EZ-Japan BLOG since 2017　真・MFC千夜一夜物語 : FLEXI-FLOW

FLEXI-FLOW

2022年08月23日08:00

真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第371話　ダウンサイジングこそ技術革新の証です　その8

カテゴリ: 真・ＭＦＣ千夜一夜物語(第2期)

マスフローメーター（MFM）、マスフローコントローラー(MFC、MFMとMFCをマスフローと総称。) のダウンサイジングに関しての解説の最終章です。

MFCが出現して以来、そのダウンサイジングへの要求は絶えず、それに対する開発は色々と寄り道を強いられながらも、続いてきました。

その道は半導体製造装置向けというMFCのメインマーケットとそれ以外の一般産業用途では大きく異なる道に分岐しきました。

1990年代後半の熱式流量センサーのMEMS化が一つの大きな転換点でしたが、半導体プロセスで使用される腐食性ガスに対して、ヒーター、熱電対部を直接さらすMEMS方式はNGという判断が下されたのに対して、一般工業向け特に装置が小型でフットプリントへの要求が厳しい分析装置向けではブロンコストのIQ＋FLOWといた今までのMFCの概念を打ち破るような製品が出現して、今に至っています。

【IQ+FLOW マニホルドタイプ出典：ブロンコスト・ジャパン(株)】

MFCのメインマーケットであった半導体製造装置産業では、画期的なダウンサイジングに至るのは2020年代の圧力式流量検出方式を搭載した10mmMFCまで待つ必要がありました。

その間にブロンコストは更にこの小型MFC分野を追求し、サイズ的にはIQ＋FLOWよりは大きいのですが、その分流量レンジや仕様圧力を拡大したFLEXI-FLOW Compactという新世代の流量センサーであるTCS（Trough Chip Sensor）Technology　バイパスフローセンサーを搭載したモデルをこの春に発表しています。

【EL-FLOW vs FLEXI-FLOW Compact 出典：ブロンコスト・ジャパン(株)】

今後、MFCのダウンサイジングはどの方向へ行くのか？

Decoはもう一つの解として全量測定できる流量センサーであるコリオリ式流量センサーのMEMSタイプにも、その解があるのではないかと考えています。

従来のMEMS、ブロンコストの開発したチューブタイプのTCS Technology　バイパスフローセンサー、半導体向けの圧力式流量センサー、これらの更なる進化の兆候が見られたら、その都度ブログで解説していきますね！

【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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2022年08月02日08:00

真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第369話　ダウンサイジングこそ技術革新の証です　その6

カテゴリ: 真・ＭＦＣ千夜一夜物語(第2期)

マスフローメーター（MFM）、マスフローコントローラー(MFC、MFMとMFCをマスフローと総称。) のダウンサイジングの歴史に関して解説していきましょう。

一般産業、特に分析装置のように卓上で使用するような小型装置の場合、マスフローが占めるフットプリントと重量の軽減は、非常にインパクトが大きいです。

その点でブロンコストのIQ＋FLOWはイノベイティブな存在です。

【IQ+FLOW 　提供：ブロンコスト・ジャパン、撮影：EZ-Japan】

寸法はW：40×D：20×H：60mm(継手を含まず)です。

公平を期すために同社の現行のスタンダードモデルであるEL-FLOWシリーズの諸表を紐解くとW：77×D：25×H：112mm(継手を含まず)であり圧倒的なダウンサイジングを達成しているのがわかります。

重量もアルミボディのモデルで200gと一般的なMFCの1/5～1/6まで軽量化されているのです。
ダウンサイジングで忘れられがちですが、重量削減の占めるファクターも大きいのです。

それは装置全体の重量を削減させる事のメリットもありますが、MFCを取り付ける際の工数削減にもなります。

IQ+FLOW用のセンサーは、他のブロンコスト製品とは異なり、MEMSタイプの流量センサーを搭載しているからこそ、ここまで軽量コンパクトにまとめる事が出来たのです。

このサイズで流量制御バルブを搭載したMFCである事に驚くユーザーは多いですね。

流石に流量レンジ上限は窒素ベースで5SLMまでにとどまります。

MEMSセンサーの効能で応答速度　0.3秒以下であり、決して通常サイズのMFCに見劣りはしませんし、圧力定格は10bar＝1MPa(G)までと、他のブロンコスト製品と比較すると低いのですが、国産マスフローとは同等です。

【IQ＋FLOW　マニフォールドタイプ　出典：ブロンコスト・ジャパン(株)】

IQ+FLOWシリーズは単体でもコンパクトなのですが、装置メーカーのような定期的購入が前提のOEM顧客向けに、複数ラインのMFCを一体化したマニフォールド・ソリューションも提供しています。

写真のようにMFCを３ライン連結してみたり、MFC以外にもIQ+FLOWサイズのAPC（Automatic Pressure Controller）や閉止バルブ、三方バルブ、フィルター、ガス混合マニホルドを組み合わせた本格的なガスシステムを最小限のフットプリントで再現し、同時に省配線化も実現するのです。配管接続の無い一体構成はリークポイントの削減による安全性向上、トップマウント構造でメンテナンス性向上をも提供します。

【FLEXI-FLOW Compact　出典：ブロンコスト・ジャパン(株)】

EUの分析装置ではガスクロマトグラフ(GC)のインジェクター部の流量・圧力コントロールや、高速液体クロマトグラフ(HPLC)の検出部の流量制御、水素炎イオン化検出器(FID)の検出部の流量制御等で既に多く採用されており、日本でも分析装置以外でもエアリークテスターなどで導入されています。

一般工業向けMFCのダウンサイジングは、MEMS流量センサーのデビューと共に大きく前進したが、ブロコストのIQ+FLOW、そしてこの春登場した20SLMまでをカバーするマルチガスタイプのFLEXI-FLOW Compactは、その先端を走るマスフローと言えるでしょう。

【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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2022年07月26日08:00

真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第368話　ダウンサイジングこそ技術革新の証です　その5

カテゴリ: 真・ＭＦＣ千夜一夜物語(第2期)

マスフローメーター（MFM）、マスフローコントローラー(MFC、MFMとMFCをマスフローと総称。) のダウンサイジングの歴史に関して解説していきましょう。
今回からは、現在進行形で進んでいるマスフローのダウンサイジング技術に関する解説を行いましょう。

ここでは大きく分析装置のような一般産業向けと半導体製造装置向けに分けて話を進めます。
これは半導体製造装置向けとその他の用途装置では、マスフローに対する要求事項が大きく異なるからです。
具体的に言えば、ダウンサイジングに最も有効である熱式流量センサーのMEMS (Micro Electro Mechanical Systems)化が受け入れられるか？です。
従来型の巻線タイプとMEMSタイプの構造比較を下図で見てみましょう。

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巻線型は層流素子（バイパス）と組み合わせた全体像は下図のような形となります。

ほとんどの巻線型はセンサーの内径が1mmΦ以下のステンレスチューブでできています。
そこに流せる流量は5～10SCCM程度で、残りは全てバイパス側に流さなくてはいけません。
例えば5000SCCMなら4995～4990SCCMを流せるスペースを確保しないといけないという事なのです

MEMSタイプと同じ流量レンジで比較すると、ダウンサイジングという要求に対して不利な構造であるのがわかります。

巻線型とMEMS型MFC　出典：ブロンコスト・ジャパン(株)

MEMS型も流量に応じて当然バイパスは必要になりますが、直接流体に触れる分、MEMES型はセンサー感度が良いので、センサーとバイパス分流比を巻線型のそれより小さく設定できる利点があります。
それは同じ流量レンジで比較するとバイパス部を小型化できるという点でダウンサイジング技術を進めるうえでは生きてくるのです。

【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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2022年06月21日08:00

真・ＭＦＣ千夜一夜物語　第365話　ダウンサイジングこそ技術革新の証です　その2

カテゴリ: 真・ＭＦＣ千夜一夜物語(第2期)

マスフローメーター（MFM）、マスフローコントローラー(MFC、MFMとMFCをマスフローと総称。) のダウンサイジングの歴史に関して解説していきましょう。

まずはマスフローの標準的なサイズの話からです。

1980年代後半、マスフローが半導体製造装置を中心に飛躍的にその市場を拡大していった時代にメーカー間の寸法の互換性は無いに等しい状況でした。

市場への新規参入者は既存メーカーの置換という形で実績を積み上げていくのが、このマスフロービジネスの正道でしたから、自然と先行するメーカー、当時はタイラン社のベストセラー機種に焦点を合わせて、その互換性を訴える製品が世に出るようになったのです。

そういったマスフローのサイズに対する共通認識的な、決して規格までは到達していないが、メーカー間の暗黙の了解的なものが90年代のMFCにはありました。

1/4”VCRⓇ(フェイスシール）タイプ継手の場合、面間寸法は124mm（5SLM以下の場合）“というものです。

この面間寸法に合わせたMFCを作る努力がマスフローメーカーのダウンサイジングの始まりとも言えます。

大方のメーカーがそれに倣った後、今度は5SLM以下にとどまらず10～20SLM、そして50SLMまでの流量レンジも面間124mmサイズにしたいという要求が生じました。

これはソレノイドタイプのアクチュエーターを用いるタイラン、ユニット等などのUSA系のマスフローメーカーは、そのアクチュエーターのリフト量の大きさで有利に対応を進ます。

対する国産のピエゾアクチュエーターを搭載したMFCは、そのリフト量の小ささと、流量センサーと層流素子(バイパス)の構造から124mmでの対応はなかなか難しかった筈です。

MFCのダウンサイジングは、流量制御バルブだけではなく、流量センサーと分流構造を構成する為のバイパスとの組み合わせである為、50SLMレベルまで5SLMの分流構造の応用で対応するのはなかなか難しいところがっあったのでしょう。

同じ構成のセンサーとバイパスの組み合わせで、センサーチューブ側の抵抗を増すことで分流比を操作するような工夫もなされました。

この種のダウンサイジングタイプは、センサー、バルブ部の圧力損失が大きくなったり、圧力条件、ガスの選択によりセンサーとバイパスの分流比が揺らいでしまう為に再現性にかけたりといった問題も多かったのですが、半導体製造装置向けで50SLMといった流量はパージ用窒素ラインの流量制御がほとんどであった事もあり、あまり大きく問題視されることもなかったとDecoは記憶しています。

【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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2022年05月10日08:00

FLEXI-FLOW Compact　“MASS FLOW CONTROL Redefined”　

カテゴリ: EZ-Japan ＭＦＣニュース; EZ-Japan ここでもう一押し！

ブロンコスト（Bronkhorst HIGH-TEC.B.V.　日本法人はブロンコスト・ジャパン(株)）の発表した新製品 FLEXI-FLOW Compact に関する続報です。

FLEXI-FLOW Compact　出典：ブロンコスト・ジャパン(株)

ブロンコストはこの新製品を　“MASS FLOW CONTROL Redefined”　と呼んでいます。

Redefined　は日本語では”再定義”を意味します。
つまり「質量流量制御の再定義」を行う製品だという事でしょうか？
公開されている情報だけでも、以下の特長があります。

・流量センサー、上下流の圧力センサー、温度センサーを搭載し、マルチパラメーターを実現！

・ブロンコストのどの製品よりも高速応答、セトリングタイム150mSec.を達成！

・22種類のガスデーターがメモリーしており、単一もしくはそれらの混合ガスにガス種を切り替え可能なマルチガス対応！

・EL-FLOW Prestige　FG-201CVP　並みの温度・圧力によるCF補正機能搭載！

・EL-FLOW Prestige並みの高精度　±0.5% RD＋ ±0.1% FSを実現！

・ファームウエアの切り替えでAPC（Automatic Pressure Controller)としての運用も可能！

FLEXI-FLOW Compactのグレード構成は大きく分けて3種です。

・拡張版（Preconfigured Advanced：PA）
4つのレンジ（Full Scale：FS = 0.5/2/5/20 ln/min、窒素ベース）のMFC、ターンダウン1:500、流量+圧力+温度測定

・標準版（Preconfigured Standard：PS）
4つのレンジ（Full Scale：FS = 0.5/2/5/20 ln/min、窒素ベース）のMFC、ターンダウン1:50、流量+温度測定

・受注生産版（Built-to-Order：BtO）
MFCとMFM、最小0.5 ln/minから最大20 ln/min（窒素ベース）の間から任意にレンジを選択、ターンダウン1:1000；マルチチャネル版（最大8チャネル）

マルチチャネル版　出典：ブロンコスト・ジャパン(株)

Decoのお気に入りは、FLEXI-FLOW Compactのカラーリングは鮮やかなオレンジな事です。
オレンジと言えばオランダを表す色ですね！
ここでオレンジという色を選択してきたブロンコストの本気ぶりにDecoのテンションも一気に上がっています。
詳細情報は入手次第、追加告知していきますね！お楽しみに！

EZ-Japan ”Deco””こと　黒田誠