流れを規定している構成体を持つ静電容量圧力センサ
圧力センサは、本体と隔膜と流れを規定する構成体とを有する。前記本体は、内容量室を規定する。前記隔膜は、内容量室を第１と第２のセクションとに分割する。前記隔膜の少なくとも第１の部分は、第１のセクションの圧力が第２のセクションの圧力に対して増加するとき、第１の方向へ動き、減少するとき、第２の方向へ動く。前記隔膜の第１の部分と本体の少なくとも第１の部分は、静電容量で特徴付けられる。静電容量は、本体の第１の部分に対する前記隔膜の第１の部分の動きに応答して変化する。流れを規定している構成体は、前記内容量室の第１の部分から外部への流路を与える。流路の少なくとも一部は、第１から第２の位置へ延びる。流路の少なくとも一部は、全長と直線距離で特徴付けられる。全長は、第１から第２の位置への軌道を通る最短距離である。直線距離は、第１と第２の位置の間の最短距離である。全長は、直線距離の少なくとも２倍よりも長い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電容量圧力センサに関する。特に、この発明は、静電容量圧力センサと共に使用する改良されたフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａは、従来技術のセラミックス静電容量圧力センサ１００の縦側面図である。図１Ｂは、センサ１００の分解図である。このセンサ１００のようなセンサはよく知られているが、このセンサの構成と動作の簡単な記述が以下で与えられる。このセンサ１００は、セラミックスＰｒ本体１０２（Ｐｒは参照圧力を表す）と、セラミックスＰｘ本体１０４（Ｐｘは未知の圧力を表す）と、薄く可撓性のセラミックス隔膜１０６と、入口チューブ１０８とを有する。図１Ａに示されるように、このセンサ１００が組み立てられたとき、前記Ｐｒ本体１０２とＰｘ本体１０４が一緒に結合され、この結果、前記隔膜１０６は、前記Ｐｒ本体とＰｘ本体の間に固定される。前記隔膜１０６は、前記入口チューブ１０８中の圧力に応答して曲がる、即ち変形することができる。従って、前記チューブ１０８中の圧力は、前記隔膜１０６の位置を検出することで測定されることができる。
【０００３】
前記Ｐｒ本体１０２とＰｘ本体１０４とは、一緒に結合されたとき、内容量室を規定するように形成されている。前記隔膜１０６は、この内容量室を上側チャンバ１２２と下側チャンバ１２４（上側、下側並びに同様の用語は、ここでは図面を参照して使用され、センサのいかなる絶対的な位置をも意味しない）とに分割している。センサ１００が組み立てられたとき、前記隔膜１０６とＰｒ本体１０２とは、一緒になって上側チャンバ１２２を形成し、前記隔膜１０６とＰｘ本体１０４とは、一緒になって下側チャンバ１２４を形成している。前記Ｐｘ本体１０４は、中央の孔１２６を規定している。前記入口チューブ１０８はまた、中央の通路１３０を形成し、この中央の通路１３０は、下側チャンバ１２４と流体的に連通している。
【０００４】
前記隔膜１０６は、薄く可撓性のセラミックスディスクであり、上に導電性フィルム１４０が配置されている。もう１つの導電性フィルム１４２が、前記Ｐｒ本体１０２の中央の一部に配置されていて、このフィルム１４２は、前記隔膜１０６上の導電性フィルム１４０と間隔を空けて向かい側にある。前記２つの導電性フィルム１４０、１４２は、可変コンデンサ１４４の２つのプレートを形成している。よく知られているように、前記可変コンデンサ１４４によって与えられる静電容量は、特に、前記２つのプレート１４０、１４２間の距離によって変動する。前記センサ１００はまた、導電性ピン１５０、１５２を有する。一方のピン１５０は、前記隔膜１０６のフィルム１４０と電気的に接続されており、また、他方のピン１５２は、前記Ｐｒ本体１０２のフィルム１４２と電気的に接続されている。これらピン１５０、１５２は、それぞれ、このセンサ１００の本体の外部と、前記フィルム１４０、１４２との電気的な接続を与える。
【０００５】
動作中、参照圧力（例えば真空）が前記上側チャンバ１２２中に確立され、前記入口チューブは、気体供給源と接続され、これより気体の圧力が測定される。前記隔膜１０６は、前記下側チャンバ中の圧力に応答して曲がり、即ち変形し、この結果、前記入口チューブ１０８中の圧力と一致して変化する前記可変コンデンサ１４４によって電気容量が与えられる。従って、前記可変コンデンサ１４４によって与えられる電気容量は、前記入口チューブ１０８中の圧力を示す。
【０００６】
よく知られているように、このセンサ１００のようなセンサは、図１Ａ並びに図１Ｂでは簡便化のために示されていない付加的な特性を有する。例えば、このようなセンサは、前記上側チャンバ１２２中の真空を維持するために、ゲッターをしばしば有する。また、このようなセンサは、図示された単一フィルム１４２の代わりに前記Ｐｒカバー１０２にそれぞれ置かれた２つの導電性フィルムをしばしば有する。よく知られているように、このような２つのフィルムを持つことで、センサに１つの代わりに２つの可変コンデンサを与えることができ、センサの温度安定性を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このセンサ１００のような圧力センサは、例えば、堆積室へ運ばれるガス管中の流体の圧力を測定するために、もしくは、堆積室自体の中の圧力を測定するために、集積回路製作の工場でしばしば使用される。アルミニウムのエッチングのような、集積回路製作で使用されるプロセスのいくつかは、大きな体積のパーティクルもしくは汚染物質を発生させる傾向がある。前記隔膜１０６がこのような汚染物質に直面するのを防ぐことが一般的に望ましい。前記隔膜１０６上にこのような汚染物質が堆積すると、このセンサ１００によって与えられる圧力測定の正確さに著しく影響する。従って、従来技術の圧力センサは、前記隔膜１０６に汚染物質が達するのを防ぐための様々なメカニズムを使用している。
【０００８】
多くのこのような濾過のメカニズムが開発されてきているが、前記隔膜上に汚染物質が達したり留まったりするのを防ぐように、方法や構造を改良する必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの、並びに他の目的は、改良された圧力センサによって達成される。
【００１０】
この圧力センサは、本体と、隔膜と、流れを規定している構成体とを有する。前記本体は、内容量室を規定している。前記隔膜は、前記内容量室を第１のセクションと第２のセクションとに分割している。前記隔膜の少なくとも第１の部分は、前記第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して増加すると、第１の方向に動く。前記隔膜の前記第１の部分は、この第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して減少すると、第２の方向に動く。前記隔膜の前記第１の部分と、前記本体の少なくとも第１の部分とは、静電容量によって特徴付けられる。この静電容量は、本体の前記第１の部分に対する隔膜の前記第１の部分の動きに応答して変化する。流れを規定する構成体は、少なくとも一部が、前記内容量室の前記第１のセクションから前記内容量室の外部への流路を規定している。前記流路の少なくとも一部は、第１の位置から第２の位置へ延びる。前記流路の少なくとも一部は、全長と直線距離によって特徴付けられる。前記全長は、前記第１の位置から前記第２の位置への軌道を通る最短距離である。前記直線距離は、前記第１の位置と前記第２の位置の間の最短距離である。
【００１１】
一態様では、前記全長は、前記直線距離の少なくとも５倍である。他の態様では、流れを規定する構成体は、非金属である。他の態様では、流路の少なくとも一部は曲がっている。他の態様では、流れを規定する構成体は、１つの単一の構造を有する。
【００１２】
この発明の他の目的と効果とは、この発明の最良形態の例に関して簡単に、いくつかの具体例が示され記述されている以下の詳細な記述から、これらの技術に関して容易に明確になることができる。この発明は、具体化されるとき、他の、並びに異なる具体例において実施が可能であり、前記いくつかの詳細は、様々な点において修正が可能である。従って、図面と記述は、本質を例証したものと見なされることができ、請求項で示されたアプリケーションの範囲に関して、制限的または限定的意味ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の本質と目的のより完全な理解とのために、同じ参照番号が同じもしくは同様の部分を示すように用いられている複数の添付図面に関する以下の詳細な記述を参照することができる。
【００１４】
図２Ａは、この発明に従って構成された、組み立てられたセラミックス静電容量圧力センサ２００を示す。図２Ｂは、センサ２００を分解した図を示す。従来技術のセンサ１００（図１Ａと１Ｂ）と同様に、改良されたセンサ２００は、Ｐｒ本体１０２と、隔膜１０６と、入口チューブ１０８と、導電性ピン１５０、１５２とを有する。しかしながら、従来技術のセンサ１００とは異なり、改良されたセンサ２００はまた、ターボ溜め２６０と改良されたＰｘ本体２０４とを有する。前記ターボ溜め２６０は、前記Ｐｘ本体２０４によって規定された中央の孔２２６中に置かれている。
【００１５】
以下で非常に詳細に議論されるように、前記ターボ溜め２６０は、濾過機能を与えている。即ち、前記ターボ溜め２６０は、パーティクルと汚染物質を取り除き、前記隔膜１０６に達することができるパーティクルと汚染物質の総量を減少させる。
【００１６】
図３Ａは、図２Ａ並びに２Ｂと同様の効果をもつ前記ターボ溜め２６０の拡大図である。図３Ｂは、図３Ａに示された３Ｂ−３Ｂ線で示した方向からの、前記ターボ溜め２６０の底面図である。図示されたように、前記ターボ溜め２６０は、ねじに似ていて、中央の柱３１０とらせん状のねじ山３２０とを有する。このねじ山３２０の内側の一部は、ねじ山がねじの中央の一部に取着されているのと同じように、前記中央の柱３１０の外側の曲面に取着されている。前記ターボ溜め２６０はまた、基部３４０を形成するディスクを規定している。前記中央の柱３１０の底部は、基部３４０の中央の一部に取着されていて、前記ねじ山３２０の底部は、基部３４０と併合されている。図３Ａ並びに３Ｂに示されたように、前記基部３４０は、複数の孔３４２を規定している。前記ターボ溜め２６０は、１つの単一のセラミックス片で構成されることが望ましい。
【００１７】
図４は、センサ２００のＰｘ本体２０４の中央の孔２２６中に置かれた前記ターボ溜め２６０の拡大図である。図示されたように、前記Ｐｘ本体２０４の中央の孔２２６は、Ｐｘ本体２０４の内壁２２８によって規定されている。前記ターボ溜め２６０がセンサ２００に設置されたとき、前記ねじ山３２０の外端は、前記内壁２２８と密接に適合しているが、接触していない。前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間の小さなギャップＧが、図４Ａに最も良く示されている。前記ターボ溜め２６０の中央の柱３１０は、前記孔２２６の中央部を占めている。従って、前記ターボ溜め２６０とＰｘ本体２０４とは、前記中央の孔２２６の底部から上部へ延びているらせん状の溝３５０を規定するように協同している。前記ターボ溜め２６０の基部３４０の孔３４２は、前記入口チューブ１０８によって規定された溝１３０と前記らせん状の溝３５０との間に流体的な連通を与える。前記らせん状の溝３５０の上部は、前記隔膜１０６の底面とＰｘ本体２０４の上面とによって規定される前記下側チャンバ１２４に連通している。従って、前記らせん状の溝３５０は、（前記入口チューブ１０８によって規定された）溝１３０と前記隔膜１０６との間の流体的な連通を果たす。前記溝１３０から前記隔膜１０６に向かって進むパーティクルもしくは汚染物質は、この隔膜１０６に達する前に、前記孔３４２と前記らせん状の溝３５０を通る。
【００１８】
前記ターボ溜め２６０の基部３４０によって規定された前記孔３４２は、選ばれた大きさのパーティクルが前記溝１３０から前記らせん状の溝３５０へ進むのを排除するように形成されている。即ち、前記孔３４２は、大きなパーティクルが前記溝３５０に入り込むのを防止するフィルタとして機能する。図３Ａ並びに３Ｂに示されるように、前記孔３４２は、一般的に細長く、長さＬ（図３Ｂ）と幅Ｗ（図３Ａ）によって特徴付けられている。１つの好ましい具体例では、幅Ｗは０．２５４ミリメートル（０．０１０インチ）、長さＬは０．１０６６８〜１．６００２ミリメートル（０．００４２〜０．０６３インチ）である。圧力が測定される気体中に見られるパーティクルの多くは、ほぼ球形であるので、前記孔３４２は、幅Ｗより長いか等しい半径によって特徴付けられるパーティクルを排除する。前記孔３４２は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．５８１１６８５（汚染物質排除システムを備える流体圧力センサと題し、この発明の譲受人に譲渡されている）の図４に示されたバッフルの孔と同様の方法で形成されることができると理解される。
【００１９】
図３Ｂは、基部３４０の領域のおよそ３分の１に４グループで配置された複数の孔３４２を示す。即ち、図３Ｂに示された具体例では、基部３４０のおよそ３分の２は孔が形成されていない。しかしながら、例えば、図３Ｃでは、他の具体例が示されていて、前記孔３４２は、基部３４０全体に渡って配置されることができる。
【００２０】
このセンサ２００は、低圧流体（例えば、２．６７パスカル（０．０２トル）以下）を測定するために使用されることができる。前記溝３５０中の圧力が約２．６７パスカル（０．０２トル）以下のとき、溝３５０中の物質の動きは、分子流によって特徴付けられる。図４に示すように、分子流は、分子が溝３５０中でセンサの固体表面（例えば、壁２２８、ねじ山３２０の壁、もしくは中央の柱３１０の外壁）と衝突するまで、ほぼ直線の軌道を進む。これは、分子がセンサの一表面から他の表面へと直線の軌道を進みそうもなく、その代わりに互いにはね返りが起こりそうな、密度の高い気体中での振る舞いと対照的である。分子流の条件下で、前記溝３５０を通過するいかなる汚染物質も、溝３５０を通過し隔膜１０６に達する前に、溝３５０（壁２２８、ねじ山３２０の壁、もしくは中央の柱の壁３１０）を規定する表面との衝突が何度も起こる。汚染物質パーティクルが、前記溝３５０を通過して下側チャンバ１２４に入るのではなく、このセンサ２００の表面に堆積、もしくは付着する確率は、センサ２００の表面に対して汚染物質が衝突する回数の増加関数である。前記溝３５０のらせん形状は、前記溝１３０から下側チャンバ１２４に向かって通過する汚染物質が、下側チャンバ１２４に達する前に、（前記溝３５０を規定する）センサ２００の表面と何度も衝突することを保証する。これは、いかなる汚染物質も前記溝３５０を実際に通過し、隔膜１０６に達することができる可能性を著しく減少させる。
【００２１】
前記溝１３０かららせん状の溝３５０を通って下側チャンバ１２４に入る分子による軌道が、矢印３６０と３７０によって図４に示されている。矢印３６０は、前記溝１３０から前記孔３４２を通って前記らせん状の溝３５０に進む分子の軌道を示している。矢印３７０は、前記らせん状の溝３５０を通って下側チャンバ１２４に進む分子が一般的に従うらせん状の軌道を示している。しかしながら、矢印３７０は一般的、もしくは平均的な分子による軌道のみを表していると考えられることができる。分子が流れる領域での分子は、直線の軌道を進むので、分子は、矢印３７０によって示された平均的な流れを成すように、非常に多くの直線の軌道と衝突とを必要とする。
【００２２】
前記のように、らせん状の溝３５０を規定していることに加え、前記ターボ溜め２６０と前記Ｐｘ本体２０４もまた、前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間の小さなギャップＧ（図４Ａに最も良く示されている）を規定している。このギャップＧは、センサ２００の組立を容易にするために（即ち、比較的もろいセラミックスの前記ターボ溜め２６０をＰｘ本体に規定された前記孔２２６に挿入するのを容易にするために）与えられている。理論的には、前記溝１３０から下側チャンバ１２４に向かって進む分子は、前記らせん状の溝３５０を通る軌道（一般的に矢印３７０によって示される）に従う、もしくは前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間のギャップＧの１つを通過することによって近道をすることができる。しかしながら、前記内壁２２８とねじ山３２０の外端との間の小さなギャップＧは、前記溝３５０のギャップよりもかなり小さいと考えることができる。従って、このギャップＧによるコンダクタンスは、ギャップＧを通るパーティクルと分子流をほとんど除去する前記溝３５０のコンダクタンスよりもかなり小さい。また、実際にギャップＧに進入するいかなる汚染物質も、ギャップＧにある間、前記ねじ山３２０と壁２２８の表面で何度もはね返りが起こりそうであり、この結果、ギャップＧに付着する（即ち、ギャップＧで規定される表面の１つに堆積する）。従って、もしこのセンサ２００が、汚染物質を含む気体や液体の圧力を測定するために使用されるならば、汚染物質がギャップＧに堆積することでギャップＧはやがて詰まる、もしくは塞がりそうである。
【００２３】
ギャップＧは、例えば、前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間にガラスの目張りを与えることによって、組立の間、除去もしくは減少させることができる。しかしながら、ギャップＧの存在は、前記ターボ溜め２６０、即ちこのセンサ２００の性能を下げず、従って、ギャップＧをなくす必要はないと考えられる。
【００２４】
汚染物質が隔膜に達する前に、いかなる汚染物質もセンサ２００の表面と何度も衝突することを保証することによって、前記ターボ溜め２６０（とターボ溜め２６０によって形成された前記らせん状の溝３５０）は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．６４４３０１５（静電容量圧力センサのためのバッフルと題し、この発明の譲受人に譲渡されている）に記載された、幅に対する長さの高いアスペクト比によって特徴付けられるチャンバと同様の機能を提供する。しかしながら、前記ターボ溜め２６０は、よりコンパクトな形状でこの機能を与え、非常に小さくコンパクトな圧力センサの生産をより促進する。図４Ａに示すように、１つの好ましい実施例では、前記ターボ溜めの外径Ｄ１は６．２９９ミリメートル（０．２４８インチ）、前記Ｐｘ本体で規定される孔２２６の直径は６．２９９ミリメートル（０．２４８インチ）、ギャップＧは平均で０．０２５４ミリメートル（０．００１インチ）である。この具体例では、前記基部３４０の外径は７．３７ミリメートル（０．２９インチ）、前記中央の柱３１０の高さＨ１は４．０６ミリメートル（０．１６インチ）、前記ターボ溜め全体の高さＨ２は４．５７ミリメートル（０．１８インチ）、前記基部３４０の高さＨ３は０．５１ミリメートル（０．０２インチ）である。この実施例ではまた、このセンサ２００（図２Ｂ）の外径は３．８１センチメートル（１．５００インチ）、このセンサ２００の高さＨ４は１．０１６センチメートル（０．４００インチ）である。
【００２５】
要約すると、前記ターボ溜め２６０は、２つの代表的な形式の機械的な濾過機能を与える。即ち、第１に、前記孔３４２は、特定の大きさのパーティクルが前記溝３５０に進入するのを防ぐ。また、第２に、前記溝３５０の形状によって、溝３５０に進入する多くの（前記孔３４２を通り抜けられるだけ十分に小さい）汚染物質が前記隔膜１０６に達するのが防がれる。
【００２６】
前記の機械的な濾過機能に加えて、前記ターボ溜め２６０はまた、熱的な濾過機能を提供する。このセンサ２００は、熱い気体や液体（例えば２００度）の圧力を測定するために使用されることができる。このセンサが、圧力を測定される気体の温度、もしくはこの近くの温度であるように、加熱されることができる。熱センサ２００は、センサ２００の内部表面上に凝縮される量を減少させ、また、センサ２００によって与えられる圧力測定の正確さを向上させることができる。動作中、前記入口チューブ１０８は、圧力が測定される気体源と一般的に接続されている。気体源は、例えば、パイプ、バルブ、またはチャンバで良い。圧力が測定される気体が高い温度のとき、前記入口チューブ１０８に接続された気体源は、熱放射源としてセンサ２００のように考えることができる。前記ターボ溜め２６０は、気体源から前記隔膜１０６へのサイトパス（ｓｉｇｈｔ ｐａｓｓ）のラインを塞ぎ、この結果、熱放射に対する濾過を提供する。即ち、前記ターボ溜め２６０は、気体源から放射される熱が前記隔膜２０６に直接入射するのを防ぐ。
【００２７】
前記ターボ溜め２６０は、セラミックス静電容量圧力センサに関連して記述されている。しかしながら、前記ターボ溜め２６０は、他のタイプのセンサにも使用されることができる。例えば、前記ターボ溜め２６０は、金属で製造されて、金属センサで使用されることができる。金属はセラミックスよりももろくないので、このようなセンサで、前記ねじ山の外端と前記孔２２６の内壁との間のギャップＧをなくす、もしくは減少させることは比較的簡単であると考えられる。例えば、このセンサで、前記ターボ溜めの外径は、ターボ溜めに適合する範囲で前記孔の直径よりもわずかに大きく作製されることができ、また、（より大きな）ターボ溜めは（より小さな）孔に適合させるように押圧されることができる。
【００２８】
また、前記ターボ溜め２６０は、１本のらせん状のねじ山３２０（これによってらせん状の溝３５０を規定する）を有すると記述されている。しかしながら、前記ねじ山３２０も前記溝３５０も、完全ならせん状である必要はない。前記ターボ溜めと前記Ｐｘ本体とによって規定された溝３５０が環状、もしくは曲がりくねっている限り、（少なくとも、前記溝内の圧力が、分子流を十分に提供できるくらい低いとき、汚染物質が隔膜に達する前に、汚染物質がこのセンサの表面に何度も接触するのを保証することによって）このターボ溜めは、望ましい汚染物質の濾過機能を提供する。図５は、らせん状の溝５００の概略図である。前記溝５００は、入口５０２と出口５０４とを有する。図５に示された溝５００は、（例えば図４に示された）前記溝３５０の概略的な描写であると考えられる。即ち、前記入口５０２は、前記孔３４２に対応し、前記出口５０４は、前記溝３５０と前記下側チャンバ１２４との連結部に対応している。図６は、他の曲がった溝５１０の概略図であり、この溝５１０は、入口５１２と出口５１４とを有する。前記溝５１０は、らせん状ではなく、環状、もしくは曲がりくねっている。この発明に従って形成されるターボ溜めは、らせん状の溝の代わりに、図６に示されるような形状の溝を提供することができる。これらの溝５００、５１０はかなり異なって見えるが、これらは重要な共通の特性を持つ。どちらの溝も、入口から出口への直線の軌道を提供しない。また、前記入口から出口へ進む前に、溝５００、５１０のどちらを通って進むパーティクルも、何度か方向を変えることができる。これらの溝５００、５１０は、全長ＬＴ（即ち、前記入口から出口へ溝の中を延びる長さ）、前記入口と出口の間の直線距離ＤＳによって特徴付けられる。両方の溝で、溝の全長ＬＴは、直線距離ＤＳよりも十分に長い。
【００２９】
溝５００、５１０、もしくは他の曲がりくねった溝を使用するセンサは、この発明に従って構成されることができるが、前記らせん状の溝５００、もしくは３５０が最適である。なぜならば、いかなる溝も直線部分を有さず、代わりに（らせん状の溝でのような）一定の曲がった部分があり、１つの直線の軌道によって通り抜けられることができる溝の長さの重要な部分がないからである。一方で、前記溝５１０のような溝は、１つの直線の軌道によって通り抜けられることができる部分を有する。例えば、少なくとも理論的には、前記溝５１０のような溝は、約２０回の衝突のみ（即ち、溝内であらゆる適切な角度に対する１つの衝突）が起こる分子流の領域で、分子によって通り抜けられることができる。一方で、分子流の領域での流れは、同様の全長を持つ一定の曲がった溝を通り抜けるために、分子に対して非常に多くの衝突が必要とされる。また、すべての一定の曲がった溝の中で、らせん状の溝が、与えられた全長に対して最も形状的にコンパクトである。従って、らせん状の溝が最適である。
【００３０】
この発明に従って構成された溝で、溝の全長ＬＴは、できれば入口と出口の間の直線距離ＤＳの少なくとも２倍よりも長いことが望ましい。溝の全長ＬＴは、入口と出口の間の直線距離ＤＳの少なくとも５倍よりも長いことがより望ましい。溝の全長ＬＴは、入口と出口の間の直線距離ＤＳの６倍よりも長いことがより望ましい。また、溝は、入口から出口へ環状、もしくは曲がりくねった軌道によって特徴付けられることが望ましい。前記ターボ溜め２６０の具体例で、寸法を示すＤ１〜Ｄ３、Ｈ１〜Ｈ３が（図４Ａに関連して）上記で与えられ、溝の全長ＬＴの最小値（即ち前記中央の柱３１０の周りで近接して流れを受ける軌道）が約３．０５センチメートル（１．２インチ）であるのに対し、前記ターボ溜めの全高さＨ２（直線距離ＤＳに近い）は約０．４６センチメートル（０．１８インチ）である。
【００３１】
前記ターボ溜め２６０は、１つのねじ山３２０を有すると記述されている。前記ターボ溜め２６０は、１つのねじ山で記述されている代わりに、いくつかのねじ山で構成されることができると考えられる。このような具体例では、このセンサは、１つの曲がりくねった溝の代わりに、複数の環状、もしくは曲がりくねった溝を規定する。また、前記ターボ溜めは、ねじ山から広がる障害物（例えば、フィン）を有し、前記溝３５０を邪魔するかもしれないので、汚染物質が前記隔膜に達することができない可能性がさらに増加するかもしれない。このような障害物は、前記溝３５０のコンダクタンスを十分に減少させないことが望ましい。また、前記ターボ溜め２６０は、このセンサ本体で規定された孔中に配置されると記述されている。あるいは、前記ターボ溜めは、前記入口チューブ中に配置されることができる。
【００３２】
ここでのこの発明に関連する範囲から逸脱せずに、上記の一連の装置に対して特定の変化を加えるとき、上記に含まれた、もしくは添付図面で示されたすべての事柄は、例証であると解釈され、限られた意味ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術のセラミックス静電容量圧力センサの縦側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示された前記センサの分解図である。
【図２Ａ】図２Ａは、この発明に従って構成されたセラミックス静電容量圧力センサの縦側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示された前記センサの分解図である。
【図３Ａ】図３Ａは、この発明に従って構成されたターボ溜めの側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに３Ｂ−３Ｂの線で示された方向からの、前記ターボ溜めの底面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、この発明に従って構成された他のターボ溜めの概観図である。
【図４】図４は、図２Ａ並びに２Ｂに示されたセンサのターボ溜めと、Ｐｘ本体の部分と、入口チューブの部分との拡大図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４に示されたものと同じ構成で、参照符号がなく、寸法の線が示された図である。
【図５】図５は、この発明に従って構成されたセンサによって形成されたらせん状の溝の概略図である。
【図６】図６は、この発明に従って構成されたセンサによって形成されたらせん状でない溝の概略図である。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、静電容量圧力センサに関する。特に、この発明は、静電容量圧力センサと共に使用する改良されたフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１Ａは、従来技術のセラミックス静電容量圧力センサ１００の縦側面図である。図１Ｂは、センサ１００の分解図である。このセンサ１００のようなセンサはよく知られているが、このセンサの構成と動作の簡単な記述が以下で与えられる。このセンサ１００は、セラミックスＰｒ本体１０２（Ｐｒは参照圧力を表す）と、セラミックスＰｘ本体１０４（Ｐｘは未知の圧力を表す）と、薄く可撓性のセラミックス隔膜１０６と、入口チューブ１０８とを有する。図１Ａに示されるように、このセンサ１００が組み立てられたとき、前記Ｐｒ本体１０２とＰｘ本体１０４が一緒に結合され、この結果、前記隔膜１０６は、前記Ｐｒ本体とＰｘ本体の間に固定される。前記隔膜１０６は、前記入口チューブ１０８中の圧力に応答して曲がる、即ち変形することができる。従って、前記チューブ１０８中の圧力は、前記隔膜１０６の位置を検出することで測定されることができる。
【０００３】
前記Ｐｒ本体１０２とＰｘ本体１０４とは、一緒に結合されたとき、内容量室を規定するように形成されている。前記隔膜１０６は、この内容量室を上側チャンバ１２２と下側チャンバ１２４（上側、下側並びに同様の用語は、ここでは図面を参照して使用され、センサのいかなる絶対的な位置をも意味しない）とに分割している。センサ１００が組み立てられたとき、前記隔膜１０６とＰｒ本体１０２とは、一緒になって上側チャンバ１２２を形成し、前記隔膜１０６とＰｘ本体１０４とは、一緒になって下側チャンバ１２４を形成している。前記Ｐｘ本体１０４は、中央の孔１２６を規定している。前記入口チューブ１０８はまた、中央の通路１３０を形成し、この中央の通路１３０は、下側チャンバ１２４と流体的に連通している。
【０００４】
前記隔膜１０６は、薄く可撓性のセラミックスディスクであり、上に導電性フィルム１４０が配置されている。もう１つの導電性フィルム１４２が、前記Ｐｒ本体１０２の中央の一部に配置されていて、このフィルム１４２は、前記隔膜１０６上の導電性フィルム１４０と間隔を空けて向かい側にある。前記２つの導電性フィルム１４０、１４２は、可変コンデンサ１４４の２つのプレートを形成している。よく知られているように、前記可変コンデンサ１４４によって与えられる静電容量は、特に、前記２つのプレート１４０、１４２間の距離によって変動する。前記センサ１００はまた、導電性ピン１５０、１５２を有する。一方のピン１５０は、前記隔膜１０６のフィルム１４０と電気的に接続されており、また、他方のピン１５２は、前記Ｐｒ本体１０２のフィルム１４２と電気的に接続されている。これらピン１５０、１５２は、それぞれ、このセンサ１００の本体の外部と、前記フィルム１４０、１４２との電気的な接続を与える。
【０００５】
動作中、参照圧力（例えば真空）が前記上側チャンバ１２２中に確立され、前記入口チューブは、気体供給源と接続され、これより気体の圧力が測定される。前記隔膜１０６は、前記下側チャンバ中の圧力に応答して曲がり、即ち変形し、この結果、前記入口チューブ１０８中の圧力と一致して変化する前記可変コンデンサ１４４によって電気容量が与えられる。従って、前記可変コンデンサ１４４によって与えられる電気容量は、前記入口チューブ１０８中の圧力を示す。
【０００６】
よく知られているように、このセンサ１００のようなセンサは、図１Ａ並びに図１Ｂでは簡便化のために示されていない付加的な特性を有する。例えば、このようなセンサは、前記上側チャンバ１２２中の真空を維持するために、ゲッターをしばしば有する。また、このようなセンサは、図示された単一フィルム１４２の代わりに前記Ｐｒカバー１０２にそれぞれ置かれた２つの導電性フィルムをしばしば有する。よく知られているように、このような２つのフィルムを持つことで、センサに１つの代わりに２つの可変コンデンサを与えることができ、センサの温度安定性を向上させることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このセンサ１００のような圧力センサは、例えば、堆積室へ運ばれるガス管中の流体の圧力を測定するために、もしくは、堆積室自体の中の圧力を測定するために、集積回路製作の工場でしばしば使用される。アルミニウムのエッチングのような、集積回路製作で使用されるプロセスのいくつかは、大きな体積のパーティクルもしくは汚染物質を発生させる傾向がある。前記隔膜１０６がこのような汚染物質に直面するのを防ぐことが一般的に望ましい。前記隔膜１０６上にこのような汚染物質が堆積すると、このセンサ１００によって与えられる圧力測定の正確さに著しく影響する。従って、従来技術の圧力センサは、前記隔膜１０６に汚染物質が達するのを防ぐための様々なメカニズムを使用している。
【０００８】
多くのこのような濾過のメカニズムが開発されてきているが、前記隔膜上に汚染物質が達したり留まったりするのを防ぐように、方法や構造を改良する必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
これらの、並びに他の目的は、改良された圧力センサによって達成される。
【００１０】
この圧力センサは、本体と、隔膜と、流れを規定している構成体とを有する。前記本体は、内容量室を規定している。前記隔膜は、前記内容量室を第１のセクションと第２のセクションとに分割している。前記隔膜の少なくとも第１の部分は、前記第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して増加すると、第１の方向に動く。前記隔膜の前記第１の部分は、この第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して減少すると、第２の方向に動く。前記隔膜の前記第１の部分と、前記本体の少なくとも第１の部分とは、静電容量によって特徴付けられる。この静電容量は、本体の前記第１の部分に対する隔膜の前記第１の部分の動きに応答して変化する。流れを規定する構成体は、少なくとも一部が、前記内容量室の前記第１のセクションから前記内容量室の外部への流路を規定している。前記流路の少なくとも一部は、第１の位置から第２の位置へ延びる。前記流路の少なくとも一部は、全長と直線距離によって特徴付けられる。前記全長は、前記第１の位置から前記第２の位置への軌道を通る最短距離である。前記直線距離は、前記第１の位置と前記第２の位置の間の最短距離である。
【００１１】
一態様では、前記全長は、前記直線距離の少なくとも５倍である。他の態様では、流れを規定する構成体は、非金属である。他の態様では、流路の少なくとも一部は曲がっている。他の態様では、流れを規定する構成体は、１つの単一の構造を有する。
【００１２】
この発明の他の目的と効果とは、この発明の最良形態の例に関して簡単に、いくつかの具体例が示され記述されている以下の詳細な記述から、これらの技術に関して容易に明確になることができる。この発明は、具体化されるとき、他の、並びに異なる具体例において実施が可能であり、前記いくつかの詳細は、様々な点において修正が可能である。従って、図面と記述は、本質を例証したものと見なされることができ、請求項で示されたアプリケーションの範囲に関して、制限的または限定的意味ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明の本質と目的のより完全な理解とのために、同じ参照番号が同じもしくは同様の部分を示すように用いられている複数の添付図面に関する以下の詳細な記述を参照することができる。
【００１４】
図２Ａは、この発明に従って構成された、組み立てられたセラミックス静電容量圧力センサ２００を示す。図２Ｂは、センサ２００を分解した図を示す。従来技術のセンサ１００（図１Ａと１Ｂ）と同様に、改良されたセンサ２００は、Ｐｒ本体１０２と、隔膜１０６と、入口チューブ１０８と、導電性ピン１５０、１５２とを有する。しかしながら、従来技術のセンサ１００とは異なり、改良されたセンサ２００はまた、ターボ溜め２６０と改良されたＰｘ本体２０４とを有する。前記ターボ溜め２６０は、前記Ｐｘ本体２０４によって規定された中央の孔２２６中に置かれている。
【００１５】
以下で非常に詳細に議論されるように、前記ターボ溜め２６０は、濾過機能を与えている。即ち、前記ターボ溜め２６０は、パーティクルと汚染物質を取り除き、前記隔膜１０６に達することができるパーティクルと汚染物質の総量を減少させる。
【００１６】
図３Ａは、図２Ａ並びに２Ｂと同様の効果をもつ前記ターボ溜め２６０の拡大図である。図３Ｂは、図３Ａに示された３Ｂ−３Ｂ線で示した方向からの、前記ターボ溜め２６０の底面図である。図示されたように、前記ターボ溜め２６０は、ねじに似ていて、中央の柱３１０とらせん状のねじ山３２０とを有する。このねじ山３２０の内側の一部は、ねじ山がねじの中央の一部に取着されているのと同じように、前記中央の柱３１０の外側の曲面に取着されている。前記ターボ溜め２６０はまた、基部３４０を形成するディスクを規定している。前記中央の柱３１０の底部は、基部３４０の中央の一部に取着されていて、前記ねじ山３２０の底部は、基部３４０と併合されている。図３Ａ並びに３Ｂに示されたように、前記基部３４０は、複数の孔３４２を規定している。前記ターボ溜め２６０は、１つの単一のセラミックス片で構成されることが望ましい。
【００１７】
図４は、センサ２００のＰｘ本体２０４の中央の孔２２６中に置かれた前記ターボ溜め２６０の拡大図である。図示されたように、前記Ｐｘ本体２０４の中央の孔２２６は、Ｐｘ本体２０４の内壁２２８によって規定されている。前記ターボ溜め２６０がセンサ２００に設置されたとき、前記ねじ山３２０の外端は、前記内壁２２８と密接に適合しているが、接触していない。前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間の小さなギャップＧが、図４Ａに最も良く示されている。前記ターボ溜め２６０の中央の柱３１０は、前記孔２２６の中央部を占めている。従って、前記ターボ溜め２６０とＰｘ本体２０４とは、前記中央の孔２２６の底部から上部へ延びているらせん状の溝３５０を規定するように協同している。前記ターボ溜め２６０の基部３４０の孔３４２は、前記入口チューブ１０８によって規定された溝１３０と前記らせん状の溝３５０との間に流体的な連通を与える。前記らせん状の溝３５０の上部は、前記隔膜１０６の底面とＰｘ本体２０４の上面とによって規定される前記下側チャンバ１２４に連通している。従って、前記らせん状の溝３５０は、（前記入口チューブ１０８によって規定された）溝１３０と前記隔膜１０６との間の流体的な連通を果たす。前記溝１３０から前記隔膜１０６に向かって進むパーティクルもしくは汚染物質は、この隔膜１０６に達する前に、前記孔３４２と前記らせん状の溝３５０を通る。
【００１８】
前記ターボ溜め２６０の基部３４０によって規定された前記孔３４２は、選ばれた大きさのパーティクルが前記溝１３０から前記らせん状の溝３５０へ進むのを排除するように形成されている。即ち、前記孔３４２は、大きなパーティクルが前記溝３５０に入り込むのを防止するフィルタとして機能する。図３Ａ並びに３Ｂに示されるように、前記孔３４２は、一般的に細長く、長さＬ（図３Ｂ）と幅Ｗ（図３Ａ）によって特徴付けられている。１つの好ましい具体例では、幅Ｗは０．２５４ミリメートル（０．０１０インチ）、長さＬは０．１０６６８〜１．６００２ミリメートル（０．００４２〜０．０６３インチ）である。圧力が測定される気体中に見られるパーティクルの多くは、ほぼ球形であるので、前記孔３４２は、幅Ｗより長いか等しい半径によって特徴付けられるパーティクルを排除する。前記孔３４２は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．５８１１６８５（汚染物質排除システムを備える流体圧力センサと題し、この発明の譲受人に譲渡されている）の図４に示されたバッフルの孔と同様の方法で形成されることができると理解される。
【００１９】
図３Ｂは、基部３４０の領域のおよそ３分の１に４グループで配置された複数の孔３４２を示す。即ち、図３Ｂに示された具体例では、基部３４０のおよそ３分の２は孔が形成されていない。しかしながら、例えば、図３Ｃでは、他の具体例が示されていて、前記孔３４２は、基部３４０全体に渡って配置されることができる。
【００２０】
このセンサ２００は、低圧流体（例えば、２．６７パスカル（０．０２トル）以下）を測定するために使用されることができる。前記溝３５０中の圧力が約２．６７パスカル（０．０２トル）以下のとき、溝３５０中の物質の動きは、分子流によって特徴付けられる。図４に示すように、分子流は、分子が溝３５０中でセンサの固体表面（例えば、壁２２８、ねじ山３２０の壁、もしくは中央の柱３１０の外壁）と衝突するまで、ほぼ直線の軌道を進む。これは、分子がセンサの一表面から他の表面へと直線の軌道を進みそうもなく、その代わりに互いにはね返りが起こりそうな、密度の高い気体中での振る舞いと対照的である。分子流の条件下で、前記溝３５０を通過するいかなる汚染物質も、溝３５０を通過し隔膜１０６に達する前に、溝３５０（壁２２８、ねじ山３２０の壁、もしくは中央の柱の壁３１０）を規定する表面との衝突が何度も起こる。汚染物質パーティクルが、前記溝３５０を通過して下側チャンバ１２４に入るのではなく、このセンサ２００の表面に堆積、もしくは付着する確率は、センサ２００の表面に対して汚染物質が衝突する回数の増加関数である。前記溝３５０のらせん形状は、前記溝１３０から下側チャンバ１２４に向かって通過する汚染物質が、下側チャンバ１２４に達する前に、（前記溝３５０を規定する）センサ２００の表面と何度も衝突することを保証する。これは、いかなる汚染物質も前記溝３５０を実際に通過し、隔膜１０６に達することができる可能性を著しく減少させる。
【００２１】
前記溝１３０かららせん状の溝３５０を通って下側チャンバ１２４に入る分子による軌道が、矢印３６０と３７０によって図４に示されている。矢印３６０は、前記溝１３０から前記孔３４２を通って前記らせん状の溝３５０に進む分子の軌道を示している。矢印３７０は、前記らせん状の溝３５０を通って下側チャンバ１２４に進む分子が一般的に従うらせん状の軌道を示している。しかしながら、矢印３７０は一般的、もしくは平均的な分子による軌道のみを表していると考えられることができる。分子が流れる領域での分子は、直線の軌道を進むので、分子は、矢印３７０によって示された平均的な流れを成すように、非常に多くの直線の軌道と衝突とを必要とする。
【００２２】
前記のように、らせん状の溝３５０を規定していることに加え、前記ターボ溜め２６０と前記Ｐｘ本体２０４もまた、前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間の小さなギャップＧ（図４Ａに最も良く示されている）を規定している。このギャップＧは、センサ２００の組立を容易にするために（即ち、比較的もろいセラミックスの前記ターボ溜め２６０をＰｘ本体に規定された前記孔２２６に挿入するのを容易にするために）与えられている。理論的には、前記溝１３０から下側チャンバ１２４に向かって進む分子は、前記らせん状の溝３５０を通る軌道（一般的に矢印３７０によって示される）に従う、もしくは前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間のギャップＧの１つを通過することによって近道をすることができる。しかしながら、前記内壁２２８とねじ山３２０の外端との間の小さなギャップＧは、前記溝３５０のギャップよりもかなり小さいと考えることができる。従って、このギャップＧによるコンダクタンスは、ギャップＧを通るパーティクルと分子流をほとんど除去する前記溝３５０のコンダクタンスよりもかなり小さい。また、実際にギャップＧに進入するいかなる汚染物質も、ギャップＧにある間、前記ねじ山３２０と壁２２８の表面で何度もはね返りが起こりそうであり、この結果、ギャップＧに付着する（即ち、ギャップＧで規定される表面の１つに堆積する）。従って、もしこのセンサ２００が、汚染物質を含む気体や液体の圧力を測定するために使用されるならば、汚染物質がギャップＧに堆積することでギャップＧはやがて詰まる、もしくは塞がりそうである。
【００２３】
ギャップＧは、例えば、前記ねじ山３２０の外端と内壁２２８との間にガラスの目張りを与えることによって、組立の間、除去もしくは減少させることができる。しかしながら、ギャップＧの存在は、前記ターボ溜め２６０、即ちこのセンサ２００の性能を下げず、従って、ギャップＧをなくす必要はないと考えられる。
【００２４】
汚染物質が隔膜に達する前に、いかなる汚染物質もセンサ２００の表面と何度も衝突することを保証することによって、前記ターボ溜め２６０（とターボ溜め２６０によって形成された前記らせん状の溝３５０）は、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．６４４３０１５（静電容量圧力センサのためのバッフルと題し、この発明の譲受人に譲渡されている）に記載された、幅に対する長さの高いアスペクト比によって特徴付けられるチャンバと同様の機能を提供する。しかしながら、前記ターボ溜め２６０は、よりコンパクトな形状でこの機能を与え、非常に小さくコンパクトな圧力センサの生産をより促進する。図４Ａに示すように、１つの好ましい実施例では、前記ターボ溜めの外径Ｄ１は６．２９９ミリメートル（０．２４８インチ）、前記Ｐｘ本体で規定される孔２２６の直径は６．２９９ミリメートル（０．２４８インチ）、ギャップＧは平均で０．０２５４ミリメートル（０．００１インチ）である。この具体例では、前記基部３４０の外径は７．３７ミリメートル（０．２９インチ）、前記中央の柱３１０の高さＨ１は４．０６ミリメートル（０．１６インチ）、前記ターボ溜め全体の高さＨ２は４．５７ミリメートル（０．１８インチ）、前記基部３４０の高さＨ３は０．５１ミリメートル（０．０２インチ）である。この実施例ではまた、このセンサ２００（図２Ｂ）の外径は３．８１センチメートル（１．５００インチ）、このセンサ２００の高さＨ４は１．０１６センチメートル（０．４００インチ）である。
【００２５】
要約すると、前記ターボ溜め２６０は、２つの代表的な形式の機械的な濾過機能を与える。即ち、第１に、前記孔３４２は、特定の大きさのパーティクルが前記溝３５０に進入するのを防ぐ。また、第２に、前記溝３５０の形状によって、溝３５０に進入する多くの（前記孔３４２を通り抜けられるだけ十分に小さい）汚染物質が前記隔膜１０６に達するのが防がれる。
【００２６】
前記の機械的な濾過機能に加えて、前記ターボ溜め２６０はまた、熱的な濾過機能を提供する。このセンサ２００は、熱い気体や液体（例えば２００度）の圧力を測定するために使用されることができる。このセンサが、圧力を測定される気体の温度、もしくはこの近くの温度であるように、加熱されることができる。熱センサ２００は、センサ２００の内部表面上に凝縮される量を減少させ、また、センサ２００によって与えられる圧力測定の正確さを向上させることができる。動作中、前記入口チューブ１０８は、圧力が測定される気体源と一般的に接続されている。気体源は、例えば、パイプ、バルブ、またはチャンバで良い。圧力が測定される気体が高い温度のとき、前記入口チューブ１０８に接続された気体源は、熱放射源としてセンサ２００のように考えることができる。前記ターボ溜め２６０は、気体源から前記隔膜１０６へのサイトパス（ｓｉｇｈｔ ｐａｓｓ）のラインを塞ぎ、この結果、熱放射に対する濾過を提供する。即ち、前記ターボ溜め２６０は、気体源から放射される熱が前記隔膜２０６に直接入射するのを防ぐ。
【００２７】
前記ターボ溜め２６０は、セラミックス静電容量圧力センサに関連して記述されている。しかしながら、前記ターボ溜め２６０は、他のタイプのセンサにも使用されることができる。例えば、前記ターボ溜め２６０は、金属で製造されて、金属センサで使用されることができる。金属はセラミックスよりももろくないので、このようなセンサで、前記ねじ山の外端と前記孔２２６の内壁との間のギャップＧをなくす、もしくは減少させることは比較的簡単であると考えられる。例えば、このセンサで、前記ターボ溜めの外径は、ターボ溜めに適合する範囲で前記孔の直径よりもわずかに大きく作製されることができ、また、（より大きな）ターボ溜めは（より小さな）孔に適合させるように押圧されることができる。
【００２８】
また、前記ターボ溜め２６０は、１本のらせん状のねじ山３２０（これによってらせん状の溝３５０を規定する）を有すると記述されている。しかしながら、前記ねじ山３２０も前記溝３５０も、完全ならせん状である必要はない。前記ターボ溜めと前記Ｐｘ本体とによって規定された溝３５０が環状、もしくは曲がりくねっている限り、（少なくとも、前記溝内の圧力が、分子流を十分に提供できるくらい低いとき、汚染物質が隔膜に達する前に、汚染物質がこのセンサの表面に何度も接触するのを保証することによって）このターボ溜めは、望ましい汚染物質の濾過機能を提供する。図５は、らせん状の溝５００の概略図である。前記溝５００は、入口５０２と出口５０４とを有する。図５に示された溝５００は、（例えば図４に示された）前記溝３５０の概略的な描写であると考えられる。即ち、前記入口５０２は、前記孔３４２に対応し、前記出口５０４は、前記溝３５０と前記下側チャンバ１２４との連結部に対応している。図６は、他の曲がった溝５１０の概略図であり、この溝５１０は、入口５１２と出口５１４とを有する。前記溝５１０は、らせん状ではなく、環状、もしくは曲がりくねっている。この発明に従って形成されるターボ溜めは、らせん状の溝の代わりに、図６に示されるような形状の溝を提供することができる。これらの溝５００、５１０はかなり異なって見えるが、これらは重要な共通の特性を持つ。どちらの溝も、入口から出口への直線の軌道を提供しない。また、前記入口から出口へ進む前に、溝５００、５１０のどちらを通って進むパーティクルも、何度か方向を変えることができる。これらの溝５００、５１０は、全長ＬＴ（即ち、前記入口から出口へ溝の中を延びる長さ）、前記入口と出口の間の直線距離ＤＳによって特徴付けられる。両方の溝で、溝の全長ＬＴは、直線距離ＤＳよりも十分に長い。
【００２９】
溝５００、５１０、もしくは他の曲がりくねった溝を使用するセンサは、この発明に従って構成されることができるが、前記らせん状の溝５００、もしくは３５０が最適である。なぜならば、いかなる溝も直線部分を有さず、代わりに（らせん状の溝でのような）一定の曲がった部分があり、１つの直線の軌道によって通り抜けられることができる溝の長さの重要な部分がないからである。一方で、前記溝５１０のような溝は、１つの直線の軌道によって通り抜けられることができる部分を有する。例えば、少なくとも理論的には、前記溝５１０のような溝は、約２０回の衝突のみ（即ち、溝内であらゆる適切な角度に対する１つの衝突）が起こる分子流の領域で、分子によって通り抜けられることができる。一方で、分子流の領域での流れは、同様の全長を持つ一定の曲がった溝を通り抜けるために、分子に対して非常に多くの衝突が必要とされる。また、すべての一定の曲がった溝の中で、らせん状の溝が、与えられた全長に対して最も形状的にコンパクトである。従って、らせん状の溝が最適である。
【００３０】
この発明に従って構成された溝で、溝の全長ＬＴは、できれば入口と出口の間の直線距離ＤＳの少なくとも２倍よりも長いことが望ましい。溝の全長ＬＴは、入口と出口の間の直線距離ＤＳの少なくとも５倍よりも長いことがより望ましい。溝の全長ＬＴは、入口と出口の間の直線距離ＤＳの６倍よりも長いことがより望ましい。また、溝は、入口から出口へ環状、もしくは曲がりくねった軌道によって特徴付けられることが望ましい。前記ターボ溜め２６０の具体例で、寸法を示すＤ１〜Ｄ３、Ｈ１〜Ｈ３が（図４Ａに関連して）上記で与えられ、溝の全長ＬＴの最小値（即ち前記中央の柱３１０の周りで近接して流れを受ける軌道）が約３．０５センチメートル（１．２インチ）であるのに対し、前記ターボ溜めの全高さＨ２（直線距離ＤＳに近い）は約０．４６センチメートル（０．１８インチ）である。
【００３１】
前記ターボ溜め２６０は、１つのねじ山３２０を有すると記述されている。前記ターボ溜め２６０は、１つのねじ山で記述されている代わりに、いくつかのねじ山で構成されることができると考えられる。このような具体例では、このセンサは、１つの曲がりくねった溝の代わりに、複数の環状、もしくは曲がりくねった溝を規定する。また、前記ターボ溜めは、ねじ山から広がる障害物（例えば、フィン）を有し、前記溝３５０を邪魔するかもしれないので、汚染物質が前記隔膜に達することができない可能性がさらに増加するかもしれない。このような障害物は、前記溝３５０のコンダクタンスを十分に減少させないことが望ましい。また、前記ターボ溜め２６０は、このセンサ本体で規定された孔中に配置されると記述されている。あるいは、前記ターボ溜めは、前記入口チューブ中に配置されることができる。
【００３２】
ここでのこの発明に関連する範囲から逸脱せずに、上記の一連の装置に対して特定の変化を加えるとき、上記に含まれた、もしくは添付図面で示されたすべての事柄は、例証であると解釈され、限られた意味ではない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術のセラミックス静電容量圧力センサの縦側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示された前記センサの分解図である。
【図２Ａ】図２Ａは、この発明に従って構成されたセラミックス静電容量圧力センサの縦側面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示された前記センサの分解図である。
【図３Ａ】図３Ａは、この発明に従って構成されたターボ溜めの側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図３Ａに３Ｂ−３Ｂの線で示された方向からの、前記ターボ溜めの底面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、この発明に従って構成された他のターボ溜めの概観図である。
【図４】図４は、図２Ａ並びに２Ｂに示されたセンサのターボ溜めと、Ｐｘ本体の部分と、入口チューブの部分との拡大図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図４に示されたものと同じ構成で、参照符号がなく、寸法の線が示された図である。
【図５】図５は、この発明に従って構成されたセンサによって形成されたらせん状の溝の概略図である。
【図６】図６は、この発明に従って構成されたセンサによって形成されたらせん状でない溝の概略図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内容量室を規定し、第１の孔を規定している壁を有する本体と、
前記内容量室を第１のセクションと第２のセクションとに分割している可撓性の隔膜と、
セラミックスによって形成され、前記第１の孔中に配置された第１の構造部分を有し、流れを規定する構成体とを具備する圧力センサであって、
前記第１の孔は、前記内容量室の外部のパーティクルが、前記第１の孔を通って進み隔膜へ達するように配置されていて、
前記隔膜の少なくとも第１の部分が、前記第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して増加すると、第１の方向に動き、また、前記第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して減少すると、前記隔膜の第１の部分は第２の方向に動き、
前記隔膜の第１の部分と本体の少なくとも第１の部分とが、静電容量によって特徴付けられ、この静電容量は、前記本体の第１の部分に対する前記隔膜の第１の部分の動きに応答して変化し、
また、前記第１の構造部分は、前記壁と間隔を空けていて、前記構成体は、少なくとも一部が、前記内容量室の前記第１のセクションからこの内容量室の外部の位置への、第１の流路を規定し、この第１の流路の少なくとも一部は、第１の位置から第２の位置に延び、この第１の流路の少なくとも一部は、全長と直線距離によって特徴付けられ、この全長は、前記第１の位置から前記第２の位置への軌道を通る最短距離であり、また、前記直線距離は、前記第１の位置と前記第２の位置の間の最短距離であり、全長は直線距離の少なくとも５倍であるような、圧力センサ。
【請求項２】
流れを規定する前記構成体は、中央の柱と、この中央の柱の外側に配設されたほぼらせん状の少なくとも１つのねじ山とを有する請求項１のセンサ。
【請求項３】
流れを規定する前記構成体は、複数の孔を規定している基部をさらに有する請求項２のセンサ。
【請求項４】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、ほぼらせん状である請求項１のセンサ。
【請求項５】
内部の溝を規定している入口チューブをさらに具備し、この内部の溝は、前記第１の流路と流体的に連通している請求項１のセンサ。
【請求項６】
前記本体は、セラミックス材料で形成され、また、前記隔膜は、セラミックスの隔膜部と金属の隔膜部とを有する請求項１のセンサ。
【請求項７】
前記本体の前記第１の部分は、金属フィルムで形成されている請求項１のセンサ。
【請求項８】
前記本体は、セラミックス材料で形成されている請求項１のセンサ。
【請求項９】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、滑らかな曲線によって特徴付けられる流路の一部を有する請求項１のセンサ。
【請求項１０】
前記本体は、第１のセラミックス部分と第２のセラミックス部分とを有し、第１の金属フィルムが、前記本体の前記第１のセラミックス部分の一部に配置され、前記本体の前記第２のセラミックス部分は、前記第１の孔を規定している前記壁を有し、
また、可撓性の前記隔膜は、セラミックスの隔膜部と、このセラミックスの隔膜部に配置された金属フィルムとを有し、本体の前記第１のセラミックス部分と本体の前記第２のセラミックス部分の間に配置され、
さらに、第１の端が、本体の前記第２のセラミックス部分と接続されていて、第２の端が、流体源と接続するように形成され、前記第２の端から前記第１の端へ延びた内部の溝を規定し、この内部の溝は、前記第１の孔と流体的に連通している、入口チューブを具備し、
さらに、流れを規定する前記構成体は、基部と、中央の柱と、ねじとを有し、このねじは、前記中央の柱の外側に配設され、また、前記構成体と、本体の前記第２のセラミックス部分とは、ほぼらせん状の溝を規定し、このらせん状の溝は、前記第１の流路の少なくとも一部を有し、前記隔膜に達する前に、前記内部の溝から前記隔膜へ進む流体の少なくとも一部が、前記ほぼらせん状の溝を通過するように形成され、前記基部は、前記内部の溝から前記ほぼらせん状の溝を分離し、また、この基部は、複数の孔を規定し、これら孔は、前記ほぼらせん状の溝と前記内部の溝との間に流体的な連通を与える請求項１のセンサ。
【請求項１１】
前記構成体は、少なくとも一部が、第２の流路を規定し、この第２の流路は、前記内容量室の前記第１のセクションから内容量室の外部の位置へ延び、前記第２の流路の少なくとも一部は、前記第１の位置から前記第２の位置へ延び、前記第１の流路は、前記第２の流路よりも高いコンダクタンスを有する、請求項１のセンサ。
【請求項１２】
流れを規定する前記構成体は、中央の柱と、この中央の柱の外側に配設されたほぼらせん状の少なくとも１つのねじ山とを有する請求項１１のセンサ。
【請求項１３】
流れを規定する前記構成体は、複数の孔を規定している基部をさらに有する請求項１２のセンサ。
【請求項１４】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、ほぼらせん状である請求項１１のセンサ。
【請求項１５】
内部の溝を規定している入口チューブをさらに具備し、この内部の溝は、前記第１と第２の流路を流体的に連通している請求項１１のセンサ。
【請求項１６】
前記本体は、セラミックス材料で形成され、前記隔膜は、セラミックスの隔膜部と金属の隔膜部とを有する請求項１１のセンサ。
【請求項１７】
本体の前記第１の部分は、金属フィルムで形成されている請求項１１のセンサ。
【請求項１８】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、滑らかな曲線によって特徴付けられる流路の一部を有する請求項１１のセンサ。
【請求項１９】
流れを規定する前記構成体は、前記らせん状のねじ山から第１の流路の少なくとも一部へ延びた複数の障害物をさらに有する請求項２のセンサ。
【請求項２０】
流れを規定する前記構成体は、前記ねじかららせん状の溝の少なくとも一部へ延びた複数の障害物をさらに有する請求項１０のセンサ。
【請求項２１】
流れを規定する前記構成体は、前記らせん状のねじから前記第１の流路の少なくとも一部へ延びた複数の障害物をさらに有する請求項１２のセンサ。
【請求項２２】
前記本体は、セラミックス材料で形成された請求項１１のセンサ。
【請求項２３】
前記本体は、前記第１の孔に近接した第２の孔を規定する第２の壁を有し、この第２の孔は前記第１の孔より大きく、前記基部は、この第２の孔中に配置されている請求項３のセンサ。
【請求項１】
内容量室を規定し、第１の孔を規定している壁を有する本体と、
前記内容量室を第１のセクションと第２のセクションとに分割している可撓性の隔膜と、
セラミックスによって形成され、前記第１の孔中に配置された第１の構造部分を有し、流れを規定する構成体とを具備する圧力センサであって、
前記第１の孔は、前記内容量室の外部のパーティクルが、前記第１の孔を通って進み隔膜へ達するように配置されていて、
前記隔膜の少なくとも第１の部分が、前記第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して増加すると、第１の方向に動き、また、前記第１のセクションの圧力が前記第２のセクションの圧力に対して減少すると、前記隔膜の第１の部分は第２の方向に動き、
前記隔膜の第１の部分と本体の少なくとも第１の部分とが、静電容量によって特徴付けられ、この静電容量は、前記本体の第１の部分に対する前記隔膜の第１の部分の動きに応答して変化し、
また、前記第１の構造部分は、前記壁と間隔を空けていて、前記構成体は、少なくとも一部が、前記内容量室の前記第１のセクションからこの内容量室の外部の位置への、第１の流路を規定し、この第１の流路の少なくとも一部は、第１の位置から第２の位置に延び、この第１の流路の少なくとも一部は、全長と直線距離によって特徴付けられ、この全長は、前記第１の位置から前記第２の位置への軌道を通る最短距離であり、また、前記直線距離は、前記第１の位置と前記第２の位置の間の最短距離であり、全長は直線距離の少なくとも５倍であるような、圧力センサ。
【請求項２】
流れを規定する前記構成体は、中央の柱と、この中央の柱の外側に配設されたほぼらせん状の少なくとも１つのねじ山とを有する請求項１のセンサ。
【請求項３】
流れを規定する前記構成体は、複数の孔を規定している基部をさらに有する請求項２のセンサ。
【請求項４】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、ほぼらせん状である請求項１のセンサ。
【請求項５】
内部の溝を規定している入口チューブをさらに具備し、この内部の溝は、前記第１の流路と流体的に連通している請求項１のセンサ。
【請求項６】
前記本体は、セラミックス材料で形成され、また、前記隔膜は、セラミックスの隔膜部と金属の隔膜部とを有する請求項１のセンサ。
【請求項７】
前記本体の前記第１の部分は、金属フィルムで形成されている請求項１のセンサ。
【請求項８】
前記本体は、セラミックス材料で形成されている請求項１のセンサ。
【請求項９】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、滑らかな曲線によって特徴付けられる流路の一部を有する請求項１のセンサ。
【請求項１０】
前記本体は、第１のセラミックス部分と第２のセラミックス部分とを有し、第１の金属フィルムが、前記本体の前記第１のセラミックス部分の一部に配置され、前記本体の前記第２のセラミックス部分は、前記第１の孔を規定している前記壁を有し、
また、可撓性の前記隔膜は、セラミックスの隔膜部と、このセラミックスの隔膜部に配置された金属フィルムとを有し、本体の前記第１のセラミックス部分と本体の前記第２のセラミックス部分の間に配置され、
さらに、第１の端が、本体の前記第２のセラミックス部分と接続されていて、第２の端が、流体源と接続するように形成され、前記第２の端から前記第１の端へ延びた内部の溝を規定し、この内部の溝は、前記第１の孔と流体的に連通している、入口チューブを具備し、
さらに、流れを規定する前記構成体は、基部と、中央の柱と、ねじとを有し、このねじは、前記中央の柱の外側に配設され、また、前記構成体と、本体の前記第２のセラミックス部分とは、ほぼらせん状の溝を規定し、このらせん状の溝は、前記第１の流路の少なくとも一部を有し、前記隔膜に達する前に、前記内部の溝から前記隔膜へ進む流体の少なくとも一部が、前記ほぼらせん状の溝を通過するように形成され、前記基部は、前記内部の溝から前記ほぼらせん状の溝を分離し、また、この基部は、複数の孔を規定し、これら孔は、前記ほぼらせん状の溝と前記内部の溝との間に流体的な連通を与える請求項１のセンサ。
【請求項１１】
前記構成体は、少なくとも一部が、第２の流路を規定し、この第２の流路は、前記内容量室の前記第１のセクションから内容量室の外部の位置へ延び、前記第２の流路の少なくとも一部は、前記第１の位置から前記第２の位置へ延び、前記第１の流路は、前記第２の流路よりも高いコンダクタンスを有する、請求項１のセンサ。
【請求項１２】
流れを規定する前記構成体は、中央の柱と、この中央の柱の外側に配設されたほぼらせん状の少なくとも１つのねじ山とを有する請求項１１のセンサ。
【請求項１３】
流れを規定する前記構成体は、複数の孔を規定している基部をさらに有する請求項１２のセンサ。
【請求項１４】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、ほぼらせん状である請求項１１のセンサ。
【請求項１５】
内部の溝を規定している入口チューブをさらに具備し、この内部の溝は、前記第１と第２の流路を流体的に連通している請求項１１のセンサ。
【請求項１６】
前記本体は、セラミックス材料で形成され、前記隔膜は、セラミックスの隔膜部と金属の隔膜部とを有する請求項１１のセンサ。
【請求項１７】
本体の前記第１の部分は、金属フィルムで形成されている請求項１１のセンサ。
【請求項１８】
前記第１の流路の前記少なくとも一部は、滑らかな曲線によって特徴付けられる流路の一部を有する請求項１１のセンサ。
【請求項１９】
流れを規定する前記構成体は、前記らせん状のねじ山から第１の流路の少なくとも一部へ延びた複数の障害物をさらに有する請求項２のセンサ。
【請求項２０】
流れを規定する前記構成体は、前記ねじかららせん状の溝の少なくとも一部へ延びた複数の障害物をさらに有する請求項１０のセンサ。
【請求項２１】
流れを規定する前記構成体は、前記らせん状のねじから前記第１の流路の少なくとも一部へ延びた複数の障害物をさらに有する請求項１２のセンサ。
【請求項２２】
前記本体は、セラミックス材料で形成された請求項１１のセンサ。
【請求項２３】
前記本体は、前記第１の孔に近接した第２の孔を規定する第２の壁を有し、この第２の孔は前記第１の孔より大きく、前記基部は、この第２の孔中に配置されている請求項３のセンサ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図４】
【図４Ａ】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００８−５２７３８６（Ｐ２００８−５２７３８６Ａ）
【公表日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５５１４８９（Ｐ２００７−５５１４８９）
【出願日】平成１８年１月１３日（２００６．１．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２７５７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７６７４５
【国際公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（５９２０５３９６３）エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド (114)
【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月２４日（２００８．７．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１３日（２００６．１．１３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２７５７
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０７６７４５
【国際公開日】平成１８年７月２０日（２００６．７．２０）
【出願人】（５９２０５３９６３）エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッド (114)
【氏名又は名称原語表記】ＭＫＳ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
【Ｆターム（参考）】
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