(57)【要約】      （修正有）【課題】液体中に気体微粒子、液体あるいは粉体微粒子を混入させて微細なマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を液中に浮遊させ、種々のマイクロバブル、あるいはマイクロ粒子を発生させると同時に、目的に適うようにマイクロバブルの粒径、あるいは分布が自由に設定できるマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置及びそれによって得られた液体、その製造方法を提供する。【解決手段】液体槽１に液体６を貯蔵し、この液体槽に連通した圧力槽４に多孔のノズル２を設けてノズルを通して気体、液体あるいは粉体及びその混合物をノズルから振動源３の振動で液体槽内に所定の粒径と分布を有するマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を発生させるマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置とするとともに、同装置によりマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を有する液体を製造する。【選択図】図１
2009078223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を貯蔵する液体槽１と、
多数の貫通孔を有する多孔のノズル２と、
所定の周波数と振幅で振動を与える超音波振動素子を有すると共にホーンとして構成した振動源３と、
上記液体槽１に連通した圧力槽４と、
から構成されており、
上記圧力槽４に注入した気体、液体あるいは両物質内に粉体を混入し、上記圧力槽４から上記多孔のノズル２を通して振動源３のエネルギーにより圧力槽４内の物質の微細な粒径のマイクロバブル及びマイクロ粒子を液体槽１の液体中に発生させることを特徴としたマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。
【請求項２】
液体を貯蔵する液体槽１と、
多数の貫通孔を有する多孔のノズル２と、
所定の周波数と振幅で振動を与える超音波振動素子を振動源３に設け、該超音波振動素子を上記多孔のノズル２に直接振動を与える、あるいは上記多孔のノズルと距離を置いた位置から振動を上記多孔のノズル２に向けて与える振動源３と、
上記液体槽１に連通した圧力槽４と、
から構成されており、
上記圧力槽４に注入した気体、液体あるいは両物質内に粉体を混入し上記圧力槽４から上記多孔のノズル２を通して微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を上記液体槽１の液体中に発生させることを特徴としたマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。
【請求項３】
上記液体槽１に連通した圧力槽４に圧力ポンプによって所定の圧力を加え、上記液体槽１に向かって気体を送り込み、上記液体中に微細な粒径の気泡を発生させることを特徴とした請求項１記載、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体発生装置。
【請求項４】
上記圧力槽４に粉体を挿入し、上記液体槽１に向かって上記粉体を液体又は気体に混入させて上記液体中に微細な粒径のマイクロバブルを上記液体中に発生させることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項５】
上記振動源３に設けた圧電振動素子としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリュウム、フェライト等を用い、上記液体槽１に対して振動を与えることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項６】
上記振動源３における圧電振動素子の周波数、あるいは振幅を調整することにより上記マイクロバブル、マイクロ粒子の粒径を調整し液体槽１内に噴射させることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項７】
上記多孔のノズル２の孔径及び形状、及びその分布よって上記マイクロバブル、マイクロ粒子の粒径、あるいは分布を調整することを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項８】
上記多孔質ノズル２の形状を、入り口と出口の孔の面積を同一になしたことを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項９】
上記多孔のノズル２の形状を、入り口と出口の孔の面積を相違させたことを特徴とする請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１０】
上記多孔のノズル２に、耐食性を有する金属又は耐食性金属のメッキを施した金属、及びプラスチック、セラミックあるいはその複合体を用いたことを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１１】
上記液体槽１内に貯蔵する液体及び圧力槽４に注入する液体及び気体に応じて、上記多孔のノズル２の表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性を有する表面処理を施すことを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１２】
上記液体槽1 に各種燃料用の液体を貯蔵し、圧力槽４に酸素ガスを入れ、当該燃料用の液体中に50μ以下のマイクロバブルの酸素を供給し、酸素ガスを当該燃料液体中に浮遊させて燃焼効率を向上させることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１３】
上記多孔のノズル２に電鋳金属を用いたことを特徴とし、上記金属としてニッケル、ニッケル合金、白金族の合金、金、銀、銅及びその合金を用いることを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１４】
上記多孔のノズル３を挟んで液体槽１に還元液、圧力槽４に金属錯塩溶液を投入し、圧力槽４より錯塩溶液の微粒子を噴射させ酸化還元反応により金属微粒子を製作することを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１５】
上記多孔のノズル２を挟んで液体槽１に摂氏５０度〜９０度の液体を投入し、圧力槽４に目的の樹脂を合成するモノマーと開始剤、硬化剤、触媒の混合液を投入して圧力槽４よりモノマー混合液を多孔のノズル２より微粒子を液体槽１に噴射させ、液体槽１の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせてモノマーをポリマー粒子に合成することを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１６】
上記多孔のノズル２を挟んで液体槽１に酸性水溶液圧力槽４に珪酸ソーダの水溶液を投入し、上記多孔のノズルを通じて圧力槽４より珪酸ソーダ溶液の微粒子を液体槽１の酸性溶液に噴射し、珪酸ソーダが中和され二酸化珪素（SiO2）の微粒子に合成することを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１７】
圧力槽４に気体として酸素ガス、オゾン、窒素ガス、二酸化炭素ガスを含む無機ガス、あるいはメタンガス、ブタンガスを含む有機ガスを挿入することを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１８】
上記液体槽１に水を投入し、圧力槽４に有機溶媒、油脂を挿入することを特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置。
【請求項１９】
上記圧力槽４にセラミック、金属等の無機粉、医薬品、ポリマー及び食品関係等の有機微粉を上記気体及び液体の混合物を構成して満たし、多孔のノズル２を通じ液体槽１に満たした対応する液体に微粒子化した粒子を噴射させ、液体槽１の液中にその微粒子を漂わせること特徴とした請求項１、又は請求項２記載のマイクロバブルおよび／またはマイクロ微粒子発生装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１９に記載したマイクロバブル発生装置によって生成したことを特徴とするマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子の製造方法。
【請求項２１】
請求項１ないし請求項２０に記載したマイクロバブル発生装置によって生成したことを特徴とするマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子が混入した液体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に微細な気泡、あるいは粉体を混入して生成したマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させるマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、微細な気泡を液体中に発生させるには、液体と気泡を発生させるための装置を用意して、上記液体に気泡を注入、あるいは液体を撹拌等によって直接気泡を当該液体中に発生させるマイクロバブルを発生装置が提案されている。
マイクロバブル発生装置として、例えば、液体を電気分解によってマイクロバブルを発生させるため、多孔質性を有する導電性材料を用いて液体を電気分解するための２電極で構成した特開２００７−３８１４９号が提案されている。
【特許文献１】特開２００７−３８１４９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、先行技術として上述の公報に示された構成では、導電性材料に多孔質性を有するチタン又は導電性セラミック等の比較的高価な材料を用いる必要があると共に、上記マイクロバブルを形成させる場合、そのマイクロバブルの粒径又はその分布のコントロールが出来ない、あるいは気体（ガス）として酸素、水素に限定される欠点があるので、マイクロバブル発生装置として、種々の要求に応えられるものではなく、必ずしも有効な構成とはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、上記要求に対して、マイクロバブルあるいはマイクロ粒子の径あるいはその分布がコントロール出来、更に、液体中に気体のマイクロバブル、又は液体、固体およびその混合体の微細な粒径を有するマイクロ粒子を液体中に発生させることが出来る新規な構成のマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置、及びマイクロバブル、マイクロ粒子を有する液体、並びにその製造方法を提供するものである。
【０００５】
先ず、本発明は、液体槽と、多数の貫通孔を有する多孔のノズルと、圧力槽と、超音波振動素子を有する振動源からなり、上記液体槽に所定の液体を貯蔵し、圧力槽に気体、液体、粉体、あるいはその混合体を注入し、ホーンを構成する多孔のノズルを通して液体中に圧入または噴射することによって、上記液体中に種々の超微細な気泡または液体、気体、固体、およびその混合体の微粒子体を発生させるマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体発生装置、およびマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体、並びにマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体の製造方法を提供すものである。
【０００６】
更に、本発明は、上記圧力槽に設けた振動源の超音波振動素子を上記多孔のノズルに密着させて多孔を有する多孔膜を振動させて、液体槽に向かって圧力槽から所定の気体、液体、粉体、およびその混合体等を、上記液体中にマイクロバブル、マイクロ粒子として発生させる構成を提案するものである。
【０００７】
また、本発明は、上記振動源に超音波振動素子を用いる、あるいは超音波振動素子としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリューム、フェライト等を用いることによって上記液体槽中に微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させる構成である。
【０００８】
更に、本発明は、上記振動源の周波数及び電圧を調整し、上記多孔のノズルの孔形状、孔径を種々選択することによって上記液体槽中に発生させるマイクロバブル、マイクロ粒子の粒径を調整することが可能なマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置を提案する。
また、本発明は、上記装置および構成により製作されたマイクロバブル、マイクロ粒子を含む機能性を有する液体、その液体の製造方法を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に関わるマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を含む液体発生装置は、上述の構成によって液体槽に貯蔵した液体中に、気体、液体、粉体、あるいはその混合体として例えば油脂等を適宜選択して、ノズルの孔径、密度に応じて所定の粒径、あるいはその分布を有する微細な粒体としてのマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を発生させることができる。
【００１０】
この場合、上記多孔のノズルの素材として耐食性を有するものを選べば、多孔のノズルの寿命が長く、従って装置としての寿命も長く保つことが可能となる。
この際、更に、上記多孔のノズルの表面を、液体槽内の液体に応じて親水性、撥水性、あるいは撥油性処理を施すことによって気液の界面及び液界面に位置する多孔のノズルの液体切れ、気体切れの有効に微細な粒径のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を発生させることが出来る。
【００１１】
また、上記振動源の電圧、周波数を選択することによって多孔のノズル振動モードが制御出来る、その結果マイクロバブルあるいはマイクロ粒子の直径を制御できるので、従来では得られなかったマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子の粒子径を発生源である多孔のノズルの表面で粒子径が制御可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面に従って本発明を説明する。
図１（Ａ）は本発明の一実施例で、本発明の構成要素である圧電振動素子を圧力槽の一端に設けた例の断面概略図、（Ｂ）は多孔のノズルの斜視図である。図２（Ａ）は圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロバブル、マイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図で、（Ｂ）は多孔のノズルの斜視図ある。図１（Ｂ）及び図２（Ｂ）は、各々図１（Ａ）及び図２（Ａ）に対応して振動源に用いる圧電振動素子の一例を示す。
【００１３】
本発明に関わるマイクロバブル、マイクロ粒子発生装置は、内部に液体６を貯蔵する液体槽１と、前記液体槽１の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル２と、所定の気体、粉体、又は液体が投入されて圧力（Ｐ１）が与えられるとともに、前記多孔のノズル２を介して前記液体槽１に連設された圧力槽４と、前記圧力槽４における前記多孔のノズル２に対向する位置の側壁に圧電振動素子が設けられた振動源３と、前記振動源３に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源５とから少なくとも構成されている。
【００１４】
次に、図１（Ａ）及び図１(Ｂ) について説明すると、マイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置は、圧電振動素子等からなる駆動源５から圧力槽４の一方の壁からなる振動源３に対して所定の電圧と周波数を有する駆動信号を供給し、振動源３の圧電振動素子を所定の振幅と、所定の振動を発生させる。
上記液体槽１における前記多孔のノズル２の近傍は、中に貯蔵された液体の重量に伴う一定の圧力（Ｐ０）となっている。前記圧力（Ｐ０）と前記圧力槽４に加えられる圧力（Ｐ１）の関係は、Ｐ１＞Ｐ０の関係に設定しておく。
【００１５】
先ず、実施例である図１について説明する。マイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置は、液体槽１に投入された液体６と、多数の微細な貫通孔を設けた多孔のノズル２と、振動源３に設けた超音波振動素子と、一定の圧力（Ｐ１）がエアポンプ等によって加えられた圧力槽４と、所定の電圧によって上記多孔のノズル２に向かって振動を発生させる駆動源５で上記超音波振動素子を駆動させることにより、圧力槽４から多孔を有するノズル２を通して液体槽１内にマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子として多孔のノズル２の孔の大きさに対応した、極めて微細な気泡及び微粒子となって発生させることができる。
【００１６】
図１は（Ａ）、（Ｂ）で示すように、この場合、多孔のノズル２と振動源３とは、別体で上記振動源３を圧力槽４の端部に上記多孔のノズル２に対向した位置に配置してある。
従って、この例において、上記振動源３は、多孔のノズル２に向かって圧力槽４のホーンとしての機能を用いるべく振動源３に設けた圧電振動素子によって振動を与える構成である。
【００１７】
一方、図２に示した例において、本発明に関わるマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子発生装置は、内部に液体６を貯蔵する液体槽１と、前記液体槽１の下部近傍の側壁に設けられた多数の微細な貫通孔を有する多孔のノズル２と、所定の気体、粉体、又は液体が投入されて圧力（Ｐ１）が与えられるとともに、前記多孔のノズル２を介して前記液体槽１に連設された圧力槽４と、前記多孔のノズル２に密着させた振動源３と、前記振動源３に設けた圧電振動素子に接続され、所定の電圧と周波数を有する駆動信号を発生する駆動源５とから少なくとも構成されている。この図２の実施例は、圧力槽４の端部が図２の右端のようにストレート構造で事足り、圧力P1を加える部分が簡単な構造となる。
【００１８】
例えば、圧力槽４に12パスカルの圧力をかけ、振動源にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、６V の電圧印加で130kＨｚの振動を発生させ、多孔のノズルの孔径を2.0 μｍφにして、酸素ガスを液体層１に注入したところ、おおよそ数μｍφ、好ましくは５μｍφの酸素ガス微粒子が液中に注入出来た。
【００１９】
また、圧力槽４にサラダオイルを入れその中に200 ｎｍの粒径の銀の粉末を３重量パーセント混合して12パスカルの圧力をかけながら振動源３にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を用い、６ボルトの電圧で、130kＨｚの交流を印加させた場合、多孔ノズルの孔径を６μｍφにして銀の微粒子を混入させると、液体中には微細な銀粉末が上記サラダオイルによって覆われた状態の微粒子が得られる。
【００２０】
次に、振動源３に用いる圧電振動素子は、極めて振動効率が良いチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリューム、フェライトを使用すれば有効である。また、上記液体槽に貯蔵させる液体６は、水あるいは各種化学薬品、特に、薬剤でも良く、また、有機溶媒でも良い。上記液体槽１に貯蔵された液体は、圧力槽４に挿入するものを、それぞれ要求する機能を有した気体、液体、粉体、およびその混合体を選べば、新たな機能を有する液体として調合が可能となる。
【００２１】
金属粒子を製作は、上記多孔のノズル２を挟んで液体槽１に還元液を、圧力槽４に金属錯塩溶液をそれぞれ投入して、圧力槽４より金属錯塩溶液の微粒子を噴射させ、酸化還元反応を行うことができる。
【００２２】
また、上記多孔のノズル３を挟んで液体槽１に摂氏５０度〜９０度の液体を投入し圧力槽４に所定の樹脂を合成するモノマーと、開始剤、たとえば、メタクリル酸メチル（モノマー  Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ−ＭＭＡ）、エチレングリコールジアメタアクリル（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｇｌｙｃｏ  Ｄｉａｍｅｔｈａ  Ａｃｒｙｌ−ＥＧＤＭＡ）、アゾビスイソスプチロニトリル（Ａｚｏｂｉｓ  Ｉｓｏｂｕｔｙｒｏｎｉｔｒｉｌｅ−ＡＩＢＮ）、硬化剤、触媒の混合液を投入し、圧力槽４よりモノマー混合液を多孔のノズル３より微粒子を液体槽１に噴射させ、液体槽１の液中にモノマー粒子を一定時間漂わせ、モノマーをポリマー樹脂に合成して、その結果、ポリマーのマイクロ粒子を発生させることが出来る。
【００２３】
更に、上記多孔のノズル２を挟んで液体槽１に酸性水溶液、例えば塩酸の１規定溶液を満たし、圧力槽４に珪酸ソーダの５０％水溶液を投入し、多孔のノズル３を通じて圧力槽４より珪酸ソーダ溶液の微粒子を液体槽１の酸性溶液に噴射し、珪酸ソーダが中和され、二酸化珪素（SiO2）の微粒子に合成することができる。
【００２４】
更に、振動源３に設けた超音波振動素子に与える駆動源５からの駆動信号の電圧あるいは周波数を変えることによって、マイクロバブルの粒径を変化させて所望のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を発生させることができる。上記多孔のノズル２の孔径を変えることによって、上述のような粒径あるいは分布を変化させることも可能となる。
【００２５】
上記多孔のノズル２の材質を種々の材料を用いて選択すれば、耐食性が達成することが出来ると共に、特に、薬剤の調合、あるいは食品の製造に本発明を用いる場合、人体等に無害な材質を選択出来る。
【００２６】
更に、上記多孔のノズル２に表面処理、即ち、上記多孔のノズル２の表面に親水性、撥水性、親油性、あるいは撥油性処理を行うことによって、液体槽１に貯蔵する液体と、圧力槽４に挿入する材料を選択することが出来る。また、液体槽１に貯蔵する液体は、燃料とした場合、本発明によって、マイクロバブルを上記液体中に発生させると、その燃焼効率が向上させることが可能となり、例えば、輸送機器におけるエンジンに利用することが出来る。
【００２７】
上記圧力槽４に水に対して溶解しにくい無機ガス、あるいは有機ガスを挿入することによって、液体中に気泡を保持することが可能となり、その結果、同液体を農業、園芸、林業関係の、殺菌、酸素供給、等各種の目的に対応した水が出来る。その気体の例として、酸素ガス、オゾン、窒素ガス、二酸化炭素ガス、あるいはメタンガス、ブタンガスを含む有機ガスを、たとえば、数μｍφ、好ましくは５μｍφ以下にする事により液中にいつまでも存在する所定の気泡混入液が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明のマイクロバブル発生装置は、種々の目的、例えば、薬剤の調合、微細な粒径のマイクロバブルを有する燃料用、あるいは農業用の肥料又は薬品等に利用でき、その応用範囲は極めて広い。
本発明は、上述した内容に限定することなく、マイクロバブル、マイクロ粒子発生装置として、更に、同装置で得られたマイクロバブル、マイクロ粒子を有する液体は種々の目的に多用可能である
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（Ａ）は本発明の一実施例で、本発明の構成要素である圧電振動素子を圧力槽の一端に設けた例の断面概略図、（Ｂ）は多孔のノズルの斜視図である。（実施例１）
【図２】（Ａ）は圧電振動素子を多孔のノズルに密着させ多孔のノズルを直接振動させて、液体槽中に微細な粒径のマイクロバブルおよび／またはマイクロ粒子を発生させる実施例の断面概略図、（Ｂ）は多孔のノズルの斜視図である。（実施例２）
【符号の説明】
【００３０】
１  液体槽
２  多孔のノズル
３  振動源
４  圧力槽
５  駆動源
６  液体
【図１】
2009078223.tif 000003
【図２】
2009078223.tif 000004