JP2011021941A - 圧力センサー - Google Patents

Abstract

【課題】耐薬品性であり、流体の清浄性を保持することができ、かつ小型化できる圧力センサーを提供する。
【解決手段】本発明に係る圧力センサー２０は、流体に接触するフッ素樹脂からなる接触膜２と、金属からなり、接触膜２を介して流体の圧力を受ける受圧部１と、流体の圧力を電気信号に変換する素子６と、受圧部１および素子６の間に位置し、受圧部１が受けた圧力を素子６に伝達する封入液４と、一方の端が流体が流れる配管に接続されるように構成され、かつ他方の端が接触膜２に接続されている、フッ素樹脂からなるチューブ５と、により構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体の圧力を測定するための圧力センサーに関する。

半導体製造に用いられる高純度薬品、スラリー等のための圧力センサーとして、特許文献１には、内部に設けられた受圧室に導入された測定流体の圧力により弾性変形するダイアフラムを有する圧力センサーが記載されている。このダイアフラムは、測定流体の圧力を主に受ける弾性体からなる本体層と、測定流体に接するとともに主にフッ素樹脂からなる表面層とにより構成されている。

特開平１０−１９７０４号公報（１９９８年１月２３日公開）

特許文献１に記載された圧力センサーは、フッ素樹脂からなる表面層を備えている。フッ素樹脂は、一般に多孔質であるので、測定流体に含まれるガス等を透過させてしまう。また、本体層がセラミック製であれば、当該ガス等は本体層をもさらに透過してしまう。ここで、ダイアフラムには、外部からの圧力を電気信号に変換する素子等を貼り合わせることがある。測定流体が塩酸、フッ酸、硝酸等の腐食性の強い薬品である場合には、このような薬品から生じ、表面層及び本体層を透過したガスにより、素子等の電気部品が腐食して破損してしまったり、素子等が受圧部から剥がれてしまったりするという問題が生じる。

また、圧力センサーは、装置の配管等に取り付けられることとなる。その取り付け方法としては、従来、ネジ式による方法、フランジ式による方法等が知られている。

しかし、ネジ式による方法を用いた場合には、ネジをシールするためにテープ等を用いる必要があり、このテープにより配管内の薬品が汚染されるという問題が生じる。そのため、清浄性を保持できない。

また、フランジ式による方法を用いた場合には、圧力センサーが大型化するという問題が生じる。特に半導体製造における装置等は、密集して配置されることが多いため、このような装置等に組み込まれる圧力センサーとしては、小型であることが要求される。

本発明は、上記の従来技術が有する種々の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、耐薬品性であり、流体の清浄性を保持することができ、かつ小型化できる圧力センサーを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る圧力センサーは、流体に接触するフッ素樹脂からなる接触膜と、金属からなり、上記接触膜を介して上記流体の圧力を受ける受圧部と、上記流体の圧力を電気信号に変換する素子と、上記受圧部および上記素子の間に位置し、上記受圧部が受けた圧力を上記素子に伝達する封入液と、一方の端が上記流体が流れる配管に接続されるように構成され、かつ他方の端が上記接触膜に接続されている、フッ素樹脂からなる管部と、により構成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る圧力センサーでは、上記受圧部の周囲に支持体をさらに備えており、上記接触膜は、上記受圧部よりも大きく形成されて上記支持体に接しており、上記支持体には、上記接触膜を透過したガスを外部に排出するための孔部が設けられていることが好ましい。

また、本発明に係る圧力センサーでは、上記素子は、上記受圧部の直上に設けられていることが好ましい。

本発明に係る圧力センサーは、以上のように、流体に接触するフッ素樹脂からなる接触膜と、金属からなり、上記接触膜を介して上記流体の圧力を受ける受圧部と、上記流体の圧力を電気信号に変換する素子と、上記受圧部および上記素子の間に位置し、上記受圧部が受けた圧力を上記素子に伝達する封入液と、一方の端が上記流体が流れる配管に接続されるように構成され、かつ他方の端が上記接触膜に接続されている、フッ素樹脂からなる管部と、により構成されているので、耐薬品性であり、流体の清浄性を保持することができ、かつ小型化できるという効果を奏する。

本発明の実施形態における圧力センサーを模式的に示す断面図である。

本発明に係る圧力センサーの実施形態について、図１を参照して以下に説明する。図１は、本発明の実施形態における圧力センサー２０を模式的に示す断面図である。

本実施形態における圧力センサー２０は、配管内の流体の圧力を測定するためのものである。

ここで、圧力を測定する対象の流体（以下、単に「測定流体」ともいう。）としては、例えば腐食性が強い薬品を含む流体、高純度の薬品を含むもの等であってもよい。本発明を好適に適用できる測定流体としては、例えば半導体製造に用いられる高純度薬品、スラリー等を含む流体等が挙げられる。例えば半導体製造に用いられる装置に設けられたプロセス配管（半導体製造プロセスに組み込まれている配管）内の流体等であってもよい。

本実施形態における圧力センサー２０は、図１に示すように、受圧部１と、接触膜２と、封入液４と、素子６と、リード１１と、支持体７と、ガス抜き孔（孔部）３と、チューブ（管部）５と、留め具９とにより構成されている。

なお説明のために、図１においては、圧力センサー２０における支持体７、接触膜２、及びチューブ５を分解した状態を示しているが、実際にはこれらは互いに接続されており、留め具９により固定されている。

受圧部１は、測定流体の圧力を受けて弾性変形する、金属からなる膜である。受圧部１は、その受圧面において接触膜２の接触領域２ａに接しており、接触膜２を介して測定流体の圧力を受ける。したがって、受圧部１は、接触膜２を透過するガスを除いて、測定流体には直接接触しない。

受圧部１を構成する金属は、特に限定されないが、測定流体に含まれる薬品等に耐性を有する金属であることが好ましい。受圧部１に用いることが好ましい金属としては、例えばタンタル、ハステロイＣ、ＳＵＳ３１６等が挙げられる。当該金属は、測定流体に含まれる薬品の種類によって選択されてもよい。例えば測定流体に塩酸が含まれる場合には、塩酸に耐性を有するタンタルを選択することが好ましい。また例えば、測定流体にフッ酸が含まれる場合にはハステロイＣを、測定流体に硝酸が含まれる場合にはＳＵＳ３１６を、それぞれ選択することが好ましい。

本実施形態においては、受圧部１として金属からなる膜が用いられるため、測定流体に含まれる薬品によるガスが接触膜２を透過した場合に、当該ガスが受圧部１を透過しないので、素子６が当該ガスにより腐食して破損することを防ぐことができる。また、受圧部１を構成する金属を耐薬品性の金属にすることにより、当該ガス等による腐食から受圧部１を防ぐことができる。したがって、圧力センサー２０は、耐薬品性に優れているので、測定流体に塩酸、フッ酸等の腐食性の強い酸が含まれている場合にも、好適に用いることができる。

接触膜２は、受圧部１と測定流体とを隔てている、フッ素樹脂からなる膜であり、接触領域２ａと、非接触領域２ｂとからなっている。接触領域２ａは、測定流体に接触する領域であり、測定流体に接触する面とは反対側において受圧部１に接している。また、接触膜２は、受圧部１よりも大きく形成され、受圧部１に対向する接触領域２ａの周囲に非接触領域２ｂが設けられている。非接触領域２ｂは、受圧部１の周囲に対向する領域であり、受圧部１の周囲に形成された支持体７とチューブ５とに挟まれ、それぞれに接している。

なお、接触膜２を形成するフッ素樹脂としては、例えばペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）等が挙げられる。

本実施形態においては、接触膜２が設けられていることにより、受圧部１を測定流体から保護し、腐食から防ぐことができる。また、受圧部１が測定流体に直接接触しないので、例えば受圧部１から金属が流体中に溶解するなどといったことがなく、測定流体に含まれる薬品が受圧部１により汚染されることを防止できる。したがって、圧力センサー２０は、耐薬品性に優れているとともに、測定流体に含まれる薬品の清浄性を保持することができる。

封入液４は、受圧部１と素子６との間に設けられており、受圧部１が受けた測定流体の圧力を、素子６に伝達する。封入液４としては、例えばシリコンオイル、純水、ダイフロイル、デムナム等を用いることができる。封入液４が設けられていることによって、受圧部１が受けた圧力を素子６に効率よく伝達することができる。

素子６は、封入液４から伝達された測定流体の圧力を、電気信号に変換する。変換された電気信号は、リード１１を介して外部へと送信される。本実施形態においては、素子６が、封入液４を介して受圧部１の直上に設けられている。具体的には、素子６の上面には電気回路等が設けられており、素子６の下面、すなわち電気回路等が設けられている面の反対側の面が、封入液４に接触している。これにより、圧力センサー２０をより小型化できる。

リード１１は、素子６と、外部の装置、電源等とを電気的に接続する導線である。リード１１を介して、素子６において変換された測定流体の圧力を表す電気信号を、例えば外部の表示装置に送信する。これにより、外部の表示装置に流体の圧力を表示させることができる。また、リード１１を介して、外部の電源から素子６に電気を供給することができる。

支持体７は、受圧部１の周囲に形成されるとともに、受圧部１、封入液４、及び素子６を密閉している。また、支持体７は、受圧部１の周囲において接触膜２の非接触領域２ｂに接している。

ガス抜き孔３は、接触膜２を透過したガスを外部に排出するための孔であり、受圧部１の周囲に形成された支持体７に設けられている。ガス抜き孔３の一方の開口部は、接触膜２の非接触領域２ｂと接する面に設けられ、他方の開口部は、外部に露出した面に設けられている。ところで、測定流体から生じたガスがチューブ５内から接触膜２を透過し、接触膜２と受圧部１との間に浸入した場合には、当該ガスの圧力による誤差が生じるため測定流体の圧力を正確に測定できなくなるおそれがある。しかし、上記の構成であれば、このようなガスをガス抜き孔３を介して外部に排出できる。したがって、本実施形態であれば、測定流体の圧力をより正確に測定することが可能になる。

なお、ガス抜き孔３は、本実施形態においては２個設けられているが、特にこれに限定されない。ガス抜き孔３は、１個でもよいし、３個以上設けられていてもよい。

また、本発明における孔部は、特に本実施形態におけるガス抜き孔３のような形状に限らず、接触膜２を透過したガスを、圧力センサー２０の外部に排出できるように形成されていればよい。

チューブ５は、フッ素樹脂からなる管である。チューブ５の一方の端５ａは、配管に接続されており、他方の端５ｂは、接触膜２に接続している。これにより、チューブ５の一方の端５ａが配管に接続されることによって、一方の端５ａから他方の端５ｂに、配管内の測定流体が導かれる。

チューブ５を構成するフッ素樹脂としては、例えばペルフルオロアルコキシフッ素樹脂（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。

なお、チューブ５の一方の端５ａは、管継手等を介して配管に接続可能なように構成されている。チューブ５としては、上述したように構成されていれば、どのようなものを用いてもよい。また、管継手等としては、例えばフレアテック継手（インテグリス社製）、スーパー３００タイプ継手（ピラー工業社製）等を用いることができる。

すなわち、圧力センサー２０は、チューブ５を備えているので、管継手等を用いて配管に接続されることができる。これにより、圧力センサー２０と配管とを、ネジ又はフランジ等を用いずに接続させることができるので、ネジをシールする粘着テープ等により測定流体中の薬品が汚染されたり、フランジを用いることによって圧力センサー２０が大型化したりすることを防止できる。したがって、本実施形態であれば、測定流体に含まれる薬品等の清浄性を保持することができ、かつ圧力センサー２０を小型化することができる。

チューブ５の他方の端５ｂは、広く開口されており、接触膜２と接続することによって受圧室８が形成される。他方の端５ｂに導かれた測定流体は、受圧室８において接触膜２に接触する。他方の端５ｂ側におけるチューブ５の壁は、他の箇所に比べて厚く形成されており、他方の端５ｂ側の面が接触膜２に接続される。

チューブ５、接触膜２、及び支持体７は、図１に示すように、留め具９が挿入される穴が設けられており、互いに接続した状態で留め具９により固定されている。なお、本発明において、管部と接触膜との間、及び接触膜と支持体との間は、接続されていればよく、例えば上述したように留め具により固定されていてもよいが、接着剤によって接着されていてもよく、また、一体に形成されていてもよい。また、留め具により固定される場合には、留め具の数は、特に限定されないが、例えば４個以上であってもよい。

なお、受圧面の面積は、測定範囲および許容できる測定誤差に応じて設定されることが好ましい。例えば、測定範囲が０〜０．６ＭＰａＧであり、測定誤差を周囲温度が−５℃以上４５℃以下の範囲において測定範囲の１．６％以下とするとき、受圧部の受圧面の面積を１０ｃｍ^２以下とすることができる。なお、本発明に係る圧力センサーは、素子が受圧部の直上に設けられており、また管部が配管に管継手等を用いて接続可能であることにより、測定精度に大きな影響を与えずに、小型化が可能である。例えば、受圧面の面積が１０ｃｍ^２のとき、圧力センサー全体の大きさは直径７ｃｍ×高さ１０ｃｍ程度に収めることができる。上述のように、半導体製造における装置等は密集して配置されることが多いため、このような装置等に組み込まれる圧力センサーとしては、小型であることが要求されるが、本発明によれば、この要求に応えた小型の圧力センサーを提供できるのである。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、耐薬品性であり、流体の清浄性を保持することができ、かつ小型化できるので、半導体製造等の装置に組み込まれる圧力センサーとして好適に利用できる。

１ 受圧部
２ 接触膜
３ ガス抜き孔（孔部）
４ 封入液
５ チューブ（管部）
６ 素子
７ 支持体
２０ 圧力センサー

Claims (3)

1. 流体に接触するフッ素樹脂からなる接触膜と、
   金属からなり、上記接触膜を介して上記流体の圧力を受ける受圧部と、
   上記流体の圧力を電気信号に変換する素子と、
   上記受圧部および上記素子の間に位置し、上記受圧部が受けた圧力を上記素子に伝達する封入液と、
   一方の端が上記流体が流れる配管に接続されるように構成され、かつ他方の端が上記接触膜に接続されている、フッ素樹脂からなる管部と、
   により構成されていることを特徴とする配管内の流体の圧力を測定する圧力センサー。
2. 上記受圧部の周囲に支持体をさらに備えており、
   上記接触膜は、上記受圧部よりも大きく形成されて上記支持体に接しており、
   上記支持体には、上記接触膜を透過したガスを外部に排出するための孔部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサー。
3. 上記素子は、上記受圧部の直上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の圧力センサー。

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