JP6985790B2 - 微細気泡発生器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、微細気泡発生器に関する。

従来、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技術が知られている。この場合、例えば流路を形成する部材にノズルをねじ込み、ノズルの先端部を流路内に突出させることで、流路の断面積を局所的に縮小させる技術がある。

しかしながら、このような従来技術では、流路を形成する部材に対してノズルを組み付ける必要があり、組立てに要する工程数が増大する。また、ノズルを組み付けた後、ノズルの突出量を調整する必要がある。そのため、従来技術では、微細気泡発生器の組立てや調整に手間を要していた。

特開２０１２−４０４４８号公報

そこで、組立てや調整の手間を極力削減し、取り扱いの容易な微細気泡発生器を提供する。

実施形態の微細気泡発生器は、入口部と出口部とを繋ぎ液体を通過可能な流路を有する本体部と、前記流路の断面積を局所的に縮小することで前記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、を備え、前記本体部と前記衝突部とは樹脂材料を成形することによって一体に成形されている。前記衝突部は、前記本体部の内周面から前記流路の内側へ向かって突出し先端部が尖って錐状に形成された複数の突出部で構成されており、複数の前記突出部における前記先端部間によってギャップ領域が形成されている。又は、前記衝突部は、前記本体部の内周面から前記流路の内側へ向かって突出した複数の突出部で構成されており、複数の前記突出部のうち隣接する２つの前記突出部間にスリット領域が形成されている。

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実施形態の微細気泡発生器を注水ケースに組み込んだ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実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ５−Ｘ５線に沿った断面を拡大して示す図 第１実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ６−Ｘ６線に沿った断面を拡大して示す図 第１実施形態の微細気泡発生器について、図５に対してギャップ領域、スリット領域、及びセグメント領域を区別して示す図 第１実施形態の微細気泡発生器について、図７のスリット領域の幅寸法を増大したものを示す図７相当図 第１実施形態の微細気泡発生器について、図７のスリット領域の幅寸法を縮小したものを示す図７相当図 第１実施形態の微細気泡発生器について、スリット領域の幅寸法及び長さ寸法と、衝突部で発生する微細気泡の数、流量、及びサイズとの相関関係を概念的に示す図 第１実施形態について、微細気泡発生器を構成する材料の一例及びその物性を示す図 第２実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ５−Ｘ５線に沿った断面を拡大して示す図（図５相当図） 第２実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ６−Ｘ６線に沿った断面を拡大して示す図（図６相当図） 第１実施形態の微細気泡発生器について、図１２に対してギャップ領域、スリット領域、及びセグメント領域を区別して示す図（図７相当図） 第３実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ５−Ｘ５線に沿った断面を拡大して示す図（図５相当図） 第３実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ６−Ｘ６線に沿った断面を拡大して示す図（図６相当図） 第３実施形態の微細気泡発生器について、図１５に対してギャップ領域、スリット領域、及びセグメント領域を区別して示す図（図７相当図） 第４実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ５−Ｘ５線に沿った断面を拡大して示す図（図５相当図） 第４実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ６−Ｘ６線に沿った断面を拡大して示す図（図６相当図） 第４実施形態の微細気泡発生器について、図１８に対してセグメント領域を区別して示す図（図７相当図） 第５実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ５−Ｘ５線に沿った断面を拡大して示す図（図５相当図） 第５実施形態の微細気泡発生器について、図４のＸ６−Ｘ６線に沿った断面を拡大して示す図（図６相当図） 第５実施形態の微細気泡発生器について、図２１に対してスリット領域及びセグメント領域を区別して示す図（図７相当図） 第６実施形態の微細気泡発生器を注水ケースに組み込んだ状態を示す部分断面図

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）
まず、第１実施形態について、微細気泡発生器を洗濯機に適用した例について図１〜図１１を参照して説明する。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。

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いわゆる縦軸型の洗濯機である。

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、注水ケース３１、注水ホース３２、及び電磁給水弁３３を有している。また、注水装置３０は、図３に示すように、第１シール部材３４、第２シール部材３５、及び微細気泡発生器４０を有している。注水ケース３１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。本実施形態の場合、注水ケース３１は、図３に示すように、接続部３１１、連通部３１２、及び係止部３１３を有している。

接続部３１１は、注水ケース３１の上部寄りの位置に設けられており、例えば円筒形状に形成されている。連通部３１２は、例えば注水ケース３１を水平方向に向かって円形状に貫いて形成されており、注水ケース３１の内部と外部とを連通させている。この場合、連通部３１２は、接続部３１１の円筒形状の底部を該円筒形状の内径よりも小さい径の円形に貫いて形成されている。これにより、係止部３１３は、連通部３１２の周囲に形成されている。つまり、係止部３１３は、注水ケース３１の内部と接続部３１１との境界部分にあって、連通部３１２の外周側部分に形成されている。

電磁給水弁３３は、図１及び図２に示すように、給水ホース１００と注水ケース３１との間に設けられている。注水ホース３２は、注水ケース３１と、水槽１２、２２内とを接続している。電磁給水弁３３は、給水ホース１００と注水ケース３１との間の流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３３が開状態になると、外部の水源からの水は、電磁給水弁３３、注水ケース３１、及び注水ホース３２を介して、水槽１２、２２内に注水される。その際、注水ケース３１内に洗剤や柔軟剤が収容されている場合には、その洗剤や柔軟剤を溶かした水が、水槽１２、２２内に注水される。そして、電磁給水弁３３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３３は、図３に示すように、流入部３３１と吐出部３３２とを有している。流入部３３１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３３２は、図３に示すように、注水ケース３１に接続されている。そして、第１シール部材３４は、例えばゴム等の弾性部材で構成されたＯリングであり、注水ケース３１の接続部３１１の内側面と吐出部３３２との間に設けられている。これにより、電磁給水弁３３の吐出部３３２と注水ケース３１とは水密状態で相互に接続されている。

微細気泡発生器４０は、水等の液体が微細気泡発生器４０の内部を図３の矢印Ａ方向へ向かって通過する際に、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４０は、直径５０μｍ以下の気泡を含む微細気泡を発生させることができる。微細気泡発生器４０は、全体として鍔状部４１を有する円筒形状すなわちフランジ筒形状に形成されている。微細気泡発生器４０は、円筒形状の軸方向が略水平方向へ向くようにして、接続部３１１側から注水ケース３１の内部に向かって連通部３１２に通されている。

この場合、鍔状部４１の外形寸法は、連通部３１２の内径寸法より大きい。これにより、鍔状部４１が連通部３１２の周囲の係止部３１３に係止されるため、微細気泡発生器４０は、接続部３１１側から注水ケース３１の内部側へ抜け落ちることがない。第２シール部材３５は、例えばゴム等の弾性部材で構成されたＯリングであり、係止部３１３と鍔状部４１との間に設けられている。また、微細気泡発生器４０は、電磁給水弁３３の吐出部３３２の先端部分によって、係止部３１３側へ押し付けられている。これにより、微細気泡発生器４０と注水ケース３１とは水密状態で相互に接続されている。

微細気泡発生器４０は、本体部５０と、衝突部６０と、を有している。この場合、本体部５０は、鍔状部４１を含んでいる。本体部５０と衝突部６０とは、一体に形成されている。すなわち、例えば樹脂材料を射出成形することによって、本体部５０と衝突部６０とが一体成形されている。

本体部５０は、図４に示すように、入口部５１と、出口部５２と、流路５３と、を有している。この場合、入口部５１は、接続部３１１側に位置しており、出口部５２は、注水ケース３１の内部に位置している。流路５３は、本体部５０の内部に設けられており、入口部５１と出口部５２とを繋いで水等の流体を通過可能に形成されている。そして、衝突部６０は、流路５３の途中部分に設けられている。

流路５３は、絞り部５３１とストレート部５３２とを含んで構成されている。絞り部５３１は、流路５３のうち衝突部６０よりも上流側に設けられている。すなわち、絞り部５３１は、入口部５１と衝突部６０との間に設けられている。この場合、入口部５１と衝突部６０との間とは、入口部５１を含んだ範囲であっても良い。本実施形態の場合、絞り部５３１は、入口部５１を含んで構成されている。絞り部５３１は、入口部５１から衝突部６０へ向かって内径が縮小する形状、すなわち流路５３の断面積つまり液体の通過可能な面積が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５３２は、絞り部５３１の下流側に設けられている。すなわち、ストレート部５３２は、絞り部５３１の終端部分と出口部５２との間に設けられている。この場合、絞り部５３１の終端部分と出口部５２との間とは、出口部５２を含んだ範囲であっても良い。本実施形態の場合、ストレート部５３２は、出口部５２を含んで構成されている。ストレート部５３２は、内径が変化しない、すなわち流路５３の断面積つまり液体の通過可能な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。

ここで、絞り部５３１の最大内径、すなわち入口部５１の内径、換言すれば絞り部５３１の始端部分の内径を、最大内径Ｄ１とする。また、絞り部５３１の最小内径、すなわち出口部５２の内径、換言すれば絞り部５３１の終端部分の内径を、最小内径Ｄ２とする。この場合、絞り部５３１は、最小内径Ｄ２を最大内径Ｄ１で除した値が０．５以下となるように設定されている。すなわち、最小内径Ｄ２と最大内径Ｄ１との関係は、下記の（１）式を満たす。

Ｄ２／Ｄ１≦０．５・・・（１）
本実施形態の場合、電磁給水弁３３の吐出部３３２の内径は、一般的な電磁給水弁の吐出部の内径である１０ｍｍに設定されている。そのため、最小内径Ｄ２は、５ｍｍ以下に設定されている。

衝突部６０は、流路５３の途中、具体的にはストレート部５３２の途中部分に設けられている。ここで、絞り部５３１の長さ寸法を第１寸法Ｌ１とする。また、ストレート部５３２のうち衝突部６０の出口部５２側の端面よりも上流側の長さ寸法、すなわちストレート部５３２の始端部分から衝突部６０における出口部５２側の端面までの長さ寸法を第２寸法Ｌ２とする。そして、ストレート部５３２のうち衝突部６０の出口部５２側の端部よりも下流側の長さ寸法、すなわち衝突部６０における出口部５２側の端部から出口部５２までの長さ寸法を第３寸法Ｌ３とする。

この場合、第１寸法Ｌ１は、第２寸法Ｌ２以上でかつ第３寸法Ｌ３以上に設定されている。また、第３寸法Ｌ３は、第２寸法Ｌ２以上に設定されている。そして、ストレート部５３２の長さ寸法すなわち第２寸法Ｌ２と第３寸法Ｌ３との合計は、絞り部５３１の長さ寸法つまり第１寸法Ｌ１以上に設定されている。すなわち、この場合、下記の式（２）、（３）を満たすように、各寸法Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が設定されている。

Ｌ１≧Ｌ３≧Ｌ２・・・（２）
Ｌ１≦Ｌ２＋Ｌ３・・・（３）
また、本実施形態の場合、ストレート部５３２の長さ寸法すなわち第２寸法Ｌ２と第３寸法Ｌ３との合計は、入口部５１の内径つまり絞り部５３１の最大内径Ｄ１以上に設定されている。すなわち、この場合、下記の式（４）を満たすように、各寸法Ｌ２、Ｌ３、Ｄ１が設定されている。例えば最大内径Ｄ１が１０ｍｍであれば、ストレート部５３２の長さ寸法Ｌ２＋Ｌ３は１０ｍｍ以上となる。

Ｌ２＋Ｌ３≧Ｄ１・・・（４）
衝突部６０は、流路５３のストレート部５３２において、液体の通過可能な断面積を局所的に縮小することで、流路５３のストレート部５３２を通過する液体中に微細気泡を発生させるためのものである。衝突部６０は、図５及び図６に示すように、複数の突出部６１、この場合、４本の突出部６１によって構成されている。各突出部６１は、ストレート部５３２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。なお、以下の説明において、流路５３等の断面とした場合には、流路５３等の内部を流れる液体の流れ方向に対して直角方向に切断した場合の断面、すなわち、図４のＸ５−Ｘ５線、又はＸ６−Ｘ６線に沿った断面を意味するものとする。また、流路５３等の周方向とした場合には、流路５３等の断面の中心に対する円周方向を意味するものとする。

各突出部６１は、本体部５０におけるストレート部５３２の内周面から、流路５３の内側へ向かって突出した棒状又は板状に形成されている。本実施形態では、各突出部６１は棒状に形成されている。各突出部６１は、先端部６１１、曲部６１２、円柱状の直部６１３、及び円錐状の傾斜部６１４を有している。先端部６１１は、突出部６１の最先端となる部分である。突出部６１は、先端部６１１を最先端つまり頂点として、ストレート部５３２の断面における中心へ向かって尖った錐状に形成されている。なお、図５の一点鎖線Ｐは、各突出部６１の幅方向における中心線を示している。この場合、先端部６１１を通る中心線Ｐに対する直角方向を、その先端部６１１を有する突出部６１の幅方向とする。

曲部６１２は、突出部６１の基端となる部分、すなわち突出部６１とストレート部５３２の周囲の面との接続部分である。曲部６１２は、突出部６１の幅方向の中心に対して両外側へ向かって滑らかに湾曲している。すなわち、突出部６１と流路５３の内周面との接続部分は、流路５３の断面において周方向に滑らかに広がって湾曲する曲面形状に形成されている。直部６１３は、先端部６１１を通る中心線Ｐの方向に沿って、曲部６１２から略直線的に延びるように形成された部分である。傾斜部６１４は、直部６１３から先端部６１１に向かって延びるように形成された部分である。傾斜部６１４は、先端部６１１を通る中心線Ｐに対して傾斜している。

各突出部６１は、先端部６１１を相互に離間した状態で突き合わせて配置されている。衝突部６０は、図７に示すように、各突出部６１によって流路５３内にセグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４を形成している。すなわち、各突出部６１は、流路５３内この場合ストレート部５３２内を、セグメント領域６２と、ギャップ領域６３と、スリット領域６４とに区分けしている。

セグメント領域６２及びスリット領域６４は、流路５３の周方向に隣接する２つの突出部６１によって形成されている。すなわち、セグメント領域６２は、流路５３の内側面と、流路５３の周方向に隣接する２つの突出部６１が有している曲部６１２及び直部６１３とで囲まれた領域である。この場合、流路５３内には、４つのセグメント領域６２が形成されている。セグメント領域６２は微細気泡の発生にも寄与するが、ギャップ領域６３やスリット領域６４の抵抗により減少する水の流量を補う通水路としての役割が大きい。この場合、各セグメント領域６２の面積は、それぞれ等しい。

ギャップ領域６３は、各突出部６１について、流路５３の周方向に隣接する２つの突出部６１の先端部６１１を結んだ線によって囲まれた領域である。ギャップ領域６３は、流路５３の断面の中心を含んでいる。セグメント領域６２及びスリット領域６４の数は、突出部６１の数に等しい。本実施形態では、衝突部６０は、４つのセグメント領域６２及び４つのスリット領域６４を有している。

スリット領域６４は、流路５３の周方向に隣接する２つの突出部６１が有している傾斜部６１４に挟まれた領域、すなわち傾斜部６１４を離間して形成された領域である。本実施形態において、各スリット領域６４の面積は、それぞれ等しい。各スリット領域６４は、ギャップ領域６３によって相互に連通されている。そして、この場合、全てのセグメント領域６２とギャップ領域６３とスリット領域６４とは、相互に連通していており、全体として十字形状に形成されている。

ここで、図６に示すように、任意の２つの突出部６１の先端部６１１を結ぶ直線の寸法のうち最大となる寸法を最大ギャップ寸法Ｇと称する。また、スリット領域６４を構成する傾斜部６１４間の最短距離を、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓと称する。そして、傾斜部６１４と先端部６１１との距離を、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓと称する。この場合、最大ギャップ寸法Ｇ、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓは、相関関係を有している。そして、ギャップ領域６３の面積、スリット領域６４の面積、及びセグメント領域６２の面積も、最大ギャップ寸法Ｇ、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ、及びスリット領域６４の長さ寸法Ｌｓと相関関係を有している。

すなわち、図８に示すように、例えばスリット領域６４の幅寸法Ｗｓを大きくすると、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓが小さくなると共に、最大ギャップ寸法Ｇが大きくなってギャップ領域６３の面積が増大する。この場合、突出部６１の幅寸法が小さくなるため、セグメント領域６２の面積は増大する。一方、図９に示すように、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓを小さくすると、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓが大きくなると共に、最大ギャップ寸法Ｇが小さくなってギャップ領域６３の面積が減少する。この場合、突出部６１の幅寸法が大きくなるため、セグメント領域６２の面積は減少する。

ここで、図７〜図９の二点鎖線で示す領域を、基準領域Ｓとする。基準領域Ｓは、各突出部６１における直部６１３と傾斜部６１４との境界部分を相互に繋いで形成された多角形、この場合八角形の内側の領域である。本願発明者は、基準領域Ｓの面積と、ギャップ領域６３及びスリット領域６４の面積との比が、衝突部６０を通過する際の液体に発生する微細気泡の数やサイズ、及び衝突部６０を通過する液体の流量に相関していることを発見した。

すなわち、衝突部６０で発生する微細気泡のサイズや単位流量当りの数は、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓや長さ寸法Ｌｓに大きく影響される。つまり、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓが小さくなると、スリット領域６４を通過する液体の流速が増大し、その結果、微細気泡のサイズが小さくなり易くなる。また、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓが大きくなると、微細気泡を発生させる領域が大きくなり、その結果、単位流量当りの微細気泡の数が増大する。

一方、衝突部６０を通過する単位時間当たりの流量は、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４の面積に大きく影響される。つまり、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４の面積が大きいほど、衝突部６０における抵抗が小さくなり、衝突部６０を通過する単位時間当たりの流量が増大する。これに対し、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４の面積が小さいほど、衝突部６０における抵抗が大きくなり、衝突部６０を通過する単位時間当たりの流量が減少する。

ここで、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓと長さ寸法Ｌｓとは相関関係を有している。また、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ及び長さ寸法Ｌｓと、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４の面積とは、相関関係を有している。したがって、図１０に示すように、例えばスリット領域６４の幅寸法Ｗｓ又は長さ寸法Ｌｓのうちいずれか一方を決定すると、他方も自動的に決定される。そして、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ及び長さ寸法Ｌｓが決定されると、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４の面積も決定される。その結果、衝突部６０で発生する気泡の数やサイズ、単位時間当たりの流量が決定される。

本実施形態の場合、最大ギャップ寸法Ｇは、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ及び長さ寸法Ｌｓと相関関係を有している。そのため、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ及び長さ寸法Ｌｓを、最大ギャップ寸法Ｇによって管理することができる。すなわち、最大ギャップ寸法Ｇを決定することで、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓ及び長さ寸法Ｌｓが決定し、その結果、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４の面積も決定される。

本実施形態の場合、最大ギャップ寸法Ｇは、０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。そして、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓは、０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内に設定されている。そして、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓは、０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。そして、この場合、ギャップ領域６３及びスリット領域６４の面積の合計と基準領域Ｓの面積との面積比、すなわち、ギャップ領域６３及びスリット領域６４の面積の合計を基準領域Ｓの面積で除した値が、０．５以下、具体的には０．３〜０．５の範囲内に設定されている。そして、この面積比が上述した範囲内の場合に、衝突部６０で発生する微細気泡のサイズ、数、及び衝突部６０を通過する液体の流量のバランスが良く、洗濯に適したものとなる。

この構成において電磁給水弁３３が動作して微細気泡発生器４０の入口部５１に水道圧が印加されると、流路５３に水道水が流れる。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。微細気泡発生器４０は、流路５３内を通過する水の中に、主に直径５０μｍ以下の微細気泡を発生させる。微細気泡発生器４０による微細気泡の発生原理は次のようなものであると考えられる。

すなわち、流路５３を通過する水は、まず、絞り部５３１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６０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って、水中に気泡が発生する。

本実施形態の場合、流路５３のストレート部５３２内を流れる水が衝突部６０に衝突すると、その水は、突出部６１の周囲に沿って流れることで、セグメント領域６２、ギャップ領域６３、及びスリット領域６４に分かれて流れる。ギャップ領域６３及びスリット領域６４の断面積はセグメント領域６２に比べて更に小さいため、ギャップ領域６３及びスリット領域６４を通る水の流速は更に高まる。すると、ギャップ領域６３及びスリット領域６４を通る水にかかる環境圧力は真空に近い状態となり、その結果、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、衝突部６０を通過した水の中に発生する気泡が直径５０μｍ以下に微細化されると共に、その微細気泡の量が増大する。このように、微細気泡発生器４０に水を通過させることで、微細気泡を多量に発生させることができる。

ここで、一般に微細気泡は、その気泡の直径によって次のように分類されている。例えば、直径が数μｍから５０μｍの微細気泡は、マイクロバブル又はファインバブルと称されている。また、直径が数十ｎｍ以下の微細気泡は、ナノバブル又はウルトラファインバブルと称されている。そして、直径がマイクロバブルとナノバブルの中間程度の微細気泡は、マイクロ・ナノバブルと称されている。気泡の直径が数十ｎｍになると、光の波長よりも小さくなるため視認することができなくなり、液体は透明になる。そして、これらの微細気泡は、総界面面積が大きいこと、浮上速度が遅いこと、内部圧力が大きいこと等の特性により、液体中の物体の洗浄能力に優れていることが知られている。

例えば、直径が１００μｍ以上の気泡は、その浮力によって液体中を急速に上昇し、液体表面で破裂して消滅するため、液体中の滞在時間が比較的短い。一方、直径が５０μｍ未満の微細気泡は、浮力が小さいため液体中での滞在時間が長い。また、例えばマイクロバブルは、液体中で収縮し最終的に圧壊することで、更に小さなナノバブルになる。そして、マイクロバブルが圧壊する際に、高温の熱と高い圧力が局所的に発生し、これにより、液体中に漂ったり物体に付着したりしている有機物等の異物が破壊される。このようにして、高い洗浄能力が発揮される。

また、マイクロバブルは、負の電荷を帯びているため、液体中に漂う正の電荷を帯びた異物を吸着し易い。そのため、マイクロバブルの圧壊によって破壊された異物は、マイクロバブルに吸着されてゆっくりと液体表面へと浮上する。そして、液体表面に集まった異物を除去することで、液体が浄化される。これにより、高い浄化能力が発揮される。

ここで、一般的な家庭の水道の圧力は０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａ程度であるが、一般的な洗濯機では許容最大圧力が１ＭＰａに設定されている。この場合、１ＭＰａの水圧が微細気泡発生器４０に印加されると、突出部６１の根元部分つまり曲部６１２部分には、最大で１８ＭＰａの応力が作用する。また、微細気泡発生器４０の性能は、衝突部６０におけるスリット領域６４の長さ寸法Ｌｓや幅寸法Ｗｓ、及び最大ギャップ寸法Ｇの各寸法に影響するため、各寸法の精度を精密に管理する必要がある。この場合、各寸法の精度を精密に管理するためには、本体部５０と衝突部６０とを一体成形する際の成形収縮率及び熱収縮率を３％以下に抑えることが好ましい。

そこで、本実施形態では、微細気泡発生器４０の材料として、例えば図１１に示すような、ＰＯＭコポリマー（ポリアセタールコポリマー樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネート樹脂）、ＡＢＳ（アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）等の合成樹脂を採用している。図１１に示す各材料は、いずれも、耐水性、耐衝撃性、耐摩耗性、及び耐薬性に優れており、引張降伏強さが１８ＭＰａ以上で、かつ、成形収縮率及び熱収縮率が３％以下となっている。

以上説明した実施形態によれば、微細気泡発生器４０は、本体部５０と、衝突部６０と、を備えている。本体部５０は、入口部５１と出口部５２とを繋いで形成された流路５３を有している。流路５３は、水等の液体を通過可能である。衝突部６０は、流路５３の途中に設けられて、流体の通過可能な流路５３の断面積を局所的に縮小することで流路５３を通過する液体中に微細気泡を発生させる。そして、この衝突部６０は、本体部５０と一体に形成されている。

これによれば、本体部５０と衝突部６０とを一体に形成したため、微細気泡発生器４０の部品点数を削減できると共に、本体部５０に対して衝突部６０を組み付ける必要が無くなる。また、衝突部６０を組み付けた後の微調整が不要になるばかりでなく、衝突部６０が本体部５０と一体成形されて本体部５０に対し動かないことから、経時変化によりギャップ領域６３が変化してしまうことも防止できる。これらの結果、組立てや調整の手間を削減することができ、取り扱いが容易になると共に、長期間安定した性能を維持することができる。

衝突部６０は、複数この場合４本の突出部６１で構成されている。各突出部６１は、本体部５０の内周面から流路５３の内側へ向かって突出し、先端部６１１が尖って錐状に形成されている。また、衝突部６０には、ギャップ領域６３が形成されている。ギャップ領域６３は、複数この場合４本の突出部６１における先端部６１１間によって形成された領域である。

これによれば、流路５３を流れる水は、ギャップ領域６３を通ることで更に減圧されるため、キャビテーション効果を更に向上させることができる。その結果、液体中に発生させる気泡を更に微細化できると共に、その微細気泡の量を増大させることができる。

ここで、ギャップ領域６３の最大ギャップ寸法Ｇを小さくするほど、液体中に発生させる微細気泡のサイズを小さくすることができると共に単位流量当たりの微細気泡の量を増大させることができる。しかしこの場合、ギャップ領域６３の抵抗が大きくなって、ギャップ領域６３を流れる流量が低下し、ひいては微細気泡発生器４０を流れる流量が低下する。一方、ギャップ領域６３の最大ギャップ寸法Ｇを大きくするほど、ギャップ領域６３の抵抗は小さくなって、ギャップ領域６３を流れる流量は増大し、ひいては微細気泡発生器４０を流れる流量が増大する。しかしこの場合、液体中に発生させる微細気泡をサイズが大きくなると共に単位流量当たりの微細気泡の量が減少する。

これに対し、本願発明者は、ギャップ領域６３の最大ギャップ寸法Ｇが０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内のときに、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡のサイズ及び量と、微細気泡発生器４０を流れる流量とのバランスが好適であることを発見した。そこで、本実施形態において、ギャップ領域６３の最大ギャップ寸法Ｇは、０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲に設定されている。これによれば、微細気泡のサイズ及び量と、ギャップ領域６３を流れる流量ひいては微細気泡発生器４０全体の流量とのバランスを好適な状態に保つことができる。しかも、複数の突出部６１の先端部６１１間によって形成されるギャップ寸法Ｇは、他の部位と異なり測定箇所がピンポイントで定まる。そのため、ギャップ寸法Ｇの確認が極めて容易であり、かつ、ギャップ寸法Ｇを正確に維持管理することができる。

また、衝突部６０には、スリット領域６４が形成されている。スリット領域６４は、複数の突出部６１のうち隣接する２つの突出部６１間に形成されている。本実施形態の場合、スリット領域６４は、４本の突出部６１のうち流路５３の断面における周方向に隣接する２つの突出部６１によって、突出部６１の錐状の傾斜部６１４間を離間させて形成された領域である。

これによれば、流路５３を流れる水は、スリット領域６４を通ることで更に減圧されるため、キャビテーション効果を更に向上させることができる。その結果、液体中に発生させる気泡を更に微細化できると共に、その微細気泡の量を増大させることができる。

各スリット領域６４は、所定の幅寸法Ｗｓを有している。スリット領域６４の幅寸法Ｗｓを小さくすれば、液体中に発生させる微細気泡をサイズが小さくすることができる。しかしこの場合、スリット領域６４の抵抗が大きくなって、スリット領域６４を流れる流量が低下し、ひいては微細気泡発生器４０を流れる流量が低下する。一方、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓを大きくすれば、スリット領域６４の抵抗は小さくなって、スリット領域６４を流れる流量は増大し、ひいては微細気泡発生器４０を流れる流量が増大する。しかしこの場合、液体中に発生させる微細気泡をサイズが大きくなる。

これに対し、本願発明者は、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓが０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内のときに、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡のサイズと微細気泡発生器４０を流れる流量とのバランスが好適であることを発見した。そこで、本実施形態において、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓは、０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内に設定されている。これによれば、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡のサイズと微細気泡発生器４０を流れる流量とのバランスを好適な状態に保つことができる。

また、各スリット領域６４は、所定の長さ寸法Ｌｓを有している。スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓを大きくすれば、液体中に発生する単位流量当たりの微細気泡の量を増大させることができる。しかしこの場合、スリット領域６４の抵抗が大きくなって、スリット領域６４を流れる流量が低下し、ひいては微細気泡発生器４０を流れる流量が低下する。一方、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓを小さくすれば、スリット領域６４の抵抗は小さくなって、スリット領域６４を流れる流量は増大し、ひいては微細気泡発生器４０を流れる流量が増大する。しかしこの場合、液体中に発生する単位流量当たりの微細気泡の量が減少する。

これに対し、本願発明者は、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓが０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内のときに、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡の数と微細気泡発生器４０を流れる流量とのバランスが好適であることを発見した。そこで、本実施形態において、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓは、０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。これによれば、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡の数と微細気泡発生器４０を流れる流量とのバランスを好適な状態に保つことができる。

また、衝突部６０で微細気泡を効果的発生させるためには、衝突部６０に衝突する液体の速度を極力高める必要がある。この場合、一般的な家庭の水道の圧力は０．１ＭＰａ〜０．４ＭＰａであるため、水道の圧力のままでは、微細気泡を発生させるための十分な流速が得られない。そこで、微細気泡発生器４０は、絞り部５３１を有している。絞り部５３１は、衝突部６０の上流側すなわち入口部５１と衝突部６０との間に設けられており、流路５３の断面積を連続的に徐々に減少させる構成である。これによれば、水道水が絞り部５３１を通過する際に絞られて流速が増す。そのため、水道水をより速い流速で衝突部６０に衝突させることができる。

ここで、本願発明者は、絞り部５３１の最小内径Ｄ２を絞り部５３１の最大内径Ｄ１で除した値が０．５以下のときに、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡のサイズ及び数の状態が良いことを発見した。そこで、本実施形態では、絞り部５３１の最小内径Ｄ２を絞り部５３１の最大内径Ｄ１で除した値が０．５以下、具体的には０．３〜０．５の範囲内に設定されている。例えば電磁給水弁３３の吐出部３３２の内径が一般的な直径１０ｍｍである場合、絞り部５３１の最大内径Ｄ１すなわち入口部５１の内径も、直径１０ｍｍに設定されている。そして、この場合、絞り部５３１の最小内径Ｄ２は、直径５ｍｍ以下に設定されている。これによれば、微細気泡発生器４０で発生する微細気泡のサイズ及び数の状態を良好にすることができる。

そして、衝突部６０は、複数本この場合４本の突出部６１で構成されている。各突出部６１は、それぞれ微細気泡を効果的に発生し得る所定範囲内の寸法に設定されており、これにより、各突出部６１によって複数この場合４つのスリット領域６４が形成されている。すなわち、各突出部６１は、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓが０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内となり、かつ、スリット領域６４の長さ寸法Ｌｓが０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内とるような寸法で形成されている。これによれば、衝突部６０に作用する水圧によって、複数の突出部６１のうち１つの突出部６１が破損したとしても、残りの突出部６１によって形成されているスリット領域６４において微細気泡を発生させることができる。そのため、複数の突出部６１のうち１つの突出部６１が破損したとしても、衝突部６０としての機能を確保することができる。

ここで、各突出部６１に高い水圧が作用すると、突出部６１の付け根つまり突出部６１とストレート部５３２の周囲の面と境界部分に応力が集中し、その結果、この突出部６１の付け根部分が破断し易くなる。そこで、本実施形態において、各突出部６１は、曲部６１２を有している。曲部６１２は、突出部６１の幅方向の中心線Ｐに対して両外側へ向かって滑らかに湾曲している。これにより、突出部６１は、その付け根部分において滑らかに流路５３の周囲の面に接続されている。これによれば、突出部６１の付け根つまり突出部６１とストレート部５３２の周囲の面と境界部分に応力が集中することを極力低減し、その結果、この突出部６１の付け根部分が破断することを極力抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１２〜図１４を参照して説明する。
この第２実施形態では、衝突部６０の構成、具体的には突出部６１の本数が、上記第１実施形態と異なる。なお、第１実施形態の衝突部６０に対して、具体的な形状が異なる要素には、その符号の後に「ａ」を付している。

第２実施形態の衝突部６０ａは、３本の突出部６１ａを有している。そして、この３本の突出部６１ａにより、セグメント領域６２ａ、ギャップ領域６３ａ、及びスリット領域６４ｂが形成されている。本実施形態においても、スリット領域６４ａの幅寸法Ｗｓは、０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内に設定されている。また、スリット領域６４ｂの長さ寸法Ｌｓは、０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。そして、ギャップ領域６３ａ及びスリット領域６４ａの面積の合計を基準領域Ｓの面積で除した値も、０．５以下、具体的には０．３〜０．５の範囲内に設定されている。また、ギャップ領域６３ａの最大ギャップ寸法Ｇも、０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。

なお、この場合、基準領域Ｓは、図１４に二点鎖線で示すような六角形となる。また、３つの突出部６１の先端部６１１は、流路５３の断面の周方向において相互に隣接しているため、ギャップ領域６３の最大ギャップ寸法Ｇは、スリット領域６４の幅寸法Ｗｓと同一となる。このため、ギャップ領域６３の最大ギャップ寸法Ｇ及びスリット領域６４の幅寸法Ｗｓは、各寸法範囲の重複範囲である０．５ｍｍに設定されている。

この第２実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、第１実施形態の構成すなわち４本の突出部６１を備えた構成に比べて、突出部６１ａの幅寸法を太くすることができる。これにより、突出部６１ａの剛性を増すことができ、その結果、高い水圧によっても破損し難くすることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、図１５〜図１７を参照して説明する。
この第３実施形態も、突出部６１の本数が、上記第１実施形態及び第２実施形態と異なる。なお、第１実施形態の衝突部６０に対して、具体的な形状が異なる要素には、その符号の後に「ｂ」を付している。

第３実施形態の衝突部６０ｂは、５本の突出部６１ｂを有している。この５本の突出部６１ｂによって、セグメント領域６２ｂ、ギャップ領域６３ｂ、及びスリット領域６４ｂが形成されている。本実施形態においても、スリット領域６４ｂの幅寸法Ｗｓは、０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内に設定されている。また、スリット領域６４ｂの長さ寸法Ｌｓは、０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。そして、ギャップ領域６３ｂ及びスリット領域６４ｂの面積の合計を基準領域Ｓの面積で除した値も、０．５以下、具体的には０．３〜０．５の範囲内に設定されている。また、ギャップ領域６３ｂの最大ギャップ寸法Ｇも、０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。なお、この場合、基準領域Ｓは、図１７に二点鎖線で示すような十角形となる。

この第３実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、第３実施形態の衝突部６０ｂは、第１実施形態の衝突部６０よりも多い５つのスリット領域６４ｂを有している。これによれば、４つのスリット領域６４を有する第１実施形態の構成に比べて、微細気泡の発生量を増大させることができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について、図１８〜図２０を参照して説明する。
この第４実施形態も、突出部６１の本数が、上記各実施形態と異なる。なお、第１実施形態の衝突部６０に対して、具体的な形状が異なる要素には、その符号の後に「ｃ」を付している。

第４実施形態の衝突部６０ｃは、２本の突出部６１ｃを有している。この場合、２本の突出部６１ｃは、相互に対向していると共に、流路５３の断面の周方向に隣接している。そして、２本の突出部６１ｃと流路５３の内周面とで囲まれた領域内に、セグメント領域６２ｃが形成されている。この場合、対向する２つの先端部６１１ｃ間の距離が、最大ギャップ寸法Ｇとなる。そして、最大ギャップ寸法Ｇは、上記各実施形態と同様に、０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。

この構成において、衝突部６０ｃに液体が流れると、対向する２つの突出部６１ｃの先端部６１１ｃ間において微細気泡が発生する。したがって、これによっても、衝突部６０ｃを通過する液体中に微細気泡を発生させることができる。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について、図２１〜図２３を参照して説明する。
この第５実施形態は、上記各実施形態に対して、衝突部６０ｄの形状が異なる。なお、第１実施形態の衝突部６０に対して、具体的な形状が異なる要素には、その符号の後に「ｄ」を付している。

第５実施形態の衝突部６０ｄは、２本の突出部６１ｄを有している。この２本の突出部６１ｄは、相互に対向していると共に、流路５３の断面の周方向に隣接している。突出部６１ｄの先端部６１１ｄは、先端が尖った錐状には形成されておらず、平坦に形成されている。この場合、２本の突出部６１ｄは、相互に対向していると共に、流路５３の断面の周方向に隣接している。そして、対向する突出部６１ｄの間、具体的には先端部６１１ｄ間に、スリット領域６４ｄが形成されている。この場合、スリット領域６４ｂの幅寸法Ｗｓは、０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲内に設定されている。また、スリット領域６４ｂの長さ寸法Ｌｓは、０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲内に設定されている。そして、２本の突出部６１ｃと流路５３の内周面とで囲まれた領域内に、セグメント領域６２ｄが形成されている。

この構成において、衝突部６０ｄに液体が流れると、対向する２つの突出部６１間つまりスリット領域６４ｄにおいて微細気泡が発生する。
したがって、これによっても、衝突部６０ｄを通過する液体中に微細気泡を発生させることができる。

（第６実施形態）
次に、第６実施形態について図２４を参照して説明する。
第６実施形態において、絞り部５３１は、本体部５０とは別体に構成されている。すなわち、本実施形態において、絞り部５３１は、電磁給水弁３３の吐出部３３２に設けられている。この場合、本体部５０に形成された流路５３は、ストレート部５３２のみで故構成されている。そして、本体部５０の入口部５１は、ストレート部５３２の上流端部つまり衝突部６０の上流側に設けられている。

なお、衝突部６０は、上記各実施形態の衝突部６０ａ〜６０ｄとしても良い。
この第６実施形態によっても、上記各実施形態と同様の作用効果が得られる。
なお、上記各実施形態において、微細気泡発生器４０の適用対象となる液体は水に限られない。

また、微細気泡発生器４０は、上述した洗濯機の分野だけでなく、例えば家庭用及び業務用の食器洗浄機や高圧洗浄機、半導体製造で用いられる基板洗浄機、水の浄化装置等の分野においても適用することができる。

更に、微細気泡発生器４０は、例えば美容分野など、物体の洗浄や水の浄化以外の分野においても広く適用することができる。
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、４０は微細気泡発生器、５０は本体部、５１は入口部、５２は出口部、５３は流路、６０、６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄは衝突部、６１、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄは突出部、６３、６３ａ、６３ｂはギャップ領域、６４、６４ａ、６４ｂ、６４ｄはスリット領域を示す。

Claims (6)

1. 入口部と出口部とを繋ぎ液体を通過可能な流路を有する本体部と、
   前記流路の断面積を局所的に縮小することで前記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、を備え、
   前記本体部と前記衝突部とは樹脂材料を成形することによって一体に成形され、
   前記衝突部は、前記本体部の内周面から前記流路の内側へ向かって突出し先端部が尖って錐状に形成された複数の突出部で構成されており、
   複数の前記突出部における前記先端部間によってギャップ領域が形成されている、
   微細気泡発生器。
2. 前記ギャップ領域の最大寸法が０．５０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲に設定されている、
   請求項１に記載の微細気泡発生器。
3. 入口部と出口部とを繋ぎ液体を通過可能な流路を有する本体部と、
   前記流路の断面積を局所的に縮小することで前記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、を備え、
   前記本体部と前記衝突部とは樹脂材料を成形することによって一体に成形され、
   前記衝突部は、前記本体部の内周面から前記流路の内側へ向かって突出した複数の突出部で構成されており、
   複数の前記突出部のうち隣接する２つの前記突出部間にスリット領域が形成されている、
   微細気泡発生器。
4. 前記スリット領域の幅寸法は、０．３５ｍｍ〜０．５０ｍｍの範囲に設定されている、
   請求項３に記載の微細気泡発生器。
5. 前記スリット領域の長さ寸法は、０．６０ｍｍ〜０．７０ｍｍの範囲に設定されている、
   請求項３又は４に記載の微細気泡発生器。
6. 前記入口部と前記衝突部との間に設けられて前記流路の断面積を徐々に減少させる絞り部を更に備え、
   前記絞り部は、前記絞り部の最小内径を前記絞り部の最大内径で除した値が０．５以下に設定されている、
   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。

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