JP2552093B2

JP2552093B2 - 圧力センサ

Info

Publication number: JP2552093B2
Application number: JP6139223A
Authority: JP
Inventors: 直弘福田
Original assignee: SAAPASU KOGYO KK
Current assignee: SAAPASU KOGYO KK
Priority date: 1993-06-29
Filing date: 1994-06-21
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH0772029A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は流体の圧力を検知する圧
力センサに係り、特に、例えば、半導体のウエット処理
において用いられる硝酸、塩酸等のような腐食性溶液の
圧力を検知する場合に好適に用いられる圧力センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超ＬＳＩ等の半導体製造プロセス
においては、ウェハの表面洗浄やエッチング処理等にお
いて多数のウエット処理が行なわれており、これらの処
理では、通常の半導体用グレードより高純度、高清浄度
の腐食性溶液、すなわち、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（Ｈ
Ｃｌ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フッ化水素酸（ＨＦ）等を
含む腐食性溶液が用いられている。

【０００３】図５は、これらの溶液の圧力を検知するセ
ンサの一例である圧力センサ１を示している。この圧力
センサ１は略円筒状のステンレス製のハウジング２の先
端部壁面２a中央に、厚みを周囲より薄くしてなるダイ
ヤフラム部３が形成され、該ダイヤフラム部３には注入
されたシリコンオイル４を介してセンサ素子５の感圧部
５ａが密着され、該センサ素子５はＯリング６、センサ
押え板７及びセンサ押え螺子８により該ハウジング２内
に固定され、センサ押え螺子８には温度補償回路が形成
された温度補償基板９が当接され、該温度補償基板９に
はケーブル１０が接続され、このケーブル１０はキャッ
プ１１及びＯリング１２，１３によりハウジング２に固
定されている。この圧力センサ１は、Ｏリング１４を介
して腐食性溶液Ｓが充填されたケース１５に密着した状
態で固定されている。

【０００４】この圧力センサ１においては、センサ素子
５の感圧部５ａがシリコンオイル４及びダイヤフラム部
３を介して腐食性溶液Ｓの圧力を検知し、この圧力値は
電気信号に変換されて温度補償基板９により抵抗値の温
度変化が補正され、外部に取り出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の圧力センサ１で
は、ハウジング２の材質がステンレスであるために硝酸
（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フ
ッ化水素酸（ＨＦ）等の強酸に侵され易く、耐薬品性が
不十分であるという欠点があった。また、感圧部５ａが
シリコンオイル４及びダイヤフラム部３を介して腐食性
溶液Ｓの圧力を検知しているために、シリコンオイル４
により測定精度及び応答性が低下し、測定精度及び応答
性を向上させることが難しいという欠点もあった。

【０００６】そこで、本出願人は、耐薬品性および測定
精度を向上させることを目的として、ハウジングをフッ
素樹脂を主成分とする材料によって構成するとともに、
フッ素樹脂のガス透過性を補うためにハウジングのダイ
ヤフラム部に対向するセンサ素子の感圧部を耐薬品性の
優れたガラスによって構成する圧力センサを案出し、特
願平４ー２７６３７３号として出願した。

【０００７】しかしながら、上記圧力センサにあって
は、以下の新たな問題点があることがわかった。すなわ
ち、フッ素樹脂は熱膨張量あるいは熱収縮量が大きく、
ハウジング全てをフッ素樹脂で作る場合、体積が大きく
なる分、温度変化に伴う熱伸縮量が増す。特に、ダイヤ
フラム部は極薄く作られているため、ハウジングが熱等
によって変形する場合、その影響を受け易いことから、
温度変化に伴う測定誤差が大きくなる欠点があった。ま
た、ダイヤフラム部に対してセンサ素子を同軸状に配置
するのが好ましいが、ダイヤフラム部はハウジングと一
体的に作られているため、組付時においてセンサ素子と
ダイヤフラム部とが同軸状位置からずれる場合には、そ
れを補正することができず、このことが前記測定誤差を
大きくさせるという欠点をより助長していた。

【０００８】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、耐薬品性を向上させることができるのは勿
論、それに加えて、センサとしての測定精度及び応答性
をさらに向上させることができる圧力センサを提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明では、ハウジングに壁面の厚さ
を周囲の壁面の厚さよりも薄く設定したダイヤフラム部
を設け、該ダイヤフラム部に感圧部が対向するように前
記ハウジング内にセンサ素子を収容し、ハウジングが流
体中に挿入されたときに流体の圧力を前記感圧部がダイ
ヤフラム部を介して検知する圧力センサにおいて、前記
ハウジングをフッ素樹脂を主成分とする材料によって構
成するとともに、前記センサ素子の感圧部をガラスによ
り構成し、しかも、前記ハウジングを、少なくともダイ
ヤフラム部を含む部分とセンサ素子を収容する部分とに
分れる多分割構造にしたことを特徴とする。請求項２記
載の発明では、前記ダイヤフラム部と前記感圧部とのい
ずれか一方に、互いに接近する方向へ突出する突出部を
設けたことを特徴とする。請求項３記載の発明では、前
記感圧部を構成する耐蝕性材料として、ガラスを用いた
ことを特徴とする。請求項４記載の発明では、前記感圧
部を構成する耐蝕性材料として、金属の表面にコーティ
ングしたセラミックスを用いたことを特徴とする。さら
に、請求項５記載の発明では、測定対象となる流体の圧
力をかける前の初期状態で、前記感圧部に予め初期圧力
をかけるように、前記ダイヤフラム部を前記感圧部に当
接させた状態でハウジング本体内に組み付けていること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１記載の圧力センサでは、ハウジングを
フッ素樹脂を主成分とする材料とすることにより、硝酸
（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フ
ッ化水素酸（ＨＦ）等を含む腐食性溶液に対する耐薬品
性が向上する。このフッ素樹脂は、腐食性溶液に対する
耐薬品性は優れているが、一般的に樹脂にはガス透過が
あるために腐食性ガスがダイヤフラム部を透過してハウ
ジング内に侵入しセンサ素子を劣化させてしまうという
欠点がある。そこで、前記センサ素子の感圧部を耐薬品
性に優れた耐蝕性材料とすることにより、センサ素子の
劣化を防止する。

【００１１】また、前記ハウジングを、少なくともダイ
ヤフラム部を含む部分とセンサ素子を収容する部分とに
分れる多分割構造にし、前記センサ素子を収容する部分
であるハウジング本体の変形が直接ダイヤフラム部に伝
わらないようにしたため、ハウジングを腐食性溶液に対
する耐薬品性は優れているものの熱膨張量あるいは熱収
縮量が大きいフッ素樹脂で作ったところで、熱変形のダ
イヤフラム部への影響を少なくすることができ、もって
測定精度を向上させることができる。

【００１２】また、請求項２記載の圧力センサによれ
ば、前記ダイヤフラム部と前記感圧部とのいずれか一方
に、互いに接近する方向へ突出する突出部を設け、この
突出部を介して両者を当接させるようにしたため、ダイ
ヤフラム部をセンサ素子の受圧部との当接部分を常に一
定箇所（例えば、ダイヤフラム部および受圧部の各中央
箇所）に設定することができ、ダイヤフラム部の変化を
一定の関係をもって受圧部に伝えることができる。ま
た、バランス良く当接させるために、該ダイヤフラム部
の受圧部対向面側をフラットに精密加工していたが、そ
のような手間は不要になる。

【００１３】請求項３記載の圧力センサによれば、前記
感圧部を構成する耐蝕性材料として、ガラスを用いてお
り、ガラスは加工が容易でかつ容易に入手できしかも非
常に耐蝕性に優れるので、本発明の圧力センサの感圧部
として好適である。

【００１４】請求項４記載の圧力センサによれば、前記
感圧部を構成する耐蝕性材料として、金属の表面にコー
ティングしたセラミックスを用いており、ベースとなる
金属として加工性に優れるものを用いれば、センサ素子
の感圧部を任意に形状に容易に加工することができる。
しかも、感圧部に必要な強度を、ベースとなる金属に持
たせることにより、セラミックスのコーティング層の厚
みは、耐薬品性を有するに必要最小限に止めることがで
き、このように、弾性としての機能が小さいセラミック
スのコーティング層をできるだけ薄くすることにより、
耐蝕性を維持しつつ測定精度をより向上させることがで
きる。

【００１５】さらに、請求項５記載の発明では、初期状
態で感圧部に予め初期圧力をかけているため、この種圧
力センサで生じがちな測定時のヒステリシスの発生を未
然に防止でき、その分測定精度を向上させることができ
る。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る実施例の圧力センサにつ
いて図面を参照して説明する。〈第１実施例〉図１ないし第３図は、圧力センサ２１の
第１実施例を示す図である。なお、この圧力センサ２１
は従来の圧力センサ１を改良したものであり、図１にお
いて図２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を
省略する。

【００１７】この圧力センサ２１では、略円筒状のテフ
ロン（フッ素樹脂）製のハウジング２２の先端部壁面中
央に、厚みを周囲より薄くしてなるダイヤフラム部２３
が形成され、該ダイヤフラム部２３にはセンサ素子２４
の感圧部２４ａが密着されている。テフロン（フッ素樹
脂）は、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2
ＳＯ4）、フッ化水素酸（ＨＦ）等を含む腐食性溶液に
腐食され難く、極めて耐薬品性に優れている。また、こ
こでは、感圧部２４ａを耐薬品性に優れたガラスとする
ことにより、ダイヤフラム部２３を透過した腐食性ガス
による劣化を防止している。

【００１８】前記ハウジング２２は、ダイヤフラム部２
３を含む流体導入部２５と、その後部に配置されてセン
サ素子２４を収容するハウジング本体２６とからなる２
分割構造になっている。ハウジング本体２６の前部に設
けられた雌螺子部２６ａは、流体導入部２５の後部に設
けられた雄螺子部２５ａに螺合され、またそれらの螺合
部分にピン２７が挿入されることにより、流体導入部２
５とハウジング本体２６とは一体的に連結されている。
流体導入部２５とハウジング本体２６とは、前記したよ
うにともにフッ素樹脂によって作られる。なお、２８は
ハウジング本体２６の外周を覆うハウジングカバー、２
９は中継基板である。

【００１９】また、前記ダイヤフラム部２３の中央に
は、図３に示すように感圧部２４ａ側へ突出する突出部
２８が形成されている。この突出部２８は、ダイヤフラ
ム部２３と同軸状に設けられる前記センサ素子２４の感
圧部２４ａの中央に当接する。

【００２０】さらに、前記流体導入部２５を前記ハウジ
ング本体２６に組み付ける際、ダイヤフラム部２３に流
体の圧力が加わらない初期状態において、感圧部２４ａ
に予め所定の圧力が加わるように、前記ダイヤフラム部
２３の突出部２８を感圧部２４ａに当接させてかつ同突
出部２８を感圧部２４ａ側へ若干押圧させた状態で組み
付けている。

【００２１】この圧力センサ２１においては、センサ素
子２４の感圧部２４ａがダイヤフラム部２３にかかる腐
食性溶液の圧力を直接検知し、この圧力値は電気信号に
変換されて温度補償基板９により抵抗値の温度変化が補
正され、外部に取り出される。したがって、従来のよう
にシリコンオイルによる測定精度及び応答性の低下がな
く、測定精度及び応答性が向上する。

【００２２】上記圧力センサ２１によれば、ハウジング
２２をテフロン（フッ素樹脂）製としたので、硝酸（Ｈ
ＮＯ3）、塩酸（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フッ化
水素酸（ＨＦ）等を含む腐食性溶液に腐食され難く、耐
薬品性を大幅に向上させることができる。また、感圧部
２４ａを耐薬品性に優れたガラスとしたので、ダイヤフ
ラム部２３を透過した腐食性ガスによる劣化を防止する
ことができ、耐薬品性を大幅に向上させることができ
る。

【００２３】また、前記ハウジング２２を、ダイヤフラ
ム部２３を含む部分である流体導入部２５と、センサ素
子２４を収容する部分であるハウジング本体２６との２
分割構造にしたので、ハウジング本体２６の変形が直接
ダイヤフラム部２３に伝わることがなく、ハウジング２
２を腐食性溶液に対する耐薬品性は優れているものの熱
膨張量あるいは熱収縮量が大きいフッ素樹脂で作ったと
ころで、ハウジング本体２６側のダイヤフラム部２３へ
の熱変形の影響を少なくすることができ、もって、耐薬
品性並びに測定精度を同時に向上させることができる。

【００２４】また、上記のようにダイヤフラム部２３を
含む部分である流体導入部２５をハウジング本体２６か
ら分割する構造にしたので、加工対象が小さくなる分ダ
イヤフラム部２３の加工精度を上げることができ、合わ
せて、流体導入部２５をハウジング本体２６に組み付け
る際、両者の位置調整ができることから、ダイヤフラム
部２３をセンサ素子２４の感圧部２４ａに同軸状となる
よう正確に組み付けることができる。ダイヤフラム部２
３を感圧部２４ａに同軸状に配置するのが最もダイヤフ
ラム部の変位を検知し易くなることから、この点におい
ても測定精度を向上させることができる。

【００２５】また、前記ダイヤフラム部２３の中央に突
出部２８を設け、この突出部２８を介してダイヤフラム
部２３の変位をセンサ素子２４に伝えるようにしてお
り、ダイヤフラム部２３の変化を一定の関係をもって感
圧部２４ａに確実に伝えることができるため、より一
層、測定精度を向上させることができる。ちなみに、ダ
イヤフラム部２３に突出部２８を設けない場合には、ダ
イヤフラム部２３の変位をセンサ素子２４に伝えるため
に、ダイヤフラム部２３のセンサ素子２４への当接面を
フラットに仕上げ、かつこのフラットな当接面をセンサ
素子２４の感圧部２４ａの面に対して平行に仕上げる必
要があるが、実際の加工は難しく、所望どおりの精度が
出ず、ひいては測定精度が低下する不具合が生じる。

【００２６】さらに、この圧力センサ２１では、前記ダ
イヤフラム部２３の突出部２８を感圧部２４ａに当接さ
せてかつ同突出部２８を感圧部２４ａ側へ若干押圧させ
た状態で組み付け、これにより、初期状態で感圧部２４
ａに予め初期圧力をかけているので、この種圧力センサ
において、センサ素子自身の弾性に伴う測定時のヒステ
リシスの発生を未然に防止でき、その分測定精度を向上
させることができる。

【００２７】〈第２実施例〉第４図は圧力センサ２１の
第２実施例の要部を示す図である。前記第１実施例で
は、センサ素子２４の感圧部を構成する耐蝕性材料とし
てガラスを用いているが、この実施例では、センサ素子
２４の感圧部を構成する耐蝕性材料として金属３１の表
面にコーティングしたセラミックス３２を用いている。

【００２８】金属３１は、例えば、耐熱性に優れるハス
テロイが用いられ、セラミックス３２としては炭化ケイ
素が用いられる。金属３１は有底円弧状に形成されてお
り、その円筒部はセンサ素子２４を把持する把持部とし
ての機能し、円板状の底部はその前記ダイヤフラム部２
３側に前記セラミックス３２をコーティングされて感圧
部として機能する。

【００２９】この第２実施例の圧力センサによれば、セ
ンサ素子２４の感圧部を構成する耐蝕性材料として、金
属３１の表面にコーティングしたセラミックス３２を用
いており、ベースとなる金属として加工性に優れるもの
を用いれば、任意に形状に容易に加工することができ
る。しかも、センサ素子の感圧部に必要な強度を、ベー
スとなる金属に持たせることにより、セラミックス３２
のコーティング層の厚みは、耐薬品性を有するに必要最
小限に止めることができ、このように、弾性としての機
能が小さいセラミックス３２のコーティング層をできる
だけ薄くすることにより、耐蝕性を維持しつつ測定精度
をより向上させることが可能となる。

【００３０】なお、本発明は前記実施例のみに限定され
るものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であ
れば、種々の変更を加え得るのは勿論である。例えば、
前記各実施例では、ハウジング２２を２分割構造にして
いるが、これに限られることなく、３分割あるいはそれ
以上の多分割構造にしてもよく、要は、ダイヤフラム部
２３を含む部分と、他の部分とを別体に構成すればよ
い。また、前記各実施例では、ダイヤフラム部２３の中
央に突出部２８を設けたが、これに限られることなく、
逆にダイヤフラム部２３に対向するセンサ素子２４の感
圧部２４ｅ側中央に突出部を設けてもよい。

【００３１】また、前記実施例では、センサ素子２４の
感圧部を構成するものとしてガラスあるいは金属の表面
にコーティングしたセラミックスを用いているが、これ
に限られることなく、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸（ＨＣ
ｌ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フッ化水素酸（ＨＦ）等を含
む腐食性溶液に腐食され難い材料であれば、他の材料、
例えば、金属の表面に耐酸性の被膜を形成する不働態化
処理を行ったものであってもよい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の圧力
センサによれば、ハウジングをフッ素樹脂を主成分とす
る材料によって構成したから、硝酸（ＨＮＯ3）、塩酸
（ＨＣｌ）、硫酸（Ｈ2ＳＯ4）、フッ化水素酸（ＨＦ）
等を含む腐食性溶液に腐食され難く、耐薬品性を大幅に
向上させることができ、また、ダイヤフラム部にシリコ
ンオイル等を介在させることなく、センサ素子の感圧部
を直接当接させるようにしたので、測定精度及び応答性
の低下がなく測定精度及び応答性を大幅に向上させるこ
とができ、加えて、センサ素子の感圧部をガラスによっ
て構成したので、ダイヤフラム部を通る腐食性ガスによ
っても該感圧部が劣化することはない。

【００３３】また、前記ハウジングを少なくともダイヤ
フラム部を含む部分とセンサ素子を収容する部分とに分
れる多分割構造にし、前記センサ素子を収容する部分で
あるハウジング本体の変形が直接ダイヤフラム部に伝わ
らないようにしたため、ハウジングを腐食性溶液に対す
る耐薬品性は優れているものの熱膨張量あるいは熱収縮
量が大きいフッ素樹脂で作ったところで、ハウジング本
体の熱変形のダイヤフラム部への影響を少なくすること
ができ、もって測定精度を向上させることができ、合わ
せて、ダイヤフラム部をセンサ素子の感圧部に対し同軸
状となるように正確に位置合わせすることができる。

【００３４】また、請求項２記載の圧力センサよれば、
ダイヤフラム部と感圧部とのいずれか一方に、互いに接
近する方向へ突出する突出部を設け、この突出部を介し
て両者を当接させるようにしたため、ダイヤフラム部の
変化を一定の関係をもって受圧部に伝えることができ、
したがって、さらに測定精度を向上させることができ
る。

【００３５】また、請求項３記載の圧力センサによれ
ば、感圧部を構成する耐蝕性材料として、ガラスを用い
ているので、耐蝕性に優れる構造を簡単かつ容易に作る
ことができる。

【００３６】また、請求項４記載の圧力センサによれ
ば、感圧部を構成する耐蝕性材料として、金属の表面に
コーティングしたセラミックスを用いており、ベースと
なる金属として加工性に優れるものを用いれば、センサ
素子の感圧部を任意に形状に容易に加工することができ
る。しかも、感圧部に必要な強度を、ベースとなる金属
に持たせることにより、セラミックスのコーティング層
の厚みは、耐薬品性を有するに必要最小限に止めること
ができ、このように、弾性としての機能が小さいセラミ
ックスのコーティング層をできるだけ薄くすることによ
り、耐蝕性を維持しつつ、測定精度をより向上させるこ
とができる。

【００３７】さらに、請求項５記載の発明では、初期状
態で感圧部に予め初期圧力をかけているため、この種圧
力センサで生じがちな測定時のヒステリシスの発生を未
然に防止でき、より一層、測定精度を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の圧力センサを示す断面図
である。

【図２】図１のＸ方向の矢視図である。

【図３】ダイヤフラム部の拡大図である。

【図４】本発明の第２実施例の圧力センサの要部を示す
断面図である。

【図５】従来の圧力センサを示す断面図である。

【符号の説明】

２１圧力センサ２２ハウジング２３ダイヤフラム部２４センサ素子２４ａ感圧部２５流体導入部２６ハウジング本体２８突出部３１金属３２セラミックス９温度補償基板１０ケーブルＳ腐食性溶液

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ハウジングに壁面の厚さを周囲の壁面の
厚さよりも薄く設定したダイヤフラム部を設け、該ダイ
ヤフラム部に感圧部が対向するように前記ハウジング内
にセンサ素子を収容し、ハウジングが流体中に挿入され
たとき流体の圧力を前記感圧部がダイヤフラム部を介し
て検知する圧力センサにおいて、前記ハウジングをフッ素樹脂を主成分とする材料によっ
て構成するとともに、前記センサ素子の感圧部を耐蝕性
材料により構成し、しかも、前記ハウジングを、少なく
ともダイヤフラム部を含む部分とセンサ素子を収容する
部分とに分れる多分割構造にしたことを特徴とする圧力
センサ。
【請求項２】請求項１記載の圧力センサにおいて、前
記ダイヤフラム部と前記感圧部とのいずれか一方に、互
いに接近する方向へ突出する突出部を設けたことを特徴
とする圧力センサ。
【請求項３】請求項１または２記載の圧力センサにお
いて、前記感圧部を構成する耐蝕性材料として、ガラス
を用いたことを特徴とする圧力センサ。
【請求項４】請求項１または２記載の圧力センサにお
いて、前記感圧部を構成する耐蝕性材料として、金属の
表面にコーティングしたセラミックスを用いたことを特
徴とする圧力センサ。
【請求項５】請求項２〜４のいずれか１項に記載の圧
力センサにおいて、測定対象となる流体の圧力をかける
前の初期状態で、前記感圧部に予め初期圧力をかけるよ
うに、前記ダイヤフラム部を前記感圧部に当接させた状
態でハウジング本体内に組み付けていることを特徴とす
る圧力センサ。