WO2022080069A1 - 圧力センサ用のカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a cover component for a pressure sensor and a pressure sensor device including the cover component, and in particular, realizes heat retention and heat equalization of a high temperature compatible small pressure sensor used for pressure measurement of high temperature gas supplied to a semiconductor manufacturing device or the like.
- the present invention relates to a cover component and a pressure sensor device including the cover component.
- a mass flow controller thermal mass flow controller
- a pressure type flow rate control device is known as a mass flow controller
- the pressure type flow rate control device can control the mass flow rate of various fluids with high accuracy by a relatively simple configuration that combines a control valve and a throttle portion (for example, an orifice plate or a critical nozzle) on the downstream side thereof.
- the pressure type flow rate control device has an excellent flow rate control characteristic that stable flow rate control can be performed even if the supply pressure on the primary side fluctuates greatly (for example, Patent Document 1).
- a pressure sensor for measuring the pressure between the control valve and the throttle portion (hereinafter, may be referred to as upstream pressure) is provided.
- the output of the pressure sensor is used for feedback control of the control valve, and by controlling the upstream pressure using the control valve, the flow rate of the gas flowing to the downstream side of the throttle portion can be controlled.
- a type in which a strain gauge is attached to a diaphragm which is a pressure sensitive portion is used (for example, Patent Document 2).
- the diaphragm type pressure sensor is configured so that the diaphragm is deformed or distorted according to the pressure of the measured gas, and it is possible to measure the pressure of the gas based on the output of the attached strain gauge.
- a configuration has been known in which a liquid raw material is vaporized using a vaporization supply device provided on the upstream side of a pressure type flow rate control device, and the generated gas is supplied at a desired flow rate (for example, Patent Document 3).
- liquid raw materials such as trimethylaluminum (TMAl), tetraethyl orthosilicate (TEOS), and disilicon hexachloride (HCDS) are pumped to the vaporization chamber, where they are heated by a heater.
- the flow rate of the raw material gas generated in the vaporization chamber is controlled by a pressure-type flow rate control device downstream, and the gas is supplied to the process chamber.
- the pressure sensor of the pressure type flow control device located on the downstream side of the vaporization supply device receives high-temperature gas and may be heated from the surroundings to a high temperature of, for example, 200 ° C. or higher by a heater to prevent reliquefaction. .. Further, when the stop valve on the downstream side is closed, for example, a high-pressure gas of 200 kPa or more may be applied as a load. Therefore, the pressure sensor in this application is required to be able to operate appropriately even in a high temperature and high pressure environment.
- the vaporization supply device and the pressure type flow rate control device may be arranged in the vicinity of the process chamber as an integrated gas supply device. In this case, in order to occupy as little valuable equipment installation space as possible around the process chamber, it is required to reduce the size of the entire device including the pressure sensor as much as possible.
- the pressure sensor described in Patent Document 2 is a compact and high temperature pressure sensor, and has a pressure protruding from the mounting surface of the body (a metal main body block in which a flow path is formed).
- the sensor is fixed.
- the fixing to the body is performed by using a small mounting member separate from the sensor module, it is possible to design the entire device in a small size.
- stress is not easily transmitted to the diaphragm, so that it is possible to suppress a decrease in accuracy of the sensor output due to an unintended external stress.
- the inventor of the present application has discovered that the sensor output (particularly the zero point output) can become unstable when a compact and high temperature pressure sensor having a portion protruding from the mounting surface of the body is used as it is. Then, it was found that the cause was a temperature change or temperature non-uniformity in the pressure sensor main body and the surrounding environment.
- the present invention has been made to solve the above problems, and to provide a pressure sensor device capable of ensuring output stability even when used in a high temperature environment, and a cover component for the pressure sensor used therefor. Is its main purpose.
- the cover component according to the embodiment of the present invention is used for a pressure sensor having a protrusion that is fixed to a mounting surface of a body on which a flow path is formed and protrudes from the mounting surface when fixed, and the pressure sensor. It is provided with a perforated member having an inner peripheral surface facing the side surface of the protruding portion of the above, and a lid member fixed to the perforated member and covering the protruding portion of the pressure sensor.
- the perforated member and the lid member are made of different materials, and the thermal conductivity of the perforated member is higher than the thermal conductivity of the lid member.
- the lid member is formed with a hole or notch for the cable of the pressure sensor to pass through, and the cover component is fixed to the lid member and extends from the lid member.
- a cable fixture for holding the cable is further provided.
- the pressure sensor device includes any of the above-mentioned cover parts attached to the body and a pressure sensor attached to the body and covered with any of the above-mentioned cover parts.
- the pressure sensor is a bottomed tubular sensor module having a pressure receiving chamber inside that includes a diaphragm as a pressure sensitive portion and communicates with a flow path of the body, and is a sensor to which a pressure detecting element is attached. It is a diaphragm type pressure sensor having a module and a hermetic cover surrounding a vacuum chamber separated from the pressure receiving chamber by the diaphragm.
- the pressure sensor device provided with the cover component according to the embodiment of the present invention, it is possible to maintain the thermalization of the small pressure sensor for high temperature, so that the output stability is ensured when used in a high temperature environment. can.
- FIG. 1 shows a gas supply system 100 composed of a pressure type flow control device 20 including a pressure sensor device 10 according to an embodiment of the present invention and a vaporization supply device 30 provided on the upstream side thereof.
- 2 and 3 show the pressure sensor 1 and the pressure sensor device 10 used in this embodiment.
- the pressure sensor 1 and the cover component 3 (described later) surrounding the pressure sensor 1 are referred to as a pressure sensor device 10 for convenience, and are distinguished from the pressure sensor itself.
- the pressure sensor device 10 is a device having a function of measuring pressure, and can be generally referred to as a pressure sensor without particular distinction.
- the pressure sensor device 10 of the present embodiment is arranged in the flow path between the control valve 22 of the pressure type flow control device 20 and the throttle portion 24, and the pressure on the upstream side of the throttle portion 24 ( It is used as an upstream pressure sensor for detecting the upstream pressure P1 or the control pressure P1).
- the output of the pressure sensor device 10 is used for feedback control of the control valve 22, and the flow rate of the fluid flowing downstream of the throttle portion 24 can be controlled by controlling the upstream pressure P1 using the control valve 22. It is possible.
- the critical expansion condition P1 / P2 ⁇ about 2 (however, P1 is the upstream pressure, P2 is the downstream pressure which is the pressure on the downstream side of the throttle portion 24, and about 2 is nitrogen.
- P1 is the upstream pressure
- P2 is the downstream pressure which is the pressure on the downstream side of the throttle portion 24, and about 2 is nitrogen.
- the flow rate of the gas passing through the throttle portion 24 is fixed to the speed of sound, and the mass flow rate is controlled by using the principle that the mass flow rate is determined by the upstream pressure P1 regardless of the downstream pressure P2.
- a downstream pressure sensor for measuring the pressure on the downstream side of the throttle portion 24 (downstream pressure P2) may be provided.
- Q K 2 ⁇ P2 m (P1-P2) n (where K 2 is a fluid, based on the upstream pressure P1 and the downstream pressure P2).
- the flow rate Q can be calculated from the constants m and n that depend on the type and the fluid temperature (an index derived based on the actual flow rate).
- the pressure type flow rate control device 20 controls the control valve 22 by feedback control so that the flow rate Q calculated based on the measured upstream pressure P1 (or upstream pressure P1 and downstream pressure P2) approaches the input set flow rate. Adjust the opening of. As a result, the gas can flow to the downstream side of the throttle portion 24 at a set flow rate.
- the flow rate obtained by the calculation as described above may be displayed externally as a flow rate output value.
- a supply pressure sensor device 10'for measuring the pressure (supply pressure P0) on the upstream side of the control valve 22 is provided.
- the output of the supply pressure sensor device 10' is used, for example, for controlling the amount of gas generated in the vaporization supply device 30.
- the supply pressure sensor device 10' is also required to operate appropriately even in a high temperature environment, like the pressure sensor device 10.
- a stop valve 28 is provided on the downstream side of the throttle portion 24 of the pressure type flow rate control device 20. By closing the stop valve 28, the gas supply can be reliably stopped as compared with the case where only the control valve 22 is closed.
- control valve 22 used in the pressure type flow rate control device 20 various valves that can be adjusted to an arbitrary opening degree are used.
- a piezo valve configured to adjust the opening degree of the diaphragm valve by a piezo actuator is preferable.
- an air-driven valve (AOV) or a solenoid valve having excellent responsiveness and breaking property is preferably used.
- An orifice plate or a critical nozzle is preferably used as the throttle portion 24, and the orifice diameter or the nozzle diameter is set to, for example, 10 ⁇ m to 2000 ⁇ m.
- the vaporization supply device 30 provided in the gas supply system 100 receives the liquid raw material L, vaporizes it, and sends it to the pressure type flow rate control device 20 as the gas G.
- the vaporization supply device 30 has a preheating unit 32 for preheating the liquid raw material L and a vaporization unit 34 connected to the preheating unit 32 via the liquid material supply valve 36, and the liquid material supply valve 36.
- the supply amount of the liquid raw material to the vaporizing unit 34 can be controlled by the opening / closing operation of.
- the preheating unit 32 of the vaporization supply device 30 is heated to, for example, 180 ° C. by a heater, and the vaporization unit 34 is heated to, for example, 200 ° C., and pressure type flow rate control is performed to prevent reliquefaction of the delivered gas.
- the device 20 is heated to, for example, 210 ° C. or higher. Therefore, the pressure sensor device 10 is also heated to a high temperature of 200 ° C. or higher, and it is required to accurately detect the pressure even in such a high temperature environment.
- the stop valve 28 is also heated by the heater, and the outlet side of the stop valve 28 is heated to, for example, 220 ° C.
- the set temperature of each heater may be arbitrarily selected depending on the material to be vaporized.
- FIG. 2 shows a diaphragm type pressure sensor 1 used in the pressure sensor device 10 of the present embodiment.
- FIG. 3 shows a pressure sensor device 10 configured by covering the pressure sensor 1 with a cover component 3 as a heat insulating member.
- the pressure sensor 1 used in the present embodiment may have the same structure as the pressure sensor described in Patent Document 2, and is designed as a small pressure sensor for high temperature.
- the pressure sensor 1 is fixed to the body 5 in which the flow path F1 is formed so as to have a portion protruding from the mounting surface 5S.
- the body 5 is a metal block (for example, made of SUS316L) in which the flow path of the pressure type flow rate control device 20 shown in FIG. 1 is formed, and the control valve 22 or the like is on the upper surface side of the body 5. Is attached.
- FIG. 1 shows the pressure sensor device 10 connected to the lower side of the flow path
- the pressure sensor device 10 is actually mounted on the mounting surface 5S on the upper surface of the body 5 as shown in FIG. It is fixed side by side with the control valve 22. Further, the supply pressure sensor device 10'is also fixed to the mounting surface 5S on the upper surface of the body 5 in the same manner.
- the surface on which the mounting surface 5S is formed may be referred to as the upper surface of the body 5 according to the drawings, but the mounting surface 5S may be in the vertical direction depending on the posture of the pressure type flow rate control device 20. Needless to say, it may be a surface in any direction such as an upper surface, a lower surface, and a side surface.
- the pressure sensor device 10 is not limited to the surface of the body 5 to which the control valve 22 is attached, and may be fixed on the surface on the opposite side or the side surface thereof.
- the pressure sensor 1 is a tubular member 11 that is airtightly attached to the body 5, and a bottomed tubular sensor module 12 that is airtightly connected to the tubular member 11 and detects the pressure of a fluid flowing through a flow path.
- the tubular member 11 and the sensor module 12 are tightly fixed by welding (electron beam welding, laser welding, etc.) between the end flanges.
- the tubular member 11 and the sensor module 12 are hermetically fixed by firmly fixing each other's flange portions with screws or the like while interposing a gasket. May be good.
- the sensor module 12 has a diaphragm 12a as a pressure-sensitive portion, and the pressure receiving chamber C1 surrounded by the diaphragm 12a and the side cylinder passes through the inside of the tubular member 11 and communicates with the flow path F1 of the body 5. are doing.
- a pressure detecting element 12b having a strain gauge is fixed to the surface of the diaphragm 12a opposite to the pressure receiving chamber C1. Further, on the opposite side of the diaphragm 12a, a vacuum chamber C2 is provided so as to face the pressure receiving chamber C1.
- the vacuum chamber C2 is a vacuum sealing space formed by airtightly fixing the hermetic cover 13 to the sensor module 12 with a gap between the hermetic cover 13 and the diaphragm 12a.
- the hermetic cover 13 is hermetically connected to the base ring 13a, which is hermetically fitted and fixed to the outer peripheral surface of the sensor module 12, and one end surface is airtightly connected to one end surface of the base ring 13a. It has a tubular hermetic ring 13b and a closing plate 13c that is airtightly connected to the other end surface of the hermetic ring 13b and forms a vacuum chamber C2 between the diaphragm 12a.
- the base ring 13a, the hermetic ring 13b, and the closing plate 13c are hermetically fixed by welding or the like.
- the hermetic ring 13b is provided with a low melting point glass material 15 through which a plurality of lead wires 12c connected to the strain gauge of the pressure detecting element 12b penetrate.
- the strain gauge is usually composed of a metal leaf resistance wire, and detects the magnitude of strain generated in the diaphragm 12a by detecting a change in the electrical resistance of the resistance wire by a connected bridge circuit. Can be done.
- the pressure sensor 1 shown in the figure is provided with a cover body 14 that covers the upper surface (closing plate 13c) of the hermetic cover 13.
- the cover body 14 can hold the plurality of lead wires 12c in a right angle state.
- the cover body 14 is formed of an L-shaped annular cross section by a synthetic resin material, and is covered with the hermetic cover 13. However, the cover body 14 may be omitted if it is not necessary to hold the lead wire 12c.
- the pressure sensor 1 having the above configuration is configured to output zero as an absolute pressure when no stress is generated in the diaphragm 12a, that is, when the pressures in the pressure receiving chamber C1 and the vacuum chamber C2 are considered to be equivalent. Has been done. Further, a strain having a magnitude corresponding to the pressure of the pressure receiving chamber C1, that is, the pressure of the gas flowing in the flow path F1 is generated in the diaphragm 12a, and the magnitude of the strain is measured by the pressure detecting element 12b to measure the gas. The pressure can be detected.
- the tubular member 11 is one of Hastelloy C-22 (Hastelloy is a registered trademark), which is one of nickel-molybdenum-chromium alloys having excellent corrosion resistance, or one of austenitic stainless steels having excellent corrosion resistance. It is formed by SUS316L. Further, the inner peripheral surface of the tubular member 11 is subjected to electrolytic polishing treatment.
- the sensor module 12 including the diaphragm 12a is formed of spron 510 (spron is a registered trademark), which is one of the cobalt-nickel alloys having excellent corrosion resistance, proof stress and elasticity.
- the base ring 13a constituting the hermetic cover 13 is formed of a nickel-molybdenum-chromium alloy or stainless steel (for example, SUS316L or the like) having excellent corrosion resistance, and the hermetic ring 13b and the closing plate 13c have excellent corrosion resistance and the like. It is made of stainless steel (for example, SUS316L or the like).
- the pressure sensor 1 (more specifically, the tubular member 11) is hermetically attached and fixed by a gasket 16, a washer 17, and a bonnet nut 18 in a state of communicating with the flow path F1 of the body 5.
- a circular insertion hole 19 for attaching the tubular member 11 of the pressure sensor 1 is formed in the body 5, and a bonnet nut 18 is detachably screwed to the inner peripheral surface of the insertion hole 19.
- a female screw is formed.
- the gasket 16 is formed of austenitic stainless steel in a ring shape having a size to be inserted into the insertion hole 19 of the body 5, and has a rectangular cross-sectional shape. One end surface of the gasket 16 comes into contact with the bottom surface of the insertion hole 19 of the body 5, and the other end surface of the gasket 16 comes into contact with the outer end surface of the mounting flange portion formed on the tubular member 11. ing.
- the cross-sectional shape of the gasket 16 may be circular or polygonal.
- the outer diameter of the cover body 14 is 20 mm
- the height of the sensor module 12 is 9.7 mm
- the outer diameter of the cylindrical portion of the sensor module 12 is 13 mm
- the inner diameter of the sensor module is 8 mm
- the shape is tubular.
- the outer diameter of the member 11 is set to 10 mm (the mounting flange is 12 mm), and the inner diameter of the tubular member 11 is set to 8 mm.
- the pressure sensor device 10 of the present embodiment is composed of the pressure sensor 1 described above and a cover component 3 covering the side surface and the upper surface thereof.
- the cover component 3 is fixed to a perforated member 3a having an inner peripheral surface facing the side surface of a protrusion from the mounting surface 5S of the pressure sensor 1 and to the upper surface of the perforated member 3a. It is composed of a lid member 3b that covers the upper surface of the pressure sensor 1.
- the cover component 3 is fixed to the body 5 and covers the outside of the pressure sensor 1, so that the pressure sensor 1 can be kept warm and a sudden change in temperature can be prevented.
- the temperature uniformity of the pressure sensor 1 can be improved.
- the pressure sensor 1 may be heated from the outside by a heater at a set temperature of, for example, about 200 ° C. to prevent reliquefaction of the gas, but even under such a high temperature, the temperature uniformity and heat retention are as good as possible. If is maintained, the sensor output, especially the zero point output, can be stabilized.
- the perforated member 3a is formed of a metal material having a relatively high thermal conductivity, while the lid member 3b has high temperature resistance and a relatively low thermal conductivity. Formed from a resin material. More specifically, the perforated member 3a is formed of, for example, aluminum, silver, graphene, etc., and the lid member 3b is formed of, for example, PEEK (polyetheretherketone).
- the perforated member 3a By forming the perforated member 3a from, for example, an aluminum perforated block material that is in close contact with the body 5, the ambient temperature of the side surface of the pressure sensor 1 tends to be equal to the temperature of the body 5. Further, since the thermal conductivity is relatively high, the entire perforated member 3a is easily heated to a uniform temperature, and therefore the temperature uniformity of the pressure sensor 1 can be improved.
- the outer surface of the perforated member 3a is polished. Since the heat reflectance is improved by using the outer surface as a polished surface, it is possible to reduce heat dissipation to the outside and efficiently dissipate heat to the inside. Further, by reducing the amount of heat radiated to the outside, there is an advantage that measures against high temperature can be taken relatively easily.
- the inner surface that is, the surface facing the pressure sensor 1 is anodized (particularly hard anodized).
- the inner surface is anodized, the emissivity is improved and the heat dissipation to the inside is improved, so that most of the heat from the perforated member 3a can be released to the inside. Therefore, it is possible to suppress heat radiation to the outside and improve the temperature retention in the inner space.
- the lid member 3b by forming the lid member 3b from a material having high heat retention such as PEEK, it is easy to maintain the inner space of the cover component 3 at a high temperature, and it is easy to keep the temperature around the pressure sensor 1 constant. Further, by using the lid member 3b as a resin material, the lead wire 12c that transmits the pressure signal does not come into contact with the metal member, so that the possibility of electrical and thermal disturbances in the lead wire 12c can be reduced. ..
- FIG. 4A shows a state before assembly of the cover component 3 used in the pressure sensor device 10 for measuring the upstream pressure P1
- FIG. 4B shows a state after assembly of the cover component 3.
- an aluminum perforated member 3a provided with a columnar sensor hole 9a is formed in a rectangular parallelepiped shape, and this is fixed to the body 5 (see FIG. 3).
- the perforated member 3a is fixed by tightening the screws 7 to the body through the fixing through holes at the four corners.
- the perforated member 3a does not necessarily have to be formed of an integral metal block, and may be configured by combining a plurality of metal block bodies.
- the perforated member 3a may be configured by using, for example, two block bodies having a shape separated by the center line of the sensor hole 9a. In this case, in order to form the sensor hole 9a on the end face of each block body.
- Each of the recesses is provided, and the sensor hole 9a is formed by combining the recesses.
- the PEEK lid member 3b is fixed to the upper surface of the perforated member 3a by the screw 8. Further, in the lid member 3b, a cable hole 9b for passing a signal cable in which a plurality of lead wires 12c extending from the pressure sensor 1 are passed is provided at the position of the sensor hole 9a of the perforated member 3a.
- the signal cable connected to the pressure detection element can be connected to an external bridge circuit via the cable hole 9b, whereby the pressure detection result can be obtained.
- a metal cable fixing tool 3c fixed by a screw or the like is provided in the vicinity of the cable hole 9b of the lid member 3b.
- the cable fixture 3c is provided to hold and secure the signal cable connected to the pressure sensor.
- FIG. 5 shows how the lead wire 12c (sometimes referred to as a signal cable 12c) is fixed on the lid member 3b by the cable fixing tool 3c.
- the cable fixture 3c can fix the cable by screwing the plate-shaped fixture from the outside with the signal cable sandwiched between the receivers having an L-shaped cross section fixed to the lid member 3b. ..
- the signal cable 12c By fixing the signal cable 12c so as not to move on the lid member 3b in this way, the signal cable extending from the pressure sensor 1 becomes difficult to move inside the cover component 3 due to external stress, vibration, or temperature change. .. As a result, noise components are prevented from being added to the signal, and the signal quality can be improved.
- the cable fixing tool 3c may be used for fixing another cable such as a power cable.
- the cable fixture 3c can be used for holding and fixing various cables and wiring, and in the present specification, the "cable" includes a signal cable and a power cable.
- the pressure sensor device 10 equipped with the cover component 3 configured as described above is suitably used as a pressure sensor for small size and high temperature, and in particular, since the zero point output can be stably maintained, it is incorporated into the pressure type flow control device. Therefore, it can be expected to secure high-precision flow rate accuracy over a long period of time.
- FIG. 6A shows a state before assembling the cover part 3 of another aspect
- FIG. 6B shows a state after assembling the cover part 3.
- the cover component 3 shown in FIGS. 6A and 6B is another aspect of the cover component 3 used in the supply pressure sensor device 10'for measuring the supply pressure P0 shown in FIG.
- FIG. 7 shows a state in which the signal cable 12c is fixed on the lid member 3b by the cable fixing tool 3c in the cover component 3 shown in FIGS. 6A and 6B.
- the perforated member 3a is a circular ring-shaped aluminum block provided with a sensor hole 9a in the center.
- the lid member 3b is a circular plate member made of PEEK having a shape corresponding to the perforated member 3a.
- a cable hole 9b is provided in the central portion.
- a cable fixing tool 3c for fixing the signal cable 12c connected to the pressure sensor and extending outward via the cable hole 9b is provided.
- the cover component 3 is provided so as to cover the pressure sensor for measuring the supply pressure P0 to improve heat retention and heat equalization, and the movement of the signal cable is restricted by the cable fixture 3c. Therefore, an appropriate sensor output can be obtained even in a high temperature environment.
- the cover component 3 may be designed in any shape. Since many parts are densely arranged around the pressure sensor 1 that measures the upstream pressure P1, the form shown in FIGS. 4 and 5 is adopted in order to avoid interference with other parts. However, if interference with other parts is not a problem, a simpler form as shown in FIGS. 6 and 7 can be adopted.
- FIG. 8 (a) to 8 (c) are views showing still another aspect of the cover component.
- 8 (a) and 8 (b) show a state before the lid member 3b is attached, that is, a state in which only the metal perforated member 3a is fixed to the body.
- FIG. 8C shows a lid member 3b fixed on the perforated member 3a.
- the lid member 3b is provided with a notch 9b'for passing the cable from the pressure sensor.
- the cable is not fixed on the lid member 3b, but is fixed by using the cable fixing tool 3c'which is fixed to the chassis at a place slightly away from the cover component 3. Even in such an embodiment, it is possible to keep the pressure sensor warm and soak the heat, prevent unnecessary movement of the cable, and stabilize the sensor output even in a high temperature environment.
- the embodiments of the present invention have been described above, various modifications are possible.
- the embodiment in which the cover component is provided in the pressure sensor for measuring the supply pressure P0 and the control pressure P1 has been described above, but when the downstream pressure sensor for measuring the downstream pressure P2 on the downstream side of the throttle portion 24 is used, this is used.
- a cover component may also be provided on the downstream pressure sensor to stabilize the sensor output.
- the lid member 3b may be configured by combining two parts in a half-split state or three or more parts.
- the cover component according to the embodiment of the present invention and the pressure sensor device including the cover component are suitably used for, for example, measuring the pressure of high temperature gas in a semiconductor manufacturing device.
- Pressure sensor 3 Cover part 3a Perforated member 3b Lid member 3c Cable fixture 5 Body 7 Screw 9a Sensor hole 9b Cable hole 9b'Notch 10 Pressure sensor device 11 Cylindrical member 12 Sensor module 12a Diaphragm 12b Pressure detection element 12c Lead Wire (signal cable) 13 Hermetic cover 14 Cover body 16 Gasket 18 Bonnet nut 20 Pressure type flow control device 22 Control valve 24 Squeezing part 26 Inflow pressure sensor 28 Stop valve 30 Vaporization supply device 100 Gas supply system C1 Pressure receiving chamber C2 Vacuum chamber F1 Flow path
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Abstract
カバー部品３は、流路Ｆ１が形成されたボディ５の取り付け面５Ｓに固定され取り付け面５Ｓから突出する突出部を有する圧力センサ１のために用いられるものであって、圧力センサ１の突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材３ａと、穴開き部材３ａに対して固定され圧力センサ１の突出部を覆う蓋部材３ｂとを備えている。
Description
本発明は、圧力センサ用のカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置に関し、特に、半導体製造装置等に供給される高温ガスの圧力測定に用いられる高温対応小型圧力センサの保温および均熱化を実現するカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置に関する。
半導体製造設備又は化学プラント等において、原料ガスやエッチングガスなどの種々のガスがプロセスチャンバへと供給される。供給されるガスの流量を制御する装置としては、マスフローコントローラ（熱式質量流量制御器）や圧力式流量制御装置が知られている。
圧力式流量制御装置は、コントロール弁とその下流側の絞り部（例えばオリフィスプレートや臨界ノズル）とを組み合せた比較的簡単な構成によって、各種流体の質量流量を高精度に制御することができる。圧力式流量制御装置は、一次側の供給圧力が大きく変動しても安定した流量制御が行えるという優れた流量制御特性を有している（例えば、特許文献１）。
圧力式流量制御装置において、コントロール弁と絞り部との間の圧力（以下、上流圧力と称することがある）を測定するための圧力センサが設けられている。圧力センサの出力はコントロール弁をフィードバック制御するために用いられ、コントロール弁を用いて上流圧力を制御することによって、絞り部の下流側に流れるガスの流量を制御することができる。
上記の圧力センサとしては、感圧部であるダイヤフラムに歪ゲージを取り付けたタイプのものが使用されている（例えば、特許文献２）。ダイヤフラム式の圧力センサは、測定ガスの圧力に応じてダイヤフラムが変形するまたは歪むように構成されており、取り付けられた歪ゲージの出力に基づいてガスの圧力を測定することが可能である。
また、近年、圧力式流量制御装置の上流側に設けた気化供給装置を用いて液体原料を気化し、生成したガスを所望流量で供給する構成が知られている（例えば、特許文献３）。気化供給装置では、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）、六塩化二ケイ素（ＨＣＤＳ）等の液体原料が気化室へと圧送され、ここでヒータによって加熱される。こうして気化室で生成された原料ガスは、下流の圧力式流量制御装置によって流量が制御されてプロセスチャンバへと供給される。
気化供給装置の下流側に配置された圧力式流量制御装置の圧力センサは、高温のガスを受け取るとともに、再液化防止のためにヒータによって周囲から例えば２００℃以上もの高温に加熱されることがある。また、下流側のストップバルブを閉鎖した状態では、例えば２００ｋＰａ以上の高圧ガスが負荷として与えられることもある。したがって、この用途における圧力センサは、高温・高圧環境下でも、適切に動作可能であることが求められる。
また、上記の気化供給装置および圧力式流量制御装置は、一体型のガス供給装置としてプロセスチャンバの近傍に配置されることがある。この場合、プロセスチャンバ周辺の貴重な機器設置用スペースをなるべく占有しないために、圧力センサも含めて装置全体の可能な限りの小型化が求められる。
これに対し、特許文献２に記載の圧力センサは、小型・高温対応の圧力センサであり、ボディ（流路が形成された金属製の本体ブロック）の取り付け面から突出部を有するようにして圧力センサが固定されている。この構成では、センサモジュールとは別個の小型の取り付け部材を用いてボディへの固定を行うので、装置全体を小型に設計することが可能である。また、取り付け部材をボディに締め付けて固定するとき、ダイヤフラムに応力が伝達されにくいので、意図しない外部応力によるセンサ出力の精度低下を抑制することができる。
しかしながら、ボディの取り付け面から突出する部分を有する小型・高温対応の圧力センサをそのまま用いたときには、センサ出力（特にゼロ点出力）が不安定になり得ることを本願発明者は発見した。そして、その原因が、圧力センサ本体や周辺環境における温度変化または温度不均一性によるものであることを見出した。
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、高温環境下での使用においても出力安定性を確保できる圧力センサ装置およびこれに用いられる圧力センサ用のカバー部品を提供することをその主たる目的とする。
本発明の実施形態によるカバー部品は、流路が形成されたボディの取り付け面に固定され、固定されたときに前記取り付け面から突出する突出部を有する圧力センサのために用いられ、前記圧力センサの突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材と、前記穴開き部材に対して固定され、前記圧力センサの突出部を覆う蓋部材とを備える。
ある実施形態において、前記穴開き部材と前記蓋部材とは異なる材料から形成されており、前記穴開き部材の熱伝導率は前記蓋部材の熱伝導率よりも高い。
ある実施形態において、前記蓋部材には、前記圧力センサが有するケーブルを通過させるための孔または切り欠きが形成されており、上記のカバー部品は、前記蓋部材に固定され、前記蓋部材から延びる前記ケーブルを保持するケーブル固定具をさらに備える。
また、本発明の実施形態による圧力センサ装置は、前記ボディに取り付けられた上記いずれかのカバー部品と、前記ボディに取り付けられ、上記いずれかのカバー部品によって覆われた圧力センサとを備える。
ある実施形態において、前記圧力センサは、感圧部としてのダイヤフラムを含み前記ボディの流路と連通する受圧室を内側に有する有底筒状のセンサモジュールであって圧力検出素子が取り付けられたセンサモジュールと、前記ダイヤフラムによって前記受圧室と隔てられた真空室を包囲するハーメチックカバーとを有するダイヤフラム式の圧力センサである。
本発明の実施形態に係るカバー部品が設けられた圧力センサ装置によれば、高温対応小型圧力センサの均熱化保持が可能になるので、高温環境下での使用時における出力の安定性を確保できる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
図１は、本発明の実施形態による圧力センサ装置１０を備える圧力式流量制御装置２０およびその上流側に設けられた気化供給装置３０によって構成されるガス供給系１００を示す。図２および図３は、本実施形態で用いられる圧力センサ１および圧力センサ装置１０を示す。
なお、本明細書では、圧力センサ１とこれを包囲するカバー部品３（後述）と含むものを、便宜上、圧力センサ装置１０と称し、圧力センサ自体と区別している。ただし、圧力センサ装置１０は、圧力を測定する機能を有する装置であり、一般的には、特に区別なく圧力センサと称され得るものである。
図１に示すように、本実施形態の圧力センサ装置１０は、圧力式流量制御装置２０のコントロール弁２２と絞り部２４との間の流路に配置され、絞り部２４の上流側の圧力（上流圧力Ｐ１または制御圧力Ｐ１と称する）を検出するための上流圧力センサとして用いられる。圧力センサ装置１０の出力は、コントロール弁２２をフィードバック制御するために用いられ、コントロール弁２２を用いて上流圧力Ｐ１を制御することによって、絞り部２４の下流に流れる流体の流量を制御することが可能である。
より具体的には、圧力式流量制御装置２０は、臨界膨張条件Ｐ１／Ｐ２≧約２（ただし、Ｐ１は上流圧力、Ｐ２は絞り部２４の下流側の圧力である下流圧力、約２は窒素ガスの場合）を満たすとき、絞り部２４を通過するガスの流速は音速に固定され、質量流量は下流圧力Ｐ２によらず上流圧力Ｐ１によって決まるという原理を利用して流量制御を行う。臨界膨張条件を満たすとき、流量Ｑは、Ｑ＝Ｋ1・Ｐ１（Ｋ1は流体の種類と流体温度に依存する定数）によって与えられる。
また、他の態様において、絞り部２４の下流側の圧力（下流圧力Ｐ２）を測定するための下流圧力センサが設けられていても良い。この場合、上記の臨界膨張条件を満足しない場合であっても、上流圧力Ｐ１と下流圧力Ｐ２とに基づいて、Ｑ＝Ｋ2・Ｐ２m（Ｐ１－Ｐ２）n（ここでＫ2は流体の種類と流体温度に依存する定数、ｍ、ｎは実際の流量を元に導出される指数）から流量Ｑを算出することができる。
圧力式流量制御装置２０は、測定された上流圧力Ｐ１（または上流圧力Ｐ１および下流圧力Ｐ２）に基づいて算出された流量Ｑが、入力された設定流量に近づくように、フィードバック制御によってコントロール弁２２の開度調整を行う。これによって、絞り部２４の下流側に設定流量でガスを流すことができる。上記のようにして演算により得られた流量は、流量出力値として外部に表示されてもよい。
また、図１に示すように、本実施形態では、コントロール弁２２の上流側の圧力（供給圧力Ｐ０）を測定するための供給圧力センサ装置１０’が設けられている。供給圧力センサ装置１０’の出力は、例えば、気化供給装置３０でのガス生成量の制御のために用いられる。供給圧力センサ装置１０’もまた、圧力センサ装置１０と同様に、高温環境下でも適切に動作することが求められている。
また、本実施形態において、圧力式流量制御装置２０の絞り部２４の下流側には、ストップバルブ２８が設けられている。ストップバルブ２８を閉鎖することにより、コントロール弁２２のみを閉じる場合に比べてガス供給の停止を確実に行うことができる。
圧力式流量制御装置２０に用いられるコントロール弁２２としては、任意開度に調整可能な種々の弁が用いられ、例えば、ピエゾアクチュエータによってダイヤフラム弁の開度を調整するように構成されたピエゾバルブが好適に用いられる。ストップバルブ２８としては、応答性、遮断性に優れた空気駆動弁（ＡＯＶ）や電磁弁が好適に用いられる。絞り部２４としては、オリフィスプレートや臨界ノズルが好適に用いられ、オリフィス径またはノズル径は、例えば１０μｍ～２０００μｍに設定される。
一方、ガス供給系１００に設けられた気化供給装置３０は、液体原料Ｌを受け取り、これを気化して、ガスＧとして圧力式流量制御装置２０に送出する。気化供給装置３０は、液体原料Ｌを予め加熱しておくための予加熱部３２および液体原料供給弁３６を介して予加熱部３２に接続される気化部３４を有し、液体原料供給弁３６の開閉動作により、気化部３４への液体原料の供給量を制御可能である。
気化供給装置３０の予加熱部３２において、ヒータにより例えば１８０℃に加熱され、気化部３４において例えば２００℃に加熱され、さらに、送出されたガスの再液化の防止のために、圧力式流量制御装置２０は、例えば、２１０℃以上に加熱される。このため、圧力センサ装置１０も、２００℃以上の高温に加熱されることになり、このような高温環境下でも正確に圧力を検出することが求められる。
なお、本実施形態では、ストップバルブ２８もヒータによって加熱されており、ストップバルブ２８の出口側は例えば２２０℃にまで加熱されている。ただし、各ヒータの設定温度は、気化させる材料によって任意に選択されてよいことは言うまでもない。
図２は、本実施形態の圧力センサ装置１０に用いられるダイヤフラム式の圧力センサ１を示す。また、図３は、圧力センサ１を、保温部材としてのカバー部品３で覆うことによって構成された圧力センサ装置１０を示す。なお、本実施形態で用いられる圧力センサ１は、特許文献２に記載の圧力センサと同様の構造を有していてよく、高温対応の小型圧力センサとして設計されたものである。
図２に示すように、圧力センサ１は、流路Ｆ１が形成されたボディ５に対して、取り付け面５Ｓから突出する部分を有するように固定されている。ボディ５は、本実施形態では、図１に示した圧力式流量制御装置２０の流路が形成された金属ブロック（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ製）であり、ボディ５の上面側には、コントロール弁２２等が取り付けられる。
なお、図１には流路の下側に接続された圧力センサ装置１０を示したが、実際には、圧力センサ装置１０は、図２に示すように、ボディ５の上面の取り付け面５Ｓにおいてコントロール弁２２と横並びに固定されている。また、供給圧力センサ装置１０’も同様にボディ５の上面の取り付け面５Ｓに固定されている。
また、本明細書では、図面に対応させて、取り付け面５Ｓが形成された面をボディ５の上面と呼ぶことがあるが、圧力式流量制御装置２０の姿勢によって、取り付け面５Ｓは、鉛直方向上側の面、下側の面、側面など、いずれの方向の面であってもよいことは言うまでもない。また、圧力センサ装置１０は、ボディ５におけるコントロール弁２２が取り付けられている面に限られず、その反対側の面や側方の面において固定されていてもよい。
圧力センサ１は、ボディ５に対して気密状に取り付けられる筒状部材１１と、筒状部材１１に気密状に接続されて流路を流れる流体の圧力を検出する有底筒状のセンサモジュール１２とを有しており、筒状部材１１とセンサモジュール１２とは端部フランジ同士の溶接（電子ビーム溶接やレーザー溶接等）により気密に固定されている。なお、筒状部材１１とセンサモジュール１２とは、特許文献２に開示されているように、ガスケットを介在させつつ互いのフランジ部をねじなどで堅密に固定することによって気密に固定されていてもよい。
センサモジュール１２は、感圧部としてのダイヤフラム１２ａを有しており、ダイヤフラム１２ａと側面筒とによって囲まれた受圧室Ｃ１が、筒状部材１１の内側を通ってボディ５の流路Ｆ１と連通している。
ダイヤフラム１２ａの受圧室Ｃ１と反対側の面には、歪ゲージを有する圧力検出素子１２ｂが固定されている。また、ダイヤフラム１２ａの反対側には、受圧室Ｃ１と対向するようにして、真空室Ｃ２が設けられている。真空室Ｃ２は、ハーメチックカバー１３をダイヤフラム１２ａとの間に間隙を開けてセンサモジュール１２に気密に固定することによって形成された真空封止空間である。
真空室Ｃ２を形成するために、ハーメチックカバー１３は、センサモジュール１２の外周面に気密状に嵌合固定されたベースリング１３ａと、一端面がベースリング１３ａの一端面に気密状に接続された筒状のハーメチックリング１３ｂと、ハーメチックリング１３ｂの他端面に気密状に接続されダイヤフラム１２ａとの間に真空室Ｃ２を形成する閉塞盤１３ｃとを有している。ベースリング１３ａ、ハーメチックリング１３ｂおよび閉塞盤１３ｃは、溶接などによって気密に固定されている。
ハーメチックリング１３ｂには、圧力検出素子１２ｂの歪ゲージに接続された複数本のリード線１２ｃが貫通する低融点ガラス材１５が設けられている。歪ゲージは、通常、金属箔の抵抗線によって構成されており、抵抗線の電気抵抗の変化を、接続されたブリッジ回路によって検出することによって、ダイヤフラム１２ａに生じた歪の大きさを検出することができる。
また、図示する圧力センサ１には、ハーメチックカバー１３の上面（閉塞盤１３ｃ）を覆うカバー体１４が設けられている。カバー体１４は、複数本のリード線１２ｃを直角状態に保持することができる。カバー体１４は、合成樹脂材により断面形状がＬ字型の環状に形成され、ハーメチックカバー１３に被せられている。ただし、カバー体１４は、リード線１２ｃを保持する必要がなければ省略しても良い。
以上の構成を有する圧力センサ１は、ダイヤフラム１２ａに応力が生じていないとき、つまり、受圧室Ｃ１と真空室Ｃ２との圧力が同等と考えられるときに、絶対圧としてゼロを出力するように構成されている。また、受圧室Ｃ１の圧力、すなわち、流路Ｆ１を流れるガスの圧力に応じた大きさの歪がダイヤフラム１２ａに発生し、この歪の大きさを圧力検出素子１２ｂによって測定することによって、ガスの圧力を検出することができる。
本実施形態において、筒状部材１１は、耐食性等に優れたニッケル－モリブデン－クロム合金の一つであるハステロイＣ－２２（ハステロイは登録商標）または耐食性等に優れたオーステナイト系ステンレス鋼の一つであるＳＵＳ３１６Ｌにより形成されている。また、筒状部材１１の内周面は、電解研磨処理が施されている。
また、ダイヤフラム１２ａを含むセンサモジュール１２は、耐食性、耐力および弾力性に優れたコバルト－ニッケル合金の一つであるスプロン５１０（スプロンは登録商標）により形成されている。
また、ハーメチックカバー１３を構成するベースリング１３ａは、耐食性等に優れたニッケル－モリブデン－クロム合金またはステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等）から形成され、ハーメチックリング１３ｂおよび閉塞盤１３ｃは、耐食性等に優れたステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３１６Ｌ等）により形成されている。
圧力センサ１（より具体的には筒状部材１１）は、ボディ５の流路Ｆ１と連通する状態でガスケット１６、ワッシャー１７およびボンネットナット１８により気密状に取付け固定されている。ボディ５には、圧力センサ１の筒状部材１１を取り付けるための円形の挿着穴１９が形成されており、挿着穴１９の内周面には、ボンネットナット１８が着脱自在に螺着される雌ネジが形成されている。
ガスケット１６は、オーステナイト系ステンレス鋼によりボディ５の挿着穴１９に挿入される大きさのリング状に形成されており、断面形状が矩形状に形成されている。このガスケット１６の一端面は、ボディ５の挿着穴１９の底面に当接し、また、ガスケット１６の他端面は、筒状部材１１に形成した取付け用フランジ部の外側端面に当接するようになっている。ガスケット１６の断面形状は、円形や多角形であっても良い。
本実施形態において、カバー体１４の外径は２０ｍｍに、センサモジュール１２の高さは９．７ｍｍに、センサモジュール１２の円筒部の外径は１３ｍｍに、センサモジュールの内径は８ｍｍに、筒状部材１１の外径は１０ｍｍ（取り付けフランジは１２ｍｍ）に、筒状部材１１の内径は８ｍｍに設定されている。ただし、それぞれの状況に合わせて上記の各寸法を変更することは可能である。
また、図３に示すように、本実施形態の圧力センサ装置１０は、上記の圧力センサ１と、その側面および上面を覆うカバー部品３とによって構成されている。図３に示すように、カバー部品３は、圧力センサ１の取り付け面５Ｓからの突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材３ａと、この穴開き部材３ａの上面に固定されて圧力センサ１の上面を覆う蓋部材３ｂとによって構成されている。
カバー部品３は、ボディ５に対して固定され、圧力センサ１の外側を覆うことで、圧力センサ１を保温して温度の急激な変化を防止することができる。また、圧力センサ１の温度均一性を向上させることができる。圧力センサ１は、ガスの再液化の防止のために、外側からヒータによって例えば約２００℃の設定温度で加熱される場合があるが、このような高温下においても、温度の均一性、保温性が保たれていれば、センサ出力、特にゼロ点出力を安定させることができる。
この目的のために、好適な実施形態において、穴開き部材３ａは、熱伝導率が比較的高い金属材料から形成され、一方で、蓋部材３ｂは高温耐性を有するとともに熱伝導率が比較的低い樹脂材料から形成される。より具体的には、穴開き部材３ａは、例えばアルミニウム、銀、グラフェンなどから形成され、蓋部材３ｂは例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）から形成される。
穴開き部材３ａを、ボディ５と密着する例えばアルミニウム製の穴開きブロック材から形成することによって、圧力センサ１の側面の周囲温度は、ボディ５の温度と同等になりやすい。また、熱伝導性が比較的高いので、穴開き部材３ａの全体が均一な温度に加熱されやすく、したがって、圧力センサ１の温度均一性を向上させることができる。
穴開き部材３ａの外側表面は、研磨処理されていることが好適である。外側表面を研磨面とすることで熱反射率が向上するので、外側への放熱を低減し内側への放熱を効率的に行うことができる。また、外側への放熱量を少なくすることで、高温対策を比較的容易に行うことができるという利点も得られる。
また、アルミニウム製の穴開き部材３ａを用いる場合、内側表面、すなわち、圧力センサ１と対向する面が、アルマイト処理（特に硬質アルマイト処理）されていることも好適である。内側面がアルマイト処理されていると、輻射率が向上し内側への放熱性が向上するため、穴開き部材３ａからの熱の多くを内側に放出することができる。したがって、外部への熱放射を抑制するとともに内側空間における温度保持性を向上させることができる。
また、蓋部材３ｂをＰＥＥＫなどの保温性の高い材料から形成することで、カバー部品３の内側空間を高温に維持しやすく、圧力センサ１の周囲の温度を一定に保ちやすい。また、蓋部材３ｂを樹脂材料とすることにより、圧力信号を伝送するリード線１２ｃが金属部材と接触することがなくなるので、リード線１２ｃに電気的および熱的な外乱が生じる可能性を低減できる。
以下、カバー部品３のより具体的な実施形態について説明する。図４（ａ）は、上流圧力Ｐ１を測定する圧力センサ装置１０に用いられるカバー部品３の組み立て前の状態を示し、図４（ｂ）は、カバー部品３の組み立て後の状態を示す。
本実施形態のカバー部品３では、円柱状のセンサ孔９ａが設けられたアルミニウム製の穴開き部材３ａが直方体状に形成されており、これがボディ５（図３参照）に対して固定される。穴開き部材３ａの固定は、４隅の固定貫通孔を介して、ねじ７をそれぞれボディに締め付けることによって行われている。
なお、穴開き部材３ａは、必ずしも一体の金属ブロックから形成されている必要はなく、複数の金属ブロック体を組み合わせて構成されていてもよい。穴開き部材３ａは、例えば、センサ孔９ａの中心線で分離された形状の２つのブロック体を用いて構成されていてもよく、この場合、各ブロック体の端面にセンサ孔９ａを形成するための凹部がそれぞれ設けられ、凹部を組み合わせることでセンサ孔９ａが形成される。
また、ＰＥＥＫ製の蓋部材３ｂは、ねじ８によって穴開き部材３ａの上面に固定されている。また、蓋部材３ｂにおいて、穴開き部材３ａのセンサ孔９ａの位置に、圧力センサ１から延びる複数のリード線１２ｃをまとめた信号ケーブルを通過させるためのケーブル孔９ｂが設けられている。ケーブル孔９ｂを介して、圧力検出素子に接続された信号ケーブルを、外部のブリッジ回路に接続することができ、これにより圧力検出結果を得ることができる。ケーブル孔９ｂの寸法を、大きすぎず、ケーブル径と同程度に設定することによって、保温性を高めることができる。
さらに、本実施形態のカバー部品３では、蓋部材３ｂのケーブル孔９ｂの近傍にねじなどによって固定された金属製のケーブル固定具３ｃが設けられている。ケーブル固定具３ｃは、圧力センサに接続された信号ケーブルを保持し、固定するように設けられている。
図５は、リード線１２ｃ（信号ケーブル１２ｃと称することがある）がケーブル固定具３ｃによって、蓋部材３ｂ上に固定されている様子を示す。ケーブル固定具３ｃは、蓋部材３ｂに固定される断面Ｌ字型の受け具に、信号ケーブルを挟んだ状態で、外側から板状の固定具をねじ止めすることによってケーブル固定を行うことができる。
このように、信号ケーブル１２ｃを蓋部材３ｂ上で動かないように固定することによって、カバー部品３の内側で、圧力センサ１から延びる信号ケーブルが外部応力や振動や温度変化に対して動きにくくなる。これより、信号にノイズ成分が乗ることが防止され、信号品質を向上させることができる。
なお、上記にはケーブル固定具３ｃによって信号ケーブル１２ｃを固定する態様を説明したが、ケーブル固定具３ｃは電源ケーブル等の他のケーブルを固定するために用いられてもよい。ケーブル固定具３ｃは、種々のケーブルや配線の保持・固定のために利用でき、本明細書において、「ケーブル」とは、信号ケーブルや電源ケーブルを含むものとする。
以上のように構成されたカバー部品３を搭載した圧力センサ装置１０は、小型高温対応の圧力センサとして好適に用いられ、特にゼロ点出力を安定して維持できるので、圧力式流量制御装置に組み込むことで、長期的にわたって高精度な流量精度を確保することが期待できる。
図６（ａ）は、別の態様のカバー部品３の組み立て前の状態を示し、図６（ｂ）は、カバー部品３の組み立て後の状態を示す。図６（ａ）および（ｂ）に示すカバー部品３は、図１に示した供給圧力Ｐ０を測定する供給圧力センサ装置１０’に用いられる別の態様のカバー部品３である。また、図７は、図６（ａ）および（ｂ）に示したカバー部品３において、信号ケーブル１２ｃが、ケーブル固定具３ｃによって、蓋部材３ｂ上に固定されている様子を示している。
本実施形態のカバー部品３において、穴開き部材３ａは、中央にセンサ孔９ａが設けられた円形リング状のアルミニウム製ブロックである。また、蓋部材３ｂは、穴開き部材３ａに対応する形状を有する、ＰＥＥＫ製の円形板部材である。本実施形態の蓋部材３ｂにおいても、中央部にケーブル孔９ｂが設けられている。また、蓋部材３ｂの上面には、圧力センサに接続されケーブル孔９ｂを介して外側に延びる信号ケーブル１２ｃを固定するためのケーブル固定具３ｃが設けられている。
本実施形態においても、供給圧力Ｐ０を測定する圧力センサを覆うようにしてカバー部品３が設けられて保温性および均熱性が高められており、また、ケーブル固定具３ｃによって信号ケーブルの移動を制限しているので、高温環境下でも適切なセンサ出力を得ることができる。
このように、カバー部品３は、任意の形状に設計されていてよい。上流圧力Ｐ１を測定する圧力センサ１の周囲には多くの部品が密集して配置されるため、他の部品との干渉を避けるために図４および図５に示したような形態が採用されているが、他の部品との干渉が問題にならない場合、図６および図７に示したようなよりシンプルな形態を採用することもできる。
図８（ａ）～（ｃ）は、さらに別の態様のカバー部品を示す図である。図８（ａ）および（ｂ）は、蓋部材３ｂを取り付ける前の状態、すなわち、金属製の穴開き部材３ａのみがボディに固定されている状態が示されている。また、図８（ｃ）には、穴開き部材３ａ上に固定される蓋部材３ｂが示されている。
本実施形態では、蓋部材３ｂに、圧力センサからのケーブルを通過させるための切り欠き９ｂ’が設けられている。また、ケーブルの固定は、蓋部材３ｂ上で行われるのではなく、カバー部品３から少し離れた場所でシャーシに固定されるケーブル固定具３ｃ’を用いて行われている。このような態様であっても、圧力センサの保温、均熱を行うとともに、ケーブルの不要な移動を防止し、高温環境下においてもセンサ出力を安定させることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能である。例えば、上記には、供給圧力Ｐ０および制御圧力Ｐ１を測定する圧力センサにカバー部品を設ける態様を説明したが、絞り部２４の下流側の下流圧力Ｐ２を測定する下流圧力センサを用いる場合、この下流圧力センサにもカバー部品を設けてセンサ出力を安定させるようにしてもよい。その他、上記には蓋部材３ｂが一体である態様を説明したが、蓋部材３ｂは、半割状態の２部品、あるいは、３つ以上の部品を組み合わせて構成されていてもよい。
本発明の実施形態にかかるカバー部品およびこれを備える圧力センサ装置は、例えば、半導体製造装置における高温ガスの圧力測定のために好適に利用される。
１ 圧力センサ
３ カバー部品
３ａ 穴開き部材
３ｂ 蓋部材
３ｃ ケーブル固定具
５ ボディ
７ ねじ
９ａ センサ孔
９ｂ ケーブル孔
９ｂ’ 切り欠き
１０ 圧力センサ装置
１１ 筒状部材
１２ センサモジュール
１２ａ ダイヤフラム
１２ｂ 圧力検出素子
１２ｃ リード線 （信号ケーブル）
１３ ハーメチックカバー
１４ カバー体
１６ ガスケット
１８ ボンネットナット
２０ 圧力式流量制御装置
２２ コントロール弁
２４ 絞り部
２６ 流入圧力センサ
２８ ストップバルブ
３０ 気化供給装置
１００ ガス供給系
Ｃ１ 受圧室
Ｃ２ 真空室
Ｆ１ 流路
３ カバー部品
３ａ 穴開き部材
３ｂ 蓋部材
３ｃ ケーブル固定具
５ ボディ
７ ねじ
９ａ センサ孔
９ｂ ケーブル孔
９ｂ’ 切り欠き
１０ 圧力センサ装置
１１ 筒状部材
１２ センサモジュール
１２ａ ダイヤフラム
１２ｂ 圧力検出素子
１２ｃ リード線 （信号ケーブル）
１３ ハーメチックカバー
１４ カバー体
１６ ガスケット
１８ ボンネットナット
２０ 圧力式流量制御装置
２２ コントロール弁
２４ 絞り部
２６ 流入圧力センサ
２８ ストップバルブ
３０ 気化供給装置
１００ ガス供給系
Ｃ１ 受圧室
Ｃ２ 真空室
Ｆ１ 流路
Claims (5)
- 流路が形成されたボディの取り付け面に固定され、固定されたときに前記取り付け面から突出する突出部を有する圧力センサのためのカバー部品であって、
前記圧力センサの突出部の側面と対向する内周面を有する穴開き部材と、
前記穴開き部材に対して固定され、前記圧力センサの突出部を覆う蓋部材と
を備える、カバー部品。 - 前記穴開き部材と前記蓋部材とは異なる材料から形成されており、前記穴開き部材の熱伝導率は前記蓋部材の熱伝導率よりも高い、請求項１に記載のカバー部品。
- 前記蓋部材には、前記圧力センサが有するケーブルを通過させるための孔または切り欠きが形成されており、
前記蓋部材に固定され、前記蓋部材から延びる前記ケーブルを保持するケーブル固定具をさらに備える、請求項１または２に記載のカバー部品。 - 前記ボディに取り付けられた請求項１から３のいずれかに記載のカバー部品と、
前記ボディに取り付けられ請求項１から３のいずれかに記載のカバー部品によって覆われた圧力センサと
を備える、圧力センサ装置。 - 前記圧力センサは、感圧部としてのダイヤフラムを含み前記ボディの流路と連通する受圧室を内側に有する有底筒状のセンサモジュールであって圧力検出素子が取り付けられたセンサモジュールと、前記ダイヤフラムによって前記受圧室と隔てられた真空室を包囲するハーメチックカバーとを有するダイヤフラム式の圧力センサである、請求項４に記載の圧力センサ装置。
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5115676A (en) * | 1990-01-10 | 1992-05-26 | Setra Systems, Inc. | Flush-mounted pressure sensor |
| US5410916A (en) * | 1994-06-24 | 1995-05-02 | Honeywell Inc. | Flowthrough pressure sensor |
| JP2000304637A (ja) * | 1999-04-21 | 2000-11-02 | Nippon Seiki Co Ltd | 圧力検出器 |
| US20090260445A1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Vega Grieshaber Kg | Protective hood with a housing for the protection of a measuring apparatus |
| US20120297886A1 (en) * | 2009-10-14 | 2012-11-29 | Chul-Sub Lee | Vertical Pressure Sensor |
| WO2020075600A1 (ja) * | 2018-10-09 | 2020-04-16 | 株式会社フジキン | 圧力センサ |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP5594541B2 (ja) * | 2012-02-09 | 2014-09-24 | Ｓｍｃ株式会社 | 圧力検出器 |
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| JP6775997B2 (ja) * | 2016-05-13 | 2020-10-28 | 株式会社エンプラス | 電気部品用ソケット |
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-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5115676A (en) * | 1990-01-10 | 1992-05-26 | Setra Systems, Inc. | Flush-mounted pressure sensor |
| US5410916A (en) * | 1994-06-24 | 1995-05-02 | Honeywell Inc. | Flowthrough pressure sensor |
| JP2000304637A (ja) * | 1999-04-21 | 2000-11-02 | Nippon Seiki Co Ltd | 圧力検出器 |
| US20090260445A1 (en) * | 2008-03-28 | 2009-10-22 | Vega Grieshaber Kg | Protective hood with a housing for the protection of a measuring apparatus |
| US20120297886A1 (en) * | 2009-10-14 | 2012-11-29 | Chul-Sub Lee | Vertical Pressure Sensor |
| WO2020075600A1 (ja) * | 2018-10-09 | 2020-04-16 | 株式会社フジキン | 圧力センサ |
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