便器 給水の形態

便器

出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)』 (2016/05/18 08:25 UTC 版)

給水の形態

水洗便器と給水装置の関係については、よく自動車に例えられて説明される。水洗便器がボディーとすれば給水装置はエンジンに相当し、両者一体となって初めて十分な機能を発揮することが出来、給水方式や給水装置機種の違い次第で同じ便器でありながら性能や特性が違ってくる等、便器と給水装置の組み合わせの選択は重要となる。

フラッシュバルブ式

レバーペダル手動フラッシュバルブ給水の和風便器
赤外線人感センサによる自動洗浄、大小流し分け、設備保護機能を搭載したフラッシュバルブに制御される床上給水和風便器 TOTO C755VU
フラッシュバルブのバキュームブレーカ
節水型フラッシュバルブのピストンバルブ
 
スライド伸縮式の起動羽根を持つ節水型フラッシュバルブのピストンバルブ
便器洗浄機能以外に擬音装置や通報システムを搭載した電装式の最新のフラッシュバルブ

高圧の水道管に直接取り付けられたバルブで、バルブ操作後一定時間(約10秒)水が流れて自動に止まる機能があり、便器に給水する洗浄水の水圧や流量等の水流の出力を制御するバルブである。

簡便でコンパクト、かつ使用水量も少なく高水圧で便器洗浄が出来、連続使用が可能という利点がある反面、25A以上の給水管径が必要、給水圧力が0.07MPaより低いと正常に作動せず使えない上、フラッシュバルブ動作時の流水音が大きく、大便器用フラッシュバルブの場合、起動弁のレバー棒が足で踏まれて操作される事が多く故障や衛生面で問題があるという欠点がある。また凍結による破損にも弱いため、流動弁を設けて凍結防止対策をした寒冷地用フラッシュバルブも存在する。

日本ではデパート、ホテル、オフィス、駅などの商業施設や工場、あるいは学校などの連続使用が求められるさまざまな水洗便所で多用されている。

その反面、一般住宅での採用は少なく、戸建住宅では一般的に給水管径が13A、15A、20Aであり、給水圧力も0.07MPaに満たない事も多く、大便器用フラッシュバルブを使用することが出来ず、屋上などに受水槽からの高置水槽を設置し、25A以上の給水管径と水圧を確保できる集合住宅や、特殊的に25A以上の給水管を導入して給水圧力を確保した一部の戸建住宅に僅かに設置されている程度である。

構造は、一般的な手動フラッシュバルブの場合、給水側から順に開閉弁部(ストップバルブ)、本体部、バキュームブレーカ部の順で構成されており、便器への給水圧は開閉弁のスピンドルで調整する。本体部にはピストンバルブが内蔵されており、フラッシュバルブを起動させるレバーペダル棒や押しボタン等の起動弁部が本体側面部に組み込まれており、その内部にピストンバルブを起動させるバネ圧の押し棒部が内蔵されている。本体上部には流量調整ネジが付いており、ピストンバルブの昇降ストローク量により流量が変動し、ネジを開けると吐水量が増え、ネジを閉め込むと吐水量が減る仕組みになっている。

本体に組み込まれているピストンバルブはバルブ上部外周にわん皮パッキンが巻かれ、側面中央部にストレーナーフィルター)があり、下部には案内羽根が付いており、その中心部にリリーフバルブ先端の起動羽根が突出している。ピストンバルブ上部の中心部には逃し弁の穴が開いており、その中にはリリーフバルブと押えバネが仕込まれている。一次側(給水口側)と二次側(便器に繋がった排水口側)とはわん皮パッキンで仕切られ、わん皮パッキン上部が圧力室部であり、ピストンバルブ上部の圧力室側になる一次側と二次側の間には針先程の小穴が開いておりストレーナーを経て繋がっている。ピストンバルブの底部にはシートパッキンと呼ばれる中央部にストレーナーが付いたパッキンが組み込まれている。

作動原理は、静止時においてはピストンバルブは圧力室の水圧で押し下げられて弁を閉じているが、レバーペダル棒や押しボタン等の起動弁を操作すると、バネ圧の起動用の押し棒が出ることにより、ピストンバルブの起動羽根が押され、リリーフバルブ逃し弁が開き、ピストンバルブ上部の圧力室部に溜まった、高水圧の水が二次側(便器)に抜ける為に、圧力室の圧力がゼロになることから、給水圧力によりピストンバルブが圧力室上壁部まで上昇し案内羽根部を経て吐水(便器への給水)が始まる。便器への吐水開始と同時にピストンバルブのストレーナーフィルター)から小穴を経て圧力室に水が徐々に入り、溜まってゆくにつれて水圧によりピストンバルブがゆっくり押し下げられながら降下しはじめて、やがて圧力室部が満水になると水圧によりピストンバルブが押し下げられて完全に下降、シートパッキン部に着地することで、自動的に水が止まり便器の1回分の吐水(1サイクルの動作)が終了する。

節水式のフラッシュバルブはピストンバルブの起動羽根がスライド伸縮式の二重構造になっており、一度の操作で1回分の吐水しかしないノンホールディング機能を持ち万一レバーペダル棒や押しボタン等の起動弁を押し続けても二重になった起動羽根が押し棒部上面に乗り上げるのでピストンバルブの降下を妨げることなく下降閉止する機能を持ち、さらに、圧力室に水を流入させる小穴も通常の小穴以外にリリーフバルブ部上面にも存在するバルブからによる二重流入構造になっており、フラッシュバルブ流水ピーク時に至るまでは通常の小穴以外のリリーフバルブ部上面にも存在するバルブの小穴部からも圧力室部に水が流入させる機能を併せ持っており、フラッシュバルブ起動開始直後からはバルブの弁上部の羽根が飛び出た状態で圧力室に水が流入し、フラッシュバルブのピーク時にピストンバルブ最上昇点に至るとリリーフバルブ部上面のバルブの羽根部は押し込まれ閉鎖され、以後は水圧により羽根が飛び出ることなく、通常の小穴のみから圧力室部に水が流入し、ピーク時の時間を短くして吐水を節水制御する機能になっている。

電装式のフラッシュバルブには電磁弁が内蔵され、一次側と二次側の間に電磁弁が組み込まれ、センサーやスイッチでの起動信号が入ると、電磁弁が開き一次側の圧力室部の水が電磁弁のバイパス管部を介して二次側に流れることでピストンバルブが起動する。 また側面には停電や電池切れの時用に手動ボタン弁が付いており、手動ボタン弁で操作した場合は手動フラッシュバルブと同じ原理で作動する。

つまり、1回操作する度に内部のピストンバルブが上下に1往復ピストン運動をして1回分の洗浄水を吐水する。

大便器用フラッシュバルブを設置する際は断水時など給水管の負圧による逆サイフォン現象による汚水の逆流防止のために負圧破壊装置であるバキュームブレーカの取り付けが義務付けられている。

バキュームブレーカには吸気弁と給水塞止弁が内蔵されており、給水管に負圧が発生すると直ちに給水塞止弁が閉まり、吸気弁より外部の空気を吸い込み汚水の逆流を防止する。またフラッシュバルブの吐水時(便器への給水時)以外はフラッシュバルブ〜便器への給水管に吸気弁より空気を取り入れ大気圧状態にする。このためフラッシュバルブ閉止時(便器洗浄終了時)バキュームブレーカの吸気口から空気吸入音が聞こえることがある。また無数に開いた穴の吸気口を持つ旧型バキュームブレーカの場合、フラッシュバルブ起動開始時(便器洗浄開始時)に吸気弁が閉まり、フラッシュバルブ閉止時(便器洗浄終了時)に吸気弁が開く吸気弁の開閉動作が吸気口の無数に開いた吸気穴から垣間見える。

手動フラッシュバルブから自動フラッシュバルブに換装された例

フラッシュバルブの操作方法は長らくレバーペダル棒や押しボタン等の起動弁を手動で操作して起動させる方法が主流であった。

他に、大便器洗浄装置であるフラッシュバルブを壁内等便器から離れた場所に設置したトイレの場合、便器の傍らに、押しボタン弁や足踏み弁を設け、この弁からリモコン用の配管を介して水圧によりフラッシュバルブを遠隔操作で起動させるリモコンフラッシュバルブが古くからあった。

近年に新設されるトイレのフラッシュバルブでは大便器用、小便器用共に赤外線人感センサで人体を感知して使用後に自動で起動する自動フラッシュバルブや手かざしセンサーや薄型のタッチスイッチで電磁弁を作動させ起動する電装式のフラッシュバルブが主流になってきており衛生的になっている。特に大便器用の自動フラッシュバルブはセンサーの感知した時間で大、小の流し分け機能も搭載しており節水にも有効である。

自動フラッシュバルブや電磁スイッチタイプの電装式のフラッシュバルブには大便器用、小便器用共に設備保護洗浄機能が搭載され長時間使用(通水)がない場合、便器の排水トラップ内の封水が蒸発により内部の水が減少、乾きからの破封を防止するために設備保護タイマーにより最後の洗浄から24時間周期で自動的に1回分の洗浄を行う機能を持ち、更に大便器用では、小洗浄が連続する場合、大便器配管つまり防止のため使用状況に応じて大洗浄を行う機能も持っている。

自動フラッシュバルブの一部は水勢を利用して水力発電をして自らの制御電力に使用する機能を搭載した機種も存在する。

近年は小便器用、大便器用共に便器本体にフラッシュバルブを組み込んだ物や壁内にフラッシュバルブを設置されることも多く、フラッシュバルブが直接目に見えない場所に設置されるため、悪戯防止にもなるほかスッキリしていてトイレ空間の向上が図られている。

リモコン型のフラッシュバルブから給水される和風便器 TOTO C75

また、最近では、起動弁のレバーペダル棒が足で踏まれて操作されることが多く故障や衛生面で問題であった手動フラッシュバルブであったトイレにおいても後付けの自動フラッシュバルブに換装される場合が多く、新設されるトイレにおいては手動フラッシュバルブの採用は減っている。

便器の洗浄水に海水を使用する船舶関係では、海水の塩分による腐食防止を対策をした耐海水用フラッシュバルブが使用される他、便器の洗浄に雨水や中水道や工業用水道などを使う場合も腐食対策対応の再生水用フラッシュバルブが使用される。

これらの腐食防止対策をしたフラッシュバルブは部材に高耐食性材料が使われ、高耐食めっきがされている。

フラッシュバルブはボディや内蔵されたバルブも含めて概ね100以上の部品から構成されている。材質はボディやピストンバルブ部は真鍮青銅製、ピストンバルブのストレーナー(フィルター)部とシートパッキン中心部は状のステンレス製、ピストンバルブのワン皮パッキンは牛革をなめし加工した皮革または合成ゴム製、ストップバルブ(止水栓)、バキュームブレーカ、シートパッキンの外枠部などのパッキン類は合成ゴム、天然ゴム、皮革製、ピストンバルブ内部のバルブ部、バキュームブレーカ内枠、レバーハンドルの押し棒部付根はABS樹脂製である。

以前に製造されたフラッシュバルブの配管接続部やバキュームブレーカの一部のパッキンには石綿製のパッキンも使われたがアスベスト問題法的規制があり現行品のフラッシュバルブには使用されていない。

フラッシュバルブが多く設置されている施設においては、故障を未然に防ぐ為に、あらかじめ新品及び、ストレーナーと小穴を清掃、パッキン類を交換し、リリーフ弁等の可動部をグリスで給脂した点検、メンテナンス済の予備のピストンバルブをストックしておき、定期的にピストンバルブを交換される場合が多い。

交換したピストンバルブはメンテナンスした上で次回の交換時に使用され、ローテーションを繰り返し使用されるが、ピストンバルブは同型品であっても各々が個性的な吐水の仕方をする場合があるので、交換後は便器の吐水状況を確認し、本体上部にある流量調整ネジ等で水の出力を調整する。

またピストンバルブの下部のシートパッキンの細かな網部に異物が詰まったり、網部が傷つくと止水不良で少量の水が流れっぱなしになるので、ピストンバルブ取り出し時にシートパッキンの網部の点検も必要である。さらに、汚水の逆流防止のための負圧破壊装置であるバキュームブレーカが故障すると負圧が発生した時に汚水が逆流する恐れがある為に、定期的にバキュームブレーカの吸気蓋を取り外した上で、フラッシュバルブを操作し水を流して、吸気弁の開閉動作の作動状況を確認し、吸気時に混じった埃等の吸気弁パッキンへの付着した異物の清掃と吸気弁からの水漏れが無いかを点検する必要がある。

フラッシュバルブ式の便器に汚れ、除菌、尿石付着防止などの洗浄薬剤を便器の洗浄水に添加する場合、タンク式のように直接薬剤を投入出来ないため、サニタイザーディスペンサー(薬剤供給装置、Sanitizer dispenser)等の薬剤の入った機器をフラッシュバルブの給水管に組込み連結し水をサニタイザーディスペンサーに流入させ溶解した薬剤を大便器、小便器に供給する。この装置は衛生面や快適性を重視する施設を中心に設置されていることが多く、最近では自動フラッシュバルブに前述のサニタイザーディスペンサーを内蔵したフラッシュバルブも大便器用、小便器用共に存在する。

最新の電装式フラッシュバルブには人感センサによる便器洗浄機能以外に、擬音装置や、一定時間以上同一人物が入室したままの場合、盗撮などの防犯や中で人が倒れている恐れもあるので安全の為に通報する機能や、フラッシュバルブが悪戯をされた時や故障時など、機器の異常を通報する機能を併せ持っているものもあり、盗撮や不審者が疑われる長時間入室の退室後や、悪戯が疑われる機器の異常を感知した場合、トイレ入口部の防犯カメラと連動し、中には警備会社の警備システムと連動しているものあり、警備会社に自動的に通報が行われる機能を併せ持っている機器もある。

タンク式

ボールタップによる給水の様子

専用のタンクにあらかじめ注水しておき、バルブ操作によって洗浄水を放出する方式である。タンクに一定量の水を貯える方法はいくつかあるが、主にボールタップによりタンクに水を貯め、タンクから便器への排水はフロートバルブを使用する方法が一般的でフロートバルブにはボールタップ故障時のタンクからの水の溢れを逃す為のオーバーフロー逃し管(溢水管)が繋がっている。タンクの形状や配置によっていくつか種類がある。タンク式の場合満水になるまで(約60秒以上)次の洗浄が出来ない欠点があるため、公共施設などの利用者が多いトイレではフラッシュバルブが採用されることが多い。

戸建住宅では一般的に給水管径、水圧も不足するために、大便器用フラッシュバルブを使用することが出来ず、タンク式がほとんどを占めている。

タンク式では給水圧や給水管径を問わられずに様々な環境で水洗便所を設置出来る長所がある反面、占有する面積が大きく、タンクが満水になるまで次の洗浄が出来ない為に連続洗浄が出来ない、便器の洗浄にフラッシュバルブのような高水圧が得られなく便器の機種によってはタンク式には組み合わせ出来ない機種もある等の短所があり、最近ではこれらの問題を解決しタンク式の長所とフラッシュバルブ式の長所を取り合わせたフラッシュタンク式が新たにラインナップされている。

ハイタンク式

大便器、小便器共にハイタンク洗浄のトイレ

天井に近い位置にタンクを置き、水を貯めて、鎖紐を引き下げ操作して、サイホン作用を起こすことで排水機能が起動し、給水管を経て床面の便器へ給水する方式。かつては落差が大きい方が洗浄力で有利とされていたことから、戦前期から昭和50年代中ごろまで圧倒的多数を占めていた。しかし、メンテナンス性の悪さ、設置時の制限、イニシャルコストが高いなどの欠点があったため、以降は急速にロータンク式へと置き換えられた。現在は既存の古い建物でわずかに見られる。また、水道圧が確保できない際に、押しボタンで遠隔操作するバルブを使用して見かけだけ直圧式にした隠しハイタンクが若干だが存在する。陶器の他に、日本での水洗便所普及初期や、戦時中などに木製のタンクが製造されていた。木製のタンクは内壁に銅板が張り詰められ防水されていた。

なお、TOTOは2012年4月1日をもって、ハイタンクの部品や本体をすべて廃盤。

これに伴い、TOTO製のハイタンクは消滅し、50年の幕を閉じる。

ロータンク式

ロータンク式床上給水和風便器 TOTO C750V

便器のすぐ上、人間の腰元程度の高さにタンクを置き、直下の便器へ給水する方式。タンク上部を洗面器にしておき、給水される水を手洗いに使用することもできる。かつては便所の室内のコーナーに壁かけ、ハイタンク式同様給水管で便器と接続する隅付ロータンクが主流だったが、ハイタンク式が新たに作られなくなり互換性の必要がなくなったこと、ステンレスまたは真鍮のパイプが露出することに対する美観の問題、占有する面積が大きくなることなどから、便器の真上にタンクを載せた密結形が主流となった。その後、昭和60年代から近年まで戸建住宅水洗便所のほとんどを占めた。これらのロータンク式ではタンクの上部にはタンクの蓋の代わりに手洗い器を兼ねている水盆を置き、タンクの給水の一部の水が水盆上の手洗い部に出て来て、手を洗った水を便器の洗浄用に再利用するようにした仕組みである。この場合、節水効果が得られるだけではなく、トイレ内に個別に手洗い器を設けることを省略でき、しかも工事代も安く抑えることができるためにトイレを広く使用することができることから住宅や限られたスペースの狭い空間のトイレで広く採用されており、この形態は日本特有の方式である。便器の汚れ防止、除菌、便器〜配管の尿石防止付着のための薬剤を便器に供給するために薬剤をタンク内に投入したり、タンク上部手洗い用水盆部に薬剤を置いて薬剤を溶解させ便器洗浄水に薬剤を添加する場合が多い。これらは青色や緑色で着色されている薬剤も多く、洗浄をすると便器に青色や緑色の水が流れる。またこれらの洗浄薬剤は芳香剤も含んでいることも多く芳香剤代わりに薬剤を投入することも多い。

シスタンバルブ式

ハイタンク式と同様に天井に近い位置にタンクを置き、給水管を伸ばして床面の便器へ給水する方式あるが下部の給水管にフラッシュバルブ同様のバルブを組み合わせたものをシスタンバルブといい、主に公衆便所のトイレで多用された他、過去には一部の古い戸建住宅でも採用された。フラッシュバルブと同じ構造、操作方法でありながらタンク式であるために満水になるまで次の洗浄が出来ない欠点がある。バルブ本体の形状、吐水、作動原理は低圧型フラッシュバルブと同様の構造となっている。最近は採用例が減っている。なお、TOTOはハイタンクと同じく、シスタンバルブ式(ハイタンクなどの)の部品も2012年4月に廃盤。これに伴い、TOTOはシスタンバルブ式ハイタンクの製造の幕を閉じた。

フラッシュタンク式

TOTOが開発したフラッシュタンク式は、タンク式と同じ口径(呼び径※215A)の給水管からの水流をタンク内で増幅し、約4倍の水流にして便器洗浄を行い、タンクの貯水時間を大幅に短縮し、フラッシュバルブ式と同等の連続洗浄が可能であり、電源不要の新しい洗浄システム。

パブリックトイレでは一般的なフラッシュバルブ式に比べて、省施工化が図れるだけでなく、給水設備(配管とポンプ)のサイズダウンが可能で、建物の省資材化も図れ、次の洗浄まで約60秒かかるタンク式と比べて、約20秒で次の洗浄が可能なので、飲食店などのトイレの混雑緩和につながる他。さらに、一般的なタンク式大便器より奥行が約60mmコンパクトであり、トイレ空間が広く使え、事務所、店舗、学校、病院、高齢者施設などフラッシュバルブが使えなかった現場でも連続洗浄が可能で、さらにフラッシュバルブのように施工時にバラバラな部品をミリ単位で施工精度も必要とせずワンタッチで施工が出来、便器は新しい「トルネード洗浄」が採用され、4.8Lと超節水化が可能な最新のシステムで最近施工された施設から普及されはじめている。


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  1. ^ 便器は存在しないが、便宜上「壁式小便器」と呼ばれたりする。タイルやモルタルの壁のみがあり(仕切板が存在する場合もある)、その壁に尿が当たって下の溝に流れる形態である。
  2. ^ TOTOきっず:トイレなんでもアラカルト
  3. ^ ブルーノ・タウトは『タウトが撮ったニッポン』(武蔵野美術大学出版局)の中で「日本式のしゃがむトイレは優れている」と書いている。
  4. ^ Narinari.com編集部 (2010年4月19日). “和式と洋式が合体? 大手メーカーもわからない謎の「2WAY便器」を求めて。 | Narinari.com”. Narinari.com. 2013年2月14日閲覧。
  5. ^ TOTO - タンクレストイレ・ネオレスト






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