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クリーンルームのダストの見える化~2.みる

 「みる」について考えてみましょう  
■「みる」の漢字・・・見る、視る、観る、看る、診るの違いについて

日本語で「みる」といった時、いくつかの漢字が思い浮かびます。それぞれの意味の違いについて考えてみましょう。調べてみると、もともと日本語には「みる」という言葉しかなく、漢語の「見」「視」「観」などのそれぞれ違う語にすべて「みる」という音が当てられたのだそうです。
これに関してyahoo知恵袋のある質問の回答中に面白い話を見つけました。以下に抜粋して添付します。

1.まず、「目」という字ができました。人間の目の絵を元にした象形文字です。

2.次に、「目」と何かを組み合わせた文字ができました。
例えば、目と儿(じん、人の形)を組み合わせた形の「見」、目と手を組み合わせた形の「看」、など。

3.さらに、「見」と何かを組み合わせた文字もできました。
「見」に、音符「示(シ)」を組み合わせた「視」
……「示」は、シという音をあらわすと同時に、「止める」という意味ももつので「止まってじっと見る」になります。
「見」に、音符「?(カン)」を組み合わせた「観」……「?」は、カンという音をあらわすと同時に「ぐるりと」
という意味も持つので「ぐるりと見まわす」になります。

4.「診」はちょっと違います。「言」が意符、右側が音符で「シン」をあらわします。この「シン」は、「深」「沈」に通じて、もともとは「占い師が深く察して神秘的なことを知る」という意味です。さらに、目へんの「?(シン)」と言う字と同じように使われて、現在の「診」の意味になりました。

・・・止まってじっと見るのが「視る」。ぐるりと見回すのが「観る」。実際の現場でも不良原因を突き止めるときには、「視る」や「観る」ということも必要だと思います。気づかなかった原因が見えてくるかもしれません。
それから、看るは「(病気の人に)手をかざして熱をみる」という意味なんですが、この字はクリーンルームライトをかざしてホコリを見るという意味に使えそうですね。と、こんな話をある人に話したら、下のような字を作ってくれました。これで「ポラリオンクリーンルームライト」と読むのだそうです。
   
新しい漢字「ポラリオン クリーンルーム ライト」?!  
■肉眼でどこまで小さなものが見えるのでしょうか?

人間が肉眼で見える小ささの限界はどのくらいなのでしょうか?ポラリオン クリーンルーム ライトでは条件によりますが、だいたい5μmくらいのものは見分けがつきそうです。しかし、これは対象物が強い反射光で光り、周囲とのコントラストがはっきりしているので見えるのだと思います。夜の星も同じで、人間の目の分解能からすると見えないような大きさの星でも星が光っているために見えるのだそうです。

では、一般的にどの程度のものまで見えるのかと言えば、これもwebで面白い話を見つけました。デジタル写真は銀塩を超えたか? -光顕および電顕写真の入力から出力まで- 岩崎 雅行氏(著) というページからの抜粋です。

・・・略・・・解像できる2線間の距離を解像限界といいます。解像限界が小さいほどシャープになります。解像限界の逆数を解像力といいます。解像力が高いほどシャープになります。解像力はmmあたり何本とか、インチあたり何ドットで表します。画素数も広い意味では解像力の一種です。

 分解能は理想的な条件下での解像力で、これは理論的な数値です。たとえば、あるスライドをある分解能で作って投影しても、実際には、人によって解像力はそれぞれ異なります。なぜなら、ひとりひとりの視力、スクリーンから座席までの距離、などの条件が違うからです。しかも、解像力が分解能を上回ることはありません。

 このように、シャープさを評価する場合、机の上での計算より、実際の解像力を計ることが重要です。また、デジタル画像は、入力から出力までいくつかのデジタル機器を経て、最終的に我々の肉眼で見られるわけですから、個々の機器の性能だけでなく、システム全体として評価する必要があります。たとえば、一般のデジカメの場合、レンズの解像力、フィルムに相当するCCDの画素数、保存する画像ファイルの圧縮率、パソコン上での画像処理、プリント時の解像度設定、プリンターの解像力、印刷面から目までの距離、見る人の視力など、多数の要素がからみます。このシステムの中にどれかひとつでも、解像力の低い要素があると最終的な解像力は、それで決まってしまいます。

 最終的に出力された画像の解像力が、肉眼の解像力より、はるかに低い場合、バカ拡大といって、写真や印刷のプロは、これをとても嫌います。逆に、肉眼より、はるかに高い解像力は、時間とコストのむだとなります。与えられた条件での肉眼と同程度の解像力で出力するのが、理想的といえます。そのためには、まず、肉眼の解像力を知る必要があります。

【表1】 解像限界・解像力・分解能の定義.

解 像 限 界 解像できる2点間または2線間の最小距離の実測値 [mm,μm]
解 像 力 1 / 解像限界 [本/mm,dpi]
分 解 能 理想的な条件下での解像力(理論値)

2.肉眼の理論分解能
 人間の目は非常に精巧なカメラで、フィルムに相当する網膜のいちばん深いところに、光を感じる錐体と杆体という細胞があります。杆体は薄暗いところで明るさの違いを感じ、白黒の画像をつくります。錐体は明るいところで、カラー画像を作ります。錐体には、RGBの色を感じる3種類の細胞があり、モザイク状に並んでいます。ちょうど、デジカメのCCDとそっくりの構造をしています。錐体と錐体の距離は、最もシャープに見える中心窩という場所では2.5μmで、網膜の理論分解能は視力にして2.0程度です。レンズの方も、ほとんど収差のないオートフォーカスのレンズで、レンズの理論分解能も視力にして2.0程度です。

3.肉眼の解像力(表2)
 実際の視力の実測には、ランドルト氏環というCの字型の指標を使います。見分けることのでる一番小さい切れ目の視角の、逆数が視力になります。たとえば、切れ目の視角2分なら視力0.5、1分なら視力1.0です。視力1.0の場合、5mから解像できる切れ目の幅は、1.5mmです。ところが、解像限界で表す場合には、2点間の距離ですから、1.5mm四方の白、黒、白の3点のうち、白と白の中心どおしの距離ですから、倍の3mmとなります。

 写真や印刷物の場合は、通常250mmぐらいの距離で見ますので、視力1.5の人は、その距離では、0.1mmの解像限界を持つことになります。これを解像力に直しますと、mmあたり10本、これを、ドットで表しますと、mmあたり20ドットで、1インチが25.4mmですから、508(ドットパーインチ)dpiとなります。  デジタル写真を考える場合、この508dpiというのを憶えておいてください。つまり、手にとって見る写真の場合、最終出力の実測解像力が、508dpiに近いほどよい、ということです。許容範囲は、半分くらいと考えてください。250dpi以下だと、大抵の人がボケている、つまりバカ拡大であることに気づきます。

【表2】 視力と解像限界

視力の定義 視力 = 1 / ランドルト氏環の切れめの視角 [分]
視力1.0の5mから解像できるランドルト氏環の切れめ 5000 × tan (1/1.0/60) ≒ 1.5mm
視力1.0の5mからの解像限界 1.5 × 2 = 3mm
視力1.5の明視距離250mmからの解像限界 3 / 1.5 × 250 / 5000 = 0.1mm
視力1.5の明視距離での解像力 1 / 0.1 = 10本/mm
・・・略・・・

上記の話は解像力についての話なので、単にワークに付着した異物を見つける場合とは内容が異なりますが、人間の目の解像力について分かり易く書かれていて参考になりました。
■「見える化ツール」の位置付け 

粗粒子を観察するツールが昔からまったくなかったわけではありません。従来からのおなじみの機器も含め「見える化ツール」に属する各アイテムについての位置付けについて見てみましょう。
  1. 顕微鏡・・・顕微鏡には様々な種類があり、価格も対象倍率も多様ですが、一言で言えば、詳細は分かるが観察できる範囲はかなり狭い。と言えます。よって、クリーンルーム全体の状況など広範囲の異物観察には相当な時間がかかるという問題があります。
  2. パーティクルカウンター・・・クリーンルーム清浄度測定の定番ツールとして広く使用されています。一部機種を除き、粗大粒子に対応していないために粗大粒子数は浮遊微粒子濃度表からの類推で導き出されることが多いようです。しかし、これは堆積分を無視した方法であるため、実情を反映していない場合もでてきます。また、粗粒子に対応したパーティクルカウンタであっても気中濃度を測定するのみで、すでに製品に付着した状態のものは測定不可です。
  3. 表面異物検査装置・・・半導体ウエハの検査装置には表面異物の分級・カウントを行うものがあり、表面異物検査装置と呼ばれています。直接的にワーク表面の観察が可能ですので付着異物の管理及び対策として大変有効ですが、半導体・液晶など特定のワークにのみ対応する商品だけしか市場にはありませんでした。シーズシーが開発した「落下塵カウンター」は他の多くの業種・業界での使用を前提とした従来にない表面異物検査装置です。
  4. レーザーシート光発生器・・・レーザー光をレンズやポリゴンミラーの働きで2次元的に広げ発射する装置です。気中に浮遊する粗粒子~微粒子レベルのゴミ・ホコリまでを広範囲にわたって目視観察が可能であり、またはカメラ撮影との組み合わせによる可視化システムとしてゴミ発生のメカニズムや気流の影響など浮遊の状態を観察するツールとして活用されています。広範囲の観察や撮影が可能ということは情報の共有化が容易ですので、「見える化」の効果は非常に高い。しかし、同時に価格も大変高価です。
  5. 強力ライト・・・古くから一部では強力な市販ライトがゴミ・ホコリ発見ツールとして使用されていました。最近は高輝度LEDを使ったものも増えています。しかし、光量がそれほど多くないために、大勢で同時に同様の観察は困難で、そのため、情報の共有化にはつながらず、メジャーなツールにはなり得なかったと思います。ポラリオンライトは従来にない光量を持つので、レーザーシート光ほどではありませんが情報の共有化が可能で、価格も比較的安価なので入門機として最適です。
  6. 目視確認・・・これも古くから粗大粒子問題の対策方法として採用されていました。具体的な運用方法はさまざまですが、方眼を入れた粘着シートやシャーレなどで落下する粗大粒子を集め目視カウントする方法です。ツール自体は安価ですが、作業員がカウントするので、人によってカウント数のばらつきなど精度の悪さ、観察に相当な時間がかかることが問題点であります。
  7. 気流可視化装置・・・粗粒子の動向は気流によって左右されるので、気流コントロールによる解決方法もあります。ですから、気流の観察も間接的ですが、粗粒子対策として有効とされています。しかし、気流そのものも目視観察ができません。気流可視化装置とは非常に軽量な粒子や糸などを使用して気流の可視化を行う装置のことを言います。
シーズシーは独自の見える化ツールに非常に力を入れていますが、世の中にはいろいろな見える化ツールがあります。右の表は縦軸に対象となるゴミ・ホコリの大きさ(単位:μm)と横軸に価格(単位:万円)を入れて、並べてみたものです。

一言で「見える化」といってもいろいろです。例えば、市販のLEDペンライトでもそこそこのダストはよく見えます。しかし、範囲が狭く、使っている本人だけが分かる程度です。
上記に挙げたように、見える化ツールにはパーティクルカウンターや落下塵カウンターなど、数量が測定できるもの(定量評価)があり、これは対策の効果などを確かめる時に大変便利です。また、顕微鏡は見える範囲は狭いのですが、詳細にゴミ・ホコリの観察をすることができます。ちょっと、視点を変えて気流観察をすることでゴミ・ホコリの動きを知ることもできます。このようにツールごとに特徴があるので、よく商品を知って目的にあった選択をすることが重要です。
我が国のモノづくりにおける外観品質の高さは大きな競争力の源となっていると思います。そして、直接的な生産手段ではありませんが、クリーン化技術はそれを支える縁の下の力持ち的存在であると認識してします。
近年、生産を海外に移す企業が増えていますが、例え、海外移転してもジャパンブランド製品として生産する以上、外観の高品質を維持することは必須であり、海外の生産者にも高いレベルのクリーンルーム教育が必要だと思われます。海外でもクリーンルームの「見える化ツール」は非常に強いインパクトを与え、情報の共有化を容易に進める潤滑材になりうると考えられます。
「見える化ツール」=「情報の共有化ツール」という使いこなしが非常に重要だと思います。
シーズシーの見える化商品の紹介(商品名をクリックすると詳細を解説したページに飛びます)
ポラリオン クリーンルーム ライト 品番:NP-1

もともとは軍用・レスキュー用に使用されていた強力なHID(High Intensity Discharged lampの略)光源のハンディサーチライトをクリーンルーム用として転用したもの。直進性が高く、強力な光を発射し、気中に浮遊するものでは約10μm、表面付着では約5μm程度まで目視確認可能です。バッテリータイプでは持ち運びが容易であり、クリーンルームの隅々まで粗粒子の堆積状況を確認するのに有効。レーザーシート光と比較すると範囲は狭いが十分な広範囲を観察が可能で、レーザーシート光が2次元的な照明であるのに対し、狭いながらも3次元で観察できることがメリット。つまり、ホコリの動く方向や速度の情報も確認できます。(レーザーシート光はゴミ・ホコリが通過した瞬間に光り、通過後は見えなくなるので上記は観察不能)

また、オプションとしてフィルタの付け替えにより、紫外線をカットし、イエローライトとして露光室での使用が可能となるほか、まったく逆に可視光をカットし、紫外線のみの照射で繊維くずの発見が容易となる超強力ブラックライトとしても使用可能です。
RACCAR 粗大粒子カウンター

粗大粒子カウンターは、パーティクルカウンターが気中の粒子カウントを行うのに対して、サンプル収集板として4インチシリコンウエハを使用して付着した粒子を対象に、板上の30μm以上の粗大粒子の分級(30μm以上、50μm以上、100μm以上、150μm以上、200μm以上の5段階)とカウントを行う装置です。結果をパソコンに表示・保存することが可能。名前の由来は粗大粒子中でも30μm以上の異物はほとんどゆっくり落下していくので、浮遊塵に対して落下塵と呼んだことによります。
工程中の落下塵測定はもちろんのこと、応用例として、サンプル収集板に対象を押しつけることで、対象の表面にどの程度ゴミが付着していたのか、といった付着塵の確認(スタンプテスト)や予めゴミ・ホコリの付着したサンプル収集板にエアガンなどをかけた後、どの程度除塵できたのかといった除塵率を差分から算出するなどの使用方法も可能。一番のメリットは「定量的な見える化」ツールであるため、ゴミ・ホコリ対策を数値管理することで、ラインの立上時など複数の装置のゴミの付着対策を行う場合などに効果を発揮します。
バー型クリーンルームライト 品番:L3SQ

L3SQ(エルスリー・スクエア)は強力なLED光源を直線に並べたもので、検査・組立などデスクワーク時のホコリを発見するのに有効です。HIDを使用したポラリオンライトNP-1と比べると光の強さはそれほどでもありませんが、幅方向に均一な光を出すので手元の一定範囲をしっかりカバーできます。つまり、目の前にあるゴミ・ホコリをしっかり発見してくれる、そんなライトです。また、軽量でコンパクトなので簡単にハンドリングが可能。装置や治具への取り付けも簡単にできます。
気流可視化装置 ミストストリーム

ミストストリームは超音波霧化装置とファンフィルターユニットを内蔵し、純水対応によるクリーンルーム内で使用可能な微細なトレーサー・ミストを発生させ、気流を可視化する装置です。従来品との大きな違いは徹底的な部品・部材の見直しで大幅なコストダウンを実現したことです。


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