(57)【要約】【課題】少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる衛生洗浄装置を提供する。【解決手段】人体洗浄ノズル５４０と空気ポンプ１４を備え、人体洗浄ノズルは導入路２２と吐出口２３とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部２４が構成され、ノズル噴出部の吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄを０．２５から０．７５に設定したことにより、吐出口で生ずる縮流の最小径部が吐出口の出口と略一致するため、縮流部で発生する負圧部へ外からの空気が流入しやすいことと、空気ポンプにより混入された空気がノズル噴出部の吐出口の出口で生ずる縮流の最小径部で膨張して、水と空気に分離され、強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体洗浄ノズルおよび空気ポンプを備え、洗浄水水路から給水された洗浄水を前記人体洗浄ノズルから人体局部に向けて吐水する衛生洗浄装置であって、
前記洗浄水水路に前記空気ポンプにより空気が圧入される空気流入部を有し、
前記人体洗浄ノズルは、
洗浄水が流入する流入路と、
洗浄水が吐出する吐出口と、
前記吐出口の手前に設けられた導入路を備え、
前記導入路と前記吐出口とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部が構成された衛生洗浄装置。
【請求項２】
前記ノズル噴出部の前記吐出口の径Ｄと前記吐出口の流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄを０．２５から０．７５に設定した請求項１に記載の衛生洗浄装置。
【請求項３】
前記吐出口は、流入部の角を鋭角に設定した請求項１に記載の衛生洗浄装置。
【請求項４】
前記吐出口の流入部に、バリ発生部を設定した請求項１に記載の衛生洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の局部を洗浄する衛生洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
貯湯式の衛生洗浄装置においては、省エネルギー、あるいは使用持続時間の確保などの観点から、温水洗浄の洗浄流量を昨今抑える傾向にあり、最大流量として従来の１．０Ｌ／ｍｉｎ前後から０．６Ｌ／ｍｉｎ前後にまで低下してきている。
【０００３】
瞬間式の衛生洗浄装置においては、熱交換器ヒータの電気入力の制限から最大流量が０．５Ｌ／ｍｉｎ前後の設定であり、流量が少ないため、洗浄効果と洗浄感を確保するため脈動ポンプを使用する方法があるが、所要とされる圧力が高く、脈動効果の高い特殊なポンプが必要であった。
【０００４】
また、洗浄効果と洗浄感を確保するため空気ポンプを使用する方法では噴流を分裂させて、適度な大きさの水塊として噴出させるために、およそ水量と同体積の空気を水に注入して、噴流水に空間を生成して分塊化することが必要であった。この場合、噴流の圧力が高いため、水量と同体積の空気を噴流に注入するために、高い性能の空気ポンプが必要であり、空気ポンプの負荷を低減して、コスト的な問題や、スペース的な問題を解決する手段が望まれていた。
【０００５】
従来の衛生洗浄装置において、空気ポンプを洗浄回路に挿入して洗浄効果を高めようとしたものがある。それは、洗浄ノズルの上流の水回路に空気ポンプを挿入したもので、洗浄水中に空気を混入して洗浄効果を高めようとしたものである。
【０００６】
また、洗浄ノズルにエジェクターを構成し、洗浄水中に空気を混入させるものがあり、それは、空気を混入させることにより、噴流のボリューム感を増加させようとしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１３１２６０号公報
【特許文献２】特開２００６−３４８５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
噴流水中に空気を混入する目的は、噴流水に空隙を生じさせて、噴流水を水塊とし、洗浄効果と脈動感を生じさせることにあるが、洗浄ノズルの上流の水路は、流速を確保するために絞られたノズル噴出口の圧力損失のために、流体圧力は高くなっており、この圧力と抗して空気を水に注入するために、空気ポンプの圧力としては、通常０．１ＭＰａ程度の圧力が必要であり、さらに、水を有効に分離するために、水の流量と同程度の空気の流量が必要とされていた。
【０００９】
また、ノズル噴出口から水と空気が混合された噴流は、大気に噴出されて、圧縮された空気が急膨張し、境界の無い大気中で噴流となった水は、空気の急膨張による方向性の無い力を受けて噴流が細かく分散するバラケが生じ、噴流が分散するため、洗浄強度の低下につながる噴流の面圧の低下が発生していた。
【００１０】
また、洗浄ノズルの先でエジェクターを構成し、洗浄水中に空気を混入させるものでは、水に空気が混入されるため、ボリューム感は増加するものの、噴流としてソフトな感じとなり、強度感が要求されるおしり洗浄には不適であった。
【００１１】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、洗浄ノズルの上流の洗浄水路に空気ポンプにより空気を圧入する空気流入部を配置した構成において、洗浄ノズル噴出部で混入空気を膨張させて、噴流が細かく分散する（バラケさせる）ことなく、有効に噴流水に空隙を生じさせ、洗浄効果と洗浄感を高めることができる衛生洗浄装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の衛生洗浄装置は、人体洗浄ノズルおよび空気ポンプを備え、洗浄水水路から給水された洗浄水を前記人体洗浄ノズルから人体局部に向けて吐水する衛生洗浄装置であって、前記洗浄水水路に前記空気ポンプにより空気が圧入される空気流入部を有し、前記人体洗浄ノズルは、洗浄水が流入する流入路と、洗浄水が吐出する吐出口と、前記吐出口の手前に設けられた導入路を備え、前記導入路と前記吐出口とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部が構成されたものである。
前記ノズル噴出部の前記吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）を０．２５から０．７５に設定したものである。
【００１３】
これにより、洗浄水の噴流は、ノズル噴出部の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）において減圧されるため、空気ポンプにより混入された空気が前記縮流による減圧によって膨張し、水と空気とが有効に分離されるように作用し、脈動効果のある噴流となる。
【００１４】
また、急縮小ノズルの噴出部で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、噴出部の出口と略一致するよう構成してもよい。この条件を満たすために、噴出部を通過する流体のレイノルズ数などによりある程度変化するが、噴出部の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５を基準としＬ／Ｄが０．２５から０．７５までの間に入るように設定したものである。
これにより、ノズル噴出部の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口の出口と略一致するため、吐出口の出口において、噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間が最大となることと、ノズル噴出部での洗浄水の圧力が最も下がった状態であることにより、縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用する。
【００１５】
空気ポンプにより混入された空気が膨張して水と空気とが有効に分離される作用と、縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の作用とにより、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。また、ノズル噴出部で減圧されて空気が膨張し水と空気が分離されるため、空気ポンプの負荷を低減することができる。
【００１６】
この場合、ノズル噴出部の吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．５を基準とすることにより、ノズル噴出部で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、噴出部の出口と略一致する構成となり、吐出口の出口において、噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間が最大となることと、ノズル噴出部での洗浄水の圧力が最も下がった状態となるため、噴流外周が広がる余裕があり、かつ、空気を噴流に取り込みやすいため、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断され、分断された水塊による脈動噴流が被洗浄部に衝突する噴流の荷重変動幅が大きくなり、
少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。また、ノズル噴出部での圧力が最も下がった状態で噴出するため空気ポンプの負荷を最も低減させることができる。
【００１７】
また、吐出口の出口において急縮小ノズルの縮流が最小径部となっているため、噴流と吐出口の出口において内周の壁とは隙間があり、噴流の方向性への自由度を持つ。
噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間の渦は、時間的にも、空間的にも変動する要素があるため、この渦の変動にしたがって、噴流は変化し、揺動する作用も有する。
ノズル噴出部の急縮小流れの起点である吐出口の流入部の角はキャビテーション発生の起点で、また縮流発生の起点となり、吐出口の流入部の角のエッジの状態が噴流の流れに影響する。
【００１８】
吐出口の流入部の角を９０度よりもさらに鋭角に設定することにより、樹脂成型品においても、角の部分で確実に流れを剥離させることができる。
さらに急縮小流れの流路の絞り部である吐出口を板金の打ち抜きにて形成し、バリ発生側を流入部に設定することにより、角のエッジを確保することができ、脈動特性の優れた急縮小ノズルとすることが可能である。また、板金ではなく樹脂成形で吐出口を形成する場合でも、バリ発生側を流入部に設定することにより、角のエッジを確保することができ、脈動特性の優れた急縮小ノズルとすることが可能である。
【００１９】
また、この人体洗浄ノズルの流入路と導入路の間に渦などの流れの乱れ発生部を設けることにより、ノズル噴出部による脈動効果をより高めることができる。
本発明によるノズル噴出部の構成においては、導入路の流れの乱れ、脈動などに敏感で、導入路の流れの乱れや脈動によりさらに噴流の脈動効果を高めることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の衛生洗浄装置は、洗浄水水路の洗浄水に、空気ポンプにより混入された空気がノズル噴出部の吐出口の出口で生ずる縮流の最小径部で膨張して、水と空気に分離され、強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る衛生洗浄装置の外観斜視図
【図２】図１の遠隔操作装置の正面図
【図３】本体部の構成を示す模式図
【図４】熱交換器の構造の一例を示す一部切り欠き断面図
【図５】本体部の内部に設けられるノズル装置の外観斜視図
【図６】図５のノズル装置の縦断面図
【図７】人体洗浄ノズルがノズルガイド台から突出した状態を示す外観斜視図
【図８】本発明の実施の形態１における衛生洗浄装置の人体洗浄ノズルの断面図
【図９】図８の人体洗浄ノズルにおけるノズル噴出部を拡大した断面図
【図１０】図８の人体洗浄ノズルにおける吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５前後で空気混入なしの場合の作用説明図
【図１１】図８の人体洗浄ノズルにおけるノズル噴出部の吐出口の流入部の角ｋを鋭角とした拡大断面図
【図１２】図８の人体洗浄ノズルにおけるアスペクト比Ｌ／Ｄと圧力損失の特性図
【図１３】図８の人体洗浄ノズルにおけるアスペクト比Ｌ／Ｄが１を越え空気混入なしの場合の作用説明図
【図１４】図８の人体洗浄ノズルにおけるアスペクト比Ｌ／Ｄが０．２５より小さく空気混入なしの場合の作用説明図
【図１５】図８の人体洗浄ノズルにおけるアスペクト比Ｌ／Ｄと噴流の荷重変動幅との関係を示すグラフ
【図１６】図９の人体洗浄ノズルにおける吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが１を越え空気混入ありの場合の作用説明図
【図１７】図９の人体洗浄ノズルにおける混入空気の膨張比を例示するグラフ
【図１８】図９の人体洗浄ノズルにおける吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５前後で空気混入ありの場合の作用説明図
【図１９】図１９の人体洗浄ノズルにおける噴流説明図
【図２０】空気ポンプの模式的断面図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
第１の発明は、人体洗浄ノズルおよび空気ポンプを備え、洗浄水水路から給水された洗浄水を前記人体洗浄ノズルから人体局部に向けて吐水する衛生洗浄装置であって、前記洗浄水水路に前記空気ポンプにより空気が圧入される空気流入部を有し、前記人体洗浄ノズルは、洗浄水が流入する流入路と、洗浄水が吐出する吐出口と、前記吐出口の手前に設けられた導入路を備え、前記導入路と前記吐出口とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部が構成されたものである。
【００２３】
これにより、洗浄水の噴流は、ノズル噴出部の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）において減圧されるため、空気ポンプにより混入された空気が前記縮流による減圧によって膨張し、水と空気とが有効に分離されるように作用し、脈動効果のある噴流となる。
この場合、洗浄水に、空気ポンプにより混入された空気がノズル噴出部で生ずる縮流の減圧によって膨張して、水と空気に分離され、強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。
【００２４】
第２の発明は、特に第１の発明のノズル噴出部は、吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）を０．２５から０．７５に設定したことにより、洗浄水の噴流は、ノズル噴出部の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）において減圧されるため、空気ポンプにより混入された空気が膨張して水と空気とが有効に分離されるように作用し、脈動効果のある噴流となる。
【００２５】
また、ノズル噴出部の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口の出口と略一致するため、吐出口の出口において、噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間が最大となることと、ノズル噴出部での洗浄水の圧力が最も下がった状態であることにより、縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用する。
【００２６】
空気ポンプにより混入された空気が膨張して水と空気とが有効に分離される作用と、縮流部で発生する負圧部へ流入する空気との作用とにより、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。また、ノズル噴出部で減圧されて空気が膨張し水と空気が分離されるため、空気ポンプの負荷を低減することができる。
【００２７】
この場合、ノズル噴出部の吐出口の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．５を基準とすることにより、ノズル噴出部で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、噴出部の出口と略一致する構成となり、吐出口の出口において、噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間が最大となることと、ノズル噴出部での洗浄水の圧力が最も下がった状態となるため、噴流外周が広がる余裕があり、かつ、空気を噴流に取り込みやすいため、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断され、分断された水塊による脈動噴流が被洗浄部に衝突する噴流の荷重変動幅が大きくなり、
少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。また、ノズル噴出部での圧力が最も下がった状態で噴出するため空気ポンプの負荷を最も低減させることができる。
【００２８】
第３の発明は、特に第１の発明の吐出口は、流入部の角を鋭角に設定したことにより、吐出口の流入部の角の部分で確実に流れを剥離させることができ、より確実に縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用し、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断することができ、より少流量においても洗浄効果と洗浄感をより向上することができる。
【００２９】
第４の発明は、特に第１の発明の吐出口の流入部は、バリ発生部を設定したことにより、吐出口の流入部の角のエッジを確保することができ、角のエッジ部分で確実に流れを剥離させることができ、より確実に縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用し、人体洗浄ノズルからの噴流の脈動特性が優れ、少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断することができ、より少流量においても洗浄効果と洗浄感をより向上することができる。
【００３０】
以下、本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。
【００３１】
（実施の形態１）
＜１＞衛生洗浄装置の外観
図１は、本発明の一実施の形態に係る衛生洗浄装置１００の外観斜視図である。この衛生洗浄装置１００は、トイレットルーム内に設置される。
【００３２】
図１に示すように、衛生洗浄装置１００は、本体部２００、遠隔操作装置３００、便座部４００、蓋部４１０および入室検知センサ６００により構成される。
【００３３】
本体部２００は、トイレットルーム内の便器に取り付けられる。本体部２００には、便座部４００および蓋部４１０が開閉可能に取り付けられている。また、本体部２００の内部には、ノズル装置５００および図示しない洗浄水供給機構が設けられている。さらに、本体部２００には、後述の制御部９０（図３）が内蔵されている。
【００３４】
図１に示すように、本体部２００の正面下部にノズル装置５００の一部が露出している。ノズル装置５００は、洗浄水供給機構を介して水道配管に接続されている。人体の局部の洗浄時には、ノズル装置５００の露出部分から後述する人体洗浄ノズル５４０（図３）が図示しない便器内に突出し、人体の局部に洗浄水を噴出する。
【００３５】
遠隔操作装置３００には、複数のスイッチが設けられている。遠隔操作装置３００は、例えば便座部４００上に着座する使用者が操作可能な場所に取り付けられる。
【００３６】
入室検知センサ６００は、トイレットルームの入口等に取り付けられる。入室検知センサ６００は、例えば反射型の赤外線センサである。この場合、入室検知センサ６００は、人体から反射された赤外線を検出した場合にトイレットルーム内に使用者が入室したことを検知する。
【００３７】
本体部２００の制御部９０（図３）は、遠隔操作装置３００および入室検知センサ６００から送信される信号に基づいて、衛生洗浄装置１００の各部の動作を制御する。
【００３８】
＜２＞遠隔操作装置の構成
図２は、図１の遠隔操作装置３００の正面図である。遠隔操作装置３００は、コントロ
ーラ本体部３０１の下部にコントローラ蓋部３０２が開閉自在に設けられた構造を有する（図２（ａ）矢印参照）。
【００３９】
図２（ａ）に示すように、コントローラ蓋部３０２が閉じられた状態で、コントローラ本体部３０１の上部には、水流スイッチ３２０、空気スイッチ３２１、強さ調整スイッチ３２２，３２３および位置調整スイッチ３２４，３２５が設けられる。コントローラ蓋部３０２には、停止スイッチ３１１、おしりスイッチ３１２およびビデスイッチ３１３が設けられる。
【００４０】
使用者により、上記スイッチ３１１〜３１３，３２０〜３２５が操作される。これにより、遠隔操作装置３００から図１の本体部２００に各スイッチ３１１〜３１３，３２０〜３２５に応じた信号が無線送信される。本体部２００の制御部９０（図３）は、受信した信号に基づいて本体部２００（図１）および便座部４００（図１）の各構成部の動作を制御する。
【００４１】
例えば、使用者がおしりスイッチ３１２またはビデスイッチ３１３を操作することにより、後述するノズル装置５００（図３）から使用者の局部に洗浄水が噴出される。また、使用者が停止スイッチ３１１を操作することにより、ノズル装置５００から洗浄水の噴出が停止される。
【００４２】
使用者が強さ調整スイッチ３２２，３２３を操作することにより、使用者の局部に噴出される洗浄水の流量および圧力等が調整される。また、使用者が位置調整スイッチ３２４，３２５を操作することにより、後述する人体洗浄ノズル５４０（図３）の位置が調整される。これにより、使用者の局部への洗浄水の噴出位置が調整される。
【００４３】
使用者が空気スイッチ３２１を操作することにより、ノズル装置５００の内部を流れる洗浄水に空気が混入される。これにより、ノズル装置５００から使用者の局部に後述する洗浄水の水塊がより断続的に噴出される。
【００４４】
図２（ｂ）に、コントローラ蓋部３０２が開かれた状態の遠隔操作装置３００の正面図が示されている。図２（ｂ）に示すように、コントローラ蓋部３０２により覆われるコントローラ本体部３０１の下部には、上述の停止スイッチ３１１、おしりスイッチ３１２およびビデスイッチ３１３に加えて、自動開閉スイッチ３３１、水温調整スイッチ３３２および便座温度調整スイッチ３３３が設けられる。
【００４５】
これらのスイッチ３１１〜３１３，３３１〜３３３が操作される場合にも、遠隔操作装置３００から本体部２００に各スイッチ３１１〜３１３，３３１〜３３３に応じた信号が無線送信される。これにより、本体部２００の制御部９０は、受信した信号に基づいて本体部２００および便座部４００の各構成部の動作を制御する。
【００４６】
自動開閉スイッチ３３１がオン状態のときに、トイレットルームへの使用者の入室に応じて蓋部４１０が開閉される。
【００４７】
使用者が水温調整スイッチ３３２を操作することにより、ノズル装置５００から使用者の局部に噴出される洗浄水の温度が調整される。使用者が便座温度調整スイッチ３３３を操作することにより、便座部４００の温度が調整される。
【００４８】
＜３＞本体部における給水系および制御系の構成
図３は、本体部２００の構成を示す模式図である。図３に示すように、本体部２００は、分岐水栓２、ストレーナ４、逆止弁５、定流量弁６、止水電磁弁７、流量センサ８、熱
交換器９、水ポンプ１１、バッファタンク１２、ノズル装置５００、バキュームブレーカ３１，６１、サーミスタＳ１，Ｓ２および制御部９０を含む。
【００４９】
水道配管１には分岐水栓２が介挿される。分岐水栓２と熱交換器９との間に接続される配管３には、上流から下流に向かってストレーナ４、逆止弁５、定流量弁６、止水電磁弁７、サーミスタＳ１および流量センサ８がこの順で介挿される。熱交換器９とノズル装置５００との間に接続される配管である洗浄水水路１０には、上流から下流に向かってサーミスタＳ２、水ポンプ１１およびバッファタンク１２がこの順で介挿される。
【００５０】
ノズル装置５００は、切替弁１３、空気ポンプ１４、空気流入部１４ｐ、人体洗浄ノズル５４０およびノズル洗浄ノズル５２０を含む。人体洗浄ノズル５４０には、直線流路５５１、旋回流路５５２およびビデ流路５５３が形成されている。切替弁１３には切替弁モータ１３ｍが接続される。
【００５１】
切替弁１３は複数のポートを含む。切替弁１３の複数のポートに人体洗浄ノズル５４０の流路５５１，５５２，５５３およびノズル洗浄ノズル５２０がそれぞれ接続されている。空気ポンプ１４は、切替弁１３とノズル装置５００の直線流路５５１とをつなぐ後述のホースｈ６，ｈ７（図６）の間に接続される。
【００５２】
バキュームブレーカ３１は、止水電磁弁７と流量センサ８との間の配管３の部分から延びる分岐配管３０に接続され、熱交換器９の洗浄水噴出口よりも上方の位置に配置される。バキュームブレーカ３１には、分岐配管３２の一端が接続される。分岐配管３０と分岐配管３２とはバキュームブレーカ３１を介して連結される。分岐配管３２の他端は、例えば便器内に配置される。
【００５３】
バキュームブレーカ６１はバッファタンク１２に設けられ、熱交換器９よりも上方の位置に配置される。なお、バキュームブレーカ６１およびバッファタンク１２は一体的に形成されている。したがって、バッファタンク１２も熱交換器９よりも上方の位置に配置される。
【００５４】
次に、本体部２００における洗浄水の流れおよび制御部９０による本体部２００の各構成部の制御について説明する。
【００５５】
水道配管１を流れる浄水が、洗浄水として分岐水栓２によりストレーナ４に供給される。これにより、洗浄水に含まれるゴミおよび不純物等がストレーナ４により除去される。
【００５６】
次に、逆止弁５により配管３内における洗浄水の逆流が防止され、定流量弁６により配管３内を流れる洗浄水の流量が一定に維持される。そして、止水電磁弁７により熱交換器９への洗浄水の供給状態が切り替えられる。止水電磁弁７の動作は、制御部９０により制御される。
【００５７】
サーミスタＳ１は、配管３内を流れる洗浄水の温度を測定し、制御部９０に測定温度値を与える。流量センサ８は、配管３内を流れる洗浄水の流量を測定し、制御部９０に測定流量値を与える。熱交換器９は、配管３を通して供給される洗浄水を設定された温度に加熱する。熱交換器９の詳細については後述する。
【００５８】
続いて、水ポンプ１１は、熱交換器９により加熱された洗浄水を加熱しつつバッファタンク１２を通してノズル装置５００の切替弁１３に供給する。サーミスタＳ２は、洗浄水水路１０内を流れる洗浄水の温度を測定し、制御装置９０に測定温度値を与える。
【００５９】
熱交換器９および水ポンプ１１の動作は、流量センサ８により測定された測定流量値およびサーミスタＳ１，Ｓ２により測定された測定温度値に基づいて制御部９０により制御される。
【００６０】
バッファタンク１２は、加熱された洗浄水の温度緩衝部として作用する。これにより、切替弁１３に供給される洗浄水の温度むらの発生が抑制される。
【００６１】
人体洗浄ノズル５４０は、使用者の局部の洗浄を行うために用いられる。ノズル洗浄ノズル５２０は、人体洗浄ノズル５４０における洗浄水の噴出部分を洗浄するために用いられる。
【００６２】
ノズル装置５００の切替弁１３は、切替弁モータ１３ｍが動作することにより、水ポンプ１１から供給された洗浄水を、人体洗浄ノズル５４０またはノズル洗浄ノズル５２０に選択的に供給する。これにより、人体洗浄ノズル５４０またはノズル洗浄ノズル５２０から洗浄水が噴出される。切替弁モータ１３ｍの動作は、制御部９０により制御される。
【００６３】
ここで、水ポンプ１１からの洗浄水が人体洗浄ノズル５４０に供給されている状態で、使用者により図２の空気スイッチ３２１が操作されると空気ポンプ１４が動作する。それにより、空気ポンプ１４は、切替弁１３によって流路５５１に流れる洗浄水に空気を混入させる。その結果、ノズル装置５００から後述する洗浄水の水塊が断続的に噴出される。
【００６４】
止水電磁弁７から熱交換器９に供給される洗浄水のうちノズル装置５００において使用されない余剰な洗浄水は、分岐配管３０および分岐配管３２を介して捨て水として便器内に流される。すなわち、分岐配管３０および分岐配管３２は捨て水回路として機能する。
【００６５】
なお、熱交換器９の上流側にバキュームブレーカ３１が設けられ、熱交換器９の下流側にバキュームブレーカ６１が設けられている。これにより、配管３内が負圧になった場合または洗浄水水路１０内が負圧になった場合に、熱交換器９からの洗浄水の抜けが防止される。その結果、熱交換器９の空焚きが防止される。
【００６６】
＜４＞熱交換器
図４は、熱交換器９の構造の一例を示す一部切り欠き断面図である。図４に示すように、この熱交換器９は、樹脂ケース４３３および蛇行配管４３１を含む。
【００６７】
樹脂ケース４３３内に曲折された蛇行配管４３１が埋設されている。蛇行配管４３１に接触するように高出力密度の平板状のセラミックヒータ４３２が設けられている。矢印Ｙで示すように、洗浄水が、給水口４３４から蛇行配管４３１内に供給され、蛇行配管４３１中を流れる間に、セラミックヒータ４３２により効率よく加熱され、排出口４３５から排出される。
【００６８】
なお、本例の熱交換器９は、図３のサーミスタＳ２が排出口４３５の近傍に一体化して設けられた構成を有する。図３の制御部９０は、サーミスタＳ２より与えられる測定温度値に基づいて熱交換器９のセラミックヒータ４３２の温度をフィードバック制御する。
【００６９】
上記のように、この熱交換器９は、内部の蛇行配管４３１を流動する洗浄水を瞬間的に加熱する瞬間式加熱装置である。したがって、必要な量の洗浄水を瞬間的に所望の温度に加熱することができる。
【００７０】
また、この熱交換器９を備える衛生洗浄装置１００においては、使用者の局部の洗浄前に予め所定温度に加熱された洗浄水を保温しつつ貯留する必要がなくなる。したがって、
洗浄水の貯留槽が不要であり、衛生洗浄装置１００の小型化および省エネルギー化が実現される。さらに、洗浄時間が長時間化した場合、および複数の使用者が連続して衛生洗浄装置１００を使用した場合でも、所定温度に加熱された洗浄水が不足することが防止される。
【００７１】
この熱交換器９のセラミックヒータ４３２は、例えば最大１２００Ｗで駆動される。この場合、熱交換器９は、例えば蛇行配管４３１を５００ｃｃ／ｍｉｎで流れる洗浄水を５℃から４２℃まで加熱することができる。また、セラミックヒータ４３２は、制御部９０（図３）による制御に基づき、水ポンプ１１（図３）の作動中にのみ洗浄水の加熱を行う。これにより、熱交換器９内の洗浄水の異常な温度上昇および洗浄水の空焚きを防止することができる。
【００７２】
上記では、熱交換器９の発熱源として高い電力密度を有する平板状のセラミックヒータ４３２を用いる例を説明したが、発熱源の構成はこれに限定されない。熱交換器９の発熱源としては、例えばシーズヒータ、マイカヒータまたはシートヒータ等を用いることもできる。
【００７３】
また、本実施の形態においては、制御部９０がフィードバック制御により熱交換器９のセラミックヒータ４３２の温度を制御するが、これに限定されない。例えば、フィードフォワード制御によりセラミックヒータ４３２の温度を制御してもよい。または、温度上昇時にフィードフォワード制御によりセラミックヒータ４３２を制御し、定常時にフィードバック制御によりセラミックヒータ４３２を制御する複合的な制御を行ってもよい。
【００７４】
＜５＞ノズル装置
（５−ａ）ノズル装置の全体構成
図５は、本体部２００の内部に設けられるノズル装置５００の外観斜視図である。
【００７５】
図５に示すように、本体部２００は、便器の上端面に取り付けられる下部ケーシング部２００Ｕを備える。下部ケーシング部２００Ｕ上にノズル装置５００および洗浄水供給機構が設けられる。図５においては、下部ケーシング２００Ｕに設けられるノズル装置５００以外の構成要素の図示は省略する。
【００７６】
ノズル装置５００はノズルガイド台５９０を有する。ノズルガイド台５９０は、下部ケーシング２００Ｕの略中央部に設けられる。下部ケーシング２００Ｕにおけるノズルガイド台５９０の側方に、ノズル装置５００の一部を構成する空気ポンプ１４が設けられる。
【００７７】
ノズルガイド台５９０の上部には、略円柱形状を有する人体洗浄ノズル５４０が水平面に対して傾斜した状態で進退可能に設けられる。後述するように、人体洗浄ノズル５４０は、人体の局部の洗浄時にノズルガイド台５９０の前端部から外方へ突出し、人体の局部の非洗浄時にノズルガイド台５９０の前端部の内側に収容される。
【００７８】
また、ノズルガイド台５９０には、人体洗浄ノズル５４０に隣接するように切替弁１３が設けられる。切替弁１３には、切替弁モータ１３ｍが接続される。
【００７９】
人体洗浄ノズル５４０の下方の中央部にはノズル進退モータ５４６ａが設けられる。ノズル進退モータ５４６ａの詳細は後述する。また、人体洗浄ノズル５４０および切替弁１３の下方の後部には図３の水ポンプ１１（図５には図示せず）および水ポンプ１１を駆動するための水ポンプモータ１１ｍが設けられる。
【００８０】
本例において、ノズル装置５００の給水系に関する各構成要素間の接続には、複数のホ
ースｈ１〜ｈ８が用いられる。これらのホースｈ１〜ｈ８の詳細は後述する。
【００８１】
この状態で、下部ケーシング部２００Ｕ、ノズル装置５００および洗浄水供給機構を覆うように上部ケーシングが取り付けられる。上部ケーシングに図１の便座部４００および蓋部４１０が取り付けられる。
【００８２】
（５−ｂ）空気ポンプ
図２１は、空気ポンプ１４の模式的断面図である。本実施の形態では、空気ポンプ１４として、ダイアフラムポンプが用いられる。
【００８３】
図２１に示すように、空気ポンプ１４は、ケーシング１４ａ、ポンプモータ１４ｂ、クランク体１４ｃ、駆動軸１４ｄ、揺動部材１４ｅ、複数のクラッシャ１４ｇ、ゴム製の複数のダイアフラム１４ｈおよび複数のアンブレラ弁１４ｉを備える。図２１の例では、２つのクラッシャ１４ｇ、２つのダイアフラム１４ｈおよび２つのアンブレラ弁１４ｉが設けられる。
【００８４】
ケーシング１４ａの上面の中心部には、ポンプ吐出口１４ｊが設けられ、ポンプ吐出口１４ｊの周囲に複数の供給口１４ｋが設けられる。
【００８５】
ポンプモータ１４ｂは、回転軸がケーシング１４ａの下面の中心部を貫通するようにケーシング１４ａの下部に設けられる。クランク体１４ｃは円柱形状を有する。ポンプモータ１４ｂの回転軸は、クランク体１４ｃの下面の中心に垂直に取り付けられる。駆動軸１４ｄは、クランク体１４ｃの上面の中心よりも外側に傾斜するように取り付けられる。揺動部材１４ｅは、駆動軸１４ｄに取り付けられる。この状態で、揺動部材１４ｅは、駆動軸１４ｄに対してその回転方向に摺動可能に保持される。
【００８６】
複数のクラッシャ１４ｇは、揺動部材１４ｅに外周部に沿って取り付けられる。ケーシング１４ａの各供給口１４ｋにアンブレラ弁１４ｉが取り付けられる。各アンブレラ弁１４ｉの下端部および各供給口１４ｋを覆うようにケーシング１４ａの内側下面にダイアフラム１４ｈが設けられる。
【００８７】
制御部９０（図３）の制御によりポンプモータ１４ｂの回転軸が回転すると、クランク体１４ｃが回転し、駆動軸１４ｄおよび揺動部材１４ｅが傾斜した状態で回転する。これにより揺動部材１４ｅが揺動する。それにより、複数のクラッシャ１４ｇが順に上下動し、複数のダイアフラム１４ｈを順に押圧する。押圧されていないダイアフラム１４ｈの内部の空間には供給口１４ｋを通して空気が流入する。各ダイアフラム１４ｈの押圧に伴って対応するアンブレラ弁１４ｉにより供給口１４ｋが閉じられるとともに、ダイアフラム１４ｈの内部の空間の空気がポンプ吐出口１４ｊを通して外部に吐出される。
【００８８】
このようにして、ポンプモータ１４ｂの回転軸に伴って、複数の供給口１４ｋから複数のダイアフラム１４ｈの内部の空間に順に空気が流入するとともに、複数のダイアフラム１４ｈの内部の空間の空気が順にポンプ吐出口１４ｊを通して外部に吐出される。それにより、ポンプ吐出口１４ｊから吐出される空気の圧力が略全波波形を有するように周期的に変動する。
【００８９】
供給口１４ｋの数、クラッシャ１４ｇの数、ダイアフラム１４ｈの数およびアンブレラ弁１４ｉの数が多くすることにより、ポンプ吐出口１４ｊから吐出される空気の圧力をほぼ一定にすることも可能である。
【００９０】
（５−ｃ）人体洗浄ノズルの進退機構
図６は、図５のノズル装置５００の縦断面図である。
図６に示すように、人体洗浄ノズル５４０の下面には、その軸心方向に沿ってラック５４０ｒが設けられる。人体洗浄ノズル５４０の下方において、ノズルガイド台５９０にノズル進退モータ５４６ａが取り付けられる。
【００９１】
ノズル進退モータ５４６ａの回転軸には、図示しないウォームギアが取り付けられる。そのウォームギアに噛み合うように人体洗浄ノズル５４０の下部に変速ギア５４６ｂが設けられる。さらに、変速ギア５４６ｂおよび人体洗浄ノズル５４０のラック５４０ｒに噛み合うようにピニオンギア５４６ｃが設けられる。
【００９２】
ノズル進退モータ５４６ａが動作すると、その回転力はウォームギア、変速ギア５４６ｂおよびピニオンギア５４６ｃを通して人体洗浄ノズル５４０のラック５４０ｒに伝達される。これにより、図７の太い矢印で示すように、人体洗浄ノズル５４０がその軸心方向に沿って進退動作する。
【００９３】
ノズル進退モータ５４６ａには、回転センサ５４７が取り付けられている。回転センサ５４７は、ノズル進退モータ５４６ａの回転角度を検出し、図３の制御部９０に与える。これにより、図３の制御部９０は、図２の遠隔操作装置３００から与えられる信号および回転センサ５４７から与えられる回転角度に基づいてノズル進退モータ５４６ａを制御し、人体洗浄ノズル５４０の移動量を調整する。
【００９４】
図７は、人体洗浄ノズル５４０がノズルガイド台５９０から突出した状態を示す外観斜視図である。
【００９５】
使用者により図２のおしりスイッチ３１２またはビデスイッチ３１３が操作されることにより、ノズル進退モータ５４６ａが動作する。これにより、図７に示すように、人体洗浄ノズル５４０がノズルガイド台５９０の前端部から所定長さ突出する。そして、人体洗浄ノズル５４０の先端部近傍に形成された孔部５４０ｈから洗浄水が噴出される。
【００９６】
ノズル進退モータ５４６ａの動作量は、図２のおしりスイッチ３１２が操作された場合と図２のビデスイッチ３１３が操作された場合とで異なる。おしりスイッチ３１２が操作された場合の人体洗浄ノズル５４０の突出長さは、ビデスイッチ３１３が操作された場合の人体洗浄ノズル５４０の突出長さに比べて大きくなる。
【００９７】
（５−ｄ）人体洗浄ノズルのノズル噴出部の説明
次に、人体洗浄ノズル５４０の特に導入路と吐出口とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部について説明する。図８は、人体洗浄ノズル５４０の先端部分の縦断面図である。人体洗浄ノズル５４０の根元部分は省略して、先端部分のみを示した断面図である。
【００９８】
図８示すように、１本の人体洗浄ノズル５４０内に、おしりノズル１とビデノズル２が構成されている。ここでは人体洗浄ノズルの特におしりノズル１の構成について説明する。
前述の洗浄水水路からの洗浄水は、流入路２１から導入路２２を経ておしりノズル１の吐出口２３から噴出する構成であり、導入路２２から吐出口２３に至る部分で流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部が構成されている。
このノズル噴出部２４の拡大図を図９に示す。
【００９９】
図９において、ノズル噴出部の吐出口２３の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）は、０．２５から０．７５に設定されている。
【０１００】
（５−ｅ）人体洗浄ノズルのノズル噴出部における作用説明
次に、人体洗浄ノズルのノズル噴出部における作用について説明する。図１０は、吐出口２３の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５前後の場合の作用説明図である。
【０１０１】
図１０では、まず空気ポンプ１４を運転しない場合について説明する。図１０に示したように、導入路２２から吐出口２３に至る部分で流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部において、吐出口２３の入口である流入部の角を起点として生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口２３の出口と略一致するよう構成したものである。この条件を満たすために、噴出流路を通過する流体のレイノルズ数などによりある程度変化するが、吐出口２３の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５を基準としＬ／Ｄが０．２５から０．７５までの間に入る。
【０１０２】
図１０のように、吐出口２３の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５の場合、吐出口２３で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口２３の出口と略一致する。そのため、吐出口２３の出口において、噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間（図中ｓで表示）が最大となるため、縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり、吐出口２３の出口から噴流に空気が流入しやすくなる。
【０１０３】
この場合、ノズル噴出部の吐出口２３の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．５を基準とするため、吐出口２３の出口が縮流部の負圧部までの距離が短く、空気は噴流に取り込まれやすい構成となっている他、噴流中に取り込まれた空気により、噴流はその体積を増加させるため、噴流の直径は大きくなるが、吐出口２３の出口において、噴流外周と吐出口内周の壁で構成される空間が最大となる構成のため、噴流外周が広がる余裕があり、かつ、空気が噴流に取り込まれやすいため、人体洗浄ノズルの上流の空気流入部から空気ポンプ１４による空気を混入しない場合でも、比較的強い洗浄感が得られる水塊に分断され、分断された水塊による脈動噴流が被洗浄部に衝突する噴流荷重変動幅が大きくなり、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。
【０１０４】
さらに、噴流外周と吐出口２３の内周の壁で構成される空間には渦が発生し、この渦の低圧部に空気が取り込まれて、水と混合することになるが、この混合現象が一様ではなく、空気と水が混合された塊となって流出し、脈動が発生する。また流速が十分に速い場合は、キャビテーションがこの渦や、吐出口２３の入口である流入部の角ｋを起点として発生し、さらに大きな脈動を発生させる。
【０１０５】
また、噴流流入部である吐出口２３の入口である流入部の角ｋを起点として発生する流れの剥離は、後流で発生する渦の生成など噴流を脈動化させる上で重要である。流れの剥離には、噴流流入部である吐出口２３の入口である流入部の角で流れを分離することが必要であり、実際の構成ではこの角ｋにＲ形状が付き性能に影響する可能性があるが、噴流に空気が混入されると、流体が分断されやすくなり、角ｋで流れが分離されやすくなり、脈動効果を高めることができる。
【０１０６】
そこで、図１１のように吐出口２３の流入部の角ｋを鋭角に設定することにより、吐出口を樹脂成形品で形成する場合においても、流入部の角ｋの部分で確実に流れを剥離させることができ、より確実に縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用し、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断することができ、少流量においても脈動効果を高めることができ、洗浄効果と洗浄感をより向上することができる。
【０１０７】
また、吐出口２３をステンレスなどの板金の打ち抜き品で形成する場合や、前述のように樹脂成形品で形成する場合において、吐出口２３の流入部である角ｋに、バリ発生部を設けることによっても、吐出口２３の流入部の角ｋにバリによるエッジを確保することができ、角のエッジ部分で確実に流れを剥離させることができるため、より確実に縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用し、人体洗浄ノズルからの噴流の脈動特性が優れ、少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断することができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感をより向上することができる。
【０１０８】
また、吐出口２３において縮流が最小径部となっているため、噴流と噴出部出口の内周の壁とは隙間があり、噴流の方向性への自由度を持つ。
噴流外周と吐出口２３内周の壁で構成される空間の渦は、時間的にも、空間的にも変動する要素があるため、この渦の変動にしたがって、噴流は変更し、揺動する作用も有する。
【０１０９】
このアスペクト比設定での人体洗浄ノズルの圧力損失特性を図１２に示す。人体洗浄ノズルの流速が５．２ｍ／ｓｅｃを超えると圧力損失特性が変化し圧力損失が少し増える傾向にあるが、噴流を観察すると、この流速前後から噴流がやや白くなる変化が認められ、空気を吸入が始まる。流速がさらに増加すると噴流は空気を取り込むことで噴流の径がやや大きくなるとともに、流速が７ｍ／ｓｅｃを超えると空気を取り込んだ水塊が吐出口２３の出口から飛び出すようになり、噴流の分断化による脈動が促進される。
【０１１０】
図１３は、吐出口２３の径Ｄと吐出口２３の流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが１を越える場合の参考図である。
図１４のように、吐出口２３の入口で縮流した流れはアスペクト比Ｌ／Ｄが１前後で、吐出口２３内周に再付着した流れとなり、さらにアスペクト比Ｌ／Ｄが１より大きくなっても、再付着した状態が継続される。
流速が数１０ｍ／ｓｅｃ以上で通常燃料噴射弁で使用されている領域では、大きな負圧が発生してキャビテーションが発生し、噴出部で流体と蒸気が激しく混合して、流体が細かな液滴に分散し噴出されることになるが、流速が１０ｍ／ｓｅｃ前後では、吐出口２３内周に再付着した流れは安定した脈動が抑えられて安定した流れとなり、噴流の脈動効果が低く衛生洗浄装置の人体洗浄ノズルには適さない。
【０１１１】
図１４は、吐出口２３の径Ｄと吐出口２３の流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．２５より小さい場合の参考図である。
図１４のように、吐出口２３のアスペクト比Ｌ／Ｄが０．２５より小さい場合は、噴流は縮流していく途中で吐出口２３の出口より噴出され、吐出口２３の出口から噴出された後も、ある程度の距離噴流の径は小さくなる挙動を示し、噴流が中心に集まる動作を示すため基本的に安定した挙動を示す。
縮流開始から噴出するまでの距離が小さく、吐出口２３の入口で剥離した流れによる渦は小さく、縮流部での減圧量は小さいためキャビテーションも発生しにくい。
また、吐出口２３の出口における縮流部で発生する減圧量が少ないのに加えて、吐出口２３の出口からの空気の通路は、縮流開始からの距離が小さいため狭くなり、空気の流入量も少なくなる。
以上の条件から、噴流としては脈動しにくくなる状態となり、噴流の脈動効果が低く衛生洗浄装置の人体洗浄ノズルには適さない。
【０１１２】
図１５は、吐出口２３の径Ｄと吐出口２３の流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄと被洗浄部における荷重変動幅の関係の実測値を示したグラフである。この実測データからも、吐出口２３の径Ｄと吐出口２３の流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄ０．５の場合に最大の荷重変動幅となり、アスペクト比Ｌ／Ｄが０．２５から０．７５までの間において脈動
効果が得られることがわかる。
【０１１３】
（５−ｆ）空気ポンプによる空気混入動作についての説明
次に、人体洗浄ノズル５４０の上流の空気流入部１４ｐに空気ポンプ１４により空気が混入された場合について、図１６の作用説明図で説明する。
【０１１４】
洗浄水水路１０に空気ポンプ１４により空気を圧入する空気流入部１４ｐと、導入路２２と吐出口２３とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部を有している。そのノズル噴出部における洗浄水の流れ及び噴流の動作を図１２で説明すると、噴流入口となる導入路２２では流路面積Ａｉｎ、流速Ｖｉｎ、噴流出口となる吐出口２３の出口では流路面積Ａｏｕｔ、流速Ｖｏｕｔ、縮流部の最も流路面積の小さくなる部分を流路面積Ａｃ、流速Ｖｃとする。噴流は噴流入口から絞比（Ａｏｕｔ／Ａｉｎ）が０．１前後の値のため、噴流出口で縮流を起こし縮流比（Ａｃ／Ａｏｕｔ）が０．６前後となり、流れは吐出口２３で加速されて減圧される。流速Ｖｃが１４ｍ／ｓｅｃを超えると負圧が発生する領域となるが、この減圧作用により、洗浄水中の空気の泡が膨張する現象を生ずる。
【０１１５】
噴流出口である吐出口２３での圧力損失は、縮流の最高速度Ｖｃの速度水頭に相当する圧力Ｐｉｎ（Ｐｉｎ＝大気圧＋ρＶｃ２／２）が支配的であり、この圧力で圧縮された空気の泡がＰｃの圧力に減圧され、Ｐｃ＝大気圧−ρＶｃ２／２となり、洗浄水中の空気の泡はボイルシャールの法則から膨張比＝Ｐｉｎ／Ｐｃであり、空気の泡はこの膨張比Ｐｉｎ／Ｐｃで縮流部において膨張することになる。
【０１１６】
この混入空気の膨張比を計算した結果を図１７に示すが、噴流の平均流速が６ｍ／ｓｅｃを超えると膨張比が急激に高まり、流速７ｍ／ｓｅｃになると膨張比は５．１となり、空気の泡の膨張が著しくなる。したがって、噴流を有効に分裂させる空気の流量は大幅に減らすことが可能となる。
【０１１７】
本発明に係る衛生洗浄装置においては、ノズル噴出部の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）において減圧されるため、この部分で洗浄水中の空気が膨張し、噴出部の流路内で水と空気とが有効に分離される。また噴出部で減圧されて空気が膨張し水と空気が分離されるため、洗浄水中に空気を混入させる空気ポンプ１４の負荷を低減することができる。ちなみに試作実験によると、従来の空気ポンプだけで強い洗浄感を得ていたものに比較して、三分の一以下の空気量混入で、従来を越える強い洗浄感を得ることができた。
【０１１８】
また、このように空気量が水量に対して少ない量の混入量であることによって、洗浄水中に空気の小さな泡が均等に分散されやすく、この空気の泡が急拡大して水を分裂させるため、水塊が比較的、均等に発生して噴流の飛び散りを防止することができる。
【０１１９】
図１６では、吐出口２３の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが１を超え、空気ポンプによる空気混入がある場合について説明したが、図１８には、吐出口２３の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５前後で、空気ポンプによる空気混入がある場合の図を示す。先の図１１における説明と同様に、吐出口２３の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５の場合、吐出口２３で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口２３の出口と略一致する。
【０１２０】
したがって、吐出口２３の出口付近において、噴流のコア部（中心部）の静圧が最も低くなり、噴流中に含まれる空気が最も膨張した状態で噴出されるため、噴流を分裂させるために空気ポンプ１４により混入された空気の仕事効率としては最も高くなる。
この図１８に示した吐出口２３の直径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比Ｌ／Ｄが０．５の場合における噴流を模式的に図１９に示した。空気ポンプ１４により混入された空気Ａ１が、ノズル噴出部の吐出口２３の出口で生ずる縮流の最小径部で膨張して空気Ａ２になり、噴流が水と空気に分離されて、強い洗浄感が得られる水塊Ｗ１に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。
【０１２１】
また、アスペクト比Ｌ／Ｄが０．５を基準として設定することにより、吐出口２３の出口は縮流部の負圧部までの距離が短く、吐出口２３の出口の空気が噴流に取り込まれやすい構成となっている他、噴流中に取り込まれた空気により、噴流はその体積を増加させるため、噴流の直径は大きくなるが、吐出口２３の出口において、噴流外周と吐出口２３内周の壁で構成される空間が最大となる構成のため、噴流外周が広がる余裕があるなど、空気ポンプ１４によって混入された空気以外に、外からの空気が噴流に取り込まれやすい構成となっている。
【０１２２】
また、吐出口２３の出口において急縮小ノズルの縮流が最小径部となるため、噴流と吐出口２３の出口の内周の壁とは隙間があり、噴流の方向性への自由度を持つ。
噴流外周と吐出口２３の内周の壁で形成される空間の空気渦は、時間的にも、空間的にも変動する要素があるため、この渦の変動にしたがって噴流が変動し、わずかに揺動する作用も有する。
【０１２３】
＜６＞実施の形態による効果
以上のように、本実施の形態においては、人体洗浄ノズル５４０および空気ポンプ１４を備え、洗浄水水路１０から給水された洗浄水を人体洗浄ノズル５４０から人体局部に向けて吐水する衛生洗浄装置であって、洗浄水水路１０に空気ポンプ１４により空気が圧入される空気流入部１４ｐを有し、人体洗浄ノズル５４０は、洗浄水が流入する流入路２１と、洗浄水を吐出する吐出口２３と、吐出口２３の手前に設けられた導入路２２を備え、導入路２２と吐出口２３とにより流路断面が急縮小され急縮小流路となるノズル噴出部２４が構成されたことにより、洗浄水の噴流は、ノズル噴出部２４の吐出口２３で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）において減圧されるため、空気ポンプ１４により混入された空気が縮流による減圧によって膨張し、水と空気とが有効に分離されるように作用し、脈動効果のある噴流となる。
この場合、洗浄水に、空気ポンプ１４により混入された空気がノズル噴出部２４で生ずる縮流の減圧によって膨張して、水と空気に分離され、強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。
【０１２４】
また、ノズル噴出部２４の吐出口２３の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）を０．２５から０．７５に設定したことにより、洗浄水の噴流は、ノズル噴出部２４の吐出口で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）において減圧されるため、空気ポンプ１４によって混入された空気が膨張して水と空気とが有効に分裂されるように作用し、脈動効果のある噴流となる。
【０１２５】
また、ノズル噴出部２４の吐出口２３で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口２３の出口と略一致するため、吐出口２３の出口において、噴流外周と吐出口２３内周の壁で構成される空間が最大となることと、ノズル噴出部２４での洗浄水の圧力が最も下がった状態であることにより、縮流部で発生する負圧部へ流入する外からの空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用する。
したがって、空気ポンプ１４により混入された空気が膨張して水と空気とが有効に分離される作用と、縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の作用とにより、人体洗浄ノズル５４０からの噴流が強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少
流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。また、ノズル噴出部２４で縮流減圧されて混入された空気が膨張し水と空気が分裂されるため、空気ポンプ１４の負荷を低減することができ、低コスト化が可能な衛生洗浄装置を提供することができる。
【０１２６】
この場合、ノズル噴出部２４の吐出口２３の径Ｄと流路長さＬとのアスペクト比（Ｌ／Ｄ）が０．５を基準とすることにより、ノズル噴出部２４で生ずる縮流の最小径部（流速最大部）が、吐出口２３の出口と略一致する構成となり、吐出口２３の出口において、噴流外周と吐出口２３内周の壁で構成される空間が最大となることと、ノズル噴出部２４での洗浄水の内部圧力（静圧）が最も下がった状態となるため、噴流外周が広がる余裕があり、かつ、外からの空気を噴流に取り込みやすいため、人体洗浄ノズル５４０からの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断され、分断された水塊による脈動噴流が被洗浄部に衝突する噴流の荷重変動幅が大きくなり、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができる。また、ノズル噴出部２４の吐出口２３の出口での洗浄水の内部圧力（静圧）が最も下がった状態で噴出するため空気ポンプの負荷を最も低減させることができる。
【０１２７】
また、吐出口２３の流入部の角ｋを鋭角に設定することにより、吐出口を樹脂成形品で形成する場合においても、流入部の角ｋの部分で確実に流れを剥離させることができ、より確実に縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用し、人体洗浄ノズルからの噴流が少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断することができ、少流量においても脈動効果を高めることができ、洗浄効果と洗浄感をより向上することができる。
【０１２８】
また、吐出口２３をステンレスなどの板金の打ち抜き品で形成する場合や、前述のように樹脂成形品で形成する場合において、吐出口２３の流入部である角ｋに、バリ発生部を設けることによっても、吐出口２３の流入部の角ｋにバリによるエッジを確保することができ、角のエッジ部分で確実に流れを剥離させることができるため、より確実に縮流部で発生する負圧部へ流入する空気の開口面積は最大となり空気が流入しやすくなるように作用し、人体洗浄ノズルからの噴流の脈動特性が優れ、少流量でも強い洗浄感が得られる大きさの水塊に分断することができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感をより向上することができる。
【０１２９】
なお、本実施の形態においては、瞬間式（瞬間熱交換器方式）の衛生洗浄装置で説明したが、瞬間式に限らず貯湯式の衛生洗浄装置にも適用でき、同様の効果が得られ（洗浄流量（ｃｃ／ｍｉｎ）を少なくできるので、タンク容量の削減、または洗浄時間の延長が可能とな）るものである。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
以上のように、本発明にかかる衛生洗浄装置は、洗浄水水路の洗浄水に、空気ポンプにより混入された空気がノズル噴出部の吐出口の出口で生ずる縮流の最小径部で膨張して、水と空気に分離され、強い洗浄感が得られる水塊に分断された脈動噴流にすることができ、少流量においても洗浄効果と洗浄感を高めることができるので、温水洗浄便座のみならず顔や頭、手、足などの衛生洗浄装置、あるいはペット等の動物、または生き物以外の洗浄等の用途にも適用できる。
【符号の説明】
【０１３１】
１０  洗浄水水路
１４  空気ポンプ
１４ｐ  空気流入部
２１  流入路
２２  導入路
２３  吐出口
２４  ノズル噴出部
５４０  人体洗浄ノズル
【図２】
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【図４】
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【図２０】
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【図１】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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