JP2016095106A

JP2016095106A - ファンフィルタユニットを備えた空気清浄装置

Info

Publication number: JP2016095106A
Application number: JP2014232327A
Authority: JP
Inventors: 健史松村; Takeshi Matsumura; 東彦安達; Tohiko Adachi; 徳永　太一; Taichi Tokunaga; 太一徳永
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2014-11-17
Filing date: 2014-11-17
Publication date: 2016-05-26
Anticipated expiration: 2034-11-17
Also published as: JP6321527B2

Abstract

【課題】クリーンルームの天井部および半導体ウェハー等の製造装置に用いられるＦＦＵの運転状態を常に監視しＦＦＵが停止状態に至らないようにし、また、万が一ＦＦＵが異常停止する場合には、早期に原因を特定しそれを取り除きＦＦＵを再稼働させる。【解決手段】ファンと、ファンを上側から包囲するチャンバと、ファンの吹出口に設けたフィルタと、チャンバ内の圧力を検知する圧力計またはファンフィルタユニットの風速を検知する風速計と、ファンの回転数を検知する回転計とを備えたファンフィルタユニットを用い、ファンフィルタユニットの静圧−風速特性に対し、圧力計により検知した圧力値または風速計により検知した風速値と前記回転計により検知した回転数から求まる実際の動作点とフィルタの初期圧力特性に基づく正常運転時動作点とを比較することにより、ファンフィルタユニットの動作状態を監視して異常原因を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、送風機（ファン）とフィルタを組み合わせ、清浄空気を供給するファンフィルタユニットを備えた空気清浄装置に関する。

従来、半導体、液晶およびマイクロマシン等の製造工場、また、医薬品および化粧品等の製造所など清浄空気を必要とするクリーンルームで使用されている空気清浄機の代表的なものとして、ファンフィルタユニット（以下、「ＦＦＵ」と呼称する）がある。すなわち、ＦＦＵは、クリーンルーム、半導体製造装置の局所クリーン化、クリーンストッカーおよびクリーンブース等のように清浄空気を供給する環境において使用されている。特に、高信頼性が必要とされる分野にあって清浄空気の供給が停止すると重大な損害が生じるような用途において、ＦＦＵは効果的である。

また、ＦＦＵは、半導体ウェハーや液晶パネル等の製造を行うクリーンルームの天井部や、クリーンルーム内に設置された製造装置内部など、より清浄空気を必要とする製造装置室に設置される空気清浄装置用として用いられている。

先行技術として、特許文献１には、ＦＦＵを備えた装置内の圧力を検出し、それをＦＦＵに対しフィードバック制御する点が示されている（実施の形態１２）。また、特許文献２には、ＦＦＵ１台毎に電源異常を判断すると異常時の指示回転数でファン駆動用モータを回転させてメンテナンスまでの間ＦＦＵを停止させることなく運転を継続させると共に、指示回転数と実回転数との差が基準値を超えるとアラームを発報させる技術が示されている。

特開２００９−１８０４４６号公報特開２０１４−１２６２１４号公報

ＦＦＵは、上記のようにクリーンルームの天井部およびクリーンルーム内の製造装置に用いられるため、使用しているファンやフィルタの異常により異常停止した場合、半導体製造装置等を停止させることになり、その結果半導体製造ラインが停止することになりかねない。

そのため、常にＦＦＵは安定した継続運転を行うことが求められる。そこで、ＦＦＵの運転状態を常に監視しＦＦＵが停止状態に至らないようにすることが必要である。また、万が一ＦＦＵが異常停止した場合には速やかにその原因を特定し、ＦＦＵの停止原因を取り除き、早期にＦＦＵを再稼働させることが求められる。

本発明は、ＦＦＵが停止状態に至らないようにＦＦＵの動作状態を監視し、かつ万が一ＦＦＵが異常停止した際にはその異常原因を検出することを可能にした空気清浄装置を提供する。

本発明は、ファンと、ファンを上側から包囲するチャンバと、ファンの吹出口に設けたフィルタと、チャンバ内の圧力を検知する圧力計またはファンフィルタユニットの風速を検知する風速計と、ファンの回転数を検知する回転計とを備えたファンフィルタユニットを用い、ファンフィルタユニットの静圧−風速特性に対し、圧力計により検知した圧力値または風速計により検知した風速値と前記回転計により検知した回転数から求まる実際の動作点とフィルタの初期圧力特性に基づく正常運転時動作点とを比較することにより、ファンフィルタユニットの動作状態を監視して異常原因を検出することを特徴とする。

本発明によれば、ＦＦＵを備えた空気清浄装置において、ＦＦＵの現在の動作状態を監視することによりＦＦＵが停止状態に至る異常を検出し、かつ万が一ＦＦＵが異常停止した際にはその異常原因をいち早く検出することが可能となる。

図１は、実施例１に係るＦＦＵの構成をその断面で示した図である。図２は、実施例１におけるＦＦＵの状態を示す特性図である。図３は、実施例２に係るＦＦＵの構成をその断面で示した図である。図４は、実施例２におけるＦＦＵの状態を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態として、実施例１および２を図１〜４を参照して説明する。

図１は、実施例１に係るＦＦＵの構成をその断面で示した図である。図１において、ＦＦＵは、ファン１、ファン１を上側から包囲するチャンバ２およびファン１の吹出口に設けたフィルタ５から構成される。圧力計３は、チャンバ２に取り付けられ、チャンバ２内の圧力を検知する。また、回転計４は、ファン１の回転を臨む位置として例えばファン１の上部に設けられ、ファン１の回転数を例えば光学的に検知する。この回転計については、上記に限らずファン用モータのモータ部に搭載される回転数検知機能を流用してもよい。なお、ＦＦＵに用いるフィルタとしては、ＨＥＰＡフィルタが代表的である。また、ファン用モータとしては、ＤＣブラシレスモータまたはＡＣモータが使用される。

次に、図２を用いて、実施例１による状態監視の検出方法について説明する。図２は、図１のＦＦＵにおいて検知した実測値によりＦＦＵの状態を示す特性図である。図２（ａ）は正常時の特性、図２（ｂ）および（ｃ）は異常時の特性、をそれぞれ示す。図２（ａ）〜（ｃ）共に、横軸が風速（ｍ／ｓ）、縦軸が静圧（Ｐａ）である。

ＦＦＵの動作点については、図２（ａ）で示す正常時の特性において、フィルタの初期圧力特性８とＦＦＵの静圧−風速特性９（以下、簡略して「ファン特性９」という）との交点７が、理論上の正常運転時の動作点（以下、「正常運転時動作点」という）となる。フィルタの初期圧力特性８はフィルタ初期値となる。また、ファン特性９は、図２において同心円状に示されるようにファンの回転数により決定され、回転数が上がればその円弧の半径が大きくなり外側へ位置する。なお、風量は、風速と流路の断面積との積であるので、流路の断面積が一定であれば、静圧−風速特性と静圧−風量特性とは同等とみなすことができる。

実際のＦＦＵの使用環境では、圧力計３により検知した圧力値１１と回転計４により検知したファン１の回転数によるファン特性９との交点が実際の動作点７となる。すなわち、実際に求められた動作点である。実際の動作点７と、フィルタ初期値とファン特性９により求められる正常運転時動作点（フィルタの初期圧力特性８とファン特性９との交点）とを比較することにより、ＦＦＵの動作状態を監視することができる。

図２（ｂ）の異常時における動作点７は、正常運転時動作点７（図２（ａ））に対し、圧力値１１が低下している。これは、フィルタ初期値の圧力値よりも低く風が通りやすい状態であることから、この圧力値が一定程度以下に低下していればフィルタ５が破損していると判断できる。

この一定程度とは、異常判断については、フィルタの塵埃等が付着する量に応じて適宜変更可能である。塵埃等の付着する量に応じて圧力値が変化するだけでなく、風速によっても変動することとなる。そのため、風速と塵埃等の付着との関係によって一定程度の値を変化させることが望ましい。
例えば、風速の変化によって圧力値が５％程度変化する装置であれば、一定程度の値を２０％として設定し、異常状態であると判定することが望ましい。この場合は風速の変化の影響を受けたとしても、塵埃等が付着したことによって異常状態であると判定することができる。

また、風速の変化によって圧力値が１％程度しか変化しない装置であって、清浄度を高めるためフィルタを頻繁に交換して運用する構成であれば、一定程度の値を５％として設定することができる。この場合は、風速の影響が少なく、塵埃の圧力変化を高精度に検出することができる。

また、一定程度の値を２段階として設定し、例えば１０％の場合には、注意状態としてユーザに知らせ、また、１５％の場合には異常状態として知らせることもできる。この場合は、運用上フィルタの交換時期を事前に知ることができ、異常と判断される前から交換用フィルタの準備を行うことができる。

なお、圧力が低くなる場合だけでなく、圧力が高くなる場合も異常と検出することも可能である。一定程度の値を３％以下の低い値とすることで、通常と異なる使用状態を異常状態と判断することができる。また、この際、単に異常と表示するだけでなくメンテナンスエンジニアを呼ぶ必要がある旨をユーザへ表示または報知することが望ましい。

図２（ｃ）の異常時における動作点７は、正常運転時の動作点７（図２（ａ））に対し、圧力値１１が上昇している。これは、フィルタ初期値の圧力値よりも高く空気の流れが通りにくい状態であるから、この圧力値が一定程度以上に上昇していればフィルタ５が目詰まりしていると判断できる。

図３は、実施例２に係るＦＦＵの構成をその断面で示した図である。先に説明した図１と同一の符号を付した構成要素については、同一の機能を有するので説明は省略する。実施例２では、実施例１における図１の圧力計３に替わって、風速計６をファン１が取り込む空気の吸込口に設けてＦＦＵの風速を検知する。

次に、図４を用いて、実施例２による状態監視の検出方法について説明する。図４は、図３のＦＦＵにおいて検知した実測値によりＦＦＵの状態を示す特性図である。図４（ａ）は正常時の特性、図２（ｂ）および（ｃ）は異常時の特性、をそれぞれ示す。図４（ａ）〜（ｃ）共に、横軸が風速（ｍ／ｓ）、縦軸が静圧（Ｐａ）である。

ＦＦＵの動作点については、先の図２を用いた説明と同様である。正常時の特性としては、図４（ａ）で示すフィルタの初期圧力特性８（フィルタ初期値）とファン特性９との交点が、理論上の正常運転時の動作点となる。

実際のＦＦＵの使用環境では、風速計６により検知した風速値１０と回転計４により検知したファン１の回転数によるファン特性９との交点が実際の動作点７となる。実際の動作点７と、フィルタ初期値とファン特性９により求められる動作点（８と９との交点）とを比較することにより、ＦＦＵの動作状態を監視することができる。

図４（ｂ）の異常時における動作点７は、正常運転時の動作点７（図４（ａ））に対し、風速値１０が上昇している。これは、フィルタ初期値の風速値よりも高く風が通りやすい状態（すなわち、圧力値が低い状態）であることから、この風速値が一定程度以上に上昇していればフィルタ５が破損していると判断できる。

図４（ｃ）の異常時における動作点７は、正常運転時の動作点７（図４（ａ））に対し、風速値１０が低下している。これは、フィルタ初期値の風速値よりも低く空気の流れが通りにくい状態（すなわち、圧力値が高い状態）であるから、この風速値が一定程度以下に低下していればフィルタ５が目詰まりしていると判断できる。

また、空気清浄装置はＦＦＵを１台以上用いて構成することになるから、空気清浄装置として動作状態を監視するために、１台以上のＦＦＵ毎に個別に各動作状態を監視する手法を用いる。または、ある程度まとまった台数のＦＦＵにより空気清浄装置が構成される場合には、それらを一括して管理する監視システムによって総合的に各ＦＦＵを監視する手法を用いてもよい。

以上で説明した実施例１および実施例２によれば、万が一ＦＦＵが異常停止した際には（例えば、保護回路の作動による緊急停止など）、その時の動作点を図２または図４の特性図と照合することにより、異常原因を特定することができる。すなわち、異常停止時の動作点が、図２または図４におけるファン特性９上のどこに位置しているかにより、フィルタの目詰まり、フィルタの破損、または吸込口に異物が混入する等の異常原因を検出することができる。
ここで、吸込口に異物が混入した場合には、ファン１の回転数が落ちるため、図２または図４におけるファン特性９は内側の同心円へ移行し動作点７もその円弧上に位置することになる。その位置を検知することで異常原因（異物混入）を判断する。

また、図２または図４におけるファン特性９上の動作点７の位置により、フィルタ５が目詰まり等の異常状態に至るまでの残り時間、すなわちフィルタ寿命を予測することができる。このフィルタ寿命は、フィルタの終値圧力損失（最終圧力損失）により判断する。この終値圧力損失は既知の値であるので、現在の動作点７における圧力値が正常運転時動作点の圧力値に終値圧力損失分を加えた値に近づくと、間もなくフィルタが寿命であることを判断できる。また、ファン特性９上を、現在の動作点７から正常運転時動作点の圧力値に終値圧力損失分を加えた値へ向かう動きの変化度合いから、残り時間を予測することも可能となる。

上記した検出や予測は、ＦＦＵが備える制御回路（コントローラ）によるモニタリングまたはＦＦＵの動作状況を監視する監視システム等により、ソフトウェアとして処理（実行）することで対応する。

また、検出した異常状態の報知方法については、種々の方法を採用し得るところ、一つには、ＦＦＵ毎に設けた数個の表示灯や表示装置（例えば、表示ディスプレイ）を使用して、異常状態を区別した表示態様によって報知する方法がある。また一つには、現在のＦＦＵの風速（風量）や圧力に係る設定値および検出値等を一括表示するなどして管理する監視システムを使用して、異常報知情報として異常状態を区別した表示態様または発音態様によって報知する方法がある。

１ファン
２チャンバ
３圧力計
４回転計
５フィルタ
６風速計

Claims

ファンと、
前記ファンを上側から包囲するチャンバと、
前記ファンの吹出口に設けたフィルタと、
前記チャンバ内の圧力を検知する圧力計と、
前記ファンの回転数を検知する回転計と
を備えたファンフィルタユニットを用い、
前記ファンフィルタユニットの静圧−風速特性に対し、前記圧力計により検知した圧力値と前記回転計により検知した回転数から求められた動作点と前記フィルタの初期圧力特性に基づく正常運転時動作点とを比較することにより、前記ファンフィルタユニットの動作状態を監視する
ことを特徴とする１台以上の前記ファンフィルタユニットから構成される空気清浄装置。
請求項１に記載の空気清浄装置であって、
前記実際の動作点の圧力値が前記正常運転時動作点の圧力値より一定程度以下に低下している場合には前記フィルタが破損していると判断して異常状態を検出する
ことを特徴とする空気清浄装置。
請求項１に記載の空気清浄装置であって、
前記求められた動作点の圧力値が前記正常運転時動作点の圧力値より一定程度以上に上昇している場合には前記フィルタが目詰まりしていると判断して異常状態を検出する
ことを特徴とする空気清浄装置。
ファンと、
前記ファンを上側から包囲するチャンバと、
前記ファンの吹出口に設けたフィルタと、
前記ファンフィルタユニットの風速を検知する風速計と、
前記ファンの回転数を検知する回転計と
を備えたファンフィルタユニットを用い、
前記ファンフィルタユニットの静圧−風速特性に対し、前記風速計により検知した風速値と前記回転計により検知した回転数から求められた動作点と前記フィルタの初期圧力特性に基づく正常運転時動作点とを比較することにより、前記ファンフィルタユニットの動作状態を監視する
ことを特徴とする１台以上の前記ファンフィルタユニットから構成される空気清浄装置。
請求項４記載の空気清浄装置であって、
前記求められた動作点の風速値が前記正常運転時動作点の風速値より一定程度以上に上昇している場合には前記フィルタが破損していると判断して異常状態を検出する
ことを特徴とする空気清浄装置。
請求項４記載の空気清浄装置であって、
前記求められた動作点の風速値が前記正常運転時動作点の風速値より一定程度以下に低下している場合には前記フィルタが目詰まりしていると判断して異常状態を検出する
ことを特徴とする空気清浄装置。
請求項１または請求項４に記載の空気清浄装置であって、
前記求められた動作点の圧力値が、前記ファンフィルタユニットの静圧−風速特性上を前記正常運転時動作点の圧力値に前記フィルタの終値圧力損失分を加えた値へ向かう動きの変化度合いから、前記フィルタの寿命までの残り時間を予測する
ことを特徴とする空気清浄装置。
請求項１から請求項７のいずれかに記載の空気清浄装置であって、
前記ファンフィルタユニットに設けた表示手段または前記ファンフィルタユニットの動作状態を管理する監視システムを用いて、前記ファンフィルタユニットの動作状態の監視から検出した異常状態を区別して報知する
ことを特徴とする空気清浄装置。