(57)【要約】キャパシタ電極（１２）、ゲッタリングハウジング、およびピンチオフコネクタが共通の軸に沿って並べられて、長さを実質的に増大させることなく、幅の寸法が低減される、小型可変キャパシタンス測定デバイス（１０）を提供する。温度によって引き起こされるばらつきは、互いに対して比較的近い熱膨張係数を有する、材料を選択することによって低減され得る。ガラス−セラミック材料が、絶縁体として用いられ得、密閉シールを提供し、別個のガラスシールまたは電極アセンブリ内の溝の必要性をなくすように、金属材料の表面と化学的に結合され得る。さらに、（電気のフィードスルーのための）別個の電極アセンブリおよび電極の代わりに、一体構造の電極アセンブリが用いられ得る。実施形態はまた、デバイスを用いるプロセスおよび形成するプロセスを含み得る。
2005534900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変キャパシタンス測定デバイスであって、
第１の熱膨張係数を有する電極アセンブリと、
第２の熱膨張係数を有する絶縁材料とを含み、
該絶縁材料は、該電極アセンブリを囲み、
該第２の熱膨張係数は、該第１の熱膨張係数の約５０％以内である、
可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項２】
キャパシタハウジングをさらに含む可変キャパシタンス測定デバイスであって、
該キャパシタハウジングは、
前記絶縁材料を横方向に囲み、
ダイヤフラムに電気的に接続されている導電性部分を含む、
請求項１に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項３】
前記導電性部分は、第３の熱膨張係数を有し、
前記第２の熱膨張係数は、前記第１の熱膨張係数および該第３の熱膨張係数の約５０％以内である、
請求項２に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項４】
前記電極アセンブリに接続されている電極と、
導電性部分と、
該導電性部分に接続されているダイヤフラムと
をさらに備える可変キャパシタンス測定デバイスであって、
該電極、該ダイヤフラム、および、該電極と該ダイヤフラムとの間のギャップの組み合わせは、可変キャパシタであり、
該電極と該ダイヤフラムとの間の距離は、約５０〜２５０ミクロンの範囲内である、
請求項１に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項５】
ピンチオフコネクタをさらに備える可変キャパシタンス測定デバイスであって、
前記電極アセンブリはゲッタハウジングを含み、
前記電極、該ゲッタハウジング、および該ピンチオフコネクタは、共通の軸に沿って位置する、
請求項４に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項６】
前記電極アセンブリは、前記ゲッタハウジングと前記可変キャパシタンス測定デバイスのキャパシタ部分との間に位置するチューブをさらに含み、
該ゲッタハウジングは、ゲッタハウジング幅を有し、該チューブによってキャパシタ部分から間隔が空けられており、
該チューブは、該ゲッタハウジング幅よりも狭いチューブ幅を有する、
請求項５に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項７】
前記電極アセンブリは、鉄およびニッケルを含む合金を含み、前記絶縁材料は、ガラス−マイカ複合物およびガラス−セラミック材料から選択される、請求項１に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項８】
導電性部分をさらに備える可変キャパシタンス測定デバイスであって、
該導電性部分は、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記電極アセンブリは、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記絶縁材料は、該導電性部分および該電極アセンブリの表面に接する絶縁体の少なくとも一部であり、該絶縁体は該導電性部分を該電極アセンブリから電気的に絶縁する、
請求項１に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項９】
電極と、
ゲッタハウジングと、
ピンチオフコネクタとを備え、該電極、該ゲッタハウジング、および該ピンチオフコネクタは、共通の軸に沿って位置する、
可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項１０】
前記ゲッタハウジングは、ゲッタハウジング幅を有し、電極アセンブリの一部であり、
該電極アセンブリはさらにチューブを含み、
該チューブは、チューブ幅を有し、該ゲッタハウジングと前記電極との間に位置し、該チューブ幅は、該ゲッタハウジング幅よりも狭い、
請求項９に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項１１】
前記チューブを横方向に囲むヒートシンクをさらに含む、請求項１０に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項１２】
ダイヤフラムをさらに備える可変キャパシタンス測定デバイスであって、
前記電極、該ダイヤフラム、および、該電極と該ダイヤフラムとの間のギャップの組み合わせが変動キャパシタであり、
該電極と該ダイヤフラムとの間の距離は、約５０〜２５０ミクロンの範囲内である、
請求項９に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項１３】
前記電極および前記ゲッタハウジングは、鉄およびニッケルを含む合金を含み、前記絶縁材料は、ガラス−マイカ複合物およびガラス−セラミック材料から選択される、請求項９に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項１４】
前記導電性部分は、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記ゲッタハウジングは、電極アセンブリの一部であり、
該電極アセンブリは、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記絶縁体は、該導電性部分および電極アセンブリの表面に接し、該絶縁体は、該導電性部分を該電極アセンブリから電気的に絶縁する、
請求項９に記載の可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項１５】
可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントであって、
実質的に異なるトポロジーを有する表面を有する導電性部分と、
実質的に異なるトポロジーを有する表面を有する電極アセンブリと、
該導電性部分および電極アセンブリの表面に接し、該導電性部分を該電極アセンブリから電気的に絶縁する、絶縁体と
を備える、コンポーネント。
【請求項１６】
前記電極アセンブリおよび前記導電性部分は、鉄およびニッケルを含む合金を含み、前記絶縁材料は、ガラス−マイカ複合物およびガラス−セラミック材料から選択される、請求項１５に記載のコンポーネント。
【請求項１７】
前記絶縁体は、ガラスシールおよび成形可能な絶縁材料を含み、該ガラスシールは、該成形可能な絶縁材料と、前記導電性部分および前記電極アセンブリのうちの少なくとも１つとの間に位置する、請求項１６に記載のコンポーネント。
【請求項１８】
前記電極アセンブリおよび前記導電性部分は、鉄およびニッケルを含む合金を含み、前記絶縁材料は、該電極アセンブリおよび該導電性部分に接するガラス−セラミック材料から選択される、請求項１５に記載のコンポーネント。
【請求項１９】
前記電極アセンブリは第１の熱膨張係数を有し、
前記絶縁体は第２の熱膨張係数を有し、
前記導電性部分は第３の熱膨張係数を有し、
前記第２の熱膨張係数は、該第１の熱膨張係数および該第３の熱膨張係数のうちの少なくとも１つの約５０％以内である、
請求項１５に記載のコンポーネント。
【請求項２０】
前記電極アセンブリは、ゲッタハウジング、および前記絶縁体と該ゲッタハウジングとの間に位置するチューブを含み、
該ゲッタハウジングは、ゲッタハウジング幅を有し、
該チューブは、チューブ幅を有し、
該チューブ幅は該ゲッタハウジング幅よりも狭い、
請求項１５に記載のコンポーネント。
【請求項２１】
前記コンポーネントは、
本体部分と、
ゲッタハウジングであって、
該ゲッタハウジングはゲッタハウジング幅を有し、
該ゲッタハウジングは該本体部分からは間隔が空けられている、ゲッタハウジングと、
該本体部分と該ゲッタハウジングとの間に位置するチューブであって、該チューブは該ゲッタハウジング幅よりも狭いチューブ幅を有する、
コンポーネント。
【請求項２２】
前記本体部分、前記ゲッタハウジング、および前記チューブは、鉄およびニッケルを含む合金を含む、請求項２１に記載のコンポーネント。
【請求項２３】
前記コンポーネントは、導電性部分および絶縁体をさらに含み、
該導電性部分は実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
該本体部分は実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
該絶縁体は、該導電性部分および本体部分の表面に接し、該絶縁体は、該導電性部分を該本体部分から電気的に絶縁する、請求項２１に記載のコンポーネント。
【請求項２４】
前記絶縁体は、ガラスシールおよび成形可能な絶縁材料を含み、該ガラスシールは、該成形可能な絶縁材料と、前記導電性部分および前記本体部分のうちの少なくとも１つとの間に位置する、請求項２３に記載のコンポーネント。
【請求項２５】
前記本体部分は第１の熱膨張係数を有し、
前記絶縁体は第２の熱膨張係数を有し、
前記導電性部分は第３の熱膨張係数を有し、
前記第２の熱膨張係数は、前記第１の熱膨張係数および該第３の熱膨張係数のうちの少なくとも１つの約５０％以内である、
請求項２３に記載のコンポーネント。
【請求項２６】
前記絶縁体は、前記導電性部分および前記本体部分に接する、ガラス−セラミック材料を含む、請求項２１に記載のコンポーネント。
【請求項２７】
可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントであって、該コンポーネントは、
第１の熱膨張係数を有する電極アセンブリと、
第２の熱膨張係数を有する絶縁材料とを備え、
該絶縁材料は、該電極アセンブリを横方向に囲み、
前記第２の熱膨張係数は、前記第１の熱膨張係数の約５０％以内である、
コンポーネント。
【請求項２８】
前記絶縁材料はガラス−セラミック材料を含む、請求項２７のコンポーネント。
【請求項２９】
前記絶縁材料を横方向に囲むキャパシタハウジングをさらに備えるコンポーネントであって、
前記ガラス−セラミック材料は、前記電極アセンブリおよび該キャパシタハウジングに接する、
請求項２８に記載のコンポーネント。
【請求項３０】
前記絶縁材料はガラス−マイカ材料を含む、請求項２７のコンポーネント。
【請求項３１】
前記絶縁材料は、前記電極アセンブリとガラスマイカ複合物との間に位置するガラスシールをさらに含む、請求項３０に記載のコンポーネント。
【請求項３２】
可変キャパシタンス測定デバイスを用いるプロセスであって、
第１の信号を、電極、ゲッタハウジング、およびピンチオフコネクタに印加するステップであって、該電極、該ゲッタハウジング、および該ピンチオフコネクタは共通の軸に沿って位置する、ステップと、
第２の信号をダイヤフラムに印加するステップと、
該電極および該ダイヤフラムを含むキャパシタのキャパシタンスを測定するステップと
を含む、プロセス。
【請求項３３】
前記ゲッタハウジングは、ゲッタハウジング幅を有し、電極アセンブリの一部であり、
該電極アセンブリは、チューブをさらに含み、
該チューブは、チューブ幅を有し、該ゲッタハウジングと前記電極との間に位置し、該チューブ幅は該ゲッタハウジング幅よりも狭い、
請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３４】
前記第２の信号は、時間が変わる信号である、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３５】
前記第１の信号は、ほぼグラウンド電位である、請求項３４に記載のプロセス。
【請求項３６】
前記可変キャパシタンス測定デバイスは、絶縁材料をさらに含み、
前記電極、前記ゲッタハウジングは、鉄およびニッケルを含む合金を含み、該絶縁材料は、ガラス−マイカ複合物およびガラス−セラミック材料から選択される、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３７】
前記可変キャパシタンス測定デバイスは、導電性部分および絶縁体をさらに含み、
前記導電性部分は、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記ゲッタハウジングは、電極アセンブリの一部であり、
該電極アセンブリは、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
該絶縁体は該導電性部分および電極アセンブリの表面に接し、該絶縁体は、該導電性部分を該電極アセンブリから電気的に絶縁する、請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３８】
前記可変キャパシタンス測定デバイスは、
第１の熱膨張係数を有する電極アセンブリであって、前記電極に接続されている、電極アセンブリと、
第２の熱膨張係数を有する絶縁材料と、
第３の熱膨張係数を有するキャパシタハウジングであって、該絶縁材料は、該電極アセンブリと該キャパシタハウジングとの間に位置する、キャパシタハウジングと
を備え、前記第２の熱膨張係数は、前記第１の熱膨張係数および該第３の熱膨張係数のうちの少なくとも１つの約５０％以内である、
請求項３２に記載のプロセス。
【請求項３９】
可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを製造するプロセスであって、
電極アセンブリを相対的に静止した位置に保持するステップであって、該電極アセンブリは型の中に位置する、ステップと、
導電性部分を相対的に静止した位置に保持するステップであって、該導電性部分は該電極アセンブリを横方向に囲み、該電極アセンブリから間隔が空けられて、間隙領域が形成される、ステップと、
絶縁材料を該空隙領域内に位置するように成形するステップと
を包含する、プロセス。
【請求項４０】
前記絶縁材料はガラス−マイカ複合物を含む、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４１】
前記電極アセンブリおよび前記導電性部分は、鉄およびニッケルを含む合金を含む、請求項４０に記載のプロセス。
【請求項４２】
前記絶縁材料を成形するステップの前に、前記電極アセンブリおよび前期導電性部分の表面に沿ってガラスシールを配置するステップをさらに包含する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４３】
前記電極アセンブリは第１の熱膨張係数を有し、
前記絶縁材料は第２の熱膨張係数を有し、
前記導電性部分は第３の熱膨張係数を有し、
前記第２の熱膨張係数は、該第１の熱膨張係数および該第３の熱膨張係数のうちの少なくとも１つの約５０％以内である、
請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４４】
前記電極アセンブリは、ゲッタハウジング、および該ゲッタハウジングと前記本体部分との間に位置するチューブを含み、
該ゲッタハウジングは、ゲッタハウジング幅を有し、
該チューブは、チューブ幅を有し、
該チューブ幅は該ゲッタハウジング幅よりも狭い、
請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４５】
前記導電性部分は実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記電極アセンブリは実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し、
前記絶縁材料を含む絶縁体は、該導電性部分および電極アセンブリの表面に接する、請求項３９に記載のプロセス。
【請求項４６】
第１の幅を有する電極部分を含む電極アセンブリと、
該電極アセンブリの一部を囲む絶縁材料と、
該電極部分と該絶縁材料との間に位置する、固体材料であって、該第１の幅より広い第２の幅を有する、固体材料と、
を備える、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネント。
【請求項４７】
前記固体材料は、前記電極部分および前記絶縁材料に接する、請求項４６に記載のコンポーネント。
【請求項４８】
前記電極アセンブリ内のゲッタリング材料をさらに含む、請求項４６に記載のコンポーネント。
【請求項４９】
前記絶縁材料は、前記ゲッタリング材料の少なくとも一部を囲む、請求項４８に記載のコンポーネント。
【請求項５０】
前記電極アセンブリは、一体構造の電極アセンブリである、請求項４６に記載の電極アセンブリ。
【請求項５１】
請求項４６のコンポーネントを含む、可変キャパシタンス。
【請求項５２】
電極アセンブリと、
該電極アセンブリ内に位置するゲッタハウジングと、
該電極アセンブリおよび該ゲッタハウジングの一部を横方向に囲むリングと
を備える、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネント。
【請求項５３】
前記電極アセンブリは、一体構造の電極アセンブリであり、
前記リングは第２の電極に電気的に接続されている、
請求項５２に記載のコンポーネント。
【請求項５４】
前記電極アセンブリと前記リングとの間に位置し、接している絶縁材料であって、前記ゲッタハウジングの一部を囲む、絶縁材料をさらに備える、請求項５２に記載のコンポーネント。
【請求項５５】
請求項５２に記載のコンポーネントを含む、可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項５６】
一体構造の電極アセンブリを含む可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントであって、
該一体構造の電極アセンブリは、電極部分を含み、
該電極部分は、電極表面を有する、
コンポーネント。
【請求項５７】
前記一体構造の電極アセンブリ内に位置するゲッタリングハウジングと、
該ゲッタリングハウジングの少なくとも一部を囲む絶縁材料と
をさらに備える、請求項５６に記載のコンポーネント。
【請求項５８】
請求項５６に記載のコンポーネントを含む、可変キャパシタンス測定デバイス。
【請求項５９】
可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを形成する方法であって、
リング、電極アセンブリ、固体材料、および絶縁材料の少なくとも一部を型の中に位置づけるステップであって、
電極アセンブリは第１の表面を有する電極部分を含み、
該電極部分は第１の幅を有し、
該固体材料は該第１の幅よりも広い第２の幅を有する、ステップと、
該絶縁材料を加熱するステップであって、該固体材料は該電極部分の該第１の表面に該絶縁材料が接することを防ぐ、ステップと
を包含する、方法。
【請求項６０】
加熱するステップは、第１の温度の第１の部分が、前記絶縁材料のフロー点よりも高い間に行われる、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
加熱するステップは、前記絶縁材料内に結晶を形成するように、第２の温度の第２の部分が前記第１の温度よりも低い間に行われる、請求項６０に記載の方法。
【請求項６２】
前記電極部分は、前記第１の表面に対向する電極面を有する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６３】
前記電極部分は、前記第１の表面に対して実質的に垂直な電極表面を有する、請求項５９に記載の方法。
【請求項６４】
可変キャパシタンス測定デバイスを形成する方法であって、
請求項５９に記載のコンポーネントを形成する方法と、
ダイヤフラムを前記リングに取り付けるステップと、
該リングをハウジングに取り付けるステップと、
前記絶縁材料を加熱するステップの後に前記電極アセンブリにゲッタリング材料を挿入するステップであって、
該絶縁材料は、該ゲッタリング材料の一部を囲み、
該電極アセンブリは、一体構造の電極アセンブリである、ステップと、
該ゲッタリング材料を、該電極アセンブリから落ちないように固定するステップと、
該絶縁材料を加熱するステップの後に該ゲッタリング材料を活性化させるステップと
を包含する、方法。
【請求項６５】
可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを形成する方法であって、
絶縁材料をリングと電極アセンブリとの間に位置づけるステップと、
該絶縁材料を結晶化し、該リングおよび該電極アセンブリに接するガラス−セラミック材料を形成する、ステップと
を包含する、方法。
【請求項６６】
加熱するステップは、第１の温度の第１の部分が、前記絶縁材料のフロー点よりも高い間に行われる、請求項６５に記載の方法。
【請求項６７】
加熱するステップは、前記絶縁材料内に結晶を形成するように、第２の温度の第２の部分が前記第１の温度よりも低い間に行われる、請求項６６に記載の方法。
【請求項６８】
可変キャパシタンス測定デバイスを形成する方法であって、
請求項６５に記載の方法と、
ダイヤフラムを前記リングに取り付けるステップと、
該リングをハウジングに取り付けるステップと、
前記絶縁材料を加熱するステップの後に前記電極アセンブリにゲッタリング材料を挿入するステップであって、
前記ガラスセラミック材料は、該ゲッタリング材料の一部を囲み、
該ゲッタリング材料を、該電極アセンブリから落ちないように固定するステップと、
該絶縁材料を結晶化するステップの後に該ゲッタリング材料を活性化させるステップと
を包含する、方法。
【請求項６９】
ゲッタリング材料、電極アセンブリ、および絶縁材料を含む可変キャパシタンス測定デバイスを形成する方法であって、
ゲッタリング材料を電極アセンブリに位置づけるステップと、
該ゲッタリング材料が該絶縁材料によって囲まれている間、該ゲッタリング材料を活性化するステップと
を包含する、方法。
【請求項７０】
ダイヤフラムを前記リングに取り付けるステップと、
該リングをハウジングに取り付けるステップと、
該ゲッタリング材料を活性化させるステップの前に、該ゲッタリング材料を、前記電極アセンブリから落ちないように固定するステップと
をさらに包含する、請求項６９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、可変キャパシタンス測定デバイス、より具体的には、力または圧力センサとして用いられる可変キャパシタンス測定デバイス、デバイス内のコンポーネント、およびその製造プロセスに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの圧力センサは、圧力を判定する可変キャパシタを含む。これらの圧力センサのうちのいくつかは、一方のキャパシタ電極として固定電極を含み、他方のキャパシタ電極としてダイヤフラムを含む。ダイヤフラムにわたって圧力差がある場合、ダイヤフラムは変形する。このダイヤフラムと固定電極との間のばらつきのあるギャップは、圧力の変化に伴う、キャパシタの異なるキャパシタンス値につながる。
【０００３】
容量圧力センサの原理は比較的単純であるが、外因が圧力の測定値をゆがめ得る。このことは、大気圧よりもかなり低い圧力を測定するセンサに、その高感度のため、特にあてはまる。例えば、温度変化は、キャパシタンス値に影響を与え得る。
【０００４】
温度によって引き起こされる問題を解決しようとする試みの１つにおいて、ダイヤフラムの一方の側面上の一対の固定電極が用いられる。電気の点から、圧力センサは、直列に接続された２つのキャパシタを含む。絶縁体、代表的には、セラミックディスク上に設けられた２つの固定された電極のレイアウトは、環状電極に囲まれ、その環状電極から空間が開けられている中心電極を有する。さらに、ルビーのローラが、温度が変化するにつれて圧力センサ内の部品の間の摩擦力を最小限にするために、セラミックディスクを支持するように用いられ得る。２つのキャパシタの使用は、ダイヤフラムと固定電極のそれぞれとの間で、２つのキャパシタ間のキャパシタンス測定値の差をモニタリングすることによって、比較的広い温度範囲にわたって流量を判定するために用いられ得る。
【０００５】
２つのキャパシタを有する圧力センサに問題がないわけでない。まず、代表的には、トリム動作が用いられて、相対的に固定された電極のうちの少なくとも１つについて面積を変更することによって、２つのキャパシタンスが適合させられる。この動作は、手動の動作である傾向があり、何らかの試行錯誤が必要とされる。圧力センサごとのばらつきも生じ得る。ルビーローラなどが、センサ内部の「スティック−スリップ」タイプの運動を最小限にすることによって、温度によって引き起こされるヒステリシスを改善することができるが、設計がより複雑になり、製造によりコストがかかるようになる。また、ルビーローラと、支持構造との接触は、応力の集中を引き起こし、センサの長期的な安定性に悪い影響を与え得る。この圧力センサが圧力を測定するために２つのキャパシタンス測定値の差を用いるので、十分な感度を得るためには、圧力センサは大きなサイズのダイヤフラムを必要とする。他の問題は、サイズおよび質量が比較的大きく、小さいルビーローラなどが熱の伝達を制限するため、ウォームアップ時間が長いことである。例えば、圧力センサが、定常温度動作状態に達するまで、１日かかることもあり得る。このような長いウォームアップは、多くの製造動作にとって許容できないものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（発明の要旨）
可変キャパシタンス測定デバイスは、信頼できる小型のデバイスが達成されることを可能にするため、様々な実施形態に記載の特徴をいずれか１つ以上含み得る。いくつかの実施形態において、キャパシタ電極、ゲッタリングハウジング、およびピンチオフコネクタは共通の軸に沿って並べられて、長さを実質的に増大させることなく、幅の寸法が低減され得る。互いに対して比較的近い熱膨張係数を有する材料を選択することによって、温度によって引き起こされるばらつきは低減され得る。セラミックと金属との界面の実質的に異なるトポロジーが、空気または他の外部汚染物質がキャパシタ部分内のダイヤフラムの基準面に達する可能性を低減し得る。デバイスのキャパシタ部分とゲッタリングハウジングとの間に、ゲッタハウジングとセンサの間で熱および応力を断つように、チューブが用いられ得る。本発明は、ここに記載の全ての特徴が１つのデバイス内に存在することを必要としていないことに留意されたい。可変キャパシタンス測定デバイスの他の特徴には、密閉シールを提供するように、電極アセンブリおよび基準面リングの表面に化学的に結合されるガラス−セラミック絶縁体が含まれ得る。別個のガラスシールまたは電極アセンブリ内の溝は、必要とされない。さらに、（電気のフィードスルーのための）別個の電極アセンブリおよび電極の代わりに、一体構造の電極アセンブリが用いられ得る。従って、より多くのプロセスマージンを有する製造プロセスを用いて高品質の可変キャパシタが製造され得る。製造プロセスの間に電極部分の表面に絶縁体が付着する可能性を低減するため、絶縁材料の形成の間、シムが用いられ得る。実施形態はまた、デバイスまたはデバイスの一部を形成するプロセスを含み得る。
【０００７】
あるセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイスは、電極アセンブリおよび絶縁材料を含み得る。絶縁材料は、電極アセンブリを横方向に囲み得る。絶縁材料の熱膨張係数は、電極アセンブリの熱膨張係数の約５０％以内であり得る。
【０００８】
他の実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイスは、電極、ゲッタリング材料を保持するように適合されたハウジング、およびピンチオフコネクタを含み得る。電極、ハウジング、およびピンチオフコネクタは、共通の軸に沿って位置し得る。
【０００９】
さらに別の実施形態は、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを含み得る。このコンポーネントは、導電性部分、電極アセンブリ、および絶縁体を含み得る。導電性部分および電極アセンブリのそれぞれは、実質的に異なるトポロジーを有する表面を有し得る。絶縁体は、導電性部分および電極アセンブリの表面に接し得、導電性部分を電極アセンブリから電気的に絶縁し得る。
【００１０】
さらに他の実施形態は、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを含み得る。このコンポーネントは、本体部分、ゲッタリング材料を保持するように適合されたハウジング、および本体とハウジングとの間に位置するチューブを含み得る。チューブの幅は、ハウジングの幅よりも狭い。
【００１１】
他のセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイスを用いるプロセスは、第１の信号を電極、ゲッタリングハウジングおよびピンチオフコネクタに印加するステップと、第２の信号をダイヤフラムに印加するステップと、電極およびダイヤフラムを含むキャパシタのキャパシタンスを測定するステップとを含む。電極、ゲッタハウジングおよびピンチオフコネクタは、共通の軸に沿って位置し得る。
【００１２】
さらに他のセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを製造するプロセスは、電極アセンブリおよび導電性材料を相対的に静止した位置に保持するステップを含み得る。電極アセンブリは型の中に位置し、導電性部分は、電極アセンブリを横方向に囲み、電極アセンブリから間隔が空けられており、間隙領域が形成される。この方法は、絶縁材料を、間隙領域内に位置するように成形するステップをさらに含み得る。
【００１３】
さらなるセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントは、第１の幅を有する部分を囲む絶縁材料も含み得る。コンポーネントは、電極部分と絶縁材料との間に位置する固体材料、例えば、シムをさらに含み得る。固体材料は、電極部分よりも広くなり得る。
【００１４】
他のセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントは、電極アセンブリ内に位置する電極アセンブリおよびゲッタハウジングを含み得る。コンポーネントはまた、電極アセンブリおよびゲッタハウジングの一部を囲むリングを含み得る。
【００１５】
さらに別のセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントは、一体構造の電極アセンブリを含み得る。一体構造の電極アセンブリは、電極表面を有する電極部分を含み得る。
【００１６】
さらなるセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを形成する方法は、リング、電極アセンブリ、固体材料、および絶縁材料の少なくとも一部を、型の中に位置づけるステップを含み得る。電極アセンブリは、表面を有する電極部分を含み得る。固体材料、例えば、シムは、電極部分よりも広くなり得る。この方法はまた、絶縁材料を加熱するステップを含み得る。固体材料は、電極部分の表面に絶縁体が接することを実質的に防ぐ。
【００１７】
さらに他のセットの実施形態において、可変キャパシタンス測定デバイス用のコンポーネントを形成する方法は、リングと電極アセンブリとの間に絶縁材料を位置づけるステップを含み得る。この方法はまた、絶縁材料を結晶化し、リングおよび電極アセンブリに接するガラス−セラミック材料を形成するステップを含み得る。
【００１８】
さらに他のセットの実施形態において、ある方法が可変キャパシタンス測定デバイスを形成するために用いられ得る。デバイスは、ゲッタリング材料、電極アセンブリ、および絶縁材料を含み得る。可変キャパシタンス測定デバイスを形成する方法は、ゲッタリング材料を電極アセンブリ内に位置づけるステップを含み得る。この方法はまた、ゲッタリング材料の一部が絶縁材料によって囲まれている間に、ゲッタリング材料を活性化させるステップを含み得る。電極アセンブリの一部は、ゲッタリング材料と絶縁材料との間に位置し得る。
【００１９】
上記の概略的な説明および以下の詳細な説明は、例示し、説明するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に記載の本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
（詳細な説明）
次に、本発明の例示的な実施形態を詳細に参照する。実施形態の例は、添付の図面に図示されている。可能な限り、同じ参照符号が、同じ部材または同様の部材（要素）を指すために、図面を通じて用いられる。
【００２１】
可変キャパシタンス測定デバイスは、信頼できる小型のデバイスが達成されることを可能にするため、本明細書に記載の特徴をいずれか１つ以上含み得る。いくつかの実施形態において、共通の軸に沿ってキャパシタ電極、ゲッタリングハウジング、およびピンチオフコネクタを並べることによって、長さを実質的に増大させることなく、幅の寸法が低減され得る。デバイスは、比較的小さく、従来のキャパシタンスセンサよりも速く定常温度に達し得る。他のセット実施形態において、温度によって引き起こされるばらつきは、互いに対して比較的近い熱膨張係数を有する、センサのキャパシタ部分の材料を選択することによって低減され得る。さらに別のセットの実施形態において、空気または他の外部汚染物質がキャパシタ部分内のダイヤフラムの基準面に達する可能性を低減するように、実質的に変動するトポロジーがセラミックと金属との界面に用いられ得る。さらなる実施形態のセットにおいて、デバイスのキャパシタ部分とゲッタリングハウジングとの間に、ゲッタリングハウジングとセンサの間で熱および応力を断つように、チューブが用いられ得る。
【００２２】
あるいは、可変キャパシタンス測定デバイスは、電極アセンブリおよび基準面リングに用いられる金属材料の熱膨張係数と、近く適合する熱膨張係数を有するガラス−セラミック絶縁体を含み得る。ガラス−セラミック材料は、密閉シールを提供し、別個のガラスシールまたは電極アセンブリ内の溝の必要性をなくすように、金属の表面と化学的に結合され得る。さらに、（電気のフィードスルーのための）別個の電極アセンブリおよび電極の代わりに、一体構造の電極アセンブリが用いられ得る。製造プロセスの間に電極の側面に沿って絶縁体が流れる可能性を低減するため、絶縁材料の形成の間、シムが用いられ得る。また、別々のベークアウトおよびゲッター活性化サイクルが、１つの加熱サイクルに組み合わせられ得る。実施形態はまた、デバイスを形成するプロセスを含み得る。本発明は、以下の様々な実施形態の説明を読んだ後、よりよく理解される。
【００２３】
図１は、力センサ、圧力センサなどとして用いられ得る可変キャパシタンス測定デバイス１０の断面の図を含む。簡略化のため、本明細書を通じて、可変キャパシタンス測定デバイス１０は、圧力センサ１０と呼ばれる。圧力センサ１０は、互いに溶着され得るピンチオフコネクタ１０２および電極アセンブリ１２を含み得る。ピンチオフコネクタ１０２は、閉じられた状態に溶着され得る可鍛材料を含み得る。コネクタ１０２は、アルミニウム、銅などを含み得る。
【００２４】
電極アセンブリ１２は、ハウジング１２２、チューブ１２４、および本体部分１２６を含み得る。ハウジング１２２は、ゲッタリング材料１０６を保持するように適合され得る。ゲッタリング材料は、センサ１０が密封された後にダイヤフラム１５６に残り得る汚染物質またはガス抜けを、吸収または吸着するために用いられ得る。この実施形態において、ダイヤフラム１５６の基準面は、図１の図で上部に近い方のダイヤフラム１５６の面上の圧力センサ１０の一部を含み、ダイヤフラム１５６の処理面は、図１の図で底部に近い方のダイヤフラム１５６の面上の圧力センサ１０の一部を含む。ゲッタリング材料の非限定的な例の１つとして、ＳＡＥＳゲッタが用いられ得、Ｃｏｌｏｒａｄｏ  Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＣｏｌｏｒａｄｏのＳＡＥＳ  Ｇｅｔｔｅｒｓ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．から入手され得る。ゲッタリング材料１０６は、図１に示すように、リテイナー１０４および固体バリア１０８によって正しい位置に保持されている。あるいは、リテイナー１０４は取り除かれ、ゲッタリングハウジング１２２またはピンチオフコネクタ１０２の小さいピンチが、ゲッタリング材料１０６を正しい位置に保持することに役立つように用いられ得る。
【００２５】
固体バリア１０８は、ゲッタリング材料１０６の粒子が圧力センサ１０のキャパシタ部分１０４に達する可能性を低減するように、ゲッタリング材料１０６の一方の面に沿って伸び得る。固体バリア１０８は、ワイヤメッシュスクリーン、焼結ガラス、薄膜などを含み得る。固体バリア１０８は、ガスを通すが、ゲッタリング材料１０６からのかなり大きな粒子をキャパシタ本体１４に入らせない。
【００２６】
電極アセンブリ１２は、ハウジング１２２とキャパシタ部分１４との間にあるチューブ１２４をさらに含み得る。キャパシタ部分１４は、絶縁体１４２および電極アセンブリ１２の本体部分１２６を含み得る。さらに、チューブ１２４の壁は、可能な限り薄くなる必要がある。チューブ１２４は、ハウジング１２２の直径（幅）よりも狭い直径（幅）を有し得る。このチューブ１２４ならびにそのより狭い直径および薄い壁は、ゲッタリング材料１０６が高温で活性化されるときに、キャパシタ部分１４に伝達される熱の量を低減させることに役立つ。チューブ１２４はまた、キャパシタ部分１４に伝達される、ピンチオフコネクタ１０２またはゲッタリングハウジング１２２に付与される外部からのあらゆる力を低減する。キャパシタ部分１４が上昇した温度で動作する場合、チューブ１２４は、熱損失を低減し、ピンチオフコネクタ１０２に接続された電子部品を保護することに役立つ。電極アセンブリ１２は、本体部分１２６の内部部分に沿って、ねじ山１２８をさらに含み得る。ねじ山１２８は、相補的なねじ山を有する電極１５４を電極アセンブリ１２に固定するために用いられ得る。電極１５４を電極アセンブリ１２に固定する他の手段には、ねじまたはボルト（電極１５４からは分離されている）、リベット、溶接部などが含まれ得る。
【００２７】
キャパシタ部分１４は、絶縁体１４２、基準面リング１４４、処理面リング１４７、溶着プレップ１４５、およびシェル１４６を含み得る。溶着プレップ１４５は、ジョイントへの溶着熱を維持することに役立ち、全体の溶着パワーを低減させ、部品へのひずみを最小限にする。キャパシタハウジング１４１は、基準面リング１４４とシェル１４６との組み合わせを含み得る。図示されていないが、電極１５４は、ダイヤフラム１５６の基準面への排気を可能にするように、開口部および中空シャフトを有する。オプションのシム１５２は、電極アセンブリ１２と電極１５４との間に位置し、ダイヤフラム１５６に対する電極１５４の位置を制御するために用いられ得る。リング１４４および１４７とダイヤフラム１５６との溶着ジョイントは、流体が、ダイヤフラム１５６の処理面からダイヤフラム１５６の基準面へと流れることを、実質的に防ぐ。
【００２８】
ダイヤフラム１５６の処理面は、センサ１０がプラズマガスを用いるプロセスに接続されている場合、センサ１０のダメージの可能性を防ぐために用いられる、プラズマシールド１５８を含み得る。処理チューブ１４８は、キャパシタ部分１４の処理面に接続され得、フロー測定装置の一部であってもよいし、システム内の力または圧力を測定する独立型のセンサであってもよい。ある特定の非限定的な実施形態において、基準面リング１４４、処理面リング１４７、およびダイヤフラム１５６は、サブアセンブリとして互いに溶着され得る。このサブアセンブリは、溶着プレップ１４５を用いて、シェル１４６に溶着され得る。この実施形態において、全ての金属と金属との接続は溶着される。
【００２９】
キャパシタ部分１４は、圧力センサ１０用の可変キャパシタ構造を含み得る。電極１５４、ダイヤフラム１５６、および電極１５４とダイヤフラム１５６との間のギャップ１５０の組み合わせが、圧力センサ１０用の可変キャパシタであり得る。ダイヤフラム１５６の両面上の圧力が実質的に同じである場合、電極１５４とダイヤフラム１５６との間の距離は、ギャップ１５０として示されるが、約５０〜２５０ミクロンの範囲内であり得る。
【００３０】
いくつかの実施形態において、圧力センサ１０は、差圧センサになるように変更され得る。例えば、差圧センサは、測定された圧力が、大気圧よりもどの程度高いか、または低いかを判定するために用いられ得る。センサ１０は、ピンチオフコネクタ１０２、リテイナー１０４、およびゲッタリング材料１０６を取り除くことによって変更され得る。固体バリア１０８は、粒子がキャパシタ部分１４に入ることを実質的に防ぐために残され得る。基準面における圧力は実質的に大気圧であり得、処理チューブ１４８内のガスは、大気圧よりも高いか、または低くなり得る。他の実施形態において、大気圧がダイヤフラム１５６の他方の面にかけられ得る。チューブ１２２へと電気的接続が行われ得、所望の電位または他の信号が電極１５４に提供される。他の差圧を検出する適用例が、質量流量コントローラに関して、以下で説明される。
【００３１】
圧力センサ１０のいくつかの物理的特徴が、その利点を記すために指摘される。まず、圧力センサ１０は、２つのキャパシタを有する圧力センサと比較して、相対的に小さい寸法を有している。以下の寸法は、限定的なものではなく例示である。代表的には、圧力センサ１０の幅１６２は、約３５ｍｍ以下であり得る。キャパシタ部分１４の高さは、その寸法が参照符号１６４によって示されているが、約２０ｍｍ以下であり得、ハウジング１２２とピンチオフコネクタ１０２とを組み合わせた高さは約２０ｍｍ以下であり得る。ある特定の実施形態において、幅１６２は約２５ｍｍであり、寸法１６４および１６６の組み合わせは、約３０ｍｍである。従って、比較的小さい圧力センサ１０が製造され得る。圧力センサ１０は、定常温度に達するまでにかかる時間は約４時間未満であり得、状況によっては約２時間未満であり得る。これを、従来の２つのキャパシタを有するセンサの場合のほぼ２４時間と比較されたい。これを、従来の２つのキャパシタを有するセンサにおいて一般的なほぼ２４時間と比較されたい。
【００３２】
電極１５４、電極アセンブリ１２（本体部分１２６、チューブ１２４およびハウジング１２２を含む）、ならびにピンチオフコネクタ１０２は、図１に示すように、共通の軸１００を中心とし得る。これらのもののうち少なくとも一部を共通の軸１００に沿って並べることによって、これらのもののうち少なくとも１つが別の実質的に平行な軸に沿って並べられるセンサと比較して、圧力センサ１０の幅が相対的に狭くなることが可能になる。
【００３３】
ダイヤフラム１５６が曲がること以外に、センサ１０には可動部品がない。センサ１０は、可動部品の不具合または「スティック−スリップ」動作に起因する、機械的な不具合または再生不可能な測定値を有する可能性が低い。また、センサ１０は、ルビーローラなどのあらゆるローラを有さない。従って、ローラに関連するひずみおよび製造の複雑さはなくなり得る。
【００３４】
センサ１０に用いられる材料は、キャパシタ部分１４内の材料の多くが比較的同じ熱膨張係数を有するように選択され得る。例えば、電極アセンブリ１２、基準面リング１４４、シェル１４６、処理面リング１４７、処理チューブ１４８、電極１５４、ダイヤフラム１５６、およびプラズマシールド１５８は、同じ材料から製造され得る。圧力センサ１０が腐食環境において用いられる場合、この材料は、鉄−ニッケル合金自体、または銅、クロミウム、モリブデン、シリコン、タングステンなどのうちのいずれか１つ以上を含むものであり得る。例には、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）、ＭＯＮＥＬ（登録商標）、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）、ステンレススチールなどが含まれ得る。ある特定の実施形態において、ＩＮＣＯＮＥＬ  ７１８が用いられ得る。電極アセンブリ１２、基準面リング１４４、シェル１４６、処理面リング１４７、処理チューブ１４８、電極１５４、ダイヤフラム１５６、およびプラズマシールド１５８のうちのいずれか、または全ては、導電部分の例であり得る。様々な導電部分に異なる材料が用いられ得ることに留意されたい。
【００３５】
他の実施形態（図示せず）において、キャパシタ部分１４は、１つ以上の絶縁性、抵抗性、または半導体材料を含み得る。ハウジングの材料は、絶縁体１４２の熱膨張係数に近い熱膨張係数を含む必要がある。絶縁性、抵抗性、または半導体材料のうちのいずれか、または全てがハウジング１４１に用いられる場合、動作中にダイヤフラム１５６の信号または電位を制御するように、別個の電気接続が行われ得る。ワイヤまたは他の相互接続（図示せず）が、ダイヤフラム１５６ならびに処理チューブ１４８または他の外部導電対に電気的に接続される。溶着、ねじ、リベット、導電性接着剤、または樹脂が、ワイヤまたは他の相互接続への電機接続を行うために用いられ得る。
【００３６】
絶縁体１４２は、キャパシタ部分１４内の他の材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する主な絶縁材料を含む必要がある。この絶縁体は、センサ製造プロセスからの応力および熱に耐えるように安定である必要がある。基準面が排気され、密封されたセンサについて、絶縁体はガス抜けをしてはならない。他の実施形態において、ガラスマイカ複合物が、絶縁材量に用いられ得る。ある特定の非限定的な例において、Ｃｌｉｆｔｏｎ，Ｎｅｗ  ＪｅｒｓｅｙのＳｐａｕｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｃｏ．の一部門であるＭｙｋｒｏｙ／Ｍｙｃａｌｅｘ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ製のガラスマイカＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ５６１（登録商標）が用いられ得る。ＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ５６１（登録商標）は、ガラスマイカ複合物の成形グレードである。
【００３７】
代表的には、キャパシタ本体１４内の材料、例えば、電極アセンブリ１２、絶縁体１４２、基準面リング１４４、処理面リング１４７、シェル１４６、電極１５４およびダイヤフラム１５６は、絶縁体１４２（またはその主な絶縁材料）の熱膨張係数が、キャパシタ部分１４内の他の固体材料のうちのいずれか、または全ての熱膨張係数の約５０％内になるように選択され得る。しばしば、絶縁体１４２の熱膨張係数は、キャパシタ部分１４内の他の材料のいずれか、または全ての熱膨張係数の約１０％以内になり得る。理想的には、全ての熱膨張係数が実質的に同じである。近い熱膨張係数を有する材料を選択することによって、センサ１０からの測定値の温度によって引き起こされるばらつきは、起こらないか、または、比較的小さい。
【００３８】
いくつかの例示的な材料の熱膨張係数が挙げられる。ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）７１８は、約１３Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または８Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、ＭＯＮＥＬ（登録商標）は、約１４Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または７Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）は、約１１〜１３Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または６〜７Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、ステンレススチール３００シリーズ（例えば、ステンレススチール３１６など）は、約１８Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または１０Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、ステンレススチール４００シリーズは、約１１Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または６Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、アルミナは、約７Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または４Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、フォステライト（ｆｏｓｔｅｒｉｔｅ）は、約１０Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または６Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、ガラスマイカＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ５６１（登録商標）は、約１３Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または７Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度、ガラスマイカＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ４１０（登録商標）および５５５（登録商標）は、約１１Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または６Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度である。本明細書を読めば、当業者であれば、温度変化に起因する大きな悪い影響の可能性を低減するために、どのように材料を選択したらよいかを理解する。
【００３９】
図１に示す圧力センサ１０の動作中、圧力センサ１０は、ダイヤフラム１５６、基準面リング１４４、処理面リング１４７、およびシェル１４６を第１の圧力、例えば、ほぼグラウンド電位にしてもよい。端子（図示せず）が、ピンチオフコネクタ１０２または電極アセンブリ１２、あるいは両方に取り付けられ得る。端子は、電極１５４に電気的に接続された電極アセンブリ１２が、ダイヤフラム１５６と比較して異なる電位を有することを可能にし、この電位は、ダイヤフラム１５６の電位と比較して正であってもよいし、負であってもよい。さらに、時間が変わる信号または電位が電極アセンブリ１２に印加される。絶縁体１４２は、電極１５４がダイヤフラム１５６から電気的に絶縁されることを可能にする。電極アセンブリ１２と基準面リング１４４またはシェル１４６との間の電気接続は避けられる必要がある。
【００４０】
図２は、圧力センサ１０内のコンポーネント２０の断面の図を含む。コンポーネント２０は、電極アセンブリ１２と、基準面リング１４４と、（本体部分において）電極アセンブリ１２および基準面リング１４４に接する絶縁体１４２とを含み得る。コンポーネント２０の形成において、成形動作の間、電極アセンブリ１２および基準面リング１４４を相対的に静止した状態で保持するために、ジグ、万力、または他の固定手段が用いられ得る。代表的には、電極アセンブリ１２および基準面リング１４４の少なくとも一部が、型の中にある。基準面リング１４４の少なくとも一部が、電極アセンブリ１２の少なくとも一部を囲み、そこから間隔が空けられており、間隙領域が形成される。
【００４１】
基準面リング１４４の内面と電極アセンブリ１２の外面とが、実質的に異なるトポロジーを有し得ることに留意されたい。これらの実質的に異なるトポロジーは、コンポーネントの基準面を、大気圧にさらされ得るコンポーネントの外部から密閉することに役立つ。実質的に異なるトポロジーは、空気、水、または他の外部汚染物質にとって、ダイヤフラム１５６の基準面の排気された領域に達するまで移動するには、より長く、より困難な経路を形成する。これはまた、部品間の結合を強化する。蛇行性、鋸歯状、またはほとんどあらゆるパターンが用いられ得る。この実質的に異なるトポロジーは、所望の形状を得るようにかんなまたは他のカッティングツールを用いることによって達成され得る。実質的に異なるトポロジーは、代表的には、研磨される場合の基準面リング１４４および電極アセンブリ１２に用いられる材料の表面の粗さの二乗平均平方根よりも大きい、トポロジーの変化があってもよいことに留意されたい。
【００４２】
オプションのガラスシール２２は、図２に示すように、基準面リング１４４および電極アセンブリ１２の表面に沿って形成され得る。一例において、リング１４４と絶縁材料との間の金属とセラミックとの間のシールを向上させるように、ガラスペーストが用いられ得る。一例として、Ｖａｌｌｅｙ  Ｃｏｔｔａｇｅ，Ｎｅｗ  ＹｏｒｋのＡｒｅｍｃｏ  Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．製のＧＥＣ−１００（登録商標）が、用いられ得るガラスペーストである。ガラスペーストは、電極アセンブリ１２と基準面リング１４４との間のギャップ内に絶縁材料を形成する前、または後に硬化され得る。次に、成形可能絶縁材料２４（例えば、ガラスマイカＣＯＭＰＯＳＩＴＥ  ５６１（登録商標）など）は、基準面リング１４４と電極アセンブリ１２との間に位置するように成形され得る。絶縁材料２４は、基準面リング１４４および電極アセンブリ１２の熱膨張係数と近い熱膨張係数を有し得る。成形動作の後、コンポーネント２０内にある各種の材料の間のシールの完全性を高めるために、オプションのアニーリングが行われ得る。別の実施形態において、ガラスシール２２と絶縁体１４２に用いられる成形可能絶縁材料２４との組み合わせは、上述したガラス−セラミック材料によって置き換えられ得る。
【００４３】
いくつかの用途において、ゲッタリング材料１０６が用いられ、温度活性化される場合、活性化温度は、セ氏約８００度の高さにまでなり得る。コンポーネント２０用の材料の選択は、短期の熱衝撃を耐えるようなものである。また、センサ１０が上昇した温度（場合によって、セ氏約２００度よりも高い温度）で動作し得ることも一般的である。コンポーネント２０用の材料の選択はまた、圧力センサ１０が上昇した温度にさらされる場合、ダイヤフラムの基準面の排気を行うとき、または、その後の処理状況の間に発生し得る、汚染またはガス抜けに大幅に寄与しないようなものである。
【００４４】
図１を参照すると、ダイヤフラム１５６の基準面は、代表的には、非常に低い圧力にされる。多くの場合において、この圧力は、約１０マイクロパスカル（ｍｉｃｒｏＰａ）または１０−７Ｔｏｒｒ以下であり得、代表的には、１ｍｉｃｒｏＰａまたは１０−８Ｔｏｒｒ未満であり得る。基準面が排気された後、ピンチオフコネクタ１０２は、プライヤー状のツールを用いて、冷間溶接され、密閉される。ツールの十分な圧力の下で、ピンチオフコネクタ１０２の金属は溶解し、閉じられる。デバイスを密閉する他の方法も用いられ得る。
【００４５】
図３は、本発明の別の実施形態による、可変キャパシタンス測定デバイス３０の断面の図を含む。可変キャパシタンス測定デバイス３０は、力センサ、圧力センサなどとして用いられ得る。簡略化のため、本明細書を通じて、可変キャパシタンス測定デバイス３０は、圧力センサ３０と呼ばれる。圧力センサ３０は、互いに溶着、ろう付け、またははんだ付けされ得るピンチオフコネクタ１０２および電極アセンブリ３２を含み得る。
【００４６】
電極アセンブリ３２は、ゲッタリングハウジング３２２、チューブ３２４、および電極部分３２６を含み得る。ゲッタリングハウジング３２２は、ゲッタリング材料３０６を保持し得る。ゲッタリング材料３０６は、ゲッタリングとも呼ばれ、センサ３０が密封された後にダイヤフラム１５６に残り得る汚染物質またはガス抜けを、吸収または吸着するために用いられ得る。この実施形態において、ダイヤフラム１５６の基準面は、図３の図で上部に近い方のダイヤフラム１５６の面上の圧力センサ３０の一部を含み、ダイヤフラム１５６の処理面は、図３の図で底部に近い方のダイヤフラム１５６の面上の圧力センサ３０の一部を含む。ゲッタリング材料の非限定的な例の１つとして、ＳＡＥＳゲッタが用いられ得、Ｃｏｌｏｒａｄｏ  Ｓｐｒｉｎｇｓ，ＣｏｌｏｒａｄｏのＳＡＥＳ  Ｇｅｔｔｅｒｓ  ＵＳＡ，Ｉｎｃ．から入手され得る。ゲッタリング材料３０６は、図３に示すように、リテイナー１０４および固体バリア３０８によって正しい位置に保持されている。あるいは、リテイナー１０４は取り除かれ、ゲッタリングハウジング３２２またはピンチオフコネクタ１０２の小さいピンチが、ゲッタリング材料３０６を正しい位置に保持することに役立つように用いられ得る。
【００４７】
固体バリア３０８は、ゲッタリング材料３０６の粒子が圧力センサ３０のダイヤフラム１５６に達する可能性を低減するように、ゲッタリング材料３０６の一方の側に沿って伸び得る。固体バリア３０８は、ワイヤメッシュスクリーン、焼結ガラス、薄膜などを含み得る。固体バリア３０８は、ガスを通すが、ゲッタリング材料３０６からのかなり大きな粒子をダイヤフラム１５６またはギャップ１５０に到達させない。
【００４８】
電極アセンブリ３２は、ピンチオフコネクタ１０２と絶縁体３４２との間にあるチューブ３２４をさらに含み得る。チューブ３２４の壁は、可能な限り薄くなる必要がある。チューブ３２４は、残りのゲッタリングハウジング３２２（ほとんどが絶縁体３４２によって囲まれている）の直径（幅）よりも狭い直径（幅）を有し得る。チューブ１２４と同様に、チューブ３２４は、キャパシタ部分３４に伝達される、ピンチオフコネクタ１０２に付与される外部からのあらゆる力を低減する。キャパシタ部分３４が上昇した温度で動作する場合、チューブ３２４は、熱損失を低減し、ピンチオフコネクタ１０２に接続された電子部品を保護することに役立つ。
【００４９】
ある非限定的な実施形態において、電極アセンブリ３２は、一体構造電極アセンブリを含み得る。一体構造電極アセンブリとは、電極アセンブリが一体構造の材料から形成されることを意味する。電極アセンブリの様々な部分は、ねじ、溶接部、リベット、などによって互いに固定されない。別の実施形態（図示せず）において、電極アセンブリ３２は、別個の部品の組み合わせを含み得る。
【００５０】
電極部分３２６は、絶縁体３４２の下に位置する電極アセンブリ３２の部分である。電極部分３２６は、ダイヤフラム１５６に面する電極表面３２８と、電極表面３２８と反対側の非電極検出（上方）表面３２７と、電極表面３２８に対して実質的に垂直の側面３２９とを有する。表面の大きさは、本明細書中、以下の部分で説明される。
【００５１】
キャパシタ部分３４２は、絶縁体３４２、基準面リング３４４、処理面リング１４７、溶着プレップ１４５、ハウジング１４６、および、ダイヤフラム１５６と図３における絶縁体３４２の上部との間に位置する電極アセンブリ３２の一部を含み得る。溶着プレップ１４５は、ジョイントへの溶着熱を維持することに役立ち、全体の溶着パワーを低減させ、部品へのひずみを最小限にする。リング３４４および１４７とダイヤフラム１５６との溶着ジョイントは、流体が、ダイヤフラム１５６の処理面からギャップ１５０へと流れることを、実質的に防ぐ。電極アセンブリ３２は、ダイヤフラム１５６の基準面への排気を可能にするように、開口部および中空シャフトを有する。
【００５２】
オプションのシム３５２は、電極部分３２６と絶縁体３４２との間に位置し、ダイヤフラム１５６に対する電極部分３２６の位置を制御するために用いられ得る。シム３５２は、固体材料であってもよいし、絶縁体または導電体であってもよい。シム３５２が導電体である場合、電極部分３２６とダイヤフラム１５６との間のショートを防ぐため、基準面リング３４４から間隔が空けられる必要がある。シム３５２は、約７５〜１００ミクロン（３〜４ミル）の範囲内の厚さを有し得る。
【００５３】
ダイヤフラム１５６の処理面は、センサ３０がプラズマガスを用いるプロセスに接続されている場合、センサ３０のダメージの可能性を防ぐために用いられる、プラズマシールド１５８を含み得る。処理チューブ１４８は、キャパシタ部分３４の処理面に接続され得、フロー測定装置の一部であってもよいし、システム内の力または圧力を測定する独立型のセンサであってもよい。ある特定の非限定的な実施形態において、基準面リング３４４、処理面リング１４７、およびダイヤフラム１５６は、サブアセンブリとして互いに溶着され得る。このサブアセンブリは、ハウジング１４６に溶着され得る。この実施形態において、全ての金属と金属との接続は溶着される。
【００５４】
キャパシタ部分３４は、圧力センサ３０用の可変キャパシタ構造を含み得る。電極部分３２６、ダイヤフラム１５６、および、電極部分３２６とダイヤフラム１５６との間のギャップ１５０の組み合わせが、圧力センサ３０用の可変キャパシタであり得る。キャパシタンスは、電極表面３２８の面積の関数である。ダイヤフラム１５６の両面上の圧力が実質的に同じである場合、ギャップ１５０は、約５０〜２５０ミクロンの範囲内であり得る。
【００５５】
いくつかの実施形態において、圧力センサ３０は、圧力センサ１０と同様に、差圧センサになるように変更され得る。例えば、差圧センサは、測定された圧力が、大気圧よりもどの程度高いか、または低いかを判定するために用いられ得る。センサ３０は、ピンチオフコネクタ１０２、リテイナー１０４、およびゲッタリング材料３０６を取り除くことによって変更され得る。固体バリア３０８は、粒子がダイヤフラム１５６またはギャップ１５０に到達することを実質的に防ぐために残され得る。基準面における圧力は実質的に大気圧であり得、処理チューブ１４８内のガスは、大気圧よりも高いか、または低くなり得る。他の実施形態において、大気圧がダイヤフラム１５６の他方の面にかけられ得る。電極アセンブリ３２へと電気的接続が行われ得、所望の電位または他の信号が電極部分３２６に提供される。他の差圧を検出する適用例が、質量流量コントローラに関して、以下で説明される。
【００５６】
圧力センサ３０のいくつかの物理的特徴が、その利点を記すために指摘される。まず、圧力センサ３０は、２つのキャパシタを有する圧力センサと比較して、相対的に小さい寸法を有している。圧力センサ３０は、ゲッタリング材料３０６および固体バリア３０８の一部または全てが圧力センサ３０のキャパシタ部分３４内に位置するので、圧力センサ１０と比較してもさらに小型化され得る。非限定的な実施形態のセットにおいて、寸法３６６は、約１５ｍｍ以下であり得る。ある特定の実施形態において、幅１６２は約２５ｍｍであり、寸法１６４および３６６の組み合わせは、約２５ｍｍである。従って、比較的小さい圧力センサ３０が製造され得る。圧力センサ１０の他の全ての例示的な寸法が、圧力センサ３０に用いられ得る。
【００５７】
センサ３０に用いられる材料は、キャパシタ部分３４内の材料の多くが互いに対して比較的同じ熱膨張係数を有し、良好なシールを提供するように選択され得る。例えば、電極アセンブリ３２、基準面リング３４４、ハウジング１４６、処理面リング１４７、処理チューブ１４８、電極１５４、ダイヤフラム１５６、およびプラズマシールド１５８は、同じ材料から製造され得る。圧力センサ３０が腐食環境において用いられる場合、この材料は、鉄−ニッケル合金自体を含むか、または銅、クロミウム、モリブデン、シリコン、タングステンなどのうちのいずれか１つ以上を含むものであり得る。例には、ＩＮＣＯＮＥＬ（登録商標）、ＩＮＣＯＬＯＹ（登録商標）、ＭＯＮＥＬ（登録商標）、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）、ステンレススチールなどが含まれ得る。ある特定の実施形態において、ＩＮＣＯＮＥＬ  ７１８が用いられ得る。電極アセンブリ３２、基準面リング３４４、ハウジング１４６、処理面リング１４７、処理チューブ１４８、ダイヤフラム１５６、およびプラズマシールド１５８のうちのいずれか、または全ては、導電部分の例であり得る。様々な導電部分に異なる材料が用いられ得ることに留意されたい。
【００５８】
他の実施形態（図示せず）において、キャパシタ部分３４は、１つ以上の絶縁性、抵抗性、または半導体材料を含み得る。ハウジングの材料は、絶縁体３４２の熱膨張係数に近い熱膨張係数を含む必要がある。絶縁性、抵抗性、または半導体材料のうちのいずれか、または全てがキャパシタ部分３４に用いられる場合、動作中にダイヤフラム１５６の信号または電位を制御するように、別個の電気接続が行われ得る。ワイヤまたは他の相互接続（図示せず）が、ダイヤフラム１５６ならびに処理チューブ１４８または他の外部導電対に電気的に接続される。溶着、ねじ、リベット、導電性接着剤、または樹脂が、ワイヤまたは他の相互接続への電機接続を行うために用いられ得る。
【００５９】
絶縁体３４２は、キャパシタ部分３４内の他の材料の熱膨張係数に近い熱膨張係数を有する主な絶縁材料を含む必要がある。この絶縁体は、センサ製造プロセスからの応力および熱に耐えるように安定である必要がある。
【００６０】
ある実施形態において、絶縁体３４２は、ガラス−セラミック材料を含み得る。ガラス−セラミック材料の例には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化バリウム（ＢａＯ）、一酸化コバルト（ＣｏＯ）、酸化ホウ素（Ｂ２Ｏ３）、酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）、酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）、五酸化リン（Ｐ２Ｏ５）などを含む、少なくとも１つの非ケイ酸の酸化化合物を含むガラスが含まれる。特定の非限定的な実施形態において、ガラスは、約５５〜８０重量パーセントの範囲内の二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む。非ケイ酸の酸化物は、絶縁材料の性質に影響を与えるドーパントとして用いられ得る。これらの性質のうちの１つは熱膨張係数である。適切なドーパントおよび濃度を選択することによって、ガラス−セラミックの係数は、接触する材料に接近するように調節されえる。米国特許第４，１３５，９３６号、第４，４１４，２８２号、および第５，８２０，９８９号は、これらのガラス−セラミック材料の組成および形成についての詳細を含み、本明細書中、参考として援用される。いくつかの例示的なガラス−セラミック材料は、Ｄｕｒｙｅａ，ＰｅｎｎｓｙｌｖａｎｉａのＳｃｈｏｔｔ  Ｇｌａｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．からＳ−８０７０（登録商標）およびＳ−８０７３（登録商標）として市販されている。圧力センサ１０の絶縁体１４２がこれらの材料のうちいずれかを含み得ることに留意されたい。
【００６１】
ガラスセラミック材料の熱膨張係数は、約１０Ｅ−６〜２０Ｅ−６ｃｍ／ｃｍ／セ氏温度または６Ｅ−６〜１０Ｅ−６ｉｎ／ｉｎ／カ氏温度の範囲内である。圧力センサ３０において用いられ得る他の材料の熱膨張係数は、圧力センサ１０について上述したとおりである。本明細書を読めば、当業者であれば、温度変化に起因する大きな悪い影響の可能性を低減するために、どのように材料を選択したらよいかを理解する。
【００６２】
圧力センサ１０と同様に、図３に示す圧力センサ３０の動作中、圧力センサ３０は、ダイヤフラム１５６、基準面リング３４４、処理面リング１４７、およびハウジング１４６を第１の圧力、例えば、ほぼグラウンド電位にしてもよい。端子（図示せず）が、ピンチオフコネクタ１０２または電極アセンブリ３２、あるいは両方に取り付けられ得る。端子は、電極部分３２６に電気的に接続された電極アセンブリ３２が、ダイヤフラム１５６と比較して異なる電位を有することを可能にし、この電位は、ダイヤフラム１５６の電位と比較して正であってもよいし、負であってもよい。さらに、時間が変わる信号または電位が電極アセンブリ３２に印加される。絶縁体３４２は、電極部分３２６がダイヤフラム１５６から電気的に絶縁されることを可能にする。電極アセンブリ３２と基準面リング３４４またはハウジング１４６との間の電気接続は避けられる必要がある。
【００６３】
図４は、圧力センサ３０内のコンポーネント４０の断面の図を含む。コンポーネント４０は、ピンチオフコネクタ１０２と、電極アセンブリ３２と、基準面リング３４４と、（本体部分において）電極アセンブリ３２および基準面リング３４４に接する絶縁体３４２とを含み得る。電極アセンブリ３２の表面４２２および４４４、ならびに基準面リング３４は、それぞれ、実質的に平滑である。絶縁体３４２と表面４２２および４４４との間の結合が密封的なものなので、溝、通路、または他の形状が必要とされない。また、別個のガラスシール化合物も必要とされない。絶縁体３４２が形成されている間、ピンチオフコネクタ１０２がなくてもよいことに留意されたい。
【００６４】
所望される場合、表面４２２および４４４は、オプションで、テーパー（図示せず）にされ得る。例えば、ギャップ１５０に、センサ３０の外側の周囲圧力よりも低い圧力がかけられる場合、電極アセンブリ３２、リング３４４、または、その両方の幅が、ギャップ１５０の近傍においてより広く、ピンチオフコネクタ１０２の近傍においてより狭い。反対に、ギャップ１５０にかけられる圧力がセンサ３０外部の周囲圧力よりも高い場合、電極アセンブリ３２、リング３４４、または、その両方の幅が、ギャップ１５０の近傍においてより狭く、ピンチオフコネクタ１０２の近傍において絶縁体３４２に接する位置における幅である。
【００６５】
コンポーネント４０の形成において、成形動作の間、電極アセンブリ３２および基準面リング３４４を相対的に静止した状態で保持するために、ジグ、万力、または他の固定手段が用いられ得る。代表的には、電極アセンブリ３２および基準面リング３４４の少なくとも一部が、型の中にある。基準面リング３４４の少なくとも一部が、電極アセンブリ１２の少なくとも一部を囲み、そこから間隔が空けられており、間隙領域が形成される。シム３５２は、動作の間存在し得る。ある実施形態において、シム３５２は、シム１５２よりもずっと幅が広い。
【００６６】
所望の濃度でドーパント（単数または複数を）を有する絶縁材料が型に加えられる。加熱サイクルが行われ、絶縁材料がガラス−セラミック材料に変換され、絶縁体３４２を電極アセンブリ３２および基準面リング３４４の表面４２２および４４４にそれぞれ化学的に結合する。型は、ガラス−セラミック材料に接触するグラファイト表面を有し得る。型は、シリコンベースのスプレーを必要とすることなく取り除かれ得る。従って、汚染についての問題が低減され得る。
【００６７】
ガラス−セラミック材料を形成する例示的な加熱サイクルを図５に示す。加熱サイクルは、セ氏１０００度までの傾斜を有し、約１５分間その温度で維持される。この間、絶縁材料は非常に柔らかくなり、所望される空間を充填し得る。この温度が絶縁材料のフロー点の近傍またはフロー点よりも高くなり得るので、シム３５２は、あらゆる絶縁材料が電極部分３２６の上面３２７および側面３２９に接触することを実質的に防ぎ得る。絶縁材料が表面３２７および３２９に接すると、キャパシタンスは、コンポーネント間の熱膨張係数の間に不適合がある場合、悪い影響を受け得る。（シム１５２と比較して）より幅が広いシム３５２は、表面３２７および３２９が絶縁体３４２に接する可能性を低減することに役立つ。電極アセンブリ３２は、一体構造の電極アセンブリであり得、ガラス−セラミック形成の間シム３５２が正しい位置にあり得るので、ダイヤフラム１５６と電極表面３２８との間で、より良好な寸法制御が達成され得る。
【００６８】
絶縁材料を有するコンポーネントは、セ氏約６５０度まで冷却され、約２０分間その温度で維持され得る。この間、ガラス−セラミック材料の結晶の核生成部分が形成され得る。温度は、セ氏８５０度まで上げられ、約２０分間その温度で維持され得る。この間は、核生成部分から結晶が成長し、多結晶ガラス−セラミック材料が形成され得る。その後、ガラス−セラミック絶縁体３４２を有するコンポーネント４０が冷却される。ガラス−セラミック絶縁体３４２は依然として絶縁体材料であるが、特有の性質（例えば、ガラス−セラミックが多結晶であること）を有することに留意されたい。ヒートサイクル全体の間、希ガス（すなわち、ヘリウムまたはアルゴン）などが、ピンチオフコネクタ１０２、電極アセンブリ３２、またはリング３４４の所望されない酸化の可能性を低減するために用いられ得る。
【００６９】
コンポーネント４０が十分に冷却された後、製造プロセスの間、センサ３０の他の部品と組み合わせられ得る。基準面リング３４４、ダイヤフラム１５６、および処理面リング１４７は互いに溶着され得る。
【００７０】
基準面を密閉する前に、センサ３０は、ガス抜けを低減させるためにベークアウトされる。ベークアウトのための加熱サイクルは、ゲッタリング材料３０６の活性化動作と組み合わせられ得る。例えば、加熱サイクルの第１の部分（すなわち、ベークアウト部分）は、セ氏約１３０〜１７０度の範囲内の温度で、約５０〜８０時間の範囲内の時間、行われ得る。加熱サイクルの第２の部分において、約１〜３時間の範囲内の時間、温度は、セ氏約２３０〜２７０度の範囲内の温度まで上げられ得る。ある特定の非限定的な実施形態において、第１の部分は、セ氏約１５０度の温度で約５８時間行われ得、第２の部分は、セ氏約２５０度の温度で約２時間行われ得る。この２つの部分が１回の加熱サイクルの間に行われ得る（すなわち、部分と部分との間でほぼ室温（すなわち、セ氏約２０〜２５度）まで冷却することがない）ことに留意されたい。ベークアウトおよび活性化サイクルは、両方とも同じオーブンで行われ得る。
【００７１】
上述した加熱サイクルを従来の加熱サイクルと比較されたい。従来のプロセスにおいて、ベークアウトと活性化とは２つの別の動作として行われる。センサは、オーブン内で、約７０時間、セ氏約１５０度まで加熱され得る。センサは、ほぼ室温まで冷却され、約１〜１０分間ゲッタリング材料をセ氏約６００〜９００度まで局所的に加熱することができる、別の高周波誘導加熱装置まで移動させられ得る。従来の方法が用いられ得るが、従来の方法は、ゲッタリング材料３０６がキャパシタ部分３４の完全に外側に位置する場合により向いている。
【００７２】
図３を参照すると、ダイヤフラム１５６の基準面は、代表的には、非常に低い圧力にされる。多くの場合において、この圧力は、約１０マイクロパスカル（ｍｉｃｒｏＰａ）または１０−７Ｔｏｒｒ以下であり得、代表的には、１ｍｉｃｒｏＰａまたは１０−８Ｔｏｒｒ未満であり得る。基準面が排気された後、ピンチオフコネクタ１０２は、プライヤー状のツールを用いて、冷間溶接され、密閉される。ツールの十分な圧力の下で、ピンチオフコネクタ１０２の金属は溶解し、閉じられる。デバイスを密閉する他の方法も用いられ得る。
【００７３】
センサ３０およびその製造方法は、従来のセンサおよび製造方法と比較して利点を有する。ガラス−セラミック材料は、電極アセンブリ３２および基準面リング３４４のそれぞれと化学的に結合され得る。別個のガラス密閉材料は必要とされない。化学的結合はまた、電極アセンブリ３２および基準面リング３４４に比較的平滑な壁が用いられることを可能にする。オプションとして、表面は、ガラス表面と金属表面との間の接着性を向上させるために、わずかに粗くされ得るが、このような粗さは、少なくとも１ミリメートルの深さを有する、肉眼で見える溝または通路を形成しない。電極アセンブリ３２および基準面リング３４４は、水または他の汚染物質用の移動経路を人工的に増大させる、溝または他の「蛇行性」パターンを必要としない。
【００７４】
例示された実施形態の他の利点は、絶縁材料３４２が電極部分３２６の表面３２７および３２９に接触することを防ぐことにシム３５２が役立つことである。従って、部品の間の熱膨張係数のわずかな不適合がある場合、電極部分３２６は、比較的平坦に維持され、温度によって引き起こされるキャパシタンス変化を最小限にする必要がある。シム３５２が電極部分３２６よりも狭い場合、製造の変動性は、絶縁材料３４２があるセンサにおいては側面３２９に接するが、他のセンサにおいては接さないことを可能にし得る。このような変動性は、可変キャパシタの電気性能に大きな影響を与え得る。
【００７５】
上述したように、センサ３０はより小さく製造され得る。電極アセンブリ３２は、溝または通路がない一体構造を有し得、その中心を通じてより広い開口部を可能にし得る。より広い開口部によって、ゲッタリング材料３０６がセンサ３０のキャパシタ部分３４内に少なくとも部分的に存在することを可能にし得る。従って、寸法３６６はさらに低減される。
【００７６】
センサ３０のベークアウトおよびゲッタリング材料３０６の活性化は、同じ加熱装置を用いる同じ加熱サイクルの間、行われ得る。製造時間は、ゲッタ活性化動作がセンサ３０のベークアウト動作の一部として行われるので低減される。さらに、起こり得る処理ミス（ベークアウトまたは活性化動作のうちの１つを飛ばすこと）は、人間がベークアウトおよび活性化動作の間に介在することなく両方の動作が行われ得るので、避けられ得る。
【００７７】
図６は、例えば、質量流量コントローラなどの測定および制御装置６０の図を含む。流体は、インレットチューブ６２２、本体６２４、およびアウトレットチューブ６２６を通じて流れ得る。図示されていないが、電子機器が装置６０に設けられ、本体６２４内のコントローラ６６に電気的に接続され得る。流体は、バルブ６４２および制限装置６４６を流れるように制限され得る。制限装置６４６には、オリフィス、ベンチュリなどが含まれ得る。図１のセンサ１０または図３のセンサ３０に類似する２つの圧力センサ６４４および６４８が、制限装置６４６の対抗する側に位置し得る。流体の流量は、制限装置６４６にまたがる圧力差によって判定され得る。電気信号がコントローラ６６に送信される。チューブの直径（単数または複数）、制限装置６４６のタイプ（オリフィス、ベンチュリなど）および制限装置６４６の直径、ならびに、センサ６４４および６４８の測定値を知ることによって、コントローラ６６または遠隔コンピュータは、装置６０を通じる流量を判定し得る。流量は、バルブ６４２を調節することによって制御され得る。本明細書を全て読めば、当業者であれば、他のフロー測定または制御装置が用いられ得、異なるように構成され得ることを理解する。
【００７８】
図７は、図６の差圧センサ６４４および６４８の組み合わせの代わりに、１つの差圧センサ７４４（上記の差圧センサに類似する）が用いられ得る、例えば、質量流量コントローラなどの測定および制御装置７０の図を含む。装置７０は、クリーンな乾燥した空気、窒素、アルゴン、酸素、水素などを含む乾燥したガスを用いて、用いられ得る。センサ７４４は、その端部が制限装置６４６の対抗する側に沿った点に接続され得る。この特定の実施形態において、ダイヤフラムの電極面は、ギャップ１５０内の凝縮形成の可能性を低減させるように、制限装置６４６の下流（低圧）側に接続される。チューブの絶縁部７４７が、電極がハウジングに対してショートすることを実質的に防ぐために用いられ得る。ほとんどのプラスチックおよびポリマーチューブが用いられ得る。あるいは、ガラスまたは他のセラミック材料が用いられてもよい。流体の流量は、制限装置６４６にまたがる圧力差によって判定され得る。電気信号がコントローラ７６に送信される。制限装置の前および後ろでのチューブの直径（単数または複数）、制限装置６４６のタイプ（オリフィス、ベンチュリなど）および制限装置６４６の直径、ならびに、センサ７４４の測定値を知ることによって、コントローラ７６または遠隔コンピュータは、装置７０を通じる流量を判定し得る。流量は、バルブ６４２を調節することによって制御され得る。本明細書を全て読めば、当業者であれば、他のフロー測定または制御装置が用いられ得、異なるように構成され得ることを理解する。
【００７９】
図８は、ヒートシンク８４および電子端子８２を含む圧力センサ１０の斜視図を含む。この実施形態において、熱は、ダイヤフラム１５６の処理面上の凝縮形成の可能性を低減するために、センサ１０のキャパシタ部分１４に付与され得る。キャパシタ部分１４の例示的な温度の一部は、セ氏約４０〜２００度の範囲内であり得る。ヒートシンク８４は、ハウジング１２２およびピンチオフコネクタ１０２に伝達される熱がより少なくなるように熱を放散させることに役立つように、チューブ１２４（図８には示されていない）を横方向に囲み得る。これによって、ピンチオフコネクタ１０２に接続されている電子部品が、より冷たい温度を維持し得る。ヒートシンク８４が導電性材料を含む場合、ヒートシンク８４は、電極アセンブリ１２が基準面リング１４４またはシェル１４６に対してショートしないように配置され得る。ヒートシンクが、熱を伝えるが、導電性ではない材料、例えば、窒化アルミニウム、ＦＲ４などを含む場合、ショートについてのこのような懸念は実質的に低減される。同じヒートシンク８４などがゲッタ活性化熱を吸収し得、キャパシタ部分１４に伝達される熱を低減し得る。従って、熱衝撃がなくなる。別の実施形態において、圧力センサ３０は、圧力センサ１０と置き換えられ得る。
【００８０】
上記の明細書において、本発明は、特定の実施形態を参照しながら説明されてきた。しかし、当業者であれば、特許請求の範囲に記載の本発明の範囲から逸脱することなく、様々な改良および変更が為され得る事を理解する。従って、明細書および図面は、制限する意図はなく、例示的なものであるみなされるべきであり、そのような改良は全て本発明の範囲内に含まれるように意図される。
【００８１】
利点、他の長所、問題に対する解決策は、特定の実施形態に関して説明されてきた。しかし、利点、長所、問題に対する解決策、ならびに、利点、長所、または問題に対する解決策を発生させるか、またはより明白なものとするあらゆる要素（単数または複数）は、任意または全ての請求項において、決定的な特徴または要素、必要な特徴または要素、あるいは必須の特徴または要素であると解釈されるべきではない。
【００８２】
本明細書で用いられる用語「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」、「有する」、「有している」ならびにこれらの用語の他の変形は、非排他的な包含を含むように意図される。例えば、要素のリストを含むプロセス、プロセス、もの、または装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されるものではなく、明確にリストにあげられていない、またはそのようなプロセス、プロセス、もの、または装置に固有の、他の要素を含み得る。さらに、反対のことが明確に述べられていない限り、「または」は、非排他的な「または」であり、排他的な「または」を意味しない。例えば、条件ＡまたはＢは、以下のいずれか１つによって満たされる。Ａが真であり（または存在し）、Ｂが偽である（または存在しない）。Ａは偽であり（または存在せず）、Ｂが真である（または存在する）。ＡとＢとの両方が真である（または存在する）。
【００８３】
本発明は、限定するためではなく、例示のために添付の図面に示されるものである。
【００８４】
当業者であれば、図面に示される要素は、簡略化および明瞭かのために示されるものであり、縮尺が必ずしも正確にされる必要がないことを理解する。例えば、図面におけるいくつかの要素の寸法は、本発明の実施形態の理解の向上を助けるために、他の要素と比較して強調され得る。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による、可変キャパシタンス測定デバイスの断面の図を含む。
【図２】図２は、図１の測定デバイス内のコンポーネントの図を含む。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態による、可変キャパシタンス測定デバイスの断面の図を含む。
【図４】図４は、図３の測定デバイス内のコンポーネントの図を含む。
【図５】図５は、絶縁材料をガラス−セラミック材料に変換するために用いられる加熱サイクルの図である。
【図６】図６は、図１または３の測定デバイスを用いるフロー測定および制御装置の図を含む。
【図７】図７は、可変キャパシタンス測定デバイスおよびヒートシンクの一部ならびにデバイスに対して為された電気接続の斜視図を含む。
【図８】図８は、ヒートシンクおよび電子端末を含む圧力センサの斜視図を含む。
【図１】
2005534900.tif 000003
【図２】
2005534900.tif 000004
【図３】
2005534900.tif 000005
【図４】
2005534900.tif 000006
【図５】
2005534900.tif 000007
【図６】
2005534900.tif 000008
【図７】
2005534900.tif 000009
【図８】
2005534900.tif 000010
【国際調査報告】
2005534900.tif 000011