JPS61110826A - 局所的空気清浄方法および装置 - 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） 本発明は局所的空気清浄方法および装置、たとえば、小
型の半導体製品の製造のように製品品質の確保等のため
、高清浄度の気流を対象物の近傍に形成する方法および
装置に関する。

（従来技術） 従来、対象物の周辺の空気清浄化の方法はクリーンルー
ムのように広い室内の空気全体を清浄にするか、または
、クリーンベンチのように作業ベンチの上部全体の比較
的小空間（例えば、１立方メートルまたは、２０立方メ
ートル）の空気を清浄にするか、さらにまた、特定の生
産装置の全体を被覆するフード状装置を用いてフードの
内部全体の空気を清浄にする方法および装置等がある。

このような装置を用いて、特に、高清浄度の空間、例え
ば、米国の、クリーンルームに関する「連邦規格１’ｈ
２０９ＢＪのクラス１００以上の高清浄度の空間をつく
る場合、従来のクリーンルームでは高清浄度の気流がク
リーンルームの広い室内を層流状に流れる。したがって
、膨大な風量の空気清浄化が必要となり、空気清浄化の
ための装置が大型になるという問題点がある。また、ク
リーンルームの内部にクリーンベンチを設けて、クリー
ンベンチの小空間の天井の上流側から下部の下流側に対
してのみ高清浄度の層流気流が供給されるようにするこ
ともできる。しかしながら、この場合にも、対象物がベ
ンチ内作業台の上面に設けられ、作業操作は対象物の側
方および上方から実施するようになっており、対象物の
上方、すなわち、層流気流の上流側に作業者が手を入れ
操作するので対象物の表面の高清浄度が維持できないと
いう問題点がある。また、生産装置に用いるフード状装
置はフードの内部において実施する生産に係る操作を自
動化しなければならず、一部手動を許容したとしてもそ
の操作が制限されるという問題点があるばかりでなく、
生産装置から発生する塵埃に対して全く防止できないと
いう問題点もある。

（発明の目的） そこで本発明は、前述の問題点を解決し、しかも、生産
に係る操作性を損なうこともなく、必要な少量の高清浄
度の気流を用いて対象物の近傍に効果的な局所的空気清
浄空間を設ける方法および装置を提供することを目的と
している。

（発明の構成） 本発明に係る局所的空気清浄方法および装置は、所定の
風圧および所定の風量を有する所定の高清浄度の第１空
気の気流をつくる工程と、この第１空気の気流を所定の
流速を有し、一様な安定した所定の整流層厚さからなる
第１空気の整流層気流をつくる工程と、この第１空気の
整流層気流を上方に向く所定の拡がり角度で拡大し、所
定の吹出層厚さを有する第１空気の拡大層気流とする工
程と、この第１空気の拡大層気流を相対的に低清浄度の
第２空気によって被覆された支持台上に設けられた対象
物の表面の近傍に支持台の上流側から支持台の下流側に
向かって吹出す工程と、この第１空気の拡大層気流の吹
出しによって前記対象物の表面の近傍の第２空気を押出
占拠し、対象物の表面の近傍に高清浄度の第１空気によ
って形成される局所的空気清浄な空間をつくり、第２空
気内の浮遊微粒子が対象物の表面へ到達、付着するのを
防止すること、を特徴とした局所的空気清浄方法であり
、これを実現するための装置として、対象物を上平面で
支持する支持台と、支持台を収容し所定の広さの密閉空
間を有し、かつ、所定の清浄度の空気が充満している生
産室と、前記支持台の上平面に対して所定の風量、所定
の風圧および所定の高清浄度の第１空気の気流を送風す
る清浄空気送風手段と、清浄空気送風手段と支持台との
間において清浄空気送風手段に連結され横断面積がほぼ
一定の筒状体を有する整流器と、整流器と前記支持台と
の間において対象物の方向に突出した案内羽根の上壁部
を有する筒状体で整流器および支持台に連結した吹出口
と、を備え、前記吹出口から前記支持台上の対象物の近
傍に吹出される高清浄度の第１空気によって、対象物の
近傍の相対的に低清浄度の第２空気を押出占拠して対象
物の表面の近傍に高清浄度の第１空気によって形成され
た局所的空気清浄な空間をつくることを特徴とした装置
である。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１図から第４図までの図は本発明に係る局所的空気清
浄方法を実施する装置の第１の実施例を示す図であり、
第１図はその平面図、第２図は第１図の正面図、第３図
は第１図の要部拡大平面図、第４図は第３図のＩＶ−Ｉ
Ｖ矢視断面図である。

まず、構成について説明する。

第１図および第２図において、１は局所的空気清浄装置
であり、局所的空気清浄装置１は対象物２を上平面３ａ
で支持する支持台３を有している。支持台３は所定の広
さの密閉空間を有し、かつ、所定の後述の第１空気７と
比べ相対的に低清浄度（例えばクラス１０００、ただし
、クラス１０００とは米国の、クリーンルームに関する
「連邦規格Ｎｌ１２０９ＢＪによるもので粒径０．５μ
ｍ以上の浮遊微粒子が体積１立方フイートの空気の中に
１０００個以下浮遊している空気の清浄度であり、クラ
ス１００とはその浮遊している微粒子の数が１００個以
下である優れた空気の高清浄度である。）の第２空気４
（図では２点鎖線で示しである）が充満している生産室
５　（図では床面５ａの一部のみを示しである）に収容
されている。

６は清浄空気送風手段であり、清浄空気送風手段６は空
気の気流の流れに沿って上流側から下流側に向かって、
空気取入口８に前処理フィルタ９、次に、所定の送風能
力を有する送風機１０、次に高清浄度用の最終フィルタ
１１、次に、送風量に見合うサイズのダクト１２、次に
、ダクト１２の下流側の水平方向に拡大した拡大端部１
２ａ、および拡大端部１２ａの内側にガイドベーン１３
を有している。まず、この清浄空気送風手段６において
、所定の風圧および所定の風量を有する高清浄度（例え
ばクラス１００またはそれを上回る清浄度）の第１空気
７の気流７ａが造られる。気流７ａは上流側に設けられ
た清浄空気送風手段６から下流側の支持台３上の対象物
２まで送られる。（ここに、第１空気７の気流７ａの形
状を矢印の一点鎖線で一部に代表的に示しである。） 清浄空気送風手段６と支持台３との間において、清浄空
気送風手段６の拡大端部１２ａに整流器１４が連結され
ている。整流器１４は断面高さｄｌが２〜１０センチメ
ートルの範囲で所定の断面幅Ｗ１の長方形断面形状のほ
ぼ一定の横断面積を有する筒状体である。この整流器１
４において、清浄空気送風手段６から送られた第１空気
７の気流７ａは所定の流速Ｖ、毎秒０．２〜１．０メー
トルを有し、かつ、一様な安定した層流状となり２〜１
０センチメートルの整流層厚さｄｌと断面幅Ｗ１を有す
る第１空気７の整流層気流７ｂとなる。整流器１４の断
面高さｄｉで定まる第１空気７の整流層厚さｄｌが２セ
ンチメートル未満では対象物２の表面２ａを被覆する第
１空気７の気流の厚さが薄くなり、時には周辺空気の乱
れにより気流が乱され表面２ａの近傍の清浄空間の形成
が不十分である。また、１０センチメートルを超えると
第１空気７の量が増加し経済的でない。

また、気流７ａの流速Ｖが毎秒０．２メートル未満では
十分な吹出慣性が得られず、そのため、対象物２の近傍
において、周辺空気の乱れにより後述する高清浄度域長
さβが安定して得られない。流速Ｖが毎秒１．０メート
ルを超えると、後述する案内羽根１５ａの上方への広が
り角度θが約２０度を超える場合に、案内羽根１５ａの
下側で気流が案内羽根１５ａからはなれ、高清浄域が乱
される。さらにまた、流速Ｖが毎秒１．０メートルを超
えると、装置が大きくなる割には流速Ｖの増加の効果が
殆ど期待できず、逆に、第１空気７の浮遊微粒子が表面
２ａへ付着するのを助長することがある。

整流器１４と支持台３との間には吹出口１５が配置され
、吹出口１５は上壁部１５ａと下壁部１５　ｂを有し横
断面が長方形で下流側に横断面積が増大する筒状体であ
る。下壁部１５ｂは整流器１４の断面幅ｗ１と同じ吹出
口幅ｗ２を有し、整流器１４の下壁部１４ｂおよび支持
台３の上平面３ａと同一水平面内において連結されてい
る。案内羽根である上壁部１５ａは一端は整流器１４の
上壁部に連結され、上流側から下流側に向かって整流器
１４の上壁部１４　ａの延長線１４　ｃから上方に０〜
３０度の角度の範囲、好ましくは５〜１５度の角度の範
囲の広がり角度θを有してほぼ平面状に広がり、他端は
対象物２の方向に突出し、支持台上平面３ａからの吹出
口高さｄ２の先端１５ｄをもつ突出部１５　Ｇを有して
いる。広がり角度θが３０度を超えると後述の制御羽根
１７が設けられていても、吹出口１５から第１空気７を
一様に放射状に吹出すことが困難となる。さらに、支持
台３上の後述の高清浄度域１８の境界が不安定となり、
高清浄度域長さβが十分得られない。また、広がり角度
θが０度未満では、高清浄度域１８が小さくなり現実的
でない。

１７は制御羽根であり、制御羽根１７は複数の互いに離
隔し、かつ、ほぼ水平に吹出口１５の内側に配置され吹
出口１５に固定されている。制御羽根１７は、広がり角
度θが小さく、かつ、または、整流器１４における第１
空気７の流速■が小さい場合で、拡大層気流形成に悪影
響がでない場合には、これを設ける必要がない。ここに
、整流器１４および吹出口１５の内面およびこれらの連
結部と、吹出口１５と支持台３の上平面３ａとの連結部
３ｂと、制御羽根１７の表面と、はすべて隙間が全くな
く、凹凸等もなく滑らかに仕上げられ、または連結固定
され、第１空気７の流れに悪影響は生じないようになさ
れている。所定の整流層厚さｄｌを有する第１空気７の
整流層気流７ｂは吹出口１５により広がり角度θをもつ
上壁部に沿って拡大し、突出部１５ｃの先端１５ｄの吹
出層高さｄ２で定まる吹出層厚さを有する第１空気７の
拡大層気流７Ｃとなる。

１８は局所的な空気の高清浄度域であり、高清浄度域１
８の範囲は吹出口１５の吹出面積Ｓ（すなわち、吹出口
高さｄ２と吹出口幅Ｗ２で定まる面積）および上平面３
ａ上の高清浄度域長さｌによって定まる。高清浄度域長
さβは吹出口１５の案内羽根の広がり角度θ、吹出口高
さｄ２、整流器１４の断面高さｄｌおよび所定の流速Ｖ
によって定まる。第１空気７′の拡大層気流７Ｃは吹出
口１５から支持台３上の対象物２の近傍に吹出され、対
象物２の近傍の相対的に低清浄度の第２空気を高清浄度
域１８の外側まで押出占拠する。したがって、高清浄度
域１８には高清浄度の第１空気７が充満し局所的空気清
浄な空間をつくり、第２空気内の浮遊微粒子が対象物２
の表面２ａへ到達し付着するのを防止する。

（作用） 次に、作用につき説明する。まず、清浄空気送風手段６
の中の送風機１０を作動させ、空気取入口８から相対的
に低清浄度の空気７ｚを吸引する。吸引された空気７ｚ
は前処理フィルタ９によって空気中の浮遊微粒子の大部
分が除かれ空気７ｘとなる。次いで、その空気７ｘは送
風機１０に吸引され、所定の風圧および所定の風量を有
する空気７ｘとなり下流側に設けられた支持台３の方向
に送風される。この間、空気７Ｘは送風機１０の下流側
にある高清浄度用の最終フィルタ１１によって高清浄度
（例えばクラス１００またはそれを上回る清浄度）の第
１空気７の気流７ａが造られる。第１空気７の気流７ａ
はダクト１２の中の空間を通り整流器１４に送られる。

ダクト１２は送風量に見合う適当なサイズを有するパイ
プ状または角形筒状であり、整流器１４は長方形断面形
状であり、一般に断面形状が大きく変化するが、拡大端
部１２ａの内側にガイドヘーン１３が設けられているの
で、気流７ａは滑らかに整流器１４に送られる。気流７
ａは整流器１４において、所定の流速Ｖを有し、一様な
安定した層流状となり整流層厚さｄ、の整流層気流７ｂ
となる。次いで、この整流層気流７ｂは吹出口１５に送
られ、吹出口１５の上壁部をなす案内羽根１５ａに沿っ
て断面高さの上方に拡大され拡大層気流７ｃとなり、突
出部１５ｃの先端から吹出される。この際、吹出口１５
の内側には制御羽根１７が有り、この複数の制御羽根１
７が案内羽根の広がり角度θに応じて所定の方向に向い
ているので、拡大層気流７Ｃは気流の断面高さが整流器
１４の断面高さｄ、から吹出口高さｄ２まで拡大される
が、拡大層気流７Ｃは乱されることなく、吹出口１５か
ら支持台３上の対象物２の表面の近傍に吹出される。吹
出される高清浄度の第１空気７の拡大層気流７Ｃは所定
の吹出口１５の吹出面積Ｓ（すなわち、〔吹出口高さｄ
２〕×〔吹出口幅Ｗ２〕）と流速Ｖ（但し、整流器の位
置における流速）からなる所定の風圧を有しているので
、対象物２の表面の近傍にある相対的に低清浄度の第２
空気４はこの風圧により高清浄度域１８の外側まで押出
され、高清浄度域１８には高清浄度の第１空気７が充満
する。したがって、第２空気４に含まれる浮遊微粒子は
対象物２の表面２ａに到達せず、付着することもない。

第５図および第６図は本発明に係る局所的空気清浄方法
を実施する装置の第２の実施例を説明する図である。第
５図および第６図において、対象物２は支持台３の上平
面３ａからさらに補助支持台３ｂの補助高さｄ４の分だ
け持ち上げられて支持されている。この場合には吹出口
高さを第６図のように下方に追加高さｄ３だけ増加する
。追加高さｄ３は、ほぼｄ□に準じ、最大限ｄ、かつ最
大限ｄ４としてよい。また、整流器の断面高さも第６図
の下方に追加高さｄ３だけ増加させる。従って、整流層
気流７ｂは整流層厚さｄ□を有する上部層気流と整流層
厚さｄ、を有する下部層気流゛とから構成される。

吹出口１５の上壁部をなす突出部１５　ｃに対し、下壁
部の突出部１５　ｅを設け５るか、更に、１５Ｃと１５
ｅとを側壁部１５　ｆによって連結し、見かけ上突出部
を有しない構造とし、しかも対象物２にできるだけ近づ
けて吹出すことが効果的である。

このようにすることによって、対象物２の近傍において
、高清浄域長さｌは所定の長さβ１を維持することがで
き、所定の高清浄度域１８′を得ることができる。前述
した説明以外は構成および作用効果は第１実施例と同じ
である。

なお、前述の第１実施例においては、案内羽根１５ａは
広がり角度θを有してほぼ平面状に広がっているものと
して説明したが、本発明においては、この実施例に限ら
ず、対象物の高さに応じて滑らかな曲面を有する形状の
案内羽根としでもよい。

また、前述の第１および第２実施例においては、ガイド
ベーン１３がダクト１２の拡大端部１２ａの内側に設け
られているものとしたが、本発明においては、ガイドベ
ーンに替わるもの（例えば、障害板または何らか空気抵
抗を有することにより同等の効果をあげられるもの）を
設置するかまたは拡大端部１２ａの拡大率が小さい場合
には、ガイドベーン１３は除いてもよい。

また、前述の第１および第２実施例においては、高清浄
度用の最終フィルタ１１は送風機１０とダクト１２との
間にあるものとして゛説明したが、本発明においては、
この実施例に限らず、整流器１４と拡大端部１２ａとの
間に設けてもよい。これにより整流器１４の長さを短く
することができるだけでなく、吹出口１５から吹出され
る第１空気７の高清浄度の維持に効果的である。

また、前述の第１および第２実施例においては、吹出口
幅Ｗ２について特定しなかったが、第３図または第５図
に示した吹出口を横一列に連結する（吹出口１５の側壁
同士が互いにすきまなく連結する）か、または同等の効
果が得られるようなｗ２が極めて大なる吹出口とし、ラ
イン上に並んだ複数の対象物２の一群を高清浄度の第１
空気７にて保護するのが実際的である。

また、前述の第１および第２実施例においては、吹出口
１５の下壁部１５ｂと支持台３の上平面３ａとは同一水
平面内において連結され、そ　”の連結部３ｂは滑らか
に連結、固定されているものとして説明したが、本発明
においては、この実施例に限らず、連結部３ｂが滑らか
に連結されておれば、吹出口１５の下壁部１５ｂは第２
図において斜め右上方から左下方に下り、次いで、滑ら
かに、水平に方向転換するように形成してもよい。

さらにまた、前述の第１および第２実施例においては、
特に第４図および第６図において、吹出口１５の上壁部
の突出部１５　ｃと下壁部の突出部１５ｅと制御羽根１
７とは断面図の作画上厚みを有するものとして説明して
いるが、これらはいずれもできる限り薄く、気流を乱さ
ない形状とするのが効果的であり、それを実施する方法
としては、従来の吹出気流制御で用いられる一般的な方
法によることが可能である。

実施例と比較例 以下、本発明に係る局所的空気清浄方法および装置を用
いた場合の、従来の方法および装置を用いた場合に対す
る省エネルギー効果と経済性効果につき説明する。

１００平方メートルの面積を有する半導体製造工場の生
産室において、まず、従来の装置の場合、その室内を高
清浄度クラス１００にするためには、全面垂直層流方式
とするため高清浄度の気流が供給風量、毎時１０８，０
００立方メートル、送風機の必要静圧１５０ｍ１１Ａｑ
となり、送風機モータの定格出力は７５　ｋ　Ｗとなる
。しかしながら、本発明による場合、生産室の清浄度は
クラス１゜００の低清浄度でよい。この場合、供給風量
は毎時１５，０００立方メートルでよく送風機モータの
定格出力は１１ｋＷとなり、これに局所的高清浄度域を
つくるために局所的空気清浄装置としての送風機モータ
定格出力３ｋＷを加えても、合計して１４　ｋ　Ｗでよ
い。したがって、送風機モータ定格出力は６１ｋＷも少
なくてよく、これに冷房を考慮すれば、実質的消費電力
として少なくとも５０　ｋ　Ｗを低減することができる
。この装置を毎日２４時間運転し、年間８０００時間運
転した場合、総動力経費の節約分は１０，０００，００
０円を上回る。

すなわち、本発明によると、極めて大きい省エネルギー
効果を得ることができ、かつ、動力経費も大幅に低下し
、同時に建設費も安価となるので、極めて大きい経済効
果を達成できる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、小量の高清浄度
の気流を用いて、対象物の近傍に効果的な局所的空気清
浄空間を極めて容易に設けることができ、かつ、これを
実施する装置として低価格でかつ、省エネルギー効果も
極めて大きい装置を提供することができる。

また、清浄度クラス１００を上回る超高清浄度の空気環
境を達成するためにクリーンルーム、クリーンベンチ等
との併用により経済的効果的に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第４図までの図は本発明に係る局所的空気清
浄方法を実施する装置の第１実施例を示す図であり、第
１図はその平面図、第２図は第１図の正面図、第３図は
第１図の要部拡大平面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ
矢視断面図である。第５図および第６図は本発明の第２
実施例を示す図であり、第５図はその要部拡大平面図、
第６図は第５図のＶｌ−ＶＩ矢視断面図である。 ２−−−−−一対象物、 ３−・−−−一支持台、 ４−−−−−一第２空気、 ５−−−−−一生産室、 ６−−−−−一清浄空気送風手段、 ？　−−−−−一第１空気、 １４−−−−−一整流器、 １５−−−−−一次出口、 １５　ａ−−一・−上壁部（案内羽根）、１７−−−−
−一制御羽根、 １Ｂ　−−−−−一高清浄度域。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の風圧および所定の風量を有する所定の高清
   浄度の第１空気の気流をつくる工程と、この第１空気の
   気流を所定の流速を有し、一様な安定した所定の整流層
   厚さからなる第１空気の整流層気流をつくる工程と、こ
   の第１空気の整流層気流を上方に向く所定の拡がり角度
   で拡大し、所定の吹出層厚さを有する第１空気の拡大層
   気流とする工程と、この第１空気の拡大層気流を相対的
   に低清浄度の第２空気によって被覆された支持台上に設
   けられた対象物の表面の近傍に支持台の上流側から支持
   台の下流側に向かって吹出す工程と、この第１空気の拡
   大層気流の吹出しによって前記対象物の表面の近傍の第
   ２空気を押出占拠し、対象物の表面の近傍に高清浄度の
   第１空気によって形成される局所的空気清浄な空間をつ
   くり、第２空気内の浮遊微粒子が対象物の表面へ到達、
   付着するのを防止すること、を特徴とした局所的空気清
   浄方法。
2. （２）第１空気の整流層気流の中央部における流速が毎
   秒０．２〜１．０メートルの範囲にあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の局所的空気清浄方法。
3. （３）第１空気の整流層気流が上部層気流と下部層気流
   とを有し、上部層気流の上層厚さが前記支持台上に設け
   られた対象物の表面の延長線から整流層気流の上端まで
   できまり、かつ、上層厚さが２〜１０センチメートルの
   範囲にあることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の局所的空気清浄方法。
4. （４）第１空気の拡大層気流の広がり角度が整流層気流
   の上表面の延長線に対して０〜３０度の範囲にあること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の局所的空気清
   浄方法。
5. （５）対象物を上平面で支持する支持台と、支持台を収
   容し所定の広さの密閉空間を有し、かつ、所定の清浄度
   の空気が充満している生産室と、前記支持台の上平面に
   対して所定の風量、所定の風圧および所定の高清浄度の
   第１空気の気流を送風する清浄空気送風手段と、清浄空
   気送風手段と支持台との間において清浄空気送風手段に
   連結され横断面積がほぼ一定の筒状体を有する整流器と
   、整流器と前記支持台との間において対象物の方向に突
   出した案内羽根の上壁部を有する筒状体で整流器および
   支持台に連結した吹出口と、を備え、前記吹出口から前
   記支持台上の対象物の近傍に吹出される高清浄度の第１
   空気によって、対象物の近傍の相対的に低清浄度の第２
   空気を押出占拠して対象物の表面の近傍に高清浄度の第
   １空気によって形成された局所的空気清浄な空間をつく
   ることを特徴とする局所的空気清浄装置。
6. （６）前記吹出口の案内羽根の上壁部が整流器の上壁部
   の延長線から上方に向く広がり角度を有し、この広がり
   角度が０〜３０度の範囲にあることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載の局所的空気清浄装置。
7. （７）前記吹出口の内側に複数の互いに離隔し、ほぼ水
   平に配置された制御羽根を設けたことを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の局所的空気清浄装置。
8. （８）前記整流器の上壁部と前記支持台の対象物の表面
   の延長線との距離が２〜１０センチメートルの範囲にあ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の局所的
   空気清浄装置。