# 潔淨室等級計算：活塞桿密封件的粒子產生率

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/cleanroom-class-calculations-particle-generation-rates-from-rod-seals/
> Language: zh-Hant

## Summary

量測活塞桿密封件產生的粒子，扣除背景計數，計算每循環粒子數，再與 ISO Class 5 的 3,520 particles/m³ 限值比較。

## Page Content

# 潔淨室等級計算：活塞桿密封件的粒子產生率

活塞桿密封件的粒子產生率 ，是指在指定時間或循環次數內，歸因於密封件運動且已扣除背景值的空氣懸浮粒子計數。只憑密封材質、壓力與行程長度無法算出這個數值。應在受控裝置中量測確切型號的氣壓缸，並將操作條件與採樣條件連同結果一起保存。

這項區別很重要，因為 ISO 潔淨室等級是指定位置之空氣粒子濃度的限值，並不是每支氣壓缸每次行程都適用的通用粒子額度。只有在不隱藏假設的情況下，將元件測試邊界與實際潔淨室邊界連接起來，元件結果才有實用價值。

> 重點摘要 ISO Class 5 在 0.5 µm 以上粒徑允許的最高濃度為 3,520 particles/m³（[FDA](https://www.fda.gov/media/88905/download)，2020）。 每循環粒子數應由扣除背景值後的量測結果計算，不能從理論密封磨耗推估。 採樣計數必須與設備總排放量分開。 應在指定位置與所需操作狀態下確認實際安裝的潔淨室。

最清楚的問題架構是一條證據鏈。先量測執行器釋放了什麼，再建立該來源可能如何影響周圍空氣的模型，最後對實際潔淨區進行分級或監測。每一步回答的問題都不同。

> Figure: 潔淨室等級、元件粒子測試與工程來源模型彼此相關，但不能當成同一種證據。

## ISO 潔淨室等級實際量測什麼？

ISO 14644-1 依 0.1 µm 至 5 µm 之選定粒徑門檻的累積濃度對空氣分級。在 0.5 µm 以上粒徑，ISO Class 5 的最高濃度為 3,520 particles/m³，ISO Class 6 則為 35,200 particles/m³（[ISO 14644-1](https://www.iso.org/standard/53394.html)，2015；[FDA](https://www.fda.gov/media/88905/download)，2020）。

該等級適用於定義占用狀態下，實際量測的潔淨室、潔淨區或隔離裝置。它不會為每次氣壓缸行程分配一個最高粒子數，也不能判斷量到的粒子究竟來自活塞桿密封件、操作人員、衣物、製程材料、導軌、排氣口或其他機台元件。

這可避免常見的單位錯誤。每立方公尺粒子數代表濃度；每循環粒子數代表正規化的設備結果；每分鐘粒子數則代表來源速率。要在這些量之間換算，必須使用模型或受控測試。

ISO 14644-14:2026 處理了中間缺少的設備評估步驟。它規定以空氣懸浮粒子濃度評估機械、元件、工具及量測設備適用性的方法。適用範圍涵蓋 0.1 µm 至 5 µm 以上粒徑，但不涉及材質選擇、可清潔性、生物污染控制或特定製程效能（[ISO 14644-14](https://www.iso.org/standard/91615.html)，2026）。

若要了解包含材質、潤滑脂、抽氣及供應商文件在內的完整規格邊界，請參考[潔淨室氣壓缸技術規格指南](/zh-hant/blog/what-technical-specifications-make-pneumatic-cylinders-suitable-for-critical-cleanroom-environments/)。

## 為什麼不能用密封件磨耗預測每次行程的粒子產生量？

ISO 21501-4 說明光散射式空氣懸浮粒子計數器在典型 0.1 µm 至 10 µm 範圍內的校正與驗證參數，包括計數效率、粒徑設定誤差、誤計數、採樣流量誤差及採樣時間誤差（[ISO 21501-4](https://www.iso.org/standard/58073.html)，2018）。只估算磨耗質量無法取得這些資訊，因此必須直接計數。

質量損失估算無法顯示有多少磨耗物質進入空氣、粒子如何破碎、哪些粒徑跨過計數器門檻，或有多少粒子沉積在氣壓缸或測試腔體內。它也無法區分活塞桿密封、刮塵環、軸承、潤滑脂、桿面、導軌或周圍製程所產生的粒子。

假設某個密封件在長期測試後有已知的質量損失，若要把這個質量換算為球形粒子，就必須假設材料密度與粒徑分布。但實際碎屑既不是單一粒徑，也不是完美球體；更重要的是，只有未知比例會進入採樣空氣。因此，計算出的粒子數會主要受假設支配，而不是反映實測來源。

同樣的警告也適用於公開的「每次行程典型粒子數」。如果缺少完整料號、粒徑門檻、背景值、探頭位置、氣流、速度、負載、壓力、循環次數與資料處理方法，該數值就不能直接套用到另一支氣壓缸。它只能作為調查線索，不能當成設計常數。

## 如何量測活塞桿密封件的粒子產生率

ISO 14644-14:2026 評估設備在 0.1 µm 至 5 µm 以上粒徑的適用性，而 ISO 21501-4 則涵蓋潔淨空間量測所用計數器的特性。因此，一份可辯護的氣壓缸測試必須同時記錄操作範圍與量測系統，而不是只報告一個沒有說明的每次行程粒子數。

先固定確切受測物。記錄製造商、完整料號、缸徑、行程、密封件與刮塵環材質、潤滑脂、活塞桿表面處理、導引配置、感測器、接頭及生產版次。說明氣壓缸是新品、磨合品、老化品、已清潔、重新潤滑或重建品。

接著控制動作，至少記錄：

- 安裝方向、負載、側向負載及施加力矩；

- 供氣壓力、速度、加速度、減速度及端點緩衝；

- 行程長度、每分鐘循環次數、停留時間及累積總循環數；

- 排氣路徑、真空或洩壓口流量，以及壓縮空氣品質；

- 環境氣流方向、速度、溫度與相對濕度。

然後定義採樣系統：

- 計數器製造商、型號、校正狀態及粒徑通道；

- 採樣流量、採樣時間或體積、稀釋與重合誤差控制；

- 探頭位置、方向及與疑似釋放點的距離；

- 腔體或潔淨區幾何形狀，以及流經該區的氣流路徑；

- 背景序列、運轉序列、重複次數與資料驗收規則。

為什麼需要這麼多細節？探頭只移動幾公分，就可能遇到不同的局部羽流；滑台速度加快也可能同時改變機械磨耗與粒子夾帶。結果只適用於該測試範圍。

Festo 說明一種最高粒子濃度法，使用探頭搭配層流、等速採樣氣流，並強調潔淨室適用性取決於安裝位置與操作參數。該方法也假設壓縮空氣系統為封閉且受監測，不會向環境洩漏排氣（[Festo](https://www.festo.com/us/en/e/solutions/industries/electronics-industry/cleanroom-id_7016)，存取於 2026 年）。

## 如何計算扣除背景值後的結果？

ISO 21501-4 將採樣流量誤差與採樣時間誤差列為影響數目濃度的計數器參數。因此，在相減前，運轉樣本與背景樣本必須使用相同粒徑通道、採樣體積、探頭位置及採樣時間（[ISO 21501-4](https://www.iso.org/standard/58073.html)，2018）。

對採樣體積相同的原始計數樣本，可用下式計算每循環扣除背景值後的簡易採樣計數：

E i , s a m p l e = N i , o p e r a t i n g − N i , b a c k g r o u n d n c y c l e s E_{i,\mathrm{sample}} = \frac{N_{i,\mathrm{operating}} - N_{i,\mathrm{background}}}{n_{\mathrm{cycles}}}

其中， E i , s a m p l e E_{i,\mathrm{sample}} 是粒徑通道 i i 每循環的淨計數， N i , o p e r a t i n g N_{i,\mathrm{operating}} 與 N i , b a c k g r o u n d N_{i,\mathrm{background}} 是相同採樣體積下的運轉計數與背景計數， n c y c l e s n_{\mathrm{cycles}} 則是運轉採樣期間完成的執行器循環次數。

若計數器報告的是濃度而非原始計數，則使用：

E i , s a m p l e = ( C i , o p e r a t i n g − C i , b a c k g r o u n d ) V s a m p l e n c y c l e s E_{i,\mathrm{sample}} = \frac{\left(C_{i,\mathrm{operating}} - C_{i,\mathrm{background}}\right)V_{\mathrm{sample}}}{n_{\mathrm{cycles}}}

在此形式中， C C 的單位是 particles/m³， V s a m p l e V_{\mathrm{sample}} 是以立方公尺表示的採樣空氣體積。結果仍只描述每次循環進入計數器採樣氣流的粒子數。

最後這項邊界很容易被忽略。每循環採樣粒子數不會自動等於每循環總排放粒子數。兩者之間的換算需要經驗證的腔體捕捉方法、已知氣流與混合行為，或其他有文件支持的轉換關係。除非測試方法支持這項外推，否則不能把小採樣體積直接放大成整個房間體積。

舉例來說，假設等體積樣本得到 570 個運轉計數與 120 個背景計數，期間氣壓缸完成 100 次循環。針對該粒徑門檻與測試設定，每循環淨採樣結果為 4.5 個粒子。應報告重複測試結果與不確定度，不要在沒有說明的情況下把它取整成通用排放因子。

如果測試方法能取得可辯護的每循環總排放量，對應的來源速率為：

G i = E i f G_i = E_i f

其中， G i G_i 是粒徑通道 i i 每分鐘的粒子數， E i E_i 是經驗證的每循環排放粒子數， f f 則是每分鐘完成的循環次數。若伸出與縮回的釋放型態不同，應分別計算。

## 以室內限值初步評估來源速率

ISO 14644-2 要求依據能量測或影響空氣懸浮粒子濃度的參數制定監測計畫，但不會把每小時換氣次數直接換成粒子移除數量（[ISO 14644-2](https://www.iso.org/standard/53393.html)，2015）。因此，來源速率計算只是初步評估模型，不能證明實際安裝的潔淨室通過分級。

對充分混合的單區初步模型：

d C i d t = G i V + Q V C i , s u p p l y − Q V C i − k i , d C i \frac{\mathrm{d}C_i}{\mathrm{d}t}
=
\frac{G_i}{V}
+
\frac{Q}{V}C_{i,\mathrm{supply}}
-
\frac{Q}{V}C_i
-
k_{i,\mathrm{d}}C_i

其中， C i C_i 是粒徑通道 i i 的室內濃度，單位為 particles/m³； G i G_i 是每單位時間的內部總來源； V V 是室內容積； Q Q 是供氣與排氣流量； C i , s u p p l y C_{i,\mathrm{supply}} 是供氣粒子濃度； k i , d k_{i,\mathrm{d}} 則代表沉降或其他一階損失。

在穩態下，氣壓缸來源造成的增量濃度為：

Δ C i , s s = G i Q + k i , d V \Delta C_{i,\mathrm{ss}}
=
\frac{G_i}{Q + k_{i,\mathrm{d}}V}

這個關係式清楚揭示了假設：來源速率必須代表釋放進入該區的總量，空氣須有合理的充分混合程度，流量保持穩定，且損失估值適當。單向流潔淨區、局部排氣捕捉、外罩洩漏或產品附近的羽流，可能呈現截然不同的行為。

> Figure: 此模型可用於敏感度檢查，但實際安裝後的分級仍取決於指定位置與所需操作狀態下量得的濃度。

合理的污染預算也要納入既有室內背景值及所有同時存在的來源。室內平均增量很低，是否仍可能掩蓋產品附近的問題？可能。執行器若位於外露產品的上游，局部風險可能高於平均值。

## 0.5 µm 粒徑下的 ISO 限值是多少？

在 0.5 µm 粒徑門檻下，每增加一個完整 ISO 等級，最高濃度會提高 10 倍：ISO 3 允許 35 particles/m³，ISO 4 允許 352 particles/m³，ISO 5 則允許 3,520 particles/m³（[FDA](https://www.fda.gov/media/88905/download)，2020）。不可將這些數值與 0.1 µm 欄位混淆。

| ISO 等級 | ≥0.5 µm 的最高濃度 |
| --- | --- |
| ISO 3 | 35 particles/m³ |
| ISO 4 | 352 particles/m³ |
| ISO 5 | 3,520 particles/m³ |
| ISO 6 | 35,200 particles/m³ |
| ISO 7 | 352,000 particles/m³ |
| ISO 8 | 3,520,000 particles/m³ |

這張表是室內空氣分級參考，不是氣壓缸允許排放量表。潔淨室評估仍需要適用程序所要求的指定採樣位置、最小採樣體積、操作狀態與統計處理。

業界仍常聽到 Federal Standard 209E 的舊稱，例如「Class 100」，但將這類名稱混入 ISO 表格，可能掩蓋單位與粒徑錯誤。規格應直接使用 ISO 等級、粒徑門檻及每立方公尺粒子數限值。

若要查看包含閥、氣管與排氣處理的完整元件選擇流程，請使用 [Class 100 氣壓元件指南](/zh-hant/blog/how-do-you-select-the-right-pneumatic-components-for-class-100-cleanroom-applications-without-compromising-performance/)。

## 哪些氣壓缸設計能降低活塞桿密封件的粒子來源？

SMC 報告指出，在指定測試條件下，某一 CYP 潔淨型無桿氣壓缸組態的粒子產生量降至先前 12-CY3B 系列的 1/20。型錄將該結果限定於 CYP32-200 氣壓缸、5 kg 工件、200 mm/s 平均速度及截至 500,000 次循環的資料，並註明結果不保證（[SMC](https://www.smcworld.com/catalog/BEST-5-2-en/pdf/2-p1545-1558-cyp_en.pdf)，存取於 2026 年）。

這才是正確解讀產品資料的方法：把它視為具有邊界的特定型號證據。它不能證明所有磁耦合無桿氣壓缸都適用於每一種 ISO 等級，也不能證明機械帶式無桿氣壓缸、附導桿滑台或電動執行器會有相同行為。

應逐一考慮各種釋放途徑：

| 執行器方案 | 粒子控制機會 | 仍需取得的證據 |
| --- | --- | --- |
| 標準有桿氣壓缸 | 低磨耗刮塵環、受控潤滑脂、平滑活塞桿、防塵套或桿出口附近抽氣 | 以代表性側向負載、速度與老化狀態進行的特定型號粒子測試 |
| 附洩壓或真空抽吸的氣壓缸 | 在粒子進入潔淨區前，於動態密封件附近捕捉 | 所需抽氣流量、壓力影響、警報策略與失效狀態測試 |
| 磁耦合無桿氣壓缸 | 移除外露動態活塞桿密封，並可隔離壓力腔 | 外部導軌、滑台、潤滑脂、負載與壽命粒子資料 |
| 機械耦合無桿氣壓缸 | 機身短，且可配置外部導引 | 槽口密封、密封帶、滑台、導軌及排氣釋放資料 |
| 潔淨室電動執行器 | 密閉本體、低塵導軌及選配抽氣 | 馬達、煞車、纜線、皮帶或螺桿、潤滑脂及完整運動曲線資料 |

防塵套能包覆一個來源，卻會增加皺摺、清潔疑慮與新的失效模式。真空抽氣可能很有效，但只在流量持續存在且路徑正確時有效。設計名稱不能取代證據。

機械結構差異可參考[無桿氣壓缸密封帶技術指南](/zh-hant/blog/a-technical-deep-dive-into-rodless-cylinder-sealing-band-technology/)。潤滑邊界則可比較[潔淨室免給油氣壓缸方案](/zh-hant/blog/the-non-lube-cylinder-advantage-in-cleanroom-environments/)。

## 供應商的粒子報告必須包含什麼？

SMC 範例公開了四項會實質限制解讀範圍的條件：型號、負載、平均速度及 500,000 次循環觀察期間。Festo 則在潔淨室指南中補充安裝位置、操作參數與最高粒子濃度採樣（[SMC](https://www.smcworld.com/catalog/BEST-5-2-en/pdf/2-p1545-1558-cyp_en.pdf)，存取於 2026 年；[Festo](https://www.festo.com/us/en/e/solutions/industries/electronics-industry/cleanroom-id_7016)，存取於 2026 年）。

要求供應商辨識下列資料：

- 硬體： 完整料號、選項、密封件、刮塵環、潤滑脂、導軌、感測器、接頭及版次。

- 操作範圍： 壓力、行程、速度、加速度、負載、側向負載、力矩、安裝方向、緩衝、停留時間及循環頻率。

- 生命週期狀態： 新品、磨合與老化循環數、清潔、重新潤滑、替換零件及檢查結果。

- 空氣邊界： 供氣品質、排氣路徑、洩壓或抽氣流量、洩漏假設及腔體氣流。

- 量測系統： 計數器、校正、粒徑通道、採樣流量與體積、探頭幾何及最高濃度控制。

- 資料處理： 背景方法、重複測試、不確定度、剔除測試、信賴限，以及結果屬於採樣計數、濃度或總排放量。

若報告只寫「相容 ISO 5」，應拒絕接受。請追問測試了哪一種組態、探頭放在哪裡，以及採用了什麼驗收限值。若供應商以腔體測試報告潔淨度等級，應確認該等級聲明遵循設備適用性方法，且沒有暗示所有安裝方式都獲得一體適用的認證。

壓縮空氣污染與向環境釋放粒子是兩個不同邊界。應依 [ISO 8573-1 壓縮空氣品質架構](/zh-hant/blog/how-can-iso-8573-1-standards-transform-your-plants-compressed-air-quality-management/)在相關使用點指定粒子、水分與含油量，再控制排氣，避免氣流繞過潔淨策略。

## 維護狀態應如何納入計算？

ISO 14644-2 涵蓋 0.1 µm 至 5 µm 分級範圍的監測計畫，並以能量測或影響空氣懸浮濃度的參數為依據（[ISO 14644-2](https://www.iso.org/standard/53393.html)，2015）。它不會規定單一密封件更換週期，因為磨耗取決於執行器、負載、速度、對心、環境與維修歷史。

維護限值應從證據建立。先取得已核准新品或磨合狀態的粒子結果，再於明確循環次數或使用時間後重複相關量測。將粒子趨勢與洩漏量、活塞桿狀態、導軌間隙、刮塵環狀態、速度及壓力資料配對分析。

下列情況應觸發重新評估：

- 更換密封件、刮塵環、潤滑脂、導軌、活塞桿、滑台或密封帶；

- 改變速度、加速度、負載、側向負載、安裝方式或緩衝；

- 改變抽氣、排氣、供氣處理或周圍氣流；

- 清潔藥劑、溫度或濕度變更；

- 粒子濃度異常、異常洩漏、卡滯、刮傷或可見碎屑。

若計數器顯示持續變化，不要等到通用循環數才處理；反過來，也不要只因沿用舊規定就在沒有資料的情況下每三個月更換密封件。維護計畫應維持經量測確認的狀態，而不是重複一條承襲而來的規則。

[無桿氣壓缸預防保養檢查表](/zh-hant/blog/rodless-cylinder-maintenance-a-preventive-checklist-for-facility-managers/)提供應與粒子趨勢分析搭配的機械檢查項目。

## 結論

ISO Class 5 在 0.5 µm 粒徑下的 3,520 particles/m³ 限值描述的是空氣濃度，不是活塞桿密封件的通用允許值（[FDA](https://www.fda.gov/media/88905/download)，2020）。應先計算扣除背景值後的採樣計數，只有在具備經驗證的方法時才換算成總排放量，並另外驗證實際安裝的潔淨區。

實務順序很簡短：識別確切執行器，在具代表性與合理最不利條件下測試，保留採樣邊界，如實正規化結果，在明示假設下初步評估室內影響，最後確認真實機台處於所需操作狀態時的表現。

這種方法得到的數字可能不如理論磨耗計算那麼醒目，卻能形成更有用的決策依據。

## 活塞桿密封件粒子產生量常見問題

ISO 14644-14:2026 評估設備在 0.1 µm 至 5 µm 以上粒徑的適用性，而 ISO 14644-1 則對指定位置的空氣分級（[ISO](https://www.iso.org/standard/91615.html)，2026）。以下答案會讓元件量測、工程估算與潔淨室分級各自維持正確角色。

### 能從密封件磨耗量計算活塞桿密封件的粒子產生量嗎？

無法可靠計算。磨耗質量無法決定粒徑分布、進入空氣的比例、沉降量或計數器實際捕捉的比例。應以相同設定量測運轉樣本與背景樣本，再按完成的循環次數將淨結果正規化。質量損失只能作為磨耗佐證，不能取代空氣懸浮粒子計數。

### 0.5 µm 粒徑下正確的 ISO Class 5 限值是多少？

0.5 µm 以上粒子的最高濃度為 3,520 particles/m³。這是室內空氣潔淨度分級限值，不是每支氣壓缸的允許排放率。分級必須遵循所需的採樣位置、採樣體積、占用狀態與資料處理方法。

### 每循環採樣粒子數等於每循環總排放粒子數嗎？

不等於。粒子計數器只量測進入採樣入口的空氣。要把採樣計數換算為設備總排放量，必須有經驗證的腔體或氣流方法，將採樣氣流與完整釋放量建立關係。沒有這層關係時，結果應標示為每循環淨採樣粒子數。

### 無桿氣壓缸是否一定適用於 ISO Class 5？

不一定。移除外露的活塞桿密封件能消除一個粒子來源，但導軌、滑台、密封帶、潤滑脂及相連設備仍可能釋放粒子。適用性必須由特定型號資料支持，並涵蓋安裝位置、負載、速度、生命週期狀態、氣流與粒徑門檻。

### 何時應重新進行潔淨室氣壓缸粒子測試？

更換或改變密封件、潤滑脂、導軌、安裝方式、負載、速度、抽氣、排氣、清潔藥劑或附近氣流後，都應重測或重新評估。粒子濃度異常、異常洩漏、刮傷、卡滯與可見碎屑也都是觸發條件。例行週期應依實測老化資料設定，而不是套用固定月份或循環數。

### 資料來源與技術參考

- [ISO 14644-1:2015](https://www.iso.org/standard/53394.html)，依粒子濃度進行空氣潔淨度分級。檢索於 2026-07-26。

- [ISO 14644-2:2015](https://www.iso.org/standard/53393.html)，用於提供潔淨室效能證據的監測。檢索於 2026-07-26。

- [ISO 14644-14:2026](https://www.iso.org/standard/91615.html)，依空氣懸浮粒子濃度評估設備適用性。檢索於 2026-07-26。

- [ISO 21501-4:2018](https://www.iso.org/standard/58073.html)，光散射式空氣懸浮粒子計數器的校正與驗證。檢索於 2026-07-26。

- [FDA 調劑指南](https://www.fda.gov/media/88905/download)，0.5 µm 以上粒徑的 ISO 等級限值。檢索於 2026-07-26。

- [Festo 潔淨室指南](https://www.festo.com/us/en/e/solutions/industries/electronics-industry/cleanroom-id_7016)，最高粒子濃度法與應用邊界。檢索於 2026-07-26。

- [SMC CYP 潔淨型無桿氣壓缸型錄](https://www.smcworld.com/catalog/BEST-5-2-en/pdf/2-p1545-1558-cyp_en.pdf)，特定型號粒子資料、測試條件與限制。檢索於 2026-07-26。