1. 無塵クリーンルームにおける塵粒子の除去
クリーンルームの主な機能は、製品（シリコンチップなど）がさらされる雰囲気の清浄度、温度、湿度を制御し、製品を良好な環境空間で生産・製造することです。私たちはこの空間をクリーンルームと呼んでいます。国際慣行によると、清浄度レベルは主に、分類基準以上の直径を持つ空気1立方メートルあたりの粒子数によって決定されます。つまり、いわゆる無塵とは、100％無塵ではなく、非常に小さな単位で制御されているということです。もちろん、この規格の無塵基準を満たす粒子は、私たちが目にする一般的なほこりと比較するとすでに非常に小さいですが、光学構造の場合、わずかなほこりでも非常に大きな悪影響を与えるため、光学構造製品の製造において無塵は避けられない要件です。
0.5ミクロン/立方メートル以上のダスト粒子数を3520個/立方メートル未満に制御すると、国際ダストフリー規格のクラスAに達します。チップレベルの製造・加工に用いられるダストフリー規格は、クラスAよりも高いダスト要求があり、主に一部の高レベルチップの製造に用いられています。ダスト粒子数は35,200個/立方メートルに厳密に制御されており、クリーンルーム業界では一般的にクラスBと呼ばれています。
2. クリーンルームの3つの状態
空のクリーンルーム：建設済みで使用可能なクリーンルーム施設。関連するサービスと機能はすべて備えているが、施設内にはオペレーターが操作する機器は設置されていない。
静的クリーンルーム: 機能が完備し、設定と設置が適切で、設定に従って使用できる、または使用されているが、施設内にオペレーターがいないクリーンルーム施設。
ダイナミッククリーンルーム: 完全なサービス機能、設備、人員を備えた、通常使用のクリーンルーム。必要に応じて、通常の作業を実行できます。
3. 制御項目
（１）空気中に浮遊する塵埃を除去できる。
（２）粉塵の発生を防止できる。
（３）温度と湿度の制御
（4）圧力調整。
（５）有害ガスの除去
（６）構造物及び区画内の気密性
（7）静電気の防止
（８）電磁干渉の防止
（9）安全係数の考慮
（10）省エネルギーへの配慮。
4. 分類
乱流型
空気は空調ボックスからクリーンルーム内のエアダクトとエアフィルター（HEPA）を経由してクリーンルーム内へ流入し、クリーンルーム両側の隔壁パネルまたは高架床から戻ります。気流は直線状ではなく、不規則な乱流または渦流を形成します。このタイプは、クラス1,000～100,000のクリーンルームに適しています。
定義: 気流が不均一な速度で流れ、平行ではなく、逆流または渦流を伴うクリーンルーム。
原理: 乱流クリーンルームは、給気気流を利用して室内の空気を継続的に希釈し、汚染された空気を徐々に希釈して清浄度を実現します (乱流クリーンルームは通常、1,000 〜 300,000 を超える清浄度レベルで設計されます)。
特徴：乱流式クリーンルームは、清浄度と清浄レベルを達成するために、複数の換気システムを採用しています。換気回数によって、定義における浄化レベルが決まります（換気回数が多いほど、清浄レベルは高くなります）。
（1）自己浄化時間：クリーンルームが設計された換気回数に応じてクリーンルーム内に空気を供給し始め、室内の粉塵濃度が設計された清浄度レベルに達するまでの時間を指します。クラス1,000の場合は20分以内（15分で計算できます）、クラス10,000の場合は30分以内（25分で計算できます）、クラス100,000の場合は40分以内（30分で計算できます）となります。
（２）換気回数（上記自己洗浄時間要件に従って設計）クラス1,000：43.5～55.3回／時（標準：50回／時）クラス10,000：23.8～28.6回／時（標準：25回／時）クラス100,000：14.4～19.2回／時（標準：15回／時）
利点: 構造が簡単で、システム構築コストが低く、クリーンルームの拡張が容易で、一部の特殊用途の場所では、無塵クリーンベンチを使用してクリーンルームのグレードを向上できます。
デメリット：乱流によって発生した粉塵は室内空間に浮遊し、排出が困難であるため、プロセス製品を汚染しやすい。また、システムを停止してから再起動させる場合、必要な清浄度を達成するまでに長い時間がかかることが多い。
層流
層流空気は均一な直線状に流れます。空気は100%のカバー率を持つフィルターを通過して室内に入り、高床式床または両側の仕切り板から戻ります。このタイプは、一般的にクラス1～100といった高クリーンルームグレードのクリーンルーム環境に適しています。以下の2つのタイプがあります。
（1）水平層流：フィルターから水平方向に吹き出された空気は、反対側の壁にある還気システムによって戻されます。粉塵は風向に応じて屋外に排出されます。一般的に、下流側の方が汚染が深刻です。
利点: 構造がシンプルで、操作後すぐに安定します。
デメリット：乱流式に比べて建設コストが高く、室内空間の拡張が容易ではない。
（2）垂直層流：室内天井全体をULPAフィルターで覆い、上から下へ空気を吹き出すことで、より高い清浄度を実現します。工程中や作業員から発生する粉塵は、他の作業エリアに影響を与えることなく、速やかに屋外へ排出されます。
メリット：管理が容易で、運転開始後短時間で安定した状態を実現でき、運転状態やオペレータの影響を受けにくい。
デメリット：建設コストが高く、スペースを柔軟に使用しにくく、天井吊り下げ式のため多くのスペースを占有し、フィルターの修理や交換が面倒です。
複合型
複合型は乱流型と層流型を組み合わせたり併用したりすることで、局所的に超清浄な空気を供給できます。
（1）クリーントンネル：HEPAフィルターまたはULPAフィルターを使用してプロセスエリアまたは作業エリアの100％をカバーし、清浄度をクラス10以上に高めることで、設置および運用コストを節約できます。
このタイプでは、機械メンテナンス中に作業や品質に影響を与えないように、オペレーターの作業領域を製品および機械メンテナンスから分離する必要があります。
クリーントンネルには、他に次の 2 つの利点があります。A. 柔軟に拡張しやすい。B. メンテナンスエリアで機器のメンテナンスが簡単に実行できる。
（2）クリーンチューブ：製品が通過する自動生産ラインを囲み、浄化することで、清浄度をクラス100以上に高めます。製品、作業者、発塵環境が互いに隔離されているため、少量の空気供給で良好な清浄度を実現でき、省エネ効果があり、人手を必要としない自動化生産ラインに最適です。製薬、食品、半導体などの業界に適用できます。
（3）クリーンスポット：クリーンルームレベル10,000～100,000の乱流クリーンルーム内の製品工程エリアのクリーン度を生産目的で10～1000以上に高めた場所。クリーン作業台、クリーン小屋、プレハブクリーンルーム、クリーンクローゼットなどがこのカテゴリーに属する。
クリーンベンチ：クラス1～100。
クリーンブース：乱流クリーンルーム空間内に設置された、帯電防止透明プラスチッククロスで囲まれた小空間。独立したHEPAまたはULPAと空調設備を備え、よりクリーンな空間を実現します。クリーン度は10～1000、高さは約2.5メートル、カバー面積は約10平方メートル以下です。4本の柱と可動式のキャスターを備え、柔軟に使用できます。
5. 空気の流れ
空気の流れの重要性
クリーンルームの清浄度は、気流に大きく左右されます。つまり、人、機械室、建物の構造などから発生する粉塵の動きや拡散は、気流によって制御されるのです。
クリーンルームでは、HEPAフィルターやULPAフィルターを用いて空気をろ過しており、その集塵率は99.97～99.99995%と高いため、これらのフィルターでろ過された空気は非常にクリーンであると言えます。しかし、クリーンルーム内には人だけでなく、機械などの発塵源も存在します。これらの発塵が拡散してしまうと、クリーンな空間を維持できなくなるため、気流を利用して発生した発塵を速やかに屋外に排出する必要があります。
影響要因
クリーンルームの気流に影響を与える要因は、プロセス設備、人員、クリーンルーム組立材料、照明器具など、数多くあります。同時に、生産設備上部の気流の分岐点も考慮する必要があります。
一般的な手術台や生産設備の表面にある気流分岐点は、クリーンルーム空間と仕切り板との距離の2/3に設定する必要があります。これにより、作業者が作業する際に、気流がプロセスエリアの内側から操作エリアに流れ込み、粉塵を運び去ることができます。分岐点をプロセスエリアの前方に設定すると、不適切な気流分岐となり、ほとんどの気流がプロセスエリアの奥に流れ込み、作業者による作業で発生した粉塵が設備の奥に運ばれ、作業台が汚染され、歩留まりの低下を招きます。
クリーンルーム内の作業台などの障害物は、接合部に渦電流を発生させ、その近傍の清浄度は比較的低くなります。作業台に還気孔を開けることで、渦電流現象を最小限に抑えることができます。また、組立材料の選定が適切かどうか、設備のレイアウトが適切かどうかも、気流が渦電流現象となるかどうかの重要な要素となります。
6.クリーンルームの構成
クリーンルームの構成は、以下のシステム（いずれもシステム分子に不可欠なものではありません）で構成されます。そうでないと、完全で高品質のクリーンルームを形成することはできません。
（１）天井システム：天井ロッド、Ｉ型梁またはＵ型梁、天井グリッドまたは天井フレームを含む。
（２）空調システム：エアキャビン、フィルターシステム、風車等を含む。
（３）間仕切り壁：窓及びドアを含む。
（４）床：高床または帯電防止床を含む。
（５）照明器具：LED浄化フラットランプ。
クリーンルームの主な構造は、一般的に鉄筋または骨セメントで作られていますが、どのような構造であっても、次の条件を満たす必要があります。
A. 温度変化や振動によるひび割れは発生しません。
B. 粉塵が発生しにくく、また、粉塵が付着しにくい。
C. 吸湿性が低い。
D. クリーンルーム内の湿度条件を維持するために、断熱性を高める必要があります。
7. 用途による分類
産業用クリーンルーム
無生物粒子の制御を目的としています。主に空気中の塵埃粒子による作業対象への汚染を抑制し、内部は一般的に正圧状態を維持します。精密機械産業、電子産業（半導体、集積回路など）、航空宇宙産業、高純度化学産業、原子力産業、光学・磁気製品産業（CD、フィルム、テープ製造）、LCD（液晶ガラス）、コンピュータハードディスク、コンピュータヘッド製造などの産業に適しています。
生物学的クリーンルーム
主に作業対象物への生物粒子（バクテリア）および無生物粒子（粉塵）の汚染を制御します。
A. 一般的な生物学的クリーンルーム：主に微生物（バクテリア）による汚染を制御します。同時に、内部の材質は各種殺菌剤の侵食に耐えられる必要があり、内部は一般的に陽圧が確保されます。基本的に、内部の材質は産業用クリーンルームの様々な殺菌処理に耐えられる必要があります。例：製薬業界、病院（手術室、無菌病棟）、食品、化粧品、飲料製品の製造、動物実験室、理化学試験室、血液センターなど。
B. 生物学的安全クリーンルーム：主に作業対象物の生体粒子による外界および人体への汚染を制御します。内部は大気と同程度の負圧に維持する必要があります。例：細菌学、生物学、クリーンラボ、物理工学（遺伝子組み換え、ワクチン製造）
投稿日時: 2025年2月7日