KR20230035405A - 압력 센서용의 커버 부품 및 이것을 구비하는 압력 센서 장치 - Google Patents
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Abstract
커버 부품(3)은 유로(F1)가 형성된 보디(5)의 부착면(5S)에 고정되어 부착면(5S)으로부터 돌출되는 돌출부를 갖는 압력 센서(1)를 위해 사용되는 것이며, 압력 센서(1)의 돌출부의 측면과 대향하는 내주면을 갖는 구멍 뚫기 부재(3a)와, 구멍 뚫기 부재(3a)에 대하여 고정되어 압력 센서(1)의 돌출부를 덮는 덮개 부재(3b)를 구비하고 있다.
Description
본 발명은 압력 센서용의 커버 부품 및 이것을 구비하는 압력 센서 장치에 관한 것이며, 특히 반도체 제조 장치 등에 공급되는 고온 가스의 압력 측정에 사용되는 고온 대응 소형 압력 센서의 보온 및 균열화를 실현하는 커버 부품 및 이것을 구비하는 압력 센서 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 설비 또는 화학 플랜트 등에 있어서 원료 가스나 에칭 가스 등의 다양한 가스가 프로세스 체임버에 공급된다. 공급되는 가스의 유량을 제어하는 장치로서는 매스 플로 컨트롤러(열식 질량 유량 제어기)나 압력식 유량 제어 장치가 알려져 있다.
압력식 유량 제어 장치는 컨트롤 밸브와 그 하류측의 스로틀부(예를 들면, 오리피스 플레이트나 임계 노즐)를 조합한 비교적 간단한 구성에 의해 각종 유체의 질량 유량을 고정밀도로 제어할 수 있다. 압력식 유량 제어 장치는 일차측의 공급 압력이 크게 변동해도 안정된 유량 제어를 행할 수 있다는 우수한 유량 제어 특성을 갖고 있다(예를 들면, 특허문헌 1).
압력식 유량 제어 장치에 있어서 컨트롤 밸브와 스로틀부 사이의 압력(이하, 상류 압력이라고 칭하는 경우가 있다)을 측정하기 위한 압력 센서가 설치되어 있다. 압력 센서의 출력은 컨트롤 밸브를 피드백 제어하기 위해서 사용되고, 컨트롤 밸브를 사용해서 상류 압력을 제어함으로써 스로틀부의 하류측에 흐르는 가스의 유량을 제어할 수 있다.
상기 압력 센서로서는 감압부인 다이어프램에 변형 게이지를 부착한 타입의 것이 사용되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2). 다이어프램식의 압력 센서는 측정 가스의 압력에 따라서 다이어프램이 변형되거나 또는 찌그러지도록 구성되어 있으며, 부착된 변형 게이지의 출력에 의거하여 가스의 압력을 측정하는 것이 가능하다.
또한, 최근 압력식 유량 제어 장치의 상류측에 설치한 기화 공급 장치를 사용해서 액체 원료를 기화하고, 생성한 가스를 소망 유량으로 공급하는 구성이 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 3). 기화 공급 장치에서는, 예를 들면 트리메틸알루미늄(TMAl), 오쏘규산 테트라에틸(TEOS), 6염화2규소(HCDS) 등의 액체 원료가 기화실로 압송되고, 여기에서 히터에 의해 가열된다. 이렇게 해서 기화실에서 생성된 원료 가스는 하류의 압력식 유량 제어 장치에 의해 유량이 제어되어 프로세스 체임버로 공급된다.
기화 공급 장치의 하류측에 배치된 압력식 유량 제어 장치의 압력 센서는 고온의 가스를 받아들임과 아울러, 재액화 방지를 위해 히터에 의해 주위로부터, 예를 들면 200℃ 이상의 고온으로 가열되는 경우가 있다. 또한, 하류측의 스톱 밸브를 폐쇄한 상태에서는, 예를 들면 200㎪ 이상의 고압 가스가 부하로서 부여되는 경우도 있다. 따라서, 이 용도에 있어서의 압력 센서는 고온·고압 환경하에서도 적절하게 동작 가능한 것이 요구된다.
또한, 상기 기화 공급 장치 및 압력식 유량 제어 장치는 일체형의 가스 공급 장치로서 프로세스 체임버의 근방에 배치되는 경우가 있다. 이 경우, 프로세스 체임버 주변의 귀중한 기기 설치용 스페이스를 될 수 있는 한 점유하지 않기 위해서 압력 센서도 포함시켜서 장치 전체의 가능한 한의 소형화가 요구된다.
이것에 대하여 특허문헌 2에 기재된 압력 센서는 소형·고온 대응의 압력 센서이며, 보디(유로가 형성된 금속제의 본체 블록)의 부착면으로부터 돌출부를 갖도록 해서 압력 센서가 고정되어 있다. 이 구성에서는 센서 모듈과는 별개의 소형의 부착 부재를 사용해서 보디로의 고정을 행하므로 장치 전체를 소형으로 설계하는 것이 가능하다. 또한, 부착 부재를 보디에 체결하여 고정할 때 다이어프램에 응력이 전달되기 어려우므로 의도하지 않은 외부 응력에 의한 센서 출력의 정밀도 저하를 억제할 수 있다.
그러나 보디의 부착면으로부터 돌출되는 부분을 갖는 소형·고온 대응의 압력 센서를 그대로 사용했을 때에는 센서 출력(특히, 제로점 출력)이 불안정해질 수 있는 것을 본원 발명자는 발견했다. 그리고 그 원인이 압력 센서 본체나 주변 환경에 있어서의 온도 변화 또는 온도 불균일성에 의한 것을 발견했다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 고온 환경하에서의 사용에 있어서도 출력 안정성을 확보할 수 있는 압력 센서 장치 및 이것에 사용되는 압력 센서용의 커버 부품을 제공하는 것을 그 주된 목적으로 한다.
본 발명의 실시형태에 의한 커버 부품은 유로가 형성된 보디의 부착면에 고정되고, 고정되었을 때에 상기 부착면으로부터 돌출되는 돌출부를 갖는 압력 센서를 위해 사용되고, 상기 압력 센서의 돌출부의 측면과 대향하는 내주면을 갖는 구멍 뚫기 부재와, 상기 구멍 뚫기 부재에 대하여 고정되고, 상기 압력 센서의 돌출부를 덮는 덮개 부재를 구비한다.
어떤 실시형태에 있어서 상기 구멍 뚫기 부재와 상기 덮개 부재는 상이한 재료로 형성되어 있으며, 상기 구멍 뚫기 부재의 열전도율은 상기 덮개 부재의 열전도율보다 높다.
어떤 실시형태에 있어서 상기 덮개 부재에는 상기 압력 센서가 갖는 케이블을 통과시키기 위한 구멍 또는 노치가 형성되어 있으며, 상기 커버 부품은 상기 덮개 부재에 고정되고, 상기 덮개 부재로부터 연장되는 상기 케이블을 유지하는 케이블 고정구를 더 구비한다.
또한, 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치는 상기 보디에 부착된 상기 어느 하나의 커버 부품과, 상기 보디에 부착되고, 상기 어느 하나의 커버 부품에 의해 덮힌 압력 센서를 구비한다.
어떤 실시형태에 있어서 상기 압력 센서는 감압부로서의 다이어프램을 포함하여 상기 보디의 유로와 연통하는 수압실을 내측에 갖는 바닥이 있는 통형상의 센서 모듈이며, 압력 검출 소자가 부착된 센서 모듈과, 상기 다이어프램에 의해 상기 수압실과 사이를 둔 진공실을 포위하는 허메틱 커버를 갖는 다이어프램식의 압력 센서이다.
본 발명의 실시형태에 의한 커버 부품이 설치된 압력 센서 장치에 의하면 고온 대응 소형 압력 센서의 균열화 유지가 가능하게 되므로 고온 환경하에서의 사용시에 있어서의 출력의 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치를 사용해서 구성된 압력식 유량 제어 장치를 포함하는 가스 공급계를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치를 나타내는 단면도이며, 커버 부품으로 덮기 전의 압력 센서를 단체로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치를 나타내는 단면도이며, 커버 부품으로 압력 센서를 덮음으로써 구성된 압력 센서 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 의한 커버 부품을 나타내는 도면이며, 도 4(a)는 분해 사시도, 도 4(b)는 조립 후의 사시도이다.
도 5는 케이블 고정구의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 커버 부품을 나타내는 도면이며, 도 6(a)는 분해 사시도, 도 6(b)는 조립 후의 사시도이다.
도 7은 부착 후의 압력 센서 장치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 커버 부품을 나타내는 도면이며, 도 8(a)는 덮개 부재 부착 전의 투시도, 도 8(b)는 덮개 부재 부착 전의 사시도, 도 8(c)는 덮개 부재의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치를 나타내는 단면도이며, 커버 부품으로 덮기 전의 압력 센서를 단체로 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치를 나타내는 단면도이며, 커버 부품으로 압력 센서를 덮음으로써 구성된 압력 센서 장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 의한 커버 부품을 나타내는 도면이며, 도 4(a)는 분해 사시도, 도 4(b)는 조립 후의 사시도이다.
도 5는 케이블 고정구의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 커버 부품을 나타내는 도면이며, 도 6(a)는 분해 사시도, 도 6(b)는 조립 후의 사시도이다.
도 7은 부착 후의 압력 센서 장치를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태에 의한 커버 부품을 나타내는 도면이며, 도 8(a)는 덮개 부재 부착 전의 투시도, 도 8(b)는 덮개 부재 부착 전의 사시도, 도 8(c)는 덮개 부재의 평면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태를 설명하지만 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 압력 센서 장치(10)를 구비하는 압력식 유량 제어 장치(20) 및 그 상류측에 설치된 기화 공급 장치(30)에 의해 구성되는 가스 공급계(100)를 나타낸다. 도 2 및 도 3은 본 실시형태에서 사용되는 압력 센서(1) 및 압력 센서 장치(10)를 나타낸다.
또한, 본 명세서에서는 압력 센서(1)와 이것을 포위하는 커버 부품(3)(후술)을 포함하는 것을 편의상 압력 센서 장치(10)라고 부르고, 압력 센서 자체와 구별하고 있다. 단, 압력 센서 장치(10)는 압력을 측정하는 기능을 갖는 장치이며, 일반적으로는 특별히 구별 없이 압력 센서라고 불릴 수 있는 것이다.
도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 압력 센서 장치(10)는 압력식 유량 제어 장치(20)의 컨트롤 밸브(22)와 스로틀부(24) 사이의 유로에 배치되고, 스로틀부(24)의 상류측의 압력(상류 압력 P1 또는 제어 압력 P1이라고 부른다)을 검출하기 위한 상류 압력 센서로서 사용된다. 압력 센서 장치(10)의 출력은 컨트롤 밸브(22)를 피드백 제어하기 위해서 사용되고, 컨트롤 밸브(22)를 사용해서 상류 압력 P1을 제어함으로써 스로틀부(24)의 하류에 흐르는 유체의 유량을 제어하는 것이 가능하다.
보다 구체적으로는 압력식 유량 제어 장치(20)는 임계 팽창 조건 P1/P2≥약 2(단, P1은 상류 압력, P2는 스로틀부(24)의 하류측의 압력인 하류 압력, 약 2는 질소 가스의 경우)를 충족시킬 때, 스로틀부(24)를 통과하는 가스의 유속은 음속으로 고정되고, 질량 유량은 하류 압력 P2에 의하지 않고 상류 압력 P1에 의해 결정된다는 원리를 이용해서 유량 제어를 행한다. 임계 팽창 조건을 충족시킬 때, 유량 Q는 Q=K1·P1(K1은 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 정수)에 의해 부여된다.
또한, 다른 양태에 있어서 스로틀부(24)의 하류측의 압력(하류 압력 P2)을 측정하기 위한 하류 압력 센서가 설치되어 있어도 좋다. 이 경우, 상기 임계 팽창 조건을 만족하지 않을 경우이어도 상류 압력 P1과 하류 압력 P2에 의거하여 Q=K2·P2m(P1-P2)n(여기에서 K2는 유체의 종류와 유체 온도에 의존하는 정수, m, n은 실제의 유량을 바탕으로 도출되는 지수)으로부터 유량 Q를 산출할 수 있다.
압력식 유량 제어 장치(20)는 측정된 상류 압력 P1(또는 상류 압력 P1 및 하류 압력 P2)에 의거하여 산출된 유량 Q가 입력된 설정 유량에 가까워지도록 피드백 제어에 의해 컨트롤 밸브(22)의 개도 조정을 행한다. 이것에 의해 스로틀부(24)의 하류측에 설정 유량으로 가스를 흘릴 수 있다. 상기와 같이 해서 연산에 의해 얻어진 유량은 유량 출력값으로서 외부에 표시되어도 좋다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 본 실시형태에서는 컨트롤 밸브(22)의 상류측의 압력(공급 압력 P0)을 측정하기 위한 공급 압력 센서 장치(10')가 설치되어 있다. 공급 압력 센서 장치(10')의 출력은, 예를 들면 기화 공급 장치(30)에서의 가스 생성량의 제어를 위해 사용된다. 공급 압력 센서 장치(10')도 또한 압력 센서 장치(10)와 마찬가지로 고온 환경하에서도 적절하게 동작하는 것이 요구되어 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 압력식 유량 제어 장치(20)의 스로틀부(24)의 하류측에는 스톱 밸브(28)가 설치되어 있다. 스톱 밸브(28)를 폐쇄함으로써 컨트롤 밸브(22)만을 폐쇄하는 경우에 비해 가스 공급의 정지를 확실하게 행할 수 있다.
압력식 유량 제어 장치(20)에 사용되는 컨트롤 밸브(22)로서는 임의 개도로 조정 가능한 다양한 밸브가 사용되고, 예를 들면 피에조 액추에이터에 의해 다이어프램 밸브의 개도를 조정하도록 구성된 피에조 밸브가 적합하게 사용된다. 스톱 밸브(28)로서는 응답성, 차단성이 우수한 공기 구동 밸브(AOV)나 전자 밸브가 적합하게 사용된다. 스로틀부(24)로서는 오리피스 플레이트나 임계 노즐이 적합하게 사용되고, 오리피스 지름 또는 노즐 지름은, 예를 들면 10㎛~2000㎛로 설정된다.
한편, 가스 공급계(100)에 설치된 기화 공급 장치(30)는 액체 원료(L)를 받아들이고, 이것을 기화하여 가스(G)로서 압력식 유량 제어 장치(20)에 송출한다. 기화 공급 장치(30)는 액체 원료(L)를 미리 가열해 두기 위한 예가열부(32) 및 액체 원료 공급 밸브(36)를 통해 예가열부(32)에 접속되는 기화부(34)를 갖고, 액체 원료 공급 밸브(36)의 개폐 동작에 의해 기화부(34)로의 액체 원료의 공급량을 제어 가능하다.
기화 공급 장치(30)의 예가열부(32)에 있어서 히터에 의해, 예를 들면 180℃로 가열되고, 기화부(34)에 있어서, 예를 들면 200℃로 가열되고, 또한 송출된 가스의 재액화의 방지를 위해 압력식 유량 제어 장치(20)는, 예를 들면 210℃ 이상으로 가열된다. 이것 때문에 압력 센서 장치(10)도 200℃ 이상의 고온으로 가열되게 되고, 이러한 고온 환경하에서도 정확하게 압력을 검출하는 것이 요구된다.
또한, 본 실시형태에서는 스톱 밸브(28)도 히터에 의해 가열되어 있으며, 스톱 밸브(28)의 출구측은, 예를 들면 220℃까지 가열되어 있다. 단, 각 히터의 설정 온도는 기화시키는 재료에 의해 임의로 선택되어도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
도 2는 본 실시형태의 압력 센서 장치(10)에 사용되는 다이어프램식의 압력 센서(1)를 나타낸다. 또한, 도 3은 압력 센서(1)를 보온 부재로서의 커버 부품(3)으로 덮음으로써 구성된 압력 센서 장치(10)를 나타낸다. 또한, 본 실시형태에서 사용되는 압력 센서(1)는 특허문헌 2에 기재된 압력 센서와 마찬가지의 구조를 갖고 있어도 좋고, 고온 대응의 소형 압력 센서로서 설계된 것이다.
도 2에 나타내는 바와 같이 압력 센서(1)는 유로(F1)가 형성된 보디(5)에 대하여 부착면(5S)으로부터 돌출되는 부분을 갖도록 고정되어 있다. 보디(5)는 본 실시형태에서는 도 1에 나타낸 압력식 유량 제어 장치(20)의 유로가 형성된 금속 블록(예를 들면, SUS316L제)이며, 보디(5)의 상면측에는 컨트롤 밸브(22) 등이 부착된다.
또한, 도 1에는 유로의 하측에 접속된 압력 센서 장치(10)를 나타냈지만 실제로는 압력 센서 장치(10)는 도 2에 나타내는 바와 같이 보디(5)의 상면의 부착면(5S)에 있어서 컨트롤 밸브(22)와 옆으로 줄지어 고정되어 있다. 또한, 공급 압력 센서 장치(10')도 마찬가지로 보디(5)의 상면의 부착면(5S)에 고정되어 있다.
또한, 본 명세서에서는 도면에 대응시켜서 부착면(5S)이 형성된 면을 보디(5)의 상면이라고 부르는 경우가 있지만 압력식 유량 제어 장치(20)의 자세에 의해 부착면(5S)은 연직 방향 상측의 면, 하측의 면, 측면 등 어느 방향의 면이어도 좋은 것은 말할 필요도 없다. 또한, 압력 센서 장치(10)는 보디(5)에 있어서의 컨트롤 밸브(22)가 부착되어 있는 면에 한정되지 않고, 그 반대측의 면이나 측방의 면에 있어서 고정되어 있어도 좋다.
압력 센서(1)는 보디(5)에 대해서 기밀형상으로 부착되는 통형상 부재(11)와, 통형상 부재(11)에 기밀형상으로 접속되어서 유로를 흐르는 유체의 압력을 검출하는 바닥이 있는 통형상의 센서 모듈(12)을 갖고 있으며, 통형상 부재(11)와 센서 모듈(12)은 단부 플랜지끼리의 용접(전자빔 용접이나 레이저 용접 등)에 의해 기밀하게 고정되어 있다. 또한, 통형상 부재(11)와 센서 모듈(12)은 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이 개스킷을 개재시키면서 서로의 플랜지부를 나사 등으로 견밀(堅密)하게 고정함으로써 기밀하게 고정되어 있어도 좋다.
센서 모듈(12)은 감압부로서의 다이어프램(12a)을 갖고 있으며, 다이어프램(12a)과 측면통에 의해 둘러싸인 수압실(C1)이 통형상 부재(11)의 내측을 통해 보디(5)의 유로(F1)와 연통하고 있다.
다이어프램(12a)의 수압실(C1)과 반대측의 면에는 변형 게이지를 갖는 압력 검출 소자(12b)가 고정되어 있다. 또한, 다이어프램(12a)의 반대측에는 수압실(C1)과 대향하도록 해서 진공실(C2)이 설치되어 있다. 진공실(C2)은 허메틱 커버(13)를 다이어프램(12a)과의 사이에 간극을 두고 센서 모듈(12)에 기밀하게 고정함으로써 형성된 진공 밀봉 공간이다.
진공실(C2)을 형성하기 위해서 허메틱 커버(13)는 센서 모듈(12)의 외주면에 기밀형상으로 감합 고정된 베이스 링(13a)과, 일단면이 베이스 링(13a)의 일단면에 기밀형상으로 접속된 통형상의 허메틱 링(13b)과, 허메틱 링(13b)의 타단면에 기밀형상으로 접속되어 다이어프램(12a)과의 사이에 진공실(C2)을 형성하는 폐색반(13c)을 갖고 있다. 베이스 링(13a), 허메틱 링(13b), 및 폐색반(13c)은 용접 등에 의해 기밀하게 고정되어 있다.
허메틱 링(13b)에는 압력 검출 소자(12b)의 변형 게이지에 접속된 복수 개의 리드선(12c)이 관통하는 저융점 유리재(15)가 설치되어 있다. 변형 게이지는 통상 금속박의 저항선에 의해 구성되어 있으며, 저항선의 전기 저항의 변화를 접속된 브리지 회로에 의해 검출함으로써 다이어프램(12a)에 발생한 변형의 크기를 검출할 수 있다.
또한, 도시하는 압력 센서(1)에는 허메틱 커버(13)의 상면(폐색반(13c))을 덮는 커버체(14)가 설치되어 있다. 커버체(14)는 복수개의 리드선(12c)을 직각 상태로 유지할 수 있다. 커버체(14)는 합성 수지재에 의해 단면형상이 L자형의 환형상으로 형성되고, 허메틱 커버(13)에 씌워져 있다. 단, 커버체(14)는 리드선(12c)을 유지할 필요가 없으면 생략해도 좋다.
이상의 구성을 갖는 압력 센서(1)는 다이어프램(12a)에 응력이 발생하고 있지 않을 때, 즉 수압실(C1)과 진공실(C2)의 압력이 동등이라고 생각될 때에 절대압으로서 제로를 출력하도록 구성되어 있다. 또한, 수압실(C1)의 압력, 즉 유로(F1)를 흐르는 가스의 압력에 따른 크기의 변형이 다이어프램(12a)에 발생하고, 이 변형의 크기를 압력 검출 소자(12b)에 의해 측정함으로써 가스의 압력을 검출할 수 있다.
본 실시형태에 있어서 통형상 부재(11)는 내식성 등이 우수한 니켈-몰리브덴-크롬 합금 중 하나인 하스텔로이 C-22(하스텔로이는 등록상표) 또는 내식성 등이 우수한 오스테나이트계 스테인리스강 중 하나인 SUS316L에 의해 형성되어 있다. 또한, 통형상 부재(11)의 내주면은 전해 연마 처리가 실시되어 있다.
또한, 다이어프램(12a)을 포함하는 센서 모듈(12)은 내식성, 내력, 및 탄력성이 우수한 코발트-니켈 합금 중 하나인 SPRON 510(SPRON은 등록상표)에 의해 형성되어 있다.
또한, 허메틱 커버(13)를 구성하는 베이스 링(13a)은 내식성 등이 우수한 니켈-몰리브덴-크롬 합금 또는 스테인리스강(예를 들면, SUS316L 등)으로 형성되고, 허메틱 링(13b) 및 폐색반(13c)은 내식성 등이 우수한 스테인리스강(예를 들면, SUS316L 등)에 의해 형성되어 있다.
압력 센서(1)(보다 구체적으로는 통형상 부재(11))는 보디(5)의 유로(F1)와 연통하는 상태로 개스킷(16), 워셔(17), 및 보닛 너트(18)에 의해 기밀형상으로 부착하여 고정되어 있다. 보디(5)에는 압력 센서(1)의 통형상 부재(11)를 부착하기 위한 원형의 삽착(捷着) 구멍(19)이 형성되어 있으며, 삽착 구멍(19)의 내주면에는 보닛 너트(18)가 착탈 가능하게 나사 부착되는 암나사가 형성되어 있다.
개스킷(16)은 오스테나이트계 스테인리스강에 의해 보디(5)의 삽착 구멍(19)에 삽입되는 크기의 링형상으로 형성되어 있으며, 단면형상이 직사각형상으로 형성되어 있다. 이 개스킷(16)의 일단면은 보디(5)의 삽착 구멍(19)의 저면에 접촉하고, 또한 개스킷(16)의 타단면은 통형상 부재(11)에 형성한 부착용 플랜지부의 외측 끝면에 접촉하도록 되어 있다. 개스킷(16)의 단면형상은 원형이나 다각형이어도 좋다.
본 실시형태에 있어서 커버체(14)의 외경은 20㎜로, 센서 모듈(12)의 높이는 9.7㎜로, 센서 모듈(12)의 원통부의 외경은 13㎜로, 센서 모듈의 내경은 8㎜로, 통형상 부재(11)의 외경은 10㎜(부착 플랜지는 12㎜)로, 통형상 부재(11)의 내경은 8㎜로 설정되어 있다. 단, 각각의 상황에 맞춰서 상기 각 치수를 변경하는 것은 가능하다.
또한, 도 3에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 압력 센서 장치(10)는 상기 압력 센서(1)와, 그 측면 및 상면을 덮는 커버 부품(3)에 의해 구성되어 있다. 도 3에 나타내는 바와 같이 커버 부품(3)은 압력 센서(1)의 부착면(5S)으로부터의 돌출부의 측면과 대향하는 내주면을 갖는 구멍 뚫기 부재(3a)와, 이 구멍 뚫기 부재(3a)의 상면에 고정되어서 압력 센서(1)의 상면을 덮는 덮개 부재(3b)에 의해 구성되어 있다.
커버 부품(3)은 보디(5)에 대하여 고정되고, 압력 센서(1)의 외측을 덮음으로써 압력 센서(1)를 보온해서 온도의 급격한 변화를 방지할 수 있다. 또한, 압력 센서(1)의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다. 압력 센서(1)는 가스의 재액화의 방지를 위해 외측으로부터 히터에 의해, 예를 들면 약 200℃의 설정 온도에서 가열되는 경우가 있지만 이러한 고온하에 있어서도 온도의 균일성, 보온성이 유지되어 있으면 센서 출력, 특히 제로점 출력을 안정시킬 수 있다.
이 목적을 위해 적합한 실시형태에 있어서 구멍 뚫기 부재(3a)는 열전도율이 비교적 높은 금속 재료로 형성되고, 한편 덮개 부재(3b)는 고온 내성을 가짐과 아울러, 열전도율이 비교적 낮은 수지 재료로 형성된다. 보다 구체적으로는 구멍 뚫기 부재(3a)는, 예를 들면 알루미늄, 은, 그래핀 등으로 형성되고, 덮개 부재(3b)는, 예를 들면 PEEK(폴리에테르에테르케톤)로 형성된다.
구멍 뚫기 부재(3a)를 보디(5)와 밀착하는, 예를 들면 알루미늄제의 구멍 뚫기 블록재로 형성함으로써 압력 센서(1)의 측면의 주위 온도는 보디(5)의 온도와 동등해지기 쉽다. 또한, 열전도성이 비교적 높으므로 구멍 뚫기 부재(3a)의 전체가 균일한 온도로 가열되기 쉽고, 따라서 압력 센서(1)의 온도 균일성을 향상시킬 수 있다.
구멍 뚫기 부재(3a)의 외측 표면은 연마 처리되어 있는 것이 적합하다. 외측 표면을 연마면으로 함으로써 열반사율이 향상되므로 외측으로의 방열을 저감하여 내측으로의 방열을 효율적으로 행할 수 있다. 또한, 외측으로의 방열량을 적게 함으로써 고온 대책을 비교적 용이하게 행할 수 있다는 이점도 얻어진다.
또한, 알루미늄제의 구멍 뚫기 부재(3a)를 사용할 경우 내측 표면, 즉 압력 센서(1)와 대향하는 면이 알루마이트 처리(특히, 경질 알루마이트 처리)되어 있는 것도 적합하다. 내측면이 알루마이트 처리되어 있으면 복사율이 향상되어 내측으로의 방열성이 향상되기 때문에 구멍 뚫기 부재(3a)로부터의 열의 대부분을 내측으로 방출할 수 있다. 따라서, 외부로의 열방사를 억제함과 아울러, 내측 공간에 있어서의 온도 유지성을 향상시킬 수 있다.
또한, 덮개 부재(3b)를 PEEK 등의 보온성이 높은 재료로 형성함으로써 커버 부품(3)의 내측 공간을 고온으로 유지하기 쉽고, 압력 센서(1)의 주위의 온도를 일정하게 유지하기 쉽다. 또한, 덮개 부재(3b)를 수지 재료로 함으로써 압력 신호를 전송하는 리드선(12c)이 금속 부재와 접촉하는 일이 없어지므로 리드선(12c)에 전기적 및 열적인 외란이 발생할 가능성을 저감할 수 있다.
이하, 커버 부품(3)의 보다 구체적인 실시형태에 대해서 설명한다. 도 4(a)는 상류 압력 P1을 측정하는 압력 센서 장치(10)에 사용되는 커버 부품(3)의 조립 전의 상태를 나타내고, 도 4(b)는 커버 부품(3)의 조립 후의 상태를 나타낸다.
본 실시형태의 커버 부품(3)에서는 원기둥형상의 센서 구멍(9a)이 형성된 알루미늄제의 구멍 뚫기 부재(3a)가 직육면체형상으로 형성되어 있으며, 이것이 보디(5)(도 3 참조)에 대하여 고정된다. 구멍 뚫기 부재(3a)의 고정은 4모서리의 고정 관통 구멍을 통해 나사(7)를 각각 보디에 체결함으로써 행해져 있다.
또한, 구멍 뚫기 부재(3a)는 반드시 일체의 금속 블록으로 형성되어 있을 필요는 없고, 복수의 금속 블록체를 조합해서 구성되어 있어도 좋다. 구멍 뚫기 부재(3a)는, 예를 들면 센서 구멍(9a)의 중심선에서 분리된 형상의 2개의 블록체를 사용해서 구성되어 있어도 좋고, 이 경우 각 블록체의 끝면에 센서 구멍(9a)을 형성하기 위한 오목부가 각각 형성되고, 오목부를 조합함으로써 센서 구멍(9a)이 형성된다.
또한, PEEK제의 덮개 부재(3b)는 나사(8)에 의해 구멍 뚫기 부재(3a)의 상면에 고정되어 있다. 또한, 덮개 부재(3b)에 있어서 구멍 뚫기 부재(3a)의 센서 구멍(9a)의 위치에 압력 센서(1)로부터 연장되는 복수의 리드선(12c)을 정리한 신호 케이블을 통과시키기 위한 케이블 구멍(9b)이 형성되어 있다. 케이블 구멍(9b)을 통해 압력 검출 소자에 접속된 신호 케이블을 외부의 브리지 회로에 접속할 수 있고, 이것에 의해 압력 검출 결과를 얻을 수 있다. 케이블 구멍(9b)의 치수를 지나치게 크지 않고, 케이블 지름과 동 정도로 설정함으로써 보온성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시형태의 커버 부품(3)에서는 덮개 부재(3b)의 케이블 구멍(9b)의 근방에 나사 등에 의해 고정된 금속제의 케이블 고정구(3c)가 설치되어 있다. 케이블 고정구(3c)는 압력 센서에 접속된 신호 케이블을 유지하고, 고정하도록 설치되어 있다.
도 5는 리드선(12c)(신호 케이블(12c)이라고 칭하는 경우가 있다)이 케이블 고정구(3c)에 의해 덮개 부재(3b) 상에 고정되어 있는 모양을 나타낸다. 케이블 고정구(3c)는 덮개 부재(3b)에 고정되는 단면 L자형의 수용구에 신호 케이블을 끼운 상태로 외측으로부터 판형상의 고정구를 나사 고정함으로써 케이블 고정을 행할 수 있다.
이렇게 신호 케이블(12c)을 덮개 부재(3b) 상에서 움직이지 않도록 고정함으로써 커버 부품(3)의 내측에서 압력 센서(1)로부터 연장되는 신호 케이블이 외부 응력이나 진동이나 온도 변화에 대하여 움직이기 어려워진다. 이것에 의해 신호에 노이즈 성분이 실리는 것이 방지되어 신호 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기에는 케이블 고정구(3c)에 의해 신호 케이블(12c)을 고정하는 양태를 설명했지만 케이블 고정구(3c)는 전원 케이블 등의 다른 케이블을 고정하기 위해서 사용되어도 좋다. 케이블 고정구(3c)는 다양한 케이블이나 배선의 유지·고정을 위해 이용할 수 있고, 본 명세서에 있어서 「케이블」이란 신호 케이블이나 전원 케이블을 포함하는 것으로 한다.
이상과 같이 구성된 커버 부품(3)을 탑재한 압력 센서 장치(10)는 소형 고온 대응의 압력 센서로서 적합하게 사용되고, 특히 제로점 출력을 안정되게 유지할 수 있으므로 압력식 유량 제어 장치에 장착함으로써 장기적으로 걸쳐 고정밀도인 유량 정밀도를 확보하는 것을 기대할 수 있다.
도 6(a)는 다른 양태의 커버 부품(3)의 조립 전의 상태를 나타내고, 도 6(b)는 커버 부품(3)의 조립 후의 상태를 나타낸다. 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내는 커버 부품(3)은 도 1에 나타낸 공급 압력 P0을 측정하는 공급 압력 센서 장치(10')에 사용되는 다른 양태의 커버 부품(3)이다. 또한, 도 7은 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타낸 커버 부품(3)에 있어서 신호 케이블(12c)이 케이블 고정구(3c)에 의해 덮개 부재(3b) 상에 고정되어 있는 모양을 나타내고 있다.
본 실시형태의 커버 부품(3)에 있어서 구멍 뚫기 부재(3a)는 중앙에 센서 구멍(9a)이 형성된 원형 링형상의 알루미늄제 블록이다. 또한, 덮개 부재(3b)는 구멍 뚫기 부재(3a)에 대응하는 형상을 갖는 PEEK제의 원형판 부재이다. 본 실시형태의 덮개 부재(3b)에 있어서도 중앙부에 케이블 구멍(9b)이 형성되어 있다. 또한, 덮개 부재(3b)의 상면에는 압력 센서에 접속되어 케이블 구멍(9b)을 통해 외측으로 연장되는 신호 케이블(12c)을 고정하기 위한 케이블 고정구(3c)가 설치되어 있다.
본 실시형태에 있어서도 공급 압력 P0을 측정하는 압력 센서를 덮도록 해서 커버 부품(3)이 설치되어 보온성 및 균열성을 높이고 있으며, 또한 케이블 고정구(3c)에 의해 신호 케이블의 이동을 제한하고 있으므로 고온 환경하에서도 적절한 센서 출력을 얻을 수 있다.
이렇게 커버 부품(3)은 임의의 형상으로 설계되어 있어도 좋다. 상류 압력 P1을 측정하는 압력 센서(1)의 주위에는 많은 부품이 밀집해서 배치되기 때문에 다른 부품과의 간섭을 피하기 위해서 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같은 형태가 채용되어 있지만 다른 부품과의 간섭이 문제가 되지 않을 경우, 도 6 및 도 7에 나타낸 것 같은 보다 심플한 형태를 채용할 수도 있다.
도 8(a)~도 8(c)는 또 다른 양태의 커버 부품을 나타내는 도면이다. 도 8(a) 및 도 8(b)는 덮개 부재(3b)를 부착하기 전의 상태, 즉 금속제의 구멍 뚫기 부재(3a)만이 보디에 고정되어 있는 상태가 나타내어져 있다. 또한, 도 8(c)에는 구멍 뚫기 부재(3a) 상에 고정되는 덮개 부재(3b)가 나타내어져 있다.
본 실시형태에서는 덮개 부재(3b)에 압력 센서로부터의 케이블을 통과시키기 위한 노치(9b')가 형성되어 있다. 또한, 케이블의 고정은 덮개 부재(3b) 상에서 행해지는 것은 아니고, 커버 부품(3)으로부터 조금 떨어진 장소에서 섀시에 고정되는 케이블 고정구(3c')를 사용해서 행해져 있다. 이러한 양태이어도 압력 센서의 보온, 균열을 행함과 아울러, 케이블의 불필요한 이동을 방지하고, 고온 환경하에 있어서도 센서 출력을 안정시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 실시형태를 설명했지만 다양한 개변이 가능하다. 예를 들면, 상기에는 공급 압력 P0 및 제어 압력 P1을 측정하는 압력 센서에 커버 부품을 설치하는 양태를 설명했지만 스로틀부(24)의 하류측의 하류 압력 P2를 측정하는 하류 압력 센서를 사용할 경우, 이 하류 압력 센서에도 커버 부품을 설치해서 센서 출력을 안정시키도록 해도 좋다. 그 외, 상기에는 덮개 부재(3b)가 일체인 양태를 설명했지만 덮개 부재(3b)는 반으로 가른 상태의 2부품, 또는 3개 이상의 부품을 조합해서 구성되어 있어도 좋다.
본 발명의 실시형태에 의한 커버 부품 및 이것을 구비하는 압력 센서 장치는, 예를 들면 반도체 제조 장치에 있어서의 고온 가스의 압력 측정을 위해 적합하게 이용된다.
1: 압력 센서
3: 커버 부품
3a: 구멍 뚫기 부재 3b: 덮개 부재
3c: 케이블 고정구 5: 보디
7: 나사 9a: 센서 구멍
9b: 케이블 구멍 9b': 노치
10: 압력 센서 장치 11: 통형상 부재
12: 센서 모듈 12a: 다이어프램
12b: 압력 검출 소자 12c: 리드선(신호 케이블)
13: 허메틱 커버 14: 커버체
16: 개스킷 18: 보닛 너트
20: 압력식 유량 제어 장치 22: 컨트롤 밸브
24: 스로틀부 26: 유입 압력 센서
28: 스톱 밸브 30: 기화 공급 장치
100: 가스 공급계 C1: 수압실
C2: 진공실 F1: 유로
3a: 구멍 뚫기 부재 3b: 덮개 부재
3c: 케이블 고정구 5: 보디
7: 나사 9a: 센서 구멍
9b: 케이블 구멍 9b': 노치
10: 압력 센서 장치 11: 통형상 부재
12: 센서 모듈 12a: 다이어프램
12b: 압력 검출 소자 12c: 리드선(신호 케이블)
13: 허메틱 커버 14: 커버체
16: 개스킷 18: 보닛 너트
20: 압력식 유량 제어 장치 22: 컨트롤 밸브
24: 스로틀부 26: 유입 압력 센서
28: 스톱 밸브 30: 기화 공급 장치
100: 가스 공급계 C1: 수압실
C2: 진공실 F1: 유로
Claims (5)
- 유로가 형성된 보디의 부착면에 고정되고, 고정되었을 때에 상기 부착면으로부터 돌출되는 돌출부를 갖는 압력 센서를 위한 커버 부품으로서,
상기 압력 센서의 돌출부의 측면과 대향하는 내주면을 갖는 구멍 뚫기 부재와,
상기 구멍 뚫기 부재에 대하여 고정되고, 상기 압력 센서의 돌출부를 덮는 덮개 부재를 구비하는 커버 부품. - 제 1 항에 있어서,
상기 구멍 뚫기 부재와 상기 덮개 부재는 상이한 재료로 형성되어 있으며, 상기 구멍 뚫기 부재의 열전도율은 상기 덮개 부재의 열전도율보다 높은 커버 부품. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 덮개 부재에는 상기 압력 센서가 갖는 케이블을 통과시키기 위한 구멍 또는 노치가 형성되어 있으며,
상기 덮개 부재에 고정되고, 상기 덮개 부재로부터 연장되는 상기 케이블을 유지하는 케이블 고정구를 더 구비하는 커버 부품. - 상기 보디에 부착된 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 커버 부품과,
상기 보디에 부착되어 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 커버 부품에 의해 덮힌 압력 센서를 구비하는 압력 센서 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 압력 센서는 감압부로서의 다이어프램을 포함하여 상기 보디의 유로와 연통하는 수압실을 내측에 갖는 바닥이 있는 통형상의 센서 모듈로서 압력 검출 소자가 부착된 센서 모듈과, 상기 다이어프램에 의해 상기 수압실과 사이를 둔 진공실을 포위하는 허메틱 커버를 갖는 다이어프램식의 압력 센서인 압력 센서 장치.
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