(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱電対として作用する第１の素線及び第２の素線と、
被測定体に面的に接触する接触面を備える接触体と、
前記第１の素線及び第２の素線の一端を前記接触体との間で挟圧して、前記第１の素線と第２の素線とを各別に脱離可能に支持する支持体とを備え、
前記接触体及び前記支持体の少なくとも一方は導電性を備える温度検出素子。
【請求項２】
前記接触体と前記支持体は、平板体に形成され、
前記第１の素線と第２の素線とが、前記接触体と支持体の対向面間に挟圧されて支持され、
前記支持体に、前記第１の素線と第２の素線の他端側が引き出される挿通孔が設けられている請求項１記載の温度検出素子。
【請求項３】
前記接触体と前記支持体の少なくとも一方に、前記第１の素線と第２の素線を位置決めするガイド溝が設けられている請求項１または２記載の温度検出素子。
【請求項４】
前記支持体には、前記接触体が嵌入する嵌合孔が設けられ、
前記嵌合孔の内側面と前記接触体の外側面との間に前記第１の素線と第２の素線を介在させ、前記嵌合孔に前記接触体を圧入して、前記嵌合孔の内側面と前記接触体の外側面との間で前記第１の素線と第２の素線とが挟圧されて支持されている請求項１記載の温度検出素子。
【請求項５】
前記嵌合孔は、前記第１の素線と第２の素線が引き出される側が縮径するテーパ孔に形成され、
前記接触体は、前記テーパ孔に嵌合する円錐台状に形成されている請求項４記載の温度検出素子。
【請求項６】
前記嵌合孔の内側面及び前記接触体の外側面の少なくとも一方に、前記第１の素線と第２の素線を位置決めするガイド溝が設けられている請求項４または５記載の温度検出素子。
【請求項７】
前記支持体には、前記接触体が嵌入する嵌合孔が設けられ、
前記接触体には、前記嵌合孔に嵌入する嵌入部が前記支持体に固定されるフランジ部から延設され、
前記第１の素線と第２の素線とが、前記嵌合孔の内側面と前記嵌入部の外側面との間で挟圧されて支持されている請求項１記載の温度検出素子。
【請求項８】
前記嵌入部の外側面に、前記第１の素線と第２の素線を位置決めするガイド溝が設けられている請求項７記載の温度検出素子。
【請求項９】
前記接触体は平板体状に形成され、該接触体に前記第１の素線と第２の素線を各別に挿通する挿通孔が、厚さ方向に貫通して設けられ、
前記接触体に、前記挿通孔に連通する前記支持体の装着孔が設けられ、該装着孔に支持体が嵌入して、前記第１の素線と第２の素線とが挟圧されて支持されている請求項１記載の温度検出素子。
【請求項１０】
前記装着孔として前記接触体にねじ孔が設けられ、
前記支持体としてねじが前記ねじ孔に螺入して、前記第１の素線と第２の素線とが前記接触体に支持されている請求項９記載の温度検出素子。
【請求項１１】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の温度検出素子を被測定体の温度の検知に使用する方法であって、
前記温度検出素子とは別体に形成したアダプターに、前記接触体の接触面を露出させて温度検出素子を保持し、
前記接触面を被測定体に面的に接触させ、前記アダプターとともに前記温度検出素子を被測定体に装着して温度を検知する温度検出素子の使用方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の温度検出素子を被測定体の温度の検知に使用する方法であって、
前記温度検出素子とは別体に形成した第１のアダプターと第２のアダプターとを組み合わせ、前記接触体の接触面を被測定体に接触させるかわりに、前記第１のアダプターの内底面に前記接触体の接触面を面的に接触させて、アダプターの内部に前記温度検出素子を収容し、
前記第１のアダプターを被測定体に面的に接触させ、
前記第１のアダプター及び第２のアダプターとともに前記温度検出素子を被測定体に装着して温度を検知する温度検出素子の使用方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の温度検出素子を、垂直ブリッジマン法により単結晶を育成する際に、るつぼの温度の検知に使用する方法であって、
前記温度検出素子とは別体に形成したアダプターに、前記接触体の接触面を露出させて温度検出素子を保持し、
前記アダプターとともに前記温度検出素子を前記るつぼの底部に設けた嵌合凹部に嵌入し、該嵌合凹部の内底面に前記接触体の接触面を面的に接触させて温度を検知する温度検出素子の使用方法。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項記載の温度検出素子を、垂直ブリッジマン法により単結晶を育成する際にるつぼの温度の検知に使用する方法であって、
前記温度検出素子とは別体に形成した第１のアダプターと第２のアダプターとを組み合わせ、前記接触体の接触面を被測定体に接触させるかわりに、前記第１のアダプターの内底面に前記接触体の接触面を面的に接触させて、アダプターの内部に前記温度検出素子を収容し、
前記第１のアダプターに設けた嵌合凸部を前記るつぼの底部に設けた嵌合凹部に嵌入し前記第１のアダプター及び第２のアダプターを介して前記温度検出素子を前記るつぼに装着して温度を検知する温度検出素子の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、温度検出素子及び温度検出素子の使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サファイア等の単結晶を育成する方法には、縁端限定成長(Edge-defined，Film-fed Growth：EFG)法、チョコラルスキー(Czochralski：CZ)法、カイロポーラス(Kyropulos：KP)法、垂直ブリッジマン（Vertical
Bridgman：VB）法等の種々の方法がある。
図１１は、垂直ブリッジマン法による結晶育成方法の一例を示す。図１１（ｅ）は、育成炉５の概略構成と育成炉５内における温度勾配を示し、図１１（ｂ）〜（ｄ）は、結晶を育成する際における育成炉５中におけるるつぼ６の動きを示す。図１１（ｅ）に示す温度勾配のグラフと図１１（ｂ）〜（ｄ）に示するつぼ６の高さ位置とは、高さ方向のスケールを一致させて描いたものである。
【０００３】
図１１（ａ）は、るつぼ６の底に種結晶Ａを置き、種結晶Ａの上に結晶の原料Ｂを収容した状態である。図１１（ｂ）は、るつぼ６を育成炉５に収容し、下位置から徐々に上昇させながら原料Ｂを溶融している（融液Ｃ）状態である。図１１（ｃ）は、原料Ｂ全体が溶融して、融液Ｃに種結晶Ｃが接触した状態（種子付け）である。種子付けされた時点で、るつぼ６の動きを上昇から下降に切り替え、種結晶Ａから結晶を成長させる。るつぼ６を徐々に下降させることにより種結晶Ａから結晶が徐々に成長していく。図１１（ｄ）のＤ部分が成長結晶である。るつぼ６を完全に下降させ、融液Ｃ全体を結晶化することにより種結晶Ａと一体化した単結晶が得られる。
【０００４】
図１１は、垂直ブリッジマン法による結晶育成例であるが、垂直ブリッジマン法に限らず、結晶を育成する場合には、育成炉内における温度を正確に検知し、温度制御を的確に行うことが、確実に結晶を育成する上できわめて重要である。垂直ブリッジマン法等では、結晶を育成している際に、るつぼの内部状態を目視したりすることができないから、温度を正確に検知して制御することが、高精度に結晶を育成する上で重要となる。育成炉等の温度を検知する方法としては、熱電対、放射温度計、黒体放射温度計等の機器が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１４３７８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２８３８５７号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
サファイア結晶を育成する場合のように、2000℃以上といった高温に加熱する場合には、高温測定に適した熱電対を用いて温度検知している。熱電対は、対となる素線の先端を溶接して温接点とし、温接点を温度を検知しようとする被測定体に接触させ、冷接点側を検知器に接続して温度検知する。素線の先端を溶接するかわりに、素線の先端をキャップに挿入し封止して温接点とする方法もある。垂直ブリッジマン法では、原料を充填したるつぼの外面に温接点を接触させて温度検知しながら結晶を育成する。
【０００７】
しかしながら、2000℃といったきわめて高温の環境下で熱電対を使用する場合は、熱電対が熱膨張することにより熱電対が変形し、被測定体との接触が不安定になり、安定した温度検知ができなくなるといった問題や、昇温時と降温時の熱電対の膨張・収縮によって素線が脆くなり、損傷しやすくなるため、何回も繰り返して使用することができず、頻繁に熱電対を交換しなければならなず、熱電対を交換したりする操作が煩雑であるという問題があった。
【０００８】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、サファイア結晶を製造する場合のように、きわめて高温に加熱して結晶を育成するような場合であっても、確実にかつ安定的に温度を検知することができ、また、熱電対に用いる素線の長寿命化を図り素線を交換するといった操作を容易にすることができる温度検出素子及びこの温度検出素子の好適な使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本出願に係る温度検出素子は、熱電対として作用する第１の素線及び第２の素線と、被測定体に面的に接触する接触面を備える接触体と、前記第１の素線及び第２の素線の一端を前記接触体との間で挟圧して、前記第１の素線と第２の素線とを各別に脱離可能に支持する支持体とを備え、前記接触体及び前記支持体の少なくとも一方は導電性を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記接触体と支持体としては種々の構成が可能であり、（１）前記接触体と前記支持体が、平板体に形成され、前記第１の素線と第２の素線とが、前記接触体と支持体の対向面間に挟圧されて支持され、前記支持体に、前記第１の素線と第２の素線の他端側が引き出される挿通孔が設けられているもの、（２）前記支持体には、前記接触体が嵌入する嵌合孔が設けられ、前記嵌合孔の内側面と前記接触体の外側面との間に前記第１の素線と第２の素線を介在させ、前記嵌合孔に前記接触体を圧入して、前記嵌合孔の内側面と前記接触体の外側面との間で前記第１の素線と第２の素線とが挟圧されて支持されているもの、（３）前記支持体には、前記接触体が嵌入する嵌合孔が設けられ、前記接触体には、前記嵌合孔に嵌入する嵌入部が前記支持体に固定されるフランジ部から延設され、前記第１の素線と第２の素線とが、前記嵌合孔の内側面と前記嵌入部の外側面との間で挟圧されて支持されているもの、（４）前記接触体は平板体状に形成され、該接触体に前記第１の素線と第２の素線を各別に挿通する挿通孔が、厚さ方向に貫通して設けられ、前記接触体に、前記挿通孔に連通する前記支持体の装着孔が設けられ、該装着孔に支持体が嵌入して、前記第１の素線と第２の素線とが挟圧されて支持されている等に構成することができる。
また、支持体と接触体とにより第１の素線と第２の素線を挟圧して支持する際に、支持体と接触体により挟圧する部位に、第１の素線と第２の素線を各別に位置決めするガイド溝を設けておくと、第１の素線と第２の素線を確実に支持することができて、温度検出素子の特性を良好にすることができる。
【００１１】
また、前記温度検出素子を被測定体の温度の検知に使用する方法として、前記温度検出素子とは別体に形成したアダプターに、前記接触体の接触面を露出させて温度検出素子を保持し、前記接触面を被測定体に面的に接触させ、前記アダプターとともに前記温度検出素子を被測定体に装着して温度を検知する方法、前記温度検出素子とは別体に形成した第１のアダプターと第２のアダプターとを組み合わせ、前記接触体の接触面を被測定体に接触させるかわりに、前記第１のアダプターの内底面に前記接触体の接触面を面的に接触させて、アダプターの内部に前記温度検出素子を収容し、前記第１のアダプターを被測定体に面的に接触させ、前記第１のアダプター及び第２のアダプターとともに前記温度検出素子を被測定体に装着して温度を検知する方法が有効に利用できる。
【００１２】
また、前記温度検出素子を、垂直ブリッジマン法により単結晶を育成する際に、るつぼの温度の検知に使用する方法として、前記温度検出素子とは別体に形成したアダプターに、前記接触体の接触面を露出させて温度検出素子を保持し、前記アダプターとともに前記温度検出素子を前記るつぼの底部に設けた嵌合凹部に嵌入し、該嵌合凹部の内底面に前記接触体の接触面を面的に接触させて温度を検知する方法、前記温度検出素子とは別体に形成した第１のアダプターと第２のアダプターとを組み合わせ、前記接触体の接触面を被測定体に接触させるかわりに、前記第１のアダプターの内底面に前記接触体の接触面を面的に接触させて、アダプターの内部に前記温度検出素子を収容し、前記第１のアダプターに設けた嵌合凸部を前記るつぼの底部に設けた嵌合凹部に嵌入し、前記第１のアダプター及び第２のアダプターを介して前記温度検出素子を前記るつぼに装着して温度を検知する方法が有効に利用できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る温度検出素子及び温度検出素子の使用方法によれば、きわめて高温での温度検知を行う場合であっても、確実に安定した温度検知が可能になる。また、素線が損傷することを抑え、素線の長寿命化を図ることができるとともに、素線の交換操作を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】温度検出素子の第１の実施の形態の構成を示す図１（ｂ）におけるA-A線断面図（ａ）、及び支持体の平面図（ｂ）である。
【図２】温度検出素子電気的等価回路を示す説明図である。
【図３】温度検出素子の使用状態を示す断面図である。
【図４】温度検出素子の第２の実施の形態の構成を示す断面図（ａ）、温度検出素子の使用状態を示す断面図（ｂ）である。
【図５】支持体の平面図（ａ）、接触体の平面図（ｂ）である。
【図６】温度検出素子の第３の実施の形態の構成を示す断面図である。
【図７】支持体の平面図（ａ）、接触体の平面図（ｂ）である。
【図８】アダプターを用いて温度検出素子を装着する方法を示す断面図である。
【図９】温度検出素子の第４の実施の形態の構成と使用例を示す断面図である。
【図１０】本体の平面図（ａ）、断面図（ｂ）、ねじの正面図（ｃ）である。
【図１１】垂直ブリッジマン法による結晶育成方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る温度検出素子の第１の実施の形態を示す。
本実施形態の温度検出素子１０は、熱電対として作用する第１の素線１２及び第２の素線１３と、第１の素線１２及び第２の素線１３を支持する支持体１４及び被測定体に接する側に配置される接触体１５とを備える。支持体１４と接触体１５は、第１の素線１２と第２の素線１３の一端（先端部）を、互いの対向面間に介在させ、互いに挟圧することによって第１の素線１２と第２の素線１３とを支持する。
【００１６】
支持体１４及び接触体１５は、所要の耐熱性を備える金属等の導電材料を用いて、ともに平面形状が円形の平板体に形成されている。
支持体１４の中心部には挿通孔１４ａが板厚方向に貫通して設けられる。挿通孔１４ａは、支持体１４と接触体１５により一端がクランプされた第１の素線１２と第２の素線１３を挿通して、第１の素線１２と第２の素線１３の他端（引き出し線部１２ｃ、１３ｃ）を測定装置側へ引き出すためのものである。
【００１７】
図１（ｂ）は、支持体１４に第１の素線１２と第２の素線１３を配置した状態の平面図である。接触体１５に対向する支持体１４の上面には、第１の素線１２と第２の素線１３とを位置ずれしないように支持し、支持体１４と接触体１５によって確実に素線をクランプして支持するためのガイド溝１４ｂを設ける。
ガイド溝１４ｂの幅と深さは、第１の素線１２と第２の素線１３の太さに合わせて設定する。０．５ｍｍ径の素線を使用する場合、ガイド溝１４ｂは、幅０．５ｍｍ、深さ０．４ｍｍ程度とすればよい。
【００１８】
本実施形態においては、支持体１４の周方向の４個所に均等配置にガイド溝１４ｂを設けた。このように、素線を複数対で配置できるようにガイド溝１４ｂを設ければ、素線を交換する際に、未装着個所のガイド溝１４ｂを選んで配置することにより、確実に素線をクランプすることができる。
なお、使用する素線の素材が異なるような場合で、太さが異なる素線を使用する際にも支持体１４と接触体１５を共通に使用できるように、溝幅と深さが異なる複数対のガイド溝を設けておいてもよい。
また、ガイド溝１４ｂを支持体１４に設けるかわりに、接触体１５に設けるようにすることもできるし、支持体１４と接触体１５の双方にガイド溝１４ｂを設けることもできる。ガイド溝１４ｂを設けず、単に支持体１４と接触体１５の平板部分で素線をクランプするようにしてもよい。
【００１９】
支持体１４にねじ孔１４ｃを設け、接触体１５にねじ挿通孔１５ｃを設けて、支持体１４と接触体１５をねじにより連結固定する。ねじ挿通孔１５ｃは、ねじ止めした際にヘッドがかくれるように断面形状を段差形状とする。支持体１４と接触体１５を連結する方法は、ねじ止め方法に限らない。
ガイド溝１４ｂは、ねじ孔１４ｃ及びねじ挿通孔１５ｃと干渉しない位置に設ける。図示例は、ガイド溝１４ｂを４本設けた例であるが、さらに多数本のガイド溝１４ｂを設けることもできる。
【００２０】
第１の素線１２と第２の素線１３を、支持体１４と接触体１５により支持する際には、図１（ａ）に示すように、第１の素線１２と第２の素線１３の先端を屈曲させて装着する。図示例では、第１の素線１２と第２の素線１３の先端を、クランプ部１２ａ、１３ａと、中間屈曲部１２ｂ、１３ｂを設けるように屈曲させている。中間屈曲部１２ｂ、１３ｂを設けたのは、素線の先端部分の屈曲角度が過度に大きくならないようにし、素線の剛性が高い場合や、素線が脆い場合でも素線を損傷させずに曲げることができるようにするためである。もちろん、中間屈曲部１２ｂ、１３ｂを設けずに素線を装着してもよい。
【００２１】
素線の先端を曲げる際は、引き出し線部１２ｃ、１３ｃが挿通孔１４ａの内壁面と干渉しないように、屈曲角度と、屈曲部分の長さを設定する。
クランプ部１２ａ、１３ａが支持体１４と接触体１５によって挟圧され、支持体１４と接触体１５の押圧面に接触することによって、支持体１４及び接触体１５と第１の素線１２と第２の素線１３との電気的導通が確保される。クランプ部１２ａ、１３ａは、ある程度の長さ（ガイド溝１４ｂの長さの１／２以上程度）を確保して素線と支持板との接触面積を確保するようにするのがよい。
【００２２】
サファイア結晶を育成する場合のように、結晶の育成温度が2000℃以上にもなるような場合には、耐熱性の高い素線を使用した場合であっても熱によって素線が損傷しやすくなる。このような場合に、支持体１４及び接触体１５によって素線をクランプして、素線と支持板との間において十分な接触面積が確保できるようにすることは、熱電対による温度測定の信頼性を確保し、安定した測定を可能にする上で有効である。
【００２３】
図２は、図１に示した温度検出素子１０の電気的等価回路を示す。
図２（ａ）に示すように、第１の素線１２と第２の素線１３は、支持体１４及び接触体１５を介して電気的に接続している。支持体１４と接触体１５は導電性を有するから、温度検出素子１０は図２（ｂ）に示すように、第１の素線１２と第２の素線１３の先端を接続した一般的な熱電対と同一の等価回路を構成する。したがって、本実施形態の温度検出素子１０を使用して、従来の熱電対と同様に温度検知することができる。
なお、支持体１４と接触体１５は、双方が導電性を有することが好ましいが、電気回路的には支持体１４と接触体１５の少なくとも一方が導電性を有していればよい。
【００２４】
（温度検出素子の使用方法）
温度検出素子１０の第１の素線１２及び第２の素線１３に用いる線材と、支持体１４及び接触体１５に用いる材料は、測定しようとする温度領域に合わせて選択する。以下では、垂直ブリッジマン法を用いてサファイア結晶を育成する場合を例に、温度検出素子１０の使用方法について説明する。
【００２５】
垂直ブリッジマン法では種結晶と原料をるつぼに収容して結晶を育成する。サファイア結晶を育成する際には2000℃程度に加熱するから、モリブデン製のるつぼを使用する。温度検出素子１０に用いる熱電対用の素線には、2300℃程度までの温度測定が可能なW/Re（タングステン／レニウム）を使用し、第１の素線１２にW/Re（Re 5%）、第２の素線１３にW/Re（Re 26%）を使用する。
【００２６】
本実施形態においては、温度検出素子１０の支持体１４にモリブデンを使用し、接触体１５にタングステンを使用した。
タングステンはモリブデンよりも耐熱性に優れ、高熱に加熱してもモリブデン製のるつぼ２０と焼き付きが生じにくい。接触体１５をタングステン製としたのは、るつぼ２０から温度検出素子１０を外す際に簡単に取り外しできるようにするためである。
また、モリブデンはタングステンよりも加工しやすいから、ねじ孔１４ｃ等の加工が必要な支持体１４はモリブデン製とする方がよい。また、支持体１４は何回か使用したところで交換する交換部品である。タングステンに比べて価格の安いモリブデンを交換部品である支持体１４に使用する方が有利であるという理由もある。
【００２７】
図３は、るつぼ２０に温度検出素子１０を取り付けた状態を示す。
温度検出素子１０は、外観上、支持体１４と接触体１５が連結されて円板体状となるヘッド部１６から第１の素線１２と第２の素線１３が引き出された形態となっている。図３は、中間屈曲部を設けずに第１の素線１２と第２の素線１３の先端を曲げて装着した例である。
温度検出素子１０を用いて被測定対象物の温度を検知する場合は、被測定対象物にヘッド部１６の端面（接触体１５の端面）を面接触させるように温度検出素子１０を装着して測定する。るつぼ２０の温度を測定する場合は、るつぼ２０の底面にヘッド部１６の端面を面接触させて温度検出素子１０を取り付ける。
【００２８】
本実施形態においては、アダプター１７により温度検出素子１０を支持し、アダプター１７で温度検出素子１０を支持した状態でるつぼ２０に温度検出素子１０を装着して温度測定している。
アダプター１７の端部にヘッド部１６を収容する凹部１７ｂを設け、凹部１７ｂに温度検出素子１０のヘッド部１６を収容した状態で、ヘッド部１６の端面とアダプター１７の端面とが面一になるように凹部１７ｂの寸法を設定する。
【００２９】
アダプター１７は、耐熱性とるつぼ２０との焼き付きを抑えることを考慮してタングステン製とした。引き出し線部１２ｃ、１３ｃがアダプター１７の挿通孔１７ａの内面に接触して電気的に短絡しないように、電気的絶縁性を有する保護管１８に引き出し線部１２ｃ、１３ｃを挿通する。保護管１８には、サファイアあるはアルミナ磁器が使用できる。引き出し線部１２ｃ、１３ｃの引き出し端に、スプリング状に形成した補償導線を接続し、第１の素線１２と第２の素線１３の熱膨張による伸縮を吸収するようにして測定装置に接続する。
【００３０】
るつぼ２０の底部には、アダプター１７の外径と同一径に嵌合凹部２０ａを設け、アダプター１７ごと嵌合凹部２０ａに温度検出素子１０を嵌入して温度検出素子１０をるつぼ２０に装着する。嵌合凹部２０ａの底面（内底面）を平坦状に形成し、ヘッド部１６の端面の全面を嵌合凹部２０ａの底面に面接触させて、アダプター１７とともに温度検出素子１０を装着する。アダプター１７の端部を嵌合凹部２０ａに嵌入することにより、アダプター１７と温度検出素子１０は、るつぼ２０に固定されて取り付けられる。
【００３１】
実験では、上記のようにるつぼ２０の底部に温度検出素子１０を取り付け、温度検出素子１０の起電力を検知してるつぼ２０の温度を監視しながら、育成炉内におけるるつぼ２０の鉛直方向の位置を制御してサファイア結晶を育成した。
実験中の温度測定精度は、2000℃において±０．５℃以下であり、きわめて安定していた。
また、サファイア結晶を育成する試験を繰り返して１０回行い、いずれも単結晶の種子付けに成功した。垂直ブリッジマン法においては、数度以下に温度制御することができないと的確な種子付けができない。種子付け精度が高いということは、温度制御が高精度になされていることを裏付けている。
また、第１の素線１２と第２の素線１３を交換せず、1900℃以上に加熱して冷却する操作を２０回適用し、850時間以上の利用実績を確認した。通常の熱電対を使用する従来方法では、数回（100時間程度）の加熱、冷却操作ごとに熱電対を交換していた。この従来方法とくらべると、本実施形態の温度検出素子１０を使用する方法は耐久性の点においてもきわめて優れていることがわかる。
【００３２】
このように安定した温度検知ができた理由は、温度検出素子１０のヘッド部１６（接触体１５）の全面がるつぼ２０の底部に面接触してヘッド部１６を介して第１の素線１２と第２の素線１３によって確実に温度検知することが可能となり、素線が熱膨張により変形して被測定体（るつぼ）と熱電対との接触が不安定になるといった問題が解消され、るつぼ２０自体の温度が正確に検知できたためと考えられる。
また、支持体１４と接触体１５とにより第１の素線１２と第２の素線１３をクランプする構成としたことにより、育成炉の温度を昇降させた際にも、第１の素線１２及び第２の素線１３と支持体１４及び接触体１５との電気的導通が確保され、安定して温度検知することが可能になったためと考えられる。
【００３３】
また、本実施形態の温度検出素子１０では、第１の素線１２と第２の素線１３を交換する場合も、支持体１４から接触体１５を外すだけでよく、素線を装着する場合も、素線の先端を曲げて装着するだけであるから、交換操作がきわめて容易である。また、素線もあらかじめ長尺の素線を用意しておくだけでよいという利点がある。
【００３４】
本実験は、垂直ブリッジマン法によりサファイア結晶を育成する場合に適用したものであるが、本実施形態の温度検出素子１０はサファイア結晶を育成する場合に限らず、種々の結晶の育成に利用することができる。
上記実施形態においては、アダプター１７を用いて温度検出素子１０をるつぼ２０に装着したが、アダプター１７を使用せず、ヘッド部１６をるつぼ２０に装着し、接触体１５の端面を面接触させて温度検出素子１０を装着することもできる。
また、るつぼ２０の側面の温度を検知するような場合には、るつぼ２０の側面に温度検出素子１０の接触体１５を面接触させて取り付けることができる。このように、温度検出素子１０を装着、配置する部位は、適宜選択することが可能である。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明に係る温度検出素子の第２の実施の形態を示す。
図４（ａ）は、温度検出素子３０の断面図、図４（ｂ）は、アダプターを用いて温度検出素子３０をるつぼ２０に取り付けた状態を示す。
本実施形態の温度検出素子３０は、第１の素線１２及び第２の素線１３と、嵌合孔３４ａが設けられた支持体３４と、嵌合孔３４ａに嵌入されて第１の素線１２と第２の素線１３とを支持する接触体３５とを備える。支持体３４及び接触体３５は、所要の耐熱性を備える金属等の導電材によって形成される。
【００３６】
図５（ａ）は支持体３４の平面図、図５（ｂ）は接触体３５の平面図である。支持体３４は、中心に円形の嵌合孔３４ａが形成された平面形状が円形に形成される。嵌合孔３４ａの内側面に、第１の素線１２と第２の素線１３を位置決めして支持するガイド溝３４ｂが設けられている。図示例では、嵌合孔３４ａの周方向の４個所にガイド溝３４ｂを設けている。ガイド溝３４ｂの設置数は任意に設定できる。なお、ガイド溝３４ｂは接触体３５の外側面に設けることも可能であり、支持体３４と接触体３５の双方に設けることもできる。
図４（ａ）に示すように、嵌合孔３４ａは下面側（素線を引き出す側）が縮径するテーパ孔に形成する。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、接触体３５は、平面形状が円形の円板状に形成する。接触体３５は嵌合孔３４ａへ圧入して第１の素線１２と第２の素線１３を固定支持する固定部材（挟圧部材）として使用するものであり、嵌合孔３４ａの内側面の傾斜角度に合わせて、嵌合孔３４ａへの挿入側が縮径する円錐台状に形成する（図４（ａ））。
接触体３５は嵌合孔３４ａに装着した状態で、被測定体への接触面が支持体３４の上面よりも若干突出するように厚さを設定する。これは、るつぼ等の被測定物に温度検出素子３０を装着した際に、接触体３５の上面（接触面）が確実に被測定体に接触するようにするためである。
本実施形態では接触体３５を円錐台状としたが、円錐台の中心に貫通孔を設けた形態とすることもできる。
【００３８】
図４（ａ）は、支持体３４に設けられているガイド溝３４ｂに第１の素線１２と第２の素線１３を位置合わせし、支持体３４の嵌合孔３４ａに接触体３５を圧入して嵌合孔３４ａの内側面と接触体３５の外側面との間で第１の素線１２と第２の素線１３とを挟圧するようにして支持した状態である。第１の素線１２と第２の素線１３はガイド溝３４ｂに埋め込まれるようにして装着されるから、嵌合孔３４ａに接触体３５を嵌入するだけで、ねじ止めなどの固定操作をせずに素線を支持することができる。接触体３５を外す際は、嵌合孔３４ａから上方に接触体３５を抜くだけでよい。
【００３９】
図４（ａ）では、第１の素線１２と第２の素線１３の端部が、接触体３５の端面（被測定体への接触面）から突出しないように、素線の先端を曲げて装着している。ガイド溝３４ｂ内に素線の端部が留まるようにして装着すれば、素線の先端を曲げなくてもよい。
温度検出素子３０は、図４（ａ）に示した組み立て状態で、るつぼ等の被測定対象物に装着して温度検知することができる。接触体３５の端面が被測定体に面的に接触するように装着することにより、確実な温度検知が可能となる。
【００４０】
図４（ｂ）は、アダプターを用いて温度検知する場合の構成例である。
温度検出素子３０は第１のアダプター３６と第２のアダプター３８とを組み合わせ、アダプターの内部に収容するようにして支持される。
第１のアダプター３６は、るつぼ２０に設けた嵌合凹部２０ａに嵌合する嵌合凸部３６ａと、嵌合凸部３６ａから円筒状に延出する円筒部３６ｂとを備える。温度検出素子３０は円筒部３６ｂの内側の内底面（天井面）に接触体３５の上面を面的に接触させ、支持体３４の外周面を円筒部３６ｂの内面に摺接させて第１のアダプター３６に収納される。
【００４１】
第２のアダプター３８は、素線の引き出し線部１２ｃ、１３ｃを挿通する挿通孔が設けられた本体３８ａと、本体３８ａから円筒状に延出し、第１のアダプター３６の円筒部３６ｂの内側に摺入する摺入筒部３８ｂとを備える。円筒部３６ｂに摺入筒部３８ｂを摺入し、支持体３４の下面に摺入筒部３８ｂの上面を当接させることにより、温度検出素子３０の接触体３５の上面が第１のアダプター３６の内面に押接されて支持される。摺入筒部３８ｂを支持体３４に向けて押し込むことにより、支持体３４と接触体３５により第１の素線１２と第２の素線１３とが挟圧されて支持される作用が増強され、接触体３５の上面が確実に第１のアダプター３６に接するようになる。
【００４２】
温度を検知する際は、図４（ｂ）に示すように、第１のアダプター３６の嵌合凸部３６ａをるつぼ２０の嵌合凹部２０ａに嵌入して使用する。るつぼ２０から第１のアダプター３６を介して接触体３５、支持体３４に熱伝導し、るつぼ２０の温度が検知される。
本実施形態においては、第１のアダプター３６がるつぼ２０にじかに接触するから、温度検出素子３０がるつぼ２０に焼き付く問題が回避され、温度検出素子３０が保護されることによって、確実にかつ安定した温度検知が可能となる。
各部材の材質は適宜選択すればよいが、例として、モリブデン製のるつぼを使用してサファイア結晶を育成する際は、焼き付きや材料の加工性を考慮して、第１のアダプター３６及び接触体３５をタングステン製とし、支持体３４と第２のアダプター３８をモリブデン製とするのがよい。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図６は、本発明に係る温度検出素子の第３の実施の形態を示す。
図６（ａ）は、温度検出素子４０の断面図である。温度検出素子４０は嵌合孔４４ａを備える支持体４４と、嵌合孔４４ａに嵌入する嵌入部４５ａを備える接触体４５とを備える。嵌合孔４４ａに嵌入部４５ａを嵌入し、支持体４４と接触体４５とをねじ止め固定することにより、嵌合孔４４ａの内側面と嵌入部４５ａの外側面との間で第１の素線１２と第２の素線１３とが挟圧して支持される。図６（ｂ）は、図６（ａ）の支持体４４と接触体４５を平面内において、９０度回転した位置での断面図を示す。
【００４４】
図７（ａ）に示すように、支持体４４は、全体形状が円板状に形成され、中心部に嵌合孔４４ａが形成され、円板部に接触体４５をねじ止めするねじ孔４４ｃが形成される。
接触体４５は、支持体４４と同径の円板体の両側部を平行に切り落とした形態に形成したフランジ部４５１から嵌合孔４４ａに嵌入する筒状の嵌入部４５ａを延設して形成される（図６（ｂ）、図７（ｂ））。フランジ部４５１の外側面は嵌入部４５ａの外側面に位置合わせして形成され、フランジ部４５１の外側面に交差する嵌入部４５ａの外側面に軸線方向に延びるガイド溝４５ｂが設けられる。
【００４５】
図６（ａ）は、ガイド溝４５ｂに第１の素線１２と第２の素線１３を配置し、嵌入部４５ａを嵌合孔４４ａに嵌入し、ねじ４５ｄにより支持体４４と接触体４５とをねじ止めして、第１の素線１２と第２の素線１３を挟圧して支持した状態である。４５ｃがねじの装着孔、４４ｃがねじ孔である。ガイド溝４５ｂから延出した第１の素線１２と第２の素線１３の先端は、被測定体と干渉しないように曲げている。
ガイド溝４５ｂは、素線の先端をガイド溝４５ｂから外側に引き出せるように配置する場合に限らず、嵌入部４５ｂの外周面に適宜配置することができる。ガイド溝は、嵌入部４５ａの外側面に設けるかわりに、嵌合孔４４ａの内側面に設けて第１の素線１２と第２の素線１３クランプして支持するようにすることもできる。
【００４６】
図８は、第１のアダプター４６と第２のアダプター４８を用いて温度検出素子４０をるつぼ２０に装着した例を示す。
温度検出素子４０の接触体４５の上面を第１のアダプター４６の内底面（天井面）に面接触させ、第１のアダプター４６と第２のアダプター４８の内部に温度検出素子４０を収納して、アダプターごと温度検出素子４０をるつぼ２０に取り付けている。
第１のアダプター４６は嵌合凸部４６ａ、円筒部４６ｂを備え、第２のアダプター４８は引き出し線部１２ｃ、１３ｃを挿通する挿通孔が設けられた本体４８ａと、円筒部４６ｂに摺入する摺入筒部４８ｂとを備える。
【００４７】
本実施形態においても、第１のアダプター３６がるつぼ２０に接触し、温度検出素子４０により、るつぼ２０の温度が検知される。温度検出素子４０の接触体４５のフランジ部が第１のアダプター４６の内底面に面的に接触することによって確実に温度が検知される。アダプターにより温度検出素子４０が保護されることにより、温度の検知が確実になされるとともに、温度検出素子４０の長寿命化が図られる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
図９、図１０は、本発明に係る温度検出素子の第４の実施の形態を示す。
図９は、第１のアダプター６６と第２のアダプター６８により温度検出素子５０を保持し、アダプターごと温度検出素子５０を、るつぼ２０に取り付けた状態を示す。
温度検出素子５０は、円板状に形成した本体５１に形成した挿通孔５１ａに、第１の素線１２と第２の素線１３の先端部をそれぞれ挿入し、本体５１の側面に開口するねじ孔５１ｂから挿通孔５１ａに向けてねじ５２をねじ込み、ねじ５２の端面と挿通孔５１ａの内側面との間で、第１の素線１２と第２の素線１３を挟圧して固定支持したものである。
【００４９】
図１０（ａ）は本体５１の平面図、図１０（ｂ）はB-B線断面図である。本体５１の中央部に凹穴５１ｃが設けられ、凹穴５１ｃの平面内に挿通孔５１ａが設けられている。本実施形態においては、周方向に均等間隔に４つの挿通孔５１ａを設けたが、挿通孔５１ａは、素線を交換する際等に挿通孔５１ａを選択することができるように、適宜数に形成すればよい。
ねじ孔５１ｂは、各々の挿通孔５１ａを配置した位置ごとに、本体５１の側面から挿通孔５１ａ内に連通するように設ける。図１０（ｃ）は、ねじ孔５１ｂに装着するねじ５２を示す。
【００５０】
図９においては、挿通孔５１ａから延出する第１の素線１２と第２の素線１３の先端が本体５１の端面から突出せず、凹穴５１ｃ内に収まるように、素線の先端を曲げている。なお、第１の素線１２と第２の素線１３の先端が挿通孔５１ａから突出しないように、挿通孔５１ａ内で留まるように装着することもできる。
本実施形態においては、本体５１が被測定体に接触する接触面を備える接触体として作用し、ねじ５２が接触体との間で素線を挟圧支持する支持体として作用する。
【００５１】
図９に示した第１のアダプター６６と第２のアダプター６８も、前述した第２、第３の実施の形態におけるアダプターと同様に構成される。第１のアダプター６６は嵌合凸部６６ａと円筒部６６ｂを備え、第２のアダプター６８は引き出し線部１２ｃ、１３ｃが挿通する本体６８ａと摺入筒部６８ｂを備える。
【００５２】
本実施形態の温度検出素子５０は、ねじ５２は交換部品として考えればよく、主たる加工部分は接触体としての本体５１であり、前述した実施形態における温度検出素子と比較して製作が容易であるという利点がある。また、ねじ止めによって第１の素線１２と第２の素線１３を取り付けるから、取り付け操作も簡単であるという利点もある。
本体５１とねじ５２には適宜材料を用いることができ、ともに同一材料によって形成することもできるし、異なる材料を用いることもできる。
【００５３】
第１の素線１２と第２の素線１３とを本体５１にねじ止めする方法は、本実施形態に示す方法に限定されるものではない。たとえば、本実施形態においては、ねじ５２の軸部をねじ孔５１ｂに螺合させているが、ねじ５２のヘッド部をねじ孔５１ｂに螺合させ、軸部はねじ孔５１ｂ内を挿通して素線を押圧する構成としてもよい。また、ねじ５２の端面側にねじ５２とは別部品の押圧駒を移動可能に配置し、押圧駒を介して挿通孔５１ａに挿通されている素線を挟圧して固定支持する構成とすることもできる。
また、ねじ５２を使用するかわりに、本体５１に挿通孔５１ａに連通する装着孔を設けて、装着孔に支持体を嵌入して第１の素線１２と第２の素線１３を固定支持するようにすることも可能である。
【００５４】
本実施形態の温度検出素子５０の構成による場合も、安定した温度検出が可能であり、素線を交換する操作も容易に行うことが可能である。また、アダプターを介してるつぼ２０に温度検出素子５０を装着するから、るつぼ２０に温度検出素子５０がじかに接触せず、温度検出素子５０が焼き付いて損傷するという問題を回避することができる。もちろん、温度検出素子５０をじかに被測定体に接触させて温度を測定することも可能である。
【００５５】
以上、本発明に係る温度検出素子についての実施の形態について説明したが、温度検出素子を構成する支持体や接触体の形状、寸法、材質等は用途に応じて適宜選択することができる。また、温度検出素子に用いる素線についても用途に応じて適宜選択すればよい。また、温度検出素子はるつぼを用いて結晶を育成する際の温度検知に利用する場合に限らず、種々の結晶の育成方法に利用することが可能であり、さらに結晶を育成する際における温度測定に限らず、温度を測定することが必要な分野においてもひろく利用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０、３０、４０、５０  温度検出素子
１２  第１の素線
１３  第２の素線
１２ｃ、１３ｃ  引き出し線部
１４、３４、４４  支持体
１４ａ  挿通孔
１４ｂ、３４ｂ、４５ｂ  ガイド溝
１５、３５、４５  接触体
１７  アダプター
２０  るつぼ
２０ａ  嵌合凹部
３４ａ      嵌合孔
３６、４６、６６  第１のアダプター
３６ａ、４６ａ、６６ａ  嵌合凸部
３８、４８、６８  第２のアダプター
４４ａ  嵌合孔
４５ａ  嵌入部
４５１  フランジ部
５１  本体
５１ａ  挿通孔
５１ｂ  ねじ孔
５２  ねじ
【図１】
0005526391.tif 000002
【図２】
0005526391.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005526391.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005526391.tif 000007
【図７】
0005526391.tif 000008
【図８】
0005526391.tif 000009
【図９】
0005526391.tif 000010
【図１０】
0005526391.tif 000011
【図１１】
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