洗浄水として吐水部133、135からリム部120に供給される。
このように、水洗大便器装置FTにおいては、ノズル310の噴射口311から噴射される水の流量よりも、リム部120に供給される水の流量の方が大きくなっている。換言すれば、ノズル310の噴射口311から噴射される水の流量が小さくても、洗浄水として十分な流量の水がリム部120に供給される。このため、水道管の水圧が小さい低い環境に水洗大便器装置FTが設置された場合であっても、十分な洗浄性能を発揮することができる。
また、洗浄水としてリム部120(及びボウル部110)に供給される水の総量は、タンク20の内部に予め貯留されていた水の量に、ノズル310の噴射口311から噴射された水の量を加えたものとなる。全ての洗浄水をタンク20の内部に貯留しておく必要がないため、タンク20は小型化されており、そのデザイン性が向上している。
図1等に示したように、タンク20は大便器本体10よりも上方に設置されている。このため、タンク20からリム部120へ上記のように水が供給される際において、逆U字形状のスロート管320の内部でサイホン作用が生じる構成となっている。すなわち、タンク20に貯留されている水の水頭(位置エネルギー)による水流が生じて、当該水流が、既に説明したジェットポンプ作用による水流に加えられる構成となっている。
ところで、タンク20に貯留されている水のうち、吸引口321よりも下の部分に存在する水は、吸引口321からスロート管320の内部に供給されない。その結果、タンク20の内部に残水として残ってしまう。しかし、図3等に示したように、ノズル310及び吸引口321はいずれも(狭い)第二タンク部220の内部に配置されている。このため、吸引口321よりも下の部分で残ってしまう残水の量は、比較的少なくなっている。
このような構成により、水洗大便器装置FTでは、リム部120対する水の供給が終了した時点における残水の量を少なくしている。その結果、タンク20の内部空間のうち殆どの部分を、リム部120対して供給される水(残水とならない水)を貯留するための空間として利用することが可能となっており、タンク20の大型化が抑制されている。
上昇部322の下端近傍、すなわち吸引口321の近傍には、流路切り換え部材350が取り付けられている。流路切り換え部材350は棒状の部材であって、その長手方向に沿った一端にはフロート351を有しており、他端には切り換え板352を有している。尚、流路切り換え部材350は、先に参照した図3等においては図示を省略していたものである。
流路切り換え部材350は、フロート351と切り換え板352との間の部分が、上昇部322の下端近傍に対して回転自在な状態で取り付けられている。図4(A)に示したように、タンク20内の水位が吸引口321よりも高いときにおいては、フロート351に加わる浮力によって流路切り換え部材350が回転する。具体的には、フロート351が上方に移動し、切り換え板352が下方に移動して、それぞれ図4(A)に示した位置で停止する。
図4(A)の状態においては、ノズル310から噴射された水は、切り換え板352には直接当たることなく上昇部の内部に流入する。その結果、既に説明したようなジェットポンプ作用及びサイホン作用が誘発され、洗浄水としての水がリム部120に供給される。
その後、タンク20内の水がリム部120に供給されることにより、タンク20内の水位は次第に低下していく。
図4(B)は、タンク20内の水位が吸引口321の近傍まで低下し、リム部120への水の供給が停止した状態を模式的に示したものである。タンク20内の水位が吸引口321の近傍まで低下すると、フロート351に加わる浮力は小さくなる。このため、図4(B)に示したように、フロート351が下方に移動するように流路切り換え部材350が回転する。切り換え板352は上方に移動して、ノズル310から噴射された水が切り換え板352に直接当たるようになる。
切り換え板352のうち噴射口311に対向する面は、凹状に湾曲した形状となっている。ノズル310から噴射された水が当該面に当たると、水は当該面に沿って流れて、その進行方向を略90度変化させる。その結果、ノズル310から噴射された水は上昇部322の内部には流入せず、次回の洗浄のための水としてタンク20に貯留される。このように、流路切り換え部材350は、ノズル310から噴射された水の供給先を、リム部120(大便器本体10)からタンク20へと切り替えるためのものである。
図5は、タンク20の内部における構成を模式的に示している。既に説明したように、タンク20の内部には、給水管231と、主弁233と、ジェットポンプユニット300とが配置されている。
ボウル部110の洗浄が行われていない状態(待機状態)においては、タンク20の水位は満水位となっている。水洗大便器装置FTの使用者によって手動レバー236が操作されると、既に説明したように主弁233が開かれた状態となり、ノズル310の噴射口311から水が噴射される(図5の矢印AR1)。タンク20の内部に貯留されていた水は、ジェットポンプ作用及びサイホン作用によってスロート管320の内部に引き込まれて(図5の矢印AR2)、洗浄水としてリム部120に供給される(図5の矢印AR3)。
リム部120への水の供給が終了すると、ノズル310からの水の供給先が流路切り換え部材350によって切り替えられて、タンク20への注水が開始される(図5の矢印AR4)。タンク20内の水位は次第に上昇して行き、満水位となった時点でフロート238によりパイロット弁234が閉じられる。これと同時に主弁233が閉じられることによりタンク20への注水が終了し、待機状態に戻る。
タンク20の内部におけるその他の構成について、再び図3を参照しながら説明する。図3に示したように、タンク20の内部にはスロート管320の下降部324を囲むような隔壁240が配置されている。隔壁240は、底壁211から上方に向かって伸びるように形成されている。隔壁240、タンク20の前側壁面213、左側壁面214、及び第一タンク部210の底壁211によって、タンク20の内部空間の一部が区画され、小タンク260が構成されている。小タンク260は、その上部がタンク20の内部に開放された容器であって、第一タンク部210のうち前方側且つ左側の隅に配置されている。スロート管320は、下降部324の下端部分が小タンク260の内側に配置されている。また、吸引口321が小タンク260の外側に配置されている。
隔壁240のうち下端部近傍には開閉窓241が設けられている。開閉窓241は通常は開かれた状態となっており、開閉窓241を通じて小タンク260の内部と外部(隔壁240よりも後方側の空間)とが連通している。このため、ボウル部110の洗浄が行われていない状態(待機状態)においては、タンク20内に貯留された水の水位と、小タンク260内に貯留された水の水位は等しくなっている。
手動レバー236は二つの方向(大方向、小方向)に操作することが可能となっている。手動レバー236が大方向に操作された場合には、開閉窓241が開かれた状態のまま、パイロット弁234及び主弁233が開かれる。小タンク260に貯留されていた水は、開閉窓241を通過して第二タンク部220に流出し、吸引口321に到達する。このため、タンク20の内部に貯留されていた水は、小タンク260に貯留されていた分を含む殆どが、スロート管320の内部に引き込まれてリム部120に供給される。
一方、手動レバー236が小方向に操作された場合には、開閉窓241が閉じられると同時にパイロット弁234及び主弁233が開かれる。このため、タンク20の内部に貯留されていた水のうち小タンク260に貯留されていた水は、開閉窓241を通過することができずに小タンク260の内部に残留したままとなる。その結果、洗浄水としてリム部120に供給される水の量は少量となる。
尚、以下の説明において「タンク20に貯留されている水の水位」又は「タンク20内の水位」等というときには、小タンク260の外部における水位を示すものとする。すなわち、隔壁240によって二つに分けられた空間のうち、吸引口321が配置されている方の空間に貯留されている水の水位を示すものとする。小タンク260に貯留されている水の水位については、以下の説明では考慮しない。
続いて、リム部120へ洗浄水として供給される水の流量(吐水部133、135に供給される水の流量といってもよい)について、図6乃至8を参照しながら説明する。図6は、水洗大便器装置FTの、洗浄時における動作の流れを説明するためのフローチャートである。図7は、リム部120に供給される水の流量が変化することを説明するための図であって、ジェットポンプユニット300の流路状態が切り替わる様子を模式的に示している。図8は、リム部120に供給される水の流量の変化を示すグラフである。
まず、水洗大便器装置FTの使用者によって手動レバー236が操作されると(ステップS01)、ノズル310から水が噴射され、既に説明したようにジェットポンプ作用及びサイホン作用によってリム部120に水が供給される(ステップS02)。
図7(A)は、リム部120に水が供給され始めた直後における、ジェットポンプユニット300の流路状態を模式的に示している。タンク20内の水位は満水位から低下し始めているが、空気導入管330の導入口331よりも高い。すなわち、導入口331は水没した状態となっている。
上昇部322の内部においては、吸引口321から流入した水が屈曲部323に向かって流れている。この水流によって、空気導入管330の内部に存在する水には負圧が働き、当該水が上昇部322の内部に引き込まれる。その結果、上昇部322の内部においては、吸引口321から流入した水だけではなく、導入口331から流入した水も流れる。また、スロート管320の内部ではこれに加えてサイホン作用による水流も生じている。このため、ジェットポンプ作用及びサイホン作用による大流量の水が、リム部120へ洗浄水として供給される。
ノズル310からの水の噴射が開始されてから、タンク20内の水位が低下して導入口331の位置(このときの水位を、以下では「第一水位」とも称する)となるまでの期間においては、上記のように大流量の水がリム部120に供給される。当該期間においてジェットポンプユニット300から大流量の水が供給される工程を、以下では「第一工程」とも称する(ステップS03)。
図8は、ボウル部110の洗浄が行われている期間において、リム部120に供給される洗浄水の流量の変化を示している。同図においては、第一工程が終了する時刻、すなわち、タンク20内の水位が第一水位となる時刻を時刻t100としている。また、ノズル310から噴射される水の流量をQjetと表記し、ジェットポンプ作用によって吸引口321に引き込まれる水(タンク20内からスロート管320の内部に引き込まれる水)の流量をQtankと表記している。
タンク20内の水位は次第に低下していくため、これに伴ってジェットポンプ作用による水流も次第に小さくなる。その結果、図8に示したように、時刻t100までの第一工程においては、リム部120に供給される水の流量は次第に小さくなる。
タンク20内の水位が第一水位まで低下すると、上記の第一工程は終了する(ステップS04)。このとき、上昇部322の内部(空気導入管330の下端部近傍)においては依然として水流による負圧が生じているが、導入口331が水面上に現れている(水没していない)ため、導入口331からは水ではなく空気が流入するようになる。
図7(B)は、このときにおけるジェットポンプユニット300の流路状態を模式的に示している。ノズル310からは継続して水が噴射されており、スロート管320の内部ではジェットポンプ作用による水流が生じてはいるが、当該水流には空気導入管330からの空気が混入している。
その結果、図7(A)に示した状態と比較すると、スロート管320の内部に混入した空気がジェットポンプ作用を抑制するため、図7(B)においてはスロート管320の内部を流れる水の流量が低下している。すなわち、リム部120に供給される水の流量が、第一工程における流量よりも低下している。図8に示したように、リム部120に供給される水の流量は、第一工程が終了する時刻t100において急激に低下している。
このように、第一工程が終了した後、(ジェットポンプ作用が抑制されて)低下した流量の水が洗浄水としてリム部120に供給される工程を、以下では「第二工程」とも称する(ステップS05)。第二工程は、タンク20内の水位が更に低下して、流路切り換え部材350が図4(B)に示した状態となるまで継続される(ステップS06)。
尚、流路切り換え部材350のフロート351に加わる浮力が小さくなり、流路切り換え部材350が回転して図4(B)に示した状態となる際におけるタンク20内の水位を、以下では「第二水位」とも称する。すなわち、第二水位とは、リム部120に対する洗浄水の供給が停止される際における、タンク20内の水位である。
導入口331から空気が流入して第二工程に移行した後(時刻t100以降)においても、サイホン作用は停止せず引き続き生じている。タンク20内の水位が次第に低下するのに伴い、リム部120に供給される水の流量は時刻t100以降においても次第に小さくなって行く。
導入口331からスロート管320の内部に流入した空気は屈曲部323に向かって浮上し、屈曲部323の内部(頂部の近傍)に溜まる。時刻t100から短時間が経過して時刻t140になると、スロート管320の内部を満たしていた水(水塊)が、屈曲部323内の空気によって分断される。その結果、第二工程の途中(時刻t140)においてサイホン作用は停止する。このように、本実施形態における空気導入管330は、第二工程においてジェットポンプ作用を抑制するように機能することに加えて、時刻t140においてサイホン作用を停止させるようにも機能する。空気導入管330がこれら二つの機能を兼ね備えた結果、タンク20内部の構造が簡素化されている。
図7(C)は、このときにおけるジェットポンプユニット300の流路状態を模式的に示している。ノズル310からは継続して水が噴射されており、スロート管320の内部ではジェットポンプ作用による水流のみが生じている。空気導入管330からの空気の混入に加えて、サイホン作用が停止したことにより、スロート管320の内部を流れる水の流量は更に低下している。図8に示したように、リム部120に供給される水の流量は、サイホン作用が停止した時刻t140において再び急激に低下している。
その後は、タンク20内の水位が更に低下し、第二水位となるまでリム部120への水の供給が行われる。タンク20内の水位が第二水位まで低下すると、第二工程は終了する(ステップS07)。第二工程が終了する時刻を、図8では時刻t200としている。
その後、流路切り換え部材350の動作によってタンク20内への水の貯留が開始される。(ステップS08)。タンク20内の水位が上昇して、満水位となると、ノズル310からの水の噴射が停止され、タンク20内への水の貯留が停止される(ステップS09、S10)。
尚、ボウル部110の洗浄が行われた後において、封水WTを形成するための水(リフィル水)をジェットポンプユニット300からリム部120に追加供給する構成としてもよい。このようなリフィル水の供給は、第二工程が終了した時点(ステップS07の直後)、又はタンク20内への水の貯留が停止した時点(ステップS10の直後)のいずれかのタイミングにおいて、開始することが望ましい。第二工程が終了した時点でリフィル水の供給を開始する場合には、タンク20内への水の貯留と、リム部120へのリフィル水の追加とが同時に行われることとなる。
既に説明したように、時刻t0から時刻t100までの第一工程においては、ジェットポンプ作用による大流量の水がリム部120に供給される。図8に示したように、リム部120に到達する水の流量は、流量Qjetと流量Qtankとの和となっている。換言すれば、流量Qjetがジェットポンプ作用によって増幅された流量となっている。
時刻t100から時刻t200までの第二工程においては、第一工程と同様に、ジェットポンプ作用によって増幅された流量の水がリム部120に到達する。しかし、第二工程においては、スロート管320の内部に気泡が混入することによってジェットポンプ作用が抑制された状態となっている。つまり、ノズル310から噴射される水の流量Qjetは、第二工程に切り替わった後も変わらず一定のままであるが、吸引口321に引き込まれる水の流量Qtankは、第二工程に切り替わると同時に小さくなっている。その結果、ジェットポンプユニット300からリム部120に供給される水の流量(流量Qjetと流量Qtankとの和)は、時刻t100を境に急激に小さくなっている。
ボウル部110の洗浄が行われている期間の途中で、リム部120に供給される水の流量を上記のように小さくする理由について説明する。図8において一点鎖線で示した線OLは、第一工程においてリム部120に供給される流量と、(当該流量を保ったまま第一工程を継続した場合において)リム部120から水が溢れてしまう時刻との関係を示している。
吐水部133、135から水が噴出し、リム部120に水が供給され始めた当初においては、リム部120を旋回して流れている水、すなわち、リム部120に滞留している水の量は比較的少ない。このため、リム部120には新たに供給される水を受け入れる余地があり、リム部120から水が溢れてしまうことはない。
しかしながら、引き続きリム部120に供給される水の流量が略一定のままであっても、リム部120に滞留している水の量は次第に増加して行き、新たに供給される水を受け入れる余地が少なくなっていく。その結果、リム部120に滞留している水の量が一定量(以下、「限界量」とも称する)を超えた時点以降においては、リム部120に対して新たに供給された水が溢れてしまうことがある。
第一工程において、リム部120に供給される水の流量が比較的大きい場合には、リム部120に滞留している水の量は素早く増加するため、早期に限界量に達する。逆に、リム部120に供給される水の流量が比較的小さい場合には、リム部120に滞留している水の量はゆっくりと増加するため、限界量に達するまでには長時間を要する。従って、リム部120に供給される水の流量と、リム部120に滞留している水の量が限界量を超える時刻との関係は、図8の線OLで示したように右肩下がりの曲線となる。
図8に示した点線VLは、仮に、時刻t100において第二工程への切り替えが行われず、第一工程が継続されることとした場合において、リム部120に供給される水の流量を示す線である。このように第一工程を継続した場合には、点線VLは時刻t100を超えた直後の時刻t120において、線OLと重なることとなる。つまり、仮に第二工程への切り替えが行われない場合には、時刻t120においてリム部120から水が溢れてしまうこととなる。
そこで、本実施形態においては、リム部120から水が溢れてしまうよりも前の時点(時刻t120よりも早い時刻t100)で、リム部120に供給される水の流量を急激に減少させることにより、リム部120から水が溢れてしまうことを防止している。具体的には、ジェットポンプ作用による水流に対して空気を混入させ、ジェットポンプユニット300の流路状態を変化させることによってジェットポンプ作用を抑制する構成となっている。換言すれば、リム部120から水が溢れてしまう直前のタイミングにおいて導入口331から空気が導入されるように(ジェットポンプ作用が抑制されるように)、空気導入管330の長さが調整されている。
時刻t0から時刻t100までの第一工程においては、タンク20内で導入口331が水没している。このため、ジェットポンプ作用は抑制されず、リム部120(吐水部133、135)には大流量且つ略一定の水がジェットポンプユニット300から供給される。ボウル部110に付着した汚物は短時間のうちに除去されるため、吐水部133、135から水を吐出する時間を短縮し、節水化を図ることが可能となっている。
また、時刻t100から時刻t200までの第二工程においては、タンク20内で導入口331が水没していない。このため、空気導入管330から混入する気泡によってジェットポンプ作用が抑制され、リム部120に供給される水の流量が減少する。これにより、リム部120に滞留している水の量が増加してリム部120から水が溢れてしまう前に、リム部120に供給される水の流量を減少させる構成となっている。このように、空気導入管330は、ジェットポンプ作用を抑制するようにジェットポンプユニット300の流路状態を切り換える「流路状態切り換え手段」として機能する。
尚、導入口331の位置(高さ)は、第一工程から第二工程へと移行するタイミングを考慮して決定される。また、空気導入管330の下端の位置は、ジェットポンプを適切に抑制することを考慮して決定される。このように決定されたそれぞれの位置は互いに異なるのが一般的であるが、一致する場合には、空気導入管330の長さを0としてもよい。すなわち、スロート管320の壁面に貫通孔を形成し、当該貫通孔から空気が導入される構成としてもよい。この場合、当該貫通孔の位置が導入口331の位置であり、且つ、スロート管320内の水流に空気が混入される位置でもある。
更に本実施形態では、第二工程が行われている期間の途中(時刻t140)においてサイホン作用が停止し、リム部120に供給される水の流量が再度急激に小さくなるように構成されている。このように、リム部120に(大流量で)供給されていた水の流量を第二工程において大きく低下させて、リム部120から水が溢れてしまうことを確実に防止している。
ところで、スロート管320は逆U字形状であるから、下降部324において空気を混入させた場合であっても、当該空気は屈曲部323に向かって浮上し、屈曲部323の頂部に溜まるようにも思われる。
しかしながら、スロート管320においてサイホン作用が生じている際には、下降部324では下方に向かう強い水流が生じている。このため、下降部324において空気を混入させた場合には、当該空気は水流によって(浮力よりも強い力で)下方に押し流されて、屈曲部323の頂部に溜まらない場合がある。その結果、空気を混入させてもサイホン作用が停止しない場合が生じ得る。
そこで、本実施形態では、導入口331から導入した空気を、下降部324よりも上流側において水流に混入させる構成としている。導入された空気は下方に押し流されることなく屈曲部323の頂部に溜まるため、当該空気によってサイホン作用を確実に停止させることが可能となっている。
尚、導入口331から空気が導入されることによる第二工程への移行と、サイホン作用の停止とが、同時に行われるように構成することも可能である。例えば、図9に示したように、空気導入管330を屈曲部323の下面に配置した場合には、導入口331から導入された空気は直ちに屈曲部323の頂部に溜まり、サイホン作用を停止させる。このため、第二工程に移行するとほぼ同時に、サイホン作用が停止することとなる。
これに対して、本実施形態では、導入口331から空気が導入されて第二工程に移行するタイミング(時刻t100)と、サイホン作用が停止するタイミング(時刻t140)とが異なるように構成されている。上昇部322内の水流に混入した空気が屈曲部323に移動する時間の分だけ、サイホン作用が停止するタイミングが遅れるように構成されている。
このような構成により、第二工程においてリム部120に供給される水の流量は、図8に示したように、時間の経過とともに段階的に低下する。換言すれば、リム部120に供給される水の流量を示すグラフGT5(図8参照)のうち第二工程における部分が階段状となり、線OLに近づいている。このように、リム部120から水が溢れることを防止しながら、可能な限り大流量の水をリム部120に供給する構成となっている。
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。