JP2012106189A - バブル含有液生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】微細バブルを含むとともに気体の溶解した液体（バブル含有気体溶存液）をより効率的に生成することのできるバブル含有液生成装置を提供することである。
【解決手段】液中に気体が混在する気体含有液を生成する気体含有液生成機構１２、１３と、前記気体含有液を加圧して液中に気体の溶解した状態の気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構１５と、前記気体溶存液中に微細バブルを発生させてバブル含有気体溶存液を生成する第１バブル発生機構２０とを有する構成となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブル等の微細バブルを含む液体を生成するバブル含有液生成装置に関する。

近年、微細バブルを含む液体を物体表面の洗浄等の処理に利用することが考えられている。これは、微細バブルと液との界面の電位が洗浄効果や酸化作用を促し、また、物体表面に付着した微細バブルが破裂するときのエネルギーが物体表面から汚れの剥離に寄与する等、微細バブルの働きに着目し、その微細バブルを含む液体を物体表面の洗浄等の処理に利用しようというものである。なお、この微細バブルは、そのサイズが小さくなるに従ってマイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルと呼ばれる。

微細バブルを発生させるものとして、圧力開放を利用したものがある（特許文献１）。これは、気体と液体とを加圧状態で混合させることで液体中に気体を溶解させ、この液体を圧力弁を介して大気圧に減圧開放することで微細バブルを発生させるものである。

特開平５−３１７８４６号公報

しかしながら、微細バブルが発生すると、それにつれて液体内の気体濃度は低下する。このため、気体濃度の高い液体によるケミカル作用（例えば、フッ酸液による酸化膜除去）と、微細バブルによる物理作用（例えば、バブル破裂による汚れ剥離作用やバブルによる浮上作用）を兼ね備えた液体が望まれる。特に精密洗浄においては、その要求に応えることが難しかった。

また、圧力開放を利用した微細バブルの発生装置では、微細バブルを高い効率で発生させることはできるものの、より多くの微細バブルを含むバブル含有液を生成することも要望されていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、微細バブルを含むとともに気体の溶解した液体（バブル含有気体溶存液）を効率的に生成することのできるバブル含有液生成装置を提供するものである。

また、本発明は、より多くの微細バブルを含むバブル含有液を生成することのできるバブル含有液生成装置を提供するものである。

本発明に係るバブル含有液生成装置は、液中に気体が混在する気体含有液を生成する気体含有液生成機構と、前記気体含有液を加圧して液中に気体の溶解した状態の気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構と、前記気体溶存液中に微細バブルを発生させてバブル含有気体溶存液を生成する第１バブル発生機構とを有する構成となる。

このような構成により、気体含有液を加圧することにより気体の溶解した状態の気体溶存液を生成し、その生成された気体溶存液中に微細バブルを発生させてバブル含有気体溶存液が生成される。

本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記第１バブル発生機構は、多孔質体に前記気体溶存液及び気体を供給して、該気体溶存液中に前記多孔質体にある細孔に応じた微細バブルを発生させる多孔質体ユニットを有する構成とすることができる。

このような構成により、多孔質体の細孔に応じた微細バブルを含有する気体溶存液を生成することができる。

また、本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記バブル含有気体溶存液の圧力開放を行って微細バブルを発生させてバブル含有液を生成する第２バブル発生機構を有する構成とすることができる。

このような構成により、微細バブルを含有する気体溶存液の圧力開放によって微細バブルが発生するようになるので、気体溶存液にもともと含まれていた微細バブルと圧力開放される気体溶存液から発生する微細バブルとのより多くの微細バブルを含むバブル含有液を生成することができる。そして、そのバブル含有液は、圧力開放後の圧力に応じた量の気体が溶解した状態となる。

更に、本発明に係るバブル含有液生成装置において、前記第２バブル発生機構は、前記バブル含有気体溶存液を大気中に噴出するノズルユニットである構成とすることができる。

このような構成により、微細バブルを含有する気体溶存液がノズルユニットから大気中に噴出される際に圧力開放がなされ、より多くの微細バブルが含まれる液体がノズルユニットから噴出される。ノズルユニットから噴出されるバブル含有液は、大気圧に応じた量の気体が溶解した状態となる。

本発明に係るバブル含有液生成装置によれば、気体含有液を加圧することにより気体の溶解した状態の気体溶存液を生成し、その生成された気体溶存液中に微細バブルを発生させてバブル含有気体溶存液が生成されるので、微細バブルを含むとともに気体の溶解した液体（バブル含有気体溶存液）を効率的に生成することができる。

また、このようにして生成された液体（バブル含有気体溶存液）を、圧力開放を行って微細バブルを発生することで、より多くの微細バブルを含むバブル含有液を生成することができる。

本発明の実施の一形態に係るバブル含有液生成装置を示す図である。 図１に示すバブル含有液生成装置に用いられる多孔質体ユニットの構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

本発明の実施の一形態に係るバブル含有液生成装置は、図１に示すように構成される。図１において、このバブル含有液生成装置は、貯液槽１１、第１ガス供給部１３、ポンプ１４、加圧槽１５、第２ガス供給部１７、ノズルユニット１９及び多孔質体ユニット２０を有している。液体Ｗ、例えば、純水を貯留する貯液槽１１と加圧槽１５とが送通管１２にて連結され、この送通管１２にポンプ１４が設けられている。そして、貯液槽１１からの液体Ｗが通る送通管１２の貯液槽１１とポンプ１４との間に、第１ガス供給部１３からの気体（例えば、窒素ガスまたは酸素ガス）が開閉弁２１を介して供給されるようになっている。

第１ガス供給部１３からの気体が送通管１２内の液体Ｗに混ざってできる気体含有液（気体含有液生成機構）がポンプ１４により送通管１２を通って加圧槽１５に圧送され、その気体含有液が加圧槽１５に一時的に溜められる。加圧槽１５では、貯留される気体含有液が加圧され、気体含有液内の気体が溶解して、液中の気体濃度が上昇し、常圧における飽和溶解濃度以上の気体溶存液が生成される（気体溶存液生成機構）。なお、加圧槽１５内の圧力は、圧力調整器２２によって調整することができる。

加圧槽１５から延びる送通管１６ａが多孔質体ユニット２０に結合されている。そして、多孔質体ユニット２０から延びる送通管１６ｂがノズルユニット１９に結合されている。多孔質体ユニット２０には、加圧槽１５から送通管１６ａを通して加圧状態の気体溶存液が供給されるとともに、第２ガス供給部１７から気体送通管１８を通して気体（例えば、窒素ガスまたは酸素ガスであって、第１ガス供給部１３から供給されるガスとは種類が同じでも異なるものであってもよい）が加圧供給される。多孔質体ユニット２０は、供給される加圧状態の気体溶存液中に第２ガス供給部１７からの気体の微細バブルを発生させるもの（第１バブル発生機構）で、図２に示すような構造となっている。

図２において、この多孔質体ユニット２０は、シラス多孔質ガラス（ＳＰＧ）の膜を筒状に成型した多孔質体２１０を有しており、外筒体２００内において多孔質体２１０の両端部が支持部材２０１、２０２によって支持されている。加圧槽１５から延びる送通管１６ａ（図１参照）が外筒体２００の一方側端部の液体導入口２１１に結合され、送通管１６ａを通して供給される加圧状態の気体溶存液が外筒体２００内に設けられた多孔質体２１０の筒内を通過するようになっている。外筒体２００に形成された気体導入部２０３に第２ガス供給部１７から延びる気体送通管１８が結合されており、第２ガス供給部１７から気体送通管１８を通して供給される気体が気体導入部２０３を介して外筒体２００内に導入される。外筒体２００内に導入される気体は、多孔質体２１０の形成された多数の細孔を通ってその内部に進入し、多孔質体２１０の筒内を通過する気体溶存液中にその細孔のサイズに応じたサイズの微細バブルが生成される。外筒体２００の他方側端部の液体排出口２１２には送通管１６ｂが結合され、前述したように多孔質体２１０を通過するバブル含有の気体溶存液が液体排出口２１２から排出され、更に、送通管１６ｂを通ってノズルユニット１９に供給される（図１参照）。

なお、外筒体２００には、ドレイン口部２０４が形成されているが、このドレイン口部２０４は、通常、図１に示す開閉弁２３によって閉鎖状態となっている。

上述したような構造のバブル含有液生成装置では、送通管１２を通る液体Ｗに第１ガス供給部１３からの気体が混ざってできる気体含有液が加圧槽１５にて加圧されて常圧における飽和溶解濃度以上の極めて溶存気体濃度の高い気体溶存液が生成される。そして、その加圧状態の気体溶存液が多孔質体ユニット２０を通過する際に、第２ガス供給部１７からの気体により、気体溶存液中に多孔質体２１０の細孔のサイズに応じた微細バブルが発生し、多孔質体ユニット２０から微細バブルを含有するとともに極めて高い溶存気体濃度の気体溶存液（バブル含有気体溶存液）が排出される。

このように、気体含有液を加圧することにより常圧における飽和溶解濃度以上で溶存気体濃度が極めて高い気体溶存液を生成し、その生成された気体溶存液を多孔質体ユニット２０に通すことによりその気体溶存液中に微細バブルを発生させてバブル含有気体溶存液が生成されるので、微細バブルを含むとともに気体が高濃度で溶解した液体（バブル含有気体溶存液）を効率的に生成することができる。そして、このようにして生成されたバブル含有気体溶存液を、液体中に新たに気泡が発生しないようにして常圧（大気圧など）に戻すようにすれば、気体濃度の高い液体によるケミカル作用と、微細バブルによる物理作用を兼ね備えた液体を得ることができ、例えば、精密洗浄等に用いることができる。

なお、加圧状態の気体溶存液を常圧に戻す際、液体中に新たな気泡を発生させないようにするには、例えば、特開平８−８９７７１号公報に記載されたキャピラリー等を用いればよいが、これに限定されるわけではない。

本発明の実施の一形態では、多孔質体ユニット２０から排出されて送通管１６ｂを通ってノズルユニット１９に供給されるバブル含有気体溶存液は、ノズルユニット１９から噴出する。このノズルユニット１９から噴出する際に、バブル含有気体溶存液は大気中に圧力開放され、その圧力開放によって、気体溶存液中に微細バブルが発生する。このため、ノズルユニット１９から噴出する液体には、多孔質体ユニット２０にて発生した微細バブルに加えてノズルユニット１９から噴出する際の圧力開放によって発生した微細バブルが含まれることになり、極めて多くの微細バブルが含まれることになる。

ノズルユニット１９から噴出されるバブル含有液は、半導体ウェーハ等の被処理物（被洗浄物）に直接吹き付けても、また、洗浄槽に貯めて、その洗浄槽内での被処理物の処理に利用するようにしても、更に、貯液槽に貯めて、その貯液槽から送りだして利用するようにしてもよい。

加圧状態の気体溶存液中に微細バブルを発生させる機構（第１バブル発生機構）は、多孔質体ユニット２０に限られるものではなく、気体溶存液中の気体の溶存状態が維持された状態でその気体溶存液中に微細バブルを発生させるものであれば、気体溶存液を旋回させて微細バブルを発生させる構造のもの等、他の構造のものであってもよい。

また、微細バブルを含む気体溶存液を圧力開放して更なる微細バブルを発生させる機構（第２バブル発生機構）は、ノズルユニット１９に限られるものではなく、多孔質体ユニット２０（第１バブル発生機構）から延びる送通管１６ｂに設けられたオリフィス体等、他の構造のものであってもよい。

１１ 貯液槽
１２、１６ａ、１６ｂ 送通管
１３ 第１ガス供給部
１４ ポンプ
１５ 加圧槽
１７ 第２ガス供給部
１８ 気体送通管
１９ ノズルユニット（第２バブル発生機構）
２０ 多孔質体ユニット（第１バブル発生機構）
２１、２３ 開閉弁
２２ 圧力調整器

Claims (4)

1. 液中に気体が混在する気体含有液を生成する気体含有液生成機構と、
   前記気体含有液を加圧して液中に気体の溶解した状態の気体溶存液を生成する気体溶存液生成機構と、
   前記気体溶存液中に微細バブルを発生させてバブル含有気体溶存液を生成する第１バブル発生機構とを有するバブル含有液生成装置。
2. 前記第１バブル発生機構は、多孔質体に前記気体溶存液及び気体を供給して、該気体溶存液中に前記多孔質体にある細孔に応じた微細バブルを発生させる多孔質体ユニットを有する請求項１記載のバブル含有液生成装置。
3. 前記バブル含有気体溶存液の圧力開放を行って微細バブルを発生させてバブル含有液を生成する第２バブル発生機構を有する請求項１または２記載のバブル含有液生成装置。
4. 前記第２バブル発生機構は、前記バブル含有気体溶存液を大気中に噴出するノズルユニットである請求項３記載のバブル含有液生成装置。

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