JP2008032665A - 屈曲型温度センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】屈曲した保護管内にセパレータと共に所定の位置に複数の温度センサを異なる位置に配置して成る屈曲型温度センサを製造する方法を提供。
【解決手段】屈曲部の両側に、直線状に延在し、又は一定の曲率で湾曲する前方セパレータ部分１Ａと直線状に延在する後方セパレータ部分１Ｂとを有するセパレータ１に熱電対３の素線を沿わせて熱電対３を配置した後に、前記前方セパレータ部分１Ａを、直線状に延在する前部保護管用素管２Ａ内に配置し、又は前記前方セパレータ部分１Ａと同じ曲率を有する湾曲した前部保護管用素管２Ａ内に配置すると共に、前記後方セパレータ部分１Ｂを直線状に延在する後部保護管用素管内２Ｂに配置し、次いで前部保護管用素管２Ａと後部保護管用素管２Ｂとの突合せ部を一体化することを特徴とする屈曲型温度センサ６の製造方法。
【選択図】図１

Description

この発明は、屈曲型温度センサの製造方法に関し、特に例えばＬ字型のように屈曲した形状を有する屈曲型温度センサを容易に製造することのできる屈曲型温度センサの製造方法に関する。

熱電対等を有する温度センサは、例えば半導体製造装置の拡散炉の温度制御等に用いられる。拡散炉では複数のウェーハに同時に熱処理を施す装置であり、再現性よく、かつ精度よく熱処理を施すためには装置内の温度を高精度に制御することが必須となる。熱電対を半導体製造装置に用いるとき、反応管内の熱電対の感応部を周囲の雰囲気から守るために保護管等の保護部材を熱電対に装着することが重要である。

前記温度センサは温度検出器と称されることもある。全体形状がＬ字状をなす温度検出器の製造方法が特許文献１で提案されている。この特許文献１によると、その温度検出器の製造方法は、「保護管の内部に熱電対を挿入する工程と、この工程後に前記保護管の所定箇所を曲げる工程とを備えたことを特徴とする」。この温度検出器の製造方法においては、この保護管２１の内部にある任意の位置に熱電対２２を配置するために、絶縁管２３に熱電対２２を装着することもあった。しかし、例えば半導体製造装置の反応管の形状等により屈曲型の温度検出器が必要となったときは、熱電対２２を装備した絶縁管２３を保護管２１の内部に挿通した状態で、保護管２１の外側から加熱する等により所定部位まとめて曲げる方法（特許文献１の段落番号００２９〜００３１参照）があったが、曲げる部分の多少のずれにより温度センサが曲がる位置もずれてしまう等の不都合な点が考えられる。高精度の温度制御を必要とする場合は、配置した温度センサの位置がずれる可能性があるような「温度検出器の製造方法」は、温度センサの位置が不確定であり、同じ製品間で温度特性に個体差が生じるので、このような製造方法を採用するには躊躇があった。また、特許文献１に示した温度検出器の製造方法では、「保護管２１内の熱電対２２の素線２２ａ，２２ｂにおける絶縁管２３の未装着部分には、基端側の屈曲部２１Ａに位置する部分に複数のコーナ用の絶縁管２３Ｂを、基端部２１ｃに位置する部分にストレート用の絶縁管２３Ａを保護管２１の基端側から装着する」（特許文献１の段落番号００３２参照。）ような熱電対の素線に絶縁管を後から装着していく方法を採用しているが、絶縁管が保護管内で熱電対の素線に隙間なく装着されているか確認するのが困難と考えられる。絶縁管に隙間が生じた状態で放置すると、例えば、熱電対の素線同士が熱電対の先端以外で接触してしまう状況、又は、熱電対の素線の劣化及び／又は酸化等を促進させてしまう状況等が生じると考えられる。

特開２００２−３５７４８３

この発明が解決しようとする課題は、屈曲した保護管内にセパレータと共に所定の位置に複数の温度センサを異なる位置に配置して成る屈曲型温度センサを製造する方法を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、
請求項１は、屈曲部の両側に、直線状に延在し、又は一定の曲率で湾曲する前方セパレータ部分と直線状に延在する後方セパレータ部分とを有するセパレータに熱電対の素線を沿わせて熱電対を配置した後に、前記前方セパレータ部分を、直線状に延在する前部保護管用素管内に配置し、又は前記前方セパレータ部分と同じ曲率を有する湾曲した前部保護管用素管内に配置すると共に、前記後方セパレータ部分を後部保護管用素管内に配置し、次いで前部保護管用素管と後部保護管用素管との突合せ部を一体化することを特徴とする屈曲型温度センサの製造方法であり、
請求項２は、前記セパレータが、前方セパレータ部分と後方セパレータ部分とが屈曲部で直角となるように形成されて成る前記請求項１に記載の屈曲型温度センサの製造方法であり、
請求項３は、熱電対を配置したセパレータを内装するのに使用される前部保護管用素管が両端に開口部を備える場合には、前記突合せ部を一体化した後に、その前部保護管用素管の先端開口部を封止する前記請求項１又は２に記載の屈曲型温度センサの製造方法である。

この発明の温度センサの製造法においては、屈曲したセパレータの所定位置に熱電対を配置すると共にその熱電対が有する素線を前記セパレータに沿わせる。次いで、前方セパレータ部分の先端部を前部保護管用素管の内部に挿入する。前記セパレータの屈曲部付近に位置していた前部保護管用素管の後端部と後部保護管用素管の先端部とを突き合わせ、前部保護管用素管と後部保護管用素管とを一体化する。その結果、所定の位置に熱電対を配置してなり、かつそれらの熱電対の素線を沿わせたセパレータを、両端部以外の部分で屈曲した保護管に、内蔵してなる屈曲型温度センサが、得られる。したがって、この発明によると、セパレータの複数の所定位置に熱電対を正確に配置してなる屈曲型温度センサを製造することのできる方法が、提供される。この発明の方法により製造された屈曲型温度センサは、この屈曲型温度センサを配置することにより所定位置における温度を正確に測定することができる。

この発明の屈曲型温度センサの製造方法（以下において単に「この発明の方法」と略称することがある。）について図面を参照しながら説明する。

この発明の方法を実施するには、図１に示されるように、セパレータ１、保護管用素管２である前部保護用素管２Ａと後部保護用素管２Ｂと熱電対３及びその素線（図示せず。）とが必要である。

図１に示されるセパレータはこの発明の方法に使用される一例である。セパレータ１は、前記熱電対３の取り付け位置を決定するとともに熱電対３から延在する素線を装着する際のガイドになる等の機能を有する。図１に示されるセパレータ１はその中央部で９０°の屈曲角をもって屈曲していて前方セパレータ部分１Ａと後方セパレータ部分１Ｂとを有し、前記前方セパレータ部分１Ａの先端にセパレータヘッド４を有して成る。前記セパレータヘッド４は、前記前方セパレータ部分１Ａを前部保護管用素管２Ａに挿入した場合に、前方セパレータ部分１Ａが前部保護管用素管２Ａ内でがたついて配設位置が不安定になるのを防止し、前方セパレータ部分１Ａの軸線と前部保護管用素管２Ａの軸線とを一致させる。前記セパレータ１の屈曲角、前方セパレータ部分１Ａの先端部から屈曲部までの長さ等は、この発明の方法により製造される屈曲型温度センサを配置する装置例えば半導体製造装置の拡散炉等に応じて決定される。前記セパレータ１の材質は、この発明の目的を達成可能で、かつ測定温度及び後述するように前部保護管用素管２Ａと後部保護管用素管２Ｂとを一体化するときの熔融温度によりこのセパレータ１が変形しないようにすることができる限り適宜の部材を用いることができ、例えば石英等を採用することができる。前記セパレータ１のその軸線に直交する断面形状は、複数の熱電対３を、前記軸線に直交する断面における所定の位置に配設することができる形状であればよく、例えば円形、多角形、前記軸線の中心部から放射状に突出する複数の凸部を有して成る形状等を挙げることができ、いずれかの断面形状を適宜に選定可能である。

この発明の方法により製造される屈曲型温度センサに配備される熱電対３の数及び形状は、この発明の目的を達成でき、かつ測定温度、セパレータの形状、及び屈曲型温度センサを設置する装置の形状及び構造等に応じて、適宜に決定乃至変更することができる。

この発明の屈曲型温度センサの製造方法に用いる熱電対３としては、例えばサーミスタ等の適宜の部材を用いることができ、白金ロジウム合金−白金ロジウム合金（Ｂ）、白金ロジウム合金−白金（ロジウム含有率に応じてＲ又はＳ）、クロメル−コンスタンタン（Ｅ）、クロメル−アルメル（Ｋ）、鉄−コンスタンタン（Ｊ）、銅−コンスタンタン（Ｔ）、ナイクロシル−ナイシル（Ｎ）等を挙げることができる（カッコ内の英文字記号はＪＩＳ記号である。）。

この発明の方法では、前記前方セパレータ部分１Ａに、複数の、例えば４個の熱電対３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ）が、前方セパレータ部分１Ａの先端部近傍から所定の間隔をもって順次に装着される。これら４個の熱電対３Ａ〜３Ｄに結合され、これらから延在する素線（図示せず。）は、前方セパレータ部分１Ａ及び後方セパレータ部分１Ｂに配設される。素線は、前記前方セパレータ部分１Ａ及び後方セパレータ部分１Ｂの外周に沿って配設されるときには適宜の固定手段（図示せず。）により固定しておくのが、好ましい。前記固定手段は、この発明の目的を達成できる限り特に限定されず、屈曲型温度センサの使用温度を考慮して、例えば耐熱性の白金線等の金属線で素線を結束、又は耐熱性の無機系接着剤等で素線とセパレータ１の表面とを接着する接着剤等を採用することができる。また、前記素線は、セパレータ１内にその軸線方向に沿って開設された貫通孔内に、挿通させることにより、セパレータ１に沿って配設する状態を実現することもできる。

前記前部保護管用素管２Ａは、図１に示す例では、一端面がこの前部保護管用素管２Ａの中心軸線方向に直交する平面内に位置するように、一端開口部を備え、また、他端面がこの前部保護管用素管２Ａの中心軸線に対して４５度の傾斜角で傾斜する傾斜端面を有して成る直管に、形成されて成る。この前部保護管用素管２Ａの中心軸線に直交する平面に形成される前部保護環用素管２Ａの外周端面の形状は、図１では円形であるが、その外に三角形、四角形及び五角形等の多角形、並びに楕円形等の適宜の形状に形成可能である。

前記後部保護管用素管２Ｂは、前記前部保護管用素管２Ａと同じ外径及び肉厚を有するとともにその中心軸線に対して４５度の傾斜角で傾斜する傾斜端面を有してなる直管部２Ｂ１とこの直管２Ｂ１の後部に形成されるとともに前記直管部２Ｂ１の外径よりも大きな外径を有するように形成されて成る膨満部２Ｂ２とを有して成る。この後部保護管用素管２Ｂは前部保護管用素管２Ａと同じ材料で形成されて成る。この後部保護管用素管２Ｂ２の先端から後端までの長さは、前記後方セパレータ部分１Ｂを挿通し、かつ内蔵することができるように、適宜に決定される。

この発明の方法では、前記熱電対３を装着した前方セパレータ部分１Ａを前部保護管用素管２Ａの傾斜端面側からその内部に挿入する。次いで、熱電対３の素線が配設されている後方セパレータ部分１Ｂを後部保護管用素管２Ｂの直管部２Ｂ１の傾斜端面側から挿入する。セパレータ１を内蔵した状態のまま、前方セパレータ部分１Ａの傾斜端面と後方セパレータ部分１Ｂの傾斜端面とをつき合わせ、次いで両突合せ面同士を熔融により一体的に結合する。

最後に、前記前部保護管用素管２Ａの先端開口部を熔融により封止する。これによってセパレータ１に複数の熱電対３（３Ａ〜３Ｄ）を配設したセパレータ１を保護管５に内蔵してなる屈曲型温度センサ６が完成する。

以上、この発明の一実施例について説明したが、この発明におけるセパレータは、図１及び図２に示されるようなＬ字型に限定されず、一定の曲率で湾曲した前方セパレータ部分と直線状の後方セパレータ部分とから形成された形状を有していても良い。前記湾曲した前方セパレータ部分を有するセパレータが採用される場合、前部保護管用素管は、湾曲した前記前方セパレータ部分が有する曲率と同じ曲率をもって湾曲する形状に、設計される。湾曲した前方セパレータ部分の一端部から他端部までの長さは、前部保護管用素管の一端から前方セパレータ部分を円滑に挿入することができる寸法に設定される。

この発明の方法に使用されるセパレータとして図３に示されるセパレータ１を一例とする面接触一体型セパレータを採用すると、複数の熱電対３を所定の位置に正確に配置してなり、熱電対に結合された素線の断線、短絡等のない屈曲型温度センサ６を製造する目的を達成することができる。

この面接触一体型セパレータは、耐熱性及び絶縁性を有する複数の絶縁管からなり、各絶縁管は相互に面接触することによりそれらの位置が不変となるように形成される。図３には面接触一体型セパレータ６の前方セパレータ部分を示す。この図３に示される面接触一体型セパレータ６は、中心軸線に直交する断面がいずれも円形を４等分してなる断面形状を有する４個の絶縁素管７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄを有する。各絶縁素管７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄの先端面には熱電対３が配置され、その熱電対３の素線８が前記先端面に形成された挿通孔内に挿通される。４個の絶縁素管７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄはそれぞれその先端面の位置が異なっており、その先端面の位置は、屈曲型温度センサ６を配置する装置内の温度を測定しようとする所要の位置に熱電対が位置するように決定される。このような構造を有する面接触一体方セパレータ６は４個の絶縁素管７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄが面接触しているので、屈曲型温度センサ６を組み立てる工程において絶縁素管同士がその位置を入れ替えることがない。したがって、この屈曲型温度センサを装備する装置内の温度測定をするべき所要の位置及びこの屈曲型温度センサを取り付ける位置に応じて、前部保護管素管、後部保護管素管、面接触一体型セパレータにおける熱電対の設置位置等を正確に設計しておけば、これらを用いてこの発明の方法により製造された屈曲型温度センサは、前記装置に取り付けると正確な測定位置に熱電対を位置させることができる。

前部保護管用素管の端部とこの端部と付き合わされる後部保護管用素管の端部とは、互いに接触する端面を形成している限りそれぞれの端面の傾斜角、及び端面形状については制限がない。例えば前部保護管用素管の端部と後部保護管用素管の端部とが噛みあうように、前部保護管用素管の端部と後部保護管用素管の端部とが凹凸の端面形状を有しても良い。

セパレータにおける屈曲部の傾斜角度は図１に示されるような９０度に限られず、この屈曲型温度センサを装備する装置の仕様に応じて適宜に決定され、例えば鈍角であっても鋭角であっても良い。

図１は、この発明の屈曲型温度センサの製造方法の一実施例示す説明図である。 図２は、この発明の方法により製造される屈曲型温度センサの一例を示す説明図である。 図３は、この発明の方法において使用される面接触一体型セパレータを示す説明図である。

符号の説明

１ セパレータ
１Ａ 前方セパレータ部分
１Ｂ 後方セパレータ部分
２Ａ 前部保護管用素管
２Ｂ 後部保護管用素管
３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ） 熱電対
４ セパレータヘッド
５ 保護管
６ 屈曲型温度センサ
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ 絶縁素管
８ 素線

Claims (3)

1. 屈曲部の両側に、直線状に延在し、又は一定の曲率で湾曲する前方セパレータ部分と直線状に延在する後方セパレータ部分とを有するセパレータに熱電対の素線を沿わせて熱電対を配置した後に、前記前方セパレータ部分を、直線状に延在する前部保護管用素管内に配置し、又は前記前方セパレータ部分と同じ曲率を有する湾曲した前部保護管用素管内に配置すると共に、前記後方セパレータ部分を後部保護管用素管内に配置し、次いで前部保護管用素管と後部保護管用素管との突合せ部を一体化することを特徴とする屈曲型温度センサの製造方法。
2. 前記セパレータが、前方セパレータ部分と後方セパレータ部分とが屈曲部で直角となるように形成されて成る前記請求項１に記載の屈曲型温度センサの製造方法。
3. 熱電対を配置したセパレータを内装するのに使用される前部保護管用素管が両端に開口部を備える場合には、前記突合せ部を一体化した後に、その前部保護管用素管の先端開口部を封止する前記請求項１又は２に記載の屈曲型温度センサの製造方法。
   
   
   

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