JP2000019029A - 高温用温度計および保護管ならびに温度計校正部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度計を炉から取外すことなく校正する。 【解決手段】 熱電対温度計は、密閉容器３を備える。
密閉容器３内に、炉の使用温度よりも低い温度で融解す
る基準金属２を収納し、該基準金属２を温度計センサ部
１の周囲に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、炉内に設置する高
温用温度計、該温度計を保護する保護管、温度計の校正
を行なえる温度計校正部品の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱電対等の高温用温度計には個
体差があり、また該温度計は経時的に劣化するため、炉
内に設置した温度計により炉内の温度の再現性を厳密に
管理するためには、温度計の交換時および劣化の具合に
よって定期的に温度計を校正する必要がある。

【０００３】温度計を校正する方法としては、国際度量
衡委員会で定められた国際実用温度目盛ＩＰＴＳ（Inte
rnational Practical Temperature Scale ）の定義定点
の基準となる金属を、被校正温度計の周囲に配置して、
金属と温度計センサ部が同一温度になるような構造を校
正用炉内に設け、金属の凝固点等を基準に温度を校正す
る方法がある。また、簡易的には、均熱炉内で被校正温
度計を基準となる温度と同一温度になるように設置し、
２つの温度計の指示値を比較する方法がとられている。

【０００４】ところで、化合物結晶成長炉のように炉内
雰囲気の活性化が高い炉の場合、使用雰囲気に耐え得る
温度計は限定される。具体的には、タングステン−レニ
ウム熱電対温度計のような誤差の大きい温度計が使用さ
れている。そのため、炉内温度を再現性よく制御するた
めには、温度計の校正が特に必要となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような校正を実施するためには、炉内に設置した温度計
を取外す必要があり、校正を実施する間は炉を停止させ
なければならない。そればかりでなく、上述のタングス
テン−レニウム熱電対温度計のように大気中では校正す
ることができないものがあり、そのような温度計は周囲
の雰囲気を制御するような構造を持たせる必要がある。
そのため、校正自体が非常に困難となる。

【０００６】さらに、校正のために熱電対を取外し、再
度設置したときには、温度計のセンサ位置が微妙に変化
する。このとき、温度を測定する位置の温度勾配が大き
い場合には、位置の微小な変化が測定値に影響するとい
う問題も生じる。

【０００７】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものである。この発明の１つの目的は、
炉を停止させることなく容易に温度計の校正を行なうこ
とにある。

【０００８】この発明の他の目的は、温度計の位置の微
小変化に対しても炉内温度を再現性よく一定に制御する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る高温用温
度計は、炉内に設置するものである。そして、該温度計
は、センサ部の周囲に温度計校正手段を備える。なお、
本願明細書において単に「炉」と記載した場合には、校
正用の炉ではなく、実際に熱処理を施すための炉のこと
を称するものと定義する。

【００１０】このように温度計が校正手段を備えること
により、校正を実施する際に温度計を炉から取外す必要
がなくなる。それにより、炉の停止を伴うことなく温度
計の校正を行なえる。また、タングステン−レニウム熱
電対温度計のように校正自体が非常に困難なものに対し
ても、炉内においてそのまま温度計の校正を行なえるの
で、容易に校正を行なうことができる。

【００１１】本発明に係る保護管は、高温用温度計を保
護するためのものであり、温度計校正手段を備える。

【００１２】該保護管の場合も、温度計校正手段を備え
るので、上述の高温用温度計の場合と同様に、炉の停止
を伴うことなく容易に温度計の校正を行なえる。

【００１３】上記の高温用温度計あるいは保護管におけ
る温度計校正手段は、好ましくは、炉の使用温度よりも
低い温度で融解する物質を内部に有する温度計校正部品
を含む。

【００１４】温度計校正部品が炉の使用温度よりも低い
温度で融解する金属等の物質を収容することにより、炉
内の温度を降下あるいは上昇させた際に上記物質が凝固
・溶融し、該凝固・融解時に温度の不連続点が発生す
る。この不連続点が発生する温度指示値を基準に温度計
を校正することができる。

【００１５】この発明に係る温度計校正部品は、高温用
温度計を校正するためのものであり、炉内に固定され
る。

【００１６】このように温度計校正部品を炉内に固定し
た場合にも、前述の場合と同様に、高温用温度計を炉か
ら取外すことなく温度計の校正を行なえる。また、この
ような温度計校正部品を炉内に固定することにより、温
度計を交換した後に温度計の設置位置が多少ずれた場合
でも、該校正部品によって得られる温度情報をもとに炉
内の温度を制御することができる。たとえば、上記温度
情報との相対差で炉内温度を管理できる。その結果、温
度計の交換後にも炉内温度を再現性よく一定に制御する
ことが可能となる。さらに、該校正部品から得られる温
度情報により、温度計の劣化の程度や位置のばらつき等
をも把握できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を用いて、本発
明の実施の形態について説明する。

【００１８】本願の発明者らは、温度計を校正するため
に炉から取外すことに起因する問題を解決すべく、温度
計自体あるいはその周囲に温度計の校正を行なえる部品
を設置し、炉の使用中に温度計の校正を実現しようと考
えた。

【００１９】特に、化合物結晶成長炉のように活性化の
高い雰囲気下で使用できる温度計の校正に対し本発明は
有効である。

【００２０】図１に、本発明に係る熱電対温度計の一例
を示す。図１に示すように、熱電対温度計は、温度計セ
ンサ部１と、密閉容器３とを備える。密閉容器３は、熱
電対温度計の周囲を取囲むように設けられ、内部に基準
金属２を有する。基準金属２は、熱電対温度計が設置さ
れる炉の使用温度よりも低い凝固点を有し、温度計セン
サ部１の周囲に配置される。なお、基準金属２以外の物
質でも炉の使用温度よりも低い凝固点を有する物質であ
れば使用可能である。

【００２１】次に、本発明に係る温度計の校正方法につ
いて説明する。まず、温度計校正部品である密閉容器３
を取付けた状態の熱電対温度計を炉内に設置し、炉内の
温度を上昇あるいは降下させる。その際の温度推移を本
願発明者らが観察したところ、基準金属２の凝固・融解
時に温度の不連続点が発生することを知得した。

【００２２】金属の凝固・融解する温度は、温度の基準
となっているように非常に安定であり、不連続点が発生
する温度を基準に温度計を校正することができる。それ
により、炉から温度計を取外すことなく温度計の校正を
行なえ、炉を停止させることなく使用中に温度計を校正
できる。その結果、温度計の校正を容易かつ効率的に行
なうことが可能となった。特に、活性化の高い雰囲気の
高温炉において使用される温度計に対しては顕著な効果
が得られる。

【００２３】また、上記の不連続点の温度と温度計の指
示値とを比較することにより、温度計の劣化具合や位置
ずれ等を含めた誤差をも把握できる。さらに、不連続点
の温度との相対差で炉内の温度を制御することにより、
炉内の温度を再現性よく制御することも可能となる。そ
の結果、各実験で同一温度の熱処理を行なうことが可能
となった。

【００２４】次に、図２を用いて、本発明の他の例につ
いて説明する。図２に示すように、保護管４に基準金属
２を密閉収納して校正機能を持たせている。保護管４の
材質としては、たとえば炉の使用温度よりも高い融点を
有する金属や、パイロリティックボロンナイトライド
（ｐＢＮ）コーティングカーボン等を挙げることかでき
る。なお、基準金属２よりも融点が高く、かつ基準金属
２を密閉可能な物質であれば保護管４の材質として使用
可能である。

【００２５】上記のような密閉容器付保護管４を採用す
ることにより、図１に示す場合と同様の効果を期待でき
る。それに加え、本例では、保護管４を温度計交換時に
再利用できるので、図１に示す場合と比べコスト的に有
利である。

【００２６】次に、図３を用いて、本発明のさらに他の
例について説明する。図３に示すように、本例では、炉
材６に温度計を校正するための校正用部品５を固定して
いる。このように炉材６側に校正用部品５を固定するこ
とにより、温度計の交換後に温度計の取付位置が多少ず
れたとしても、炉内の温度を再現性よく一定に制御する
ことが可能となる。それは、前述のように炉内の温度を
基準金属２の凝固・融解温度をもとに制御することがで
き、基準金属２の位置が炉内で固定されているからであ
る。

【００２７】上述のように温度計の設置位置がずれた場
合においても再現性よく炉内の温度を一定に制御するこ
とができることは、特に温度を測定する位置の温度勾配
が大きい場合に有効である。

【００２８】再び図３を参照して、熱電対温度計の周囲
には、絶縁管７と保護管４ａとが設置される。そして、
温度計センサ部１が校正用部品５に取囲まれるように炉
内に熱電対温度計を設置する。このとき、校正用部品５
に保護管４ａの位置決め手段（図示せず）等を設けるこ
とにより、保護管４ａとともに熱電対を炉内の所定位置
に設置することが可能となる。この場合には、温度計の
交換後においても温度計の位置ずれを効果的に抑制でき
る。

【００２９】また、図３に示す例では、不連続点の温度
指示値により、温度計の劣化のみならず温度計の位置の
ばらつきをも含めた誤差を把握できる。さらに、本例で
は、温度計の校正作業をすることなく炉内の温度を再現
性よく制御することも可能である。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３１】１５１１Ｋの融点を有するガリウム砒素半
導体の結晶成長炉において、直径２０ｍｍ、高さ２０ｍ
ｍのｐＢＮ製のドーナツ型の密閉容器にリング状の銅３
３ｇを収納し、これを炉内温度をモニタするタングステ
ン−レニウム熱電対温度計の周囲に配置されるように炉
材に取付け、図３に示す構造を実現した。この温度計に
より炉の昇温時の炉内温度推移を計測すると、銅の凝固
点１３５８．０３Ｋ付近で温度の上昇が一旦停止した
後、再度上昇する挙動が見られた。そして、炉内の設定
温度を、この温度上昇が一旦停止する温度指示値（不連
続点）から上昇させる温度差が一定となるように制御し
た。その結果、温度計を交換したときも含めて、モニタ
温度は±１５℃程度変動しているにもかかわらず、非常
に安定した結晶成長結果が得られた。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
炉内から温度計を取外すことなく温度計の校正を行なえ
る。それにより、容易かつ効率的に温度計の校正を行な
える。特に、タングステン−レニウム熱電対温度計のよ
うに校正が困難な温度計に対して本発明は有効である。

【００３３】保護管に温度計校正手段を設けた場合に
は、温度計の交換時に保護管を再利用できる。そのた
め、温度計自体に温度計校正手段を設けた場合と比べ、
コスト低減が可能となる。

【００３４】本発明に係る温度計校正部品によれば、上
述のように容易かつ効率的に温度計の校正が行なえるば
かりでなく、該温度計校正部品から得られる温度情報を
もとにして炉内の温度制御をも行なえる。また、温度計
校正部品から得られる温度情報により、温度計の劣化や
位置ずれ等の程度をも把握できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１つの実施の形態における温度計の断
面図である。

【図２】温度校正機能を備えた保護管を有する温度計の
断面図である。

【図３】温度計校正部品を炉材側に取付けた場合の温度
計および校正用部品を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 温度計センサ部 ２ 基準金属 ３ 密閉容器 ４ 密閉容器付保護管 ４ａ 保護管 ５ 校正用部品 ６ 炉材 ７ 絶縁管

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉内に設置する高温用温度計であって、 前記温度計のセンサ部の周囲に温度計校正手段を備えた
   ことを特徴とする、高温用温度計。
2. 【請求項２】 炉内に設置する高温用温度計を保護する
   保護管であって、 前記温度計を校正するための温度計校正手段を備えたこ
   とを特徴とする、保護管。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の高温用温度計または請
   求項２に記載の保護管において、 前記温度計校正手段は、前記炉の使用温度よりも低い温
   度で融解する物質を内部に有する温度計校正部品を含
   む、高温用温度計または保護管。
4. 【請求項４】 炉内に固定され、高温用温度計を校正す
   るための温度計校正部品。