JP7214177B1

JP7214177B1 - pressure sensor

Info

Publication number: JP7214177B1
Application number: JP2022132249A
Authority: JP
Inventors: 満芳相澤; 久則増田; 喜則川村; 度昊李
Original assignee: 合同会社エルエーサイエンス・ラボ; 株式会社ジェム－テック
Priority date: 2022-08-23
Filing date: 2022-08-23
Publication date: 2023-01-30
Anticipated expiration: 2042-08-23
Also published as: JP2024029841A; KR102553786B1

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 capable of accurately measuring the pressure of a pressure medium at a higher temperature. A pressure sensor (1) used in a semiconductor manufacturing apparatus includes a hollow cylindrical housing (2), a first base (3) provided on one end side of the housing (2), and a pressure sensor (1) provided on the other end side of the housing (2). a diaphragm 5a supported by the first base 3 and elastically deformed when receiving pressure P; A sensor portion 6 that converts into an electric signal, a rod pin 7 penetrating through the first base 3 and the second base 4 and provided between the diaphragm 5a and the sensor portion 6, and the outer surface of the second base 4 A first sliding member 10 is provided between the inner peripheral surface of the housing 2, and the rod pin 7 is made of a metal material having a linear thermal expansion coefficient of 1.3×10-6/°C or less from 30°C to 100°C. formed by [Selection drawing] Fig. 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 used in semiconductor manufacturing equipment to measure 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 Conventionally, 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. If the medium to be measured becomes very hot, 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_２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 hot pressure media, such as many specialty gases used in semiconductor manufacturing processes. In particular, among the important processes in the semiconductor manufacturing process, there is the formation of an insulating film such as _SiO2 on the surface of a silicon wafer in a diffusion furnace, and the deposition of a thin film on a silicon substrate called CVD (Chemical Vapor Deposition). There is a process using the law. These steps also include a step of supplying a raw material gas containing thin film components to a reaction vessel in a thermal oxidation device or a CVD device to deposit a film on the substrate surface by 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 deposition processes, a method of increasing the temperature in the container and the temperature of the supplied gas to increase the chemical reaction rate of the gas has been used. In semiconductor manufacturing apparatuses used in such semiconductor manufacturing processes, pressure sensors used for process control are required to be heat resistant, particularly pressure sensors having a heat resistance of 250° C. or higher are required.

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, the conventional pressure sensor may become difficult to use when the temperature of the pressure medium reaches 180° C. or higher. For example, in pressure sensors with metal strain gauges using CrNi material, the temperature of the pressure medium is limited to 150°C. In addition, a general Si semiconductor strain gauge is difficult to use because of its large temperature drift and instability at 100° C. or higher. A strain gauge using SiC has also been developed, but the coating of the wiring used inside carbonizes at 180° C. to 250° C., making it unusable. In addition, the electronic circuitry associated with the pressure sensor must be isolated from the pressure receiving portion to which pressure is applied, since exposure to high temperatures will damage the electronic circuitry.

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 detecting element of the pressure sensor is isolated from the pressure receiving portion, which becomes high temperature, and the temperature of the pressure detecting element is lowered to, for example, 100° C. or less. For example, in Non-Patent Document 1, in order to transmit displacement to a pressure detecting element isolated from a pressure receiving part in a high temperature environment, a coiled thin tube filled with silicon oil is placed between the pressure receiving part and the pressure detecting element. A pressure sensor comprising: In the pressure sensor described in Non-Patent Document 1, the space provided between the pressure-receiving part and the pressure detecting element cools the heat from the pressure-receiving part received by the silicon oil filled in the thin tube, and the pressure detecting element side By reducing the influence of heat on the pressure, the pressure is measured in a high-temperature environment.

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 due to the heat resistance temperature of silicone oil being 250°C. In particular, at a heating temperature of 250° C. or higher, silicon 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 the metal thin tube of the pressure sensor expand in proportion to the increase in the heating temperature, and the diaphragm of the pressure detection element on the end face of the thin tube is pressed. Become. In other words, the pressure transmission stress and the expansion stress of the narrow tube due to the temperature rise and the pressure displacement stress of the heat-resistant silicone oil are combined to form a stress that pushes up the diaphragm of the pressure detection element, so that 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 set a relatively long distance between the pressure receiving portion and the pressure detecting element for air cooling. The distance between the part and the pressure detection element is further increased. Therefore, the speed of pressure transmission from the pressure receiving portion to the pressure detecting element is slowed down.

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 in which the pressure detecting element of a pressure sensor is isolated from a pressure receiving portion that becomes hot and lowers the temperature of the pressure detecting element, Patent Document 1 discloses that a rod pin is provided between the pressure receiving portion and the pressure detecting element. A pressure sensor is disclosed which has a structure in which a rod pin transmits the pressure of a pressure receiving portion to a pressure detecting 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 metal such as stainless steel used for the metal container has relatively large thermal expansion. Also, since the rod pin is made of metal such as stainless steel, it has a relatively large coefficient of thermal expansion. Both the metal container and the rod pin of the pressure sensor thermally expand as the heating temperature rises and are pressed against the central portion of the pressure detection element as stress. Therefore, the combined stress of the pressure stress and the thermal expansion stress is transmitted to the sensing surface of the pressure sensing element, resulting in an error in the measured pressure.

特開平４－２９０９３７号公報JP-A-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, “Series 35XHTC Data Sheet”, [online], September 15, 2020, [searched 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 the prior art, it was difficult to accurately measure the pressure of the 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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pressure sensor capable of accurately measuring 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-described problems, a pressure sensor according to the present invention is a pressure sensor used in a semiconductor manufacturing apparatus, comprising a hollow cylindrical housing and a first base provided at one end 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 pressure is applied; and an elastic diaphragm supported by the second base. a pressure detection element that detects stress due to deformation and converts it into an electrical signal; and a pressure transmission member penetrating through the first base and the second base and provided between the diaphragm and the pressure detection element. and a first sliding member provided between the outer surface of the second base and the inner peripheral surface of the housing, wherein the pressure transmission member has a linear thermal expansion coefficient of 1.3 between 30°C and 100°C. It is characterized by being made 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 extending along the central axis of the housing in the longitudinal direction, and the pressure transmission member comprises the above-described pressure transmission member. It may be inserted through the 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。 Further, the pressure sensor according to the present invention further includes a plurality of struts provided between the first base and the second base, the plurality of struts extending around the pressure transmission member. It may be provided in parallel with the central axis at a position spaced apart from the central axis so as to surround.

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 transmission member may be made 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。 Moreover, in the pressure sensor according to the present invention, the first sliding member may be made of a material containing a fluororesin having 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 split in the longitudinal direction, and the divided portions may be configured such that the length of the pressure transmission member in the longitudinal direction can be adjusted. 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 struts may be made 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。 Further, in the pressure sensor according to the present invention, a support plate provided between the first base and the second base and supporting the plurality of struts and the pressure transmission member; and the support plate. and a second sliding member disposed between the housing and the inner peripheral surface of the housing, wherein the second sliding member is formed of a material containing fluororesin having relatively low thermal conductivity among resin materials. may have been

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 that passes through the first base and the second base and is provided between the diaphragm and the pressure detecting element, and the connection between the outer surface of the second base and the inner peripheral surface of the housing. and a first sliding member provided therebetween, and the pressure transmitting member is made of a metal material having a linear thermal expansion coefficient of 1.3×10 ^-6 /°C or less from 30°C to 100°C. Therefore, it is possible to accurately measure the pressure of the 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。1A and 1B are schematic cross-sectional views, and FIG. 1B is a schematic plan view of FIG. 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。3A and 3B are diagrams showing a structural example of the housing of the pressure sensor according to the present embodiment, where FIG. 3A is a front view and FIG. 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 this 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 this 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 effect 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。 Preferred embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. FIG.
[Embodiment]
First, the outline of the pressure sensor 1 according to the embodiment of the present invention will be explained. FIG. 1(a) is a schematic cross-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 as viewed from 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. A pressure sensor 1 is provided in a semiconductor manufacturing apparatus, and measures a pressure P of a pressure medium, such as a gas, having a temperature of 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 portion 5, and a sensor portion (pressure detecting element) 6. Inside the hollow cylindrical housing 2 are: A first base 3, a second base 4, a rod pin (pressure transmission member) 7, struts 8a, 8b, 8c, and a support plate 9 are accommodated. A pressure P applied to the pressure receiving portion 5 is transmitted to the sensor portion 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 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 portion 5, the sensor portion 6, the rod pin 7, the struts 8a, 8b, 8c, the support plate The structure including 9, the first sliding member 10, and the second sliding member 11 is called the main body of the pressure sensor 1. As shown in FIG. In the pressure sensor 1 according to the present embodiment, each structure of the main body and the housing 2 are successively 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 in a cylindrical shape having a hollow portion with a circular cross section penetrating in the direction of the axis O. As shown in FIG. Openings are formed at both ends of the housing 2, and a pressure receiving portion 5 for receiving a pressure P applied from the outside is provided at one end. On the other end side of the housing 2, a sensor section 6 is provided for detecting stress due to elastic deformation of the diaphragm 5a in the pressure receiving section 5 and converting it into an electric signal. The longitudinal length of the housing 2 is set according to the temperature of the pressure P to be measured. Note that the longitudinal axis O of the housing 2 may be referred to as the axis O of the pressure sensor 1 hereinafter.

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, for example, 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 increase the heat transfer area in order to dissipate the heat from the pressure receiving portion 5 . (a) of FIG. 3 shows a front view of a housing 2 having an outer peripheral surface on which a fin structure is formed, and (b) of FIG. A plan view is shown. With such a structure of the housing 2, it is possible to efficiently dissipate heat from the pressure receiving portion 5 which is exposed to high temperatures, and to suppress fluctuations in temperature inside the housing 2 in which the main body portion is accommodated. .

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 pressure P at a high temperature of 300° C., the length in the longitudinal direction of the housing 2 can be set to 145 [mm] and the length in the radial direction can be set to 50 [mm]. The length of the housing 2 in the longitudinal direction, that is, the distance between the pressure receiving portion 5 and the sensor portion 6 in the body portion 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 longitudinal length of the housing 2 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 portion 5 side. The first base 3 is formed into a substantially cylindrical column having a circular cross section with a diameter substantially matching the inner diameter of the housing 2 . The first base 3 supports the pressure receiving portion 5 on one bottom surface 3a side. The other bottom surface 3 b 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 toward the other bottom surface 3b. The diameter of the through hole 3c is slightly larger than the diameter of the rod pin 7, which will be described later. In addition, a projecting structure is formed along the direction of the axis O at the outer edge portion of the bottom surface 3a. Due to the protruding structure of the bottom surface 3a, a recess directed toward the inner side of the first base 3 is formed in the region around the axis O. As shown in FIG. This recessed structure forms a space that allows deflection of the diaphragm 5a of the pressure receiving portion 5 due to the pressure P. As shown in FIG.

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。 In addition, a protrusion lower than the protruding structure of the outer edge portion is formed so as to surround a 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 portion 5 can receive. . Further, on the side of the bottom surface 3b of the first base 3, one ends of support columns 8a, 8b, and 8c, which will be described later, are 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 portion 5 are 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 in 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. The other bottom surface 4 b 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 toward the other bottom surface 4b. The diameter of the through hole 4 c is slightly larger than the diameter of the rod pin 7 described later, and can be made equal to the diameter of the through hole 3 c 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 ends of the posts 8a, 8b, and 8c, which will be described later, are supported. The diameter of this non-through hole 4d can be slightly larger than the diameter of the struts 8a, 8b, 8c. Further, the depth of the non-through hole 4d in the direction of the axis O is, as shown in FIG. is deep enough to form The 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 section 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 axis O with respect to 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 portion 5 includes a pressure-receiving diaphragm 5a that elastically deforms when pressure P is received. One surface of the diaphragm 5a serves as a pressure receiving surface exposed to the outside. This pressure-receiving surface receives an external pressure P as a pressure to be measured, and is deformed by bending. to 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 portion 5 is made of stainless steel such as SUS316, for example. 1(b), the diaphragm 5a is formed of a disk-shaped stainless steel thin film, and the center point thereof coincides with the axis O of the pressure sensor 1. As shown in FIG.

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 accommodated in a case member 6c. The sensor unit 6 can have a sensor structure based on, for example, a strain resistance system, a capacitance system, a piezoelectric element system, or the like. For example, in the strain resistance method, 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 diaphragm 6 a coincides with axis O of pressure sensor 1 . One surface of the diaphragm 6a serves as a detection surface for detecting stress due to 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 face 7b of the rod pin 7 can be fixed to the center point region of the diaphragm 6a with an epoxy resin-based adhesive or the like. A gauge resistor (not shown) is arranged on the other side of the diaphragm 6a opposite to the side to which the rod pin 7 is joined, and the resistance value of the gauge resistor that 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 retaining ring 6e is provided between the diaphragm 6a and the signal processing section 6b. By providing the pressing ring 6e, the position of the diaphragm 6a along the axis O is fixed. Therefore, when the end surface 7b of the rod pin 7 presses the center of the diaphragm 6a, the pressure displacement of the diaphragm 5a of the pressure receiving portion 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 unit 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. The signal processing unit 6b is provided with a terminal (not shown) for connecting the pressure sensor 1 to an external electronic device, and the signal line 6d (see FIG. 2) to which the sensor output is supplied is connected to this terminal. be.

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 passes through the first base 3 and the second base 4 and is provided between the pressure receiving portion 5 and the sensor portion 6 . More specifically, one end surface 7a of the rod pin 7 in the longitudinal direction is joined to the diaphragm 5a of the pressure receiving portion 5, and the other end surface 7b is also joined to the diaphragm 6a of the sensor portion 6. It is inserted through the through hole 3 c of the first base 3 and the through hole 4 c 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 diameters of the through holes 3c and 4c so as to form a constant space that does not touch the through hole 3c of the first base 3 and the through hole 4c of the second base 4. can be Also, 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 through the through holes 3c and 4c of the first base 3 and the second base 4 and provided between the pressure receiving portion 5 and the sensor portion 6 along the axis O. , the pressure P applied to the pressure receiving portion 5 can be transmitted to the sensor portion 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 split in the longitudinal direction, and the split portion has an adjuster portion 7c for adjusting the length of the rod pin 7 in the longitudinal direction. For example, the adjuster portion 7c is configured by forming a female thread structure formed on one end of the rod pin 7 divided into two and a male thread structure that fits with the female thread structure formed on 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 divided rod pin 7 is attached to the adjuster. It can be joined at part 7c. The length of the rod pin 7 in the longitudinal direction is determined according to the distance between the pressure receiving portion 5 and the sensor portion 6 required for air cooling of the main body heated by the pressure medium measured by the pressure sensor 1. be.

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. As shown in FIG. 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 temperature conditions (ordinary temperature 30° C. to 100° C., −20° C. to 60° C.). 5A to 5C are diagrams showing representative values of thermal linear expansion coefficients of various metal materials in 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 FIG. 5, Super Invar is, for example, a metal material having a coefficient of linear thermal expansion that is 1/35 that of stainless steel (SUS304). and extremely low. Therefore, by forming the rod pin 7 from Super Invar, it is possible to realize a pressure transmission member that is not affected by the stress due to the linear thermal expansion of the rod pin 7 itself.

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。 The end faces 7a and 7b of the rod pin 7 can be fixedly joined to the diaphragm 5a of the pressure receiving portion 5 and the diaphragm 6a of the sensor portion 6, respectively, by welding or adhesive.

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 struts 8 a , 8 b , 8 c are elongate columnar members provided between the first base 3 and the second base 4 . More specifically, the columns 8 a , 8 b , 8 c are provided between the first base 3 and the second base 4 through the support plate 9 . The diameter of the struts 8a, 8b, 8c can be made equal to the diameter of the rod pin 7. The struts 8a, 8b, and 8c are arranged parallel to the axis O at positions spaced apart from the rod pin 7 on the axis O by a certain distance so as to surround the rod pin 7 when the housing 2 is viewed from the direction of the arrow A. It is designed to be

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, particularly a coefficient of linear thermal expansion of 1.3×10 ⁻⁶ /° C. or less from 30° C. to 100° C. can be formed. The struts 8a, 8b, and 8c are also made of Super Invar, which has an extremely low coefficient of thermal expansion, similarly to the rod pin 7, so that the thermal expansion of not only the rod pin 7 but also 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 8 a , 8 b , 8 c is fixedly joined to the first base 3 . The other ends of the columns 8a, 8b, and 8c are inserted into the non-through holes 4d of the second base 4, respectively, and provided movably in the direction of the axis O with respect to the second base 4. As shown in FIG. More specifically, between the other ends of the struts 8a, 8b, 8c and the bottom surface of the non-through hole 4d, there is a play space that allows the struts 8a, 8b, 8c to move along the direction of the axis O. 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 portion of the housing 2 . The support plate 9 can be arranged, for example, at half the length along the axis O from the first base 3 to the second base 4 . The support plate 9 is formed in a substantially cylindrical shape having a circular cross section with a diameter substantially matching 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 support plate 9 in the direction of the axis O, and the rod pin 7 is inserted through the through hole 9a. The through hole 9 a has the same diameter as the through holes 3 c and 4 c 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 also formed with through-holes through which the columns 8a, 8b, and 8c are inserted. The through-holes through which the struts 8a, 8b, and 8c are inserted can have diameters large enough to contact the struts 8a, 8b, and 8c without 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 posts 8a, 8b, 8c are fixedly joined together. 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, fluorine resin (Teflon (registered trademark)), which has a small coefficient of friction, good sliding characteristics, and relatively high thermal conductivity compared to other resin materials. Made of low 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 . As with 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, referring to the schematic cross-sectional views of the pressure sensor 1 before and after the high temperature pressure P is applied, shown in FIGS. Describe the impact. (a) of FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the pressure sensor 1 before the pressure P is applied to the pressure receiving portion 5 . (b) of FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of the pressure sensor 1 when the pressure P is applied to the pressure receiving portion 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 a pressure P such as a high-temperature gas is applied to the pressure receiving portion 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 is excellent in heat conduction but has a high coefficient of linear thermal expansion. It extends in the direction of the axis O by a length d from the previous length h due to thermal expansion. On the other hand, the pressure receiving portion 5 made of stainless steel is joined to the housing 2 functioning as a heat radiating material. Thermal expansion of the 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 that supports the pressure receiving portion 5 is in direct contact with the housing 2 that functions as a heat radiating material, thermal expansion is suppressed to some extent. However, as shown in FIGS. 6A and 6B, after the pressure P is applied, the first base 3 expands in the direction of the axis O by the length b 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 struts 8a, 8b, 8c is fixedly joined to the first base 3. As shown in FIG. Therefore, when the first base 3 expands in the direction of the axis O due to thermal expansion, the struts 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, 8c only move in the direction of the axis O within the non-through hole 4d. In other words, the other ends of the pillars 8a, 8b, and 8c do not touch the bottom surface of the non-through hole 4d and push up the second base 4. As shown in FIG.

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 extension of the first base 3 due to thermal expansion. do not receive Since the struts 8a, 8b and 8c are made of Super Invar as described above, the linear thermal 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 portion 5 , the diaphragm 5 a bends due to the pressure P, and stress is transmitted to the rod pin 7 . Furthermore, the rod pin 7 transmits the pressure P to the diaphragm 6a of the sensor section 6. As shown in FIG. As described above, the rod pin 7 is made of Super Invar, which is a material with a low coefficient of thermal expansion. Length r) of (a) and (b) of FIG.

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。 The diaphragm 5a of the pressure-receiving portion 5 is formed of an extremely thin metal film, and the linear thermal expansion coefficient 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 the linear thermal 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。 That is, 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 low thermal expansion rod pins 7 and struts 8a, 8b, 8c expands due to thermal expansion. There is almost no elongation in the O direction. Furthermore, the extension in the direction of the axis O due to thermal expansion of the first base 3 provided in the main body is absorbed by the non-through holes 4d of the second base 4. As shown in FIG. That is, the main body has a structure capable of suppressing 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, of the body portion of the pressure sensor 1, the first base 3, the second base 4, and the support plate 9 are the surfaces that come into contact with the housing 2. The second base 4 and the support plate 9 are It is in contact with the inner peripheral surface of the housing 2 via a first sliding member 10 and a second sliding member 11 arranged 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 serves as a sliding surface, and the housing 2 extends in the direction of the axis O with respect 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 (a) and (b) of FIG. While extending in the direction (from length h to length h'), the position corresponding to the length r of the rod pin 7 is maintained. In this way, the main body supporting the rod pin 7 is in contact with the housing 2 via the first sliding member 10 and the second sliding member 11, so that the housing 2 thermally expands and the heat-immovable rod pin 7 is displaced. can absorb the difference (length d) in linear thermal expansion displacement from

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 transmission member, is housed in the housing 2, but is thermally isolated from the housing 2, and has a floating structure. By making the rod pin 7 have such a floating structure, the stress due to the 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。 Moreover, by forming not only the rod pin 7 but also the struts 8a, 8b, and 8c surrounding the rod pin 7 from Super Invar, the linear thermal expansion of the entire main body in the direction of the axis O can be suppressed.

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 described above, according to the pressure sensor 1 of the present embodiment, the rod pin 7 is made of a material having an extremely low coefficient of thermal expansion and has a floating structure. Since there is no transmission by the rod pin 7, it is possible to accurately measure the pressure of a pressure medium at a higher temperature, particularly the pressure of a pressure medium having 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 envisioned by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It is possible to

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。
REFERENCE SIGNS LIST 1 pressure sensor 2 housing 3 first base 4 second base 3a, 3b, 4a, 4b bottom surface 4d non-through hole 5 pressure receiving portion 6 sensor portion 5a , 6a diaphragm 6b signal processing unit 6c case member 6d signal line 6e holding ring 7 rod pin 7a, 7b end surface 7c adjuster portion 8a, 8b, 8c strut 9 Support plate 3c, 4c, 9a Through hole 10 First sliding member 11 Second sliding member O Shaft P Pressure.

Claims

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 that is supported by the first base and elastically deforms when pressure is applied;
a pressure detection element supported by the second base for detecting stress due to elastic deformation of the diaphragm and converting it into an electrical signal;
a pressure transmission member passing through the first base and the second base and 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,
A pressure sensor, wherein the pressure transmission member is made of a metal material having a linear thermal expansion coefficient of 1.3×10 ^-6 /°C or less between 30°C and 100°C.

The pressure sensor of claim 1, wherein
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,
The pressure sensor, wherein the pressure transmission member is inserted through the through hole and provided along the central axis.

A pressure sensor according to claim 2, wherein
Furthermore, a plurality of struts provided between the first base and the second base,
The pressure sensor, wherein the plurality of struts are provided in parallel with the central axis at positions spaced apart from the central axis so as to surround the pressure transmission member.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
one end of the pressure transmission member is welded to the diaphragm;
A pressure sensor, wherein the other end of the pressure transmission member is welded to the detection surface of the pressure detection element.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
A pressure sensor, wherein the pressure transmission member is made of a Super Invar material.

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
A pressure sensor, wherein the first sliding member is made of a material containing fluororesin .

The pressure sensor according to any one of claims 1 to 3,
A pressure sensor, wherein the pressure transmission member is configured to be splittable in a longitudinal direction, and the length of the pressure transmission member in the longitudinal direction of the split portion is adjustable.

A pressure sensor according to claim 3, wherein
The pressure sensor, wherein the plurality of struts are made of a Super Invar material.

A pressure sensor according to claim 3, wherein
a support plate provided between the first base and the second base for supporting the plurality of struts and the pressure transmission member;
a second sliding member arranged between the support plate and the inner peripheral surface of the housing,
A pressure sensor, wherein the second sliding member is made of a material containing fluororesin .