JP2676004B2 - 電離真空計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子銃と電子収集電極
を備えた電離真空計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から既知の電離真空計は、真空中に
電子を飛行させることによって残留した気体をイオン化
し、このとき得られるイオン電流の強さに基づいて、残
留気体の圧力を検知するように構成されている。

【０００３】図６には、この種の真空計の基本構成が示
されている。

【０００４】図６に示すように、所定の電圧（Ｅ_A ）を
印加した状態において、陰極（Ｆ）から放射された電子
（ｅ）は、陽極（Ａ）に向かう途中でその一部が気体分
子に衝突して、陽イオン（＋）を形成させる。この電離
作用によって生まれた陽イオン（＋）は、陰極（Ｆ）の
方向に進行するが、陰極（Ｆ）は、細径のフィラメント
で構成されているため、大半の陽イオン（＋）は、陰極
（Ｆ）を通過した後、イオンコレクター（ＩＣ）に到達
する。

【０００５】上記電離作用によって陽イオン（＋）の生
まれる割合は、真空度に比例しているため、イオンコレ
クター（ＩＣ）に流れるイオン電流（Ｉｉ）を測定する
ことによって、真空度が検出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た真空計には、以下のような欠点が存在した。

【０００７】（１）イオン化に利用された電子（ｅ）が
陽極（Ａ）に到達したとき、軟Ｘ線が発生し、その一部
がイオンコレクター（ＩＣ）を照射する。このため、イ
オンコレクター（ＩＣ）から光電子が放射されると共
に、イオンコレクター（ＩＣ）には、光電流が流れる。
このとき流れる光電流は、上述したイオン電流（Ｉｉ）
とは区別し難いため、真空度の検出に誤差が生じてしま
う。

【０００８】（２）電子（ｅ）が陽極（Ａ）に入射した
とき、陽極表面に吸着していた気体が２次イオン又は中
性気体として放出される。

【０００９】２次イオンは、その一部が直接イオンコレ
クター（ＩＣ）に入射して２次イオン電流を発生させる
ため、真空度の検出に誤差が生じてしまう。一方、中性
気体は、真空計を構成する各電極近傍の圧力を増加させ
るため、同様に検出誤差が生じてしまう。

【００１０】（３）陰極（Ｆ）から電子（ｅ）を放射さ
せるために、陰極（Ｆ）を加熱すると、陰極（Ｆ）及び
その周辺の温度が上昇し、気体が放出される。このと
き、陽極（Ａ）も電子衝突によって加熱されて気体が放
出される。この結果、真空計近傍の圧力が上昇するた
め、検出精度が低下してしまうという問題が発生する。

【００１１】そこで、このような弊害を解消するため
に、図７及び図８に示すような超高真空用電離真空計が
開発された。

【００１２】図７には、Bayard-Alpert 型真空計（ＢＡ
型真空計）の電極部分の構成が拡大して示されている。

【００１３】図７に示すように、陰極（Ｆ）から放射さ
れた電子は、細径の針金で形成されたコイル状陽極
（Ｇ）に向かうが、コイルピッチが大きいため、大半の
電子は、陽極（Ｇ）を通過して陽極（Ｇ）の外側に飛び
出した後、再び、陽極（Ｇ）に向かう。

【００１４】このような動きが何回か繰り返されている
間に、陽極（Ｇ）内の空間を通過中の電子によって発生
した陽イオンは、陽極（Ｇ）の中心に設置された針状の
イオンコレクター（ＩＣ）に集められる。

【００１５】このようなＢＡ型真空計に適用されたイオ
ンコレクター（ＩＣ）は、細径の針状電極であるため、
陽極（Ｇ）で発生した軟Ｘ線に照らされることが少なく
なる。この結果、イオンコレクター（ＩＣ）に発生する
光電流及び２次イオン電流の強さは、図６に示す真空計
の場合に比較してはるかに小さくなる。

【００１６】また、陽極（Ｇ）が細径の針金で形成され
ているため、加熱脱ガスが容易に行われる。この結果、
真空度の検出精度を向上させることができる。

【００１７】従って、ＢＡ型真空計では、略１０^-8Ｐａ
程度の超高真空まで測定することが可能となる。

【００１８】しかしながら、更に低い圧力測定が要求さ
れた場合、構成が複雑化すると共に製造コストが上昇し
て、実用化は容易ではない。

【００１９】また、図８には、エクストラクター型真空
計の電極部分の構成が拡大して示されている。

【００２０】図８に示すように、この真空計は、陽極
（Ｇ）で囲まれた空間に存在する陽イオンをシールド部
材２に形成された開口２ａを介してイオンリフレクター
４方向に導いた後、このイオンリフレクター４を介して
イオンコレクター（ＩＣ）に集められるように構成され
ている。

【００２１】更に、この真空計は、イオンコレクター
（ＩＣ）への軟Ｘ線の到達量を減少させるように、各電
極の配置が調節されているため、測定限界圧力を低く設
定することが可能である。

【００２２】この結果、イオンコレクター（ＩＣ）に発
生する光電流及び２次イオン電流の強さは、図６に示す
真空計の場合に比較してはるかに小さくなる。従って、
真空度の検出精度を向上させることができる。

【００２３】しかしながら、真空計近傍の圧力上昇に関
しては、依然として問題が残る。なぜなら、エクストラ
クター型真空計では、下式 Ｓ＝Ｉｉ／（Ｐ・Ｉｅ） …（１） で示されるいわゆる感度計数（Ｓ）の値が小さくなるか
らである。

【００２４】即ち、感度計数（Ｓ）が小さい場合におい
て、同一圧力（Ｐ）で同一イオン電流（Ｉｉ）を得よう
とすると、強いエミッション電流（Ｉｅ）が必要とな
り、結局、陰極加熱電力が大きくなるからである。ま
た、少ないエミッション電流を利用して測定しようとす
ると、特に低い圧力の場合には、イオン電流（Ｉｉ）が
非常に弱くなり、特殊な微小電流計が必要になる等、上
述したＢＡ型真空計に比較してかなり高価となる。その
ため、実用性の面で不利である。

【００２５】更にまた、図７及び図８に示された電離真
空計に適用された陽極（Ｇ）は、以下の３つの役割を兼
ね備えている。 （ａ） 電子を加速してイオン化に必要なエネルギーを
与える。 （ｂ） イオン化に利用された後の電子を収集する。 （ｃ） 陽イオンをイオンコレクター（ＩＣ）に集め
る。

【００２６】上記（ｃ）の役割を果たす場合、陽極内で
発生した陽イオンは、周囲が正電位の陽極（Ｇ）である
ために、図７の例では、アース電位に規制されたイオン
コレクター（ＩＣ）に集められ、また、図８の例では、
開口２ａを介してイオンコレクター（ＩＣ）方向に流れ
出す。

【００２７】しかしながら、このような（ｃ）の役割
は、重要であるため、陽極（Ｇ）の幾何学的形状は、
（ｃ）の役割に対応して制約を受けるといった問題が残
る。更に、上記（ｂ）の役割を果たす際には、軟Ｘ線等
が発生し、この軟Ｘ線等によって測定時に雑音電流が発
生するといった問題も存在する。

【００２８】本発明は、上述したような問題点を解決す
るためになされており、その目的は、Ｘ線光電流や２次
イオン電流等の雑音電流を大幅に減少させることによっ
て、超高真空領域から極高真空領域に亘る全圧の測定を
簡単且つ高精度に行うことができる電離真空計を提供す
ることにある。

【００２９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の電離真空計は、円筒状格子型電極の
一端に設けられ、予め加速させた電子を前記円筒状格子
型電極内に入射する電子銃部と、前記円筒状格子型電極
の他端に設けられ、前記円筒状格子型電極内を飛行する
前記電子によって発生したイオンを収集するイオン収集
電極と、前記円筒状格子型電極の他端に設けられ、前記
円筒状格子型電極の他端から出射した電子を収集する電
子収集電極と、前記イオン収集電極を前記電子収集電極
から遮蔽するシールド部材とを備える。

【００３０】

【作用】円筒状格子型電極の一端に設けられた電子銃部
から入射した電子は、円筒状格子型電極内を飛行する間
に、その一部が気体分子に衝突してイオンを発生させ
る。円筒状格子型電極内に発生したイオンは、円筒状格
子型電極の他端に設けられたイオン収集電極に収集され
る。また、イオン発生に寄与した後円筒状格子型電極の
他端から出射した電子は、電子収集電極に収集される。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の一実施例に係る電離真空計に
ついて、図１ないし図５を参照して説明する。

【００３２】図１に示すように、本実施例の電離真空計
は、円筒状格子型電極即ち円筒状グリッド６の一端に設
けられ、予め加速させた電子（ｅ^- ）をグリッド６内に
入射する例えば２個の電子銃部８と、グリッド６の他端
中央に設けられ、グリッド６内を飛行する電子（ｅ^- ）
によって発生した陽イオン（＋）を収集するイオン収集
電極１０と、グリッド６の他端に設けられ、イオン発生
に寄与した後グリッド６の他端から出射した電子
（ｅ^- ）を収集する電子収集電極１２とを備える。

【００３３】なお、電子収集電極１２は、イオン収集電
極１０の周囲にドーナツ状に延出しており、電子収集電
極１２とイオン収集電極１０とは、互いに、シールド部
材１４によって隔離されている。

【００３４】実際には、図２に示すように、上記２つの
電子銃部８は、グリッド６の一端中央に設けられた針状
電極１６の回りに円筒状に配置され、陰極（Ｆ）を含め
て構成されている。

【００３５】また、グリッド６を構成する各格子、電子
銃部８、イオン収集電極１０には、夫々、所定の電圧が
印加可能に構成されており、シールド部材１４には、電
圧は印加されない。

【００３６】このような構成によれば、上記印加電圧を
図３に示すように規定した場合には、陰極（Ｆ）から出
射された電子（ｅ^- ）は、グリッド６内を図３に示すよ
うな軌跡を描いて飛行した後、電子収集電極１２に収集
される。

【００３７】また、グリッド６内を飛行中の電子によっ
て生成された陽イオン（＋）は、図４に示すような軌跡
を描いて飛行した後、イオン収集電極１０に収集され
る。

【００３８】図５は、本実施例の電離真空計を実際に動
作させた際に得られた特性の一例であり、横軸には、針
状電極１６（図２参照）の電位（Ｖ）が示されている。

【００３９】図から明らかなように、適当な条件下にお
いて、陰極（Ｆ）を出発した電子のうち、９６％程度の
電子が電子収集電極１２（図３参照）に到達しており、
この到達率は、更に向上させることが可能である。

【００４０】また、この実験の際の圧力（Ｐ）やイオン
電流（Ｉｉ）の値等を上記（１）式に代入することによ
って得られた感度計数（Ｓ）は、１．０Ｐａ^-1よりもか
なり大きくなる。

【００４１】この結果、図７及び図８に示したような電
離真空計に比較すると５〜１０倍程度の高い感度を有す
ることが分かる。

【００４２】このように本実施例の電離真空計は、図７
及び図８に示す真空計の陽極に課せられていた３つの役
割（明細書第４頁の（ａ），（ｂ），（ｃ）参照）を電
子銃部８、電子収集電極１２、イオン収集電極１０に分
担させて構成されている。

【００４３】このため、各電極の形状や位置を任意に設
定することが可能となり、設計上の自由度を向上させる
ことができる。

【００４４】また、本実施例の電離真空計において、イ
オン収集電極１０は、シールド部材１４によって電子収
集電極１２から遮蔽されているため、雑音電流の発生を
大幅に減少させることが可能となり、超高真空領域から
極高真空領域に亘る全圧の測定を高精度に行うことがで
きる。

【００４５】更に、陽極の役割を分担させることによっ
て、以下の利点が同時に生み出される。即ち、図７及び
図８の真空計では、明細書第４頁の（ａ），（ｂ）に記
載した役割を果たすために、陽極の電位はある程度制約
を受ける。

【００４６】しかし、本実施例の真空計によれば、電子
収集電極１２（図１及び図２参照）の電位をかなり自由
に設定することができる。しかも、上記の軟Ｘ線や２次
イオンの発生、電子衝突加熱に起因する脱ガス等の現象
は、電子が電極表面を衝撃するときのエネルギーに大き
く依存する。従って、電子収集電極１２の電位の選択に
関して自由度が増したことは、これらの雑音原因の発生
そのものをも減少させ得ることを意味している。

【００４７】なお、本発明は、上述した実施例の構成に
限定されることはなく、特許請求の範囲内において種々
変更可能であることは言うまでもない。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、Ｘ線光電流や２次イオ
ン電流等の雑音電流を大幅に減少させることによって、
超高真空領域から極高真空領域に亘る全圧の測定を簡単
且つ高精度に行うことができる電離真空計を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る電離真空計の構成を概
略的に示す図。

【図２】本発明の一実施例に係る電離真空計の具体的な
構成を概略的に示す図。

【図３】陰極から出射された電子がグリッド内を飛行し
て電子収集電極に収集されている状態を示す図。

【図４】グリッド内を飛行中の電子によって生成された
陽イオンがイオン収集電極に収集されている状態を示す
図。

【図５】図１に示す電離真空計を実際に動作させた際に
得られた特性を示す図。

【図６】従来の基本的な真空計の構成を概略的に示す部
分拡大図。

【図７】Bayard-Alpert 型真空計（ＢＡ型真空計）の電
極部分の構成を概略的に示す部分拡大図。

【図８】エクストラクター型真空計の電極部分の構成を
概略的に示す部分拡大図。

【符号の説明】

６…円筒状グリッド、８…電子銃部、１０…イオン収集
電極、１２…電子収集電極、１４…シールド部材、ｅ^-
…電子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状格子型電極の一端に設けられ、予
   め加速させた電子を前記円筒状格子型電極内に入射する
   電子銃部と、 前記円筒状格子型電極の他端に設けられ、前記円筒状格
   子型電極内を飛行する前記電子によって発生したイオン
   を収集するイオン収集電極と、 前記円筒状格子型電極の他端に設けられ、前記円筒状格
   子型電極の他端から出射した電子を収集する電子収集電
   極と、 前記イオン収集電極を前記電子収集電極から遮蔽するシ
   ールド部材とを備えることを特徴とする電離真空計。