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2013年3月18日 (月)

真・MFC千夜一夜物語 第21夜 ダイヤフラムとは何ですか?

MFC(マスフローコントローラ)にピエゾアクチュエーターを採用する事の最大のメリットとして「金属ダイヤフラム」を使用したバルブを形成できるというお話です。

 まず、「ダイヤフラム」って何??とおっしゃる向きもあると思います。

 「ダイヤフラム」(「ダイアフラム」とも表記されます)は「あるものと別のあるものを分離する為の薄膜」という意味です。

MFCが関係する配管関係では、ポンプ、閉止弁、圧力センサー等に幅広く使用されています。

これは「分離する」という特性が、特に腐食性ガスや毒性ガスを使用する際に、「空気、水分との反応を防ぎ機器を長持ちさせる」「接ガス面積を少なくして外部への漏れを無くす」「容積を小さくして、ガスパージ(ガス排出、不活性ガスへの置換)を速くする」というどれも安全な方向への活用できるからです。

 この「ダイヤフラム」は、その役割で大きく2つに分けられるとDecoは考えます。

1つは「分離目的のみで固定した状態で使用されるもの」と、もう1つは「分離目的とともに、可動しある役割をはたすもの」です。MFCでピエゾアクチュエーターと組み合わせて使う場合は、後者の役割になります。

下の図を見て頂けると「ダイヤフラム」が、紫色のガス部と白色の大気の部分を分離するとともに、アクチュエータの伸縮で開閉(可動)しガスの流れる量を制御する役割をはたしているのがおわかり頂けるかとお思います。

130318_01

                       

この構造は、腐食性、可燃性、毒性ガスを多種多様に使用しなくてはいけない半導体製造用途では欠かせない構造となっています。最小の接ガスボリュームにすることで、不活性ガスへの置換もそれだけ早くなり、安全で無駄の少ないプロセスを作り上げることができるわけですね?

では、なぜ金属ダイヤフラムバルブがなかなかMFCに投入されなかったのでしょう?それは、なかなか難しい背景があったからなのです。

MFCのバルブは流量センサーの出力と、設定流量信号入力が一致するように、バルブの開度を制御するわけですから、常にバルブは動いています。動くと言うことは柔軟でなくてはいけないのですが、腐食性と耐久性などを考慮すると、当然ゴムなどの樹脂製は使用できず、やはり金属製、それもステンレス等の耐腐食性を持つ材料を使用したいところです。

しかし、そういった金属ダイヤフラムは当たり前ですが一概に堅いのです。

堅さと、しなやかさを併せ持つ材料として、日立金属社がNi-Co合金ダイヤフラムを開発したことで、大きく前進したのですが、やはりこれを押して、変形させ、維持し続ける、更に常に外部条件(温度・圧力変動)や設定流量の変化に合わせ開度を変えるため高速で動く事ができるアクチュエータは、かなり力持ち、それも瞬発力もないとだめでした。

 そこで活きてくるのがピエゾの「力持ち」な特性です。まさに適役であったと言えますね。

「金属ダイヤフラム」を活かすのはピエゾであり、逆に言えばピエゾの能力を最大限に生かしたバルブを作るには「ダイヤフラム」がかかせなかったわけですね。 

 【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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