JP3400885B2 - フランジマウント型熱陰極電離真空計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願の発明は、気体の電離を利用
して真空圧力を測定する電離真空計に関し、特に、真空
容器の器壁に固定されるフランジにフィラメント等がマ
ウントされたフランジマウント型熱陰極電離真空計に関
する。

【０００２】

【従来の技術】真空容器内の真空圧力を測定する真空計
には幾つかのタイプがあるが、気体の電離を利用する電
離真空計は、広い測定範囲（１０^-1〜１０^-9Ｐａ程度）
にわたって高い精度で測定できるため、盛んに使用され
ている。電離真空計は、電離のための電子放出の方式に
より熱陰極電離真空計と冷陰極電離真空計に分けられ、
真空容器への取り付け方によりヌード型電離真空計と接
続管型電離真空計に分けられる。

【０００３】本願発明は、このうち熱陰極を用いたヌー
ド型電離真空計を対象とするものである。この「ヌード
型」というのは、フィラメント等の真空計を構成する電
極類が真空容器内の測定空間に直接露出しているという
いう意味である。「ヌード型」の場合、フィラメント等
の電極類は、真空容器の器壁に取り付けられるフランジ
にマウントされている。従って、「フランジマウント
型」と呼ぶ場合もある。「ヌード型」はそれほど一般的
な呼び名ではないので、以降は「フランジマウント型」
の用語を使用する。

【０００４】図９は、このようなフランジマウント型熱
陰極電離真空計の従来例の構成を説明する斜視概略図で
ある。図１０は、図９に示すような真空計のフランジ及
び端子部分の断面図である。図１１は、熱陰極電離真空
計の測定原理を説明する平面概略図である。図１２は、
イオンコレクタ電流の測定回路の説明図である。図９に
示すように、この真空計は、測定空間に存在する気体を
電離するための電子を熱電子放出するフィラメント１
と、測定空間の電子を捕集するグリッド２と、電離した
イオンを捕集するためのイオンコレクタ３と、真空容器
の器壁に固定されるフランジ４とから主に構成されてい
る。

【０００５】まず、フランジ４としては、コンフラット
フランジ等が採用される。このフランジ４は、図９及び
図１０に示すようなリング状の部材であり、その内側部
分に絶縁ベース５が嵌め込まれて固定されている。絶縁
ベース５の上側には、金属カバー７が配置されている。
金属カバー７は、円板の周縁に短い袖板を周設して形成
した皿状の部材であり、その袖板の部分をフランジ４の
内周面と絶縁ベース５の外周面との間に上方から挟み込
むようにして固定されている。

【０００６】また図１０に示すように、フィラメント１
は絶縁ベース５を介してフランジ４に固定されたフィラ
メント端子１１に接続されており、グリッド２は同じく
絶縁ベース５を介してフランジ４に固定されたグリッド
端子２１に接続されている。さらに、イオンコレクタ３
は同じく絶縁ベース５を介してフランジ４に固定された
コレクタ端子３１に接続されている。これらフィラメン
ト端子１１、グリッド端子２１、コレクタ端子３１の側
面を覆うようにしてフィラメント端子絶縁体１２、グリ
ッド端子絶縁体２２、コレクタ端子絶縁体３２がそれぞ
れ設けられている。

【０００７】真空計の中央には、イオンコレクタ３が配
置されている。このイオンコレクタ３は、フランジ４の
盤面に対して垂直な姿勢の線状部材である。このイオン
コレクタ３には、後述のように電流計がコレクタ端子３
１を介して接続され、流入するイオンによって生ずる電
流が測定される。上記イオンコレクタ３を取り囲むよう
にして、グリッド２が配置されている。グリッド２は、
図９に示すように、イオンコレクタ３を取り囲むように
して円筒面状にぐるぐる巻きにした細線から構成されて
いる。このグリッド２は、後述するグリッド用直流電源
２４にグリッド端子２１を介して接続される。フィラメ
ント１は、このグリッド２の外側に配置されている。フ
ィラメント１には、後述するフィラメント通電用電源１
３及びフィラメント電位用直流電源１４がフィラメント
端子１１を介して接続される。フィラメント通電用電源
１３は直流の場合もあるし交流の場合もある。また、グ
リッド２にはグリッド端子２１を介してグリッド用直流
電源２４が接続され、イオンコレクタ３にはコレクタ端
子３１を介して電流計３４がそれぞれ接続される。

【０００８】一方、フランジ４には、図９に示すような
固定用のボルト穴４１が形成されている。真空容器の器
壁には真空計を内部に挿入させるための真空計用開口が
設けられており、その開口の回りには器壁フランジ部が
形成されている。器壁フランジ部は真空計のフランジ４
に適合した形状を有し、フランジ４のボルト穴４１と一
致した位置に同様のボルト穴を有する。真空計を真空容
器にセットする場合には、フィラメント１等の各電極を
真空容器内に挿入させてフランジ４を器壁フランジ部に
当接させる。そして、フランジ４のボルト穴４１を通し
て器壁フランジ部のボルト穴にボルトをねじ込んで器壁
フランジ部にフランジ４を固定する。尚、コレクタ端子
絶縁体３２及びイオンコレクタ３の下端部分を覆うよう
にして、コレクタシールド３３が配置されている。この
コレクタシールド３３は、金属カバー７に固定接続され
ており、真空容器内で発生する有害な電磁波を遮蔽す
る。

【０００９】次に、図１１及び図１２を使用して上述の
ような熱陰極電離真空計の測定原理を説明する。まず、
フィラメント１に接続されたフィラメント通電用電源１
３は、フィラメント１を通電して熱電子放出を可能とす
るジュール熱を発生させるものであり、フィラメント電
位用直流１４は、フィラメント１にグリッド２より低く
てイオンコレクタ３及び真空容器の器壁より高い所定の
電位（例えば４５Ｖ）を与えるためのものである。ま
た、グリッド用直流電源２４は、フィラメント１より高
い所定の電位（例えば１８０Ｖ）をグリッド２に与え
る。一方、イオンコレクタ３には、図１２に例示するよ
うな測定回路が接続されている。即ち、イオンコレクタ
はイオンコレクタ電流ｉを測定するＯＰアンプの反転入
力端子に接続され、このＯＰアンプの非反転入力端子は
接地される。ＯＰアンプの両入力端子は仮想短絡されて
いるので、イオンコレクタは仮想接地されて０Ｖの電位
になっている。

【００１０】通電加熱されたフィラメント１は、熱電子
放出によって電子を放出し、放出された電子は、グリッ
ド２とフィラメント１との間の電界によってグリッド２
の方向へ飛行する。殆どの電子はグリッド２の細線には
直接到達せず、細線と細線の間を通り抜けてしまう。通
り抜けた電子はグリッド２から遠ざかるが、遠ざかるに
従って空間電位は低くなるので、電子はグリッド２の方
向に反転し、再びグリッド２に向かう。グリッド２に接
近した電子はやはり高い確率でグリッド２を通り抜け、
グリッド２の外側に達する。そして、ある程度飛行した
後反転し、再びグリッド２の方向に向かう。つまり、図
１１に示すように、電子はグリッド２の細線と細線との
間を行ったり来たりしながら飛行を続け、最終的には細
線に接触してグリッド２に捕集される。

【００１１】さて、電子が上述のようにグリッド２の部
分を行ったり来たりする過程で、その飛行経路上に気体
分子が存在していると、電子はこれに衝突してその気体
を電離させる。電離した気体はイオンとなり、グリッド
２で囲まれた空間内のイオンは中央のイオンコレクタ３
に向かって飛行してこれに捕集されることになる。イオ
ンコレクタ３に捕集されたイオンは、イオンコレクタ電
流を発生させ、このイオンコレクタ電流が電流計３４に
より測定される。具体的には、図１２に示すように、イ
オンコレクタ電流ｉに応じて得られるＯＰアンプの出力
電圧Ｖo を測定することによりイオンコレクタ電流ｉが
測定される。このイオンコレクタ電流ｉは、イオンコレ
クタ３に捕集されるイオンの数によって決まる。ここ
で、フィラメント１から放出される電子の数が一定であ
る場合、イオンコレクタ３に捕集されるイオンの数は、
測定空間に存在する気体分子の数により決まる。気体分
子の数は、定温定体積下ではその空間の圧力に相当する
から、フィラメント１からの熱電子放出を一定に保つこ
とによってイオンコレクタ電流ｉの値から測定空間の圧
力を知ることができるのである。

【００１２】上述のような熱陰極電離真空計では、グリ
ッド２に付着した汚れを除去する目的で電子衝撃法によ
る脱ガスを行う。これは、次のようなやり方で行われ
る。まず、フィラメント１のエミッション電流を通常の
４ｍＡ程度から３０〜５０ｍＡ程度に増加させ、通常よ
りも遥かに多い量の電子を放出させる。尚、この「エミ
ッション電流」とは、フィラメント１から放出される電
子流のことである。このように熱電子放出を多くすると
ともに、グリッド２の電位を通常の１８０Ｖよりも遥か
に高い電位５００Ｖ程度にし、フィラメント１とグリッ
ド２との間に大きな加速電界を設定する。フィラメント
１から放出された多量の電子は、この大きな加速電界に
よって加速され、グリッド２に衝突する。電子の衝突に
よって衝撃を受けたグリッド２からは、付着していた汚
れ等がガスとなって放出され（脱ガスされ）、グリッド
２の表面が洗浄される。尚、このようにグリッド２の表
面を洗浄しておかないと、グリッド２から放出されるガ
スに起因する分が電流計の指示値に含まれてしまい、測
定の精度が低下してしまう。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなフランジ
マウント型熱陰極電離真空計において、使用が長期間に
亘った場合や真空圧力の高いところで使用した場合、グ
リッド２が地絡してしまい所定のグリッド電位が印加さ
れないというトラブルが発生することがあった。このト
ラブルの原因について調べてみたところ、グリッド端子
２１の側面を覆うグリッド端子絶縁体２２の表面に皮膜
が堆積しており、その皮膜が金属カバー７にまで達して
いた。そして、この皮膜が導電性であるため、グリッド
２と金属カバー７とを短絡させる結果となり、これが前
述のトラブルの原因であることが判明した。上記グリッ
ド端子絶縁体２２の表面に堆積した皮膜についてさらに
調べてみると、この皮膜は、真空ポンプの油やグリース
等の有機物からなる残留ガスが絶縁体の表面に付着した
ものが、照射電子でたたかれてイオン化し、そのとき近
くにある他の分子と重合して次々とつながり皮膜を形成
した炭素系の導電性物質であることが判明した。

【００１４】図１３は、上記皮膜堆積のメカニズムにつ
いて説明した図である。図１３に示す通り、皮膜２３
は、グリッド端子絶縁体２２のうちの上端部分即ちグリ
ッド２に最も近い位置から堆積を始め、その後金属カバ
ー７の方向へ成長した。そして、ついには金属カバー７
に達しグリッド２と金属カバー７とを短絡させてしまっ
た。このような皮膜２３の成長から、皮膜堆積のメカニ
ズムは以下のようなものであると考えられる。前述した
通り、グリッド２には測定時１８０Ｖの電位が印加さ
れ、脱ガス時には５００Ｖもの電位が印加される。グリ
ッド端子絶縁体２２は、接地電位に保持された金属カバ
ー７とグリッド２とを絶縁するものであるから、グリッ
ド２と金属カバー７との間の電界によって誘電分極し、
図１３に曲線Ｃ0 として示すようなグリッド２付近の位
置において高電位で金属カバー７に近づくに従って低電
位となる電位分布を有していると想定される。

【００１５】この場合、フィラメント１からグリッド２
に向かう電子の一部は、上記グリッド端子絶縁体２２の
うちのグリッド２付近の部分の高い電位に引かれてこの
部分に到達すると考えられる。特に、前述の電子衝撃法
による脱ガスの際には、多量の電子がフィラメント１か
ら飛行してきており、このようにグリッド端子絶縁体２
２の表面にはみ出すようにして達する電子の量はかなり
多いと考えられる。さらに、脱ガスの際には５００Ｖと
いう高いグリッド電位によって電子が加速されているた
め、グリッド端子絶縁体２２の表面に達する電子はかな
りの衝撃で表面を叩くものと考えられる。真空ポンプの
油等の有機物の残留ガスの分子がこの部分のグリッド端
子絶縁体２２の表面に付着していた場合、その分子は電
子衝撃によりイオン化と重合を生じて導電性の皮膜２３
が形成されるものと考えられる。

【００１６】皮膜２３が形成されると、グリッド２に近
い位置であるため、皮膜２３とグリッド２がつながって
しまい、皮膜２３自体にグリッド２の高電位と同じ電位
が与えられた結果となる。皮膜２３がグリッド２の高電
位と同じ電位になると、グリッド端子絶縁体２２のうち
の皮膜２３のすぐ下の部分の電位が高くなり、この部分
にも電子が盛んに衝突するようになる。これによって、
この部分にも皮膜２３が形成されて皮膜２３が表面に沿
って成長したような状態となる。グリッド端子絶縁体２
２の表面の電位分布で説明すると、皮膜２３の形成によ
りグリッド電位と等しい部分が広がり、曲線Ｃ1 →Ｃ2
→Ｃ3 のように電位分布が変化して勾配がより急峻にな
っていくものと想定される。このような過程を経て皮膜
２３はどんどん成長を続け、ついには金属カバー７にま
で達してしまうのである。金属カバー７を嵌め込んだフ
ランジ４は接地された真空容器に取り付けられるため、
皮膜２３が金属カバー７に達するとグリッド２が地絡し
測定不能になる。堆積した皮膜２３は剥離が困難であ
り、これによって真空計は寿命になってしまう。皮膜２
３の堆積は、高い圧力で測定したり、測定精度を高めよ
うとして脱ガスを頻繁にしたりする場合には避けられな
いから、これらの事情が真空計の寿命を短くさせていた
のである。

【００１７】このような問題を解決する方法として、グ
リッド端子絶縁体２２の部分を長くして皮膜２３が金属
カバー７に達するまでの期間を長期化させることが行わ
れている。しかし、このような設計は、真空計全体を大
型化させる元になる。フランジマウント型真空計は、フ
ィラメント１等の電極部を真空容器内に挿入露出させて
配置するため、極力小型化させる必要があり、この点で
も上記皮膜の堆積は元凶になっていた。本発明は、かか
る課題を解決するためになされたものであり、高い圧力
で測定したり測定精度を高めようとして脱ガスを頻繁に
したりする場合でも、長い寿命で安定して使用すること
ができ且つ小型化することが可能なフランジマウント型
熱陰極電離真空計の提供を目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本願の請求項１に記載の発明は、測定空間に存在す
る気体を電離するための電子を熱電子放出するフィラメ
ントと、測定空間の電子を捕集するグリッドと、電離し
たイオンを捕集するためのイオンコレクタとを有し、フ
ィラメント、グリッド及びイオンコレクタが、真空容器
の器壁に固定されるとともに接地電位に保持されるフラ
ンジにマウントされたフランジマウント型熱陰極電離真
空計において、フィラメントは絶縁ベースを介してフラ
ンジに固定されたフィラメント端子に接続され、グリッ
ドは絶縁ベースを介してフランジに固定されたグリッド
端子に接続され、イオンコレクタは絶縁ベースを介して
フランジに固定されたコレクタ端子に接続されており、
さらに、グリッド端子とフランジとを絶縁するためにグ
リッド端子の側面に設けられたグリッド端子絶縁体と、
フィラメントからグリッド端子絶縁体への電子の到達を
遮蔽するようにして設けられるとともにフィラメントの
電位以下の電位に保持されるガード電極とが設けられて
いるという構成を有する。同様に上記目的を達成するた
め、請求項２に記載の発明は、上記請求項１の構成にお
いて、ガード電極は、フランジに対して絶縁されること
なく固定されているという構成を有する。同様に上記目
的を達成するため、請求項３に記載の発明は、上記請求
項１の構成において、ガード電極は、フィラメント又は
フィラメント端子に接続されてフィラメント電位と同電
位になるように設けられているという構成を有する。同
様に上記目的を達成するため、請求項４に記載の発明
は、上記請求項１，２又は３の構成において、ガード電
極は、グリッド端子絶縁体から離間した状態で配置され
ているという構成を有する。

【００１９】

【作用】上記各構成に係るフランジマウント型熱陰極電
離真空計においては、フィラメントから放出された電子
が測定空間に存在する気体分子を電離し、電離したイオ
ンがイオンコレクタに捕集されることによって測定空間
の圧力が測定される。この際、ガード電極がフィラメン
トからグリッド端子絶縁体への電子の到達を遮蔽するよ
うにして設けられているので、グリッド端子絶縁体への
電子の衝突が防止される。

【００２０】

【実施例】以下、本願発明の実施例を説明する。図１
は、本願発明のフランジマウント型熱陰極電離真空計の
第一実施例の主要部の概略を説明する斜視図、図２は、
図１の真空計の側断面概略図、図３及図４は、ガード電
極の寸法形状についての説明図、図５はガード電極の他
の例を示す断面概略図である。

【００２１】本実施例のフランジマウント型熱陰極電離
真空計は、図１及び図２に示すように、測定空間に存在
する気体を電離するための電子を熱電子放出するフィラ
メント１と、測定空間の電子を捕集するグリッド２と、
電離したイオンを捕集するためのイオンコレクタ３と、
真空容器の器壁に固定されるフランジ４と、フィラメン
ト１からグリッド端子絶縁体２２への電子の到達を遮蔽
するようにして設けられたガード電極６とから主に構成
されている。

【００２２】フランジ４は、従来と同様の略リング状の
部材であり、その内側部分に円盤状の絶縁ベース５が嵌
め込まれて固定されている。この絶縁ベース５の上側に
は、金属カバー７が配置されている。金属カバー７は、
円板の周縁に短い袖板を周設して形成した皿状の部材で
あり、その袖板の部分をフランジ４の内周面と絶縁ベー
ス５の外周面との間に上方から挟み込むようにして固定
されている。この金属カバー７は、接地されたフランジ
４とガード電極６等の部材とを短絡するためのものであ
り、ステンレス等の材料で形成されている。フランジ４
は、上記絶縁ベース５が嵌め込まれた内周面から下方に
延設するようにして、短い円筒状のスリーブ４２が設け
られている。このスリーブ４２は不図示のコネクタのカ
バーをねじ込むためのものであり、スリーブ４２の外周
面にはねじ込みのためのネジ山４３が形成されている。
尚、フランジ４はステンレス等の材料で形成され、絶縁
ベース５は例えばアルミナセラミックス等の材料で形成
されている。

【００２３】フィラメント端子１１、グリッド端子２
１、コレクタ端子３１はそれぞれ上記絶縁ベース５を貫
通して上方に突出して配置されている。そしてそれぞれ
の先端には、フィラメント１、グリッド２、イオンコレ
クタ３をそれぞれ取り付けている。また、フィラメント
端子１１、グリッド端子２１、コレクタ端子３１には、
各々の側面を覆うようにしてフィラメント端子絶縁体１
２、グリッド端子絶縁体２２、コレクタ端子絶縁体３２
が設けられている。なお、前述した金属カバー７には、
フィラメント端子絶縁体１２、グリッド端子絶縁体２
２、コレクタ端子絶縁体３２をそれぞれ貫通させるため
の開口が設けられており、フィラメント端子絶縁体１
２、グリッド端子絶縁体２２、コレクタ端子絶縁体３２
は、これらの開口をそれぞれ貫通してその下端が絶縁ベ
ース５の上面に当接した状態となっている。

【００２４】従来と同様、イオンコレクタ３は真空計の
中央に配置されている。このイオンコレクタ３は、タン
グステン等の材料で形成された太さ０．２ｍｍ程度の線
状の部材である。上記イオンコレクタ３を取り囲むよう
にして配置されたグリッド２は、従来と同様、円筒面状
にぐるぐる巻きにした細線から構成されている。グリッ
ド２を構成する細線は、タングステン又はモリブデン等
の材料で形成され、太さは０．２ｍｍ程度である。ぐる
ぐる巻した部分の直径は例えば２３ｍｍ程度である。フ
ィラメント１は、従来と同様、グリッド２の外側に配置
されている。フィラメント１は、タングステン等の材料
でもので、巻コイル状に形成されている。図１及び図２
からは明かではないが、フィラメント１は２本配置され
ている。一本は通常使用するもので、もう一本は断線等
を考慮した予備用である。

【００２５】尚、従来例と同様、コレクタ端子絶縁体３
２及びイオンコレクタ３の下端部分を覆うようにして、
コレクタシールド３３が配置されている。コレクタシー
ルド３３は、盤面に対して垂直に立てた円筒状の部材で
あり、下端が前述の金属カバー７に固定されている。コ
レクターシールドとコレクタ端子絶縁体３２とは接触し
ておらず、２ｍｍ程度の間隔がある。このコレクタシー
ルド３３は、電磁波等のコレクタ端子３１への入射を遮
蔽するものであり、フィラメント通電用電源１３に交流
電源を使用した場合等に発生する電磁波ノイズを除去す
る目的で配置されている。

【００２６】ガード電極６は、この実施例では、上記コ
レクタシールド３３に固定されて接続されている。即
ち、この実施例は、請求項２に対応した実施例である。
ガード電極６は、図１及び図２に示す通り、金属板を丸
めて形成した短い円筒状の部材であり、その側面を上記
コレクタシールド３３の側面に固定することでコレクタ
シールド３３に保持された状態でグリッド端子２１を覆
っている。ガード電極６とコレクタシールド３３との固
定は、スポット溶接等の方法がある。図１及び図２に示
すように、ガード電極６は、グリッド２の下端部分及び
グリッド端子絶縁体２２の上側半分を覆う高さを有する
のみであり、グリッド端子絶縁体２２を全高さにわたっ
て覆うものではない。これは、前述の如く皮膜が最初に
形成されるのはグリッド端子絶縁体２２のうちのグリッ
ド２に近い上端部分であり、この部分への電子の到達を
防止しておけば足りるという事情に基づく。

【００２７】尚、コレクタシールド３３が金属カバー７
を介してフランジ４に接続されて接地されることから、
このガード電極６も同様に接地電位に保持される。従っ
て、４５Ｖ程度に保持されるフィラメント１からみると
電位が低くなるので、フィラメント１から放出された電
子はこのガード電極６に接近しづらくなり、結果的に内
側のグリッド端子絶縁体２２への電子の到達が遮蔽され
る。また、ガード電極６はグリッド端子２１に接触して
配置させることは出来ないが、グリッド端子絶縁体２２
に接触して配置させることは不可能ではない。しかし、
前述のように堆積する皮膜によってガード電極６とグリ
ッド端子２１が短絡してしまうようなことがあるといけ
ないので、ガード電極６はグリッド端子絶縁体２２から
離間して配置させることが好ましい。

【００２８】ガード電極６の寸法形状について、図３及
び図４を使用してさらに詳しく説明する。グリッド端子
絶縁体２２の側面からガード電極６までの距離ｄ１は、
脱ガス時の５００Ｖという高電圧が印加された場合でも
絶縁破壊を生じない程度の距離にしておくことが好まし
く、例えば１ｍｍ以上とされる。但し、ｄ１をあまり大
きくすると、フィラメント１からグリッド端子絶縁体２
２への電子の到達を遮蔽するという効果が少なくなるの
で、この点で上限が存在する。ただ、ｄ１を大きくした
場合でも、ガード電極６のグリッド端子絶縁体２２の上
端からの突出高さｄ２を大きくするようにすれば、電子
遮蔽の効果が低減しないようにすることができる。

【００２９】また、このガード電極６のグリッド端子絶
縁体２２の上端からの突出高さｄ２は、フィラメント１
の上端からグリッド端子絶縁体２２の上端を見通せない
ような状態、即ち図４に示すようにフィラメント１の上
端とグリッド端子絶縁体２２の上端とを結んだ線上にガ
ード電極６の上端が位置する状態以上の高さとすること
が好ましい。尚、このような観点から、図５に示すよう
な上端部分を内側に折り曲げた形状にしておくと、さら
に望ましい結果が得られる。即ち、ガード電極６の高さ
をあまり高くすることなく電子遮蔽の効果を充分得るこ
とができる。

【００３０】さらに、グリッド端子絶縁体２２の上端よ
り下側部分を覆うガード電極６の高さｄ３は、グリッド
端子絶縁体２２の側面の表面電位分布もしくは沿面絶縁
破壊耐圧の関係から適宜決定される。図４に曲線Ｃ0 と
して示した通り、グリッド端子絶縁体２２の側面の表面
電位分布は、上端においてグリッド電位に等しく下方に
いくに従って徐々に低くなり、下端において金属カバー
７の電位（０Ｖ）に等しくなるような電位分布である。
この場合、フィラメント電位以下の電位の部分に電子が
到達して皮膜が形成されても、フィラメント電位以下で
あるから前述したような更なる皮膜の形成を誘発するこ
とがない。つまり、フィラメント電位以上となる部分に
だけ電子の到達を防止しておけば皮膜の成長は実質的に
防止される。従って、ガード電極６の下端の位置は、グ
リッド端子絶縁体２２の側面の表面電位がフィラメント
電位となる位置以下の高さの位置になっていれば良いと
いうことになる。また別な考え方としては、表面に皮膜
が形成されてもその部分と上方のグリッド端子２とが沿
面絶縁破壊しなければ良いともいえる。５００Ｖ程度の
電位がグリッド２に与えられる場合、この距離は例えば
４ｍｍ程度であり、従ってｄ３は４ｍｍ以上としておけ
ばよいことになる。勿論、この値はグリッド端子絶縁体
２２の材質等により変わることはいうまでもない。

【００３１】尚、フィラメント１、グリッド２及びイオ
ンコレクタ３の電気的な回路構成は、前述した図１１と
同様に行えるので図示及び説明は省略する。

【００３２】上記構成に係る本実施例のフランジマウン
ト型熱陰極真空計は、フィラメント１を通電して熱電子
を放出させ、この電子によって測定空間の気体分子を電
離し、電離したイオンをイオンコレクタ３で捕集してそ
のイオンによる電流を電流計で読み取ることにより、圧
力測定が行われる。この際のフィラメント電位は４５Ｖ
でエミッション電流は４ｍＡ程度、グリッド電位が１８
０Ｖ程度である。また、前述した従来例と同様、グリッ
ド２を電子衝撃法により洗浄する場合には、グリッド２
に５００Ｖ程度の高電位を与えるとともにフィラメント
１のエミッション電流を３０〜５０ｍＡとし、大量の電
子を高電界で加速してグリッド２に衝突させ、これによ
って脱ガスを行ってグリッド２を洗浄する。

【００３３】上記のような圧力測定及びグリッド２の脱
ガスの際、フィラメント１から放出された電子は、一部
がグリッド端子絶縁体２２のうちのグリッド２付近の部
分に向かって飛行する。しかしながら、その飛行経路上
には上記ガード電極６が配置され、このガード電極６に
よって該部分への電子の到達が遮蔽される。従って、圧
力が高い測定空間で使用したり、測定精度を高めるため
頻繁にグリッド２の脱ガスを行うようにした場合でも、
従来見られたようなグリッド端子絶縁体２２への皮膜の
形成が防止され、皮膜の成長によるグリッド２とフラン
ジ４との短絡という事態も未然に防止される。従って、
上述のような使い方をしても充分に寿命の長い熱陰極電
離真空計とすることができ、且つ従来のようにグリッド
端子絶縁体２２の部分を長くする必要がないので、真空
計全体を小型化することが可能となる。

【００３４】次に、本願発明の第二実施例について説明
する。図６は、本願発明の第二実施例の概略を説明する
側断面図である。図６に示すように、この第二実施例で
は、ガード電極６は金属カバー７の上に配置固定されて
いる。即ち、この実施例におけるガード電極６は、前述
した第一実施例におけるガード電極６よりも高さが高
く、グリッド端子絶縁体２２の全高さにわたってグリッ
ド端子絶縁体２２を覆うよう構成されている。

【００３５】この第２実施例のガード電極６も、最終的
にはフランジ４に接続されて地絡されており、接地電位
に保持される。従って、請求項２に対応している。ガー
ド電極６の材質や寸法、金属カバー７への固定方法等
は、前述した第一実施例と同様にできるので、詳しい説
明は省略する。尚、ガード電極６を金属カバー７の上に
固定するには、ガード電極６の下端に図６に示すような
つば部を形成することが必要であり、このため一定の取
り付けスペースが必要になる。従って、このような取り
付けスペースの確保が困難な場合には、前述した第一実
施例のようにコレクタシールド３３の側面に直接取り付
ける構成が有利となる。

【００３６】次に、本願発明の第三実施例について説明
する。図７は、本願発明の第三実施例の概略を説明する
側断面図である。この第三実施例では、ガード電極６は
フィラメント１に接続されてフィラメント電位と同電位
になるように構成されている。従って、この第三実施例
は請求項３に対応している。グリッド端子絶縁体２２を
取り囲むようにして配置された短い円筒状の絶縁台座６
１が、金属カバー７の上に固定されている。ガード電極
６は、この絶縁台座６１の上に固定され、第一実施例と
同様、グリッド端子絶縁体２２の上側半分及びグリッド
２の下端部分を覆っている。そして、フィラメント１と
ガード電極６とは導線６２によって結線されている。
尚、結線は、フィランメト端子１１に対して行ってもよ
い。

【００３７】上述のようにしてフィラメント１と同電位
をガード電極６に与えた場合でも、前述した各実施例と
同様の効果を得ることができる。即ち、同電位にしてお
けば、フィラメント１とガード電極６の間には電子の加
速電界は本質的に形成されず、電子はガード電極６に向
かって飛行することが困難である。従って、ガード電極
６の配置位置等の構造上の要因によってグリッド端子絶
縁体２２への電子の到達を充分遮蔽することができる。
一方、フィラメント１よりも高い電位をガード電極６に
与えてしまった場合、電子が加速されるので、ガード電
極６の配置位置等の構造上の要因によってはグリッド端
子絶縁体２２への電子の到達を充分遮蔽できない場合が
有り得る。

【００３８】図８は、ガード電極の他の例について説明
する斜視概略図である。この例のガード電極６は、円筒
状の電極本体６３と、他の導入端子に取り付けるための
取り付け部６４と、電極本体６３と取り付け部６４とを
つなぐ中間部６５とから構成されている。この例のガー
ド電極６は、第一実施例のようにコレクタシールド３３
に取り付けても良いし、また第三実施例と同様にフィラ
メント端子１１に取り付けるようにしてもよい。フィラ
メント端子１１に取り付ける場合には、例えばフィラメ
ント端子絶縁体１２から露出させたフィラメント端子１
１の先端部に接続するようにして金属片を設け、この金
属片に取り付け部６４を溶接するようにする。前述した
通り、コレクタシールド３３に直接固定する第一実施例
のガード電極６は取り付けスペースが狭い場合等に有効
であるが、相当の大きさの径を有するガード電極６が必
要なため逆に電子遮蔽効果が薄れる恐れもある。このよ
うな場合や相当程度離れた位置の他の導入端子に取り付
ける場合には、図８に示すような構成のガード電極６が
効果的に採用される。

【００３９】上述した各実施例において、ガード電極６
の形状を「板を丸めて形成した円筒状」と説明したが、
これに限られるものではなく、金網等で円筒状に形成し
てもよいし、線材でコイル状に形成してもよい。また、
円筒状ではなくて角筒状でもよい。また、ガード電極６
に対して、接地電位とフィラメント電位との間の別の電
位を与えるようにしても良い。この場合には、別途専用
の端子を配置し、所定の電源で接地電位とフィラメント
電位との間の所定の電位を与えるようにする。尚、この
ような構成と対比すると、前述した各実施例は、既存の
導入端子を使用してガード電極６への電位付与が行われ
ているので、コスト面で有利であるという長所がある。
請求項３との比較において請求項２の長所を述べると、
請求項２の方が電子に対して大きな逆電界を与えること
ができるので、電子の到達抑制効果の点でより優れてい
る。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１記
載のフランジマウント型熱陰極電離真空計によれば、高
い圧力で測定したり測定精度を高めようとして脱ガスを
頻繁にしたりする場合でも、長い寿命で安定して使用す
ることができ且つ真空計全体を小型化することが可能に
なる。また、請求項２及び３記載のフランジマウント型
熱陰極電離真空計によれば、上記請求項１の効果に加
え、ガード電極のために別途導入端子を設ける必要がな
いので、コスト的に有利となるという効果が得られる。
また、請求項２の発明によれば、上記各効果に加え、グ
リッド端子絶縁体への電子の到達抑制効果の点でより優
れており、この点でさらに長寿命で安定した真空計とな
るという効果が得られる。また、請求項４記載のフラン
ジマウント型熱陰極電離真空計によれば、ガード電極の
表面に皮膜が形成されたとしても、それによってガード
電極とグリッドとが短絡されるという恐れがなく、この
点でさらに寿命の長い安定した真空計となるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明のフランジマウント型熱陰極電離真空
計の第一実施例の主要部の概略を説明する斜視図であ
る。

【図２】図１の真空計の側断面概略図である。

【図３】ガード電極の寸法形状についての説明図であ
る。

【図４】ガード電極の寸法形状についての説明図であ
る。

【図５】ガード電極の他の例を示す断面概略図である。

【図６】本願発明の第二実施例の概略を説明する側断面
図である。

【図７】本願発明の第三実施例の概略を説明する側断面
図である。

【図８】ガード電極の他の例について説明する斜視概略
図である。

【図９】フランジマウント型熱陰極電離真空計の従来例
の構成を説明する斜視概略図である。

【図１０】図９に示すような真空計のフランジ及び端子
部分の断面図である。

【図１１】熱陰極電離真空計の測定原理を説明する平面
概略図である。

【図１２】イオンコレクタ電流の測定回路についての説
明図である。

【図１３】皮膜堆積のメカニズムについて説明した図で
ある。

【符号の説明】 １ フィラメント １１ フィラメント端子 １２ フィラメント端子絶縁体 ２ グリッド ２１ グリッド端子 ２２ グリッド端子絶縁体 ２３ 皮膜 ３ イオンコレクタ ３１ コレクタ端子 ３２ コレクタ端子絶縁体 ３３ コレクタシールド ４ フランジ ５ 絶縁ベース ６ ガード電極 ７ 金属カバー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−154836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−192648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−91330（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−156825（ＪＰ，Ａ) 特公 昭50−26314（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01L 21/30 H01J 41/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定空間に存在する気体を電離するため
   の電子を熱電子放出するフィラメントと、測定空間の電
   子を捕集するグリッドと、電離したイオンを捕集するた
   めのイオンコレクタとを有し、フィラメント、グリッド
   及びイオンコレクタが、真空容器の器壁に固定されると
   ともに接地電位に保持されるフランジにマウントされた
   フランジマウント型熱陰極電離真空計において、フィラ
   メントは絶縁ベースを介してフランジに固定されたフィ
   ラメント端子に接続され、グリッドは絶縁ベースを介し
   てフランジに固定されたグリッド端子に接続され、イオ
   ンコレクタは絶縁ベースを介してフランジに固定された
   コレクタ端子に接続されており、さらに、グリッド端子
   とフランジとを絶縁するためにグリッド端子の側面に設
   けられたグリッド端子絶縁体と、フィラメントからグリ
   ッド端子絶縁体への電子の到達を遮蔽するようにして設
   けられるとともにフィラメントの電位以下の電位に保持
   されるガード電極とが設けられていることを特徴とする
   フランジマウント型熱陰極電離真空計。
2. 【請求項２】 前記ガード電極は、前記フランジに接続
   されて接地電位になるように設けられていることを特徴
   とする請求項１記載のフランジマウント型熱陰極電離真
   空計。
3. 【請求項３】 前記ガード電極は、前記フィラメント又
   はフィラメント端子に接続されてフィラメント電位と同
   電位になるように設けられていることを特徴とする請求
   項１記載のフランジマウント型熱陰極電離真空計。
4. 【請求項４】 前記ガード電極は、グリッド端子絶縁体
   から離間した状態で配置されていることを特徴とする請
   求項１，２又は３記載のフランジマウント型熱陰極電離
   真空計。