JP2547038Y2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は圧力センサに係り、特に
強い酸性を有する流体の圧力測定に好適する圧力センサ
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置には、例えばふっ酸を含
む硝酸等の強酸（薬品）を主体としたエッチング液をポ
ンプで循環させながら半導体基板をエッチングする、い
わゆる湿式エッチング方法を採用したものがある。この
ような半導体製造装置では、エッチング液の循環流圧を
測定しながら動作させる必要があり、エッチング液の流
圧を圧力センサによって測定することが行なわれてい
る。従来、この種の圧力センサとしては、円柱状の導圧
部にこれを貫通する中空部を設け、静電容量型感圧素子
としての起歪体をその中空部を塞ぐように導圧部に重
ね、その起歪体を導圧部に押圧するようにして筒型ケー
ス内にそれら起歪体および導圧部を収納した構成が知ら
れている。

【０００３】そして、この圧力センサでは、中空部の一
端から流入させたエッチング液を起歪体に接液させ、エ
ッチング液の圧力に応じて起歪体を変位させることによ
ってその変位に応じた電気信号を出力させている。この
ような圧力センサを形成する起歪体は、強酸性のエッチ
ング液が接液する受圧面を耐食性の良好なアルミナ等の
セラミック材料やステンレス等の耐食性金属材料で形成
し、エッチング液による受圧面の腐食を防止して経時的
に正確な圧力測定ができるようにしている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように圧力センサにおいて起歪体の受圧面をセラミッ
ク材料や耐食性金属材料で形成しても、受圧面に強酸性
のエッチング液が直接接液するので、経時的に僅かずつ
起歪体の受圧面の腐食が進行することが避けられず、長
期間の測定によって圧力測定が不正確となったり耐久性
を低下させるおそれがある。本考案はこのような従来の
欠点を解決するためになされたもので、強酸性流体の圧
力を長期間測定しても経時的に正確な測定および耐久性
を確保できる圧力センサを提供することを目的とする。
また、本考案は導圧部と起歪体間の良好な密封状態を確
保し、測定圧力範囲が広く被測定流体が漏れ難い圧力セ
ンサを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本考案は、外部に連通する中空部を導圧部に設
け、その中空部内の流体圧力に基づく変位に応じた電気
信号を出力する起歪体でその中空部を塞ぐように固定
し、その起歪体の中空部側にてこの中空部を囲むように
樹脂性のリング状シートをその導圧部にはめ、その中空
部を塞ぐとともに流体の圧力を起歪体側へ伝達する耐食
性合成樹脂製の保護ダイヤフラムをそのリング状シート
を介して導圧部に当接させ、その保護ダイヤフラムにお
けるリング状シートとの当接面にこれに沿った環状のＶ
溝を設け、それら起歪体、保護ダイヤフラムおよびリン
グ状シートを被うように筒型押えねじをその導圧部にね
じ込んでそのＶ溝にリング状シートを食い込ませたもの
である。また、本考案では、その起歪体の中空部側にて
これを塞ぐとともに流体の圧力を起歪体側へ伝達する耐
食性合成樹脂製の保護ダイヤフラムを導圧部に当接さ
せ、その保護ダイヤフラムの導圧部との当接面に環状の
凹部又は凸部を設け、上記導圧部にその凹部又は凸部に
嵌まる凸部又は凹部を設け、その凸部の高さを凹部の深
さより高く設定するとともに、それら起歪体、保護ダイ
ヤフラムを被うようにして筒型押えねじをその導圧部に
ねじ込んでそれら凹凸部を圧接させる構成も可能であ
る。

【０００６】

【作用】このような手段を備えた本考案では、その保護
ダイヤフラムが中空部内の流体に接液して起歪体が直接
接液せず、その保護ダイヤフラムと導圧部間が密封され
る。また、その保護ダイヤフラムに例えば凹部を形成
し、導圧部にその凹部に嵌まる凸部を形成してそれら凹
凸部を押えねじによって圧接させる構成では、導圧部に
設けた凸部の頂部が保護ダイヤフラムの凹部内に集中し
て圧接する。

【０００７】

【実施例】以下本考案の実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本考案に係る圧力センサの一実施例を示す縦
断面図である。図１において、導圧部１は例えばＰＴＦ
Ｅ（ポリテトラフルオロエチレン）合成樹脂から円柱状
に成形されるとともに外周に３箇所段部を有してなり、
一方の先端（図中下端）に続く最も細い部分から順次太
くなるとともに、最も太い部分から他方の先端（図中上
端）にかけて再び細くなって後述する保護ダイヤフラム
７の嵌まる嵌合突部１ａとなっており、最も細い部分と
最も太い部分外周にはねじ溝３ａ、３ｂが形成されてい
る。導圧部１には下端から途中で若干内径の広がった中
空部５が上端まで貫通して形成され、嵌合突部１ａの上
端近傍でろうと状に拡開している。

【０００８】導圧部１には、その上端側からリング状の
台座７ａを一体的に有する偏平な円盤状の保護ダイヤフ
ラム７が中空部５を塞ぐように嵌合突部１ａにはめられ
ている。なお、保護ダイヤフラム７は例えば上述したＰ
ＴＦＥ合成樹脂から成形されている。保護ダイヤフラム
７の台座７ａの先端面にはＶ溝７ｂが台座７ａに沿って
環状に形成される一方、図２に示すように、導圧部１の
嵌合突部１ａからねじ溝３ｂの形成された外周部分に至
る端面１ｂにはふっ素樹脂、特にふっ素ゴムからなるリ
ング状シート９が嵌合突部１ａにはめるようにして載置
され、保護ダイヤフラム７の台座７ａの先端面がリング
状シート９を介して導圧部１の端面１ｂに当接してい
る。

【０００９】保護ダイヤフラム７には、例えば静電容量
型感圧素子（圧力エレメント）としての起歪体１１がふ
っ素グリース（図示せず）を介して重ねられている。こ
のふっ素グリースは保護ダイヤフラム７と起歪体１１と
の間の密着を確保して、保護ダイヤフラム７から起歪体
１１への変位伝達損失を低く抑えるものである。なお、
ふっ素グリースは保護ダイヤフラム７のＶ溝７ｂ内に充
填される場合もある。起歪体１１は、保護ダイヤフラム
７と同様な偏平な円盤状となって内部に対向電極間を有
し、これら対向する電極間の容量が保護ダイヤフラム７
からの押圧変位によって変化する点を利用する静電容量
型の構成となっており、直流電圧の印加によってその変
位に応じた電気信号に変換してリード線１３から出力す
る公知のものである。

【００１０】これら起歪体１１、保護ダイヤフラム７お
よび導圧部１には一端開放の筒型押えねじ１５が被せら
れている。符号１５ａは押えねじ１５の端面部、符号１
５ｂはリード線１３の導出孔である。この押えねじ１５
の先端内側にはねじ溝（図示せず）が形成され、このね
じ溝が導圧部１のねじ溝３ｂにねじ込まれており、押え
ねじ１５の端面部１５ａによって起歪体１１が導圧部１
方向に抑えつけられ、起歪体１１、保護ダイヤフラム
７、保護ダイヤフラム７の台座７ａ、リング状シートお
よび導圧部１の端面１ｂが強く圧接されている。

【００１１】そのため、リング状シート９の一部が保護
ダイヤフラム７のＶ溝７ｂ内に食込み、導圧部１の上端
側では保護ダイヤフラム７との間で密封構造になって中
空部５内に満たされた例えばエッチング液が漏れないよ
うになっている。これら導圧部１および押えねじ１５の
外周には図示しないキャップ等が被せられて製品化され
る。このように構成された本考案の圧力センサは、導圧
部１の先端を例えば半導体製造装置（図示せず）におけ
るエッチング液の循環系に連結すれば、中空部５内がエ
ッチング液で満たされるとともに保護ダイヤフラム７に
接液する。

【００１２】そして、エッチング液の圧力変位に応じた
保護ダイヤフラム７の変位を介して起歪体１１が変位
し、その押圧変位に応じたレベルの電気信号がリード線
１３から出力される。しかも、エッチング液が耐食性の
保護ダイヤフラム７へ接液して起歪体１１に直接接液し
ないから、エッチング液が強酸液であっても起歪体１１
の経時的腐食が抑えられ、長期間測定使用しても正確な
測定および耐久性を確保できる。ところで、上述した図
１の構成による圧力センサにおいて、導圧部１と保護ダ
イヤフラム７間の耐圧シール性は９Ｋｇｆ／ｃｍ² 程度
であるが、この導圧部１と保護ダイヤフラム７間の耐圧
シール性を向上させれば、より高いレンジの圧力測定が
可能となる。

【００１３】さらに、例えばシリコン基板を溶解したエ
ッチング液中には微細な固形物が不純物として混入して
いる場合があり、固形物の混入したエッチング液の圧力
を測定すると、図２に示すように、序々にその固形物１
７が導圧部１とリング状シート９の間に溜まり易く、導
圧部１とリング状シート９の密封シール性が低下する心
配がないではない。本考案の圧力センサでは次のような
構成によってそうした心配に対応することが可能であ
る。

【００１４】図３は本考案に係る圧力センサの他の実施
例を示す縦断面図である。図３において、導圧部１の端
面１ａには、上述した保護ダイヤフラム７の台座７ａの
先端面に形成したＶ溝７ｂに嵌まるとともに、そのＶ溝
７ｂの深さよりも高い逆Ｖ字形の逆Ｖ突起１９を環状に
突設し、押えねじ１５を導圧部１方向に締め付けること
によって逆Ｖ突起１９の先端でＶ溝７ｂの内底部を押圧
し、逆Ｖ突起１９とＶ溝７ｂのかみ合わせによって密封
構造を形成し、リング状シート９を省略したものであ
る。図４は、図３中の導圧部１の端面１ａの逆Ｖ突起１
９と保護ダイヤフラム７のＶ溝７ｂを示すものであり、
図４中符号ＴはＶ溝７ｂの深さを、符号ｔは逆Ｖ突起１
９の高さを示している。

【００１５】このような構成では、導圧部１の逆Ｖ突起
１９が保護ダイヤフラム７のＶ溝７ｂ内に嵌まるととも
に、Ｖ溝７ｂの深さより高い逆Ｖ突起１９の頂部がＶ溝
７ｂ内の底部に狭い面積で集中的に強い力で圧接し、同
じ圧接力でも強くかつ確実に密着シールできる。上述し
た図１の構成では導圧部１とリング状シート９間又はリ
ング状シート９と保護ダイヤフラム７間が一様な面接触
状態で圧接するから、例えば一部に圧接の強弱が生じる
と、高圧力のエッチング液の測定時には密着シール性が
低下する心配が残る。この点、図３の構成では、耐圧シ
ール性およびエッチング液中の固形物１７に対する固形
物シール性が向上し、圧力測定レンジが拡大する。

【００１６】本考案者の実験によれば、図１と同じ構成
の図３の圧力センサでは導圧部１と保護ダイヤフラム７
間の耐圧シール性が２０Ｋｇｆ／ｃｍ² 程度に向上し
た。図３の圧力センサにおいては、密封シール構成を形
成する逆Ｖ突起１９を導圧部１に形成するとともにＶ溝
７ｂを保護ダイヤフラム７に形成したが、要は、互いに
嵌まり合う凹部又は凸部を導圧部１に形成するとともに
凸部又は凹部を保護ダイヤフラム７に形成し、凸部を凹
部の深さより高くすれば本考案の目的達成が可能であ
る。 更に、導圧部１の逆Ｖ突起１９や保護ダイヤフラ
ム７のＶ溝７ｂは正確なＶ字形である必要はない。

【００１７】図５は本考案の更に他の実施例を示す縦断
面図である。この圧力センサは、導圧部１の端面１ａと
保護ダイヤフラム７の台座７ａの端面との間に、例えば
１２５μｍ程度のＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パ
ーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）合成樹脂
やＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプ
ロピレン共重合体）合成樹脂からなるリング状の融着シ
ート２１を介在させるとともに、導圧部１の端面１ａと
融着シート２１間、並びに保護ダイヤフラム７の台座７
ａと融着シート２１を熱融着させ一体化構成したもので
ある。すなわち、導圧部１と保護ダイヤフラム７間に融
着シート２１を介在させるとともに全体を約３００℃〜
３５０℃に加熱して導圧部１と融着シート２１並びに保
護ダイヤフラム７と融着シート２１を融着させて全体を
一体化したものである。

【００１８】このように導圧部１と保護ダイヤフラム７
間を融着シート２１を介して融着させて一体化すると、
上述した図１の構成に比べて耐圧シール性が向上するう
え、導圧部１と融着シート２１間並びに保護ダイヤフラ
ム７ａと融着シート２１間に微細な隙間が形成され難い
から、エッチング液中の微細な固形物１７が圧接部分に
溜まり難くなり、固形物シール性も向上する。図５に示
す構成は、ＰＴＦＥ等のように約３００℃〜３５０℃程
度の比較的低い温度では軟化するものの溶解までには至
らないような材料でこれら導圧部１および保護ダイヤフ
ラム７を形成した構成に好適するもので、融着シート２
１としてＰＦＡ合成樹脂やＦＥＰ合成樹脂を用いること
により、約３００℃〜３５０℃の加熱で融着シート２１
が溶解して導圧部１や保護ダイヤフラム７に各々良好に
融着する。

【００１９】そのため、測定するエッチング液の温度や
測定雰囲気中の温度条件下で導圧部１および保護ダイヤ
フラム７の堅牢性が確保され、比較的低い温度で互いに
融着するような材料を導圧部１や保護ダイヤフラム７に
使用できれば、融着シート２１を介さずに導圧部１と保
護ダイヤフラム７を直接融着させて一体化する構成も可
能である。なお、上述した各圧力センサは保護ダイヤフ
ラム７に起歪体１１を重ねる構成となっていたが、本考
案では保護ダイヤフラム７から伝達ロッド（図示せず）
を介して保護ダイヤフラム７からの圧力を起歪体１１へ
伝達する構成においても実施可能である。また、保護ダ
イヤフラム７は上述したＰＴＦＥ合成樹脂に限らず、種
々の耐食性合成樹脂で形成可能である。さらに、本考案
は強酸性のエッチング液に限らず、強酸性の液体や気体
等の流体の流圧測定に好適する。

【００２０】

【考案の効果】以上説明したように本考案は、導圧部に
外部へ連通する中空部を設け、流体の圧力を伝達する耐
食性の合成樹脂製保護ダイヤフラムを介在させた状態で
中空部を塞ぐように起歪体を固定し、樹脂性のリング状
シートをその導圧部にはめ、その中空部を塞ぐとともに
流体の圧力を起歪体側へ伝達する耐食性合成樹脂製の保
護ダイヤフラムをそのリング状シートを介して導圧部に
当接させ、保護ダイヤフラムに環状のＶ溝を設けてその
リング状シートと当接させ、それら起歪体、保護ダイヤ
フラムおよびリング状シートを被うようにして筒型押え
ねじをその導圧部にねじ込んでそのＶ溝にリング状シー
トを食い込ませたから、測定する流体が保護ダイヤフラ
ムに接液して起歪体に直接接液せず、それら保護ダイヤ
フラムと導圧部間が密封され、強酸性の流体圧力を長期
間測定しても起歪体が腐食し難くなり、経時的に正確な
測定および耐久性を確保できる。また、保護ダイヤフラ
ムを導圧部に当接させ、保護ダイヤフラムの導圧部との
当接面に環状の凹部又は凸部を設ける一方、その導圧部
にその凹部又は凸部に嵌まる凸部又は凹部を設け、その
凸部の高さを凹部の深さより高く設定するとともに、そ
れら起歪体、保護ダイヤフラムを被うようにして筒型押
えねじをその導圧部にねじ込んでそれら凹凸部を圧接さ
せたから、凸部の頂部が凹部内の狭い面積で集中して圧
接し、耐圧シール性が良好となって測定圧力レンジが拡
大するうえ、測定する流体中に微細な固形物が混入して
いても保護ダイヤフラムと導圧部間にそれが溜まり難く
なって固形物シール性も良好となる。さらに、耐食性合
成樹脂製の保護ダイヤフラムを合成樹脂性の導圧部に当
接させ、それら導圧部および保護ダイヤフラムの当接面
を互いに直接又は融着シートを介して融着させてシール
する構成では、それら導圧部および保護ダイヤフラム間
の密着性が高まり、測定圧力レンジが拡大されるととも
に固形物シール性も良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の圧力センサの一実施例を示す縦断面図
である。

【図２】図１の圧力センサの要部拡大断面図である。

【図３】本考案の圧力センサの他の実施例を示す縦断面
図である。

【図４】図３の圧力センサの要部を分解した拡大断面図
である。

【図５】本考案の圧力センサの更に別の実施例を示す縦
断面図である。

【符号の説明】

１ 導圧部 １ａ 嵌合突部 １ｂ 端面 ３ａ、３ｂ ねじ溝 ５ 中空部 ７ 保護ダイヤフラム ７ａ 台座 ７ｂ Ｖ溝（凹部） ９ リング状シート １１ 起歪体 １３ リード線 １５ 押えねじ １５ａ 端面部 １５ｂ 導出孔 １７ 固形物 １９ 逆Ｖ突起（凸部） ２１ 融着シート

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部に連通する中空部を有する導圧部
   と、前記中空部を塞ぐように固定され前記中空部内の流
   体圧力に基づく変位に応じた電気信号を出力する起歪体
   とを有する圧力センサにおいて、 前記起歪体の前記中空部側にてこの中空部を囲むように
   前記導圧部にはめられた樹脂性のリング状シートと、 前記中空部を塞ぐとともに前記流体の圧力を前記起歪体
   側へ伝達する耐食性合成樹脂製の保護ダイヤフラムであ
   って前記リング状シートを介して前記導圧部に当接され
   かつ前記リング状シートとの当接面にこれに沿った環状
   のＶ溝を有する保護ダイヤフラムと、 前記起歪体、保護ダイヤフラムおよびリング状シートを
   被うようにして前記導圧部にねじ込まれ前記Ｖ溝に前記
   リング状シートを食い込ませる筒型押えねじと、 を具備してなることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 外部に連通する中空部を有する導圧部
   と、前記中空部を塞ぐように固定され前記中空部内の流
   体圧力に基づく変位に応じた電気信号を出力する起歪体
   とを有する圧力センサにおいて、 前記起歪体の前記中空部側にて、前記中空部を塞ぐとと
   もに前記流体の圧力を前記起歪体側へ伝達する耐食性合
   成樹脂製の保護ダイヤフラムであって、前記導圧部に当
   接されこれとの当接面に環状の凹部又は凸部を有する保
   護ダイヤフラムと、 前記保護ダイヤフラムの凹部又は凸部に嵌まる凸部又は
   凹部を有する前記導圧部と、 前記起歪体、保護ダイヤフラムを被うようにして前記導
   圧部にねじ込まれて前記凹凸部を圧接させる筒型押えね
   じと、 を具備し、前記凸部の高さを前記凹部の深さより高くし
   てなることを特徴とする圧力センサ。