JP7278801B2 - ウルトラファインバブル生成装置、及びウルトラファインバブルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブルの生成装置、及びウルトラファインバブルの製造方法に関する。

近年、直径がマイクロメートルサイズのマイクロバブル、及び直径がナノメートルサイズのナノバブル等の微細なバブルの特性を応用する技術が開発されてきている。特に、直径が１．０μｍ未満のウルトラファインバブル（Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ；以下、「ＵＦＢ」ともいう）については、その有用性が様々な分野において確認されている。

特許文献１には、気体が加圧溶解された加圧液を減圧ノズルから噴出させることによって、微細なバブルを生成する微細気泡生成装置が開示されている。また、特許文献２には、混合ユニットを用いて気体混合液体の分流と合流を繰り返すことによって、微細なバブルを生成する装置が開示されている。

特許第６１１８５４４号公報 特許第４４５６１７６号公報

特許文献１、２に記載のいずれの装置においても、直径がナノメートルサイズのＵＦＢに加えて、直径がミリメートルサイズのミリバブルや直径がミクロンメートルサイズのマイクロバブルが比較的多量に生成される。このうち、ＵＦＢは、浮力の影響を受け難く、ブラウン運動を行いながら液中に浮遊するため、長期間の保存に適している。しかしながら、ＵＦＢがミリバブルやマイクロバブルとともに生成された場合、ミリバブルやマイクロバブルの消滅の影響を受け、時間の経過とともに減少する。このため、高い有用性を有しているＵＦＢのみを所望の濃度に生成することが求められているが、特許文献１、２に記載のＵＦＢ生成方法ではミリバブルやマイクロバブルが比較的多量に生成されるためＵＦＢの濃度を制御することは困難である。よって、目標とする濃度のＵＦＢ含有液を計画的に生成することは極めて困難であり、生成効率は低いものとなっている。

よって本発明は、液体内のＵＦＢの生成を制御することにより、純度の高いＵＦＢ含有液を、目標生成時間内で効率的に生成することが可能なＵＦＢ生成装置及びＵＦＢ生成方法を提供することを目的とする。

本発明は、液体を加熱可能に構成された発熱素子を有する発熱部と、前記発熱素子を駆動することで液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させるように構成された駆動手段と、前記駆動手段を制御するための制御手段と、を備えるウルトラファインバブル生成装置であって、前記ウルトラファインバブル生成装置は、液体に含有させるウルトラファインバブルの濃度の目標値を設定するための濃度設定手段と、液体中に前記濃度の目標値のウルトラファインバブルを生成するために必要な生成時間の目標値を設定するための生成時間設定手段と、を更に備え、前記制御手段が、前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値に応じて、ウルトラファインバブルの生成速度を調整することを特徴とする。

本発明によれば、純度の高いＵＦＢ含有液を効率的に生成することが可能であり、かつ液体内のＵＦＢ濃度を制御することが可能なＵＦＢ生成装置及びＵＦＢ生成方法を提供することが可能になる。

ＵＦＢ生成装置の一例を示す図である。 前処理ユニットの概略構成図である。 溶解ユニットの概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。 Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットの概略構成図である。 発熱素子の詳細を説明するための図である。 発熱素子における膜沸騰の様子を説明するための図である。 膜沸騰泡の膨張に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 膜沸騰泡の収縮に伴ってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 液体の再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 膜沸騰で生成される泡の消泡時の衝撃波によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。 後処理ユニットの構成例を示す図である。 本実施形態におけるＵＦＢ生成装置の概略構成を示す図である。 第１の実施形態において実行されるＵＦＢの生成処理を説明するフローチャートである。 ＵＦＢの生成時間とＵＦＢ濃度との関係を示す図である。 第１の実施形態の第１変形例において実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態の第２変形例により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。 第２の実施形態の変形例により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を示すフローチャートである。 ＵＦＢの生成時間とＵＦＢ濃度との関係を示す図である。 発熱部の発熱素子の構成を模式的に示す図である。

［第１の実施形態］
（ＵＦＢ生成装置の基本構成）
図１は、本発明に適用可能なウルトラファインバブル生成装置（ＵＦＢ生成装置）の基本構成の一例を示す図である。本実施形態のＵＦＢ生成装置１は、前処理ユニット１００、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び回収ユニット５００を含む。前処理ユニット１００に供給された水道水などの液体Ｗは、上記の順番で各ユニット固有の処理が施され、Ｔ－ＵＦＢ含有液として回収ユニット５００で回収される。以下、各ユニットの機能及び構成について説明する。詳細は後述するが、本明細書では急激な発熱に伴う膜沸騰を利用して生成したＵＦＢをＴ－ＵＦＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ－Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ）と称す。

図２は、前処理ユニット１００の概略構成図である。本実施形態の前処理ユニット１００は、供給された液体Ｗに対し脱気処理を行う。前処理ユニット１００は、主に、脱器容器１０１、シャワーヘッド１０２、減圧ポンプ１０３、液体導入路１０４、液体循環路１０５、液体導出路１０６を有する。例えば水道水のような液体Ｗは、バルブ１０９を介して、液体導入路１０４から脱気容器１０１に供給される。この際、脱気容器１０１に設けられたシャワーヘッド１０２が、液体Ｗを霧状にして脱気容器１０１内に噴霧する。シャワーヘッド１０２は、液体Ｗの気化を促すためのものであるが、気化促進効果を生み出す機構としては、遠心分離器なども代替可能である。

ある程度の液体Ｗが脱器容器１０１に貯留された後、全てのバルブを閉じた状態で減圧ポンプ１０３を作動させると、既に気化している気体成分が排出されるとともに、液体Ｗに溶解している気体成分の気化と排出も促される。この際、脱気容器１０１の内圧は、圧力計１０８を確認しながら数百～数千Ｐａ（１．０Ｔｏｒｒ～１０．０Ｔｏｒｒ）程度に減圧されればよい。脱気ユニット１００によって脱気される気体としては、例えば窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素などが含まれる。

以上説明した脱気処理は、液体循環路１０５を利用することにより、同じ液体Ｗに対して繰り返し行うことができる。具体的には、液体導入路１０４のバルブ１０９と液体導出路１０６のバルブ１１０を閉塞し、液体循環路１０５のバルブ１０７を開放した状態で、シャワーヘッド１０２を作動させる。これにより、脱気容器１０１に貯留され、脱気処理が一度行われた液体Ｗは、再びシャワーヘッド１０２を介して脱気容器１０１に噴霧される。更に、減圧ポンプ１０３を作動させることにより、シャワーヘッド１０２による気化処理と減圧ポンプ１０３による脱気処理が、同じ液体Ｗに対し重ねて行われることになる。そして、液体循環路１０５を利用した上記繰り返し処理を行う度に、液体Ｗに含まれる気体成分を段階的に減少させていくことができる。所望の純度に脱気された液体Ｗが得られると、バルブ１１０を開放することにより、液体Ｗは液体導出路１０６を経て溶解ユニット２００に送液される。

なお、図２では、気体部を低圧にして溶解物を気化させる脱気ユニット１００を示したが、溶解した液体を脱気させる方法はこれに限らない。例えば、液体Ｗを煮沸して溶解物を気化させる加熱煮沸法を採用してもよいし、中空糸を用いて液体と気体の界面を増大させる膜脱気方法を採用してもよい。中空糸を用いた脱気モジュールとしては、ＳＥＰＡＲＥＬシリーズ（大日本インキ社製）が市販されている。これは、中空糸膜の原料にポリ４－メチルペンテン－１（ＰＭＰ）を用いて、主にピエゾヘッド向けに供給するインクなどから気泡を脱気する目的で使用されている。更に、真空脱気法、加熱煮沸法、及び膜脱気方法の２つ以上を併用してもよい。

図３（ａ）及び（ｂ）は、溶解ユニット２００の概略構成図及び液体の溶解状態を説明するための図である。溶解ユニット２００は、前処理ユニット１００より供給された液体Ｗに対し所望の気体を溶解させるユニットである。本実施形態の溶解ユニット２００は、主に、溶解容器２０１、回転板２０２が取り付けられた回転シャフト２０３、液体導入路２０４、気体導入路２０５、液体導出路２０６、及び加圧ポンプ２０７を有する。

前処理ユニット１００より供給された液体Ｗは、液体導入路２０４より、溶解容器２０１に供給され貯留される。一方、気体Ｇは気体導入路２０５より溶解容器２０１に供給される。

所定量の液体Ｗと気体Ｇが溶解容器２０１に貯留されると、加圧ポンプ２０７を作動し溶解容器２０１の内圧を０．５Ｍｐａ程度まで上昇させる。加圧ポンプ２０７と溶解容器２０１の間には安全弁２０８が配されている。また、回転シャフト２０３を介して液中の回転板２０２を回転させることにより、溶解容器２０１に供給された気体Ｇを気泡化し、液体Ｗとの接触面積を大きくし、液体Ｗ中への溶解を促進する。そしてこのような作業を、気体Ｇの溶解度がほぼ最大飽和溶解度に達するまで継続する。この際、可能な限り多くの気体を溶解させるために、液体の温度を低下させる手段を配してもよい。また、難溶解性の気体の場合は、溶解容器２０１の内圧を０．５ＭＰａ以上に上げる事も可能である。その場合は、安全面から容器の材料などを最適にする必要がある。

気体Ｇの成分が所望の濃度で溶解された液体Ｗが得られると、液体Ｗは液体導出路２０６を経由して排出され、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給される。この際、背圧弁２０９は、供給時の圧力が必要以上に高くならないように液体Ｗの流圧を調整する。

図３（ｂ）は、溶解容器２０１で混入された気体Ｇが溶解していく様子を模式的に示す図である。液体Ｗ中に混入された気体Ｇの成分を含む気泡２は、液体Ｗに接触している部分から溶解する。このため、気泡２は徐々に収縮し、気泡２の周囲には気体溶解液体３が存在する状態となる。気泡２には浮力が作用するため、気泡２は気体溶解液体３の中心から外れた位置に移動したり、気体溶解液体３から分離して残存気泡４となったりする。すなわち、液体導出路２０６を介してＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給される液体Ｗには、気体溶解液体３が気泡２を囲った状態のものや、気体溶解液体３と気泡２が互いに分離した状態のものが混在している。

なお、図において気体溶解液体３とは、「液体Ｗ中において、混入された気体Ｇの溶解濃度が比較的高い領域」を意味している。実際に液体Ｗに溶解している気体成分においては、気泡２の周囲や、気泡２と分離した状態であっても領域の中心で濃度が最も高く、その位置から離れるほど気体成分の濃度は連続的に低くなる。すなわち、図３（ｂ）では説明のために気体溶解液体３の領域を破線で囲っているが、実際にはこのような明確な境界が存在するわけではない。また、本発明においては、完全に溶解しない気体が、気泡の状態で液体中に存在しても許容される。

図４は、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００の概略構成図である。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００は、主に、チャンバー３０１、液体導入路３０２、液体導出路３０３を備え、液体導入路３０２からチャンバー３０１内を経て液体導出路３０３に向かう流れが、不図示の流動ポンプによって形成されている。流動ポンプとしては、ダイヤフラムポンプ、ギアポンプ、スクリューポンプなど各種ポンプを採用することができる。液体導入路３０２から導入される液体Ｗには、溶解ユニット２００によって混入された気体Ｇの気体溶解液体３が混在している。

チャンバー３０１の底面には発熱素子１０が設けられた素子基板１２が配されている。発熱素子１０に所定の電圧パルスが印加されることにより、発熱素子１０に接触する領域に膜沸騰により生じる泡１３（以下、膜沸騰泡１３ともいう）が発生する。そして、膜沸騰泡１３の膨張や収縮に伴って気体Ｇを含有するウルトラファインバブル（ＵＦＢ１１）が生成される。その結果、液体導出路３０３からは多数のＵＦＢ１１が含まれたＵＦＢ含有液Ｗが導出される。

図５（ａ）及び（ｂ）は、発熱素子１０の詳細構造を示す図である。図５（ａ）は発熱素子１０の近傍、同図（ｂ）は発熱素子１０を含むより広い領域の素子基板１２の断面図をそれぞれ示している。

図５（ａ）に示すように、本実施形態の素子基板１２は、シリコン基板３０４の表面に、蓄熱層としての熱酸化膜３０５と、蓄熱層を兼ねる層間膜３０６と、が積層されている。層間膜３０６としては、ＳｉＯ２膜、または、ＳｉＮ膜を用いることができる。層間膜３０６の表面には抵抗層３０７が形成され、その抵抗層３０７の表面に、配線３０８が部分的に形成されている。配線３０８としては、Ａｌ、Ａｌ－Ｓｉ、またはＡｌ－ＣｕなどのＡｌ合金配線を用いることができる。これらの配線３０８、抵抗層３０７、及び、層間膜３０６の表面には、ＳｉＯ₂膜、またはＳｉ₃Ｎ₄膜から成る保護層３０９が形成されている。

保護層３０９の表面において、結果的に発熱素子１０となる熱作用部３１１に対応する部分、及び、その周囲には、抵抗層３０７の発熱に伴う化学的、及び物理的な衝撃から保護層３０９を保護するための耐キャビテーション膜３１０が形成されている。抵抗層３０７の表面において、配線３０８が形成されていない領域は、抵抗層３０７が発熱する熱作用部３１１である。配線３０８が形成されていない抵抗層３０７の発熱部分は、発熱素子（ヒータ）１０として機能する。このように素子基板１２における層は、半導体の製造技術によってシリコン基板３０４の表面に順次に形成され、これにより、シリコン基板３０４に熱作用部３１１が備えられる。

なお、図に示す構成は一例であり、その他の各種構成が適用可能である。例えば、抵抗層３０７と配線３０８との積層順が逆の構成、及び抵抗層３０７の下面に電極を接続させる構成（所謂プラグ電極構成）が適用可能である。つまり、後述するように、熱作用部３１１により液体を加熱して、液体中に膜沸騰を生じさせることができる構成であればよい。

図５（ｂ）は、素子基板１２において、配線３０８に接続される回路を含む領域の断面図の一例である。Ｐ型導電体であるシリコン基板３０４の表層には、Ｎ型ウェル領域３２２、及び、Ｐ型ウェル領域３２３が部分的に備えられている。一般的なＭＯＳプロセスによるイオンインプランテーションなどの不純物の導入、及び拡散によって、Ｎ型ウェル領域３２２にＰ－ＭＯＳ３２０が形成され、Ｐ型ウェル領域３２３にＮ－ＭＯＳ３２１が形成される。

Ｐ－ＭＯＳ３２０は、Ｎ型ウェル領域３２２の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域３２５及びドレイン領域３２６と、ゲート配線３３５などから構成されている。ゲート配線３３５は、ソース領域３２５及びドレイン領域３２６を除くＮ型ウェル領域３２２の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。

Ｎ－ＭＯＳ３２１は、Ｐ型ウェル領域３２３の表層に部分的にＮ型あるいはＰ型の不純物を導入してなるソース領域３２５及びドレイン領域３２６と、ゲート配線３３５などから構成されている。ゲート配線３３５は、ソース領域３２５及びドレイン領域３２６を除くＰ型ウェル領域３２３の部分の表面に、厚さ数百Åのゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。ゲート配線３３５は、ＣＶＤ法により堆積された厚さ３０００Å～５０００Åのポリシリコンからなる。これらのＰ－ＭＯＳ３２０及びＮ－ＭＯＳ３２１によって、Ｃ－ＭＯＳロジックが構成される。

Ｐ型ウェル領域３２３において、Ｎ－ＭＯＳ３２１と異なる部分には、電気熱変換素子（発熱抵抗素子）の駆動用のＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０が形成されている。Ｎ－ＭＯＳトランジスタ３３０は、不純物の導入及び拡散などの工程によりＰ型ウェル領域３２３の表層に部分的に形成されたソース領域３３２及びドレイン領域３３１と、ゲート配線３３３などから構成されている。ゲート配線３３３は、Ｐ型ウェル領域３２３におけるソース領域３３２及びドレイン領域３３１を除く部分の表面に、ゲート絶縁膜３２８を介して堆積されている。

本例においては、電気熱変換素子の駆動用トランジスタとして、Ｎ－ＭＯＳトランジスタ３３０を用いた。しかし、その駆動用トランジスタは、複数の電気熱変換素子を個別に駆動する能力を持ち、かつ、上述したような微細な構造を得ることができるトランジスタであればよく、Ｎ－ＭＯＳトランジスタ３３０には限定されない。また本例においては、電気熱変換素子と、その駆動用トランジスタと、が同一基板上に形成されているが、これらは、別々の基板に形成してもよい。

Ｐ－ＭＯＳ３２０とＮ－ＭＯＳ３２１との間、及びＮ－ＭＯＳ３２１とＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０との間等の各素子間には、５０００Å～１００００Åの厚さのフィールド酸化により酸化膜分離領域３２４が形成されている。この酸化膜分離領域３２４によって各素子が分離されている。酸化膜分離領域３２４において、熱作用部３１１に対応する部分は、シリコン基板３０４上の一層目の蓄熱層３３４として機能する。

Ｐ－ＭＯＳ３２０、Ｎ－ＭＯＳ３２１、及びＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０の各素子の表面には、ＣＶＤ法により、厚さ約７０００ÅのＰＳＧ膜、またはＢＰＳＧ膜などから成る層間絶縁膜３３６が形成されている。層間絶縁膜３３６を熱処理により平坦にした後に、層間絶縁膜３３６及びゲート絶縁膜３２８を貫通するコンタクトホールを介して、第１の配線層となるＡｌ電極３３７が形成される。層間絶縁膜３３６及びＡｌ電極３３７の表面には、プラズマＣＶＤ法により、厚さ１００００Å～１５０００ÅのＳｉＯ２膜から成る層間絶縁膜３３８が形成される。層間絶縁膜３３８の表面において、熱作用部３１１及びＮ－ＭＯＳトランジスタ３３０に対応する部分には、コスパッタ法により、厚さ約５００ÅのＴａＳｉＮ膜から成る抵抗層３０７が形成される。抵抗層３０７は、層間絶縁膜３３８に形成されたスルーホールを介して、ドレイン領域３３１の近傍のＡｌ電極３３７と電気的に接続される。抵抗層３０７の表面には、各電気熱変換素子への配線となる第２の配線層としてのＡｌの配線３０８が形成される。配線３０８、抵抗層３０７、及び層間絶縁膜３３８の表面の保護層３０９は、プラズマＣＶＤ法により形成された厚さ３０００ÅのＳｉＮ膜から成る。保護層３０９の表面に堆積された耐キャビテーション膜３１０は、Ｔａ、Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｇｅ，Ｒｕ，Ｚｒ，Ｉｒ等から選択される少なくとも１つ以上の金属であり、厚さ約２０００Åの薄膜から成る。抵抗層３０７としては、上述したＴａＳｉＮ以外のＴａＮ０．８、ＣｒＳｉＮ、ＴａＡｌ、ＷＳｉＮ等、液体中に膜沸騰を生じさせることができるものであれば各種材料が適用可能である。

図６（ａ）及び（ｂ）は、発熱素子１０に所定の電圧パルスを印加した場合の膜沸騰の様子を示す図である。ここでは、大気圧のもとでの膜沸騰を生じさせた場合を示している。図６（ａ）において、横軸は時間を示す。また、下段のグラフの縦軸は発熱素子１０に印加される電圧を示し、上段のグラフの縦軸は膜沸騰により発生した膜沸騰泡１３の体積と内圧を示す。一方、図６（ｂ）は、膜沸騰泡１３の様子を、図６（ａ）に示すタイミング１～３に対応づけて示している。以下、時間に沿って各状態を説明する。尚、後述するように膜沸騰によって発生したＵＦＢ１１は主として膜沸騰泡１３の表面近傍に発生する。図６（ｂ）に示す状態は、図１で示したように、生成ユニット３００で発生したＵＦＢ１１から循環経路を介して溶解ユニット２００に再度供給され、その液体が生成ユニット３００の液路に再度供給された状態を示す。

発熱素子１０に電圧が印加される前、チャンバー３０１内はほぼ大気圧が保たれている。発熱素子１０に電圧が印加されると、発熱素子１０に接する液体に膜沸騰が生じ、発生した気泡（以下、膜沸騰泡１３と称す）は内側から作用する高い圧力によって膨張する（タイミング１）。このときの発泡圧力は約８～１０ＭＰａとみなされ、これは水の飽和蒸気圧に近い値である。

電圧の印加時間（パルス幅）は０．５ｕｓｅｃ～１０．０ｕｓｅｃ程度であるが、電圧が印加されなくなった後も、膜沸騰泡１３はタイミング１で得られた圧力の慣性によって膨張する。但し、膜沸騰泡１３の内部では膨張に伴って発生した負圧力が徐々に大きくなり、膜沸騰泡１３を収縮する方向に作用する。やがて慣性力と負圧力が釣り合ったタイミング２で膜沸騰泡１３の体積は最大となり、その後は負圧力によって急速に収縮する。

膜沸騰泡１３が消滅する際、膜沸騰泡１３は発熱素子１０の全面ではなく、１箇所以上の極めて小さな領域で消滅する。このため、発熱素子１０においては、膜沸騰泡１３が消滅する極めて小さな領域に、タイミング１で示す発泡時よりも更に大きな力が発生する（タイミング３）。

以上説明したような膜沸騰泡１３の発生、膨張、収縮及び消滅は、発熱素子１０に電圧パルスが印加されるたびに繰り返され、そのたびに新たなＵＦＢ１１が生成される。

次に図７～図１０を用いて、膜沸騰泡１３の発生、膨張、収縮及び消滅の各過程において、ＵＦＢ１１が生成される様子を更に詳しく説明する。

図７（ａ）～（ｄ）は、膜沸騰泡１３の発生及び膨張に伴ってＵＦＢ１１が生成される様子を模式的に示す図である。図７（ａ）は、発熱素子１０に電圧パルスが印加される前の状態を示している。チャンバー３０１の内部には、気体溶解液体３が混在した液体Ｗが流れている。

図７（ｂ）は、発熱素子１０に電圧が印加され、液体Ｗに接している発熱素子１０のほぼ全域で膜沸騰泡１３が一様に発生した様子を示している。電圧が印加されたとき、発熱素子１０の表面温度は１０℃／μｓｅｃ以上の速度で急激に上昇し、ほぼ３００℃に達した時点で膜沸騰が起こり、膜沸騰泡１３が生成される。

発熱素子１０の表面温度は、その後もパルスの印加中に６００～８００℃程度まで上昇し、膜沸騰泡１３の周辺の液体も急激に加熱される。図では、膜沸騰泡１３の周辺に位置し、急激に加熱される液体の領域を未発泡高温領域１４として示している。未発泡高温領域１４に含まれる気体溶解液体３は熱的溶解限界を超えて析出しＵＦＢとなる。析出した気泡の直径は１０ｎｍ～１００ｎｍ程度であり、高い気液界面エネルギを有している。そのため、短時間で消滅することもなく液体Ｗ内で独立を保ながら浮遊する。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３の発生から膨張時に熱的作用によって生成される気泡を第１のＵＦＢ１１Ａと称す。

図７（ｃ）は、膜沸騰泡１３が膨張する過程を示している。発熱素子１０への電圧パルスの印加が終了しても、膜沸騰泡１３は発生したときに得た力の慣性によって膨張を続け、未発泡高温領域１４も慣性によって移動及び拡散する。すなわち、膜沸騰泡１３が膨張する過程において、未発泡高温領域１４に含まれた気体溶解液体３が新たに気泡となって析出し、第１のＵＦＢ１１Ａとなる。

図７（ｄ）は、膜沸騰泡１３が最大体積となった状態を示している。膜沸騰泡１３は慣性によって膨張するが、膨張に伴って膜沸騰泡１３の内部の負圧は徐々に高まり、膜沸騰泡１３を収縮しようとする負圧力として作用する。そして、この負圧力が慣性力と釣り合った時点で、膜沸騰泡１３の体積は最大となり、以後収縮に転じる。

膜沸騰泡１３の収縮段階においては、図８（ａ）～（ｃ）に示す過程により発生するＵＦＢ（第２のＵＦＢ１１Ｂ）と、図９（ａ）～（ｃ）に示す過程により発生するＵＦＢ（第３のＵＦＢ）とがある。これら２つの過程は併存しておきていると考えられる。

図８（ａ）～（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮に伴ってＵＦＢ１１が生成される様子を示す図である。図８（ａ）は、膜沸騰泡１３が収縮を開始した状態を示している。膜沸騰泡１３が収縮を開始しても、周囲の液体Ｗには膨張する方向の慣性力が残っている。よって、膜沸騰泡１３の極周囲には、発熱素子１０から離れる方向に作用する慣性力と、膜沸騰泡１３の収縮に伴って発熱素子１０に向かう力とが作用し、減圧された領域となる。図では、そのような領域を未発泡負圧領域１５として示している。

未発泡負圧領域１５に含まれる気体溶解液体３は、圧的溶解限界を超え、気泡として析出する。析出した気泡の直径は１００ｎｍ程度であり、その後短時間で消滅することもなく液体Ｗ内で独立を保ながら浮遊する。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３が収縮する際の圧力的作用によって析出する気泡を、第２のＵＦＢ１１Ｂと称す。

図８（ｂ）は、膜沸騰泡１３が収縮する過程を示している。膜沸騰泡１３が収縮する速度は負圧力によって加速し、未発泡負圧領域１５も膜沸騰泡１３の収縮に伴って移動する。すなわち、膜沸騰泡１３が収縮する過程において、未発泡負圧領域１５が通過する箇所の気体溶解液体３が次々に析出し、第２のＵＦＢ１１Ｂとなる。

図８（ｃ）は、膜沸騰泡１３が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡１３の加速度的な収縮により、周囲の液体Ｗの移動速度も増大するが、チャンバー３０１内の流路抵抗によって圧力損失が生じる。その結果、未発泡負圧領域１５が占める領域は更に大きくなり、多数の第２のＵＦＢ１１Ｂが生成される。

図９（ａ）～（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮時において、液体Ｗの再加熱によってＵＦＢが生成される様子を示す図である。図９（ａ）は、発熱素子１０の表面が収縮する膜沸騰泡１３に被覆されている状態を示している。

図９（ｂ）は、膜沸騰泡１３の収縮が進み、発熱素子１０の表面の一部が液体Ｗに接触した状態を示している。このとき発熱素子１０の表面には、液体Ｗが接しても膜沸騰には到らないほどの熱が残っている。図では、発熱素子１０の表面に接することにより加熱される液体の領域を未発泡再加熱領域１６として示している。膜沸騰には到らないものの、未発泡再加熱領域１６に含まれる気体溶解液体３は、熱的溶解限界を超えて析出する。本実施形態では、このように膜沸騰泡１３が収縮する際の液体Ｗの再加熱によって生成される気泡を第３のＵＦＢ１１Ｃと称す。

図９（ｃ）は、膜沸騰泡１３の収縮が更に進んだ状態を示している。膜沸騰泡１３が小さくなるほど、液体Ｗに接する発熱素子１０の領域が大きくなるため、第３のＵＦＢ１１Ｃは、膜沸騰泡１３が消滅するまで生成される。

図１０（ａ）および（ｂ）は、膜沸騰で生成された膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃（所謂、キャビテーションの一種）によって、ＵＦＢが生成される様子を示す図である。図１０（ａ）は、膜沸騰泡１３が消滅する直前の様子を示している。膜沸騰泡１３は内部の負圧力によって急激に収縮し、その周囲を未発泡負圧領域１５が覆う状態となっている。

図１０（ｂ）は、膜沸騰泡１３が点Ｐで消滅した直後の様子を示している。膜沸騰泡１３が消泡するとき、その衝撃により音響波が点Ｐを起点として同心円状に広がる。音響波とは、気体、液体、固体を問わず伝播する弾性波の総称であり、本実施形態においては、液体Ｗの粗密、すなわち液体Ｗの高圧面１７Ａと低圧面１７Ｂ、とが交互に伝播される。

この場合、未発泡負圧領域１５に含まれる気体溶解液体３は、膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃波によって共振され、低圧面１７Ｂが通過するタイミングで圧的溶解限界を超えて相転移する。すなわち、膜沸騰泡１３の消滅と同時に、未発泡負圧領域１５内には多数の気泡が析出する。本実施形態ではこのような膜沸騰泡１３が消泡する時の衝撃波によって生成される気泡を第４のＵＦＢ１１Ｄと称す。

膜沸騰泡１３の消泡時の衝撃波よって生成される第４のＵＦＢ１１Ｂは、極めて狭い薄膜的領域に極めて短時間（１μＳ以下）で突発的に出現する。直径は第１～第３のＵＦＢよりも十分小さく、第１～第３のＵＦＢよりも気液界面エネルギが高い。このため、第４のＵＦＢ１１Ｄは、第１～第３のＵＦＢ１１Ａ～１１Ｃとは異なる性質を有し異なる効果を生み出すものと考えられる。

また、第４のＵＦＢ１１Ｄは、衝撃波が伝播する同心球状の領域のいたる所で一様に発生するため、生成された時点からチャンバー３０１内に一様に存在することになる。第４のＵＦＢ１１Ｄが生成されるタイミングでは、第１～第３のＵＦＢが既に多数存在しているが、これら第１～第３のＵＦＢの存在が第４のＵＦＢ１１Ｄの生成に大きく影響することはない。また、第４のＵＦＢ１１Ｄの発生によって第１～第３のＵＦＢが消滅することもないと考えられる。

以上説明したように発熱素子１０の発熱により膜沸騰泡１３が発生し消泡するまでの複数の段階においてＵＦＢ１１が発生すると想定される。第１のＵＦＢ１１Ａ、第２のＵＦＢ１１Ｂ及び第３のＵＦＢ１１Ｃは、膜沸騰により発生する膜沸騰泡の表面の近傍に発生する。ここで近傍とは膜沸騰泡の表面から約２０μｍ以内の領域である。第４のＵＦＢ１１Ｄは、気泡が消泡（消滅）する際に発生する衝撃波が伝搬する領域に発生する。上述した例では膜沸騰泡１３が消泡するまでの例を示したがＵＦＢを発生させるためにはこれに限られない。例えば、発生した膜沸騰泡１３が消泡する前に大気と連通することで、膜沸騰泡１３が消耗まで至らない場合においてもＵＦＢの生成が可能である。

次にＵＦＢの残存特性について説明する。液体の温度が高いほど気体成分の溶解特性は低くなり、温度が低いほど気体成分の溶解特性は高くなる。すなわち、液体の温度が高いほど、溶解している気体成分の相転移が促され、ＵＦＢが生成されやすくなる。液体の温度と気体の溶解度は反比例の関係にあり、液体の温度上昇により、飽和溶解度を超えた気体が気泡になって液体中に析出される。

このため、液体の温度が常温から急激に上昇すると溶解特性が一気に下がり、ＵＦＢが生成され始める。そして、温度が上がるほど熱的溶解特性は下がり、多くのＵＦＢが生成される状況となる。

反対に液体の温度が常温から下降すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたＵＦＢは液化しやすくなる。しかしながら、このような温度は、常温よりも十分に低い。更に、液体の温度が下がっても、一度発生したＵＦＢは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたＵＦＢは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。

本実施形態において、図７（ａ）～（ｃ）で説明した第１のＵＦＢ１１Ａ、及び図９（ａ）～（ｃ）で説明した第３のＵＦＢ１１Ｃは、このような気体の熱的溶解特性を利用して生成されたＵＦＢと言える。

一方、液体の圧力と溶解特性の関係においては、液体の圧力が高いほど気体の溶解特性は高くなり、圧力が低いほど溶解特性は低くなる。すなわち液体の圧力が低いほど、液体に溶解している気体溶解液体の気体への相転移が促され、ＵＦＢが生成されやすくなる。液体の圧力が常圧から下がると、溶解特性が一気に下がり、ＵＦＢが生成され始める。そして、圧力が下がるほど圧的溶解特性は下がり、多くのＵＦＢが生成される状況となる。

反対に液体の圧力が常圧から上昇すると、気体の溶解特性は上昇し、生成されたＵＦＢは液化しやすくなる。しかしながら、このような圧力は、大気圧よりも十分に高く、更に、液体の圧力が上がっても、一度発生したＵＦＢは高い内圧と高い気液界面エネルギを有するため、この気液界面を破壊するほどの高い圧力が作用する可能性は極めて低い。すなわち、一度生成されたＵＦＢは、液体を常温常圧で保存する限り、簡単に消滅することはない。

本実施形態において、図８（ａ）～（ｃ）で説明した第２のＵＦＢ１１Ｂ、及び図１０（ａ）～（ｃ）で説明した第４のＵＦＢ１１Ｄは、このような気体の圧力的溶解特性を利用して生成されたＵＦＢと言える。

以上では、生成される要因の異なる第１～第４のＵＦＢを個別に説明してきたが、上述した生成要因は、膜沸騰という事象に伴って同時多発的に起こるものである。このため、第１～第４のＵＦＢのうち少なくとも２種類以上のＵＦＢが同時に生成されることもあり、これら生成要因が互いに協働してＵＦＢを生成することもある。但し、いずれの生成要因も、膜沸騰現象で生成される膜沸騰泡の体積変化に伴って招致されることは共通している。本明細書では、このように急激な発熱に伴う膜沸騰を利用してＵＦＢを生成する方法を、Ｔ－ＵＦＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ－Ｕｌｔｒａ Ｆｉｎｅ Ｂｕｂｂｌｅ）生成方法と称す。また、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成したＵＦＢをＴ－ＵＦＢ、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成されたＴ－ＵＦＢを含有する液体をＴ－ＵＦＢ含有液と称す。

Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成される気泡はその殆どが１．０ｕｍ以下であり、ミリバブルやマイクロバブルは生成され難い。すなわち、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によれば、ＵＦＢが支配的に、かつ、効率的に生成されることになる。また、Ｔ－ＵＦＢ生成方法によって生成されたＴ－ＵＦＢは、従来法によって生成されたＵＦＢよりも高い気液界面エネルギを有し、常温常圧で保存する限り簡単に消滅することはない。更に、新たな膜沸騰によって新たなＴ－ＵＦＢが生成されても、先行して生成されていたＴ－ＵＦＢがその衝撃によって消滅することも抑制される。つまり、Ｔ－ＵＦＢ含有液に含まれるＴ－ＵＦＢの数や濃度は、Ｔ－ＵＦＢ含有液における膜沸騰の発生回数に対しヒステリシス特性を有すると言える。言い替えると、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００に配する発熱素子の数や発熱素子に対する電圧パルスの印加回数を制御することにより、Ｔ－ＵＦＢ含有液に含まれるＴ－ＵＦＢの濃度を調整することができる。

再び図１を参照する。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００において、所望のＵＦＢ濃度を有するＴ－ＵＦＢ含有液Ｗが生成されると、当該ＵＦＢ含有液Ｗは、後処理ユニット４００に供給される。

図１１（ａ）～（ｃ）は、本実施形態の後処理ユニット４００の構成例を示す図である。本実施形態の後処理ユニット４００は、ＵＦＢ含有液Ｗに含まれる不純物を、無機物イオン、有機物、不溶固形物、の順に段階に除去する。

図１１（ａ）は、無機物イオンを除去するための第１の後処理機構４１０を示す。第１の後処理機構４１０は、交換容器４１１、陽イオン交換樹脂４１２、液体導入路４１３、集水管４１４及び液体導出路４１５を備えている。交換容器４１１には、陽イオン交換樹脂４１２が収容されている。Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００で生成されたＵＦＢ含有液Ｗは、液体導入路４１３を経由して交換容器４１１に注入され、陽イオン交換樹脂４１２に吸収され、ここで不純物としての陽イオンが除去される。このような不純物には、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００の素子基板１２より剥離した金属材料などが含まれ、例えばＳｉＯ₂、ＳｉＮ、ＳｉＣ、Ｔａ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｉｒが挙げられる。

陽イオン交換樹脂４１２は、三次元的な網目構造を持った高分子母体に官能基（イオン交換基）を導入した合成樹脂であり、合成樹脂は０．４～０．７ｍｍ程度の球状粒子を呈している。高分子母体としては、スチレン－ジビニルベンゼンの共重合体が一般的であり、官能基としては例えばメタクリル酸系とアクリル酸系のものを用いることができる。但し、上記材料は一例である。所望の無機イオンを効果的に除去することができれば、上記材料は様々に変更可能である。陽イオン交換樹脂４１２に吸収され、無機イオンが除去されたＵＦＢ含有液Ｗは、集水管４１４によって集水され、液体導出路４１５を介して次の工程に送液される。

図１１（ｂ）は、有機物を除去するための第２の後処理機構４２０を示す。第２の後処理機構４２０は、収容容器４２１、ろ過フィルタ４２２、真空ポンプ４２３、バルブ４２４、液体導入路４２５、液体導出路４２６、及びエア吸引路４２７を備えている。収容容器４２１の内部は、ろ過フィルタ４２２によって上下２つの領域に分割されている。液体導入路４２５は、上下２つの領域のうち上方の領域に接続し、エア吸引路４２７及び液体導出路４２６は下方の領域に接続する。バルブ４２４を閉じた状態で真空ポンプ４２３を駆動すると、収容容器４２１内の空気がエア吸引路４２７を介して排出され、収容容器４２１の内部が負圧になり、液体導入路４２５よりＵＦＢ含有液Ｗが導入される。そして、ろ過フィルタ４２２によって不純物が除去された状態のＵＦＢ含有液Ｗが収容容器４２１に貯留される。

ろ過フィルタ４２２によって除去される不純物には、チューブや各ユニットで混合され得る有機材料が含まれ、例えばシリコンを含む有機化合物、シロキサン、エポキシなどが挙げられる。ろ過フィルタ４２２に使用可能なフィルタ膜としては、細菌系まで除去できるサブμｍメッシュのフィルタや、ウィルスまで除去できるｎｍメッシュのフィルタが挙げられる。

収容容器４２１にＵＦＢ含有液Ｗがある程度貯留された後、真空ポンプ４２３を停止してバルブ４２４を開放すると、収容容器４２１のＴ－ＵＦＢ含有液は液体導出路４２６を介して次の工程に送液される。なお、ここでは、有機物の不純物を除去する方法として真空ろ過法を採用したが、フィルタを用いたろ過方法としては、例えば重力ろ過法や加圧ろ過を採用することもできる。

図１１（ｃ）は、不溶の固形物を除去するための第３の後処理機構４３０を示す。第３の後処理機構４３０は、沈殿容器４３１、液体導入路４３２、バルブ４３３及び液体導出路４３４を備えている。

まず、バルブ４３３を閉じた状態で沈殿容器４３１に所定量のＵＦＢ含有液Ｗを液体導入路４３２より貯留し、しばらく放置する。この間、ＵＦＢ含有液Ｗに含まれている固形物は、重力によって沈殿容器４３１の底部に沈降する。また、ＵＦＢ含有液に含まれるバブルのうち、マイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルも浮力によって液面に浮上し、ＵＦＢ含有液から除去される。十分な時間が経過した後バルブ４３３を開放すると、固形物や大きなサイズのバブルが除去されたＵＦＢ含有液Ｗが液体導出路４３４を介して、回収ユニット５００に送液される。本実施形態では３つの後処理機構を順に適用する例を示したが、これに限られず、必要に応じた後処理機構を適宜採用すれば良い。

再度図１を参照する。後処理ユニット４００で不純物が除去されたＴ－ＵＦＢ含有液Ｗは、そのまま回収ユニット５００に送液してもよいが、再び溶解ユニット２００に戻すこともできる。後者の場合、Ｔ－ＵＦＢの生成によって低下したＴ－ＵＦＢ含有液Ｗの気体溶解濃度を、溶解ユニット２００において再び飽和状態まで補填することができる。その上で新たなＴ－ＵＦＢをＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００で生成すれば、上述した特性のもと、Ｔ－ＵＦＢ含有液のＵＦＢ含有濃度を更に上昇させることができる。すなわち、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００を巡る循環回数の分だけ、ＵＦＢ含有濃度を高めることができ、所望のＵＦＢ含有濃度が得られた後に、当該ＵＦＢ含有液Ｗを回収ユニット５００に送液することができる。

回収ユニット５００は、後処理ユニット４００より送液されて来たＵＦＢ含有液Ｗを回収及び保存する。回収ユニット５００で回収されたＴ－ＵＦＢ含有液は、様々な不純物が除去された純度の高いＵＦＢ含有液となる。

回収ユニット５００においては、何段階かのフィルタリング処理を行い、ＵＦＢ含有液ＷをＴ－ＵＦＢのサイズごと分類してもよい。また、Ｔ－ＵＦＢ方式により得られるＴ－ＵＦＢ含有液Ｗは、常温よりも高温であることが予想されるため、回収ユニット５００には冷却手段を設けてもよい。なお、このような冷却手段は、後処理ユニット４００の一部に設けられていてもよい。

以上が、ＵＦＢ生成装置１の概略であるが、図示したような複数のユニットは無論変更可能であり、全てを用意する必要は無い。使用する液体Ｗや気体Ｇの種類、また生成するＴ－ＵＦＢ含有液の使用目的に応じて、上述したユニットの一部を省略してもよいし、上述したユニット以外に更に別のユニットを追加してもよい。

例えば、ＵＦＢに含有させる気体が大気である場合は、脱気ユニット１００や溶解ユニット２００を省略することができる。反対に、ＵＦＢに複数種類の気体を含ませたい場合は、溶解ユニット２００を更に追加してもよい。

また、図１１（ａ）～（ｃ）で示すような不純物を除去するためのユニットは、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００よりも上流に設けてもよいし、上流と下流の両方に設けてもよい。ＵＦＢ生成装置に供給される液体が水道水や雨水、また汚染水などの場合は、液体中に有機系や無機系の不純物が含まれている事がある。そのような不純物を含んだ液体ＷをＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００に供給すると、発熱素子１０を変質させたり、塩析現象を招致したりするおそれが生じる。図１１（ａ）～（ｃ）で示すような機構をＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００よりも上流に設けておくことにより、上記のような不純物を事前に除去することができる。

＜＜Ｔ－ＵＦＢ含有液に使用可能な液体および気体＞＞
ここで、Ｔ－ＵＦＢ含有液を生成するために使用可能な液体Ｗについて説明する。本実施形態で使用可能な液体Ｗとしては、例えば、純水、イオン交換水、蒸留水、生理活性水、磁気活性水、化粧水、水道水、海水、川水、上下水、湖水、地下水、雨水などが挙げられる。また、これらの液体等を含む混合液体も使用可能である。また、水と水溶性有機溶剤との混合溶媒も使用できる。水と混合して使用される水溶性有機溶剤としては特に限定されないが、具体例として、以下のものを挙げることができる。メチルアルコール、エチルアルコール、ｎ－プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、ｎ－ブチルアルコール、ｓｅｃ－ブチルアルコール、ｔｅｒｔ－ブチルアルコールなどの炭素数１乃至４のアルキルアルコール類。Ｎ－メチル－２－ピロリドン、２－ピロリドン、１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミドなどのアミド類。アセトン、ジアセトンアルコールなどのケトン又はケトアルコール類。テトラヒドロフラン、ジオキサンなどの環状エーテル類。エチレングリコール、１，２－プロピレングリコール、１，３－プロピレングリコール。１，２－ブタンジオール、１，３－ブタンジオール、１，４－ブタンジオール、１，５－ペンタンジオール、１，２－ヘキサンジオール、１，６－ヘキサンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、チオジグリコールなどのグリコール類。エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテルなどの多価アルコールの低級アルキルエーテル類。ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類。グリセリン、１，２，６－ヘキサントリオール、トリメチロールプロパンなどのトリオール類。これらの水溶性有機溶剤は、単独で用いてもよく、または２種以上を併用してもよい。

溶解ユニット２００で導入可能な気体成分としては、例えば、水素、ヘリウム、酸素、窒素、メタン、フッ素、ネオン、二酸化炭素、オゾン、アルゴン、塩素、エタン、プロパン、空気、などが挙げられる。また、上記のいくつかを含む混合気体であってもよい。さらに、溶解ユニット２００では必ずしも気体状態にある物質を溶解させなくてもよく、所望の成分で構成される液体や固を液体Ｗに融解させてもよい。この場合の溶解としては、自然溶解のほか、圧力付与による溶解であってもよいし、電離による水和、イオン化、化学反応を伴う溶解であってもよい。

＜＜Ｔ－ＵＦＢ生成方法の効果＞＞
次に、以上説明したＴ－ＵＦＢ生成方法の特徴と効果を、従来のＵＦＢ生成方法と比較して説明する。例えばベンチュリー方式に代表される従来の気泡生成装置においては、流路の一部に減圧ノズルのようなメカ的な減圧構造を設け、この減圧構造を通過するように所定の圧力で液体を流すことにより、減圧構造の下流の領域に様々なサイズの気泡を生成している。

この場合、生成された気泡のうち、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルには浮力が作用するため、やがて液面に浮上して消滅してしまう。また、浮力が作用しないＵＦＢについても、然程大きな気液界面エネルギを有していないので、ミリバブルやマイクロバブルとともに消滅してしまう場合もある。加えて、上記減圧構造を直列に配置し、同じ液体を繰り返し減圧構造に流したとしても、その繰り返し回数に応じた数のＵＦＢを、長期間保存することはできない。すなわち、従来のＵＦＢ生成方法によって生成されたＵＦＢ含有液では、ＵＦＢ含有濃度を所定の値で長期間維持することは困難であった。

これに対し、膜沸騰を利用する本実施形態のＴ－ＵＦＢ生成方法では、常温から３００℃程度への急激な温度変化や、常圧から数メガパスカル程度への急激な圧力変化を、発熱素子の極近傍に局所的に生じさせている。当該発熱素子は、一辺が数十μｍ～数百μｍ程度の四辺形をしている。従来のＵＦＢ発生器の大きさに比べると、１／１０～１／１０００程度である。且つ、膜沸騰泡表面の極薄い膜領域に存在する気体溶解液体が、熱的溶解限界または圧力的溶解限界を瞬間的に（マイクロ秒以下の超短時間で）超えることにより、相転移が起こりＵＦＢとなって析出する。この場合、ミリバブルやマイクロバブルのような比較的大きなサイズのバブルは殆ど発生せず、液体には直径が１００ｎｍ程度のＵＦＢが極めて高い純度で含有される。更に、このように生成されたＴ－ＵＦＢは、十分に高い気液界面エネルギを有しているため、通常の環境下において破壊されにくく、長期間の保存が可能である。

特に、液体に対し局所的に気体界面を形成できる膜沸騰現象を用いた本発明であれば、液体領域全体に影響を与えることなく、発熱素子の近傍に存在する液体の一部に界面形成し、それに伴う熱的、圧力的に作用する領域を極めて局所的な範囲とすることができる。その結果、安定的に所望のＵＦＢを生成することができる。また、液体を循環して生成液体に対し更にＵＦＢの生成条件を付与することで、既存のＵＦＢへの影響を少なく新たなＵＦＢを追加生成することができる。その結果、比較的容易に、所望のサイズ、濃度のＵＦＢ液体を製造することができる。

更に、Ｔ－ＵＦＢ生成方法においては、上述したヒステリシス特性を有するため、高い純度のまま所望の濃度まで含有濃度を高めていくことができる。すなわち、Ｔ－ＵＦＢ生成方法よれば、高純度、高濃度で且つ長期間保存可能なＵＦＢ含有液を、効率的に生成することができる。

＜＜Ｔ－ＵＦＢ含有液の具体的用途＞＞
一般に、ウルトラファインバブル含有液は、内包される気体の種類によって用途が区別される。なお、液体にＰＰＭ～ＢＰＭ程度の量を液体中に溶解できる気体であれば、いずれの気体においてもＵＦＢ化させることが可能である。１例としては、下記のような用途に応用する事ができる。

・空気を内包させたＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄や、植物・農水産物の育成にも好適に用いることができる。

・オゾンを内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排水や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。

・窒素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用など洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途や、排水や汚染土壌の環境浄化などにも好適に用いることができる。

・酸素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用など洗浄用途に加え、植物・農水産物の育成にも好適に用いることができる。

・二酸化炭素を内包したＵＦＢ含有液は、工業的・農水産業・医療用などの洗浄用途に加え、殺菌、滅菌及び除菌を目的とした用途などに好適に用いることができる。

・医療用ガスであるパーフロロカーボンを内包したＵＦＢ含有液は、超音波診断や治療に好適に用いることができる。このように、ＵＦＢ含有液は、医療・薬品・歯科・食品・工業・農水産業などの多岐に亘って、効果を発揮することができる。

そして、それぞれの用途において、ＵＦＢ含有液の効果を迅速に且つ確実に発揮するためには、ＵＦＢ含有液に含まれるＵＦＢの純度と濃度が重要となる。すなわち、高純度で所望の濃度のＵＦＢ含有液を生成することが可能な本実施形態のＴ－ＵＦＢ生成方法を利用すれば、様々な分野でこれまで以上の効果を期待することができる。以下、Ｔ－ＵＦＢ生成方法及びＴ－ＵＦＢ含有液を好適に適用可能と想定される用途を列挙する。

（Ａ）液体の精製的用途
・浄水器に対し、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、浄水効果やＰＨ調製液の精製効果を高めることが期待できる。また、炭酸水サーバなどにＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することもできる。

・加湿器、アロマディヒューザー、コーヒーメーカー等にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、室内の加湿効果や消臭効果及び香りの拡散効果を向上させることが期待できる。

・溶解ユニットにおいてオゾンガスを溶解させたＵＦＢ含有液を生成し、これを歯科治療、火傷の治療、内視鏡使用時の傷の手当てなどで用いることにより、医療的な洗浄効果や消毒効果を向上させることが期待できる。

・集合住宅の貯水槽にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、長期間保存される飲料水の浄水効果や塩素の除去効果を向上させることが期待できる。

・日本酒、焼酎、ワインなど、高温の殺菌処理を行うことができない酒造工程において、オゾンや二酸化炭素を含有するＴ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、従来よりも効率的に低温殺菌処理を行うことが期待できる。

・特定保健食品や機能表示食品の製造過程で、原料にＵＦＢ含有液を混合させることで低温殺菌処理が可能になり、風味を落とさずに、安心かつ機能性を有する食品を提供することができる。

・魚や真珠などの魚介類の養殖場所において、養殖用の海水や淡水の供給経路にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、魚介類の産卵や発育を促進させることが期待できる。

・食材保存水の精製工程にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、食材の保存状態を向上させることが期待できる。

・プール用水や地下水などを脱色するための脱色器にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、より高い脱色効果を期待することができる。

・コンクリート部材のひび割れ修復のためにＴ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、ひび割れ修復の効果向上を期待することができる。

・液体燃料を用いる機器（自動車、船舶、飛行機）等の液体燃料に、Ｔ－ＵＦＢを含有させることにより、燃料のエネルギ効率を向上させることが期待できる。

（Ｂ）洗浄的用途
近年、衣類に付着した汚れなどを除去するための洗浄水として、ＵＦＢ含有液が注目されている。上記実施形態で説明したＴ－ＵＦＢ生成ユニットを洗濯機に配し、従来よりも純度が高く浸透性に優れたＵＦＢ含有液を洗濯層に供給することにより、更に洗浄力を向上させることが期待できる。

・浴用シャワーや便器洗浄機にＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、人体等、生物全般の洗浄効果のほか、浴室又は便器の水垢やカビなどの汚染除去を促す効果を期待できる。

・自動車などのウィンドウォッシャー、壁材などを洗浄するための高圧洗浄機、洗車機、食器洗浄機、食材洗浄機等においてＴ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、それぞれの洗浄効果を更に向上させることが期待できる。

・プレス加工後のバリ取り工程など工場で製造した部品を洗浄・整備する際に、Ｔ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、洗浄効果を向上させることが期待できる。

・半導体素子製造時、ウェハの研磨水としてＴ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、研磨効果を向上させることが期待できる。また、レジスト除去工程においては、Ｔ－ＵＦＢ含有液を用いることにより、剥離が困難なレジストの剥離を促すことが期待できる。

・医療ロボット、歯科治療器、臓器の保存容器などの医療機器の、洗浄や消毒を行うための器機に、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニットを配することにより、これら器機の洗浄効果や消毒効果の向上を期待することができる。また、生物の治療などにも適用可能である。

（Ｃ）医薬品用途
・化粧品などにＴ－ＵＦＢ含有液を含有させることで、皮下細胞への浸透を促進するとともに防腐剤や界面活性剤などの皮膚に悪影響を与える添加剤を大幅に低下させることができる。その結果、より安心で、且つ、機能性のある化粧品を提供する事ができる。

・ＣＴやＭＲＩなどの医療検査装置の造影剤に、Ｔ－ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブル製剤を活用することで、Ｘ線や超音波による反射光を効率的に活用でき、より詳細な撮影画像を得る事ができ、悪性腫瘍の初期診断などに活用できる。

・ＨＩＦＵ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）と呼ばれている超音波治療器で、Ｔ－ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブル水を用いることで、超音波の照射パワーを低下でき、より非侵襲的に治療をすることができる。特に、正常な組織へのダメージを低減することが可能になる。

・Ｔ－ＵＦＢを含有する高濃度ナノバブルを種にして、気泡周囲のマイナス電荷領域にリポソームを形成するリン脂質を修飾させ、そのリン脂質を介して、各種医療性物質（ＤＮＡや、ＲＮＡなど）を付与したナノバブル製剤を作成することができる。

・歯髄や象牙質再生治療として、Ｔ－ＵＦＢ生成による高濃度ナノバブル水を含む薬剤を歯管内に送液すると、ナノバブル水の浸透作用により薬剤が象牙細管内に深く入り込み除菌効果を促進し、歯髄の感染根管治療を短時間かつ安全に行う事が可能である。

（特徴構成）
次に、本発明の第１の実施形態の特徴構成を説明する。

図１２（ａ）は本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａの概略構成を示す図である。ここに示すＵＦＢ生成装置１Ａは、上述の基本構成において示したものと同様に、前処理装置１００、溶解ユニット２００、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、回収ユニット５００を備える。但し、本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａでは、後処理ユニット４００で生成されたＵＦＢ含有液を溶解ユニット２００に導く還流経路４５０が設けられている。具体的には、後処理ユニット４００の液体導出路４３４（図１１（ｃ）参照）において導出バルブ４３３の上流側に還流経路４５０の一端が接続され、還流経路４５０の他端が溶解ユニット２００の溶解容器２０１（図３参照）に接続されている。さらに、還流経路４５０には、同経路４５０の連通、遮断を切換える循環バルブ４５１が設けられている。

また、図１２において、２１０は溶解ユニット２００の気体導入路２０５に設けられた気体導入バルブを、２１１は溶解ユニット２００の液体導入路２０４に設けられた液体導入バルブを示している。以下の説明において、これらのバルブ２１０、２１１をまとめて導入バルブ２１２とも言う。導入バルブ２１２、導出バルブ４３３及び循環バルブ４５１は以下に説明する制御部１０００によって制御される。

なお、本実施形態では、導入バルブ２１２及び導出バルブ４３３を閉じ、循環バルブ４５０を開くことによって、循環経路を構成することが可能である。すなわち、溶解ユニット２００の液体を、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び還流経路４５０を経て再び溶解ユニット２００へと戻す循環経路を構成することが可能である。

図１２（ｂ）は、本実施形態におけるＵＦＢ生成装置１Ａの制御系の概略構成を示す図である。図１２（ｂ）において、制御部１０００は、例えば、ＣＰＵ１００１、ＲＯＭ１００２、ＲＡＭ１００３などを含み構成されている。ＣＰＵ１００１は、ＵＦＢ生成装置１Ａ全体を統括的に制御する制御手段としての機能を果たす。ＲＯＭ１００２はＣＰＵ１００１によって実行される制御プログラムや所定のテーブルその他の固定データを格納している。ＲＡＭ１００３は、種々の入力データを一時的に格納する領域や、ＣＰＵ１００１によって処理を実行する際の作業領域等を有する。操作表示部６０００は、ユーザによってＵＦＢ発生濃度やＵＦＢ生成時間等を含む種々の設定操作を行う設定手段として機能する設定部６００１と、ＵＦＢ含有液の生成所要時間や装置の状態表示などを行う表示手段としての表示部６００２とを備える。この操作表示部６０００における設定部６００１は、ＵＦＢの目標濃度の設定を目標濃度設定手段として機能すると共に、ＵＦＢの目標となる生成時間を設定する生成時間設定手段としても機能も果たす。

制御部１０００は、素子基板１２に設けられた複数の発熱素子１０を有する発熱部１０Ｇの各発熱素子１０の駆動を制御する発熱素子駆動部（駆動手段）２０００を制御する。発熱素子駆動部２０００は、ＣＰＵ１００１からの制御信号に応じた駆動パルスを、発熱部１０Ｇに複数含まれる発熱素子１０のそれぞれに印加する。各発熱素子１０は、印加された駆動パルスの電圧、周波数、パルス幅などに応じた熱を発する。

制御部１０００は、各ユニットに設けられたバルブからなるバルブ群３０００の制御を行う。バルブ群３０００には、前述の導入バルブ２１２、導出バルブ４３３及び循環バルブ４５０等を含も含まれる。さらに、制御部１０００は、ＵＦＢ発生装置内に設けられた各種ポンプからなるポンプ群４０００及び溶解ユニット２００に設けられている回転ユニット２０３などの制御も行う。また、基本構成において述べたように、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００には、生成されているＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を推定するための計測を行う計測部が設けられており、ここで計測された計測値が制御部１０００に入力される。なお、その他の構成は前述のＵＦＢ生成装置１と同様であり、重複説明は省略する。

次に、図１３のフローチャートに従って、第１の実施形態において実行されるＵＦＢの生成動作を説明する。なお、以下の説明で用いる図１３、図１５、図１６、図１７、及び図１８のフローチャートに示される一連の処理は、ＣＰＵ１００１がＲＯＭ１００２に記憶されているプログラムコードをＲＡＭ１００３に展開し実行することにより行われる。あるいはまた、図１３、図１５、図１６、図１７、及び図１８における一部または全部の機能をＡＳＩＣや電子回路等のハードウェアで実現してもよい。なお、各処理の説明における記号「Ｓ」は、各処理の説明におけるステップを意味する。

まず、Ｓ１００では、発熱部１０Ｇの中で適正に液体を加熱可能な状態にある発熱素子、すなわちＵＦＢを生成可能な状態にある発熱素子（以下、動作発熱素子ともいう）の数を推定するための確認処理を行う。発熱素子１０の動作状況を確認する方法としては、発熱素子１０を駆動した時の各発熱素子周辺の温度変化を計測する方法、発泡音を計測する方法、及び発熱素子１０への通電状態を計測する方法等があるが、いずれの方法を用いてもよい。また、この確認処理によって確認された動作発熱素子の範囲内で、使用する発熱素子の数が駆動条件として設定される。使用する発熱素子数の設定には、動作発熱素子数の範囲内で予め定められた発熱個数をＣＰＵ１００１が設定する方式、あるいはユーザが設定部６００１から設定する方式などを適宜選択することができる。

この後、Ｓ１０１では、生成するＴ－ＵＦＢ含有液（以下、単にＵＦＢ含有液という）の目標ＵＦＢ濃度の設定を行う。目標ＵＦＢ濃度の設定は、ユーザが設定部６００１を用いて行う。次に、Ｓ１０２では、目標ＵＦＢ濃度を有する所定量のＵＦＢ含有液を生成するための目標生成時間を設定する。この目標生成時間は、使用する発熱素子数と、目標ＵＦＢ濃度と、生成すべきＵＦＢ含有液の量とに基づいてＣＰＵ１０１などが算出・設定する方法、あるいは設定部６００１によるユーザの入力に従って設定する方法等がある。本実施形態では、発熱素子の使用数と、Ｓ１０１の処理で設定された目標ＵＦＢ濃度と、生成すべきＵＦＢ含有液の量とに基づき、ＣＰＵ１００１が目標生成時間の算出・設定を行う。よって、本実施形態では、ＣＰＵ１００１が生成時間設定手段として機能する。

次に、Ｓ１０３では、ＵＦＢの初期の生成速度（以下、初期生成速度という）の設定が行われる。この初期生成速度の算出、設定方法の具体例を以下に示す。
ここでは、１ｍＬ当たりのＵＦＢ生成数（ＵＦＢ濃度）を、１億個／ｍＬとする。また、生成するＵＦＢ含有液の量は１Ｌとする。この場合の目標ＵＦＢ生成時間は、
目標ＵＦＢ生成時間＝１．０ｅ２（秒）（＝１．０×１０²）
となる。

また、初期生成速度は、
初期生成速度
＝（１．０ｅ８（個／ｍＬ）×１．０ｅ３（ｍＬ））÷１．０ｅ２（秒）
＝１．０ｅ９（個／秒） 秒速１０億
となり、これがＳ１０３において設定される。

本実施形態では、ユーザによって設定した目標ＵＦＢ濃度と、算出された目標ＵＦＢ生成時間と、初期生成速度とに基づき、以下のようにして使用する発熱素子数を決定する。

いま、例えば、発熱素子を駆動する１秒当たりの駆動回数（駆動周波数）を１０ｋＨｚとし、目標ＵＦＢ生成時間（１００秒）で、目標ＵＦＢ濃度を有する１Ｌ（リットル）のＵＦＢ含有液を、初期生成速度で生成する場合を考える。この場合、必要となる発熱素子数（第１の動作数）は次のように設定される。
発熱素子数＝１．０ｅ９（個／秒）÷（１０×（１．０ｅ４））
＝１．０ｅ４（＝１．０×１０⁴）（個）

このように、上記の例では、ＵＦＢ生成に用いる発熱素子数は、１万個となる。なお、以下に説明するＵＦＢ生成処理は、上記の条件でＵＦＢを生成することを想定して行う。よって、発熱素子駆動部２０００によって駆動する駆動対象の発熱素子数は初期状態において１万個に固定されているものとする。

ここで、図１４を参照しつつ、生成されるＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度と、ＵＦＢ生成時間Ｔと、生成されるＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度との関係を説明する。図に示す点１０２０１は、目標生成時間Ｔ＿ｔｇｔ（＝１００Ｓ）が経過した時点で、生成されるＵＦＢ含有液の濃度が、目標ＵＦＢ濃度Ｄ＿ｔｇｔ（＝１．０ｅ８個／ｍＬ）に到達する見込みであることを示している。また、図１４に示す直線１０２１１は、生成時間の経過に伴って増加するＵＦＢ濃度の推定値を示している。以下、直線１０２１１上のＵＦＢ濃度の推定値を進捗濃度と言う。

本実施形態では、目標ＵＦＢ濃度を有するＵＦＢ含有液を目標の生成時間内で生成するに際し、ＵＦＢの生成速度を一定の速度（初期設定速度）に保つように、ＣＰＵ１０１が、発熱素子駆動部２０００による発熱素子１０の駆動を制御する。つまり、図１４に示す直線１０２１１の傾きが一定になるように発熱素子１０の駆動を制御する。

続いて、Ｓ１０４からＵＦＢを生成するための前準備を行う。まず、Ｓ１０４において導出バルブ４３３を閉じ、Ｓ１０５において循環バルブ４５１を開く。次に、導入バルブ２１２（気体導入バルブ２１０及び液体導入バルブ２１１（図１２参照））を閉じる。この後、Ｓ１０６において導入バルブ２１２を開く。これにより、溶解ユニット２００からＴ－ＵＦＢ生成ユニット３００、後処理ユニット４００、及び還流経路４５０を経て再び溶解ユニット２００へと戻る循環経路が形成され、ここに液体が供給される。

この後、Ｓ１０７では、前記循環経路が液体で満たされたかを判定し、判定結果がＮｏであった場合には、循環経路への液体の供給を継続する。その後、Ｓ１０７での判定結果がＹｅＳとなると、Ｓ１０８において導入バルブ２１２を閉じる。これにより、ＵＦＢ生成の前準備が完了する。

Ｓ１０９でＵＦＢの生成を開始してから一定の時間が経過すると、Ｓ１１０では、還流経路４５０内を循環している現在のＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を計測部５０００によって計測する。計測部としては、拡大鏡とカメラを用いて光学的にＵＦＢ含有液のＵＦＢの数を計数してＵＦＢ濃度を計測する計測方式や、Ｚ電位を計測することによってＵＦＢ濃度を計測する方式等が知られているが、いずれの濃度検知方式を採るものも適用可能である。

次に、Ｓ１１０では、Ｓ１０２で設定された目標生成時間が経過しているかを判定する。判定結果がＮｏの場合、すなわち目標生成時間が経過していない場合には、Ｓ１１１に進む。

Ｓ１１１では、ＵＦＢを生成するために使用する発熱素子を駆動し、駆動されている発熱素子（駆動発熱素子）の動作状況、すなわち発熱機能を発揮している発熱素子（動作発熱素子）の数を推定する。発熱素子の動作状況を確認する方法としては、発熱素子駆動時における発熱素子の周辺の温度変化を計測する方法や発泡音を計測する方法、各発熱素子への通電状態を計測する方法等があるが、いずれの方法を用いてもよい。

このように、本実施形態では、ＵＦＢの生成後に、ＵＦＢを生成するために使用している発熱素子のうち、発熱機能を発揮している動作発熱素子の確認を行う。これは、次のような理由による。

本実施形態では、ＵＦＢの生成開始前に設定した目標ＵＦＢ濃度、目標生成時間、及び初期ＵＦＢ生成速度などの条件に基づいて発熱素子の駆動回数を導出し、ＵＦＢを生成することを基本とする。よって、使用する発熱素子の全てがＵＦＢを生成可能な発熱機能を有する動作発熱素子である場合には、目標とする生成時間を管理することで目標とするＵＦＢ濃度を有するＵＦＢ含有液を所定量生成することができる。しかし、実際には発熱部１０Ｇに設けられている複数の発熱素子の中には、発熱、発泡、及び消泡等によってダメージを受け、発熱機能を喪失するものもある。このような非動作発熱素子が発生した場合、生成されるＵＦＢの数が減少し、予定するＵＦＢ濃度が得られない可能性もある。よって、本実施形態では、各発熱素子の動作を確認する処理において動作発熱素子数を推定し、以下のＳ１１２及びＳ１１３の処理を行うことによって動作発熱素子数を一定に保つようになっている。

Ｓ１１２では、Ｓ１１１で確認された動作発熱素子の数が、Ｓ１００において確認した動作発熱素子の数より減少しているかを判定する。すなわちＵＦＢの生成開始後（発熱素子の駆動後）の動作発熱素子の数（第１の動作発熱素子数）が、ＵＦＢの生成開始前（発熱素子の駆動前）の動作発熱素子数より減少しているかを判定する。また、Ｓ１１０～Ｓ１１３の処理を繰り返す間に行われるＳ１１２の判定では、前回の発熱素子の動作状況の確認処理によって確認した動作発熱素子数より今回の確認処理によって確認された動作発熱素子数が減少しているかを判定する。そして判定結果がＹｅＳの場合にはＳ１１３へ進み、判定結果がＮｏの場合にはＳ１１０に戻って処理を継続する。

Ｓ１１３では、Ｓ１１１で確認した動作発熱素子数に基づき、駆動対象の発熱素子（駆動発熱素子）の数を追加する。追加する駆動発熱素子の数は、Ｓ１１１で確認された動作発熱素子の数と、Ｓ１００で確認された動作発熱素子数とに基づき算出する。すなわち、Ｓ１１１で確認された動作発熱素子の数と、Ｓ１００にて確認した動作発熱素子数との差分が追加する駆動発熱素子数となる。これにより、発熱素子の生成速度が一定に保たれる。なお、追加した駆動発熱素子が非動作発熱素子であった場合には、次の発熱素子の動作状況の確認処理（Ｓ１１１）で、動作発熱素子の減少数が確認され、再び駆動発熱素子が追加される。この処理によって最終的に動作発熱素子数は、Ｓ１００で確認した動作確認素子数に一致する。

ここで、動作発熱素子の追加処理について、図２０（ａ）～（ｄ）を参照して具体的に説明する。図２０は発熱部１０Ｇの発熱素子の構成を模式的に示す図である。ここでは説明を簡略化するため、発熱部１０Ｇに縦４個×横４個の合計１６発熱素子（番号１～１６の発熱素子）が設けられている例を示す。なお、図２０では、動作している発熱素子（動作発熱素子）を黒塗り、動作していない発熱素子を白塗りで示している。また、発熱機能が喪失されている発熱素子を×印で示している。

前述したように、本実施形態では目標ＵＦＢ濃度、目標生成時間および初期ＵＦＢ生成速度を設定することで、初期状態において、駆動対象となる発熱素子数および番号が設定される。図２０（ｂ）では、番号１～１０の発熱素子が初期状態において駆動対称となる発熱素子を、番号１１～１６の発熱素子が駆動対象となっていないリザーブ状態の発熱素子（非動作発熱素子）をそれぞれ示している。

Ｓ１１１における発熱素子の動作確認処理において、２つの発熱素子（図２０（ｃ）に示す発熱素子番号０１および０２の発熱素子）が動作していなかったことが確認されたとする。この場合、Ｓ１１３では、リザーブ状態の２つの発熱素子の駆動を追加する。図２０（ｆ）に２つの発熱素子（番号１１、１２の発熱素子）の駆動を追加し、それらの発熱素子が正常に動作している状態を示す。この場合、１０個の動作発熱素子（番号０３－１２）と、４個の発熱素子（番号１３－１６）がリザーブ状態となる。

以上のＳ１１１～Ｓ１１３の処理を目標生成時間が経過するまで繰り返し、目標生成時間が経過すると、Ｓ１１４へ進み、ＵＦＢ生成処理を終了する。

この後、Ｓ１１５において循環バルブ４５１を閉じると共に、Ｓ１１６において導出バルブ４３３を開く。これにより、Ｔ－ＵＦＢ生成ユニット３００から後処理ユニット４００を経て生成されたＵＦＢ含有液は回収ユニット５００へと排出される。以上により、一連のＵＦＢ含有液の生成処理は終了する。

以上のように、本実施形態では、発熱素子の駆動条件の１つである動作発熱素子の数を一定とすることによって生成速度を一定に保ち、目標ＵＢＦ濃度のＵＦＢ含有液を目標生成時間で生成することが可能になる。

＜第１の実施形態の第１変形例＞
第１の実施形態では、ＵＦＢの生成に使用する発熱素子（動作発熱素子）の数を制御することにより、ＵＦＢの生成速度を一定に保ちながら目標ＵＢＦ濃度のＵＦＢ含有液を目標生成時間で生成する例を示した。しかし、ＵＦＢの生成速度を一定に保ちながら目標のＵＦＢ濃度を有するＵＦＢ含有液を目標の生成時間内で生成する方法は、上記第１の実施形態に示す方法に限定されない。例えば、以下に説明する第１変形例のように、ＵＦＢを生成する動作発熱素子を１秒間に駆動する回数、すなわち発熱素子の駆動条件の一つである駆動周波数を制御することで生成速度を一定に保つことも可能である。

以下、本変形例により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を、図１５のフローチャートに沿って説明する。図１５において、Ｓ１００～Ｓ１１１及びＳ１１４～Ｓ１１６の処理は、図１３のＳ１００～Ｓ１１１及びＳ１１４～Ｓ１１６の処理と同様であるため、重複説明は省略する。

Ｓ１１２では、第１の実施形態と同様に、Ｓ１１１で確認された動作発熱素子の数が、Ｓ１００で確認された動作発熱素子の数より減少しているか、あるいは、前回の発熱素子の動作状況の確認処理によって確認した発熱数より減少しているかを判定する。ここで判定結果がＹｅＳの場合にはＳ１２３へ進み、判定結果がＮｏの場合にはＳ１１０に戻って処理を継続する。Ｓ１２３では、Ｓ１１１において動作発熱素子数の減少が確認された場合であっても、ＵＦＢ生成速度が一定の速度に保たれるように、各動作発熱素子の駆動周波数を上昇させる。

表１に実施例において、目標生成時間で目標ＵＦＢ数を達成するために必要な駆動周波数（１秒間あたりヒート回数）が、動作発熱素子数に応じてどのように変化するかを算出した例を示す。

表１に示すように、ＴＢ－ＵＦＢ方式では、動作発熱素子数が減少した場合であっても、各動作発熱素子の駆動周波数を上昇させることで、目標生成時間で目標ＵＦＢ濃度のＵＦＢ含有液を目標の液量だけ生成することができることが分る。なお、目標生成時間は、生成すべき目標ＵＦＢ数までの推定秒数を意味する。

Ｓ１２３によって発熱素子の駆動周波数を上昇させた後、Ｓ１１０に戻って処理を継続する。そして、目標生成時間が経過し、Ｓ１１０の判定結果がＹｅＳとなった場合にはＳ１１４に進み、ＵＦＢ生成処理を終了する。この後、第１の実施形態と同様に、Ｓ１１４～Ｓ１１６の処理を実行し、生成されたＵＦＢ含有液を回収ユニット５００へと排出する。以上によりＵＦＢ含有液の一連の生成処理を終了する。

＜第１の実施形態の第２変形例＞
次に、第１の実施形態の第２変形例を説明する。上述の第１の実施形態では、駆動対象となる発熱素子の中に発熱機能が喪失したものが含まれる状態が発生した場合の対策として、動作発熱数を追加する制御を行う例を示し、第１変形例では、動作発熱素子の駆動周波数を上昇させる制御を行う例を示した。これに対し、本変形例では、駆動対象となる発熱素子の中に発熱機能が喪失したものが含まれる場合に、駆動発熱素子数を追加する制御と、駆動周波数を上昇させる制御と、発熱素子の一回の駆動あたりの発泡パワーを増大させる制御とを併用して行う。

以下、本変形例により実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を、図１６のフローチャートに沿って説明する。図１６においても、Ｓ１００～Ｓ１１１及びＳ１１４～Ｓ１１６の処理は、図１３のＳ１００～Ｓ１１１及びＳ１１４～Ｓ１１６の処理と同様であるため、重複説明は省略する。

Ｓ１１２では、第１の実施形態と同様に、Ｓ１１１で確認された動作発熱素子の数が、Ｓ１００の処理で確認した動作発熱素子数より減少しているか、あるいは前回の発熱素子の動作状況の確認処理（Ｓ１１１）によって確認した発熱数より減少しているかを判定する。ここで、判定結果がＹｅＳの場合には、Ｓ１３３において動作発熱素子を追加可能であるかを判定する。装置の発熱部１０Ｇに設けられている発熱素子の中で、使用可能な発熱素子（動作発熱素子）が存在する場合（初期の動作発熱素子数が、発熱部１０Ｇに設けられている発熱素子数より少ない場合）には、Ｓ１３４で動作発熱素子の追加処理を行う。

一方、Ｓ１３３の判定により、動作発熱素子を追加できないと判定された場合、例えば、例えば初期の動作発熱素子数が、発熱部１０Ｇに設けられている発熱素子数と同一である場合には、Ｓ１３５に進む。Ｓ１３５では、駆動周波数を上昇させることが可能であるかを判定する。ここで、駆動周波数を上昇させることが可能と判定した場合には、表１で示したように、現在設定されている動作発熱素子数を用いて目標生成時間で、目標ＵＦＢ濃度のＵＦＢ含有液を目標生成量だけ生成できるように、駆動周波数を上昇させる（Ｓ１３６）。駆動周波数を上昇させた後は、Ｓ１１０に戻って処理を継続する。

また、Ｓ１３６で駆動周波数を上昇させることができないと判断した場合、例えば、現在設定されている駆動周波数が上限に達している場合などにおいては、Ｓ１３７に進み、発熱素子の駆動条件の１つである発泡パワー（発熱量）を増大させる。発泡パワーを増大させる方法としては、例えば、発熱素子を駆動する際に印加する駆動パルスの電圧を上昇させる方法、あるいは発熱素子に印加する駆動パルスのパルス幅を増大させる方法などがある。発泡パワーを増大させた後は、Ｓ１１０に戻って処理を継続する。

目標生成時間が経過し、Ｓ１１０の判定結果がＹｅＳとなった場合にはＳ１１４に進み、ＵＦＢ生成処理を終了する。この後、第１の実施形態と同様に、Ｓ１１４～Ｓ１１６の処理を実行し、生成されたＵＦＢ含有液を回収ユニット５００へと排出して、一連のＵＦＢ含有液の生成処理を終了する。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第２の実施形態に係るＵＦＢ生成装置は、ＵＦＢの生成速度の変化を、生成速度にフィードバックすることで、目標のＵＦＢ濃度を有する目標生成量のＵＦＢ含有液を生成時間内で生成するものである。

図１７は第２の実施形態において実行されるＵＦＢの生成動作を示すフローチャートである。図１７において、Ｓ２００～Ｓ２０３の処理は、図１３のＳ１００～Ｓ１０３の処理と同様である。さらに、Ｓ２１３及びＳ２１６～２１８の処理は、図１３のＳ１１１及びＳ１１４～１１６の処理と同様である。よって、図１７の処理のうち、図１３と同様の処理についての重複説明は省略する。

本実施形態では、Ｓ２０３で設定した初期ＵＦＢ生成速度に基づいて、ＵＦＢの生成開始からＵＦＢの生成が継続的に行われている時間（生成時間）に対応するＵＦＢ進捗濃度を推定して設定する（Ｓ２０４）。この進捗濃度の推定及び設定する処理はＣＰＵ１００１が行う。よってＣＰＵ１００１が本発明における進捗濃度設定手段としての機能を果す。

本実施形態においては、ＵＦＢ生成速度を１．０ｅ８個／ｍＬとしているため、各生成時間における進捗ＵＦＢ濃度の推定値は表２のようになる。

この後、Ｓ２０５～Ｓ２１０の処理を行う。この処理は、図１３のＳ１０４～Ｓ１０９の処理と同様であるため、説明を省略する。

次に、Ｓ２１２で現在のＵＦＢ生成装置１Ａ内の中のＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度を計測する。このＵＦＢ濃度を計測する濃度計測手段としては、拡大鏡とカメラを用いて光学的にＵＦＢの数を計数することでＵＦＢ濃度を計測する方式や、Ｚ電位（ゼータ電位）を測定することでＵＦＢ濃度を計測する方式が知られているが、いずれの方法を用いてもよい。

Ｓ２１２では、Ｓ２１１で計測された計測ＵＦＢ濃度が、Ｓ２０１で設定された目標ＵＦＢ濃度以上の濃度に達しているかを判定する。判定結果がＹｅＳの場合にはＳ２１６へ進みＵＦＢ生成処理を終了する。また、判定結果がＮｏの場合にはＳ２１３に進む。Ｓ２１３では図１３のＳ１１１と同様に、発熱部１０Ｇに設けられている各発熱素子の動作状況を確認する。

Ｓ２１４では、Ｓ２１１で計測した計測ＵＦＢ濃度（計測濃度）が、その濃度の計測時に対応するＵＦＢ進捗濃度（Ｓ２０４で設定した濃度）より低い濃度であるかを判定する。判定結果がＹｅＳであった場合にはＳ２１５へ進み、ＵＦＢ生成速度を上昇させる。ＵＦＢ生成速度を上昇させる方法としては、Ｓ２１３で確認した発熱素子の動作状況に応じて、例えば、動作発熱素子の数を追加する、あるいは動作発熱素子の駆動周波数を高める、あるいは発熱素子の発泡パワーを増大させる等の方法がある。この後、ＵＦＢ濃度の計測処理（Ｓ２１１）へ進む。以後、Ｓ２１２の判定結果がＹｅｓとなるまで、すなわち計測ＵＦＢ濃度が目標ＵＦＢ濃度以上になるまで、２１１～Ｓ２１５の処理を繰り返し、Ｓ２１２の判定結果がＹｅＳとなった時点でＵＦＢ生成処理を終了する（Ｓ２１６）。この後、Ｓ２１６～Ｓ２１８において、第１の実施形態におけるＳ１１４～Ｓ１１６と同様の処理を実行し、生成されたＵＦＢ含有液を回収ユニット５００へと排出して、一連のＵＦＢ含有液の生成処理を終了する。

＜第２の実施形態の変形例＞
次に、第２の実施形態の変形例を説明する。前述の図１７に示す第２の実施形態では、計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度より低い場合に、ＵＦＢ生成速度を上昇させる例を示した。これに対し、この変形例では、計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度より低い場合には、図１７に示す第２の実施形態と同様にＵＦＢ生成速度を上昇させ、計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度より高まった場合には、ＵＦＢ生成速度を低下させる制御を行う。このようにＵＦＢ生成速度をＵＦＢ進捗濃度に応じて上昇、低下させることにより、目標のＵＦＢ濃度を有する目標生成量のＵＦＢ含有液を、より正確に目標の生成時間で生成することが可能になる。以下、図１８のフローチャートに沿って本変形例において実行されるＵＦＢ含有液の生成処理を説明する。なお、図１８のＳ２００～Ｓ２１３の処理は、図１７のＳ２００～Ｓ２１３の処理と同様であるため、説明を省略する。

図１８において、Ｓ２１４ではＳ２１１で計測したＵＦＢ濃度が、Ｓ２０４で設定したＵＦＢ進捗濃度に達していない状態にあるかを判定する。判定結果がＹｅＳの場合にはＳ２２６へ進み、ＵＦＢ生成速度を上昇させてＳ２１１へ進む。ＵＦＢ生成速度を上昇させる方法としては、Ｓ２１３で確認した発熱素子の動作状況を使用して、例えば、動作発熱素子の数を追加する、動作発熱素子の駆動周波数を上昇させる、あるいは発熱素子の発泡エネルギを増大させる等の方法がある。

Ｓ２１４の判定結果がＮｏである場合、すなわち計測ＵＦＢ濃度がＵＦＢ進捗濃度以上である場合には、Ｓ２２５へ進む。Ｓ２２５では、Ｓ２１１で計測したＵＦＢ濃度が、Ｓ２０４で設定したＵＦＢ進捗濃度を超えているかを判定する。判定結果がＹｅＳであった場合にはＳ２２７へと進み、ＵＦＢ生成速度を低下させた後、Ｓ２１１へ進む。ＵＦＢ生成速度を低下させる方法としては、Ｓ２１３で確認した発熱素子の動作状況に応じて、例えば、動作発熱素子の数を減少する、動作発熱素子の駆動周波数を低下させるあるいは発熱素子の発泡エネルギを増大させる等の方法がある。

また、Ｓ２２５における判定結果がＮｏである状態は、計測されたＵＦＢ濃度が推定されたＵＦＢ濃度と同じになっている状態を意味するため、ＵＦＢ生成速度を更新することなく、Ｓ２１１へと進む。以後、Ｓ２１２の判定結果がＹｅｓとなるまで、２１２、２１１～Ｓ２１４、及びＳ２２５～Ｓ２２６の処理を繰り返し、Ｓ２１２の判定結果がＹｅＳとなった時点でＵＦＢ生成処理を終了する（Ｓ２１６）。

図１９は、本実施形態においてＵＦＢ濃度に対して、ＵＦＢ生成速度を制御した際の、ＵＦＢ生成経過時間Ｔと生成ＵＦＢ濃度Ｄとの関係を示す図である。 図１９に示す点１０７０１は、生成されるＵＦＢ含有液のＵＦＢ濃度が、初期目標のＵＦＢ濃度Ｄ＿ｔｇｔ（＝１．０ｅ８個／ｍＬ）に、推定生成時間Ｔ＿ｔｇｔ（＝１００秒）で到達する見込みであったことを示している。また、図１９に示す点線１０７１１は、生成時間の経過に伴ってＵＦＢ濃度が増加する初期推定値を示している。

ここでは、ＵＦＢの生成開始から２０秒間（Ｔ１）は当初の想定通りにＵＦＢの生成が行われ、２０秒経過後に一部の発熱素子１０が発熱機能を喪失してＵＦＢ生成速度が低下し、以後は発熱素子１０の機能の喪失は発生しなかった例について説明する。

図１９に示す点１０７０２は、生成時間Ｔ１（＝２０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ濃度Ｄ１（＝２．０ｅ７個／ｍＬ）を示している。実線１０７１２は生成時間に伴うＵＦＢ濃度の推定値を示している。この実線１０７１２において使用される発熱素子の状況は、図２０（ｂ）に示す状況に相当する。

また、図１９に示す点１０７０３は生成時間Ｔ２（＝４０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ濃度Ｄ２（＝３．６ｅ７万個／ｍＬ）を示し、破線１０７１３が生成時間に伴って変化（増大）するＵＦＢ濃度の計測値を示している。

ここでＵＦＢ濃度Ｄ２は、生成時間Ｔ２（＝４０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ進捗濃度（＝４．０ｅ７万個／ｍＬ）よりも小さな値であるため、Ｓ２１４の判定処理における判定結果がＹｅＳとなり、Ｓ２２６においてＵＦＢ生成速度の上昇を行う。

生成時間Ｔ１～Ｔ２の２０秒間におけるＵＦＢ濃度の増加量は１．６ｅ７個／ｍＬ（＝（３．６ｅ７個／ｍＬ）－（２．０ｅ７万個／ｍＬ））である。この増加量によって、駆動可能な発熱素子数が約８０００万個であることが推測される。

本実施形態では、ＵＦＢ生成速度の上昇は、発熱素子１０の駆動周波数を上昇させることによって行う。生成時間Ｔ２（＝４０秒）が経過した時点での未達成ＵＦＢ量は、約４．０ｅ６個／ｍＬ（（４．０ｅ７個／ｍＬ）－（３．６ｅ７個／ｍＬ））である。このため、次の生成時間Ｔ２（４０秒）～Ｔ３（６０秒）では、初期の想定生成量に不足分を足した２４００万個／ｍＬ（＝（２．０ｅ７個／ｍＬ）＋（４．０ｅ６個／ｍＬ））を生成することとする。よって、駆動周波数を１．５倍として、１５ｋＨｚとする。図１９の一点鎖線１０７１４が生成時間の経過に伴うＵＦＢ濃度推定値を示している。

図１９に示す点１０７０４は、生成時間Ｔ３（＝６０秒）が経過した時点におけるＵＦＢ濃度Ｄ３（＝６．０ｅ７個／ｍＬ）を示し、一点鎖線１０７１４が生成時間の経過に伴うＵＦＢ濃度推定値を示している。ここでＵＦＢ濃度Ｄ３は、生成時間Ｔ３（＝６０秒）が経過した時点でのＵＦＢ進捗濃度（＝６．０ｅ７個／ｍＬ）と同一の値であるため、Ｓ２１４及びＳ２２５の判定処理による判定結果がいずれもＮｏとなり、ＵＦＢ生成速度を維持したまま処理を継続する。図１９における一点鎖線１０７１５が生成時間に伴って増大するＵＦＢ濃度推定値を示している。

次に、図１９に示す点１０７０５は、生成時間Ｔ４（＝８０秒）が経過した時点でのＵＦＢ濃度Ｄ４（＝８．４ｅ７個／ｍＬ）を示し、一点鎖線１０７１５が経過時間に沿ったＵＦＢ濃度推定値を示している。

ここでＵＦＢ濃度Ｄ４は、経過時間Ｔ４（＝８０秒）が経過した時点でのＵＦＢ進捗濃度（＝８．０ｅ７個／ｍＬ）よりも大きな値となる。従って、Ｓ２１４の判定結果はＮｏ、Ｓ２２５の判定処理における判定結果はＹｅＳとなり、Ｓ２２７においてＵＦＢ生成速度を低下させる。この処理は以下のようにして行なう。

生成時間Ｔ３～Ｔ４の２０秒間におけるＵＦＢ濃度の増加量は２．４ｅ７個／ｍＬ（＝（８．０ｅ７個／ｍＬ）－（６．０ｅ７個／ｍＬ））である。この増加量から、稼働発熱素子数が約８．０ｅ７個であることが推測される。

本実施形態では、ＵＦＢ生成速度の低下処理は、発熱素子１０の駆動周波数を低下させることによって行う。生成時間Ｔ４（＝８０秒）が経過した時点で、超過したＵＦＢ量は、約４．０ｅ６個／ｍＬ（＝（８．４ｅ７個／ｍＬ）－（８．０ｅ７個／ｍＬ））である。このため、次の生成時間Ｔ４（８０秒）～Ｔ＿ｔｇｔ（１００秒）の間では、初期の想定生成量から超過分を引いた１．６ｅ７個／ｍＬ（＝（２．０ｅ７個／ｍＬ）－（４．０ｅ６個／ｍＬ）を生成することとする。よって、発熱素子１０の駆動周波数を１．０倍にして、１０ｋＨｚとする。図１９に示す二点鎖線１０７１６が経過時間に沿ったＵＦＢ濃度推定値を示している。

このような制御を行うことにより、ＵＦＢ濃度推定値は最終的に図１９の点１０７０１に示す値に達する。この点１０７０１は目標生成時間Ｔ＿ｔｇｔ（１００秒）におけるＵＦＢ進捗濃度Ｄ＿ｔｇｔ（＝１．０ｅ８個／ｍＬ）を示している。

以上、動作発熱素子の駆動周波数を変更することで、Ｓ２０４で設定したＵＦＢ進捗濃度とこれに対応付けられた計測ＵＦＢ濃度とを比較し、その比較結果に応じて、ＵＦＢの生成速度を制御する方法を説明した。但し、ＵＦＢの生成速度を制御する方法としては、動作発熱素子の数を制御する方法もある。

以下、この制御方法を図２０（ｂ）から図２０（ｆ）を参照して説明する。初期の発熱素子の動作状態を図２０（ｂ）に示す。黒塗りの発熱素子（番号０１～番号１０の発熱素子）が動作している動作発熱素子を示し、白塗りの発熱素子（番号１１～番号１６の発熱素子）が動作していない非動作発熱素子である。つまり、図２０（ｂ）に示す状態では、１０個の発熱素子が動作し、６個の発熱素子がリザーブ状態となっている。

図１９の破線１０７１３は、ＵＦＢ進捗濃度と比較して計測ＵＦＢ濃度（計測濃度）が減少している。これは、生成時間Ｔ１～Ｔ２において、駆動している発熱素子の中に、損傷して発熱機能を喪失した発熱素子が存在していることを示している。この場合の発熱素子の動作状況を図２０（ｃ）に示す。図２０（ｃ）では、番号０１と番号０２の２つの発熱素子が損傷しており、残りの８個の動作発熱素子のみが機能した状態にあるため、ＵＦＢの生成速度が減少している。従って、このような状況が発生した場合には、Ｓ２２６でＵＦＢ生成速度を上昇させる処理を実施する。具体的には駆動発熱素子の数を追加する処理を行う。図２０（ｄ）に駆動発熱素子を追加し、その駆動発熱素子が適正に発熱している状況を示す。図２０（ｄ）では、番号１１～番号１４の４つの動作発熱素子を新たに追加しており、動作発熱素子は１２個となっている。これにより、ＵＦＢ生成速度は上昇し、計測ＵＦＢ濃度の上昇率も図１９の一点鎖線１０７１４に示すように上昇する。

一方、図１９の一点鎖線１０７１５では、ＵＦＢ進捗濃度より計測濃度が高くなっている。このような場合は、動作発熱素子の数を減少させることでＵＦＢ生成速度を低下させる。図２０（ｅ）に動作発熱素子を減少させた状態を示す。図２０（ｅ）では、８個の発熱素子（番号０３～番号１０の発熱素子）が動作状態にあり、６個の発熱素子（番号１１～番号１６の発熱素子）がリザーブ状態となっている。このように駆動発熱素子を減少させることにより、ＵＦＢ生成速度を減少させることができる。その結果、計測ＵＦＢ濃度の上昇率は二点鎖線１０７１６に示すように減少し、計測ＵＦＢ濃度は、最終的に図１９の点１０７０１に示す値に達する。この点１０７０１は目標生成時間Ｔ＿ｔｇｔ（１００秒）におけるＵＦＢ進捗濃度Ｄ＿ｔｇｔ（＝１．０ｅ８個／ｍＬ）を示している。

以上のように生成速度を制御しつつＵＦＢ生成処理を行い、Ｓ２１２の判定結果がＹｅＳとなった場合には、Ｓ２１６でＵＦＢ生成を終了する。この後、Ｓ１１４～Ｓ１１６の処理を実行し、生成されたＵＦＢ含有液を回収ユニット５００へと排出する。以上によりＵＦＢ含有液の一連の生成処理を終了する。

なお、Ｓ２２６あるいはＳ２２７で生成速度の上昇及び低下を行う場合には、前述した「駆動発熱素子数の制御」、「駆動周波数の制御」、「発泡パワーの制御」のいずれかを適宜使用することが可能である。従って、図１８のフローチャートでは特に図示していないが、生成速度を上昇または低下させる処理の前に、自動あるいは手動で上記３種類の制御のうち、少なくとも１つの制御を設定するようにすることも可能である。また、自動で制御方法を設定する場合には、図１６に示す第２変形例のように、動作発熱素子の増減が可能か、あるいは駆動周波数の上昇または低下が可能かを判定して、実行可能な制御を適宜選択できるようにすることも可能である。

以上のように、第２の実施形態及びその変形例では、ＵＦＢ濃度を計測した結果に基づいて動的に動作発熱素子の数や発熱素子の駆動周波数を制御する。このため、目標濃度を有する目標生成量のＵＦＢを目標ＵＦＢ生成時間でより正確に生成することが可能になる。

１Ａ ＵＦＢ生成装置
１０ 発熱素子
１０Ｇ 発熱部
１００１ ＣＰＵ（制御手段、生成時間設定手段）
２０００ 発熱素子駆動部（駆動手段）
６００１ 設定部（濃度設定手段）

Claims (11)

1. 液体を加熱可能に構成された発熱素子を有する発熱部と、
   前記発熱素子を駆動することで液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させるように構成された駆動手段と、
   前記駆動手段を制御するための制御手段と、を備えるウルトラファインバブル生成装置であって、
   前記ウルトラファインバブル生成装置は、
   液体に含有させるウルトラファインバブルの濃度の目標値を設定するための濃度設定手段と、
   液体中に前記濃度の目標値のウルトラファインバブルを生成するために必要な生成時間の目標値を設定するための生成時間設定手段と、を更に備え、
   前記制御手段が、前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値に応じて、ウルトラファインバブルの生成速度を調整することを特徴とするウルトラファインバブル生成装置。
2. 前記制御手段は、前記駆動手段によって駆動される前記発熱素子の駆動周波数と発熱量の少なくとも１つを制御することを特徴とする請求項１に記載のウルトラファインバブル生成装置。
3. 前記発熱部は、前記発熱素子を複数含み、
   前記制御手段は、複数の前記発熱素子のうち、前記駆動手段の駆動対象となる前記発熱素子の数を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のウルトラファインバブル生成装置。
4. 前記発熱部は、前記発熱素子を複数含み、
   前記駆動手段の駆動対象となる前記発熱素子のうち、ウルトラファインバブルを生成可能な状態にある動作発熱素子の数を推定する推定手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記推定手段によって推定された前記動作発熱素子の数に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
5. 前記推定手段は、前記発熱素子の駆動前と駆動後の少なくとも一方において前記動作発熱素子の数を推定することを特徴とする請求項４に記載のウルトラファインバブル生成装置。
6. 前記制御手段は、前記発熱素子の駆動後に推定された前記動作発熱素子の数が、前記発熱素子の前記駆動前に推定された前記動作発熱素子の数より少ない場合には、前記駆動手段の駆動対象となる前記発熱素子の数の増加、前記発熱素子の駆動周波数の上昇、及び前記発熱素子の発熱量の増大のいずれかを実行させるように、前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項５に記載のウルトラファインバブル生成装置。
7. 前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値とに基づいて、前記ウルトラファインバブルの生成時間と対応付けたウルトラファインバブルの進捗濃度を設定する進捗濃度設定手段と、
   前記ウルトラファインバブルの生成開始後に前記液体のウルトラファインバブルの濃度を計測する濃度計測手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記濃度計測手段によって計測された計測濃度と、当該計測濃度の計測時に対応する前記進捗濃度と、に基づいて前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
8. 前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値とに基づいて、前記ウルトラファインバブルの生成時間と対応付けたウルトラファインバブルの進捗濃度を設定する進捗濃度設定手段と、
   前記ウルトラファインバブルの生成開始後に前記液体のウルトラファインバブルの濃度を計測する濃度計測手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記濃度計測手段によって計測された計測濃度と、当該計測濃度の計測時に対応する前記進捗濃度と、前記発熱素子の駆動後に推定された前記動作発熱素子の数と、に基づいて前記生成速度を制御することを特徴とする請求項４ないし６のいずれか１項に記載のウルトラファインバブル生成装置。
9. 前記制御手段は、前記計測濃度が当該計測濃度に対応する前記進捗濃度より低い場合には、前記生成速度を上昇させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項７または８に記載のウルトラファインバブル生成装置。
10. 前記制御手段は、前記計測濃度が当該計測濃度に対応する前記進捗濃度より高い場合には、前記生成速度を低下させるように前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項９に記載のウルトラファインバブル生成装置。
11. 液体にウルトラファインバブルを生成させるウルトラファインバブルの製造方法であって、
    液体に含有させるウルトラファインバブルの濃度の目標値を設定するための濃度設定工程と、
    液体中に前記濃度の目標値のウルトラファインバブルを生成するために必要な生成時間の目標値を設定するための生成時間設定工程と、
    液体を加熱可能な発熱素子を駆動することで液体に膜沸騰を生じさせて、前記液体中にウルトラファインバブルを生成させる駆動工程と、を備え、
    前記濃度の目標値と前記生成時間の目標値とに応じて前記ウルトラファインバブルの生成速度を調整することを特徴とするウルトラファインバブルの製造方法。

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