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微小バブル発生装置、微小吐出孔ノズル及びその製造方法 UPDATE 新技術説明会

国内特許コード P150011871
掲載日 2015年4月9日
出願番号 特願2013-180645
公開番号 特開2014-076443
登録番号 特許第6210630号
出願日 平成25年8月30日(2013.8.30)
公開日 平成26年5月1日(2014.5.1)
登録日 平成29年9月22日(2017.9.22)
優先権データ
  • 特願2012-204982 (2012.9.18) JP
発明者
  • 鈴木 薫
出願人
  • 学校法人日本大学
発明の名称 微小バブル発生装置、微小吐出孔ノズル及びその製造方法 UPDATE 新技術説明会
発明の概要 【課題】微小バブル発生の制御自由度を向上させることを可能とする微小バブル発生装置、微小吐出孔ノズル及びその形成方法を提供する。
【解決手段】加圧ガスを微小径の吐出孔23から液体中に送り出して微小バブルを発生させる微小バブル発生装置1であって、吐出孔23は、加圧ガスの圧力を受ける圧電素子9に形成され、加圧ガスの圧力を設定するガス供給源11と、吐出孔23を孔軸方向へ振動させ圧電素子9と、圧電素子9の振幅及び周波数を制御する電圧発生部15とを備え、吐出孔23の微小径の設定と加圧ガスの圧力の設定と電圧発生部15の振幅及び周波数の制御とにより微小バブルを形成することを特徴とする。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要



マイクロ・バブルは数十マイクロメートル以下の微小気泡である。通常水中で発生する気泡サイズは、数ミリ程度の直径であり、マイクロ・バブルと通常のバブルとを比較すると、通常のバブルは水中で発生させた後、水面まで上昇して破裂消滅するが、マイクロ・バブルは、その体積が微小なため上昇スピードが遅く水中の滞留時間が長くなる。





マイクロ・バブルは自己加圧効果がある。自己加圧効果とは、バブルの気液界面に働く表面張力によってバブル内部の圧力が上昇し、凝集され、水面に達する前に圧縮消滅する現象のことである。気液界面では数十気圧以上に加圧されていると言われている。





加えてマイクロ・バブルは-30mV~-50mV程度の電荷を帯びているためマイクロ・バブル同士互いに反発し合い、バブル同士が結合することなく圧縮消滅するまで水中に滞在する。





マイクロ・バブルは、電荷を帯びながらかつ水中で滞在し、自己消滅する奇抜な能力を利用して、その応用例は水質改善や毛細血管の造影剤、細胞活性化などあげられている。







このようなマイクロ・バブルを発生するためには、従来いくつかの手法があった。





一つの手法として、特許文献1に記載されており、多孔質体を通して液体に気体を吹き込む方法である。この方法では、コンプレッサなどの気体供給装置から、水が流れる管に多孔質体を通して気体を供給しマイクロ・バブルを発生させている。





他の手法として、特許文献2に貴指されており、気泡表面にせん断力を加えて気泡を引きちぎる方法である。





しかし、多孔質体を用いたマイクロ・バブル発生装置では、多孔質体から気泡が離脱しにくいため、発生する気泡が多孔質体の孔径より大きくなり、微小な気泡が発生させられないことが課題であった。





また、気泡表面のせん断力を用いる方法では、液体に旋回流を与えたりすることにより、圧力損失が大きくなるとともに、液体中の気体の割合が、多孔質体を用いた場合と比べて低くなってしまうことが課題であった。





これらの課題を解決するものとして、特許文献3に記載の手法が有り、マイクロ・バブルの径よりも小さい出口開口を備えた管状体を、液体に対して管軸方向又は管軸直交方向へ振動させ、出口開口に隣接する気泡が成長して大きくなりすぎる前に引きちぎられるようにしてマイクロ・バブルを発生させるものである。





しかし、単に管状体の振動により出口開口の気泡を引きちぎるものであるため、マイクロ・バブルなどの微小バブルをどのように発生させるかなどの制御自由度に限界を招いていた。

産業上の利用分野



本発明は、除染等に供されるマイクロバルブなどの微小バブルを発生させる微小バブル発生装置、微小バブル発生装置に供される微小吐出孔ノズル及びその製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
板状体に備えられた微小径の吐出孔から加圧ガスを液体中に送り出して微小バブルを発生させる微小バブル発生装置であって、
前記加圧ガスの圧力を設定するガス圧設定部と、
前記板状体を前記吐出孔の孔軸方向へ振動させる振動発生部と、
前記振動発生部の振幅及び周波数を制御する振動発生制御部とを備え、
前記板状体は、前記吐出孔を中央とした凹状の曲面で形成され、
前記曲面が前記吐出孔の孔軸延長線上に指向し、
前記吐出孔の微小径の設定と前記加圧ガスの圧力の設定と前記振動発生部の振幅及び周波数の制御とにより前記微小バブルを形成する、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項2】
請求項1記載の微小バブル発生装置であって、
前記板状体は、前記振動発生部であり、
前記振動発生部は、前記板状体の屈曲振動である、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項3】
請求項1又は2記載の微小バブル発生装置であって、
前記加圧ガスの圧力の設定は、前記微小径の吐出孔から前記加圧ガスが吐出しない程度の正圧である、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項4】
請求項1~3の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記板状体に金属箔を接合し、
前記微小径の吐出孔は、前記金属箔側がより小径となって吐出先端側を構成するように前記板状体及び金属箔に渡って形成された、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項5】
請求項1~4の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記吐出孔の吐出先端側に、イオン・ビームとカーボン・ガスとを反応させた堆積物を形成してより小径に形成した、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項6】
請求項1~の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記振動発生部は、前記板状体を構成するセラミックス又は水晶の板状の圧電素子、ユニモルフ構造又はバイモルフ構造の圧電素子である、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項7】
請求項1~の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記振動発生部は、板状の磁石を備えた電磁コイル振動子であり、
前記微小径の吐出孔は、前記板状体を構成する前記電磁コイル振動子の板状の磁石に形成された、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項8】
請求項1~の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記振動発生部は、積層アクチュエータ、ランジュバン振動子、磁歪振動子、インパルス放電部の何れかで構成され、
前記微小径の吐出孔は、前記板状体を構成するプレートに形成された、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項9】
請求項1~の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記吐出孔を前記振動発生部による振動に対して交差する方向へ振動させる補助振動発生部を備えた、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項10】
請求項1~の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記吐出孔は、複数備えられた、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項11】
請求項1~10の何れか1項記載の微小バブル発生装置であって、
前記吐出孔から吐出される微小バブルに前記吐出口の吐出方向前方で外力を加えてより小さく粉砕する外力付与部を設けた、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項12】
板状体に備えられた微小径の吐出孔から加圧ガスを液体中に送り出して微小バブルを発生させる微小バブル発生装置であって、
前記加圧ガスの圧力を設定するガス圧設定部と、
前記板状体を前記吐出孔の孔軸方向へ振動させる振動発生部と、
前記振動発生部の振幅及び周波数を制御する振動発生制御部とを備え、
前記吐出孔の微小径の設定と前記加圧ガスの圧力の設定と前記振動発生部の振幅及び周波数の制御とにより前記微小バブルを形成し、
前記振動発生部は、前記板状体を構成するセラミックス又は水晶の板状の圧電素子、ユニモルフ構造又はバイモルフ構造の圧電素子であり、
前記吐出孔を前記振動発生部による振動に対して前記孔軸方向に交差する孔軸傾斜方向へ振動させる補助振動発生部を備えた、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項13】
板状体に備えられた微小径の吐出孔から加圧ガスを液体中に送り出して微小バブルを発生させる微小バブル発生装置であって、
前記加圧ガスの圧力を設定するガス圧設定部と、
前記板状体を前記吐出孔の孔軸方向へ振動させる振動発生部と、
前記振動発生部の振幅及び周波数を制御する振動発生制御部とを備え、
前記吐出孔の微小径の設定と前記加圧ガスの圧力の設定と前記振動発生部の振幅及び周波数の制御とにより前記微小バブルを形成し、
前記板状体に、針状ノズルを突出形成し、
前記針状ノズルは、前記吐出孔を貫通して備えた、
ことを特徴とする微小バブル発生装置。

【請求項14】
板状体に備えられた微小径の吐出孔から加圧ガスを液体中に送り出して微小バブルを発生させるための微小吐出孔ノズルの製造方法であって、
前記板状体を前記吐出孔の孔軸方向へ振動させる振動発生部を備え、
前記吐出孔は、前記板状体に突出形成された針状ノズルに備えられ、
熱可塑性の円筒管の先端部を加熱しつつ引き延ばして針状部を形成し、
前記針状部の先端をカットして針状ノズルを形成し、
前記針状ノズルを前記板状体に取り付けた、
ことを特徴とする微小吐出孔ノズルの製造方法。

【請求項15】
請求項14記載の微小吐出孔ノズルの製造方法であって、
前記吐出孔の吐出先端側に、イオン・ビームとカーボン・ガスとを反応させた堆積物を形成してより小径にした、
ことを特徴とする微小吐出孔ノズルの製造方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 登録
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