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FFUの気流を改善する「CSバルーン」 

FFUの気流を変える「CSバルーン」

FFUの気流の問題点を改善して清浄度をアップする樹脂布製拡散板が「CSバルーン」です!

CSバルーンは既存のFFUに取り付けるだけで、FFU吹き出し口近くに発生する誘引気流と渦と床からの反跳気流による舞い上がりを軽減します。バルーン自体が除塵効率を上げるのではなく、吹き出し面積を広げて、速度の遅い均一な風速の風を吹き出し、疑似層流を作り出すための治具です。超低圧損なのであらゆるクリーン化機器に簡単に取り付け可能です。

パンチングのないクリーンルームはもちろん、クリーンブースやベンチにも取り付け可能。皆様のクリーンエリアでの清浄度改善に役立ちます!
クリーンブースに
クリーンベンチ用として

引き続き、開発の背景・CSバルーンの応用例を記載しています。ぜひ、ご覧ください。

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シーズシー有限会社
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「CSバルーン」〜開発の背景。
ちょっと前の乱流式(非一方向流式)クリーンルーム(クラス1000〜10万)には、HEPAフィルターの吹き出し口に舟形パンチングが付いていましたが、最近のクリーンブースではなかなか見かけなくなりました。あれはなくてもよいものだったのでしょうか?実は舟形パンチングには重要な役割があったのですが、ある事情で使えなかったのです。
そこでシーズシーでは舟形パンチングに代わる清浄度の重要な要素である気流をコントロールするためのFFU支援ツール「CSバルーン」を開発しました。

特にこのアイテムは従来換気回数〜風量のみで設計されてきたクラス1000相当のクリーンエリアでの気流の改善に大幅に役立つものと思われます。
 右の写真はクリーンルーム内でスモークを炊き、レーザーシート光でFFUからの吹き出しの様子を撮影したものです。

バルーンなしの場合は直下に速いスピードで清浄化された空気が吹き出している様子が分かります。この場合、直下のみが清浄化され、FFUすぐ近辺に強い誘引気流が発生し、粒子を滞留させる原因となります。更に床にぶち当たった気流は床に堆積したホコリを天井近くまで舞い上げてしまいます。

これに対し、バルーン有の場合は周囲に緩やかに清浄化された空気を拡散させるので、ホコリの舞い上がりが軽減され、清浄度がよくなるだけでなく温度・湿度のバラつきを減らすことができます。
バルーンなし
バルーン有
 シーズシーオリジナルのクリーンブース(ミニエン)にCSバルーンを取り付けました。ミニエンのような小型の局所クリーン化用のクリーンブースでは製品にホコリがつきにくいことを目的に設置されることが多いのですが、バルーンがない場合は本当に直下でしか、清浄度が確保できない場合が多いのです。下のグラフはバルーンの有/なしで比較したものですが、バルーンを付けると広いエリアで清浄度が確保しやすいことが分かります。(逆に直下だけであれば、バルーンがない方がよい)

クラス6(クラス1000)と言ってもブース内の全域で同じ清浄度があるとは限りません。逆に小さなブースほど発塵負荷が大きく影響し、バラつきは大きくなります。大切な製品にホコリを付けないようにするためにバルーンは大変有効なツールです。
ミニエン取付時
【舟形パンチングの役割】

舟形パンチングの役割はFFU(ファン付きHEPAフィルターユニット)から吹き出す清浄化された空気を周囲に拡散させることです。パンチングの開口率は30%程度で、いったん風を受け止めて、側面の開口も含めて周囲に風を吹き出します。
なぜ、拡散が必要なのでしょうか?それには、まず、清浄度の高い層流式クリーンルームの気流について考えてみましょう。クラス100以上の層流式クリーンルームでは天井全面にHEPAフィルターを敷き詰め、風を吹き出し、床にはグレーチングを置いて、空気がそのまま逃げるようにされています。空気の流れはまるで、ところ天のように天井全面から押し出され床全面へと逃がされます。これが、理想的な空気の流れです。早い風速は必要とされていません。クリーンルーム規格ではクラス100では0.2m/秒とされています。これに対しFFUの風速は一般的に0.5〜7m/秒程度の速度があり、これを使用した乱流式クリーンルームでは空気の流れが乱れ、ゴミが舞い上がるような現象が起きます。これを少しでも防ぐことがパンチングの役割でした。
パンチング
CSバルーン
【パンチングが無い場合の弊害】

パンチングの話に戻りますが、パンチングの役割はFFUの風速を落として周囲に拡散させることです。では、パンチングが無い場合はどうなるのでしょうか?
FFUから吹き出された空気も写真のように床までは直進し、床に当たると周囲に向かって広がり、その後壁を伝って上に吹き上がります。このことはクリーンルームやブースの中でゴミが舞う、あるいはワークにゴミが付着する原因となります.
ミニエンのエアの流れ
【占有状態の製造装置設置時(at rest)】

クリーンルーム規格「JIS B 9920」ではクラス表示と並行して、どのような条件のときの清浄度かを「占有状態」として表示するようになっています。
占有状態には「施工完了時」「製造装置設置時」「通常作業時」があります。
「施工完了時」と「通常作業時」では状況が違うので清浄度が違ってくることは、ご理解いただけると思いますが、なぜ、もうひとつ「製造装置設置時」が決められているかと、言えば、その大きな理由の一つが装置を「配置すると気流が変わる」からです。通常、クラス1000以下の清浄度では、そこまでは重要視しませんが、半導体デバイスの工場などでは重要な要素となっています。
とはいえ、「at rest」時に様々な要因で気流の流れを変わりゴミが付着する原因になることはあり得ることで注意が必要です。
例えば、気流が速いFFUの吹き出し口の近くに装置や作業員がある場合には気流の変化でゴミが思わぬところで付着するということが起こります。
例:クラス1万の占有状態

◆JIS B 9920 清浄度クラスと占有状態について はこちらをクリックしてください
【パンチングがなくなった理由】

近年、簡易的なクリーンルーム(ブース)が増えてきましたが、それを可能にしたのが各クリーン機器メーカーが販売している最新のFFUです。どこのメーカーも小型・軽量・ローコストを売り物にしているので、使い勝手は良いのですが、その秘密は軽量の静圧の低いファンを採用していることにあります。このようなファンはパンチングがあると抵抗に負けて、その分風量が少なくなってしまうのです。
【換気回数だけでは清浄度は言えない】

クリーンルーム規格「JIS B 9919 クリーンルームの設計・施工及びスタートアップ」では管理クラスの目安として換気回数が挙げられています。
エレクトロニクスの場合、クラス1000(JISではクラス6)の場合、換気回数は30〜90回/時間とされています。ずいぶんと幅がありますが、単に風量が多ければ上手くいくというものではありません。風量が多い=風速が速い、のでは先に説明したように、ゴミが舞いあがり、床から壁、作業員から作業台へと伝って、ワークに付着しやすくなります。
本当に高い清浄度を求めるのであれば、必要なのは、より広い面積からより遅い風を均一に吹き出し、ゴミの舞いあがりを防ぐことです。
◆ヘルスケア製品用無菌プロセスのクリーンルーム例  

◆マイクロエレクトロニクスのクリーンルーム例 

※清浄度クラス、気流形式、平均気流速度、適用例を表示
【CSバルーンは静圧の低いFFUでも風を拡散、より清浄化します。】

CSバルーンはFFUの吹き出し口に取り付けるポリプロピレン製の布でできたパンチングに相当するツールです。
この布は長繊維でできているため自身の発塵はありません。極めて静圧は低いので、簡易タイプのFFUでもほとんど風量を損なわず、広い面積で吹き出すことができます。既設のFFUにも後付け可能で、取り付けるだけでクリーンルーム(ブース)の気流を大幅に改善することが可能です。
クリーンベンチの応用例
CSバルーンの応用例とデータ
【実験1】 ミニエンでの応用例 
簡易クリーンブース「CS−CUTEミニエン」にバルーンを取り付けてみました。
2000×2000のミニエン
測定ポイントにも
工夫しました。

【実験要領】

実際の使用状況に近づけるために無負荷で測定するのではなく、装置に模した造り物を入れてみました。
「占有状態」でいえば「通常作業時」。
測定点Aは作業テールの上。ミニエンのビニールカーテンにくっつけて設置してあります。測定点Bは棚の内側。直接、清浄エアの風は当たらない位置です。測定点Cは床に置かれたBOXの内側。ミニエン内に装置がある場合の内側を想定しています。

試験者がミニエン中央(HEPAフィルター真下)でティッシュペーパーを振ってわざと発塵させたときの3点の清浄度をパーティクルカウンターで測定しました。
測定点A 測定点B 測定点C 試験者はティッシュ
を振ります。
CSバルーン
【実験結果】

ほとんどのポイント・粒径でCSバルーン付きの場合の方が清浄度がよい結果となりました。
実はHEPAフィルターの直下では、バルーンなしの場合の方が清浄度がよい。しかし、そのポイントで発塵があれば、ゴミはミニエン全体に拡散してしまいます。また、棚の内側や装置の内側にも流れ込むことがわかります。これはFFUからの気流スピードが速いために廻り込んでいるためと考えられます。
・まとめ
CSバルーンの使用でFFUの気流速度を抑えることができるので、ゴミの拡散の防止に効果的と言えそうです。
0.5μm/CF
2.0μm/CF
【参考ページ ミニエン】

・ユーザーが組立てる簡易クリーンベンチ
・カーテンがついて便利になりました。
・CSバルーンで清浄度もますます良くなります。
※掲載のページはこちら。
【実験2】クリーンベンチの応用例 その1
クリーンベンチ内にCSバルーンを取り付けて清浄度の回復の差を測定する。
【実験要領】

W1600×D680×H700(有効)の簡易クリーンベンチ(NSF-07AH搭載)の左壁から約300のところにパーティクルカウンターを設置し、ファンON時からの清浄度の変化を0.01CF(約6秒)づつ測定し、元の数値からの減少度合いを調べる。そのとき、扉はテーブル上100mmの位置まで開けておく。
CSバルーンの有無で比較する。

ちなみに同ベンチでは数分の運転でベンチ内のどのポイントでも0.5μmのパーティクルの場合、ほとんどカウントしなくなります。
【実験結果】

0.5μmの場合と1.0μmの場合のグラフを提示していますが、どちらもCSバルーン付きの場合の方が早く清浄度がよくなっています。
この場合も実はHEPAフィルター直下であれば、なしのほうがきれいになります。
しかし、テーブルに当たった風はパーティクルを乗せたままテーブル上から、壁へ
と伝い、ベンチ内に広がってしまうのです。
・まとめ
HEPAフィルター直下だけでなく、ベンチ全体の清浄度を考えるなら、バルーン付きの方がよいということになります。
【実験3】クリーンベンチの応用例その2

同じくクリーンベンチの応用例ですが、気流の観察も併せて行いました。
カーテン800L
カーテン400L
【実験要領】

W1800×D750×H1200、CS−CUTE−13B搭載のベンチです。前面にビニールのカーテンを取り付けていますが、400L、800Lと折り返すことができます。今度は周辺環境があまり良くなかったので、左、中心、右とそれぞれバルーンの有無で0.1CF×2回、測定し平均しました。また、ポラリオンライトとスモーカーを使って、気流の観察も行いました。
このベンチはフレーム下に10mmの空きがあります。 左のポイント CSバルーン付き バルーンなし テーブル上のスモークの流れ 壁際のスモークの流れ
【実験結果】

まず、この実験はクリーンルームとはかけ離れた、条件の悪い環境下で行いました。よって、相当パーティクルが出ていますが、これは条件によるものとしてご了解してください。

このベンチは前面カーテンが400Lと800Lに調整可能ですが、カーテンが長いほうがより圧がかかりやすくなり清浄度が出ます。400Lの場合は外部の影響をもろに受けて左右は清浄度が出ません。800Lになるとパーティクルカウンターの測定ポイントはカーテンよりも上になるため、ゴミは外に出やすくなり、ずいぶん数値はよくなります。それでもやはり、左右が悪い傾向はあります。いずれもバルーン有りの方が良好なデータが得られました。

また、気流を見てみるとスモークの大半はベンチの外へと押しやられますが一部はテーブルや壁に沿って回り込んでいることがわかります。このベンチはフレームの下に10mmの空きがあり、そこから外へ逃げる空気もあるのですが大半は内部で舞っている感じです。なぜ、バルーンがある方がよいデータが得られるのか、その原因はこの気流に関係があるのは間違いありません。

しかし、スモークの観察ではバルーン有りの場合でも見た目はややまし、といった感じで際立った差までは見出せませんでした。データからは明らかによい状態がうかがえるのですが、人間の目には区別はできないようです。
カーテン400L/0.5μm
カーテン400L/2.0μm
カーテン800L/0.5μm
カーテン800L/2.0μm
【参考ページ】

▼ローコストでも各種オプションに対応可能。
CSクリーンベンチのページ

▼スモークと組み合わせると気流もはっきり見える
ポラリオン クリーンルーム ライトのページ
【CSバルーン装着時のCS-CUTE-13Bにおける風速の変化】
バルーンなしの測定点
バルーンなしの風速
バルーン装着時の測定点
バルーン装着時の風速
実際にCS−CUTE−13BにCSバルーンに装着したときの風速とバルーンなしの場合の風速の分布を測定しました。

バルーンなしの場合より、装着時の方がより均一な風速になり、また、ほとんど総風量も変化がないことがわかります。

この結果からCSバルーンを装着することで既存のFFUの風量をほとんど損なうことなく、クリーン化に重要なより均一に遅い風速で周囲に吹き出すことを実現できていることがわかります。

・まとめ
CSバルーンを装着すると既設FFUの風量をほとんど落とすことなく、均一に広い面積からの吹き出しが可能です。

CSバルーン/サイズ 適応CS−CUTE
350×300×50 CS−CUTE−01A
450×450×50 CS−CUTE−03A
630×325×80(ミニエン用) CS−CUTE−05A
680×400×80 CS−CUTE−05A
570×570×80 NSF−07AH
630×630×80(ミニエン用) CS−CUTE−10CF
700×700×80 CS−CUTE−10CF
760×630×80(ミニエン用) CS−CUTE−13CF
830×700×80 CS−CUTE−13CF
10 1400×800×120 NSF−17AH
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