JP2008281565A

JP2008281565A - 電離真空計

Info

Publication number: JP2008281565A
Application number: JP2008123879A
Authority: JP
Inventors: Lin Xiao; 林肖; Hikin Chin; 丕瑾陳; Shofuku Ko; 昭▲フク▼ 胡; Yo Gi; 洋魏; Liang Liu; 亮劉; 守善 ▲ハン▼; Feng-Yan Fan
Original assignee: Qinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Qinghua University; Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2008-05-09
Publication date: 2008-11-20
Also published as: US20080278173A1; US7791350B2; CN101303264B; CN101303264A

Abstract

【課題】本発明は、電離真空計に係り、特にカーボンナノチューブを利用する電離真空計に関する。
【解決手段】本発明の電離真空計は、線形の陰極と、該線形の陰極を囲むように設置されている陽極と、該陽極を囲むように設置されているイオンコレクタと、を含む。前記線形の陰極、前記陽極、前記イオンコレクタは同軸に配置される。前記線形の陰極は、線形の基体と、該線形の基体に設置されているエミッタフィルムと、を備える。さらに、前記陰極のエミッタフィルムは、カーボンナノチューブを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電離真空計に係り、特にカーボンナノチューブを利用する電離真空計に関する。

電離真空計は、気体分子を電離させ、生成したイオンの数から圧力を求める真空計である。高真空から超高真空領域で広く用いられ、定量性に優れる特徴がある。現在、よく用いられている電離真空計には、三極管型、シュルツ型、Ｂ−Ａゲージの３種類がある。三極管型は高真空領域、シュルツ型は中真空〜高真空領域、Ｂ−Ａゲージは高真空〜超高真空領域で使用される。

現在の電離真空計は、一般に、熱フィラメントと、該熱フィラメントを囲む陽極電極と、該陽極電極を囲むイオンコレクタと、を含む。前記電離真空計を作動する場合、前記熱フィラメントから複数の電子を放出して、該複数の電子が前記陽極電極へ飛んで前記陽極電極を透過する。前記電子の行程において、前記複数の電子はガスの分子及び原子に衝突してイオンが生じる。該イオンは前記イオンコレクタにより収集される。前記電離真空計の圧力は、次式により測定される。

［数１］
Ｐ＝（１／ｋ）（Ｉ_ｉ／Ｉ_ｅ）（式１）

ここで、前記ｋは１／ｔｏｒｒの単位で表示される係数であり、Ｉ_ｉは前記イオンコレクタに生じる電流、Ｉ_ｅは前記陽極に流す電流である。

しかし、現在の真空計には、前記熱フィラメントとしてタングステンフィラメントが利用される。該タングステンフィラメントを加熱するために、高電力が消費される。また、タングステンフィラメントを加熱する過程において、真空計の内部に熱及び光が放出され、蒸発現象が生じるので、温度及び光に対する敏感度が低いという課題がある。

前記課題を解決するために、本発明は、温度及び光に対して敏感な電離真空計を提供する。

本発明の電離真空計は、線形の陰極と、該線形の陰極を囲むように設置されている陽極と、該陽極を囲むように設置されているイオンコレクタと、を含む。前記線形の陰極、前記陽極、前記イオンコレクタは同軸に配置される。前記線形の陰極は、線形の基体と、該線形の基体に設置されているエミッタフィルムと、を備える。

前記線形の基体は導電金属からなり、直径が０．２ｍｍ〜２ｍｍにされる。

前記陰極のエミッタフィルムは、カーボンナノチューブを含む。

前記陽極及びイオンコレクタは孔の形状を含む。

前記孔の形状はリング又は開口、網の形状に設けられている。

前記線形の陰極及び前記イオンコレクタの間の距離は、１０ｍｍ〜１５ｍｍにされている。

前記線形の陰極及び前記陽極の間の距離は、１ｍｍ〜８ｍｍにされている。

前記電離真空計は、筐体と、三本の引出線と、を備える。前記線形の陰極と、前記陽極と、前記イオンコレクタとは全て前記筐体の内部に設置されている。

前記三本の引出線は、一方の端部がそれぞれ前記基板、前記陽極、前記イオンコレクタに接続され、もう一方の端部が前記筐体の外部に延出する。

本発明に係る電離真空計は、エミッタにおいてカーボンナノチューブを含むので、前記電離真空計の電力消費が低い。また、電子が前記エミッタにおけるカーボンナノチューブから飛び出す過程において熱及び光が生じず、ガス蒸発を防ぐことができるので、本発明の電離真空計は温度及び光に敏感な特性がある。

図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１を参照すると、本実施例の電離真空計１００は、線形の陰極１０２、陽極１０４と、イオンコレクタ１０６と、を含む。前記陰極１０２と、前記陽極１０４と、前記イオンコレクタ１０６とは、電気的に接続されないように、それぞれ所定の距離を隔て同軸に設けられている。前記陽極１０４から前記線形の陰極１０２までの半径距離は、１ｍｍ〜８ｍｍにされるが、１ｍｍ〜２ｍｍにされることが好ましい。前記イオンコレクタ１０６から前記線形の陰極１０２までの半径距離は、１０ｍｍ〜１５ｍｍにされるが、１２ｍｍにされることが好ましい。

前記電離真空計１００は、さらに筐体１２０と、三本の引出線１２２と、を備える。前記線形の陰極１０２と、前記陽極１０４と、前記イオンコレクタ１０６と、は全て前記筐体１２０の内部に設置されている。前記筐体１２０は圧力測定用のチャンバー（図示せず）に接続されている。前記三本の引出線１２２は、一方の端部がそれぞれ前記線形の陰極１０２、前記陽極１０４、前記イオンコレクタ１０６に接続され、もう一方の端部が前記筐体１２０の外部に延出して、測定回路（図示せず）に接続されている。

前記陽極１０４及び前記イオンコレクタ１０６は、それぞれ耐酸化性及び導電性を有する金属（例えば、銅、金、タングステン及びその合金）からなる。前記イオンコレクタ１０６は及び前記陽極１０４は、それぞれリング又は開口、網などの孔の形状に設けられている。

前記線形の陰極１０２は、線形の基体１０８と、該線形の基体１０８に塗布されているエミッタフィルム１１０と、を備える。前記線形の基体１０８は例えば、ニッケル、タングステン、銅などの導電金属からなる。前記線形の基体１０８の直径は０．２ｍｍ〜２ｍｍにされるが、０．３ｍｍにされることが好ましい。

前記エミッタフィルム１１０は、カーボンナノチューブを含む。該カーボンナノチューブは、化学気相堆積法（または化学気相蒸着法）、アーク放電法、レーザー蒸着法などの方法により製造され、遠心分離などの方法により精製されることができる。前記カーボンナノチューブの長さは５〜１５μｍにすることが好ましい。前記カーボンナノチューブ及び前記線形の基体１０８を良好に粘着させ、前記線形の陰極１０２の使用寿命を延ばすために、前記エミッタフィルム１１０はさらに低融点のガラス粒子を含む。前記ガラス粒子の融点は、４００〜５００℃に設定されることが好ましい。前記カーボンナノチューブ及び前記線形の基体１０８を良好に電気接続させるために、前記エミッタフィルム１１０はさらに導電金属粒子を含む。前記導電金属粒子はインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）又は銀であることが好ましい。前記線形の基体１０８はＩＴＯガラスであることが好ましい。

前記エミッタフィルム１１０は、シルク印刷などの塗布方法で、ペーストを前記線形の基体１０８に塗布して乾燥することにより形成される。前記エミッタペーストは、５〜１５ｗｔ％のガラス粒子と、１０〜２０ｗｔ％の導電粒子と、５ｗｔ％のガラスと、６０〜８０ｗｔ％の有機基質と、から混合して形成される。該有機基質は、安定剤であるエチルセルロース（ＥｔｈｙｌＣｅｌｌｕｌｏｓｅ）と、溶剤であるテルピネオールと、可塑剤であるフタル酸ジブチル（ＤｉｂｕｔｙｌＰｈｔｈａｌａｔｅ）と、からなる。前記複数のガラス粒子及び導電粒子を均一に前記有機基質に分散させるために、低パワーの超音波処理を行って、遠心処理を行うことができる。

前記ペーストを乾燥する工程において、前記有機基質を除去することができ、前記ガラスを溶融させることにより、前記カーボンナノチューブ及び前記線形の基体１０８を粘着させることができる。勿論、前記線形の基体１０８の融点は、前記ガラスの融点より高く設定することが必要である。

前記線形の陰極１０２の電子放出効率を高めるために、さらに、前記エミッタフィルム１１０の表面を研磨して、前記カーボンナノチューブの端部を露出させて加工することが好ましい。

次に、本実施例の電離真空計１００の作業原理について説明する。前記陽極１０４に正電圧を印加して、前記線形の陰極１０２より電子を放出させた後、放出電子は前記陽極１０４を透過するように前記陽極１０４に対向して加速して飛ぶ。前記イオンコレクタ１０６に負電圧を印加して、放出電子の速度を減速させるので、前記陽極１０４を透過した電子は前記イオンコレクタ１０６に到達する前に、前記陽極１０４の方向に引き戻される。これにより、電流Ｉ_ｅが形成される。この過程において、前記放出電子はガス分子と衝突してガス分子をイオン化させる。この場合、ガス分子がイオン化されて生じるイオンは、前記イオンコレクタ１０６により吸収され、イオン電流Ｉ_ｉが形成される。前記電流Ｉ_ｅ及びイオン電流Ｉ_ｉの比は、前記電離真空計１００の内部の圧力に比例する。従って、前記電離真空計１００の内部の圧力は、前記電流Ｉ_ｅ及びイオン電流Ｉ_ｉにより測定される。

図３を参照すると、本発明の電離真空計１００において、前記イオンコレクタに２５Ｖの電圧、前記陽極に７５０Ｖの電圧が提供される場合、前記電流Ｉ_ｅ及びイオン電流Ｉ_ｉの比は、１０^−７Ｐａ〜１０^−３Ｐａの範囲での前記電離真空計１００の内部の圧力に比例する。

従来の真空計に比べて、本発明の電離真空計は、エミッタにおいてカーボンナノチューブを含むので、前記電離真空計の電力消費が低い。また、電子が前記エミッタにおけるカーボンナノチューブから飛び出す過程において熱及び光が生じず、ガス蒸発を防ぐことができるので、本発明の電離真空計は温度及び光に敏感な特性がある。

本実施形態の電離真空計の模式図である。本実施形態の電離真空計の断面図である。本実施形態の電離真空計の電流及び圧力の関係を示す図である。

符号の説明

１００電離真空計
１０２線形の陰極
１０４陽極
１０６イオンコレクタ
１０８線形の基板
１１０エミッタフィルム
１１４筐体
１１６引出線

Claims

線形の陰極と、該線形の陰極を囲むように設置されている陽極と、該陽極を囲むように設置されているイオンコレクタと、を含み、
前記線形の陰極、前記陽極、前記イオンコレクタは同軸に配置され、
前記線形の陰極は、線形の基体と、該線形の基体に設置されているエミッタフィルムと、を備えることを特徴とする電離真空計。
前記線形の基体は導電金属からなり、直径が０．２ｍｍ〜２ｍｍにされることを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記陰極のエミッタフィルムは、カーボンナノチューブを含むことを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記陽極及びイオンコレクタは孔の形状を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記孔の形状はリング又は開口、網の形状に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記線形の陰極及び前記イオンコレクタの間の距離は、１０ｍｍ〜１５ｍｍにされていることを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記線形の陰極及び前記陽極の間の距離は、１ｍｍ〜８ｍｍにされていることを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記電離真空計は、筐体と、三本の引出線と、を備え、
前記線形の陰極と、前記陽極と、前記イオンコレクタとは全て前記筐体の内部に設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
前記三本の引出線は、一方の端部がそれぞれ前記基板、前記陽極、前記イオンコレクタに接続され、もう一方の端部が前記筐体の外部に延出することを特徴とする、請求項８に記載の電離真空計。