| 【発明の名称】 |
クリーンルーム |
| 【発明者】 |
【氏名】石黒 武
【氏名】呂 俊民
【氏名】高橋 幹雄
【氏名】添田 二三男
【氏名】高志 学
【氏名】小林 直
【氏名】相原 永
|
| 【要約】 |
【課題】広いクリーンルーム内で、発塵、発熱の分布があったり、その分布が変動したりしても、清浄度、温度分布を均一に制御することが可能で、小型空調機による循環風量で足りるクリーンルームを提供することを課題とする。
【解決手段】ドライコイル９２により、空気の温度を、例えば露点温度に達しない程度にまで下げる。この空気の温度は従来に比べて低く、クリーンゾーンユニット５８のファン７２によりフィルタ７０を経由して、クリーンエリアの各エリアへ個別に吹き出される。所定エリア内の製造装置等の発熱負荷が所定外エリアに比べて少ない場合、所定エリアのエリア毎に設けられた短絡送風手段によりエリア内の空気を個別エリア用チャンバに還流させて送ることができる。これにより、所定エリアでは、クリーンゾーンユニット５８から送風される清浄な空気の温度が所定外エリアに比べて高く、従来に比べて少ない循環風量でクリーンエリア内の温度分布を均一にすることができる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 クリーンエリアの天井の吹出口に設けられた清浄手段と、クリーンエリアの吸込口から空気を排出して前記清浄手段へ空気を循環させる循環手段と、クリーンエリアの吸込口から前記循環手段へ排出された空気を所定の温湿度に空調する空調手段と、を有するクリーンルームにおいて、前記空調手段で空調する空気の温度を、前記クリーンエリアの熱負荷処理可能な温度にまで下げる空調制御手段と、前記清浄手段の上流側にそれぞれ設けられ、前記循環手段により送風された空気を前記清浄手段を経由させてクリーンエリアの各エリアに個別に吹き出す個別エリア用送風手段と、エリア内の空気の一部を前記個別エリア用送風手段に還流させる短絡送風手段と、を有することを特徴とするクリーンルーム。
【請求項２】 前記個別エリア用送風手段が、前記清浄手段の上流側に設けられた個別エリア用チャンバと、前記個別エリア用チャンバに設けられたファンと、で構成されたことを特徴とする請求項１に記載のクリーンルーム。
【請求項３】 前記循環手段により送風された空気の前記個別エリア用チャンバへの流入量を制御する風量制御手段を有し、かつ、前記短絡送風手段を前記各エリアに設けて各エリアの空気を前記個別エリア用チャンバに送ることを特徴とする請求項２に記載のクリーンルーム。
【請求項４】 前記短絡送風手段が、前記各エリアに空気導入口を有して前記個別エリア用チャンバに連通する連通路であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のクリーンルーム。
【請求項５】 前記天井の吹出口外縁から天井と略平行に張出し、前記空気導入口近傍との間に空気流入路を形成する風向板を設けたことを特徴とする請求項４に記載のクリーンルーム。
【請求項６】 前記風量制御手段が、前記個別エリア用チャンバの上流側に設けられた開度可変バルブであることを特徴とする請求項２〜請求項５の何れかに記載のクリーンルーム。
【請求項７】 前記短絡送風手段が、各エリアと前記個別エリア用チャンバとを接続するダクトと、前記ダクト内の通過風量を調節する風量制御手段と、で構成されたことを特徴とする請求項２に記載のクリーンルーム。
【請求項８】 前記風量制御手段が、開度可変バルブであることを特徴とする請求項７に記載のクリーンルーム。
【請求項９】 前記風量制御手段が、前記各エリア内に設けられた温度センサと、前記温度センサの検出結果に基づき、前記開度可変バルブの開度を制御する開度制御手段と、を有することを特徴とする請求項６又は請求項８に記載のクリーンルーム。
|
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の製造、組立て等に適切な環境を提供するクリーンルームに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電子部品の製造・組立作業を行うために、空気をファンで循環して、浮遊粒子フィルタで除去するクリーンルームが知られている。クリーンルームの空気循環方式によって、一方向流クリーンルーム（層流クリーンルーム）と非一方向流クリーンルーム（乱流クリーンルーム）とに大別されるが、通常、清浄度クラス１０００程度にして、それほど高度な清浄度レベルを要しない場合は、循環回数が少ない非一方向流クリーンルームが一般的に用いられている。なお、要求される清浄度等の要求度合いに応じて非一方向流クリーンエリア（非層流クリーンエリア）と一方向流クリーンエリア（層流クリーンエリア）とが併設されたものもある。
【０００３】クリーンルームでは、安定した清浄度と温度とを維持できることが要求される。電子部品を組立等して製造する際、製造装置や作業者（オペレータ）からの発熱や発塵が生じるため、クリーンルームに設けられた空調機は、クリーンルームの所定位置に設置された温度センサで冷却コイル内の冷水流量を制御して冷風を供給する。循環させる風量は、最大の発塵量を想定した上で、フィルタの除塵効率と必要な清浄度とによって決定される。
【０００４】以下、例を挙げ、添付図面を用いて従来のクリーンルームを説明する。図４は、従来の非一方向流クリーンルームの一例を示す正面図である。このようなクリーンルーム１０の空調設備は一般に以下のような構成とされている。すなわち、天井パネル３２の吹出口に載せられた高性能フィルタ１２と、高性能フィルタ１２を囲むフィルタボックス１４と、循環する空気をフィルタボックス１４に供給するダクト１６とを有し、フィルタボックス１４へ循環した空気を高性能フィルタ１２を通じて清浄な空気として非一方向流クリーンエリア１８へ吹出す。
【０００５】非一方向流クリーンエリア１８の側壁の下部には吸込口２０が形成され、吸込口２０の下流側には空調機２２が設けられており、空調機２２内にはドライコイル（冷却コイル）２４及びその下流側に循環ファン３０が設けられている。ドライコイル２４には、冷媒（例えば冷水）の循環量を調節する調節バルブ２６が設けられている。なお、非一方向流クリーンエリア１８の吸込口の近くには温度センサ２８が設置されている。
【０００６】ドライコイル２４で冷却された空気は、循環ファン３０により、空調機２２の下流側に接続しているダクト１６から分岐されてフィルタボックス１４へ供給される。
【０００７】このように、空気を強制的に循環させるには、空調機２２内又は空調機２２とダクト１６との間に大型又は中型の循環ファン３０を設けるか、又は、高性能フィルタ１２とその上に設けられたファン（図示せず）とが一体になった、いわゆるファンフィルタユニット（図示せず）を天井パネル３２に設ける必要がある。
【０００８】ところで、クリーンエリアでは、平面的な観点で、製造装置の配置によっては発塵及び発熱の分布が生じ、この分布は製造装置の稼動状況によって変動する。このため、クリーンルーム内の清浄度分布や温度分布は、この負荷変動の影響を受けて変化する。
【０００９】また、クリーンルーム１０では、クリーンエリア全体の発塵量と循環させる空気の風量とに基づいて清浄度を設定している。このため、発塵量の少ないエリアでは循環させる風量（以下、循環風量という）が過剰になり、発塵量の多いエリアでは所定の清浄度を確保できないという事態が生じる。この対策として、要求される清浄度がクリーンエリア内で一様でない場合、一般に、空調機を系統分けすると共に、クリーンエリア内を間仕切りにより区画して複数のエリアを形成し、高い清浄度が要求されるエリアには循環風量を多くしている。しかし、循環風量が多いと、ファンを回転させるモータの寸法が大きくなるので、クリーンルームの有効面積、すなわち、クリーンエリアの面積が相対的に小さくなり、しかも経済的でない。
【００１０】更に、熱負荷の小さい区域では、クリーン度を維持するために必要な吹き出し風量でそのまま吹き出すと、室温が下がりすぎるという事態が生じる。この対策としては、ドライコイル２４による空気の冷却温度を上げる以外に特にない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事実を考慮して、広いクリーンルーム内で、発塵、発熱の分布があったり、その分布が変動したりしても、清浄度、温度分布を均一に制御することが可能で、小型空調機による循環風量で足りるクリーンルームを提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明では、クリーンエリアの天井の吹出口に設けられた清浄手段と、クリーンエリアの吸込口から空気を排出して前記清浄手段へ空気を循環させる循環手段と、クリーンエリアの吸込口から前記循環手段へ排出された空気を所定の温湿度に空調する空調手段と、を有するクリーンルームにおいて、前記空調手段で空調する空気の温度を、前記クリーンエリアの熱負荷処理可能な温度にまで下げる空調制御手段と、前記清浄手段の上流側にそれぞれ設けられ、前記循環手段により送風された空気を前記清浄手段を経由させてクリーンエリアの各エリアに個別に吹き出す個別エリア用送風手段と、エリア内の空気の一部を前記個別エリア用送風手段に還流させる短絡送風手段と、を有することを特徴とする。
【００１３】空調制御手段では、空気の温度を、例えば露点温度に達しない程度にまで下げる。この空気の温度は従来に比べて低く、個別エリア用送風手段により清浄手段を経由して、クリーンエリアの各エリアへ個別に吹き出される。
【００１４】ここで、所定エリア内の製造装置等の発熱負荷が所定外エリアに比べて少ない場合、例えば所定エリアのエリア毎に設けられた短絡送風手段によりエリア内の空気を個別エリア用チャンバに還流させて送ることができる。これにより、所定エリアでは、個別エリア用送風手段から送風される清浄な空気の温度が所定外エリアに比べて高く、従来に比べて少ない循環風量でクリーンエリア内の温度分布を均一にすることができる。
【００１５】請求項２に記載の発明は、前記個別エリア用送風手段が、前記清浄手段の上流側に設けられた個別エリア用チャンバと、前記個別エリア用チャンバに設けられたファンと、で構成されたことを特徴とする。
【００１６】個別エリア用チャンバ内はクリーンエリアに対して負圧であるので、短絡送風手段によりクリーンエリアから還流された空気は、循環手段により個別エリア用チャンバ内に送風された空気と混合して温度が調整されてファンにより各エリアへ吹き出される。
【００１７】請求項３に記載の発明は、前記循環手段により送風された空気の前記個別エリア用チャンバへの流入量を制御する風量制御手段を有し、かつ、前記短絡送風手段を前記各エリアに設けて各エリアの空気を前記個別エリア用チャンバに送ることを特徴とする。
【００１８】これにより、各エリアの発熱負荷が変動しても、この変動に応じて、循環手段による搬送空気と短絡送風手段による搬送空気との混合比を風量制御手段で調節することにより温度調整し、クリーンエリア内の温度を一様に維持することが可能になる。
【００１９】請求項４に記載の発明は、前記短絡送風手段が、前記各エリアに空気導入口を有して前記個別エリア用チャンバに連通する連通路であることを特徴とする。
【００２０】請求項５に記載の発明は、前記天井の吹出口外縁から天井と略平行に張出し、前記空気導入口近傍との間に空気流入路を形成する風向板を設けたことを特徴とする。
【００２１】これにより、天井の吹出口から出た空気が空気導入口を通じて直接個別エリア用チャンバに送風されることを防止できるので、効率良く温度制御できる。また、天井に滞留する浮遊粒子や熱を少なくすることができる。
【００２２】請求項６に記載の発明は、前記風量制御手段が、前記個別エリア用チャンバの上流側に設けられた開度可変バルブであることを特徴とする。
【００２３】これにより、ファンのように回転数を制御する必要がなく、構造がシンプルなので、制御機構を簡略化できる。
【００２４】請求項７に記載の発明は、前記短絡送風手段が、各エリアと前記個別エリア用チャンバとを接続するダクトと、前記ダクト内の通過風量を調節する風量制御手段と、で構成されたことを特徴とする。
【００２５】これにより、各エリアの発熱負荷が変動しても、この変動に応じて、循環手段による搬送空気とダクト経由による搬送空気との混合比を風量制御手段で調節することにより温度調整し、クリーンエリア内の温度を一様に維持することが可能になる。
【００２６】請求項８に記載の発明は、前記風量制御手段が、開度可変バルブであることを特徴とする。
【００２７】請求項９に記載の発明は、前記風量制御手段が、前記各エリア内に設けられた温度センサと、前記温度センサの検出結果に基づき、前記開度可変バルブの開度を制御する開度制御手段と、を有することを特徴とする。
【００２８】この構成は、熱負荷変動の大きいエリアでも、精度良く温度制御できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】第１形態に係るクリーンルームを説明する。
【００３０】図１に示すように、クリーンルーム４０は、非一方向流クリーンエリア４２（以下、クリーンエリア４２という）を有しており、クリーンエリア４２の床に配設された格子パネル５０は、図示しない支持サポートで支持され、これにより、床スラブ５２との間が床下チャンバ５４とされている。
【００３１】また、クリーンエリア４２を形成する天井パネル５６の上には、クリーンゾーンユニット５８が設けられている（図１、図２参照）。クリーンゾーンユニット５８は、一定の間隔で、例えば約３０平方メートルにつき１台の割合で配設されている。更に、天井パネル５６の上方に、クリーンゾーンユニット５８へ空気を供給するダクト６６が設けられている。ダクト６６から分岐した枝管６８は、クリーンゾーンユニット５８の下流側（例えば上壁）に接続されている。また、クリーンゾーンユニット５８内には、除塵のためのフィルタ７０と、ダクト６６から供給された空気をフィルタ７０を経由してクリーンエリア４２に吹き出すファン７２とが設けられている。
【００３２】床下チャンバ５４とダクト６６とは、それぞれ、クリーンエリア４２を形成している側壁８０とクリーンルーム４０の壁部８２との間に構成された空調機８４につながっており、クリーンエリア４２から排出された空気が床下チャンバ５４、空調機８４、ダクト６６の順に循環される構成である。これにより、製造装置付近の鉛直気流を確保し、浮遊粒子の周辺拡散を防止している。
【００３３】空調機８４には、フィルタ７０を通過させて外気を導入する外気導入部９０が設けられている。また、空調機８４内の上流側には、冷却用のドライコイル９２が設けられている。ドライコイル９２は、温度センサ９４からの信号によりコントローラ９６で制御され、製造エリアにより熱負荷密度が大きく異なるクリーンエリア４２の熱負荷処理を可能とするために、ドライコイル９２の出口側の空気の温度を１５℃程度に冷却する。この温度は、空調機８４内で結露しない温度であり、空調機８４内の露点温度に比べて１℃から２℃程度高い温度である。
【００３４】更に、ドライコイル９２の下流側には、従来の循環ファン３０（図４参照）に比べて容量の小さい循環ファン１００が設けられており、循環ファンはコンパクト化されている。循環ファン１００は、風量センサ（図示せず）、及び、ダクト６６内に設けられた圧力センサ１０２で検出された検出結果に基づき、コントローラ１０４で回転数が制御されつつ、清浄に必要な風量をダクト６６へ送る。
【００３５】一方、クリーンゾーンユニット５８は、図２に示すように、外フレーム１１０と内フレーム１１２とでボックス化されており、外フレーム１１０と内フレーム１１２との間が、クリーンゾーンユニット５８の設けられたエリアの空気が還流される連通路１１４となっている。この連通路１１４へは、パンチングフェイス１１６を介してクリーンエリア４２へ供給された清浄な空気が、床下チャンバ５４、空調機８４、ダクト６６を循環することなくダイレクトにクリーンゾーンユニット５８へ還気されるので、空気循環経路を短縮することができ、空気抵抗を低減することができる。
【００３６】また、クリーンゾーンユニット５８からクリーンエリア４２へ供給された清浄空気が連通路１１４へショートサーキットすることを防止するため、連通路１１４の空気導入口１１８を覆うように、パンチングフェイス１１６の外縁から天井パネル５６に沿って水平パネル（気流制御板）１２０が張り出している。これにより、天井パネル５６に沿った吸い込みの気流を形成することができ、浮遊粒子の量、及び、熱の滞留しているゾーンを低減させることができる。
【００３７】更に、枝管６８には、枝管６８内を通過する風量を可変にする開度可変バルブ１２６が設けられている。また、天井パネル５６の下面側には温度センサ１２８が配置されており、温度センサ１２８からの検出信号がコントローラ７４へ送信され、開度可変バルブ１２６の開度が調整される。
【００３８】以下、クリーンルーム４０の作用について具体的に述べる。
【００３９】ドライコイル９２によって例えば１５℃に冷却された空気が、ダクト６６を経由して各クリーンゾーンユニットに配分される。このとき、各クリーンゾーンユニットに１個配設した温度センサ１２８により、開度可変バルブ１２６の開度（以下、ＶＡＶ開度という）を制御して、冷風をクリーンゾーンユニットに必要量だけ送風する。
【００４０】すなわち、クリーンエリア４２のうち熱負荷の大きいエリア４２Ａでは、温度センサ１２８からの信号を受けたコントローラ７４が、開度可変バルブ１２６の開度を大きくし、ダクト６６からクリーンゾーンユニット５８及びフィルタ７０を経由してエリア４２Ａに吹き出される冷風量が比較的多くなる。
【００４１】クリーンエリア４２のうち熱負荷の小さいエリア４２Ｂでは、コントローラ７４が開度可変バルブ１２６の開度を小さくし、エリア４２Ｂに吹き出される冷風量が比較的小さくなる。この結果、空気導入口１１８から連通路１１４、ファン７２、フィルタ７０を順次経由して、すなわちエリア４２Ｂからクリーンゾーンユニット５８にショートサーキットして天井の吹出口から吹き出される空気量が多くなる。
【００４２】これにより、熱負荷の大きいエリア４２Ａへの空気の循環回数を、従来に比べて大幅に、例えば５０〜６０％程度に低減することができ、かつ、熱負荷の小さいエリア４２Ｂでは、クリーンゾーンユニット５８からの吹き出し量を充分に維持しつつエリア４２Ｂの冷え過ぎを防止することができる。すなわち、従来に比べて非常に低温の冷風をダクト６６に送風することができるので、ダクト６６への送風量を大きく減らすことができ、従って、循環ファン１００の駆動に必要なファン動力を大幅に低減することができる。
【００４３】また、製造レイアウトの変更や熱負荷の増減に容易に対応することができ、その際、空気の循環風量を増やすことなく熱負荷の処理とクリーン度の維持とを併せて実施することが可能になる。
【００４４】クリーンゾーンユニット５８のファン７２にもインバータを取り付けてもよい。これにより、製造装置のレイアウト変更など必要な清浄度に応じて回転数を任意に設定することができ、また、従来のように間仕切りしなくても済む。
【００４５】次に、第２形態に係るクリーンルーム１５０を説明する。
【００４６】図３に示すように、クリーンルーム１５０は、クリーンルーム４０のダクト６６に代えて天井プレナムチャンバ１５２を、また、クリーンゾーンユニット５８に代えてクリーンゾーンユニット１５４を備えており、冷却された空気は空調機８４から天井プレナムチャンバ１５２へ循環される。第２形態では、第１形態と同じものには同じ符号を付してその説明を省略する。
【００４７】クリーンルーム１５０では、非一方向流クリーンエリア１６０（以下、クリーンエリア１６０という）内の空気を天井パネル５６側からクリーンゾーンユニット１５４の吸込口側に送風するダクト１６２が設けられている。すなわち、ダクト１６２の空気導入口１６４は天井パネル５６側に形成され、ダクト１６２の空気導出口１７０は、クリーンゾーンユニット１５４内のファン７２上流側に形成されている。ダクト１６２の中には、ダクト内を通過する風量を調節する開度可変バルブ１７２が設けられている。開度可変バルブとしては、例えばＶＡＶ（変風量ユニット）又は電動ダンパである。また、天井パネル５６の下面側に配置された温度センサ１２８からの検出信号がコントローラ７４へ送信され、開度可変バルブ１７２の開度が調整される。
【００４８】天井プレナムチャンバ１５２はクリーンエリア１６０に対し、通常、３から５mmAq程度負圧になる。従って、クリーンエリア１６０の空気はクリーンゾーンユニット１５４に導入されてユニット内の空気と混合する。
【００４９】クリーンルーム１５０では、空調機８４を通じて天井プレナムチャンバ１５２へ戻る空気の温度を、クリーンエリア１６０で設定された室温よりも８〜１０℃程度低い温度にまで冷却する。この温度差は、従来に比べて２倍近く大きい。クリーンエリア１６０には、清浄にされた冷気がクリーンゾーンユニット１５４から吹出す。
【００５０】これにより、従来のようにクリーン度維持のために循環風量を多くすることなく、熱負荷が大きいエリア１６０Ａ内の空気の一部をクリーンゾーンユニット１５４の吸い込み側にショートサーキットさせ、天井プレナムチャンバ１５２からクリーンゾーンユニット１５４に供給される低温の空気と混合して吹き出し温度を調整することが可能になる。このため、空気の循環風量を従来に比べて大きく低減すること、例えば５０％程度低減することができ、熱負荷処理及びクリーン度維持の両者を経済的に実現することができる。
【００５１】クリーンエリア１６０のうち熱負荷が大きいエリア１６０Ａでは、コントローラ７４により開度可変バルブ１７２の開度が小さくされ、エリア１６０Ａからクリーンゾーンユニット１５４内に導入される空気量が少なく、天井から吹き出される空気の温度は比較的低い。
【００５２】クリーンエリア１６０のうち熱負荷の小さいエリア１６０Ｂでは、コントローラ７４により開度可変バルブ１７２の開度が大きくされ、エリア１６０Ｂからクリーンゾーンユニット１５４内に導入される空気量が多く、天井から吹き出される空気の温度は比較的高い。
【００５３】また、クリーンエリア１６０のうち熱負荷変動が大きいエリアでは、温度センサ１２８の検出結果に基づき、ファン７２を駆動する電動機の回転数をインバータ又は直流モータにより制御し、ダクト１６２内を通過する風量を、熱負荷によって決まる最大量からクリーン度維持によって決まる最小量までの範囲内で変動させることにより、天井からの空気の吹き出し温度を調整して室温を所定範囲内に維持する。
【００５４】これにより、各エリアの温度を、製造装置の発熱分布によらず均一に維持できる。
【００５５】なお、クリーンエリア１６０のうち熱負荷変動が小さいエリアでは、開度可変バルブ１７２として、オリフィス、ダンパ又はベーンを設けてこれを手動により調整しても、クリーンエリア１６０の温度を所定範囲内に維持することが可能である。
【００５６】クリーンエリア１６０の隣に壁等で区画された非一方向流クリーンエリアが併設されていてもよい。この非一方向流クリーンルーム内で熱負荷の大小が異なるエリアが混在している場合、熱負荷の大きいエリアと小さいエリアとを垂れ壁等で区分けすることにより、上述したことと同様の作用、効果を奏することができる。
【００５７】また、循環ファン１００を設けないことも可能である。この場合、クリーンゾーンユニット１５４の吸い込み側は、クリーンエリア１６０に対して通常７から１０mmAq程度負圧になる。
【００５８】また、クリーンゾーンユニット１５４には、ファンフィルタとファンとが一体になったファンフィルタユニット（ＦＦＵ）を設けてもよい。この場合、従来に比べてＦＦＵの設置台数を低減でき、しかも、ＦＦＵのファン回転に必要な動力を小さくすることができる。
【００５９】なお、クリーンゾーンユニット１５４の吹出口に、第１形態と同様の配慮で水平パネル（気流制御板）を設けてもよい。
【００６０】
【発明の効果】本発明は上記構成としたので、クリーンエリア内の各エリアの熱負荷に応じて、そのエリア内の空気の一部を天井から直接クリーンゾーンユニット内に吸引することができる。これにより、クリーンエリアの温度を均一に維持するとともに、クリーンルエリア全体の空気を循環させる空調機のコンパクト化、運転に必要な動力の低減化を実現できる。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３６２１
【氏名又は名称】株式会社竹中工務店
|
| 【出願日】 |
平成１１年１０月２６日（１９９９．１０．２６） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７９０４９
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 淳 （外３名）
|
| 【公開番号】 |
特開２００１−１２４３８６（Ｐ２００１−１２４３８６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年５月１１日（２００１．５．１１） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３０３８８４ |
|