クリーンルームとは？構造や清浄度クラスの規格を解説

クリーンルームの定義と求められる背景

クリーンルームとは、空気中に浮遊する微小粒子や微生物が規定の清浄度レベル以下に管理され、さらに必要に応じて温度、湿度などの環境条件を制御する空間のことです。

JIS規格では以下のように定義されています。

近年、AI技術の台頭やIT製品の急速な普及により、半導体や精密機器の需要が世界中で高まり、製造拠点を新設・増産する動きが活発化しています。
さらに医薬品や食品、バイオテクノロジーなど、あらゆる分野で欠かせない設備として導入されています。

清浄度クラスの規格（JIS B 9920 / ISO 14644-1）

クリーンルームの清浄度は、国際標準であるISO 14644や、日本工業規格のJIS B 9920によって定められています。 これらの規格における清浄度は、空気1m³あたりに含まれる0.1μm以上の粒子数を基準とされ、Class 1からClass 9までの等級（クラス）に分類されます。

ISO規格では、1立方メートルの空気中に存在する0.1μm以上の粒子の大きさと数を基準にクラス分けされています。 クラスの数字が小さいほど要求される清浄度が高く、より極小の粒子まで捕集できる高度な設備が必要になります。 逆に、数字が大きいほどその管理基準は緩和されます。

最高レベルの「クラス1」では、0.1μm（髪の毛の太さの約1000分の1）という極小粒子すら1m³あたり10個までと厳密に制限されます。 一方で、数字の大きい「クラス7～8」になると、0.1μmのような極小粒子は管理対象から外れ、0.5μm以上のより大きな粒子のみがカウントされる仕組みになっています。

気流方式と特徴

クリーンルームの清浄度を保つ上で、最も重要な要素の一つが、空気をどのように流すかを決める「気流方式」です。

クリーンルームは単に密閉されているだけでなく、高性能フィルターでろ過した清浄な空気を絶えず室内に送り込み、人や機械から発生した微小なチリやホコリを気流に乗せて速やかに排除（換気・排出）することで、高い清浄度を維持しています。

この「清浄な空気の吹き出し方」と「汚れた空気の逃がし方」の組み合わせによって、気流方式はいくつかの種類に分類され、実現できる洗浄度やコストが変動します。 ここでは、代表的な気流方式5種の仕組みとそれぞれの特徴を解説します。

表：気流方式と特徴の比較

気流方式	単一方向流方式 (垂直層流方式)	単一方向流方式 (水平層流方式)	非単一方向流方式(乱流方式)	混流方式	トンネル方式
気流の流れ
清浄度	ISO 3～5 (クラス1 ～100)	ISO 5 (クラス100)	ISO 6～8 (クラス1,000 ～100,000)	ISO 6～8 (クラス1,000～ 100,000)	ISO 3～5 (クラス1 ～100)
作業者の動きによるホコリの影響度	少ない	やや多い （上流の発塵が 下流にも影響）	多い	やや多い（レイアウトにより異なる）	少ない
ランニングコスト	高	中	低	中	中
レイアウト変更	容易	困難	容易	容易	困難
設備のメンテナンス方法	ルーム内またはリターンスペースから行う	ルーム内またはリターンスペースから行う	ルーム内から行う	ルーム内またはリターンスペースから行う	リターンスペースから行う
将来の増設	困難	困難	やや困難	困難	ライン毎の増設可
空調のコントロール難易度	やや難しい（空間全体を制御する分、ムラが出やすい）	難しい（上流の発熱が下流に影響するため）	難しい	難しい	易しい（作業エリア毎に制御可能なため）

工業用（ICR）とバイオ用（BCR）の違い

クリーンルームの計画は、単に「空気を綺麗にする」ことだけを意識すれば済むものではありません。空気中に潜む見えない脅威（汚染物質）が、単なる「無機物（ゴミやホコリ）」なのか、それとも増殖・感染の恐れがある「生き物（細菌や病原体）」なのかによって、施設の設計思想や求められる空調制御が根本から異なるためです。

クリーンルームは、この制御対象の違いによって大きく「工業用（ICR）」と「バイオ用（BCR）」の2つの分類されます。

工業用クリーンルーム（ICR：Industrial Clean Room）

主に空気中の「微粒子（ゴミやホコリ）」を制御対象とします。 半導体や電子部品、精密機器の製造プロセスなどに用いられます。 室内の気圧は、外部からの汚染された空気の侵入を防ぐために、周囲よりも気圧を高くする「陽圧（ようあつ）」に制御されるのが一般的です。

バイオロジカルクリーンルーム（BCR：Biological Clean Room）

微粒子に加えて、「微生物（細菌やカビ）」や「病原体」も厳密な制御対象とします。 医薬品の製造、食品加工、細胞培養などのバイオテクノロジー分野で用いられます。

ICRと同様に外部からの汚染を防ぐため基本的には「陽圧」に制御されます。 しかしICRとの大きな違いは、「殺菌・滅菌」への対応が求められる点です。 BCRでは定期的な薬品消毒に耐えられる内装材、UV灯やガスバーナーが搭載されたクリーンベンチ（バイオクリーンベンチ）、UV殺菌灯を搭載した衣服保管ロッカーといった専用設備が導入されます。

クリーンルームに導入される主要設備

高度な清浄環境は、部屋の構造だけで維持できるものではありません。 クリーンルーム用の設備を組み合わせることで、初めて確実なコンタミネーション・コントロールが可能になります。 ここでは、代表的な設備を6つ紹介します。

クリーン環境の心臓部となる吸排気システム

クリーン施設の空調制御フロー例

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クリーンルームに綺麗な空気を送り込み、清浄度をコントロールする給排気システムは、クリーンルームの「心臓部」とも言える必須設備です。

クリーンルームを構築する際は、外部にファンや空調機を設置し、そこからダクト（配管）を通して給排気を行う方式を採用するのが一般的です。 室内に空気を送る際は、天井に設置したフィルターを通して清浄な空気を供給し、空間全体を管理します。

出入り口を制御する設備

クリーンルームを汚染から守るための付帯設備はいくつかありますが、代表的な例として「エアシャワー」と「パスボックス」が挙げられます。 この2つの設備を導入すると、作業者の入室時にはエアシャワーで衣服の塵埃を吹き飛ばし、物品の受け渡しには専用の小窓であるパスボックスを利用するなど、人や物の動きに合わせた汚染対策が可能です。 これらの設備はどちらも「両側の扉が同時に開かない機構（インターロック／エアーロック）」を備えており、外部の汚染空気が直接室内に流れ込むのを遮断する役割を持っています。

安全キャビネット/クリーンベンチ/クリーンドラフト

• クリーンベンチ: 装置内部にHEPAフィルターを通した無塵・無菌の空気を一方向に流し、局所的に極めて高い清浄空間（ISO 5相当など）を作り出す作業台です。 主に「取り扱う試料を汚染から守る」目的で使用されます。
• 安全キャビネット: 試料を汚染から守るだけでなく、取り扱う病原体や危険物質から「作業者を守る」、そして「環境を守る」ことを目的とした高度な封じ込め装置です。 前面開口部からの吸い込み気流（エアバリア）と、HEPAフィルターによる排気処理によって、安全な研究環境を確立します。
• クリーンドラフト: 試料を汚染から守る「高い清浄度（ISO 5相当など）」を維持しながら、発生した有害なガス（強酸・アルカリ・有機溶剤など）を安全に屋外へ排出する局所排気機能を兼ね備えた装置です。 主に半導体の研究開発や精密化学分析など、クリーン環境と高度な耐薬品性の両方が求められる作業プロセスに最適です。

クリーンルームの維持管理

いくら高度なクリーンルームを導入しても、日々の運用ルールが守られなければ清浄度が低下する恐れがあります。 研究環境の安全性を左右するのは、設備導入後の「維持管理」です。

クリーンルームの「4原則」とは

どれほど高性能な設備を導入しても、運用ルールが守られなければ清浄度は維持できません。 クリーンルームの利用者全員で、以下の4原則を徹底することが重要です。

• 持ち込まない: 作業者の入室時は必ずエアシャワーを使用し、持ち込む機器や物品の事前洗浄・清拭を徹底する。 発塵しやすい一般的な紙や鉛筆の持ち込みを禁止する（無塵紙を使用する）。
• 発生させない: 無塵衣（クリーンウェア）、手袋、マスクを正しい手順で着用し、室内での急激な動作や不要な会話を控える。
• 堆積させない: 塵埃が溜まりにくい平滑な構造を保ち、定期的な清掃を実施する。 静電気による壁面などへの吸着（帯電）を防ぐ。
• 排除する: 適切な換気と気流制御システムにより、室内で発生してしまった塵埃を速やかにフィルターを通じて排出する。

湿度管理の重要性

意外と軽視されやすいのが、クリーンルームの「湿度管理」です。 湿度が低すぎると静電気が発生しやすくなり、微粒子が製品に付着したり、精密機器の誤作動を引き起こす原因となります。 逆に湿度が高すぎると、作業環境の悪化やカビなどの微生物繁殖のリスクが高まります。 そのため、恒温恒湿調整設備などを活用し、用途に合わせた適切な湿度を保つことが求められます。

• 湿度が低すぎる場合の失敗例: 室内の空気が乾燥すると静電気が発生しやすくなります。 これにより、計量中の粉体サンプルが飛散・吸着して正確なデータが取れなくなったり、半導体などの精密機器が静電気放電（ESD）によって破壊されたりするリスクが高まります。
• 湿度が高すぎる場合の失敗例: 多湿環境は、壁面や機器内部での結露を引き起こします。 これがカビや細菌といった微生物繁殖の温床となり、バイオ研究においてあってはならない致命的なコンタミネーション（汚染）の原因となります。

【対策方法】クリーンルームの乾燥や結露を防ぐ4つの対策

1. 外乱要素の排除： 精密な研究データや製品の品質を守るためには、外部からの塵埃や湿気といった「外乱要素」の排除が不可欠です。 室内の気圧を陽圧に保つための差圧管理や、一般環境とクリーンルームの区切りとなる前室の構築、無駄な人の動きを減らす動線設計など、外乱をシャットアウトする対策が求められます。
2. 露点計による監視と制御： 湿度センサーや露点計を設置し、結露が発生する温度を常時監視します。 結露リスクを事前に察知し、除湿や空調調整などの予防措置をとることが重要です。
3. 調湿機能に優れた空調機の導入： 乾燥対策には加湿が必要ですが、柔軟な温湿度制御ができる空調システムを導入することで、年間を通じて最適な湿度を安定して維持できます。
4. 断熱施工・遮熱対策： 結露の最大の原因は「温度差」です。 壁や床に断熱材を施工したり遮熱塗料を活用し、建物の表面温度を室温に近づけ、水滴の発生を物理的に防ぐ措置をとります。

導入・設置を計画するときのチェックポイントまとめ

クリーンルームの計画時には、以下の項目を総合的に検討する必要があります。

• 清浄度: 要求される作業環境や対象製品の基準に合わせて、目標とする清浄度を決定します。
• 気流方式: 清浄度やコスト、作業内容に合わせて最適な方式（垂直層流、乱流など）を選択します。
• 温湿度条件： 温度・湿度の許容範囲を決定します。 厳密なコントロールを求めるほど空調設備のコストが大きく変動します。
• 排気風量： 設置する装置からの排気や、室圧維持に必要なトータルの排気量を確認します。 排気した分だけ外気を取り込んで空調・ろ過を行う必要があるため、風量が多いほど設備負荷と運用コストが大きく増大します。
• 室内設置予定機器： 室内にどのような装置を置くか（寸法、重量、発熱量など）を確認します。 機器から出る熱が空調の負担になるほか、大きな装置は気流を妨げてホコリだまりの原因になるため、事前のレイアウト設計に不可欠です。
• レイアウトと動線計画: 人や物の出入りは最大の発塵源です。 更衣室やエアシャワーを介した一方通行の動線とし、清潔なエリアと汚染リスクのあるエリアが交差しないレイアウト（交差汚染の防止）を設計します。
• 構造・材料とユーティリティ： 気流を乱さず塵埃が堆積しない平滑な構造とし、メンテナンス性を考慮した配管・配線を行います。
• 付帯設備・装置： 運用目的に応じて、エアシャワー、パスボックス、クリーンロッカーなどの付帯設備を検討します。
• 運用方法： クリーンルームの4原則に基づいた運用ルールを策定し、作業員への教育を徹底します。
• 安全対策： 密閉構造であるため、火災やガス漏れなどの事故防止対策や、停電時の非常用電源の確保が不可欠です。

まとめ：信頼できる清浄環境が研究の価値を高める

クリーンルームは、単なる「綺麗な部屋」ではなく、研究データや製品の品質を根底から支える重要なインフラです。 規格に基づいた適切な設計と設備選定（クリーンベンチ、エアシャワー、パスボックスなど）、そして「4原則」や温湿度管理といった日々の厳格な運用が組み合わさることで、安定した清浄環境が実現できます。

オリエンタル技研工業には、クリーンベンチや安全キャビネットといった局所クリーン設備から、クリーンルーム全体の設計・施工まで、数多くのクリーン環境構築を手掛けてきた実績を保有。 さらに、グループ会社の「オンポイントジャパン」と連携し、導入後の継続的な設備メンテナンスまでトータルサポートします。

クリーンルーム導入前のプランニングから運用後のお悩みに至るまで、クリーン環境に関することならお気軽にご相談ください。

Glossary / FAQ:用語解説 / よくある質問

クリーンルームとはどういう部屋ですか？

空気中に浮遊する微粒子（ゴミやホコリ）や微生物が侵入しないように、厳密に管理された清浄な空間のことです。 製品への異物混入や研究環境の汚染（コンタミネーション）を防ぐ役割を持ち、温度や湿度、室内の気圧などもコントロールされます。

陽圧と陰圧の違いは何ですか？

「陽圧」は室内の気圧を外部より高く保ち、外からの汚染物質の侵入を防ぐ制御です（ICR等で採用）。 一方「陰圧」は室内の気圧を低く保ち、内部の有害な病原体などが外部へ漏れ出すのを防ぐ（封じ込める）ための制御です（バイオハザード施設等で採用）。

HEPAフィルターの交換タイミングは？

フィルターが目詰まりを起こし、圧力損失（差圧）が規定値を超えた時が交換の目安です。 目詰まりを放置すると必要な風量が確保できず、清浄度が低下するため、定期的な点検と交換が必須です。

ICRとBCRの違いは何ですか？

ICR（工業用クリーンルーム）は主に空気中の「微粒子（ゴミやホコリ）」を制御対象とします。 BCR（バイオロジカルクリーンルーム）は、微粒子に加えて「微生物や病原体」も厳密な制御対象とする点が異なります。

クリーンルームのランニングコストを抑えるには？

部屋全体を最高クラスの清浄度にするのではなく、全体は中程度の清浄度に保ち、高い清浄度が必要な作業エリアのみにクリーンベンチ等の「局所クリーン設備」を導入するハイブリッドな設計が効果的です。