JP2005076586A - クリーンルーム用送風装置および送風方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 送風装置自体が塵埃を発生させないようにして、送風装置前面へのフィルタの取り付けを省略して、圧力損失を大幅に低減し、省エネルギー化するとともに小型コンパクト化したクリーンルーム用送風装置を提供する。
【解決手段】 クリーンルーム１００に清浄空気を送風するクリーンルーム用送風装置１０であって、インペラ１３を取り付けた回転軸１１と、前記回転軸を回転駆動する駆動源２１と、前記回転軸を回転自在に非接触支持する軸受２２，２３，２４とを備え、前記インペラの前面にフィルタを配置しないようにした。この送風装置は、インペラ１３を取り付けた回転軸１１が非接触支持（軸支）されて回転される。したがって、回転軸が回転駆動されケーシング側に摺動することが回避されて、塵埃やグリースなどからのガス状汚染物が発生してクリーンルーム１００内に流入することがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クリーンルーム用送風装置および送風方法に係り、特に、送風する空気内に微小な塵埃が含まれないようにして、簡素な装置構成にすることができるクリーンルーム用送風装置および送風方法に関する。

従来より、外気から遮断された清浄空間を画成するためのクリーンルームが知られており、このクリーンルームは、例えば、半導体生産工場や薬品工場などのように清浄な環境下で処理する必要のある工程において広く利用されている。このようなクリーンルームは、導入ダクトや循環ダクトを経由する空気をフィルタにより清浄化して室内に強制的に送風・循環させる必要があり、室内の気圧を外気圧よりも高くすることにより、室外の空気が流入することを制限して、室内を清浄に保っている。

このようなクリーンルームの送風装置にあっては、流入する空気に含まれる塵埃の他、送風機自体が発生した塵埃の拡散を防止するため、送風機の下流側にフィルタの設置が不可欠である。しかしながら、よりクリーン度の高い設備になるほど、送風機の流路に対してより細かなフィルタが備えられ、結果として送風機の圧力損失の大きな原因となっていた。

即ち、気体を圧送する送風装置は殆どの場合、回転翼を持った送風機であるため、その回転体を支えるためにはボールベアリングまたは滑り軸受などの接触型軸受が使用されている。しかしながら、通常のベアリング構造では接触周動面が存在するため、量の大小はあっても運転中の発塵は免れない。また、ベアリング構造物からの発塵を抑制し、且つベアリングの周動摩擦を抑制するために使用するグリースなども、それ自体からコンタミ（微少汚染物）が発生するため、送風機自体から発生する塵埃を抑制することは原理的に不可能であり、送風機を設置するだけでその前面にフィルタの配置が必要となっていた。

このような送風機前面に設けられたフィルタによる圧力損失が存在するため、送風機のモータの排熱を排出することで、省エネルギー化することが提案されている。また、軸受潤滑のためのグリースなどは、駆動時の発熱により蒸発してガス状不純物となることから、このガス状不純物をクリーンルーム内に流入しないように導く流路を形成することが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平５−２２３２８０号公報 特開平９−２２５２４０号公報

本発明は、上述した事情に鑑みて為されたもので、送風装置自体が塵埃を発生させないようにして、送風装置前面へのフィルタの取り付けを省略して、圧力損失を大幅に低減し、省エネルギー化するとともに小型コンパクト化したクリーンルーム用送風装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明のクリーンルーム用送風装置は、クリーンルームに清浄空気を送風するクリーンルーム用送風装置であって、インペラを取り付けた回転軸と、前記回転軸を回転駆動する駆動源と、前記回転軸を回転自在に非接触支持する軸受とを備え、前記インペラの前面にフィルタを配置しないようにしたことを特徴とするものである。

ここで、本発明の前記軸受は、回転軸を磁気吸引力或いは反発力により非接触支持する磁気軸受装置であって，該磁気軸受装置は少なくとも１自由度は固定された磁性体に磁気力を作用させる電磁石と、回転軸の変位を検出する変位センサとを備えた能動型磁気軸受とすることが好ましい。また、回転軸に対面する隙間に高圧気体を圧送して、該高圧気体の圧縮力により前記回転軸を回転自在に非接触支持する静圧軸受としてもよい。

この発明では、クリーンルームに装備される送風装置は、インペラを取り付けた回転軸が非接触支持（軸支）されて回転される。したがって、回転軸が回転駆動されケーシング側に摺動することが回避されて、塵埃やグリースなどからのガス状汚染物が発生してクリーンルーム内に流入することがない。このため、従来の摺動型の軸受を用いた場合には必須であった送風機前面へのフィルタの配置を省略することができ、圧力損失が大幅に低減することから、消費電力を低減して省エネルギー化することができるとともにモータを小型化できる。

また、本発明の送風方法は、フィルタにより濾過された清浄空気を吸い込み、インペラを備えた回転軸を非接触で支持すると共に駆動源により駆動し、前記清浄空気をクリーンルームに圧送することを特徴とするものである。

本発明によれば、上記のように構成することにより、省エネルギー化することができ、送風装置を小型化してシステムをコンパクトかつ安価に構成することができる。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。図１〜図３は本発明に係るクリーンルーム用送風装置の第１実施形態を示す図である。

図１において、クリーンルーム１００は、清浄な環境下で動作させる装置１１０を設置可能に外気から遮断されている空間を画成しており、天井１１１に設置された送風装置１０がクリーンルーム１００内に清浄な空気を圧送する。送風装置１０は、後述するように磁気軸受で回転軸が支持されていて無発塵であり、その前面にフィルタを配置していない。この送風装置１０により、室内の気圧を外気圧よりも高くしつつ、その室内の空気を床１１２に設けた不図示の排気口から床下に流出・排気する流れを形成する。

このクリーンルーム１００は、室外に連通するように天井裏に配置された連結ダクト１１４と、このダクト１１４に取り付けられたHEPA,ULPA等の高性能フィルタ１０３とを通して、送風装置１０により清浄な空気がクリーンルーム１００内に導入される。また、フィルタ１０４を備えた外気を導入する外気導入口１１３が導入ダクト１０１に接続され、さらに混合器１０７を介してダクト１１４に連結され、外気はフィルタ１０４により濾過され、さらに高性能フィルタ１０３により濾過されてクリーンルーム１００内に導入される。また、床下に排気した空気を引き込んでダクト１１４に循環させる循環ダクト１０２と、この循環ダクト１０２に設けたフィルタ１０５を備えている。これにより、床下に排気した空気は混合器１０７を介して送風装置１０により吸引され、ダクト１０２，１１３を介してクリーンルーム１００に循環する。循環空気は、フィルタ１０５により濾過され、さらに高性能フィルタ１０３により濾過されて、送風装置１０によりクリーンルーム１００内に導入される。なお、混合器１０７は外気と循環空気とを切換可能なものとしてもよい。

図２は、送風装置１０の具体的な構成例を示す。送風装置１０は、プロペラファン（インペラ）１３を備えた回転軸（回転体）１１と、これを非接触で支持するとともに回転駆動する磁気軸受ユニット（本体部）１２ａ，（先端部）１２ｂとにより主として構成され、その回転軸１１に固設されて羽根を延在させているプロペラファン（インペラ）１３により送風を行う。磁気軸受ユニット１２ａ，１２ｂは、両端部開放の円筒形状に形成されたケーシング１４内に収装されており、そのケーシング１４の円筒の軸方向に回転軸１１の軸心が一致するように、フレーム１５ａ，１５ｂに支持されて取り付けられている。この送風装置１０は、例えば、クリーンルーム内に空気を引き込む送風経路やクリーンルーム内における空気の循環経路を形成する断面円形のダクト途中にケーシング１４が設置されることにより、磁気軸受ユニット１２ａ，１２ｂが回転軸１１を非接触支持しつつ、ユニット１２ａ内に設けられた駆動源（モータ）によりプロペラファン１３を回転させて、上流側の空気を下流側へと圧送し所望量の空気を送風する。

磁気軸受ユニット（本体部）１２ａは、回転軸１１を回転駆動するモータ部２１と、回転軸１１の基部側をラジアル方向に非接触支持するラジアル磁気軸受部２２と、回転軸１１の基部側をアキシャル方向に非接触支持するアキシャル磁気軸受部２３とを内装している。また、磁気軸受ユニット（先端部）１２ｂは、回転軸１１の先端側をラジアル方向に非接触支持するラジアル磁気軸受部２４を内装している。従って、この磁気軸受ユニット１２ａ，１２ｂは、モータ部２１が回転軸１１を回転駆動しつつ、能動型磁気軸受を構成する磁気軸受部２２〜２４がその回転軸１１をケーシング１４側の本体部１２ａおよび先端部１２ｂに対して非接触状態にて軸支している。

詳細には、モータ部２１は、回転軸１１の周面にモータロータ２１ａが固設される一方、本体部１２ａにはモータコイルを備えたモータステータ２１ｂがモータロータ２１ａに対面するように設置されている。ラジアル磁気軸受部２２は、回転軸１１の周面に磁性体２２ａが固設される一方、本体部１２ａにはラジアル電磁石２２ｂが回転軸１１の磁性体２２ａに対面するように設置されている。また、その近傍にはラジアル方向の位置変位を検出する変位センサ２２ｃが取り付けられている。

アキシャル磁気軸受部２３は、回転軸１１の後端部にディスク形状に突出するアキシャル磁性体２３ａが固設される一方、本体部１２ａにはアキシャル電磁石２３ｂがそのアキシャル磁性体２３ａの両面に対面して挟み込むように設置されている。また、その回転軸１１の後端面と本体部１２ａの対面位置にはアキシャル方向の位置変位を検出する変位センサ２３ｃが取り付けられている。

また、回転軸１１の先端部を非接触支持する先端部１２ｂでは、ラジアル磁気軸受部２４は、ラジアル磁気軸受部２２と同様に、回転軸１１の周面に磁性体２４ａが固設される一方、ラジアル電磁石２４ｂがその磁性体２４ａに対面するように設置されている。また、その近傍には回転軸１１のラジアル方向の位置変位を検出する変位センサ２４ｃが取り付けられている。なお、回転軸１１の非接触制御は、ラジアル方向には回転軸１１の円周方向に９０°位相をずらせた２対のラジアル電磁石が存在して、ラジアル４軸、アキシャル１軸の合計５軸で制御するのが一般的である。

そして、この送風装置１０は、回転軸１１を安定に所定の目標位置に非接触支持するための支持制御手段として、図３に示すように、磁気軸受部２２〜２４の変位センサ２２ｃ〜２４ｃに位置検出回路３１が接続される一方、電磁石２２ｂ〜２４ｂに軸受駆動パワーアンプ３２が接続されるとともに、これら位置検出回路３１と軸受駆動パワーアンプ３２は軸受制御補償回路３３を介して接続されている。

位置検出回路３１は、回転軸１１のラジアル方向およびアキシャル方向毎の位置変位に応じた変位センサ２２ｃ〜２４ｃからのセンサ信号を増幅・出力することにより、回転軸１１の変位情報を検出して軸受制御補償回路３３に入力する。軸受制御補償回路３３は、位置検出回路３１からの変位情報（変位信号）に基づいて、回転軸１１を所定の目標浮上位置に非接触で支持するための補償処理を施した後に、その補償信号を軸受駆動パワーアンプ３２に入力する。軸受駆動パワーアンプ３２は、軸受制御補償回路３３からの補償信号に基づいて磁性体２２ａ〜２４ａとの間に所望の磁気吸引力（磁気反発力）を発生させる電流を電磁石２２ｂ〜２４ｂに供給し、上記磁束を発生させ、回転軸１１を目標位置に非接触支持する。

これにより、送風装置１０は、モータ部２１が回転駆動する回転軸１１を、ラジアル方向およびアキシャル方向に浮上位置制御して所定の目標位置での非接触支持を実現している。

このように本実施形態においては、塵埃の発生源であったベアリングなどにより回転軸１１を軸支するのではなく、磁気軸受部２２〜２４により回転軸１１を回転自在に非接触支持する軸受を採用している。このため、摺動部が存在せず、従って、グリースも存在しないので、送風装置１０自体から塵埃やガス状不純物が発生することがなく、摺動部から発生するこれらの汚染物質がクリーンルーム１００内に流入しないように除去するためのフィルタを省略することができる。そして、フィルタを送風機の前面に配置する必要がないことから、上述したように圧損を低減し省エネルギー化できるとともにモータを小型化できる。また、回転軸１１に摺動部が存在しないことから、摺動音が発生することがなく、また、摺動により磨耗することを回避して送風装置自体の機械的寿命を延長することができる。

この結果、静かに送風装置１０のプロペラファン１３を回転駆動させて清浄な空気をクリーンルーム１００内に省電力で送風することができる、小型かつ安価な送風装置をクリーンルームに設置することができる。

次に、図４は本発明に係るクリーンルーム用送風装置の他の実施形態を示す図である。なお、本実施形態では、上述実施形態と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分のみを説明する（以下で説明する他の実施形態においても同様）。

図４において、送風装置４０は、クリーンルーム１００の連結ダクト１１４に取り付けられて、上述の実施形態の送風装置１０と同様に、そのクリーンルーム１００内に空気を圧送する。この送風装置４０は、連結ダクト１１４の空気の圧送方向に対して直交するように回転軸４１が磁気軸受部２２〜２４により回転自在に非接触支持されており、この回転軸４１には、同軸状に形成されるとともにその周面に延在して空気を圧送する複数の羽根からなるインペラ４２が取り付けられている。

これにより、送風装置４０は、モータ部２１が回転駆動する回転軸４１を磁気軸受２２，２３，２４で非接触支持しつつ、クリーンルーム１００内に清浄な空気を送風することができる。この実施形態においても、送風装置４０の前面にフィルタを設けないことは勿論である。このように本実施形態においても、上述の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

また、本実施形態では、ストレートの連結ダクト１１４に送風装置４０を取り付ける場合を説明するが、これに限るものではないことはいうまでもなく、例えば、図４（ｂ）に示すように、屈曲するダクト１２４の屈曲部分に送風装置４０を収装して、空気を圧送するようにしてもよい。

次に、図５は本発明に係るクリーンルーム用送風装置の第２実施形態を示す図である。

図５において、送風装置５０は、クリーンルーム１００の連結ダクト１１４に取り付けられて、上述実施形態の送風装置１０と同様に、そのクリーンルーム１００内に空気を圧送する。この送風装置５０は、連結ダクト１１４の空気の圧送方向に対して直交するように回転軸５１の両端部が静圧軸受部５２、５３により回転自在に非接触支持されており、この回転軸５１には、同軸の円柱形状に形成されるとともにその周面において延在して空気を圧送する複数の羽根からなるインペラ４２が取り付けられている。

静圧軸受部５２，５３は、回転軸５１の両端部に回転軸の凸状部５５が固着されているとともに、その凸状部５５を内部で回転可能に包み込む軸受部（ケース）５６が送風装置５０の本体側に取り付けられており、その凸状部５５と軸受部（ケース）５６との間に形成される隙間に高圧気体を不図示のコンプレッサなどから圧送・流入させることにより、その高圧気体の圧縮力により回転軸５１を回転自在に非接触支持することができる。

これにより、送風装置５０は、モータ部２１が回転駆動する回転軸５１を本体側に対して非接触支持して、クリーンルーム１００内に清浄な空気を送風することができる。この実施形態においても、送風装置５０の前面にフィルタを設けないことは勿論である。このように本実施形態においても、上述の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。例えば、クリーンルームに限らず、クリーンボックス等の清浄空間に対しても本発明は同様に好適に利用可能である。

本発明に係るクリーンルーム用送風装置の第１実施形態を示す図であり、そのクリーンルームの送風システムを示す構成図である。 その送風装置の概略全体構成を示す断面側面図である。 その制御系統を示すブロック図である。 本発明に係るクリーンルーム用送風装置の変形例を示す図であり、その概略全体構成を示す断面側面図である。 本発明に係るクリーンルーム用送風装置の第２実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す断面側面図である。

符号の説明

１０ 送風装置
１１ 回転軸
１２ モータユニット
１３ プロペラファン
１４ ケーシング
２１ モータ部
２２，２４ ラジアル磁気軸受部
２３ アキシャル磁気軸受部
３１ 位置検出回路
３２ 軸受駆動パワーアンプ
３３ 軸受制御補償回路
１００ クリーンルーム
１０１ 導入ダクト
１０２ 循環ダクト
１０３，１０４，１０５ フィルタ
１１３ 外気導入口
１１４ 連結ダクト

Claims (4)

1. クリーンルームに清浄空気を送風するクリーンルーム用送風装置であって、
   インペラを取り付けた回転軸と、前記回転軸を回転駆動する駆動源と、前記回転軸を回転自在に非接触支持する軸受とを備え、前記インペラの前面にフィルタを配置しないようにしたことを特徴とするクリーンルーム用送風装置。
2. 前記軸受は、回転軸を磁気吸引力或いは反発力により非接触支持する磁気軸受装置であって，該磁気軸受装置は少なくとも１自由度は固定された磁性体に磁気力を作用させる電磁石と、回転軸の変位を検出する変位センサとを備えた能動型磁気軸受であることを特徴とする請求項１記載のクリーンルーム用送風装置。
3. 前記軸受は、回転軸に対面する隙間に高圧気体を圧送して、該高圧気体の圧縮力により前記回転軸を回転自在に非接触支持する静圧軸受であることを特徴とする請求項１記載のクリーンルーム用送風装置。
4. フィルタにより濾過された清浄空気を吸い込み、インペラを備えた回転軸を非接触で支持すると共に駆動源により駆動し、前記清浄空気をクリーンルームに圧送することを特徴とする送風方法。

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