クリーン用途で問題となるアウトガス・イオン性汚染とは 

樹脂からの汚染は大きく「アウトガス」と「イオン性不純物」に分けられます。これらは発生メカニズムも対策も異なるため、まずは両者の特徴を明確に把握する必要があります。 

アウトガスとは何か 

アウトガスとは、樹脂中に残留する低分子量成分（モノマー、オリゴマー、可塑剤、潤滑剤、揮発性添加剤など）が、温度上昇や真空環境により気化して放出される現象です。特に敏感なのは以下の用途です。 

• 真空装置内部：アウトガスによりベース圧が悪化し、表面処理や薄膜形成に影響 

• 光学・分析用途：揮発成分がレンズ・セルに吸着し、ノイズやブランク上昇を招く 

• センサー部材：有機揮発物が電極表面や反応部に吸着し、感度低下を起こす 

アウトガス量は、材料の分子構造、添加剤の種類、成形時の熱劣化や残留ガスの有無などによって大きく変化します。 

イオン性汚染とは何か 

イオン溶出は、材料内部に微量存在する金属イオン（Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl⁻、SO₄²⁻など）が、水や薬液と接触することで抽出される現象です。特に以下のプロセスで問題になります。 

• 半導体ウェットプロセス 
  　イオンが基板表面に吸着し、欠陥・腐食・電気的特性の乱れを誘発 

• 分析・医療機器の流路部品 
  　ブランクの上昇、偽ピーク、バックグラウンド上昇など定量精度を低下 

• 高純度薬液配管系 
  　抽出イオンが薬液を汚染し、工程品質を乱す 

イオン溶出は、樹脂そのものの構造だけでなく、触媒残渣、難燃剤、フィラー、耐候安定剤など「添加剤の種類」に大きく依存します。 

要求クリーン度を“用途別”に切り分ける 

樹脂のクリーン性は、使用される環境によって必要なレベルが異なります。材料を選ぶ前に、まず以下の3つの軸で要求レベルを分類します。 

設置環境（外装～真空まで） 

同じ材料でも、置かれる環境によってアウトガスの発生量は大きく変わります。 

　(1).クリーンルーム内の外装部品 
　　　→微粒子は重要だが、アウトガス要求は比較的緩い 

　(2).薬液・純水と接触する流路部品 
　　　→イオン溶出の抑制が最重要 

　(3).高温領域（80〜150℃）で使用される樹脂部品 
　　　→熱劣化とアウトガスが問題 

　(4).真空・減圧環境 
　　　→極めて低アウトガスが必須 

どの環境で使うのかを明確にしなければ、材料を正しく比較できません。 

装置・デバイス側の仕様をどう読むか 

クリーン用途では、仕様書・評価基準に以下がよく登場します。 

• 「TGA 300℃で重量減少〇〇％以下」 

• 「イオン溶出合計〇〇ppb以下」 

• 「ICP-MSで金属イオン〇〇ppb以下」 

• 「ベーキング〇〇℃×〇h後のアウトガス量△△以下」 

このデータは材料データシートだけでは判断できないことが多く、実際の部品形状・洗浄条件・滞留時間まで影響を受けます。そのため、仕様の読み違いを防ぐ意味でも、材料比較は必ず「同一評価条件」で行う必要があります。 

樹脂構造と汚染特性の関係を理解する 

材料選定の第一歩は、樹脂構造がアウトガス・イオン性にどのように影響するかを理解することです。 

吸水性とイオン溶出の関係 

吸水性の高い樹脂（PA、PBTなど）は、水を媒介としてイオンが移動しやすく、濡れた環境では溶出量が増加します。一方、COC/COPやフッ素樹脂は吸水率が極めて低く、イオン移動が起こりにくい構造を持っています。ただし、「吸水率が低い＝低イオン性」ではありません。材料中の触媒残渣・添加剤が多ければイオン溶出は発生します。ポイントは、吸水率と不純物量の両方を見ることです。 

結晶性樹脂と非晶性樹脂の違い 

結晶性樹脂（PEEK、PPS、PAなど）は分子配列が強固で低分子が出にくい一方、非晶性樹脂（COC/COP、PC、PEIなど）は密度が均一で添加剤依存性が大きい傾向があります。アウトガス低減を重視する場合は、「結晶性樹脂は分解しにくいが成形条件に敏感」、「非晶性樹脂は分子構造は安定だが添加剤管理が重要」、という特徴を踏まえて選定する必要があります。 

添加剤・充填材の影響は非常に大きい 

難燃剤、滑剤、着色剤、GFフィラーなどは、アウトガス・イオン溶出の主要因になります。特に、高純度グレードと一般グレードでは、 

• 金属触媒残渣 

• 低分子揮発分 

• 微量無機物 

の含有量が桁違いです。クリーン用途では、「無添加」、「高純度」、「低抽出イオン」などの特殊グレードが定番となる理由がここにあります。 

クリーン用途で活躍する代表的エンプラ 

クリーン性を重視する設計では、単に「耐薬品性が高い」、「耐熱性がある」といった一般的な特性ではなく、材料が本来持つ純度の高さと、添加剤を極限まで排除した特殊グレードの有無が非常に重要になります。ここでは、半導体装置・分析機器でよく用いられる代表的な材料を、その特性と注意点を交えて解説します。 

フッ素樹脂（PFA・PTFE・ETFE・PVDF） 

クリーン用途の“王道”と言えるのがフッ素樹脂系です。特に PFA や PTFE は、半導体のウェットプロセス、薬液配管、バルブ、継手、ディフューザー、ケミカルマニホールドなどで多数の実績があります。 

＜特徴＞ 

• 極めて低いアウトガス量（真空でも安定） 

• 抽出イオン量が極めて低い（数ppbレベル） 

• 高い耐薬品性（酸・アルカリ・有機溶剤にほぼ不活性） 

• 吸水率がほぼゼロで、汚染の移動が起こりにくい 

これらの特性から、薬液純度の維持が重要な工程で最有力となります。 

＜注意点＞ 

• 成形性が難しく、寸法精度は一般エンプラより劣る 

• クリープ変形が大きく、機械強度は高くない 

• 高価であり、構造部材としては限定的 

• バリや収縮の管理が難しいため、金型設計の工夫が必須 

高純度薬液ラインを扱う企業の多くが、まずPFAを基準として材料比較を行う理由は、この圧倒的な低汚染性能にあります。 

PEEK／PPS 

フッ素樹脂ほどの低汚染性能は持たないものの、高温下でも低アウトガスを維持できる材料として、PEEKやPPSは極めて重要と位置付けられます。 

＜特徴＞ 

• 200℃以上の連続使用環境で安定（真空治具などで有効） 

• 機械強度・寸法安定性が非常に高く、構造部材向け 

• 摩耗性にも優れ、摺動部として使用可能 

• ガラス繊維なしでも十分な剛性が得られる 

半導体装置の機構部品、真空治具、分析機の高温部など、耐熱＋低汚染性＋高強度が同時に求められる用途で活躍します。 

＜注意点＞ 

• 通常グレードでは金属イオン残渣が多く、純水抽出で溶出する 

• GF（ガラス繊維）入りはイオン溶出が大幅に増えるため、基本的に不可 

• 成形温度が高く、熱劣化がアウトガスの原因になることもある 

半導体・分析用途では、「高純度グレード（低イオン仕様）」が用意されているメーカーを選ぶことが重要です。 

COC／COP（環状オレフィン系樹脂） 

分析機器・医療機器の成形流路、マニホールド、光学セルなどで使用される、近年注目の材料です。 

＜特徴＞ 

• 超低吸水率（0.01％以下）でイオン移動がほぼ起こらない 

• 抽出イオン量が低く、分析機器のブランク値を抑えやすい 

• 成形性が良く、微細流路加工が可能 

• 透明性が高く、光学セルや検出部に向いている 

薬液セル、マイクロ流路、HPLC部材、光学系など、多様な分析用途で採用されています。 

＜注意点＞ 

• 耐熱性は中程度（HDT 70〜130℃程度） 

• 有機溶剤に弱いグレードがある 

• 紫外線で劣化しやすいため、外装用途には不向き 

特に分析機器では、COC/COPは「PFAほどではないが、安定して低イオン」という評価で、用途に応じて最適化されています。 

サルフォン系エンプラ（PPSU・PES・PSU） 

耐熱・耐薬品・透明性をバランスよく備えた材料で、近年は半導体・医療・分析の三領域で利用が増えています。 

＜特徴＞ 

• 高温水蒸気・薬液に強い 

• PPSUは特に耐熱性が高く、オートクレーブ可能 

• 成形性・寸法安定性がよく、部品精度が出しやすい 

• 透明性があり、流路観察しやすい（PES/PSU系） 

イオン溶出はフッ素樹脂やCOC/COPほど低くありませんが、高温の洗浄・滅菌を伴う環境で繰り返し使用できる利点があります。 

＜注意点＞ 

• 金属イオンの残渣が残る場合があるため、分析用途では評価が必須 

• 薬液によっては白化・応力割れが発生する 

• 純度に差のあるグレードが多い 

温度・薬液・耐久性のバランスから、「PFAでは強度不足だが、PEEKではオーバースペック」という領域を埋める材料として重宝されています。 

材料選定の“3軸フレーム” 

クリーン用途で材料を選ぶ際は、 
① 使用温度 
② 接触する薬液・純水 
③ 要求クリーン度（アウトガス／イオン溶出） 
の3軸で整理すると、選択肢が明確になります。 

要求特性	主な用途例	推奨材料
高温 × 低アウトガス	真空治具、加熱部品	PEEK、PPS
超低イオン × 高純度薬液	配管、継手、流路	PFA、PTFE、ETFE
微細流路 × 分析用途	マニホールド、セル	COC/COP、PPSU
耐薬品 × 強度バランス	ケミカル部品	PVDF、ETFE、PPSU
透明 × 低イオン	光学セル	COC/COP、PES

このように、材料特性を要求仕様とマッピングすることで、過不足のない材料選定が可能になります。 

シリーズコラム第2回につづく 

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