JPS6399434A - クリ−ンル−ムにおける天井構造 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は半導体等の製造９組立、検査等に必要とされ
るクリーンルームにおいて生産ラインと非生産ラインと
に異なった気流速度の給気が行われるようにした、クリ
ーンルームにおける天井構造に関するものである。

〔従来技術及び発明が解決しようとする問題点〕従来半
導体製造工程等の清浄空間で、清浄度クラス１００以下
のクリーンルームに対する代表的な給気方式として第１
図に示すような全面垂直層流方式が採用されてきた。こ
れは天井全面の格子フレームに取り付けられたＨＥＰＡ
フィルターにより給気を所定の垂直気流速度でクリーン
ルームに一様に吹き出すものであるが、このような全面
垂直層流方式のクリーンルームは、垂直気流速度が０．
２５〜０．５　ｍ／ｓｅｃ程度の範囲で一般に設定され
るので、例えば天井高３ｍのクリーンルームに対し３０
０〜６００回／ｈもの清浄空気換気回数に相当する、膨
大な量の空気を循環させねばならず、高価な天井全面Ｈ
ＥＰＡフィルターシステムと、必然的に大きくならざる
を得ない容量を持つ空調設備が相まって、そのイニシア
ルコスト、ランニングコスト共非常に高価となってしま
う短所を有する。

これを改善するために、従来より多く採用され、現在主
流であるのが、第２図に示すいわゆるペイ（１３ａｙ　
）方式である。

これはクリーンルーム建家を図においてＷＺで示すワー
キングゾーン、すなわち最も高い清浄度（例えばＣ−１
００）を必要とする、生産活動の行われるクリーンルー
ムと、ＵＺで示すユーティリティゾーン、すなわち清浄
度Ｃ−１０，０００等比較的低い清浄度で足りる、設備
を設置するスペースとに分けることにより空調設備のイ
ニシアルコスト及びランニングコストの低減化を図ると
いうものである。

更に最近ではこのペイ方式のｗＺの部分を、厳しい清浄
度クラス（例えばＣ−１００）を必要とする生産ライン
上部及びその周辺と、緩和された清浄度クラス（例えば
Ｃ−１０００又はＣ−１０，０００）でよいとされる作
業通路部分とに分けて空調設備を計画するいわゆるトン
ネル式クリーンルーム方式が採用され始めている。

このトンネル式クリーンルーム方式は第３図に示すよう
に平面的にある一定の幅と奥行を持つ、いわゆるトンネ
ルユニットを生産ライン上に連続して天井部に吊り下げ
てＡ部。

Ｂ部のように清浄度クラスを分け、Ａ部では例えばＣ−
１００に対して垂直気流速度を０．４〜０．４５ｍ／ｓ
ｅｃ程度に、Ｂ部では例えばＣ−１０００に対して垂直
気流速度を０．１ｍ／ｓｅｃ程度に設定し、生産ライン
周辺のＡ部を高清浄度クラスのトンネル状空間とし、作
業通路Ｂ部の給気をＡ部より減じて清浄度クラスを緩和
するというものである。

この方式の狙いは、ＷＺに対する全体給気量を減じ、ま
たＡ部の清浄度を高く維持するための膨大な循環空気の
循環経路を、トンネルユニット内に小型送風機を内蔵さ
せることによって短縮し、空気の搬送動力を低減させ、
ランニングコストの低減を図ることにある。

しかしながら、この方式はランニングコストは第１図、
第２図の方式より安くなる長所を有する反面、膨大な台
数の小型送風機（回転機）がり、リーンルーム内又は近
辺に存在することの保守上の問題、イニシアルコストの
増大の問題、生産機械の配置替えや、機種更新に対する
フレキンビリティ不足の問題等を抱える。

この発明は以上述べた各種方式の持つ難点を克服し、一
層イニジアルコスト、ランニングコストの低減を図る目
的からなされたもので、クリーンルームを極めて高い清
浄度を必要とする生産ラインとそれ程でなくともよいと
される非生産ラインとに分割し、空気抵抗体の付加によ
りそれぞれの空気抵抗係数を異ならせることによってこ
れを解決しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明ではクリーンルームを生産ラインと非生産ライン
とに分割し、少なくともいずれか一方の上のＨＥＰＡフ
ィルターに空気抵抗体（以下便宜的に調整抵抗体と呼ぶ
）を付加することによって従来の全面垂直層流方式と同
一の構成でありながら両ライン上部の共通の天井裏給気
チャンバーからの給気が各ラインに異なった垂直気流速
度で吹き出されるようそれぞれの気流を調節することを
可能にし、クリーンルームＷＺに対する全体給気量の低
減、そしてイニシアルコスト及びランニングコストの節
減を図る。

調整抵抗体は紙、不織布、織布、細目の金網、有孔板（
単板又はスライド式複板）、ダンパー等空気抵抗をもた
らすものなら何でもよく、その取付位置はＨＥＰＡフィ
ルターの上流側でも下流側でも、また必要に応じて両側
でもよい。なお、生産ライン又は非生産ライン上部のど
ちらかには、調整抵抗体を付加しない（この場合は調整
抵抗係数＝０と考える）場合もある。

給気は送風機から給気ダクトを通じて天井裏の生産ライ
ン、非生産ライン共通の給気チャンバー内に送り込まれ
、調整抵抗体及びＨＥＰＡフィルターを通過して各ライ
ンに異なった垂直気流速度で吹き出され、床全面の吸込
口から床下チャンバー、そして還気ダクトへ吸込まれる
。

〔実　施　例〕

以下本発明を一実施例を示す第４図以降の図面に基づい
て説明する。この第４図に示すクリーンルームの構成は
第２図のそれと同じで、そのうちの一つのＷＺを取り出
したものである。

この発明は第４図に示すように生産ラインのＡ部と作業
通路等非生産ラインのＢ部とに分割されたクリーンルー
ムＷＺの少なくともいずれか一方の上のＨＥＰＡフィル
ター１に調整抵抗体２．４を付加し、Ａ部とＢ部とに異
なった垂直気流速度の給気を行う、天井構造である。

図面ではＡ部上の調整抵抗体を２．　Ｂ部上の調整抵抗
体を４で表わしである。

ＨＥＰＡフィルター１，３に調整抵抗体２゜４を付加す
る目的は第４図−Ｈにおいて給気ダクト５から天井裏の
給気チャンバー６内へ送り込まれた給気が、Ａ部、Ｂ部
各々のＨＥＰＡフィルター１．３の空気抵抗（以下基本
抵抗と呼ぶ）と調整抵抗との和により構成される空気抵
抗（以下総合抵抗と呼ぶ）に応じ、総合抵抗の大きい部
分には小さな、一方小さい部分には大きな風量または気
流速度で通過するようにすることによってＡ部、Ｂ部の
風量または気流速度が加減されるようにすることにある
。

ここで本発明の背景をなす理論的裏付けである、「異な
る吹出抵抗を持たせることによりある風量を分配する方
法」について以下に記す。

第５図において、ある一つの風量Ｑは、その経路が１，
２・−・・−・−、ｎに分割されるとき、各経路の空気
抵抗Ｆ、、Ｆｔ−・・−・−２Ｆｎに応じてＱ＋　、　
Ｑｔ’−”−’、Ｑｎに分割される。即ち、Ｑ＝ＱＩ　
＋Ｑｔ＋−・・−・−・＋Ｑ、ｌ　・・−・−・−・−
・・・−０■である。

もし、Ｆ　＋　＝　Ｆ　ｚ　＝’−−−−−・・＝Ｆ、
ｌならば、当然Ｑ＋　＝にｈ　＝−−−−＝Ｑ、＝　（
１／ｎ）Ｑ−・−■となる。

また第６図のように、Ｆｏとｆの抵抗を直列に持つ管路
に一つの風量Ｑが通過する時、その総合抵抗Ｆは、 Ｆ−Ｆｏ＋ｆ　　・・−・−・−−−−一−−・−・−
・・・−・・−・・・−・・・−■である。

今、第７図のような一つの給気チャンバー６に送風機７
から給気ダクト５を通じて風量Ｑが供給されると仮定す
る。そして給気チャンバ−６下面全面のＨＥＰＡフィル
ター１゜３にはそれぞれに調整抵抗体２，４が付加され
てクリーンルームＷＺはそれぞれのＨＥＰＡフィルター
１．３の基本抵抗Ｆ。Ａ＋ＦＯ１と調整抵抗ｒＡ、ｒ、
とを合計した総合抵抗ＦＡ＋Ｆ、を持つＡ部とＢ部とに
区別されているとする。

このとき給気チャンバー６内の風量Ｑは、ＦＡ、Ｆｌに
応じてＱＡ、Ｑｌｌに分割されて室内垂直気流速度ｖＡ
　ｒ　　■ｌをもたらす。

さて、第７図における吹田総合抵抗ＦＡ＋ＦＩｌは式■
より Ｆ　Ａ　＝　Ｆ　ＧＡ　＋　ｆ　Ａ　　・−−−−−−
−−−−−−−・・・−・−・・−−−−一・−・・・
・−■Ｆ　ｍ　　＝　Ｆ　ｏｎ　十ｆ　ｍ　　−−−−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−”””’−■で
表わされる。

ここに ＦｏＡｊＡ部のＨＩｌｉＰＡフィルターの基本抵抗Ｆ、
、＋：Ｂ部のＨＥＰＡフィルターの基本抵抗ｆＡ　：Ａ
部の調整抵抗 ｆ＝：Ｂ部の調整抵抗 である。

一般に風量が空気抵抗体部分を０．５　ｍ／ｓｅｃ以下
程度の遅い気流速度で通過するときの空気抵抗は第８図
に示すように通過速度の概ね一次式で表わされる。即ち
、 Ｆ（１＝ｋ（、Ｘｖ　　　・・・・・・−・−・・・・
−・−一−−−−−−・−−−−一・−・−・−■ｆ　
　　＝ｋｙＸｖ　　　・−・−・・−一−−−・・・−
・・−−−一−−−−・−・−・・−・−■故に Ｆ＝ＦＯ＋ｆ＝　（ｋＯ＋ｋｆ）Ｘｖ ＝ｋＸｖ　　・−・−・−・・・・−・・・−・・−・
−・−・−・・−・■従って に＝に０＋に、　　−・−・−・・−・−・・・−・−
・・・−・−・−・・・・・−・−・−■ここに Ｆ　：総合抵抗 Ｆｏ　：基本抵抗 ｆ　：調整抵抗 ｋ　：総合抵抗係数 に０　：基本抵抗係数 ｋｆ　：調整抵抗係数 である。

第７図におけるＡ部とＢ部においては弐〇。

■、■、■、■、■より Ｆｏａ＝ｋｏＡＸＶＡ　＝・−−−−・−−−−−−−
−−−−−−＝＠）ｆ　Ａ　＝　ｋ　ＩＡＸ　ｖ　Ａ−
−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−＝■
Ｆａ　＝ｋａ　Ｘ　Ｖａ　＝　（ｋｏＡ＋　ｋｒａ）　
Ｘ　Ｖａ　−４ｋ　Ａ　　＝ｋ　ＯＡ　＋　ｋ　ｆＡ　
　−”’−−’・−・−・・・・−・−−−−−−・・
・−−−−−０また、 Ｆ　ｏ　ｓ　”　ｋ　Ｏ！ｌ　Ｘ　Ｖ　ａ　　−−−−
−−−−−・−−−・−−−−−−−−Ｑｆｍ　＝ｋＢ
ｘｖ、　　−・・・−一−−−−−・−−−−−−・−
・・−・−・−−−−一−・・■ＦＢ　＝ｋｓ　ＸＶＢ
　＝　（ｋＯＢ＋ｋｆｌｌ）ＸＶＢ−＠ｋｌｌ　＝ｋＯ
Ｒ＋ｋｆＲ−”−・・−・・−・−・・・−・−・−・
・・−・−・０実際に第７図において送風機７によって
給気チャンバー６に風ｉＱが送風されるときは、Ａ部、
Ｂ部の総合抵抗ＦＡとＦ、とが等しい状態で送風［７が
運転される。即ち、 ＦＡ＝Ｆ、　　−・〜−−−−・−・−−−−−−−−
一・・・−・−・−一−−−−−−−・−・・・−［相
］よって０．＠ｌより に＾ＸｖＡ＝ｋＢ　ＸＶＡ　　・・−一−−−・・・・
・・−・−・・〜・−［相］（ｋｏａ＋　ｋｆＡ）　Ｘ
　ＶＡ　＝（ｋｏｉ＋　ｋｔｎ）　Ｘ　Ｖ！＋−＠［相
］、＠１式を変形すると、 ＶＡ＝（ｋｇ　／ｋＡ）ＸＶＢ ＝　（（ｋｏｇ＋ｋｒ＊）／　（ｋｏＡ＋ｋｒＡ））ｘ
　ｖ　Ｈ−−−−一〜〜・−・−・−・−・−一−−−
・・−・−−一−−−−−−−−−・−・■又は、 Ｖｇ　＝　（ｋＡ／に！ｌ　）ＸＶＡ ＝　　（（ｋｏＡ＋ｋｒａ）　　／　　（ｋｏｍ＋ｋｒ
ｍ）　　）ＸＶＡ　・・−・−・−一−−・−・・・・
−・・−−〜−・−・−・・−・−・−・・−・・・・
・−・０■、０式は、Ａ部、Ｂ部の垂直気流速度ｖＡ＋
ｖＢを、総合抵抗（基本抵抗と調整抵抗の相）を設定す
ることにより任意に設定することができ、その垂直気流
速度ｖＡ＋　　ｖｌｌに吹出面積ＳＡ、ＳＲを乗するこ
とにより、Ａ部、Ｂ部の風ｆｆ１Ｑａ　、Ｑｍと両者の
合計風ＩＱを算出できることを意味している。

次にＡ部、Ｂ部の垂直気流速度ｖＡ　＋　　ｖｌを任意
に設定できる手法を応用し、これを更に、例えば第２図
のようなりリーンルームに適用した場合の給気方法を第
９図により説明する。

通常第３図の方法において説明した通りＡ部の垂直気流
速度は例えばＣ−１００に対して０．４〜０．４５ｍ／
ｓｅｃ　、　Ｂ部は例えばＣ−１０００に対して０．１
　ｍ／ｓｅｃ前後程度に設定されることが多い。つまり
Ａ部の気流速度がＢ部よりも大きい。

第９図に示すクリーンルームの構成は第２図のそれと同
じで、そのうちの一つのＷＺを取り出したものである。

同図において生産ラインＡ部と０部、作業通路Ｂ部に対
する垂直気流速度ｖＡ　＋　　ＶＣｒＶ、の値を、総合
抵抗ＦＡ＋　　ＦＣ＋　ＦＭを選択することにより任意
に設定できる事は既に述べた。

ここではこれを応用し、作業通路部のＶ。

をｖＡ＋　　ＶＣよりも大きく設定する。即ちＡ。

Ｂ、Ｃ各部の垂直気流速度分布を、従来の考え方と逆に
する。このようにして設定されたｖＡ　＋　　’／　Ｂ
　＋　　Ｖ　Ｃを吹出面積ＳＡ、Ｓ、、Ｓ。

に乗じ、算出された各送風ｉＱＡ　、ＱＢ　、ＱＣの合
計値Ｑを給気チャンバー６内に給気するとき、ＷＺ全全
体対する給気ＩＱは従来の方法よりも小さくなる。この
方法の骨子を簡単に説明する。

第１０図のように全圧Ｐが一定に保たれている１つの空
間を考える。このとき Ｐ＝ＰＶＡ＋ＰＳＡ＝ＰＶ！ｌ＋　ｐｓ１１＝一定　−
〇が成り立ち、ＶＡ　＝ＯＩ　　ＶＢ　＝０のときは、
Ｐ　ｖＡ”　Ｏ、Ｐ　ｖ！ｌ＝　ＯとなりＰ　＝ＰＥＡ
＝ＰＳＢ＝一定　・・・・−一−−−・−・−・・−・
・・−・−・−■である。

この状況でのＡ部、Ｂ部の境界面はイである。なお、Ｐ
　ＶＡ＋　　Ｐ　ｖＢは動圧＋　　Ｐ　ＳＡ＋　　Ｐ　
５１１は静圧である。

今、値の異なる二つの気流速度ｖＡ、ＶＢが平行に与え
られ、ｖＡくｖＢであるとき、ＰｖＡ＜ＰｖＩＩとなり
、Ｐ＝一定とすると、０式％式％ となる。その結果ＰｓＩＩがｐｓａに押されＡ部とＢ部
の境界面がイから口に移り、Ａの領域がそれだけ拡大す
る。

この現象を第９図のＡ部、Ｂ部、０部に適用すると第１
１図に示すようになる。この図においてＶ、＜ｖＨ、ｖ
Ｂ＞ｖ、で、各部の静圧Ｐ　ＳＡ＋　　Ｐ　Ｓｉｔ　　
Ｐ　ＳＣは、Ｐ　ｓＡ＞　Ｐ　３１１＋　　Ｐ　ｓｓく
Ｐ５．の関係である。

この関係はこの給気方法によれば第１図乃至第３図のい
ずれの方法よりもＷＺ全全体対する給気量を少なくでき
、有利な形態のクリーンルームとすることができること
を意味している。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したｉｌ￥１りであり、ＨＥＰＡフ
ィルターに空気抵抗体を付加することによって以下に列
挙する効果をもたらすことができる。

（１）　　クリーンルームの形態を従来方法と同様にで
き、しかも従来のいずれの方法よりもＷＺ全全体対する
給気量を減することができる。

（２）作業通路部の気流速度を大きく設定することによ
って給気量が多くなり、そのため作業通路部の人間の歩
行による発塵を素速く室外に除去でき、発塵の影響を生
産ライン側に及ぼさずに済む。

（３）シたがって生産ラインの周辺の清浄度は十分に維
持できる。

（４）生産機械の更新又は配置の変更により必要清浄度
の範囲の変更があっても、調整抵抗の位置または抵抗係
数、すなわち抵抗体の変更で対処できる。

（５）小型送風機内蔵のトンネルユニットを使用しない
で済み、保守上の問題もない。

（６）　　ビニシアルコスト。ランニングコストを安価
にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第３図は従来の形態のクリーンルームを示し
た断面図、第４図−Ｉ、ｎは本発明の実施例を示したそ
れぞれ平面図、断面図、第５図及び第６図は風量と抵抗
の関係を示したモデル図、第８図は空気抵抗と気流速度
との関係を示したグラフであり、第７図、第９図乃至第
１１図は本発明の給気方法を示した概要図である。 １．３・・−・−・ＨＥＰＡフィルター、２．４−・・
・−空気抵抗体、５−・・・−給気ダクト、６−・−・
給気チャンバー、７−・−・−送風機。 第１図 第３図 （）　　　　　　　　　　　　　　　　（ソ手続補正書 昭和６２年　４月　２日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）天井全面の格子フレームにＨＥＰＡフィルターが
   取り付けられた、クラス１００以下の清浄度を必要とす
   るクリーンルームにおいて、クリーンルームを生産ライ
   ンと非生産ラインとに分割し、共通の天井裏給気チャン
   バーからの給気が生産ラインと非生産ラインとに異なっ
   た垂直気流速度で吹き出されるよう、空気抵抗体を、生
   産ラインと非生産ライン上部の少なくともいずれか一方
   のＨＥＰＡフィルターに重ねて取り付けてなるクリーン
   ルームにおける天井構造。