(57)【要約】【課題】気体が加圧下で溶解している液体中に生成させる微細気泡の生成量を調整可能な微細気泡生成ノズルを容易に製造することができる微細気泡生成ノズルの製造方法を提供すること。【解決手段】気体が加圧下で溶解した液体２の流路３が内部に形成され、その流路の入口６側を形成する流入部７と、出口８側を形成する吐出部９とを備え、これらの流入部と吐出部の間に、流路において最も小さい流路断面積を有する気泡生成部５が設けられ、この気泡生成部の内周面１１において液体が接触する部分に、液体の接触角が、液体の既知の流速に応じて設定された表面処理部１２を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が加圧下で溶解した液体の流路が内部に形成され、その流路の入口側を形成する流入部と、出口側を形成する吐出部とを備え、これらの流入部と吐出部の間に、前記流路において最も小さい流路断面積を有する気泡生成部が設けられた微細気泡生成ノズルを製造する微細気泡生成ノズルの製造方法であって、
前記気泡生成部の内周面において前記液体が接触する部分に、液体の接触角が、液体の既知の流速に応じて設定された表面処理部を形成することを特徴とする微細気泡生成ノズルの製造方法。
【請求項２】
前記表面処理部が、撥水性を有する撥水処理部から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡生成ノズルの製造方法。
【請求項３】
前記表面処理部が、親水性を有する親水処理部から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細気泡生成ノズルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡を液体中に生成させ、微細気泡を含んだ液体を生成し、吐出する微細気泡生成ノズルを製造する製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気などの気体を水などの溶媒に加圧下で溶解させた液体をベンチュリ管などの微細気泡生成ノズルに供給し、通過させると、流速が増加する際の減圧にともない液体の流れの中で圧力が、液体の飽和蒸気圧より低くなり、キャビテーションが発生する。このキャビテーションによって溶存気体が遊離し、気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡が液体中に生成する。この微細気泡は、洗浄効果をはじめ、肌の保湿効果や温熱効果などの入浴の効能をもたらすものなどとして注目されている。
【０００３】
液体に含まれる微細気泡と溶存気体のそれぞれの比率は、微細気泡を含んだ液体の用途などに応じて最適なものに調整されることが望ましく、一般的には、微細気泡生成ノズルの大きさや形状の変更によって対応している。
【０００４】
一方、下記特許文献１には、噴孔に導かれる液体にキャビテーション現象により気泡を生成させる気泡生成部と、気泡の状態を変化させて噴孔から噴霧されるミストの粒径を調整可能としたミスト粒径調整手段とを備えた液体噴霧ノズルが記載されている。
【０００５】
上記液体噴霧ノズルは、また、気泡生成部から噴孔に導かれる液体を加熱可能とした加熱手段、もしくは液体に波動エネルギーを印加可能とした波動エネルギー印加手段または液体にガスを混入可能としたガス混入手段を備えている。そして、上記ミスト粒径調整手段は、上記加熱手段もしくは波動エネルギー印加手段の出力またはガス混入手段のガス混入量を調整可能としている。
【０００６】
このような液体噴霧ノズルでは、気体生成部でキャビテーションにより気泡を生成させた液体を加熱することによって、気泡の膨張や液体の飽和蒸気圧の上昇を起こさせ、気泡数を増加させることができ、加熱手段の出力調整により気泡の増加の程度を変化させることができる。同様に、液体噴霧ノズルでは、気泡を生成させた液体に波動エネルギーを印加することによって、液体と気泡の界面を振動させて気泡を微細化し、気泡数を増加させることができ、波動エネルギーの周波数や振幅を調整することにより気泡の増加の程度を変化させることができる。また、液体噴霧ノズルでは、気泡を生成させた液体にガスを混入させることによって、気泡数を増加させることができ、ガス混入量の調整により気泡の増加の程度を変化させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１２５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された液体噴霧ノズルでは、液体に含まれる気泡の数の増加およびその調整のために、加熱手段もしくは波動エネルギー印加手段またはガス混入手段の配設とともに、それら各手段用のミスト粒径調整手段の配設が必要とされている。
【０００９】
このため、上記液体噴霧ノズルは、その構成が必ずしも簡便であるとは言えず、液体に含まれる微細気泡と溶存気体のそれぞれの比率の調整を低コストで実現するのに適しているとは言いにくい面がある。
【００１０】
本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、気体が加圧下で溶解している液体中に生成させる微細気泡の生成量を調整可能な微細気泡生成ノズルを容易に製造することができる微細気泡生成ノズルの製造方法を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の微細気泡生成ノズルの製造方法は、気体が加圧下で溶解した液体の流路が内部に形成され、その流路の入口側を形成する流入部と、出口側を形成する吐出部とを備え、これらの流入部と吐出部の間に、流路において最も小さい流路断面積を有する気泡生成部が設けられた微細気泡生成ノズルを製造する微細気泡生成ノズルの製造方法であって、気泡生成部の内周面において前記液体が接触する部分に、液体の接触角が、液体の既知の流速に応じて設定された表面処理部を形成することを特徴としている。
【００１２】
この微細気泡生成ノズルの製造方法においては、表面処理部が、撥水性を有する撥水処理部から形成されていることが好ましい。
【００１３】
この微細気泡生成ノズルの製造方法においては、表面処理部が、親水性を有する親水処理部から形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の微細気泡生成ノズルの製造方法によれば、気体が加圧下で溶解している液体中に生成させる微細気泡の生成量を調整可能な微細気泡生成ノズルを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の微細気泡生成ノズルの製造方法により製造された微細気泡生成ノズルの一例を示した断面図と、その微細気泡生成ノズルを液体が通過するときの液体の圧力および流速の変化を模式的に示したグラフである。
【図２】図１に示した微細気泡生成ノズルの斜視図である。
【図３】図１に示した微細気泡生成ノズルにおける微細気泡の生成原理を模式的に示した要部断面図である。
【図４】表面処理部の性状が異なる２つの微細気泡生成ノズルに、空気が加圧下で溶解した水を、流速を変えて供給し、気泡生成部における水の流速と微細気泡の生成量の関係を測定した結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は、本発明の微細気泡生成ノズルの製造方法により製造された微細気泡生成ノズルの一例を示した断面図と、その微細気泡生成ノズルを液体が通過するときの液体の圧力および流速の変化を模式的に示したグラフである。図２は、図１に示した微細気泡生成ノズルの斜視図である。
【００１７】
微細気泡生成ノズル１は、ベンチュリ管を構成することのできる、金属製、エンジニアリング・プラスティック製などの円管状の部材であり、内部に、空気などの気体が水などの溶媒に加圧下で溶解した液体２の流通を可能にした流路３が形成されている。微細気泡生成ノズル１では、流路３の途中に、流路断面積が他の部分より縮小された絞り部４を有し、この絞り部４に気泡生成部５が形成されている。
【００１８】
すなわち、微細気泡生成ノズル１は、液体２の入口６側を形成する円管状の流入部７と、液体２の出口８側を形成する円管状の吐出部９とを備えている。流入部７と吐出部９の流路断面積は等しくされている。そして、これらの流入部７と吐出部９との間に、上記のとおりの絞り部４が設けられ、この絞り部４に気泡生成部５が形成されている。
【００１９】
流入部７では、最も絞り部４側に位置する端面７ａが、流路３に対して直交方向に配置されている。気泡生成部５は、絞り部４において流入部７側に位置し、流路断面積が流入部７より小さく、また、絞り部４において最も流路断面積が小さくなっている。つまり、気泡生成部５は、微細気泡生成ノズル１に形成されている流路３において最も小さい流路断面積を有している。このような気泡生成部５は、絞り部４において微細気泡生成ノズル１の長さ方向に延びている。そして、気泡生成部５の最も吐出部９側に位置する端部から絞り部４は、吐出部９に向かって次第に流路断面積が増大し、吐出部９に連設されている。
【００２０】
このような微細気泡生成ノズル１に気体が加圧下で溶解した液体２が供給され、液体２が流路３を入口６から出口８に向かって流れるとき、図１に示したように、流入部７で一定であった液体２の流速は、流入部７から気泡生成部５に流出するとき、急激に増加する。この流速の急激な増加は、気泡生成部５の流路断面積が流入部７の流路断面積より小さくなっていることによる。このような液体２の流速の増加にともない、液体２の圧力は急激に減少し、流れの中の圧力が液体２の飽和蒸気圧より低くなる。その結果、気泡生成部５においてキャビテーションが発生する。このキャビテーションにより液体２中の溶存気体が遊離し、気泡径が0.1-1000μm程度である微細気泡１０が液体２中に生成する。
【００２１】
液体２が、気泡生成部５を流れ、絞り部４において流路断面積が次第に増大している部分を流れると、液体２の流速は次第に遅くなり、液体２の圧力が次第に増加する。吐出部９の流路断面積は、流入部７の流路断面積と等しくされているため、出口８から吐出する液体２の流速および圧力は、入口６に流入するときとほぼ等しくなる。微細気泡生成ノズル１の出口８からは、上記のとおりの微細気泡１０を含んだ液体２が吐出される。
【００２２】
また、微細気泡生成ノズル１では、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分に、表面処理部１２として、撥水性を有する撥水処理部１２ａが形成されている。撥水処理部１２ａの撥水性は、水の接触角が９０°以上であることが一般的な目安として例示され、また、撥水処理部１２ａの撥水性は、110-150°の高撥水性や150°以上の超撥水性を含んでもいる。このような撥水性を実現する撥水処理部１２ａは、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分を、たとえばブラスト処理や切削加工などによって微小な凹凸を有するものとして形成することができる。また、たとえばシリコーン樹脂、フッ素樹脂などを塗布などによってコーティングして皮膜により形成することもできる。この場合、皮膜を形成する材料には、トリフルオロメチル基、アルキルシリル基、フルオロシリル基、長鎖アルキル基などの官能基を有する有機材料なども例示される。皮膜の厚さは、特に制限はなく、一般的には、１０数nmから数十μm程度が例示される。
【００２３】
撥水処理部１２ａには、皮膜によって形成する場合にも、図３に示したように、その表面に、微小な凹凸１３が形成されている。このため、気体が加圧下で溶解した液体２を微細気泡生成ノズル１に供給すると、気泡生成部５の撥水処理部１２ａが形成されている部分において流路３に液体２が満たされるとき、撥水処理部１２ａの凹部１３ａに空隙１４が発生し、キャビテーションが発生しやすくなり、微細気泡１０の生成を促進させる。このため、撥水処理部１２ａは、微細気泡１０の数を増加させ、液体２中の微細気泡１０の比率を増加させることができる。
【００２４】
したがって、図１および図２に示した微細気泡生成ノズル１は、液体２の流速が、12.0-15.0L/min程度の比較的低速である場合、撥水処理部１２ａの撥水性によって、キャビテーションを容易に発生させることが可能であり、微細気泡１０の数を増加させ、液体２中の微細気泡１０の比率を増加させることができる。このため、気体が加圧下で溶解している液体２中に生成させる微細気泡１０の生成量を容易に調整することができ、その調整は、低コストで実現可能となる。
【００２５】
なお、撥水処理部１２ａを、微小な凹凸を有するものとして形成する場合には、撥水処理部１２ａでは、図３に示したように、空隙１４の間隔ｄが短いほど、微細気泡１０の生成を促進させることができる。空隙１４の間隔ｄが短いとは、言い換えると、液体２の接触角が大きいことであり、接触角が大きくなるにしたがい、気泡生成部５で生成する微細気泡１０の数が増加する。空隙１４の間隔ｄは、たとえば、撥水処理部１２ａの凹凸表面における凹部１３ａまたは凸部１３ｂの数により決定され、また、空隙１４の間隔ｄは、撥水処理部１２ａの凹凸表面において隣り合う２つの凹部１３ａ同士または凸部１３ｂ同士の間隔によっても決定可能である。したがって、撥水処理部１２ａの凹凸表面における凹部１３ａもしくは凸部１３ｂの数、または隣り合う２つの凹部１３ａ同士もしくは凸部１３ｂ同士の間の間隔を調整することによって、液体２中の微細気泡１０の生成量を制御することが可能となる。
【００２６】
一方、圧送する液体２の流速が17.0-20.0L/min程度の比較的高速である場合、図１に示したように、微細気泡生成ノズル１では、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分に、表面処理部１２として、親水性を有する親水処理部１２ｂが形成される。親水処理部１２ｂは、水との間に親和性を示すものであり、親水処理部１２ｂの親水性は、水の接触角が４０°以下であることが一般的な目安として例示され、また、親水処理部１２ｂの親水性は、１０°以下の超親水性を含んでもいる。このような親水性を実現する親水処理部１２ｂは、微細気泡生成ノズル１を形成する材料が親水性を有する場合には、その材料によって形成することができる。また、たとえば、メチルシリケートなどのアルカリシリケート類を加水分解した無機材料、金属アルコキシド類を含有する無機材料などを塗布などによってコーティングして皮膜により形成することもできる。この場合の皮膜の厚さも、特に制限はなく、撥水処理部１２ａを形成する皮膜と同程度が例示される。
【００２７】
液体２の流速が比較的速い場合、微細気泡生成ノズル１の流入部７から気泡生成部５に流出するとき、液体２の流速はより急激に増加し、液体２の圧力はより急激に減少する。その結果、気泡生成部５においてキャビテーションが発生しやすくなり、微細気泡１０も生成しやすくなる。
【００２８】
親水処理部１２ｂは、そのようなキャビテーションの発生を抑制し、微細気泡１０の数を低減させ、液体２中の微細気泡１０の比率を適度に調整することができる。その調整も低コストで実現可能となる。
【００２９】
このように、微細気泡生成ノズル１では、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分に、液体２の接触角が、液体２の既知の流速に応じて設定された表面処理部１２を形成することによって、液体２の流速が比較的低速である場合には、キャビテーションの発生を促進させることができる。一方、液体２の流速が比較的高速である場合には、キャビテーションの発生を抑制することができ、液体２の流速の大小に関わらず、ほぼ同様の微細気泡１０の生成量に制御することができる。したがって、微細気泡１０の生成量を必要とされる量に調整可能な微細気泡生成ノズルを容易に製造することが可能となる。
【００３０】
そして、表面処理部１２には、撥水処理部１２ａまたは親水処理部１２ｂのいずれかを選択することができ、気泡生成部５におけるキャビテーションの発生はより容易に調整可能となる。また、たとえば、撥水処理部１２ａまたは親水処理部１２ｂを形成する方法、具体的には、材料の種類やコーティング方法などを適宜変更することによって、微細気泡生成ノズル１の微細気泡生成能力を用途などに応じた適当なものに容易に設定することが可能となる。
【００３１】
以下に、本発明の微細気泡生成ノズルの製造方法の実施例を示す。
【実施例】
【００３２】
図１、２に示した微細気泡生成ノズル１をエンジニアリング・プラスティックの一種であるポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）により２つ作製した。１つは、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分を切削加工し、表面に微小な凹凸１３（図３参照）を多数形成し、撥水性を有する撥水処理部１２ａを形成したものである。もう一つは、表面を平滑に作製した金型を用いて作製したものであり、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分の撥水性は、切削加工したものより低く、比較的親水性を有するものである。
【００３３】
これら２つの微細気泡生成ノズル１を用い、空気が加圧下で溶解した水を液体２として流入部７に流速を変えて供給し、気泡生成部５における水の流速と微細気泡１０の生成量の関係を測定した。その結果が、図４に示したグラフである。
【００３４】
気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分に撥水処理部１２ａを形成した微細気泡生成ノズル１では、水の流速が低速側でキャビテーションが発生し、その発達は速い。微細気泡１０の生成効率が高いことが確認される。つまり、撥水処理部１２ａを形成した微細気泡生成ノズル１では、気泡生成部５におけるキャビテーションの発生および発達が促進され、水、すなわち、液体２の流速が比較的低速であっても、微細気泡１０の生成量が多い。
【００３５】
一方、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分が親水性を有する微細気泡生成ノズル１では、水の流速が高速側でキャビテーションが発生し、その発達は遅い。微細気泡１０の生成効率は、撥水処理部１２ａを形成した微細気泡生成ノズル１に比べ低くなる。微細気泡１０の生成量を抑制したい場合には、気泡生成部５の内周面１１において液体２が接触する部分に親水処理部１２ｂを形成すればよいことが確認される。また、親水処理部１２ｂは、微細気泡生成ノズル１を形成する材料の選択によって可能であり、親水性の付与のために必ずしもコーティングなどの後加工を施さなくともよいことが確認される。
【００３６】
もちろん、本発明は、上記のとおりの実施形態および実施例によって限定されるものではない。微細気泡生成ノズルの構成および構造や形状などの細部については様々な態様が可能である。また、表面処理部の形成方法についても同様である。
【符号の説明】
【００３７】
１  微細気泡生成ノズル
２  液体
３  流路
５  気泡生成部
６  入口
７  流入部
８  出口
９  吐出部
１０  微細気泡
１１  内周面
１２  表面処理部
１２ａ  撥水処理部
１２ｂ  親水処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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