JP2009103636A - 静電容量形レベル測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 静電容量形レベル測定装置において、液体原料に挿入する電極部分とこれを絶縁支持する絶縁支持部間の気密性を向上させ、液漏れを少なくする。
【解決手段】 筒形の外装部２５と筒形の継ぎ手部２９は、互いの先端端面が融着されで固定される。棒状の電極本体（芯線２３）３９は、測定部から延びるケーブル２１に接続され外装部２５の先端から外装部２５および継ぎ手部２９との間で間隔を置いて貫通する。電極本体（芯線２３）３９は、外装部２５の先端部において絶縁性ハーメチックシール２７によって密着支持される。
【選択図】 図１

Description

本発明は静電容量形レベル測定装置に係り、例えば、半導体成膜工程等における原料タンクの液面レベルの測定に好適する静電容量形レベル測定装置の改良に関する。

一般に、半導体成膜工程にはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置が備えられており、このＣＶＤ装置には付帯設備として原料タンク設備がある。

この原料タンク設備は、例えば図５に示すように、恒温槽１内に配置された原料タンク３内に液体原料５を流入パイプ７から流入させ、原料タンク３の外周に配置したヒータ９によって液体原料５を加熱し、気化された蒸気原料を流出パイプ１１からＣＶＤ装置（図５では図示省略。）に流出させる構成を有し、高精度の半導体を製造する観点から、原料タンク３内部の液体原料５の液面レベルを測定して適切に管理するものである。

そして、静電容量形レベル測定装置Ａは、電極１３を原料タンク３内部の液体原料５中に挿入し、電極１３と原料タンク３間に形成される静電容量が液面レベルによって変化する点を用い、原料タンク３内の液体原料５の液面レベルを測定して液体原料５の貯留量を監視するものである。

ところが、原料タンク３内においては、内部圧力や温度等が大きく変化し易いし、液体原料５が外部に漏れると周辺装置を腐食させ易いので、静電容量形レベル測定装置Ａと原料タンク３の間には高い密閉性が要求される。

そこで、例えば図６に示すように、原料タンク３の上側から静電容量形レベル測定装置Ａの電極１３を内部の液体原料５中に挿入し、電極１３と絶縁された状態でこれを支持する支持部材１５を原料タンク３の上側に密封固定する構成を有し、電極１３に接続されたケーブル１７を支持部材１５から導出して測定部１９に接続している。

図６は、便宜上、静電容量形レベル測定装置Ａと原料タンク３のみ示すとともに、原料タンク３を簡略化して示している。

支持部材１５は、例えば、図７に示すように、絶縁被覆１５ａで被覆された電極１３を支持部本体１５ｂの中空部に貫通支持させ、上部の幅広中空部に樹脂製の締込みコマ１５ｃをはめ込み、この上からねじ１５ｄを幅広中空部にねじ込んで締込みコマ１５ｃを押圧変形させ、この締込みコマ１５ｃの変形によって支持部本体１５ｂやねじ１５ｄと絶縁被覆１５ａとの間を密封している。

なお、支持部材１５は、原料タンク３の上側からはめ込まれ、図示しない挟持部材によって原料タンク３を挟持するようにして支持密封される。

しかしながら、上述した従来構成では、絶縁被覆１５ａで被覆された電極１３を支持部本体１５ｂを貫通させ、この中空部にはめ込んだ締込みコマ１５ｃをねじ部１５ｄで押圧変形させ、単に、支持部本体１５ｂやねじ部１５ｄと絶縁被覆１５ａとの間を密封しているだけであるから、支持部本体１５ｂやねじ部１５ｄと絶縁被覆１５ａとの間の密封度が良好とは言い難く、気密性が不十分で液漏れが発生する心配があるうえ、液体原料の種類によっては使用が困難となり易い。

本発明はそのような課題を解決するためになされたもので、電極部分とこれを絶縁支持する絶縁支持部間の気密性を高め、液体原料漏れの少ない静電容量形レベル測定装置の提供を目的とする。

そのような課題を解決するために本発明の静電容量形レベル測定装置に係る第１の構成は、筒形の外装部と、この外装部の先端部と当該端面が融着され他方の端面側が静電容量形レベル測定容器側に固定される筒形の継ぎ手部と、測定部から延びるケーブルに接続されその外装部の他方の先端から当該外装部およびその継ぎ手部との間で間隔を置いてこれらに貫通されるとともに、その静電容量形レベル測定容器中に挿入される棒状の電極本体であって、その外装部の他方の先端部において絶縁性ハーメチックシールによって密着支持された電極本体とを具備している。

この第１の構成に係る静電容量形レベル測定装置では、上記電極本体がその継ぎ手部に対して絶縁性スペーサによって密着支持された構成も可能である。

この第１の構成に係る静電容量形レベル測定装置では、上記電極本体がそれら外装部および継ぎ手部内において絶縁被覆されてなる構成も可能である。

本発明の静電容量形レベル測定装置に係る第２の構成は、下側途中から小径の中空孔を有する筒形の外装部と、この外装部の下側先端と当該端面が融着され、他方の端面側が静電容量形レベル測定容器側に固定される筒形の継ぎ手部と、測定部から延びるケーブルに接続されその外装部の上側先端から当該外装部および継ぎ手部との間で間隔をおいて貫通するように挿通された棒状の電極本体であって、その静電容量形レベル測定容器中に挿入される電極本体と、その外装部の中空孔にあって小径の中空孔を含む近傍でその電極本体と外装部との間を弾性的に密着して絶縁するシール部と、その外装部の中空孔に配置されそのシール部を押圧する押圧部材と、その外装部の上側先端から中空孔に進退動可能に挿入されその押圧部の押圧を調整する調整部材とを具備している。

この第２の構成に係る静電容量形レベル測定装置では、上記シール部と押圧部との間に絶縁スペーサが介在された構成も可能である。

この第２の構成に係る静電容量形レベル測定装置では、上記調整部材はその外装部の中空孔にねじ込まれてなる構成も可能である。

このような本発明に係る第１の構成では、静電容量形レベル測定容器中に挿入される棒状の電極本体が、外装部の他方の先端部から当該外装部およびその継ぎ手部との間で間隔を置いて貫通されるとともに、その外装部の他方の先端部において絶縁性ハーメチックシールによって密着支持されているから、電極本体部分とこれを絶縁支持する当該外装部間の気密性が高まり、液体原料漏れを少なくすることが可能である。

この第１の構成において、上記電極本体がその継ぎ手部に対して絶縁性スペーサによって密着支持された構成では、電極本体部分と継ぎ手部との間の気密性をより高め、一層液体原料漏れを少なくすることが可能である。

その第１の構成において、上記電極本体がその外装部および継ぎ手部内において絶縁被覆されてなる構成では、電極本体とそれら外装部および継ぎ手部との絶縁も良好である。

本発明に係る第２の構成では、その静電容量形レベル測定容器中に挿入される棒状の電極本体が、外装部の上側先端から当該外装部および継ぎ手部との間で間隔を置いて貫通され、シール部にてその電極本体と外装部との間が弾性的に密着絶縁され、外装部の上側先端から中空孔に進退動可能に挿入された調整部材による押圧調整によって、押圧部がシール部の電極本体と外装部との密着強度を向上させるから、電極本体部分と継ぎ手部との間の気密性が高められ、液体原料漏れを少なくすることが可能である。

この第２の構成において、上記シール部と押圧部との間に絶縁スペーサが介在された構成では、電極本体部分と継ぎ手部との間の気密性をより高め、一層液体原料漏れを少なくすることが可能である。

その第２の構成において、上記調整部材がその外装部の中空孔にねじ込まれてなる構成では、電極本体部分と継ぎ手部との間の気密性の調節が容易である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１および図２は本発明の静電容量形レベル測定装置Ａに係る第１の構成を示す断面図および要部拡大断面図である。

図１および図２において、図示しない静電容量の測定部から延びるケーブル２１の芯線２３は、一方（図中下方）の端面が開放され他方（図中上方）の端面が塞がれたステンレス製の円筒状外装部２５の当該他方の端面から遊びをもって中空部２５ａに差込まれ、外装部２５の中空部２５ａ内を内壁との間で間隔を置いて外装部２５を貫通している。

芯線２３は、外装部２５の図中上方の端面に形成された貫通孔２５ｂから中空部２５ａに差込まれるとともに、この貫通孔２５ｂにおいて、ガラス材料を溶融して固化させた絶縁性ハーメチックシール２７によって外装部２５に密着支持されている。

外装部２５の図中下方の開放端面には、外装部２５と同形状のステンレス製の円筒状ＶＣＲ（商品名）継ぎ手部２９が共軸的に当接され、これと外装部２５における接続部外周全体が溶接によって固定され、互いに一体化されている。図中の符号Ｐは溶接部である。

継ぎ手部２９は、図中下方の基部が大径のフランジ部２９ａとなっており、中空部２５ａに続くその中空部２９ｂも基部において大径の挿入部２９ｃになっている。

芯線２３は、継ぎ手部２９の中空部２９ｂとの間で間隔を置いてその挿入部２９ｃまで延びているとともに、外装部２５および継ぎ手部２９の中空部２５ａ、２９ｂ部分において、フッ素樹脂製の絶縁被覆３１で被覆されている。

外装部２５および継ぎ手部２９の外周は、ステンレス製の円筒状外周ケース３３が被せられ、芯線２３とは絶縁された状態で継ぎ手部２９のフランジ部２９ａに当接するように固定されている。

継ぎ手部２９の挿入部２９ｃには、ステンレス製の円筒状保護管３５がねじ込まれている。

保護管３５内には、フッ素樹脂製の耐熱絶縁スペーサ３７がはめ込まれて継ぎ手部２９の挿入部２９ｃ領域に配置され、芯線２３がスペーサ３７を貫通している。

保護管３５内には、この内壁と間隔を置いて棒状のステンレス製電極本体３９が挿入されており、電極本体３９の先端が芯線２３に接続されている。

保護管３５は、電極本体３９と等長で延びており、途中、フッ素樹脂絶縁性スペーサ４１によってその中心部に電極本体３９を支持している。なお、図中の符号４３はガス流通孔である。

このような静電容量形レベル測定装置Ａは、上述した図６に示したように、原料タンク３の上側からはめ込まれてフランジ部２９ａを静電容量形レベル測定容器としての原料タンク３に当接させるとともに、図示しない挟持部材としての別の継ぎ手によって原料タンク３を挟持して支持密封される。

なお、この第１の構成において、芯線２３と電極本体３９とを分けて説明および図示したが、芯線２３も電極本体３９の一部として考えることが可能である。

このような静電容量形レベル測定装置Ａに係る第１の構成では、原料タンク３中に挿入される棒状の電極本体（芯線２３）３９が、外装部２５の貫通孔２５ｂから当該外装部２５および継ぎ手部２９との間で間隔を置いて貫通するように挿通され、その外装部２５の貫通孔２５ｂにおいて絶縁性ハーメチックシール２７によって密着支持されているから、電極本体（芯線２３）３９とこれを絶縁支持する当該外装部２５間の気密性が高く、液体原料５の液漏れを少なくすることが可能である。

また、電極本体（芯線２３）３９が、外装部２５の貫通孔２５ｂに固いハーメチックシール２７によって密着支持されているから、例えば電極本体（芯線２３）３９が貫通孔２５ｂから曲がって外装部２５の中空部２５ａ内に突出されても、中空部２５ａの中心に曲げ戻すことが可能で、電極本体（芯線２３）３９と外装部２５間の絶縁性を維持可能である。

しかも、電極本体３９が保護管３５（継ぎ手部２９）との間でも絶縁性スペーサ３７によって間接又は直接的に密着支持されるから、電極本体３９と保護管３５（継ぎ手部２９）との間の気密性も高まり、より一層漏れを少なくすることが可能である。

また、電極本体（芯線２３）３９が外装部２５および継ぎ手部２９内において絶縁被覆３１で覆われているから、電極本体（芯線２３）３９とそれら外装部２５および継ぎ手部２９との間の絶縁も良好である。

図３および図４は本発明の静電容量形レベル測定装置Ａに係る第２の構成を示す断面図および要部拡大断面図である。

図３および図４において、ケーブル２１の芯線（図示せず。）は棒状のステンレス製電極本体４５に接続されており、電極本体４５は調整部材４７、円筒状外装部４９および円筒状継ぎ手部５１の中空部４９ａ、５１ａを貫通している。

調整部材４７は、ナット部４７ａとこれから延びるねじ部４７ｂを有してステンレス材料から形成されており、外周を絶縁被覆５３で被覆された電極本体４５が貫通している。なお、調整部材４７は電極本体４５に対して自由回転可能になっている。

外装部４９は、上側が大径部４９ｂに、下側が小径部４９ｃになってステンレス材料から筒状に形成されており、大径部４９ｂから小径部４９ｃにおける中空部４９ａにはフッ素樹脂からなる絶縁部としてのシール部５５が挿入配置されて電極本体４５の周囲に当接している。

大径部４９ｂ部分の中空部４９ａにおいては、シール部５５の上にセラミック材料からなる絶縁性の円板状スペーサ５５、圧縮コイルばね５９およびセラミック材料からなる絶縁性の円板状スペーサ６１が電極本体４５を囲むように収納されている。圧縮コイルばね５９と電極本体４５は絶縁されている。

なお、スペーサ５７、６１は、均一な接触状態を保つために、例えば電解研磨処理等が施されている。

そして、調整部材４７の進退動による圧縮コイルばね５９のシール部５５への押圧力が可変され、調整部材４７を深くねじ込んでシール部５５を強く押圧すると、シール部５５が変形しながら強く電極本体４５および外装部４９に強く密接される。すなわち、圧縮コイルばね５９がシール部５５への押圧部材を形成している。

外装部４９の図中下方の開放端面には、外装部４９の小径部４９ｃと同形状のステンレス製の円筒状継ぎ手部５９が共軸的に当接され、これと外装部４９における接続部外周全体が溶接によって固定されて、互いに一体化されている。図３中の符号Ｐは溶接部である。

継ぎ手部５１は、図中下方の端部が大径のフランジ部５１ｂとなっており、その中空部５１ａも大径になって挿入部５１ｃを形成しており、挿入部５１ｃには、下方からステンレス製の保護管６３がねじ込まれている。

保護管６３は、電極本体４５より大径の円筒状になって電極本体４５と等長で延びており、途中、ガス流通孔６５が形成されている。

このような静電容量形レベル測定装置Ａは、第１の構成と同様に、原料タンク３の上側からはめ込まれ、図示しない挟持部材としての別の継ぎ手によって原料タンク３を挟持して支持密封される。

このような、本発明に係る第２の構成では、原料タンク３に挿入される棒状の電極本体４５が、外装部４９の上側先端から当該外装部４９および継ぎ手部５１との間で間隔を置いて貫通するように挿通され、シール部５５にてその電極本体４５と外装部４９との間が弾性的に密着絶縁され、外装部４９の上側先端から進退動可能に挿入され調整部材４７の押圧調整によって圧縮コイルばね（押圧部材）５９がシール部５５の電極本体４５と外装部４９との密着強度を向上させ、電極本体４５部分と外装部４９との間の気密性を高め、液体原料５の漏れを少なくすることが可能である。

さらに、圧縮コイルばね５９とシール部５５との間に板状のスペーサ５７が介在するから、シール部５５が均一に押圧されて電極本体４５と外装部４９との間の気密性をより高め、一層、液漏れを少なくすることが可能である。

シール部５５に用いるフッ素樹脂は、調整部材４７のねじ込みによって外装部４９の中空部４９ａの内径形状に合致するように変形し易くシール性を保ち、温度によるフッ素樹脂内部の残留応力緩和によるシール性が低下し難い。

さらにまた、調整部材４７がその外装部４９にねじ込まれてなるから、調整部材４７のねじ込み量を可変することにより、電極本体４５と外装部４９との間の気密性の調節が容易である。

本発明の静電容量形レベル測定装置に係る第１の構成例を示す断面図である。 図１の静電容量形レベル測定装置の要部拡大断面図である。 本発明の静電容量形レベル測定装置に係る第２の構成例を示す断面図である。 図３の静電容量形レベル測定装置の要部拡大断面図である。 半導体成膜工程等におけるＣＶＤ装置用付帯設備を説明する図である。 従来の静電容量形レベル測定装置を説明する図表である。 従来の静電容量形レベル測定装置における要部拡大断面図である。

符号の説明

Ａ 静電容量形レベル測定装置
１ 恒温槽
３ 原料タンク
５ 液体原料
７ 流入パイプ
９ ヒータ
１１ 流出パイプ
１３ 電極
１５ 支持部材
１５ａ 絶縁被覆
１５ｂ 支持部本体
１５ｃ 締込みコマ
１５ｄ ねじ
１７、２１ ケーブル
１９ 測定部
２３ 芯線（電極本体）
２５、４９ 外装部
２５ａ、２９ｂ、４９ａ、５１ａ 中空部
２５ｂ 貫通孔
２７ ハーメチックシール
２９、５１ 継ぎ手部
２９ａ、５１ｂ フランジ部
２９ｃ、５１ｃ 挿入部
３１、５３ 絶縁被覆
３３ 外周ケース
３５、６３ 保護管
３７、４１、５７、６１ スペーサ
３９、４５ 電極本体
４３、６５ ガス流通孔
４７ 調節部材
４７ａ ナット部
４７ｂ ねじ部
４９ｂ 大径部
４９ｃ 小径部
５５ シール部
５７、６１ スペーサ
５９ 圧縮コイルばね
Ａ 静電容量形レベル測定装置
Ｐ 溶接部

Claims (6)

1. 筒形の外装部と、
   この外装部の先端と当該端面が融着され、他方の端面側が静電容量形レベル測定容器側に固定される筒形の継ぎ手部と、
   測定部から延びるケーブルに接続され前記外装部の他方の先端部から当該外装部および前記継ぎ手部との間で間隔を置いてこれらに貫通され、前記静電容量形レベル測定容器中に挿入される棒状の電極本体であって、前記外装部の他方の前記先端部において絶縁性ハーメチックシールによって密着支持された電極本体と、
   を具備することを特徴とする静電容量形レベル測定装置。
2. 前記電極本体は、前記継ぎ手部に対して絶縁性スペーサによって密着支持された請求項１記載の静電容量形レベル測定装置。
3. 前記電極本体は、前記外装部および継ぎ手部内において絶縁被覆されてなる請求項１又は２記載の静電容量形レベル測定装置。
4. 下側途中から小径の中空孔を有する筒形の外装部と、
   この外装部の下側先端と当該端面が融着され、他方の端面側が静電容量形レベル測定容器側に固定される筒形の継ぎ手部と、
   測定部から延びるケーブルに接続され前記外装部の上側先端から当該外装部および前記継ぎ手部との間で間隔をおいて貫通するように挿通された棒状の電極本体であって、前記静電容量形レベル測定容器中に挿入される電極本体と、
   前記外装部の中空孔にあって前記小径の中空孔を含む近傍で前記電極本体と外装部との間を弾性的に密着して絶縁するシール部と、
   前記外装部の中空孔に配置され前記シール部を押圧する押圧部材と、
   前記外装部の上側先端から前記中空孔に進退動可能に挿入され前記押圧部の押圧を調整する調整部材と、
   を具備することを特徴とする静電容量形レベル測定装置。
5. 前記シール部と前記押圧部との間に絶縁スペーサが介在された請求項４記載の静電容量形レベル測定装置。
6. 前記調整部材は前記外装部の中空孔にねじ込まれてなる請求項５記載の静電容量形レベル測定装置。

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