(57)【要約】【課題】本発明は、給水量を増大することなく所望の差圧を有する脈動流を吐出可能な脈動流発生装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明の脈動流発生装置は、給水源からの給水を加圧する圧力発生室を有するシリンダ部と、このシリンダ部内に摺動自在に設けられるピストン部と、ピストン部をシリンダ部内で往復運動させる駆動手段とを備える脈動流発生装置であって、ピストン部は、駆動手段の回転運動をピストン部の往復動に変換する変換機構と、その変換機構により往復動する往復動軸を備え、変換機構は、駆動手段により回転する回転部材とこの回転部材の回転軸に同軸に且つ互いに直交するように配置された大小一対の楕円カムとを有する。【選択図】図１
2008111347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水源からの給水を加圧する圧力発生室を有するシリンダ部と、該シリンダ部内に摺動自在に設けられるピストン部と、該ピストン部を前記シリンダ部内で往復運動させる駆動手段とを備える脈動流発生装置であって、
前記ピストン部は、前記駆動手段の回転運動を該ピストン部の往復動に変換する変換機構と、該変換機構により往復動する往復動軸を備え、
前記変換機構は、前記駆動手段により回転する回転部材と該回転部材の回転軸に同軸に且つ互いに直交するように配置された大小一対の楕円カムとを有することを特徴とする脈動流発生装置。
【請求項２】
前記往復動軸は、前記小楕円カムに摺接する第１の摺接部と前記大楕円カムに摺接する第２の摺接部とを備える請求項１に記載の脈動流発生装置。
【請求項３】
前記小楕円カムの長軸長さは、前記大楕円カムの短軸長さに等しく、且つ該小楕円カムの短軸長さと前記大楕円カムの長軸長さの合計長さの１／２に等しい請求項２に記載の脈動流発生装置。
【請求項４】
前記シリンダ部内で前記圧力発生室を区画し前記ピストン部と当接することで前記圧力発生室に圧力変動を生じる弾性部材をさらに備える請求項１〜３のいずれかに記載の脈動流発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給水源から供給される給水を加圧して脈動流を吐出する脈動流発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
給水源から供給される給水を加圧して脈動流を吐出する脈動流発生装置としては、例えば、特許文献１に提案されている衛生洗浄装置の加圧手段が知られている。この加圧手段は、給水圧より高い圧力を中心値とする周期的な変動圧力吐出を行うポンプであり、シリンダに配置されたピストンの両側にポンプ室を設けて、回転軸が１回転してピストンが一往復する間に洗浄水を２回加圧できる往復動ポンプである。そして、このポンプは、往復時のバランスが保たれるので振動が低減してポンプ稼働時の静音化が図れる。また、ピストンが一往復する際に吐出できる洗浄水の流量が約２倍となるため、モータの回転数を半減することが可能で、ポンプの耐久性の向上に寄与する。さらに、ポンプ室のピストン動作の位相をずらした構成であるので、洗浄ノズルから噴出する洗浄水は断続的な吐出ではなく、連続的で且つ周期的な圧力変動を伴ったものとなり、断続感を低減することで快適な刺激の得られる洗浄が実現できる、など多くの利点があるとされている。
【０００３】
しかし、上記のような従来技術になる脈動流発生装置では、図８に示すようにポンプ室Ａの吐出圧力とポンプ室Ｂの吐出圧力とが干渉してしまうために、吐出圧力の最大値Ｐ１は高くなるものの、差圧はポンプ能力に対して半減してしまい、体感できる心地よい刺激を得ることができない。また、差圧を確保するためには、給水量を増大させればよいが、例えば、瞬間加熱式の熱交換ユニットでは消費電力に上限があるので一定以上の差圧を与えることは困難である。
【特許文献１】特開２００３−２０６５６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、給水量を増大することなく所望の差圧を有する脈動流を吐出可能な脈動流発生装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の脈動流発生装置は、給水源からの給水を加圧する圧力発生室を有するシリンダ部と、このシリンダ部内に摺動自在に設けられるピストン部と、ピストン部をシリンダ部内で往復運動させる駆動手段とを備える脈動流発生装置であって、ピストン部は、駆動手段の回転運動をピストン部の往復動に変換する変換機構と、その変換機構により往復動する往復動軸を備え、変換機構は、駆動手段により回転する回転部材とこの回転部材の回転軸に同軸に且つ互いに直交するように配置された大小一対の楕円カムとを有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の脈動流発生装置において、往復動軸は、小楕円カムに摺接する第１の摺接部と大楕円カムに摺接する第２の摺接部とを備えることが望ましい。
【０００７】
ここで、小楕円カムの長軸長さは、大楕円カムの短軸長さに等しく、且つ該小楕円カムの短軸長さと大楕円カムの長軸長さを合計した長さの１／２に等しくするとよい。
【０００８】
また、本発明の脈動流発生装置は、シリンダ部内で圧力発生室を区画しピストン部と当接することでこの圧力発生室に圧力変動を生じる弾性部材をさらに備えることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の脈動流発生装置は、回転運動をピストン部の往復動に変換する変換機構として、駆動手段により回転する回転部材とこの回転部材の回転軸に同軸に且つ互いに直交するように配置された大小一対の楕円カムとを有している。そして、変換機構の往復動軸は、小楕円カムに摺接する第１の摺接部と大楕円カムに摺接する第２の摺接部とを備えているので、回転部材の１回転で往復動軸を２往復することができる。従って、モータの回転数を半減することが可能となり、脈動流発生装置の耐久性を向上することができる。また、給水の吸引動作と加圧動作とが干渉しないために、所望の差圧を規定流量内で確保することができる。さらに、大小一対の楕円カムの形状を相互に関連する寸法で規定することで、ピストン部の円滑な往復動を実現することができるので、駆動時の静音化が図られるとともに、常に安定した差圧を有する変動圧を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態に係る脈動流発生装置について説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態に係る脈動圧発生装置Ｐの構成を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００１２】
脈動圧発生装置Ｐは、外観的には駆動手段１とシリンダ部２とから構成されている。駆動手段１は、シリンダ部２の側面に固設され、回転軸１１ａをシリンダ部２の内部に嵌挿しているモータ１１と、この回転軸１１ａに固着されたウオームギヤ１２とから構成されている。
【００１３】
シリンダ部２の内部には、ウオームギヤ１２と連動するウオームホイール３１がモータ軸１１ａの回転により回転可能に配置されている。ウオームホイール３１には、小楕円カム３２と点線で示す大楕円カム３３とがそれぞれの回転軸をウオームホイール３１の回転軸３１ａと同軸にして、かつ直交して一体的に形成されており、回転部材であるウオームホイール３１とともに、変換機構３を構成している。
【００１４】
また、小楕円カム３２と大楕円カム３３とに外接する摺接部３５Ｌ、３５Ｒ（図２）を有する往復動軸３５が、シリンダ部２の内面２ａに沿って摺動自在に配置されている。上記の変換機構３と往復動軸３５とでピストン部４（後述）を構成している。そして、往復動軸３５の端部３５ａは、シリンダ部２に形成されている圧力発生室６に機密を保って摺動自在に嵌挿されている。また、圧力発生室６には、給水を吸引する吸引口２２ａと吸引した給水を吐出する吐出口２２ｂとが連通して開口している。
【００１５】
以上の構成を備える本実施の形態の脈動圧発生装置Ｐでは、駆動手段１による回転運動を変換機構３で変換することで、ピストン部４をシリンダ部１２の軸線に沿って往復運動させることができる。ピストン部４が往復運動することで、往復動軸３５は圧力発生室６
に圧力変動を与えるので、この圧力変動により吸引口２２ａから給水を吸引するとともに
加圧して、加圧した給水を吐出口２２ｂから二次側水路へ吐出することができる。
【００１６】
図２は、ピストン部４を説明する模式図であり、（ａ）は（ｂ）のＬ視正面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ部分断面図、（ｃ）は（ａ）に背向する（ｂ）のＲ視正面図である。
【００１７】
ピストン部４は、往復動軸３５に変換機構３を摺動可能に係合して構成したものであり、ウオームホイール３１の回転軸３１ａの両端部は、シリンダ部２の内壁に設けられた軸受部（図示せず）に回転自在に固定されている。小楕円カム３２はウオームホイール３１のＬ側面に一体的に形成されており、その側面３２ａが往復動軸３５のＬ側に一体的に形成された摺接部３５Ｌ（第１の摺接部）の上辺３５Ｌａと摺接するように配置されている。また、大楕円カム３３はウオームホイール３１のＲ側面に一体的に形成されており、その側面３３ａが往復動軸３５のＲ側に一体的に形成された摺接部３５Ｒ（第２の摺接部）の下辺３５Ｒａと摺接するように配置されている。
【００１８】
前記のように、ウオームホイール３１の回転軸３１ａの両端部は、シリンダ部２の内壁に設けられた軸受部（図示せず）に回転自在に固定されているので、ウオームホイール３１の回転に伴って、小楕円カム３２と大楕円カム３３も回転し、摺接部３５Ｌの上辺３５Ｌａと摺接して回転する小楕円カム３３は、往復動軸３５を上昇させることができる。また、小楕円カム３２と直交して配置されている大楕円カム３３は、摺接部３５Ｒの下辺３５Ｒａと摺接するように配置されているので、往復動軸３５を下降させることができる。
【００１９】
次に、図３に基づきピストン部４の動作を詳細に説明する。
【００２０】
図３は、ピストン部４の動作を示す模式的正面図であり、図３の上段（Ｌ）には、各動作ステージＳにおけるピストン部４のＬ視正面図を示し、下段（Ｒ）には上段に対応するＲ視正面図を示す。ここで、ウオームホイール３１はウオームギヤ１２によって減速されて矢印Ｃのように反時計回りに回転するものとする。
【００２１】
ステージＳ１は稼働開始時（回転角度：０°）の状態を示している。ここでは、小楕円カム３２の長軸の一端Ｐが摺接部３５Ｌの上辺３５Ｌａと接し、大楕円カム３３の短軸の一端Ｑが摺接部３５Ｒの下辺３５Ｒａに接している。従って、往復動軸３５の先端３５ｃは移動可能な上端、すなわわち、上死点Ｊにある。
【００２２】
ステージＳ１からモータ１１を駆動してウオームホイール３１を反時計回りに回転させると、ウオームホイール３１の回転に伴って楕円カム３２、３３も回転する。小楕円カム３２は摺接部３５Ｌの上辺３５Ｌａに摺接しながら回転するので、長軸端Ｐは上辺３５Ｌａから離間して回転軸と摺接点との距離ｄ１は減少する。一方、大楕円カム３３は摺接部３５Ｒの下辺３５Ｒａに摺接しながら回転するので、短軸端Ｑは下辺３５Ｒａから離間して回転軸心と摺接点との距離ｄ２は増加する。本実施形態においては、Ｌ側における摺接距離ｄ１の減少量とＲ側における摺接距離ｄ２の増加量が常に等しくなるように楕円カムが構成されているので、往復動軸３５は、ウオームホイール３１の回転に伴って、シリンダ部２の内壁２ａに沿って下降する。ステージＳ２はウオームホイール３１を反時計回りに４５°回転した状態であり、往復動軸３５の下降途中を示している。
【００２３】
ステージＳ２からさらにウオームホイール３１を回転して、稼働開始から９０°回転したステージＳ３では、小楕円カム３２は上辺３５Ｌａと短軸の一端Ｒで接し、大楕円カム３３は底辺３５Ｒａと長軸の一端Ｔで接する。従って、往復動軸３５の先端３５ｃは移動可能な下端である下死点Ｋにある。
【００２４】
すなわち、ステージＳ１〜Ｓ３までは、往復動軸３５は圧力発生室６内に加圧力を発生する。この結果、脈動流発生装置Ｐは、給水Ｗの吐出動作を行う。
【００２５】
下死点Ｋからさらにウオームホイール３１を回転すると、小楕円カム３２の上辺３５Ｌａとの摺接距離ｄ１は増加する。一方、大楕円カム３３の底辺３５Ｒａとの摺接距離ｄ２は減少する。従って、往復動軸３５は、ウオームホイール３１の回転に伴って、シリンダ部２の軸芯線に沿って上昇する。ステージＳ４はウオームホイール３１を稼働開始から反時計回りに１３５°回転した状態であり、往復動軸３５の下死点Ｋからの上昇途中を示している。
【００２６】
ステージＳ４からさらにウオームホイール３１を回転して、稼働開始から１８０°回転したステージＳ５では、小楕円カム３２は上辺３５Ｌａと長軸の他端Ｐ’で接し、大楕円カム３３は底辺３５Ｒａと短軸の他端Ｑ’で接する。従って、往復動軸３５の先端３５ｃはステージＳ１の上死点Ｊに戻る。
【００２７】
すなわち、ステージＳ３〜Ｓ５までは往復動軸３５は圧力発生室６内の圧力を低減する。この結果、脈動流発生装置Ｐは、給水Ｗの吸引動作を行う。
【００２８】
以上のように、モータ１１を駆動してウオームホイール３１をステージＳ１〜Ｓ５まで半回転（１８０°）することで、往復動軸３５が上下に１往復するので、脈動流発生装置Ｐは給水Ｗの吐出動作と吸引動作とをそれぞれ１回ずつ行うことができる。
【００２９】
続けて、小楕円カム３２の長軸の一端Ｐが上辺３５Ｌａに接し、大楕円カム３３の短軸の一端Ｑが底辺３５Ｒａに接するように、ウオームホイール３１をステージＳ５からさらに１８０°反時計回りに回転すると、往復動軸３５は上記のステージＳ１〜Ｓ５と同様の動作、即ち、上下に１往復するので、脈動流発生装置Ｐは、給水Ｗの吐出動作と吸引動作とをそれぞれさらに１回ずつ行うことができる。
【００３０】
つまり、本実施形態の脈動流発生装置Ｐでは、ウオームホイールの１回転で往復動軸３５を２往復させることができるので、脈動流発生装置Ｐは加圧した給水Ｗを２回吐出することができる。
【００３１】
ここで、小楕円カム３２の長軸長さをａ１、短軸長さをａ２とし、大楕円カム３３の長軸長さをｂ１、短軸長さをｂ２とすると、このような動作を行うピストン部４では、小楕円カム３２の長軸長さａ１を、大楕円カム３３の短軸長さｂ２に等しくする、すなわち、ａ１＝ｂ２とすることが望ましい。
【００３２】
また、小楕円カム３２の長軸長さａ１は小楕円カムの短軸長さａ２と大楕円カムの長軸長さｂ１の合計長さの１／２、すなわち  ａ１＝（ａ２＋ｂ１）×１／２  とするとよい。
【００３３】
このような関係を有する小楕円カムと大楕円カムとを組み合わせることで、摺接距離ｄ１の変化量と摺接距離ｄ２の変化量とを常に等しくなるように構成することができる。従って、往復動軸３５の円滑な往復動を実現することができる。それ故、往復動軸３５の押し込み量や引き上げ量が安定して常に所定の差圧を有する給水を吐出することができ、また、駆動時の静音化を図ることができる。
【００３４】
具体的には、長軸長さａ１＝６ｍｍ、短軸長さａ２＝３ｍｍの小楕円カムと、長軸長さｂ１＝９ｍｍ、短軸長さｂ２＝６ｍｍの大楕円カムとの組み合わせを例示することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る脈動圧発生装置Ｐ’の構成を示す断面模式図である。
【００３６】
脈動圧発生装置Ｐ’は、第１の実施の形態においてシリンダ部１内で圧力発生部６を区画しピストン部４と当接することで圧力発生部６に圧力変動を生じる弾性部材５をさらに備える脈動流発生装置である。なお、図４では図１と同様の箇所には同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
脈動圧発生装置Ｐ’において、シリンダ部２は、第１ハウジング２１と第２ハウジング２２と第３ハウジング２３とから構成されており、第１ハウジング２１の内部にウオーム１２と連動するウオームホイール３１がモータ軸１１ａの回転により回転可能に配置されており、ピストン部４が、第１ハウジング２１の内面２１ａに沿って摺動自在に往復動できるようになっている。
【００３８】
第１ハウジング２１に接続して第２ハウジング２２が設けられており、第２ハウジング２２には、給水を吸引する吸引口２２ａと吸引した給水を吐出する吐出口２２ｂとが内部空間２２ｃに連通して開口している。  
【００３９】
そして、第１ハウジング２１の内部空間２１ｂと第２ハウジング２２の内部空間２２ｃとは弾性部材であるダイヤフラム５によって気密を保って区画されており、ダイヤフラム５の中央面に往復動軸３５の軸先端部３５ｃが当接するように配置されている。つまり、ダイヤフラム５によって区画された第２ハウジング２２の内部空間２２ｃは、ダイヤフラム５を介して与えられる往復動軸３５の押圧力の変化により内部圧力が変動する圧力発生室６となる。
【００４０】
第２ハウジング２２にはさらに第３ハウジング２３が接続されており、第３ハウジング２３には、圧力発生室６へ吸引される給水Ｗの吸引ポート２３ａと、圧力発生室６から加圧された給水Ｗを吐出する吐出ポート２３ｂが設けられている。吸引ポート２３ａには吸引導水路２３ｃが、また、吐出ポートには吐出導水路２３ｄが穿設されている。そして、第２ハウジング２２と第３ハウジング２３との境界面には給水Ｗの流通を規制するバルブシート７が配置されており、圧力発生室６の圧力変動により吸引口２２ａから給水を吸引するとともに加圧して、加圧した給水を吐出口２２ｂから二次側水路へ吐出することができる。
【００４１】
脈動圧発生装置Ｐ’では、このように圧力発生室６を高気密で区画するダイヤフラム５を介して圧力発生室６に圧力変動を与えるので、気密性に対する信頼性を確保することができ、さらに安定した脈動圧を得ることができる。
【００４２】
図５は、以上のような本実施形態の脈動流発生装置を介装した温水洗浄便座装置の一例を示す構成図である。
【００４３】
温水洗浄便座装置Ｄは、制御部４０、分岐水栓４１、ストレーナ４２、逆止弁４３、定流量弁４４ａ、止水電磁弁４５、リリーフバルブ４６、温度センサ４８、熱交換器４９、バキュームブレーカ５１、アキュムレータ５２、脈動発生装置Ｐ（Ｐ’）およびノズルユニット６０を備えており、脈動発生装置Ｐ（Ｐ’）とノズルユニット６０とはゴムホース５３で通水可能に接続されている。ノズルユニット６０は流量調整兼用の切替弁６２及びノズル部６３を備え、ノズル部６３は、おしり洗浄用ノズル６３ａ、ビデ洗浄用ノズル６３ｂ、ノズル洗浄用ノズル６３ｃおよびドレイン（大気開放）６３ｄからなっている。
【００４４】
そして、操作部５０からの信号に基づいて、制御部４０が脈動発生装置Ｐ（Ｐ’）、定流量弁６１、切替弁６２及びノズル部６３などを適宜制御して、好適温度、好適圧力で洗浄水を人体局部に噴射する。
【００４５】
温水洗浄便座装置Ｄは本実施形態の脈動流発生装置Ｐ（Ｐ’）を備えているので、給水量を増加させることなく下流に配置したノズル部６３から、図６に示すような給水圧Ｐ０を中心値とし、差圧ΔＰを有する周期的な脈動流を噴出することができる。
【００４６】
本発明は、前記の実施の形態に限定されることなく本発明の主旨を逸脱しない範囲において変更することができる。例えば、上記の実施の形態では、変換機構の大小一対の楕円カムを回転体を挟持するように一体的に形成したが、図７に示すように、大小一対の楕円カムを順に回転体に積層するように形成してもよい。
【００４７】
図７はピストン部４’を示す縦断面図であり、図２と同様の箇所には同一の符号を付している。ピストン部４’は小楕円カム３２と大楕円カム３３とをウオームホイール３１のＬ面側に順に積層して形成したものである。小楕円カム３２は往復動軸３５の摺接部３５Ｌａに摺接し、大楕円カム３３は往復動軸３５の摺接部３５Ｒａに摺接する。このように構成することで、各部品を一方向から組み付けることができるので組み付け作業を単純化することができ作業性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の脈動流発生装置は、人体の局部を洗浄する温水洗浄便座装置のポンプとして好適に用いることができ、特に貯湯式の少流量タイプや瞬間加熱式の温水洗浄便座装置に採用して多大の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１の実施の形態の構成を説明する概要図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。
【図２】ピストン部の構成を説明する説明図である。（ａ）はＬ視側面図、（ｂ）はＢ−Ｂ部分断面図、（ｃ）はＲ視側面図である。
【図３】ピストン部の動作を説明する説明図である。上段（Ｌ）は各ステージにおけるＬ視側面図であり、下段（Ｒ）は対応するＲ視側面図である。
【図４】第２の実施の形態を説明する断面概要図である。
【図５】本実施形態の脈動流発生装置を介装した温水洗浄便座装置の一例を示す構成図である。
【図６】吐出する給水の波形を示す模式図である。
【図７】ピストン部の他の形態を示す断面模式図である。
【図８】従来技術の噴出する給水の波形を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１：駆動手段  ２：シリンダ部  ３：変換機構  ４：ピストン部  ５：弾性部材  ６：圧力発生室  ７：シートバルブ  １１：モータ  ２１，２２，２３：ハウジング  ３１：回転部材（ウオームホイール）  ３２：小楕円カム  ３３：大楕円カム  ３５：往復動軸
【図１】
2008111347.tif 000003
【図２】
2008111347.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2008111347.tif 000008
【図７】
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【図８】
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