クリーンベンチとは？原理や仕組み、選定する際のポイントも紹介

クリーンベンチの使用目的は「コンタミネーション（※1）の防止」です。

主な使用分野は生物学、生化学、医薬品研究などです。微生物や細胞の培養、遺伝子研究、医薬品の調製などにおける「無菌操作」で用いられています。
そのほかにも、半導体や液晶ディスプレイ、電子部品、精密機器、食品の製造工場など、幅広い分野で使用されています。

いずれもコンタミネーションが大きな問題となり得るため、清浄度の高い作業環境を作り出すことのできるクリーンベンチは必須の設備です。

クリーンベンチは、作業台の左右・背面を囲われ、上部には屋根、前面にはサッシのある構造です。

機器内部には気流を発生させるための送風機が搭載されており、作業台の真上にあたる天井部分にはHEPAフィルター（※2）が設置されています。HEPAフィルターは、空気中の微粒子を捕集するための高性能なエアフィルターで、作業エリアにはHEPAフィルターを通して清浄化された空気が供給されます。

クリーンベンチの作業エリアは陽圧に保たれており、ほこりや微生物などを含むエリア外の空気はエリア内に流入しない仕組みです。エリア内の空気はサッシ開口部からそのままエリア外に排出されます。

基本的な構造は上述の通りですが、実際にはさまざまな用途に合わせて、上記以外のタイプもあります。
（詳しくは「クリーンベンチの種類」にて後述）

ドラフトチャンバーの使用目的は「有機溶剤や特定化学物質からの作業者の保護」「外気汚染の防止」です。
ダクトを通して作業エリア内の空気をすべて外部に排出する構造で（※3）、作業者が有機溶剤や特定化学物質などの有害物質を安全に取り扱うために使用されます。また、外気汚染を防ぐため、排出される空気中の有害物質はスクラバーや活性炭フィルターによって除去されます。

HEPAフィルターを通して清浄な空気が作業エリア内に供給されるクリーンベンチとは異なり、ドラフトチャンバーはサッシ開口部から作業エリア内へエリア外の空気が直接取り込まれる仕組みです。したがって、ドラフトチャンバーでは「コンタミネーションの防止」はできません。
一方で、クリーンベンチの作業エリア内の空気はサッシ開口部からそのまま排出されるため、「有機溶剤や特定化学物質からの作業者の保護」「外気汚染の防止」をすることはできず、お互いを代用することはできません。

ドラフトチャンバーについては、以下の記事で詳しく紹介しています。
ドラフトチャンバーとは？種類・原理・選び方・おすすめメーカーをご紹介

据置型

一般的によく見られるタイプ。床置きで固定が必要なため、一度据え付けると移動が困難な場合が多い。

足部分に移動用のキャスターが付いているものもあるが、装置がダクト接続されている場合や大型機種の場合の移動ルート確保には注意が必要。

卓上型

足部分がない卓上に設置できるタイプ。小型なものが多く、持ち運びができ、比較的狭いスペースにも設置可能。

小型な分、作業スペースは狭くなるが、作業の必要がない時は装置を撤去することで設置場所を通常の実験台として利用できるため、設置スペースが限られている場合に向いている。

また、「水平層流方式」には左図のような「屋根と背面の壁がなく、作業エリアを左右から挟み込むのみのオープンタイプ」もあります。

このようなタイプは、左右から対向する気流がぶつかり合い、作業エリアの外側へ向かう気流が発生することで、清浄度の高い空間が形成される仕組みで、上の表とは特徴が異なります。
作業エリアが開放的で操作性が高いことは共通した利点ですが、このタイプは設置が比較的容易で移動しやすく、設置場所の選択肢が多いというのも大きなメリットです。

基本的にクリーンベンチの作業エリアは「陽圧」に保たれていますが、「陽圧・陰圧」を切り替えられるタイプもあり、「バイオクリーンベンチ」「バイオ用クリーンベンチ」などと呼ばれます。

切り替え型のクリーンベンチには、左図のように「①作業エリアに清浄な空気を供給するためのHEPAフィルター」に加えて、「②室内排気用のHEPAフィルター」が設置されています。陰圧に切り替えると、作業エリアは弱陰圧に保たれ、作業エリア内の空気はサッシ開口部からそのまま排出されることなく、HEPAフィルターを通して清浄化されたのちに排出されます。

ただし、バイオクリーンベンチの目的はあくまで「コンタミネーションの防止」です。完全な封じ込めは不要で、通常のクリーンベンチよりも作業の安全性を高めたい場合に用いられます。したがって、安全キャビネットの代用はできません。バイオハザード対策が必要な病原体や遺伝子組換え生物等などを取り扱う場合は、必ず安全キャビネットを使用してください。

安全キャビネットについては、こちらの記事で詳しく紹介しています。
安全キャビネットとは？種類や機能と選定のポイントをご紹介

判断に迷う場合はメーカーや販売代理店に ご相談 ください。

クリーンベンチは、その気流によって清浄度の高い環境を維持しています。作業を行う際は、気流の乱れを最小限に抑えることが重要です。

クリーンベンチの使用前後に消毒を徹底することも、清浄度の高い環境を維持するためには重要です。

気流を妨げないよう気を付けていても、作業エリアや実験器具、作業者自身の消毒が不十分な場合、ほこりや微生物などが侵入してしまう可能性があります。また、作業エリア外への手や物の出し入れや、作業時の動きによってもコンタミネーションのリスクが発生します。

クリーンベンチを選ぶ際は、本体サイズや設置場所、その周辺環境を確認しておくことも重要です。

クリーンベンチは大きな機器のため、搬入や設置も大変です。本体サイズを確認し、搬入経路や設置場所のスペースが十分かどうか、あらかじめ確認しておきましょう。また、クリーンベンチは気流を制御することで清浄性を維持しているため、出入り口や窓付近などの風が吹き込みやすい場所は避け、周囲に十分なスペースを設けることも大切です。

「据置型」の場合は設置後の移動が難しいため、装置周辺の動線や周辺設備、電源の位置なども確認し、作業の効率を損なわない配置を検討しておくとよいでしょう。さらに「垂直層流方式」の場合は、「気流の向きの違い」で述べたように、比較的高さが出やすい構造になっています。フィルター交換時に十分なスペースが確保できるよう、床面積だけでなく天井の高さにも注意しましょう。

設置スペースが限られている場合には「卓上型」のクリーンベンチがおすすめです。据置型と比べて本体サイズが小さく、比較的狭いスペースに設置可能です。既存の実験台に設置可能で、持ち運び可能なモデルも多いため、設置場所の自由度が高いこともメリットです。ただし、必然的に作業エリアが狭くなるため、必要な作業エリアが確保できるかどうか、あらかじめ確認しましょう。

バイオクリーンベンチ 陽・陰切り替え標準タイプ
RVCB

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テーブルコーチ KOACH T500-F

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クリーンベンチ（卓上式）
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再生医療用キャビネット
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バイオクリーンベンチ
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フィルターの定期交換はクリーンベンチの性能維持の要と言えます。フィルターが劣化すると、ほこりや微生物などの捕集能力が低下し、作業エリア内に侵入する可能性が高まります。

使用条件やメーカーによりますが、一般的なHEPAフィルターの寿命は1～5年、プレフィルターの寿命は約1年です。定期的にフィルターを交換することでクリーンベンチの効果を最大限に引き出し、作業エリアの高い清浄度を維持しましょう。

また、HEPAフィルターやULPAフィルターはプレフィルターと比べて高価です。プレフィルターを定期的に交換することで、これらのフィルターの負担を軽減することができます。クリーンベンチを設置した部屋を清潔に保つことも、フィルターの負担軽減に寄与するでしょう。フィルターの交換の際には、後述する「性能点検」も合わせて実施されるため、プレフィルターの交換時期に合わせて、年1回の点検をおすすめします。

一見問題がないように思われる場合も、専門知識を持った技術者が点検することで、作業者には気づきにくい異常やその兆候が見つかることがあります。

専門業者はクリーンベンチの風速や風量、清浄度などの評価を行い、フィルターや機器の状態を詳細に把握して、必要な修理や部品交換を行います。
こうした定期点検は研究や製造プロセスの信頼性を高めるためにも、年1回の実施が推奨されます。