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2013年3月18日 (月)

真・MFC千夜一夜物語 第20夜 スピードよりもパワーです!

今回はMFC(マスフローコントローラ)の技術で一世を風靡しているピエゾアクチュエーターを使用した「ピエゾバルブ」の優位性に関してお話します。

「実は一つ一つは小さなピエゾですが、すごい力持ちなのです。」と前回のお話の最後で触れた部分ですね。

 「ピエゾバルブ搭載のMFCは性能が良い」という話は、ピエゾがデビューして安定してきた時期にはMFCに関して少し知識のある方々の間では定説となっていました。

 「ピエゾのどこが良いのですか?」とお聞きすると、

 「ソレノイドより応答が速いのです。」という返答が返ってくる事が多かったです。

 でも、実はこれは必ずしも正解ではありません。なぜならMFCという工業製品パッケージとしての性能で考える必要があるからです

 確かにアクチュエータとして=「部品としての応答性能」では、ピエゾの方がソレノイドよりも応答は若干速いかもしれません。しかし、MFCが「熱式流量センサーと流量制御バルブの組み合わせにより流量を制御するもの」である限り、「MFCとしての応答性能」はアクチュエーターのそれだけでは決まらないのです。

あくまでMFCは流量センサーの信号と流量設定信号を比較してバルブを動かす仕組みです。決してバルブ単体を指示通りの位置に制御する製品ではありません。

ということはMFCの応答性能は、その制御の起点になる熱式センサーの流量信号出力の速さを超えるものでは決してありません。そして熱移動を計る流量センサーの速さは・・・原理から考えてもバルブの応答性より遙かに遅いのは事実です。当然、制御を行う上で応答性能のいいバルブを使うのはいいことなのですが、それだけではないと言うことです。

スポーツカーがエンジンだけ良ければ、早く走れるかというと、そうではないのと一緒です。

では、ピエゾアクチュエーターの優れた特性は何か?まず1つは「力」です。

ピエゾとソレノイドを比較しますと、ピエゾは前回お話ししたとおり、「ある電圧をかけることでで、結晶構造体が変位する(伸びる)」のが性質です。つまり「固体の変形」により「伸び縮み」します。

それに対してソレノイドは、電磁石の「磁界の強弱」でバルブを「動かす」のであり、しかもMFCの制御バルブの場合、開閉のどちらでもない中間点で「止め」なくてはいけません。どこまで伸ばしても、あくまで固体であるピエゾと、磁界の中で浮かせて移動しているソレノイドでは、当然バルブを押さえる方向に派生する力には大きな差が出ますね。(もちろんソレノイドバルブが磁界の中で浮遊しているわけではなく、磁界の反力となる方向にバネで押さえつけられているのですが・・・)

そしてもう一つが「技」・・・器用さです。

ピエゾはそもそも微少変異量しかないのが特徴であり短所でした。でも、これをひっくり返して考えると微少な変異をするのは得意な訳です。精密に開度を調整できる器用さはそもそもの特性なのです。

力持ちで、なおかつ精密な作業が得意な器用さを持つ、まさに「力」と「技」のアクチュエータなのですね。(Decoと同じ時代に幼少期を過ごされた方には、どこかで聞いたフレーズかもしれませんね。)

では、力と技を兼ね備えるピエゾを使うことが、MFCにとってどんなメリットが出るのでしょうか?

ガスはある圧力で送り込まれてきます。そして、MFCのバルブ部分はそれを絞り込んで流量を調整するわけですね?

手動ニードルバルブ等を開閉調節して流量を調整した事のある方はすぐおわかりになられると思いますが、ガス圧がかかっているときにバルブの調整をするのはなかなか大変ではなかったでしょうか?少し開くとドーンと流れてしまい、なかなか上手く設定したい流量にバルブ開度を決めるのが難しくはなかったでしょうか?

ガス圧に対抗するだけの力をかけながら、微少な開度を調整する・・・これこそがピエゾアクチュエータの真骨頂であり、まさにMFCの為に生まれたと言っても言い過ぎではないエポックメイキングな発明だったのですね?

そして、このピエゾの果たした功績の最たる物だとDecoが考えているのはMFCのバルブを構成する上で大きなメリットになるのは、「金属ダイヤフラム」を使用したバルブを形成できることです。

このお話はまた次回で。

 【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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