專(zhuān)利名稱(chēng)：測(cè)壓元件單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測(cè)定荷重的測(cè)壓元件單元。
背景技術(shù)：
測(cè)壓元件單元是根據(jù)將被測(cè)定物吊起或懸掛時(shí)所產(chǎn)生的變形量來(lái)測(cè)定荷重(重量)的單元，用于各種設(shè)備中的荷重測(cè)定。例如，在單晶硅晶圓的生產(chǎn)線上用于單晶錠的制造。為了制造該單晶硅晶圓，首先，在石英爐內(nèi)熔解多晶硅的芯片，將籽晶放進(jìn)該硅熔液中，一邊使其旋轉(zhuǎn)一邊將其慢慢提升，而在籽晶的下方生長(zhǎng)圓柱狀的單晶錠。然后，切斷以及研磨單晶錠而制造單晶硅晶圓。在制造該單晶錠時(shí)，用測(cè)壓元件單元測(cè)定其荷重，并決定其提升速度以便能夠得到給定的直徑尺寸。
作為現(xiàn)有的測(cè)壓元件單元，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示已知有在圓筒狀盒內(nèi)的中間隔板上固定有測(cè)壓元件并以圍繞該測(cè)壓元件的方式配置有呈四邊框狀的門(mén)形連接體的單元。在圓筒狀盒內(nèi)的上方和下方固定有L字形的上部板彈簧和下部板彈簧。按壓板的軸部貫通門(mén)形連接體的上梁和上部板彈簧，并在其上端部與螺母螺合。由于在門(mén)形連接體的上梁和上部板彈簧之間配置有環(huán)狀的墊圈，因此通過(guò)螺母的緊固，上部板彈簧、門(mén)形連接體的上梁和按壓板三者成為一體。相同地，保持桿貫通門(mén)形連接體的下梁和下部板彈簧而從圓筒狀盒向下方突出。在門(mén)形連接體的下梁和下部板彈簧之間配置有墊圈，在保持桿的凸緣擋住下部板彈簧的狀態(tài)下，將螺母螺合到保持桿的上端部，因此下部板彈簧、門(mén)形連接體的下邊和保持桿三者成為一體。按壓板的中心軸和保持桿配置在門(mén)形連接體的中心線上。專(zhuān)利文獻(xiàn)I記載的測(cè)壓元件單元用于單晶錠的提升荷重的測(cè)定，在保持桿的前端安裝有籽晶。在制造單晶錠時(shí)，使測(cè)壓元件單元邊旋轉(zhuǎn)邊提升。通過(guò)單晶錠的生長(zhǎng)，施加到保持桿的荷重量增大。與該荷重量對(duì)應(yīng)，門(mén)形連接體抵抗上下板彈簧而下降。如果該門(mén)形連接體下降，則按壓板也一體下降而對(duì)測(cè)壓元件加壓。配置在測(cè)壓元件內(nèi)的應(yīng)變儀變形而產(chǎn)生與加壓力對(duì)應(yīng)的電信號(hào)?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)I :日本實(shí)公昭61-039940號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題如果石英爐內(nèi)的硅熔液的粘度變高，則施加到保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷變大。在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，保持桿經(jīng)由門(mén)形連接體安裝在板彈簧上。板彈簧安裝在圓筒狀盒上，因此，如果圓筒狀盒以一定的速度旋轉(zhuǎn)，則板彈簧以與此相同的速度旋轉(zhuǎn)。與該板彈簧連接成一體的保持桿也要以一定速度旋轉(zhuǎn)，但在施加到保持桿的負(fù)荷突然變大的情況下，固定有應(yīng)變儀的板彈簧撓曲而變形，因此成為測(cè)壓元件單元破損、故障的原因。
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而做出的，其目的在于提供一種測(cè)壓元件單元，能夠防止因被測(cè)定物產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷、頂起荷重等施加到保持桿的負(fù)荷變大時(shí)的測(cè)壓元件的破損。用于解決問(wèn)題的手段為了達(dá)到上述目的，技術(shù)方案I的本發(fā)明的測(cè)壓元件單元的特征在于，具備測(cè)壓元件，具有產(chǎn)生與變形量對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的應(yīng)變儀，該測(cè)壓元件測(cè)量被施加的被測(cè)定物的荷重；測(cè)壓元件底座，固定了上述測(cè)壓元件的下面?zhèn)?；主體盒，具有固定了上述測(cè)壓元件底座的下面?zhèn)鹊闹黧w底座、和安裝于上述主體底座的上側(cè)且覆蓋上述測(cè)壓元件的主體套，該主體盒能夠上下移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)地安裝于設(shè)備上；底板，配置于上述測(cè)壓元件底座的下方，與上述主體底座保持間隙并收納于其中；頂板，以在與上述底板連接為一體的狀態(tài)下位于上述測(cè)壓元件的上方的方式收納于上述主體套內(nèi)；金屬球，配置于上述頂板和上述測(cè)壓元件之間，對(duì)上述測(cè)壓元件從上方施加荷重；保持桿，上端與上述底板連接，下端貫通了上述主體 底座，該保持桿用于保持安裝于其下端的上述被測(cè)定物；以及旋轉(zhuǎn)允許單元，在上述頂板和上述測(cè)壓元件的位置關(guān)系保持一定的狀態(tài)下，上述保持桿和上述主體盒一體旋轉(zhuǎn)地連接，在上述保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷增加時(shí)，允許上述頂板相對(duì)于上述主體盒暫時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。另外，優(yōu)選上述旋轉(zhuǎn)允許單元具備固定板，其固定于上述測(cè)壓元件的上面，在中心圓錐槽內(nèi)放置有上述金屬球；以及多個(gè)螺旋彈簧，連接上述固定板和上述頂板，并且通過(guò)對(duì)上述頂板向相互相反方向施力而將上述頂板保持在特定的位置。此外，優(yōu)選上述旋轉(zhuǎn)允許單元具備多個(gè)螺旋彈簧，該多個(gè)螺旋彈簧連接上述主體套內(nèi)和上述頂板，并且通過(guò)對(duì)上述頂板向相互相反方向施力而將上述頂板保持在特定的位置。另外，優(yōu)選將上述測(cè)壓元件作為第一測(cè)壓元件，并且在上述頂板和上述金屬球之間配置第二測(cè)壓元件，用上述第一測(cè)壓元件以及第二測(cè)壓元件中的一個(gè)來(lái)測(cè)定低荷重，用另一個(gè)來(lái)測(cè)定高荷重，從而高精度地測(cè)定寬測(cè)定范圍。此外，優(yōu)選在上述保持桿的上面和上述測(cè)壓元件底座的下面之間設(shè)置有間隙，以便在上述保持桿被頂起時(shí)，上述保持桿能夠與上述底板以及上述頂板一起向上方移動(dòng)。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，保持被測(cè)定物的保持桿與頂板結(jié)合為一體，該頂板經(jīng)由金屬球從上方對(duì)測(cè)壓元件施加荷重。因此，沒(méi)有如現(xiàn)有例那樣將保持桿直接固定在測(cè)壓元件上，因此，即使施加較大的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷，也不會(huì)破壞測(cè)壓元件。如果在保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷的影響下頂板相對(duì)于測(cè)壓元件相對(duì)旋轉(zhuǎn)，則底板等的位置也變化，因此其與主體盒接觸。通過(guò)該接觸，測(cè)壓元件的荷重微妙變化，因此無(wú)法高精度地測(cè)定荷重。在本發(fā)明中，設(shè)置了如下旋轉(zhuǎn)允許單元將頂板和測(cè)壓元件的位置關(guān)系保持一定，并且在保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷增加時(shí)頂板可暫時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。因此底板不與主體盒接觸，能夠進(jìn)行聞精度的測(cè)定。另外，在保持桿與被測(cè)定物接觸時(shí)等時(shí)候，保持桿向上方被頂起，保持桿的上面和測(cè)壓元件底座的下面之間設(shè)置有間隙，因此保持桿與底板以及頂板一起在間隙內(nèi)能夠向上方移動(dòng)。由此，頂起的作用力未波及測(cè)壓元件，因此能夠防止測(cè)壓元件的破損。另外，在保持桿被頂起時(shí)，荷重變零或荷重突然變化，因此利用該測(cè)定值或測(cè)定值的變化，例如能夠檢測(cè)籽晶接觸到硅熔液。


圖I是本發(fā)明的測(cè)壓元件單元的立體圖。圖2是測(cè)壓元件的分解立體圖。圖3是表示測(cè)壓元件單元的主要部分的分解立體圖。圖4是測(cè)壓元件單元的縱方向的縱截面圖。圖5是測(cè)壓元件單元的橫方向的縱截面圖。圖6是表示取下主體頂套狀態(tài)下的測(cè)壓元件單元的俯視圖。圖7表示測(cè)壓元件單元和單晶提升機(jī)構(gòu)的電結(jié)構(gòu)的框圖。圖8表示利用本發(fā)明的測(cè)壓元件單元的單晶錠制造裝置的說(shuō)明圖。圖9表示在籽晶下方生長(zhǎng)有單晶錠的狀態(tài)的、與圖8相同的說(shuō)明圖。圖10表示彈簧被保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷拉長(zhǎng)的狀態(tài)的、與圖6相同的俯視圖。圖11的(A)表示保持桿被頂起之前，(B)表示保持桿被頂起之后的說(shuō)明圖。圖12表示省略了固定板的第二實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的分解立體圖。圖13是表示第二實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的橫方向截面圖。圖14是表示第二實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的俯視圖。圖15是表示配置了兩個(gè)測(cè)壓元件單元的第三實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的截面圖。圖16表示第三實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的俯視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明2、70、80 :測(cè)壓元件單元；3 :主體盒；5 :主體底座；6 :主體套；10 :測(cè)壓元件；12 :金屬球；13 :測(cè)壓元件底座；14a 14f、15a 15f :應(yīng)變儀；17:固定板；25 :底板；26 :保持桿；31、71、83:頂板；36:外皮；43、44、73、74 :螺旋彈簧；61 :石英爐；、
62 :娃熔液；81 :低荷重測(cè)壓元件；82 :高荷重測(cè)壓元件。
具體實(shí)施例方式第一實(shí)施方式如圖I所示，測(cè)壓元件單元2具備主體盒3、和可旋轉(zhuǎn)地支撐該主體盒3的滑環(huán)(slip ring)4。主體盒3由主體底座5、主體套6、主體頂套7、中間隔板8構(gòu)成。如圖4所示，在主體底座5上形成有插通螺栓9a、9b的插通孔5a、5b。在主體套6上形成有用于螺合螺栓9a、9b的螺孔6a、6b。螺栓9a、9b經(jīng)由插通孔5a、5b而與螺孔6a、6b螺合，主體套6安裝在主體底座5的上側(cè)。在主體套6的上部外周面形成有螺紋部6c，在主體頂套7的下部?jī)?nèi)周面形成有與螺紋部6c螺合的螺紋部7a。主體頂套7在與主體套6之間夾著中間隔板8的狀態(tài)下，將螺紋部6c和螺紋部7a螺合而安裝在主體套6上。如圖2至圖5所示，用于測(cè)定被測(cè)定物的荷重的測(cè)壓元件10由元件主體11和多個(gè)應(yīng)變儀構(gòu)成。元件主體11具備外筒部Ila和內(nèi)筒部11b，并收納于主體套6內(nèi)。該外筒 部Ila和內(nèi)筒部Ilb通過(guò)多個(gè)例如3個(gè)連接橋Ilc連接。這些外筒部11a、內(nèi)筒部Ilb和3個(gè)連接橋Ilc由金屬例如鋁形成為一體。另外，如果荷重施加到內(nèi)筒部11b，則各連接橋He能夠因彈性而與荷重量相對(duì)應(yīng)地?fù)锨?。在一個(gè)連接橋Ilc上安裝2個(gè)應(yīng)變儀，在3個(gè)連接橋Ilc的上面安裝有總共6個(gè)應(yīng)變儀14a 14f。相同地，在下面也安裝有應(yīng)變儀15a 15f(參照?qǐng)D4以及圖5)。應(yīng)變儀14a 14f以及15a 15f是在較薄絕緣體上鋸齒狀地安裝有金屬電阻體(金屬箔)，一旦連接橋Ilc因荷重而彎曲，就與此一起變形，從而電阻值與荷重量對(duì)應(yīng)地變化。在該實(shí)施方式中，應(yīng)變儀14a 14f以及15a 15f使用測(cè)定級(jí)別在0 200N(根據(jù)設(shè)計(jì)適當(dāng)變更)的類(lèi)型。此外，安裝在連接橋上的應(yīng)變儀的個(gè)數(shù)可以根據(jù)連接橋的個(gè)數(shù)、所需要的測(cè)定精度而適當(dāng)變更，但為了形成惠斯通電橋(Wheatstone bridge)電路而優(yōu)選為4的倍數(shù)。例如，在測(cè)定精度稍微下降也可以的情況下，將外筒部和內(nèi)筒部用4個(gè)連接橋連接，對(duì)每個(gè)連接橋分別安裝一個(gè)也可以等。在元件主體11上配置有固定板17。在該固定板17的中央一體設(shè)置有軸部17a。在該軸部17a的上端形成有放置金屬球12的圓錐槽17b，另外在該軸部17a的下端突出有螺紋17c。通過(guò)螺紋17c與內(nèi)筒部Ilb螺紋結(jié)合，成為固定板17從元件主體11浮起的狀態(tài)。作為金屬球12例如使用鋼球。此外，也可以將軸部17a和元件主體11 (測(cè)壓元件10)成形為一體，將固定板17安裝在軸部17a上。元件主體11上形成有插通螺栓21a 21c的插通孔Ild Ilf。在測(cè)壓元件底座13上形成有用于螺合螺栓21a 21c的螺孔13a 13c。螺栓21a 21c經(jīng)由插通孔Ild Ilf螺合在螺孔13a 13c上，元件主體11安裝在測(cè)壓元件底座13的上面。如圖3所示,測(cè)壓元件底座13收納于在主體底座5形成的凹部5c中。在測(cè)壓元件底座13上形成有插通螺栓22a 22c的插通孔13d 13f。在凹部5c上形成有用于螺合螺栓22a 22c的螺孔5d 5f。螺栓22a 22c經(jīng)由插通孔13d 13f螺合在螺孔5d 5f上，以此測(cè)壓元件底座13固定在主體底座5上。在測(cè)壓兀件底座13的下方配置有底板25。該底板25收納于主體底座5上形成的收納凹部5g中。該收納凹部5g比底板25大一圈，收納凹部5g的壁面和底板25之間存在間隙。該間隙為例如一側(cè)1mm，兩側(cè)成為2mm。在底板25上形成有插通孔25a。在該插通孔25a上插通有用于保持被測(cè)定物的保持桿26。在底板25上形成有固定孔25b，在保持桿26上形成有固定凹部26a。C字狀的可彈性變形的彈簧銷(xiāo)27以向內(nèi)側(cè)方向變形的狀態(tài)插入在固定孔25b以及固定凹部26a中，保持桿26被固定在底板25上。此外，只要能夠?qū)⒈３謼U26固定到底板25，則彈簧銷(xiāo)27的形狀可以不是C字狀，另外，也可以不能彈性變形。保持桿26的下端部插通在形成于主體底座5的插通孔5h中而向主體底座5的下方突出。保持桿26的上面和測(cè)壓元件底座13的下面之間有間隙。在金屬球12上放置有頂板31。在該頂板31上形成有用于插入連接桿32、33的上端部的插入孔31a、31b。在底板25上形成有用于插入連接桿32、33的下端部的插入孔25c、25d。螺栓34a 34d經(jīng)由插入孔25c、25d、31a、31b而螺合在連接桿32、33的螺孔上， 底板25和頂板31通過(guò)連接桿32、33連接為一體。在測(cè)壓元件底座13上形成有用于插通連接桿32、33的切口 13g、13h。垂吊于測(cè)壓元件10的外皮36由保持桿26、底板25、連接桿32、33、頂板31構(gòu)成。中間隔板8放置于主體套6上，并被主體頂套7所按壓。該中間隔板8上固定有滑環(huán)4的旋轉(zhuǎn)軸4a。旋轉(zhuǎn)軸4a可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于滑環(huán)4的外殼4b內(nèi)。由此，一旦主體盒3旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸4a就與中間隔板8 一起旋轉(zhuǎn)。由于該旋轉(zhuǎn)軸4a在外殼4b內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因此在滑環(huán)4停止的狀態(tài)下，主體盒3與測(cè)壓元件10 —起旋轉(zhuǎn)。此外，在通常狀態(tài)下，保持桿26也與測(cè)壓元件10 —起旋轉(zhuǎn)。 在中間隔板8上安裝有間隙配合到旋轉(zhuǎn)軸4a上的控制電路基板38。在中間隔板8上穿設(shè)有截面為凸?fàn)畹呢炌?a，在該貫通孔8a上安裝有兩端為金屬端子的電極18。該電極18的金屬端子18a與控制電路基板38連接，金屬端子18b與測(cè)壓元件10的中繼基板(未圖示)連接，將用應(yīng)變儀14a 14f、15a 15f測(cè)定的測(cè)定信號(hào)(測(cè)定電壓)傳遞至控制電路基板38。在控制電路基板38上設(shè)置有應(yīng)變儀14a 14f、15a 15f的電源電路、放大電路。在該控制電路基板38上連接有引出到滑環(huán)4的外部的引線(未圖示)。如圖6所示，在固定板17的上面設(shè)置有掛彈簧部41、42。在這些掛彈簧部41、42上掛有螺旋彈簧43、44的一端。在頂板31的下面設(shè)置有掛螺旋彈簧43、44的另一端的掛彈簧部45、46。螺旋彈簧43、44通過(guò)對(duì)頂板31向相互相反方向施力，將頂板31與固定板17連接，并且保持頂板31以使其相對(duì)于固定板17成為給定角度。由此，底板25在收納凹部5g內(nèi)不與其壁面接觸而定位于其中央。相同地，連接桿32、33也不與測(cè)壓元件底座13的切口 13g、13h接觸而定位于其中央。因此，施加到保持桿26的荷重直接傳遞至測(cè)壓元件10，因此能夠正確地進(jìn)行測(cè)定。如圖7所示，在測(cè)壓元件10內(nèi)設(shè)置有應(yīng)變儀14a 14f、15a 15f，將3個(gè)在施加荷重時(shí)的應(yīng)變極性相同的應(yīng)變儀串聯(lián)連線而形成4個(gè)連線應(yīng)變儀48a 48d。各連線應(yīng)變儀48a 48d形成惠斯通電橋電路51。此外，由于形成惠斯通電橋電路需要4個(gè)電阻，因此在應(yīng)變儀存在多個(gè)(優(yōu)選為4的倍數(shù)個(gè))的情況下，連線各應(yīng)變儀以便形成4個(gè)連線應(yīng)變儀?；菟雇姌螂娐?1的連線應(yīng)變儀48a和連線應(yīng)變儀48c的連接點(diǎn)A、以及連線應(yīng)變儀48b和連線應(yīng)變儀48d的連接點(diǎn)B與DC電源52連接。連線應(yīng)變儀48a和連線應(yīng)變儀48d的連接點(diǎn)C、以及連線應(yīng)變儀48b和連線應(yīng)變儀48c的連接點(diǎn)D，分別與具有負(fù)反饋的差動(dòng)放大器49a、49b的+輸入端子連接。各差動(dòng)放大器49a、49b的輸出被輸入到差動(dòng)放大器49c,其差分被放大。差動(dòng)放大器49c的輸出作為測(cè)定電壓被輸入到A/D轉(zhuǎn)換器50。該測(cè)定電壓在A/D轉(zhuǎn)換器50中轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，而作為測(cè)定數(shù)據(jù)取出到測(cè)壓元件單元2的外部。此外，也可以將被放大的測(cè)定電壓作為模擬信號(hào)的測(cè)定數(shù)據(jù)輸出。在將測(cè)定電壓作為模擬信號(hào)的測(cè)定數(shù)據(jù)輸出的情況下，省略A/D轉(zhuǎn)換器50。另外，測(cè)定電壓的放大方法不限于差動(dòng)放大。在圖7所示的實(shí)施方式中，測(cè)壓元件12用于單晶錠制造裝置的單晶錠提升機(jī)構(gòu)53。單晶提升機(jī)構(gòu)53具備移動(dòng)裝置54、旋轉(zhuǎn)裝置55、控制裝置56。根據(jù)來(lái)自A/D轉(zhuǎn)換器50的輸出求出的測(cè)定數(shù)據(jù)被發(fā)送至控制裝置56。在該控制裝置56中將該測(cè)定數(shù)據(jù)作為單晶錠的荷重。根據(jù)該荷重，控制裝置56參照預(yù)先確定的特性曲線，求出保持桿26的提升速度和旋轉(zhuǎn)速度，控制移動(dòng)裝置54和旋轉(zhuǎn)裝置55。圖8表示使用第一實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的單晶錠的制造裝置。該單晶錠制造 裝置60由石英爐61和單晶提升機(jī)構(gòu)53構(gòu)成。作為用于制造單晶錠的材料可以舉出硅、藍(lán)寶石等，在此以硅單晶的制造為例進(jìn)行說(shuō)明。石英爐61內(nèi)容納有加熱多晶硅片而熔解的硅熔液62。單晶提升機(jī)構(gòu)53是經(jīng)由測(cè)壓元件單元2邊旋轉(zhuǎn)保持桿26邊慢慢提升的機(jī)構(gòu)，具備移動(dòng)裝置54和旋轉(zhuǎn)裝置55。旋轉(zhuǎn)裝置55由馬達(dá)64、固定于該馬達(dá)64的馬達(dá)軸上的驅(qū)動(dòng)齒輪65、被驅(qū)動(dòng)齒輪65旋轉(zhuǎn)的大齒輪66構(gòu)成。大齒輪66通過(guò)螺栓67a、67b固定在主體底座5的下部。另外，大齒輪66在其中央形成有直徑大于保持桿26的孔，保持桿26通過(guò)該孔并突出。如果馬達(dá)64旋轉(zhuǎn)，則測(cè)壓元件單元2在大齒輪66的作用下旋轉(zhuǎn)。移動(dòng)裝置54例如由馬達(dá)、進(jìn)給絲杠、與進(jìn)給絲杠螺合的螺母構(gòu)成。該螺母被安裝到用于安裝測(cè)壓元件單元2的升降臺(tái)(未圖示)上。如果進(jìn)給絲杠通過(guò)馬達(dá)而旋轉(zhuǎn)，則螺母與升降臺(tái)一起沿著導(dǎo)向軸進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)，由此測(cè)壓元件單元2向上下方向移動(dòng)。接著，參照?qǐng)D8 圖11，說(shuō)明實(shí)施了本發(fā)明的單晶錠制造裝置60的作用。首先，在保持桿26的下端安裝籽晶68。如果按下單晶提升機(jī)構(gòu)53的啟動(dòng)按鈕，則如圖8所示，控制裝置56驅(qū)動(dòng)移動(dòng)裝置54而使測(cè)定元件單元2向下方移動(dòng),從而使籽晶68浸泡到石英爐61內(nèi)的硅熔液62的液面中。然后，控制裝置56驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置55以及移動(dòng)裝置54，邊旋轉(zhuǎn)主體盒3邊提升測(cè)壓元件單元2。頂板31通過(guò)螺旋彈簧43、44與固定板17成為一體，該固定板17經(jīng)由測(cè)壓元件10、測(cè)壓元件底座13而固定在主體盒3上，因此包括頂板31的外皮36與主體盒3 —起旋轉(zhuǎn)。如果提升測(cè)壓元件單元2，則如圖9所示，在籽晶68的下方生長(zhǎng)單晶錠Cl，該單晶錠Cl的重量經(jīng)由籽晶68、外皮36、金屬球12、固定板17施加到測(cè)壓元件10。施加到該測(cè)壓元件10的荷重按壓元件主體11的內(nèi)筒部11b，因此連接橋Ilc稍微彎曲。因該連接橋Ilc的彎曲，應(yīng)變儀14a 14f、15a 15f也彎曲，因此產(chǎn)生與荷重對(duì)應(yīng)的測(cè)定電壓。由應(yīng)變儀14a 14f、15a 15f形成的惠斯通橋電路51的連接點(diǎn)C、D的信號(hào)在差動(dòng)放大器49a、49b中被放大后,被發(fā)送至差動(dòng)放大器49c，在差動(dòng)放大器49c中其差分被放大(例如，2mV — 10V)。在差動(dòng)放大器49中放大的測(cè)定電壓在A/D轉(zhuǎn)換器50中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，作為測(cè)定數(shù)據(jù)發(fā)送至控制裝置56?？刂蒲b置56根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)判斷生長(zhǎng)的單晶錠Cl的重量是否合適(例如，在一秒鐘內(nèi)增加的重量是否合適)?？刂蒲b置56在判斷為不合適的情況下，控制移動(dòng)裝置54以及旋轉(zhuǎn)裝置55而調(diào)節(jié)測(cè)壓元件單元2的提升速度、主體盒3的旋轉(zhuǎn)速度。由此，生長(zhǎng)所期望直徑的單晶錠Cl。如果經(jīng)過(guò)給定時(shí)間(例如，60分鐘)，則控制裝置56停止移動(dòng)裝置54以及旋轉(zhuǎn)裝置55。所生長(zhǎng)的單晶錠Cl與籽晶68—起從保持桿26被剝離。該單晶錠Cl被切斷以及研磨而制造厚度I 2_左右的圓盤(pán)狀的單晶硅晶圓。如果石英爐61內(nèi)的硅熔液62的粘度變高，則施加于安裝有籽晶68的保持桿26上的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷變大。在此情況下，經(jīng)由底板25、連接桿32、33而固定有保持桿26的頂板31的旋轉(zhuǎn)速度下降。另一方面，通過(guò)旋轉(zhuǎn)裝置55旋轉(zhuǎn)的主體盒3的旋轉(zhuǎn)速度保持一定。在此情況下，如圖10所示，螺旋彈簧43、44被拉伸，允許頂板31相對(duì)于主體盒3的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。由 此，從以給定角度保持了頂板31和固定板17的狀態(tài)，頂板31相對(duì)于固定板17旋轉(zhuǎn)。在底板25和收納該底板25的主體底座5的收納凹部5g的壁面之間存在間隙，因此允許頂板31相對(duì)于主體盒3僅以該間隙量相對(duì)旋轉(zhuǎn)。另外，如果螺旋彈簧43、44被拉伸，則彈簧荷重增加，由所增加的彈簧荷重對(duì)頂板31向旋轉(zhuǎn)方向施力，因此主體盒3和頂板31再次成為連接成一體的狀態(tài)。將該再次連接對(duì)應(yīng)到哪種程度的溶液粘度的上升，取決于螺旋彈簧43、44的彈簧荷重。如果頂板31回到給定位置，則外皮36不與主體盒3接觸，因此能夠正確測(cè)定單晶錠Cl的荷重。此外，在圖10中，夸大了相對(duì)于主體盒3相對(duì)旋轉(zhuǎn)的頂板31的旋轉(zhuǎn)角度。
螺旋彈簧43、44掛在荷重施加于測(cè)量單元10時(shí)向下方移動(dòng)的固定板17以及頂板31上，并與其一起向下方移動(dòng)，因此螺旋彈簧43、44不會(huì)向上下方向傾斜。由此，螺旋彈簧43,44的施力方向僅為橫方向(周方向)，因此螺旋彈簧43、44產(chǎn)生的施力不會(huì)施加到測(cè)壓元件10上。另外，在進(jìn)行切割單晶錠Cl的作業(yè)等時(shí)，有可能因反作用將保持桿26向上方頂起。在此情況下，保持桿26從圖11的(A)所示的狀態(tài)向上方移動(dòng)，如圖11的(B)所示，保持桿26的上面接觸到測(cè)壓元件底座13的下面，從而保持桿26和測(cè)壓元件底座13之間的間隙LH消失。如果底板25在該間隙LH內(nèi)上升，則與此相伴地頂板31上升而離開(kāi)金屬球12。由此，不存在因籽晶68以及保持桿26的頂起而使負(fù)荷施加于測(cè)壓元件10的情況，因此測(cè)壓元件10不會(huì)破損。另外，測(cè)壓元件底座13以及保持桿26為具有厚度且剛性較高的物體，因此即使因頂起而接觸也不會(huì)損壞。此外，在圖11中稍微夸張顯示保持桿26和測(cè)壓元件底座13之間的間隙。另外，在保持桿26的下降中，如果碰到硅熔液62的液面，則保持桿26稍微返回。在此情況下，由于頂板31上升，因此經(jīng)由金屬球12對(duì)測(cè)壓元件10的加壓消失。其結(jié)果，測(cè)壓元件10的測(cè)定電壓幾乎變?yōu)榱?。根?jù)該測(cè)定電壓的變化，能夠檢測(cè)出籽晶68接觸到硅熔液62的液面，因此能夠用于籽晶68的下降控制。第二實(shí)施方式圖12 圖14所示的第二實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元70省略了固定板17而使用圓盤(pán)狀的頂板71。此外，對(duì)于與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成部件標(biāo)上相同的附圖標(biāo)記，省略對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明。在頂板71上形成有用于插入連接桿32、33的上端部的插入孔71a、71b、和掛彈簧部71c、71d。這些掛彈簧部71c、71d上掛有螺旋彈簧73、74的一端。在主體套6上設(shè)置有用于掛螺旋彈簧73、74的另一端的掛彈簧部75、76。頂板71通過(guò)螺旋彈簧73、74與主體套6成為一體，與具有主體套6的主體盒3—起旋轉(zhuǎn)。此外，也可以將形成有掛彈簧部的掛彈簧配件固定到頂板71。在該第二實(shí)施方式中，在因硅熔液62的粘度上升而使施加于保持桿26的負(fù)荷變大的情況下，螺旋彈簧73、74被拉伸，頂板71相對(duì)于主體盒3的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被允許。第三實(shí)施方式圖15以及圖16所示的第三實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元80具備以0 50N的額定容量測(cè)定低荷重的低荷重測(cè)壓元件81 ;和以0 500N的額定容量測(cè)定高荷重的高荷重測(cè)壓元件82(額定容量的數(shù)值是一例，根據(jù)設(shè)計(jì)可以適當(dāng)變更)。低荷重測(cè)壓元件81中，使連 接橋的厚度變薄，即使較小的荷重，變形量也會(huì)變大。此外，對(duì)與第一實(shí)施方式相同的構(gòu)成部件標(biāo)上相同的附圖標(biāo)記，省略對(duì)其詳細(xì)說(shuō)明。固定板17固定于低荷重測(cè)壓元件81，金屬球12放置于該固定板17上。高荷重測(cè)壓元件82放置于金屬球12。低荷重測(cè)壓元件81固定于測(cè)壓元件底座13，高荷重測(cè)壓元件82固定于頂板83。該頂板83和底板25通過(guò)連接桿85、86連接。通過(guò)各測(cè)壓元件81、82檢測(cè)出的變形量在差動(dòng)放大器49a 49c中放大之后，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器作為數(shù)字信號(hào)發(fā)送至控制裝置56。在單晶錠Cl的生長(zhǎng)剛開(kāi)始后，其重量較輕，因此控制裝置56根據(jù)由低荷重測(cè)壓元件81檢測(cè)出的變形量來(lái)進(jìn)行控制。另一方面，如果自生長(zhǎng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)給定時(shí)間(單晶錠Cl成為一定程度的重量為止的時(shí)間，例如15分鐘)，則由于單晶錠Cl變成一定程度的重量，因此從此以后，控制裝置56根據(jù)由高荷重測(cè)壓元件82檢測(cè)出的變形量來(lái)進(jìn)行控制。在連接桿85、86上形成有用于掛螺旋彈簧43、44的一端的掛彈簧部87、88。螺旋彈簧43、44的另一端掛在固定板17的掛彈簧部41、42。連接桿85、86通過(guò)螺旋彈簧43、44與固定板17成為一體。由于固定板17經(jīng)由測(cè)壓元件81、測(cè)壓元件底座13而固定在主體盒3上，因此固定在連接桿85、86上的頂板83與主體盒3連接為一體。在該第三實(shí)施方式中，在因硅熔液62的粘度上升而使施加于保持桿26的負(fù)荷變大的情況下，螺旋彈簧43、44被拉伸，頂板83相對(duì)于主體盒3的相對(duì)旋轉(zhuǎn)被允許。此外，低荷重測(cè)壓元件81和高荷重測(cè)壓元件82的位置關(guān)系也可以相反。此外，在上述實(shí)施方式中，通過(guò)螺旋彈簧將頂板與主體盒連接成一體旋轉(zhuǎn)，并且允許頂板相對(duì)于主體盒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)，但也可以替代螺旋彈簧，而通過(guò)永久磁鐵的斥力來(lái)進(jìn)行連接以及旋轉(zhuǎn)允許。在此情況下，在主體盒和頂板上安裝多個(gè)相互排斥并且對(duì)頂板向相互相反方向施力的永久磁鐵。在因硅熔液的粘度上升，施加于保持桿的負(fù)荷變大，頂板的旋轉(zhuǎn)速度下降的情況下，主體盒的永久磁鐵靠近頂板的永久磁鐵，因此通過(guò)永久磁鐵彼此的斥力，使頂板旋轉(zhuǎn)，主體盒和頂板再次被連接為一體。根據(jù)以上所說(shuō)明的實(shí)施方式，可以舉出以下的具體方式。附加項(xiàng)I.根據(jù)技術(shù)方案I所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于，上述主體套形成為筒狀，在其上固定上述頂板，上述主體盒的整體形成為圓柱狀。
附加項(xiàng)2.根據(jù)技術(shù)方案I所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于，上述底板和上述頂板經(jīng)由多個(gè)連接桿連接為一體。附加項(xiàng)3.根據(jù) 附加項(xiàng)I或2所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于，在上述主體底座上形成有細(xì)長(zhǎng)的凹部，上述底板保持適當(dāng)?shù)拈g隙而收納于其中。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)壓元件單元，其特征在于，具備 測(cè)壓元件，具有產(chǎn)生與變形量對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的應(yīng)變儀，該測(cè)壓元件測(cè)量被施加的被測(cè)定物的荷重； 測(cè)壓元件底座，固定了上述測(cè)壓元件的下面?zhèn)龋? 主體盒，具有固定了上述測(cè)壓元件底座的下面?zhèn)鹊闹黧w底座、和安裝于上述主體底座的上側(cè)且覆蓋上述測(cè)壓元件的主體套，該主體盒能夠上下移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)地安裝于設(shè)備上；底板，配置于上述測(cè)壓元件底座的下方，與上述主體底座保持間隙并收納于其中； 頂板，以在與上述底板連接為一體的狀態(tài)下位于上述測(cè)壓元件的上方的方式收納于上述主體套內(nèi)； 金屬球，配置于上述頂板和上述測(cè)壓元件之間，對(duì)上述測(cè)壓元件從上方施加荷重； 保持桿，上端與上述底板連接，下端貫通了上述主體底座，該保持桿用于保持安裝于其下端的上述被測(cè)定物；以及 旋轉(zhuǎn)允許單元，在上述頂板和上述測(cè)壓元件的位置關(guān)系保持一定的狀態(tài)下，上述保持桿和上述主體盒一體旋轉(zhuǎn)地連接,在上述保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷增加時(shí),允許上述頂板相對(duì)于上述主體盒暫時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于， 上述旋轉(zhuǎn)允許單元具備 固定板，其固定于上述測(cè)壓元件的上面，在中心圓錐槽內(nèi)放置有上述金屬球；以及多個(gè)螺旋彈簧，連接上述固定板和上述頂板，并且通過(guò)對(duì)上述頂板向相互相反方向施力而將上述頂板保持在特定的位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于， 上述旋轉(zhuǎn)允許單元具備多個(gè)螺旋彈簧，該多個(gè)螺旋彈簧連接上述主體套內(nèi)和上述頂板，并且通過(guò)對(duì)上述項(xiàng)板向相互相反方向施力而將上述頂板保持在特定的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于， 將上述測(cè)壓元件作為第一測(cè)壓元件，并且在上述頂板和上述金屬球之間配置第二測(cè)壓元件，用上述第一測(cè)壓元件以及第二測(cè)壓元件中的一個(gè)來(lái)測(cè)定低荷重，用另一個(gè)來(lái)測(cè)定高荷重，從而高精度地測(cè)定寬測(cè)定范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3中的任一項(xiàng)所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于， 在上述保持桿的上面和上述測(cè)壓元件底座的下面之間設(shè)置有間隙，以便在上述保持桿被頂起時(shí)，上述保持桿能夠與上述底板以及上述頂板一起向上方移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于， 在上述保持桿的上面和上述測(cè)壓元件底座的下面之間設(shè)置有間隙，以便在上述保持桿被頂起時(shí)，上述保持桿能夠與上述底板以及上述頂板一起向上方移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防止因被測(cè)定物而使旋轉(zhuǎn)負(fù)荷變大時(shí)的破損的測(cè)壓元件單元。測(cè)壓元件單元(2)具備主體盒(3)。測(cè)壓元件(10)由元件主體(11)、固定在元件主體的3個(gè)連接橋(11c)上的應(yīng)變儀(14a～14f、15a～15f)構(gòu)成。在固定在元件主體上的固定板(17)上放置金屬球(12)。安裝有元件主體的測(cè)壓元件底座(13)固定在主體底座(5)上。底板(25)上固定有保持桿(26)。金屬球上放置有與底板連接的頂板(31)。頂板通過(guò)螺旋彈簧(43、44)與固定板連接。如果施加于保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷加大，則螺旋彈簧被拉伸，而允許頂板相對(duì)于主體盒的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)G01G3/14GK102749129SQ20111029104
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者藤井佳人, 高橋靖匡 申請(qǐng)人:蒂雅克股份有限公司