微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法
【課題】装置構成の簡略化及び低価格化に加え、吐出液の直進性の向上を実現することができる微小気泡発生装置を提供する。
【解決手段】微小気泡発生装置１において、液体が流入する流入口Ｈ１を有する筒状のケース２と、そのケース２内に設けられたベンチュリ管３と、そのベンチュリ管３内に流入する液体の流れを直進に整流する複数の貫通孔Ｋ１を有し、ベンチュリ管３の液体流入側に設けられた整流部材４とを備える。
【解決手段】微小気泡発生装置１において、液体が流入する流入口Ｈ１を有する筒状のケース２と、そのケース２内に設けられたベンチュリ管３と、そのベンチュリ管３内に流入する液体の流れを直進に整流する複数の貫通孔Ｋ１を有し、ベンチュリ管３の液体流入側に設けられた整流部材４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小気泡発生装置としては、家庭用のマイクロナノバブル生成器やペット洗浄器が市販されており、さらに、洗浄やレジスト剥離などを行う基板処理装置に処理液として多数の微小気泡（微細気泡）を含む液体を供給する液体供給装置も開発されている。
【０００３】
例えば、基板処理装置に用いられる微小気泡発生装置としては、窒素ガス供給部から配管を介して供給される窒素ガスと純水供給源から配管を介して供給される純水とを混合し、マイクロバブル水を生成するマイクロバブル発生器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８８１３４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、前述のような微小気泡発生装置では、窒素ガス供給部やガス供給用の配管などが必要となるため、装置構成が複雑となり、さらに、価格も上昇してしまう。また、微小気泡発生装置からバブル水が吐出される際には、通常、その吐出液は広がってしまう。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置構成の簡略化及び低価格化に加え、吐出液の直進性の向上を実現することができる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、微小気泡発生装置において、液体が流入する流入口を有する筒状のケースと、ケース内に設けられたベンチュリ管と、ベンチュリ管内に流入する液体の流れを直進に整流する複数の貫通孔を有し、ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材とを備えることである。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、微小気泡発生方法において、ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材により液体を整流してベンチュリ管内に直進流入させて通過させることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装置構成の簡略化及び低価格化に加え、吐出液の直進性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る微小気泡発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す微小気泡発生装置が備える整流部材の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る微小気泡発生装置１は、筐体となるケース２と、そのケース２内に設けられたベンチュリ管３及び整流部材４と、配管接続用の接続部材５と、ベンチュリ管３を通過する液体の量を調整する調整部材６とを備える気泡発生構造体である。
【００１３】
ケース２は円筒形状に形成されており、ベンチュリ管３及び整流部材４を内蔵するプラスチック（合成樹脂）あるいは金属製のケースである。このケース２は、供給された液体が内部に流入する流入口Ｈ１を有している。なお、ベンチュリ管３及び整流部材４もプラスチック（合成樹脂）あるいは金属材料により形成されている。
【００１４】
ベンチュリ管３は、その外周面がケース２の内周面に密着するようにケース２内に設けられており、ケース２の開口部から一部が突出して露出するように配置されている。ベンチュリ管３内の流路３ａは、微小気泡を発生させるように液体流入側から管内部に向かって徐々に細くなっており（絞り部）、その管途中から液体流出側に向けて徐々に広がっている。この流路３ａの最小隙間は例えば３ｍｍ程度に設定されている。このようなベンチュリ管３は、その内部の流路３ａを通過する液体中の溶存気体を減圧して気化させ（キャビテーション）、その液体中にマイクロナノバブルなどの微小気泡を発生させる。
【００１５】
整流部材４は、ベンチュリ管３の液体流入側に接着されて取り付けられている。この整流部材４は、図２に示すように、ベンチュリ管３内に流入する液体の流れを直進に整流する複数（例えば４つ）の貫通孔Ｋ１を有している。これらの貫通孔Ｋ１は直径が例えば３ｍｍ程度の孔であり、整流部材４の表面（被加工面）に対してほぼ直角に、さらに、互いにほぼ平行で等間隔に貫通するように形成されている。これにより、液体が整流部材４の各貫通孔Ｋ１を通過してベンチュリ管３内に直進して流入することになる。
【００１６】
接続部材５は、ホースなどの配管に連結可能であってさらにケース２の流入口Ｈ１に連結可能に形成されている。この接続部材５はケース２の流入口Ｈ１に嵌合されて設けられる。なお、接続部材５は、例えばプラスチック（合成樹脂）や金属材料などにより形成されている。
【００１７】
調整部材６は、ケース２内を通過する液体の量を変えてベンチュリ管３内を通過する液体の量を調整する調整バルブである。この調整部材６はケース２に取り付けられており、操作者により操作されてケース２内の流路の口径を変え、その流路を通過する液体の量を調整する。なお、調整部材６は、例えばプラスチック（合成樹脂）や金属材料などにより形成されている。
【００１８】
次に、前述の微小気泡発生装置１による微小気泡発生動作（微小気泡発生方法）について説明する。
【００１９】
水道水（あるいは湯、例えば３０℃から４５℃程度の範囲内の一定温度の湯）が、微小気泡発生装置１の接続部材５に接続されたホースから流入口Ｈ１を介して微小気泡発生装置１内に供給されると、その液体はケース２内を流れて整流部材４に到達し、整流部材４の各貫通孔Ｋ１を通過する。通過した液体は各貫通孔Ｋ１から略平行に、すなわち液体の流れが直進方向（ベンチュリ管３の流路３ａが伸びる方向）に整流されてベンチュリ管３内に流入し、ベンチュリ管３内を直進して通過することになる。
【００２０】
ベンチュリ管３内を通過する液体中の溶存気体は、ベンチュリ管３の絞り部により減圧され、圧力開放により気化され、液体中にマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡が多数生成される。その後、それら多数の微小気泡を含んでいる液体（マイクロナノバブル水）はベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出される。
【００２１】
なお、ベンチュリ管３の絞り部で液体の流速が上がり減圧が生じるが、そこを通過した後で加圧が生じるため、結果として、整流水からジェット水流が生成されることになる。したがって、多数の微小気泡を含んでいるジェット水流がベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出されることになる。
【００２２】
このように、ベンチュリ管３内に流入する液体の流れが整流部材４により直進方向に整流され、その液体がベンチュリ管３内を通過する。このベンチュリ管３によりマイクロナノバブルやナノバブルなどの多数の微小気泡が液中に発生し、さらに、多数の微小気泡を含んだ液体が吐出口Ｈ２からジェット水流として吐出される。
【００２３】
したがって、ベンチュリ管３に液体を供給する前に液体の流れを直進に整流することによって、ベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出される吐出液の直進性を向上させることができる。特に、ベンチュリ管の直前で液を直進整流することにより、吐出液として高圧の直進水流を生成することができる。
【００２４】
また、オリフィスと呼ばれる貫通孔Ｋ１を円周当配列に設けることによって、空洞（気体成分）が均等に発生し、ベンチュリ管３の絞り部（収縮部）に気液混合液を集合させ、絞り部通過後減圧開放することによって均等な気泡分散が可能となる。
【００２５】
なお、このような多数の微小気泡を含む液体（水や湯など）を使用する効果としては、基板処理装置において、基板に付着したパーティクル（ゴミや埃などの不純物）や基板上のレジスト膜を確実に除去することが可能となる。また、高圧の直進水流により、頑固にこびり付いた汚れも容易に除去することができ、さらに、マイクロナノバブルの高浸透性と高圧水流の相乗効果により、その汚れを確実に除去することができる。例えば、コンクリートブロック表面の微細な凹凸部の汚れもきれいに除去することが可能である。また、脱脂効果もあり、機械加工後の洗浄にも応用することができる。
【００２６】
ここで、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）などの概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【００２７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、整流部材４により液体を整流してベンチュリ管３内に直進流入させて通過させることによって、そのベンチュリ管３の絞り部によりマイクロナノバブルのような微小気泡が液体中に多数発生し、さらに、多数の微小気泡を含む液体は直進してベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出されることになる。
【００２８】
したがって、液体が気泡発生構造体である微小気泡発生装置１の内部を通過するだけでその液体中に多数の微小気泡が発生することになり、窒素ガス供給部やガス供給用の配管、電気供給などの複雑な構成や構造は必要なくなる。これにより、簡略な構成及び構造によりマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を多数発生させることが可能となるので、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる。さらに、ベンチュリ管３の直前で液体を直進整流することにより、ベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出される吐出液を直進水流とすることが可能となるので、吐出液の直進性を向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。
【００３０】
前述の実施の形態においては、整流部材４の貫通孔Ｋ１を４つ設けているが、これに限るものではなく、例えば、２つあるいは６つ設けるようにしてもよく、その数は限定されない。ただし、整流部材４による過剰な流速低下や直進性向上などのバランスを考慮すると、貫通孔Ｋ１の数は４つが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１ 微小気泡発生装置
２ ケース
３ ベンチュリ管
４ 整流部材
６ 調整部材
Ｋ１ 貫通孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体中に微小気泡を発生させる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
微小気泡発生装置としては、家庭用のマイクロナノバブル生成器やペット洗浄器が市販されており、さらに、洗浄やレジスト剥離などを行う基板処理装置に処理液として多数の微小気泡（微細気泡）を含む液体を供給する液体供給装置も開発されている。
【０００３】
例えば、基板処理装置に用いられる微小気泡発生装置としては、窒素ガス供給部から配管を介して供給される窒素ガスと純水供給源から配管を介して供給される純水とを混合し、マイクロバブル水を生成するマイクロバブル発生器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２８８１３４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、前述のような微小気泡発生装置では、窒素ガス供給部やガス供給用の配管などが必要となるため、装置構成が複雑となり、さらに、価格も上昇してしまう。また、微小気泡発生装置からバブル水が吐出される際には、通常、その吐出液は広がってしまう。
【０００６】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、装置構成の簡略化及び低価格化に加え、吐出液の直進性の向上を実現することができる微小気泡発生装置及び微小気泡発生方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施の形態に係る第１の特徴は、微小気泡発生装置において、液体が流入する流入口を有する筒状のケースと、ケース内に設けられたベンチュリ管と、ベンチュリ管内に流入する液体の流れを直進に整流する複数の貫通孔を有し、ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材とを備えることである。
【０００８】
本発明の実施の形態に係る第２の特徴は、微小気泡発生方法において、ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材により液体を整流してベンチュリ管内に直進流入させて通過させることである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、装置構成の簡略化及び低価格化に加え、吐出液の直進性の向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の一形態に係る微小気泡発生装置の概略構成を示す断面図である。
【図２】図１に示す微小気泡発生装置が備える整流部材の概略構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の一形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に示すように、本発明の実施の形態に係る微小気泡発生装置１は、筐体となるケース２と、そのケース２内に設けられたベンチュリ管３及び整流部材４と、配管接続用の接続部材５と、ベンチュリ管３を通過する液体の量を調整する調整部材６とを備える気泡発生構造体である。
【００１３】
ケース２は円筒形状に形成されており、ベンチュリ管３及び整流部材４を内蔵するプラスチック（合成樹脂）あるいは金属製のケースである。このケース２は、供給された液体が内部に流入する流入口Ｈ１を有している。なお、ベンチュリ管３及び整流部材４もプラスチック（合成樹脂）あるいは金属材料により形成されている。
【００１４】
ベンチュリ管３は、その外周面がケース２の内周面に密着するようにケース２内に設けられており、ケース２の開口部から一部が突出して露出するように配置されている。ベンチュリ管３内の流路３ａは、微小気泡を発生させるように液体流入側から管内部に向かって徐々に細くなっており（絞り部）、その管途中から液体流出側に向けて徐々に広がっている。この流路３ａの最小隙間は例えば３ｍｍ程度に設定されている。このようなベンチュリ管３は、その内部の流路３ａを通過する液体中の溶存気体を減圧して気化させ（キャビテーション）、その液体中にマイクロナノバブルなどの微小気泡を発生させる。
【００１５】
整流部材４は、ベンチュリ管３の液体流入側に接着されて取り付けられている。この整流部材４は、図２に示すように、ベンチュリ管３内に流入する液体の流れを直進に整流する複数（例えば４つ）の貫通孔Ｋ１を有している。これらの貫通孔Ｋ１は直径が例えば３ｍｍ程度の孔であり、整流部材４の表面（被加工面）に対してほぼ直角に、さらに、互いにほぼ平行で等間隔に貫通するように形成されている。これにより、液体が整流部材４の各貫通孔Ｋ１を通過してベンチュリ管３内に直進して流入することになる。
【００１６】
接続部材５は、ホースなどの配管に連結可能であってさらにケース２の流入口Ｈ１に連結可能に形成されている。この接続部材５はケース２の流入口Ｈ１に嵌合されて設けられる。なお、接続部材５は、例えばプラスチック（合成樹脂）や金属材料などにより形成されている。
【００１７】
調整部材６は、ケース２内を通過する液体の量を変えてベンチュリ管３内を通過する液体の量を調整する調整バルブである。この調整部材６はケース２に取り付けられており、操作者により操作されてケース２内の流路の口径を変え、その流路を通過する液体の量を調整する。なお、調整部材６は、例えばプラスチック（合成樹脂）や金属材料などにより形成されている。
【００１８】
次に、前述の微小気泡発生装置１による微小気泡発生動作（微小気泡発生方法）について説明する。
【００１９】
水道水（あるいは湯、例えば３０℃から４５℃程度の範囲内の一定温度の湯）が、微小気泡発生装置１の接続部材５に接続されたホースから流入口Ｈ１を介して微小気泡発生装置１内に供給されると、その液体はケース２内を流れて整流部材４に到達し、整流部材４の各貫通孔Ｋ１を通過する。通過した液体は各貫通孔Ｋ１から略平行に、すなわち液体の流れが直進方向（ベンチュリ管３の流路３ａが伸びる方向）に整流されてベンチュリ管３内に流入し、ベンチュリ管３内を直進して通過することになる。
【００２０】
ベンチュリ管３内を通過する液体中の溶存気体は、ベンチュリ管３の絞り部により減圧され、圧力開放により気化され、液体中にマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡が多数生成される。その後、それら多数の微小気泡を含んでいる液体（マイクロナノバブル水）はベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出される。
【００２１】
なお、ベンチュリ管３の絞り部で液体の流速が上がり減圧が生じるが、そこを通過した後で加圧が生じるため、結果として、整流水からジェット水流が生成されることになる。したがって、多数の微小気泡を含んでいるジェット水流がベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出されることになる。
【００２２】
このように、ベンチュリ管３内に流入する液体の流れが整流部材４により直進方向に整流され、その液体がベンチュリ管３内を通過する。このベンチュリ管３によりマイクロナノバブルやナノバブルなどの多数の微小気泡が液中に発生し、さらに、多数の微小気泡を含んだ液体が吐出口Ｈ２からジェット水流として吐出される。
【００２３】
したがって、ベンチュリ管３に液体を供給する前に液体の流れを直進に整流することによって、ベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出される吐出液の直進性を向上させることができる。特に、ベンチュリ管の直前で液を直進整流することにより、吐出液として高圧の直進水流を生成することができる。
【００２４】
また、オリフィスと呼ばれる貫通孔Ｋ１を円周当配列に設けることによって、空洞（気体成分）が均等に発生し、ベンチュリ管３の絞り部（収縮部）に気液混合液を集合させ、絞り部通過後減圧開放することによって均等な気泡分散が可能となる。
【００２５】
なお、このような多数の微小気泡を含む液体（水や湯など）を使用する効果としては、基板処理装置において、基板に付着したパーティクル（ゴミや埃などの不純物）や基板上のレジスト膜を確実に除去することが可能となる。また、高圧の直進水流により、頑固にこびり付いた汚れも容易に除去することができ、さらに、マイクロナノバブルの高浸透性と高圧水流の相乗効果により、その汚れを確実に除去することができる。例えば、コンクリートブロック表面の微細な凹凸部の汚れもきれいに除去することが可能である。また、脱脂効果もあり、機械加工後の洗浄にも応用することができる。
【００２６】
ここで、微小気泡は、マイクロバブル（ＭＢ）やマイクロナノバブル（ＭＮＢ）、ナノバブル（ＮＢ）などの概念を含む微細気泡である。例えば、マイクロバブルは１０μｍ〜数十μｍの直径を有する気泡であり、マイクロナノバブルは数百ｎｍ〜１０μｍの直径を有する気泡であり、ナノバブルは数百ｎｍ以下の直径を有する気泡である。
【００２７】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、整流部材４により液体を整流してベンチュリ管３内に直進流入させて通過させることによって、そのベンチュリ管３の絞り部によりマイクロナノバブルのような微小気泡が液体中に多数発生し、さらに、多数の微小気泡を含む液体は直進してベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出されることになる。
【００２８】
したがって、液体が気泡発生構造体である微小気泡発生装置１の内部を通過するだけでその液体中に多数の微小気泡が発生することになり、窒素ガス供給部やガス供給用の配管、電気供給などの複雑な構成や構造は必要なくなる。これにより、簡略な構成及び構造によりマイクロナノバブルやナノバブルなどの微小気泡を多数発生させることが可能となるので、装置構成の簡略化及び低価格化を実現することができる。さらに、ベンチュリ管３の直前で液体を直進整流することにより、ベンチュリ管３の吐出口Ｈ２から吐出される吐出液を直進水流とすることが可能となるので、吐出液の直進性を向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明は、前述の実施の形態に限るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。例えば、前述の実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。また、前述の実施の形態においては、各種の数値を挙げているが、それらの数値は例示であり、限定されるものではない。
【００３０】
前述の実施の形態においては、整流部材４の貫通孔Ｋ１を４つ設けているが、これに限るものではなく、例えば、２つあるいは６つ設けるようにしてもよく、その数は限定されない。ただし、整流部材４による過剰な流速低下や直進性向上などのバランスを考慮すると、貫通孔Ｋ１の数は４つが好ましい。
【符号の説明】
【００３１】
１ 微小気泡発生装置
２ ケース
３ ベンチュリ管
４ 整流部材
６ 調整部材
Ｋ１ 貫通孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体が流入する流入口を有する筒状のケースと、
前記ケース内に設けられたベンチュリ管と、
前記ベンチュリ管内に流入する前記液体の流れを直進に整流する複数の貫通孔を有し、前記ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材と、
を備えることを特徴とする微小気泡発生装置。
【請求項２】
前記ケースに設けられ、前記ベンチュリ管内を通過する前記液体の量を調整する調整部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の微小気泡発生装置。
【請求項３】
ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材により液体を整流して前記ベンチュリ管内に直進流入させて通過させることを特徴とする微小気泡発生方法。
【請求項１】
液体が流入する流入口を有する筒状のケースと、
前記ケース内に設けられたベンチュリ管と、
前記ベンチュリ管内に流入する前記液体の流れを直進に整流する複数の貫通孔を有し、前記ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材と、
を備えることを特徴とする微小気泡発生装置。
【請求項２】
前記ケースに設けられ、前記ベンチュリ管内を通過する前記液体の量を調整する調整部材をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の微小気泡発生装置。
【請求項３】
ベンチュリ管の液体流入側に設けられた整流部材により液体を整流して前記ベンチュリ管内に直進流入させて通過させることを特徴とする微小気泡発生方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２７４２４３（Ｐ２０１０−２７４２４３Ａ）
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３２０６１（Ｐ２００９−１３２０６１）
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１日（２００９．６．１）
【出願人】（０００００２４２８）芝浦メカトロニクス株式会社 (907)
【Ｆターム（参考）】
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