(57)【要約】【課題】従来の高電圧よりも低電圧により従来と同様な電極間で発生する水中放電による水蒸気爆発により衝撃波を発生させることができる放電装置を提供する。【解決手段】導電性液体が充填された圧力容器と、前記圧力容器の導電性液体中に所定距離を離間して配設された第１放電電極及び第２放電電極と、前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加する外部スイッチを有する電源部と、を備え、前記第１放電電極と前記第２放電電極との電極間を極細導体で接続し、前記電源部の外部スイッチにより、前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加し、前記極細導体に所定電圧が導通する液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって衝撃波を発生させることを特徴とする放電装置とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性液体が充填された圧力容器と、
前記圧力容器の導電性液体中に所定距離を離間して配設された第１放電電極及び第２放電電極と、
前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加する外部スイッチを有する電源部と、
を備え、
前記第１放電電極と前記第２放電電極との電極間を極細導体で接続し、前記電源部の外部スイッチにより、前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加し、前記極細導体に所定電圧が導通する液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって衝撃波を発生させることを特徴とする放電装置。
【請求項２】
前記第１放電電極と前記第２放電電極との電極間は、少なくとも１本以上の極細導体又は螺旋状に形成された極細導体で接続することを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
【請求項３】
前記第１放電電極及び前記第２放電電極との電極間の極細導体の接続部を、先端を尖らせた形状に形成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の放電装置。
【請求項４】
液体が充填された圧力容器と、
前記圧力容器の液体中に垂直方向の上下に所定距離を離間して配設された第１放電電極及び第２放電電極と、
内部に導電性液体が充填された導電性液体流通管と、
前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加する電源部と、
を備え、
前記第２放電電極は上下開放したパイプ状に形成するとともに、当該第２放電電極の上部には、極細導体の上端と前記第１放電電極とを一定距離を離間して前記極細体を垂直に立設し、
前記第１放電電極と前記第２放電電極との離間する所定距離及び前記極細導体の上端と前記第１放電電極との離間する一定距離の電極間は絶縁性液体により絶縁されており、
前記導電性液体流通管はパイプ状に形成され、当該導電性液体流通管の一端は前記第２放電電極の下部を内嵌して連結されるとともに、他端は当該導電性液体流通管の内部に充填された導電性液体に圧力をかける導電性液体押圧部が設けられ、
前記導電性液体押圧部により前記導電性液体流通管に充填された導電性液体に圧力をかけることにより、前記第２放電電極を連通して前記導電性液体流通管の導電性液体が上方の前記第１放電電極へと噴出し、前記第１放電電極と前記第２放電電極との離間する所定距離及び前記極細導体の上端と前記第１放電電極との離間する一定距離の電極間を絶縁する絶縁性液体が導電性液体に置換され、前記極細導体に所定電圧が導通する液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって衝撃波を発生させることを特徴とする放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電装置に関し、詳しくは液中放電により液体中に衝撃波を発生させる放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、先進的な食品の加工方法として、流体中に高電圧で放電することにより発生する液中爆発による衝撃波を用いる食品の加工方法（以下、衝撃波加工法という）が知られている。このような衝撃波加工法においては、衝撃波によって瞬間的に細胞壁を破壊するため食品を加熱することがない。このため、食品の香りや栄養分を損なわずに瞬時に食品を軟化、粉砕することができる。
【０００３】
つまり、衝撃波加工法によれば、食品本来の味、色、香りを加熱によって損なわずに軟化することができる。例えば、食品が果物やサラダ等の生食品を真空パックした状態で衝撃波加工することにより、咀嚼が困難な高齢者や病人、乳幼児であっても生食品本来の味、色、香りを楽しみながら咀嚼することができる。
【０００４】
このような水中放電による水中衝撃波発生装置としては、電極間に電圧を加えつつ電極間に電流が流れない程度に電極端部を離間させた第１放電電極と第２放電電極の端部空隙を筒状絶縁体で密封し、筒状絶縁体を瞬時に移動させることで電極間の端部空隙に導電性液体を侵入させて電極端部間を水中放電によって導通させ、電極端部間で発生する水中放電により発生する導電性液体の蒸気爆発によって衝撃波を発生させる衝撃波発生装置が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１５４１７３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１の衝撃波発生装置は、電極間の端部空隙の導電性液体に電流を導通するための高耐圧の外部スイッチを必要とせず効率は良いが、電極間の端部空隙の導電性液体を導通させるためには高電圧（例えば、３５００Ｖ以上）が必要となる。このため、大型で高価な放電用のキャパシタ（例えば、３５００Ｖ、２００μＦ）は占有するスペースが大きくなり価格も嵩む。このことが、放電装置の小型軽量化及び低価格化の妨げとなっている。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、液中で衝撃波を発生する放電装置において、従来の高電圧よりも低電圧により従来と同様な電極間で発生する水中放電による水蒸気爆発により衝撃波を発生させることができる放電装置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】
【０００８】
本発明は、導電性液体が充填された圧力容器と、前記圧力容器の導電性液体中に所定距離を離間して配設された第１放電電極及び第２放電電極と、前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加する外部スイッチを有する電源部と、を備え、前記第１放電電極と前記第２放電電極との電極間を極細導体で接続し、前記電源部の外部スイッチにより、前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加し、前記極細導体に所定電圧が導通する液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって衝撃波を発生させることを特徴とする放電装置である。
【０００９】
また、前記第１放電電極と前記第２放電電極との電極間は、少なくとも１本以上の極細導体又は螺旋状に形成された極細導体で接続することを特徴とする。
【００１０】
また、前記第１放電電極及び前記第２放電電極との電極間の極細導体の接続部を、先端を尖らせた形状に形成することを特徴とする。
【００１１】
また、液体が充填された圧力容器と、前記圧力容器の液体中に垂直方向の上下に所定距離を離間して配設された第１放電電極及び第２放電電極と、内部に導電性液体が充填された導電性液体流通管と、前記第１放電電極と前記第２放電電極とに所定電圧を印加する電源部と、を備え、前記第２放電電極は上下開放したパイプ状に形成するとともに、当該第２放電電極の上部には、極細導体の上端と前記第１放電電極とを一定距離を離間して前記極細体を垂直に立設し、前記第１放電電極と前記第２放電電極との離間する所定距離及び前記極細導体の上端と前記第１放電電極との離間する一定距離の電極間は絶縁性液体により絶縁されており、前記導電性液体流通管はパイプ状に形成され、当該導電性液体流通管の一端は前記第２放電電極の下部を内嵌して連結されるとともに、他端は当該導電性液体流通管の内部に充填された導電性液体に圧力をかける導電性液体押圧部が設けられ、前記導電性液体押圧部により前記導電性液体流通管に充填された導電性液体に圧力をかけることにより、前記第２放電電極を連通して前記導電性液体流通管の導電性液体が上方の前記第１放電電極へと噴出し、前記第１放電電極と前記第２放電電極との離間する所定距離及び前記極細導体の上端と前記第１放電電極との離間する一定距離の電極間を絶縁する絶縁性液体が導電性液体に置換され、前記極細導体に所定電圧が導通する液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって衝撃波を発生させることを特徴とする放電装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る放電装置は、圧力容器に充填された導電性液体中に、第１放電電極と第２放電電極との電極間を所定距離（例えば、５ｍｍ）離間させて配設し、この電極間を極細導体で接続している。そして、外部スイッチを有する電源部により、第１放電電極と第２放電電極とに所定電圧（例えば、５００Ｖ）の電荷を印加する。この構成により、従来では、所定距離の電極間で水中放電を発生させるために必要とされた高電圧（例えば、３５００Ｖ）よりも低電圧（例えば、５００Ｖ）を極細導体に導通することにより、第１放電電極と第２放電電極との電極間の極細導体に液中放電を発生することが可能となる。そして、液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって、圧力容器に充填された導電性液体中に衝撃波を発生させることができ、この衝撃波が導電性液体中に伝播することによって、圧力容器の導電性液体中に配置された被加工品（例えば、食品等）の細胞壁を瞬間的に破壊することを可能としている。
【００１３】
このように、従来の高電圧で放電するために必要な大型で高価格なキャパシタと比較して、相対的に小型で低価格のキャパシタを用いて放電装置を構成することで、放電装置の小型軽量化及び低価格化を図ることが可能となる。つまり、食品の香りや栄養分を損なわずに瞬時に食品を軟化、粉砕することができる一般の家電製品並みに小型軽量化及び低価格化した放電装置の提供が可能となる。
【００１４】
また、本発明の第１放電電極と第２放電電極との電極間は、少なくとも１本以上の極細導体又は螺旋状に形成された極細導体で接続することができる。このように、電極間に接続される極細導体の本数や形状を多彩なものとすることで、電源部のキャパシタに蓄えられた所定電圧（例えば、５００Ｖ）の電荷を効率よく液中放電に利用するための最適な極細導体の本数や形状を探すことが可能となる。
【００１５】
また、本発明の第１放電電極及び第２放電電極との電極間の極細導体の接続部を、先端を尖らせた形状に形成することもできる。これにより、電極間の液中放電により発生する衝撃波が液中に広がり易くすることが可能となる。
【００１６】
また、圧力容器に充填された液体（導電性液体又は絶縁性液体）中に、第１放電電極及び第２放電電極を垂直方向に所定距離（例えば、５ｍｍ）を離間して配設し、さらに、下方に配設される第２放電電極は、上下開放したパイプ状に形成されるとともに、この第２放電電極の下部には、内部に導電性液体が充填されたパイプ状の導電性液体流通管の一端が第２放電電極の下部を内嵌して連結されている。パイプ状に形成された第２放電電極の上端には極細導体の先端と第１放電電極とを一定距離（例えば、０．７ｍｍ）を離間して垂直に立設し、第１放電電極と第２放電電極との離間する所定距離及び極細導体の上端と第１放電電極との離間する一定距離の電極間は絶縁性液体により絶縁されている。導電性液体流通管の一端は第２放電電極の下部を内嵌して連結されているが、他端は導電性液体流通管の内部に充填された導電性液体に圧力をかけるための導電性液体押圧部が設けられている。この構成により、導電性液体押圧部により導電性液体流通管に充填された導電性液体に圧力をかけることにより、第２放電電極を連通して導電性液体流通管の導電性液体が上方の第１放電電極へと噴出し、第１放電電極と第２放電電極との離間する所定距離及び極細導体の上端と第１放電電極との離間する一定距離の電極間を絶縁する絶縁性液体が導電性液体に置換され、前記極細導体に所定電圧が導通する液中放電による導電性液体の水蒸気爆発によって衝撃波を発生させることができる。
【００１７】
上記構成の放電装置は、第１放電電極と第２放電電極との電極間に所定電圧の電荷を印加するための高耐圧のための外部スイッチを電源部に設ける必要がないため、高価な外部スイッチの価格（例えば、約２０万円）分放電装置の低価格化を図ることが可能となる。
【００１８】
本発明に係る放電装置によれば、従来よりも低電圧による液中放電によって衝撃波を発生させることができるので、放電装置の小型軽量化及び低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る放電装置の第一実施形態の構成を説明する図である。
【図２】本実施形態に係る放電装置の第一実施形態の電極間を接続する極細導体の本数や形状、電極間の極細導体の接続部の形状を説明する図である。
【図３】本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の構成を説明する図である。
【図４】本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の放電電極の構成を説明する図である。
【図５】本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の電極間の水中放電を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の変形例の構成を説明する図である。
【図７】本実施形態に係る放電装置を用いた衝撃波に曝された被加工品であるリンゴの断面図である。
【図８】本実施形態に係る放電装置の第一実施形態での放電波形の測定結果である。
【図９】本実施形態に係る放電装置に用いられるキャパシタの性能比較による削減率を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本実施形態に係る放電装置は、圧力容器に充填された導電性液体中に、第１放電電極と第２放電電極との電極間を所定距離（例えば、５ｍｍ）離間させて配設し、この電極間を極細導体で接続している。そして、電源部の外部スイッチにより、第１放電電極と第２放電電極とに所定電圧（例えば、５００Ｖ）の電荷を印加することで、電極間の極細導体が導通して液中放電し、この液中放電による水蒸気爆発により衝撃波を発生させる。これにより、従来では、所定距離の電極間で水中放電を発生させるために必要とされた高電圧（例えば、３５００Ｖ）よりも低電圧（例えば、５００Ｖ）により液中放電による衝撃波を圧力容器に充填された導電性液体中に発生させることができ、この衝撃波が圧力容器中の導電性液体中を伝播することで、同じく圧力容器中の導電性液体中に配設された被加工品（例えば、食品等）の細胞壁を破壊するため、加工物の香りや栄養分を損なうことなく瞬時に軟化、粉砕することを可能するものである。
【００２１】
このため、従来の高電圧で放電するために必要な大型で高価格なキャパシタと比較して、小型で低価格のキャパシタを用いて放電装置を構成することができ、放電装置の小型軽量化及び低価格化を図ることが可能となる。つまり、一般の家電製品並みに小型軽量化及び低価格化した放電装置の提供が可能となる。
【００２２】
[第一実施形態]
以下、図面を参照して、本実施形態に係る放電装置の第一実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る放電装置の第一実施形態の構成を説明する図である。図２は、第一実施形態に係る放電装置の電極間を接続する極細導体の本数や形状、電極間の極細導体の接続部の形状を説明する図である。
【００２３】
図１に示すように、第一実施形態の放電装置１００は、衝撃波の伝搬媒体となる導電性液体Ｗが充填された圧力容器２０と、圧力容器２０内の導電性液体Ｗ中に所定距離を離間して、垂直方向に上下に配設された第１放電電極２１及び第２放電電極２２と、この第１放電電極２１及び第２放電電極２２に所定電圧を供給する電源部１０とを備えている。そして、第１放電電極２１及び第２放電電極２２の電極間の横には、任意の距離をおいて水中放電の衝撃波による加工対象物である被加工品３０が圧力容器２０内の導電性液体Ｗ中に設置されている。
【００２４】
なお、以下の説明では、圧力容器２０内に充填される導電性液体Ｗは水を例に取り、液中放電として水中放電を例に取って説明を行う。また、後述の第１放電電極２１及び第２放電電極２２間の水中放電により発生する衝撃波で加工される被加工品３０としては食品（例えば、果物のリンゴ）を一例として説明する。なお、圧力容器２０としては、少なくとも内部に充填された導電性液体Ｗ中に発生した衝撃波の圧力に耐えられる強度を有する耐圧容器が好適に用いられる。
【００２５】
図１及び図２に示すように、第１放電電極２１及び第２放電電極２２は、第１放電電極２１を上側、第２放電電極２２を下側として配置され、第１放電電極２１の下端２１ａと第２放電電極２２の上端２２ａとの電極間を、所定距離（例えば、５ｍｍ）を垂直方向に離間して圧力容器２０の導電性液体Ｗ中に浸漬して配設されている。本実施形態では、第１放電電極２１及び第２放電電極２２は、互いに略同じ外径の棒状あるいは筒状の部材であり、長手方向を上下方向として同軸状に位置するとともに、互いの間に所定距離を隔てて配設されている。以下、第１放電電極２１の下端２１ａと第２放電電極２２の上端２２ａとの電極間の所定距離の離間距離（例えば、５ｍｍ）をギャップＧ１ともいう。なお、第１放電電極２１及び第２放電電極２２としては、電気伝導率の高い円柱状の銅製の金属棒が好適に用いられる。なお、上述した第一実施形態では、第１放電電極２１及び第２放電電極２２を垂直方向上下に所定距離離間して配置しているが、これに限定されるものではなく、例えば、第１放電電極２１及び第２放電電極２２を水平方向左右に、所定距離離間して配置することもできる。つまり、電極間が所定距離離間して対抗するように圧力容器２０の導電性液体Ｗ中に浸漬して配設されていればよい。
【００２６】
第１放電電極２１の下端２１ａと第２放電電極２２の上端２２ａとの電極間は極細導体２３で接続されている。つまり、電極間はギャップＧ１と同等な長さ（約５ｍｍ）の極細導体２３で接続されている。極細導体２３は、第１放電電極２１及び第２放電電極２２の外径よりも十分に細い線状の導体である。極細導体２３としては、長さ約５ｍｍ、細さ約０．５〜０．６ｍｍの電気伝導率の高いタングステンやステンレス等の金属の極細線が好適に用いられる。なお、第１放電電極２１、第２放電電極２２や極細導体２３としては、上記実施形態に限定されるものではなく、電気伝導率の高い金属等を適宜使用することができる。
【００２７】
電源部１０は、ギャップＧ１に接続された極細導体２３に所定電圧（例えば、５００Ｖ）の電荷を印加するためのものである。電源部１０は、整流回路１１、昇圧回路１２、キャパシタ１３、外部スイッチ１４により構成されている。
【００２８】
整流回路１１は、図示しない一般の商用電源（１００Ｖ、６０Ｈｚ）から交流を直流に変換する電気回路である。昇圧回路１２は、整流回路１１で整流した直流を所定電圧（５００Ｖ）まで昇圧する電気回路である。キャパシタ１３は、昇圧回路１２により昇圧した電荷を所定電圧（５００Ｖ）まで蓄電する蓄電器としての機能を有する。本実施形態においては、キャパシタ１３としては、初期電圧５００Ｖ、静電容量１０，５００μＦの容量で、充電時間の短縮を図れるとともに、繰り返し使用可能なキャパシタ１３が好適に用いられる。外部スイッチ１４は、キャパシタ１３で蓄電した所定電圧の電荷を、第１放電電極２１及び第２放電電極２２に印加するためのスイッチである。
【００２９】
上記構成の放電装置において、外部スイッチ１４をＯＮにすると、キャパシタ１３に蓄えられた所定電圧（５００Ｖ）の電荷が、圧力容器２０の導電性液体Ｗに浸漬した第１放電電極２１及び第２放電電極２２に印加される。具体的には、キャパシタ１３の一方の端子１３ａは、外部スイッチ１４を介して第１放電電極２１に配線２１ｂで接続され、キャパシタ１３の他方の端子１３ｂは第２放電電極２２に配線２２ｂで接続されている。そして、キャパシタ１３に所定容量（電圧５００Ｖ、静電容量１０，５００μＦ）の電荷が蓄電された状態で、外部スイッチ１４をＯＮにすると、キャパシタ１３で蓄電した所定電圧（５００Ｖ）の電荷が、第１放電電極２１及び第２放電電極２２に印加される。なお、キャパシタ１３の他方の端子１３ｂは、漏電等による放電装置１００の事故防止のために、グランドＧに接地されている。
【００３０】
第１放電電極２１及び第２放電電極２２に印加された所定電圧（５００Ｖ）の電荷は、ギャップＧ１間に接続された極細導体２３に導通して液中放電する。これにより、導電性液体Ｗ中の極細導体２３には、初期電圧５００Ｖとともに数十ｋＡの大電流が流れ、この液中放電により一瞬で極細導体２３が蒸発消滅すると同時に水蒸気爆発が生じて導電性液体Ｗ中に衝撃波が発生する。このように、ギャップＧ１において発生した衝撃波は、圧力容器２０内の導電性液体Ｗ中の第１放電電極２１と第２放電電極２２の電極間の横に任意の距離をおいて設置された被加工品３０に伝播し、この衝撃波によって瞬間的に被加工品３０の細胞壁が破壊される。これにより、被加工品３０の香りや栄養分を損なうことなく瞬時に軟化することができる。
【００３１】
従来では、導電性液体Ｗに浸漬した電極間のギャップＧ１（５ｍｍ）で水中放電を発生させるためには、高電圧（例えば、３５００Ｖ以上）が必要であった。しかしながら、上述した第一実施形態に係る放電装置１００は、低電圧（５００Ｖ）をギャップＧ１の極細導体２３に導通することで水中放電を可能としているので、導電性液体Ｗ中の水蒸気爆発により、被加工品３０の加工に必要な従来の高電圧を用いた場合と同等な衝撃波を発生させることができる。
【００３２】
一般に、放電用のキャパシタ１３の価格やサイズは耐圧（蓄電可能な電圧の容量）によって決まる。このため、高電圧（３５００Ｖ以上）の放電用のキャパシタ１３を必要とする場合は、高価格でサイズの大きいキャパシタ１３を電源部１０に備える必要がある。しかしながら、第一実施形態の放電装置１００は、低電圧（５００Ｖ）の電荷を電極間のギャップＧ１に接続された極細導体２３に導通し、水中放電による水蒸気爆発で衝撃波を発生させる構成としている。この構成により、従来の高価格でサイズの大きいキャパシタ１３と比較して、低価格でサイズの小さいキャパシタ１３を電源部１０に備えることができる。すなわち、第一実施形態の放電装置１００の電源部１０は、従来の放電装置と比較して低価格でサイズの小さいキャパシタ１３を用いることができるので、放電装置１００全体の小型軽量化及び低価格化を実現することができる。
【００３３】
ここで、低電圧（例えば、５００Ｖ）により導電性液体Ｗに浸漬した電極間に水中放電を発生させるためには、導電性液体Ｗに浸漬した電極間のギャップＧ１を短く（例えば、５ｍｍ→０．７１ｍｍ）することで対応可能である。ところが、電極間のギャップＧ１を短くすると導電性液体Ｗ中の放電抵抗が小さくなり十分な水蒸気爆発が得られないため、被加工品３０に対する十分な衝撃波を得られない。このため、第一実施形態の放電装置１００では、導電性液体Ｗに浸漬した電極間のギャップＧ１は、従来の高電圧と同じ５ｍｍに保つとともに、電極間のギャップＧ１を極細導体２３で接続し、この極細導体２３に低電圧を導通することで、従来の放電装置１００と同様な水中放電を可能とし、この水中放電による水蒸気爆発で衝撃波を発生させることを可能としている。
【００３４】
なお、上述したように、導電性液体Ｗ中に浸漬した電極間のギャップＧ１に接続された極細導体２３は一回の液中放電ごとに蒸発消滅する。そのため、本実施形態の放電装置１００を繰り返し使用するためには、その都度、電極間のギャップＧ１に極細導体２３を接続する必要があり手間がかかる。この対策としては、例えば、第１放電電極２１及び第２放電電極２２と、この電極間のギャップＧ１に接続する極細導体２３とを予め一体にカートリッジとして構成し、配線２１ｂ、２２ｂ間に容易に接続可能とすることが望ましい。
【００３５】
以下、図２を参照して、電極間のギャップＧ１に接続される極細導体２３の本数及び形状、極細導体が接続される電極の接続部の形状について説明する。図２（ａ）は、第１放電電極２１の下端２１ａと第２放電電極２２の上端２２ａとの電極間のギャップＧ１を１本の極細導体２３で接続した状態を示している。なお、図示の例では、第１放電電極２１の下端２１ａ及び第２放電電極２２の上端２２ａは、いずれも水平状の端面をなしている。図２（ｂ）は、同様にしてギャップＧ１を複数（２本以上）の極細導体２３で接続した状態を示している。
【００３６】
第一実施形態においては、極細導体２３に所定電圧（５００Ｖ）を導通すると、初期電圧５００Ｖとともに数十ｋＡの大電流が流れ、極細導体２３は一瞬で蒸発消滅し水蒸気爆発が生じて導電性液体Ｗ中に衝撃波が発生する。このとき、極細導体２３の蒸発消滅があまりに短時間だと、キャパシタ１３に所定容量（５００Ｖ）蓄えられた電荷が全て放電されない場合がある。
【００３７】
ここで、第一実施形態の放電装置１００において、電極間のギャップＧ１を図２（ｂ）に示す複数（５本）の０．５ｍｍ径のステンレス線の極細導体２３で接続し、水中放電を行った場合のキャパシタ１３の放電波形を図８に基づいて説明する。図８は、本実施形態に係る第一実施形態の放電装置１００の放電波形の測定結果である。つまり、放電中の上述した放電装置１００のキャパシタ１３の端子間（端子１３ａ、１３ｂ）の電圧（放電電圧Ｖｏ）及び放電装置１００から流れ出る電流（放電電流Ｉｏ）のデジタルオシロスコープによる測定結果である。図８に示すように、ｔ＝０．１ｍｓで外部スイッチ１４をＯＮにして放電を開始すると、ｔ＝０．２５ｍｓ（放電開始後０．１５ｍｓ経過後）近傍で、放電電流Ｉｏが減少して、キャパシタ１３の放電電圧Ｖｏが急増している。これは、電極間のギャップＧ１に接続した極細導体２３が約１０ｋＡの大電流で蒸発焼失して断線し、電極間のインピーダンスが急増したためである。極細導体２３が断線したことにより、キャパシタ１３に約１００Ｖの電圧が残ったことが測定された。
【００３８】
このため、本実施形態においては、キャパシタ１３に蓄えられた電荷を全て放電させるために、第１放電電極２１と第２放電電極２２との電極間のギャップＧ１に接続される極細導体２３の本数を任意に変更可能としている。また、キャパシタ１３に蓄えられた電荷を全て放電させるために、極細導体２３の材質や直径等も適宜変更可能である。これにより、キャパシタ１３に蓄えられた電荷を全て放電させるための最適な極細導体２３の接続態様（接続する本数、材質、直径等）の実現を図ることができる。
【００３９】
図２（ｃ）は、電極間のギャップＧ１を１本の螺旋状に形成した極細導体２３で接続した状態を示している。これにより、螺旋状の極細導体２３に導通した場合に水蒸気爆発する導電性液体Ｗの体積を増やすことができ、より効率よく衝撃波を導電性液体Ｗ中に発生させることができる。
【００４０】
図２（ｄ）は、第１放電電極２１の下端２１ａの中心を下方に鋭角に尖らせて形成するとともに、第２放電電極２２の上端２２ａの中心を上方に鋭角に尖らせて形成し、この尖らせた先端同士を極細導体２３で接続した状態を示している。すなわち、第１放電電極２１は、第２放電電極２２側の端部である下端２１ａをテーパ形状（円錐状）とし、第２放電電極２２は、第１放電電極２１側の端部である上端２２ａをテーパ形状とし、２つの電極は、テーパ形状部の尖端同士を対向させ互いの間に極細導体２３を架設している。これにより、極細導体２３に導通した水中放電による水蒸気爆発による衝撃波が導電性液体Ｗ中に広がり易くすることができる。
【００４１】
ここで、本実施形態の放電装置１００で水中放電による水中爆発で発生した衝撃波により加工した被加工品３０（例えば、リンゴ）の状態を図７に示す。図７は、本実施形態に係る放電装置を用いた衝撃波に曝された被加工品３０であるリンゴの断面図である。図７に示すように、被加工品３０は、電極間のギャップＧ１で発生した衝撃波が導電性液体Ｗ中を伝播して、被加工品３０の約半分（図中３０ａ）が軟化されている。また、被加工品３０の外皮（リンゴの皮）も破壊されているが、これは、電極間のギャップＧ１の中心と被加工品３０との任意の距離が、例えば、３ｃｍと近すぎたためと考えられる。そして、電極間のギャップＧ１の中心と被加工品３０との任意の距離を調整、具体的には、電極間のギャップＧ１の中心と被加工品３０との任意の距離を離すことで、被加工品３０に平面波に近い衝撃波を当てることができるので、被加工品３０の外皮を破壊することなく、内部のみを軟化することができる。
【００４２】
[第二実施形態]
以下、図面３〜５を参照して、本実施形態に係る放電装置の第二実施形態を説明する。図３は、本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の構成を説明する図である。図４は、本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の電極の構造を説明する図である。図５は、本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の電極間の水中放電を説明する図である。なお、以下の説明では、上述した第一実施形態と同様な構成は、同じ符号を付して説明は省略する。
【００４３】
なお、この第二実施形態においては、上述した第一実施形態と同様に、小型で低価格の低電圧（５００Ｖ）のキャパシタ１３を用いて放電装置１００を構成するとともに、電源部１０に第１放電電極２１と第２放電電極２２との電極間に所定電圧（５００Ｖ）の電荷を印加するための外部スイッチ１４を設けずに、第１放電電極２１と第２放電電極２２との電極間に液中放電による水蒸気爆発で発生する衝撃波を被加工品３０の軟化に応用することを図ったものである。なお、以下の説明では、上述した第一実施形態と異なる構成を重点的に説明している。
【００４４】
図３に示す放電装置１００は、液体して絶縁性液体Ｏが充填された圧力容器２０と、圧力容器２０の絶縁性液体Ｏ中に垂直方向の上下に所定距離を離間して配設された第１放電電極２１及び第２放電電極２２と、内部に導電性液体Ｗが充填された導電性液体流通管Ｐ１と、第１放電電極２１と第２放電電極とに所定電圧の電荷を印加する電源部１０とにより構成されている。
【００４５】
なお、以下の説明では、圧力容器２０内に充填されている絶縁性液体Ｏは、液状の絶縁体材料のひとつである絶縁油（ぜつえんゆ）を一例として説明する。ここで、絶縁油とは、絶縁耐力が大きい、粘度が低い、引火点が高い、凝固点が低い、機器を侵食しない、電気的、化学的に安定している等の特性を備えており、本実施形態では、主に電気の絶縁を目的として用いられる油である。絶縁油としては、石油系鉱油やアルキルベンゼン系、ポリブテン系、アルキルナフタレン系、アルキルジフェニルエタン系、シリコーン油系などの合成油等が好適に用いられる。また、衝撃波で加工される被加工品３０としては上述した第一実施形態同様に、食品（例えば、果物のリンゴ）を一例として説明する。
【００４６】
図３及び図４に示すように、第二実施形態における第１放電電極２１の下端２１ａ及び第２放電電極２２の上端２２ａは、電極間を垂直方向に所定距離（例えば、５ｍｍ）を離間して、衝撃波の伝搬媒体となる絶縁性液体Ｏ中に配設されている。そして、第２放電電極２２は、上下開放したパイプ状に形成されるとともに、この第２放電電極２２の下部を内嵌して、内部に導電性液体Ｗが充填されたパイプ状の導電性液体流通管Ｐ１の一端が連結されている。
【００４７】
パイプ状に形成された第２放電電極２２の上端２２ａには、極細導体２３の上端と第１放電電極２１の下端２１ａとを一定距離（例えば、０．７ｍｍ）を離間して、極細導体２３を垂直に立設している。以下、第１放電電極２１の下端２１ａと第２放電電極２２の上端２２ａとの電極間の所定距離（例えば、５ｍｍ）の離間距離をギャップＧ１という。また、極細導体２３の上端と第１放電電極２１の下端２１ａとの一定距離（例えば、０．７ｍｍ）の離間距離をギャップＧ２という。なお、第１放電電極２１としては、電気伝導率の高い円柱状の銅製の金属棒が好適に用いられる。また、パイプ状に形成された第２放電電極２２としては、第１放電電極２１と同様に銅製の上下開放したパイプ状（円筒状）の金属棒が好適に用いられる。
【００４８】
極細導体２３としては、上述した第一実施形態と同様に、細さ約０．５〜０．６ｍｍの電気伝導率の高いタングステンやステンレス等の金属の極細線が好適に用いられる。また、極細導体２３の長さは、少なくともギャップＧ２の分短い、例えば、約４．３ｍｍである。なお、第１放電電極２１、第２放電電極２２や極細導体２３としては、上記実施形態に限定されるものではなく、電気伝導率の高い金属等を適宜使用することができる。
【００４９】
電源部１０の構成は、キャパシタ１３に蓄電した所定電圧（５００Ｖ）の電荷を第１放電電極２１及び第２放電電極２２に印加するための外部スイッチ１４を備えていない構成以外は、上述した第一実施形態と同様な構成である。また、第一実施形態とは異なり、電源部１０のキャパシタ１３に蓄電した所定電圧（５００Ｖ）の電荷は、常に第１放電電極２１及び第２放電電極２２に印加されている。
【００５０】
第一実施形態で説明したように、キャパシタ１３に蓄電した所定電圧が低電圧（５００Ｖ）の場合でも、極細導体２３の上端と第１放電電極２１の下端２１ａとの離間距離であるギャップＧ２が約０．７ｍｍであれば、極細導体２３の上端と第１放電電極２１の下端２１ａとに液中放電を発生させることは可能である。しかしながら、第二実施形態のギャップＧ１及びギャップＧ２は、絶縁性液体Ｏにより電気的に絶縁されている。この構成により、キャパシタ１３に蓄電された所定電圧（５００Ｖ）の電荷が、極細導体２３の上端と第１放電電極２１の下端２１ａとの電極間の離間距離であるギャップＧ２に液中放電が発生することがないようにしている。
【００５１】
導電性液体流通管Ｐ１は、内部に導電性液体Ｗを充填したパイプ（管）であり、側面視Ｕ字状に形成されている。導電性液体流通管Ｐ１の一端は、パイプ状の第２放電電極２２の下部を内嵌して連結した状態で圧力容器２０に充填された絶縁性液体Ｏ中に浸漬して配設されている。また、導電性液体流通管Ｐ１の他端には、導電性液体流通管Ｐ１の内部に充填された導電性液体Ｗに圧力をかけるための導電性液体押圧部Ｐ２が、圧力容器２０の外部に突出して設けられている。導電性液体流通管Ｐ１の素材としては、液中に発生する衝撃波により破壊されない素材であればよく、例えば、金属製の頑丈なパイプやシリコンチューブ性の柔らかいパイプ等が好適に用いられる。
【００５２】
以下、第二実施形態における水中放電の実行を図５により説明する。図５に示すように、上記構成の放電装置１００において、導電性液体流通管Ｐ１の多端に設けられた導電性液体押圧部Ｐ２により導電性液体流通管Ｐ１内の導電性液体Ｗに所定の圧力をかける。具体的には、例えば手動や電動（例えば、ソレノイドアクチュエータ等）で、導電性液体押圧部Ｐ２を下方に押圧する。導電性液体押圧部Ｐ２は、例えば上側から叩くようにして操作される。導電性液体押圧部Ｐ２を下方に押圧することで、導電性液体流通管Ｐ１内の導電性液体Ｗは加圧作用を受け、導電性液体流通管Ｐ１の一端に連結されたパイプ状の第２放電電極２２の上側の開口部から第１放電電極２１側、つまり第１放電電極２１の下端２１ａへ向けて上方に瞬時に噴出する。これにより、第２放電電極２２内から噴出した導電性液体Ｗにより極細導体２３を介して第１放電電極２１と第２放電電極２２とが導通する。つまり、極細導体２３の上端と第１放電電極２１の下端２１ａとの電極間のギャップＧ２を絶縁している絶縁性液体Ｏが押しのけられて導電性液体流通管Ｐ１内の導電性液体Ｗに置換され、第１放電電極２１の下端２１ａと極細導体２３の上端とのギャップＧ２が導通し水中放電が発生する。
【００５３】
これにより、極細導体２３には、初期電圧５００Ｖとともに数十ｋＡの大電流が流れ、一瞬で蒸発消滅すると同時に、水中放電による水蒸気爆発が生じて衝撃波が発生する。このように、第１放電電極２１と第２放電電極２２との電極間のギャップＧ１において発生した衝撃波は、圧力容器２０内の絶縁性液体Ｏを第１放電電極２１と第２放電電極２２の電極間の横に任意の距離を置いて設置された被加工品３０に伝播し、この衝撃波によって瞬間的に被加工品３０の細胞壁が破壊されるため、被加工品３０の香りや栄養分を損なうことなく瞬時に軟化することが可能となる。
【００５４】
すなわち、第二実施形態においては、従来、高電圧（３５００Ｖ）でしか導通しない第１放電電極２１と第２放電電極２２との電極間のギャップＧ１に、低電圧（５００Ｖ）により液中放電を可能とするとともに、第１放電電極２１と第２放電電極２２に所定電圧（５００）の電荷を印加するための高耐圧の外部スイッチを電源部に設ける必要がないため、高価な外部スイッチの価格（例えば、高耐圧のメカニカルスイッチの価格約２０万円）分の放電装置１００の低価格化及び小型軽量化の促進をさらに図ることが可能となる。
【００５５】
なお、この第二実施形態においても、第２放電電極の上端２２ａに垂直に立設された極細導体２３は一回の液中放電ごとに蒸発消滅する。そのため、第二実施形態の放電装置１００を繰り返し使用するためには、その都度、第２放電電極の上端２２ａに極細導体２３を垂直に立設して接続する必要がある。この対策としては、例えば、第１放電電極２１及び第２放電電極２２とその上端２２ａに立設する極細導体２３とを予め一体にカートリッジとして構成し、配線２１ｂ、２２ｂ間に容易に接続可能とすることが望ましい。
【００５６】
[第二実施形態の変形例]
図３に示す第二実施形態では、衝撃波により軟化・破砕された被加工品３０が液中に飛び散らないように、被加工品３０等が食品などの場合は、例えば、被加工品３０をビニール袋で覆うことが望しい。特に、第二実施形態においては被加工品３０を圧力容器２０内に充填されている絶縁性液体Ｏ中に配設している。このため、被加工品３０をビニール袋で覆ったとしても、このビニール袋が絶縁油に触れて汚れてしまう恐れがある。また、使用者が放電装置１００に被加工品３０を設置する場合に、絶縁性液体Ｏとしての絶縁油に触れる必要があり、使用者の手が絶縁油により汚れてしまう。そこで、この問題を解決するために、以下、図６の本実施形態に係る放電装置の第二実施形態の変形例の構成を説明する図を参照して、第二実施形態の変形例を説明する。
【００５７】
なお、以下の、第二実施形態の変形例の説明では、上述した第一実施形態及び第二実施形態と同様な構成は、同じ符号を付して説明は省略し、特に、上述した第二実施形態との差異を重点的に説明する。
【００５８】
図６に示すように、圧力容器２０には、上述した第二実施形態と異なり導電性液体Ｗが充填されている。そして、垂直方向に上下に配設された第１放電電極２１と第２放電電極２２、及びこの電極間のギャップＧ１及びギャップＧ２を形成する領域は、内部に絶縁性液体Ｏを充填した被膜２４で囲繞することにより、被膜２４の膜内の絶縁性液体Ｏと膜外の導電性液体Ｗとが混ざらないように遮断する構成としている。なお、この被膜２４内部における水中放電と水蒸気爆発による衝撃波の発生のメカニズムは、上述した第二実施形態と同じである。
【００５９】
ここで、少なくとも第１放電電極２１と第２放電電極２２、及びこの電極間のギャップＧ１及びギャップＧ２を形成する領域を絶縁性液体Ｏで絶縁する被膜２４は、水中放電による水蒸気爆発で発生する衝撃波を透過でき破壊されない薄い素材が用いられることが望ましく、例えば、薄い風船ゴムやフィルム等が好適に用いられる。
【００６０】
上述した、第二実施形態の変形例においては、被加工品３０を導電性液体Ｗ（つまり、水）に浸漬して設置できるので、被加工品３０等が食品などの場合に、被加工品３０を導電性液体Ｗ中に浸漬して設置しても、被加工品３０が絶縁性液体Ｏとしての絶縁油で汚れる恐れがない。また、被加工品３０をビニール袋で被覆して導電性液体Ｗ中に浸漬して設置しても、ビニール袋が絶縁油に触れて汚れてしまう恐れがない。また、第二実施形態の変形例においては、使用者が絶縁油に触れることなく放電装置１００を使用することが可能となる。
【００６１】
以下、図９を参照して、従来の高電圧（３５００Ｖ）のキャパシタ１３と本発明の低電圧（５００Ｖ）のキャパシタ１３との、性能比較による価格、重量、サイズ等の削減率を説明する。上述した各実施形態に用いたキャパシタ１３は、図９に示すように、特に、価格、重量、サイズ等において大幅な削減率の向上を実現することができる。
【００６２】
すなわち、従来の高電圧と同程度の水蒸気爆発のエネルギーを得るためには、必要なキャパシタ１３の静電容量こそ約５０倍と大きくなるが、電圧（初期の放電電圧Ｖｏ）を１／７（つまり、５００Ｖ／３５００Ｖ）に抑えることで、価格は９６％、重量は８９％、サイズは８８％の削減率を達成することができる。すなわち、低電圧（５００Ｖ）で水中放電を実現できる機構（上述した第一、第二実施形態）を実現することで、放電装置１００の大幅な小型軽量化と低価格化を実現することができる。
【００６３】
さらに、外部スイッチ１４を設けずに水中放電を実現できる機構（第二実施形態）を実現することで、高耐圧の外部スイッチ１４を設ける費用（約２０万円）も削減でき、放電装置１００全体の小型軽量化と低価格化を実現することができる。
【００６４】
また、本発明の放電装置１００で食品等を被加工品３０として加工すると、食品を加熱せずに軟化できるので、例えば、サラダ等の生の野菜を真空パックした状態で加工すると、味・色・香りをそのままに食品を軟化でき、咀嚼が困難な病人や高齢者、幼児等の調理器具として、病院や老人ホームだけではなく、広く一般家庭における家電品として放電装置１００の普及が見込めるため、莫大な需要の市場規模となり得る可能性がある。
【００６５】
また、上述した第二実施形態においては、導電性液体流通管Ｐ１の多端の導電性液体押圧部Ｐ２を下方に押圧することで、導電性液体流通管Ｐ１内の導電性液体Ｗを、パイプ状の第２放電電極２２の上部から第１放電電極２１の下端２１ａへと上方に瞬時に噴出する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えば、圧力容器２０の絶縁性液体Ｏ中に、パイプ状の第２放電電極２２の下部に、導電性液体Ｗ（水）を上部に噴射する噴射装置を取り付けることで、よりコンパクトな放電装置１００とすることができる。
【００６６】
また、各実施形態の放電装置１００による衝撃波加工は、食品等の被加工品３０に限定するものではなく、例えば、様々な物質の軟化、粉砕、衝撃波で板金を金型に押圧して行う型取り加工、食品や植物等からの有用成分の抽出、殺菌等、様々な分野で利用することができる。
【００６７】
なお、本発明は上述した各実施形態に限られず、本発明の要旨の範囲において種々の変形実施が可能である。つまり、各実施形態を構成する回路（電気回路等）や機構（導電性液体流通管Ｐ１や導電性液体押圧部Ｐ２等）は、あくまで一例であり、同様な機能や動作を達成可能なものであれば、適宜改変して構わない。また、本発明の技術的範囲は上述した各実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【符号の説明】
【００６８】
１０    電源部
１１    整流回路
１２    昇圧回路
１３    キャパシタ
１４    外部スイッチ
２０    圧力容器
２１    第一放電電極
２２    第二放電電極
２３    極細導体
２４    被膜
３０    被加工品
１００  放電装置
Ｐ１    導電性液体流通管
Ｐ２    導電性液体押圧部
【図１】
2019171265.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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