「電磁波対策 相談 3」では、医療用MRIの画像ノイズの原因となる電磁波と、比較的手軽にできる対策方法などについてお伝えしました。MRI装置の正常稼働に必要な高性能シールドルームに、不具合/故障が発生しているようでしたので、手軽にできる対策方法として、フィンガーというシールド部材の交換をご紹介しました。さて、今回のご相談は製造業からのようです。
Q：半導体工場で製造を担当しているのですが、製造プロセスの中で大変重要な位置付けである精密機器(電子ビーム描画装置)に不具合が発生しています。不具合の内容は、例えば、設計図において直線で描かれている配線ルートが曲がって描画されてしまうことです。この不具合は、隣の敷地で新工場の増設工事が始まってからのことです。最初は、原因が工事中の振動かもしれないと思い、振動計などを設置してみたのですが、関連は無さそうです。お客様へ納品する際の品質や期日を守るため、工事中も製造は続けたいのですが、何とか解決できませんでしょうか？また、もし手軽にできる対策方法があれば有難いです。
A：承知いたしました。電子ビーム描画装置が誤作動すると、その後のライン全てに影響が出るため被害は甚大ですよね。まずはいつも通り、原因の特定から始めましょう。
電子ビーム描画装置は、その名の通り電子ビームを使用しています。この電子ビームは磁気/磁場(以下、磁場で統一します)の影響を受けます。何となく、フレミングの左手の法則を覚えておられる方もいるのではないでしょうか。磁場により力が加わり、電子ビーム(電子の流れ)が曲がるのです。
実際に工事現場で測定してみると、様々な磁場が発生していることがわかります。例えば、クレーンで鉄骨を移動させるだけでも、周囲の磁場が変動します。鉄が磁気を帯びており、磁石の状態になっているからです。なお、半導体工場のような精密機器が置いてある施設の場合は、例えば工事作業員が計測センサの近くを不用意に歩くだけで問題となります。安全靴の中に入っている足を守るための鉄片やベルトのバックルに、計測センサが反応してしまうからです。精密機器の場合は、それほど微弱な磁場でも問題になることがあります。
今回の場合は、「隣の敷地において新工場の増設工事」が始まってからの現象ということで、原因として最も可能性があるのは溶接作業だと推測されます。
溶接作業では、大きな電流を使用します。その電流は、①溶接機→②電線→③溶接棒→④鉄骨→⑤クランプ→⑥電線→⑦溶接機など一筆書きの経路を作り、この電流経路から磁場が発生します。直流/交流などの溶接方式に合わせた形で、磁場も直流/交流で発生し、結果的に描画装置の誤動作(電子ビームの曲がり)を発生させます。
対策は、この電流経路に対して実施します。以下の2点を試してみてください。特に(2)は作業効率が悪くなりますが、(1)(2)共に実施すると効果絶大です。
(1)上記の②電線と⑥電線を撚る
(2)上記の③溶接棒と⑤クランプの距離を縮める
【豆知識：各電流経路と磁場の強さ】
溶接の電流経路は、溶接機⇔溶接ポイントで電流が往復していると見なせます。往路をプラス、復路をマイナスと考えれば、この2本の電線を撚ることでプラスとマイナスの電線それぞれから発生する磁場が打ち消し合います。これが上記(1)の対策原理です。
また、溶接ポイントにおける上記(2)に関しては、発生する磁場は流れる電流経路が短いほど小さくなりますので、③溶接棒(プラス側)と⑥クランプ(マイナス側)との距離を、作業効率を極端に落とさない範囲でできるだけ短くするわけです。