(57)【要約】【課題】これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する洗浄液を提供する。【解決手段】洗浄液は、第１微細気泡群１５ａを含む静的液体２１と、第１微細気泡群１５ａの平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第２微細気泡群１５ｂを含み、室温よりも高い温度を有して、静的液体２１中に保持される対象物Ｗに向かって噴き出される動的液体２２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１微細気泡群を含む静的液体と、
前記第１微細気泡群の平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第２微細気泡群を含み、室温よりも高い温度を有して、前記静的液体中に保持される対象物に向かって噴き出される動的液体と、
を有することを特徴とする洗浄液。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄液において、前記動的液体の温度は前記静的液体の温度よりも高いことを特徴とする洗浄液。
【請求項３】
請求項２に記載の洗浄液において、
前記静的液体は、前記第１微細気泡群の平均気泡径から相違する平均気泡径を有する第３微細気泡群をさらに含み、
前記動的液体は、前記第３微細気泡群の平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第４微細気泡群をさらに含む
ことを特徴とする洗浄液。
【請求項４】
請求項３に記載の洗浄液において、前記第１微細気泡群および前記第２微細気泡群の平均気泡径は１００ｎｍ未満であって、前記第３微細気泡群および前記第４微細気泡群の平均気泡径は１００ｎｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする洗浄液。
【請求項５】
請求項４に記載の洗浄液において、前記動的液体中の単位体積あたりで前記第２微細気泡群の気泡数は全気泡数の５０％以上であることを特徴とする洗浄液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に微細気泡群を含有する洗浄液に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は洗浄液を開示する。洗浄液は、液体に飽和溶解濃度で溶解したナノサイズの気泡を含有する。特許文献１は洗浄効果の向上にあたって液体分子の水素結合の距離に着目する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−８８９７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、その他、気泡を崩壊させる外力に着目する。そうした外力には、圧力変化や温度変化、衝撃波、超音波、赤外線、振動が含まれる。気泡の崩壊は洗浄力の向上に貢献すると考えられる。
【０００５】
本発明は、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する洗浄液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１側面によれば、第１微細気泡群を含む静的液体と、前記第１微細気泡群の平均気泡径に等しい平均気泡径を有する第２微細気泡群を含み、室温よりも高い温度を有して、前記静的液体中に保持される対象物に向かって噴き出される動的液体とを有する洗浄液が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
第１側面によれば、動的液体が対象物に衝突すると、対象物（物体）の表面に固着する物質（例えば汚染体）と物体の表面との境界（界面の輪郭）に第２微細気泡群が作用する。動的液体は室温時よりも高いエネルギーを有することから、第２微細気泡群は効果的に界面で剥離を引き起こす。剥離の進行に伴って輪郭から内側に気体は進入していく。こうして物質は物体の表面から剥離する。物質は物体から分離される。こうした第２微細気泡群を含有する状態で動的液体は噴き出されることから、静的液体中で作り出される動的液体の流れに向かって微細気泡を吹き込む場合に比べて、動的液体は確実に規定量の第２微細気泡群を含有することができる。洗浄液は、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る洗浄液製造装置の全体像を示す概念図である。
【図２】分布を示すグラフである。
【図３】温度条件および平均気泡径と、残留する切粉の重量との関係を示すグラフである。
【図４】温度条件および平均気泡径と、溶剤中に回収された油の濃度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（１）洗浄装置
図１は第実施形態に係る洗浄装置１１の全体像を示す。洗浄装置１１は第１液槽１２ａおよび第２液槽１２ｂを備える。第１液槽１２ａには第１予備洗浄液１３ａが湛えられる。第２液槽１２ｂには第２予備洗浄液１３ｂが湛えられる。第１液槽１２ａおよび第２液槽１２ｂには共通に混合槽１２ｃが接続される。混合槽１２ｃには静的液体２１が湛えられる。静的液体２１は、第１液槽１２ａから導入される第１予備洗浄液１３ａと、第２液槽１２ｂから導入される第２予備洗浄液１３ｂとの混合体である。
【００１１】
第１液槽１２ａには第１気泡発生装置１４が接続される。第１気泡発生装置１４は液体中に開口する供給口１４ａを有する。液体としては、純水のほか、水や有機溶剤を溶媒として電解質、界面活性剤、気体などが溶解している液体が用いられることができる。第１気泡発生装置１４は供給口１４ａから液体中に微細気泡を吹き込む。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブル（＝ウルトラファインバブル）を含む。微細気泡は規定値以下の平均径の気泡の集合体であればよい。気泡の径は供給口１４ａに設置される微細孔の直径に基づき設定されることができる。微細孔の直径は１００ｎｍ未満に設定される。好ましくは、気泡の径は５０ｎｍ以下であるとよい。ここでは、第１気泡発生装置１４は、第１温度の気体で形成され１００ｎｍ未満の平均気泡径を有する第１微細気泡群１５ａを吹き出す。直径１００ｎｍ未満の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０６個以上であることが望まれる。第１微細気泡群１５ａは混合槽１２ｃに流れ込んで静的液体２１中で第２微細気泡群１５ｂを形成する。
【００１２】
第１気泡発生装置１４には気体源１６ａが接続される。気体源１６ａは第１気泡発生装置１４に気体を供給する。気体は空気や窒素、水素などに限られずいかなる種類の気体であってもよい。気体源１６ａには第１温度調整装置１７ａが接続される。第１温度調整装置１７ａは気体源１６ａの気体の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって気体には第１温度調整装置１７ａから熱エネルギーが加えられる（あるいは奪われる）。熱エネルギー（プラスであってもマイナスであっても）はいかなる方法で気体に伝達されてもよい。ここでは、気体源１６ａから第１気泡発生装置１４に第１温度の気体が供給される。
【００１３】
このとき、第１液槽１２ａに温度調整装置が接続されてもよい。第１予備洗浄液１３ａ中の第１微細気泡群１５ａと液体との間で熱エネルギーは平衡化される。個々の微細気泡に含まれる気体の温度は第１予備洗浄液１３ａとして測定される温度に等しいと考えられる。第１予備洗浄液１３ａの温度が調整されることで第１微細気泡群１５ａの温度は設定されることができる。こうして温度調整装置の働きで第１予備洗浄液１３ａの温度は第１温度に維持されればよい。
【００１４】
同様に、第２液槽１２ｂには第２気泡発生装置１８が接続される。第２気泡発生装置１８は液体中に開口する供給口１８ａを有する。液体としては、水や有機溶剤を溶媒として電解質、界面活性剤、気体などが溶解している液体が用いられることができる。第２気泡発生装置１８は供給口１８ａから液体中に微細気泡を吹き込む。微細気泡はマイクロバブルおよびナノバブルを含む。微細気泡は規定値以下の平均径の気泡の集合体であればよい。気泡の径は供給口１８ａに設置される微細孔の直径に基づき設定されることができる。微細孔の直径は１００ｎｍ以上５０μｍ以下に設定される。好ましくは、気泡の径は１０００ｎｍ（＝１μｍ）以下であるとよい。ここでは、第２気泡発生装置１８は、第１温度の気体で形成される第３微細気泡群１５ｃを吹き出す。直径１００ｎｍ以上５０μｍ以下の気泡濃度は１ミリリットル当たり１ｘ１０６個以上であることが望まれる。第３微細気泡群１５ｃは混合槽１２ｃに流れ込んで静的液体２１中で第４微細気泡群１５ｄを形成する。
【００１５】
第２気泡発生装置１８には気体源１６ｂが接続される。気体源１６ｂは第２気泡発生装置１８に気体を供給する。気体は空気や窒素、水素などに限られずいかなる種類の気体であってもよい。気体の種類は第１気泡発生装置１４のそれと同じでもよく相違してもよい。気体源１６ｂには第２温度調整装置１７ｂが接続される。第２温度調整装置１７ｂは気体源１６ｂの気体の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって気体には第２温度調整装置１７ｂから熱エネルギーが加えられる（あるいは奪われる）。熱エネルギー（プラスであってもマイナスであっても）はいかなる方法で気体に伝達されてもよい。ここでは、気体源１６ｂから第２気泡発生装置１８に第１温度の気体が供給される。
【００１６】
このとき、第２液槽１２ｂに温度調整装置が接続されてもよい。第２予備洗浄液１３ｂ中の第３微細気泡群１５ｃと液体との間で熱エネルギーは平衡化される。個々の微細気泡に含まれる気体の温度は第２予備洗浄液１３ｂとして測定される温度に等しいと考えられる。第２予備洗浄液１３ｂの温度が調整されることで第３微細気泡群１５ｃの温度は設定されることができる。こうして温度調整装置の働きで第２予備洗浄液１３ｂの温度は第１温度に維持されればよい。
【００１７】
混合槽１２ｃには液流発生装置１９が接続される。液流発生装置１９は混合槽１２ｃ内の液体（以下「静的液体」という）２１中に開口する供給口１９ａを有する。液流発生装置１９は供給口１９ａから静的液体２１中に液体を流し込む。流速（流量）は３．０〜３０．０Ｌ／ｍｉｎに設定される。こうして静的液体２１中に液流（以下「動的液体」という）２２は生成される。動的液体２２は強制的に静的液体２１との間に相対移動を生み出す液体を含む。そういった強制的な相対移動はインペラーによる噴流といった形で達成されればよい。
【００１８】
液流発生装置１９には液体源２３が接続される。液体源２３は液流発生装置１９に液体を供給する。液体は静的液体２１と同じ液体であればよい。すなわち、液体源２３は混合槽１２ｃ内の静的液体２１を循環させればよい。液体源２３には第３温度調整装置１７ｃが接続される。第３温度調整装置１７ｃは液体源２３の液体の温度を調整する。こうした温度の調整にあたって液体には第３温度調整装置１７ｃから熱エネルギーが加えられる。熱エネルギーはいかなる方法で液体に伝達されてもよい。こうして動的液体２２の温度は室温よりも高い温度に設定される。ここでは、第３温度調整装置１７ｃの働きで動的液体２２の温度は静的液体２１の温度よりも高い第２温度に設定される。
【００１９】
洗浄装置１１は、被洗浄物Ｗを保持する保持具２４を有する。保持具２４には例えばカゴが用いられる。保持具２４は静的液体２１中に浸される。保持具２４の先端に被洗浄物Ｗは固定される。被洗浄物Ｗは静的液体２１中で保持される。液流発生装置１９の供給口１９ａは保持具２４上の被洗浄物Ｗに向けられる。こうして被洗浄物Ｗに向かって液流は生成される。
【００２０】
保持具２４には位置決め機構２５が接続されてもよい。位置決め機構２５は例えば水平面に沿って保持具２４の移動を生み出す駆動力を発揮する。こうした保持具２４の移動に応じて、被洗浄物Ｗ上の目標位置に動的液体２２は向けられることができる。広い範囲で洗浄面の洗浄は実現されることができる。その他、保持具２４の駆動に代えて、固定される保持具２４に対して相対的に混合槽１２ｃが移動してもよい。あるいは、固定される保持具２４および混合槽１２ｃに対して供給口１９ａの向きが変更されてもよい。
【００２１】
洗浄装置１１が作動すると、第１液槽１２ａで、第１温度の気体で形成される第１微細気泡群１５ａを含有する第１予備洗浄液１３ａが生成され、第２液槽１２ｂで、第２温度の気体で形成される第３微細気泡群１５ｃを含有する第２予備洗浄液１３ｂが生成される。第１予備洗浄液１３ａおよび第２予備洗浄液１３ｂが混合槽１２ｃで混合される結果、単一の液体中に、第１径の平均気泡径の気体で形成される第２微細気泡群１５ｂと、第２径の平均気泡径の気体で形成される第４微細気泡群１５ｄとを含有する洗浄液は生成される。第２微細気泡群１５ｂと第４微細気泡群１５ｄとの割合は、混合槽１２ｃに流れ込む第１予備洗浄液１３ａおよび第２予備洗浄液１３ｂの流量に応じて設定されることができる。
【００２２】
混合槽１２ｃには温度調整装置が接続されてもよい。温度調整装置の働きで静的液体２１の温度は調整されることができる。静的液体２１中の第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄと液体との間で熱エネルギーは平衡化される。個々の微細気泡に含まれる気体の温度は静的液体２１として測定される温度に等しいと考えられる。こうして混合槽１２ｃ内で第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄの温度は設定されることができる。
【００２３】
図２に示されるように、第１微細気泡群１５ａおよび第２微細気泡群１５ｂは第１径Ｄ１（＝１００ｎｍ未満）の平均気泡径を有する。第１気泡発生装置１４は最大数［個］で第１径Ｄ１の微細気泡を噴き出す。気泡径が第１径Ｄ１から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量［個］は減少する。すなわち、数量分布は第１径Ｄ１（＝８０ｎｍ）でピークを示す。その一方で、第３微細気泡群１５ｃおよび第４微細気泡群１５ｄは第２径Ｄ２（＝１００ｎｍ以上５０μｍ以下）の平均気泡径を有する。第２気泡発生装置１８は最大数で第２径Ｄ２の微細気泡を噴き出す。気泡径が第２径Ｄ２から増大し、あるいは減少するにつれて、気泡の数量は減少する。すなわち、数量分布は第２径Ｄ２（＝２００ｎｍ）でピークを示す。単位体積当たりで第２微細気泡群１５ｂの気泡数［個］は全気泡数の５０％以上である。単位体積当たりで第４微細気泡群１５ｄの気泡数［個］は全気泡数の５０％以下である。
【００２４】
液流発生装置１９が動作すると、供給口１９ａから被洗浄物Ｗに向かって動的液体２２が形成される。動的液体２２には静的液体２１中の第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄが含有される。第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄは被洗浄物Ｗに衝突する。被洗浄物Ｗの表面と汚染物との境界（界面の輪郭）に第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄが接触する。動的液体２２は室温時よりも高いエネルギーを有することから、第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄは効果的に界面で剥離を引き起こす。剥離の進行に伴って輪郭から内側に微細気泡は進入していく。こうして汚染物は被洗浄物Ｗの表面から剥離する。汚染物は被洗浄物Ｗから分離される。こうした第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄを含有した状態で動的液体２２は液流発生装置１９の供給口１９ａから噴き出されることから、静的液体２１中で作り出される動的液体の流れに向かって微細気泡を吹き込む場合に比べて、動的液体２２は確実に規定量の第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄを含有することができる。洗浄液は、これまでに比べて飛躍的に良好な洗浄効果を発揮する。特に、動的液体２２の温度は静的液体２１の温度よりも高いことから、温度の異なる微細気泡が次々に界面の輪郭に作用することで、界面の輪郭で温度変化の繰り返し（温度の振動）が生じる。温度の振動は汚染物の剥離を促進する。しかも、第２微細気泡群１５ｂの平均気泡径と第４微細気泡群１５ｄの平均気泡径とは相違することから、個々の気泡に含まれる熱エネルギー量の相違から、大きい平均気泡径の第４微細気泡群１５ｄは被洗浄物Ｗと汚染物との界面に緩やかな温度変化を生み出し、小さい平均気泡径の第２微細気泡群１５ｂは被洗浄物Ｗと汚染物との界面に急激な温度変化を生み出す。急激な温度変化は急激な被洗浄物Ｗの膨張または急激な被洗浄物Ｗの収縮を引き起こし、汚染物の剥離を助長する。洗浄効果はさらに高まることが確認されている。微細気泡は小さいほど被洗浄物Ｗの表面と汚染物との境界に入り込みやすく剥離を促進するものの、温度差を有する微細気泡の気泡径が相違することでさらなる洗浄効果の向上が実現されると考えられる。
【００２５】
第１液槽１２ａ内の液体や第２液槽１２ｂ内の液体の温度は第１温度に設定されればよい。液体が例えば純水または水溶液の場合には、液体の温度は摂氏８０度以下に設定されることが望まれる。純水または水溶液の温度が摂氏８０度を超えると、気泡は安定的に高い個数密度を維持できない。
【００２６】
（２）検証
本発明者は洗浄装置１１に倣って検証を実施した。検証では、動的液体２２の温度条件の影響が観察された。第１液槽１２ａで第１予備洗浄液１３ａが生成された。第１予備洗浄液１３ａの液体には純水が用いられた。第１気泡発生装置１４には気体源１６ａから大気（空気）が供給された。空気の温度（第１温度Ｔ１）は調整された。微細気泡の量は１ミリリットル当たり１ｘ１０６個程度に設定された。純水の温度は第１温度Ｔ１に設定された。
【００２７】
第２液槽１２ｂで第２予備洗浄液１３ｂが生成された。第２予備洗浄液１３ｂの液体には純水が用いられた。第２気泡発生装置１８には気体源１６ｂから大気（空気）が供給された。空気の温度（第１温度Ｔ１）は調整された。微細気泡の量は１ミリリットル当たり１ｘ１０６個程度に設定された。純水の温度は第１温度Ｔ１に設定された。
【００２８】
第１予備洗浄液１３ａおよび第２予備洗浄液１３ｂは混合槽１２ｃに流し込まれた。混合槽１２ｃ内に静的液体２１は形成された。静的液体２１の温度ＴＬは調整された。静的液体２１の温度ＴＬには第１予備洗浄液１３ａおよび第２予備洗浄液の第１温度Ｔ１が反映された。静的液体２１中の第２微細気泡群１５ｂ第４微細気泡群１５ｄの温度は静的液体２１の温度ＴＬに等しいと想定された。
【００２９】
保持具２４にはカゴが用いられた。カゴ上に機械部品が被洗浄物Ｗとして搭載された。機械部品の表面には切削加工時の切粉が油とともに付着していた。１０分間の洗浄後、機械部品の表面に残留した切粉の量および油の量を測定した。切粉の量の測定にあたって洗浄後の機械部品には高圧洗浄が施された。そうして洗い流された切粉を濾紙で採取した。電子天秤を用いて、採取した切粉の重量［ミリグラム］を測定した。一方で、油の量の測定にあたって洗浄後の機械部品は溶剤中に浸漬された。溶剤中に溶解した油の濃度［ｐｐｍ］が測定された。
【００３０】
温度条件の観察にあたって、以下の通り、３通りの条件が設定された。
【表１】
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条件１では動的液体２２の液体温度ＴＤおよび静的液体２１の液体温度ＴＬは等しく室温よりも高い温度に設定された。第１微細気泡群１５ａの温度および第２微細気泡群１５ｂの温度は等しく液体温度ＴＬに設定された。条件２では、動的液体２２の液体温度ＴＤは室温よりも高い温度に設定され、静的液体２１の液体温度ＴＬは室温から徐々に上昇した。静的液体２１の液体温度ＴＬは変動した。第１微細気泡群１５ａの温度および第２微細気泡群１５ｂの温度は等しく液体温度ＴＬに設定された。条件３、条件４および条件５では、動的液体２２の液体温度ＴＤは室温よりも高い温度に設定され、静的液体２１の液体温度ＴＬは室温に設定された。こうして液体温度ＴＤと液体温度ＴＬとの間に温度差が設定された。第１微細気泡群１５ａの温度および第２微細気泡群１５ｂの温度は等しく液体温度ＴＬに設定された。
【００３１】
温度条件の観察にあたって本発明者は比較条件を設定した。比較条件では動的液体２２の液体温度ＴＤおよび静的液体２１の液体温度ＴＬは等しく室温に設定された。
【表２】
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【００３２】
同時に本発明者は第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄの気泡径と洗浄効果との関係を観察した。温度条件が等しい条件３、条件４および条件５で気泡径の影響が観察された。すなわち、条件３では第２微細気泡群１５ｂの平均気泡径および第４微細気泡群１５ｄの平均気泡径は等しく設定された。条件４では第２微細気泡群１５ｂの平均気泡径は第４微細気泡群１５ｄの平均気泡径よりも小さく設定された。第２微細気泡群１５ｂおよび第４微細気泡群１５ｄの気泡量は等しく設定された。条件５では第２微細気泡群１５ｂの平均気泡径は第４微細気泡群１５ｄの平均気泡径よりも小さく設定された。第２微細気泡群１５ｂの気泡量は第４微細気泡群１５ｄの気泡量よりも多く設定された。条件１および２並びに比較条件の平均気泡径および気泡量は条件３に等しく設定された。
【表３】
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【表４】
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【００３３】
観察の結果、図３に示されるように、条件１〜５では比較条件に比べて切粉の除去は促進されることが確認された。動的液体２２の温度が室温よりも高く設定されると、切粉の除去は効果的に実現されることが理解された。特に、条件１と比較条件との比較から明らかなように、動的液体２２の液体温度ＴＤおよび静的液体２１の液体温度ＴＬが室温よりも高く設定されると、切粉の洗浄効果は高まることが確認された。また、条件３から明らかなように、動的液体２２の液体温度ＴＤおよび静的液体２１の液体温度ＴＬの間に温度差が設定されると、切粉の洗浄効果は高まることが確認された。また、条件３〜５の比較から明らかなように、第２微細気泡群１５ｂと第４微細気泡群１５ｄとの間で気泡径に大小差が設定されると、切粉の洗浄効果はさらに高まることが確認された。特に、条件５から明らかなように、小さい平均径の第２微細気泡群１５ｂの割合が５０％を超えて増えるほど、切粉の洗浄効果は高まることが確認された。
【００３４】
図４に示されるように、条件１〜５では比較条件に比べて油の除去は促進されることが確認された。動的液体２２の温度が室温よりも高く設定されると、油の除去は効果的に実現されることが理解された。特に、条件１と比較条件との比較から明らかなように、動的液体２２の液体温度ＴＤおよび静的液体２１の液体温度ＴＬが室温よりも高く設定されると、油の除去は促進されることが確認された。また、条件３から明らかなように、動的液体２２の液体温度ＴＤおよび静的液体２１の液体温度ＴＬの間に温度差が設定されると、油の除去は促進されることが確認された。また、条件３〜５の比較から明らかなように、第２微細気泡群１５ｂと第４微細気泡群１５ｄとの間で気泡径に大小差が設定されると、油の除去は著しく促進されることが確認された。特に、条件５から明らかなように、小さい平均径の第１微細気泡群１５ａの割合が５０％を超えて増えるほど、油の除去は促進されることが確認された。
【符号の説明】
【００３５】
１５ａ…第１微細気泡群、１５ｂ…第２微細気泡群、１５ｃ…第３微細気泡群、１５ｄ…第４微細気泡群、２１…静的液体、２２…動的液体、Ｄ１…第１径、Ｄ２…第２径、Ｗ…対象物（被洗浄物）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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