微細気泡発生装置および方法
【課題】微細気泡を含有する液体を一時的に貯留させることなく、省スペースで液体に微細気泡を効率良く発生させることができる微細気泡発生装置および方法を提供する。
【解決手段】処理液Ｌを戻り循環部５で循環させながらマイクロバブルを発生させて処理液Ｌに含有されるマイクロバブル量を高め、流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから処理槽１００に送り出す。また、２つの流調バルブＶ１、Ｖ２によって気泡発生部６に与える処理液Ｌの流量を調整するとともに、ニードル弁Ｖ３によって気泡発生部６に供給する空気の流量を調整しているので、気泡発生部６に対して最適な圧力と流量の処理液Ｌおよび空気が供給されて所望の微細気泡を効率的に発生させることができる。
【解決手段】処理液Ｌを戻り循環部５で循環させながらマイクロバブルを発生させて処理液Ｌに含有されるマイクロバブル量を高め、流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから処理槽１００に送り出す。また、２つの流調バルブＶ１、Ｖ２によって気泡発生部６に与える処理液Ｌの流量を調整するとともに、ニードル弁Ｖ３によって気泡発生部６に供給する空気の流量を調整しているので、気泡発生部６に対して最適な圧力と流量の処理液Ｌおよび空気が供給されて所望の微細気泡を効率的に発生させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細気泡、例えば直径が５０〜６０μｍ以下のマイクロバブルは、水などの液体中で縮小していき、水中で消滅する、つまり完全に溶解する。このように微細気泡が水中で縮小する過程で、気泡内部の圧力が高められたり、表面に集積したイオン類をさらに濃縮させることが近年の研究で確認されている（非特許文献１参照）。そして、これらの基本的な特性を利用することが様々な分野で提案されている。例えば、マイクロバブルなどの微細気泡を用いて湖や海などの水域を浄化する試みがなされている。また、半導体基板やガラス基板の表面を洗浄する処理液に微細気泡を含有させて洗浄効率の向上を図ること、並びに食料品などを洗浄する洗浄液に微細気泡を含有させて化学物質を分解除去することも提案されている。さらに、微量で多様な有害化学物質を効果的に除去することが可能であるため、飲料水に微細気泡を含有させて飲料水の安全性の向上を図ることも提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、マイクロバブルを含有する純水等の処理液を処理槽内に貯留し、その処理槽内の処理液に基板を浸漬することにより、洗浄処理等の処理を行っている。この特許文献１に記載の装置では、処理槽の上面は開放されており、その外側面の上端には外槽が設けられている。そして、この外槽へオーバーフローする処理液が配管により気液混合ポンプに吸入される。また、この配管には、窒素ガス供給源が接続されており、窒素ガスが処理液とともに気液混合ポンプへ導入される。窒素ガスと処理液は、気液混合ポンプで混合され、旋回加速器を介して処理槽に吐出される。こうして処理槽内の処理液に対してマイクロバブルを含有させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７６１７号公報（例えば、図１）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高橋 正好、”研究紹介１．はじめに （微細な気泡の工学的応用）”、［online ］、平成２２年４月２６日 更新、産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門、［平成２２年４月２８日検索］、インターネット＜http://staff.aist.go.jp/m.taka/Research.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の装置では、上記したように処理槽内の処理液をポンプにより循環させるとともに、その循環経路の途中にマイクロバブル発生器を設置し、処理槽内にマイクロバブルを発生させている。このようにマイクロバブルを含有する処理液（以下「ＭＢ含有液」という）を貯留するための処理槽を必須的に設ける必要があった。また、上記した特許文献１に記載の装置では、処理槽内で基板処理しており、処理槽そのものがユースポイントとなっているが、ユースポイントがマイクロバブル発生器から離間している場合、ＭＢ含有液を貯留するタンクを別途設ける必要がある。このようにユースポイントとマイクロバブル発生器との位置関係にかかわらず、従来技術ではＭＢ含有液を貯留する処理槽やタンクを設ける必要がある。
【０００７】
また、マイクロバブルの発生量を増加させるために、処理槽やタンクと、マイクロバブル発生器との間で処理液を循環させながら処理液にマイクロバブルを発生させることが一般的に行われている。この場合、処理液の循環させるために、基板処理に必要な処理液量の数倍のＭＢ含有液を貯留する必要があり、処理槽やタンクの大型化が不可避となるとともに、装置始動から所望のマイクロバブルを含有するＭＢ含有液を得るまでに要する時間が長くなってしまう。このようにマイクロバブルを効率的に発生させることが難しかった。
【０００８】
さらに、上記したようにユースポイントがマイクロバブル発生器から離れている場合、当該タンクとユースポイントとを接続する配管系および送液用ポンプをそれぞれ付加的に設け、ポンプによってタンク内のＭＢ含有液を送液する必要がある。また、既設設備でＭＢ含有液を用いている場合、上記タンクを設置するスペースを新たに確保する必要があり、しかもユースポイントにつながる既設の配管より分岐し、タンク内に導入してマイクロバブルを含有させた後、元の配管に送液して合流させる必要があり、装置の大型化および複雑化は避けられない。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、微細気泡を含有する液体を一時的に貯留させることなく、省スペースで液体に微細気泡を効率良く発生させることができる微細気泡発生装置および方法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】
【００１０】
この発明にかかる微細気泡発生装置は、上記目的を達成するため、液体を所定の送液方向に導く送液配管と、送液配管に設けられて送液配管の上流端部を介して液体を吸入するとともに送液方向に圧送して送液配管の下流端部を介して送り出すポンプと、送液配管の下流端部から分岐するとともに送液配管の上流端部に接続されて液体の循環経路を構成する戻り循環部と、循環経路内を流れる液体に気体を供給して微細気泡を発生させる気泡発生部と、送液配管からの戻り循環部の分岐位置に対して送液方向の下流側に設けられて液体の送出量を調整する第１調整部と、戻り循環部での液体の流量を調整する第２調整部とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、この発明にかかる微細気泡発生方法は送液配管に設けられたポンプによって送液配管の上流端部から吸入されて送液配管の下流端部に送り出される液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生方法であって、上記目的を達成するため、送液配管の下流端部を流れる液体の一部を循環経路を介して送液配管の上流端部に戻しながら循環経路内を流れる液体に気体を供給して微細気泡を発生させて液体に含有させることを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明（微細気泡発生装置および方法）では、ポンプによって液体が送液配管の下流端部から送り出されるが、送液配管の下流端部を流れる液体の一部は送液配管の上流端部に戻される。すなわち、送液配管の下流端部から分岐するとともに送液配管の上流端部に接続されて液体を循環させる循環経路が形成されている。そして、第１調整部により液体の送出量が調整されるとともに、第２調整部により戻り循環部での液体の流量が調整され、送液配管を流れる液体の一部が送液配管と戻り循環部との間を循環する。また、このように循環している液体に対して気体が供給されて微細気泡が発生し、液体に微細気泡が効率良く含有される。
【００１３】
ここで、戻り循環部を、送液配管の下流端部から分岐する第１配管と、送液配管の上流端部に接続される第２配管と、第１配管と第２配管との間を連通する第３配管と、第１配管と第２配管との間を連通する第４配管とで構成してもよい。そして、第２調整部が第３配管に設けられ、この第２調整部によってポンプに戻される液体量を調整することで常にポンプに対して一定量以上の液体を戻すことができ、ポンプを良好に作動させることができる。また、第１調整部および第２調整部による流量調整により、第１配管、第４配管および第２配管を介して流れる液体の流量が調整されて気泡発生部に対して適切な圧力と流量の液体が供給されて所望の微細気泡を発生させることができる。
【００１４】
また、第２調整部を第３配管のみならず第４配管にも設けてもよく、これによって気泡発生部に流れ込む液体の圧力や流量をさらに高精度に制御することができ、気泡発生部で発生する微細気泡をさらに適正化することができる。また、微細気泡の発生量を増加させるためには、第４配管を複数設けるとともに、各第４配管に第２調整部および気泡発生部を設けてもよい。このように第１配管および第２配管に対して複数の気泡発生部を並列的に設けることで液体に対して微細気泡を短時間で効率良く発生させることができる。
【００１５】
また、気泡発生部への気体の供給流量を調整する第３調整部をさらに設けることで気泡発生部に流れ込む気体の圧力や流量をさらに高精度に制御することができ、気泡発生部で発生する微細気泡をさらに適正化することができる。ここで、第４配管を複数設けるとともに、各第４配管に気泡発生部を設けた場合、複数の気泡発生部に対して１つの第３調整部を設けてもよい。また、気泡発生部と第３調整部とを「多対多」や「１対１」の対応関係で設けてもよい。
【００１６】
また、気泡発生部で微細気泡を発生させるために、液体に供給される気体をせん断して微細気泡を生成する気液せん断法を用いることができる。この気液せん断法を用いた気泡発生部として、例えばアスピレータを使用することができる。
【００１７】
さらに、既設配管内を流れる液体が流れている場合、送液配管の上流端部および下流端部を既設配管に接続することで所望の微細気泡を既設配管内の液体に含有させることができる。なお、送液配管内での液体の圧力が既設配管の耐圧を上回ると、既設配管に破損などが生じる可能性がある。この場合、減圧部を、戻り循環部の分岐位置に対して送液方向の下流側に設けて送液配管の下流端部から既設配管に送り出される液体の圧力を既設配管の耐圧以下に減圧するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、ポンプにより液体を導く送液配管に対して液体の循環経路を形成するとともに、その循環経路を流れる液体に対して気体を供給して微細気泡を発生させているため、微細気泡を含有する液体を貯留するタンクなどを設けることなく、効率的に液体に微細気泡を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる微細気泡発生装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明にかかる微細気泡発生装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】本発明にかかる微細気泡発生装置の第３実施形態を示す図である。
【図４】第3実施形態にかかる微細気泡発生装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明にかかる微細気泡発生装置の第４実施形態を示す図である。
【図６】第４実施形態にかかる微細気泡発生装置の改良例を示す図である。
【図７】気泡発生部として用いるアスピレータの一例を示す断面図である。
【図８】気泡発生部として用いるアスピレータの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる微細気泡発生装置の第１実施形態を示す図である。この実施形態は処理槽１００をユースポイントとするものであり、微細気泡発生装置１Ａは処理槽１００から純水などの処理液Ｌを吸入し、所望の微細気泡を含有させてＭＢ含有液を得た後、処理槽１００に送り出す装置である。この第１実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ａは処理槽１００内の処理液Ｌを所定の送液方向Ｄに導く送液配管２を有している。この送液配管２の上流端部２Ａは処理槽１００の下方側部に接続される一方、送液配管２の下流端部２Ｂは処理槽１００の上方側部に接続されている。また、送液配管２の中央部には、送液用ポンプ３が設けられている、つまりポンプ３の取水口（図示省略）が送液配管２の上流端部２Ａを介して処理槽１００と接続されるとともに、ポンプ３の排出口（図示省略）が送液配管２の下流端部２Ｂを介して処理槽１００と接続されている。そして、ポンプ３は、装置全体を制御する制御部４からの動作指令に応じて作動することで、送液配管２の上流端部２Ａを介して処理槽１００から処理液Ｌを吸入するとともに送液方向Ｄに圧送して送液配管２の下流端部２Ｂを介して処理槽１００に送り出す。
【００２１】
また、送液配管２に対して戻り循環部５が取り付けられており、ポンプ３の排出口から送り出される処理液Ｌの一部をポンプ３の取水口に戻す循環経路を形成している。より詳しくは、戻り循環部５は、送液配管２の下流端部２Ｂから分岐する第１配管５１と、送液配管２の上流端部２Ａに接続される第２配管５２とを有している。そして、ポンプ３に近接して第３配管５３が配置されて第１配管５１と第２配管５２との間を連通して第１循環経路を形成している。また、第１配管５１および第２配管５２の先端部（図１の右側端部）が第４配管５４で相互に連結されて第２循環経路を形成している。このように第１実施形態では、２つの循環経路が形成されており、そのうち第１循環経路に流調バルブＶ２が配置されている。このように、第３配管５３に流調バルブＶ２が設けられて第１循環経路を介してポンプ３に戻る処理液Ｌの最低流量を調整可能となっている。この流調バルブＶ２は可変流量バルブであり、制御部４からの指令に応じて第３配管５３を流れる処理液Ｌの流量を調整する。このように第１実施形態では、ポンプ３に対して一定量以上の処理液Ｌが戻されるように流調バルブＶ２は制御されてポンプ３を常に良好な状態で作動させている。また、流調バルブＶ２による流量調整によって、第２循環経路に流れ込む処理液Ｌの流量が調整される。このように本実施形態では流調バルブＶ２が本発明の「第２調整部」として機能している。
【００２２】
この第２循環経路には気泡発生部６が配置されており、第４配管５４内を流れる処理液Ｌに対して空気が供給されて直径が５０〜６０μｍ以下のマイクロバブルを処理液Ｌに発生させる。この第１実施形態では、後述するように気液せん断法によりマイクロバブルを処理液Ｌに発生させており、図示省略の空気供給源から圧送されてくる空気がニードル弁Ｖ３を介して気泡発生部６に供給されてマイクロバブルを発生させて処理液Ｌにマイクロバブルを含有させてＭＢ含有液を生成している。このように本実施形態では、ニードル弁Ｖ３によって気泡発生部６に供給される空気の圧力や流量が調整されており、ニードル弁Ｖ３が本発明の「第３調整部」として機能している。
【００２３】
このように生成されるＭＢ含有液は第４配管５４および第２配管５２を介して送液配管２の上流端部２Ａに送られて処理液Ｌ中のマイクロバブル含有量を増大させる。そして、処理液Ｌはポンプ３によって送液配管２の下流端部２Ｂを介して送り出される。この送液配管２の下流端部２Ｂでは、第１配管５１の分岐位置ＢＰに対して送液方向Ｄの下流側（図１の上方側）に流調バルブＶ１が設けられて下流端部２Ｂを介して処理槽１００に送り出される処理液Ｌの流量を調整可能となっている。この流調バルブＶ１は可変流量バルブであり、制御部４からの指令に応じて処理液Ｌの送出量を調整する。また、流調バルブＶ１による送出量の調整によって戻り循環部５に流れ込む処理液Ｌの流量が制御される。このように本実施形態では流調バルブＶ１が本発明の「第１調整部」として機能している。
【００２４】
このように構成された微細気泡発生装置１Ａでは、制御部４の動作指令に応じてポンプ３が作動するとともに、各バルブＶ１〜Ｖ３が開くと、ポンプ３によって処理槽１００内の処理液Ｌが微細気泡発生装置１Ａに吸入されて送液配管２内を送液方向Ｄに送られる。そして、ポンプ３から送り出された処理液Ｌは第１流調バルブＶ１の開き度合いに応じた割合で分岐位置ＢＰで戻り循環部５の第１配管５１に流れ込む。
【００２５】
また、第２流調バルブＶ２の開き度合いに応じた割合で第１配管５１から第３配管５３および第４配管５４にそれぞれ流入する。この第３配管５３では、処理液Ｌがそのまま第２流調バルブＶ２を介して第１循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。一方、第４配管５４では、第１流調バルブＶ１および第２流調バルブＶ２の開き度合いに応じた流量で処理液Ｌが気泡発生部６に送り込まれる。この気泡発生部６には、ニードル弁Ｖ３を介して流量および圧力が調整された空気が供給される。この結果、処理液Ｌにより切断・粉砕されてマイクロバブルが形成されて処理液Ｌにマイクロバブルが含有される。こうして得られたＭＢ含有液は第２循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。
【００２６】
以上のように、第１実施形態では、処理液Ｌを戻り循環部５で循環させながらマイクロバブル（微細気泡）を発生させることで処理液Ｌに含有されるマイクロバブル量を高め、流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから処理槽１００に送り出している。したがって、処理液Ｌを貯留するためのタンクなどを設けることなく、ＭＢ含有液を効率的に得ることができる。
【００２７】
また、第１実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ａでは、流調バルブＶ２によってポンプ３に戻される処理液Ｌの最低流量を調整して常にポンプ３に対して一定量以上の処理液Ｌを戻しているため、ポンプ３を良好に作動させることができる。また、２つの流調バルブＶ１、Ｖ２によって気泡発生部６に与える処理液Ｌの流量を調整するとともに、ニードル弁Ｖ３によって気泡発生部６に供給する空気の流量を調整しているので、気泡発生部６に対して最適な圧力と流量の処理液Ｌおよび空気が供給されて所望のマイクロバブル（微細気泡）を効率的に発生させることができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図２は本発明にかかる微細気泡発生装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ｂが第１実施形態と大きく相違する点は、第４配管５４に流調バルブＶ４が設けられている点であり、その他の構成は第１実施形態と同一である。すなわち、第４配管５４を介して処理液Ｌが気泡発生部６に流入するが、その流れ方向において気泡発生部６の上流側（同図中の上側）に流調バルブＶ４が配置されている。この流調バルブＶ４は可変流量バルブであり、制御部４からの指令に応じて気泡発生部６に流れ込む処理液Ｌの流量を調整する。このように第２実施形態では、気泡発生部６に処理液Ｌが流入する直前位置に流調バルブＶ４を設けたことで、気泡発生部６に流れ込む処理液Ｌの圧力や流量をさらに高精度に制御することができ、気泡発生部６で発生する微細気泡の量やサイズなどをさらに適正化することができる。このように本実施形態では、流調バルブＶ２、Ｖ４が本発明の「第２調整部」として機能しており、この点については次に説明する第３実施形態にかかる微細気泡発生装置においても同様である。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図３は本発明にかかる微細気泡発生装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ｃが第１実施形態と大きく相違する点は、第４配管５４が２本設けられている点と、各第４配管５４に流調バルブＶ４および気泡発生部６が設けられている点と、ニードル弁Ｖ３を介して空気が各気泡発生部６に供給される点とであり、その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３０】
この第３実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ｃでは、制御部４の動作指令に応じてポンプ３が作動するとともに、第１流調バルブＶ１が開くと、第１実施形態と同様に、ポンプ３から送り出された処理液Ｌは第１流調バルブＶ１の開き度合いに応じた割合で一部が分岐位置ＢＰで戻り循環部５の第１配管５１に流れ込む。
【００３１】
また、第１流調バルブＶ１と同時に流調バルブＶ２、Ｖ４、Ｖ４が開くことで、流調バルブＶ２、Ｖ４の開き度合いに応じた割合で第１配管５１から第３配管５３および第４配管５４、５４にそれぞれ流入する。この第３配管５３では、処理液Ｌがそのまま第２流調バルブＶ２を介して第１循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。一方、各第４配管５４では、流調バルブＶ４の開き度合いに応じた流量で処理液Ｌが気泡発生部６に送り込まれる。この気泡発生部６には、ニードル弁Ｖ３を介して流量が調整された空気が供給される。この結果、第１実施形態と同様に気液せん断法によりマイクロバブル（微細気泡）が形成されて処理液Ｌにマイクロバブルが含有される。こうして得られたＭＢ含有液は第２循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。
【００３２】
以上のように、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、処理液Ｌを戻り循環部５で循環させながらマイクロバブルを発生させて生成されるＭＢ含有液を流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから処理槽１００に送り出している。したがって、第１実施形態と同様の作用効果、つまり処理液Ｌを貯留するためのタンクなどを設けることなく、ＭＢ含有液を効率的に得るという作用効果が得られる。
【００３３】
さらに、上記したように第１配管５１および第２配管５２に対して複数の気泡発生部６を並列的に設け、各気泡発生部６で同時にマイクロバブルを発生させているので、処理液Ｌに対してマイクロバブルを短時間で効率良く発生させることができる。なお、第３実施形態では、２つの気泡発生部６を並列して配置しているが、第１配管５１および第２配管５２に対して３本以上の第４配管５４を並列的に介挿し、各第４配管５４に気泡発生部６を配置してもよい。また、複数の気泡発生部６に対して１つのニードル弁Ｖ３を設けているが、気泡発生部６とニードル弁Ｖ３との対応関係は上記した「多対１」に限定されるものではなく、「多対多」の対応関係で気泡発生部６に対してニードル弁Ｖ３を設けてもよい。さらには、例えば図４に示すように、気泡発生部６の個数と同数のニードル弁Ｖ３を準備し、それぞれの気泡発生部６に対して１つのニードル弁Ｖ３を介して流量が調整された空気を供給するように構成してもよい。つまり、「１対１」の対応関係で気泡発生部６に対してニードル弁Ｖ３を設けてもよい。
【００３４】
＜第４実施形態＞
ところで、上記した第１実施形態ないし第３実施形態は処理槽１００をユースポイントとするものであり、処理槽１００の近傍に微細気泡発生装置１Ａ〜１Ｃが配置されているが、ユースポイントが微細気泡発生装置から離れている場合にも本発明は有用である。というのも、このような場合、処理液をユースポイントに供給するために配管が設置されているが、本発明にかかる微細気泡発生装置は上記のようにタンクレス構造であるため、送液配管を既設配管に接続することで既設配管内を流れる処理液に対して大量のマイクロバブルを効率的に含有させることができる。以下、既設配管に第１実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ａを設置した場合について図５を参照しつつ説明する。
【００３５】
図５は本発明にかかる微細気泡発生装置の第４実施形態を示す図である。この実施形態では、ユースポイント（図示省略）に対して処理液Ｌを供給するために配管２００が既設されている。この既設配管２００に対して送液配管２の上流端部２Ａおよび下流端部２Ｂが連通される。この第４実施形態では、既設配管２００内での処理液Ｌの流れ方向（同図中の白矢印方向）において上流端部２Ａが下流端部２Ｂよりも上流側に位置するように送液配管２が既設配管２００に接続されている。
【００３６】
微細気泡発生装置１Ａでは、制御部４の動作指令に応じてポンプ３が作動するとともに、各バルブＶ１〜Ｖ３が開くと、第１実施形態と同様に、ポンプ３によって既設配管２００を流れる処理液Ｌの一部が微細気泡発生装置１Ａに吸入され、戻り循環部５で循環させられる。そして、その循環中に気泡発生部６が処理液Ｌにマイクロバブルを発生させてＭＢ含有液を生成し、そのＭＢ含有液が送液配管２の上流端部２Ａに戻され、さらに流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから既設配管２００に送り出される。したがって、処理液Ｌを貯留するためのタンクなどを設けることなく、既設配管２００内を流れる処理液Ｌに対してマイクロバブル（微細気泡）を効率的に含有させることができる。
【００３７】
このように第４実施形態では、ポンプ３により既設配管２００から処理液Ｌを吸入し、マイクロバブルを含有させて送液配管２を介して既設配管２００に圧送しているため、送液配管２内での処理液Ｌ（ＭＢ含有液を含む）の圧力が既設配管２００の耐圧を上回り、既設配管２００に破損などが生じる可能性がある。このような場合、戻り循環部５の分岐位置ＢＰに対して送液方向Ｄの下流側に減圧部を設け、送液配管２の下流端部２Ｂから既設配管２００に送り出される処理液Ｌの圧力を既設配管２００の耐圧以下に減圧するのが望ましい。この減圧部として、例えば図６に示すように中央部にパインチング孔７１が形成されて処理液Ｌの流通面積を制限する減圧部材７を用いることができる。
【００３８】
図６は第４実施形態にかかる微細気泡発生装置の改良例を示す図である。この改良例では、送液配管２の下流端部２Ｂの一部に配管継ぎ部が設けられている。この配管継ぎ部では、下流端部２Ｂを構成する２つの配管２Ｂａ、２Ｂｂのうち上流側の配管２Ｂａの下流側端面にフランジ２１が取り付けられるとともに、下流側の配管２Ｂｂの上流側端面にフランジ２１が取り付けられている。そして、それらのフランジ２１、２１に挟み込まれるようにフランジ２１と同一径の減圧部材７が介挿されている。減圧部材７の中央部には、配管２Ｂａ、２Ｂｂの内径とほぼ同一径の円盤状の薄プレート７２が取り付けられている。この薄プレート７２には、複数のパインチング孔７１が穿設されており、配管２Ｂａから流れてくる処理液Ｌを一部規制するように構成されている。したがって、減圧部材７を通過した処理液Ｌの圧力は大幅に低減されて既設配管２００の耐圧以下となる。その結果、既設配管２００が破損するなどの不具合を効果的に防止することができる。
【００３９】
＜その他＞
ところで、上記実施形態で採用している気泡発生部６としては、気液せん断法によりマイクロバブルを形成するもの、例えば図７に示すように構成されたアスピレータ６Ａを用いることができる。
【００４０】
図７は、気泡発生部として用いるアスピレータの一例を示す断面図である。アスピレータ６Ａでは、第４配管５４の上流端部と接続されて第２循環経路の上流側（同図の左手側）から処理液Ｌが流入する流入部６１と、第４配管５４の下流端部と接続されて第２循環経路の下流側（同図の右手側）に向かって処理液（ＭＢ含有液）Ｌを流出する流出部６２とは一直線上に結合され、その結合部に、気体を吸引するための吸引部６３が略直角に結合されている。このように流入部６１および流出部６２は、第２循環経路の一部を構成しており、処理液Ｌが図６に１点鎖線矢印で示す方向に流通する。
【００４１】
この流入部６１には、処理液の流通方向に沿って断面積がほぼ一定に形成された定常部６１Ａと、この定常部６１Ａの下流側に連続して下流側に向かってほぼ一定の傾斜で断面積が縮小する縮小部６１Ｂとが形成されている。一方、流出部６２には、下流側に向かってほぼ一定の傾斜で断面積が拡大するように形成された拡大部６２Ａと、拡大部６２Ａの下流側に連続して処理液の流通方向に沿って断面積がほぼ一定に形成された定常部６２Ｂとが形成されている。また、流入部６１と流出部６２との結合部には、第２循環経路の断面積を縮小する絞り部が形成され、この絞り部に吸引部６３が連通している。なお、この吸引部６３には、ニードル弁Ｖ３を介して空気供給源から空気が圧送される。
【００４２】
この吸引部６３の断面積は、流入部６１の定常部６１Ａや流出部６２の定常部６２Ｂの断面積よりも小さく形成されており、流入部６１から流入した水が絞り部を介して流出部６２へと流出する際に、流速が速くなり、絞り部側に負圧が生じて、いわゆるベンチュリー管現象によって、図７に破線矢印で示すように、吸引部６３から絞り部に空気が吸引され、第２循環経路内を流れる処理液Ｌに空気が供給される。このとき、絞り部に供給される空気が高速で流通している処理液Ｌによりせん断されてマイクロバブル（微細気泡）が生成するとともに、処理液Ｌに含有される。こうしてアスピレータ６ＡでＭＢ含有液が生成され、第４配管５４および第２配管５２を介して送液配管２の上流端部２Ａに戻される。
【００４３】
ところで、図７に示すように構成されたアスピレータ（気泡発生部）６では、絞り部の断面積が固定化されているが、図８に示すように構成されたアスピレータ６Ｂを用いることで絞り部の断面積を調整することができ、種々の条件で微細気泡を発生することができ、汎用性を向上させることができる。
【００４４】
図８は、気泡発生部として用いるアスピレータの他の例を示す断面図である。このアスピレータ６Ｂが図７のアスピレータ６Ａと大きく相違する点は、流出部６２の拡大部６２Ａから上流側（同図の左手側）に挿入部６２Ｃが延設されている点と、流入部６１と流出部６２とが互いに分離されて流入部６１の縮小部６１Ｂが挿入部６２Ｃの凹部内に入り込んだ状態で流入部６１が流出部６２に対して処理液Ｌの流れ方向（同図の左右方向）に相対的に移動自在となっている点とである。
【００４５】
また、縮小部６１Ｂの先端部は下流側（同図の右手側）に向かってほぼ一定の傾斜で外径が縮小しており、最先端部での外径が拡大部６２Ａに形成された上流側開口の口径よりも狭く、縮小部６１Ｂの先端部が拡大部６２Ａの後端開口に対して進退可能となっている。そして、縮小部６１Ｂの先端部が拡大部６２Ａの後端開口から離間することで円環状の絞り部が形成されるとともに、その離間状態を調節することで絞り部の断面積を可変させることができる。また、絞り部に対し、縮小部６１Ｂの先端部と挿入部６２Ｃの凹部との間に形成される空間ＳＰを介して吸引部６３が連通されている。したがって、流入部６１を流出部６２に対して処理液Ｌの流通方向（同図の左右方向）に移動させることで絞り部での負圧状態を変化させて絞り部で発生する気泡の大きさや量を制御することが可能となっている。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、ニードル弁Ｖ３を介して空気供給源から空気を供給して微細気泡を発生させているが、例えば液体の種類に応じて窒素ガスやオゾンガスなどの他の気体を気泡発生部６に供給して微細気泡を発生させるように構成してもよい。つまり、微細気泡発生装置の使用用途に応じて液体および気体を適用な組み合わせで使用することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、気泡発生部６としては、気液せん断法によりマイクロバブルを形成するものを用いているが、他の方法、例えば高圧下で気体を大量に溶解させ、減圧により再気泡化する、いわゆる加圧減圧法によりマイクロバブルを形成するものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明は、非特許文献１で紹介されている技術以外に、半導体ウエハや液晶表示用ガラス基板などの基板に対して所定の基板処理を施すための処理液を生成する技術など、処理液に微細気泡を発生させる技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１Ａ〜１Ｃ…微細気泡発生装置
２…送液配管
２Ａ…（送液配管の）上流端部
２Ｂ…（送液配管の）下流端部
３…送液用ポンプ
５…戻り循環部
６…気泡発生部
６Ａ…アスピレータ
６Ｂ…アスピレータ
７…減圧部材（減圧部）
２００…既設配管
ＢＰ…分岐位置
Ｄ…送液方向
Ｌ…処理液
Ｖ１…流調バルブ（第１調整部）
Ｖ２、Ｖ４…流調バルブ（第２調整部）
Ｖ３…ニードル弁（第３調整部）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細気泡、例えば直径が５０〜６０μｍ以下のマイクロバブルは、水などの液体中で縮小していき、水中で消滅する、つまり完全に溶解する。このように微細気泡が水中で縮小する過程で、気泡内部の圧力が高められたり、表面に集積したイオン類をさらに濃縮させることが近年の研究で確認されている（非特許文献１参照）。そして、これらの基本的な特性を利用することが様々な分野で提案されている。例えば、マイクロバブルなどの微細気泡を用いて湖や海などの水域を浄化する試みがなされている。また、半導体基板やガラス基板の表面を洗浄する処理液に微細気泡を含有させて洗浄効率の向上を図ること、並びに食料品などを洗浄する洗浄液に微細気泡を含有させて化学物質を分解除去することも提案されている。さらに、微量で多様な有害化学物質を効果的に除去することが可能であるため、飲料水に微細気泡を含有させて飲料水の安全性の向上を図ることも提案されている。
【０００３】
例えば特許文献１では、マイクロバブルを含有する純水等の処理液を処理槽内に貯留し、その処理槽内の処理液に基板を浸漬することにより、洗浄処理等の処理を行っている。この特許文献１に記載の装置では、処理槽の上面は開放されており、その外側面の上端には外槽が設けられている。そして、この外槽へオーバーフローする処理液が配管により気液混合ポンプに吸入される。また、この配管には、窒素ガス供給源が接続されており、窒素ガスが処理液とともに気液混合ポンプへ導入される。窒素ガスと処理液は、気液混合ポンプで混合され、旋回加速器を介して処理槽に吐出される。こうして処理槽内の処理液に対してマイクロバブルを含有させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４７６１７号公報（例えば、図１）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】高橋 正好、”研究紹介１．はじめに （微細な気泡の工学的応用）”、［online ］、平成２２年４月２６日 更新、産業技術総合研究所 環境管理技術研究部門、［平成２２年４月２８日検索］、インターネット＜http://staff.aist.go.jp/m.taka/Research.html＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に記載の装置では、上記したように処理槽内の処理液をポンプにより循環させるとともに、その循環経路の途中にマイクロバブル発生器を設置し、処理槽内にマイクロバブルを発生させている。このようにマイクロバブルを含有する処理液（以下「ＭＢ含有液」という）を貯留するための処理槽を必須的に設ける必要があった。また、上記した特許文献１に記載の装置では、処理槽内で基板処理しており、処理槽そのものがユースポイントとなっているが、ユースポイントがマイクロバブル発生器から離間している場合、ＭＢ含有液を貯留するタンクを別途設ける必要がある。このようにユースポイントとマイクロバブル発生器との位置関係にかかわらず、従来技術ではＭＢ含有液を貯留する処理槽やタンクを設ける必要がある。
【０００７】
また、マイクロバブルの発生量を増加させるために、処理槽やタンクと、マイクロバブル発生器との間で処理液を循環させながら処理液にマイクロバブルを発生させることが一般的に行われている。この場合、処理液の循環させるために、基板処理に必要な処理液量の数倍のＭＢ含有液を貯留する必要があり、処理槽やタンクの大型化が不可避となるとともに、装置始動から所望のマイクロバブルを含有するＭＢ含有液を得るまでに要する時間が長くなってしまう。このようにマイクロバブルを効率的に発生させることが難しかった。
【０００８】
さらに、上記したようにユースポイントがマイクロバブル発生器から離れている場合、当該タンクとユースポイントとを接続する配管系および送液用ポンプをそれぞれ付加的に設け、ポンプによってタンク内のＭＢ含有液を送液する必要がある。また、既設設備でＭＢ含有液を用いている場合、上記タンクを設置するスペースを新たに確保する必要があり、しかもユースポイントにつながる既設の配管より分岐し、タンク内に導入してマイクロバブルを含有させた後、元の配管に送液して合流させる必要があり、装置の大型化および複雑化は避けられない。
【０００９】
この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、微細気泡を含有する液体を一時的に貯留させることなく、省スペースで液体に微細気泡を効率良く発生させることができる微細気泡発生装置および方法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】
【００１０】
この発明にかかる微細気泡発生装置は、上記目的を達成するため、液体を所定の送液方向に導く送液配管と、送液配管に設けられて送液配管の上流端部を介して液体を吸入するとともに送液方向に圧送して送液配管の下流端部を介して送り出すポンプと、送液配管の下流端部から分岐するとともに送液配管の上流端部に接続されて液体の循環経路を構成する戻り循環部と、循環経路内を流れる液体に気体を供給して微細気泡を発生させる気泡発生部と、送液配管からの戻り循環部の分岐位置に対して送液方向の下流側に設けられて液体の送出量を調整する第１調整部と、戻り循環部での液体の流量を調整する第２調整部とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、この発明にかかる微細気泡発生方法は送液配管に設けられたポンプによって送液配管の上流端部から吸入されて送液配管の下流端部に送り出される液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生方法であって、上記目的を達成するため、送液配管の下流端部を流れる液体の一部を循環経路を介して送液配管の上流端部に戻しながら循環経路内を流れる液体に気体を供給して微細気泡を発生させて液体に含有させることを特徴としている。
【００１２】
このように構成された発明（微細気泡発生装置および方法）では、ポンプによって液体が送液配管の下流端部から送り出されるが、送液配管の下流端部を流れる液体の一部は送液配管の上流端部に戻される。すなわち、送液配管の下流端部から分岐するとともに送液配管の上流端部に接続されて液体を循環させる循環経路が形成されている。そして、第１調整部により液体の送出量が調整されるとともに、第２調整部により戻り循環部での液体の流量が調整され、送液配管を流れる液体の一部が送液配管と戻り循環部との間を循環する。また、このように循環している液体に対して気体が供給されて微細気泡が発生し、液体に微細気泡が効率良く含有される。
【００１３】
ここで、戻り循環部を、送液配管の下流端部から分岐する第１配管と、送液配管の上流端部に接続される第２配管と、第１配管と第２配管との間を連通する第３配管と、第１配管と第２配管との間を連通する第４配管とで構成してもよい。そして、第２調整部が第３配管に設けられ、この第２調整部によってポンプに戻される液体量を調整することで常にポンプに対して一定量以上の液体を戻すことができ、ポンプを良好に作動させることができる。また、第１調整部および第２調整部による流量調整により、第１配管、第４配管および第２配管を介して流れる液体の流量が調整されて気泡発生部に対して適切な圧力と流量の液体が供給されて所望の微細気泡を発生させることができる。
【００１４】
また、第２調整部を第３配管のみならず第４配管にも設けてもよく、これによって気泡発生部に流れ込む液体の圧力や流量をさらに高精度に制御することができ、気泡発生部で発生する微細気泡をさらに適正化することができる。また、微細気泡の発生量を増加させるためには、第４配管を複数設けるとともに、各第４配管に第２調整部および気泡発生部を設けてもよい。このように第１配管および第２配管に対して複数の気泡発生部を並列的に設けることで液体に対して微細気泡を短時間で効率良く発生させることができる。
【００１５】
また、気泡発生部への気体の供給流量を調整する第３調整部をさらに設けることで気泡発生部に流れ込む気体の圧力や流量をさらに高精度に制御することができ、気泡発生部で発生する微細気泡をさらに適正化することができる。ここで、第４配管を複数設けるとともに、各第４配管に気泡発生部を設けた場合、複数の気泡発生部に対して１つの第３調整部を設けてもよい。また、気泡発生部と第３調整部とを「多対多」や「１対１」の対応関係で設けてもよい。
【００１６】
また、気泡発生部で微細気泡を発生させるために、液体に供給される気体をせん断して微細気泡を生成する気液せん断法を用いることができる。この気液せん断法を用いた気泡発生部として、例えばアスピレータを使用することができる。
【００１７】
さらに、既設配管内を流れる液体が流れている場合、送液配管の上流端部および下流端部を既設配管に接続することで所望の微細気泡を既設配管内の液体に含有させることができる。なお、送液配管内での液体の圧力が既設配管の耐圧を上回ると、既設配管に破損などが生じる可能性がある。この場合、減圧部を、戻り循環部の分岐位置に対して送液方向の下流側に設けて送液配管の下流端部から既設配管に送り出される液体の圧力を既設配管の耐圧以下に減圧するのが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、ポンプにより液体を導く送液配管に対して液体の循環経路を形成するとともに、その循環経路を流れる液体に対して気体を供給して微細気泡を発生させているため、微細気泡を含有する液体を貯留するタンクなどを設けることなく、効率的に液体に微細気泡を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明にかかる微細気泡発生装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】本発明にかかる微細気泡発生装置の第２実施形態を示す図である。
【図３】本発明にかかる微細気泡発生装置の第３実施形態を示す図である。
【図４】第3実施形態にかかる微細気泡発生装置の変形例を示す図である。
【図５】本発明にかかる微細気泡発生装置の第４実施形態を示す図である。
【図６】第４実施形態にかかる微細気泡発生装置の改良例を示す図である。
【図７】気泡発生部として用いるアスピレータの一例を示す断面図である。
【図８】気泡発生部として用いるアスピレータの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は本発明にかかる微細気泡発生装置の第１実施形態を示す図である。この実施形態は処理槽１００をユースポイントとするものであり、微細気泡発生装置１Ａは処理槽１００から純水などの処理液Ｌを吸入し、所望の微細気泡を含有させてＭＢ含有液を得た後、処理槽１００に送り出す装置である。この第１実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ａは処理槽１００内の処理液Ｌを所定の送液方向Ｄに導く送液配管２を有している。この送液配管２の上流端部２Ａは処理槽１００の下方側部に接続される一方、送液配管２の下流端部２Ｂは処理槽１００の上方側部に接続されている。また、送液配管２の中央部には、送液用ポンプ３が設けられている、つまりポンプ３の取水口（図示省略）が送液配管２の上流端部２Ａを介して処理槽１００と接続されるとともに、ポンプ３の排出口（図示省略）が送液配管２の下流端部２Ｂを介して処理槽１００と接続されている。そして、ポンプ３は、装置全体を制御する制御部４からの動作指令に応じて作動することで、送液配管２の上流端部２Ａを介して処理槽１００から処理液Ｌを吸入するとともに送液方向Ｄに圧送して送液配管２の下流端部２Ｂを介して処理槽１００に送り出す。
【００２１】
また、送液配管２に対して戻り循環部５が取り付けられており、ポンプ３の排出口から送り出される処理液Ｌの一部をポンプ３の取水口に戻す循環経路を形成している。より詳しくは、戻り循環部５は、送液配管２の下流端部２Ｂから分岐する第１配管５１と、送液配管２の上流端部２Ａに接続される第２配管５２とを有している。そして、ポンプ３に近接して第３配管５３が配置されて第１配管５１と第２配管５２との間を連通して第１循環経路を形成している。また、第１配管５１および第２配管５２の先端部（図１の右側端部）が第４配管５４で相互に連結されて第２循環経路を形成している。このように第１実施形態では、２つの循環経路が形成されており、そのうち第１循環経路に流調バルブＶ２が配置されている。このように、第３配管５３に流調バルブＶ２が設けられて第１循環経路を介してポンプ３に戻る処理液Ｌの最低流量を調整可能となっている。この流調バルブＶ２は可変流量バルブであり、制御部４からの指令に応じて第３配管５３を流れる処理液Ｌの流量を調整する。このように第１実施形態では、ポンプ３に対して一定量以上の処理液Ｌが戻されるように流調バルブＶ２は制御されてポンプ３を常に良好な状態で作動させている。また、流調バルブＶ２による流量調整によって、第２循環経路に流れ込む処理液Ｌの流量が調整される。このように本実施形態では流調バルブＶ２が本発明の「第２調整部」として機能している。
【００２２】
この第２循環経路には気泡発生部６が配置されており、第４配管５４内を流れる処理液Ｌに対して空気が供給されて直径が５０〜６０μｍ以下のマイクロバブルを処理液Ｌに発生させる。この第１実施形態では、後述するように気液せん断法によりマイクロバブルを処理液Ｌに発生させており、図示省略の空気供給源から圧送されてくる空気がニードル弁Ｖ３を介して気泡発生部６に供給されてマイクロバブルを発生させて処理液Ｌにマイクロバブルを含有させてＭＢ含有液を生成している。このように本実施形態では、ニードル弁Ｖ３によって気泡発生部６に供給される空気の圧力や流量が調整されており、ニードル弁Ｖ３が本発明の「第３調整部」として機能している。
【００２３】
このように生成されるＭＢ含有液は第４配管５４および第２配管５２を介して送液配管２の上流端部２Ａに送られて処理液Ｌ中のマイクロバブル含有量を増大させる。そして、処理液Ｌはポンプ３によって送液配管２の下流端部２Ｂを介して送り出される。この送液配管２の下流端部２Ｂでは、第１配管５１の分岐位置ＢＰに対して送液方向Ｄの下流側（図１の上方側）に流調バルブＶ１が設けられて下流端部２Ｂを介して処理槽１００に送り出される処理液Ｌの流量を調整可能となっている。この流調バルブＶ１は可変流量バルブであり、制御部４からの指令に応じて処理液Ｌの送出量を調整する。また、流調バルブＶ１による送出量の調整によって戻り循環部５に流れ込む処理液Ｌの流量が制御される。このように本実施形態では流調バルブＶ１が本発明の「第１調整部」として機能している。
【００２４】
このように構成された微細気泡発生装置１Ａでは、制御部４の動作指令に応じてポンプ３が作動するとともに、各バルブＶ１〜Ｖ３が開くと、ポンプ３によって処理槽１００内の処理液Ｌが微細気泡発生装置１Ａに吸入されて送液配管２内を送液方向Ｄに送られる。そして、ポンプ３から送り出された処理液Ｌは第１流調バルブＶ１の開き度合いに応じた割合で分岐位置ＢＰで戻り循環部５の第１配管５１に流れ込む。
【００２５】
また、第２流調バルブＶ２の開き度合いに応じた割合で第１配管５１から第３配管５３および第４配管５４にそれぞれ流入する。この第３配管５３では、処理液Ｌがそのまま第２流調バルブＶ２を介して第１循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。一方、第４配管５４では、第１流調バルブＶ１および第２流調バルブＶ２の開き度合いに応じた流量で処理液Ｌが気泡発生部６に送り込まれる。この気泡発生部６には、ニードル弁Ｖ３を介して流量および圧力が調整された空気が供給される。この結果、処理液Ｌにより切断・粉砕されてマイクロバブルが形成されて処理液Ｌにマイクロバブルが含有される。こうして得られたＭＢ含有液は第２循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。
【００２６】
以上のように、第１実施形態では、処理液Ｌを戻り循環部５で循環させながらマイクロバブル（微細気泡）を発生させることで処理液Ｌに含有されるマイクロバブル量を高め、流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから処理槽１００に送り出している。したがって、処理液Ｌを貯留するためのタンクなどを設けることなく、ＭＢ含有液を効率的に得ることができる。
【００２７】
また、第１実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ａでは、流調バルブＶ２によってポンプ３に戻される処理液Ｌの最低流量を調整して常にポンプ３に対して一定量以上の処理液Ｌを戻しているため、ポンプ３を良好に作動させることができる。また、２つの流調バルブＶ１、Ｖ２によって気泡発生部６に与える処理液Ｌの流量を調整するとともに、ニードル弁Ｖ３によって気泡発生部６に供給する空気の流量を調整しているので、気泡発生部６に対して最適な圧力と流量の処理液Ｌおよび空気が供給されて所望のマイクロバブル（微細気泡）を効率的に発生させることができる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
図２は本発明にかかる微細気泡発生装置の第２実施形態を示す図である。この第２実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ｂが第１実施形態と大きく相違する点は、第４配管５４に流調バルブＶ４が設けられている点であり、その他の構成は第１実施形態と同一である。すなわち、第４配管５４を介して処理液Ｌが気泡発生部６に流入するが、その流れ方向において気泡発生部６の上流側（同図中の上側）に流調バルブＶ４が配置されている。この流調バルブＶ４は可変流量バルブであり、制御部４からの指令に応じて気泡発生部６に流れ込む処理液Ｌの流量を調整する。このように第２実施形態では、気泡発生部６に処理液Ｌが流入する直前位置に流調バルブＶ４を設けたことで、気泡発生部６に流れ込む処理液Ｌの圧力や流量をさらに高精度に制御することができ、気泡発生部６で発生する微細気泡の量やサイズなどをさらに適正化することができる。このように本実施形態では、流調バルブＶ２、Ｖ４が本発明の「第２調整部」として機能しており、この点については次に説明する第３実施形態にかかる微細気泡発生装置においても同様である。
【００２９】
＜第３実施形態＞
図３は本発明にかかる微細気泡発生装置の第３実施形態を示す図である。この第３実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ｃが第１実施形態と大きく相違する点は、第４配管５４が２本設けられている点と、各第４配管５４に流調バルブＶ４および気泡発生部６が設けられている点と、ニードル弁Ｖ３を介して空気が各気泡発生部６に供給される点とであり、その他の構成は第１実施形態と同一である。
【００３０】
この第３実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ｃでは、制御部４の動作指令に応じてポンプ３が作動するとともに、第１流調バルブＶ１が開くと、第１実施形態と同様に、ポンプ３から送り出された処理液Ｌは第１流調バルブＶ１の開き度合いに応じた割合で一部が分岐位置ＢＰで戻り循環部５の第１配管５１に流れ込む。
【００３１】
また、第１流調バルブＶ１と同時に流調バルブＶ２、Ｖ４、Ｖ４が開くことで、流調バルブＶ２、Ｖ４の開き度合いに応じた割合で第１配管５１から第３配管５３および第４配管５４、５４にそれぞれ流入する。この第３配管５３では、処理液Ｌがそのまま第２流調バルブＶ２を介して第１循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。一方、各第４配管５４では、流調バルブＶ４の開き度合いに応じた流量で処理液Ｌが気泡発生部６に送り込まれる。この気泡発生部６には、ニードル弁Ｖ３を介して流量が調整された空気が供給される。この結果、第１実施形態と同様に気液せん断法によりマイクロバブル（微細気泡）が形成されて処理液Ｌにマイクロバブルが含有される。こうして得られたＭＢ含有液は第２循環経路に沿って流れ、第２配管５２および送液配管２の上流端部２Ａを介してポンプ３に戻される。
【００３２】
以上のように、第３実施形態では、第１実施形態と同様に、処理液Ｌを戻り循環部５で循環させながらマイクロバブルを発生させて生成されるＭＢ含有液を流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから処理槽１００に送り出している。したがって、第１実施形態と同様の作用効果、つまり処理液Ｌを貯留するためのタンクなどを設けることなく、ＭＢ含有液を効率的に得るという作用効果が得られる。
【００３３】
さらに、上記したように第１配管５１および第２配管５２に対して複数の気泡発生部６を並列的に設け、各気泡発生部６で同時にマイクロバブルを発生させているので、処理液Ｌに対してマイクロバブルを短時間で効率良く発生させることができる。なお、第３実施形態では、２つの気泡発生部６を並列して配置しているが、第１配管５１および第２配管５２に対して３本以上の第４配管５４を並列的に介挿し、各第４配管５４に気泡発生部６を配置してもよい。また、複数の気泡発生部６に対して１つのニードル弁Ｖ３を設けているが、気泡発生部６とニードル弁Ｖ３との対応関係は上記した「多対１」に限定されるものではなく、「多対多」の対応関係で気泡発生部６に対してニードル弁Ｖ３を設けてもよい。さらには、例えば図４に示すように、気泡発生部６の個数と同数のニードル弁Ｖ３を準備し、それぞれの気泡発生部６に対して１つのニードル弁Ｖ３を介して流量が調整された空気を供給するように構成してもよい。つまり、「１対１」の対応関係で気泡発生部６に対してニードル弁Ｖ３を設けてもよい。
【００３４】
＜第４実施形態＞
ところで、上記した第１実施形態ないし第３実施形態は処理槽１００をユースポイントとするものであり、処理槽１００の近傍に微細気泡発生装置１Ａ〜１Ｃが配置されているが、ユースポイントが微細気泡発生装置から離れている場合にも本発明は有用である。というのも、このような場合、処理液をユースポイントに供給するために配管が設置されているが、本発明にかかる微細気泡発生装置は上記のようにタンクレス構造であるため、送液配管を既設配管に接続することで既設配管内を流れる処理液に対して大量のマイクロバブルを効率的に含有させることができる。以下、既設配管に第１実施形態にかかる微細気泡発生装置１Ａを設置した場合について図５を参照しつつ説明する。
【００３５】
図５は本発明にかかる微細気泡発生装置の第４実施形態を示す図である。この実施形態では、ユースポイント（図示省略）に対して処理液Ｌを供給するために配管２００が既設されている。この既設配管２００に対して送液配管２の上流端部２Ａおよび下流端部２Ｂが連通される。この第４実施形態では、既設配管２００内での処理液Ｌの流れ方向（同図中の白矢印方向）において上流端部２Ａが下流端部２Ｂよりも上流側に位置するように送液配管２が既設配管２００に接続されている。
【００３６】
微細気泡発生装置１Ａでは、制御部４の動作指令に応じてポンプ３が作動するとともに、各バルブＶ１〜Ｖ３が開くと、第１実施形態と同様に、ポンプ３によって既設配管２００を流れる処理液Ｌの一部が微細気泡発生装置１Ａに吸入され、戻り循環部５で循環させられる。そして、その循環中に気泡発生部６が処理液Ｌにマイクロバブルを発生させてＭＢ含有液を生成し、そのＭＢ含有液が送液配管２の上流端部２Ａに戻され、さらに流調バルブＶ１を介して送液配管２の下流端部２Ｂから既設配管２００に送り出される。したがって、処理液Ｌを貯留するためのタンクなどを設けることなく、既設配管２００内を流れる処理液Ｌに対してマイクロバブル（微細気泡）を効率的に含有させることができる。
【００３７】
このように第４実施形態では、ポンプ３により既設配管２００から処理液Ｌを吸入し、マイクロバブルを含有させて送液配管２を介して既設配管２００に圧送しているため、送液配管２内での処理液Ｌ（ＭＢ含有液を含む）の圧力が既設配管２００の耐圧を上回り、既設配管２００に破損などが生じる可能性がある。このような場合、戻り循環部５の分岐位置ＢＰに対して送液方向Ｄの下流側に減圧部を設け、送液配管２の下流端部２Ｂから既設配管２００に送り出される処理液Ｌの圧力を既設配管２００の耐圧以下に減圧するのが望ましい。この減圧部として、例えば図６に示すように中央部にパインチング孔７１が形成されて処理液Ｌの流通面積を制限する減圧部材７を用いることができる。
【００３８】
図６は第４実施形態にかかる微細気泡発生装置の改良例を示す図である。この改良例では、送液配管２の下流端部２Ｂの一部に配管継ぎ部が設けられている。この配管継ぎ部では、下流端部２Ｂを構成する２つの配管２Ｂａ、２Ｂｂのうち上流側の配管２Ｂａの下流側端面にフランジ２１が取り付けられるとともに、下流側の配管２Ｂｂの上流側端面にフランジ２１が取り付けられている。そして、それらのフランジ２１、２１に挟み込まれるようにフランジ２１と同一径の減圧部材７が介挿されている。減圧部材７の中央部には、配管２Ｂａ、２Ｂｂの内径とほぼ同一径の円盤状の薄プレート７２が取り付けられている。この薄プレート７２には、複数のパインチング孔７１が穿設されており、配管２Ｂａから流れてくる処理液Ｌを一部規制するように構成されている。したがって、減圧部材７を通過した処理液Ｌの圧力は大幅に低減されて既設配管２００の耐圧以下となる。その結果、既設配管２００が破損するなどの不具合を効果的に防止することができる。
【００３９】
＜その他＞
ところで、上記実施形態で採用している気泡発生部６としては、気液せん断法によりマイクロバブルを形成するもの、例えば図７に示すように構成されたアスピレータ６Ａを用いることができる。
【００４０】
図７は、気泡発生部として用いるアスピレータの一例を示す断面図である。アスピレータ６Ａでは、第４配管５４の上流端部と接続されて第２循環経路の上流側（同図の左手側）から処理液Ｌが流入する流入部６１と、第４配管５４の下流端部と接続されて第２循環経路の下流側（同図の右手側）に向かって処理液（ＭＢ含有液）Ｌを流出する流出部６２とは一直線上に結合され、その結合部に、気体を吸引するための吸引部６３が略直角に結合されている。このように流入部６１および流出部６２は、第２循環経路の一部を構成しており、処理液Ｌが図６に１点鎖線矢印で示す方向に流通する。
【００４１】
この流入部６１には、処理液の流通方向に沿って断面積がほぼ一定に形成された定常部６１Ａと、この定常部６１Ａの下流側に連続して下流側に向かってほぼ一定の傾斜で断面積が縮小する縮小部６１Ｂとが形成されている。一方、流出部６２には、下流側に向かってほぼ一定の傾斜で断面積が拡大するように形成された拡大部６２Ａと、拡大部６２Ａの下流側に連続して処理液の流通方向に沿って断面積がほぼ一定に形成された定常部６２Ｂとが形成されている。また、流入部６１と流出部６２との結合部には、第２循環経路の断面積を縮小する絞り部が形成され、この絞り部に吸引部６３が連通している。なお、この吸引部６３には、ニードル弁Ｖ３を介して空気供給源から空気が圧送される。
【００４２】
この吸引部６３の断面積は、流入部６１の定常部６１Ａや流出部６２の定常部６２Ｂの断面積よりも小さく形成されており、流入部６１から流入した水が絞り部を介して流出部６２へと流出する際に、流速が速くなり、絞り部側に負圧が生じて、いわゆるベンチュリー管現象によって、図７に破線矢印で示すように、吸引部６３から絞り部に空気が吸引され、第２循環経路内を流れる処理液Ｌに空気が供給される。このとき、絞り部に供給される空気が高速で流通している処理液Ｌによりせん断されてマイクロバブル（微細気泡）が生成するとともに、処理液Ｌに含有される。こうしてアスピレータ６ＡでＭＢ含有液が生成され、第４配管５４および第２配管５２を介して送液配管２の上流端部２Ａに戻される。
【００４３】
ところで、図７に示すように構成されたアスピレータ（気泡発生部）６では、絞り部の断面積が固定化されているが、図８に示すように構成されたアスピレータ６Ｂを用いることで絞り部の断面積を調整することができ、種々の条件で微細気泡を発生することができ、汎用性を向上させることができる。
【００４４】
図８は、気泡発生部として用いるアスピレータの他の例を示す断面図である。このアスピレータ６Ｂが図７のアスピレータ６Ａと大きく相違する点は、流出部６２の拡大部６２Ａから上流側（同図の左手側）に挿入部６２Ｃが延設されている点と、流入部６１と流出部６２とが互いに分離されて流入部６１の縮小部６１Ｂが挿入部６２Ｃの凹部内に入り込んだ状態で流入部６１が流出部６２に対して処理液Ｌの流れ方向（同図の左右方向）に相対的に移動自在となっている点とである。
【００４５】
また、縮小部６１Ｂの先端部は下流側（同図の右手側）に向かってほぼ一定の傾斜で外径が縮小しており、最先端部での外径が拡大部６２Ａに形成された上流側開口の口径よりも狭く、縮小部６１Ｂの先端部が拡大部６２Ａの後端開口に対して進退可能となっている。そして、縮小部６１Ｂの先端部が拡大部６２Ａの後端開口から離間することで円環状の絞り部が形成されるとともに、その離間状態を調節することで絞り部の断面積を可変させることができる。また、絞り部に対し、縮小部６１Ｂの先端部と挿入部６２Ｃの凹部との間に形成される空間ＳＰを介して吸引部６３が連通されている。したがって、流入部６１を流出部６２に対して処理液Ｌの流通方向（同図の左右方向）に移動させることで絞り部での負圧状態を変化させて絞り部で発生する気泡の大きさや量を制御することが可能となっている。
【００４６】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したものに対して種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、ニードル弁Ｖ３を介して空気供給源から空気を供給して微細気泡を発生させているが、例えば液体の種類に応じて窒素ガスやオゾンガスなどの他の気体を気泡発生部６に供給して微細気泡を発生させるように構成してもよい。つまり、微細気泡発生装置の使用用途に応じて液体および気体を適用な組み合わせで使用することができる。
【００４７】
また、上記実施形態では、気泡発生部６としては、気液せん断法によりマイクロバブルを形成するものを用いているが、他の方法、例えば高圧下で気体を大量に溶解させ、減圧により再気泡化する、いわゆる加圧減圧法によりマイクロバブルを形成するものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
この発明は、非特許文献１で紹介されている技術以外に、半導体ウエハや液晶表示用ガラス基板などの基板に対して所定の基板処理を施すための処理液を生成する技術など、処理液に微細気泡を発生させる技術全般に適用することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１Ａ〜１Ｃ…微細気泡発生装置
２…送液配管
２Ａ…（送液配管の）上流端部
２Ｂ…（送液配管の）下流端部
３…送液用ポンプ
５…戻り循環部
６…気泡発生部
６Ａ…アスピレータ
６Ｂ…アスピレータ
７…減圧部材（減圧部）
２００…既設配管
ＢＰ…分岐位置
Ｄ…送液方向
Ｌ…処理液
Ｖ１…流調バルブ（第１調整部）
Ｖ２、Ｖ４…流調バルブ（第２調整部）
Ｖ３…ニードル弁（第３調整部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を所定の送液方向に導く送液配管と、
前記送液配管に設けられて前記送液配管の上流端部を介して前記液体を吸入するとともに前記送液方向に圧送して前記送液配管の下流端部を介して送り出すポンプと、
前記送液配管の下流端部から分岐するとともに前記送液配管の上流端部に接続されて前記液体の循環経路を構成する戻り循環部と、
前記循環経路内を流れる前記液体に気体を供給して微細気泡を発生させる気泡発生部と、
前記送液配管からの前記戻り循環部の分岐位置に対して前記送液方向の下流側に設けられて前記液体の送出量を調整する第１調整部と、
前記戻り循環部での前記液体の流量を調整する第２調整部と
を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記戻り循環部は、前記送液配管の下流端部から分岐する第１配管と、前記送液配管の上流端部に接続される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する第３配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する第４配管とを有し、
前記第３配管に前記第２調整部が設けられる一方、前記第４配管に前記気泡発生部が設けられる請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記第４配管に前記第２調整部がさらに設けられる請求項２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
前記戻り循環部は、前記送液配管の下流端部から分岐する第１配管と、前記送液配管の上流端部に接続される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する第３配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する複数の第４配管とを有し、
前記第３配管に前記第２調整部が設けられる一方、前記複数の第４配管の各々に前記第２調整部および前記気泡発生部が設けられる請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
前記複数の気泡発生部と１対１で対応して設けられる複数の第３調整部をさらに備え、
前記複数の第３調整部はそれぞれ対応する前記気泡発生部への前記気体の供給流量を調整する請求項４に記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
前記気泡発生部への前記気体の供給流量を調整する第３調整部をさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
前記気泡発生部は前記液体に供給される前記気体をせん断して前記微細気泡を生成する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項８】
前記気泡発生部はアスピレータである請求項７に記載の微細気泡発生装置。
【請求項９】
既設配管内を流れる前記液体中に前記微細気泡を発生させる請求項１ないし８のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置であって、
前記送液配管の上流端部および下流端部が前記既設配管に接続可能となっている微細気泡発生装置。
【請求項１０】
前記戻り循環部の分岐位置に対して前記送液方向の下流側で前記送液配管の下流端部に設けられて前記送液配管の下流端部から前記既設配管に送り出される前記液体の圧力を前記既設配管の耐圧以下に減圧する減圧部をさらに備える請求項９に記載の微細気泡発生装置。
【請求項１１】
送液配管に設けられたポンプによって前記送液配管の上流端部から吸入されて前記送液配管の下流端部に送り出される液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生方法であって、
前記送液配管の下流端部を流れる前記液体の一部を循環経路を介して前記送液配管の上流端部に戻しながら前記循環経路内を流れる前記液体に気体を供給して微細気泡を発生させて前記液体に含有させることを特徴とする微細気泡発生方法。
【請求項１】
液体を所定の送液方向に導く送液配管と、
前記送液配管に設けられて前記送液配管の上流端部を介して前記液体を吸入するとともに前記送液方向に圧送して前記送液配管の下流端部を介して送り出すポンプと、
前記送液配管の下流端部から分岐するとともに前記送液配管の上流端部に接続されて前記液体の循環経路を構成する戻り循環部と、
前記循環経路内を流れる前記液体に気体を供給して微細気泡を発生させる気泡発生部と、
前記送液配管からの前記戻り循環部の分岐位置に対して前記送液方向の下流側に設けられて前記液体の送出量を調整する第１調整部と、
前記戻り循環部での前記液体の流量を調整する第２調整部と
を備えることを特徴とする微細気泡発生装置。
【請求項２】
前記戻り循環部は、前記送液配管の下流端部から分岐する第１配管と、前記送液配管の上流端部に接続される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する第３配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する第４配管とを有し、
前記第３配管に前記第２調整部が設けられる一方、前記第４配管に前記気泡発生部が設けられる請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項３】
前記第４配管に前記第２調整部がさらに設けられる請求項２に記載の微細気泡発生装置。
【請求項４】
前記戻り循環部は、前記送液配管の下流端部から分岐する第１配管と、前記送液配管の上流端部に接続される第２配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する第３配管と、前記第１配管と前記第２配管との間を連通する複数の第４配管とを有し、
前記第３配管に前記第２調整部が設けられる一方、前記複数の第４配管の各々に前記第２調整部および前記気泡発生部が設けられる請求項１に記載の微細気泡発生装置。
【請求項５】
前記複数の気泡発生部と１対１で対応して設けられる複数の第３調整部をさらに備え、
前記複数の第３調整部はそれぞれ対応する前記気泡発生部への前記気体の供給流量を調整する請求項４に記載の微細気泡発生装置。
【請求項６】
前記気泡発生部への前記気体の供給流量を調整する第３調整部をさらに備える請求項１ないし３のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項７】
前記気泡発生部は前記液体に供給される前記気体をせん断して前記微細気泡を生成する請求項１ないし６のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置。
【請求項８】
前記気泡発生部はアスピレータである請求項７に記載の微細気泡発生装置。
【請求項９】
既設配管内を流れる前記液体中に前記微細気泡を発生させる請求項１ないし８のいずれか一項に記載の微細気泡発生装置であって、
前記送液配管の上流端部および下流端部が前記既設配管に接続可能となっている微細気泡発生装置。
【請求項１０】
前記戻り循環部の分岐位置に対して前記送液方向の下流側で前記送液配管の下流端部に設けられて前記送液配管の下流端部から前記既設配管に送り出される前記液体の圧力を前記既設配管の耐圧以下に減圧する減圧部をさらに備える請求項９に記載の微細気泡発生装置。
【請求項１１】
送液配管に設けられたポンプによって前記送液配管の上流端部から吸入されて前記送液配管の下流端部に送り出される液体に微細気泡を発生させる微細気泡発生方法であって、
前記送液配管の下流端部を流れる前記液体の一部を循環経路を介して前記送液配管の上流端部に戻しながら前記循環経路内を流れる前記液体に気体を供給して微細気泡を発生させて前記液体に含有させることを特徴とする微細気泡発生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２４０２１８（Ｐ２０１１−２４０２１８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２２０２（Ｐ２０１０−１１２２０２）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００２０７５５１）大日本スクリーン製造株式会社 (2,640)
【Ｆターム（参考）】
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