(57)【要約】  改良された圧力トランスデューサ（５０、７０、８０）が開示されている。トランスデューサ（５０、７０、８０）は、コネクタ、筐体、センサ部（５８）、およびセンサ部（５８）を加熱するために配置された外部ヒータ（３２、７６）を含む。いくつかの態様では、センサ部（５８）は、脆性材料からなるセンサを含み、センサ内部に充填したいかなる液も使用しない。その他の態様では、本発明は、非加熱高純度真空トランスデューサ（１０）の加熱使用に適合するキット（３０、５２、７２、８２）を含む。キット（３０、５２、７２、８２）は、コネクタ部（３６、８４）およびコネクタ部（３６、８４）に連結されたヒータ部（３２、７６）を含む。コネクタ部（３６、８４）はまた１個以上のインジケータ（５８）を含むことができる。
2008506947.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタと、
センサ電子機器筐体と、
内部に形成されたセンサを有し、センサ電子機器筐体と連結されたセンサ部と、
センサ部の周囲に配置されてセンサ部の温度を上昇させる外部ヒータと、
を含む圧力トランスデューサ。
【請求項２】
センサが単結晶材料で形成される、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項３】
センサが融着される、請求項４記載のトランスデューサ。
【請求項４】
入力および出力を有する着脱可能なコネクタ部であって、入力がトランスデューサのコネクタと連結されるコネクタ部をさらに含む、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項５】
コネクタ部内に配置され、外部ヒータと連結されたヒータ制御回路をさらに含む、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項６】
ヒータ制御回路と連結され、センサ部の温度を検出するために配置された温度センサをさらに含む、請求項５記載のトランスデューサ。
【請求項７】
外部ヒータがセンサ電子機器筐体の外側のコネクタ部と連結される、請求項４記載のトランスデューサ。
【請求項８】
入力および出力が同じタイプの接続であるが、たがいに雌雄が逆である、請求項４記載のトランスデューサ。
【請求項９】
コネクタ部が少なくとも１個のインジケータを含む、請求項４記載のトランスデューサ。
【請求項１０】
少なくとも１個のインジケータがＬＥＤを含む、請求項９記載のトランスデューサ。
【請求項１１】
外部ヒータが、センサ部を通すサイズにされた導孔を含む、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１２】
外部ヒータが、センサ部の温度を検出するための温度センサを含む、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１３】
外部ヒータが、センサ部に固定されたヒータラップを含む、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１４】
ヒータラップが、センサ部の温度を検出するための温度センサを含む、請求項１３記載のトランスデューサ。
【請求項１５】
トランスデューサが、真空を検出する高純度トランスデューサである、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１６】
センサが脆性材料で形成される、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１７】
外部ヒータが、トランスデューサの作動温度域を変えるために交換可能である、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１８】
外部ヒータが、少なくとも１個の加熱エレメントを含む、請求項１記載のトランスデューサ。
【請求項１９】
少なくとも１個の加熱エレメントがコイルである、請求項１８記載のトランスデューサ。
【請求項２０】
少なくとも１個の加熱エレメントがエッチングされたトレースである、請求項１８記載のトランスデューサ。
【請求項２１】
圧力トランスデューサのセンサ部を外部加熱するためのキットであって、
圧力センサのセンサ部に外付けするようなサイズにされたヒータ部と、
ヒータ部と連結され、ヒータ部を上昇した温度に維持するためにヒータ部を選択的に通電するよう適合されたコネクタ部と、
を含むキット。
【請求項２２】
ヒータ部が、圧力センサのセンサ部を通すサイズにされた導孔を含む、請求項２１記載のキット。
【請求項２３】
ヒータ部が、コネクタ部に連結された温度センサをさらに含む、請求項２１記載のキット。
【請求項２４】
ヒータ部が、センサ部の外表面に固定されるよう適合されたヒータラップを含む、請求項２１記載のキット。
【請求項２５】
ヒータラップが、コネクタ部に連結された温度センサを含む、請求項２４記載のキット。
【請求項２６】
コネクタ部が入力および出力を含み、入力および出力が同じタイプの接続であるが、たがいに雌雄が逆である、請求項２１記載のキット。
【請求項２７】
コネクタ部が少なくとも１個のインジケータを含む、請求項２１記載のキット。
【請求項２８】
圧力センサが高純度真空センサである、請求項２１記載のキット。
【請求項２９】
圧力トランスデューサのセンサ部を外部加熱するための複数のキットであって、
第１のキットが、
圧力トランスデューサのセンサ部に外付けするサイズにされた第１のキットヒータ部と、
第１のキットヒータ部と連結され、第１のキットヒータ部を第１の温度域内の上昇した温度に維持するために、第１のキットヒータ部を選択的に通電するよう適合された第１のキットコネクタ部と、
を含み、
第２のキットが、
圧力トランスデューサのセンサ部に外付けするサイズにされた第２のキットヒータ部と、
第２のキットヒータ部と連結され、第２のキットヒータ部を第２の温度域内の上昇した温度に維持するために、第２のキットヒータ部を選択的に通電するよう適合された第２のキットコネクタ部と、
を含む複数のキット。
【請求項３０】
第１および第２の温度域が重複しない、請求項２９記載の複数のキット。
【請求項３１】
コネクタ部およびセンサ部を有する圧力トランスデューサを作動させる方法であって、
電気ヒータを備えることと、
センサ部の外表面を加熱するために電気ヒータを配置することと、
を含む方法。
【請求項３２】
コネクタと、
センサ電子機器筐体と、
内部に形成されたセンサを有し、センサ電子機器筐体と連結されたセンサ部と、
センサ部を加熱するための手段と、
を含む圧力トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、圧力／真空トランスデューサに関する。特に、本発明は高純度用途で用いるための圧力／真空トランスデューサに関する。
【０００２】
発明の背景
圧力／真空トランスデューサは既知である。そのようなデバイスは通常、圧力源または真空源に連結し、圧力または真空によって変動する電気的特性を生じさせ、真空または圧力がオペレータまたはプロセスのその他の部分に認識され得るように、変動された電気的特性の電気的表現を提供する。
【０００３】
高純度の圧力トランスデューサまたは真空トランスデューサは、一般的な真空または圧力トランスデューサの比較的小型なサブセットである。これらのデバイスは、きわめてデリケートなおよび／または非常にクリーンなプロセスに曝されることに特に適合している。これらは、圧力トランスデューサから離脱した粒子またはそこから放出された気体でさえもが、全プロセスラインに有害な影響をおよぼす可能性のあるタイプのプロセスである。そのような用途の一例は、半導体プロセスである。
【０００４】
たとえば半導体産業における、たとえば材料の付着または除去（エッチング）を含む、高純度用途のための真空トランスデューサは、いくつかの理由から頻繁に加熱される。第１に、そのような真空トランスデューサが加熱されて、トランスデューサ内の真空センサ上に堆積した、付着またはエッチングされた材料の量を減少させる可能性がある。加えて、既知の真空センサおよび関連する構成部品は温度に影響されやすく、トランスデューサの温度を、完全に一体化されたヒータで厳密に制御する必要がある。一体化されたヒータは確実に、真空センサと関連部品の双方を厳密に制御された温度に維持する。
【０００５】
真空センサおよび関連する構成部品の双方を厳密な温度に維持する一体化されたヒータの構成は、当技術分野において多くの問題を生じさせてきた。たとえば、一体化されているというヒータの性質により、そのようなデバイスのサプライヤと顧客とが、非加熱トランスデューサのほかに、多くの場合２つまたは３つの温度域をカバーする加熱トランスデューサの在庫を抱えることが必要とされる。このことは、非加熱トランスデューサだけの場合の３〜４倍の在庫を必要とし、したがって、もし完全に一体化されたヒータが必要とされない場合に必要とされる在庫よりもはるかに多い在庫が生じる。現在の設計でのその他の問題は、真空トランスデューサを購入するとき、トランスデューサを置く正確な位置および、もし必要であれば、必要となる加熱レベルについて、顧客が決定しなければならないことである。非加熱真空トランスデューサは、単純に加熱トランスデューサに変えることができない。したがって、現在の設計は、顧客が適用することを希望するような変動する用途に対して適応性がない。現在の設計によるその他のさらなる問題は、所定のプロセスのための真空トランスデューサに対する、さまざまな温度での加熱の効果を評価することを希望する顧客が、評価する温度それぞれについて異なるトランスデューサを購入しなければならないことである。顧客は一般的に、単一の真空トランスデューサだけについて異なるヒータを試して、効果を確認するであろう。このように、どのトランスデューサを用いるかを判断しようと単に試みることで、1個以上の無駄な（少なくともその用途向けにおいて）真空トランスデューサのさらなる購入コストのほかに、プロセス中でさまざまなトランスデューサを撤去し設置するさらなる時間がしばしば生じる。現在の設計でのその他の問題は、ヒータがセンサおよび電子機器と同じハウジング内に一体化されていることである。これは、電子機器が絶えず高温に曝されることを意味し、このために電子機器の耐用年数が制限される。
【０００６】
発明の概要
改良された圧力トランスデューサが開示されている。トランスデューサは高純度用途で真空を検出するために特に適合している。トランスデューサは、コネクタ、筐体、センサ部、およびセンサ部を加熱するために配置された外部ヒータを含む。いくつかの実施態様では、センサ部は、脆性材料からなるセンサを含み、センサ内部に充填したいかなる液も使用しない。その他の態様では、本発明は、非加熱高純度真空トランスデューサの加熱使用に適合するキットを含む。キットは、コネクタ部およびコネクタ部に連結されたヒータ部を含む。コネクタ部はまた１個以上のインジケータを含むことができる。
【０００７】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１および２は、本発明の実施形態が特に有用である高純度真空トランスデューサの線図である。トランスデューサ１０は一般的に、センサ電子機器筐体１２、センサ部１４、プロセス連結部１６、および電気コネクタ１８を含む。プロセス連結部１６は一般的に、高純度環境において真空源または圧力源と連結されて、真空源または圧力源をセンサ部１４と流体連結させる。モジュール１４内部の圧力センサは、圧力により変動するという電気的特性を有する。そのような圧力センサの例には、撓み可能なダイヤフラムの静電容量に基づくセンサ、および撓み可能なダイヤフラムのひずみに基づくセンサが含まれるが、限定はされない。センサ電子機器筐体１２内部の電子機器は、センサ部１４と電気的に連結し、変化する電気的特性を測定することができるようになされている。筐体１２内部の付加的な電子機器により、電気信号をディジタル表現に変換するとともに、ディジタル出力を線形化および／または特性を示すような、さらなる機能が行われてもよい。さらに、電気出力を、任意の好適な業界標準のプロセス通信プロトコル、たとえばＨＡＲＴ（登録商標）またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスプロトコルによる伝送用に構成にすることができる。プロセス制御システムおよび／またはさらなるプロセスに関連するデバイスは、電気コネクタ１８に連結されていてもよい。
【０００８】
図３は、従来技術による高純度真空トランスデューサを図示している。トランスデューサ２０は、トランスデューサ１０と多くの類似点を有し、同様の構成部品には同じ番号が付されている。トランスデューサ２０は、センサ電子機器筐体１２内部に配置されたセンサ電子機器２２を含む。熱源２４および２６は、筐体１２およびセンサ部１４とそれぞれ熱的に連結されている。熱源２４および２６は、トランスデューサ内の真空センサ上に堆積する、付着またはエッチングされた材料の量を減少させるために、熱を供給する。真空センサおよび関連する構成部品は温度に影響されやすいため、従来の設計では、トランスデューサの精度を維持するためにヒータは非常に厳密に制御されなければならない。このように、熱源２４および２６は一般的に、トランスデューサ２０とともに製造されてその中に一体化される。これにより、完全に製造されたトランスデューサが、特定の温度域を有するという事態が発生する。
【０００９】
図４は、本発明の実施形態を実践するために、非加熱高純度圧力トランスデューサに適用できるキットの線図である。キット３０は一般的に２つの部分を含む。第1に、キット３０は、センサ部１４に連結するよう適合された被加熱部３２を含む。図４に示された実施形態では、被加熱部３２は、センサ部１４の外径を通すサイズにされた導孔３４を含む。被加熱部３２は、コイル、カートリッジ、エッチングされたトレースその他を含む任意の好適な形態を取ることができる、１個以上の加熱エレメント３５を含む。センサ部１４に被加熱部３２を固定するクランピングおよび／またはその他の方法を用いることができる。コネクタ３６は、電気的接続３８を介して被加熱部３２と電気的に連結されている。コネクタ部３６は好ましくは、被加熱部３２内部に配置された温度センサ３３を用いて被加熱部３２の温度を計算する回路を含む。さらに、コネクタ部３６は既知のヒータ制御回路（図示せず）を含み、被加熱部３２を上昇した温度に維持するために、被加熱部３２内部の加熱エレメント３５を選択的に通電する。コネクタ部３６と被加熱部３２との間の電気的接続３８は、任意の好適な数の導体を含むことができる。たとえば、被加熱部３２が電気的加熱エレメントと感温エレメントとの双方を含む実施形態の場合、接続３８は被加熱部３２内部のすべての電気的加熱エレメントおよび／またはセンサのための好適な導体を含む。
【００１０】
コネクタ部３６は好ましくは、入力４０において、高純度圧力トランスデューサのコネクタ１８に直接連結するようなサイズで構成される。たとえば、コネクタ１８が２５ピンのＤ−Ｓｕｂ雄コネクタであるとき、入力４０は２５ピンのＤ−Ｓｕｂ雌コネクタである。また、コネクタ部３６は出力４２を含み、出力４２は好ましくはコネクタ１８の出力を模倣して構成される。上記の例では、出力４２は２５ピンのＤ−Ｓｕｂ雄コネクタである。入力４０および出力４２が、単に互いの雌雄が逆なだけであるというこの構成は好ましい。しかし、これらは異なるタイプのコネクタにすることができることが、明らかに考えられる。たとえば、互いに適切なコネクタが構成され、この構成が、出力４２に連結するシステムに適応する限りにおいて、入力４０を９ピンのＤ−Ｓｕｂ雌接続にすることができ、出力を２５ピンのＤ−Ｓｕｂ雌接続にすることができる。
【００１１】
図５は、本発明の実施形態による、外部加熱キット５２に連結された高純度圧力トランスデューサ５０の線図である。システム５４は、トランスデューサ５０およびキット５２を含み、本発明の実施形態による外部加熱された高純度圧力トランスデューサシステム５４と考えられる。
【００１２】
本実施形態では、トランスデューサ５０は、少なくとも１つの重要な点でトランスデューサ２０とは異なる。トランスデューサ５０は改良されたセンサ部５８を含み、下記により十分に開示されている。センサ部５８は、減少したヒステリシスおよび温度の影響を示す。センサ部５８は、場合によってはより安価なセンサ部の温度制御に加えて、センサの個別の温度補償を可能にする。
【００１３】
図６は、一対の脆性材料基板６２、６４から形成されるセンサ６０を含む、代表的なセンサ部５８の線図である。この構造は圧力検出の技術分野では既知であり、Ｆｒｉｃｋらの米国特許第５，６３７，８０２号および６，０８９，０９７号にさらなる情報を見つけることができ、両特許は本出願の譲受人に譲渡されている。図６は、その間に毛管６６を形成する上基板６２および下基板６４を有するセンサ６０を示す。図６は、全長Ｌ、厚さＴ、幅Ｗ、検出用毛管の撓み構造の最小毛管幅ｗ、および加圧による中央撓み量ｙを示す。好ましくは、基板６２および６４は、単結晶材料、たとえばサファイアで形成され、ともに融着されて一体構造を形成する。言い換えれば、基板６２および６４の間の接着では、誤差または汚染につながる可能性のある異物が実質的にない。さらに、センサ６０が、新たな汚染源となる可能性があるいかなる充填液なしに作動することが好ましい。
【００１４】
図５に戻ると、キット５２は、トランスデューサ５０のセンサ部５８の周囲に配置されて熱的に連結された被加熱部３２を含む。キット５２のコネクタ部５６は好ましくは、インジケータ５８を除いてコネクタ部３６（図４に図示されている）と同一である。インジケータ５８は、外部加熱キット５２および／または高純度圧力トランスデューサ５０の状態を外部に表示するために、コネクタ部３６内部の回路に連結されている。１つの実施形態では、インジケータ５８はＬＥＤである。ＬＥＤを用いて、システム全体の電力、被加熱部３２内部の加熱エレメントの通電、所望の温度を下回る実際の温度、所望の温度である実際の温度、および／または所望の温度を上回る実際の温度を表示することができる。加えて、インジケータ５８は、現在の温度、設定値および／またはアラームコードを示すディジタルディスプレイを含むがこれに限らない、任意の好適な形態を取ることができる。また最後に、インジケータ５８を用いて、高純度真空トランスデューサの状況を表示することができる。たとえば、高純度真空トランスデューサ５０は、診断用の回路／ソフトウェアを具備することができ、トランスデューサ５０が効率的に作動しているか、または修理を必要としているかを判断することが可能になる。次に、１個以上のインジケータ５８によりその状況が外部に表示される。
【００１５】
図４および５に図示されたとおり、コネクタ部３６および５６は、好ましくは全く同一タイプの接続（たとえば２５ピンのＤ−Ｓｕｂ）である入力および出力を有するが、雌雄が逆である入力および出力を有する。
【００１６】
図７は、本発明のその他の実施形態による高純度圧力トランスデューサシステム７０の線図である。トランスデューサ７０は、図５について記載されたキット５２とやや類似する外部電気ヒータキット７２を含む。しかし、キット７２の被加熱部７４は、被加熱部７４がラップアラウンド型のヒータセンサ７６を含むという点で、ヒータ部５４とは異なる。ヒータセンサ７６は一般的に、水平に置いたときに平面が矩形を有する柔軟なユニットで形成される。ユニット７６は、加熱エレメントおよび感温エレメント、たとえばサーミスタ、熱電対、またはＲＴＤを含む。ヒータセンサラップ７６は、ラップ７６が圧力センサ部５８に適用されることができて実質的にセンサ部５８を覆うような矩形寸法を有する。センサ部５８にヒータラップ７６を固定するために、任意の好適な接着剤および／またはクランピングデバイスを用いることができる。
【００１７】
図８は、本発明の実施形態によるラップ７６の、拡大された線図である。図示されたとおり、ラップ７６はセンサ部５８の周囲に配置されて、接着剤、クランプまたは両方によりそこに固定するよう適合される。
【００１８】
図９は、本発明のその他の実施形態による、外部加熱された高純度真空トランスデューサシステム８０の線図である。システム８０は、コネクタ部８４に電気的に接続された被加熱ラップ部７６を含む外部加熱キット８２を含む。コネクタ部８４は、センサ電子機器筐体１２とほぼ同じ外寸法（たとえば直径）のサイズにされているという点で、先に記載されたコネクタ部とは異なる。コネクタ部８４はその内部に、回路のための付加的なスペースを備える。好ましくは、コネクタ部８４は一対の実質的に同一であるコネクタをさらに含み、ここで入力および出力コネクタは雌雄が逆である。図示されたとおり、コネクタ部８４は好ましくは、コネクタ部８４がセンサ電子機器筐体１２にしっかりと固定され得ることを確実にする1つ以上の留め具８６（たとえばねじ）を含む。また、コネクタ部８４は、上述されたような表示を備えるための複数のインジケータ５８を含む。インジケータ５８は、コネクタ部８４の上面８８上に配置されているとして図９に図示されている。しかし、インジケータ５８は任意の適正な位置に配置されることができる。
【００１９】
圧力トランスミッタのセンサ部に近接してヒータ／センサアセンブリを用いることにより、多くの利点が提供される。第１にこのアセンブリは、故障した場合には撤去して交換することができる。加えて、さまざまな用途および温度域に適応させるために、異なるヒータセンサアセンブリに迅速かつ容易に入れ替えることができる。たとえば、１つのアセンブリは高温向けに推奨でき、もう１つのアセンブリは高熱量需要向けに推奨でき、さらにもう１つのアセンブリはきわめて厳密な熱制御向けに推奨できる。したがって、ひとつのアセンブリを第１の温度域向けに用い、一方で第２のアセンブリを第２の温度域向けに用いてもよい。第１および第２の温度域は重複していてもよいが、する必要はない。このように、アセンブリの選択により、幅広い拡張性を備えることができる。
【００２０】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形状および詳細に変更を加えることができることが認識されよう。たとえば、本発明の実施形態は概して高純度環境での真空の検出に焦点を当てているが、トランスデューサが、膨張する気体により発生するジュールトンプソン冷却の影響を受けやすい場合、本発明の実施形態をガス圧力トランスデューサとともに用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態が特に有用である高純度真空トランスデューサの線図である。
【図２】本発明の実施形態が特に有用である高純度真空トランスデューサの線図である。
【図３】従来技術による高純度真空トランスデューサの線図である。
【図４】本発明の実施形態を実践するために、非加熱高純度真空トランスデューサに適用できるキットの線図である。
【図５】本発明の実施形態による外部加熱キット５２に連結された高純度真空トランスデューサ５０の線図である。
【図６】一対の脆性材料基板から形成されるセンサ６０を含むセンサ部５８の線図である。
【図７】本発明のその他の実施形態による高純度真空トランスデューサシステム７０の線図である。
【図８】本発明の実施形態によるラップ７６の拡大された線図である。
【図９】本発明のその他の実施形態による外部加熱された高純度真空トランスデューサシステムの線図である。
【図１】
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【図２】
2008506947.tif 000004
【図３】
2008506947.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008506947.tif 000009
【図８】
2008506947.tif 000010
【図９】
2008506947.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月23日(2007.4.23)
【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】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
センサが融着される、請求項１記載のトランスデューサ。
【国際調査報告】
2008506947.tif 000012
2008506947.tif 000013