エアストーンの自作（その２）

あれから追加であれこれ試してみました。

今回は主に樹脂のシート（板）を試してみました。
ちなみに、前回のトライアルはこちら。

エアーチューブに針で孔を開けてみました。
気泡がエアーチューブにまとわりつく感じです。
エアーを絞っても気泡サイズは変わらないように感じました。

追記）
表面を粗したら気泡の離れは改善するかも知れません。

塩ビのシート（t＝0.2mm）に針で孔を開けてみました。
ガラス板の上において縫い針で突く方法では効果ありませんでしたので、治具にセットした状態でなんちゃら百烈拳みたいな感じで針を貫通させました。

少しエアーを絞ってみました。

こちらは、厚さ0.45mmの塩ビシートです。
ガラス板上で突いた跡がたくさん見られますが、そのままでは気泡がでませんでした。

厚さ0.2mmの塩ビシートの場合と同様に孔を開けました。

少しエアーを絞ってみました。

発泡ゴム（ブタジエンゴム？）です。
カッターナイフで厚さ１mmくらいにスライスしました。

そのままでは全く気泡が出ませんでしたので、針で孔を開けました。

少しエアーを絞ってみました。

約30分間放置した後の塩ビシート（t＝0.45mm）です。
気泡のサイズが小さくなった気がしたのですが、写真では大きな差異は見受けられないようです。
ちなみに、0.2mm厚の塩ビシートはエアーが出なくなっていました。
収縮して孔が塞がってしまったのでしょうか。


気泡が生じる様子を見ると、ある程度の大きさになならないと塩ビシートから離れることができないようです。
そこで、気泡が離れやすい材質や構造のシートであればもっと小さい気泡が期待できるのではないかと考え、今回は構造について検討しました。
気泡を離れ易くするということは、気泡とシートの間に働く相互作用を弱めるということ。つまり、シートと気泡の接触面積を減らせば良いだろうと考えて、シートの表面を耐水ペーパー（＃400）で粗してみました。

耐水ペーパーを使う前の塩ビシート（t＝0.45mm）です。

耐水ペーパーで表面を粗した後の塩ビシートです。
削りカスができるだけ孔に詰まらないようにエアーを出したままで耐水ペーパーを使用しました。
シート表面の気泡サイズが小さくなっています。

表面を粗す前のゴム板（t＝１mm）です。
ゴム板を治具にセットしたまま、縫い針を二～三百回刺して孔を開けました。

表面を粗した後のゴム板です。
削りカスができるだけ孔に詰まらないよう、エアーを出したままで耐水ペーパーを使いました。

こちらもシート表面の気泡サイズが小さくなっています。

念の為に孔を開ける前に表面を耐水ペーパーで粗してみました。
どうした訳か、あまり気泡がでるようになりませんでした。
百回以上は刺したんですけど……。

エアーをストップしてしばらく時間をおいてから再開したところ、気泡の生じ方が変わっていました。


写真を見ると、塩ビシートとゴム板のどちらも、真ん中辺りが膨らんでいて、その辺りから気泡が多く生じています。
膨らんだ部分はゴムが伸びて孔も広がっていて、周辺部分はあまり伸びていないので孔も塞がっているのだと思います。
つまり、エアーの圧力による膨らみとゴムの縮む力のバランスで微妙な開口が成立するものと思われます。
この辺りが再現性が良くない理由だと思います。
また、経時的に開口径が変わる可能性を考えると、使う場合には簡単に交換できる構造が求められるでしょうね。

試しに、ゴム板を箸で軽く押さえてみます。
気泡はほとんど生じなくなりました。

そのまま少し押し込んでみます。
箸の先端辺りから大きな気泡が生じました。
凹んで伸びた部分が大きく開口したのだと思います。

箸を離したところ、気泡の様子はその前と異なっていました。
やはりデリケートです。

こんなパーツを作ってみました。

外枠は、リーマーで内側にテーパーを作ってあります。
気泡は少し大きいように感じました。
塩ビシートを嵌めるときにシートを伸ばしてしまったのだと思います。

嵌め込み式だとシートを伸ばしてしまうと思ったので、霧吹きを加工して上から抑えるタイプを作ってみました。
シートが霧吹きのキャップの厚みだけ凹んだところにあるので、上向きにしないとキャップ部分に気泡がまとわり付いてしまいます。キャップ表側を削って薄くするともう少し使い易くなるかもしれません。



凹みが不都合ならばということで、パイプ（外径５mm）の先端にバクコークで作ったシリコーン膜を直に貼り付けても見ましたが、あまり代わり映えしませんでした。


どれも予備実験であまり代わり映えしなかったため、気泡の写真は撮りませんでした。

さらに、試してみました。
全て表面は耐水ペーパーで粗してあります。
何も書いてなければ、孔は治具にセットした状態で針を刺して、13個開けています。

ポリプロピレンのシート（t＝0.2mm）です。

プラスチック障子紙です。
障子紙の両面にPE15ミクロン＋PP20ミクロンがコーティングしてあります。

プラスチック障子紙にガラス上で孔を開けました。

ポリスチレンのシート（t＝0.3mm）です。

ポリスチレンシートにガラス上で孔を開けました。

ポリスチレンシートとガラスの間に四つ折りにしたコピー用紙を置いて針で突いて孔を開けてみました。



視点を変えて見てみます。

ポリプロピレンシートです。

プラスチック障子紙です。

ガラス上で孔を開けたプラスチック障子紙です。

ポリスチレンシートです。

ガラス上で孔を開けたポリスチレンシートです。

紙を挟んでガラス上で孔を開けたポリスチレンシートです。


ちなみに、シートの裏から孔を押しつぶして塞ぐようにすると気泡のサイズや量が変わります。
場合によっては、エアーが出なくなることもあります。

ポリプロピレンの場合です。

プラスチック障子紙です。

プラスチック障子紙です。
思いっきり押し潰してみました。

思い切っり押し潰したプラスチック障子紙を上から見るとこれくらいです。

ポリスチレンです。

孔を押し潰したポリスチレンを上からみるとこんな感じです。


試していませんが、針の孔が盛り上がっている面を表（外側）にしてエアーを流すとペーパーがけは不要かも知れません。
最も抵抗が少ないと思われた（≒ポンプの音がエアストーンから聞こえてくる）のは、やはり樹脂のシートでした。
反対に、ゴムシートや塩ビシートはポンプの音が小さくなるように感じます。
エアストーン（散気装置）を設計するにときに、エリアで均等にエアレーションしたいときに、接着し易いスチレンシートが使えそうなのが嬉しいです。
ただ、数が多いと孔開けがちょっと面倒なのと割れやすいのが玉に瑕です。
それから、細くて丈夫で縫い針より細いって針を探す旅にでるってのもアリかも知れません。


水に酸素が溶ける量は、エアレーションによる水面の揺らぎや飼育水の対流による影響が大きいという記事を読んだことがあります。
とすれば、エアーの勢いやエアレーションの範囲を重視すべきなのかも知れません。


追記）
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