(57)【要約】作業室の上面に送風動力を有する塵埃フィルターを有し、クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットにおいて、作業室の壁に設けられた通風孔と塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続するフィードバック気体流路に外部気体流路を直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して接続し、隔壁の両側においてフィードバック気体流路内を流れる気体の流速ベクトルと外部気体流路内を流れる気体の流速ベクトルとが互いに等しくなるようにする。
2008136215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通している
ことを特徴とするクリーンユニット。
【請求項２】
上記外部気体流路は外気と繋がっていることを特徴とする請求の範囲１記載のクリーンユニット。
【請求項３】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しているクリーンユニットの運転方法であって、
上記気体流路および上記外部気体流路中を同じ流速で気体が流れるようにした
ことを特徴とするクリーンユニットの運転方法。
【請求項４】
クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットが複数連結された連結クリーンユニットにおいて、
少なくとも一つのクリーンユニットが、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しているものである
ことを特徴とする連結クリーンユニット。
【請求項５】
上記外部気体流路は外気と繋がっていることを特徴とする請求の範囲４記載の連結クリーンユニット。
【請求項６】
内部の塵埃数または病原菌数を制御または維持することができる作業室を有するクリーンユニットであって、
上記作業室の一部が気体分子を通す隔壁から成っており、
上記隔壁の近傍において、上記作業室の内部の気体の流速ベクトルと外部の気体の流速ベクトルとが当該隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするクリーンユニット。
【請求項７】
内部の塵埃数または病原菌数を制御または維持することができる作業室を有するクリーンユニットであって、
上記作業室の一部が気体分子を通す隔壁から成っており、
上記隔壁の近傍において、上記作業室の内部の気体の流速ベクトルと外部の気体の流速ベクトルとが有限の大きさを有し、かつ当該隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするクリーンユニット。
【請求項８】
内部の塵埃数または病原菌数を制御または維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた通風孔と上記作業室に設けられた別の通風孔とを気密性を持って接続する気体流路とを有するクリーンユニットであって、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは気体分子を通す隔壁を介して互いに連通しており、
上記気体流路中の気体の流速ベクトルと上記外部気体流路中の気体の流速ベクトルとが当該隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするクリーンユニット。
【請求項９】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記作業室の少なくとも一つの壁の一部に、ダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁が取り付けられている
ことを特徴とするクリーンユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、クリーンユニット、クリーンユニットの運転方法および連結クリーンユニットに関し、特に、粉塵や菌などのダスト微粒子の数を一定値以下に維持したり、あるいはこれらの混入のないクリーンエア（空気）環境であり、かつ酸素が十分に供給される環境の実現に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電子工業・精密機械工業・精密印刷などの用途の精密製品の高品質化と歩留まり向上とを図るために塵埃を除去するクリーンルームが必要とされている。国際半導体技術ロードマップ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  Ｒｏａｄｍａｐ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＩＴＲＳ）によれば、局所クリーン化の進展により２０１８年には通常の大気レベルの環境までクリーンルームの要求清浄度は緩和されるとしているが、現時点ではまだそれからはほど遠い。
クリーンルームを用いることなくクリーンな作業空間を提供する技術については従来より提案されている。例えば、クリーンな環境での作業を可能とする作業台として、作業空間の開口部から外気を取り入れ、この空気をフィルターでろ過して作業空間の上部から作業空間内に吹き出す作業台であって、作業空間の側面または背面に作業空間と外部とを連通する連通路を設け、この連通路に物体収納空間を形成し、物体空間の両側に外部と作業空間とを仕切る開閉手段を設けたものが提案されている（特開平２−１５９８４号公報参照）。
また、単位室体を順次連結して、全体として一定容積の清浄空間を構成する連結式クリーン空間装置において、各単位室体毎に、その内部において清浄な空気を循環させる空気循環手段および粉塵除去手段を備え、清浄空間と遮断して空調手段設置空間を設けた連結式クリーン空間装置が提案されている（特開平５−１０６８８８号公報参照）。
また、空気循環手段と粉塵除去手段および空調手段とをそれぞれ備えて単位室体を順次連結して、全体として一定容積の清浄空間を構成する連結式クリーン空間装置において、前記単位室体の内部空間を連結する開口部に、前記開口部を横切る方向に空気が吹き出るように空気吹き出し口を設け、あるいは、前記単位室体の内部空間を連結する開口部に開閉自在な扉を設けることが提案されている（特開平５−２２３３００号公報参照）。
また、上方に外気を取り入れ下面の空気吹き出し口から作業域内に清浄空気を吹き出す空気浄化部を備え、下方にこの空気浄化部を支える脚を有する移動可能な清浄作業室において、作業室同士の脚を互いに結合する脚部結合手段と、作業室同士の空気浄化部を互いに結合する空気浄化部結合手段とを備え、上記空気浄化部結合手段は空気浄化部の側面に設けられ、該側面の幅方向全長にわたり上下方向に結合する１対の結合部材からなり、上記結合部材の少なくとも一方はその上下方向の結合部を圧縮可能な密封材で構成され、作業室同士の結合、分離が自在である清浄作業室が提案されている（特開昭６３−１２３９３７号公報参照）。
また、フィルターを通して清浄な空気を吹き出すブロウユニットと、ブロウユニットから供給される空気をフィルターを通して吸い込むドレンユニットとを間隔をおいて対向配置することでクリーンベンチを構成することが提案されている（特開２００３−９０５７６号公報参照）。
また完全循環型で密閉された構造を持つクリーンユニットおよび連結クリーンユニットが提案されている（国際公開第０４／１１４３７８号パンフレット参照）。これによれば、クリーンな環境に維持することができる作業室の後部、上部および下部のうちの少なくとも一つならびに少なくとも一方の側部にそれぞれ連結部を設けたクリーンユニットの作業室の上部に送風動力を有する塵埃フィルター（ＨＥＰＡ（ｈｉｇｈ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ａｉｒ）フィルター）を一つ設けるとともに、作業室の側面などに気密性を有する管を直結し、かつ上記の塵埃フィルターの入り口に繋げることにより気体が循環するように構成する。このクリーンユニットの清浄度の平均値および最高値はクラス１０並の値が得られている。また、このクリーンユニットは、その連結部を利用して、実行しようとするプロセスに応じて、折れ線状配置、ループ状配置などで複数連結することにより所望のクリーンユニットシステムを容易に構成することができる。上記のようにクリーンユニットを循環型に構成することにより高い清浄度が達成されるメカニズムについては報告されている（Ａ．Ｉｓｈｉｂａｓｈｉ，Ｈ．Ｋａｉｊｕ，Ｙ．Ｙａｍａｇａｔａ  ａｎｄ  Ｎ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．４１，７３５（２００５）およびＨ．Ｋａｉｊｕ，Ｎ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ  ａｎｄ  Ａ．Ｉｓｈｉｂａｓｈｉ：Ｒｅｖ．Ｓｃｉ．Ｉｎｓｔｒｕｍ．７６，０８５１１１（２００５）参照）。
第１図にこのクリーンユニットを示す。第１図に示すように、このクリーンユニットにおいては、作業室１０１の上面に送風動力を有する塵埃フィルター１０２が取り付けられ、この塵埃フィルター１０２の入口と作業室１０１とを連結するように循環ダクト１０３が取り付けられており、作業室１０１の内部を高清浄環境に維持することができるようになっている。
しかしながら、上記の第１図に示す従来のクリーンユニットは、完全に密閉された構造となっているため外気の供給がなされず、作業室１０１内に生物や細胞等を入れて酸素が消費されると、作業室１０１内の酸素濃度が減少してしまうという問題点があった。即ち、密閉循環系では、その密閉性故に、内部のガス成分の消費がなされたり、新たなガス成分の発生があった場合、内部環境のガス成分が設置環境のガス成分からかけ離れていく問題があった。このため、このクリーンユニットを通常のクリーンブース規模に拡張して、作業室１０１内に人が入って長時間安全に作業をするといったことは不可能であった。
また逆に、人が入れるような従来型のクリーンルーム、クリーンブースでは、その清浄度を高くすることが非常に難しいか、あるいは極めて高いコストがかかっていた。特に、密閉循環型のクリーンユニットに比べ、著しく低い清浄度しか得られなかった。
そこで、この発明が解決しようとする課題は、巨大なクリーンルームを用いることなく、極めて簡単な構成でクラス１またはそれ以上の極めて高い清浄度の清浄空間を得ることができ、かつその清浄空間を設置環境と同一の酸素濃度に維持することができるクリーンユニットおよびその運転方法ならびにこのような優れたクリーンユニットを少なくとも一つ用いた連結クリーンユニットを提供することである。
【発明の開示】
【０００３】
上記課題を解決するために、第１の発明は
内部の塵埃数または病原菌数を制御または維持することができる作業室を有するクリーンユニットであって、
上記作業室の一部が気体分子を通す隔壁から成っており、
上記隔壁の近傍において、上記作業室の内部の気体の流速ベクトルと外部の気体の流速ベクトルとが当該隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするものである。
ここで、「当該隔壁の両側においてほぼ対称的となる」は「当該隔壁を基準としてほぼ鏡面対称性を有する」と言い換えることができる（以下同様）。
第２の発明は
内部の塵埃数または病原菌数を制御または維持することができる作業室を有するクリーンユニットであって、
上記作業室の一部が気体分子を通す隔壁から成っており、
上記隔壁の近傍において、上記作業室の内部の気体の流速ベクトルと外部の気体の流速ベクトルとが有限の大きさを有し、かつ当該隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするものである。
第３の発明は
内部の塵埃数または病原菌数を制御または維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた通風孔と上記作業室に設けられた別の通風孔とを気密性を持って接続する気体流路とを有するクリーンユニットであって、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは気体分子を通す隔壁を介して互いに連通しており、
上記気体流路中の気体の流速ベクトルと上記外部気体流路中の気体の流速ベクトルとが当該隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするものである。
第４の発明は、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通している
ことを特徴とするものである。
ここで、「ダスト微粒子を通さず」とは、ダスト微粒子を完全に（１００％）通さない場合のほか、ダスト微粒子を１００％は通さない場合も含む（以下同様）。より詳細には、ダスト微粒子の阻止率（透過率）は、１００％（０％）ならずとも、少なくとも９０％以上（１０％以下）、望ましくは９９％以上（１％以下）である。
送風動力を有する塵埃フィルターとは、塵埃フィルターが、ろ材を用いたフィルター自体を意味するところ、特にこの塵埃フィルターが送風動力を伴っていることを規定するものであり、具体的には、塵埃フィルターの外部に、この塵埃フィルターと一体的に、あるいは、この塵埃フィルターが置かれた気体流路の途中にこの塵埃フィルターから離れてファンが設けられ、このファンによる送風動力を有することを意味するものである。
第５の発明は、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しているクリーンユニットの運転方法であって、
上記気体流路および上記外部気体流路中を同じ流速で気体が流れるようにした
ことを特徴とするものである。
以下、必要に応じて、作業室に設けられた通風孔と塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路をフィードバック気体流路と称する。
第３、第４および第５の発明において、外部気体流路は、例えば、外気と繋がっており、直接または隔壁を介した連通部分を通して作業室に付属したフィードバック気体流路と接している。直接、またはダスト微粒子を（１００％は）通さず、気体分子は通す隔壁を通して、酸素等の気体分子が拡散により作業室に取り込まれるが、作業室に付属したフィードバック気体流路を流れる気体の流速ベクトルと外部気体流路を流れる気体の流速ベクトルとを互いにほぼ等しくすることにより、隔壁の両側で流速が等しくなり、ベルヌーイの定理の等圧条件が成立し、隔壁を貫くようなマクロなマスフローがなくなるため、ダスト微粒子の外部気体流路からフィードバック気体流路への侵入が防止され、作業室内の清浄度は悪化することがない。
第６の発明は、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記作業室の少なくとも一つの壁の一部に、ダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁が取り付けられている
ことを特徴とするものである。
第７の発明は、
クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットが複数連結された連結クリーンユニットにおいて、
少なくとも一つのクリーンユニットが、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成されたクリーンユニットであって、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しているものである
ことを特徴とするものである。
ここで、外部気体流路は、例えば、外気と繋がっている。
第１〜第７の発明において、ダスト微粒子密度をｎ（ｔ）、クリーン空間、すなわち作業室の体積をＶ、その空間の内面積をＳ、単位面積・単位時間当たりのダスト微粒子の脱離レートをσ、クリーンユニットの設置環境（即ち外気）のダスト密度をＮ０、γをＨＥＰＡフィルターのダスト捕集効率とすると、ダスト微粒子密度ｎ（ｔ）は、上記の文献（Ａ．Ｉｓｈｉｂａｓｈｉ，Ｈ．Ｋａｉｊｕ，Ｙ．Ｙａｍａｇａｔａ  ａｎｄ  Ｎ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．４１，７３５（２００５））により本発明者により理論的に示されている通り、
2008136215.tif 000003
なる微分方程式を満たす。
密閉循環系では、従来の半開放（オープン）系であるクリーンルームのダスト微粒子密度と大きく異なり、ダスト微粒子密度ｎ（ｔ）は、
2008136215.tif 000004
によって与えられる。時間が経てば（１）式の第２項が
2008136215.tif 000005
に従って、つまり、γはほぼ１であるのでＶ／Ｆ時間当り、１／ｅに減衰し、急速にゼロに近づくため、外気のダスト微粒子密度を含まない（１）式の第一項のみが残る。即ち、密閉循環系では、その設置環境によらず、
2008136215.tif 000006
なる究極の清浄度が得られる。
例えば、縦、横、奥行きが各１ｍのクリーンユニット（Ｖ＝１ｍ３）を風量Ｆ＝１ｍ３／分で密閉循環させる場合を考えると、Ｖ／Ｆ＝１ｍ３／（１ｍ３／分）＝１分となるので、１分毎に、粒子数は約２．８分の一に減っていくことがわかる。また、縦、横、奥行きが各２ｍのクリーンブースの場合、風量８ｍ３／分のファンユニットを一台用いる（あるいは、風量２ｍ３／分のファンユニットを４台用いる等）ことにより、同じタイムスケールで、作業室の内部の清浄度を上げていくことができる。
特に、従来のクリーンルームの定常状態のダスト微粒子密度は環境のダスト微粒子密度Ｎ０に依存し、かつこのためできるだけダスト捕集効率γが１に近い高品質のフィルターが必要であったのに対し、この発明では、定常状態のダスト微粒子密度ｎ（ｔ）はＮ０に依存せず（従って設置環境を選ばず）かつγが分母に入っているので（γが１に近いことも重要ではなく）安価なフィルターでも非常に高い清浄度を実現できる。しかも、この発明では、作業室の内部のガス成分と設置環境のガス成分との交換が効率的に行われるため、ダスト微粒子に関しては完全密閉環境を、ガス成分に対しては拡散による交換可能な環境を実現することができる。
第１〜第７の発明において、クリーンユニットの形状は、種々の形状であってよく、必要に応じて選ばれるが、具体例を挙げると、直方体状または立方体状、直方体または立方体を変形した形状などであってよい。また、作業室の内部の大きさは、基本的には使用目的などに応じて設計により適宜決定するものであるが、例えば、オペレーターがグローブなどを用いて作業室の内部で各種の作業（プロセスの実行、クリーニングなどのメンテナンスの実施など）を行うことができるようにするためには、作業室内に外部から手を入れて作業空間のほぼ全体に届く大きさであることが望ましく、一般的には通常の室内に格納されうるサイズ以内に選ばれる。一方、作業室の大きさがあまりに小さすぎると、内部に人が入ったり、生命体を配したり、あるいは内部で作業を行うに際し、支障を来すおそれがあるため、一般的には１ｍ程度以上に選ばれるが、これに限定されるものではない。作業室内に人が入って作業を行う必要がない場合、例えば作業を自動化する場合、あるいは、クリーンユニットを試料などを入れたまま携帯する場合などには、作業室の大きさをより小さくすることが可能である。このクリーンユニットは、例えば、材料処理、養鶏、養蚕、微生物培養などに用いることができる。この材料処理には、無機材料、有機材料、生体材料などの各種の材料の処理が含まれる。複数のクリーンユニットを連結する場合、例えば、トータルな一連のプロセスフローの中で複数回現れる同種類のプロセスを、上記の複数のクリーンユニットに、ループ状配置でクリーンユニットが連結された部分を設けることにより、同一のクリーンユニットにおいて実行可能となる。一方、作業室内部に人が入って作業する場合には、幅、高さ、奥行きとも２ｍ程度あるいはそれ以上に選ばれるが、これに限定されるものではない。
クリーンユニットまたはクリーン作業室の内壁からの発塵を抑えるために、例えば、この内壁の全部または一部にポリテトラフルオロエチレンのコーティングを施すようにしてもよい。
複数のクリーンユニットを連結する場合、この連結クリーンユニットには、例えば、ナノテクノロジープロセスユニットおよび／またはバイオテクノロジープロセスユニットを含む。
クリーンユニットの連結を行う場合、作業室の後部、上部および下部のうちの少なくとも一つならびに少なくとも一方の側部にそれぞれ連結部が設けられる。作業室の連結部を後部、上部、下部および二つの側部のどこに設けるかは、クリーンユニットを二次元的（平面的）または三次元的（立体的）にどのように配置するかに応じて適宜決められる。例えば、連結クリーンユニットを水平面内に配置する場合、連結の自由度を大きくし、連結クリーンユニットのフレキシビリティーを高めるためには、好適には、連結部は、作業室の後部および両側部にそれぞれ設けられる。この場合、一つのクリーンユニットに対し、後部および両側部に合計三つのクリーンユニットを連結することが可能である。また、クリーンユニットを鉛直面内に配置する場合、連結の自由度を大きくし、連結クリーンユニットのフレキシビリティーを高めるためには、好適には、連結部は、作業室の上部または下部および両側部にそれぞれ設けられる。この場合、一つのクリーンユニットに対し、上部または下部および両側部に合計三つのクリーンユニットを連結することが可能である。連結部は、例えば、作業室の壁に設けられた開口部とこの開口部を開閉可能に設けられた遮断板とを有する。この遮断板は、開閉可能である限り、基本的にはどのようなものであってもよいが、典型的には、引き戸や扉などである。この遮断板の開閉は、手動で行ってもよいし、光センサーなどのセンサーを作業室内部に取り付けるとともに、遮断板の開閉機構を設け、オペレーターの手や試料が遮断板に近づいた時に自動的に開閉するようにしてもよい。また、作業室にベルトコンベアーなどの搬送機構を設け、入り口と出口との間でこの搬送機構により試料を搬送する場合には、試料が搬送機構により出口付近まで搬送された時、これをセンサーにより検知して遮断板を開閉機構により開閉するようにしてもよい。遮断板または作業室の壁面にパッキンなどのシール部材を設けて遮断時の気密性を高めるようにしてもよい。
クリーンユニットの内部（作業室の内部）には、使用目的に応じて、コンパクトな装置を収めることができる。この装置は、具体的には、例えば、各種のプロセス装置、ラッピング装置、解析装置（例えば、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）などの走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）など）、反応装置、マイクロケミカルシステム、マイクロケミカルリアクター、露光装置、エッチング装置、成長装置、加工装置、殺菌装置、粒径フィルター、人工光源、バイオ装置、食品加工装置、検査装置、メディカルデバイス、内視鏡部品、コンタクトレンズ作製機器、透析機器、医用ディスポーザル製造装置、製薬装置などである。人工光源は、例えば、細胞系の育成、植物体の育成、遺伝子実験などを行う場合に用いられる。細胞系の育成や植物体の育成を行う場合、人工光源としては、好適には、スペクトル半値幅が３０ｎｍ以下の発光ダイオードや半導体レーザ、特にパルス駆動半導体レーザが用いられる。
また、クリーンユニットの作業室の内部環境は様々な方式で制御することができる。この内部環境の制御手段は、例えば、温度制御装置、湿度制御装置、気体成分制御装置、吸着装置、除害装置、特定波長照明器、密閉／開球環境選択機構などである。内部環境は、例えばコンピュータにより制御することができる。
上記の連結クリーンユニットによれば、ナノテクノロジー、バイオテクノロジー、植物工場技術などの分野に亘ってトータルな一連のプロセスフローに対応して各種の材料の処理プロセスを高いフレキシビリティーを持って低コストで簡便に実行することができる材料処理方法、トータルな一連のプロセスフローに対応して無機材料または有機材料を用いた各種の素子（ＬＳＩ、発光ダイオード、半導体レーザなど）の製造プロセスを高いフレキシビリティーを持って低コストで簡便に実行することができる素子製造方法、トータルな一連のプロセスフローに対応して植物体育成プロセスを高いフレキシビリティーを持って低コストで簡便に実行することができる植物体育成方法などの実現が可能となる。また空気感染性の病原菌を排除した、養鶏、養豚などが可能となり、人獣共通感染症による人類社会への脅威を低減することができる。近隣で、ＳＡＲＳ（サーズ）などが発生した場合でも、養鶏中の鶏の処分などを行う必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
第１図は、従来のクリーンユニットの正面図である。
第２図は、この発明の第１の実施形態によるクリーンユニットを示す断面図である。
第３図は、この発明の第２の実施形態によるクリーンユニットを示す断面図である。
第４図は、この発明の第３の実施形態によるクリーンユニットを示す正面図である。
第５図Ａおよび第５図Ｂは、この発明の第３の実施形態によるクリーンユニットを示す上面図および側面図である。
第６図Ａおよび第６図Ｂは、この発明の第３の実施形態においてダスト微粒子カウントと酸素残量の測定を行った装置の正面図および部分拡大図である。
第７図は、ダスト微粒子カウントと酸素残量の時間依存性の実験結果（γ＝９９．９９９８５％）を示す略線図である。
第８図は、粒子カウントと酸素残量の時間依存性の実験結果（γ＝９８％）を示す略線図である。
第９図は、粒子カウントと酸素残量の時間依存性の実験結果（γ＝９０％）を示す略線図である。
第１０図は、粒子カウントと酸素残量の時間依存性の実験結果（γ＝６５％）を示す略線図である。
第１１図は、粒子カウントと酸素残量の時間依存性の実験結果（γ＝０％）を示す略線図である。
第１２図は、キャンドルなしのときの粒子数の減衰の様子を示す略線図である。
第１３図は、ゼロカウント到達時間のγ（隔壁の捕集効率）依存性の実験結果を示す略線図である。
第１４図は、相対酸素濃度のγ（隔壁の捕集効率）依存性の実験結果を示す略線図である。
第１５図は、ダストカウンターを非密閉構造のクリーンユニットに置いた場合の実験結果を示す略線図である。
第１６図Ａおよび第１６図Ｂは、この発明の第５の実施形態によるクリーンブースを示す正面図である。
第１７図は、この発明の第６の実施形態による連結クリーンユニットを示す正面図である。
【符号の説明】
【０００５】
４１                    作業室
４１ａ                  高床
４１ｂ、４１ｃ、４７    通風孔
４１ｄ                  底面
４２、４２ａ、４２ｂ    塵埃フィルター
４３、４３ａ、４３ｂ    フィードバック気体流路
４４                    支柱
４５                    隔壁
４６                    均一流形成板
４８                    外部気体流路
４９                    送風機
５２                    ファン
６３                    ダストカウンター
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
第２図はこの発明の第１の実施形態によるクリーンユニット（クリーンブース）の断面図である。
第２図に示すように、このクリーンユニットは、人が入ることができる大きさの作業室４１を有し、この作業室４１は気体のマスフローを許す多孔性の高床４１ａを有する。このクリーンユニットは、この高床４１ａのすぐ下の、作業室４１の壁に設けられた通風孔４１ｂ、４１ｃと作業室４１の上面（天井面）に配置された送風動力を有する塵埃フィルター（ファンフィルターユニット）４２の入口とを気密性を持って接続するフィードバック気体流路４３を有する。高床４１ａは作業室４１の底面４１ｄから高い位置にあるのに対し、フィードバック気体流路４３の空気取り入れ口である通風孔４１ｂ、４１ｃは高床４１ａのすぐ下にあるため、作業室４１の底面４１ｄには停留気体層ができる。従って、ここでの気体のマクロな動きはなく、その気体の流速ベクトルｆ〜０である。作業室４１の底面４１ｄは、ダスト微粒子を（１００％は）通さず、気体分子は通す材料からなる板でできているため、この底面４１ｄの上下での気体の構成ガス分子の拡散は濃度勾配に有限のものがあれば、それをゼロにするように自由に生起する。作業室４１の底面４１ｄ直下の空気の流速ベクトルｆもまたｆ〜０を満たす。このため、作業室４１の底面４１ｄを貫くような気体のマスフローはゼロである。他方、作業室４１の底面４１ｄは、設置されている部屋の床面からは、横方向の空気の出入りを許すように支柱４４により高い位置に設定されているため、作業室４１の底面４１ｄ直下の空気の成分は、部屋全体の空気の成分と同じである。こうして、ダスト微粒子の交換は生じず、気体ガス成分の分子の交換は生じるように作業室４１の底面４１ｄを設定することができる。これと全く同様の状況を、作業室４１の上面４１ｅ、４１ｆにおいても実現することができる。
第３図はこの発明の第２の実施形態によるクリーンユニット（クリーンブース）の断面図である。
第３図に示すように、このクリーンユニットは、人が入ることができる大きさの作業室４１を有し、この作業室４１はダスト微粒子を（１００％は）通さず、気体分子は通す隔壁４５を有する。作業室４１の上面（天井面）のすぐ下に設けられた均一流形成板４６は、作業室４１の上面に配置された塵埃フィルター４２直下で気体の透過性が低く、この塵埃フィルター４２から横方向（水平方向）に離れるにつれて開口部が大きくなって気体の透過性が高まり、結果として、上面から見て下方に流れる気体のフローが均一になるよう設定されている。このクリーンユニットは、作業室４１の壁に設けられた通風孔４７と作業室４１の上面に配置された塵埃フィルター４２の入口とを気密性を持って接続するフィードバック気体流路４３を有する。この場合、作業室４１の内部の側壁に沿って、下向きの気体のフローが存在する。この気体の流速ベクトルはｆ（内）≠０、即ち有限の大きさを有する。このクリーンユニットにおいては、この作業室４１の側壁の外部に外部気体流路４８が設けられている。作業室４１の側壁とこの外部気体流路４８とは接していて、それらの隔壁４５は、ダスト微粒子を（１００％は）通さず、気体分子は通す材料からなる板でできているため、この隔壁４５の両側での気体の構成ガス分子の拡散は、濃度勾配に有限のものがあれば、それをゼロにするように自由に生起する。作業室４１の側壁に接して設けられた外部気体流路４８の空気の流速ベクトルｆ（外）がｆ（外）〜ｆ（内）を満たすように送風機４９の風量を調節する。外部気体流路４８内を流れる気体は排出口５０から排出される。作業室４１の側壁に沿って流れる気体の流速ベクトルｆ（内）と外部気体流路４８を流れる気体の流速ベクトルｆ（外）とをほぼ等しくすることにより、隔壁４５の両側で気体の流速が互いにほぼ等しくなり、ベルヌーイの定理の等圧条件が成立し、隔壁４５を貫くような気体のマクロなマスフローがなくなるため、ダスト微粒子の外部気体流路４８から作業室４１内への侵入が防止され、作業室４１内の清浄度は悪化することがない。こうして、作業室４１の側壁を、ダスト微粒子の交換は生じず、気体ガス成分の分子の交換は生じるように設定することができる。
第４図はこの発明の第３の実施形態によるクリーンユニットの正面図、第５図Ａおよび第５図Ｂはこのクリーンユニットの上面図および側面図である。
第４図、第５図Ａおよび第５図Ｂに示すように、このクリーンユニットは六面体形状の箱状の作業室４１を有する。この作業室４１の両側面は互いに平行、上面および底面も互いに平行、両側面と上面、底面、前面および背面とは互いに直角であり、前面は背面に対して非平行でその上部が背面に近づく向きに所定の角度、例えば７０〜８０°だけ傾斜しているが、これに限定されるものではない。作業室４１の前面は取り外し可能になっており、前面を取り外した状態でその中にプロセス装置や観察装置などの必要な装置を入れることができるようになっている。
作業室４１の内壁からのダストあるいは粉塵の放出を最小化するために、好適には、作業室４１の内壁表面について、空間周波数において、作業室４１から除去しようとするダスト微粒子の径と同じオーダーの表面凹凸の高さのフーリエ成分を持たないように平滑加工することによって、この粒径を有するダスト微粒子の作業室４１の内壁表面への吸着を最小限に抑えることができる。作業室４１の内壁からのダストあるいは粉塵の放出を抑えるために、例えば、この内壁表面の全部または一部にポリテトラフルオロエチレンのコーティングを施すようにしてもよい。
作業室４１の前面の壁には二つの円形の開口部が設けられており、これらの開口部に一対の手作業用グローブ５１が装着されている。そして、これらの手作業用グローブ５１にオペレーターが両手を入れて、作業室４１内で必要な作業を行うことができるようになっている。必要に応じて、中に人が入ることができるように作業室４１のサイズを設定することも可能であるが、この場合は、手作業用グローブ５１は装着されない。
作業室４１の大きさはその中に必要なプロセス装置などを収容することができ、かつ、オペレーターが手作業用グローブ５１に両手を入れて作業室４１内で必要な作業を行うことができる大きさに選ばれる。人が入らない場合の、作業室４１の寸法の具体例を挙げると、奥行き５０〜７０ｃｍ、幅７０〜９０ｃｍ、高さ５０〜１００ｃｍであるが、これに限定されるものではない。人が入る場合には、作業室４１の寸法は、奥行き、幅、高さが１ｍのオーダーであり、典型的には２〜１０ｍである。また、作業室４１を構成する材料としては、発塵が少なく機械的強度も強いステンレス鋼などの金属やアクリル樹脂板が用いられるが、これに限定されるものではない。透明材料のアクリル樹脂板を用いれば、外部から内部を見ることができるようにすることができる。
作業室４１の上面には送風動力を有する塵埃フィルター４２が取り付けられ、この塵埃フィルター４２の入口と作業室４１の下部に設けられた通風孔４７とを連結するようにフィードバック気体流路４３が取り付けられており、作業室４１の内部を例えばＩＳＯクラス−１〜３程度の高清浄環境に維持することができるようになっている。塵埃フィルター４２としては、例えば、ガラス繊維をろ材に用いたＨＥＰＡフィルターやポリテトラフルオロエチレンをろ材に用いたＵＬＰＡフィルターを用いる。
フィードバック気体流路４３に接して、外部気体流路４８が設けられており、フィードバック気体流路４３と外部気体流路４８とは直接または隔壁４５を介して互いに連通している。外部気体流路４８の下部の外気の取り入れ口にファン５２が取り付けられ、外部気体流路４８の上部には排出口５０が設けられ、ファン５２から外気を取り込んで排出口５０より外気を排出できるようになっている。隔壁４５は、ダスト微粒子は透過しないが酸素等の気体分子は透過するような材料であって、ＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルター等の塵埃フィルター、食品包装材料やガスの漏洩防止のために配管接続部分のシール材（ポリテトラフルオロエチレン製のテープなど）に用いられるガスバリア膜、多孔質のスポンジ材等を使用することができる。
次に、このクリーンユニットの運転方法の一例について説明する。
塵埃フィルター４２および外部気体流路４８に取り付けられたファン５２の運転を開始すると、作業室４１内のエアはフィードバック気体流路４３を通って塵埃フィルター４２の入口に入り、ダスト微粒子が除去されて清浄化が行われると同時に、ファン５２により外部気体流路４８に外気が流され、排出口５０より排気される。この時、隔壁４５の近傍において、フィードバック気体流路４３を流れる気体の流速ベクトルと外部気体流路４８を流れる気体の流速ベクトルとを互いにほぼ等しくすることにより、フィードバック気体流路４３と外部気体流路４８とに同じ流速で気体が流れるようにすると、ベルヌーイの定理における等圧条件により隔壁４５を貫くようなマクロなマスフローが無くなるため、外部気体流路４８からフィードバック気体流路４３への気体の流入がないことから、外気に含まれるダスト微粒子がフィードバック気体流路４３を通して、作業室４１内に取り入れられることはなく、作業室４１は高い清浄度が保たれるとともに、外気から取り込まれる酸素は拡散により隔壁４５を透過してフィードバック気体流路４３に入り、作業室４１内の酸素濃度を外気と同じ濃度に維持することができる。同様に、内部で増加した二酸化炭素がある場合には、拡散により隔壁４５を透過して外部気体流路４８に入り、この外部気体流路４８の排出口５０から外部に排出され、やはり作業室４１内の二酸化炭素濃度を外気と同じ濃度に維持することができる。
このクリーンユニットのダスト微粒子のカウント数と酸素残量の時間依存性の測定を行った。第６図Ａおよび第６図Ｂに、この実験を行ったときの装置構成を示す。すなわち、第６図Ａに示すように、同一のクリーンユニットを２台（クリーンユニット６１、クリーンユニット６２）、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂを介して接続する。これらのクリーンユニット６１、６２は通常環境の部屋に置かれ、またおのおのは空気で満たされている。クリーンユニット６１、６２の作業室４１の体積Ｖは約０．４ｍ３で、塵埃フィルター４２ａ、４２ｂの風量Ｆは０．４〜０．９ｍ３／分である。フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂは、長さ約１ｍ、幅約３０ｃｍ、厚さ約１ｃｍで、構造が同じで互いに密着されており、この密着面（接触面）に対し鏡面対称性を有する。フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂのそれぞれに縦３０ｃｍ、横２１ｃｍの開口部が開けられており、これらの開口部の間にこれらの開口部と同じ寸法の隔壁４５が取り付けられている。フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂの内部には同じ０．４〜０．９ｍ３／分の風量で空気を流す。クリーンユニット６１は密閉されており、作業室４１内にダストカウンター６３が設置されている。クリーンユニット６２の作業室４１の壁には開口部６４が設けられており、作業室４１はこの開口部６４を介して外部と繋がっている。フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂは密着面に対し鏡面対称性を有し、おのおのの中を流れる空気の風量が同一であることから、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂを流れる空気の流れのベクトルｆも、密着面に対し鏡面対称性を有する、即ち、密着面を基準として左右対称的である。特に、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂが、第６図Ａに示すように床面に垂直方向（鉛直方向：ｚ方向）に長く延び、開口部の部位近傍にて、良い近似で鉛直方向の併進対称性がある場合には、上記ベクトルｆは、断面（ｘｙ面）のｘ、ｙのみの関数となる。また、乱流等の生じない風量で気体（空気）を流す場合には、気体の流れは、面内で一様となり、ｘ、ｙによらずほぼ一定となる。その風速ｖは、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂの断面積をＡとすると、ｖ＝Ｆ／Ａで与えられるので、上記の動作条件では、ｖは約４ｍ／ｓという値を持つ。併進対称性を満たさない場合でも、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂを密着面を基準として左右対称に作れば、流れる空気の流れのベクトルｆ（ｘ、ｙ、ｚ）も、密着面に対し鏡面対称性を有する。
第６図Ａに示す隔壁４５の部分の一つの実施例を第６図Ｂに示す。フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂを構成する板材（互いに同じ厚さを有する）の間にＨＥＰＡフィルター等の隔壁材から成る隔壁４５を挟むことによって、左右対称構造が再現性良く得られるようにした。
第６図Ａに示す隔壁４５のダスト捕集効率γを変えてクリーンユニット６１、６２を運転したときのクリーンユニット６１の作業室４１内のダスト微粒子のカウント数と酸素残量の時間依存性を第７図、第８図、第９図、第１０図および第１１図に示す。第７図はγ＝９９．９９９８５％、第８図はγ＝９８％、第９図はγ＝９０％、第１０図はγ＝６５％、第１１はγ＝０％（開口）の場合である。γ＝９９．９９９８５％の場合（第７図）、ダストのゼロカウント到達時間は２０分程度であるが、十分に時間が経過した後の相対酸素濃度は、非密閉環境での酸素濃度に比べ、その数％程度にまで減少している。γ＝９８％の場合（第８図）、ダストのゼロカウント到達時間は４０分程度であり、十分に時間が経過した後の相対酸素濃度は４０％程度にまで減少している。γ＝９０％の場合（第９図）、ダストのゼロカウント到達時間は４０分程度であり、十分に時間が経過した後でも、非密閉環境での酸素濃度に比べ相対酸素濃度は１００％を維持している。γ＝６５％の場合（第１０図）も、ダストのゼロカウント到達時間は４０分程度であり、十分に時間が経過した後の相対酸素濃度は１００％を維持している。γ＝０％の場合（第１１図、フィルターなし）も、やはりダストのゼロカウント到達時間は４０分程度であり、十分に時間が経過した後でも相対酸素濃度は１００％を維持している。以上の結果をまとめると、ダスト捕集効率γが小さいほどダストのゼロカウント到達時間は長くなっていくが相対酸素濃度は増加する傾向にあり、側壁面積約０．４ｍ２に対しＡ４版程度（約０．０６ｍ２）の気体分子は通す隔壁材を用いた場合、γ＝９０％以下であれば４０分程度でダストはゼロカウントとなるとともに相対酸素濃度も１００％を維持することができることがわかる。ダスト捕集効率γが１に近いほど、気体分子の透過の容易さは小さくなる。気体分子の透過の容易さは、良い近似で１−γに比例する。隔壁材の面積Ｓと隔壁材中の分子透過の容易さの積により、実質的な気体分子の交換量が決まるので、上記のγの値を用いて、隔壁材の面積Ｓの関数として、上記の実験結果を基に、定量的に設計することができる。即ち、
γ’＝１−Ｓ（１−γ）／Ｓ’
なる式にて、隔壁材のダスト捕集効率や面積が異なる値Ｓを持つ場合にも見通しよく設計することができる。
なお、ダストカウンター６３としては、Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ  Ｉｎｃ．社製のＬＡＳＡＩＲ３１０およびＬＡＳＡＩＲ１１０を使用し、作業室内の酸素消費は火を灯したキャンドルにより行い、作業室内の相対酸素濃度は作業室内部に設置した同キャンドルの炎の大きさ（体積）を測定することによって算出した。
第１２図にキャンドルがないときのダスト微粒子数の減衰の様子を示す。作業室４１の体積Ｖ＝０．４ｍ３、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂの流速Ｆ＝０．９ｍ３／分である。ただし、第１２図において、○で示すデータは、作業室４１に取り付けられた手作業用グローブ５１（第６図Ａおよび第６図Ｂにおいては図示せず）の材質がポリイソプレンゴム（ＰＩ）で、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂがつや消しアルミニウム（Ａｌ）製の蛇腹状のパイプからなる場合、△で示すデータは、手作業用グローブ５１の材質がポリエチレン（ＰＥ）で、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂがつや消しアルミニウム（Ａｌ）製の蛇腹状のパイプからなる場合、×で示すデータは、手作業用グローブ５１の材質がポリエチレン（ＰＥ）で、フィードバック気体流路４３ａ、４３ｂがポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）からなる場合のものである。この場合、キャンドルからの煤の放出がないため、第７図、第８図、第９図、第１０図および第１１図の結果に比べ、８分程度と早く定常状態に到達する。また、第１２図より、作業室４１の手作業用グローブ５１の材質およびフィードバック気体流路４３ａ、４３ｂの材質により到達清浄度が異なることを確認することができた。
第１３図に、ダスト微粒子のゼロカウント到達時間のダスト捕集効率γ依存性を示す。側壁面積約０．４ｍ２に対しＡ４版程度（約０．０６ｍ２）の気体分子は通す隔壁材を用いた場合、γ＝１００％であれば、２０分程度でダスト微粒子がゼロカウントになり、γ＝９０％以下であっても４０分程度でダスト微粒子がゼロカウントに到達することがわかる。
第１４図に、定常状態になったときの相対酸素濃度のγ依存性を示す。側壁面積約０．４平方メートルに対し、Ａ４版程度（約０．０６ｍ２）の気体分子は通す隔壁材を用いた場合、γ＝９５％以下であれば十分な相対酸素濃度が得られることがわかり、γ＝９５％以下であれば相対酸素濃度は１に保たれるが、γ＝９５％以上になると１から低下することがわかる。
以上より、側壁面積約０．４ｍ２に対し、Ａ４版程度（約０．０６ｍ２）の気体分子は通す隔壁材を用いた場合、γ＝９０％以下であれば、４０分程度でダスト微粒子がゼロカウントになるとともに、十分な酸素濃度が得られることがわかる。これ以外の面積パラメータを有する場合も、
γ’＝１−Ｓ（１−γ）／Ｓ’
で、見通しよく設計することができる。
他方、ベルヌーイの定理上（開口面の）左右等圧条件を満たさない場合を調べるべく、ダストカウンター６３を第６図Ａに示すクリーンユニット６２の作業室４１内に置き、（第１１図の実験における隔壁４５に相当させるべく）クリーンユニット６２の開口部６４を開放（即ち開口部６４は塵埃フィルターは取り付けられておらず完全開口になっている）状態に設定した場合のダスト微粒子のカウント数の時間依存性を第１５図に示す。この場合、開口部６４の両側では、気体の流れが、この開口部６４の左右で対称的になっておらず、即ち、作業室４１内の気体の流速ベクトルｆ（内）と、開口部６４近傍の外部空気の流路の空気の流速ベクトルｆ（外）とが、ｆ（外）〜ｆ（内）を満たしておらず、ベルヌーイの定理により圧力差が生じ、開口部６４を貫くような気体のマクロなマスフローが発生するため、ダスト微粒子を大量に含む外部の空気が作業室４１内になだれ込み、十分に時間が経過してもダスト微粒子のカウント数はゼロに収束しない（第１５図に示されるように数千カウントものダスト微粒子を計測する）ことがわかる。
次に、この発明の第４の実施形態によるクリーンユニットについて説明する。
この第４の実施形態によるクリーンユニットは、第４図に示すクリーンユニットにおいて隔壁４５の部分にフィルター等を用いず、単純な完全開口になっているものである。塵埃フィルター４２および外部気体流路４８に取り付けられたファン５２の運転を開始すると、作業室４１内のエアはフィードバック気体流路４３を通って塵埃フィルター４２の入口に入り、ダスト微粒子が除去されて清浄化が行われると同時に、ファン５２により外部気体流路４８に外気が流され、排出口５０より排気される。フィードバック気体流路４３と外部気体流路４８とに同じ流速で気体が流れるようにすると、ベルヌーイの定理における等圧条件により外部気体流路４８からフィードバック気体流路４３への気体の流入がないため、外気に含まれるダスト微粒子がフィードバック気体流路４３を通して、作業室４１内に取り入れられることはなく、作業室４１は高い清浄度が保たれる。これは、第１５図に示した場合と（同じ完全開放の開口部を持つにもかかわらず）全く好対照の高清浄度を示している点で、この発明の優れた効果を示している。また、この時、外気から取り込まれる酸素は拡散により開口を通ってフィードバック気体流路４３に入り、作業室４１内の酸素濃度を高く維持することができる。
この第４の実施形態は、第１１図、第１３図および第１４図に示した実験結果でのγ＝０％の場合であり、ダスト微粒子のゼロカウント到達時間についても相対酸素濃度についても、γ＝９０％以下の塵埃フィルターを用いた場合とほぼ同等の結果が得られている。
次に、この発明の第５の実施形態によるクリーンブースについて説明する。
第１６図Ａおよび第１６図Ｂはこのクリーンブースの側面図および正面図である。作業室４１の上面には送風動力を有する塵埃フィルター４２が取り付けられ、塵埃フィルター４２と作業室４１とを連結するようにフィードバック気体流路４３が取り付けられている。塵埃フィルター４２としては、例えば、ガラス繊維をろ材に用いたＨＥＰＡフィルターやポリテトラフルオロエチレンをろ材に用いたＵＬＰＡフィルターを用いる。このクリーンユニットにおいては、作業室４１の壁の一部に隔壁４５が取り付けられており、この隔壁４５を通して作業室４１の内部に外気が取り込まれるため十分な酸素濃度が得られるとともに、隔壁４５のダスト捕集効率が十分に高ければ作業室４１内を高い清浄度に維持することができる。
このクリーンブースの大きさは、例えば、縦、横、奥行き、各２ｍである。天井の面積Ｓｃは例えば４ｍ２である。塵埃フィルター４２の運転開始後、約１時間半程度で清浄度がＩＳＯクラス１程度になるというタイムスケールを仮定すると、約８分でダスト微粒子数が１／ｅになればよいので、風量Ｆとしては、１ｍ３／分程度でよい。このとき、このクリーンブースに第３図に示したような均一流形成板４６を設けておくと、一様なダウンフローが得られ、その風速ｖは、ｖ＝Ｆ／Ｓｃ＝１（ｍ３／分）／４ｍ２＝０．２５ｍ／分＝２５ｃｍ／６０ｓ＝４ｍｍ／ｓとなる。この風速ｖは第６図Ａおよび第６図Ｂに示す装置を用いて行った実験の際の値に比べ３桁小さく、クリーンブース内の空気の流れベクトルｆ（内）〜０とみなせる。他方、クリーンブース外の空気も、わずかな対流は無視しうるのではほぼ静止しているとみなせ、クリーンブース外の空気の流れベクトルｆ（外）〜０を満たす。すなわち、この動作条件下では、ｆ（内）＝ｆ（外）となり、ベルヌーイの定理により隔壁４５を通してのマクロな空気のマスフローは生じず、濃度勾配による拡散による成分ガス分子の透過のみが生じる。隔壁４５は、ダスト微粒子は透過しないが酸素等の気体分子は透過するような材料であって、ＨＥＰＡフィルターやＵＬＰＡフィルター等の塵埃フィルター、食品包装材料やガスの漏洩防止のために配管接続部分のシール材（ポリテトラフルオロエチレン製のテープなど）に用いられるガスバリア膜等を使用する。
次に、この発明の第６の実施形態による連結クリーンユニットについて説明する。
第１７図は第１〜第５の実施形態によるクリーンユニットの一種または二種以上のものを複数連結した連結クリーンユニットを示す。第１７図に示すように、この連結クリーンユニットにおいては、三方向接続可能なクリーンユニット１１２１〜１１２８がトランスファーボックス１１２９を介して連結されている。この場合、クリーンユニット１１２２〜１１２７はループ状配置で連結されている。
各クリーンユニット１１２１〜１１２８で行われる作業は例えば次のとおりである。まず、クリーンユニット１１２１は保管ユニットで、試料保管庫（例えば、基板を収納したウエハーカセット１１３０）が設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１１２９は試料投入口、同じく連結に使用されていない背面のトランスファーボックス１１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１１２２は化学ユニットで、化学前処理システム１１３１が設置され、化学前処理が行われる。クリーンユニット１１２３はレジストプロセスユニットで、スピンコータ１１３２および現像装置１１３３が設置され、レジストのコーティングや現像が行われる。クリーンユニット１１２４はリソグラフィーユニットで、露光装置１１３４が設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１１２５は成長／メタライゼーションユニットで、電気化学装置１１３５およびマイクロリアクターシステム１１３６が設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１１２６はエッチングユニットで、エッチング装置１１３７が設置されている。このクリーンユニット１１２６の背面のトランスファーボックス１１２９は、中継ボックス１１３８を介して、クリーンユニット１１２３の背面のトランスファーボックス１１２９と連結されている。クリーンユニット１１２７はアセンブリュニットで、顕微鏡１１３９およびプローバー１１４０が設置されている。クリーンユニット１１２８は走査プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）観察ユニットで、卓上ＳＴＭ１１４１および卓上ＡＦＭ１１４２が設置され、連結に使用されていない右側面のトランスファーボックス１１２９は試料取出口、同じく連結に使用されていない背面のトランスファーボックス１１２９は非常時試料取出口である。クリーンユニット１１２３のスピンコータ１１３２、クリーンユニット１１２４の露光装置１１３４、クリーンユニット１１２５の電気化学装置１１３５およびマイクロリアクターシステム１１３６、クリーンユニット１１２６のエッチング装置１１３７、クリーンユニット１１２７のプローバー１１４０等は電源１１４３に接続されていて電源が供給されるようになっている。また、クリーンユニット１１２５の電気化学装置１１３５は信号ケーブル１１４４により電気化学装置制御器１１４５と接続されており、この電気化学装置制御器１１４５により制御されるようになっている。さらに、クリーンユニット１１２７の顕微鏡１１３９、クリーンユニット１１２８の卓上ＳＴＭ１１４１および卓上ＡＦＭ１１４２による観察画像は、液晶モニター１１４６に映し出すことができるようになっている。また、各ユニット内にて、例えば遺伝子を改変した蚕による養蚕の高効率化の実験を行うこともできる。外部環境との干渉がないので、遺伝子のクロスオーバーなどが生じる心配の無い環境で、最先端のバイオテクノロジー実験が可能となる。同様に、このような連結により、ＳＡＲＳ感染の心配のない養鶏をシステマティックに行うこともできる。
この第１７図に示す連結クリーンユニットにおいて、例えば、第１〜第５の実施形態によるクリーンユニットの何れかを小型化してポータブルとしたポータブルクリーンユニットの作業室内に試料（例えば、半導体ウェハー）を保管したまま、このポータブルクリーンユニットのトランスファーボックスをクリーンユニット１１２８の試料取り出し口に取り付けて連結する。この状態でトランスファーボックスを経由して、遠く離れた２つの地点に存在する、クリーンユニット連結プラットフォームシステムの間で、試料の移動を行うこともできる。また、このポータブルクリーンユニットからクリーンユニット１１２８に試料を搬送し、卓上ＳＴＭ１１４１または卓上ＡＦＭ１１４２により観察を行うこともできる。
以上の実施形態によれば、次のような多くの利点を得ることができる。すなわち、化学前処理、レジスト塗布、露光、現像、成長／メタライゼーション、エッチング、プロービング、表面観察など、通常巨大なクリーンルームの中に設えられた装置群を駆使して行われるほぼあらゆる工程を、クリーンな局所空間を包むクリーンユニットあるいはクリーンブースを連結した連結クリーンユニットにおいてループ状配置などを取ることによって、大規模なクリーンルームを用いることなく通常の実験室規模の部屋の中において簡便かつコンパクトに実現することができる。また空気感染性の病原菌を排除した、養鶏、養豚などが可能となり、人獣共通感染症による人類社会への脅威を低減することができる。近隣で、ＳＡＲＳ（サーズ）などが発生した場合でも、養鶏中の鶏の処分などを行う必要がなくなり、生産性・経済性を高めることができるのみならず、生命の尊厳を守ることができる。
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想、即ち塵埃・粒子に関しては完全密閉で、かつガス成分に関しては交換可能であるとの技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、材料、形状、配置などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、形状、配置などを用いてもよい。
以上説明したように、この発明によれば、作業室に付属したフィードバック気体流路に直接または隔壁を介して接している外部気体流路に、例えばファンによって外気を取り入れることにより、直接または隔壁を通して、酸素（二酸化炭素）の分子を拡散により外部気体流路からフィードバック気体流路を経て作業室（例えば、養鶏室等）に取り込む（作業室に排出する）ことができ、作業室内の酸素（二酸化炭素）濃度を非密閉環境における酸素（二酸化炭素）濃度と同じに維持することができる。また、作業室に付属したフィードバック気体流路を流れる気体の流速ベクトルと外部気体流路を流れる気体の流速ベクトルとをほぼ等しくすることにより、隔壁の両側で気体の流速が等しくなり、ベルヌーイの定理の等圧条件が成立し、隔壁を貫くようなマクロなマスフローが無くなるため、ダスト微粒子の外部気体流路からフィードバック気体流路への侵入が防止される。従って、作業室内の清浄度を悪化させることなく、作業室内の酸素、二酸化炭素等の各種気体の濃度を通常の非密閉環境における値と同じに維持することができるため、生物の育成など作業室内で酸素濃度の低下を防ぐ必要のあるプロセスに対応することができるとともに、作業室を通常のクリーンブース規模に拡大した場合に、内部で人が作業することも可能にすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月29日(2009.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しており、かつ、この隔壁の近傍において、上記気体流路の内部の気体の流速ベクトルと上記外部気体流路の内部の気体の流速ベクトルとがこの隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とするクリーンユニット。
【請求項２】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しているクリーンユニットの運転方法であって、
上記隔壁の近傍において上記気体流路および上記外部気体流路中を同じ流速で気体が流れるようにした
ことを特徴とするクリーンユニットの運転方法。
【請求項３】
クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットが複数連結された連結クリーンユニットにおいて、
少なくとも一つのクリーンユニットが、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しており、かつ、この隔壁の近傍において、上記気体流路の内部の気体の流速ベクトルと上記外部気体流路の内部の気体の流速ベクトルとがこの隔壁の両側においてほぼ対称的となるように構成されている
ことを特徴とする連結クリーンユニット。
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月24日(2009.11.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは完全開放の開口部を介して直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しており、かつ、上記開口部または上記隔壁の近傍において、上記気体流路の内部の気体の流速ベクトルと上記外部気体流路の内部の気体の流速ベクトルとが上記開口部または上記隔壁の両側において対称的となるように構成されている
ことを特徴とするクリーンユニット。
【請求項２】
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは完全開放の開口部を介して直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しているクリーンユニットの運転方法であって、
上記開口部または上記隔壁の近傍において上記気体流路および上記外部気体流路中を同じ流速で気体が流れるようにした
ことを特徴とするクリーンユニットの運転方法。
【請求項３】
クリーンな環境に維持することができるクリーンユニットが複数連結された連結クリーンユニットにおいて、
少なくとも一つのクリーンユニットが、
密閉可能に構成され、内部をクリーンな環境に維持することができる作業室と、
上記作業室に設けられた送風動力を有する塵埃フィルターと、
上記作業室に設けられた通風孔と上記塵埃フィルターの入口とを気密性を持って接続する気体流路とを有し、
上記作業室の上記通風孔から流出する気体の全てが上記気体流路を通って上記塵埃フィルターの入口に入るように構成され、
上記気体流路に接して外部気体流路が設けられており、この外部気体流路と上記気体流路とは完全開放の開口部を介して直接、またはダスト微粒子を通さず、気体分子は通す隔壁を介して互いに連通しており、かつ、上記開口部または上記隔壁の近傍において、上記気体流路の内部の気体の流速ベクトルと上記外部気体流路の内部の気体の流速ベクトルとが上記開口部または上記隔壁の両側において対称的となるように構成されている
ことを特徴とする連結クリーンユニット。
【国際調査報告】
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