(57)【要約】【課題】少ない水量で、快適性の高い人体洗浄装置を実現することができる。【解決手段】給水管と、前記給水管に接続された圧力変動部と、前記圧力変動部の動作を制御する圧力制御部と、前記圧力変動部の下流側に設けられた人体へ洗浄水を吐水するための吐水孔と、を備えた人体洗浄装置であって、前記圧力制御部は、１つの圧力の脈動周期において、少なくとも１つの凸状ピークと前後が正の傾きとなる変曲点を有するように、前記圧力変動部の駆動を制御したことを特徴とする人体洗浄装置を提供する。【選択図】  図１
2010133123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管と、
前記給水管に接続された圧力変動部と、
前記圧力変動部の動作を制御する圧力制御部と、
前記圧力変動部の下流側に設けられた人体へ洗浄水を吐水するための吐水孔と、
を備えた人体洗浄装置であって、
前記圧力制御部は、１つの圧力の脈動周期において、少なくとも１つの凸状ピークと前後の傾きが正となる変曲点を有するように、前記圧力変動部の駆動を制御することを特徴とする人体洗浄装置。
【請求項２】
前記圧力制御部は、前記圧力変動部の駆動を制御し、前記吐水孔から連続的に吐水される脈動流が吐水後に合体し、速度の異なる水塊を複数生成するように周期的な脈動推移を発生させることを特徴とする請求項１記載の人体洗浄装置。
【請求項３】
前記圧力変動部は、前記給水管に接続され、給水管路の一部をなすシリンダと、シリンダ内を往復運動し、シリンダ内の洗浄水を下流に圧送する加圧部と、前記加圧部を駆動する駆動部を備えたことを特長とする請求項１または請求項２に記載の人体洗浄装置。
【請求項４】
前記圧力変動部は、前記給水管に接続され、給水管路の一部をなすシリンダと、前記シリンダ内を往復運動し、シリンダ内の洗浄水をシリンダ下流に圧送するプランジャと、前記プランジャを往復動させる電磁ソレノイドを有したことを特長とする請求項１乃至請求項２に記載の人体洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、洗浄水を吐水孔から人体に吐水する人体洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の人体洗浄装置は、省エネ意識の高まりの中で、高い圧力を間欠的に発生することで、流量を少なくしても、高い洗浄力を得られる装置の開発なされている。例えば、特許文献１には、給水管もしくは温水管のいずれかに、高速かつ周期的に水路内容積を増減可能な水量容積可変手段と、逆流防止手段によって、高圧の洗浄水を吐水できると記載されている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、高い圧力で洗浄力と体感の強さを高めることはできているが、洗浄の快適性に関わり、少ない水量でも多い水量で洗浄されている感覚である量感を高めることができないという課題があった。
【０００４】
また、特許文献２には、給水源より得られる吐水圧よりも高い圧力が間欠的に発生するような脈動推移を起こす圧力発生手段を備え、圧力の脈動推移により吐水孔から速度の異なる部位を有した脈動流の洗浄水が繰返し現れるように吐水を行ない、吐水後に速度の異なる部位が大きな水塊を人体に着水させると記載されている。
【０００５】
これは、速い速度を持つ部位が、その前の遅い流速を持つ部位に追いつくことで、大きな水塊を人体に着水させるので、連続的な洗浄が求められる通常のおしり洗浄やビデ洗浄における洗浄水水量そのものを減少することができると共に、洗浄感や洗浄強度を多様化することができる。これに対し、さらに洗浄感の高い吐水が求められる。特に、あたかも大量の水で洗浄しているかのように感じる量感のある洗浄と、十分な洗浄の強さを両立して備える洗浄が求められる。
【特許文献１】特開２００３−１１９８６５号公報（図１）
【特許文献２】特許第３２６４２７４号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、限られた水量で、多くの水量で洗浄されているような量感のある洗浄感と、かつ、強さのある洗浄を両立して実現することで、快適性の高い人体洗浄装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、給水管と、前記給水管に接続された圧力変動部と、前記圧力変動部の動作を制御する圧力制御部と、前記圧力変動部の下流側に設けられた人体へ洗浄水を吐水するための吐水孔と、を備えた人体洗浄装置であって、前記圧力制御部は、１つの圧力の脈動周期において、少なくとも１つの凸状ピークと前後が正の傾きとなる変曲点を有するように、前記圧力変動部の駆動を制御したことを特徴とする人体洗浄装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、限られた水量で、多くの水量で洗浄されているような量感のある洗浄感と、かつ、強さのある洗浄を両立して実現することで、快適性の高い人体洗浄装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。  
先ず、本実施例による人体洗浄装置の水路図を図１に示す。図１は、洗浄水の供給系を示す概略構成図である。
【００１０】
図１に示すように、人体洗浄装置の水路系は、人体洗浄装置のケーシングの外部の供給源（図示せず）から給水される入水側弁ユニット５０と熱交換ユニット６０と、脈動ユニット７０とを備える。そして、脈動発生ユニット７０から洗浄ノズルユニット８０の流量調整件流路切替弁８１を経て洗浄ノズル８２に、脈動発生ユニット７０により付与された脈動を保った洗浄水が導かれ、当該ノズル８２から吐水される。これらの各ユニットは、人体洗浄装置のケーシングに収納されている。また、制御器１０は電磁弁５３、入水温センサ６２ａ、ヒータ６１、出水温センサ６２ｂ、フロートスイッチ６３、脈動発生機器７４、流量調節兼流路切替弁８１、洗浄ノズル８２および制御ボタン（図示せず）に接続されている。なお制御ボタンには強い刺激感のあるハードなおしり洗浄、ソフトなおしり洗浄（以下やわらか洗浄と呼ぶ）、ビデ洗浄（以下ビデ洗浄と呼ぶ）の各洗浄モードを選択する洗浄ボタン、洗浄水の水勢を変化させるための水勢変更ボタン、洗浄水の温度を選択できる温度調整ボタン、洗浄を停止するための停止ボタンが含まれる。
【００１１】
これら各ユニットは脈動発生ユニットを挟んでそれぞれ給水管路で接続されている。即ち、入水側弁ユニット５０と熱交換ユニット６０は、給水管路５５で接続され、脈動発生ユニット下流の流量調節兼流路切替弁８１は給水管路７５で接続されている。
【００１２】
給水管路５５は給水源（水道管）から洗浄水（水道水）を直接給水すべく入水側弁ユニット５０に配管されている。この給水管路５５に導かれた洗浄水は、入水側弁ユニット５０のストレーナ５１でゴミなどが捕捉されて、逆止弁５２に流れ込む。そして電磁弁５３にて管路が開かれると、洗浄水は調圧弁５４に流れ込み、所定の圧力（給水圧：０．１１０ＭＰａ）に調圧された状態で、瞬間式加熱方式の熱交換ユニット６０に流入する。このように調圧を受けて流入する洗浄水流量は２００〜６００ｃｃ／ｍｉｎ程度となるようにされている。なお、給水管路５５を便器洗浄用の洗浄水を貯留する洗浄水タンク（図示省略）から分岐して入水側弁ユニット５０に配管することもできる。
【００１３】
上記した入水側弁ユニット５０の下流の熱交換ユニット６０はヒータ６１を内蔵する熱交換部６２を備える。この熱交換ユニット６０は熱交換部６２へ流入する洗浄水の温度と熱交換部６２から流出する洗浄水の温度と熱交換部６２から流出する洗浄水の温度を入水温センサ６２ａと出水温センサ６２ｂで検出しつつ、その検出温度を基にして洗浄水の設定温度の洗浄水に過熱するようにヒータ６１の加熱動作を制御する。そしてこのようにして、温水化された洗浄水は後述する脈動発生ユニット７０に流入し、脈動を付加され、流量調節兼流路切替弁８１に流入する。なお、脈動とは、脈動発生ユニットによって生じる圧力変動のことであり、圧力変動を起こす装置類を脈動発生ユニットと呼んでいる。したがって、脈動発生機器は圧力変動部と同義である。
【００１４】
また、この熱交換ユニット６０は熱交換部６２内の水位を検出するフロートスイッチ６３を有する。このフロートスイッチ６３は、ヒータ６１が水没する所定の水位以上になるとその旨の信号を出力するように構成されている。そして、制御部１０はこの信号を入力している状況下でヒータ６１を通電制御するので水没していないヒータ６１に通電してしまうというような事態、いわゆるヒータ６１の空焚きを防止する。なお、熱交換ユニット６０のヒータ６１は制御器１０にてフィードフォワード制御とフィードバック制御を組合せながら最適に制御される。
【００１５】
更に、この熱交換ユニット６０は熱交換部６２からの洗浄水出口、即ち、熱交換部６２下流の管路の熱交換部接続箇所に、バキュームブレーカ６４と安全弁６５とを備える。バキュームブレーカ６４は、負圧となった管路内に大気を導入して、熱交換部下流の管路内の洗浄水を断ち切り、熱交換部下流側から洗浄水の逆流を防止する。また安全弁６５は給水管路６７内の水圧が所定値を超えると開弁し、捨水配管６６へ洗浄水を排出することにより、異常時の機器の破損、ホースの外れ等の不具合を防止している。
【００１６】
続いて、脈動発生ユニット７０の構造について説明する。脈動発生ユニット７０は、アキュームレータ７３、脈動発生機器７４から構成されている。図２は脈動発生機器７４の概略構成断面図である。なお、ここでいう脈動発生機器は、圧力変動を起こす圧力変動部のことである。図２に示すように給水管路６７、７５に接続されるシリンダ７４ｂにプランジャ７４ｃを摺動自在に備える。そして、このプランジャ７４ｃを脈動発生コイル７４ｄの励磁を制御することにより上流側・下流側に進退させる。プランジャ７４ｃは脈動発生コイル７４ｄの励磁により図示する原位置（プランジャ原位置）から下流側７４ｈに移動する。そして、コイルの励磁が消えると、復帰スプリング７４ｆの付勢力によって、原位置に復帰する。この際、緩衝スプリング７４ｅによってプランジャ７４ｃの復帰の動作が緩衝される。プランジャ７４ｃはその内部にダックビル式の逆止弁７４ｇを備え、上流側への逆流を防止している。したがって、プランジャ原位置から下流側へ移動の際にはシリンダ７４ｂ内の洗浄水を加圧して給水管路７５に押し流せるようになっている。連続して動作する際、プランジャ原位置と、下流側に移動した位置はそれぞれ常に一定であることから、プランジャーが動作する際に給水管路７５に送られる洗浄水の量は一定となる。その後、原位置に復帰する際には逆止弁７４ｇを経てシリンダ７４ｂ内に洗浄水が流れ込むので次回のプランジャ７４ｃの下流側移動により、改めて、一定量の洗浄水が給水管路７５に送られることになる。
【００１７】
この場合、脈動発生機器７４には給水管路５５を経て、上記給水圧の洗浄水が給水されている。よって上記したようにプランジャの原位置復帰の間に逆止弁７４ｇを経てシリンダ７４ｂ内に流れ込んだ洗浄水は逆止弁７４ｇによる圧力損失や下流側の洗浄水の引き込みの影響を受けて給水圧のままではないものの、給水管路７５に送られる。この様子を図でもって表すと、図３に示す様に、洗浄水は、脈動発生機器７４への導入水圧Ｐｉｎ（給水圧）を基準に脈動した圧力で脈動発生機器７４から給水管路７５、ひいては洗浄ノズルユニット８０に送られて局部に吐水される。なお、図３に示す圧力波形は、吐水孔４０の直近で測定した結果であり、ＭＴは、１つの脈動周期のを示している。脈動発生機器７４は、図３に示すように、一つの脈動周期において、少なくとも１つの凸状ピークと前後が正の傾きとなる変曲点を有するように周期的な脈動推移を発生している。
【００１８】
次に、アキュームレータ７３について説明する（図示せず）。アキュームレータ７３は、ハウジング７３ハウジング内のダンパ室とこのダンパ室に配置されたダンパを有する。よって、アキュームレータ７３は脈動発生ユニット７０の上流側の給水管路６７にかかる水撃を低減する。このため熱交換部６２の洗浄水温度分布に及ぼす水撃の影響を緩和でき、洗浄水の温度を安定化することができる。この場合、アキュームレータ７３は脈動発生機器７４に近接配置したり当該機器と一体的に配置することが、脈動発生機器７４で発生された脈動を上流側に伝播することを速やかにかつ効果的に回避できる観点から好ましい。
【００１９】
次に洗浄ノズルユニット８０について説明する。洗浄ノズルユニット８０に流量調節兼流路切替弁８１が配設されており、給水管路８６で洗浄ノズル８２に接続される。そして、脈動発生ユニット７０から送られた脈動流の洗浄水の供給先を、洗浄ノズル８２の各流路８３、８４、８５に切替、かつその流路を調節する。
【００２０】
次に、洗浄ノズル８２について説明する。図４（ａ）、（ｂ）に洗浄ノズルの構造図を示す。洗浄ノズル８２ないにある複数の洗浄流路８３、８４、８５はそれぞれ洗浄ノズル先端近傍にあるおしりに向って洗浄水を吐出するおしり洗浄用吐水孔４０１とビデ洗浄用吐水孔４０２に連通する。吐水孔４０１、４０２の上流には洗浄流路８３、８５を通水する洗浄水を旋回させながら旋回流として吐水孔から吐水させるために洗浄水渦室３０１、３０２を設けてある。なお、洗浄流路８４は洗浄渦室３０１の下方に連通し、吐水孔４０１と連通している。
【００２１】
ここで、本実施形態における洗浄水吐水の様子について説明する。図５は、洗浄水吐水に際して脈動を発生させる脈動発生機器７４の脈動発生コイル７４ｄの励磁の様子を示す電圧波形の図であり、図６は、脈動発生機器７４から流出する洗浄水の流速を示すタイミングチャート、図７は、吐水孔４０１からの洗浄水吐水の様子を模式的に説明する説明図である。
【００２２】
制御部１０は、脈動発生コイル７４ｄを励磁して、脈動発生機器７４にて脈動を発生させるに当たり、パルス状の信号を出力する。そして、このパルス信号を、脈動発生コイル７４ｄに接続されこれをオンさせるためのスイッチングトランジスタ（図示せず）に出力する。よって、脈動発生コイル７４ｄは、パルス信号に従ったスイッチングトランジスタのＯＮ・ＯＦＦにより繰返し励磁し、上記したようにプランジャ７４ｃを周期的に往復動させる。これにより、脈動発生機器７４から吐水孔４０１には、圧力が周期的に上下変動する脈動流の状態で洗浄水が供給され、この脈動流の洗浄水が各吐水孔から吐水される。
【００２３】
パルス信号は、図５に示すように、電圧波形はプラス側とマイナス側の電圧を持つ矩形状の波形になっている。この波形によって、脈動発生機器７４から流出する洗浄水の流速のタイミングチャートについて、脈動発生機器７４のプランジャ７４ｃの動作と合わせて説明する。脈動発生機器７４の脈動発生コイル７４ｄには、図５に示す電圧波形が印加されている。Ｔ１において、脈動発生機器７４の脈動発生コイル７４ｄに電圧がかかり電流が流れると、コイルが励磁されて、プランジャ７４ｃは磁化され、下流側へ引き付けられる。この下流側への引き付けによって、復帰スプリング７４ｆが圧縮されてエネルギーを蓄えると同時に、洗浄水を加圧する。その結果、吐水孔４０１から吐水される洗浄水の流速は高くなる。その後、Ｔ２において電圧が切れるとコイルの励磁が消えると、復帰スプリング７４ｆの付勢力を受けて、原位置へ復帰し、同時に圧力は低下する。その結果、吐水孔４０１から吐水される洗浄水の流速は低くなる。このとき、Ｔ３のタイミングにおいて、マイナス側の電圧をかけるようにしている。これによって、プランジャ７４ｃが原位置へ復帰する際の動作の速度を高めることができ、さらに低い流速域まで下降する。その後、水圧によって給水圧まで復帰し、流速も給水圧時の流速まで復帰する。
【００２４】
このように、マイナス側の電圧をかけることで、プランジャーが原位置へ復帰する際の速度を高くすることができるので、流速波形において、ボトム流速Ｖ１まで低下するときのタイミングが速くなる。それによって、ボトム流速Ｖ１から、給水圧に復帰し、凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れる。脈動コイル７４ｄに印加する電圧波形のタイミングは、例えば、脈動の周波数７１．４Ｈｚとした場合、周期は１４ｍｓｅｃであり、その場合、Ｔ１を３．４ｍｓｅｃ、Ｔ２を０．５ｍｓｅｃ、Ｔ３を０．５ｍｓｅｃに設定してある。ただし、周波数、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の時間幅はこの限りではなく、それぞれ、０ｓｅｃを含め設定可能である。また、加える電圧波形は矩形波だけでなく、図９に示すようなＳｉｎ波形でもよく、その際、位相制御で、マイナス側の途中まで印加することにより、上述した効果を得ることも可能である。
【００２５】
ここで、マイナス側の電圧を印加したことにより、プランジャ７４ｃの復帰速度が速くなるメカニズムについて説明する。プランジャ７４ｃは、脈動発生コイル７４ｄに電流が流れることにより、コイル励磁する。それにより、プランジャ７４ｃは磁化され、復帰スプリング７４ｆを圧縮しつつ、下流側へ引き付けられる。その後、電流が切れると脈動発生コイル７４ｄのコイル励磁は消え、プランジャ７４ｃの磁力は小さくなるので、復帰スプリング７４ｆの付勢力により、原位置まで復帰する。このとき、実際には、コイル励磁が消えても、プランジャ７４ｃの磁力が残り残留磁気が発生している。この残留磁気により、復帰スプリング７４ｆの付勢力とは逆の方向（下流側）に力が発生する、すなわち、残留磁気の影響で、原位置までの復帰を妨げる方向に力が発生することになる。通常このままの状態で、使用しているが、これに、マイナス側の電圧を印加することで、脈動発生コイル７４ｄには逆の電流がながれ、逆磁界が発生し、残留磁気を即座に小さくすることができる。その結果、残留磁気の影響を少なくすることができ、プランジャ７４ｃの原位置までの復帰速度を高めることができる。結果、ピーク流速Ｖ４からボトム流速Ｖ１までに移行する時間を短縮し、かつ、ボトム流速Ｖ１を低くすることができ、流速波形において、ボトム流速Ｖ１から給水圧に復帰し、凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れる。また、ピーク流速Ｖ４からボトム流速Ｖ１への時間間隔を短縮することは、洗浄に寄与しない吐水の領域を短くすることに繋がり、結果、量感や強さＵＰに繋がる。
【００２６】
なお、プランジャ７４ｃの復帰速度を速める方法として、マイナス電圧をかける方法以外で行なってもよい。例えば、脈動発生コイル７４ｄに電流が流れるとコイル内には電荷がチャージされる。チャージされた電荷は、脈動発生コイル７４ｄの励磁が切れた後も残り、徐々に放出されることになる。すなわち、脈動発生コイル７４ｄの励磁をきった後でも、残った電荷により、下流側への吸引力が残り、その結果、プランジャ７４ｃの原位置への復帰を妨げることになる。したがって、チャージされた電荷をすばやく放出するため、脈動発生コイル７４ｄのコイル励磁がＯＦＦの時に、コンデンサ等で電荷を消費させる回路を用意することで、残留電荷をすばやく放出でき、プランジャ７４ｃの復帰速度を高めることができる。なお、この際に、脈動発生コイル７４ｄに印加する電圧波形は、図１０に示す通り、単純な矩形波形状となっている。
【００２７】
続いて、上記によって作られた流速波形によって得られる洗浄水の状態について説明する。まず、図３と図６の図を用いて、圧力変動と流速変化の関係について説明する。脈動発生機器９０により圧力の脈動推移が発生すると、流速Ｖも同様に変動する。このとき、圧力Ｐと流速Ｖの関係は、Ｖ＝Ｃ√ΔＰの関係となっている（Ｃは流量係数）。吐水される洗浄水は、圧力変動がＰｍａｘになると、上記式に基き、流速も最大速度Ｖｍａｘになり、それぞれの時間の圧力に対応し、流速も変動する。よって、図３の脈動流の洗浄水の圧力波形における各部位をＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５とすると、流速も図６上のＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５がそれぞれの番号同士で対応する。
【００２８】
この流速変化によって生じる洗浄水の状態を説明する。まず、最初の時点で、Ｖ１の速度を持った洗浄水が吐水されたとする。その後、ある時間間隔をおいて、Ｖ２の速度を持った洗浄水が吐水される。このとき、Ｖ２の速度を持った洗浄水は、Ｖ１の速度を持った洗浄水よりも速い速度となっているため、Ｖ２の速度を持った洗浄水と、Ｖ１の速度を持った洗浄水の距離は縮まりながら吐水される。そして、それぞれの洗浄水が、人体局部に着水するまでに、Ｖ２の速度を持った洗浄水が、Ｖ１の速度を持った洗浄水に追付くことで、Ｖ１の速度を持った洗浄水とＶ２の速度を持った洗浄水の間の洗浄水が一体化し、大きな水塊を形成する。つまり、流速波形において、流速の立ち上がりの勾配が生じたときに、水塊は形成されることになる。よって、この関係は、Ｖ３の速度を持った洗浄水と、Ｖ４の速度を持った洗浄水との間にも成り立つ。このとき、Ｖ３およびＶ４の流速は、Ｖ１、Ｖ２に比べ速くなっている。このように、流速が速い場合、吐水されてから人体局部に着水するまでの間の時間は短くなる。よって、Ｖ３の速度を持った洗浄水が、人体局部に着水するまでに、Ｖ４の速度を持った洗浄水が追付く距離は、僅かとなり、水塊はあまり形成されず、それぞれの流速を持った洗浄水が、連続的に人体局部に着水することになる。また、流速Ｖ１から凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れるように制御することで、Ｖ１からＶ２にかけて生成される水塊と、Ｖ３からＶ４にかけて生成される水塊は、一体化せずに独立して人体に着水することができる。
【００２９】
続いて、吐水された洗浄水の状態の変化を、図を用いて説明する。図７は、脈動流の洗浄水を仮定の吐水孔４０から吐水した場合、その吐水された洗浄水が脈動流に増幅される過程を説明する説明図である。上述のように、流速波形の立ち上がりの勾配において、早い流速がその前の遅い流速に順次合体することにより、大きな水塊となって、人体局部（洗浄面）に着水することになる。まず、図７の（Ａ）に示すように、Ｖ１の速度を持った流速が吐水され、その後、Ｖ２の速度を持った洗浄水が吐水されると、Ｖ２の速度を持った洗浄水は、それより先にでた遅い流速を持った洗浄水に追付き、一体化し大きな水塊を形成しながら人体局部に向って進行する。そして、図７の（Ｂ）に示すように、Ｖ２の速度を持った洗浄水が、人体局部に着水するときには、Ｖ１を持った洗浄水にも追付き、一体化して、大きな水塊となる。このように、形成された水塊は体積は大きくなるので、人体局部に当たるときに水塊の質量が大きくなり、結果、衝突エネルギ（洗浄強度）が大きい状態になる。また、当たる面積も大きくなるため、この水塊が着水した際には、使用者はあたかも設定流量以上の水量で洗浄されている感覚、すなわち量感を感じることができる。一方で、図７の（Ｃ）、（Ｄ）の示すように、Ｖ３、およびＶ４の高い側の流速域での流速の立ち上がり勾配では、全体の流速が速いので、人体局部に着水するまでの短い時間では、距離が縮まりにくいため、人体局部に着水する時点では、Ｖ４はＶ３にはあまり追付かず、それぞれの流速を持った洗浄水が小さい水塊として、連続的に人体局部に着水することになる。よって、この洗浄水は、人体局部に当たるとき、面積、質量は小さいものの、速度が大きく、その結果、衝突エネルギ（洗浄強度）が大きくなっている。ここで、速い速度を持った洗浄水は、遅い流速を持った洗浄水にあまり追付かないので、速い流速は、ほとんど減速されずに人体局部にまで到達するため、強さを感じることができる。また、このとき、流速Ｖ１から凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れるように制御することで、Ｖ１からＶ２にかけて生成される水塊と、Ｖ３からＶ４にかけて生成される水塊は、一体化せずに独立して人体に着水することができる。そして、流速Ｖ２で生成された大きく遅い水塊と、流速Ｖ４で生成された小さく速い水塊は、お互いに干渉することなく、人体局部に異なる流速で独立して着水するし、量感と強さを連続して体感させることができる。ただし、その水塊が人体に着水する時の時間間隔は、十分短いため、それぞれの水塊ををほぼ同時に感じ、強さと量感を両立した洗浄として感じることができる。
【００３０】
ここで、図８は、本実施例における吐水が、人体局部で当たる位置でのの荷重の変化を示したタイミングチャートである。これは、一つの周期ＭＴのなかに、２つの山が生じている。これは、吐水された洗浄水が追付くことで荷重値が大きくなったことをしめしており、１つの周期の間で、２つの独立した水塊が生成されている、すなわち、大きく遅い水塊と、小さくて速い水塊が独立して当たっているを示している。これによって、使用者は、大きく遅い水塊で量感を感じ、後から出る小さく速い水塊で強さを感じることができる。なお、この荷重の変化について、それぞれの山で積分した値がＭ・Ｖすなわち衝撃力となるが、この値が十分大きくなることで、当たる感覚を得ることができる。また、ある衝撃力を持って人体に当たるということは、吐水された洗浄水が追付いて、大きな衝撃力となることを示しており、見た目上は水の塊（水玉状）でなくても、水塊になっていることを示している。なお、２つの独立した水塊は、それぞれ、脈動周期ＭＴの半分の間隔で現れることになる。したがって、より連続感のある快適な洗浄感をえることができる。また、それぞれの水塊は、Ｖ４にそれぞれ遅れて吐水されたＶ５およびＶ１で繋がれたような状態となる。
【００３１】
次に、Ｖ２を基点として生成される水塊がＶ４を基点として生成される水塊にくらべ、大きくなることについて説明する。まず、流速の低い側で水塊が生成される過程について説明する。水塊は、洗浄水が吐水孔４０から吐水され、人体の局部に当たるまでの時間間隔で、速度の速い洗浄水が、速度の遅い洗浄水に追いつくことで生成される。このとき、流速が速い領域で水塊を生成しようとすると、吐水孔から人体局部に到着するまでの時間は短い。たとえば、流速が１５ｍ／ｓｅｃのときに、６０ｍｍ先の人体局部に到達する時間は、４ｍｓｅｃである。一方、遅い流速域で考えた場合、吐水孔から人体局部に到着するまでの時間は、速い流速域の場合と比べ、長くなる。たとえば、流速が７．５ｍ／ｓｅｃの時には、人体局部に到達する時間は、８ｍｓｅｃである。このときに、同じ量の速度差がある場合には、人体に到達するまでの時間が長いほうが、追いつける量は多いことになる。このように生成した水塊は、より大きな水塊となっているため、水塊の断面積Ｓは通常よりも大きくなる。したがって、洗浄水量が少ないにもかかわらず、断面積の大きな吐水が当たっており、あたかも多い流量で洗浄されているような洗浄感、すなわち量感を得ることができる。また、この水塊では、速度は遅いが、水塊の量は多くなっているため、洗浄の強さ（洗浄強度）に関わる衝撃力は大きくなる。一方で、速く小さい水塊は、速い流速Ｖ４は先にでた洗浄水にあまり追いつかないので、水塊が大きくなる前に人体局部に着水するため、断面積が小さく、量感は乏しくなる。しかし、先にでた洗浄水に追いつかないということは、遅い流速にエネルギーを吸収されることなく人体局部に着水できるので、強さを維持したまま着水することができる。このときの洗浄の強さ（洗浄強度）に関わる衝撃力は、流速が大きくなるため、衝撃力も大きくなる。したがって、大きく遅い水塊で量感を出し、小さく速い水塊で強さをだすことで、量感と強さを両立した快適性の高い洗浄を実現することができる。なお、大きく遅い水塊および小さく速い水塊はそれぞれ十分な衝撃力を持っているため、脈動周期ＭＴに対して、約半分の周期の脈動に感じることができ、この感覚は、強さと量感を連続感のある洗浄として体感することができる。
【００３２】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１１は、本実施形態に係る脈動発生機器を例示する模式的断面図である。なお、図１１において、前述の第１の実施形態における図２と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３３】
図１１に示すように、脈動発生機器７４の脈動発生コイル７４ｄに対して、上流側に第２コイル７４ｋを設ける。第１コイル７５ｄおよび第２コイル７５ｋには、図１２に示す位相の異なる単純な矩形波が印加される。続いて、脈動発生機器７０の動作について説明する。図１２の電圧波形によって起る脈動発生機器７４のプランジャ７４ｃの動作と、それによって、吐水孔４０から吐水される洗浄水の流速の変化について説明する。なお、ここで発生する流速の変化は、図６に示す流速の変化と同様となるため、図６を用いて説明する。脈動発生機器７４の脈動発生コイル７４ｄに電圧がかかり電流が流れると、コイルは励磁されて、プランジャ７４ｃが磁化される。その結果、プランジャ７４ｃは下流側へ引き付けられる。すると、復帰スプリング７４ｆが圧縮されエネルギーを蓄えると同時に、洗浄水の流速は高くなる（Ｖ４）。その後、Ｔ２において電圧が切れるとコイル励磁が消え、復帰スプリング７４ｆの付勢力を受けて、原位置へ復帰し、動作と同時に流速は下降する（Ｖ１）。そのときに、図１１のＴ３のタイミングで第２コイル７５ｋに電圧が印加されると、プランジャ７４ｃを上流側へ引き付ける力を発生させることで、その戻り速度を高めることができる。そして、その後、入水圧時の流速まで復帰する（Ｖ２）。結果、ピーク流速側（Ｖ４）からボトム流速側（Ｖ１）へ移行するプランジャ速度を早くすることができる。このように、制御することで、流速Ｖ１から凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れ、それによって、Ｖ１からＶ２にかけて生成される水塊と、Ｖ３からＶ４にかけて生成される水塊は、一体化せずに独立して人体に着水することができる。
【００３４】
流速Ｖ１から凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れるように制御することで、大きく遅い水玉と小さく速い水玉は、お互いに干渉することなく、人体局部に異なる流速をもって独立して着水することができる。これより、一つの周期において、大きく遅い水塊と小さくて速い水塊を異なるタイミングで独立して着水させることができる。したがって、使用者は、流速と大きさの異なる２つの水塊を独立して感じることができ、この場合、大きく遅い水玉で量感を感じ、小さく速い水玉で強さを感じることができる。なお、印加した電圧の時間は、例えば、脈動の周波数７１．４Ｈｚであり、周期ＭＴは１４ｍｓｅｃであり、その場合、Ｔ１を３．４ｍｓｅｃ、Ｔ２を０．５ｍｓｅｃ、Ｔ３を０．５ｍｓｅｃで設定してある。ただし、周波数、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の時間幅はこの限りではない。
【００３５】
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図１３は、本実施形態に係る脈動発生機器を例示する模式的断面図である。なお、図１３において、前述の第１の実施形態における図２と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００３６】
図１３に示すように、脈動発生機器７４のシリンダ７４ｃの下流側で給水管路７５より上流側に逆止弁を設け、下流側から上流側への逆流を防止するようにしている。これに対し、脈動発生コイル７４ｄに対し、第１の実施形態で示す図５の電圧波形と同様の電圧波形でコイル励磁することにより、脈動発生機器７４により発生される圧力変動が、図１４の（ａ）で示すとおり、ボトム圧Ｐ１が給水圧よりも高い領域で発生させることができ、流速の変動も図１４の（ｂ）で示すように変化することになる。これによって、給水源の水圧が低い地域であっても、流速Ｖ１から凸状のピーク流速Ｖ４が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れ、それによって、Ｖ１からＶ２にかけて生成される水塊と、Ｖ３からＶ４にかけて生成される水塊は、一体化せずに独立して人体に着水することができ、量感と強さを兼ね備えた高い洗浄感を実現することができる。
【００３７】
続いて第４の実施形態について説明する。図１５は、モータ式レシプロタイプの脈動発生機器９０を示す概略構成断面図である。脈動発生機器９０は、第一の脈動発生部９１と第二の脈動発生部９２が併設した二連で構成されている。脈動発生部９１と９２は、それぞれ円柱状の空間でシリンダ９１０ａ、９２０ａが形成されている。シリンダ９１０ａ、９２０ａ内には、ピストン９１０ｂ、９２０ｂが設けられている。ピストン９１０ｂ、９２０ｂには、Ｏリング９１０ｃ、９２０ｃが装着されている。ピストン９１０ｂ、９２０ｂとシリンダ９１０ａ、９２０ｂで区切られたそれぞれの空間に加圧室９１０ｄ、９２０ｄが形成される。加圧室９１０ｄ、９２０ｄには、洗浄水入り口９１０ｅ、９２０ｅが給水管６７から分岐されて洗浄水が流入するようになっている。その際、アンブレラパッキン９１０ｆ、９２０ｆによって、逆流しないようになっている。また、洗浄水出口９１０ｇ、９２０ｇがそれぞれ設けられ、途中で合流して、加圧された洗浄水が出水する。その際、アンブレラパッキン９１０ｈ、９２０ｈによって、こちらも逆流を防止している。
【００３８】
脈動発生部９１、９２は、それぞれ、モータ９１１、９２１を備え、その回転軸にそれぞれギア９１２、９２２が取り付けられ、ギア９１２とギア９１３、ギア９１２とギア９２３がかみ合っている。また、ギア９１３、９２３にはそれぞれクランクシャフト９１４、９２４が取り付けられ、ピストン保持部９１５、９２５を介してピストン９１０ｂ、９２０ｂが取り付けられる。なお、第二の脈動発生部９２のピストン９２０ｂのストロークは、第一の脈動発生部９１のピストン９１０ｂのストロークよりも短くなるように、クランクシャフト９２４とギア９２３の接合半径が、第一の脈動発生部９１のそれよりも短くなっている。
【００３９】
制御部１０により与えられる制御信号に基いて、モータ９１１、９２１の回転軸が回転すると、ギア９１２、９２２、ギア９１３、９２３、クランクシャフト９１４、０２４、ピストン保持部９１５、９２５を介して、ピストン９１０ｂ、９２０ｂが往復動し、加圧室の容積が変化することにより圧力変動すなわち、脈動が発生する。このとき、ピストン９１０ｂ、９２０ｂのストロークは、図１６に示すように動作する。すなわち、ピストン９２０ｂのストロークは、ピストン９１０ｂのストロークの約半分となり、かつ、かつ約１８０°位相がずれるように制御部によりモータのタイミングが制御されている。なお、周期は、同一である。
【００４０】
図１７に脈動発生機器９０によって生成される圧力の変化の様子を示すタイミングチャートを示す。図１７のように圧力変動が起ることにより、吐水孔４０から吐水されるときの洗浄水の流速が図１８に示すように同様に変化する。よって、図１７の圧力波形における各部位をＰｍ１、Ｐｍ２、Ｐｍ３、Ｐｍ４と図１８の流速波形における各部位、Ｖｍ１、Ｖｍ２、Ｖｍ３、Ｖｍ４がそれぞれ対応する。ここで、脈動発生機器９０によって生成される流速の変化と、水塊の生成について図１６と図１８に基いて説明する。図１６において、Ｓ１のタイミングでピストン９２０ｂが上死点までストロークすると、加圧部９２０ｄ内の洗浄水は加圧され、図１７に示す流速Ｖｍ１まで加速される。その後、ピストン９２０ｂが下がと同時に脈動発生部９１のピストン９１０ｂが立ちあがり上死点に到達するタイミングで、流速は、凸状のピーク流速Ｖｍ３に到達する。そして、ピストン９１０ｂが下降すると共に、流速もＶｍ４まで下降する。このように、ピストンの動作を制御することにより、流速Ｖｍ４から凸状のピーク流速Ｖｍ３が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れ、それによって、Ｖｍ４からＶｍ１にかけて生成される水塊と、Ｖｍ２からＶｍ３にかけて生成される水塊は、一体化せずに独立して人体に着水することができ、量感と強さを兼ね備えた高い洗浄感を実現することができる。
【００４１】
このような流速変動を起こすことにより、流速Ｖｍ１を持った洗浄水は、それよりも先にでた洗浄水に追いつきながら、第一の水塊を形成する。また、流速Ｖｍ３を持った洗浄水は、それよりも先にでた洗浄水に追いつきながら、第二の水塊を形成する。その際、流速Ｖｍ４から凸状のピーク流速Ｖｍ３が現れる間に、前後が正の傾きとなる変曲点が現れそれによって、第二の水塊が生成されるときには、第一の水塊は十分進んだ位置にあり、人体に着水する際には、それぞれ独立して、着水する。よって、流速の異なる水塊が連続して着水するので、それぞれの水塊で異なる感覚を得ることができる。
【００４２】
また、この場合、加圧室の出口側に下流からの洗浄水の逆流を防ぐアンブレラパッキン９１０ｈ、９２０ｈが備わるため、給水圧よりも高い圧力、すなわち、圧力変動の最小値が給水圧よりも高い圧力で圧力変動が起る。これによって、給水源の水圧が低い地域であっても、高い洗浄感を実現することができる。
【００４３】
なお、この場合、シリンダ数は１つで、加圧室を円筒方向に２つ設け、それぞれ、ストロークが異なるように設定してもよい。また、シリンダを対向して設けてもよい。また、モータを一つにして、クランクシャフトとギアの位置関係を変えて、偏曲点を現れるように制御してもよい。また、シリンダを３つ以上設け、それぞれ位相差をつけることにより、２つの前後が正の傾きとなる偏曲点が現れるように制御してもよい。また、２つのモータの回転数を変えて、複数の偏曲点が現れるように制御してもよ。このように、３つ以上の水塊を生成することで、さらに多様な洗浄感を実現することができる。また、出口側のアンブレラパッキンを無くすようにしてもよい。また、これらの実施例は、発明の一例に過ぎず適宜応用可能である。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明により、限られた水量の中で、多くの水量で洗浄されているような量感のある洗浄を実現し、かつ、強さのある洗浄も両立して実現することで、快適性の高い人体洗浄装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明における人体洗浄装置の水路図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る脈動発生機器の概略構成断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る洗浄水の圧力変動の様子を説明する説明図である。
【図４】本発明における洗浄ノズルの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る脈動発生機器の脈動発生コイルの励磁の様子を説明する説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る脈動発生機器から流出する洗浄水の流速を示すタイミングチャートである。
【図７】本発明の洗浄水が吐水孔から吐水した場合、その吐水された洗浄水が脈動流に増幅される過程を説明する説明図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る脈動発生機器から流出する洗浄水が人体に着水するときの荷重の変化を示すタイミングチャートである。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る脈動発生機器の脈動発生コイルの励磁の様子の変形例を説明する説明図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る脈動発生機器の脈動発生コイルの励磁の様子の変形例を説明する説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る脈動発生機器の概略構成断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態に係る脈動発生機器の脈動発生コイルの励磁の様子を説明する説明図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る脈動発生機器の概略構成断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る脈動発生機器から流出する洗浄水の圧力と流速を示すタイミングチャートである。
【図１５】本発明の第４の実施形態に係る脈動発生機器の概略構成断面図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る脈動発生機器の動作を示すタイミングチャトである。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る脈動発生機器から流出する洗浄水の圧力の変化を示すタイミングチャートである。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る脈動発生機器から流出する洗浄水の流速の変化を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
４０  吐水孔
５０  給水手段、
６０  瞬間式熱交換器（加熱手段）
６７  給水管路
７０  脈動ユニット
７４  脈動発生機器
７４ｂ  シリンダ
７３ｃ  プランジャ
７４ｄ  脈動発生コイル
７４ｅ  緩衝スプリング
７４ｆ  復帰スプリング
７４ｇ  逆止弁
７４ｋ  第２コイル
７４ｍ  逆止弁
７５  給水管路
８１  流量調節兼流路切替弁
８２  洗浄ノズル
９０  圧力変動機器
９１  第一の圧力変動部
９２  第二の圧力変動部
９１０ｂ、９２０ｂ  ピストン
９１０ｄ、９２０ｄ  シリンダ
９１０ｆ、９２０ｆ  逆止弁
９１０ｈ、９２０ｈ  逆止弁
９１１  モータ
９１２  ギア
９１３  ギア
９１４、９２４  クランクシャフト
【図１】
2010133123.tif 000003
【図２】
2010133123.tif 000004
【図３】
2010133123.tif 000005
【図４】
2010133123.tif 000006
【図５】
2010133123.tif 000007
【図６】
2010133123.tif 000008
【図７】
2010133123.tif 000009
【図８】
2010133123.tif 000010
【図９】
2010133123.tif 000011
【図１０】
2010133123.tif 000012
【図１１】
2010133123.tif 000013
【図１２】
2010133123.tif 000014
【図１３】
2010133123.tif 000015
【図１４】
2010133123.tif 000016
【図１５】
2010133123.tif 000017
【図１６】
2010133123.tif 000018
【図１７】
2010133123.tif 000019
【図１８】
2010133123.tif 000020