JP2010151623A - 冷陰極電離真空計およびそれに用いる放電開始補助電極板 - Google Patents

Abstract

【課題】装置が複雑化することなく、長期間使用した場合であっても、放電の誘発を短時間で行うことが可能な冷陰極電離真空計を提供する。
【解決手段】棒状の陽極２、陽極を取り囲むように設けられた測定子容器（陰極）１、陰極１の外周に設けられた磁石３を具備する。そして、陰極１の放電空間９に陽極２の中心軸方向に向かって鋭角突起２１を有する放電開始補助電極５を配置する。放電開始補助電極５は陰極１に着脱可能に設け、放電開始補助電極５の鋭角突起２１の先端と陽極２との距離は０．３ｍｍ以上離して設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷陰極電離真空計およびそれに用いる補助電極に関し、特に逆マグネトロン型の冷陰極電離真空計に関する。

冷陰極型電離真空計は、陽極と陰極との自己放電により、気体の電離を誘発して気圧を測定するものである。従来、冷陰極型電離真空計としては、ペニング型のもの、マグネトロン型のもの、逆マグネトロン型のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特に、マグネトロン型、逆マグネトロン型は、電子のトラップ効率が高く高真空領域においても安定した持続放電が可能な構造であるため高真空の測定に適したものである。

ところで、冷陰極電離真空計において、放電を開始させるために、高電圧をかけて電離を誘発する必要がある。しかしながら、冷陰極電離真空計に対して高電圧をかける時期と、持続放電開始に伴い放電電流が流れ始める時期との間には、時間の遅れが生じる。時間の遅れは、計測開始までの時間に影響を与える。

そこで、特許文献２には、陰極から光電子を放出させるのに充分な電磁放射線を直接照射する放電誘発手段を陰極に設けたものが開示されている。特許文献２のものは、高電圧印加から持続放電開始までの放電誘発時間を短時間で行うことを可能にした逆マグネトロン型の冷陰極電離真空計である。
特開平１０−１９７１１号公報 特開平６−２６９６７号公報

ところで、特許文献２に記載された従来の冷陰極電離真空計では、放電を誘発する誘発手段としてグローランプ、紫外線照射ランプなどの手段とそのための回路を別途設けているため装置が複雑化してしまう。また、マグネトロン型、逆マグネトロン型では荷電粒子のトラップ効果が高いため、真空計の容器壁面がスパッタされ易く、それにより真空計の容器内が汚染されることがある。

そのため、長期間使用した場合に、ランプ表面にスパッタ膜や生成物が付着し、紫外線の放射が妨げられる。その結果、放電開始の火種となる光電子の発生が減少し、放電が誘発されにくくなってしまうという問題がある。

そこで、本発明では、装置が複雑化することなく、長期間使用した場合であっても、放電の誘発を短時間で行うことが可能な冷陰極電離真空計を提供することを目的とする。

本発明は、棒状の陽極と、前記陽極を取り囲むように設けられた陰極と、前記陰極の外周に設けられた磁石とを有する冷陰極電離真空計において、前記陰極に、陽極の中心軸方向に向かって鋭角突起を有する放電開始補助電極を設けたことを特徴とする冷陰極電離真空計である。

また、本発明は、棒状の陽極と、前記陽極を取り囲むように設けられた陰極と、前記陰極の外周に設けられた磁石とを有する冷陰極電離真空計に用いる放電開始補助電極板であって、前記放電開始補助電極板は、前記陽極を通すための開口部と、前記陰極に取り付けるための支持爪を有する放電開始補助電極板である。

本発明によれば、装置が複雑化することなく、長期間の使用によって真空計測定子内部へのスパッタ膜や生成物が付着した場合であっても、放電の誘発を短時間で行うことが可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は、本発明に係る冷陰極電離真空計の一実施形態を示す横断面模式図である。

図１の冷陰極電離真空計は逆マグネトロン型真空計であり、陰極である測定子容器１と、その内部に形成された筒状の放電空間９により囲まれた棒状の陽極２とが設けられている。測定子容器（陰極）１の外側には、磁場を作る磁性手段として、測定子容器１を取り囲むように円環状の磁石３が設けられている。磁石としては、フェライト磁石が好適に用いられる。

陽極２は、測定子容器（陰極）１内にて、電流導入棒４に接続されている。電流導入棒４は、アルミナセラミックなどの絶縁石６を経て、真空計動作回路１３に接続されている。真空計動作回路１３には、電圧を印加する高圧電源１１と、真空計動作回路１３に流れる放電電流を測定する放電電流検出部１２が設けられている。

測定子容器（陰極）１の開口側には接続フランジ８と、フィルター７が設けられている。フィルター７はステンレスなどで形成されている。測定子容器１は接続フランジ８を、被測定物本体に取り付けることにより、被測定物本体の内部空間の圧力を測定する。圧力測定時に、被測定物本体の空間は、フィルター７により測定子容器１の内部に形成される放電空間９と通気可能な状態になる。放電空間９の底部即ち絶縁石６設置側には、放電開始補助電極板５が設けられている。放電開始補助電極板５は陰極に着脱可能に設けられている。

図２は、放電開始補助電極板５の冷陰極電離真空計への取り付け状態を示すための模式図であって、図１の冷陰極電離真空計の測定子容器（電極）１内を、ａ−ｂ面で切断した縦断面模式図である。また、図３は、放電開始補助電極板５の陽極２との位置関係を示すために、図２のＢ部を拡大した模式図である。

放電開始補助電極板５の中央部には開口２２が設けられ、開口部は、陽極中心に向かって鋭角突起２１を有する。放電開始補助電極板５は、測定子容器（陰極）１内に、その開口部が、陽極２と接触しないように設置されている。鋭角突起２１の先端と陽極２との距離は、放電電流のフラツキ抑えることや暗電流を測定下限以下に維持する上で、０．３ｍｍ以上離れていることが好ましい。

測定子容器（陰極）１に、鋭角突起２１を有する放電開始補助電極板５を取り付けることにより、陽極２に高電圧を印加した際に鋭角突起２１から電界放出により電子が引き出される。これは、放電開始補助電極板５を設置することで陽極２と陰極１の距離を局所的に近づけることとなる。そして、同時に放電開始補助電極板５の開口部に形成された鋭角突起２１の先端が測定子容器（陰極）１のどの場所よりも鋭角であることで、電界電子放出の閾値が下がることに寄与する。この電子は、自然放射線の光電効果により生成された電子や二次電子とは異なり、陽極２への高電圧印加時に発生するため、放電開始のトリガーとなる電子を効率良く供給することができる。その結果、測定子容器（陰極）１と陽極２の間に高圧を印加してから持続放電開始までの時間を短縮することができる。

放電開始補助電極板５の平面図を図４（Ａ）に、図４（Ａ）の放電開始補助電極板５の側面図を図４（Ｂ）に示す。

放電開始補助電極板５は、ＳＵＳ３０４等のステンレス、ニッケル、高融点材料などの耐食性の高い金属薄板で形成される。厚さは１０μｍ〜１００μｍが好ましい。放電開始補助電極板５には、測定子容器（電極）１への取り付けを行うための、支持爪２３が設けられている。支持爪２３は放電開始補助電極板５の外周に設けられている。

放電開始補助電極板５は、フォトエッチング加工、プレス加工、レーザー加工などにより成形される。

次に、放電開始補助電極板５の測定子容器（電極）１内への取り付け方法を図１、図２、図５を用いて説明する。図５は、支持爪２３の形態を示すための模式図であって、図４（Ａ）のＣの部分の拡大図である。

支持爪２３は、放電開始補助電極５の外周に、支持爪２３が外周から若干飛び出すように形成されている。また、支持爪２３を形成するように、外周の支持爪２３の両側には切り込み２４が入れられている。放電開始補助電極板５を測定子容器（電極）１内へ取り付ける場合には、フィルター７を取外した状態で測定子容器（電極）１の開口部から放電開始補助電極板５を挿入する。この場合、支持爪２３を測定子容器（電極）１の開口部側に折り曲げて挿入する。

放電開始補助電極板５の支持爪２３は、測定子容器（陰極）１の内部に形成された放電空間９内で測定子容器１の内壁を押しながら放電空間底部まで挿入する。折り曲げた支持爪２３は板バネと同様の作用により放電空間９の内壁を常に押す力が働くことで、放電開始補助電極板５は測定子容器（電極）１の内側に安定固定される。フィルター７は最後に装着する。

測定子容器（電極）１に設置された放電開始補助電極板５を取り出すときには、放電開始補助電極板５の支持爪２３をペンチやピンセット等の一般工具を用いて内側に起こし、測定子容器（電極）１から取外す。

なお、本実施形態では、放電開始補助電極板５を、測定子容器（陰極）１の内部に形成された放電空間９底部に接触するように設けているが、放電開始電極板５の設置場所は、放電空間９内の壁面であって陽極２の存在範囲内であればどこでも良い。

本実施形態の冷陰極電離真空計によれば、陰極に、鋭角突起２１を有する放電開始補助電極板５を設けることにより、放電の誘発を短時間で行うことが可能となる。また、放電開始補助電極板５を冷陰極電離真空計に交換可能に取り付けているため、補助開始電極板の劣化により放電が誘発されにくくなったとしても、新たな放電開始補助電極板に交換することにより放電が誘発されにくい状態を解消することができる。

図６（Ａ）は、本発明の放電開始補助電極板の変形例を示す平面図であり、図６（Ｂ）は側面図である。本例においては、補助開始補助電極板５の鋭角突起の数を少なくしたものである。

図７（Ａ）は、本発明の放電開始補助電極板の他の変形例を示す平面図であり、図７（Ｂ）は側面図である。本例においては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）で示された放電開始補助電極板５の鋭角突起部分を立てたものである。本例では、図７（Ｂ）に示したように９０度の放電開始補助電極板に対して９０度の角度で起こしているが、９０度以内であれば、鋭角突起２１の先端が棒状陽極の中心を向くため、鋭角の先端から放電を誘発することができる。

図８（Ａ）は、本発明の放電開始補助電極板の更に他の変形例を示す平面図であり、図８（Ｂ）は側面図である。本例においては、図６（Ａ）、図６（Ｂ）で示された放電開始補助電極板に、さらに４つの開口部分２５を設けたものである。本例の冷陰極電離真空計によれば、開口部分が多いのが特徴である。そのため、放電開始補助電極板を冷陰極電離真空計の測定子容器（陰極）の内部に形成された放電空間底部に接して設置した場合であっても、真空測定開始後に冷陰極電離真空計の放電空間底部に吸着されているガスが開口部分から容易に抜けることができる。

本発明に係る冷陰極電離真空計の一実施形態を示す横断面模式図である。 図１で示される冷陰極電離真空計への放電開始補助電極板の取り付け状態を示す模式図である。 図２のＢ部分の拡大図である。 本発明に係る放電開始補助電極板の平面図及び側面図である。 図４のＣ部分の拡大図である。 本発明に係る放電開始補助電極板の変形例を示す平面図及び側面図である。 本発明に係る放電開始補助電極板の他の変形例を示す平面図及び側面図である。 本発明に係る放電開始補助電極板の更に他の変形例を示す平面図及び側面図である。

符号の説明

１ 測定子容器（陰極）
２ 陽極
３ 磁石
４ 電流導入棒
５ 放電開始補助電極板
６ 絶縁石
７ フィルター
８ 接続フランジ
９ 放電空間
１１ 高圧電源
１２ 放電電流検出部
１３ 真空計動作回路
２１ 鋭角突起
２２ 支持爪
２３ 開口
２４ 切り込み
２５ 開口部分

Claims (4)

1. 棒状の陽極と、前記陽極を取り囲むように設けられた陰極と、前記陰極の外周に設けられた磁石とを有する冷陰極電離真空計において、前記陰極に、陽極の中心軸方向に向かって鋭角突起を有する放電開始補助電極を設けたことを特徴とする冷陰極電離真空計。
2. 前記放電開始補助電極が、前記陰極に着脱可能に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の冷陰極電離真空計。
3. 前記放電開始補助電極の鋭角突起の先端と陽極との距離が０．３ｍｍ以上離れていることを特徴とする請求項２に記載の冷陰極電離真空計。
4. 棒状の陽極と、前記陽極を取り囲むように設けられた陰極と、前記陰極の外周に設けられた磁石とを有する冷陰極電離真空計に用いる放電開始補助電極板であって、前記放電開始補助電極板は、前記陽極を通すための開口部と、前記陰極に取り付けるための支持爪を有することを特徴とする放電開始補助電極板。