專利名稱：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，一邊旋轉(zhuǎn)一邊慢慢提升，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形連接體的上梁和上部板彈簧，并在其上端部螺合有螺母。由于在門形連接體的上梁和上部板彈簧之間配置有環(huán)狀的墊圈，因此通過螺母的緊固，上部板彈簧、門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，螺母螺合到保持桿的上端部，因此下部板彈簧、門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形連接體的中心線上。專利文獻(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)，門形連接體抵抗上下板彈簧而下降。如果該門形連接體下降，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)。另外，在專利文獻(xiàn)2中說明了在絲線卷繞方式的硅單晶提升裝置中，將施加到絲線卷繞機(jī)構(gòu)上的拉伸荷重作為壓縮荷重作用于元件單元。如專利文獻(xiàn)2所示,在可旋轉(zhuǎn)地連接于測(cè)壓傳感器單元的超重防止機(jī)構(gòu)的下端將繩索輪通過樞軸可旋轉(zhuǎn)地支撐，在該繩索輪上卷繞有用于提升硅單晶的鋼絲繩。超重防止機(jī)構(gòu)經(jīng)由中心軸連接在平衡軸上，經(jīng)由平衡軸與元件單元作用結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本實(shí)公昭61-039940號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本實(shí)開平07-043767號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題如果石英爐內(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。在專利文獻(xiàn)I中，保持桿經(jīng)由門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)變儀的板彈簧扭曲而變形，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，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，固定上述測(cè)壓元件的下面?zhèn)龋恢黧w盒，具有固定上述測(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)而覆蓋上述測(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，并收納于在上述主體底座形成的收納凹部中；頂板，以在與上述底板連接成一體的狀態(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)，從上方對(duì)上述測(cè)壓元件施加荷重；保持桿，在貫通了上述主體底座的下端保持上述被測(cè)定物；桿固定單元，將上述保持桿的上端固定到上述底板；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)；以及停止單元，在上述主體盒的旋轉(zhuǎn)中，大于上述旋轉(zhuǎn)允許單元的連接力的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷經(jīng)由上述保持桿施加到上述頂板，而解除了上述旋轉(zhuǎn)允許單元的連接時(shí)，停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)。另外，優(yōu)選上述停止單元由上述收納凹部的壁面構(gòu)成，該收納凹部的壁面在因上述被測(cè)定物而使上述旋轉(zhuǎn)負(fù)荷增加時(shí)與上述底板的側(cè)面抵接。再有，優(yōu)選上述桿固定單元包括固定凹部，形成于上述保持桿的上端部，并向橫方向延伸；固定孔，形成于上述底板的上端部，并向橫方向延伸；以及固定銷，插入到上述固定凹部以及上述固定孔中，在由于上述主體盒的旋轉(zhuǎn)力強(qiáng)而通過上述停止單元無法停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)的情況下，上述固定銷被折斷，上述主體盒與上述底板一起旋轉(zhuǎn)。另外，優(yōu)選上述固定銷由彈性銷構(gòu)成，該彈性銷被插入到上述連接孔以及上述連接凹部時(shí)直徑擴(kuò)大。再有，優(yōu)選上述桿固定單元包括固定凹部，形成于上述保持桿的上端部，并向橫方向延伸；棘輪孔，形成于上述底板的上端部，并向橫方向延伸；棘輪球，插入到上述固定凹部以及上述棘輪孔中；以及棘輪彈簧，插入到上述固定凹部中，通過對(duì)上述棘輪球向外側(cè)施力并使其一部分插入到上述棘輪孔中，而將上述保持桿固定到上述底板，在由于上述主體盒的旋轉(zhuǎn)力強(qiáng)而通過上述停止單元無法停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)的情況下，上述棘輪球被上述底板的壁面按壓而抵抗上述棘輪彈簧的施力向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，其整個(gè)進(jìn)入到上述固定凹部中，從而上述桿固定單元的固定被解除，上述主體盒與上述底板一起旋轉(zhuǎn)。另外，優(yōu)選在上述頂板和上述測(cè)壓元件之間配置有從上方對(duì)上述測(cè)壓元件施加荷重的金屬球。再有，優(yōu)選在上述主體底座上設(shè)置有頂起部，該頂起部在由于上述主體盒的旋轉(zhuǎn)力強(qiáng)而通過上述停止單元無法停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)的情況下，與上述底板抵接而頂起，從而使上述頂板離開上述金屬球。另外，優(yōu)選上述旋轉(zhuǎn)允許單元具備固定板，固定在上述測(cè)壓元件的上面，在中心圓錐槽內(nèi)放置上述金屬球；以及多個(gè)螺旋彈簧，連接上述固定板和上述頂板，并且將上述頂板向相互相反方向施力而將上述頂板保持在特定位置。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)由金屬球從上對(duì)測(cè)壓元件施加荷重。因此，沒有像現(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)載也不會(huì)破損測(cè)壓元件。 在保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷的影響下，如果頂板相對(duì)于測(cè)壓元件相對(duì)旋轉(zhuǎn)，則底板等位置也變化，因此這些與主體盒接觸。因該接觸而測(cè)壓元件的荷重微妙變化，因此無法高精度地測(cè)定荷重。在本發(fā)明中設(shè)置了旋轉(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)使頂板可以暫時(shí)相對(duì)旋轉(zhuǎn)，因此使底板不與主體盒接觸，能夠進(jìn)行高精度的測(cè)定。另外，在主體盒的旋轉(zhuǎn)中，大于旋轉(zhuǎn)允許單元的連接力的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷經(jīng)由保持桿施加到頂板，而解除了旋轉(zhuǎn)允許單元的連接時(shí)，停止主體盒的旋轉(zhuǎn)，因此即使較大的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷作用，測(cè)壓元件也不會(huì)破損。再有，在保持桿與被測(cè)定物接觸時(shí)等，保持桿向上方被頂起，但在保持桿的上面和測(cè)壓元件底座的下面之間設(shè)置有間隙，因此保持桿能夠與底板以及頂板一起在間隙內(nèi)向上方移動(dòng)。由此，頂起的作用力不波及測(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?yōu)榱慊蚝芍赝蝗蛔兓?，因此利用該測(cè)定值或者測(cè)定值的變化，能夠檢測(cè)出例如籽晶接觸到硅熔液。


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是表示主體底座的內(nèi)部的截面圖。圖7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8是表示測(cè)壓元件單元和單晶提升機(jī)構(gòu)的電構(gòu)成的框圖。圖9是表示利用了本發(fā)明的測(cè)壓元件單元的單晶錠制造裝置的說明圖。圖10是表示在籽晶的下方生長(zhǎng)單晶錠的狀態(tài)的與圖9相同的說明圖。圖11是表示因保持桿的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷而彈簧被拉伸的狀態(tài)的與圖7相同的俯視圖。圖12是表示主體盒與底板抵接狀態(tài)的主體底座的內(nèi)部的截面圖。圖13是表示彈性銷被折狀態(tài)的主體底座的內(nèi)部的截面圖。
圖14是表示通過棘輪球以及棘輪彈簧來固定保持桿的第二實(shí)施方式的底板和保持桿的側(cè)視截面圖。圖15是表示第二實(shí)施方式的保持桿的固定被解除的狀態(tài)的底板和保持桿的側(cè)視截面圖。圖16是表示第二實(shí)施方式的底板和保持桿的俯視截面圖。圖17是表示第二實(shí)施方式的保持桿的固定被解除的狀態(tài)的底板和保持桿的俯視截面圖。圖18是表示硅熔液的粘度上升時(shí)頂起底板的第三實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的截面圖。 圖19是表示第三實(shí)施方式的頂起底板的狀態(tài)的測(cè)壓元件單元的截面圖。圖20是表示第三實(shí)施方式的主體底座的內(nèi)部的俯視截面圖。圖21是表示第三實(shí)施方式的頂起底板狀態(tài)的主體底座的內(nèi)部的俯視截面圖。附圖標(biāo)記說明2、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；25 :底板；26 :保持桿；27 :彈性銷；31 :頂板；36 :外皮；43、44 :螺旋彈簧；61 :石英爐；62 :娃熔液；71 :棘輪球；72 :棘輪彈黃；81a 81d:頂起部。
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)(slipring)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上形成有用于插通螺栓9a、9b的插通孔5a、5b。在主體套6上形成有用于與螺栓9a、9b螺合的螺孔6a、6b。螺栓9a、9b經(jīng)由插通孔5a、5b而螺合在螺孔6a、6b上，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6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Ilc能夠因彈性而與荷重量相對(duì)應(yīng)地?fù)锨?duì)一個(gè)連接橋Ilc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)而成的，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)的類型。此外，安裝在連接橋的應(yīng)變儀的個(gè)數(shù)可根據(jù)連接橋的個(gè)數(shù)、所需要的測(cè)定精度來適當(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，而將固定板17安裝在軸部17a上。在元件主體11上形成有用于插通螺栓21a 21c的插通孔Ild Ilf。在測(cè)壓元件底座13上形成有用于與螺栓21a 21c螺合的螺孔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上形成有用于插通螺栓22a 22c的插通孔13d 13f。在凹部5c上形成有用于與螺栓22a 22c螺合的螺孔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中插通有保持被測(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性銷27被插入在固定孔25b以及固定凹部26a中，在被插入的狀態(tài)下，具有朝向直徑擴(kuò)大方向的彈力。保持桿26通過該彈性銷27固定在底板25上。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，并向主體底座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上安裝有間隙配合在旋轉(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7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)置有用于掛螺旋彈簧43、44的另一端的掛彈簧部45、46。螺旋彈簧43、44通過對(duì)頂板31向相互相反方向施力，而將頂板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8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中，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)，并作為測(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8所示的實(shí)施方式中，測(cè)壓元件單元2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9表示使用第一實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元的單晶錠制造裝置。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，但在此以硅單晶的制造為例進(jìn)行說明。石英爐61內(nèi)容納有加熱多晶硅片并熔解而成的娃熔液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)，并具備移動(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。該螺母安裝在安裝測(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)D9 圖13，說明實(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9所示，控制裝置56驅(qū)動(dòng)移動(dòng)裝置54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10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。由于因該連接橋Ilc的彎曲，應(yīng)變儀14a 14f、15a 15f也變形，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11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)。并且，如圖12所示，主體底座5的收納凹部5g的壁面與底板25的側(cè)面抵接。在因旋轉(zhuǎn)裝置55產(chǎn)生的主體盒3的旋轉(zhuǎn)力變?nèi)醯那闆r下，如果收納凹部5g的壁面與底板25的側(cè)面抵接，則主體盒3的旋轉(zhuǎn)被停止。在此情況下，由于旋轉(zhuǎn)裝置55還想旋轉(zhuǎn)主體盒3，因此發(fā)生異常輸出。在發(fā)生該異常輸出的情況下，控制裝置56停止旋轉(zhuǎn)裝置55。另一方面，由于旋轉(zhuǎn)裝置55所產(chǎn)生的主體盒3的旋轉(zhuǎn)力較強(qiáng)，而無法停止上述主體盒3的旋轉(zhuǎn)的情況下，如圖13所示，插入到固定孔25b以及固定凹部26a的彈性銷27被折斷而解除保持桿26的固定。如果保持桿26的固定被接觸，則 主體盒3以及底板25 —起旋轉(zhuǎn)。由此，在因溶液粘度的變化而對(duì)保持桿26施加較大的力矩時(shí)，也不會(huì)對(duì)測(cè)壓元件10施加負(fù)荷，因此測(cè)壓元件10不會(huì)損壞。另外，在進(jìn)行切割單晶錠Cl的作業(yè)等時(shí)，保持桿26有可能因反作用而向上方頂起。在此情況下，保持桿26經(jīng)由籽晶68向上方頂起。此時(shí),保持桿26向上方移動(dòng)而保持桿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之間的間隙消失。如果底板25在該間隙內(nèi)上升，則與此相伴地頂板31上升而離開金屬球12。由此，不存在因籽晶68以及保持桿26的頂起而將負(fù)荷施加于測(cè)壓?jiǎn)卧?0的情況，因此測(cè)壓?jiǎn)卧?0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。第二實(shí)施方式在圖14 圖17所示的第二實(shí)施方式中，保持桿26通過棘輪球71以及棘輪彈簧72固定在底板25上。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)說明。如圖14以及圖16所示，在保持桿26的固定凹部26a中插入有棘輪彈簧(clickspring) 72以及棘輪球(click ball) 71。該棘輪球71由棘輪彈簧72向外側(cè)施力。被施力的該棘輪球71的一部分插入到底板25的固定孔(棘輪孔)25b中，從而保持桿26固定在底板25上。在本實(shí)施方式中，通過棘輪球71、棘輪彈簧72和固定孔25b構(gòu)成棘輪止擋(click-stop)機(jī)構(gòu)。此外，棘輪彈簧72不限定于螺旋彈簧，也可以使用板彈簧、模具彈簧(mold spring)。在該第二實(shí)施方式中，旋轉(zhuǎn)裝置55所產(chǎn)生的主體盒3的旋轉(zhuǎn)力較強(qiáng)，在硅熔液62的粘度上升時(shí)無法停止主體盒3的旋轉(zhuǎn)的情況下，如圖15以及圖17所示，棘輪球71被底板25的壁面所按壓。通過該按壓，棘輪球71抵抗棘輪彈簧72的施力而向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，其整個(gè)進(jìn)入到固定凹部26a中。由此，保持桿26的固定被解除，主體盒3以及底板25 —起旋轉(zhuǎn)。如果主體盒3以及底板25旋轉(zhuǎn)一圈，則棘輪球71由棘輪彈簧72移動(dòng)到外側(cè)，其一部分插入到底板25的固定孔25b中，從而保持桿26再次固定到底板25上。第三實(shí)施方式圖18至圖21所示的第三實(shí)施方式的測(cè)壓元件單元80在硅熔液62的粘度上升時(shí)頂起底板25。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)說明。如圖18以及圖20所示，在主體底座5的收納凹部5g上形成有頂起底板25的頂起部81a 81d。在底板25的側(cè)面下端形成有錐面25e。在該第三實(shí)施方式中，在因硅熔液62的粘度上升而保持桿26的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷增加的情況下，頂板31相對(duì)于主體盒3相對(duì)旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)裝置55產(chǎn)生的主體盒3的旋轉(zhuǎn)力變?nèi)醯那闆r下，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的主體盒5的頂起部81a、81d與底板25的錐面25e抵接，從而主體盒3的旋轉(zhuǎn)被停止。另一方面，在因旋轉(zhuǎn)裝置55所產(chǎn)生的主體盒3的旋轉(zhuǎn)力較強(qiáng)而無法停止上述的主體盒3的旋轉(zhuǎn)的情況下，如圖19以及圖21所示，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的主體盒5的頂起部81a、81d按壓底板25的錐面25e而頂起底板25，頂起部81a、81d進(jìn)入到底板25之下。此夕卜，在主體底座5按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的情況下，主體底座5的頂起部81b、81c按壓錐面25e而頂起底板25。 如果底板25被頂起，則頂板31離開金屬球12。由此，因溶液粘度變化而將較大的力矩施加到保持桿26時(shí)，負(fù)荷也不會(huì)施加到測(cè)壓元件10，因此測(cè)壓元件10不會(huì)損壞。如果頂板31離開金屬球12，則各應(yīng)變儀14a 14c檢出不出變形，來自測(cè)壓元件單元2的輸出變成零?？刂蒲b置56在檢測(cè)出該異常輸出時(shí)，停止旋轉(zhuǎn)裝置55。此外，在上述實(shí)施方式中，通過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，而通過永久磁鐵的斥力來進(jìn)行連接以及旋轉(zhuǎn)許可。在此情況下，在主體盒和頂板上安裝相互排斥且對(duì)頂板向相互相反相向施力的多個(gè)永久磁鐵。在由于娃熔液的粘度上升、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，主體盒的永久磁鐵接近頂板的永久磁鐵，因此因永久磁鐵彼此的斥力，頂板旋轉(zhuǎn)，主體盒和頂板再次連接為一體。另外，在上述實(shí)施方式中，將本發(fā)明適用于使用了一個(gè)測(cè)壓元件的測(cè)壓元件單元中，但本發(fā)明可適用于使用了多個(gè)測(cè)壓元件的測(cè)壓元件單元中。在使用多個(gè)測(cè)壓元件的情況下，使用0 200N的額定容量的低容量測(cè)壓元件、和0 500N的額定容量的高容量測(cè)壓元件。再有，在上述第三實(shí)施方式中，通過彈性銷將保持桿固定到底板，但也可以像上述第二實(shí)施方式那樣通過棘輪球以及棘輪彈簧將保持桿固定到底板。另外，在上述實(shí)施方式中，以將頂板和測(cè)壓元件經(jīng)由固定板和金屬球連接的測(cè)壓元件單元為例進(jìn)行了說明，但也可以適用于像專利文獻(xiàn)2所公開的測(cè)壓傳感器單元那樣不經(jīng)由金屬球而將頂板(相當(dāng)于專利文獻(xiàn)2的平衡軸)直接與測(cè)壓元件連接那樣結(jié)構(gòu)的測(cè)壓元件單元中。再有，在上述實(shí)施方式中，以用力桿拉起單晶錠的單晶錠制作裝置為例進(jìn)行了說明，但也可適用于通過卷繞像專利文獻(xiàn)2中所公開的絲線來拉起單晶錠的單晶錠制造裝置中。根據(jù)以上實(shí)施方式的說明，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，上述主體套為筒狀，在其上固定上述頂套，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，固定上述測(cè)壓元件的下面?zhèn)龋? 主體盒，具有固定上述測(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)而覆蓋上述測(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，并收納于在上述主體底座形成的收納凹部中； 頂板，以在與上述底板連接成一體的狀態(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)，從上方對(duì)上述測(cè)壓元件施加荷重； 保持桿，在貫通了上述主體底座的下端保持上述被測(cè)定物； 桿固定單元，將上述保持桿的上端固定到上述底板； 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)；以及 停止單元，在上述主體盒的旋轉(zhuǎn)中，大于上述旋轉(zhuǎn)允許單元的連接力的旋轉(zhuǎn)負(fù)荷經(jīng)由上述保持桿施加到上述頂板，而解除了上述旋轉(zhuǎn)允許單元的連接時(shí)，停止上述主體盒的旋轉(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，上述停止單元由上述收納凹部的壁面構(gòu)成，該收納凹部的壁面在因上述被測(cè)定物而使上述旋轉(zhuǎn)負(fù)荷增加時(shí)與上述底板的側(cè)面抵接。
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， 上述桿固定單元包括 固定凹部，形成于上述保持桿的上端部，并向橫方向延伸； 固定孔，形成于上述底板的上端部，并向橫方向延伸；以及 固定銷，插入到上述固定凹部以及上述固定孔中， 在由于上述主體盒的旋轉(zhuǎn)力強(qiáng)而通過上述停止單元無法停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)的情況下，上述固定銷被折斷，上述主體盒與上述底板一起旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于，上述固定銷由彈性銷構(gòu)成，該彈性銷被插入到上述連接孔以及上述連接凹部時(shí)直徑擴(kuò)大。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于， 上述桿固定單元包括 固定凹部，形成于上述保持桿的上端部，并向橫方向延伸； 棘輪孔，形成于上述底板的上端部，并向橫方向延伸； 棘輪球，插入到上述固定凹部以及上述棘輪孔中；以及 棘輪彈簧，插入到上述固定凹部中，通過對(duì)上述棘輪球向外側(cè)施力并使其一部分插入到上述棘輪孔中，而將上述保持桿固定到上述底板， 在由于上述主體盒的旋轉(zhuǎn)力強(qiáng)而通過上述停止單元無法停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)的情況下，上述棘輪球被上述底板的壁面按壓而抵抗上述棘輪彈簧的施力向內(nèi)側(cè)移動(dòng)，其整個(gè)進(jìn)入到上述固定凹部中，從而上述桿固定單元的固定被解除，上述主體盒與上述底板一起旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5中的任一項(xiàng)所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于，在上述頂板和上述測(cè)壓元件之間配置有從上方對(duì)上述測(cè)壓元件施加荷重的金屬球。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測(cè)壓元件單元，其特征在于，在上述主體底座上設(shè)置有頂起部，該頂起部在由于上述主體盒的旋轉(zhuǎn)力強(qiáng)而通過上述停止單元無法停止上述主體盒的旋轉(zhuǎn)的情況下，與上述底板抵接而頂起，從而使上述頂板離開上述金屬球。
8.根據(jù)權(quán)利要求6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，固定在上述測(cè)壓元件的上面，在中心圓錐槽內(nèi)放置上述金屬球；以及多個(gè)螺旋彈簧，連接上述固定板和上述頂板，并且將上述頂板向相互相反方向施力，而將上述頂板保持在特定位置。
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)、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)。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，允許頂板相對(duì)于主體盒旋轉(zhuǎn)。如果主體底座的收納凹部(5g)的壁面與底板的側(cè)面抵接，則主體盒的旋轉(zhuǎn)停止。
文檔編號(hào)G01G3/14GK102749128SQ20111029106
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年9月23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