特許 7590251 センサ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】センサ装置

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/14 20060101AFI20241119BHJP

【ＦＩ】

G01L19/14

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021057867

(22)【出願日】2021-03-30

(65)【公開番号】P2022154708

(43)【公開日】2022-10-13

【審査請求日】2023-12-26

(73)【特許権者】

【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】森 雷太

(72)【発明者】

【氏名】川津 孝圭

【審査官】松山 紗希

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／１７６４９５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６１－２０１４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－０４８２６０（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｌ ７／００－２３／３２

Ｇ０１Ｆ １／００－１／３０、１／３４－１／５４、３／００－９／０２

Ｇ０１Ｆ １／５６－１／９０

Ｇ０１Ｆ １５／００－１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回路基板と、
センサを含むセンサ部と、
前記回路基板と前記センサ部とを電気的に接続する配線と、
前記センサ部と前記回路基板との間に配置された板状の断熱材と、
前記配線を前記断熱材とで挟む部材と、を備え、
前記断熱材は、
柔軟性を有し前記配線を前記部材とで挟んだときに変形する板状の芯材と、
前記芯材よりも高い剛性を有し、前記芯材の主面の前記配線を挟む部分以外の部分に貼り付けられて、前記配線が挟まれたときの前記芯材の配線周囲への回り込み量を増やすシートと、を備える、
センサ装置。

【請求項2】

前記シートは、前記芯材の第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面との少なくとも一方に貼り付けられている、
請求項１に記載のセンサ装置。

【請求項3】

前記シートは、前記芯材の前記主面の中央領域を覆う中央部と、前記芯材の外周部の一部に延びる帯状部分と、を備え、
前記部材は、前記断熱材を収容し、
前記断熱材の外周は、前記部材の前記断熱材を収容する空間の外周よりも大きく、
前記部材は、前記空間を区画する内周面に前記帯状部分の一部が入り込む凹部を備える、
請求項１又は２に記載のセンサ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、隔膜真空計などの各種のセンサ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、センサを含むセンサ部（センサ２及びヒータＨ）と、センサ部の上に配置された断熱材（電熱防止部４ｃ）と、断熱材の上方に配置された回路基板（基板３１）と、センサ部と回路基板とを繋ぐ配線（コネクタ５又はその中の信号線）と、を備えるセンサ装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－１５５５００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のセンサ装置では、断熱材と配線との間に隙間が生じるおそれがある。生じた隙間が大きいと、例えば、センサ加熱時にヒータにより加熱された多くの空気（センサ周囲の空気）が、配線と断熱材との隙間から上方に移動して回路基板を加熱してしまう。

【0005】

本発明は、上記点に鑑みてなされたものであり、断熱材と配線との隙間を小さく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、本発明に係るセンサ装置は、回路基板と、センサを含むセンサ部と、前記回路基板と前記センサ部とを電気的に接続する配線と、前記センサ部と前記回路基板との間に配置された板状の断熱材と、前記配線を前記断熱材とで挟む部材と、を備え、前記断熱材は、柔軟性を有し前記配線を前記部材とで挟んだときに変形する板状の芯材と、前記芯材よりも高い剛性を有し、前記芯材の主面の前記配線を挟む部分以外の部分に貼り付けられて、前記配線が挟まれたときの前記芯材の配線周囲への回り込み量を増やすシートと、を備える。

【0007】

前記シートは、前記芯材の第１主面及び前記第１主面と反対の第２主面との少なくとも一方に貼り付けられている、ようにしてもよい。

【0008】

前記シートは、前記芯材の前記主面の中央領域を覆う中央部と、前記芯材の外周部の一部に延びる帯状部分と、を備え、前記部材は、前記断熱材を収容し、前記断熱材の外周は、前記部材の前記断熱材を収容する空間の外周よりも大きく、前記部材は、前記空間を区画する内周面に前記帯状部分の一部が入り込む凹部を備える、ようにしてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、断熱材と配線との隙間が小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置の要部断面図である。

【図2】図２は、センサ装置のセンサ筐体から断熱材を分離した分解斜視図である。

【図3】図３は、センサ装置の断熱部材などを上方から見た平面図である。

【図4】図４は、図３のＤ部分の拡大図である。

【図5】図５は、変形例に係る断熱材の分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態に係るセンサ装置を、図面を参照して説明する。なお、この実施の形態では上下左右の方向が設定されているが、センサ装置の設置方向に応じて、前記の上下方向は実際の天地方向と一致しない場合がある。

【0012】

図１に示すように、本実施の形態に係るセンサ装置１０は、半導体制御装置等の真空チャンバＴに接続された配管Ｈに不図示の継手を介して接続され、真空チャンバＴから配管Ｈに導入されるプロセスガスの気圧を測定する隔膜真空計として構成されている。

【0013】

センサ装置１０は、センサ部２０と、断熱部３０と、回路基板４０と、ケース５０と、を備える。センサ装置１０は、センサ部２０と回路基板４０とを電気的に接続する配線Ｌ１～Ｌ３も備える。なお、図１において、配線Ｌ１～Ｌ３は断面図ではなく立面図として描かれている。

【0014】

センサ部２０は、圧力センサ２１と、端子板２２と、ヒータ２５と、ヒータ支持部材２６と、温度センサ２７と、を備える。

【0015】

圧力センサ２１は、そのケース２１Ａの内部に、真空室Ｒ１と、配管Ｈ内のプロセスガスが流入する流入室Ｒ２と、を備える。圧力センサ２１は、上記プロセスガスの気圧を検出するように構成されている。具体的に、圧力センサ２１は、真空室Ｒ１と流入室Ｒ２との境界に配置されたセンサ素子２１Ｂ（図１等では、模式的にブロックで描いている）と、センサ素子２１Ｂに接続された導電ピン２１Ｃと、を備える。センサ素子２１Ｂは、真空室Ｒ１及び流入室Ｒ２の各気圧の差圧に応じて変形するダイアフラム（隔膜）を有する。センサ素子２１Ｂは、ダイアフラムの変形度に応じた抵抗値又は静電容量値を示す電気信号を出力することで、真空室Ｒ１の気圧を基準としたプロセスガスの気圧を検出する。導電ピン２１Ｃは、ケース２１Ａを貫通しており、センサ素子２１Ｂが出力する電気信号をケース２１Ａ外部に伝送する。

【0016】

導電ピン２１Ｃは、導電性を有する端子板２２を介して、同軸ケーブルである配線Ｌ１に電気的に接続されている。端子板２２と導電ピン２１Ｃとの接続、及び、端子板２２と配線Ｌ１との接続は、溶接等により行われる。なお、導電ピン２１Ｃを囲むように円筒状のシールドを設け、このシールドと同軸ケーブルの外部導体とを接続し、導電ピン２１Ｃなどの信号電位が圧力センサ２１の金属製のケース２１Ａの電位の影響を受けないようにしてもよい。また、導電ピン２１Ｃ及び配線Ｌ１の数は、図１においては１つであるが、２以上であってもよい。

【0017】

ヒータ２５は、プロセスガスが圧力センサ２１内で析出することを防止するために圧力センサ２１を加熱する。ヒータ２５は、円筒状のバンドヒータであり（図１において内部構造は省略）、円筒状のヒータ支持部材２６に締め付け固定されている。この締め付け固定により、ヒータ支持部材２６はヒータ２５を支持している。ヒータ２５には、回路基板４０から配線Ｌ２を介して電力が供給される。この供給によりヒータ２５は発熱する。ヒータ支持部材２６は、内周方向に突出した円環状の突出部２６Ａを備える。突出部２６Ａは、圧力センサ２１の外周部の段差に係合している。この係合により、ヒータ支持部材２６は、ヒータ２５とともに圧力センサ２１により支持される。

【0018】

温度センサ２７は、圧力センサ２１に接触し、ヒータ２５により加熱される圧力センサ２１の温度を検出する。図１において温度センサ２７の内部構造は省略されている。温度センサ２７は、検出した温度を、配線Ｌ３を介して回路基板４０に出力する。

【0019】

断熱部３０は、センサ部２０を囲む円筒状の断熱材３１と、センサ部２０の上方に配置された円板形状の断熱材３２と、を備える。断熱部３０は、全体として、センサ部２０を上方から覆い、圧力センサ２１の熱乃至ヒータ２５の熱が回路基板４０などに悪影響を与えないように、当該熱を断熱する。断熱材３１及び３２は、断熱効果のある任意の材料（合成樹脂など）により構成される。断熱材３２は、圧力センサ２１などの熱が上方に移動することを抑制している。

【0020】

回路基板４０は、複数の基板が組み立てられて構成されている。回路基板４０には、各種の処理を行う回路（マイコンなどを含む）が実装されている。回路基板４０は、配線Ｌ１～Ｌ３が接続されている。例えば、センサ素子２１Ｂが容量式の場合、回路基板４０は、複数の配線Ｌ１のいずれかを介してセンサ素子２１Ｂに交流電圧を印加する。さらに、回路基板４０は、複数の配線Ｌ１のいずれかを介して、センサ素子２１Ｂにより構成されるコンデンサの容量値に応じて変化する電圧信号を取得する。これらにより、センサ素子２１Ｂにより出力され導電ピン２１Ｃにより取り出された電気信号が、配線Ｌ１により伝送されて回路基板４０に供給される。回路基板４０は、取得した電気信号に基づいて処理を行う。例えば、回路基板４０は、電気信号を増幅、アナログデジタル変換等して、当該電気信号が示すプロセスガスの気圧を表す所定形式のデータを得る。この所定形式のデータは、例えば、センサ装置１０の上位装置（例えば、半導体製造装置等のコントローラ）が扱える形式のデータであり、当該上位装置に出力される。回路基板４０は、温度センサ２７から出力された温度を配線Ｌ３を介して受信し、当該温度をフィードバック値として、圧力センサ２１が所望の温度（例えば、２００℃）となるように、配線Ｌ２を介してヒータ２５に供給する電力を制御する。以上のように、回路基板４０は、配線Ｌ１～Ｌ３を介してセンサ部２０を制御等する。

【0021】

ケース５０は、センサ部２０、断熱部３０、回路基板４０、及び、配線Ｌ１～Ｌ３を収容する。ケース５０は、センサ部２０及び断熱部３０を収容するセンサケース５１と、回路基板４０を収容する基板ケース５６と、を備える。基板ケース５６は、センサケース５１に被さる。

【0022】

センサケース５１は、全体として径方向に厚みを有する円筒形状の内ケース５２と、内ケース５２を外側から覆うカップ状の外ケース５３と、を備える。内ケース５２は、断面が逆Ｕ字形状の円環状の上内ケース５２Ａと、中央が貫通孔となっているカップ状の下内ケース５２Ｂとを含んで構成されている。内ケース５２は、内部に円筒状の断熱材３１を収容している。円板状の断熱材３２は、上内ケース５２Ａに収容されている。断熱材３２は、柔軟性を有しており、上内ケース５２Ａの中を通る配線Ｌ１～Ｌ３を上内ケース５２Ａの内周面５２ＡＡに押し付ける。断熱材３２と配線Ｌ１～Ｌ３との関係の詳細については後述する。内ケース５２は、断熱材３１の断熱効果を阻害しないよう合成樹脂（例えば、エンプラ、スーパーエンプラなど）で形成されている。外ケース５３は、金属で形成されている。センサケース５１は、全体として底の中央に貫通孔を備えるカップ形状を有し、上部の開口は、断熱材３２によりふたされている。

【0023】

断熱材３２は、図２（配線Ｌ１～Ｌ３は省略）に示すように、円板状の芯材３２Ａと、芯材３２Ａの主面（ここでは表面）及び側面に貼り付けられたシート３２Ｂとを備える。シート３２Ｂは、粘着材又は接着剤により貼り付けられる他、融着などにより貼り付けられてもよい。シート３２Ｂが芯材３２Ａに貼り付けられるとは、シート３２Ｂの全面が芯材３２Ａに固定される態様（全面貼付）の他、シート３２Ｂの縁部分が芯材３２Ａに固定され、中央部分などが芯材３２Ａに固定されない態様を含む。芯材３２Ａは、柔軟性を有する断熱材料（合成樹脂など）により形成される。シート３２Ｂは、芯材３２Ａよりも高い剛性を有し、芯材３２Ａよりも変形しにくい。シート３２Ｂは、セラミック、合成樹脂（例えば、エンプラ、スーパーエンプラなど）などにより形成される。

【0024】

図３に示すように、芯材３２Ａは、配線Ｌ１～Ｌ３（図３において内部構造は省略。図４についても同じ。）を上内ケース５２Ａの内周面５２ＡＡに押し付け、上内ケース５２Ａとで配線Ｌ１～Ｌ３を挟む。このとき、芯材３２Ａは、その外周部が配線Ｌ１～Ｌ３の周囲に回り込むように変形する。シート３２Ｂは、この変形を阻害しないように、芯材３２Ａが配線Ｌ１～Ｌ３を挟む領域を避ける形状に形成されている。シート３２Ｂは、芯材３２Ａの中央領域を覆う中央部３２ＢＡと、中央部３２ＢＡから芯材３２Ａの外周端の一部に延びる帯状部分３２ＢＢと、を備え、芯材３２Ａの配線Ｌ１～Ｌ３を挟む領域を囲むように配置されている。図３に示すように、芯材３２Ａは、隙間なく配線Ｌ１～Ｌ３を挟むことはできない。このため、配線Ｌ１～Ｌ３それぞれの周囲には、隙間Ｓが生じる。なお、芯材３２Ａが柔軟性を有する分、芯材３２Ａは配線Ｌ１～Ｌ３の周囲に回り込むことができ、隙間Ｓは小さくなっている。

【0025】

断熱材３２の外周は、この断熱材３２が収容される空間の外周つまり上内ケース５２Ａの前記空間を区画している内周面５２ＡＡよりも大きくするとよい。これにより、芯材３２Ａは上内ケース５２Ａの内周面５２ＡＡを押圧し、芯材３２Ａの外周部は配線Ｌ１～Ｌ３の周囲に回り込みやすい。これにより、隙間Ｓが少なくなる。

【0026】

図２に示すように、内周面５２ＡＡは、シート３２Ｂの帯状部分３２ＢＢの一部が入り込む凹部５２ＡＢを備えてもよい。これにより、凹部５２ＡＢが無い内周面５２ＡＡにシート３２Ｂの帯状部分３２ＢＢが当たってシート３２Ｂがたわみ、これに追従して芯材３２Ａも変形して、断熱材３２と内周面５２ＡＡとの間に隙間が生じることが抑制される。

【0027】

上述のように、芯材３２Ａは、柔軟性を有して隙間Ｓを小さくできるが、隙間なく配線Ｌ１～Ｌ３を挟むことはできない。しかしながら、シート３２Ｂにより、この隙間Ｓがより少なくなる。この点を、芯材３２Ａと上内ケース５２Ａとが配線Ｌ１を挟んでいる様子を示す図４を参照して説明する。図４に示すように、配線Ｌ１が芯材３２Ａと上内ケース５２Ａの内周面５２ＡＡとにより挟まれると、柔軟性を有する芯材３２Ａの外周部の一部が配線Ｌ１により内周面５２ＡＡから離れ、隙間Ｓが生じる。ここで、図４の一点鎖線は、シート３２Ｂが設けられていないときの芯材３２Ａの外周線を示す。シート３２Ｂが設けられていない場合、芯材３２Ａは、シート３２Ｂに拘束されることなく変形する。他方、シート３２Ｂが芯材３２Ａに張り付けられている場合には、芯材３２Ａのうちシート３２Ｂが貼り付けられている部分は変形が規制される。その結果、芯材３２Ａの配線Ｌ１周囲への回り込み量（換言すると配線Ｌ１の周囲の空間への入り込み量）が大きくなり、隙間Ｓは、シート３２Ｂが貼り付けられているときの方が小さくなる。

【0028】

以上の通り、本実施の形態によれば、芯材３２Ａが柔軟性を有して配線Ｌ１～Ｌ３を挟むようにし、この芯材３２Ａにシート３２Ｂを貼り付けたことで、断熱材３２と配線Ｌ１～Ｌ３との隙間Ｓが小さくなっている。シート３２Ｂは、芯材３２Ａよりも高い剛性を有し、芯材３２Ａの主面の、配線Ｌ１～Ｌ３を挟む部分以外の部分に貼り付けられて、配線Ｌ１～Ｌ３が挟まれたときの芯材３２Ａの配線Ｌ１～Ｌ３周囲への回り込み量を増やすように設けられればよい。これにより、断熱材３２と配線Ｌ１～Ｌ３との隙間Ｓが小さくなる。なお、芯材３２Ａは、柔軟性を重視してスポンジ状であってもよい。このような場合、芯材３２Ａからパーティクルが生じる虞があるが、上記のようにシート３２Ｂで芯材３２Ａを覆うことで、当該パーティクルの発生量及び飛散量を少なくできる。

【0029】

上記実施の形態については、種々の変形が可能である。例えば、上記で説明した各部材の形状は、任意である。上記で説明した円筒、円板などは、それぞれ、多角筒、多角板などに変更可能である。断熱材３２及び芯材３２Ａの形状は、板状であればよい。ヒータ２５は、センサ装置１０とは別体に設けられ、センサ装置１０の外部から取り付けられて圧力センサ２１を加熱するものであってもよい。配線Ｌ１～Ｌ３を断熱材３２とで挟む部材は、上記ケース５０を構成する上内ケース５２Ａ以外の他の部材であってもよい。当該部材は、ケース５０を構成していない他の任意の部材でもよい。センサ部２０と回路基板４０とを繋ぐ配線のセンサ部２０側の接続先は、センサ部２０がどのような部品を備えるかで変更可能であり、上記実施の形態に限られない。本発明は、隔膜真空計以外のセンサ装置に適用可能である。本発明が適用されるセンサ装置は、圧力以外の物理量を計測する装置であってもよい。上記実施の形態では、断熱材３２がセンサ部２０の熱（ヒータ２５による熱）を断熱するものであるが、本発明は、断熱材を、回路基板が発する熱からセンサ部を断熱する用途で使用した各種のセンサ装置にも適用可能である。

【0030】

シート３２Ｂは、最低限、芯材３２Ａの２つの主面（上面又は下面）の少なくとも一方に設けられればよい。シート３２Ｂは、２つの主面に設けられてもよい。シート３２Ｂは、芯材３２Ａの側面に貼り付けられた部分を含まなくてもよい。断熱材３２の代わりに図５に示す断熱部材１３２が採用されてもよい。断熱部材１３２では、シート３２Ｂに対応するシート１３２Ｂが芯材３２Ａに貼り付けられている。シート１３２Ｂは、図５に示すように複数のシート１３２ＢＡ～ＢＣに分割されてもよい。断熱材３２では、シート３２が貼り付けられていない部分が複数個所あったが、断熱部材１３２では、芯材３２Ａのうちのシート１３２Ｂが貼り付けられていない部分が１か所となっている。配線の引き回し態様に応じて、シートが貼り付けられていない部分の位置や個数は調整さればよい。

【0031】

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】

【0032】

１０…センサ装置、２０…センサ部、２１…圧力センサ、２１Ａ…ケース、２１Ｂ…センサ素子、２１Ｃ…導電ピン、２２…端子板、２５…ヒータ、２７…温度センサ、３０…断熱部、３１…断熱材、３２…断熱材、３２Ａ…芯材、３２Ｂ…シート、３２ＢＡ…中央部、３２ＢＢ…帯状部分、４０…回路基板、５０…ケース、５１…センサケース、５２…内ケース、５２Ａ…上内ケース、５２ＡＡ…内周面５２ＡＡ、５２ＡＢ…凹部、５２Ｂ…下内ケース、５３…外ケース、５６…基板ケース。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】