WO2023228589A1 - 気泡発生装置、および気泡発生システム - Google Patents

気泡発生装置、および気泡発生システム Download PDF

Info

Publication number
WO2023228589A1
WO2023228589A1 PCT/JP2023/013900 JP2023013900W WO2023228589A1 WO 2023228589 A1 WO2023228589 A1 WO 2023228589A1 JP 2023013900 W JP2023013900 W JP 2023013900W WO 2023228589 A1 WO2023228589 A1 WO 2023228589A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
bubble
spring
liquid
diaphragm
piezoelectric element
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/013900
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
興▲イ▼ 寧
克己 藤本
Original Assignee
株式会社村田製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社村田製作所 filed Critical 株式会社村田製作所
Publication of WO2023228589A1 publication Critical patent/WO2023228589A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/45—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads
    • B01F25/451—Mixers in which the materials to be mixed are pressed together through orifices or interstitial spaces, e.g. between beads characterised by means for moving the materials to be mixed or the mixture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B01F31/85—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations with a vibrating element inside the receptacle

Definitions

  • the present disclosure relates to a bubble generation device and a bubble generation system.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2016-209825
  • the bubble generator described in Patent Document 1 uses a piezoelectric element to generate fine bubbles.
  • the central part of the diaphragm is vibrated vertically by bending vibration, and the bubbles generated in the pores formed in the diaphragm are torn off by the vibration and made into fine particles.
  • the bubbles generated in the pores may be generated due to reasons such as high specific gravity of the liquid, high surface tension of the liquid, high viscosity of the liquid, etc. There were cases in which it was not possible to generate fine bubbles by tearing them off due to the vibration of the diaphragm.
  • An object of the present disclosure is to provide a bubble generation device and a bubble generation system that can effectively generate fine bubbles and prevent liquid leakage, regardless of the type of liquid.
  • a bubble generator is a bubble generator that generates fine bubbles in a liquid, and has a plurality of openings, one surface of which is in contact with the liquid, and the other surface of which is in contact with gas.
  • a diaphragm provided in contact with the diaphragm, a cylindrical body that supports the diaphragm at one end, a plate-shaped spring part that supports the other end of the cylindrical body, and a spring part that encloses the spring part. It includes a cylindrical weight part provided around the periphery, a plate-shaped beam part connecting the end of the spring part and the weight part, and a piezoelectric element that vibrates the spring part.
  • the beam portion extends from the end of the spring portion in the same direction as the direction in which the spring portion extends, and has a shape that is thinner than the spring portion.
  • a bubble generation system includes the above-described bubble generation device and a casing that is connected to a fixed part while accommodating the bubble generation device therein.
  • a plate-like shape that extends from the end of the spring part in the same direction as the direction in which the spring part extends has a thinner shape than the spring part, and connects the end of the spring part and the weight part.
  • a beam section is provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a bubble generation system in which the bubble generation device according to Embodiment 1 is used.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a bubble generator according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a perspective view of a bubble generator according to a comparative example.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining displacement of a bubble generator according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the displacement and coupling coefficient of the bubble generator according to the first embodiment.
  • 1 is a diagram for explaining the structure of a bubble generator according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 6 is a diagram for explaining a change in the coupling coefficient when the position of the weight portion according to the first embodiment is changed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a bubble generation system according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a bubble generation system in which a bubble generation device according to a third embodiment is used.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a bubble generation system 100 in which a bubble generation device 1 according to Embodiment 1 is used.
  • the bubble generating device 1 shown in FIG. 1 is used, for example, in a bubble generating system 100 that stores a liquid such as water, gasoline, or light oil, and generates fine bubbles 200 in the stored liquid.
  • the bubble generation system 100 can be applied to various systems such as, for example, a water purification device, a wastewater treatment device, a fish culture tank, and a fuel injection device.
  • the liquid introduced into the bubble generator 1 differs depending on the system to which it is applied; if it is a water purification device, it will be water, but if it is a fuel injection device, it will be liquid fuel.
  • the bubble generating device 1 only needs to be able to temporarily store liquid, and includes a device in which the liquid always flows through a pipe into which the liquid is introduced.
  • the bubble generator 1 includes a diaphragm 2, a vibrating body 3, and a piezoelectric element 4.
  • the bubble generator 1 is fixed to a pedestal 50.
  • the diaphragm 2 is immersed in liquid.
  • fine bubbles 200 are generated from a plurality of pores (openings) formed in the diaphragm 2.
  • the diaphragm 2 is formed of, for example, a resin plate, a metal plate, a Si or SOI (Silicon On Insulator) substrate, a porous ceramic plate, a glass plate, or the like.
  • the diaphragm 2 may be formed of a glass plate that transmits ultraviolet light and deep ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 380 nm, for example.
  • a light source that emits ultraviolet light to the liquid from the other side of the diaphragm 2 is provided, and sterilization by ozone generation and sterilization by ultraviolet light irradiation can be performed. Can be used for both purposes.
  • the diaphragm 2 has a plurality of pores formed therein, one surface is in contact with a liquid (for example, water), and the other surface is in contact with a gas (for example, air).
  • a liquid for example, water
  • a gas for example, air
  • the diaphragm 2 separates the liquid from the air, and by applying back pressure to the other side (in the direction of the arrow shown in Figure 1), the gas passes through the plurality of pores into the liquid. sent to the side.
  • the bubble generator 1 generates fine bubbles 200 by tearing off gas sent through a plurality of pores by vibration of the diaphragm 2.
  • the surface tension of the liquid prevents the gas from entering the liquid side, while the buoyancy of the gas acts to break the surface tension. Become.
  • This balance determines the diameter of the bubble 200, and the vibration of the diaphragm 2 causes a peeling effect from the wall of the pore, creating a state as if the surface tension had decreased.
  • the vibration of the diaphragm 2 causes the gas to be torn off, resulting in fine particles with a diameter of about 1/10 compared to when the diaphragm 2 is not vibrated. bubbles 200 can be generated.
  • a plurality of pores are formed in a 5 mm x 5 mm area provided in the center of the diaphragm 2 with a diameter of 14 mm.
  • the diameter of the pores is 1 ⁇ m and the interval between the pores is 0.25 mm, 441 pores can be formed in an area of 5 mm ⁇ 5 mm.
  • the piezoelectric element 4 is electrically connected to the controller 20 by wiring. By supplying power from the controller 20 to the piezoelectric element 4, the piezoelectric element 4 vibrates a part of the vibrating body 3 in the vertical direction in the figure.
  • a diaphragm 2 is vibrated by a piezoelectric element 4 via a vibrating body 3. Specifically, when the piezoelectric element 4 vibrates, the vibration transmitted through the vibrating body 3 is transmitted to the diaphragm 2, thereby displacing the diaphragm 2 substantially uniformly in the vertical direction.
  • the vibrating body 3 includes a cylindrical body 31, a spring portion 32, a beam portion 33, a weight portion 34, and a fixed portion 35.
  • the vibrating body 3 may have a structure in which the cylindrical body 31, the spring portion 32, the beam portion 33, the weight portion 34, and the fixing portion 35 are integrally formed, or may have a structure in which they are formed separately and combined. Further, in the vibrating body 3, the cylindrical body 31, the spring portion 32, the beam portion 33, and the weight portion 34 may be formed integrally, and the fixing portion 35 may be formed separately.
  • the end of the diaphragm 2 is held by a cylindrical body 31 that expands to support the diaphragm 2 at the upper part.
  • the diaphragm 2 is supported by the cylindrical body 31 at a position where the penetrating direction of the plurality of pores formed in the diaphragm 2 is parallel to the vibration direction of the cylindrical body 31.
  • the end of the cylindrical body 31 on the opposite side to the diaphragm 2 is supported by a spring portion 32 .
  • the spring portion 32 is an elastically deformable plate-like member that supports the bottom surface, which is the end of the cylindrical body 31, on an upper first surface, and extends inward and outward from the supported position. ing.
  • the spring portion 32 has a hollow circular shape and is connected to the cylindrical body 31 at a position outside the hollow portion. Note that the inner diameter of the cylindrical body 31 and the inner diameter of the spring portion 32 may be made the same.
  • the beam portion 33 extends from the end of the spring portion 32 in the same direction as the left-right direction in the drawing in which the spring portion 32 extends.
  • the beam portion 33 has a disk shape and is thinner than the spring portion 32 .
  • the beam portion 33 has one end connected to the side surface of the spring portion 32 and the other end connected to the side surface of the weight portion 34 . Note that the beam portion 33 has a shape and position that allows the diaphragm 2 to vibrate vertically in parallel when the piezoelectric element 4 is driven.
  • the weight part 34 has a cylindrical shape and is provided around the spring part 32 so as to enclose the spring part 32.
  • the fixing part 35 has a cylindrical shape, extends downward from the center of the lower end of the weight part 34, and then bends outward.
  • the shape and position of the weight part 34 are such that when the piezoelectric element 4 is driven, the center of the upper end of the weight part 34 and the center of the lower end of the weight part 34 become nodes of vibration.
  • the weight portion 34 has a shape and a position that allows the diaphragm 2 to vibrate vertically in parallel when the piezoelectric element 4 is driven.
  • the shape, position, and mass of the weight portion 34 may be determined by performing a simulation including other configurations of the bubble generator 1 so as to satisfy the above contents.
  • the piezoelectric element 4 is provided on the lower second surface of the spring portion 32 at an inner side than the position where the beam portion 33 is provided.
  • the piezoelectric element 4 has a hollow circular shape matching the shape of the spring section 32, and is provided on the entire surface of the spring section 32.
  • the piezoelectric element 4 vibrates in the penetrating direction of the cylindrical body 31 (vertical direction in the figure).
  • the piezoelectric element 4 vibrates in the penetrating direction of the cylindrical body 31, thereby causing the spring portion 32 to vibrate in the penetrating direction of the cylindrical body 31, thereby displacing the cylindrical body 31 substantially uniformly in the vertical direction.
  • the piezoelectric element 4 may be arranged not over the entire surface of the spring portion 32, but instead, a plurality of piezoelectric elements 4 may be arranged at intervals.
  • the cylindrical body 31, the spring part 32, the beam part 33, the weight part 34, and the fixing part 35 are integrally formed.
  • the cylindrical body 31, the spring portion 32, the beam portion 33, the weight portion 34, and the fixing portion 35 are made of, for example, metal such as stainless steel or synthetic resin. Preferably, a highly rigid metal such as stainless steel is desirable.
  • the cylindrical body 31, the spring portion 32, the beam portion 33, the weight portion 34, and the fixing portion 35 may be formed as separate bodies or may be formed as separate members.
  • the method of joining the diaphragm 2 and the cylindrical body 31 is not particularly limited. The diaphragm 2 and the cylindrical body 31 may be joined by adhesive, welding, fitting, press-fitting, or the like.
  • the bubble generator 1 is fixed to a pedestal 50 at a cylindrical fixing part 35 protruding from the center of the lower end of the weight part 34.
  • the center of the lower end of the weight part 34 is almost free from vibration even when the diaphragm 2 is vibrated by the piezoelectric element 4. Therefore, it is possible to substantially vibrate only the diaphragm 2 without transmitting the vibration of the piezoelectric element 4 to the fixed part 35 side.
  • the piezoelectric element 4 vibrates by being polarized in the thickness direction.
  • the piezoelectric element 4 is made of lead zirconate titanate piezoelectric ceramics.
  • other piezoelectric ceramics such as (K,Na)NbO3 may also be used.
  • a piezoelectric single crystal such as LiTaO3 may be used.
  • the structure of the diaphragm 2 in contact with the liquid is, for example, a glass plate, and the diaphragm 2 is vibrated by a piezoelectric element 4 via a vibrating body 3, so that the space into which gas is introduced and the liquid are separated. can be completely separated.
  • the space into which gas is introduced from the liquid it is possible to prevent the electrical wiring of the piezoelectric element 4 from being immersed in the liquid.
  • the light source can be provided in the space where gas is introduced, so that electrical wiring etc. of the light source can be prevented from being submerged in the liquid. can.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the structure of a bubble generator 1A according to a comparative example.
  • FIG. 3 is a perspective view of a bubble generator 1A according to a comparative example.
  • the shape of the vibrating body 3A is different from the shape of the vibrating body 3 of the first embodiment.
  • the piezoelectric element 4 may be placed on the back surface of the spring portion 32 near the diaphragm 2.
  • a structure may be considered in which a second cylindrical body 33A is provided in place of the beam portion 33 and the second cylindrical body 33A is extended below the spring portion 32.
  • a cylindrical body 33A is provided below the end of the spring portion 32 in the vibrating body 3A.
  • the weight portion 34 has a cylindrical shape and is provided on the lower outer periphery of the cylindrical body 33A.
  • the weight part 34A has a shape and a position such that the position where the spring part 32 and the cylindrical body 33A are connected becomes a vibration node when the piezoelectric element 4 is driven, and the weight part 34A This is the shape and position that allows the diaphragm 2 to be driven to vibrate vertically in parallel.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the displacement of the bubble generator 1A according to the comparative example.
  • FIG. 4(a) shows the displacement as a result of simulating the vibration of the diaphragm 2 in an end view of the bubble generator 1A.
  • the reference position of the bubble generator 1A before starting vibration is shown by a broken line
  • the position of the bubble generator 1 after displacement is shown by a solid line.
  • the spring portion 32 When the piezoelectric element 4 is vibrated in the penetrating direction of the cylindrical body 31 based on a drive signal from the controller 20 (see FIG. 1), the spring portion 32 is displaced downward, for example, as shown in FIG. 4(a). . As the position of the spring portion 32 supporting the cylindrical body 31 sinks downward, the entire cylindrical body 31 is displaced downward, and as a result, the entire diaphragm 2 held by the cylindrical body 31 is displaced downward. At this time, a node (a portion that is not displaced even by vibration of the piezoelectric element 4) is formed at the outer end of the spring portion 32 or the outer surface of the cylindrical body 33A.
  • the vibration plate 2 can be vibrated without substantially transmitting the vibration of the piezoelectric element 4 to the liquid tank or the like. be able to.
  • the spring portion 32 is displaced downward, and then the spring portion 32 is displaced upward.
  • the entire cylindrical body 31 is displaced upward, and as a result, the entire diaphragm 2 held by the cylindrical body 31 is moved upward. Displace upward.
  • the entire diaphragm 2 is substantially uniformly displaced in the vertical direction without substantially deforming the diaphragm 2 itself. Therefore, in the bubble generator 1, by driving the diaphragm 2 in a planar manner using the vertical resonance of the spring part 32, the acceleration that causes the same tearing at any position of the diaphragm 2 is achieved, and the diaphragm 2 The gas sent through the plurality of pores is torn off by the shear stress to generate uniform bubbles.
  • the substantially uniform vibration of the entire diaphragm 2 in the vertical direction is called spring vibration, and such vibration mode is called spring vibration mode.
  • the frequency of the drive signal applied to the piezoelectric element 4 when the vibration plate 2 is caused to vibrate in a spring vibration mode is defined as a resonance frequency.
  • the resonance frequency in the spring vibration mode is 3.20E+04 [Hz]
  • the electromechanical coupling coefficient at this time is 24.44 [%].
  • the electromechanical coupling coefficient is a coefficient that indicates the efficiency with which electromagnetic energy is converted into mechanical energy in a piezoelectric material or the like, that is, the degree of coupling between electrical quantity and mechanical quantity. In other words, it can be said that the higher the electromechanical coupling coefficient, the more efficiently energy conversion is performed.
  • an electromechanical coupling coefficient is also called a coupling coefficient.
  • the bubble generator 1A according to the comparative example has a coupling coefficient of the value shown above, which can be said to be a somewhat high value.
  • the coupling coefficient is better in the structure using the beam part 33 of the bubble generator 1 shown in FIG. 1 than in the structure using the second cylindrical body 33A like the bubble generator 1A according to the comparative example. do.
  • the beam portion 33 extends in the left-right direction.
  • the second cylindrical body 33A that performs the vibration trapping function of the beam portion 33 extends in the vertical direction. Therefore, the bubble generating device 1 can be reduced in height by the height of the second cylindrical body 33A by extending the beam portion 33 in the left-right direction, and the entire device can be downsized.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the displacement of the bubble generator 1 according to the first embodiment.
  • an end view of the bubble generator 1 shows the displacement as a result of simulating the vibration of the diaphragm 2.
  • the reference position of the bubble generator 1 before starting vibration is shown by a broken line
  • the position of the bubble generator 1 after displacement is shown by a solid line.
  • the spring portion 32 When the piezoelectric element 4 is vibrated in the penetrating direction of the cylindrical body 31 based on a drive signal from the controller 20 (see FIG. 1), the spring portion 32 is displaced downward as shown in FIG. 5, for example. As the position of the spring portion 32 supporting the cylindrical body 31 sinks downward, the entire cylindrical body 31 is displaced downward, and as a result, the entire diaphragm 2 held by the cylindrical body 31 is displaced downward. At this time, the nodes are at the center of the upper end of the weight part 34 and at the center of the lower end of the weight part 34.
  • the spring portion 32 is displaced downward, and then the spring portion 32 is displaced upward.
  • the entire cylindrical body 31 is displaced upward, and as a result, the entire diaphragm 2 held by the cylindrical body 31 is moved upward. Displace upward.
  • the entire diaphragm 2 is substantially uniformly displaced in the vertical direction without substantially deforming the diaphragm 2 itself. . Therefore, in the bubble generator 1, by driving the diaphragm 2 in a planar manner using the vertical resonance of the spring part 32, the same shear stress is generated at any position on the diaphragm 2, and the plurality of thin strips of the diaphragm 2 The gas fed through the holes is torn apart by the shear stress to generate uniform bubbles. Thereby, fine bubbles can be effectively generated regardless of the type of liquid.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the structure of the bubble generator 1 according to the first embodiment.
  • the length of the weight part 34 in the left and right direction is H1
  • the length from the upper end of the weight part 34 to the upper end of the beam part 33 is T
  • the length of the weight part 34 in the left and right direction is T.
  • the length in the direction is set as H2.
  • the total vertical length of the weight portion 34 is set to 10 [mm]
  • H1 is set to 4 [mm]
  • H2 is set to 1 [mm].
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a change in the coupling coefficient when the position of the weight portion 34 according to the first embodiment is changed.
  • the bubble generator 1 has a higher coupling coefficient than the bubble generator 1A of the comparative example shown in FIGS. 2 to 4.
  • the weight portion 34 preferably has a shape that projects upward from the beam portion 33.
  • the weight portion 34 has a shape that includes the diaphragm 2, the cylindrical body 31, the spring portion 32, and the beam portion 33. Such a shape allows liquid to be stored inside the weight portion 34.
  • the cylindrical body 31, the spring section 32, the beam section 33, and the weight section 34 are integrally formed, even if the liquid is stored inside the weight section 34, the liquid will bubble up. There is no leakage to the outside of the generator 1. Thereby, regardless of the type of liquid, fine bubbles can be effectively generated and liquid leakage can be prevented.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of a bubble generation system 100A according to the second embodiment.
  • the bubble generator 1 shown in FIG. 8 has the same structure as the first embodiment.
  • the bubble generation device 1 is provided at the bottom of a liquid tank 10, which serves as a housing for storing liquid such as water, gasoline, light oil, etc., for example.
  • the bubble generation device 1 is used to generate fine bubbles 200 in the liquid in the liquid tank 10.
  • the liquid tank 10 only needs to be able to temporarily store the liquid, and includes a pipe into which the liquid is introduced, in which the liquid always flows.
  • the bubble generation system 100A has a shape in which the entire bubble generation device 1 is immersed in liquid.
  • the liquid acts as resistance on the outside of the weight portion 34 and causes damping that prevents vibration.
  • the vibration of the weight part 34 is slight and has little effect on the vibration of the bubble generator 1 as a whole.
  • the bubble generating device 1 since the center of the lower end of the weight portion 34 serves as a node, the liquid will not leak to the gas side due to vibration in the fixed portion 35 fixed to the liquid tank 10. Thereby, regardless of the type of liquid to be put into the liquid tank 10, fine bubbles can be effectively generated and liquid leakage can be prevented.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of a bubble generation system 100B in which a bubble generation device 1B according to the third embodiment is used.
  • the bubble generation system 100B includes a hanging section 36 for suspending the bubble generation device 1B at the upper end of the weight section 34.
  • the hanging portion 36 is included in and integrally formed with the vibrating body 3B.
  • the hanging portion 36 may be a separate member.
  • the bubble generator 1B is fixed by a fixing member 13 with a hanging part 36 suspended from a flange part 12 protruding inward from the liquid tank 10.
  • the liquid tank 10 is fixed to the hanging part 36 with the bubble generator 1B accommodated therein.
  • the vicinity of the center of the upper end of the weight portion 34 also serves as a node.
  • the position of the hanging portion 36 in FIG. 9 becomes a node. Therefore, the bubble generator 1B can vibrate the diaphragm 2 without substantially transmitting the vibration of the piezoelectric element 4 to the liquid tank 10 by coupling the end of the weight portion 34 to the liquid tank 10.
  • the bubble generation system 100B is configured such that the inside of the weight part 34 is filled with liquid and the outside of the weight part 34 is in contact with gas. In this way, it is possible to suppress vibration attenuation due to the outside of the weight portion 34 being filled with liquid.
  • the side surface of the weight portion 34 may serve as a node.
  • the vibration plate 2 can be vibrated without substantially transmitting the vibration of the piezoelectric element 4 to the liquid tank 10.
  • the beam portion 33 was arranged near the center of the spring portion 32 in the thickness direction. However, if the beam portion 33 is thinner than the spring portion 32, it may be arranged at the upper end or the lower end of the spring portion 32 in the thickness direction. In this way, processing during integral molding becomes easy.
  • the bubble generator of the present disclosure is a bubble generator that generates fine bubbles in a liquid, in which a plurality of openings are formed, one surface is in contact with the liquid, and the other surface is in contact with gas.
  • a diaphragm provided at a position, a cylindrical body supporting the diaphragm at one end, a plate-shaped spring part supporting the other end of the cylindrical body, and a periphery of the spring part so as to enclose the spring part.
  • a cylindrical weight part provided in the spring part, a plate-shaped beam part connecting the end part of the spring part and the weight part, and a piezoelectric element that vibrates the spring part.
  • the beam portion extends from the end of the spring portion in the same direction as the direction in which the spring portion extends, and has a shape that is thinner than the spring portion.
  • liquid can be stored inside the weight portion, and regardless of the type of liquid, fine bubbles can be effectively generated and liquid leakage can be prevented.
  • the piezoelectric element is provided inside the position where the beam portion is provided on the surface of the spring portion opposite to the side where the cylindrical body is provided.
  • the piezoelectric element is located inside the position where the beam portion is provided on the surface of the spring portion opposite to the side where the cylindrical body is provided. Provided on the entire surface of the spring section. Thereby, fine bubbles can be effectively generated regardless of the type of liquid.
  • the weight part has a shape and position such that when the piezoelectric element is driven, the connection part with the fixed part becomes a vibration node. Thereby, fine bubbles can be effectively generated regardless of the type of liquid.
  • the weight part has a shape and position such that when the piezoelectric element is driven, the connection part with the hanging part becomes a vibration node. Thereby, fine bubbles can be effectively generated regardless of the type of liquid.
  • the bubble generation system of the present disclosure includes the bubble generation device according to (4), and a casing that is connected to the fixed part while accommodating the bubble generation device therein. Thereby, fine bubbles can be effectively generated regardless of the type of liquid.
  • the bubble generation system of the present disclosure includes the bubble generation device according to (5), and a casing that is connected to the hanging portion while accommodating the bubble generation device therein. Thereby, fine bubbles can be effectively generated regardless of the type of liquid.

Abstract

気泡発生装置（１）は、液体中に微細な気泡を発生させる。気泡発生装置（１）は、振動板（２）と、筒状体（３１）と、バネ部（３２）と、バネ部（３２）を内包するようにバネ部（３２）の周囲に設けられる円筒状の錘部（３４）と、バネ部（３２）の端部と錘部（３４）とを繋ぐ板状の梁部（３３）と、バネ部（３２）を振動させる圧電素子（４）と、を備える。梁部（３３）は、バネ部（３２）の端部からバネ部（３２）の伸びる方向と同じ方向に伸びるとともに、バネ部（３２）よりも薄い形状である。

Description

気泡発生装置、および気泡発生システム
　本開示は、気泡発生装置、および気泡発生システムに関する。
　近年、微細な気泡を使って水質浄化、排水処理、魚の養殖などが行なわれており、微細な気泡が様々な分野において利用されている。そのため、微細な気泡を発生する気泡発生装置が開発されている（特開２０１６－２０９８２５号公報（特許文献１））。
　特許文献１に記載の気泡発生装置では、圧電素子を利用して微細な気泡を発生させている。この気泡発生装置では、屈曲振動により振動板の中央部を上下振動させて、振動板に形成した細孔において発生した気泡を振動により引きちぎり微細化している。
特開２０１６－２０９８２５号公報
　特許文献１に記載の気泡発生装置では、液体槽に入れる液体の種類によって、液体の比重が大きい、液体の表面張力が大きい、液体の粘性が高いなどの原因により、細孔において発生した気泡を振動板の振動により引きちぎって微細な気泡を発生させることができない場合があった。
　様々な種類の液体に対して気泡発生装置で微細な気泡を発生させるためには、振動板を圧電素子でより強く振動させる必要がある。しかし、特許文献１に記載の気泡発生装置では、圧電素子により振動板をより強く振動させると、振動板の振動が液体槽に漏れ、液体槽自体を振動させる問題があった。
　また、特許文献１に記載の気泡発生装置では、振動板を強く振動させることにより気泡発生装置と液体槽との接合部において液体の漏れが発生する可能性がある。気泡発生装置では、振動板を強く振動させたとしても液体が漏れないようにすることが望まれる。
　本開示の目的は、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させるとともに、液体の漏れを防ぐことのできる気泡発生装置、および気泡発生システムを提供することである。
　本開示の一形態に係る気泡発生装置は、液体中に微細な気泡を発生させる気泡発生装置であって、複数の開口部が形成され、一方の面が液体と接し、他方の面が気体と接する位置に設けられる振動板と、一方の端により振動板を支持する筒状体と、筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、バネ部を内包するようにバネ部の周囲に設けられる円筒状の錘部と、バネ部の端部と錘部とを繋ぐ板状の梁部と、バネ部を振動させる圧電素子と、を備える。梁部は、バネ部の端部からバネ部の伸びる方向と同じ方向に伸びるとともに、バネ部よりも薄い形状である。
　本開示の別の一形態に係る気泡発生システムは、前述の気泡発生装置と、気泡発生装置を内部に収容した状態で固定部と接続される筐体と、を備える。
　本開示によれば、気泡発生装置において、バネ部の端部からバネ部の伸びる方向と同じ方向に伸びるとともに、バネ部よりも薄い形状でありバネ部の端部と錘部とを繋ぐ板状の梁部が設けられている。これにより、液体槽に入れる液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させるとともに、液体の漏れを防止することができる。
実施の形態１に係る気泡発生装置が用いられる気泡発生システムの概略図である。 比較例に係る気泡発生装置の構造を示す概略図である。 比較例に係る気泡発生装置の斜視図である。 比較例に係る気泡発生装置の変位を説明するための図である。 実施の形態１に係る気泡発生装置の変位と結合係数とを説明するための図である。 実施の形態１に係る気泡発生装置の構造を説明するための図である。 実施の形態１に係る錘部の位置を変化させた場合の結合係数の変化を説明するための図である。 実施の形態２に係る気泡発生システムの概略図である。 実施の形態３に係る気泡発生装置が用いられる気泡発生システムの概略図である。
　以下に、実施の形態に係る気泡発生装置、および気泡発生システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
　（実施の形態１）
　図１は、実施の形態１に係る気泡発生装置１が用いられる気泡発生システム１００の概略図である。図１に示す気泡発生装置１は、例えば、水，ガソリン，軽油などの液体を貯留し、貯留した液体に微細な気泡２００を発生させる気泡発生システム１００に用いられる。なお、気泡発生システム１００は、例えば、水質浄化装置、排水処理装置、魚の養殖用水槽、燃料噴射装置などの様々なシステムに適用することができる。
　気泡発生装置１は、適用するシステムにより導入される液体が異なり、水質浄化装置であれば水になるが、燃料噴射装置であれば液体燃料になる。気泡発生装置１は、液体を一時的に貯留することができればよく、液体が導入される管において当該管の中を常に液体が流れるようなものも含む。
　気泡発生装置１は、振動板２と、振動体３と、圧電素子４とを備えている。気泡発生装置１は、台座５０に固定されている。気泡発生装置１は、振動板２が液体に浸かっている。液体に浸かった振動板２を圧電素子４により振動させることにより、振動板２に形成した複数の細孔（開口部）から微細な気泡２００を発生させている。
　振動板２は、例えば、樹脂板、金属板、ＳｉもしくはＳＯＩ（Silicon　On　Insulator）基板、多孔質のセラミック板、ガラス板などで形成されている。振動板２をガラス板により形成する場合、例えば、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの紫外光および深紫外光を透過させるガラス板により形成してもよい。紫外光および深紫外光を透過させるガラス板により形成することで、振動板２の他方の面側から液体に対して紫外光を発する光源を設け、オゾン生成による殺菌と紫外光照射による殺菌とを兼用させることができる。
　振動板２は、複数の細孔が形成され、一方の面が液体（例えば、水）と接し、他方の面が気体（例えば、空気）と接している。つまり、気泡発生装置１では、振動板２により液体と空気とを分離し、他方の面に背圧を加え（図１に示す矢印方向）ることで、複数の細孔を通って気体が液体側に送り込まれる。気泡発生装置１は、複数の細孔を通って送り込まれた気体を、振動板２の振動により引きちぎることで微細な気泡２００を発生させている。
　さらに詳しく説明すると、複数の細孔から気体が出ようとする際、液体の表面張力によって液体側へ気体が侵入するのを阻害する一方、気体の浮力によりその表面張力を断ち切る力が働くことになる。このバランスにより気泡２００の径が決まることになるが、振動板２の振動により細孔の壁面からの引きはがし効果が生じ、あたかも表面張力が小さくなったかのような状態となる。その結果、複数の細孔から気体が出ようとする初期の段階で、振動板２の振動により気体が引きちぎられ、振動板２の振動を加えない場合に比べて１／１０程度の径の微細な気泡２００を発生させることができる。
　図示していないが、例えば、直径１４ｍｍの振動板２の中央部に設けた５ｍｍ×５ｍｍの領域に複数の細孔が形成されている。細孔の孔径を１μｍ、細孔の間隔を０．２５ｍｍにした場合、５ｍｍ×５ｍｍの領域に４４１個の細孔を形成することができる。
　圧電素子４は、コントローラ２０と配線で電気的に接続されている。コントローラ２０から圧電素子４に電力を供給することで、圧電素子４は、振動体３の一部を図中の上下方向に振動する。気泡発生装置１では、振動体３を介して圧電素子４で振動板２を振動させている。具体的には、圧電素子４が振動することにより、振動体３を伝わった振動が振動板２に伝わり、振動板２を略均一に上下方向に変位させる。
　振動体３の構成について詳しく説明する。振動体３は、筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、錘部３４、および固定部３５を含んでいる。振動体３は、筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、錘部３４、および固定部３５が一体で形成される構造でも、別々に形成されて結合される構造でもよい。また、振動体３は、筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、および錘部３４が一体で形成され、固定部３５が別体で形成されるようにしてもよい。
　振動板２の端部は、上部において振動板２を支持するように拡がる円筒状の筒状体３１により保持されている。振動板２に形成された複数の細孔の貫通方向が、筒状体３１の振動方向に対して平行となる位置において、振動板２が筒状体３１に支持されている。筒状体３１は、振動板２側とは反対側の端部がバネ部３２に支持されている。バネ部３２は、弾性変形可能な板状の部材であり、円筒状の筒状体３１の端である底面を上側の第１面で支持し、支持した位置から内側および外側に向かって延伸している。バネ部３２は、中空円状であり、中空部より外側の位置において筒状体３１と繋がっている。なお、筒状体３１の内径とバネ部３２の内径とを同じにしてもよい。
　梁部３３は、バネ部３２の端部からバネ部３２の伸びる図中の左右方向と同じ方向に伸びる。梁部３３は、バネ部３２よりも厚みの薄い円板状の形状である。梁部３３は、一方の端がバネ部３２の側面と繋がり、他方の端が錘部３４の側面と繋がっている。なお、梁部３３は、圧電素子４を駆動させた場合に、振動板２が平行に上下振動する駆動が可能となる形状および位置である。
　錘部３４は、円筒状であり、バネ部３２を内包するようにバネ部３２の周囲に設けられる。固定部３５は、円筒状であり、錘部３４の下端中央部から下側に向かって伸びた後、外側に折れ曲がる形状である。なお、錘部３４は、圧電素子４を駆動させた場合に、錘部３４の上端部の中央および錘部３４の下端部の中央が振動のノードとなる形状および位置である。また、錘部３４は、圧電素子４を駆動させた場合に、振動板２が平行に上下振動する駆動が可能となる形状および位置である。錘部３４の形状、位置および質量は、気泡発生装置１の他の構成を含めてシミュレーションを行ない、上記の内容を満たすように決定すればよい。
　バネ部３２の下側の第２面には、梁部３３が設けられる位置よりも内側に圧電素子４が設けられている。圧電素子４は、バネ部３２の形状に合わせて中空円状の形状であり、バネ部３２の全面に設けられている。圧電素子４は、筒状体３１の貫通方向（図中、上下方向）に振動する。圧電素子４が筒状体３１の貫通方向に振動することにより、バネ部３２を筒状体３１の貫通方向に振動させて筒状体３１が略均一に上下方向に変位する。圧電素子４は、バネ部３２の全面ではなく、複数の圧電素子４が間隔を空けて配置されるようにしてもよい。
　筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、錘部３４、および固定部３５は、一体的に形成される。筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、錘部３４、および固定部３５は、例えば、ステンレスなどの金属や合成樹脂からなる。好ましくは、ステンレスなどの剛性の高い金属が望ましい。なお、筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、錘部３４、および固定部３５を別体として形成してもよいし、別部材として形成してもよい。振動板２と筒状体３１との接合方法は、特に問わない。振動板２と筒状体３１とを、接着剤、溶着、嵌合、圧入、などで接合してもよい。
　気泡発生装置１は、図１に示すように、錘部３４の下端部の中央から突き出した円筒状の固定部３５において台座５０と固定されている。錘部３４の下端部の中央は、圧電素子４により振動板２を振動させても、ほぼ無振動である。そのため、圧電素子４の振動を固定部３５側に伝えずに、実質的に振動板２のみを振動させることが可能である。
　圧電素子４は、例えば、厚み方向において分極することで振動する。圧電素子４は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。
　気泡発生装置１では、液体に接する振動板２の構造を例えばガラス板とし、振動体３を介して圧電素子４により振動板２を振動させる構成にすることで、気体を導入する空間と液体とを完全分離することができる。気体を導入する空間と液体とを完全分離することで、圧電素子４の電気配線等が液体に浸かることを防止できる。また、気泡発生装置１では、液体に対して紫外光を発する光源を設ける場合でも、気体を導入する空間に当該光源を設けることができるので、当該光源の電気配線等が液体に浸かることも防止できる。
　次に、比較例について説明する。図２は、比較例に係る気泡発生装置１Ａの構造を示す概略図である。図３は、比較例に係る気泡発生装置１Ａの斜視図である。比較例においては、振動体３Ａの形状が実施の形態１の振動体３の形状と異なっている。振動板２を強く振動させるためには、圧電素子４を振動板２に近いバネ部３２の裏面に配置すればよい。このような場合、図２に示すように、梁部３３の代わりに第２の筒状体３３Ａを設け、第２の筒状体３３Ａをバネ部３２の下方に伸ばす構造も考えられる。
　図２，図３に示すように比較例の気泡発生装置１Ａは、振動体３Ａにおいてバネ部３２の端部から下側に筒状体３３Ａが設けられている。錘部３４は、円筒状であり、筒状体３３Ａの下側の外周に設けられている。比較例において、錘部３４Ａは、圧電素子４を駆動させた場合に、バネ部３２と筒状体３３Ａとが繋がる位置が振動のノードとなる形状および位置であるとともに、圧電素子４を駆動させた場合に、振動板２が平行に上下振動する駆動が可能となる形状および位置である。
　比較例に係る気泡発生装置１Ａでの振動板２の振動について詳しく説明する。図４は、比較例に係る気泡発生装置１Ａの変位を説明するための図である。図４（ａ）には、気泡発生装置１Ａの端面図に、振動板２の振動についてシミュレーションした結果の変位が示されている。図４（ａ）では、振動を開始する前の気泡発生装置１Ａの基準位置を破線で示し、変位後の気泡発生装置１の位置を実線で示す。
　コントローラ２０（図１参照）からの駆動信号に基づいて、圧電素子４を筒状体３１の貫通方向に振動させると、例えば、図４（ａ）に示すようにバネ部３２が下方に変位する。筒状体３１を支持しているバネ部３２の位置が下側に沈み込むことにより、筒状体３１の全体が下方に変位する結果、筒状体３１に保持されている振動板２の全体が下方に変位する。このとき、ノード（圧電素子４の振動によっても変位しない部分）は、バネ部３２の外側の端部または筒状体３３Ａの外側面に形成される。そのため、バネ部３２の外側の端部または筒状体３３Ａの外側面において液体槽などと結合することにより、圧電素子４の振動を実質的に液体槽などに伝えずに振動板２を振動させることができる。
　図示していないが、圧電素子４を振動させ続けることにより、バネ部３２が下方に変位した後、バネ部３２が上方に変位する。筒状体３１を支持しているバネ部３２の位置が上側にせり上がることにより、筒状体３１の全体が上方に変位する結果、筒状体３１に保持されている振動板２の全体が上方に変位する。
　比較例に係る気泡発生装置１Ａでは、上述したように圧電素子４を振動させることにより、振動板２自体がほぼ変形することなく、振動板２の全体が略均一に上下方向に変位する。そのため、気泡発生装置１では、バネ部３２の上下共振を利用して振動板２を平面的に駆動することにより、振動板２のどの位置においても同じ引きちぎりの発生する加速度となり、振動板２の複数の細孔を通って送り込まれた気体を当該せん断応力により引きちぎり均等な気泡を発生させる。
　図４(ａ）のように、振動板２の全体が略均一に上下方向に振動することをバネ振動と称し、そのような振動モードをバネ振動モードと称す。気泡発生装置１Ａにおいて、振動板２をバネ振動モードによりバネ振動させる場合の圧電素子４に印加する駆動信号の周波数を共振周波数とする。
　図４（ｂ）に示すように、バネ振動モードにおける共振周波数は、３．２０Ｅ＋０４［Ｈｚ］であり、このときの電気機械結合係数は２４．４４［％］である。電気機械結合係数とは、圧電材料などにおいて、電磁的エネルギーが力学的エネルギーに変換される効率、すなわち電気量と機械量との間の結合の程度を示す係数である。つまり、電気機械結合係数が高いほど、高効率にエネルギー変換が行なわれていると言える。なお、以下では電気機械結合係数を結合係数とも称する。
　ここで、比較例に係る気泡発生装置１Ａは、結合係数が上記に示す値であり、ある程度高い値であると言える。しかしながら、結合係数は、比較例に係る気泡発生装置１Ａのような第２の筒状体３３Ａを用いた構造よりも、図１に気泡発生装置１の梁部３３を用いた構造の方が向上する。
　また、実施の形態１に係る気泡発生装置１は、梁部３３が左右方向に伸びる。それに対し、比較例の気泡発生装置１Ａは、梁部３３の振動閉じ込め機能を果たす第２の筒状体３３Ａが上下方向に伸びる。このため、気泡発生装置１は、梁部３３を左右方向に伸ばすことで第２の筒状体３３Ａの高さ分、低背化することができ、装置全体を小型化することができる。
　図５は、実施の形態１に係る気泡発生装置１の変位を説明するための図である。図５には、気泡発生装置１の端面図に、振動板２の振動についてシミュレーションした結果の変位が示されている。図５では、振動を開始する前の気泡発生装置１の基準位置を破線で示し、変位後の気泡発生装置１の位置を実線で示す。
　コントローラ２０（図１参照）からの駆動信号に基づいて、圧電素子４を筒状体３１の貫通方向に振動させると、例えば、図５に示すようにバネ部３２が下方に変位する。筒状体３１を支持しているバネ部３２の位置が下側に沈み込むことにより、筒状体３１の全体が下方に変位する結果、筒状体３１に保持されている振動板２の全体が下方に変位する。このとき、ノードは、錘部３４の上端部の中央、および錘部３４の下端部の中央となる。
　図示していないが、圧電素子４を振動させ続けることにより、バネ部３２が下方に変位した後、バネ部３２が上方に変位する。筒状体３１を支持しているバネ部３２の位置が上側にせり上がることにより、筒状体３１の全体が上方に変位する結果、筒状体３１に保持されている振動板２の全体が上方に変位する。
　本実施の形態に係る気泡発生装置１では、上述したように圧電素子４を振動させることにより、振動板２自体がほぼ変形することなく、振動板２の全体が略均一に上下方向に変位する。そのため、気泡発生装置１では、バネ部３２の上下共振を利用して振動板２を平面的に駆動することにより、振動板２のどの位置においても同じせん断応力となり、振動板２の複数の細孔を通って送り込まれた気体を当該せん断応力により引きちぎり均等な気泡を発生させる。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　図６は、実施の形態１に係る気泡発生装置１の構造を説明するための図である。図６に示すように、気泡発生装置１において、錘部３４の左右方向の長さをＨ１、錘部３４の上端部から梁部３３の上端部までの長さをＴ、梁部３３の左右方向の長さをＨ２と設定する。このような場合において、錘部３４の上下方向の全長を１０［ｍｍ］と設定し、Ｈ１を４［ｍｍ］と設定し、Ｈ２を１［ｍｍ］と設定する。
　上述したような構造の気泡発生装置１について、Ｔの長さを変化させた場合の結合係数の変化について説明する。図７は、実施の形態１に係る錘部３４の位置を変化させた場合の結合係数の変化を説明するための図である。図７に示すように、結合係数は、Ｔ＝０［ｍｍ］からＴの値を増加させる毎に向上し、Ｔ＝８［ｍｍ］を超えた後、Ｔ＝９［ｍｍ］、９．５［ｍｍ］の順にやや減少する。しかしながら、気泡発生装置１は、Ｔがいずれの値であっても図２～図４に示す比較例の気泡発生装置１Ａよりも結合係数が高くなっている。
　さらに、図６，図７から明らかなように、Ｔの値が大きい程、結合係数が安定して高い状体となる。このため、錘部３４は、梁部３３に対し上方に突き出す形状が好ましい。このような場合、気泡発生装置１において、錘部３４が、振動板２、筒状体３１、バネ部３２、および梁部３３を内包する形状となる。このような形状により、錘部３４の内側に液体を溜めることができる。
　さらに、気泡発生装置１では、筒状体３１、バネ部３２、梁部３３、および錘部３４が一体的に形成されているため、錘部３４の内側に液体を溜めたとしても液体が気泡発生装置１の外側に漏れることがない。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させるとともに、液体の漏れを防ぐことができる。
　（実施の形態２）
　図８は、実施の形態２に係る気泡発生システム１００Ａの概略図である。図８に示す気泡発生装置１は、実施の形態１と同様の構造である。実施の形態２に係る気泡発生システム１００Ａでは、気泡発生装置１が、例えば、水，ガソリン，軽油などの液体を貯留する筐体としての液体槽１０の底部に設けられている。気泡発生システム１００Ａでは、気泡発生装置１を用いて液体槽１０の液体に微細な気泡２００を発生させる。なお、液体槽１０は、液体を一時的に貯留することができればよく、液体が導入される管において当該管の中を常に液体が流れるようなものも含む。
　図８に示すように、気泡発生システム１００Ａは、気泡発生装置１全体が液体に浸かる状体となる。このような場合、錘部３４の外側において液体が抵抗となり振動を妨げるダンピングが生じる可能性がある。しかしながら、錘部３４の振動は、僅かであり気泡発生装置１全体の振動への影響は少ない。また、気泡発生装置１は、錘部３４の下端部の中央がノードとなるため、液体槽１０と固定される固定部３５において振動により液体が気体側へ漏れることはない。これにより、液体槽１０に入れる液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させるとともに、液体の漏れを防止することができる。
　（実施の形態３）
　図９は、実施の形態３に係る気泡発生装置１Ｂが用いられる気泡発生システム１００Ｂの概略図である。図９に示すように、気泡発生システム１００Ｂは、錘部３４の上端部において気泡発生装置１Ｂを吊り下げるための吊り下げ部３６を備えている。吊り下げ部３６は、振動体３Ｂに含まれて一体的に形成されている。吊り下げ部３６を別部材としてもよい。気泡発生装置１Ｂは、液体槽１０から内側に突出するフランジ部１２に吊り下げ部３６を吊り下げた状態で固定部材１３により固定されている。
　液体槽１０は、気泡発生装置１Ｂを内部に収容した状態で吊り下げ部３６と固定されている。ここで、図５に示すように、錘部３４の上端部の中央付近もノードとなる。つまり、図９の吊り下げ部３６の位置がノードとなる。そのため、気泡発生装置１Ｂは、錘部３４の端部において液体槽１０と結合することにより、圧電素子４の振動を実質的に液体槽１０に伝えずに振動板２を振動させることができる。
　気泡発生システム１００Ｂでは、錘部３４の内側に液体が満たされるとともに錘部３４の外側には気体が接するように構成される。このようにすれば、錘部３４の外側が液体で満たされることによる振動の減衰を抑制することができる。
　（その他の変形例）
　前述の実施の形態では、錘部３４の側面がノードとなるようにしてもよい。このような場合は、液体槽１０と錘部３４とを円板部材などで接合すれば、圧電素子４の振動を実質的に液体槽１０に伝えずに振動板２を振動させることができる。
　前述の実施の形態では、梁部３３は、バネ部３２の厚み方向の中央付近に配置されていた。しかしながら、梁部３３は、バネ部３２より厚みが薄ければ、バネ部３２の厚み方向における上端あるいは下端に配置されてもよい。このようにすれば、一体成形する際の加工が容易となる。
　（態様）
　（１）本開示の気泡発生装置は、液体中に微細な気泡を発生させる気泡発生装置であって、複数の開口部が形成され、一方の面が液体と接し、他方の面が気体と接する位置に設けられる振動板と、一方の端により振動板を支持する筒状体と、筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、バネ部を内包するようにバネ部の周囲に設けられる円筒状の錘部と、バネ部の端部と錘部とを繋ぐ板状の梁部と、バネ部を振動させる圧電素子と、を備える。梁部は、バネ部の端部からバネ部の伸びる方向と同じ方向に伸びるとともに、バネ部よりも薄い形状である。
　本開示の気泡発生装置によれば、錘部の内側に液体を溜めることができ、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させるとともに、液体の漏れを防ぐことができる。
　（２）（１）に記載の気泡発生装置であって、圧電素子は、筒状体が設けられる側と反対側のバネ部の面において、梁部が設けられる位置よりも内側に設けられる。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　（３）（１）または（２）に記載の気泡発生装置であって、圧電素子は、筒状体が設けられる側と反対側のバネ部の面において、梁部が設けられる位置よりも内側のバネ部の全面に設けられる。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　（４）（１）～（３）のいずれかに記載の気泡発生装置であって、錘部の端部において錘部を固定するための固定部をさらに備える。錘部は、圧電素子を駆動させた場合に、固定部との接続部が振動のノードとなる形状および位置である。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　（５）（１）～（３）のいずれかに記載の気泡発生装置であって、錘部の端部において錘部を吊り下げる吊り下げ部をさらに備える。錘部は、圧電素子を駆動させた場合に、吊り下げ部との接続部が振動のノードとなる形状および位置である。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　（６）（１）～（５）のいずれかに記載の気泡発生装置であって、錘部の内側に液体が満たされる。これにより、液体による振動体の減衰の影響を抑制することができる。
　（７）本開示の気泡発生システムは、（４）に記載の気泡発生装置と、気泡発生装置を内部に収容した状態で固定部と接続される筐体と、を備える。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　（８）本開示の気泡発生システムは、（５）に記載の気泡発生装置と、気泡発生装置を内部に収容した状態で吊り下げ部と接続される筐体と、を備える。これにより、液体の種類によらず、微細な気泡を効果的に発生させることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１，１Ａ，１Ｂ　気泡発生装置、２　振動板、３，３Ａ，３Ｂ　振動体、４　圧電素子、１０　液体槽、１２　フランジ部、１３　固定部材、２０　コントローラ、３１，３３Ａ　筒状体、３２　バネ部、３３　梁部、３４，３４Ａ　錘部、３５　固定部、３６　吊り下げ部、５０　台座、１００，１００Ａ，１００Ｂ　気泡発生システム、２００　気泡。

Claims (8)

  1. 　液体中に微細な気泡を発生させる気泡発生装置であって、
    　複数の開口部が形成され、一方の面が液体と接し、他方の面が気体と接する位置に設けられる振動板と、
    　一方の端により前記振動板を支持する筒状体と、
    　前記筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、
    　前記バネ部を内包するように前記バネ部の周囲に設けられる円筒状の錘部と、
    　前記バネ部の端部と前記錘部とを繋ぐ板状の梁部と、
    　前記バネ部を振動させる圧電素子と、を備え、
    　前記梁部は、前記バネ部の端部から前記バネ部の伸びる方向と同じ方向に伸びるとともに、前記バネ部よりも薄い形状である、気泡発生装置。
  2. 　前記圧電素子は、前記筒状体が設けられる側と反対側の前記バネ部の面において、前記梁部が設けられる位置よりも内側に設けられる、請求項１に記載の気泡発生装置。
  3. 　前記圧電素子は、前記筒状体が設けられる側と反対側の前記バネ部の面において、前記梁部が設けられる位置よりも内側の前記バネ部の全面に設けられる、請求項１または請求項２に記載の気泡発生装置。
  4. 　前記錘部の端部において前記錘部を固定するための固定部をさらに備え、
    　前記錘部は、前記圧電素子を駆動させた場合に、前記固定部との接続部が振動のノードとなる形状および位置である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の気泡発生装置。
  5. 　前記錘部の端部において前記錘部を吊り下げる吊り下げ部をさらに備え、
    　前記錘部は、前記圧電素子を駆動させた場合に、前記吊り下げ部との接続部が振動のノードとなる形状および位置である、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の気泡発生装置。
  6. 　前記錘部の内側に液体が満たされる、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の気泡発生装置。
  7. 　請求項４に記載の前記気泡発生装置と、
    　前記気泡発生装置を内部に収容した状態で前記固定部と接続される筐体と、を備える、気泡発生システム。
  8. 　請求項５に記載の前記気泡発生装置と、
    　前記気泡発生装置を内部に収容した状態で前記吊り下げ部と接続される筐体と、を備える、気泡発生システム。
PCT/JP2023/013900 2022-05-25 2023-04-04 気泡発生装置、および気泡発生システム WO2023228589A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022085396 2022-05-25
JP2022-085396 2022-05-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023228589A1 true WO2023228589A1 (ja) 2023-11-30

Family

ID=88919077

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2023/013900 WO2023228589A1 (ja) 2022-05-25 2023-04-04 気泡発生装置、および気泡発生システム

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2023228589A1 (ja)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007089013A1 (ja) * 2006-02-03 2007-08-09 Osamu Matsumoto 気液体発生装置
KR20200104775A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 (주)나노바이오랩 울트라 파인 버블 생성 모듈 및 시스템
WO2020189270A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社村田製作所 気泡発生装置
WO2021245995A1 (ja) * 2020-06-03 2021-12-09 株式会社村田製作所 気泡発生装置、および気泡発生システム
CN113813804A (zh) * 2020-06-18 2021-12-21 高宏鑫 微气泡产生装置以及相关的微气泡产生设备
WO2022190570A1 (ja) * 2021-03-09 2022-09-15 株式会社村田製作所 気泡発生装置、および気泡発生システム
WO2023026627A1 (ja) * 2021-08-25 2023-03-02 株式会社村田製作所 気泡発生装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007089013A1 (ja) * 2006-02-03 2007-08-09 Osamu Matsumoto 気液体発生装置
KR20200104775A (ko) * 2019-02-27 2020-09-04 (주)나노바이오랩 울트라 파인 버블 생성 모듈 및 시스템
WO2020189270A1 (ja) * 2019-03-19 2020-09-24 株式会社村田製作所 気泡発生装置
WO2021245995A1 (ja) * 2020-06-03 2021-12-09 株式会社村田製作所 気泡発生装置、および気泡発生システム
CN113813804A (zh) * 2020-06-18 2021-12-21 高宏鑫 微气泡产生装置以及相关的微气泡产生设备
WO2022190570A1 (ja) * 2021-03-09 2022-09-15 株式会社村田製作所 気泡発生装置、および気泡発生システム
WO2023026627A1 (ja) * 2021-08-25 2023-03-02 株式会社村田製作所 気泡発生装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210379542A1 (en) Bubble generator
JP7359304B2 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
US2498990A (en) Apparatus for driving flexible members
US20210380448A1 (en) Bubble generator
JPH11247919A (ja) 流体封入式能動型防振装置
JP7180749B2 (ja) 気泡発生装置
WO2022222316A1 (zh) 传感装置
WO2022190570A1 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
US20080142037A1 (en) Apparatus and method for cleaning liquid dispensing equipment
WO2023228589A1 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
WO2023228588A1 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
US3466017A (en) Ultrasonic wave generator
JP2009173415A (ja) 微小部品の整列装置および整列方法
JP7468777B2 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
CN116917026A (zh) 气泡产生装置以及气泡产生系统
CN116897074A (zh) 气泡产生装置以及气泡产生系统
WO2023233700A1 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
JPS60192141A (ja) 液封入防振装置
JP7136791B2 (ja) 音響トランスデューサ
Hasegawa et al. Modeling and performance evaluation of an ultrasonic suction pump
JP3710340B2 (ja) 超音波噴霧装置
WO2023233701A1 (ja) 気泡発生装置、および気泡発生システム
CN115066489A (zh) 使用晶种粒子的增强声学粒子处理
KR101932854B1 (ko) 에너지 하베스팅 장치 및 방법
JP2010043702A (ja) 液封入式防振装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23811467

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1