(57)【要約】【課題】  様々な技術分野において利用可能な機能水を簡便に製造することができる方法を提供すること。【解決手段】  塊状にしたステンレスネットおよび／またはステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる機能水発生器に、原料とする水を区画Ａの側から導入し、区画Ｂの側から排出することによる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
塊状にしたステンレスネットおよび／またはステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる機能水発生器に、原料とする水を区画Ａの側から導入し、区画Ｂの側から排出することによる機能水の製造方法。
【請求項２】
塊状にしたステンレスネットおよび／またはステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる機能水発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、様々な技術分野において利用可能な機能水の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機能水の製造方法は、これまでにもいくつかの方法が知られており、例えば特許文献１では、機能水としてのナノバブル水を製造する方法が提案されている。特許文献１において提案されているナノバブル水の製造方法は、ナノバブル水を安定して供給することができる優れた方法である。しかしながら、特許文献１に記載の方法でナノバブル水を製造するためには、原料とする水に電解質を添加するなどして電気伝導度を３００μＳ／ｃｍ以上に調整するする必要があることに加え、ナノバブルとなるマイクロバブルに対して超音波などの物理的刺激を加える必要があるため、より簡便に機能水を製造することができる方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２４５８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、様々な技術分野において利用可能な機能水を簡便に製造することができる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】
【０００５】
本発明者は上記の点に鑑みて鋭意検討を行った結果、塊状にしたステンレスネットやステンレスウールと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを、それぞれ分別して充填した機能水発生器に、原料とする水を通過させることで、様々な技術分野において利用可能な機能水が得られることを見出した。
【０００６】
上記の点に鑑みてなされた本発明の機能水の製造方法は、請求項１記載の通り、塊状にしたステンレスネットおよび／またはステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる機能水発生器に、原料とする水を区画Ａの側から導入し、区画Ｂの側から排出することによる。
また、本発明の機能水発生器は、請求項２記載の通り、塊状にしたステンレスネットおよび／またはステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、塊状にしたステンレスネットやステンレスウールと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを、それぞれ分別して充填した機能水発生器に、原料とする水を通過させるという簡便な方法で、機能水を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の機能水の製造方法において用いる機能水発生器の一態様の概略説明図である。
【図２】実施例の利用例１における、切削加工物の表面の切削滓の付着の有無を示す写真である（左：クーラント油の希釈水として蒸留水を用いた場合、右：本発明の機能水を用いた場合）。
【図３】実施例の利用例３における、排水処理槽の内部の様子を示す写真である（左：処理を開始する前、右：処理を開始してから２０分経過後）。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の機能水の製造方法は、塊状にしたステンレスネットおよび／またはステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる機能水発生器に、原料とする水を区画Ａの側から導入し、区画Ｂの側から排出することによるものである。
【００１０】
塊状にしたステンレスネットやステンレスウールを充填した区画Ａと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画Ｂを、内部に直列に配してなる機能水発生器は、例えば図１に示すように円筒状であり、区画Ａを前段とし、区画Ｂを後段として、原料とする水が前段側の端部から導入され、後段側の端部から排出される。区画Ａと区画Ｂは、例えばステンレスネットで仕切られる。仕切り部材として用いることができるステンレスネットのメッシュ（目数／インチ）は、区画Ｂに充填する粒状セラミックスの粒径よりも小さいものであれば（即ち粒状セラミックスが網の目から区画Ａに移動できないものであれば）、特に限定されるものではない。
【００１１】
機能水発生器の区画Ａに充填される、塊状にしたステンレスネットやステンレスウールは、例えばステンレスネットやステンレスウールを巻回したり折り畳んだりすることで塊状にしたものであり、機能水を効果的に製造するために、例えば０．１〜１．０ｇ／ｃｍ３の密度で区画Ａに充填される。ステンレスネットは、例えば５０〜２００メッシュのものが機能水を効果的に製造するために好適である。ステンレスネットやステンレスウールの線径は、例えば１μｍ〜５ｍｍであってよい。
【００１２】
機能水発生器の区画Ｂに充填される、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスとしては、例えば、粒径が１〜１０ｍｍであって、Ｓｉの酸化物とＡｌの酸化物を主成分とし（両者の合計は例えば９０〜９５重量％である。９０重量％を下回るとセラミックスが脆くなって壊れやすくなる）、その他の成分として、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含むものが挙げられる。ここで、アルカリ金属の酸化物としては、ＮａやＫなどから選択される少なくとも１種の金属の酸化物が例示される。アルカリ土類金属の酸化物としては、ＭｇやＣａなどから選択される少なくとも１種の金属の酸化物が例示される。第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物としては、第４周期に属するＦｅやＣｏやＮｉから選択される少なくとも１種の金属の酸化物などが例示される。粒状セラミックスは、ＴｉやＣｒなどの遷移金属の酸化物や、Ｐなどの非金属の酸化物を含んでいてもよい。粒状セラミックスは、自体公知の方法で製造されたものであってよく、例えば原料となる個々の成分を所定の割合で混合して１１００〜１３５０℃で焼結したものが挙げられる。機能水を効果的に製造するためには、粒状セラミックスのアルカリ土類金属の酸化物の含量は、アルカリ金属の酸化物の含量の２５％以上（重量比）であることが望ましく、また、粒状セラミックスが第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を０．１〜３重量％含むことが望ましい。
【００１３】
本発明の方法において原料とする水は、水道水や蒸留水などであってよく、特許文献１に記載のナノバブル水の製造方法において原料とする水に必要な電気伝導度やｐＨの調整は不要である。機能水を効果的に製造するためには、原料とする水は、機能水発生器に、例えば１〜３００ｃｍ／秒の流速、かつ、０．１〜５ＭＰａの水圧で導入することが望ましく、１０〜１００ｃｍ／秒の流速、かつ、０．５〜３ＭＰａの水圧で導入することがより望ましい。原料とする水の機能水発生器への導入は、ワンパス式に行ってもよいし、循環式に行ってもよい。また、本発明の方法において原料とする水は、難分解性有機系排水などであってもよい。例えば難分解性有機系排水を原料とする水として機能水発生器への導入を循環式に行った場合、難分解性有機系排水から生成する機能水が、排水に含まれる難分解性有機物質を分解することで、排水の浄化を行うことができる。
【００１４】
本発明者の検討によれば、本発明の方法によって製造される機能水は、特許文献１と同様、ナノバブル水（例えば粒径が５０〜５００ｎｍのナノバブルを含む水）である。このことは、得られた機能水に、スピントラップ剤であるＤＭＰＯ（５，５−ジメチル−１−ピロリン  Ｎ−オキサイド）を添加して調製した溶液を、電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ）を用いて測定すると、ナノバブルの存在に起因するスピンアダクトであるＤＭＰＯ−ＯＨのスペクトルが観察されることから裏付けられている。前述したように、特許文献１に記載の方法によってナノバブル水を製造するためには、原料とする水に電解質を添加するなどして電気伝導度を調整する必要や、ナノバブルとなるマイクロバブルに対して超音波などの物理的刺激を加える必要がある。しかしながら、本発明の方法においては、原料とする水の電気伝導度を調整する工程を必要とせず、電気伝導度が例えば１．５μＳ／ｃｍ以下の水を原料として用いてもナノバブル水を製造することができる。また、ナノバブルとなるマイクロバブルに対して超音波などの物理的刺激を与える工程を必要としない。その理由は必ずしも明確ではないが、機能水発生器の内部の塊状にしたステンレスネットやステンレスウールを充填した区画Ａに原料とする水を導入することで、乱流条件のもとにキャビテーション気泡が発生し、区画Ａで発生したキャビテーション気泡を含む水が区画Ｂに導かれ、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスから、これらの金属イオンがキャビテーション気泡に供給されることで、キャビテーション気泡からのナノバブルの生成と、生成したナノバブルのｓａｌｔｉｎｇ−ｏｕｔ（塩析）効果による安定化が進行すると推察される。物理的刺激として超音波を照射した水を、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスを充填した区画に導いても、本発明の機能水（ナノバブル水）は得られないことから、本発明の方法においては、塊状にしたステンレスネットやステンレスウールと、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属の酸化物、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物を含む粒状セラミックスの組み合わせが重要であると結論付けることができる。
【００１５】
本発明の方法によって製造される機能水は、例えば、金属素材を切削加工する際に用いるクーラント油の希釈水、難分解性有機系排水に対する浄化水、化粧品や飲食品に用いる水、農業用水、魚介類を飼育に用いる水、冷却が必要な物品の貯蔵や輸送に用いる冷却水などとして利用することができる他、様々な技術分野において利用することができる。
【実施例】
【００１６】
以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は以下の記載に限定して解釈されるものではない。
【００１７】
実施例１：
マグネット式ポンプとステンレス製の水槽を、内径が約２０ｍｍのステンレスパイプで接続し、ポンプから水槽に至る配管の途中に機能水発生器を配置して、水槽に入れた約２０Ｌの蒸留水を循環させた。ポンプの作動開始時における水槽内の蒸留水の電気伝導度は約１．０μＳ／ｃｍ、ｐＨは約５．７、水温は約１５℃であった。機能水発生器は、ステンレス製であって、長さが約２０ｃｍで内径が約３０ｍｍの円筒状で、その内部に、ステンレスネットの巻回物を充填した区画Ａと、粒状セラミックスを充填した区画Ｂが直列に配され、区画Ａと区画Ｂが、長さ方向のほぼ中央部で、線径が０．１ｍｍで１５０メッシュの市販のステンレスネットによって仕切られたものとした。区画Ａを構成するために用いたステンレスネットは、線径が０．１ｍｍで１５０メッシュの市販のものであり、巻回することで塊状にして約０．８ｇ／ｃｍ３の密度で充填した。区画Ｂを構成するために用いた粒状セラミックスは、粒径が約５ｍｍで、主成分としてＳｉＯ２を約６５重量％とＡｌ２Ｏ３を約２６重量％、アルカリ金属の酸化物としてＮａ２Ｏを約０．５％とＫ２Ｏを約１．５重量％、アルカリ土類金属の酸化物としてＭｇＯを約０．６重量％とＣａＯを約０．５重量％、第８〜１０族元素に属する元素から選択される少なくとも１種の元素の酸化物としてＦｅ２Ｏ３を約０．５重量％とＮｉＯを約０．０５％、その他の成分としてＴｉＯ２を約１重量％に加え、Ｃｒ２Ｏ３やＰ２Ｏ３などを含み（成分分析は島津製作所社製のエネルギー分散型蛍光Ｘ線分析装置：ＥＤＸ−８０００による、以下同じ）、約１２００℃の温度で焼成したものとした。機能水発生器は、区画Ａ側の端部をポンプ側の配管に接続するとともに、区画Ｂ側の端部を水槽側の配管に接続した。蒸留水は、１０．６ｃｍ／秒の流速、かつ、０．７ＭＰａの水圧で機能水発生器に導入した。なお、蒸留水に対して意図的な気体導入は行わなかった。ポンプの作動は１時間以上継続し、循環水の水温が約４６℃になった段階でポンプの作動を停止した。その時点での循環水の電気伝導度は約１．５μＳ／ｃｍ、ｐＨは約５．８であった。
【００１８】
ポンプの作動を停止した時点での循環水の温度が室温まで低下した後、循環水３ｍＬにＤＭＰＯを３０ｍｇ添加して調製した溶液を、電子スピン共鳴装置（ＥＳＲ：キーコム社製、以下同じ）を用いて測定すると、ナノバブルの存在に起因するスピンアダクトであるＤＭＰＯ−ＯＨのスペクトルが観察されたことから、この循環水にはナノバブルが含まれていることが裏付けられた。この循環水は、ガラス瓶に入れて冷暗所において１年間保管した後でも、保管前とほぼ同じ大きさのＤＭＰＯ−ＯＨのスペクトルが観察されることから、ナノバブルが安定に存在することがわかった。
【００１９】
上記の方法によって得たナノバブルを含む循環水に水溶性切削油剤（Ｃａｓｔｒｏｌ  Ｃｌｅａｒｅｄｇｅ  ７０１ＥＦ、以下同じ）を約５体積％添加してクーラント液とし、ＮＣ旋盤による金属素材（クロムモリブデン鋼：ＳＣＭ４３５、以下同じ）の切削加工に用いたところ、蒸留水に水溶性切削油剤を約５体積％添加してクーラント液として用いた場合に比較して、冷却効果の改善に伴う著しい切削効率の向上が認められたことから、このナノバブルを含む循環水は機能水として利用できることがわかった。
【００２０】
比較例１：
区画Ｂを構成するために用いる粒状セラミックスとして、第８〜１０族元素に属する元素の酸化物の存在が認められない（成分分析によって検出限界以下）ものを用いること以外は実施例１と同様にして蒸留水から循環水を得た。得られた循環水に対し、実施例１と同様にして電子スピン共鳴装置を用いてＤＭＰＯ−ＯＨのスペクトルを観察したところ、顕著なスペクトルは観察できなかった。また、この循環水をクーラント油の希釈水として用いて実施例１と同様にして切削加工を行ったところ、蒸留水をクーラント油の希釈水として用いた場合に比較して冷却効果の改善に伴う切削効率の向上は認められなかった。以上の結果から、区画Ｂを構成するために用いる粒状セラミックスには、第８〜１０族元素に属する元素の酸化物が含まれていることが重要であることがわかった。
【００２１】
実施例２：
蒸留水のかわりに生理食塩水（電気伝導度：約１６μＳ／ｃｍ、ｐＨ：約７．４）を用いること以外は実施例１と同様にして機能水を製造した。得られた機能水の電気伝導度は約１６ｍＳ／ｃｍ、ｐＨは約７．４であった。得られた機能水に対し、実施例１と同様にして電子スピン共鳴装置を用いてＤＭＰＯ−ＯＨのスペクトルを観察したところ、実施例１において観察されたスペクトルとほぼ同じ大きさのスペクトルを観察することができた。
【００２２】
実施例３：
蒸留水のかわりに水道水（電気伝導度：約３００μＳ／ｃｍ、ｐＨ：約８．２）を用いること以外は実施例１と同様にして機能水を製造した。得られた機能水の電気伝導度は約３００μＳ／ｃｍ、ｐＨは約８．２であった。得られた機能水に対し、実施例１と同様にして電子スピン共鳴装置を用いてＤＭＰＯ−ＯＨのスペクトルを観察したところ、実施例１において観察されたスペクトルとほぼ同じ大きさのスペクトルを観察することができた。
【００２３】
実施例４：
ステンレスネットの巻回物のかわりに市販のステンレスウールの巻回物を区画Ａに充填すること以外は実施例１と同様にして機能水を製造した。
【００２４】
実施例５：
機能水発生器への蒸留水の導入を、１５．０ｃｍ／秒の流速、かつ、１．５ＭＰａの水圧で行うこと以外は実施例１と同様にして機能水を製造した。
【００２５】
利用例１：
実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を約５体積％添加してクーラント液とし、ＮＣ旋盤による金属素材の切削加工に用いたところ、実施例１で製造した機能水と同様、蒸留水に水溶性切削油剤を約５体積％添加してクーラント液として用いた場合に比較して、冷却効果の改善に伴う著しい切削効率の向上が認められた。所定の切削を行った後の切削バイトの刃先の状態は、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた場合の方が、蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた場合に比較して、著しく状態がよかった。蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた切削によって発生した切り子は、切削部が高温であることによって変色していたが、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた切削によって発生した切り子は、切削部における顕著な奪熱効果によって素材のままの金属色であった。図２（左）に示すように、蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いて作製した切削加工物には表面に切削滓が付着していたが、図２（右）に示すように、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いて作製した切削加工物の表面の切削滓の付着は皆無であった。所定の切削を行った後のクーラント液の腐敗による臭気をポータブル型臭いセンサーで測定したところ、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液の臭気指数は、蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液の臭気指数の１／３〜１／５であった。蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた切削を行った場合、切削部の後方に配置された遮蔽板には切削時に飛散した汚濁物が付着し、この付着物は洗浄除去が困難であったが、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた切削を行った場合、切削部の後方に配置された遮蔽板への汚濁物の付着は認められなかった。蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた切削を一定の期間行った後、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液に切り替え、引き続き切削を行うと、蒸留水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いて切削を行った期間に切削部の後方に配置された遮蔽板に付着した汚濁物が、実施例３で製造した機能水に水溶性切削油剤を添加して調製したクーラント液を用いた切削を開始してから次第に減り始め、２ヶ月程度の間に完全に除去された。よって、実施例３で製造した機能水は、クーラント油の希釈水として用いた場合、切削部の後方に配置された遮蔽板などに対して汚染防止効果や汚染除去効果を発揮することがわかった。
【００２６】
利用例２：
油で被覆された金属素材を実施例３で製造した機能水を用いて超音波洗浄すると、蒸留水を用いて超音波洗浄した場合に比較して、洗浄後の油分値が７０％以上少なかった。
【００２７】
利用例３：
約８Ｌの機械工場からの難分解性有機系排水（ＣＯＤ（化学的酸素要求量）＝約１０，０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量）＝約２，５００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ／ＣＯＤ＝０．２５）を、実施例１の機能水発生器に連続的に循環させることで、浄化処理を行った。機能水発生器への排水の導入は、１０．６ｃｍ／秒の流速、かつ、０．７ＭＰａの水圧で行った。その結果、処理を開始した直後から多量の泡沫の形成が認められた。処理を開始した直後の処理槽の内部の様子を図３（左）に、処理を開始してから２０分経過後の処理槽の内部の様子を図３（右）に、それぞれ示す。図３（右）に示したような泡沫の形成は、排水に含まれる難分解性有機物質が急速に可溶化していることを意味する。処理を開始してから６０分経過時、排水のＣＯＤは約１３，０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤは約８，０００ｍｇ／Ｌ、ＢＯＤ／ＣＯＤは約０．６２となり、生分解性が大幅に向上した。排水の外観は、白水と呼ばれる白く濁った外観から、透明度が向上した外観に変化した。以上の結果から、実施例１の機能水発生器を用いることにより、排水から生成する機能水が、排水に含まれる難分解性有機物質を分解することで、排水の浄化を行うことができることがわかった。排水に含まれる難分解性有機物質は、例えば活性汚泥を用いた水処理技術を実施するに際して非常に大きな負荷因子であるが、このようにして排水を予め浄化しておけば、その後の活性汚泥を用いた水処理を効果的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、様々な技術分野において利用可能な機能水を簡便に製造することができる方法を提供することができる点において産業上の利用可能性を有する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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