(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023069219
(43)【公開日】2023-05-18
(54)【発明の名称】圧力センサ
(51)【国際特許分類】
G01L 19/00 20060101AFI20230511BHJP
G01L 19/04 20060101ALI20230511BHJP
【ＦＩ】
G01L19/00 A
G01L19/04
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021180944
(22)【出願日】2021-11-05
(71)【出願人】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(72)【発明者】
【氏名】松儀 泰明
(72)【発明者】
【氏名】石原 卓也
(72)【発明者】
【氏名】添田 将
(72)【発明者】
【氏名】関根 正志
(72)【発明者】
【氏名】新村 悠祐
【テーマコード（参考）】
2F055
【Ｆターム（参考）】
2F055AA40
2F055BB10
2F055CC02
2F055DD09
2F055EE25
2F055FF01
2F055FF49
2F055GG11
(57)【要約】
【課題】被測定流体からの熱伝達に起因するセンサダイアフラムの変形を低減しつつ、センサ素子の支持構造を小型化する。
【解決手段】圧力センサのセンサ素子４０は、流入空間Ｒ２に流入した被測定流体の圧力により変形するセンサダイアフラム４１と、センサダイアフラム４１を支持する環状の支持部４２とを備える。センサ素子４０を支持する支持構造７０は、センサダイアフラム４１を流入空間Ｒ２側から覆う板状部材７２と、センサ素子４０と板状部材７２との間に配置されたスペーサ７３とを備える。板状部材７２は、被測定流体をセンサダイアフラム４１側に導入する導入孔７２Ａを備え、スペーサ７３は、支持部４１に固定された環状部７３Ａと、環状部７３Ａから張り出して導入孔７２Ａと対向する対向部７３Ｂと、平面視において環状部７３Ａの内側でセンサダイアフラムと重なる貫通孔７３Ｃと、を備える。
【選択図】図２
【解決手段】圧力センサのセンサ素子４０は、流入空間Ｒ２に流入した被測定流体の圧力により変形するセンサダイアフラム４１と、センサダイアフラム４１を支持する環状の支持部４２とを備える。センサ素子４０を支持する支持構造７０は、センサダイアフラム４１を流入空間Ｒ２側から覆う板状部材７２と、センサ素子４０と板状部材７２との間に配置されたスペーサ７３とを備える。板状部材７２は、被測定流体をセンサダイアフラム４１側に導入する導入孔７２Ａを備え、スペーサ７３は、支持部４１に固定された環状部７３Ａと、環状部７３Ａから張り出して導入孔７２Ａと対向する対向部７３Ｂと、平面視において環状部７３Ａの内側でセンサダイアフラムと重なる貫通孔７３Ｃと、を備える。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被測定流体が流入する流入空間を形成しているパッケージと、
前記パッケージ内に配置されたセンサ素子であり、前記流入空間に流入した前記被測定流体の圧力により変形するセンサダイアフラムと、前記センサダイアフラムを囲み前記センサダイアフラムを支持する環状の支持部とを備えるセンサ素子と、
前記センサ素子を前記センサダイアフラムが前記流入空間側に向いた向きで支持する支持構造と、を備え、
前記支持構造は、前記センサダイアフラムを前記流入空間側から覆う板状部材と、前記センサ素子と前記板状部材との間に配置されたスペーサとを備え、
前記板状部材は、平面視において前記センサダイアフラムと重なる位置に設けられた、前記被測定流体を前記センサダイアフラム側に導入する導入孔を備え、
前記スペーサは、前記支持部に固定された環状部と、前記環状部から張り出して前記導入孔と対向し、前記導入孔からの前記被測定流体が当たる対向部と、平面視において前記環状部の内側で前記センサダイアフラムと重なり、前記対向部に当たった前記被測定流体を前記センサダイアフラムに導く貫通孔と、を備える、
圧力センサ。
前記パッケージ内に配置されたセンサ素子であり、前記流入空間に流入した前記被測定流体の圧力により変形するセンサダイアフラムと、前記センサダイアフラムを囲み前記センサダイアフラムを支持する環状の支持部とを備えるセンサ素子と、
前記センサ素子を前記センサダイアフラムが前記流入空間側に向いた向きで支持する支持構造と、を備え、
前記支持構造は、前記センサダイアフラムを前記流入空間側から覆う板状部材と、前記センサ素子と前記板状部材との間に配置されたスペーサとを備え、
前記板状部材は、平面視において前記センサダイアフラムと重なる位置に設けられた、前記被測定流体を前記センサダイアフラム側に導入する導入孔を備え、
前記スペーサは、前記支持部に固定された環状部と、前記環状部から張り出して前記導入孔と対向し、前記導入孔からの前記被測定流体が当たる対向部と、平面視において前記環状部の内側で前記センサダイアフラムと重なり、前記対向部に当たった前記被測定流体を前記センサダイアフラムに導く貫通孔と、を備える、
圧力センサ。
【請求項2】
前記支持構造は、前記パッケージに固定され、前記スペーサを介して前記センサ素子を支持する支持ダイアフラムを備え、
前記支持ダイアフラムは、開口と、前記流入空間側に向き、前記板状部材が前記開口を覆った状態で固定された第１面と、前記スペーサの前記環状部が固定された、前記第１面と反対の第２面と、を備える、
圧力センサ。
前記支持ダイアフラムは、開口と、前記流入空間側に向き、前記板状部材が前記開口を覆った状態で固定された第１面と、前記スペーサの前記環状部が固定された、前記第１面と反対の第２面と、を備える、
圧力センサ。
【請求項3】
前記板状部材は、前記導入孔として、平面視において前記センサダイアフラムの外縁部と重なる位置に設けられた複数の導入孔を備え、
前記スペーサは、前記対向部として、前記環状部から張り出して前記複数の導入孔とそれぞれ対向する複数の対向部を備え、
前記貫通孔は、前記環状部の内側の領域の中央から前記複数の対向部のそれぞれの間にわたっている、
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
前記スペーサは、前記対向部として、前記環状部から張り出して前記複数の導入孔とそれぞれ対向する複数の対向部を備え、
前記貫通孔は、前記環状部の内側の領域の中央から前記複数の対向部のそれぞれの間にわたっている、
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項4】
前記対向部は、中央部と、前記中央部から延びて前記環状部に繋がる複数の接続部と、を備え、
前記スペーサは、前記貫通孔として、平面視において前記環状部の内側で前記センサダイアフラムと重なる複数の貫通孔を備え、
前記複数の貫通孔は、複数の接続部それぞれの各間に配置されている、
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
前記スペーサは、前記貫通孔として、平面視において前記環状部の内側で前記センサダイアフラムと重なる複数の貫通孔を備え、
前記複数の貫通孔は、複数の接続部それぞれの各間に配置されている、
請求項１又は２に記載の圧力センサ。
【請求項5】
前記導入孔は、前記中央部に対向している、
請求項４に記載の圧力センサ。
請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項6】
前記導入孔は、前記接続部に対向している、
請求項４に記載の圧力センサ。
請求項４に記載の圧力センサ。
【請求項7】
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧力センサにおいて、
前記スペーサの熱膨張率と前記センサ素子の熱膨張率とが同じである、
圧力センサ。
前記スペーサの熱膨張率と前記センサ素子の熱膨張率とが同じである、
圧力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、圧力センサに関する。
【背景技術】
【0002】
センサダイアフラムを用いて被測定流体の圧力を計測する圧力センサが知られている。このような圧力センサは、特許文献１（特に、特許文献１の図１４）が開示するように、センサパッケージと、センサパッケージ内に配置されたセンサダイアフラム式のセンサ素子と、センサダイアフラムを覆い、中央に貫通孔を備える台座部材（板状部材）と、を備える。特許文献１が開示する圧力センサでは、センサ素子と台座部材との間に、平面視においてセンサダイアフラムを囲むスペーサが設けられている。台座部材及びスペーサは、センサ素子を支持する支持構造の一部である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－３０２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１が開示の圧力センサでは、被測定流体からの熱伝達に起因するセンサダイアフラムの変形を防止するため、スペーサを厚くして、センサダイアフラムと台座部材との距離を長くしている。しかし、スペーサを厚くする分、当該スペーサを含むセンサ素子の支持構造が大型化してしまう。
【0005】
本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、被測定流体からの熱伝達に起因するセンサダイアフラムの変形を低減しつつ、センサ素子の支持構造を小型化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための本発明に係る圧力センサは、被測定流体が流入する流入空間を形成しているパッケージと、前記パッケージ内に配置されたセンサ素子であり、前記流入空間に流入した前記被測定流体の圧力により変形するセンサダイアフラムと、前記センサダイアフラムを囲み前記センサダイアフラムを支持する環状の支持部とを備えるセンサ素子と、前記センサ素子を前記センサダイアフラムが前記流入空間側に向いた向きで支持する支持構造と、を備え、前記支持構造は、前記センサダイアフラムを前記流入空間側から覆う板状部材と、前記センサ素子と前記板状部材との間に配置されたスペーサとを備え、前記板状部材は、平面視において前記センサダイアフラムと重なる位置に設けられた、前記被測定流体を前記センサダイアフラム側に導入する導入孔を備え、前記スペーサは、前記支持部に固定された環状部と、前記環状部から張り出して前記導入孔と対向し、前記導入孔からの前記被測定流体が当たる対向部と、平面視において前記環状部の内側で前記センサダイアフラムと重なり、前記対向部に当たった前記被測定流体を前記センサダイアフラムに導く貫通孔と、を備える。
【0007】
前記支持構造は、前記パッケージに固定され、前記スペーサを介して前記センサ素子を支持する支持ダイアフラムを備え、前記支持ダイアフラムは、開口と、前記流入空間側に向き、前記板状部材が前記開口を覆った状態で固定された第１面と、前記スペーサの前記環状部が固定された、前記第１面と反対の第２面と、を備える、ようにしてもよい。
【0008】
前記板状部材は、前記導入孔として、平面視において前記センサダイアフラムの外縁部と重なる位置に設けられた複数の導入孔を備え、前記スペーサは、前記対向部として、前記環状部から張り出して前記複数の導入孔とそれぞれ対向する複数の対向部を備え、前記貫通孔は、前記環状部の内側の領域の中央から前記複数の対向部のそれぞれの間にわたっている、ようにしてもよい。
【0009】
前記対向部は、中央部と、前記中央部から延びて前記環状部に繋がる複数の接続部と、を備え、前記スペーサは、前記貫通孔として、平面視において前記環状部の内側で前記センサダイアフラムと重なる複数の貫通孔を備え、前記複数の貫通孔は、複数の接続部それぞれの各間に配置されている、ようにしてもよい。
【0010】
前記導入孔は、前記中央部に対向している、ようにしてもよい。
【0011】
前記導入孔は、前記接続部に対向している、ようにしてもよい。
【0012】
前記スペーサの熱膨張率と前記センサ素子の熱膨張率とが同じである、ようにしてもよい。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、被測定流体からの熱伝達に起因するセンサダイアフラムの変形を低減しつつ、センサ素子の支持構造を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１０を、図１～図４を参照して説明する。図１では、後述のセンサ素子４０を構成するセンサダイアフラム４１、支持部４２、可動電極４５、及び、固定電極４６の各厚みと、後述の支持構造７０の支持ダイアフラム７１の各厚みと、が、図２よりも誇張して描かれている。後述の平面視は、圧力センサ１０（特に、後述のセンサダイアフラム４１）をその中心軸方向に沿って見た状態をいい、ここでは図１の上方から見た状態をいうものとする。図２では、断面を図１のようなハッチングではなく、ドットにより表している（図５及び図７も同様）。また、同じ機能などを有する複数の要素については、その一部にのみ符号を付している場合がある。各図で示す上下方向は、便宜上のものであり、圧力センサ１０の実際の使用状態を示すものではない。圧力センサ１０は、図１における上側を地面側として配置されてもよい。
本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１０を、図１～図４を参照して説明する。図１では、後述のセンサ素子４０を構成するセンサダイアフラム４１、支持部４２、可動電極４５、及び、固定電極４６の各厚みと、後述の支持構造７０の支持ダイアフラム７１の各厚みと、が、図２よりも誇張して描かれている。後述の平面視は、圧力センサ１０（特に、後述のセンサダイアフラム４１）をその中心軸方向に沿って見た状態をいい、ここでは図１の上方から見た状態をいうものとする。図２では、断面を図１のようなハッチングではなく、ドットにより表している（図５及び図７も同様）。また、同じ機能などを有する複数の要素については、その一部にのみ符号を付している場合がある。各図で示す上下方向は、便宜上のものであり、圧力センサ１０の実際の使用状態を示すものではない。圧力センサ１０は、図１における上側を地面側として配置されてもよい。
【0016】
図１に示すように、圧力センサ１０は、パッケージ２０と、バッフル３０と、センサ素子４０と、コンタクトパッド５０と、電極部材６０と、支持構造７０と、を備える。圧力センサ１０は、真空チャンバ内の残留ガス及びプロセスガスを含む被測定流体Ｌの圧力を測定する真空計として構成されている。
【0017】
パッケージ２０は、第１パッケージ部材２１と、第２パッケージ部材２２と、第３パッケージ部材２３と、を備え、センサ素子４０、コンタクトパッド５０、及び、支持構造７０などを収容する。パッケージ２０は、被測定流体Ｌを導入する導入路Ｒ１と、導入路Ｒ１から被測定流体Ｌが流入する流入空間Ｒ２と、流入空間Ｒ２の気圧つまり被測定流体Ｌの気圧と比較される真空圧が封入された真空室Ｒ３とを形成している。パッケージ２０は、インコネルなどの金属により形成されている。
【0018】
第１パッケージ部材２１は、円筒状の小径部により導入路Ｒ１を区画し、かつ、カップ状の大径部により流入空間Ｒ２を支持構造７０とともに区画するロート形状を有している。第１パッケージ部材２１の下端には、円筒状の第２パッケージ部材２２が、溶接等により、支持構造７０の後述の支持ダイアフラム７１の周縁部を挟んで接合されている。第２パッケージ部材２２の下端には、円板形状の第３パッケージ部材２３が溶接等によりに接合されている。第３パッケージ部材２３は、第２パッケージ部材２２、センサ素子４０、及び、支持構造７０とともに、真空室Ｒ３を区画している。
【0019】
バッフル３０は、第１パッケージ部材２１に不図示の固定部材等により固定されている。バッフル３０は、導入路Ｒ１を通って流入空間Ｒ２に流入する被測定流体Ｌの流れをパッケージ２０の外周方向に変える。
【0020】
センサ素子４０は、被測定流体Ｌの圧力を電気信号に変換することで、当該圧力を検出する。センサ素子４０は、パッケージ２０内に配置されており、支持構造７０により支持されている。図１及び図２に示すように、センサ素子４０は、円形のセンサダイアフラム４１と、センサダイアフラム４１を囲み、センサダイアフラム４１を支持する環状の支持部４２と、を備える。センサダイアフラム４１の流入空間Ｒ２側に向いた上面は、被測定流体Ｌの圧力を受圧する受圧面である。流入空間Ｒ２に流入した被測定流体Ｌは、後述のように支持構造７０を通り、その圧力によりセンサダイアフラム４１の受圧面を押してセンサダイアフラム４１を変形させる。
【0021】
センサダイアフラム４１と支持部４２とは、一体的に１つの部材として形成されている。センサ素子４０は、支持部４２に溶接などにより固定された板材４３も有する。板材４３は、センサダイアフラム４１及び支持部４２とともに容量室Ｃを形成している。容量室Ｃは、板材４３に形成された不図示の貫通孔により真空室Ｒ３と連通することで、真空となっている。センサダイアフラム４１、支持部４２、及び、板材４３は、サファイアなどにより構成されている。
【0022】
センサ素子４０は、センサダイアフラム４１の受圧面と反対の測定面に形成された可動電極４５と、板材４３に形成された固定電極４６と、を備える。可動電極４５と固定電極４６とは対向している。可動電極４５及び固定電極４６の形状及び数は任意である。
【0023】
センサダイアフラム４１が変形することにより、可動電極４５が変位し、可動電極４５と固定電極４６との間の距離が変化する。つまり、可動電極４５と固定電極４６とにより構成されるキャパシタの静電容量が変化する。センサ素子４０は、この静電容量の変化を示す電気信号を出力する。このようにして、センサ素子４０は、センサダイアフラム４１の変形つまり被測定流体Ｌの圧力を電気信号に変換する。当該電気信号は、例えば、被測定流体Ｌの圧力に応じた電圧値を有する電圧信号である。
【0024】
図１に示すように、板材４３の固定電極４６が形成された面とは反対側の面には、複数のコンタクトパッド５０が形成されている。複数のコンタクトパッド５０は、図示を省略している各種の配線により可動電極４５又は固定電極４６と電気的に接続されている。複数のコンタクトパッド５０は、センサ素子４０から出力される、被測定流体Ｌの圧力を示す電気信号の取り出しに使用される。
【0025】
複数のコンタクトパッド５０には、被測定流体Ｌの圧力を示す電気信号をパッケージ２０の外部に取り出すための複数の電極部材６０がそれぞれ接続されている。各電極部材６０は、パッケージ２０に第３パッケージ部材２３を貫通しており、不図示のハーメチックシールにより第３パッケージ部材２３に固定されている。各電極部材６０は、前記の電気信号を伝送する導電ピン６１と、導電ピン６１を囲んだ円筒状のシールド６２と、導電ピン６１とコンタクトパッド５０とを接続するコンタクトバネ６３と、を備える。導電ピン６１は、シールド６２内を通った状態でハーメチックシールなどによりシールド６２に固定されている。前記の電気信号は、コンタクトパッド５０、コンタクトバネ６３、及び、導電ピン６１により伝送され、その結果、圧力センサ１０外部に出力される。
【0026】
図１及び図２に示すように支持構造７０は、センサ素子４０を、センサダイアフラム４１が流入空間Ｒ２側に向いた向きで、パッケージ２０内で支持する。図１～図４に示すように、支持構造７０は、支持ダイアフラム７１、板状部材７２、及び、スペーサ７３を備える。支持ダイアフラム７１、板状部材７２、及び、スペーサ７３は、サファイアなどにより形成されてる。支持ダイアフラム７１、板状部材７２、スペーサ７３、センサ素子４０、及び、圧力センサ１０の各中心軸は、一致している。
【0027】
支持ダイアフラム７１は、スペーサ７３を介してセンサ素子４０を支持する。図１に示すように、支持ダイアフラム７１は、その周縁部がパッケージ２０の第１パッケージ部材２１と第２パッケージ部材２２とにより挟み込まれることにより、パッケージ２０に固定されている。
【0028】
図１～図４に示すように、支持ダイアフラム７１の流入空間Ｒ２側に向く第１面７１Ａには、板状部材７２が溶接などにより固定されている。支持ダイアフラム７１の、第１面７１Ａとは反対の第２面７１Ｂには、スペーサ７３が溶接などにより固定されている。スペーサ７３には、センサ素子４０が溶接などにより固定されている。スペーサ７３は、板状部材７２とセンサ素子４０との間、より詳細には、支持ダイアフラム７１とセンサ素子４０との間に配置されている。支持ダイアフラム７１の中央には、開口７１Ｃが設けられている。平面視において、開口７１Ｃは、センサダイアフラム４１よりも大きく、センサダイアフラム４１全部を内側に含むように、センサダイアフラム４１と重なっている。開口７１Ｃは、平面視において、センサダイアフラム４１と一致する形状であってもよい。
【0029】
板状部材７２は、平板形状に形成されており、流入空間Ｒ２に面している。板状部材７２の外縁部が支持ダイアフラム７１の開口７１Ｃの周辺部に固定されることで、板状部材７２は、支持ダイアフラム７１の開口７１Ｃを覆う。
【0030】
板状部材７２は、開口７１Ｃと流入空間Ｒ２とを連通させて、流入空間Ｒ２に流入した被測定流体Ｌをセンサダイアフラム４１側に導入する４つの導入孔７２Ａを備える。４つの導入孔７２Ａは、板状部材７２の厚み方向に延びる貫通孔である。図２に示すように、導入孔７２Ａは、平面視においてセンサダイアフラム４１の外縁部と重なる位置に設けられている。
【0031】
図１～図４に示すように、スペーサ７３は、板状部材７２とセンサ素子４０との間隔を確保する。スペーサ７３は、センサ素子４０に固定された環状形状の環状部７３Ａと、複数の導入孔７２Ａにそれぞれ対向する複数（ここでは、４つ）の対向部７３Ｂと、を備える。複数の対向部７３Ｂそれぞれは、環状部７３Ａの内周壁から環状部７３Ａの内側に張り出している。スペーサ７３は、環状部７３Ａの内側に設けられて対向部７３Ｂと隣接している貫通孔７３Ｃも備えている。貫通孔７３Ｃは、略十字形状に形成されており、環状部７３Ａの内側の領域つまり環状部７３Ａに囲まれた領域の中央から複数の対向部７３Ｂのそれぞれの間にわたっている形状を有する。
【0032】
環状部７３Ａの支持ダイアフラム７１側の端面（上端面）は、支持ダイアフラム７１の開口７１Ｃの周辺部に固定されている。環状部７３Ａのセンサ素子４０側の端面（下端面）は、センサ素子４０の支持部４２に固定されている。スペーサ７３と板状部材７２とは、支持ダイアフラム７１を挟み込み、センサ素子４０を支持する支持台座としても機能する。スペーサ７３は、センサ素子４０とともに、開口７１Ｃを真空室Ｒ３側から覆う。
【0033】
対向部７３Ｂ及び貫通孔７３Ｃは、平面視において、センサ素子４０のセンサダイアフラム４１に重なっている。貫通孔７３Ｃは、開口７１Ｃとともにセンサダイアフラム４１の一部、つまり、センサダイアフラム４１のうちのスペーサ７３の対向部７３Ｂに覆われていない部分を流入空間Ｒ２側に露出させる。開口７１Ｃを覆う板状部材７２は、対向部７３Ｂ、貫通孔７３Ｃ、及び、センサダイアフラム４１を流入空間Ｒ２側から覆う。
【0034】
流入空間Ｒ２に流入した被測定流体Ｌは、図２に示す太線矢印に示すように、板状部材７２の導入孔７２Ａを通り、その後、支持ダイアフラム７１の開口７１Ｃを通って、スペーサ７３の対向部７３Ｂに当たる。対向部７３Ｂは、当該対向部７３Ｂに当たった被測定流体Ｌを隣接している貫通孔７３Ｃに導く。貫通孔７３Ｃは、この被測定流体Ｌをセンサ素子４０のセンサダイアフラム４１に導く。センサダイアフラム４１は、導かれた被測定流体Ｌの圧力により変形する。
【0035】
この実施の形態では、板状部材７２の導入孔７２Ａを通った被測定流体Ｌが対向部７３Ｂに当たることで、被測定流体Ｌと対向部７３Ｂとで熱交換が行われる。これにより、被測定流体Ｌの温度が下げられ（被測定流体Ｌが高温の場合）、または上げられ（被測定流体Ｌが低温の場合）、被測定流体Ｌからの熱伝達に起因するセンサダイアフラム４１の変形が低減される。これにより、センサダイアフラム４１のヒステリシス又はシフトなどによる出力信号の誤差の発生が低減される。さらに、仮にスペーサ７３が対向部７３Ｂを備えないとき、センサダイアフラム４１に到達したときの被測定流体Ｌの温度が十分に下がるように、スペーサ７３を厚くする必要がある。この実施の形態では、対向部７３Ｂに被測定流体Ｌが当たるので、対向部７３Ｂを設けないときよりもスペーサ７３の厚みを薄くすることができる。これにより、支持構造７０ないし圧力センサ１０全体が小型化される。以上のように、本実施形態によれば、被測定流体Ｌからの熱伝達に起因するセンサダイアフラム４１の変形が低減され、かつ、センサ素子４０を支持する支持構造７０が小型化される。
【0036】
また、この実施の形態では、貫通孔７３Ｃは、環状部７３Ａの内側の領域の中央から複数の対向部７３Ｂのそれぞれの間にわたっている形状を有し、比較的大きく形成されている。このため、圧力センサ１０の製造工程などでの洗浄において、洗浄液が支持構造７０を抜けやすい。導入孔７２Ａ及び対向部７３Ｂの数は任意であり、１つであってもよい。
【0037】
この実施の形態では、スペーサ７３の貫通孔７３Ｃが平面視においてセンサダイアフラム４１と重なっている。他方、これとは別に、貫通孔７３Ｃを小さくしてスペーサ７３のセンサダイアフラム４１の外側の位置に設けることも考えられる。この場合、貫通孔７３Ｃからセンサダイアフラム４１に被測定流体Ｌを案内する案内孔をセンサ素子４０の支持部４２に設ける必要がある。しかし、センサ素子４０とスペーサ７３との接合時において、この案内孔と貫通孔７３Ｃとの位置合わせが困難となる。この実施の形態では、平面視において貫通孔７３Ｃがセンサダイアフラム４１と重なっているので、支持部４２に案内孔などを設ける必要がなく、上記位置合わせの手間がなくなり、その分、圧力センサ１０の製造コストを抑えることができる。また、平面視において、板状部材７２の導入孔７２Ａよりもスペーサ７３の対向部７３Ｂの方が大きく対向部７３Ｂ内に導入孔７２Ａが位置するので、スペーサ７３と板状部材７２との多少の位置ずれも吸収される。
【0038】
また、この実施の形態では、板状部材７２の、支持ダイアフラム７１に固定された端面７２Ｂ（図４参照）は、板状部材７２の他の面、特に、導入孔７２Ａの下端周辺部の面よりも突き出ている。さらに、スペーサ７３の環状部７３Ａの、支持ダイアフラム７１に固定された端面７３Ｄ（図３参照）は、対向部７３Ｂの支持ダイアフラム７１側の面（上端面）よりも突き出ている。従って、支持ダイアフラム７１を薄くしても、導入孔７２Ａと対向部７３Ｂとの間の間隔を確保できる。これにより、板状部材７２の導入孔７２Ａからスペーサ７３の対向部７３Ｂに当たって貫通孔７３Ｃに流れる被測定流体Ｌが板状部材７２と対向部７３Ｂとの間を流れるときの流量が確保される。なお、板状部材７２とスペーサ７３とのいずれか一方の端面が突き出ていればよい。
【0039】
センサ素子４０（特に、センサダイアフラム４１、支持部４２、板材４３）、支持ダイアフラム７１、板状部材７２、及び、スペーサ７３の各材料は任意であるが、同じ材料を採用するなどして、各部材の熱膨張率を実質的等しくするとよい。これは、熱膨張率が異なると、圧力センサ１０の使用時の自己加熱時に、各部材の膨張度合いが異なることで、センサダイアフラム４１が歪んでしまうことを防止するためである。特に、センサ素子４０と当該センサ素子４０が直接固定されるスペーサ７３との各熱膨張率を実質的に等しくすることで、センサダイアフラム４１の歪みが低減される。
【0040】
＜第２実施形態＞
第２実施形態では、図５及び図６に示すように、支持構造７０が支持構造１７０に変更されている。より具体的には、板状部材７２が板状部材１７２に変更され、スペーサ７３がスペーサ１７３に変更されている。他の部分については、第１実施形態と同じなので、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
第２実施形態では、図５及び図６に示すように、支持構造７０が支持構造１７０に変更されている。より具体的には、板状部材７２が板状部材１７２に変更され、スペーサ７３がスペーサ１７３に変更されている。他の部分については、第１実施形態と同じなので、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【0041】
板状部材１７２は、複数の導入孔７２Ａの代わりに、流入空間Ｒ２に流入した被測定流体Ｌをセンサダイアフラム４１側に導入する１つの導入孔１７２Ａを備える。導入孔１７２Ａは、板状部材７２の中央に形成されている。
【0042】
スペーサ１７３は、第１実施形態の環状部７３Ａと同様の機能及び形状を有する環状部１７３Ａと、第１実施形態の対向部７３Ｂと同様の機能を有するが形状の異なる対向部１７３Ｂと、を備える。対向部１７３Ｂは、平面視において環状部１７３Ａの内側の領域の中央に位置する中央部１７３ＢＡと、中央部１７３ＢＡから放射状に延びて環状部１７３Ａに繋がる複数の接続部１７３ＢＢと、を備える。本実施形態では、４つの接続部１７３ＢＢが設けられ、対向部１７３Ｂは、略十字形状に形成されているが、接続部１７３ＢＢの数は任意である。中央部１７３ＢＡは、板状部材１７２の導入孔１７２Ａに対向している。
【0043】
スペーサ１７３は、第１実施形態の貫通孔７３Ｃと同様の機能を有する複数の貫通孔１７３Ｃを備える。複数の貫通孔１７３Ｃは、平面視において環状部１７３Ａの内側でセンサダイアフラム４１と重なり、対向部１７３Ｂ、より具体的には中央部１７３ＢＡに当たった被測定流体Ｌをセンサダイアフラム４１に導く。複数の貫通孔１７３Ｃは、複数の接続部１７３ＢＢのそれぞれの間に配置されている。換言すると、スペーサの周方向に沿って、貫通孔１７３Ｃと接続部１７３ＢＢとが交互に配置されている。
【0044】
この実施形態でも、板状部材１７２の導入孔１７２Ａを通った被測定流体Ｌが対向部１７３Ｂの中央部１７３ＢＡに当たることで、被測定流体Ｌと対向部１７３Ｂとで熱交換が行われる。このため、本実施形態でも、第１実施形態と同様に、被測定流体Ｌからの熱伝達に起因するセンサダイアフラム４１の変形が低減され、かつ、センサ素子４０を支持する支持構造１７０が小型化される。
【0045】
また、この実施形態では、対向部１７３Ｂが、中央部１７３ＢＡと、中央部１７３ＢＡから延びて環状部１７３Ａに繋がる複数の接続部１７３ＢＢと、を備える。このため、スペーサ１７３が有する、貫通孔１７３Ｃによる開口面積が第１実施形態よりも小さく、その分、スペーサ１７３に剛性が付加されている。対向部１７３Ｂの形状、つまり、貫通孔１７３Ｃの形状、位置、及び、個数は、トポロジー解析などにより導出することができる。トポロジー解析などにより、スペーサ１７３の剛性を確保することができる最適な対向部１７３Ｂの形状などが導出される。
【0046】
＜第３実施形態＞
第３実施形態では、図７及び図８に示すように、支持構造７０が支持構造２７０に変更されている。支持構造２７０は、第１実施形態の支持構造７０のスペーサ７３を第２実施形態のスペーサ１７３に変更した構造である。本実施形態では、板状部材７２の４つの導入孔７２Ａが、スペーサ１７３の対向部１７３Ｂの４つの接続部１７３ＢＢにそれぞれ対向している。被測定流体Ｌは、接続部１７３ＢＢに当たって熱交換が行われ、スペーサ１７３の貫通孔１７３Ｃを通ってセンサ素子４０のセンサダイアフラム４１に到達する。この実施形態であっても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を適宜得ることができる。
第３実施形態では、図７及び図８に示すように、支持構造７０が支持構造２７０に変更されている。支持構造２７０は、第１実施形態の支持構造７０のスペーサ７３を第２実施形態のスペーサ１７３に変更した構造である。本実施形態では、板状部材７２の４つの導入孔７２Ａが、スペーサ１７３の対向部１７３Ｂの４つの接続部１７３ＢＢにそれぞれ対向している。被測定流体Ｌは、接続部１７３ＢＢに当たって熱交換が行われ、スペーサ１７３の貫通孔１７３Ｃを通ってセンサ素子４０のセンサダイアフラム４１に到達する。この実施形態であっても、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果を適宜得ることができる。
【0047】
＜変形例＞
上記各実施形態については、種々の変更を施すことができる。例えば、各部材の形状、特に、スペーサの形状は、適宜変更され得る。例えば、スペーサの対向部の接続部の数は任意である。複数の接続部のうちの少なくとも一部に対して板状部材に導入孔が設けられてもよい。導入孔の位置も、対向部に対向する位置であれば任意である。中央部と接続部とのそれぞれに対向する導入孔が設けられてもよい。上記実施形態での圧力センサのセンシング方式は、静電容量式であるが、本発明は、当該センシング方式に限定されるわけではない。本発明は、例えば、抵抗ゲージを貼り付け又はスパッタ等により成膜した歪ゲージ又は半導体ピエゾ抵抗を用いた方式等の圧力センサに適用され得る。つまり、本発明は、センサダイアフラムの変形を電気信号に変換するセンシング方式を備えた全ての圧力センサに対して適用され得る。圧力センサの使用先も、成膜装置以外の各種装置となり得る。
上記各実施形態については、種々の変更を施すことができる。例えば、各部材の形状、特に、スペーサの形状は、適宜変更され得る。例えば、スペーサの対向部の接続部の数は任意である。複数の接続部のうちの少なくとも一部に対して板状部材に導入孔が設けられてもよい。導入孔の位置も、対向部に対向する位置であれば任意である。中央部と接続部とのそれぞれに対向する導入孔が設けられてもよい。上記実施形態での圧力センサのセンシング方式は、静電容量式であるが、本発明は、当該センシング方式に限定されるわけではない。本発明は、例えば、抵抗ゲージを貼り付け又はスパッタ等により成膜した歪ゲージ又は半導体ピエゾ抵抗を用いた方式等の圧力センサに適用され得る。つまり、本発明は、センサダイアフラムの変形を電気信号に変換するセンシング方式を備えた全ての圧力センサに対して適用され得る。圧力センサの使用先も、成膜装置以外の各種装置となり得る。
【0048】
＜発明の範囲＞
以上、実施の形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記の実施の形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施の形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。
以上、実施の形態及び変形例を参照して本発明を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、本発明には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る、上記の実施の形態及び変形例に対する様々な変更が含まれる。上記実施の形態及び変形例に挙げた各構成は、矛盾の無い範囲で適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0049】
１０…圧力センサ、２０…パッケージ、２１…第１パッケージ部材、２２…第２パッケージ部材、２３…第３パッケージ部材、３０…バッフル、４０…センサ素子、４１…センサダイアフラム、４２…支持部、４３…板材、４５…可動電極、４６…固定電極、５０…コンタクトパッド、６０…電極部材、６１…導電ピン、６２…シールド、６３…コンタクトバネ、７０…支持構造、７１…支持ダイアフラム、７１Ａ…第１面、７１Ｂ…第２面、７１Ｃ…開口、７２…板状部材、７２Ａ…導入孔、７２Ｂ…端面、７３…スペーサ、７３Ａ…環状部、７３Ｂ…対向部、７３Ｃ…貫通孔、７３Ｄ…端面、１７０…支持構造、１７２…板状部材、１７２Ａ…導入孔、１７３…スペーサ、１７３Ａ…環状部、１７３Ｂ…対向部、１７３ＢＡ…中央部、１７３ＢＢ…接続部、１７３Ｃ…貫通孔、２７０…支持構造、Ｃ…容量室、Ｌ…被測定流体、Ｒ１…導入路、Ｒ２…流入空間、Ｒ３…真空室。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】