大便器ユニット
【課題】 下水管内に圧力変動が生じた場合にも、尿量又は尿流率を精度良く測定することができる大便器ユニットを提供する。
【解決手段】 本発明の大便器ユニット（１）は、使用者の尿を受けるボール（６）と、下水管を水封するトラップ部（８）と、ボール内の溜水の水位を、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段（２４ｂ）と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段（１８）と、下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサ（２２）と、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段（４０）と、この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて補正する補正手段（４２）と、を有することを特徴としている。
【解決手段】 本発明の大便器ユニット（１）は、使用者の尿を受けるボール（６）と、下水管を水封するトラップ部（８）と、ボール内の溜水の水位を、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段（２４ｂ）と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段（１８）と、下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサ（２２）と、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段（４０）と、この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて補正する補正手段（４２）と、を有することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大便器ユニットに係わり、特に、排泄された尿の量、又は尿流率を測定することができる大便器ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−２９９３４８号公報（特許文献１）には、尿量測定機能を有する便器が記載されている。この便器では、トラップ部の溢流水位まで、ボールに溜水が溜まった状態において、トラップ部を変形させてトラップ部の容積を拡張し、ボールの水位を低下させる。この水位の低下したボールに使用者が排尿することにより、尿を下水に溢流させることなく、ボール及びトラップ部に尿を溜める。排尿後、トラップ部内の水位を測定し、排尿前の溜水の水位と比較することによって、尿量を測定している。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９９３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トラップ部は、下水管と連通しているため、下水配管中の他の設備機器等に起因する水の流れに伴って下水管内に負圧又は正圧が発生していると、トラップ部及びボール内の水位が変動して尿量の測定値に誤差が生じるという問題がある。
また、トラップ部又はボール内の水位を時系列で測定し、水位の時間的な変化により尿流率を測定する場合には、下水管内の圧力変動によりトラップ部又はボール内の水位が上下に変動すると、測定値に大きな誤差を生じるか、測定不能になるという問題がある。
【０００５】
従って、本発明は、下水管内に圧力変動が生じた場合にも、尿量又は尿流率を精度良く測定することができる大便器ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の大便器ユニットは、使用者の尿を受けるボールと、このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段と、下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサと、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、まず、水位設定手段が、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する。次に、水位測定手段は、使用者がボール内に排尿することによって変化するボール内の水位を測定する。尿量算出手段は、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する。さらに、補正手段は、下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて、尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を補正する。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、補正手段が、下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて尿量又は尿流率を補正するので、下水管内の圧力変動によりボール内の水位が変化したとしても精度良く尿量を測定することができる。
【０００９】
また、本発明の大便器ユニットは、使用者の尿を受けるボールと、このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、下水管に連通して設けられ、下水管内の圧力が低下したとき下水管の中に大気を導入する負圧破壊手段と、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段と、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、を有することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された本発明においては、まず、水位設定手段が、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する。次に、水位測定手段は、使用者がボール内に排尿することによって変化するボール内の水位を測定する。尿量算出手段は、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する。また、下水管に連通して設けられた負圧破壊手段は、下水管内の圧力が低下したとき下水管の中に大気を導入して、下水管内の負圧によりボール内の水位が変動するのを防止する。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、負圧破壊手段が下水管内の負圧によりボール内の水位が変動されるのを防止するので、溜水が下水配管側に引かれたり、圧力値によってはトラップ部の溢流水位を越えたりすることがないため、精度良く尿量を測定することができる。
【００１２】
また、本発明の大便器ユニットは、使用者の尿を受けるボールと、このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段と、トラップ部内の水位を測定するトラップ部水位測定手段と、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、トラップ部水位測定手段によって測定された水位に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、まず、水位設定手段が、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する。次に、水位測定手段は、使用者がボール内に排尿することによって変化するボール内の水位を測定する。尿量算出手段は、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する。さらに、補正手段は、トラップ部水位測定手段によって測定されたトラップ部内の水位に基づいて、尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を補正する。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、補正手段が、トラップ部水位測定手段によって測定されたトラップ部内の水位に基づいて尿量又は尿流率を補正するので、下水管内の圧力変動によりボール内の水位が変化したとしても精度良く尿量を測定することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、水位測定手段は、ボール内の溜水の水圧を測定する圧力センサである。
このように構成された本発明によれば、従来の洋風大便器の構造に大きな変更を加えることなく、尿量測定をボール内の溜水水位を測定することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、水位測定手段又はトラップ部水位測定手段は、電極配列式の水位センサである。
このように構成された本発明によれば、ボール内又はトラップ部内の水位を直接測定することができ、簡単な構成で尿量測定を行うことができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、ボール及び／又はトラップ部は陶器製であり、電極配列式の水位センサの電極は焼成によって形成されている。
このように構成された本発明によれば、電極配列式の水位センサを容易に構成することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、電極配列式の水位センサは、尿のｐＨ、温度、又は導電率の測定に利用される。
本発明において、好ましくは、さらに、電解質濃度推定手段を有し、電極配列式の水位センサはボール内の溜水と尿が混合された液体の導電率を測定し、電解質濃度推定手段は、測定された尿量と導電率に基づいて、尿中の電解質濃度を推定する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の大便器ユニットによれば、下水管内に圧力変動が生じた場合にも、尿量又は尿流率を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態による大便器ユニットを説明する。
まず、図１乃至図７を参照して本発明の第１実施形態による大便器ユニットを説明する。
図１は本発明の第１実施形態による大便器ユニットの断面図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態による大便器ユニット１は、洋風大便器２と、大便器ユニット１を作動させる種々の機能部４と、を有する。洋風大便器２は、ボール６と、洗浄水を吐水させるリム吐水ノズル７と、ボール６を水封するトラップ部８と、トラップ部８に向けて洗浄水を噴出するサイホン現象発生手段であるゼット吐水ノズル９と、を有する水道直圧式の洗浄を行う洋風大便器である。さらに、大便器ユニット１は、洋風大便器２のトラップ部８に接続された排水ソケット１０と、洋風大便器２に取り付けられ、市水から供給された洗浄水を切替えて供給する給水バルブである水路切替手段１６と、を有する。
【００２１】
また、機能部４は、ボール６底部の静水圧を測定する水位測定手段である圧力センサ１８と、排水ソケット１０に接続され、下水管内の空気の圧力を測定する下水管圧力センサ２２と、を有する。また、機能部４は、貯水タンク２４と、貯水タンク２４内の水を圧送して、尿量測定に使用される管路を洗浄するポンプ３６と、を有する。さらに、機能部４は、水路を切替え又は開閉する、第１三方弁２６、第２三方弁２８、第１開閉弁３０、第２開閉弁３２、及び第３開閉弁３４を有する。また、機能部４は、水路切替手段１６、各三方弁、及び各開閉弁を制御するコントローラ３８を有する。このコントローラ３８は、圧力センサ１８による測定値に基づいて、尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段４０と、この尿量算出手段４０によって計算された尿量又は尿流率を、下水管圧力センサ２２によって測定された圧力に基づいて補正する補正手段４２と、を内蔵している。
【００２２】
トラップ部８の出口側端部は、排水ソケット１０を介して下水管Ｄに接続されている。
リム吐水ノズル７は、ボール６の上部から、リムの接線方向に洗浄水を吐出させ、ボール６の壁面を洗浄するように構成されている。ゼット吐水ノズル９は、ボール６の底部からトラップ部８に向けて洗浄水を噴出させ、トラップ部８内にサイホン現象を誘発するように構成されている。
水路切替手段１６は、コントローラ３８の制御信号に従って、市水から供給された洗浄水を、リム吐水ノズル７及びゼット吐水ノズル９から交互に吐水させるように構成されている。
【００２３】
圧力センサ１８は、ゼット吐水ノズル９と連通した圧力導管１２によって導かれた、ボール６底部の静水圧を測定するように構成されている。図１に示すように、ゼット吐水ノズル９と連通した圧力導管１２は、第３開閉弁３４を介して圧力センサ１８に接続されている。さらに、第３開閉弁３４は、コントローラ３８によって、圧力センサ１８による水位測定を行う際には開放され、水位測定を行わない時には閉鎖されるように構成されている。
【００２４】
また、図１に示すように、水路切替手段１６とリム吐水ノズル７の間には、第１三方弁２６が設けられている。この第１三方弁２６の第１の出入口２６ａと第２の出入口２６ｂが連通されると、水路切替手段１６から直接リム吐水ノズル７に吐水されるようになっている。また、第１三方弁２６の第３の出入口２６ｃは、貯水タンク２４に接続されている。第１三方弁２６の第１の出入口２６ａと第３の出入口２６ｃが連通されると、水路切替手段１６から貯水タンク２４に水が供給されるようになっている。
【００２５】
図１に示すように、貯水タンク２４は、洗浄用タンク２４ａが、水位設定手段である溜水タンク２４ｂを取り囲む二重構造であり、溜水タンク２４ｂから溢れた水が洗浄用タンク２４ａに流入するようになっている。溜水タンク２４ｂの底部には、流出管２４ｄが接続されており、溜水タンク２４ｂ内の水が、流出管２４ｄに接続された第１開閉弁３０を介してリム吐水ノズル７から吐水されるようになっている。
【００２６】
また、洗浄用タンク２４ａには、給水管２４ｃから溜水タンク２４ｂの中に給水され、溜水タンク２４ｂから溢れ出た水が流入するように構成されている。給水管２４ｃと溜水タンク２４ｂの間には吐水口間隙が確保されているため、溜水１３が逆流しても、市水に連通することがなく、衛生面での問題もない。このため、溜水タンク２４ｂに貯められる水の量は溜水タンク２４ｂの容積によって決まり、溜水タンク２４ｂには一定量の水が貯められることになる。さらに、洗浄用タンク２４ａには、オーバーフロー管２４ｅが接続されている。このオーバーフロー管２４ｅは、トラップ管２５を介して排水ソケット１０に接続されている。これにより、万一、溜水タンク２４ｂへの給水が不具合等によって停止されなくなったとき、洗浄用タンク２４ａの水を排水ソケット１０へ排出し、洗浄用タンク２４ａから水が溢れるのを防止している。オーバーフロー管２４ｅは、トラップ管２５を介して排水ソケット１０接続されているので、下水管内の臭気が、オーバーフロー管２４ｅを通って大気に漏れることがない。
【００２７】
さらに、洗浄用タンク２４ａの底部には、流出管２４ｆが接続されている。この流出管２４ｆは、ポンプ３６、第２開閉弁３２を介して圧力導管１２に接続されている。従って、第２開閉弁３２を開放した状態でポンプ３６を作動させると、洗浄用タンク２４ａ内の水が圧力導管１２に流入する。
また、下水管圧力センサ２２は、第２三方弁２８を介して排水ソケット１０に連通するように設けられている。第２三方弁２８の第１の出入口２８ａと第２の出入口２８ｂを連通させることにより、下水管圧力センサ２２は下水管内に連通した排水ソケット１０に接続され、下水管内の圧力を測定することができるように構成されている。本実施形態の大便器ユニット１では、下水管圧力センサ２２によって下水管内の圧力を測定し、この圧力に基づいて尿量の測定値を補正している。また、下水管内の圧力の測定前には、第２の出入口２８ｂと大気に開放された第３の出入口２８ｃを連通させることで、下水管圧力センサ２２は、大気圧を測定している。下水管圧力センサ２２は、この大気圧と下水管内圧力の差を測定する。また、下水管圧力センサ２２は、下水管内の圧力測定が必要な時以外は大気に開放されているため、下水配管内の硫化水素ガス等によって動作不良を起こすことも防止される。
【００２８】
コントローラ３８は、水路切替手段１６、各三方弁、及び各開閉弁に制御信号を送って、洋風大便器２の洗浄機能及び尿量測定機能を実行するように構成されている。また、コントローラ３８に内蔵された尿量算出手段４０は、圧力センサ１８によって測定された圧力に基づいて、ボール６内の水位を求め、使用者の排尿量を計算するように構成されている。また、コントローラ３８に内蔵された補正手段４２は、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて、下水管内の圧力変動がボール６内の水位に及ぼす影響を補正する。コントローラ３８、尿量算出手段４０及び補正手段４２は、マイクロプロセッサ（図示せず）、及びこれを作動させるためのプログラムを記憶したメモリ（図示せず）等で構成することができる。
【００２９】
次に、図２を参照して、本発明の第１実施形態による大便器ユニット１の作用を説明する。図２は大便器ユニット１の作用を時系列で表すグラフである。
図２に示すように、待機時においては、大便器ユニット１のボール６内の溜水の水位は、図１にＹで示すスタート水位になっており、また、操作・表示部（図示せず）には「測定可」と表示されている。本実施形態において、このスタート水位Ｙは、溢流水位Ｈの約３６ｍｍ下方、トラップ部８の封水が破れる破封水位の約２５ｍｍ上方に設定されている。次に、大便器ユニット１の使用者が、操作・表示部（図示せず）の準備スイッチ又は個人認証のためのＩＤカード挿入などの所定の起動手段（図示せず）を操作すると、操作・表示部（図示せず）の表示は「準備中」になる。これと同時に、コントローラ３８は、第３開閉弁３４及び第２三方弁２８に制御信号を送る。これにより、圧力導管１２と圧力センサ１８、及び下水管圧力センサ２２と下水管が連通される。また、コントローラ３８は、圧力センサ１８及び下水管圧力センサ２２に制御信号を送り、これらを作動させる。なお、下水管圧力センサ２２は、管路が切替えられる前には大気圧を測定しており、この測定により下水管圧力センサ２２の絶対較正を行っている。
【００３０】
所定時間経過すると、操作・表示部（図示せず）の表示が「測定中」に変化する。表示が「測定中」に変化した後、使用者はボール６に排尿する。使用者が排尿すると、図２に示すように、ボール６内の水位は上昇し、排尿後、水位Ｚとなる。コントローラ３８は、圧力センサ１８によって測定される圧力変化がなくなるか、又は使用者が操作・表示部（図示せず）の排尿終了スイッチ（図示せず）を操作すると、使用者の排尿が終了したと判定し、使用者の排尿量の計算を開始する。コントローラ３８に内蔵された尿量算出手段４０は、圧力センサ１８によって測定された圧力に基づいて、使用者の排尿量を計算する。また、コントローラ３８に内蔵された補正手段４２は、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて、尿量算出手段４０が計算した尿量を補正する。尿量の計算、及びその補正の詳細については、後述する。
【００３１】
また、排尿量の計算開始と同時に、コントローラ３８は、圧力センサ１８及び下水管圧力センサ２２に制御信号を送り、これらをＯＦＦにし、第３開閉弁３４に制御信号を送り、これを閉鎖する。さらに、コントローラ３８は、第２三方弁２８に制御信号を送って、第２三方弁２８を第２の出入口２８ｂと第３の出入口２８ｃが連通するように切替える。これにより、下水管圧力センサ２２は下水管から切り離され、大気と連通するようになる。また、コントローラ３８は、第２開閉弁３２を開放して、ポンプ３６を作動させる。これにより、洗浄用タンク２４ａ内の水は、ポンプ３６、第２開閉弁３２、圧力導管１２を通ってゼット吐水ノズル９から吐水され、これらの経路が洗浄される。なお、尿に接したこれらの配管経路の洗浄は、毎回の測定毎に行っても良いし、或いは、所定の測定回数毎、又は所定時間毎に行っても良い。このように洗浄を毎回行わない場合には、１回の測定に要する全体の時間を短縮することができる。
【００３２】
尿量測定終了後、使用者が、操作・表示部（図示せず）の便器洗浄スイッチ（図示せず）を操作すると、操作・表示部の表示が「準備中」に変化する。これと同時に、コントローラ３８は、水路切替手段１６に制御信号を送って、リム吐水ノズル７から所定時間吐水させ、図２に示すように、ボール６内の水位が溢流水位Ｈまで上昇する。この際、水路切替手段１６から流出した水は、第１三方弁２６の第１の出入口２６ａから流入して第２の出入口２６ｂから流出し、リム吐水ノズル７を通って吐水される。次いで、コントローラ３８は、リム吐水ノズル７からの吐水を停止し、ゼット吐水ノズル９から吐水させる。ゼット吐水ノズル９からの吐水により、サイホン現象が発生し、ボール６内の溜水はトラップ部８に吸引され、ボール６内の溜水量はほぼゼロの空水位Ｘになる。
【００３３】
所定時間ゼット吐水を行った後、コントローラ３８は、ゼット吐水を停止させる。これと同時に、コントローラ３８は、第１開閉弁３０に制御信号を送ってこれを開放し、溜水タンク２４ｂ内に貯められた所定量の水を、第１開閉弁３０、リム吐水ノズル７を介してボール６内に吐水させる。所定時間第１開閉弁３０を開放すると、溜水タンク２４ｂ内の水が全てボール６内に流入する。ここで、溜水タンク２４ｂからの給水を行う前のボール６内の溜水量はほぼゼロの空水位Ｘであるので、所定量の水が貯められた溜水タンク２４ｂ内の水を全てボール６内に流入させた後のボール６内の溜水量は常にほぼ一定となり、この時の水位が、所定のスタート水位Ｙになる。従って、溜水タンク２４ｂは水位設定手段として機能する。
【００３４】
溜水タンク２４ｂ内の水が全てボール６内に流入すると、コントローラ３８は、第１開閉弁３０を閉鎖させる。同時に、コントローラ３８は、第１三方弁２６に制御信号を送り、第１三方弁２６の第１の出入口２６ａと第３の出入口２６ｃを連通させる。これにより、水路切替手段１６から流出した水は、第１三方弁２６を通って空になっていた溜水タンク２４ｂに流入する。溜水タンク２４ｂに水が流入すると、溜水タンク２４ｂ内の水位が上昇する。溜水タンク２４ｂが満杯になると、水は溜水タンク２４ｂから溢れて洗浄用タンク２４ａに流入する。洗浄用タンク２４ａの水位が上昇し、所定の水位に達すると、コントローラ３８は、水路切替手段１６からの給水を停止させる。水路切替手段１６からの給水が停止すると、操作・表示部（図示せず）の表示が「測定可」に変化し、大便器ユニット１は待機状態に復帰する。
【００３５】
また、万一、洗浄用タンク２４ａの水位が所定の水位に達しても給水が停止されなかった場合には、洗浄用タンク２４ａ内の水は、トラップ管２５を介して排水ソケット１０に排水され、水が洗浄用タンク２４ａから溢れることがないようにしている。
【００３６】
図３は、本実施形態の大便器ユニット１を尿量測定ではなく、大便の用途で使用する場合の作用を示す。この場合には、使用者が操作・表示部（図示せず）の大便使用スイッチ（図示せず）を押してから使用する。大便使用スイッチ（図示せず）が押されると、コントローラ３８は、リム吐水ノズル７からリム給水を行い、ボール６内の溜水水位を、溢流水位Ｈまで上昇させる。リム給水は毎分２０Ｌ程度の流量で行われるため、溢流水位Ｈにおいて溜水の全体量が２〜３Ｌの本実施例においては、水位を溢流水位Ｈまで上昇させるために要する時間は約１０秒以内であり、使用者の使い勝手が悪くなることはない。また、水位を溢流水位Ｈまで上昇させることにより、十分な溜水面積を確保することができ、また、ゼット吐水によるサイホン現象を有効に発生させることができる。また、本実施形態においては、大便使用スイッチ（図示せず）を操作することによって大便器ユニット１の使用モードを切替えているが、使用者が便座に着座したことを検知して使用モードを切替えても良い。
【００３７】
次に、図４を参照して、圧力センサ１８による尿量の測定を説明する。図４は、ボール６の水位と、ボール６内に溜まっている溜水量の関係の一例を示すグラフである。圧力センサ１８は、ボール６の底部に設けられたゼット吐水ノズル９に連通された圧力導管１２によって伝達された圧力を測定するように構成されており、圧力センサ１８によって測定される圧力は、ボール６の水位に比例する。コントローラ３８に内蔵された尿量算出手段４０は、図４に一例を示す水位と溜水量の関係を予め記憶している。尿量算出手段４０は、使用者が排尿を終えた後の圧力センサ１８の測定圧力から使用者の排尿後の溜水水位Ｚを求める。次に、尿量算出手段４０は、記憶している水位と溜水量の関係に基づいて、溜水水位Ｚにおけるボール６内の溜水量を計算する。この排尿後の溜水量から、予め設定され、既知である排尿前のスタート水位Ｙにおける溜水量を差し引くことによって、使用者の尿量が計算される。また、尿量算出手段４０は、同様にして、使用者の排尿中の水位変化を時々刻々測定することにより、単位時間当たりの排尿量である尿流率を計算する。なお、水位又は圧力測定値と溜水量の関係は、設計値として尿量算出手段４０に予め記憶させておいても良いが、陶器で形成される一般的な大便器においては、製品毎に個体差があるので、施工現場で所定の水量をボール６に投入することによって、水位又は圧力測定値と溜水量の関係を尿量算出手段４０に学習させ、記憶させるように構成することもできる。
【００３８】
次に、図５を参照して、補正手段４２による補正を説明する。図５（ａ）は、下水管内の圧力が大気圧と等しい場合のボール６内及びトラップ部８内の水位を示す図であり、（ｂ）は下水管内の圧力が負圧の場合、（ｃ）は正圧の場合の水位を示す図である。図５（ａ）に示すように、下水管内の圧力が大気圧と等しい場合には、ボール６内の水位とトラップ部８内の水位は等しいので、圧力センサ１８の圧力測定値から水位を求めることによって、精度良く尿量を計算することができる。これに対して、図５（ｂ）のように、下水管内の圧力が負圧になると、トラップ部８内の溜水が下水管の方に吸引されるので、トラップ部８内の水位は上昇し、ボール６内の水位は下降する。逆に、図５（ｃ）のように、下水管内の圧力が正圧になると、トラップ部８内の溜水が押され、トラップ部８内の水位が下降し、ボール６内の水位が上昇する。これら、図５（ｂ）又は（ｃ）の場合には、圧力センサ１８の圧力測定値からそのまま水位を求め、溜水量を計算すると、溜水量の計算値に誤差を生じる。
【００３９】
補正手段４２は、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて溜水量の計算値を補正する。図６は、ボール６及びトラップ部８の水位、それらに作用する圧力、圧力センサ１８によって測定される圧力をモデル化したモデル図である。図６（ａ）は、トラップ部８に作用する圧力Ｐ1、即ち、下水管内の圧力と、ボール６に作用する圧力Ｐ2、即ち、大気圧が等しい場合を示し、（ｂ）は、トラップ部８、即ち、下水管内の圧力が上昇した場合を示す。まず、ボール６及びトラップ部８の水位が変動していない場合には、ボール６、トラップ部８に夫々作用する圧力、及びボール６、トラップ部８夫々の水頭圧の和は釣り合う。従って、圧力センサ１８の設けられた高さＬからトラップ部８の水面の高さまでの距離をＨ1、高さＬからボール６の水面の高さまでの距離をＨ2とすると、
の関係が成り立つ。ただし、ρは水の密度、ｇは重力加速度である。
【００４０】
数式１において、圧力Ｐ1とＰ2が等しいとすれば、Ｈ1＝Ｈ2の関係が成り立つ。ここで、図６（ｂ）に示すように、圧力Ｐ1が上昇して、トラップ部８の水位がΔｈ1低下してＨ1'となり、ボール６の水位がΔｈ2上昇してＨ2'となったとすると、圧力Ｐ1とＰ2の差は水頭圧の差と等しくなるので、
の関係が成り立つ。ここで、ボール６及びトラップ部８は連通しているので、トラップ部８の水位変化Δｈ1とボール６の水位変化Δｈ2の間には、トラップ部８の水面の面積をＳ1、ボール６の水面の面積をＳ2とすると、微小な水位変化Δｈ2に対して、
の関係が成り立つ。さらに、数式３の関係を数式２に代入してΔｈ1を消去すると、
の関係が成り立つ。
【００４１】
一方、圧力センサ１８によって測定される圧力ＰSは、水面に作用する圧力と、水頭圧との和であるから、
となる。次に、数式４の関係を、数式５に代入して、Δｈ2を消去すると、
となる。ここで、ボール６は大気に開放されているため、ボール６の水面に作用する圧力Ｐ2は常に大気圧であり、圧力をゲージ圧とするとＰ2＝０となる。従って、数式６は、
となる。数式７をボール６の水面の高さＨ2について解くと、
となる。
【００４２】
従って、圧力センサ１８による測定圧力ＰSと、下水管圧力センサ２２による測定圧力Ｐ1を数式８に代入することにより、下水管内の圧力が変化してボール６内の水位が上昇し、水位がＨ2'になっている場合においても、下水管内が大気圧であった場合のボール６内の水位Ｈ2を計算することができる。また、下水管内の圧力が変化してボール６内の水位が下降している場合においても、同様にして下水管内が大気圧であった場合のボール６内の水位Ｈ2を計算することができる。また、尿流率を計算する場合には、補正手段４２は、下水管圧力センサ２２による圧力測定値に基づいて、時々刻々水位の計算値を補正し、下水管内の圧力変化の影響を除去する。
【００４３】
図７は、下水管内の圧力変化の影響の一例を示すグラフである。まず、図７の（２）のように、下水管内の圧力が大気圧で一定の場合には、圧力センサ１８による圧力測定値は、図７（１）のように、ボール６内の水位変化と同様に変化する。従って、補正手段４２による補正を行わないとしても、図７（３）に示すような正確な溜水水位変化のグラフが得られる。これに対して、測定中において、下水管内の圧力が図７（５）に示すように負圧になった場合には、この負圧の影響によりボール６内の水位も低下するので、圧力センサ１８による圧力測定値は、図７（４）のようになる。このような場合にも、補正手段４２が、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて計算される水位を補正するので、図７（６）に示すような圧力変化がない場合と同様の溜水水位変化を得ることができる。同様に、下水管内の圧力が図７（８）に示すように正圧になった場合にも、補正手段４２は、計算された水位を補正して、図７（９）に示すような圧力変化がない場合と同様の溜水水位変化を得ることができる。
【００４４】
本発明の第１実施形態による大便器ユニットによれば、補正手段４２により水位測定値を補正するので、トラップ部８に接続されている下水管内に圧力変動がある場合にも、その影響を受けることなく正確な尿量測定を行うことができる。
【００４５】
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態による大便器ユニットを説明する。図８は本発明の第２実施形態による大便器ユニットの断面図である。本発明の第２実施形態による大便器ユニットは、下水管に連通するように通気弁を設け、下水管内に負圧が発生するのを防止している点が第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図８に示すように、本発明の第２実施形態による大便器ユニット２００は、下水管内で発生した負圧を逃がすための負圧破壊手段である通気弁２０２が、排水ソケット１０に連通するように設けられている。この通気弁２０２は、下水管内の圧力が低下すると、外気を下水管内に導入して下水管内に負圧が発生するのを防止するように構成されている。本実施形態においては、通気弁２０２として株式会社キッツ製「通気番」（商標）又は森永エンジニアリング株式会社製「ドルゴ」（商標）を使用している。この通気弁２０２として、一般的に下水管経路の圧抜きに使用されている任意の通気弁を使用することができる。
【００４７】
下水管内に圧力変動が生じる原因は、主に、エジェクター効果等によって発生する下水管内を流れる下水の影響によるものである。例えば、高層住宅の高層階では、上の階から排出された下水が下水管内を高速で下降するため、下水管内が負圧になる場合が多く、低層階では、下水管内を下降してきた下水によって下水管内の空気が圧縮されて、下水管内に正圧が発生する場合が多い。従って、大便器ユニットを設置する場所によっては、下水管内が負圧になる場合のみを想定しておけば十分である。本実施形態の大便器ユニット２００は、下水管内が正圧にならない場所に設置することにより、下水管内の圧力をほぼ大気圧に維持することができる。このように、下水管内の圧力をほぼ大気圧に維持されるので、本実施形態の大便器ユニット２００では、図８に示すように、第１実施形態の大便器ユニットに備えられていた下水管圧力センサ２２及び補正手段４２が省略されている。
【００４８】
本発明の第２実施形態による大便器ユニット２００の作用は、下水管内の圧力を測定して、水位測定値を補正する点を除き第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本発明の第２実施形態による大便器ユニットによれば、通気弁２０２により下水管内がほぼ大気圧に維持されるので下水管内の圧力変動の影響を受けることなく正確な尿量測定を行うことができる。
【００４９】
変形例として、通気弁を、本発明の第１実施形態の大便器ユニット１と同様の下水管圧力センサ２２及び補正手段４２を備えた大便器ユニットに取り付けても良い。このように構成された変形例の大便器ユニットにおいては、下水管内の圧力が低下したときには、通気弁によって下水管内が大気圧に維持され、下水管内が正圧になったときには、下水管圧力センサ２２及び補正手段４２によって、下水管内の圧力変動の影響が除去される。
【００５０】
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態による大便器ユニットを説明する。本発明の第３実施形態による大便器ユニットは、圧力センサ１８及び下水管圧力センサ２２の代わりに、ボール面水位センサ及びトラップ部水位センサを備えている点が第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図９は、本発明の第３実施形態による大便器ユニットのボール及びトラップ部の拡大断面図である。図９に示すように、本発明の第３実施形態による大便器ユニット３００は、ボール６の内壁面に設けられた水位測定手段であるボール面水位センサ３０２と、トラップ部８の内壁面に設けられたトラップ部水位測定手段であるトラップ部水位センサ３０４と、を有する。ボール面水位センサ３０２及びトラップ部水位センサ３０４は、電極配列式の水位センサであり、直線状に配列された多数の電極から構成されている。これらの電極が溜水の中に水没すると、水没した電極の間が導通するので、どの電極まで導通があるかを検出することによって、ボール６内及びトラップ部８内の水位を測定することができる。本実施形態においては、ボール６及びトラップ部８は陶器製であり、電極配列式の水位センサの各電極は焼成によって形成されている。また、タングステンや白金等の電極を焼成前の陶器に印刷し、検知部のみをマスキングして釉薬をかけ、釉薬のガラス質に覆われていない部分で溜水１３を検知するように構成しても良い。
【００５２】
また、本実施形態の大便器ユニット３００では、本発明の第１実施形態による大便器ユニット１に備えられていた、圧力導管１２、圧力センサ１８、下水管圧力センサ２２及びこれらに関連した第２三方弁２８、第２開閉弁３２、第３開閉弁３４、ポンプ３６等の構成要素は省略されており、他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５３】
次に、本発明の第３実施形態における尿量測定方法を説明する。上述した本発明の第１実施形態の大便器ユニットにおいては、ボール６内の水位を圧力センサ１８によって求め、下水管内の圧力変動の影響を下水管圧力センサ２２の測定値に基づいて補正していたが、本実施形態では、ボール６内及びトラップ部８内の水位を、夫々ボール面水位センサ３０２及びトラップ部水位センサ３０４で直接測定している。ここで、ボール面水位センサ３０２で測定される水位は図６（ｂ）のＨ2'に相当し、トラップ部水位センサ３０４で測定される水位はＨ1'に相当する。さらに、数式２、数式４より、
の関係が成り立つので、下水管内の圧力変動の影響がない場合のボール６内の水位Ｈ2は、
と計算することができる。本実施形態においては、補正手段４２は、ボール面水位センサ３０２及びトラップ部水位センサ３０４によって測定された水位Ｈ2'、Ｈ1'を数式１０に代入することによって、圧力変動の影響がない場合のボール６内の水位Ｈ2を計算して求めている。なお、ボールとトラップの各電極毎の水位と溜水量との関係を予め求めた溜水量テーブルから直接溜水量を求めても良い。
本実施形態の大便器ユニットの他の作用は、本発明の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
本発明の第３実施形態による大便器ユニットによれば、ボール及びトラップ部の水位をボール面水位センサ及びトラップ部水位センサによって直接測定しているので、簡単な構成で尿量測定を実現することができる。
また、上述した実施形態においては、ボール面水位センサ及びトラップ部水位センサとして、電極配列式の水位センサを使用していたが、変形例として、超音波センサ、測距センサ、浮子式水位センサ等、任意のセンサを利用して水位を測定することができる。
【００５５】
また、センサとして電極配列式の水位センサを使用した場合には、ボール内の溜水と尿が混合した液体の導電率を測定することができるので、変形例として、大便器ユニットを、この導電率に基づいて尿に含まれる電解質濃度を計算するように構成しても良い。排出される尿に含まれる電解質の濃度η1と、排尿される前の溜水１３の電解質の濃度η2と、排尿により尿が混ざった後の溜水１３の電解質の濃度η3の間には、尿量をＲ、初期の溜水量をＱ0とすると、
の関係が成り立つ。数式１１をη1について解くと、
の関係が得られる。電解質濃度推定手段は、数式１２を使用して、排尿前後の溜水１３の電解質の濃度η2、η3と、尿量Ｒ、初期溜水量Ｑ0に基づいて、尿の電解質濃度η1を推定する。一般に、尿中に含まれる主な強電解質物質として塩化ナトリウムがあり、２５゜Ｃにおいて、濃度０．１％の塩化ナトリウム水溶液は２．０ｍＳ／ｃｍ、濃度１．０％の塩化ナトリウム水溶液は１７．６ｍＳ／ｃｍの導電率を有する。従って、排尿後の溜水に水没している電極間のインピーダンスを測定することにより、尿中の塩化ナトリウム濃度を推定することができる。実際には、尿には、塩化カリウム等の塩化ナトリウム以外の電解質も含まれているため、推定される塩化ナトリウム濃度には誤差が含まれるが、±２０％以内程度の精度で塩化ナトリウム濃度を推定することができる。また、推定された塩化ナトリウム濃度に、尿量算出手段及び補正手段によって計算された尿量を乗じることによって、尿に含まれる塩化ナトリウム量を推定することもできる。また、電極配列式の水位センサを、尿のｐＨや、尿の温度の推定に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態による大便器ユニットの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による大便器ユニットの作用を時系列で表すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態による大便器ユニットを大便の用途で使用する場合の作用を示すグラフである。
【図４】ボールの水位と、ボール内に溜まっている溜水量の関係の一例を示すグラフである。
【図５】（ａ）下水管内の圧力が大気圧と等しい場合、（ｂ）下水管内の圧力が負圧の場合、（ｃ）下水管内の圧力が正圧の場合におけるボール内及びトラップ部内の水位を示す図である。
【図６】（ａ）トラップ部に作用する圧力と、ボールに作用する圧力が等しい場合、（ｂ）トラップ部の圧力が上昇した場合におけるボール及びトラップ部の水位、それらに作用する圧力、圧力センサによって測定される圧力をモデル化したモデル図である。
【図７】下水管内の圧力変化の影響の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態による大便器ユニットの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態による大便器ユニットのボール及びトラップ部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 本発明の第１実施形態による大便器ユニット
２ 洋風大便器
４ 機能部
６ ボール
７ リム吐水ノズル
８ トラップ部
９ ゼット吐水ノズル
１０ 排水ソケット
１２ 圧力導管
１３ 溜水
１６ 水路切替手段
１８ 圧力センサ
２２ 下水管圧力センサ
２４ 貯水タンク
２４ａ 洗浄用タンク
２４ｂ 溜水タンク
２４ｃ 給水管
２４ｄ 流出管
２４ｅ オーバーフロー管
２４ｆ 流出管
２５ トラップ管
２６ 第１三方弁
２６ａ 第１の出入口
２６ｂ 第２の出入口
２６ｃ 第３の出入口
２８ 第２三方弁
２８ａ 第１の出入口
２８ｂ 第２の出入口
２８ｃ 第３の出入口
３０ 第１開閉弁
３２ 第２開閉弁
３４ 第３開閉弁
３６ ポンプ
３８ コントローラ
４０ 尿量算出手段
４２ 補正手段
２００ 本発明の第２実施形態による大便器ユニット
２０２ 通気弁
３００ 本実施形態の大便器ユニット
３０２ ボール面水位センサ
３０４ トラップ部水位センサ
Ｄ 下水配管
Ｈ 溢流水位
Ｘ 空水位
Ｙ スタート水位
Ｚ 排尿後水位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大便器ユニットに係わり、特に、排泄された尿の量、又は尿流率を測定することができる大便器ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開平８−２９９３４８号公報（特許文献１）には、尿量測定機能を有する便器が記載されている。この便器では、トラップ部の溢流水位まで、ボールに溜水が溜まった状態において、トラップ部を変形させてトラップ部の容積を拡張し、ボールの水位を低下させる。この水位の低下したボールに使用者が排尿することにより、尿を下水に溢流させることなく、ボール及びトラップ部に尿を溜める。排尿後、トラップ部内の水位を測定し、排尿前の溜水の水位と比較することによって、尿量を測定している。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２９９３４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、トラップ部は、下水管と連通しているため、下水配管中の他の設備機器等に起因する水の流れに伴って下水管内に負圧又は正圧が発生していると、トラップ部及びボール内の水位が変動して尿量の測定値に誤差が生じるという問題がある。
また、トラップ部又はボール内の水位を時系列で測定し、水位の時間的な変化により尿流率を測定する場合には、下水管内の圧力変動によりトラップ部又はボール内の水位が上下に変動すると、測定値に大きな誤差を生じるか、測定不能になるという問題がある。
【０００５】
従って、本発明は、下水管内に圧力変動が生じた場合にも、尿量又は尿流率を精度良く測定することができる大便器ユニットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の大便器ユニットは、使用者の尿を受けるボールと、このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段と、下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサと、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴としている。
【０００７】
このように構成された本発明においては、まず、水位設定手段が、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する。次に、水位測定手段は、使用者がボール内に排尿することによって変化するボール内の水位を測定する。尿量算出手段は、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する。さらに、補正手段は、下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて、尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を補正する。
【０００８】
このように構成された本発明によれば、補正手段が、下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて尿量又は尿流率を補正するので、下水管内の圧力変動によりボール内の水位が変化したとしても精度良く尿量を測定することができる。
【０００９】
また、本発明の大便器ユニットは、使用者の尿を受けるボールと、このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、下水管に連通して設けられ、下水管内の圧力が低下したとき下水管の中に大気を導入する負圧破壊手段と、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段と、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、を有することを特徴としている。
【００１０】
このように構成された本発明においては、まず、水位設定手段が、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する。次に、水位測定手段は、使用者がボール内に排尿することによって変化するボール内の水位を測定する。尿量算出手段は、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する。また、下水管に連通して設けられた負圧破壊手段は、下水管内の圧力が低下したとき下水管の中に大気を導入して、下水管内の負圧によりボール内の水位が変動するのを防止する。
【００１１】
このように構成された本発明によれば、負圧破壊手段が下水管内の負圧によりボール内の水位が変動されるのを防止するので、溜水が下水配管側に引かれたり、圧力値によってはトラップ部の溢流水位を越えたりすることがないため、精度良く尿量を測定することができる。
【００１２】
また、本発明の大便器ユニットは、使用者の尿を受けるボールと、このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、使用者の排尿によって変化するボール内の水位を測定する水位測定手段と、トラップ部内の水位を測定するトラップ部水位測定手段と、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、トラップ部水位測定手段によって測定された水位に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴としている。
【００１３】
このように構成された本発明においては、まず、水位設定手段が、ボール内の溜水の水位を、下水管の水封が破れる水位よりも高く、トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する。次に、水位測定手段は、使用者がボール内に排尿することによって変化するボール内の水位を測定する。尿量算出手段は、水位測定手段によって測定されたボール内の水位の測定値に基づいて使用者がボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する。さらに、補正手段は、トラップ部水位測定手段によって測定されたトラップ部内の水位に基づいて、尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を補正する。
【００１４】
このように構成された本発明によれば、補正手段が、トラップ部水位測定手段によって測定されたトラップ部内の水位に基づいて尿量又は尿流率を補正するので、下水管内の圧力変動によりボール内の水位が変化したとしても精度良く尿量を測定することができる。
【００１５】
本発明において、好ましくは、水位測定手段は、ボール内の溜水の水圧を測定する圧力センサである。
このように構成された本発明によれば、従来の洋風大便器の構造に大きな変更を加えることなく、尿量測定をボール内の溜水水位を測定することができる。
【００１６】
本発明において、好ましくは、水位測定手段又はトラップ部水位測定手段は、電極配列式の水位センサである。
このように構成された本発明によれば、ボール内又はトラップ部内の水位を直接測定することができ、簡単な構成で尿量測定を行うことができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、ボール及び／又はトラップ部は陶器製であり、電極配列式の水位センサの電極は焼成によって形成されている。
このように構成された本発明によれば、電極配列式の水位センサを容易に構成することができる。
【００１８】
本発明において、好ましくは、電極配列式の水位センサは、尿のｐＨ、温度、又は導電率の測定に利用される。
本発明において、好ましくは、さらに、電解質濃度推定手段を有し、電極配列式の水位センサはボール内の溜水と尿が混合された液体の導電率を測定し、電解質濃度推定手段は、測定された尿量と導電率に基づいて、尿中の電解質濃度を推定する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の大便器ユニットによれば、下水管内に圧力変動が生じた場合にも、尿量又は尿流率を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、図面を参照して、本発明の実施形態による大便器ユニットを説明する。
まず、図１乃至図７を参照して本発明の第１実施形態による大便器ユニットを説明する。
図１は本発明の第１実施形態による大便器ユニットの断面図である。図１に示すように、本発明の第１実施形態による大便器ユニット１は、洋風大便器２と、大便器ユニット１を作動させる種々の機能部４と、を有する。洋風大便器２は、ボール６と、洗浄水を吐水させるリム吐水ノズル７と、ボール６を水封するトラップ部８と、トラップ部８に向けて洗浄水を噴出するサイホン現象発生手段であるゼット吐水ノズル９と、を有する水道直圧式の洗浄を行う洋風大便器である。さらに、大便器ユニット１は、洋風大便器２のトラップ部８に接続された排水ソケット１０と、洋風大便器２に取り付けられ、市水から供給された洗浄水を切替えて供給する給水バルブである水路切替手段１６と、を有する。
【００２１】
また、機能部４は、ボール６底部の静水圧を測定する水位測定手段である圧力センサ１８と、排水ソケット１０に接続され、下水管内の空気の圧力を測定する下水管圧力センサ２２と、を有する。また、機能部４は、貯水タンク２４と、貯水タンク２４内の水を圧送して、尿量測定に使用される管路を洗浄するポンプ３６と、を有する。さらに、機能部４は、水路を切替え又は開閉する、第１三方弁２６、第２三方弁２８、第１開閉弁３０、第２開閉弁３２、及び第３開閉弁３４を有する。また、機能部４は、水路切替手段１６、各三方弁、及び各開閉弁を制御するコントローラ３８を有する。このコントローラ３８は、圧力センサ１８による測定値に基づいて、尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段４０と、この尿量算出手段４０によって計算された尿量又は尿流率を、下水管圧力センサ２２によって測定された圧力に基づいて補正する補正手段４２と、を内蔵している。
【００２２】
トラップ部８の出口側端部は、排水ソケット１０を介して下水管Ｄに接続されている。
リム吐水ノズル７は、ボール６の上部から、リムの接線方向に洗浄水を吐出させ、ボール６の壁面を洗浄するように構成されている。ゼット吐水ノズル９は、ボール６の底部からトラップ部８に向けて洗浄水を噴出させ、トラップ部８内にサイホン現象を誘発するように構成されている。
水路切替手段１６は、コントローラ３８の制御信号に従って、市水から供給された洗浄水を、リム吐水ノズル７及びゼット吐水ノズル９から交互に吐水させるように構成されている。
【００２３】
圧力センサ１８は、ゼット吐水ノズル９と連通した圧力導管１２によって導かれた、ボール６底部の静水圧を測定するように構成されている。図１に示すように、ゼット吐水ノズル９と連通した圧力導管１２は、第３開閉弁３４を介して圧力センサ１８に接続されている。さらに、第３開閉弁３４は、コントローラ３８によって、圧力センサ１８による水位測定を行う際には開放され、水位測定を行わない時には閉鎖されるように構成されている。
【００２４】
また、図１に示すように、水路切替手段１６とリム吐水ノズル７の間には、第１三方弁２６が設けられている。この第１三方弁２６の第１の出入口２６ａと第２の出入口２６ｂが連通されると、水路切替手段１６から直接リム吐水ノズル７に吐水されるようになっている。また、第１三方弁２６の第３の出入口２６ｃは、貯水タンク２４に接続されている。第１三方弁２６の第１の出入口２６ａと第３の出入口２６ｃが連通されると、水路切替手段１６から貯水タンク２４に水が供給されるようになっている。
【００２５】
図１に示すように、貯水タンク２４は、洗浄用タンク２４ａが、水位設定手段である溜水タンク２４ｂを取り囲む二重構造であり、溜水タンク２４ｂから溢れた水が洗浄用タンク２４ａに流入するようになっている。溜水タンク２４ｂの底部には、流出管２４ｄが接続されており、溜水タンク２４ｂ内の水が、流出管２４ｄに接続された第１開閉弁３０を介してリム吐水ノズル７から吐水されるようになっている。
【００２６】
また、洗浄用タンク２４ａには、給水管２４ｃから溜水タンク２４ｂの中に給水され、溜水タンク２４ｂから溢れ出た水が流入するように構成されている。給水管２４ｃと溜水タンク２４ｂの間には吐水口間隙が確保されているため、溜水１３が逆流しても、市水に連通することがなく、衛生面での問題もない。このため、溜水タンク２４ｂに貯められる水の量は溜水タンク２４ｂの容積によって決まり、溜水タンク２４ｂには一定量の水が貯められることになる。さらに、洗浄用タンク２４ａには、オーバーフロー管２４ｅが接続されている。このオーバーフロー管２４ｅは、トラップ管２５を介して排水ソケット１０に接続されている。これにより、万一、溜水タンク２４ｂへの給水が不具合等によって停止されなくなったとき、洗浄用タンク２４ａの水を排水ソケット１０へ排出し、洗浄用タンク２４ａから水が溢れるのを防止している。オーバーフロー管２４ｅは、トラップ管２５を介して排水ソケット１０接続されているので、下水管内の臭気が、オーバーフロー管２４ｅを通って大気に漏れることがない。
【００２７】
さらに、洗浄用タンク２４ａの底部には、流出管２４ｆが接続されている。この流出管２４ｆは、ポンプ３６、第２開閉弁３２を介して圧力導管１２に接続されている。従って、第２開閉弁３２を開放した状態でポンプ３６を作動させると、洗浄用タンク２４ａ内の水が圧力導管１２に流入する。
また、下水管圧力センサ２２は、第２三方弁２８を介して排水ソケット１０に連通するように設けられている。第２三方弁２８の第１の出入口２８ａと第２の出入口２８ｂを連通させることにより、下水管圧力センサ２２は下水管内に連通した排水ソケット１０に接続され、下水管内の圧力を測定することができるように構成されている。本実施形態の大便器ユニット１では、下水管圧力センサ２２によって下水管内の圧力を測定し、この圧力に基づいて尿量の測定値を補正している。また、下水管内の圧力の測定前には、第２の出入口２８ｂと大気に開放された第３の出入口２８ｃを連通させることで、下水管圧力センサ２２は、大気圧を測定している。下水管圧力センサ２２は、この大気圧と下水管内圧力の差を測定する。また、下水管圧力センサ２２は、下水管内の圧力測定が必要な時以外は大気に開放されているため、下水配管内の硫化水素ガス等によって動作不良を起こすことも防止される。
【００２８】
コントローラ３８は、水路切替手段１６、各三方弁、及び各開閉弁に制御信号を送って、洋風大便器２の洗浄機能及び尿量測定機能を実行するように構成されている。また、コントローラ３８に内蔵された尿量算出手段４０は、圧力センサ１８によって測定された圧力に基づいて、ボール６内の水位を求め、使用者の排尿量を計算するように構成されている。また、コントローラ３８に内蔵された補正手段４２は、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて、下水管内の圧力変動がボール６内の水位に及ぼす影響を補正する。コントローラ３８、尿量算出手段４０及び補正手段４２は、マイクロプロセッサ（図示せず）、及びこれを作動させるためのプログラムを記憶したメモリ（図示せず）等で構成することができる。
【００２９】
次に、図２を参照して、本発明の第１実施形態による大便器ユニット１の作用を説明する。図２は大便器ユニット１の作用を時系列で表すグラフである。
図２に示すように、待機時においては、大便器ユニット１のボール６内の溜水の水位は、図１にＹで示すスタート水位になっており、また、操作・表示部（図示せず）には「測定可」と表示されている。本実施形態において、このスタート水位Ｙは、溢流水位Ｈの約３６ｍｍ下方、トラップ部８の封水が破れる破封水位の約２５ｍｍ上方に設定されている。次に、大便器ユニット１の使用者が、操作・表示部（図示せず）の準備スイッチ又は個人認証のためのＩＤカード挿入などの所定の起動手段（図示せず）を操作すると、操作・表示部（図示せず）の表示は「準備中」になる。これと同時に、コントローラ３８は、第３開閉弁３４及び第２三方弁２８に制御信号を送る。これにより、圧力導管１２と圧力センサ１８、及び下水管圧力センサ２２と下水管が連通される。また、コントローラ３８は、圧力センサ１８及び下水管圧力センサ２２に制御信号を送り、これらを作動させる。なお、下水管圧力センサ２２は、管路が切替えられる前には大気圧を測定しており、この測定により下水管圧力センサ２２の絶対較正を行っている。
【００３０】
所定時間経過すると、操作・表示部（図示せず）の表示が「測定中」に変化する。表示が「測定中」に変化した後、使用者はボール６に排尿する。使用者が排尿すると、図２に示すように、ボール６内の水位は上昇し、排尿後、水位Ｚとなる。コントローラ３８は、圧力センサ１８によって測定される圧力変化がなくなるか、又は使用者が操作・表示部（図示せず）の排尿終了スイッチ（図示せず）を操作すると、使用者の排尿が終了したと判定し、使用者の排尿量の計算を開始する。コントローラ３８に内蔵された尿量算出手段４０は、圧力センサ１８によって測定された圧力に基づいて、使用者の排尿量を計算する。また、コントローラ３８に内蔵された補正手段４２は、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて、尿量算出手段４０が計算した尿量を補正する。尿量の計算、及びその補正の詳細については、後述する。
【００３１】
また、排尿量の計算開始と同時に、コントローラ３８は、圧力センサ１８及び下水管圧力センサ２２に制御信号を送り、これらをＯＦＦにし、第３開閉弁３４に制御信号を送り、これを閉鎖する。さらに、コントローラ３８は、第２三方弁２８に制御信号を送って、第２三方弁２８を第２の出入口２８ｂと第３の出入口２８ｃが連通するように切替える。これにより、下水管圧力センサ２２は下水管から切り離され、大気と連通するようになる。また、コントローラ３８は、第２開閉弁３２を開放して、ポンプ３６を作動させる。これにより、洗浄用タンク２４ａ内の水は、ポンプ３６、第２開閉弁３２、圧力導管１２を通ってゼット吐水ノズル９から吐水され、これらの経路が洗浄される。なお、尿に接したこれらの配管経路の洗浄は、毎回の測定毎に行っても良いし、或いは、所定の測定回数毎、又は所定時間毎に行っても良い。このように洗浄を毎回行わない場合には、１回の測定に要する全体の時間を短縮することができる。
【００３２】
尿量測定終了後、使用者が、操作・表示部（図示せず）の便器洗浄スイッチ（図示せず）を操作すると、操作・表示部の表示が「準備中」に変化する。これと同時に、コントローラ３８は、水路切替手段１６に制御信号を送って、リム吐水ノズル７から所定時間吐水させ、図２に示すように、ボール６内の水位が溢流水位Ｈまで上昇する。この際、水路切替手段１６から流出した水は、第１三方弁２６の第１の出入口２６ａから流入して第２の出入口２６ｂから流出し、リム吐水ノズル７を通って吐水される。次いで、コントローラ３８は、リム吐水ノズル７からの吐水を停止し、ゼット吐水ノズル９から吐水させる。ゼット吐水ノズル９からの吐水により、サイホン現象が発生し、ボール６内の溜水はトラップ部８に吸引され、ボール６内の溜水量はほぼゼロの空水位Ｘになる。
【００３３】
所定時間ゼット吐水を行った後、コントローラ３８は、ゼット吐水を停止させる。これと同時に、コントローラ３８は、第１開閉弁３０に制御信号を送ってこれを開放し、溜水タンク２４ｂ内に貯められた所定量の水を、第１開閉弁３０、リム吐水ノズル７を介してボール６内に吐水させる。所定時間第１開閉弁３０を開放すると、溜水タンク２４ｂ内の水が全てボール６内に流入する。ここで、溜水タンク２４ｂからの給水を行う前のボール６内の溜水量はほぼゼロの空水位Ｘであるので、所定量の水が貯められた溜水タンク２４ｂ内の水を全てボール６内に流入させた後のボール６内の溜水量は常にほぼ一定となり、この時の水位が、所定のスタート水位Ｙになる。従って、溜水タンク２４ｂは水位設定手段として機能する。
【００３４】
溜水タンク２４ｂ内の水が全てボール６内に流入すると、コントローラ３８は、第１開閉弁３０を閉鎖させる。同時に、コントローラ３８は、第１三方弁２６に制御信号を送り、第１三方弁２６の第１の出入口２６ａと第３の出入口２６ｃを連通させる。これにより、水路切替手段１６から流出した水は、第１三方弁２６を通って空になっていた溜水タンク２４ｂに流入する。溜水タンク２４ｂに水が流入すると、溜水タンク２４ｂ内の水位が上昇する。溜水タンク２４ｂが満杯になると、水は溜水タンク２４ｂから溢れて洗浄用タンク２４ａに流入する。洗浄用タンク２４ａの水位が上昇し、所定の水位に達すると、コントローラ３８は、水路切替手段１６からの給水を停止させる。水路切替手段１６からの給水が停止すると、操作・表示部（図示せず）の表示が「測定可」に変化し、大便器ユニット１は待機状態に復帰する。
【００３５】
また、万一、洗浄用タンク２４ａの水位が所定の水位に達しても給水が停止されなかった場合には、洗浄用タンク２４ａ内の水は、トラップ管２５を介して排水ソケット１０に排水され、水が洗浄用タンク２４ａから溢れることがないようにしている。
【００３６】
図３は、本実施形態の大便器ユニット１を尿量測定ではなく、大便の用途で使用する場合の作用を示す。この場合には、使用者が操作・表示部（図示せず）の大便使用スイッチ（図示せず）を押してから使用する。大便使用スイッチ（図示せず）が押されると、コントローラ３８は、リム吐水ノズル７からリム給水を行い、ボール６内の溜水水位を、溢流水位Ｈまで上昇させる。リム給水は毎分２０Ｌ程度の流量で行われるため、溢流水位Ｈにおいて溜水の全体量が２〜３Ｌの本実施例においては、水位を溢流水位Ｈまで上昇させるために要する時間は約１０秒以内であり、使用者の使い勝手が悪くなることはない。また、水位を溢流水位Ｈまで上昇させることにより、十分な溜水面積を確保することができ、また、ゼット吐水によるサイホン現象を有効に発生させることができる。また、本実施形態においては、大便使用スイッチ（図示せず）を操作することによって大便器ユニット１の使用モードを切替えているが、使用者が便座に着座したことを検知して使用モードを切替えても良い。
【００３７】
次に、図４を参照して、圧力センサ１８による尿量の測定を説明する。図４は、ボール６の水位と、ボール６内に溜まっている溜水量の関係の一例を示すグラフである。圧力センサ１８は、ボール６の底部に設けられたゼット吐水ノズル９に連通された圧力導管１２によって伝達された圧力を測定するように構成されており、圧力センサ１８によって測定される圧力は、ボール６の水位に比例する。コントローラ３８に内蔵された尿量算出手段４０は、図４に一例を示す水位と溜水量の関係を予め記憶している。尿量算出手段４０は、使用者が排尿を終えた後の圧力センサ１８の測定圧力から使用者の排尿後の溜水水位Ｚを求める。次に、尿量算出手段４０は、記憶している水位と溜水量の関係に基づいて、溜水水位Ｚにおけるボール６内の溜水量を計算する。この排尿後の溜水量から、予め設定され、既知である排尿前のスタート水位Ｙにおける溜水量を差し引くことによって、使用者の尿量が計算される。また、尿量算出手段４０は、同様にして、使用者の排尿中の水位変化を時々刻々測定することにより、単位時間当たりの排尿量である尿流率を計算する。なお、水位又は圧力測定値と溜水量の関係は、設計値として尿量算出手段４０に予め記憶させておいても良いが、陶器で形成される一般的な大便器においては、製品毎に個体差があるので、施工現場で所定の水量をボール６に投入することによって、水位又は圧力測定値と溜水量の関係を尿量算出手段４０に学習させ、記憶させるように構成することもできる。
【００３８】
次に、図５を参照して、補正手段４２による補正を説明する。図５（ａ）は、下水管内の圧力が大気圧と等しい場合のボール６内及びトラップ部８内の水位を示す図であり、（ｂ）は下水管内の圧力が負圧の場合、（ｃ）は正圧の場合の水位を示す図である。図５（ａ）に示すように、下水管内の圧力が大気圧と等しい場合には、ボール６内の水位とトラップ部８内の水位は等しいので、圧力センサ１８の圧力測定値から水位を求めることによって、精度良く尿量を計算することができる。これに対して、図５（ｂ）のように、下水管内の圧力が負圧になると、トラップ部８内の溜水が下水管の方に吸引されるので、トラップ部８内の水位は上昇し、ボール６内の水位は下降する。逆に、図５（ｃ）のように、下水管内の圧力が正圧になると、トラップ部８内の溜水が押され、トラップ部８内の水位が下降し、ボール６内の水位が上昇する。これら、図５（ｂ）又は（ｃ）の場合には、圧力センサ１８の圧力測定値からそのまま水位を求め、溜水量を計算すると、溜水量の計算値に誤差を生じる。
【００３９】
補正手段４２は、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて溜水量の計算値を補正する。図６は、ボール６及びトラップ部８の水位、それらに作用する圧力、圧力センサ１８によって測定される圧力をモデル化したモデル図である。図６（ａ）は、トラップ部８に作用する圧力Ｐ1、即ち、下水管内の圧力と、ボール６に作用する圧力Ｐ2、即ち、大気圧が等しい場合を示し、（ｂ）は、トラップ部８、即ち、下水管内の圧力が上昇した場合を示す。まず、ボール６及びトラップ部８の水位が変動していない場合には、ボール６、トラップ部８に夫々作用する圧力、及びボール６、トラップ部８夫々の水頭圧の和は釣り合う。従って、圧力センサ１８の設けられた高さＬからトラップ部８の水面の高さまでの距離をＨ1、高さＬからボール６の水面の高さまでの距離をＨ2とすると、
の関係が成り立つ。ただし、ρは水の密度、ｇは重力加速度である。
【００４０】
数式１において、圧力Ｐ1とＰ2が等しいとすれば、Ｈ1＝Ｈ2の関係が成り立つ。ここで、図６（ｂ）に示すように、圧力Ｐ1が上昇して、トラップ部８の水位がΔｈ1低下してＨ1'となり、ボール６の水位がΔｈ2上昇してＨ2'となったとすると、圧力Ｐ1とＰ2の差は水頭圧の差と等しくなるので、
の関係が成り立つ。ここで、ボール６及びトラップ部８は連通しているので、トラップ部８の水位変化Δｈ1とボール６の水位変化Δｈ2の間には、トラップ部８の水面の面積をＳ1、ボール６の水面の面積をＳ2とすると、微小な水位変化Δｈ2に対して、
の関係が成り立つ。さらに、数式３の関係を数式２に代入してΔｈ1を消去すると、
の関係が成り立つ。
【００４１】
一方、圧力センサ１８によって測定される圧力ＰSは、水面に作用する圧力と、水頭圧との和であるから、
となる。次に、数式４の関係を、数式５に代入して、Δｈ2を消去すると、
となる。ここで、ボール６は大気に開放されているため、ボール６の水面に作用する圧力Ｐ2は常に大気圧であり、圧力をゲージ圧とするとＰ2＝０となる。従って、数式６は、
となる。数式７をボール６の水面の高さＨ2について解くと、
となる。
【００４２】
従って、圧力センサ１８による測定圧力ＰSと、下水管圧力センサ２２による測定圧力Ｐ1を数式８に代入することにより、下水管内の圧力が変化してボール６内の水位が上昇し、水位がＨ2'になっている場合においても、下水管内が大気圧であった場合のボール６内の水位Ｈ2を計算することができる。また、下水管内の圧力が変化してボール６内の水位が下降している場合においても、同様にして下水管内が大気圧であった場合のボール６内の水位Ｈ2を計算することができる。また、尿流率を計算する場合には、補正手段４２は、下水管圧力センサ２２による圧力測定値に基づいて、時々刻々水位の計算値を補正し、下水管内の圧力変化の影響を除去する。
【００４３】
図７は、下水管内の圧力変化の影響の一例を示すグラフである。まず、図７の（２）のように、下水管内の圧力が大気圧で一定の場合には、圧力センサ１８による圧力測定値は、図７（１）のように、ボール６内の水位変化と同様に変化する。従って、補正手段４２による補正を行わないとしても、図７（３）に示すような正確な溜水水位変化のグラフが得られる。これに対して、測定中において、下水管内の圧力が図７（５）に示すように負圧になった場合には、この負圧の影響によりボール６内の水位も低下するので、圧力センサ１８による圧力測定値は、図７（４）のようになる。このような場合にも、補正手段４２が、下水管圧力センサ２２によって測定された下水管内の圧力に基づいて計算される水位を補正するので、図７（６）に示すような圧力変化がない場合と同様の溜水水位変化を得ることができる。同様に、下水管内の圧力が図７（８）に示すように正圧になった場合にも、補正手段４２は、計算された水位を補正して、図７（９）に示すような圧力変化がない場合と同様の溜水水位変化を得ることができる。
【００４４】
本発明の第１実施形態による大便器ユニットによれば、補正手段４２により水位測定値を補正するので、トラップ部８に接続されている下水管内に圧力変動がある場合にも、その影響を受けることなく正確な尿量測定を行うことができる。
【００４５】
次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態による大便器ユニットを説明する。図８は本発明の第２実施形態による大便器ユニットの断面図である。本発明の第２実施形態による大便器ユニットは、下水管に連通するように通気弁を設け、下水管内に負圧が発生するのを防止している点が第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４６】
図８に示すように、本発明の第２実施形態による大便器ユニット２００は、下水管内で発生した負圧を逃がすための負圧破壊手段である通気弁２０２が、排水ソケット１０に連通するように設けられている。この通気弁２０２は、下水管内の圧力が低下すると、外気を下水管内に導入して下水管内に負圧が発生するのを防止するように構成されている。本実施形態においては、通気弁２０２として株式会社キッツ製「通気番」（商標）又は森永エンジニアリング株式会社製「ドルゴ」（商標）を使用している。この通気弁２０２として、一般的に下水管経路の圧抜きに使用されている任意の通気弁を使用することができる。
【００４７】
下水管内に圧力変動が生じる原因は、主に、エジェクター効果等によって発生する下水管内を流れる下水の影響によるものである。例えば、高層住宅の高層階では、上の階から排出された下水が下水管内を高速で下降するため、下水管内が負圧になる場合が多く、低層階では、下水管内を下降してきた下水によって下水管内の空気が圧縮されて、下水管内に正圧が発生する場合が多い。従って、大便器ユニットを設置する場所によっては、下水管内が負圧になる場合のみを想定しておけば十分である。本実施形態の大便器ユニット２００は、下水管内が正圧にならない場所に設置することにより、下水管内の圧力をほぼ大気圧に維持することができる。このように、下水管内の圧力をほぼ大気圧に維持されるので、本実施形態の大便器ユニット２００では、図８に示すように、第１実施形態の大便器ユニットに備えられていた下水管圧力センサ２２及び補正手段４２が省略されている。
【００４８】
本発明の第２実施形態による大便器ユニット２００の作用は、下水管内の圧力を測定して、水位測定値を補正する点を除き第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
本発明の第２実施形態による大便器ユニットによれば、通気弁２０２により下水管内がほぼ大気圧に維持されるので下水管内の圧力変動の影響を受けることなく正確な尿量測定を行うことができる。
【００４９】
変形例として、通気弁を、本発明の第１実施形態の大便器ユニット１と同様の下水管圧力センサ２２及び補正手段４２を備えた大便器ユニットに取り付けても良い。このように構成された変形例の大便器ユニットにおいては、下水管内の圧力が低下したときには、通気弁によって下水管内が大気圧に維持され、下水管内が正圧になったときには、下水管圧力センサ２２及び補正手段４２によって、下水管内の圧力変動の影響が除去される。
【００５０】
次に、図９を参照して、本発明の第３実施形態による大便器ユニットを説明する。本発明の第３実施形態による大便器ユニットは、圧力センサ１８及び下水管圧力センサ２２の代わりに、ボール面水位センサ及びトラップ部水位センサを備えている点が第１実施形態とは異なる。従って、ここでは、本実施形態の第１実施形態とは異なる点のみを説明し、同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５１】
図９は、本発明の第３実施形態による大便器ユニットのボール及びトラップ部の拡大断面図である。図９に示すように、本発明の第３実施形態による大便器ユニット３００は、ボール６の内壁面に設けられた水位測定手段であるボール面水位センサ３０２と、トラップ部８の内壁面に設けられたトラップ部水位測定手段であるトラップ部水位センサ３０４と、を有する。ボール面水位センサ３０２及びトラップ部水位センサ３０４は、電極配列式の水位センサであり、直線状に配列された多数の電極から構成されている。これらの電極が溜水の中に水没すると、水没した電極の間が導通するので、どの電極まで導通があるかを検出することによって、ボール６内及びトラップ部８内の水位を測定することができる。本実施形態においては、ボール６及びトラップ部８は陶器製であり、電極配列式の水位センサの各電極は焼成によって形成されている。また、タングステンや白金等の電極を焼成前の陶器に印刷し、検知部のみをマスキングして釉薬をかけ、釉薬のガラス質に覆われていない部分で溜水１３を検知するように構成しても良い。
【００５２】
また、本実施形態の大便器ユニット３００では、本発明の第１実施形態による大便器ユニット１に備えられていた、圧力導管１２、圧力センサ１８、下水管圧力センサ２２及びこれらに関連した第２三方弁２８、第２開閉弁３２、第３開閉弁３４、ポンプ３６等の構成要素は省略されており、他の構成は第１実施形態と同様である。
【００５３】
次に、本発明の第３実施形態における尿量測定方法を説明する。上述した本発明の第１実施形態の大便器ユニットにおいては、ボール６内の水位を圧力センサ１８によって求め、下水管内の圧力変動の影響を下水管圧力センサ２２の測定値に基づいて補正していたが、本実施形態では、ボール６内及びトラップ部８内の水位を、夫々ボール面水位センサ３０２及びトラップ部水位センサ３０４で直接測定している。ここで、ボール面水位センサ３０２で測定される水位は図６（ｂ）のＨ2'に相当し、トラップ部水位センサ３０４で測定される水位はＨ1'に相当する。さらに、数式２、数式４より、
の関係が成り立つので、下水管内の圧力変動の影響がない場合のボール６内の水位Ｈ2は、
と計算することができる。本実施形態においては、補正手段４２は、ボール面水位センサ３０２及びトラップ部水位センサ３０４によって測定された水位Ｈ2'、Ｈ1'を数式１０に代入することによって、圧力変動の影響がない場合のボール６内の水位Ｈ2を計算して求めている。なお、ボールとトラップの各電極毎の水位と溜水量との関係を予め求めた溜水量テーブルから直接溜水量を求めても良い。
本実施形態の大便器ユニットの他の作用は、本発明の第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。
【００５４】
本発明の第３実施形態による大便器ユニットによれば、ボール及びトラップ部の水位をボール面水位センサ及びトラップ部水位センサによって直接測定しているので、簡単な構成で尿量測定を実現することができる。
また、上述した実施形態においては、ボール面水位センサ及びトラップ部水位センサとして、電極配列式の水位センサを使用していたが、変形例として、超音波センサ、測距センサ、浮子式水位センサ等、任意のセンサを利用して水位を測定することができる。
【００５５】
また、センサとして電極配列式の水位センサを使用した場合には、ボール内の溜水と尿が混合した液体の導電率を測定することができるので、変形例として、大便器ユニットを、この導電率に基づいて尿に含まれる電解質濃度を計算するように構成しても良い。排出される尿に含まれる電解質の濃度η1と、排尿される前の溜水１３の電解質の濃度η2と、排尿により尿が混ざった後の溜水１３の電解質の濃度η3の間には、尿量をＲ、初期の溜水量をＱ0とすると、
の関係が成り立つ。数式１１をη1について解くと、
の関係が得られる。電解質濃度推定手段は、数式１２を使用して、排尿前後の溜水１３の電解質の濃度η2、η3と、尿量Ｒ、初期溜水量Ｑ0に基づいて、尿の電解質濃度η1を推定する。一般に、尿中に含まれる主な強電解質物質として塩化ナトリウムがあり、２５゜Ｃにおいて、濃度０．１％の塩化ナトリウム水溶液は２．０ｍＳ／ｃｍ、濃度１．０％の塩化ナトリウム水溶液は１７．６ｍＳ／ｃｍの導電率を有する。従って、排尿後の溜水に水没している電極間のインピーダンスを測定することにより、尿中の塩化ナトリウム濃度を推定することができる。実際には、尿には、塩化カリウム等の塩化ナトリウム以外の電解質も含まれているため、推定される塩化ナトリウム濃度には誤差が含まれるが、±２０％以内程度の精度で塩化ナトリウム濃度を推定することができる。また、推定された塩化ナトリウム濃度に、尿量算出手段及び補正手段によって計算された尿量を乗じることによって、尿に含まれる塩化ナトリウム量を推定することもできる。また、電極配列式の水位センサを、尿のｐＨや、尿の温度の推定に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態による大便器ユニットの断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による大便器ユニットの作用を時系列で表すグラフである。
【図３】本発明の第１実施形態による大便器ユニットを大便の用途で使用する場合の作用を示すグラフである。
【図４】ボールの水位と、ボール内に溜まっている溜水量の関係の一例を示すグラフである。
【図５】（ａ）下水管内の圧力が大気圧と等しい場合、（ｂ）下水管内の圧力が負圧の場合、（ｃ）下水管内の圧力が正圧の場合におけるボール内及びトラップ部内の水位を示す図である。
【図６】（ａ）トラップ部に作用する圧力と、ボールに作用する圧力が等しい場合、（ｂ）トラップ部の圧力が上昇した場合におけるボール及びトラップ部の水位、それらに作用する圧力、圧力センサによって測定される圧力をモデル化したモデル図である。
【図７】下水管内の圧力変化の影響の一例を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態による大便器ユニットの断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態による大便器ユニットのボール及びトラップ部の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ 本発明の第１実施形態による大便器ユニット
２ 洋風大便器
４ 機能部
６ ボール
７ リム吐水ノズル
８ トラップ部
９ ゼット吐水ノズル
１０ 排水ソケット
１２ 圧力導管
１３ 溜水
１６ 水路切替手段
１８ 圧力センサ
２２ 下水管圧力センサ
２４ 貯水タンク
２４ａ 洗浄用タンク
２４ｂ 溜水タンク
２４ｃ 給水管
２４ｄ 流出管
２４ｅ オーバーフロー管
２４ｆ 流出管
２５ トラップ管
２６ 第１三方弁
２６ａ 第１の出入口
２６ｂ 第２の出入口
２６ｃ 第３の出入口
２８ 第２三方弁
２８ａ 第１の出入口
２８ｂ 第２の出入口
２８ｃ 第３の出入口
３０ 第１開閉弁
３２ 第２開閉弁
３４ 第３開閉弁
３６ ポンプ
３８ コントローラ
４０ 尿量算出手段
４２ 補正手段
２００ 本発明の第２実施形態による大便器ユニット
２０２ 通気弁
３００ 本実施形態の大便器ユニット
３０２ ボール面水位センサ
３０４ トラップ部水位センサ
Ｄ 下水配管
Ｈ 溢流水位
Ｘ 空水位
Ｙ スタート水位
Ｚ 排尿後水位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の尿を受けるボールと、
このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、
上記ボール内の溜水の水位を、上記下水管の水封が破れる水位よりも高く、上記トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、
使用者の排尿によって変化する上記ボール内の水位を測定する水位測定手段と、
上記下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサと、
上記水位測定手段によって測定された上記ボール内の水位の測定値に基づいて使用者が上記ボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、
この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、上記下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて補正する補正手段と、
を有することを特徴とする大便器ユニット。
【請求項２】
使用者の尿を受けるボールと、
このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、
上記下水管に連通して設けられ、上記下水管内の圧力が低下したとき上記下水管の中に大気を導入する負圧破壊手段と、
上記ボール内の溜水の水位を、上記下水管の水封が破れる水位よりも高く、上記トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、
使用者の排尿によって変化する上記ボール内の水位を測定する水位測定手段と、
上記水位測定手段によって測定された上記ボール内の水位の測定値に基づいて使用者が上記ボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、
を有することを特徴とする大便器ユニット。
【請求項３】
使用者の尿を受けるボールと、
このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、
上記ボール内の溜水の水位を、上記下水管の水封が破れる水位よりも高く、上記トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、
使用者の排尿によって変化する上記ボール内の水位を測定する水位測定手段と、
上記トラップ部内の水位を測定するトラップ部水位測定手段と、
上記水位測定手段によって測定された上記ボール内の水位の測定値に基づいて使用者が上記ボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、
この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、上記トラップ部水位測定手段によって測定された水位に基づいて補正する補正手段と、
を有することを特徴とする大便器ユニット。
【請求項４】
上記水位測定手段が、上記ボール内の溜水の水圧を測定する圧力センサである請求項１乃至３の何れか１項に記載の大便器ユニット。
【請求項５】
上記水位測定手段又は上記トラップ部水位測定手段が、電極配列式の水位センサである請求項１乃至３の何れか１項に記載の大便器ユニット。
【請求項６】
上記ボール及び／又は上記トラップ部は陶器製であり、上記電極配列式の水位センサの電極が焼成によって形成されている請求項５記載の大便器ユニット。
【請求項７】
上記電極配列式の水位センサが、尿のｐＨ、温度、又は導電率の測定に利用される請求項５記載の大便器ユニット。
【請求項８】
さらに、電解質濃度推定手段を有し、上記電極配列式の水位センサがボール内の溜水と尿が混合された液体の導電率を測定し、上記電解質濃度推定手段が、測定された尿量と導電率に基づいて、尿中の電解質濃度を推定する請求項５記載の大便器ユニット。
【請求項１】
使用者の尿を受けるボールと、
このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、
上記ボール内の溜水の水位を、上記下水管の水封が破れる水位よりも高く、上記トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、
使用者の排尿によって変化する上記ボール内の水位を測定する水位測定手段と、
上記下水管内の圧力を測定する下水管圧力センサと、
上記水位測定手段によって測定された上記ボール内の水位の測定値に基づいて使用者が上記ボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、
この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、上記下水管圧力センサによって測定された圧力に基づいて補正する補正手段と、
を有することを特徴とする大便器ユニット。
【請求項２】
使用者の尿を受けるボールと、
このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、
上記下水管に連通して設けられ、上記下水管内の圧力が低下したとき上記下水管の中に大気を導入する負圧破壊手段と、
上記ボール内の溜水の水位を、上記下水管の水封が破れる水位よりも高く、上記トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、
使用者の排尿によって変化する上記ボール内の水位を測定する水位測定手段と、
上記水位測定手段によって測定された上記ボール内の水位の測定値に基づいて使用者が上記ボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、
を有することを特徴とする大便器ユニット。
【請求項３】
使用者の尿を受けるボールと、
このボールとボール内の溜水を排出する下水管とを連通させ、この下水管を水封するトラップ部と、
上記ボール内の溜水の水位を、上記下水管の水封が破れる水位よりも高く、上記トラップ部の溢流水位よりも低い所定の水位に設定する水位設定手段と、
使用者の排尿によって変化する上記ボール内の水位を測定する水位測定手段と、
上記トラップ部内の水位を測定するトラップ部水位測定手段と、
上記水位測定手段によって測定された上記ボール内の水位の測定値に基づいて使用者が上記ボールに排泄した尿量又は尿流率を算出する尿量算出手段と、
この尿量算出手段が算出した尿量又は尿流率を、上記トラップ部水位測定手段によって測定された水位に基づいて補正する補正手段と、
を有することを特徴とする大便器ユニット。
【請求項４】
上記水位測定手段が、上記ボール内の溜水の水圧を測定する圧力センサである請求項１乃至３の何れか１項に記載の大便器ユニット。
【請求項５】
上記水位測定手段又は上記トラップ部水位測定手段が、電極配列式の水位センサである請求項１乃至３の何れか１項に記載の大便器ユニット。
【請求項６】
上記ボール及び／又は上記トラップ部は陶器製であり、上記電極配列式の水位センサの電極が焼成によって形成されている請求項５記載の大便器ユニット。
【請求項７】
上記電極配列式の水位センサが、尿のｐＨ、温度、又は導電率の測定に利用される請求項５記載の大便器ユニット。
【請求項８】
さらに、電解質濃度推定手段を有し、上記電極配列式の水位センサがボール内の溜水と尿が混合された液体の導電率を測定し、上記電解質濃度推定手段が、測定された尿量と導電率に基づいて、尿中の電解質濃度を推定する請求項５記載の大便器ユニット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２９７９１（Ｐ２００６−２９７９１Ａ）
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０４３６１（Ｐ２００４−２０４３６１）
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（００００１００８７）東陶機器株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月２日（２００６．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月１２日（２００４．７．１２）
【出願人】（００００１００８７）東陶機器株式会社 (3,889)
【Ｆターム（参考）】
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