JP2015093205A - ナノバブル発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で装置の設置が容易な民生用途に適したナノバブル発生装置を提供すること。【解決手段】ナノバブル発生装置１は、複数の超音波素子を備えている超音波素子アレイ基板２０と、超音波素子アレイ基板２０を液体流路配管２に対して固定する固定手段１２と、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、ナノバブル発生装置に関する。

近年、ナノバブルと呼ばれる極微小気泡が注目されている。極微小気泡は通常の気泡とは全く異なる特性をもっており、これを利用することで、環境、農水産業、医療およびバイオなどの分野での大きな貢献が期待されている。従来、ナノバブル発生装置として、マイクロバブルを生成し、マイクロバブルに物理的衝撃を加えることにより、マイクロバブルを圧壊し、ナノバブルを生成する装置が知られていた。例えば、特許文献１には、第１の液体容器と、加熱手段と、羽根付き回転体とを有するマイクロバブル生成手段と、第２の液体容器と、冷却手段と、バブル圧壊手段とを有するナノバブル生成手段とを備えているナノバブル発生装置が開示されている。

特開２００７−１３６２５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のナノバブル発生装置は、気体を混合させマイクロバブルを生成させるための第１の液体容器と、マイクロバブルを圧壊させナノバブルを生成させるための第２の液体容器とが、配管で接続された構成をしている。このため、ナノバブル発生装置は大型の装置になり、装置の設置が困難であった。また、装置の小型化も難しく、民生用途に適さなかった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係るナノバブル発生装置は、複数の超音波素子を備えている超音波素子アレイ基板と、前記超音波素子アレイ基板を液体流路配管に対して固定する固定手段と、を有することを特徴とする。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、超音波素子アレイ基板を液体流路配管に固定し、超音波素子を駆動させることで、超音波振動を液体に印加させることができる。液体に超音波振動が印加されると、液体内には、音響キャビテーション現象によりマイクロバブルが生成される。超音波素子アレイ基板には複数の超音波素子が備えられているため、液体内のマイクロバブルに、さらに、超音波振動による物理的衝撃を加え続けさせることができる。これにより、液体内のマイクロバブルは圧壊され、ナノバブルを含んだ液体が生成される。ナノバブル発生装置は、液体に超音波振動を連続して印加させる簡易な構成でナノバブルを生成させることができるため、装置の小型化と設置の容易化とを図ることができる。したがって、小型で装置の設置が容易な民生用途に適したナノバブル発生装置を提供することができる。

［適用例２］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、前記複数の超音波素子は、液体流路の上流側から下流側に沿って配列されていることが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、超音波素子アレイ基板に備えられた複数の超音波素子を、液体流路の上流側から下流側に沿って設けることで、流動する液体に超音波振動を連続して印加させることができる。したがって、マイクロバブルに物理的衝撃を加える効果が向上するため、ナノバブルを効率よく生成させることができる。

［適用例３］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、前記上流側に配置されている前記複数の超音波素子の発振周波数は、前記下流側に配置されている前記複数の超音波素子の発振周波数より低いことが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、上流側に発振周波数の低い超音波素子を用いて、振幅の大きい超音波振動を液体に印加させることで、液体内に圧力変動を起させる効果が向上するため、マイクロバブルを効率よく生成させることができる。また、下流側に発振周波数の高い超音波素子を用いて、ナノバブルの共振周波数に近い超音波振動をマイクロバブルに印加させることで、マイクロバブルに強い物理的衝撃を加えることができるため、ナノバブルを効率よく生成させることができる。

［適用例４］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、前記固定手段は、前記超音波素子アレイ基板を前記液体流路配管に対して対向して固定可能に構成されていることが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、複数の超音波素子が備えられている超音波素子アレイ基板を、液体流路配管に対して対向する外周に固定させ、超音波素子を駆動させることにより、液体流路配管を介して内部を流れる液体に超音波振動を印加させることができる。これにより、既存の液体流路配管の外周部に取り付けが可能なナノバブル発生装置を供給することができる。

［適用例５］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、前記固定手段は、前記超音波素子アレイ基板を前記液体流路配管の下流側開放端に固定可能に構成され、前記超音波素子アレイ基板は、前記下流側開放端の更に前記下流側に配置されていることが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、管状の液体流路を有し、液体流路の上流側には固定手段が設けられ、液体流路の下流側には、複数の超音波素子を備えている超音波素子アレイ基板が設けられている。ナノバブル発生装置は、液体流路の上流側に設けられた固定手段で、例えば、蛇口などの、液体が流出される液体流路配管の下流開放端に固定され、液体流路の下流側に設けられている超音波素子を駆動させることで、液体流路配管から流入した液体に超音波振動を印加させることができる。これにより、蛇口などに取り付けが可能なナノバブル発生装置を供給することができる。

［適用例６］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、前記固定手段は、前記超音波素子アレイ基板を前記液体流路配管の内部に固定可能に構成されていることが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、複数の超音波素子を備えている超音波素子アレイ基板を、液体流路配管の内部に固定させ、超音波素子を駆動させることで、液体流路配管の内部を流れる液体に超音波振動を印加させることができる。これにより、既存の液体流路配管の内部に取り付けが可能なナノバブル発生装置を供給することができる。

［適用例７］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、前記液体流路を流れる液体に、気体を混入させる吸気管を有することが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置は、液体に気体を混入させる吸気管を設けているため、液体に溶け込んでいる気体の濃度を高めて、マイクロバブルおよびナノバブルを効率よく生成させることができる。

［適用例８］上記適用例に記載のナノバブル発生装置において、複数の前記超音波素子アレイ基板が設けられていることが好ましい。

本適用例によれば、ナノバブル発生装置には、液体流路配管または液体流路において、内部に複数の超音波素子アレイ基板が液体流路の上流から下流に沿って設けられており、超音波素子アレイ基板で分割された複数の液体流路が形成されている。これにより、液体に強い超音波振動を加えることができるため、マイクロバブルおよびナノバブルを効率よく生成させることができる。

実施形態１に係るナノバブル発生装置の外観を示す斜視図。 図１におけるＡ−Ａ線での断面図。 図２におけるＢ−Ｂ線での断面図。 図３におけるＣ−Ｃ線での断面図。 実施形態２に係るナノバブル発生装置の外観を示す斜視図。 図５におけるＤ−Ｄ線での断面図。 実施形態３に係るナノバブル発生装置の外観を示す斜視図。 図７におけるＥ−Ｅ線での断面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。

（実施形態１）
まず、ナノバブル発生装置１の概略構成について、図１と図２とを用いて説明する。

図１は、実施形態１に係るナノバブル発生装置１の外観を示す斜視図である。図１に示すように、ナノバブル発生装置１は、内部に液体の流れる液体流路を有する管状であり、内部に超音波素子アレイ基板２０が設けられた本体１１と、本体１１より液体流路の上流側に設けられている固定手段１２などとにより構成されている。
ナノバブル発生装置１は、固定手段１２で、液体の流出される液体流路配管２の下流側開放端２ａに固定され、超音波素子アレイ基板２０は、下流側開放端２ａの更に下流に設けられている本体１１の内部に配置されている。これにより、例えば、蛇口などの液体流路配管２から流出された液体は、本体１１の内部に形成されている液体流路を通り、本体１１の下流開放端１１ａから流出される。本体１１には、超音波素子アレイ基板２０に備えられている超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃ（図２および図３参照）を駆動させるための電源を供給する電源ライン１４と、本体１１の内部を流れる液体に気体を混入させる吸気管１３とが接続されている。

図２は、図１におけるＡ−Ａ線での断面図である。図２に示すように、ナノバブル発生装置１の管状の本体１１には、２つの超音波素子アレイ基板２０が設けられ、３つの液体流路１６が形成されている。吸気管１３は、各液体流路を流れる液体に気体を供給するために、本体１１の内部で分岐されている。超音波素子アレイ基板２０は、基板３１と、超音波素子３０ａと、超音波素子３０ｂ，３０ｃ（図３参照）と、保護膜３８とにより構成されている。超音波素子アレイ基板２０は、本体１１の内壁に設けられた溝１１ｂに、基板３１の端部３１ａを、図示しない接合部材を介してはめ込むことで設置することができる。なお、本実施形態では、一例として、２枚の超音波素子アレイ基板２０により、３つの液体流路１６が形成されているが、これに限定されるものではない。

次に、超音波素子アレイ基板について図３を用いて説明する。
図３は、図２におけるＢ−Ｂ線での断面図である。超音波素子アレイ基板２０には、超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃが、液体流路の上流側から下流側に沿って配列され、上流側に配置されている超音波素子３０ａの発振周波数は、下流側に配置されている超音波素子３０ｂ，３０ｃの発振周波数より低い。
詳述すると、超音波素子アレイ基板２０は、上流側から第１領域２０ａ、第２領域２０ｂ、第３領域２０ｃに区分され、それぞれの領域に対応した超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃが６個ずつ配置されている。第１領域２０ａに配置された超音波素子３０ａの発振周波数をｆ１、第２領域２０ｂに配置された超音波素子３０ｂの発振周波数をｆ２、第３領域２０ｃに配置された超音波素子３０ｃの発振周波数をｆ３、とすると、それぞれの発振周波数は、ｆ１＜ｆ２＜ｆ３の関係にある。超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、基板３１に設けられた配線（図示せず）により、電源ライン１４と電気的に接続され、超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃの発振周波数に応じて、駆動電圧が供給される。

第１領域２０ａは、マイクロバブルを生成させる領域である。第１領域２０ａに配置されている発振周波数の低い超音波素子３０ａを駆動させると、液体流路１６を流れる液体に、振幅の大きい超音波振動が印加される。これにより、液体に、強い圧力変動が生じ、液体内には、音響キャビテーション現象によるマイクロバブルが効果的に生成される。この領域には、出来るだけ低い発振周波数の超音波素子３０ａを用いるのが効果的であるが、超音波素子３０ａの大きさと発振周波数とは比例関係にあるため、本実施形態では、大きさ３００μｍ角、発振周波数１００ｋＨｚの超音波素子３０ａを用いている。

また、吸気管１３には、気体を吐出する吐出口１５が設けられ、第１領域２０ａ部を流れる流体に、気体を混合することができる。これにより、液体中の気体濃度が高められるため、さらに、マイクロバブルを効率よく生成させることができる。気体は、液体の流動による引力により、液体中に取り込まれるが、吸気管１３に図示しないポンプを備えて、強制的に気体を混入させてもよい。液体に混入させる気体には、空気、酸素、オゾンなどを使用することができる。

第２領域２０ｂおよび第３領域２０ｃは、第１領域２０ａで生成させたマイクロバブルを縮小し圧壊させる領域である。第２領域２０ｂおよび第３領域２０ｃでは、第１領域２０ａで生成された直径５０μｍ程度のマイクロバブルに、超音波振動による物理的衝撃を加えてマイクロバブルを縮小・圧壊することで、直径１００ｎｍ以下のナノバブルが生成される。ナノバブルは、その大きさより、略３ＭＨｚの共振周波数を有している。したがって、マイクロバブルにマイクロバブルを生成させる超音波素子３０ａの発振周波数１００ｋＨｚと、ナノバブルの共振周波数３ＭＨｚとの間の周波数の超音波振動を印加することで、ナノバブルを効果的に生成させることができる。

マイクロバブルの縮小過程では、バブルの周囲に電解質イオン類が高濃度に集積し、気泡内部の気体の溶解を抑制する作用が生まれるため、生成されたナノバブルは、長期間に渡って、安定して液体中に存在することができる。しかし、マイクロバブルを急激に圧縮させると、バブルが消滅してしまうことがあるため、マイクロバブルに、異なる発振周波数の超音波振動を順次印加し続けることで、効果的にマイクロバブルを生成させることができる。
本実施形態では、第２領域２０ｂに発振周波数４００ｋＨｚの超音波素子３０ｂを、第３領域２０ｃに発振周波数２ＭＨｚの超音波素子３０ｃが用いられ、マイクロバブルに２段階で超音波振動が印加されている。なお、超音波振動を加える領域をさらに細分化し、マイクロバブルに、超音波振動が多段階で印加されるようにしてもよい。また、各領域に数多くの超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃを配置させて、液体の流速に応じて、駆動させる超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃの数量が、可変できるようにしてもよい。

次に、超音波素子３０ｃの構成について図４を用いて説明する。超音波素子３０ａ，３０ｂは、超音波素子３０ｃと同一の構成であるため、これらの説明は省略する。
図４は、図３のＣ−Ｃ線における断面図である。図４では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。
図４に示すように、超音波素子３０ｃは、基板３１と、基板３１の＋Ｚ軸方向に形成されている支持膜３２と、支持膜３２の＋Ｚ軸方向に形成されている圧電体３６とにより構成されている。そして、基板３１と支持膜３２と圧電体３６とは、±Ｚ軸方向から保護膜３８により覆われている。保護膜３８には、シリコーン樹脂膜を用いることができる。

基板３１は、微細加工の容易なシリコン（Ｓｉ）を主成分とする材料が用いられている。基板３１には、±Ｚ軸方向から見て圧電体３６と重なる位置にキャビティ４１が形成されている。このキャビティ４１は、支持膜３２と、基板３１と、の面に囲まれた凹形状となっており、凹形状の内側の支持膜３２は、可撓性を有するメンブレン４３として機能する。 キャビティ４１、およびメンブレン４３は、−Ｚ軸方向からの平面視において正方形状に形成されている。これにより、キャビティ４１の内側の支持膜３２であるメンブレン４３において、メンブレン４３の中心点から、メンブレン４３の中心点を通りキャビティ４１の四辺と直交する各点までの距離が同一となるため、メンブレン４３を均等に撓ませることができる。

支持膜３２は、基板３１の一方の面上に、キャビティ４１を閉塞する状態に成膜されている。この支持膜３２は、ＳｉＯ₂層とＺｒＯ₂層との２層構造により構成されている。基板３１がＳｉ基板である場合、ＳｉＯ₂層は、Ｓｉ基板を熱酸化処理することによりＳｉ基板の表面に形成される。
また、ＺｒＯ₂層は、ＳｉＯ₂層の表面に、スパッタリングなどの手法によりＺｒ層を形成した後、熱酸化することで形成される。ＺｒＯ₂層は、例えば、圧電体３６の圧電層３４としてＰＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛：lead zirconate titanate）を用いる場合、ＰＺＴを構成するＰｂがＳｉＯ₂層に拡散することを防止するための層である。また、ＺｒＯ₂層には、圧電層３４の歪みに対するメンブレン４３の撓み効率およびメンブレン４３の撓みに対する圧電層３４の歪み効率を向上させるなどの効果もある。

圧電体３６は、支持膜３２上に、下部電極層３３と、上部電極層３５と、下部電極層３３と上部電極層３５とに挟まれた圧電層３４と、により構成されている。−Ｚ軸方向からの平面視において、この圧電体３６の中心と、メンブレン４３の中心とは、互いに重なる位置に配置されている。下部電極層３３および上部電極層３５としては、導電性を有する導電膜であれば、その素材は限定されない。本実施形態では、下部電極層３３としてＴｉ／Ｉｒ／Ｐｔ／Ｔｉの積層構造膜が用いられ、上部電極層３５としてＩｒ膜が用いられている。また、圧電層３４は、ＰＺＴを膜状に成膜することで形成されている。なお、圧電層３４は、下部電極層３３および上部電極層３５に挟まれて配置され、これらの電極から電圧が印加された際に伸縮するものであれば、その素材は特に限定されず、例えば、水晶（SiO₂)、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃)、チタン酸バリウム（BaTiO₃)、チタン酸鉛（PbTiO₃)、メタニオブ酸鉛（PbNb₂O₆)、酸化亜鉛(ZnO)の他、ＰＶＤＦ（PolyVinylidene DiFluoride）などの高分子圧電膜を用いてもよい。
また、下部電極層３３および上部電極層３５には、電圧印加用の配線パターン（図示せず）が接続されている。これらの配線パターンは、基板３１上に、下部電極層３３や上部電極層３５の形成時に同時にパターニング形成することもできる。これらの配線パターンは、上述の電源ライン１４と電気的に接続されている。

次に、超音波素子３０ｃの駆動方法について説明する。
圧電体３６の圧電層３４が＋Ｚ軸方向に分極処理されている場合、下部電極層３３に−（マイナス）の電位を、上部電極層３５に＋（プラス）の電位を印加すると、逆圧電効果により、圧電層３４はＸＹ平面に沿って伸長する。圧電体３６の一面側はメンブレン４３に固定されているため、メンブレン４３は＋Ｚ軸方向に撓む。逆に、下部電極層３３に＋（プラス）の電位を、上部電極層３５に−（マイナス）の電位を印加すると、圧電層３４はＸＹ平面に沿って収縮する。圧電体３６の一面側はメンブレン４３に固定されているため、メンブレン４３は−Ｚ軸方向に撓む。
したがって、超音波素子３０ｃの下部電極層３３と上部電極層３５とに、交流電圧を印加することで、撓み運動は連続となり、その周波数や電圧に応じた超音波を超音波素子３０ｃから発振させることができる。

以上述べたように、本実施形態に係るナノバブル発生装置１によれば、以下の効果を得ることができる。ナノバブル発生装置１は、超音波素子アレイ基板２０と、液体流路１６の上流側に設けられた固定手段１２とを有し、複数の超音波素子アレイ基板により、複数の液体流路１６が形成されている。液体流路１６の上流には、液体に気体を混入させる吐出口１５が設けられている。超音波素子アレイ基板２０には、上流側から下流側に沿って発振周波数の異なる複数の超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃが配列されている。超音波素子アレイ基板２０の上流側には、下流側に備えられた超音波素子３０ｂ，３０ｃよりも発振周波数の低い超音波素子３０ａが備えられているため、強い圧力変動と音響キャビテーション現象とにより、液体にマイクロバブルを生成させることができる。超音波素子アレイ基板２０の下流側には、マイクロバブルを２段階で縮小・圧壊させる超音波素子３０ｂ，３０ｃが備えられているため、ナノバブルを効率よく生成させることができる。このように、ナノバブル発生装置１は、液体に超音波振動を連続して印加させる簡易な構成でナノバブルを生成させることができるため、ナノバブル発生装置の小型化と設置の容易化とを図ることができる。したがって、小型で装置の設置が容易な民生用途に適したナノバブル発生装置を提供することができる。

（実施形態２）
本実施形態に係るナノバブル発生装置１００の概略構成について、図５と、図６とを用いて説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図５は、実施形態２に係るナノバブル発生装置１００の外観を示す斜視図である。図５に示すように、ナノバブル発生装置１００は、内部に空間を有する管状であり、超音波素子アレイ基板２０などが設けられた本体１１１や、本体１１１の長手方向中央に設けられている固定手段１１２などにより構成されている。
ナノバブル発生装置１００は、固定手段１１２で、液体流路配管２に対して対向して固定されている。ここでは、ナノバブル発生装置１００が、液体流路配管２の外周に巻き付けられている状態を、液体流路配管２に対して対向して固定されている、と表現する。本体１１には、超音波素子アレイ基板２０に備えられている超音波素子３０ａ（図６参照）、および図示しない３０ｂ，３０ｃを駆動させるための電源を供給する電源ライン１４が接続されている。固定手段１１２の形状や方法は、特に限定されないが、民生用途では、ワンタッチで着脱が可能なバックルなどが好ましい。

図６は、図５におけるＤ−Ｄ線での断面図である。図６に示すように、ナノバブル発生装置１００の本体１１１は管状であり、４枚の超音波素子アレイ基板２０と、密着層１３０と、超音波素子アレイ基板２０を覆うカバー１４０とで構成されている。液体流路配管２の内部には、液体が上流側から下流側（図６の紙面において、手前方向から奥方向）に流れている。４枚の超音波素子アレイ基板２０は、カバー１４０を固定することにより、液体流路配管２に沿って曲面状に湾曲し、密着層１３０を介して液体流路配管２を外周側から取り囲む状態で装着されている。

超音波素子アレイ基板２０には、液体流路配管２の上流側から下流側に沿って超音波素子３０ａおよび図示しない超音波素子３０ｂ，３０ｃが配列されている。密着層１３０は、超音波素子アレイ基板２０を液体流路配管２に密着させ、超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃからの超音波振動を、液体流路配管２を介して、液体に伝えるものであり、エラストマーや合成樹脂などで成形されている。
カバー１４０は、超音波素子アレイ基板２０を外周側から覆い、本体１１１を液体流路配管２に固定手段１１２で固定した場合に、超音波素子アレイ基板２０を密着層１３０に押し当てるものである。
本実施形態では、４枚の超音波素子アレイ基板２０が用いられているが、これに限定するものではない。超音波素子アレイ基板２０は、液体流路配管２の形状や大きさに応じて、液体流路配管２との密着が可能な形状と枚数とで配置させることが望ましい。

以上述べたように、本実施形態に係るナノバブル発生装置１００によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ナノバブル発生装置１００は、複数の超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃの備えられている超音波素子アレイ基板２０を、内部に液体が流れている液体流路配管２に対して対向して固定し、液体流路配管２を介して内部の液体に超音波振動を印加させることができる。これにより、ナノバブル発生装置１００は、液体流路配管２の内部を流れる液体に、上流側に配置された超音波素子３０ａからの超音波振動を印加させることにより、マイクロバブルを生成させ、さらに、下流側に配置された超音波素子３０ｂ，３０ｃからの超音波振動を加え続けさせることで、ナノバブルを生成させることができる。ナノバブル発生装置１００は、液体流路配管２の内部を流れる液体に、外部から超音波振動を連続して印加させる簡易な構成でナノバブルを生成させることができるため、ナノバブル発生装置の小型化と設置の容易化とを図ることができる。したがって、小型で既存の液体流路配管２に設置可能な民生用途に適したナノバブル発生装置を提供することができる。

（実施形態３）
本実施形態に係るナノバブル発生装置２００について、図７と、図８とを用いて説明する。なお、実施形態１と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。

図７は、実施形態３に係るナノバブル発生装置２００の外観を示す斜視図である。図７に示すように、液体流路配管２の内部には、超音波素子アレイ基板２０などを含むナノバブル発生装置２００が、固定手段２１２（図８参照）で固定されている。液体流路配管２は、上流側の液体流路配管３と下流側の液体流路配管４とに、継手２１０で接続されている。一方の継手２１０には、超音波素子アレイ基板２０に備えられている超音波素子３０ａなど（図８参照）を駆動させるための電源を供給する電源ライン１４が接続されている。

図８は、図７におけるＥ−Ｅ線での断面図である。図８に示すように、ナノバブル発生装置２００は、２枚の超音波素子アレイ基板２０と、フレーム２１５と、固定手段２１２とで構成されている。
液体流路配管２の内部には、液体が上流側から下流側（図８の紙面において、手前側から奥方向）に流れている。超音波素子アレイ基板２０には、液体流路配管２の上流側から下流側に沿って超音波素子３０ａおよび図示しない超音波素子３０ｂ，３０ｃが配列され、超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃは、液体流路配管２の内部を流れる液体に超音波振動を印加させる。フレーム２１５は、２枚の超音波素子アレイ基板２０を対向させて固定させるものである。固定手段２１２は、ねじ状の金具であり、ねじ状の金具の先端をフレーム２１５から張り出させ、液体流路配管２の内壁に押し当てることにより、超音波素子アレイ基板２０が固定されたフレーム２１５を、液体流路配管２の内壁に固定させるものである。なお、本実施形態では、２枚の超音波素子アレイ基板２０が用いられているが、これに限定するものではない。フレーム２１５および固定手段２１２は、一例であり、超音波素子アレイ基板２０を液体流路配管２の内部に固定できるものであれば、その形状および材質は問わない。

以上述べたように、本実施形態に係るナノバブル発生装置２００によれば、実施形態１での効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
ナノバブル発生装置２００は、複数の超音波素子３０ａ，３０ｂ，３０ｃの備えられている超音波素子アレイ基板２０を、液体流路配管２の内側に、固定手段２１２で固定されることにより、液体流路配管２内部を流れる液体に超音波振動を印加させることができる。これにより、ナノバブル発生装置２００は、液体流路配管２の内部を流れる液体に、上流側に配置された超音波素子３０ａからの超音波振動を印加させることにより、マイクロバブルを生成させ、さらに、下流側に配置された超音波素子３０ｂ，３０ｃからの超音波振動を加え続けさせることで、ナノバブルを生成させることができる。ナノバブル発生装置２００は、液体流路配管２の内部を流れる液体に、超音波振動を連続して印加させる簡易な構成でナノバブルを生成させることができるため、ナノバブル発生装置の小型化と設置の容易化とを図ることができる。したがって、小型で既存の液体流路配管２に固定可能な民生用途に適したナノバブル発生装置を提供することができる。

１…ナノバブル発生装置、２…液体流路配管（蛇口）、２ａ…下流側開放端、１２…固定手段、１３…吸気管、１４…電源ライン、１５…吐出口、１６…液体流路、２０…超音波素子アレイ基板、３０ａ，３０ｂ，３０ｃ…超音波素子、３１…基板、３２…支持膜、３３…下部電極層、３４…圧電層、３５…上部電極層、３６…圧電体、３８…保護膜、４１…キャビティ、４３…メンブレン、１００…ナノバブル発生装置、１１２…固定手段、１３０…密着層、１４０…カバー、２００…ナノバブル発生装置、２１２…固定手段。

Claims (8)

1. 複数の超音波素子を備えている超音波素子アレイ基板と、
   前記超音波素子アレイ基板を液体流路配管に対して固定する固定手段と、を有することを特徴とするナノバブル発生装置。
2. 前記複数の超音波素子は、液体流路の上流側から下流側に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載のナノバブル発生装置。
3. 前記上流側に配置されている前記複数の超音波素子の発振周波数は、前記下流側に配置されている前記複数の超音波素子の発振周波数より低いことを特徴とする請求項２に記載のナノバブル発生装置。
4. 前記固定手段は、前記超音波素子アレイ基板を前記液体流路配管に対して対向して固定可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のナノバブル発生装置。
5. 前記固定手段は、前記超音波素子アレイ基板を前記液体流路配管の下流側開放端に固定可能に構成され、前記超音波素子アレイ基板は、前記下流側開放端の更に前記下流側に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のナノバブル発生装置。
6. 前記固定手段は、前記超音波素子アレイ基板を前記液体流路配管の内部に固定可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のナノバブル発生装置。
7. 前記液体流路を流れる液体に、気体を混入させる吸気管を有することを特徴とする請求項５または６に記載のナノバブル発生装置。
8. 複数の前記超音波素子アレイ基板が設けられていることを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のナノバブル発生装置。

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