JP2000345195A

JP2000345195A - 機能水の製造方法

Info

Publication number: JP2000345195A
Application number: JP11153984A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Mori; 義明森
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-06-01
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 2000-12-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスの溶解度を向上させる。【解決手段】交流電源１４によって磁場発生コイル１
２を励磁し、水槽１０内の純水１６に交流磁場を印加
し、水分子に磁場からエネルギーを与えてクラスタを細
分化する。また、水槽１０の底部にガス配管２０を介し
て、機能ガス供給部２２からオゾンや水素などの機能ガ
ス２４を吹き込む。機能ガス２４は、多孔板２６によっ
て分散され、純水１６内を上昇する間に純粋１６に溶け
込み、クラスタの境界部にトラップされて水分子と結合
し、純水１６を機能水に変える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、純水に酸素や水素
などのガスを溶解させた機能水の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、機能水による洗浄が注目されてい
る。この機能水とは、純水に酸素(オゾンを含む)や水素
などの水の性質を変えるガス(機能ガス)を溶解し、通常
の水では得られない機能を与えたものである。例えば、
半導体装置の製造分野においては、従来、半導体基板に
付着している有機系の汚れを除去する場合、アルコール
やトリクロルエチレンなどの有機溶剤を使用していた
が、環境汚染の問題などから、近年、純粋にオゾンを溶
解していわゆるオゾン水とした機能水を用い、オゾンに
よる酸化作用を利用して半導体基板に付着している有機
系の汚れを除去することが行なわれている。また、冷却
装置の配管を洗浄する場合、純水に水素を溶解させた機
能水を洗浄水として使用し、水素の還元作用を利用して
純水や配管の酸化を防止することが行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、水に溶解す
る気体の量は、温度と圧力(分圧)に依存し、温度が高い
ほど溶解量が少なく、圧力に比例して溶解量が増大す
る。そして、二酸化炭素(ＣＯ_２)や硫化水素(Ｈ_２
Ｓ)、アンモニア（ＮＨ_４）など、水と化学的に反応
するものや水に溶けてイオンに解離するものを除き、多
くの気体(ガス)の溶解量はほんのわずかである。このた
め、従来の機能水においては、気体の溶解量が少ないた
めに満足できるような洗浄力が得られず、使用範囲が限
定されるとともに、迅速な洗浄が困難となっており、気
体(ガス)の溶解度をいかに高めるかが大きな課題となっ
ている。

【０００４】本発明は、上記の問題点に鑑みてなされた
もので、ガスの溶解度を向上することができる機能水の
製造方法を提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】酸素や水素は、気体の状
態で存在している場合、通常の温度においてはそれほど
大きな酸化力や還元力を示さない。しかし、これらが水
に溶けると強い酸化力、還元力を示す。すなわち、気体
は、水に溶解すると非常に活性な状態になっているもの
と考えられる。そこで、本発明者は、気体(ガス)が水に
溶解して活性となる現象について、次のような仮説を考
えている。

【０００６】水は、複数の水分子が水素結合によって結
合し、クラスタを形成していることが知られている。そ
して、クラスタの外側の水分子は、結合する相手がない
ために活性になっているものと思われる。また、水に溶
けた気体分子は、水のクラスタの内部ではなく、クラス
タ境界面にトラップされてクラスタの外側の水分子と結
合することにより、気体分子の電子軌道のレベルが変化
して活性になっているものと推測される。したがって、
クラスタのサイズ(大きさ)を小さくすれば、クラスタ全
体の表面積が増加して気体の溶解度を増大できるものと
考えられる。事実、磁場中に配置した水槽の水の溶存酸
素量が増大し、水のクラスタの大きさを調べたところ、
通常より小さくなっていたとの報告が食品関係において
なされている。そこで、クラスタを形成している水分子
間の結合を切断するようなエネルギーを水に与えてクラ
スタを細分化すれば、気体の溶解度を増大させることが
でき、より反応性の高い、処理能力に優れた機能水が得
られるものと考えられる。

【０００７】本発明は、上記の考察に基づいてなされた
もので、本発明に係る機能水の製造方法は、水のクラス
タを細分化するとともに、細分化した水に機能ガスを吹
き込むことを特徴としている。

【０００８】このように構成した本発明は、水のクラス
タが細分化されてクラスタ全体の表面積が大きくなり、
水に溶解する機能ガスの量が増大してより性能の高い機
能水を得ることができ、洗浄能力が増大するとともに迅
速な洗浄が可能となる。

【０００９】水のクラスタを細分化する方法は、クラス
タを形成している水分子同士の結合を切断できるような
エネルギーを水分子に与えることができるものであれば
どのような方法でもよく、例えば水に磁場または電場を
印加して行なうことができる。水に磁場または電場を印
加すると、水分子を構成している水素原子または酸素原
子の電子が磁場または電場の影響によって軌道が変化し
たり、水分子の運動が活発となったりするため、水素結
合の一部が切断されてクラスタが細分化される。なお、
印加する磁場または電場は、静磁場または静電場であっ
ても交流磁場または交流電場であってもよい。

【００１０】また、クラスタの細分化は、水を揺動また
は攪拌して行なうことができる。水を揺動または攪拌す
ることにより、水の分子が運動エネルギーを得てより活
発に運動し、水素結合が切断されてクラスタが細分化さ
れる。さらに、クラスタの細分化は、水に音を照射して
行なうことができる。水に音を照射することにより、水
が振動してクラスタが細分化される。そして、クラスタ
の細分化は、水に光を照射して行なってもよい。光のエ
ネルギーが電子軌道に影響を与え、水素結合が切断され
ていクラスタが細分化される。さらに、水を加熱する
と、熱エネルギーが水分子の運動を活発にし、クラスタ
が細分化される。そこで、加熱した水を常温に冷却しつ
つ機能ガスを吹き込めば、機能ガスの溶解度を高めるこ
とができる。

【００１１】また、本発明に係る機能水の製造方法は、
水を微粒子化して機能ガスと接触させたのち、水の微粒
子を凝結させることを特徴としている。このように構成
した本発明は、水を微粒子化することによってクラスタ
が細分化される。したがって、微粒子化した水を機能ガ
スと接触させることにより、機能ガスが水の微粒子と容
易に結合するため、これを凝結することにより機能ガス
の溶解量が増大して反応性の高い機能水を得ることがで
きる。水の微粒子化は、水を蒸発させて水蒸気にした
り、微細な孔から噴霧することにより行なうことができ
る。水を水蒸気にすると、蒸発する際にクラスタが細分
化される。また、水を噴霧すると、水がノズルの小さな
孔を通る際に、超音波を照射したと同様の作用によって
クラスタが細分化される。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る機能水の製造方法の
好ましい実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明す
る。

【００１３】図１は、本発明の第１実施の形態に係る機
能水の製造方法を説明する図である。図１において、水
槽１０の周囲には、磁場発生コイル１２が配設してあ
る。この磁場発生コイル１２は、両端が交流電源１４に
接続してあり、交流電源１４から給電されることにより
交流磁場を発生し、水槽１０内に貯溜した純水１６に交
流磁場を印加するようになっている。

【００１４】一方、水槽１０の底部には、流量制御弁１
８を有するガス配管２０を介して機能ガス供給部２２が
接続してあり、純水１６に酸化作用や還元作用などの機
能を与える酸素(オゾンを含む)や水素、さらにはフッ素
や塩素、窒素などの機能ガスを水槽１０に吹き込むこと
ができるようにしてある。また、水槽１０内の下部に
は、多孔板２６が配置してあって、ガス配管２０を介し
て吹き込まれた機能ガス２４を水槽１０の全体に分散さ
せることができるようにしてある。なお、ガス配管２０
は、水槽１０に接続する先端部が複数に分岐しており、
水槽１０の底部全体に機能ガス２４を吹き込むことがで
きるようになっている。

【００１５】機能水を製造する場合、交流電源１４によ
って磁場発生コイル１２を励磁し、水槽１０内の純水１
６に交流磁場を印加する。これにより、純水１６の水分
子が交流磁場の影響によって振動し、クラスタを形成し
ている水素結合が切断されてクラスタが細分化され、ク
ラスタ全体の表面積が増大する。そこで、磁場発生コイ
ル１２による交流磁場の印加とともに、または交流磁場
の印加によってクラスタを細分化した直後に、流量制御
弁１８を開いて水槽１０の底部に機能ガス２４を供給す
ると、機能ガス２４は多孔板２６によって分散され、機
能水１６中を上昇する間に純粋に溶け込み、ガス分子が
クラスタの境界部に入り込んでトラップされ、水分子と
結合して純水１６を機能水に変化させる。

【００１６】このように実施の形態においては、純水１
６のクラスタを細分化して機能ガス２４を吹き込むこと
により、従来に比較して機能ガス２４の溶解度を高める
ことができる。このため、機能水の洗浄処理能力(例え
ば、酸化や還元、エッチング、有機系汚れの除去などの
能力)を高めることができるとともに、処理時間を短縮
することができる。

【００１７】なお、前記実施の形態においては、純水１
６に交流磁場を印加してクラスタを細分化する場合につ
いて説明したが、純水１６に静磁場を印加してしてもよ
い。静磁場を純水１６に印加すると、水分子を構成して
いる水素原子または酸素原子の電子軌道が影響を受ける
ことにより、水素結合が切断されてクラスタが細分化さ
れる。

【００１８】図２は、第２実施形態の説明図である。こ
の第２実施形態は、電場によって純水１６のクラスタを
細分化するようになっている。すなわち、水槽１０の両
側には、交流電源１４に接続した電極３０、３２が配設
してあって、電極３０、３２間に交流電場を発生させて
水槽１０内の純水１６に交流電場を印加できるようにし
てある。

【００１９】交流電場を印加された純水１６は、電場か
らエネルギーを与えられて水分子の電子軌道のレベルが
変化したり、水分子の運動が活発となってクラスタを形
成している水素結合が切断され、クラスタが細分化され
る。したがって、前記の実施形態と同様に機能ガスの溶
解度を向上することができる。なお、電極３０、３２に
よって静電場を純水１６に印加した場合であっても、静
電場によって水分子の電子が影響を受けるためにクラス
タを細分化することができる。

【００２０】図３は、第３実施形態の要部説明図であ
る。第３実施形態においては、水槽１０がスライダ３４
の上部に固定してある。スライダ３４は、スライダベー
ス３６の上部に滑動自在に配置してあるとともに、スラ
イダ３４とともに液体揺動手段を構成しているピストン
クランク３８に接続してある。このように構成した第３
実施形態は、ピストンクランク３８を駆動してスライダ
３４をスライダベール３６に沿って矢印４０のように往
復運動させると、水槽１０がスライダ３４と一体に往復
運動して水槽１０内の純水１６が揺動され、クラスタが
揺動による機械的エネルギーによって細分化される。し
たがって、前記と同様にしてクラスタを細分化した純水
１６に機能ガスを吹き込むことにより、機能ガスの溶解
度を高めることができる。なお、同図に示したように、
攪拌機４２を矢印４４のように回転し、純水１６を攪拌
してクラスタを細分化してもよい。

【００２１】図４は、第４実施の形態の要部説明図であ
って、水槽１０の底部に音波発生手段となる超音波振動
子４６を取り付けたものである。この実施形態において
は、超音波振動子４６を駆動して音波である超音波を純
水１６に照射すると、純水１６が超音波振動し、この振
動エネルギーによってクラスタが細分化される。なお、
超音波振動子４６は、同図の破線に示したように、水槽
１０の側壁や内部に配置してもよい。

【００２２】図５は、第５実施の形態の要部説明図であ
る。この実施形態においては、水槽１０の上部に光発生
手段となる紫外線ランプなどの光源５０が配置してあっ
て、紫外線などの光５２を水槽１０内の純水１６に照射
するようになっている。純水１６は、光５２のエネルギ
ーによってクラスタが細分化される。

【００２３】図６は、第６実施形態の要部の説明図であ
る。この実施の形態は、水槽１０の下部に加熱手段とな
るヒータ５４が設けてあって、水槽１０内の純水１６を
加熱できるようになっている。この実施形態において
は、純水１６を加熱して水分子に熱エネルギーを与える
ことにより、クラスタを細分化することができる。そし
て、純水１６を冷却しつつ機能ガスを吹き込むことによ
り、機能ガスの溶解度を高めることができる。

【００２４】なお、純水１６のクラスタを細分化する場
合、上記実施形態の複数の細分化方法を併用してもよ
い。

【００２５】図７は、第７実施形態の説明図である。こ
の第７実施形態においては、加熱水槽６０に加熱ヒータ
６２が設けてあって、加熱水槽６０内の純水１６を加熱
すると、純水１６が微粒子化して水蒸気６４となる。こ
れにより、純水１６は、クラスタが細分化される。ま
た、加熱水槽６０は、上部に配管６６を介して機能ガス
供給部２２が接続してあって、加熱水槽６０内の水蒸気
６４に機能ガスを添加できるようにしてある。さらに、
加熱水槽６０の上部には、冷却器７０を設けた蒸気配管
６８が接続してあって、水蒸気６４を冷却して凝結でき
るようになっている。そこで、加熱水槽６０内の水蒸気
６４と機能ガスとの混合ガスを冷却器７０によって冷却
すると、クラスタの細分化された純水１６の水蒸気６４
の粒子中に機能ガスが溶け込むとともに、水蒸気６４が
凝結して機能水７２となるので、この凝結した機能水７
２を貯溜タンク７４に滴下させる。

【００２６】図８は、第８実施形態の説明図である。図
８において、供給タンク８０内の純水１６は、弁８２を
備えた配管８４を介して噴霧ポンプ８６によって吸引で
きるようになっている。そして、噴霧ポンプ８６の吐出
側には、噴霧配管８８を介して噴霧ノズルヘッダ９０が
接続してある。この噴霧ノズルヘッダ９０は、容器９２
の上部に配設してある。また、容器９２には、配管６６
を介して機能ガス供給部２２が接続してあり、機能ガス
を容器９２に供給できるようになっている。

【００２７】機能水７２を製造する場合、噴霧ポンプ８
６を駆動して供給タンク８０から純水１６を吸引し、噴
霧ノズルヘッダ９０から霧状の微粒子９４にして容器９
２内に噴霧するとともに、配管６６を介して機能ガス供
給部２２から機能ガスを容器９２内に供給する。噴霧さ
れた微粒子９４は、噴霧ノズルヘッダ９０の微細な孔を
通過する際に、超音波が照射されたと同様の作用により
クラスタが微細化される。そして、微粒子９４は、容器
９２内を下降する間に機能ガスが溶け込み、容器９２の
底部において凝結して機能水７２となる。この機能水７
２は、容器９２の下部に接続した配管９６によって外部
に取り出される。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、水のクラスタを細分化して機能ガスを溶け込ますよ
うにしているため、水に対する機能ガスの溶解度を高め
ることができ、洗浄処理能力に優れ、迅速な洗浄処理が
可能な機能水を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施の形態に係る機能水の製造方
法を説明する図である。

【図２】第２実施形態に係る機能水の製造方法の説明図
である。

【図３】第３実施形態の要部説明図である。

【図４】第４実施形態の要部説明図である。

【図５】第５実施形態の要部説明図である。

【図６】第６実施形態の要部説明図である。

【図７】第７実施形態の説明図である。

【図８】第８実施形態の説明図である。

【符号の説明】１０水槽１２磁場発生コイル１６水(純水) ２２機能ガス供給部２４機能ガス３０、３２電極３４スライダ３８ピストンクランク４２攪拌機４６超音波振動子５０光源５４ヒータ６２加熱ヒータ６４水蒸気７０冷却器７２機能水８６噴霧ポンプ９０噴霧ノズルヘッド９４微粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水のクラスタを細分化するとともに、細
分化した水に機能ガスを吹き込むことを特徴とする機能
水の製造方法。
【請求項２】前記クラスタの細分化は、前記水に磁場
または電場を印加して行なうことを特徴とする請求項１
に記載の機能水の製造方法。
【請求項３】前記クラスタの細分化は、前記水を揺動
または攪拌して行なうことを特徴とする請求項１に記載
の機能水の製造方法。
【請求項４】前記クラスタの細分化は、前記水に音を
照射して行なうことを特徴とする請求項１に記載の機能
水の製造方法。
【請求項５】前記クラスタの細分化は、前記水に光を
照射して行なうことを特徴とする請求項１に記載の機能
水の製造方法。
【請求項６】前記クラスタの細分化は、前記水を加熱
して行なうことを特徴とする請求項１に記載の機能水の
製造方法。
【請求項７】水を微粒子化して機能ガスと接触させた
のち、水の微粒子を凝結させることを特徴とする機能水
の製造方法。
【請求項８】前記水の微粒子化は、水を蒸発させて行
なうことを特徴とする請求項７に記載の機能水の製造方
法。
【請求項９】前記水の微粒子化は、水を噴霧して行な
うことを特徴とする請求項７に記載の機能水の製造方
法。