JP6411242B2 - 隔膜真空計、および、隔膜真空計の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、隔膜に加えられる圧力の大きさに応じた信号を出力する隔膜真空計、および、隔膜真空計の製造方法に関する。

隔膜真空計は、隔膜と向かい合う電極を備え、隔膜に加えられる圧力の変化による隔膜の変形を、隔膜と電極との間の静電容量の変化に変換する。隔膜真空計は、例えば、金属製の隔膜と、金属製の筒体であって、隔膜とキャパシタを形成する電極が内部に配置された筒体とを備え、隔膜が筒体に溶接されている。（例えば、特許文献１参照）。

米国特許第４７８５６６９号

ところで、金属製の隔膜真空計では、隔膜と筒体とが溶接されるとき、隔膜と筒体との溶接が隔膜の周方向に沿って進められるため、溶接が開始される部位と、溶接が終了する部位との間では、隔膜と筒体との間に歪みが生じやすい。こうした歪みは、隔膜に加わる圧力と、隔膜と電極との間の静電容量との関係に誤差を生じ、隔膜真空計の計測結果の精度を下げてしまう。
本発明は、隔膜と筒体との間に歪みが生じることを抑える隔膜真空計、および、隔膜真空計の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、隔膜真空計は、セラミックから形成されて、開口を有した筒体と、金属板を含み、前記筒体の前記開口を塞ぐ隔膜とを備え、銀と銅とを主成分とし、前記筒体と前記隔膜とを接合するろう材であって、前記ろう材の融点が７８０℃以上である前記ろう材をさらに備える。そして、前記金属板は、前記セラミックの線膨張率よりも大きい線膨張率を前記ろう材の融点において示し、かつ、前記セラミックの線膨張率よりも小さい線膨張率を前記ろう材の融点よりも低い温度の範囲に含む。

上記課題を解決するために、隔膜真空計の製造方法は、セラミックから形成されて、開口を有した筒体と、金属板を含み、前記筒体の開口を塞ぐ隔膜との間に、銀と銅とを主成分とするろう材を配置する工程と、前記筒体と前記隔膜との間に配置された前記ろう材を融解して前記筒体と前記隔膜とを接合する工程と、融解した前記ろう材を冷却する工程とを備える。そして、前記接合する工程では、前記筒体、前記隔膜、および、前記ろう材が、前記ろう材が融解する温度であって、前記金属板を形成する金属の線膨張率が、前記セラミックの線膨張率よりも小さい状態から、前記セラミックの線膨張率よりも大きい状態に変わる温度以上の温度まで加熱され、前記冷却する工程では、前記筒体、前記隔膜、および、前記ろう材が、前記ろう材が融解する温度よりも低い温度であって、前記金属の線膨張率が、前記セラミックの線膨張率よりも大きい状態から、前記セラミックの線膨張率よりも小さい状態に変わる温度に冷却される。

上記隔膜真空計、および、隔膜真空計の製造方法によれば、隔膜と筒体とがろう材によって接合されるとき、隔膜、筒体、および、ろう材の各々は、ろう材の融点以上の温度まで加熱される。この際に、隔膜の備える金属板を形成する金属の線膨張率は、筒体を形成するセラミックの線膨張率よりも大きい。この状態から、隔膜、筒体、および、ろう材の各々の温度がろう材の融点よりも低い温度に変わると、金属板を形成する金属の線膨張率は、筒体を形成するセラミックの線膨張率よりも小さくなる。このとき、ろう材によって隔膜が筒体に固定されているため、収縮する隔膜には張力が作用し続ける。結果として、だれやしわがない状態で隔膜が筒体に接合されやすくなるため、隔膜と筒体との間に歪みが生じることが抑えられる。

上記隔膜真空計において、前記セラミックが酸化アルミニウムであり、前記金属板が鉄とニッケルとを主成分とする合金から構成されてもよい。
上記隔膜真空計によれば、ろう材の融点以上では、金属の線膨張率がセラミックの線膨張率よりも大きくなる一方で、ろう材の融点よりも低い温度では、金属の線膨張率がセラミックの線膨張率よりも小さくなる。そのため、隔膜と筒体との間に歪みが生じることが抑えられる。

上記隔膜真空計において、前記金属板の厚さは２０μｍ以上２００μｍ以下であってもよい。
上記隔膜真空計によれば、金属板の厚さが２０μｍ以上であるため、金属板の形成や金属板の取り扱いにかかる負荷を抑えることができる。また、金属板の厚さが２００μｍ以下であるため、筒体に接合された隔膜が張力によって割れることが抑えられる。

上記隔膜真空計において、前記筒体は、底部と、１つの方向である高さ方向に沿って前記底部から延びる周壁とを備え、前記開口が前記周壁における前記高さ方向の端部であり、前記周壁における前記高さ方向に沿った長さが、５００μｍ以下であってもよい。

上記隔膜真空計によれば、隔膜に生じた張力が周壁に作用しても、周壁が変形しない程度に周壁の高さが低い。そのため、筒体の変形が抑えられ、結果として、筒体と隔膜との間に歪みが生じることが抑えられる。

本発明の隔膜真空計を具体化した１つの実施形態であって隔膜真空計の斜視構造の一部を破断して示す斜視図である。 一実施形態における隔膜真空計の一部が分解された状態における隔膜真空計の断面構造を示す断面図である。 一実施形態における隔膜を形成する金属の線膨張率と筒体を形成するセラミックの線膨張率との関係を示すグラフである。 一実施形態における隔膜真空計の製造方法を説明するための図であって、隔膜真空計の製造過程を示す工程図である。 一実施形態における隔膜真空計の製造方法を説明するための図であって、隔膜真空計の製造過程を示す工程図である。 一実施形態における隔膜真空計の作用を説明するための図である。 一実施形態における隔膜真空計の作用を説明するための図である。 実施例の隔膜真空計に与えられる圧力と隔膜真空計の出力する静電容量との関係を示す両対数グラフである。 変形例における隔膜真空計の断面構造を示す断面図である。

図１から図８を参照して、本発明の隔膜真空計、および、隔膜真空計の製造方法を具体化した１つの実施形態を説明する。以下では、隔膜真空計の構成、隔膜真空計の製造方法、隔膜真空計の作用、および、実施例を順番に説明する。

［隔膜真空計の構成］
図１から図３を参照して、隔膜真空計の構成を説明する。なお、図１では、隔膜真空計の構成を説明する便宜上から、隔膜真空計の一部を破断した状態が示され、また、図２では、隔膜真空計を構成する部材の一部を分解した断面構造が示されている。

図１が示すように、隔膜真空計１０は、セラミックから形成されて、開口１１ａを有した筒体１１と、少なくとも金属板を含み、筒体１１の開口１１ａを塞ぐ隔膜１２と、筒体１１と隔膜１２とを接合するろう材１３とを備えている。ろう材１３は、銀と銅とを主成分とし、ろう材１３の融点は７８０℃以上である。

金属板を形成する金属の線膨張率は、ろう材１３の融点において、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも大きく、かつ、ろう材１３の融点よりも低い温度において、セラミックの線膨張率よりも小さい。

筒体１１は、底部１１ｂと、１つの方向である高さ方向に沿って底部１１ｂから延びる周壁１１ｃとを備えている。筒体１１は、例えば、円筒形状を有することが好ましいが、角筒形状を有していてもよい。底部１１ｂにおける隔膜１２と対向する面には、静電容量を測定するための測定用電極１４が形成され、測定用電極１４は、例えば、円板形状を有している。測定用電極１４には、測定用端子１５が接続され、測定用端子１５は、高さ方向に沿って延びて、筒体１１の底部１１ｂを貫通し、筒体１１の外部まで延びている。

また、底部１１ｂにおける隔膜１２と対向する面には、静電容量を補正するための補正用電極１６が形成され、補正用電極１６は、例えば、測定用電極１４を取り囲む環形状を有している。補正用電極１６には、補正用端子１７が接続され、補正用端子１７は、高さ方向に沿って延びて、筒体１１の底部１１ｂを貫通し、筒体１１の外部まで延びている。

隔膜１２と筒体１１とによって囲まれる空間は、例えば、真空に保たれているが、大気圧に保たれていてもよい。すなわち、隔膜真空計１０は、絶対圧真空計であってもよいし、ゲージ圧真空計であってもよい。

隔膜真空計１０は、隔膜１２に圧力が加わると、測定用端子１５を通じて隔膜１２と筒体１１とによって囲まれる空間の圧力との差に応じた信号を隔膜真空計１０の外部に出力する。

図２が示すように、筒体１１において、開口１１ａが周壁１１ｃにおける高さ方向の端部であり、周壁１１ｃにおける高さ方向に沿った長さＬは、５００μｍ以下であることが好ましい。

筒体１１の表面の一部には、セラミックに金属元素が拡散したメタライズ層１１ｄが形成されている。メタライズ層１１ｄは、筒体１１の表面のうちで、金属と接する部分に形成されている。すなわち、筒体１１の周壁１１ｃのうち、開口１１ａを囲む部分であって、ろう材１３によって隔膜１２に接合される部分に形成されている。また、メタライズ層１１ｄは、筒体１１の底部１１ｂのうち、測定用電極１４が位置する部分と、補正用電極１６が位置する部分とに形成されている。

メタライズ層１１ｄは、例えば、モリブデンとマンガンとが拡散したモリブデン−マンガン系のメタライズ層であることが好ましく、この場合には、測定用電極１４および補正用電極１６は、めっき法を用いてニッケルあるいは金で形成されることが好ましい。なお、メタライズ層１１ｄは、セラミックにチタンが拡散した層であってもよい。筒体１１にメタライズ層１１ｄが形成されていることにより、メタライズ層が形成されていない構成と比べて、筒体１１の表面に形成された金属膜が、筒体１１から剥がれにくくなる。

なお、測定用電極１４および補正用電極１６が、真空蒸着あるいはスパッタ法で形成され、かつ、アルミニウム、ニッケル、金、タンタル、および、モリブデンから構成される群から選択されるいずれかの金属から形成されるときには、メタライズ層１１ｄが割愛されてもよい。

メタライズ層１１ｄのうち、開口１１ａを囲む部分に形成されたメタライズ層１１ｄの表面には、筒体側金属層１８が形成されていることが好ましい。筒体側金属層１８は、開口１１ａを囲む環形状を有することが好ましく、また、ニッケルから形成されることが好ましい。筒体側金属層１８が形成されることにより、筒体１１に対するろう材１３のぬれ性が高まるため、筒体１１と隔膜１２との接合における強度が高まる。

隔膜１２は、少なくともコア層１２ａを含み、コア層１２ａの１つの面である表面と、表面とは反対側の面である裏面との各々を覆う被覆層１２ｂを備えることが好ましい。コア層１２ａは、金属板の一例である。コア層１２ａを形成する金属板の１つの面である表面と、表面とは反対側の面である裏面とには、自然酸化膜が形成されている場合がある。この点で、隔膜１２が被覆層１２ｂを備える構成であれば、仮にコア層１２ａの表面および裏面に自然酸化膜が形成されていたとしても、被覆層１２ｂを形成することにより、酸化されていない金属の面を形成することができる。そして、被覆層１２ｂが酸化されていない状態であれば、自然酸化膜が形成された金属板のみが隔膜を形成する構成と比べて、隔膜１２に対するろう材１３のぬれ性が高まる。

隔膜１２において、コア層１２ａの厚さＴは、２０μｍ以上２００μｍ以下であることが好ましい。コア層１２ａの厚さＴが２０μｍ以上であれば、コア層１２ａの形成やコア層１２ａの取り扱いにかかる負荷を抑えることができる。被覆層１２ｂはニッケルから形成されることが好ましく、スパッタ法や真空蒸着法によって形成されることが好ましい。また、被覆層１２ｂの厚さは、１０μｍ以下であることが好ましい。

隔膜１２において、筒体１１の開口１１ａによって囲まれた部分であって、隔膜１２に印加された圧力を受ける部分の直径、すなわち、隔膜１２の有効直径Ｄは、隔膜真空計の小型化の要請に応じて、例えば、１８ｍｍ以上２５ｍｍ以下であることが好ましい。
なお、図２では、図示の便宜上から、コア層１２ａ、被覆層１２ｂ、および、筒体側金属層１８の厚さが誇張して示されている。

ろう材１３は、筒体側金属層１８とほぼ同径の環形状を有して、開口１１ａを囲むことが好ましく、また、ろう材１３における筒体１１の高さ方向に沿う厚さは、筒体１１と隔膜１２とが接合された状態において、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。ろう材１３の厚さが１０μｍ以上５０μｍ以下であることにより、ろう材１３の量が少なすぎるために筒体１１と隔膜１２との接合が不十分になること、および、ろう材１３の量が多すぎるために本来は必要ではない部分にまでろう材１３がはみ出ることが抑えられる。

ろう材１３の形成材料において、銀と銅とが主成分である。すなわち、ろう材１３の形成材料において、銀の含まれる割合、および、銅の含まれる割合が、他の材料の含まれる割合よりも大きい。ろう材１３は、銀と銅とのみを含むことが好ましいが、ろう材１３の融点が７８０℃以上であれば、ろう材１３は、銀と銅以外の材料を含んでいてもよく、例えば、亜鉛、カドミウム、スズ、ニッケル、および、リチウムなどを含んでいてもよい。

ろう材１３の形成材料において、銀の含まれる割合は、銅の含まれる割合以上であることが好ましく、銀の含まれる割合は、銅の含まれる割合よりも大きいことがより好ましい。また、ろう材１３の形成材料において、銀の含まれる割合は、７０質量％以上であることが好ましく、また、８０質量％以下であることが好ましい。ろう材１３の形成材料において、銅の含まれる割合は、２０質量％以上であることが好ましく、また、３０質量％以下であることが好ましい。

ろう材１３は、具体的には、ＪＩＳ Ｚ ３２６１において規定されるＢＡｇ−８に準拠する銀ろうであることが好ましく、ろう材１３の形成材料において、銀の含まれる割合が７１質量％以上７３質量％以下であり、かつ、銅の含まれる割合が２７質量％以上２９質量％以下であることが好ましい。

ろう材１３の融点において、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率は、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも大きい。一方で、ろう材１３の融点よりも低い温度において、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率は、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも小さい。すなわち、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率と、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率との大小関係は、ろう材１３の融点よりも低い温度において逆転する。

コア層１２ａを形成する金属は、鉄とニッケルとを主成分とする鉄−ニッケル系の合金であることが好ましく、すなわち、コア層１２ａの形成材料において、鉄の含まれる割合と、ニッケルの含まれる割合との両方が、他の材料の含まれる割合よりも大きいことが好ましい。

コア層１２ａを形成する金属は、インバー、スーパーインバー、および、コバール（登録商標）のいずれかであることが好ましい。コア層１２ａを形成する金属において、ニッケルとコバルトとの和が３６質量％以上４５質量％以下であり、マンガンが０．５質量％以上１．２５質量％以下であり、ケイ素が０．３質量％よりも小さく、炭素が０．１質量％よりも小さく、かつ、残部が鉄であることが好ましい。なお、ニッケルとコバルトとの和のうち、ニッケルが２９質量％以上３６質量％以下であることが好ましい。

筒体１１を形成するセラミックは、酸化アルミニウムであることが好ましい。セラミックのうち、酸化アルミニウムの含まれる割合は、９２質量％以上１００質量％以下であることが好ましく、９６質量％以上１００質量％以下であることがより好ましく、９９質量％以上１００質量％以下であることがさらに好ましい。

例えば、図３が示すように、コア層１２ａを形成する金属がコバール（登録商標）であり、筒体１１を形成するセラミックが酸化アルミニウムであるとき、６００℃から７００℃までの間において金属の線膨張率とセラミックの線膨張率との大小関係が逆転し、７８０℃以上において、金属の線膨張率がセラミックの線膨張率よりも大きい。なお、筒体１１を形成するセラミックにおいて、酸化アルミニウムの含まれる割合が１００質量％であるとき、および、酸化アルミニウムの含まれる割合が９６質量％であるときの両方において、７８０℃以上では、金属の線膨張率がセラミックの線膨張率よりも大きい。

［隔膜真空計の製造方法］
図４から図６を参照して隔膜真空計１０の製造方法を説明する。なお、以下では、隔膜真空計１０の製造方法の一例として、絶対真空計の製造方法を説明する。
隔膜真空計１０の製造方法は、筒体１１と筒体１１の開口１１ａを塞ぐ隔膜１２との間にろう材１３を配置する工程と、ろう材１３を融解して筒体１１と隔膜１２とを接合する工程と、融解したろう材１３を冷却する工程とを備えている。

接合する工程では、筒体１１、隔膜１２、および、ろう材１３が、ろう材１３が融解する温度であって、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率が、セラミックの線膨張率よりも小さい状態から、セラミックの線膨張率よりも大きい状態に変わる温度以上の温度まで加熱される。

冷却する工程では、筒体１１、隔膜１２、および、ろう材１３が、ろう材１３が融解する温度よりも低い温度であって、金属の線膨張率が、セラミックの線膨張率よりも大きい状態から、セラミックの線膨張率よりも小さい状態に変わる温度以下の温度まで冷却される。

図４が示すように、筒体１１と隔膜１２との間にろう材１３を配置する工程よりも前に、筒体１１に対してメタライズ層１１ｄ、測定用電極１４、補正用電極１６、および、筒体側金属層１８の各々が形成される。そして、測定用電極１４には測定用端子１５が接続され、補正用電極１６には補正用端子１７が接続される。

筒体１１と隔膜１２との間にろう材１３を配置する工程では、筒体１１と隔膜１２とが大気中に配置され、かつ、筒体１１と隔膜１２との間であって、筒体側金属層１８と被覆層１２ｂとに挟まれる位置にろう材１３が配置される。ろう材１３は、環形状を有して、筒体１１の開口１１ａにおける周方向の全体にわたって配置されることが好ましい。

ろう材１３を配置する工程では、例えば、隔膜１２における被覆層１２ｂの上にろう材１３が配置され、次いで、ろう材１３の上に筒体１１が配置される。これにより、筒体１１の高さ方向において、ろう材１３が筒体１１と隔膜１２とに挟まれる。

筒体１１、隔膜１２、および、ろう材１３の組立体が配置される雰囲気の温度は、室温、例えば、１０℃以上３０℃以下の温度であればよい。筒体１１と隔膜１２との間にろう材１３を配置する工程では、ろう材１３が固体の状態に保たれ、かつ、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率が、筒体１１を形成するセラミックの温度よりも小さい状態に保たれる。

図５が示すように、筒体１１と隔膜１２とを接合する工程では、筒体１１、隔膜１２、および、ろう材１３が、例えば、収容容器２０内に配置され、次いで、収容容器２０内が、収容容器２０の排気口２０ａに接続された真空ポンプ２１によって減圧される。収容容器２０の内部は、例えば、０．１Ｐａ以下の圧力に減圧されることが好ましい。

そして、収容容器２０の備えるヒーター２２によって、ろう材１３が、ろう材１３の融点以上の温度まで加熱される。このとき、収容容器２０内にろう材１３とともに配置された筒体１１および隔膜１２も、ろう材１３の融点以上の温度まで加熱される。ろう材１３、筒体１１、および、隔膜１２の温度がろう材１３の融点以上の温度まで加熱される間に、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率は、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも小さい状態から、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも大きい状態に変わる。

融解したろう材１３を冷却する工程では、ろう材１３が冷却されることで、ろう材１３が融点以上の温度から、ろう材１３が固化する温度であって、例えば、室温まで冷却される。このとき、筒体１１および隔膜１２も、ろう材１３とともにろう材１３が固化する温度まで冷却される。このとき、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率が、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも大きい状態から、セラミックの線膨張率よりも小さい状態に変わる。

ろう材１３、筒体１１、および、隔膜１２の冷却は、真空雰囲気に維持された収容容器２０内で行われてもよいし、収容容器２０内に冷却ガス、例えば、窒素ガスなどが充填された状態で行われてもよい。あるいは、ろう材１３、筒体１１、および、隔膜１２の冷却は、収容容器２０の外部であって、大気圧雰囲気中で行われてもよい。
これにより、隔膜１２が、ろう材１３によって筒体１１に固定されることで、隔膜真空計１０が製造される。

［隔膜真空計の作用］
図６および図７を参照して、隔膜真空計１０の作用を説明する。なお、図７および図８では、図示の便宜上から、筒体１１の周壁１１ｃのみを図示し、筒体１１の底部１１ｂの図示を省略している。また、以下では、説明の便宜上から、筒体１１の温度と隔膜１２の温度とが同一であるとして説明する。なお、筒体１１の温度と隔膜１２の温度とは、ろう材１３の融解前、融解時、および、固化時のいずれにおいても、ろう材１３の温度と同じ温度であると見なすことができる。

図６が示すように、隔膜真空計１０を形成する筒体１１の温度Ｔｍ、および、隔膜１２の温度Ｔｍが、ろう材１３の融点ＭＴよりも低いとき、すなわち、ろう材１３が加熱される前では、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率が、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも小さい。一方で、上記温度Ｔｍが融点ＭＴ以上であるとき、コア層１２ａを形成する金属の線膨張率が、筒体１１を形成するセラミックの線膨張率よりも大きい。

そのため、温度Ｔｍが融点ＭＴよりも低い温度から融点ＭＴ以上の温度Ｔｍに変わるとき、コア層１２ａの熱膨張による変化量Ｃ１２は、筒体１１の熱膨張による変化量Ｃ１１よりも大きい。すなわち、温度Ｔｍが融点ＭＴ以上の温度から融点ＭＴよりも低い温度Ｔｍに変わるとき、コア層１２ａの熱収縮による変化量Ｃ１２は、筒体１１の熱収縮による変化量Ｃ１１よりも大きい。

このように、温度Ｔｍが融点ＭＴ以上の温度から融点ＭＴよりも低い温度に変わるとき、コア層１２ａの変化量Ｃ１２すなわち収縮量が、筒体１１の変化量Ｃ１１すなわち収縮量よりも大きくなる。このとき、隔膜１２はろう材１３によって筒体１１に固定された状態であり、また、筒体を形成するセラミックは、隔膜１２の変形により筒体１１に力が作用しても変形しない程度に剛性が高い。

それゆえに、図７が示すように、温度Ｔｍが融点ＭＴの温度から融点ＭＴよりも低い温度に変わるとき、コア層１２ａにおける線膨張率と筒体１１における線膨張率との関係に起因して隔膜１２には張力ＴＦが働く。結果として、隔膜１２が張力ＴＦを受けた状態で、隔膜１２と筒体１１とを接合することができる。つまり、隔膜１２が、筒体１１に対してだれやしわがない状態で接合されやすくなるため、隔膜１２と筒体１１との間に歪みが生じることが抑えられる。

また、コア層１２ａの厚さが２０μｍ以上２００μｍ以下であるため、筒体１１に接合された隔膜１２が張力ＴＦによって割れることが抑えられる。さらに、周壁１１ｃの高さが５００μｍ以下であるため、隔膜１２に生じた張力ＴＦが周壁１１ｃに作用しても、周壁１１ｃが変形しない程度に周壁１１ｃの高さが低い。それゆえに、筒体１１の変形が抑えられ、結果として、筒体１１と隔膜１２との間に歪みが生じることが抑えられる。

［実施例］
図８を参照して、隔膜真空計１０の実施例を説明する。
［隔膜真空計の製造方法］
酸化アルミニウムから形成された筒体と、隔膜と、ＪＩＳ Ｚ ３２６１において規定されるＢＡｇ−８に準拠する銀ろうと、を準備した。筒体の形成材料として、形成材料の９９質量％以上が酸化アルミニウムであるセラミックを用いた。また、コア層をインバーで形成し、コア層の表面と裏面との各々に、スパッタ法を用いてニッケル膜を被覆層として形成した。筒体において、周壁の高さを５００μｍとし、隔膜におけるコア層の厚さを５０μｍとし、被覆層の厚さを約３μｍとした。そして、隔膜における有効直径であって、筒体の開口によって囲まれる部分の直径を１８ｍｍとした。

筒体の表面の一部にモリブデン−マンガン系のメタライズ層を形成し、メタライズ層の上に、ニッケルめっきによって、測定用電極、補正用電極、および、筒体側金属層を形成した。そして、測定用電極には、筒体に形成された貫通孔を通る測定用端子を接続し、補正用電極には、筒体に形成された貫通孔であって、測定用端子の通る貫通孔とは別の貫通孔を通る補正用端子を接続した。そして、測定用端子用の貫通孔と補正用端子用の貫通孔とをガラスはんだによって封止した。

大気圧雰囲気にて、隔膜と筒体との間にろう材を配置した後、隔膜、筒体、および、ろう材の組立体を収容容器の内部に配置して、収容容器内の圧力が０．１Ｐａ以下になるまで減圧した。そして、隔膜、筒体、および、ろう材を約８００℃まで加熱して、ろう材を融解した後、収容容器内に窒素ガスを充填して、隔膜、筒体、および、ろう材を室温まで冷却した。これにより、隔膜真空計を得た。また、窒素ガスに代えて、収容容器内にアルゴンガスを充填した状態で冷却した隔膜、筒体、および、ろう材を備える隔膜真空計も得た。

［隔膜真空計］
上述した製造方法によって得られた隔膜真空計を用いて、隔膜真空計に与えられた圧力の変化に対する静電容量の変化を測定し、測定した結果の一例を図８に示した。
図８が示すように、隔膜真空計に与えられる圧力の対数と、隔膜真空計の出力する静電容量の対数とが、比例の関係を有することが認められた。そのため、隔膜真空計に与えられる圧力の対数と、隔膜真空計の出力する静電容量の対数との関係を用いて圧力を測定すれば、隔膜真空計によって高い精度で圧力を測定することが可能であることが認められた。

このように、実施例の隔膜真空計によれば、隔膜が張力を受けた状態で、隔膜が筒体に接合されるために、隔膜と筒体との間に歪みが生じることが抑えられ、結果として、高い精度で圧力を測定することができることが認められた。

以上説明したように、隔膜真空計、および、隔膜真空計の製造方法の１つの実施形態によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）隔膜１２、筒体１１、および、ろう材１３が、ろう材１３の融点ＭＴ以上の温度から冷却されるときには、隔膜１２のコア層１２ａにおける収縮量が、筒体１１における収縮量よりも大きくなる。このとき、隔膜１２は、ろう材１３によって筒体１１に固定された状態であり、また、筒体１１を形成するセラミックは、隔膜１２の変形により筒体１１に力が作用しても筒体１１が変形しない程度に剛性が高い。そのため、隔膜１２に張力ＴＦが働き、隔膜１２が張力ＴＦを受けた状態で、隔膜１２と筒体１１とを接合することができる。結果として、隔膜１２が、筒体１１に対してだれやしわがない状態で接合されやすくなるため、隔膜１２と筒体１１との間に歪みが生じることが抑えられる。

（２）ろう材１３の融点ＭＴ以上では、鉄−ニッケル系合金の線膨張率が酸化アルミニウムの線膨張率よりも大きくなる一方で、ろう材１３の融点よりも低い温度では、鉄−ニッケル系合金の線膨張率が酸化アルミニウムの線膨張率よりも小さくなる。そのため、隔膜１２が張力ＴＦを受けた状態で、隔膜１２と筒体１１とを接合することが抑えられる。

（３）コア層１２ａの厚さが２０μｍ以上であるため、コア層１２ａの形成にかかる負荷を抑えることができる。また、コア層１２ａの厚さが２００μｍ以下であるため、筒体１１に接合された隔膜１２が、張力ＴＦによって割れることが抑えられる。

（４）周壁１１ｃの長さＬが５００μｍ以下であるため、隔膜１２に生じた張力ＴＦが周壁１１ｃに作用しても、周壁１１ｃが変形しない程度に周壁１１ｃの高さが低い。そのため、筒体１１の変形が抑えられ、結果として、筒体１１と隔膜１２との間に歪みが生じることが抑えられる。

なお、上述した実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・筒体１１の周壁１１ｃにおいて高さ方向に沿う長さＬは、５００μｍよりも大きくてもよい。こうした構成であっても、上述した（１）から（３）に準じた効果を得ることはできる。

・コア層１２ａの厚さＴは、２０μｍよりも小さくてもよいが、上述したように、コア層１２ａの厚さＴが２０μｍであるときには、コア層１２ａの形成、および、取り扱いにかかる負荷が大きくなるため、コア層１２ａの厚さは、２０μｍ以上であることが好ましい。
・コア層１２ａの厚さＴは、筒体１１と隔膜１２とを接合したときに、隔膜１２に割れが生じなければ、２００μｍよりも大きくてもよい。

・コア層１２ａを形成する金属は、上述した鉄−ニッケル系の合金以外の金属であってもよいし、また、筒体１１を形成するセラミックは酸化アルミニウム以外のセラミックであってもよい。要は、ろう材１３の融点において、金属の線膨張率がセラミックの線膨張率よりも大きくなるような金属とセラミックとの組み合わせであればよい。

・図９が示すように、隔膜真空計１０は、筒体１１と隔膜１２とによって区画される空間を真空に保つためのゲッター材を備えていてもよい。こうした構成では、例えば、筒体１１の底部１１ｂには、ゲッター材を収容するための収容空間３１と、収容空間３１と底部１１ｂにおける隔膜１２と対向する面との間を繋ぐ通路３２とが形成され、収容空間３１内にゲッター材３３が収容されていればよい。ゲッター材３３は、例えば、チタン、バリウム、および、ジルコニウムなどであればよい。

１０…隔膜真空計、１１…筒体、１１ａ…開口、１１ｂ…底部、１１ｃ…周壁、１１ｄ…メタライズ層、１２…隔膜、１２ａ…コア層、１２ｂ…被覆層、１３…ろう材、１４…測定用電極、１５…測定用端子、１６…補正用電極、１７…補正用端子、１８…筒体側金属層、２０…収容容器、２０ａ…排気口、２１…真空ポンプ、２２…ヒーター、３１…収容空間、３２…通路、３３…ゲッター材。

Claims (5)

1. セラミックから形成されて、開口を有した筒体と、
   金属板を含み、前記筒体の前記開口を塞ぐ隔膜と、
   銀と銅とを主成分とし、前記筒体と前記隔膜とを接合するろう材であって、前記ろう材の融点が７８０℃以上である前記ろう材と、を備え、
   前記金属板を形成する金属は、前記セラミックの線膨張率よりも大きい線膨張率を前記ろう材の融点において示し、かつ、前記セラミックの線膨張率よりも小さい線膨張率を前記ろう材の融点よりも低い温度の範囲に含む
   隔膜真空計。
2. 前記セラミックが酸化アルミニウムであり、
   前記金属板が鉄とニッケルとを主成分とする合金から構成されている
   請求項１に記載の隔膜真空計。
3. 前記金属板の厚さが、２０μｍ以上２００μｍ以下である
   請求項１または２に記載の隔膜真空計。
4. 前記筒体は、底部と、１つの方向である高さ方向に沿って前記底部から延びる周壁とを備え、前記開口が前記周壁における前記高さ方向の端部であり、前記周壁における前記高さ方向に沿った長さが、５００μｍ以下である
   請求項３に記載の隔膜真空計。
5. セラミックから形成されて、開口を有した筒体と、金属板を含み、前記筒体の開口を塞ぐ隔膜との間に、銀と銅とを主成分とするろう材を配置する工程と、
   前記筒体と前記隔膜との間に配置された前記ろう材を融解して前記筒体と前記隔膜とを接合する工程と、
   融解した前記ろう材を冷却する工程と、を備え、
   前記接合する工程では、前記筒体、前記隔膜、および、前記ろう材が、前記ろう材が融解する温度であって、前記金属板を形成する金属の線膨張率が、前記セラミックの線膨張率よりも小さい状態から、前記セラミックの線膨張率よりも大きい状態に変わる温度以上の温度まで加熱され、
   前記冷却する工程では、前記筒体、前記隔膜、および、前記ろう材が、前記ろう材が融解する温度よりも低い温度であって、前記金属の線膨張率が、前記セラミックの線膨張率よりも大きい状態から、前記セラミックの線膨張率よりも小さい状態に変わる温度に冷却される
   隔膜真空計の製造方法。

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