(57)【要約】【課題】簡単な構造の装置により、音響波中の超音波を水槽内で均一に照射して、養殖している水産物の抵抗力を向上させて生存率を上げ、収穫量を向上させることができる水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法を提供する。【解決手段】養殖している水産物２９に、音波及び超音波の少なくともいずれかである音響波を照射する。音響波を発生可能な超音波振動子２０と、超音波振動子２０を駆動する駆動部１５と、超音波振動子２０及び駆動部１５を保持した外ケース１２とを備える。超音波振動子２０から発せられる高強度音響波１９が放射される前面側に、高強度音響波１９を拡散させるとともに、単位面積当たりの強度が弱い低強度音響波２１に変換し照射させる音響波拡散材料から成る音響波拡散層２４を備える。【選択図】図1
2018078807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
養殖している水産物に、音波及び超音波の少なくともいずれかである音響波を照射する水産物養殖装置であって、
前記音響波を発生可能な超音波振動子と、この超音波振動子を駆動する駆動部と、前記超音波振動子及び前記駆動部を保持した外ケースとを備え、
前記超音波振動子から発せられる高強度音響波が放射される前面側に、前記高強度音響波を拡散させるとともに、単位面積当たりの強度が前記高強度音響波よりも弱い低強度音響波に変換し照射させる音響波拡散材料から成る音響波拡散層を備えたことを特徴とする水産物養殖装置。
【請求項２】
前記超音波振動子は圧電振動子であり、前記音響波拡散層は、気体及び気体を９０体積％以上含む発泡樹脂を含む層により構成される請求項１記載の水産物養殖装置。
【請求項３】
前記発泡樹脂は、発泡ポリスチレン、発泡ポリウレタン、または発泡ゴムである請求項２記載の水産物養殖装置。
【請求項４】
前記音響波拡散層の前記音響波拡散材料は、多孔質の金属材料で構成される請求項１記載の水産物養殖装置。
【請求項５】
前記音響波拡散層の前記音響波拡散材料は、金属製の網により構成され、その網目の大きさが、使用する超音波の水中波長λのλ〜λ／１０である請求項１記載の水産物養殖装置。
【請求項６】
前記音響波拡散層は、前記外ケース中または前記外ケース外の音響整合層の内部、または前記外ケースの外側に配置された請求項１記載の水産物養殖装置。
【請求項７】
前記圧電振動子と、媒体である淡水または海水との音響整合を取るための少なくとも２層の前記音響整合層が配置され、前記音響整合層の形状が、前記圧電振動子よりも大きい請求項６記載の水産物養殖装置。
【請求項８】
前記外ケースには、内部に少なくとも２種類の周波数を発生する円板、リング状、または矩形板の前記圧電振動子が配置され、前記超音波振動子の基本波周波数は、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲である請求項1記載の水産物養殖装置。
【請求項９】
前記水産物養殖装置の超音波振動子は、鉛を用いない圧電材料を使用した請求項８記載の水産物養殖装置。
【請求項１０】
前記超音波はパルス波であり、その繰り返し周波数は１０００Ｈｚ〜０．５Ｈｚ、Duty factorは１０〜６０％であり、これらの少なくとも１つの前記超音波振動子を、中空角錐容器の側面部に配置した請求項１記載の水産物養殖装置。
【請求項１１】
着脱可能な携帯型電子機器、または可聴音の音楽、摂餌音、或いは遊泳音を発生させる音響発生装置を有する請求項１記載の水産物養殖装置。
【請求項１２】
前記電源として充電式の電池を備え、前記駆動部は前記電池により動作可能であり、防水機能を有する請求項１乃至１１のいずれか記載の水産物養殖装置
【請求項１３】
前記請求項１乃至１２のいずれかに記載の水産物養殖装置を備え、水産物を収容可能で、海水または淡水を入れた水槽と、前記水槽の水面または水中の少なくともいずれかに、前記水産物養殖装置が設けられ、前記水槽中の水中に前記音響波を照射可能に設けられたことを特徴とする水産物養殖システム。
【請求項１４】
前記水槽表面は、表面積の少なくも８０％以上に、音響波を反射及び散乱させるための音響波反射率が９０％以上の音響波反射材料の音響波反射層が設けられている請求項１３記載の水産物養殖システム。
【請求項１５】
前記音響波反射層はシートからなり、その少なくとも表面または裏面が有機フィルムで被覆され、その厚みが０．０５〜１．０ｍｍであり、内面には９０体積％以上の気体を含む有機材料を備えた請求項１３または１４記載の水産物養殖システム。
【請求項１６】
前記の音響反射材料の表面の有機フィルムが、フッ素樹脂、ＰＥＴ、またはナイロンであり、内部に気体層または発泡ポリスチレン、発泡ポリウレタン、または発泡ゴムを含む請求項１３、１４または１５記載の水産物養殖システム。
【請求項１７】
前記水産物養殖システムは、直径０．０１〜１０ｍｍの空気バブルを水中に放出しながら使用する請求項１３乃至１６のいずれか記載の水産物養殖システム。
【請求項１８】
前記水槽中の海水または淡水の温度を２℃から３０℃に設定可能な温度制御装置を備えた請求項１３乃至１７記載のいずれか記載の水産物養殖システム。
【請求項１９】
前記請求項１乃至１２のいずれかに記載の水産物養殖装置を用いる水産物養殖方法であって、
前記水産物養殖装置を、水産物を収容可能で海水または淡水を入れた水槽中の水に浮かせて自由に揺動させ、前記水産物養殖装置から前記音響波を発生させて前記水槽の壁面で反射させ、水中の水前記産物に音響刺激を施すことを特徴とする水産物養殖方法。
【請求項２０】
前記水産物養殖装置により、水中の前記水産物の総重量に対して２０ｍＷ／ｋｇ〜１Ｗ／ｋｇの超音波強度(Isata)の超音波を与えて、前記水産物に音響波刺激を施して養殖を行う請求項１９記載の水産物養殖方法。
【請求項２１】
前記水産物養殖装置により、１０〜６０分／日、1〜７日／週、且つ1〜５０週間、連続または間欠的に、前記音響波を前記水中の水産物に照射する請求項１９または２０記載の水産物養殖方法。
【請求項２２】
前記水産物養殖装置の可聴音のスピーカ、または携帯電話から水産物の活動を活発にする周波数と強度の音響波を出して養殖を行う請求項１９乃至２１のいずれか記載の水産物養殖方法。
【請求項２３】
前記水産物は、魚類、甲殻類の卵、稚魚及び成魚である請求項１９乃至２２のいずれか記載の水産物養殖方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水産物の生存率向上や収量増加を達成するために、水産物に対して音波及び超音波（以後、両者を合わせて音響波という。）の刺激を与える水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、魚類、甲殻類、貝類等の水産物の養殖による生産が種々行われている。一方、２１００年には世界人口が１１０億人になると予想され、２２世紀の大きな課題の一つは食糧不足である。従って、養殖漁業から得られる魚類タンパク質の安定的な生産は重要な課題であり、大幅な食糧増産が期待されている。アジアでは過去３０年間で特に水産物消費量が増えており、特に日本は、人口が５０００万人を超える国の中では一人当たりの水産物消費量は世界一である。しかし、これまでの養殖漁業における水産物の増産方法の改善は、餌の開発と、水温・水流の改善、遺伝子組み換え、ウイルス対策が主体であり、大幅な生産性の向上を期待できるものではなかった。
【０００３】
そこで、養殖漁業の生産性をより向上させる増産方法として、これまでとは異なるものもいくつか提案されている。例えば、特許文献１には、海中の生け簀で浮遊するブイの上面に太陽電池を設け、太陽電池の出力が蓄電池に供給され、水と接する超音波発振子にその蓄電池の出力が接続されている魚貝類育成用超音波発信器が開示されている。この蓄電池には太陽電池による電力が蓄積され、その電力により超音波発振子から昼夜を問わず水中に微弱な超音波を発振し、魚貝類の成長を促進させるものである。また、水と接する超音波発振面が銅で覆われ、銅イオンの殺菌作用により、超音波発振子の超音波発振面に藻等が付着しないようにしたものである。
【０００４】
特許文献２には、金魚等の水生動物に対して化合物の薬剤を、超音波を媒介して投与する方法が開示されている。この方法は、短時間の超音波処理により、養殖している魚類の病気を予防し、感染を防止するもので、例えば、ウイルス性疾病を、浸漬ワクチンを用いて治療する際に、ワクチンを入れたビーカ中で１ＭＨｚ、１．７Ｗ／ｃｍ２の強度の超音波を１０〜１５分間放射するものである。その結果、ゴナドトロピン放出ホルモン類似体を、水を介して投与した場合に、魚の皮膚を通過したゴナドトロピン放出ホルモン類似体の吸収を大幅に改善することができる。
【０００５】
また、特許文献３の魚介類の養殖方法は、１０〜３０ＭＨｚの超音波を魚介類に照射し、旋回式気泡発生装置を用いて２０μｍ以下のマイクロバブルを発生させて養殖を行うものである。これにより、養殖する魚介類の成長率及び飼料効率が改善することが開示されている。
【０００６】
特許文献４は、短時間の超音波処理により、養殖している魚類の病気を予防し感染を防止する疾病治療装置及び方法を開示し、特に高濃度溶存酸素水中で超音波を養殖魚に放射するとともに、ワクチン処理を施すものである。これにより、養殖魚に対して、ウイルス病予防の浸漬ワクチンを効率よく吸収させ、死亡率を改善するものである。
【０００７】
さらに、特許文献５は超音波振動子として複数の圧電振動子を用いたもので、水産物を養殖している水面または水中に移動可能に位置する容器と、容器に取り付けられた複数の超音波振動子を有し、各超音波振動子は超音照射方向が互いに異なり、容器は、水面または水中で移動しながら、水産物に偏りなく超音波を放射する水産物養殖装置を開示している。さらに、音響インピーダンスが３ＭＲａｙｌｓ以上、５０ＭＲａｙｌｓ以下の材質からなる材質の側面を持つ水槽を用いて、水産物を養殖する水産物養殖方法であって、注水された水槽中に、超音波振動子を有する水産物養殖装置を入れ、超音波振動子から超音波を発生させ、水中の水産物に超音波を放射する水産物養殖方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１１３６９４号公報
【特許文献２】特表平６−５０３９５１号公報
【特許文献３】特開２００２−１１９号公報
【特許文献４】特開２００７−２１５４７５号公報
【特許文献５】ＷＯ２０１５／１５９７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記背景技術の特許文献１〜４に開示された方法の場合、使用する超音波発生器は、超音波の放射方向を適宜変えて制御するものではなく、大形の養殖水槽中で超音波を幅広く均一に照射することができないという問題がある。さらに、特許文献３に開示された方法の場合、旋回式気泡発生装置を用いて２０μｍ以下のマイクロバブルを発生させるものであるが、１０〜３０ＭＨｚの超音波を安定して発生させることは困難である。また、超音波の放射方向を制御することが出来ず、さらに１０ＭＨｚ以上の超音波は、酸素の多い水中では容易に減衰し、その音響強度を保持することが難しいという問題もある。
【００１０】
その他、低周波のスピーカを用いて水産物に音波を照射する方法もあるが、この場合、水中に支持棒に固定して浸漬させ音波を発生させるもので、その音波の方向を容易に変えることは出来ない。このために水槽内の魚に均一に幅広く音波を照射することは困難であり、水槽に音波照射装置を複数台設置する必要性があり、経済性が劣る。さらに、池や水槽の底部に集積する傾向の水産物であるヒラメ、エビ、貝類ではその効果が小さいという問題点がある。また、重要な音波振動回路部品が水中にあるために浸水の恐れがあり、装置の点検及び維持管理が困難である。
【００１１】
以上述べたように、これまで知られている音波や超音波照射による養殖装置や疾病予防装置は、実験用の０．５ｍ３以下の水槽や、１〜１００ｍ３の量産用の大形水槽や池、網で仕切られた海中に適応する際のいずれに適用した場合にも、種々の問題がある。例えば水槽の側面や底面に振動子や装置を固定して使用する場合は、図１１に示すように、超音波振動子１２から音響整合層２２を介して外ケース１２の外表面から照射される超音波は、その照射方向及び範囲が一定である。さらに、音響強度が超音波振動子２０が対面した方向にのみ強く、超音波振動子２０から発振されたままの高強度音響波１９が直接照射されてしまい、水槽内で音響強度を均一にすることが出来ないものである。また、水槽の隅や底部に集積した養殖魚２９に対して、有効に且つ均一に超音波を放射することが出来ず、集積した他の養殖魚の影になって超音波が届かないこともある。
【００１２】
その他、これまでに報告されている養殖漁業に用いられている超音波は、その周波数が２０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚであり、水中における波長は８ｃｍから１．５ｃｍと長く、魚の胴体部の平均直径が１０ｃｍ以下の養殖魚や甲殻類の小形水産物、魚卵や稚魚を、音響波刺激を用いて効率よく増産するには適していない。
【００１３】
一方、特許文献５は、容器内での超音波振動子の配置角度を異なるものにして２枚以上配置した浮揚式の超音波水産物養殖装置を開示している。この装置は、水槽内にくまなく超音波を照射することができるが、超音波を水槽内で幅広くほぼ均一に分布させて照射することは困難であり、水槽内の超音波強度にバラツキが生じる問題が残る。
【００１４】
この発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構造の装置により、音響波中を水槽内で広範囲に照射して、養殖している魚類、甲殻類、貝類の抵抗力を向上させて生存率を向上させ収穫量を上げ、さらに再現性良くこれを行うことができる水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法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】
【００１５】
はじめに、音波とは通常は２０ｋＨｚ以下、超音波とは２０ｋＨｚ以上と定義されている。一例として、基本波が例えば１ＭＨｚの超音波では基本の波長は１μｓでその水中波長は約１．５ｍｍである。しかしながら、パルス駆動を用いることで音波に近い、２０ｋＨｚ以下の音を作り出すことが出来る。例えばduty factorが２０％でパルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）が１ｋＨｚ（１ｍｓ）の超音波は反応速度が遅い生体細胞に対しては１ｋＨｚの音波刺激を受けたのと同等な反応を示すと考えられる。生体細胞の反応速度は神経系統の伝達速度に近い数ｍｓであり、例えば１ＭＨｚ超音波の波長の１μｓの速さでは、生体細胞は追随出来ないと考えられる。このために本発明では、パルス駆動の超音波を用いた場合は、超音波を音響波という。
【００１６】
このような低強度パルス超音波（Low intensity pulse ultrasounds, LIPUS）の刺激により、特に動物の骨の生体細胞である骨芽細胞の増殖が活性化され、骨折治療が促進されることは医学界では良く知られている。本発明はこの原理を水産物の養殖に利用したものである。
【００１７】
本発明は、養殖している水産物に、音波及び超音波の少なくともいずれかである音響波を照射する水産物養殖装置であって、前記音響波を発生可能な超音波振動子と、この超音波振動子を駆動する駆動部と、前記超音波振動子及び前記駆動部を保持した外ケースとを備え、前記超音波振動子から発せられる高強度音響波が放射される前面側に、前記高強度音響波を拡散させるとともに、単位面積当たりの強度が前記高強度音響波よりも弱い低強度音響波に変換し広範囲に照射させる音響波拡散材料から成る音響波拡散層を備えた水産物養殖装置である。
【００１８】
前記超音波振動子は圧電振動子であり、前記音響波拡散層は、気体及び気体を９０体積％以上含む発泡樹脂を含む層により構成されるものである。前記発泡樹脂は、例えば発泡ポリスチレン、発泡ポリウレタン、または発泡ゴムである。
【００１９】
前記音響波拡散層の前記音響波拡散材料は、多孔質の金属材料で構成されるものでも良い。例えば、前記音響波拡散層の前記音響波拡散材料は、金属製の網により構成され、その網目の大きさが、使用する超音波の水中波長λのλ〜λ／１０である。
【００２０】
前記音響波拡散層は、前記外ケース中または前記外ケース外の音響整合層の内部、または前記外ケースの外側に配置されたものである。
【００２１】
さらに、前記圧電振動子と、媒体である淡水または海水との音響整合を取るための少なくとも２層の前記音響整合層が配置され、前記音響整合層の形状が、前記圧電振動子よりも大きいものでも良い。また、前記外ケースには、内部に少なくとも２種類の周波数を発生する円板、リング状、または矩形板の前記圧電振動子が配置され、前記超音波振動子の基本波周波数は、０．１ＭＨｚ〜１０ＭＨｚの範囲である。
【００２２】
前記水産物養殖装置の超音波振動子は、鉛を用いない圧電材料を使用することが好ましい。前記超音波はパルス波であり、その繰り返し周波数は１０００Ｈｚ〜０．５Ｈｚ、Duty factorは１０〜６０％であり、これらの少なくとも１つの前記超音波振動子を、中空角錐容器の側面部に配置したものでも良い。
【００２３】
また、着脱可能な携帯型電子機器、または可聴音の音楽、摂餌音、或いは遊泳音を発生させる音響発生装置を有するものでも良い。前記電源として充電式の電池を備え、前記駆動部は前記電池により動作可能であり、防水機能を有するとさらに良い。
【００２４】
またこの発明は、前記水産物養殖装置を備え、水産物を収容可能で、海水または淡水を入れた水槽と、前記水槽の水面または水中の少なくともいずれかに、前記水産物養殖装置が設けられ、前記水槽中の水中に前記音響波を照射可能に設けられた水産物養殖システムである。
【００２５】
前記水槽内面は、表面積の少なくも８０％以上に、音響波を反射及び散乱させるための音響波反射率が９０％以上の音響波反射材料の音響波反射層が設けられている。さらに水槽内面または外面材料は、気体層及び気体を含む有機材料である発泡材料で構成されていると良い。
【００２６】
前記音響波反射材料はシートからなり、その少なくとも表面または裏面が有機フィルムで被覆され、その厚みが０．０５〜１．０ｍｍであり、内面には９０体積％以上の気体を含む有機材料を備えるものである。前記の音響反射材料の表面の有機フィルムが、フッ素樹脂、ＰＥＴ、またはナイロンであり、内部に気体層または発泡ポリスチレン、発泡ポリウレタン、または発泡ゴムを含むものである。
【００２７】
さらに、前記水産物養殖システムは、直径０．０１〜１０ｍｍの空気バブルを水中に放出しながら使用すると良い。また、前記水槽中の海水または淡水の温度を２℃から３０℃に設定可能な温度制御装置を備えるものである。
【００２８】
またこの発明は、前記水産物養殖装置を用いる水産物養殖方法であって、前記水産物養殖装置を、水産物を収容可能で海水または淡水を入れた水槽中の水に浮かせて自由に揺動させ、前記水産物養殖装置から前記音響波を発生させて前記水槽の壁面で反射させ、水中の水前記産物に音響刺激を施す水産物養殖方法である。
【００２９】
前記水産物養殖装置により、水中の前記水産物の総重量に対して２０ｍＷ／ｋｇ〜１Ｗ／ｋｇの超音波強度(Isata)の超音波を与えて、前記水産物に音響波刺激を施して養殖を行うものである。さらに前記水産物養殖装置により、１０〜６０分／日、1〜７日／週、且つ1〜５０週間、連続または間欠的に、前記音響波を前記水中の水産物に照射するものである。
【００３０】
また、前記水産物養殖装置の可聴音のスピーカ、または携帯電話から水産物の活動を活発にする周波数と強度の音響波を出して養殖を行うものでも良い。前記水産物は、魚類、甲殻類の卵、稚魚及び成魚である。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法は、軽量で小型の装置であって、簡単な構造で安価且つ安全に、水槽内で低強度音響波エネルギーを有効に、より均一に広い面積に照射することが出来る。これにより、超音波刺激の効果としての血流促進、骨成分の増強、成長率向上、生存率の向上、収穫量増加などを、効率的に広範囲に実現することが出来る。特に、疾病の治療と予防に重要な血液やリンパ液は、人体と同様に魚類でも主に骨の骨髄で製造されていると考えられているので、この発明の水産物養殖装置によれば、特に造血作用を有する背骨に有効に音響波を照射することができる。
【００３２】
また本発明の水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法により、骨等に低強度音響波刺激を施し、水産物の生体の活性化と生命力の向上、ウイルス耐性向上、生存率向上等を実現して、養殖している水産物の収穫量増加を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】この発明の第一実施形態の水産物養殖装置の概略図である。
【図２】音響波強度を時間とともに変化させたグラフの概略図である。
【図３】音響波強度を時間とともに変化させ、パルス状に発振させたグラフで、周波数は一定で出力レベルを変化させたグラフである。
【図４】この発明の第二実施形態の水産物養殖装置と超音波ビーム及び水産物を示す概略図である。
【図５】この発明の第三実施形態であって、２種類の異なる周波数を有する各２個の超音波振動子を取り付けた水産物養殖装置の外ケースを除いた状態の平面図（ａ）と、縦断面図（ｂ）概略図である。
【図６】この発明の音響整合層と音響波拡散層の変形例を示すもので、２層の音響整合層を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ａ）、音響整合層内に音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ｂ）である。
【図７】この発明の音響整合層と音響波拡散層の他の変形例を示すもので、外ケースに音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ａ）、音響整合層内に音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ｂ）、音響整合層内に他の音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ｃ）である。
【図８】この発明の音響整合層と音響波拡散層の他の変形例を示すもので、外ケースの外側の音響波拡散層内に音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ａ）、外ケースの外側の音響波拡散層内に他の音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ｂ）、外ケースの外側の音響波拡散層内に他の音響波拡散部を備えた水産物養殖装置の部分断面図（ｃ）である。
【図９】この発明の第四実施形態の水産物養殖システムを示す概略図である。
【図１０】この発明の第五実施形態であって、４角錐容器の側面に超音波振動子を設けた構造の水産物養殖装置を示す概略横断面図（ａ）と概略縦断面図（ｂ）である。
【図１１】従来の水産物装置において超音波照射ビームと水産物である養殖魚を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、この発明の実施形態について図面に基づいて説明する。図１はこの発明の第一実施形態を示すもので、この実施形態の水産物養殖装置１０は、基本的な構成を示し、水密構造の外ケース１２を備え、その内部に基板１４を有し、その上には駆動部１５を構成する電池等の電源１６及び制御回路１７を有する。基板１４の図示しない端子には、リード線１８が接続され、超音波振動子２０の図示しない端子に接続されている。超音波振動子２０は、音響整合層２２と図示しない保護フィルムを介して外ケース１２に取り付けられ、外ケース１２の表面から高強度音響波１９が放射可能に設けられている。
【００３５】
外ケース１２の超音波振動子２０が取り付けられた部分の外側には、音響波散乱材料により形成された音響波拡散層２４が設けられている。音響波拡散層２４は、水の音響インピーダンスとの差が大きいもので、金属部材の金網や空気を含む樹脂が好ましい。音響波拡散層２４により、高強度超音波１９が、相対的に単位面積当たりの強度が高強度超音波１９よりも弱い強度の低強度超音波２１に制御され、広く拡散し広範囲に照射される。音響波散乱材料は、例えば金属製の多孔質材料や金網から構成され、多孔質材料の空隙の平均値や、金網の網目の大きさである目開きは、使用する超音波の水中波長λに対してλ〜λ／１０である。また、低音響インピーダンスの発泡樹脂を用いることも出来る。また、外ケース１２の上部には、音響機器２６を着脱自在に保持する固定可能な支持台２８を備えていても良い。
【００３６】
超音波振動子２０は、電圧を加えると振動して超音波を発振する圧電素子であり、厚み振動や広がり振動を用いる。発振する超音波の共振周波数は、０．１ＭＨｚ以上、１０ＭＨｚ以下である。しかしながら、超音波振動子２０は基本波の周波数成分のみならず、その高調波も発生しており、これらも有効に利用される。超音波振動子２０の圧電素子は、主に電気機械結合係数が大きく、安価に入手出来るＰＺＴ系セラミクス振動子が選択される。また、高性能のリラクサ系の圧電単結晶を用いることも出来る。しかしながら、これらの鉛系圧電振動子は環境に影響を与える酸化鉛を５０％以上含むため、装置が壊れた場合には回収して適当な処理を行う必要性がある。従って、ニオブ酸アルカリ塩を主体とするセラミクス材料や水晶、リチウムタンタレート単結晶、リチウムナイオベート単結晶などの非鉛系圧電材料を用いると良いものである。超音波振動子２０は、照射方向とは反対側の面に、医用画像診断装置のプローブで通常に用いられている図示しない音響バッキング層や、放熱用のリードなどが設けられていても良い。
【００３７】
この実施形態の水産物養殖装置１０の使用方法は、図１に示すように、水産物である養殖魚２９の入った水槽内（図示せず）に、出来るだけ広範囲に均一に低強度音響波２１が照射されるように、音響波拡散層２４を用いてその強度を分散し、更に水槽及び水面からの反射波を利用して水産物に低強度音響波刺激を行う。
【００３８】
水産物養殖装置１０の使用時の音響波強度は適宜設定することができ、例えば図２に示すように、時間とともに徐々に強度を上げた後、緩やかに強度を落とすようにしても良く、図３に示すように、パルス状に発振を行い、緩やかに音響波の強度を上げて、同様に緩やかに強度を落とすように照射しても良い。さらに、音響波強度の変化は、使用する超音波パルスの繰り返し周波数（ＰＲＦ）を変化させたり、振幅を時間とともに変更しても良い。特に、発振する超音波を図３に示すように変化させ、周波数が一定で出力レベルを変化させることにより、結晶成長の原理を利用して骨や筋肉の成長を高める効果を有する。
【００３９】
なお、この水産物養殖装置１０による低強度超音波２１の照射範囲を制御するために、医療用超音波診断装置の超音波プローブに用いられるような原理を利用して音響レンズ等を用いてもよい。この場合は水よりも音速が大きなアクリル樹脂などを用いて凸面形状とすることが望ましい。超音波は、照射を間欠的に行うパルス波を用いることが好ましい。パルス波は、例えば周期０．００１〜２秒（周波数が０．１ＫＨｚから０．５Ｈｚ）でDuty factorが１０〜６０％の音響波を使用する。超音波の波形は、サイン波や矩形波、三角波など各種の波形の超音波を用いることができる。しかしながら好ましくは、そのＰＲＦが心臓パルスに近い周期０．５〜２秒（２Ｈｚから０．５Ｈｚ）、Duty factorは１０〜５０％が良い。特に好ましいＰＲＦは、心拍数に近い周期１秒（１Ｈｚ）前後から、骨折治療促進で利用実績のある周期１ｍｓ（１０００Ｈｚ）前後で、音楽などの可聴音を組み合わせて使用することである。この範囲のＰＲＦ、及びDuty factorを用いることで水産物の生体細胞を短期間でより活性化させることが出来る。
【００４０】
低強度超音波２１の音響強度Isataは、その水産物の総重量あたり２０ｍＷ／ｋｇから１Ｗ／ｋｇで良い。２０ｍＷ／ｋｇ以下では、骨や皮膚、筋肉に関連した成長や修復、活性化、生存率に与える効果が３０週間以上経過後でも極めて小さい。また１Ｗ／ｋｇ以上では長時間の暴露では水産物に有害である恐れがあるばかりでなく、装置が大型化するためである。好ましくは、この水産物養殖装置１０の音響強度は、水産物の総重量あたり５０〜３００ｍＷ／ｋｇである。
【００４１】
水産物養殖装置１０に、更に２０〜２０００Ｈｚの可聴音を発生するスピーカ等の音波装置が設けられてもよい。この可聴音は音楽や摂餌音、遊泳音が適当である。また、水産物養殖装置１０に、積算時間計、稼働点滅表示、警報音、通信機能及びビデオ、水産物の異常確認用カメラ、音波発生用スピーカなどの機能をつけておいても良い。
【００４２】
これらの装置から放射された音響波は水産物内部の軟組織である皮膚、脂肪、筋肉を通過し、大部分は硬組織である骨に到達し、骨に伝達されて減衰し、熱エネルギーに変換される。これにより、骨に刺激を与え、骨芽細胞等の増植に貢献する。可聴音の音楽等を出すスピーカから出される摂餌音、遊泳音などにより、必要な運動量を増加させ肉質改善を行うことも可能であり、種々の使い方が可能である。
【００４３】
次に、この発明の第二実施形態の水産物養殖装置３０について。図４を基にして説明するここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。図４はこの実施形態の水産物養殖装置３０の音響波を水産物である養殖魚２９に照射した状態の模式図を示す。この実施形態の水産物養殖装置３０の構造は、外ケース１２の内面には超音波振動子２０が、第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して固定されている。第２音響整合層３２の内部には、超音波振動子２０と対面するように、音響波散乱材料により構成され、高強度音響波を拡散させるとともに単位面積当たりの強度が弱い低強度音響波２１に変換し、均一に大面積に照射させる音響波拡散部３４が設けられている。この実施形態では、音響波拡散部３４を備えた第二音響整合層３２が、音響波拡散層３６を構成している。
【００４４】
この実施形態の水産物養殖装置３０によっても、超音波振動子２０から発せられる高強度音響波が放射される前面に、音響波拡散層３６を備えているため、超音波振動子２０の直下以外の水産物に対しても必要十分な音響波刺激を行うことが出来る。さらに、音響波拡散層３６が外ケース１２の内側にあるので、水産物養殖装置３０の外表面をすっきりさせることができる。
【００４５】
次に、この発明の第三実施形態の水産物養殖装置４０について図５を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。図５に示す実施形態の水産物養殖装置４０は、２種類の異なる周波数を有する各２対の超音波振動子４１，４２を有し、さらに可聴音の音楽等を出すスピーカ４４が取り付けられたものである。この装置の外ケース４６の外側の面には、音響波拡散層４８が設けられている。音響波拡散部層４８は、音響波散乱材料の樹脂材料や金網から成るもので、その内部に、超音波振動子４１，４２に各々対応した二対の音響波散乱材料からなる音響波拡散部４９が設けられている。二対の音響波拡散部４９は、互いに異なる所定の向きに設定されている。
【００４６】
音響波拡散層４８は、その材質、形状を変えることで、指向性の強い高強度音響波を制御して散乱・拡散させ、広い範囲に弱くした低強度音響波を養殖魚等の水産物に照射することができる。さらに、音響波拡散部４９の形状、位置及び、数量を各々変えることによっても、指向性の強い高強度音響波を拡散させて、広い範囲で水産物に低強度音響波刺激を行うことができる。
【００４７】
次に、この発明の水産物養殖装置に用いられる超音波振動子と音響整合層、外ケース、及び音響波拡散層の組み合わせ例について、図６〜図８を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図６（ａ）に示す水産物養殖装置５０は、リング状の圧電振動子２０を用いたもので、外形状が圧電振動子２０よりも大きな第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられているものである。この水産物養殖装置５０は、第一音響整合層３１または第二音響整合層３２が音響波拡散層を兼ねているものである。
【００４９】
図６（ｂ）に示す水産物養殖装置５２は、円板状の圧電振動子２０を用いたもので、外形状が圧電振動子２０と等しい音響整合層２２を介して圧電振動子２０が外ケース１２の内部に取り付けられているものである。この水産物養殖装置５２は、音響整合層２２の内部に音響波拡散部４９の空洞を備えている。空洞には発泡樹脂や金属が設けられていても良い。
【００５０】
図７（ａ）に示す水産物養殖装置５４は、外形状が圧電振動子２０よりも大きな第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられているものである。水産物養殖装置５４は、外ケース１２に予め音響波拡散部４９である凹部を形成し、第二音響整合層３２が接合された状態で、空洞が複数個形成されるようにしたものである。音響波拡散部４９である空洞には、発泡樹脂が充填されていても良い。
【００５１】
図７（ｂ）に示す水産物養殖装置５６も、外形状が圧電振動子２０よりも大きな第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられているもので、第二音響整合層３２の内部に音響波拡散部４９である複数の異なる形状の空洞が設けられているものである。空洞には、発泡樹脂が充填されていても良い。
【００５２】
図７（ｃ）に示す水産物養殖装置５８も、外形状が圧電振動子２０よりも大きな第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられているもので、第二音響整合層３２の内部に音響波拡散部４９であるの金網５９が配置されたものである。
【００５３】
図８（ａ）に示す水産物養殖装置５４は、外形状が圧電振動子２０よりも大きな第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して、外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられているものである。水産物養殖装置６０は、外ケース１２の外部に音響波拡散層２４が設けられ、その内部に音響波拡散部４９である金網５９が設けられたものである。
【００５４】
図８（ｂ）に示す水産物養殖装置６２も、外形状が圧電振動子２０よりも大きな第一音響整合層３１、第二音響整合層３２を介して、外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられ、外ケース１２の外部に音響波拡散層２４が設けられ、その内部に音響波拡散部４９である樹脂部材６１が設けられたものである。
【００５５】
図８（ｃ）に示す水産物養殖装置６４は、リング状の圧電振動子２０が設けられ、外形状が圧電振動子２０よりも大きな音響整合層２２を介して、外ケース１２の内部に圧電振動子２０が取り付けられ、外ケース１２の外部には、音響波拡散層２４が設けられている。音響波拡散層２４には、フレネル構造に樹脂が突出した突部２４ａが形成されている。
【００５６】
これらの音響波拡散層２４中の音響散乱材料の材質、形状、数量、配置を変化させることで超音波振動子２０から発せられた高強度音響波を容易に低強度音響波に変換し、広い面積に超音波を均一に放射させることが可能となる。このために養殖魚等の水産物に過度の音響強度の音響波を照射することなく、更に必要な超音波振動子２０の数量を減少させることが出来る。これらの音響波拡散層２４中の音響波散乱材料は、金属の場合、通常のＭＣ加工やプレス成型のみならず、３次元成型装置を用いて容易に作製することが出来る。また、更なる低コスト化のために外ケースを成型する際に同時に同一材料を用いて音響波拡散層２４、音響波散乱材料による音響波拡散部４９の一部を作製することも出来る。
【００５７】
次に、この発明の第四実施形態の水産物養殖システム７０及び水産物養殖方法について。図９を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を省略する。図９は、水槽７２中で、上記第一実施形態の水産物養殖装置１０と同様の構造であって、照射方向が異なる複数の超音波振動子２０を備えた水産物養殖装置７４を浮揚または固定して、水産物である養殖魚２９に対して音響波刺激を行うものである。浮揚する水産物養殖装置７４は、超音波振動子２０の音響波放射面が水面に対して３〜３０°の傾きをもつように、水産物養殖装置７４の重心がオフバランスされて調節されていることが好ましい。
【００５８】
この実施形態の水産物養殖システム７０の使用方法は、図９に示すよう、水産物養殖装置７４を水槽７２の水に浮かべ、超音波振動子２０から水中に向けて高強度音響波を照射しこれを音響波拡散層２４で低強度音響波２１に変換される。水槽７２の底面や側面、水面での音響波の乱反射を有効に利用しながら水産物である養殖魚２９に出来るだけ均一に低強度音響波２１を照射するものである。
【００５９】
水槽７２の内面である側面及び底面の８０％以上の面積には、気体を含む音響波反射層７６を取り付けられている。音響波反射層７６は、気体を９０〜９９体積％含む発泡樹脂から成る音響波反射材料である。このような音響波反射材料を用いることで、低強度音響波２１の９０％以上を有効に反射させ、効果的に養殖魚２９に照射することが出来る。また、音響波反射層７６の材料としては、塩化ビニル樹脂、ＰＥＴ、ＥＶＡ、またはゴムであって内部に気体層を含むものが好ましい。また薄いシートやフィルムからなり、その少なくとも表面または裏面が有機フィルムで被覆され、その厚みが０．０５〜１．０ｍｍであり、内面には９０体積％以上の気体を含む有機材料を用いることも出来る。
【００６０】
この実施形態では、水槽７２の底面から水５４の水面までの高さが０．１〜１０ｍである水槽７２中にある養殖魚２９等の水産物に、低強度音響波刺激を与えるものである。水面までの高さが０．１ｍ以下では、装置を入れるための十分な深さが取れず、更に小型の魚類でもその全身を入れるには十分な深さがとれない。またまた、１０ｍ以上では音響波の効果が音響減衰により弱くなるためである。最適な深さは装置を浮揚させて使用しやすい０．２〜１．０ｍである。
【００６１】
使用する超音波はその周波数が０．1〜１０ＭＨｚで選択できるが、水産物表面から１０ｃｍ以上の深部に位置する骨に音響波パワーを送るためには０．1〜２ＭＨｚが適しており、表面から３ｃｍ以下の骨や筋肉、魚卵などを刺激するのであれば２〜１０ＭＨｚが適している。より好ましくはこれらの周波数を組み合わせて、シリーズに使用する。また、使用する超音波振動子の周波数が１０ＭＨｚ以上では空気の多い水中や水産物中での減衰が大きくなり、必要な音響波強度を得ることが困難となる。水槽５２は、音響インピーダンスが海水または淡水の音響インピーダンスよりも十分に低い発泡樹脂からなる底面及び側面であれば良く、発泡ポリスチレンや樹脂の間に空気層を設けた材料などが軽量であり、使用出来る。
【００６２】
水産物養殖装置７４の音響波を発生する間隔は、例えば、１０〜６０分／日、１〜７回／週、１〜５０週間連続して行う。１０分以下の短時間では水産物養殖の効果が小さく、一つの水槽５２に６０分以上照射しても効果は大きく変わらない。照射頻度は１〜７回／週、更に好ましくは３〜５回／週である。また照射期間は小型の魚や魚卵の場合などは数日程度でも有効であるが、好ましくは３０週以上の長期間である。また、水槽７２は、水温が２〜３０℃の範囲で温度制御装置により適宜設定可能に設けられている。２℃以下では水産物の活動が低下し、３０℃以上では多くの水産物の生存率が低下するためである。
【００６３】
水に浮かべる水産物養殖装置７４は、水槽７２の液面の揺動により前後左右に移動したり、揺動して傾きが変わったりして、超音波振動子２０と音響波拡散層の位置と角度が絶えず変化し、更に音響波拡散層２４の効果により養殖魚２９等の水産物に対して偏りなく低強度音響波２１を照射する。この水産物養殖システムは、直径０．０１〜１０ｍｍの空気バブルを水中に放出しながら使用しても良い。
【００６４】
この実施形態の水産物養殖システム７０及び水産物養殖方法によれば、簡単な構造の水産物養殖装置７４により、低強度音響波２１の放射方向を自由に変化させながら、養殖魚２９等の水産物に音響波刺激を均一に与え、更に水槽７２の底面、側面及び水面からの音響波の乱反射を利用して水槽中の水産物に幅広くほぼ均一に低強度音響波刺激を与えることが可能となる。更に水槽７２以外の大形のいけすでも使用することが出来、水産物養殖装置７４の数量を増加したり、水産物養殖装置７４を一時的に固定式にして水槽７２に取り付けたり、水中に固定しても同様な効果が得られる。さらに、これらの装置を用いることで大型いけす内の魚類に対しても同時に、且つ均一に低強度音響波刺激を行うことが可能となる。また、水産物養殖装置７４は、重量を０．２〜１０ｋｇの小型の形状に製造することが出来、女性や高齢者でも容易に運搬可能であり、不使用時には水槽から取り出して容易に保管、点検、充電及び清掃することができる。このために量産しやすいばかりでなく、その修理や回収の維持管理コストが小さいために生産コストを大幅に低減させることができる。さらに、この実施形態の水産物養殖システム７０及水産物養殖方法は、ほとんどの水産物で使用でき、特に小型の魚類、甲殻類やその稚魚、魚卵の生存率向上に大きく寄与するものである。
【００６５】
また、この実施形態の音響波水産物養殖システム７０及び水産物養殖方法は、図５に示した２個以上の超音波振動子４１，４２を設けた水産物養殖装置４０を用いると良い。水産物養殖装置４０を用いることにより、１台の水産物養殖装置４０で異なる２方向以上に広く低強度音響波２１を照射することが可能であり、水槽７２内で均一に低強度音響波２１を照射し、必要な水産物養殖装置４０の台数を低減させることが出来る。また、複数個の音響波振動子４１，４２は周波数やＰＲＦ、Duty factor、音響強度を互いに変えても良く、適宜設定することができる。さらに、図６〜図８に示す水産物養殖装置を用いても良い。
【００６６】
次に、この発明の第五実施形態の水産物養殖装置８０と水産物養殖システム及び水産物養殖方法について。図１０を基にして説明する。ここで、上記実施形態と同様の部材は同一の符号を付して説明を省略する。水産物養殖装置８０は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、四角錐状の中空の外ケース１２と上蓋８２を備え、上蓋８２にはこれを水密構造にするためのＯリング８４を備える。超音波振動子２０としては、０．５ＭＨｚ、１．５ＭＨｚ、３．０ＭＨｚ、８ＭＨｚの４種類が、四角錐の外ケース１２の各内側面に取り付けられている。超音波振動子２０は、例えば８ＭＨｚは非鉛系圧電材料のニオブ酸アルカリ材料を用い、残りの３種類は通常のＰＺＴ振動子を用いた。超音波振動子２０の形状は直径が２ｃｍの円板である。
【００６７】
超音波振動子２０には、音響整合層２２としてλ／４の厚みのガラス板が取り付けられ、図１０に示すように、外ケース１２の４方の内側面に各々取り付けられている。駆動用の電源１６としては、例えば充電式のリチウム電池を用いる。水産物養殖装置８０の側面部の振動子上には、ＡＢＳ樹脂を用いて、複数の空洞を有する直径が３ｃｍで厚みが４ｍｍの凸部形状の音響波拡散層２４が設けられている。音響波拡散層２４には、音響波拡散部４９である空洞が複数形成されている。
【００６８】
この実施形態の水産物養殖装置８０は、図９に示す水産物養殖システムの水槽７２に入れて用いるもので、上記実施形態と同様に、効果的に低強度音響波２１の放射方向を自由に変化させながら、養殖魚２９等の水産物に音響波刺激を均一に与えルものである。更に、水槽の底面、側面及び水面からの音響波の乱反射を利用して水槽中の水産物に均一に低強度音響波刺激を与えるものである。
【００６９】
なお、この発明の水産物養殖装置、システムと養殖方法は、上記実施形態に限定されず、適宜変更可能である。水産物養殖装置は、水面に浮かぶもの以外に、水中の任意の深さに沈んだ状態で一時的に移動または固定しながら音響波を発生するものでも良い。水産物養殖装置の容器は、構造と材料、形状は自由に選択可能であり、確実に超音波振動子を保持して移動するものであればよい。使用する水槽の大きさや形状も変更可能であり、水槽の大きさや形状に合わせて、水産物養殖装置の超音波振動子の数や、水槽に入れる個数を適宜調整して、その水産物に好適な超音波強度に設定する。また、浮力を増加したり、装置の転倒防止をする場合には浮輪を使用することも出来る。
【００７０】
その他、この発明の音響波拡散部は、空隙、発泡樹脂板や金属板に穴を空けた構造や網のみならず、プロペラや風車などの形状や、傘状の形状、金属にスリット穴を空けた形状でも同様に超音波ビームを広く拡散・散乱出来る効果が得られる。また、超音波振動子の配置も容器の底面のみならず、水中にある側面部に取り付けても良い。
【００７１】
本発明は音響波を用いた養殖方法の一つであり、これまで知られているマイクロバブルや泡、ウイルスワクチン投与を用いた装置や方法と併用したりしても良い。また、水槽中の水産物の成長と数量に合わせて、その音響波の強度と時間を調整することも出来る。
【実施例】
【００７２】
次に、この発明の水産物養殖装置と水産物養殖方法の実施例について、以下に説明する。まず、第１実施例として、この発明の水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法を、図９に示すように、桜鱒の小形水槽による養殖に利用する実験を行った。桜鱒は、魚年齢が６５週で平均体重７３ｇの人工養殖桜鱒を用いた。まず、同一の親魚から生まれた桜鱒の１４０匹を用いて各２０匹ずつ７組に分けた。これらを試験前の体重を測定し、更に１６週間後の体重を測定した。更に生存率は給餌の際にほぼ毎日観察し、死亡した魚は直ちに水槽から取り出した。水槽は、直径が１３０ｃｍで深さが９０ｃｍの繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）製の円形水槽であり、海水を７０ｃｍの深さまで入れた。
【００７３】
円形水槽は７個を使用し、それぞれ、異なる周波数を持つ音波や音楽の発生装置、超音波発生装置、音響波拡散層を持つ装置を、音響波反射層（水槽内壁）を取り付け又は無しの水槽に浮揚させながら超音波を照射した。水槽内の海水は、ポンプにより２４トン／日を供給し、余分な海水はオーバーフローさせた。更に、圧縮空気を用いて２５ｍ３／日の空気を水槽の中央部に供給した。餌は通常の魚用配合飼料を１〜３ｇ／匹を毎日、朝に与えた。海水の撹拌や未消化餌の回収、魚糞の除去は行わなかった。
【００７４】
実施例１で用いた水産物養殖装置は、直径が３３ｃｍ、深さが１４ｃｍのアルミ製の容器である外ケース１２に音響整合層２２の大きさである約５ｃｍ直径の穴を空けたものである。実施例１の装置はこの外ケース１２に直径が３ｃｍの８個の超音波振動子２０を配置した図１に示すような基本構造のものである。超音波振動子２０は、ＰＺＴ系圧電セラミクス（富士セラミックス社製２０４材料）超音波振動子の厚み振動を用いた。超音波振動子２０の超音波放射面は、水面に対して３〜５°の傾きをもつものである。超音波振動子２０の共振周波数は０．５ＭＨｚのものを用いた。また、この水産物養殖装置１０は、５０％ｄｕｔｙのパルス超音波を９分発生した後、１分停止するサイクルで１日約６０分間、３回／週、で１６週間を継続して音響波刺激した。超音波強度Isataは水深３０ｃｍの超音波振動子直下で音響波拡散層２４を用いない場合は８００ｍＷ／ｃｍ２であり、音響波拡散層２４を用いた場合は８０ｍＷ／ｃｍ２であった。
【００７５】
音響波拡散層２４は目開きが０．５ｍｍ（水中波長λの１７％）のステンレス網を４枚、方向を変えて積層し容器の外側に取り付けたものを用いた。この音響波拡散層２４を用いることで、取り付けない場合と比較して超音波振動子２０から放射された音響波強度の最大値を約１０％の８０ｍＷ／ｃｍ２に低下させ、音響波ビームを広い面積に拡散することが出来た。音響波反射層７６は密度が２５ｋｇ／ｍ３（約９８％が空気）の発泡ポリスチレンシートで、厚みが２ｍｍのものの両面に０．０５ｍｍのＰＥＴフィルムを張り、これを水槽の内壁に張り付けたものを用いた。
【００７６】
魚の総体重（７３ｇ×２０匹＝１．４ｋｇ）と水槽の海水量（８００ｋｇ）から実際に魚に照射された割合をＰＺＴ振動子の総出力（７ｃｍ２×８００ｍＷ／ｃｍ２×８枚＝４５Ｗ）から計算した概算値は４５Ｗ×（１．４ｋｇ／８００ｋｇ）＝７９ｍＷ／ｋｇである。しかし、一度、側面と底面に反射された超音波が再び魚に数回に渡り照射された場合にはこの約３倍の約２４０ｍＷ／ｋｇである。桜鱒はその体重が１６週間後には平均で０．２３ｋｇとなり、総重量は３．９ｋｇとなった。このために体重当たりの平均強度は２８ｍＷ／ｋｇから８４ｍＷ／ｋｇと見積もられる。
【００７７】
参考例１の装置２は、装置１と同様な構造であるが音響波拡散層と音響波反射層を用いないものである。参考例２の装置３は、装置１と同様な大きさと重量の外ケース１２のみであり、超音波振動子も音響波拡散層も用いていないものである。これらの装置の基本仕様と１６週間後の桜鱒の生存率、平均重量、総重量を表１に示した。
【表１】
2018078807.tif 000003
【００７８】
表1から明らかなように、音響波拡散層及び音響波反射層を取り付けた養殖装置を用いた実施例１では、その生存率が８５％と高く、更に平均重量も０．２３１ｋｇ大きい。このため、総重量の３．９３ｋｇは、本発明の装置を用いない参考例２の総重量の３．１５ｋｇと比べて１２５％であることを示した。また、音響波拡散層のない場合の参考例１の３．３０ｋｇと比較しても、１１９％と大幅な総重量の増加を示した。
【００７９】
実施例２の装置４は、同一容器である外ケース１２に直径が３ｃｍの４個の超音波振動子２０を配置した図５に示すような構造のものであり、その他の条件は実施例１と同じである。また、低周波の音源としては３５０Ｈｚを１０秒発信し、３０秒を停止するモードで６０分間行った。更に音楽としてはハッペルベルのカノンを６０分間連続で容器に取り付けたスピーカから放射して使用した。
【００８０】
超音波強度Isataは、水深３０ｃｍの超音波振動子直下で音響波拡散層２４を用いない場合は１２００ｍＷ／ｃｍ２であり、音響波拡散層２４を用いた場合は１２０ｍＷ／ｃｍ２であった。音響波拡散層は、図８（ａ）に示した構造のものを用いた。第一音響整合層３１は音響インピーダンスが１３ＭＲａｙｌｓのガラス板をλ／４の厚みでＰＺＴ振動子に取り付け、更に第二音響整合層３２としては音響インピーダンスが３．３ＭＲａｙｌｓのアクリル板をλ／４の厚みで取り付けた。音響波拡散層２４はエポキシ樹脂を用い、音響波散乱材料は中央部の厚みが２．０ｍｍで直径が１０ｍｍのＲ３０ｍｍの円板状の空洞を用いた。この音響波拡散層２４を用いることで、取り付けない場合と比較して超音波振動子２０から放射された音響波強度の最大値を約１０％の１２０ｍＷ／ｃｍ２に低下させ、音響波ビームを広い面積に拡散することが出来た。
【００８１】
音響波反射層は実施例１と同一である。魚の総体重（７３ｇ×２０匹＝１．４ｋｇ）と水槽の海水量（８００ｋｇ）から実際に魚に照射された割合を、ＰＺＴ振動子の総出力（７ｃｍ×１２００ｍＷ／ｃｍ２×４枚＝３４Ｗ）から計算した概算値は、３４Ｗ×（１．４ｋｇ／８００ｋｇ）＝６０ｍＷ／ｋｇである。しかし、一度、側面と底面に反射された超音波が再び魚に数回に渡り照射された場合には、この約３倍の約１８０ｍＷ／ｋｇと推定される。桜鱒はその体重が１６週間には平均で０．２２ｋｇとなり、総重量は３．７ｋｇとなった。このために体重当たりの平均強度は、２３ｍＷ／ｋｇから６６ｍＷ／ｋｇと見積もられる。実施例３の装置５は、装置４と同様な構造であるが音響反射層を用いない場合である。
【００８２】
参考例２の装置３は、装置１と同様な大きさと重量の外ケースのみであり、超音波振動子も音響反射層も用いていないものである。これらの構造と１６週間後の桜鱒の生存率、平均重量、総重量を表２に示した。
【表２】
2018078807.tif 000004
【００８３】
表２から明らかなように、実施例１ではその生存率が８５％と高く、更に平均重量も０．２１７ｋｇ大きい。このために総重量は本発明の装置を用いない参考例２の総重量の３．１５ｋｇと比べて３．６９ｋｇと１１７％を示した。また、音響波反射層のない場合の実施例３は、３．４５ｋｇと参考例２の重量の３．１５ｋｇと比較しても１１０％と収穫量の増加を示した。
【００８４】
表３に示した参考例３の装置６は、同一の水槽に音源としては可聴音の３５０Ｈｚのみを１０秒発信し、３０秒を停止するモードで６０分間行った場合の結果を示す。参考例４の装置７は、同一水槽に音源としては音楽のハッペルベルのカノンを６０分間連続で容器に取り付けたスピーカから放射した場合である。これらを参考例２と合わせて示した。
【００８５】
参考例２の装置３は、装置１と同様な大きさと重量の外ケースのみであり、超音波振動子２０も音響波反射層も用いていないものである。これらの構造と１６週間後の桜鱒の生存率、平均重量、総重量を表３に示した。
【表３】
2018078807.tif 000005
【００８６】
表３から明らかなように、参考例３ではその生存率が６５％と低く、平均重量は０．２４３ｋｇのために、総重量は本発明の装置を用いない参考例２の総重量の３．１５ｋｇと同等の３．１６ｋｇの値を示した。また、参考例４ではその生存率が６５％と低く、平均重量は０．２３５ｋｇのために、総重量は本発明の装置を用いない参考例２の総重量の３．１５ｋｇと比べて、３．０６ｋｇの９７％とさらに低い値を示した。
【００８７】
次に、実施例４では、図１０（ａ），（ｂ）に示す水産物養殖装置８０を用い、外ケース１２として、側壁の厚みが１．０ｍｍの４角錐のＡＢＳ樹脂を用いて水産物の養殖を行った。外ケース１２には、上蓋８２とこれを水密構造にするためのＯリング８４を設けた。超音波振動子２０としては０．５ＭＨｚ、１．５ＭＨｚ、３．０ＭＨｚ、８ＭＨｚの４種類を用いた。この中で８ＭＨｚは非鉛系圧電材料のニオブ酸アルカリ材料を用い、残りの３種類は通常のＰＺＴ振動子を用いた。振動子の形状は直径が２ｃｍの円板である。
【００８８】
超音波振動子２０に、音響整合層２２としてλ／４の厚みのガラス板を取り付けた。これらを図１０に示したように、水産物養殖装置８０の外ケース１２の４側面の各々内側に取り付けた。駆動用の電池１６には、充電式のリチウム電池を用いた。装置の側面部の振動子上にはＡＢＳ樹脂を用いて音響波拡散部４９である複数の空洞を有する直径が３ｃｍで厚みが４ｍｍの凸部形状の音響波拡散層２４を取り付けた。
【００８９】
パルス繰り返し周期（ＰＲＦ）は１ｍｓｅｃ（１０００Ｈｚ）と１ｓ（１Ｈｚ）であり、これらはDuty factorが２０％で駆動した。合計で周波数が４種類でＰＲＦが２種類の合計で８種類の異なる音源をシリーズに各８秒間、放射した。
【００９０】
この水産物養殖装置８０の音響強度Isataは、２０リットルの水槽中の水産物１ｋｇに対して８００ｍＷ／ｋｇの音響波を照射することが出来るように調整した。水槽容器は、発泡スチロールの表面に０．０５ｍｍのＰＥＴフィルムを張り付け、大きさが２０リットルの角型容器である。温度制御は外部で温度を調整した循環水をステンレスパイプで水槽内に送り、水温を制御した。水産物として直径が約４ｍｍの同一の親魚から採取した桜鱒の魚卵を用いた。水温は４℃＋−１℃に調整した。受精後の魚卵０．５ｋｇを水槽の水面から１０ｃｍに張ったナイロンネットに移した。水産物養殖装置８０を水槽の中央部の水面に浮かべ、音響波刺激を２０分間／日、５回／週を１週間継続した。同様な装置を、スイッチを入れることなく同一時間、同一魚卵を有する水槽Ｂの中央部の水面に浮かべて比較した。生存率は毎日、死亡して変色した魚卵と稚魚をピンセットで取り出し、生存率を確認した。その結果を表４に示す。
【表４】
2018078807.tif 000006
【００９１】
実施例４と参考例５から明らかなように、本発明の水産物養殖装置と水産物養殖システム及び水産物養殖方法を用いた場合は、魚卵と稚魚の高い生存率が確認出来た。
【００９２】
実施例１から４に示した結果から、本発明の水産物養殖装置と養殖システム及び水産物養殖方法は、超音波の共振周波数が０．１ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下で、更に音響強度Isataが、水産物の重量当たりで２０ｍＷ／ｋｇから１０００ｍＷ／ｋｇの範囲である条件を選び、これを音響インピーダンスが低い水槽中で水産物に照射することでその生存率を大幅に向上させ収穫量を増加出来ることが明らかとなった。
【符号の説明】
【００９３】
１０，３０，４０，５０，５２，５４，５６，５８，６０，６２，６４，７４、８０  水産物養殖装置
１２  外ケース
１４  基板
１５  駆動部
１６  電源
１７  制御回路
１８  リード線
１９  高強度音響波
２０，４１，４２  超音波振動子
２１  低強度音響波
２２，３１，３２  音響整合層
２４，３６，４８  音響波拡散層
２６  携帯型機器
２８  支持台
２９  養殖魚
４４  音響スピーカ
４６  外ケース
４９  音響波拡散部
７０  水産物養殖システム
７２  水槽
７６  音響波反射層
【図１】
2018078807.tif 000007
【図２】
2018078807.tif 000008
【図３】
2018078807.tif 000009
【図４】
2018078807.tif 000010
【図５】
2018078807.tif 000011
【図６】
2018078807.tif 000012
【図７】
2018078807.tif 000013
【図８】
2018078807.tif 000014
【図９】
2018078807.tif 000015
【図１０】
2018078807.tif 000016
【図１１】
2018078807.tif 000017