半導体や電子部品、医薬品などの製造現場では、空気中や製造工程で使用する液体中の微粒子が、製品品質や歩留まりに影響する場合があります。クリーンルームの清浄度確認や工程管理では、目に見えない微粒子を数値で把握することが重要です。
パーティクルカウンターは、微粒子管理に用いられる代表的な計測器です。本記事では、パーティクルカウンターの定義や測定原理、用途、基本的な使い方、選定時のポイント、また購入とレンタルを検討する際の考え方も紹介します。
パーティクルカウンターとは？基礎知識と役割
パーティクルカウンターは、測定対象や測定原理によって用途や選定条件が異なります。ここでは、基本的な定義と測定の仕組み、微粒子管理における役割を解説します。
パーティクルカウンター（粒子測定器）の定義
パーティクルカウンターとは、気体や液体に含まれる微小な粒子を検出し、粒径と粒子数を測定する装置で、「微粒子計測器」とも呼ばれます。
パーティクルカウンターは、空気中などに浮遊する粒子を測定する「気中パーティクルカウンター」と、超純水や薬品などの液体中に含まれる粒子を測定する「液中パーティクルカウンター」に分けられます。
また、粒子を検出する方法には、主に「光散乱方式」と「光遮蔽方式」があります。
光散乱方式では、取り込んだ試料にレーザー光を照射し、粒子によって生じる散乱光を受光素子で検出します。電気信号の大きさから粒径を、散乱光を検出した回数から粒子数を求めます。
光遮蔽方式では、粒子が光を遮った際に生じる光量の変化を利用します。光量の減衰から粒径を、光が遮られた回数から粒子数を求めます。
このように、パーティクルカウンターは「何を測定するか」と「どのような原理で粒子を検出するか」という2つの観点から分類できます。
なぜ空気中・液体中の微粒子測定が必要なのか
半導体や電子部品、高純度化学品などの製造では、空気中や超純水、薬品などに含まれる微粒子が、製品品質や歩留まりに影響を及ぼす可能性があります。微粒子の状態を把握し、品質への影響を抑えるための管理に用いる情報として、粒径や粒子数を測定します。
パーティクルカウンターの主な用途と活躍する現場
パーティクルカウンターの用途は、業種や製造工程によって異なります。
半導体・電子部品・精密機械工場
半導体や電子部品、精密機械の製造では、クリーンルームやエアーシャワー、製造装置周辺の清浄空間における浮遊粒子の計測に気中パーティクルカウンターが使用されます。フィルタの性能試験や、HDDなどの部品から発生する粒子の測定、発塵源の調査にも利用されています。
製造工程で使用する液体も測定対象となります。高純度化学薬品やフォトレジスト、超純水、洗浄用薬品のほか、CMP（化学的機械研磨）で使用するスラリーなどに含まれる粒子の測定に液中パーティクルカウンターが用いられます。生産ラインでの連続モニタリングや、材料受け入れ時の検査にも利用されています。
医薬品・化粧品・食品製造現場
医薬品製造では、無菌医薬品製造区域などの清浄環境において、空気中の浮遊粒子をモニタリングするために気中パーティクルカウンターが使用されます。液中パーティクルカウンターは、注射剤や注射用水、輸液などに含まれる粒子の測定にも利用されています。
化粧品の製造では、製造環境の空気や水、薬品などを対象とした非生物粒子のモニタリングに利用されています。食品製造でも、清浄環境における空気中の浮遊粒子を把握するために使用されます。
ただし、パーティクルカウンターによる非生物粒子の測定だけで、微生物汚染や製品の安全性を評価できるわけではありません。求められる規格や製造工程に応じて、微生物モニタリングなどほかの管理手法と組み合わせて使用します。
クリーンルームの清浄度評価・定期モニタリング
クリーンルームでは、空気中の粒子濃度に基づいて清浄度を評価します。ISO 14644-1（※1）は、空気中の浮遊粒子濃度によってクリーンルームやクリーンゾーンの清浄度を分類する規格です。クリーンルーム内にあらかじめ設定したサンプリング地点（測定位置）おける粒子濃度の測定には、光散乱式の気中パーティクルカウンターが用いられます。
稼働中のクリーンルームでは、空気清浄度に関するモニタリングにも使用されます。ISO 14644-2（※2）では、空気中の粒子濃度に関わるクリーンルームの性能を継続的に把握するためのモニタリング計画について、最低限の要件を定めています。
クリーンルームのバリデーションの一環として、空気清浄度の確認が行われる場合があります。パーティクルカウンターによる測定は、空気清浄度を評価するために行われる試験の一つです。ISO 14644-3（※3）では、クリーンルームおよびクリーンゾーンの性能を確認するための各種試験方法が規定されています。
※1 ISO 14644-1：クリーンルームおよびクリーンゾーンの空気清浄度を、空気中の粒子濃度に基づいて分類する国際規格。
※2 ISO 14644-2：空気中の粒子濃度に関わるクリーンルーム性能を継続的に確認するためのモニタリング計画について定めた国際規格。
※3 ISO 14644-3：クリーンルームおよびクリーンゾーンの性能を確認するための試験方法を定めた国際規格。
パーティクルカウンターの基本的な使い方・測定の流れ
パーティクルカウンターの測定方法は、気中・液中の違いや使用する機種、測定目的によって異なります。ここでは、基本的な流れを3つのステップに分けて紹介します。
1.測定場所・環境のセッティング
はじめに、測定対象と測定位置を設定します。
気中パーティクルカウンターでは、クリーンルーム内の清浄度評価、環境モニタリング、発塵源の調査など、測定目的に応じて測定位置を決めます。規格に基づく清浄度評価では、対象となる空間や測定条件に応じて測定位置を設定します。
液中パーティクルカウンターでは、超純水や薬品など、測定する液体に応じて採取場所やサンプリング方法を決めます。生産ラインから直接測定する方法と、試料を採取して測定する方法があり、使用する機器や測定目的に合わせて選択します。
2.機器のセッティング（測定粒径・サンプル量などの設定）
測定対象と目的に合わせて、測定する粒径や測定時間、必要なサンプル量などを確認します。
パーティクルカウンターは、機種ごとに測定できる粒径範囲や粒径チャンネル、サンプル流量などが異なります。気中用では一定量の空気を吸引して測定し、液中用では試料となる液体を機器に供給して測定します。必要な測定条件に対応できる機器を使用することが前提となります。
測定前には、校正状態や機器の動作状態も確認します。機種によって必要な準備や確認方法が異なるため、取扱説明書に従って測定可能な状態に設定します。
3.サンプリング（測定実行）とデータの確認
設定した条件に従ってサンプリングを行い、粒径ごとの粒子数や粒子濃度を測定します。
測定日時、測定位置、測定条件などを測定結果と合わせて記録します。同一条件で得たデータを蓄積することで、粒子濃度の推移や変化を確認できます。測定後は、測定目的に応じて結果を確認します。規格に基づく測定では規定された評価方法を使用し、工程管理や環境モニタリングでは、設定した管理値や過去の測定結果などと比較します。
用途に合ったパーティクルカウンターを選ぶポイント
パーティクルカウンターを選ぶ際は、用途によって適した機種や導入方法が異なります。ここでは、機器を選定する際の確認事項と、購入・レンタルを検討する際のポイントを解説します。
気中・液中などの測定対象の違い
選定時には、気中用・液中用という区分だけでなく、測定したい粒径や必要なサンプル流量、測定方法なども確認します。気中パーティクルカウンターでは、クリーンルームでの清浄度測定や連続モニタリングなど、用途に応じて必要な流量や機能が異なります。液中パーティクルカウンターでは、採取した試料を測定する方法と、生産ラインに組み込んで測定する方法などがあります。
測定方式も機器を選ぶ際の確認項目です。液中パーティクルカウンターには主に光散乱式と光遮蔽式があり、測定対象となる粒径や用途によって使い分けられます。気中パーティクルカウンターでは、光散乱式が広く用いられています。
パーティクルカウンターの校正・検証方法については、測定対象や測定方式ごとにISO 21501シリーズ（※4）で規定されています。用途や適用する規格を確認したうえで、必要な条件を満たす機器を選定します。
導入コストと校正・維持管理（購入 vs レンタル）
パーティクルカウンターの導入を検討する際は、購入費用やレンタル料金だけでなく、校正や保管などの維持管理コストも含めて比較します。
測定精度を維持するためには定期的な校正が必要であり、自社で保有する場合は、校正の手配や保管・管理も必要になります。使用頻度や期間に加え、維持管理を自社で行うかという点も含めて、購入とレンタルを比較することが必要です。
※4 ISO 21501シリーズ：パーティクルカウンターなどの粒子計数器について、測定対象や測定方式に応じた校正・検証方法を定めた国際規格。光散乱式液中パーティクルカウンターはISO 21501-2、光遮蔽式液中パーティクルカウンターはISO 21501-3、光散乱式気中パーティクルカウンターはISO 21501-4が該当。
パーティクルカウンターの導入なら「まずはレンタル」がおすすめな理由
パーティクルカウンターを一定期間だけ使用する場合や、導入前に実際の測定環境で使用したい場合は、購入だけでなくレンタルも選択肢となります。高額な機器を保有せず、必要な期間や測定条件に合わせて利用できる点がレンタルの特徴です。
初期費用を抑えて必要な期間だけ利用できる
定期測定や設備立ち上げ時の確認、期間が決まったプロジェクトなど、常時使用しない場合は、レンタルを利用することで導入時の設備投資を抑えられます。
また、導入前に実際の測定環境で使用し、機器の仕様が測定条件に合っているか、操作性に問題がないかを確認したうえで、継続利用や購入を検討する方法もあります。
なお、規格に基づく評価などで校正証明書やトレーサビリティ体系図が必要となる場合は、事前に必要書類の発行に対応している機器・事業者かを確認しておくとスムーズです。
測定条件の変更に合わせて機器を選びやすい
測定対象や条件が変わった場合、既存の保有機器では必要な仕様を満たせなくなる場合があります。レンタルであれば、使用する時点の測定条件を確認したうえで、測定条件に合った機器を選ぶことができます。
また複数のクリーンルームや製造ラインを同時に測定するなど、一時的に必要台数が増える場合にも、必要な期間だけ追加で機器を確保する方法があります。
校正・保管など長期保有に伴う管理負担を抑えられる
パーティクルカウンターを保有すると、定期校正や保管などの維持管理コストが継続的に発生します。使用頻度が限られる場合は、レンタルを利用することで、こうした保有コストを抑えられます。
まとめ
パーティクルカウンターの導入にあたっては、測定対象や測定条件、使用頻度などを整理し、用途に合った機器を選定することが必要です。使用する時期や期間が限られる場合は、購入だけでなくレンタルも選択肢となります。導入時のコストに加え、定期校正や保管などの維持管理も含めて比較するとよいでしょう。
パーティクルカウンターのレンタルを検討している場合は、必要な測定条件と機器の仕様を確認したうえで、用途に合った機種を選定してください。
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