JP7086547B2 - ウルトラファインバブル含有液の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、微小泡、特に１μｍ未満の直径を有するウルトラファインバブルを含有する液体の製造装置および製造方法に関する。

近年、直径がマイクロメータ単位のマイクロバブルや直径がナノメータ単位のナノバブル等、微細なバブルの特性を応用する技術が開発されてきている。特に、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブル（以下、「ＵＦＢ」とも称す）については、その有用性が様々な分野で確認され、ＵＦＢを純度の高い状態で含有する液体の需要が高まっている。

特許文献１には、加圧溶解法によって気体が加圧溶解された加圧液をノズルから噴出させることによって、微細なバブルを生成する装置が記載されている。また、特許文献２には、混合ユニットを用いて気体混合液体の分流と合流を繰り返すことによって、微細な気泡を生成する装置が記載されている。

特許第６１１８５４４号公報 特許第４４５６１７６号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２を用いてＵＦＢを含有する液体を製造すると、直径がミリメータ単位のミリバブルやマイクロメータ単位のマイクロバブルも多数生成されてしまう。そのため、ＵＦＢの純度を高めるためには、製造後のバブル含有液を放置し、ミリバブルやマイクロバブルが浮力によって大気中に浮き上がったり、水中で圧壊したりして消滅するのを待機する必要がある。但し、これらミリバブルやマイクロバブルなどと混在させると、ＵＦＢ自体も徐々に消滅してしまうことも確認されている。

また、特許文献１に記載の装置においては液体を０．５～０．６ＭＰａの高圧とする必要があり、特許文献２に記載の装置においては液体を３０気圧程度の高圧とする必要があり、しかも流路も複雑である。つまり、特許文献１や特許文献２を用いてＵＦＢ含有液を製造しようとした場合、大型で複雑且つ消費電力の大きい装置が要され、純度の高いＵＦＢ含有液を得るまでに多くの時間を要してしまう。

本発明は上記問題点を解消するためになされたものである。よって、その目的とするところは、比較的小型で簡易な構成のもと、短時間で純度の高いＵＦＢ含有液を製造することが可能なＵＦＢ含有液の製造装置およびその方法を提供することである。

そのために本発明は、熱エネルギ発生素子と、前記熱エネルギ発生素子に液体を導く流路と、前記熱エネルギ発生素子を駆動して前記流路に導かれた液体中に膜沸騰を起こす駆動手段と、前記膜沸騰によって生成されたウルトラファインバブルを含む液体を吐出させる吐出口と、を有する液体吐出ユニットと、前記吐出口から吐出された液体を回収し、液体を回収した後で密閉される回収手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、比較的小型で簡易な構成のもと、純度の高いＵＦＢ含有液を短時間に製造することができる。

発熱抵抗素子基板とＵＦＢ生成のメカニズムを示す図 膜沸騰を利用してＵＦＢ含有液を吐出させるメカニズムを説明する図 膜沸騰を利用してＵＦＢ含有液を吐出させるメカニズムを説明する図 第１の実施形態で用いるＵＦＢ含有液の製造装置と液体吐出ユニットの概略構成図 第１の実施形態における制御の構成を説明するためのブロック図 液中に存在するバブルの粒径頻度分布を示す図 変形例１で採用する液体吐出ユニットおよび回収容器の概略図 変形例２で採用する液体吐出ユニットおよび回収容器の概略図 循環システムを設けた変形例３を示す図 ＵＦＢ含有液を調製する機能を具えた変形例４を示す図 温湿度制御機構を具えた変形例５を示す図 第２の実施形態で使用するＵＦＢ含有液の製造装置の内部構成図 第２の実施形態における回収容器の別形態を示す図 第２の実施形態における制御の構成を説明するためのブロック図 検証実験の説明図 検証実験の説明図 第２の実施形態における回収方法の別例を示す図 シートの搬送機構を備えたＵＦＢ含有液の製造装置の内部構成図 液体吐出ユニットの温度と溶存気体量の関係図、および制御方法例を示す図 制御方法１を採用する場合のＵＦＢ含有液の回収方法と吐出データを示す図 制御方法２を採用する場合の吐出データを示す図 制御方法２を採用する場合の吐出データを示す図 第３の実施形態で使用する液体吐出ユニットと装置の内部構成図 他の実施形態における制御の構成を説明するためのブロック図

図１（ａ）は、一例として、ＵＦＢ含有液を製造するために本発明で使用可能な発熱抵抗素子基板の断面図である。発熱抵抗素子基板２００においては、シリコン基板２０１の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜２０２と蓄熱層を兼ねる層間膜２０３がこの順番で積層されている。層間膜２０３としては、ＳｉＯ膜やＳｉＮ膜などが用いられる。層間膜２０３の表面の一部には抵抗層２０４が形成され、抵抗層２０４表面の更に一部に配線２０５が形成されている。抵抗層２０４としてはＴａＳｉＮやＷＳｉＮなどが有用され、配線２０５としてはＡｌ、Ａｉ－Ｓｉ、Ａｌ－ＣｕなどのＡｌ合金配線が有用される。

配線２０５、抵抗層２０４および層間膜２０３を覆うように、ＳｉＮ、ＳｉＯ、などから成る保護層２０６が形成されている。また、熱作用部２０８に対応する領域およびその周囲の保護層２０６の表面には、熱作用部２０８における化学的および物理的衝撃から保護層２０６を守るための耐キャビテーション膜２０７が形成されている。耐キャビテーション膜２０７としては、Ｔａ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｒｕ、Ｚｒ、Ｉｒ 等から選ばれる金属が有用される。

このような構成において、配線２０５の両端に電圧を印加して配線２０５に電流を流すと、配線２０５が存在しない領域では抵抗層２０４に電流が流れ発熱する。すなわち、配線２０５が存在しない熱作用部２０８に対応する領域が発熱抵抗素子基板２００における熱エネルギ発生素子２０８となる。

図１（ｂ）は、発熱抵抗素子基板２００を用いたＵＦＢ生成のメカニズムを示す図である。図では、発熱抵抗素子基板２００の表面に液体を配し、熱エネルギ発生素子２０８（以下、単にヒータ２０８と称す）に電圧を所定時間印加した際の様子を左側より時系列に示している。

電圧を印加することによりヒータ２０８が急激に発熱すると、ヒータ２０８に接する液中には膜沸騰による気泡９２０が発生する。気泡９２０はヒータ２０８の表面温度の上昇に伴って成長するが、その体積とともに内部の負圧も高くなるため、ある程度で成長は止まる。気泡が最大体積となる前に電圧の印加を停止すると、ヒータ２０８の温度は下降し気泡９２０は収縮を開始し、液体がヒータ２０８の表面に再び接触することによって気泡９２０は消滅する。この消滅時には、収縮した気泡９２０がヒータ２０８に接触することによる第１のキャビテーション（衝撃）と、第１のキャビテーションの後に残存する小さい泡９４０がスパーク状に消滅する第２のキャビテーションが起きている。

本発明者らが検証したところ、以上のようなヒータ駆動により、液体内には１μｍ未満の気泡（すなわちウルトラファインバブル ＵＦＢ）が生成されていることが確認された。これは、ヒータ２０８の加熱による液体の膜沸騰により、液中に溶存している気体成分が多数のＵＦＢとなって発生したものと推定される。そして、例えばミリバブルやマイクロバブルのようなＵＦＢよりも大きなサイズの気泡は、ＵＦＢ含有液を製造した時点からＵＦＢに比べ十分少なく、製造後から３か月経過した時点でもＵＦＢの残存数は殆ど変化していないことが確認された。すなわち、膜沸騰を利用して、気泡の生成、成長、収縮、消滅を行えば、純度の高いＵＦＢ含有液を、比較的簡易な構成および短時間で製造することができる。更に、上記気泡の成長や収縮を利用して、ＵＦＢ含有液を外部に吐出することができれば、所望の純度のＵＦＢ含有液を継続的に製造および回収することができる。

図２（ａ）～（ｆ）は、膜沸騰を利用してＵＦＢ含有液を吐出させるメカニズムを説明するための図である。ここでは、図１（ａ）や（ｂ）で説明した発熱抵抗素子基板２００の上に、更に流路部材１３を積層して構成される液体吐出機構の断面図を示している。流路部材１３の内部には液体をヒータ２０８まで導くための流路１４が配備され、ヒータ２０８が対向する位置には大気に連通する吐出口１１が形成されている。

図では、一つのヒータ２０８のみを示しているが、発熱抵抗素子基板２００には、このようなヒータ２０８が所定のピッチで多数配列しており、流路１４および吐出口１１はヒータ２０８のそれぞれについて１つずつ用意されている。複数の流路１４はこれらに共通して液体を供給するための不図示の共通液室に接続しており、共通液室の液体は流路１４の毛管力によって吐出口１１まで導かれる。導かれた液体は、吐出口１１の近傍で凹型のメニスカスを形成する。

電圧を印加してヒータ２０８が発熱すると、膜沸騰が生じて気泡９２０が生成される（図２（ａ））。このときのヒータ２０８の温度は３００℃以上に達している。温度の上昇に伴って気泡９２０は大きくなり、やがて吐出口１１より液体が押し出される状態となる（図２（ｂ））。気泡９２０がある程度大きくなったところで、電圧印加を停止すると気泡は内部の負圧によって急激に収縮する。しかし、吐出口１１より飛び出している液体はその慣性によって吐出口１１より離れようとするので、液体は吐出口１１近傍で分断する（図２（ｃ））。結果、吐出口１１より外側の液体は液滴となって大気中に吐出し、残った液体は流路１４の方向に引き戻される（図２（ｄ））。

その後、気泡９２０は収縮し、ヒータ２０８の表面では図１（ｂ）で説明した２回のキャビテーションが起こる。吐出口１１近傍では、収縮に伴う引き戻しの力と新たな液体が供給される毛管力との間でメニスカスが振動し、やがて安定する（図２（ｅ）（ｆ））。以上のような１回のヒータ駆動すなわち１周期分の気泡の生成、成長、収縮および消滅の過程で流路１４内にＵＦＢが生成され、これらＵＦＢを含んだ液体は次回以降のヒータ駆動によって吐出口１１より吐出される。

図３（ａ）～（ｅ）は、図２（ａ）～（ｆ）とは異なる吐出方法を説明するための図である。図３（ａ）および（ｂ）までの工程は、図２（ａ）および（ｂ）の工程とほぼ同一である。本方法では、図３（ｃ）に示すように、気泡９２０の体積を、その一部が吐出口１１より突き出す程度まで増加させる。すなわち、気泡９２０の最大体積が吐出口１１を越えるように、電圧、電圧印加時間、ヒータの大きさ、液体の粘度、流路の高さなどを調整する。このため、液体は、成長した気泡９２０が吐出口１１より突き出して気泡９２０内の気体が大気と連通する。この連通によって液滴９３０が吐出口１１より吐出される（図３（ｄ））。

その後、気泡９２０は収縮し、ヒータ２０８の表面では図１（ｂ）で説明した２回のキャビテーションが起こる。吐出口１１近傍では図２（ａ）～（ｆ）の場合よりも速やかにメニスカスが安定し、流路１４内には多数のＵＦＢが生成される（図３（ｅ））。そして、これらＵＦＢを含んだ液体は次回以降のヒータ駆動によって吐出口１１より吐出される。

なお、図２（ａ）～（ｆ）および図３（ａ）～（ｅ）では、個々の吐出口１１がヒータ２０８と対向する位置に配備された形態を示したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、吐出口１１を流路１４の先端に配し、ヒータ２０８における液体の供給方向と液滴９３０の吐出方向を同じ方向にしても良い。更に、気泡の成長方向と液滴の吐出方向を反対の方向とした方式や、液体流路内の宙空にヒータ２０８を設ける方式としても良い。いずれにしても、ヒータ２０８表面に液体を供給しながらヒータ２０８に周期的に電圧を印加すれば、膜沸騰に伴う気泡の生成、成長、収縮、消滅がヒータ２０８の表面で繰り返され、純度の高いＵＦＢ含有液を吐出口１１より外部に吐出させることができる。言い換えると、液体中でヒータ２０８を瞬間的に約３００℃以上に加熱するような駆動を行えば、ヒータ２０８の表面に膜沸騰による気泡が生成され、純度の高いＵＦＢ含有液を生成することができる。

以下に、ＵＦＢ含有液を製造するために本発明で使用することが可能な液体の例を示す。例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水、これらの混合液体が使用可能である。又、水及び水溶性有機溶剤の混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては、特に限定されるものではないが、具体的には、以下のものが挙げられる。例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、ｓｅｃ－ブチルアルコール、ｔｅｒｔ－ブチルアルコールなどの炭素数１乃至４のアルキルアルコール類。Ｎ－メチル－２－ピロリドン、２－ピロリドン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－プロピレングリコール。１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，２－ヘキサンジオール、１，６－ヘキサンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、１，２，６－ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類などが挙げられる。これらを単独で用いても、又は２種以上を併用してもよい。

（第１の実施形態）
図４（ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態で使用するウルトラファインバブル含有液製造装置１（以下、単に「装置」とも言う）および液体吐出ユニット１０の概略構成図である。本実施形態のＵＳＢ含有液製造装置１は、主に、液体吐出ユニット１０と、タンク２０と、回収容器３０とが、外装となる筐体４０に収納されて構成される。タンク２０に収容される液体が、液体吐出ユニット１０に供給され、液体吐出ユニット１０がこの液体を滴としてＺ方向に吐出し、回収容器３０がこれを回収する。

図４（ｂ）は、液体吐出ユニット１０を吐出口面側から見た図である。液体吐出ユニット１０には、液体を吐出するための吐出口１１が１２００ｄｐｉ（ドット／インチ）の密度でＹ方向に７６８個配列している。液体吐出ユニット１０は、タンク２０より供給された液体に既に説明した方法で膜沸騰を生じさせ、生成された泡の成長エネルギによって、個々の吐出口１１よりＺ方向に液滴を吐出する。吐出された液滴には多数のＵＦＢが含まれており、液体吐出ユニット１０の下方に配置されている回収容器３０に回収される。

本実施形態で使用する回収容器３０は、直径２ｃｍ高さ２ｃｍの円筒形のガラス容器であり、上部の約５ｍｍにはキャップをねじ込むための螺旋状の溝３１が形成されている。よって、回収容器３０にＵＦＢ含有液を所定量貯留した後、回収容器３０を装置１より取り出して不図示のキャップで蓋をすれば、回収容器３０はその内部を密閉したり持ち運んだりすることができる。

ＵＦＢ含有液を効率的に回収するためには、回収容器３０の開口である回収口は液体吐出ユニット１０の吐出口１１が配列する吐出口面よりも広く、吐出口面からの距離もなるべく短いほうが好ましい。また、回収容器３０の内部底面においても、吐出口面からの距離はなるべく短いほうが好ましい。詳しくは、吐出口面から回収口までの距離は５０ｍｍ以下、吐出口面から底面までの距離は１００ｍｍ以下であることが好ましい。本実施形態では、吐出口面から回収口までの距離を５ｍｍ、吐出口面から底面までの距離を２５ｍｍとしている。

なお、ここでは、キャップをねじ込んで回収容器３０に蓋をする形態を例に説明したが、回収容器３０を密封するための形態はこれに限定されない。例えば、回収口に弾性を有するキャップを押し入れる形態、回収口を熱溶着する形態、ジップなどの手段を用いて回収口を封鎖する形態など、様々な形態を採用することができる。

図５は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１における制御の構成を説明するためのブロック図である。ＵＦＢ含有液製造装置１に外部接続されているホストＰＣ３００は、ユーザの指示のもと、ＵＦＢ含有液製造装置１を駆動するためのデータを生成したり、駆動状態を制御したり、ＵＦＢ含有液製造装置１の状況をユーザに提示したりする。ＣＰＵ３０１はＨＤＤ３０３に記憶されているプログラムに従ってＲＡＭ３２２をワークエリアとしながらホストＰＣ全体を制御する。ディスプレイＩ／Ｆ ３０６は、ＵＦＢ含有液製造装置１の状態や、ＵＦＢ含有液製造装置１を駆動させるための条件を不図示のディスプレイに表示するためのインターフェースである。キーボード・マウスＩ／Ｆ ３０４は、不図示のキーボードやマウスよりユーザからのコマンドを受信するためのインターフェースである。データ転送Ｉ／Ｆ（インターフェース）３０４は、ＵＦＢ含有液製造装置１との間で情報の授受を行うためのインターフェースである。

一方、ＵＦＢ含有液製造装置１において、ＣＰＵ３１１はＲＯＭ３１３に記憶されているプログラムに従ってＲＡＭ３１２をワークエリアとしながら装置全体を制御する。データ転送Ｉ／Ｆ（インターフェース）３１４は、ホストＰＣ３００との間で情報の授受を行うためのインターフェースである。ホストＰＣ３００側のデータ転送Ｉ／Ｆ ３０４と、ＵＦＢ含有液製造装置１側のデータ転送Ｉ／Ｆ ３１４の間の接続方式としては、ＵＳＢ、ＩＥＥＥ１３９４、ＬＡＮ等を用いることができる。

データ処理アクセラレータ３１６は、ＣＰＵ３１１の指示のもと、ホストＰＣ３００より受信しＲＡＭ３１２に保存されたデータに対し、所定のデータ処理を施し、液体吐出ユニット１０が吐出可能な吐出データを生成する。データ処理アクセラレータ３１６は、ハードウェアによって構成され、ＣＰＵ３１１よりも高速にデータ処理を実行することができる。ＣＰＵ３１１がデータ処理に必要なパラメータと処理前のデータをＲＡＭ３１２の所定のアドレスに書き込むと、データ処理アクセラレータ３１６が起動され、所定のデータ処理が行われる。なお、データ処理アクセラレータ３１６は本実施形態において必須の構成ではなく、その役割をＣＰＵ３１１が代わって行うこともできる。

吐出コントローラ３１５は、ＣＰＵ３１１の指示のもと、データ処理アクセラレータ３１６が生成しＲＡＭ３１２に一次保存されたデータに従って、液体吐出ユニット１０を駆動し液体を吐出させる。具体的には、ＣＰＵ３１１が液体吐出ユニット１０を制御するための制御パラメータと吐出データをＲＡＭ３１２の所定アドレスに書き込むと、吐出コントローラ３１５が起動され、これら制御パラメータと吐出データに従って液体吐出ユニット１０を駆動制御する。

以下、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１を用いたＵＦＢ含有液の製造動作、および回収されたＵＦＢ含有液の検証結果について説明する。まず、ホストＰＣ ３００にて、吐出動作を行わせるためのデータを生成し、液体吐出ユニット１０に吐出動作を行わせた。具体的には、純水を収容したタンク２０を液体吐出ユニット１０に装着し、全７６８ノズルのそれぞれを２０ＫＨｚの駆動周波数で駆動した。個々の吐出口１１からは約５ｐｌの液滴が２０ＫＨｚの周波数で吐出され、２分間後には、回収容器３０はＵＦＢ含有液で満たされた。この際、環境温度は２５℃、環境湿度は６０％であった。

回収容器３０をＵＦＢ含有液製造装置１より取り出し、不図示のキャップを閉めて容器内を密閉した後、当該回収容器３０内の液体を島津製作所製ＳＡＬＤ－７５００ファインバブル計測システムで測定した。すると、１．０μｍ未満の径を有するウルトラファインバブル（ＵＦＢ）は、１ｍｌあたり３０億個以上が確認された。

図６は、上記計測システムの計測結果に基づいた、液中に存在するバブルの粒径頻度分布を示す図である。液中に存在する様々なサイズのバブルのうち、直径１０ｎｍ～４００ｎｍを有するものは全体の９９．８％であった。

ミリバブルやマイクロバブルのようなＵＦＢよりも大きなサイズの気泡は、浮力によって上昇し大気に連通すると破壊され、この際の物理的衝撃がＵＦＢも破壊してしまう。しかしながら、本実施形態で製造したＵＦＢ含有液においては、製造当初よりＵＦＢよりも大きなバブルが極めて少ないため、上記の物理的衝撃自体の頻度が少なく、長期間放置してもＵＦＢの数は殆ど変わらない。検証のため、本発明者らは、液体吐出ユニット１０で製造しガラス製の回収容器３０で回収して密閉したＵＦＢ含有液を、約２５℃の温度のもとで３か月保存し、再び上記計測システムで測定した。結果、１ｍｌあたり３０億個以上というＵＦＢの含有濃度、全バブルのうちＵＦＢが占める割合が９９．８％以上であること、および図６に示す粒径頻度分布に殆ど変化は見られなかった。すなわち、以上説明した本実施形態によれば、小型で簡易な構成でありながら、純度の高く安定したＵＦＢ含有液を短時間に生成することができる。

次に、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１の基本構成を用いながら、より効果的にＵＦＢ含有液を回収するための変形例を説明する。

（変形例１）
図７（ａ）および（ｂ）は、変形例１で採用する液体吐出ユニット１０および回収容器３０の概略図である。本変形例の液体吐出ユニット１０には、図７（ｂ）に示すように、７６８個の吐出口が配列して成る吐出口列１２が、配列方向と交差するＸ方向に７列配置している。また、液体吐出ユニット１０には、図７（ａ）に示すように７つのタンク２０が搭載可能となっており、それぞれのタンク２０に収容された液体が夫々の吐出口列１２に個別に供給され、対応する吐出口列１２より吐出される。このような本変形例によれば、上記実施形態に比べＵＦＢ含有液を７倍の速さで製造することができる。無論、吐出口列ｍの数は７列に限定されるものではない。Ｎ個のタンク２０に収容した液体をＮ列の吐出口列１２のそれぞれから吐出させる構成であれば良い。

なお、本変形例において、複数のタンク２０に収容されている液体は同一の種類でなくても良い。個々のノズル列１２が対応するタンク２０から供給された異なる液体をそれぞれ吐出し、同一の回収容器３０でこれらを混合することにより、目的の性質を有するＵＦＢ含有液を生成してもよい。

（変形例２）
図８（ａ）～（ｃ）は、変形例２で採用する液体吐出ユニット１０および回収容器３０の概略図である。図８（ａ）に示すように、本変形例では、液体吐出ユニット１０の吐出口面にゴム部材のキャップ５０を密着させ、吐出口１１から吐出された液滴をキャップ５０の中で受容する。受容した液体は、チューブ５１を介して回収容器３０にて回収する。

このような形態であれば、液体吐出ユニット１０と回収容器３０の位置関係によらず、吐出された液滴を回収容器３０に確実に導くことができる。よって、回収容器３０の位置や形状を自由に設計することができる。また、ＵＦＢを含有する液滴は、液体吐出ユニット１０から吐出された瞬間から、外気とは遮断された密閉空間に収容されるので、回収容器３０に向けて直接吐出するよりも、液滴の蒸発を抑えＵＦＢ含有液の回収効率を向上させることができる。

更に、図４（ａ）に示したような液体吐出ユニット１０が回収容器３０に向けて直接吐出する形態では、回収容器３０の回収口は吐出口面よりも広いことが望まれるが、本変形例であれば、チューブ５１の外径程度に回収口を小さくすることができる。このため、ＵＦＢ含有液に埃などの異物が混入するのを防ぐことができる。

図８（ｂ）および（ｃ）は、図８（ａ）の変形例に対し、異物混入防止のためのフィルタ５２を更に介在させた例を示している。図８（ｂ）では液体吐出ユニット１０の上流であって、タンク２０と液体吐出ユニット１０の間に、フィルタ５２を配した例を示している。このような構成では、例えば地下水や雨水など、自然界から採取した液体をタンク２０に収容した場合に、異物が液体吐出ユニット１０に流入するのを抑えることができる。微細な流路構成を有する液体吐出ユニット１０に異物が流入すると、流路内で目詰まりが生じ、吐出状態は不安定になる。本例のように、液体吐出ユニット１０の直前にフィルタ５２を配しておけば、流路内での目詰まりを抑制し結果的にＵＦＢ含有液の製造効率を向上させることができる。なお、この場合のフィルタ５２としては、平均メッシュ径が５０μｍ以下であることが好ましい。

一方、図８（ｃ）ではキャップ５０の内部にフィルタ５２を配した例を示している。液体吐出ユニット１０の吐出動作に影響を及ぼすことはないが、製造後のＵＦＢ含有液を実使用する際に有害となるような小さい異物については、このようなフィルタ５２によって回収容器３０に収容されるのを防ぐことが出来る。この場合のフィルタ５２の平均メッシュ径は十分小さいことが望まれるが、ＵＦＢ自体の通過は妨げないようにしたいため、１μｍ以上であることが好ましい。なお、図８（ｂ）で示したフィルタ５２と図８（ｃ）で示したフィルタ５２は、併用することもできる。

（変形例３）
図９（ａ）および（ｂ）は、液体吐出ユニット１０と回収容器３０の他に、液体を循環させるための循環システム６０を設けた変形例を示す図である。図９（ａ）の循環システム６０は、液体吐出ユニット１０を介さずにキャップ５０とタンク２０を接続する循環経路６３を備えている。キャップ５０から延びる経路は２つに分岐し、一方は回収容器３０に、もう一方はタンク２０に接続している。回収容器３０に接続する経路にはバルブ６２Ａが、タンク２０に接続する経路にはバルブ６２Ｂが、夫々設けられている。キャップ５０とタンク２０を接続する循環経路６３の途中にはキャップ５０からタンク２０に液体を送るためのポンプ６１が配されている。

このような構成のもと、バルブ６２Ａおよびバルブ６２Ｂを閉じた状態で、液体吐出ユニット１０に吐出動作を行わせると、タンク２０内の液体は徐々に消費され、キャップ５０内には徐々にＵＦＢ含有液が溜まっていく。ある程度の液体がキャップ５０に溜まったタイミングで吐出動作を停止し、バルブ６２Ｂのみを開いてポンプ６１を作動すると、キャップ５０内に貯留された液体は、再びタンク２０に戻る。以上のような工程をＮ回繰り返し、更にＮ＋１回目の吐出動作を行った後、バルブ６２Ｂは閉じたままバルブ６２Ａを開くと、キャップ５０内の液体は重力に従って回収容器３０に回収される。このように、同じ液体に対し複数回の膜沸騰と吐出動作を繰り返せば、液体のＵＦＢ含有濃度を更に高めることができる。

図９（ｂ）の循環システム６０は、循環経路６３の途中に第１のポンプ６１Ａと第２のポンプ６１Ｂ、更にこれら２つのポンプの間に第２の回収容器３１を備えている。第１のポンプ６１Ａによって第２の回収容器３１に貯留された液体は、第２のポンプ６１Ｂが作動することによってタンク２０に戻される。図９（ｂ）のような循環システムの場合、ＵＦＢ含有液は第１の回収容器３０と第２の回収容器３１のいずれからも回収することができる。

（変形例４）
図１０（ａ）～（ｄ）は、ＵＦＢ含有液を調製する機能を具えた変形例を示す図である。製造されたＵＦＢ含有液のＵＦＢ含有濃度が目的の濃度よりも高い場合、回収容器３０で回収したＵＦＢ含有液に対し更に希釈液を付与して、実際の用途に適したＵＦＢ濃度に調製することが好ましい。図１０（ａ）は、このような場合に、液体吐出ユニット１０による吐出動作と希釈機構７０による希釈液の付与を回収容器３０に対し同時に行う形態を示している。一方、図１０（ｂ）は、液体吐出ユニット１０の吐出動作によって所定量のＵＦＢ含有液が貯留された回収容器３０に対し、装置１内の別の位置で希釈機構７０が希釈液を付与する形態を示している。

また、ＵＦＢ含有液においては、ＵＦＢに含む気体やＵＦＢを含有する液体を目的の性質に調製するために、タンク２０内の液体に所定の改質剤を付与することもできる。図１０（ｃ）は、そのような改質剤を収容した液体改質機構２１をタンク２０に取り付けた例を示している。一方、図１０（ｄ）は、タンク２０とは別な位置に液体改質機構２１を設置し、所定の改質剤をチューブなどを介してタンク２０に注入する例を示している。

所望の気体をＵＦＢに含ませたい場合、改質剤はその所望の気体成分とすることができる。具体的には、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、およびこれらの混合気体が挙げられる。

また、改質剤は所望の気体成分を含むマイクロバブルの含有液とすることができる。マイクロバブルは、本発明が製造の目的としているウルトラファインバブルよりも大きな気泡であるが、ミリバブルなどに比べると浮上速度が遅く液体と長時間接触する。このため、所望の気体を含有するマイクロバブルを予め液中に含ませておけば、その気体が液体中に溶解するのを促し、結果的に所望の気体を含んだＵＦＢを生成することができる。具体的には、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、およびこれらの混合気体成分を含むマイクロバブルの含有液を用いることができる。

なお、完成後のＵＦＢ含有液から特定の気体成分を脱気することを目的に、所定の気体成分や所定の気体成分を含むマイクロバブル含有液を改質剤として付与することもできる。無論、図１０（ａ）および（ｂ）のように希釈液を付与する構成と、図１０（ｃ）および（ｄ）のように改質液を付与する構成を更に組み合わせることも可能である。

（変形例５）
液体吐出ユニット１０から吐出される液滴や回収容器３０に回収された後のＵＦＢ含有液においては、どうしてもある程度の蒸発が避けられない。ただし、蒸発の程度は周囲の環境温度や湿度に依存する。このため、ＵＦＢ含有液製造装置１においては、液体吐出ユニット１０と回収容器３０が設置されている環境の温度および湿度が適切に管理されていることが好ましい。具体的には、温度は７０℃以下に湿度は５０％以上に維持することが好ましい。

図１１（ａ）は、装置１の内部に温湿度制御機構８０を配した例を示す。一方、図１１（ｂ）は、温湿度制御機構８０を配した環境槽８１に装置１を設置した例を示す。いずれにしても、液体吐出ユニット１０とこれより吐出された液体を回収する回収容器３０は適切な環境下におかれ、液体吐出ユニット１０から吐出中の液体および回収容器３０からの蒸発を抑え、ＵＦＢ含有液の回収効率を向上させることができる。

以上、第１の実施形態およびその変形例１～５について説明したが、これらは互いに組み合わせることもできる。例えば、変形例２～４の構成は、変形例１で示したような複数のタンク２０と吐出口列１２を備えたシステムに対して、追加することもできる。また、変形例２や変形例３のようにキャップ５０を備えた構成と、変形例５のように温湿度を制御する構成を組み合わせることにより、ＵＦＢ含有液の回収効率は更に向上させることができる。

また、第１の実施形態と変形例１～３については、液体吐出ユニット１０の吐出口面を、液体に浸した形態としても良い。吐出口面を、液体に浸した形態とすれば、液滴の飛翔に伴う蒸発を抑え、ＵＦＢ含有液の回収率を更に向上させることができる。この場合、吐出口面を浸す液体は、液体吐出ユニット１０から吐出されたＵＦＢ含有液であっても良いし、回収手段の中に予め用意した液体であっても良い。

（第２の実施形態）
図１２（ａ）および（ｂ）は、第２の実施形態で使用するＵＦＢ含有液製造装置１の内部構成を説明するための上面図および側面図である。本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１において、液体吐出ユニット１０とタンク２０はＸ方向に往復移動するキャリッジ９０に搭載されており、液体吐出ユニット１０はＸ方向の様々な箇所で吐出動作を行うことができる。液体吐出ユニット１０には４列の吐出口列１２がＸ方向に並列しており、夫々の吐出口列１２は、キャリッジ９０に搭載された４つのタンク２０のうち対応するタンク２０より液体が供給される。

キャリッジ９０は、Ｘ方向に延在するガイドシャフト１００に取り付けられており、不図示のキャリッジモータの駆動力により、ガイドシャフト１００に沿って所定の速度でＸ方向に往復移動する。キャリッジ９０がＸ方向に移動する中、液体吐出ユニット１０がＺ方向に液体を吐出することにより、回収容器３０にはＵＦＢ含有液が徐々に貯留されていく。

キャリッジ９０が移動可能な領域のＸ方向の最端部には、液体吐出ユニット１０のメンテナンス処理を行うためのメンテナンスユニット１１０が配備されている。メンテナンスユニット１１０は、キャップ５０とポンプ６１とバルブ６２を備えており、キャリッジ９０がメンテナンスユニット１１０の真上に来た状態で、液体吐出ユニット１０に対するメンテナンス処理を行うことができる。具体的には、キャップ５０を吐出口面に押し当て、バルブ６２を開放し、ポンプ６１を駆動させることにより、液体吐出ユニット１０より所定量の液体を強制的に排出することができる。

ある程度の吐出動作を行った後の液体吐出ユニット１０では、その内部にＵＦＢよりも大きな泡が停留し、ＵＦＢ含有液の吐出を妨げる場合がある。また吐出動作に伴って液体吐出ユニット１０が高温になり過ぎると、ＵＦＢの生成効率が低下したり液体吐出ユニット１０が好適な吐出動作を行えなくなったりする場合もある。このような場合であっても、メンテナンスユニット１１０が液体吐出ユニット１０から強制的に液体を排出して、ヘッド内の泡を除去し液体吐出ユニットの温度を低下させれば、液体吐出ユニット１０の駆動状態を正常な状態に回復することができる。

この際、メンテナンスユニット１１０が液体吐出ユニット１０から強制的に液体の中にも、吐出動作では排出されなかったＵＦＢがある程度含まれている。よって、メンテナンス動作によって回収された液体を収容する新たな回収容器３２を用意し、これをＵＦＢ含有液として利用してもよい。２つの回収容器３０、３２においては、いずれか一方または両方に液体を保持するための吸収体を設置しておいても良く、これら２つの回収容器の夫々で回収した液体が同じ吸収体に導かれるようにしても良い。

なお、図１２（ａ）および（ｂ）では、Ｘ方向に延在する箱型の回収容器３０を示しているが、本実施形態の回収容器３０はこれに限定されるものではない。

図１３（ａ）および（ｂ）は、回収容器３０の別形態を示す図である。図１３（ａ）は、第１の実施形態で示したような回収容器３０をＸ方向に４つ配置した形態を示す。この場合、４つのタンク２０に異なる種類の液体を収容し、４つの吐出口列１２をＸ方向の異なる位置で吐出させ、それぞれの吐出位置に回収容器３０を配備すれば、異なる種類のＵＦＢ含有液を同時に製造することができる。

また、図１３（ｂ）は、Ｘ方向に延在するトレイ３３を設置し、その上に第１の実施形態と同様の回収容器３０をＸ方向に複数配置した形態を示す。本実施形態のように、液体吐出ユニット１０が移動しながら吐出動作を行う構成では、吐出された液滴はＸ方向に浮遊しやすく、回収容器３０での回収率も低くなってしまう。図１３（ｂ）のような構成にすれば、回収容器３０に収容されない液滴もトレイ３３で回収することができ、回収効率を向上させることができる。

図１４は、本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１における制御の構成を説明するためのブロック図である。第１の実施形態で説明した図５と異なる点は、ＵＦＢ含有液製造装置１にキャリッジコントローラ３１７とメンテナンスコントローラ３１８が備えられていることである。キャリッジコントローラ３１７は、ＣＰＵ３１１の指示のもと、不図示のキャリッジモータを駆動し、キャリッジ９０のＸ方向への移動を制御する。すなわち、ＣＰＵ３１１は、キャリッジコントローラ３１７によってキャリッジ９０を所定の速度で移動させながら、吐出コントローラ３１５によって液体吐出ユニット１０に所定の周波数で液滴を吐出させる。

メンテナンスコントローラ３１８は、キャリッジ９０がメンテナンスユニット１１０の位置に来たときにキャップ５０、バルブ６２、モータ６１を駆動して液体吐出ユニット１０に対するメンテナンス処理を実行する。

なお、キャリッジ９０の移動速度や液体吐出ユニットにおける吐出パターン、メンテナンスユニット１１０によるメンテナンス処理の頻度や液体の吸引量などは、ホストＰＣ３００がＵＦＢ含有液製造装置１にコマンドを送ることによって制御される。また、このような制御は、ユーザがホストＰＣ３００のディスプレイを介してＵＦＢ含有液製造装置１の状態を確認しながら、キーボード／マウスＩ／Ｆ３０４より指示することもできる。

図１５（ａ）および（ｂ）は、本発明者らが本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１を用いて、液体吐出ユニット１０の吐出口面と回収容器３０の回収口との距離と、ＵＦＢ含有液の回収量の関係を検証するために行った実験を説明するための図である。本検証実験では、４列の吐出口列１２のうち吐出動作を行わせるのは１列のみとし、該当するタンク２０に純水を収容した。そして、直径が等しく高さが異なる５つの回収容器３０を図１５（ａ）のように並べ、各回収容器３０の位置で吐出口列１２より同じ回数ずつ吐出動作を行わせた。

個々の回収容器３０はガラス製であり、回収口の直径は２ｃｍである。また、吐出口面の高さＡと回収容器の底部高さＣの距離（Ａ－Ｃ）も、全回収容器で共通して６０ｍｍである。吐出口面の高さＡと回収口の高さＢの距離（Ａ－Ｂ）は、左側の回収容器３０より１ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、３０ｍｍ、５０ｍｍとした。

その上で、個々の吐出口より５ｐｌの液滴が２０ＫＨｚの周波数で吐出されるように液体吐出ユニット１０を駆動し、いずれの回収容器３０の位置においても同等に吐出動作が行われるようにキャリッジ９０を往復移動させた。回収容器３０からＵＦＢ含有液が溢れださないよう、時々別容器に移しながら、このような吐出動作を数時間行った後、５つの回収容器３０のそれぞれで回収されたＵＦＢ含有液の体積を測定した。

図１５（ｂ）は、上記測定の結果を示す図である。図によれば、吐出口面と回収口の距離（Ａ－Ｂ）が小さいほど、回収された液体が多いことが分かる。これは、吐出された液滴が、回収口に到達するまでに空間を移動する距離が短いほど、回収容器以外の領域への浮遊や蒸発の可能性が低くなるためと想定される。

一方で、個々の回収容器３０に回収されたＵＦＢ含有液を島津製作所製ＳＡＬＤ－７５００ファインバブル計測システムで測定したところ、いずれの回収容器３０についてもＵＦＢの含有濃度は同等であることが確認された。すなわち、ＵＦＢ含有液の回収効率の観点から見ると、回収容器３０は、その回収口がなるべく吐出口面に近くなるように配置されることが好ましい。

図１６（ａ）および（ｂ）は、本発明者らが本実施形態のＵＦＢ含有液製造装置１を用いて、吐出口面から回収容器の底までの距離とＵＦＢ含有液の回収量の関係を検証するために行った実験を示す図である。本検証実験においても、図１５（ａ）および（ｂ）と同様、４列の吐出口列１２のうち吐出動作を行わせるのは１列のみとし、該当するタンク２０に純水を収容した。そして、直径が等しく高さが異なる５つの回収容器３０を図１５（ｂ）のように並べ、各回収容器３０の位置で吐出口列１２より同じ回数ずつ吐出動作を行わせた。

個々の回収容器３０はガラス製であり、回収口の直径は２ｃｍである。また、吐出口面の高さＡと回収口の高さＢの距離（Ａ－Ｂ）も、全回収容器で共通して５ｍｍである。吐出口面の高さＡと回収容器の底部高さＣの距離（Ａ－Ｃ）は、左側の回収容器３０より３０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ、８０ｍｍ、１００ｍｍとした。このように、高さの異なる複数の回収容器３０で回収口の高さを揃えるため、本検証実験では高さ調整冶具４１を用いた。

その上で、個々の吐出口より５ｐｌの液滴が２０ＫＨｚの周波数で吐出されるように液体吐出ユニット１０を駆動し、いずれの回収容器３０の位置においても同等に吐出動作が行われるようにキャリッジ９０を往復移動させた。回収容器３０からＵＦＢ含有液が溢れださないよう、時々別容器に移しながら、このような吐出動作を数時間ほど行った後、５つの回収容器３０のそれぞれで回収されたＵＦＢ含有液の体積を測定した。

図１６（ｂ）は、上記測定の結果を示す図である。図によれば、吐出口面から回収容器の底までの距離（Ａ－Ｃ）が小さいほど、回収された液体が多いことが分かる。これは、吐出された液滴が、回収容器３０の底部あるいは回収容器に既に貯留されている液体に到達するまでに空間を移動する距離が短いほど、蒸発の可能性が低くなるためと想定される。

一方で、個々の回収容器３０に回収されたＵＦＢ含有液を島津製作所製ＳＡＬＤ－７５００ファインバブル計測システムで測定したところ、いずれの回収容器３０についてもＵＦＢの含有濃度は同等であることが確認された。すなわち、ＵＦＢ含有液の回収効率の観点から見ると、回収容器３０は、その底部がなるべく吐出口面に近くなるように配置されることが好ましい。更に、図１５（ａ）および（ｂ）の検証実験も考慮に入れると、回収容器３０は、その回収口と底部がなるべく吐出口面に近くなるように配置されることが好ましいと言える。

図１７（ａ）および（ｂ）は、上記検証実験の結果を踏まえた回収方法の例を示す図である。図１９（ａ）は、Ｘ方向に延在するトレイ３３を用いた形態を示す。比較的高さのある支柱３３ｂが、受容面３３ａを吐出口面の近くで対向するように支持している。このような構成の場合、液体吐出ユニット１０によってある程度の吐出動作を受容面３３ａに向けて行った後、トレイ３３を装置１から取り出して、貯留したＵＦＢ含有液を別の回収容器に回収すれば良い。また、受容面３３ａに傾斜を設け、傾斜に沿って流動したＵＦＢ含有液を回収容器で回収するようにしても良い。

本例では、深さ約５ｍｍのトレイ３３を用い、吐出口面とトレイ底面との間の距離は約１０ｍｍとした。このように回収手段としてトレイ３３を利用することにより、吐出口面から回収手段の回収口や底面までの距離を、回収容器３０を使用する場合に比べ、小さく抑え、ＵＦＢ含有液の回収効率を向上させることができる。なお、トレイ３３の材料としてはアクリル樹脂などを用い、受容面３３ａにはフッ素系樹脂で撥水コート処理を施しておくことが好ましい。受容面３３ａに撥水処理を施しておくことにより、受容面３３に付着したＵＦＢ含有液は球形状となり、その蒸発が抑制されてＵＦＢ含有液の回収率を向上させることができる。

図１７（ｂ）は、ＵＦＢ含有液の回収手段としてシート３４を用いる形態を示す図である。回収手段としてシート３４を用いれば、吐出口面から回収手段の回収口や底面までの距離を更に小さく抑え、ＵＦＢ含有液の回収効率を更に向上させることができる。

なお、回収手段としてシート３４を用いる場合も、トレイの場合と同様、その表面には撥水処理が施されていることが好ましい。但し、平滑なシートの外周端部から液滴が装置内に零れ落ちてしまうおそれがある場合は、シートの外周のみは吸収性を持たせておくことも有効である。

また、回収手段としてシート３４を用いる場合には、液滴が付与される領域がシート上でなるべく偏らないようにすることが好ましい。撥水性のシート３４の同じ箇所で吐出動作が何度も繰り返し行われると、液滴の跳ねによってＵＦＢ含有液の回収率が低下したり装置内部が汚染されたりする懸念が生じるからである。このため、本例では、液体吐出ユニット１０がＸ方向の走査を１回行うたびにシート３４をＹ方向に搬送させるようにしている。

図１８（ａ）および（ｂ）は、シートの搬送機構を備えたＵＦＢ含有液製造装置１の内部構成を示す図である。図１８（ａ）が上面図、同図（ｂ）が断面図である。シートガイド１２０に搭載された撥水性のシート３４は、搬送ローラ１３０の回転に伴って、液体吐出ユニット１０によって液滴が付与可能な位置までＹ方向に搬送される。液体吐出ユニット１０によって液滴が付与可能な位置には、シート３４を背面から支持しシート表面の平滑性を維持するためのプラテン１４０が配備されている。

このような構成のもと、液体吐出ユニット１０がＸ方向に移動しながら所定の周波数で液滴を吐出する主走査と、当該主走査によって液滴が付与された幅に相当する距離だけ搬送ローラ１３０がシート３４をＹ方向に搬送する搬送動作とを交互に繰り返す。そして、シート３４のほぼ全域に対する液滴付与走査が完了すると、搬送ローラ１３０はシート３４を装置外に排出する。

撥水性のシート３４においては、湾曲させたり傾けたりすることによって、付与されたＵＦＢ含有液を任意に収集することができる。例えば、ユーザが排出されたシートを手に取って別途用意した回収容器に回収してもよいし、装置のシート排出部にシートを湾曲させ所望の位置にＵＦＢ含有液を収集する機構を設けても良い。また、図１８（ｃ）に示すように、装置１を傾斜のある台に設置し、シート３４に付与された液体が重力に従って回収容器３０に流入するようにしてもよい。更に、エアブローなどを利用してＵＦＢ含有液を所定の位置に設置された回収容器３０に導くようにしてもよい。

いずれにしても、撥水性のシート３４を回収手段とした場合は、液体吐出ユニット１０の吐出口面と平滑なシート３４の距離を特に小さくすることができるので、液滴が空間を移動する距離を小さくし、ＵＦＢ回収効率を向上させることができる。本例においては、厚さ０．５ｍｍのＰＥＴフィルムを用いることにより、吐出口面とシート表面の距離を１ｍｍ程度に抑えることができた。

次に、図１２（ａ）、（ｂ）、図１８（ａ）、（ｂ）および図１４で示したＵＦＢ含有液製造装置１を用いながら、ＵＦＢ含有液を更に効率的に製造および回収するための制御方法について説明する。

図１９（ａ）は、液体吐出ユニット１０内の液体の温度と、当該液体がＵＦＢ含有液として回収された後に液体中に残存する気体量の関係を示すグラフである。液体の温度が高いほど（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）ＵＦＢ含有液に含まれるＵＦＢの数が少ない（Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３）ことがわかる。すなわち、液体吐出ユニット１０においては、駆動時の温度を適切に調整することが好ましい。

一方、液体吐出ユニット１０においては、複数のヒータ２０８の駆動周波数が高く駆動回数が多いほど、ヒータ２０８およびその周辺の液体の温度が上昇する。このため、ＵＦＢ含有液製造装置１においては、液体吐出ユニット１０の温度が好適な範囲で維持されるように、液体吐出ユニット１０を駆動するための吐出データを生成することが好ましい。

図１９（ｂ）は、液体吐出ユニット１０に吐出動作を行わせながらその温度を所定の範囲に維持するための制御方法の例を示す図である。図において、横軸は時間、縦軸は液体吐出ユニット１０の温度を示している。

制御方法１は、最大駆動周波数で吐出動作を行う期間と、吐出動作を行わない期間とを交互に繰り返す方法である。ここで、最大駆動周波数とは、液体吐出ユニット１０が正常な吐出動作を行うことができる条件のもと、ヒータ２０８を駆動することが可能な最大の周波数を示す。図において、期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５は最大駆動周波数で吐出動作を行う期間を示し、期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６は駆動を停止している期間を示している。

期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５では、複数のヒータ２０８に対し繰り返し電圧が印加されるため、液体吐出ユニット１０の温度はＴ１からＴ３まで上昇している。期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６では、ヒータに対する電圧の印加が停止されるため、液体吐出ユニット１０の温度はＴ３からＴ１まで下降している。このように、制御方法１では、液体吐出ユニット１０を駆動する期間と駆動を停止する期間を所定の間隔で繰り返すことにより、液体吐出ユニット１０の温度を所望の範囲（Ｔ１～Ｔ３）に保ち、ＵＦＢ含有量が多い液体を効率的に製造することができる。

図２０（ａ）～（ｃ）は、制御方法１を採用する場合の、ＵＦＢ含有液製造装置１におけるＵＦＢ含有液の回収方法および、吐出データを示す図である。図２０（ａ）において、回収可能領域Ｌ１は、キャリッジ９０の走査領域Ｌ０のうち、全ノズル列１２に対向可能な領域を示している。また、回収可能領域Ｌ１のうち、回収容器３０を設置して実際に液体を回収する領域を回収領域Ｌ２、それ以外の領域を非回収領域Ｌ３として示している。

制御方法１を採用する場合、ＣＰＵ３１１は、キャリッジ９０を走査領域Ｌ０の全域でＸ方向に往復移動させつつ、回収容器３０が設置されている回収領域Ｌ２のみで液体吐出ユニットに吐出動作を行わせる。これにより、キャリッジ９０が回収領域Ｌ２を移動する期間が図１９（ｂ）の期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５に対応し、キャリッジ９０が非回収領域Ｌ３を移動する期間が図１９（ｂ）の期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６に対応することになる。

図２０（ｂ）および（ｃ）は、制御方法１で使用する吐出データを示している。図において、Ｘ方向はキャリッジ９０の移動方向に相当し、Ｙ方向は主走査の回数に相当する。図１８（ａ）および（ｂ）のように撥水性のシート３４を回収手段として用いた場合は、シート３４の搬送方向がＹ方向に相当する。図２０（ｂ）および（ｃ）において、黒で示す領域は吐出（１）を示すデータが配列する領域、白で示す領域は非吐出（０）を示すデータが配列する領域を示している。

ここで、図２０（ｂ）は回収領域Ｌ２が回収可能領域Ｌ１の１／２である場合、図２０（ｃ）は回収領域Ｌ２が回収可能領域Ｌ１の１／４である場合をそれぞれ示している。Ｌ２がＬ１に比べて小さいほど、期間Ｐ１、Ｐ３、Ｐ５は短くなり、液体吐出ユニット１０の温度上昇は低く抑えられる。図２０（ｂ）や（ｃ）に示すような２値の吐出データに基づいて吐出動作を行えば、液体吐出ユニット１０の温度は図１９（ｂ）の制御方法１に示すように変動し、回収容器３０では純度の高いＵＦＢ含有液を回収することができる。

図１９（ｂ）に戻る。制御方法２は、最大駆動周波数よりも低い周波数で液体吐出ユニット１０を持続的に駆動した場合の温度変化を示している。比較的低い周波数で液体吐出ユニット１０を駆動すれば、制御方法１のように駆動期間と非駆動期間を設けなくても液体吐出ユニット１０の温度を一定に保ち、ＵＦＢ含有量が多い液体を持続的に製造することができる。制御方法２を採用する場合、ＣＰＵ３１１は、キャリッジ９０の走査領域Ｌ０の全域において、制御方法１よりも低い周波数で液体吐出ユニット１０に吐出動作を行わせることになる。

図２１（ａ）および（ｂ）は、制御方法２で使用する吐出データの例を図２０（ｂ）および（ｃ）と同様に示す図である。吐出（１）を示すデータはデータ領域の全域に存在するが、図２０（ａ）および（ｂ）に比べ、吐出（１）を示すデータの配列密度（吐出デューティ）は低く抑えられている。ＵＦＢ含有液製造装置１が実現可能な最大の吐出デューティを１００％としたとき、図２１（ａ）は吐出デューティを５０％、同図（ｂ）は２５％にした状態を示している。

図２２（ａ）～（ｃ）は、吐出デューティを５０％にするための吐出データの配列例（拡大図）を示している。また、図２２（ｄ）～（ｆ）は、吐出デューティを２５％にするための吐出データの配列例（拡大図）を示している。図２２（ａ）および（ｄ）は、吐出口列１２に含まれる全吐出口において、吐出と非吐出を同じタイミングで繰り返すようにした吐出データを示している。図２２（ｂ）および（ｅ）は、Ｙ方向に配列する吐出口列１２において、吐出デューティが１００％である吐出口と、吐出デューティが０％である（吐出動作を行わない）吐出口が、一定の周期で配列するようにした吐出データを示している。図２２（ｃ）および（ｆ）は、全ての吐出口の吐出デューティを一律（５０％または２５％）にしながら、隣接する吐出口は同時に吐出しないようにした吐出データを示している。いずれの吐出データであっても、液体吐出ユニット１０全体の吐出デューティは１００％よりも低く抑えられ、その温度を好適な範囲に維持することができる。

すなわち、図２２（ａ）～（ｃ）に示すような２値の吐出データに基づいて吐出動作を行えば、液体吐出ユニット１０の温度を図１９（ｂ）の制御方法２の様に変化させながら純度の高いＵＦＢ含有液を回収することができる。

なお、液体吐出ユニット１０の温度は、その駆動周波数だけで無く、装置１が置かれた環境温度などにも影響を受ける。このため、制御方法１や制御方法２を一律なやり方で採用しても、図１９（ｂ）で示すような温度変動が得られない場合もある。このような場合には、液体吐出ユニット１０の温度を検出するための温度検出手段を設け、その検出結果に基づいてヒータ２０８の駆動期間や駆動周波数を変更することが好ましい。例えば制御方法１を採用する場合は、ヒータ２０８を駆動する期間Ｐ１，Ｐ３、Ｐ５とヒータ２０８を駆動しない期間Ｐ２、Ｐ４、Ｐ６を調製すれば、液体吐出ユニット１０の温度を好適な範囲に維持することができる。また、制御方法２を採用する場合は、液体吐出ユニットの周波数が適切な値に維持されるように、図２２（ａ）～（ｆ）に示す吐出データの配列を調整すれば良い。

（第３の実施形態）
図２３（ａ）および（ｂ）は、第３の実施形態で使用する液体吐出ユニット１０とこれを搭載するＵＦＢ含有液製造装置１の内部構成を示す図である。図２３（ａ）に示すように、本実施形態の液体吐出ユニット１０は、第１の実施形態で説明したノズル列１２を更にＸ方向に複数配列させて構成され、Ｘ方向の長さはＹ方向に搬送されるシート３４の幅に相当する。そして、このような液体吐出ユニット１０を更に４つ用意し、これらを図２３（ｂ）に示すような状態でY方向に配置する。この際、液体吐出ユニット１０に供給する液体は、上記実施形態のように個々の液体吐出ユニット１０に搭載されても良いが、不図示のチューブを介して個々の液体吐出ユニット１０に供給しても良い。

撥水性のシート３４は、搬送ローラ１３０によってＹ方向に所定の速度で連続搬送され、４つの液体吐出ユニット１０は、一定の周波数でシート３４に向けて液滴を吐出する。この際、個々の液体吐出ユニット１０の吐出データとしては、図２２（ｃ）や（ｆ）のように分散性の高い状態のものが好ましい。

このような本実施形態によれば、純度の高いＵＦＢ含有液を、第２の実施形態よりも更に短時間に多量に製造することができる。

なお、本実施形態におけるシート３４については、そこに付与されたＵＦＢ含有液を確実に回収することができれば、カットシートでも良いし連続シートでもよい。また、図では回収手段としてシート３４を用いる形態を示しているが、本実施形態においても、液体吐出ユニット１０の下方に回収容器３０を設けるなど、第１、第２の実施形態と同様に様々な変形例を採用することができる。

（その他の実施形態）
ＵＦＢ含有液製造装置１には、回収容器３０に貯留された液体の量や液体におけるＵＦＢの含有率を計測可能なＵＦＢ計測ユニットを備えてもよい。ＵＦＢ含有率の計測方法は特に限定されるものではないが、例えば回収容器内に半導体レーザを照射し、散乱した光の様子から計測したり、粒子トラッキング解析法を採用したりすることができる。

図２４は、ＵＦＢ計測ユニットを備えたＵＦＢ含有液製造装置１における制御の構成を説明するためのブロック図である。上記実施形態と異なる点は、ＵＦＢ含有液製造装置１にＵＦＢ計測ユニットを制御するためのＵＦＢ計測コントローラ３１９が備えられていることである。ＵＦＢ計測コントローラ３１９は、ＣＰＵ３１１の指示のもと、不図示のＵＦＢ計測ユニットを制御し、回収容器３０に貯留されている液体の量、およびＵＦＢ含有濃度や粒子径の分布などを検出し、得られた情報をＣＰＵ３１１に提供する。

例えば、所定量のＵＦＢ含有液が確認された場合、ＣＰＵ３１１は液体吐出ユニット１０の吐出動作を完了させるようにしてもよい。また、検出されたＵＦＢ含有率が所定値よりも低い場合は、図９（ａ）や（ｂ）に示す循環システム６０を利用して、回収したＵＦＢ含有液を再びタンク２０に戻したり、タンク２０の交換をユーザに促したりしてもよい。反対に、検出されたＵＦＢ含有率が所定値よりも多い場合は、変形例４で説明した図１０（ａ）や（ｂ）のように、回収容器３０に希釈液を追加してもよい。また、ＣＰＵ３１１は特別な処理を行わず、ＵＦＢ計測ユニットから得られた情報をそのままホストＰＣ３００に送り、ホストＰＣ３００のＣＰＵ３０１が、ディスプレイＩ／Ｆ３０６を介して取得した情報をユーザに提示しても良い。更に、ホストＰＣ３００のＣＰＵ３０１は、得られた情報すなわち回収容器３０に収容されている液体のＵＦＢの含有状態に基づいて、液体吐出ユニット１０に送信するための吐出データを新たに生成するようにしてもよい。このように、ＵＦＢ計測ユニットを備えれば、ＵＦＢ含有液を製造時の段階で所望の状態に調製することができる。

なお、以上では、ホストＰＣ３００がＵＦＢ含有液製造装置１を制御する形態で説明した。具体的には、ホストＰＣ３００がＵＦＢ含有液製造装置１の状態を確認したり、液体吐出ユニット１０を駆動するためのデータを生成したり、メンテナンス処理を実行させたりした。しかしながら、本発明はこのような形態に限定されるものではない。ＵＦＢ含有液製造装置１自体に上述したホストＰＣ３００の機能を含ませ、ＵＦＢ含有液製造装置１に設けられたユーザインターフェースを介して、ユーザがＵＦＢ含有液製造装置１を操作してもよい。また、ＵＦＢ含有液製造装置１のＣＰＵ３１１が、以上の実施形態で説明した様々な制御を、ＲＯＭに記憶されたプログラムに従って実行する形態であっても良い。

１ ウルトラファインバブル含有液製造装置
１０ 液体吐出ユニット
１１ 吐出口
１４ 流路
３０ 回収容器
２０８ エネルギ発生素子
３１５ 吐出コントローラ
３１１ ＣＰＵ

Claims (24)

1. 熱エネルギ発生素子と、前記熱エネルギ発生素子に液体を導く流路と、前記熱エネルギ発生素子を駆動して前記流路に導かれた液体中に膜沸騰を起こす駆動手段と、前記膜沸騰によって生成されたウルトラファインバブルを含む液体を吐出させる吐出口と、を有する液体吐出ユニットと、
   前記吐出口から吐出された液体を回収し、液体を回収した後で密閉される回収手段と、
   を備えることを特徴とするウルトラファインバブル含有液の製造装置。
2. 前記液体吐出ユニットには、前記吐出口が所定の方向に配列されて成る吐出口列が、前記所定の方向と交差する方向に複数配列されており、
   前記液体吐出ユニットの前記複数の吐出口列に対し個別に液体を供給するためのタンクを備えることを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
3. 前記液体吐出ユニットを往復移動させる移動手段を備え、
   前記駆動手段は、前記移動手段が前記液体吐出ユニットを移動させる過程で前記熱エネルギ発生素子を駆動することを特徴とする請求項１または２に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
4. 前記駆動手段は、前記液体吐出ユニットが前記回収手段に対向する位置で前記熱エネルギ発生素子を駆動することを特徴とする請求項３に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
5. 前記液体吐出ユニットに含まれる液体を前記吐出口より強制的に吸引する吸引手段を備え、
   前記回収手段と前記吸引手段は、前記液体吐出ユニットが移動可能な領域の異なる位置に設置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
6. 前記吸引手段が吸引した液体を回収する第２の回収手段を備えることを特徴とする請求項５に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
7. 前記回収手段は、前記吐出口から吐出された液体および前記吸引手段が吸引した液体を回収することを特徴とする請求項５に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
8. 前記駆動手段は、前記液体吐出ユニットの温度が所定の範囲に含まれるように、前記熱エネルギ発生素子を前記所定の周波数で駆動する期間と前記熱エネルギ発生素子を駆動しない期間を交互に繰り返すことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
9. 前記駆動手段は、前記液体吐出ユニットの温度が所定の範囲に含まれるように、前記液体吐出ユニットが正常な吐出動作を行うことができる最大の周波数よりも低い周波数で、前記熱エネルギ発生素子を持続的に駆動することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
10. 前記吐出口より吐出される液体は、前記膜沸騰によって生成された気泡の成長に伴って前記吐出口に移動した液体が分断されて吐出されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
11. 前記吐出口より吐出される液体は、前記膜沸騰によって生成された気泡の成長に伴って前記吐出口に移動した液体が、前記気泡が大気に連通することによって吐出されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
12. 前記回収手段は、前記吐出口に対向する開口を有する回収容器であることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
13. 前記駆動手段は、前記液体吐出ユニットの前記吐出口を液体に浸した状態で、前記熱エネルギ発生素子を駆動することを特徴とする請求項１２に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
14. 前記回収手段は、前記液体吐出ユニットの前記吐出口が配列する吐出口面に密着するキャップと、前記ウルトラファインバブルを含む液体を回収する回収容器と、前記キャップから前記回収容器に液体を導く部材とを有することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
15. 前記回収手段に回収された液体を希釈する手段を備えることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
16. 前記液体吐出ユニットに供給される前の液体に当該液体を改質するための改質剤を付与する手段を備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
17. 前記改質剤は、前記熱エネルギ発生素子の駆動に伴う膜沸騰によって生成されるウルトラファインバブルに含ませるための所定の気体成分または前記所定の気体成分を含んだマイクロバブルを含有する液体であることを特徴とする請求項１６に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
18. 前記改質剤は、前記回収手段に回収された液体から所定の気体成分を脱気するための成分を含んでいることを特徴とする請求項１６に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
19. 前記液体吐出ユニットよりも上流の位置または前記液体吐出ユニットと前記回収手段の間の位置の少なくとも一方にフィルタを備えることを特徴とする請求項１から１８のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
20. 前記液体吐出ユニットと前記回収手段が置かれた環境の温度と湿度を制御するための温湿度制御機構を備えることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
21. 前記回収手段に回収した液体を再び前記液体吐出ユニットに供給する手段を備えることを特徴とする請求項１から２０のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
22. 前記回収手段に回収された液体の量および当該液体に含まれるウルトラファインバブルの含有率を計測する計測手段と、
    前記計測手段が計測した結果に基づいて前記回収手段に回収される液体を調整する手段、または前記計測手段が計測した結果をユーザに提示する手段の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１から２１のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル含有液の製造装置。
23. 熱エネルギ発生素子を駆動して液体中に膜沸騰を起こすことにより、前記膜沸騰によって生成されたウルトラファインバブルを含む液体を吐出口から吐出させる吐出工程と、
    前記吐出口から吐出された液体を回収手段で回収する回収工程と、
    前記液体を回収した前記回収手段を密閉する密閉工程と、
    を有することを特徴とするウルトラファインバブル含有液の製造方法。
24. 液体中に設けられる熱エネルギ発生素子を駆動して当該熱エネルギ発生素子の表面を３００℃以上に加熱し、熱エネルギ発生素子の表面に気泡を発生させることにより生成されたウルトラファインバブルを含む液体を吐出口から吐出させる吐出工程と、
    前記吐出口から吐出された液体を回収手段で回収する回収工程と、
    前記液体を回収した前記回収手段を密閉する密閉工程と、
    を有することを特徴とするウルトラファインバブル含有液の製造方法。

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