JP6342753B2 - ファンフィルタユニット - Google Patents

Description

本発明は、送風機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に関する。

半導体製造装置用のファンフィルタユニットにおいては、半導体ウェハの大口径化に伴って、ファンフィルタユニットの大型化（大風量化）や風速分布の改善が求められている。

本技術分野の背景技術として、特開平１−２００１３７号公報（特許文献１）があり、この公報には、「クリーンユニットの重要な構成要素としてフィルタがある。それに空気を圧送する送風機において、複数個の軸流ファンを適用し、かつ両者を近接させた条件で圧力室を構成した」と記載されている（発明の概要参照）。

また、特開平６−２２６０２２号公報（特許文献２）があり、この公報には、「軸流ファンの配置をチャンバの中心点を中心としてその周囲に４分割される領域の３領域内にのみ配置した」（請求項１参照）と記載されている。

また、特開平７−４７２１７号公報（特許文献３）があり、この公報には、「チャンバの上流側に間隔を存して複数個の軸流ファンを配置するとともに、前記チャンバの下流側にフィルタを配置したファン付フィルタ装置において、少なくとも前記各軸流ファンの投影面上の吹き出し風量の少ない領域に整流体を設けた」（請求項１参照）と記載されている。

上記のいずれの文献でも、ファンフィルタユニットを軸流ファンで構成する場合において、複数個のファンを配置し、整流板、仕切板などの配置位置を特定の位置に配置することにより、風速分布を改善することを試みている。

また、特開２００７−２６０６５５号公報（特許文献４）においては、軸流ファンとチャンバ室、フィルタ面の相対的な位置を、その隙間を通過する風速の範囲を特定することにより、風速分布が改善されることを示している。

特開平１−２００１３７号公報 特開平６−２２６０２２号公報 特開平７−４７２１７号公報 特開２００７−２６０６５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のファンフィルタユニットにおいては、風速分布の良いファンフィルタユニットを構成するには、フィルタユニット吹出面積を埋めるようにファンユニットを配置しなければならず、フィルタの価格が、複数個のファンユニットより高価であった当時においては有効であったが、今日においてはその価格差は急激に縮小しており、その有効性はなくなりつつある。

また、特許文献２、特許文献３においても、風速分布を改善するには基本的に複数個の軸流ファンを配置し、なおかつ、内部に整流板を配置しており、部品点数が増加し、価格的には不利な条件となりつつある。また、チャンバ内に軸流ファン、整流板を複数個配置しており、フィルタユニットの組立性が悪く、また文献内には記載がないが、通常軸流ファンを駆動する回路部品、配線部品などもチャンバ内に配置することから、組立性は悪化し、また上記部品そのものが風速分布を乱す要因となり、風速分布を改善するには個々の構造に対して個別の部品構成を検討する必要があった。

特許文献４においては、ファンユニットとフィルタの相対的な位置関係が必要であり、大風量のファンユニットを構成しようとした場合、ファンユニットからの吹出風速を一定以下に保つ必要があるので、ファンユニットとフィルタの間の距離をあける必要があり、フィルタユニット全体が厚くなる傾向にあった。

軸流ファンでファンフィルタユニットを構成しようとする場合、軸流ファンの特性上、軸方向に風速方向があり、その風速をそのままフィルタに当てれば、軸流ファン直下においてフィルタからの風速は速くなる。風速の均一化を図るには軸流ファンを複数台設置する方法や、風速を均一化する為の拡散板を設置する方法などが一般的であるが、いずれも構造が複雑になる傾向にあった。

本発明は、風速分布が良く、フィルタユニットを構成する部品点数が少ないファンフィルタユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本発明は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、本発明のファンフィルタユニットの一例を挙げるならば、１つの軸流ファンの吹出面に、１つの加圧空間を持つチャンバを配置し、前記チャンバの下流側に複数の開口穴を開けたパンチング板を配置し、前記パンチング板の下流側にフィルタを配置したファンフィルタユニットであって、前記軸流ファンの吹出面から前記パンチング板までの距離ｄを、前記軸流ファンの吹出開口の半径Ｒの１／３以下とし、前記パンチング板を、前記軸流ファンの中心からＲ以内の範囲の開口率を、前記軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率よりも小さくし、前記チャンバの端面よりＲ以内の範囲の開口率を、前記チャンバの端面よりＲ以上の範囲の開口率よりも小さくしたものである。

また、本発明のファンフィルタユニットの他の一例を挙げるならば、複数の加圧空間に区切られたチャンバに、前記加圧空間のそれぞれに１つの軸流ファンを搭載し、前記チャンバの下流側に複数の開口穴を開けたパンチング板を配置し、前記パンチング板の下流側にフィルタを配置したファンフィルタユニットであって、前記軸流ファンの吹出面から前記パンチング板までの距離ｄを前記軸流ファンの吹出開口の半径Ｒの１／３以下とし、前記パンチング板を、前記軸流ファンの中心からＲ以内の範囲の開口率を、前記軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率よりも小さくし、前記チャンバの端面よりＲ以内の範囲の開口率を、前記チャンバの端面よりＲ以上の範囲の開口率よりも小さくしたものである。

本発明によれば、風速分布が良く、フィルタユニットを構成する部品点数が少ないファンフィルタユニットを提供することができる。

本発明の第１の実施例のファンフィルタユニットの平面図である。 図１のファンフィルタユニットのＡ−Ａ断面図である。 従来のファンフィルタユニットの一例の平面図である。 図３のファンフィルタユニットのＢ−Ｂ断面図である。 比較例２のパンチング板の平面図である。 比較例３のパンチング板の平面図である。 本発明の第１の実施例のパンチング板の平面図である。 本発明の第１の実施例の他のパンチング板の平面図である。 本発明の第３の実施例のファンフィルタユニットの平面図である。 図９のファンフィルタユニットのＡ−Ａ断面図である。

本発明の実施の形態の説明に先立って、従来のファンフィルタユニットの一例を図３、４により説明する。従来例のファンフィルタユニットの構成は、フィルタ１０の上流面にパンチング板９が搭載され、その上にチャンバ１１が搭載される。軸流ファン７の吸込み側の面がチャンバ１１の上面と接続されている。図の例では、対角線上に２つの軸流ファン７が設けられている。

一方、従来例では風速分布を改善する目的により、パンチング板９が設置されている。軸流ファン７の特性より、回転軸と同じ方向に風速があるので、その風速が直接フィルタ１０にあたり、軸流ファン７の直下の風速が高くなるのを防ぐ為、軸流ファン７の吹出開口部分の開口率を小さくするのが通常の方法である。

しかし、パンチング板９で軸方向の風速がパンチング板９と並行方向に曲げられるが、その後チャンバ１１の高さが少なくとも軸流ファン７の厚さ以上ある為、軸方向を含む巻き返す風速（乱流）が生じ、その後のフィルタ１０に向かう風速の制御がパンチング板では困難であった。このような課題の解決方法は考慮されていない。

以下に、本発明の実施例を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施例のファンフィルタユニットの平面図を示す。また、図２は、図１のファンフィルタユニットのＡ−Ａ断面図を示す。ファンフィルタユニットの構成は、フィルタ４の上流側に複数の開口穴を開けたパンチング板５が搭載され、その上面にチャンバ３が搭載され、チャンバ３の上面に軸流ファン１が搭載される。軸流ファン吹出し面とパンチング板との距離をｄとし、軸流ファン１の吹出開口の半径をＲとする。前記ｄの寸法は１／３Ｒ以下であることが好ましい。また、チャンバ３の上面に本体カバー２が設けられる。軸流ファンを駆動する電気部品等がある場合には、チャンバ３の上に搭載し、本体カバー２で保護する。

従来例と比較してチャンバ内の流路が薄いので、風速の向きはパンチング板の平面に沿うようにパンチング板の平面に並行に流れやすくなる。なお、並行とは厳密な平行という意味ではなく、例えばパンチング板の平面方向に沿って風が流れる概念を指す。つまり、上流から下流に流れるものは並行に流れるという意味である。
よって、従来例のようにチャンバ内の乱流が生じにくくなり、パンチング板の開口率の変化により風速の制御を簡便に行うことを実現できる。

また、従来例では軸流ファン７の制御回路、電気部品、端子台等を収納する場所はチャンバ１１の内側であり、その制御回路、電気部品、端子台は通常チャンバ１１を区切って空間を作る為、その区切られた空間がチャンバ内部の風速を乱し、風速の制御が困難になる課題を有していた。
一方、第１の実施例の構成をとることによって、軸流ファン１の制御回路、電気部品、端子台等はチャンバ３の上面に搭載され、チャンバ内の風速を乱しにくい。またチャンバ上面は従来例のチャンバ内側より広い空間を確保することが可能となるため、前記制御回路、電気部品、端子台等の配線作業の作業性が良好である。

表１は、本発明の実施例と比較例の風速測定データを示す表である。表１では、図１、図２の第１の実施例の構造に対し、パンチング板の開口を変化させた場合の風速の測定結果を示す。フィルタユニットのサイズは５８５ｍｍ×５１０ｍｍ×ｔ１２１ｍｍであり、軸流ファンの吹出開口の半径Ｒは７２ｍｍ、軸流ファン吹出し面とパンチング板との距離ｄは１８．４ｍｍである。風速測定は熱線式風速計を用い、フィルタ吹出面の直下１００ｍｍの位置において、５０ｍｍピッチで１０×９点を測定した結果である。

表１の比較例１では、パンチング板を使用しないで測定したものである。結果としては軸流ファン直下において風速が高くなり、標準偏差は０．１８８であった。比較例２は、図５に示すようにパンチング板に一様に開口穴１２を開けたものである。比較例１と比較して軸流ファン直下の風速分布は抑えられるものの標準偏差は０．１３７であった。比較例３は、図６に示すパンチング板を使用し、測定を行った。図６のパンチング板は、軸流ファン直下の風速が高くなるのを抑制する為に、軸流ファンの吹出開口を表す破線１３の範囲の開口率を約９％にしたものである。結果は標準偏差０．１１４に改善されたが、軸流ファン直下において、フィルタに行けなくなった風速が、パンチング板によりパンチング板と並行方向に風速方向が変わり、チャンバ３の端面にぶつかり、結果としてフィルタ４の外周部において風速が高くなる傾向にあった。

そこで、実施例１では、図７に示すパンチング板を使用しフィルタの開口端からＲの距離の部分において、パンチング板の開口率を約５％とした。この構成により、標準偏差は０．１１６で同様であるが、最大風速値の平均からの偏り、および最小風速値の平均からの偏りは改善された。

さらに、チャンバ３の端面は４辺あるが、その内風速の高い辺のみのパンチング板の開口率を約５％としたのが、表１の他の実施例２であり、図８のパンチング板となる。風速は、ファン風量Ｑ、軸流ファン中心からの距離ｒ、軸流ファンの吹出面からパンチング板までの距離ｄとした時、距離ｒの位置におけるパンチング板と並行に流れる風の風速Ｖを Ｖ＝Ｑ／（２πｒｄ） とした時、図８の長手面では中心線上で４．４ｍ／ｓ、短手面では中心線上で３．８ｍ／ｓと計算でき、風速が高く端面の影響が出やすい長手面のみ開口率を５％とした。測定結果は標準偏差０．０９６であり、最も良好な結果を得ることができた。

本実施例において、軸流ファン吹出開口の半径をＲとしたとき、パンチング板を、軸流ファン中心からＲ以内の範囲の開口率を０〜１０％の範囲、より好ましくは０〜５％の範囲とし、同じく軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率を２５〜４５％の範囲とし、風速が高く端面の影響が出やすい長手面であるチャンバの端面においては、端面よりＲ以内の範囲の開口率を０〜１０％の範囲、より好ましくは０〜５％の範囲とすればよい。

さらに本発明においては、パンチング板を、軸流ファンの中心から第一の距離（例えば半径Ｒ）以内の範囲の開口率を、軸流ファンの中心から第一の距離以上の範囲の開口率よりも小さくし、かつ、チャンバの端面より第二の距離（例えば距離Ｒ）以内の範囲の開口率を、チャンバの端面より第二の距離以上の範囲の開口率よりも小さくすればよい。

本実施例によれば、軸流ファン中心からＲ以内の範囲（Ｒは軸流ファンの吹出開口の半径）においては、パンチング板の開口率が０〜１０％の範囲であり、軸流ファンより排出される風速のほとんどは、軸とは直角方向にパンチング板の平面に沿って流れることになる。その風速はチャンバの側壁に向かって流れる。側壁近傍でパンチング板に沿った風速Ｖを Ｖ＝Ｑ／（２πｒｄ） としたとき（Ｑ：ファン風量、ｒ：ファン中心からの距離、ｄ：ファンの吹出面からパンチング板までの距離）、Ｖが４．０ｍ／ｓ以上の側面においては、その風速が側面に衝突し、フィルタ側に向かうことにより、フィルタ端面の風速分布が悪化する。よって前記の条件となる側壁近傍のパンチング板の開口率を０〜１０％の範囲にすることにより、その風速は側壁で風速方向が変化してフィルタに向かうことがなくなり風速分布は改善する。したがって、軸流ファンより排出された軸流ファン直下の高風速成分、また軸流ファンより近くパンチング板に沿った方向の風速が４．０ｍ／ｓ以上となる側壁近傍におけるフィルタ側に向かう高風速成分は、フィルタに向かうことなく、結果として風速分布を悪化させることがなくなる。

また軸流ファン吹出し面とパンチング板との距離ｄを１／３Ｒ以下としているので、流路は狭くなり、よってパンチング板の平面方向の風速は高くなり、軸流ファンより排出される風速が巻き返すような、軸流ファンの軸方向成分となることは少なくなり、結果として風速分布の乱れはなくなる。なお、距離ｄは１８ｍｍ以上必要である。

本実施例によれば、薄型のファンフィルタユニットでありながら、風速分布が良く、かつフィルタユニットを構成する部品（ファンユニットの数量、整流板）が少なく、また組立性の良いファンフィルタユニットを提供することができる。

本発明の第２の実施例のファンフィルタユニットを説明する。第２の実施例は、図１および図２に示される第１の実施例のファンフィルタユニットより本体カバー２を取り外したものである。軸流ファン１に対して、それに付随する電気回路、電気部品が必要ない場合は、それらを保護する本体カバー２も不要となる。この場合の風速特性においても、風速分布に影響のあるチャンバ内の構造に変更がないので第１の実施例と同様となる。

本発明の第３の実施例のファンフィルタユニットを、図９の平面図および図１０のＡ−Ａ断面図により説明する。第３の実施例は第１の実施例に対して、フィルタの吹出面積が広くなった場合について示したものである。本実施例のファンフィルタユニットは、複数の軸流ファン１を備えており、チャンバ３はチャンバ内部が軸流ファン１台分毎に区切られている。風速分布については第１の実施例と同様となる。なお、図９では、４つの軸流ファンを備える例を記載したが、フィルタの吹き出し面積がさらに広くなれば、軸流ファンの数をさらに増やせばよい。

本実施例によれば、フィルタの吹き出し面積が広くなった場合でも、薄型のファンフィルタユニットでありながら、風速分布が良く、フィルタユニットを構成する部品（ファンユニットの数量、整流板）が少なく、また組立性の良いファンフィルタユニットを提供することができる。

本発明は、例えばクリーンルーム、半導体製造装置の局所クリーン化、クリーンストッカー、クリーンブース等のファンフィルタユニットに使用することができ、特に省スペースでありながら、均一な風速分布が必要とされる分野に効果的である。

１ 軸流ファン
２ 本体カバー
３ チャンバ
４ フィルタ
５ パンチング板
６ ファンフィルタユニットの風速の向きの一例
７ 軸流ファン
８ チャンバ
９ パンチング板
１０ フィルタ
１１ ファンフィルタユニットの風速の向きの一例
１２ パンチング板の開口穴
１３ 軸流ファンの吹出開口を表す破線
１４ 軸流ファンの吹出開口の半径をＲとしたときのパンチング板の端面よりＲ離れた位置を示す破線

Claims (13)

1. １つの軸流ファンの吹出面に、１つの加圧空間を持つチャンバを配置し、前記チャンバの下流側に複数の開口穴を開けたパンチング板を配置し、前記パンチング板の下流側にフィルタを配置したファンフィルタユニットであって、
   前記軸流ファンの吹出面から前記パンチング板までの距離ｄを、前記軸流ファンの吹出開口の半径Ｒの１／３以下とし、
   前記パンチング板を、
   前記軸流ファンの中心からＲ以内の範囲の開口率を、前記軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率よりも小さくし、
   前記チャンバの端面よりＲ以内の範囲の開口率を、前記チャンバの端面よりＲ以上の範囲の開口率よりも小さくしたファンフィルタユニット。
2. 請求項１に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記パンチング板を、
   前記軸流ファン中心からＲ以内の範囲の開口率を、０〜１０％の範囲とし、
   前記軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率を、２５〜４５％の範囲とし、
   前記チャンバの端面よりＲ以内の範囲の開口率を、０〜１０％の範囲としたファンフィルタユニット。
3. 請求項２に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記パンチング板の開口率を、前記チャンバの長手方向の端面よりＲ以内の範囲においては、０〜１０％の範囲としたファンフィルタユニット。
4. 請求項２に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記軸流ファンの吹出風量をＱとし、前記軸流ファンの中心からの距離をｒとした時、
   そのｒの位置における前記パンチング板と並行に流れる風の風速 Ｖ＝Ｑ／（２×π×ｒ×ｄ） が４．０ｍ／ｓ以上となる前記チャンバの端面においては、端面よりＲ以内の範囲において開口率を０〜１０％の範囲としたファンフィルタユニット。
5. 請求項２に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記パンチング板の開口率を、前記軸流ファン中心からＲ以内の範囲においては、０〜５％の範囲としたファンフィルタユニット。
6. 請求項２に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記パンチング板の開口率を、前記チャンバの長手方向の端面よりＲ以内の範囲においては、０〜５％の範囲としたファンフィルタユニット。
7. 請求項１に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記チャンバ上に電気部品を搭載し、前記チャンバの上面に本体カバーを設けたファンフィルタユニット。
8. 複数の加圧空間に区切られたチャンバに、前記加圧空間のそれぞれに１つの軸流ファンを搭載し、前記チャンバの下流側に複数の開口穴を開けたパンチング板を配置し、前記パンチング板の下流側にフィルタを配置したファンフィルタユニットであって、
   前記軸流ファンの吹出面から前記パンチング板までの距離ｄを前記軸流ファンの吹出開口の半径Ｒの１／３以下とし、
   前記パンチング板を、
   前記軸流ファンの中心からＲ以内の範囲の開口率を、前記軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率よりも小さくし、
   前記チャンバの端面よりＲ以内の範囲の開口率を、前記チャンバの端面よりＲ以上の範囲の開口率よりも小さくしたファンフィルタユニット。
9. 請求項８に記載のファンフィルタユニットにおいて、
   前記パンチング板を、
   前記軸流ファン中心からＲ以内の範囲の開口率を、０〜１０％の範囲とし、
   前記軸流ファンの中心からＲ以上の範囲の開口率を、２５〜４５％の範囲とし、
   前記チャンバの端面よりＲ以内の範囲の開口率を、０〜１０％の範囲としたファンフィルタユニット。
10. 請求項９に記載のファンフィルタユニットにおいて、
    前記パンチング板の開口率を、前記チャンバの長手方向の端面よりＲ以内の範囲は、０〜１０％の範囲としたファンフィルタユニット。
11. 請求項９に記載のファンフィルタユニットにおいて、
    前記軸流ファンの吹出風量をＱとし、前記軸流ファンの中心からの距離をｒとした時、
    そのｒの位置における前記パンチング板と並行に流れる風の風速 Ｖ＝Ｑ／（２×π×ｒ×ｄ） が４．０ｍ／ｓ以上となる前記チャンバの端面においては、端面よりＲ以内の範囲において開口率を０〜１０％の範囲としたファンフィルタユニット。
12. 請求項９に記載のファンフィルタユニットにおいて、
    前記パンチング板の開口率を、前記軸流ファン中心からＲ以内の範囲においては、０〜５％の範囲としたファンフィルタユニット。
13. 請求項９に記載のファンフィルタユニットにおいて、
    前記パンチング板の開口率を、前記チャンバの長手方向の端面よりＲ以内の範囲においては、０〜５％の範囲としたファンフィルタユニット。

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