(57)【要約】【課題】振動、騒音が低く効率の高い気泡の発生と壊滅を起こすことができる、キャビテーションの発生装置を提供する。【解決手段】  水等の液体が充填された容器にクランク機構により駆動される振動ピストンと、慣性ピストンを設け、振動ピストンを外部動力により往復運動させるにより、容器内の圧力が変動し、気泡の発生と、壊滅を繰り返すことが可能となる。  対構成の振動ピストンがリンク機構とクランク機構により駆動され、さらに対構成の慣性ピストンを対称に、かつ対向して配置することにより、それぞれの対のピストンの運動とピストンに加わる圧力とが、逆方向となって互いにうち消しあうことになり、ピストンの往復運動に起因する振動及び騒音を低減させることを特徴とするキャビテーション発生装置。【選択図】  図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リンク機構及びクランク機構により駆動される、対構成の振動ピストンが、キャビテーション室内で対向して往復運動することにより、それぞれの振動ピストンの運動と振動ピストンに加わる圧力とが、逆方向となって互いにうち消しあうことにより、キャビテーション発生時の振動及び騒音の低減が可能となることを特徴とするキャビテーション発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明の構成に加えて、
液中でキャビテーション現象を発生するために、必要な慣性ピストンを対称に、かつ対向して配置することにより、それぞれの慣性ピストンの運動と慣性振動ピストンに加わる圧力とが、逆方向となって互いにうち消しあうことにより、慣性ピストンの往復運動に起因する振動及び騒音を低減させることを特徴とするキャビテーション発生装置。
【請求項３】
請求項１及び２に記載の発明の構成に加えて、
キャビテーション発生室上部の接続部または接続配管に逆止弁、気水分離器及び逆止弁を設け、キャビテーション室の給水部へ接続して、循環路を構成し、キャビテーション運転時の液圧力変動を利用して、循環させることにより、キャビテーション室からの、効果的な非凝縮ガスの排除を実行することを特徴とするキャビテーション発生装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】  本発明は、水等の液体中で気泡の発生と壊滅を繰り返し行い、気泡壊滅時の衝撃波（以下キャビテーションと称する）を生じさせる装置に関し、既出願の”キャビテーション発生方法及びその装置”（特願２００３−１２７５３９）（本明細書では以下”既出願”と称する）に対する改善発明である。
本装置により発生するキャビテーションは衝撃波による機械力が大きく洗浄、殺菌（滅菌）等の幅広い分野に利用可能である。
【背景技術】
【０００３】  キャビテーションとは、一般には流体機械等で、流体の流れの乱れ等により局所的に圧力が低下し、流体の飽和蒸気圧力まで圧力が減少すると、液体が沸騰蒸発して気泡となり、さらに、次の瞬間に圧力が回復して飽和蒸気圧力以上となると、その気泡が壊滅する現象であり、気泡が壊滅する時、大きな衝撃波を発生する。この衝撃波の機械力は非常に大きくポンプ、水車等の流体機械の金属製構成部品に対し壊食を起こすことにより、害悪と見なされている。【０００４】  流体機械では、このキャビテーション対し耐蝕材料（硬質合金）の採用とキャビテーションの発生しにくい流路形状の採用等により対策しているが、前者の方式は壊食に対する寿命を若干延ばすだけで、根本的な対策となる材料は現在のところ入手不可能である。また後者の流路形状の変更は、一般に構造が大型、もしくは複雑となり性能低下、及びコストアップの要因となり好ましくない。【０００５】  このような、大きな衝撃波を有益に利用する技術として、水等の液体中に超音波発生装置を設けたり、高圧水を水中に噴射したり、もしくは圧縮空気を液中に噴射すること等によりキャビテーションを発生させ、洗浄等に利用する装置が、すでに開発実用化されている。しかしながら、これらの装置は、気泡の発生壊滅現象から見て効率の悪い方式である。【０００６】    既出願が解決しようとした課題は、効率が高く確実に、気泡の発生と壊滅を起こすことができ、さらに応用範囲の広い、キャビテーションの発生方法とその発生装置の提供にあった。【０００７】  既出願が課題を解決するために考案した手段について以下
【図１】
により説明する。
１は円筒状の上部が大気に解放された液槽１であり、下部に振動ピストン４が設けられ、クランク軸８の回転運動が、クランクピン６とクランクロッド５のクランク機構により、上下運動に変換され、振動ピストン４が液槽１の内壁を上下に滑動する構成となっている。クランク軸８は電動機１９等により回転駆動されるが、図示省略した。
【０００８】
【図１】
のごとく液槽１に液を満たし、クランク軸８を回転させれば、振動ピストン４は上下に往復運動し、振動ピストン４の上部に満たした液も、振動ピストン４とともに上下に往復運動することとなる。
なお振動ピストン４の下部は圧縮性気体（空気等）が充填され、振動ピストン４の往復運動への影響を最小とする構成としている。なお振動ピストン４にはシール（Ｏリング）４ａが設けられており液２がクランク機構側へ漏れないようになっている。
【０００９】  このときの液槽１内の挙動を以下に考察する。
液槽１内の液２に働く力は振動ピストン４による加速度と液体の質量との積となり、これを液槽１の断面積で割れば液２の慣性により発生する圧力となる。ついで液槽液面３に加わる大気圧を加えれば、液２の絶対圧力を求めることができる。
【００１０】  液面からＨ（ｍ）の深さの圧力ＰＨ（Ｐａ）は、クランク軸８の回転角速度をω（ｒａｄ／ｓ）とし、クランクピンの偏心量をａ（ｍ）とすれば、振動ピストン４と液２の往復運動は、次の式で示すことができる。ただし、この式は気泡発生までの状態を示す。すなわち気泡が発生すればその上部の液の運動状態が変化するためである。これは気泡発生により水２の加速度が振動ピストン４より低下するからである。
振動ピストンの上下方向の移動量（ｍ）        ：ｚ＝ａ  ｓｉｎωｔ        （式１）
振動ピストンの上下方向の速度      （ｍ／ｓ）：ｖ＝ａωｃｏｓωｔ        （式２）
振動ピストンの上下方向の加速度（ｍ＾２／ｓ）：α＝−ａω＾２ｓｉｎωｔ  （式３）
【００１１】液２の往復運動による圧力は、液面からＨまでの液体の質量と上記（式３）の加速度の積が、振動ピストン４により与えられる力となり、これの液槽断面積の商を求めれば、液２が振動ピストン４から与えられる圧力となり。さらに液面に加わる大気圧を加えて、
ＰＨ＝Ｐａ−ＳＨγａω＾２ｓｉｎωｔ／Ｓ  （Ｐａ）                （式４）
ここで    Ｐａ    ：  大気圧  （Ｐａ）
Ｓ      ：  液槽断面積  （ｍ＾２）
γ      ：  液体の比重  （ｋｇ／ｍ＾３）
式４から容易に理解できるように液槽断面積Ｓは消去され圧力の挙動には関係しなくなる。
【００１２】以下に液体に水を採用した場合の計算例を示す。
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上記計算では    大気圧は１０１３２５    Ｐａ
水のγは１０００    ｋｇ／ｍ＾３          とした。
また            振動数＝ω／２／π  Ｈｚ    である。
【００１３】    式４で得られる圧力ＰＨ（Ｐａ）の最低圧力が水の飽和蒸気圧力（Ｐｖ）より低くなれば液２の１部が、沸騰蒸発して気泡を発生する。
上記
【図１】
の計算例では、水の飽和蒸気圧（Ｐｖ）は１５℃で１７１０Ｐａ、２０℃で２３４０Ｐａであることから、気泡発生の限界水深ＨＬは約０．５ｍとなる。
水の飽和蒸気圧力以下に圧力の低下する時間は振動数から容易にわかるように数ｍｓｅｃと短時間であり、発生する気泡は飽和圧力以下に低下した領域の全域で起こることとなる。
また気泡が発生するには、気化熱を必要とし周囲の水から熱の供給を受けるにしても瞬時の現象であり、気泡は大きく成長できず、気泡の径は小さく数ｍｍ以下となる。
【００１４】  上記を式で表せば
ＨＬ＝（Ｐａ−Ｐｖ）／（γａω＾２）  （ｍ）                （式５）
となる。ここで
ＨＬ：気泡発生の限界水深      （ｍ）
Ｐｖ：水の飽和蒸気圧力        （Ｐａ）
式４から容易に判断できるように、水面からの深さＨが深くなれば深くなるほど、最低圧力が低くなるので、気泡の発生は、先ず振動ピストン１のピストン面で起こり、次いでその上部へ波及する。振動ピストン１の位置が気泡発生の限界水深ＨＬより、深すぎる場合は、深さＨＬまで気泡の発生は起こらない。なぜなら
【図１】
の例では振動ピストン近傍での気泡発生が最も多く、上部になるにしたがい気泡発生量は減少する。これは気泡が発生すれば、気泡発生部の容積が増加し、その分、気泡発生部より上部の水の加速度αが小さくなるためである。
【００１５】  発生した気泡は次の瞬間に水の圧力が回復することにより、壊滅（崩壊して元の水となり消滅）する。その時大きな衝撃波を発生してキャビテーション現象となる。従来のものと比較して既出願の方式は、次の特徴を持っている。
【００１６】  ▲１▼  気泡の発生容積（気泡発生部水量に対する気泡容積比率）が大きく、気泡発生範囲が大きい。
装置構成から容易に判断できるように、気泡発生容積は振動ピストン４の押しのけ容積の数％から数十％に調整可能であり、気泡発生範囲は振動ピストン面から限界水深ＨＬまでの範囲となる。
洗浄等に従来から採用されている超音波、高圧水の噴流等の方式ではキャビテーションが影響するのは超音波の振動子が設置される側であり、また高圧水の噴流側であり、その裏側での影響は激減することとなる。
これに対し既出願の方式の場合、気泡の発生と壊滅はあらかじめ設定された空間で起こり洗浄等の対象物が少々複雑な構造であっても、その裏側を含み、全表面でキャビテーション現象が起こすことが可能である。
このことは従来のこの種装置が主に器具、機器の洗浄に利用されるのに対し、本方式を医療関係もしくは厨房関係の器具、機器の殺菌（滅菌）にも採用できる能力を有することとなる。
【００１７】  ▲２▼  気泡発生／壊滅の効率が高い
ピストンの往復運動は、ほぼ気泡発生、壊滅のためのみに消費され、他のキャビテーション発生方式に比し、画期的に高効率運転が可能である。
【００１８】  ただ
【図１】
の構成では、以下の課題があり、そのまま実用化するのは実際的でない。
▲１▼振動ピストンの構成
【図１】
の構成の振動ピストンではクランク軸から見て回転アンバランスが大きく、計算例の構成で運転すると、大きな振動と騒音を発生することとなる。クランク軸８にカウンターウエイトを設けることも考えられるが、液体の質量が大きく影響して回転アンバランスを効果的に低い値とすることは困難である。
また計算例の運転条件では振動ピストン径に対しストロークが小さく、このことも装置の設計、製作をを難しくしている。
【００１９】  これは振動ピストン径を小さくしてストロークを大きくすることも設計計算上は可能であるが、振動ピストンの滑動速度が高くなり、また振動ピストン近傍での気泡の発生比率が増大することとなり装置効率の大幅低下をもたらすためである。
【００２０】  この対策とし既出願では対向ピストン方式を考案発明した。以下対向ピストン方式について
【図２】
で説明する。
クランク軸８はクランク軸心を中心に回転するが、クランクピン６はクランク軸８を中心とするクランクピン軌道上を回転する。クランクピン軌道の直径は振動ピストン１４のストローク量（偏心量の２倍）である。対向する振動ピストンのクランクピン位置はクランクピン軌道の対称位置に配置される。
【００２１】  さらに
【図２】
ではクランクロッドを廃止してクランクピンにより振動ピストン軸受けを直接往復運動させる構成としている。
振動ピストンは往復運動と共に
【図２】
のごとく、首振り運動もすることとなるが、クランクピンの偏心量はピストン径にたいし十分小さいので、クランクロッドがある場合と実質的に変わらない（首振り運動は無視できる）。もちろんクランクロッドがあってもかまわない。
【図２】
はクランク軸８の回転角０度（下死点で細線で表示）、６０度（破線）、１２０度（１点鎖線）及び１８０度（上死点で実線で表示）における、左右の振動ピストン１４の状態を図示している。
【００２２】  上記のごとく、左右の振動ピストン１４に加わる力及び動きは常にクランク軸８の軸心に対称となる。すなわち対向ピストン方式は回転アンバランスを理論的にゼロとすることが可能であり、装置の振動及び騒音を大幅に軽減することができる。
【００２２】  ▲２▼運転方法
振動ピストンは上記構成で電動機により駆動されるが、回転体部の慣性により応答速度が遅く、起動停止に時間を要すると共に被洗浄機器の交換等の待機中も、気泡発生と壊滅が起こり、取り扱いが面倒である。
【００２３】  既出願では、この対策として、対向ピストンを複数組み設け、それぞれにインバーター等の回転数制御装置を設けて、それぞれの回転数および移相差を制御するようにし、合成振幅の大きさ、気泡の発生／中断を早い応答で制御可能する。
【００２４】  例えば２組の振動ピストンの移相差を零度とすれば合成振幅は最大となり、また移相差を１８０度とすれば、合成振幅は零となる。従って装置の起動、待機および停止時には、それぞれのインバーターの移相差を１８０度（逆移相）とすることにより、気泡の発生および壊滅を非常に小さく（ほぼ零と）する事が可能となり、起動停止が素早く実行できると共に待機時（被洗浄機器の入れ替え等）に電動機の停止が不要となり、作業効率向上が達成できる。
【００２５】  またそれぞれの振動ピストンの振動数に差を持たせれば、気泡発生の大きさを周期的に変えることも可能となる。（振動数差を周期とする、うなり振動運転となる）
【００２６】  ▲３▼気泡発生／壊滅深さ
【図１】
の例では気泡発生の限界深さＨＬが０．５ｍと大きく、取り扱いが面倒であり、自由度が低い、もっと、浅く決まった場所で気泡の発生と消滅が起こる方が好ましい。
【００２７】  この対策として既出願では気泡発生／壊滅場所上部に慣性ピストン４４を設けることとした。（
【図３】
参照ください）慣性ピストン４４は気泡発生場所上部に金属製（金属製とすれば比重が大きいことによりコンパクトで慣性の大きなピストンの設計が可能となるためで金属製にこだわる必然性はない、要は慣性ピストンの質量の問題である。）の摺動可能な慣性ピストンを吊り下げるもので、ピストンの慣性により液中での気泡が発生する深さを効果的に浅くすることが可能となる。
【００２８】  慣性ピストン４４の下部圧力は
ＰＨ＝Ｐａ−（Ｋ＋Ｗａω＾２ｓｉｎωｔ）／Ｓ  （Ｐａ）            （式６）
となる、ここで
Ｗ      ：  慣性ピストンの質量（Ｋｇ）
Ｋ      ：  吊り装置の力（Ｎ）
であり、他の記号は式４に同じである。
吊り装置の力を０とすれば式６は式４のＳ＊Ｈ＊γをＷに置き換えたものであり、慣性ピストン４４をステンレスもしくは鋼製とすれば、気泡発生限界水深ＨＬより深さを、慣性ピストンと水の比重差により約８分の１とすることが可能となる。
【００２９】  さらに吊り装置の力を調整することにより、大気圧の影響を回避する事も可能となる。
すなわち、吊り装置の力を大きくすれば、気泡発生壊滅部の平均圧力を比較的容易に低下させることが出来る。前述の計算例のごとく最高圧力が約２気圧まで上昇させる必要なくなり、適切な最高圧力値とすることが可能となり、装置の運転範囲を広げることができ、駆動動力低減も見込むことができる。
【００３０】
【図３】
では慣性ピストン４４を吊り下げる為、板バネを配置したが、慣性ピストン４４が摺動可能で式６の機能を満たせば、バネにはコイルバネ、皿バネもしくは空圧バネ等が採用可能であり、吊り装置の構成にこだわるものでない。
【００３１】  ▲４▼振動ピストン部での気泡の発生
【図１】
の例では気泡の発生と壊滅は振動発生用ピストンの振動数とストロークにより決まった深さより深い領域で発生するが、理論的には振動ピストン面での、特に振動ピストン近傍での発生比率が大きくなる。特に▲１▼の対向ピストン方式では構成が複雑なため、振動ピストン近傍での気泡の発生比率大きくなり効率の悪い構成となってしまう恐れがある。
液槽の径を大きくしたり、小さくしたりして気泡発生壊滅部を限定することを検討したが、上記状況を変えることは実質的に難しい。
【００３２】  この対策として既出願では
【図３】
のごとく、気泡発生と壊滅を液槽１の特定区間に規定するための摺動可能な加圧ピストン５４もしくは加圧膜５５（図示省略）を設け、加圧ピストン５４より下部の圧力が装置の運転中、常に液体の飽和蒸気圧より低くならない圧力にまで、バネ機構等５６と加圧ポンプ５８により加圧する構成とした。この結果により、加圧ピストン５４下部では気泡の発生と壊滅が発生しない、もしくは発生しにくい構成する事が出来る。
【図３】
では加圧ポンプ５８の液の供給源は次項で説明するタンク６１としているが、別の系統からの圧力液であってもかまわない。
また加圧圧力の調整は絞り弁５９により実行できるようにしている。
【００３３】  加圧ピストン５４の代わりに液槽１の振動ピストン室の振動を気泡発生壊滅部へ伝達する加圧膜５５を配置してもよい。加圧膜５５の特徴は加圧ピストン５４に比し、軽量化可能なことにある。
【００３４】  ▲５▼液体に含有する気体
通常の液体中には大気中の窒素、酸素、炭酸ガス等の気体が含まれているが、これらの気体は気泡発生時に気泡発生の核となり易く、気泡の生成を容易とするが、キャビテーション発生装置の本来の目的である気泡壊滅時に、次の特性を示す。
蒸気中の気体は蒸気が元の液体になる（水の場合復水と称する。）より、遙かに元の液体に含有（溶け込み）し難い。すなわち、気泡が壊滅するのが遅れる、もしくは完全に壊滅せず、次の気泡発生段階で確実に気泡発生の核となる。この結果、気泡壊滅時の衝撃波の強さを大幅に弱めることとなる。
【００３５】  この対策として本発明では気泡発生／壊滅する際、脱気液を液槽に供給もしくは循環させ、気体含有による衝撃波の効果低減を回避する。脱気液生成には脱気タンクを配置し、真空ポンプ等により液体に含有する気体の除去を実施する。
【図３】
はその１例を示すもので、タンク６１（脱気タンク）内の脱気液を循環ポンプ６２により液槽１の気泡発生壊滅部６０へノズル６４を介して供給し、慣性ピストン中心部ラビリンス６５を経由してタンク６１へ循環させる。タンク６１には真空ポンプ６３を配置し気泡発生壊滅部からの循環液から、効果的に脱気する構成となっている。
【００３６】  この構成は液槽１の気泡発生壊滅部へノズル６４から供給される脱気液による旋回液流の遠心力が気泡を旋回流の中心部へ集める効果を利用するためである。この結果気泡発生部内の液体は効果的に脱気液に置換することができる。
さらに、”▲５▼気泡発生／壊滅深さ、
【００２９】”で説明のごとく、この構成では気泡発生壊滅部の平均圧力を絞り弁６９により容易に調整可能となり、例えば大気圧以下とすることも可能となり振動ピストン駆動動力の低減が可能となる。
【００３７】  既出願の発明の実施の形態については
【図４】
、
【図５】
、
【図６】
及び
【図７】
と既出願明細書を参照下さい。
【図４】
は装置の正面断面図であり、
【図５】
は装置の振動発生部（振動対向ピストン装置）の平面断面図である。
機能は液体の殺菌（滅菌）装置で、飲料水、風呂水、プール等の水の殺菌を循環させて行うものである。
【図６】
の構成は、
【図３】
の構成のタンク（脱気タンク）６１の代わりに貯液槽（浴槽、プール）等を配置したもので、その他の構成は
【図３】
と変わりない。
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】  本発明の目的とするところは、効率が高く確実に、気泡の発生と壊滅を起こすことができ、さらに応用範囲の広い、キャビテーションの発生方法とその発生装置の提供にあるが、既出願のキャビテーション発生装置には以下の課題がある。
【００３９】  ＡＡ．振動ピストンに対向ピストン方式を採用しそれぞれのピストンがカウンターウエイトの役割を担っているが、慣性ピストン、キャビテーション室内液及び加圧ピストンはいずれも同方向に往復運動し、これらが振動源となり、規模の大きい防振対策が必要であった。
ＢＢ．キャビテーション室で気泡の発生・壊滅が生ずるが、このとき振動ピストン（加圧ピストン）と慣性ピストン間でキャビテーション室容積が気泡の発生により変化して相対位置が変化する、特に気泡消滅時には衝撃的に変化する。このことも装置の大きな振動・騒音発生要因であった。
ＣＣ．振動ピストンを対向ピストン構成とするためピストンの加圧面がピストン駆動のクランク部を中央に配置した外向き構成となり、加圧ピストンが必要等装置構成が複雑であった。
ＤＤ．キャビテーションの効果維持のため脱気システムを設けているが、この方式の効果は完全でなく応答性も低い。特に外部循環システム（浴槽若しくはプール殺菌）での効果的な脱気が困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００４０】  既出願の課題を解決するために考案した手段について以下発明考案した。
▲１▼．振動ピストンを対構成とし、リンク機構とクランク機構とを組み合わせて、それぞれの振動ピストンの加圧面（キャビテーション室内液側）が対向する構成とする。
▲２▼．慣性ピストンを対構成とし振動ピストンと同様キャビテーション室内液に対しそれぞれの慣性ピストンが対向する構成とする。
▲３▼．キャビテーション室構成を対称構造としてキャビテーション室内液の運動が振動ピストン及び慣性ピストンの往復運動、気泡の発生と壊滅及びキャビテーション室の圧力変動による発生する運動にたいし振動・騒音を発生しない対称構造とする。
▲４▼．キャビテーション室の圧力変動を利用する、逆止弁と気液分離器により構成された高速循環脱気システムを設けることにより、液中のガス（非凝縮ガス）のキャビテーション室からの速やかな排出を計る。この結果非凝縮ガス残留によるアンバランスから、キャビテーション室の対称性を保持すると共に早い応答の脱気が達成可能な構成とする。
【００４１】  以上の対策案を実施すれば、既出願のキャビテーション発生装置に対し振動・騒音の大幅な低減が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】  本発明の第１の実施の形態例について、以下
【図８】
キャビテーション発生装置の概念図により説明する。
図で１０１は外形が直方体で内部にキャビテーション室１０２（気泡発生壊滅室）が配置されたキャビテーションブロックであり、その中心点を通過するｘ方向軸とｚ方向軸をそれぞれ中心軸とする孔を設け、ｘ方向軸の孔には振動ピストン１１４を摺動させ、ｚ方向軸の孔には慣性ピストン１４４を摺動させる構成としている。キャビテーションブロック１０１は、気泡壊滅時の衝撃波に耐えるものであれば金属製でもプラスチック製でも、どちらでも良い。
また外形も直方体である必然性はなく、球形、円筒形、若しくは楕円体であってもかまわない。
【００４３】
【図８】
でキャビテーション室の中心点を通過するｘ方向軸、ｚ方向軸としたのは、説明を容易にするためであって、キャビテーション室の中心点を必ずしも通過する必要はない。また、前記
【００４０】の▲３▼項の手段を採用しないこととなるが、キャビテーション室内液による振動・騒音は振動ピストン若しくは慣性ピストンに比し影響が小さいからである。
【００４４】  一対の振動ピストン１１４は支点Ａ１０８を支点とするレバー１０７に結合され、キャビテーション室ｘ方向軸の孔を摺動可能な構成としている。レバー１０７の他端は既出願と同様の方式で電動機１１９（図示省略した）の回転運動をクランク機構により往復運動に変換されたクランクロッド１０５と軸受け１０９（支点Ｂ）を介して結合される。電動機１１９の回転によりレバー１０７が支点Ａ１０８を中心に振り子運動する。この結果レバー１０７に結合された振動ピストン１１４がｘ方向軸を往復運動する。
この時クランクピン１０６の位置が電動機軸１１８中心に対し同じ偏心量で対称位置にあることにより、一対の振動ピストン１１４はｘ方向軸をキャビテーション室中心点を中心として対称に往復運動する。
図示省略したが、既出願同様、振動ピストン１１４外周はＯリング等のシール装置により、キャビテーション室内液が外部に漏れない構成となっている。
なお２個の支点Ａ１０８は結合レバー１１０で結合されている。
【００４５】  一対の慣性ピストン１４４はキャビテーションブロック１０１のｚ方向軸の孔を摺動する。慣性ピストン１４４の運動は既出願同様、振動ピストン１４４の往復運動がキャビテーション室内液を介して伝えられる。バネ装置１４６の機能は慣性ピストンをｚ方向軸からはずれないように支持することが主で、摺動方向に対しては重力による位置ずれを補正できる程度のバネ反力があればよい。ただしキャビテーション室内平均圧力を大気圧から変更する場合は、その圧力に応じてバネ反力を調整する必要がある。
図示省略したが、既出願同様、慣性ピストン１４４外周はＯリング等のシール装置により、キャビテーション室内液が外部に漏れない構成となっている。
【００４６】  キャビテーション室１０２上部に設けられた孔に接続された配管を逆止弁１６７を経由して気液分離器１６６に接続し気液分離器１６６の排液は逆止弁１６８を経由してキャビテーション室１０２下部に接続される。
またキャビテーション室１０２下部の接続部にはノズル１６９が設けられキャビテーション室内液を旋回させる構成となっている。
気液分離器１６６からの排気は大気に開放排出してもよく、また既出願の脱気システムに接続してもよい。
【００４７】  キャビテーション室１０２は運転中、液の飽和圧力から大気圧の２倍前後の圧力まで大きく変動を繰り返すが、気液分離器１６６は大気に開放されるか、他のシステムに接続されており圧力変動は低い。これに目を付けたのが本発明の循環システムである。
すなわちキャビテーション室１０２内圧力が気水分離器１６６圧力より高いときはキャビテーション室１０２内液はキャビテーション室１０２上部配管から逆止弁１６７を経由して気水分離器１６６に流入する。この時キャビテーション室１０２下部に接続された配管では逆止弁１６８により液流が遮断される。
ついでキャビテーション室１０２内圧力が気水分離器１６６圧力より低いときは気液分離器１６６の排液が逆止弁１６８を経由してキャビテーション室へ流入する。この時キャビテーション室１０２上部に接続された配管では逆止弁１６７により液流が遮断される。
【００４８】  さらにキャビテーション室１０２の下部接続部のキャビテーション室１０２流入部にはノズル１６９が設けられ流入する流体がキャビテーション室１０２の周方向へ噴射される構成としている。このためキャビテーション室１０２内の液は旋回することとなる。この結果キャビテーション室１０２内液に遠心力が発生し、比重の遙かに軽い非凝縮ガスの気泡は旋回流の中央に集まることになリキャビテーション室１０２内液の中央に集められることとなりキャビテーション室１０２上部接続配管からの非凝縮ガスの排出が効果的に実行出来る。
【００４９】  この結果キャビテーション室内の非凝縮ガスはキャビテーション室内液と共に効果的に気液分離器１６６に流入し、気液分離器１６６で液と分離され大気へ排出される。また非凝縮ガスが分離除去された液は再びキャビテーション室に戻される。
【００５０】
【図８】
ではキャビテーション上部配管接続部は慣性ピストン１４４に設けられているが、上部配管接続部は原則としてキャビテーション室中央の最上部のであればよく、装置の配置によってキャビテーション室最上部に振動ピストン１１４が配置された場合は配管接続部は振動ピストン１１４となり、またキャビテーション室最上部がキャビテーションブロック１０１であれば配管接続部はキャビテーションブロックとなる。
【００５１】  また
【図８】
ではキャビテーション下部配管接続部はキャビテーションブロック１０１の下部に設けられているが、下部配管接続部はキャビテーション室内での循環から考えて、キャビテーション室最下部とする必要はなく、ノズル１６９より流入した液が、キャビテーション室１０２内液に旋回流を生じさせる構成であれば良い。
【００５２】  本発明の第２の実施の形態例について、以下
【図９】
複数対振動ピストンブロックの平面断面図、
【図１０】
複数対振動ピストンクランク部の概念図及び
【図１１】
複数対振動ピストン駆動機構により説明する。
図で１０１は外形が８角柱で内部に円筒状のキャビテーション室１０２（気泡発生壊滅室）が配置された、キャビテーションブロック１０１であり、その中心点を通過するｘ方向軸、ｙ方向軸、ｘｙ方向軸及びｙｘ方向軸をそれぞれ中心軸とする孔を設け、ｘ方向軸とｙ方向軸の孔には振動ピストン１１４を摺動させ、ｘｙ方向軸とｙｘ方向軸の孔には慣性ピストン１４４を摺動させる構成としている。またキャビテーションブロック１０１のｚ方向は円筒形状のキャビテーション室１０２となり、Ｏリング等によりシールされた天井板１０３と底板１０４が設けられているが、図示省略した。
天井板１０３と底板１０４に透明性を有するプラスチック等を採用すれば、キャビテーションの発生状況の観察が外部から可能となる。
キャビテーションブロック１０１は、気泡壊滅時の衝撃波に耐えるものであれば金属製でもプラスチック製でも、どちらでも良い。
また外形も８角柱である必然性はなく、球形、円筒形、若しくは楕円体であってもかまわない。
【００５３】
【図１１】
の振動ピストン１１４の駆動機構はキャビテーションブロック１０１の真下に配置され、４本のレバー１０７がｚ方向に立ち上げられ、キャビテーションブロック１０１の上部で、結合レバー１１０と支点Ａ１０８により互いに結合される。
レバー１０７、支点Ａ１０８及び結合レバー１０７は図示省略したが
【図８】
の構成を参照下さい。
２対の振動ピストン１１４は支点Ａ１０８を支点とするレバー１０７に結合され、キャビテーション室ｘ方向軸の孔とｙ方向軸の孔を摺動可能な構成としているが、
【図９】
では、レバー１０７と振動ピストン１１４との結合部断面図のみ図示した。
レバー１０７の他端は
【図１０】
と
【図１１】
に図示され、電動機１１９の回転運動をクランク機構により往復運動に変換されたクランクロッド１０５と支点Ｂ１０９（軸受け）を介して結合される。
電動機１１９の回転によりレバー１０７が支点Ａ１０８を中心に振り子運動する。この結果レバー１０７に結合された振動ピストン１１４がｘ方向軸とｙ方向軸を往復運動する。
この時ｘ方向軸用とｙ方向軸用のそれぞれのクランクピンの位置が電動機軸中心に対し同じ偏心量で対称位置にあることにより、二対の振動ピストン１１４は、それぞれｘ方向軸とｙ方向軸をキャビテーション室１０２中心点を中心として対称に往復運動する。
【００５４】
【図１１】
にてクランク機構のさらに詳しく説明する。
電動機１１９の出力軸である電動機軸１１８はｘ方向軸用クランク機構のフライホイール１１７、偏心円板１１６、フライホイール１１７及びクラッチ１１９を貫通してスプライン構成等により勘合され、回転トルクを伝達する。偏心円板１１６の外周に軸受け１１５がはめ込まれさらにその外周にクランクロッド１０５がはめ込まれている。この機構は既出願の第１の実施の形態例と同様の機能である。
クランクピン１０６でなく偏心円板１１６としたのは偏心量が小さく電動機軸１１８との干渉を避けるためであり、
【図９】
機能と同じである。
【００５５】  クラッチ１１９の出力軸１２１は、ｙ方向軸用クランク機構のフライホイール１１７、偏心円板１１６、フライホイール１１７及びクラッチ１１９を貫通して勘合され回転トルクを伝達する。この部分はｙ方向から見た図である。
気泡発生・壊滅運転時は偏心円板１１６とｘ方向軸用偏心円板とは偏心方向が９０度ずれるよう設定される。
【００５６】  クラッチ１１９の機能は電動機軸１１８とクラッチの出力軸１２１の嵌合・離脱が主目的ではなく、キャビテーション運転中にｘ方向軸用クランク機構とｙ方向軸用クランク機構と位相差切り替えを目的としている。既出願では２台の電動機により２組のクランク機構の位相差を制御したが、本発明ではクラッチ１１９によりその機能を実現するものである。クラッチの機構についての詳細説明は省略した。クラッチ機能は電磁石または圧縮空気で遠隔制御されるが、手動操がも可能な構成としても良い。
また、クラッチ機能はフライホイール１１７に内蔵する構成としても良い。
【００５７】  二対の慣性ピストン１４４はキャビテーションブロック１０１のｘｙ方向軸とｙｘ方向軸の孔を摺動する。慣性ピストンの運動は第１の実施例と同様、振動ピストンの往復運動が  キャビテーション室内液を介して伝えられる。バネ装置１４６の機能は慣性ピストン１４４をそれぞれの方向軸からはずれないように支持することで、摺動方向に対しては重力による位置ずれを補正できる程度のバネ反力があればよい。ただしキャビテーション室内平均圧力を変更する場合はその圧力に応じてバネ反力を調整する必要がある。
図示省略したが、第１の実施例と同様、慣性ピストン１４４外周はＯリング等のシール装置により、キャビテーション室内液が外部に漏れない構成となっている。
【発明の効果】
【００５８】  以上の構成とすれば、本発明のキャビテーション発生装置からの振動・騒音を大幅に低減することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】既出願の基本原理を説明するための装置断面図である。
【図２】既出願の対向ピストンの構成を模式的に説明する図である。
【図３】既出願のアイデアを説明するための装置断面図である。
【図４】既出願の第１の実施の形態例を示す装置正面断面図である。
【図５】既出願の第１の実施の形態例を示す装置平面断面図である。
【図６】既出願の第２の実施の形態例を示す装置断面図である。
【図７】既出願の第２の実施の形態例の被殺菌水の流れを示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態例のキャビテーション発生装置の概念図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態例の複数対ピストンブロック断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態例の複数対ピストンクランク部を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態例の複数対ピストンのクランク機構を示すである。
【符号の説明】
１        液槽
２        液
３        液面
４        振動ピストン
５        クランクロッド
６        クランクピン
７        軸受け
８        クランク軸
１０        振動発生部
１１        振動発生部用円筒
１１ａ      シール（Ｏリング）
１２        振動ピストン用シリンダ
１４        振動ピストン
１４ａ      シール（Ｏリング）
１５        軸受け
１６        偏心円板
１６ａ      ピン
１７        フライホィール
１８        駆動機軸（電動機軸）
１９        電動機
２０        緩衝膜
４４        慣性ピストン
４４ａ      シール（Ｏリング）
４６        吊り具
５４        加圧ピストン
５４ａ      シール（Ｏリング）
５５        加圧膜
５６        バネ機構
５７        加圧機構
５８        加圧ポンプ
５９        絞り弁
６０        気泡発生壊滅部
６１        タンク
６２        循環ポンプ
６３        真空ポンプ
６４        ノズル
６５        ラビリンス
６９        絞り弁
１０１      キャビテーションブロック
１０２      キャビテーション室
１０３      天井
１０４      底板
１０５      クランクロッド
１０６      クランクピン
１０７      レバー
１０８      支点Ａ
１０９      支点Ｂ
１１０      結合レバー
１１５      軸受け
１１４      振動ピストン
１１６      偏心円板
１１６ａ    ピン
１１７      フライホイール
１１８      電動機軸
１１９      電動機
１２０      クラッチ
１２１      クラッチの出力軸
１４４      慣性ピストン
１４６      バネ機構
１６６      気水分離器
１６７      逆止弁
１６８      逆止弁
１６９      ノズル
【図１】
2005169366.tif 000004
【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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【図１０】
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【図１１】
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