ULPAフィルター

本ページは2025年5月時点の ISO 29463:2022／EN 1822:2019／JIS B 9920:2019、および主要メーカー（Camfil・日本無機・日本エアーテック・Freudenberg）公開データ、さらに SEMI 規格、EU GMP Annex 1、NIOSH 推奨指針を総合し編集しています。現場適用時は必ず一次資料と所轄官庁・保健当局の見解を確認してください。

クリーンブースやクリーンルームにおける空気清浄度の最終防壁として、ULPA（Ultra Low Penetration Air）フィルターは極めて重要です。HEPA フィルターが登場した 1960 年代以降、微細化・高速化が進む半導体産業や無菌医薬品製造プロセスでは、HEPA を上回る粒子除去能力が求められるようになり、1990 年代には欧州 EN 1822 で ULPA の効率基準が体系化されました。現在では、EUV 露光ライン、ナノインプリント、先端リチウム電池製造、病原体ハイリスク施設（BSL‑3/4）など、ISO クラス 3〜4 を標準とする超清浄空間で欠かせないキーコンポーネントとなっています。

1. ULPA フィルターの規格と性能

ULPA フィルターの性能は「最も透過しやすい粒径（MPPS：0.07〜0.20 µm）」に対する捕集効率で評価します。ISO 29463‑1 と EN 1822‑1 では、U15（≥99.9995 %）、U16（≥99.99995 %）、U17（≥99.999995 %）という 3 つの等級が設定されており、U17 は 1 億個の粒子を通した場合でも最大で 5 個 しか漏れない計算になります。
なお、米国では IEST RP‑CC001 に準拠しつつ、重点施設では ASME AG‑1（原子力施設用）クラス WA3（≥99.9999 %）を採用するケースも増えています。

2. HEPA と ULPA の比較

捕集効率以外にも、以下の違いがシステム設計に影響します。

• 圧力損失: 濾紙密度が高い ULPA は初期圧損が 1.4〜1.6 倍程度に増加し、FFU ファンまたは空調機ファンの外形寸法・電動機容量を 20 % 以上増強する必要があります。圧損を抑えるために ePTFE 多孔膜やナノファイバー強化紙を用いた「ハイブリッド ULPA」が登場しており、重量と消費電力を 15 % 削減した事例があります。
• 濾材強度: グラスファイバー紙は湿度 90 %RH を超えると圧損上昇が加速します。高湿環境ではポリプロピレン不織布スパンボンド上に PVDF ナノ層を積層した多層濾材が有効です。
• 発塵挙動: HEPA はアウトガス・塗布樹脂の微量揮発が問題になる場合がありますが、U15 以上の ULPA ではエポキシ低アウトガス接着剤＋ステンレススペーサを用い、T‑VOC 発生量 1 µg/m²·h 以下 を保証する製品もあります。

3. ULPA 採用メリットとリスク低減効果

3‑1. 歩留まりへのインパクト

TSV（Through Silicon Via）実装ラインのデータによると、0.1 µm 粒子の空中濃度を 50 個/ft³ → 5 個/ft³ に削減しただけで、シリコン貫通電極の断線不良率が 0.68 % → 0.11 %（年損失約 1.2 億円相当）に低減した例が報告されています^{Camfil Tech Note 2024‑A}。

3‑2. 無菌保障レベル（SAL）向上

再充填式注射剤の Grade A アイソレーターでは、0.5 µm 粒子数を 1 個/m³ 未満 へ抑制することが EU GMP にて推奨されています。U16 ULPA とユニディレクショナルダウンフローの組合せで、充填針周囲の浮遊菌ログが 12 か月連続で 0 CFU を達成したケースがあり、査察当局からも高評価を得ています。

3‑3. バイオハザード対策

BSL‑4 実験室では懸濁操作後の排気ガスに 0.02 µm ウイルス様粒子（bacteriophage ΦX174）を用いた DOP/PAO スキャンを実施。U17 ULPA 二段構成で リーク率 1×10^‑8 以下を実証し、従来の HEPA 単段に比べ 100 倍の安全係数を確保しています。

4. 選定・設計時の実務チェックリスト

1. 設置スペース: フィルタ厚は 292 mm、フレーム外形 610 × 1220 mm が標準。天井グリッド開口と干渉しないかを事前に BIM モデルで確認。
2. ファン外特性: FFU なら静圧 300 Pa 余裕を取り、回転数 60 Hz → 50 Hz 運転でも規格風速 0.45 m/s を維持できるよう V/F インバータ設定。
3. 振動対策: 共振周波数 15–25 Hz で濾紙破損リスク。二次側ダクトにフレキシブルジョイント＋防振ゴム 8 mm 厚。
4. 薬液耐性: PFA・PTFE コーティング仕様を選定し、酸性レジスト剥離ライン（HF 20 ppm）でも 2 年保証。
5. リーク試験手順: ISO 14644‑3 B.6 に準拠し、エアロゾル濃度 80 µg/L、走査速度 5 cm/s、フィルタ面全域をジグザグ走査。

5. ULPA の運用・メンテナンス戦略

ULPA は再生洗浄不可の消耗品です。差圧ログ・粒子計数・製品検査データを統合し、最適交換点を AI 解析で予測する「予知保全」が注目されています。

データソース	サンプリング間隔	異常閾値	アクション
ΔP センサー	5 分	+10 Pa/h 越え	プレフィルタ異物詰まり点検
0.1 µm パーティクル	15 分	ISO 4 限界 10 個/ft³	ULPA 漏れ or フロア汚染確認
AI 歩留まりモデル	24 時間	歩留まり ‑0.5 pt	タクト毎ログと相関解析

実際に東海地区メモリファブでは、AI システム導入後に ULPA 交換タイミングの最適化で年間 1,400 万円のコスト低減と CO₂ 排出量 9.2 t 削減を達成しています。

6. 導入事例を深掘り

Case 1: EUV 露光ライン（関東ロジックファブ）

• クリーンクラス: ISO 3（0.1µm 100 個/m³）
• 採用フィルタ: EnerGuard U16 ナノファイバー + ePTFE layer
• ファン電力: 既存 +18 %
• Defect Density: 0.06 → 0.018 defects/cm² （4Q 平均）
• ROI: 10 か月（歩留まり改善分と電力差引）

Case 2: ADC 無菌バイアル充填

• Grade A アイソレーター + U17 二重ハウジング
• リーク検査: 半年毎、最大漏れ 0.0008 %
• FDA ‑ PAI で指摘ゼロ、バイオバーデン < 0.1 CFU/m³

7. よくある質問 (FAQ)

Q. ULPA にすると冷房負荷が増えませんか？

A. 圧損増加によりファン電力は増えますが、風量を最適化しダクト抵抗を圧損低減塗料で 15 % 削減した事例では、トータル空調電力増を 6 % に抑制できました。

Q. 予備品在庫はどれくらい確保すべき？

A. リードタイム 6 週間を考慮し、年間交換枚数の 25 % を安全在庫とするのが一般的です。

Q. 廃棄時の法規制は？

A. ガラス繊維含有産業廃棄物（廃プラスチック類・ガラスくず）として、産業廃棄物管理表（マニフェスト）を交付し、溶融炉もしくは管理型最終処分場で処理します。

まとめ

ULPA フィルターは、ナノレベルの粒子・ウイルス・化学エアロゾルをほぼ完全に遮断し、ハイエンド製造と最先端研究に不可欠な基盤技術です。導入時は圧損 × エネルギー × 長期 TCO の三位一体最適化を図り、AI 予知保全やハイブリッド濾材など新技術を積極的に活用することで、品質向上とサステナブル経営を両立できます。