JP2020022925A - 微細気泡発生器、及び家電機器 - Google Patents

Abstract

【課題】微細気泡の生成効率の向上を図る。【解決手段】微細気泡発生器は、液体が通過可能な第１流路と、第１流路の断面積を局所的に縮小することで第１流路を通過する液体中に微細気泡を発生させる衝突部と、を有する第１流路部材と、第１流路部材の少なくとも衝突部を内部に収容し、第１流路部材の下流側に設けられ液体が通過可能な第２流路、を有する第２流路部材と、第１流路又は第２流路の内部と外部とを連通し外気を第１流路又は第２流路内に引き込むことが可能な外気導入経路であって、少なくとも経路の一部に第１流路部材と第２流路部材との間の隙間を含んで構成されている外気導入経路と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、微細気泡発生器、及び家電機器に関する。

近年、ファインバブルやウルトラファインバブル、又はマイクロバブルやナノバブルと称される直径が数十ｎｍ〜数μｍサイズの微細気泡が注目されてきている。このような微細気泡を含んだ水を、例えば洗剤等を使用する洗浄作業に用いることで、洗剤の分散性や洗浄対象物への浸透性を高めることができ、洗浄効果を向上させることができる。

このような微細気泡を発生させる手段として、流体力学のいわゆるベンチュリ効果を利用した微細気泡発生器が知られている。このような微細気泡発生器は、水等の液体が流れる流路の断面積を局所的に縮小することでその流路を通る液体を急激に減圧させ、これにより液体中の溶存空気を析出させて微細気泡を発生させることができる。しかしながら、微細気泡の原料は水中に溶け込んだ残存空気であるため、微細気泡の生成濃度には限りがある。

特開２０１２−４０４４８号公報

そこで、微細気泡の生成効率の向上を図ることができる微細気泡発生器、及び微細気泡発生器を備えた家電機器を提供する。

実施形態の微細気泡発生器は、液体が通過可能な第１流路と、前記第１流路の断面積を局所的に縮小することで前記第１流路を通過する液体中に微細気泡を発生させる衝突部と、を有する第１流路部材と、前記第１流路部材の少なくとも前記衝突部を内部に収容し、前記第１流路部材の下流側に設けられ液体が通過可能な第２流路、を有する第２流路部材と、前記第１流路又は前記第２流路の内部と外部とを連通し外気を前記第１流路又は前記第２流路内に引き込むことが可能な外気導入経路であって、少なくとも経路の一部に前記第１流路部材と前記第２流路部材との間の隙間を含んで構成されている外気導入経路と、を備える。

第１実施形態について、微細気泡発生器の適用対象の一例であるドラム式洗濯機を示す図 第１実施形態について、微細気泡発生器の適用対象の一例である縦型洗濯機を示す図 第１実施形態について、微細気泡発生器が注水ケースに組み込まれた状態を示す部分断面図 第１実施形態による微細気泡発生器を示す断面図 第１実施形態について、図４のＸ５−Ｘ５線に沿って切断した微細気泡発生器を拡大して示す断面図 第１実施形態について、図４のＸ６−Ｘ６線に沿って切断した微細気泡発生器を拡大して示す断面図 第１実施形態について、図５のＡ−Ａ線及びＢ−Ｂ線に沿って切断した断面における圧力分布及び流速ベクトルを示す図 第２実施形態による微細気泡発生器を示す断面図 第２実施形態について、図８のＸ９−Ｘ９線に沿って切断した微細気泡発生器を拡大して示す断面図 第３実施形態による微細気泡発生器を示す断面図 第３実施形態について、図１０のＸ１１−Ｘ１１線に沿って切断した微細気泡発生器を拡大して示す断面図 第４実施形態による微細気泡発生器を示す断面図 第１実施形態による微細気泡発生器を基にした第５実施形態による微細気泡発生器を示す断面図 第２実施形態による微細気泡発生器を基にした第５実施形態による微細気泡発生器を示す断面図 第５実施形態について、図１３及び図１４のＸ１５−Ｘ１５線に沿って切断した微細気泡発生器を拡大して示す断面図

以下、複数の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各実施形態で実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

（第１実施形態）
第１実施形態による微細気泡発生器について、図１〜図７を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態による微細気泡発生器６０を、例えば洗濯機１０、２０のような水を使用する家電機器に適用した例である。

図１に示す洗濯機１０は、外箱１１、水槽１２、回転槽１３、扉１４、モータ１５、及び排水弁１６を備えている。なお、図１の左側を洗濯機１０の前側とし、図１の右側を洗濯機１０の後側とする。また、洗濯機１０の設置面側つまり鉛直下側を、洗濯機１０の下側とし、設置面と反対側つまり鉛直上側を、洗濯機１０の上側とする。洗濯機１０は、回転槽１３の回転軸が水平又は後方へ向かって下降傾斜したいわゆる横軸型のドラム式洗濯機である。この場合、水槽１２及び回転槽１３は、洗濯物を収納する洗濯槽として機能する。

図２に示す洗濯機２０は、外箱２１、水槽２２、回転槽２３、内蓋２４１、外蓋２４２、モータ２５、及び排水弁２６を備えている。なお、図２の左側を洗濯機２０の前側とし、図２の右側を洗濯機２０の後側とする。また、洗濯機２０の設置面側つまり鉛直下側を、洗濯機２０の下側とし、設置面と反対側つまり鉛直上側を、洗濯機２０の上側とする。洗濯機２０は、回転槽２３の回転軸が鉛直方向を向いた縦型洗濯機である。この場合、水槽２２及び回転槽２３は、洗濯物を収納する洗濯槽として機能する。

図１及び図２に示すように、洗濯機１０、２０は、それぞれ注水装置３０を備えている。注水装置３０は、それぞれ外箱１１、２１内の上後部に設けられている。注水装置３０は、図１及び図２に示すように、給水ホース１００を介して、例えば図示しない水道の蛇口など外部の水源に接続される。

注水装置３０は、図１及び図２に示すように、注水ホース３０１、注水ケース４０、電磁給水弁５０、及び微細気泡発生器６０を有している。注水ケース４０は、全体として容器状に形成されており、内部に洗剤や柔軟剤等を収容可能に構成されている。注水ケース４０は、図３にその一部を示すように、ケース本体４１、吐出空間４２、微細気泡発生器収容部４３、連通部４４、及び給気口４５を有している。

ケース本体４１は、中空の容器状に形成されて、注水ケース４０の外側形状を構成している。詳細は図示しないが、ケース本体４１内には、洗剤を収納する洗剤ケースや柔軟剤を収納する柔軟剤ケースが出し引き可能に設けられている。吐出空間４２は、ケース本体４１の内部に形成された空間であり、電磁給水弁５０から供給された水の吐出を受ける部分である。

微細気泡発生器収容部４３は、ケース本体４１に微細気泡発生器６０を収容し取り付けるための空間であり、外部に連通している。微細気泡発生器収容部４３は、例えば内径が異なる複数の円筒形状によって、いわゆる段付きの円筒形状に形成されている。本実施形態の場合、微細気泡発生器収容部４３の内径は、ケース本体４１の外側からケース本体４１の内側へむかうにつれて段階的に小さくなっている。

連通部４４は、吐出空間４２と微細気泡発生器収容部４３との間を例えば円筒形状に貫いて形成されている。連通部４４によって、吐出空間４２と微細気泡発生器収容部４３との間は連通している。給気口４５は、ケース本体４１のうち微細気泡発生器収容部４３を形成する周壁部を例えば円形に貫いて形成されており、ケース本体４１の外部と微細気泡発生器収容部４３内とを連通している。

電磁給水弁５０は、図１及び図２に示すように、外部の水源と注水ケース４０との間、すなわち給水ホース１００と注水ケース４０との間に設けられている。注水ホース３０１は、注水ケース４０と、水槽１２、２２内とを接続している。電磁給水弁５０は、外部の水源から注水ケース４０を介して水槽１２、２２内に給水する給水経路を開閉するものであり、図示しない洗濯機１０、２０の制御装置からの制御信号によって開閉動作が制御される。

電磁給水弁５０が開状態になると、外部の水源からの水は、電磁給水弁５０、注水ケース４０、及び注水ホース３０１を介して、水槽１２、２２内に注水される。その際、注水ケース４０内に洗剤や柔軟剤が収容されていれば、その洗剤や柔軟剤は、注水ケース４０内を通過する水によって水槽１２、２２内に流し落とされる。そして、電磁給水弁５０が閉状態になると水槽１２、２２内に対する注水が停止される。

電磁給水弁５０は、図３に示すように、流入部５１と吐出部５２とを有している。流入部５１は、図１又は図２に示すように、給水ホース１００に接続されている。吐出部５２は、図３に示すように、注水ケース４０に接続されている。また、吐出部５２は、例えばフランジ部５２１を有している。フランジ部５２１には、ねじ等の締結部材５３が通される。そして、この締結部材５３は、ケース本体４１の壁部にねじ込まれる。これにより、吐出部５２は、ケース本体４１に取り付けられる。

微細気泡発生器６０は、水等の液体が微細気泡発生器６０の内部を通過する際に、その液体の圧力を急激に減圧することで、その液体中に溶存している気体例えば空気を析出させて微細気泡を発生させるものである。本実施形態の微細気泡発生器６０は、水道圧を印加することによって、直径１００μｍ以下の気泡を含む微細気泡いわゆるファインバブルを発生させることができる。更に本実施形態の微細気泡発生器６０は、粒径がナノオーダーのウルトラファインバブルを含むファインバブルを発生させることができる。なお、本実施形態では、粒径が１００μｍ以下の気泡をファインバブルと称し、粒径が１μｍ以下つまりナノオーダーの気泡をウルトラファインバブルと称する。

図３の例において、電磁給水弁５０の吐出部５２から吐出された水は、微細気泡発生器６０内を図３の右側から左側へ向かって流れる。この場合、図３に示された微細気泡発生器６０について見ると、図３の紙面右側が微細気泡発生器６０の上流側となり、図３の紙面左側が微細気泡発生器６０の下流側となる。

微細気泡発生器６０は、図４に示すように、全体として段付きの円筒形状に形成されている。図３に示すように、微細気泡発生器６０は、注水ケース４０の微細気泡発生器収容部４３内に収容されている。この場合、微細気泡発生器収容部４３の内面と微細気泡発生器６０の外面との間には、ケース側シール部材４６が設けられている。ケース側シール部材４６は、例えばゴム等の弾性部材で構成されたＯリングである。

ケース側シール部材４６は、微細気泡発生器収容部４３の内面と微細気泡発生器６０の外面との間を気密及び水密に維持する。これにより、ケース側シール部材４６は、例えば注水ケース４０の吐出空間４２に充満した液体が、微細気泡発生器収容部４３の内面と微細気泡発生器６０の外面との隙間を通って注水ケース４０外へ逆流することを防いでいる。なお、ケース側シール部材４６は、例えば注水ケース４０又は微細気泡発生器６０と一体に構成しても良い。

微細気泡発生器６０は、樹脂製であって、図４に示すように、別体に構成された第１流路部材７０と第２流路部材８０と組み合わせて構成されている。第１流路部材７０は、フランジ部７１を一体に有し、全体として段付きの円筒形状に形成されている。

また、第１流路部材７０は、第１流路７２と衝突部７３とを有している。第１流路７２は、液体が通過可能な流路であって、第１流路部材７０を一方向に貫いて形成されている。第１流路７２は、絞り部７２１とストレート部７２２とを含んで構成されている。絞り部７２１は、第１流路部材７０の上流側から下流側つまり衝突部７３側へ向かって内径が縮小する形状に形成されている。すなわち、絞り部７２１は、流路の断面積つまり液体の通過可能な領域の面積が上流側から下流側へ向かって連続的に徐々に減少するようないわゆる円錐形のテーパ管状に形成されている。

ストレート部７２２は、絞り部７２１の下流側に設けられている。ストレート部７２２は、内径が変化しない、すなわち流路の断面積つまり液体の通過可能な領域の面積が変化しない円筒形、いわゆるストレート管状に形成されている。

衝突部７３は、第１流路７２のストレート部７２２内に設けられており、流路であるストレート部７２２の断面積を局所的に縮小することでストレート部７２２を通過する液体中に溶存している空気を微細気泡として析出させる。衝突部７３は、絞り部７２１及びストレート部７２２を構成する部材つまり第１流路部材７０に一体に形成されている。本実施形態の場合、衝突部７３は、第１流路７２の下流端部つまりストレート部７２２の下流端部に設けられている。なお、衝突部７３は、ストレート部７２２の途中部分に設けられていても良い。

衝突部７３は、少なくとも１つの突出部７３１を有して構成されている。本実施形態の場合、衝突部７３は、図５及び図６に示すように、複数の突出部７３１、この場合、４本の突出部７３１によって構成されている。各突出部７３１は、ストレート部７２２の断面の周方向に向かって相互に等間隔に離間した状態で配置されている。

各突出部７３１は、ストレート部７２２の内周面からストレート部７２２の径方向の中心へ向かって突出した棒状又は板状に形成されている。本実施形態において、各突出部７３１は、ストレート部７２２の径方向の中心へ向かって先端部が尖った板状であり、かつ液体が通過する方向に所定の長さ、例えば３ｍｍ以上の長さを有する形状に形成されている。そして、各突出部７３１の先端部分は、微細気泡の発生に必要な所定のギャップが確保されている。

ストレート部７２２に流入した液体は、第１流路７２のストレート部７２２において突出部７３１が設けられていない箇所を通る。この場合、図５及び図６に示すように、ストレート部７２２を断面方向に見た場合において突出部７３１が設けられていない隙間部分、つまりストレート部７２２に流入した液体が通過する部分を、通過領域７３２と称する。

図４に示すように、第２流路部材８０は、第１流路部材７０のうち少なくとも衝突部７３部分を内部に収容している。本実施形態の場合、第２流路部材８０は、第１流路部材７０全体を内部に収容している。なお、第１流路部材７０の一部分、例えばフランジ部７１が、第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２から外部に突出し、電磁給水弁５０の吐出部５２が第１流路部材７０に直接挿入される構成であっても良い。

第２流路部材８０は、図４に示すように、吐出部挿入部８１、第１流路部材収容部８２、及び第２流路８３を有している。吐出部挿入部８１、第１流路部材収容部８２、及び第２流路８３は、第２流路部材８０内に形成されて相互に連通している。本実施形態の場合、吐出部挿入部８１、第１流路部材収容部８２、及び第２流路８３は、上流側から下流側へ向かって内径が小さくなる段付きの円筒形状に形成されている。

吐出部挿入部８１は、第２流路部材８０における上流側に設けられている。吐出部挿入部８１には、図３に示すように、電磁給水弁５０の吐出部５２の先端部分が挿入される。吐出部挿入部８１の内面との吐出部５２の外面との間には、給水弁用シール部材５４が設けられている。給水弁用シール部材５４は、例えばゴム等の弾性部材で構成されたＯリングである。

給水弁用シール部材５４は、吐出部挿入部８１の内面との吐出部５２の外面との間を気密及び水密に維持する。これにより、給水弁用シール部材５４は、吐出部５２から微細気泡発生器６０に供給された液体が、吐出部挿入部８１の内面との吐出部５２の外面との隙間から漏れ出すことを防いでいる。なお、給水弁用シール部材５４は、例えば微細気泡発生器６０又は吐出部５２と一体に構成しても良い。

図４に示すように、第１流路部材収容部８２は、吐出部挿入部８１の下流側でかつ第２流路８３の上流側に設けられている。第１流路部材７０は、第２流路部材８０の内部に形成された第１流路部材収容部８２に収容されている。

第１流路部材収容部８２の内面と第１流路部材７０の外面との間には、発生器内シール部材６１が設けられている。発生器内シール部材６１は、例えばゴム等の弾性部材で構成されたＯリングである。発生器内シール部材６１は、第１流路部材収容部８２の内面と第１流路部材７０の外面との間を気密及び水密に維持する。これにより、発生器内シール部材６１は、第１流路部材７０に供給された液体が、第１流路部材７０の外側に回り込んで衝突部７３を通らずに衝突部７３の下流側に至ることを防いでいる。また、発生器内シール部材６１は、第１流路部材７０から吐出された液体が第１流路部材収容部８２の内面と第１流路部材７０の外面との隙間を通って逆流することを防いでいる。なお、発生器内シール部材６１は、例えば第１流路部材７０又は第２流路部材８０と一体に構成しても良い。

第２流路８３は、液体が通過可能な流路であって、吐出部挿入部８１及び第１流路部材収容部８２の下流側に設けられている。本実施形態の場合、第２流路８３の内径は、第１流路部材７０において衝突部７３が設けられている部分の内径、この場合、ストレート部７２２の内径と同等に設定されている。微細気泡発生器６０内を通過する液体は、第２流路８３から微細気泡発生器６０の外部へ吐出される。

また、微細気泡発生器６０は、外気導入経路６２を備えている。外気導入経路６２は、微細気泡発生器６０の外部と内部とを連通し、微細気泡発生器６０の外部の空気を微細気泡発生器６０内に取り込むための通気経路である。外気導入経路６２は、第１流路部材７０と第２流路部材８０との間に設けられた隙間によって構成されている。本実施形態の場合、外気導入経路６２の断面積は、衝突部７３の通過領域７３２の面積よりも小さい。

ここで、外気導入経路６２において、微細気泡発生器６０の外部側を上流側とし、微細気泡発生器６０の内部側を下流側とする。本実施形態の場合、外気導入経路６２は、第１経路部６２１と、第２経路部６２２と、第３経路部６２３と、を含んで構成されている。第１経路部６２１は、第２流路部材８０の外周面側から内周面側へ向かって貫いた穴であり、第２流路部材８０の径方向の外側から中心側へ向かって延びている。第１経路部６２１は、第２流路部材８０の外部と内部、この場合、第１流路部材収容部８２内とを連通している。第１経路部６２１の内径は、ケース本体４１に形成された給気口４５の内径よりも小さい。

第２経路部６２２は、図５にも示すように、第２流路部材８０の内面、この場合、第１流路部材収容部８２の内周面に溝状に形成されており、微細気泡発生器６０内を流れる液体の流れ方向に沿って延びている。第２経路部６２２の上流側の端部は、第１経路部６２１に接続されている。第２経路部６２２の下流側の端部は、第１流路部材収容部８２と第２流路８３との境界部分、つまり第１流路部材７０の下流側の端部部分まで延びている。

この場合、第２経路部６２２の上流側の端部は、微細気泡発生器６０内を流れる液体の流れ方向に対して、衝突部７３よりも上流側に位置している。また、第２経路部６２２の下流側の端部は、微細気泡発生器６０内を流れる液体の流れ方向に対して、衝突部７３よりも下流側に位置している。このため、第２経路部６２２の長さ寸法は、衝突部７３の長さ寸法よりも長い。

第３経路部６２３は、図６にも示すように、第２流路部材８０の内面、この場合、第１流路部材収容部８２の下流側の段差部分の底面を溝状の掘るようにして形成されており、微細気泡発生器６０の径方向の中心側へ向かって延びている。すなわち、第３経路部６２３は、第２経路部６２２に対して直角方向に伸びている。第３経路部６２３の上流側の端部は、第２経路部６２２の下流側の端部に接続されている。また、第３経路部６２３の下流側の端部は、第２流路８３内に接続されている。

この場合、第３経路部６２３の下流側の端部は、第１流路部材収容部８２と第２流路８３との境界部分、つまり第１流路部材７０の下流側の端部部分まで延びて、第２流路８３内に接続されている。また、第３経路部６２３の下流側の端部は、図６に示すように、第１流路７２の周方向に隣接する２つの突出部７３１の間に接続されている。

図４に示すように、第１流路部材７０が第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２に収容された状態において、第１流路部材７０の外面と、第２流路部材８０における第１流路部材収容部８２の内面とは、外気導入経路６２を除いて、つまり第２経路部６２２及び第３経路部６２３を除いて気密及び水密となるように密着している。そのため、第１流路部材７０が第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２内に組み込まれた状態では、第２経路部６２２及び第３経路部６２３の溝形状の開放部分は、第１流路部材７０の外面によって覆われる。このようにして、第１流路部材７０と第２流路部材８０との間の隙間によって、微細気泡発生器６０の外部と内部とを連通された外気導入経路６２が形成されている。

また、第１経路部６２１の上流側の端部つまり第１流路部材７０の外部に繋がる端部は、ケース本体４１に設けられた給気口４５に対応している。本実施形態の場合、第１経路部６２１の内径は、ケース本体４１に形成された給気口４５の内径よりも小さい。そして、微細気泡発生器６０がケース本体４１の微細気泡発生器収容部４３内に収容された状態において、第１経路部６２１は、給気口４５と重なる位置に配置される。これにより、微細気泡発生器６０がケース本体４１に組み付けられた状態において、外気導入経路６２は、ケース本体４１の給気口４５を介してケース本体４１の外部に連通している。

また、外気導入経路６２のうち少なくとも第２流路８３に繋がる第３経路部６２３は、その太さが１ｍｍ以下に設定されている。本実施形態の場合、外気導入経路６２を構成する各経路部６２１、６２２、６２３は、いずれも太さが１ｍｍ以下に設定されている。例えば外気導入経路６２の断面が円形であれば、その円の直径は１ｍｍ以下に設定されており、外気導入経路６２の断面が矩形であれば、その矩形の縦寸法及び横寸法は、いずれも１ｍｍ以下に設定されている。

これは、次のような理由による。すなわち、外気導入経路６２のうち特に第２流路８３に繋がる第３経路部６２３が太すぎると、流路７２、８３内に導入される外気が過剰となってしまい、ミリサイズの比較的大きな気泡が増加してしまう。すると、その大きな気泡が流路７２、８３内の液体の流れを妨げることで流量が低下してしまい、その結果、微細気泡を増加させるという効果がかえって得られ難くなってしまうからである。更に、外気導入経路６２が太すぎると、流路７２、８３内の液体が、外気導入経路６２を逆流して微細気泡発生器６０から漏れ出す可能性も高まるためである。

なお、微細気泡発生器６０の第１経路部６２１とケース本体４１の給気口４５との位置合わせは、種々の方法が考えられる。例えば微細気泡発生器６０の第２流路部材８０とケース本体４１の微細気泡発生器収容部４３とに、それぞれ対応するＤカット形状を設けることで、第１経路部６２１と給気口４５との位置合わせを行うようにしても良い。

以上説明した実施形態によれば、微細気泡発生器６０は、第１流路部材７０と、第２流路部材８０と、外気導入経路６２と、を備える。第１流路部材７０は、液体が通過可能な第１流路７２と、第１流路７２の断面積を局所的に縮小することで第１流路７２を通過する液体中に微細気泡を発生させる衝突部７３と、を有する。第２流路部材８０は、第１流路部材７０の少なくとも衝突部７３を内部に収容する。第２流路部材８０は、第１流路部材７０の下流側に設けられ液体が通過可能な第２流路８３と、を有する。外気導入経路６２は、第１流路７２又は第２流路８３の内部と外部とを連通しており、外気を第１流路７２内又は第２流路８３内に引き込むことが可能に構成されている。

この構成において、電磁給水弁５０が動作して微細気泡発生器６０の上流端部つまり第１流路部材７０に水道圧が印加されると、まず、第１流路部材７０の絞り部７２１からストレート部７２２にかけて水道水が流れる。水道水は、気体として主に空気が溶け込んだ気体溶解液体である。第１流路部材７０内を通過する水は、絞り部７２１を通過する際に絞られて徐々に流速が増加していく。

そして、高速流となった水が衝突部７３に衝突し通過すると、その水の圧力が急激に低下する。その急激な圧力低下によって生じるキャビテーション効果により、水に溶存している空気が沸騰状態となって微細気泡として析出する。これにより、微細気泡発生器６０は、第１流路部材７０を通過する水の中に、いわゆるウルトラファインバブルやファインバブルを含む主に粒径が５０μｍ以下の微細気泡を発生させる。特に本実施例の場合、衝突部７３の突出部７３１は、板状で液体が通過する方向に所定の長さ、例えば３ｍｍ以上の長さを有するいわば長尺に形成されているため、前記した先行技術文献のような棒状のものと異なり、キャビテーション効果が得られる領域が長い。これにより、微細気泡発生器６０は、液体が衝突部７３を通過する期間、換言すれば微細気泡を析出する時間を長く確保することができ、その結果、発生する微細気泡の量を増大させることができる。

このとき、液体が衝突部７３を高速で流れるため、ストレート部７２２のうち衝突部７３が設けられている領域、及び衝突部７３の下流側つまり第２流路８３と衝突部７３との境界部分は、負圧になる。そのため、微細気泡発生器６０の外部の空気は、外気導入経路６２を通って微細気泡発生器６０の第２流路８３内に引き込まれる。外気導入経路６２を通って第２流路８３内に引き込まれた空気は、第２流路８３内で気泡となって、衝突部７３を通過して第２流路８３内に流入した高速流に曝される。そして、高速流に曝された気泡は、その高速流のせん断応力によって破砕されて、粒径が５０μｍ以下の微細気泡にまで細分化される。

このように、本実施形態によれば、液体が微細気泡発生器６０内を通過する際、液体の流れによる負圧によって、微細気泡発生器６０の外部の空気が外気導入経路６２を通って微細気泡発生器６０内に引き込まれる。これにより、微細気泡発生器６０は、予め液体中に溶存していた溶存空気だけでなく、外部からも空気を導入することで、微細気泡の生成効率を更に向上させることができる。その結果、微細気泡の生成効率が向上して濃度の高い微細気泡水を生成することができる。

また、外気導入経路６２は、外気導入経路６２の全域うち少なくとも一部に、第１流路部材７０と第２流路部材８０との間に形成された隙間を含んで構成されている。これによれば、第１流路部材７０又は第２流路部材８０に対して複雑な加工を行うことなく、簡単な構成で、外気導入経路６２を形成することができる。

また、外気導入経路６２は、第１流路７２と第２流路８３との境界部分に接続されている。この場合、第１流路７２と第２流路８３との境界部分は、衝突部７３を通過した直後の液体が流れる箇所であるため、図７に示すように流速が速く負圧となっている。すなわち、外気導入経路６２は、液体が衝突部７３を通過する際に負圧となる負圧領域に接続されている。そのため、外気導入経路６２を、負圧となる第１流路７２と第２流路８３との境界部分つまり負圧領域に接続することで、第１流路７２及び第２流路８３に生じる負圧によって多量の外気を効率良く第２流路８３内に引き込むことができる。

そして、第２流路８３内に引き込まれた外気による多量の気泡が、第２流路８３内における高速流に曝されることで、より多くの気泡を破砕し、より多くの微細気泡へと細分化することができる。この結果、微細気泡の生成効率が更に向上してより濃度の高い微細気泡水を生成することができる。

ここで、衝突部７３周辺における圧力及び流速の分布、つまり通過領域７３２を通過する液体の圧力及び流速の分布を見ると、図７に示すように、衝突部７３における径方向の中心付近つまり突出部７３１の先端付近よりも、衝突部７３の径方向の外側つまり突出部７３１の付け根部分の方が、低圧で流速も速い。

そこで、本実施形態において、外気導入経路６２の下流側の端部は、図６に示すように、第１流路７２の周方向に隣接する２つの突出部７３１の間、つまり突出部７３１の付け根部分であって第１流路７２の内周面に接続されている。すなわち、外気導入経路６２は、液体が衝突部７３を通過する際に負圧となる負圧領域に接続されている。

これによれば、微細気泡発生器６０の空気を、第１流路７２及び第２流路８３のうち圧力がより低くかつ流速がより速い箇所、つまり隣接する突出部７３１間であって突出部７３１の付け根部分に引き込むことができる。これにより、外部から引き込んだ空気による気泡を、第１流路７２及び第２流路８３のうち圧力がより低くかつ流速がより速い箇所に曝すことで、その気泡を更に効率良く微細化させることができる。その結果、微細気泡の生成効率が更に向上してより濃度の高い微細気泡水を生成することができる。

また、第２流路部材８０は、内部に第１流路部材７０を収容する第１流路部材収容部８２を有している。そして、外気導入経路６２は、第１流路部材収容部８２の内面に設けられた溝である第２経路部６２２及び第３経路部６２３を含んで構成されている。すなわち、本実施形態において、外気導入経路６２は、第１経路部６２１と、第２経路部６２２と、第３経路部６２３と、を有している。そして、第１経路部６２１と第２経路部６２２と第３経路部６２３とのうち、第２経路部６２２及び第３経路部６２３は、第１流路部材収容部８２の内面に設けられた溝によって構成されている。

これによれば、第２経路部６２２及び第３経路部６２３を、第１流路部材収容部８２の内面に設けられた溝で構成することで、経路部全体を細い穴で構成する場合と異なり、加工中に混入しがちなカスなどの異物による経路途中の目詰まり有無の検査が容易となり、しかも経路内の異物の除去も容易にできるなど、簡単な構成でかつ外気を意図した箇所に引き込むことができる。したがって、微細気泡発生器６０による微細気泡の生成効率を更に向上して濃度の高い微細気泡水を生成することができるとともに、外気導入経路６２を設けたことによる微細気泡発生器６０の製造性の低下を極力抑制することができる。

また、第１流路部材７０の外面と第２流路部材８０における第１流路部材収容部８２の内面とは、外気導入経路６２を除いて気密及び水密となるように密着している。つまり、本実施形態の場合、第１流路部材７０と第２流路部材８０との間には、外気導入経路６２を除いて他に外気等が流入可能な隙間が存在していない。これによれば、外気導入経路６２以外の隙間から意図しない空気が混入してしまい、微細気泡発生器６０による微細気泡の生成効率がかえって低下してしまうことを抑制できる。また、外気導入経路６２以外の隙間から微細気泡発生器６０を通過する液体が漏れてしまうことを抑制できる。

更に、微細気泡発生器６０を採用した洗濯機１０、２０は、微細気泡発生器６０の作用により、注水ケース４０を通して水槽１２、２２内に注水される水にウルトラファインバブルを含む微細気泡を含ませることができる。ここで、洗剤の主成分である陰イオン（アニオン）界面活性剤及び微細気泡水中の微細気泡は、それぞれ個別でも汚れを落とす洗浄能力を有している。しかし、例えば微細気泡を含む水に洗剤を溶解させるなどして濃縮洗剤水に微細気泡を付与すると、疎水相互作用と称される分子間に働く引力的相互作用によって洗剤中の界面活性剤と微細気泡が吸着し、これにより界面活性剤の凝集つまりミセルがほぐれて水中に分散し易くなる。その結果、界面活性剤が汚れと短時間で反応し易い状態となって洗浄能力が向上する。

すなわち、微細気泡を含む水に洗剤を溶解させて洗濯液を生成することで、洗剤中の界面活性剤と微細気泡との相互作用が働き、その結果、水道水に洗剤を溶かしただけの単なる洗濯液と比べて、洗浄能力を格段に高めることができる。また、汚れが乳化されて水中に分散し易くなるため、衣類に汚れが再付着することを防ぐ効果も期待できる。このような理由により、本実施形態の洗濯液は、通常の水道水に洗剤を溶かした洗濯液よりも洗浄能力が高いものとなっている。その結果、洗濯機１０、２０は、高い洗浄能力を発揮することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。
本実施形態の微細気泡発生器６０は、上記第１実施形態の外気導入経路６２に換えて、図８に示す外気導入経路６３を備えている。本実施形態の外気導入経路６３は、第１経路部６３１と、第２経路部６３２と、第３経路部６３３と、を含んで構成されている。そして、本実施形態は、第２経路部６３２及び第３経路部６３３が、第２流路部材８０の外面に形成された溝である点で、上記第１実施形態と異なる。

すなわち、第１経路部６３１は、上記第１実施形態の第１経路部６２１と同様に、第２流路部材８０の外周面側から内周面側へ向かって貫いた穴であり、第２流路部材８０の径方向の外側から中心側へ向かって延びている。第２経路部６３２及び第３経路部６３３は、第１流路部材７０の外面を溝形状に掘るようにして形成されている。すなわち、本実施形態において、外気導入経路６３のうち第２経路部６３２及び第３経路部６３３は、第１流路部材７０の外面に設けられた溝状によって構成されている。

この場合、第１流路部材７０が第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２内に組み込まれた状態では、第２経路部６３２及び第３経路部６３３の溝形状の開放部分は、第２流路部材８０の内面によって覆われる。そして、第３経路部６３３は、通過領域７３２の途中部分、衝突部７３を通過する液体の流れ方向において衝突部７３が設けられている領域の途中部分に接続されている。つまり、本実施形態の外気導入経路６３は、衝突部７３の途中部分に接続されている。

また、上記第１実施形態の外気導入経路６２と同様に、本実施形態の外気導入経路６３も、各経路部６３１、６３２、６３３のうち少なくとも第２流路８３に繋がる第３経路部６３３は、その太さが１ｍｍ以下に設定されている。この場合、外気導入経路６３を構成する各経路部６３１、６３２、６３３は、いずれも太さが１ｍｍ以下に設定されている。

これによれば、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
すなわち、本実施形態において、衝突部７３の各突出部７３１は、前記したように板状で長尺に形成されており、また、外気導入経路６３は、衝突部７３の途中部分に接続されている。このため、衝突部７３を通過する液体に長時間のキャビテーション効果を作用させることができるだけでなく、更には衝突部７３の途中部分に導入された外気にもそのキャビテーション効果を作用させて外気を粉砕することができる。その結果、外気導入経路６３から導入した外気を、より効率的に微細気泡に細分化することができる。

また、第２経路部６３２及び第３経路部６３３は、第１流路部材７０の外面に設けられた溝状で構成されている。このため、第２経路部６３２及び第３経路部６３３の加工を、第１流路部材７０の外側から行うことができるため、加工がし易くなり、その結果、生産性の向上が図られる。

なお、第２流路部材８０に設けられた第１経路部６３１と、第１流路部材７０に設けられた第２経路部６３２との位置合わせは、種々の方法が考えられる。例えば第１流路部材７０の外面と第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２とに、それぞれ対応するＤカット形状を設けることで、第１経路部６３１と第２経路部６３２との位置合わせを行うようにしても良い。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０及び図１１に示す微細気泡発生器６０は、上記第１実施形態の微細気泡発生器６０の構成に加えて、先端部シール部材６４を備えている。先端部シール部材６４は、例えばゴム等の弾性部材で構成されたＯリングである。先端部シール部材６４は、第１流路部材７０の先端部と第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２の内面との間に設けられている。この場合、先端部シール部材６４は、例えば図１１に示すように、第３経路部６２３を避けたＣ字形の円弧状に形成されている。

これによれば、先端部シール部材６４によって、第１流路部材７０の先端部と第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２の内面との間を気密及び水密に維持することができる。このため、第１流路部材７０の先端部と第２流路部材８０の内面との間から、第３経路部６２３を通る空気が漏れ出てしまうことを抑制でき、これにより、外気導入経路６２を通る外気を効率良く微細気泡発生器６０内に引き込むことができる。その結果、微細気泡の生成効率が向上して濃度の高い微細気泡水を生成することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１２を参照して説明する。
微細気泡発生器６０は、図１２に示すように、第１流路部材テーパ面７４と、第２流路部材テーパ面８４と、を備える構成としても良い。第１流路部材テーパ面７４は、第１流路部材７０の先端部の外周面に設けられたテーパ形状の面である。また、第２流路部材テーパ面８４は、第２流路部材８０の内周面、この場合、第１流路部材収容部８２の下流側に設けられたテーパ形状の面である。

第１流路部材テーパ面７４と第２流路部材テーパ面８４とは、相互に嵌合するように形成されている。この場合、第１流路部材テーパ面７４及び第２流路部材テーパ面８４は、下流側へ行くほど先細るように、つまり下流側へ行くほど第１流路７２及び第２流路８３の径方向の内側へ向かうように傾斜している。また、外気導入経路６２のうち第２経路部６２２は、第１流路部材テーパ面７４及び第２流路部材テーパ面８４に沿って傾斜している。

第１流路部材７０は、第１流路部材テーパ面７４を第２流路部材テーパ面８４に嵌め込むようにして第１流路部材収容部８２に差し込まれる。これにより、第１流路部材テーパ面７４と第２流路部材テーパ面８４とが密着する。したがって、これによれば、先端部シール部材６４を用いることなく、第１流路部材７０と第２流路部材８０と間を、外気導入経路６２を除いて気密及び水密に維持することができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図１３〜図１５を参照して説明する。
上記各実施形態において、外気導入経路６２、６３から微細気泡発生器６０内に取り込む外気は空気に限られない。本実施形態において、図１３及び図１４に示す微細気泡発生器６０は、微細気泡発生器６０の外部で生成された例えばオゾン等のような機能性を有する気体を、外気導入経路６２、６３を通して微細気泡発生器６０内に取り込むように構成されている。

具体的には、図１３及び図１４に示す微細気泡発生器６０において、外気導入経路６２、６３は、図３に示す給気口４５を介して、微細気泡発生器６０の外部に設けられた図示しないオゾン発生装置に接続されている。すなわち、本実施形態において、注水ケース４０の給気口４５は、図示しないオゾン発生装置に接続されている。そして、このオゾン発生装置で生成されたオゾンは、給気口４５及び外気導入経路６２、６３を通って、微細気泡発生器６０内へ導入される。

この場合、図１３に示す微細気泡発生器６０は、図４に示す第１実施形態の微細気泡発生器６０の構成に加えて、更に衝突部８５を備えている。また、図１４に示す微細気泡発生器６０は、図８に示す第２実施形態の微細気泡発生器６０の構成に加えて、更に衝突部８５を備えている。衝突部８５は、第２流路部材８０に一体に設けられており、第１流路部材７０の衝突部７３に対して下流側に位置している。なお、以下の説明では、第１流路部材７０に設けられた衝突部７３を、第１衝突部７３と称し、第２流路部材８０に設けられた衝突部８５を、第２衝突部８５と称する。

第２衝突部８５は、第２流路８３内に設けられており、第２流路８３の断面積を局所的に縮小することで、第２流路８３を通過する液体中に溶存している気体、すなわち第１流路部材７０の第１衝突部７３で析出されなかった残りの溶存空気を微細気泡として析出させる。また、第２衝突部８５は、第１衝突部７３で発生した気泡のうち比較的サイズが大きいものや、外気導入経路６２、６３を介して導入されたオゾン等による気泡を破砕して、粒径がナノオーダーのウルトラファインバブルを含む微細気泡に微細化する。

第２衝突部８５は、第２流路８３を構成する部材つまり第２流路部材８０に一体に形成されている。本実施形態の場合、第２衝突部８５は、外気導入経路６２、６３の出口部分の下流側でかつ第２流路８３の下流端部に設けられている。なお、第２衝突部８５は、外気導入経路６２、６３の出口部分の下流側であれば、第２流路８３の途中部分に設けられていても良い。

第２衝突部８５は、少なくとも１つの第２突出部８５１を有して構成されている。本実施形態の場合、第２衝突部８５は、第１衝突部７３と同様に複数の第２突出部８５１、この場合、図１５に示すように、４本の第２突出部８５１によって構成されている。各第２突出部８５１は、第２流路８３の断面の周方向に向かって相互に等間隔に離間した状態で配置されている。

各第２突出部８５１は、第１突出部７３１と同様に、第２流路８３の内周面から第２流路８３の径方向の中心へ向かって突出した棒状又は板状に形成されている。本実施形態において、各第２突出部８５１は、第２流路８３の径方向の中心へ向かって先端部が尖った錐状に形成されている。そして、各第２突出部８５１の先端部分は、微細気泡の発生に必要な所定のギャップが確保されている。

第２流路８３に流入した液体は、第２流路８３において第２突出部８５１が設けられていない箇所を通る。この場合、図１５に示すように、第２流路８３を断面方向に見た場合において第２突出部８５１が設けられていない隙間部分、つまり第２流路８３に流入した液体が通過する部分を、第２通過領域８５２と称する。

また、本実施形態の場合、第１衝突部７３の各第１突出部７３１と、第２衝突部８５の各第２突出部８５１とは、第１流路７２及び第２流路８３の周方向へ向かってずれている。この場合、第１衝突部７３及び第２衝突部８５は、それぞれ４つの第１突出部７３１及び第２突出部８５１を有している。そして、各第１突出部７３１及び第２突出部８５１は、第１流路７２及び第２流路８３の周方向へ向かって４５°ずつ、ずらして配置されている。

なお、第１突出部７３１と第２突出部８５１とをずらす角度は、４５°に限られない。また、第１突出部７３１と第２突出部８５１とは、第１流路７２及び第２流路８３の周方向へ向かってずれていなくても良い。また、第１突出部７３１と第２突出部８５１との数は、同一である必要はなく、異なっていても良い。

また、第１突出部７３１と第２突出部８５１との位置合わせは、種々の方法が考えられる。例えば第１流路部材７０のフランジ部７１と、第２流路部材８０の第１流路部材収容部８２とに、それぞれ対応するＤカット形状を設けることで、第１突出部７３１と第２突出部８５１との位置合わせを行うようにしても良い。

ここで、従来、例えば洗浄性能の向上や除菌機能の付与を目的として、機能性を有する気体例えばオゾンを水に溶け込ませてオゾン水を生成し、そのオゾン水を洗濯等の洗浄に使用することが考えられている。このような従来技術において、オゾン水の生成は、まずオゾンガスを生成し、そのオゾンガスを水中に供給していわゆるバブリングを行うことで行われていた。

液体に対する気体の溶解性は、気体と液体との接触面積つまり単位量当たりの気液界面の総面積が大きくなるほど向上し、また、気体が液体中に滞留している時間が長くなるほど向上する。しかしながら、上述したバブリングのような従来方法によって水中に生成される気泡は、粒径が１００μｍ〜数ｍｍといった比較的大きなサイズとなる。このため、バブリングで生成された気泡は、気泡の表面積が大きいことから単位量当たりにおける気体と液体との接触面積が小さい。また、バブリングで生成された気泡は、体積が大きいことから浮力が大きく、発生後直ぐに水面へ上昇して空気中へ放出されてしまうため、水中での滞留時間が短い。

したがって、バブリングのような従来方法では、水に対する気体の溶解性は低く、必要な量の気体を液体に溶解させるためには、供給する気体の単位時間当たりの量を増やしたり供給時間を増やしたりする必要があった。このような事情から、バブリングのような従来方法では、オゾン水等の機能性気体を溶解させた液体を効率良く生成することが難しかった。

一方、本実施形態によれば、微細気泡発生器６０の外部で生成されたオゾンは、図１３及び図１４に示すように、まず、外気導入経路６２、６３を通って、微細気泡発生器６０内における第１衝突部７３の下流側の負圧領域又は第１衝突部７３の途中部分の負圧領域に供給される。このため、第２流路８３内の水が外気導入経路６２を逆流することを防ぐことができるとともに、負圧によってより多くのオゾンを第２流路８３内に引き込むことができる。

そして、外気導入経路６２、６３を通って第２流路８３内に供給されたオゾンは、第２流路８３内で気泡となって、第１衝突部７３を通過して第２流路８３内に流入した高速流に曝される。そして、高速流に曝された気泡は、その高速流のせん断応力によって破砕され、更に第２衝突部８５を通過することで、ウルトラファインバブルやファインバブルを含む主に粒径が５０μｍ以下の微細気泡にまで細分化される。

この場合、マイクロオーダー及びナノオーダーまで微細気泡化されたオゾンは、バブリングで生じるミリオーダーの気泡に比べて、水との接触面積が極めて増大するとともに、水中での滞留時間が極めて長くなる。これにより、微細気泡化されたオゾンが水に溶解し易くなり、その結果、オゾンを溶解させたオゾン水を効率良く生成することができる。このように、本実施形態によれば、液体中に供給した機能性気体を微細気泡化することで、機能性気体を溶解させた液体を効率良く生成することができる。

更に、微細気泡化されたオゾンのうち水に溶解しなかった残りは、引き続き微細気泡として水中に長時間滞留する。このオゾンによる微細気泡は、空気による微細気泡と同様に、界面活性剤との相互作用によって、界面活性剤の洗浄能力を引き上げる作用を奏する。また、オゾンによる微細気泡は、オゾンによる殺菌や脱臭・消臭作用を奏する。このため、本実施形態のように、オゾンが溶解されかつオゾンによる微細気泡を含む微細気泡水は、洗剤を溶かした洗濯液はもちろん、洗濯物をすすぐすすぎ水としても好適である。

なお、上記各実施形態において、微細気泡発生器６０は、先端部シール部材６４や、第１流路部材テーパ面７４及び第２流路部材テーパ面８４に換えて、第１流路部材７０と第２流路部材８０の間に位置し弾性変形又は塑性変形可能なリブを、第１流路部材７０及び第２流路部材８０のいずれか一方又は両方に一体に設けられていても良い。

また、上記説明した各実施形態の微細気泡発生器６０は、上述した洗濯機１０、２０以外にも、例えば食器洗浄機や温水便座など水道水を使用して洗浄する家電機器に適用することができる。水道水を使用する家電機器に微細気泡発生器６０を適用することで、洗浄用の水道水を微細気泡が高濃度に含まれた微細気泡水にし、微細気泡による洗浄効果を付加させることができる。その結果、家電機器の付加価値を向上させることができる。

また、上記実施形態の微細気泡発生器６０は、樹脂成型品であるため、生産性が高くコストが安い。また、微細気泡発生器６０は、微細気泡の発生に水道の圧力を用いており、ポンプや送風機等の装置を必要としないため、簡易な構成でかつ小型なものにすることができる。そのため、ユーザは、微細気泡発生器６０を低コストで家電機器等に採用することができ、また微細気泡発生器６０を採用することによる家電機器等の大型化を抑制できる。

以上、本発明の複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

図面中、１０、２０は洗濯機（家電機器）、６０は微細気泡発生器、６２、６３は外気導入経路、７０は第１流路部材、７２は第１流路、７３は衝突部、７３１は突出部、８０は第２流路部材、８２は第１流路部材収容部、８３は第２流路、を示す。

Claims (6)

1. 液体が通過可能な第１流路と、前記第１流路の断面積を局所的に縮小することで前記第１流路を通過する液体中に微細気泡を発生させる衝突部と、を有する第１流路部材と、
   前記第１流路部材の少なくとも前記衝突部を内部に収容し、前記第１流路部材の下流側に設けられ液体が通過可能な第２流路、を有する第２流路部材と、
   前記第１流路又は前記第２流路の内部と外部とを連通し外気を前記第１流路又は前記第２流路内に引き込むことが可能な外気導入経路であって、少なくとも経路の一部に前記第１流路部材と前記第２流路部材との間の隙間を含んで構成されている外気導入経路と、
   を備える微細気泡発生器。
2. 前記外気導入経路は、前記第１流路と前記第２流路との境界部分に接続されている、
   請求項１に記載の微細気泡発生器。
3. 前記衝突部は、前記第１流路内の内周面から前記第１流路の径方向の中心へ向かって突出した複数の突出部を有し、
   複数の前記突出部は、前記第１流路の周方向に向かって相互に離間した状態で配置されており、
   前記外気導入経路は、前記周方向に隣接する２つの前記突出部の間に接続されている、
   請求項１又は２に記載の微細気泡発生器。
4. 前記第２流路部材は、内部に前記第１流路部材を収容する第１流路部材収容部を有し、
   前記外気導入経路は、前記第１流路部材収容部の内面に形成された溝又は前記第２流路部材の外面に形成された溝を含んで構成されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の微細気泡発生器。
5. 前記第１流路部材の外面と前記第２流路部材における前記第１流路部材収容部の内面とは、前記外気導入経路を除いて密着している、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の微細気泡発生器。
6. 水を使用する家電機器であって、請求項１から５のいずれか一項に記載の微細気泡発生器を備えた家電機器。