(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯液槽からの液体に気体を供給する気体供給機構を有し、該気体供給機構により気体の供給された液体を加圧及び減圧することで該液体内に微細バブルを発生させて微細バブル含有液体を生成し、該微細バブル含有液体を前記貯液槽に戻すようにしたバブル含有液体生成装置であって、
所定タイミングから第１の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第１制御手段と、
前記気体供給機構によって供給される前記気体の供給流量をパラメータとして、前記所定タイミングからの時間と前記貯液槽に貯留される前記液体中の前記気体の溶存量の関係を予め求めたデータに基づいて、前記貯液槽に貯留される前記液体中の気体の溶存量が所定量に達したか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって前記気体の溶存量が所定量に達したと判定されたときに、前記第１の流量よりも少ない第２の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第２制御手段とを有する微細バブル含有液体生成装置。
【請求項２】
前記貯液槽に溜められている微細バブル含有液体中の微細バブルの量を検出するバブル量検出手段を有し、
前記第２制御手段は、前記バブル量検出手段にて検出された微細バブルの量に基づいて前記液体に供給する前記気体の前記第２の流量を制御する請求項１記載の微細バブル含有液体生成装置。
【請求項３】
貯液槽からの液体に気体を供給する気体供給機構を有し、該気体供給機構により気体の供給された液体を加圧及び減圧することで該液体内に微細バブルを発生させて微細バブル含有液体を生成し、該微細バブル含有液体を前記貯液槽に戻すようにしたバブル含有液体生成方法であって、
所定タイミングから第１の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第１制御ステップと、
前記気体供給機構によって供給される前記気体の供給流量をパラメータとして、前記所定タイミングからの時間と前記貯液槽に貯留される前記液体中の前記液体の溶存量の関係を予め求めたデータに基づいて、前記貯液槽に貯留される前記液体中の気体の溶存量が所定量に達したか否かを判定する判定ステップと、
該判定ステップにて前記気体の溶存量が所定量に達したと判定されたときに、前記第１の流量よりも少ない第２の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第２制御ステップとを有する微細バブル含有液体生成方法。
【請求項４】
前記第２制御ステップは、前記貯液槽に溜められている微細バブル含有液中の微細バブルの量を検出するバブル量検出手段にて検出された微細バブルの量に基づいて前記液体に供給する前記気体の前記第２の流量を制御する請求項３記載の微細バブル含有液体生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所謂、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブル等と呼ばれる極めて微細なバブルが混在した液体を生成する微細バブル含有液体生成装置及び微細バブル含有液体生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体内に微細気泡（微細バブル）を発生させて微細バブル含有液を生成する装置が提案されている（特許文献１）。この従来の装置では、電界槽で水を電気分解して発生させた酸素ガス及び水素ガスを水に混ぜてそのガス含有水を加圧し、その加圧によりガス溶存濃度の高められた水の圧力開放によって微細バブルを発生させている。そして、その微細バブルの発生により得られた微細バブル含有液を前記酸素ガス及び水素ガスを混ぜるべき水として戻すようにしている。
【０００３】
このような装置では、液体（水）へのガス（酸素ガス、水素ガス）の供給、ガス含有液の加圧によるガス溶存液の生成、及び加圧状態のガス溶存液の圧力開放による微細バブルの発生が順次繰り返しなされることにより、液中の微細バブルの量が増大していくようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１１５５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の装置では、定常的な量の気体（酸素ガス、水素ガス）が液体（水）に供給されており、該液体が液体内に気体がそれ以上溶けることのできない限界状態になっても、その定常的な量の気体の供給が維持されるので、効率的な気体の供給がなされているとはいえない。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、効率的に気体を供給しつつ微細バブル含有液体を生成することが可能な微細バブル含有液体生成装置及び微細バブル含有液体生成方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る微細バブル含有液体生成装置は、貯液槽からの液体に気体を供給する気体供給機構を有し、該気体供給機構により気体の供給された液体を加圧及び減圧することで該液体内に微細バブルを発生させて微細バブル含有液体を生成し、該微細バブル含有液体を前記貯液槽に戻すようにしたバブル含有液体生成装置であって、所定タイミングから第１の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第１制御手段と、前記気体供給機構によって前記所定タイミングから前記液体に供給される気体の量が所定量に達したか否かを判定する判定手段と、該判定手段によって前記所定タイミングから前記液体に供給される気体の量が所定量に達したと判定されたときに、前記第１の流量よりも少ない第２の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第２制御手段とを有する構成となる。
【０００８】
このような構成により、貯液槽からの液体に気体供給機構からの気体が供給され、その液体が加圧及び減圧されることにより当該液体中に微細バブルが発生し、その結果生成される微細バブル含有液体が貯液槽に戻されることが繰り返される過程で、当初（所定のタイミングから）は、前記気体が第１の流量にて前記液体に供給され、その気体の供給量が所定量に達すると、前記第１の流量より少ない第２の流量にて前記液体に前記気体が供給されるようになるので、当初第１の流量で供給される気体が液体中で比較的高い溶存状態（所定量の気体に依存した状態）となるときにその気体の供給量を低減させることができる。
【０００９】
第１の流量より少ない第２の流量は、第１の流量にて供給された気体が溶存する液体中で発生した微細バブルの量に相当する気体の量を補償する程度の量に設定することができる。
【００１０】
本発明に係る微細バブル含有液体生成装置において、前記判定手段は、前記第１の流量にて前記気体を供給する前記所定タイミングからの時間に基づいて判定する構成とすることができる。
【００１１】
このような構成により、気体供給機構から第１の流量で供給される気体の供給量を時間に換算して把握するので、前記供給量が所定量を超えたか否かを容易に判定することができる。
【００１２】
また、本発明に係る微細バブル含有液体生成装置において、前記貯液槽に溜められている微細バブル含有液体中の微細バブルの量を検出するバブル量検出手段を有し、前記第２制御手段は、前記バブル量検出手段にて検出された微細バブルの量に基づいて前記液体に供給する前記気体の前記第２の流量を制御する構成とすることができる。
【００１３】
このような構成により、貯液槽に溜められている微細バブル含有液体中の微細バブルの量（例えば、微細バブルの数）に基づいて供給する気体の第１の流量より少ない第２の流量が制御されるので、供給された気体の溶存する液体中で発生した微細バブルの量（例えば、個数）に相当する気体の量を補償する程度の量の気体をより確実に液体に供給することができるようになる。
【００１４】
本発明に係る微細バブル含有液体生成方法は、貯液槽からの液体に気体を供給する気体供給機構を有し、該気体供給機構により気体の供給された液体を加圧及び減圧することで該液体内に微細バブルを発生させて微細バブル含有液体を生成し、該微細バブル含有液体を前記貯液槽に戻すようにしたバブル含有液体生成方法であって、所定タイミングから第１の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第１制御ステップと、前記気体供給機構によって前記所定タイミングから前記液体に供給される気体の量が所定量に達したか否かを判定する判定ステップと、該判定ステップにて前記所定タイミングから前記液体に供給される気体の量が所定量に達したと判定されたときに、前記第１の流量よりも少ない第２の流量にて前記気体を前記液体に供給するように前記気体供給機構を制御する第２制御ステップとを有する構成となる。
【００１５】
また、本発明に係る微細バブル含有液体生成方法において、前記判定ステップは、前記第１の流量にて前記気体を供給する前記所定タイミングからの時間に基づいて判定する構成とすることができる。
【００１６】
更に、本発明に係る微細バブル含有液体生成方法において、前記第２制御ステップは、前記貯液槽に溜められている微細バブル含有液中の微細バブルの量を検出するバブル量検出手段にて検出された微細バブルの量に基づいて前記液体に供給する前記気体の前記第２の流量を制御する構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る微細バブル含有液体生成装置及び微細バブル含有液生成方法によれば、当初（所定のタイミングから）は気体が第１の流量にて液体に供給され、その気体の供給量が所定量に達すると、前記第１の流量より少ない第２の流量にて前記液体に前記気体が供給され、当初第１の流量で供給される気体が液体中で比較的高い溶存状態（所定量の気体に依存した状態）となるときにその気体の供給量を低減させることができるので、効率的に気体を供給しつつ微細バブル含有液体を生成することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る微細バブル含有液体生成装置を示す図である。
【図２】図１に示す微細バブル含有液体生成装置の制御を行う処理系統を示すブロック図である。
【図３】気体の供給流量をパラメータとした図１に示す微細バブル含有液体生成装置の運転時間と液体内の気体溶存量との関係を示す図である。
【図４】図２に示す処理系における処理ユニットでの処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る微細バブル含有液体生成装置は、図１に示すように構成されている。図１において、微細バブル含有液体生成装置１００は、液体Ｗ（例えば、純水あるいは微細バブルを含む純水）を貯める貯液槽１１を有している。貯液槽１１から延びる送通管１２ａがポンプ１３の吸引口に結合されており、貯液槽１１内の液体Ｗが送通管１２ａを通ってポンプ１３に吸引されるようになっている。送通管１２ａの貯液槽１１とポンプ１３との間の部位に気体供給部１４から延びる送通管１２ｂが連結されている。気体供給部１４は、気体（例えば、窒素ガス）を送通管１２ｂに送出する。送通管１２ｂには通過する気体の流量を調整する流量調整弁１５が設けられている。流量調整弁１５は、アクチュエータ１６（電磁弁、モータ等）によって連続的、あるいは、段階的にその開度が調整されるように駆動される。気体供給部１４からの気体が流量調整弁１５の開度に応じた流量（単位時間当たりの量）にて送通管１２ｂを通って送通管１２ａ中の液体Ｗに供給される。なお、送通管１２ａに結合する送通管１２ｂ、気体供給部１４及び流量調整弁１５が全体として貯液槽１１からの液体Ｗに気体を供給する気体供給機構を構成する。
【００２１】
ポンプ１３の吐出口から延びる送通管１２ｃが加圧槽１７に結合され、更に、加圧槽１７から延びる送通管１２ｄがバブル発生ユニット１９の入力口に結合されている。そして、バブル発生ユニット１９の出力口に結合された送通管１２ｅが貯液槽１１まで延びている。
【００２２】
上記構成の微細バブル含有液体発生装置では、ポンプ１３によって貯液槽１１から吸引されて送通管１２ａを通る液体Ｗに気体供給部１４から流量調整弁１５の設けられた送通管１２ｂを通って供給される気体が混ぜられる。そして、その気体の混ぜられた液体Ｗは、ポンプ１３によって送通管１２ｃを通して加圧槽１７に圧送され、加圧槽１７内に一時的に溜められる。加圧槽１７では、前記気体の混ぜられた液体Ｗが加圧され、その液体Ｗ中に気体が溶融して、液体Ｗ中の溶存気体濃度が上昇し、過飽和あるいはそれに近い状態となった気体溶存液が生成される。なお、加圧槽１７内の圧力は、圧力調整器１８によって調節可能になっている。
【００２３】
加圧槽１７内に貯留された気体溶存液が加圧された状態を維持しつつ送通管１２ｄを通ってバブル発生ユニット１９に供給される。バブル発生ユニット１９は、複数のオリフィスを有しており、加圧状態の気体溶存液が複数のオリフィスを通過する際の圧力開放によって、液体中に微細バブル（バブルの大きさに応じて、例えば、マイクロバブル、マイクロナノバブル、ナノバブル等と呼ばれる）が発生する。バブル発生ユニット１９にて発生する微細バブルにより生成された微細バブル含有液体は、バブル発生ユニット１９から送通管１２ｅを通って貯液槽１１に戻される。そして、前述した貯液槽１１からの液体への気体の供給、気体が混ざった液体の加圧及び減圧による微細バブルの発生、その結果生成される微細バブル含有液体の貯液槽１１への戻しが繰り返されることにより、貯液槽１１に貯留される液体Ｗ（微細バブル含有液体）中の微細バブルの量（個数）が増加していく。
【００２４】
上述したように動作する微細バブル含有液体生成装置１００の制御系は、図２に示すように構成されている。
【００２５】
図２において、処理ユニット２０には、流量調整弁１５の開度を調整するためのアクチュエータ１６、及び貯液槽１１内に設けられて液体Ｗ中の微細バブルの量（個数）に応じた検出信号を出力するパーティクルセンサ２１（図１参照）が接続されるとともに、タイマ２２が接続されている。処理ユニット２０は、タイマ２２からの計時情報及びパーティクルセンサ２１からの検出信号に基づいてアクチュエータ１６の駆動制御を行って流量調整弁１５の開度調整、即ち、送通管１２ａを通る液体Ｗに供給すべき気体の流量調整を行う。
【００２６】
ところで、微細バブル含有液体生成装置１００において、気体（例えば、窒素ガス）の供給流量（２．０Ｌ／ｍｉｎ，１．０Ｌ／ｍｉｎ、０．６Ｌ／ｍｉｎ）をパラメータとしてその運転時間と貯液槽１１に貯留される液体Ｗ（例えば、４０Ｌの純水あるいは微細バブルを含む純水）中の気体の溶存量との関係が図３に示すようになった。この関係から、供給する気体の流量が大きいほど、気体溶存量が所定量（飽和状態）に達するまでの時間は短く、それに達した後は、気体を供給しても液中の気体の溶存量は増加しないことが判った。従って、生成される微細バブル含有液体中の気体の溶存量が所定量に達した後は、多い流量での気体の供給は無駄になってしまう。
【００２７】
そこで、処理ユニット２０は、図４に示す手順に従って処理を実行する。
【００２８】
ポンプ１３を起動させて微細バブル含有液の生成処理が開始されたタイミング（所定のタイミング）で、処理ユニット２０は、タイマ２２をスタートさせる（Ｓ１１）。そして、処理ユニット２０は、タイマ２２での計測時間Ｔが所定時間Ｔｏ（図３参照）に達したか否か（Ｓ１３）を監視しつつ（判定手段）、気体供給部１４から送通管１２ｂを通って貯液槽１１から送通管１２ａを通る液体Ｗへの気体の流量が比較的多い第１の流量（例えば、２．０Ｌ／ｍｉｎ）となるように流量調整弁１５を駆動させるアクチュエータ１６を制御する（Ｓ１２：第１制御手段）。これにより、ポンプ１３によって貯液槽１１から吸引されて送通管１２ａを通る液体Ｗに気体供給部１４からの気体が比較的多い第１の流量にて送通管１２ｂを通って供給される状態が維持されつつ、前述したように加圧槽１７及びバブル発生ユニット１９での加圧及び減圧を経て生成される微細バブル含有液が貯液槽１１に戻され、貯液槽１１内の微細バブル含有液中の微細バブルの量が増加していく。
【００２９】
上記の過程で、処理ユニット２０は、タイマ２２での計測時間Ｔが所定時間Ｔｏに達すると（Ｓ１３でＹＥＳ）、液体に供給された気体の量が所定量（例えば、貯液槽１１に貯留される微細バブル含有液体の溶存気体が飽和状態になるだけの量）に達したものとして、気体供給部１４から送通管１２ｂを通って貯液槽１１から送通管１２ａを通る液体Ｗへの気体の流量を前記第１の流量からそれより少ない第２の流量に切換るように流量調整弁１５を駆動させるアクチュエータ１６を制御する（Ｓ１４：第２制御手段）。具体的には、処理ユニット２０は、パーティクルセンサ２１からの検出信号に基づいて、前記供給される気体の量が、液体中で発生した微細バブルの量に相当する気体の量を補償する程度の比較的少ない第２の流量となるように制御する。具体例としては、計測時間Ｔが所定時間Ｔｏに達した時の貯留槽１１内に含有される微細バブルの量（前記検出信号で表される個数）に相当する気体の量を補償する程度の比較的少ない第２の流量となるように制御することをあげることができる。なお、貯留槽１１内に含有される微細バブルの減少量と第２の流量との関係は例えば実験などで求めて予め設定することができる。処理ユニット２０は、停止の指示がなされたか否かを監視しつつ（Ｓ１５）、上記のように貯液槽１１からの液体に供給される気体の流量を継続して前記第２の流量に制御する。これにより、ポンプ１３によって貯液槽１１から吸引されて送通管１２ａを通る液体Ｗに気体供給部１４から比較的少ない第２の流量にて送通管１２ｂを通って供給される状態が維持されつつ、前述したように加圧槽１７及びバブル発生ユニット１９での加圧及び減圧を経て生成される微細バブル含有液が貯液槽１１に戻され、貯液槽１１に貯留される微細バブル含有液中の微細バブルの量が増大しつつ溶存気体の濃度が所定量（飽和状態）に維持される。
【００３０】
気体供給部１４から液体（微細バブル含有液）に供給される気体の流量が第２の流量に制御されつつ微細バブル含有液の生成がなされる過程で、例えば、作業者による操作部の操作に基づいて停止の指示がなされると（Ｓ１５でＹＥＳ）、処理ユニット２０は、微細バブル含有液体生成装置１００（ポンプ１３、気体供給部１４）を停止させる。
【００３１】
前述したようにして生成されて貯液槽１１に貯められた微細バブル含有液体は、半導体ウェーハや液晶のガラス基板の洗浄等に利用することができる。
【００３２】
前述した微細バブル含有液生成装置１００によれば、貯液槽１１からの液体Ｗに気体供給部１４からの気体が供給され、その液体Ｗが加圧及び減圧されることにより当該液体Ｗ中に微細バブルが発生し、その結果生成される微細バブル含有液体が貯液槽１１に戻されることが繰り返される過程で、当初（装置の起動タイミングから）は、前記気体が比較的多い第１の流量にて前記液体に供給され、その気体の供給量が所定量に達したと見込まれる所定時間Ｔｏが経過すると、液体中で発生した微細バブルの量に相当する気体の量を補償する程度の比較的少ない第２の流量にて前記液体に前記気体が供給されるようになるので、当初第１の流量で供給される気体が微細バブル含有液体中で比較的高い溶存状態（飽和状態）となるときにその気体の供給量を低減させることになり、効率的に気体を供給しつつ微細バブル含有液体を生成することができるようになる。
【００３３】
なお、前述した微細バブル含有液生成装置１００では、第１の流量にて供給す気体の供給量が所定量に達したことを、時間によって判定している（Ｓ１１、Ｓ１３参照）が、実際に供給される気体の積算量から判定することや、貯液槽１１に溜められる微細バブル含有液体中の溶存気体の検出量に基づいて判定することもできる。
【００３４】
また、第２の流量は、パーティクルセンサ２１からの検出信号に基づいて制御されるものであったが、第１の流量より少ない固定値に決めておくこともできる。
【００３５】
第２の流量による気体の供給は、第１の流量での気体供給後に継続的に行なっても、断続的に行なってもよい。また、微細バブル含有液体の生成にあたり、例えば事前に貯液槽の液体内の微細バブルの量をパーティクルセンサで検出しておき、微細バブル量が予め設定した所定量より低いと検出された場合は第1の流量にて気体を供給し、所定量の微細バブル量に到達した以降は、第２の流量にて気体を供給するように気体供給機構を制御するようにしてもよい。
【００３６】
なお、微細バブル生成の機構については、上述した圧力開放式以外にも、旋回式等、微細バブルを発生させる機構であればよい。
【符号の説明】
【００３７】
１１  貯液槽
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ  送通管
１３  ポンプ
１４  気体供給部
１５  流量調整弁
１６  アクチュエータ
１７  加圧槽
１８  圧力調整器
１９  バブル発生ユニット
２０  処理ユニット
２１  パーティクルセンサ
２２  タイマ
１００  微細バブル含有液体生成装置
【図１】
0005717245.tif 000002
【図２】
0005717245.tif 000003
【図３】
0005717245.tif 000004
【図４】
0005717245.tif 000005