テクニカルレポート

2021/04/16 / テクニカルレポート

画像でひも解くクリーンルームでの発塵

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クリーンサイエンスジャパン  園田 信夫 氏


1. はじめに

 

 作業室内のクリーン化は不良率低減に直結し、その管理運用技術は重要な品質管理の手法として定着している。

 従来から、パーティクルカウンター等で作業室内の清浄度の監視は行われていたが、製品の表面異物管理や発塵源の追究とその対策や監視に関し、苦戦を強いられている現場も多いと思う。

 そのような場合、発塵源やその動きを動画で解析する例も増えている。

 一説では写真一枚で2000文字に相当すると言われているが、動画は文字による表現力を確実に上回り、理解するのに効果的である。

 動画は発塵の瞬間や塵埃の流れを捉えることができるのでパーティクルの測定データーや異物分析等とは違う直截的な情報をもっている。

 今回、発塵源や塵埃の様々な動きについて発塵の動画の中の1コマを静止画像として再編集し、発塵の様子のいくつかを解説する。

 なお、発塵関連動画撮影はグリーンレーザーを用いて散乱光を高速度カメラで可視化したものである。

 

 

2. クリーンルーム内での発塵の画像

 


1.クリーンルーム内のガラスビーズの舞い上がり

 

 ●図1にClass1000(Fed.Std.206D)のクリーンルーム内でガラスビーズ粒子(代表粒径50μmφ)落下させたときの、舞い上がり様子を示す。

 図中(a)は撒布時の粒子が落下する様子で、図中の矢印は床面に到達し反跳で舞い上がって来た状態を示している。

 図中(b)は、その数分間後に、粒子が実験者の腕や腰の部分まで上昇し浮遊していることが分かる。

 このように多量の粒子や粉体の落下は、床面に到達後、舞い上がって数分間浮遊する。

 この浮遊塵埃は気流に乗って拡散し汚染の原因となるので注意が必要である。

図1 ガラスビーズ撒布時の床面からの舞い上がり(a)(b)

 

2.エア吹き出し口の気流の動き

 

 ●図2にエア吹き出し口からの清浄エアの動きを、スモークテスタを用いて観察した例を示す。

 エア吹き出し口の中央部は気流風速が大きく清浄エアは直下するが、その周辺領域は清浄エアがその場の滞留エアを巻き込み乱流となって渦が発生する。

 このため、この流域の滞留エア中に含まれる塵埃は清浄エアと混じりあい希釈される濃度は下がるが清浄度は期待するほど上がらない。

 清浄エアは乱流ではなく層流(Laminar flow)であって、ピストン流(Piston flow:あたかもところてんを押し出すイメージ)で滞留エアを押し出して清浄エアと置換させるのが理想である。

 このように、エア吹き出し速度が大きいと乱流域となるので層流域が形成されるように気流速度の制御が必要である。


図2 エア吹き出し口の気流の動き

 

3.引きよせ動作による塵埃の乱れと浮遊

 

 ●図3に作業者が上腕を振って塵埃として用いたガラスビーズ(代表粒径50μmφ)を引きよせた様子を示す。

 約1m離れたガラスビーズも上腕振りで引き寄せると約2秒で作業者の周りに到達し、そこで浮遊しながら作業者に纏わりつくことが分かる。

 この纏わりつきは数分間にも及ぶ。

 さらに塵埃は無塵服に付着し、作業者の歩行や動作によって移動し拡散することになる。


図3 作業者による塵埃引き寄せ動作による塵埃の乱れと浮遊

 

4.気流の乱れによる塵埃の動き

 

 ●図4に塵埃にコットンリンターを用いて散布し浮遊させ、斜め上からおおよそ0.15m/sの小さな気流の変化を与えたときの塵埃の動きを示す。

 図中左の気流が大きい領域では塵埃の画像も中央部の浮遊域に比べて移動速度に応じて長くなり、気流速度の差によって渦状に動いていることが分かる。

 一般に塵埃は軽いので、気流に乗って動き回る。

 クリーン化にとって気流の流れを知ることは、気流を制御するっことで製品の異物汚染防止に繋げることが可能となる。


図4 気流の乱れによる塵埃の動き

 

 

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