JP7140925B2 - 静電容量型隔膜真空計内の電子機器及び高温度センサ間の熱障壁 - Google Patents

静電容量型隔膜真空計内の電子機器及び高温度センサ間の熱障壁 Download PDF

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Description

関連出願への相互参照
本出願は、２０１９年２月２６日に出願された米国仮特許出願６２/８１０，７９８の優先権を主張するものであり、この出願は参照されることにより、本出願に援用される。
本発明は、ダイアフラムのたわみに基づいて圧力を測定する静電容量型隔膜真空計の分野に属する。
絶対静電容量型隔膜真空計(absolute capacitance diaphragm gauges)（ＣＤＧ）は、ダイアフラムのたわみに関連する静電容量の変化を検出して圧力を測定し、ここで、ダイアフラムの一方の側（圧力側）は、測定する圧力にさらされ、ダイアフラムの他方の側は、参照空洞の密閉前に超高真空（例えば、１０-9トル（０．００００００１３３３パスカル）未満）が形成された密閉参照真空空洞にさらされる。
静電容量型隔膜真空計は、ダイアフラムと参照真空空洞内に収容された１以上の固定電極の間の静電容量を測定する。ダイアフラムの圧力側の圧力が参照真空空洞内の圧力よりも高い場合、ダイアフラムは固定電極（又は複数の電極）の方向にたわみ、測定される静電容量を増加させる。ダイアフラムの圧力側の圧力が減少すると、ダイアフラムの両側の圧力差が減少し、ダイアフラムは参照真空空洞内の固定電極から離れ、それにより、測定される静電容量が減少する。
静電容量型隔膜真空計は、基板上に材料の薄膜又は厚膜が蒸着された真空室内の圧力を測定する為に一般的に使用される。一般的な使用例は、半導体装置製造中のシリコンウェーハ表面上への材料蒸着中の圧力を測定することである。静電容量型隔膜真空計は、複数のガスを利用する真空蒸着工程において非常に有用である。なぜなら、静電容量型隔膜真空計は、非常に正確であり、ガス組成とは関係なく絶対圧力を測定することができるからである。残念ながら、真空蒸着が通常実施される圧力状態で動作可能である隔膜真空計の特性が、静電容量型隔膜真空計をダイアフラムの表面上への道を見つける被覆又は任意の形の汚染に対して非常に敏感にする。
ダイアフラムの汚染又は被覆は、静電容量型隔膜真空計の正確性及び感度に悪影響を与え、結果として静電容量型隔膜真空計の零点をシフトすることもある。他のいくつかの良く起こり得る現象も静電容量型隔膜真空計の感度、正確性及び零点に影響を与える。静電容量型隔膜真空計は、半導体ウェーハ処理等の工程においてより頻繁に使用されており、そのいくつかは真空測定における出力シフトに非常に敏感である。ダイアフラムの汚染又は被覆が静電容量型隔膜真空計の正確性及び再現性に与える影響は、工程結果及び工程歩溜に影響を与えるほど重大であると知られている。ダイアフラムの汚染の原因の１つは、ダイアフラムのようなより冷たい金属面と付着及び反応する傾向がより高くなるガス状副産物の凝縮である。その結果、静電容量型隔膜真空計の使用者は、凝縮を減少又は除去する為にダイアフラムの温度を上昇することにより、ダイアフラムの汚染及び被覆の機会を低減することを試みている。この技術は長く使用され、良い効果を有するが、この技術はダイアフラムの汚染及び被覆の発生を除去できていない。ここで、ダイアフラムの最大温度は、ダイアフラムからの容量性信号を処理する為に使用される電子機器により限定されている。なぜなら、電子機器は、ダイアフラムの近くに配置される必要があり、電子機器は加熱されたダイアフラムから熱エネルギーを受けるので、電子機器の温度が上昇するからである。上昇した温度は、電子機器の正確性に悪影響を与え、電子機器内に組み込まれている感熱性の要素の信頼性にも影響を与える。
電子機器から熱を能動的に除去する為に技術が使用され、又は、加熱されたダイアフラムから電子機器を受動的に断熱する為に技術が使用されるが、既知の技術は、ダイアフラム及び電子機器間の最大加熱差(maximum heat differential)により限定される。
静電容量型隔膜真空計の改良の必要性が存在し、それにより、電子機器はダイアフラムに近接したまま、そして、電子機器及び熱にさらされる静電容量型隔膜真空計の外表面を受け入れ可能な安全な最大絶対値(maximum magnitude)に維持したまま、ダイアフラムを以前に実行可能であった温度よりも高い温度で加熱することができる。
これらの利点及び他の利点は、例えば、第１の温度で動作している静電容量型隔膜真空計及び第２の温度で動作している電子機器筐体を相互接続する熱障壁筐体により提供され、ここで、第１の温度は第２の温度よりも高い。熱障壁筐体は、静電容量型隔膜真空計を囲む側壁と、静電容量型隔膜真空計を機械的に係合するように構成された第１の壁と、電子機器筐体を係合するように構成された第２の壁と、第１の壁及び第２の壁を相互接続する中間熱抑制及び換気部(intermediate thermal restriction and ventilation portion)と、を含む。第２の壁は、第１の壁から間隔をあけて配置される。中間熱抑制及び換気部は、複数の支柱を含む。
第１の壁は、中央貫通孔を有し、各支柱は、中央貫通孔から伸びている各々の支柱半径方向線に沿って配置される。代替的に、各支柱は、中央貫通孔を中心とする第１の円に沿って配置される。支柱は、第１の壁及び第２の壁に接続される。熱障壁筐体は、第１の壁及び第２の壁に接続された中央相互接続支柱をさらに含む。中央貫通孔は、中央相互接続支柱内に形成される。中間熱抑制及び換気部は、第１の壁及び第２の壁間の総容積を有し、複数の支柱は、支柱総容積を有し、支柱総容積は、総容積の約１５％から約２５％の範囲である。
これらの利点及び他の利点は、例えば、第１の温度で動作する静電容量型隔膜真空計と、第２の温度で動作する電子機器筐体と、静電容量型隔膜真空計を収容して静電容量型隔膜真空計を電子機器筐体と相互接続する熱障壁筐体と、を含む圧力検出システムにより提供される。静電容量型隔膜真空計は、測定される圧力の供給源と接続することができ、電子機器筐体は、静電容量型隔膜真空計と電気的に接続された電子機器を囲む。第１の温度は第２の温度よりも高い。熱障壁筐体は、静電容量型隔膜真空計を囲む側壁と、静電容量型隔膜真空計を機械的に係合するように構成された第１の壁と、電子機器筐体を係合するように構成された第２の壁と、第１の壁及び第２の壁を相互接続する中間熱抑制及び換気部と、を含む。第２の壁は、第１の壁から間隔をあけて配置される。中間熱抑制及び換気部は、複数の支柱を含む。
これらの利点及び他の利点は、例えば、第１の温度で動作している静電容量型隔膜真空計及び第２の温度で動作している電子機器筐体を相互接続する熱障壁により提供され、ここで、第１の温度は第２の温度よりも高い。熱障壁は、静電容量型隔膜真空計を機械的に係合するように構成された第１の取付境界面と、電子機器筐体を係合するように構成された第２の取付境界面と、第１の取付境界面及び第２の取付境界面を相互接続する中間熱抑制及び換気部と、を含む。第２の取付境界面は、第１の取付境界面から間隔をあけて配置される。中間熱抑制及び換気部は、複数の支柱を含む。
中間熱抑制及び換気部は、第１の取付境界面及び第２の取付境界面の間の総容積を有し、複数の支柱は支柱総容積を有し、支柱総容積は、総容積の約３０％から約５０％の範囲である。支柱総容積は総容積の約４０％である。複数の支柱は、複数の外側相互接続支柱と、複数の内側相互接続支柱と、を含む。複数の外側相互接続支柱は、隣接する外側相互接続支柱間に換気口を提供する為に間隔をあけて配置される。複数の内側相互接続支柱は、空気流が中間熱抑制及び換気部を通ることを可能にする為に、換気口から間隔をあけて配置され、そして、互いに間隔をあけて配置される。複数の支柱はさらに、中央相互接続支柱を含む。中央相互接続支柱は、第１の取付境界面から第２の取付境界面に伸びている貫通孔を囲む。第１の取付境界面及び第２の取付境界面のそれぞれは、各々の中央貫通孔を有し、各外側相互接続支柱は、中央貫通孔から伸びている各々の外側相互接続支柱半径方向線に沿って配置される。各内側相互接続支柱半径方向線は、各々の第１の外側相互接続支柱半径方向線及び第２の外側相互接続支柱半径方向線の間に実質的に等角度に配置される。第１の取付境界面及び第２の取付境界面のそれぞれは、各々の中央貫通孔を有し、各外側相互接続支柱は、中央貫通孔を中心とする第１の円に沿って配置され、第１の円は第１の半径を有し、各内側相互接続支柱は、中央貫通孔を中心とする第２の円に沿って配置される。第２の円は、第１の半径よりも小さい第２の半径を有する。
本発明の実施形態は、以下の図面を参照することにより理解されるものである。
圧力検出ユニットの近位端上の圧力ポート側から見た、圧力源に接続可能な慣習的な圧力検出ユニットの斜視図である。 図１の方位から１８０度回転され、圧力検出ユニットの遠位端側から見た、図１の慣習的な圧力検出ユニットの斜視図である。 図２の線３－３に沿った、図１及び２の慣習的な圧力検出ユニットの断面図である。 近位のセンサ部から切り離された遠位の電子機器部を示す、図１及び２の慣習的な圧力検出ユニットの分解図である。 圧力検出ユニットの近位端上の圧力ポート側から見た、圧力源に接続可能な改良された圧力検出ユニットの斜視図である。 図５の方位から１８０度回転され、圧力検出ユニットの遠位端側から見た、圧力源に接続可能な改良された圧力検出ユニットの斜視図である。 図６の線７－７に沿った、図５の改良された圧力検出ユニットの断面図である。 図５及び６の改良された圧力検出ユニットの遠位の電子機器部の分解斜視図であり、さらに、熱障壁の遠位部を遠位の電子機器部に取り付ける前の熱障壁を示す図である。 改良された圧力検出ユニットの遠位の電子機器部及び取り付けられた熱障壁の分解斜視図であり、さらに、近位のセンサ部を熱障壁の近位部に取り付ける前の近位のセンサ部を示す図である。 熱障壁の近位面側から見た、熱障壁の斜視図である。 熱障壁の遠位面側から見た、熱障壁の斜視図である。 図１０の線１２－１２に沿った、図１０及び１１の熱障壁の下部の断面平面図である。 図１０及び１１の熱障壁の平面図である。 図１０の線１４－１４に沿った、図１０及び１１の熱障壁の右側部分の断面図である。 熱障壁の略中間部から熱障壁の近位部までの、図１１の線１５－１５に沿った、図１０及び１１の熱障壁の断面斜視図であり、相互接続支柱の近位部が熱障壁の中間熱抑制及び換気部を形成していることを示す図である。 熱障壁の略中間部から熱障壁の遠位部までの、図１１の線１６－１６に沿った、図１０及び１１の熱障壁の断面斜視図であり、相互接続支柱の遠位部が熱障壁の中間熱抑制及び換気部を形成していることを示す図である。 熱障壁筐体の実施形態の斜視図である。 図１７の線１７－１７に沿った、熱障壁筐体の実施形態の断面図である。 熱障壁筐体の上部の斜視図である。 熱障壁筐体の下部の斜視図である。 図１７の線１８－１８に沿った、熱障壁筐体の断面図である。 図１７の線１８－１８に沿った、熱障壁筐体の断面図である。
図１及び２はそれぞれ、慣習的な静電容量型隔膜真空計（ＣＤＧ）圧力測定ユニット１００の前方及び後方斜視図である。ユニットは、一般的に円筒形の外殻１１０を含む。前面アンカープレート１１２が、外殻の前方（近位端）近くの外殻に取り付けられる。後面プレート１１４が、外殻の後方（遠位端）近くの外殻に取り付けられる。
圧力ポート１２０が、前面アンカープレート１１２から近位方向に伸びている。圧力ポートは、測定する圧力の（不図示の）供給源に取り外し可能に取り付け可能である。図示されている圧力ポートは、圧力源に関連する（不図示の）接合継手の外側雄ネジと係合可能な内側ネジを有する六角形の雌継手を含む。例えば、圧力ポートは、半導体製造に使用される装置にガスを提供するシステムに接続することができる。
後面プレート１１４は、第１のコネクタ１３０及び第２のコネクタ１３２を支持する。図示されている実施形態において、第１のコネクタは、（不図示の）他の装置が圧力測定ユニット１００と通信することを可能にする慣習的な２５ピンＤサブコネクタである。第１のコネクタは、１５ピンコネクタ又は他の適切なコネクタでもよい。第１のコネクタは、圧力測定ユニットにより測定された圧力を表す、０～１０ボルトの範囲を有するアナログ出力信号を提供する。第１のコネクタ１３０は、一対の取付ネジ１３４により後面プレート１１４に取り付けられる。図示されている実施形態において、第２のコネクタ１３２は、慣習的なＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタであり、第２のコネクタも圧力測定ユニットから／への通信を提供する為に使用される。例えば、ＵＳＢコネクタは、圧力測定ユニット内の電子機器へのユーザインタフェースを提供する。
後面プレートは、第１の発光ダイオード（ＬＥＤ）１４０、第２のＬＥＤ１４２、及び第３のＬＥＤ１４４も支持する。３つのＬＥＤは、圧力測定ユニット１００の動作状態の視覚的表示を提供する。図示されている実施形態において、第１のＬＥＤは、圧力測定ユニットの電源がオンになっていることを示す為に発光し、第２のＬＥＤは、圧力測定ユニットが名目動作温度に達したことを示す為に発光し、そして、第３のＬＥＤは、圧力測定ユニットが適切に０になったことを示す為に発光する。後面プレートは、第１の埋込型押しボタンスイッチ１４６及び第２の埋込型押しボタンスイッチ１４８へのアクセスを提供する。第１のスイッチは、手動で圧力測定ユニットを０にする為に、針又は他の細長い物体により係合可能である。第２のスイッチは、手動で圧力測定ユニットをリセットする為に係合可能である。
図３の断面図及び図４の部分的分解図に図示されているように、圧力測定ユニットは、２つの区別される部分を含む。前（近位）部２００は、ここではセンサ部と呼ばれ、また、高温部とも呼ばれる。後（遠位）部２０２は、ここでは電子機器部と呼ばれ、また、低温部とも呼ばれる。
前部２００は、入口管２１２を介して圧力ポート１２０と接続される静電容量型隔膜真空計（ＣＤＧ）２１０を含む。入口管は、断熱アダプタ２１４により支持されている。断熱アダプタは、前面アンカープレート１１２に固定される。隔膜真空計は、図３に簡略化した形で図示されている。隔膜真空計は、固定電極２２２から間隔をあけて配置されている薄いダイアフラム２２０を有する。ダイアフラム及び電極は、支持構造（又は隔膜真空計ハウジング）２２４により支持されている。ダイアフラム及び電極は、静電容量型隔膜真空計２１０から遠位方向に伸びている同軸の導体２２６に電気的に接続する。ダイアフラム及び固定電極から同軸の導体への電気的接続は図３には図示されていない。基本的に、同軸の導体は、薄いダイアフラム及び固定電極の間の静電容量の変化に応答して変化する信号を通信する。静電容量の変化は、入口管を介して投入されるガスから薄いダイアフラムの表面に加えられる圧力の変化により引き起こされる。圧力を測定する為に静電容量の変化を処理する様々な技術が知られており、ここでは説明しない。
静電容量型隔膜真空計２１０は、一般的に円筒形の高温炉筐体２５０により囲まれている。高温炉筐体の近位端は、第１（近位）の高温炉カバー２５２に固定されている。第１の高温炉カバー内の中央開口は、入口管２１２に圧入される。高温炉筐体の遠位端は、第２（遠位）の高温炉カバー２５６に固定されている。同軸の導体２２６は、静電容量型隔膜真空計２１０から第２の高温炉カバーの中央開口２５８を通って遠位方向に伸びている。
高温炉筐体２５０は、高温炉筐体の内面上に配置された（不図示の）発熱体を含む。発熱体は、（不図示の）電気導体から電力を受信し、静電容量型隔膜真空計２１０を第１の選択高温度（例えば、２００℃より上）に維持する為に十分な熱を生成する。上述のように、隔膜真空計を高温度に加熱することは、隔膜真空計のダイアフラム上への汚染物の蒸着を減少する。高温炉筐体は、高温炉筐体の温度を判定する為に監視される（不図示の）温度センサを含み、それにより、高温炉を第１の選択高温度に維持するように発熱体を制御することができる。
高温炉筐体２５０は、中温炉筐体２６０により囲まれている。中温炉筐体の近位端は、第１（近位）の中温炉カバー２６２に固定されている。第１の中温炉筐体の中央開口は、入口管２１２に圧入される。断熱アダプタ２１４は、第１の中温炉カバーに固定されている。中温炉筐体の遠位端は、第２（遠位）の中温炉カバー２６４に固定されている。同軸の導体２２６が、静電容量型隔膜真空計２１０から遠位の中温炉カバーの中央開口２６６を通って遠位方向に伸びている。
中温炉筐体２６０は、中温炉筐体の内面上に配置された（不図示の）発熱体を含む。発熱体は、（不図示の）電気導体から電力を受信し、中温炉の空洞を第１の選択高温度よりも低い第２の選択高温度（例えば、７０℃前後）に維持する為に十分な熱を生成する。中温炉筐体は、中温炉筐体の温度を判定する為に監視される（不図示の）温度センサを含み、それにより、中温炉を第２の選択高温度に維持するように発熱体を制御することができる。
図示されている実施形態において、圧力測定ユニット１００の後部（電子機器部）２０２は、４つの一般的に円形のプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、４つのプリント回路基板は、第１の（入出力）プリント回路基板３００、第２の（電力供給）プリント回路基板３０２、第３の（デジタル信号処理（ＤＳＰ））プリント回路基板３０４、及び第４の（アナログ）プリント回路基板３０６を含む。４つのプリント回路基板は、図３及び４に図示されているように機械的に積み重ねられ、慣習的な相互接続装置により、電気的に相互接続される。４つのプリント回路基板は、複数のプリント回路基板相互接続スタンドオフにより、間隔の空いた安定した固定関係に維持される。
入出力プリント回路基板３００は、プリント回路基板の積み重ねの遠位端に配置される。入出力プリント回路基板は、第１のコネクタ１３０及び第２のコネクタ１３２に電気接続を提供する電子回路を支持する入力／出力プリント回路基板である。入出力プリント回路基板はまた、３つのＬＥＤ１４０、１４２、１４４に選択的に電力を供給し、圧力測定ユニットの動作状態の視覚的に知覚可能な表示を提供する為にＬＥＤを選択的に点灯させる。入出力プリント回路基板はまた、２つの押しボタンスイッチ１４６、１４８の起動を感知する。入出力プリント回路基板は、他のプリント回路基板と第１及び第２のコネクタの間の通信を中継する。
第２の（電力供給）プリント回路基板３０２は、電力供給電子機器を支持する。電力供給電子機器は、入出力プリント回路基板３００を介して第１のコネクタ１３０から受信した入力電力を他のプリント回路基板上の電子回路の動作に必要な電圧に変換する。
第３の（デジタル信号処理）プリント回路基板３０４は、デジタル信号処理電子機器を支持する。第４の（アナログ）プリント回路基板３０６は、同軸の導体２２６を介して静電容量型隔膜真空計２１０からアナログ信号を受信し、アナログ信号をバッファリングする。アナログプリント回路基板３０６は、バッファリングされたアナログ信号をデジタル信号処理プリント回路基板に提供する。デジタル信号処理プリント回路基板は、アナログ信号をデジタル化し、デジタル化された信号にデジタル信号処理アルゴリズムを実行し、静電容量型隔膜真空計２１０内の薄いダイアフラム２２０に加えられた圧力を表すデータを生成する。アナログプリント回路基板はまた、高温炉２５０及び中温炉２６０内の発熱体を制御する為に電圧を生成する。アナログプリント回路基板は、２つの炉内の温度センサから信号を受信する。デジタル信号処理プリント回路基板は、炉の温度を第１及び第２の選択温度に維持する為に発熱体を制御する。
さらに図３及び４に図示されているように、アナログプリント回路基板３０６は、（不図示の）発熱体及び（不図示の）温度センサを有する電子機器炉筐体３２０により囲まれている。デジタル信号処理プリント回路基板は、電子機器炉筐体の発熱体を制御し、動作温度の変化により引き起こされるアナログプリント回路基板上のアナログ回路の動作の変化を減少又は除去するように、アナログ回路を実質的に一定の安定した温度（例えば、７０℃）に維持する。図３の断面図に図示されているように、後部２０２が前部２００に接続されると、中温炉カバー２６２は電子機器炉筐体の近位端を実質的に閉鎖する。アナログプリント回路基板３０６は、後部２０２を前部２００に接続する複数の前後部相互接続スタンドオフ３２２により、中温炉カバーに機械的に接続される。
プリント回路基板３００、３０２、３０４、３０６は、後部（電子機器部）２０２の遠位端から始まるように記載されているが、後部２０２は、前部２００の遠位端に前後部相互接続スタンドオフ３２２の近位端を最初に取り付けることにより、近位端から組み立て始められる。その後、アナログ（第４の）プリント回路基板３０６は、３つのプリント回路基板相互接続スタンドオフ３１０の第１の組の近位端により、前後部相互接続スタンドオフの遠位端に取り付けられる。アナログプリント回路基板はまた、同軸の導体２２６及び前部からの（不図示の）他の相互接続導線に電気的に接続される。電子機器炉筐体３２０は、アナログプリント回路基板に被せて配置されている。その後、デジタル信号処理（第３の）プリント回路基板３０４は、プリント回路基板相互接続スタンドオフの第１の組の遠位端に係合する３つのプリント回路基板相互接続スタンドオフの第２の組により、アナログプリント回路基板に機械的に取り付けられる。デジタル信号処理プリント回路基板はまた、電子機器炉筐体の一部を通過する複数のプリント回路基板相互接続要素３３０により、アナログプリント回路基板に電気的に接続される。その後、電力供給（第２の）プリント回路基板３０２は、プリント回路基板相互接続スタンドオフの第２の組の遠位端に係合する３つのプリント回路基板相互接続スタンドオフの第３の組により、デジタル信号処理プリント回路基板に接続される。電力供給プリント回路基板はまた、プリント回路基板相互接続要素３３０と同様の（不図示の）複数のプリント回路基板相互接続要素により、デジタル信号処理プリント回路基板に電気的に接続される。その後、入出力（第１の）プリント回路基板３００は、プリント回路基板相互接続スタンドオフの第３の組の遠位端に取り付けられる。入出力プリント回路基板はまた、プリント回路基板相互接続要素３３０と同様の（不図示の）複数のプリント回路基板相互接続要素により、電力供給プリント回路基板に電気的に接続される。第１のコネクタ１３０及び第２のコネクタ１３２は、入出力プリント回路基板の遠位面から伸びており、入出力プリント回路基板に電気的に接続される。
上述のように、円筒形の外殻１１０は、後面プレート１１４及び前面アンカープレート１１２に固定され、また、後部及び前部を結合する。したがって、前後部は、固定された機械的関係に共に維持される。
図３及び４に図示されているように、前部（圧力センサ部）２００及び後部（電子機器部）２０２は、機械的及び熱的に密に結合している。高温炉２５０の（不図示の）断熱包囲部は、中温炉を高温炉内の静電容量型隔膜真空計２１０の温度よりも低い温度に維持することができるように、高温炉から中温炉２６０への熱伝達を部分的に抑制する。中間炉の（不図示の）追加断熱包囲部は、アナログプリント回路基板３０６を中間炉の温度よりも低い温度に維持することができるように、中間炉から電子機器炉筐体３２０への熱伝達を部分的に抑制する。図１～４の慣習的な圧力測定ユニット１００の断熱の為の限られた空間及び要素全体の小さな寸法により、隔膜真空計の典型的な最大温度は約８０℃から１００℃の範囲であり、その間、アナログプリント回路基板の温度は約７０℃以下に維持される。上述のように、慣習的な圧力測定ユニットは一般的に、アナログプリント回路基板の最大許容温度を超過することなく、この隔膜真空計の最大温度範囲を超えることはできない。さらに、プリント回路基板の温度を上昇することは、操作者により触れられる円筒形の外殻１１０の最大安全温度を超過することになる。
図５～１６には、加熱された静電容量型隔膜真空計から電子機器への熱伝達を実質的に減少する、本開示の発明の圧力測定ユニット５００の実施形態が図示されている。圧力測定ユニットは、前（近位）部５１０及び後（遠位）部５１２を含む。前部５１０は、高温部又はセンサ部とも呼ばれる。後部５１２は、上述のように電子機器を収容する。図示されている実施形態において、後部５１２は、前述の後部２０２と同じ又は実質的に同じ要素を含むが、後部２０２とは異なる特徴を有し、後部の対応する要素の番号は、本開示の発明の圧力測定ユニット５００に持ち越されている。改良された圧力測定ユニットの前部は、図１～４に記載の静電容量型隔膜真空計２１０及び他の関連要素及び特徴を含む。前述の前部とは異なる前部５１０の特徴は以下に記載される。
図１～４の前述の圧力測定ユニット１００の２つの直接相互接続された前部２００及び後部２０２とは違い、改良された圧力測定システム５００の前部５１０及び後部５１２は、図５及び６に図示されているように、互いに間隔をあけて配置されている。前部及び後部は、慣習的な実施形態に図示されていたように、円筒形の外部カバーにより相互接続はされていない。むしろ前部は前部円筒形外部カバー５１４により囲まれており、そして、後部は後部円筒形外部カバー５１６により囲まれている。図示されている実施形態において、前部円筒形外部カバーは、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の硬質で耐熱性の熱可塑性材料を含む。後部円筒形外部カバーもポリエーテルエーテルケトンを含むことができるが、他の材料（例えば、金属）を使用することもできる。
図７を参照して、前部５１０及び後部５１２は、熱障壁５２０により機械的に相互接続される。熱障壁は、第１の表面（近位面）５２２及び第２の表面（遠位面）５２４の間に伸びている。第１及び第２の表面は円形である。１つの実施形態において、図示されている実施形態の熱障壁は、多数の供給源から市販されている、例えば、ポリエーテルエーテルケトン等の硬質で耐熱性の熱可塑性材料を含む。他の実施形態において、熱障壁は、耐熱性を有する高強度の非晶質ポリマーである、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含むことができる。例えば、ポリエーテルイミドは、サウジアラビアのＳＡＢＩＣ社によりＵｌｔｅｍ（登録商標）ＰＥＩとして市販されている。他の実施形態において、熱障壁は、多数の供給源から市販されている、ポリスルホン（ＰＳＵ）を含むことができる。
図８～１４を参照して、熱障壁５２０は、近位取付部５３０、中間熱抑制及び換気部５４０、及び遠位取付部５５０を含む。近位取付部５３０は円盤形状である。近位取付部５３０は、熱障壁の第１の表面５２２から近位取付部の遠位面５３２まで伸びており、第１の選択距離Ｄ１（図１２参照）を定義している。図示されている実施形態において、第１の距離Ｄ１は約６ｍｍである。近位取付部の外周面５３４及び熱障壁の第１の表面は、互いに約８１ｍｍの外径を有する。以下に記載されているように、近位取付部５３０は、前部５１０に接続する第１の取付境界面とみなすこともできる。
熱障壁５２０の中間熱抑制及び換気部５４０は、近位取付部５３０の遠位面５３２の近位境界から、図示されている実施形態において約１１ｍｍである第２の選択距離Ｄ２にわたって伸びている。中間熱抑制及び換気部の構造は、以下に詳細に記載されている。
熱障壁５２０の段になった円盤状遠位取付部５５０は、中間熱抑制及び換気部５４０の遠位境界を形成する近位面５５２を有する。遠位取付部は、近位面から熱障壁の第２の表面５２４まで第３の選択距離Ｄ３にわたって伸びている。第３の距離Ｄ３は、図示されている実施形態において約１１ｍｍである。
遠位取付部５５０の第１の（遠位）段は、第１の外周面５５４を有し、図示されている実施形態において、第１の外周面は、熱障壁５２０の第２の表面５２４から約６ｍｍ伸びている。第１の外周面は、第２の表面の直径に相当する直径を有し、図示されている実施形態において、第１の外周面の直径は約７５ｍｍである。遠位取付部の第２の段は、第１の段から中間熱抑制及び換気部５４０まで伸びている。第２の段は第２の外周面５５６を有し、図示されている実施形態において、第２の外周面は、遠位取付部の第１の段から中間熱抑制及び換気部まで約５ｍｍ伸びている。第２の外周面は、図示されている実施形態において、約８０ｍｍの直径を有する。以下に記載されているように、遠位取付部５５０は、後部５１２に結合する第２の取付境界面とみなすこともできる。
熱障壁５２０は、熱障壁の中心又は中心近くに配置された中央円筒形貫通孔５６０を含む。図７の断面図に図示されているように、貫通孔５６０は、同軸の導体が熱障壁を通過することを可能にする。貫通孔は、以下に記載されているように、熱障壁を介して前部５１０が後部５１２に取り付けられた時に、（不図示の）加熱制御導体及び（不図示の）温度センサ導体がアナログプリント回路基板３０６から前部５１０へ接続の為に伸びることを可能にする。熱障壁は、アナログプリント回路基板３０６から前部５１０内の（以下に記載の）炉内の（不図示の）加熱要素への（不図示の）電力導線を収容する（不図示の）他の孔も有することができる。
図７の断面図に図示されているように、後部（電子機器部）５１２は、慣習的な実施形態においては後部を前部に直接接続する為に使用されていた３つの相互接続スタンドオフ３２２の外側ネジ部を介して、熱障壁５２０の第２の表面５２４に固定されている。図示されている実施形態において、アナログプリント回路基板３０６、電子機器炉３２０、デジタル信号処理プリント回路基板３０４、電力供給プリント回路基板３０２、入出力プリント回路基板３００、及び後面プレート１１４は、その後、上述のように、順次に互いに取り付けられる。
後部５１２を組み立てた後に、後部内の電子機器炉筐体３２０がさらに、第１の円筒形外周面５５４において熱障壁５２０と係合する（１つが図７に図示されている）３つのネジ５７０により、熱障壁５２０の遠位取付部５５０の第１の円筒形外周面５５４に固定される。図示されている実施形態において、３つのネジは、熱障壁の第１の外周面に間隔をあけて配置されている。熱障壁に電子機器炉筐体及びスタンドオフを固定した後に、後部円筒形外部カバー５１６の遠位部は、（１つが図７に図示されている）３つのネジ５７２により、後部の後面プレート１１４に固定される。後部円筒形外部カバーの近位部は、（１つが図７に図示されている）３つのネジ５７４により、熱障壁の第２の外周面５５６において熱障壁に固定される。第２の外周面のより大きな直径が、外部カバーを電子機器炉筐体上に取り付けることを可能にする。３組の取付具が、後部を熱障壁に対して安定して固定された機械的関係に維持する。
上述のように、前部５１０は静電容量型隔膜真空計２１０を含む。図７の断面図に図示されているように、静電容量型隔膜真空計は、上述のように、薄いダイアフラム２２０及び固定電極２２２を含む。同軸の導体２２６は、静電容量型隔膜真空計の遠位端から伸びている。ここでも、同軸の導体及びダイアフラム及び固定電極の間の電気的接続は図示されていない。静電容量型隔膜真空計は、入口管６００の遠位端に固定されている。入口管の近位端は、上述のように、入口ポート１２０に固定されている。
静電容量型隔膜真空計２１０は、一般的に円筒形の高温炉筐体（又は炉筐体）６１０内に配置されている。高温炉筐体の遠位端６１２は、中央開口６１４を除いて閉鎖されている。同軸の導体２２６は、静電容量型隔膜真空計から中央開口を通って伸びている。高温炉筐体の近位端は、複数のネジ６１８（例えば、１つが図７に図示されている３つのネジ）により、近位端カバー６１６に固定されている。近位端カバーの中央開口には入口管が圧入され、高温炉筐体内の静電容量型隔膜真空計と固定関係になるように、高温炉筐体を支持する。
円盤状アダプタ支持構造６３０にも入口管６００が圧入される。アダプタ支持構造は、高温炉筐体６１０の近位端カバーの近くに、第１の選択支持構造間隔距離だけ、間隔をあけて配置されている。断熱アダプタ６４０は、入口管上に配置され、アダプタ支持構造６３０から、第２の選択支持構造間隔距離だけ、間隔をあけて配置された遠位面を有する。断熱アダプタは、第１の最大直径を有する遠位基部６４２を含む。断熱アダプタの第２の中間部６４４は、第１の直径よりも小さな第２の直径を有する。断熱アダプタの第３の近位部６４６は、第２の直径よりも小さな第３の直径を有する。断熱アダプタの中間部は、前部円筒形外部カバー５１４の開口６４８を通って伸びている。断熱アダプタの遠位基部は、第１の複数のアダプタネジ６５０（例えば、１つが図７に図示されている３つのネジ）により、アダプタ支持構造に固定されている。断熱アダプタの遠位基部は、第２の複数のアダプタネジ６５２（例えば、１つが図７に図示されている３つのネジ）により、前部円筒形外部カバーにも固定されている。
図１～４に記載の実施形態とは違い、本開示の発明の圧力測定ユニット５００の図示されている実施形態は、中温炉筐体を含んでいない。むしろ、高温炉筐体６１０の円筒形の外殻は、近位端７０２及び遠位端７０４を有する厚い円筒形断熱層７００により囲まれている。図示されている実施形態において、円筒形断熱層は、例えば、カリフォルニア州プレザントンのＢｏｙｄ社により市販されている高密度化されたポリイミド発泡体である、高密度化されたＳｏｌｉｍｉｄｅ（登録商標）発泡体等の断熱材料の層を含む。材料は、予備成形された形状（例えば、円筒形及び円盤）で入手可能な高温ガスケット材料であり、取り付ける為に切断することができる。材料はまた、ぴったり嵌まる位置に押し込まれることを可能にする十分な弾性コンプライアンスを有している。材料は、低い熱伝導性（例えば、空気の熱伝導性の約１．４倍）を有する。低い熱伝導性及び同様の機械的特性を有する他の材料を使用することもできる。
円筒形断熱層の内表面は、円筒形高温炉筐体６１０の周りにぴったりはまる大きさである。円筒形断熱層の外径は、前部円筒形外部カバー５１４内にぴったりはまる大きさである。例えば、図示されている実施形態において、円筒形断熱層７００は、約８１ｍｍの外径を有し、約６０ｍｍの内径を有し、近位端７０２から遠位端７０４まで約６７ｍｍの長さを有する。図７に図示されているように、熱障壁５２０が前部５１０に取り付けられると、円筒形断熱層７００の遠位端は、熱障壁５２０の近位面５２２に対して配置される。
第１の円盤状断熱層７１０は、円筒形断熱層７００内に円筒形断熱層の遠位端に隣接して配置される。図示されている実施形態において、第１の円盤状断熱層７１０は、約６０ｍｍの外径を有し、近位端から遠位端まで約５ｍｍの厚さを有する。第１の円盤状断熱層７１０は、同軸の導体２２６が通過することを可能にする中央開口７１２を有する。第１の円盤状断熱層７１０の遠位面７１４は、一般的に円筒形断熱層の遠位端と同一平面上に配置され、熱障壁５２０の近位面５２２に対して配置される。図７に図示されているように、熱障壁５２０が前部５１０に取り付けられると、第１の円盤状断熱層の近位面７１６は、高温炉筐体６１０の遠位端６１２に隣接して配置される。図示されている実施形態において、第１の円盤状断熱層は、上述の高密度化されたＳｏｌｉｍｉｄｅ（登録商標）発泡体を含む。低い熱伝導性及び同様の機械的特性を有する他の材料を使用することもできる。
第２の円盤状断熱層７２０は、円筒形断熱層７００内に、高温炉筐体６１０の近位端カバー６１６及びアダプタ支持構造６３０の間に配置される。第２の円盤状断熱層７２０は、約６０ｍｍの外径を有し、近位端から遠位端まで約７ｍｍの厚さを有する。第２の円盤状断熱層７２０は、入口管の外径を収容する大きさ、図示されている実施形態においては約１３ｍｍ、の中央開口を有する。図示されている実施形態において、第２の円盤状断熱層は、上述の高密度化されたＳｏｌｉｍｉｄｅ（登録商標）発泡体を含む。低い熱伝導性及び同様の機械的特性を有する他の材料を使用することもできる。
第３の円盤状断熱層７３０は、アダプタ支持構造６３０及び断熱アダプタ６４０の遠位面の間に配置される。第３の円盤状断熱層７３０は、約６０ｍｍの外径を有し、近位端から遠位端まで約２ｍｍの厚さを有する。第３の円盤状断熱層７３０は、入口管の外径を収容する大きさの中央開口を有する。断熱アダプタがアダプタ支持構造に固定されると、第３の円盤状断熱層はアダプタ支持構造及び断熱アダプタの間に固定される。図示されている実施形態において、第３の円盤状断熱層は、上述の高密度化されたＳｏｌｉｍｉｄｅ（登録商標）発泡体を含む。低い熱伝導性及び同様の機械的特性を有する他の材料を使用することもできる。
第１の環状断熱層７４０は、断熱アダプタ６４０の遠位基部６４２の周りに配置される。第１の環状断熱層は、断熱アダプタの遠位基部の厚さに相当する約４ｍｍの厚さを有する。第１の環状断熱層７４０は、約６０ｍｍの外径を有し、断熱アダプタの遠位基部の外径に相当する約４５ｍｍの内径を有する。図示されている実施形態において、第１の環状断熱層は、上述の高密度化されたＳｏｌｉｍｉｄｅ（登録商標）発泡体を含む。低い熱伝導性及び同様の機械的特性を有する他の材料を使用することもできる。
第２の環状断熱層７５０は、断熱アダプタ６４０の中間部６４４の第１部分の周りに配置される。第２の環状断熱層７５０は、断熱アダプタの中間部の厚さの約１/２に相当する約４ｍｍの厚さを有する。第２の環状断熱層は、円筒形断熱層７００の外径に相当する約８１ｍｍの外径を有し、上述のように、第２の環状断熱層の外径は、前部円筒形外部カバー５１４の内径に相当する。したがって、第２の環状断熱層の外側遠位部は、円筒形断熱層７００の近位端７０２に対して配置される。第２の環状断熱層７５０は、断熱アダプタの中間部の外径に相当する約３２ｍｍの内径を有する。断熱アダプタが前部円筒形外部カバーの近位端に固定されると、第２の環状断熱層の内側部分は、前部円筒形外部カバーの近位端及び断熱アダプタの基部の間に固定される。図示されている実施形態において、第２の環状断熱層は、上述の高密度化されたＳｏｌｉｍｉｄｅ（登録商標）発泡体を含む。低い熱伝導性及び同様の機械的特性を有する他の材料を使用することもできる。
上述のように、前部５１０の要素を組み立てた後に、同軸ケーブル２２６の遠位端及び（不図示の）他の導体は、後部５１２のアナログプリント回路基板３０６に接続される。その後、前部円筒形外部カバー５１４の遠位端は、（例えば、１つが図７に図示されている）３つのネジ７７０により、熱障壁５２０の近位取付部５３０の外周面５３４に固定される。円筒形断熱層７００の遠位端７０４及び第１の円盤状断熱層７１０の遠位面７１４は、熱障壁の第１の表面７２２に対して配置される。以下により詳細に記載されているように、熱障壁は、前部及び後部を確実に機械的に相互接続し、また、以下により詳細に記載されているように、より高温の前部から後部を断熱する。
熱障壁５２０は図１０～１６により詳細に記載されている。上述のように、熱障壁は第１の表面（近位面）５２２から第２の表面（遠位面）５２４まで伸びている。熱障壁は、第１の表面から熱抑制及び換気部５４０の近位境界まで伸びている近位取付部５３０を有する。熱障壁は、熱抑制及び換気部の遠位境界から伸びている遠位取付部５５０を有する。近位及び遠位取付部の特徴は上述されている。
熱抑制及び換気部５４０は、少なくとも３つの機能を提供する。熱抑制及び換気部は、熱障壁５２０の近位取付部５３０及び遠位取付部５５０を相互接続し、それにより、２つの取付部間に機械的継続性を提供する。熱障壁により提供された機械的継続性が前部（センサ部）５１０及び後部（電子機器部）５１２を相互接続し、それにより、前後部は互いに固定関係にしっかりと維持される。以下にさらに記載されているように、熱抑制及び換気部５４０は、近位取付部５３０から遠位取付部５５０への熱経路の断面領域を減少し、それにより、センサ部５１０から電子機器部５１２への熱エネルギーの流れを減少する。熱抑制及び換気部５４０はまた、熱抑制及び換気部から熱エネルギーを除去する気流を許容し、それにより、遠位取付部及び遠位取付部に取り付けられた電子機器部に達する熱エネルギーの量をさらに減少させる。
図１０、１１及び１３に図示されているように、熱障壁５２０の熱抑制及び換気部５４０は、熱障壁の周囲に均等に分配された複数の空気入口／出口（換気口）８００を含む。図示されている実施形態において、熱障壁は、中心から約３６度で間隔をあけて配置されている１０個の換気口を含む。換気口は、近位取付部５３０及び遠位取付部５５０を相互接続する、対応する複数の外側相互接続支柱８１０により形成される。各外側相互接続支柱は、近位取付部５３０の遠位面５３２から遠位取付部５５０の近位面５５２まで伸びている。
図１５及び１６の断面斜視図に図示されているように、各外側相互接続支柱８１０は、２つの円周方向側部及び２つの半径方向側部により定義されるアーチ状の断面形状を有する。図１５に図示されているように、各外側相互接続支柱は、近位取付部５３０の遠位面５３２の中心から約３２ｍｍの半径を有する円周に沿って配置されたアーチ状の内表面８１２を有する。各外側相互接続支柱は、近位取付部５３０の遠位面５３２の中心から約３６ｍｍの半径を有する円周に沿って配置されたアーチ状の外表面８１４を有する。アーチ状の外表面は、近位取付部５３０の外周面５３４から約５ｍｍ内側に配置されている。各外側相互接続支柱は、アーチ状の内表面８１２及びアーチ状の外表面８１４の間に約４ｍｍの半径方向厚さを有する。アーチ状の内表面８１２及びアーチ状の外表面８１４は、外側相互接続支柱８１０の第１の半径方向面８１６及び第２の半径方向面８１８の間に約１６度の角度を占めている。したがって、外側相互接続支柱の１つの第１の半径方向面は、隣接する外側相互接続支柱の第２の半径方向面から約２０度の間隔をあけて配置されている。
さらに、図１５に図示されているように、各外側相互接続支柱８１０のアーチ状の内表面８１２は、近位取付部５３０の遠位面５３２に対してフィレットを付けられる。図示されている実施形態において、各内表面フィレットは約１ｍｍの半径を有する。第１の半径方向面８１６及び第２の半径方向面８１８のそれぞれも、近位取付部５３０の遠位面５３２に対してフィレットを付けられる。図示されている実施形態において、各半径方向面のフィレットは約１ｍｍの半径を有する。図示されている実施形態において、各外側相互接続支柱８１０のアーチ状の外表面８１４は、近位取付部５３０の遠位面５３２に対してフィレットを付けられていない。
各外側相互接続支柱８１０は、近位取付部５３０の遠位面５３２及び遠位取付部５５０の近位面５５２の両方に対して垂直に伸びている。したがって、図１６の断面斜視図に図示されているように、各外側相互接続支柱８１０のアーチ状の内表面８１２はまた、遠位取付部５５０の近位面５５２の中心から約３２ｍｍの半径を有する円周に沿って配置されている。各外側相互接続支柱８１０のアーチ状の外表面８１４はまた、遠位取付部５５０の近位面５５２の中心から約３６ｍｍの半径を有する円周に沿って配置されている。遠位取付部５５０の第２の（近位）外周面５５６は近位取付部５３０の外周面５３４よりも小さな直径を有するので、アーチ状の外表面は近位取付部５３０の外周面５３４から約４ｍｍ内側に配置されている。
さらに、図１６に図示されているように、各外側相互接続支柱８１０のアーチ状の内表面８１２及びアーチ状の外表面８１４は、遠位取付部５５０の近位面５５２に対してフィレットを付けられる。図示されている実施形態において、各内表面フィレットは約２ｍｍの半径を有する。図示されている実施形態において、各外表面フィレットは約５ｍｍの半径を有する。第１の半径方向面８１６及び第２の半径方向面８１８のそれぞれも、遠位取付部５５０の近位面５５２に対してフィレットを付けられる。図示されている実施形態において、各半径方向面のフィレットは約５ｍｍの半径を有する。
熱障壁５２０の中間熱抑制及び換気部５４０はさらに、中央相互接続支柱８４０を含む。図示されている実施形態において、中央相互接続支柱８４０は、中央貫通孔５６０と同心的に配置される。図１５及び１６の断面斜視図に図示されているように、中央相互接続支柱は、貫通孔から壁の厚さだけ間隔をあけて配置されている外表面５４２を有する。図示されている実施形態において、貫通孔は約５ｍｍの直径を有し、外表面５４２は約１０ｍｍの直径を有する。したがって、壁の厚さは約２．５ｍｍである。中央相互接続支柱の外表面は、図１５に図示されているように、近位取付部５３０の遠位面５３２に対してフィレットを付けられ、図１６に図示されているように、遠位取付部５５０の近位面５５２に対してもフィレットを付けられる。図示されている実施形態において、両方のフィレットは約５ｍｍの共通の半径を有する。したがって、中央相互接続支柱の短い中間部の外表面のみが約１０ｍｍの外径を維持している。
中央相互接続支柱８４０は、複数の内側相互接続支柱８６０により囲まれている。各内側相互接続支柱は、約５ｍｍの基部直径を有し、近位取付部５３０の遠位面５３２から遠位取付部５５０の近位面５５２まで伸びている。各内側相互接続支柱の中心は、中央相互接続支柱の中心から約２０ｍｍの位置に配置されている。図示されている実施形態において、１０個の内側相互接続支柱が、約３６度で等角度に間隔をあけて配置されている。図１５及び１６に図示されているように、各内側相互接続支柱は、隣接する外側相互接続支柱８１０の間に実質的に等角度に配置された半径方向線に沿って配置されている。各内側相互接続支柱が換気口８００のそれぞれ１つと実質的に半径方向に直線状に揃えられる。他の実施形態において、後部（電子機器部）５１２の片持ち荷重(cantilevered load)をさらに分配する為に、それぞれ小さな直径を有する追加の内側相互接続支柱を使用することもできる。
図示されている実施形態において、内側相互接続支柱８６０のそれぞれは、近位取付部５３０の遠位面５３２及び遠位取付部５５０の近位面５５２に対してフィレットを付けられる。図示されている実施形態において、各フィレットは約５ｍｍの半径を有する。
図１２、１４、１５及び１６の断面図において、熱障壁５２０は硬質のポリエーテルエーテルケトン材料として図示されているが、熱障壁は、例えばハチの巣状等の、インフィル材料パターンに好ましくは構成される。ハチの巣状フィルパターンは、熱障壁全体の重量を減少し、材料費を減少し、前部５１０から後部５１２への熱障壁を通した熱伝達を減少する為に選択される。例えば、１つの実施形態において、ハチの巣状フィルパターンは、約２０％の充填量を有するように選択される。図示されている実施形態において、ハチの巣状フィルパターンは、付加製造（例えば、３Ｄプリント）により達成される。選択された充填量は、後部の片持ち荷重を支持する構造強度及び熱伝達減少の間のトレードオフである。
上述のように、熱障壁５２０は、改良された圧力測定ユニット５００の前部（センサ部）５１０及び後部（電子機器部）５１２の間の機械的相互接続構造として機能する。測定する圧力を有する（不図示の）システムに接続されると、改良された圧力測定ユニットは、システムの接合ネジ付き継手上にねじ込まれる圧力ポート１２０により支持される。前部、熱障壁及び後部の複合体が接合継手により支持される。入口管２１２水平方向に配向されるように改良された圧力測定ユニットが取り付けられると、複合体は接合継手上に力のモーメントを加える。改良された圧力測定ユニット５００の後部５１２により加えられたモーメントは、前部及び後部の間に配置された熱障壁の追加された長さにより、慣習的な圧力検出ユニット１００の後部２０２の対応するモーメントよりも大きい。近位面５２２及び遠位面５３２の間の熱障壁の厚さを実用的な限り小さくすることは、接合継手に対する後部のモーメントを減少する。
前部５１０から後部５１２に熱障壁５２０を介して伝わる熱エネルギーの量は、障壁材料の熱伝導性に部分的に依存する。例えば、ポリエーテルエーテルケトンは、約０．２５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性を有する。ポリスルフォン（ＰＳＵ）は、約０．２６Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導性を有する。ポリエーテルイミドは、約０．２２Ｗ／ｍ・Ｋ及び約０．１２Ｗ／ｍ・Ｋの間の熱伝導性を有する。
前部５１０から後部５１２に熱障壁５２０を介して伝わる熱エネルギーの量は、熱経路長さを決定する前後部間の熱障壁の厚さに部分的に依存する。増加された厚さは、熱エネルギーの伝達を減少するが、増加した厚さは、上述のように、後部のモーメントも増加する。したがって、熱障壁の厚さを増加することは、後部のモーメントの許容可能な大きさにより限定される。熱障壁の厚さは、圧力ポート１２０から後面プレート１１４までの圧力測定ユニット５００の全長によっても限定される。図示されている実施形態においては、１１ｍｍの厚さが、後部により加えられるモーメントを過度に増加することのない、前後部間の許容可能な距離を提供する。
前部５１０から後部５１２に熱障壁５２０を介して伝わる熱エネルギーの量は、熱エネルギーが伝わる材料の面積に部分的に依存する。上述のように、熱障壁は、前部に取り付けられるように構成された近位取付部５３０を有し、そして、後部に取り付けられるように構成された遠位取付部５５０を有する。図示されている実施形態において、熱障壁５２０の近位取付部５３０は、約８１ｍｍの外径を有する。熱障壁５２０の遠位取付部５５０は、約７５ｍｍの最小外径を有する。したがって、熱障壁５２０の遠位取付部５５０の第２の表面５２４は、約４４１５ｍｍ２の断面積を有する。熱障壁が近位取付部及び遠位取付部間に継続する中実材料であった場合、熱障壁は、不必要な大量の熱エネルギーを前部から後部へ伝達する。
熱障壁５２０の中間熱抑制及び換気部５４０を、複数の外側相互接続支柱８１０，中央相互接続支柱８４０、及び複数の内側相互接続支柱８６０を含む部分的に開放されている構造に構成することにより、中間熱抑制及び換気部の効果的な面積を近位及び遠位取付部の面積に対してかなり減少する。例えば、各々の相互接続支柱のフィレットが計算を簡略化する為に無視した場合、１０個の外側相互接続支柱８１０のそれぞれは約３７ｍｍ２の断面積を有し、中央相互接続支柱８４０は約６１ｍｍ２の断面積を有し、１０個の内側相互接続支柱８６０のそれぞれは約２０ｍｍ２の断面積を有する。したがって、支柱の総断面積は約６３１ｍｍ２であり、熱障壁の第２の表面の断面積の約１４．３％である。熱障壁のポリエーテルエーテルケトン材料を通して伝達されるエネルギーは、断面積に直接比例する。したがって、中実材料の代わりに支柱を有する中間熱抑制及び換気部を構成することにより、熱伝達は約８５％減少される。
支柱８１０、８４０、８６０にフィレットを追加することは効果的な断面積を追加することになるが、増加される断面積は中実のポリエーテルエーテルケトン材料の断面積よりは実質的に小さい断面積に維持される。フィレットを有する支柱の効果的な断面積は容易には計算できないが、フィレットを有する支柱の総容積は約６７９２ｍｍ３であると計算することができる。したがって、フィレットを有する支柱の容積は、フィレットのない支柱の容積の約２．７５倍である。比較すると、中実の中間熱抑制及び換気部の容積は約４７１０５ｍｍ３である。したがって、フィレットのない支柱の容積は、中実の中間熱抑制及び換気部の容積の約１４．４％である。対照的に、フィレットを有する支柱の容積は、中実の中間熱抑制及び換気部の容積の約４０％である。支柱総容積が中実の中間熱抑制及び換気部の容積の３０％～５０％であれば、後部５１２への熱エネルギー伝達に十分な障壁を提供することができ、また、後部への十分な構造支持を提供することができる。一般的に、支柱総容積は、中間熱抑制及び換気部の容積の約１５％～５０％の範囲であることができる。
熱障壁５２０全体をハチの巣状又は他の減少された容積のインフィルを使用して構成することにより、熱伝達はさらに減少される。例えば、容積の約２０％のハチの巣状インフィルにより、中実の材料に比べて熱伝達は約８０％減少する。したがって、中間熱抑制及び換気部５４０の支柱構造及び熱障壁全体のハチの巣状フィルの組み合わせは、改良された圧力検出ユニット５００の前部５１０から後部５１２への熱伝達に大幅な減少を提供する。さらに、上述のように、前部及び後部間の強固な機械的相互接続を維持したまま、減少された熱伝達が提供される。
上述の伝導熱伝達の減少は、中間熱抑制及び換気部５４０の部分的に開放されている構成により、さらに減少される。換気口８００は、周囲空気が、一対の隣接する外側相互接続支柱８１０の間から、中間熱抑制及び換気部内に流入することを可能にする。移動する空気は外側相互接続支柱から熱を吸収する。移動する空気は、中間熱抑制及び換気部を通り、複数の内側相互接続支柱８６０及び中央相互接続支柱８４０を通過して支柱から熱を吸収する。加熱された空気は、他の換気口を介して、中間熱抑制及び換気部から出ていく。空気流による熱の除去は、熱障壁の近位取付部５３０から遠位取付部５５０への熱伝達をさらに減少する。
図示されている実施形態において、熱障壁５２０は、熱障壁５２０の近位面５２２の温度が約１３０℃である場合でも、熱障壁５２０の遠位面５２４の温度を約５０℃以下に維持する為に効果的である。これらの条件において、高温炉筐体６１０内の隔膜真空計ハウジング２２４の温度は、２５０℃～３００℃の高温である。
本開示の発明の熱障壁は、静電容量型隔膜真空計及び以下の工程で第２の温度で動作する電子機器筐体の間に提供される。静電容量型隔膜真空計に機械的に係合するように構成された寸法及び形状を有する第１の取付境界面が提供される。電子機器筐体に係合するように構成された寸法及び形状を有する第２の取付境界面が提供される。第２の取付境界面は、第１の取付境界面から間隔をあけて配置されている。第１の取付境界面及び第２の取付境界面は、複数の支柱により相互接続されている。各支柱は、第１の取付境界面に機械的及び熱的に接続された第１の端部を有する。各支柱は、第２の取付境界面に機械的及び熱的に接続された第２の端部を有する。
図１７、１８、１９Ａ及び１９Ｂを参照すると、熱障壁の他の実施形態が図示されている。この実施形態の熱障壁構造は、熱障壁筐体の発泡体として形成され、熱可塑性の熱障壁が筐体と１つの部品として均質化されている。図１７は、熱障壁筐体の実施形態の斜視図であり、図１８は、図１７の線１７－１７に沿った熱障壁筐体の実施形態の断面図である。圧力測定ユニット９００は、熱障壁筐体９１０及び後部円筒形外部カバー９２０を含む。後部円筒形外部カバー９２０は、静電容量型隔膜真空計２１０から信号を受信して圧力ポート１２０に接続された外部供給源の圧力を測定する上述の電子機器を収容する。図示されている実施形態において、後部は、上述の後部２０２及び５０２と同じ又は実質的に同じ要素を含むが、後部２０２及び５０２とは異なる特徴を有し、後部の対応する要素の番号は、本開示の発明の実施形態の圧力測定ユニット９００に持ち越されている。熱障壁筐体９１０は、静電容量型隔膜真空計２１０及び他の関連要素を収容する。熱障壁筐体９１０は、静電容量型隔膜真空計２１０及び他の関連要素を囲む円筒形側壁９１１、円筒形側壁９１１により定義される筐体の底を形成する第１の壁９１２、及び第１の壁９１２から間隔をあけて配置された第２の壁９１３を含む。熱障壁筐体９１０はさらに、第１の壁９１２及び第２の壁９１３を相互接続する中間熱抑制及び換気部９１４を含む。中間熱抑制及び換気部９１４は、複数の支柱９１５（主支柱又は第１の支柱）を含む。
図１９Ａ及び１９Ｂを参照すると、熱障壁筐体９１０の上部及び下部の斜視図が図示されている。図１９Ａは、熱障壁筐体９１０の上部９３０を示し、図１９Ｂは、熱障壁筐体９１０の下部９３１を示す。上部９３０及び下部９３１は、互いに組み合わされて熱障壁筐体９１０を形成する。熱障壁筐体は、「クラムシェル」組み立て法を使用し、均質化された熱可塑性センサハウジング／電子機器熱障壁が中心軸に沿って切断されて２つの部分を形成し、その後、２つの部分を互いにねじ付けしてセンサを覆っている。このことは、センサは組み立て技術者に露出したまま、全てのヒータ、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、及びセンサの導線が熱障壁筐体を通って外に出ることができるので、組み立ての助けになる。熱障壁筐体９１０は、中央貫通孔５６０が形成された中央相互接続支柱９１６、及び第２の貫通孔９１８が形成された１以上の第２の相互接続支柱９１７（第２の支柱）を含むことができる。第１の壁９１２及び第２の壁９１３は、中央相互接続支柱９１６及び第２の相互接続支柱９１７により接続される。中央貫通孔５６０及び第２の貫通孔９１８は、第１及び第２の壁を通って形成される。実施形態において、同軸の導体２２６は、中央貫通孔５６０を通って、静電容量型隔膜真空計２１０から外部カバー９２０により囲まれた電子機器まで伸びており、ヒータ、抵抗温度検出器、及びセンサの導線は、第２の支柱９１７内に形成された第２の貫通孔を通って、静電容量型隔膜真空計２１０から電子機器まで伸びている。このことは、外部カバー９２０により囲まれた電子機器内に配置されたアナログプリント回路基板又はデジタル信号処理プリント回路基板のいずれかに容易に接合する位置まで導線を外に出す為になされる。他の実施形態において、同軸の導体２２６及びヒータ、抵抗温度検出器、及びセンサの導線は、電子機器内の要素の配置により、中央貫通孔５６０又は他の第２の貫通孔９１８を通って伸びている。図１９Ａ及び１９Ｂに図示されているように、中央貫通孔５６０及び第２の貫通孔９１８は、熱障壁筐体の上部又は下部に形成されることができ、又は、代替的に、中央貫通孔及び第２の貫通孔は、熱障壁筐体の上部及び下部の両方に形成されることができる。
図２０Ａ及び２０Ｂを参照すると、図１７の線１８－１８に沿った熱障壁筐体の断面図が図示されている。支柱９１５は第１の壁９１２に配置されている。実施形態において、各支柱は、中央貫通孔５６０を中心とする第１の円９４０に沿って配置される（図２０Ａ）。他の実施形態において、支柱は、中央貫通孔５６０から伸びている各支柱半径方向線９４１に沿って配置される（図２０Ｂ）。しかしながら、支柱の配置は、これらの構成に限定されず、静電容量型隔膜真空計からの熱伝達を効果的に減少する為に異なる構成に配置することもできる。支柱９１５は、第１の壁９１２及び第２の壁９１３の両方に接続される。しかしながら、支柱は、第１の壁９１２及び第２の壁９１３の一方に接続されてもよい。例えば、支柱９１５は、第１の壁９１２に形成されて第２の壁９１３に向かって伸びているが、支柱９１５及び第２の壁９１３の間に隙間を形成することにより、支柱９１５は第２の壁９１３に接続されなくてもよい。図２０Ａ及び２０Ｂには、第２の支柱９１７及び第２の支柱内に形成された第２の貫通孔９１８も図示されている。説明の目的から、図２０Ａ及び２０Ｂには、垂直線に沿って配置された３つの第２の支柱が図示されているが、第２の支柱の数は３つに限定されない。垂直線は、上部９３０及び下部９３１が互いに接合されて熱障壁筐体の完全体を形成する部分（又は領域）を示している。さらに、第２の支柱は、電子機器内の要素の配置により異なる位置に配置されてもよい。
上述のように、中間熱抑制及び換気部９１４は、対流冷却気流の為の十分な空間を含む。側壁、第１の壁、第２の壁、及び中間熱抑制及び換気部は、１つの部品として一体に形成され、支柱は、図１５及び１６に図示されている実施形態の支柱よりも細く形成される。その結果、熱障壁筐体９１０は、電子機器への伝導（及びより大きな空隙を介した対流）熱伝達をさらに減少する。支柱９１５の総断面積は、図１５及び１６に図示されている実施形態の支柱の総断面積の約５０％である。中間熱抑制及び換気部９１４は、第１の壁及び第２の壁の間の総容積を有する。総容積は、支柱の容積、第１及び第２の壁の間の空間、及び他の要素を含む。複数の支柱９１５は、支柱総容積を有する。熱障壁筐体９１０の細い支柱９１５により、支柱総容積は、中間熱抑制及び換気部９１４の総容積の約１５％～約２５％の範囲であり、電子機器への熱伝達を効果的に減少する。
発明の詳細な説明は、説明の目的で記載されている。したがって、新規で有用な発明の特定の実施形態が記載されているが、そのような参照は、特許請求の範囲に記載されている、本発明の範囲の限定を意図しているものではない。
１００ 圧力測定ユニット、圧力検出ユニット
１１０ 円筒形の外殻
１１２ 前面アンカープレート
１１４ 後面プレート
１２０ 圧力ポート、入口ポート
１３０ 第１のコネクタ
１３２ 第２のコネクタ
１３４ 一対の取付ネジ
１４０ 第１のＬＥＤ
１４２ 第２のＬＥＤ
１４４ 第３のＬＥＤ
１４６ 第１の埋込型押しボタンスイッチ
１４８ 第２の埋込型押しボタンスイッチ
２００ 前部、圧力センサ部
２０２ 後部、電子機器部
２１０ 静電容量型隔膜真空計
２１２ 入口管
２１４ 断熱アダプタ
２２０ ダイアフラム
２２２ 固定電極
２２４ 隔膜真空計ハウジング、支持構造
２２６ 同軸の導体
２５０ 高温炉筐体、高温炉
２５２ 第１の高温炉カバー
２５６ 第２の高温炉カバー
２６０ 中温炉筐体、中温炉
２６２ 第１の中温炉カバー
２６４ 第２の中温炉カバー
２６６ 中央開口
３００ 入出力プリント回路基板
３０２ 電力供給プリント回路基板
３０４ デジタル信号処理プリント回路基板
３０６ アナログプリント回路基板
３１０ プリント回路基板相互接続スタンドオフ
３２０ 電子機器炉筐体
３２２ 前後部相互接続スタンドオフ
３３０ プリント回路基板相互接続要素
５００ 圧力測定ユニット、圧力検出ユニット
５１０ 前部、センサ部
５１２ 後部、電子機器部
５１４ 前部円筒形外部カバー
５１６ 後部円筒形外部カバー
５２０ 熱障壁
５２２ 第１の表面、近位面
５２４ 第２の表面、遠位面
５３０ 近位取付部
５３２ ５３０の遠位面
５３４ ５３０の外周面
５４０ 中間熱抑制及び換気部
５５０ 遠位取付部
５５２ ５５０の近位面
５５４ ５５０の第１の外周面
５５６ ５５０の第２の外周面
５６０ 中央貫通孔
５７０ ネジ
５７２ ネジ
５７４ ネジ
６００ 入口管
６１０ 高温炉筐体
６１２ ６１０の遠位端
６１４ 中央開口
６１６ ６１０の近位端カバー
６１８ ネジ
６３０ 円盤状アダプタ支持構造
６４０ 断熱アダプタ
６４２ 遠位基部
６４４ 中間部
６４６ 近位部
６４８ ５１４の開口
６５０ アダプタネジ
６５２ アダプタネジ
７００ 円筒形断熱層
７０２ ７００の近位端
７０４ ７００の遠位端
７１０ 第１の円盤状断熱層
７１２ 中央開口
７１４ ７１０の遠位面
７１６ ７１０の近位面
７２０ 第２の円盤状断熱層
７３０ 第３の円盤状断熱層
７４０ 第１の環状断熱層
７５０ 第２の環状断熱層
７７０ ネジ
８００ 換気口
８１０ 外側相互接続支柱
８１２ ８１０のアーチ状の内表面
８１４ ８１０のアーチ状の外表面
８１６ ８１０の第１の半径方向面
８１８ ８１０の第２の半径方向面
８４０ 中央相互接続支柱
８６０ 内側相互接続支柱
９００ 圧力測定ユニット
９１０ 熱障壁筐体
９１１ 円筒形側壁
９１２ 第１の壁
９１３ 第２の壁
９１４ 中間熱抑制及び換気部
９１５ 支柱
９１６ 中央相互接続支柱
９１７ 第２の相互接続支柱
９１８ 第２の貫通孔
９２０ 後部円筒形外部カバー
９３０ ９１０の上部
９３１ ９１０の下部
９４０ 第１の円
９４１ 支柱半径方向線

Claims (20)

  1. 第１の温度で動作する静電容量型隔膜真空計（ＣＤＧ）及び第２の温度で動作する電子機器筐体を相互接続する熱障壁筐体であって、前記第１の温度は前記第２の温度よりも高く、前記熱障壁筐体が、
    前記静電容量型隔膜真空計を囲む側壁と、
    前記静電容量型隔膜真空計と機械的に係合するように構成された第１の壁と、
    前記第１の壁から間隔をあけて配置され、前記電子機器筐体と係合するように構成された第２の壁と、
    前記第１の壁及び前記第２の壁に接続された中央相互接続支柱と、
    前記中央相互接続支柱を囲む複数の支柱を含み、前記第１の壁及び前記第２の壁を相互接続する中間熱抑制及び換気部と、
    を含み、
    前記中央相互接続支柱は、前記静電容量型隔膜真空計から伸びている同軸の導体が内部に配置される中央貫通孔を定義し、
    前記同軸の導体を介して、前記電子機器筐体内の電子機器及び前記静電容量型隔膜真空計の間で信号が送信されることを特徴とする熱障壁筐体。
  2. 前記第１の壁は中央貫通孔を有し、前記複数の支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔から伸びている各々の支柱半径方向線に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱障壁筐体。
  3. 前記第１の壁は中央貫通孔を有し、前記複数の支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔を中心とする第１の円に沿って配置されることを特徴とする請求項１に記載の熱障壁筐体。
  4. 前記複数の支柱は前記第１の壁及び前記第２の壁に接続されることを特徴とする請求項１に記載の熱障壁筐体。
  5. 前記中間熱抑制及び換気部は前記第１の壁及び前記第２の壁の間の総容積を有し、前記複数の支柱は支柱総容積を有し、前記支柱総容積は、前記総容積の約１５％～約２５％の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の熱障壁筐体。
  6. 測定する圧力の供給源に接続可能であり、第１の温度で動作する静電容量型隔膜真空計（ＣＤＧ）と、
    前記静電容量型隔膜真空計に電気的に接続された電子機器を囲んでおり、前記第１の温度より低い第２の温度で動作する電子機器筐体と、
    前記静電容量型隔膜真空計を収容し、前記静電容量型隔膜真空計及び前記電子機器筐体を相互接続する熱障壁筐体と、
    を含む圧力検出システムであって、
    前記熱障壁筐体が、
    前記静電容量型隔膜真空計を囲む側壁と、
    前記静電容量型隔膜真空計と機械的に係合するように構成された第１の壁と、
    前記第１の壁から間隔をあけて配置され、前記電子機器筐体と係合するように構成された第２の壁と、
    前記第１の壁及び前記第２の壁に接続された中央相互接続支柱と、
    前記中央相互接続支柱を囲む複数の支柱を含み、前記第１の壁及び前記第２の壁を相互接続する中間熱抑制及び換気部と、
    を含み、
    前記中央相互接続支柱は、前記静電容量型隔膜真空計から伸びている同軸の導体が内部に配置される中央貫通孔を定義し、
    前記同軸の導体を介して、前記電子機器筐体に囲まれた電子機器及び前記静電容量型隔膜真空計の間で信号が送信されることを特徴とする圧力検出システム。
  7. 前記第１の壁は中央貫通孔を有し、前記複数の支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔から伸びている各々の支柱半径方向線に沿って配置されることを特徴とする請求項６に記載の圧力検出システム。
  8. 前記第１の壁は中央貫通孔を有し、前記複数の支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔を中心とする第１の円に沿って配置されることを特徴とする請求項６に記載の圧力検出システム。
  9. 前記複数の支柱は前記第１の壁及び前記第２の壁に接続されることを特徴とする請求項６に記載の圧力検出システム。
  10. 前記中間熱抑制及び換気部は前記第１の壁及び前記第２の壁の間の総容積を有し、前記複数の支柱は支柱総容積を有し、前記支柱総容積は、前記総容積の約１５％～約２５％の範囲であることを特徴とする請求項６に記載の圧力検出システム。
  11. さらに、前記静電容量型隔膜真空計を囲む炉筐体を含むことを特徴とする請求項６に記載の圧力検出システム。
  12. さらに、前記熱障壁筐体の前記側壁と前記炉筐体の間の空間を埋める断熱層を含むことを特徴とする請求項１１に記載の圧力検出システム。
  13. 第１の温度で動作する静電容量型隔膜真空計（ＣＤＧ）及び第２の温度で動作する電子機器筐体を相互接続する熱障壁であって、前記第１の温度は前記第２の温度よりも高く、前記熱障壁が、
    前記静電容量型隔膜真空計と機械的に係合するように構成された第１の取付境界面と、
    前記第１の取付境界面から間隔をあけて配置され、前記電子機器筐体と係合するように構成された第２の取付境界面と、
    前記第１の取付境界面及び前記第２の取付境界面に接続された中央相互接続支柱と、
    前記中央相互接続支柱を囲む複数の支柱を含み、前記第１の取付境界面及び前記第２の取付境界面を相互接続する中間熱抑制及び換気部と、
    を含み、
    前記中央相互接続支柱は、前記静電容量型隔膜真空計から伸びている同軸の導体が内部に配置される中央貫通孔を定義し、
    前記同軸の導体を介して、前記電子機器筐体内の電子機器及び前記静電容量型隔膜真空計の間で信号が送信されることを特徴とする熱障壁。
  14. 前記中間熱抑制及び換気部は前記第１の取付境界面及び前記第２の取付境界面の間の総容積を有し、前記複数の支柱は支柱総容積を有し、前記支柱総容積は、前記総容積の約１５％～約５０％の範囲であることを特徴とする請求項１３に記載の熱障壁。
  15. 前記支柱総容積は、前記総容積の約４０％であることを特徴とする請求項１４に記載の熱障壁。
  16. 前記複数の支柱が、
    隣接する外側相互接続支柱の間に換気口を提供する為に間隔をあけて配置されている複数の外側相互接続支柱と、
    空気流が前記中間熱抑制及び換気部を通ることを可能にする為に、前記換気口から間隔をあけて配置され、そして、互いに間隔をあけて配置された複数の内側相互接続支柱と、
    を含むことを特徴とする請求項１３に記載の熱障壁。
  17. 前記第１の取付境界面及び前記第２の取付境界面のそれぞれは、各々の中央貫通孔を有し、
    前記複数の外側相互接続支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔から伸びている各々の外側相互接続支柱半径方向線に沿って配置され、
    前記複数の内側相互接続支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔から伸びている各々の内側相互接続支柱半径方向線に沿って配置され、
    前記各々の内側相互接続支柱半径方向線は、各々の第１の外側相互接続支柱半径方向線及び第２の外側相互接続支柱半径方向線の間に、実質的に等角度で配置されることを特徴とする請求項１６に記載の熱障壁。
  18. 前記第１の取付境界面及び前記第２の取付境界面のそれぞれは、各々の中央貫通孔を有し、
    前記複数の外側相互接続支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔を中心とする第１の円に沿って配置され、前記第１の円は第１の半径を有し、
    前記複数の内側相互接続支柱のそれぞれは、前記中央貫通孔を中心とする第２の円に沿って配置され、前記第２の円は第２の半径を有し、前記第２の半径は前記第１の半径よりも小さいことを特徴とする請求項１６に記載の熱障壁。
  19. さらに、前記中央相互接続支柱から間隔をあけて配置された１以上の第２の相互接続支柱を含み、前記１以上の第２の相互接続支柱は、１以上のヒータ、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）及びセンサの為に、前記静電容量型隔膜真空計から前記電子機器筐体内の電子機器まで伸びている導線が内部に配置される各々の第２の貫通孔を定義することを特徴とする請求項１に記載の熱障壁筐体。
  20. さらに、前記中央相互接続支柱から間隔をあけて配置された１以上の第２の相互接続支柱を含み、前記１以上の第２の相互接続支柱は、１以上のヒータ、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）及びセンサの為に、前記静電容量型隔膜真空計から前記電子機器筐体に囲まれた電子機器まで伸びている導線が内部に配置される各々の第２の貫通孔を定義することを特徴とする請求項６に記載の圧力検出システム。
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