JP7112197B2 - 微細気泡発生装置および洗濯機 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、微細気泡発生装置および洗濯機に関する。

従来、水などの液体が流れる流路の断面積を局所的に縮小することでその流路を通る液体を急激に減圧させ、これにより液体中の溶存空気を析出させて微細気泡を発生させることができる微細気泡発生装置が知られている。従来の微細気泡発生装置では、発生させる微細気泡の原料は溶存成分であり、そのため、微細気泡の生成濃度、つまり微細気泡の発生量に限りがあった。

また、従来の微細気泡発生装置は、例えば流路を形成する部材に、先端が尖った雄ねじ部材をねじ込んでその雄ねじ部材の先端部を流路内に突出させることで、流路内に微小な隙間を形成していた。しかしながら、このような従来技術では、ユーザは、小さく扱い難い雄ねじ部材を、流路を形成する部材に対して複数本も組み付けなければならない。さらに、このような従来技術では、ユーザは、雄ねじ部材を組み付けた後にこの雄ねじ部材の突出量を調整しなければならない。そのため、従来技術では、微細気泡発生装置の組み立てや調整に手間を要しており、微細気泡発生装置の生産性が低かった。

特開２０１２－４０４４８号公報

そこで、装置の生産性の向上を図ることができるとともに、微細気泡の発生量を増加させることができる微細気泡発生装置および洗濯機を提供する。

実施形態の微細気泡発生装置は、液体が通過可能な流路を有する流路部材と、前記流路部材の内部に嵌め込まれ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を有する減圧部材と、の少なくとも２つの部材により構成される。この微細気泡発生装置は、前記減圧部材の負圧発生箇所へと繋がる出口孔と、前記流路部材に設けられた外気を導入するための外気導入孔と、前記外気導入孔と前記出口孔とを連通させる外気導入経路と、を備える。上記構成において、前記衝突部は、前記減圧部材と一体に形成されており、前記流路を遮る方向に突出する複数の突出部を有し、複数の前記突出部は、先端部が尖った錐状に形成され、その錐状の先端部を相互に所定間隔だけ離間した状態で突き合わせて配置されており、前記突出部の下流側の端面に衝突部側溝が形成されており、前記衝突部側溝が前記出口孔として機能する。また、上記構成において、前記衝突部は、前記減圧部材と一体に形成されており、前記流路を遮る方向に突出する複数の突出部と、それら突出部同士を接続する薄肉部と、を有し、複数の前記突出部は、先端部が尖った錐状に形成され、その錐状の先端部を相互に所定間隔だけ離間した状態で突き合わせて配置されており、前記薄肉部の下流側の端面に衝突部側溝が形成されており、前記衝突部側溝が前記出口孔として機能する。

第１実施形態に係る微細気泡発生装置の適用対象の一例であるドラム式洗濯機の構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る微細気泡発生装置の適用対象の一例である縦型洗濯機の構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る微細気泡発生装置が注水ケースに組み込まれた状態を模式的に示す部分断面図 第１実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を模式的に示す断面図 第１実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を模式的に示す上面図 第１実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を模式的に示す側面図 第１実施形態に係る衝突部の構成を模式的に示すもので、図４のＸ７－Ｘ７線に沿う縦断面図 第１実施形態に係る衝突部の構成を模式的に示すもので、図７に対してギャップ領域、スリット領域およびセグメント領域を区別して示す拡大図 第２実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を模式的に示す断面図 第２実施形態に係る衝突部の構成を模式的に示すもので、図９のＸ１０－Ｘ１０線に沿う縦断面図 第２実施形態に係る減圧部材の構成を模式的に示す断面図 第３実施形態に係る衝突部の構成を模式的に示すもので、図１０と同様の箇所を示す縦断面図 第３実施形態に係る減圧部材の構成を模式的に示す断面図 第４実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を模式的に示す断面図 第４実施形態に係る衝突部の構成を模式的に示すもので、図１４のＸ１５－Ｘ１５線に沿う縦断面図 第４実施形態に係る減圧部材の構成を模式的に示す断面図 第５実施形態に係る衝突部の構成を模式的に示すもので、図１５と同様の箇所を示す縦断面図 第５実施形態に係る減圧部材の構成を模式的に示す断面図 第６実施形態に係る微細気泡発生装置の構成を模式的に示す断面図

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。

（第１実施形態）
微細気泡発生装置を洗濯機に適用した例について図１～図８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および排水弁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の回転軸が水平また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および排水弁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および図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および図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および図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、第３シール部材３６および微細気泡発生装置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などを収容可能に構成されている。

注水ケース３１は、図３にその一部を示すように、第１収納部３１１、第２収納部３１２および連通部３１３を有している。第１収納部３１１、第２収納部３１２および連通部３１３は、例えば注水ケース３１の上部寄りの位置に設けられており、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いる。注水ケース３１の内部と外部とは、第１収納部３１１、第２収納部３１２および連通部３１３を介して連通されている。

第１収納部３１１および第２収納部３１２は、例えば円筒形状に形成されている。この場合、第１収納部３１１および第２収納部３１２の順に、内径が小さくなっている。そして、連通部３１３は、第２収納部３１２の円筒形状の底部分を、第２収納部３１２の内径よりも小さい径の円形に貫いて形成されている。第１収納部３１１と第２収納部３１２との境界部分には、第１段部３１４が形成されている。また、第２収納部３１２と連通部３１３との境界部分には、第２段部３１５が形成されている。

電磁給水弁３３は、図１および図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および注水ホース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または図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、微細気泡発生装置４０を介して注水ケース３１に接続されている。

微細気泡発生装置４０は、水などの液体が微細気泡発生装置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装置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。図３の例において、電磁給水弁３３の吐出部３３２から吐出された水は、微細気泡発生装置４０内を図３の右側から左側へ向かって流れる。この場合、図３に示された微細気泡発生装置４０について見ると、図３の紙面右側が微細気泡発生装置４０の上流側となり、図３の紙面左側が微細気泡発生装置４０の下流側となる。

微細気泡発生装置４０は、樹脂製であって、図３～図６に示すように、流路部材５０と、流路部材５０の内部に嵌め込まれた減圧部材６０と、を備えている。流路部材５０および減圧部材６０は、図３および図４に示すように、それぞれ液体が通過可能な流路４１、４２を有している。流路４１、４２は、相互に接続されて連続する１本の流路を構成する。

流路４１、４２を連続する１本の流路と見た場合、減圧部材６０は、連続する流路４１、４２内に設けられた衝突部７０を備えている。衝突部７０は、流路４１、４２の断面積を局所的に縮小することで流路４１、４２を通過する液体中に微細気泡を発生させる。本実施形態の場合、微細気泡発生装置４０は、２つに分割されて別体に構成された流路部材５０および減圧部材６０を組み合わせて構成されている。以下の説明では、２本の流路４１、４２のうち、上流側の流路４２を上流側流路４２と称し、下流側の流路４１を下流側流路４１と称する。

流路部材５０は、図３～図６に示すように、第１収納部５１１、第２収納部５１２、第３収納部５１３および連通部５１４を有している。第１収納部５１１、第２収納部５１２、第３収納部５１３および連通部５１４は、流路部材５０を水平方向に向かって円形状に貫いて形成されている。第１収納部５１１、第２収納部５１２および第３収納部５１３は、例えば円筒形状に形成されている。この場合、第１収納部５１１、第２収納部５１２および第３収納部５１３の順に内径が小さくなっている。

連通部５１４は、第３収納部５１３の円筒形状の底部分を、第３収納部５１３の内径よりも小さい径の円形に貫いて形成されている。第１収納部５１１と第２収納部５１２との境界部分には、第１段部５１５が形成されている。また、第２収納部５１２と第３収納部５１３との境界部分には、第２段部５１６が形成されている。そして、第３収納部５１３と連通部５１４との境界部分には、第３段部５１７が形成されている。

流路部材５０は、図３～図６に示すように、直径が異なる複数の円筒を組み合わせたような形状となっている。具体的には、流路部材５０において、図３～図６における右側の部位である第１円筒部５０ａは最も直径の大きい円筒形状となっており、同中央の部位である第２円筒部５０ｂは２番目に直径が大きい円筒形状となっており、同左側の部位である第３円筒部５０ｃは最も直径の小さい円筒形状となっている。

また、第２円筒部５０ｂの上部における第３円筒部５０ｃ側の端部には、第２円筒部４０ｂの表面に対して直交する方向へと延びる円筒形状の吸気導入部５１８が設けられている。吸気導入部５１８には、外気を導入するための外気導入孔５１９が形成されている。外気導入孔５１９は、第２円筒部４０ｂの内部まで連通している。

図３に示すように、流路部材５０の第２円筒部５０ｂおよび第３円筒部５０ｃは、注水ケース３１の第１収納部３１１及び第２収納部３１２の内側に収納されている。なお、注水ケース３１には、吸気導入部５１８を挿通するための挿入孔３１６が設けられており、吸気導入部５１８の先端は、挿入孔３１６を介して注水ケース３１の外部に露出しており、また、その先端には図示しない吸気用のホースの一端が接続されている。なお、当該ホースの他端は、洗濯機１０、２０の内部または外部の空気を吸入可能な位置に設けられている。また、流路部材５０は、図３および図４などに示すように、内部に下流側流路４１を有している。この場合、注水ケース３１の連通部３１３の内径寸法は、下流側流路４１の内径寸法以上に設定されている。

第１シール部材３４および第２シール部材３５は、例えばゴムなどの弾性部材で構成されたＯリングである。第１シール部材３４は、流路部材５０の第１収納部５１１の内側面と吐出部３３２との間であって、流路部材５０の第１段部５１５部分に設けられている。これにより、電磁給水弁３３の吐出部３３２と、微細気泡発生装置４０とが水密状態で相互に接続されている。また、第２シール部材３５は、注水ケース３１の第１収納部３１１の内側面と流路部材５０の第３円筒部５０ｃとの間であって、注水ケース３１の第１段部３１４部分に設けられている。これにより、注水ケース３１と流路部材５０ひいては微細気泡発生装置４０とが水密状態で相互に接続されている。

減圧部材６０は、図３および図４に示すように、フランジ部６１、中間部６２および挿入部６３を有して構成されている。フランジ部５１は、減圧部材６０における上流側部分を構成している。図３および図４に示すように、フランジ部６１の外径寸法は、流路部材５０の第２収納部５１２の内径寸法よりも僅かに小さく、且つ第３収納部５１３の内径寸法よりも大きい。これにより、減圧部材６０が流路部材５０に組み込まれた場合に、フランジ部６１は、例えばゴムなどの弾性部材で構成されたＯリングである第３シール部材３６を介して第２段部５１６に係止される。

中間部６２は、フランジ部６１と挿入部６３との間を接続する部分である。中間部６２の外径寸法は、フランジ部６１の外径寸法よりも小さく、且つ図３に示すように第３収納部５１３の内径寸法よりも大きい。挿入部６３は、減圧部材６０における下流側部分を構成している。挿入部６３の外径寸法は、中間部６２の外径寸法よりも小さく、且つ第３収納部５１３の内径寸法よりも僅かに小さい。そのため、減圧部材６０の挿入部６３は、流路部材５０の第３収納部５１３内に挿入可能となっている。

減圧部材６０は、図３に示すように、内部に上流側流路４２を有している。上流側流路４２は、絞り部４２１とストレート部４２２とを含んで構成されている。絞り部４２１は、上流側流路４２の入口部分から下流側つまり衝突部７０側へ向かって内径が縮小する形状に形成されている。すなわち、絞り部４２１は、上流側流路４２の断面積つまり液体の通過可能な面積が上流側から下流側へ向かって連続的に徐々に減少するようないわゆる円錐形のテーパ管状に形成されている。ストレート部４２２は、絞り部４２１の下流側に設けられている。ストレート部４２２は、内径が変化しない、すなわち流路の断面積つまり液体の通過可能な面積が変化しない円筒形、いわゆるストレート管状に形成されている。

衝突部７０は、減圧部材６０と一体に形成されている。この場合、衝突部７０は、減圧部材６０の下流側端部に設けられている。衝突部７０は、図７に示すように、複数の突出部７１、この場合、４本の突出部７１と、それら突出部７１同士を接続する４つの薄肉部７２と、を有する。

各突出部７１は、流路４２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４２の断面とした場合には、流路４２など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Ｘ７－Ｘ７線に沿った断面を意味するものとする。また、流路４２の周方向とした場合には、流路４２など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７１は、流路４２を遮る方向に突出する形状、具体的には、減圧部材６０の内周面から、流路４２の径方向の中心へ向かって突出した棒状または板状に形成されている。本実施形態では、各突出部７１は、流路４２の径方向の中心へ向かって先端部が尖った錐状で付け根部分が半円柱形の棒状に形成されている。各突出部７１は、錐状の先端部を相互に所定間隔だけ離間した状態で突き合わせて配置されている。

衝突部７０は、図８に示すように、４つの突出部７１によって、流路４２内にセグメント領域４２３とギャップ領域４２４とスリット領域４２５とを形成している。すなわち、各突出部７１は、上流側流路４２におけるストレート部４２２内を、セグメント領域４２３と、ギャップ領域４２４と、スリット領域４２５とに区分している。

セグメント領域４２３およびスリット領域４２５は、上流側流路４２の周方向に隣接する２つの突出部７１によって形成されている。この場合、上流側流路４２内には、４つのセグメント領域４２３が形成されている。セグメント領域４２３は微細気泡の発生にも寄与するが、ギャップ領域４２４やスリット領域４２５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４２３の面積は、それぞれ等しい。

ギャップ領域４２４は、各突出部７１について、上流側流路４２の周方向に隣接する２つの突出部７１の先端部を結んだ線によって囲まれた領域である。ギャップ領域４２４は、上流側流路４２の断面の中心を含んでいる。セグメント領域４２３およびスリット領域４２５の数は、突出部７１の数に等しい。本実施形態では、衝突部７０は、４つのセグメント領域４２３および４つのスリット領域４２５を有している。

スリット領域４２５は、上流側流路４２の周方向に隣接する２つの突出部７１の間に形成された矩形状の領域である。本実施形態において、各スリット領域４２５の面積は、それぞれ等しい。各スリット領域４２５は、ギャップ領域４２４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４２３とギャップ領域４２４とスリット領域４２５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。

上流側流路４２の下流側の端部は、衝突部７０に形成されたセグメント領域４２３とギャップ領域４２４とスリット領域４２５とによって、上流側流路４２の外部に連通されている。そして、衝突部７０の下流側の端面つまり減圧部材６０の下流側の端面は、図３などに示すように全体として平坦に構成されている。

微細気泡発生装置４０は、図３に示すように、減圧部材６０の挿入部６３が流路部材５０に挿入されて、流路部材５０と減圧部材６０とが相互に接続されて組み立てられた状態で、注水ケース３１に組み込まれる。微細気泡発生装置４０のうち、流路部材５０の第３円筒部５０ｃは第２収納部３１２に収納され、第２円筒部５０ｂは第１収納部３１１に収納される。第２円筒部５０ｂは、第２シール部材３５を介して第１段部３１４に係止される。また、微細気泡発生装置４０は、電磁給水弁３３の吐出部３３２の先端部分によって、注水ケース３１側へ押し付けられている。これにより、微細気泡発生装置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。

本実施形態では、流路部材５０のうち減圧部材６０と接する箇所、具体的には、流路部材５０の第３収納部５１３の上部側（吸気導入部５１８が設けられた側）の内周壁には、流路部材側溝５２１が形成されている。流路部材側溝５２１は、第３収納部５１３の上流側の端部から下流側の端部まで延びている。また、流路部材５０の第３段部５１７の上部側の全域にわたって、流路部材側溝５２２が形成されている。これら流路部材側溝５２１、５２２は、流路部材５０を切削加工することなどにより形成することができる。

このような構成により、流路部材５０と減圧部材６０とが組み付けられた際、減圧部材６０の下流側の端部と流路部材５０とが嵌合する箇所に隙間Ｇ２が設けられるとともに、流路部材５０の第３収納部５１３と減圧部材６０の挿入部６３との間に隙間Ｇ１が設けられる。これらの隙間Ｇ１、Ｇ２は互いに連通しているとともに、外気導入孔５１９に連通している。これにより、外気を、減圧部材６０の負圧発生箇所となる下流側端部に導入するための経路が形成されている。上記構成において、流路部材側溝５２２により設けられた隙間Ｇ２は、減圧部材６０の負圧発生箇所へと繋がる出口孔として機能する。また、流路部材側溝５２１は、外気導入孔５１９と出口孔とを連通させる外気導入経路として機能する。

なお、流路部材５０側に流路部材側溝５２１を形成する場合と同様の隙間、つまり外気導入経路が形成されるように、減圧部材６０側に溝を形成してもよい。また、流路部材５０側に流路部材側溝５２２を形成する場合と同様の隙間、つまり出口孔が形成されるように、減圧部材６０側に溝を形成してもよい。

次に、上記構成の作用について説明する。
上記構成において電磁給水弁３３が動作して微細気泡発生装置４０の上流端部つまり入口部に水道圧が印加されると、まず、上流側流路４２から下流側流路４１にかけて水道水が流れる。水道水は、気体として主に空気が溶け込んだ気体溶解液体である。微細気泡発生装置４０は、流路４１、４２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。微細気泡発生装置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。

微細気泡発生装置４０内を通過する水は、まず、上流側流路４２の絞り部４２１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７０に衝突し通過すると、その水の圧力が急激に低下する。なお、この場合、減圧部材６０の下流側端部、つまり衝突部７０付近では、大気圧以下の負圧となる。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、上流側流路４２のストレート部４２２内を流れる水が衝突部７０に衝突すると、その水は、突出部７１の周囲に沿って流れることで、セグメント領域４２３、ギャップ領域４２４およびスリット領域４２５に分かれて流れる。ギャップ領域４２４およびスリット領域４２５の断面積はセグメント領域４２３に比べてさらに小さいため、ギャップ領域４２４およびスリット領域４２５を通る水の流速はさらに高まる。

そうすると、ギャップ領域４２４およびスリット領域４２５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７０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ともに、その微細気泡の量が増大する。このように、微細気泡発生装置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。

さらに、本実施形態の場合、上述したように減圧部材６０の下流側端部付近では負圧になっており、その負圧発生箇所には出口孔として機能する隙間Ｇ２が存在する。そして、その隙間Ｇ２は、外気導入経路として機能する流路部材側溝５２１（隙間Ｇ１）を介して外気導入孔５１９と連通している。そのため、外気導入孔５１９から外気が引き込まれ、減圧部材６０の下流側端部近傍へと誘導される。このように引き込まれた空気は、下流側流路４１の高流速下や乱流にさらされることで気泡が細分化され、１０００ｎｍ以下の微細気泡となる。

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１μｍ～１００μｍの微細気泡は、マイクロバブルと称されている。また、直径が１μｍ（１０００ｎｍ）以下の微細気泡は、ウルトラファインバブルと称されている。そして、これらマイクロバブルおよびウルトラファインバブルを総称して、ファインバブルと呼ばれている。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などの特性により、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、さら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装置４０に印加されると、突出部７１の根元部分には、最大で１８ＭＰａの応力が作用する。また、微細気泡発生装置４０の性能は、衝突部７０におけるスリット領域４２５の長さ寸法や幅寸法およびギャップ寸法など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、減圧部材６０と衝突部７０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、微細気泡発生装置４０の材料として、例えば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）などの合成樹脂を採用している。これら各材料は、いずれも、耐水性、耐衝撃性、耐摩耗性および耐薬性に優れており、引張降伏強さが１８ＭＰａ以上で、且つ成形収縮率および熱収縮率が３％以下となっている。なお、微細気泡発生装置４０は、上述した樹脂材料に限られず、剛性を有する種々の樹脂材料で構成することもできる。また、流路部材５０と、減圧部材６０とは、異なる材料で構成されていてもよい。

以上説明した実施形態によれば、微細気泡発生装置４０は、減圧部材６０の負圧発生箇所へと繋がる出口孔と、流路部材５０に設けられた外気を導入するための外気導入孔５１９と、外気導入孔５１９と上記出口孔とを連通させる外気導入経路と、を備えている。このような構成によれば、外気導入孔５１９から吸い込まれた外気が減圧部材６０の負圧発生箇所、具体的には衝突部７０近傍へと誘導される。このように引き込まれた空気は、下流側流路４１の高流速下や乱流にさらされることで気泡が細分化され、１０００ｎｍ以下の微細気泡となる。このように、本実施形態では、水道水に溶け込んだ気体に由来する微細気泡を発生させるだけでなく、さらに外気に由来する微細気泡をも発生させることができる。つまり、本実施形態では、微細気泡の原料が外気で補われることとなり、従来の微細気泡発生装置に比べ、微細気泡の生成濃度、つまり微細気泡の発生量を増加させることができる。

また、微細気泡発生装置４０は、１つの部材ではなく、流路部材５０および減圧部材６０という２つの部材に分割されていることから、金型を用いた射出成型によって製造することができる。したがって、本実施形態によれば、微細気泡発生装置４０の生産性の向上を図ることができ、その結果、微細気泡発生装置４０を比較的安価なコストで大量生産することが可能となる。また、本実施形態の微細気泡発生装置４０によれば、上記したように１つの部材ではなく２つの部材に分割されているため、孔や溝などの形状、寸法、位置などに関する設計の自由度が高いという効果も得られる。

本実施形態では、外気を導入するための導入経路は、流路部材５０を加工することにより形成されており、減圧部材６０については、外気を導入するための導入経路が設けられない従来の構成と同じ構成となっている。そのため、本実施形態の減圧部材６０を製造するための金型としては、従来の構成における減圧部材を製造するための金型を流用することが可能となる。したがって、本実施形態では、減圧部材６０を製造するための金型の変更が不要となり、その分だけ製造コストを低減することができる。

本実施形態では、衝突部７０は、減圧部材６０と一体に形成されている。そのため、微細気泡発生装置４０の部品点数を削減できるとともに、減圧部材６０に対して小さな部品である衝突部７０を組み付ける必要が無くなる。また、衝突部７０を雄ねじで構成する場合と異なり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７０が減圧部材６０と一体成形されて減圧部材６０に対して動かないことから、経時変化によりギャップ領域４２４が変化してしまうことも防止できる。これらの結果、組み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ともに、長期間安定した性能を維持することができる。

ここで、例えば微細気泡発生装置４０が絞り部４２１を備えておらず、電磁給水弁３３の吐出部３３２から直接上流側流路４２のストレート部４２２に接続されている場合について見る。この場合、吐出部３３２の内径寸法は、ストレート部４２２の内径寸法よりも大きいことから、吐出部３３２とストレート部４２２との間には段差が生じる。そのため、吐出部３３２から吐出された水道水の一部は、吐出部３３２とストレート部４２２との間の段差に衝突し、ストレート部４２２内に流入する水の流速が低下する。これにより、微細気泡発生装置４０内を通過する水の流速が低下し、その結果、微細気泡発生装置４０で生成される微細気泡のサイズが悪化するとともに数が減少する。

一方、本実施形態によれば、微細気泡発生装置４０は、絞り部４２１をさらに備えている。絞り部４２１は、衝突部７０よりも上流側に設けられており、上流側から下流側へ向かって内径が小さくなるテーパ状に形成されている。これによれば、吐出部３３２から吐出された水が絞り部４２１を通過する際に徐々に絞られることで、徐々に流速が増す。すなわち、吐出部３３２から吐出された水道水の略全部が、速度を低下することなく逆に増大した状態でストレート部４２２を通る。したがって、衝突部７０を通過する水の流速も増大させることができ、その結果、微細気泡発生装置４０で生成される微細気泡のサイズや数を良好なものとすることができ、微細気泡の生成効率をさらに向上させることができる。

また、衝突部７０は、複数この場合４本の突出部７１で構成されている。各突出部７１は、減圧部材６０の内周面から上流側流路４２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ている。また、衝突部７０には、ギャップ領域４２４が形成されている。ギャップ領域４２４は、複数この場合４本の突出部７１における先端部間によって形成された領域である。

これによれば、上流側流路４２を流れる水は、ギャップ領域４２４を通ることでさらに減圧されるため、キャビテーション効果をさら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ともに、その微細気泡の量を増大させることができる。

また、衝突部７０には、スリット領域４２５が形成されている。スリット領域４２５は、複数の突出部７１のうち隣接する２つの突出部７１間に形成されている。これによれば、衝突部７０を通過する水は、スリット領域４２５を通ることでも減圧されるため、キャビテーション効果を向上させることができる。その結果、この部分でも液体中に析出される気泡を微細化できるとともに、その微細気泡の量を増大させることができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図９～図１１を参照して説明する。
図９に示すように、本実施形態の流路部材５０には、流路部材側溝５２２が形成されていない。一方、図１０および図１１に示すように、本実施形態の衝突部７０において、上部側（吸気導入部５１８が設けられた側）に位置する突出部７１の下流側の端面には、衝突部側溝７１１が形成されている。この場合、衝突部側溝７１１は、突出部７１の周方向の中央部分に位置し、径方向に延びるように設けられている。衝突部側溝７１１は、減圧部材６０を切削加工することなどにより形成することができる。

このような構成によっても、図９に示すように、流路部材５０と減圧部材６０とが組み付けられた際、第１実施形態と同様の２つの隙間Ｇ１、Ｇ２が設けられる。なお、本実施形態では、衝突部側溝７１１が出口孔として機能する。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この場合、外気導入孔５１９から引き込まれた外気は、衝突部７０に形成された衝突部側溝７１１からなる出口孔を通って突出部７１の先端近傍に誘導される。その結果、最も乱流の発生し易い箇所に外気由来の気泡がさらされることにより１０００ｎｍ以下の微細気泡になり易くなる。したがって、本実施形態によれば、微細気泡の発生量をさらに増加させることができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図１２および図１３を参照して説明する。
本実施形態の流路部材は、第２実施形態の流路部材５０と同様の構成であり、流路部材側溝５２２が形成されていない。一方、図１２および図１３に示すように、本実施形態の衝突部７０において、上部側（吸気導入部５１８が設けられた側）に位置する薄肉部７２の下流側の端面には、衝突部側溝７２１が形成されている。この場合、衝突部側溝７２１は、薄肉部７２の周方向の中央部分に位置し、径方向に延びるように設けられている。衝突部側溝７２１は、減圧部材６０を切削加工することなどにより形成することができる。

このような構成によっても、流路部材５０と減圧部材６０とが組み付けられた際、第１実施形態と同様の２つの隙間Ｇ１、Ｇ２が設けられる。なお、本実施形態では、衝突部側溝７２１が出口孔として機能する。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この場合、外気導入孔５１９から引き込まれた外気は、衝突部７０に形成された衝突部側溝７２１からなる出口孔を通って薄肉部７２近傍に誘導される。その結果、流速の高い箇所に外気由来の気泡がさらされることにより１０００ｎｍ以下の微細気泡になり易くなる。したがって、本実施形態によれば、微細気泡の発生量をさらに増加させることができる。

なお、第３実施形態と第２実施形態とを比較すると、それぞれ次のような特徴がある。すなわち、第２実施形態のように突出部７１に溝を形成する場合、形成する溝の長さが比較的長くなることなどから、その加工は比較的困難なものとなる。これに対し、第３実施形態のように薄肉部７２に溝を形成する場合、形成する溝の長さが比較的短くなることから、その加工は比較的容易なものとなり、また加工に伴うバリ、ヒゲなども出難い。

また、第２実施形態のように外気が突出部７１の先端近傍に誘導される構成によれば、第３実施形態のように外気が薄肉部７２の近傍に誘導される構成に比べ、微細気泡の発生量を一層増加させることができる。したがって、加工の容易性を重視する場合であれば、第３実施形態の構成を採用し、微細気泡の発生量の増加を重視する場合であれば、第２実施形態の構成を採用するとよい。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図１４～図１６を参照して説明する。
図１４に示すように、本実施形態の流路部材５０には、流路部材側溝５２２が形成されていない。そのため、本実施形態では、流路部材５０と減圧部材６０とが組み付けられた際、減圧部材６０の下流側の端部と流路部材５０とが嵌合する箇所には隙間は設けられない。言い換えると、本実施形態では、流路部材５０および減圧部材６０は、減圧部材６０の下流側の端部と流路部材５０とが密着するように組み付けられる構成となっている。

また、本実施形態の流路部材５０には、流路部材側溝５２１に代えて流路部材側溝５３１が形成されている。流路部材側溝５３１は、第３収納部５１３の上流側の端部から流路の流れ方向における中間部、より具体的には減圧部材６０の衝突部８０の流路の流れ方向における中央付近と対向する位置まで延びている。

図１５に示すように、本実施形態の減圧部材６０が有する衝突部８０は、第１実施形態などの衝突部７０と同様に、流路を遮る方向に突出する４つの突出部８１と、それら突出部８１同士を接続する薄肉部８２と、を有する構成となっている。ただし、本実施形態の減圧部材６０が有する衝突部８０は、図１４および図１６に示すように、第１実施形態などの衝突部７０に対し、流路の流れ方向における長さ寸法が大きくなっている。

このような本実施形態の衝突部８０の流路の流れ方向における中間部、より具体的には流路の流れ方向における中央付近には、衝突部側溝８１１が形成されている。この場合、衝突部側溝８１１は、図１４～図１６に示すように、上部側（吸気導入部５１８が設けられた側）に位置する突出部８１に形成されている。衝突部側溝８１１は、突出部８１の周方向の中央部分に位置し、径方向に延びるように設けられている。衝突部側溝８１１は、減圧部材６０を切削加工することなどにより形成することができる。

このような構成により、流路部材５０と減圧部材６０とが組み付けられた際、流路部材５０の第３収納部５１３と減圧部材６０の挿入部６３との間に隙間Ｇ１が設けられる。そして、この隙間Ｇ１は、衝突部側溝８１１および外気導入孔５１９に連通している。これにより、外気を、減圧部材６０の負圧発生箇所に導入するための経路が形成されている。上記構成において、衝突部側溝８１１は、減圧部材６０の負圧発生箇所へと繋がる出口孔として機能する。また、流路部材側溝５３１により設けられた隙間Ｇ１は、外気導入孔５１９と出口孔とを連通させる外気導入経路として機能する。

以上説明した本実施形態の構成によっても、第１実施形態と同様、外気導入孔５１９から吸い込まれた外気が減圧部材６０の負圧発生箇所へと誘導される。したがって、本実施形態によっても、従来の微細気泡発生装置に比べ、微細気泡の生成濃度、つまり微細気泡の発生量を増加させることができる。また、この場合、外気導入孔５１９から引き込まれた外気は、衝突部８０に形成された衝突部側溝８１１からなる出口孔を通って突出部８１の先端近傍に誘導される。したがって、本実施形態によれば、第２実施形態と同様、微細気泡の発生量をさらに増加させることができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について図１７および図１８を参照して説明する。
本実施形態の流路部材は、第４実施形態の流路部材５０と同様の構成となっている。一方、図１７および図１８に示すように、本実施形態の衝突部８０には、衝突部側溝８１１に代えて衝突部側溝８２１が形成されている。図１８に示すように、衝突部側溝８２１は、衝突部側溝８１１と同様、衝突部８０の流路の流れ方向における中間部、より具体的には流路の流れ方向における中央付近に形成されている。

ただし、衝突部側溝８２１は、図１７および図１８に示すように、上部側（吸気導入部５１８が設けられた側）に位置する薄肉部８２に形成されている。また、衝突部側溝８２１は、薄肉部８２の周方向の中央部分に位置し、径方向に延びるように設けられている。衝突部側溝８２１は、減圧部材６０を切削加工することなどにより形成することができる。

このような構成によっても、流路部材５０と減圧部材６０とが組み付けられた際、第４実施形態と同様の隙間が設けられ、その隙間は衝突部側溝８２１および外気導入孔５１９に連通する。なお、本実施形態では、衝突部側溝８２１が出口孔として機能する。したがって、本実施形態によっても、第４実施形態と同様の効果が得られる。さらに、この場合、外気導入孔５１９から引き込まれた外気は、衝突部８０に形成された衝突部側溝８２１からなる出口孔を通って薄肉部８２近傍に誘導される。その結果、流速の高い箇所に外気由来の気泡がさらされることにより１０００ｎｍ以下の微細気泡になり易くなる。したがって、本実施形態によれば、微細気泡の発生量をさらに増加させることができる。

なお、第５実施形態と第４実施形態とを比較すると、それぞれには、第３実施形態と第２実施形態とを比較した場合における特徴と同様の特徴がある。したがって、加工の容易性を重視する場合であれば、第５実施形態の構成を採用し、微細気泡の発生量の増加を重視する場合であれば、第４実施形態の構成を採用するとよい。

（第６実施形態）
以下、第６実施形態について図１９を参照して説明する。
図１９に示すように、本実施形態は、第４実施形態に対し、減圧部材の構成が異なっている点、シール部材３７が追加されている点などが異なる。本実施形態の減圧部材６０の下流側の端部には、段差部６３１が設けられている。シール部材３７は、例えばゴムなどの弾性部材で構成されたＯリングである。シール部材３７は、減圧部材６０の段差部６３１と流路部材５０との間、つまり減圧部材６０の下流側の端部と流路部材５０とが嵌合する箇所に設けられている。

このような構成によれば、外気導入孔５１９から吸い込まれた外気が、減圧部材６０の下流側の端部と流路部材５０とが嵌合する箇所から漏れ出ることが抑制され、その分だけ、より多くの外気を減圧部材６０の負圧発生箇所へと導入することができる。したがって、本実施形態によれば、微細気泡の発生量をより一層増加させることができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

なお、上記各実施形態において、微細気泡発生装置４０の適用対象となる液体は水に限られない。
上記各実施形態において、衝突部７０は、減圧部材６０の下流側端部に設けられていたが、これに限られない。例えば衝突部７０は、減圧部材６０の上流側端部、減圧部材６０の流路の流れ方向における中間部などに設けられていてもよい。

微細気泡発生装置４０は、上述した洗濯機１０、２０以外にも、例えば食器洗浄機や温水便座など水道水を使用して洗浄する家電機器に適用することができる。水道水を使用する家電機器に微細気泡発生装置４０を適用することで、洗浄用の水道水に対して、微細気泡による洗浄効果を付加させることができる。その結果、家電機器の付加価値を向上させることができる。また、微細気泡発生装置４０は、家電機器だけでなく、例えば家庭用およ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。さらに、微細気泡発生装置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、３７はシール部材、４０は微細気泡発生装置、４１、４２は流路、５０は流路部材、５１９は外気導入孔、５２１、５３１は流路部材側溝（外気導入経路）、６０は減圧部材、７０、８０は衝突部、７１、８１は突出部、７１１、８１１は衝突部側溝（出口孔）、７２、８２は薄肉部、７２１、８２１は衝突部側溝（出口孔）、Ｇ２は隙間（出口孔）を示す。

Claims (4)

1. 液体が通過可能な流路を有する流路部材と、前記流路部材の内部に嵌め込まれ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を有する減圧部材と、の少なくとも２つの部材により構成された微細気泡発生装置であって、
   前記減圧部材の負圧発生箇所へと繋がる出口孔と、
   前記流路部材に設けられた外気を導入するための外気導入孔と、
   前記外気導入孔と前記出口孔とを連通させる外気導入経路と、
   を備え、
   前記衝突部は、前記減圧部材と一体に形成されており、前記流路を遮る方向に突出する複数の突出部を有し、
   複数の前記突出部は、先端部が尖った錐状に形成され、その錐状の先端部を相互に所定間隔だけ離間した状態で突き合わせて配置されており、
   前記突出部の下流側の端面に衝突部側溝が形成されており、
   前記衝突部側溝が前記出口孔として機能する微細気泡発生装置。
2. 液体が通過可能な流路を有する流路部材と、前記流路部材の内部に嵌め込まれ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を有する減圧部材と、の少なくとも２つの部材により構成された微細気泡発生装置であって、
   前記減圧部材の負圧発生箇所へと繋がる出口孔と、
   前記流路部材に設けられた外気を導入するための外気導入孔と、
   前記外気導入孔と前記出口孔とを連通させる外気導入経路と、
   を備え、
   前記衝突部は、前記減圧部材と一体に形成されており、前記流路を遮る方向に突出する複数の突出部と、それら突出部同士を接続する薄肉部と、を有し、
   複数の前記突出部は、先端部が尖った錐状に形成され、その錐状の先端部を相互に所定間隔だけ離間した状態で突き合わせて配置されており、
   前記薄肉部の下流側の端面に衝突部側溝が形成されており、
   前記衝突部側溝が前記出口孔として機能する微細気泡発生装置。
3. 前記流路部材の前記減圧部材と接する箇所であり且つ前記減圧部材の下流側の端部まで延びる流路部材側溝が形成されており、
   前記流路部材側溝が前記外気導入経路として機能する請求項１または２に記載の微細気泡発生装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置を備えた洗濯機。

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