JP2001015060A - 四極子質量分析計または熱陰極電離真空計の測定子用熱電子放出電流制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源投入時の過大な突入電流を流さずに、
フィラメントの断線が生じないようにする。 【解決手段】 スイッチ１２をオンすると、ＣＲ時定数
回路３２の接続点５０の電位の上昇に対応して可変電流
源１０はフィラメント電流を上昇させる。フィラメント
電流リミタ３０で０．３Ａが検出されると、それ以降４
秒（ＣＲ時定数回路３２の時定数）までフィラメント電
流はその値に制御され、フィラメント電極１０２は予備
加熱される。４秒後にスイッチ２４、４８がＮ側に切り
替えられ、可変電流源１０は熱電子放出電流の大きさに
基づいて制御され、フィラメント電流は所望の０．５ｍ
Ａ熱電子放出電流に対応する１．８Ａに上昇し、達する
とそれ以降その定常状態を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、四極子質量分析計
または熱陰極電離真空計の測定子用熱電子放出電流制御
回路に関する。四極子質量分析計および熱陰極電離真空
計は共に大気圧以下の真空圧力を計測する圧力測定器に
利用されていて、前者は測定されるべき真空圧力の分圧
を測定し、また後者はその全圧を測定するのに適してい
る。

【０００２】

【従来の技術】図４に従来の四極子質量分析計の測定子
およびそれに関連する電源系を概略示す。図４におい
て、１００は測定子を示し、測定子１００は、フィラメ
ント電極１０２、グリッド電極１０４、アース電極１０
６を含む。フィラメント電極１０２の両端にフィラメン
ト電源１０８が接続されている。グリッド電極１０４と
フィラメント電極１０２の一端との間にグリッド電源１
１０および熱電子放出電流設定用抵抗１１２が接続され
ている。熱電子放出電流設定用抵抗１１２の両端には増
幅器１１４の入力側が接続されている。フィラメント電
源１０８は、抵抗１１２および増幅器１１４からの信号
に基づいてグリッド電極１０４に流れ込む熱電子放出電
流が所望の大きさになるように制御されている。このよ
うに制御を行う従来の熱電子放出電流制御回路のより詳
細な構成を図５に示す。

【０００３】図５において、可変電流源２００は、直流
電圧をフィラメント電流投入用スイッチ２０２を介して
受けて、フィラメント電極１０２加熱用電流を発生し
て、フィラメント電極１０２に供給する。２０４はグリ
ッド電源であり、２０６は熱電子放出電流設定用可変抵
抗である。熱電子放出電流設定用可変抵抗２０６には熱
電子放出電流が流れることにより、その熱電子放出電流
設定用可変抵抗２０６の両端間にそれに対応した電圧が
発生し、その電圧は増幅器２０８で増幅され、比較器２
１０で所望の熱電子放出電流に対応する基準電圧２１２
と比較される。比較器２１０の出力は、検出された熱電
子放出電流が所望の熱電子放出電流より小さいときには
ハイとなり、検出熱電子放出電流が所望熱電子放出電流
以上のときにはローとなる。比較器２１０の出力の情報
はフォトカプラー２１４を介して制御回路２１６に与え
られる。２１８はフィラメント電極１０２に流れるフィ
ラメント電流を検出するための抵抗であり、２２０は最
大フィラメント電流設定用抵抗である。一例として最大
フィラメント電流を３Ａとすると、増幅器２２２は、抵
抗２１８で検出されたフィラメント電流が３Ａより小さ
いときローで、３Ａ以上のときハイを制御回路２１６に
出力する。

【０００４】このように構成された図５の熱電子放出電
流制御回路の動作を次に説明する。熱電子放出電流設定
用可変抵抗２０６により所望の熱電子放出電流が０．５
ｍＡに設定され、そして、このとき用いるフィラメント
電極は０．５ｍＡの熱電子放出電流のとき１．８Ａのフ
ィラメント電流が流れるものとする。熱陰極フィラメン
ト通電開始時にスイッチ２０２をオンにすると、可変電
流源２００は時間と共に増大する電流を発生しフィラメ
ント電極１０２に供給し始めるが、熱電子放出電流はフ
ィラメント電極１０２が熱電子を放出できるだけの温度
になるまで流れない。熱電子放出電流が流れないので、
比較器２１０の出力はハイであり、フォトカプラー２１
４のダイオードはオンであり、フォトカプラー２１４の
受光トランジスタもオンでその出力電流は最大である。
制御回路２１６は、フォトカプラー２１４の受光トラン
ジスタの最大出力電流の信号を受けて、可変電流源２０
０にその出力電流を急速に上昇させるよう制御する。し
たがって、可変電流源２００の出力電流、すなわちフィ
ラメント電流は、スイッチ２０２のオンから急速に上昇
して、直ちに３Ａに達する。これに対して、熱電子放出
電流は、フィラメント電極１０２が熱電子を放出できる
だけの温度になるまで流れないので、所望の０．５ｍＡ
に達するのにスイッチ２０２のオンから数秒遅れる。フ
ィラメント電流が３Ａに達すると、それまでローであっ
た増幅器２２２の出力はハイとなる。制御回路２１６は
増幅器２２２からハイの信号を受けているとき可変電流
源２００が３Ａの出力電流を発生するよう可変電流源２
００に指令するので、可変電流源２００は、一定の３Ａ
の電流をフィラメント電極１０２に流し続ける。スイッ
チ２０２のオンから数秒後に、熱電子放出電流が０．５
ｍＡに達すると、この電流を検出する熱電子放出電流設
定用可変抵抗２０６により発生された検出電圧は比較器
２１０の入力側で基準電圧２１２より大きくなり、比較
器２１０の出力はハイからローに変わる。比較器２１０
の出力がハイからローに変わることにより、フォトカプ
ラー２１４のダイオードがオフとなり、次いでそのダイ
オードに対応する受光トランジスタがオフとなり、その
出力電流はゼロとなる。制御回路２１６はフォトカプラ
ー２１４の受光トランジスタからのゼロ出力電流の信号
に応答して、可変電流源２００からの出力電流が実質的
にゼロとなるようにする信号を可変電流源２００に与え
る。したがって、フィラメント電極１０２の加熱が止ま
り、やがて熱電子放出電流が０．５ｍＡ以下になると、
比較器２１０の出力がローからハイに反転してフォトカ
プラー２１４のダイオードがオンとなり、そのダイオー
ドに対応する受光トランジスタがオンとなり、その出力
電流は再び最大となる。制御回路２１６は、フォトカプ
ラー２１４の受光トランジスタの最大出力電流の信号に
応答して、可変電流源２００は上昇する出力電流を発生
するよう可変電流源２００に指令し、可変電流源２００
は上昇するフィラメント電流をフィラメント電極１０２
に供給する。そのため、熱電子放出電流は再び０．５ｍ
Ａに達し、前述したような制御により可変電流源２００
からのフィラメント電流が実質的にゼロになる。このよ
うにして、これ以降、熱電子放出電流は０．５ｍＡに制
御され、一方フィードバック電流は３Ａになることな
く、すなわちフィラメント電流の大きさによる制御が働
くことなく、０．５ｍＡに対応する１．８Ａになるよう
制御される。上記のように、従来の制御では熱陰極フィ
ラメント通電開始時から数秒間フィラメント電極１０２
に３Ａという過大な電流が流れていた。

【０００５】熱陰極フィラメント通電開始時にフィラメ
ント電極１０２に流す最大フィラメント電流は、歴史的
経緯や早期測定状態の達成のため等種々の事情からフィ
ラメント電極の定格フィラメント電流値より大きい値が
用いられてきた。そのため、熱陰極フィラメント通電開
始時にフィラメント電極１０２には過大な突入電流が数
秒間流れるので、フィラメント電極の断線が生じやすか
った。

【０００６】ところで、種々の圧力を測定する用途のた
め、熱電子放出電流は０．０１から１ｍＡと非常に広範
囲の大きさの値に設定される。なお、種々の熱電子放出
電流に対して１つのフィラメント電極が用いられるので
はなく、種々の異なるフィラメント電極が用いられる。
熱電子放出電流を種々の値に設定するために、前述した
ように熱電子放出電流設定用可変抵抗２０６が用いら
れ、さらには増幅器２０８に付加されている可変抵抗２
２４が用いられている。これら可変抵抗２０６および２
２４は摺動抵抗器のように抵抗値を連続的に変えられる
可変抵抗器が用いられていた。そのため、設定した抵抗
値の安定性が不足していて、しばしば測定に支障をきた
すほどであった。

【０００７】図６に従来の熱陰極電離真空計の測定子お
よびそれに関連する電源系を概略示す。図６において、
３００は測定子を示し、測定子３００は、フィラメント
電極３０２、グリッド電極３０４を含む。フィラメント
電極３０２の両端にフィラメント電源３０８が接続され
ている。グリッド電極３０４とフィラメント電極３０２
の一端との間にグリッド電源３１０および熱電子放出電
流設定用抵抗３１２が接続されている。熱電子放出電流
設定用抵抗３１２の両端間に増幅器３１４の入力側が接
続されている。フィラメント電源３０８は、抵抗３１２
および増幅器３１４からの信号に基づいて熱電子放出電
流が所望の大きさになるように制御されている。図６と
図４を対比すれば、図６に示す熱陰極電離真空計と図４
に示す四極子質量分析計の測定子用熱電子放出電流制御
回路の構成は同じであり、図５に示される構成と同じ構
成のものが熱陰極電離真空計にも用いられていた。熱陰
極電離真空計のフィラメント電極は四極子質量分析計の
それより過大電流に強いが、それでも熱陰極フィラメン
ト通電時に定格フィラメント電流を越えた電流を数秒間
流すため、フィラメントの断線が生じる場合があった。

【０００８】圧力測定器において分圧測定用四極子質量
分析計の測定子のイオン生成部の電極構成は、全圧測定
用熱陰極電離真空計の測定子の電極構成と同一であるに
もかかわらず、電極電圧の配分や熱フィラメントの定格
が微妙に異なる。例えば、代表的な値として、四極子質
量分析計は、フィラメント電源が２．５Ｖ２．０Ａ、熱
電子放出電流が０．０１〜１ｍＡ、グリッド電源が１０
〜８０Ｖ／１ｍＡであるのに対し、熱陰極電離真空計
は、フィラメント電源が３．０Ｖ３．５Ａ、熱電子放出
電流が０．１〜１ｍＡ、グリッド電源が１５０Ｖ１ｍＡ
である。このため、四極子質量分析計と熱陰極電離真空
計とでは、個々に独立の電源を用意しなければならなか
った。

【０００９】なお、図５に示される増幅器２２２および
抵抗２２０および２１８は、熱陰極フィラメント通電開
始時にフィラメント電極１０２に流れる最大電流を設定
する機能と共に、測定時等定常状態においてフィラメン
ト電極１０２が異常により短絡して可変電流源２００が
過大電流を発生するの阻止するため、例えば上記の例で
は３Ａに抑え回路を保護するいわゆる過電流保護のため
に過電流を設定する機能をも有する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、四極子質量
分析計および熱陰極電離真空計のフィラメント用電源投
入時の突入電流でしばしばフィラメントが断線するとい
う従来の欠点を克服するためになされ、フィラメントの
断線が生じない四極子質量分析計用または熱陰極電離真
空計用の熱電子放出電流制御回路を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の四極子質量分析計または熱陰極電離真空計
の測定子用熱電子放出電流制御回路は、定格フィラメン
ト電流より小さい電流を通電開始時から所定の時間フィ
ラメントに流してフィラメントを予備加熱する手段を備
えることを特徴とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の好適
な実施形態について説明する。図１は、本発明の好適な
実施形態の四極子質量分析計の測定子用熱電子放出電流
制御回路の構成を示す。なお、後述するように、図１に
示される構成は熱陰極電離真空計の測定子用熱電子放出
電流制御回路としても好適である。図１において、図５
と同一の参照番号により示される構成要素は同一または
類似の構成要素を示し、説明を繰り返さない。可変電流
源１０はその入力側で直流電圧を受けるフィラメント電
流投入用スイッチ１２に接続され、その出力側はフィラ
メント電極１０２に接続されている。グリッド電極１０
４とフィラメント電極１０２の一方の端部間にグリッド
電源１４および熱電子放出電流設定用切替型抵抗ボック
ス１６が直列に接続されている。増幅器１８は、固定の
増幅度を有するように固定の抵抗値を有するフィードバ
ック抵抗１９を有し、かつグリッド電源１４と熱電子放
出電流設定用切替型抵抗ボックス１６との接続点に接続
され、熱電子放出電流設定用切替型抵抗ボックス１６の
両端間に発生する熱電子放出電流の大きさに対応する電
圧を増幅する。比較器２０の一方の入力は増幅器１８の
出力に接続され、他方の入力は所望の熱電子放出電流に
対応する基準電圧２２に接続され、その出力は後述する
スイッチ２４を介してフォトカプラー２６に接続されて
いる。フォトカプラー２６の出力は制御回路２８に接続
され、制御回路２８は可変電流源１０に接続されてい
る。フィラメント電流リミタ３０の入力側が可変電流源
１０の出力側の一端とフィラメント電極１０２の一端と
の間に接続され、フィラメント電流リミタ３０の出力側
は制御回路２８に接続されている。ＣＲ時定数回路３２
が設けられ、ＣＲ時定数回路３２の出力には増幅器３４
が接続され、増幅器３４の出力はスイッチ２４に接続さ
れている。ＣＲ時定数回路３２の出力はまた比較器３６
に接続され、比較器３６の出力は電子スイッチ３８に接
続されている。熱電子放出電流設定用切替型抵抗ボック
ス１６は、各々が固定の抵抗値を有する複数の抵抗、こ
の例では４つの抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３およびＲ４と、全
体で種々の抵抗値を有するようにこれらの抵抗の接続の
組み合わせを選択するスイッチ群４０とを含む。フィラ
メント電流リミタ３０は、可変電流源１０の出力とフィ
ラメント電極１０２の一端との間に挿入されフィラメン
ト電流を検出するための抵抗４２、予備加熱時に安全な
範囲と予測される、例えば０．３Ａのフィラメント電流
に対応する抵抗値を有する予備加熱電流設定用抵抗４
４、フィラメント短絡時の過電流防止、例えば３Ａに制
限するための過電流設定用抵抗４６を含む。予備加熱電
流設定用抵抗４４と過電流設定用抵抗４６とのいずれを
用いるかは、電子スイッチ３８に含まれるスイッチ４８
により選択される。また、スイッチ２４も電子スイッチ
３８に含まれる。ＣＲ時定数回路３２は抵抗Ｒとキャパ
シタＣの直列接続からなる充電回路を含み、抵抗Ｒのキ
ャパシタＣと接続されてない端部はスイッチ５２を介し
て増幅器１８等にそれらを動作させるため固定の直流電
圧を与えている直流電源（図示せず）の出力端５４に接
続されている。キャパシタＣの両端間にはスイッチ５６
を介して放電用抵抗５８が並列に接続されている。スイ
ッチ５２はフィラメント電流投入用スイッチ１２のオン
に連動するスイッチであり、したがってスイッチ１２の
オンに連動してスイッチ５２もオンして抵抗Ｒを介して
キャパシタＣは充電され始める。一方、スイッチ５６は
スイッチ１２のオフに連動してオンとなるスイッチであ
り、したがってスイッチ１２のオフに連動してスイッチ
５６はオンとなり、キャパシタＣに充電されたエネルギ
ーは抵抗５８を介して放電され、ＣＲ時定数回路３２は
初期化される。

【００１３】以上述べたように構成された図１の熱電子
放出電流制御回路の動作をフィラメント電流と熱電子放
出電流の時間変化を示す図２を参照して説明する。熱電
子放出電流設定用切替型抵抗ボックス１６の両端間の抵
抗が所望の熱電子放出電流、ここでは０．５ｍＡに対応
する抵抗値を有するよう、スイッチ群４０のスイッチを
適宜オンして抵抗Ｒ１〜Ｒ４を適切に選択する。そし
て、このとき用いるフィラメント電極は０．５ｍＡの熱
電子放出電流のとき１．８Ａのフィラメント電流が流れ
るものとする。さらに、予備加熱電流設定用抵抗４４は
ここでは０．３Ａに設定するとする。熱陰極フィラメン
ト通電開始時にスイッチ１２をオンにすると、可変電流
源１０は時間と共に増大する電流を発生しフィラメント
電極１０２に供給し始める。ＣＲ時定数回路３２のキャ
パシタＣは、スイッチ１２のオンに連動してスイッチ５
２がオンとなり、抵抗Ｒを介して充電を開始するので、
抵抗ＲとキャパシタＣとの接続点５０はスイッチ１２の
オン時には低く、そのため比較器３６の出力はハイとな
り、電子スイッチ３８はＰＨ（予備加熱）側に、すなわ
ちスイッチ２４および４８は図１に示されるようにＰＨ
側に設定される。ＣＲ時定数回路３２の接続点５０の電
位はキャパシタ５０が充電されることにより時間と共に
上昇し、そのため増幅器３４の出力電圧も時間と共に上
昇する。スイッチ２４はＰＨ側に設定されているので、
この時間と共に上昇する電圧がフォトカプラー２６のフ
ォトダイオードＰＤに印加される。フォトダイオードＰ
Ｄの発光強度は印加電圧に比例するので、増幅器３４の
出力電圧が上昇するにつれ、フォトダイオードＰＤの発
光強度も増す。フォトカプラー２６の受光トランジスタ
ＰＴの出力電流はフォトダイオードＰＤの発光強度に比
例するので、受光トランジスタＰＴの出力電流はスイッ
チ１２のオンから時間と共に増大する。制御回路２８
は、受光トランジスタＰＴの出力電流に比例してパルス
数が増大するパルスを発生して、可変電流源１０に与え
る。可変電流源１０は、制御回路２８から受けるパルス
数に比例して増大する電流を発生する。したがって、可
変電流源１０は、制御回路２８の制御下でスイッチ１２
のオンから時間と共に増大する受光トランジスタＰＴの
出力電流に応じてスイッチ１２のオンから時間と共に増
大する電流を発生しフィラメント電流としてフィラメン
ト電極１０２に供給する。ＣＲ時定数回路３２の時定数
は大きく、この例では４秒と設定されるので、増幅器３
４の出力電圧は緩慢に上昇し、フォトダイオードＰＤは
緩慢に発光強度を増し、したがって可変電流源１０は図
２に示されるように緩慢にフィラメント電流を増加させ
る。

【００１４】フィラメント電流リミタ３０は、スイッチ
４８がＰＨ側に接続され予備加熱電流設定用抵抗４４が
用いられる状態であるので、その出力はフィラメント電
流が０．３Ａより小さいときにはローで、０．３Ａ以上
になるとローからハイになる。スイッチ１２のオンから
緩慢に増加するフィラメント電流が０．３Ａになる（図
２においてｔ１で生じるとする。）と、フィラメント電
流リミタ３０の出力はローからハイになる。制御回路２
８は、フィラメント電流リミタ３０からのハイの信号を
受けて、０．３Ａのフィラメント電流に対応するパルス
数のパルスを発生して可変電流源１０に与える。したが
って、可変電流源１０は、時刻ｔ１以降図２に示される
ように０．３Ａの一定電流を発生し続けてフィラメント
電極１０２に供給する。なお、時刻ｔ１以降も増幅器３
４の出力電圧は上昇しているので、フォトカプラー２６
の出力電流は増加する。しかし、制御回路２８において
は、フィラメント電流リミタ３０からのハイの信号の方
がフォトカプラー２６からの信号より優先度が高くされ
ており、時刻ｔ１以降におけるフォトカプラー２６の増
加する出力電流には制御回路２８は応答しない。

【００１５】スイッチ１２のオン時点からＣＲ時定数回
路３２の設定時定数の４秒間を経過すると、ＣＲ時定数
回路３２の接続点５０の電圧は比較器３６の基準電圧よ
り高くなり比較器３６の出力が反転して、電子スイッチ
３８の設定はＰＨからＮに切り替わる。それに伴い、ス
イッチ２４および４８もＰＨ側からＮ側に切り替わり、
フォトカプラー２６のフォトダイオードＰＤは比較器２
０に接続され、フィラメント電流リミタ３０は過電流設
定用抵抗４６を用いて３Ａを検出するよう動作する。ス
イッチ１２のオンから４秒間の大部分の期間は０．３Ａ
の小さい電流がフィラメント電極１０２に流れ、フィラ
メント電極１０２は予備加熱される。予備加熱時のフィ
ラメント電流は０．３Ａと小さいのでフィラメントの断
線は生じない。熱陰極放出電流は、図２に示されるよう
にスイッチ１２のオンから４秒間の期間では最初緩慢に
上昇し、フィラメント電流が０．３Ａ一定の期間にほぼ
対応する期間では例えば０．１２５ｍＡとほぼ一定でか
つ所望の０．５ｍＡより小さい値で推移する。スイッチ
４８の設定がＰＨからＮに切り替わり、フィラメント電
流リミタ３０が３Ａの検出状態になると、フィラメント
電流は０．３Ａであるので、フィラメント電流リミタ３
０の出力は再びローに戻る。一方、スイッチ２４もＰＨ
側からＮ側に切り替わるので、フォトカプラー２６が比
較器２０の出力に接続される。このとき、熱電子放出電
流は０．１２５ｍＡであり、この電流が熱電子放出電流
設定用切替型抵抗ボックス１６の選択された抵抗に流れ
ることにより発生した電圧を増幅器１８により増幅した
増幅器１８の出力電圧は所望の０．５ｍＡの熱電子放出
電流に対応する基準電圧２２より小さい。したがって、
比較器２０の出力はハイであり、フォトカプラー２６の
フォトダイオードＰＤは、最も強く発光した状態とな
る。したがって、フォトカプラー２６の受光トランジス
タＰＴの出力電流も最も大きくなる。制御回路２８は、
０．３Ａに対応するパルス数から受光トランジスタＰＴ
の最も大きい出力電流に対応する最も大きいパルス数に
変えたパルスを可変電流源１０に与える。可変電流源１
０は、最も大きいパルス数のパルスを受けて、図２に示
されるようにスイッチ１２オンから４秒経過時点から急
速に発生電流を上昇させ、この急速に上昇する電流をフ
ィラメント電極１０２にフィラメント電流として供給す
る。フィラメント電極１０２は前述のように予備加熱さ
れているので、熱電子放出電流も、図２に示されるよう
に、フィラメント電流の上昇に時間遅れなく追随して
０．１２５ｍＡから上昇し始める。熱電子放出電流が所
望の０．５ｍＡに達し、熱電子放出電流設定用切替型抵
抗ボックス１６の選択された抵抗間に発生した電圧を増
幅器１８により増幅した電圧が基準電圧２２以上になる
と、比較器２０の出力はハイからローとなる。フォトカ
プラー２６のフォトダイオードＰＤは比較器２０のロー
によりオフとなり、次いで受光トランジスタＰＴもオフ
となり、受光トランジスタＰＴの出力電流はゼロとな
る。制御回路２８は、受光トランジスタＰＴの出力電流
のゼロに応じてパルスの発生を止め、したがって可変電
流源１０は電流の発生を停止する。フィラメント電極１
０２に電流が流れないため、熱電子放出電流は減少し始
め、所望の０．５ｍＡ以下になると、比較器２０の出力
が反転してローからハイとなり、フォトカプラー２６の
フォトダイオードＰＤは再び最も強く発光した状態とな
り、前述したように可変電流源１０は急速に上昇する電
流を発生し、フィラメント電極１０２に供給する。次い
で、フィラメント電極１０２の再加熱により熱電子放出
電流は０．５ｍＡになり、前述のように可変電流源１０
は電流の発生を停止するよう制御される。このような制
御により、図２に示されるように、熱電子放出電流が
０．５ｍＡに制御され、それに対応して１．８Ａに制御
される。なお、可変電流源１０の出力電流は制御回路２
８によりオン／オフ制御されるが、可変電流源１０には
図示されていないが出力側に通常の電流平滑化回路が設
けられており、フィラメント電極１０２には実質的に
１．８Ａ一定の電流が連続的に流れる。なお、スイッチ
１２をオフにすると、前述のとおりスイッチ５６がオン
され、キャパシタＣに蓄積されたエネルギーは抵抗５８
を介して放電され、初期化される。

【００１６】フィラメント電極１０２に流れる電流は、
図２に示されるようにスイッチ１２オンから最初非常に
ゆっくりと上昇し、次いでＣＲ時定数回路３２で設定さ
れた時定数の時間、ここでは４秒まで０．３Ａで推移
し、その後定常状態の１．８Ａに上昇する。このよう
に、四極子質量分析計のための測定子用熱電子放出電流
制御回路の図１に示す好適な実施形態においては、フィ
ラメント電極１０２は、従来の制御のように過大な突入
電流、例えば数秒間に３Ａと大きな電流が流れることな
く、フィラメント電極１０２の定格フィラメント電流お
よび定常状態のフィラメント電流ここでは１．８Ａより
小さい値で予備加熱されるので、フィラメント電極１０
２の断線が生じないようになる。

【００１７】なお、過電流設定用抵抗４６を用いた状態
のフィラメント電流リミタ３０は、所望の熱電子放出電
流を制御するのには機能しないで、フィラメント電極１
０２が異常時に短絡したとき、可変電流源１０が過大な
電流を発生しないよう３Ａに制限するために働く、すな
わち過電流保護回路として機能するものである。

【００１８】スイッチ１２のオンからなるべくゆっくり
とフィラメント電流を上昇させるため、ＣＲ時定数回路
３２の充電特性を増幅器３４で増幅して利用している
が、フィラメント電流の急激な立ち上がり特性でも断線
しないフィラメント電極を用いることができる用途で
は、増幅器３４を設けなく、代わりに予備加熱に必要な
フィラメント電流、この例では０．３Ａを少し越える電
流に対応するフォトダイオードＰＤの発光強度に対応す
る電圧をスイッチ２４のＰＨ側に接続してもよく、ある
いは増幅器３４およびスイッチ２４を省いてフォトカプ
ラー２６を比較器２０に直接接続しても可能である。

【００１９】熱電子放出電流を検出するのに固定の抵抗
値を有する複数の抵抗Ｒ１〜Ｒ４をスイッチ群４０で選
択する構成を用いているため、安定に熱電子放出電流を
検出することができる。なお、上記例では、熱電子放出
電流設定用切替型抵抗ボックス１６の４つの抵抗と３つ
のスイッチを用いているが、用途に応じて抵抗の数およ
びスイッチの数は変え得る。

【００２０】図１に示される四極子質量分析計の測定子
１００用の熱電子放出電流制御回路と同じ構成の回路を
熱陰極電離真空計の測定子３００用に用いる場合につい
て以下に説明する。可変電流源１０のフィラメント電流
供給のための接続端子６０、６２を熱陰極電離真空計の
測定子３００のフィラメント電極の両端に接続し、グリ
ッド電源１４に印加するための接続端子６４を熱陰極電
離真空計の測定子３００のグリッド電極３０４の一方の
端部に接続する。従来の技術において述べたように熱陰
極電離真空計のフィラメント電圧／電流、熱電子放出電
流およびグリッド電圧の用いられる範囲は四極子質量分
析計のそれとは異なるので、熱陰極電離真空計に適する
よう可変電流源１０、制御回路２８、グリッド電源１４
および熱電子放出電流設定用切替型抵抗ボックス１６を
調整あるいは設定範囲を変える。さらに、ＣＲ時定数回
路３２の時定数も熱陰極電離真空計に適するものに変更
してもよい。熱陰極電離真空計の場合も、四極子質量分
析計とは熱電子放出電流やフィラメント電流の大きさが
異なるだけで、熱電子放出電流制御回路の動作は前述し
た四極子質量分析計の場合と同様である。熱陰極電離真
空計においても、四極子質量分析計の場合と同様に動作
するので、熱陰極電離真空計のための測定子用フィラメ
ント電極は、従来の制御のように過大な突入電流が流れ
ることなく、フィラメント電極の定格フィラメント電流
および定常状態のフィラメント電流より小さい値で予備
加熱され、したがってフィラメント電極の断線は生じな
いようになる。

【００２１】図３は、本発明の別の実施形態を示し、例
えば分圧測定用四極子質量分析計と全圧測定用熱陰極電
離真空計とを組み合わせた圧力測定器において両方の測
定子の熱電子放出電流制御回路を共用化して、スイッチ
により切り替える構成を示す。図３において、図１、図
４および図６と同一または類似の参照番号により示され
る構成要素は同一または類似の構成要素を示す。７０は
共用電源部を、７２のブロックは図１に示される構成と
同じ熱電子放出電流制御回路をそれぞれ示す。なお、図
３においては、熱電子放出電流制御回路７２のブロック
は、共用化に関係する部分のみを示す。可変電流源１０
ａのフィラメント電流供給ラインは、フィラメント選択
スイッチ７４を介して四極子質量分析計測定子１００の
フィラメント電極１０２の一方の端部と熱陰極電離真空
計測定子３００のフィラメント電極３０２の一方の端部
とにそれぞれ接続されている。なお、熱電子放出電流制
御回路７２、特にその中の可変電流源および制御回路
は、可変電流源１０ａからのフィラメント電圧／電流の
範囲が四極子質量分析計および熱陰極電離真空計の双方
のフィラメント電圧／電流の範囲に対応できるように調
整および設定されている。グリッド電源１４ａは可変電
圧源であり、スイッチ７６を介して四極子質量分析計
（ＭＡＳＳ）用グリッド電圧設定素子７８と熱陰極電離
真空計（ＩＯＮＧ）用グリッド電圧設定素子８０とに接
続され、グリッド電圧設定に応じてそれぞれに適したグ
リッド電圧を発生する。グリッド電源１４ａはまた、ス
イッチ８２を介して四極子質量分析計測定子１００のグ
リッド電極１０４および熱陰極電離真空計測定子３００
のグリッド電極３０４の一方の端部にそれぞれ接続され
ている。共用電源部７０には、四極子質量分析計測定子
１００の加速用電源ＶＡＣＣや熱陰極電離真空計測定子
３００の脱ガス用電源ＶＤの電源等も含まれるが、これ
らは従来と同じもので共用化に関係しないで他の構成要
素との接続の仕方も従来の単独の場合と同じである。

【００２２】スイッチ７４、７６および８２は連動して
いて、図３に示す位置ＭＡＳＳに設定されている状態で
は、熱電子放出電流制御回路７２は四極子質量分析計測
定子１００に接続され、フィラメント電極１０２および
グリッド電極１０４に適切な電圧／電流を与える。スイ
ッチ７４、７６および８２を図３に示す位置ＩＯＮＧへ
連動して切り替えると、熱電子放出電流制御回路７２は
熱陰極電離真空計測定子３００に接続され、フィラメン
ト電極３０２およびグリッド電極３０４に適切な電圧／
電流を与える。スイッチ７４、７６および８２をいずれ
の位置に切り替えても、熱陰極フィラメント通電開始時
に過大な突入電流が流れることなく、小さい電流で予備
加熱されるので、フィラメント電極の断線は生じない。

【００２３】なお、図３においては、共用電源部７０の
中に、それぞれのイオンコレクタからイオン電流を各増
幅器９０および９２、およびスイッチ９４を介して表示
部９６に送り、それぞれの測定結果を表示する系が示さ
れている。この表示する系は、スイッチ９４がスイッチ
７４、７６および８２と連動して動作するので、測定系
全体としては共用電源部７０に含めるのが好ましいが、
含まなくてもよい。増幅器９０および９２は、イオン電
流を電圧に変換する微小電流増幅器で全圧と分圧では１
０倍から１００倍の感度差があるため、この実施形態で
は別個としたが、共用も可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成され、
定格フィラメント電流より小さい電流を通電開始時から
所定の時間フィラメントに流してフィラメントを予備加
熱する手段を備えることにより、フィラメント電源立ち
上げ時の過大な突入電流でフィラメントが断線すること
がなくなる。

【００２５】本発明の一局面においては、フィラメント
熱電子放出電流設定用抵抗を複数用意し、測定子に最適
な熱電子放出電流となるよう抵抗値をあらかじめ選ぶこ
とにより、最適値に自動的に合わせることができ、そし
て固定の抵抗値の組合わせのため安定な抵抗値を得るこ
とができるので、安定な熱電子放出電流を得ることがで
きる。

【００２６】本発明の別の局面においては、熱電子放出
電流制御回路に含まれる各構成要素と四極子質量分析計
および熱陰極電離真空計の測定子との間の結合を選択的
に切り替える手段をさらに備えることにより、例えば、
分圧測定用四極子質量分析計の測定子のイオン生成部用
電源と、全圧測定用熱陰極電離真空計の測定子用電源を
共用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施形態の四極子質量分析計の
測定子用熱電子放出電流制御回路の構成を示す。

【図２】図１に示す本発明の好適な実施形態の熱電子放
出電流制御回路を用いた場合の四極子質量分析計の測定
子におけるフィラメント電流と熱電子放出電流の時間変
化を示す。

【図３】本発明の別の実施形態を示し、分圧測定用四極
子質量分析計と全圧測定用熱陰極電離真空計とを組み合
わせた圧力測定器において両方の測定子の熱電子放出電
流制御回路を共用化した構成を示す。

【図４】従来の四極子質量分析計の測定子およびそれに
関連する電源系を概略示す。

【図５】四極子質量分析計の測定子用の従来の熱電子放
出電流制御回路のより詳細な構成を示す。

【図６】従来の熱陰極電離真空計の測定子およびそれに
関連する電源系を概略示す。

【符号の説明】

１０、１０ａ 可変電流源 １２、２４ スイッチ １４、１４ａ グリッド電源 １６ 熱電子放出電流設定用切替型抵抗ボックス ２６ フォトカプラー ２８ 制御回路 ３０ フィラメント電流リミタ ３２ ＣＲ時定数回路 ３４ 増幅器 ３６ 比較器 ３８ 電子スイッチ ４０ スイッチ群 ４４ 予備加熱電流設定用抵抗 ７０ 共用電源部 ７２ 熱電子放出電流制御回路 ７４、７６、８２ スイッチ ７８ 四極子質量分析計（ＭＡＳＳ）用グリッド電圧設
定素子 ８０ 熱陰極電離真空計（ＩＯＮ Ｇ）用グリッド電圧
設定素子 １００ 四極子質量分析計測定子 １０２、３０２ フィラメント電極１０２ １０４、３０４ グリッド電極 ３００ 熱陰極電離真空計測定子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣木 成治 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の１ 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 中山 俊明 茨城県つくば市大字要元中根字ノボト212 番 ツクバリカセイキ株式会社内 Ｆターム(参考） 2F055 AA40 BB08 CC46 DD20 EE40 FF45 GG31 5C038 FF13 JJ06 JJ07

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 四極子質量分析計または熱陰極電離真空
   計の測定子用熱電子放出電流制御回路において、 定格フィラメント電流より小さい電流を通電開始時から
   所定の時間フィラメントに流してフィラメントを予備加
   熱する手段を備えることを特徴とする熱電子放出電流制
   御回路。
2. 【請求項２】 ２値論理値のうちの一方の値を有する制
   御信号に応答して時間と共に増大するフィラメントに流
   す電流を発生し、２値論理値のうちの他方の値の制御信
   号に応答してフィラメント電流を実質的に発生しない可
   変電流源と、 各々が固定の抵抗値を有する複数の熱電子放出電流設定
   用抵抗と、 測定子に応じた熱電子放出電流設定用抵抗値に対応する
   前記複数の熱電子放出電流設定用抵抗の組合わせを選択
   する組合わせ選択手段とを備え、 前記組合わせ選択手段により選択され組合された熱電子
   放出電流設定用抵抗の両端に発生する電圧は熱電子放出
   電流の大きさを表し、 前記の組合された熱電子電流設定用抵抗の両端間に発生
   する電圧と所定の基準電圧とを比較して前記電圧が所定
   の基準電圧より小さいとき前記一方の値を有する制御信
   号を発生し、前記電圧が所定の基準電圧以上であるとき
   前記他方の値を有する制御信号を発生する比較手段をさ
   らに備える請求項１記載の熱電子放出電流制御回路。
3. 【請求項３】 前記熱電子放出電流制御回路を四極子質
   量分析計と熱陰極電離真空計とで共用するため、前記熱
   電子放出電流制御回路に含まれる各前記の構成要素と四
   極子質量分析計および熱陰極電離真空計の測定子との間
   の結合を選択的に切り替える手段をさらに備える請求項
   １または２記載の熱電子放出電流制御回路。