JP2000296306A - ファンフィルタユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ファンフィルタユニットの奥行き高さ寸法を従
来よりも小さくし、空気整流部に整流板を配置しなくと
もエアフィルタ出口の風速分布を均一にするファンフィ
ルタユニットの提供である。 【解決手段】遠心型ファンの吹き出し方向のユニット天
板を、ユニット長辺側の風速分布を考慮して、遠心型フ
ァンの吹き出し口から距離が遠くなる方向にフィルタ面
に近づける勾配を有する形状とし、ファンをフィルタ付
きケーシング以外に配置して、シロッコファンの底部を
フィルタ吹き出し口の位置に配置した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は空気清浄機用のファ
ンフィルタユニットに係り、特に半導体や液晶等を製造
するクリーンルームに設置されるファンフィルタユニッ
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体や液晶等の製造工場のクリーンル
ームへの清浄空気の導入方式としては、高性能エアフィ
ルタとファンが一体となったファンフィルタユニット方
式が数多く採用されている。このファンフィルタユニッ
トをクリーンルームの天井に多数設置し、清浄された空
気をクリーンルーム内に送り込んでいる。

【０００３】ファンフィルタユニットは、大きく分けて
次の二つの方式のものがある。

【０００４】第１の方式は、クリーンルーム天井面に垂
直な方向を回転軸としたプロペラファンや遠心ファンを
用いて送風し、ユニット下部に取り付けられているエア
フィルタを通して空気を清浄する方法である。例えば特
開平７−１４５９７１号公報には、ファン効率や清浄空
気の吹出し速度分布を均一化するために、通常単純な矩
形で構成されるファンからエアフィルタまでの側板（ケ
ーシング）を、ファンからエアフィルタにかけて断面積
が大きくなるように傾斜をつけ、さらにケーシング内の
整流部に整流板を設けた構造としている。

【０００５】第２の方式は、クリーンルーム天井面に平
行な方向を回転軸としたシロッコファンや貫流ファンを
用いて送風し、ユニット下部に取り付けられているエア
フィルタを通して空気を清浄する方法である。例えば特
開平９−１０８５１７号公報には、ファンフィルタユニ
ットの奥行き高さ寸法を小さくし全体の重量を軽くする
ために、ケーシング内へ加圧空気を導入するファンとし
て貫流ファンを用い、ケーシングの天板の側面板に配置
し、吹出し口を側面板に対向する側面板側に向けてい
る。さらに、吹出し口近くに偏向板を、天板と側面板と
で形成される角部に偏向板を設けて、エアフィルタ全面
に均等に加圧空気が導入されるようにしている。この場
合のケーシングは、矩形の箱型をしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来例は、
ファンの回転軸がクリーンルーム天井面に対して垂直で
あるため、ファンの駆動装置となるモータを通常ファン
の下部に位置するように配置される。また、モータの下
にはファンから送風された空気をエアフィルタ全面に導
入するために空気整流部を設ける必要があり、結果的に
ファンフィルタユニットの構成上奥行き高さ寸法(クリ
ーンルーム天井面に対して垂直な方向の長さ)が大きく
なってしまう。

【０００７】このため、ファンフィルタユニット及びそ
のメンテナンスのためのクリーンルーム天井と建屋との
間の空間を広くとる必要があり、建屋の建設費用が高く
なる。また、空気整流部に設けられる整流板も、その取
り付け方法及び取り付け位置などを検討するための開発
費用及び整流板そのものの材料費等コスト高の要因があ
る。

【０００８】第２の従来例では、貫流ファンはシロッコ
ファンやプロペラファンに比較して圧力が出にくいとい
うことが一般的にいわれている。これを解決するために
は従来よりも高回転にする必要があり消費電力が増大す
ることになる。また、空気整流部に設けられる整流板
も、その取り付け方法及び取り付け位置などを検討する
ための開発費用及び整流板そのものの材料費等コスト高
の要因がある。特にこの方式では、整流板が円弧上の板
になるため、加工コストも増大することとなる。

【０００９】本発明は、このような従来例の問題点を解
決することを目的とするもであり、特に、ファンフィル
タユニットの奥行き高さ寸法をさらに小さくし、空気整
流部に整流板を配置しなくともエアフィルタ出口の風速
分布を均一にするファンフィルタユニットを提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的は、下記のよう
な構成のファンフィルタユニットにすることよって達成
される。

【００１１】遠心型のファンの回転軸を矩形ユニットの
短辺側に平行として複数個配置し、吹き出し方向をユニ
ット長辺側とし、前記遠心型ファンの吹き出し方向のユ
ニット天板を、ユニット長辺側の風速分布を考慮して、
該遠心型ファンの吹き出し口から距離が遠くなる方向に
フィルタ面に近づける勾配を有する形状としたものであ
る。

【００１２】また、ファンをシロッコファンとし、前記
シロッコファンをフィルタ付きケーシング以外に配置し
て、前記シロッコファンの底部をフィルタ吹き出し口の
位置に配置した。さらに、前記シロッコファンからの空
気の吹き出し方向を、水平方向よりも下向きにすること
である。

【００１３】以上のような構成のファンフィルタユニッ
トを用いることにより次のように課題が解決される。ま
ず、遠心型ファンの吹き出し口から距離が遠くなる方向
にケーシング内の空気整流部の断面積が徐々に小さくな
り、エアフィルタから吹出す風量が少なくなることで、
エアフィルタ出口での風速が弱まる効果がある。従来の
特別な整流板を設けない矩形の箱型ケーシングでは、こ
のような効果はないのでエアフィルタ出口の風速は遠心
型ファンの吹き出し口から距離が遠くなる方向に風速が
増す傾向になり偏りが生じていた。本特徴により、特別
な整流板を設置しなくともエアフィルタ出口での風速分
布を均一化することができる。また、回転軸をクリーン
ルーム天井面に平行にした遠心ファンを用いることによ
り、回転軸をクリーンルーム天井面に垂直にしたファン
フィルタユニットよりも奥行き高さ寸法を小さくするこ
とができる。

【００１４】さらに、エアフィルタ付きのユニットとフ
ァンユニットを別にすることで、ファンの底部をエアフ
ィルタ出口の位置に配置することができ、ファンフィル
タユニットの奥行き高さ寸法をさらに小さくすることが
できる。ここで用いるファンは、シロッコファンにする
ことで小型化が可能になり、また貫流ファンで問題であ
った圧力の問題も解決される。また、天板の傾きに合わ
せてシロッコファンの吹出し口を下方に傾かせることに
よって、天板との圧力抵抗をなくし、より効率のよいフ
ァンフィルタユニットにすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例につ
いて図１及び図２を用いて説明する。図１は、第１の実
施例のファンフィルタユニットを示すものである。図１
の(１)は本実施例のファンフィルタユニット１００の上
面図を示し、(２)は(１)をＢ方向から見た時の断面図を
示し、(３)は(１)をＡ方向から見た時の断面図を示す。

【００１６】本実施例のファンフィルタユニット１００
は、底面１０１が清浄空気の吹き出し部として、例えば
クリーンルーム等の天井に位置するように取り付けられ
る。ファンフィルタユニット１００は、ファン１０６を
設置したファンケーシング部１０２と、外部から取り入
れた空気を清浄な空気にするためのエアフィルタ１０４
と、ファン１０６から吹出された空気を整流する整流部
１０５と、エアフィルタケーシング部１０３とから構成
される。このファンケーシング部１０２とエアフィルタ
ケーシング部１０３は、別のケーシングなので取り付け
時に両者を合体できるように形成する。

【００１７】本実施例では、ファンケーシング部１０２
とエアフィルタケーシング部１０３を別のケーシングと
したが、ファン１０６と整流部１０５及びエアフィルタ
部１０４とを仕切り板１０７を設けてケーシングを一体
としても良い。

【００１８】ファンケーシング部１０２には、ファン１
０６の他に、上部に外部の空気を取り入れるための空気
取り入れ口１０８と、ファン１０６から吹出された空気
をエアフィルタケーシング部１０３に導入する外部空気
吹出し口１０９が設置されている。ファン１０６の吹出
し口は、外部空気吹出し口１０９に嵌め込まれる。

【００１９】ファン１０６は、片側吸い込みのシロッコ
ファンを用い、２台一組としてケーシングの片側の短辺
方向１１１に４台設置している。各組の間にファン１０
６を駆動するためのモータ１１０を配置し、これをシャ
フト１１２により４台のファン１０６を連結して、全て
のファン１０６を回転させる。本実施例では４台のファ
ンを用いている。これは、従来のファンフィルタユニッ
トの性能と同等で、かつ占有面積を従来よりも大きくな
らないようにすためで、ファン１０６の性能及び大きさ
から４台が適当である。但し、ファンフィルタユニット
の要求仕様によって台数を増減させることが可能であ
る。

【００２０】エアフィルタケーシング部１０３は、空気
整流部１０５と1枚のエアフィルタ１０４から構成され
る。ファン１０６から送られた空気をエアフィルタ１０
４により清浄し、クリーンルーム内に吹出す部分であ
る。空気整流部１０５は、ケーシング長辺側の風速分布
を考慮して、ケーシング天板をファン１０６の吹出し口
から距離が遠くなるに従ってフィルタ面に近づけるよう
に、勾配θを持たせた。この勾配θは、(３)に示すよう
にエアフィルタ１０４の長辺方向の長さａとファンフィ
ルタユニット１００の奥行き高さからエアフィルタ１０
４の厚みを差し引いた長さｂから関係式tanθ＝ｂ／ａ
を用いて導かれる。

【００２１】次に、第１の実施例の動作及び効果につい
て述べる。電源が投入されるとモータ１１０が駆動さ
れ、同時にシャフト１１２を介してファン１０６が回転
し始める。ファン１０６の回転が始まるとファンケーシ
ング１０２の上部に設置されている空気取り入れ口１０
８から外部空気を取り入れ始め、ファン１０６を通って
外部空気吹出し口１０９からエアフィルタケーシング部
１０３に吹出される。その後ファン１０６は、所定の回
転数になるまで回転が加速さる。ファン１０６から吹出
された空気は、外部空気吹出し口１０９からエアフィル
タケーシング部１０３に吹出され空気整流部１０５に入
り、空気を清浄するエアフィルタ１０４を通って清浄さ
れた空気がクリーンルーム内に吹出される。

【００２２】この時、空気整流部１０５は、ファン１０
６の吹出し方向のケーシング天板を、ケーシング長辺側
の風速分布を考慮して、ファン１０６の吹出し口から距
離が遠くなるに従いフィルタ面に近づくように、勾配を
設けたので、空気整流部１０５内の断面積が徐々に小さ
くなり、その影響でエアフィルタ１０４からの吹出しも
制御され、風速分布の偏りを無くす効果が得られる。

【００２３】図２は、本発明の効果を説明するための図
である。図２(１)は、比較として矩形の箱型ケーシング
を用いた時のファンフィルタユニットの断面図２００を
示したものである。図２(２)は、図１と図２(１)の場合
のモデルを数値流体解析プログラムを用いてシミュレー
ションを行い、各エアフィルタ出口での風速分布をグラ
フ２０１で示したものである。

【００２４】本シミュレーションでは図１（３）と図２
（１）のファン１０６からの風量及びａ、ｂ、ｃの長さ
は同一にして解析を行なっている。横軸は、エアフィル
タ１０４出口におけるファン１０６の吹出し口からその
吹出し方向終端部への距離を示す。横軸目盛りは、ａの
長さを１とした無次元数にしている。縦軸は、エアフィ
ルタ１０４出口における下向きの風速を表わす。縦軸目
盛りも、最大風速を１とした無次元数にしている。

【００２５】このグラフ２０１から、図２（１）の矩形
モデルの曲線２０２の場合は、ファン１０６吹出し口か
ら距離が長くなるにつれて風速が大きくなるような偏り
が生じている。これに対して、図１（３）のモデルの曲
線２０３では、曲線２０２に比べて偏りが少なくなって
いることが分かる。これより、ケーシングを傾斜させる
ことによりエアフィルタ１０４の吹き出し部の風速分布
を従来よりも均一化できることが分かる。

【００２６】また、第１の実施例では、ファン１０６底
部をエアフィルタ１０４出口面とほぼ同一の位置に配置
している。これにより、従来のファンフィルタユニット
に比べて、本発明のファンフィルタユニット１００の奥
行き高さ寸法を大幅に小さくすることが可能である。こ
れにより、製造コスト及び運搬コストやクリーンルーム
天井と建屋との空間を小さくすることができコスト削減
ができる。また、ファンケーシング１０２とエアフィル
タ１０３を分離したことによりメンテナンスの容易さを
向上させ、運搬時のファンフィルタユニット全体の重さ
の偏りを少なくすることで破損の低減も可能とする。

【００２７】次に第２の実施例について図３を用いて説
明する。

【００２８】第２の実施例のファンフィルタユニット３
００は、天板３０１の傾斜のさせ方が第１の実施例とは
違う。図２(２)の第１の実施例の解析結果を見ると、従
来に比べると風速分布が十分に均一化されているが、僅
かではあるがファン１０６の吹出し口から遠くなるにつ
れて徐々に風速が小さくなっているのがわかる。そこ
で、第２の実施例のファンフィルタユニット３００で
は、風速の均一化をより改善するために、天板１０３の
傾斜θを多少ゆるめにし、かつ先端部分をエアフィルタ
１０４と平行にした形状にした。図３(１)のθ、ｄ、ｅ
は、ファン１０６の風量により異なると思われるが、次
のような関係式（１）を満たすものとする。

【００２９】 tanθ=（ｂ−ｄ）／（ａ−ｅ） …(１) これにより、第１の実施例よりも傾斜途中及び先端部で
の断面積が増え風速分布が改善される。

【００３０】図３(２)には、天板を別の形状にした他の
実施例を示したものである。本実施例では、ある曲率を
持った曲線状に天板１０３を形成している。これによっ
ても、第２の実施例ほどではないが、従来よりは風速分
布が改善される。また、必要に応じて前記ファンフィル
タユニット３００と同じように、先端部にエアフィルタ
１０４と平行にした形状を形成してもよい。

【００３１】次に、第３の実施例を説明する。本実施例
は、図２（１）の矩形ケーシング１０３内に図１
（３）、図３（１）及び（２）の天板１０３と同じ形状
の風量調節用板を設けたものである。これによって、外
側は矩形のファンフィルタユニットであるが、風量調節
用板を設置することによって第１及び第２の実施例と同
様の効果が得られる。特に本実施例では、ファンフィル
タユニット全体を矩形にしたことで運搬時に積み易くな
る。

【００３２】図４に第４の実施例を示す。本実施例のフ
ァンフィルタユニット５００は、第３の実施例で用いた
風量調節用板を穴空きの板５０１にし、その穴空き板の
流路面と相対する面とケーシングの空間に吸音材５０２
を配置したものである。図４（１）には、図２（１）に
図１の（３）天板１０３相当の風量調節用板の場合しか
図示していないが、本実施例で用いる風量調節用板は図
３（１）又は、（２）の形状ででもよい。図４(２)に穴
空きの風量調節用板を示した。穴５０３のような穴をあ
け吸音材５０３の効果を得ることができるようにする。
本実施例により第３の実施例の効果に加えて騒音低減の
効果を得ることができる。

【００３３】図５に第５の実施例を示す。本実施例は、
シロッコファン１０６からの吹き出し空気の吹出し方向
６０１を水平方向よりも下向きにすることを特徴とする
ファンフィルタユニット６００に関するものである。矩
形のケーシングの場合には、吹出し方向６０１をエアフ
ィルタ面６０２に平行にしても、ケーシングの天板もエ
アフィルタ面６０２に平行であるため、流れの抵抗にな
ることはない。

【００３４】しかし、本発明のように天板または風量調
節用板に傾斜を設けた場合は、吹出し方向６０１がエア
フィルタ面６０２に平行にしたままであると、傾斜した
天板または風量調節用板が流れの抵抗となり圧力損失を
大きくしてしまう。そこで、本実施例のように天板また
は風量調節用板の傾斜角と同じ角度で空気を吹出すよう
にファン１０６を設置することにより圧力損失を少なく
することができ、効率のよいファンフィルタユニット６
００にすることができる。図５では、空気の吹出し角度
θを天板または風量調節用板の傾斜角と同じにしたが、
必要に応じて同じにしなくてもよい。

【００３５】図６に第６の実施例を示す。本実施例は、
矩形ユニットの両短辺側に複数個配置し、第１の実施例
〜第５の実施例と同様の構造及び配置にすることを特徴
とするファンフィルタユニット７００である。図６に
は、本実施例と第１の実施例及び第５の実施例を組合わ
せた図を示した。ファン１０６は、両短辺に２台ずつ回
転軸が平行になるように配置し、また図６(２)のように
対向するファン１０６とファン７０１は互いの吹出し空
気が干渉しないように互い違いに配置する。また、ファ
ン１０６は天板７０２に合わせて空気の吹出し方向が下
方に傾くように設置した。

【００３６】また、エアフィルタ１０４には、図６(３)
のように各ファン１０６、７０１が嵌め込めるようにフ
ァン嵌め込み用窪み７０３を設け、1枚のエアフィルタ
１０４の領域を最大限にするようにした。図６には、第
１の実施例及び第５の実施例を組合わせた図のみを示し
たが、第２から第４の実施例を適用してもよい。以上、
本実施例により、奥行き高さ寸法を小さくし、エアフィ
ルタ出口の風速分布をより均一化できる。

【００３７】

【発明の効果】以上、本発明のファンフィルタユニット
により奥行き高さ寸法を小さくでき、また特別な整流板
を用いなくともエアフィルタ出口での風速分布を均一に
することができる。これにより、ファンフィルタユニッ
トの製造、設置、運搬コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の説明図であある。

【図２】第１の実施例の効果を説明する図である

【図３】第２の実施例の説明図である。

【図４】第４の実施例の説明図である。

【図５】第５の実施例の長辺方向断面図である。

【図６】第６の実施例の説明図である。

【符号の説明】

１００…ファンフィルタユニット、１０１…底面、１０
２…ファンケーシング部、１０３…エアフィルタケーシ
ング部、１０４…エアフィルタ、１０５…整流部、１０
６…ファン、１０７…仕切り板、１０８…空気の取り入
れ口、１０９…外部空気吹出し口、１１０…モータ、１
１２…シャフト、２００…ファンフィルタユニット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高田 芳廣 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 遠山 雄二 新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地１ 株式会社日立製作所産業機器事業部内 (72)発明者 石川 富則 新潟県北蒲原郡中条町大字富岡46番地１ 株式会社日立製作所産業機器事業部内 Ｆターム(参考） 4D058 JA14 KC02 QA03 QA15 QA17 SA04 UA30

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】遠心型のファンの回転軸を矩形ユニットの
   短辺側に平行として複数個配置し、前記遠心型のファン
   の吹き出し方向を前記ユニット長辺側としたファンフィ
   ルタユニットにおいて、 前記遠心型ファンの吹き出し方向のユニット天板を、前
   記遠心型ファンの吹き出し口から距離が遠くなる従いフ
   ィルタ面に近づける勾配を持たせたことを特徴とするフ
   ァンフィルタユニット。
2. 【請求項２】請求項1のファンフィルタユニットにおい
   て、 前記矩形ユニット内にファン吹き出し方向に傾斜を有す
   る風量調節用板を設けたことを特徴とするファンフィル
   タユニット。
3. 【請求項３】請求項２に記載の前記風量調節用板に穴空
   き板を用い、前記穴空き板の流路面と相対する面とユニ
   ットの空間に吸音材を配置したことを特徴とするファン
   フィルタユニット。
4. 【請求項４】請求項1に記載のファンフィルタユニット
   において、 前記ファンをシロッコファンとし、前記シロッコファン
   をフィルタ付きケーシング以外に配置して、前記シロッ
   コファンの底部をフィルタ吹き出し口と同じ面に配置す
   ることを特徴とするファンフィルタユニット。
5. 【請求項５】請求項４に記載のファンフィルタユニット
   において、 前記シロッコファンからの吹き出し口の方向を水平方向
   よりも下向きにすることを特徴とするファンフィルタユ
   ニット。
6. 【請求項６】請求項１に記載のファンフィルタユニット
   において、 前記矩形ユニットの両短辺側に同じ構成のフィルタユニ
   ットを複数個配置したことを特徴とするファンフィルタ
   ユニット。