JP2002106943A - 局所空間清浄化ノズルおよび局所空間清浄化ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体やフィルムなどの製造工場、精密機械工
場、薬品・医薬の製造工場などにおいて、局所的に完全
に無塵化された清浄化エリアを形成可能とすることによ
り、消費エネルギーの低減、発生ＣＯ_２等の削減を図
る。 【解決手段】局所空間清浄化ユニット１は、吸込口３を
有するケーシング４内部に、少なくとも送風機５と、エ
アフィルター６とを内蔵した清浄空気送風ユニット２
と、基端側に空気流入口１０を有するとともに、先端側
に空気吹出口１１を有する吹出ノズル７であって、前記
空気流入口１０と空気吹出口１１との中間に整流器１２
が配設され、この整流器１２から前記空気吹出口１１に
至る区間が漸次、流路断面積を縮小化した絞り部１３と
なっている局所空間清浄化ノズル７と、前記清浄空気送
風ユニット２の空気送給口９と局所空間清浄化ノズル７
の空気流入口１０とを接続するホース８と、から構成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、局所的に高度な清
浄化空間を形成可能とした局所空間清浄化ノズルおよび
局所空間清浄化ユニットに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体やフィルムなどの製造工場、精密
機械工場、薬品・医薬の製造工場などでは、僅かでも浮
遊粒子が存在すると、製造中に製品に付着して製品不良
を起こすため、工場全体または作業室全体を必要に応じ
て清浄な状態に維持し、製品の品質と信頼性に努め、歩
留まりを向上させている。このような目的で清浄化した
部屋をクリーンルームと言い、非常に高い清浄環境が確
保されている。

【０００３】前記クリーンルームにおいては、空気を清
浄な状態に保つために、たとえば天井または一方側壁面
に高性能エアフィルターを配設するとともに、床または
他方側壁面に多数の空気排出孔を形成し、循環路の途中
に循環用ファンを配設し、前記高性能エアフィルターを
巡るように空気を循環させている。

【０００４】空気循環方式には、大別すると、図１１に
示されるように、クリーンルームＣＲの天井面に高性能
エアフィルター５０，５０…を配設するとともに、この
天井裏空間を仕切り、ダクトシャフト（ダクト空間）５
１の天井部分（仕切り部分）に中型送風機５２を配設
し、クリーンルームＣＲからグレーチング床５３を抜け
た空気の一部を冷却コイル５４を通すことにより顕熱を
奪った後、ダクトシャフト５１を上昇してくる空気を再
び前記中型送風機５２によって前記天井裏空間に供給し
て空気を循環させるようにしたファンモジュールユニッ
ト方式（ＦＭＵ方式）と、図１２に示されるように、一
体のケーシング内に小型の送風機５５と高性能エアフィ
ルター５０とを内蔵したファンフィルターユニットをク
リーンルームＣＲの天井部分に均一に配設し、この一体
型送風機の押込み力により空気を循環させるようにした
ファンフィルターユニット方式（ＦＦＵ方式）とがあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来の
ＦＭＵ方式またはＦＦＵ方式は、部屋全体をクリーンル
ーム化するものであり、設備投資に係るイニシャルコス
トおよびその後の運転に係るランニングコストの負担が
非常に大きいなどの問題があった。

【０００６】そこで、近年は清浄化が必要とされる作業
空間のみについて清浄化を図る方法が提案されている。
この方式は、クリーンベンチ方式などと呼ばれる方式
で、図１３に示されるように、作業空間６３の上部に高
性能エアフィルター６１を備えるとともに、下側部分に
小型送風機６２を配設し、空気の循環路を形成したチャ
ンバ（クリーンベンチ）６０を設置し、前記高性能エア
フィルター６１の下側空間のみを清浄化するものであ
る。

【０００７】しかし、このクリーンベンチ方式であって
も、各作業空間毎にチャンバを必要とするため、設置数
が多くなると、逆に前記ＦＭＵ方式またはＦＦＵ方式よ
りも空間利用効率および消費エネルギー効率が低下する
などの問題があるとともに、清浄化を行う空間内に、粒
子発生源となる作業員や、その一部（腕など）が含まれ
ることになり、作業員から発生した粒子による製品汚染
の危険性もあった。

【０００８】他方、近年は半導体やフィルムなどの製造
工場、精密機械工場、薬品・医薬の製造工場などにおけ
る清浄化空間の形成に当たり、エネルギー消費量の削減
による生産コストの低減と共に、環境マネジメントシス
テムの国際規格（ISO14001）に対する関心の高まりによ
って、エネルギー消費量、発生ＣＯ_２、廃棄物、Ｎ
Ｏ _Ｘ、ＳＯ_Ｘなどの環境負荷の低減が求められるように
なってきた。

【０００９】そこで本発明の主たる課題は、半導体やフ
ィルムなどの製造工場、精密機械工場、薬品・医薬の製
造工場などにおいて、局所的に完全に無塵化された清浄
化エリアを形成可能とすることにより、消費エネルギー
の低減、発生ＣＯ_２等の削減を可能とした局所空間清浄
化ノズルおよび局所空間清浄化ユニットを提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明に係る局所空間清浄化ノズルは、基端側に空気
流入口を有するとともに、先端側に空気吹出口を有する
吹出ノズルであって、前記空気流入口と空気吹出口との
中間に整流器が配設され、この整流器から前記空気吹出
口に至る区間が漸次、流路断面積を縮小化した絞り部と
なっていることを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明に係る局所空間清浄化ユニッ
トは、吸込口を有するケーシング内部に、少なくとも送
風機と、エアフィルターとを内蔵した清浄空気送風ユニ
ットと、基端側に空気流入口を有するとともに、先端側
に空気吹出口を有する吹出ノズルであって、前記空気流
入口と空気吹出口との中間に整流器が配設され、この整
流器から前記空気吹出口に至る区間が漸次、流路断面積
を縮小化した絞り部となっている局所空間清浄化ノズル
と、前記清浄空気送風ユニットの空気送給口と局所空間
清浄化ノズルの空気流入口とを接続するホースまたは管
路と、から構成されることを特徴とするものである。こ
の場合、前記局所空間清浄化ノズルからの吹出風速は、
０．３(m/s)以上に設定してあることが望ましい。

【００１２】また、前記局所空間清浄化ノズルの絞り部
は、整流器から内径または内幅を漸次曲線状に縮小する
とともに、流路途中から内径または内幅の縮小率を緩和
させた流路形状となっていることが望ましい。

【００１３】本発明においては、周辺空気の誘引を招き
づらくした特殊構造のノズルを用いることにより局所的
な清浄化空間を効果的に形成できるようにした。したが
って、所定の局所エリアを完全に無塵化することが可能
となるため、従来のように、大規模な装置を設け部屋全
体をクリーン化する必要が無くなるとともに、作業空間
毎にクリーンベンチを設置する必要が無くなる。その結
果、大幅な消費エネルギーの低減が可能になるととも
に、発生ＣＯ_２等の削減も可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。

【００１５】〔装置構成〕図１は本発明に係る局所空間
清浄化ユニット１の外観図、図２は局所空間清浄化ノズ
ルの側面図である。

【００１６】本局所空間清浄化ユニット１は、吸込口３
を有するケーシング４内部に送風機５と、高性能エアフ
ィルター６とを内蔵した清浄空気送風ユニット２と、特
に周辺空気の誘引を招きづらく局所的な清浄化を効果的
に形成できるように設計された局所空間清浄化ノズル７
と、前記送風ユニット２の空気送給口と局所空間清浄化
ノズル７の空気流入口１０とを接続するフレキシブルホ
ース８とから構成される装置である。なお、前記フレキ
シブルホース８に代えて、管路によって両者を接続する
ようにしてもよい。

【００１７】前記送風機５としては、任意の送風機、た
とえば多翼送風機、ターボ送風機、リミットロード送風
機などの遠心送風機や、プロペラ送風機などの軸流送風
機などを使用することができるが、これらの内、特には
ユニット全体の小型化を重視する場合には、多翼送風機
やプロペラ軸流送風機などが好適に使用される。なお、
図示しないが、前記送風機５の空気流入側にプレフィル
タを設けることもできる。また、空気吹出側に吸音装置
などを設け消音化を図ることもできる。

【００１８】前記高性能エアフィルタ６としては、通常
的にクリーンルームで使用されている、DOP試験法でDOP
の0.3μｍの粒子に対して99.97％以上の捕集効率を持つ
HEPAフィルターが好適に使用される。

【００１９】他方、局所空間清浄化ノズル７（以下、単
に吹出しノズルという。）は、基端側にフレキシブルホ
ース８が接続される空気流入口１０を有するとともに、
先端側に空気吹出口１１を備える断面円形状のノズル体
で、前記空気流入口１０と空気吹出口１１との間に整流
器１２が配設され、この整流器１２の終端から空気吹出
口１１に至る区間距離ＢＬはノズル絞り部１３となって
いる。

【００２０】吹出しノズル７から清浄空気を吹出して清
浄化空間を効果的に形成するにあたり、重要なことは、
周辺空気の誘引を極力避けるようにすること、清浄
化空間の形成距離（清浄空気の到達距離）を長くするこ
とである。周辺空気の誘引を防止しかつ到達距離を長く
するには、清浄空気を吹出しノズル７の吹出口１１から
均一速度で一様に吹き出すようにすることが重要とな
る。すなわち、吹出気流を出来るだけ定常かつ平行で一
様な分布とし、気流の乱れを小さくすることにより、吹
出気流速度差から生ずるせん断流による渦の発生を抑
え、渦粘性による速度の減少、拡散を抑制することが重
要となる。

【００２１】これを実現するために、本吹出しノズル７
では、先ず吹出しノズル７の空気流入口１０から流入し
た清浄空気を整流器１２を通すことにより、定常かつ平
行な一様流の気流に整流化する。前記整流器１２は、た
とえば図４（正面図）に示されるように、断面六角形状
に仕切り壁を連設することによりハニカム状に多数の通
孔を形成したもので、一つの通孔面積Ａは１５〜４０mm
^２、好ましくは２０〜３０mm^２とされる。また、長さ
（整流区間距離ＡＬ）は３５〜５５mm、好ましくは４０
〜５０mmとするのが望ましい。なお、整流器１２の通孔
模様は、上記ハニカムに限らず格子形状等、気流を整流
化できる形状であればどのような通孔形状であってもよ
い。

【００２２】前記整流器１２を通過し一様分布の流れに
整流化された清浄空気を、気流速度が均一化された状態
で吹出口１１から吹き出すために、前記整流器１２から
吹出口１１に至る流路を漸次、内径を縮小させた特殊ノ
ズル形状としている。さらに詳しく説明すれば、前記整
流器１２の配設位置より下流側の流路内径を漸次曲線状
に縮小するとともに、流路途中から曲率中心を反転（外
側とする）させ内径の縮小率を緩和させた特殊なノズル
形状としている。

【００２３】仮に、整流器１２から吹出口１１に至る流
路を同径の流路とした場合には、中心側の気流速度に比
べてノズル壁面の気流速度が相対的に小さく、境界層
（壁面）で剥離を起こし、せん断流による渦が発生する
ようになる。しかし、境界層において剥離を起こさない
ようにノズル内径を漸次、縮小することにより境界層部
分で圧力上昇が生じ剥離が抑えられるようになる。ま
た、前記内径を絞り中心風速よりも速度の遅い境界部分
を漸次潰すことにより、断面内の気流速度を均一な速度
状態にすることが可能になる。

【００２４】ところで、前記吹出しノズルとしては、断
面円形状のノズル口のもの以外に、たとえばスリット状
（ライン状）のノズル口とすることもできる。図５(A)
はその正面図、図５(B)は側面図を示した図であるが、
ライン状吹出しノズル１５は、基端側にフレキシブルホ
ース８が接続される清浄空気流入口１６を有するととも
に、先端側にスリット状の清浄空気吹出口１７を備える
立方形状のノズル体で、前記空気流入口１６と空気吹出
口１７との間に整流器１８が配設され、この整流器１８
から空気吹出口１７に至る区間がノズル絞り部１９とな
っている。この場合の絞り形状は、スリット長手方向の
対面する２壁の内幅を漸次曲線状に絞り込む断面形状と
なっている。

【００２５】前記吹出しノズル７、１５からの吹出風速
(m/s)は、０．３(m/s)以上であることが望ましい。吹出
風速が０．３(m/s)未満の場合には、吹き出された清浄
空気の到達距離が望めないとともに、気流が不安定とな
る。なお、この数値範囲については後述の実験にて明ら
かにする。

【００２６】以上詳述した局所空間清浄化ユニット１に
よれば、図６および図７に示されるように、吹出しノズ
ル７（１５）から吹き出された清浄空気によって、完全
に無塵化された局所清浄空間を効果的に形成することが
可能になる。なお、図６は断面円形の吹出しノズル７
（４０mmφ）により吹出風速０．３３(m/s)の条件で吹
き出した場合の粒子濃度分布を示したもので、図７はス
リット状ノズル１５（ｂ＝６０mmφ）により吹出風速
０．４(m/s)の条件で吹き出した場合の粒子濃度分布を
示したものである。

【００２７】

【実施例】〔実施例１〕実施例１では、先ず整流器１２
をノズル吹出口から後方側に位置させ、かつ整流器から
吹出口に至る流路を縮小形状とすることの効果につい
て、実験より明らかにする。

【００２８】可視化実験により、ノズル形状；縮小、
整流器；有り（ノズル入口部）、ノズル形状；ストレ
ート、整流器；有り（ノズル入口部）、ノズル形状；
縮小、整流器；無し、ノズル形状；縮小、整流器；有
り（ノズル出口部）の４つの断面円形状ノズル（直径４
０mmφ）から清浄空気の吹出しを行い、清浄化空間の形
成距離（清浄空気の到達距離）の比較により評価を行っ
た。なお、吹出風速については条件を同じにするべく
０．４m/sにて統一した。その結果を図８に示すととも
に、表１〜表３に示す。

【００２９】〈実験１：ノズル形状の違いによる到達距
離の比較〉

【表１】

【００３０】〈実験２：整流器の有無による到達距離の
比較〉

【表２】

【００３１】〈実験３：整流器の位置による到達距離の
比較〉

【表３】

【００３２】上記、実験から明らかなように、整流器を
ノズル入口部（中間または基端側）に設け、かつこの整
流器から吹出口に至る流路を縮小形状としたケース（図
８Ａ）が、他のケースと比較して人工塵埃の誘引が少な
く到達距離が大きくなる結果を示し、本ノズル構造が局
所清浄化空間の形成に有効であることが判明した。

【００３３】〔実施例２〕本実施例２では、可視化実験
により、吹出風速を変えた各ケースについて清浄空気の
到達距離を測定し、これを指標として局所的清浄空間の
コアを形成するために最適な吹出風速(m/s)を求めた。

【００３４】実験には、整流器を入口部に設けた断面円
形状の縮小ノズル（ノズル径４０mmφ）を用い、非防塵
空間に清浄空気を吹出し、局所清浄空間を可視化した。
この結果を図９および図１０に示すとともに、表４に示
す。

【００３５】

【表４】

【００３６】吹出風速が0.2(m/s)の場合、実験では到達
距離150mmの結果が出ているが、周囲に僅かでも空気の
流れが存在すると、気流が直ぐに乱れるため、実用上問
題があることが判明した。以上の結果から、清浄空間を
効果的に形成し得る吹出風速は、０．３(m/s)以上の範
囲であることが判明した。

【００３７】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、半導
体やフィルムなどの製造工場、精密機械工場、薬品・医
薬の製造工場などにおいて、局所的に完全に無塵化され
た清浄化エリアを効果的に形成可能とすることが可能と
なり、消費エネルギーの低減、発生ＣＯ_２等の削減を図
り得るようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る局所空間清浄化ユニット１の外観
図である。

【図２】局所空間清浄化ノズルの側面図である。

【図３】その要部拡大上部半断面図である。

【図４】整流器１２の要部正面図である。

【図５】局所空間清浄化ユニットの他例を示す、(A)は
正面図、(B)は側面図である。

【図６】吹出しノズル７の場合の粒子濃度分布図であ
る。

【図７】吹出しノズル１５の場合の粒子濃度分布図であ
る。

【図８】実施例１における可視化実験結果を示す図（Ａ
〜Ｄ）である。

【図９】実施例２における可視化実験結果を示す図であ
る。

【図１０】実施例２における実験結果グラフである。

【図１１】従来のＦＭＵ方式クリーンルームの概略構造
図である。

【図１２】従来のＦＦＵ方式クリーンルームの概略構造
図である。

【図１３】従来のクリーンベンチ方式の概略構造図であ
る。

【符号の説明】

１…局所空間清浄化ユニット、２…清浄空気送風ユニッ
ト、３…吸込口、４…ケーシング、５…送風機、６…高
性能エアフィルター、７…吹出しノズル（円形）、８…
ホース、１０…空気流入口、１１…空気吹出口、１２…
整流器、１３…ノズル絞り部、１５…吹出しノズル（ス
リット）、１７…空気吹出口、１８…整流器、１９…ノ
ズル絞り部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基端側に空気流入口を有するとともに、先
   端側に空気吹出口を有する吹出ノズルであって、前記空
   気流入口と空気吹出口との中間に整流器が配設され、こ
   の整流器から前記空気吹出口に至る区間が漸次、流路断
   面積を縮小化した絞り部となっていることを特徴とする
   局所空間清浄化ノズル。
2. 【請求項２】吸込口を有するケーシング内部に、少なく
   とも送風機と、エアフィルターとを内蔵した清浄空気送
   風ユニットと、 基端側に空気流入口を有するとともに、先端側に空気吹
   出口を有する吹出ノズルであって、前記空気流入口と空
   気吹出口との中間に整流器が配設され、この整流器から
   前記空気吹出口に至る区間が漸次、流路断面積を縮小化
   した絞り部となっている局所空間清浄化ノズルと、 前記清浄空気送風ユニットの空気送給口と局所空間清浄
   化ノズルの空気流入口とを接続するホースまたは管路
   と、から構成されることを特徴とする局所空間清浄化ユ
   ニット。
3. 【請求項３】前記局所空間清浄化ノズルからの吹出風速
   は、０．３(m/s)以上に設定してある請求項２記載の局
   所空間清浄化ユニット。
4. 【請求項４】前記局所空間清浄化ノズルの絞り部は、整
   流器から内径または内幅を漸次曲線状に縮小するととも
   に、流路途中から内径または内幅の縮小率を緩和させた
   流路形状となっている請求項１記載の局所空間清浄化ノ
   ズルまたは請求項２，３いずれかに記載の局所空間清浄
   化ユニット。