JP4981720B2 - 電離真空計 - Google Patents

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、蒸発現象が生じるという課題がある。

前記課題を解決するために、本発明は、前記電離真空計の電力消費が低く、熱フィラメントを加熱する過程において熱及び光が生じず、蒸発現象を防ぐことができる電離真空計を提供する。

本発明の電離真空計は、基板及び該基板に設置されるエミッタフィルムを含む陰極と、前記陰極と所定の距離だけ離れて設置されるゲット電極と、前記ゲット電極と所定の距離だけ離れて設置されるイオンコレクタと、を含む。

前記陰極の基板はインジウムスズ酸化物からなることが好ましい。

前記陰極のエミッタフィルムは、カーボンナノチューブと、低融点のガラス粒子と、導電粒子と、を含む。

前記陰極は、複数のスペーサーにより、前記ゲット電極から２００μｍ以下の距離だけ分離されている。

前記イオンコレクタは、導電金属からなり、平板型に形成されている。

前記ゲット電極はリング又は孔、網の形状に設けられている。

前記電離真空計は、さらに筐体と、三本の引出線と、を備える。前記陰極と、前記ゲット電極と、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、前記ゲット電極、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。

前記ゲット電極と前記イオンコレクタとは、０．５〜２ｍｍの距離だけ分離するように設置されている。

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く、電子が前記エミッタであ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という優れた点がある。

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、陰極１０２、ゲット電極１０４と、イオンコレクタ１０６と、を含む。前記陰極１０２と、前記ゲット電極１０４と、前記イオンコレクタ１０６とは、それぞれ所定の距離を隔て、前記ゲット電極１０４は前記陰極１０２に近接するように、前記陰極１０２及び前記イオンコレクタ１０６の間に設置されている。前記陰極１０２は、基板１０８及びエミッタフィルム１１０と、を含む。前記エミッタフィルム１１０は、前記イオンコレクタ１０６に対向して前記基板１０８に設置されている。

前記ゲット電極１０４及び前記イオンコレクタ１０６は、それぞれ銅、金などの導電材料からなる。前記イオンコレクタ１０６は平板型に形成され、前記ゲット電極はリング又は孔、網などの形状に設けられている。前記陰極１０２は、スペーサー１１２により、前記ゲット電極１０４から所定の距離ｄ（２００μｍ以下）だけ分離されている。前記スペーサー１１２は、セラミックなどの絶縁材料からなる。前記ゲット電極１０４と前記イオンコレクタ１０６とは、所定の距離Ｄ（０．５〜２ｍｍ）だけ分離するように設置されている。本実施例において、前記距離ｄは２００μｍ、前記距離Ｄは１ｍｍになるように設けることが好ましい。本実施例に係る前記電離真空計１００の測定範囲は、窒素の雰囲気において１０^−４〜１０^１Ｐａである。

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基板１０８を良好に粘着させ、前記陰極１０２の使用寿命を延長させるために、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基板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。前記基板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、ペーストを前記基板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（Ｅｔｈｙｌ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ）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（Ｄｉｂｕｔｙｌ Ｐｈｔｈａｌａｔｅ）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基板１０８を粘着させることができる。勿論、前記基板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。

前記電離真空計１００は、さらに筐体１１４と、三本の引出線１１６と、を備える。前記陰極１０２と、前記ゲット電極１０４と、前記イオンコレクタ１０６と、は全て前記筐体１１４の内部に設置されている。前記三本の引出線１１６は、一方の端部がそれぞれ前記基板１０８、前記ゲット電極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１１４の外部に延出して、測定回路（図示せず）に接続されている。前記筐体１１４に開口１１８が形成されている。前記電離真空計１００は、前記開口１１８により測定対象に接続されている。

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。前記ゲット電極１０４に正電圧を印加して、前記陰極１０２より電子を放出させた後、放出電子は前記ゲット電極１０４を透過するように前記ゲット電極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、前記ゲット電極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、前記ゲット電極１０４の方向に引き戻させる。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。前記電離真空計１００の測定範囲は、窒素の雰囲気において１０^−４Ｐａ〜１０^１Ｐａ、ヘリウム雰囲気において１０^−３Ｐａ〜１０^２Ｐａにされる。

図２を参照すると、前記電流Ｉ_ｅ及びイオン電流Ｉ_ｉの比は、１０^−４Ｐａ〜１０^１Ｐａ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、本実施例の電離真空計は、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く、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という優れた点がある。

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 陰極
１０４ ゲット電極
１０６ イオンコレクタ
１０８ 基板
１１０ エミッタフィルム
１１２ スペーサー
１１４ 筐体
１１６ 引出線

Claims (7)

1. 基板及び該基板に設置されるエミッタフィルムを含む陰極と、
   前記陰極と所定の距離だけ離れて設置されるゲット電極と、
   前記ゲット電極と所定の距離だけ離れて設置されるイオンコレクタと、
   を備え、
   前記陰極のエミッタフィルムは、カーボンナノチューブと、低融点のガラス粒子と、導電粒子と、を含むことを特徴とする電離真空計。
2. 前記陰極の基板はインジウムスズ酸化物からなることを特徴とする、請求項１に記載の電離真空計。
3. 前記陰極は、複数のスペーサーにより、前記ゲット電極から２００μｍ以下の距離だけ分離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。
4. 前記イオンコレクタは、導電金属からなり、平板型に形成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。
5. 前記ゲット電極はリング又は孔、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。
6. 前記電離真空計は、さらに筐体と、三本の引出線と、を備え、
   前記陰極と、前記ゲット電極と、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、
   前記三本の引出線は、一方の端部がそれぞれ前記基板、前記ゲット電極、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１に記載の電離真空計。
7. 前記ゲット電極と前記イオンコレクタとは、０．５〜２ｍｍの距離だけ分離するよう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。

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