JP2022092459A - 微細流体構造発生機構及びそれを用いた微細流体構造発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な微細流体構造を効率よく発生する装置を提供する。【解決手段】 内部に流体流路Ｃを有すると共に、第１の流体Ｆを流体流路Ｃに導入するインレット２０２と、流体流路Ｃ内の第１の流体Ｆを排出するアウトレット２０３とが形成されている軸体２００と、軸体２００と連結されていると共に、軸体２００のアウトレット２０３と連通していて第１の流体Ｆを受け入れる盤体２０４を有し、且つ少なくとも一部に多孔質構造２０５を有する回転盤２０１とを具え、回転盤２０１が回転すると、第１の流体Ｆが、盤体２０４内に流入し、更に多孔質構造２０５を介して回転盤２０１の外部に排出される。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は微細流体構造を発生する技術に関し、詳しくは、多孔質材料構造を用いて、流体同士の相対運動によって微細流体構造を発生することができる微細流体構造発生機構及びそれを用いた微細流体構造発生装置に関する。

微細気泡（マイクロバブル）とは、液体中に形成された、例えばマイクロメートルオーダー、ひいてはナノメートルオーダーといった微細な気泡であり、例えば養殖、水処理、水耕栽培などの様々な領域で応用されている。微細気泡を形成する気体には、応用領域によって各種気体が用いられ、例えば酸素、二酸化炭素、オゾンが用いられる。

このような微細気泡を発生する技術の従来例として、図１Ａに示す特許文献１（特開２００９－１１２９６４号公報）に開示された技術が挙げられる。この従来例においては、図１Ａに示されるように、液体が流動する循環用配管１０と、循環用配管１０の一端に配設されていて送気モーター１３と連結されている気体混入部１２と、循環用配管１０内に回転可能に設けられたインペラ１１を含む。送気モーター１３から送られた気体が、気体混入部１２を介して循環用配管１０内の流体に混入することで気泡ＬＢが発生し、この気泡ＬＢが、循環用配管１０内で回転するインペラ１１によって細かく剪断されることで微細気泡ＭＢが発生する構成となっている。

微細気泡を発生する技術の他の従来例として、図１Ｂに示す特許文献２（特開２０１４－０９７４４９号公報）に開示された技術が挙げられる。この従来例においては、図１Ｂに示されるように、ポンプ１４の中心軸が中空のパイプ（散気孔パイプ）となっている。パイプの一端側は多数の散気孔１５が開けられていると共に、液体が満たされた羽根車１６の内部空間に挿入されている。ポンプ１４が作動すると、羽根車１６が回転し、ポンプ１４に吸引された気体がパイプに入り散気孔１５を介して羽根車１６内部の液体に混入することで気泡が発生し、この気泡が、回転する羽根車１６により剪断されることで、微細気泡Ｂを発生する構成となっている。

微細気泡を発生する技術の更に他の従来例として、特許文献３（台湾登録実用新案第Ｍ４８７１３４号明細書）に開示された技術が挙げられる。この従来例においては、ハウジング内にそれぞれ配設された吸水機構、加速管、先細りパイプ、そして漏斗状網により微細気泡発生装置が構成されている。水が吸水機構を介して加速管に導入されると、その水流が二段階のサイクロン発生構造によりそれぞれ加速され、一方で外部の空気が加圧されながら加速管内の水に混入され、これにより気泡が発生した水流が先細りパイプに通されることで高速高圧にされ、これにより水流内の気泡が細かく分裂され、更に漏斗状網を通ることで気泡が更に剪断されて微細気泡が発生する。

特開２００９－１１２９６４号公報 特開２０１４－０９７４４９号公報 台湾登録実用新案第Ｍ４８７１３４号明細書

しかしながら、微細流体構造を発生する装置に係る技術としては、より微細な微細流体構造をより効率よく発生するために、本願発明者はいまだ改良の余地があると考え、改良を目指した。

そこで、本発明の目的は、上記従来技術よりも更に改良された微細流体構造発生装置を提供することにある。

上記目的を達成すべく、本発明は、以下の微細流体構造発生機構を提供する。
即ち、内部に流体流路を有すると共に、第１の流体を前記流体流路に導入するインレットと、前記流体流路内の前記第１の流体を排出するアウトレットとが形成されている軸体と、
前記軸体と連結されていると共に、前記軸体の前記アウトレットと連通していて前記第１の流体を受け入れる盤体を有し、且つ少なくとも一部に多孔質構造を有する回転盤と、を具え、
前記軸体が回転することで共に前記回転盤が回転すると、前記第１の流体が、前記盤体内に流入し、更に前記多孔質構造を介して前記回転盤の外部に排出されるように構成されていることを特徴とする微細流体構造発生機構を提供する。

また本発明は、以下の微細流体構造発生装置をも提供する。
即ち、上記の微細流体構造発生機構と、
前記微細流体構造発生機構の前記軸体の回転を駆動する回転駆動機構と、を具えることを特徴とする微細流体構造発生装置を提供する。

上記構成により、本発明の微細流体構造発生装置によれば、より良好な微細流体構造をより効率よく発生することができるようになる。

図１Ａは、微細流体構造発生装置の従来例を示す図である。 図１Ｂは、微細流体構造発生装置の従来例を示す図である。 図２Ａは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第１の実施例を示す概略断面図である。 図２Ｂは、上記第１の実施例における回転盤の他の例を示す斜視図である。 図３Ａは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第２の実施例を示す概略断面図である。 図３Ｂは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第２の実施例の変化例を示す概略断面図である。 図３Ｃは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第３の実施例を示す概略断面図である。 図３Ｄは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第３の実施例を示す概略断面図である。 図４Ａは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第４の実施例を示す概略断面図である。 図４Ｂは、上記第４の実施例における回転盤の一例を示す図である。 図４Ｃは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第４の実施例の変化例を示す概略断面図である。 図５Ａは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第５の実施例を示す概略図である。 図５Ｂは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第５の実施例を示す概略図である。 図５Ｃは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第５の実施例を示す概略図である。 図６Ａは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第６の実施例を示す概略図である。 図６Ｂは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第７の実施例を示す概略図である。 図６Ｃは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第８の実施例を示す概略図である。 図７Ａは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第９の実施例を示す概略断面図である。 図７Ｂは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第９の実施例を示す概略断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の微細流体構造発生装置について詳しく説明する。

（第１の実施例）
図２Ａに、本発明に係る微細流体構造発生装置の第１の実施例を概略断面図で示す。本実施例において、微細流体構造発生装置２は、微細流体構造発生機構２０と、回転駆動機構２１とを含む。

微細流体構造発生機構２０は、内部に流体流路Ｃを有する軸体２００と、軸体２００と連結されていると共に内部空間２０６を有し、その内部空間２０６が軸体２００の流体流路Ｃと連通している回転盤２０１とを具える。

軸体２００は、第１の流体Ｆを流体流路Ｃに導入するインレット２０２と、流体流路Ｃ内の第１の流体Ｆを排出するアウトレット２０３とが形成されており、回転盤２０１の内部空間２０６はこのアウトレット２０３と連通している。

回転盤２０１は、本実施例においては内部空間２０６を含む円盤として形成された盤体２０４を有し、アウトレット２０３から排出される第１の流体Ｆを内部空間２０６に受け入れる。また回転盤２０１は、少なくとも一部に多孔質構造２０５を有する。なお、盤体２０４の形状としては円盤に限らず、様々な形状に形成し得る。本実施例において、盤体２０４は、内部空間２０６と流体流路Ｃが連通すると共に盤体２０４の回転中心が軸体２００の軸線Ａと同軸になるように軸体２００と連結されており、また、多孔質構造２０５は内部空間２０６と盤体２０４の外部との間に配置されるよう盤体２０４に接続されている。

なお、ここで第１の流体Ｆとしては、例えば水素、空気、酸素、ヘリウム、オゾン、二酸化炭素などの単一種または多種が混合した気体であり得、あるいは例えば液体肥料、洗浄液、液体薬物、油、水などの単一種または多種が混合した液体であり得る。本実施例では、第１の流体Ｆを気体とする。

多孔質構造２０５は、多数の空隙Ｐを有する材料２０７から構成されたものであり、具体的には例えば高分子、金属、あるいはセラミック材料により構成される。

本実施例において、多孔質構造２０５を有する回転盤２０１の上記少なくとも一部とは、円盤である盤体２０４の円周部であり、即ち多孔質構造２０５は回転盤２０１の全周をめぐるように且つ内部空間２０６と回転盤２０１の外部とを仕切るように配置されている。なお、他の実施形態として、多孔質構造２０５は回転盤２０１の周囲の一部のみに配置されてもよく、例えば図２Ｂに示されるように、回転盤２０１の周囲に断続的に設けられる複数の分割された多孔質構造２０５ａであってもよい。

再び図２Ａを参照されたい。軸体２００の流体流路Ｃ内には、逆止弁２２がインレット２０２附近に設けられており、インレット２０２から流体流路Ｃ内に導入された第１の流体Ｆがインレット２０２から再び外に漏れないようにしている。この他、軸体２００外部のインレット２０２側には、流量及び流速を調整するための調整バルブ２４が設けられており、調整バルブ２４は、バルブ本体２４０と、バルブ本体２４０を制御するためのつまみ２４１を有する。なお、調整バルブ２４は必須ではなく、省略することも可能である。

回転駆動機構２１は、本実施例では電動モーターが用いられ、軸体２００は当該モーターの回転軸として構成されていて、軸受２１１と水密リング２１２（例えばＯリング）によってモーター本体２１０と組み合わせられている。モーター本体２１０は当然一般のモーターの構造としてローターやステータを含むが、通常の技術であるので、ここでは詳しい説明を省略する。

以下、上記のように構成された図２Ａに示される実施例の動作を説明する。本実施例では、回転盤２０１は第２の流体９２に囲まれるように設けられている。第２の流体９２としては液体を用いることができ、即ち回転盤２０１は第２の流体９２とする液体に浸されている。ここで液体の例としては、水、液体燃料、化学成分を含む様々な液体（液体肥料、洗浄剤など）、油、エマルジョンなどが挙げられる、本発明の具体的な応用において選択が可能である。本実施例では、第２の流体９２として水が用いられ、回転盤２０１はこの水に浸されている。

回転駆動機構２１による駆動により軸体２００が回転することで共に回転盤２０１が回転すると、回転する回転盤２０１の周囲にある多孔質構造２０５と第２の流体９２とが相対運動するようになり（即ち回転する多孔質構造２０５に対して第２の流体９２は相対的に止まっているようになる）、この時、ベルヌーイの定理によって、第２の流体９２と多孔質構造２０５との界面に負圧が発生する。この負圧により、軸体２００のインレット２０２から第１の流体Ｆが流体流路Ｃに導入され、更にアウトレット２０３から盤体２０４の内部空間２０６に流入するようになる。

盤体２０４の内部空間２０６に流入した第１の流体Ｆ（ここでは気体）は、多孔質構造２０５を介して第２の流体９２（ここでは液体）内に排出され、気泡９０を形成するが、上述の多孔質構造２０５と第２の流体９２との相対運動により、気泡９０は発生した直後に剪断され、特に回転盤２０１が高速で回転する場合には上記相対運動がより大きくなることで気泡９０は発生するとほぼ同時に第２の流体９２と回転盤２０１とにより細かく剪断され、これにより微細気泡９１（微細流体構造）が発生する。

なお、形成する微細気泡９１は、回転盤２０１の回転速度によって数マイクロメートルからナノメートルオーダーのサイズに分布し得る。そして、本実施例では、回転盤２０１の回転速度が一定なほど、微細気泡９１のサイズもより均一にすることができるが、その主な理由としては、多孔質構造２０５が円盤状の回転盤２０１の周囲に設けられていることで、回転盤２０１の回転時に、回転盤の周囲（ここでは即ち多孔質構造２０５の表面）と第２の流体９２との間での接線速度の差が安定したものとなり、よって第１の流体Ｆが多孔質構造２０５の表面から排出される際に、第２の流体９２と回転盤２０１とにより均一に剪断され、微細気泡９１のサイズもより均一になると考えられる。

なお、本実施例では第１の流体Ｆが気体、第２の流体９２が液体であり、発生する微細流体構造は微細気泡であるが、本発明はこれに限らず、第１の流体Ｆが液体である場合には、発生する微細流体構造は微細液滴となる。

（第２の実施例）
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明に係る微細流体構造発生装置の第２の実施例及びその変化例を示す概略断面図である。第２の実施例は、概ね上述の第１の実施例に類似するが、異なる点は、図３Ａに示されるように、微細流体構造発生２０ａの回転盤２０１ａそのものが全体的に多孔質の材料２０７から構成されている。また図３Ｂに示されるように、本実施例において微細流体構造発生２０ｂの回転盤２０１ｂは、全体が多孔質の材料２０７から構成された中実のものであってもよく、この場合は、材料２０７が有する多数の空隙Ｐを全体で内部空間２０６と見なすことができる。

本実施例では、回転盤２０１ａ、２０１ｂがそれぞれ図３Ａに示す中空の例でもあるいは図３Ｂに示す中実の例であっても、その周囲から径方向Ｒに向かうだけでなく、その上下両面から厚さ方向Ｔに向かっても第１の流体Ｆが排出される。そしていずれの方向に向かっても、排出される第１の流体Ｆは、回転盤２０１ａ、２０１ｂと第２の流体９２との相対運動により第１の実施例と同様に剪断され、微細流体構造を発生する。但し、回転盤２０１ａ、２０１ｂの上下両面から厚さ方向Ｔに向かって排出される第１の流体Ｆにおいては、回転盤２０１ａ、２０１ｂの回転軸（中心）から遠ざかるほど（周囲に向かうほど）、回転盤２０１ａ、２０１ｂと第２の流体９２との相対運動の大きさが小さくなるので（図３Ａ、図３Ｂにおいて矢印の大きさで示すように）、発生する微細流体構造のサイズもこれにつれて異なるものとなり、例えばマイクロメートルサイズの微細気泡とナノメートルサイズの微細気泡とが混合した液体が形成され得る。

（第３の実施例）
図３Ｃには、本発明に係る微細流体構造発生装置の第３の実施例が概略断面図として示されている。本実施例においては、回転盤２０１は上記第１の実施例（図２Ａ）と同様の構成であるが、微細流体構造発生機構２０ｄの軸体２００ａの構成が異なっている。以下、この異なる点を主に説明する。

軸体２００ａは、流体流路Ｃの一端が閉鎖端部２００１となっており、他端がアウトレット２０３となっていて、これら両端部の間に流体流路Ｃに連通するインレットとしての貫通孔２０００が設けられており、この貫通孔２０００が第１の実施形態におけるインレット２０２と同じ役目を果たす。

また、回転駆動機構２１のモーター本体２１０は、その外周が軸方向に延伸した部分である外殻延伸部２１０ａが、軸体２００ａを取り囲むように形成されている。外殻延伸部２１０ａと軸体２００ａとの間には空間Ｓ１が画成されており、外殻延伸部２１０ａには貫通孔２０００に対応して貫通孔２１００が設けられている。

モーター本体２１０の駆動により軸体２００ａが回転すると、軸体２００ａの周縁と回転盤２０１の周縁との接線速度の際により負圧が形成され、これにより外部から第１の流体Ｆが貫通孔２１００、２０００を介して流体流路Ｃに導入される。

なお、外殻延伸部２１０ａの具体的な態様は図示の例に限らず、実際の使用に応じて適宜設計することができる。この他、本実施形態における回転盤２０１は、第１の実施例（図２Ａ）に示したものに限らず、第２の実施例（図３Ａ、図３Ｂ）で示した各種のものや、後述する第４の実施例（図４Ｂ）に係るものでも実施され得る。

（第４の実施例）
図４Ａ及び図４Ｂには、本発明に係る微細流体構造発生装置の第４の実施例の変化例が概略断面図で示されている。なお、図４Ｂは、第４の実施例における回転盤２０１ｃの一例を示す図である。

本実施例においては、回転盤２０１ｃが円盤状のインペラとして構成されている。より詳しくは、回転盤２０１ｃは、軸心通路２０８ａと、複数の第１の流路２０８ｂと、複数の第２の流路２０９ａとを具える。軸心通路２０８ａは、軸体２００内部の流体流路Ｃと連通していて、流体流路Ｃから第１の流体Ｆを受け入れる。各第１の流路２０８ｂは、軸心通路２０８ａと連通する流入口２０８ｃと、流入口２０８ｃの反対側（即ち回転盤２０１ｃの円周部側）にある流出口２０８ｄとを有する。そして、多孔質構造２０５は流出口２０８ｄを覆うように設けられている。

なお、本実施例では、多孔質構造２０５は全ての流出口２０８ｄを覆うように回転盤２０１ｃの円周部全体に一連に設けられているが、これに限らず、例えば図４Ｂに示す例のように、回転盤２０１ｃの円周部に断続的に設けられてもよい。具体的に言うと、図４Ｂに示す回転盤２０１ｃは、第２の流路２０９ａが、回転盤２０１ｃを構成するインペラ本体部２０８ｇと内部のブレード２０８ｆの間の空間として画成された流路であり、第２の流路２０９ａの両端が進入口２０９ｂと排出口２０９ｃとなっている。進入口２０９ｂは流体９３を進入させるためのものであり、流体９３はと例えば水といった液体である。排出口２０９ｃは流体９３を高速に回転盤２０１ｃの外部に排出する。

回転盤２０１ｃが高速で回転すると、流体９３が進入口２０９ｂからインペラ本体部２０８ｇの内部（即ち第２の流路２０９ａ）に進入し、そして排出口２０９ｃから排出される。この際、回転盤２０１ｃの高速回転に伴って、ベルヌーイの定理によって、軸体２００内部に発生した負圧により軸体２００外部の気流が軸体２００内部に吸引される。そしてこの気流は、第１の流路２０８ｂ、流出口２０８ｄを経由して、多孔質構造２０５を介して外部に排出される。そしてこの際にも、上述の各実施例と同様に、流体９３と回転盤２０１ｃとの速度差により、気流が多孔質構造２０５を介して外部に排出されてなった気泡は形成された直後に細かく剪断される。

また、図４Ｃに示されるように、本実施例においても、回転盤として第２の実施例において図３Ｂに示したもの（回転盤２０１ｂ）と類似するものを用いることができる。なお、図３Ｂの流体流路Ｃは軸体２００を貫通するものであるが、図４Ｃに示される例においては、一端が閉鎖されたブラインドホールとして構成されている。また図４Ｃに示される例における流体流路Ｃは、その閉鎖端附近の一側に、軸体２００の外縁壁面から軸体２００の径方向に沿って流体流路Ｃと連通するようにそれぞれ形成された複数のサブ流路Ｃｓを更に有する。また、各サブ流路Ｃｓには、逆止弁２２と、流量及び流速を調整するための調整バルブ２４が設けられている。この図４Ｃの例のように、流体流路Ｃをブラインドホールとして構成した場合、流体流路Ｃを形成するのにかかる時間とコストを低減することができる。回転盤２０１ｂが回転する際には、軸体２００の外周における各サブ流路Ｃｓの開口部の接線速度と、回転盤２０１ｂの周縁の接線速度との間に差異があるので、負圧が発生し、軸体２００外部の流体が各サブ流路Ｃｓ内に吸引されるようになる。なお、図４Ｃにおける流体流路Ｃの構造を図３Ｂにおける回転盤の構造と組み合わせて説明したが、これに限らず、例えば図２Ａ、図３Ａ、図４Ａに示した各構造と図４Ｃに示した流体流路Ｃの構造とを組み合わせて本発明を実施することも可能である。

（第５の実施例）
上述した第１の実施例（図２Ａ、図２Ｂ）においては、微細流体構造発生機構２０を、回転駆動機構２１（モーター）の内部に組み入れて、即ち微細流体構造発生機構２０における軸体２００が即ちモーターの回転軸となっている構成としたが、本発明はこのような構成に限らない。例えば、他の実施例として、第５の実施例とする図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃに示す構成とすることもできる。

具体的に説明すると、図５Ａに示された例において、モーターである回転駆動機構２１ａは、微細流体構造発生機構２０とは個別の機構として構成されており、それらの間に配置されたプーリ２６とベルト２５を含む伝動機構を介して回転駆動機構２１ａの出力が微細流体構造発生機構２０の軸体２００に伝動される。この実施例においては、軸体２００は軸受２８とカップリングされていて、回転盤２０１は、例えば水が張られたタンク５内に配置されている。また、図５Ｂに示された例においては、伝動機構としてギアセット２７ａ～２７ｃを含む構成が用いられる。なお、図５Ａまたは図５Ｂに示したいずれの例においても、微細流体構造発生機構として、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ａにそれぞれ示した微細流体構造発生機構２０ａ～２０ｃを用いることも可能である。更に、図５Ｃに示した例のように、回転駆動機構としてモーターを用いる以外に、例えば羽根車２９ａを軸体２００に設け、羽根車２９ａに対応して設けられた噴射ノズル２９ｂから流体２９０を羽根車２９ａに対して噴射して羽根車２９ａを回転させることにより軸体２００を回転駆動する機構を用いることもできる。

更に、軸体２００と回転盤２０１との間の連結も、当業者が用い得る各種方式を用いることができる。例を挙げると、固定部材により連結する方式、フランジを有するスリーブを軸体２００に設け、フランジには複数のねじ孔を設ける一方、回転盤２０１側にも対応するねじ孔を設け、螺接する方式、更には、軸体２００の端部に雄ねじ部、回転盤２０１にこの雄ねじ部を受け入れる孔を設け、螺接する方式を取ることもできる。

上記の各実施例においては、回転盤２０１のサイズ（直径）を大きくすることによって、回転盤２０１の回転時における回転盤２０１と回転盤２０１の周囲の液体との間の相対接線速度を大きくすることができ、これによりより微細な微細流体構造を発生することができる。また、多孔質構造２０５の平均孔径によって、排出される気体によって発生する気泡のサイズを小さいものとすることができるので、これによってもより微細な微細流体構造を発生する効果につながる。

(第６の実施例)
図６Ａには、本発明に係る微細流体構造発生装置の第６の実施例が概略図で示されている。本実施例において、微細流体構造発生装置は、フードプロセッサー３として構成されている。なお、ここでフードプロセッサー３としては、ミキサーや、食材を撹拌したり切り刻んだりする装置を含む。

フードプロセッサー３は、本体３０と、本体３０に置かれる食材容器３１とを具える。本体３０は、回転軸３０２を回転させる例えばモーターである回転駆動機構３００を有する。回転軸３０２の上端にはカップリング部材３０３が連結されていて、カップリング部材３０３には例えば伝動のための歯車や溝や突起（図示の例では溝）が設けられている。回転軸３０２が回転すると、カップリング部材３０３が共に回転する。本体３０はまた、４つの互いに連接した壁面を形成するように上方に延伸する台座外壁３０１を有し、カップリング部材３０３は台座外壁３０１に囲まれるように配置されている。

食材容器３１は、上側にあって食材を収容するための収容空間Ｓを有する容器部３１０と、下側にあって容器部３１０とつながっている高台部３１１とを有する。容器部３１０と高台部３１１との間には仕切り板３１２が設けられている。食材容器３１内にはまた微細流体構造発生機構３２が設けられている。本実施例において、微細流体構造発生機構３２は軸体３２０と、回転盤３２１と、固定部材３２２を含んでいる。軸体３２０は仕切り板３１２を貫通するよう配設されているが、軸体３２０と仕切り板３１２との間には軸受３３が設けられて気密が維持され、即ち、容器部３１０と高台部３１１との間の気密性が維持される。回転盤３２１は固定部材３２２（例えばねじ）により容器部３１０内で軸体３２０に固定されている。

本実施例において、回転盤３２１は食材を処理するためのブレードを有する盤体として構成され、その内部に流体経路３２３が設けられている。また、軸体３２０には、その軸方向に延伸するように流体流路３２４が設けられている。流体流路３２４は一端が流体経路３２３と連通し、他端Ｅが閉鎖端（図示の例）或いは開放端に構成されている。軸体３２０には、それぞれ軸体３２０の径方向に延伸すると共に流体流路３２４と軸体３２０の外部とを連通する複数のサブ流路３２５が形成されている。回転盤３２１の周囲部には流体経路３２３と対応する位置（即ち流体経路３２３の出口）に多孔質構造３２６が設けられている。この他、本実施例においては、液体が多孔質構造３２６から逆流することを防止するため流体流路３２４に逆止弁２２を設けてもよい。なお、逆止弁２２は需要に応じて選択的に設置することができ、あるいは省略することもできる。

以下、図６Ａに示す微細流体構造発生装置の第６の実施例の動作を説明する。食材容器３１と本体３０が連結されると、即ち食材容器３１の高台部３１１を本体３０の台座外壁３０１の外側に嵌め合わせるとと共に、軸体３２０の下端とカップリング部材３０３とが連結されるようになる。一実施形態としては、軸体３２０の下端とカップリング部材３０３とがスナップ結合されるよう構成できる。そして、軸体３２０の下端とカップリング部材３０３とが連結されると、回転駆動機構３００の出力がカップリング部材３０３を介して軸体３２０に伝わり、即ち軸体３２０が回転する。

軸体３２０が回転する際には、回転盤３２１の外径が回転軸３２０の外径より大きいことから、回転盤３２１の外周における接線速度が回転軸３２０の外周における接線速度よりも速く、よって負圧が発生し、気流Ｆがサブ流路３２５に流入する。サブ流路３２５に流入した気流Ｆは、流体流路３２４を経由して上に移動し回転盤３２１の内部にある流体経路３２３に流入し、そして回転盤３２１の外周における多孔質構造３２６から排出される。回転盤３２１が高速で回転するので、収容空間Ｓ内の流体は、液体、固体、あるいは固液混合体であってもよく、この流体と、回転盤３２１の外周（ここでは即ち多孔質構造３２６）との間に大きな移動速度の差ができることから、多孔質構造３２６から排出されてなった気泡はその生成の直後（生成とほぼ同時に）に細かく剪断され、微細流体構造Ｂ（本実施例では微細気泡）が発生する。

なお、上述の方式によれば、収容空間Ｓに収容される食材混合物は微細気泡を含むようになり、この微細気泡により食材混合物は食材が均一によく混ざったものにすることができ、固体と液体が再び分離してしまうことを避けることができる。また、微細気泡を生成する気体の選択により、食材混合物の参加を防ぐ効果を生むことも可能となる。

(第７の実施例)
図６Ｂには、本発明に係る微細流体構造発生装置の第７の実施例が概略図で示されている。第７の実施例は上述の第６の実施例（図６Ａ）と類似するが、フードプロセッサー３の本体３０は、台座外壁３０１に、流体配管３０１０が、台座外壁３０１内の空間に連通するように設けられている。流体配管３０１０は、フードプロセッサー３とは別に設けられた流体の供給源となる流体容器４との連結のために用いられる。流体容器４は、具体的な例としては高圧気体ボンベ、液体ボンベ等が用いられ、チューブを介してあるいは直接に流体配管３０１０と接続される。

(第８の実施例)
図６Ｃには、本発明に係る微細流体構造発生装置の第８の実施例が概略図で示されている。第８の実施例は、上述の第６の実施例（図６Ａ）と類似するが、回転盤３２１の上下両面に、流体経路３２３と外部とに連通する複数の微細孔３２７が形成されている。これら微細孔３２７は、流体を排出するためのものであり、ここから排出された流体は、同様に回転盤３２１と外部の流体との相対運動により更に細かく剪断される。なお、図６Ｃの実施例において、それぞれの微細孔３２７の回転軸の軸心との距離が異り、よって接線速度の差異が生まれ、それぞれの微細孔３２７における剪断の具合も異なり、回転軸３２０から離れるほど速度が速くなるので、より大きな剪断力が発生し、生成される微細流体構造もより微細なものとなる。また、図６Ｃに示された回転盤３２１は円周部に多孔質構造を有しないが、他の実施形態として、図６Ａに示された回転盤３２１の円周部の多孔質構造と、図６Ｃに示された微細孔３２７を有する回転盤３２１とを組み合わせた態様とすることも可能である。

更に、図６Ａに示された実施例において、多孔質構造３２６は回転盤３２１の円周部に設けられているが、このような態様に限らず、例えば、回転盤３２１の全体を多孔質構造で構成されたもの（例えば図３Ａや図３Ｂに示された構成）とすることも可能である。即ち、図６Ａに示された回転盤３２１として、金属合金により一体的に形成されたブレードを有する盤体とすることもできる。

(第９の実施例)
図７Ａ及び図７Ｂには、それぞれ本発明に係る微細流体構造発生装置の第９の実施例が概略断面図で示されている。図７Ａに示されているように、本実施例は、図６Ａに示した第６の実施例と類似するが、異なる点は、本実施例における微細流体構造発生機構３２ａは、気体（第１の流体Ｆ）を供給する方式として、多孔質材料で構成された軸体３２０ａを、回転盤３２１の上方に、且つ、食材容器３１の容器部３１０内に配置している。また、一実施形態として、軸体３２０ａが流体流路３２４ａを有する他に、軸体３２０ａの管壁を中実構造とすることもできる。軸体３２０ａは、取り外し可能な方式で回転盤３２１（本実施例ではブレードを有する盤体）と連結される。また、一実施形態として、軸体３２０ａと回転盤３２１とは一体に構成されたものであってもよい。回転盤３２１は回転軸３４を介して（例えば図６Ａに示した本体３０と回転駆動機構３００とのように）回転駆動機構と連結される。

軸体３２０ａと回転盤３２１とが回転すると、軸体３２０ａの内部における流体流路３２４ａにある第１の流体Ｆ（本実施例では気体）と、軸体３２０ａの外部にある第２の流体９２（本実施例においては水またはジュース）との間に相対運動（速度差）が発生し、これにより流体流路３２４ａから軸体３２０ａの外部への負圧（吸引力）が発生する。この吸引力により流体流路３２４ａ内部の第１の流体Ｆが外部に吸引され、軸体３２０ａの外部において軸体３２０ａと第２の流体９２とにより剪断され、微細流体構造Ｂが発生する。この他、回転盤３２１内に流入した第１の流体Ｆは、回転盤３２１の高速回転により、回転盤３２１の辺縁に設けられた多孔質構造３２６からも排出され、同様に剪断されて微細流体構造Ｂとなる。このように微細流体構造を発生する方式に加えて、回転盤３２０ａのブレードが高速で回転することから、これによっても微細気泡を更に剪断する効果が生まれ、より微細な微細流体構造をより効率よく発生することが可能となる

図７Ｂに示す態様は、図７Ａに類似したものであるが、この態様では食材容器３１の容器部３１０の上端に蓋３５が設けられていて、またこのには貫通孔３５０が開けられていて、第１の流体Ｆが流入できるようになっている。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、最も広い解釈の精神および範囲内に含まれる様々な構成として、全ての修飾および均等な構成を包含するものとする。また、上述した各実施例及び各種態様は、それぞれ組み合わせて本発明を実施することも当然可能である。

上記構成により、本発明の微細流体構造発生機構によれば、サイズが均等で且つ微細な（例えば１０ナノメートル～９９９マイクロメートル）といった流体構造を効率よく発生することができる。

２ 微細流体構造発生装置
２０ 微細流体構造発生機構
２０ａ～２０ｅ 微細流体構造発生機構
２００ 軸体
２００ａ 軸体
２０１ 回転盤
２０１ａ～２０１ｃ 回転盤
Ｃ 流体流路
Ｃｓ サブ流路
２０２ インレット
２０３ アウトレット
２０４ 盤体
２０５ 多孔質構造
２０５ａ 多孔質構造
２０６ 内部空間
２０７ 多孔質材料
２０８ａ 軸心通路
２０８ｂ 第１の流路
２０８ｃ 流入口
２０８ｄ 流出口
２０８ｆ ブレード
２０９ａ 第２の流路
２０９ｂ 進入口
２０９ｃ 排出口
２１ 回転駆動機構
２１ａ 回転駆動機構
２１０ モーター本体
２１０ａ 外殻延伸部
２０００ 貫通孔
２１００ 貫通孔
２１１ 軸受
２１２ 水密リング
２２ 逆止弁
２３ 吸気口
２４ 調整バルブ
２４１ つまみ
２７ａ～２７ｃ ギアセット
２８ 軸受
２９ａ 羽根車
２９ｂ 噴射ノズル
２９０ 流体
３ フードプロセッサ
３０ 本体
３００ 回転駆動機構
３０１ 台座外壁
３０１０ 流体配管
３０２ 回転軸
３０３ カップリング部材
３１ 食材容器
３１０ 容器部
３１１ 高台部
３１２ 仕切り板
３２ 微細流体構造発生機構
３２ａ 微細流体構造発生機構
３２０ａ 軸体
３２１ 回転盤
３２２ 固定部材
３２３ 流体経路
３２４ 流体流路
３２４ａ 流体流路
３２５ サブ流路
３２６ 多孔質構造
３２７ 微細孔
３３ 軸受
３４ 回転軸
３５ 蓋
３５０ 貫通孔
４ 流体容器
９０ 気泡
９１ 微細気泡
９２ 第２の流体
９３ 流体
Ａ 中心軸
Ｆ 第１の流体
Ｒ 径方向
Ｔ 厚さ方向
Ｓ 収容空間

Claims (19)

1. 内部に流体流路を有すると共に、第１の流体を前記流体流路に導入するインレットと、 前記流体流路内の前記第１の流体を排出するアウトレットとが形成されている軸体と、
   前記軸体と連結されていると共に、前記軸体の前記アウトレットと連通していて前記第１の流体を受け入れる盤体を有し、且つ少なくとも一部に多孔質構造を有する回転盤と、を具え、
   前記軸体が回転することで共に前記回転盤が回転すると、前記第１の流体が、前記盤体内に流入し、更に前記多孔質構造を介して前記回転盤の外部に排出されるように構成されていることを特徴とする微細流体構造発生機構。
2. 前記回転盤は、第２の流体に囲まれるように設けられており、
   前記回転盤が回転すると、前記回転盤と前記第２の流体との間で相対運動が発生し、前記多孔質構造を介して外部に排出される前記第１の流体が前記相対運動により剪断されるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細流体構造発生機構。
3. 前記軸体の内部には、前記流体流路に導入された前記第１の流体が逆流しないよう逆止弁が前記インレット附近に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微細流体構造発生機構。
4. 前記インレットに、前記第１の流体が前記流体流路に流入する流量及び流速を調整する調整バルブが設けられていることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の微細流体構造発生機構。
5. 前記盤体は、前記アウトレットと連通していて前記第１の流体を受け入れる内部空間を有し、
   前記回転盤の前記多孔質構造を有する前記少なくとも一部は、前記盤体の円周部であって、前記多孔質構造は当該円周部に配置されると共に前記内部空間と前記回転盤の外部とを仕切るように構成されていることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の微細流体構造発生機構。
6. 前記回転盤はインペラであり、少なくとも１つの第１の流路と、流体を導入するための第２の流路とを有し、各前記第１の流路は、前記流体流路と連通する流入口と、前記多孔質構造が設けられている流出口とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の微細流体構造発生機構。
7. 前記盤体が多孔質構造を有する材料により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の微細流体構造発生機構。
8. 前記盤体は、前記アウトレットと連通していて前記第１の流体を受け入れる内部空間を有することを特徴とする請求項７に記載の微細流体構造発生機構。
9. 前記第１の流体は、前記盤体の厚さ方向に向かって多孔質構造から排出され、前記盤体において前記軸体に近い箇所ほど、発生する微細流体構造は大きいものとなることを特徴とする請求項７に記載の微細流体構造発生機構。
10. 前記多孔質構造は、高分子、金属、セラミック材料のいずれかにより構成されることを特徴とする請求項１～請求項９のいずれか一項に記載の微細流体構造発生機構。
11. 前記盤体はブレードを有する盤体として構成され、その内部に流体経路が設けられていて、前記流体経路の出口に前記多孔質構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微細流体構造発生機構。
12. 前記流体流路は前記軸体を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の微細流体構造発生機構。
13. 前記流体流路は一端が閉鎖端になっていて、前記軸体はその径方向に沿って前記流体流路と連通するように形成された少なくとも１つのサブ流路を更に有することを特徴とする請求項１～請求項１１のいずれか一項に記載の微細流体構造発生機構。
14. 前記回転盤はブレードを有する盤体として構成され、その内部に流体経路が設けられていて、前記流体経路の出口に前記多孔質構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微細流体構造発生機構。
15. 前記軸体は多孔質構造を有する軸体であり、前記回転盤はブレードを有する盤体として構成され、その内部に流体経路が設けられていて、前記流体経路の出口に前記多孔質構造が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微細流体構造発生機構。
16. 請求項１～１５のいずれか１項に記載の微細流体構造発生機構と、
    前記微細流体構造発生機構の前記軸体の回転を駆動する回転駆動機構と、を具えることを特徴とする微細流体構造発生装置。
17. フードプロセッサーとして構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の微細流体構造発生装置。
18. 本体と、前記本体に置かれる食材容器とを具え、前記食材容器の下部には外部の流体容器と連結される流体配管が設けられていることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の微細流体構造発生装置。
19. 前記軸体が前記食材容器内に配置されている、請求項１８に記載の微細流体構造発生装置。

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