JP2014198333A - 液体の微細化方法及び微細化ミキシング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】液体に内包される気体を除去し潤滑性、冷却効率を向上させ、電力・エネルギーを低減し、混入した金属粉を分離し易く、配管清掃がし易く、ナノ銀粒子の接触させることにより腐敗防止効果を向上させた潤滑液を提供する。
【解決手段】液体を格子状のフィルターに通過させてこれをミキシングする微細化工程と、この細分化された前記液体をセラミックに接触させて当該液体の分子結合力を低下させる接触工程と、前記微細化工程及び前記接触工程の少なくとも一方において前記液体を減圧及び加圧することにより前記液体に内包される気体を発泡及び凝縮する発泡凝縮工程と、この発泡及び凝縮された気体を含む前記液体にかかる圧力を開放することにより前記液体とこれに含まれていた気体とを分離除去する分離工程とを含み、少なくとも前記微細化工程、前記接触工程及び前記発泡凝縮工程とを複数回繰り返す。
【選択図】図１
【解決手段】液体を格子状のフィルターに通過させてこれをミキシングする微細化工程と、この細分化された前記液体をセラミックに接触させて当該液体の分子結合力を低下させる接触工程と、前記微細化工程及び前記接触工程の少なくとも一方において前記液体を減圧及び加圧することにより前記液体に内包される気体を発泡及び凝縮する発泡凝縮工程と、この発泡及び凝縮された気体を含む前記液体にかかる圧力を開放することにより前記液体とこれに含まれていた気体とを分離除去する分離工程とを含み、少なくとも前記微細化工程、前記接触工程及び前記発泡凝縮工程とを複数回繰り返す。
【選択図】図１
Description
本発明は、液体の微細化技術に関し、特に切削加工に用いられる水、油等の潤滑液の浸透性、潤滑性、及び冷却性能を向上させることのできる液体の微細化方法及び微細化ミキシング装置に関する。
切削加工、農業、医療等、様々な分野において、水や油といった液体が使用されている。例えば切削加工を含む金属加工に用いられる潤滑液は、加工の際に生じる工具と加工物の摩擦の減少や摩擦により発生する熱を冷却し、工具の寿命の延長や加工精度の向上を図ることを目的として使用されるものである。
加工時においては、潤滑液として潤滑油を用いることが多い。しかし、使用した油は使用過程による金属粉の混入によりスラッジ化するために最終的に産業廃棄物として処理せざるを得ない。また加工時に潤滑油が付着した加工物は次の工程で油を除去（洗浄）する必要がある。そして洗浄工程においては、洗浄液として有機溶剤を大量に使用するのが一般的である。加工物の洗浄により油分を含んだ有機溶剤は再利用が難しく、洗浄工程においても廃棄物が多く発生するという問題がある。
また従来の潤滑液、特に潤滑油においては、使用頻度の増加や時間の経過と共に潤滑液が酸化及び腐敗して潤滑性や冷却性能が低下する。
このように、酸化及び腐敗防止による潤滑油の寿命の延長はもちろんのこと、産業廃棄物の削減という観点からも潤滑油の使用量の低減、並びにその腐敗防止、潤滑性と冷却性能の長期維持は重要な課題となっている。
このように、酸化及び腐敗防止による潤滑油の寿命の延長はもちろんのこと、産業廃棄物の削減という観点からも潤滑油の使用量の低減、並びにその腐敗防止、潤滑性と冷却性能の長期維持は重要な課題となっている。
ここで潤滑液の酸化、腐敗を防止する技術として、例えば水や油といった潤滑液をセラミックに接触させることでその物性を改質する方法や（特許文献１参照）、潤滑油を乱流状態でセラミックと接触させることで油の油粒子を微細化してその腐敗や酸化を防止する方法（特許文献２参照）、及び抗火石加工品に潤滑油を接触させた後に乱流撹拌し、更に加圧状態で抗火石加工品に接触させた後で衝突撹拌する方法（特許文献３参照）が開示されている。
また、潤滑油に含まれる気泡の除去方法としては、潤滑油に消泡剤を配合する方法（特許文献４参照）、密封容器内にて潤滑油を減圧して撹拌機構にて撹拌する方法（特許文献５参照）、及び旋回流室を設けて潤滑油に回転運動を与え、液体と気体の遠心力の差を利用して回転中心部に集合する気泡を除去する方法（特許文献６参照）が開示されている。
これ以外に、液体に本来備わっている以上の効能を付加する方法として、例えばマイクロバブルやナノバブルを含む液体の研究が進められている。
また、潤滑油に含まれる気泡の除去方法としては、潤滑油に消泡剤を配合する方法（特許文献４参照）、密封容器内にて潤滑油を減圧して撹拌機構にて撹拌する方法（特許文献５参照）、及び旋回流室を設けて潤滑油に回転運動を与え、液体と気体の遠心力の差を利用して回転中心部に集合する気泡を除去する方法（特許文献６参照）が開示されている。
これ以外に、液体に本来備わっている以上の効能を付加する方法として、例えばマイクロバブルやナノバブルを含む液体の研究が進められている。
しかし、特許文献１のように水をセラミックに接触させるだけではその物性の改質は十分ではなく、水のみを潤滑液として使用することは難しい。
また潤滑液は数％から数十％の気体を内包しているため、特許文献２のように潤滑液を乱流状態でセラミックと接触させる場合であっても、潤滑液に含まれる気体が気泡となり乱流中でセラミックの表面にまとわりつき、十分に潤滑液をセラミックに接触させることができない。
更には、特許文献３のように潤滑液を乱流撹拌し、更に加圧状態で抗火石加工品に接触させた後で衝突撹拌する場合、潤滑液に気泡を含んだままであると、これに加わる力や圧力によって潤滑液の温度が上昇し、潤滑液が水の場合は気泡が発生し易くなる、また潤滑液が油の場合には酸化し易くなるという問題がある。
また、特許文献４のように消泡剤を潤滑液に配合して脱泡する方法では、使用済の潤滑液の再利用が困難であるという問題がある。
更に特許文献５に記載の方法では、潤滑液を減圧下に置き且つ撹拌機構を備えた装置を別途設置する必要があるため、金属加工スペースの効率的な利用、並びに加工装置の小型化という点からは好ましくない。
併せて特許文献６に記載の方法では、旋回流室で分離された気体のみを除去できるものではなく、気体を多く含んだ潤滑液も多少ではあるが除去されることになる。またこの場合、旋回流室で除去した気体（液体を含む）を排出する排出管を設ける必要があり、やはり金属加工スペースの効率的な利用という点からは好ましくない。
更にマイクロバブルやナノバブルを多量に含む液体においては、液体中に酸素を含有するため、例えばこれに圧力や力が加わる場合、液体の温度が上昇するため、冷却効果を期待する目的には適さない。
以上から、本発明の解決しようとする課題は以下の通りである。
潤滑性、浸透性及び冷却効果、並びに有機物や無機物の分解力に優れ、且つ、菌の不活性化により腐敗を抑制することのできる液体の提供を提供すること。
特に油の使用を低減、若しくはゼロにすることにより産業廃棄物として破棄する潤滑液を削減すると共に、洗浄工程で使用する有機溶剤を削減できる潤滑液を提供すること。
その潤滑性、冷却効率を向上させることにより金属加工装置の動力部分を小型化し、金属加工に必要な電力・エネルギーを低減できる潤滑液を提供すること。
潤滑液に油を使用した場合であっても、混入した金属粉を分離し易く、また金属加工装置の配管清掃がし易い潤滑液を提供すること。
潤滑性、浸透性及び冷却効果、並びに有機物や無機物の分解力に優れ、且つ、菌の不活性化により腐敗を抑制することのできる液体の提供を提供すること。
特に油の使用を低減、若しくはゼロにすることにより産業廃棄物として破棄する潤滑液を削減すると共に、洗浄工程で使用する有機溶剤を削減できる潤滑液を提供すること。
その潤滑性、冷却効率を向上させることにより金属加工装置の動力部分を小型化し、金属加工に必要な電力・エネルギーを低減できる潤滑液を提供すること。
潤滑液に油を使用した場合であっても、混入した金属粉を分離し易く、また金属加工装置の配管清掃がし易い潤滑液を提供すること。
本発明の液体の微細化方法、及び微細化ミキシング装置は、以下の構成からなることをその特徴とする。
（１）本発明の液体の微細化方法は、液体を格子状のフィルターに通過させてこれをミキシングする微細化工程と、このミキシングされた前記液体をセラミックに接触させて当該液体の分子結合力を低下させる接触工程と、前記微細化工程及び前記接触工程の少なくとも一方において前記液体を減圧及び加圧することにより前記液体に内包される気体を発泡及び凝縮する発泡凝縮工程と、この発泡及び凝縮された気体を含む前記液体にかかる圧力を開放することにより前記液体とこれに含まれていた気体とを分離除去する分離工程とを含み、少なくとも前記微細化工程、前記接触工程及び前記発泡凝縮工程とを複数回繰り返すことをその特徴とする。
（２）上記（１）の構成にあって、前記分離工程において、前記液体を貯留する貯留槽内で当該液体にかかる圧力を開放することにより前記液体とこれに含まれていた気体とを分離除去することをその特徴とする。
（３）上記（１）又は（２）の構成にあって、前記セラミックの表面にナノ銀粒子を担持させることにより、前記接触工程において前記液体を前記セラミックと前記ナノ銀粒子とに接触させることをその特徴とする。
（４）上記（１）から（３）のいずれかの構成にあって、前記発泡凝縮工程において、両端部に開口部を有する円筒形又は多角筒形のデバイスであって、当該デバイスの開口部の径が当該デバイスの長手方向中央部の径よりも小さいデバイスに前記液体を通過させることにより当該液体を減圧及び加圧することをその特徴とする。
（５）上記（１）から（４）のいずれかの構成にあって、前記微細化工程において、前記液体を前記格子状のフィルターに通過させる前、通過させる最中、及び通過させた後の少なくともいずれかにおいて、当該液体に静電気を印加することをその特徴とする。
（６）本発明の微細化ミキシング装置は、液体を貯留する貯留槽と、 前記貯留槽に貯留される前記液体を吸引する吸引部と、両端部に開口部を有し内部に格子状のフィルターが設けられた円筒形又は多角筒形のデバイスからなり前記吸引部から送られる前記液体を一方の前記開口部からその内部に流入させて前記フィルターを通過させ他方の前記開口部から流出させる微細化部と、
両端部に開口部を有し内部にセラミックが設けられた円筒形又は多角筒形のデバイスからなり前記微細化部から送られる前記液体を一方の前記開口部からその内部に流入させて前記セラミックを通過させ他方の前記開口部から流出させる接触部と、前記接触部を通過した前記液体を前記貯留槽に返送する返送部と、前記貯留槽に返送された前記液体にかかる圧力を該貯留槽内にて開放する開放部とを具備する微細化ミキシング装置であって、前記微細化部及び前記接触部の少なくとも一方に前記液体を減圧及び加圧する発泡凝縮部を設けたことを特徴とする。
両端部に開口部を有し内部にセラミックが設けられた円筒形又は多角筒形のデバイスからなり前記微細化部から送られる前記液体を一方の前記開口部からその内部に流入させて前記セラミックを通過させ他方の前記開口部から流出させる接触部と、前記接触部を通過した前記液体を前記貯留槽に返送する返送部と、前記貯留槽に返送された前記液体にかかる圧力を該貯留槽内にて開放する開放部とを具備する微細化ミキシング装置であって、前記微細化部及び前記接触部の少なくとも一方に前記液体を減圧及び加圧する発泡凝縮部を設けたことを特徴とする。
（７）上記（６）の構成にあって、前記接触部のセラミックの表面にナノ銀粒子を担持させることをその特徴する。
（８）上記（６）又は（７）の構成にあって、前記発泡凝縮部は、前記微細化部及び前記接触部のデバイスの少なくとも一方の開口部の径をその長手方向中央部の径よりも小さくすることにより設けられることをその特徴とする。
（９）上記（６）から（８）のいずれかの構成にあって、前記接触部において、前記液体を前記格子状のフィルターに通過させる前、通過させる最中、及び通過させた後の少なくともいずれかにおいて、当該液体に静電気を印加することをその特徴とする。
上述の通り、一般的に液体は数％から数十％の気体を内包しており、気体が内包したままの液体をセラミックと接触させても液体に含まれる気体が小さな気泡となってセラミックの表面にまとわりつき、十分に液体をセラミックに接触させることができない。
しかし本発明の液体の微細化方法、及び微細化ミキシング装置を用いた場合、液体を減圧及び加圧することによりこれに内包される気体を発泡及び凝縮し、その後にこの発泡凝縮した気体を含む液体にかかる圧力を開放することにより、効率的に前記液体に内包されていた気体を除去することができる。これにより、液体の温度の上昇を抑制することができ、また液体の酸化、腐敗をも抑制することができる。
また格子状のフィルター及びセラミックを用いて液体を微細化することができるため、この微細化された液体は優れた潤滑性、浸透性及び分解力等を有する。
即ち、先ず格子状のフィルターによる微細化によって液体の分子結合を切断し易くすると共に前記液体に含まれる気体を発泡させ、この気体と前記液体とを分離し易くする。そしてこの後、この液体にセラミックに接触させることにより、液体の分子結合力を低下させる。この工程を複数回繰り返すことにより、前記液体をセラミックに効率的に接触させることができ、また分子結合力が低下した液体がフィルターにてミキシングされることにより分子の結合を分断でき、前記液体からの気体分離と液体の微細化を効率よく行うことができる。そのため、従来の微細化装置と異なり多くの処理場所を必要とせず、スペースを有効利用することができる。
即ち、先ず格子状のフィルターによる微細化によって液体の分子結合を切断し易くすると共に前記液体に含まれる気体を発泡させ、この気体と前記液体とを分離し易くする。そしてこの後、この液体にセラミックに接触させることにより、液体の分子結合力を低下させる。この工程を複数回繰り返すことにより、前記液体をセラミックに効率的に接触させることができ、また分子結合力が低下した液体がフィルターにてミキシングされることにより分子の結合を分断でき、前記液体からの気体分離と液体の微細化を効率よく行うことができる。そのため、従来の微細化装置と異なり多くの処理場所を必要とせず、スペースを有効利用することができる。
そして、本発明の液体の微細化方法、及び微細化ミキシング装置を用いた場合、水のみであってもその粒子を微細化することによって十分な潤滑性と浸透性を発揮することができるため、特に切削加工に用いる場合、油の配合量を低減、又はゼロとすることが可能となる。
特にこの液体を潤滑液として用いる場合、以下の効果を発揮し得る。
即ち、潤滑液に含まれる水の水粒子を微細化することにより、潤滑液の界面活性性を向上及びその表面張力が低下し、これにより当該潤滑液が加工時に加工物の加工面に入り込んで水の膜を形成するため、工具と加工物に生じる摩擦抵抗を低減することができる。
即ち、潤滑液に含まれる水の水粒子を微細化することにより、潤滑液の界面活性性を向上及びその表面張力が低下し、これにより当該潤滑液が加工時に加工物の加工面に入り込んで水の膜を形成するため、工具と加工物に生じる摩擦抵抗を低減することができる。
更に上述の通り潤滑液への油の配合量を低減、又はゼロとすることができるため、産業廃棄物として破棄する潤滑液、及び洗浄工程で使用する有機溶剤を低減することができると共に、潤滑液に混入した金属粉を分離し易くなるため、潤滑液のスラッジ化を防止することができる。また当然ながら油を配合しない潤滑液を使用する場合、金属加工装置や潤滑液を通す配管の清掃も簡単になる。
また潤滑液として一部、又はその全部に油を利用する場合であっても、本発明の液体の微細化方法、及び微細化ミキシング装置を用いた場合、油の粒子を微細化するため、潤滑性の向上、酸化・劣化を防止することができると共に、油の膜の結合力を弱め、油の粘性を低くすることができる。またこれにより油が金属粉等のごみを抱き込み難くなるため、使用後の潤滑液において、重量の軽いごみは潤滑液の表面に浮き、重いごみは底に落ちることにより潤滑液とごみとを分離し易くなる。具体的には、油の粘性が下がったことにより潤滑液が柔らかくなり、油とごみとを分離し易くなるため、分離処理が簡易になる。
更には、潤滑液への油の配合量を低減することにより、潤滑液に浮遊するごみも低減することができる。またこのような潤滑液においては、これに含まれる油が他の油と衝突したり触れ合う面が無くなるのと併せて粘性が低下するため、油粒子単位の表面積が増え、体積が膨らむ。
また潤滑液の配合を問わず、その浸透性、潤滑性、及び冷却性能を向上させることができるため、金属加工装置の動力部分を小型化し、金属加工に必要な電力・エネルギーを低減することができる。
本発明の他の態様においては、前記微細化工程及び前記接触工程を経た液体を、例えば金属加工装置のような微細化した液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽に流入させて前記液体とこれに含まれていた気体とを分離させることができるため、金属加工装置とは別途の脱泡装置を設置することなく、液体から気体を除去することができる。即ち、本発明によれば、既存の設備を活用して効率的に液体から気体を除去することができる。
また本発明の他の態様においては、前記セラミックの表面にナノ銀粒子を担持させることにより、前記接触工程において液体をセラミックとナノ銀粒子とに接触させることができる。これにより、ナノ銀粒子が保持するゼータ電位の電位差により大気より液体に降り注ぐ菌類や藻類を瞬時に殺菌・破壊することができ、効率的に液体の腐敗を防ぐことができる。
更に本発明の他の態様においては、前記発泡工程において、両端部に開口部を有する円筒形又は多角筒形のデバイスであって、当該デバイスの開口部の径が前記デバイスの長手方向中央部の径よりも小さいデバイスに前記液体を通過させることにより当該液体を減圧及び加圧させてこれに含まれる気体を発泡させることができる。これにより、他の装置を使用することなく前記微細化工程及び前記接触工程の少なくとも一方において液体から気体を発泡させることができ、スペースを有効活用できると共に、効率的に短時間で液体の微細化と脱泡を行うことができる。
また本発明の他の態様においては、前記微細化部において、液体を格子状のフィルターに通過させる前、通過させる最中、及び通過させた後の少なくともいずれかにおいて、前記液体に静電気を印加することにより、前記液体を更に微細化することができる。
以下、本発明の液体の微細化方法及び微細化ミキシング装置の一実施形態を図１、図３及び図４を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態の微細化ミキシング装置は、貯留槽１００、吸引部１１０、第１の微細化部１２０、第１の接触部１３０、第２の微細化部１４０、第２の接触部１５０、第１の発泡部１６０、第１の凝縮部１６１、第２の発泡部１６２、第２の凝縮部１６３、第３の発泡部１６４、第３の凝縮部１６５、第４の発泡部１６６、第４の凝縮部１６７、返送部１７０、開放部１７１、取り出しバルブ１８０、仕切り板１９０、補給口１９１及び抵抗板１９２からなる。
尚、貯留槽１００は、金属加工装置のような微細化された液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽を用いることができる。
また吸引部１１０は例えば吸込管と吐出管とポンプとを有し、モーターの電力により貯留槽１００にある液体を中圧から高圧（例えば０．２Ｍｐから５Ｍｐ）で第１の微細化部１２０に送り出す。
尚、貯留槽１００は、金属加工装置のような微細化された液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽を用いることができる。
また吸引部１１０は例えば吸込管と吐出管とポンプとを有し、モーターの電力により貯留槽１００にある液体を中圧から高圧（例えば０．２Ｍｐから５Ｍｐ）で第１の微細化部１２０に送り出す。
更に本実施形態の微細化ミキシング装置における第１の微細化部１２０は、図３に示すように第１の開口部１２１、第２の開口部１２２、フィルター１２３、第１の発泡部１６０及び第１の凝縮部１６１、発泡空間１２６からなる。そして第１の発泡部１６０は減圧部１２４からなり、第１の凝縮部１６１は加圧部１２５からなる。ここでフィルター１２３は、例えば格子状に形成されたセラミック、又はステンレス、鉄、銅といった金属からなる。この場合、当該フィルターのメッシュは、３０〜２００であることが好ましい。
また第１の微細化部１２０は、吸引部１１０から送られる液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。
また第１の微細化部１２０は、吸引部１１０から送られる液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。
また図４に示すように、本実施形態の微細化ミキシング装置における第１の接触部１３０は、第３の開口部１３１、第４の開口部１３２、セラミック１３３、第２の発泡部１６２、第２の凝縮部１６３からなる。そして第２の発泡部１６２は減圧部１３４からなり、第２の凝縮部は加圧部１３５からなる。尚、セラミック１３３として用いられるセラミックとしては、特に限定されず、一般的に使用されるものを使うことができる。
また第１の接触部１３０は、第１の微細化部１２０から送られる液体の進行方向とその長手方向が並行となるように設置される。
また第１の接触部１３０は、第１の微細化部１２０から送られる液体の進行方向とその長手方向が並行となるように設置される。
尚、本実施形態の微細化ミキシング装置における第２の微細化部１４０及び第２の接触部１５０は、それぞれ第１の微細化部１２０及び第１の微細化部１３０と同様の構成からなる。
また、本実施形態の微細化ミキシング装置における返送部１７０は、例えば銅、ステンレス、真鍮及びアルミ等の金属管からなる。第２の接触部１５０において液体にかけられた圧力を開放部１７１で一気に開放するため、その径は第２の接触部１５０に設けられた開口部（第８の開口部。但し図示せず）の径と同等、又はそれよりも小さいことが好ましい。
更に返送部１７０に設けられた開放部１７１は、複数の微細な孔が開けられた高圧水用ノズル状となっている。第２の接触部１５０において圧力をかけられた液体は当該孔から貯留槽１００内で噴射される。これにより、この液体にかけられていた圧力は一気に開放され、液体に含まれていた気体は効率よく発泡する。
更に返送部１７０に設けられた開放部１７１は、複数の微細な孔が開けられた高圧水用ノズル状となっている。第２の接触部１５０において圧力をかけられた液体は当該孔から貯留槽１００内で噴射される。これにより、この液体にかけられていた圧力は一気に開放され、液体に含まれていた気体は効率よく発泡する。
本実施形態の微細化ミキシング装置を用いて液体を細分化する方法を以下の通り説明する。
先ず微細化するための液体は、補給口１９１から貯留槽１００に流入される。貯留槽１００に流入された液体のうち吸引部１１０付近にある液体は、吸引部１１０を介して第１の微細化部１２０に送られる。
先ず微細化するための液体は、補給口１９１から貯留槽１００に流入される。貯留槽１００に流入された液体のうち吸引部１１０付近にある液体は、吸引部１１０を介して第１の微細化部１２０に送られる。
第１の微細化部１２０に送られた液体は、第１の開口部１２１より第１の微細化部１２０の内部に流入する。第１の微細化部１２０に流入した液体に内包される気体は、減圧部１２４を通過することにより膨張する。
そして減圧部１２４を通過した液体は微細化部１２０内部に設けられている格子状のフィルター１２３を高速で通過する。このフィルター１２３はフィルター機能と液体の微細化機能の両方を備えている。
フィルター１２３を通過した液体はその分子結合が切断し易くなると共に、液体に含まれる気体が気泡となって現れることにより液体の分子径及びその体積が縮小する。このように、フィルター１２３を通過した液体は混合されるため、例えば液体が水と油との混合液である場合には水と油の粒子とが混合されてエマルジョン化し易くなる。尚、減圧部１２４により液体に内包される気体は膨張して気泡も発生しているため、フィルター１２３を通過しても液体と気泡とが混合することはない。
またフィルター１２３を通過した液体に含まれる気体は、発泡空間１２６にて発泡し、気泡が凝集する。そして前述の通り第１の微細化部１２０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、液体よりも浮力の強い気泡は液体よりも早く進行方向である上部に流れ、且つ、これらは加圧部１２５を通過することにより凝縮される。そして液体は、加圧部１２５にて加圧された状態で第２の開口部１２２より微細化部１２０から流出し、第１の接触部１３０に送られる。
そして減圧部１２４を通過した液体は微細化部１２０内部に設けられている格子状のフィルター１２３を高速で通過する。このフィルター１２３はフィルター機能と液体の微細化機能の両方を備えている。
フィルター１２３を通過した液体はその分子結合が切断し易くなると共に、液体に含まれる気体が気泡となって現れることにより液体の分子径及びその体積が縮小する。このように、フィルター１２３を通過した液体は混合されるため、例えば液体が水と油との混合液である場合には水と油の粒子とが混合されてエマルジョン化し易くなる。尚、減圧部１２４により液体に内包される気体は膨張して気泡も発生しているため、フィルター１２３を通過しても液体と気泡とが混合することはない。
またフィルター１２３を通過した液体に含まれる気体は、発泡空間１２６にて発泡し、気泡が凝集する。そして前述の通り第１の微細化部１２０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、液体よりも浮力の強い気泡は液体よりも早く進行方向である上部に流れ、且つ、これらは加圧部１２５を通過することにより凝縮される。そして液体は、加圧部１２５にて加圧された状態で第２の開口部１２２より微細化部１２０から流出し、第１の接触部１３０に送られる。
第１の接触部１３０に送られた液体は、第３の開口部１３１より第１の接触部１３０の内部に流入する。第１の微細化部１２０で加圧された状態にて第１の接触部１３０に流入した液体に内包される気体は、減圧部１３４を通過することにより再度膨張し、発泡して再凝集する。そして液体は第１の接触部１３０内部に設けられているセラミック１３３に接触することによりその分子結合力が低下し、更に微細化し易い状態となる。例えば液体が水の場合、水流に乗って水がセラミック１３３にぶつかった際に、セラミック１３３から遠赤外線が放出され、この放出された遠赤外線は、水分子をＨ+とＯＨ−に分解する。Ｈ+はこの遠赤外線によりＨ２となり易く、その結果、水にはＯＨ−が多く含まれることとなる。またこれにより、水の分子結合力は低下し、水分子の集合体であるクラスターは小さな分子の集まりとなり、より微細化し易い状態となる。そしてセラミック１３３に接触した液体に内包される気体は加圧部１３５を通過することにより凝縮される。そしてこの液体は、加圧部１３５にて加圧された状態で第４の開口部１３２より第１の接触部１３０から流出し、第２の微細化部１４０に送られる。
また、前述の通り第１の接触部１３０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、液体よりも浮力の強い気泡は液体よりも早く進行方向である上部に流れ易い状態となる。
また、前述の通り第１の接触部１３０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、液体よりも浮力の強い気泡は液体よりも早く進行方向である上部に流れ易い状態となる。
第２の微細化部１４０に送られた液体は、第１の微細化部１２０と同様に微細化され、また液体に内包される気体は発泡、凝集及び凝縮して第２の接触部１５０に送られる。特に第２の微細化部１４０においては、第１の接触部１３０にて液体の分子結合力が弱まった状態にて流入されるため、更に小さな分子の集まりのクラスターを生じさせ、液体を微細化することが可能となる。
第２の接触部１５０に送られた液体は、第１の接触部１３０と同様に液体の分子結合力が弱められ、また液体に内包される気体は発泡、凝集及び凝縮して返送部１７０に送られる。
返送部１７０に送られた液体と気体とは、返送部１７０を介して貯留槽１００に返送される。返送部１７０の先端に設けられた開放部１７１は高圧ノズル状になっていることから、第２の微細化部１４０にて加圧された液体及びこれに含まれる気体にかかっている圧力は貯留槽１００に流入される際に開放部１７１にて一気に開放される。これにより、開放部１７１から貯留槽１００に流入する際、液体に含まれていた気体は大幅に且つ効率よく発泡する。そのため、貯留槽１００内にて大幅に発泡した気体は、液体との比重の差と貯留槽１００に貯留された液体の水圧により図１に示す気体の流れＸのように上に向かい、液体と大気との界面より大気中に発散される。これにより、液体に内包される気体を除去できると共に、液体を微細化することが可能となる。また仕切り板１９０を貯留槽１００に設けたことにより、気体を効率的に貯留槽１００の上部に向かわせることができる。また抵抗板１９２を貯留槽１００に設けたことにより気体の流動抵抗を増加させることで気体を大気に発散させ易くできる。更に貯留層１００に貯留される液体は図１に示す液体の流れＹに沿って流動することにより、第１の微細化部１２０から第２の接触部１５０を経て微細化された液体が貯留槽１００内にて均一に混合され易くなる。
このように気体が除去され微細化された液体は、取り出しバルブ１８０より、金属加工装置といった液体を使用する機械・装置へと運ばれる。
なお、吸引部１１０、第１の微細化部１２０、第１の接触部１３０、第２の微細化部１４０及び第２の接触部１５０は、例えばホースまたはパイプを介して適宜接続される。これらのホースまたはパイプの径は、第１から第８の開口部の径と同等又はそれより小さいことが好ましい。
また、液体に含まれていた気体のうち、発泡して液体から分離したもの以外の、液体に残存する気体についても、その一部は微細化ミキシング装置によってナノ化又はマイクロ化されて液体に含まれることにより、ナノバブル又はマイクロバブルを有する液体が奏する効果と同じ効果をも奏することができる。
更に、本実施形態に係る微細化ミキシング装置においては、第１の微細化部１２０、第１の接触部１３０、第２の微細化部１４０及び第２の接触部１５０を通過した液体は微細化されると共に内包していた気体が気泡となって現れるため、気体と液体とが分離し易い状態となる。また第１の微細化部１２０及び第２の微細化部１４０において液体に含まれる気体は発泡凝縮した状態で第１の接触部１３０及び第２の接触部１５０に流入する。この流入した液体は第１の接触部１３０及び第２の接触部１５０にて減圧されて発泡し、且つ、これらは上述の通り液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。気泡は浮力により液体よりも早く進行方向である上部に流れることから、液体は第１の接触部１３０及び第２の接触部１５０に備えられるセラミックに十分に且つ効率的に接触し、よりその分子結合力を弱めることができる。
また上述のように、本実施形態に係る微細化ミキシング装置は、金属加工装置のような液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽１００を活用することができ、更に第１の微細化部１２０、第１の接触部１３０、第２の微細化部１４０及び第２の接触部１５０において液体に含まれる気体を発泡させ、貯留層１００にて当該気体（気泡）と液体とを分離除去するように構成されていることから、別途発泡装置を設ける必要がなく、スペースを効率的に活用することができる。
上記の実施形態では、第１の微細化部１２０、第１の接触部１３０、第２の微細化部１４０及び第２の接触部１５０にそれぞれ減圧部及び加圧部を設けることにより液体の発泡を行っているが、適宜その他の方法、例えば液体へ高電圧を印加したり、超音波を照射する方法を用いてもかまわない。
次に本発明の液体の微細化方法及び微細化ミキシング装置の他の実施形態について図２、図５及び図６を参照して説明する。
図２に示すように、本実施形態の微細化ミキシング装置は、貯留槽２００、吸引部２１０、微細化部２２０、接触部２３０、第１の発泡部２４０、第１の凝縮部２４１、第２の発泡部２４２、第２の凝縮部２４３、返送部２５０、開放部２５１、取り出しバルブ２６０、仕切り板２７０、補給口２７１及び抵抗板２７２からなる。
尚、貯留槽２００は、金属加工装置のような液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽を用いることができる。
また吸引部２１０は例えば吸込管と吐出管とポンプとを有し、モーターの電力により貯留槽２００にある液体を中圧から高圧（例えば０．２Ｍｐから５Ｍｐ）で第１の微細化部２２０に送り出す。
尚、貯留槽２００は、金属加工装置のような液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽を用いることができる。
また吸引部２１０は例えば吸込管と吐出管とポンプとを有し、モーターの電力により貯留槽２００にある液体を中圧から高圧（例えば０．２Ｍｐから５Ｍｐ）で第１の微細化部２２０に送り出す。
更に本実施形態の微細化ミキシング装置における微細化部２２０は、図５に示すように第１の開口部２２１、第２の開口部２２２、フィルター２２３、清流部２２６、及び第１の発泡部２４０及び第１の凝縮部２４１からなる。そして第１の発泡部２４０は減圧部２２４からなり、第１の凝縮部２４１は加圧部２２５からなる。ここでフィルター２２３は、例えば格子状に形成されたセラミック、又はステンレス、鉄、銅といった金属からなる。この場合、当該フィルターのメッシュは、３０〜２００であることが好ましい。また清流部２２６は、例えばスリットの入った板状又は棒状のステンレスといった金属を、その向きが液体の進行方向と並行となるように微細化部２２０の内部に設置する。
また微細化部２２０は、前記吸引部２１０から送られる液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。
また微細化部２２０は、前記吸引部２１０から送られる液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。
また図６に示すように、本実施形態の微細化ミキシング装置における接触部２３０は、第３の開口部２３１、第４の開口部２３２、セラミック２３３、銀ナノ粒子２３６、第２の発泡部２４２及び第２の凝縮部２４３からなる。そして第２の発泡部２４２は減圧部２３４からなり、第２の凝縮部２４３は加圧部２３５からなる。尚、セラミック２３３として用いられるセラミックとしては、特に限定されず、一般的に使用されるものを使うことができる。このようなセラミック２３３は例えば棒状であり、その向きが液体の進行方向と並行となるように接触部２３０の内部に設置される。更にセラミック２３３の表面には、ナノ銀粒子２３６が担持されている。
また接触部２３０は、微細化部２２０から送られる液体の進行方向とその長手方向が並行となるように設置される。
また接触部２３０は、微細化部２２０から送られる液体の進行方向とその長手方向が並行となるように設置される。
また、本実施形態の微細化ミキシング装置における返送２５０は、例えば銅、ステンレス、真鍮及びアルミ等の金属管からなる。接触部２３０において液体にかけられた圧力を開放部２５１で一気に開放するため、その径は接触部２３０に設けられた第４の開口部２３２の径と同等、又はそれよりも小さいことが好ましい。
更に返送部２５０に設けられた開放部２５１は、複数の微細な孔が開けられた高圧水用ノズル状となっている。接触部２３０において圧力をかけられた液体は当該孔から貯留槽２００内で噴射される。これにより、この液体にかけられていた圧力は一気に開放され、液体に含まれていた気体は効率よく発泡する。
更に返送部２５０に設けられた開放部２５１は、複数の微細な孔が開けられた高圧水用ノズル状となっている。接触部２３０において圧力をかけられた液体は当該孔から貯留槽２００内で噴射される。これにより、この液体にかけられていた圧力は一気に開放され、液体に含まれていた気体は効率よく発泡する。
以下、本実施形態の微細化ミキシング装置を用いて液体を微細する方法を以下に説明する。
先ず、細分化するための液体は補給口２７１から貯留槽２００に流入される。貯留槽２００に流入された液体のうち吸引部２１０付近にある液体は、吸引部２１０を介して微細化部２２０に送られる。
先ず、細分化するための液体は補給口２７１から貯留槽２００に流入される。貯留槽２００に流入された液体のうち吸引部２１０付近にある液体は、吸引部２１０を介して微細化部２２０に送られる。
微細化部２２０に送られた液体は、第１の開口部２２１より微細化部２２０の内部に流入する。微細化部２２０に流入した液体に内包される気体は、減圧部２２４を通過することにより膨張する。
そして減圧部２２４を通過した液体は微細化部２２０内部に設けられている格子状のフィルター２２３を高速で通過する。このフィルター２２３はフィルター機能と液体の微細化機能の両方を備えている。そしてフィルター２２３を通過した液体はその分子結合が切断し易くなると共に、液体に含まれる気体が気泡となって現れることにより液体の分子径及びその体積が縮小する。このようにフィルター２２３を通過した液体は混合されるため、例えば液体が水と油との混合液である場合には水と油の粒子とが混合されてエマルジョン化し易くなる。尚、減圧部２２４により液体に内包される気体は膨張して気泡も発生しているため、フィルター２２３を通過しても液体と気泡とが混合することはない。
そして減圧部２２４を通過した液体は微細化部２２０内部に設けられている格子状のフィルター２２３を高速で通過する。このフィルター２２３はフィルター機能と液体の微細化機能の両方を備えている。そしてフィルター２２３を通過した液体はその分子結合が切断し易くなると共に、液体に含まれる気体が気泡となって現れることにより液体の分子径及びその体積が縮小する。このようにフィルター２２３を通過した液体は混合されるため、例えば液体が水と油との混合液である場合には水と油の粒子とが混合されてエマルジョン化し易くなる。尚、減圧部２２４により液体に内包される気体は膨張して気泡も発生しているため、フィルター２２３を通過しても液体と気泡とが混合することはない。
またフィルター２２３を通過した液体に含まれる気体は、清流部２２６にて発泡する。ここで液体は清流部２２６の設置により地面と垂直状態で流れるようになっている。また前述の通り微細化部２２０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、微細化部２２０内で発生した気泡は液体よりも浮力が強いために液体よりも早く進行方向である上部に流れ、且つ、これらは加圧部２２５を通過することにより凝縮される。そして液体は、加圧部２２５にて加圧された状態で第２の開口部２２２より微細化部２２０から流出し、接触部２３０に送られる。
接触部２３０に送られた液体は、第３の開口部２３１より接触部２３０の内部に流入する。接触部２３０に流入した液体に内包される気体は、減圧部２３４を通過することにより再度膨張し、発泡して再凝集する。そして液体は接触部２３０内部に設けられているセラミック２３３に接触することによりその分子結合力が低下し、更に微細化し易い状態となる。例えば液体が水の場合、水流に乗って水がセラミック２３３にぶつかった際に、セラミック２３３から遠赤外線が放出され、この放出された遠赤外線は、水分子をＨ+とＯＨ−に分解する。Ｈ+はこの遠赤外線によりＨ２となり易く、その結果、水にはＯＨ−が多く含まれることとなる。またこれにより、水の分子結合力は低下し、水分子の集合体であるクラスターは小さな分子の集まりとなり、より微細化し易い状態となる。また上述の通りセラミック２３３は棒状であって、その向きが液体の流れと並行となるように設置されている。そのため、液体はセラミック２３３に接触し易く、且つ、微細化部２２０及び接触部２３０内にて発生した気泡がスムーズに上部に流れ易くなる。またセラミック２３３に接触した液体に内包される気体は加圧部２３５を通過することにより凝縮される。そして液体は、加圧部２３５にて加圧された状態で第４の開口部２３２より接触部２３０から流出し、返送部２５０に送られる。
また、前述の通り接触部２３０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、液体よりも浮力の強い気泡は液体よりも早く進行方向である上部に流れ易い。
またセラミック２３３の表面にはナノ銀粒子２３６が担持されている。これにより、液体はセラミック２３３とナノ銀粒子２３６とに接触するため、ナノ銀粒子２３６が保持するゼータ電位の電位差により大気より液体に降り注ぐ菌類や藻類を瞬時に殺菌・破壊することができ、効率的に液体の腐敗を防ぐことができる。
また、前述の通り接触部２３０は液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。そのため、液体よりも浮力の強い気泡は液体よりも早く進行方向である上部に流れ易い。
またセラミック２３３の表面にはナノ銀粒子２３６が担持されている。これにより、液体はセラミック２３３とナノ銀粒子２３６とに接触するため、ナノ銀粒子２３６が保持するゼータ電位の電位差により大気より液体に降り注ぐ菌類や藻類を瞬時に殺菌・破壊することができ、効率的に液体の腐敗を防ぐことができる。
返送部２５０に送られた液体と気体とは、返送部２５０を介して貯留槽２００に返送される。返送部２５０の先端に設けられた開放部２５１は高圧水ノズル状になっていることから、接触部２３０にて加圧された液体及びこれに含まれる気体にかかっている圧力は貯留槽２００に返送される際に開放部２５１にて一気に解放される。そのため、開放部２５１から貯留槽２００に流入する際に液体に含まれていた気体は大幅に且つ効率よく発泡する。そのため、貯留槽２００にて大幅に発泡した気体は、液体との比重の差と貯留槽２００に貯留された液体の水圧により図２に示す気体の流れＸのように上に向かい、液体と大気との界面より大気中に発散される。この循環を複数回繰り返すことにより、貯留槽２００に貯留される液体に内包される気体を除去できると共に、液体を微細化することが可能となる。また仕切り板２７０を貯留槽２００に設けたことにより、気体を効率的に貯留槽２００の上部に向かわせることができ、また抵抗板２７２を貯留槽２００に設けたことにより気体の流動抵抗を増加させることで気体を大気に発散させ易くし、また貯留層２００に貯留される液体は図２に示す液体の流れＹに沿って流動することにより、微細化部２２０及び接触部２３０を経て微細化された液体が貯留層２００内にて均一に混合され易くなる。
このように気体が除去され微細化された液体は、取り出しバルブ２６０より、金属加工装置といった液体を使用する機械・装置へと運ばれる。
なお、吸引部２１０、微細化部２２０及び接触部２３０は、例えばホースまたはパイプを介して適宜接続される。これらのホースまたはパイプの径は、第２から第４の開口部の径と同等又はそれより小さいことが好ましい。
また、液体に含まれていた気体のうち、発泡して液体から分離したもの以外の、液体に残存する気体についても、その一部は微細化ミキシング装置によってナノ化又はマイクロ化されて液体に含まれることにより、ナノバブル又はマイクロバブルを有する液体が奏する効果と同じ効果をも奏することができる。
更に、本実施形態に係る微細化ミキシング装置においては、微細化部２２０及び接触部２３０を通過した液体はその粒子が微細化されると共に内包していた気体が気泡となって現れるため、気体と液体とが分離し易い状態となる。また微細化部２２０において液体に含まれる気体は発泡凝縮した状態で接触部２３０に流入する。この流入した液体は接触部２３０にて減圧されて発泡し、且つ接触部２３０は上述の通り液体の進行方向とその長手方向とが並行となるように設置される。前記気泡は浮力により液体よりも早く進行方向である上部に流れることから、液体は、接触部２３０に備えられるセラミックに十分に且つ効率的に接触し、よりその分子結合力を弱めることができる。
また上述のように、本実施形態に係る微細化ミキシング装置は、金属加工装置のような液体を使用する機械・装置に備え付けられる貯留槽２００を活用することができ、更に微細化部２２０、及び２３０において液体に含まれる気体を発泡させ、貯留層２００にて当該気体（気泡）と液体とを分離除去するように構成されていることから、別途発泡装置を設ける必要がなく、スペースを効率的に活用することができる。
上記の実施形態では、微細化部２２０及び接触部２３０にそれぞれ減圧部及び加圧部を設けることにより液体の発泡を行っているが、適宜その他の方法、例えば液体へ高電圧を印加したり、超音波を照射する方法を用いてもかまわない。
尚、上記いずれの実施形態において貯留槽に貯留される液体の温度は３５℃〜４０℃以下となるよう、液体の流量、減圧部及び加圧部で液体にかかる圧力及び流量を調整することが好ましい。
また本発明の微細化ミキシング装置においては、当該微細化ミキシング装置に設ける微細化部及び接触部の数を変更したり、液体を微細化部及び接触部に通す回数を調整することにより、微細化される液体の粒子の粒径（クラスターの大きさ（分子の集合数））を調整することができる。
上記他の実施形態に示す微細化ミキシング装置をベースに、以下の条件にて水道水を微細化した。
１．吸引部（クーラントポンプ）
吸出量 ２０〜３０リットル／ｍｉｎ
２．微細化部（円筒状）
高さ 全長２２ｃｍ
フィルター設置空間及び発泡空間の合計高さ １０ｃｍ
直径 ６ｃｍ（開口部は２ｃｍ）
フィルター セラミック製 メッシュ１２０
３．接触部（円筒状）
高さ 全長２２ｃｍ
セラミック （麦飯石・トルマリン・ブラックシリカ・他）
内径３ｍｍ、外径８ｍｍ、高さ１０ｃｍ 管状 ２０本
接触部内にこれと長手方向で並行となるように設置
ナノ銀粒子 粒子径約２ｎｍ〜５ｎｍ セラミック表面に担持
直径 ６ｃｍ（開口部は２ｃｍ）
４．開放部
ステンレス製高圧ノズル
５．貯留槽
ステンレス製 容量５０リットル
１．吸引部（クーラントポンプ）
吸出量 ２０〜３０リットル／ｍｉｎ
２．微細化部（円筒状）
高さ 全長２２ｃｍ
フィルター設置空間及び発泡空間の合計高さ １０ｃｍ
直径 ６ｃｍ（開口部は２ｃｍ）
フィルター セラミック製 メッシュ１２０
３．接触部（円筒状）
高さ 全長２２ｃｍ
セラミック （麦飯石・トルマリン・ブラックシリカ・他）
内径３ｍｍ、外径８ｍｍ、高さ１０ｃｍ 管状 ２０本
接触部内にこれと長手方向で並行となるように設置
ナノ銀粒子 粒子径約２ｎｍ〜５ｎｍ セラミック表面に担持
直径 ６ｃｍ（開口部は２ｃｍ）
４．開放部
ステンレス製高圧ノズル
５．貯留槽
ステンレス製 容量５０リットル
貯留槽に３５リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働した。
この処理水と純水と水溶性切削油とを用い、実施例１と比較例１から３の試験用液体を５００ｍｌ調製した。
実施例１ 処理水
比較例１ 純水
比較例２ 純水に５重量％の水溶性切削油を混合した混合液
比較例３ 純水に１０重量％の水溶性切削油を混合した混合液
実施例１ 処理水
比較例１ 純水
比較例２ 純水に５重量％の水溶性切削油を混合した混合液
比較例３ 純水に１０重量％の水溶性切削油を混合した混合液
＜接触角の測定＞
実施例１及び比較例１から３の試験用液体について、ＪＩＳＲ３２５７に規定の基準に従い、液滴時から液滴後１６０秒経過までの各接触角を測定した。その結果を図１１に表す。
図１１に表す通り、比較例１は接触角が液滴時から１６０秒経過まで大きく、且つ、時間の経過と共に接触角が微増している。また比較例２及び比較例３は、液滴時からその接触角は小さいものの、微増したり微減したりと安定しないことが分かる。
一方、実施例１の接触角は、液滴時から１６０秒経過まで、液滴からの時間経過と共にその接触角が減少している。これから、実施例１の試験用液体の粘度及び表面張力が低く、これにより浸透性に優れることが分かる。
実施例１及び比較例１から３の試験用液体について、ＪＩＳＲ３２５７に規定の基準に従い、液滴時から液滴後１６０秒経過までの各接触角を測定した。その結果を図１１に表す。
図１１に表す通り、比較例１は接触角が液滴時から１６０秒経過まで大きく、且つ、時間の経過と共に接触角が微増している。また比較例２及び比較例３は、液滴時からその接触角は小さいものの、微増したり微減したりと安定しないことが分かる。
一方、実施例１の接触角は、液滴時から１６０秒経過まで、液滴からの時間経過と共にその接触角が減少している。これから、実施例１の試験用液体の粘度及び表面張力が低く、これにより浸透性に優れることが分かる。
＜表面張力の測定＞
実施例１と比較例１の試験用液体を２００ｍｌ容量の容器に入れ、その表面にピンセットを用いて１円玉をそっと浮かせた。実施例１の試験用液体が入った容器の写真を図１２に、比較例１の試験用液体が入った容器の写真を図１３に表す。
図１２及び図１３に表すように、比較例１の試験用液体においては、１円玉はその表面張力により浮いている一方で、実施例１の試験用液体においては、１円玉はその表面に沈み込むようにかろうじて浮いている。このように、実施例１の試験用液体は表面張力がかなり低くなっていることが分かる。
実施例１と比較例１の試験用液体を２００ｍｌ容量の容器に入れ、その表面にピンセットを用いて１円玉をそっと浮かせた。実施例１の試験用液体が入った容器の写真を図１２に、比較例１の試験用液体が入った容器の写真を図１３に表す。
図１２及び図１３に表すように、比較例１の試験用液体においては、１円玉はその表面張力により浮いている一方で、実施例１の試験用液体においては、１円玉はその表面に沈み込むようにかろうじて浮いている。このように、実施例１の試験用液体は表面張力がかなり低くなっていることが分かる。
＜油の微細化＞
水道水３８リットルと水溶性切削油２リットルを混合した混合液を貯留槽に入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働した。２０分間稼働後の処理済混合液Ａの顕微鏡写真（３０００倍）を図１４に表す。
図１４に表す通り、処理済混合液Ａに含まれる油の粒子はμ単位となる。一般的に大きい油の粒子を含む水と水溶性切削油の混合液は、これを切削加工用潤滑液に使用した場合、切削加工によって発生したごみや金属粉等を抱き込むため、スラッジが発生し易くなる。しかし、μ単位の油の粒子を含む処理済混合液Ａは、ごみや金属片分を抱き込み難く、貯留槽に運ばれたこれらのごみ等は貯留槽に沈澱するため、重量の軽いごみは貯留層の表面に浮き、重いごみはその底に落ちることにより潤滑液とごみとを分離し易くなる。
水道水３８リットルと水溶性切削油２リットルを混合した混合液を貯留槽に入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働した。２０分間稼働後の処理済混合液Ａの顕微鏡写真（３０００倍）を図１４に表す。
図１４に表す通り、処理済混合液Ａに含まれる油の粒子はμ単位となる。一般的に大きい油の粒子を含む水と水溶性切削油の混合液は、これを切削加工用潤滑液に使用した場合、切削加工によって発生したごみや金属粉等を抱き込むため、スラッジが発生し易くなる。しかし、μ単位の油の粒子を含む処理済混合液Ａは、ごみや金属片分を抱き込み難く、貯留槽に運ばれたこれらのごみ等は貯留槽に沈澱するため、重量の軽いごみは貯留層の表面に浮き、重いごみはその底に落ちることにより潤滑液とごみとを分離し易くなる。
また、切削加工に使用した廃棄前の５％エマルジョンタイプ切削液を貯留槽に入れて本実施例の微細化ミキシング装置を１０分間運転したものと、これを２０分間運転したものとをそれぞれ５００ｍｌ容量のペットボトル３本に移し、３ヶ月間放置した後の様子を図１５に表す。
図１５に表す通り、本実施例の微細化ミキシング装置を通した切削液は、長時間放置しておいても、これに含まれる水道水と水溶性切削油とが分離することなく、エマルジョン状態を保ったままであることが分かる。
本実施例の微細化ミキシング装置の処理により微細化された水粒子及び油粒子は上述の通り表面張力が低く、且つ界面活性力が非常に高い。そのため、各粒子は再凝集し難く、上記のようにエマルジョン状態を長時間に渡り保つことができる。
図１５に表す通り、本実施例の微細化ミキシング装置を通した切削液は、長時間放置しておいても、これに含まれる水道水と水溶性切削油とが分離することなく、エマルジョン状態を保ったままであることが分かる。
本実施例の微細化ミキシング装置の処理により微細化された水粒子及び油粒子は上述の通り表面張力が低く、且つ界面活性力が非常に高い。そのため、各粒子は再凝集し難く、上記のようにエマルジョン状態を長時間に渡り保つことができる。
更に水道水１９０リットルと水溶性切削油１０リットルを混合した混合液を旋盤加工装置に備え付けられた貯留槽に入れ、この旋盤加工装置を１週間稼働させた。その後、貯留槽に収容された混合液を本実施例の微細化ミキシング装置を用いて３０分間処理した。処理開始直後、処理開始から５分経過時及び処理開始から３０分経過時の貯留槽表面の写真をそれぞれ図１６から図１８に表す。
図１６を見ると、処理開始直後の貯留槽表面には、ごみ等が混合液に含まれる油に抱き込まれることにより発生する大量のスラッジが浮いていることが分かる。次に図１７を見ると、処理開始から５分を経過すると、貯留槽表面に浮かんでいたスラッジの約半分が消えていることが分かる。更に図１８を見ると、処理開始から３０分を経過すると、貯留槽表面に浮かんでいたスラッジは全てなくなり、混合液の表面の色が変化していることが分かる。
図１６を見ると、処理開始直後の貯留槽表面には、ごみ等が混合液に含まれる油に抱き込まれることにより発生する大量のスラッジが浮いていることが分かる。次に図１７を見ると、処理開始から５分を経過すると、貯留槽表面に浮かんでいたスラッジの約半分が消えていることが分かる。更に図１８を見ると、処理開始から３０分を経過すると、貯留槽表面に浮かんでいたスラッジは全てなくなり、混合液の表面の色が変化していることが分かる。
＜剥離力＞
貯留槽に１００リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を４０分間稼働して処理済水を得た。この処理済水をクーリングタワーの冷却水として用い、１週間稼働させた。稼働後のクーリングタワーのスケールの写真を図１９に、そのブロー水を図２０に表す。
図１９に表す通り、スケールの表面に付着していた汚れ等が処理済水によって剥離していることが分かる。上述の通り、処理済水は表面張力がかなり低く、界面活性力に優れている。そのため、処理済水がスケール表面とこれに付着していた汚れ等の隙間に入り込むことで、汚れ等が剥離し易くなる。
また図２０に表す通り、クーリングタワー内に付着していた汚れやごみ等を処理済水が分解及び剥離したことにより、そのブロー水が混濁していることが分かる。
貯留槽に１００リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を４０分間稼働して処理済水を得た。この処理済水をクーリングタワーの冷却水として用い、１週間稼働させた。稼働後のクーリングタワーのスケールの写真を図１９に、そのブロー水を図２０に表す。
図１９に表す通り、スケールの表面に付着していた汚れ等が処理済水によって剥離していることが分かる。上述の通り、処理済水は表面張力がかなり低く、界面活性力に優れている。そのため、処理済水がスケール表面とこれに付着していた汚れ等の隙間に入り込むことで、汚れ等が剥離し易くなる。
また図２０に表す通り、クーリングタワー内に付着していた汚れやごみ等を処理済水が分解及び剥離したことにより、そのブロー水が混濁していることが分かる。
＜冷却効果＞
旋盤加工装置を使用し、切り込み量３．２５ａｐ、回転速度８５０ｒｐｍ、送り速度０．１５ｍｍ／ｒの条件下でＳＣＭ４３５からなる切削材をバイト付近に上記処理済混合液Ａを掛けながら加工し、削り屑Ａを得た。この加工時の様子を図２１に表す。
また旋盤加工装置の使用条件は上記と同条件にて、バイト付近に濃度５％のエマルジョンタイプ切削液（微細化ミキシング装置で処理せず）を掛けながらＳＣＭ４３５からなる切削材を加工し削り屑Ｂを得た。
削り屑Ａを図２２に、削り屑Ｂを図２３に表す。
図２２に表す通り、バイト付近に上記処理済混合液Ａを掛けながら加工して得た削り屑Ａは、変色することなく、且つ比較的長い。一方で図２３に表す通り、バイト付近に濃度５％のエマルジョンタイプ切削液を掛けながら加工して得た削り屑Ｂは、加工時に発生する熱により酸化して黒く変色し、且つ、いずれも短い。このように、処理済混合液Ａは加工時にバイト付近に発生する熱を冷却する冷却効果に優れている。これにより削り屑Ａの酸化を抑えることができる。また処理済混合液Ａは優れた潤滑性を有するため、比較的長い削り屑Ａを得ることができる。
旋盤加工装置を使用し、切り込み量３．２５ａｐ、回転速度８５０ｒｐｍ、送り速度０．１５ｍｍ／ｒの条件下でＳＣＭ４３５からなる切削材をバイト付近に上記処理済混合液Ａを掛けながら加工し、削り屑Ａを得た。この加工時の様子を図２１に表す。
また旋盤加工装置の使用条件は上記と同条件にて、バイト付近に濃度５％のエマルジョンタイプ切削液（微細化ミキシング装置で処理せず）を掛けながらＳＣＭ４３５からなる切削材を加工し削り屑Ｂを得た。
削り屑Ａを図２２に、削り屑Ｂを図２３に表す。
図２２に表す通り、バイト付近に上記処理済混合液Ａを掛けながら加工して得た削り屑Ａは、変色することなく、且つ比較的長い。一方で図２３に表す通り、バイト付近に濃度５％のエマルジョンタイプ切削液を掛けながら加工して得た削り屑Ｂは、加工時に発生する熱により酸化して黒く変色し、且つ、いずれも短い。このように、処理済混合液Ａは加工時にバイト付近に発生する熱を冷却する冷却効果に優れている。これにより削り屑Ａの酸化を抑えることができる。また処理済混合液Ａは優れた潤滑性を有するため、比較的長い削り屑Ａを得ることができる。
＜洗浄力＞
貯留槽に４０リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理済水を得た。この処理済水に２ｇの界面活性剤を混合して、処理済混合液Ｂを調製した。
処理済混合液Ｂ３００ｃｃを用い、切削装置の加工台（高さ１２０ｃｍ×横幅３０ｃｍ×高さ３０ｃｍ）をトルネード回転ガンを用いて洗浄した。洗浄前の加工台を図２４に、洗浄後の加工台を図２５に表す。加工台には切削加工で用いられる油が大量に付着しているため、有機溶剤を用いて洗浄するのが一般的であり、水道水のみで洗浄することはできない。しかし図２５に表す通り、処理済混合液Ｂを使用すれば、少量の界面活性剤のみで加工台を洗浄することが可能となる。これは、処理済混合液Ｂに含まれる水分子の集合体であるクラスターが小さな分子の集まりとなるため、加工台と油との隙間に入り込みやすく、且つ優れた界面活性力により油を分解することができるためであると考える。なお、界面活性剤は水分子の界面活性力を補助するために使用している。
貯留槽に４０リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理済水を得た。この処理済水に２ｇの界面活性剤を混合して、処理済混合液Ｂを調製した。
処理済混合液Ｂ３００ｃｃを用い、切削装置の加工台（高さ１２０ｃｍ×横幅３０ｃｍ×高さ３０ｃｍ）をトルネード回転ガンを用いて洗浄した。洗浄前の加工台を図２４に、洗浄後の加工台を図２５に表す。加工台には切削加工で用いられる油が大量に付着しているため、有機溶剤を用いて洗浄するのが一般的であり、水道水のみで洗浄することはできない。しかし図２５に表す通り、処理済混合液Ｂを使用すれば、少量の界面活性剤のみで加工台を洗浄することが可能となる。これは、処理済混合液Ｂに含まれる水分子の集合体であるクラスターが小さな分子の集まりとなるため、加工台と油との隙間に入り込みやすく、且つ優れた界面活性力により油を分解することができるためであると考える。なお、界面活性剤は水分子の界面活性力を補助するために使用している。
＜乾燥蒸気＞
貯留槽に４０リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理済水を得た。この処理済水を蒸気ボイラーに入れてこれを稼働させた。ボイラーの蒸気排出口から出る蒸気を触ったところ、乾燥蒸気であることが分かった。そのメカニズムは定かではないが、処理済水は水道水と被熱が異なるため、このような現象が起こり得ると推測される。
貯留槽に４０リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理済水を得た。この処理済水を蒸気ボイラーに入れてこれを稼働させた。ボイラーの蒸気排出口から出る蒸気を触ったところ、乾燥蒸気であることが分かった。そのメカニズムは定かではないが、処理済水は水道水と被熱が異なるため、このような現象が起こり得ると推測される。
＜潤滑性＞
電動性オイルポンプに上記処理済水を充填し、５時間以上稼働させた。通常、オイルポンプは油による潤滑性を必要とするが、処理済水は優れた潤滑性を有していることから、油を混合させずとも、オイルポンプを長時間稼働させることができる。
電動性オイルポンプに上記処理済水を充填し、５時間以上稼働させた。通常、オイルポンプは油による潤滑性を必要とするが、処理済水は優れた潤滑性を有していることから、油を混合させずとも、オイルポンプを長時間稼働させることができる。
＜腐敗抑止力＞
１００ｍｌ容器に水道水と米を入れたものと、同容器に上記処理済水と米を入れたものとを常温下で２週間放置した。水道水に米を入れて放置した容器を図２６に、処理済水に米を入れて放置した容器を図２７にそれぞれ表す。
図２６及び図２７に表す通り、水道水に米を入れて放置した容器には白カビが発生している一方で、処理済水に米を入れて放置した容器はカビではなく発酵が起こっていること。これにより、処理済水が優れた殺菌及び腐敗防止力を有していることが分かる。
１００ｍｌ容器に水道水と米を入れたものと、同容器に上記処理済水と米を入れたものとを常温下で２週間放置した。水道水に米を入れて放置した容器を図２６に、処理済水に米を入れて放置した容器を図２７にそれぞれ表す。
図２６及び図２７に表す通り、水道水に米を入れて放置した容器には白カビが発生している一方で、処理済水に米を入れて放置した容器はカビではなく発酵が起こっていること。これにより、処理済水が優れた殺菌及び腐敗防止力を有していることが分かる。
＜水のみでの潤滑液での加工実現＞
貯留槽に４０リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理済水を得、これをノズル付き容器に入れた。また切削用潤滑液として水と水溶性切削油との混合液を使用し、一般的に用いられる条件下で切削加工を１か月間行った切削装置を用意した。
ノズル付き容器を用いて加工部に処理済水をかけながら、Ｓ４５Ｃを加工した。加工時及び加工後の加工部表面をそれぞれ図２８及び図２９に表す。
図２８及び図２９に表す通り、加工時の加工部には全体的にさびが発生していたが、加工後には、処理済水をかけた部分のさびが落ちていることが分かる。上記の通り、処理済水は表面張力がかなり低く、界面活性力に優れている。そのため、処理済水が加工部に発生したさびの隙間に入り込むことで、さびが落ち易くなる。
また汎用旋盤でねじ切り加工後のＩＮＣＯＮＥＬ ａｌｌｏｙ ６００を図３０に表す。図３０に表す通り、処理済水、即ち切削油を使用しない切削用潤滑液を用いても、微細な加工が可能であることが分かる。
貯留槽に４０リットルの水道水を入れ、本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理済水を得、これをノズル付き容器に入れた。また切削用潤滑液として水と水溶性切削油との混合液を使用し、一般的に用いられる条件下で切削加工を１か月間行った切削装置を用意した。
ノズル付き容器を用いて加工部に処理済水をかけながら、Ｓ４５Ｃを加工した。加工時及び加工後の加工部表面をそれぞれ図２８及び図２９に表す。
図２８及び図２９に表す通り、加工時の加工部には全体的にさびが発生していたが、加工後には、処理済水をかけた部分のさびが落ちていることが分かる。上記の通り、処理済水は表面張力がかなり低く、界面活性力に優れている。そのため、処理済水が加工部に発生したさびの隙間に入り込むことで、さびが落ち易くなる。
また汎用旋盤でねじ切り加工後のＩＮＣＯＮＥＬ ａｌｌｏｙ ６００を図３０に表す。図３０に表す通り、処理済水、即ち切削油を使用しない切削用潤滑液を用いても、微細な加工が可能であることが分かる。
＜臭気抑制＞
水溶性切削剤（商品名：Ｃｌｅａｒｅｄｇｅ ７０１ ＥＦ、Ｃａｓｔｏｒａｌ社製）を貯留槽に入れ、ＮＳ旋盤加工装置を用いて鉄加工材及び鋳物加工材を２か月加工した。本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理を行った。
そして加工直後の貯留槽にある水溶性切削剤、及び本実施例の微細化ミキシング装置による処理後の水溶性切削剤のそれぞれについて臭気指数を測定した。この臭気指数は新コスモス電機（株）のポータブル型ニオイセンサＸＰ−３２９ｍを用いて測定した。その結果は以下の通りである。
加工直後の臭気指数 １００〜１５０
微細化ミキシング装置による処理後の臭気指数 ３０〜５０
これにより、本実施例の微細化ミキシング装置は、これを用いて処理された切削剤の臭気を抑制できることが分かる。
水溶性切削剤（商品名：Ｃｌｅａｒｅｄｇｅ ７０１ ＥＦ、Ｃａｓｔｏｒａｌ社製）を貯留槽に入れ、ＮＳ旋盤加工装置を用いて鉄加工材及び鋳物加工材を２か月加工した。本実施例の微細化ミキシング装置を２０分間稼働して処理を行った。
そして加工直後の貯留槽にある水溶性切削剤、及び本実施例の微細化ミキシング装置による処理後の水溶性切削剤のそれぞれについて臭気指数を測定した。この臭気指数は新コスモス電機（株）のポータブル型ニオイセンサＸＰ−３２９ｍを用いて測定した。その結果は以下の通りである。
加工直後の臭気指数 １００〜１５０
微細化ミキシング装置による処理後の臭気指数 ３０〜５０
これにより、本実施例の微細化ミキシング装置は、これを用いて処理された切削剤の臭気を抑制できることが分かる。
以上から、本発明の微細ミキシング装置を用いて処理された水道水、並びに水道水と水溶性油の混合液は、優れた潤滑性、浸透性、分解力、剥離力及び冷却力を有していることが分かる。
１００ 貯留槽
１１０ 吸引部
１２０ 第１の微細化部
１３０ 第１の接触部
１４０ 第２の微細化部
１５０ 第２の接触部
１６０ 第１の発泡部
１６１ 第１の凝縮部
１６２ 第２の発泡部
１６３ 第２の凝縮部
１６４ 第３の発泡部
１６５ 第３の凝縮部
１６６ 第４の発泡部
１６７ 第４の凝縮部
１７０ 返送部
１７１ 開放部
１８０ 取り出しバルブ
１９０ 仕切り板
１９１ 補給口
１９１ 抵抗板
１２１ 第１の開口部
１２２ 第２の開口部
１２３ フィルター
１２４ 減圧部
１２５ 加圧部
１２５ 発泡空間
１３１ 第３の開口部
１３２ 第４の開口部
１３３ セラミック
１３４ 減圧部
１３５ 加圧部
２００ 貯留槽
２１０ 吸引部
２２０ 微細化部
２３０ 接触部
２４０ 第１の発泡部
２４１ 第１の凝縮部
２４２ 第２の発泡部
２４３ 第２の凝縮部
２５０ 返送部
２５１ 開放部
２６０ 取り出しバルブ
２７０ 仕切り板
２７１ 補給口
２７２ 抵抗板
２２１ 第１の開口部
２２２ 第２の開口部
２２３ フィルター
２２４ 減圧部
２２５ 加圧部
２３１ 第３の開口部
２３２ 第４の開口部
２３３ セラミック
２３４ 減圧部
２３５ 加圧部
２３６ ナノ銀粒子
Ｘ 気体の流れ
Ｙ 液体の流れ
１１０ 吸引部
１２０ 第１の微細化部
１３０ 第１の接触部
１４０ 第２の微細化部
１５０ 第２の接触部
１６０ 第１の発泡部
１６１ 第１の凝縮部
１６２ 第２の発泡部
１６３ 第２の凝縮部
１６４ 第３の発泡部
１６５ 第３の凝縮部
１６６ 第４の発泡部
１６７ 第４の凝縮部
１７０ 返送部
１７１ 開放部
１８０ 取り出しバルブ
１９０ 仕切り板
１９１ 補給口
１９１ 抵抗板
１２１ 第１の開口部
１２２ 第２の開口部
１２３ フィルター
１２４ 減圧部
１２５ 加圧部
１２５ 発泡空間
１３１ 第３の開口部
１３２ 第４の開口部
１３３ セラミック
１３４ 減圧部
１３５ 加圧部
２００ 貯留槽
２１０ 吸引部
２２０ 微細化部
２３０ 接触部
２４０ 第１の発泡部
２４１ 第１の凝縮部
２４２ 第２の発泡部
２４３ 第２の凝縮部
２５０ 返送部
２５１ 開放部
２６０ 取り出しバルブ
２７０ 仕切り板
２７１ 補給口
２７２ 抵抗板
２２１ 第１の開口部
２２２ 第２の開口部
２２３ フィルター
２２４ 減圧部
２２５ 加圧部
２３１ 第３の開口部
２３２ 第４の開口部
２３３ セラミック
２３４ 減圧部
２３５ 加圧部
２３６ ナノ銀粒子
Ｘ 気体の流れ
Ｙ 液体の流れ
Claims (9)
- 液体を格子状のフィルターに通過させてこれをミキシングする微細化工程と、
このミキシングされた前記液体をセラミックに接触させて当該液体の分子結合力を低下させる接触工程と、
前記微細化工程及び前記接触工程の少なくとも一方において前記液体を減圧及び加圧することにより前記液体に内包される気体を発泡及び凝縮する発泡凝縮工程と、
この発泡及び凝縮された気体を含む前記液体にかかる圧力を開放することにより前記液体とこれに含まれていた気体とを分離除去する分離工程とを含み、
少なくとも前記微細化工程、前記接触工程及び前記発泡凝縮工程とを複数回繰り返すことを特徴とする液体の微細化方法。 - 前記分離工程において、前記液体を貯留する貯留槽内で当該液体にかかる圧力を開放することにより前記液体とこれに含まれていた気体とを分離除去することを特徴とする請求項１に記載の液体の微細化方法。
- 前記セラミックの表面にナノ銀粒子を担持させることにより、前記接触工程において前記液体を前記セラミックと前記ナノ銀粒子とに接触させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の液体の微細化方法。
- 前記発泡凝縮工程において、両端部に開口部を有する円筒形又は多角筒形のデバイスであって、当該デバイスの開口部の径が当該デバイスの長手方向中央部の径よりも小さいデバイスに前記液体を通過させることにより当該液体を減圧及び加圧することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の液体の微細化方法。
- 前記微細化工程において、前記液体を前記格子状のフィルターに通過させる前、通過させる最中、及び通過させた後の少なくともいずれかにおいて、当該液体に静電気を印加することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の液体の微細化方法。
- 液体を貯留する貯留槽と、
前記貯留槽に貯留される前記液体を吸引する吸引部と、
両端部に開口部を有し内部に格子状のフィルターが設けられた円筒形又は多角筒形のデバイスからなり前記吸引部から送られる前記液体を一方の前記開口部からその内部に流入させて前記フィルターを通過させ他方の前記開口部から流出させる微細化部と、
両端部に開口部を有し内部にセラミックが設けられた円筒形又は多角筒形のデバイスからなり前記微細化部から送られる前記液体を一方の前記開口部からその内部に流入させて前記セラミックを通過させ他方の前記開口部から流出させる接触部と、
前記接触部を通過した前記液体を前記貯留槽に返送する返送部と、
前記貯留槽に返送された前記液体にかかる圧力を当該貯留槽内にて開放する開放部とを具備する微細化ミキシング装置であって、
前記微細化部及び前記接触化部の少なくとも一方に前記液体を減圧及び加圧する発泡凝縮部を設けたことを特徴とする微細化ミキシング装置。 - 前記接触部のセラミックの表面にナノ銀粒子を担持させることを特徴する請求項６に記載の微細化ミキシング装置。
- 前記発泡凝縮部は、前記微細化部及び前記接触部のデバイスの少なくとも一方の開口部の径をその長手方向中央部の径よりも小さくすることにより設けられることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の微細化ミキシング装置。
- 前記接触部において、前記液体を前記格子状のフィルターに通過させる前、通過させる最中、及び通過させた後の少なくともいずれかにおいて、当該液体に静電気を印加することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の微細化ミキシング装置。
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