超微細気泡発生装置
【課題】簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、耐久性が高くメンテナンス費用を省くことを可能とする超微細気泡発生装置を提供する。
【解決手段】超微細気泡発生装置１は、モータ２と、モータ２と連結されており、中央部に回転軸内通路３１を設けた回転軸３と、回転軸３の下部に回転軸３と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体４と、回転体４の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼５と、回転軸３の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構６と、クランク機構６を介して回転軸３と連結されたエアシリンダ７と、を備え、前記モータは、回転速度を変化させるインバータ２３を備え、エアシリンダ７の摺動速度と回転体４の回転速度とを対応させた。
【解決手段】超微細気泡発生装置１は、モータ２と、モータ２と連結されており、中央部に回転軸内通路３１を設けた回転軸３と、回転軸３の下部に回転軸３と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体４と、回転体４の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼５と、回転軸３の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構６と、クランク機構６を介して回転軸３と連結されたエアシリンダ７と、を備え、前記モータは、回転速度を変化させるインバータ２３を備え、エアシリンダ７の摺動速度と回転体４の回転速度とを対応させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中において微細な気泡を発生させる超微細気泡発生装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水道水や湖沼・河川、海水等の液中において気泡のサイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性及び自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、排水浄化、洗浄、浴槽内での身体ケア及び魚介類の養殖等に使用する技術が開発されている。特に排水浄化及び魚介類の養殖等の分野においては、空気を効率よく水中に溶存させる技術が求められており、その解決策として超微細気泡を使用する技術が注目されている。
【０００３】
前記特性を持った超微細気泡の発生方法として、従来から、コンプレッサにより圧送された空気を放出する空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより放出する気泡を引きちぎって微細化する方法は公知となっている。また、攪拌してできた気泡をメッシュ部材に当てて通しながら気泡を細分化する方法も公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
また、水中で露出した回転体を回転させて、回転体を支持する中空の回転軸の内部を通じて空気を送り込み、前記回転体から空気を放出させ、水中に気泡を拡散させる装置が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５８３４６号公報
【特許文献２】特開２００４−８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより噴出する気泡を引きちぎって微細化する方法は、ノズルの孔径に限界があり粒径を安定させることは困難である。また、回転体を回転させる方法については、回転体から空気を放出させる際に、微細気泡の直径が大きくなってしまい、攪拌して気泡を拡散させても均一に直径の小さな微細気泡を作るのは難しかった。
また、空気をコンプレッサにより圧送する方法では、コンプレッサの寿命が短いため、メンテナンスの費用がかかっていた。また、湖沼・河川、海水等の液中において超微細気泡装置を使用する場合には、コンプレッサの寿命がさらに短くなるため、メンテナンスの費用がさらに多くかかっていた。
さらに、特に排水浄化及び魚介類の養殖においては、深い場所にまで空気を送り、溶存する酸素量（空気量）を向上させるための技術が必要となっていた。
【０００６】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、耐久性が高くメンテナンス及び運用のための費用を省くことを可能とする超微細気泡発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、モータと、前記モータと連結されており、中央部に回転軸内通路を設けた回転軸と、前記回転軸の下部に回転軸と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体と、前記回転体の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼と、前記回転軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、前記クランク機構を介して前記回転軸と連結されたエアシリンダと、を備え、前記モータは、回転速度を変化させる速度可変機構を備え、前記エアシリンダの摺動速度と前記回転体の回転速度とを対応させたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、回転翼を高密度複合体で構成したので、粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、回転翼を回転させることで、超微細気泡が発生した瞬間に回転翼から離間させることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。また、回転翼の回転速度に比例して超微細気泡発生量が増減することにより、回転速度に適した超微細気泡を効率よく発生させることができる。また、回転翼を高密度複合体で構成したので、膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置の損傷や劣化を防ぐことができる。また、エアシリンダは簡易な構造でありメンテナンスの必要性が小さい。したがって、耐久性が高くなりメンテナンス費用を省くことが可能となる。また、エアシリンダは、普及品であるから部品調達が容易であり、調達コストを省くことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。
【図２】回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図３】回転体及び回転翼を示す平面一部断面図。
【図４】（ａ）回転翼のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）回転翼の断面一部拡大図。
【図５】回転翼の側面図。
【図６】エアシリンダの側面断面図。
【図７】電気モータを用いた超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。
【図８】第二実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図９】第二実施形態に係る回転体及び回転翼を示す正面一部断面図。
【図１０】第三実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１１】第三実施形態に係る回転体及び回転翼を示す平面一部断面図。
【図１２】第四実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１３】第五実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１４】第五実施形態に係る回転体及び回転翼を示す平面図。
【図１５】第六実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１６】第七実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１７】第七実施形態に係る回転体及び回転翼を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる超微細気泡発生装置１の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。
超微細気泡発生装置１は、水中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、サイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの気泡を意味する。超微細気泡発生装置は、特に、湖沼・河川、海水等の液中において超微細気泡を発生させて水質を浄化させるために使用される。
超微細気泡発生装置１は、モータ２と、モータ２と連結されており、中央部に回転軸内通路３１を設けた回転軸３と、回転軸３の下部に設けられた少なくとも一以上の回転体４と、回転体４の端部に設けられた回転翼５と、回転軸３の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構６と、クランク機構６を介して回転軸３と連結されたエアシリンダ７と、を備える。超微細気泡発生装置１を水中で使用する場合には、回転軸３の中途部から下の部分が水中に配置される。
【００１３】
モータ２は、電気をエネルギー源とし回転力を発生させる装置である。また、モータ２は、トルクを増加させるために回転数を減速させる減速装置としての歯車装置２２と連結している。歯車装置２２は、モータ２の図示せぬ出力軸に連結されており、ギアケース２２ａに格納されている。
また、モータ２は、出力軸の回転数を電気的に変化させるための速度可変機構としてのインバータ２３に接続されている。インバータ２３は、制御装置２４に接続されている。これにより、制御装置２４によってインバータ２３を制御することでモータ２の回転数を変化させることができる。
モータ２、インバータ２３及び制御装置２４は、電源２５と接続されている。モータ２を作動させて後述する回転体４を駆動するために必要とする電力は数十Ｗから多くても百Ｗ程度であるため、電源２５は、太陽光発電装置を使用することもできる。また、バッテリや商用電源等から電力を供給してモータ２を作動させることも可能である。
モータ２には図示せぬ出力軸が設けられており、該出力軸に歯車装置２２が接続されている。歯車装置２２は、複数の歯車から構成されており、前記出力軸の回転速度を減速させてトルクを向上させる。歯車装置２２の最も下流側の歯車は回転軸３に固設された図示せぬ伝動歯車と噛合している。
【００１４】
回転軸３は、ギアケース２２ａを上下方向に貫通するように設けられており、モータ２から歯車装置２２を介して動力が伝達される。回転軸３は、中空に構成されており、その中空となっている中心部は空気を通すための回転軸内通路３１として構成されている。回転軸３の中途部であってギアケース２２ａ内部に位置する部分には、歯車装置２２の最も下流の歯車と噛合する前記図示せぬ伝動歯車が固設されている。回転軸３の下部には回転体４が回転軸３と相対回転不能に設けられている。本実施形態においては、回転体４は回転軸３の下端に設けられている。
【００１５】
回転体４は、図３に示すように、回転軸３の下端に設けられており、回転軸３の下端と回転体４の平面中心に設けられた連結孔４１とが一致するように設けられている。連結孔４１はその下面が閉じられており、その側面に複数の連通孔４２が穿設されている。連通孔４２の数は、後述する回転体内通路４３の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては２個設けられている。
回転体内通路４３は、回転体４の中心から半径方向外側へ突設されており、一端が連通孔４２と連結されている。また、回転体内通路４３の半径方向外側の他端は、回転翼５に設けられた回転翼内通路５１と連結されている。
【００１６】
回転翼５は高密度複合体で構成されており、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００１７】
また、回転翼５は、回転方向（図２の矢印方向）先頭部の肉厚が厚く、回転方向終端部の肉厚が薄くなるように板状（断面視略流線型）に形成されている。回転翼５は回転体４他端部を中心として上下方向へ回転させて固定することができ、これにより、回転翼の傾斜角を自由に変更することができるよう構成されている。
例えば、図５に示すように、回転翼５を下方に傾斜させた場合には、回転翼５下側においては、回転翼５下面と接触した水が下側に流れることにより、下向きの水流が起こり、回転翼５上側においては、回転翼５の上面に沿って水が流れることにより、下向きの水流が発生する。これにより、回転翼５を回転させることで下向きの水流を起こし、水を攪拌することもできる。
下向きの水流を起こした場合であっても、通常の気泡であれば一旦下方へ沈んだ後再び上方へ浮上するため、大きな圧力をかけて気泡を下方へ送る必要があった。しかし、本実施形態によれば、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、下向きの水流を起こすだけで超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。
【００１８】
回転翼５には回転翼内通路５１が設けられている。回転翼内通路５１は、回転翼５の内部に設けられ、回転翼５の短手方向中途部から屈曲して、回転翼５の長手方向の中途部まで設けられている。回転翼内通路５１の一端は回転体内通路４３と連結されている。回転軸内通路３１、連結孔４１、連通孔４２、回転体内通路４３、及び回転翼内通路５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
【００１９】
また、図１に示すように、回転軸３の上部にはクランク機構６が設けられている。本実施形態においては、回転軸３の上端にクランク機構６が設けられている。クランク機構６は、回転軸３の上端に固定された回転板６１と、該回転板６１に回転中心から偏心して固定された連結部材６２とから構成されている。連結部材６２は後述するシリンダロッド７２にベアリング等を介して接続されている。
【００２０】
エアシリンダ７は、図１に示すように、シリンダ本体７１とシリンダロッド７２とから構成されている。シリンダ本体７１は筒状に構成されており、シリンダロッド７２挿入側と反対側の端部は閉塞されている。シリンダ本体７１の閉塞部にはシリンダ回動軸７３が設けられており、シリンダ回動軸７３は固定部材７４に固定されている。これにより、シリンダ本体７１はシリンダ回動軸７３を中心として回動可能に固定されている。また、シリンダロッド７２の一端は連結部材６２とベアリング等を介して連結しており、連結部材６２の揺動に合わせてシリンダ本体７１長手方向に平行な方向に摺動する。この際、シリンダロッド７２のシリンダ本体７１長手方向と垂直な方向への移動はシリンダ本体７１が回動することにより吸収される。
【００２１】
シリンダ本体７１内はシリンダロッド７２先端に設けたピストンによって二つの部屋に分けられており、それぞれの部屋に空気管７５・７５と吸入弁７６・７６が連通されている。各空気管７５の一端は吐出弁７８を介してシリンダ本体７１の各部屋と連通し、他端は合流管７７に連通されており、合流管７７の他端は回動軸内通路３１と連結している。吸入弁７６・７６は一端を前記シリンダ本体７１の各部屋と連通し、他端はエアフィルタ７９を介して外部（外気側）と連通している。エアフィルタ７９は、空気中のゴミ等を取り除くためのフィルタである。合流管７７は回転軸３の上部に設けられており、回転軸３と相対回転可能に嵌設されており、回転軸３と連通されている。
【００２２】
次に、超微細気泡発生装置１による微細気泡の発生方法について説明する。
まず、モータ２を駆動させる。モータ２の駆動力はギアケース２２ａ内の歯車装置２２に伝わり、歯車装置２２から図示せぬ伝動歯車に伝わる。そして当該伝動歯車が回転することにより回転軸３を回動させる。ここで、回転軸３の回動する方向は、図２の矢印方向であり、平面視反時計回りに回動する。
【００２３】
回転軸３が回動すると回転軸３の上端に設けられたクランク機構６の回転板６１が回転する。回転板６１が回転すると、回転板６１に設けられた連結部材６２が平面視円形状に移動し、連結部材６２と連結されたシリンダロッド７２が連動して往復移動する。シリンダロッド７２が往復移動する際、シリンダ本体７１の長手方向と平行な方向以外の移動は、シリンダ本体７１がシリンダ回動軸７３を中心に回動するため吸収される。そのため、シリンダロッド７２はシリンダ本体７１内をシリンダ本体７１長手方向に平行な方向に往復摺動する。
【００２４】
シリンダロッド７２が縮小方向（図１における左方向）へ摺動すると、図１における左側の部屋内の空気が空気管７５から合流管７７へと圧送される。また、図１における右側（反対側）の部屋の空気管７５は吐出弁７８により閉じられ、吸入弁７６を介して空気が流入する。
逆に、シリンダロッド７２が伸長方向（前記と反対側）へ摺動すると、図１における右側の部屋内の空気が空気管７５から合流管７７へと圧送される。また、図１における左側の部屋の空気管７５は吐出弁７８により閉じられ、吸入弁７６を介して空気が流入する。このように構成することにより、クランク機構６によりピストンロッド７２が往復摺動されて、エアシリンダ７から空気が合流管７７へ送られ、さらに回転軸内通路３１へと送られる。
【００２５】
シリンダ本体７１から圧送される空気の圧力は、図６に示すように、シリンダ本体７１内の圧縮時の部屋の容積Ｖ１とシリンダ本体７１の出口と吸入弁７６と吐出弁７８とによって囲まれた空気管７５の容積Ｖ２との比率によって決定される。そこで、クランク機構６の連結部材６２の回転中心からの偏心距離を変更することにより、シリンダ本体７１内の圧縮時の部屋の容積Ｖ１を変更することができ、シリンダ本体７１から圧送される空気の圧力を変更することができる。
また、エアシリンダ７の口径を変更することにより、一回の摺動によって圧送される空気の量及び圧送される空気の圧力を変更することができる。
【００２６】
また、回転軸３が回動すると回転軸３の下端に設けられた回転体４が回転する。回動軸内通路３１へと送られた空気は、回動軸内通路３１を通り、連結孔４１及び連通孔４２を介して回転体内通路４３へと送られる。回転体内通路４３へと送られた空気は、回転翼内通路５１へと送られ、回転翼内通路５１から回転翼５に設けられた直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を通って、超微細気泡となり水中へ放出される。水中へ放出される超微細気泡は、回転翼表面に放出された瞬間に、回転する回転翼と周りの水との間に生まれた流れ（図４矢印方向の流れ）によって、表面から離間される。このように構成することにより、後から発生する超微細気泡や周辺の孔から発生する超微細気泡と合体することなく単独で液中へ移動することとなる。
【００２７】
回転軸３の回転速度を調節することにより、超微細気泡の発生量を調節することができる。回転軸３の回転速度を低下させると、シリンダロッド７２の摺動速度が低下するためエアシリンダ７から圧送される空気の量は減少する。同時に回転体４及び回転翼５の回転速度も低下し、少ない量の超微細気泡を効率よく放出することができる。
また、回転軸３の回転速度を上昇させると、シリンダロッド７２の摺動速度が上昇するためエアシリンダ７から圧送される空気の量は増加する。同時に回転体４及び回転翼５の回転速度も上昇するため、多量の超微細気泡を効率よく放出することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においてはモータ２の回転速度を減速させる機構として歯車装置２２を用いたが、これに限定するものではなく、例えば、図７に示すように、モータ２の出力軸８２に設けた歯車と、回転軸３に設けた伝動歯車との間にチェーンを巻回することによりモータ２の回転速度を減速させてもよい。これにより、モータ２と回転軸３とを別の位置に配置することができ、配置の自由度が向上する。
なお、モータ２の出力軸８２に設けたプーリと回転軸３に設けたプーリとの間にタイミングベルトを巻回することによりモータ２の回転速度を減速させることも可能である。また、出力軸８２及び回転軸３に数枚の薄い円錐形の摩擦板を設け、互いにかみ合わせて動力を伝達する無断変速方式を採用することも可能である。
また、回転体内通路４３及び回転翼５の数は本実施形態に示した数に限定するものではなく、回転体内通路４３及び回転翼５の数を各３個以上とすることも可能である。
また、本実施形態では往復動式のエアシリンダ７、つまり、往復動式のエアポンプにより空気を圧送する構成としたが、回転式（ギア式やトロコイド式やベーン式）のエアポンプとすることも可能である。
【００２９】
＜第二実施形態＞
また、別の実施形態として、回転体１０４を上下に複数個設けることも可能である。図８及び図９に示すように、第一実施形態と比較して、回転軸３に延長軸３５を接続して延長し、回転軸３及び延長軸３５に複数個の回転体１０４・１０４を設けたものである。ここで、下端に配置された回転体１０４の構成は第一実施形態の回転体４の構成と同一であるので説明を省略する。また、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００３０】
回転軸３の下端には延長軸３５と接続するための接続部が設けられており、本実施形態においては、接続部は螺子で構成されている。
中途部に配置された回転体１０４の連結孔１４１は上下が開放されている。また、連結孔１４１の側面に複数の連通孔１４２・１４２が穿設されている。連通孔１４２の数は、後述する回転体内通路１４３の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては２個設けられている。回転体内通路１４３は、回転体１０４の中心から半径方向外側へ突設されており、一端が連通孔１４２と連結されている。また、回転体内通路１４３の半径方向外側の他端は、回転翼５に設けられた回転翼内通路５１と連結されている。
【００３１】
また、連通孔の下側の開口部から下方へ延長軸が突設されており、延長軸３５の下端部には回転体１０４が設けられている。このようにして複数個の回転体１０４を回転軸３と延長軸３５との間、延長軸３５と延長軸３５との間、及び延長軸３５の下端に設けることができる。
【００３２】
＜第三実施形態＞
また、別の実施形態として、回転体２０４を平面視円盤状に形成することも可能である。図１０及び図１１に示すように、第一実施形態と比較して回転体２０４の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００３３】
回転体２０４は、平面視円盤状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体２０４の平面中心には、回転軸３の下端と一致するように連結孔２４１が設けられている。連結孔２４１はその下面が閉じられており、その側面に複数の連通孔２４２が穿設されている。連通孔２４２の数は、後述する回転体内通路２４３の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては２個設けられている。回転体２０４の中心から半径方向外側へ複数の回転体内通路２４３が設けられており、一端が連通孔２４２と連結されている。また、回転体内通路２４３の半径方向外側の他端は、回転翼５に設けられた回転翼内通路５１と連結されている。
【００３４】
また、回転体２０４の半径方向外側であって、回転翼５の回転方向前方には、防護部材２６０が設けられている。防護部材２６０は、回転体２０４の外周に固定されており、回転体２０４と略同じ厚さで形成されている。また、防護部材２６０は平面視略扇形状に形成されており、回転方向と対向する面が円弧状に形成されている。
回転体２０４を平面視円盤状に構成することにより、回転体２０４が回転した場合であっても、回転体２０４にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。また、防護部材２６０を回転翼５の回転方向前方に設けたことにより、図１１に示すように、回転翼５に向かう水流が回転体２０４の半径方向外側へ方向を変えるため、回転翼５にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。
【００３５】
＜第四実施形態＞
また、別の実施形態として回転体３０４を平面視略正方形状に形成し、回転翼３０５を平面視略三角形状に形成することも可能である。図１２に示すように、第一実施形態と比較して回転体３０４及び回転翼３０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００３６】
回転体３０４は、平面視略正方形状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体３０４の平面中心から正方形の各辺中心方向に回転体内通路３４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。
【００３７】
回転翼３０５は平面視略三角形状に設けられている。
また、回転翼３０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼３０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼３０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００３８】
また、回転翼３０５は、回転体３０４の周囲に４枚設けられており、各回転翼３０５の一辺が前記回転体３０４の各辺と一致するように設けられている。
また、回転翼３０５には回転翼内通路３５１が設けられている。回転翼内通路３５１は、回転翼３０５の内部に設けられ、回転翼３０５の中途部まで設けられている。回転翼内通路３５１の一端は回転体内通路３４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路３４３、及び回転翼内通路３５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
このように構成することにより、回転体３０４が回転した場合であっても、回転体３０４にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。
【００３９】
＜第五実施形態＞
また、別の実施形態として回転体４０４を平面視略円盤状に形成し、複数の回転翼４０５を平面視略直方体状に形成して、回転体４０４の上面から垂直に立設することも可能である。図１３及び図１４に示すように、第一実施形態と比較して回転体４０４及び回転翼４０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００４０】
回転体４０４は、平面視略円盤状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体４０４の平面中心から半径方向外側に回転体内通路４４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。回転体内通路４４３は、半径方向中途部まで設けられている。また、回転体内通路４４３は、本実施形態においては中心から６方向に６つ設けられている。回転体内通路４４３の半径方向外側の端部は、回転翼４０５に設けられた後述する回転翼内通路４５１と連結されている。
【００４１】
また、回転翼４０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼４０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼４０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００４２】
また、６つの回転翼４０５は、回転体４０４の上面に、回転体４０４の上面と垂直に立設されている。前記各回転翼４０５は、回転体４０４の半径方向内側の肉厚が薄く、半径方向外側の肉厚が厚くなるように板状（平面断面視略流線型）に形成されている。
また、図１４に示すように、回転体４０４の回転方向に対して回転翼４０５の前方部分が後方部分よりも半径方向外側になるように配置されている。このように構成することにより、回転体４０４及び回転翼４０５を回転させることで下向きの水流を作ることができる。
【００４３】
回転翼４０５の肉厚の部分には回転翼内通路４５１が設けられている。回転翼内通路４５１は、回転翼４０５下端から回転翼４０５中途部まで回転体４０４の上面と垂直に設けられている。回転翼内通路４５１の下端は回転体内通路４４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路４４３、及び回転翼内通路４５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
【００４４】
＜第六実施形態＞
また、別の実施形態として回転体５０４を平面視略円盤状に形成し、回転翼５０５をプロペラ状に形成して、回転体５０４の外周に設けることも可能である。図１５に示すように、第一実施形態と比較して回転体５０４及び回転翼５０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００４５】
回転体５０４は、平面視略円盤状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体５０４の平面中心から半径方向に回転体内通路５４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。回転体内通路５４３の断面は円形状になるように構成されている。また、回転体内通路５４３は、本実施形態においては２本設けられている。回転体内通路５４３の半径方向外側の端部は、回転翼５０５に設けられた後述する回転翼内通路５５１と連結されている。
【００４６】
また、回転翼５０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼５０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼５０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００４７】
また、２つの回転翼５０５は、プロペラ状に形成されている。回転翼５０５の内部には回転翼内通路５５１が設けられている。回転翼内通路５５１は、断面が円形状となるように形成されている。回転翼内通路５５１の一端は回転体内通路５４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路５４３、及び回転翼内通路５５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
このように構成することにより、プロペラ状に形成した回転翼５０５によって水流を効率的に起こすことができ、超微細気泡を下方に送ることができる。
【００４８】
＜第七実施形態＞
また、別の実施形態として回転体６０４を平面視略矩形状に形成し、回転翼６０５を直方体状に形成して、回転体６０４の半径方向外側両端部から下方に向けて延びるように設けることも可能である。図１６及び図１７に示すように、第一実施形態と比較して回転体６０４及び回転翼６０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００４９】
回転体６０４は、平面視略矩形状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体６０４の平面中心から長手方向に回転体内通路６４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。回転体内通路６４３の半径方向外側の端部は、回転翼６０５に設けられた後述する回転翼内通路６５１と連結されている。
【００５０】
また、回転翼６０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼６０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼６０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００５１】
また、２つの回転翼６０５は、直方体状に形成されており、その上端が回転体６０４の下面に連結されている。回転翼６０５の内部には回転翼内通路６５１が設けられている。回転翼内通路６５１の一端は回転体内通路６４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路６４３、及び回転翼内通路６５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
また、各回転翼６０５は、回転翼６０５の平面視中心を回転中心として角度を変更することができる。このように構成することにより、回転翼６０５を回転させて角度を変更することで、回転翼６０５の作り出す水流の方向を調整することができる。
また、回転翼６０５同士が、その下端に設けられた固定具６０６により固定されている。このように構成することにより、回転翼６０５が揺動するのを防止することができる。
このように構成することにより、回転翼６０５によって水流を効率的に起こすことができ、超微細気泡を下方に送ることができる。
【００５２】
以上のように、超微細気泡発生装置１は、モータ２と、モータ２と連結されており、中央部に回転軸内通路３１を設けた回転軸３と、回転軸３の下部に回転軸３と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体４と、回転体４の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼５と、回転軸３の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構６と、クランク機構６を介して回転軸３と連結されたエアシリンダ７と、を備え、前記モータは、回転速度を変化させるインバータ２３を備え、エアシリンダ７の摺動速度と回転体４の回転速度とを対応させたものである。
このように構成することにより、回転翼５を高密度複合体で構成したので、粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、回転翼５を回転させることで、超微細気泡が発生した瞬間に回転翼５から離間させることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。また、回転翼５の回転速度に比例して超微細気泡発生量が増減することにより、回転速度に適した超微細気泡を効率よく発生させることができる。また、回転翼５を高密度複合体で構成したので、膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置１の損傷や劣化を防ぐことができる。また、エアシリンダ７は簡易な構造でありメンテナンスの必要性が小さい。したがって、耐久性が高くなりメンテナンス費用を省くことが可能となる。また、エアシリンダ７は、普及品であるから部品調達が容易であり、調達コストを省くことが可能である。また、回転体４及び回転翼５を回転させることにより、下向きの水流を起こし、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。
【００５３】
また、クランク機構６は、回転板６１と連結部材６２とを備え、連結部材６２の回転中心からの偏心量を調整可能に構成したものである。
このように構成することにより、エアシリンダ７内の圧縮時の部屋の容積を変更することができ、エアシリンダ７から圧送される空気の圧力を変更することができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 超微細気泡発生装置
２ モータ
３ 回転軸
４ 回転体
５ 回転翼
６ クランク機構
７ エアシリンダ
２３ インバータ
６１ 回転板
６２ 連結部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液中において微細な気泡を発生させる超微細気泡発生装置の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水道水や湖沼・河川、海水等の液中において気泡のサイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの超微細気泡を使用する技術が注目されている。前記超微細気泡は、表面積が非常に大きい特性及び自己加圧効果などの物理化学的な特性を有しており、その特性を生かして、排水浄化、洗浄、浴槽内での身体ケア及び魚介類の養殖等に使用する技術が開発されている。特に排水浄化及び魚介類の養殖等の分野においては、空気を効率よく水中に溶存させる技術が求められており、その解決策として超微細気泡を使用する技術が注目されている。
【０００３】
前記特性を持った超微細気泡の発生方法として、従来から、コンプレッサにより圧送された空気を放出する空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより放出する気泡を引きちぎって微細化する方法は公知となっている。また、攪拌してできた気泡をメッシュ部材に当てて通しながら気泡を細分化する方法も公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
また、水中で露出した回転体を回転させて、回転体を支持する中空の回転軸の内部を通じて空気を送り込み、前記回転体から空気を放出させ、水中に気泡を拡散させる装置が公知となっている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９５８３４６号公報
【特許文献２】特開２００４−８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、空気ノズルの周囲に液体ジェットノズルを配置し、液体ジェットノズルの噴流の力で空気ノズルより噴出する気泡を引きちぎって微細化する方法は、ノズルの孔径に限界があり粒径を安定させることは困難である。また、回転体を回転させる方法については、回転体から空気を放出させる際に、微細気泡の直径が大きくなってしまい、攪拌して気泡を拡散させても均一に直径の小さな微細気泡を作るのは難しかった。
また、空気をコンプレッサにより圧送する方法では、コンプレッサの寿命が短いため、メンテナンスの費用がかかっていた。また、湖沼・河川、海水等の液中において超微細気泡装置を使用する場合には、コンプレッサの寿命がさらに短くなるため、メンテナンスの費用がさらに多くかかっていた。
さらに、特に排水浄化及び魚介類の養殖においては、深い場所にまで空気を送り、溶存する酸素量（空気量）を向上させるための技術が必要となっていた。
【０００６】
そこで、本発明はかかる課題に鑑み、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、耐久性が高くメンテナンス及び運用のための費用を省くことを可能とする超微細気泡発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００８】
即ち、請求項１においては、モータと、前記モータと連結されており、中央部に回転軸内通路を設けた回転軸と、前記回転軸の下部に回転軸と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体と、前記回転体の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼と、前記回転軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、前記クランク機構を介して前記回転軸と連結されたエアシリンダと、を備え、前記モータは、回転速度を変化させる速度可変機構を備え、前記エアシリンダの摺動速度と前記回転体の回転速度とを対応させたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１０】
請求項１においては、回転翼を高密度複合体で構成したので、粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、回転翼を回転させることで、超微細気泡が発生した瞬間に回転翼から離間させることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。また、回転翼の回転速度に比例して超微細気泡発生量が増減することにより、回転速度に適した超微細気泡を効率よく発生させることができる。また、回転翼を高密度複合体で構成したので、膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置の損傷や劣化を防ぐことができる。また、エアシリンダは簡易な構造でありメンテナンスの必要性が小さい。したがって、耐久性が高くなりメンテナンス費用を省くことが可能となる。また、エアシリンダは、普及品であるから部品調達が容易であり、調達コストを省くことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。
【図２】回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図３】回転体及び回転翼を示す平面一部断面図。
【図４】（ａ）回転翼のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）回転翼の断面一部拡大図。
【図５】回転翼の側面図。
【図６】エアシリンダの側面断面図。
【図７】電気モータを用いた超微細気泡発生装置の全体的な構成を示した正面一部断面図。
【図８】第二実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図９】第二実施形態に係る回転体及び回転翼を示す正面一部断面図。
【図１０】第三実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１１】第三実施形態に係る回転体及び回転翼を示す平面一部断面図。
【図１２】第四実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１３】第五実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１４】第五実施形態に係る回転体及び回転翼を示す平面図。
【図１５】第六実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１６】第七実施形態に係る回転体及び回転翼を示す斜視図。
【図１７】第七実施形態に係る回転体及び回転翼を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の一実施形態にかかる超微細気泡発生装置１の全体構成について図１及び図２を用いて説明する。
超微細気泡発生装置１は、水中において超微細気泡を発生させるための装置である。ここで超微細気泡とは、サイズ（直径）が数百ｎｍ〜数十μｍの気泡を意味する。超微細気泡発生装置は、特に、湖沼・河川、海水等の液中において超微細気泡を発生させて水質を浄化させるために使用される。
超微細気泡発生装置１は、モータ２と、モータ２と連結されており、中央部に回転軸内通路３１を設けた回転軸３と、回転軸３の下部に設けられた少なくとも一以上の回転体４と、回転体４の端部に設けられた回転翼５と、回転軸３の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構６と、クランク機構６を介して回転軸３と連結されたエアシリンダ７と、を備える。超微細気泡発生装置１を水中で使用する場合には、回転軸３の中途部から下の部分が水中に配置される。
【００１３】
モータ２は、電気をエネルギー源とし回転力を発生させる装置である。また、モータ２は、トルクを増加させるために回転数を減速させる減速装置としての歯車装置２２と連結している。歯車装置２２は、モータ２の図示せぬ出力軸に連結されており、ギアケース２２ａに格納されている。
また、モータ２は、出力軸の回転数を電気的に変化させるための速度可変機構としてのインバータ２３に接続されている。インバータ２３は、制御装置２４に接続されている。これにより、制御装置２４によってインバータ２３を制御することでモータ２の回転数を変化させることができる。
モータ２、インバータ２３及び制御装置２４は、電源２５と接続されている。モータ２を作動させて後述する回転体４を駆動するために必要とする電力は数十Ｗから多くても百Ｗ程度であるため、電源２５は、太陽光発電装置を使用することもできる。また、バッテリや商用電源等から電力を供給してモータ２を作動させることも可能である。
モータ２には図示せぬ出力軸が設けられており、該出力軸に歯車装置２２が接続されている。歯車装置２２は、複数の歯車から構成されており、前記出力軸の回転速度を減速させてトルクを向上させる。歯車装置２２の最も下流側の歯車は回転軸３に固設された図示せぬ伝動歯車と噛合している。
【００１４】
回転軸３は、ギアケース２２ａを上下方向に貫通するように設けられており、モータ２から歯車装置２２を介して動力が伝達される。回転軸３は、中空に構成されており、その中空となっている中心部は空気を通すための回転軸内通路３１として構成されている。回転軸３の中途部であってギアケース２２ａ内部に位置する部分には、歯車装置２２の最も下流の歯車と噛合する前記図示せぬ伝動歯車が固設されている。回転軸３の下部には回転体４が回転軸３と相対回転不能に設けられている。本実施形態においては、回転体４は回転軸３の下端に設けられている。
【００１５】
回転体４は、図３に示すように、回転軸３の下端に設けられており、回転軸３の下端と回転体４の平面中心に設けられた連結孔４１とが一致するように設けられている。連結孔４１はその下面が閉じられており、その側面に複数の連通孔４２が穿設されている。連通孔４２の数は、後述する回転体内通路４３の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては２個設けられている。
回転体内通路４３は、回転体４の中心から半径方向外側へ突設されており、一端が連通孔４２と連結されている。また、回転体内通路４３の半径方向外側の他端は、回転翼５に設けられた回転翼内通路５１と連結されている。
【００１６】
回転翼５は高密度複合体で構成されており、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００１７】
また、回転翼５は、回転方向（図２の矢印方向）先頭部の肉厚が厚く、回転方向終端部の肉厚が薄くなるように板状（断面視略流線型）に形成されている。回転翼５は回転体４他端部を中心として上下方向へ回転させて固定することができ、これにより、回転翼の傾斜角を自由に変更することができるよう構成されている。
例えば、図５に示すように、回転翼５を下方に傾斜させた場合には、回転翼５下側においては、回転翼５下面と接触した水が下側に流れることにより、下向きの水流が起こり、回転翼５上側においては、回転翼５の上面に沿って水が流れることにより、下向きの水流が発生する。これにより、回転翼５を回転させることで下向きの水流を起こし、水を攪拌することもできる。
下向きの水流を起こした場合であっても、通常の気泡であれば一旦下方へ沈んだ後再び上方へ浮上するため、大きな圧力をかけて気泡を下方へ送る必要があった。しかし、本実施形態によれば、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、下向きの水流を起こすだけで超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。
【００１８】
回転翼５には回転翼内通路５１が設けられている。回転翼内通路５１は、回転翼５の内部に設けられ、回転翼５の短手方向中途部から屈曲して、回転翼５の長手方向の中途部まで設けられている。回転翼内通路５１の一端は回転体内通路４３と連結されている。回転軸内通路３１、連結孔４１、連通孔４２、回転体内通路４３、及び回転翼内通路５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
【００１９】
また、図１に示すように、回転軸３の上部にはクランク機構６が設けられている。本実施形態においては、回転軸３の上端にクランク機構６が設けられている。クランク機構６は、回転軸３の上端に固定された回転板６１と、該回転板６１に回転中心から偏心して固定された連結部材６２とから構成されている。連結部材６２は後述するシリンダロッド７２にベアリング等を介して接続されている。
【００２０】
エアシリンダ７は、図１に示すように、シリンダ本体７１とシリンダロッド７２とから構成されている。シリンダ本体７１は筒状に構成されており、シリンダロッド７２挿入側と反対側の端部は閉塞されている。シリンダ本体７１の閉塞部にはシリンダ回動軸７３が設けられており、シリンダ回動軸７３は固定部材７４に固定されている。これにより、シリンダ本体７１はシリンダ回動軸７３を中心として回動可能に固定されている。また、シリンダロッド７２の一端は連結部材６２とベアリング等を介して連結しており、連結部材６２の揺動に合わせてシリンダ本体７１長手方向に平行な方向に摺動する。この際、シリンダロッド７２のシリンダ本体７１長手方向と垂直な方向への移動はシリンダ本体７１が回動することにより吸収される。
【００２１】
シリンダ本体７１内はシリンダロッド７２先端に設けたピストンによって二つの部屋に分けられており、それぞれの部屋に空気管７５・７５と吸入弁７６・７６が連通されている。各空気管７５の一端は吐出弁７８を介してシリンダ本体７１の各部屋と連通し、他端は合流管７７に連通されており、合流管７７の他端は回動軸内通路３１と連結している。吸入弁７６・７６は一端を前記シリンダ本体７１の各部屋と連通し、他端はエアフィルタ７９を介して外部（外気側）と連通している。エアフィルタ７９は、空気中のゴミ等を取り除くためのフィルタである。合流管７７は回転軸３の上部に設けられており、回転軸３と相対回転可能に嵌設されており、回転軸３と連通されている。
【００２２】
次に、超微細気泡発生装置１による微細気泡の発生方法について説明する。
まず、モータ２を駆動させる。モータ２の駆動力はギアケース２２ａ内の歯車装置２２に伝わり、歯車装置２２から図示せぬ伝動歯車に伝わる。そして当該伝動歯車が回転することにより回転軸３を回動させる。ここで、回転軸３の回動する方向は、図２の矢印方向であり、平面視反時計回りに回動する。
【００２３】
回転軸３が回動すると回転軸３の上端に設けられたクランク機構６の回転板６１が回転する。回転板６１が回転すると、回転板６１に設けられた連結部材６２が平面視円形状に移動し、連結部材６２と連結されたシリンダロッド７２が連動して往復移動する。シリンダロッド７２が往復移動する際、シリンダ本体７１の長手方向と平行な方向以外の移動は、シリンダ本体７１がシリンダ回動軸７３を中心に回動するため吸収される。そのため、シリンダロッド７２はシリンダ本体７１内をシリンダ本体７１長手方向に平行な方向に往復摺動する。
【００２４】
シリンダロッド７２が縮小方向（図１における左方向）へ摺動すると、図１における左側の部屋内の空気が空気管７５から合流管７７へと圧送される。また、図１における右側（反対側）の部屋の空気管７５は吐出弁７８により閉じられ、吸入弁７６を介して空気が流入する。
逆に、シリンダロッド７２が伸長方向（前記と反対側）へ摺動すると、図１における右側の部屋内の空気が空気管７５から合流管７７へと圧送される。また、図１における左側の部屋の空気管７５は吐出弁７８により閉じられ、吸入弁７６を介して空気が流入する。このように構成することにより、クランク機構６によりピストンロッド７２が往復摺動されて、エアシリンダ７から空気が合流管７７へ送られ、さらに回転軸内通路３１へと送られる。
【００２５】
シリンダ本体７１から圧送される空気の圧力は、図６に示すように、シリンダ本体７１内の圧縮時の部屋の容積Ｖ１とシリンダ本体７１の出口と吸入弁７６と吐出弁７８とによって囲まれた空気管７５の容積Ｖ２との比率によって決定される。そこで、クランク機構６の連結部材６２の回転中心からの偏心距離を変更することにより、シリンダ本体７１内の圧縮時の部屋の容積Ｖ１を変更することができ、シリンダ本体７１から圧送される空気の圧力を変更することができる。
また、エアシリンダ７の口径を変更することにより、一回の摺動によって圧送される空気の量及び圧送される空気の圧力を変更することができる。
【００２６】
また、回転軸３が回動すると回転軸３の下端に設けられた回転体４が回転する。回動軸内通路３１へと送られた空気は、回動軸内通路３１を通り、連結孔４１及び連通孔４２を介して回転体内通路４３へと送られる。回転体内通路４３へと送られた空気は、回転翼内通路５１へと送られ、回転翼内通路５１から回転翼５に設けられた直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を通って、超微細気泡となり水中へ放出される。水中へ放出される超微細気泡は、回転翼表面に放出された瞬間に、回転する回転翼と周りの水との間に生まれた流れ（図４矢印方向の流れ）によって、表面から離間される。このように構成することにより、後から発生する超微細気泡や周辺の孔から発生する超微細気泡と合体することなく単独で液中へ移動することとなる。
【００２７】
回転軸３の回転速度を調節することにより、超微細気泡の発生量を調節することができる。回転軸３の回転速度を低下させると、シリンダロッド７２の摺動速度が低下するためエアシリンダ７から圧送される空気の量は減少する。同時に回転体４及び回転翼５の回転速度も低下し、少ない量の超微細気泡を効率よく放出することができる。
また、回転軸３の回転速度を上昇させると、シリンダロッド７２の摺動速度が上昇するためエアシリンダ７から圧送される空気の量は増加する。同時に回転体４及び回転翼５の回転速度も上昇するため、多量の超微細気泡を効率よく放出することができる。
【００２８】
なお、本実施形態においてはモータ２の回転速度を減速させる機構として歯車装置２２を用いたが、これに限定するものではなく、例えば、図７に示すように、モータ２の出力軸８２に設けた歯車と、回転軸３に設けた伝動歯車との間にチェーンを巻回することによりモータ２の回転速度を減速させてもよい。これにより、モータ２と回転軸３とを別の位置に配置することができ、配置の自由度が向上する。
なお、モータ２の出力軸８２に設けたプーリと回転軸３に設けたプーリとの間にタイミングベルトを巻回することによりモータ２の回転速度を減速させることも可能である。また、出力軸８２及び回転軸３に数枚の薄い円錐形の摩擦板を設け、互いにかみ合わせて動力を伝達する無断変速方式を採用することも可能である。
また、回転体内通路４３及び回転翼５の数は本実施形態に示した数に限定するものではなく、回転体内通路４３及び回転翼５の数を各３個以上とすることも可能である。
また、本実施形態では往復動式のエアシリンダ７、つまり、往復動式のエアポンプにより空気を圧送する構成としたが、回転式（ギア式やトロコイド式やベーン式）のエアポンプとすることも可能である。
【００２９】
＜第二実施形態＞
また、別の実施形態として、回転体１０４を上下に複数個設けることも可能である。図８及び図９に示すように、第一実施形態と比較して、回転軸３に延長軸３５を接続して延長し、回転軸３及び延長軸３５に複数個の回転体１０４・１０４を設けたものである。ここで、下端に配置された回転体１０４の構成は第一実施形態の回転体４の構成と同一であるので説明を省略する。また、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００３０】
回転軸３の下端には延長軸３５と接続するための接続部が設けられており、本実施形態においては、接続部は螺子で構成されている。
中途部に配置された回転体１０４の連結孔１４１は上下が開放されている。また、連結孔１４１の側面に複数の連通孔１４２・１４２が穿設されている。連通孔１４２の数は、後述する回転体内通路１４３の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては２個設けられている。回転体内通路１４３は、回転体１０４の中心から半径方向外側へ突設されており、一端が連通孔１４２と連結されている。また、回転体内通路１４３の半径方向外側の他端は、回転翼５に設けられた回転翼内通路５１と連結されている。
【００３１】
また、連通孔の下側の開口部から下方へ延長軸が突設されており、延長軸３５の下端部には回転体１０４が設けられている。このようにして複数個の回転体１０４を回転軸３と延長軸３５との間、延長軸３５と延長軸３５との間、及び延長軸３５の下端に設けることができる。
【００３２】
＜第三実施形態＞
また、別の実施形態として、回転体２０４を平面視円盤状に形成することも可能である。図１０及び図１１に示すように、第一実施形態と比較して回転体２０４の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００３３】
回転体２０４は、平面視円盤状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体２０４の平面中心には、回転軸３の下端と一致するように連結孔２４１が設けられている。連結孔２４１はその下面が閉じられており、その側面に複数の連通孔２４２が穿設されている。連通孔２４２の数は、後述する回転体内通路２４３の数と同じとなるように設けられており、本実施形態においては２個設けられている。回転体２０４の中心から半径方向外側へ複数の回転体内通路２４３が設けられており、一端が連通孔２４２と連結されている。また、回転体内通路２４３の半径方向外側の他端は、回転翼５に設けられた回転翼内通路５１と連結されている。
【００３４】
また、回転体２０４の半径方向外側であって、回転翼５の回転方向前方には、防護部材２６０が設けられている。防護部材２６０は、回転体２０４の外周に固定されており、回転体２０４と略同じ厚さで形成されている。また、防護部材２６０は平面視略扇形状に形成されており、回転方向と対向する面が円弧状に形成されている。
回転体２０４を平面視円盤状に構成することにより、回転体２０４が回転した場合であっても、回転体２０４にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。また、防護部材２６０を回転翼５の回転方向前方に設けたことにより、図１１に示すように、回転翼５に向かう水流が回転体２０４の半径方向外側へ方向を変えるため、回転翼５にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。
【００３５】
＜第四実施形態＞
また、別の実施形態として回転体３０４を平面視略正方形状に形成し、回転翼３０５を平面視略三角形状に形成することも可能である。図１２に示すように、第一実施形態と比較して回転体３０４及び回転翼３０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００３６】
回転体３０４は、平面視略正方形状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体３０４の平面中心から正方形の各辺中心方向に回転体内通路３４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。
【００３７】
回転翼３０５は平面視略三角形状に設けられている。
また、回転翼３０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼３０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼３０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００３８】
また、回転翼３０５は、回転体３０４の周囲に４枚設けられており、各回転翼３０５の一辺が前記回転体３０４の各辺と一致するように設けられている。
また、回転翼３０５には回転翼内通路３５１が設けられている。回転翼内通路３５１は、回転翼３０５の内部に設けられ、回転翼３０５の中途部まで設けられている。回転翼内通路３５１の一端は回転体内通路３４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路３４３、及び回転翼内通路３５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
このように構成することにより、回転体３０４が回転した場合であっても、回転体３０４にゴミなどの固体物が絡まりにくくなり、耐久性が向上し、メンテナンス費用を省くことが可能となる。
【００３９】
＜第五実施形態＞
また、別の実施形態として回転体４０４を平面視略円盤状に形成し、複数の回転翼４０５を平面視略直方体状に形成して、回転体４０４の上面から垂直に立設することも可能である。図１３及び図１４に示すように、第一実施形態と比較して回転体４０４及び回転翼４０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００４０】
回転体４０４は、平面視略円盤状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体４０４の平面中心から半径方向外側に回転体内通路４４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。回転体内通路４４３は、半径方向中途部まで設けられている。また、回転体内通路４４３は、本実施形態においては中心から６方向に６つ設けられている。回転体内通路４４３の半径方向外側の端部は、回転翼４０５に設けられた後述する回転翼内通路４５１と連結されている。
【００４１】
また、回転翼４０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼４０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼４０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００４２】
また、６つの回転翼４０５は、回転体４０４の上面に、回転体４０４の上面と垂直に立設されている。前記各回転翼４０５は、回転体４０４の半径方向内側の肉厚が薄く、半径方向外側の肉厚が厚くなるように板状（平面断面視略流線型）に形成されている。
また、図１４に示すように、回転体４０４の回転方向に対して回転翼４０５の前方部分が後方部分よりも半径方向外側になるように配置されている。このように構成することにより、回転体４０４及び回転翼４０５を回転させることで下向きの水流を作ることができる。
【００４３】
回転翼４０５の肉厚の部分には回転翼内通路４５１が設けられている。回転翼内通路４５１は、回転翼４０５下端から回転翼４０５中途部まで回転体４０４の上面と垂直に設けられている。回転翼内通路４５１の下端は回転体内通路４４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路４４３、及び回転翼内通路４５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
【００４４】
＜第六実施形態＞
また、別の実施形態として回転体５０４を平面視略円盤状に形成し、回転翼５０５をプロペラ状に形成して、回転体５０４の外周に設けることも可能である。図１５に示すように、第一実施形態と比較して回転体５０４及び回転翼５０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００４５】
回転体５０４は、平面視略円盤状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体５０４の平面中心から半径方向に回転体内通路５４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。回転体内通路５４３の断面は円形状になるように構成されている。また、回転体内通路５４３は、本実施形態においては２本設けられている。回転体内通路５４３の半径方向外側の端部は、回転翼５０５に設けられた後述する回転翼内通路５５１と連結されている。
【００４６】
また、回転翼５０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼５０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼５０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００４７】
また、２つの回転翼５０５は、プロペラ状に形成されている。回転翼５０５の内部には回転翼内通路５５１が設けられている。回転翼内通路５５１は、断面が円形状となるように形成されている。回転翼内通路５５１の一端は回転体内通路５４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路５４３、及び回転翼内通路５５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
このように構成することにより、プロペラ状に形成した回転翼５０５によって水流を効率的に起こすことができ、超微細気泡を下方に送ることができる。
【００４８】
＜第七実施形態＞
また、別の実施形態として回転体６０４を平面視略矩形状に形成し、回転翼６０５を直方体状に形成して、回転体６０４の半径方向外側両端部から下方に向けて延びるように設けることも可能である。図１６及び図１７に示すように、第一実施形態と比較して回転体６０４及び回転翼６０５の構造が異なる。ここで、第一実施形態と同一の番号を付した部分は第一実施形態と同様の構成であるので説明を省略する。
【００４９】
回転体６０４は、平面視略矩形状に構成されており、回転軸３の下端に設けられている。回転体６０４の平面中心から長手方向に回転体内通路６４３が設けられており、図示せぬ連結孔と連結されている。回転体内通路６４３の半径方向外側の端部は、回転翼６０５に設けられた後述する回転翼内通路６５１と連結されている。
【００５０】
また、回転翼６０５は高密度複合体で構成されており、直径数μｍ〜数十μｍの細かな孔を多数有している。また、前記高密度複合体は導電体であり、回転翼６０５から発生する気泡は負の電荷が帯電される。言い換えれば、導電体である回転翼６０５を通過する際に超微細気泡に自由電子が付加されることにより、負の電荷が帯電するものである。この負の電荷により、気泡同士が互いに反発し、合体して大きな気泡になることを防ぐことができる。
【００５１】
また、２つの回転翼６０５は、直方体状に形成されており、その上端が回転体６０４の下面に連結されている。回転翼６０５の内部には回転翼内通路６５１が設けられている。回転翼内通路６５１の一端は回転体内通路６４３と連結されている。回転軸内通路３１、回転体内通路６４３、及び回転翼内通路６５１の各接続部分は密閉されており、液体の内部への侵入を防ぐ。
また、各回転翼６０５は、回転翼６０５の平面視中心を回転中心として角度を変更することができる。このように構成することにより、回転翼６０５を回転させて角度を変更することで、回転翼６０５の作り出す水流の方向を調整することができる。
また、回転翼６０５同士が、その下端に設けられた固定具６０６により固定されている。このように構成することにより、回転翼６０５が揺動するのを防止することができる。
このように構成することにより、回転翼６０５によって水流を効率的に起こすことができ、超微細気泡を下方に送ることができる。
【００５２】
以上のように、超微細気泡発生装置１は、モータ２と、モータ２と連結されており、中央部に回転軸内通路３１を設けた回転軸３と、回転軸３の下部に回転軸３と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体４と、回転体４の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼５と、回転軸３の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構６と、クランク機構６を介して回転軸３と連結されたエアシリンダ７と、を備え、前記モータは、回転速度を変化させるインバータ２３を備え、エアシリンダ７の摺動速度と回転体４の回転速度とを対応させたものである。
このように構成することにより、回転翼５を高密度複合体で構成したので、粒径の小さな超微細気泡を発生させることができ、回転翼５を回転させることで、超微細気泡が発生した瞬間に回転翼５から離間させることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。また、回転翼５の回転速度に比例して超微細気泡発生量が増減することにより、回転速度に適した超微細気泡を効率よく発生させることができる。また、回転翼５を高密度複合体で構成したので、膨張及び収縮による劣化がなく、無機質の素材であるため経時変化による腐蝕がないことから、超微細気泡発生装置１の損傷や劣化を防ぐことができる。また、エアシリンダ７は簡易な構造でありメンテナンスの必要性が小さい。したがって、耐久性が高くなりメンテナンス費用を省くことが可能となる。また、エアシリンダ７は、普及品であるから部品調達が容易であり、調達コストを省くことが可能である。また、回転体４及び回転翼５を回転させることにより、下向きの水流を起こし、超微細気泡の浮力の小さい性質を利用して、超微細気泡を容易に下方まで送ることができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。
【００５３】
また、クランク機構６は、回転板６１と連結部材６２とを備え、連結部材６２の回転中心からの偏心量を調整可能に構成したものである。
このように構成することにより、エアシリンダ７内の圧縮時の部屋の容積を変更することができ、エアシリンダ７から圧送される空気の圧力を変更することができる。したがって、簡易な方法で粒径の小さな超微細気泡を発生させることができる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 超微細気泡発生装置
２ モータ
３ 回転軸
４ 回転体
５ 回転翼
６ クランク機構
７ エアシリンダ
２３ インバータ
６１ 回転板
６２ 連結部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータと、
前記モータと連結されており、中央部に回転軸内通路を設けた回転軸と、
前記回転軸の下部に回転軸と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体と、
前記回転体の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼と、
前記回転軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、
前記クランク機構を介して前記回転軸と連結されたエアシリンダと、
を備え、
前記モータは、回転速度を変化させる速度可変機構を備え、
前記エアシリンダの摺動速度と前記回転体の回転速度とを対応させた、
超微細気泡発生装置。
【請求項１】
モータと、
前記モータと連結されており、中央部に回転軸内通路を設けた回転軸と、
前記回転軸の下部に回転軸と相対回転不能に設けられた少なくとも一以上の回転体と、
前記回転体の端部に設けられ、高密度複合体で構成された回転翼と、
前記回転軸の回転運動を往復運動に変換するためのクランク機構と、
前記クランク機構を介して前記回転軸と連結されたエアシリンダと、
を備え、
前記モータは、回転速度を変化させる速度可変機構を備え、
前記エアシリンダの摺動速度と前記回転体の回転速度とを対応させた、
超微細気泡発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１１３５５（Ｐ２０１２−１１３５５Ａ）
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１５２３２３（Ｐ２０１０−１５２３２３）
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【出願人】（５０４０７７３０８）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１９日（２０１２．１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２日（２０１０．７．２）
【出願人】（５０８２３１２５６）株式会社西研デバイズ (8)
【出願人】（５０４０７７３０８）
【Ｆターム（参考）】
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