特開2022-124498キャビテーション処理水の洗浄力評価方法及び被処理物の洗浄方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022124498
(43)【公開日】2022-08-26
(54)【発明の名称】キャビテーション処理水の洗浄力評価方法及び被処理物の洗浄方法
(51)【国際特許分類】
C12Q 1/22 20060101AFI20220819BHJP
C12Q 1/68 20180101ALI20220819BHJP
G01N 33/18 20060101ALI20220819BHJP
G01N 21/76 20060101ALN20220819BHJP
【ＦＩ】
C12Q1/22
C12Q1/68
G01N33/18 F
G01N21/76
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021022181
(22)【出願日】2021-02-16
(71)【出願人】
【識別番号】309003957
【氏名又は名称】株式会社 ＪＡＰＡＮ ＳＴＡＲ
(74)【代理人】
【識別番号】100158920
【弁理士】
【氏名又は名称】上野 英樹
(72)【発明者】
【氏名】池田 博毅
【テーマコード（参考）】
2G054
4B063
【Ｆターム（参考）】
2G054AA02
2G054AB10
2G054BB01
2G054CA22
2G054CB10
2G054CE02
2G054EA02
4B063QA01
4B063QA05
4B063QQ02
4B063QQ05
4B063QQ16
4B063QQ22
4B063QQ63
4B063QR02
4B063QR42
4B063QS02
4B063QS36
4B063QX02
(57)【要約】 （修正有）
【課題】バイオフィルムが介在した形で微生物が付着していると考えられる被洗浄物に対するキャビテーション処理水の洗浄力を、同一の被処理物を用いて的確かつ簡便に評価する方法を提供する。
【解決手段】キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する。また、液体処理ノズルを流通させない非キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物と同種の第二の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する。第一の被処理物及び第二の被処理物について得られる清浄度の変化の比較に基づいてキャビテーション処理水の洗浄力評価を行なう。
【選択図】図３９
【解決手段】キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する。また、液体処理ノズルを流通させない非キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物と同種の第二の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する。第一の被処理物及び第二の被処理物について得られる清浄度の変化の比較に基づいてキャビテーション処理水の洗浄力評価を行なう。
【選択図】図３９
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体流路の途中にキャビテーション処理部が形成された液体処理ノズルに洗浄水を流通させ、該流通により得られるキャビテーション処理水を用いて微生物を含む汚れ層が付着した被処理物を洗浄する際の、前記キャビテーション処理水の洗浄力を評価する方法であって、
前記キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、前記第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する工程と、
前記液体処理ノズルを流通させない非キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、前記第一の被処理物と同種の第二の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、前記第二の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する工程と、
前記第一の被処理物及び前記第二の被処理物について得られる前記清浄度の変化の比較に基づいて前記キャビテーション処理水の洗浄力評価を行なう工程と、
を有することを特徴とするキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
前記キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、前記第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する工程と、
前記液体処理ノズルを流通させない非キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、前記第一の被処理物と同種の第二の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、前記第二の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する工程と、
前記第一の被処理物及び前記第二の被処理物について得られる前記清浄度の変化の比較に基づいて前記キャビテーション処理水の洗浄力評価を行なう工程と、
を有することを特徴とするキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項2】
前記被処理物が野菜又は果物である請求項１記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項3】
前記被処理物が人体の手指である請求項１記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項4】
前記清浄度の変化を測定する際に、前記試験洗浄の前後にて前記被処理物の表面に対するふき取り位置を変更する形で前記ＡＴＰふき取り試験を実施する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項5】
前記第一の被処理物と前記第二の被処理物は、洗浄前に測定される前記清浄度が予め定められた範囲内に揃ったものが使用される請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項6】
前記試験洗浄は、洗浄槽に充填された前記洗浄水に前記被処理物を浸漬するとともに、他部材による表面への積極的な摩擦を排除した状態にて実施される請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項7】
前記試験洗浄は、前記洗浄槽内にて前記被処理物の表面における前記洗浄水の流速が１ｍ／秒以下となる条件にて実施される請求項６記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項8】
前記キャビテーション処理水及び前記非キャビテーション処理水のそれぞれについて、前記試験洗浄の実施時間を複数種類設定し、各実施時間に個別に対応する形で被処理物を複数用意して前記清浄度の変化を前記実施時間ごとに測定するとともに、その測定結果に基づいて前記キャビテーション処理水と前記非キャビテーション処理水との前記清浄度の変化の差が予め定められた値以上となる臨界洗浄時間を見出す形で前記洗浄力評価を行なう請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法。
【請求項9】
前記キャビテーション処理水を用いて微生物を含む汚れ層が付着した所望の被処理物を洗浄した場合に、前記非キャビテーション処理水を用いて同種の被処理物の洗浄を行った場合よりも洗浄結果が有利となる臨界洗浄時間を、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の洗浄力評価方法に基づいて決定する工程と、前記被処理物を前記臨界洗浄時間以上の洗浄時間にて前記キャビテーション処理水により洗浄する工程と、
を有することを特徴とする被処理物の洗浄方法。
を有することを特徴とする被処理物の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、キャビテーション処理水の洗浄力評価方法及び被処理物の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【0002】
キャビテーション効果（水が高流速化して通過する際の減圧効果）により溶存空気を微細気泡として析出させるノズルが種々提案されている（特許文献１～７）。典型的には、水の流路にベンチュリやオリフィスにより絞り部を設け、絞り部を液体が増速して通過する際のキャビテーション効果を利用するものが知られている（特許文献１～６）。また、特許文献７には、軸線方向のスリットを周方向に多数形成した円筒部材を流路内に配置し、水流内で円筒部材を回転させることによりキャビテーションを生じさせる構造が提案されている。また、特許文献８には、流路の途中に水流方向と直角にねじ部材を配置し、そのねじ谷をキャビテーションポイントとして利用する液体処理ノズルが提案されている。
【0003】
上記のような液体処理ノズルを通水することにより得られるキャビテーション処理水を、例えば手洗いや野菜・果物といった食品の洗浄に適用しようと考えた場合、使用者が最も大きな関心を寄せる除去対象汚れの一つに微生物（細菌）による汚れが挙げられる。手指や野菜・果物などを洗浄対象物と考えた場合、その表面に生きた微生物が付着すると、微生物は該表面の微細な凹凸の隅々にまで入り込むとともに、バイオフィルムを形成する。バイオフィルムは、微生物が都合の良い生息条件を獲得して仲間を増やすために、微生物自体が創成する菌体外多糖などの生産物が集まって形成される構造物である。
【0004】
例えば、非特許文献２によると、固体表面に付着した微生物の細胞は表面上で増殖を始め、いくつかの細胞が集まってマイクロコロニーが形成されるとバイオフィルムの生成が始まる。この段階でコロニーを作る微生物は細胞外多糖を合成し、それを足がかりにした不可逆な相互作用によってバイオフィルムは強固なものとなる。しっかりと固体表面に固着したバイオフィルムは、微生物に対する保護膜として機能するようになり、流水と接触させても簡単には除去できなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１１－１１０４６８号公報
【特許文献2】特許６６０９８１９号公報
【特許文献3】特許６５７９５４７号公報
【特許文献4】特許４９１５９６２号公報
【特許文献5】ＷＯ２０１８／１８５８６６号公報
【特許文献6】特許４９９９９９６号公報
【特許文献7】特開２０１７－１３６５１３号公報
【特許文献8】特許５７３１６５０号公報
【特許文献9】特開２００３－３５６７３号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】NanotechJapan Bulletin Vol. 8, No. 4, 2015、企画特集Collabo ナノテクノロジー第４回「ナノバブル水中のナノバブルの解析」
【非特許文献2】「バイオフィルムの生成と衛生管理」、「イーズ」Ｎｏ．２１（２００３年１月発行）
【非特許文献3】「学生を対象とした手洗い前後の細菌数に関する研究」、東京福祉大学・大学院紀要 第８巻 第２号１８９～１９５ページ（２０１８年３月発行）
【非特許文献4】「キュウリ果実の低温障害に伴う表皮構造の変化」（辰巳他、園芸学会雑誌５５６（２）：１８７～１９２、１９８７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
固体表面に発達したバイオフィルムは、いわゆる「ぬめり汚れ」の原因となることが知られている。本発明者が鋭意検討した結果によると、上記液体処理ノズルによりキャビテーション処理した水（キャビテーション処理水）は、非処理水と比較してバイオフィルムに由来したぬめり汚れに対する洗浄力が極めて高いことが判明している。その理由は主に、固体表面とバイオフィルム層との付着界面に対し、キャビテーション処理水が非処理水よりも浸透しやすい性質を有しているためであると考えられる。
【0008】
一方、手や野菜あるいは果物の表面は、手で触ってもぬめりを感じない一見乾燥状態に見える表面であっても、バイオフィルムにより微生物のコロニーが強固に付着した状態は普遍的に創出されているとも考えられる。この場合、ぬめり汚れ除去について優位性を示すキャビテーション処理水であれば、このような状態の表面に付着した微生物のコロニーについても、非処理水に対して有利な洗浄効果を有していると考えられる。よって、キャビテーション処理水による洗浄除去の対象に、固体表面に付着した微生物（あるいはその死骸）が含まれている場合、バイオフィルムに対する除去能力を適切に評価する手法が求められる。
【0009】
例えば一般的な洗浄試験においては、インクや油脂類が汚れのモデルとして使われることが多い。しかし、インクはバイオフィルムよりも流動性が高く、水と混ぜれば速やかに均一に拡散混合してしまうものであり、洗浄水の浸透能力の相違を的確に反映できるかどうかには疑問がある。一方、油脂は疎水性であり、キャビテーション処理水と非処理水のずれについても付着表面との界面への浸透は、親水性のバイオフィルムとの界面よりも格段に小さい問題がある。そもそも、キャビテーション処理水と非処理水とは化学組成上はほとんど差がなく、バイオフィルムが介在しつつ付着する微生物への洗浄能力の差を的確に反映しうる評価方法についても、従来ほとんど検討されることはなかった。
【0010】
一方、より直接的な評価方法として、洗浄後の被処理物に残留する生菌数を測定する方法がある。例えば、被処理物が野菜や果物の場合は、洗浄後の検体を丸ごと均一にすりつぶし、培地に定量接種して培養することにより、培養前の検体の単位体積当たりの生菌数を見積もる検査方法が広く採用されている。しかし、この方法は完全な破壊検査であり、洗浄前と洗浄後の生菌数の変化を同一検体を用いて評価することができない、という致命的な欠点がある。さらに、被処理物が人体である場合、適用不可能な方法であることは言うまでもない。
【0011】
一方、被処理物をゴム袋に無菌水とともに封入し、その状態で被処理物をもみ洗いした後、袋内の水を回収して水に移動した生菌数を測定する方法も知られており、検体が人体手指の場合はゴム手袋を用いることから、グローブジュース法と称されている（非特許文献３を参照）。非特許文献３においては、同一人物の手洗い前の右手と、手洗い後の左手の残留生菌数をそれぞれグローブジュース法で測定することにより、手洗い前後の生菌数変化についての評価がなされている。しかし、この方法も、洗浄前と洗浄後の生菌数を、同一人物の同じ側の手について評価することができない点で、前述の破壊検査方式と何ら変わりはない。そして、いずれの手法も、生菌数測定のための検体調製と菌コンタミ除外のための技術的配慮が煩雑であり、菌培養を経て評価結果が判明するまでに相当の時間を要する欠点がある。
【0012】
本発明の課題は、バイオフィルムが介在した形で微生物が付着していると考えられる被洗浄物に対するキャビテーション処理水の洗浄力を、同一の被処理物を用いて的確かつ簡便に評価する方法と、それを用いた被処理物の洗浄方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
上記課題を解決するために、本発明のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法は、液体流路の途中にキャビテーション処理部が形成された液体処理ノズルに洗浄水を流通させ、該流通により得られるキャビテーション処理水を用いて微生物を含む汚れ層が付着した被処理物を洗浄する際の、キャビテーション処理水の洗浄力を評価する方法であって、キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、第一の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する工程と、液体処理ノズルを流通させない非キャビテーション処理水を用いて行う試験洗浄の前後にて、第一の被処理物と同種の第二の被処理物の表面に対しＡＴＰふき取り試験を実施することにより、第二の被処理物の表面の洗浄前後における清浄度の変化を測定する工程と、第一の被処理物及び第二の被処理物について得られる清浄度の変化の比較に基づいてキャビテーション処理水の洗浄力評価を行なう工程と、を有することを特徴とする。
【0014】
また、本発明の被処理物の洗浄方法は、キャビテーション処理水を用いて微生物を含む汚れ層が付着した所望の被処理物を洗浄した場合に、非キャビテーション処理水を用いて同種の被処理物の洗浄を行った場合よりも洗浄結果が有利となる臨界洗浄時間を、上記本発明の洗浄力評価方法に基づいて決定する工程と、被処理物を臨界洗浄時間以上の洗浄時間にてキャビテーション処理水により洗浄する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
上記本発明のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法においては、試験洗浄の対象として、微生物を含む汚れ層が付着した被処理物を用いるとともに、キャビテーション処理水を用いた第一の被処理物の試験洗浄と、非キャビテーション処理水を用いた第二の被処理物の試験洗浄とを個別に行う。そして、いずれの試験洗浄においても同一の被処理物に対し試験洗浄の前後にてＡＴＰふき取り試験を実施し、洗浄前後における清浄度の変化をそれぞれ測定する。
【0016】
ＡＴＰふき取り試験の原理は周知であり（例えば、特許文献９を参照）、概要は以下の通りである。すなわち、綿棒等のプローブにより被処理物の表面に対しふき取り操作を行ない、綿棒に付着した生物細胞あるいはその残渣を所定の抽出液により抽出する。そして、その抽出液にＡＴＰと反応して発光する酵素を含有した発光試薬を添加することにより抽出液の発光を促し、その発光量を測定するものである。プローブに付着した生物細胞や残渣の量が多いほど、これに含まれるＡＴＰに由来した発光量も大きくなる。検体表面に細菌や残渣などの汚染物質が残っているとＡＴＰが存在するため、測定された発光量（一般には、相対発光単位（Relative Light Unit；RLUにより数値化される）が被処理物表面の清浄度を示す指標となる。ＡＴＰふき取り試験は生菌数を同定することはできないが、ＡＴＰとの因果関係が深い生物細胞、特に細菌などの微生物細胞やその死骸残渣の被処理物表面における推定存在量を簡易にかつ直接的に測定できる利点がある。
【0017】
本発明においては、キャビテーション処理水の洗浄力を、特定の汚れモデルを用いるのではなく、微生物を含む汚れ層が付着した被処理物を直接試験洗浄することで評価を行なう。微生物を含む汚れ層はすでに説明したごとくバイオフィルムやその乾燥物を含み、キャビテーション処理水と通常水との洗浄力の差が特に反映されやすい。その微生物を含む汚れ層の除去の程度は、同一被処理物の洗浄前後にＡＴＰふき取り試験を行なうことで、その測定結果が示す清浄度の変化により評価することが可能となる。よって、ＡＴＰふき取り試験による該清浄度の変化を、キャビテーション処理水による試験洗浄と、非キャビテーション処理水による試験洗浄との双方について測定することで、バイオフィルムが介在した形で微生物が付着していると考えられる被洗浄物に対するキャビテーション処理水の洗浄力を、同一の被処理物を用いて的確かつ簡便に評価することが可能となる。
【0018】
また、本発明の被処理物の洗浄方法によると、上記本発明の洗浄力評価方法に基づいて、非キャビテーション処理水を用いて洗浄を行った場合よりも洗浄結果が有利となる臨界洗浄時間を決定し、被処理物をその臨界洗浄時間以上の洗浄時間にてキャビテーション処理水により洗浄するようにしたから、非キャビテーション処理水を用いる場合よりも確実に良好な洗浄結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】キャビテーション処理部が形成された液体処理ノズルを組み込んだ水道水処理装置の一例を示す正面図及び底面図
【図4】液体処理ノズルの一構成例を示す平面図及び正面断面図
【図6】螺旋溝の断面形状を拡大して示す図
【図8】旋回流の形成原理を説明する第一の図
【図9】旋回流の形成原理を説明する第二の図
【図10】キャビテーション処理部に生ずる旋回流により微細気泡が発生する様子を説明する図
【図11】キャビテーション処理部の上流側半区間に連通する気体導入通路からの気体が旋回流により微粉砕される様子を説明する図
【図12】キャビテーション処理部の下流側半区間に連通する気体導入通路からの気体が旋回流により微粉砕される様子を説明する図
【図13】出口側テーパ部に連通する気体導入通路からの気体が旋回流により微粉砕される様子を説明する図
【図14】気体導入通路の先端形状の具体例を示す第一の図
【図15】気体導入通路の先端形状の具体例を示す第二の図
【図16A】ケーシング気体流路の気体入口側の構造の詳細を示す断面図
【図16B】逆流防止用弾性リングの吸気時の作用説明図
【図16C】逆流防止用弾性リングの液逆流阻止時の作用説明図
【図17】気体中継空間を廃止した水道水処理装置の構成例を示す断面図
【図18】気体導入通路の形成形態の第一変形例を示す正面断面図
【図19】気体導入通路の形成形態の第二変形例を示す正面断面図
【図20】気体導入通路の形成形態の第三変形例を示す正面断面図
【図21】気体導入通路の形成形態の第四変形例を示す正面断面図
【図22】気体導入通路の形成形態の第五変形例を示す正面断面図
【図23】気体導入通路の形成形態の第六変形例を示す正面断面図
【図24】複数の気体導入通路を液体流路の上流側と下流側に振り分けて形成する第一例を示す平面模式図
【図25】複数の気体導入通路を液体流路の上流側と下流側に振り分けて形成する第二例を示す平面模式図
【図26】複数の気体導入通路を液体流路の上流側と下流側に振り分けて形成する第三例を示す平面模式図
【図27】複数の気体導入通路を液体流路の上流側と下流側に振り分けて形成する第四例を示す平面模式図
【図28A】螺旋溝の断面外形形状の第一変形例を示す図
【図28B】螺旋溝の断面外形形状の第二変形例を示す図
【図28C】螺旋溝の断面外形形状の第三変形例を示す図
【図30】積層メッシュモジュールの第一の構成例を示す側面模式図
【図31】積層メッシュモジュールの第二の構成例を示す側面模式図
【図32】積層メッシュモジュールの第三の構成例を示す側面模式図
【図33】絞り部に螺旋溝を形成しない液体処理ノズルを用いた水道水処理装置の一例を示す平面図及び正面断面図
【図34】本発明のキャビテーション処理水の洗浄力評価方法に使用する洗浄装置系の一例を示す模式図
【図35】ＡＴＰふき取り試験の工程説明図
【図37】試験洗浄の工程説明図
【図38】洗浄後のリンシング工程の説明図
【図39】本発明の方法によりキャビテーション処理水の洗浄力を、キュウリを用いて評価した結果の一例を示すグラフ
【図41】本発明の方法によりキャビテーション処理水の洗浄力を、被験者の手洗いにより評価した結果の例を示すグラフ
【図42】参考例の評価結果を示すグラフ
【図43】キュウリの果皮表面の走査電子顕微鏡による拡大画像
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、本発明の実施の形態について添付の図面を参照しつつ詳しく説明する。まず、キャビテーション処理部が形成された液体処理ノズルの具体例について詳細に説明する。図１はキャビテーション処理部が形成された液体処理ノズルを組み込んだ水道水処理装置（液体処理装置）の一例を示す正面図及び底面図である。水道水処理装置１００は、金属又は樹脂にて構成される筒状のケーシング部４０と、該ケーシング部４０の下端部に着脱可能に装着される筒状の出口キャップ６０とを備える。出口キャップ６０の端側開口部には水流出口６１を覆う水流分散用の積層メッシュモジュール６３がはめ込まれている。図２に示すように、水道水処理装置１００は、水流入口を形成するケーシング部４０の上端面側にて、キッチンシンク９３（あるいは洗面台等）に併設されている水道蛇口ユニット９１の末端に取り付けて使用される。水道蛇口ユニット９１から供給される空気を溶存した水道水は、水道水処理装置１００を通過することによりキャビテーション処理され、溶存空気が析出して生ずる微細気泡を含んだキャビテーション処理水ＤＸＷとなって、水流出口６１から流出する。
【0021】
図３は、図１の水道水処理装置１００の平面図及び正面断面図である。ケーシング部４０は、軸線Ｏの方向にて両端が開口する筒状部材として構成されており、以下の要素を備える。
・ノズル収容孔４４：液体処理ノズル１が同軸的に挿入され該液体処理ノズル１を軸線Ｏの方向に位置保持しつつ収容する。
・ケーシング側継手部４２：軸線Ｏの方向の一端に形成され液体供給配管の継手部と係合する。
・ケーシング側開口部４５：軸線Ｏの方向の他端側に形成され液体処理ノズル１の液体出口４から流出する処理済み液体を排出する。
・ケーシング気体流路４６：ノズル収容孔４４を形成する壁部を貫通するとともに一端がノズル本体１０の気体入口２０Ｅに連通し、他端が壁部の外面に開口する。
・ノズル収容孔４４：液体処理ノズル１が同軸的に挿入され該液体処理ノズル１を軸線Ｏの方向に位置保持しつつ収容する。
・ケーシング側継手部４２：軸線Ｏの方向の一端に形成され液体供給配管の継手部と係合する。
・ケーシング側開口部４５：軸線Ｏの方向の他端側に形成され液体処理ノズル１の液体出口４から流出する処理済み液体を排出する。
・ケーシング気体流路４６：ノズル収容孔４４を形成する壁部を貫通するとともに一端がノズル本体１０の気体入口２０Ｅに連通し、他端が壁部の外面に開口する。
【0022】
ケーシング部４０には上端面に開口する継手座ぐり４１と、該継手座ぐり４１の下流側に連通するノズル収容孔４４と、該ノズル収容孔４４の下流側に連通するケーシング側開口部４５とが、ケーシング部４０を貫通する形で同軸的に一体形成されている。継手座ぐり４１の内周面には、図２の水道蛇口ユニット９１側に形成されている金具取付用雄ねじ部（図示せず：例えばＭ２２／ピッチ１．２５の泡沫金具取付用雄ねじ）と螺合するケーシング側継手部４２が形成されるとともに、その底部周縁部には水道蛇口ユニットとの間を水密にシールするためのシールリング４３が装着されている。
【0023】
ケーシング部４０には、ケーシング側開口部４５に続く形でケーシング部４０の本体部分の底面から突出する出口スリーブ６４を有する。出口スリーブ６４は、ケーシング部４０の下端側にて段付き面４０ａにより縮径された筒状をなし、外周面に雄ねじ部６０ｂが形成されている。ケーシング部４０に対し出口キャップ６０は、内周面に形成された雌ねじ部６０ｂを、出口スリーブ６４の外周面に形成された雄ねじ部６４ｂに螺合させる形で取り付けられている。出口スリーブ６４の雄ねじ部６４ｂの基端位置には、出口スリーブ６４の外周面と出口キャップ６０の内周面との間をシールするためのシールリング３３がはめ込まれている。
【0024】
また、出口キャップ６０の先端側開口周縁部は半径方向内向きに張り出す支持フランジ６２を形成しており、積層メッシュモジュール６３は外周縁部が出口スリーブ６４の下端面と、出口キャップ６０の支持フランジ６２との間で軸線方向に挟持された形で保持されている。出口スリーブ６４の内側空間は液体処理ノズル１の液体出口４よりも径大の水滞留空間６４ａを形成し、液体出口４から流出する細い水流は該水滞留空間６４ａ内にて軸線Ｏに関する半径方向外向きに広がりつつ、積層メッシュモジュール６３を介して整流され、より太い水流となって流出するようになっている。
【0025】
図２９に示すように、積層メッシュモジュール６３は、複数のメッシュ部材の積層体からなる。図３０は、図２９の積層メッシュモジュール６３を拡大して示すものであり、メッシュ部材６３Ｄ，６３Ａ，６３Ａの２以上のもの（図３０では、メッシュ部材６３Ａ，６３Ａの２つ）が目開き０．０２０ｍｍ以上０．１１ｍｍ以下、開口率２５．０％以上４２％以下に設定されたもの（＃１５０～＃６３５：細目メッシュ部材）で構成されている。ケーシング部４０のケーシング側開口部４５は、積層メッシュモジュール６３により処理済み液体の流出を許容した状態で覆われている。メッシュ部材は金属ワイヤ（例えば、ステンレス鋼線）の編み込み体として構成される。また、細目メッシュ部材は、より望ましくは＃２００～＃５００（目開き０．０２６ｍｍ以上０．０７７ｍｍ以下、開口率２５．８％以上３６．８％以下）であるのがよい。
【0026】
図３０において、積層メッシュモジュール６３は、目開きの異なる複数種類のメッシュ部材６３Ｄ，６３Ａが、液体流入側から液体流出側に向けて目開きが減少するように積層配置されている。このうち、液体流入側にて一層目に位置するメッシュ部材６３Ｄは、線径０．０８ｍｍ以上、目開き０．１３ｍｍ以上の補強用メッシュ部材とされている。これにより、積層メッシュモジュール６３は気泡粉砕効果を確保しつつモジュール全体の剛性を増すことができ、例えば流出水圧が高まった場合においてもたわみ変形を生じにくくすることができる。本実施形態において、補強用メッシュ部材６３Ｄは、線径０．１ｍｍ、目開き０．１５４ｍｍ、開口率３６．５％（＃１００）である。また、２つの細目メッシュ部材６３は、線径０．０３ｍｍ、目開き０．０３４ｍｍ、開口率２７．８％（＃４００）である。
【0027】
なお、図３１に示すように、３種類以上の積層メッシュモジュール６３は、目開きの異なるメッシュ部材６３Ｄ，６３Ｃ，６３Ｂ，６３Ａを、液体流入側から液体流出側に向けて目開きが減少するように積層配置して構成してもよい。また、積層メッシュモジュール６３の剛性を十分確保できる場合は、図３２に示すように、全てのメッシュ部材を細目メッシュ部材６３Ａで形成するようにしてもよい。
【0028】
また、出口キャップ６０の内側にて、積層メッシュモジュール６３と出口スリーブ６４の先端面との間にゴム又は樹脂からなるリング状のメッシュシール部材６３Ｐが配置されている。メッシュシール部材６３Ｐは、本実施形態ではポリ四フッ化エチレン（商標名：テフロン（登録商標））やフッ素系エラストマー等のフッ素樹脂にて構成されている。
【0029】
図２９に示すように、メッシュシール部材６３Ｐは板状に形成され、出口キャップ６０の内周面には板状のメッシュシール部材６３Ｐの外周縁部を嵌合させるシール嵌合用溝部６５が形成されている。
【0030】
次に、ケーシング部４０のノズル収容孔４４には液体処理ノズル１がはめ込まれている。ノズル収容孔４４は円筒面状に形成されるとともに、ケーシング側開口部４５の周縁部が半径方向内向きに張り出す支持フランジ４４ａを形成しており、液体処理ノズル１は下端面の外周縁部が該支持フランジ４４ａに当て止めされた形で保持されている。
【0031】
液体処理ノズル１は、樹脂製又は金属製のノズル本体１０を備える。ノズル本体１０には、一方の端面（上端面）に液体入口３を開口し他方の端面（下端面）に液体出口４を開口する貫通形態の液体流路２が形成されている。本実施形態では、ノズル本体１０は円柱状であり、液体流路２は該ノズル本体１０をその軸線Ｏ（中心軸線）の向きに貫通する形で形成されている。
【0032】
図４は液体処理ノズル１を取出して示す平面図及び正面断面図である。液体流路２は、内周面の軸線Ｏの方向において液体入口３を含む上流側区間と該上流側区間に続く下流側区間とを有し、下流側区間の少なくとも上流端を含む部分、本実施形態では、その中間をなす一部区間が、上流側区間（入り口側テーパ部２１）よりも流通断面積が縮小された絞り部とされている。図４の液体処理ノズル１においては、軸線Ｏを螺旋中心線とする螺旋溝５０が絞り部に刻設され、キャビテーション処理部５を形成している。キャビテーション処理部５にて螺旋溝５０が２周回分以上に形成されているのがよく、本実施形態では４周回分形成されている。
【0033】
図５に示す如く、キャビテーション処理部５の内周面において、螺旋溝５０の軸線Ｏの方向に隣接する周回部を区画する領域を溝間領域５２として、該溝間領域２１の最小内径を溝間領域内径Ｄ１としたとき、軸線Ｏ方向における螺旋溝５０の刻設ピッチＰが溝間領域内径Ｄ１よりも大きく設定されている。また、螺旋溝５０の深さｄは、刻設ピッチＰよりも小さい値、本実施形態においては、溝間領域内径Ｄ１の１０％以上４０％以下（望ましくは１５％以上２５％以下）の値に設定されている。
【0034】
また、軸線Ｏを含む断面において、溝間領域５２は、外形線が平坦（円筒面状）に形成され、螺旋溝５０は溝間領域５２に対し外向きに膨出する形態に形成されている。さらに、溝間領域５２は軸線Ｏの方向における幅Ｗ１が螺旋溝５０の幅Ｗ２よりも大きく設定されている（図６参照）。螺旋溝５０の軸線Ｏの方向に隣接する周回部が平坦な溝間領域５２により区画される結果、螺旋溝５０全体の形状は弦巻状となる。
【0035】
軸線Ｏを含む断面において螺旋溝５０は、軸線Ｏ方向にて溝底５１の位置から隣接する溝間領域５２に向け、溝深さが連続的に減ずる外形形状をなすように形成されている。例えば、図６に拡大して示すように、螺旋溝５０の断面形状はＶ字状であり、螺旋溝５０の深さｄは螺旋溝５０の幅Ｗ２の８０％以上１２０％以下の値に定めることができる。
【0036】
また、キャビテーション処理部５の区間長をＬ、溝間領域内径をＤ１としたとき、Ｌ／Ｄ１は例えば１以上１０以下（望ましくは１以上７以下）の値に設定されている。さらに、図８及び図９に示すように、軸線Ｏを含む平面上にて、軸線Ｏを法線とする基準面αと溝底５１とのなす角度λ１は、例えば３°以上８０°以下であり、望ましくは、４５°以上７０°以下であるのがよい。
【0037】
次に、キャビテーション処理部５の下流側には、キャビテーション処理部５の出口から液体出口４に向けて内径が漸増する出口側テーパ部２２が、螺旋溝５０の刻設ピッチＰよりも区間長Ｊが大きくなるように形成されている。出口側テーパ部２２に形成されている液体出口４の開口面積は、キャビテーション処理部５の溝間領域５２の最小内径位置における軸断面積の１．２倍以上２倍以下（望ましくは、１．３倍以上１．７倍以下：本実施形態では１．５倍）に調整されている。出口側テーパ部２２の形成区間長Ｊは、螺旋溝５０の溝間領域内径Ｄ１の例えば３倍以上５倍以下であり、軸線Ｏを含む断面において出口側テーパ部２２のテーパ角度θ２は例えば４°以上８°以下である。なお、出口側テーパ部２２は省略されていてもよい。
【0038】
一方、液体流路２において、キャビテーション処理部５の上流側には、液体入口３からキャビテーション処理部５の入口に向け、出口側テーパ部２２よりも大きな勾配にて内径が漸減する入口側テーパ部２１が形成されている。入口側テーパ部２１の液体入口３は、出口側テーパ部２２の液体出口４よりも径大に形成されている。入口側テーパ部２１に形成されている液体入口３の開口面積は、キャビテーション処理部５の溝間領域５２の最小内径位置における軸断面積の２．５倍以上８倍以下（望ましくは、３倍以上７倍以下：本実施形態では５倍）に調整されている。入口側テーパ部２１の形成区間長Ｋは、螺旋溝５０の溝間領域内径Ｄ１の例えば１．５倍以上３倍以下であり、軸線Ｏを含む断面において入口側テーパ部２１のテーパ角度θ１は例えば１５°以上４０°以下である。
【0039】
以上のようなキャビテーション処理部５を含む液体流路２を有したノズル本体１０は、切削加工、射出成型等の既知の加工方法により形成できる。また、ノズル本体１０を金属で構成する場合は、ロストワックス法等の鋳造にて形成してもよい。
【0040】
次に、図４に示すように、ノズル本体１０には、一端がノズル本体１０の外面に開口し、他端がキャビテーション処理部５の螺旋溝５０に連通する気体導入通路２０が形成されている。本実施形態において気体導入通路２０はノズル本体１０の外周面に上記一端をなす気体入口２０Ｅを開口し、他端をなす気体出口２０Ｔを螺旋溝５０内に開口する。そして、気体導入通路２０は、気体入口２０Ｅから気体出口２０Ｔに至る軸線Ｑが液体流路２の軸線Ｏに対し、気体入口２０Ｅが気体出口２０Ｔよりも液体流路２の液体入口３側に位置するように傾斜して設けられている。軸線Ｑと軸線Ｏのなす角度λ２は、例えば３０°以上７０°以下であるのがよく、本実施形態では４５°に設定されている。
【0041】
本実施形態において気体導入通路２０は、気体出口２０Ｔが気体入口２０Ｅよりも径小に形成されている。具体的には、図１４に示すように、気体導入通路２０の気体出口２０Ｔ（以下、先端という）の開口側端部が気体出口２０Ｔに向けて、テーパ状の縮径部２０Ｂにより連続的に縮径された構造となっている。
【0042】
図４において、気体導入通路２０は気体入口２０Ｅが位置する基端側部２０Ｐの内径δ２は、例えば０．８ｍｍ以上１．３ｍｍ以下（図４においては１．０ｍｍ）である。また、これに続く部分は段付き面を経て内径が縮小された本体部２０Ａとされている。図１４に示すように、本体部２０Ａの内径δ１は例えば０．２ｍｍ以上０．７ｍｍ以下（望ましくは０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下：本実施形態では０．５ｍｍ）であり、縮径部２０Ｂの形成区間長は本体部２０Ａの内径の１．５倍以上３倍以下の範囲に調整されている。
【0043】
縮径部２０Ｂの先端面は、該先端面のエッジが螺旋溝５０の内周面と干渉しないように径が定められ、該先端面から螺旋溝５０内面に至る部分は気体出口２０Ｔに向けて、軸線方向に内径が均一なピンホール部２０Ｓが形成され、該ピンホール部２０Ｓの先端に気体出口２０Ｔが形成されている。ピンホール部２０Ｓ（気体出口２０Ｔ）の内径ＴＤは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下（望ましくは０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下：本実施形態では０．１ｍｍ）であって本体部２０Ａの内径δ１より小さく設定されている。なお、図１５に示すように、気体導入通路２０の縮径部２０Ｂ’を、内径が段階的に縮小する段付き面状に形成することもできる。
【0044】
図４に戻り、気体導入通路２０は、軸線Ｏの方向にて互いに異なる位置に複数個所に設けられている。具体的には、気体導入通路２０は、キャビテーション処理部５に対し軸線Ｏ方向における上流側の半区間に連通開口するもの（区別のために符号「２０」に（Ｕ）を付与している）と、軸線Ｏ方向における下流側の半区間に連通開口するもの（区別のために符号「２０」に（Ｄ）を付与している）とが設けられている。いずれの気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）も螺旋溝５０の底部に気体出口２０Ｔを連通開口している。
【0045】
図３に示すように、ケーシング部４０には、気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）の気体入口２０Ｅと連通する気体出口４６Ｔが一端側に開口し、ケーシング部４０の外周面に開口する気体入口４６Ｅが他端側に開口するケーシング気体流路４６が、ノズル収容孔４４を形成する壁部を貫通する形で形成されている。また、ノズル本体１０の外周面とノズル収容孔４４の内周面との間には、気体導入通路２０の気体入口２０Ｅ側とケーシング気体流路４６の気体出口４６Ｔ側がそれぞれ連通する気体中継空間７が形成されている。
【0046】
図３の構成においては、ノズル本体１０の外周面の軸線Ｏの方向の中間位置にて周方向に形成された環状の空間形成凹部２６の底面と、ノズル収容孔４４の内周面とが形成する隙間が気体中継空間７を形成している。また、軸線Ｏの方向にてノズル本体１０の両端部には周方向の溝部３１，３２が形成されており、各溝部３１，３２にはめ込まれたシールリング２４，２５によりノズル本体１０の外周面とノズル収容孔４４の内周面との隙間（ひいては気体中継空間７）は、軸線Ｏの方向における両側が液密に封止されている。ノズル本体１０の両端部はノズル収容孔４４の内周面に対し隙間嵌めとなっており、空間形成凹部２６の深さ（軸線Ｏの方向における気体中継空間７の半径方向幅）は、該隙間嵌めのクリアランスよりも大きく設定されている。
【0047】
次に、ケーシング部４０の外周面には周方向に沿う環状の溝部４７が形成され、ケーシング気体流路４６の気体入口４６Ｅが該溝部４７の底面に開口している。また、溝部４７内には、気体入口４６Ｅからケーシング気体流路４６内への気体の流入は許容し、ケーシング気体流路４６内の逆流液体が気体入口４６Ｅから流出することを阻止する逆流防止用弾性リング７０がはめ込まれている。
【0048】
図１６Ａ左に示すように、逆流防止用弾性リング７０はゴム製であり、円形の断面形状を有する。溝部４７の断面は方形であり、ケーシング部４０の軸線方向（図面上下方向）にて、逆流防止用弾性リング７０は溝部４７の両内側面に対し外周縁両側が隙間嵌めとなるようにはめ込まれている。図１６Ａ右に示すように、逆流防止用弾性リング７０の内周縁部は溝部４７の底面にてその幅方向中央位置に帯状のシール面７０Ｃを形成しつつ、気体入口４６Ｅを横切る形でこれを半封止している。図１６Ａ左に示すように、逆流防止用弾性リング７０の内周面と気体入口４６Ｅとの間には気体誘導空隙４７Ａが形成されている。
【0049】
以下、液体処理ノズル１並びにこれを用いた水道水処理装置１００の動作について説明する。図２に示すように、水道水処理装置１００を水道蛇口ユニット９１に取り付け、通水バルブ９１Ｂを開くと、気体として空気を溶存した水道水が水道水処理装置１００に流れ込み、キャビテーション処理水ＤＸＷとして流出する。水道水は、図３において、ケーシング部４０内の液体処理ノズル１に対し、液体入口３から液体流路２に流れ込み、キャビテーション処理部５（絞り部）を通過することによりキャビテーション処理され、微細気泡を含んだキャビテーション処理水となり、液体出口４から水滞留空間６４ａに流れ込むとともに、さらに積層メッシュモジュール６３を通過して流出する。また、絞り部をなすキャビテーション処理部５に生ずる負圧により、気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）には負圧吸引力が発生し、気体入口２０Ｅから気体（本実施形態の場合、外気をなす空気）を自吸することができる。その結果、吸引された気体はキャビテーション処理部５内で気液混合され、液体への気体の溶解や微細気泡への粉砕がなされる。
【0050】
積層メッシュモジュール６３は、これに含まれる２以上のメッシュ部材６３Ａ，６３Ａが、目開き０．０２０ｍｍ以上０．１１ｍｍ以下、開口率２５．０％以上４２％以下の細目メッシュ部材とされていることで、自吸圧に基づく気液混合により形成される比較的粗大な気泡を、気泡径が１００μｍ未満のファインバブルあるいは１μｍ未満のウルトラファインバブルと称される微細気泡領域にまで効率的に粉砕することができる。積層メッシュモジュール６３は水流が通過する際に、メッシュ空隙をなす線材により水流がせん断されることでキャビテーションによる新たな微細気泡の析出と乱流とを生じ、微細気泡の生成効率を向上させる効果も有する。細目メッシュ部材６３Ａが２層以上積層されている場合、隣接するメッシュ間では１のメッシュ部材の線材が他のメッシュ部材のメッシュ空隙を横切るように流れが生じる結果、積層メッシュモジュール６３内でのキャビテーション発生効率を著しく高めることができる。
【0051】
積層メッシュモジュール６３に含まれる細目メッシュ部材６３Ａの目開きが０．１１ｍｍを超えるか、開口率が４２％を超える場合、あるいは、積層メッシュモジュール６３に含まれる細目メッシュ部材６３Ａの数が１層以下の場合は、積層メッシュモジュール６３内でもたらされるキャビテーション効果が期待できず、微細気泡の発生効率向上に十分貢献できなくなる。他方、細目メッシュ部材６３Ａの目開きが０．０２０ｍｍ未満になるか、開口率が２５．０％未満になると、積層メッシュモジュール６３を通過する際の液体の流通抵抗が過剰となる結果、液体処理ノズル側へ作用する背圧により、キャビテーション処理部５（絞り部）へ気体を自吸することが困難となる。
【0052】
積層メッシュモジュール６３は複数のメッシュ部材６３Ｄ，６３Ａ，６３Ａが積層されたものであり、出口スリーブ６４と出口キャップ６０の支持フランジ６２との間で挟持されたとき、その外周縁部、特に、出口スリーブ６４と１層目のメッシュ部材６３Ｄとの間で気密性が損なわれやすい傾向にある。液体処理ノズル１からの水流は、出口スリーブ６４内においても軸線Ｏ付近での流速が高く、水滞留空間６４ａ内ではベルヌーイの原理に由来した負圧が作用しやすくなる。その結果、積層メッシュモジュール６３と出口スリーブ６４との積層境界を流通路として外気が負圧吸引されることがある。このような積層メッシュモジュール６３の位置で負圧吸引が生じると、液体処理ノズル１の絞り部において気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）に発生する負圧が減少し、ファインバブルあるいはウルトラファインバブル（微細気泡）の生成に寄与する絞り部での気体吸引量が減少する場合がある。
【0053】
そこで、図２９に示すように、積層メッシュモジュール６３と出口スリーブ６４の先端面との間にゴム又は樹脂からなるリング状のメッシュシール部材６３Ｐを配置しておけば、積層メッシュモジュール６３と出口スリーブ６４ないし出口キャップ６０との間の気密性、特に、出口スリーブ６４と１層目のメッシュ部材６３Ｄとの間での気密性が向上し、当該位置で負圧吸引が生じることを効果的に抑制することができる。この効果は、メッシュシール部材６３Ｐを板状に形成し、出口キャップ６０の内周面に形成されたシール嵌合用溝部６５にメッシュシール部材６３Ｐの外周縁部を嵌合させる構造とすることでより確実に達成できる。
【0054】
メッシュシール部材６３Ｐの配設により積層メッシュモジュール６３位置での負圧吸引が抑制されると、水滞留空間６４ａ内は積層メッシュモジュール６３からの背圧をより受けやすくなる。この背圧が大きくなると、積層メッシュモジュール６３及びメッシュシール部材６３Ｐの外周縁から、出口スリーブ６４と出口キャップ６０との螺合部を経由して出口キャップ６０の基端位置から液体漏れを生じることがある。
【0055】
この場合、上記のようにメッシュシール部材６３Ｐを撥水性の高いフッ素樹脂で形成しておくと、メッシュシール部材６３Ｐと出口キャップ６０との間に液体流が侵入しにくくなり、上記の液体漏れを効果的に抑制できる。該効果は、出口スリーブ６４の雄ねじ部６４ｂの基端側外周面と、出口キャップ６０の内周面との間にキャップ側シール部材３３を設けることでより確実に達成することができる。
【0056】
液体処理ノズル１の液体出口４側の流通負荷が何らかの要因により増大した場合は、キャビテーション処理部５（絞り部）内の液体は、該流通負荷に由来した背圧を受ける。旋回流ＣＦに由来した負圧による気体導入通路２０への気体流入圧よりも、この背圧が高くなれば、キャビテーション処理部５（絞り部）側から気体導入通路２０へ液体が逆流し、気体入口２０Ｅ側へ液体が流出することがある。
【0057】
気体導入通路２０は、気体入口２０Ｅが気体出口２０Ｔよりも液体流路２の液体入口３側に位置するように傾斜して設けられていることで、キャビテーション処理部５（絞り部）生ずる背圧の影響を受けにくくなり、上記のような気体導入通路２０へ液体の逆流を効果的に抑制することがきる。該効果をより顕著なものとするためには、気体入口２０Ｅの軸線Ｑと、液体流路２の軸線Ｏのなす角度λ２は７０°以下、望ましくは６０°以下となっていることが有効である。また、角度λ２が極度に小さくなると、気体導入通路２０に生ずる負圧吸引力が不十分となる場合があるので、λ２の下限値は例えば３０°以上に定められる。
【0058】
また、図１４のように、縮径部２０Ｂを連続的に縮径されるテーパ状の構造とすることは、図１５のように縮径部２０Ｂ’を段付き面状に形成する構造と比較して、流路断面積縮小に伴なう自吸気体への圧損低減に有効である。例えば図１４の構成のごとく、縮径部２０Ｂを圧損の小さいテーパ状の構造とすることで、気体入口２０Ｅ側への液体の逆流をさらに生じにくくすることができる。
【0059】
また、縮径部２０Ｂの形成により気体出口２０Ｔが気体入口２０Ｅよりも径小に形成されていることで、気体出口２０Ｔから流れＦ中に供給される粗大気泡の気泡径が縮小し、微細気泡への粉砕効率が大幅に高められる。特に、気泡径１μｍ以上１００μｍ未満のファインバブルや、気泡径１μｍ未満のウルトラファインバブルへの粉砕効率を高めるためには、図１４及び図１５に示すように、気体出口２０Ｔの内径ＴＤが０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下（望ましくは０．０８ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下：本実施形態では０．１ｍｍ）に設定されていることが極めて有効である。また、縮径部２０Ｂの先端側に連通するピンホール部２０Ｓにより気体出口２０Ｔを形成することは、気体出口２０Ｔの内径ＴＤの寸法精度を確保する観点において有効である。
【0060】
図３の水道水処理装置１００の構成においては、ケーシング部４０のノズル収容孔４４を形成する壁部を貫通する形でケーシング気体流路４６が形成され、液体の流通に伴い、液体処理ノズル１の複数の気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）に生ずる吸引負圧は、気体中継空間７を介してケーシング気体流路４６に伝達されるようになっている。これにより、ケーシング部４０に形成するケーシング気体流路４６の数を減ずることができ、ケーシング部４０の構造の簡略化に貢献する。また、液体逆流に由来した液漏れの懸念箇所も減ずることが可能である。
【0061】
また、ケーシング部４０の外周面に環状の溝部４７が形成され、該溝部４７の底面に開口するケーシング気体流路４６の気体入口４６Ｅが、溝部４７内にはめ込まれた逆流防止用弾性リング７０により半封止されている。ケーシング気体流路４６に逆流液体が侵入しても、該逆流防止用弾性リング７０により気体入口４６Ｅからの液体の漏れ出しが効果的に抑止される。
【0062】
図１６Ａ左に示すように、逆流防止用弾性リング７０は円形断面のゴム製（いわゆるオーリング）であり、方形断面の溝部４７に対し隙間嵌めとなるようにはめ込まれるとともに、逆流防止用弾性リング７０の内周面と気体入口４６Ｅとの間には気体誘導空隙４７Ａが形成されている。この構成によると、気体入口４６Ｅからケーシング気体流路４６へ気体が流入する際の流通抵抗部は、逆流防止用弾性リング７０と溝部４７の両内側面との間の線状の隙間嵌め空間のみであるから、気体入口４６Ｅが逆流防止用弾性リング７０により半封止されているにも関わらず、ケーシング気体流路４６へ気体をスムーズに流入させることができる。
【0063】
図１６Ｂは、吸気時における逆流防止用弾性リング７０の作用を説明するものである。液体処理ノズルへの液体流通に伴い、ケーシング気体流路４６に負圧ＮＰが誘導されると、その吸気流により逆流防止用弾性リング７０は気体入口４６Ｅにてケーシング気体流路４６の内部へと引っ張られる。これにより、逆流防止用弾性リング７０は、気体入口４６Ｅに臨む部分が、溝部４７の幅方向に断面径を減少させる形でつぶれ変形するとともに、溝部４７の内側面と逆流防止用弾性リング７０との間に隙間ＧＰが生じ、その隙間から気体誘導空隙４７Ａを経てケーシング気体流路４６に気体流ＡＦが吸い込み形態で発生する。
【0064】
一方、図１６Ｃは、液体処理ノズルからケーシング気体流路４６側へ液体が逆流してきた場合の逆流防止用弾性リング７０の作用を説明するものである。図１６Ｃ左に示すように、逆流しようとする液体流ＷＦは、気体流に比べて粘性が高く大きな表面張力を有するため、溝部４７と逆流防止用弾性リング７０との微小な隙間（あるいは緩い密着面）を透過する際の抵抗が気体流に比べてはるかに大きい。よって、図１６Ｃ右に示すように、液体流ＷＦは、隙間ＧＰからの流出が阻害された状態でケーシング気体流路４６側からの逆流による正圧ＰＰにより加圧される。この加圧により逆流防止用弾性リング７０は、気体入口４６Ｅに臨む部分が、溝部４７の幅方向に断面径を増加させようとする向きにつぶれ変形しようとするが、該変形は溝部４７の内側面に規制されていることから逆流防止用弾性リング７０と溝部４７の内側面との接触面積が増大して、液体流ＷＦがより強固に阻止される状態となる。
【0065】
次に、キャビテーション処理部５の作用効果について説明する。
液体流路２に供給される水道水（液体）は入口側テーパ部２１で絞られて増速され、図７に示すように、その流れの一部は中心流ＭＦとなって液体流路２の断面中心付近を流通する一方、残余の流れはキャビテーション処理部５の螺旋溝５０に分配されて旋回流ＣＦを形成する。図８に示すように、螺旋溝５０の内周面に衝突した分配流は螺旋溝５０にガイドされる形で旋回し、その遠心力によって増速する。図７に示すように、螺旋溝５０の内部空間は、この遠心力の旋回効果に基づき発生する旋回流ＣＦの形成により増速効果が高められる。増速された旋回流ＣＦの領域はベルヌーイの定理により負圧領域となり、キャビテーション効果により空気溶存濃度が過飽和となって、気泡径が１μｍ未満の微細気泡（いわゆるウルトラファインバブル）が多量に析出生成したキャビテーション処理水が得られる。
液体流路２に供給される水道水（液体）は入口側テーパ部２１で絞られて増速され、図７に示すように、その流れの一部は中心流ＭＦとなって液体流路２の断面中心付近を流通する一方、残余の流れはキャビテーション処理部５の螺旋溝５０に分配されて旋回流ＣＦを形成する。図８に示すように、螺旋溝５０の内周面に衝突した分配流は螺旋溝５０にガイドされる形で旋回し、その遠心力によって増速する。図７に示すように、螺旋溝５０の内部空間は、この遠心力の旋回効果に基づき発生する旋回流ＣＦの形成により増速効果が高められる。増速された旋回流ＣＦの領域はベルヌーイの定理により負圧領域となり、キャビテーション効果により空気溶存濃度が過飽和となって、気泡径が１μｍ未満の微細気泡（いわゆるウルトラファインバブル）が多量に析出生成したキャビテーション処理水が得られる。
【0066】
キャビテーション処理水中の微細気泡は、例えばレーザー散乱式粒度測定装置を用いて検出することができる。また、キャビテーション処理水には、観測可能な気泡となる前に成長を停止した気泡析出核も多量に含まれていると考えられるが、この気泡析出核のサイズは１０ｎｍ以下であると考えられ、一般的な測定装置による検出が難しいこともある。例えば非特許文献１には、水撃力を用いて気液混合する形で微細気泡を形成した処理水を凍結し、クライオ型超高圧電子顕微鏡を用いて観察することにより、気泡析出核に該当すると思われる寸法の微細気泡が確認されている事例がある。
【0067】
液体処理ノズル１によると、通常のベンチュリ管のように直線的に絞り機構が形成されたノズルと比較して、螺旋溝５０に由来した旋回流ＣＦが発生することで、キャビテーション効果ひいては微細気泡の発生効率を大幅に高めることができる。また、ベンチュリ管の絞り部をなす液体流路の内周面近傍は壁面摩擦による流量損失が通常は大きくなる。しかし、図４の液体処理ノズル１の構成によれば、キャビテーション処理部５の内周面近傍の流速が旋回流ＣＦの形成により高まる結果、上記の水道水処理装置１００等の形で液体処理ノズル１を流路に挿入したときの圧損も低く留めることができる。
【0068】
本発明者が有限要素法を用いた流体シミュレーションシステムにより解析したところ、図７に示すように、螺旋溝５０により誘導される旋回流ＣＦの流速は、螺旋溝５０の開始端から下流側に向け、螺旋周回数を重ねるほど、すなわち下流側に向かうほど大きくなることがわかった（図中、旋回流ＣＦを示す曲線は線幅が大きいほど大流速であることを示す）。すなわち、螺旋周回数が比較的小さい上流側は、入口側テーパ部２１により絞られた直後であり、螺旋溝５０に沿う流れ分配量も小さく中心流ＭＦが主体的となるが、螺旋周回数が増す下流側では螺旋溝５０に沿う流れ分配量が積分的に累積される結果、旋回流ＣＦが発達して周方向の流速が顕著に増加する。螺旋溝５０の形成長は例えば１周回分以上、望ましくは２周回分以上に形成されているのがよい。
【0069】
図８及び図９に示すように、キャビテーション処理部５の内面に沿って軸線方向に流れる流れＦは、螺旋溝５０の溝間領域５２を乗り越えようとする直進成分ＬＦと、螺旋溝５０に沿う旋回流ＣＦの成分とに分解する。旋回流ＣＦの成分は溝間領域５２を乗り越えるたびに、つまり螺旋溝５０の通過周回数を重ねるごとに増加すると考えられる。このとき、軸線Ｏを含む平面への軸線Ｏと溝底５１とのなす角度λ１が大きいほど、つまり、螺旋溝５０の刻設ピッチＰが大きいほど１周回あたりに生ずる旋回流ＣＦの分配比率が大きくなると考えられる。
【0070】
特に、図８のように、軸線Ｏ方向における螺旋溝５０の刻設ピッチＰが溝間領域内径Ｄ１よりも大きく設定されていることで、螺旋溝５０の形成周回数が比較的小さくとも旋回流ＣＦを著しく形成でき、キャビテーション効果ひいては微細気泡の発生効果を顕著なものとすることができる。一方、図９のように、螺旋溝５０の刻設ピッチＰが溝間領域内径Ｄ１よりも小さい場合は、１周回あたりに生ずる旋回流ＣＦの分配比率は小さくなる。しかし、この場合も螺旋溝５０の形成周回数をより大きく確保することで、キャビテーション効果を十分に達成できる場合がある。
【0071】
図６において、螺旋溝５０の深さｄが大きすぎると、溝間領域５２を流れが乗り越える際の流体抵抗が過剰となり、キャビテーション処理部５を流れが通過する際の圧損が増加して流速低下を招き、十分なキャビテーション効果が得られなくなる場合がある。螺旋溝５０の深さｄを螺旋溝の刻設ピッチＰよりも小さく設定することは、この観点において有効である。
【0072】
一方、螺旋溝５０の深さｄが浅すぎる場合は、溝間領域５２を流れが乗り越える際の流体抵抗が減少し、螺旋溝５０に沿った旋回流ＣＦの誘導効果が不十分となり、キャビテーション効果が不足することにつながる場合がある。螺旋溝５０の深さを溝間領域内径Ｄ１の１０％以上に設定することは、この観点において有効である。
【0073】
また、図７に示す如く、軸線Ｏを含む断面において、溝間領域５２の外形線を平坦（円筒面状：出口側テーパ部２２よりも勾配の小さいテーパ面としてもよい）となし、螺旋溝５０を溝間領域５２に対し外向きに膨出する形態とすること（すなわち、螺旋溝５０の全体を弦巻状に形成すること）により、中心流ＭＦにより旋回流ＣＦが螺旋溝５０内に封じ込められる効果が増大する。その結果、旋回流ＣＦがより高速化してキャビテーション効果を高めることに貢献できる。また、溝間領域５２を円筒面とすることで、溝間領域５２の表面を流れる中心流ＭＦに乱れが少なくなり、旋回流ＣＦを螺旋溝５０内により効果的に封じ込めることができる。
【0074】
旋回流ＣＦを螺旋溝５０内に封じ込める効果を高める観点においては、図６に示すように、軸線Ｏの方向において溝間領域５２の幅Ｗ１を螺旋溝５０の幅Ｗ２よりも大きく設定することが望ましい。同様に、螺旋溝５０の深さｄについては、溝間領域内径Ｄ１の１０％以上４０％以下（望ましくは１５％以上２５％以下）の値に設定すること、さらには、螺旋溝５０の幅Ｗ２の８０％以上１２０％以下の値に定めることが有効である。
【0075】
螺旋溝５０に沿った旋回流ＣＦの発生をより顕著なものとするためには、軸線Ｏ方向にて溝底５１位置から隣接する溝間領域５２に向け、溝深さが連続的に減ずる外形形状をなすように形成すること、例えば、図６に拡大して示すように、螺旋溝５０の断面形状をＶ字状となすことが有効である。特に、溝底に向けての溝幅の縮小率の高いＶ字形状を採用することは、溝底付近にて局所的に流速を増加させ、キャビテーションによる減圧レベルをさらに高める上で有利となる。なお、図６において螺旋溝５０の断面形状は内側面が外向きに多少膨らむＶ字形状で形成しているが、図２８Ｂに示すように、Ｕ字状の断面とすること、あるいは、図２８Ｃの左に示すように、膨出のない先鋭なＶ字形態としてもよい。また、図２８Ｃの右に示すように、Ｖ字状の螺旋溝５０を、溝底を平坦化して形成することも可能である。
【0076】
また、キャビテーション処理部５の通過区間長をＬ、溝間領域内径をＤ１としたとき、Ｌ／Ｄ１の値が過度に大きすぎると、キャビテーション処理部５を液体流が通過する際の流通抵抗が大きくなりすぎ、顕著なキャビテーション効果が得られなくなる場合がある。この観点において、Ｌ／Ｄ１の値は１０以下に設定することが有効であるといえる。
【0077】
図１０は、螺旋溝５０による微細気泡の生成・粉砕効果を取り出した形で示す説明図である（説明の便宜を図るため、気体導入通路２０を省略して描いている）。キャビテーション処理部５に供給される流れＦは、螺旋溝５０の下流側に向かうにつれ旋回流ＣＦの発達が顕著となり、例えばその流速が５ｍ／秒以上に到達するとキャビテーション効果による気泡核ＢＮが生成し始める。気泡核ＢＮの生成量は、旋回流ＣＦの流速が上昇する下流側ほど大きくなると考えられる。また、気泡核ＢＮが特に発生しやすい領域は、流速がより高まりやすい螺旋溝５０の溝底５１付近である。
【0078】
生成した気泡核ＢＮは、減圧状態が継続すれば液体中の過飽和気体成分を吸収して成長する。しかし、旋回流ＣＦの形成が著しい螺旋溝５０の内部では、キャビテーション効果により、新たな気泡核ＢＮが続々と生成し、強い負圧環境のためそれらが急激に気泡へと成長するため、キャビテーション処理部５内の液体は突沸状態に近い乱流撹拌状態となり、成長した気泡もその乱流に巻き込まれ、少なくともその一部はウルトラファインバブル状態にまで微粉砕される。例えば、ねじ部材を用いた液体処理ノズルでは、キャビテーションポイントはねじ部材のねじ谷付近に限定的に形成され、気泡析出に伴う突沸領域も、ねじ部材の直下領域に限定的に形成されるにすぎないから、成長した気泡の再粉砕効果にはやや劣るといえる。これに対し、液体処理ノズル１の構成では、螺旋溝５０の形成区間の全体にてキャビテーション効果ひいては気泡析出による乱流撹拌効果が確保される結果、成長した気泡の再粉砕効果にも優れ、例えばウルトラファインバブルの生成個数密度を大幅に高めることができる。
【0079】
また、キャビテーション処理部５の下流側に螺旋溝５０の刻設ピッチＰよりも区間長が大きくなるように出口側テーパ部２２が形成されている場合、キャビテーション処理部５にて発生した旋回流ＣＦは、螺旋溝５０が非形成の出口側テーパ部２２内にも継続旋回流ＳＦとして持ちきたすことができる。これにより、キャビテーション処理部５内で発生し成長した気泡あるいは気体導入通路２０から導入された気泡は、出口側テーパ部２２内でも継続旋回流ＳＦにより粉砕することができ、ファインバブルあるいはウルトラファインバブルの生成個数密度を高めることに貢献する。
【0080】
継続旋回流ＳＦは、出口側テーパ部２２内での流れ拡大に伴う圧損が少ないほど形成されやすい。この観点において、液体出口４の開口面積が、キャビテーション処理部５の溝間領域５２の最小内径位置における軸断面積の１．２倍以上２倍以下（望ましくは、１．３倍以上１．７倍以下：本実施形態では１．５倍）に調整され、出口側テーパ部２２の形成区間長は、螺旋溝５０の溝間領域内径Ｄ１の例えば３倍以上５倍以下であるのが有効である。
【0081】
次に、図５に示す液体処理ノズル１の構成において、気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）はキャビテーション処理部５を形成する螺旋溝５０に気体出口２０Ｔを開口している。すでに説明した通り、螺旋溝５０内には強い旋回流ＣＦが発生しており、その旋回流ＣＦに作用する負圧は、螺旋溝５０を形成しない通常のベンチュリ間の絞り部よりも高くなっていると考えられる。よって、気体導入通路２０（Ｕ，Ｄ）には、絞り部に螺旋溝５０を形成しない液体処理ノズル（図３３：符号１’、後述）と比較して、より高い負圧吸引力が発生し、気体入口２０Ｅからの気体（本実施形態の場合、外気をなす空気）の自吸能力がより向上する。螺旋溝５０内に発生する旋回流ＣＦに該気体を巻き込んで粉砕することにより、微細気泡（特に、ウルトラファインバブル）の生成量をさらに高めることができる。
【0082】
図４の液体処理ノズル１の構成においては、気体導入通路２０（Ｕ）はキャビテーション処理部５（螺旋溝５０）に対し軸線Ｏ方向における上流側の半区間に連通開口している。図１１に示すように、この位置で吸引された粗大気泡ＬＢは、下流側の螺旋溝５０にて強い旋回流ＣＦと気泡析出に伴う撹拌乱流により、長い区間に渡って激しく粉砕される結果、ウルトラファインバブルの生成個数密度の増大に大きく貢献する。
【0083】
なお、螺旋溝５０の上流側半区間では旋回流ＣＦは発達途上の段階にあり、流速も比較的小さいから、旋回流ＣＦに随伴して発生する負圧レベルも多少低くなる。その結果、吸引される気体の量はやや少なくなると考えられる。ここで、螺旋溝５０の上流側にて流れに対し気体が過剰に混入すると、それよりも下流側にて、螺旋溝５０の溝底５１の領域は粗大気泡と直接接触する頻度が高くなる。粗大気泡と接している溝底５１の領域は、旋回流ＣＦの流速が大きくともキャビテーションによる新たな気泡核生成には貢献しないから、微細気泡の生成効率と乱流撹拌による気泡粉砕効率が損なわれ、ウルトラファインバブルの生成個数密度は却って低下することにつながる。よって、上流側半区間の気体導入通路２０（Ｕ）から吸引される気体量が過度に増大しないことは、上記のような問題を生じにくくする方向に寄与し、ウルトラファインバブルの生成個数密度の増大を図る上で有利に作用するといえる。
【0084】
一方、図４の液体処理ノズル１の構成において、気体導入通路２０（Ｄ）はキャビテーション処理部５（螺旋溝５０）に対し軸線Ｏ方向における下流側の半区間に連通開口している。図１２に示すように、螺旋溝５０の下流側半区間では旋回流ＣＦは十分発達しており、流速も大きいので、旋回流ＣＦに随伴して発生する負圧レベルも高い。よって、気体導入通路２０（Ｄ）においては、増速された旋回流ＣＦにより吸引される粗大気泡ＬＢの量は多くなるが、該旋回流ＣＦと気泡析出に伴う撹拌乱流による粉砕を受ける区間長は短くなる。よって、該粗大気泡ＬＢはファインバブルＦＢの生成個数密度の増大を図る上で有利に作用する。
【0085】
ウルトラファインバブルやそれよりもさらに小さい気泡析出核は、水の巨視的な浸透性向上作用があるといわれている。これに対し、１μｍ以上のファインバブル領域の微細気泡は、気泡表面の帯電による吸着作用や、イオン吸着した気泡の収縮・圧壊に伴う衝撃力による汚れ除去等の効果が顕著であるといわれている。気体導入通路２０（Ｕ）及び気体導入通路２０（Ｄ）のいずれを用いても、液体処理ノズル１により空気を吸引しつつ水道水を処理した場合、特に１μｍ以上２０μｍ以下（特に１μｍ以上５μｍ以下）の気泡径領域のファインバブルが多量に生じやすいことが判明している。この領域のファインバブルＦＢの生成量が増大したキャビテーション処理水は、汚れ除去等の効果が特に顕著となることに加え、該ファインバブルＦＢによる光散乱により顕著に白濁した状態が長時間続くため、微細気泡が大量に含まれていることが可視的に把握しやすくなる利点も生ずる。
【0086】
気体導入通路２０（Ｕ）及び気体導入通路２０（Ｄ）のいずれも、気体導入通路２０の気体出口２０Ｔは、旋回流ＣＦの流速が高められる螺旋溝５０の底部に連通開口することで、気体の自吸効率が高められている。なお、図１３に示すように、気体導入通路２０（Ｄ）は出口側テーパ部２２に連通するように設けることもできる。出口側テーパ部２２を設けた構成であれば、該出口側テーパ部２２に生ずる継続旋回流ＳＦにより、気体を自吸することが可能である。
【0087】
以下、液体処理ノズルの種々の変形実施形態について説明する。
図１７に示す水道水処理装置１００’においては、液体処理ノズル１に空間形成凹部が形成されず、液体処理ノズル１の外周面全体がノズル収容孔４４の内周面に対し隙間嵌めとなっている（すなわち、気体中継空間が省略された構成である）。そして、ケーシング部４０には、液体処理ノズル１に形成された複数の気体導入通路２０にそれぞれ対応する形で、ケーシング気体流路４６がそれぞれ個別に形成されている。なお、複数の気体導入通路２０は、キャビテーション処理部５の前半区間と後半区間とに振り分けて形成され、前半区間の気体導入通路２０（Ｕ）を受け持つ溝部４７（Ｕ）及び逆流防止用弾性リング７０（Ｕ）の組と、鋼板区間の気体導入通路２０（Ｄ）を受け持つ溝部４７（Ｄ）及び逆流防止用弾性リング７０（Ｄ）の組とが個別に設けられている。
図１７に示す水道水処理装置１００’においては、液体処理ノズル１に空間形成凹部が形成されず、液体処理ノズル１の外周面全体がノズル収容孔４４の内周面に対し隙間嵌めとなっている（すなわち、気体中継空間が省略された構成である）。そして、ケーシング部４０には、液体処理ノズル１に形成された複数の気体導入通路２０にそれぞれ対応する形で、ケーシング気体流路４６がそれぞれ個別に形成されている。なお、複数の気体導入通路２０は、キャビテーション処理部５の前半区間と後半区間とに振り分けて形成され、前半区間の気体導入通路２０（Ｕ）を受け持つ溝部４７（Ｕ）及び逆流防止用弾性リング７０（Ｕ）の組と、鋼板区間の気体導入通路２０（Ｄ）を受け持つ溝部４７（Ｄ）及び逆流防止用弾性リング７０（Ｄ）の組とが個別に設けられている。
【0088】
また、液体処理ノズル１に形成する気体導入通路２０は、図１８に示すようにキャビテーション処理部５の前半区間にのみ設けたり、図１９に示すようにキャビテーション処理部５の後半区間にのみ設けたりするようにしてもよい。また、図２０～図２３に示すように、キャビテーション処理部５に対し軸線方向にて螺旋溝５０の互いに異なる位置に、複数の気体導入通路２０を振り分けて形成するようにしてもよい。図２０の構成は、２つの気体導入通路２０を螺旋溝５０に対し、液体入口３側から１周回目の溝底と、２周回目の溝底にそれぞれ連通するように形成した例である。図２１の構成は、図２０の構成に対し、液体入口３側から３周回目の溝底に連通する３つ目の気体導入通路２０を追加した例を示す。図２２の構成は、図２１の構成に対し、液体入口３側から４周回目の溝底に連通する４つ目の気体導入通路２０を追加した例を示す。また、図２３の構成は、図１８の構成に対し、出口側テーパ部２２に連通する気体導入通路２０を２つ追加した例を示す。
【0089】
さらに、図２４～図２７に示すように、キャビテーション処理部５の前半区間（上流側）と後半区間（又は出口側テーパ部２２：下流側）には、複数の気体導入通路２０を種々の個数にて振り分けて形成することができる。図２４は、上流側に１つの気体導入通路２０を、下流側に１８０°ずれた角度位相にて２つの気体導入通路２０を、それぞれ形成した例を示す。図２５は、上流側に１つの気体導入通路２０を、下流側に互いに１２０°ずれた角度位相にて３つの気体導入通路２０を、それぞれ形成した例を示す。図２６は、上流側に互いに１２０°ずれた角度位相にて３つの気体導入通路２０を、下流側に互いに６０°ずれた角度位相にて６つの気体導入通路２０を、それぞれ形成した例を示す。図２７は、上流側に１８０°ずれた角度位相にて２つの気体導入通路２０を、下流側に１８０°ずれた角度位相にて２つの気体導入通路２０を、それぞれ形成した例を示す。
【0090】
図２８Ａは、変形態様による螺旋溝５０”を備えたキャビテーションノズル１”を示すものである。該態様にて螺旋溝５０”は、軸線Ｏの向きに隣接する周回部分の幅が拡大されるとともに、該幅方向の対応する縁が連なって細い稜線状の溝間領域５２を形成している。図中の太い実線（紙面垂直方向にて手前側に位置する部分）及び太い破線（紙面垂直方向にて向こう側に位置する部分）は溝底（谷底）５１を、図中の太い一点鎖線（紙面垂直方向にて手前側に位置する部分）及び細い一点鎖線（紙面垂直方向にて向こう側に位置する部分）は、陵線状の溝間領域５２を示している。これに伴い、螺旋溝５０の外形形状は三角波状を呈するものとなっている（この場合、溝間領域内径Ｄ１は溝間領域５２の稜線位置での内径となる）。なお、螺旋溝５０の外形形状は正弦波状あるいは互いに反転関係にある半楕円曲線を交互に接続した波型等であってもよい。このような形状の螺旋溝５０”は、旋回流の封じ込め効果は多少損なわれるものの、溝間領域５２を含めたキャビテーション処理部５の内周面全体の抵抗が低減される。これにより、キャビテーション効果ひいては微細気泡の発生効果を比較的良好に確保することができる。
【0091】
図３３は、図３の水道水処理装置１００の液体処理ノズル１を上記の液体処理ノズル１’に置き換えた水処理装置１００”を示すものであり、キャビテーション処理部５と絞り部５’の相違点を除き、その余の構成は図３と全く同じである。よって、図３と共通する構成要素には同一の符号を付与して詳細な説明は略する。絞り部５’は螺旋溝５０を有さず、旋回流の発生は見込めないが、流れが絞られることによる流速増大により負圧発生する点は同様であり、気体導入通路２０を経て気体を自吸でき、気液混合ノズルとしての活用が可能である。そして、気体導入通路２０が傾斜して設けられていることで、キャビテーション処理部５（絞り部）に生ずる背圧の影響を受けにくくなり、気体導入通路２０へ液体の逆流を抑制できる効果が同様に達成できる。
【0092】
以下、キャビテーション処理部を有する上記の液体処理ノズルについて、本発明の洗浄力評価方法を具体的に実施する形態について説明する。図２に示すように、キッチンシンクの水道蛇口ユニット９１に液体処理ノズル１を取り付けて使用する場合、洗浄対象物は例えば食品である。また、洗面台等の水道蛇口ユニットであれば、洗浄対象物は人体の一部、例えば手指、顔面、頭髪、頭皮などとなる。
【0093】
洗浄対象物が、野菜や果物などの農産物の場合、表皮には凹凸が多数形成され、一般細菌などの微生物は凹部の奥に潜む形で付着している。例えば、図４３は非特許文献４が開示するキュウリの表皮表面の走査型電子顕微鏡による拡大画像である。表皮には、肥厚した細胞壁で囲まれた２０～３０μｍの表皮細胞壁に由来した網目状の凹凸が形成され、さらに１００μｍを超える気孔が多数形成されていることがわかる。例えば一般細菌の１つである芽胞菌の大きさは１～５μｍ程度であり、画像に表れている凹凸や気孔よりははるかに小さい。特に、これらの凹凸や気孔の奥深くに乾燥したバイオフィルムで保護されつつ潜む細菌のコロニーを洗浄により除去することは、相応に難易度が高いことが推察される。
【0094】
また、汚れた人体の手指などの皮膚の凹凸に入り込んだ細菌の除去についても同様の事情が存在する。例えば、非特許文献３の論文には、水による手洗い前後の残留細菌数をグローブジュース試験により評価した結果が開示されている。これによると、被験者全体の４０％において、手洗い前よりも手洗い後の方が残留細菌数が増加する、という一見不可解な結果が示されている。これは、１分前後の手洗いでは皮膚のごく表面にゆるく付着している細菌は洗い流せても、凹部内で乾燥したバイオフィルムに覆われた細菌のコロニーは除去されるには至らないことに起因している。具体的には、手洗い前に実施するグローブジュース試験にて手袋内の水と接触したバイオフィルムが膨潤軟化し、手洗い後の水洗で凹部奥に潜んでいた細菌が軟化したバイオフィルムから漏出してくる結果、見かけ上残留細菌数が増加したように見える測定結果になったのではないか、と考えられるのである。
【0095】
しかしながら、すでに説明したごとく、上記液体処理ノズルにより得られるキャビテーション処理水は、非処理水と比較してバイオフィルムに由来したぬめり汚れに対する洗浄力が極めて高いことが判明している。そこで、図４に示す外形の液体処理ノズル１の試作品を作成し、図３の水道水処理装置１００に組み込むとともに、これを用いて本発明の方法により洗浄力の評価を行なった。液体処理ノズル１の各部の寸法は以下のように設定している（図５参照）。
・螺旋溝５０の形成区間長Ｌ：１１ｍｍ
・螺旋溝５０の深さｄ：０．５ｍｍ
・螺旋溝５０の幅Ｗ２：０．５ｍｍ
・溝間領域内径Ｄ１：２ｍｍ
・螺旋溝形成周回数：４
・螺旋溝５０の刻設ピッチＰ：２．７５ｍｍ
・液体入口３の内径Ｄ２：４．５ｍｍ
・液体出口４の内径Ｄ３：２．５ｍｍ
・入口側テーパ部２１の区間長：５ｍｍ
・出口側テーパ部２２の区間長：７ｍｍ
・メッシュ部材６３：目開き番手＃４００（目開き０．０３４ｍｍ、開口率２７．８％）３枚積層
・螺旋溝５０の形成区間長Ｌ：１１ｍｍ
・螺旋溝５０の深さｄ：０．５ｍｍ
・螺旋溝５０の幅Ｗ２：０．５ｍｍ
・溝間領域内径Ｄ１：２ｍｍ
・螺旋溝形成周回数：４
・螺旋溝５０の刻設ピッチＰ：２．７５ｍｍ
・液体入口３の内径Ｄ２：４．５ｍｍ
・液体出口４の内径Ｄ３：２．５ｍｍ
・入口側テーパ部２１の区間長：５ｍｍ
・出口側テーパ部２２の区間長：７ｍｍ
・メッシュ部材６３：目開き番手＃４００（目開き０．０３４ｍｍ、開口率２７．８％）３枚積層
【0096】
気体導入通路２０の形成仕様は以下の通りである。
・先端形状：図１４の通り。本体部２０Ａの内径は０．５ｍｍ。縮径部の区間長ＣＬは１．５ｍｍ。気体出口２０Ｔを形成するピンホール部２０Ｓの区間長ＴＬは０．１５ｍｍ、内径ＴＤは０．１ｍｍ。
・軸線Ｑと軸線Ｏのなす角度λ２：４５°（図５参照）
・気体出口２０Ｔの開口位置：以下の３種類のいずれか、またはそれらの組み合わせとした：
上流側：螺旋溝５０の起点から１周回目の溝底位置（図５：２０（Ｕ））
下流側：螺旋溝５０の終点から１／４周回分戻った溝底位置（図５：２０（Ｕ））
出口側テーパ部：軸線Ｏの向きに液体出口４から２．５ｍｍ隔たった出口側テーパ部２２の内面位置（図１３：２０（Ｄ））
※気体導入通路２０の気体出口２０Ｔの開口位置は、螺旋溝５０の起点から１周回目の溝底位置に１か所とした。
・先端形状：図１４の通り。本体部２０Ａの内径は０．５ｍｍ。縮径部の区間長ＣＬは１．５ｍｍ。気体出口２０Ｔを形成するピンホール部２０Ｓの区間長ＴＬは０．１５ｍｍ、内径ＴＤは０．１ｍｍ。
・軸線Ｑと軸線Ｏのなす角度λ２：４５°（図５参照）
・気体出口２０Ｔの開口位置：以下の３種類のいずれか、またはそれらの組み合わせとした：
上流側：螺旋溝５０の起点から１周回目の溝底位置（図５：２０（Ｕ））
下流側：螺旋溝５０の終点から１／４周回分戻った溝底位置（図５：２０（Ｕ））
出口側テーパ部：軸線Ｏの向きに液体出口４から２．５ｍｍ隔たった出口側テーパ部２２の内面位置（図１３：２０（Ｄ））
※気体導入通路２０の気体出口２０Ｔの開口位置は、螺旋溝５０の起点から１周回目の溝底位置に１か所とした。
【0097】
被処理物として、露地栽培の市販キュウリ（ＪＡ東大阪：フレッシュクラブ東花園直販品）を５０本用意した。他方、洗浄水は以下のようにして準備した。まず、図３４に示すように、水槽２０２に一般水道水を注水した。次に、水中ポンプ２００を用意し、排水側にフレキ管２０１を接続するとともに、フレキ管２０１の先端に水道水処理装置１００を取りつけた。その状態で水中ポンプ２００を作動させ、５Ｌ／分で水道水処理装置１００を通水することによりキャビテーション処理水ＤＸＷとなし、超音波洗浄槽２０５に注水して試験洗浄に供する。一方、水道水処理装置１００を通水しない水道水も非キャビテーション処理水として別途超音波洗浄槽２０５に注水し、試験洗浄に供する。
【0098】
次に供試するキュウリ２１０は、まず全数の表面について洗浄前の状態でＡＴＰふき取り試験を実施する。図３５に示すように、ふき取り試験に使用するふき取るプローブ２２０は綿棒であり、本実施形態では、試薬とともに試験管に封入された市販品（ＵｌｔｒａＳｎａｐ（ＡＴＰふき取り検査用試薬の商品名：米国Ｈｙｇｉｅｎａ社製））を用いている。測定により得られる後述のＲＬＵ値（清浄度）にばらつきが生じないよう、被処理物であるキュウリの被洗浄表面に対し、プローブによる拭き取り面を複数個所に設定してふき取り操作を行なっている。本実施形態では、キュウリの長さ方向の一端から他端に至る経路上で１往復３秒にてプローブ（試薬）をふき取り移動させる操作を、周方向に角度を変えて３か所にて実施している。
【0099】
図３６はＡＴＰふき取り試験の測定手順を示すものである。ふき取り捜査を行なったプローブ２２０は、試験管２２１内の抽出液２２２に浸漬され、さらに粉末状の発光試薬が添加されて振り混ぜ操作される。発光試薬は、例えば、ホタルルシフェラーゼ、ルシフェリンおよびマグネシウムイオンを含有する。このとき、測定感度を向上させるために、上記発光試薬にＡＴＰ再生酵素の一種であるＰＰＤＫ、ホスホエノールピルビン酸あるいはピロリン酸を添加することができる。また、発光試薬には防腐剤、ｐＨ調整剤等が添加されていてもよい。出液５７は、純水あるいは適当な緩衝液であればよく、例えば、蒸留水、生理的食塩水、リン酸緩衝液、トリス緩衝液、酢酸ナトリウム緩衝液等が使用できる。また、試料中の微生物を測定する場合には、微生物細胞からＡＴＰを抽出するための抽出剤を含む溶液であることが好ましい。抽出剤としては、界面活性剤、具体的には塩化ベンザルコニウム、塩化ベンゼトニウム等が使用できる。
【0100】
試験管２２１内にてプローブ２２０から抽出液２２２に移行した微生物（細菌）の細胞やその残渣に含まれるＡＴＰは発光試薬と反応して発光を開始するので、プローブ２２０を試験管２２１とともに測定機器２３０に速やかに装着し、測定ボタン２３２を押して走査する。測定機器２３０内では、外光が遮断された状態で試験管２２１からの発光量が図示しない光センサ（フォトトランジスタなど）により所定時間（例えば１５秒）計測され、ＲＬＵ値（清浄度）としてディスプレイ２３１に表示される。該測定の詳細は特許文献９等により周知であるので、詳細については説明を略する。本実施形態では、測定機器２３０として市販品（ＡＴＰ検査測定用ルミノメータＳｙｓｔｅｍ Ｓｕｒｅ Ｐｌｕｓ：米国Ｈｙｇｉｅｎａ社製）を使用した。
【0101】
このようにしてキュウリの全数につきＡＴＰふき取り試験を実施した後、測定されたＲＬＵ値（清浄度）が予め定められた範囲に収まっているものを抽出する。これは、洗浄前の被処理物の清浄度に生じているばらつきが、洗浄後に測定される清浄度の値に及ぼす影響を軽減するためである。本実施形態では、測定機器２３０が示すＲＬＵ値が１２０以上１４０以下に収まっているキュウリのみを洗浄試験に供するようにした。
【0102】
まず、キャビテーション処理水による試験洗浄を以下のようにして実施した。図３７に示すように、バスケット２４０に第一の被処理物となるキュウリ２２０を２本投入し、バスケット２４０とともにキュウリ２２０を超音波洗浄槽２０５に投入する。次いで、超音波ＳＳＷを付加し、予め定められた時間だけ洗浄を行なう。洗浄中は検体が水面下に没した状態を維持しつつ、上下に振幅３ｃｍ、周期約１秒にて手動により揺動を付加した。なお、洗浄に際しては揺動のみを行ない、超音波付加は省略することも可能である。また、超音波洗浄槽２０５に図示しない給水部と排水部を形成し、新しい処理水が給水部から連続的に槽内に流入し、排水部から流出するようにしてもよい。
【0103】
上記の方式の試験洗浄では、洗浄槽に充填された洗浄水に被処理物を浸漬するとともに、他部材による表面への積極的な摩擦を排除した状態にて実施されている。特に被処理物の表面に付着したバイオフィルムを水洗浄により除去する際のメカニズムとして、バイオフィルムの層厚方向への水の浸透と、バイオフィルムと下地との界面への水の浸透との２つについて考慮することが重要である。キャビテーション処理水のバイオフィルムへの浸透力は、いずれの形態の浸透についても非キャビテーション処理水より優れているが、特に界面への水の浸透能力が著しいと考えられている。被処理物の表面を手で強くこすって洗浄した場合は、機械的な摩擦力によりバイオフィルムが強制的にはがし取られる作用が強くなり、キャビテーション処理水特有の界面への水の浸透能力が的確に評価できなくなる場合があるためである。また、被処理物表面に加わる洗浄水の噴射圧力が強すぎる場合も、水の運動エネルギーによりバイオフィルが強制的にはがし取られる作用が強くなる傾向にある。この観点において試験洗浄は、洗浄槽内での被処理物の表面における洗浄水の流速は１ｍ／秒以下となる条件にて実施するのがよい。
【0104】
次に、図３８に示すように、別の水槽に非キャビテーション処理水ＣＷを１５Ｌ注水してリンス槽２４１を用意しておく。そして、超音波洗浄後のキュウリ２２０をバスケット２４０とともにリンス槽２４１に投入し、検体が水面下に没した状態を維持しつつ、上下に振幅３ｃｍ、周期約１秒にて手動により３０回揺動を付加し、リンシングを実行する。これは、バスケット２４０及びキュウリ２２０に付着した超音波洗浄槽２０５内の洗浄水の汚れ物質の影響を軽減するためであるが、該影響が小さいと思われる場合には、リンシング処理を省略することも可能である。
【0105】
洗浄後のキュウリは、水分を拭き取らずに２回目のＡＴＰふき取り試験に供される。このＡＴＰふき取り試験は、洗浄前に実施したＡＴＰふき取り試験とは、被処理物の表面に対するふき取り位置を変更する形で実施するのがよい。これは、１回目のふき取り操作を受けた表面の汚れ残留量が、ふき取り操作を受けていない表面よりも減少していることの影響を軽減するためのである。本実施形態では、洗浄前のふき取り試験時とは周方向に異なる角度位置にて、図３５により説明したふき取り試験を同様に実施している。そして、測定により得られるＲＬＵ値（清浄度）は、洗浄前に同じキュウリ（被処理物）について測定されているＲＬＵ値（清浄度）と比較される。
【0106】
キャビテーション処理水による試験洗浄と、洗浄前後の清浄度の変化については、試験洗浄の洗浄時間設定値を複数変更しつつ個別に実施できる。この場合、設定洗浄時間を変更しつつ実施する各試験洗浄のサイクル毎に、キュウリ（第一の被処理物）は異なるものを個別に用意して試験に供する。本実施形態では、設定する洗浄時間は４水準（１０秒、１分、２分及び４分）とし、それぞれ洗浄前後にＡＴＰふき取り試験を実施している。
【0107】
そして、上記一連の試験洗浄およびＡＴＰふき取り試験による評価は、キャビテーション処理水に代えて非キャビテーション処理水を用いる形でも全く同様に、第一の被処理物と同種の第二の被処理物、ここではキュウリを用いて実施され、各設定時間の試験洗浄ごとに洗浄前後のＡＴＰふき取り試験が実施される。図３９は、その結果の一例を示すグラフである。グラフ横軸は洗浄時間を、縦軸は洗浄後のＡＴＰふき取り試験により測定されたＲＬＵ値（清浄度）を示している。グラフ中、破線及び三角のマーカは非キャビテーション処理水（グラフ中では「非処理水」と略記）を用いた場合の、実線及び丸のマーカはキャビテーション処理水（グラフ中では「処理水」と略記）を用いた場合の結果を示す。また、試験時間＝０分のプロット点は、洗浄前のＲＬＵ値（清浄度）を示す。
【0108】
洗浄時間が１０秒の場合、非キャビテーション処理水を用いた場合とキャビテーション処理水を用いた場合とで、いずれも洗浄前よりもＲＬＵ値（清浄度）が増加していることがわかる。これは、非特許文献３に示された手洗い後の残留生菌数が示す結果と類似の傾向を示すものであり、推定される要因についてもすでに説明したものと同様であるあると考えられる。キャビテーション処理水を用いた被処理物の洗浄は、少なくともこれよりも長く設定されるべきであることは明確である。
【0109】
次に、洗浄時間が１分に設定された場合、非キャビテーション処理水を用いた場合はＲＬＵ値（清浄度）が洗浄前よりも依然、高い値を示している。一方、キャビテーション処理水を用いた場合は、ＲＬＵ値（清浄度）が洗浄前よりも大幅に減少しており、キュウリ表面に付着した微生物（細菌）が効果的に除去されていることがわかる。そして、さらに洗浄時間を延長した場合、キャビテーション処理水を用いた場合は、洗浄後のＲＬＵ値は略下がり止まりの傾向を示すのに対し、非キャビテーション処理水を用いた場合のＲＬＵ値は、キャビテーション処理水のＲＬＵ値の到達レベルに対し、洗浄時間の延長とともに漸近はしているが、洗浄時間を４分まで延長してもキャビテーション処理水と同等レベルには達していないことがわかる。
【0110】
上記の方法では、キャビテーション処理水及び非キャビテーション処理水のそれぞれについて、試験洗浄の実施時間を複数種類設定し、各実施時間に個別に対応する形で被処理物を複数用意して清浄度の変化を実施時間ごとに測定するとともに、その測定結果に基づいてキャビテーション処理水と非キャビテーション処理水との清浄度の変化の差が予め定められた値以上となる臨界洗浄時間を見出す形で洗浄力評価が可能である。図３９の結果では、臨界洗浄時間は例えば１分程度に定めることができる。キャビテーション処理水により被処理物（キュウリ）を洗浄する場合、洗浄時間を該臨界洗浄時間を参照して適切な値（図３９の場合、１分～２分）に設定すれば、非キャビテーション処理水を用いた場合よりも大幅に短い洗浄時間によりながら、必要十分な洗浄レベルを確保できることがわかる。
【0111】
図４０は、図３９の縦軸の値を、洗浄後のＲＬＵ値に代え、洗浄前後のＲＬＵ値の減少量を洗浄前のＲＬＵ値で除して得られるＲＬＵ値減少率とした場合のグラフである。このグラフにおいて、ＲＬＵ値減少率が５０％となる洗浄時間（以下、「半減洗浄時間」という）は、微生物汚れの付着レベルが、洗浄後において洗浄前の約半分となる時間を意味していると考えられる。本結果によると、非キャビテーション処理水を用いた場合の半減洗浄時間Ｔ０（５０％）が３分４０秒程度であるのに対し、キャビテーション処理水を用いた場合の半減洗浄時間Ｔ１（５０％）は５０秒前後と非キャビテーション処理水の１／４以下にも短縮されていることがわかる。
【0112】
図４１は、３人の被験者の手を被処理物として用い、１０Ｌの洗浄槽内にて両手をこすり合わせる形で１分、２分及び４分の各時間だけ手洗いする試験洗浄を実施し、ＡＴＰふき取り試験により同様の評価を行なった結果を示すグラフである。摩擦力が加わる洗浄のため、キャビテーション処理水と非キャビテーション処理水との洗浄力の差は、図３９の摩擦を加えないキュウリによる試験洗浄の場合よりもやや小さくなっているものの、１分以上の洗浄時間において明確に評価できていることがわかる。一方、図４２は、ガラス板にインクにより着色したワセリンを直径１．５ｃｍの円形領域に塗布し、図３７と同様の方法により超音波洗浄した場合の結果を、ワセリン塗布領域の除去面積率にて評価した結果を示す。この結果によると、洗浄時間を４分まで延長しても、キャビテーション処理水と非キャビテーション処理水との洗浄力の差は、あまり大きく反映されていないことがわかる。
【0113】
以上、本発明の種々の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した必須の構成要件以外の技術的要素については、適宜取捨選択した形で実施することができる。
【0114】
１ 液体処理ノズル
２ 液体流路
３ 液体入口
４ 液体出口
５ キャビテーション処理部
７ 気体中継空間
１０ ノズル本体
２０ 気体導入通路
２０Ａ 本体部
２０Ｂ 縮径部
２０Ｅ 気体入口
２０Ｐ 基端側部
２０Ｓ ピンホール部
２０Ｔ 気体出口
２１ 入口側テーパ部
２２ 出口側テーパ部
２６ 空間形成凹部
３１，３２ 溝部
３１，３２ シールリング
３３ キャップ側シール部材
４０ ケーシング部
４０ａ 段付き面
４１ 継手座ぐり
４２ ケーシング側継手部
４３ シールリング
４４ ノズル収容孔
４４ａ 支持フランジ
４５ ケーシング側開口部
４６ ケーシング気体流路
４６Ｅ 気体入口
４６Ｔ 気体出口
４７ 溝部
４７Ａ 気体誘導空隙
５０ 螺旋溝
５１ 溝底
５２ 溝間領域
６０ 出口キャップ
６０ｂ 雌ねじ部
６１ 水流出口
６２ 支持フランジ
６３ 積層メッシュモジュール
６３Ａ～６３Ｄ メッシュ部材
６３Ｐメッシュシール部材
６４ 出口スリーブ
６４ｂ 雄ねじ部
６５ シール嵌合用溝部
７０ 逆流防止用弾性リング
７０Ｃ シール面
９１ 水道蛇口ユニット
９２ 通水バルブ
１００ 水道水処理装置
ＤＸＷ キャビテーション処理水
２ 液体流路
３ 液体入口
４ 液体出口
５ キャビテーション処理部
７ 気体中継空間
１０ ノズル本体
２０ 気体導入通路
２０Ａ 本体部
２０Ｂ 縮径部
２０Ｅ 気体入口
２０Ｐ 基端側部
２０Ｓ ピンホール部
２０Ｔ 気体出口
２１ 入口側テーパ部
２２ 出口側テーパ部
２６ 空間形成凹部
３１，３２ 溝部
３１，３２ シールリング
３３ キャップ側シール部材
４０ ケーシング部
４０ａ 段付き面
４１ 継手座ぐり
４２ ケーシング側継手部
４３ シールリング
４４ ノズル収容孔
４４ａ 支持フランジ
４５ ケーシング側開口部
４６ ケーシング気体流路
４６Ｅ 気体入口
４６Ｔ 気体出口
４７ 溝部
４７Ａ 気体誘導空隙
５０ 螺旋溝
５１ 溝底
５２ 溝間領域
６０ 出口キャップ
６０ｂ 雌ねじ部
６１ 水流出口
６２ 支持フランジ
６３ 積層メッシュモジュール
６３Ａ～６３Ｄ メッシュ部材
６３Ｐメッシュシール部材
６４ 出口スリーブ
６４ｂ 雄ねじ部
６５ シール嵌合用溝部
７０ 逆流防止用弾性リング
７０Ｃ シール面
９１ 水道蛇口ユニット
９２ 通水バルブ
１００ 水道水処理装置
ＤＸＷ キャビテーション処理水
【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16A】
【図16B】
【図16C】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28A】
【図28B】
【図28C】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
