JP2009074978A

JP2009074978A - 温度センサ及び温度センサの製造方法

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Publication number: JP2009074978A
Application number: JP2007245115A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kurihara; 努栗原; Harumi Hayashi; 春美林; Saburo Tokuyama; 三郎徳山
Original assignee: Fenwal Controls of Japan Ltd
Current assignee: Fenwal Controls of Japan Ltd
Priority date: 2007-09-21
Filing date: 2007-09-21
Publication date: 2009-04-09

Abstract

【課題】応答性及び測定精度に優れ、かつ低コストの温度センサを提供する。
【解決手段】本発明の温度センサは、温度を検出する熱電対と、この熱電対を内部に納める細管とを備え、当該細管を、直線状態からその一部を加熱して折り曲げると共に、前記熱電対が、前記細管のうち前記加熱して折り曲げる部分に設けられたことを特徴とする。温度センサの製造方法は、直線状の前記細管のうち加熱して折り曲げる部分に前記熱電対を配置して、当該熱電対の位置する部分で前記細管を加熱して折り曲げることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば半導体製造装置の拡散炉（熱処理成膜装置）に用いられる温度センサに関するものである。

半導体製造装置の拡散炉等に用いられる温度センサとしては、一般に図２に示すような構成のものがある。

図２（ａ）のように、２つの貫通穴１を有する絶縁管２に熱電対３の２本の金属線４をそれぞれ通して熱電対棒５を構成する。そして、図２（ｂ）のように、熱電対棒５を、必要な本数だけ揃えると共に、熱電対３の設置位置に合わせた長さに調整して束ねる。次いで、図２（ｃ）のように、束ねた熱電対棒５を、保護管６内に挿入して、温度センサ７が構成される。

また、熱電対と保護管を一体的に構成したものもある。この例としては、特許文献１の多点測温素子がある。この多点測温素子では、保護管に、前記貫通穴１に対応する穴がＵ字状に形成され、このＵ字状貫通穴の先端部（最奥部）に熱電対が位置し、Ｕ字状貫通穴の基端部（Ｕ字状貫通穴の２つの開口）から金属線がそれぞれ引き出されて構成されている。この多点測温素子は、焼結によって形成される。
特開平０９−１１３３７２号公報

ところが、前記図２の温度センサでは、構造が複雑で、製造コストが嵩むという問題がある。

また、熱電対棒５と保護管６によって熱容量が大きくなると共に、熱電対棒５と保護管６との間に空気層８があるため、応答性、測定精度が悪くなるという問題がある。

また、前記特許文献１の多点測温素子では、応答性、測定精度が向上しているが、部品の材質がセラミックであり、その成型、焼成に特殊な製造方法、設備が必要となり、製造コストが嵩むという問題がある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたものであり、応答性及び測定精度に優れ、かつ低コストの温度センサを提供することを目的とする。

かかる課題を解決するために、本願発明に係る温度センサは、温度を検出する熱電対と、この熱電対を内部に納める細管とを備え、当該細管を、直線状態からその一部を加熱して折り曲げると共に、前記熱電対が、前記細管のうち前記加熱して折り曲げる部分に設けられたことを特徴とする。

前記構成により、前記熱電対を前記細管のうち前記加熱して折り曲げる部分に設けることで、熱電対に外部の温度がダイレクトに伝達する。

前記熱電対は前記細管と密に接することが望ましい。前記熱電対は１本の前記細管内の複数個所に設けることができる。温度センサは、前記折り曲げた細管を複数本備えると共に、各細管をずらして各熱電対の位置を複数の測温点に調整して束ねて構成できる。前記細管は石英細管で構成することが望ましい。

本願発明に係る温度センサの製造方法は、温度を検出する熱電対を細管の内部に納めた温度センサの製造方法であって、直線状の前記細管のうち加熱して折り曲げる部分に前記熱電対を配置して、当該熱電対の位置する部分で前記細管を加熱して折り曲げることを特徴とする。

前記構成により、直線状の前記細管のうち加熱して折り曲げる部分を任意に設定し、細管内に熱電対を通して折り曲げる部分に配置する。次いで、この部分を加熱して折り曲げることで、細管と熱電対とを一体物とする。

前記熱電対は、前記１本の細管内の複数個所に設けることができる。前記折り曲げた細管を複数本備えると共に、各細管をずらして各熱電対の位置を複数の測温点に調整して束ねることで、温度センサが構成できる。

前記熱電対を前記細管のうち前記加熱して折り曲げる部分に設けることで、熱電対に外部の温度がダイレクトに伝達するため、応答性が高くなり、測温精度が向上する。

直線状の細管内に熱電対を通し、加熱して折り曲げることで、温度センサが製造できるため、温度センサの製造コストを低減することができる。

以下に、本発明の実施形態について説明する。

［温度センサ］
以下に、本実施形態に係る温度センサについて説明する。温度センサは、温度を検出する熱電対と、この熱電対を内部に納める細管とを備えて構成されている。この温度センサについて、図１に基づいて以下に詳述する。

熱電対を内部に納める細管としては石英細管１１を用いる。この石英細管１１は、石英でできた細管で、熱することにより、折り曲げることができるようになっている。さらに、石英細管１１は、透明性が高く、内部が見えるようになっている。これにより、断線等の異常がすぐに分かるようになっている。石英細管１１は、例えば外径２．５ｍｍで、内径０．５ｍｍの１つの穴が空いた、細い管によって構成されている。石英細管１１は、要求される長さの２倍の長さに切断される。これは、石英細管１１がその中央部から二つ折りに折り曲げられるためである。

また、石英細管１１は、通常、折り曲げられた状態で直線棒状に構成される。

熱電対１２は、既存の熱電対を用いる。熱電対１２から延びる２本の金属線１３は、石英細管１１の長さに応じて設定される。金属線１３の直径は０．３ｍｍ程度である。熱電対１２は、金属線１３よりも僅かに大きい直径になる。この熱電対１２が石英細管１１の中央に位置して、２本の金属線１３が石英細管１１の両側からそれぞれ延出するように配設された状態で、石英細管１１がその中央部から二つ折りに折り曲げられて、測温素子１４が構成される。

熱電対１２は必要に応じて耐熱絶縁繊維で覆われる。この耐熱絶縁繊維としては、既存の耐熱絶縁繊維であって、表面にシリカを網点状に塗布したアルミナの長繊維のシート、例えばネクステル（登録商標）等を用いる。

熱電対１２は、石英細管１１の折り曲げ部分で石英細管１１に密に接して、熱が伝わりやすいように構成されている。具体的には、熱電対１２が位置する部分で石英細管１１が折り曲げられるため、熱で軟らかくなった石英細管１１が折り曲げられる際に内部の穴が潰れて熱電対１２を包んで一体的になる。これにより、熱電対１２が石英細管１１に密に接して熱が伝わりやすい一体物構造になっている。即ち、熱電対１２と石英材料との間に空気の層を介さない、応答性及び測定精度に優れた測温素子１４となっている。

このようにして構成された測温素子１４は、必要な本数だけ束ねられて温度センサ１６が構成される。

図３，４は、５本の測温素子１４を一列に並べて温度センサ１６を構成したものである。各測温素子１４の熱電対１２が、互いに一定間隔を空けて並ぶように、各測温素子１４の長さが設定されて束ねられている。各測温素子１４の寸法は、それぞれの熱電対１２が温度測定を行う点である測温点に位置するように設定される。この場合、測温素子１４は、そのまま使用され、保護管は用いない。

複数本の測温素子１４を束ねる態様としては種々のものがある。例えば、図５に示すように１対の測温素子１４で温度センサ１６を構成したものや、図６に示すように２対の測温素子１４を束ねて温度センサ１６を構成したものや、図７に示すように３対の測温素子１４を、その断面が三角形状になるように配設して束ねて温度センサ１６を構成したものや、図８に示すように３対の測温素子１４を、その中心に石英細管１１と同じ寸法の支持棒１７を入れて、断面が六角形状になるように配設して束ねて温度センサ１６を構成したものや、図９に示すように４対の測温素子１４を、その中心に石英細管１１と同じ寸法の支持棒１７を入れて、断面が四角形状になるように配設して束ねて温度センサ１６を構成したものや、図１０に示すように５対の測温素子１４で、断面がほぼ楕円形状になるように配設して束ねて温度センサ１６を構成したものや、図１１に示すように６対の測温素子１４で、断面が六角形状になるように配設して束ねて温度センサ１６を構成したものがある。また、７対以上の測温素子１４束ねて温度センサ１６を構成してもよい。

［温度センサの製造方法］
次に、本実施形態に係る温度センサの製造方法について、図１に基づいて説明する。

本実施形態に係る温度センサの製造方法は、測温素子１４を作り、その測温素子１４を必要な本数だけ束ねて温度センサを製造するものである。

この温度センサの製造方法は、主に３つの工程からなっている。

［第１工程］
図１（ａ）に示すように、まず石英細管１１を、要求される測温素子１４の長さの２倍の長さに合わせて切断する。次いで、石英細管１１内に熱電対１２を挿入する。２本の金属線１３を直線状に延ばして石英細管１１内に挿入し、熱電対１２が石英細管１１の中央部に位置するように調整する。熱電対１２には必要に応じて上述の耐熱絶縁繊維を巻く。

［第２工程］
図１（ｂ）に示すように、石英細管１１の特定位置、ここでは熱電対１２が位置する中央位置を加熱して、軟らかくする。

［第３工程］
図１（ｃ）に示すように、石英細管１１を、加熱した中央位置で折り曲げて測温素子１４を形成する。測温素子１４は、通常は直線状に形成される。

この第１〜３工程を繰り返して、必要な本数の、かつ要求される長さの測温素子１４を形成する。

このようにして形成された測温素子１４は、１本で温度センサ１６を構成したり、複数束ねて温度センサ１６を構成したりする。

［変形例］
前記実施形態の温度センサ１６では、１本の石英細管１１に熱電対１２を１つだけ設けたが、図１２に示すように、間隔をあけて複数個設けてもよい。この場合は、石英細管１１の内部の穴の内径を熱電対１２の設置個数に合わせた大きさに設定する。各熱電対１２は、石英細管１１内に、温度測定対象位置に合わせた間隔に設置される。

また、石英細管１１の折り曲げ部分に位置しない熱電対１２は、その熱電対１２が位置する部分の石英細管１１を加熱して潰し、熱電対１２が石英細管１１に密に接するようにしてもよい。

これにより、１本の石英細管１１からなる測温素子１４で温度センサ１６を構成することにより、簡素で細くて、応答性及び測定精度に優れた低コストの多点測定用の温度センサを実現できる。

前記実施形態の温度センサでは、測温素子１４を二つ折りにして直線状に形成したが、図１３に示すように、Ｕ字状に形成してもよい。図１４に示すように、先端部を角張らせたＵ字状に形成してもよい。

また、図１５に示すように、Ｌ字状に折り曲げて形成してもよい。図１６のように、湾曲させて形成してもよい。また、これ以外の形状に折り曲げて、又は湾曲させて形成してもよい。

これによっても、前記実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。

本発明の実施形態にかかる温度センサの製造方法を示す工程図である。従来の温度センサの製造方法を示す工程図である。本発明の実施形態にかかる温度センサの構成例を示す側面図である。本発明の実施形態にかかる温度センサの構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの他の構成例を示す平面図である。本発明の温度センサの第１変形例を示す平面図である。本発明の温度センサの第２変形例を示す平面図である。本発明の温度センサの第３変形例を示す平面図である。本発明の温度センサの第４変形例を示す平面図である。本発明の温度センサの第５変形例を示す平面図である。

符号の説明

１１：石英細管、１２：熱電対、１３：金属線、１４：測温素子、１６：温度センサ。

Claims

温度を検出する熱電対と、この熱電対を内部に納める細管とを備え、
当該細管を、直線状態からその一部を加熱して折り曲げると共に、前記熱電対が、前記細管のうち前記加熱して折り曲げる部分に設けられたことを特徴とする温度センサ。
請求項１に記載の温度センサであって、
前記熱電対が前記細管と密に接したことを特徴とする温度センサ。
請求項１又は２に記載の温度センサであって、
前記熱電対が、１本の前記細管内の複数個所に設けられたことを特徴とする温度センサ。
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の温度センサであって、
前記折り曲げた細管を複数本備えると共に、各細管をずらして各熱電対の位置を複数の測温点に調整して束ねたことを特徴とする温度センサ。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の温度センサであって、
前記細管を石英細管で構成したことを特徴とする温度センサ。
温度を検出する熱電対を細管の内部に納めた温度センサの製造方法であって、
直線状の前記細管のうち加熱して折り曲げる部分に前記熱電対を配置して、
当該熱電対の位置する部分で前記細管を加熱して折り曲げることを特徴とする温度センサの製造方法。
請求項６に記載の温度センサの製造方法であって、
前記熱電対が、１本の前記細管内の複数個所に設けられたことを特徴とする温度センサの製造方法。
請求項６又は７に記載の温度センサの製造方法であって、
前記折り曲げた細管を複数本備えると共に、各細管をずらして各熱電対の位置を複数の測温点に調整して束ねることを特徴とする温度センサの製造方法。