CN102749128B - 测压元件单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止因被测定物而使旋转负荷变大时的破损的测压元件单元。测压元件单元(2)具备主体盒(3)。测压元件(10)由元件主体(11)、应变仪(14a～14f、15a～15f)构成。在固定在元件主体上的固定板(17)上放置金属球(12)。测压元件底座(13)固定在主体底座(5)上。底板(25)上固定有保持杆(26)。金属球上放置有与底板连接的顶板(31)。顶板通过螺旋弹簧(43、44)与固定板连接。如果施加于保持杆的旋转负荷加大，则螺旋弹簧被拉伸，允许顶板相对于主体盒旋转。如果主体底座的收纳凹部(5g)的壁面与底板的侧面抵接，则主体盒的旋转停止。

Description

测压元件单元

技术领域

本发明涉及用于测定荷重的测压元件单元。

背景技术

测压元件单元是根据将被测定物吊起或悬挂时所产生的变形量来测定荷重(重量)的单元，用于各种设备中的荷重测定。例如，在单晶硅晶圆的生产线上用于单晶锭的制造。为了制造该单晶硅晶圆，首先，在石英炉内熔解多晶硅的芯片，将籽晶放进该硅熔液中，一边旋转一边慢慢提升，而在籽晶的下方生长圆柱状的单晶锭。然后，切断以及研磨单晶锭而制造单晶硅晶圆。在制造该单晶锭时，用测压元件单元测定其荷重，并决定其提升速度以便能够得到给定的直径尺寸。

作为现有的测压元件单元，如专利文献1所示已知有在圆筒状盒内的中间隔板上固定有测压元件并以围绕该测压元件的方式配置有呈四边框状的门形连接体的单元。在圆筒状盒内的上方和下方固定有L字形的上部板弹簧和下部板弹簧。按压板的轴部贯通门形连接体的上梁和上部板弹簧，并在其上端部螺合有螺母。由于在门形连接体的上梁和上部板弹簧之间配置有环状的垫圈，因此通过螺母的紧固，上部板弹簧、门形连接体的上梁和按压板三者成为一体。

相同地，保持杆贯通门形连接体的下梁和下部板弹簧而从圆筒状盒向下方突出。在门形连接体的下梁和下部板弹簧之间配置有垫圈，在保持杆的凸缘挡住下部板弹簧的状态下，螺母螺合到保持杆的上端部，因此下部板弹簧、门形连接体的下边和保持杆三者成为一体。按压板的中心轴和保持杆配置在门形连接体的中心线上。

专利文献1记载的测压元件单元用于单晶锭的提升荷重的测定，在保持杆的前端安装有籽晶。在制造单晶锭时，使测压元件单元边旋转边提升。通过单晶锭的生长，施加到保持杆的荷重量增大。与该荷重量对应，门形连接体抵抗上下板弹簧而下降。如果该门形连接体下降，则按压板也一体下降而对测压元件加压。配置在测压元件内的应变仪变形而产生与加压力对应的电信号。

另外，在专利文献2中说明了在丝线卷绕方式的硅单晶提升装置中，将施加到丝线卷绕机构上的拉伸荷重作为压缩荷重作用于元件单元。如专利文献2所示，在可旋转地连接于测压传感器单元的超重防止机构的下端将绳索轮通过枢轴可旋转地支撑，在该绳索轮上卷绕有用于提升硅单晶的钢丝绳。超重防止机构经由中心轴连接在平衡轴上，经由平衡轴与元件单元作用结合

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实公昭61-039940号公报

专利文献2：日本实开平07-043767号公报

发明内容

发明要解决的问题

如果石英炉内的硅熔液的粘度变高，则施加到保持杆的旋转负荷变大。在专利文献1中，保持杆经由门形连接体安装在板弹簧上。板弹簧安装在圆筒状盒上，因此，如果圆筒状盒以一定的速度旋转，则板弹簧以与此相同的速度旋转。与该板弹簧连接成一体的保持杆也要以一定速度旋转，但在施加到保持杆的负荷突然变大的情况下，固定有应变仪的板弹簧扭曲而变形，因此成为测压元件单元破损、故障的原因。

本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供一种测压元件单元，能够防止因被测定物产生的旋转负荷、顶起荷重等施加到保持杆的负荷变大时的测压元件的破损。

用于解决问题的手段

为了达到上述目的，技术方案1的本发明的测压元件单元，其特征在于，具备：测压元件，具有产生与变形量对应的电信号的应变仪，该测压元件测量被施加的被测定物的荷重；测压元件底座，固定上述测压元件的下面侧；主体盒，具有固定上述测压元件底座的下面侧的主体底座、和安装于上述主体底座的上侧而覆盖上述测压元件的主体套，该主体盒能够上下移动以及旋转地安装于设备上；底板，配置于上述测压元件底座的下方，与上述主体底座保持间隙，并收纳于在上述主体底座形成的收纳凹部中；顶板，以在与上述底板连接成一体的状态下位于上述测压元件的上方的方式收纳于上述主体套内，从上方对上述测压元件施加荷重；保持杆，在贯通了上述主体底座的下端保持上述被测定物；杆固定单元，将上述保持杆的上端固定到上述底板；旋转允许单元，在上述顶板和上述测压元件的位置关系保持一定的状态下，上述保持杆和上述主体盒一体旋转地连接，在上述保持杆的旋转负荷增加时，允许上述顶板相对于上述主体盒暂时相对旋转；以及停止单元，在上述主体盒的旋转中，大于上述旋转允许单元的连接力的旋转负荷经由上述保持杆施加到上述顶板，而解除了上述旋转允许单元的连接时，停止上述主体盒的旋转。

另外，优选上述停止单元由上述收纳凹部的壁面构成，该收纳凹部的壁面在因上述被测定物而使上述旋转负荷增加时与上述底板的侧面抵接。

再有，优选上述杆固定单元包括：固定凹部，形成于上述保持杆的上端部，并向横方向延伸；固定孔，形成于上述底板的上端部，并向横方向延伸；以及固定销，插入到上述固定凹部以及上述固定孔中，在由于上述主体盒的旋转力强而通过上述停止单元无法停止上述主体盒的旋转的情况下，上述固定销被折断，上述主体盒与上述底板一起旋转。

另外，优选上述固定销由弹性销构成，该弹性销被插入到上述连接孔以及上述连接凹部时直径扩大。

再有，优选上述杆固定单元包括：固定凹部，形成于上述保持杆的上端部，并向横方向延伸；棘轮孔，形成于上述底板的上端部，并向横方向延伸；棘轮球，插入到上述固定凹部以及上述棘轮孔中；以及棘轮弹簧，插入到上述固定凹部中，通过对上述棘轮球向外侧施力并使其一部分插入到上述棘轮孔中，而将上述保持杆固定到上述底板，在由于上述主体盒的旋转力强而通过上述停止单元无法停止上述主体盒的旋转的情况下，上述棘轮球被上述底板的壁面按压而抵抗上述棘轮弹簧的施力向内侧移动，其整个进入到上述固定凹部中，从而上述杆固定单元的固定被解除，上述主体盒与上述底板一起旋转。

另外，优选在上述顶板和上述测压元件之间配置有从上方对上述测压元件施加荷重的金属球。

再有，优选在上述主体底座上设置有顶起部，该顶起部在由于上述主体盒的旋转力强而通过上述停止单元无法停止上述主体盒的旋转的情况下，与上述底板抵接而顶起，从而使上述顶板离开上述金属球。

另外，优选上述旋转允许单元具备：固定板，固定在上述测压元件的上面，在中心圆锥槽内放置上述金属球；以及多个螺旋弹簧，连接上述固定板和上述顶板，并且将上述顶板向相互相反方向施力而将上述顶板保持在特定位置。

发明效果

根据本发明，保持被测定物的保持杆与顶板结合为一体，该顶板经由金属球从上对测压元件施加荷重。因此，没有像现有例那样将保持杆直接固定在测压元件上，因此即使施加较大的旋转负载也不会破损测压元件。

在保持杆的旋转负荷的影响下，如果顶板相对于测压元件相对旋转，则底板等位置也变化，因此这些与主体盒接触。因该接触而测压元件的荷重微妙变化，因此无法高精度地测定荷重。在本发明中设置了旋转允许单元，将顶板和测压元件的位置关系保持一定，并且在保持杆的旋转负荷增加时使顶板可以暂时相对旋转，因此使底板不与主体盒接触，能够进行高精度的测定。

另外，在主体盒的旋转中，大于旋转允许单元的连接力的旋转负荷经由保持杆施加到顶板，而解除了旋转允许单元的连接时，停止主体盒的旋转，因此即使较大的旋转负荷作用，测压元件也不会破损。

再有，在保持杆与被测定物接触时等，保持杆向上方被顶起，但在保持杆的上面和测压元件底座的下面之间设置有间隙，因此保持杆能够与底板以及顶板一起在间隙内向上方移动。由此，顶起的作用力不波及测压元件，因此能够防止测压元件的破损。另外，在保持杆被顶起时，荷重变为零或荷重突然变化，因此利用该测定值或者测定值的变化，能够检测出例如籽晶接触到硅熔液。

附图说明

图1是本发明的测压元件单元的立体图。

图2是测压元件的分解立体图。

图3是表示测压元件单元的主要部分的分解立体图。

图4是测压元件单元的纵方向的纵截面图。

图5是测压元件单元的横方向的纵截面图。

图6是表示主体底座的内部的截面图。

图7是表示取下主体顶套状态下的测压元件单元的俯视图。

图8是表示测压元件单元和单晶提升机构的电构成的框图。

图9是表示利用了本发明的测压元件单元的单晶锭制造装置的说明图。

图10是表示在籽晶的下方生长单晶锭的状态的与图9相同的说明图。

图11是表示因保持杆的旋转负荷而弹簧被拉伸的状态的与图7相同的俯视图。

图12是表示主体盒与底板抵接状态的主体底座的内部的截面图。

图13是表示弹性销被折状态的主体底座的内部的截面图。

图14是表示通过棘轮球以及棘轮弹簧来固定保持杆的第二实施方式的底板和保持杆的侧视截面图。

图15是表示第二实施方式的保持杆的固定被解除的状态的底板和保持杆的侧视截面图。

图16是表示第二实施方式的底板和保持杆的俯视截面图。

图17是表示第二实施方式的保持杆的固定被解除的状态的底板和保持杆的俯视截面图。

图18是表示硅熔液的粘度上升时顶起底板的第三实施方式的测压元件单元的截面图。

图19是表示第三实施方式的顶起底板的状态的测压元件单元的截面图。

图20是表示第三实施方式的主体底座的内部的俯视截面图。

图21是表示第三实施方式的顶起底板状态的主体底座的内部的俯视截面图。

附图标记说明

2、80：测压元件单元；

3：主体盒；

5：主体底座；

6：主体套；

10：测压元件；

12：金属球；

13：测压元件底座；

14a～14f、15a～15f：应变仪；

25：底板；

26：保持杆；

27：弹性销；

31：顶板；

36：外皮；

43、44：螺旋弹簧；

61：石英炉；

62：硅熔液；

71：棘轮球；

72：棘轮弹簧；

81a～81d：顶起部。

具体实施方式

【第一实施方式】

如图1所示，测压元件单元2具备主体盒3、和可旋转地支撑该主体盒3的滑环(slip ring)4。主体盒3由主体底座5、主体套6、主体顶套7、中间隔板8构成。

如图4所示，在主体底座5上形成有用于插通螺栓9a、9b的插通孔5a、5b。在主体套6上形成有用于与螺栓9a、9b螺合的螺孔6a、6b。螺栓9a、9b经由插通孔5a、5b而螺合在螺孔6a、6b上，主体套6安装在主体底座5的上侧。

在主体套6的上部外周面形成有螺纹部6c，在主体顶套7的下部内周面形成有与螺纹部6c螺合的螺纹部7a。主体顶套7在与主体套6之间夹着中间隔板8的状态下，将螺纹部6c和螺纹部7a螺合而安装在主体套6上。

如图2至图6所示，用于测定被测定物的荷重的测压元件10由元件主体11和多个应变仪构成。元件主体11具备外筒部11a和内筒部11b，并收纳于主体套6内。该外筒部11a和内筒部11b通过多个例如3个连接桥11c连接。这些外筒部11a、内筒部11b和3个连接桥11c由金属例如铝形成为一体。另外，如果荷重施加到内筒部11b，则各连接桥11c能够因弹性而与荷重量相对应地挠曲。

对一个连接桥11c安装2个应变仪，在3个连接桥11c的上面安装有总共6个应变仪14a～14f。相同地，在下面也安装有应变仪15a～15f(参照图4以及图5)。应变仪14a～14f以及15a～15f是在较薄绝缘体上锯齿状地安装有金属电阻体(金属箔)而成的，一旦连接桥11c因荷重而弯曲，就与此一起变形，从而电阻值与荷重量对应地变化。在该实施方式中，应变仪14a～14f以及15a～15f使用测定级别在0～200N(根据设计适当变更)的类型。此外，安装在连接桥的应变仪的个数可根据连接桥的个数、所需要的测定精度来适当变更，但为了形成惠斯通电桥(Wheatstone bridge)电路而优选为4的倍数。例如，在测定精度稍微下降也可以的情况下，将外筒部和内筒部用4个连接桥连接，对每个连接桥分别安装一个也可以等。

在元件主体11上配置有固定板17。在该固定板17的中央一体设置有轴部17a。在该轴部17a的上端形成有放置金属球12的圆锥槽17b，另外在该轴部17a的下端突出有螺纹17c。通过螺纹17c与内筒部11b螺纹结合，成为固定板17从元件主体11浮起的状态。作为金属球12例如使用钢球。此外，也可以将轴部17a和元件主体11(测压元件10)成形为一体，而将固定板17安装在轴部17a上。

在元件主体11上形成有用于插通螺栓21a～21c的插通孔11d～11f。在测压元件底座13上形成有用于与螺栓21a～21c螺合的螺孔13a～13c。螺栓21a～21c经由插通孔11d～11f螺合在螺孔13a～13c上，元件主体11安装在测压元件底座13的上面。

如图3所示，测压元件底座13收纳于在主体底座5形成的凹部5c中。在测压元件底座13上形成有用于插通螺栓22a～22c的插通孔13d～13f。在凹部5c上形成有用于与螺栓22a～22c螺合的螺孔5d～5f。螺栓22a～22c经由插通孔13d～13f螺合在螺孔5d～5f上，以此测压元件底座13固定在主体底座5上。

在测压元件底座13的下方配置有底板25。该底板25收纳于主体底座5上形成的收纳凹部5g中。该收纳凹部5g比底板25大一圈，收纳凹部5g的壁面和底板25之间存在间隙。该间隙为例如一侧1mm，两侧成为2mm。

在底板25上形成有插通孔25a。在该插通孔25a中插通有保持被测定物的保持杆26。在底板25上形成有固定孔25b，在保持杆26上形成有固定凹部26a。C字状的可弹性变形的弹性销27被插入在固定孔25b以及固定凹部26a中，在被插入的状态下，具有朝向直径扩大方向的弹力。保持杆26通过该弹性销27固定在底板25上。

保持杆26的下端部插通在形成于主体底座5的插通孔5h中，并向主体底座5的下方突出。保持杆26的上面和测压元件底座13的下面之间有间隙。

在金属球12上放置有顶板31。在该顶板31上形成有用于插入连接杆32、33的上端部的插入孔31a、31b。在底板25上形成有用于插入连接杆32、33的下端部的插入孔25c、25d。螺栓34a～34d经由插入孔25c、25d、31a、31b而螺合在连接杆32、33的螺孔上，底板25和顶板31通过连接杆32、33连接为一体。在测压元件底座13上形成有用于插通连接杆32、33的切口13g、13h。垂吊于测压元件10的外皮36由保持杆26、底板25、连接杆32、33、顶板31构成。

中间隔板8放置于主体套6上，并被主体顶套7所按压。该中间隔板8上固定有滑环4的旋转轴4a。旋转轴4a可旋转地设置于滑环4的外壳4b内。由此，一旦主体盒3旋转，旋转轴4a就与中间隔板8一起旋转。由于该旋转轴4a在外壳4b内旋转，因此在滑环4停止的状态下，主体盒3与测压元件10一起旋转。此外，在通常状态下，保持杆26也与测压元件10一起旋转。

在中间隔板8上安装有间隙配合在旋转轴4a上的控制电路基板38。在中间隔板8上穿设有截面为凸状的贯通孔8a，在该贯通孔8a上安装有两端为金属端子的电极18。该电极18的金属端子18a与控制电路基板38连接，金属端子18b与测压元件10的中继基板(未图示)连接，将用应变仪14a～14f、15a～15f测定的测定信号(测定电压)传递至控制电路基板38。在控制电路基板38上设置有应变仪14a～14f、15a～15f的电源电路、放大电路。在该控制电路基板38上连接有引出到滑环4的外部的引线(未图示)。

如图7所示，在固定板17的上面设置有挂弹簧部41、42。在这些挂弹簧部41、42上挂有螺旋弹簧43、44的一端。在顶板31的下面设置有用于挂螺旋弹簧43、44的另一端的挂弹簧部45、46。螺旋弹簧43、44通过对顶板31向相互相反方向施力，而将顶板31与固定板17连接，并且保持顶板31以使其相对于固定板17成为给定角度。由此，底板25在收纳凹部5g内不与其壁面接触而定位于其中央。相同地，连接杆32、33也不与测压元件底座13的切口13g、13h接触而定位于其中央。因此，施加到保持杆26的荷重直接传递至测压元件10，因此能够正确地进行测定。

如图8所示，在测压元件10内设置有应变仪14a～14f、15a～15f，将3个在施加荷重时的应变极性相同的应变仪串联连线而形成4个连线应变仪48a～48d。各连线应变仪48a～48d形成惠斯通电桥电路51。此外，由于形成惠斯通电桥电路需要4个电阻，因此在应变仪存在多个(优选为4的倍数个)的情况下，连线各应变仪以便形成4个连线应变仪。

惠斯通电桥电路51中，连线应变仪48a和连线应变仪48c的连接点A、以及连线应变仪48b和连线应变仪48d的连接点B与DC电源52连接。连线应变仪48a和连线应变仪48d的连接点C、以及连线应变仪48b和连线应变仪48c的连接点D分别与具有负反馈的差动放大器49a、49b的+输入端子连接。各差动放大器49a、49b的输出被输入到差动放大器49c，其差分被放大。差动放大器49c的输出作为测定电压被输入到A/D转换器50。该测定电压在A/D转换器50中转换为数字信号，并作为测定数据取出到测压元件单元2的外部。此外，也可以将被放大的测定电压作为模拟信号的测定数据输出。在将测定电压作为模拟信号的测定数据输出的情况下，省略A/D转换器50。另外，测定电压的放大方法不限于差动放大。

在图8所示的实施方式中，测压元件单元2用于单晶锭制造装置的单晶锭提升机构53。单晶提升机构53具备移动装置54、旋转装置55、控制装置56。根据来自A/D转换器50的输出求出的测定数据被发送至控制装置56。在该控制装置56中将该测定数据作为单晶锭的荷重。根据该荷重，控制装置56参照预先确定的特性曲线，求出保持杆26的提升速度和旋转速度，控制移动装置54和旋转装置55。

图9表示使用第一实施方式的测压元件单元的单晶锭制造装置。该单晶锭制造装置60由石英炉61和单晶提升机构53构成。作为用于制造单晶锭的材料可以举出硅、蓝宝石等，但在此以硅单晶的制造为例进行说明。石英炉61内容纳有加热多晶硅片并熔解而成的硅熔液62。单晶提升机构53是经由测压元件单元2边旋转保持杆26边慢慢提升的机构，并具备移动装置54和旋转装置55。

旋转装置55由马达64、固定于该马达64的马达轴上的驱动齿轮65、被驱动齿轮65旋转的大齿轮66构成。大齿轮66通过螺栓67a、67b固定在主体底座5的下部。另外，大齿轮66在其中央形成有直径大于保持杆26的孔，保持杆26通过该孔并突出。如果马达64旋转，则测压元件单元2在大齿轮66的作用下旋转。

移动装置54例如由马达、进给丝杠、与进给丝杠螺合的螺母构成。该螺母安装在安装测压元件单元2的升降台(未图示)上。如果进给丝杠通过马达而旋转，则螺母与升降台一起沿着导向轴进行升降运动，由此测压元件单元2向上下方向移动。

接着，参照图9～图13，说明实施了本发明的单晶锭制造装置60的作用。首先，在保持杆26的下端安装籽晶68。

如果按下单晶提升机构53的启动按钮，则如图9所示，控制装置56驱动移动装置54使测定元件单元2向下方移动，从而使籽晶68浸泡到石英炉61内的硅熔液62的液面中。然后，控制装置56驱动旋转装置55以及移动装置54，边旋转主体盒3边提升测压元件单元2。

顶板31通过螺旋弹簧43、44与固定板17成为一体，该固定板17经由测压元件10、测压元件底座13而固定在主体盒3上，因此包括顶板31的外皮36与主体盒3一起旋转。

如果提升测压元件单元2，则如图10所示，在籽晶68的下方生长单晶锭CI，该单晶锭CI的重量经由籽晶68、外皮36、金属球12、固定板17施加到测压元件10。施加到该测压元件10的荷重按压元件主体11的内筒部11b，因此连接桥11c稍微弯曲。由于因该连接桥11c的弯曲，应变仪14a～14f、15a～15f也变形，因此产生与荷重对应的测定电压。

由应变仪14a～14f、15a～15f形成的惠斯通桥电路51的连接点C、D的信号在差动放大器49a、49b中被放大后，被发送至差动放大器49c，在差动放大器49c中其差分被放大(例如，2mV→10V)。在差动放大器49中放大的测定电压在A/D转换器50中转换成数字信号，作为测定数据发送至控制装置56。

控制装置56根据测定数据判断生长的单晶锭CI的重量是否合适(例如，在一秒钟内增加的重量是否合适)。控制装置56在判断为不合适的情况下，控制移动装置54以及旋转装置55而调节测压元件单元2的提升速度、主体盒3的旋转速度。由此，生长所期望直径的单晶锭CI。如果经过给定时间(例如，60分钟)，则控制装置56停止移动装置54以及旋转装置55。所生长的单晶锭CI与籽晶68一起从保持杆26被剥离。该单晶锭CI被切断以及研磨而制造厚度1～2mm左右的圆盘状的单晶硅晶圆。

如果石英炉61内的硅熔液62的粘度变高，则施加于安装有籽晶68的保持杆26上的旋转负荷变大。在此情况下，经由底板25、连接杆32、33而固定有保持杆26的顶板31的旋转速度下降。另一方面，通过旋转装置55旋转的主体盒3的旋转速度保持一定。在此情况下，如图11所示，螺旋弹簧43、44被拉伸，允许顶板31相对于主体盒3的相对旋转。并且，如图12所示，主体底座5的收纳凹部5g的壁面与底板25的侧面抵接。在因旋转装置55产生的主体盒3的旋转力变弱的情况下，如果收纳凹部5g的壁面与底板25的侧面抵接，则主体盒3的旋转被停止。在此情况下，由于旋转装置55还想旋转主体盒3，因此发生异常输出。在发生该异常输出的情况下，控制装置56停止旋转装置55。

另一方面，由于旋转装置55所产生的主体盒3的旋转力较强，而无法停止上述主体盒3的旋转的情况下，如图13所示，插入到固定孔25b以及固定凹部26a的弹性销27被折断而解除保持杆26的固定。如果保持杆26的固定被接触，则主体盒3以及底板25一起旋转。由此，在因溶液粘度的变化而对保持杆26施加较大的力矩时，也不会对测压元件10施加负荷，因此测压元件10不会损坏。

另外，在进行切割单晶锭CI的作业等时，保持杆26有可能因反作用而向上方顶起。在此情况下，保持杆26经由籽晶68向上方顶起。此时，保持杆26向上方移动而保持杆26的上面接触到测压元件底座13的下面，从而保持杆26和测压元件底座13之间的间隙消失。如果底板25在该间隙内上升，则与此相伴地顶板31上升而离开金属球12。由此，不存在因籽晶68以及保持杆26的顶起而将负荷施加于测压单元10的情况，因此测压单元10不会破损。另外，测压元件底座13以及保持杆26为具有厚度且刚性较高的物体，因此即使因顶起而接触也不会损坏。

【第二实施方式】

在图14～图17所示的第二实施方式中，保持杆26通过棘轮球71以及棘轮弹簧72固定在底板25上。此外，对于与第一实施方式相同的构成部件标上相同的附图标记，省略对其详细说明。

如图14以及图16所示，在保持杆26的固定凹部26a中插入有棘轮弹簧(click spring)72以及棘轮球(click ball)71。该棘轮球71由棘轮弹簧72向外侧施力。被施力的该棘轮球71的一部分插入到底板25的固定孔(棘轮孔)25b中，从而保持杆26固定在底板25上。在本实施方式中，通过棘轮球71、棘轮弹簧72和固定孔25b构成棘轮止挡(click-stop)机构。此外，棘轮弹簧72不限定于螺旋弹簧，也可以使用板弹簧、模具弹簧(mold spring)。

在该第二实施方式中，旋转装置55所产生的主体盒3的旋转力较强，在硅熔液62的粘度上升时无法停止主体盒3的旋转的情况下，如图15以及图17所示，棘轮球71被底板25的壁面所按压。通过该按压，棘轮球71抵抗棘轮弹簧72的施力而向内侧移动，其整个进入到固定凹部26a中。由此，保持杆26的固定被解除，主体盒3以及底板25一起旋转。

如果主体盒3以及底板25旋转一圈，则棘轮球71由棘轮弹簧72移动到外侧，其一部分插入到底板25的固定孔25b中，从而保持杆26再次固定到底板25上。

【第三实施方式】

图18至图21所示的第三实施方式的测压元件单元80在硅熔液62的粘度上升时顶起底板25。此外，对于与第一实施方式相同的构成部件标上相同的附图标记，省略对其详细说明。

如图18以及图20所示，在主体底座5的收纳凹部5g上形成有顶起底板25的顶起部81a～81d。在底板25的侧面下端形成有锥面25e。

在该第三实施方式中，在因硅熔液62的粘度上升而保持杆26的旋转负荷增加的情况下，顶板31相对于主体盒3相对旋转。在旋转装置55产生的主体盒3的旋转力变弱的情况下，按顺时针方向旋转的主体盒5的顶起部81a、81d与底板25的锥面25e抵接，从而主体盒3的旋转被停止。

另一方面，在因旋转装置55所产生的主体盒3的旋转力较强而无法停止上述的主体盒3的旋转的情况下，如图19以及图21所示，按顺时针方向旋转的主体盒5的顶起部81a、81d按压底板25的锥面25e而顶起底板25，顶起部81a、81d进入到底板25之下。此外，在主体底座5按逆时针方向旋转的情况下，主体底座5的顶起部81b、81c按压锥面25e而顶起底板25。

如果底板25被顶起，则顶板31离开金属球12。由此，因溶液粘度变化而将较大的力矩施加到保持杆26时，负荷也不会施加到测压元件10，因此测压元件10不会损坏。

如果顶板31离开金属球12，则各应变仪14a～14c检出不出变形，来自测压元件单元2的输出变成零。控制装置56在检测出该异常输出时，停止旋转装置55。

此外，在上述实施方式中，通过螺旋弹簧将顶板与主体盒连接成一体旋转，并且允许顶板相对于主体盒的相对旋转，但也可以替代螺旋弹簧，而通过永久磁铁的斥力来进行连接以及旋转许可。在此情况下，在主体盒和顶板上安装相互排斥且对顶板向相互相反相向施力的多个永久磁铁。在由于硅熔液的粘度上升、施加于保持杆的负荷变大、顶板的旋转速度下降的情况下，主体盒的永久磁铁接近顶板的永久磁铁，因此因永久磁铁彼此的斥力，顶板旋转，主体盒和顶板再次连接为一体。

另外，在上述实施方式中，将本发明适用于使用了一个测压元件的测压元件单元中，但本发明可适用于使用了多个测压元件的测压元件单元中。在使用多个测压元件的情况下，使用0～200N的额定容量的低容量测压元件、和0～500N的额定容量的高容量测压元件。

再有，在上述第三实施方式中，通过弹性销将保持杆固定到底板，但也可以像上述第二实施方式那样通过棘轮球以及棘轮弹簧将保持杆固定到底板。

另外，在上述实施方式中，以将顶板和测压元件经由固定板和金属球连接的测压元件单元为例进行了说明，但也可以适用于像专利文献2所公开的测压传感器单元那样不经由金属球而将顶板(相当于专利文献2的平衡轴)直接与测压元件连接那样结构的测压元件单元中。

再有，在上述实施方式中，以用力杆拉起单晶锭的单晶锭制作装置为例进行了说明，但也可适用于通过卷绕像专利文献2中所公开的丝线来拉起单晶锭的单晶锭制造装置中。

根据以上实施方式的说明，可以举出以下的具体方式。

附加项1.根据技术方案1所述的测压元件单元，其特征在于，上述主体套为筒状，在其上固定上述顶套，上述主体盒的整体形成为圆柱状。

附加项2.根据技术方案1所述的测压元件单元，其特征在于，上述底板和上述顶板经由多个连接杆连接为一体。

附加项3.根据附加项1或2所述的测压元件单元，其特征在于，在上述主体底座上形成有细长的凹部，上述底板保持适当的间隙而收纳于其中。

Claims (8)

1.一种测压元件单元，具备：

测压元件，具有产生与变形量对应的电信号的应变仪，该测压元件测量被施加的被测定物的荷重；

测压元件底座，固定上述测压元件的下面侧；

主体盒，具有固定上述测压元件底座的下面侧的主体底座、和安装于上述主体底座的上侧而覆盖上述测压元件的主体套，该主体盒能够上下移动以及旋转地安装于设备上；

底板，配置于上述测压元件底座的下方，与上述主体底座保持间隙，并收纳于在上述主体底座形成的收纳凹部中；

顶板，以在与上述底板连接成一体的状态下位于上述测压元件的上方的方式收纳于上述主体套内，从上方对上述测压元件施加荷重；

保持杆，在贯通了上述主体底座的下端保持上述被测定物；以及

杆固定单元，将上述保持杆的上端固定到上述底板，

该测压元件单元的特征在于，还具备：

旋转允许单元，在上述顶板和上述测压元件的位置关系保持一定的状态下，上述保持杆和上述主体盒一体旋转地连接，在上述保持杆的旋转负荷增加时，允许上述顶板相对于上述主体盒暂时相对旋转；以及

停止单元，在上述主体盒的旋转中，大于上述旋转允许单元的连接力的旋转负荷经由上述保持杆施加到上述顶板，而解除了上述旋转允许单元的连接时，停止上述主体盒的旋转。

2.根据权利要求1所述的测压元件单元，其特征在于，上述停止单元由上述收纳凹部的壁面构成，该收纳凹部的壁面在因上述被测定物而使上述旋转负荷增加时与上述底板的侧面抵接。

3.根据权利要求1所述的测压元件单元，其特征在于，

上述杆固定单元包括：

固定凹部，形成于上述保持杆的上端部，并向横方向延伸；

固定孔，形成于上述底板的上端部，并向横方向延伸；以及

固定销，插入到上述固定凹部以及上述固定孔中，

在由于上述主体盒的旋转力强而通过上述停止单元无法停止上述主体盒的旋转的情况下，上述固定销被折断，上述主体盒与上述底板一起旋转。

4.根据权利要求3所述的测压元件单元，其特征在于，上述固定销由弹性销构成，该弹性销被插入到上述连接孔以及上述连接凹部时直径扩大。

5.根据权利要求1所述的测压元件单元，其特征在于，

上述杆固定单元包括：

固定凹部，形成于上述保持杆的上端部，并向横方向延伸；

棘轮孔，形成于上述底板的上端部，并向横方向延伸；

棘轮球，插入到上述固定凹部以及上述棘轮孔中；以及

棘轮弹簧，插入到上述固定凹部中，通过对上述棘轮球向外侧施力并使其一部分插入到上述棘轮孔中，而将上述保持杆固定到上述底板，

在由于上述主体盒的旋转力强而通过上述停止单元无法停止上述主体盒的旋转的情况下，上述棘轮球被上述底板的壁面按压而抵抗上述棘轮弹簧的施力向内侧移动，其整个进入到上述固定凹部中，从而上述杆固定单元的固定被解除，上述主体盒与上述底板一起旋转。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的测压元件单元，其特征在于，在上述顶板和上述测压元件之间配置有从上方对上述测压元件施加荷重的金属球。

7.根据权利要求6所述的测压元件单元，其特征在于，在上述主体底座上设置有顶起部，该顶起部在由于上述主体盒的旋转力强而通过上述停止单元无法停止上述主体盒的旋转的情况下，与上述底板抵接而顶起，从而使上述顶板离开上述金属球。

8.根据权利要求6所述的测压元件单元，其特征在于，

上述旋转允许单元具备：

固定板，固定在上述测压元件的上面，在中心圆锥槽内放置上述金属球；以及

多个螺旋弹簧，连接上述固定板和上述顶板，并且将上述顶板向相互相反方向施力，而将上述顶板保持在特定位置。