JPH1114112A - クリーンルームの空気清浄性能評価方法、装置及びプログラムを記録した可読記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない実測データを用いて、クリーンルーム
１の空気清浄度を、高い信頼性をもって迅速に評価す
る。また、クリーンルーム１の空気清浄度の外乱の影響
に対する回復性能を表す時間変化特性を評価する。 【解決手段】 シミュレータ４０によりクリーンルーム
１内の互いに異なる複数位置の汚染物質濃度を計算す
る。こうして得られたシミュレーション結果の一部を、
汚染物質濃度測定手段３０による実測結果（汚染物質濃
度）と比較して、シミュレータ４０による計算の妥当性
を判定手段５０により判定する。妥当性が確認された場
合には、シミュレーション結果から、空気清浄度評価手
段４１によりクリーンルームの空気清浄度を評価する。
さらに、特定時刻における空気清浄度を評価した場合に
は、、これに基づいて、時間変化特性評価手段４２によ
りクリーンルームの空気清浄度の時間変化特性を評価す
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、半導体、液晶、バ
イオ関連商品等の製造工場等としてクリーンな作業環境
が要求されるクリーンルームの、空気清浄性能を評価す
る方法、装置及び評価プログラムの可読記録媒体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】クリーンルームにおける空気清浄度は、
この中で製造される半導体などの歩留まりに大きな影響
をもたらすものであるから、その評価には、高い信頼性
が求められる。

【０００３】クリーンルームの汚染物質は、ダストのほ
か、金属イオン（Ａｌ、Ｂ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｋ、Ｍ
ｇ、Ｎａ等）、ガス（ＨＦ、ＨＣｌ、Ｃｌ₂ 、ＮＯ、Ｎ
Ｏ₂、ＳＯ₂ 、ＢＦ₃ 、ＮＨ₃ 、ＨＭＤＳ、シロキサ
ン、Ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｐｈｔｈａｌａｔｅ等）、有
機物（キシレン、トルエン等）、微生物（ウイルス、バ
クテリア、リケッチア等）等があげられる。

【０００４】クリーンルームの目的に対応して、対象と
なる汚染物質は変化するが、近年の技術の進歩に対応し
て、求められる空気清浄度が高くなると同時に、対象と
なりうる汚染物質の種類が増えてきている。

【０００５】これらのうち、ダストや微生物等の粒子状
の汚染物質を想定したクリーンルームの空気清浄度評価
方法は、日本工業規格JIS-B-9920に規定されているもの
がある。この規格による評価方法は、空気清浄度を測定
するクリーンルームの大きさに応じて複数の測定点を設
定し、それぞれの測定点について所定量以上の空気をサ
ンプリングして、この中に含まれている浮遊粒子をダス
トカウンタ等によりカウントすることによる測定を複数
回ずつ行い、この測定結果を、規格に定められた統計的
方法によって処理することによって、空気中に浮遊する
汚染物質の濃度を求め、空気清浄度を評価するものであ
る。

【０００６】粒子状でない汚染物質についても、この方
法に準じて、ＩＣＰ−ＭＳやＧＣ−ＭＳ等の汚染物質測
定装置によって測定を行い、この結果をもとに統計的処
理を行い、空気清浄度の評価が行われることが多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような空
気清浄度の評価方法は、信頼性の高い評価結果を得るた
めに統計的処理を用いるものであるため、多数のデータ
を必要とする。しかし、測定に用いられるダストカウン
タ等の汚染物質測定装置は一般に高価なものであって、
通常は何台もの汚染物質測定装置を準備することは困難
である。したがって、多くの場合、１台の汚染物質測定
装置によって、この多数のデータを収集することとな
り、この測定作業には、多大な時間と労力が必要であっ
た。

【０００８】また、クリーンルームの運転中は、通常、
空気清浄度に変化のない定常状態であるが、実際にクリ
ーンルームにおいて生産活動等を行っている場合には、
突発的な不測の外乱が生じることは多い。

【０００９】このような場合には、いかに速やかに空気
清浄度の高い状態に回復するかが重要であり、この空気
清浄度回復能力は、クリーンルームの重要な評価指標の
１つとなるべきものである。

【００１０】この空気清浄度回復能力を評価するため、
信頼性の高い統計的処理を行うには、多くのデータが必
要であり、特に、同一時刻における複数点の汚染物質濃
度を知ることが求められる。

【００１１】しかし、上述の従来の方法は、長時間にわ
たって測定点を変更しながら測定を行うものであるか
ら、ある特定の時刻における複数点の汚染物質濃度を測
定することはできず、したがって、時刻を特定する必要
のない定常状態における空気清浄度の評価しかできな
い。また、同時に、複数点の汚染物質濃度を測定するた
め、高価なダストカウンタ等の汚染物質測定装置を測定
点の数だけ用意することは、コスト面から現実的には困
難である。

【００１２】したがって、従来は、通常、空気清浄度回
復能力を直接に評価せず、外乱が生じた場合にも必要な
空気清浄度を確保するため、定常状態において高い清浄
度が得られるクリーンルームを、回復能力も高いものと
推測していた。このため、クリーンルームに、必要以上
に高い清浄度を実現できることが要求されることも多
く、クリーンルームが高価なものとなる一因ともなって
いた。

【００１３】また、コンピュータの発達により容易にな
った気流シミュレーションに、汚染物質を浮遊させるシ
ミュレータを用いてクリーンルームの任意点の汚染物質
濃度（汚染物質分布）を計算することは理論的には可能
である。

【００１４】しかし、シミュレータによる汚染物質濃度
計算のみからクリーンルームの空気清浄度を評価するこ
とは、十分な信頼性が得られず、現実的な方法とはされ
ていなかった。

【００１５】本発明は、上記の事情を鑑みてなされたも
のであり、クリーンルームの空気清浄性能を、高い信頼
性をもって、迅速かつ簡易に評価する方法及び装置を提
供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１のクリーンルー
ムの空気清浄性能評価方法は、シミュレータによってク
リーンルーム内の複数位置における汚染物質濃度を計算
し、こうして得られた複数の汚染物質濃度の一部を、汚
染物質濃度測定手段によりクリーンルーム内の少なくと
も１点において測定された汚染物質濃度と比較すること
によって、前記シミュレータによる計算の妥当性を判定
し、妥当性が確認された場合に前記シミュレータにより
計算される複数の汚染物質濃度を用いてクリーンルーム
の空気清浄度を評価するものである。

【００１７】請求項２は、請求項１記載のクリーンルー
ムの空気清浄性能評価方法において、前記シミュレータ
により計算された複数の汚染物質濃度の一部を、これに
対応する位置における前記汚染物質濃度測定手段により
測定された汚染物質濃度と比較することによって、前記
シミュレータによる計算の妥当性を判定するものであ
る。

【００１８】請求項３は、請求項１または２記載のクリ
ーンルームの空気清浄性能評価方法において、前記シミ
ュレータにより計算される複数位置における汚染物質濃
度に対して統計的な処理を行うことにより、クリーンル
ームの空気清浄度を評価するものである。

【００１９】請求項４のクリーンルームの空気清浄性能
評価方法は、シミュレータによって所定の時間間隔ごと
にクリーンルーム内の複数位置における汚染物質濃度を
計算し、こうして得られた複数の汚染物質濃度の一部
を、これに対応する時刻における前記汚染物質濃度測定
手段により測定されたクリーンルーム内の汚染物質濃度
と比較することによって、前記シミュレータによる複数
の時刻にわたる計算の妥当性を判定し、妥当性が確認さ
れた場合に前記シミュレータより計算される同一時刻の
複数位置における汚染物質濃度を用いてその時刻におけ
るクリーンルームの空気清浄度を評価するものである。

【００２０】請求項５は、請求項４記載のクリーンルー
ムの空気清浄性能評価方法において、前記シミュレータ
により計算された汚染物質濃度の一部を、これに対応す
る時刻かつ位置における前記汚染物質濃度測定手段によ
り測定された汚染物質濃度と比較することによって、前
記シミュレータによる複数の時刻にわたる計算の妥当性
を判定するものである。

【００２１】請求項６は、請求項４または５に記載のク
リーンルームの空気清浄性能評価方法において、前記シ
ミュレータにより計算される同一時刻の複数位置におけ
る汚染物質濃度に対して統計的な処理を行うことによ
り、その時刻におけるクリーンルームの空気清浄度を評
価するものである。

【００２２】請求項７は、請求項４〜６のいずれかに記
載のクリーンルームの空気清浄性能評価方法において、
１または複数の時刻におけるクリーンルームの空気清浄
度の評価に基づいて、さらに、クリーンルームの空気清
浄度の時間変化特性を評価するものである。

【００２３】請求項８は、請求項１〜７のいずれかに記
載のクリーンルームの空気清浄性能評価方法において、
前記汚染物質濃度測定手段により測定された汚染物質濃
度を、前記シミュレータによる計算の初期値として用い
るものである。

【００２４】請求項９のクリーンルームの空気清浄性能
評価装置は、クリーンルーム内の複数位置における汚染
物質濃度を計算するシミュレータと、クリーンルーム内
の少なくとも１点において汚染物質濃度を測定する汚染
物質濃度測定手段と、前記シミュレータによって計算さ
れた複数の汚染物質濃度の一部を、前記汚染物質濃度測
定手段によって測定された汚染物質濃度と比較すること
によって、前記シミュレータによる計算結果の妥当性を
判定する判定手段と、妥当性が確認された場合に前記シ
ミュレータにより計算される複数の汚染物質濃度を用い
てクリーンルームの空気清浄度を評価する評価手段とを
備えたものである。

【００２５】請求項１０のクリーンルームの空気清浄性
能評価装置は、所定の時間間隔ごとにクリーンルーム内
の複数位置における汚染物質濃度を計算するシミュレー
タと、クリーンルーム内の少なくとも１点において汚染
物質濃度を測定する汚染物質濃度測定手段と、前記シミ
ュレータによって計算された複数の汚染物質濃度の一部
を、これに対応する時刻における前記汚染物質濃度測定
手段により測定された汚染物質濃度と比較することによ
って、前記シミュレータによる複数の時刻にわたる計算
の妥当性を判定する判定手段と、妥当性が確認された場
合に前記シミュレータより計算される同一時刻の複数位
置における汚染物質濃度を用いてその時刻におけるクリ
ーンルームの空気清浄度を評価する評価手段とを備えた
ものである。

【００２６】請求項１１のプログラムを記録した可読記
録媒体は、コンピュータを、クリーンルーム内の複数位
置における汚染物質濃度を計算するシミュレーション手
段と、こうして得られた複数の汚染物質濃度の一部を、
汚染物質濃度測定手段によりクリーンルーム内の少なく
とも１点において測定された汚染物質濃度と比較するこ
とによって、前記シミュレータによる計算の妥当性を判
定する判定手段と、妥当性が確認された場合に前記シミ
ュレータにより計算される複数の汚染物質濃度を用いて
クリーンルームの空気清浄度を評価する評価手段として
機能させるためのものである。

【００２７】請求項１２のプログラムを記録した可読記
録媒体は、コンピュータを、所定の時間間隔ごとにクリ
ーンルーム内の複数位置における汚染物質濃度を計算す
るシミュレーション手段と、こうして得られた複数の汚
染物質濃度の一部を、これに対応する時刻における前記
汚染物質濃度測定手段により測定されたクリーンルーム
内の汚染物質濃度と比較することによって、前記シミュ
レータによる複数の時刻にわたる計算の妥当性を判定す
る判定手段と、妥当性が確認された場合に前記シミュレ
ータより計算される同一時刻の複数位置における汚染物
質濃度を用いてその時刻におけるクリーンルームの空気
清浄度を評価する評価手段として機能させるためのもの
である。

【００２８】上記構成の空気清浄性能評価システムによ
れば、シミュレータによる計算によって得られる汚染物
質濃度（以下「シミュレーション結果」という）のう
ち、その一部を、汚染物質濃度測定手段によって得られ
る実際の汚染物質濃度（以下「実測結果」という）と比
較してその妥当性を確認することにより、シミュレータ
による計算そのものの信頼性が得られる。

【００２９】このように、シミュレーション結果の一部
を実測結果と比較検討することによって、シミュレータ
による計算全体が信頼性を得られるのは、シミュレータ
の計算の基礎となる既存の理論体系に、もともと一定の
信頼性があることと、シミュレーション結果と実測結果
が偶然に一致することは確率的に低いと考えられること
による。

【００３０】したがって、比較検討の対象とするシミュ
レーション結果と実測結果のデータ量や、妥当性の判定
基準によっては、信頼性の度合いは変動する。たとえ
ば、請求項２のように、シミュレーション結果である複
数位置の汚染物質濃度の一部を、対応する位置における
実測結果である汚染物質濃度と比較することとすれば、
シミュレータの計算の信頼性は高いものとなる。

【００３１】このようにして、シミュレータによる計算
に信頼性が得られれば、この信頼性の獲得に要した実測
結果のデータ量以上の、一定の信頼性を有するシミュレ
ーション結果が得られる。このため、一定量の信頼性の
あるデータを得るために必要となる、実際の汚染物質濃
度測定に要する手間や時間は大幅に減少する。

【００３２】さらに、シミュレーション結果は、クリー
ンルーム内の複数位置の汚染物質濃度であるから、請求
項３のように、統計的処理を行うことにより、クリーン
ルームの汚染物質濃度のばらつきの度合いや平均濃度を
求め、さらには日本工業規格等の既存の規格に応じた評
価が得られる。

【００３３】また、クリーンルームの空気清浄度が時間
とともに変化している場合に、実測によって、特定時刻
におけるクリーンルームの空気清浄度を評価すること
は、測定点の数と同じ数の高価なダストカウンタ等の汚
染物質測定装置が必要となり、現実的ではない。

【００３４】しかし、請求項４〜６のように、特定時刻
におけるクリーンルームの空気清浄度を、シミュレータ
を介して評価するものとすれば、必ずしもこの特定時刻
における複数位置の実測結果を用いずとも、シミュレー
タによる複数の時刻にわたる計算の信頼性を獲得するこ
とができるため、多くの汚染物質測定装置を必要とせ
ず、例えば１台の汚染物質測定装置によっても、特定時
刻の空気清浄度を評価できる。

【００３５】さらに、このようにして、１または複数の
時刻におけるクリーンルームの空気清浄度の評価が得ら
れれば、これに基づいて、請求項７のように、さらにク
リーンルームの空気清浄度の時間変化特性の評価が得ら
れる。この時間変化特性から、不測の外乱によりクリー
ンルーム空気清浄度が悪化した場合に速やかに空気清浄
度の高い状態へ復帰する能力（空気清浄度回復能力）の
評価が得られる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。なお、ここでは、汚染物質としてダストを想
定した場合を例としている。

【００３７】まず、クリーンルーム内の互いに異なる複
数位置の汚染物質濃度（汚染物質分布）を計算するため
に構築したシミュレータの概要を理論面から説明する。
このシミュレータは、クリーンルーム内の気流の分布を
求め（気流シミュレーション）、この空気の流れに汚染
物質（ダスト）を乗せて、任意の時刻におけるクリーン
ルーム内の任意位置の汚染物質濃度を求める（汚染物質
濃度分布シミュレーション）ものである。以下、主要な
概念についてそれぞれ説明する。

【００３８】「気流シミュレーション」クリーンルーム
における空気の流れは、単一方向流あるいは非単一方向
流と呼ばれるが、これらは流体力学で総称される乱流と
考えて差し支えない。

【００３９】乱流状態は細かく分裂した渦の集合体であ
り、コンピュータを使用して直接計算するためには、膨
大なメモリと計算時間を要するが、工学的に流れ場を検
討する場合、問題となるのは、微小な渦の構造ではな
く、平均的な流れの分布および熱の移動である。乱流状
態にある流れを適当な時間（流れが平滑化される時間）
で平均操作すると、平均的な流れの分布を取り出すこと
ができる。

【００４０】このような乱流状態にある流れを平均操作
によって解析する場合、一般に、渦動粘性係数と呼ばれ
る係数が用いられる。この渦動粘性係数とは、経験上、
乱流状態にある流れを平均の速度分布でみると、層流状
態にある流れの粘性係数が大きくなった状態に似ている
ことから考え出されたものであり、層流状態にある流れ
の粘性係数に相当するが、これより大きな値となり、空
間的、時間的に変化するものである。

【００４１】乱流シミュレーションの代表モデルとして
は、半経験的なモデルであるｋ−ε乱流モデル（２方程
式モデル) が有名である。このモデルは、直接、渦動粘
性係数を求める代わりに、乱れの大きさを表す乱流エネ
ルギーｋと、乱れの減衰率を表す乱流消失率εという別
の量をまず求めて、その２つの量から渦動粘性係数を求
める方法である。しかし、渦動粘性係数を求めるため
の、乱流エネルギーｋと乱流消失率εは平均速度分布か
ら求められるものであり、渦動粘性係数は、この平均速
度分布を求めるために必要になるという関係がある。こ
のため、これらの値を求めるには、適当な初期値を与え
て、この初期値から収束条件を満足するまで繰り返し計
算を行うという方法が採られる。

【００４２】上記の乱流モデルは、具体的には、解析空
間全体をメッシュ分割して、流れ場に固定した仮想的な
微小空間を考える。このようなメッシュ分割は、上記の
平均操作を行うことによって小さな渦を平滑化するため
に、乱流モデルであっても、小さな渦とは無関係にメッ
シュ分割を行うことができる。

【００４３】そして、それぞれの微小空間において、質
量や熱等の物理量の発生量、蓄積量と流入、流出量との
保存関係を定式化した有限体積法を用いることにより解
くことができる。

【００４４】発生量とは、微小空間において発生した物
理量であって、「 発生項」と呼ばれる。例えば、物理量
として熱を考えた場合には、微小空間における発熱量が
その微小空間における「 発生項」となり、物理量として
汚染物質濃度（ダスト濃度）を考えた場合には、微小空
間における汚染物質（ダスト）の発生量がその微小空間
における「発生項」となる。

【００４５】蓄積量は、微小空間における物理量の単位
時間あたり変化量であって、「時間項」と呼ばれる。例
えば、物理量として熱を考えた場合には、微小空間にお
ける蓄熱量がその微小空間における「 時間項」 となる。

【００４６】流入、流出量は、微小空間に流入、流出す
る物理量であるが、性質の違いから「移流項」と「拡散
項」の２つに分けることができる。「移流項」とは、流
体の流れによって運ばれる量を表し、例えば、物理量と
して熱を考えた場合には、エアコンの吹き出し口から温
風にのって運ばれ、微小空間に流入する熱などがこれに
あたる。

【００４７】一方、「 拡散項」 とは、流体の流れによら
ずに微小空間に流入、流出する物理量を表し、例えば、
物理量として熱を考えた場合、固体内における熱の伝導
に顕著に表れるように、温度の高いところから低いとこ
ろへ流体の流れがなくとも移動する熱などがこれにあた
る。この移動量は温度の勾配の大きさに比例し、全体を
均一にしようと働く。

【００４８】このような関係は、以下の基礎方程式(1)
〜(5) として記述される。

【００４９】

【数１】

【００５０】

【数２】

【００５１】

【数３】

【００５２】

【数４】

【００５３】

【数５】

【００５４】ただし、

【００５５】

【数６】

【００５６】

【数７】

【００５７】

【数８】

【００５８】

【数９】

【００５９】

【数１０】

【００６０】ｕ_i ：速度成分、ｐ：圧力、ρ：密度、
ｇ：重力加速度、Ｔ：温度、Ｓ_T ：熱の生成項、ｋ：乱
流エネルギー、ε：乱流消失率、Γ_t 、Γ_T 、Γ_k 、Γ
ε：拡散係数、ν_t ：粘性係数、β：体積膨張率、Ｒ
ｅ：レイノルズ数、Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、Ｃ ₃ 、Ｃμ、σ_t 、σ
_T 、σ_k 、σε：経験定数である。また、経験定数の値
を以下に示す。

【００６１】

【表１】

【００６２】なお、(1) 〜(4) 式は、X 、Y 、Z の３方
向（対応する風速成分は、U 、V 、W ）について、テン
ソル表示されている。以上の基礎方程式(1) 〜(5) を差
分化し、適当な境界条件を与え数値解析することによ
り、気流分布が得られる。

【００６３】ここでは、壁面境界条件に関しては、速度
は１／７乗則、乱流エネルギーｋにfree-slip 、乱流消
失率εに壁面法則を採用している。 「汚染物質濃度分布シミュレーション」汚染物質濃度分
布のシミュレーションでは、上記ｋ−ε乱流モデルを用
いて得られた気流分布をもとに、汚染物質濃度の輸送方
程式を示す次式により汚染物質の拡散計算を行う。

【００６４】

【数１１】

【００６５】ただし、Ｃ₀ ：汚染物質の発生項、Ｃ：汚
染物質の平均濃度、Γ_C ：拡散係数である。この式(6)
において、左辺第１項は汚染物質濃度の単位時間あたり
の変化量、第２項は空気の流れによって移動する汚染物
質濃度、右辺第１項は汚染物質濃度勾配によって移動す
る汚染物質濃度、第２項は微小領域内における汚染物質
の発生量を示している。

【００６６】このシミュレーションでは、汚染物質の発
生する微小空間（汚染物質発生源を含む微小空間）にお
いて、空気と等比重の汚染物質が吐出速度０で発生する
ものと仮定している。

【００６７】なお、気流分布をもとに汚染物質分布を得
るためのシミュレーションとしては、(6) 式に示す汚染
物質濃度の輸送方程式を用いる方法のほか、汚染物質が
粒子状のものである場合には、この汚染物質粒子自身を
気流分布に乗せることにより、実際の濃度を想定する方
法を用いることも可能である。ただし、この場合は、シ
ミュレーションを行うコンピュータの計算能力に応じ
て、気流分布に乗せる汚染物質粒子の数を制限すること
が望まれる。

【００６８】「シミュレータによる計算の手順」以上の
基礎方程式(1) 〜(6) を用いて、解析対象となるクリー
ンルームの条件の下に計算を行う。

【００６９】まず、以下の事項等をシミュレータに入力
する。 ・クリーンルームの形状データ ・メッシュ分割の疎密 ・吸気口および排気口等の位置、これらの吸気量および
排気量( 風速) 、 ・クリーンルームに流入する空気の温度、乱流エネルギ
ー、汚染物質濃度（フィルタの汚染物質透過率) 、 ・作業者、生産装置及び証明装置などの発熱源の位置、
発熱量、 ・汚染物質発生源の位置、汚染物質の発生量等 ・初期条件（時刻０における気流分布、温度分布、汚染
物質濃度分布など） これらの入力条件のうち、初期条件( 初期値) は、実際
のクリーンルームと適合を図るためには、実際の測定に
よって求められる値を用いることが望ましい。

【００７０】しかし、時刻０の瞬間の気流分布状態等を
測定することは、不可能である。そこで、求められるシ
ミュレーションの精度に応じて、一部の初期条件のみ実
際の測定から得るものとし、他の条件は経験的に適当と
される条件を用いることが適当である。

【００７１】たとえば、クリーンルームのある１点にお
ける汚染物質濃度を測定し、この汚染物質濃度を基準と
して、一定の法則に従い、クリーンルームの汚染物質分
布を仮定するなどの方法がある。

【００７２】あるいは、クリーンルーム運転開始から、
十分な時間が経過した後の定常状態におけるクリーンル
ーム内の空気清浄度を評価する場合にあっては、初期条
件の影響は小さいため、経験的に適当と思われる値を用
いてもよい。

【００７３】しかし、クリーンルームの空気清浄度の時
間変化特性を評価する場合には、他のクリーンルームと
の比較のため、一定の初期状態から解析を行うように統
一することが望ましい。

【００７４】そこで、初期状態として、クリーンルーム
の運転をしていない空気清浄度が低い定常状態を用い
て、クリーンルームの運転開始と同時に解析を始めるも
のとすれば、常にほぼ同じ初期状態が再現できる。

【００７５】あるいは、クリーンルーム運転中の定常状
態を初期状態としておき、ここに何らかの外乱を付加し
て、これに対する影響から、空気清浄度の時間変化特性
を評価することとしても、入力する初期条件への依存度
の低い評価が可能となる。

【００７６】初期条件の入力後は、所定のステップ時間
ごとに、各微小空間の状態の計算を行う。具体的には、
ステップ時間ごとに、以下の一連の手順１〜５を収束解
が得られるまで繰り返し行う。 １．乱流拡散係数を算定する。 ２．速度成分について、ＮＳ拡散方程式を解く。 ３．圧力残差を求め、連続条件を満たすよう速度場を修
正する。 ４．乱流エネルギーｋ、乱流消失率εの輸送方程式を解
く。 ５．温度場、汚染物質の輸送方程式を解く。

【００７７】なお、計算のステップ時間は、必ずしも一
定とする必要はなく、例えば、シミュレーションの初期
段階などの状態の変動が激しいときは、間隔を短くして
詳しく解析するなど、ステップ時間を可変としてもよ
い。

【００７８】また、ここでは、シミュレータによる汚染
物質濃度計算の1 つの方法を示したが、本発明は、この
方法に限定されるものではなく、他の理論に基づくシミ
ュレータを用いてもよい。

【００７９】あるいは、上記の計算方法による場合で
も、適当な仮定をおいて、計算を単純なものとしてもよ
い。例えば、実験的に、温度場が空気清浄度に与える影
響は小さいことが知られているため、温度場は常に定常
状態が保たれるものと仮定すれば、クリーンルームの運
転（空調装置の運転）開始と同時にシミュレータによる
計算を開始する場合であっても、温度場に関する非定常
状態が回避されるため、計算速度の向上を図ることがで
きる。

【００８０】「クリーンルームの構成」実際にクリーン
ルームに、空気清浄性能評価を行った具体的な実施形態
について説明する。

【００８１】図１に、このクリーンルーム１の立面図
を、図２に同平面図を示す。クリーンルーム１の中に
は、生産装置４が設置されており、それぞれに作業者３
が介在して作業をしている。これらはダスト（汚染物
質）発生源である。これらのほか、床や天井等から発生
したダストがクリーンルーム１内を浮遊している。

【００８２】まず、この系における空気の大きな流れに
ついて説明する。クリーンルーム１の空気の一部は、ク
リーンルーム１の床近くの壁面に設けられた２つのリタ
ーン空気吸込口５から、リターンダクト６を通って、空
調装置２に送られる。

【００８３】また、屋外との壁面に設けられた外気吸込
口７から、外気ダクト８を通り、外気ファン９によっ
て、屋外からの空気が空調装置２に導入される。外気吸
込口７には、外気処理フィルタＦ1 が設置されており、
取り込まれる外気中の大きなごみ等が除かれる。

【００８４】空調装置２の中には、循環ファン１０、冷
却コイル１１、再熱コイル１２、中間フィルタＦ2 が設
置されている。空調装置２に送られた空気は、設定され
た適温に調整され、また、中間フィルタＦ２によって大
半のダストが除去される。

【００８５】空調装置２で温調された空気は、サプライ
ダクト１３を通って、クリーンルーム１の天井に設けら
れた２つのサプライ空気供給口１４よりクリーンルーム
１に供給される。このサプライ空気供給口１４には、最
終フィルタＦ3 が設置されており、クリーンルーム１に
供給される空気中のほとんどのダストが除去される。

【００８６】また、クリーンルーム１の天井近くの壁面
には、排気口１５が設けられており、クリーンルームの
空気の一部は、排気ファン１７によって、この排気口１
５から排気ダクト１６を通り屋外に排気される。

【００８７】また、このクリーンルーム１は、天井近く
の壁面に設けられた微差圧調整ダンパー１８を介して、
図示しない空気清浄度のやや低い準クリーンルームであ
る隣室とつながっており、清浄度が高いクリーンルーム
１の圧力が清浄度の低い隣室の圧力より常に高くなるよ
うに調整されている。

【００８８】このクリーンルーム内の発熱源としては、
作業者３、生産装置４、壁・ 床・ 天井からの貫流熱のほ
か、このクリーンルーム１の天井に設置された照明装置
（蛍光灯) １９がある。

【００８９】次に、このクリーンルームのダスト濃度
（汚染物質濃度）を測定するために設けられたダスト濃
度測定手段（汚染物質濃度測定手段）について説明す
る。このクリーンルーム１内には、図中Ａ〜Ｄで示す４
つのダスト濃度測定点が設けられている。これら４つの
測定点には、それぞれサンプリングチューブ２０が敷設
されており、ロータリマニホールド２１を介してダスト
カウンタ（汚染物質測定装置）２２に接続されている。

【００９０】各測定点の空気は、サンプリングチューブ
２０からブロアユニット２３によって、常時吸引されて
おり、この各測定点から吸引される空気は、ロータリマ
ニホールド２１によって、１分ごとに測定点を切り替え
ながらダストカウンタ２２に送られる。

【００９１】そして、ダストカウンタ２２で１分間にカ
ウントされたダスト量を、この１分間に吸引された空気
量で除することにより、この時刻におけるこの測定点の
ダスト濃度が算出される。

【００９２】このような多点監視装置を用いることによ
って、大きなダスト発生源となる測定者を排除すること
ができ、クリーンルームにおける実際の操業状態により
近い状態でのダスト濃度測定が可能となる。

【００９３】図３に、このクリーンルーム１の空気清浄
性能を評価するため、構築した装置の概念図を示す。こ
の図において矢印は、主として情報の流れを示してい
る。クリーンルーム１の実際の汚染物質濃度（ダスト濃
度）は、上述の汚染物質測定装置（ダストカウンタ）２
２等からなる汚染物質濃度測定手段（ダスト濃度測定手
段）３０により測定される。

【００９４】この実測結果のうち、時刻０における汚染
物質濃度が、初期値として、シミュレータに入力され
る。また、クリーンルーム１の形状データ等もシミュレ
ータ４０に入力され、シミュレータ４０により、各時刻
におけるクリーンルーム内の汚染物質濃度の分布が計算
される。

【００９５】ここでは、クリーンルーム１の運転開始前
の定常状態を時刻０の初期状態とし、クリーンルームの
運転の開始と同時に時刻を進めることとした。こうし
て、シミュレータ４０により得られたシミュレーション
結果の一部、及び、汚染物質濃度測定手段３０により得
られた実測結果は、判定手段５０に入力され、シミュレ
ータ４０による計算の妥当性が判定される。

【００９６】シミュレータ４０による計算が妥当なもの
でないと判定されれば、調整手段５１により、シミュレ
ータ４０による計算の一部の条件等を変更される。シミ
ュレータ４０による計算が妥当なものと判定されれば、
空気清浄度の評価手段４１により、シミュレーション結
果を用いてクリーンルームの空気清浄度が評価される。

【００９７】さらに、この空気清浄度の評価に基づい
て、時間変化特性評価手段４２により、クリーンルーム
の空気清浄度の時間変化特性が評価される。なお、シミ
ュレータ４０、判定手段５０、調整手段５１、空気清浄
度評価手段４１および時間変化特性評価手段は、計算機
上に構築することができるが、人が介在して、このよう
な操作を行うものとしてもよい。

【００９８】以下、これらの具体的内容についてそれぞ
れ説明する。 「判定手段」シミュレーション結果の一部と、実測結果
とから、シミュレータ４０による計算の妥当性を判定す
る判定手段５０における処理について説明する。

【００９９】この判定処理により、シミュレータによる
計算は、信頼性が得られる。なお、この実施形態におい
ては、４つの測定点の実測結果を用いるが、測定点は１
点であっても一定の信頼性は得ることができる。あるい
は、測定点の数を多くすればさらに信頼性の高い比較検
証を行うことも可能である。

【０１００】シミュレーション結果としては、任意時刻
におけるクリーンルーム内の任意位置のダスト濃度（汚
染物質濃度）が得られるが、上記の実測結果と比較する
ため、ダストカウンタによる測定を行う４つの測定点に
対応する位置のダスト濃度を用いて比較を行う。

【０１０１】この４点におけるシミュレーション結果を
図４に示す。 （定常状態における計算の妥当性の判定）まず、シミュ
レータによる計算のうち、定常状態における計算の妥当
性の判定を行う。

【０１０２】このため、クリーンルーム運転開始より一
定の時間が経過し、ダスト濃度変化がほとんどなくなっ
た状態におけるシミュレーション結果を検討する。図４
においては、時刻２０分以降がこの状態に相当する。

【０１０３】この検討に必要な実測結果は、定常状態に
おける実測結果であれば特に時刻を特定する必要はない
ので、上述のダスト濃度測定手段により、時刻２０分か
ら、各測定点を順次測定した結果を用いる。定常状態に
おけるシミュレーション結果と実測結果を、表２に示
す。

【０１０４】

【表２】

【０１０５】一般に、シミュレータによるシミュレーシ
ョン結果と、ダストカウンタによる実測結果が、完全に
一致することは望めないため、これらの差違が一定の範
囲に収まれば、シミュレーション結果が妥当なものであ
ると、ひいては、シミュレータによる計算が妥当なもの
であると判定できる。

【０１０６】この判定基準としては、たとえば、以下の
ようなものがあげられ、これらの基準を満たすならば、
シミュレーションによる計算が妥当なものであると判断
すればよい。 シミュレーション結果の±１０％以内に実測結果が収
まること表２に示したシミュレーション結果および実測
結果は、次式を満たす場合に、この基準を満たしている
と判定できる。

【０１０７】

【数１２】

【０１０８】シミュレーション結果の＋５％、−１０
％以内に実測結果が収まることこの基準は、シミュレー
ション結果が、実測結果より汚染物質濃度が低い評価と
なる場合を厳しく扱うものである。この基準は、次式に
表現される。

【０１０９】

【数１３】

【０１１０】なお、上記判定基準及びは例示であっ
て、これらの基準に限定するものではなく、シミュレー
ション結果と実測結果との比較し、シミュレータによる
計算の妥当性を判定する基準であれば採用することがで
きる。

【０１１１】（非定常状態における計算の妥当性の判
定）次に、クリーンルームの空気清浄度が時間とともに
変化している非定常状態における、シミュレータによる
計算の妥当性を検討する。この場合、クリーンルームの
空気清浄度は、時間とともに変化するものであるため、
時刻を特定してシミュレーション結果を検討する必要が
あり、複数の時刻について検討することが望ましい。

【０１１２】ここでは、１台のダストカウンタで、１分
ごとに測定点を変更しながらダスト濃度を測定するた
め、同一時刻には、１つの測定点のダスト濃度しか測定
できない。このようなダスト濃度測定によれば、図５に
示すようなダスト濃度の実測結果が得られる。

【０１１３】この実測結果であるダスト濃度は、吸引時
間単位である１分間の積算ダスト量を、吸引空気量で除
したものであるから、この吸引時間中の平均値（時間平
均値）となる。しかし、クリーンルームの空気清浄度
（ダスト濃度) は、外乱等によって汚された空気がクリ
ーンルームの運転によって清浄化されていく場合、等差
的に回復するのではなく、等比的に回復していくことが
経験的に知られている。このことから、上記ダスト濃度
の時間平均値は、吸引時間の中央の時刻における瞬間的
なダスト濃度でもない。

【０１１４】これに対して、図４に示す、シミュレーシ
ョン結果であるダスト濃度は、各時刻における瞬間的な
ダスト濃度（瞬間値）である。したがって、空気清浄度
の非定常状態において、シミュレーション結果を実測結
果と比較するためには、これらの表現を統一する必要が
ある。

【０１１５】この場合、実測結果は、１分ごとに測定点
を変更するものであるから時間平均値を瞬間値に変換す
ることは困難であるが、シミュレーション結果を時間平
均値に変換することは、比較的容易である。

【０１１６】たとえば、シミュレーションによりある地
点におけるダスト濃度が、図６に示すように変化してい
るとするとき（縦軸は対数軸ではない）、時刻ｔ−Δｔ
から時刻ｔの平均ダスト濃度（以下、これを時刻ｔにお
けるダスト濃度の時間平均値と呼ぶ）は、図に示すよう
に、縦軸方向に表されたダスト濃度をこの時間の幅で均
したものとなる。具体的には、ダスト濃度を時刻ｔ―Δ
ｔから時刻ｔまで積分し、これを時間幅Δｔで除すれ
ば、時刻ｔにおける時間平均値が求められる。

【０１１７】このような時間平均値は、連続的なダスト
濃度変化が得られているならば、連続的に求めることが
できる。上述の実測結果に合わせるには、時間幅Δｔを
１分とすればよい。

【０１１８】ここでは、シミュレーション結果として、
ダスト濃度の連続的変化が得られることを前提とした
が、離散的なデータも補間すれば、擬似的に連続的変化
が得られるため、上記方法を用いることができ、より厳
密な時間平均値が得られる。

【０１１９】ただし、実際的には、時間幅Δｔに対して
シミュレーションにおけるステップ時間が十分に小さい
ときは、時間幅Δｔ中のステップ時間毎のダスト濃度を
合計し、これを時間幅Δｔ中のステップ時間の数で割る
ことにより得られる、時間平均値の近似値を用いればよ
い。例えば、時間幅Δｔが１分（６０秒）に対して、ス
テップ時間が１秒であるならば、１秒毎のダスト濃度の
瞬間値の合計を６０で割れば、実測結果と比較してシミ
ュレータによる計算の妥当性を判定するのに十分な精度
の時間平均値が得られる。

【０１２０】このようにして、図４に示した瞬間値とし
てのシミュレーション結果を、時間平均値に変換したも
のを図７に示す。この図７は、図４の瞬間値のグラフと
ほぼ同じ形となり、このグラフを横軸の正方向にスライ
ドしたものとなるので、図７においても、時刻０分から
およそ時刻２０分までが非定常状態、それ以降が定常状
態に該当する。

【０１２１】図５に示す実測結果と、図７に示すシミュ
レーション結果は、ともに、1 分間のダスト濃度の時間
平均値であるので、直接に比較することができる。この
比較によって、非定常状態におけるシミュレーション結
果の妥当性を判定するが、判断基準としては、たとえ
ば、以下のようなものがあげられる。 シミュレーション結果の±１０％以内に実測結果が収
まること 定常状態における検討で示した基準と同様であるが、非
定常状態では、時刻を特定して比較する必要がある。

【０１２２】この判断基準を説明するための概念図を図
８に示す。この図８において、実線はある測定点C にお
けるシミュレーション結果であり、斜線部はその±１０
％以内の領域を示している。また、○印は測定点C にお
ける実測結果を示している。このように、対応する実測
結果がこの領域からはみ出さなければ、シミュレーショ
ン結果は妥当なものと判定できる。

【０１２３】このような比較検証をすべての測定点ごと
に行い、この判断基準が満たされるならば、シミュレー
タによる計算は妥当なものと判定できる。ただし、各時
刻のダスト濃度は、クリーンルーム内の作業者の動き等
によっても変動するものであることを考慮すると、非定
常状態を対象とする検討では、特に、シミュレーション
結果と実測結果が一致することは困難である。

【０１２４】したがって、シミュレーション結果と実測
結果のうち、たとえば１割が上記判断基準を満たさない
ような場合であっても、この程度の不一致は不可避のも
のとして、シミュレーション結果を妥当なものと判断し
てもよい。 シミュレーション結果の＋５％、−１０％以内に実測
結果が収まること 定常状態における検討で示した基準と同じ趣旨のもので
あり、上記判断基準と同様に、各時刻ごとにシミュレ
ーション結果と実測結果を比較すればよい。 シミュレーション結果の最悪値と最良値の間に実測結
果が収まることこの判断基準は、シミュレーション結果
の妥当性を簡易に検証するためのものである。

【０１２５】このような判断基準によりシミュレーショ
ンの妥当性を検証できるのは、一般的なクリーンルーム
では、リターン空気吸入口がほぼ均等に配置されるため
に、クリーンルーム内のほとんどの位置において換気効
率が近似することが経験的に見出されており、かつ空気
清浄度を高めるため、クリーンルームは、一般に、高い
換気効率を実現しうるように造られていることによる。
このことは、例えば、図７等において、各測定点のダス
ト濃度の減少速度（図７における曲線の右下がりの勾
配）が近似しており、かつこの減少速度が大きいことか
らも確認できる。

【０１２６】したがって、実測結果のすべてが、対応す
る時刻のシミュレーション結果における最も低いダスト
濃度と最も高いダスト濃度とのほぼ内側に入ることが示
されれば、このシミュレーションにおけるダスト濃度分
布の変化と、実際のクリーンルームにおけるダスト濃度
分布の変化とは、近似したものであると判断できること
となる。

【０１２７】この判断基準により、上記シミュレーショ
ン結果の妥当性の検証を行う説明のための概念図を図９
に示す。図９において、斜線部は、各時刻におけるシミ
ュレーション結果のうち、最も低いダスト濃度と最も高
いダスト濃度に挟まれた領域を示している。実測結果が
この領域からはみ出さなければ、シミュレーション結果
は、妥当なものと判定できる。

【０１２８】なお、上記判断基準〜は例示であっ
て、これらの基準に限定するものではない。また、ここ
では、１台のダストカウンタによって、実際のダスト濃
度測定を行ったため、同一時刻には、１つの測定点のダ
スト濃度しか得られなかったが、たとえば、４台のダス
トカウンタを用いて、各時刻における４点すべてのダス
ト濃度を測定して、この実測結果を用いてシミュレータ
による計算の妥当性を判定してもよい。このようにすれ
ば、シミュレータによる計算は、さらに信頼性の高いも
のとなる。

【０１２９】「調整手段」判定手段５０によって、シミ
ュレーション結果が、妥当でないと判断される場合に
は、調整手段５１により、シミュレータの計算条件や経
験的に入力した初期値などを変更して、実測結果と適合
するように調整を行う。

【０１３０】この調整手段５１は、計算機により自動的
に行われるものとして構成することが望ましいが、調整
の対象となりうるものが多く、調整操作は経験によると
ころが大きいため、計算機と対話的に、あるいは完全に
人の手によって行うものとしてもよい。

【０１３１】調整手段５１を計算機により自動的に行わ
れるものとした場合には、判定手段５０から調整手段５
１にシミュレーション結果と実測結果の不一致の程度な
どを出力し、これに応じて、たとえば、拡散係数の値
や、機械や作業者等から発生するダスト量などを変更す
ることで調整を行えばよい。

【０１３２】人が介在して調整を行う場合には、モニタ
やプリンタ等の出力手段６０に、判定手段５０における
判定結果、さらに望ましくは、上記不一致の程度などを
出力して、これに応じて試行錯誤的に調整を行えばよ
い。

【０１３３】「評価手段」上述の判定手段５０によっ
て、シミュレータによる計算が妥当であると判定された
ならば、この計算により得られるシミュレーション結果
の全体が一定の信頼性のあるものとなる。

【０１３４】そこで、シミュレータ４０により得られた
シミュレーション結果を用いて、空気清浄度評価手段４
１により、このクリーンルームの空気清浄度の評価を行
う。この評価結果は、必要に応じて、出力手段６０に出
力することが望ましい。得られたシミュレーション結果
である任意位置のダスト濃度（ダスト分布）は、クリー
ンルーム内でも、特に高い空気清浄度が求められる作業
台近辺のダスト濃度を得ることができるなどの点で、利
用価値の高いものである。

【０１３５】一方、従来より、クリーンルームの空気清
浄度は、日本工業規格に規定するような統計的方法で処
理することによって得られる清浄度クラスで評価される
ことが多い。

【０１３６】このような統計的処理を行うためには、多
くのデータを必要とするが、信頼性の得られたシミュレ
ーション結果の全体は、このような統計的処理に十分な
データ量を提供することができる。すなわち、このよう
な統計的処理を行うには足りない実測結果を、シミュレ
ーション結果の妥当性の判定に用い、このシミュレーシ
ョン結果を用いて統計的処理を行うものである。

【０１３７】以下、シミュレーション結果を用いて、ク
リーンルームの空気清浄度を、統計的処理による表現か
ら、評価する例について説明する。 （定常状態における評価）まず、定常状態におけるシミ
ュレーション結果が妥当なものであると判定された場合
に、このクリーンルームの定常状態における空気清浄度
を、日本工業規格に規定される統計的処理を用いて評価
を行う方法を説明する。

【０１３８】この規格によれば、クリーンルーム中の作
業面と同じ高さに２０〜３０の測定点を等間隔に設け
て、これらの測定点におけるダスト濃度からクリーンル
ームの空気清浄度を評価するものである。

【０１３９】シミュレーション結果からは、互いに異な
る複数位置のダスト濃度が得られるため、ここでは、上
述のクリーンルーム１に対し、統計的処理に用いる２４
の測定点を等間隔に設けた場合を例として、説明する。

【０１４０】また、この規格では、各測定点において３
回以上の測定を要する。そこで、ここでは、上記２４の
測定点それぞれについて、定常状態となった時刻２０分
以降の、例えば時刻２０分、２１分、２２分におけるシ
ミュレーション結果であるダスト濃度を用いて、定常状
態における評価を行う。

【０１４１】この規格のうち、正規の評価方法によれ
ば、すべての測定点における平均ダスト濃度が、ある清
浄度クラスの上限濃度以下であることが、その清浄度ク
ラスと評価されるための必要条件となる。

【０１４２】測定点ｉにおけるｊ回目の測定のダスト濃
度をＣ_ijとすれば、この測定点ｉにおける平均ダスト濃
度Ｃ_i は次式により求められる。

【０１４３】

【数１４】

【０１４４】ただし、ｍは各測定点における測定回数で
あり、ここではｍ＝３である。さらに、信頼係数９５％
で求められた各測定点の平均ダスト濃度の平均の上側信
頼限界が、ある清浄度クラスの上限濃度以下であれば、
このクリーンルームは、その清浄度クラスであると評価
される。

【０１４５】各測定点の平均ダスト濃度の平均値Ｘは、
次式によって求められる。

【０１４６】

【数１５】

【０１４７】ただし、ｎは全測定点数であり、ここでは
ｎ＝２４である。Ｘの９５％上側信頼限界Ｘ_u は、式
（７）により求められる全測定点における平均ダスト濃
度Ｃ_i の標準偏差ｓを用いて、式（８）により求められ
る。

【０１４８】

【数１６】

【０１４９】

【数１７】

【０１５０】ただし、全測定点数ｎ＝２４であり、パラ
メータＴはｎ＝２４の場合、T ＝１．７である。 （非定常状態における評価）上述の日本工業規格による
評価方法は、それぞれの測定点について３回以上の測定
を行うことから定常状態の評価をするためのものであ
る。

【０１５１】しかし、一般に、クリーンルームの空気清
浄度は、この規格の表現が用いられることが多いため、
非定常状態の空気清浄度もこの表現に準じた表現をとる
ことが望まれる。

【０１５２】そこで、ここでは、上記定常状態と同じ２
４の測定点のシミュレーション結果を用いて、日本工業
規格の方法に準じて、各時刻の空気清浄度を評価するこ
ととする。

【０１５３】非定常状態におけるシミュレーション結果
が妥当なものであると判断された場合、このシミュレー
ション結果から、非定常状態の各時刻における上記２４
の測定点のダスト濃度が得られる。ここでは、各時刻の
瞬間の状態を評価するため、ダスト濃度の時間平均値で
はなく、瞬時値を用いることが望ましい。

【０１５４】時刻ｔにおける空気清浄度が、日本工業規
格のある清浄度クラスと評価されるためには、この時刻
ｔにおけるすべての測定点のダスト濃度が、このクラス
の上限濃度以下であることが必要である。

【０１５５】さらに信頼係数９５％で求められた各測定
点のダスト濃度の平均の上側信頼限界が、ある清浄度ク
ラスの上限濃度以下であれば、この時刻においては、こ
の清浄度クラスであると評価できる。

【０１５６】この９５％上側信頼限界は、式（７）およ
び式（８）を用いて、定常状態の場合と同様にして求め
ればよい。なお、ここでは、日本工業規格に準じた統計
的処理方法を示したが、各時刻のすべての測定点のダス
ト濃度の単純な平均値をとり、この平均値から各時刻の
空気清浄度を評価してもよい。

【０１５７】（空気清浄度の時間変化特性の評価）空気
清浄度評価手段４１により求められた、非定常状態にお
ける日本工業規格に準じた清浄度クラスによる評価、あ
るいは、各時刻の単純なダスト濃度の平均値を用いれ
ば、時間変化特性評価手段４２により、さらにクリーン
ルームの空気清浄度の時間変化特性を評価することがで
きる。この評価結果も、出力手段６０により、出力する
ことが望ましい。

【０１５８】この評価は、例えば、以下のような基準に
よればよい。 外乱により空気清浄度が低下した後、所定の清浄度ク
ラスに達するまでの時間 外乱のあった後、いかに速やかに所望の空気清浄度まで
回復するかを評価する基準である。

【０１５９】この基準を用いる場合、付加される外乱の
大きさを規定しておくことが望ましい。あるいは、クリ
ーンルームの運転をしていない空気清浄度が低い定常状
態を初期状態として、クリーンルームの運転開始と同時
に解析を始めるるものとしてもよい。こうすれば、外乱
の大きさは、常にほぼ同じものが再現できるまた、解析
上の時刻０分に外乱があったものとみなすことができる
ため、所望の清浄度クラスに達した解析上の時刻が、そ
のままこの基準にいう時間に相当することとなり、評価
が容易である。

【０１６０】さらに、クリーンルーム運転開始からどれ
だけの時間で、生産作業等に耐えるだけの空気清浄度が
確保されるかが表現される基準と捉えることができる。 外乱により空気清浄度が低下した後、所定時間内に所
定の清浄度クラスに達するか否か 外乱の扱いについては、評価基準と同様である この基準は、クリーンルームが、必要な清浄度回復能力
を有しているか否かを評価するものである。 外乱により空気清浄度が低下した後、所定時間経過時
の空気清浄度 たとえば、外乱から５分後の状態をもって、クリーンル
ームの空気清浄度を評価するものである。

【０１６１】ここにいう空気清浄度は、日本工業規格の
清浄度クラス、ダスト濃度の平均値、あるいは、ダスト
濃度分布のばらつきなどを適宜用いればよい。また、外
乱の扱いについては、評価基準と同様である 外乱により空気清浄度が低下した後の、空気清浄度の
回復する速度勾配 付加される外乱の大きさに無関係に、空気清浄度の回復
性能を評価しようとするものである。

【０１６２】たとえば、時刻２分のダスト濃度の平均値
が８万個／ｆｔ³ 、時刻５分のダスト濃度の平均値が１
万個／ｆｔ³ とすれば、３分間でダスト濃度の平均値
は、１／８になっている。一般に、空気清浄度( ダスト
濃度) は、等比的に回復するものであるから、この場
合、１分間あたりの平均ダスト濃度の回復速度勾配を、
１分あたり、１／８の３乗根１／２と評価すればよい。

【０１６３】「シミュレータの用途」クリーンルーム１
の空気清浄度の評価結果が思わしくないものであるとき
などには、通常、クリーンルーム１の形状はそのまま
で、生産装置４の配置や空調装置２からの送風量を変更
するなどの対策が採られる。このような変更に伴う影響
を、その都度、実際のクリーンルームを試作して、清浄
度評価を行うこととすれば大変な労力が必要となる。

【０１６４】一方、判定手段５０による比較検証によ
り、一定の信頼性を得たシミュレータ４０であれば、多
少の条件の変更に対しても、その計算はある程度の信頼
性があるものとなる。

【０１６５】したがって、このような多少の条件の変更
に対する影響であれば、シミュレータ４０による計算、
および、空気清浄度評価手段４１による評価、さらに
は、時間変化特性評価手段４２による評価のみから、あ
る程度の信頼性をもって検討することができる。

【０１６６】すなわち、クリーンルームの空気清浄度を
厳密に評価するためには、実測を伴う評価が必要であっ
ても、簡易な評価をシミュレータのみで行うことができ
るため、少ない労力及び時間で、多くの配置の変更等を
検討することができる。

【０１６７】また、さらには、信頼性の得られたシミュ
レータ４０は、クリーンルームの設計構想段階において
も、設計案としてのクリーンルームのおよその空気清浄
性能の評価に用いることができ、設計作業の補助として
クリーンルーム設計の効率化に寄与することができる。

【０１６８】また、信頼性の得られたシミュレータ４０
によるシミュレーション結果と、実測結果が適合しない
場合には、未知のダスト発生源を推定することができる
など、シミュレータ４０をクリーンルームの解析に用い
ることもできる。

【０１６９】さらに、シミュレーションにより得られ
る、ダスト濃度の分布の時間変化を検討することによ
り、乱流型クリーンルーム内のダスト拡散性状につい
て、以下のような一般的な知見を得ることもできる。 吹き出し気流部でダストが発生した場合には、ダスト
発生位置の下方で特にダスト濃度が高くなるほか、ダス
トは広く室内に拡散する。 上昇流部でダストが発生した場合には、ダストは広範
囲に拡散し、クリーンルーム全体のダスト濃度が高くな
る。 吸い込み口に向かう気流部でダストが発生した場合、
ダストは速やかに排出され、ダストが他の位置で発生し
た場合と比較して、クリーンルームのダスト濃度は低く
保たれる。

【０１７０】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、シミ
ュレータにより計算されたシミュレーション結果の一部
を、汚染物質濃度測定手段による実測結果と比較してそ
の妥当性を確認することにより、シミュレータによる計
算そのものの信頼性を得ることができる。

【０１７１】さらに、シミュレーション結果を、これに
対応するクリーンルーム内の位置における実測結果と比
較することとすれば、シミュレータによる計算につい
て、一段と高い信頼性を得ることができる。

【０１７２】シミュレータによる計算に信頼性が得られ
たならば、シミュレーション結果全体が信頼できること
となる。したがって、シミュレーション結果である複数
位置の汚染物質濃度（汚染物質分布）から、クリーンル
ーム内でも特に高い清浄度が求められる位置の汚染物質
濃度を得ることができる。

【０１７３】さらに、この複数位置の汚染物質濃度に対
して統計的処理を行うことにより、クリーンルームの汚
染物質濃度のばらつきや汚染物質濃度の平均値を求め、
さらには日本工業規格等の既存の規格に応じた表現によ
りクリーンルームの空気清浄度を評価を行うことができ
る。

【０１７４】また、実際の汚染物質濃度測定により得る
必要のある実測結果のデータは、シミュレーション結果
の一部と比較するためのものであるから、クリーンルー
ムの空気清浄度の評価に用いられるシミュレーション結
果のデータ量と比べて少ないデータ量で済む。このた
め、実際の汚染物質濃度測定に要する手間や時間の大幅
な減少が図れる。

【０１７５】さらに、所定の時間間隔ごとに汚染物質濃
度を計算できるシミュレータを用いて、シミュレーショ
ン結果を対応する時刻の実測結果と比較検証することと
すれば、複数の時刻にわたるシミュレータの計算の信頼
性が獲得でき、この結果を用いて、特定時刻におけるク
リーンルームの空気清浄度を評価することができる。

【０１７６】特に、この場合には、実測結果から直接に
特定時刻の空気清浄度を評価するために必要な、同一時
刻の複数位置の実測結果（汚染物質濃度）を得ることが
困難であるが、シミュレータを介して評価を行うのであ
れば、その計算の妥当性を確認するために必要となる実
測結果は、必ずしも同一時刻のものでなくとも良いた
め、実測が容易なもので済む。

【０１７７】また、このようにして、１または複数の時
刻におけるクリーンルームの空気清浄度の評価が得られ
れば、これに基づいて、さらに空気清浄度の時間変化特
性を評価することができる。この時間変化特性から、不
測の外乱により、クリーンルームの空気清浄度が悪化し
た場合に、速やかに空気清浄度の高い状態へ復帰する能
力（空気清浄度回復能力）を評価することができる。

【０１７８】クリーンルームの空気清浄度回復能力が適
正に評価できることにより、クリーンルームへ必要以上
に高い定常状態における空気清浄度が求められることが
防止され、必要十分な性能を有するクリーンルームを提
供することも容易となる。

【０１７９】また、実測結果との比較検証を経て、一定
の信頼性を得たシミュレータであれば、多少の条件の変
更に伴う影響を、シミュレータによる計算のみから簡易
に評価することができるため、少ない労力及び時間で、
さまざまな変更等を検討することができる。

【０１８０】さらに、信頼性の得られたシミュレータ
は、クリーンルームの設計構想をたてる段階において
も、設計案としてのクリーンルームのおよその空気清浄
性能の評価に用いることができ、設計作業の補助として
クリーンルーム設計作業の効率化、ひいては工事の手戻
りの減少、工期の短縮に寄与することができる。

【０１８１】また、シミュレーションにより得られる、
汚染物質分布の時間変化を検討することにより、クリー
ンルーム内の汚染物質拡散性状についての一般的な知見
を得ることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかる空気清浄性能評価を
行ったクリーンルームの概略を示す平面図である。

【図２】同立面図である。

【図３】本発明の実施形態にかかるクリーンルームの空
気清浄性能評価装置の概念図である。

【図４】シミュレーション結果による測定点Ａ〜Ｄのダ
スト濃度（瞬時値）を示すグラフである。

【図５】ダスト濃度測定手段による測定点A 〜D のダス
ト濃度（時間平均値）を示すグラフである。

【図６】瞬時値で表現されたダスト濃度の時間平均値へ
の変換を説明するための概念図である。

【図７】シミュレーション結果による測定点A 〜D のダ
スト濃度を、時間平均値に変換して表現したグラフであ
る。

【図８】非定常状態における判定基準により、測定点
C におけるシミュレーション結果の妥当性について判定
を行った説明図である。

【図９】非定常状態における判定基準により、シミュ
レーション結果の妥当性について判定を行った説明図で
ある。

【符号の説明】

１ クリーンルーム ２ 空調装置 ３ 作業者 ４ 生産装置 ５ リターン空気吸込口 ７ 外気吸込口 １４ サプライ空気供給口 １５ 排気口 １８ 微差圧調整ダンパ― １９ 照明装置 ２０ サンプリングチューブ ２１ ロータリマニホールド ２２ ダストカウンタ Ｆ１ 外気処理フィルタ Ｆ２ 中間フィルタ Ｆ３ 最終フィルタ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シミュレータによってクリーンルーム内
   の複数位置における汚染物質濃度を計算し、こうして得
   られた複数の汚染物質濃度の一部を、汚染物質濃度測定
   手段によりクリーンルーム内の少なくとも１点において
   測定された汚染物質濃度と比較することによって、前記
   シミュレータによる計算の妥当性を判定し、妥当性が確
   認された場合に前記シミュレータにより計算される複数
   の汚染物質濃度を用いてクリーンルームの空気清浄度を
   評価することを特徴とするクリーンルームの空気清浄性
   能評価方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のクリーンルームの空気清
   浄性能評価方法において、前記シミュレータにより計算
   された複数の汚染物質濃度の一部を、これに対応する位
   置における前記汚染物質濃度測定手段により測定された
   汚染物質濃度と比較することによって、前記シミュレー
   タによる計算の妥当性を判定することを特徴とするクリ
   ーンルームの空気清浄性能評価方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のクリーンルーム
   の空気清浄性能評価方法において、前記シミュレータに
   より計算される複数位置における汚染物質濃度に対して
   統計的な処理を行うことにより、クリーンルームの空気
   清浄度を評価することを特徴とするクリーンルームの空
   気清浄性能評価方法。
4. 【請求項４】 シミュレータによって所定の時間間隔ご
   とにクリーンルーム内の複数位置における汚染物質濃度
   を計算し、こうして得られた複数の汚染物質濃度の一部
   を、これに対応する時刻における前記汚染物質濃度測定
   手段により測定されたクリーンルーム内の汚染物質濃度
   と比較することによって、前記シミュレータによる複数
   の時刻にわたる計算の妥当性を判定し、妥当性が確認さ
   れた場合に前記シミュレータより計算される同一時刻の
   複数位置における汚染物質濃度を用いてその時刻におけ
   るクリーンルームの空気清浄度を評価することを特徴と
   するクリーンルームの空気清浄性能評価方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載のクリーンルームの空気清
   浄性能評価方法において、前記シミュレータにより計算
   された汚染物質濃度の一部を、これに対応する時刻かつ
   位置における前記汚染物質濃度測定手段により測定され
   た汚染物質濃度と比較することによって、前記シミュレ
   ータによる複数の時刻にわたる計算の妥当性を判定する
   ことを特徴とするクリーンルームの空気清浄性能評価方
   法。
6. 【請求項６】 請求項４または５に記載のクリーンルー
   ムの空気清浄性能評価方法において、前記シミュレータ
   により計算される同一時刻の複数位置における汚染物質
   濃度に対して統計的な処理を行うことにより、その時刻
   におけるクリーンルームの空気清浄度を評価することを
   特徴とするクリーンルームの空気清浄性能評価方法。
7. 【請求項７】 請求項４〜６のいずれかに記載のクリー
   ンルームの空気清浄性能評価方法において、１または複
   数の時刻におけるクリーンルームの空気清浄度の評価に
   基づいて、さらに、クリーンルームの空気清浄度の時間
   変化特性を評価することを特徴とするクリーンルームの
   空気清浄性能評価方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載のクリー
   ンルームの空気清浄性能評価方法において、前記汚染物
   質濃度測定手段により測定された汚染物質濃度を、前記
   シミュレータによる計算の初期値として用いることを特
   徴とするクリーンルームの空気清浄性能評価方法。
9. 【請求項９】 クリーンルーム内の複数位置における汚
   染物質濃度を計算するシミュレータと、クリーンルーム
   内の少なくとも１点において汚染物質濃度を測定する汚
   染物質濃度測定手段と、前記シミュレータによって計算
   された複数の汚染物質濃度の一部を、前記汚染物質濃度
   測定手段によって測定された汚染物質濃度と比較するこ
   とによって、前記シミュレータによる計算結果の妥当性
   を判定する判定手段と、妥当性が確認された場合に前記
   シミュレータにより計算される複数の汚染物質濃度を用
   いてクリーンルームの空気清浄度を評価する評価手段と
   を備えたことを特徴するクリーンルームの空気清浄性能
   評価装置。
10. 【請求項１０】 所定の時間間隔ごとにクリーンルーム
    内の複数位置における汚染物質濃度を計算するシミュレ
    ータと、クリーンルーム内の少なくとも１点において汚
    染物質濃度を測定する汚染物質濃度測定手段と、前記シ
    ミュレータによって計算された複数の汚染物質濃度の一
    部を、これに対応する時刻における前記汚染物質濃度測
    定手段により測定された汚染物質濃度と比較することに
    よって、前記シミュレータによる複数の時刻にわたる計
    算の妥当性を判定する判定手段と、妥当性が確認された
    場合に前記シミュレータより計算される同一時刻の複数
    位置における汚染物質濃度を用いてその時刻におけるク
    リーンルームの空気清浄度を評価する評価手段とを備え
    たことを特徴とするクリーンルームの空気清浄性能評価
    装置。
11. 【請求項１１】 コンピュータを、クリーンルーム内の
    複数位置における汚染物質濃度を計算するシミュレーシ
    ョン手段と、こうして得られた複数の汚染物質濃度の一
    部を、汚染物質濃度測定手段によりクリーンルーム内の
    少なくとも１点において測定された汚染物質濃度と比較
    することによって、前記シミュレータによる計算の妥当
    性を判定する判定手段と、妥当性が確認された場合に前
    記シミュレータにより計算される複数の汚染物質濃度を
    用いてクリーンルームの空気清浄度を評価する評価手段
    として機能させるためのプログラムを記録した可読記録
    媒体。
12. 【請求項１２】 コンピュータを、所定の時間間隔ごと
    にクリーンルーム内の複数位置における汚染物質濃度を
    計算するシミュレーション手段と、こうして得られた複
    数の汚染物質濃度の一部を、これに対応する時刻におけ
    る前記汚染物質濃度測定手段により測定されたクリーン
    ルーム内の汚染物質濃度と比較することによって、前記
    シミュレータによる複数の時刻にわたる計算の妥当性を
    判定する判定手段と、妥当性が確認された場合に前記シ
    ミュレータより計算される同一時刻の複数位置における
    汚染物質濃度を用いてその時刻におけるクリーンルーム
    の空気清浄度を評価する評価手段として機能させるため
    のプログラムを記録した可読記録媒体。