飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置
【課題】長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置を提供する。
【解決手段】飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法は、純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程Ａと、脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の飽和ガス溶解純水を生成するガス溶解工程Ｂと、ガス溶解工程Ｂを経たガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程Ｄと、を含み、ガス溶解工程Ｂにおいて溶解ガスの圧力を制御し、ナノバブル発生工程Ｄの前にガス溶解純水の比抵抗を減少させる。
【解決手段】飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法は、純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程Ａと、脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の飽和ガス溶解純水を生成するガス溶解工程Ｂと、ガス溶解工程Ｂを経たガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程Ｄと、を含み、ガス溶解工程Ｂにおいて溶解ガスの圧力を制御し、ナノバブル発生工程Ｄの前にガス溶解純水の比抵抗を減少させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス溶解した純水からナノバブル水を生成する飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置に関し、より詳細には、パーテイクルフリーでメタルフリーなナノバブル水を、より安定に製造し、又、溶解ガスの圧力をコントロールすることにより、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及び飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子産業におけるパーテイクル除去は、従来からＡＰＭ（アンモニア、過酸化水素）が使用されていた。しかし、近年、純水に水素ガスを溶解させた水素水を使用し、それにメガソニックをかけることで洗浄が行われてきている。（例えば特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、近年パターンの線幅が狭まり、アスペクト比が大きくなるにつれ、メガソニックによるパターンだおれが発生するようになった。
【０００４】
そのため、救急対応としてメガソニックの出力を小さくして対応しているのが現状である。
【０００５】
また、他の方法として、２流体ジェット等を用いて洗浄することが試験的に行われているが、ガスと水の２流体が安定にジェットノズルから出力されることがなかなか難しい。
【０００６】
また、洗浄効果が、従来の水素水とメガソニックに比べ、パーテイクル除去の効果がなかなか得られない状況である。
【０００７】
このため、ナノバブル水を用いて洗浄することが考えられ、ナノバブル水の製造として例えば、超音波のエネルギも必要でなく、水素を含む微小気泡等が安定して分散する水を製造する技術（特許文献２）、また加圧ポンプを使用し物理的障害物を設定した配管内に水流と気体を送り、強制的に加圧混入を行うことでマイクロバブルを発生させる技術などがある（特許文献３〜６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３０３１４９号公報
【特許文献２】特開２００９−１９５８８９号公報
【特許文献３】特許第３０４３３１５号公報
【特許文献４】特開２００１−３００５２２号公報
【特許文献５】特開２００４−０７３９５３号公報
【特許文献６】特開２００５−２４５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、前述の従来技術の問題点を解消し、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置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】
前記課題を解決し、その目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、
前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の飽和ガス溶解純水を生成するガス溶解工程と、前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御し、前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させることを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記脱気工程は、膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだすことを特徴とする請求項１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記ガス溶解工程は、膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、加圧されたガスであり、かつ前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項３に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記ナノバブル発生工程は、１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記ガス溶解純水の比抵抗の減少は、酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の溶解純水を生成するガス溶解工程と、前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御する圧力制御機構を有し、かつ前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させる比抵抗減少機構を有することを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、前記脱気工程は、膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだす構造を有することを特徴とする請求項９に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、前記ガス溶解工程は、膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にする構造を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、加圧されたガスであり、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項１１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、前記ナノバブル発生工程における減圧は、１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、前記比抵抗低減機構は、酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【発明の効果】
【００２７】
前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。
【００２８】
請求項１及び請求項９に記載の発明では、純水を脱気して脱気純水を生成し、脱気純水に溶解目的のガスを加圧し溶解してガス飽和の溶解純水を生成し、溶解目的のガスの圧力を制御し、さらにナノバブル発生工程の前にガス溶解純水の比抵抗を減少させて飽和ガス含有ナノバブル水を生成することで、例えばアルカリ等を注入して、純水の比抵抗を落とす（ｐＨを上げる）ことにより、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能である。
【００２９】
請求項２及び請求項１０に記載の発明では、膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、簡単な構造でかつ確実に脱気状態の空間に導きだすことができる。
【００３０】
請求項３及び請求項１１に記載の発明では、膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解ガスを導入して膜を介して溶解目的のガスが脱気純水に溶け込み、簡単な構造でかつ確実に脱気純水を飽和ガスの溶解純水にすることができる。
【００３１】
請求項４及び請求項１２に記載の発明では、溶解目的のガスの圧力は、加圧されたガスではあるが、脱気純水の水圧、及び／又は飽和ガスの溶解純水の水圧よりも低い圧力にすることで、確実に脱気純水を飽和ガスの溶解純水にすることができる。
【００３２】
請求項５及び請求項１３に記載の発明では、脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、一度、脱気純水の水圧、及び／又は飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることで、例えば、ガス圧力を一度上げた後に、下げることにより、飽和ガス含有ナノバブル水がかえって増加し、常に安定になる。
【００３３】
請求項６及び請求項１４に記載の発明では、１ミクロン以下の空孔を経由することで、ガス飽和の溶解純水の圧力が減圧され、飽和ガス含有ナノバブル水が発生する。
【００３４】
請求項７及び請求項１５に記載の発明では、ガス溶解純水の比抵抗の減少は、
酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることで、飽和ガス含有ナノバブル水を増加し、常に安定させることができる。
【００３５】
請求項８及び請求項１６に記載の発明では、ガス溶解とナノバブル発生との間で、１ミクロン以下の空孔を経由して、飽和ガスの溶解純水を整流することで、簡単かつ確実に飽和ガス含有ナノバブル水の製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態に係わる飽和ガス含有ナノバブル水製造装置で比抵抗減少機構を経由した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、この発明の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置の実施の形態を図面に基づいて説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００３８】
この実施の形態では、脱気工程Ａ、ガス溶解工程Ｂ、圧力制御機構Ｃ、整流工程Ｅ、比抵抗減少機構Ｆ、ナノバブル発生工程Ｄを有し、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能であり、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用可能な飽和ガス含有ナノバブル水を製造する。
【００３９】
すなわち、純水は脱気工程Ａを経由して脱気され脱気純水となり、脱気純水はガス溶解工程Ｂにてガスが溶解され、ガス飽和の溶解純水となる。このガス溶解工程Ｂにおいては、溶解目的のガスが供給され、供給された溶解目的のガスには圧力制御工程Ｃにてガスの圧力は制御されている。また、圧力制御工程Ｃは脱気純水の水圧、及び／又は飽和純水の水圧よりも低い圧力であることが条件となっている。
【００４０】
さらに安定な飽和ガス含有ナノバブル水を生成するために、ガス飽和の溶解純水を整流工程Ｅに導き、整流して整流純水を生成した後、比抵抗減少機構Ｆによりガス溶解純水の比抵抗を減少させ、この比抵抗減少純水はナノバブル発生工程Ｄにて減圧され、過飽和ガスがナノバブルとなった飽和ガス含有ナノバブル水として生成される。
【００４１】
（脱気工程Ａ）
この脱気工程Ａでは、脱気手段１０によって純水を脱気して脱気純水を生成する。脱気手段１０は、脱気ケース１１内に膜１２が配置され、さらに迷路１３を形成する堰板１４が配置されている。脱気ケース１１には、入口１５と出口１６が形成され、純水が入口１５から迷路１３を流れ、出口１６から脱気純水が排出される。脱気手段１０は、膜１２を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜１２を介して、脱気状態の空間１７に導きだす構成であり、純水を脱気して脱気純水を生成する。
【００４２】
溶解させる目的のガス（例えば水素ガス、窒素ガス、酸素ガス、オゾンガス）があるときには、純水中にすでに溶解されているガスを一度除去することが必要であり、そのため脱気し、膜１２を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜１２を介して、簡単な構造でかつ確実に脱気状態の空間１７に導きだすことができる。
【００４３】
（ガス溶解工程Ｂ）
このガス溶解工程Ｂでは、ガス溶解手段２０によって脱気純水に溶解目的のガスを加圧し溶解してガス飽和の溶解純水を生成する。ガス溶解手段２０は、ガス溶解ケース２１内に膜２２が配置され、さらに迷路２３を形成する堰板２４が配置されている。ガス溶解ケース２１には、入口２５と出口２６が形成され、脱気純水が入口２５から迷路２３を流れ、出口２６から溶解純水が排出される。また、ガス溶解ケース２１には、溶解ガス入口２７と溶解ガス圧力制御口２８が形成されている。ガス溶解手段２０は、膜２２を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを溶解ガス入口２７から導入して膜２２を介して溶解目的のガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガスの溶解純水にする構成であり、脱気純水に溶解目的のガスをガス制御口２８から制御して溶解してガス飽和の溶解純水を生成する。すなわち、溶解させる目的のガスの溶解であり、その際、膜２２を使用し、ガス圧より水圧を大きくすると、ガスが完全に純水に溶解し、この実施の形態では、一度ガスを純水に完全溶解させ、その後、細かい（１マイクロ以下）空孔を通して減圧することによりナノバブル水を生成する。
【００４４】
この脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、一度、脱気純水の水圧、及び／又は飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、再度大気圧の間までに減少させる。言えば、ガス圧力を一度上げた後に、下げることにより、飽和ガス含有ナノバブル水がかえって増加し、常に安定になる。すなわち、溶解ガス圧力を上げた後に下げる。例えば６０ｋＰａにした後に１ｋＰａにする。このように、加圧した分だけ（加圧されたガス量だけ）、純水を減圧したときにガスとして生成されるが、ガス圧が高いままだと、ナノバブル生成工程で圧力変動が大きいとスムーズなナノバブルにならないことから、その後ガス圧力を下げることによって、スムーズにナノバブルが生成される。
【００４５】
（圧力制御機構Ｃ）
この圧力制御機構Ｃでは、ガス溶解工程Ｂにおいて溶解ガスの圧力を制御する。圧力制御手段３０を構成する第１の圧力センサ３１は溶解ガス制御口２８に接続され、第２の圧力センサ３２は出口２６に接続され、第１の圧力センサ３１と第２の圧力センサ３２とによって溶解ガスの圧力は、加圧されたガスではあるが、脱気純水の水圧、及び／又は飽和ガスの溶解純水の水圧よりも低い圧力になるように制御する。
【００４６】
このように、溶解目的のガスを加圧するのは、基本的には、加圧した分だけ（加圧されたガス量だけ）、純水を減圧したときにガスとして生成される。その量を制御するには加圧したガス圧力を制御すればよい。減圧してバブル生成されるが、通常の場合は、大きなバブル、小さくてもマイクロバブルであり、バブルを安定なナノバブルとして生成させるには細かい空孔を通すことが必要である。
【００４７】
ガス圧力を、脱気純水及び／またはガス飽和溶解純水よりも低くするのは、水にガスを完全に溶解させるためであり、ガスが水に溶解するとは、水分子（Ｈ２Ｏ）の分子と分子の間の空間に、ガスとして存在することを言い、どの程度溶解するかは、温度にも依存するが、大きくはガス圧力に依存し、例えばガス圧力が倍になると倍溶解する。
【００４８】
（整流工程Ｅ）
この整流工程Ｅは、ガス溶解工程Ｂとナノバブル発生工程Ｄとの間であり、整流手段５０によって１ミクロン以下の空孔を経由して、飽和ガスの溶解純水を整流する。純水が加圧されている状態では、溶解されたガスはバブルとはなっていないため、ナノバブル発生工程で均一にナノバブルを発生させるためには、その前で整流することで、容易にかつ確実に均一なナノバブルが生成できるようになる。
【００４９】
（比抵抗減少機構Ｆ）
この比抵抗減少機構Ｆは、脱気工程Ａとナノバブル発生工程Ｄとの間であればよいが、多くはナノバブル発生工程Ｄの前に配置され、整流工程Ｅより得たガス溶解純水の比抵抗を減少させる。この実施の形態の比抵抗低減機構Ｆは、比抵抗低減手段６０と、比抵抗減少純水の比抵抗６１とを備え、比抵抗低減手段６０により酸、及び／又はアルカリを注入し、比抵抗減少純水の比抵抗６１により比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールする。すなわち、比抵抗が高い状態だと、ナノバブル生成工程Ｄで生成されたナノバブルがすぐに一緒になって大きなバブルに成りやすくなるが、比抵抗が下がることで、ナノバブル生成工程Ｄにおいて、生成されたナノバブルが各々そのままの状態で存在するため、酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールし、例えば１ＭΩｃｍ以下にする。
【００５０】
（ナノバブル発生工程Ｄ）
このナノバブル発生工程Ｄでは、ナノバブル発生手段４０によって比抵抗減少機構Ｆによって整流工程Ｅより得た比抵抗を減少させた比抵抗純水の圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成する。ナノバブル発生手段４０は、フィルタ４１を有し、このフィルタ４１の１ミクロン以下の空孔を経由して、ガス飽和の溶解純水の圧力を減圧し、ガス溶解工程Ｂを経たガス飽和の溶解純水の圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成する。このナノバブル発生手段４０の減圧構造は、フィルタ４１の１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とし、できれば０．５ミクロン以下の空孔を経由して減圧される。
【００５１】
このように、ナノバブル発生工程の前にガス溶解純水の比抵抗を減少させて飽和ガス含有ナノバブル水を生成することで、例えばアルカリ等を注入して、純水の比抵抗を落とす（ｐＨを上げる）ことにより、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能である。
（飽和ガス含有ナノバブル水）
製造された飽和ガス含有ナノバブル水は、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用することができる。この飽和ガス含有ナノバブル水は、直径が１μｍ（１マイクロメートル：１００万分の１メートル）以下の超微細な気泡を含有した水であり、従って、直径１μｍ以上のマイクロバブルの気泡も含有している。
【００５２】
飽和ガス含有ナノバブル水は、同体積を有する単一の気泡に比べて大きな比表面積を有し、また水中への気体の溶解や液中の不純物の吸着、科学的な触媒効果が大きく、また浮力が殆ど効かないため液中に滞在する時間が長いなどの特徴を有している。
【００５３】
また、ナノバブルは、直径１００ｎｍ程度の気泡は気液界面の表面張力により、気泡内部の圧力が３０気圧程度まで増加しており、また気泡表面は活性が高く、汚れ成分を界面に吸着させる。また、１００ｎｍ程度の気泡は数ｍｍ程度の気泡と比べ、同じ体積に比べ表面積が数万倍大きい、さらに分子動力学の解析結果より、数ｎｍの気泡では気液界面の極性が揃うなどの特徴を有している。
【００５４】
したがって、飽和ガス含有ナノバブル水は、ナノバブルが物体に接触する際に破壊すると数十気圧のジェットが生じし、浄化速度が大きく、物体表面の洗浄効果があり、さらに静電気による殺菌効果を有する。
【００５５】
このように、飽和ガス含有ナノバブル水の生成方法は、水圧、ガス圧を制御して溶解させた後、変圧して生成し、生成したガス溶解水を整流手段（フィルタ）を経由して均一なガス溶解ナノバブル水のみ取り出す。
【００５６】
そして、特に半導体の洗浄に用いる飽和ガス含有ナノバブル水に必要な条件、例えばパーテイクルフリーであること、メタルフリーであること、溶解目的のガスが既知のガスであり、ガス量が制御できること、ノズルから連続的に供給できること、常に一定のパーテイクル除去性能があることなどを有する。
【００５７】
したがって、飽和ガス含有ナノバブル水は、洗浄においては、主として破壊時の数十気圧といわれるジェットによるため、ナノバブルが被洗浄物上において、均一に供給され、破壊することができる。
【実施例】
【００５８】
次に、この発明に係わる飽和ガス含有ナノバブル水製造装置の実施例を記載する。
（実施例１）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、６０ｋＰａの圧力で制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用いた。また、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるようにＮＨ４ＯＨで調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で４６４４３個測定された。
（比較例１）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、６０ｋＰａで圧力を制御し、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、実施例１と同じ条件とした。比抵抗は調整を行わず１８ＭΩｃｍであった。
【００５９】
生成したナノバブル水の粒径は、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で５４７個測定された。実施例１はナノバブルが生成されていたにもかかわらず、比較例１では粒径の小さいナノバブルの数が非常に少なかった。
（実施例２）
溶解目的ガスを水素ガスとし、２５ｋＰａの圧力で制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用いた。また、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるように炭酸で調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で４３５８５個測定された。
（比較例２）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、２５ｋＰａで圧力を制御し、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、実施例２と同じ条件とした。比抵抗は調整を行わず１８ＭΩｃｍであった。
【００６０】
生成したナノバブル水の粒径は、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で３７６個測定された。実施例２はナノバブルが生成されていたにもかかわらず、比較例２では粒径の小さいナノバブルの数が非常に少なかった。
（実施例３）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、圧力を６０ｋＰａとした後、０ｋＰａの圧力に制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用いた。また、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるようにＮＨ４ＯＨで調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で６１４４０個測定された。
（比較例３）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスの圧力を６０ｋＰａとしたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００６１】
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で４６４４３個測定された。ナノバブル数は非常に大きいが、実施例３に比べ減少した。
（実施例４）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、圧力を６０ｋＰａとした後、０ｋＰａの圧力に制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるように炭酸で調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で６０３１２個測定された。
（比較例４）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるように炭酸で調整し実施例４と同じ条件とした。溶解目的ガスの圧力を６０ｋＰａとした。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で３１６９７個測定された。実施例４に比べ減少したことより、ガス圧力を一度上昇させた後、減少させることの優位性が推測された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
この発明は、パーテイクルフリーでメタルフリーなナノバブル水を、より安定に製造し、又、溶解ガスの圧力をコントロールすることにより、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及び飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置に適用可能であり、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ 脱気工程
Ｂ ガス溶解工程
Ｃ 圧力制御機構
Ｄ ナノバブル発生工程
Ｅ 整流工程
Ｆ 比抵抗減少機構
１０ 脱気手段
１１ 脱気ケース
１２ 膜
１３ 迷路
１４ 堰板
１５ 入口
１６ 出口
２０ ガス溶解手段
２１ ガス溶解ケース
２２ 膜
２３ 迷路
２４ 堰板
２５ 入口
２６ 出口
２７ 溶解ガス入口
２８ 溶解ガス圧力制御口
３０ 圧力制御手段
３１ 第１の圧力センサ
３２ 第２の圧力センサ
４０ ナノバブル発生手段
４１ フィルタ
５０ 整流手段
６０ 比抵抗減少手段
６１ 比抵抗減少純水の比抵抗
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガス溶解した純水からナノバブル水を生成する飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置に関し、より詳細には、パーテイクルフリーでメタルフリーなナノバブル水を、より安定に製造し、又、溶解ガスの圧力をコントロールすることにより、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及び飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子産業におけるパーテイクル除去は、従来からＡＰＭ（アンモニア、過酸化水素）が使用されていた。しかし、近年、純水に水素ガスを溶解させた水素水を使用し、それにメガソニックをかけることで洗浄が行われてきている。（例えば特許文献１）。
【０００３】
しかしながら、近年パターンの線幅が狭まり、アスペクト比が大きくなるにつれ、メガソニックによるパターンだおれが発生するようになった。
【０００４】
そのため、救急対応としてメガソニックの出力を小さくして対応しているのが現状である。
【０００５】
また、他の方法として、２流体ジェット等を用いて洗浄することが試験的に行われているが、ガスと水の２流体が安定にジェットノズルから出力されることがなかなか難しい。
【０００６】
また、洗浄効果が、従来の水素水とメガソニックに比べ、パーテイクル除去の効果がなかなか得られない状況である。
【０００７】
このため、ナノバブル水を用いて洗浄することが考えられ、ナノバブル水の製造として例えば、超音波のエネルギも必要でなく、水素を含む微小気泡等が安定して分散する水を製造する技術（特許文献２）、また加圧ポンプを使用し物理的障害物を設定した配管内に水流と気体を送り、強制的に加圧混入を行うことでマイクロバブルを発生させる技術などがある（特許文献３〜６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−３０３１４９号公報
【特許文献２】特開２００９−１９５８８９号公報
【特許文献３】特許第３０４３３１５号公報
【特許文献４】特開２００１−３００５２２号公報
【特許文献５】特開２００４−０７３９５３号公報
【特許文献６】特開２００５−２４５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、前述の従来技術の問題点を解消し、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置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】
前記課題を解決し、その目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、
前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の飽和ガス溶解純水を生成するガス溶解工程と、前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御し、前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させることを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記脱気工程は、膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだすことを特徴とする請求項１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記ガス溶解工程は、膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、加圧されたガスであり、かつ前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項３に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記ナノバブル発生工程は、１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記ガス溶解純水の比抵抗の減少は、酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法である。
【００１９】
請求項９に記載の発明は、純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の溶解純水を生成するガス溶解工程と、前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御する圧力制御機構を有し、かつ前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させる比抵抗減少機構を有することを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２０】
請求項１０に記載の発明は、前記脱気工程は、膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだす構造を有することを特徴とする請求項９に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２１】
請求項１１に記載の発明は、前記ガス溶解工程は、膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にする構造を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２２】
請求項１２に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、加圧されたガスであり、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項１１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２３】
請求項１３に記載の発明は、前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２４】
請求項１４に記載の発明は、前記ナノバブル発生工程における減圧は、１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２５】
請求項１５に記載の発明は、前記比抵抗低減機構は、酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【００２６】
請求項１６に記載の発明は、前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置である。
【発明の効果】
【００２７】
前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。
【００２８】
請求項１及び請求項９に記載の発明では、純水を脱気して脱気純水を生成し、脱気純水に溶解目的のガスを加圧し溶解してガス飽和の溶解純水を生成し、溶解目的のガスの圧力を制御し、さらにナノバブル発生工程の前にガス溶解純水の比抵抗を減少させて飽和ガス含有ナノバブル水を生成することで、例えばアルカリ等を注入して、純水の比抵抗を落とす（ｐＨを上げる）ことにより、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能である。
【００２９】
請求項２及び請求項１０に記載の発明では、膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、簡単な構造でかつ確実に脱気状態の空間に導きだすことができる。
【００３０】
請求項３及び請求項１１に記載の発明では、膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解ガスを導入して膜を介して溶解目的のガスが脱気純水に溶け込み、簡単な構造でかつ確実に脱気純水を飽和ガスの溶解純水にすることができる。
【００３１】
請求項４及び請求項１２に記載の発明では、溶解目的のガスの圧力は、加圧されたガスではあるが、脱気純水の水圧、及び／又は飽和ガスの溶解純水の水圧よりも低い圧力にすることで、確実に脱気純水を飽和ガスの溶解純水にすることができる。
【００３２】
請求項５及び請求項１３に記載の発明では、脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、一度、脱気純水の水圧、及び／又は飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることで、例えば、ガス圧力を一度上げた後に、下げることにより、飽和ガス含有ナノバブル水がかえって増加し、常に安定になる。
【００３３】
請求項６及び請求項１４に記載の発明では、１ミクロン以下の空孔を経由することで、ガス飽和の溶解純水の圧力が減圧され、飽和ガス含有ナノバブル水が発生する。
【００３４】
請求項７及び請求項１５に記載の発明では、ガス溶解純水の比抵抗の減少は、
酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることで、飽和ガス含有ナノバブル水を増加し、常に安定させることができる。
【００３５】
請求項８及び請求項１６に記載の発明では、ガス溶解とナノバブル発生との間で、１ミクロン以下の空孔を経由して、飽和ガスの溶解純水を整流することで、簡単かつ確実に飽和ガス含有ナノバブル水の製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明の実施の形態に係わる飽和ガス含有ナノバブル水製造装置で比抵抗減少機構を経由した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、この発明の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置の実施の形態を図面に基づいて説明するが、この発明は、この実施の形態に限定されるものではない。
【００３８】
この実施の形態では、脱気工程Ａ、ガス溶解工程Ｂ、圧力制御機構Ｃ、整流工程Ｅ、比抵抗減少機構Ｆ、ナノバブル発生工程Ｄを有し、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能であり、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用可能な飽和ガス含有ナノバブル水を製造する。
【００３９】
すなわち、純水は脱気工程Ａを経由して脱気され脱気純水となり、脱気純水はガス溶解工程Ｂにてガスが溶解され、ガス飽和の溶解純水となる。このガス溶解工程Ｂにおいては、溶解目的のガスが供給され、供給された溶解目的のガスには圧力制御工程Ｃにてガスの圧力は制御されている。また、圧力制御工程Ｃは脱気純水の水圧、及び／又は飽和純水の水圧よりも低い圧力であることが条件となっている。
【００４０】
さらに安定な飽和ガス含有ナノバブル水を生成するために、ガス飽和の溶解純水を整流工程Ｅに導き、整流して整流純水を生成した後、比抵抗減少機構Ｆによりガス溶解純水の比抵抗を減少させ、この比抵抗減少純水はナノバブル発生工程Ｄにて減圧され、過飽和ガスがナノバブルとなった飽和ガス含有ナノバブル水として生成される。
【００４１】
（脱気工程Ａ）
この脱気工程Ａでは、脱気手段１０によって純水を脱気して脱気純水を生成する。脱気手段１０は、脱気ケース１１内に膜１２が配置され、さらに迷路１３を形成する堰板１４が配置されている。脱気ケース１１には、入口１５と出口１６が形成され、純水が入口１５から迷路１３を流れ、出口１６から脱気純水が排出される。脱気手段１０は、膜１２を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜１２を介して、脱気状態の空間１７に導きだす構成であり、純水を脱気して脱気純水を生成する。
【００４２】
溶解させる目的のガス（例えば水素ガス、窒素ガス、酸素ガス、オゾンガス）があるときには、純水中にすでに溶解されているガスを一度除去することが必要であり、そのため脱気し、膜１２を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜１２を介して、簡単な構造でかつ確実に脱気状態の空間１７に導きだすことができる。
【００４３】
（ガス溶解工程Ｂ）
このガス溶解工程Ｂでは、ガス溶解手段２０によって脱気純水に溶解目的のガスを加圧し溶解してガス飽和の溶解純水を生成する。ガス溶解手段２０は、ガス溶解ケース２１内に膜２２が配置され、さらに迷路２３を形成する堰板２４が配置されている。ガス溶解ケース２１には、入口２５と出口２６が形成され、脱気純水が入口２５から迷路２３を流れ、出口２６から溶解純水が排出される。また、ガス溶解ケース２１には、溶解ガス入口２７と溶解ガス圧力制御口２８が形成されている。ガス溶解手段２０は、膜２２を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを溶解ガス入口２７から導入して膜２２を介して溶解目的のガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガスの溶解純水にする構成であり、脱気純水に溶解目的のガスをガス制御口２８から制御して溶解してガス飽和の溶解純水を生成する。すなわち、溶解させる目的のガスの溶解であり、その際、膜２２を使用し、ガス圧より水圧を大きくすると、ガスが完全に純水に溶解し、この実施の形態では、一度ガスを純水に完全溶解させ、その後、細かい（１マイクロ以下）空孔を通して減圧することによりナノバブル水を生成する。
【００４４】
この脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、一度、脱気純水の水圧、及び／又は飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、再度大気圧の間までに減少させる。言えば、ガス圧力を一度上げた後に、下げることにより、飽和ガス含有ナノバブル水がかえって増加し、常に安定になる。すなわち、溶解ガス圧力を上げた後に下げる。例えば６０ｋＰａにした後に１ｋＰａにする。このように、加圧した分だけ（加圧されたガス量だけ）、純水を減圧したときにガスとして生成されるが、ガス圧が高いままだと、ナノバブル生成工程で圧力変動が大きいとスムーズなナノバブルにならないことから、その後ガス圧力を下げることによって、スムーズにナノバブルが生成される。
【００４５】
（圧力制御機構Ｃ）
この圧力制御機構Ｃでは、ガス溶解工程Ｂにおいて溶解ガスの圧力を制御する。圧力制御手段３０を構成する第１の圧力センサ３１は溶解ガス制御口２８に接続され、第２の圧力センサ３２は出口２６に接続され、第１の圧力センサ３１と第２の圧力センサ３２とによって溶解ガスの圧力は、加圧されたガスではあるが、脱気純水の水圧、及び／又は飽和ガスの溶解純水の水圧よりも低い圧力になるように制御する。
【００４６】
このように、溶解目的のガスを加圧するのは、基本的には、加圧した分だけ（加圧されたガス量だけ）、純水を減圧したときにガスとして生成される。その量を制御するには加圧したガス圧力を制御すればよい。減圧してバブル生成されるが、通常の場合は、大きなバブル、小さくてもマイクロバブルであり、バブルを安定なナノバブルとして生成させるには細かい空孔を通すことが必要である。
【００４７】
ガス圧力を、脱気純水及び／またはガス飽和溶解純水よりも低くするのは、水にガスを完全に溶解させるためであり、ガスが水に溶解するとは、水分子（Ｈ２Ｏ）の分子と分子の間の空間に、ガスとして存在することを言い、どの程度溶解するかは、温度にも依存するが、大きくはガス圧力に依存し、例えばガス圧力が倍になると倍溶解する。
【００４８】
（整流工程Ｅ）
この整流工程Ｅは、ガス溶解工程Ｂとナノバブル発生工程Ｄとの間であり、整流手段５０によって１ミクロン以下の空孔を経由して、飽和ガスの溶解純水を整流する。純水が加圧されている状態では、溶解されたガスはバブルとはなっていないため、ナノバブル発生工程で均一にナノバブルを発生させるためには、その前で整流することで、容易にかつ確実に均一なナノバブルが生成できるようになる。
【００４９】
（比抵抗減少機構Ｆ）
この比抵抗減少機構Ｆは、脱気工程Ａとナノバブル発生工程Ｄとの間であればよいが、多くはナノバブル発生工程Ｄの前に配置され、整流工程Ｅより得たガス溶解純水の比抵抗を減少させる。この実施の形態の比抵抗低減機構Ｆは、比抵抗低減手段６０と、比抵抗減少純水の比抵抗６１とを備え、比抵抗低減手段６０により酸、及び／又はアルカリを注入し、比抵抗減少純水の比抵抗６１により比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールする。すなわち、比抵抗が高い状態だと、ナノバブル生成工程Ｄで生成されたナノバブルがすぐに一緒になって大きなバブルに成りやすくなるが、比抵抗が下がることで、ナノバブル生成工程Ｄにおいて、生成されたナノバブルが各々そのままの状態で存在するため、酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールし、例えば１ＭΩｃｍ以下にする。
【００５０】
（ナノバブル発生工程Ｄ）
このナノバブル発生工程Ｄでは、ナノバブル発生手段４０によって比抵抗減少機構Ｆによって整流工程Ｅより得た比抵抗を減少させた比抵抗純水の圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成する。ナノバブル発生手段４０は、フィルタ４１を有し、このフィルタ４１の１ミクロン以下の空孔を経由して、ガス飽和の溶解純水の圧力を減圧し、ガス溶解工程Ｂを経たガス飽和の溶解純水の圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成する。このナノバブル発生手段４０の減圧構造は、フィルタ４１の１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とし、できれば０．５ミクロン以下の空孔を経由して減圧される。
【００５１】
このように、ナノバブル発生工程の前にガス溶解純水の比抵抗を減少させて飽和ガス含有ナノバブル水を生成することで、例えばアルカリ等を注入して、純水の比抵抗を落とす（ｐＨを上げる）ことにより、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能である。
（飽和ガス含有ナノバブル水）
製造された飽和ガス含有ナノバブル水は、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用することができる。この飽和ガス含有ナノバブル水は、直径が１μｍ（１マイクロメートル：１００万分の１メートル）以下の超微細な気泡を含有した水であり、従って、直径１μｍ以上のマイクロバブルの気泡も含有している。
【００５２】
飽和ガス含有ナノバブル水は、同体積を有する単一の気泡に比べて大きな比表面積を有し、また水中への気体の溶解や液中の不純物の吸着、科学的な触媒効果が大きく、また浮力が殆ど効かないため液中に滞在する時間が長いなどの特徴を有している。
【００５３】
また、ナノバブルは、直径１００ｎｍ程度の気泡は気液界面の表面張力により、気泡内部の圧力が３０気圧程度まで増加しており、また気泡表面は活性が高く、汚れ成分を界面に吸着させる。また、１００ｎｍ程度の気泡は数ｍｍ程度の気泡と比べ、同じ体積に比べ表面積が数万倍大きい、さらに分子動力学の解析結果より、数ｎｍの気泡では気液界面の極性が揃うなどの特徴を有している。
【００５４】
したがって、飽和ガス含有ナノバブル水は、ナノバブルが物体に接触する際に破壊すると数十気圧のジェットが生じし、浄化速度が大きく、物体表面の洗浄効果があり、さらに静電気による殺菌効果を有する。
【００５５】
このように、飽和ガス含有ナノバブル水の生成方法は、水圧、ガス圧を制御して溶解させた後、変圧して生成し、生成したガス溶解水を整流手段（フィルタ）を経由して均一なガス溶解ナノバブル水のみ取り出す。
【００５６】
そして、特に半導体の洗浄に用いる飽和ガス含有ナノバブル水に必要な条件、例えばパーテイクルフリーであること、メタルフリーであること、溶解目的のガスが既知のガスであり、ガス量が制御できること、ノズルから連続的に供給できること、常に一定のパーテイクル除去性能があることなどを有する。
【００５７】
したがって、飽和ガス含有ナノバブル水は、洗浄においては、主として破壊時の数十気圧といわれるジェットによるため、ナノバブルが被洗浄物上において、均一に供給され、破壊することができる。
【実施例】
【００５８】
次に、この発明に係わる飽和ガス含有ナノバブル水製造装置の実施例を記載する。
（実施例１）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、６０ｋＰａの圧力で制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用いた。また、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるようにＮＨ４ＯＨで調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で４６４４３個測定された。
（比較例１）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、６０ｋＰａで圧力を制御し、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、実施例１と同じ条件とした。比抵抗は調整を行わず１８ＭΩｃｍであった。
【００５９】
生成したナノバブル水の粒径は、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で５４７個測定された。実施例１はナノバブルが生成されていたにもかかわらず、比較例１では粒径の小さいナノバブルの数が非常に少なかった。
（実施例２）
溶解目的ガスを水素ガスとし、２５ｋＰａの圧力で制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用いた。また、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるように炭酸で調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で４３５８５個測定された。
（比較例２）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、２５ｋＰａで圧力を制御し、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、実施例２と同じ条件とした。比抵抗は調整を行わず１８ＭΩｃｍであった。
【００６０】
生成したナノバブル水の粒径は、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で３７６個測定された。実施例２はナノバブルが生成されていたにもかかわらず、比較例２では粒径の小さいナノバブルの数が非常に少なかった。
（実施例３）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、圧力を６０ｋＰａとした後、０ｋＰａの圧力に制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用いた。また、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるようにＮＨ４ＯＨで調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で６１４４０個測定された。
（比較例３）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスの圧力を６０ｋＰａとしたこと以外は、実施例３と同じ条件とした。
【００６１】
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で４６４４３個測定された。ナノバブル数は非常に大きいが、実施例３に比べ減少した。
（実施例４）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、圧力を６０ｋＰａとした後、０ｋＰａの圧力に制御をおこない、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるように炭酸で調整した。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で６０３１２個測定された。
（比較例４）
水圧２５０ｋＰａで飽和ガス含有ナノバブル水の生成を行った。
溶解目的ガスを水素ガスとし、ナノバブル発生工程での空孔は０．０５ミクロンのフィルタを用い、比抵抗は０．３ＭΩｃｍになるように炭酸で調整し実施例４と同じ条件とした。溶解目的ガスの圧力を６０ｋＰａとした。
生成したナノバブル水の発生バブルを測定したところ、０．１〜０．１５ミクロンの粒径で３１６９７個測定された。実施例４に比べ減少したことより、ガス圧力を一度上昇させた後、減少させることの優位性が推測された。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
この発明は、パーテイクルフリーでメタルフリーなナノバブル水を、より安定に製造し、又、溶解ガスの圧力をコントロールすることにより、半導体、液晶をはじめとする電子産業分野に使用可能な飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法及び飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置に適用可能であり、長期間にわたり連続的で、また常に安定なガス飽和ナノバブル水を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００６３】
Ａ 脱気工程
Ｂ ガス溶解工程
Ｃ 圧力制御機構
Ｄ ナノバブル発生工程
Ｅ 整流工程
Ｆ 比抵抗減少機構
１０ 脱気手段
１１ 脱気ケース
１２ 膜
１３ 迷路
１４ 堰板
１５ 入口
１６ 出口
２０ ガス溶解手段
２１ ガス溶解ケース
２２ 膜
２３ 迷路
２４ 堰板
２５ 入口
２６ 出口
２７ 溶解ガス入口
２８ 溶解ガス圧力制御口
３０ 圧力制御手段
３１ 第１の圧力センサ
３２ 第２の圧力センサ
４０ ナノバブル発生手段
４１ フィルタ
５０ 整流手段
６０ 比抵抗減少手段
６１ 比抵抗減少純水の比抵抗
【特許請求の範囲】
【請求項１】
純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、
前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の飽和ガス溶解純水を生成するガス溶解工程と、
前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、
前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御し、
前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させることを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項２】
前記脱気工程は、
膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだすことを特徴とする請求項１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項３】
前記ガス溶解工程は、
膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項４】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、
加圧されたガスであり、
かつ前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項３に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項５】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、
一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項６】
前記ナノバブル発生工程は、
１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項７】
前記ガス溶解純水の比抵抗の減少は、
酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、
および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項８】
前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項９】
純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、
前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の溶解純水を生成するガス溶解工程と、
前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、
前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御する圧力制御機構を有し、かつ前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させる比抵抗減少機構を有することを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１０】
前記脱気工程は、
膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだす構造を有することを特徴とする請求項９に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１１】
前記ガス溶解工程は、
膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にする構造を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１２】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、
加圧されたガスであり、
前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項１１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１３】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、
一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１４】
前記ナノバブル発生工程における減圧は、
１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１５】
前記比抵抗低減機構は、
酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１６】
前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、
１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１】
純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、
前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の飽和ガス溶解純水を生成するガス溶解工程と、
前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、
前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御し、
前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させることを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項２】
前記脱気工程は、
膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだすことを特徴とする請求項１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項３】
前記ガス溶解工程は、
膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項４】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、
加圧されたガスであり、
かつ前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項３に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項５】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、
一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項６】
前記ナノバブル発生工程は、
１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項７】
前記ガス溶解純水の比抵抗の減少は、
酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、
および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項８】
前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造方法。
【請求項９】
純水を脱気して脱気純水を生成する脱気工程と、
前記脱気純水に加圧ガスを溶解してガス飽和の溶解純水を生成するガス溶解工程と、
前記ガス溶解工程を経た前記ガス飽和溶解純水の、圧力を減圧して飽和ガス含有ナノバブル水を生成するナノバブル発生工程と、を含み、
前記ガス溶解工程において溶解ガスの圧力を制御する圧力制御機構を有し、かつ前記ナノバブル発生工程の前に前記ガス溶解純水の比抵抗を減少させる比抵抗減少機構を有することを特徴とする飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１０】
前記脱気工程は、
膜を介することにより一方に純水を、他方に脱気状態にすることにより、純水中の気体成分を純水より除去し、膜を介して、脱気状態の空間に導きだす構造を有することを特徴とする請求項９に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１１】
前記ガス溶解工程は、
膜を介することにより一方に脱気純水を、他方に溶解目的のガスを導入して膜を介して溶解目的ガスが脱気純水に溶け込み、脱気純水を飽和ガス溶解純水にする構造を有することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１２】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力は、
加圧されたガスであり、
前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧よりも低い圧力にすることを特徴とする請求項１１に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１３】
前記脱気純水に溶解させる溶解目的のガスの圧力を、
一度、前記脱気純水の水圧、及び／又は前記飽和純水の水圧までの間に上昇させた後に、下げることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１４】
前記ナノバブル発生工程における減圧は、
１ミクロン以下の空孔を経由して、減圧されることを特徴とする請求項９乃至請求項１３のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１５】
前記比抵抗低減機構は、
酸、及び／又はアルカリを注入することにより比抵抗を低減し、および比抵抗の低減の程度をコントロールすることを特徴とする請求項９乃至請求項１４のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【請求項１６】
前記ガス溶解工程と前記ナノバブル発生工程との間に、
１ミクロン以下の空孔を経由してガス飽和純水を整流する整流工程を有することを特徴とする請求項９乃至請求項１５のいずれか１項に記載の飽和ガス含有ナノバブル水の製造装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２４５４０８（Ｐ２０１１−２４５４０８Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２０１７９（Ｐ２０１０−１２０１７９）
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（５９８０６６２１５）株式会社コアテクノロジー (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２６日（２０１０．５．２６）
【出願人】（５９８０６６２１５）株式会社コアテクノロジー (9)
【Ｆターム（参考）】
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