特表 2024-540657 圧力センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-31

(54)【発明の名称】圧力センサ

(51)【国際特許分類】

   G01L 19/04 20060101AFI20241024BHJP

【ＦＩ】

G01L19/04

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024531162

(86)(22)【出願日】2022-11-18

(85)【翻訳文提出日】2024-05-23

(86)【国際出願番号】 CN2022132796

(87)【国際公開番号】W WO2023093627

(87)【国際公開日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】202111404667.4

(32)【優先日】2021-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520001981

【氏名又は名称】ベイジン セブンスター フロー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｓｅｖｅｎｓｔａｒ Ｆｌｏｗ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ８ Ｗｅｎｃｈａｎｇ Ａｖｅｎｕｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】ジャン、フェン

(72)【発明者】

【氏名】フー、レイ

【テーマコード（参考）】

2F055

【Ｆターム（参考）】

2F055AA40

2F055BB20

2F055CC14

2F055DD20

2F055EE25

2F055FF01

2F055GG11

(57)【要約】

第１のホルダ（１）と電極部材（４）とを備え、第１のホルダ（１）には、電極部材（４）を支持する支持部（１１）が設けられ、且つ電極部材（４）と支持部（１１）とが対向する２つの面の間に複数の調整部材（５１，５２）が順次積層され、電極部材（４）、複数の調整部材（５１，５２）及び第１のホルダ（１）の熱膨張係数は、電極部材（４）から支持部（１１）の方向に増加する、圧力センサ。この圧力センサは温度変化による部品間の相対変位の問題を解決することができる。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のホルダと電極部材とを備え、
前記第１のホルダには、前記電極部材を支持する支持部が設けられ、且つ前記電極部材と前記支持部とが対向する２つの面の間に複数の調整部材が順次積層され、
前記電極部材、前記複数の調整部材及び前記第１のホルダの熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加することを特徴とする、
圧力センサ。

【請求項2】

前記調整部材それぞれの熱膨張係数は、以下の式を満たし、

【数1】

Ｃ_Ｍは、前記電極部材に最も近い前記調整部材から数えて、Ｍ番目の調整部材の熱膨張係数であり、Ｍ＝１、２、…、Ｎであり、Ｎは前記調整部材の個数であり、Ｎは２以上であり、ｄＣ＝Ｃｃ－Ｃａであり、Ｃａは、前記電極部材の熱膨張係数であり、Ｃｃは前記第１支持体の熱膨張係数であり、ｆはプリセット範囲内の数値であり、前記プリセット数値はＮ／（Ｎ＋１）以上であり、（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）以下であることを特徴とする、
請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項3】

所定の圧力、摩擦係数及び総厚さの少なくとも１つを大きくすることにより、熱膨張時における各調整部材のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記指定圧力は、前記電極部材に前記電極部材から前記支持部の方向に印加される圧力であり、前記摩擦係数は、前記調整部材と前記電極部材との間の第１の摩擦係数と、前記調整部材と前記支持部との間の第２の摩擦係数と、隣接する２つの前記調整部材の間の第３の摩擦係数とを含み、前記総厚さは、すべての前記調整部材の厚さの和であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の圧力センサ。

【請求項4】

前記指定圧力は２５０Ｎ以上であり、前記第１の摩擦係数、前記第２の摩擦係数及び前記第３の摩擦係数はいずれも０．１以上であり、前記総厚さは０．４ｍｍ以上であることを特徴とする、
請求項３に記載の圧力センサ。

【請求項5】

接触面積、割合、前記調整部材のせん断弾性率及び前記調整部材の弾性率の少なくとも１つを小さくすることにより、各前記調整部材の熱膨張時のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記接触面積は、前記調整部材と前記電極部材との間の第１の接触面積と、前記調整部材と前記支持部との間の第２の接触面積と、隣接する２つの前記調整部材の間の第３の接触面積とを含み、
各前記調整部材はいずれも円環であり、前記割合は、前記第１の接触面積と前記円環の径方向幅との第１の割合、前記第２の接触面積と前記円環の径方向幅との第２の割合、及び前記第３の接触面積と前記円環の径方向幅との第３の割合を含み、前記径方向幅は、前記調整部材の外周半径と内周半径との差であることを特徴とする、
請求項１または２に記載の圧力センサ。

【請求項6】

前記第１の接触面積、前記第２の接触面積及び前記第３の接触面積はいずれも１５０ｍｍ^２以下であり、前記第１の割合、前記第２の割合及び前記第３の割合はいずれも１００ｍｍ以下であり、前記調整部材のせん断弾性率が１００ＧＰａ以下であり、前記調整部材の弾性率は２５０ＧＰａ以下であることを特徴とする、
請求項５に記載の圧力センサ。

【請求項7】

少なくとも１つの調整部材の少なくとも１つの接触面は凹凸面であることを特徴とする、
請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項8】

各前記調整部材は環状であり、前記凹凸面における凹領域と凸領域とは、前記調整部材の周方向に沿って相互に設けられていることを特徴とする、
請求項７に記載の圧力センサ。

【請求項9】

前記調整部材は２つであり、それぞれ前記電極部材から前記支持部の方向に順次設けられた第１の調整部材と第２の調整部材であり、前記第１の調整部材の少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であり、前記第２の調整部材の２つの接触面はいずれも平面であるか、または少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であることを特徴とする、
請求項７または８に記載の圧力センサ。

【請求項10】

前記電極部材と、各前記調整部材と、前記支持部のうちの任意の隣接する両者の間は、互いに独立しているか、または互いに接続されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の圧力センサ。

【請求項11】

少なくとも１つの前記調整部材の熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加することを特徴とする、
請求項１または２に記載の圧力センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は半導体製造分野に関し、具体的には圧力センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体分野において、エッチングなどの方法でチップを生産する場合、通常、プロセスガスの圧力を高精度に監視し、ガスの圧力、流量などを正確に制御し、高品質の製品を生産することが求められている。

【0003】

従来の圧力センサは、上ホルダ、電極部材、下ホルダ、動膜を含み、上ホルダ、動膜、下ホルダは順次積層され、３者はすべて金属導体部材であり、溶接などによって接続されている。ここで、上ホルダの頂部開口部にはトップカバーが設けられ、当該トップカバー、動膜と上ホルダの間は上空間を構成し、動膜と下ホルダの間は下空間を構成し、上空間の圧力は既知であり、一般的には高真空状態にあり、その圧力値はＰｒとし、下空間は管路を介して被測定空間と連通し、その圧力値はＰｘとする。Ｐｘが大きくなると、動膜は上向きの力を受けることで上向きに突出する。電極部材は絶縁体であり、その上面と下面はそれぞれ金属層で覆われており、２層の金属層は電極部材に設けられた貫通孔内壁上の金属層を介して電気的に導通しており、これにより、動膜の上面と電極部材の下面上の金属層は平板容量を構成し、この容量の容量値Ｃは、動膜の上面と電極部材の下面上の金属層との距離ｄと以下の関係にある。

【0004】

Ｃ＝εＳ／ｄ
そのうち、Ｓは動膜の上面と電極部材の下面上の金属層が互いに対向する面積であり、εは動膜の上面と電極部材の下面との間の物質の誘電率である。Ｐｘが変化すると、動膜が変化し、距離ｄがそれに伴って変化し、容量値Ｃもそれに伴って変化する。電極部材の上面の金属層は、導線を介して回路基板に接続され、容量値Ｃの変化を検出し、Ｐｘの大きさを算出する。

【0005】

上ホルダの内壁には通常、電極部材を支持するための段差が設けられているが、電極部材は絶縁体（例えば、セラミックス）であり、上ホルダは金属であるため、上ホルダの熱膨張係数は絶縁体の熱膨張係数よりも大きく、温度が変化すると両者の膨張の程度が異なり、両者の間でスティックスリップ現象が発生し、一定の相対変位が生じる可能性がある。温度が元の値に戻った後、両者の相対位置はほぼ元の状態に戻るが、極めてわずかながら違いがあり、これらの違いは電極部材と動膜との相対位置に影響を与え、最終圧力の測定精度に影響を与える。

【発明の概要】

【0006】

本発明は少なくとも従来技術に存在する技術課題の１つを解決することを目的としており、温度の変化による部品間の相対変位という問題を解決できる圧力センサを提供する。

【0007】

本発明の目的を実現するために、第１のホルダと電極部材とを備え、前記第１のホルダには、前記電極部材を支持する支持部が設けられ、且つ前記電極部材と前記支持部とが対向する２つの面の間に複数の調整部材が順次積層され、
前記電極部材、前記複数の調整部材及び前記第１のホルダの熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加する、圧力センサを提供する。

【0008】

任意で、前記調整部材それぞれの熱膨張係数は以下の式を満たす。

【0009】

【数1】

【0010】

そのうち、Ｃ_Ｍは、前記電極部材に最も近い前記調整部材から数えて、Ｍ番目の調整部材の熱膨張係数であり、Ｍ＝１、２、…、Ｎであり、Ｎは前記調整部材の個数であり、Ｎは２以上であり、ｄＣ＝Ｃｃ－Ｃａであり、Ｃａは、前記電極部材の熱膨張係数であり、Ｃｃは前記第１支持体の熱膨張係数であり、ｆはプリセット範囲内の数値であり、前記プリセット数値はＮ／（Ｎ＋１）以上であり、（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）以下である。

【0011】

任意で、所定の圧力、摩擦係数及び総厚さの少なくとも１つを大きくすることにより、熱膨張時における各調整部材のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記指定圧力は、前記電極部材に前記電極部材から前記支持部の方向に印加される圧力であり、前記摩擦係数は、前記調整部材と前記電極部材との間の第１の摩擦係数と、前記調整部材と前記支持部との間の第２の摩擦係数と、隣接する２つの前記調整部材の間の第３の摩擦係数とを含み、前記総厚さは、すべての前記調整部材の厚さの和である。

【0012】

任意で、前記指定圧力は２５０Ｎ以上であり、前記第１の摩擦係数、前記第２の摩擦係数及び前記第３の摩擦係数はいずれも０．１以上であり、前記総厚さは０．４ｍｍ以上である。

【0013】

任意で、接触面積、割合、前記調整部材のせん断弾性率及び前記調整部材の弾性率の少なくとも１つを小さくすることにより、各前記調整部材の熱膨張時のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記接触面積は、前記調整部材と前記電極部材との間の第１の接触面積と、前記調整部材と前記支持部との間の第２の接触面積と、隣接する２つの前記調整部材の間の第３の接触面積とを含み、
各前記調整部材はいずれも円環であり、前記割合は、前記第１の接触面積と前記円環の径方向幅との第１の割合、前記第２の接触面積と前記円環の径方向幅との第２の割合、及び前記第３の接触面積と前記円環の径方向幅との第３の割合を含み、前記径方向幅は、前記調整部材の外周半径と内周半径との差である。

【0014】

任意で、前記第１の接触面積、前記第２の接触面積及び前記第３の接触面積はいずれも１５０ｍｍ^２以下であり、前記第１の割合、前記第２の割合及び前記第３の割合はいずれも１００ｍｍ以下であり、前記調整部材のせん断弾性率が１００ＧＰａ以下であり、前記調整部材の弾性率は２５０ＧＰａ以下である。

【0015】

任意で、少なくとも１つの調整部材の少なくとも１つの接触面は凹凸面である。

【0016】

任意で、各前記調整部材は環状であり、前記凹凸面における凹領域と凸領域とは、前記調整部材の周方向に沿って相互に設けられている。

【0017】

任意で、前記調整部材は２つであり、それぞれ前記電極部材から前記支持部の方向に順次設けられた第１の調整部材と第２の調整部材であり、前記第１の調整部材の少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であり、前記第２の調整部材の２つの接触面はいずれも平面であるか、または少なくとも１つの接触面は前記凹凸面である。

【0018】

任意で、前記電極部材と、各前記調整部材と、前記支持部のうちの任意の隣接する両者の間は、互いに独立しているか、または互いに接続されている。

【0019】

任意で、少なくとも１つの前記調整部材の熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加する。

【0020】

本発明は以下の有益な効果を有する。

【0021】

本発明が提供する圧力センサは、電極部材と第１のホルダの支持部が互いに対向する２つの表面の間に複数の調整部材を順次積層することによって、各調整部材は温度変化時に微視的な変形、せん断ひずみ変形を発生させることによって電極部材と支持部の間の少なくとも一部の相対変位を「吸収」することができ、同時に電極部材、複数の調整部材と第１のホルダの熱膨張係数を電極部材から支持部の方向に増加させることによって、複数の調整部材の相対変位を「吸収」する作用を均一化させ、各調整部材に作用を発揮させ、全体的に利用率の最大化を実現することができる。これにより、電極部材と支持部との間の相対変位を効果的に低減または解消し、圧力センサの測定精度が影響を受けないことを保証することができる。また、本発明は、複数の調整部材が電極部材と支持部との間に積層され、いかなる加工も必要なく、構造が簡単であり、部品の加工難度を低減する圧力センサを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】図１は、本発明の実施の形態が提供する圧力センサの外部構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態が提供する圧力センサの内部構造分解図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態で用いられた第１のホルダの支持部、電極部材及び調整部材の温度変化前の断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態で用いられた第１のホルダの支持部、電極部材及び調整部材の温度変化後の断面図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態で用いられた第１の調整部材の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

当業者に本発明の技術案をよりよく理解させるために、本発明が提供する圧力センサについて以下に図面と組みわせて詳細に説明する。

【0024】

図１及び図２を併せて参照すると、本発明の実施の形態は、第１のホルダ１、第２のホルダ２、動膜３、電極部材４、２つの調整部材（５１、５２）、トップカバー６、管路７、導線８、弾性部材９及び支持リング１０を含む圧力センサを提供する。そのうち、第１のホルダ１、動膜３及び第２のホルダ２は、図１の圧力センサの軸線Ａに沿って上から下へ順に設けられ、いずれも導電性の金属材料で作られ、溶接等により接続されている。また、第１のホルダ１の頂部には、第１のホルダ１の頂部開口を封止するためのトップカバー６が設けられており、弾性部材９と支持リング１０はいずれもトップカバー６と電極部材４との間に位置し、支持リング１０は弾性部材９の下方に位置し、弾性部材９を支持するのに用いられる。当該弾性部材９は、トップカバー６が第１のホルダ１に取り付けられたときに圧縮された状態にあり、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向に圧力を電極部材４に印加することができる。弾性部材９は、例えば圧縮ばねであってもよい。当該トップカバー６、動膜３と第１のホルダ１との間は上空間を構成し、動膜３と第２のホルダ２との間は下空間を構成し、上空間の圧力は既知であり、一般的には高真空状態にあり、その圧力値はＰｒとし、下空間は管路７を介して被測定空間と連通し、その圧力値はＰｘとする。Ｐｘが大きくなると、動膜３は上向きの力を受けて大きくなり上向きに突出する。

【0025】

電極部材４は、下面に第１の金属層４２が被覆され、上面に第２の金属層４３が被覆された絶縁材料（例えばセラミックス）を用いて作製され、第１の金属層４２と第２の金属層４３は、電極部材４に設けられた貫通孔４４の内壁上の金属層（図示せず）を介して電気的に導通し、動膜３と第１の金属層４２との間は予め設定された距離を有し、これにより、動膜３と第１の金属層４２は平板容量を構成し、この容量の容量値Ｃは、動膜３と第１の金属層４２との間の距離ｄと以下の関係にある。

【0026】

Ｃ＝εＳ／ｄ
そのうち、Ｓは動膜３と第１の金属層４２が互いに対向する面積であり、εは動膜３と第１の金属層４２との間の物質の誘電率である。Ｐｘが変化すると、動膜３はそれに伴って変化し（例えば、上向きに突出する）、動膜３と第１の金属層４２との間の距離ｄがそれに伴って変化し、容量値Ｃもそれに伴って変化する。第２の金属層４３は、導線８を介して回路基板（図示せず）に接続されて、容量値Ｃの変化を検出し、Ｐｘの大きさを算出する。

【0027】

また、第１のホルダ１には、電極部材４を支持するための支持部１１が設けられており、具体的には、電極部材４の縁部（第１の金属層４２及び第２の金属層４３を含まない）に、支持部１１に支持される環状ボス４１が設けられている。しかしながら、電極部材４は絶縁材料（例えばセラミックス）で作られているのに対し、第１のホルダ１は金属材料で作られているため、第１のホルダ１の熱膨張係数は電極部材４の熱膨張係数よりも大きく、この場合、支持部１１が電極部材４に直接接触すると、温度が変化する際に、両者の膨張の程度が異なるために両者の間でスティックスリップ現象が発生し、さらに一定の相対変位が生じる可能性がある。温度が元の値に戻った後、両者の相対位置もほぼ元の状態に戻るが、極めてわずかながら違いがあり、これらの違いは電極部材４と動膜３との相対位置に影響を与え、最終圧力の測定精度に影響を与える。

【0028】

上記問題を解消するために、本実施の形態では、図３を参照して、電極部材４の環状ボス４１と支持部１１とが対向する２つの表面（即ち、環状ボス４１の下面４１１と支持部１１の上面１１１）の間に２つの調整部材（５１、５２）が順次積層され、電極部材４、２つの調整部材（５１、５２）および第１のホルダ１の熱膨張係数は、電極部材４から支持部１１の方向（即ち、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向）に増加し、即ち、電極部材４の熱膨張係数＜第１の調整部材５１の熱膨張係数＜第２調整部材５２の熱膨張係数＜第１のホルダ１の熱膨張係数である。

【0029】

当然ながら、実際の応用においては、具体的な需要に応じて、例えば電極部材４と動膜３との間の間隔を調整し、電極部材４と支持部１１との間の相対変位を減少または除去するなどのために、調整部材の数を３個、４個または５個以上に設定することもでき、本発明はこれに限定されない。

【0030】

いくつかの任意の実施の形態において、本発明は、熱膨張係数が上記条件を満たす限り、各調整部材の材料は特に限定されない。

【0031】

いくつかの任意の実施の形態において、少なくとも１つの調整部材は環状であり、例えば円環である。

【0032】

各調整部材が温度変化時に微視的な変形及びせん断ひずみ変形を生じることにより、電極部材４と第１のホルダ１の支持部１１との間の少なくとも一部の相対変位を「吸収」することができ、いわゆる相対変位を「吸収」するとは、各調整部材が自身の変形により、接触した電極部材４又は支持部１１又は他の調整部材の少なくとも一部の変位を相殺して、電極部材４と支持部１１との間の相対変位を低減又は解消する目的を達成することができる。

【0033】

そして、電極部材４、複数の調整部材及び第１のホルダ１の熱膨張係数を電極部材４から支持部１１の方向（即ち、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向）に増加させることによって、電極部材４、複数の調整部材及び支持部１１における各隣接部品間の熱膨張係数の差異を小さくし、複数の調整部材が相対変位を「吸収」する作用を均一化することにより、各調整部材が作用を発揮させ、全体として利用率の最大化を図ることができる。例えば、電極部材４と支持部１１との間に３０単位の相対変位があると仮定すると、３つの調整部材を用いてこれらの相対変位を吸収するならば、最も有効な方法は各調整部材が１０単位の相対変位を吸収することで、電極部材４と支持部１１との間の相対変位を完全に除去することができるだけでなく、各調整部材が同じ「吸収」作用を発揮し、全体的に利用率を最大化することができる。

【0034】

これにより、本発明の実施の形態は、電極部材４と支持部１１との間の相対変位を効果的に低減または解消し、圧力センサの測定精度が影響を受けないことを保証する圧力センサを提供する。また、複数の調整部材が電極部材４と支持部１１との間に積層されており、いかなる加工も必要なく、構造が簡単であり、部品の加工難度が低減している。

【0035】

いくつかの任意の実施の形態では、各調整部材の熱膨張係数は、以下の式を満たすことができる。

【0036】

【数2】

【0037】

そのうち、Ｃ_Ｍは、電極部材４に最も近い調整部材から数えて、Ｍ番目の調整部材の熱膨張係数であり、Ｍ＝１、２、…、Ｎであり、Ｎは調整部材の個数であり、Ｎは２以上であり、Ｃａは電極部材４の熱膨張係数であり、ｄＣ＝Ｃｃ－Ｃａであり、Ｃｃは第１のホルダ１の熱膨張係数であり、ｆはプリセット範囲内の数値であり、当該プリセット数値はＮ／（Ｎ＋１）以上であり、（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）以下である。

【0038】

上記の式により、電極部材４、Ｎ個の調整部材及び第１のホルダ１の熱膨張係数が電極部材４から支持部１１の方向（即ち、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向）に増加することを満たす条件下で、各調整部材の熱膨張係数は上記の設定範囲内で自由に調整することができ、即ち、各調整部材に対応するｆ値を個別に調整して具体的な需要を満たすことができ、調整の柔軟性を高めることができる上、熱膨張係数の選択範囲を拡大することができる。

【0039】

２つの調整部材（５１、５２）を例にとると、温度が変化すると、電極部材４と支持部１１はそれぞれ、２つの調整部材（５１、５２）との間にまず静止摩擦力を発生し、このとき２つの調整部材（５１、５２）は微視的に変形（即ち、微視的に変形）し、同時に静止摩擦力が２つの調整部材（５１、５２）において半径方向（即ち、図４中のＸ方向）に沿ったせん断応力τを発生し，さらに２つの調整部材（５１、５２）にはせん断ひずみγがある。せん断応力τとせん断ひずみγの関係は次の式を満たす。

【0040】

τ＝Ｇγ
そのうち、Ｇは調整部材のせん断弾性率である。

【0041】

図３に示すように、電極部材４が電極部材４から支持部１１の方向（即ち、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向）の圧力を受けると、２つの調整部材（５１、５２）が電極部材４と支持部１１との間に挟み込まれ、温度変化の前に、２つの調整部材（５１、５２）の横断面形状は矩形である。図４に示すように、温度が上昇すると、第１のホルダ１の熱膨張係数が最も大きくなり、その支持部１１径方向外側（即ち、図４中のＸ方向）に最も膨張し、このとき、第２の調整部材５２と支持部１１との接触面、第２の調整部材５２と第１の調整部材５１との接触面、および第１の調整部材５１と電極部材４との接触面には静摩擦力が存在し、２つの調整部材（５１、５２）はいずれもせん断ひずみ変形を生じ、即ち、２つの調整部材（５１、５２）の横断面形状は菱形になり、電極部材４と支持部１１との相対位置は変化しなかった。ここから分かるように、このようなせん断ひずみ変形は、電極部材４と支持部材１１との間のＸ方向の少なくとも一部の相対変位を「吸収」し、電極４と支持部１１との相対位置を一定に保つことができる。

【0042】

しかしながら、温度変化が大きすぎると、２つの調整部材（５１、５２）の微視的な変形とせん断ひずみ変形がそれぞれ電極部材４と支持部１１との間の静摩擦力を支持するのに十分ではなくなる可能性があり、その際に電極部材４と支持部１１との間に微小なスティックスリップ現象が発生し、さらに一定の相対変位が生じる。

【0043】

上記課題を解消するため、十分な大きさのせん断ひずみ変形量が調整部材にあれば、電極部材４と支持部１１との間の静摩擦力がそれぞれ十分に支持され、したがって電極部材４と支持部１１との間に相対変位が生じない。調整部材のせん断ひずみ変形量を大きくする方法は様々であり、例えば、指定圧力、摩擦係数及び総厚さの少なくとも１つを大きくすることにより、各調整部材の熱膨張時のせん断ひずみ変形量を大きくすることができ、そのうち、上記指定圧力は、電極部材４から支持部１１の方向（即ち、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向）に電極部材４に印加される圧力Ｆである。図２に示すように、弾性部材９は、トップカバー６が第１のホルダ１に取り付けられたときに圧縮された状態にあり、この弾性部材９が電極部材４に印加する圧力が前記圧力Ｆである。圧力Ｆを大きくすることにより、調整部材と電極部材４との間の第１の摩擦係数と、調整部材と支持部１１との間の第２の摩擦係数と、隣接する２つの調整部材の間の第３の摩擦係数とを含む上記摩擦係数を大きくすることができる。これらの摩擦係数を大きくすることにより、調整部材が受けるせん断応力τを大きくすることができ、せん断応力τとせん断ひずみγに関する上記公式から分かるように、せん断応力τが大きいほどせん断ひずみγは大きくなり、せん断ひずみ変形量を大きくすることができる。さらに、少なくとも１つの部品の接触面の表面粗さを調整することにより、これらの摩擦係数を直接大きくすることもできる。

【0044】

上記総厚さは、すべての調整部材の厚さ（即ち、図１中の軸線Ａ方向のサイズ）の和である。例えば、調整部材が円環である場合、円環の軸方向寸法は調整部材の厚さであり、円環の軸方向寸法が大きいほど、そのせん断ひずみ変形量が大きくなるので、上記総厚さを大きくすることにより、せん断ひずみ変形量を大きくすることができる。なお、各調整部材の厚さは、完全に同一であってもよく、一部が同一であってもよい。

【0045】

いくつかの任意の実施の形態において、調整部材が十分な大きさのせん断ひずみ変形量を有することを保証するために、上記指定圧力は２５０Ｎ以上であり、前記第１の摩擦係数、前記第２の摩擦係数及び前記第３の摩擦係数はいずれも０．１以上であり、前記総厚さは０．４ｍｍ以上である。

【0046】

上記方法を採用して調整部材のせん断ひずみ変形量を増大させた上で、接触面積、割合、調整部材のせん断弾性率、調整部材の弾性係数の少なくとも１つを減少させることにより、各調整部材の熱膨張時のせん断ひずみ変形量を増大させることができる。

【0047】

そのうち、前記接触面積は、調整部材と電極部材４との間の第１の接触面積、調整部材と支持部１１との間の第２の接触面積、および隣接する２つの調整部材間の第３の接触面積を含む。各調整部材が円環である場合、前記割合は、第１の接触面積と円環の径方向幅との第１の割合、第２の接触面積と円環の径方向幅との第２の割合、及び第３の接触面積と円環の径方向幅との第３の割合を含む。そのうち、半径方向幅とは、調整部材の外周半径と内周半径との差を指す。

【0048】

いくつかの任意の実施の形態において、調整部材が十分な大きさのせん断ひずみ変形量を有することを保証するために、上記第１の接触面積、第２の接触面積、および第３の接触面積はいずれも１５０ｍｍ^２以下であり、前記第１の割合、第２の割合及び第３の割合はいずれも１００ｍｍ以下であり、調整部材のせん断弾性率は１００ＧＰａ以下であり、調整部材の弾性率は２５０ＧＰａ以下である。

【0049】

いくつかの任意の実施の形態において、上記接触面積を減少させる方法は、少なくとも１つの調整部材の少なくとも１つの接触面が凹凸面であるというものであってもよい。この接触面は調整部材の支持部１１、電極部材４または他の調整部材に対向する表面であり、凹凸面であるため、凸領域のみが支持部１１、電極部材４または他の調整部材に接触するため、この凹凸面により、前記接触面積を小さくすることができるだけでなく、凹凸面の凹領域とそれに隣接する他の表面との間に隙間があり、圧力センサの上空間を真空引きする際に、この隙間は上空間中のガスの流通に役立ち、上空間中のガスをより徹底的に排出させ、さらに上空間の真空度を高めることができる。好ましくは、少なくとも１つの調整部材の２つの接触面はいずれも凹凸面であり、これにより、上空間におけるガスの流通性をさらに高めることができる。実際に使用する際には、同じ調整部材上の２つの凹凸面は対称であっても非対称であってもよい。

【0050】

具体的な一実施の形態として、各調整部材は環状であり、前記凹凸面における凹領域と凸領域は調整部材の円周方向に沿って相互に配置されている。例えば、図５に示すように、第１の調整部材５１を例にとると、第１の調整部材５１が円環である場合、その円環の２つの接触面（即ち、図５における上向きおよび下向きの環状端面）のうちの少なくとも１つが上記凹凸面であり、その凹凸面における凹み領域と凸領域とが円環の円周方向に沿って相互に配置される。例えば、図５に示す第１調整部材５１の上端面と下端面はいずれも凹凸面であり、上端面５１１を例として、この上端面５１は、３つの凹領域５１１ａと３つの凸領域５１１ｂとを含み、凹領域５１１ａと凸領域５１１ｂは相互に配置され、即ち、いずれか２つの凹領域５１１ａが隣接しておらず、いずれか２つの凸領域５１１ｂが隣接していない場合、各凸領域５１１ｂだけが支持部１１、電極部材４または他の調整部材に接触することができ、凹領域５１１ａは接触しないので、上記接触面積を小さくすることができる。当然ながら、実際の応用では、上記接触面積を小さくすることができれば、他の任意の構造の凹凸面を採用することもできる。

【0051】

上記実施の形態に加えて、さらに、調整部材は２つであり、２つの調整部材はそれぞれ電極部材４から支持部１１の方向に順次設けられた第１の調整部材５１と第２の調整部材５２であり、第１の調整部材５１の少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であり、第２の調整部材５２の２つの接触面はいずれも平面であるか、または少なくとも１つの接触面は上記凹凸面である。このように、調整部材の厚さを調整する必要がある場合には、上方に位置する第１の調整部材５１のみを交換することができ、これにより、取り外しプロセスを簡略化し、交換効率を高めることができる。

【0052】

いくつかの任意の実施の形態において、電極部材４、各調整部材、および支持部１１のうちの任意の隣接する２つの間は、互いに独立しているか、または互いに接続されている。接続方法は、例えば、接着、溶接、印刷などである。互いに独立しているとは、電極部材４、各調整部材及び支持部１１のうち任意の隣接する両者が重なっているが、互いに拘束されないことを意味する。

【0053】

いくつかの任意の実施の形態において、少なくとも１つの調整部材の異なる位置における熱膨張係数は不均一である。好ましくは、少なくとも１つの調整部材の熱膨張係数は、電極部材４から支持部１１の方向（即ち、図１中の軸線Ａに沿った上から下の方向）に増加する。これにより、軸線Ａにおける同一調整部材の熱膨張係数に差を生じさせることができ、同様に相対変位を「吸収」する作用の均一化を図ることができる。このような調整部材は、例えば複合材料から作られる。

【0054】

いくつかの任意の実施の形態において、各調整部材の熱膨張係数は、２０℃の温度で０．０００００５／Ｋ以上、０．０００００２／Ｋ以下である。

【0055】

いくつかの任意の実施の形態において、本発明の実施の形態によって提供される圧力センサは、真空ゲージや圧力制御装置など、圧力を検出する必要がある任意の製品に適用することができる。

【0056】

以上のことから、本発明の実施の形態は、電極部材と第１のホルダの支持部が互いに対向する２つの表面の間に複数の調整部材を順次積層することにより、各調整部材は温度変化時に微視的な変形、せん断ひずみ変形により電極部材と支持部との間の少なくとも一部の相対変位を「吸収」することができ、同時に電極部材、複数の調整部材と第１のホルダの熱膨張係数を電極部材から支持部の方向に増加させることにより、複数の調整部材の相対変位を「吸収」する作用を均一化することができ、それにより各調整部材すべてに作用を発揮させ、全体的に利用率の最大化を実現することができる圧力センサを提供する。これにより、電極部材と支持部との相対変位を効果的に低減または解消し、圧力センサの測定精度が影響を受けないことを保証することができる。また、本発明は、複数の調整部材が電極部材と支持部との間に積層され、いかなる加工も必要なく、構造が簡単であり、部品の加工難度を低減する圧力センサを提供する。

【0057】

以上の実施の形態は、本発明の原理を説明するために採用された例示的な実施形態にすぎず、本発明はこれに限定されないことが理解される。当業者にとっては、本発明の精神及び本質を逸脱することなく、様々な変形及び改良を行うことができ、これらの変形及び改良も本発明の請求範囲とみなされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-09-30

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のホルダと電極部材とを備え、
前記第１のホルダには、前記電極部材を支持する支持部が設けられ、且つ前記電極部材と前記支持部とが対向する２つの面の間に複数の調整部材が順次積層され、
前記電極部材、前記複数の調整部材及び前記第１のホルダの熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加し、
所定の圧力、摩擦係数及び総厚さの少なくとも１つを大きくすることにより、熱膨張時における各調整部材のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記所定の圧力は、前記電極部材に前記電極部材から前記支持部の方向に印加される圧力であり、前記摩擦係数は、調整部材と前記電極部材との間の第１の摩擦係数と、別の調整部材と前記支持部との間の第２の摩擦係数と、隣接する２つの調整部材の間の第３の摩擦係数とを含み、前記総厚さは、すべての前記調整部材の厚さの和であることを特徴とする、
圧力センサ。

【請求項2】

前記調整部材それぞれの熱膨張係数は、以下の式を満たし、

【数1】

Ｃ_Ｍは、前記電極部材に最も近い前記調整部材から数えて、Ｍ番目の調整部材の熱膨張係数であり、Ｍ＝１、２、…、Ｎであり、Ｎは前記調整部材の個数であり、Ｎは２以上であり、ｄＣ＝Ｃｃ－Ｃａであり、Ｃａは、前記電極部材の熱膨張係数であり、Ｃｃは前記第１のホルダの熱膨張係数であり、ｆはプリセット範囲内の数値であり、前記プリセット範囲はＮ／（Ｎ＋１）以上であり、（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）以下であることを特徴とする、
請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項3】

前記所定の圧力は２５０Ｎ以上であり、前記第１の摩擦係数、前記第２の摩擦係数及び前記第３の摩擦係数はいずれも０．１以上であり、前記総厚さは０．４ｍｍ以上であることを特徴とする、
請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項4】

少なくとも１つの調整部材の少なくとも１つの接触面は凹凸面であることを特徴とする、
請求項１に記載の圧力センサ。

【請求項5】

各前記調整部材は環状であり、前記凹凸面における凹領域と凸領域とは、前記調整部材の周方向に沿って相互に設けられていることを特徴とする、
請求項４に記載の圧力センサ。

【請求項6】

前記調整部材は２つであり、それぞれ前記電極部材から前記支持部の方向に順次設けられた第１の調整部材と第２の調整部材であり、前記第１の調整部材の少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であり、前記第２の調整部材の２つの接触面はいずれも平面であるか、または前記第２の調整部材の接触面のうちの少なくとも１つは前記凹凸面であることを特徴とする、
請求項４または５に記載の圧力センサ。

【請求項7】

前記電極部材と、各前記調整部材と、前記支持部のうちの任意の隣接する両者の間は、互いに独立しているか、または互いに接続されていることを特徴とする、
請求項１または２に記載の圧力センサ。

【請求項8】

少なくとも１つの前記調整部材の熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加することを特徴とする、
請求項１または２に記載の圧力センサ。

【請求項9】

第１のホルダと電極部材とを備え、
前記第１のホルダには、前記電極部材を支持する支持部が設けられ、且つ前記電極部材と前記支持部とが対向する２つの面の間に複数の調整部材が順次積層され、
前記電極部材、前記複数の調整部材及び前記第１のホルダの熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加し、
接触面積、割合、前記調整部材のせん断弾性率及び前記調整部材の弾性率の少なくとも１つを小さくすることにより、各前記調整部材の熱膨張時のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記接触面積は、調整部材と前記電極部材との間の第１の接触面積と、別の調整部材と前記支持部との間の第２の接触面積と、隣接する２つの調整部材の間の第３の接触面積とを含み、
各前記調整部材はいずれも円環であり、前記割合は、前記第１の接触面積と前記円環の径方向幅との第１の割合、前記第２の接触面積と前記円環の径方向幅との第２の割合、及び前記第３の接触面積と前記円環の径方向幅との第３の割合を含み、前記径方向幅は、前記調整部材の外周半径と内周半径との差であることを特徴とする、
圧力センサ。

【請求項10】

前記調整部材それぞれの熱膨張係数は、以下の式を満たし、

【数2】

Ｃ _Ｍ は、前記電極部材に最も近い前記調整部材から数えて、Ｍ番目の調整部材の熱膨張係数であり、Ｍ＝１、２、…、Ｎであり、Ｎは前記調整部材の個数であり、Ｎは２以上であり、ｄＣ＝Ｃｃ－Ｃａであり、Ｃａは、前記電極部材の熱膨張係数であり、Ｃｃは前記第１のホルダの熱膨張係数であり、ｆはプリセット範囲内の数値であり、前記プリセット範囲はＮ／（Ｎ＋１）以上であり、（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）以下であることを特徴とする、
請求項９に記載の圧力センサ。

【請求項11】

前記第１の接触面積、前記第２の接触面積及び前記第３の接触面積はいずれも１５０ｍｍ ^２ 以下であり、前記第１の割合、前記第２の割合及び前記第３の割合はいずれも１００ｍｍ以下であり、前記調整部材のせん断弾性率が１００ＧＰａ以下であり、前記調整部材の弾性率は２５０ＧＰａ以下であることを特徴とする、
請求項９に記載の圧力センサ。

【請求項12】

少なくとも１つの調整部材の少なくとも１つの接触面は凹凸面であることを特徴とする、
請求項９に記載の圧力センサ。

【請求項13】

各前記調整部材は環状であり、前記凹凸面における凹領域と凸領域とは、前記調整部材の周方向に沿って相互に設けられていることを特徴とする、
請求項１２に記載の圧力センサ。

【請求項14】

前記調整部材は２つであり、それぞれ前記電極部材から前記支持部の方向に順次設けられた第１の調整部材と第２の調整部材であり、前記第１の調整部材の少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であり、前記第２の調整部材の２つの接触面はいずれも平面であるか、または前記第２の調整部材の接触面のうちの少なくとも１つは前記凹凸面であることを特徴とする、
請求項１２または１３に記載の圧力センサ。

【請求項15】

前記電極部材と、各前記調整部材と、前記支持部のうちの任意の隣接する両者の間は、互いに独立しているか、または互いに接続されていることを特徴とする、
請求項９または１０に記載の圧力センサ。

【請求項16】

少なくとも１つの前記調整部材の熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加することを特徴とする、
請求項９または１０に記載の圧力センサ。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0057】

以上の実施の形態は、本発明の原理を説明するために採用された例示的な実施形態にすぎず、本発明はこれに限定されないことが理解される。当業者にとっては、本発明の精神及び本質を逸脱することなく、様々な変形及び改良を行うことができ、これらの変形及び改良も本発明の請求範囲とみなされる。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］ 第１のホルダと電極部材とを備え、
前記第１のホルダには、前記電極部材を支持する支持部が設けられ、且つ前記電極部材と前記支持部とが対向する２つの面の間に複数の調整部材が順次積層され、
前記電極部材、前記複数の調整部材及び前記第１のホルダの熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加することを特徴とする、
圧力センサ。
［２］ 前記調整部材それぞれの熱膨張係数は、以下の式を満たし、

【数3】

Ｃ _Ｍ は、前記電極部材に最も近い前記調整部材から数えて、Ｍ番目の調整部材の熱膨張係数であり、Ｍ＝１、２、…、Ｎであり、Ｎは前記調整部材の個数であり、Ｎは２以上であり、ｄＣ＝Ｃｃ－Ｃａであり、Ｃａは、前記電極部材の熱膨張係数であり、Ｃｃは前記第１支持体の熱膨張係数であり、ｆはプリセット範囲内の数値であり、前記プリセット数値はＮ／（Ｎ＋１）以上であり、（Ｎ＋２）／（Ｎ＋１）以下であることを特徴とする、 ［１］に記載の圧力センサ。
［３］ 所定の圧力、摩擦係数及び総厚さの少なくとも１つを大きくすることにより、熱膨張時における各調整部材のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記指定圧力は、前記電極部材に前記電極部材から前記支持部の方向に印加される圧力であり、前記摩擦係数は、前記調整部材と前記電極部材との間の第１の摩擦係数と、前記調整部材と前記支持部との間の第２の摩擦係数と、隣接する２つの前記調整部材の間の第３の摩擦係数とを含み、前記総厚さは、すべての前記調整部材の厚さの和であることを特徴とする、
［１］または［２］に記載の圧力センサ。
［４］ 前記指定圧力は２５０Ｎ以上であり、前記第１の摩擦係数、前記第２の摩擦係数及び前記第３の摩擦係数はいずれも０．１以上であり、前記総厚さは０．４ｍｍ以上であることを特徴とする、
［３］に記載の圧力センサ。
［５］ 接触面積、割合、前記調整部材のせん断弾性率及び前記調整部材の弾性率の少なくとも１つを小さくすることにより、各前記調整部材の熱膨張時のせん断ひずみ変形量を大きくし、前記接触面積は、前記調整部材と前記電極部材との間の第１の接触面積と、前記調整部材と前記支持部との間の第２の接触面積と、隣接する２つの前記調整部材の間の第３の接触面積とを含み、
各前記調整部材はいずれも円環であり、前記割合は、前記第１の接触面積と前記円環の径方向幅との第１の割合、前記第２の接触面積と前記円環の径方向幅との第２の割合、及び前記第３の接触面積と前記円環の径方向幅との第３の割合を含み、前記径方向幅は、前記調整部材の外周半径と内周半径との差であることを特徴とする、
［１］または［２］に記載の圧力センサ。
［６］ 前記第１の接触面積、前記第２の接触面積及び前記第３の接触面積はいずれも１５０ｍｍ ^２ 以下であり、前記第１の割合、前記第２の割合及び前記第３の割合はいずれも１００ｍｍ以下であり、前記調整部材のせん断弾性率が１００ＧＰａ以下であり、前記調整部材の弾性率は２５０ＧＰａ以下であることを特徴とする、
［５］に記載の圧力センサ。
［７］ 少なくとも１つの調整部材の少なくとも１つの接触面は凹凸面であることを特徴とする、
［１］に記載の圧力センサ。
［８］ 各前記調整部材は環状であり、前記凹凸面における凹領域と凸領域とは、前記調整部材の周方向に沿って相互に設けられていることを特徴とする、
［７］に記載の圧力センサ。
［９］ 前記調整部材は２つであり、それぞれ前記電極部材から前記支持部の方向に順次設けられた第１の調整部材と第２の調整部材であり、前記第１の調整部材の少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であり、前記第２の調整部材の２つの接触面はいずれも平面であるか、または少なくとも１つの接触面は前記凹凸面であることを特徴とする、
［７］または［８］に記載の圧力センサ。
［１０］ 前記電極部材と、各前記調整部材と、前記支持部のうちの任意の隣接する両者の間は、互いに独立しているか、または互いに接続されていることを特徴とする、
［１］または［２］に記載の圧力センサ。
［１１］ 少なくとも１つの前記調整部材の熱膨張係数は、前記電極部材から前記支持部の方向に増加することを特徴とする、
［１］または［２］に記載の圧力センサ。

【国際調査報告】