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2017年3月28日 (火)

真・MFC千夜一夜物語 第230話 MFCの制御不良とは? その12

もう一つのMFC千夜一夜物語である日本工業出版さんの「計測技術」誌「マスフロー千夜一夜物語<質量流量計の基礎>」という連載も2017年4月号(3/25発売)で連載33回を迎えさせて頂きました。
4月号では、マスフローコントローラー(MFC)やマスフローメーター(MFM)で使用する流体(ガス)種から、半導体製造プロセスでよく使用される危険な知億種高圧ガス、その代表格としてモノシランを選んで過去の事故事例を紐解きながら、マスフローを使用する上での注意点を解説しています。

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MFCは制御しようとするのだけれど、その流量制御の過程がおかしな場合のお話です。
今回は最後の「出流れ」ですね。
出流れ=内部リークともいい、既に本ブログでは解説済みですが、復習の為に振り返ってみましょう。

参考記事
真・MFC千夜一夜物語 第42夜 アクチュエータの孤独な戦い
真・MFC千夜一夜物語 第163話 MFCに異物が混入した場合 その6

出流れは低流量域で設定流量に対して、流量出力が上回り、設定を可変しても流量が一定量流れ続けてしまう現象です。
この場合にMFCの流量制御信号(SV値)と流量出力信号(PV値)の関係は、以下の図のようになります。

170328_02


そもそもMFCのバルブは完全閉止を機能として有しているわけではありませんから、上下流にある閉止弁でシャットオフしてしまえば問題はないのですが、この出流れ量がMFCの最小流量制御量よりも大きくなり、使用したい設定流量を超えてしまうと話は別です。
「流量を絞り切れない」という問題が生じてしまうことになりますね?
MFCでいう「出流れ」という制御不良は、こういった状況を指しています。

原因として最初に考えられるのはバルブオリフィス部分への異物が噛みこんだ場合です。
MFCをパージや真空引きを繰り返してして、挟まった異物を除去すれば回復することもあります。ただ、バルブシートに傷がついた場合は、異物を除去できても、その傷が原因でギャップが生じてやはり出流れが続くこともありますし、パージで取りきれない異物もありますので、その際はメーカーへ修理依頼した方が無難です。

次に考えられるのが、圧力条件、特に差圧条件の問題です。
MFCには許容最大差圧が定義されています。
その差圧条件で調整されているMFCに対し、過大な差圧でガスを供給した場合、出流れが生じる可能性が高いのです。
よく勘違いされているのが、MFCの差圧というのはMFC直近の一次側圧力-直近の二次側圧力なのに対して、ずいぶん離れたボンベやチャンバーの圧力をそれと定義してしまうミスです。
この場合はどちらかというと最低動作差圧条件が守れない場合に多いですね。
逆に今回のような差圧が大きすぎるという場合は、上流側の圧力計の不具合、もしくは本来背圧が立つべきプロセスで、MFC二次側が手違いから大気解放になってしまった場合に生じます。

第3に考えられるのが、MFCの仕様ガス種と異なる軽いガスを使用していた場合です。
これはN2用のMFCにH2やHeを流している際に生じます。

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第2第3の原因に関しては、差圧条件を適正化する、もしくはH2やHeの供給圧を下げるといういずれもレギュレーター側の圧力調整で何とかなる場合が多いので、焦らずに試してみましょう。

【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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