JP2007155500A - Capacitance type pressure sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空度(ガス圧力)に応じて変形するダイヤフラムと固定電極との間に発生する静電容量の変化から真空度を測定する静電容量式圧力センサ装置に係わり、特にセンサ部分を高温に温調した、高温用の静電容量式圧力センサ装置に関するものである。 The present invention relates to a capacitance-type pressure sensor device that measures a vacuum degree from a change in capacitance generated between a diaphragm that deforms according to a degree of vacuum (gas pressure) and a fixed electrode, and in particular, a sensor portion. The present invention relates to a high-temperature capacitive pressure sensor device that is temperature-controlled.
従来から、半導体を製造するプラズマエッチング装置やスパッタ装置等の製造装置において、真空チャンバの真空度を測定するために静電容量式圧力センサ装置が用いられるが、ガスの種類によっては、ダイヤフラム面への凝着によってその撓み量が変化しセンサ部分が誤動作するため、これを防止すべく、センサ部分が高温となるように構成したものが提供されている。 Conventionally, in a manufacturing apparatus such as a plasma etching apparatus or a sputtering apparatus for manufacturing a semiconductor, a capacitance type pressure sensor device is used to measure a vacuum degree of a vacuum chamber, but depending on the type of gas, a diaphragm surface is used. In order to prevent the sensor part from malfunctioning due to a change in the amount of deflection caused by the adhesion of the sensor, a sensor part configured to have a high temperature is provided.
具体的にこの種の静電容量式圧力センサ装置は、例えば、上下に分離して成り且つ熱絶縁性の部材で連結した下側ケースおよび上側ケースを具備して成る。そして、下側ケースには、熱シェルと、この熱シェルの中に配して成り且つ真空チャンバに接続する接続ポート内に存在するガスの圧力を感知するセンサと、この圧力センサを所定の動作温度まで加熱するヒータとを設ける一方、上側ケースには、センサの出力端子の間のキャパシタンスの値を感知して、該キャパシタンスから接続ポートにおけるガスの圧力を表す出力信号を発生する回路部を設けた上で、これら上下のケース間には、熱伝導率の高い薄板状の輻射フィンを設けることにより、ヒータで発生した熱が、回路部に伝熱することを防止するように構成されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら従来の構成では、センサと回路部とを熱が伝わり難くするために上側ケースと下側ケースとを別体として、さらにその間を空間としているため、装置が大型化し取付スペース、組立の作業性並びにコスト高が問題となっている。 However, in the conventional configuration, in order to make it difficult for heat to be transmitted between the sensor and the circuit unit, the upper case and the lower case are separated and a space is provided between them. In addition, high costs are a problem.
そこで本発明は、高温用として使用可能でありながらも小型化や組立易さを改善でき且つトータルコストを削減できるといった優れた静電容量式圧力センサ装置を提供することをその主たる課題としたものである。 Accordingly, the main object of the present invention is to provide an excellent capacitive pressure sensor device that can be used for high temperatures but can be reduced in size and ease of assembly and can reduce the total cost. It is.
すなわち、本発明に係る静電容量式圧力センサ装置は、外部のチャンバのガスの圧力を感知する静電容量式のセンサと、このセンサを所定の動作温度に加熱するヒータと、前記センサで感知したキャパシタンスの値から外部のチャンバのガスの圧力を表す出力信号を発生する回路部と、前記センサおよび前記ヒータを収容するセンサ収容部と、前記回路部を収容する回路収容部と、これら各収容部を間仕切り且つ前記ヒータで発生した熱が前記回路収容部に伝熱することを防止する伝熱防止部とを備えるケースと、前記センサと前記回路部とを電気的に接続するとともに、前記センサと前記回路部とを安定支持する構造体としての機能および前記伝熱防止部と少なくとも同程度に各収容部間の伝熱を防止する伝熱防止体としての機能のうち少なくともいずれか一方の機能を有するコネクタとを具備して成ることを特徴とする。 That is, the capacitance type pressure sensor device according to the present invention is a capacitance type sensor that senses the pressure of gas in an external chamber, a heater that heats the sensor to a predetermined operating temperature, and the sensor. A circuit unit that generates an output signal representing the gas pressure in the external chamber from the capacitance value, a sensor housing unit that houses the sensor and the heater, a circuit housing unit that houses the circuit unit, and each of these housings A case having a heat transfer preventing portion that partitions the portion and prevents heat generated by the heater from being transferred to the circuit housing portion; and electrically connecting the sensor and the circuit portion; and Among the functions as a structure that stably supports the circuit portion and the heat transfer prevention body that prevents heat transfer between the accommodating portions at least as much as the heat transfer prevention portion. Even Ku characterized by comprising comprises a connector having one of the functions.
このようなものによれば、伝熱防止部によって、センサ収容部から回路収容部に向かう伝熱と対流と熱輻射とを防止して、回路部の誤動作を防止することができ、電子部品の長寿命化にも資する。また、センサ収容部と回路収容部とを伝熱防止部で仕切ることでそれら収容部を離間させることなく共通のケース内に設けているため、当該装置のコンパクト化を図ることができる上、組み立て易さも改善することができ、さらには、トータルコストの削減を行うことができる。 According to such a configuration, the heat transfer prevention unit can prevent heat transfer, convection, and heat radiation from the sensor housing unit to the circuit housing unit, thereby preventing malfunction of the circuit unit. Contributes to longer life. In addition, since the sensor housing part and the circuit housing part are separated by the heat transfer prevention part and are provided in a common case without being separated, the apparatus can be made compact and assembled. Ease of use can also be improved, and furthermore, the total cost can be reduced.
すなわち、高温用として使用可能でありながらも小型化や組立易さを改善でき且つトータルコストを削減できるといった優れた静電容量式圧力センサ装置を提供することができる。 That is, it is possible to provide an excellent capacitive pressure sensor device that can be used for high temperatures but can be reduced in size and ease of assembly and can reduce the total cost.
なお、前記コネクタが、略筒状を成しシールド材として用いる外側導体とこの外側導体の内部空間内に配され信号ラインとして用いる内側導体とを具備し、これら各導体の両方を、前記構造体としての機能を有するように構成しているのであれば、外側導体と内側導体との間の距離を一定とすることができる。したがって、その間にある静電容量も変化しないので、回路部の誤動作を好適に防止するに資する。 The connector comprises an outer conductor that is substantially cylindrical and used as a shielding material, and an inner conductor that is disposed in the inner space of the outer conductor and used as a signal line. Both of these conductors are connected to the structure. The distance between the outer conductor and the inner conductor can be constant. Therefore, since the electrostatic capacitance in the meantime does not change, it contributes to suitably preventing malfunction of the circuit unit.
前記外側導体の回路部側または前記内側導体の回路部側を、漸次先細形状に形成しているのであれば、センサから回路部への伝熱を、その先端形状によって効果的に防止することができる。 If the circuit portion side of the outer conductor or the circuit portion side of the inner conductor is formed in a gradually tapered shape, heat transfer from the sensor to the circuit portion can be effectively prevented by the tip shape. it can.
前記外側導体の周壁に、内側導体で輻射される熱が外側導体の外部空間へ放熱されることを促す放熱促進孔を設けているのであれば、内側導体を介してセンサから回路部に伝熱する熱が、放熱促進孔から放熱されるため、センサ側の熱が回路部側に伝熱することを、効果的に防止することができる。 If a heat dissipation promotion hole is provided on the peripheral wall of the outer conductor to promote the heat radiated from the inner conductor to the outer space of the outer conductor, heat is transferred from the sensor to the circuit section via the inner conductor. Since the heat to be radiated is radiated from the heat radiation promotion hole, it is possible to effectively prevent the heat on the sensor side from being transferred to the circuit portion side.
前記コネクタの主要部に、ステンレス材を用いているのであれば、例えば銅製のものに比べ熱伝導率が低いので、センサから回路部への伝熱を、効果的に防止することができる。 If a stainless steel material is used for the main part of the connector, heat transfer from the sensor to the circuit part can be effectively prevented because, for example, the heat conductivity is lower than that of copper.
前記コネクタが、放熱用フィンを具備して成るのであれば、より大きな放熱効果を得られるので、コネクタの全体長を短くすることができ、装置のコンパクト化に資する。 If the connector is provided with heat radiating fins, a greater heat radiating effect can be obtained, so that the overall length of the connector can be shortened, contributing to the compactness of the apparatus.
本発明のコネクタの望ましい態様としては、該コネクタが、前記ケースの構造体としての機能を発揮するように構成していることが好ましい。 As a desirable mode of the connector of the present invention, it is preferable that the connector is configured to exhibit the function as the structure of the case.
前記センサ収容部が、前記ケースの周壁である外側ケースから内側へオフセットさせた位置に設けた内側ケース内に形成して成るものであれば、外側ケースと内側ケースとの二重構造によって、ヒータで発生した熱が外部へ伝熱することを効果的に防止することができる。 If the sensor housing portion is formed in an inner case provided at a position offset inward from the outer case, which is a peripheral wall of the case, the heater is formed by a double structure of the outer case and the inner case. It is possible to effectively prevent the heat generated in the heat transfer to the outside.
前記内側ケースの外側に輻射される輻射熱を減らすには、この内側ケースを、光沢のある金属にて形成していることが望ましい。 In order to reduce the radiant heat radiated to the outside of the inner case, it is desirable that the inner case be formed of a glossy metal.
前記外側ケースの周壁に、外側ケースと内側ケースとの間に形成される内部空間にある空気と、外側ケースの外部空間にある空気との対流を促すセンサ側対流促進孔を設けているのであれば、内側ケースの表面を、センサ側対流促進孔から流出入する空気を利用して冷却することができる。 A sensor side convection promoting hole is provided in the peripheral wall of the outer case to promote convection between the air in the inner space formed between the outer case and the inner case and the air in the outer space of the outer case. For example, the surface of the inner case can be cooled using air flowing in and out of the sensor side convection promoting hole.
前記回路収容部を形成する周壁に、当該回路収容部の内部空間にある空気と、当該回路収容部の外部空間にある空気との対流を促す回路側対流促進孔を設けているのであれば、回路収容部内に露出するコネクタの表面および回路部の表面を、回路側対流促進孔から流出入する空気を利用して冷却することができる。 If the circuit side convection promoting hole that promotes convection between the air in the internal space of the circuit housing portion and the air in the external space of the circuit housing portion is provided on the peripheral wall forming the circuit housing portion, The surface of the connector exposed in the circuit housing portion and the surface of the circuit portion can be cooled using air flowing in and out from the circuit side convection promoting hole.
前記回路部が、前記センサに接離する方向に空気層を介して複数段に配して成る複数の基板を具備して成るのであれば、例えば、複数の基板のうち、センサ収容部から遠い位置にある基板に、比較的耐熱性の低い部品を配置すれば、その部品の長寿命化に資する。 If the circuit unit includes a plurality of substrates arranged in a plurality of stages through an air layer in a direction contacting and separating from the sensor, for example, among the plurality of substrates, the sensor unit is far from the sensor housing unit. Placing a component with relatively low heat resistance on the substrate at the position contributes to extending the life of the component.
このように本発明に係る静電容量式圧力センサ装置は、伝熱防止部によって、センサ収容部から回路収容部に向かう伝熱と対流と熱輻射とを防止して、回路部の誤動作を防止することができ、電子部品の長寿命化にも資する。また、センサ収容部と回路収容部とを伝熱防止部で仕切ることでそれら収容部を離間させることなく共通のケース内に設けているため、当該装置のコンパクト化を図ることができる上、組み立て易さも改善することができ、さらには、トータルコストの削減を行うことができる。 As described above, the capacitance type pressure sensor device according to the present invention prevents heat transfer, convection, and heat radiation from the sensor housing portion to the circuit housing portion by the heat transfer preventing portion, thereby preventing malfunction of the circuit portion. Can contribute to extending the life of electronic components. In addition, since the sensor housing part and the circuit housing part are separated by the heat transfer prevention part and are provided in a common case without being separated, the apparatus can be made compact and assembled. Ease of use can also be improved, and furthermore, the total cost can be reduced.
すなわち、高温用として使用可能でありながらも小型化や組立易さを改善でき且つトータルコストを削減できるといった優れた静電容量式圧力センサ装置を提供することができる。 That is, it is possible to provide an excellent capacitive pressure sensor device that can be used for high temperatures but can be reduced in size and ease of assembly and can reduce the total cost.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態の静電容量式圧力センサ装置Aは、例えば、半導体を製造するプラズマエッチング装置やスパッタ装置等の製造装置において、図示しない真空チャンバ(本発明の「外部のチャンバ」に相当)の真空度を測定するために用いられるものであって、図1に示すように、真空チャンバと接続する接続ポート1と、この接続ポート1を利用して真空チャンバのガスの圧力を感知する静電容量式のセンサ2と、このセンサ2を所定の動作温度まで加熱するヒータHと、前記センサ2で感知したキャパシタンスの値から真空チャンバのガスの圧力を表す出力信号を発生する回路部3と、前記センサ2および前記ヒータHを収容するセンサ収容部4aと、前記回路部3を収容する回路収容部4bと、これら各収容部を間仕切り且つ前記ヒータHで発生した熱が前記回路収容部4bに伝熱することを防止する伝熱防止部4cとを備えるケース4と、前記センサ2と前記回路部3とを電気的に接続するとともに、前記センサ2と前記回路部3とを安定支持する構造体としての機能および前記伝熱防止部4cと少なくとも同程度に各収容部間の伝熱を防止する伝熱防止体としての機能の両方の機能を有するコネクタ5とを具備して成るものである。以下、具体的に各部を説明するが、説明の便宜上、この静電容量式圧力センサ装置Aの上下を、接続ポート1を備える側を下側、後述するコネクタ4pを備える側を上側として説明を進める。 The capacitive pressure sensor device A of the present embodiment is a vacuum chamber (corresponding to an “external chamber” of the present invention) (not shown) in a manufacturing apparatus such as a plasma etching apparatus or a sputtering apparatus for manufacturing a semiconductor. As shown in FIG. 1, a connection port 1 connected to the vacuum chamber and a capacitance for sensing the pressure of the gas in the vacuum chamber using the connection port 1 are used. A sensor 2 of the formula, a heater H that heats the sensor 2 to a predetermined operating temperature, a circuit unit 3 that generates an output signal representing the pressure of the gas in the vacuum chamber from the capacitance value sensed by the sensor 2, A sensor accommodating portion 4a that accommodates the sensor 2 and the heater H, a circuit accommodating portion 4b that accommodates the circuit portion 3, a partition between the accommodating portions and the heater H The sensor 4 and the circuit unit 3 are electrically connected to the case 4 including the heat transfer prevention unit 4c that prevents the generated heat from being transferred to the circuit housing unit 4b, and the sensor 2 A connector having both a function as a structure that stably supports the circuit portion 3 and a function as a heat transfer prevention body that prevents heat transfer between the accommodating portions at least as much as the heat transfer prevention portion 4c. 5. Hereinafter, each part will be specifically described. For convenience of explanation, the upper and lower sides of the capacitive pressure sensor device A are described with the side including the connection port 1 as the lower side and the side including the connector 4p described later as the upper side. Proceed.
接続ポート1は、真空チャンバと着脱可能な接続部(図示せず)を先端に備えた略円筒状のものであって、本実施形態では、ステンレス製のものとしているが、これに限られるものではない。 The connection port 1 has a substantially cylindrical shape provided with a connection portion (not shown) that can be attached to and detached from the vacuum chamber, and is made of stainless steel in this embodiment, but is not limited thereto. is not.
センサ2は、図2に示すように、張力を加えた薄いメタル製のダイヤフラム2aで仕切られた、高真空に保たれて成る基準室2bと、前記接続ポート1に接続されて成る真空計測室2cとを具備し、真空計測室2c側の圧力によってダイヤフラム2aが変位した際に生じる、ダイヤフラム2aと基準室2b内に設けた固定電極2dとの間dの静電容量の変動を、キャパシタンスの値を示す圧力信号(電気信号)に変換して出力するように構成したものである。 As shown in FIG. 2, the sensor 2 includes a reference chamber 2 b that is partitioned by a thin metal diaphragm 2 a to which tension is applied and is maintained at a high vacuum, and a vacuum measurement chamber that is connected to the connection port 1. 2c, and the capacitance variation of d between the diaphragm 2a and the fixed electrode 2d provided in the reference chamber 2b, which is generated when the diaphragm 2a is displaced by the pressure on the vacuum measuring chamber 2c side, The pressure signal (electric signal) indicating the value is converted and output.
ヒータHは、センサ2を所定の動作温度である200℃付近となるように加熱するものである。なお、この動作温度は、図示しない温調部によって、調整可能に構成している。 The heater H heats the sensor 2 so as to be around 200 ° C. which is a predetermined operating temperature. The operating temperature is configured to be adjustable by a temperature control unit (not shown).
回路部3は、3枚の基板31a〜31c(以下、基板31と総称する)を具備し、これら基板31を、センサ2に接離する方向に所定間隔離間させて、空気層を挟み込んだ複数段となるように配している。そして、本実施形態では、これら複数の基板31のうち、センサ収容部4aから遠い位置にある基板31aに、比較的耐熱性の低い部品を配置するようにしているが、実施態様に応じて適宜変更可能である。 The circuit unit 3 includes three substrates 31 a to 31 c (hereinafter collectively referred to as a substrate 31), and these substrates 31 are spaced apart from each other by a predetermined distance in a direction in which they are in contact with and separated from the sensor 2, and a plurality of air layers are sandwiched therebetween. Arranged to be stepped. In the present embodiment, among the plurality of substrates 31, components having relatively low heat resistance are arranged on the substrate 31a located far from the sensor housing portion 4a. It can be changed.
ケース4は、外側ケース41と、この外側ケース41から内側へオフセットさせた位置に設けた内側ケース42と、これら外側ケース41と内側ケース42とを間仕切る位置に配した伝熱防止部4cと、この伝熱防止部4cの回路部3側に取り付けた回路部3を支持するための一対の支持部材43とを具備するものである。 The case 4 includes an outer case 41, an inner case 42 provided at a position offset inward from the outer case 41, and a heat transfer prevention portion 4c arranged at a position for partitioning the outer case 41 and the inner case 42. And a pair of support members 43 for supporting the circuit unit 3 attached to the circuit unit 3 side of the heat transfer prevention unit 4c.
外側ケース41は、断面視略部分円弧状の部分411aと直線上の部分411bとをそれぞれ2箇所に有し全体としては略円筒状を成す外側ケース周壁411と、この外側ケース周壁411の上下両端部をそれぞれ閉塞する外側ケース頂壁412および外側ケース底壁413とを具備し、これら各部をステンレス材により一体に形成して成る。 The outer case 41 includes an outer case peripheral wall 411 having a substantially arcuate part 411a and a straight part 411b in cross-sectional view in two locations, each having a substantially cylindrical shape as a whole, and upper and lower ends of the outer case peripheral wall 411. An outer case top wall 412 and an outer case bottom wall 413 are provided to close the respective parts, and these parts are integrally formed of stainless steel.
そして、外側ケース周壁411の下端側および外側ケース底壁413には、外側ケース41と内側ケース42との間に形成される内部空間にある空気と、外側ケース41の外部空間にある空気との対流を促す複数のセンサ側対流促進孔41xをそれぞれ設けている。また、外側ケース周壁411の上端側(本発明の「回路収容部4bを形成する周壁」に相当)には、回路収容部4bの内部空間にある空気と、回路収容部4bの外部空間にある空気との対流を促す回路側対流促進孔41yを設けている。なお、本実施形態では、この各促進孔41x、41yの形状を、長孔状としているが、例えば丸孔とする等、これに限られるものではない。さらに、外側ケース頂壁412には、回路部3に接続されるコネクタ4p及び回路部3の調整用操作部4qを設け、外側ケース底壁413の略中央部には、接続ポート1を挿通する外側ポート挿通孔41zを設けている。 The lower end side of the outer case peripheral wall 411 and the outer case bottom wall 413 include air in the internal space formed between the outer case 41 and the inner case 42 and air in the outer space of the outer case 41. A plurality of sensor-side convection promoting holes 41x that promote convection are provided. In addition, on the upper end side of the outer case peripheral wall 411 (corresponding to the “periphery wall forming the circuit housing portion 4b” of the present invention), there is air in the internal space of the circuit housing portion 4b and the external space of the circuit housing portion 4b. A circuit-side convection promoting hole 41y that promotes convection with air is provided. In the present embodiment, the shape of each of the promotion holes 41x and 41y is a long hole, but is not limited to a round hole, for example. Further, the outer case top wall 412 is provided with a connector 4p connected to the circuit unit 3 and an adjustment operation unit 4q of the circuit unit 3, and the connection port 1 is inserted through a substantially central portion of the outer case bottom wall 413. An outer port insertion hole 41z is provided.
内側ケース42は、略円筒状を成す内側ケース周壁421と、この内側ケース周壁421の上下両端部をそれぞれ閉塞する内側ケース頂壁422および内側ケース底壁423とを具備し、これら各部を光沢のある金属であるステンレス材により一体に形成して成る。そして、内側ケース頂壁422には、コネクタ5を挿通するためのコネクタ挿通孔42xを設け、内側ケース底壁423の略中央部には、接続ポート1を挿通する内側ポート挿通孔42yを設けている。また、本実施形態では、内側ケース42の内部空間に、例えばシリコンスポンジなどの断熱材4Dを配している。 The inner case 42 includes an inner case peripheral wall 421 having a substantially cylindrical shape, and an inner case top wall 422 and an inner case bottom wall 423 that respectively close upper and lower ends of the inner case peripheral wall 421. It is integrally formed of a certain stainless steel material. The inner case top wall 422 is provided with a connector insertion hole 42x through which the connector 5 is inserted, and an inner port insertion hole 42y through which the connection port 1 is inserted is provided at a substantially central portion of the inner case bottom wall 423. Yes. In the present embodiment, a heat insulating material 4D such as a silicon sponge is disposed in the internal space of the inner case 42.
伝熱防止部4cは、薄板状のものであって、本実施形態では、ステンレス製のものとしている。そして、中央部には厚み方向に貫通しコネクタ5を挿通可能な貫通孔4c1を設けている。 The heat transfer preventing portion 4c is a thin plate, and is made of stainless steel in the present embodiment. A through hole 4c1 that penetrates in the thickness direction and allows the connector 5 to be inserted is provided in the central portion.
支持部材43は、断面視略コ字状を有するものであって、本実施形態では、金属製のものとしている。 The support member 43 has a substantially U shape in a sectional view, and is made of metal in this embodiment.
コネクタ5は、図3、図4に示すように、上端側を、ケース4に間接的に支持させた回路部3に取り付ける一方、下端側を、ケース4に間接的に支持させたセンサ2に取り付けることで、このコネクタ5が、ケース4の構造体としての機能を発揮するように構成しているものであって、センサ2−回路部3間の信号ラインとして用いられ略一直線上に配されて成る回路部側中心コンタクト体511(本発明の「内側導体」に相当)及びセンサ側中心コンタクト体512と、これら両コンタクト体511、512(以下、「コンタクト体51」と総称する)のシールド材として外側を覆うように配される回路部側シェル体521(本発明の「外側導体」に相当)及びセンサ側シェル体522と、コンタクト体51と両シェル体521、522(以下、「シェル体52」と総称する)との間に配される3つのインシュレータ531〜533(以下、「インシュレータ53」と総称する)と、センサ側シェル体522のセンサ2側に設けた対センサ2接続用のバネリング54とを具備して成る。より具体的に各部を説明する。 As shown in FIGS. 3 and 4, the connector 5 is attached to the circuit unit 3 whose upper end side is indirectly supported by the case 4, while the lower end side is attached to the sensor 2 indirectly supported by the case 4. The connector 5 is configured so as to exhibit the function as the structure of the case 4 by being attached, and is used as a signal line between the sensor 2 and the circuit unit 3 and is arranged on a substantially straight line. And the sensor side central contact body 512 and the sensor side central contact body 512, and the shields of both the contact bodies 511 and 512 (hereinafter collectively referred to as "contact body 51"). The circuit part side shell body 521 (corresponding to the “outer conductor” of the present invention) and the sensor side shell body 522, the contact body 51, and both shell bodies 521 and 522 ( The three insulators 531 to 533 (hereinafter collectively referred to as “insulator 53”) disposed between the “shell body 52” and the sensor-side shell body 522 on the sensor 2 side. And a spring ring 54 for connecting the sensor 2. Each part will be described more specifically.
回路部側中心コンタクト体511は、ステンレス材により形成した略中実軸形状のものであって、回路部3側を伝熱防止のために漸次先細形状に構成し、センサ2側をセンサ側中心コンタクト体512との接続のために先細形状に構成している。 The circuit part side center contact body 511 is formed of a stainless steel material and has a substantially solid shaft shape. The circuit part 3 side is gradually tapered to prevent heat transfer, and the sensor 2 side is centered on the sensor side. A tapered shape is formed for connection to the contact body 512.
センサ側中心コンタクト体512は、ベリ銅により形成した略中実軸形状のものであって、回路部3側に、回路部側中心コンタクト体511のセンサ側端部511bを嵌入保持する第1嵌入部512aを備えている。 The sensor-side center contact body 512 has a substantially solid shaft shape made of beryl copper, and has a first fitting that fits and holds the sensor-side end 511b of the circuit-part-side center contact body 511 on the circuit part 3 side. A portion 512a is provided.
回路部側シェル体521は、ステンレス材により形成した略円筒形状のものであって、回路部3側を伝熱防止のために漸次先細形状に構成している。そして、この回路部側シェル体521の周壁に、回路部側中心コンタクト体511で輻射される熱が回路部側シェル体521の外部空間へ放熱されることを促す放熱促進孔521xを設けている。なお、本実施形態では、この放熱促進孔521xの形状を、長孔状としているが、例えば丸孔とする等、これに限られるものではない。 The circuit part side shell body 521 is formed in a substantially cylindrical shape made of a stainless material, and the circuit part 3 side is gradually tapered to prevent heat transfer. Further, a heat radiation promotion hole 521x is provided on the peripheral wall of the circuit part side shell body 521 to promote heat radiated from the circuit part side center contact body 511 to the outside space of the circuit part side shell body 521. . In the present embodiment, the shape of the heat radiation promotion hole 521x is a long hole, but the shape is not limited to this, for example, a round hole.
センサ側シェル体522は、リン青銅により形成した略円筒形状のものであって、回路部3側に、回路部側シェル体521のセンサ側端部521bを嵌入保持する第2嵌入部522aを備えている。 The sensor-side shell body 522 has a substantially cylindrical shape made of phosphor bronze, and includes a second fitting portion 522a that fits and holds the sensor-side end portion 521b of the circuit-side shell body 521 on the circuit portion 3 side. ing.
インシュレータ531〜533は、それぞれ四フッ化エチレン樹脂(PTFE)により形成したものである。 The insulators 531 to 533 are each made of tetrafluoroethylene resin (PTFE).
バネリング54は、ベリ銅により形成した略円筒形状のものである。 The spring ring 54 has a substantially cylindrical shape made of beryl copper.
次に上記構成の静電容量式圧力センサ装置Aの動作について説明する。 Next, the operation of the capacitive pressure sensor device A having the above configuration will be described.
まず、センサ2を動作温度である200℃近傍となるようにヒータHで加熱する。 First, the sensor 2 is heated by the heater H so as to be in the vicinity of the operating temperature of 200 ° C.
すると、ヒータHで暖められたセンサ2は、コネクタ5と接続されているため、センサ2の熱がコネクタ5に伝わっていく(以下、「コネクタ5方向への伝熱経路」と称する)。また、ヒータHの熱は、その近傍に配した断熱材4Dで一部断熱されるが、残りの熱が内側ケース42へと伝わっていく(以下、「内側ケース42方向への伝熱経路」と称する)。 Then, since the sensor 2 heated by the heater H is connected to the connector 5, the heat of the sensor 2 is transferred to the connector 5 (hereinafter referred to as “heat transfer path in the direction of the connector 5”). Further, the heat of the heater H is partially insulated by the heat insulating material 4D disposed in the vicinity thereof, but the remaining heat is transferred to the inner case 42 (hereinafter, “heat transfer path toward the inner case 42”). Called).
コネクタ5方向への伝熱経路で伝わる熱は、さらに、コネクタ5を介して回路部3に伝わろうとする。しかしながら、コネクタ5には、その主要部である回路部側中心コンタクト体511および回路部側シェル体521に、ステンレス材を用いている上、それぞれの回路部3側を、漸次先細形状に構成しているため、ここで良好な断熱効果を得られる。また、回路部側中心コンタクト体511が、熱を輻射した場合でも、その熱は、回路部側シェル体521に設けた放熱促進孔521xから回路収容部4bに放熱される。そしてさらに、この回路収容部4b内は、回路側対流促進孔41yから出入りする空気によって冷却される。したがって、コネクタ5方向への伝熱経路で伝わる熱は、その経路途中で良好に断熱されることとなる。 The heat transferred through the heat transfer path in the direction of the connector 5 is further transferred to the circuit unit 3 via the connector 5. However, the connector 5 uses stainless steel for the circuit part side central contact body 511 and the circuit part side shell body 521 which are the main parts of the connector 5, and each circuit part 3 side is gradually tapered. Therefore, a good heat insulating effect can be obtained here. Further, even when the circuit part side center contact body 511 radiates heat, the heat is radiated to the circuit housing part 4 b from the heat radiation promotion hole 521 x provided in the circuit part side shell body 521. Further, the inside of the circuit accommodating portion 4b is cooled by the air entering and exiting from the circuit side convection promoting hole 41y. Therefore, the heat transmitted through the heat transfer path toward the connector 5 is well insulated in the middle of the path.
一方、内側ケース42方向への伝熱経路で、内側ケース42に伝わる熱は、該内側ケース42の光沢な内側面で反射し、外部に輻射されることを防止される。また、暖められた内側ケース42は、センサ側対流促進孔41xから出入りする空気によって冷却される。また、内側ケース42の上面側から回路部3側に伝わろうとする熱は、伝熱防止部4cによって断熱される。 On the other hand, heat transmitted to the inner case 42 through the heat transfer path toward the inner case 42 is reflected by the glossy inner surface of the inner case 42 and is prevented from being radiated to the outside. Further, the warmed inner case 42 is cooled by air entering and exiting from the sensor side convection promoting hole 41x. Moreover, the heat which is going to be transmitted from the upper surface side of the inner case 42 to the circuit part 3 side is insulated by the heat transfer prevention part 4c.
このように、センサ2を動作温度である200℃近傍となるようにヒータHで加熱しても、各伝熱経路を介して伝わる熱は、その経路途中で良好に放熱または断熱され、回路部3近傍の温度を70度以下とし、ケース4の表面温度を50度以下とすることができる。 Thus, even if the sensor 2 is heated by the heater H so as to be close to the operating temperature of 200 ° C., the heat transferred through each heat transfer path is well radiated or insulated in the middle of the path, and the circuit unit The temperature in the vicinity of 3 can be 70 degrees or less, and the surface temperature of the case 4 can be 50 degrees or less.
したがって、このような静電容量式圧力センサ装置Aによれば、伝熱防止部4cによって、センサ収容部4aから回路収容部4bに向かう伝熱と対流と熱輻射とを防止して、回路部3の誤動作を防止することができ、電子部品の長寿命化にも資する。また、センサ収容部4aと回路収容部4bとを伝熱防止部4cで仕切ることでそれら収容部4a、4bを離間させることなく共通のケース4内に設けているため、当該装置のコンパクト化を図ることができる上、組み立て易さも改善することができ、さらには、トータルコストの削減を行うことができる。 Therefore, according to such a capacitance type pressure sensor device A, the heat transfer prevention part 4c prevents heat transfer, convection, and heat radiation from the sensor housing part 4a to the circuit housing part 4b, and the circuit part. 3 can be prevented, and contributes to the extension of the life of the electronic component. Further, since the sensor housing portion 4a and the circuit housing portion 4b are partitioned by the heat transfer prevention portion 4c and the housing portions 4a and 4b are provided in the common case 4 without being separated from each other, the device can be made compact. In addition to improving the ease of assembly, the total cost can be reduced.
すなわち、高温用として使用可能でありながらも小型化や組立易さを改善でき且つトータルコストを削減できるといった優れた静電容量式圧力センサ装置Aを提供することができる。 That is, it is possible to provide an excellent capacitive pressure sensor device A that can be used for high temperatures but can be reduced in size and ease of assembly and can reduce the total cost.
また、前記コネクタ5が、略円筒状を成しシールド材として用いる回路部側シェル体521とこの回路部側シェル体521の内部空間内に配され信号ラインとして用いる回路部側中心コンタクト体511とを具備し、これら各導体の両方を、前記構造体としての機能を有するように構成しているので、回路部側シェル体521と回路部側中心コンタクト体511との間の距離を一定とすることができる。したがって、その間にある空気の持っている静電容量も変化しないので、回路部3の誤動作を好適に防止するに資する。 Further, the connector 5 is formed in a substantially cylindrical shape and used as a shield member, and a circuit portion side shell body 521, and a circuit portion side center contact body 511 used in the internal space of the circuit portion side shell body 521 and used as a signal line; Since both of these conductors have a function as the structure, the distance between the circuit part side shell body 521 and the circuit part side center contact body 511 is constant. be able to. Therefore, since the electrostatic capacity of the air in between does not change, it contributes to preferably preventing malfunction of the circuit unit 3.
また、前記回路部側シェル体521の回路部3側および前記回路部側中心コンタクト体511の回路部3側を、漸次先細形状に形成しているので、センサ2から回路部3への伝熱を、その先端形状によって効果的に防止することができる。 Further, since the circuit part 3 side of the circuit part side shell body 521 and the circuit part 3 side of the circuit part side central contact body 511 are gradually formed in a tapered shape, heat transfer from the sensor 2 to the circuit part 3 Can be effectively prevented by the shape of the tip.
また、前記回路部側シェル体521の周壁に、回路部側中心コンタクト体511で輻射される熱が回路部側シェル体521の外部空間へ放熱されることを促す放熱促進孔521xを設けているため、回路部側中心コンタクト体511を介してセンサ2から回路部3に伝熱する熱が、放熱促進孔521xから放熱されるため、センサ2側の熱が回路部3側に伝熱することを、効果的に防止することができる。 Further, a heat radiation promotion hole 521x is provided on the peripheral wall of the circuit part side shell body 521 to promote heat radiated from the circuit part side center contact body 511 to the outside space of the circuit part side shell body 521. Therefore, the heat transferred from the sensor 2 to the circuit unit 3 via the circuit unit side center contact body 511 is radiated from the heat dissipation promotion hole 521x, and therefore the heat on the sensor 2 side is transferred to the circuit unit 3 side. Can be effectively prevented.
また、前記コネクタ5の主要部に、ステンレス材を用いているため、例えば銅製のものに比べ熱伝導率が低いので、センサ2から回路部3への伝熱を、効果的に防止することができる。 Moreover, since the main part of the connector 5 is made of stainless steel, its heat conductivity is lower than that of, for example, copper, so that heat transfer from the sensor 2 to the circuit part 3 can be effectively prevented. it can.
また、前記コネクタ5のセンサ2側端部に、リン青銅を用いているため、例えば、当該センサ2側端部をステンレス材で形成したものと比べ、センサ2への取付部分の加工を、容易に行えるため、センサ2の選定などの設計自由度が大きくなる。なお、より高い伝熱防止効果を得るには、コネクタ5全体をステンレス材としてもよい。 Moreover, since phosphor bronze is used for the sensor 2 side end portion of the connector 5, for example, compared to the case where the sensor 2 side end portion is formed of a stainless steel material, the attachment portion to the sensor 2 can be easily processed. Therefore, the degree of freedom in design such as selection of the sensor 2 is increased. In order to obtain a higher heat transfer prevention effect, the entire connector 5 may be made of stainless steel.
また、前記センサ収容部4aが、前記ケース4の周壁である外側ケース41から内側へオフセットさせた位置に設けた内側ケース42内に形成して成るものであるので、外側ケース41と内側ケース42との二重構造によって、ヒータHで発生した熱が外部へ伝熱することを効果的に防止することができる。 Further, since the sensor accommodating portion 4a is formed in the inner case 42 provided at a position offset inward from the outer case 41 which is the peripheral wall of the case 4, the outer case 41 and the inner case 42 are formed. The heat generated by the heater H can be effectively prevented from being transferred to the outside.
また、内側ケース42を、光沢のある金属であるステンレス材にて形成しているので、内側ケース42の外側に輻射される輻射熱を減らすことができる。 Further, since the inner case 42 is formed of a stainless steel material that is a glossy metal, the radiant heat radiated to the outside of the inner case 42 can be reduced.
また、前記外側ケース41の周壁に、外側ケース41と内側ケース42との間に形成される内部空間にある空気と、外側ケース41の外部空間にある空気との対流を促すセンサ側対流促進孔41xを設けているので、内側ケース42の表面を、センサ側対流促進孔41xから流出入する空気を利用して冷却することができる。 In addition, a sensor-side convection promoting hole that promotes convection between the air in the inner space formed between the outer case 41 and the inner case 42 and the air in the outer space of the outer case 41 in the peripheral wall of the outer case 41. Since 41x is provided, the surface of the inner case 42 can be cooled using air flowing in and out of the sensor side convection promoting hole 41x.
また、前記回路収容部4bを形成する周壁に、当該回路収容部4bの内部空間にある空気と、当該回路収容部4bの外部空間にある空気との対流を促す回路側対流促進孔41yを設けているので、回路収容部4b内に露出するコネクタ5の表面および回路部3の表面を、回路側対流促進孔41yから流出入する空気を利用して冷却することができる。 In addition, a circuit-side convection promoting hole 41y that promotes convection between the air in the internal space of the circuit housing portion 4b and the air in the external space of the circuit housing portion 4b is provided in the peripheral wall forming the circuit housing portion 4b. Therefore, the surface of the connector 5 exposed in the circuit housing portion 4b and the surface of the circuit portion 3 can be cooled using the air flowing in and out from the circuit side convection promoting hole 41y.
また、前記回路部3が、前記センサ2に接離する方向に空気層を介して複数段に配して成る複数の基板31aを具備して成るので、例えば、複数の基板31のうち、センサ収容部4aから遠い位置にある基板31aに、比較的耐熱性の低い部品を配置して、その部品の長寿命化に資するようにすることも容易にできる。 Further, since the circuit unit 3 includes a plurality of substrates 31a arranged in a plurality of stages through an air layer in a direction contacting and separating from the sensor 2, for example, among the plurality of substrates 31, the sensor It is also possible to easily arrange a component with relatively low heat resistance on the substrate 31a located far from the accommodating portion 4a so as to contribute to extending the life of the component.
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、伝熱防止部4cをステンレス製としているが、例えば、樹脂製とするなど、適宜な材料を用いることができる。 For example, although the heat transfer preventing portion 4c is made of stainless steel, an appropriate material such as a resin can be used.
また、コンタクト体とシェル体との間に形成される空間に、熱伝導部材(例えば、シリコンスポンジなど)を入れた構成とすることができる。このように構成すれば、例えば、コンタクト体に銅線を用いることができるなど、コンタクト体を、本実施形態のものよりも細く可撓性を有するものとすることができる。 Moreover, it can be set as the structure which put the heat conductive member (for example, silicon sponge etc.) in the space formed between a contact body and a shell body. If comprised in this way, a contact body can be made thinner and flexible than the thing of this embodiment, for example, a copper wire can be used for a contact body.
また、回路部側シェル体521を、略円筒形状のものとしているが、例えば、略角筒状のものとするなど、形状は実施態様に応じて適宜変更可能である。 Moreover, although the circuit part side shell body 521 has a substantially cylindrical shape, the shape can be appropriately changed according to the embodiment, for example, a substantially rectangular tube shape.
また、コネクタ5に、放熱用フィンを設けても良い。このように構成すれば、より大きな放熱効果を得られるので、コネクタ5の全体長を短くすることができ、装置のコンパクト化に資する。 Further, the connector 5 may be provided with heat radiating fins. If comprised in this way, since a bigger heat dissipation effect can be acquired, the whole length of the connector 5 can be shortened, and it contributes to the compactization of an apparatus.
また、外側ケース41の各部をステンレス材により一体に形成しているが、例えば、外側ケース底壁413の接続ポート1と接触する部分に、比較的熱伝導率の低いステンレス製のブッシュを用い、その他の部分を比較的熱伝導率の高いアルミなどで構成しても良い。 Moreover, although each part of the outer case 41 is integrally formed of a stainless steel material, for example, a stainless steel bush having a relatively low thermal conductivity is used for a portion in contact with the connection port 1 of the outer case bottom wall 413. Other portions may be made of aluminum having a relatively high thermal conductivity.
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
A・・・・・・・・・・・・静電容量式圧力センサ装置
H・・・・・・・・・・・・ヒータ
2・・・・・・・・・・・・センサ
3・・・・・・・・・・・・回路部
4・・・・・・・・・・・・ケース
4a・・・・・・・・・・・センサ収容部
4b・・・・・・・・・・・回路収容部
4c・・・・・・・・・・・伝熱防止部
5・・・・・・・・・・・・コネクタ
31(31a〜31c)・・・基板
41・・・・・・・・・・・外側ケース
41x・・・・・・・・・・センサ側対流促進孔
41y・・・・・・・・・・回路側対流促進孔
42・・・・・・・・・・・内側ケース
511・・・・・・・・・・内側導体(回路部側中心コンタクト体)
521・・・・・・・・・・外側導体(回路部側シェル体)
521x・・・・・・・・・放熱促進孔
A ... Capacitance type pressure sensor device ... Heater ... 2 Sensor ...・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Circuit 4 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Case 4 a ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Sensor housing 4 b ・ ・ ・ ・ ・ ・.... Circuit housing part 4c ... Heat transfer prevention part 5 ... Connector 31 (31a-31c) ... Board 41 ... ·········· Outside case 41x ······ Sensor side convection promoting hole 41y ····· Circuit side convection promoting hole 42 ···・ ・ ・ ・ ・ Inner case 511 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Inner conductor (Circuit part side center contact body)
521 ・ ・ ・ ・ ・ External conductor (Circuit side shell)
521x ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Heat dissipation promotion hole
Claims (12)
このセンサを所定の動作温度に加熱するヒータと、
前記センサで感知したキャパシタンスの値から外部のチャンバのガスの圧力を表す出力信号を発生する回路部と、
前記センサおよび前記ヒータを収容するセンサ収容部と、前記回路部を収容する回路収容部と、これら各収容部を間仕切り且つ前記ヒータで発生した熱が前記回路収容部に伝熱することを防止する伝熱防止部とを備えるケースと、
前記センサと前記回路部とを電気的に接続するとともに、前記センサと前記回路部とを安定支持する構造体としての機能および前記伝熱防止部と少なくとも同程度に各収容部間の伝熱を防止する伝熱防止体としての機能のうち少なくともいずれか一方の機能を有するコネクタとを具備して成ることを特徴とする静電容量式圧力センサ装置。 A capacitive sensor that senses the pressure of the gas in the external chamber;
A heater for heating the sensor to a predetermined operating temperature;
A circuit unit for generating an output signal representing the pressure of the gas in the external chamber from the capacitance value sensed by the sensor;
A sensor housing portion for housing the sensor and the heater, a circuit housing portion for housing the circuit portion, and partitioning these housing portions to prevent heat generated by the heater from being transferred to the circuit housing portion. A case provided with a heat transfer prevention part;
While electrically connecting the sensor and the circuit unit, the function as a structure that stably supports the sensor and the circuit unit, and heat transfer between the housing units at least as much as the heat transfer prevention unit A capacitive pressure sensor device comprising a connector having at least one of functions as a heat transfer prevention body to prevent.
The electrostatic capacity according to claim 1, wherein the circuit unit includes a plurality of substrates arranged in a plurality of stages through an air layer in a direction contacting and separating from the sensor. Pressure sensor device.
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