JP2010240592A - 微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる微小気泡発生装置を提供する。
【解決手段】微小気泡発生装置１Ａにおいて、互いに連結された複数のベンチュリ管３と、ベンチュリ管３内を通過する液体の流れを旋回流とする複数の貫通孔をそれぞれ有し、前述の複数のベンチュリ管３の各々の液体流入側にそれぞれ設けられた複数の旋回部材４とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法に関する。

微小気泡発生装置としては、家庭用のマイクロナノバブル生成器やペット洗浄器が市販されており、さらに、洗浄やレジスト剥離などを行う基板処理装置に処理液として多数の微小気泡（微細気泡）を含む液体を供給する液体供給装置も開発されている。

例えば、基板処理装置に用いられる微小気泡発生装置としては、窒素ガス供給部から配管を介して供給される窒素ガスと純水供給源から配管を介して供給される純水とを混合し、マイクロバブル水を生成するマイクロバブル発生器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２４５５３３号公報

しかしながら、前述のような微小気泡発生装置では、窒素ガス供給部やガス供給用の配管などが必要となるため、装置構成が複雑となり、さらに、価格も上昇してしまう。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法を提供することである。

本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、微小気泡発生装置において、互いに連結された複数のベンチュリ管と、ベンチュリ管内を通過する液体の流れを旋回流とする複数の貫通孔をそれぞれ有し、複数のベンチュリ管の各々の液体流入側にそれぞれ設けられた複数の旋回部材とを備えることである。

本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、微小気泡発生方法において、互いに連結された複数のベンチュリ管の各々の液体流入側にそれぞれ設けられた複数の旋回部材により液体を旋回させながら、複数のベンチュリ管に通過させることである。

本発明によれば、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る微小気泡発生装置の概略構成を示す断面図である。 図１に示す微小気泡発生装置が備える旋回部材の概略構成を示す斜視図である。 図２に示す旋回部材の概略構成を示す正面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る微小気泡発生装置の概略構成を示す断面図である。

（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態について図１ないし図３を参照して説明する。

図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る微小気泡発生装置１Ａは、筐体となるケース２Ａと、そのケース２Ａ内に設けられた複数のベンチュリ管３及び複数の旋回部材４とを備える気泡発生構造体である。

ケース２Ａは円筒形状に形成されており、各ベンチュリ管３及び各旋回部材４を内蔵するプラスチック（合成樹脂）あるいは金属製のケースである。このケース２Ａは、供給された液体が内部に流入する流入口Ｈ１及びその内部を通過した液体が流出する流出口Ｈ２を有している。なお、各ベンチュリ管３及び各旋回部材４もプラスチック（合成樹脂）あるいは金属材料により形成されている。

各ベンチュリ管３は、それぞれ外周面がケース２Ａの内周面に密着するようにケース２Ａ内に設けられており、ケース２Ａにより互いに連結されて直列に配列されている。ベンチュリ管３内の流路３ａは、微小気泡を発生させるように液体流入側から管内部に向かって徐々に細くなっており（絞り部）、その管途中から液体流出側に向けて徐々に広がっている。この流路３ａの最小隙間は例えば３ｍｍ程度に設定されている。このようなベンチュリ管３は、その内部の流路３ａを通過する液体中の溶存気体を減圧し圧力開放することによって気化させ、その液体中にマイクロナノバブルなどの微小気泡を発生させる。なお、ベンチュリ管３は、絞り部により液体中の溶存気体を減圧し、絞り部の液体通過によりその圧力を開放する。

各旋回部材４は、各ベンチュリ管３の液体流入側にそれぞれ接着されて取り付けられている。これらの旋回部材４は、図２及び図３に示すように、ベンチュリ管３内を通過する液体の流れを旋回流とする複数（例えば４つ）の貫通孔Ｋ１を各々有している。これらの貫通孔Ｋ１は直径が例えば３ｍｍ程度の孔であり、旋回部材４の表面（被加工面）に対して所定の角度（例えば１０°から２０°程度の範囲内の角度）で貫通するように形成されている。これにより、液体が旋回部材４の各貫通孔Ｋ１を通過してベンチュリ管３内に流入すると、その液流はベンチュリ管３内で旋回流となる。

次に、前述の微小気泡発生装置１Ａによる微小気泡発生動作（微小気泡発生方法）について説明する。

水道水（あるいは湯、例えば３０℃から４５℃程度の範囲内の一定温度の湯）が微小気泡発生装置１Ａ内に流入口Ｈ１から供給されると、その液体は流入口Ｈ１からケース２Ａ内に流入し、最初に第１段の旋回部材４及びベンチュリ管３を順次通過する。

まず、ケース２Ａ内に流入した液体は旋回部材４の各貫通孔Ｋ１を通過する。このとき、液体は各貫通孔Ｋ１によりねじられるようにベンチュリ管３内に流入するため、各貫通孔Ｋ１を通過した液体はその液流が旋回流となってベンチュリ管３内を通過する。

ベンチュリ管３内を旋回しながら通過する液体の溶存気体はベンチュリ管３の絞り部により減圧され、圧力開放により気化されて、液体中にマイクロナノバブルなどの微小気泡が多数生成される。

ここで、旋回部材４の各貫通孔Ｋ１に液体を通過させることによって、ベンチュリ管３に供給される液体の流速が上がり、ベンチュリ管３による減圧機能、すなわち気化機能が高まる。さらに、ベンチュリ管３を通過する液体を旋回させることによって、液中に発生した多数の微小気泡は旋回流により攪拌され、気泡同士が衝突して細分化（微細化）される。これらのことから、マイクロナノバブルのような微小気泡を多数発生させることができる。また、液体の液流が旋回部材４により旋回流として整流されるので、液体の整流機能を実現することができる。

多数の微小気泡を含む液体は、再度、第２段の旋回部材４及びベンチュリ管３を順次通過し、さらに、第３段の旋回部材４及びベンチュリ管３を順次通過する。これらの第２段及び第３段でも、液体は各旋回部材４により旋回しながら各ベンチュリ管３を通過することになるので、前述のようにマイクロナノバブルのような微小気泡を多数発生させることができる。

その後、旋回部材４及びベンチュリ管３を三度通過して多数の微小気泡を含んだ液体（マイクロナノバブル水）は、微小気泡発生装置１Ａ外に流出口Ｈ２から排出される。このとき、排出された液体はマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を多数含んでいる。

このように、ケース２Ａ内を通過する液体の流れが各旋回部材４により旋回流とされ、その旋回流が各ベンチュリ管３内を通過する。このとき、それらのベンチュリ管３により多数の微小気泡が液中に発生し、さらに、旋回流により液中の多数の微小気泡はより細かく分断される。

したがって、ベンチュリ管３の上流側に旋回部材４を設け、その旋回部材４の各貫通孔Ｋ１に液体を流入させることによって、ベンチュリ管３に供給される液体の流速が上がり、ベンチュリ管３による減圧機能（気化機能）が高まり、さらに、ベンチュリ管３を通過する液体の流れを旋回流とすることによって、液中に発生した多数の微小気泡を攪拌して細分化することが可能になるので、気泡発生効率を向上させることができる。つまり、旋回部材４をベンチュリ管３の液体流入側に設けたことによって、気化機能及び気泡分断力が向上するので、マイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を液中に多数発生させることができる。

また、液体は旋回部材４及びベンチュリ管３の組を段階的に三度通過することになるので、液中に含まれる微小気泡を確実に細分化することが可能となり、より多く微小気泡を発生させることができる。すなわち、気泡粒径の細分化及び気泡発生効率の向上を実現することが可能である。

なお、このような多数の微小気泡を含む液体（水や湯など）を使用する効果としては、基板処理装置において、基板に付着したパーティクル（ゴミや埃などの不純物）や基板上のレジスト膜を確実に除去することが可能となる。また、水（湯）の浸透性が高いため、毛穴内部の汚れが除去されて肌がスベスベになり、髪の毛の汚れや油脂が取れて髪の毛がサラサラとなる。さらに、風呂上りが爽快で湯冷めがしにくくなって保温効果が向上し、化粧のノリも良くなる。加えて、洗剤の泡立ち性も向上し、髪の毛はしなやかになり、アトピーなどの皮膚へのダメージは回復され、そのストレスも解消され、また、においも除去される。他にも、多数の微小気泡を含む水で炊いた米はおいしくなり、コーヒーやお茶の溶け込みも非常に早くなる。

ここで、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）などの概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、各旋回部材４により液体を旋回させながら各ベンチュリ管３に順次通過させることによって、ベンチュリ管３に供給される液体の流速が旋回部材４の各貫通孔Ｋ１の通過により上がり、各ベンチュリ管３による減圧機能（気化機能）が高まり、さらに、液中に発生した多数の微小気泡が旋回流により攪拌されて細分化されるので、マイクロナノバブルやナノバブルのような微小気泡を多数発生させることができる。さらに、液体は旋回部材４及びベンチュリ管３の組を段階的に順次通過することになるので、液中に含まれる微小気泡を確実に細分化することが可能となり、より多く微小気泡を発生させることができる。

したがって、液体が気泡発生構造体である微小気泡発生装置１Ａの内部を通過するだけでその液体中に多数の微小気泡が発生することになり、窒素ガス供給部やガス供給用の配管、電気供給などの複雑な構成や構造は必要なくなる。これにより、簡略な構成及び構造によりマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を多数発生させることが可能となるので、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。

本発明の第２の実施の形態は第１の実施の形態と基本的に同じである。したがって、第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なる部分について説明する。なお、第２の実施の形態では、第１の実施の形態で説明した部分と同じ部分の説明を省略する。

図４に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る微小気泡発生装置１Ｂでは、筐体となる複数のケース２Ｂが互いに連結及び分割可能に形成されている。これらのケース２Ｂ内には、ベンチュリ管３及び旋回部材４が互いに一つずつ組みとなってそれぞれ設けられている。したがって、ケース２Ｂ、ベンチュリ管３及び旋回部材４が１つの気泡発生構造体を構成している。

各ケース２Ｂは例えばネジ結合により連結及び分割可能に形成されている。これにより、気泡発生構造体の内部清掃などを行うことが容易となり、メンテナンス性が向上する。加えて、必要となる微小気泡のサイズや気泡数などに応じて、気泡発生構造体の連結数を容易に変えることが可能であり、利便性も向上する。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、ベンチュリ管３及び旋回部材４をそれぞれ有する複数の気泡発生構造体を互いに連結及び分割可能に形成することによって、各気泡発生構造体の内部清掃などを行うことが容易となるので、メンテナンス性を向上させることができる。さらに、必要となる微小気泡のサイズや気泡数などに応じて、気泡発生構造体の連結数を容易に増減させることが可能になるので、利便性も向上させることができる。

（他の実施の形態）
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。

前述の実施の形態においては、ベンチュリ管３及び旋回部材４を１つの組として、その組を３つ設けているが、これに限るものではなく、例えば、２つあるいは４つ設けるようにしてもよく、その数は限定されない。また、旋回部材４の貫通孔Ｋ１を４つ設けているが、これに限るものではなく、例えば、２つあるいは６つ設けるようにしてもよく、その数は限定されない。

１Ａ 微小気泡発生装置
１Ｂ 微小気泡発生装置
３ ベンチュリ管
４ 旋回部材
Ｋ１ 貫通孔

Claims (3)

1. 互いに連結された複数のベンチュリ管と、
   前記ベンチュリ管内を通過する液体の流れを旋回流とする複数の貫通孔をそれぞれ有し、前記複数のベンチュリ管の各々の液体流入側にそれぞれ設けられた複数の旋回部材と、
   を備えることを特徴とする微小気泡発生装置。
2. 前記複数のベンチュリ管及び前記複数の旋回部材は互いに一つずつ組みとなって複数の気泡発生構造体を構成しており、
   前記複数の気泡発生構造体は互いに連結及び分割可能に形成されていることを特徴とする請求項１記載の微小気泡発生装置。
3. 互いに連結された複数のベンチュリ管の各々の液体流入側にそれぞれ設けられた複数の旋回部材により液体を旋回させながら、前記複数のベンチュリ管に通過させることを特徴とする微小気泡発生方法。

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