JP2000249617A - ピラニ真空計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】応答の迅速なピラニ真空計を提供すること、及
び製作が容易でフィラメントの耐久性が良く個体差の少
ないピラニ真空計を提供すること。 【解決手段】ピラニ真空計のエンベロープ１内に設けら
れるフィラメント８を３本以上のフィラメント部材７で
構成し、各フィラメント部材を電気的に直列に接続し
た。エンベロープの一端を閉鎖する端子２に、４本以上
の電気接続ピン５を埋設し、各フィラメント部材の端部
を２本の電気接続ピンに溶接により張設する。該端子
に、２本の電気接続ピンと１本の金属軸９を埋設し、該
金属軸に該エンベロープの内部へ延びる取付板１０を設
けると共に該取付板の板面に電気絶縁された導電端子板
を設け、各フィラメント部材が両電気接続ピン間で電気
的に直列に接続されるように各導電端子板に各フィラメ
ント部材の端部を溶接した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、真空計測に使用す
るピラニ真空計に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピラニ真空計は、加熱された白金などの
フィラメントの電気抵抗が温度によって変化することを
利用した熱伝導型の真空計として知られており、例えば
図１に示したような、１本のフィラメントｇを収めた真
空と大気を遮断する金属筒などのエンベロープａの一端
を、気密に該エンベロープａに溶接された外周の金属製
の円筒ｂとその内部のセラミックス又はガラス等の電気
絶縁部材ｃとからなる端子ｄで塞ぎ、該電気絶縁部材ｃ
を挿通して３本の電気接続ピンｅをロー付けで埋設し、
そのうちの２本の電気接続ピンｅ、ｅにエンベロープａ
の内部へ延びるＵ字型の金属棒ｆを溶接した構成のもの
が知られている。該フィラメントｇは、その両端を該ピ
ンｅの１本と該Ｕ字型の金属棒ｆに溶接して張設されて
いる。ｈはエンベロープａに気密に溶接したフランジ
で、図示してない真空装置に取り付けられ、該フィラメ
ントｇにつながる２本のピンｅを、図示してないコネク
ターによってピラニ真空計のコントローラに接続するこ
とによって該真空装置の圧力が測定される。

【０００３】また、図２乃至図５に示す構成のピラニ真
空計も知られており、これらの図では、エンベロープ及
びフランジの記載が省略した。図２及び図３のもので
は、４本の電気接続ピンｅが気密にロー付けされてお
り、そのうちの２本にはＵ字型の金属棒ｆが溶接され、
他の２本のピンｅ、ｅと該金属棒ｆの間に２本のフィラ
メント部材ｇ’、ｇ’からなるフィラメントｇが張られ
ており、４点でフィラメントｇが溶接固定される。

【０００４】図４及び図５に示したものは、３本の電気
接続ピンｅがロー付けされており、そのうちの１本のピ
ンの先端に金属製の円盤ｉが溶接され、他の２本のピン
ｅと該円盤ｉとの間に２本のフィラメント部材ｇ’、
ｇ’からなるフィラメントｇが張り渡されたもので、こ
の場合も４点でフィラメントが固定される。

【０００５】図２乃至図５に示した構成のものは、フィ
ラメントｇが１往復しており、往復させることにより真
空計の長さを短縮でき真空計を小型化する上で効果があ
る。２往復以上にすればより小型化できるが、その小型
化の効果が僅かであるし、２往復以上したものは、フィ
ラメントの全長の固体間のバラツキを小さく押さえるこ
とが困難になるため、実施されていない。

【０００６】また、フィラメントｇは、図６、図７のよ
うに、金属棒ｆ或いはピンｅに点溶接により溶接するの
が一般であり、金属棒ｆ等は下側の電極ｊの上に載せ、
更にその上にフィラメントｇを載せ、上側の電極ｋを下
降させて金属棒ｆとフィラメントｇを挟み込み、通電し
てこれら金属棒ｆとフィラメントｇを溶接する。あるい
は、図８、図９のような形状の電極ｊ、ｋを使用してい
る。点溶接の場合、溶接を容易にするため、金属棒ｆ等
とフィラメントｇの間に白金の薄膜等を挟んで溶接する
こともある。

【０００７】ピラニ真空計は、真空中の気体分子と加熱
されたフィラメントｇの間の熱伝達を利用した真空計
で、該フィラメントｇは、通常、室温より１００℃以上
の温度に加熱される。フィラメントｇが失う熱は、真
空中の気体分子が衝突して奪われる熱、フィラメント
の熱輻射によりエンベロープに奪われる熱、フィラメ
ントの終端から熱伝導によりフィラメントサポート電極
に奪われる熱、の３種がある。圧力が変化して気体分子
と加熱されたフィラメントの間の熱伝達量が変化しても
フィラメントの温度が一定になるように制御してやれ
ば、前記の熱輻射、熱伝達の量は一定になる。しか
るに、圧力が変化して気体分子と加熱されたフィラメン
トｇの間の熱伝達量が変化したときにフィラメント温度
が一定になるように制御すると、フィラメントｇに加え
る電力（或いは電圧）が変化することになる。例えば、
圧力が高くなると、気体分子と加熱されたフィラメント
の間の熱伝達量が増えて、フィラメントｇに加える電力
（或いは電圧）が増える。逆に圧力が低くなると、気体
分子と加熱されたフィラメントの間の熱伝達量が減っ
て、フィラメントに加える電力（或いは電圧）が減る。
この増減する電力（或いは電圧）を圧力に換算すること
により、圧力を計測することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のピラニ真空計の
立ち上がり及び立ち下がりの応答特性は、図２３、図２
４の曲線Ａ、Ｂの如くであり、隔膜真空計の応答特性を
曲線Ｃ、Ｄで併記した。これらの応答性は、環境温度２
５℃、窒素を試験ガスとして、１．３×１０^-3〜２６．
７Ｐａの範囲で調べたもので、ガスの導入及び排気には
バタフライバルブを用いてその開閉によって真空計が取
り付けられた空間の圧力を急激に変え、真空計の出力信
号の応答を調べた。出力が９５％まで変化したときの経
過時間を応答時間とすれば、真空計の応答は立ち上がり
時間で約０．６秒、立ち下がりで約２．５秒となる。

【０００９】例えば、半導体プロセスにおいては、真空
計の圧力をモニターしてプロセスガスの導入バルブなど
プロセス制御を行っているが、隔膜真空計に比べて経時
劣化が発生せず１００℃以上の高温に耐えられ測定範囲
の広いという利点のあるピラニ真空計が使用され難いの
は、応答性が遅いことが原因の一つである。例えば、半
導体装置にガスを導入しつつ排気するとき、装置内の圧
力を一定に保つように真空計出力の応答が遅れれば、バ
ルブの開閉度の制御が遅れて、装置内の圧力を一定に保
てず、変動が起こるので好ましくない。

【００１０】フィラメントｇの直径は、通常、数十ミク
ロン程度であるから、切れ易く取り扱いが難しい。ま
た、フィラメントｇを複数本のフィラメント部材ｇ’で
構成した場合は、その全長（合計長さ）の個体差をなく
さなければ、各ピラニ真空計の測定にバラツキが生じ
る。該ピンｅは端子を構成するセラミックスやガラスの
絶縁物中に固定されるので取付位置に誤差が生じやす
く、ピンｅの製作精度も良くないので金属棒の取付精度
を期待することができず、フィラメントｇの全長にバラ
ツキのない正確な組立は困難である。フィラメントの溶
接は、端子ｄを手で持ち或いは機械に固定して点溶接機
の電極間にセットして行われるが、端子ｄを３次元に移
動させたり旋回させる複雑な作動を伴うので、溶接作業
が難しく、フィラメント部材の数が増えると更に困難に
なる。点溶接作業が難しいために溶接が不確実になりや
すく、金属棒ｆが細く振動しやすいこともあって、ピラ
ニ真空計に振動が加わったときフィラメントに過剰な力
が加わって断線しやすい欠点がある。

【００１１】本発明は、応答の迅速なピラニ真空計を提
供すること、及び製作が容易でフィラメントの耐久性が
良く個体差の少ないピラニ真空計を提供することを目的
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、ピラニ真空
計のエンベロープ内に設けられるフィラメントを３本以
上のフィラメント部材で構成し、各フィラメント部材を
電気的に直列に接続することにより、応答性の迅速なピ
ラニ真空計が得られるようにした。該エンベロープの一
端を閉鎖する端子に、４本以上の電気接続ピンを埋設
し、各フィラメント部材の端部を２本の電気接続ピンに
溶接により張設して各フィラメントを直列に電気接続す
ることにより、応答性が迅速なピラニ真空計を容易に製
作でき、フィラメントの耐久性が良く個体差を少なくす
ることができる。

【００１３】更に、本発明の目的は、ピラニ真空計のエ
ンベロープ内に設けられるフィラメントを複数本のフィ
ラメント部材で構成したものに於いて、該エンベロープ
の一端を閉鎖する端子に、２本の電気接続ピンと１本の
金属軸を埋設し、該金属軸に該エンベロープの内部へ延
びる取付板を設けると共に該取付板の板面に電気絶縁さ
れた導電端子板を設け、各フィラメント部材が両電気接
続ピン間で電気的に直列に接続されるように各導電端子
板に各フィラメント部材の端部を溶接した構成によって
も達成でき、該取付板を金属板で形成し、該導電端子板
を電気絶縁材を介して該取付板に固定し、各フィラメン
ト部材をほぼ同一平面上に配置するようにしてもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明すると、図１０乃至図１２に於いて、符号１はピ
ラニ真空計の金属円筒製のエンベロープ、２は該エンベ
ロープ１の一端を閉鎖する端子を示し、該端子２を外周
の金属筒３とセラミックスの電気絶縁部材４及び該絶縁
部材４に埋設して気密にロー付けした５本の電気接続ピ
ン５で構成した。該ピン５のうちの２本にはＬ字型の金
属棒６が溶接されて長い電気接続ピンに構成されてお
り、該金属棒６と残りの３本の短いピン５との間に４本
の白金のフィラメント部材７で構成されたフィラメント
８が張られている。

【００１５】各フィラメント部材７は長さ２５ｍｍで、
その夫々を電気的に直列接続になるようにピン５と金属
棒６に溶接し、その合計で一般的な全長１００ｍｍのフ
ィラメント８が構成されるようにした。この場合のフィ
ラメント８は、８箇所で溶接固定されるが、長短のピン
５の本数を調整してフィラメント部材７を３本とし、６
箇所の溶接としてもよく、５本以上として１０箇所を溶
接してもよい。

【００１６】これは、全長Ｌｍｍのフィラメントを１本
又は２本のフィラメント部材で構成するよりも、３本以
上の直列接続で構成して溶接固定箇所を多くすることに
より、フィラメントの長さ方向の温度勾配が増え、フィ
ラメント部材７とピン５や金属棒６の間の熱の伝達が速
やかになるため、圧力を急激に変化させたときのフィラ
メント温度が定常に達するまでの過渡的な時間が短くな
り、急激な圧力変化があったときの応答速度が速くなる
という知見に基づくもので、図１０乃至図１２の実施例
の場合、図２５及び図２６の曲線Ｅ、Ｆに示すような応
答特性が得られ、この応答性は同測定条件の図２３、図
２４の従来例よりも大幅に改善されている。この場合、
出力が９５％まで変化したときの経過時間を応答時間と
すれば、立ち上がりで約０．３秒、立ち下がりで約０．
５である。尚、曲線Ｃ、Ｄは隔膜真空計の応答特性であ
る。

【００１７】該フィラメント部材７は数十ミクロン程度
の金属細線であり、溶接の不具合や振動で断線しやすい
が、図１６乃至図２２の実施例のように、端子２に電気
接続ピン５の他にねじを備えた金属軸９を埋設し、Ｌ字
型の取付板１０をナット１１でエンベロープの内部へ延
びるように該金属軸９に止め付け、該取付板１０の板面
に設けた電気絶縁された導電端子板１２にフィラメント
部材７の各端部を溶接することによりその断線を防止し
た。導電端子板１２は取付板１０の板面に沿っているか
ら導電端子板１２間の距離を正確に決めやすく、そのた
めフィラメントの全長の個体差が少なくなり、ピラニ真
空計の感度の個体差をなくせる。該金属軸９は直径３ｍ
ｍ、取付板１０には厚さ２．５ｍｍの金属板若しくは電
気絶縁板が使用される。

【００１８】図１６乃至図２０の例では、該取付板１０
は金属製で、図１８に示した外周の金属製リング１３と
その内部のガラス１４で絶縁された金属柱１５とから成
るハーメチックシール１６を３個設け、各柱１５に導電
端子板１２を夫々取り付けると共に２本の柱をリード線
１７によりピン５へ接続した。図２１及び図２２の例で
は、取付板１０にセラミックス製等の絶縁板１８をロー
付けなどで固定し、これに導電端子板１２をロー付けな
どで取り付けした。取付板１０としてセラミック等の絶
縁性のものを使用したときは、導電端子板１２を直接ロ
ー付けすればよい。

【００１９】図１３乃至図１５は、図２１の実施例の溶
接方法の説明図で、ＸＹＺテーブルに載せられ且つ点溶
接の電極ケーブル２０が接続された銅製の点溶接治具１
９の上に、導電端子板１２及び取付板１０を載せ、該導
電端子板１２と上側の電極２１の間にフィラメント部材
７を挟み込み、通電により該フィラメント部材７と導電
端子板１２を溶かして溶接し、ＸＹＺテーブルの移動で
８箇所を点溶接する。点溶接する箇所は、取付板１０に
沿った同一平面上にあるので、溶接作業が容易になり正
確で確実な溶接を行える。

【００２０】このような取付板１０を設けてこれにフィ
ラメント部材７を取り付けておくことで、ピラニ真空計
としたとき衝撃を受けて該取付板１０が振動してもフィ
ラメント部材７に力が加わり難く、その断線が防止され
る。

【００２１】

【発明の効果】以上のように本発明では、ピラニ真空計
のフィラメントを３本以上のフィラメント部材で構成し
たので、急激な圧力変化に対する応答特性が向上し、隔
膜真空計に近い応答特性が得られ、エンベロープの一端
を閉鎖する端子に金属軸を埋設し、該金属軸に取り付け
た取付板の板面に電気絶縁された導電端子板を設け、各
フィラメント部材が両電気接続ピン間で電気的に直列に
接続されるように各導電端子板に各フィラメント部材の
端部を溶接したので、応答特性が良く製作が容易で振動
によってもフィラメントが断線しにくいピラニ真空計が
得られ、真空プロセス制御に好都合に適用できる等の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のピラニ真空計の截断側面図

【図２】他の従来のピラニ真空計の截断側面図

【図３】図２の３−３線断面図

【図４】更に別の従来のピラニ真空計の截断側面図

【図５】図４の５−５線断面図

【図６】従来のフィラメント溶接状態の正面図

【図７】図６の平面図

【図８】他の従来のフィラメント溶接状態の正面図

【図９】図８の平面図

【図１０】本発明の実施例の正面断面図

【図１１】図１０の１１−１１線断面図

【図１２】図１０の平面図

【図１３】本発明の実施の形態に於ける溶接状態の説明
図

【図１４】図１３の平面図

【図１５】図１３の側面図

【図１６】本発明の他の実施例の正面図

【図１７】図１６の１７−１７線断面図

【図１８】ハーメチックシールの拡大断面図

【図１９】本発明の更に他の実施例の正面図

【図２０】図１９の２０−２０線断面図

【図２１】本発明の更に他の実施例の正面図

【図２２】図２１の２２−２２線断面図

【図２３】従来のピラニ真空計の立ち上がり応答特性の
線図

【図２４】従来のピラニ真空計の立ち下がり応答特性の
線図

【図２５】本発明の図１０に示す実施例のピラニ真空計
の立ち上がり応答特性の線図

【図２６】本発明の図１０に示す実施例のピラニ真空計
の立ち下がり応答特性の線図

【符号の説明】

１ エンベロープ、２ 端子、５ 電気接続ピン、６
金属棒、７ フィラメント部材、８ フィラメント、９
金属軸、１０ 取付板、１２ 導電端子板、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳下 浩二 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 (72)発明者 中村 静雄 神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真空 技術株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB08 CC43 DD20 EE40 FF17 FF43 GG11

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ピラニ真空計のエンベロープ内に設けられ
   るフィラメントを３本以上のフィラメント部材で構成
   し、各フィラメント部材を電気的に直列に接続したこと
   を特徴とするピラニ真空計。
2. 【請求項２】ピラニ真空計のエンベロープ内に設けられ
   るフィラメントを３本以上のフィラメント部材で構成
   し、該エンベロープの一端を閉鎖する絶縁端子に、４本
   以上の電気接続ピンを埋設し、各フィラメント部材の端
   部を２本の電気接続ピンに溶接により張設して各フィラ
   メントを直列に電気接続したことを特徴とする請求項１
   に記載のピラニ真空計。
3. 【請求項３】ピラニ真空計のエンベロープ内に設けられ
   るフィラメントを複数本のフィラメント部材で構成した
   ものに於いて、該エンベロープの一端を閉鎖する端子
   に、２本の電気接続ピンと１本の金属軸を埋設し、該金
   属軸に該エンベロープの内部へ延びる取付板を設けると
   共に該取付板の板面に電気絶縁された導電端子板を設
   け、各フィラメント部材が両電気接続ピン間で電気的に
   直列に接続されるように各導電端子板に各フィラメント
   部材の端部を溶接したことを特徴とするピラニ真空計。
4. 【請求項４】上記取付板を金属板で形成し、上記導電端
   子板を電気絶縁材を介して該取付板に固定したことを特
   徴とする請求項３に記載のピラニ真空計。
5. 【請求項５】上記各フィラメント部材を同一平面上に配
   置したことを特徴とする請求項３に記載のピラニ真空
   計。