(57)【要約】【課題】  スイッチ動作点の誤差が少なく、小型で防塵性や防水性や耐薬液性のある圧力スイッチを提供する。【解決手段】  耐薬液性を有する樹脂からなる筐体２と、流体の圧力を検出する圧力センサ３と、耐薬液性を有する樹脂からなり、流体と圧力センサ３との接触を妨げる隔離部材４と、圧力センサ３の出力に基づいてオン信号、オフ信号を出力する回路部５と、を有し、少なくとも圧力センサ３および回路部５が、筐体２および隔離部材４から構成される密閉空間Ｓ内に配置されていることを特徴とする。【選択図】  図１
2006338998.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐薬液性を有する樹脂からなる筐体と、
流体の圧力を検出する圧力センサと、
耐薬液性を有する樹脂からなり、前記流体と前記圧力センサとの接触を妨げる隔離部材と、
前記圧力センサの出力に基づいてオン信号、オフ信号を出力する回路部と、
を有し、
少なくとも前記圧力センサおよび前記回路部が、前記筐体および前記隔離部材から構成される密閉空間内に配置されていることを特徴とする圧力スイッチ。
【請求項２】
前記密閉空間内に、前記圧力センサの出力に基づいて点灯・消灯される光源が配置されていることを特徴とする請求項１記載の圧力スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の圧力を検出する圧力スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体の圧力に基づいてオン・オフ信号などを出力する圧力スイッチが広く用いられている。このような圧力スイッチの中には、たとえば半導体の製造プロセスのように、高純度の硝酸、塩酸、フッ化水素酸等の腐食性薬品を含む流体圧力を測定する場所に設置して使用されるものがある。具体例をあげると、半導体製造装置においては、半導体基板のエッチング処理に際し、フッ化水素酸等を含む薬液が使用されるので、この薬液を安定供給するため、薬液の循環回路中に圧力スイッチが組み込まれている。
【０００３】
上記の薬液は強い化学腐食性を有するため、このような腐食環境に設置する場合には、優れた耐薬品性（耐薬液性）を有する圧力スイッチが必要となる。そのため、上記半導体製造装置においては、耐薬品性を有する樹脂からなる部材を薬液と接する所に配置した圧力スイッチが用いられていた。
この圧力スイッチによるオン・オフ信号などの出力には、バネによる機械的なスイッチを用いる方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２６６７２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の特許文献１においては、測定する圧力に応じて動くダイヤフラムと、ダイヤフラムの動きに連動して反転動作するトグルバネ機構と、トグルバネ機構に連動してオン・オフ信号を出力するマイクロスイッチとを用いた圧力スイッチが開示されている。
しかしながら、上述のように圧力の検知や、オン・オフ信号への変換にトグルバネ機構などのバネを用いる方法ではスイッチの作動点の誤差が大きくなるという問題があった。
【０００５】
具体的には、バネの特性は規格の範囲内でばらつくため、同じ規格のバネであっても、個体が異なるとオン信号またはオフ信号を出力する圧力にばらつきが生じるという問題があった。
また、バネは繰り返し動作の精度が低いため、オン信号またはオフ信号を出力する圧力にばらつきが出るという問題があった。さらに、バネ等の可動部品の摺動による磨耗により、オン信号またはオフ信号を出力する圧力が、稼働時間が長くなるとともに変化するという問題があった。
さらに、バネの動作範囲を確保する空間が必要になるため圧力スイッチの小型化が図りにくいという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、スイッチ動作点の誤差が少なく、小型で防塵性や防水性や耐薬液性のある圧力スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明の圧力スイッチは、耐薬液性を有する樹脂からなる筐体と、流体の圧力を検出する圧力センサと、耐薬液性を有する樹脂からなり、前記流体と前記圧力センサとの接触を妨げる隔離部材と、前記圧力センサの出力に基づいてオン信号、オフ信号を出力する回路部と、を有し、少なくとも前記圧力センサおよび前記回路部が、前記筐体および前記隔離部材から構成される密閉空間内に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、圧力センサと回路部とを用いて電気的にオン信号・オフ信号を出力することができる。そのため、上述のバネを用いた圧力スイッチと比較して、オン信号・オフ信号を出力する圧力のばらつきを抑えることができる。
具体的には、圧力センサおよび回路部の特性のばらつきは、上述のバネのばらつきよりも小さいため、オン信号・オフ信号を出力する圧力のばらつきを抑えることができる。また、圧力センサは、バネと比較して繰り返し動作の精度が高いため、オン信号・オフ信号を出力する圧力のばらつきを抑えることができる。
【０００９】
少なくとも圧力センサおよび回路部（以下、圧力センサ等と表記する）が上記密閉空間内に配置されているため、圧力センサ等は流体や粉塵等から隔離される。そのため、流体や粉塵等による圧力センサ等の不具合発生を防止することができる。
また、上記密閉空間を構成する筐体および隔離部材は耐薬液性を有する材料から形成されているため、流体が薬液の場合でも、薬液による圧力センサ等の不具合発生を防止することができる。
【００１０】
圧力センサ等は、可動部品を持たないため、可動部品の動作空間を確保する必要がなく、圧力スイッチを小型化することができる。また、圧力センサは、上述のバネと比較して、小型化しやすく、圧力スイッチの小型化を図ることができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記密閉空間内に、前記圧力センサの出力に基づいて点灯・消灯される光源が配置されていることが望ましい。
本発明によれば、圧力センサの出力に基づいて点灯・消灯される光源が配置されているため、光源の点灯・消灯状態を目視確認することにより、流体の圧力を知ることができる。そのため、モニタ等を用いることなく、流体の圧力を知ることができる。
また、光源の点灯の有無を目視確認することにより、モニタ等を用いることなく、圧力スイッチの動作確認を容易に行うことができる。
【００１２】
上記密閉空間内に光源を配置することにより、光源を流体や粉塵等から隔離することができ、流体や粉塵等による光源の不具合発生を防止することができる。また、同時に薬液による光源の不具合発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の圧力スイッチによれば、圧力センサと回路部とを用いて電気的にオン信号・オフ信号を出力するため、オン信号・オフ信号を出力する圧力のばらつきを抑えることができ、スイッチ動作点の誤差を少なくすることができるという効果を奏する。
少なくとも圧力センサおよび回路部が上記密閉空間内に配置されているため、流体（薬液）や粉塵等による圧力センサ等の不具合発生を防止することができ、圧力スイッチに防塵性や防水性や耐薬液性を付与することができるという効果を奏する。
圧力センサおよび回路部は、可動部品を持たないため、可動部品の動作空間を確保する必要がなく、圧力スイッチを小型化することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
この発明の一実施形態に係る圧力スイッチについて、図１から図４を参照して説明する。
図１は、本発明に係る圧力スイッチの概略を説明する断面図であり、図２は、図１に示す圧力スイッチ側面を説明する側面図である。
圧力スイッチ１は、図１および図２に示すように、略円筒形状のケーシング（筐体）２と、薬液の圧力を検出する圧力センサ３と、薬液と圧力センサ３との接触を妨げるダイヤフラム（隔離部材）４と、圧力センサ３の出力に基づきオン・オフ信号を出力する回路部５と、圧力センサ３の出力に基づき点灯・消灯される光源６と、から概略構成されている。
【００１５】
ケーシング２は、圧力センサ３等が配置されるボディー２ａと、配置された圧力センサ３等を覆うカバー２ｂと、から構成され、ボディー２ａおよびカバー２ｂにより内部に密閉空間Ｓが形成される。ボディー２ａおよびカバー２ｂとしては、例えばテフロン（登録商標）等のＰＴＦＥ（テトラフロロエチレン）樹脂から形成されることが好ましいが、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）樹脂を用いることもできる。
ボディー２ａおよびカバー２ｂとして使用される材料には多々あるが、耐薬品性を考慮すると、ＰＴＦＥ樹脂が最も好ましい。
つまり、耐薬品性から考慮すると、化学的に不活性な材料であるフッ素樹脂を用いるのが好ましい。そのフッ素樹脂の中でも、樹脂材料には必ず存在するガス透過の問題を鑑みたとき、結晶度が大きく、ボイドが発生しにくいＰＴＦＥ樹脂が最も好ましい。さらに、ＰＴＦＥ樹脂の中でも、特に結晶度が高く、ボイドが発生しにくい変性ＰＴＦＥ樹脂が最適な材料となる。
【００１６】
ボディー２ａには、薬液が流入する流入部１１と、カバー２ｂや圧力センサ３などが取り付けられる取り付け部１２が形成されている。取り付け部１２は略円筒状に形成され、その外周面にはカバー２ｂが取り付けられ、内周面には後述するセンサホルダ３１が螺合される。
カバー２ｂの底面には、後述するケーブルの引き出し口１３と、後述するトリマの設定孔１４とが形成され、光源６と対向する位置に凹部１５が形成されている。凹部１５が形成されることにより、カバー２ｂの肉厚が薄くなり、光源６から照射される光が外部に透過しやすくなる。そのため、光源６の光を視認しやすくすることができる。
引き出し口１３には、ゴム１６とナット１７とが配置され、ナット１７を締めることにより、ゴム１６がケーブル、引き出し口１３およびナット１７に密着し、外部との気密性が保たれる。設定孔１４にはキャップ１８がはめ込まれ、外部との気密性が保たれる。
また、ボディー２ａとカバー２ｂとの嵌合部には、Ｏリング１９が配置され、外部との気密性が保たれている。
【００１７】
図３は、図１に示す圧力スイッチの圧力センサ３およびフランジ４を説明する拡大断面図である。
圧力センサ３は、図１および図３に示すように、セラミックスまたは金属から形成されるとともに、両端面閉塞の円柱形状を有し、その一端面には流体圧力により弾性変形する薄板状の受圧面２１が備えられている。受圧面２１には、例えばホイートストンブリッジなどの回路素子が配置され、この回路素子により受圧面２１の変形が電気信号に変換され回路部５に出力される。
【００１８】
ダイヤフラム４は、略中央のシート部２５と、その周囲にリング状に突出して形成されたシール部２６とから概略構成されている。ダイヤフラム４としては、例えばテフロン（登録商標）等のＰＴＦＥ（テトラフロロエチレン）樹脂から形成されることが好ましいが、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）樹脂を用いることもできる。
【００１９】
圧力センサ３の受圧面２１と、ダイヤフラム４との間には、容易に均一な厚さとすることができる溶融樹脂層（接着層）２７が配置され、溶融樹脂層２７によりダイヤフラム４が圧力センサ３に融着される。
溶融樹脂層２７の材料としては、例えばシート状としたＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン）樹脂が好適であるが、この他にも、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）樹脂や、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレンコポリマー）樹脂や、ＰＥ（ポリエチレン）樹脂や、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）樹脂や、ＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）樹脂などのシート状溶融樹脂材料を使用することもできる。
【００２０】
ダイヤフラム４を融着するときには、受圧面２１とダイヤフラム４との間に溶融樹脂層２７となるシート状溶融樹脂材料を挟み、高温下にてシート状溶融材料を溶融させる。この結果、溶融樹脂層２７が形成され、ダイヤフラム４が受圧面２１に融着される。
また、ダイヤフラム４の融着面には、接着剤を使用しないことからガス透過の問題は考慮しなくてもよい。
【００２１】
図４は、図３に示すシール部の近傍領域を説明する拡大断面図である。
ボディー２ａの取り付け部１２の内周側に配置されるセンサホルダ３１は、図１に示すように、略円筒状に形成され、その外周面には取り付け部１２と螺合するネジ部が形成され、内周面には圧力センサ３を支持する段差が形成されている。
センサホルダ３１は、図４に示すように、その内部に圧力センサ３を配置した状態で、取り付け部１２と螺合させることにより、ダイヤフラム４のシール部２６をボディー２ａに押し付けることができる。ボディー２ａのシール部２６に対向した面には溝部３２が形成されており、溝部３２内に入り込んだシール部２６が押しつぶされて周囲の壁面に密着する。そのため、薬液がシール部２６を通過して圧力スイッチ１内へ侵入することを防止することができる。
【００２２】
また、シール部２６の外周面とボディー２ａとの間にはＯリング３３が配置され、二重のシールを行っているが、実質的には第１段階のシールを行うシール部２６が溝部３２の三面に密着して略完全にシールするため、Ｏリング３３が薬液と接触して劣化するような状況になることはほとんどない。
【００２３】
センサホルダ３１には、図１に示すように、回路部５が取り付けられている。回路部５は圧力センサ３の回路素子と電気的に接続され、圧力センサ３の信号が入力されるように構成されている。また、センサホルダ３１には、外部の機器と電気的に接続するケーブル４１が取り付けられている。ケーブル４１内には、回路部５および圧力センサ３に電力を供給する一対の配線４２と、回路部５から出力される一対の信号線４３とが配置され、配線４２および信号線４３は回路部５と電気的に接続されている。
【００２４】
回路部５には、圧力センサ３の出力と所定の上限圧力Ｈｉとに基づきオン・オフ信号が出力される信号線４３Ｈと、圧力センサ３の出力と所定の下限圧力Ｌｏに基づきオン・オフ信号が出力される信号線４３Ｌと、が配置されている。
また、回路部５には、信号線４３Ｈから出力されるオン・オフ信号または信号線４３Ｌから出力されるオン・オフ信号と同期して点灯・消灯する光源６Ｈ，６Ｌが配置されている（図２参照）。光源６Ｈ，６Ｌとしては、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）を用いることができる。
さらに、回路部５には、信号線４３Ｈから出力されるオン・オフ信号に係る所定上限圧力Ｈｉの較正を行うトリマ４４Ｈと、信号線４３Ｌから出力されるオン・オフ信号に係る所定下限圧力Ｌｏを較正するトリマ４４Ｌと、が配置されている。なお、図１において、トリマ４４Ｈ，４４Ｌは紙面に対して垂直方向に並んで配置されおり、トリマ４４Ｈは、トリマ４４Ｌの影に隠れている。
【００２５】
カバー２ｂの内側には、例えばステンレス（ＳＵＳ３０４）などの金属から形成されたシールドケース４５が配置されている。シールドケース４５は、回路部５やトリマ４４Ｈ，４Ｌや光源６Ｈ，６Ｌ等を覆うように配置されている。
シールドケース４５を配置することにより、圧力スイッチ１から外部に放射される電磁波、あるいは外部から圧力スイッチ１に入射する電磁波を遮断することができる。そのため、圧力スイッチ１から放射された電磁波による他の電子機器の誤作動などを防止することができる。あるいは、圧力スイッチ１の出力信号におけるノイズの発生を防止することができる。
【００２６】
なお、上述のように、ボディー２ａとダイヤフラム４とを別々に形成してもよいし、ボディー２ａとダイヤフラム４とを一体に形成してもよい。このような構成とすることにより、部品点数の削減を図ることができる。
【００２７】
次に、上記の構成からなる圧力スイッチ１における圧力測定について説明する。
まず、圧力スイッチ１により圧力測定を行う前に、上述した所定上限圧力Ｈｉおよび所定下限圧力Ｌｏの較正を行う。
まず、圧力センサ３の受圧面２１に所定下限圧力Ｌｏと等しい圧力を加え、この状態でトリマ４４Ｌにより信号線４３Ｌから出力される信号がオンからオフに切り替わるように較正する。つぎに同様にして所定上限圧力Ｈｉを受圧面２１に加えた状態で、トリマ４４Ｈにより信号線４３Ｈから出力される信号がオフからオンに切り替わるように較正する。
【００２８】
上述のように較正された圧力スイッチ１は、例えば半導体製造装置の薬液ラインに配置される。圧力スイッチ１の信号線４３Ｈ，４３Ｌは、半導体製造装置の制御部に接続され、薬液の圧力に応じてオン・オフ信号を制御部に出力する。
具体的には、薬液は流入部１１に流入し、その圧力により、ダイヤフラム４を介して圧力センサ３の受圧面２１を押圧する。圧力センサ３は薬液の圧力に応じた出力を回路部５に出力する。
【００２９】
回路部５は、入力された薬液の圧力に応じて次の３つのパターンのオン・オフ信号を出力するとともに、光源６Ｈ，６Ｌの点灯・消灯を制御する。
（１）薬液の圧力が所定下限圧力Ｌｏよりも低い場合。
信号線４３Ｌからオン信号を出力するとともに、信号線４３Ｈからオフ信号を出力する。同時に、光源６Ｌを点灯させるとともに、光源６Ｈを消灯させる。
（２）薬液の圧力が所定下限圧力Ｌｏより高く、かつ、所定上限圧力Ｈｉよりも低い場合。
信号線４３Ｌおよび信号線４３Ｈからオフ信号を出力する。同時に、光源６Ｌおよび光源６Ｈを消灯させる。
（３）薬液の圧力が所定上限圧力Ｈｉよりも高い場合。
信号線４３Ｌからオフ信号を出力するとともに、信号線４３Ｈからオン信号を出力する。同時に、光源６Ｌを消灯させるとともに、光源６Ｈを点灯させる。
【００３０】
なお、上述のオン・オフ信号の出力パターンおよび光源６Ｈ，６Ｌの点灯・消灯パターンでもよいし、次に示すオン・オフ信号の出力パターンおよび光源６Ｈ，６Ｌの点灯・消灯パターンであってもよい。
（Ａ）薬液の圧力が所定下限圧力Ｌｏよりも低い場合。
信号線４３Ｌからオフ信号を出力するとともに、信号線４３Ｈからオン信号を出力する。同時に、光源６Ｌを消灯させるとともに、光源６Ｈを点灯させる。
（Ｂ）薬液の圧力が所定下限圧力Ｌｏより高く、かつ、所定上限圧力Ｈｉよりも低い場合。
信号線４３Ｌおよび信号線４３Ｈからオン信号を出力する。同時に、光源６Ｌおよび光源６Ｈを点灯させる。
（Ｃ）薬液の圧力が所定上限圧力Ｈｉよりも高い場合。
信号線４３Ｌからオン信号を出力するとともに、信号線４３Ｈからオフ信号を出力する。同時に、光源６Ｌを点灯させるとともに、光源６Ｈを消灯させる。
【００３１】
このような出力パターン、点灯・消灯パターンとすることにより、圧力スイッチ１の故障を発見しやすくすることができる。つまり、圧力スイッチ１が正常に動作しているときには、必ず光源６Ｈ，６Ｌの一方または両方が点灯しているからであり、光源６Ｈ，６Ｌが両方とも消灯しているときは、故障していると判断できるからである。
【００３２】
上記の構成によれば、圧力センサ３および回路部５の特性のばらつきは、バネの特性のばらつきよりも小さいため、オン信号・オフ信号を出力する圧力のばらつきを抑えることができる。また、圧力センサ３は、バネと比較して繰り返し動作の精度が高いため、オン信号・オフ信号を出力する圧力のばらつきを抑えることができる。
【００３３】
少なくとも圧力センサ３および回路部５などを密閉空間Ｓ内に配置するため、圧力センサ３および回路部５などを流体や粉塵等から隔離することができる。そのため、流体や粉塵等による圧力センサ３および回路部５などの不具合発生を防止することができ、圧力スイッチ１の耐塵性、防水性を確保することができる。
【００３４】
なお、耐塵性および防水性の規格としては、ＩＰコードによって表される保護等級分類（ＪＩＳ  Ｃ  ０９２０参照）が知られている。ＩＰコードは、コード文字（ＩＰ）と、第一特性数字と、第二特性数字と、付加特性文字と、補助文字記号と、から構成されている。上述の第一特性数字により外来固形物に対する保護階級が示され、第二特性数字により水の浸水に対する保護等級が示されている。なお、付加特性文字および補助文字記号はオプションであり、不要であるなら記載しなくてもよい。
本発明の構成からなる圧力スイッチ１では、ＩＰコードにおいて、ＩＰ６５を満たすことが確認されている。つまり、圧力スイッチ１は、塵埃の侵入が防止されているとともに、噴流に対して水の侵入が防止されていることを意味している。
【００３５】
ボディー２ａ、カバー２ｂ、およびダイヤフラム４が耐薬品性を有する材料から形成されているため、薬液による圧力センサ３および回路部５などの不具合発生を防止することができる。
【００３６】
圧力センサ３および回路部５などは、可動部品を持たないため、可動部品の動作空間を確保する必要がなく、圧力スイッチを小型化することができる。また、圧力センサ３は、バネと比較して、小型化しやすく圧力スイッチ１の小型化を図ることができる。
【００３７】
圧力センサ３の出力に基づいて光源６Ｈ，６Ｌが点灯・消灯されるため、光源６Ｈ，６Ｌの点灯・消灯状態を目視確認することにより、薬液の圧力を知ることができる。そのため、モニタ等を用いることなく、薬液の圧力を知ることができる。
また、光源６Ｈ，６Ｌの点灯の有無を目視確認することにより、モニタ等を用いることなく、圧力スイッチ１の動作確認を容易に行うことができる。
【００３８】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を半導体製造装置に用いる圧力スイッチに適用して説明したが、この発明は半導体製造装置に用いる圧力スイッチに限られることなく、その他各種の薬液ラインを有する装置の圧力スイッチに適応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る圧力スイッチの概略を示す断面図である。
【図２】図１に示す圧力スイッチの側面を示す側面図である。
【図３】図１の圧力センサおよびフランジを示す拡大断面図である。
【図４】図３のシール部の近傍領域を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  圧力スイッチ
２  ケーシング（筐体）
３  圧力センサ
４  ダイヤフラム（隔離部材）
５  回路部
６  光源
Ｓ  密閉空間
【図１】
2006338998.tif 000003
【図２】
2006338998.tif 000004
【図３】
2006338998.tif 000005
【図４】
2006338998.tif 000006