(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱温度を検出するための温度検出手段として、導電性材料により製作されたシースと、該シースの内部にシースと電気的に非接触な状態で挿入された熱電対と、前記シースと前記熱電対の間隙に充填された絶縁物と、前記シースの端部開口に嵌合された絶縁体からなる筒状の碍子と、該碍子の開口に装填される絶縁材料製の封口材とを備え、
前記熱電対の端末が前記封口材を貫通して前記シースの外部に引き出されるとともに、前記絶縁物の端面が前記シースの内面と前記絶縁物の接触部よりも外側に位置するように構成されているシース熱電対を有することを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
加熱温度を検出するための温度検出手段として、導電性材料により製作されたシースと、該シースの内部にシースと電気的に非接触な状態で挿入された熱電対と、前記シースと前記熱電対内の間隙に充填された絶縁物と、前記シースの端部開口に嵌合された絶縁体からなる筒状の碍子と、該碍子の開口に装填される絶縁材料製の封口材とを備え、前記熱電対の端末が前記封口材を貫通して前記シースの外部に引き出されるとともに、前記絶縁物の端面が前記シースの内面と前記絶縁物の接触部よりも外側に位置するように構成されていることを特徴とするシース熱電対。
【請求項３】
加熱手段として、導電性材料により製作されたシースと、該シースの内部にシースと電気的に非接触な状態で挿入された導体製の発熱体と、前記シースと前記発熱体の間隙に充填された絶縁物と、前記シースの端部開口に嵌合された絶縁体からなる筒状の碍子と、該碍子の開口に装填される絶縁材料製の封口材とを備え、前記発熱体の端子が前記封口材を貫通して前記シースの外部に引き出されるとともに、前記絶縁物の端面が前記シースの内面と前記絶縁物の接触部よりも外側に位置するように構成されていることを特徴とする加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波電圧や高電圧が印加または誘導される環境下で使用可能なシース熱電対やシースヒータを有する加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５及び図６を用いて従来の加熱装置におけるシース熱電対ＳＴＢについて説明する。ここで、図５は、シース熱電対ＳＴＢの全体構成を示す断面図であり、図６は、その要部拡大図である。図において、１は熱電対であり、この熱電対１は、ステンレス等の導電性材料で製作されたシース２の内部に電気的に非接触の状態で挿入されている。シース２と熱電対１の間隙には、酸化マグネシウム粉末などの絶縁物３が充填され、シース２の端部開口は、エポキシ、ガラス、セラミックス等の絶縁材料で製作された封口材５により封止されている。これにより、絶縁物３の端面９は大気と遮断されている。また、熱電対１の端末に接続した補償導線８は、封口材５を貫通してシース２の外部に引き出されている。６は補償導線８に被せたテフロン（四フッ化エチレン樹脂）等の被覆である。
【０００３】
図７及び図８を用いて従来の加熱装置におけるシースヒータＳＨＢについて説明する。ここで、図７は、シース熱電対ＳＴＢの全体構成を示す断面図であり、図８は、その要部拡大図である。図において、１１はニクロム線などの導体からなる抵抗式の発熱体であり、この発熱体１１は、ステンレス等の導電性材料で製作されたシース１３の内部に電気的に非接触の状態で挿入されている。発熱体１１の端部には端子１２が接続され、シース１３と発熱体１１及び端子１２の間隙には、酸化マグネシウム粉末などの絶縁物１４が充填され、シース１３の端部開口は、エポキシ、ガラス、セラミックス、雲母等の絶縁材料で製作された封口材１６により封止されている。これにより、絶縁物１４の端面１７は大気と遮断されている。また、発熱体１１に接続された端子１２は、封口材１６を貫通してシース１３の外部に引き出されている。このシースヒータＳＨＢは、両端の端子１２に電圧を印加することにより、発熱体１１が発熱し、発熱体１１の温度が上昇して、熱伝達によってシース１１が加熱されることで、ヒータとしての役割を果たす。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５、図６に示した従来の加熱装置におけるシース熱電対ＳＴＢでは、熱電対１とシース２の内面との距離ｄがあまり大きくとれないので、次のような問題があった。即ち、シース２に高周波電圧が印加された場合（例えば、平行平板形プラズマＣＶＤ装置で高周波電圧が印加されるカソードにシース熱電対を設置して温度を測定するような場合がこれに相当する）に、シース熱電対ＳＴＢが接地電位にあるシャーシ等に近い位置にあると、熱電対１に高周波の誘導電流が流れて、これが熱電対１の微弱な出力電圧に重畳するため、正確な温度測定が妨げられるおそれがあった。また、シース２から熱電対１に表面リーク電流が流れた場合には、熱電対１が損傷する可能性もあった。この問題は、熱電対１の先端が高温になり、封口材５の近傍の温度が相対的に低い温度になって、それにより絶縁物３中の残留水分が温度の低い絶縁物３の端面９へ移動し、絶縁物３の端面９の表面抵抗が低下することによって、更に促進される。
【０００５】
また、上記の問題とは別に、シース２から外部へ引き出された補償導線８部分が誘導を受けた場合にも、熱電対１の出力電圧に高周波電圧が重畳して、正確な温度測定の妨害及び熱電対１の損傷を発生する可能性があった。
【０００６】
なお、シース熱電対ＳＴＢの耐圧性能を向上させるには、シース２の内面と熱電対１の距離を十分大きくとればよいが、これはシース２の外径寸法の増大を招く上に、コスト高につながるので、好ましい選択ではない。
【０００７】
次に、図７、図８に示したシースヒータについての問題について述べる。
図９は、加熱手段として、シースヒータＳＨＢを備えた従来の加熱装置の構成を示す図である。なお、図には、シース１３を接地した場合のシースヒータＳＨＢの使用例を示す。また、図には、シース熱電対ＳＴＢによってシースヒータＳＨＢの加熱温度を検出し、この検出出力に基づいて、電流制御部１９により、発熱体１１に供給される電流を制御することにより、加熱温度を所定温度に保持する場合を示す。さらに、図には、シース熱電対ＳＴＢを均熱板１８に設ける場合を示す。
【０００８】
このシースヒータＳＨＢは、均熱板１８に配設されており、シースヒータＳＨＢには商用電源２３よりトランス２２を介して電圧が供給されるようになっている。なお、シースヒータＳＨＢの製作工程において、絶縁物１４は、通常、所定の絶縁抵抗以下に除湿されて充填されている。ここで、発熱体１１の温度が上昇すると、シースヒータＳＨＢの温度分布は、発熱体１１の部分が高温になり、端子１２の部分がそれよりも低い温度になる。そして、発熱体１１の温度上昇により、加熱された絶縁物１４中の残留水分は、温度の低い端子１２の方へ移動し、絶縁物１４の端面１７の表面抵抗が低下する。
【０００９】
ここで、従来のシースヒータＳＨＢでは、図８に示すように、端子１２とシース１３の内面との距離ｄがあまり大きくないので、端子１２から接地電位にあるシース１３へ沿面リーク電流が流れ、漏電が発生する可能性があった。また、絶縁物１４と封口材１６との間には空隙が存在するので、その圧力が一定の条件を満足してリーク電流が増大すると、アーク電流が流れて、シース１３の熔損が発生する可能性があった。これは、シースヒータＳＨＢの信頼性及び安全性に大きな問題となっていた。
【００１０】
次に、図１０を用いてシース１３に高周波電圧が印加されている場合の問題点について説明する。図１０において、シースヒータＳＨＢは均熱板１８に配設されている。プラズマＣＶＤ用の平行平板電極では、この均熱板１８に対向して平行な電極２０を設置して、均熱板１８と対向する電極２０の間に高周波発振器２１により高周波電圧を印加し、プラズマを発生させる場合がある。この場合には、例えばシース１３には数ＫＶに及ぶ高周波電圧が印加され、発熱体１１には商用電源２３からトランス２２を介して２００Ｖ、５０Ｈｚなどの交流電圧が印加される。そうすると、シース１３と発熱体１１及び端子１２との間に数ＫＶの電位差が発生し、ヒータの温度上昇によらなくとも、沿面リーク電流が流れ易い状態となる。そして、高周波電流がヒータ回路に流れ込んだり、５０Ｈｚの交流が均熱板１８に印加されて、プラズマ放電に影響を与えるという問題が発生するおそれがある。
【００１１】
なお、シースヒータＳＨＢの耐圧性能を向上させるには、シース１３と発熱体１１及び端子１２との距離ｄ（図８参照）をできるだけ大きくとり、沿面距離を増やせばよいが、これはシースヒータＳＨＢの外径寸法の増大を招く上に、コスト高につながるので、好ましい選択ではない。
【００１２】
本発明は、上記事情を考慮し、高周波電圧や高電圧がシースと熱電対の間に印加された場合、あるいは熱電対が誘導を受けた場合にも、安定した出力を得ることができると共に、リーク電流を抑制することができる、信頼性及び安全性の高いシース熱電対を有する加熱装置を提供することを目的とする。また、本発明は、高周波電圧及び高電圧がシースと端子及び発熱体の間に印加された場合にも、沿面リーク電流を抑制することができ、信頼性及び安全性の高いシースヒータを有する加熱装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の加熱装置は、加熱温度を検出するための温度検出手段として、導電性材料により製作されたシースと、該シースの内部にシースと電気的に非接触な状態で挿入された熱電対と、シースと熱電対の間隙に充填された絶縁物と、シースの端部開口を封止する絶縁材料製の封口材とを備え、熱電対の端末が封口材を貫通してシースの外部に引き出されたシース熱電対を有する装置において、シース熱電対が、シースの端部開口に絶縁体からなる筒状の碍子を嵌合し、該碍子の開口に封口材を装填することにより、絶縁物の端面がシースの内面と絶縁物の接触部よりも外側に位置するように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明の加熱装置は、請求項１において、シースの外部へ引き出された熱電対の端末がシールド導体で包囲されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明の加熱装置は、請求項１または２において、熱電対の端末に補償導線を接続し、該補償導線が前記封口材を貫通し、シースの外部に引き出されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項４の発明の加熱装置は、加熱手段として、導電性材料により製作されたシースと、該シースの内部にシースと電気的に非接触な状態で挿入された導体製の発熱体と、シースと発熱体の間隙に充填された絶縁物と、シースの端部開口を封止する絶縁材料製の封口材とを備え、発熱体の端子が封口材を貫通してシースの外部に引き出されたシースヒータを有する装置において、シースヒータが、シースの端部開口に絶縁体からなる筒状の碍子を嵌合し、該碍子の開口に封口材を装填することにより、絶縁物の端面がシースの内面と絶縁物の接触部よりも外側に位置するように構成されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態の加熱装置におけるシース熱電対ＳＴＡの全体構成を示す断面図、図２はその要部拡大図である。図において、１は熱電対、２はシース、３は絶縁物、５は封口材、６は被覆、８は補償導線であり、これらは図５、図６に示した従来のものと材料も含めて同じである。
【００１８】
違うのは、シース２の端部開口に磁器や樹脂等の絶縁体からなる筒状の碍子４を嵌合し、この碍子４の開口に前記封口材５を装填することにより、シース２の内部に充填した絶縁物３の端面９を、シース２の内面と絶縁物３の接触部Ｄよりも外側に位置させたこと、及び、シース２の外部に引き出した２本の補償導線８を、導体シールド７で包囲したことである。この場合、碍子４の外周面にはシース２の厚さ分の環状段部４ａがあり、そこにシース２の端部開口を外周側から嵌合している。
【００１９】
なお、このようなシース熱電対ＳＴＡは、例えば、まず、シース２に碍子４を嵌合し、次に、シース２の内部に絶縁物３を充填し、最後に、碍子４の開口に封口材５を装填することにより形成される。
【００２０】
上記構成のシース熱電対ＳＴＡの作用を従来例と比較しながら説明する。
図６の従来のシース熱電対ＳＴＢでは、シース２と熱電対１の沿面距離は、図中線分ＧＨで表される長さｄである。これに対し、本実施の形態のシース熱電対ＳＴＡでは、図２に示すように、シース２と熱電対１の沿面距離は、図中の線分ＡＢ＋線分ＢＣ＋線分ＣＤで表される。つまり、シース２の内面と補償導線８の距離ｄと、絶縁物３の端面９から絶縁物３とシース２が接触する点Ｄまでの距離Ｌの和ｄ＋Ｌとなる。従って、従来例よりも長さＬだけ沿面距離が大きくなっている。これにより、シース２を大径化せずに、リーク電流を減らし、高周波の影響を抑えることが可能となった。この効果は、距離Ｌが長ければ長い程大きくなる。したがって、本発明の特殊な例としては、距離Ｌを長くしてシース２の内面すべてを碍子４で被うような例が考えられる。この場合は、接触点Ｄが実質的に存在しない場合に相当する。言い換えれば、距離ｄ＋Ｌが無限大の場合に相当する。また、導体シールド７を接地することにより、高周波の誘導による妨害をも抑制することができる。
【００２１】
なお、以上の説明では、碍子４とこの碍子４の開口に装填される封口材５とを別々に構成する場合を説明した。しかしながら、上述したような構成を実現できる場合には、これらを一体的に構成するようにしてもよい。
【００２２】
次に、本発明の一実施の形態の加熱装置におけるシースヒータについて説明する。
図３は、本発明の一実施の形態のシースヒータＳＨＡの全体構成を示す断面図、図４はその要部拡大図である。図において、１１は発熱体、１２は端子、１３はシース、１４は絶縁物、１６は封口材であり、これらは図７、図８に示した従来のものと材料も含めて同じである。
【００２３】
違うのは、シース１３の端部開口に筒状の絶縁体からなる碍子１５を嵌合し、この碍子１５の開口に封口材１６を装填することにより、シース１３の内部に充填した絶縁物１４の端面１７を、シース１３の内面と絶縁物１４の接触部Ｄよりも外側に位置させたことである。この場合、碍子１５の外周面にはシース１３の厚さ分の環状段部１５ａがあり、そこにシース１３の端部開口を外周側から嵌合している。
【００２４】
なお、このようなシースヒータＳＨＡは、例えば、まず、シース１３に碍子１５を嵌合し、次に、シース１３の内部に絶縁物１４を充填し、最後に、碍子１５の開口に封口材１６を装填することにより形成される。
【００２５】
上記構成のシースヒータＳＨＡの作用を従来例と比較しながら説明する。
図８の従来のシースヒータＳＨＢでは、シース１３と端子１２の沿面距離は、図中線分ＧＨで表される長さｄである。これに対し、本実施形態のシースヒータＳＨＡでは、図４に示すように、シース１３と端子１２の沿面距離は、図中の線分ＡＢ＋線分ＢＣ＋線分ＣＤで表される。つまり、シース１３の内面と端子１２の距離ｄと、絶縁物１４の端面１７から絶縁物１４とシース１３が接触する点Ｄまでの距離Ｌの和ｄ＋Ｌとなる。従って、従来例よりも長さＬだけ沿面距離が大きくなっている。これにより、シース１３を大径化せずに、リーク電流を減らして、耐圧性能を向上させることができる。この効果は、距離Ｌが長ければ長い程大きくなる。したがって、本発明の特殊な例としては、距離Ｌを長くしてシース１３の内面すべてを碍子１５で被うような例が考えられる。この場合は、接触点Ｄが実質的に存在しない場合に相当する。言い換えれば、距離ｄ＋Ｌが無限大の場合に相当する。
【００２６】
なお、以上の説明では、碍子１５とこの碍子１５の開口に装填される封口材１６とを別々に構成する場合を説明した。しかしながら、上述したような構成を実現できる場合には、これらを一体的に構成するようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の加熱装置におけるシース熱電対によれば、シースと熱電対の沿面距離を大きくすることができるので、シースに高周波電圧が印加された場合でも、出力の安定化を図ることができると共に、従来に比べてリーク電流を減少させることができる。しかも、新たに付加する構成は、シースの端部開口に碍子を嵌めるだけであるから、シースのサイズ拡大によらず、安価に信頼性及び安全性の高いシース熱電対を有する加熱装置を提供することができる。また、シース外部に引き出した熱電対の端末や補償導線を導体シールドで包囲するようにすれば、高周波電圧による誘導に対する影響も少なくすることができ、シース熱電対の性能の向上を一層図ることができる。
【００２８】
また、本発明の加熱装置におけるシースヒータによれば、シースが接地された場合あるいは高周波電圧が印加された場合においても、従来のシースヒータに比べて、リーク電流を減少して耐電圧の向上を図ることができる。しかも、新たに付加する構成は、シースの端部開口に碍子を嵌めるだけであるから、シースのサイズ拡大によらず、安価に性能の良いシースヒータを有する加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の加熱装置におけるシース熱電対の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の一実施の形態の加熱装置におけるシースヒータの全体構成を示す断面図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】従来のシース熱電対の全体構成を示す断面図である。
【図６】図５の要部拡大図である。
【図７】従来のシースヒータの全体構成を示す断面図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【図９】従来のシースヒータの使用例を示す図である。
【図１０】従来のシースヒータの他の使用例を示す図である。
【符号の説明】
ＳＴＡ，ＳＴＢ…シース熱電対、１…熱電対、２…シース、３…絶縁物、４…碍子、５…封口材、６…被覆、７…導体シールド、８…補償導線、９…端面、ＳＨＡ，ＳＨＢ…シース熱電対、１１…発熱体、１２…端子、１３…シース、１４…絶縁物、１５…碍子、１６…封口材、１７…端面、１８…均熱板、１９…電流制御部、２０…電極、２１…高周波発振器、２２…トンランス、２３…商用電源。
【図１】
0003922497.tif 000002
【図２】
0003922497.tif 000003
【図３】
0003922497.tif 000004
【図４】
0003922497.tif 000005
【図５】
0003922497.tif 000006
【図６】
0003922497.tif 000007
【図７】
0003922497.tif 000008
【図８】
0003922497.tif 000009
【図９】
0003922497.tif 000010
【図１０】
0003922497.tif 000011