温度計測器の耐熱保護ボックス及びこれを用いた温度計測装置、並びに温度計測方法
【課題】６００℃を超える高温下で長時間さらされても内部温度を１００℃程度の低温に維持でき、収納した温度計測器を確実に保護できるとともに、高さの限られたガラス基板等のトンネル炉においても、問題なく使用することができる薄型コンパクトで軽量な耐熱保護ボックス、及びこれを用いた温度計測装置、並びに温度計測方法を提供せんとする。
【解決手段】石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器５を収納するための収納部２０を備える内側容器２と、断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器２が嵌め込まれる外側容器３と、前記温度計測器５に接続される熱電対６又は測温抵抗体の引き出し部４とより耐熱保護ボックス１を構成した。そして耐熱保護ボックス１から延出される温度計測器の単又は複数の熱電対６又は測温抵抗体を被温度測定体の所定箇所に接続し、該耐熱保護ボックス１を被温度測定体とともに加熱炉内を搬送する。
【解決手段】石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器５を収納するための収納部２０を備える内側容器２と、断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器２が嵌め込まれる外側容器３と、前記温度計測器５に接続される熱電対６又は測温抵抗体の引き出し部４とより耐熱保護ボックス１を構成した。そして耐熱保護ボックス１から延出される温度計測器の単又は複数の熱電対６又は測温抵抗体を被温度測定体の所定箇所に接続し、該耐熱保護ボックス１を被温度測定体とともに加熱炉内を搬送する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）製造におけるガラス基板の熱処理や、半導体製造過程における各種熱処理の際に用いられる温度計測技術に係り、より詳しくは、これらガラス基板等の被温度測定体の温度を炉内で計測する温度計測器のための耐熱保護ボックス、温度計測装置及び温度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の被温度測定体の温度計測構造としては、従来、例えばシリコンウエハ等の被温度測定体の加熱温度分布を予め調査するために、調査用のシリコンウエハ表面の複数箇所に有底の取付穴を設け、この取付穴内に熱電対素線先端や測温抵抗体素子の感温部を位置させた状態で、セラミックセメント等の接着部材で固定し、素線間の絶縁のためセラミック製の絶縁材を熱電対素線に外被させた温度計測構造が提案ないし採用されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００３】
ところで、例えばＦＰＤ製造過程におけるガラス基板の熱処理では、所定の条件に温度設定されたトンネル炉内をベルト等の搬送手段でガラス基板を搬送しながら加熱処理が行われるが、このようなトンネル炉内での調査用のガラス基板の温度測定をする場合のように、搬送しながら被温度測定体の加熱温度分布を調査するためには、上記のごとく被温度測定体表面の複数箇所に熱電対や測温抵抗体を接続した配線をトンネル炉出入り口から外部に引き出し、炉外に別途設置された温度計測器に接続する方法がある。
【０００４】
このような方法によれば、炉外の温度計測器に接続して遠隔的に温度計測することが可能であるが、熱電対や測温抵抗体が被温度測定体と一緒にトンネル炉内を搬送される際、配線の引きずり等が生じることとなり、配線の束の重さも加わって、搬送に伴い被温度測定体の取付穴から熱電対の素線先端や測温抵抗体素子の感温部が浮き上がり測定誤差を生じさせたり、完全に剥がれてしまう虞があった。このような浮き上がりや剥がれに対する解決策として、支持部材により熱電対等の複数本を纏めて同じ被温度測定体の上に固定する方法が提案されているが（例えば、特許文献５参照。）、熱電対等の本数が増えると支持部材だけでは耐え切れない場合もあり、ガラス基板が割れてしまうといった虞もあった。また、このように配線を引き出す方法では熱電対から温度計測器までの配線部分が長くなり、測定誤差の原因となる。
【０００５】
そこで、高温に耐えられない温度計測器を耐熱保護ボックス内に収納して、被温度測定体と一緒に炉内を搬送する方法、より具体的には、真空容器内に送信機や一次電池等の電池電源から成る温度計測器を挿入し、これを囲繞する様に蓄熱材を配設して真空容器内の温度上昇を防止するように構成した耐熱保護ボックスを設け、これを被温度測定体とともに炉内を搬送させる方法が提案されている（例えば、特許文献６）。この方法によれば、配線の引き出し／引きずりがなくなり、上記問題が解決される。
【０００６】
しかしながら、近年のＦＰＤガラス基板の熱処理トンネル炉などでは、約６００℃程度の高温に耐える耐熱保護ボックスが必要であるが、上記の耐熱保護ボックスでは、３５０℃程度が限界であり、ＦＰＤ製造において使用できるものではない。また、とくにＦＰＤのトンネル炉では内部温度を精密制御するべく炉の出入り口は極力狭く設定されており、上記のような真空容器や蓄熱材を有する構成では高さも高くなり大掛かりとなるため利用できないといった問題もある。また、ガラス基板とともに搬送するためにはできるだけ耐熱保護ボックスを小型かつ軽量に構成する必要がある。水タンクをボックス内に入れる方法もあるが液体は扱いにくい。
【０００７】
【特許文献１】実開平６−６９７８５号公報
【特許文献２】特開平１０−９９６３号公報
【特許文献３】特開２０００−５８４０６号公報
【特許文献４】特開２００１−２８９７１５号公報
【特許文献５】特開２０００−８１３５３号公報
【特許文献６】特開２００２−３０４６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、６００℃を超える高温下で長時間さらされても内部温度を１００℃程度の低温に維持でき、収納した温度計測器を確実に保護できるとともに、高さの限られたガラス基板等のトンネル炉においても、問題なく使用することができる薄型コンパクトで軽量であり、取り扱い容易な耐熱保護ボックス、及びこれを用いた温度計測装置、並びに温度計測方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述の課題解決のために、石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器を収納するための収納部を備える内側容器と、断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器が嵌め込まれる外側容器と、前記温度計測器に接続される熱電対又は測温抵抗体の引き出し部とより構成した温度計測器の耐熱保護ボックスを提供する。
【００１０】
ここで、前記断熱材が、ヒュームドシリカよりなるものが好ましい。
【００１１】
また、前記引き出し部として、前記内側容器及び外側容器の各側壁に互いに連通する貫通溝を形成したものが好ましい。
【００１２】
特に、前記外側容器の側壁に幅広の嵌合溝を設けるとともに、該嵌合溝にはめ込まれる分割ピースを設け、該分割ピースの下面に前記貫通溝を形成したものが好ましい。
【００１３】
更に、前記内側容器を、前記収納部を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周りに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したものが好ましい。
【００１４】
また、前記外側容器を、前記内側容器が嵌め込まれる嵌合空間を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周わりに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したものが好ましい。
【００１５】
また本発明は、上記した本発明に係る耐熱保護ボックスに温度計測器を収納するとともに、被温度測定体の所定箇所に接続される単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記引き出し部を通じて前記温度計測器に接続してなる温度計測装置をも提供する。
【００１６】
ここで、耐熱シートよりなる耐熱カバーを上下分割して構成するとともに、一方又は双方の分割カバーに熱電対又は測温抵抗体を引き出すための切欠部を形成し、前記温度計測器を収納する耐熱保護ボックスを前記耐熱カバー内に収納したものが好ましい。
【００１７】
また本発明は、上記した本発明に係る温度計測装置により、加熱炉内を搬送中の被温度測定体の温度を計測する温度計測方法であって、前記耐熱保護ボックスから前記引き出し部を通じて延出される前記温度計測器の単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記被温度測定体の所定箇所に接続し、該耐熱保護ボックスを前記被温度測定体とともに加熱炉内を搬送してなる温度計測方法をも提供する。
【００１８】
ここで、前記被温度計測体の温度測定領域を二以上の複数領域に分け、一の領域の所定箇所に単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を接続し、且つその他の領域に前記耐熱保護ボックスを載置した状態で、当該被温度計測体を加熱炉内を搬送することにより一の領域の温度計測を行い、他の領域についても、順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行うようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上にしてなる本願発明に係る温度計測器の耐熱保護ボックスによれば、外側容器である程度の高温下でも内側容器の温度上昇を抑えることができるとともに、内側容器が温度上昇しても、当該内側容器は石膏材よりなるため、内部に含む結晶水の熱分解エネルギーによって温度上昇を抑え、容器内部は結晶水の蒸発温度である１００℃程度に長時間維持され、内部に収納された温度計測器を確実に保護することができる。そして、このように蓄熱材や水タンク等を別途設けることなく容器自体が昇温抑制（プラトー）機能を有することから、収納部などのサイズを必要最小限に抑え、薄型・軽量・コンパクトで取り扱い容易な耐熱保護ボックスを提供できる。
【００２０】
また、外側容器の断熱材が、ヒュームドシリカよりなるものでは、外側容器自体を空気分子の運動を規制する微細なマイクロポア構造を有する断熱構造に構成することができ、６００℃以上の高温下においても内部への伝熱を効果的に遮断し、耐熱性が向上する。
【００２１】
また、内側容器を、前記収納部を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周りに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したこと、及び、外側容器を、前記内側容器が嵌め込まれる嵌合空間を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周わりに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したことから、これら凹凸係合部によって容器本体と蓋体との隙間から内部への伝熱を確実に遮断できるとともに、高さを抑えた薄型ボディにすることができる。
【００２２】
また、外側容器の外面に、飛散防止用の被覆層を形成したので、外側容器を構成する断熱材の炉内への飛散・汚染を防止し、製造品質への悪影響を回避できる。
【００２３】
また、被温度計測体の温度測定領域を二以上の複数領域に分け、一の領域の所定箇所に単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を接続し、且つその他の領域に前記耐熱保護ボックスを載置した状態で、当該被温度計測体を加熱炉内を搬送することにより一の領域の温度計測を行い、他の領域についても、順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行うことで、耐熱保護ボックスを別途搬送するための基台を必要とすることなく、被温度計測体に載せて効率よく温度測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る耐熱保護ボックス及び温度計測装置を示す分解斜視図であり、図１〜４は第１実施形態、図５、６は第２実施形態を示し、図中符号Ｓは温度計測装置、１は耐熱保護容器、２は内側容器、３は外側容器、４は引き出し部、５は温度計測器、６は熱電対をそれぞれ示している。
【００２６】
本発明に係る温度計測器の耐熱保護ボックス１は、図１及び図２に示すように、石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器５を収納するための収納部２０を備える内側容器２と、断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器２が嵌め込まれる外側容器３と、前記温度計測器５に接続される熱電対６又は測温抵抗体の引き出し部４とより構成されている。内側容器２は石膏が含む水分の気化熱で、外側容器３を構成している断熱材によって抑えきれない熱による内部の収納部２０の１００℃以上の温度上昇を抑える。
【００２７】
そして、本発明に係る温度計測装置Ｓは、上記の耐熱保護ボックス１に温度計測器５を収納するとともに、被温度測定体の所定箇所に接続される単又は複数の熱電対６又は測温抵抗体は、前記引き出し部４を通じて内部の前記温度計測器５に接続されており、本例では、予め温度計測器５に熱電対６を接続した計測体を、引き出し部４を通じて温度計測器５を収納部２０内にセットできるように構成されているが、このような形態に何ら限定されるものではない。
【００２８】
尚、以下の実施形態では、ＦＰＤ製造のトンネル炉内での調査用のガラス基板の温度測定を例に説明するが、本発明における被温度測定体としては、このようなガラス基板に何ら限定されず、半導体製造装置での調査用のシリコンウエハや、その他のものも勿論可能であり、炉内を搬送しながら被温度測定体の加熱温度分布を調査するもの以外に、チャンバー内に載置された状態で加熱されるものや、製品と一緒に調査用の被温度測定体を炉内に入れる場合においても同様に利用できることは勿論である。また、本例では、耐熱保護ボックス内に収納する温度計測器５として、熱電対等で集めた温度測定データを記憶し、後でコンピュータに接続してデータ出力するようなデータロガー（例えば，グラム株式会社製耐熱温度ロガー ＬＴシリーズ「ＬＴ−３Ｌ／ＬＴ−３Ｈ」など）を用いる場合を例に説明するが、その他の方式の温度計測器でもよく、例えば炉外に設けた受信器に対してデータを無線送信する送信器でもよく、この場合、耐熱保護ボックスにアンテナを延出させる延出溝を形成することも好ましい。
【００２９】
先ず、図１〜４に基づき、本発明の第１実施形態について説明する。
【００３０】
内側容器２は、石膏材で成形されたケースであり、収納部２０を備えた上端開放の容器本体２１と、該容器本体２１の上端開口部２１ａを閉塞する蓋体２２とより構成し、該容器本体２１の上端開口部２１ａの周りに該蓋体２２と係合する凹凸係合部２ａが周設されている。凹凸係合部２ａは、より詳しくは容器本体２１の側壁２３上端面に外側に段差状の凹溝２４を形成するとともに、蓋体２２の内面外周部に沿って、前記凹溝２４に嵌合する凸条２５を突設して構成されており、この凹凸係合部２ａにより容器本体２１と蓋体２２との隙間から熱気が浸入することを効果的に防止している。この凹凸係合部２ａは、本例のような凹溝２４と凸条２５で構成されるものに限定されず、種々の構造が採用できる。また、このような凹凸係合部２ａは本例のように全周に形成することが好ましいが、一部にのみ構成してもよい。また、凹凸係合部２ａを構成する凹溝２４又は凸条２５に面取りを行い、取付け時の欠損等を未然に防止する構造も好ましい。
【００３１】
内側容器２の容器本体２１及び蓋体２２は、それぞれ石膏材を用いて成形されている。この石膏材には、繊維等の補強材やその他の成分を混合して成形することも好ましい。本発明の内側容器２は、このように石膏材で構成されているため、１００℃以上に高温に晒された際に内部に２０重量パーセント以上含まれている結晶水の熱分解エネルギーによって温度上昇が抑えられ、収納部２０を結晶水の蒸発温度である１００℃程度に維持でき、収納した温度計測器５を確実に保護できるように構成されている。
【００３２】
外側容器３は、断熱材で構成される断熱ケースであり、直接加熱炉からの熱を受け、内側容器２への熱の移動を遮断する。具体的には、上記した内側容器２の構造と同様、内側容器２が嵌め込まれる嵌合空間３０を備えた上端開放の容器本体３１と、該容器本体３１の上端開口部３１ａを閉塞する蓋体３２とより構成されており、該容器本体３１の上端開口部３１ａの周わりに該蓋体３２と係合する凹凸係合部３ａが周設されている。尚、外側容器３は本例のように容器本体３１と蓋体３２とより構成されるもの以外に、例えば側方に開口する筒状に構成し、内側容器を当該開口部より引き出すような構造としてもよい。この場合、例えば内側容器の前後面に、外側容器と同じ断熱材で構成されたパネルを貼りあわせておき、前後開口した筒状の外側容器に挿着する構造など種々の構造が採用できる。また嵌合空間３０は、本例ではほぼ隙間なく内側容器２が嵌め込まれる空間寸法に設定されているが、多少の隙間が維持されるように設定してもよい。
【００３３】
凹凸係合部３ａは、より詳しくは容器本体３１の側壁３３上端面に外側に段差状の凹溝３４を形成するとともに、蓋体３２の内面外周部に沿って、前記凹溝３４に嵌合する凸条３５を突設して構成され、凹凸係合部３ａにより容器本体３１と蓋体３２との隙間から熱気が浸入することを効果的に防止している。この凹凸係合部３ａは、内側容器２の場合と同様、凹溝３４と凸条３５で構成されるものに限定されず、種々の構造が採用できる。また、このような凹凸係合部３ａは本例のように全周に形成することが好ましいが一部にのみ構成してもよい。また、凹凸係合部３ａを構成する凹溝３４又は凸条３５に面取りを行い、取付け時の欠損等を未然に防止する構造も好ましい。本例では凹溝３４の掘り下げ角部に面取り部３４ｂが形成され、凸条３５との接触時に破損することを防止している。
【００３４】
外側容器３の容器本体３１及び蓋体３２は、それぞれ断熱材を用いて成形されており、この断熱材としては、ヒュームドシリカよりなるものが好ましく、より詳しくは、ヒュームドシリカの微粒子、例えば５〜３０ｎｍほどの球状微粒子を圧縮成形することで、外側容器３自体を空気分子の運動を規制する微細なマイクロポア構造を有する断熱構造に構成することができ、６００℃以上の高温下においても内部への伝熱を遮断できるとともに、このようなヒュームドシリカのマイクロポア構造とすれば、石膏材から成形された内側容器２から放出される蒸気を吸収するとともに外部に放出することができ、内側容器２内部の圧力を蒸気圧１気圧に維持して温度上昇を確実に防止することが可能となるのである。
【００３５】
具体的には、１００℃以上における物質の伝熱は放射伝熱が支配的であることから、ヒュームドシリカ以外に赤外線を透過させない物質として高純度ジルコニア等の赤外線吸収材を混合して成形したものが好ましく、例えばPorextherm Daammstoffe GmbH社製「Porextherm WDS（登録商標）」を用いて成形することができる。勿論、このようなヒュームドシリカよりなる断熱材として、その他のものを用いたり、断熱材としてヒュームドシリカ以外のもの、例えばケイ酸カルシウムやセラミックファイバーなどの公知の断熱材で成形したものでもよい。尚、外側容器３を構成する容器本体３１及び蓋体３２の外面全体に、飛散防止用の被覆層として、セラミック和紙の被覆膜を形成することや、その外側を熱処理されたステンレスケースで保護することも好ましい例である（何れも図示せず）。本例では、後述の通り、シリカカバー内に収めることで飛散防止を図っている。
【００３６】
内側容器２及び外側容器３の各側壁２３、３３には、熱電対６の引き出し部４として、互いに連通する貫通溝４１、４２が形成されており、外側容器３においては、貫通溝４２に連通する貫通溝４３が蓋体３２にも形成されている。より具体的には、内側容器２の側壁２３の上端面に開放して内外方向に貫通する貫通溝４１が穿設され、外側容器３の側壁３３にも、同じく上端面に開放して内外方向に貫通する貫通溝４２が穿設され、本例では貫通溝４２の深さの関係から凹溝３４の上部に開放されるため、さらに蓋体３２の凸条３５にも、その下端面に開放して内外方向に貫通する貫通溝４３が穿設されている。本例では、引き出し部４を一本のみ形成しているが、複数本形成することも好ましい。図１の例では、３つの温度計測器５が収納され、３本の熱電対が接続されるが、熱電対６の途中部を１本にまとめて引き出し部４に挿着するように構成している。しかし、このように１本にまとめず、３本を縦方向に並べて引き出し部４内に挿着したり、或いは引き出し部４を３本形成し、それぞれ１本ずつ挿着するように構成することも勿論可能である。
【００３７】
本例では、引き出し部４として、それぞれ上端面又は下端面に開放された貫通溝４１〜４３を穿設して構成したが、とくに貫通溝４２、４３はそれぞれ深い溝で構成され、熱電対６を挿通した状態で開放されている上端面側、下端面側にそれぞれ余剰空間が生じる。そこで、機密性をよりよくして断熱性を高めるべく、図３に示すように側壁３３を切り欠いた切欠き部３６の底部に浅い貫通溝４２を形成するとともに、蓋体３２内面の前記切欠き部３６に対応する位置に該切欠き部３６に嵌合する突起部３７を設け、該突起部３７の先端面に同じく浅い貫通溝４３を形成し、該突起部３７と切欠き部３６とで貫通溝４２、４３に内装した熱電対６を余剰空間なく挟み込む構成とすることが好ましく、さらに、同じく凸条３５を切り欠いた切欠き部３８の底部に、前記突起部３７から延びる浅い貫通溝４３を延設するとともに、容器本体３１の凹溝３４上面の前記切欠き部３８に対応する位置に該切欠き部３８に嵌合する突起部３９を設け、該突起部３９の上端面に前記切欠き部３６底面から延びる浅い貫通溝４２を延設し、該突起部３９と切欠き部３８とで貫通溝４２、４３に内装した熱電対６を余剰空間なく挟み込む構成とすることが好ましい。尚、本例では突起部３７と切欠き部３６の組合せ、及び突起部３９と切欠き部３８の組合せにより、それぞれ熱電対６を挟み込む構造であるが、いずれか一方の組合せのみからなる構造とし、他方は図１に示した深い貫通溝を形成するようにしてもよい。また、他の例として、熱電対６を屈曲させる必要はあるが、図４に示すように容器本体３１の凹溝３４を備える側壁３３の外面形状に沿って浅い開放溝６０を形成して熱電対６を余剰空間なく装着し、蓋体３２との間で挟み込むものも好ましい。
【００３８】
また、本例では、引き出し部４として、それぞれ上端面又は下端面に開放された貫通溝４１〜４３を穿設して構成したが、開放しない孔として構成することも可能である。その他、側壁２３、３３に穿設するもの以外に、蓋体２２、３２に貫通孔を連設して設けたもの等でもよい。また、本例では引き出し部４を一方向にのみ設けているが、複数方向の側壁２３、３３にそれぞれ設け、熱電対６を複数方向に引き出すことができるように構成してもよい。さらに、内側容器２の貫通溝と外側容器３の貫通溝が互いに連通しない構造、例えば内側容器２の蓋体２２から引き出し、且つ外側容器３の側壁３３から引き出すような構造を採用することも可能である。
【００３９】
本例では、内側容器２及び外側容器３をそれぞれ平面視で方形に構成したが、多角形、楕円形、円形、異形、その他の形状に構成してもよい。また、特に外側容器は、例えば半球形状や円錐台形状や角錐台形状などに構成することも好ましい。
【００４０】
次に、図５、６に基づき、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４１】
本実施形態では、図５に示すように内側容器２が同じく凹凸係合部２ａを有する容器本体２１と蓋体２２とより構成され、側壁２３に引き出し部４として貫通溝４１が形成されているが、蓋体２２内面の前記貫通溝４１に対応する位置に、該貫通溝４１に嵌合する突起部２６が突設されており、これにより貫通溝４１を通る熱電対６を前記突起部２６と貫通溝４１とで余剰空間なく挟み込むことができ、機密性が向上して熱気の入り込みをより確実に防止している。
【００４２】
また、外側容器３は、第１実施形態と同様、凹凸係合部３ａを有する容器本体３１と蓋体３２とより構成されており、本例では凹凸係合部３ａを構成する凹溝３４と凸条３５が互いにテーパー状に接するように断面視略台形状に形成されている。このテーパー形状は上記第１実施形態で説明した面取り部３４ｂをより大きくしてテーパー状に傾斜面を構成したものであり、このように両者がテーパー状に当接して係合することにより容器開閉時に互いに接触する当該凹凸係合部３ａが破損しにくいようになっている。
【００４３】
更に本例では、外側容器３の側壁３３に貫通溝４２を設ける代わりに、凹溝３４を内部の嵌合空間３０側に連通させる幅広の嵌合溝６１を設けるとともに、該嵌合溝６１にはめ込まれる分割ピース６２を設け、該分割ピース６２に熱電対６を通すための貫通溝６３が形成されている。貫通溝６３は分割ピース６２の下面６２ａに開放して設けられており、分割ピース６２を嵌合溝６１にはめ込むことで、熱電対６を貫通溝６３内に通しつつ機密性を保持する壁として機能する。ここで、前記分割ピース６２と嵌合溝６１とは上方が幅広なテーパー状に当接するように構成されているが、その他の形状であっても勿論よい。また、熱電対６を通す貫通溝６３は分割ピース６２の下面６２ａに設けたが、上面や上下面に開放されない孔として構成することも勿論可能である。本例のように分割ピース６２を用いて熱電対６の引き出し部４を構成することにより、図６の断面図にも示すように、外側容器３の嵌合空間３０内に内側容器２を装着し、幅広な嵌合溝６１を通して熱電対６を引き出して自由に配線した後、分割ピース６２を上から取り付けて貫通溝６３内に熱電対６を収納しつつ簡単に閉鎖することができ、ガラス基板等への熱電対の配線時における熱電対の移動により引き出し部４の角部等が破損するといった問題も未然に防止することができる。なお、例えば分割ピース６に複数本の貫通溝６３を設けることも可能である。
【００４４】
次に、図７〜９に基づき、本発明に係る温度計測装置Ｓにより加熱炉内を搬送中の被温度測定体の温度を計測する温度計測方法について説明する。
【００４５】
本例の温度計測は、耐熱保護ボックス１から引き出し部４を通じて延出される複数の熱電対６を、被温度測定体であるガラス基板７の所定の複数箇所にそれぞれ接続し、耐熱保護ボックス１はガラス基板７とともに加熱炉内を搬送させる。加熱炉で加熱されたガラス基板７の複数個所の温度は、熱電対６によって温度計測器５であるデータロガーに記録され、測定後、炉内から取り出した当該データロガーを別途コンピュータに接続し、記録されたデータを読み取って該コンピュータで解析されることとなる。
【００４６】
ガラス基板７への熱電対６等の接続は、従来からシリコンウエハ等でも広く採用されている構造が採用でき、本例では複数箇所に有底の取付穴７０を設けて熱電対素線の感温部をセラミックセメント等の接着部材で固定しているが、このような方法に何ら限定されない。勿論、熱電対素線以外に、測温抵抗体で測定するようにしてもよい。また、熱電対自体の構造も何ら限定されず、例えば先端の温接点をシース外に露出させた露出型やシース先端に接続した接触型、その他の種々の構造のものを採用できる。
【００４７】
本実施形態においては、図７に示すように被温度計測体であるガラス基板７の温度測定領域を二つの領域７１、７２に分け、まず、一方の領域７１の所定箇所（取付穴７０）に熱電対６をそれぞれ接続するとともに、他方の領域７２に前記熱電対６が接続された温度計測器５（データロガー）を収納する耐熱保護ボックスを載置し、この状態で当該ガラス基板７を加熱炉内を搬送して一方の領域７１の温度計測を行った後、次に同様にして、領域７２に熱電対６を接続するとともに領域７１に耐熱保護ボックスを載置して温度計測を行うことで、双方の領域７１、７２の温度計測を終了させる方法を採用している。尚、本例では二つの領域に分けているが、三以上の領域に分けて順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行うようにすることも可能である。
【００４８】
また、本発明の耐熱保護ボックス１をそのまま設置することも可能であるが、好ましくは図９に示すようにシリカ繊維等の耐熱繊維よりなる耐熱カバー８内に収納して設置し、耐熱保護ボックス１を構成している特に断熱材よりなる外側容器の細かい破片などの不純物が飛散するのを未然に防止している。本例では、上下に分割された分割カバー８１、８２（下側の分割カバー８２は熱電対を引き出す切欠部を有する）より構成したがその他の形態のカバーでもよい。
【００４９】
また、本発明は、このように耐熱保護ボックスをガラス基板の上に載置して測定する方法以外に、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス基板７の隣に耐熱保護ボックスを搬送して測定するようにしても勿論よい。図８（ａ）はガラス基板７を挟み込むように搬送方向の前後両隣にそれぞれ耐熱保護ボックス１，１を配置させるように搬送させ、略半分づつの領域の測定を担当させるように構成した例であり、図８（ｂ）は、ガラス基板７の前後片方の隣にのみ耐熱保護ボックス１を配置させるように搬送させ、すべての領域の測定を担当させるように構成した例である。
【００５０】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明の実施例に係る耐熱保護ボックスの耐熱特性（収納部の温度特性）について試験を行った結果について説明する。
【００５２】
試験に使用した耐熱保護ボックス（実施例）は、図１、２に示した第１実施形態と同じ構造を有し、外側容器３は高さ８０ｍｍ、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍに設定した。そして、内側容器２の収納部２０内に温度計を配置し、大気ニクロム炉（炉内サイズ；４００×４００×１０００ｍｍ、灼熱範囲；３００×３９０×８００ｍｍ）で６００℃まで加熱して１０分間保持した後に空冷する熱サイクルを１０回繰り返した。当該１０回の各サイクルでの収納部２０の最高温度を、下記表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
上記試験結果から、収納部に収納される温度計測器（バッテリー等も含む）の耐熱温度が約１００℃であるとすれば、本実施例の耐熱保護容器は６００℃程度まで上昇する場面においても、６ショットまで使用可能であることが分かる。７回目以降、収納部の温度上昇が抑えられなかった理由としては、内側容器を構成している石膏材の含有する結晶水が出尽くしたことが考えられる。よって、実際の使用の際、６ショット目で内側容器２を交換することより、さらに７ショット目以降も繰り返して使用することができることが分かる。又、別途行った６００℃連続加熱試験では、３時間ボックス内温度を１００℃に保った。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る耐熱保護ボックス及び温度計測装置を示す分解斜視図。
【図２】同じく縦断面図。
【図３】引き出し部の変形例を示す分解斜視図。
【図４】引き出し部の他の変形例を示す要部の縦断面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る耐熱保護ボックス及び温度計測装置を示す分解斜視図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、同じく縦断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は、温度計測装置により被温度測定体の温度を計測する温度計測方法を示す説明図。
【図８】（ａ），（ｂ）は、同じく温度計測方法の変形例を示す説明図。
【図９】耐熱保護ボックスを耐熱カバー内に収納した温度計測装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
Ｓ 温度計測装置
１ 耐熱保護ボックス
２ 内側容器
２ａ 凹凸係合部
３ 外側容器
３ａ 凹凸係合部
４ 引き出し部
５ 温度計測器
６ 熱電対
７ ガラス基板
８ 耐熱カバー
２０ 収納部
２１ 容器本体
２１ａ 開口部
２２ 蓋体
２３ 側壁
２４ 凹溝
２５ 凸条
２６ 突起部
３０ 嵌合空間
３１ 容器本体
３１ａ 開口部
３２ 蓋体
３３ 側壁
３４ 凹溝
３４ｂ 面取り部
３５ 凸条
３６ 切欠き部
３７ 突起部
３８ 切欠き部
３９ 突起部
４１，４２，４３ 貫通溝
６０ 開放溝
６１ 嵌合溝
６２ａ 下面
６２ 分割ピース
６３ 貫通溝
７０ 取付穴
７１，７２ 領域
８１ 分割カバー
８２ 分割カバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）製造におけるガラス基板の熱処理や、半導体製造過程における各種熱処理の際に用いられる温度計測技術に係り、より詳しくは、これらガラス基板等の被温度測定体の温度を炉内で計測する温度計測器のための耐熱保護ボックス、温度計測装置及び温度計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の被温度測定体の温度計測構造としては、従来、例えばシリコンウエハ等の被温度測定体の加熱温度分布を予め調査するために、調査用のシリコンウエハ表面の複数箇所に有底の取付穴を設け、この取付穴内に熱電対素線先端や測温抵抗体素子の感温部を位置させた状態で、セラミックセメント等の接着部材で固定し、素線間の絶縁のためセラミック製の絶縁材を熱電対素線に外被させた温度計測構造が提案ないし採用されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。
【０００３】
ところで、例えばＦＰＤ製造過程におけるガラス基板の熱処理では、所定の条件に温度設定されたトンネル炉内をベルト等の搬送手段でガラス基板を搬送しながら加熱処理が行われるが、このようなトンネル炉内での調査用のガラス基板の温度測定をする場合のように、搬送しながら被温度測定体の加熱温度分布を調査するためには、上記のごとく被温度測定体表面の複数箇所に熱電対や測温抵抗体を接続した配線をトンネル炉出入り口から外部に引き出し、炉外に別途設置された温度計測器に接続する方法がある。
【０００４】
このような方法によれば、炉外の温度計測器に接続して遠隔的に温度計測することが可能であるが、熱電対や測温抵抗体が被温度測定体と一緒にトンネル炉内を搬送される際、配線の引きずり等が生じることとなり、配線の束の重さも加わって、搬送に伴い被温度測定体の取付穴から熱電対の素線先端や測温抵抗体素子の感温部が浮き上がり測定誤差を生じさせたり、完全に剥がれてしまう虞があった。このような浮き上がりや剥がれに対する解決策として、支持部材により熱電対等の複数本を纏めて同じ被温度測定体の上に固定する方法が提案されているが（例えば、特許文献５参照。）、熱電対等の本数が増えると支持部材だけでは耐え切れない場合もあり、ガラス基板が割れてしまうといった虞もあった。また、このように配線を引き出す方法では熱電対から温度計測器までの配線部分が長くなり、測定誤差の原因となる。
【０００５】
そこで、高温に耐えられない温度計測器を耐熱保護ボックス内に収納して、被温度測定体と一緒に炉内を搬送する方法、より具体的には、真空容器内に送信機や一次電池等の電池電源から成る温度計測器を挿入し、これを囲繞する様に蓄熱材を配設して真空容器内の温度上昇を防止するように構成した耐熱保護ボックスを設け、これを被温度測定体とともに炉内を搬送させる方法が提案されている（例えば、特許文献６）。この方法によれば、配線の引き出し／引きずりがなくなり、上記問題が解決される。
【０００６】
しかしながら、近年のＦＰＤガラス基板の熱処理トンネル炉などでは、約６００℃程度の高温に耐える耐熱保護ボックスが必要であるが、上記の耐熱保護ボックスでは、３５０℃程度が限界であり、ＦＰＤ製造において使用できるものではない。また、とくにＦＰＤのトンネル炉では内部温度を精密制御するべく炉の出入り口は極力狭く設定されており、上記のような真空容器や蓄熱材を有する構成では高さも高くなり大掛かりとなるため利用できないといった問題もある。また、ガラス基板とともに搬送するためにはできるだけ耐熱保護ボックスを小型かつ軽量に構成する必要がある。水タンクをボックス内に入れる方法もあるが液体は扱いにくい。
【０００７】
【特許文献１】実開平６−６９７８５号公報
【特許文献２】特開平１０−９９６３号公報
【特許文献３】特開２０００−５８４０６号公報
【特許文献４】特開２００１−２８９７１５号公報
【特許文献５】特開２０００−８１３５３号公報
【特許文献６】特開２００２−３０４６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明が前述の状況に鑑み、解決しようとするところは、６００℃を超える高温下で長時間さらされても内部温度を１００℃程度の低温に維持でき、収納した温度計測器を確実に保護できるとともに、高さの限られたガラス基板等のトンネル炉においても、問題なく使用することができる薄型コンパクトで軽量であり、取り扱い容易な耐熱保護ボックス、及びこれを用いた温度計測装置、並びに温度計測方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前述の課題解決のために、石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器を収納するための収納部を備える内側容器と、断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器が嵌め込まれる外側容器と、前記温度計測器に接続される熱電対又は測温抵抗体の引き出し部とより構成した温度計測器の耐熱保護ボックスを提供する。
【００１０】
ここで、前記断熱材が、ヒュームドシリカよりなるものが好ましい。
【００１１】
また、前記引き出し部として、前記内側容器及び外側容器の各側壁に互いに連通する貫通溝を形成したものが好ましい。
【００１２】
特に、前記外側容器の側壁に幅広の嵌合溝を設けるとともに、該嵌合溝にはめ込まれる分割ピースを設け、該分割ピースの下面に前記貫通溝を形成したものが好ましい。
【００１３】
更に、前記内側容器を、前記収納部を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周りに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したものが好ましい。
【００１４】
また、前記外側容器を、前記内側容器が嵌め込まれる嵌合空間を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周わりに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したものが好ましい。
【００１５】
また本発明は、上記した本発明に係る耐熱保護ボックスに温度計測器を収納するとともに、被温度測定体の所定箇所に接続される単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記引き出し部を通じて前記温度計測器に接続してなる温度計測装置をも提供する。
【００１６】
ここで、耐熱シートよりなる耐熱カバーを上下分割して構成するとともに、一方又は双方の分割カバーに熱電対又は測温抵抗体を引き出すための切欠部を形成し、前記温度計測器を収納する耐熱保護ボックスを前記耐熱カバー内に収納したものが好ましい。
【００１７】
また本発明は、上記した本発明に係る温度計測装置により、加熱炉内を搬送中の被温度測定体の温度を計測する温度計測方法であって、前記耐熱保護ボックスから前記引き出し部を通じて延出される前記温度計測器の単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記被温度測定体の所定箇所に接続し、該耐熱保護ボックスを前記被温度測定体とともに加熱炉内を搬送してなる温度計測方法をも提供する。
【００１８】
ここで、前記被温度計測体の温度測定領域を二以上の複数領域に分け、一の領域の所定箇所に単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を接続し、且つその他の領域に前記耐熱保護ボックスを載置した状態で、当該被温度計測体を加熱炉内を搬送することにより一の領域の温度計測を行い、他の領域についても、順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行うようにすることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
以上にしてなる本願発明に係る温度計測器の耐熱保護ボックスによれば、外側容器である程度の高温下でも内側容器の温度上昇を抑えることができるとともに、内側容器が温度上昇しても、当該内側容器は石膏材よりなるため、内部に含む結晶水の熱分解エネルギーによって温度上昇を抑え、容器内部は結晶水の蒸発温度である１００℃程度に長時間維持され、内部に収納された温度計測器を確実に保護することができる。そして、このように蓄熱材や水タンク等を別途設けることなく容器自体が昇温抑制（プラトー）機能を有することから、収納部などのサイズを必要最小限に抑え、薄型・軽量・コンパクトで取り扱い容易な耐熱保護ボックスを提供できる。
【００２０】
また、外側容器の断熱材が、ヒュームドシリカよりなるものでは、外側容器自体を空気分子の運動を規制する微細なマイクロポア構造を有する断熱構造に構成することができ、６００℃以上の高温下においても内部への伝熱を効果的に遮断し、耐熱性が向上する。
【００２１】
また、内側容器を、前記収納部を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周りに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したこと、及び、外側容器を、前記内側容器が嵌め込まれる嵌合空間を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周わりに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設したことから、これら凹凸係合部によって容器本体と蓋体との隙間から内部への伝熱を確実に遮断できるとともに、高さを抑えた薄型ボディにすることができる。
【００２２】
また、外側容器の外面に、飛散防止用の被覆層を形成したので、外側容器を構成する断熱材の炉内への飛散・汚染を防止し、製造品質への悪影響を回避できる。
【００２３】
また、被温度計測体の温度測定領域を二以上の複数領域に分け、一の領域の所定箇所に単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を接続し、且つその他の領域に前記耐熱保護ボックスを載置した状態で、当該被温度計測体を加熱炉内を搬送することにより一の領域の温度計測を行い、他の領域についても、順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行うことで、耐熱保護ボックスを別途搬送するための基台を必要とすることなく、被温度計測体に載せて効率よく温度測定を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明に係る耐熱保護ボックス及び温度計測装置を示す分解斜視図であり、図１〜４は第１実施形態、図５、６は第２実施形態を示し、図中符号Ｓは温度計測装置、１は耐熱保護容器、２は内側容器、３は外側容器、４は引き出し部、５は温度計測器、６は熱電対をそれぞれ示している。
【００２６】
本発明に係る温度計測器の耐熱保護ボックス１は、図１及び図２に示すように、石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器５を収納するための収納部２０を備える内側容器２と、断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器２が嵌め込まれる外側容器３と、前記温度計測器５に接続される熱電対６又は測温抵抗体の引き出し部４とより構成されている。内側容器２は石膏が含む水分の気化熱で、外側容器３を構成している断熱材によって抑えきれない熱による内部の収納部２０の１００℃以上の温度上昇を抑える。
【００２７】
そして、本発明に係る温度計測装置Ｓは、上記の耐熱保護ボックス１に温度計測器５を収納するとともに、被温度測定体の所定箇所に接続される単又は複数の熱電対６又は測温抵抗体は、前記引き出し部４を通じて内部の前記温度計測器５に接続されており、本例では、予め温度計測器５に熱電対６を接続した計測体を、引き出し部４を通じて温度計測器５を収納部２０内にセットできるように構成されているが、このような形態に何ら限定されるものではない。
【００２８】
尚、以下の実施形態では、ＦＰＤ製造のトンネル炉内での調査用のガラス基板の温度測定を例に説明するが、本発明における被温度測定体としては、このようなガラス基板に何ら限定されず、半導体製造装置での調査用のシリコンウエハや、その他のものも勿論可能であり、炉内を搬送しながら被温度測定体の加熱温度分布を調査するもの以外に、チャンバー内に載置された状態で加熱されるものや、製品と一緒に調査用の被温度測定体を炉内に入れる場合においても同様に利用できることは勿論である。また、本例では、耐熱保護ボックス内に収納する温度計測器５として、熱電対等で集めた温度測定データを記憶し、後でコンピュータに接続してデータ出力するようなデータロガー（例えば，グラム株式会社製耐熱温度ロガー ＬＴシリーズ「ＬＴ−３Ｌ／ＬＴ−３Ｈ」など）を用いる場合を例に説明するが、その他の方式の温度計測器でもよく、例えば炉外に設けた受信器に対してデータを無線送信する送信器でもよく、この場合、耐熱保護ボックスにアンテナを延出させる延出溝を形成することも好ましい。
【００２９】
先ず、図１〜４に基づき、本発明の第１実施形態について説明する。
【００３０】
内側容器２は、石膏材で成形されたケースであり、収納部２０を備えた上端開放の容器本体２１と、該容器本体２１の上端開口部２１ａを閉塞する蓋体２２とより構成し、該容器本体２１の上端開口部２１ａの周りに該蓋体２２と係合する凹凸係合部２ａが周設されている。凹凸係合部２ａは、より詳しくは容器本体２１の側壁２３上端面に外側に段差状の凹溝２４を形成するとともに、蓋体２２の内面外周部に沿って、前記凹溝２４に嵌合する凸条２５を突設して構成されており、この凹凸係合部２ａにより容器本体２１と蓋体２２との隙間から熱気が浸入することを効果的に防止している。この凹凸係合部２ａは、本例のような凹溝２４と凸条２５で構成されるものに限定されず、種々の構造が採用できる。また、このような凹凸係合部２ａは本例のように全周に形成することが好ましいが、一部にのみ構成してもよい。また、凹凸係合部２ａを構成する凹溝２４又は凸条２５に面取りを行い、取付け時の欠損等を未然に防止する構造も好ましい。
【００３１】
内側容器２の容器本体２１及び蓋体２２は、それぞれ石膏材を用いて成形されている。この石膏材には、繊維等の補強材やその他の成分を混合して成形することも好ましい。本発明の内側容器２は、このように石膏材で構成されているため、１００℃以上に高温に晒された際に内部に２０重量パーセント以上含まれている結晶水の熱分解エネルギーによって温度上昇が抑えられ、収納部２０を結晶水の蒸発温度である１００℃程度に維持でき、収納した温度計測器５を確実に保護できるように構成されている。
【００３２】
外側容器３は、断熱材で構成される断熱ケースであり、直接加熱炉からの熱を受け、内側容器２への熱の移動を遮断する。具体的には、上記した内側容器２の構造と同様、内側容器２が嵌め込まれる嵌合空間３０を備えた上端開放の容器本体３１と、該容器本体３１の上端開口部３１ａを閉塞する蓋体３２とより構成されており、該容器本体３１の上端開口部３１ａの周わりに該蓋体３２と係合する凹凸係合部３ａが周設されている。尚、外側容器３は本例のように容器本体３１と蓋体３２とより構成されるもの以外に、例えば側方に開口する筒状に構成し、内側容器を当該開口部より引き出すような構造としてもよい。この場合、例えば内側容器の前後面に、外側容器と同じ断熱材で構成されたパネルを貼りあわせておき、前後開口した筒状の外側容器に挿着する構造など種々の構造が採用できる。また嵌合空間３０は、本例ではほぼ隙間なく内側容器２が嵌め込まれる空間寸法に設定されているが、多少の隙間が維持されるように設定してもよい。
【００３３】
凹凸係合部３ａは、より詳しくは容器本体３１の側壁３３上端面に外側に段差状の凹溝３４を形成するとともに、蓋体３２の内面外周部に沿って、前記凹溝３４に嵌合する凸条３５を突設して構成され、凹凸係合部３ａにより容器本体３１と蓋体３２との隙間から熱気が浸入することを効果的に防止している。この凹凸係合部３ａは、内側容器２の場合と同様、凹溝３４と凸条３５で構成されるものに限定されず、種々の構造が採用できる。また、このような凹凸係合部３ａは本例のように全周に形成することが好ましいが一部にのみ構成してもよい。また、凹凸係合部３ａを構成する凹溝３４又は凸条３５に面取りを行い、取付け時の欠損等を未然に防止する構造も好ましい。本例では凹溝３４の掘り下げ角部に面取り部３４ｂが形成され、凸条３５との接触時に破損することを防止している。
【００３４】
外側容器３の容器本体３１及び蓋体３２は、それぞれ断熱材を用いて成形されており、この断熱材としては、ヒュームドシリカよりなるものが好ましく、より詳しくは、ヒュームドシリカの微粒子、例えば５〜３０ｎｍほどの球状微粒子を圧縮成形することで、外側容器３自体を空気分子の運動を規制する微細なマイクロポア構造を有する断熱構造に構成することができ、６００℃以上の高温下においても内部への伝熱を遮断できるとともに、このようなヒュームドシリカのマイクロポア構造とすれば、石膏材から成形された内側容器２から放出される蒸気を吸収するとともに外部に放出することができ、内側容器２内部の圧力を蒸気圧１気圧に維持して温度上昇を確実に防止することが可能となるのである。
【００３５】
具体的には、１００℃以上における物質の伝熱は放射伝熱が支配的であることから、ヒュームドシリカ以外に赤外線を透過させない物質として高純度ジルコニア等の赤外線吸収材を混合して成形したものが好ましく、例えばPorextherm Daammstoffe GmbH社製「Porextherm WDS（登録商標）」を用いて成形することができる。勿論、このようなヒュームドシリカよりなる断熱材として、その他のものを用いたり、断熱材としてヒュームドシリカ以外のもの、例えばケイ酸カルシウムやセラミックファイバーなどの公知の断熱材で成形したものでもよい。尚、外側容器３を構成する容器本体３１及び蓋体３２の外面全体に、飛散防止用の被覆層として、セラミック和紙の被覆膜を形成することや、その外側を熱処理されたステンレスケースで保護することも好ましい例である（何れも図示せず）。本例では、後述の通り、シリカカバー内に収めることで飛散防止を図っている。
【００３６】
内側容器２及び外側容器３の各側壁２３、３３には、熱電対６の引き出し部４として、互いに連通する貫通溝４１、４２が形成されており、外側容器３においては、貫通溝４２に連通する貫通溝４３が蓋体３２にも形成されている。より具体的には、内側容器２の側壁２３の上端面に開放して内外方向に貫通する貫通溝４１が穿設され、外側容器３の側壁３３にも、同じく上端面に開放して内外方向に貫通する貫通溝４２が穿設され、本例では貫通溝４２の深さの関係から凹溝３４の上部に開放されるため、さらに蓋体３２の凸条３５にも、その下端面に開放して内外方向に貫通する貫通溝４３が穿設されている。本例では、引き出し部４を一本のみ形成しているが、複数本形成することも好ましい。図１の例では、３つの温度計測器５が収納され、３本の熱電対が接続されるが、熱電対６の途中部を１本にまとめて引き出し部４に挿着するように構成している。しかし、このように１本にまとめず、３本を縦方向に並べて引き出し部４内に挿着したり、或いは引き出し部４を３本形成し、それぞれ１本ずつ挿着するように構成することも勿論可能である。
【００３７】
本例では、引き出し部４として、それぞれ上端面又は下端面に開放された貫通溝４１〜４３を穿設して構成したが、とくに貫通溝４２、４３はそれぞれ深い溝で構成され、熱電対６を挿通した状態で開放されている上端面側、下端面側にそれぞれ余剰空間が生じる。そこで、機密性をよりよくして断熱性を高めるべく、図３に示すように側壁３３を切り欠いた切欠き部３６の底部に浅い貫通溝４２を形成するとともに、蓋体３２内面の前記切欠き部３６に対応する位置に該切欠き部３６に嵌合する突起部３７を設け、該突起部３７の先端面に同じく浅い貫通溝４３を形成し、該突起部３７と切欠き部３６とで貫通溝４２、４３に内装した熱電対６を余剰空間なく挟み込む構成とすることが好ましく、さらに、同じく凸条３５を切り欠いた切欠き部３８の底部に、前記突起部３７から延びる浅い貫通溝４３を延設するとともに、容器本体３１の凹溝３４上面の前記切欠き部３８に対応する位置に該切欠き部３８に嵌合する突起部３９を設け、該突起部３９の上端面に前記切欠き部３６底面から延びる浅い貫通溝４２を延設し、該突起部３９と切欠き部３８とで貫通溝４２、４３に内装した熱電対６を余剰空間なく挟み込む構成とすることが好ましい。尚、本例では突起部３７と切欠き部３６の組合せ、及び突起部３９と切欠き部３８の組合せにより、それぞれ熱電対６を挟み込む構造であるが、いずれか一方の組合せのみからなる構造とし、他方は図１に示した深い貫通溝を形成するようにしてもよい。また、他の例として、熱電対６を屈曲させる必要はあるが、図４に示すように容器本体３１の凹溝３４を備える側壁３３の外面形状に沿って浅い開放溝６０を形成して熱電対６を余剰空間なく装着し、蓋体３２との間で挟み込むものも好ましい。
【００３８】
また、本例では、引き出し部４として、それぞれ上端面又は下端面に開放された貫通溝４１〜４３を穿設して構成したが、開放しない孔として構成することも可能である。その他、側壁２３、３３に穿設するもの以外に、蓋体２２、３２に貫通孔を連設して設けたもの等でもよい。また、本例では引き出し部４を一方向にのみ設けているが、複数方向の側壁２３、３３にそれぞれ設け、熱電対６を複数方向に引き出すことができるように構成してもよい。さらに、内側容器２の貫通溝と外側容器３の貫通溝が互いに連通しない構造、例えば内側容器２の蓋体２２から引き出し、且つ外側容器３の側壁３３から引き出すような構造を採用することも可能である。
【００３９】
本例では、内側容器２及び外側容器３をそれぞれ平面視で方形に構成したが、多角形、楕円形、円形、異形、その他の形状に構成してもよい。また、特に外側容器は、例えば半球形状や円錐台形状や角錐台形状などに構成することも好ましい。
【００４０】
次に、図５、６に基づき、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４１】
本実施形態では、図５に示すように内側容器２が同じく凹凸係合部２ａを有する容器本体２１と蓋体２２とより構成され、側壁２３に引き出し部４として貫通溝４１が形成されているが、蓋体２２内面の前記貫通溝４１に対応する位置に、該貫通溝４１に嵌合する突起部２６が突設されており、これにより貫通溝４１を通る熱電対６を前記突起部２６と貫通溝４１とで余剰空間なく挟み込むことができ、機密性が向上して熱気の入り込みをより確実に防止している。
【００４２】
また、外側容器３は、第１実施形態と同様、凹凸係合部３ａを有する容器本体３１と蓋体３２とより構成されており、本例では凹凸係合部３ａを構成する凹溝３４と凸条３５が互いにテーパー状に接するように断面視略台形状に形成されている。このテーパー形状は上記第１実施形態で説明した面取り部３４ｂをより大きくしてテーパー状に傾斜面を構成したものであり、このように両者がテーパー状に当接して係合することにより容器開閉時に互いに接触する当該凹凸係合部３ａが破損しにくいようになっている。
【００４３】
更に本例では、外側容器３の側壁３３に貫通溝４２を設ける代わりに、凹溝３４を内部の嵌合空間３０側に連通させる幅広の嵌合溝６１を設けるとともに、該嵌合溝６１にはめ込まれる分割ピース６２を設け、該分割ピース６２に熱電対６を通すための貫通溝６３が形成されている。貫通溝６３は分割ピース６２の下面６２ａに開放して設けられており、分割ピース６２を嵌合溝６１にはめ込むことで、熱電対６を貫通溝６３内に通しつつ機密性を保持する壁として機能する。ここで、前記分割ピース６２と嵌合溝６１とは上方が幅広なテーパー状に当接するように構成されているが、その他の形状であっても勿論よい。また、熱電対６を通す貫通溝６３は分割ピース６２の下面６２ａに設けたが、上面や上下面に開放されない孔として構成することも勿論可能である。本例のように分割ピース６２を用いて熱電対６の引き出し部４を構成することにより、図６の断面図にも示すように、外側容器３の嵌合空間３０内に内側容器２を装着し、幅広な嵌合溝６１を通して熱電対６を引き出して自由に配線した後、分割ピース６２を上から取り付けて貫通溝６３内に熱電対６を収納しつつ簡単に閉鎖することができ、ガラス基板等への熱電対の配線時における熱電対の移動により引き出し部４の角部等が破損するといった問題も未然に防止することができる。なお、例えば分割ピース６に複数本の貫通溝６３を設けることも可能である。
【００４４】
次に、図７〜９に基づき、本発明に係る温度計測装置Ｓにより加熱炉内を搬送中の被温度測定体の温度を計測する温度計測方法について説明する。
【００４５】
本例の温度計測は、耐熱保護ボックス１から引き出し部４を通じて延出される複数の熱電対６を、被温度測定体であるガラス基板７の所定の複数箇所にそれぞれ接続し、耐熱保護ボックス１はガラス基板７とともに加熱炉内を搬送させる。加熱炉で加熱されたガラス基板７の複数個所の温度は、熱電対６によって温度計測器５であるデータロガーに記録され、測定後、炉内から取り出した当該データロガーを別途コンピュータに接続し、記録されたデータを読み取って該コンピュータで解析されることとなる。
【００４６】
ガラス基板７への熱電対６等の接続は、従来からシリコンウエハ等でも広く採用されている構造が採用でき、本例では複数箇所に有底の取付穴７０を設けて熱電対素線の感温部をセラミックセメント等の接着部材で固定しているが、このような方法に何ら限定されない。勿論、熱電対素線以外に、測温抵抗体で測定するようにしてもよい。また、熱電対自体の構造も何ら限定されず、例えば先端の温接点をシース外に露出させた露出型やシース先端に接続した接触型、その他の種々の構造のものを採用できる。
【００４７】
本実施形態においては、図７に示すように被温度計測体であるガラス基板７の温度測定領域を二つの領域７１、７２に分け、まず、一方の領域７１の所定箇所（取付穴７０）に熱電対６をそれぞれ接続するとともに、他方の領域７２に前記熱電対６が接続された温度計測器５（データロガー）を収納する耐熱保護ボックスを載置し、この状態で当該ガラス基板７を加熱炉内を搬送して一方の領域７１の温度計測を行った後、次に同様にして、領域７２に熱電対６を接続するとともに領域７１に耐熱保護ボックスを載置して温度計測を行うことで、双方の領域７１、７２の温度計測を終了させる方法を採用している。尚、本例では二つの領域に分けているが、三以上の領域に分けて順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行うようにすることも可能である。
【００４８】
また、本発明の耐熱保護ボックス１をそのまま設置することも可能であるが、好ましくは図９に示すようにシリカ繊維等の耐熱繊維よりなる耐熱カバー８内に収納して設置し、耐熱保護ボックス１を構成している特に断熱材よりなる外側容器の細かい破片などの不純物が飛散するのを未然に防止している。本例では、上下に分割された分割カバー８１、８２（下側の分割カバー８２は熱電対を引き出す切欠部を有する）より構成したがその他の形態のカバーでもよい。
【００４９】
また、本発明は、このように耐熱保護ボックスをガラス基板の上に載置して測定する方法以外に、例えば図８（ａ），（ｂ）に示すように、ガラス基板７の隣に耐熱保護ボックスを搬送して測定するようにしても勿論よい。図８（ａ）はガラス基板７を挟み込むように搬送方向の前後両隣にそれぞれ耐熱保護ボックス１，１を配置させるように搬送させ、略半分づつの領域の測定を担当させるように構成した例であり、図８（ｂ）は、ガラス基板７の前後片方の隣にのみ耐熱保護ボックス１を配置させるように搬送させ、すべての領域の測定を担当させるように構成した例である。
【００５０】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明の実施例に係る耐熱保護ボックスの耐熱特性（収納部の温度特性）について試験を行った結果について説明する。
【００５２】
試験に使用した耐熱保護ボックス（実施例）は、図１、２に示した第１実施形態と同じ構造を有し、外側容器３は高さ８０ｍｍ、縦２００ｍｍ、横３００ｍｍに設定した。そして、内側容器２の収納部２０内に温度計を配置し、大気ニクロム炉（炉内サイズ；４００×４００×１０００ｍｍ、灼熱範囲；３００×３９０×８００ｍｍ）で６００℃まで加熱して１０分間保持した後に空冷する熱サイクルを１０回繰り返した。当該１０回の各サイクルでの収納部２０の最高温度を、下記表１に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
上記試験結果から、収納部に収納される温度計測器（バッテリー等も含む）の耐熱温度が約１００℃であるとすれば、本実施例の耐熱保護容器は６００℃程度まで上昇する場面においても、６ショットまで使用可能であることが分かる。７回目以降、収納部の温度上昇が抑えられなかった理由としては、内側容器を構成している石膏材の含有する結晶水が出尽くしたことが考えられる。よって、実際の使用の際、６ショット目で内側容器２を交換することより、さらに７ショット目以降も繰り返して使用することができることが分かる。又、別途行った６００℃連続加熱試験では、３時間ボックス内温度を１００℃に保った。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る耐熱保護ボックス及び温度計測装置を示す分解斜視図。
【図２】同じく縦断面図。
【図３】引き出し部の変形例を示す分解斜視図。
【図４】引き出し部の他の変形例を示す要部の縦断面図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る耐熱保護ボックス及び温度計測装置を示す分解斜視図。
【図６】（ａ），（ｂ）は、同じく縦断面図。
【図７】（ａ），（ｂ）は、温度計測装置により被温度測定体の温度を計測する温度計測方法を示す説明図。
【図８】（ａ），（ｂ）は、同じく温度計測方法の変形例を示す説明図。
【図９】耐熱保護ボックスを耐熱カバー内に収納した温度計測装置を示す斜視図。
【符号の説明】
【００５６】
Ｓ 温度計測装置
１ 耐熱保護ボックス
２ 内側容器
２ａ 凹凸係合部
３ 外側容器
３ａ 凹凸係合部
４ 引き出し部
５ 温度計測器
６ 熱電対
７ ガラス基板
８ 耐熱カバー
２０ 収納部
２１ 容器本体
２１ａ 開口部
２２ 蓋体
２３ 側壁
２４ 凹溝
２５ 凸条
２６ 突起部
３０ 嵌合空間
３１ 容器本体
３１ａ 開口部
３２ 蓋体
３３ 側壁
３４ 凹溝
３４ｂ 面取り部
３５ 凸条
３６ 切欠き部
３７ 突起部
３８ 切欠き部
３９ 突起部
４１，４２，４３ 貫通溝
６０ 開放溝
６１ 嵌合溝
６２ａ 下面
６２ 分割ピース
６３ 貫通溝
７０ 取付穴
７１，７２ 領域
８１ 分割カバー
８２ 分割カバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器を収納するための収納部を備える内側容器と、
断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器が嵌め込まれる外側容器と、
前記温度計測器に接続される熱電対又は測温抵抗体の引き出し部と、
より構成した温度計測器の耐熱保護ボックス。
【請求項２】
前記断熱材が、ヒュームドシリカよりなる請求項１記載の耐熱保護ボックス。
【請求項３】
前記引き出し部として、前記内側容器及び外側容器の各側壁に互いに連通する貫通溝を形成した請求項１又は２記載の耐熱保護ボックス。
【請求項４】
前記外側容器の側壁に幅広の嵌合溝を設けるとともに、該嵌合溝にはめ込まれる分割ピースを設け、該分割ピースの下面に前記貫通溝を形成してなる請求項３記載の耐熱保護ボックス。
【請求項５】
前記内側容器を、前記収納部を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周りに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設した請求項１〜４の何れか１項に記載の耐熱保護ボックス。
【請求項６】
前記外側容器を、前記内側容器が嵌め込まれる嵌合空間を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周わりに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設した請求項１〜５の何れか１項に記載の耐熱保護ボックス。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の耐熱保護ボックスに温度計測器を収納するとともに、被温度測定体の所定箇所に接続される単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記引き出し部を通じて前記温度計測器に接続してなる温度計測装置。
【請求項８】
耐熱繊維よりなる耐熱カバーを上下分割して構成するとともに、一方又は双方の分割カバーに熱電対又は測温抵抗体を引き出すための切欠部を形成し、前記温度計測器を収納する耐熱保護ボックスを前記耐熱カバー内に収納してなる請求項７記載の温度計測装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の温度計測装置により、加熱炉内を搬送中の被温度測定体の温度を計測する温度計測方法であって、前記耐熱保護ボックスから前記引き出し部を通じて延出される前記温度計測器の単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記被温度測定体の所定箇所に接続し、該耐熱保護ボックスを前記被温度測定体とともに加熱炉内を搬送してなる温度計測方法。
【請求項１０】
前記被温度計測体の温度測定領域を二以上の複数領域に分け、一の領域の所定箇所に単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を接続し、且つその他の領域に前記耐熱保護ボックスを載置した状態で、当該被温度計測体を加熱炉内を搬送することにより一の領域の温度計測を行い、他の領域についても、順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行う請求項９記載の温度計測方法。
【請求項１】
石膏材を用いて成形され、内部に温度計測器を収納するための収納部を備える内側容器と、
断熱材を用いて成形され、内部に前記内側容器が嵌め込まれる外側容器と、
前記温度計測器に接続される熱電対又は測温抵抗体の引き出し部と、
より構成した温度計測器の耐熱保護ボックス。
【請求項２】
前記断熱材が、ヒュームドシリカよりなる請求項１記載の耐熱保護ボックス。
【請求項３】
前記引き出し部として、前記内側容器及び外側容器の各側壁に互いに連通する貫通溝を形成した請求項１又は２記載の耐熱保護ボックス。
【請求項４】
前記外側容器の側壁に幅広の嵌合溝を設けるとともに、該嵌合溝にはめ込まれる分割ピースを設け、該分割ピースの下面に前記貫通溝を形成してなる請求項３記載の耐熱保護ボックス。
【請求項５】
前記内側容器を、前記収納部を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周りに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設した請求項１〜４の何れか１項に記載の耐熱保護ボックス。
【請求項６】
前記外側容器を、前記内側容器が嵌め込まれる嵌合空間を備えた上端開放の容器本体と、該容器本体の上端開口部を閉塞する蓋体とより構成し、該容器本体の上端開口部の周わりに該蓋体と係合する凹凸係合部を周設した請求項１〜５の何れか１項に記載の耐熱保護ボックス。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の耐熱保護ボックスに温度計測器を収納するとともに、被温度測定体の所定箇所に接続される単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記引き出し部を通じて前記温度計測器に接続してなる温度計測装置。
【請求項８】
耐熱繊維よりなる耐熱カバーを上下分割して構成するとともに、一方又は双方の分割カバーに熱電対又は測温抵抗体を引き出すための切欠部を形成し、前記温度計測器を収納する耐熱保護ボックスを前記耐熱カバー内に収納してなる請求項７記載の温度計測装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の温度計測装置により、加熱炉内を搬送中の被温度測定体の温度を計測する温度計測方法であって、前記耐熱保護ボックスから前記引き出し部を通じて延出される前記温度計測器の単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を、前記被温度測定体の所定箇所に接続し、該耐熱保護ボックスを前記被温度測定体とともに加熱炉内を搬送してなる温度計測方法。
【請求項１０】
前記被温度計測体の温度測定領域を二以上の複数領域に分け、一の領域の所定箇所に単又は複数の熱電対又は測温抵抗体を接続し、且つその他の領域に前記耐熱保護ボックスを載置した状態で、当該被温度計測体を加熱炉内を搬送することにより一の領域の温度計測を行い、他の領域についても、順次同様にして温度計測を行い、すべての領域の温度計測を行う請求項９記載の温度計測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−７５０７６（Ｐ２００９−７５０７６Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７５４８４（Ｐ２００８−１７５４８４）
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（３９０００７７４４）山里産業株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月４日（２００８．７．４）
【出願人】（３９０００７７４４）山里産業株式会社 (33)
【Ｆターム（参考）】
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