クリーンルーム

精密機器・部品の加工や医薬品等、さまざまな分野で求められるクリーン環境。クリーン度を作る方法、維持する条件等。基礎から分かりやすく解説します。

空調の4要素

空調とは、空気の条件をその空間の用途や目的に合わせて、適した状態に調整することで、そのために温度・湿度・清浄度・気流の4つの要素を調節し、均一で適切な室内環境を実現しなければなりません。

一般空調環境での環境基準

日本国内では、さまざまな法律によって国民の健康を守るための快適な空気環境が定められています。以下のように一般空調下においても、温度・湿度・清浄度・気流の管理目標は数値化されています。
例）建築物衛生法、建築基準法、ビル管理法、労働安全衛生法など

一般空調環境の清浄度

また、一般空調環境での清浄度は室内などの対象空間の粉塵・ハウスダスト・花粉などの浮遊粉塵やホルムアルデヒドなどのアレルギー源となる化学物質、嫌な臭いなどを取り除くことが求められます。

製造プロセスにおける清浄度

製造プロセスにおける清浄度は一般的にクリーン度と呼ばれ、一定の基準に基づき対象空間内の空気の汚れ度合いを表し、クリーン度クラス〇〇と表現します。このように、クリーン度（清浄度）を実現し、管理された部屋をクリーンルームと呼びます。

クリーンルーム

クリーンルームは、以下のように定義されます。

空気中の浮遊微粒子、浮遊微生物が限定されたレベル以下の清浄度に管理され、不純物や異物を持ち込まないようにコンタミネーションコントロールが行われている部屋で、室内に持ち込まれる製品、薬剤、水なども清浄度が保持され、快適な作業環境のために必要に応じて温湿度や圧力、気流などの環境条件についても管理が行われている空間です。

（参考：JIS Z 8122）

クリーンルームは使用目的により、大きく2種類に分類されます。

インダストリアルクリーンルーム

おもに半導体・液晶・電子部品・精密機器などの工業分野向けで、空気中の浮遊粒子が対象です。

バイオロジカルクリーンルーム

おもに医薬品・遺伝子工学・バイオ・手術室などの医療食品分野向けで、空気中の浮遊微生物が対象です。

コンタミネーション

コンタミネーションとは、製品や食品などに異物・不純物・微生物などが混入する、汚染されることを言います。コンタミネーションが発生しないように管理することをコンタミネーションコントロールと呼んでいます。

製造工程では、機械装置・搬送機などの周辺環境から、金属片・異物・不純物・汚染物質などが発生し、製品に混入したり、付着することがあります。特にクリーン環境の管理が厳しい半導体・電子・精密部品・医薬品や食品製造分野では、ロットアウトやリコール回収などの大きな損失や信頼喪失になりかねません。
そのための対策には、以下のことなどが考えられます。

• 部材を見直し、コンタミを起こしにくい仕様に変更する。
• 洗浄を徹底する。
• 洗浄方法を見直す。
• 専用の器具を使用する。
• 検査を徹底する。
• 特定物質が混入しないように工程を見直す。
• 社員教育を徹底する。

クリーン規格とクリーン度（クラス・清浄度）

クラス(清浄度)とは、空間中の微粒子がどのくらいの量なのかの度合いを規格により定めたものです。現在は国際統一規格のISO規格へ統一されてますが、従来からの米国連邦規格「FED-STD209D]が現在でも広く使用されています。JIS規格は基本ISO規格に準じています。

ISO14644-1　（JIS B9920）

1立法メートル当たりの空気中の0.1μm以上の粒子が対象で、クラス1-9まで分類されています。JIS規格もISO規格と同様に、1立法メートル当りの0.1μm以上の粒子の個数でクラス1-8まで分類します。

FED-STD-209D

1立方フィート（1フィート＝約30cm）当たりの空気中の0.5μmの粒子の数でクラスが分類されています。

■ 表 5 空気清浄度クラスによる測定粒径と上限濃度

清浄度クラス		上限濃度（個 / m 上限濃度（個 / m3））
国際統一規格 ISO 14644-1	米国連邦規格 FED-STD-209D	測定粒径
		0.1μm	0.2μm	0.3μm	0.5μm	1.0μm	5.0μm
クラス1		10	2
クラス2		100	24	10	4
クラス3	1	1,000	237	102	35	8
クラス4	10	10,000	2,370	1,020	352	83
クラス5	100	100,000	23,700	10,200	3,520	832	29
クラス6	1,000	1,000,000	237,000	102,000	35,200	8,320	293
クラス7	10,000			352,000	83,200	2,930
クラス8	100,000			3,520,000	832,000	29,300
クラス9				35,200,000	8,320,000	293,000

クリーン度測定

クリーンルームの空気清浄度の評価方法は、JIS B 9920に規定されています。一般的には、パーティクルカウンターを使用して粒子径ごとに粒子数を計測します。

クリーン度とエアフィルター

対象空間のクリーン度（清浄度）を満足させるためには、空気中の浮遊粒子をろ過するエアフィルターがなくてはなりません。エアフィルターには、捕集効率のよって以下のように大別されます。HEPAフィルターに近い中高性能フィルターを準HEPAフィルターと呼ぶこともあります。

フィルターの種類	粗塵フィルター	中性能フィルター	HEPAフィルター	ULPAフィルター
粒子の大きさ目安	やや粗い粒子	やや細かい粒子	非常に微細な粒子
粒子径	10～20μm以上	1～2μm以上	0.3 μm	0.1～0.2 μm
捕集率(目安)	約50～90%	約50～95%	99.97～99.99%	99.999～99.99999%
初期圧損(目安)	約5～20Pa	約20～120Pa	約90～250Pa	約130～250Pa

FFU（フィルターファンユニット）
HEPAフィルターとファンモーターを合体したクリーンエア装置をFFUと呼んでいます。

HEPAフィルターは、High Efficiency Particulate Air Filterの略で、JIS規格で以下のように定められています。

定格風量で粒径が0.3 µmの粒子に対して99.97％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が245Pa以下の性能を持つエアフィルター

（参考：JIS Z 8122）

ULPAフィルターは、Ultra Low Penetration Air Filterの略で、JIS規格で以下のように定められています。

定格風量で粒径が0.15μmの粒子に対して99.9995％以上の粒子捕集率をもち、かつ初期圧力損失が245Pa以下の性能を持つエアフィルター

（参考：JIS Z 8122）

捕集効率

質量法

フィルターで捕集した質量÷フィルターに流入した総質量
⇒質量法は、細かな粒子は捕集できなくても、大きな粉塵（粗塵）を捕集すれば捕集効率が高く算出されるため、一般的には粗塵フィルターの計測方法となります。

計数法

フィルターで捕集した粒径ごとの粒子数÷フィルターに流入した粒径ごとの粒子数
⇒計数法は、ほこりや浮遊粒子の粒径ごとにどれくらいフィルターで捕集できたかを粒子の数をカウントして計測するため、HEPAフィルターなどで用いられる評価方法となります
そのため、HEPAフィルターの仕様には「0.3μm粒子にて99.97％以上」などと記載されています。

＜注意点＞
HEPAフィルターやULPAフィルターは捕集効率が高い反面、浮遊粒子やほこりが多い場所で使用すると、フィルター自体の目詰まりが早くなり、急激な風量低下のため、フィルターの交換周期が早くなるので、使う場所やプレフィルターとの併用などを検討する必要があります。

フィルター圧力損失

フィルターは浮遊粒子やほこりを捕集するため繊維質の網の目構造になっています。そのため、フィルターを通る空気の流れを妨げる抵抗となります。ある風量の空気の静圧がフィルターを通過した時に低下する圧力差のことをフィルター圧力損失といいます。
フィルター通過前の空気の静圧－フィルター通過後の空気の静圧
⇒圧力損失は、微差圧計で測ることができます。

＜注意点＞
フィルター圧力損失は、新品の状態を初期圧力損失と呼び、運用する時間とともにフィルターが目詰まりし、徐々にフィルターの圧力損失は大きくなり、捕集効率の低下や風量の低下の原因となります。また静圧の弱いファンモーターの場合、圧力損失の大きなフィルターを使用すると希望の風量がでない原因になるため、注意が必要です。

クリーン度を維持するためのクリーンルームの4原則

クリーンルームのクリーン度（清浄度）を常に維持するためには、まず「クリーンルームの4原則」の遵守が基本となります。

インダストリアル系クリーンルームの気流設計の目安

クリーンルームの気流速度は、JIS規格では0.2m/s以上を推奨していますが、クリーン関連機器メーカーはおおよそ0.3～0.4m/sの気流速度で選定することが多いようです。アピステの場合は、0.4m/sに設定しています。

清浄度クラス (JIS)	清浄度クラス (FED)	気流形式	平均気流速度 (m/s)	換気回数
				(回数/h)	(回数/h)
2	-	一方向流	0.3～0.5	適用外	-
3	C1	↑	↑	↑	-
4	C10	↑	↑	↑	-
5	C100	↑	0.2～0.5	↑	200～400
6	C1,000	非一方向流 または併用	適用外	30～90	100～150
7	C10,000	↑	↑	20～40	30～75
		※JIS B 9919	←	←	※FEDホカ

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