JPS62288433A - クリ−ンル−ム用の空気吹き出し設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、流体力学的層流を形成することによって濁流
式クリーンルームを構成する技術に関する。

〔従来の技術〕

清浄空間を形成するクリーンルームとして水平層流式ま
たは垂直層流式の層流式クリーンルームが良く知られて
いる。これまで知られた層流式クリーンルームは１例え
ば垂直層流式を例とすると天井面に水平に張り渡したＩ
ｔ　Ｅ　Ｐ　Ａフィルタの面からこのＨＥＰＡフィルタ
の面積に相当する床面の吸込面に向けて一様に空気を吹
き出すものであり、　ＨＥＰＡフィルタの面から均等に
空気を吹き出すこと、吸込面から均等に空気を吸い込む
ことが層流を形成するうえで重要な要素とされていた。

水平層流の場合も同様であり、一方の壁に垂直に張り渡
したＨＥＰＡフィルタの面から対向する他方の壁に同等
の面積をもって設けられた吸込面に水平な層流を形成す
るものであり、やはりＨＥＰＡフィルタ面から均等に（
均圧的に）吹き出すことと、吸込面から均等に（均圧的
に）吸い込むことが層流を形成するうえで重要な要素と
なっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の層流式クリーンルームでは次のような問題が付随
した。すなわち、吸込面からの均等な吸い込みもさるこ
とながら、　ＨＥＰＡフィルタからの均等な吹き出しが
必要であるが、吹出面に取付けであるＨＥＰＡフィルタ
は蛇行面をもつ連続したメデアからなっているのが普通
であるから、ミクロ的に見ると山と谷の部分では吹出流
速の高低が生じて流れに乱れを生じることになる。また
、大きな面積にＨＥＰＡフィルタを張り渡す場合には、
フィルタ枠（フレーム）に小面積のＨＥＰＡフィルタユ
ニットを隣接させてフィルタ面を形成するのが通常であ
るから、このフィルタ枠が存在する部分では渦流が生じ
ることになり、このために層流の流れを乱すことは避け
られない、そして、天井面に照明器具や各種測定器具類
が存在する場合にもこれらによって流れを乱すことにな
る。さらに、　ＨＥＰＡフィルタ面から均等に吹き出す
ことと吸込面から均等に吸い込むためには、　ＨＥＰＡ
フィルタの背後の給気ブレナム内および吸込面の奥の排
気ブレナム内に均圧手段などを必要とし、設備が複雑に
なる。

本発明はこのような従来の層流式クリーンルームの問題
を流体力学的層流を実現することによって根本的に解決
しようとするものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、所定の面積をもつ面内にＩＩ　Ｅ　Ｐ　Ａフ
ィルタを面状に張り渡すと共にこのＩＩＥＰ＾フィルタ
層の背後に給気ブレナムを形成し、この給気ブレナム内
から咳ＨＥＰＡフィルタ層を通過して室内に空気を吹き
出すようにしたクリーンルーム用の空気吹き出し設備に
おいて、　３ＨＥｐＡフィルタ層の空気吹き出し側に平
板状の通気抵抗体層をこのＨＥＰＡフィルタ層から離し
て実質上平行に設置することによりＩＩ！ＰＡフィルタ
層とこの通気抵抗体層との間に清浄空気ブレナムを形成
し、この平板状の通気抵抗体層として、（ａ）、層の全
面にわたって実質的に正規性をもって多数の通気孔が形
成されている多孔物質の層であり、山）、各通気孔を形
成している孔と孔との間に存在する物質の平面方向の厚
みが平均ｌｌ１１１１以下であり、そして、（Ｃ１，平
均吹き出し流速が０．４５ｍ／ｓｅｃのときにｌ　ｍｍ
Ａ４以上の通気抵抗を存する。という三つの要件を満足
する通気抵抗体層を使用し９該清浄空気ブレナム内の空
気をこの通気抵抗体層を通過させることによって流体力
学的層流を形成させることを特徴とするクリーンルーム
用の空気吹き出し設備を提供するものである。

そのさい、前記の［ａｌ〜（Ｃ１の要件を満足した通気
抵抗体層として海綿状の多孔物質からなるもの、または
ハニカム構造体にメツシュを組み合わせた構造のものを
使用するのが特に便宜である。

以下に本発明の内容を図面に従って具体的に説明する。

第１図は本発明のクリーンルーム用空気吹き出し設備の
代表例を図解的に示したものであり、１はＨＥＰＡフィ
ルタ、２は給気ブレナム、３は通気抵抗体層、４は清浄
空気ブレナムを示している。５は天井スラブである。第
１図は本発明に従ってダウンフロークリーンルームを形
成する場合の例であり、　１１［！ＰＡフィルタ１は天
井面に水平方向に張り渡され、このＨＥＰＡフィルタ１
の層と天井スラブ５との間の天井裏空間が給気ブレナム
として利用されている。ＨＥＰＡフィルタ層１はモジモ
ル化された多数のフィルタユニットを天井フレーム６に
装着することによって形成されている。本発明において
は、このように面状に張り渡したＨＥＰＡフィルタ層１
の空気吹き出し面側に、平板状の通気抵抗体層３をＨＥ
ＰＡフィルタ層１から離して実質上平行に設置すること
によって、　ＨＥＰＡフィルタＮ１とこの通気抵抗体層
３との間に清浄空気ブレナム４を形成する。

本発明は清浄空気ブレナム４からこの通気抵抗体Ｎ３を
経て空気が吹き出されるさいに流体力学的層流を実現し
ようとするものであるが、この流体力学的層流を実現す
るには１本発明者らの多数の実験からこの通気抵抗体層
３は次の三つの要件を同時に満足することが必要である
ことが判明した。

（ａ）３層の全面にわたって実質的に正規性をもって多
数の通気孔が形成されている多孔物質の層であること。

（ｂ）、各通気孔を形成している孔と孔との間に存在す
る物質の平面方向の厚みが平均ＩＩＩＩｌｌ以下である
こと、そして。

（Ｃ）、平均吹き出し流速が０．４５＋１／３１３０の
ときに１ｍｍＡｑ以上の通気抵抗を有すること、の三つ
の要件を満足しなければならない。

この要件を満足する通気抵抗体層３としては。

第２図に示すような海綿状物質からなる層状体がある。

これは例えばポリエステル系ポリウレタンフォームから
薄膜を除去して三次元骨格網状構造の多孔体としたもの
（例えばプリジストン株式会社製、商品名エバーライ）
　ＨＲ−４０）が挙げられる。

第３図はその三次元骨格網状構造を図解的に示したもの
であるが、線状物質７が立体的につながって海綿状の無
数の空洞（孔）８を形成している。

この物質を本発明の通気抵抗体層３に使用する場合には
２層の全面にわたって各孔８が実質上正規性をもって分
布し且つ線状物質７の平均径が１ｍｍ以下でなければな
らず、そして、これを通気抵抗体層３として使用したさ
いに、平均吹き出し流速が０．４５＋ａ／ｓｅｃのとき
にｌ　ｍｍＡ４以上の通気抵抗を有することが必要であ
る。市販の商品名エバーライトＨＲ−４０について言え
ば（ａｌおよび山）の要件を満足している。そしてこの
商品の層の厚さと通気抵抗との関係は次のとおりである
。

層の厚さくｍｍ）　　　　通気抵抗（ｍｍＡｑ）２０　
　　　　　　　２、４ １０　　　　　　　　１．２５ ８０．８１ ５　　　　　　　　０．５１ ３　　　　　　　　０．３０ したがって、この市販品を本発明に適用する場合には、
　１０１１１ｍ以上の層厚であれば通気抵抗がｌｌｌＩ
Ａｑ以上となり、前記（ｃｌの要件も満足することがで
きる。

第４〜５図は本発明に使用できる通気抵抗体層３の他の
例を示している０本例の通気抵抗体層３はハニカム構造
体１０に、横糸１１と縦糸１２とからなるメツシュを組
み合わせた構造を存している。）＼ニカム構造体１０は
外観は平板状を有しており、この平板の一方の面から他
方の面に多数のハニカム構造の連通孔を有している。そ
して、このハニカム構造体１０に横糸１１と縦糸１２と
からなるメツシュを重ねることによって所望の通気抵抗
をもつ通気抵抗体層３を構成している。第６図は横糸１
１と縦糸１２とからなるメツシュをハニカム構造体１０
の層内に挟み込んだ構造を有するものである。この／％
ニカム構造体とメツシュとの組み合わせにおいても、ハ
ニカム構造の各連通孔およびメツシュ目を均等にするこ
とによって前記＋ａｌの要件を満たすことができ、また
ハニカム構造の連通孔を形成している材料の厚さく平板
方向の厚さ）を１１１１１１１以内とし且つメツシュを
構成する横糸１１と縦糸１２の径を１１以内とすること
によって前記（ｂｌの要件も充足することができる。そ
して、ハニカム構造体１０だけでは前記（Ｃ１の要件を
充足することは通常はできないので、メツシュ目の粗さ
く横糸１１と縦糸１２の本数）の調整によって、或いは
複数枚のメツシュの重ね合わせ数によって前記（Ｃ１の
通気抵抗１　ｍｍＡ４以上の要件を充足することができ
る。

次に本発明で規制する通気抵抗体Ｎ３の前記（８）〜山
）の要件について説明する。

まず１本発明で使用する通気抵抗体層は、（８１゜層の
全面にわたって実質的に正規性をもって多数の通気孔が
形成されている多孔物質の層でなければならいない、実
質的に正規性をもって通気孔が形成されているとは１通
気孔の大きさや分布が場所によって大きな偏りをもって
いてはならないということであり、流体力学的層流を形
成しようとする吹き出し面の全域にわたって実質上同じ
空気抵抗をもつように通気孔が形成されていなければな
らないということである０通気抵抗が場所によって異な
るような非正規性のものでは空気の通過速度が場所によ
って異なることになり、この速度差が生じる部分で乱流
が形成されることになる。

したがって、この（ａｌの要件は言い換えれば流体力学
的層流を形成しようとする吹き出し面の全域にわたって
実質上同じ通気抵抗をもつように通気孔が形成されてい
る多孔層である・とも言い得る。

次に１本発明で使用する通気抵抗体層は、山）。

各通気孔を形成している孔と孔との間に存在するＩＦＩ
ｉｒの平面方向の厚みが平均１＋ｍ−以下であることが
必要である。従来より整流板として最も普通に使用され
ている第７図に示したようなパンチングボード（多孔板
）では流体力学的層流は形成することができない。これ
は第８図に図解的に示したように、孔１５を形成してい
る物質材料部分１６（盲部分）の背後に乱流が生ずるか
らである。すなわち、かようなパンチングボードを整流
体として使用した場合には、盲部分１６の面積が相対的
に大きいので孔１５と盲部分１６とでは吹き出し空気の
速度差を生じるので流体力学的層流は形成できない。

したがって、従来の通常のパンチングボードは乱流促進
体であるとすら言い得るものである。盲部分１６の面積
を小さくして１例えば本発明で規制するように巾が１ａ
＋ｍ以下となるようにして、パンチングボードを構成す
ることは製造上非常に困難で且つ強度の面でも問題を生
ずるであろうが、仮に製造できたとしても盲部分１６の
巾　（ピンチ）が小さいものでは十分な通気抵抗を与え
ることは困難となる。したがって、従来より市販のパン
チングボードは整流機能はあっても流体力学的な意味で
の層流を形成することはできない。このことは従来より
使用されているルーバー型の整流体についても同様のこ
とが言いえる。もっとも、各通気孔を形成している孔と
孔との間に存在する物質の平面方向の厚み（巾）が平均
１ａ＋ｗ以下であり且つ本発明のｔｅｌの要件を満たす
ようなパンチングボードまたはルーバーが作成できるの
であれば、これは本発明の要件を満たすことができるか
ら本発明で規制する範囲の通気抵抗体層ということにな
る。

第９図は、空気流れの中に“鈍い（流線型ではない）物
体１７”を置いた場合にこの物体１７の背後にカルマン
流が発生するときのレイノルズ数との関係を図解的に示
したものである。図では断面が円形の綿体の理想的な鈍
い物体を示している。図示のように、レイノルズ数が４
０以上となると、鈍い物体１７の背後にカルマン流１８
が形成されて流れが乱れる０本発明で規制するように、
孔と孔との間に存在する物質の平面方向の厚み（巾）が
平均１ｍ−以下であれば２通常のクリーンルームの空気
吹き出し流速（０，４５ｍ＋／ｓ）においては。

レイノルズ数（Ｒｅ）　＝　Ｖ・ｄ／ν但しＶ−吹き出
し流速。

ｄ−物質の径（ｍ） シー動粘性係数（＝０．１５６　Ｘｌ０−’）（ａｔ、
２０℃）Ｒｅ　−０，４５Ｘ０．００１１０．１５６ｘ
ｌＯ−’−２８となる。

これは前記のレイノルズ数４０以下の要件を満足する。

クリーンルームでの空気吹き出し流速の稼動可能な上限
は０．４５ｍ／ｓよりも高いが、物質の厚みが１１を超
えなければレイノルズ数４０以下の要件を充足すること
ができる。この理由から本発明では通気抵抗体層３の孔
と孔との間に存在する物質の平面方向の厚み（巾）を平
均１ｍａ＋以下と規制する。

しかし、このｔｅｌと山）の要件だけでは流体力学的層
流を形成することはできない６通気抵抗体層３は、（Ｃ
１，平均吹き出し流速が０．４５ｎ＋／ｓｅｃのときに
ｌ　ｍｍＡ４以上の通気抵抗を示すものでなければなら
ない。

第１０図は、第２〜３図に示した三次元骨格網状構造の
多孔体（ポリエステル系ポリウレタンフォームから薄膜
を除去したもの、プリジストン株式会社製の商品名エバ
ーライ）　ＨＲ−４０）を通気抵抗体層に使用して本発
明者らが実験した結果を、この通気抵抗体層の通気抵抗
と乱れ強さの関係で整理したものである。三次元骨格網
状構造の多孔体を構成している線状物質の線径は平均０
．５ｍｍでであり１通気抵抗はその層厚を変えることに
よって変化させた。

ここで、乱れ強さは、流速の変動成分（Ｕｏ）の実効値
（７４戸）と平均流速ｍ　　との比〜４「／ｖで表した
ものである。流速の変動成分（Ｕｏ）は第１１図に示し
たように、流速Ｕの時間変化を調べたときに平均流速替
からの偏位置で表される。

実験は巾６０１のフレーム（第１図の符号６で示される
もの）を中央に位置させてその両側に各々２００ｍ＋＊
　Ｘ　４６０ｍｍのＨＥＰＡフィルタを装着させ、　Ｈ
ＥＰＡフィルタ層ｌから下流側２００ｍ５の位置に各種
の層厚をもつ（通気抵抗の異なる）通気抵抗体層を平行
に設置し、いずれも０．４５ｓ／ｓｅｃの吹き出し風速
のもとで１通気抵抗体層から下流側３００ａｍの位置で
、可視化用トレーサーによる流脈の目視観察並びに熱線
流速計による流速並びに流速の変動成分の実効値の計測
を行なった。この実験に基づき通気抵抗体層の通気抵抗
と乱れ強さの関係をプロットしたのが第１０図である。

第１０図の結果から１通気抵抗体層の通気抵抗が１　ｍ
ｍＡ４以上で乱れ強さが１％以下となることがわかる。

つまり１通気抵抗がｌ　■Ａｑ以上において、乱れ強さ
一流速の変動成分（Ｕｏ）の実効値（９４戸）と平均流
速（Ｖ）　との比〜ぺ嘗／ＶＭＩ％以下であることは２
通気抵抗体層の下流側に乱れのない流体力学的層流が実
現されたことを意味している。特に、２ｉ！Ｌれに欠損
を与えるフレームが存在しても流体力学的層流が形成さ
れたことは特筆される。

なお、この実験は０．４５ｓ／ｓｅｃの吹き出し風速の
もとで行ったが１本発明の設備はこの吹き出し風速で稼
動することに限られるものではない。すなわち要件［０
１におけるｒ　０．４５ｓ／ｓｅｃのときにｌ　ｍｍＡ
４以上の通気抵抗」とは１本発明の目的を達成するのに
必要な通気抵抗体層３の通気抵抗の大きさを定めるため
に規制するものであり、吹き出し風速０．４５ｓ／ｓｅ
ｃというのはこの風速で本発明設備を稼動することを意
味しない０本発明設備を稼動する場合の実際の吹き出し
風速は自由な値を取り得る（例えば吹き出し風速０．１
〜０．５Ｉｌ／ｓｅｅの範囲）のであり、このような通
常のクリーンルームの吹き出し風速を採用する場合にお
いて　吹き出し風速が０．４５ｓ／ｓｅｃのときにＩ　
ＮＩＩＡＱ以上の通気抵抗をもつ”通気抵抗体層３を使
用するならば本発明の目的は達成されるのである。

以上の事実から、　ＨＥＰＡフィルタ層１から所定の間
隔をあけて前記の（ａｌ〜（Ｃ１の要件を満足する通気
抵抗体層３を設置してＨＥＰＡフィルタＮ１と通気抵抗
体層３との間に清浄空気ブレナム４を形成するならば、
　ＨＥＰＡフィルタ層１からの吹き出し流れに乱れが存
在しても流体力学的層流をもつクリーンルーム気流を得
ることができる。

第１２図は本発明を適用したクリーンルームの他の例を
示している０本例では１（ＥＰＡフィルタ１と盲板２０
とが天井フレーム６に取付けられ、　Ｉ（ＥＰ＾フィル
タ層が非連続である。このようにして非連続なＨＥＰＡ
フィルタ層を天井面に形成した場合でも前記の（５）〜
ｆｃｌの要件を満足する通気抵抗体層３と清浄空気プレ
ナム４を設けることによって流体力学的層流を形成する
ことができる。この場合２図示のように９通気抵抗体Ｎ
３の設置位置を選定することによってクリーンルーム内
で層流域２１や乱流域２２を自由に形成することができ
る。すなわち通気抵抗体層３を形成する部分と形成しな
い部分（盲板２３を設置する部分）とを区分けすること
によってクリーンルーム内の必要な箇所に層流域２１を
形成することができる。そのさい層流域２工を乱流域２
３から区分する垂直な垂れ壁（アイリッド）２４　を取
付ける０が好ましい、なお、２５は照明器具を示してい
る。本例では１通気抵抗体Ｎ３と盲板２３との組み合わ
せを選定するだけでクリーンルーム内の作業のレイアウ
トの変更に応じて必要な清浄度の清浄域を自由に変更で
きるものであり、天井部のＨＥＰＡフィルタの配置変え
などを要しない点で。

またＨ［！ＰＡフィルタの面積が節約できる点で、従来
の層流式クリーンルームでは得られない利点がある。そ
のさい、ｉｌｌ低抵抗体層３盲板２３との相対面積比の
ｔｙａｍヤ通気抵抗体層３の本発明で規制する範囲内で
の通気抵抗値の選定により吹き出し流速の調整ができる
点でも有利である。

第１３図は、　Ｈ！！ＰＡフィルタ１をケーシング２６
内に装着し、このケーシング２６内に給気ダクト２７か
ら給気を供給するようにしたものであり、ケーシング２
６内において給気プレナムを形成した以外は実質上第１
２図と同様の構成を示している。この場合に、ケーシン
グ２６内にファン２８を取付けることも可能である０本
例でも第１２図で説明したのと同様に、従来のクリーン
ルームでは得られない効果が発揮できる。なお、第１３
図に示した給気ダクト２７を設けず天井裏空間の空気を
直接ケーシング２６内に取り入れる場合にも同様の効果
が得られることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従うクリーンルーム用空気吹き出し設
備の代表例を示す略断面図、第２図は本発明設備で使用
できる通気抵抗体層の例を示す部分断面図、第３図は第
２図の通気抵抗体層の部分拡大図、第４図は本発明設備
で使用できる通気抵抗体層の他の例を示す部分平面図、
第５図は第４図のＶ−Ｖ線矢視断面図、第６図は同じく
通気抵抗体層の他の例を示す第５図同様の断面図、第７
図は従来の整流体の代表例を示したパンチングボードの
部分平面図、第８図は第７図の整流体使用時の気流の流
れ状態を示す第７図のＸ−Ｘ線矢視拡大断面図、第９図
はカルマン渦の発生とレイノルズ数との関係を説明する
ための気流模式図、第１０図は本発明設備における通気
抵抗体層の通気抵抗と乱れ強さとの関係を示す実験結果
図、第１１図は流速の変動成分（Ｕｏ）を説明するため
の流速の経時変化図、第１２図は本発明に従うクリーン
ルーム用空気吹き出し設備の他の例を示す略断面図、第
１３図は同じく本発明に従うクリーンルーム用空気吹き
出し設備のさらに他の例を示す略断面図である。 １・・■ＥＰＡフィルタ、　　２・・給気プレナム。 ３・・通気抵抗体層、　　４・・清浄空気ブレナム。 ５・・天井スラブ、　　６・・天井フレーム。 第１図 １Ｕ 第７図 図面の浄書（内容に変更なし） 第９図 纂１０図 ０．１　　　　　　　　　　　０．５　　　　１　　　
　　２３通気抵抗（ｍｍＡｑ） 第１１図 時間 第１３図 手続補正書（方式） ％式％ １、　事件の表示 昭和６１年特許願第１３３０３５号 ２、　発明の名称 クリーンルーム用の空気吹き出し設備 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　東京都千代田区神田駿河台四丁目二番地八名称　
高砂熱学工業株式会社 代表者　方弁　勝 ４、　代理人　〒１６２ 住所　東京都新宿区市谷薬王寺町８３番地６、　補正の
対象 図面 ７、　補正の内容

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の面積をもつ面内にＨＥＰＡフィルタを面状
   に張り渡すと共にこのＨＥＰＡフィルタ層の背後に給気
   プレナムを形成し、この給気プレナム内から該ＨＥＰＡ
   フィルタ層を通過して室内に空気を吹き出すようにした
   クリーンルーム用の空気吹き出し設備において、 該ＨＥＰＡフィルタ層の空気吹き出し側に平板状の通気
   抵抗体層をこのＨＥＰＡフィルタ層から離して実質上平
   行に設置することによりＨＥＰＡフィルタ層とこの通気
   抵抗体層との間に清浄空気プレナムを形成し、 この平板状の通気抵抗体層として、（ａ）、層の全面に
   わたって実質的に正規性をもつて多数の通気孔が形成さ
   れている多孔物質の層であり、（ｂ）、各通気孔を形成
   している孔と孔との間に存在する物質の平面方向の厚み
   が平均１ｍｍ以下であり、そして、（ｃ）、平均吹き出
   し流速が０．４５ｍ／ｓｅｃのときに１ｍｍＡｑ以上の
   通気抵抗を有する、通気抵抗体層を使用し、 該清浄空気プレナム内の空気をこの通気抵抗体層を通過
   させることによって流体力学的層流を形成させることを
   特徴とするクリーンルーム用の空気吹き出し設備。
2. （２）通気抵抗体層は海綿状の多孔物質からなる特許請
   求の範囲第１項記載のクリーンルーム用の空気吹き出し
   設備。
3. （３）通気抵抗体層はハニカム構造体にメッシュを組み
   合わせた構造を有する特許請求の範囲第１項記載のクリ
   ーンルーム用の空気吹き出し設備。