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2013年3月11日 (月)

真・MFC千夜一夜物語 第17夜 サーマルで動くのはセンサーだけではない?

MFC(マスフローコントローラ)に関してお送りしている「真・MFC千夜一夜物語」です。今回はMFCに搭載されている一風変わった「流量制御バルブ」のお話です。

MFCのバルブに求められる性能が”少々変わっている”ポイントとして、以下が挙げられると思います。

1) 流れを閉めきる性能より、途中の開度を微妙に調整できる性能を求められる

2) 手動や空圧ではなく、電気制御を求められる

3) 高速応答性を求められる

4) 禁油処理を求められる

5) ゴミを出さない構造を求められる

6) 1SCCMから100SLM、もしくはそれより大きな流量への対応を求められる

こんなところです。微妙な制御ができて、なおかつ高速で、ある程度の圧力条件で動作して、オイル・パーティクルフリー・・・

なかなかこれだけの要求を満たしてくれる便利な構造のバルブは見つからない物です。

でも、世の中にはアイデアマンがいらっしゃいました!

四半世紀前の黎明期第1世代MFCに搭載されていたバルブには、既にこの用件をかなり満たしたバルブの傑作がありました。

 その名も「サーマルバルブ」・・・ 和訳すると「熱式バルブ」!

えっ!センサーも熱式だすよね・・・よっぽどMFCを作り上げた方達は、熱いモノ好き=熱いハートの持ち主だったのかもしれませんね。

 このバルブの構造をDecoの記憶から絵にして貰ったのが、以下の図です。あくまで一般的なサーマルバルブの構造を説明する為の図で、特定の企業発明物、技術を指す物では無いことをお断りしておきます。

Thermo_valve_130311

 

 

このバルブは、ニードルが前進して弁を塞ぐコンベンショナルな構造です。

中央のアクチュエータ部は熱膨張係数の高い材料で構成されており、それにヒーター線が巻き付けてあります。ヒーターで加熱すれば、アクチュエータは伸びる方向に変形し、バルブを閉鎖方向へ動かします。このヒーター線の温度を電気的にコントロールすれば、その温度により、バルブが膨張して延びたり、縮んだりするという仕組みです。

これで先ほどの1)2)の要求をクリアできた訳ですね。

 ただし、このバルブには特性上どうしても苦手とするところがあります。

以下に整理してみました。

  高速応答は苦手です。

(「熱して延びる」の、「醒まして縮む」という動作をイメージしてもらえば、確かにそんなに高速で動ける筈はないですよね。)

 ニードルを押しつける構造上、金属同士がぶつかることでのゴミ(パーティクル)が発生します。

 二次側を真空に引いた際には、伸びたアクチュエータの復元=ニードルを引っ張り上げる力が負けてしまい、ニードルバルブがオリフィスに噛み混んだ状態でガスが流れなくなることもあります。

 ヒーターで高温に加熱したアクチュエータ部に高温で反応するガスが流入する構造上のリスクがあります。

 こういった問題点を克服すべく、次の構造のバルブが考案されてくることになります。

人間は工夫を続けるもので、機械の進歩・進化の歴史をたどるのは楽しい物です。

では、この続きの楽しいお話は次回で。

【あなたにMFCの夜が来る~真・MFC千夜一夜物語】 by Deco EZ-Japan

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