JPH08318144A

JPH08318144A - 散気装置

Info

Publication number: JPH08318144A
Application number: JP7127908A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Motoki; 龍太郎元木; Atsushi Funakoshi; 淳船越; Toru Tanaka; 徹田中; Takashi Nishi; 隆西; Akira Kosaka; 晃小阪
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1995-05-26
Filing date: 1995-05-26
Publication date: 1996-12-03

Abstract

(57)【要約】【目的】強度、通気性の点で共に優れているととも
に、靱性の点でも優れ、散気装置本体との間で、簡単な
連結をおこなうことができる散気装置を得る。【構成】気体源側から散気装置本体１０１内に散気対
象の気体を導く気体流路１０２を備えるとともに、この
散気装置本体１０１の特定部位に備えられる散気部１０
３を介して気体流路１０２から散気対象の液中に、気体
を散気する散気装置を構成するに、加熱状態で、静水圧
加圧下に金属粉末材料の焼結を行う熱間静水圧加圧焼結
処理を含む成形処理過程を経て得られ、且つその処理過
程で生じ、表裏面間を貫通する孔を多数備えた金属多孔
体にて、散気部１０３を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、浄化槽内の膜
分離装置の下部に配設されて使用されたり、池等の水中
で、空気、酸素等を噴出させるのに使用される散気装置
に関するものであり、さらに詳細には、気体源側から散
気装置本体内に散気対象の気体を導く気体流路を備える
とともに、この散気装置本体の特定部位に備えられる散
気部を介して気体流路から散気対象の液中に、気体を散
気する構成の散気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】このような散気装置においては、散気部
を介して散気対象の気体が、散気装置本体内から散気対
象の液中へ分散放出される。この散気部を構成する場
合、従来、多孔のセラミックや合成樹脂を使用してい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、散気部
を構成するにセラミックを使用する場合は、比較的耐圧
強度は高いものの、通気性が得にくいため散気に大きな
動力を要するとともに、散気操作に伴って発生する振動
により、セラミックに割れ、欠け等が発生し易いという
問題があった。さらに、セラミックにあっては、その気
孔径を均一化しにくいため、散気を均一な気泡でおこな
うことが難しかった。さらに、一般に金属で構成される
散気装置本体に対して、セラミック製の散気部を気密接
続する必要があるが、この場合、この接続部を比較的複
雑な構造で構成する必要があるという問題があった。一
方、合成樹脂を使用する場合は、耐圧強度が低いため、
水深の深い部位では使用し難く、その寿命も紫外線によ
る酸化等に起因して短いものであった。従って、本発明
の目的は、耐圧強度、通気性の点で共に優れているとと
もに、靱性の点でも優れ、散気装置本体との間で、簡単
な連結をおこなうことができる散気装置を得ることにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項１に係わる散気装置の特徴構成は、加熱状態
で、静水圧加圧下に金属粉末材料の焼結を行う熱間静水
圧加圧焼結処理を含む成形処理過程を経て得られ、且つ
その処理過程で生じ、表裏面間を貫通する孔を多数備え
た金属多孔体にて、散気部を構成することにある。さら
に、請求項１に係わる散気装置において、前記金属多孔
体が、前記金属粉末を加圧成形して粉末予備成形体を得
る第１工程と、前記第１工程で得られる前記粉末予備成
形体に対して前記熱間静水圧加圧焼結処理を行う第２工
程を経て得られるものであり、前記第２工程において、
前記粉末予備成形体内に存し、且つ粉末予備成形体の表
裏を貫通する孔内に、前記熱間静水圧加圧焼結処理で使
用される静水圧媒体の侵入を許容して処理を行って得ら
れるものであることが好ましい。これが、請求項２に係
わる散気装置の特徴構成である。さらに、請求項１に係
わる散気装置において、前記金属多孔体が、前記金属粉
末を軟鋼製カプセルに充填、脱気密封して前記熱間静水
圧加圧焼結処理を行い、処理後、前記軟鋼製カプセルに
収納したまま、加熱処理を行って得られるものであるこ
とが好ましい。これが、請求項３に係わる散気装置の特
徴構成である。そして、その作用・効果は次の通りであ
る。

【０００５】

【作用】請求項１に係わる散気装置にあっては、散気部
に、所謂、ＨＩＰ焼結法（熱間静水圧加圧焼結処理）を
含む処理で得られる金属多孔体で構成される部材が使用
される。このような金属多孔体は、例えば、従来の合成
樹脂製の多孔体より強度的に優れているため、形状保
持、耐久性の点で優れたものとなっている。さらに、こ
のようなＨＩＰ焼結処理を経て得られる金属多孔体にあ
っては、従来の一般的な焼結体と比較して成形体の表裏
面間で連通した孔が形成されやすい。この理由は、例え
ば、従来の焼結処理においては、焼結に伴って所定の強
度を得るためには、粒子形状が不揃いで、且つ球形状か
らは程遠い形状の金属粉末を使用する必要があったのに
対して、ＨＩＰ焼結処理においては、その焼結が効果的
であるため、比較的粒子形状が一定で、且つ球形に近い
粒子を焼結して所定の強度を得ることができ、粒子間に
形成される孔が、材料表裏間で連続して形成されるため
である。従って、このような金属多孔体においては、開
気孔率が高い（材料の外表面に連通され、例えば散気用
の流通孔として使用できる孔の割合が高い）ものを容易
に得ることが可能であるとともに、形成される孔の径も
均一化できるため、散気の用途に適した孔を有する散気
部とできる。さらに、この散気部は、ＨＩＰ焼結処理を
経て得られる金属多孔体であるため、これを金属性の散
気装置本体と溶接により連結することができる。従っ
て、比較的高い気密性を備え、さらに、強固な連結構造
を有して、例えば、振動にも強い散気装置を得ることが
できる。

【０００６】次に、請求項２に係わる散気装置について
説明する。このような金属多孔体を得るにあたっては、
これが、第１工程と第２工程を経て形成される。第１工
程においては、金属多孔体を得るための材料である金属
粉末から粉末予備成形体を得、この粉末予備成形体に対
して、ＨＩＰ焼結処理をおこなう。処理にあたっては、
粉末予備成形体内に存する表裏を貫通する孔内にも静水
圧媒体が侵入するのを許容した状態（例えば、粉末予備
成形体を内部を真空排気された軟鋼カプセルに収納する
ことなく）で、そのまま、静水圧媒体内に投入して、処
理をおこなう。このようにすると、所謂、開気孔（外表
面に連なった孔）はその孔状態を保持したままで、処理
が進み、開気孔率が高く、比較的強度のある金属多孔体
を得ることができる。従って、この物においては、通気
性能（少ない散気圧力で十分な散気を行える）、耐久性
の点で好ましい散気装置を得ることができる。

【０００７】次に、請求項３に係わる散気装置について
説明する。このような金属多孔体を得るにあたっては、
金属粉末を真空排気された軟鋼製カプセルに収納して、
先ず、ＨＩＰ焼結処理を行う。そして、処理後、軟鋼製
カプセルに入った状態にある処理物を加熱処理する。Ｈ
ＩＰ焼結処理物は、上記のように、開気孔率が高い特性
を有するが、この状態を維持したままで、加熱処理によ
り比較的強度を有するものを得ることができる。結果、
開気孔率が高く、比較的強度のある金属多孔体を得るこ
とができる。従って、この物においては、通気性能（少
ない散気圧力で十分な散気を行える）、耐久性の点で好
ましい散気装置を得ることができる。

【０００８】

【発明の効果】請求項１に係わる散気装置にあっては、
耐圧強度、通気性の点で共に優れているとともに、靱性
の点でも優れ、散気装置本体との間で、簡単な連結構造
を得ることができる。さらに、請求項２に係わる散気装
置にあっては、金属多孔体を得る場合に、確実に材料表
裏間を貫通する孔を得て、その散気流体の流通性能を確
実に確保しながら、強度的に優れた散気装置を得ること
ができるようになった。さらに、請求項３に係わる散気
装置にあっては、その散気流体の流通性能を確実に確保
しながら、強度的に優れた散気装置を得ることができる
ようになった。

【０００９】

【実施例】以下に本願の散気装置Ｄを浄化槽１００に適
応した実施例を、図面に基づいて説明する。浄化槽１０
０は、図１に示すように、被処理水が上流側から沈殿分
離槽Ｎ、流量調整槽Ｂ、膜分離槽Ｅを記載順に移流する
ように構成されており、各槽間は隔壁Ｗで仕切られてい
る。

【００１０】前記沈殿分離槽Ｎは、流入口Ｉから流入し
た原水を被処理水として受け、その被処理水から沈殿す
る固形物および液面に発生するスカム等の固体成分を分
離しつつ、主に前記原水の液体成分を流量調整槽Ｂへ自
然移流自在に構成し、内部には被処理水を嫌気分解する
嫌気性菌を育成してある。尚、図中Ｆは、原水から主に
液体成分のみを流量調整槽Ｂへ移流させるべく沈殿分離
槽Ｎの幅方向中央部に開口部Ｆ１を設けた移流管であ
る。

【００１１】前記流量調整槽Ｂは、計量装置１ａおよび
移送用ポンプ１ｂを備えてなり、前記沈殿分離槽Ｎから
自然移流してきた被処理水の前記液体成分を一時貯留し
て、前記膜分離槽Ｅへ移送管１ｃを介してほぼ定量的に
移送可能に形成してある。

【００１２】前記膜分離槽Ｅは、被処理水を複数の濾過
膜としての平膜Ｍにより濾過して浄化するものであり、
この膜分離槽Ｅ内では被処理水の有機成分を好気分解す
る好気性菌が育成されている。さらに、槽内に平膜Ｍを
取り付けた状態で、その平膜Ｍの下方に、気泡を供給し
て、平膜Ｍ表面に汚泥等が付着するのを防止する散気装
置Ｄを設けてある。従って、この散気装置Ｄより、散気
操作することで前記好気性菌に酸素を供給し、かつ、前
記平膜の表面を洗浄して、平膜Ｍの膜分離処理性能を高
く維持できる。

【００１３】濾過膜としての前記平膜Ｍは、図３、図４
に示すように、被処理水導通部３を内方に有するＡＢＳ
樹脂製の支持板５の両表面にポリエチレン製の濾過膜部
材６を接着形成するとともに、前記被処理水導通部３に
連通するノズル４を連設してなり、前記平膜Ｍを被処理
水に浸漬した状態で、前記ノズル４から吸引操作するこ
とにより、被処理水が前記濾過膜部材６を通過して、そ
の濾過膜部材６によって被処理水中の汚泥等が除去さ
れ、高度に浄水された被処理水を取り出すことが出来
る。ここで、この濾過膜部材６は、孔径０．３ μｍ以
下の限界濾過膜であり、このような孔径のものを選択す
ることにより、長期間の使用に対して、膜内汚染を防止
でき、長期メンテナンスフリーの運転が可能となる。

【００１４】前記ノズル４は、吸引ポンプＰに集水管８
を介して連通接続され、この吸引ポンプＰを運転操作す
る事で前記平膜Ｍで膜分離処理された被処理水（膜透過
被処理水と称する）を、浄化槽外部側へ送りだす。

【００１５】前記散気装置Ｄは、図２に示す様に、気体
源である大気から散気装置本体１０１内に散気対象の気
体を導くポンプ９を備えた気体流路１０２を備えるとと
もに、この散気装置本体１０１の特定部位（本体上面部
位）に備えられる散気部１０３を介して前記気体流路１
０２から散気対象の液（膜分離槽Ｅ内の被処理水）中
に、気体（具体的には空気）を散気する構成となってい
る。この散気部１０３は、加熱状態で、静水圧加圧下に
金属粉末材料の焼結を行う熱間静水圧加圧焼結処理（Ｈ
ＩＰ焼結処理）を含む成形処理過程を経て得られ、且つ
その処理過程で生じ、表裏面間を貫通する孔を多数備え
た金属多孔体にて構成されている。前述の散気部１０３
と散気装置本体１０１は、溶接によって気密連結されて
いる。さて、散気部１０３は、図示するように平板状の
部材であり、これを構成する金属多孔体は、金属粉末を
加圧成形して粉末予備成形体を得る第１工程と、第１工
程で得られる粉末予備成形体に対して熱間静水圧加圧焼
結処理を行う第２工程を経て得られるものであり、第２
工程において、粉末予備成形体内に存し、且つ粉末予備
成形体の表裏を貫通する孔内に、熱間静水圧加圧焼結処
理で使用される静水圧媒体の侵入を許容して処理を行っ
て得られる。この製造工程は、以下に説明する第１群に
属する供試体１〜５を得る場合の工程と同一である。

【００１６】散気装置Ｄに備えられる散気部１０３は、
所謂、熱間静水圧加圧焼結処理（ＨＩＰ焼結処理）を経
て得られる。従って、散気部１０３は、従来の金属焼結
手法より強度的に強く、同一の強度のものにおいては、
材料の表面間に渡って連通した開気孔の多い、散気部と
しての良好な特性を有する。以下、散気部１０３として
構成した供試体について説明する。供試体は、その形成
方法において、二つの群に分けることができる。以下、
第１群と第２群、夫々について別個に説明する。１第１群この群に属する供試体は、２工程を経て製造される。製
造にあたっては、所謂、ＣＩＰと呼ばれる手法で代表さ
れる工程である、金属粉末材料を加圧成形して粉末予備
成形体を得る第１工程と、第１工程で得られる粉末予備
成形体に対して熱間静水圧加圧焼結処理を行う第２工程
を経て製造する。そして、この第２工程においては、粉
末予備成形体を裸のままで静水圧媒体の中に投入して処
理をおこなう。従って、この工程においては、粉末予備
成形体内に存し、且つ粉末予備成形体の表裏を貫通する
孔内に、静水圧媒体の侵入が許容され、処理が進む。こ
のような孔は、その開口状態を維持でき、結果的に開気
孔率の高い金属焼結体を得ることができる。この群に属
する供試体の製造条件及び物性を表１に示した。各供試
体について以下に説明する。下記の金属粉末を原料と
し、ゴム型に封入してＣＩＰ成形により、粉末予備成形
体を形成する（第１工程）。ついで、粉末予備成形体を
ＨＩＰ装置に装入し、焼結処理を行って（第２工程）金
属多孔質体No. １〜５を得た。

【００１７】ステンレス鋼粉末：SUS 310S相当、アトマイズ粉末（C:
0.02，Si:1.0，Mn:0.1，Cr:18.3，Ni:10.8.％）合金工具鋼粉末：SKD 61相当、アトマイズ粉末（C:0.3
8，Si:0.9，Mn:0.01，Cr:5.25，Ni:1.20，V:1.0.％）

【００１８】供試体No. １〜５は発明例であり、No. １
１は粉末予備成形体を真空雰囲気中で加熱焼結してして
得られた比較例である。表中、「孔径分布」欄の数値は
最大気孔径（μｍ）、「ガス抜き性」欄の数値は、エア
の透過に必要な圧力（Kgf/cm²)であり、「曲げ強度」欄
は、JIS B 1601の曲げ試験法（スパン距離：３０mm）に
よる３点曲げ強度（Kgf/ｍｍ²)の測定結果を示してい
る。粉末予備成形体をＨＩＰ処理して得られる金属多孔
質体は、No. １〜３に示されるように、比較例の金属多
孔質体No. １１に比べ、高いガス抜き性を有するととも
に、No. １１を大きく凌ぐ強度を備えている。特にNo.
２は格段の高強度化を達成している。No. ４は、比較例
No. １１と同等の強度を維持しながら、大孔径、高開気
孔率を有し、より高いガス透過性を備えている。またN
o. ５は、金属材種を異にするが、高い開気孔率・ガス
抜き性と改良された強度を具備し、比較例No. １１との
差異は歴然である。

【００１９】

【表１】

【００２０】供試体１〜５において、材料表裏面間に渡
る貫通孔が多いことは、開気孔率／気孔率の割合が、比
較例よりも高いことからも明らかである。

【００２１】１第２群この群に属する供試体もまた、２工程を経て製造され
る。製造にあたっては、前述の第２工程に相当する熱間
静水圧加圧焼結処理を最初におこない、さらに、この処
理によって得られたものを熱処理して、所望のものを得
る。この群に属する熱間静水圧加圧焼結処理にあって
は、軟鋼製カプセル内に金属粉末を脱気密封して処理を
おこなう。そして、この処理を行ったのち、処理後の生
成物を軟鋼製カプセルに収納された状態のままで加熱炉
中で加熱処理するのである。この手法における熱間静水
圧加圧焼結処理の特徴は、前述の第１群に属するものを
得る場合と比較して、その処理時間を短く選択して、こ
の処理のみに関しては、処理を甘くおこなっていること
にある。この群に属する供試体の製造条件及び物性を表
２に示した。各供試体について以下に説明する。下記金
属粉末を原料とし、軟鋼製カプセルに充填し、脱気密封
（１×１０^-2Torr）したうえ、ＨＩＰ装置に入れ予備成
形する。ついで、カプセルのまま、加熱炉に装入し、加
熱処理する。処理後、カプセルを機械加工により除去し
て金属多孔質体を得る。

【００２２】金属多孔質体サイズ：300 ×300 ×300mm ステンレス鋼粉末：SUS 310S相当、アトマイズ粉末（C:
0.02，Si:1.0，Mn:0.1，Cr:18.3，Ni:10.8.％）合金工具鋼粉末：SKD 61相当、アトマイズ粉末（C:0.3
8，Si:0.9，Mn:0.01，Cr:5.25，Mo:1.20，V:1.0.％）

【００２３】供試体No. ６〜１０は発明例であり、No.
１２は、粉末成形体を真空雰囲気中で加熱焼結して得ら
れた比較例である。表中、「孔径分布」欄の数値は最大
気孔径（μｍ）、「ガス抜き性」欄の数値は、エアの透
過に必要な圧力（Kgf/cm²)であり、「曲げ強度」欄は、
JIS B 1601の曲げ試験法（スパン距離：３０mm）による
３点曲げ強度（Kgf/ｍｍ²)の測定結果を示している。発
明例の金属多孔質体は、No. ６〜８に示されるように、
比較例の金属多孔質体No. １２と平均孔径等はほぼ同等
でありながら、高い開気孔率を有し、ガス透過製に優れ
ていると同時に、比較例No. １２を大きく超える高強度
を具備している。また、No. ９，No. １０のように、比
較例No. １２と同等の機械強度を保持しながら、気孔径
を大きく、開気孔率の高い気孔分布とすることも可能で
あり、従来材との差異は歴然である。

【００２４】

【表２】

【００２５】供試体６〜１０において、材料表裏面間に
渡る貫通孔が多いことは、開気孔率／気孔率の割合が、
比較例よりも高いことからも明らかである。結果、この
ようにして製造される金属多孔体を、散気部として採用
する散気装置は、強度の点で優れ、通気性の良好な非常
に使用勝手の良いものであった。

【００２６】〔別実施例〕上記の実施例においては、散
気装置を浄化槽に使用する例を示したが、例えば、池の
水質改善、高温高圧下にある反応槽に於ける散気による
反応促進等の用に使用することもできる。さらに、上記
の実施例においては、第１群に属するＣＩＰ、ＨＩＰを
経る工程で得られる金属多孔体を使用する例を示した
が、第２群に属する甘いＨＩＰ処理の後に、熱処理をお
こなう金属多孔体を製造する工程を経て得られるもの
も、本願において使用できる。

【００２７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は
添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の散気装置を備えた浄化槽の構成を示す図

【図２】散気装置の側断面図

【図３】平膜の構造を示す図

【図４】平膜の内部構造を示す図

【符号の説明】

１０１散気装置本体１０２気体流路１０３散気部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西隆大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内 (72)発明者小阪晃大阪府枚方市中宮大池１丁目１番１号株式会社クボタ枚方製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体源側から散気装置本体（１０１）内
に散気対象の気体を導く気体流路（１０２）を備えると
ともに、前記散気装置本体（１０１）の特定部位に備え
られる散気部（１０３）を介して前記気体流路（１０
２）から散気対象の液中に、前記気体を散気する散気装
置であって、加熱状態で、静水圧加圧下に金属粉末材料の焼結を行う
熱間静水圧加圧焼結処理を含む成形処理過程を経て得ら
れ、且つその処理過程で生じ、表裏面間を貫通する孔を
多数備えた金属多孔体にて、前記散気部（１０３）を構
成した散気装置。
【請求項２】前記金属多孔体が、前記金属粉末を加圧
成形して粉末予備成形体を得る第１工程と、前記第１工
程で得られる前記粉末予備成形体に対して前記熱間静水
圧加圧焼結処理を行う第２工程を経て得られるものであ
り、前記第２工程において、前記粉末予備成形体内に存し、
且つ粉末予備成形体の表裏を貫通する孔内に、前記熱間
静水圧加圧焼結処理で使用される静水圧媒体の侵入を許
容して処理を行って得られるものである請求項１記載の
散気装置。
【請求項３】前記金属多孔体が、前記金属粉末を軟鋼
製カプセルに充填、脱気密封して前記熱間静水圧加圧焼
結処理を行い、処理後、前記軟鋼製カプセルに収納した
まま、加熱処理を行って得られるものである請求項１記
載の散気装置。