JP2021184991A - ナノ微小気泡を生成する洗浄システム - Google Patents

Abstract

【課題】ナノ微小気泡を生成する洗浄システムの提供。【解決手段】本発明は物品２の洗浄に用いられる、ナノ微小気泡１６２を生成する洗浄システム１０を提供する。当システムは水ポンプ１２と、電解装置１４と、ナノ微小気泡装置１６と、洗浄槽１８とを含む。水ポンプ１２はナノイオン水４を電解装置１４へ送出する。電解装置１４はナノイオン水４を電解することで、サイズを小気泡及び微小気泡程度とする複数の気泡を生成する。ナノイオン水４はナノ微小気泡装置１６を通じて更に複数のナノ微小気泡１６２を生成する。洗浄槽１８は容置空間ＳＰを提供することで物品２を設置し、ナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４を容置空間ＳＰに注入して物品２の洗浄に供する。ナノイオン水４が電解装置１４、ナノ微小気泡装置１６、洗浄槽１８の間で循環流動すると、ナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４によって物品２が持続的に洗浄される。【選択図】図１

Description

本発明は洗浄設備の技術分野に属し、特に循環式により高い洗浄力を発揮する、ナノ微小気泡を生成する洗浄システムである。

例えばガラスやサファイア、シリコン、金属、電子ユニット、陶磁、ウエハ等の物品の洗浄には、洗浄設備が使用される。

一般の工業用洗浄設備においては、単槽式や多槽式、スプレー式による洗浄方法が提供される。洗浄の過程において、工業用洗浄設備では化学薬剤及び強酸を用いた洗浄が行われるため、物品の表面に残留した洗浄液及び汚れを、大量の純水を使用することで洗い流す必要がある。

これに鑑み、本発明はナノ微小気泡を生成する洗浄システムを提供することで、効率的かつエコな物品の洗浄を達成し、汚染物の発生を抑制する。

本発明の第一の目的は、ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、例えばナノイオン水や、アルカリ性でＣＯＤを含まない液体、または脱イオン水等の循環する流体によって洗浄を行い、且つ前記流体が持続的にナノ微小気泡を生成し、更に超音波振動や加熱装置による温度調整、スプレー洗浄といった方法と合わせることで、効果的な洗浄を達成することである。

本発明の第二の目的は、前記ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、電解過程で生成される気体を用いることで、例えば小気泡及び微小気泡程度のサイズの気泡を生成し、この気泡をナノ微小気泡装置により提供される高圧力及びせん断力を通じて、更に小さなナノ微小気泡に変化させることで、効果的な洗浄を達成することである。

本発明の第三の目的は、前記ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、水ポンプにより流体循環システムを形成させることで、洗浄槽内で持続的にナノ微小気泡を生成及び補充し、並びに他の実施例においては、洗浄槽に例えば超音波や、加熱や保温を行う加熱装置を設置することで、洗浄能力を向上させることである。

本発明の第四の目的は、前記ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、電解装置が持続的に流体を電解して、小気泡及び微小気泡等を含む気体を生成し、ナノ微小気泡装置にナノ微小気泡を生成させることができる、即ち別個に気体を注入することなく自ら気体を生成して、ナノ微小気泡の生成ができる事である。

本発明の第五の目的は、前記ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、更に洗浄補助部品及び変位補助部品を提供し、物品を搖動、移動、回転移動させることで、ＬＥＤサファイア基板等を均等で全面的に、隅々まで洗浄することである。

本発明の第六の目的は、前記ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、更に加熱装置を流体に作用させることで、流体の加温及び／または保温を行い、ナノ微小気泡またはナノイオン水が物品に作用する速度を向上させ、並びに電解装置が生成する気泡の数量を増加させることで、洗浄能力の向上を達成することである。

本発明の第七の目的は、前記ナノ微小気泡を生成する洗浄システムによって、更に循環過程において濾過装置によるナノイオン水の濾過を行い、これにより本発明のナノ微小気泡を生成する洗浄システムの保護及び使用寿命の延長を達成し、並びに洗浄された汚れが再び物品に付着したり、物品を汚染したりする状況を防ぐことである。

上述の目的及びその他の目的を達成するために、本発明は物品の洗浄に用いられるナノ微小気泡を生成する洗浄システムを提供する。ナノ微小気泡を生成する洗浄システムは水ポンプと、電解装置と、ナノ微小気泡装置と、洗浄槽とを含む。水ポンプはナノイオン水を送出する。電解装置は水ポンプに接続される。電解装置はナノイオン水を電解することで気体を生成し、また複数の微小気泡を含む気泡を生成する。ナノ微小気泡装置は電解装置に接続されることでナノイオン水と気泡を受取り、ナノイオン水に複数のナノ微小気泡を生成させる。洗浄槽は送出側及び送入側を含む。洗浄槽は容置空間を形成して物品を設置する。容置空間は送出側と送入側との間に設置される。送入側はナノ微小気泡装置に接続されることで、ナノ微小気泡を有するナノイオン水を受取り、ナノ微小気泡を有するナノイオン水を容置空間に注入して物品の洗浄に供する。送出側は水ポンプに接続されることで、容置空間にあるナノイオン水を送出する。そのうち、ナノイオン水が電解装置、ナノ微小気泡装置、洗浄槽の間で循環流動すると、ナノ微小気泡を有するナノイオン水によって物品が持続的に洗浄される。これ以外に、ナノ微小気泡を生成する洗浄システムは更に加熱装置の追加や、洗浄槽内で物品を搖動、移動、回転移動させることを通じて洗浄力を向上させることができる。

従来の技術と比較すると、本発明により提供されるナノ微小気泡を生成する洗浄システムでは、電解装置がナノイオン水を電解することで、例えば水素、酸素、オゾンを含む小気泡及び微小気泡を生成する。そのうち前記水素、酸素、オゾンの占める比率は、水素が酸素とオゾンよりも大きいとものとする。小気泡及び微小気泡はナノ微小気泡装置を通じて、ナノイオン水においてナノ等級の気泡を増加させる（他の等級の気泡が同時に生成されることもある）。水素を含んだナノ微小気泡は更に強い負電極性を備えるため、物品上に付着する汚れを吸着して洗浄作用を発揮することができる。空気によりナノ気泡を生成する一般のものと比べると、本発明により提供される水素を含んだナノ微小気泡は一層強力な洗浄力を有する。

本発明において、電解装置が持続的にナノイオン水を電解し、止め処なく気体を生成して小気泡及び微小気泡を生成することで、並びにナノ微小気泡装置が小気泡及び微小気泡をナノ微小気泡へと変化させることで、本発明は気体供給装置を外部接続したり、他の気体を注入したりする必要がなくなる。更に、電解装置が生成する気体は小気泡及び微小気泡であるため、ナノ微小気泡の生成に必要な気体の量は大幅に減少し、またナノ微小気泡を生成する速度も向上する。気体の用量が減少するため、ナノ微小気泡の生成に要する水素の量も大幅に減少することとなり、大量に水素を使用することから来る燃焼等の危険性も緩和される。

この他、実験の結果、本発明は短時間内において水中の酸化還元値（ＯＲＰ）を−２００ｍＶから迅速に−５００ｍＶまで上昇させることができ、並びに洗浄の過程においてこれを常に維持できることが分かっている。この数値はナノイオン水におけるマイナスイオン及び負電極性の気泡数を示すものであり、また本発明が洗浄過程において洗浄能力を維持できることを表すものである。

更に、本発明により生成される気泡はその殆どがナノ等級の微小気泡であるため、マイクロメートル級以上の気泡が液面まで上昇して大気中に消える時間及び速度と比較すると、ナノ等級の微小気泡が水中に留まることができる時間は長い。これにより本発明は外部の気体供給装置を使用する必要がなくなる。

他の実施例において、電解装置及びナノ微小気泡装置は、例えば超音波やスプレーによる洗浄の過程においてすぐに消失するナノ微小気泡を、迅速に補充することができ、これによりナノイオン水における有効なナノ微小気泡の数量が保持され、高い洗浄能力が維持されることとなる。

まとめると、本発明はナノ微小気泡によりナノイオン水の洗浄能力と効果を向上させることで、化学薬剤による洗浄の代替とすることができ、並びに純水の使用量を減少させることができ、更には洗浄時間を短縮することができる。

本発明の第一実施例におけるナノ微小気泡を生成する洗浄システムのブロック図である。 本発明の第二実施例におけるナノ微小気泡を生成する洗浄システムのブロック図である。

本発明の目的、特徴及び効果についての十分な理解に資するために、以下に述べる具体的な実施例を通じて、並びに付属の図面と合わせて、本発明の詳細な説明をする。

本発明の要素の個数は、特に記載がない場合を除き、一つまたは少なくとも一つであり、且つ複数である場合を含むことを理解されたい。

本発明における「含む」や「備える」またそれらに類似する用語は、非排他的な包括物を網羅していることを意味する。例えば、複数の要素を含むユニットや構造、製品、装置は、本文に記載される要素に限らず、記載がないが当該ユニットや構造、製品、装置が通常有しうる他の要素を包括することも出来る。これ以外に、特に記載がない場合を除き、本文中の「または」という用語は包括的意味合いとして用いられ、排他的意味合いを具備しない。

図１は本発明の第一実施例におけるナノ微小気泡を生成する洗浄システムのブロック図である。図１において、ナノ微小気泡を生成する洗浄システム１０は物品２を洗浄することができ、例えば物品２は基板または電子ユニットとすることができる。前記基板の材質はガラスやサファイア、シリコン，金属、陶磁、ウエハ等とすることができる。

ナノ微小気泡を生成する洗浄システム１０は水ポンプ１２と、電解装置１４と、ナノ微小気泡装置１６と、洗浄槽１８とを含む。

説明の便利さを考慮して、本実施例では水ポンプ１２を始まりとして説明する。勿論、ナノ微小気泡を生成する洗浄システム１０は、実際には因果関係を有する循環システムである。そのため、以下の説明では水ポンプ１２から説明を行うものの、本発明が水ポンプ１２を始まりとして作動するものに限定されないよう注意されたい。

水ポンプ１２は、ナノイオン水４を送出する。

電解装置１４は水ポンプ１２に接続される。電解装置１４はナノイオン水４を電解することで気体６を生成し、且つ気体６は小気泡及び微小気泡程度のサイズの気泡８の生成に用いられる。本実施例において、気泡８のサイズは微小気泡以外にもその他の寸法の小気泡とすることもできる。

ナノ微小気泡装置１６は電解装置１４に接続されることでナノイオン水４と気泡８を受取る。ナノ微小気泡装置１６はナノイオン水４に複数のナノ微小気泡１６２を生成させる。例えば、このナノ微小気泡１６２を生成させる方法は、ナノ微小気泡装置１６により調節バルブ（図示しない）等を通じて適切な速度と圧力への制御が行われ、且つ速度と圧力から生成されるせん断力等により、持続的にナノ微小気泡１６２が生成されるというものとしてよい。また別の実施例において、ナノ微小気泡１６２は更に、ナノ微小気泡１６２と、電解装置１４により生成される気体６との混合を制御することで、特殊な気体を含有するナノ気泡を生成し、これにより異なる製品の洗浄ニーズへの応用、並びに洗浄力の増強が可能となる。電解装置１４により生成される気体は小気泡及び微小気泡であるため、ナノ微小気泡１６２を生成するのに必要となる気体量は大幅に減少することとなり、またナノ微小気泡装置１６がナノ微小気泡１６２を生成する速度も向上することとなる。例えば、気体の使用量も減少すると同時に、ナノ微小気泡１６２の生成に要する水素の量も大幅に減少するため、大量に水素を使用することの危険性も緩和される。

ナノ微小気泡装置１６を使用することは、以下に示す利点を有する。

気泡の体積の公式（Ｖ＝４π／３ｒ^３）及び表面積の公式（Ａ＝４πｒ^２）から理解が可能なように、気泡の総体積（Ｖ）が変化しないという前提の下、気泡の総表面積と単一の気泡の直径は反比例する。例えば、直径１０マイクロメートルの気泡は直径１ミリメートルの気泡と比べると、一定の体積の前提の下、前者の表面積は後者の表面積の１００倍であり、故に前者の接触面積は１００倍増加し、これにより各種の反応速度も同時に１００倍増加する。

これ以外に、ナノ微小気泡装置１６により生成されるナノ微小気泡１６２は、気泡の等級がナノ（１０^−９）等級である。ストークスの式によれば、気泡の水中での上昇速度と、気泡直径の平方は正比例する。よって、気泡の直径が小さいほど、気泡の上昇速度は緩やかになる。例えば、直径１ｍｍの気泡における水中での上昇速度が６ｍｍ／ｍｉｎであることに対し、直径１０μｍの気泡における水中での上昇速度は３ｍｍ／ｍｉｎとなり、後者は前者の１／２０００となる。表面積の増加を考慮すれば、ナノ微小気泡１６２の溶解能力は一般の空気と比較して２０万倍になる。

更に、ナノ微小気泡１６２が破裂する瞬間、気液界面の消失という激烈な変化により、界面上に集まった高濃度イオンが、蓄積された化学エネルギーを一気に解放し、この時大量のヒドロキシルラジカルを生成する。このヒドロキシルラジカルは強力な酸化還元電位を有し、生成される強力な酸化作用により、水中の正常な条件下での汚染物の洗浄が可能となる。

相関する時間において、ナノ微小気泡を生成する洗浄システム１０は水中の酸化還元値（ＯＲＰ）を−２００ｍＶから迅速に−５００ｍＶまで上昇させ、並びに洗浄の過程においてこれを常に維持する。この数値は、ナノイオン水におけるマイナスイオン及び負電極性の気泡数を示すものであり、また洗浄能力が洗浄過程において維持されることを表すものである。

洗浄槽１８は送出側１８２及び送入側１８４を含む。洗浄槽１８は容置空間ＳＰを形成することで物品２を設置する。容置空間ＳＰは送出側１８２と送入側１８４との間に設置される。送出側１８２はナノ微小気泡装置１６に接続されることで、ナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４を受取り、ナノイオン水４を容置空間ＳＰに注入して物品２の洗浄に供する。洗浄槽１８の形状及び数量は限定されるものではなく、物品２をできるという条件さえ満たせば、本発明の洗浄槽１８の発明の範囲内となる。

よって、ナノイオン水４が水ポンプ１２により電解装置１４、ナノ微小気泡装置１６、洗浄槽１８の間で循環流動すると、ナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４によって物品２が持続的に洗浄される。

また、洗浄槽１８は更に振動発生装置（図示しない）またはスプレー装置（図示しない）を含むことができる。以下にそれぞれに関する説明を行う。

まず、振動発生装置は振動力を提供することができ、振動発生装置は例えば超音波とすることができる。振動発生装置は、ナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４を駆動することで物品２に作用させ、これによりナノ微小気泡１６２が汚れを洗浄したり、またはナノ微小気泡１６２が振動力に影響されることで、ナノ微小気泡１６２が物品２の汚れを洗浄する速度が向上する。例えば、振動発生装置は洗浄槽１８の左方、右方及び下方に設置され、並びにその振動周波数は例えば２５〜１２０ｋＨｚに設定されることで、物品２の異なる洗浄ニーズへと応用される。振動発生装置が洗浄槽１８に設置される位置を調整することで、物品２に対し例えば超音波による洗浄を行う際、洗浄槽１８内の各区域に均等に行き届かせることができ、全面的かつ死角のない洗浄が達成される。

次にスプレー装置についてであるが、このスプレー装置は周波数及び／または圧力に基づいて、ナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４を送出してこれを物品２に作用させることができる。即ち、スプレー装置はナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４を、一定の圧力を以て物品２にスプレーすることで作用させ、効果的に物品２の汚れを洗浄することができる。例えば、スプレー装置は洗浄槽１８の作用両側に設置されることで、物品２に均等にスプレーを浴びさせることで洗浄を行うことができる。そのうち、スプレー装置のスプレー角度は、物品２の外観または形状に合わせて調整することができ、または、スプレー装置のスプレー位置は、電気機械部品の位置によって変更されてもよい。

また、本発明における電解装置１４及びナノ微小気泡装置１６は、例えば超音波やスプレーによる洗浄の過程においてすぐに消失するナノ微小気泡１６２を迅速に補充することができ、これによりナノイオン水４における有効なナノ微小気泡の数量が保持され、高い洗浄能力が維持されることとなる。

他の実施例においては、例えばサファイアやウエハ、基材等の特殊な物品２への応用に鑑み、洗浄槽１８は更に変位補助部品（図示しない）及び洗浄補助部品（図示しない）を含むことができる。

変位補助部品については、変位補助部品は物品２に用いられ、並びに物品２を搖動、移動、回転移動させることができる。即ち、物品２の洗浄槽１８における設置位置、方向、角度を変更することができる。例えば、変位補助部品は洗浄槽１８の底部に取付けられ、且つ変位補助部品はサファイアやウエハを損壊しないプラスチック材とすることができ、小さい距離での回転や移動を通じて、サファイアやウエハの各部位を均等に洗浄することができる。

洗浄補助部品についてであるが、洗浄補助部品は物品２に接触し、例えばブラシヘッドなどの接触物によって物品２に接触することで、物品２の表面または辺縁における異物や汚れを洗浄する。

続いて図２、即ち本発明の第二実施例におけるナノ微小気泡を生成する洗浄システムのブロック図を参照する。図２において、ナノ微小気泡を生成する洗浄システム１０'は、第一実施例の水ポンプ１２、電解装置１４、ナノ微小気泡装置１６、洗浄槽１８以外に、更に副槽体２０と、加熱装置２２と、濾過装置２４とを含む。

副槽体２０は洗浄槽１８と水ポンプ１２との間に設置されることで、洗浄槽１８から来るナノイオン水４を受取るともに、ナノイオン水４を水ポンプ１２に送出し、並びに水ポンプ１２に進入する水の量の調節、緩衝等を行うことができる。本実施例において副槽体２０の数量は一つとして説明されているが、他の実施例においては複数としてもよい。

加熱装置２２は、ナノイオン水４、またはナノ微小気泡１６２を有するナノイオン水４の加熱に用いられる。本実施例において、加熱装置２２はナノ微小気泡装置１６に設置されるものとして説明されているが、他の実施例においては本システム内の任意の一つの部品内に設置されたり、或いは一つの部品内への設置に限定しないこととできる。加熱装置２２はナノイオン水４に作用し、加温や保温を行うが、加温や保温に限らずその目的は、ナノ微小気泡１６２またはナノイオン水４が物品２に作用する時の洗浄反応速度を向上させることにあり、またこれ以外には、電解装置１４が生成する気泡８の数量の増加を通じた洗浄能力の向上、というものも含まれる。

濾過装置２４は水ポンプ１２と電解装置１４との間に設置されることで、水ポンプ１２から来るナノイオン水４を濾過するともに、ナノイオン水４を電解装置１４に送出する。本実施例において、濾過装置２４は雑質を含むナノイオン水４の濾過に用いられる。故に循環過程において、濾過装置２４がナノイオン水４を濾過することによって、システムの保護及び使用寿命の延長が達成されるのみならず、洗浄された汚れが再び物品２に付着したり、物品２を汚染したりする状況を防ぐこともできる。

発明は当業者であれば諸般の修飾が可能であるが、いずれも後付の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。

２ 物品
４ ナノイオン水
６ 気体
８ 気泡
１０、１０' ナノ微小気泡を生成する洗浄システム
１２ 水ポンプ
１４ 電解装置
１６ ナノ微小気泡装置
１６２ ナノ微小気泡
１８ 洗浄槽
１８２ 送出側
１８４ 送入側
２０ 副槽体
２２ 加熱装置
２４ 濾過装置
ＳＰ 容置空間

Claims (10)

1. 物品の洗浄に用いられる、ナノ微小気泡を生成する洗浄システムであり、水ポンプと、電解装置と、ナノ微小気泡装置と、洗浄槽とを含み、
   前記水ポンプがナノイオン水を送出し、
   前記電解装置が前記水ポンプに接続され、前記ナノイオン水を電解することで気体を生成し、複数の微小気泡を含む気泡を生成し、
   前記ナノ微小気泡装置が前記電解装置に接続され、前記ナノイオン水と前記気泡を受取り、前記ナノイオン水に複数のナノ微小気泡を生成させ、
   前記洗浄槽が送出側及び送入側を含み、容置空間を形成することで前記物品を設置し、前記容置空間が前記送出側と前記送入側との間に設置され、前記送入側が前記ナノ微小気泡装置に接続されることで、複数の前記ナノ微小気泡を含む前記ナノイオン水を受取り、且つ複数の前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水が前記容置空間に注入されることで物品が洗浄され、前記送出側が前記水ポンプに接続されることで、前記容置空間にある前記ナノイオン水を送出し、
   そのうち、前記ナノイオン水が前記電解装置、前記ナノ微小気泡装置及び前記洗浄槽の間で循環流動すると、複数の前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水によって前記物品が持続的に洗浄されることを特徴とするナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
2. 前記電解装置が前記ナノイオン水を電解することで、水素、酸素、オゾンの内の少なくとも一つの気体を生成し、前記ナノイオン水中において前記気泡を生成することを特徴とする、請求項１に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
3. 前記ナノ微小気泡装置が、前記電解装置から来る前記ナノイオン水及び前記気体を受取り、前記ナノ微小気泡装置がせん断力を提供して、前記気体を前記ナノイオン水に溶込ませることで、前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水を形成させることを特徴とする、請求項２に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
4. 前記洗浄槽が更に振動発生装置を含み、前記振動発生装置が振動力を提供し、且つ複数の前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水を駆動することで、複数の前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水を前記物品に作用させることを特徴とする、請求項１に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
5. 前記洗浄槽が更にスプレー装置を含み、前記スプレー装置が周波数と圧力の内の少なくとも一つに基づいて、前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水を送出し、且つ前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水を前記物品に作用させることを特徴とする、請求項１に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
6. 前記洗浄槽が更に変位補助部品を含み、前記変位補助部品に前記物品が設置されることで、前記物品の位置の変更または前記物品の角度の回転が行われることを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
7. 前記洗浄槽が更に洗浄補助部品を含み、前記洗浄補助部品が前記物品に接触することで前記物品を洗浄することを特徴とする、請求項４または請求項５に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
8. 前記洗浄槽と前記水ポンプとの間に設置される副槽体を更に含み、前記副槽体が前記洗浄槽から来る前記ナノイオン水を受取るともに、前記ナノイオン水を前記水ポンプに送出することを特徴とする、請求項１に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
9. 前記ナノイオン水、または複数の前記ナノ微小気泡を有する前記ナノイオン水の加熱に用いられる加熱装置を更に含むことを特徴とする、請求項１または請求項８に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。
10. 前記水ポンプと前記電解装置との間に設置される濾過装置を更に含み、前記濾過装置が前記水ポンプから来る前記ナノイオン水を濾過するともに、前記ナノイオン水を前記電解装置に送出することを特徴とする、請求項１に記載のナノ微小気泡を生成する洗浄システム。

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