(57)【要約】【課題】液中のバブルをより効率的に分割して超微細バブルを生成することのできる超微細バブル生成機構を提供することである。【解決手段】バブル含有液が圧送される複数の管体１５３、１５４と、その複数の管体１５３、１５４に結合され、その複数の管体１５３、１５４にて圧送されるバブル含有液を衝突させて出力する衝突部１５５とを有し、複数の管体１５３、１５４にて圧送されるバブル含有液が衝突することによって液中のバブルが更に細かく分割されるように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バブル含有液が圧送される複数の管体と、
前記複数の管体に結合され、前記複数の管体にて圧送されるバブル含有液を衝突させて出力する衝突部とを有するバブル生成機構。
【請求項２】
前記複数の管体のそれぞれは、前記バブル含有液が旋回しつつ圧送される構造を有する請求項１記載のバブル生成機構。
【請求項３】
前記複数の管体のそれぞれは、円筒状の形状を有し、内壁に沿って前記バブル含有液を導入する導入部を有する請求項２記載のバブル生成機構。
【請求項４】
前記複数の管体は、一直線状に配置される第１の管体と第２の管体とを含む請求項１乃至３のいずれかに記載のバブル生成機構。
【請求項５】
前記第１の管体は第１バブル含有液が旋回しつつ圧送される構造を有し、
前記第２の管体は、前記衝突部にて、前記第１の管体からの前記第１バブル含有液に対してその旋回方向と逆方向にて旋回する第２バブル含有液が衝突するように、当該第２バブル含有液が旋回しつつ圧送される構造を有する請求項４記載のバブル生成機構。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のバブル生成機構と、
バブル含有液を前記バブル生成機構における前記複数の管体のそれぞれに加圧供給する加圧供給機構と、
前記バブル生成機構における前記衝突部により得られるバブル含有液体を被処理物の表面に与える機構とを有する処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サイズが小さくなるに従っていわゆるマイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブルと呼ばれる極めて微細なバブルを液体中に生成するのに適したバブル生成機構及びそれを用いた処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、長時間水中に留まり得ると共に溶解度の高い超小径の超微細気泡を発生させる超微細気泡発生装置が提案されている（特許文献１）。この超微細気泡発生装置では、圧送される液体（水）中に気体を噴射することで微細気泡をその液体に含ませ、微細気泡を含んだ液体が徐々に広がる流体誘導面部を有する縮流ノズルを圧送される際に液体中の微細気泡が潰れて平面的に広がった後に表面張力によって小さく分裂して更に細かい超微細気泡となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開第２００３−２４５５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、近年、これらの超微細気泡（超微細バブル）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。超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超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とされている。このように超微細バブルを含む液体を物体表面の処理に用いる場合、その液中に含まれる超微細バブルの総表面積が大きいほど洗浄効果や酸化作用が大きい。液中に含まれるバブルの総表面積の増加度合いは、図５に示すように、もとのバブルの分割数の１／３乗に比例することから、より効率的に微細バブルを分割できるようにすることが望まれる。
【０００５】
しかし、前述した超微細気泡発生装置では、微細気泡を含んだ液体が縮流ノズルを圧送される際にその液中の微細気泡が潰れて平面的に広がった後に、外部からの作用が無く自然に表面張力によって小さく分裂するようになるので、効率的な微細バブルの分割を期待することが難しい。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液中のバブルをより効率的に分割して超微細バブルを生成することのできるバブル生成機構を提供し、そのバブル生成機構を用いた処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るバブル生成機構は、バブル含有液が圧送される複数の管体と、前記複数の管体に結合され、前記複数の管体にて圧送されるバブル含有液を衝突させて出力する衝突部とを有する構成となる。
【０００８】
このような構成により、複数の管体を圧送されるバブル含有液が衝突部にて衝突するようになるので、その衝突のエネルギーによって液中のバブルが更に細分割され、より微細なバブルが生成されるようになる。
【０００９】
本発明に係る超微細バブル生成機構において、前記複数の管体のそれぞれは、前記バブル含有液が旋回しつつ圧送される構造を有する構成とすることができる。
【００１０】
このような構成により、複数の管体のそれぞれを圧送されるバブル含有液が旋回する際に、管体の内壁に近い部分とその中心に近い部分とで流速が異なるようになり、それによって管体の中心部分と内壁近傍部分とで圧力に偏りが生ずる。この圧力の偏りによってバブル含有液に溶融する気体が微細なバブルとして発生し得るようになるので、より多くのバブルを分割することができるようなり、結果として、液中により多くの微細なバブルを生成することができるようになる。
【００１１】
また、本発明に係る超微細バブル生成機構において、前記複数の管体のそれぞれは、円筒状の形状を有し、内壁に沿って前記バブル含有液を導入する導入部を有する構成とすることができる。
【００１２】
このような構成により、円筒状の形状を有する各管体の内壁に沿うようにバブル含有液が導入されるので、管体に導入されたバブル含有液はそのまま内壁に沿って旋回できるようになる。
【００１３】
また、本発明に係る微細バブル発生機構において、前記複数の管体は、一直線状に配置される第１の管体と第２の管体とを含む構成とすることができる。
【００１４】
このような構成により、第１の管体を圧送されるバブル含有液と第２の管体を圧送されるバブル含有液とが衝突部において正面から衝突するようになるので、一方のバブル含有液の圧送にともなうエネルギーを他方のバブル含有液におけるバブルの分割に有効に利用することができるようになる。
【００１５】
更に、本発明に係る微細バブル発生機構において、前記第１の管体は第１バブル含有液が旋回しつつ圧送される構造を有し、前記第２の管体は、前記衝突部にて、前記第１の管体からの前記第１バブル含有液に対してその旋回方向と逆方向にて旋回する第２バブル含有液が衝突するように、当該第２バブル含有液が旋回しつつ圧送される構造を有する構成とすることができる。
【００１６】
このような構成により、第１の管体を圧送される第１バブル含有液と、第２の管体を圧送される第２バブル含有液とが、衝突部において、相互に反対方向に旋回しつつ正面から衝突するようになるので、バブル含有液の圧送にともなうエネルギーをバブルの分割に更に有効に利用することができるようになる。
【００１７】
本発明に係る処理装置は、上述したいずれかのバブル生成機構と、バブル含有液を前記バブル生成機構における前記複数の管体のそれぞれに加圧供給する加圧供給機構と、前記バブル生成機構における前記衝突部により得られるバブル含有液体を被処理物の表面に与える機構とを有する構成となる。
【００１８】
このような構成により、バブル生成機構における複数の管体にバブル含有液が加圧供給されると、バブル含有液が複数の管体を圧送され、その複数の管体を圧送されるバブル含有液が衝突部において衝突し、その衝突のエネルギーによって液中のバブルが更に細分割される。そして、バブルの細分割にて更に細かくなったバブルを含む液体となるバブル含有液が被処理物の表面に与えられ、当該表面が前記バブル含有液により処理される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るバブル生成機構によれば、複数の管体のそれぞれを圧送されるバブル含有液中のバブルは、他方向からのバブル含有液の衝突による外部からのエネルギーが加えられて細分割されるようになるので、液中のバブルをその外部からのエネルギーによってより効率的に分割してより微細なバブルを生成することのできるようになる。
【００２０】
また、本発明に係る処理装置によれば、そのようなバブル生成機構によりより微細なバブルの生成されたバブル含有液により被処理物の表面を処理することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る処理装置である基板洗浄装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す基板洗浄装置に用いられるバブル生成機構を示す斜視図である。
【図３】図１に示すバブル生成機構における第１の管体のＡ−Ａを通る面での断面を表す断面図である。
【図４】バブル生成機構の他の構成例を示す図である。
【図５】液中のバブルの分割数とその液中におけるバブルの総面積比との関係を示す相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
本発明の実施の一形態に係る処理装置である基板洗浄装置は、図１に示すように構成される。この基板洗浄装置は、例えば、微細なバブルを含む洗浄液にて液晶表示器に用いられるガラス基板の表面を洗浄するものである。
【００２４】
図１において、洗浄液Ｗ（例えば、純水）が貯留された貯液槽１１の排出口に送通管１２の一方の端部が接続され、送通管１２の他方の端部がポンプ１４の入力口に接続されている。送通管１２のポンプ１４にいたるまでの所定部位にガス供給部１３からの気体（例えば、窒素ガス）が噴射供給される。ポンプ１４の出力口に接続される送通管は、第１分岐管１５ａと第２分岐管１５ｂとに分岐している。これら第１分岐管１５ａと第２分岐管１５ｂとは、バブル生成機構２０に接続されている。バブル生成機構２０の詳細な構造については後述するが、バブル生成機構２０から延びる送通管１６は、開閉弁１８ａを介してノズルヘッド３０に接続さされている。ノズルヘッド３０には複数のノズルが形成されており、被洗浄物（被処理物）であるガラス基板１００がノズルヘッド３０の複数のノズルに対向するように配置されている。ガラス基板１００は、ノズルヘッド３０に対向して設置されるターンテーブル上に載置されても、搬送機構によってノズルヘッド３０の下方を所定の速度で移動するものであってもよい。また、バブル生成機構２０から延びる送通管１６の開閉弁１８aの手前かから分岐するバイパス送通管１７は開閉弁１８ｂを介して貯液槽１１まで延びている。
【００２５】
図１とともに図２及び図３を参照してバブル生成機構２０の詳細な構造について説明する。
【００２６】
バブル生成機構２０は、円筒形状の第１の管体２１と第２の管体２２とが一直線上に配置され、それら第１の管体２１と第２の管体２２とが衝突管２５（衝突部）にて連結された構造となっている。第１の管体２１には、その衝突管２５側と逆側の円筒外壁部分から突出するように導入管２３が設けられている。導入管２３は、図３に示すように、第１の管体２１の中心Ｏを通る平面Ｐｏと平行な当該第１の管体２１の外壁周面に接する面Ｐ１に沿って延びている。また、第２の管体２２には、第１の管体２１と同様に、その衝突管２５側と逆側の円筒外壁部分から突出するように導入管２４が設けられている。導入管２４は、図３に示すように、第１の管体２１の中心Ｏ、即ち、第２の管体２２の中心を通る平面Ｐｏに対して、第１の管体２１に設けられた導入管２３と対称となるように配置されている。第１の管体２１と第２の管体２２とを連結する衝突管２５は、第１の管体２１及び第２の管体２２に連通した円筒形状の管体であって、その延びる方向に直交するように出口管２６が設けられている。
【００２７】
第１の管体２１に設けられた導入管２３には、ポンプ１４から延びて分岐された第１分岐管１５ａが接続され、ポンプ１４によって第１分岐管１５ａを通って加圧供給されるバブル含有洗浄液Ｗが導入管２３から第１の管体２１内に導入される。また、第２の管体２２に設けられた導入管２４には、ポンプ１４から延びて分岐された第２分岐管１５ｂが接続され、ポンプ１４によって第２分岐管１５ｂを通って加圧供給されるバブル含有洗浄液Ｗが導入管２４から第２の管体２２内に導入される。衝突管２５に設けられた出口管２６はノズルヘッド３０に続く送通管１６に接続されており、衝突管２５から出口管２６を通って出てきたバブル含有洗浄液Ｗが送通管１６を通ってノズルヘッド３０に供給されるようになっている。
【００２８】
次に、前述した構造の基板洗浄装置の動作について説明する。
【００２９】
まず、バブル生成機構２０からノズルヘッド３０に延びる送通管１６に設けられた開閉弁１８ａが閉鎖されるとともに、バイパス送通管１７に設けられた開閉弁１８ｂが開放される。この状態で、ポンプ１４を駆動することにより、貯液槽１１からの洗浄液Ｗが送通管１２を通ってポンプ１４の入力口に向かって流れる。その過程で、ガス供給部１３からの気体が送通管１２内の洗浄液Ｗに噴射供給され、送通管１２を流れる洗浄液Ｗは、微細なバブルが混合されたバブル含有洗浄液Ｗとなってポンプ１４に引き込まれていく。そして、ポンプ１４から出たバブル含有洗浄液Ｗが、第１分岐管１５ａを通ってバブル生成機構２０の第１の管体２１に加圧供給されるとともに、第２分岐管１５ｂを通ってバブル生成機構２０の第２の管体２２に加圧供給される。
【００３０】
バブル発生機構２０の第１の管体２１に加圧供給されるバブル含有洗浄液Ｗは、図３に示すように、導入管２３を通って第１の管体２１内に導入される。このとき、導入管２３が第１の管体２１の外壁周面に接する面Ｐ１に沿って延びていることから、バブル含有洗浄液Ｗは、その導入管２３から円筒形状となる第１の管体２１の内壁に沿って導入される。その内壁に沿って第１の管体２１に導入されたバブル含有洗浄液Ｗは、旋回しつつ（図３における渦巻き状矢印参照）当該第１の管体２１内を衝突管２５に向かって圧送される。また、バブル発生機構２０の第２の管体２２に加圧供給されるバブル含有洗浄液Ｗも、第１の管体２２に加圧供給されるバブル含有洗浄液Ｗと同様に、旋回しつつ衝突管２５に向かって圧送される。
【００３１】
第１の管体２１を圧送されるバブル含有洗浄液Ｗ（第１バブル含有洗浄液）の圧送方向に対する旋回方向と、第２の管体２２を圧送されるバブル含有洗浄液Ｗ（第２バブル含有洗浄液）の圧送方向に対する旋回方向とは同じである。しかし、圧送方向がそれぞれ逆であることから、第１の管体２１を旋回しつつ圧送されるバブル含有洗浄液Ｗと第２の管体２２を旋回しつつ圧送されるバブル含有洗浄液Ｗとは、衝突管２５において、相互に反対方向に旋回するバブル含有洗浄液Ｗとなって正面から衝突する。この衝突のエネルギーによって衝突管２５内のバブル含有洗浄液Ｗ中のバブルが細分割され、より微細なバブルが生成される。
【００３２】
また、第１の管体２１及び第２の管体２２のそれぞれにおいて、図３に示すように、バブル含有洗浄液Ｗが旋回すると、その中心領域Ｅｉよりその周辺領域Ｅｏでの流速が大きくなる。そのため、周辺領域Ｅｏでの液圧が中心領域Ｅｉでの液圧より低下し、その結果、周辺領域Ｅｏにおいてバブル含有洗浄液Ｗに溶融していた気体が微細なバブルとなって現れてくる。従って、バブル含有洗浄液Ｗが第１の管体２１及び第２の管体２２のそれぞれを旋回しつつ圧送される際にその液中に微細なバブルが次第に増大してゆき、衝突管２５においてより多くの微細なバブルが分割され、結果として、衝突管２５から出力されるバブル含有洗浄液Ｗにはより多くの微細なバブルが含まれるようになる。
【００３３】
衝突管２５から出口管２６を通して出てくるバブル含有洗浄液Ｗは送通管１６からバイパス送通管１７を通して貯液槽１１に戻される。そして、貯液槽１１内のバブル含有洗浄液Ｗが送通管１２からバブル生成機構２０、送通管１６、バイパス送通管１７及び貯液槽１１を循環する過程で、バブル発生機構２０において、前述したようにバブル含有洗浄液Ｗ中のバブルが繰り返し分割されてゆき、極めて微細なバブル（サイズが小さくなるの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）となっていく。
【００３４】
そして、適当なタイミングでバイパス送通管１７に設けられた開閉弁１８ｂを閉鎖するとともに、送通管１６に設けられた開閉弁１８ａを開放すると、バブル生成機構２０からの極めて細かいバブルを含有するバブル含有洗浄液Ｗが送通管１６を通してノズルヘッド３０に供給される。そして、そのバブル含有洗浄液Ｗがノズルヘッド３０の各ノズルからガラス基板１００に向けて噴出される。これにより、ガラス基板１００の表面がバブル含有洗浄液Ｗによって洗浄される。
【００３５】
前述したような基板洗浄装置におけるバブル生成機構２０によれば、第１の管体２１及び第２の管体２２のそれぞれを圧送されるバブル含有洗浄液Ｗのバブルが、他方向からのバブル含有洗浄液Ｗの衝突による外部からのエネルギーが加えられて細分割されるようになるので、洗浄液Ｗ中のバブルを外部からのエネルギーによってより効率的に分割してより微細なバブルを当該洗浄液Ｗ中に生成することができるようになる。そして、バブル含有洗浄液Ｗを繰り返しバブル生成機構２０に通すことで、バブル含有洗浄液Ｗ中により多くの、かつ、極めて微細なバブルが含有されるようになる。
【００３６】
このようなバブル生成機構２０を有する基板洗浄装置によれば、より多くの、かつ、極めて微細なバブルを含有して高い洗浄効果及び酸化作用を期待することのできるバブル洗浄液Ｗにてガラス基板１００の表面を洗浄することができるようになる。
【００３７】
前述した例では、バブル生成機構２０が一直線上に配置される２つの管体（第１の管体２１、第２の管体２２）を有するものであったが、その２つの管体は、一直線上になくてもよい。ただし、２方向からのバブル含有洗浄液Ｗの衝突によって発生するエネルギーがより大きくなるという観点からは、２つの管体を一直線上に配置して、２方向からのバブル含有洗浄液Ｗが正面から衝突するように構成することが好ましい。
【００３８】
また、バブル発生機構２０は、３つ以上の管体が衝突管２５に接合するように構成することもできる。この場合、３つ以上の方向からのバブル含有洗浄液Ｗが衝突管２５において衝突するようになる。更に、図４に示すように、前述したバブル発生機構２０と同じ構造の複数のバブル発生機構２０ａ、２０ｂ、２０ｃを連結するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上、説明したように、本発明に係るバブル生成機構は、液中のバブルをより効率的に分割して超微細バブルを生成することのできるという効果を有し、いわゆる、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極めて微細なバブルを液体中に生成するバブル生成機構として有用である。
【００４０】
また、そのようなバブル生成機構を用いた本発明に係る処理装置は、極めて微細なバブルを含んで高い洗浄効果や酸化作用を期待することのできるバブル含有液にて被処理物を処理することができるので、洗浄装置等の処理装置として有用である。
【符号の説明】
【００４１】
１１  貯液槽
１２  送通管
１３  ガス供給部
１４  ポンプ
１５ａ  第１分岐管
１５ｂ  第２分岐管
１６  送通管
１７  バイパス送通管
１８ａ、１８ｂ  開閉弁
２０  バブル生成機構
２１  第１の管体
２２  第２の管体
２３、２４  導入管
２５  衝突管
２６  出口管
３０  ノズルヘッド
１００  ガラス基板（被処理物）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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