JPH0533044U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 強酸性流体の圧力を長期間測定しても腐食し
難く、かつ耐久性を確保できるようにする。 【構成】 導圧部１には中空部５を貫通形成する。耐食
性合成樹脂からなる保護ダイヤフラム７を導圧部１にそ
の中空部５を一方から塞ぐように被せる。保護ダイヤフ
ラム７にはその変位に応じた電気信号を出力する起歪体
１１を重ねる。これら起歪体１１、保護ダイヤフラム７
および導圧部１に筒型の押えねじ１５を被せるととも
に、押えねじ１５を導圧部１のねじ溝３ｂにねじ込み、
押えねじ１５の端面部１５ａで起歪体１１および保護ダ
イヤフラム７を導圧部１方向に強く圧接する。

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、その起歪体における中空部側に耐食性合成樹 脂からなりその流体の圧力を起歪体側へ伝達する保護ダイヤフラムを介在させた ものである。 また、本考案では、その起歪体を保護ダイヤフラムを介してその導圧部に圧接 させる一方、その保護ダイヤフラムにおける導圧部との当接面に環状の凹部又は 凸部を形成し、その導圧部における保護ダイヤフラムとの当接面にその凹部又は 凸部に嵌まる凸部又は凹部を形成し、その凸部の高さを凹部の深さより高くする とともにそれら凹凸部を圧接させて導圧部と保護ダイヤフラム間をシールすると よい。 さらに、本考案では、それら導圧部および保護ダイヤフラムを合成樹脂で成形 し、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とよい。

【０００６】

【作用】

このような手段を備えた本考案では、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、その中空部内の流体圧力によって保護ダイヤフラ ムの変位を介して起歪体が変位し、その変位に応じた電気信号が出力される。 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。 さらに、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中間 的に融着させる構成では、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ＰＴＦＥ（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ＰＴＦＥ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１５ｂ 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１７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１９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１９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７ ｂ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に形成してもよく、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。 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。

【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７ａ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２１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２ １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、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、その保護ダイヤフラムに凹部又は凸部を形成し、その導圧部にはそれに 嵌まる凸部又は凹部を形成して互いに圧接させる構成では、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、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中間 的に融着させる構成でも、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 (3)

【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、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
   が介在されてなることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】 前記起歪体が前記保護ダイヤフラムを介
   して前記導圧部に圧接され、前記保護ダイヤフラムにお
   ける前記導圧部との当接面に環状の凹部又は凸部が形成
   され、前記導圧部における前記保護ダイヤフラムとの当
   接面に前記凹部又は凸部に嵌まる凸部又は凹部が形成さ
   れ、前記凸部の高さを前記凹部の深さより高くするとと
   もに前記凹凸部が圧接されてなる請求項１記載の圧力セ
   ンサ。
3. 【請求項３】 前記導圧部および保護ダイヤフラムが合
   成樹脂から成形され、前記導圧部および保護ダイヤフラ
   ムの当接面が互いに直接又は融着シートを介して融着さ
   れてなる請求項１記載の圧力センサ。