特許 7622818 気泡発生装置、および気泡発生システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-20

(45)【発行日】2025-01-28

(54)【発明の名称】気泡発生装置、および気泡発生システム

(51)【国際特許分類】

   B01F 31/80 20220101AFI20250121BHJP

   B01F 23/231 20220101ALI20250121BHJP

   B01F 25/30 20220101ALI20250121BHJP

【ＦＩ】

B01F31/80

B01F23/231

B01F25/30

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023505125

(86)(22)【出願日】2021-12-22

(86)【国際出願番号】 JP2021047550

(87)【国際公開番号】W WO2022190571

(87)【国際公開日】2022-09-15

【審査請求日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】P 2021037607

(32)【優先日】2021-03-09

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤本 克己

【審査官】河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１８９２７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１８９２７１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／１８９２７２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－０８７９８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９７８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１９７５９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／２０７３９５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ０１Ｆ ２３／２０ － ２３／２３７５

Ｂ０１Ｆ ２５／３０

Ｂ０１Ｆ ２５／４０ － ２５／４６

Ｂ０１Ｆ ３１／００ － ３１／８７

Ｂ０６Ｂ １／００ － ３／０４

Ｃ０２Ｆ １／７２ － １／７８

Ｆ０２Ｍ ２５／００ － ２５／１４

Ｆ０２Ｍ ３３／００ － ３３／０８

Ｆ０２Ｍ ３７／００ － ３７／５４

Ｆ０２Ｍ ５５／００ － ５５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体槽に取り付け、前記液体槽の液体中に微細な気泡を発生させる気泡発生装置であって、
複数の開口部が形成され、一方の面が前記液体槽の液体と接し、他方の面が気体と接する位置に設けられる振動板と、
前記振動板の一方の端を支持する第１筒状体と、
前記第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、
前記第１筒状体を支持する位置より外側にある位置において前記バネ部の一方の端を支持する第２筒状体と、
前記第２筒状体の他方の端を支持し、前記第２筒状体の位置より外側に伸びる板状のつば部と、
前記第２筒状体を支持する位置より外側にある位置において前記つば部を一方の端を支持する第３筒状体と、
前記第３筒状体の他方の端に設けられる錘部と、
前記第２筒状体により支持される前記バネ部の面に設けられ、前記バネ部を振動させる圧電素子と、を備え、
前記第１筒状体の中心軸から前記第３筒状体の外側の位置までの長さは、前記第３筒状体を設けない構成と比べて前記第２筒状体の貫通方向の変位量が半分になる範囲の長さである、気泡発生装置。

【請求項2】

前記第３筒状体および前記錘部は、前記圧電素子により前記バネ部を振動させた場合に、前記第２筒状体の一方の端に生じる第１の慣性モーメントと、前記第２筒状体の他方の端に生じる第２の慣性モーメントとの差が±３％以内となる位置に設ける、請求項１に記載の気泡発生装置。

【請求項3】

前記圧電素子は、前記第２筒状体により支持される側の前記バネ部の面において、前記第２筒状体により支持される位置よりも内側に設けられる、請求項１または請求項２に記載の気泡発生装置。

【請求項4】

前記圧電素子は、前記第２筒状体により支持される側の前記バネ部の面において、前記第２筒状体の内径の全面に設けられる、請求項１または請求項２に記載の気泡発生装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の前記気泡発生装置と、
前記液体槽と、を備える、気泡発生システム。

【請求項6】

前記気泡発生装置は、前記第２筒状体の側面において前記液体槽と結合されている、請求項５に記載の気泡発生システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、気泡発生装置、および気泡発生システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、微細な気泡を使って水質浄化、排水処理、魚の養殖などが行なわれており、微細な気泡が様々な分野で利用されている。そのため、微細な気泡を発生する気泡発生装置が開発されている（特許第６１０８５２６号公報：特許文献１）。

【0003】

特許文献１に記載の気泡発生装置では、圧電素子を利用して微細な気泡を発生させている。この気泡発生装置では、屈曲振動する振動板の中央部での上下振動を利用して、振動板に形成した細孔で発生した気泡を振動で引きちぎり微細化している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第６１０８５２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

気泡発生装置の用途には、例えば、ディーゼルエンジンの燃焼を向上させるため軽油に気泡を発生させる車載用途がある。車載用途の場合、高い信頼性が求められ、気泡発生装置は、液体槽と気泡発生装置との結合部分などから液体槽の液体（軽油）が漏れないような対策を行う必要があった。

【0006】

そこで、本開示の目的は、液体槽と気泡発生装置との結合部分などから液体槽の液体が漏れにくい気泡発生装置、および気泡発生システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一形態に係る気泡発生装置は、液体槽に取り付け、液体槽の液体中に微細な気泡を発生させる気泡発生装置であって、複数の開口部が形成され、一方の面が液体槽の液体と接し、他方の面が気体と接する位置に設けられる振動板と、振動板の一方の端を支持する第１筒状体と、第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、第１筒状体を支持する位置より外側にある位置においてバネ部の一方の端を支持する第２筒状体と、第２筒状体の他方の端を支持し、第２筒状体の位置より外側に伸びる板状のつば部と、第２筒状体を支持する位置より外側にある位置においてつば部を一方の端を支持する第３筒状体と、第３筒状体の他方の端に設けられる錘部と、第２筒状体により支持されるバネ部の面に設けられ、バネ部を振動させる圧電素子と、を備え、第１筒状体の中心軸から第３筒状体の外側の位置までの長さは、第３筒状体を設けない構成と比べて第２筒状体の貫通方向の変位量が半分になる範囲の長さである。

【0008】

本開示の別の一形態に係る気泡発生システムは、前述の気泡発生装置と、液体槽と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、気泡発生装置において、第３筒状体および錘部を設けるので、液体槽との結合部分の変位量を所定の範囲内となるように調整することができ、液体槽と気泡発生装置との結合部分などから液体槽の液体が漏れにくくできる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施の形態に係る気泡発生装置が用いられる気泡発生システムの概略図である。

【図2】本実施の形態に係る気泡発生装置の斜視図である。

【図3】本実施の形態に係る気泡発生装置の断面図である。

【図4】本実施の形態に係る気泡発生装置の半断面図である。

【図5】第３筒状体の他方の端に設けられる錘部の位置が異なるタイプの気泡発生装置の半断面図である。

【図6】本実施の形態に係る気泡発生装置のうち、タイプＡの対象側面のＺ方向の変位量を示すグラフである。

【図7】本実施の形態に係る気泡発生装置うち、タイプＡの対象側面のＸ方向の変位量を示すグラフである。

【図8】位置Ｄの長さに対する平均変位量の変化を示すグラフである。

【図9】タイプごとの位置Ｄの長さに対するＺ方向の平均変位量の変化を示すグラフである。

【図10】位置Ｄの長さに対する慣性モーメントの変化を示すグラフである。

【図11】錘部の密度に対するＺ方向の変位量を示すグラフである。

【図12】バネ部の端部をテーパ形状に加工した例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（実施の形態）
以下に、本実施の形態に係る気泡発生装置、および気泡発生システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0012】

まず、図１は、本実施の形態に係る気泡発生装置１が用いられる気泡発生システム１００の概略図である。図１に示す気泡発生装置１は、例えば、水，ガソリン，軽油などの液体を貯留する液体槽１０の底部に設けられ、液体槽１０の液体に微細な気泡２００を発生させる気泡発生システム１００に用いられる。なお、気泡発生システム１００は、例えば、水質浄化装置、排水処理装置、魚の養殖用水槽、燃料噴射装置などの様々なシステムに適用することができる。

【0013】

また、液体槽１０は、適用するシステムにより導入される液体が異なり、水質浄化装置であれば水になるが、燃料噴射装置であれば液体燃料になる。さらに、液体槽１０は、液体を一時的に貯留することができればよく、液体が導入される管において当該管の中を常に液体が流れるようなものも含む。

【0014】

気泡発生装置１は、振動板２と、筒状体３と、圧電素子４とを備えている。気泡発生装置１は、液体槽１０の底部の一部に開けた孔に設けられ、当該孔から液体側に突き出た振動板２を圧電素子４により振動させることにより、振動板２に形成した複数の細孔（開口部）から微細な気泡２００を発生させている。

【0015】

振動板２は、例えば、樹脂板、金属板、ＳｉもしくはＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板、多孔質のセラミック板、ガラス板などで形成されている。振動板２をガラス板により形成する場合、例えば、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの紫外光および深紫外光を透過させるガラス板により形成してもよい。紫外光および深紫外光を透過させるガラス板により形成することで、振動板２の他方の面側から液体槽１０の液体に対して紫外光を発する光源を設け、オゾン生成による殺菌と紫外光照射による殺菌とを兼用させることができる。

【0016】

振動板２は、複数の細孔が形成され、一方の面が液体槽１０の液体（例えば、水）と接し、他方の面が気体（例えば、空気）と接している。つまり、気泡発生装置１では、振動板２により液体と空気とを分離し、他方の面に背圧を加え（図１に示す矢印方向）ることで、複数の細孔を通って気体が液体槽１０の液体に送り込まれる。気泡発生装置１は、複数の細孔を通って送り込まれた気体を、振動板２の振動により引きちぎることで微細な気泡２００を発生させている。

【0017】

さらに詳しく説明すると、複数の細孔から気体が出ようとする際、液体の表面張力によって液体側へ気体が侵入するのを阻害する一方、気体の浮力によりその表面張力を断ち切る力が働くことになる。このバランスにより気泡２００の径が決まることになるが、振動板２の振動により細孔の壁面からの引きはがし効果が生じ、あたかも表面張力が小さくなったかのような状態となる。その結果、複数の細孔から気体が出ようとする初期の段階で、振動板２の振動により気体が引きちぎられ、振動板２の振動を加えない場合に比べて１／１０程度の径の微細な気泡２００を発生させることができる。

【0018】

図示していないが、たとえば、直径１４ｍｍの振動板２の中央部に設ける５ｍｍ×５ｍｍの領域に複数の細孔が形成されている。細孔の孔径を１μｍ、細孔の間隔を０．２５ｍｍにした場合、５ｍｍ×５ｍｍの領域に４４１個の細孔を形成することができる。

【0019】

気泡発生装置１では、筒状体３を介して圧電素子４により振動板２を振動させている。図２は、本実施の形態に係る気泡発生装置１の斜視図である。図３は、本実施の形態に係る気泡発生装置の断面図である。図１に示す筒状体３は、図３に示すように第１筒状体３１、バネ部３２、第２筒状体３３、つば部３４、第３筒状体３５、および錘部３６を含んでいる。なお、図３の気泡発生装置１は、第２筒状体３３の貫通方向（図中、上下方向）に中央で切断した断面図である。

【0020】

振動板２の端部は、円筒状の第１筒状体３１の端部により保持されている。振動板２に形成された複数の細孔の貫通方向が、第１筒状体３１の振動方向に対して平行となる位置において、振動板２が第１筒状体３１に支持されている。第１筒状体３１は、振動板２側とは反対側の端部がバネ部３２に支持されている。バネ部３２は、弾性変形可能な板状の部材であり、円筒状の第１筒状体３１の底面を支持し、第１筒状体３１の外側に向かって延伸している。バネ部３２には、第１筒状体３１と第２筒状体３３とを貫通する孔が設けられておらず、側面から第１筒状体３１に気体を流入させる少なくとも１つの連通部３２０を設けている。第１筒状体３１と第２筒状体３３とを貫通する孔をバネ部３２に設けないことで、振動板２に形成された複数の細孔から漏れた液体が第２筒状体３３より下側に漏れることがなく、圧電素子４を液体から保護することができる。もちろん、バネ部３２が中空円状で、第１筒状体３１と第２筒状体３３とを貫通する孔を有していてもよい。また、連通部３２０をバネ部３２に設けなくてもよい。

【0021】

バネ部３２は、第１筒状体３１を支持する位置の外側にある位置において第２筒状体３３により支持されている。第２筒状体３３は、円筒状の形態である。第２筒状体３３は、一方の端によりバネ部３２を支持する。第２筒状体３３は、バネ部３２側とは反対側の端部がつば部３４に支持されている。つば部３４は、板状の部材であり、円筒状の第２筒状体３３の底面を支持し、第２筒状体３３を支持した位置から外側に向かって延伸している。

【0022】

つば部３４は、第２筒状体３３を支持する位置の外側にある位置において第３筒状体３５により支持されている。第３筒状体３５は、円筒状の形態である。第３筒状体３５は、一方の端によりつば部３４を支持する。第３筒状体３５の他方の端には、外側に円筒状の錘部３６を有している。なお、第３筒状体３５および錘部３６は、圧電素子４によりバネ部３２を振動させた場合に第２筒状体３３の側面の変位量が所定の範囲内となる位置に設けてある。

【0023】

バネ部３２の下面には、バネ部３２の形状に合わせて円状の圧電素子４が設けられている。圧電素子４は、第１筒状体３１の貫通方向（図中、上下方向）に振動する。圧電素子４が第１筒状体３１の貫通方向に振動することにより、バネ部３２を第１筒状体３１の貫通方向に振動させて第１筒状体３１が略均一に上下方向に変位させる。なお、圧電素子４は、第２筒状体３３の内径の全面を覆う円状ではなく、中央部に孔を有する中空円状であってもよい。

【0024】

第１筒状体３１、バネ部３２、第２筒状体３３、つば部３４、第３筒状体３５、および錘部３６は、一体的に形成される。第１筒状体３１、バネ部３２、第２筒状体３３、つば部３４、第３筒状体３５、および錘部３６は、たとえば、ステンレスなどの金属や合成樹脂からなる。好ましくは、ステンレスなどの剛性の高い金属が望ましい。なお、第１筒状体３１、バネ部３２、第２筒状体３３、つば部３４、第３筒状体３５、および錘部３６を別体として形成してもよいし、別部材として形成してもよい。振動板２と第１筒状体３１との接合方法は、特に問わない。振動板２と第１筒状体３１とを、接着剤、溶着、嵌合、圧入、などで接合してもよい。

【0025】

気泡発生装置１は、図１に示すように、バネ部３２の外側の端部または第２筒状体３３の外側面において、液体槽１０の底部の一部に開けた孔と結合している。バネ部３２の外側の端部または第２筒状体３３の外側面は、後述するように第３筒状体３５および錘部３６を設けることで、圧電素子４により振動板２を振動させてもほぼ無振動である。そのため、圧電素子４の振動を液体槽１０に伝えずに、実質的に振動板２のみを振動させることが可能である。さらに、気泡発生装置１と液体槽１０との結合部分などから液体槽１０の液体が漏れにくくできる。

【0026】

圧電素子４は、例えば、厚み方向において分極することで振動する。圧電素子４は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。圧電素子４は、コントローラ２０（図１参照）からの駆動信号に基づいて、第１筒状体３１の貫通方向に振動させる。

【0027】

気泡発生装置１では、液体に接する振動板２の構造を例えばガラス板とし、筒状体３を介して圧電素子４により振動板２を振動させる構成にすることで、気体を導入する空間と液体とを完全分離することができる。気体を導入する空間と液体とを完全分離することで、圧電素子４の電気配線等が液体に浸かることを防止できる。また、気泡発生装置１では、液体槽１０の液体に対して紫外光を発する光源を設ける場合でも、気体を導入する空間に当該光源を設けることができるので、当該光源の電気配線等が液体に浸かることも防止できる。

【0028】

次に、気泡発生装置１に第３筒状体３５および錘部３６を設けることで、第２筒状体３３の外側面（液体槽１０との結合部分）の変位量を調整することについて詳しく説明する。図４は、本実施の形態に係る気泡発生装置の半断面図である。図４に示す一点鎖線は、第１筒状体３１の中心軸を通る部分である。また、第１筒状体３１の内側の位置を位置Ａ、第２筒状体３３の内側の位置を位置Ｂ、第２筒状体３３の外側の位置を位置Ｃ、第３筒状体３５の外側の位置を位置Ｄとしている。また、バネ部３２の外側の端部または第２筒状体３３の外側面が、液体槽１０と接合する側面で、変位量を所定の範囲内に抑える対象側面である。第２筒状体３３の貫通方向（図中、上下方向）をＺ方向、図中、左右方向をＸ方向とする。

【0029】

図５は、第３筒状体３５の他方の端に設けられる錘部３６の位置が異なるタイプの気泡発生装置１の半断面図である。図５（ａ）は、中心軸から錘部３６の外側までの長さが７．０ｍｍとなる気泡発生装置１のタイプＡが図示されている。図５（ｂ）は、中心軸から錘部３６の外側までの長さが７．５ｍｍとなる気泡発生装置１のタイプＢが図示されている。図５（ａ）および図５（ｂ）では、中心軸から錘部３６の内側までの長さが、中心軸から第３筒状体３５の内側までの長さに合わせて変化する。図５（ｃ）は、中心軸から錘部３６の外側までの長さが７．０ｍｍで、錘部３６の内側の位置が位置Ｂに固定された気泡発生装置１のタイプＣが図示されている。

【0030】

図５（ａ）～図５（ｃ）に示す気泡発生装置１のタイプＡ～タイプＣのそれぞれに対して、圧電素子４により振動板２を振動させるシミュレーションを行い、対象側面の変位量の変化を求めた。図６は、気泡発生装置１のタイプＡの対象側面のＺ方向の変位量を示すグラフである。図７は、気泡発生装置１のタイプＡの対象側面のＸ方向の変位量を示すグラフである。図６および図７では、縦軸を変位量（単位μｍ）、横軸を対象側面での位置（バネ部３２～つば部３４までの第２筒状体３３の側面上の位置）（単位ｍｍ）としている。さらに、図６および図７では、中心軸から位置Ｄまでの長さ（以下、単に位置Ｄの長さともいう）を４．５ｍｍ（Ｄ１）、５．２５ｍｍ（Ｄ２）、５．７５ｍｍ（Ｄ３）、６．０ｍｍ（Ｄ４）、６．２５ｍｍ（Ｄ５）、６．５ｍｍ（Ｄ６）、６．７５ｍｍ（Ｄ７）、７．０ｍｍ（Ｄ８）に変化させた場合の対象側面の変位量が図示されている。

【0031】

図８は、位置Ｄの長さに対する平均変位量の変化を示すグラフである。図８では、縦軸を平均変位量（単位μｍ）、横軸を位置Ｄの長さ（単位ｍｍ）としている。図６および図７で示した変位量を中心軸から位置Ｄまでの長さごとに平均値を求めてプロットしたグラフが図８である。図８から分かるように気泡発生装置１のタイプＡでは、位置Ｄの長さが６．５ｍｍの時にＸ方向およびＺ方向の変位量がほぼ０（ゼロ）になる。

【0032】

気泡発生装置１のタイプＢおよびタイプＣについても同様にシミュレーションを行い、図６～図８で示した処理を行うことで、タイプＡと同様、Ｘ方向の変位量がＺ方向の変位量に比べて小さく、また位置Ｄの長さが長いほどＸ方向の変位量が小さくなる。気泡発生装置１のタイプＢでは、位置Ｄの長さが６．３ｍｍの時にＸ方向およびＺ方向の変位量がほぼ０（ゼロ）になる。気泡発生装置１のタイプＣでは、位置Ｄの長さが６．１ｍｍの時にＸ方向およびＺ方向の変位量がほぼ０（ゼロ）になる。

【0033】

図９は、タイプごとの位置Ｄの長さに対するＺ方向の平均変位量の変化を示すグラフである。図９では、縦軸をＺ方向の平均変位量（単位μｍ）、横軸を位置Ｄの長さ（単位ｍｍ）としている。さらに、図９には、所定の範囲Ｓが図示されている。変位対象範囲（第２筒状体３３の側面）の変位量が所定の範囲Ｓ内になるとは、例えば、初期値の半分程度に平均変位量が収まることである。具体的に、図９に示す例では、Ｚ方向の平均変位量において、初期値（約＋０．０６μｍ）を半分にした絶対値の範囲（約±０．０３μｍの範囲）が所定の範囲Ｓであるとしている。この所定の範囲Ｓを満たす位置Ｄの範囲は、一番厳しいタイプＣで約±０．４ｍｍ＝約±３％で、タイプＡで約±０．７ｍｍ＝約±５％となる。所定の範囲Ｓは、第３筒状体３５がない場合の変位量の半分になる範囲としたが、これに限定されず、液体槽１０と気泡発生装置１との結合部分などから液体槽１０の液体が漏れにくくできる範囲であればよい。

【0034】

第３筒状体３５および錘部３６を設ける位置を、慣性モーメントの観点から規定することもできる。位置Ａ－位置Ｂ間の慣性モーメントＩａは、第２筒状体３３の一方の端に生じる第１の慣性モーメントであり、Ｉａ＝Ｍａ（Ｂ^２－Ａ^２）×（１／２）と求めることができる。ここで、Ｍａは、振動板２、第１筒状体３１、およびバネ部３２の質量を含み、面密度を考慮した等価質量であり、ＡおよびＢは、位置Ａおよび位置Ｂの座標である。一方、位置Ｃ－位置Ｄ間の慣性モーメントＩｂは、第２筒状体３３の他方の端に生じる第２の慣性モーメントであり、Ｉｂ＝Ｍｂ（Ｄ^２－Ｃ^２）×（１／２）と求めることができる。ここで、Ｍｂは、第３筒状体３５、および錘部３６の質量を含み、面密度を考慮した等価質量であり、ＣおよびＤは、位置Ｃおよび位置Ｄの座標である。

【0035】

位置Ａ－位置Ｂ間の慣性モーメントＩａは、気泡発生装置１のタイプに依存しないが、位置Ｃ－位置Ｄ間の慣性モーメントＩｂは、気泡発生装置１のタイプに依存する、図１０は、位置Ｄの長さに対する慣性モーメントの変化を示すグラフである。図１０では、縦軸を慣性モーメント（任意単位ＡＲＢ．）、横軸を位置Ｄの長さ（単位ｍｍ）としている。慣性モーメントＩａは、気泡発生装置１のタイプに依存しないため一定値（＝８３５６５）となる。一方、慣性モーメントＩｂは、気泡発生装置１のタイプに依存するため、タイプごとにグラフが図示されている。

【0036】

図１０から分かるように、慣性モーメントＩａとそれぞれタイプの慣性モーメントＩｂとが一致する位置Ｄの長さは、図９で示したＺ方向の変位量がほぼ０（ゼロ）となる位置Ｄの長さに近い値となる。具体的に、慣性モーメントＩａと慣性モーメントＩｂとが一致する位置Ｄの長さは、気泡発生装置１のタイプＡでは約６．６ｍｍ、タイプＢでは約６．２ｍｍ、タイプＣでは約５．９ｍｍとなる。そのため、慣性モーメントＩａと慣性モーメントＩｂと差が±３％以内であれば、図９に示したように変位対象範囲（第２筒状体３３の側面）の変位量が所定の範囲Ｓ内となる。

【0037】

なお、タイプＡの慣性モーメントＩｂのグラフの変化がなだらかであることから、位置Ｄの範囲の許容度も広いことが分かり、この点からも図９に示したタイプＡの位置Ｄの範囲の傾向と同じである。

【0038】

錘部３６の密度によっても対象側面の変位量が変化することを説明する。図１１は、錘部３６の密度に対するＺ方向の変位量を示すグラフである。図１１では、縦軸をＺ方向の変位量（単位μｍ）、横軸を対象側面での位置（バネ部３２～つば部３４までの第２筒状体３３の側面上の位置）（単位ｍｍ）としている。さらに、図１１では、錘部３６がＣｕ（密度８．９３ｇ／ｃｍ^３）、錘部３６がＳＵＳ（Steel Use Stainless）（密度７．７５ｇ／ｃｍ^３）、錘部３６がジュラルミン（密度２．７９ｇ／ｃｍ^３）とした場合の対象側面の変位量が図示されている。図１１から、第３筒状体３５および錘部３６の位置が同じであっても密度が小さければ対象側面の変位量が大きくなることが分かる。

【0039】

以上のように、本実施の形態に係る気泡発生装置１は、液体槽１０に取り付け、液体槽１０の液体中に微細な気泡を発生させる。気泡発生装置１は、振動板２と、第１筒状体３１と、バネ部３２と、第２筒状体３３と、つば部３４と、第３筒状体３５と、錘部３６と、圧電素子４と、を備える。振動板２は、複数の開口部が形成され、一方の面が液体槽１０の液体と接し、他方の面が気体と接する位置に設けられる。第１筒状体３１は、一方の端により振動板２を支持する。バネ部３２は、板状であり、第１筒状体３１の他方の端を支持する。第２筒状体３３は、第１筒状体３１を支持する位置より外側にある位置においてバネ部３２を一方の端により支持する。つば部３４は、板状であり、第２筒状体３３の他方の端を支持し、第２筒状体３３の位置より外側に伸びる。第３筒状体３５は、第２筒状体３３を支持する位置より外側にある位置においてつば部３４を一方の端を支持する。錘部３６は、第３筒状体３５の他方の端に設けられる。圧電素子４は、バネ部３２を振動させる。第３筒状体３５および錘部３６は、圧電素子４によりバネ部３２を振動させた場合に第２筒状体３３の側面の変位量が所定の範囲Ｓ内となる位置に設ける。

【0040】

これにより、気泡発生装置１では、第３筒状体３５および錘部３６を設けることで、液体槽１０との結合部分の変位量を所定の範囲Ｓ内となるように調整することができ、液体槽１０と気泡発生装置１との結合部分などから液体槽１０の液体が漏れにくくできる。

【0041】

また、気泡発生装置１では、振動板２の細孔から軽油が第１筒状体３１の内部に漏れ出た場合、漏れた軽油が圧電素子４にかかって腐食しないように、バネ部３２に第１筒状体３１から第２筒状体３３へ貫通する孔を設けていない。その代わりに、バネ部３２は、図３に示すように、側面から第１筒状体３１に気体を流入させる連通部３２０を設けている。この連通部３２０の開口から気体を流入させるためにも、バネ部３２を含む第２筒状体３３の変位量を所定の範囲Ｓ内に抑える必要がある。さらに、第１筒状体３１の底に溜まった軽油を連通部３２０を使って外部に逃がす構造を採用した場合、当該構造と連通部３２０の開口との結合部が圧電素子４の振動の影響を受けにくくするためにも、バネ部３２を含む第２筒状体３３の変位量を所定の範囲Ｓ内に抑える必要がある。

【0042】

第３筒状体３５および錘部３６は、圧電素子４によりバネ部３２を振動させた場合に、第２筒状体３３の一方の端に生じる第１の慣性モーメント（Ｉａ）と、第２筒状体３３の他方の端に生じる第２の慣性モーメント（Ｉｂ）との差が所定の差となる位置に設けることが好ましい。これにより、気泡発生装置１は、圧電素子４によりバネ部３２を振動させた場合に第２筒状体３３の側面の変位量が所定の範囲Ｓ内となる調整することができる。特に、所定の差は、±３％以内であることが好ましい。

【0043】

圧電素子４は、第２筒状体３３により支持される側のバネ部３２の面において、第２筒状体３３により支持される位置よりも内側に設けられることが好ましい。これにより、気泡発生装置１は、圧電素子４による振動を第１筒状体３１に対して効率よく伝えることができ、第１筒状体３１および振動板２を平行に上下振動させることができる。

【0044】

圧電素子４は、第２筒状体３３により支持される側のバネ部３２の面において、第２筒状体３３の内径の全面に設けられることが好ましい。これにより、微細な気泡をより効果的に発生させることができる。

【0045】

（変形例１）
前述の実施の形態に係る気泡発生装置１では、バネ部３２は板状であると説明したが、バネ部３２の端部をテーパ形状に加工してもよい。エッジ部には変位の大きい傾斜が現れる場合が多く、テーパをつけることにより内部の変位量の傾斜が少ない部位への保持板形成が可能になるからである。側面部に２つの保持部を設けて保持強度を上げ、液漏れを二重に防いだり、空間部に気体を導入したりする場合に、１枚をこのテーパ部に設けることが可能になる。図１２は、バネ部の端部をテーパ形状に加工した例を示す図である。なお、図１２に示す気泡発生装置１ａのうち、図３に示す気泡発生装置１と同じ構成については同じ符号を付して詳しい説明は繰り返さない。

【0046】

図１２に示すように、バネ部３２ａは、端部をテーパ形状３２ｂに加工してある。図１２に示すように、バネ部３２ａの端部のうち振動板２に近い側の角をテーパ形状３２ｂに加工することで、圧電素子４の振動をバネ部３２ａでダンピングさせにくくできる。

【0047】

（変形例２）
第２筒状体３３は、図１に示すようにフランジ部３３ａを設け、フランジ部３３ａを介して液体槽１０を結合させてもよい。これにより、気泡発生装置１と液体槽１０とを備える気泡発生システム１００において、気泡発生装置１と液体槽１０との気密性が高くなる。

【0048】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0049】

１，１ａ 気泡発生装置、２ 振動板、３ 筒状体、４ 圧電素子、１０ 液体槽、２０ コントローラ、３１ 第１筒状体、３２ バネ部、３３ 第２筒状体、３３ａ フランジ部、３４ つば部、３５ 第３筒状体、３６ 錘部、１００ 気泡発生システム、２００ 気泡。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】