本发明涉及用于根据因压力而变形的隔膜与电极体之间的电容的变化来测量流体的压力的压力传感器。
背景技术：
以往，在半导体制造工序等中为了测量薄膜形成工序中的真空状态的压力，使用压力传感器。作为这种压力传感器，例如如专利文献1和图4所示，其包括：壳体11，具有被测量流体的导入部；隔膜32，承受通过所述壳体11的导入部10A引导来的被测量流体的压力而弯曲；以及传感器芯片30，将隔膜32的变化作为电容的变化导出。通过将设置在半导体制造装置的流体管道上的流体导入管与壳体的导入部10A连接，流过流体管道的气体等被测量流体被取入壳体11的内部。在这样的压力传感器中，与处理对象的薄膜相同的物质及其副产物(以下称为污染物质)在使用时会附着到隔膜上，由于所述附着的污染物质产生的应力而使隔膜产生弯曲，由此使传感器的输出信号产生偏移(shift)。因此，为了防止污染物质向隔膜等附着，例如已为公众所知的有如下的技术：如专利文献1所记载的，通过用加热器90加热包围壳体11的传感器外壳80，由此将壳体11内的温度保持在污染物质不会析出程度的高温。
可是，在这样的压力传感器中，在将用于把被测量流体向压力传感器引导的流体导入管与壳体连接之后，在使用时，为了防止气体等流体凝结到流体导入管上，用加热器对流体导入管进行加热。这样，通过加热流体导入管，可以防止气体附着到流体导入管上。
可是，如果用加热器加热流体导入管，则其热量向压力传感器的壳体的下部传导，在壳体的下部产生急剧的温度上升，伴随于此，壳体的下部急剧热膨胀。另一方面，在远离流体导入管的壳体的上部，即使在用加热器对流体导入管进行了快速加热的情况下，由于其热量在壳体内传导，因此壳体的上部的温度不会急剧上升，而是缓慢上升，伴随于此的壳体上部的热膨胀比壳体下部的热膨胀小。因此，壳体的上部和下部之间产生热膨胀的差异，由于热膨胀，在壳体的下部产生朝向外侧亦即在隔膜的面方向上从隔膜的大致中心朝向圆周的方向扩展的应力，另一方面在壳体的上部产生朝向内侧亦即在隔膜的面方向上从隔膜的圆周朝向大致中心的方向返回的应力。其结果，支承(或接合)在壳体的上部的隔膜产生弯曲，存在从压力传感器输出的测量压力的可靠性降低的问题。
现有技术文献
专利文献1：日本专利公开公报特开2015-148579号
技术实现要素：
本发明是鉴于所述的问题而做出的发明，本发明的目的是提供一种压力传感器，其能够抑制设置在流体管道上的流体导入管的急剧的温度变化导致的隔膜的弯曲(以下有时称为配管热影响)。
即，本发明提供一种压力传感器，其包括：隔膜，具有受压面，所述受压面承受被测量流体的压力；电极体，具有电极面，所述电极面以形成间隙的方式与所述受压面的背面相对；壳体，以包围所述受压面并形成测量室的方式支承所述隔膜；入口管，与所述壳体连接，将所述被测量流体导向所述测量室；以及热缓冲构件，设置在所述入口管上，具有规定的热容。
按照这样的压力传感器，由于在入口管上安装有具有规定的热容的热缓冲构件，所以即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，其热量的一部分也会消耗用于使设置在入口管上的热缓冲构件升温。因此，入口管及与其连接的壳体的下部的温度不会急剧上升，而是缓慢上升。此外，在入口管和壳体的下部的温度花费时间缓慢上升期间，热量从流体导入管在壳体内传导，与隔膜连接的壳体上部的温度上升。这样，通过在入口管上设置具有规定的热容的热缓冲构件，即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，也不会仅使壳体下部温度急剧上升，而是能够使壳体整体的温度缓慢上升。即，通过在入口管上设置热缓冲构件，热缓冲构件作为温度调节机构发挥作用，能够降低流体导入管的加热时的壳体内的温度分布的不均。因此，能够减小支承隔膜的壳体的上部和下部的热膨胀的差异，从而能够抑制隔膜的弯曲。
另外，在本说明书中“具有规定的热容”的意思是指：即使在流体导入管被快速加热了的情况下，通过防止壳体下部的急剧的温度上升、降低壳体内的温度分布的不均，也能够将由壳体的上部和下部的热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲控制在容许范围以内程度的热容。
优选的是，本发明的压力传感器还包括：外壳，通过空间包围所述壳体和所述隔膜的一部分或全部；以及加热器，加热所述外壳，所述热缓冲构件与所述外壳热性连接。
按照这样的构成，由于在外壳与壳体之间存在空间，所以从被加热器加热了的外壳放出的热量在空间内扩散，能够使壳体整体在更均匀亦即温度分布的不均小的状态下升温，能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲。此外，由于热缓冲构件与外壳热性连接，所以能使来自加热了的流体导入管的热量通过热缓冲构件向外壳传导。即，因为可以使从流体导入管向壳体传导的热量进一步减少，所以能够进一步抑制壳体的下部的急剧的温度变化。另外，由于从热缓冲构件向外壳传导的热量在外壳内侧的空间扩散并向壳体传递，因此能够使壳体整体更均匀地升温。其结果，能够使壳体整体在更均匀亦即温度分布的不均小的状态下升温，所以能够进一步减小壳体的上部与下部的热膨胀的差异所导致的隔膜的弯曲。
在本说明书中，“所述热缓冲构件与所述外壳热性连接”的意思是指：热量在热缓冲构件和外壳之间直接或间接地传导。“热量间接地传导”的意思是指：可以在热缓冲构件与外壳之间设置传导热量的另外的构件。其它构件间的“热性连接”也具有相同的意思。
在本发明的压力传感器中，优选的是，所述热缓冲构件与所述外壳的外表面接触。
按照这样的构成，由于在外壳与壳体之间不存在热缓冲构件，所以从外壳放出的热量通过空间进一步扩散。因此，能够使壳体整体更均匀地升温，能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲。
在本发明的压力传感器中，优选的是，所述热缓冲构件安装在所述入口管的外侧周面上。
按照这样的构成，由于以包围入口管的周向的方式设置热缓冲构件，所以能使从加热了的流体导入管传导的热量在入口管的周向上更均匀地向热缓冲构件传导。因此，在与入口管连接的壳体中，能够进一步减小周向上的温度分布的不均，能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲。
在本说明书中，“安装在入口管的外侧周面上”的意思是指：以在周向上包围入口管的外表面且与入口管接触的方式安装。
在本发明的压力传感器中，优选的是，所述热缓冲构件与所述入口管一体成形。
按照这样的构成，制造压力传感器时，由于能省略将热缓冲构件与入口管通过焊接接合的工序，因此能够提高生产率。
在本发明的压力传感器中，优选的是，所述热缓冲构件呈圆板状，以轴线与所述入口管一致的方式设置。
按照这样的构成，来自加热了的流体导入管的热量，能够在入口管的周向上更均匀地向热缓冲构件传导。因此，在与入口管连接的壳体中，能够进一步减小周向上的温度分布的不均，能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲。
在本说明书中，“轴线”指截面为圆形的构件的、通过圆形截面的圆中心且垂直于圆形截面的线。此外，“以轴线与所述入口管一致的方式设置热缓冲构件”是指以使热缓冲构件的截面与截面形状为圆形的入口管的截面呈同心圆状的方式，将热缓冲构件安装在入口管上。
在本发明的压力传感器中，优选的是，所述壳体具有侧壁和底壁，由所述隔膜、所述侧壁和所述底壁形成所述测量室，在所述侧壁的一部分上设有环绕的薄壁部，所述薄壁部的厚度比其它部分的厚度小。
按照这样的构成，因为在壳体的一部分上设有刚性低的薄壁部，所以即使在壳体的下部因热膨胀产生向壳体的外侧扩展的应力的情况下，也由于薄壁部弯曲变形，在壳体的上部产生的向内侧返回的应力降低，其结果，能够进一步降低由壳体的上部与下部的热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲。
本发明提供一种压力传感器，其包括：隔膜，具有受压面，所述受压面承受被测量流体的压力；电极体，具有电极面，所述电极面以形成间隙的方式与所述受压面的背面相对；壳体，以包围所述受压面并形成测量室的方式支承所述隔膜；以及入口管，与所述壳体连接，将所述被测量流体导向所述测量室，所述壳体具有侧壁和底壁，所述底壁的一部分或全部的壁厚大于所述侧壁的壁厚。
按照这样的构成，能够加大与入口管连接的壳体的底壁的热容。因此，即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，由于其热量首先消耗用于壳体的底壁的升温，所以壳体下部的侧壁的温度不会急剧上升，而是缓慢上升。此外，在壳体下部的侧壁的温度花费时间缓慢上升期间，来自流体导入管的热量在壳体内传导，与隔膜连接的壳体的上部的侧壁的温度上升。这样，通过加大壳体的底壁的热容，即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，也能够使壳体的侧壁整体的温度缓慢上升而不会仅使壳体下部的侧壁温度急剧上升。即，通过使壳体的底壁的一部分或全部的壁厚大于侧壁的壁厚，即通过加大底壁的热容，使壳体的底壁作为温度调节机构发挥作用，能够降低流体导入管的加热时的壳体内的温度分布的不均。因此，能够减小支承隔膜的壳体的上部的侧壁与壳体的下部的侧壁的热膨胀的差异，从而能够抑制隔膜的弯曲。
这样，按照本发明的压力传感器，由于在入口管上设有具有规定的热容的热缓冲构件，因此即使在流体导入管产生急剧的温度上升的情况下，也能够防止壳体下部的急剧的温度上升以及伴随于此的局部热膨胀，能够使壳体整体在更均匀亦即温度分布的不均小的状态下升温。因此，能够减小壳体的上部与下部的热膨胀的差异，其结果，能抑制伴随流体导入管的急剧温度变化的隔膜的弯曲。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的压力传感器的结构的截面示意图。
图2是表示本发明的其它实施方式的压力传感器的结构的截面示意图。
图3是表示本发明的其它实施方式的压力传感器的结构的截面示意图。
图4是表示以往的电容式压力传感器的结构的截面示意图。
附图标记说明
100：压力传感器
10：隔膜
12：受压面
14：背面
20：电极体
22：电极面
24：密封构件
30：壳体
32：第一部件
32a：侧壁
32b：底壁
32c：流体入口孔
34：第二部件
34a：侧壁
34b：上壁
36：薄壁部
40：加热器
50：入口管
60：热缓冲构件
62：上表面
64：下表面
70：外壳
72：空间
74：下表面
S：测量室
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的压力传感器的一个实施方式进行说明。但是，以下说明的压力传感器只是用于将本发明的技术思想具体化的实施方式，除非有确定的记载，否则本发明不限于以下的记述。此外，在一个实施方式中说明的内容，也可以在其它实施方式中应用。此外，各图所示的构件的尺寸和位置关系等，是为了使说明明确，有时进行了夸张表示。
本实施方式的压力传感器100是相当于全压真空计的绝对压力测量型的电容式隔膜真空计，检测因压力位移的隔膜10与固定电极(电极体)20之间的电容的变化量，将所述变化量换算为压力，由此测量压力。使用时，通过将引导被测量流体的流体导入管与压力传感器100连接，将被测量流体取入压力传感器100内的测量室S。
具体地说，如图1所示，压力传感器100包括：隔膜10，承受被测量流体的压力而变形；电极体20，以与隔膜10形成间隙的方式配置；壳体30，支承隔膜10(或与隔膜10接合)，形成测量室S；入口管50，与壳体30连接，将被测量流体向测量室S引导；以及热缓冲构件60，安装在入口管50上。
以下，说明各构成部件。
隔膜10与电极体20的作为一个端面的电极面22一起构成电容器。
如图1所示，隔膜10具有受压面12，所述受压面12与导入测量室S的被测量流体接触，承受被测量流体的压力，受压面12的背面14与电极体20的电极面22以形成间隙的方式相对。
在未承受被测量流体的压力的状态下，本实施方式的隔膜10的受压面12的形状为大致圆板状。按照这样的形状，当受压面12承受被测量流体的压力时，由于隔膜10能够与从隔膜10的中心朝向的方向无关地均匀地弯曲，所以能够以更高的精度测量被测量流体的压力。
隔膜10由于受压面12承受的微小压力变化而弹性变形，为耐腐蚀性和耐热性优异的金属薄板。本实施方式的隔膜10优选的是，由以镍和钴作为主成分且包含钨、钼、钛、铬等的Ni-Co合金形成。此外，隔膜10也可以由以镍作为主成分且包含铁、铬和铌等的Ni合金形成。
为了提高针对被测量流体的压力变化的灵敏度，隔膜10的厚度例如优选的是5μm以上50μm以下。
电极体20与隔膜10的作为一个端面的背面14一起构成电容器。以如下方式设置电极体20：电极面22与隔膜10的背面14以形成规定的间隙的方式相对。
用于检测电容的变化的导线(未图示)与电极体20的上端部(与形成电极面22的端部相反侧的端部)连接。所述导线与将电容的变化量转换为压力信号并输出的计算电路(未图示)连接。
壳体30包围隔膜10的受压面12并形成用于导入被测量流体的测量室S，并且将电极体20的至少一部分包围并将其固定。如图1所示，壳体30包括夹着隔膜10形成在相反方向的第一部件32和第二部件34。
第一部件32包围隔膜10的受压面12并形成用于导入被测量流体的测量室S。
如图1所示，第一部件32与隔膜10的受压面12侧的外缘接合。第一部件32具有：侧壁32a，与隔膜10的外缘部接合；底壁32b，与入口管50连接；以及流体入口孔32c，设置在底壁32b的中央。被侧壁32a、底壁32b和受压面12包围的区域成为测量室S。
本实施方式的第一部件32形成为在垂直于隔膜10的面方向的方向上具有轴向的大致圆筒形状，以侧壁32a的壁厚成为均匀的方式形成。第一部件32可以由单个构件构成，也可以通过将多个构件接合而构成。
第二部件34设置在隔膜10的背面14侧，用于固定电极体20。
如图1所示，第二部件34与隔膜10的背面14的外缘接合。本实施方式的第二部件34形成为在垂直于隔膜10的面方向的方向上具有轴向的大致圆筒形状，具有：侧壁34a，与隔膜10的外缘部接合；以及上壁34b，与电极体20接合。电极体20以贯穿上壁34b的中央的方式设置。第二部件34与电极体20通过将第二部件34与电极体20之间气密密封的密封玻璃等密封构件24接合。第二部件34可以由单个构件构成，也可以通过将多个构件接合而构成。
入口管50与流体导入管连接，将被测量流体向形成在第一部件32内的测量室S引导。
入口管50形成为大致圆筒形状，与设置在第一部件32的底壁32b的流体入口孔32c连接。
本实施方式的入口管50，由与第一部件32区分的另外的构件构成，但是不限于该方式。例如，入口管50和第一部件32也可以一体成型。
本实施方式的压力传感器100具备对隔膜10和壳体30间接加热并调节温度的温度调节机构和外壳70。温度调节机构具备：加热器40，放出热量；温度传感器(未图示)，安装在外壳70的外表面；以及控制电路，以使由温度传感器测量的温度保持在所希望的目标温度的方式调整加热器40放出的热量。
外壳70使从加热器40放出的热量向隔膜10和壳体30的外表面均匀放出。
外壳70将热导率优异的材料作为主成分，例如由Al或Cu等金属构成。因此，从加热器40放出的热量在外壳70的内部良好传导，能够减小外壳70内的温度分布不均。
外壳70以包围隔膜10的外周面、第一部件32的侧壁32a和底壁32b以及第二部件34的侧壁34a和上壁34b的方式形成。按照这样的方式，如上所述，由于外壳70内的温度分布不均小，所以利用从外壳70放出的热量，能够对隔膜10、第一部件32和第二部件34的外表面与位置无关地更均匀地进行加热。因此，能够使隔膜10、第一部件32和第二部件34在更均匀亦即温度分布的不均更小的状态下升温，能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜10的弯曲。
在本实施方式的压力传感器100中，在外壳70、隔膜10和壳体30之间，设有用于使热量扩散的空间72。通过存在这样的空间72，从外壳70放出的热量在空间72内扩散，因此相比于不设置空间72的情况，能够使隔膜10、第一部件32和第二部件34在更均匀亦即温度分布的不均更小的状态下升温。因此，能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜10的弯曲。
另外，在空间72内可以包含热扩散性优异的材料(例如陶瓷、碳等)。
加热器40通过外壳70和空间72对隔膜10和壳体30进行加热。由此，能够防止测量室S内亦即隔膜10的受压面12和第一部件32的内壁上附着污染物质。
加热器40的一部分或全部与外壳70热性连接。本实施方式的加热器40接触并包围外壳70的外侧周面。
热缓冲构件60具有规定的热容，用于调整入口管50和壳体30的温度上升(或下降)的速度。由于热缓冲构件60以与入口管50热接触的方式设置，所以从流体导入管向入口管50传导的热量的至少一部分，被消耗用于热缓冲构件60的升温。因此，即使在流体导入管被加热而使温度急剧上升的情况下，也能够抑制入口管50和壳体30(特别是第一部件32)的下部的急剧的温度上升。
本实施方式的热缓冲构件60设置在入口管50的外侧周面上。更具体地说，热缓冲构件60呈具有上表面62和下表面64的圆板状，并以轴线与入口管50一致的方式设置。按照这样的方式，从加热了的流体导入管传导的热量，可以在入口管50的周向上更均匀地向热缓冲构件60传导。因此，在与入口管50连接的第一部件32中，从入口管50传导的热量在周向上变得更均匀，能够进一步减小周向的温度分布的不均，从而能够进一步降低由热膨胀的差异引起的隔膜的弯曲。
本实施方式的热缓冲构件60与外壳70热性连接。更具体地说，如图1所示，热缓冲构件60以热缓冲构件60的上表面62整体与外壳70的下表面74接触的方式设置。通过这样的方式，来自加热了的流体导入管的热量，可以通过热缓冲构件60向外壳70传导。即，由于能够进一步减少从流体导入管经由入口管50向第一部件32传导的热量，所以能够进一步抑制第一部件32的下部的急剧的温度变化。另外，从热缓冲构件60向外壳70传导的热量，由于在外壳70内侧的空间72中扩散并向第一部件32传递，因此能够使第一部件32整体更均匀地升温。其结果，由于能够使第一部件32整体在更均匀亦即温度分布的不均小的状态下升温，所以能够进一步减小第一部件32的上部和下部的热膨胀的差异导致的隔膜10的弯曲。
<本实施方式的效果>
按照如上所述构成的本实施方式的压力传感器100，由于具有规定热容的热缓冲构件60安装在入口管50上，所以即使在用加热器对流体导入管(未图示)进行了急速加热的情况下，所述热量的至少一部分也被消耗用于设置在入口管50上的热缓冲构件60的升温。因此，入口管50及与其连接的壳体30的下部的温度不会急剧上升，而是缓慢上升。此外，在入口管50和壳体30的下部的温度花费时间缓慢上升期间，来自流体导入管的热量在壳体30内传导，与隔膜10连接的壳体30的上部的温度上升。这样，通过在入口管50上设置具有规定的热容的热缓冲构件60，即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，也不会仅使壳体30的下部温度急剧上升，而是能够使壳体30整体的温度缓慢上升。即，通过在入口管50上设置热缓冲构件60，使热缓冲构件60作为温度调节机构发挥作用，能够降低加热流体导入管时的壳体30内的温度分布不均。因此，能够减小支承隔膜10(或与隔膜10接合)的壳体30的上部与壳体30的下部的热膨胀的差异，从而能够抑制隔膜10的弯曲。
<其它变形实施方式>
另外，本发明不限于所述的实施方式。以下，以与所述实施方式不同的部分为中心，说明其它变形实施方式的压力传感器。关于以下的实施方式的压力传感器100的各部件，只要没有特别说明，就可以具有与所述实施方式的对应部件相同的结构。
例如，在所述实施方式的压力传感器100中，在入口管50上设有具有规定的热容的热缓冲构件60，但是如图2所示，在变形实施方式中，在入口管50上没有设置热缓冲构件60，而是使第一部件32的底壁32b的一部分或全部的壁厚大于侧壁32a的壁厚。按照这样的方式，能够使与入口管50连接的第一部件32的底壁32b的热容变大。因此，即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，其热量也首先消耗用于第一部件32的底壁32b的升温，因此第一部件32的下部的侧壁34的温度不会急剧上升，而是缓慢上升。此外，在第一部件32的下部的侧壁34的温度花费时间缓慢上升期间，来自流体导入管的热量在第一部件32内传导，与隔膜10连接的第一部件32上部的侧壁32a的温度上升。这样，通过加大第一部件32的底壁32b的热容，即使在用加热器对流体导入管进行了急速加热的情况下，也不会仅使第一部件32的下部的侧壁32a温度急剧上升，而是能够使第一部件32的侧壁32a整体的温度缓慢上升。即，通过使第一部件32的底壁32b的一部分或全部的壁厚大于侧壁32a的壁厚，即通过加大底壁32b的热容，能够使第一部件32的底壁32b作为温度调节机构发挥作用，能够降低流体导入管的加热时的第一部件32内的温度分布的不均。因此，能够减小支承隔膜10的第一部件32的上部的侧壁34与第一部件32的下部的侧壁32a的热膨胀的差异，从而能够抑制隔膜10的弯曲。
此外，在所述实施方式的压力传感器100中，第一部件32的侧壁34的壁厚与高度方向上的位置无关，是固定的，但是在变形实施方式中，如图3所示，在侧壁32a的一部分上，设有厚度比其它部分小的圆筒形状的薄壁部36。
按照这样的方式，由于在第一部件32的侧壁的一部分上设有刚性比其它部分低的薄壁部36，所以在第一部件32下部的侧壁32a中，即使在产生了热膨胀导致的向外侧扩展的应力时，薄壁部36也会优先弯曲变形。由此，因第一部件32的下部的侧壁32a的热膨胀导致产生的向外侧扩展的应力，由于薄壁部36得到了缓和，由此，在第一部件32的上部中，使侧壁32a向内侧返回的应力降低。其结果，能够进一步降低由第一部件32的上部与下部的热膨胀差异引起的隔膜10的弯曲。
第一部件32和薄壁部36也可以一体成形。即，可以以仅在高度方向上的规定的区间使厚度减薄的方式构成第一部件32的侧壁32a。
或者，第一部件32和薄壁部36可以由不同的多个构件构成。即，第一部件32和薄壁部36可以通过焊接等接合。
此外，在所述实施方式的压力传感器100中，热缓冲构件60与外壳70接触，但是不限于该方式。只要是热缓冲构件60与外壳70热接触的结构，就可以使来自入口管50的热量经由热缓冲构件60向外壳70释放。例如，可以在热缓冲构件60与外壳70之间配置Cu或Al等构成的导热性优异的构件，并使该构件与热缓冲构件60和外壳70接触。
此外，在所述实施方式的压力传感器100中，热缓冲构件60与外壳70的外表面(下表面74)接触，但是在变形实施方式中，热缓冲构件60可以形成在外壳70与第一部件32的底壁32c之间，并与外壳70的内表面接触。即使在这样的方式下，由于来自加热了的流体导入管的热量可以通过热缓冲构件60向外壳70传导，所以能够进一步抑制第一部件32的下部的急剧的温度变化，并且能够使第一部件32整体在更均匀亦即温度分布的不均小的状态下升温。其结果，能够进一步减小第一部件32的上部与下部的热膨胀差异导致的隔膜10的弯曲。
此外，在所述实施方式的压力传感器100中，热缓冲构件60呈圆板状，但是不限于此。在变形实施方式中，热缓冲构件60也可以是圆柱状、块状或矩形等。
此外，本发明不限于所述实施方式，在不脱离本发明思想的范围内可以进行各种变形。
可以相互组合本发明的各个实施方式(实施例)中所记载的技术特征形成新的技术方案。