JP2024029841A - pressure sensor - Google Patents

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Abstract

【課題】より高温の圧力媒体の圧力測定を精度よく行うことができる圧力センサを提供することを目的とする。【解決手段】半導体製造装置に用いられる圧力センサ1であって、中空な筒状のハウジング2と、ハウジング2の一端側に設けられた第1基台3と、ハウジング2の他端側に設けられた第2基台4と、第1基台3に支持され、圧力Pを受けると弾性変形するダイヤフラム5aと、第2基台4に支持され、ダイヤフラム5aの弾性変形による応力を検出して電気信号に変換するセンサ部6と、第1基台3および第2基台4を貫通し、ダイヤフラム5aとセンサ部6との間に設けられたロッドピン7と、第2基台4の外面とハウジング2の内周面との間に設けられた第1摺動部材10とを備え、ロッドピン7は、30℃から100℃における熱線膨張係数が1.3×10-6/℃以下の金属材料により形成されている。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a pressure sensor that can accurately measure the pressure of a pressure medium at a higher temperature. A pressure sensor 1 used in semiconductor manufacturing equipment includes a hollow cylindrical housing 2, a first base 3 provided at one end of the housing 2, and a first base 3 provided at the other end of the housing 2. diaphragm 5a that is supported by the first base 3 and elastically deforms when subjected to pressure P; A sensor section 6 that converts into an electric signal, a rod pin 7 that passes through the first base 3 and the second base 4 and is provided between the diaphragm 5a and the sensor section 6, and the outer surface of the second base 4. The rod pin 7 is made of a metal material having a linear thermal expansion coefficient of 1.3 x 10-6/°C or less from 30°C to 100°C. It is formed by [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、圧力センサに係り、特に、半導体製造装置に用いられ、高温の圧力媒体の圧力を測定する圧力センサに関する。 The present invention relates to a pressure sensor, and more particularly to a pressure sensor that is used in semiconductor manufacturing equipment and measures the pressure of a high-temperature pressure medium.

従来から、半導体製造装置、自動車、医療機器等の様々な分野において、液体や気体の圧力を測定するために圧力センサが用いられている。測定する媒体が非常に高温となる場合、圧力センサが高温に耐え得る構造を備えることが重要となる。 2. Description of the Related Art Pressure sensors have been used to measure the pressure of liquids and gases in various fields such as semiconductor manufacturing equipment, automobiles, and medical equipment. When the medium to be measured reaches a very high temperature, it is important that the pressure sensor has a structure that can withstand high temperatures.

例えば、半導体製造プロセスで用いられる多種の特殊ガスなどの高温圧力媒体の圧力を測定するための圧力センサが知られている。特に、半導体製造プロセスにおける重要な工程の中に、拡散炉でシリコンウエハーの表面にSiO等の絶縁膜を形成したり、CVD(化学気相成長)と呼ばれるシリコン基板上に薄膜を形成する蒸着法を用いた工程がある。また、これらの工程では、熱酸化装置やCVD装置における反応容器に薄膜成分を含む原料ガスを供給し、基板表面に化学反応により膜を堆積させる工程がある。 For example, pressure sensors are known for measuring the pressure of high-temperature pressure media such as various special gases used in semiconductor manufacturing processes. In particular, important steps in the semiconductor manufacturing process include forming an insulating film such as SiO2 on the surface of a silicon wafer in a diffusion furnace, and vapor deposition to form a thin film on a silicon substrate using CVD (chemical vapor deposition). There is a process using the method. Further, these steps include a step in which a raw material gas containing a thin film component is supplied to a reaction vessel in a thermal oxidation device or a CVD device, and a film is deposited on the substrate surface by a chemical reaction.

近年、これら時間のかかる膜付け工程の経過時間を短縮するために、容器内の温度および供給するガスの温度を高温化し、ガスの化学反応速度を上げる方法が用いられている。このような半導体製造プロセスに用いられる半導体製造装置では、工程制御に用いる圧力センサの耐熱化、特に、250℃以上の耐熱性を有する圧力センサの開発が要求されている。 In recent years, in order to shorten the elapsed time of these time-consuming film forming steps, a method has been used in which the temperature inside the container and the temperature of the supplied gas are increased to increase the chemical reaction rate of the gas. In semiconductor manufacturing equipment used in such semiconductor manufacturing processes, there is a demand for pressure sensors used for process control to be heat resistant, and in particular, to develop pressure sensors that have heat resistance of 250° C. or higher.

しかし、従来の圧力センサは、圧力媒体の温度が180℃以上となると、使用が困難となる場合がある。例えば、CrNiの材料を用いた金属歪ゲージを備える圧力センサでは、圧力媒体の温度は150℃までに制限される。また、一般的なSi半導体の歪ゲージは、100℃以上になると温度ドリフトが大きく不安定になり使用することが困難である。また、SiCを用いた歪ゲージも開発されているが、内部に用いられる配線は180℃~250℃で被覆が炭化してしまい使用することができなくなる。さらに、圧力センサが付帯する電子回路は、高温部に暴露されると破損するため、圧力センサにおいて圧力が印加される受圧部から隔離しなければならない。 However, conventional pressure sensors may be difficult to use when the temperature of the pressure medium exceeds 180°C. For example, in a pressure sensor equipped with a metal strain gauge using CrNi material, the temperature of the pressure medium is limited to 150°C. In addition, general Si semiconductor strain gauges have large temperature drifts and become unstable at temperatures above 100° C., making them difficult to use. In addition, strain gauges using SiC have been developed, but the wiring used inside them becomes unusable because the coating carbonizes at 180°C to 250°C. Furthermore, the electronic circuit attached to the pressure sensor is damaged when exposed to high temperature parts, so it must be isolated from the pressure-receiving part to which pressure is applied in the pressure sensor.

そこで、圧力センサの圧力検出素子を高温となる受圧部から隔離し、圧力検出素子の温度を、例えば、100℃以下まで下げるセンサ構造が提案されている。例えば、非特許文献1は、高温環境下にある受圧部から隔離された圧力検出素子に変位を伝達するのに、受圧部と圧力検出素子との間にシリコンオイルを充填したコイル状の細管を備える圧力センサを開示している。非特許文献1に記載の圧力センサでは、受圧部と圧力検出素子との間に設けられた空間により、細管に充填されたシリコンオイルが受けた受圧部からの熱を空冷し、圧力検出素子側への熱の影響を少なくすることで、高温環境下での圧力の測定を行っている。 Therefore, a sensor structure has been proposed in which the pressure detection element of the pressure sensor is isolated from the pressure receiving part which becomes high temperature, and the temperature of the pressure detection element is lowered to, for example, 100 degrees Celsius or less. For example, Non-Patent Document 1 discloses that a coiled thin tube filled with silicone oil is used between the pressure receiving part and the pressure sensing element to transmit displacement to the pressure sensing element isolated from the pressure receiving part in a high temperature environment. A pressure sensor is disclosed. In the pressure sensor described in Non-Patent Document 1, the heat from the pressure receiving part that is received by the silicone oil filled in the thin tube is cooled by air through the space provided between the pressure receiving part and the pressure detecting element, and the heat from the pressure receiving part is transferred to the pressure detecting element side. By reducing the influence of heat on the air, pressure can be measured in high-temperature environments.

しかし、非特許文献1に記載されている圧力センサは、シリコンオイルを圧力伝達媒体として用いた構造であり、シリコンオイルの耐熱温度が250℃であることによる圧力センサの耐熱性は制約される。特に、250℃以上の加熱温度では、シリコンオイルが沸騰し蒸気圧が発生するため、測定誤差が生ずる。 However, the pressure sensor described in Non-Patent Document 1 has a structure that uses silicone oil as a pressure transmission medium, and the heat resistance of the pressure sensor is limited because the silicone oil has a heat resistance temperature of 250°C. In particular, at a heating temperature of 250° C. or higher, silicone oil boils and vapor pressure is generated, resulting in measurement errors.

また、非特許文献1に記載されている圧力センサでは、圧力センサの金属容器および金属の細管は加熱温度の上昇に比例して拡張し、細管の端面にある圧力検出素子の隔膜を押し付けることになる。すなわち、圧力伝達応力と温度上昇とによる細管の拡張応力と、耐熱シリコンオイルの圧力変位応力とが合成された応力となって圧力検出素子のダイヤフラムを押し上げるので、高温での測定誤差はより大きくなる。 In addition, in the pressure sensor described in Non-Patent Document 1, the metal container and metal capillary of the pressure sensor expand in proportion to the increase in heating temperature, and press against the diaphragm of the pressure detection element on the end face of the capillary. Become. In other words, the expansion stress of the capillary due to the pressure transmission stress and temperature rise, and the pressure displacement stress of the heat-resistant silicone oil become a combined stress that pushes up the diaphragm of the pressure detection element, so the measurement error at high temperatures becomes larger. .

さらに、非特許文献1に記載されている圧力センサでは、受圧部と圧力検出素子との距離を、空冷のために比較的長く取る必要があり、また、コイル状の細管を用いることにより、受圧部と圧力検出素子との距離がさらに長くなる。そのため、受圧部から圧力検出素子への圧力伝達速度が遅くなる。 Furthermore, in the pressure sensor described in Non-Patent Document 1, it is necessary to take a relatively long distance between the pressure receiving part and the pressure detection element for air cooling, and by using a coiled thin tube, The distance between the part and the pressure sensing element becomes even longer. Therefore, the speed of pressure transmission from the pressure receiving section to the pressure detection element becomes slow.

圧力センサの圧力検出素子を高温となる受圧部から隔離し、圧力検出素子の温度を下げる従来のセンサ構造の別の例として、特許文献1は、受圧部と圧力検出素子との間にロッドピンを設け、受圧部の圧力をロッドピンが圧力検出素子へ伝達する構造を有する圧力センサを開示している。 As another example of a conventional sensor structure that isolates the pressure sensing element of a pressure sensor from a pressure receiving part that becomes high temperature and lowers the temperature of the pressure sensing element, Patent Document 1 discloses a method in which a rod pin is installed between the pressure receiving part and the pressure sensing element. The present invention discloses a pressure sensor having a structure in which a rod pin transmits the pressure of a pressure receiving part to a pressure detection element.

しかし、特許文献1に記載の圧力センサでは、圧力センサの金属容器は、例えば、300℃の加熱温度に耐え得るが、金属容器に用いられるステンレス等の金属は、熱膨張が比較的大きい。また、ロッドピンについても、ステンレスなどの金属が用いられるため、熱膨張率が比較的大きい。圧力センサの金属容器およびロッドピンは、ともに加熱温度の上昇に伴い熱膨張して圧力検出素子の中心部に応力として押し付けることになる。そのため、圧力の応力と熱膨張応力とで合成された応力が圧力検出素子の検出面に伝達され、測定圧力の誤差が生ずる。 However, in the pressure sensor described in Patent Document 1, the metal container of the pressure sensor can withstand a heating temperature of, for example, 300° C., but the metal such as stainless steel used for the metal container has a relatively large thermal expansion. Furthermore, since metal such as stainless steel is used for the rod pin, the coefficient of thermal expansion is relatively large. Both the metal container and the rod pin of the pressure sensor expand thermally as the heating temperature rises, and press the center of the pressure sensing element as stress. Therefore, the combined stress of pressure stress and thermal expansion stress is transmitted to the detection surface of the pressure detection element, causing an error in the measured pressure.

特開平4-290937号公報Japanese Patent Application Publication No. 4-290937

ケラー社,“シリーズ35XHTC データシート”,[online],令和2年9月15日,[令和4年6月27日検索],インターネット <https://download.keller-druck.com/api/download/hH7qKyYHH2gDhU7CPqeCgX/en/2020-09.pdf>Keller Publishing, “Series 35XHTC Data Sheet”, [online], September 15, 2020, [searched on June 27, 2020], Internet <https://download. keller-druck. com/api/download/hH7qKyYHH2gDhU7CPqeCgX/en/2020-09. pdf>

従来の技術によれば、より高温の圧力媒体の圧力測定を精度よく行うことは困難であった。 According to conventional techniques, it has been difficult to accurately measure the pressure of a pressure medium at a higher temperature.

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、より高温の圧力媒体の圧力測定を精度よく行うことができる圧力センサを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a pressure sensor that can accurately measure the pressure of a pressure medium at a higher temperature.

上述した課題を解決するために、本発明に係る圧力センサは、半導体製造装置に用いられる圧力センサであって、中空な筒状のハウジングと、前記ハウジングの一端側に設けられた第1基台と、前記ハウジングの他端側に設けられた第2基台と、前記第1基台に支持され、圧力を受けると弾性変形するダイヤフラムと、前記第2基台に支持され、前記ダイヤフラムの弾性変形による応力を検出して電気信号に変換する圧力検出素子と、前記第1基台および前記第2基台を貫通し、前記ダイヤフラムと前記圧力検出素子との間に設けられた圧力伝達部材と、前記第2基台の外面と前記ハウジングの内周面との間に設けられた第1摺動部材とを備え、前記圧力伝達部材は、30℃から100℃における熱線膨張係数が1.3×10-6/℃以下の金属材料により形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a pressure sensor according to the present invention is a pressure sensor used in semiconductor manufacturing equipment, and includes a hollow cylindrical housing and a first base provided on one end side of the housing. a second base provided at the other end of the housing; a diaphragm supported by the first base and elastically deformed when subjected to pressure; a pressure detection element that detects stress caused by deformation and converts it into an electrical signal; and a pressure transmission member that penetrates the first base and the second base and is provided between the diaphragm and the pressure detection element. , a first sliding member provided between the outer surface of the second base and the inner circumferential surface of the housing, and the pressure transmission member has a linear thermal expansion coefficient of 1.3 from 30° C. to 100° C. It is characterized by being formed of a metal material with a temperature of ×10 −6 /°C or less.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、前記第1基台および前記第2基台の各々には、前記ハウジングの長手方向の中心軸に沿った貫通孔が形成され、前記圧力伝達部材は、前記貫通孔に挿通され、前記中心軸に沿って設けられてもよい。 Further, in the pressure sensor according to the present invention, each of the first base and the second base is formed with a through hole along the central axis in the longitudinal direction of the housing, and the pressure transmitting member is connected to the It may be inserted into a through hole and provided along the central axis.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、さらに、前記第1基台と前記第2基台との間に設けられた、複数の支柱を備え、前記複数の支柱は、前記圧力伝達部材の周囲を囲うように、前記中心軸から離間した位置に前記中心軸と平行に設けられていてもよい。 The pressure sensor according to the present invention further includes a plurality of columns provided between the first base and the second base, the plurality of columns extending around the pressure transmission member. It may be provided in parallel to the central axis at a position spaced apart from the central axis so as to surround the central axis.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、前記圧力伝達部材の一端は、前記ダイヤフラムに溶接され、前記圧力伝達部材の他端は、前記圧力検出素子の検出面に溶接されていいてもよい。 Moreover, in the pressure sensor according to the present invention, one end of the pressure transmission member may be welded to the diaphragm, and the other end of the pressure transmission member may be welded to the detection surface of the pressure detection element.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、前記圧力伝達部材は、スーパーインバー材により形成されていてもよい。 Moreover, in the pressure sensor according to the present invention, the pressure transmitting member may be formed of a super invar material.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、前記第1摺動部材は、熱伝導率が樹脂材料のなかで比較的低い、フッ素樹脂を含む材料により形成されていてもよい。 Furthermore, in the pressure sensor according to the present invention, the first sliding member may be formed of a material containing a fluororesin, which has a relatively low thermal conductivity among resin materials.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、前記圧力伝達部材は、長手方向に分割可能に構成され、かつ、分割部分は、前記圧力伝達部材の長手方向の長さが調節可能に構成されていてもよい。 Further, in the pressure sensor according to the present invention, the pressure transmission member may be configured to be splittable in the longitudinal direction, and the divided portion may be configured so that the length in the longitudinal direction of the pressure transmission member is adjustable. good.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、前記複数の支柱は、スーパーインバー材により形成されていてもよい。 Moreover, in the pressure sensor according to the present invention, the plurality of support columns may be formed of a super invar material.

また、本発明に係る圧力センサにおいて、さらに、前記第1基台と前記第2基台との間に設けられ、前記複数の支柱および前記圧力伝達部材を支持する支持板と、前記支持板と前記ハウジングの内周面との間に配置された第2摺動部材とを備え、前記第2摺動部材は、熱伝導率が樹脂材料のなかで比較的低い、フッ素樹脂を含む材料により形成されていてもよい。 Furthermore, in the pressure sensor according to the present invention, a support plate is provided between the first base and the second base and supports the plurality of support columns and the pressure transmission member; a second sliding member disposed between the housing and the inner circumferential surface of the housing, the second sliding member being made of a material containing a fluororesin and having a relatively low thermal conductivity among resin materials. may have been done.

本発明によれば、第1基台および第2基台を貫通し、ダイヤフラムと圧力検出素子との間に設けられた圧力伝達部材と、第2基台の外面とハウジングの内周面との間に設けられた第1摺動部材とを備え、圧力伝達部材は、30℃から100℃における熱線膨張係数が1.3×10-6/℃以下の金属材料により形成されている。そのため、より高温の圧力媒体の圧力測定を精度よく行うことができる。 According to the present invention, the pressure transmission member penetrates through the first base and the second base and is provided between the diaphragm and the pressure detection element, and the pressure transmission member is connected between the outer surface of the second base and the inner circumferential surface of the housing. The pressure transmitting member is made of a metal material having a linear thermal expansion coefficient of 1.3×10 −6 /°C or less in the range from 30° C. to 100° C. Therefore, it is possible to accurately measure the pressure of a pressure medium at a higher temperature.

図1は、本発明の実施の形態に係る圧力センサの要部を示す図であり、(a)は概略断面図、(b)は(a)のA矢視概略平面図である。FIG. 1 is a diagram showing the main parts of a pressure sensor according to an embodiment of the present invention, in which (a) is a schematic cross-sectional view, and (b) is a schematic plan view taken in the direction of arrow A in (a). 図2は、本実施の形態に係る圧力センサの本体部の分解斜視図である。FIG. 2 is an exploded perspective view of the main body of the pressure sensor according to this embodiment. 図3は、本実施の形態に係る圧力センサのハウジングの構造例を示す図であり、(a)は正面図、(b)はA矢視概略平面図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the structure of the housing of the pressure sensor according to the present embodiment, in which (a) is a front view and (b) is a schematic plan view as viewed from arrow A. 図4は、本実施の形態に係る圧力センサのロッドピンの材料を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the material of the rod pin of the pressure sensor according to the present embodiment. 図5Aは、本実施の形態に係る圧力センサのロッドピンの材料を説明するための図である。FIG. 5A is a diagram for explaining the material of the rod pin of the pressure sensor according to the present embodiment. 図5Bは、本実施の形態に係る圧力センサのロッドピンの材料を説明するための図である。FIG. 5B is a diagram for explaining the material of the rod pin of the pressure sensor according to this embodiment. 図5Cは、本実施の形態に係る圧力センサのロッドピンの材料を説明するための図である。FIG. 5C is a diagram for explaining the material of the rod pin of the pressure sensor according to this embodiment. 図6は、本実施の形態に係る圧力センサにおける熱膨張の影響を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the influence of thermal expansion on the pressure sensor according to this embodiment.

以下、本発明の好適な実施の形態について、図1から図6を参照して詳細に説明する。
[実施の形態]
まず、本発明の実施の形態に係る圧力センサ1の概要について説明する。図1の(a)は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ1の要部の概略断面図であり、図1の(b)は、圧力センサ1のA矢視概略平面図である。図2は、本発明の実施の形態に係る圧力センサ1の本体部の分解斜視図である。圧力センサ1は半導体製造装置に設けられ、例えば、250℃以上となる圧力媒体、例えば、ガスなどの圧力Pを測定する。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
[Embodiment]
First, an overview of a pressure sensor 1 according to an embodiment of the present invention will be explained. FIG. 1(a) is a schematic sectional view of a main part of a pressure sensor 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a schematic plan view of the pressure sensor 1 in the direction of arrow A. FIG. 2 is an exploded perspective view of the main body of the pressure sensor 1 according to the embodiment of the invention. The pressure sensor 1 is provided in a semiconductor manufacturing apparatus, and measures the pressure P of a pressure medium, such as a gas, at a temperature of, for example, 250° C. or higher.

図1の(a)に示すように、圧力センサ1は、主に、ハウジング2、受圧部5、およびセンサ部(圧力検出素子)6を備え、中空な筒状のハウジング2の内部には、第1基台3、第2基台4、ロッドピン(圧力伝達部材)7、支柱8a、8b、8c、および支持板9が収容されている。受圧部5に印加される圧力Pは、ロッドピン7によってセンサ部6に伝達される。 As shown in FIG. 1(a), the pressure sensor 1 mainly includes a housing 2, a pressure receiving part 5, and a sensor part (pressure detection element) 6, and inside the hollow cylindrical housing 2, A first base 3, a second base 4, a rod pin (pressure transmission member) 7, columns 8a, 8b, 8c, and a support plate 9 are accommodated. Pressure P applied to the pressure receiving section 5 is transmitted to the sensor section 6 by the rod pin 7.

なお、以下において、ハウジング2を除いた圧力センサ1の構造、つまり、第1基台3、第2基台4、受圧部5、センサ部6、ロッドピン7、支柱8a、8b、8c、支持板9、第1摺動部材10、および第2摺動部材11を含む構造を、圧力センサ1の本体部と呼ぶ。また、本実施の形態に係る圧力センサ1は、本体部の各構造およびハウジング2が、順次、溶接や接着などにより接続され一体化されたものである。 In addition, in the following, the structure of the pressure sensor 1 excluding the housing 2, that is, the first base 3, the second base 4, the pressure receiving part 5, the sensor part 6, the rod pin 7, the columns 8a, 8b, 8c, and the support plate. 9, the structure including the first sliding member 10 and the second sliding member 11 is referred to as the main body of the pressure sensor 1. Further, in the pressure sensor 1 according to the present embodiment, each structure of the main body portion and the housing 2 are sequentially connected and integrated by welding, adhesion, or the like.

ハウジング2は、軸O方向に貫通する円形断面の中空部を有する筒状に形成されている。ハウジング2の両端には開口が形成され、一端側には、外部から印加される圧力Pを受ける受圧部5が設けられている。ハウジング2の他端側には、受圧部5におけるダイヤフラム5aの弾性変形による応力を検出して電気信号に変換するセンサ部6が設けられている。ハウジング2の長手方向の長さは、測定する圧力Pの温度に応じて設定される。なお、以下においてハウジング2の長手方向の軸Oを圧力センサ1の軸Oと称することがある。 The housing 2 is formed into a cylindrical shape having a hollow portion with a circular cross section that penetrates in the direction of the axis O. Openings are formed at both ends of the housing 2, and a pressure receiving part 5 that receives pressure P applied from the outside is provided at one end. The other end of the housing 2 is provided with a sensor section 6 that detects stress caused by elastic deformation of the diaphragm 5a in the pressure receiving section 5 and converts it into an electrical signal. The length of the housing 2 in the longitudinal direction is set according to the temperature of the pressure P to be measured. Note that, hereinafter, the longitudinal axis O of the housing 2 may be referred to as the axis O of the pressure sensor 1.

ハウジング2は、例えば、アルミニウム等の熱伝導率の高い金属材料により形成されている。ハウジング2の外周面は、例えば、受圧部5からの熱を放熱するために、複数のフィンを形成して伝熱面積を広げた構造とすることができる。図3の(a)は、フィン構造が形成された外周面を有するハウジング2の正面図を示し、図3の(b)は、フィン構造が形成された外周面を有するハウジング2のA矢視平面図を示す。ハウジング2をこのような構造とすることで、高温に曝される受圧部5からの熱を効率よく放熱し、かつ、本体部が収容されているハウジング2内部の温度の変動を抑えることができる。 The housing 2 is made of a metal material with high thermal conductivity, such as aluminum. For example, the outer peripheral surface of the housing 2 may have a structure in which a plurality of fins are formed to expand the heat transfer area in order to radiate heat from the pressure receiving part 5. FIG. 3(a) shows a front view of the housing 2 having an outer circumferential surface with a fin structure formed thereon, and FIG. 3(b) shows a front view of the housing 2 having an outer circumferential surface with a fin structure formed thereon as viewed from arrow A. A plan view is shown. By configuring the housing 2 in this manner, it is possible to efficiently radiate heat from the pressure receiving part 5 exposed to high temperatures, and to suppress fluctuations in the temperature inside the housing 2 in which the main body part is housed. .

例えば、300℃の高温となる圧力Pを測定する場合、ハウジング2の長手方向の長さを、145[mm]とし、径方向の長さを、50[mm]とすることができる。なお、ハウジング2の長手方向の長さ、つまり、圧力センサ1の本体部における受圧部5とセンサ部6との離間距離は、測定する圧力Pの温度に応じて設定される。例えば、測定する圧力Pの温度が300℃よりも低い場合には、ハウジング2の長手方向の長さをより短くすることができる。 For example, when measuring the pressure P at a high temperature of 300° C., the length of the housing 2 in the longitudinal direction can be 145 [mm] and the length in the radial direction can be 50 [mm]. The length of the housing 2 in the longitudinal direction, that is, the distance between the pressure receiving part 5 and the sensor part 6 in the main body of the pressure sensor 1 is set according to the temperature of the pressure P to be measured. For example, when the temperature of the pressure P to be measured is lower than 300° C., the length of the housing 2 in the longitudinal direction can be made shorter.

第1基台3は、ハウジング2の一端側、すなわち受圧部5側に設けられている。第1基台3は、ハウジング2の内径に略一致する直径を有した円形断面の略円柱に形成されている。第1基台3は、一方の底面3a側において、受圧部5を支持している。また、第1基台3の他方の底面3bは、ハウジング2の中空側に面している。 The first base 3 is provided on one end side of the housing 2, that is, on the pressure receiving part 5 side. The first base 3 is formed into a substantially cylindrical column with a circular cross section and a diameter that substantially matches the inner diameter of the housing 2 . The first base 3 supports the pressure receiving part 5 on one bottom surface 3a side. Further, the other bottom surface 3b of the first base 3 faces the hollow side of the housing 2.

第1基台3には、底面3aから他方の底面3bに向けて、軸Oに沿った貫通孔3cが形成されている。貫通孔3cの直径は、後述するロッドピン7の径よりもわずかに大きい。なお、底面3aの外縁部分には、軸O方向に沿って突出構造が形成されている。底面3aの突出構造によって、軸O周辺の領域に第1基台3の内部側に向けた凹みが形成されている。この凹み構造により、圧力Pによる受圧部5のダイヤフラム5aのたわみを許容する空間が形成される。 A through hole 3c is formed in the first base 3 along the axis O from the bottom surface 3a to the other bottom surface 3b. The diameter of the through hole 3c is slightly larger than the diameter of a rod pin 7, which will be described later. Note that a protruding structure is formed along the axis O direction on the outer edge portion of the bottom surface 3a. Due to the protruding structure of the bottom surface 3a, a recess toward the inside of the first base 3 is formed in the area around the axis O. This concave structure forms a space that allows the diaphragm 5a of the pressure receiving part 5 to bend due to the pressure P.

また、底面3aにおける軸O周辺のさらに狭い領域を囲うように、外縁部分の突出構造よりも低い突起が形成され、受圧部5のダイヤフラム5aが受けることができる最大たわみを規定するストッパーとして機能する。また、第1基台3の底面3b側には、後述する支柱8a、8b、8cの一方の端部が固定的に支持される。第1基台3は、ステンレス(SUS304)等の金属材料により形成されている。第1基台3とハウジング2および受圧部5とは、それぞれ溶接などにより固定的に接合される。 Further, a protrusion lower than the protrusion structure on the outer edge portion is formed so as to surround an even narrower area around the axis O on the bottom surface 3a, and functions as a stopper that defines the maximum deflection that the diaphragm 5a of the pressure receiving part 5 can receive. . Further, on the bottom surface 3b side of the first base 3, one end portion of pillars 8a, 8b, and 8c, which will be described later, is fixedly supported. The first base 3 is made of a metal material such as stainless steel (SUS304). The first base 3, the housing 2, and the pressure receiving part 5 are each fixedly joined by welding or the like.

第2基台4は、ハウジング2の他端側、すなわちセンサ部6側に設けられている。第2基台4は、ハウジング2の内径よりもわずかに小さい直径の円形断面を有する略円柱に形成されている。第2基台4は、一方の底面4a側において、センサ部6を支持している。また、第2基台4の他方の底面4bは、ハウジング2の中空側に面している。 The second base 4 is provided on the other end side of the housing 2, that is, on the sensor section 6 side. The second base 4 is formed into a substantially cylindrical shape having a circular cross section with a diameter slightly smaller than the inner diameter of the housing 2 . The second base 4 supports the sensor section 6 on one bottom surface 4a side. Further, the other bottom surface 4b of the second base 4 faces the hollow side of the housing 2.

第2基台4には、底面4aから他方の底面4bに向けて、軸Oに沿った貫通孔4cが形成されている。貫通孔4cの直径は、後述するロッドピン7の径よりもわずかに大きく、第1基台3に形成されている貫通孔3cの直径と同等の大きさとすることができる。 A through hole 4c is formed in the second base 4 along the axis O from the bottom surface 4a to the other bottom surface 4b. The diameter of the through hole 4c can be slightly larger than the diameter of a rod pin 7, which will be described later, and can be made equal to the diameter of the through hole 3c formed in the first base 3.

また、第2基台4の底面4b側には、後述する支柱8a、8b、8cの他方の端部が支持される3つの非貫通孔4dが形成されている。この非貫通孔4dの直径は、支柱8a、8b、8cの径よりもわずかに大きい直径とすることができる。また、非貫通孔4dの軸O方向の深さは、図1の(a)に示すように、支柱8a、8b、8cの他方の端部と非貫通孔4dとの間に遊びとなるスペースが形成されるよう、十分な深さとされる。なお、非貫通孔4dの遊びスペースの詳細は後述する。 Further, on the bottom surface 4b side of the second base 4, three non-through holes 4d are formed in which the other end portions of pillars 8a, 8b, and 8c, which will be described later, are supported. The diameter of this non-through hole 4d can be made slightly larger than the diameter of the pillars 8a, 8b, and 8c. In addition, the depth of the non-through hole 4d in the axis O direction is determined by the space between the other end of the pillars 8a, 8b, and 8c and the non-through hole 4d, as shown in FIG. 1(a). be deep enough so that a Note that details of the play space of the non-through hole 4d will be described later.

第2基台4は、ステンレス等の金属材料により形成されている。第2基台4とセンサ部6とは、溶接などにより固定的に接合されるが、第2基台4とハウジング2とは、後述の第1摺動部材10を介して、第2基台4がハウジング2に対して軸O方向に摺動可能となるように設けられる。 The second base 4 is made of a metal material such as stainless steel. The second base 4 and the sensor part 6 are fixedly joined by welding or the like, but the second base 4 and the housing 2 are connected to each other via a first sliding member 10, which will be described later. 4 is provided so as to be slidable in the direction of the axis O with respect to the housing 2.

受圧部5は、圧力Pを受けると弾性変形する受圧用のダイヤフラム5aを備える。ダイヤフラム5aは、一面が外部に露出した受圧面となっている。この受圧面が、被測定圧力としての外部からの圧力Pを受けてたわみ変形し、ダイヤフラム5aの他面の中央の領域に固定的に接合している後述のロッドピン7の端面7aに軸O方向の力を印加する。 The pressure receiving part 5 includes a pressure receiving diaphragm 5a that elastically deforms when pressure P is applied. The diaphragm 5a has one side exposed to the outside as a pressure receiving surface. This pressure receiving surface bends and deforms in response to external pressure P as the pressure to be measured, and is attached to an end surface 7a of a rod pin 7, which will be described later, which is fixedly joined to the center area of the other surface of the diaphragm 5a in the direction of the axis O. Apply a force of

受圧部5は、例えば、SUS316などのステンレスにより形成される。また、ダイヤフラム5aは、図1の(b)に示すように、円盤状のステンレスの薄膜により形成され、中心点が、圧力センサ1の軸Oと一致する。 The pressure receiving part 5 is made of stainless steel such as SUS316, for example. Further, as shown in FIG. 1B, the diaphragm 5a is formed of a disc-shaped stainless steel thin film, and its center point coincides with the axis O of the pressure sensor 1.

センサ部6は、ダイヤフラム6aおよび信号処理部6bがケース部材6cに収容された構造を有する。センサ部6は、例えば、歪抵抗方式、静電容量方式、圧電素子方式などによるセンサ構造とすることができる。例えば、歪抵抗方式においては、ダイヤフラム6aは、ステンレスなどの金属薄膜、セラミック薄膜、またはシリコン(Si)の薄膜に歪抵抗ブリッジ回路を形成することができる。 The sensor section 6 has a structure in which a diaphragm 6a and a signal processing section 6b are housed in a case member 6c. The sensor section 6 can have a sensor structure based on, for example, a strain resistance type, a capacitance type, a piezoelectric element type, or the like. For example, in the strain resistance type, the diaphragm 6a can form a strain resistance bridge circuit in a metal thin film such as stainless steel, a ceramic thin film, or a silicon (Si) thin film.

ダイヤフラム6aの中心点は圧力センサ1の軸Oと一致する。ダイヤフラム6aの一面は、ロッドピン7により伝達された圧力Pによる応力を検出する検出面となっており、後述のロッドピン7の他方の端面7bが固定的に接合されている。例えば、ロッドピン7の他方の端面7bは、ダイヤフラム6aの中心点の領域にエポキシ樹脂系などの接着剤で固着することができる。ロッドピン7が接合されている面とは反対側の、ダイヤフラム6aの他面には、図示されないゲージ抵抗が配置され、ロッドピン7により伝達される圧力Pの応力によって変化するゲージ抵抗の抵抗値が検出される。 The center point of the diaphragm 6a coincides with the axis O of the pressure sensor 1. One surface of the diaphragm 6a serves as a detection surface for detecting stress due to the pressure P transmitted by the rod pin 7, and the other end surface 7b of the rod pin 7, which will be described later, is fixedly joined. For example, the other end surface 7b of the rod pin 7 can be fixed to the central point area of the diaphragm 6a with an adhesive such as an epoxy resin adhesive. A gauge resistor (not shown) is arranged on the other surface of the diaphragm 6a, which is opposite to the surface to which the rod pin 7 is joined, and the resistance value of the gauge resistor, which changes with the stress of the pressure P transmitted by the rod pin 7, is detected. be done.

ダイヤフラム6aと信号処理部6bとの間には、押さえリング6eが設けられている。押さえリング6eを設けることにより、ダイヤフラム6aの軸Oに沿った位置が固定されるため、ロッドピン7の端面7bがダイヤフラム6aの中心を押圧する際に、受圧部5のダイヤフラム5aの圧力変位を確実に伝達することができる。 A holding ring 6e is provided between the diaphragm 6a and the signal processing section 6b. By providing the holding ring 6e, the position of the diaphragm 6a along the axis O is fixed, so when the end face 7b of the rod pin 7 presses the center of the diaphragm 6a, the pressure displacement of the diaphragm 5a of the pressure receiving part 5 is ensured. can be transmitted to.

信号処理部6bは、ダイヤフラム6aにおいて検出されたゲージ抵抗の抵抗値を、圧力Pに比例した電圧信号に変換する。より具体的には、信号処理部6bは、圧力Pを示す電気信号の増幅、AD変換、ノイズの除去などを含む公知の信号処理を行い、外部に出力する。なお、信号処理部6bには、圧力センサ1を外部電子装置に接続する図示されない端子が設けられており、この端子には、センサ出力が供給される信号線6d(図2参照)が接続される。 The signal processing section 6b converts the resistance value of the gauge resistance detected in the diaphragm 6a into a voltage signal proportional to the pressure P. More specifically, the signal processing unit 6b performs known signal processing including amplification, AD conversion, noise removal, etc. of the electrical signal indicating the pressure P, and outputs the signal to the outside. Note that the signal processing section 6b is provided with a terminal (not shown) for connecting the pressure sensor 1 to an external electronic device, and a signal line 6d (see FIG. 2) to which the sensor output is supplied is connected to this terminal. Ru.

ロッドピン7は、第1基台3および第2基台4を貫通して、受圧部5とセンサ部6との間に設けられている棒状の部材である。より具体的には、ロッドピン7の長手方向の一方の端面7aは、受圧部5のダイヤフラム5aに接合され、かつ、他方の端面7bについても、センサ部6のダイヤフラム6aに接合された状態で、第1基台3の貫通孔3cおよび第2基台4の貫通孔4cに挿通されている。 The rod pin 7 is a rod-shaped member that penetrates the first base 3 and the second base 4 and is provided between the pressure receiving part 5 and the sensor part 6. More specifically, one longitudinal end surface 7a of the rod pin 7 is joined to the diaphragm 5a of the pressure receiving section 5, and the other end surface 7b is also joined to the diaphragm 6a of the sensor section 6. It is inserted into the through hole 3c of the first base 3 and the through hole 4c of the second base 4.

ロッドピン7の径は、第1基台3の貫通孔3cおよび第2基台4の貫通孔4cに触れない程度の一定のスペースが形成されるよう、貫通孔3c、4cの径よりも小さい径とすることができる。また、ロッドピン7の軸は、圧力センサ1の軸Oに一致する。このように、ロッドピン7は、第1基台3および第2基台4の貫通孔3c、4cに挿通されて、軸Oに沿って受圧部5とセンサ部6との間に設けられることで、受圧部5に印加された圧力Pをセンサ部6に伝達することができる。 The diameter of the rod pin 7 is smaller than the diameter of the through holes 3c and 4c so that a certain space is formed that does not touch the through holes 3c of the first base 3 and the through holes 4c of the second base 4. It can be done. Further, the axis of the rod pin 7 coincides with the axis O of the pressure sensor 1. In this way, the rod pin 7 is inserted into the through holes 3c and 4c of the first base 3 and the second base 4, and is provided between the pressure receiving part 5 and the sensor part 6 along the axis O. , the pressure P applied to the pressure receiving section 5 can be transmitted to the sensor section 6.

また、図2に示すように、ロッドピン7は、長手方向に分割可能に構成され、かつ、分割部分には、ロッドピン7の長手方向の長さを調節可能とするアジャスター部7cを有する。例えば、アジャスター部7cは、2分割されるロッドピン7の一方の端部に形成された雌ねじ構造と、この雌ねじ構造と嵌まり合う雄ねじ構造が他方の端部に形成されることで構成される。 Further, as shown in FIG. 2, the rod pin 7 is configured to be splittable in the longitudinal direction, and the split portion has an adjuster portion 7c that allows the length of the rod pin 7 in the longitudinal direction to be adjusted. For example, the adjuster portion 7c is configured by a female screw structure formed at one end of the rod pin 7 divided into two, and a male screw structure that fits into this female screw structure formed at the other end.

ロッドピン7が分割可能となる構造を採用することで、圧力センサ1を作製する際には、ロッドピン7の端面7a、7bをそれぞれダイヤフラム5a、6aに接合した後に、2分割されたロッドピン7をアジャスター部7cで結合することができる。なお、ロッドピン7の長手方向の長さは、圧力センサ1が測定する圧力媒体によって加熱された本体部の空冷のために必要となる受圧部5とセンサ部6との離間距離に応じて決定される。 By adopting a structure in which the rod pin 7 can be divided, when manufacturing the pressure sensor 1, after joining the end surfaces 7a and 7b of the rod pin 7 to the diaphragms 5a and 6a, respectively, the rod pin 7 divided into two parts is attached to the adjuster. They can be joined at the portion 7c. Note that the length of the rod pin 7 in the longitudinal direction is determined according to the separation distance between the pressure receiving part 5 and the sensor part 6, which is necessary for air cooling of the main body part heated by the pressure medium measured by the pressure sensor 1. Ru.

ロッドピン7は、スーパーインバー等の常温付近での熱膨張率が低く、特に、30℃から100℃における熱線膨張係数が1.3×10-6/℃以下の金属材料により形成される。スーパーインバーは、鉄、ニッケル、コバルトの合金である。図4は、各種金属材料の熱線膨張係数の代表値を棒グラフで示す図である。図4において、縦軸は、温度条件(常温30℃~100℃、-20℃~60℃)に応じたハッチングが付されている。図5A~図5Cは、それぞれ、各種金属材料の熱線膨張係数の代表値をテーブル形式で表す図である。 The rod pin 7 is made of a metal material such as Super Invar, which has a low coefficient of thermal expansion near room temperature, particularly a coefficient of linear thermal expansion of 1.3×10 −6 /° C. or less between 30° C. and 100° C. Super Invar is an alloy of iron, nickel, and cobalt. FIG. 4 is a bar graph showing representative values of linear thermal expansion coefficients of various metal materials. In FIG. 4, the vertical axis is hatched according to the temperature conditions (normal temperature 30° C. to 100° C., −20° C. to 60° C.). 5A to 5C are diagrams each showing representative values of linear thermal expansion coefficients of various metal materials in a table format.

図5に示すように、スーパーインバーは、例えば、ステンレス(SUS304)の熱線膨張率の1/35の熱線膨張率を有する金属材料であり、熱線膨張率の低さは、他の金属材料と比較して極めて低い。したがって、ロッドピン7をスーパーインバーにより形成することにより、ロッドピン7自体の熱線膨張による応力の影響を受けない圧力伝達部材が実現される。 As shown in Figure 5, Super Invar is a metal material that has a coefficient of linear thermal expansion that is 1/35 of that of stainless steel (SUS304), and its coefficient of linear thermal expansion is lower than that of other metal materials. and extremely low. Therefore, by forming the rod pin 7 from Super Invar, a pressure transmission member that is not affected by stress due to thermal linear expansion of the rod pin 7 itself can be realized.

ロッドピン7の端面7a、7bはそれぞれ受圧部5のダイヤフラム5a、センサ部6のダイヤフラム6aに溶接や接着剤などにより固定的に接合することができる。 End surfaces 7a and 7b of the rod pin 7 can be fixedly joined to the diaphragm 5a of the pressure receiving section 5 and the diaphragm 6a of the sensor section 6, respectively, by welding, adhesive, or the like.

支柱8a、8b、8cは、第1基台3と第2基台4との間に設けられている細長い円柱状の部材である。より具体的には、支柱8a、8b、8cは、支持板9を貫通して、第1基台3と第2基台4との間に設けられている。支柱8a、8b、8cの径は、ロッドピン7の径と同等とすることができる。また、支柱8a、8b、8cは、ハウジング2を矢印Aの方向から見て、ロッドピン7の周囲を囲うように、軸O上のロッドピン7から一定の距離だけ離間した位置に軸Oと平行となるように設けられている。 The pillars 8a, 8b, and 8c are elongated cylindrical members provided between the first base 3 and the second base 4. More specifically, the columns 8a, 8b, and 8c are provided between the first base 3 and the second base 4, passing through the support plate 9. The diameters of the struts 8a, 8b, and 8c can be made equal to the diameter of the rod pin 7. Further, when the housing 2 is viewed from the direction of arrow A, the struts 8a, 8b, and 8c are arranged parallel to the axis O at positions spaced a certain distance from the rod pin 7 on the axis O so as to surround the rod pin 7. It is set up so that

支柱8a、8b、8cは、例えば、スーパーインバー等の常温付近での熱膨張率が低い、特に、30℃から100℃における熱線膨張係数が1.3×10-6/℃以下の金属材料により形成することができる。支柱8a、8b、8cについてもロッドピン7と同様に熱膨張率の極めて低いスーパーインバーにより形成することで、ロッドピン7だけでなく、本体部全体における熱膨張を抑えることができる。 The struts 8a, 8b, and 8c are made of a metal material such as Super Invar, which has a low coefficient of thermal expansion near room temperature, in particular, a coefficient of linear thermal expansion of 1.3×10 -6 /°C or less between 30°C and 100°C. can be formed. By forming the struts 8a, 8b, and 8c from Super Invar, which has an extremely low coefficient of thermal expansion, similarly to the rod pin 7, thermal expansion of not only the rod pin 7 but the entire main body can be suppressed.

支柱8a、8b、8cの長手方向の一方の端部は、それぞれ第1基台3に固定的に接合されている。支柱8a、8b、8cの他方の端部は、それぞれ第2基台4の非貫通孔4dに挿入され、第2基台4に対して軸O方向に可動に設けられる。より詳細には、支柱8a、8b、8cの他方の端部と非貫通孔4dの底面との間には、支柱8a、8b、8cの軸O方向に沿った移動を可能とする遊びスペースが形成されている。 One longitudinal end of each of the columns 8a, 8b, and 8c is fixedly joined to the first base 3, respectively. The other ends of the columns 8a, 8b, and 8c are respectively inserted into the non-through holes 4d of the second base 4, and are provided movably in the direction of the axis O with respect to the second base 4. More specifically, there is a play space between the other end of the pillars 8a, 8b, 8c and the bottom surface of the non-penetrating hole 4d, which allows the pillars 8a, 8b, 8c to move along the axis O direction. It is formed.

支持板9は、ハウジング2の中空部において、第1基台3と第2基台4との間に配設される。支持板9は、例えば、第1基台3から第2基台4までの軸Oに沿った長さの半分の位置に配置することができる。支持板9は、ハウジング2の内径に略一致する直径の円形断面を有した略円柱に形成されている。支持板9の円形断面の中心点は、軸Oに一致する。支持板9の軸O方向には貫通孔9aが形成され、この貫通孔9aにロッドピン7が挿通される。貫通孔9aは、第1基台3および第2基台4の貫通孔3c、4cと同様の径を有し、ロッドピン7の径よりもわずかに大きい。 The support plate 9 is arranged between the first base 3 and the second base 4 in the hollow part of the housing 2 . The support plate 9 can be arranged, for example, at a position that is half the length from the first base 3 to the second base 4 along the axis O. The support plate 9 is formed into a substantially cylindrical shape having a circular cross section with a diameter that substantially matches the inner diameter of the housing 2 . The center point of the circular cross section of the support plate 9 coincides with the axis O. A through hole 9a is formed in the direction of the axis O of the support plate 9, and the rod pin 7 is inserted into this through hole 9a. The through hole 9a has the same diameter as the through holes 3c and 4c of the first base 3 and the second base 4, and is slightly larger than the diameter of the rod pin 7.

支持板9には、さらに、支柱8a、8b、8cの各々が挿通される貫通孔が形成されている。支柱8a、8b、8cが挿通される貫通孔は、支柱8a、8b、8cと隙間なく接することができる程度の大きさの径とすることができる。 The support plate 9 is further formed with through holes through which each of the pillars 8a, 8b, and 8c is inserted. The through holes through which the pillars 8a, 8b, and 8c are inserted can have a diameter large enough to contact the pillars 8a, 8b, and 8c without any gaps.

支持板9と支柱8a、8b、8cとはそれぞれ固定的に接合される。一方において、支持板9とハウジング2とは、後述する第2摺動部材11を介して摺動可能に配置される。具体的には、支持板9はハウジング2に対して、軸O方向に摺動可能となるように配置される。支持板9は、ステンレス等の金属材料により形成されている。支持板9を設けることで、ロッドピン7を含む本体部がハウジング2内でより安定的に支持されるが、省略してもよい。 The support plate 9 and the pillars 8a, 8b, and 8c are each fixedly joined. On the other hand, the support plate 9 and the housing 2 are slidably arranged via a second sliding member 11, which will be described later. Specifically, the support plate 9 is arranged so as to be slidable in the direction of the axis O with respect to the housing 2. The support plate 9 is made of a metal material such as stainless steel. By providing the support plate 9, the main body including the rod pin 7 is more stably supported within the housing 2, but it may be omitted.

第1摺動部材10は、第2基台4の側面(外面)とハウジング2の内周面との間に設けられているフィルム状の部材である。第1摺動部材10は、第2基台4の側面全体を覆うように設けられる。第1摺動部材10は、例えば、フッ素樹脂(テフロン(登録商標))などの摩擦係数が小さく、滑り特性が良好で、かつ、例えば、他の樹脂材料と比較して熱伝導率が比較的低い材料により形成される。 The first sliding member 10 is a film-like member provided between the side surface (outer surface) of the second base 4 and the inner peripheral surface of the housing 2 . The first sliding member 10 is provided so as to cover the entire side surface of the second base 4. The first sliding member 10 is made of, for example, fluororesin (Teflon (registered trademark)), which has a small coefficient of friction and good sliding properties, and has a relatively high thermal conductivity compared to, for example, other resin materials. Made of low quality material.

第2摺動部材11は、支持板9の側面とハウジング2の内周面との間に設けられているフィルム状の部材である。第2摺動部材11は、支持板9の側面全体を覆うように設けられる。第2摺動部材11についても、第1摺動部材10と同様にフッ素樹脂などにより形成される。 The second sliding member 11 is a film-like member provided between the side surface of the support plate 9 and the inner peripheral surface of the housing 2 . The second sliding member 11 is provided so as to cover the entire side surface of the support plate 9. Similarly to the first sliding member 10, the second sliding member 11 is also made of fluororesin or the like.

ここで、図6の(a)および(b)に示す、高温の圧力Pが印加される前と後とにおける圧力センサ1の概略断面図を参照して、ハウジング2および本体部における熱膨張の影響について説明する。図6の(a)は、圧力Pが受圧部5に印加される前の圧力センサ1の概略断面図を示している。図6の(b)は、圧力Pが受圧部5に印加された際の圧力センサ1の概略断面図を示している。 Here, with reference to the schematic sectional views of the pressure sensor 1 before and after the high temperature pressure P is applied, shown in FIGS. 6(a) and 6(b), thermal expansion in the housing 2 and the main body will be Explain the impact. FIG. 6A shows a schematic cross-sectional view of the pressure sensor 1 before the pressure P is applied to the pressure receiving part 5. FIG. 6(b) shows a schematic cross-sectional view of the pressure sensor 1 when the pressure P is applied to the pressure receiving part 5.

高温のガスなどの圧力Pが受圧部5に印加されると、図6の(b)に示すように、アルミニウム等の金属材料で形成されているハウジング2は熱膨張し、軸O方向に伸長する。具体的には、アルミニウムで形成されたハウジング2は、熱伝導に優れるが熱線膨張率が高いため、図6の(b)の軸O方向の長さh’に示すように、圧力Pの印加前の長さhから熱膨張により長さdだけ軸O方向に伸長する。一方、ステンレスで形成された受圧部5は、放熱材として機能するハウジング2に接合しているため、高温に曝された際には、受圧部5の熱がハウジング2を介して放熱され、受圧部5の熱膨張は抑えられる。 When pressure P such as high-temperature gas is applied to the pressure receiving part 5, the housing 2 made of a metal material such as aluminum thermally expands and extends in the direction of the axis O, as shown in FIG. 6(b). do. Specifically, the housing 2 made of aluminum has excellent thermal conductivity but has a high coefficient of linear thermal expansion. It extends by a length d from the previous length h in the direction of the axis O due to thermal expansion. On the other hand, since the pressure receiving part 5 made of stainless steel is joined to the housing 2 which functions as a heat dissipation material, when exposed to high temperatures, the heat of the pressure receiving part 5 is radiated through the housing 2, and the pressure receiving part 5 is Thermal expansion of portion 5 is suppressed.

次に、受圧部5を支持する第1基台3は、放熱材として機能するハウジング2に直接接しているため、ある程度の熱膨張は抑えられる。しかし、図6の(a)および(b)に示すように、圧力Pの印加後では、第1基台3は熱膨張によって長さb分だけ軸O方向に伸長している。 Next, since the first base 3 supporting the pressure receiving part 5 is in direct contact with the housing 2 which functions as a heat dissipating material, thermal expansion can be suppressed to some extent. However, as shown in FIGS. 6A and 6B, after the pressure P is applied, the first base 3 extends by a length b in the direction of the axis O due to thermal expansion.

前述したように、支柱8a、8b、8cの一方の端部は第1基台3に固定的に接合されている。そのため、熱膨張により第1基台3が軸O方向に伸長すると、第1基台3とともに支柱8a、8b、8cも軸O方向に押し上げられる。しかし、図6の(b)に示すように、支柱8a、8b、8cの他方の端部は非貫通孔4d内において軸O方向に移動するのみである。つまり、支柱8a、8b、8cの他方の端部は、非貫通孔4dの底面に触れて第2基台4を押し上げるようなことはない。 As described above, one end of each of the columns 8a, 8b, and 8c is fixedly joined to the first base 3. Therefore, when the first base 3 expands in the direction of the axis O due to thermal expansion, the columns 8a, 8b, and 8c are also pushed up in the direction of the axis O together with the first base 3. However, as shown in FIG. 6(b), the other ends of the supports 8a, 8b, and 8c only move in the direction of the axis O within the non-through hole 4d. That is, the other ends of the supports 8a, 8b, and 8c do not touch the bottom surface of the non-through hole 4d and push up the second base 4.

このように、非貫通孔4dの遊びスペースにより、熱膨張による第1基台3の伸長分の長さが吸収されるので、第2基台4は、第1基台3の熱線膨張の影響を受けない。なお、支柱8a、8b、8cは前述したようにスーパーインバーにより形成されているため、支柱8a、8b、8c自体の熱線膨張は影響しない。 In this way, the play space of the non-through hole 4d absorbs the length of the first base 3 due to thermal expansion, so the second base 4 can absorb the influence of the linear thermal expansion of the first base 3. I don't receive it. Incidentally, since the struts 8a, 8b, and 8c are formed of super invar as described above, the thermal linear expansion of the struts 8a, 8b, and 8c themselves does not affect them.

次に、ロッドピン7に着目すると、受圧部5に高温の圧力Pが印加された場合、ダイヤフラム5aが圧力Pによりたわみ、ロッドピン7に応力が伝わる。さらに、ロッドピン7は、圧力Pをセンサ部6のダイヤフラム6aに伝達する。ロッドピン7は、前述したように熱線膨張率が低い材料であるスーパーインバーにより形成されているため、高温の圧力Pを伝達する場合であっても、熱による軸O方向への伸長はほとんどない(図6の(a)(b)の長さr)。 Next, focusing on the rod pin 7, when a high temperature pressure P is applied to the pressure receiving part 5, the diaphragm 5a is deflected by the pressure P, and stress is transmitted to the rod pin 7. Further, the rod pin 7 transmits the pressure P to the diaphragm 6a of the sensor section 6. As mentioned above, the rod pin 7 is made of Super Invar, which is a material with a low coefficient of linear thermal expansion, so even when transmitting high-temperature pressure P, there is almost no elongation in the direction of the axis O due to heat ( The length r) in FIGS. 6(a) and 6(b).

なお、受圧部5のダイヤフラム5aは、極薄の金属薄膜により形成されており、ダイヤフラム5a自体の熱線膨張率は極めて小さく、熱による軸O方向への伸長は極めて小さい。そのため、ダイヤフラム5aの熱線膨張のロッドピン7に対する影響は極めて小さい。 Note that the diaphragm 5a of the pressure receiving part 5 is formed of an extremely thin metal thin film, and the coefficient of linear thermal expansion of the diaphragm 5a itself is extremely small, so that expansion in the direction of the axis O due to heat is extremely small. Therefore, the influence of thermal linear expansion of the diaphragm 5a on the rod pin 7 is extremely small.

つまり、高温の圧力Pが印加されると、ハウジング2は熱膨張により軸O方向に伸長するのに対して、低熱膨張のロッドピン7および支柱8a、8b、8cを含む本体部は、熱による軸O方向の伸長がほとんどない。さらに、本体部が備える第1基台3の熱膨張による軸O方向への伸長分は、第2基台4の非貫通孔4dにより吸収される。つまり、本体部は、第1基台3の熱線膨張の影響を抑制できる構造を有する。 In other words, when a high temperature pressure P is applied, the housing 2 expands in the direction of the axis O due to thermal expansion, whereas the main body including the rod pin 7 and supports 8a, 8b, 8c with low thermal expansion expands in the direction of the axis O due to heat. There is almost no elongation in the O direction. Further, the expansion in the direction of the axis O due to thermal expansion of the first base 3 included in the main body portion is absorbed by the non-through hole 4d of the second base 4. That is, the main body has a structure that can suppress the influence of linear thermal expansion of the first base 3.

また、圧力センサ1の本体部のうち、第1基台3、第2基台4、および支持板9がハウジング2と接する面であるところ、第2基台4および支持板9は、それぞれの側面を覆うように配設された第1摺動部材10、および第2摺動部材11を介してハウジング2の内周面に接している。第1摺動部材10および第2摺動部材11と接するハウジング2の内周面が摺動面となり、本体部に対してハウジング2が軸O方向に伸長することになる。 Further, in the main body of the pressure sensor 1, the first base 3, the second base 4, and the support plate 9 are the surfaces that contact the housing 2, and the second base 4 and the support plate 9 are It is in contact with the inner circumferential surface of the housing 2 via a first sliding member 10 and a second sliding member 11 arranged so as to cover the side surface. The inner peripheral surface of the housing 2 in contact with the first sliding member 10 and the second sliding member 11 becomes a sliding surface, and the housing 2 extends in the direction of the axis O relative to the main body.

具体的には、図6の(a)および(b)に示すように、高温の圧力Pの印加後における第2基台4および支持板9の軸O方向の位置は、ハウジング2が軸O方向への伸長(長さhから長さh’)しているのに対して、ロッドピン7の長さrに対応する位置が維持されている。このように、ロッドピン7が支持されている本体部が、第1摺動部材10および第2摺動部材11を介してハウジング2と接することで、ハウジング2の熱膨張と、熱不動のロッドピン7との熱線膨張変位の差(長さd)を吸収させることができる。 Specifically, as shown in FIGS. 6(a) and 6(b), the position of the second base 4 and the support plate 9 in the axis O direction after the application of the high temperature pressure P is such that the housing 2 is aligned with the axis O. While the rod pin 7 is expanding in the direction (from the length h to the length h'), the position corresponding to the length r of the rod pin 7 is maintained. In this way, the main body on which the rod pin 7 is supported comes into contact with the housing 2 via the first sliding member 10 and the second sliding member 11, so that the thermal expansion of the housing 2 and the thermally stationary rod pin 7 It is possible to absorb the difference in thermal linear expansion displacement (length d) between

このように、圧力伝達部材であるロッドピン7は、ハウジング2に収容されつつも、熱的にはハウジング2からは隔離された、フローティング構造とされる。ロッドピン7をこのようなフローティング構造とすることで、ハウジング2の熱膨張による応力はロッドピン7によって伝達されることはない。 In this way, the rod pin 7, which is a pressure transmitting member, has a floating structure that is housed in the housing 2 but is thermally isolated from the housing 2. Since the rod pin 7 has such a floating structure, stress due to thermal expansion of the housing 2 is not transmitted by the rod pin 7.

また、ロッドピン7だけでなく、ロッドピン7を囲う支柱8a、8b、8cについてもスーパーインバーにより形成することで、本体部全体の軸O方向の熱線膨張を抑えることができる。 Further, by forming not only the rod pin 7 but also the struts 8a, 8b, and 8c surrounding the rod pin 7 from super invar, it is possible to suppress linear thermal expansion of the entire main body in the axis O direction.

以上説明したように、本実施の形態に係る圧力センサ1によれば、ロッドピン7を熱膨張率が極めて低い材料で形成し、かつ、フローティング構造とすることで、ハウジング2の熱膨張による応力がロッドピン7によって伝達されることはないため、より高温の圧力媒体の圧力測定、特に、半導体製造装置において要求される250℃の高温となる圧力媒体の圧力測定を精度よく行うことができる。 As explained above, according to the pressure sensor 1 according to the present embodiment, the rod pin 7 is made of a material with an extremely low coefficient of thermal expansion and has a floating structure, thereby reducing stress due to thermal expansion of the housing 2. Since the pressure is not transmitted by the rod pin 7, it is possible to accurately measure the pressure of a pressure medium at a higher temperature, in particular, the pressure of a pressure medium that reaches a high temperature of 250° C. required in semiconductor manufacturing equipment.

以上、本発明の圧力センサにおける実施の形態について説明したが、本発明は説明した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に記載した発明の範囲において当業者が想定し得る各種の変形を行うことが可能である。 Although the embodiments of the pressure sensor of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the described embodiments, and various modifications that can be imagined by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It is possible to do this.

1…圧力センサ、2…ハウジング、3…第1基台、4…第2基台、3a、3b、4a、4b…底面、4d…非貫通孔、5…受圧部、6…センサ部、5a、6a…ダイヤフラム、6b…信号処理部、6c…ケース部材、6d…信号線、6e…押さえリング、7…ロッドピン、7a、7b…端面、7c…アジャスター部、8a、8b、8c…支柱、9…支持板、3c、4c、9a…貫通孔、10…第1摺動部材、11…第2摺動部材、O…軸、P…圧力。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Pressure sensor, 2... Housing, 3... First base, 4... Second base, 3a, 3b, 4a, 4b... Bottom surface, 4d... Non-through hole, 5... Pressure receiving part, 6... Sensor part, 5a , 6a...Diaphragm, 6b...Signal processing unit, 6c...Case member, 6d...Signal line, 6e...Pressure ring, 7...Rod pin, 7a, 7b...End face, 7c...Adjuster part, 8a, 8b, 8c... Support column, 9 ... Support plate, 3c, 4c, 9a... Through hole, 10... First sliding member, 11... Second sliding member, O... Axis, P... Pressure.

Claims (9)

半導体製造装置に用いられる圧力センサであって、
中空な筒状のハウジングと、
前記ハウジングの一端側に設けられた第1基台と、
前記ハウジングの他端側に設けられた第2基台と、
前記第1基台に支持され、圧力を受けると弾性変形するダイヤフラムと、
前記第2基台に支持され、前記ダイヤフラムの弾性変形による応力を検出して電気信号に変換する圧力検出素子と、
前記第1基台および前記第2基台を貫通し、前記ダイヤフラムと前記圧力検出素子との間に設けられた圧力伝達部材と、
前記第2基台の外面と前記ハウジングの内周面との間に設けられた第1摺動部材と
を備え、
前記圧力伝達部材は、30℃から100℃における熱線膨張係数が1.3×10-6/℃以下の金属材料により形成されている
ことを特徴とする圧力センサ。
A pressure sensor used in semiconductor manufacturing equipment,
A hollow cylindrical housing,
a first base provided on one end side of the housing;
a second base provided on the other end side of the housing;
a diaphragm supported by the first base and elastically deformed when subjected to pressure;
a pressure detection element supported by the second base and configured to detect stress caused by elastic deformation of the diaphragm and convert it into an electrical signal;
a pressure transmission member that penetrates the first base and the second base and is provided between the diaphragm and the pressure detection element;
a first sliding member provided between the outer surface of the second base and the inner peripheral surface of the housing;
The pressure sensor is characterized in that the pressure transmitting member is formed of a metal material having a linear thermal expansion coefficient of 1.3×10-6/°C or less in the range from 30°C to 100°C.
請求項1に記載の圧力センサにおいて、
前記第1基台および前記第2基台の各々には、前記ハウジングの長手方向の中心軸に沿った貫通孔が形成され、
前記圧力伝達部材は、前記貫通孔に挿通され、前記中心軸に沿って設けられる
ことを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 1,
A through hole is formed in each of the first base and the second base along the central axis in the longitudinal direction of the housing,
The pressure sensor is characterized in that the pressure transmission member is inserted into the through hole and provided along the central axis.
請求項2に記載の圧力センサにおいて、
さらに、前記第1基台と前記第2基台との間に設けられた、複数の支柱を備え、
前記複数の支柱は、前記圧力伝達部材の周囲を囲うように、前記中心軸から離間した位置に前記中心軸と平行に設けられている
ことを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 2,
Furthermore, a plurality of supports are provided between the first base and the second base,
The plurality of support columns are provided in parallel to the central axis at positions spaced apart from the central axis so as to surround the pressure transmitting member. The pressure sensor.
請求項1から3のいずれか1項に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力伝達部材の一端は、前記ダイヤフラムに溶接され、
前記圧力伝達部材の他端は、前記圧力検出素子の検出面に溶接されている
ことを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
one end of the pressure transmission member is welded to the diaphragm;
The other end of the pressure transmitting member is welded to the detection surface of the pressure detection element. A pressure sensor.
請求項1から3のいずれか1項に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力伝達部材は、スーパーインバー材により形成されていることを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The pressure sensor is characterized in that the pressure transmission member is made of a super invar material.
請求項1から3のいずれか1項に記載の圧力センサにおいて、
前記第1摺動部材は、熱伝導率が樹脂材料のなかで比較的低い、フッ素樹脂を含む材料により形成されていることを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The pressure sensor is characterized in that the first sliding member is formed of a material containing a fluororesin, which has a relatively low thermal conductivity among resin materials.
請求項1から3のいずれか1項に記載の圧力センサにおいて、
前記圧力伝達部材は、長手方向に分割可能に構成され、かつ、分割部分は、前記圧力伝達部材の長手方向の長さが調節可能に構成されていることを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
The pressure sensor is characterized in that the pressure transmitting member is configured to be splittable in the longitudinal direction, and the divided portion is configured so that the length of the pressure transmitting member in the longitudinal direction can be adjusted.
請求項3に記載の圧力センサにおいて、
前記複数の支柱は、スーパーインバー材により形成されていることを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 3,
A pressure sensor characterized in that the plurality of support columns are formed of a super invar material.
請求項3に記載の圧力センサにおいて、
さらに、前記第1基台と前記第2基台との間に設けられ、前記複数の支柱および前記圧力伝達部材を支持する支持板と、
前記支持板と前記ハウジングの内周面との間に配置された第2摺動部材と
を備え、
前記第2摺動部材は、熱伝導率が樹脂材料のなかで比較的低い、フッ素樹脂を含む材料により形成されていることを特徴とする圧力センサ。
The pressure sensor according to claim 3,
Further, a support plate provided between the first base and the second base and supporting the plurality of pillars and the pressure transmission member;
a second sliding member disposed between the support plate and the inner peripheral surface of the housing;
The pressure sensor is characterized in that the second sliding member is formed of a material containing fluororesin, which has a relatively low thermal conductivity among resin materials.
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