特開 2025-22240 液体噴霧装置

(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】P2025022240

(43)【公開日】2025-02-14

(54)【発明の名称】液体噴霧装置

(51)【国際特許分類】

   B05B 11/10 20230101AFI20250206BHJP

   B01F 23/213 20220101ALI20250206BHJP

   B01F 25/42 20220101ALI20250206BHJP

   B01F 35/71 20220101ALI20250206BHJP

   B01F 35/75 20220101ALI20250206BHJP

   B05B 11/00 20230101ALI20250206BHJP

   B05B 15/30 20180101ALI20250206BHJP

   B65D 83/00 20060101ALI20250206BHJP

【ＦＩ】

B05B11/10 101C

B01F23/213

B01F25/42

B01F35/71

B01F35/75

B05B11/00 101C

B05B11/00 101E

B05B11/10 101E

B05B15/30

B65D83/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023126653

(22)【出願日】2023-08-02

(71)【出願人】

【識別番号】512004648

【氏名又は名称】株式会社リスニ

(71)【出願人】

【識別番号】521475392

【氏名又は名称】株式会社アクアフューチャー研究所

(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】武居 廣雄

(72)【発明者】

【氏名】加藤 啓雄

【テーマコード（参考）】

3E014

4D073

4G035

4G037

【Ｆターム（参考）】

3E014PB04

3E014PC03

3E014PD11

3E014PE11

4D073AA04

4D073BB03

4D073CA07

4D073CA30

4D073CB04

4G035AB04

4G035AC11

4G035AC37

4G035AE13

4G037AA02

4G037AA11

4G037EA01

(57)【要約】      （修正有）

【課題】単純な機構によりながらファインバブル領域、特にウルトラファインバブル領域の気泡数密度を著しく高めた液体を噴霧可能な装置を提供する。
【解決手段】液体噴霧装置は、液体を貯留する容器Ａと、容器内の液体を噴霧ノズルに導く流路部材と、液体を流路部材を介して吸引し、噴霧ノズルより噴霧させるポンプと、流路部材の流路内に、ポンプにより流路内を流通する液体と接触するように配設され、液体との接触面に液体の流速を局所的に増加させるキャビテーションポイントが複数分散形成されているキャビテーション処理部材５４とを備え、キャビテーション処理部材の配設位置における流路の液体流通断面積が、噴霧ノズルの噴霧口の流通断面積よりも大きく設定されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体を貯留する容器と、前記容器内の液体を噴霧ノズルに導く流路部材と、前記液体を前記流路部材を介して吸引し、前記噴霧ノズルより噴霧させるポンプと、前記流路部材の流路内に、前記ポンプにより前記流路内を流通する前記液体と接触するように配設され、前記液体との接触面に前記液体の流速を局所的に増加させるキャビテーションポイントが複数分散形成されているキャビテーション処理部材とを備え、前記キャビテーション処理部材の配設位置における前記流路の液体流通断面積が、前記噴霧ノズルの噴霧口の流通断面積よりも大きく設定されていることを特徴とする液体噴霧装置。

【請求項2】

前記キャビテーション処理部材はねじ谷部が前記キャビテーションポイントとして機能するねじ部材であり、該ねじ部材のねじピッチ及びねじ谷深さがいずれも０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であり、前記ねじ部材の配設位置における前記流路の液体流通断面積が２．５ｍｍ^２以上１５ｍｍ^２以下であり、前記噴霧ノズルの前記噴霧口の内径が０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である請求項１記載の液体噴霧装置。

【請求項3】

前記ねじ部材の配設位置において前記流路の液体流通断面に存する前記ねじ部材のねじ谷部の数を、前記液体流通断面積により除して得られるねじ谷数面積密度の値が２個／ｍｍ^２以上２０個／ｍｍ^２以下である請求項２記載の液体噴霧装置。

【請求項4】

前記ポンプが手動式プッシュポンプであり、１プッシュあたりの噴霧量が０．３ｃｃ以上２ｃｃ以下である請求項２記載の液体噴霧装置。

【請求項5】

前記手動式プッシュポンプを前記液体の平均噴霧流量が３０ｃｃ／分以上２００ｃｃ／分となるように手動操作したとき、前記ねじ部材の配設位置における前記流路の液体流通断面における平均流速が０．０５ｍ／秒以上１．２ｍ／秒以下であり、前記流路の液体流通断面に存する前記ねじ部材のねじ谷部の数を、前記平均噴霧流量の値により除して得られるねじ谷数流量密度の値が０．０８個・分／Ｌ以上０．８０個・分／Ｌ以下である請求項４記載の液体噴霧装置。

【請求項6】

前記流路部材は、第一端部が前記ポンプの吸引側に接続され第二端部が前記容器内にて底面に臨む位置まで延出する吸引チューブを有し、前記キャビテーション処理部材は前記吸引チューブに取り付けられている請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の液体噴霧装置。

【請求項7】

前記キャビテーション処理部材は、前記容器内の残液レベルが満充填状態の５０％のとき液面下に没する位置にて前記吸引チューブに取り付けられている請求項６に記載の液体噴霧装置。

【請求項8】

前記キャビテーション処理部材は、前記吸引チューブの前記第二端部に取り付けられている請求項７に記載の液体噴霧装置。

【請求項9】

前記キャビテーション処理部材はねじ谷部が前記キャビテーションポイントとして機能するねじ部材であり、前記吸引チューブと別体に形成された樹脂製のノズル本体に対し前記ねじ部材が、該ねじ部材の脚部が前記ノズル本体に貫通形成された流通孔内に露出するように組み付けられてキャビテーションノズルを形成しており、該キャビテーションノズルが前記吸引チューブに着脱可能に取り付けられている請求項６記載の液体噴霧装置。

【請求項10】

前記吸引チューブの前記第二端部が前記キャビテーションノズルの前記流通孔内に圧入されている請求項９に記載の液体噴霧装置。

【請求項11】

前記キャビテーション処理部材はねじ谷部が前記キャビテーションポイントとして機能するねじ部材であり、該ねじ部材の脚部が前記吸引チューブの壁部に対し壁部外周面側から直接ねじ込まれている請求項６記載の液体噴霧装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、液体噴霧装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、マイクロバブル（ファインバブル）水を空中に噴射するための空中噴霧用マイクロバブルノズルが開示されている。また、特許文献２には、容器Ａ内に液体が圧縮ガスとともに充填されるとともに、噴射部材付きのバルブ機構を設けた噴射製品が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－１００７２０号公報

【特許文献2】特許第６７４６３８２号公報

【特許文献3】特開２００４－３５８２８４号公報

【非特許文献】

【0004】

【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＞ １～６頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載の空中噴霧用マイクロバブルノズルは、大気を導入するための特殊な導入口が形成されたノズルを要する。また、このノズルは、導入した大気と圧力水とを混合するための特殊構造を要し、煩雑である。液体を圧縮ガスとともに充填する特許文献２の噴射製品についても同様である。

【0006】

また、こうした加圧溶解式の機構により得られるファインバブル水は、除圧とともに気泡成長が進みやすく、液中に保持できるファインバブルの数密度を高めることが難しく、特にウルトラファインバブル領域の気泡の数密度を確保しにくい問題がある。

【0007】

本発明の課題は、単純な機構によりながらファインバブル領域、特にウルトラファインバブル領域の気泡数密度を著しく高めた液体を噴霧可能な装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、本発明の液体噴霧装置は、液体を貯留する容器と、容器内の液体を噴霧ノズルに導く流路部材と、液体を流路部材を介して吸引し、噴霧ノズルより噴霧させるポンプと、流路部材の流路内に、ポンプにより流路内を流通する液体と接触するように配設され、液体との接触面に液体の流速を局所的に増加させるキャビテーションポイントが複数分散形成されているキャビテーション処理部材とを備え、キャビテーション処理部材の配設位置における流路の液体流通断面積が、噴霧ノズルの噴霧口の流通断面積よりも大きく設定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

上記本発明によると、単純な機構によりながらファインバブル領域、特にウルトラファインバブル領域の気泡数密度を著しく高めた液体を噴霧可能な装置が実現する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の液体処理装置の一例を示す断面図。

【図2】図１の液体処理装置の押下ヘッドを拡大して示す断面図。

【図3】図１の液体処理装置の空気シリンダ周辺を拡大して示す断面図。

【図4】図１の液体処理装置の動作を説明する断面図。

【図5】図１の液体処理装置のキャビテーションノズルの拡大図。

【図6】図５の縦断面図。

【図7】流通孔へのねじ部材の配置形態の第一例を示す底面図。

【図8】流通孔へのねじ部材の配置形態の第二例を示す底面図。

【図9】液滴中の気泡核が噴霧時に成長して気泡となる様子を説明する模式図。

【図10】キャビテーションノズルの別例を示す図。

【図11】ねじ部材を吸引チューブの壁部に直接ねじ込む実施形態を示す断面図。

【図12】図１１の吸引チューブを用いた液体処理装置の構成例を示す断面図。

【図13】気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例１と比較例１とで対比して示すヒストグラム。

【図14】気泡径クラス別の体積密度の算出結果を実施例１と比較例１とで対比して示すヒストグラム。

【図15】気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例２と比較例１とで対比して示すヒストグラム。

【図16】気泡径クラス別の体積密度の算出結果を実施例２と比較例１とで対比して示すヒストグラム。

【図17】気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例３と比較例２とで対比して示すヒストグラム。

【図18】気泡径クラス別の体積密度の算出結果を実施例３と比較例２とで対比して示すヒストグラム。

【図19】気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例４と比較例２とで対比して示すヒストグラム。

【図20】気泡径クラス別の体積密度の算出結果を実施例４と比較例２とで対比して示すヒストグラム。

【図21】気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例１０６と比較例２とで対比して示すヒストグラム。

【図22】気泡径クラス別の体積密度の算出結果を実施例１０６と比較例２とで対比して示すヒストグラム。

【図23】気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例１１８と比較例１とで対比して示すヒストグラム。

【図24】気泡径クラス別の体積密度の算出結果を実施例１１８と比較例１とで対比して示すヒストグラム。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づき説明する。
図１に本発明の一実施形態である液体噴霧装置１の断面図を示す。液体噴霧装置１はスプレー噴霧装置として構成され、液体Ｌが充填される容器Ａと、シリンダ部材Ｂと、作動部材Ｃとを備える。容器Ａは、筒状の胴部２より口頸部３を起立している。シリンダ部材Ｂは、大径の空気シリンダ４の下部に小径の液体シリンダ５を延設して容器Ａ内へ垂下させている。図示例では、装着キャップＤに空気シリンダ４の上端が固定されている。装着キャップＤは、容器Ａの口頸部３の外面へ嵌合させた周壁６の上端より内向きにフランジ状頂壁７を延設するとともに、頂壁７の内周部から案内筒９を起立している。そして、空気シリンダ４の外周上部より外方へ突周設した断面鉤型の係合突条が、上記頂壁７の下面の係合凹部に嵌着させせた形で固定されている。また、空気シリンダ４の下端の内向きフランジ状底壁１０の内周からは、小径の液体シリンダ５が垂下し、該シリンダ下端から吸引チューブ１１を容器体内底部まで垂下している。そして、該吸引チューブ１１の下端には後述のキャビテーションノズル５０が着脱可能に装着されている。

【0012】

液体Ｌの種別については水、水溶液（例えば化粧水等）、アルコールなどの有機溶媒、ないしそれらの混合物であるが、これらに限定されるものではない。

【0013】

図２及び図３に示すように、作動部材Ｃは、液体シリンダ５内から起立するステム１２と、該ステム１２の上端部に嵌着される押下ヘッド１３と、大径筒状ピストン１４が組み込まれた空気シリンダ４を有する。ステム１２の中間部は空気シリンダ４内に嵌合させた大径筒状ピストン１４の中心部に貫設されている。また、押下ヘッド１３は上方付勢状態で上下動可能に設けられ、その上部内には噴霧ノズル１５が横設されている。

【0014】

噴霧ノズル１５は、同軸的に配置された第一部材１５ａと第二部材１５ｂとからなる。第一部材１５ａは押下ヘッド１３内に埋設される筒状であり、軸線方向に空気シリンダ４内と連通する空気噴出路ａが形成される。第二部材１５ｂは小空隙部２８（液体流出路ｂの一部をなす）を形成しつつ第一部材１５ａの前端側を覆う形で押下ヘッド１３の凹部に嵌着され、その前方側が噴霧口１６として開口している。噴霧ノズル１５の外側には噴霧口１６とステム１２内とを連通させる液体流出路ｂが形成されている。図１２に示すように作動部材Ｃを押し下げると、空気噴出路ａを通り噴霧口１６から噴出する空気により液体流出路ｂ内が負圧化し、該負圧化で容器体内液体が吸い上げられ、噴出空気と混合して噴霧される。

【0015】

図２及び図３に示すように、液体シリンダ５の内周には小径筒状ピストン１７が嵌合され、該小径筒状ピストン１７の下端部外周に突設したステム１２の上端に押下ヘッド１３を嵌着している。また、押下ヘッド１３は、周壁１８ａの上端に頂壁１８ｂを延設した下端開口の有頂筒状をなすケーシング１８の内側上部に、前端を開口した横筒１９を横設したものであり、この横筒１９内に先端に噴出口を開口した噴霧ノズル１５を嵌着している。また、押下ヘッド１３は、この横筒１９内に上端を連通させて垂下するとともに、下端部をステム１２内周上端部に嵌合した縦内筒２０と、該縦内筒２０外周部分に垂下するとともに、ステム１２外周上端部に下端部を隙間をあけて垂下した縦外筒２１とを備えている。

【0016】

また、空気シリンダ４内へ嵌合させた大径筒状ピストン１４の中央部には基筒部１４ａが貫設されている。基筒部１４ａの上部は押下ヘッド１３の上記縦外筒２１下部内面に対し気密に、かつ小ストロークにて上下動可能に嵌合している。また、ステム１２は小径の液体シリンダ５内に設けたコイルスプリング２２で上方に付勢され、該上方付勢により、後述する可動弁体の下面を大径筒状ピストン１４の隔壁部１４ｂの上面に、また、基筒部１４ａの下端面をステム１２の中間部外面へ付設した受座２３の上面に、それぞれ圧接させている。

【0017】

大径筒状ピストン１４の基筒部１４ａと、外周筒状部１４ｃとの間には隔壁部１４ｂが設けられている。隔壁部１４ｂの径方向中間部は起立筒部とされ、その基筒部１４ａに接する隔壁部部分に複数の外気吸込み弁孔２４が穿設されている。また、基筒部１４ａの下部外面には合成樹脂製筒部２５が気密に嵌着され、該合成樹脂製筒部２５の下部外面にはフランジ状弾性薄板２６が上向き外方に突設されている。該フランジ状弾性薄板２６の外周縁は、外気吸込み弁孔２４よりも外方にて隔壁部１４ｂの下面に圧接され、外気吸込み弁２７を形成している。

【0018】

空気噴出路ａは、基筒部１４ａの下端面から、ステム１２と基筒部１４ａとの間、ステム１２と縦外筒２１との間、および縦内筒２０と縦外筒２１の間を通る形で噴霧ノズル１５内に連通し、さらに小空隙部２８を通って噴霧口１６と連通するように構成されている。また、液体流出路ｂは、ステム１２内から縦内筒２０内を介して横筒１９に穿設した透孔２９を通り、さらに噴霧ノズル１５周囲の隙間３０、および小空隙部２８を通って噴霧口１６と連通ように成している。そして、基筒部１４ａ下端面と受座２３上面とにより空気吐出弁３１が形成され、ステム１２内には液止め弁３２が設けられている。

【0019】

また、ステム１２内には係合突条３３を周設させている。小径液体シリンダ５の下部内面へ複数縦設した係合起立板の中間部内面には上向きの係合段部が設けられている。一方、ステム１２内には棒３４の上部が挿通されている。棒３４の下部外面には、前述の係合起立板間に上下動自在に嵌合する係合突子が複数付設されている。このような棒３４の上端部は、半球状に上部を大径部としてその上部外面が、係合突条３３の上側面へ水密に係合され、液漏れ防止弁３５を形成している。また、小径液体シリンダ５の下部と小径筒状ピストン１７との間にはコイルスプリング２２が棒３４を遊挿させる形で配設されている。該スプリング２２の下端は係合起立板の係合段部上へ載置され、小径筒状ピストン１７を介して作動部材Ｃを上方付勢する一方、該上方付勢により係合突条３３を介して棒３４を、係合突子がコイルスプリング２２の下端面へ圧接する状態に引き上げている。

【0020】

本実施形態では、噴霧に伴う容器体内の液の減少に当たって容器Ａ内が負圧化するのを防止するための外気導入孔ｈが空気シリンダ４に設けられるとともに、この外気導入孔ｈを開閉可能に閉塞する可動弁体Ｅが設けられている。上記可動弁体Ｅは、上記作動部材Ｃが、図４に示す最下降の係止状態に移行した際には、作動部材Ｃにより可動弁体Ｅが押し下げられて外気導入孔ｈの閉塞状態に移行する。他方、作動部材Ｃが図１に示す最上昇状態に移行する際には大径筒状ピストン１４により押し上げられて外気導入孔ｈが開放状態に移行し、さらに作動部材Ｃが液噴出のために上下動する際には外気導入孔ｈが開放状態に維持される。

【0021】

可動弁体Ｅは、上記大径筒状ピストン１４上方の空気シリンダ４内面に外周縁の筒状シール部４２を嵌合させるとともに、該筒状シール部４２より内方の上記縦外筒２１外周近傍位置までフランジ状壁４３を延設している。フランジ状壁４３は中央へ昇る階段状をなし、下面より押圧用突部４４を突設している。そして、上記コイルスプリング２２（弾性部材）による通常の上方付勢状態、即ち最上昇状態では大径筒状ピストン１４により押圧用突部４４が押し上げられ、上面が装着キャップＤの頂壁７の下面に当接した状態で係止されている。この際、筒状シール部４２は外気導入孔ｈの上方に位置している。

【0022】

また、縦外筒２１の外面所定位置にはリブを突設することにより形成した下向き段部４５を設けている。作動部材Ｃを図１の最上昇位置から図４の最下降の係止状態まで押し下げると、途中で下向き段部４５が可動弁体Ｅのフランジ状壁４３上面内周縁部に当接し、その筒状シール部４２が外気導入孔ｈを閉塞する位置まで押し下げられるように構成されている。

【0023】

上記噴霧容器１は、初期状態では液体シリンダ５が空の状態になっており、図１に示す状態から数回作動部材Ｃを上下動させることで、液体Ｌはキャビテーションノズル５０及び吸引チューブ１１を介して吸引され、液体シリンダ５を満たす。該状態から作動部材Ｃを押し下げると、まず大径筒状ピストン１４に対してステム１２が押下ヘッド１３とともに下降して空気吐出弁３１が開き、次いで押下ヘッド１３の縦外筒２１下端が大径筒状ピストン１４の隔壁部１４ｂの上面に接して、空気吐出弁３１を開いたままで大径筒状ピストン１４もステム１２とともに下降する。

【0024】

その際、外気吸込み弁２７は閉塞しているから、空気シリンダ４内の空気は空気噴出路ａ及び小空隙部２８を通って噴霧口１６から噴出する。小空隙部２８の外周部は負圧化するから、該小空隙部に連通する液体流出路ｂ内も負圧化することとなり、よって液体流出路ｂを介して液体シリンダ５内の液体Ｌが小空隙部２８内へ吸い出され、該小空隙部内へ吸い出された液体Ｌは上記噴出空気と混合して噴霧口１６から霧となって噴出する。

【0025】

押下ヘッド１３を放すと空気噴出は停止するため、小空隙部２８内の負圧状態が解消するので液止め弁３２は閉塞する。また、大径筒状ピストン１４に先だってステム１２が上昇することで空気吐出弁３１が閉じ、次いで大径筒状ピストン１４も受座２３による上端位置まで引き上げられるため、空気シリンダ４内が負圧化する。よって外気吸込み弁２７が開いて外気を空気シリンダ内へ吸入する。一方、液体シリンダ５内には吸引チューブ１１を介して容器Ａ内の液体Ｌが吸引される。この際、可動弁体Ｅは図１の状態を維持しているため、外気導入孔ｈは開いた状態にあり、容器体内の液の減少による負圧化に伴い外気が外気導入孔ｈを介して容器Ａ内へ導入される。

【0026】

このときの液体Ｌの吸引量は、押下ヘッド１３の１ストロークの押下によりシリンダ４の空気を排出させた大径筒状ピストン１４が、図４の下端位置から図１の上端位置に戻るまでのシリンダ４内への空気流入の速度により定まる。押下ヘッド１３を下端位置まで押し下げたときの押下ストロークに対応するコイルスプリング２２の弾性変位がほぼ一定であることから、大径筒状ピストン１４の上昇速度も当該弾性変位に応じたコイルスプリング２２の弾性復帰力によりほぼ一定になると考えられる。押下ヘッド１３を指（例えば利き腕の人差し指又は親指）により自然な動作で連続押下する際は、押下ヘッド１３の押下ストロークに要する操作時間と、次の押下に備えて指を戻す時間とがほぼ等しくなる。そして、コイルスプリング２２の弾性復帰力は、その指を戻す時間内に押下ヘッド１３が上限位置に戻るように調整される。ストレスのない連続押下操作を実現するためには、押下ヘッド１３が下限位置から上限位置に戻る時間が、噴霧時における押下ヘッド１３の１回の押下ストローク時間（＝１ショットの噴霧時間）にほぼ等しくなっていることが望ましいといえる。

【0027】

なお、図１の液体噴霧装置１からキャビテーションノズル５０を省略した構成の装置は、特許文献３に開示されているものと同じである。ただし、本発明の適用対象となる液体噴霧装置の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図１の液体噴霧装置１は、容器内の液体を吸入した空気とあらかじめ混合してから噴霧口１６から噴霧するようにしていたが、空気との混合を行わず、液体のみを噴霧口１６から噴霧するように構成した噴霧装置を用いてもよい。

【0028】

図１に戻り、液体噴霧装置１において、キャビテーションノズル５０、吸引チューブ１１、液体シリンダ５、ステム１２及び縦内筒２０は、容器Ａ内の液体Ｌを噴霧ノズル１５に導く流路部材を構成している。また、押下ヘッド１３、空気シリンダ４及び大径筒状ピストン１４は液体Ｌを流路部材を介して吸引し、噴霧ノズル１５より噴霧させるポンプを構成している。

【0029】

キャビテーションノズル５０は、図５及び図６に示すように、樹脂製のノズル本体５１に対しねじ部材５４（金属製：材質はステンレス鋼、チタン等）が、脚部５４ｆがノズル本体５１に貫通形成された流通孔５３内に露出するように組み付けられたものである。本実施形態では、円形断面の流通孔５３の直径方向に脚部５４ｆが沿うようにねじ部材５４を配置している。

【0030】

なお、ねじ部材５４は、ノズル本体５１に形成された雌ねじ孔にねじ込むようにしてもよいし、インサート成型によりノズル本体５１と一体化してもよい。また、図１０に示すように、ノズル本体５１の流通孔５３内にねじ部材５４を流れ方向に複数本配置するようにしてもよい。図１０においては、２本のねじ部材５４を脚部５４の軸線が９０°をなすねじれの位置関係となるように配置している。流路内の圧損増加を抑制するため、複数のねじ部材５４の脚部５４は、流れ方向にて内縁間距離がねじの呼び径よりは大きくなるように（望ましくは呼び径の１．３倍以上となるように）配置するのがよい。

【0031】

流通孔５３に液体を流通させたときの流速分布は、脚部５４ｆに形成されたねじ谷部で局所的に増加する傾向がみられる。すなわち、ねじ部材５１はねじ谷部がキャビテーションポイントＣＰとして機能する。脚部５４ｆにはねじ山部がらせん状に複数巻き形成されており、図７及び図８に示すように、流通孔５３の軸断面内にて、ねじ谷部は脚部５４ｆの径方向両側に沿って、それぞれ軸方向にねじピッチ間隔にて複数個配列する形で現れる。ねじ部材５は液体との接触面に液体の流速を局所的に増加させるキャビテーションポイントＣＰが複数分散形成されたキャビテーション処理部材を構成するものである。なお、本発明においてキャビテーション処理部材はねじ部材に限らず、例えば外周面にキャビテーションポイントとなる凹凸部を分散形成したロッド部材などで代用することも可能である。

【0032】

すなわち、図４の液体噴霧装置１は、液体Ｌを流路部材を介して吸引し、噴霧ノズル１５より噴霧させるポンプと、流路部材の流通孔５３（流路）内に、ポンプにより流通孔５３内を流通する液体Ｌと接触するように配設され、液体Ｌとの接触面に液体の流速を局所的に増加させるキャビテーションポイントＣＰが複数分散形成されているねじ部材５４（キャビテーション処理部材）とを備えている。そして、ねじ部材５４の配設位置における流通孔５３の液体流通断面積（図７及び図８に示す軸断面投影にて、円形の流通孔５３の投影領域からねじ部材５４の投影領域を除いた部分の面積）が、噴霧ノズル１５の噴霧口１６の流通断面積よりも大きく設定されている。

【0033】

このように構成された液体噴霧装置１は、噴霧口１６から噴射された液体が、ねじ部材５４（キャビテーション処理部材）を省略した構成の液体噴霧装置を用いて噴霧された液体よりも、１μｍ以下の気泡（いわゆるウルトラファインバブル）の存在密度が大幅に増加することを、本発明者らは見出した。そのメカニズムを、本発明者らは以下のように推定している。

【0034】

押下ヘッド１３の操作により容器Ａ内の液体Ｌは、キャビテーションノズル５０を通過した後、吸引チューブ１１、液体シリンダ５、ステム１２及び縦内筒２０を経て噴霧ノズル１５に導かれ、空気と混合されて噴霧口１６から霧となって噴射される。ここで、流通孔５３内にはキャビテーションポイントＣＰ（ねじ谷）が分散配置されており、液体の流速は流通孔５３内での平均的な値は比較的小さいが、Ｖ字型のねじ谷の谷底付近では流れが絞られるとともに、円形断面のねじ脚部５４ｆに衝突迂回することによる遠心力も加わることから、該谷底付近の局所的な流速は相当高くなる。

【0035】

谷底付近の高流速領域はベルヌーイの定理により負圧領域となり、常圧と負圧での空気溶存量の差に基づいて、溶けきれなくなった溶存空気が減圧析出し、気泡核が発生する（キャビテーション）。気泡核を析出する減圧域は谷底付近に限られており、液体流は瞬時的に該領域を通過し、その後は常圧状態に戻るから、発生した気泡核の多くは核の状態で成長が停止すると考えられる。気泡核の正確なサイズは不明であるが、例えば非特許文献１には、旋回流式ウルトラファインバブル（ＵＦＢ）発生装置で処理した水を瞬間凍結し超高圧電子顕微鏡にて観察した画像において、平均径１０ｎｍ以下の微細な斑点が、例えば数密度にて８．１×１０^１７個／ｃｃ程度認められる、と報告されている。文献中では論じられていないが、本発明者らは該電子顕微鏡写真に表れている斑点が、サイズ及び数密度から気泡核を示すものである可能性が十分にあると考えている。なお、このようなサイズの気泡核の存在密度は、一般的なウルトラファインバブル計測装置（例えば、レーザー回折式粒度計やナノトランキング式計測装置）では計測不能である。

【0036】

このように、容器内の液体は、噴霧口１６から噴射されるに先立ってキャビテーション処理部材との接触により、（気泡には成長しない）気泡核を相当量発生させるための前処理がなされていると考えることができる。図９に示すように、気泡核ＢＮを含む液滴ＬＤを空気と混合して小径の噴霧口から噴霧すると、噴霧時の高流速化により液滴ＢＤは減圧され、溶存していた空気は気泡核ＢＮをシーズとして計測可能なサイズの気泡ＧＢへと成長する。液滴ＬＤ中に発生する気泡ＧＢの総体積は気泡核ＢＮの存在密度が高くなるほど大きくなると考えられる。よって、キャビテーション処理部材との接触により前処理し、気泡核の存在密度を積極的に高めた液体を噴霧することで、前処理しない液体を噴霧する場合よりも、気泡の生成量を大幅に増加できると考えられる。

【0037】

ここで重要な点は、前処理により形成される気泡核の存在密度が過剰となった場合は、噴霧時に成長する気泡ＧＢの密度が大きくなりすぎ、近接した気泡が合体して液滴外に抜けてしまう結果、液滴中に保持できるウルトラファインバブルの量が却って減少してしまうことである。よって、キャビテーション処理部材による前処理については、形成される気泡核の存在密度が過剰とならないよう、流速の調整が必須となる。本発明においては、ねじ部材５４（キャビテーション処理部材）の配設位置における流通孔５３（流路）の液体流通断面積を、噴霧ノズル１５の噴霧口１６の流通断面積よりも大きく設定する。これにより、キャビテーション処理部材と接触する液体の流速が、気泡核の形成密度が過剰とならないレベルに調整され、気泡の合体浮上が抑制される結果、キャビテーション処理部材を設けずに液体を噴霧する場合よりもウルトラファインバブルの生成量を大幅に増加できる効果が達成される。

【0038】

図４に戻り、吸引チューブ１１は、第一端部がポンプの吸引側に接続され第二端部が容器Ａ内にて底面に臨む位置まで延出している。図１の構成では、キャビテーション処理部材をなすねじ部材５４が、キャビテーションノズル５０のノズル本体５１を介して吸引チューブ１１に取り付けられている。キャビテーション処理部材は例えば図１のキャップＤや押下ヘッド１３の内部に組み込むことも可能であるが、上記のごとく吸引チューブ１１に取り付けることで構造の大幅な簡略化を図ることができている。

【0039】

キャビテーション処理部材の吸引チューブ１１への組付け状態が気密性に欠ける場合、キャビテーション処理部材が容器Ａ内にて液面上に露出していると、液面上の気体が気密の確保できていない隙間等から吸引チューブ１１内に吸引される。この時、吸引された気体がキャビテーション処理部材に気泡となって衝突すると、部材上のキャビテーションポイントが気泡に覆われ、気泡核生成が妨げられることにつながる。この場合、キャビテーション処理部材（ねじ部材５４）は、容器Ａ内の残液レベルが満充填状態の５０％のとき液面下に没する位置にて吸引チューブ１１に取り付けておくことが望ましい。このようにすると、残液レベルが満充填状態の５０％に減少するまでは、キャビテーション処理部材（ねじ部材５４）は容器Ａ内の液体Ｌ中に没した状態となり、上記のような不具合が効果的に抑止できる。図４の構成では、キャビテーション処理部材（ねじ部材５４）は、吸引チューブ１１の第二端部に取り付けられており、液面レベルがより低下するまでキャビテーション処理部材が液中に留置されるようになっている。本実施形態では、図６に示すように、キャビテーションノズル５０の流通孔５３（流路）の上端側はテーパ孔５５とされ、吸引チューブ１１の第二端部はキャビテーションノズル５０のテーパ孔５５（流通孔）内に圧入されている。これにより、吸引チューブ１１に対しキャビテーションノズル５０を簡単に組み付けることができる。ただし、吸引チューブ１１へのキャビテーションノズル５０の組付け形態はこれに限定されるものではなく、例えば、流通孔５３が貫通形成された凸部をキャビテーションノズル５０側に形成し、この凸部を吸引チューブ１１内に圧入するようにしてもよい。

【0040】

なお、図１１に示すように、ねじ部材５４は脚部５４ｆが吸引チューブ１１の壁部に対し壁部外周面側から直接ねじ込まれるようにしてもよい。図１２に示す液体噴霧装置１００においては、ねじ部材５４を直接組み付けた吸引チューブ１１を用いることで、キャビテーションノズルを別体形成する必要がなくなり、構造がより簡略化できていることがわかる。

【0041】

キャビテーション処理部材としてねじ部材５４を用いる場合、ねじ部材５４の配設位置において流通孔５３（流路）の液体流通断面に存するねじ部材５４のねじ谷部ＣＰ（キャビテーションポイント）の数は、液体流通断面積により除して得られるねじ谷数面積密度の値が２個／ｍｍ^２以上２０個／ｍｍ^２以下であるのがよい。ねじ谷数面積密度の値が２個／ｍｍ^２未満であると、気泡核の生成量が不十分となり、キャビテーション処理部材を設けずに液体を噴霧する場合と比較したとき、ウルトラファインバブルの生成量における優位性が顕著でなくなる。一方、ねじ谷数面積密度の値が２０個／ｍｍ^２を超えると、気泡核の形成密度の過剰化により気泡の合体浮上が顕著となり、ウルトラファインバブルの生成量における優位性が顕著でなくなる場合がある。

【0042】

図４に示すように、液体噴霧装置１は、ポンプが手動式プッシュポンプとして構成されており、個人が携帯して使用する際に汎用性の高いものである。このような装置は、液体Ｌとして例えば化粧水やアルコールなどが充填され、１プッシュあたりの噴霧量が例えば０．３ｃｃ以上２ｃｃ以下の範囲内に調整される。１プッシュあたりの噴霧量がこのような比較的小さい値に設定されることで、ねじ部材５４の配設位置における流通孔５３（流路）の液体流通断面における平均流速が比較的小さい値に調整され、気泡核の形成密度の過剰化、ひいては気泡の合体浮上による損失を抑制することができる。なお、ポンプは電動式のポンプを採用することも可能である。また、液体噴霧装置１は液体と空気との混相流を噴霧口１６から噴霧するようになっているが、液体のみを噴霧するように構成されていてもよい。この構成にあっては、噴霧口１６から液体が高速で噴出される際に減圧され、噴霧口１６の出口直近の外気が減圧状態の液体流に混合されることで霧化がなされるので、噴霧後の液滴サイズが多少大きく点を除けば、本発明の効果は同様に達成できる。

【0043】

例えば、１プッシュあたりの噴霧量が０．３ｃｃ以上２ｃｃ以下の範囲にある場合、一般的な成人が通常の力で手動式プッシュポンプを操作する場合の、１プッシュあたりの噴霧時間は例えば０．２秒以上１．５秒以下である。この場合、液体噴霧装置１における液体の平均噴霧流量は、例えば３０ｃｃ／分以上２００ｃｃ／分程度である。このような平均噴霧流量となるように手動式プッシュポンプを手動操作したとき、ねじ部材の配設位置における流路の液体流通断面における平均流速は例えば０．０５ｍ／秒以上１．２ｍ／秒以下であるのがよい。そして、流通孔５３（流路）の液体流通断面に存するねじ部材５４のねじ谷部ＣＰの数を、平均噴霧流量の値により除して得られるねじ谷数流量密度の値は、例えば０．０８個・分／Ｌ以上０．８０個・分／Ｌ以下であるのがよい。キャビテーション処理部材を設けずに液体を噴霧する場合よりもウルトラファインバブルの生成量を増加させる効果は、上記の数値範囲において特に顕著なものとなる。

【0044】

以下、本発明の液体噴霧装置の効果を確認するために行った種々の試験の結果について説明する。
(試験例１)
試験用の液体噴霧装置として図１に示す形状のスプレー噴霧装置を、キャビテーションノズル５０を除いたスプレー噴霧装置の本体部分については、噴霧口１６の内径と１プッシュあたりの噴霧量が異なる２種類（スプレー１及びスプレー２）用意した。表１に各スプレー噴霧装置の特性値をまとめて示す。

【0045】

【表1】

【0046】

キャビテーションノズル５０は図５及び図６に示す形態のものを種々用意した。使用したねじ部材はＪＩＳに定められた０番１種なべ小ねじ（並目ピッチ）であり、呼び径がＭ１．４及びＭ１．０の２種類であり、ねじ数は１である。採用したノズル本体の流通孔の内径、ねじピッチと深さ、ねじ谷数、流通断面積、ねじ谷数面積密度の値を、組み合わせたスプレー噴霧装置の種別（表１）とともに表２に示している。また、キャビテーションノズル５０のねじ部材５４の配設位置における液体流通断面積は、例えば図７及び図８に示すように、流通孔５３に相当する円の面積から、脚部５４ｆの投影領域の面積を減ずる形で画像処理により算出している。図７はＭ１．４のねじ部材を用いた場合の、図８はＭ１．０のねじ部材を用いた場合の各投影図である（流通孔５３の内径は２．５ｍｍの場合にて例示している）。ねじ谷部ＣＰの数はこれらの投影図上にて計数することができる。

【0047】

そして、各スプレー噴霧装置の表１に示す噴霧流量と液体流通断面積とから、ねじ部材５４の配設位置における断面内の液体の平均流速を算出している。また、ねじ谷部ＣＰの数を噴霧流量で除することにより、ねじ谷数流量密度の値を算出している。

【0048】

キャビテーションノズル５０を装着したスプレー噴霧装置に純水（溶存酸素量（ＤＯ：６ｐｐｍ）を充填し、手動にて押下ヘッドを繰り返し操作する形でビーカー内に噴霧された処理水を１５ｃｃ採取した。採取した処理水は石英製のバッチセルに充填し、レーザー回折式の高感度型ファインバブル測定システム（島津製作所製：ＳＡＬＤ－７５００×１０）を用い、ウルトラファインバブル領域の気泡数密度を測定した（実施例１～４）。なお、比較のため、各スプレー噴霧装置についてキャビテーションノズル５０を装着せずに噴霧・採取した処理水（比較例１、２）についても同様の測定を行っている。以上の結果を表２にまとめて示す。

【0049】

【表2】

【0050】

さらに、各番号の実施例及び比較例について、気泡測定により得られた気泡径クラス別の個数密度と体積密度の算出結果を表３～表８にまとめて示す。

【0051】

【表3】

【0052】

【表4】

【0053】

【表5】

【0054】

【表6】

【0055】

【表7】

【0056】

【表8】

【0057】

表２に示す如く、キャビテーションノズルを装着した液体噴霧装置については、スプレー１を使用した場合（実施例１及び実施例２）、及びスプレー２を使用した場合（実施例３及び実施例４）のいずれにおいても、キャビテーションノズルを装着しない液体噴霧装置（比較例１及び比較例２）を用いた場合と比較して、処理水の気泡数密度（１μｍ以下のウルトラファインバブル領域のもの）の測定値が、数倍～１７倍以上の極めて大きな値となっていることがわかる。なお、キャビテーションノズルを装着しない比較例１及び比較例２の液体噴霧装置により得られた処理水も、２０億個／ｃｃ以上のウルトラファインバブルが検出されていることもわかる。これは、使用した純水中にも、何らかのキャビテーション的な履歴により気泡核が元から一定量含まれていたことを意味する。しかし、キャビテーションノズルによる前処理を経ることで、処理水の気泡核の存在密度は劇的に増加したものと推測され、噴霧時にこれが成長することで圧倒的な気泡数密度の差となって表れたものと考えられる。実施例の液体噴霧装置はウルトラファインバブル領域の体積存在率を比較例の２倍以上に向上させることが可能である。以下、詳細に結果を説明する。

【0058】

図１３は気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例１と比較例１とで対比して示すヒストグラムであり、図１４は同じく体積密度の算出結果を実施例１と比較例１とで対比して示すヒストグラムである。図１３の個数密度のヒストグラム比較によれば、キャビテーションノズルによる前処理を経た実施例１の分布ピーク位置は、キャビテーションノズル非装着の場合（比較例１）よりも小径側にシフトしていることがわかる。また、図１４の体積密度のヒストグラム比較によれば、ウルトラファインバブル領域（気泡径：１μｍ以下）とファインバブル領域での気泡径５μｍ以上の領域とにそれぞれ現れている２つのピークのうち、前者のほうが後者よりも増加比率が大きくなっていることがわかる。すなわち、該結果は、キャビテーションノズルによる前処理が、ウルトラファインバブル領域の気泡を優先的に増加させる効果を有していることを示すものである。比較例１におけるウルトラファインバブル領域の体積存在率は表７から約４．６μＬ／Ｌであるのに対し、実施例１では表３より約３１．７μＬ／Ｌと比較例１の約７倍に達する。

【0059】

図１５は気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例２と比較例１とで対比して示すヒストグラムであり、図１６は同じく体積密度の算出結果を実施例２と比較例１とで対比して示すヒストグラムである。実施例２の分布ピーク位置は、実施例１と同様に比較例１よりも小径側にシフトしているが、ウルトラファインバブルの気泡数密度の絶対値は実施例１よりも低い。また、図１６の結果からも明らかなごとく、比較例１に対するファインバブル領域のピークの増加率がウルトラファインバブル領域のピークの増加率よりも大きくなっている。実施例２のねじ谷数流量密度が実施例１よりも高いため、ウルトラファインバブル領域の気泡数密度がやや過剰となり、それらの一部が合体してファインバブル領域の気泡数密度を増加させた可能性がある。実施例２におけるウルトラファインバブル領域の体積存在率は表４から約１３．２μＬ／Ｌであり、比較例１の約２．９倍に達する。

【0060】

図１７は気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例３と比較例２とで対比して示すヒストグラムであり、図１８は同じく体積密度の算出結果を実施例３と比較例２とで対比して示すヒストグラムである。図１７の個数密度のヒストグラム比較によれば、実施例３の分布ピーク位置が比較例２よりも小径側にシフトしていることがわかる。また、図１８の体積密度のヒストグラム比較によれば、ウルトラファインバブル領域とファインバブル領域とにそれぞれ現れている２つのピークのうち、前者のほうが後者よりも増加比率が大きくなっていることがわかる。すなわち、実施例１と同様に、キャビテーションノズルによる前処理が、ウルトラファインバブル領域の気泡を優先的に増加させる効果を有していることが裏付けられている。比較例２におけるウルトラファインバブル領域の体積存在率は表８から約１．９μＬ／Ｌであるのに対し、実施例３では表５より約４０．６μＬ／Ｌと比較例２の約２１倍に達する。

【0061】

図１９は気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例４と比較例２とで対比して示すヒストグラムであり、図２０は同じく体積密度の算出結果を実施例４と比較例２とで対比して示すヒストグラムである。図１９の個数密度のヒストグラム比較によれば、実施例４の分布ピーク位置が比較例２よりも小径側にシフトしていることがわかる。また、図２０の体積密度のヒストグラム比較によれば、ウルトラファインバブル領域とファインバブル領域とにそれぞれ現れている２つのピークのうち、ここでも前者のほうが後者よりも増加比率が大きくなっており、キャビテーションノズルによる前処理が、ウルトラファインバブル領域の気泡を優先的に増加させる効果を有していることが裏付けられている。

【0062】

(試験例２）
試験例1と同じ２種類のスプレー噴霧装置を用意するとともに、キャビテーションノズルについては、呼び径がＭ１．４及びＭ１．０の２種類を用いつつ、ノズル本体の流通孔の内径、ねじピッチと深さ、ねじ谷数、流通断面積、ねじ谷数面積密度の値をさらに種々に設定して、試験例1と同様に処理水の評価を行った。なお、本試験例２においては、図１０の形態でねじ部材５４を２本(脚部５４ｆの内縁間距離：２ｍｍ）組み付けたキャビテーションノズルも試験に供した。また、純水については溶存酸素量が８ｐｐｍのものと６ｐｐｍのものとの２種類を用いた。以上の結果を表９にまとめて示す。

【0063】

【表9】

【0064】

この結果によると、キャビテーションノズルを装着した液体噴霧装置の処理水ついては、いずれもキャビテーションノズルを装着しない表２の比較例１あるいは比較例２の液体噴霧装置の処理水よりも計測されるウルトラファインバブル領域の気泡数密度が大きくなっていることがわかる。特に、溶存酸素量が６ｐｐｍの純水を用いた場合、ねじ谷数流量密度が０．８０個・分／Ｌ以下となる条件では該気泡数密度が特に大きくなっていることがわかる。

【0065】

また、特に気泡数密度の高い実施例１０６及び実施例１１８について、気泡測定により得られた気泡径クラス別の個数密度と体積密度の算出結果を表１０及び表１１にまとめて示す。

【0066】

【表10】

【0067】

【表11】

【0068】

図２１は気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例１０６と比較例２とで対比して示すヒストグラムであり、図２２は同じく体積密度の算出結果を実施例１０６と比較例２とで対比して示すヒストグラムである。図２１の個数密度のヒストグラム比較によれば、実施例１０６の分布ピーク位置が比較例２よりもやや小径側にシフトしていることがわかる。また、図２２の体積密度のヒストグラム比較によれば、ウルトラファインバブル領域とファインバブル領域とにそれぞれ現れている２つのピークのうち、前者のほうが後者よりも増加比率が大きくなっていることがわかる。すなわち、キャビテーションノズルによる前処理が、ウルトラファインバブル領域の気泡を優先的に増加させる効果を有していることが裏付けられている。実施例１０６におけるウルトラファインバブル領域の体積存在率は表１０から約４３．６μＬ／Ｌであり、比較例２（約１．９μＬ／Ｌ）の約２２．９倍に達する。

【0069】

図２３は気泡径クラス別の個数密度の算出結果を実施例１１８と比較例１とで対比して示すヒストグラムであり、図２４は同じく体積密度の算出結果を実施例１１８と比較例１とで対比して示すヒストグラムである。図２３の個数密度のヒストグラム比較によれば、実施例４の分布ピーク位置が比較例１よりも小径側にシフトしていることがわかる。また、図２４の体積密度のヒストグラム比較によれば、ウルトラファインバブル領域とファインバブル領域とにそれぞれ現れている２つのピークのうち、ここでも前者のほうが後者よりも増加比率が大きくなっており、キャビテーションノズルによる前処理が、ウルトラファインバブル領域の気泡を優先的に増加させる効果を有していることが裏付けられている。実施例１１８におけるウルトラファインバブル領域の体積存在率は表１１から約３１．６μＬ／Ｌであり、比較例１（約４．６μＬ／Ｌ）の約６．９倍に達する。

【符号の説明】

【0070】

１，１００ 液体噴霧装置
５ 液体シリンダ
４ 空気シリンダ
１１ 吸引チューブ
１２ ステム
１３ 押下ヘッド
１４ 大径筒状ピストン
１５ 噴霧ノズル
２０ 縦内筒
５０ キャビテーションノズル
５４ ねじ部材(キャビテーション処理部材）
Ａ 容器
Ｌ 液体
ＣＰ ねじ谷部（キャビテーションポイント）

【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18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】