JP6796352B2

JP6796352B2 - 圧力計

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Publication number: JP6796352B2
Application number: JP2020528187A
Authority: JP
Inventors: 久男北條
Original assignee: Q'Z CORPORATION
Current assignee: Q'Z CORPORATION
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2018-10-17
Publication date: 2020-12-09
Anticipated expiration: 2038-10-17
Also published as: EP3845881A4; EP3845881B1; WO2020079773A1; EP3845881A1; US20200232861A1; KR20210080271A; CN111712697B; CN111712697A; KR102556708B1; JPWO2020079773A1; US11181430B2

Description

本発明は、大気から真空に亘る範囲の圧力が測定可能な圧力計に関する。

本発明者は、外部温度変化の影響を抑制して、正確に真空度を測定することができる圧力計を提案している（特許文献１公報）。この公報には、被測定気体と接するダイアフラムの一面側を除いて、ダイアフラムの他面側及び圧電素子と、それらを支持する内部構造体とを基準圧力室で覆うことを開示している。こうすると、基準圧力室の高真空を真空断熱部として兼用して、真空断熱部により対流伝熱を抑制することで、圧力計の誤差の最も大きな要因である温度変化による影響を低減している。

ＷＯ２０１８／１２７９８７号

真空断熱により温度変化による影響は十分に低減されるが、感度の向上、小型化、設置時の姿勢による誤差、またはガスによる汚染等、解決すべき新たな課題が生じた。

本発明は、温度変化による影響を低減しながら、感度の向上、小型化、設置時の姿勢による誤差、または成膜ガスによる汚染等の新たな課題を解決できる圧力計を提供することを目的とする。

（１）本発明の一態様は、
基準圧力に設定される外側室を区画する外側容器と、
前記外側容器内に配置される内側室を、前記外側室と気密に区画される第１内側室と、前記外側室と連通する第２内側室とに区画する内側容器と、
前記第１内側室内を測定圧力に設定する管と、
を有し、
前記内側容器は、
筒状の剛体壁部と、
前記内側容器の対向壁部として形成され、前記基準圧力と前記測定圧力との差圧により変位する第１，第２受圧板と、
前記筒状の剛体壁部及び前記第１，第２受圧板で囲まれる前記内側室に配置されて、前記第１内側室と前記第２内側室に区画する、前記第１，第２受圧板の変位を許容するように変形可能なベローズと、
前記第１，第２受圧板の変位に基づいて前記測定圧力を検出する、前記第２内側室に配置された圧力検出素子と、
を有し、
前記外側室及び前記第２内側室は、前記測定圧力の下限よりも低い高真空の前記基準圧力に設定されている圧力計に関する。

本発明の一態様によれば、基準圧力に設定される外側室及び第２内側室を高真空の真空断熱部として兼用して、真空断熱により対流伝熱を抑制することで、圧力計の誤差の最も大きな要因である温度変化による影響を低減している。ここで、基準圧力と測定圧力との差圧が変化すると、第１，第２受圧板が共に変位する。第１，第２受圧板の変位は絶対値は等しく互いに逆向きであるので、個々の変位が小さくても変位は２倍になり、感度も２倍となる。それにより分解能も２倍にできる。もしくは、圧力感度を一定とした場合、第１，第２受圧板を厚くして、応力の低減による原点ドリフトの極少化を図れる。また、このように、第１，第２受圧板は変位量が小さいので比較的小面積で済み、圧力計が小型化される。また、第１，第２受圧板が水平となる姿勢で圧力計が設置された時に、第１，第２受圧板はその自重により同じ方向に撓むので、自重による変位はキャンセルされて測定誤差とならない。また、第１内側室に成膜用ガスが導入されて測定圧力が設定される場合であっても、第１，第２受圧板に均等に成膜されるので、成膜による第１，第２受圧板の自重の変化に起因した変位はキャンセルされて測定誤差とならない。しかも、変位量の少ない第１，第２受圧板は比較的厚く形成できるので、成膜による内部応力によっても第１，第２受圧板に反りが発生することを抑制できる。

（２）本発明の一態様（１）では、
前記第１受圧板と前記ベローズとを連結する第１剛体部と、
前記第２受圧板と前記ベローズとを連結する第２剛体部と、
をさらに有し、
前記圧力検出素子の一端が前記第１剛体部に固定され、前記圧力検出素子の他端が前記第２剛体部に固定され、
前記第１，第２剛体部の各々は、前記第２内側室と前記外側室とを連通させる開口を有することができる。こうすると、ベローズは第１，第２剛体部を介して第１，第２受圧板に連結されるので、ベローズを第１，第２受圧板に直接連結するものと比較して、圧力計の組立性が向上する。しかも、第１，第２剛体部にそれぞれ形成された開口により、ベローズ内の第２内側室と外側容器内の外側室とを連通させて、両室内を基準圧力にすることができる。

（３）本発明の一態様（２）では、前記圧力検出素子の前記一端が前記第１剛体部の前記開口に固定され、前記圧力検出素子の前記他端が前記第２剛体部の前記開口に固定されてもよい。こうして、圧力検出素子は第１，第２剛体部の各開口に固定されるので、圧力検出素子を第１，第２受圧板に著直接固定するものと比較して、圧力計の組立性が向上する。また、基準圧力に設定するために第１，第２剛体部に形成された開口を利用して、圧力検出素子の両端を容易に第１，第２剛体部に連結することができる。

（４）本発明の一態様（１）〜（３）では、前記圧力検出素子は圧電素子とすることができる。圧電素子として、好ましくは水晶振動子、より好ましくは双音叉型水晶振動子を用いることができる。

（５）本発明の一態様（４）では、前記圧電素子は、前記測定圧力が下限である時に引張力が作用していることが好ましい。こうすると、基準圧力と測定圧力との差圧が比較的小さくなっても、ベローズ等の自重に起因した圧電素子の変位を防止して、その変位に起因した測定誤差の発生を防止することができる。それにより、圧力−変位の特性が広い圧力範囲に亘ってリニアとなる。よって、広い圧力範囲を一台の圧力計で測定できるという汎用性が増す。また、広い圧力範囲を一台の圧力計で測定しながら補正を要することを抑制できる。

（６）本発明の一態様（１）〜（５）では、前記第１，第２受圧板を前記剛体壁部と気密に連結する弾性変形可能な第１，第２連結部材をさらに有することができる。こうすると、基準圧力と測定圧力との差圧に基づく第１，第２受圧板の自由な変位を、第１，第２連結部材の弾性変形によっても担保することができる。特に第１，第２受圧板の面積が小さい場合に、第１，第２連結部材を設けることが有用である。

（７）本発明の一態様（６）では、前記第１，第２連結部材の各々の弾性係数は、前記ベローズの弾性係数よりも大きくすることができる。ベローズは、基準圧力と測定圧力との差圧に基づく第１，第２受圧板の自由な変位に追従して伸縮するものであるので、第１，第２連結部材の弾性係数よりも十分に小さくて良い。

（８）本発明の一態様（７）では、前記第１，第２連結部材の各々は、断面Ｕ字状のリング状部材とすることができる。第１，第２連結部材は、第１，第２受圧板の最大変位量よりも小さい変位で済み、かつ、比較的大きな弾性係数である。そのため、第１，第２連結部材は、一般のベローズが有する断面が多段の波型のうちの一段のみ、つまり断面Ｕ字状のリング状部材とすることができる。それにより、圧力計を小型化することができる。

（９）本発明の一態様（１）〜（８）では、前記基準圧力は、前記測定圧力の下限の１／１０００以下、より好ましくは１／１００００以下の高真空とすることができる。こうすると、基準圧力の影響を受けずに、０．１％以下の高精度で圧力を計測でき、しかも基準圧力による真空断熱部としての機能をより高めることができる。

（１０）本発明の一態様（１）〜（９）では、前記外側容器内に配置される前記管及び前記内側容器の一方にヒーターを備えることができる。こうすると、例えば成膜用ガスが導入されて測定圧力が設定される場合にあっては、その成膜用ガスによる成膜を抑制する温度に昇温することができる。それにより、成膜用ガスと接触しても内側容器への成膜を抑制できる。特に、外側容器内の基準圧力により真空断熱されている内側容器を、ヒーターに比較的小さな電力を供給して昇温することができる。

本発明の第１実施形態に係る圧力計の断面図である。図１に示す圧力計の内部容器を切断した斜視図である。第１，第２連結部材の無い内部容器を切断した斜視図である。圧力検出素子及びそれを支持する部材の自重を考慮した場合としない場合の測定圧力に対する圧力検出素子の変位を示す図である。圧力計が設置された時の圧力検出素子の姿勢が垂直である時と水平である時とについて、測定圧力を変化させた時の圧力検出素子の変位を示す図である。従来の隔膜圧力計の予荷重がない圧力検出素子の姿勢が垂直−水平間の取付姿勢の相違による誤差を示す図である。本発明の第１実施形態に係る圧力計の広い圧力測定範囲での線形な特性を示す図である。本発明の第２実施形態に係る圧力計の断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．第１実施形態
図１において、圧力計１Ａは、管１０に連結された外側容器２０と内側容器３０とを有する。管１０は、圧力を測定すべき配管や真空室に連結される。外側容器２０は、基準圧力（Ｐｒ）に設定される外側室２１を区画する。外側室２１は、ゲッターポンプ２２により高真空（例えば１０^−５Ｐａ）の基準圧力（Ｐｒ）に設定される。外側容器２０は外殻５０に支持される。外殻５０には回路基板２４を配置することができる。

内側容器３０は、外側容器２０内に配置される。内側容器３０は、内側室を、外側室２１と気密に区画される第１内側室３１と、外側室２１と連通する第２内側室３２とに区画する。第１内側室３１は管１０と連通されることで、第１内側室３１は測定圧力（Ｐｘ）に設定される。第２内側室３２は、外側室２１と連通することで、外側室２１と同様に基準圧力（Ｐｒ）に設定される。

内側容器３０の詳細を、図２をも参照して説明する。内側容器３０は、内側室を区画するために、筒状の剛体壁部３３と、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂとを少なくとも含む。第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂは、内側容器３０の対向壁部として形成される。第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂは、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧により変位する。内側容器３０は、筒状の剛体壁部３３及び第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂで囲まれる内側室を、第１内側室３１と第２内側室３２とに区画するベローズ３８を有する。ベローズ３８は、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位を許容するように変形可能である。

内側容器３０は、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位に基づいて測定圧力（Ｐｘ）を検出する、第２内側室３２に配置された圧力検出素子３９を有する。圧力検出素子３９は、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位に基づいて測定圧力（Ｐｘ）を検出するものであれば種類は問わない。圧力検出素子３９は、圧電素子とすることができる。圧電素子として、好ましくは水晶振動子、より好ましくは双音叉型水晶振動子を用いることができる。圧力検出素子３９には配線２３Ａ，２３Ｂが接続され、この配線２３Ａ，２３Ｂは回路基板２４に接続される。

本実施形態によれば、基準圧力（Ｐｒ）に設定される外側室２１及び第２内側室３２を高真空の真空断熱部として兼用して、真空断熱により対流伝熱を抑制することで、圧力計１Ａの誤差の最も大きな要因である温度変化による影響を低減することができる。特に、真空断熱による熱的時定数が非常に大きい。このため、恒温槽を設ける必要はなく、サーマルトランスピレーションによる誤差が発生しない。なお、基準圧力（Ｐｒ）は、測定圧力（Ｐｘ）の下限の１／１０００以下、より好ましくは１／１００００以下の高真空とすることができる。こうすると、基準圧力（Ｐｒ）の影響を受けずに、０．１％以下の高精度で圧力を計測でき、しかも基準圧力（Ｐｒ）による真空断熱部としての機能をより高めることができる。

圧力測定時には、管１０を介して第１内側室３１が測定圧力（Ｐｘ）に設定される。それにより基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧が変化すると、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂが共に変位する。その際に、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位に追従して、ベローズ３８が弾性変形して、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの自由な変位が担保される。第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂは、その周縁部が剛体壁部３３側に固定されているので、その中心部が変位する。第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位に基づいて、既知の通り圧力検出素子３９により測定圧力（Ｐｒ）が検出される。特に、圧力検出素子３９が水晶振動子または双音叉型水晶振動子であると、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位は水晶振動子の周波数変化として検出され、測定圧力（Ｐｒ）に比例した出力信号が得られる。その際、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位は絶対値は等しく互いに逆向きであるので、個々の変位が例えば７μｍ〜１０μｍと小さくても感度は２倍となる。このように、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂは変位量が小さいので比較的小面積で済み、受圧板３４Ａ，３４Ｂの面積に依存して圧力計１Ａが小型化される。

また、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂが水平となる姿勢で圧力計１Ａが設置された時でも、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂはその自重により同じ方向に撓むので、自重による変位はキャンセルされて測定誤差とならない。しかも、比較的面積の小さい第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの自重は数ｇと軽い。また、第１内側室３１に成膜用ガスが導入されて測定圧力（Ｐｘ）が設定される場合であっても、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂに均等に成膜されるので、成膜による第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの自重の変化に起因した変位はキャンセルされて測定誤差とならない。しかも、変位量の少ない第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂは比較的厚く形成できるので、成膜による内部応力によっても第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂに反りが発生することを抑制できる。従って、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの反りに起因した誤測定も防止できる。

本実施形態では、第１受圧板３４Ａとベローズ３８とを連結する第１剛体部３５Ａと、第２受圧板３４Ｂとベローズ３８とを連結する第２剛体部３５Ｂと、をさらに設けることができる。この場合、圧力検出素子３９の一端が第１剛体部３５Ａに固定され、圧力検出素子３９の他端が第２剛体部３５Ｂに固定される。また、第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂの各々は、図２に示すように、第２内側室３２と外側室２１とを連通させる開口３６を有することができる。こうすると、ベローズ３８は第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂを介して第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂに連結されるので、ベローズ３８を第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂに直接連結するものと比較して、圧力計１Ａの組立性が向上する。しかも、第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂにそれぞれ形成された開口３６により、ベローズ３８内の第２内側室３２と外側容器２０内の外側室２１とを連通させて、両室２１，３２内を基準圧力（Ｐｒ）にすることができる。

本実施形態では、図２に示すように、圧力検出素子３９の一端が第１剛体部３５Ａの開口３６に固定され、圧力検出素子３９の他端が第２剛体部３５Ｂの開口３６に固定されてもよい。こうして、圧力検出素子３９は第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂの各開口３６に固定されるので、圧力検出素子３９を第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂに直接固定するものと比較して、圧力計１Ａの組立性が向上する。また、基準圧力（Ｐｒ）に設定するために第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂに形成された開口３６の平坦面を利用して、圧力検出素子３９の両端を容易に第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂに連結することができる。

本実施形態では、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂを剛体壁部３３と気密に連結する弾性変形可能な第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂをさらに有することができる。こうすると、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧に基づく第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの中心部での自由な変位を、第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂの弾性変形によって第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの周縁部でも変位させることで、担保することができる。特に第１，第２受圧板の面積が小さい場合に、第１，第２連結部材を設けることが有用である。ただし、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの面積が比較的大きい場合には、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの中心部での自由な変位は、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの周縁部でも変位させなくても担保できる。よって、その場合には、図３に示すように、第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂを設ける必要はない。事実、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの直径が１５ｍｍでは第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂが必要であったが、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの直径が２５ｍｍでは第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂは不要であった。

第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂの各々の弾性係数は、ベローズ３８の弾性係数よりも大きくすることができる。つまり、第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂはベローズ３８よりも変形し難い。ベローズ３８は、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧に基づく第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの自由な変位に追従して伸縮するものであるので、第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂの弾性係数よりも十分に小さくて良い。

第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂの各々は、図２に示すような断面Ｕ字状のリング状部材とすることができる。第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂは、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの最大変位量よりも小さい変位で済み、かつ、比較的大きな弾性係数である。そのため、第１，第２連結部材３７Ａ，３７Ｂは、一般のベローズ３８が有する断面が多段の波型のうちの一段のみ、つまり図２に示すように断面Ｕ字状のリング状部材とすることができる。それにより、圧力計１Ａを小型化することができる。

本実施形態では、圧力検出素子３９が水晶振動子を含む圧電素子である場合には、測定圧力（Ｐｘ）が下限である時に圧電素子３９に引張力が作用していることが好ましい。測定圧力（Ｐｘ）が下限である時のように、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧が比較的小さくなると、圧電素子３９に作用する外圧が小さくなる。そうすると、ベローズ３８等の自重による圧電素子３９の変位が生じ易い。測定圧力（Ｐｘ）が下限である時に圧電素子３９に引張力が作用していると、圧電素子３９の自重による変位を防止して、その変位に起因した測定誤差の発生を防止することができる。測定圧力（Ｐｘ）が下限である時に圧電素子３９に引張力を作用させるためには、例えば、外側室２１、第１内側室３１及び第２内側室３２を共に大気圧に設定される圧力計１Ａの組み立て時に、圧力検出素子３９を第１，第２受圧板３４Ａ，３４または第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂに、それぞれ例えば５Ｎ程度の引張力を与えて固定すればよい。なお、第１，第２剛体部３５Ａ，３５Ｂは、ベローズ３８よりも重いが、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂに近いため、ベローズ３８よりも自重による影響は少ない。また、圧力検出素子３９が水晶振動子で形成される場合、圧力検出素子３９は極めて軽量であるのでその自重による影響は無視できる。

図４は、ベローズ３８等の自重を考慮しない場合と、ベローズ３８等の自重を考慮する場合）とで、測定圧力（Ｐｘ）を変化させた時の圧力検出素子３９の変位を示している。測定圧力が１Ｐａ付近以上であれば、自重の考慮及び未考慮に拘わらず、測定圧力（Ｐｘ）の変化に伴い圧力検出素子３９の変位は線形に変化している。しかし自重を考慮すると、測定圧力が１Ｐａ付近よりも低くなると、圧力が低下しても圧力検出素子３９の変位の変化が少ない。この理由は、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧が小さくなると、圧力検出素子３９に作用する外力（引張力）が小さくなり、ベローズ３８等の自重の影響が表れるからである。

図４において、ベローズ３８等の自重を考慮すると、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂへの外力が小さい時に、圧力検出素子３９の変位は測定圧力（Ｐｘ）の変化に対して非線形に変化する。この非線形特性を、自重を考慮しない線形特性に改善する方法として、測定圧力（Ｐｘ）が１Ｐａ以下の圧力で、圧力検出素子３９に予荷重の引張力を作用させる。この方法が採用されて測定された図５に、圧力計１Ａが設置された時の圧力検出素子３９の姿勢が垂直である時と水平である時とについて、測定圧力（Ｐｘ）を変化させた時の圧力検出素子３９の変位を示している。図５では、圧力検出素子３９の姿勢が垂直であっても水平であっても、測定圧力（Ｐｘ）の変化に伴い圧力検出素子３９の変位は線形で変化している。そのため、予荷重がある図５は、ベローズ３８等の自重を考慮しない時の図４と同じとなり、測定圧力（Ｐｘ）の変化に伴い圧力検出素子３９の変位を線形に変化させることができる。図６は、従来の隔膜圧力計の垂直−水平間の取付姿勢の相違による誤差を、出力電圧（Ｖ）と百分率（％）とで示している。出荷前にダイアフラムが垂直に取り付けた状態で校正された圧力計が、９０度回転されてダイアフラムが水平の状態とで取り付けられると、ダイアフラムの自重による変位が、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧による変位に重畳する。この事態は、図６に示すように、基準圧力（Ｐｒ）と測定圧力（Ｐｘ）との差圧が小さくなると顕著となる。

本実施形態の圧力計１Ａによれば、第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの変位に基づいて予荷重がある圧力検出素子３９により圧力を検出することにより、図７に示すよう、大気圧（約１０^＋５Ｐａ）から例えば１０^−５Ｐａに亘る広い圧力範囲に亘って圧力−変位の特性、圧力−周波数の特性及び圧力−応力の特性がリニアとなる。よって、広い圧力範囲を一台の圧力計１Ａで測定できるという汎用性が増す。また、広い圧力範囲を１台の圧力計１Ａで測定できるにも拘らず、第１、第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの大気圧における変位は約１０μｍと非常に小さく、応力は２０ＭＰａ以下である、この値は第１，第２受圧板３４Ａ，３４Ｂの材質の塑性変形領域の応力の５０分の１に相当し、経年変化や零点ドリフトが極めて少ない。本実施形態では、基準圧力（Ｐｒ）を例えば１０^−５Ｐａとしたとき、１０^−２〜１０^＋５（大気圧）までの７桁の圧力範囲を１台の圧力計１Ａで高い精度により測定できる。精度を低くすればより広い圧力範囲を１台の圧力計１Ａで測定できる。

２．第２実施形態
図８は、本発明の第２実施形態に係る圧力計１Ｂを示している。図８に示す圧力計１Ｂは、外側容器２０内に配置される管１０及び内側容器３０の一方にヒーター４０を備えることができる。ヒーター４０は、管及び内側容器３０を加熱することができる。こうすると、例えば成膜用ガスが導入されて測定圧力（Ｐｘ）が設定される場合であっては、その成膜用ガスの付着を抑制する温度に、管及び内側容器３０を昇温することができる。それにより、成膜用ガスと接触しても内側容器３０等への成膜用ガスの付着を抑制できる。特に、外側容器２０内の基準圧力（Ｐｒ）により真空断熱されている内側容器３０を、ヒーター４０に比較的小さな電力を供給して昇温することができる。

なお、図８では、外側容器２０の周囲に外殻５０をさらに設けている。外殻５０には回路基板２６が支持される。圧力検出素子３９の配線２３Ａ及び２３Ｂと、ヒーター４０の配線２５Ａ及び２５Ｂとは、外殻５０に支持される回路基板２６と接続される。また、外側容器２０と外殻５０との間には断熱材２７を設けることができる。こうして、ヒーター４０からの熱が外側容器２０を介して外殻５０に伝熱されないようにしている。

図８に示す圧力計１Ｂでは、例えば常温から２００℃に昇温するのに、５Ｗの低パワーで２５００秒の短い昇温時間で済み、２００℃の維持は１Ｗもの低パワーで達成できた。真空断熱が無いものと比較すると、昇温時のパワーは１／５、昇温時間は約１／３、温度維持時のパワーは１／１８であった。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。

１Ａ，１Ｂ…圧力計、１０…管、２０…外側容器、２１…外側室、２２…ゲッターポンプ、２３Ａ，２３Ｂ…配線、２４…回路基板、２５Ａ，２５Ｂ…配線、２６…回路基板、２７…断熱材３０…内側容器、３１…第１内側室、３２…第２内側室、３３…筒状の剛体、３４Ａ…第１受圧板、３４Ｂ…第２受圧板、３５Ａ…第１剛体部、３５Ｂ…第２剛体部、３６…開口、３７Ａ…第１連結部材、３７Ｂ…第２連結部材、３８…ベローズ、３９…圧力検出素子、４０…ヒーター、５０…外殻、Ｐｒ…基準圧力、Ｐｘ…測定圧力

Claims

基準圧力に設定される外側室を区画する外側容器と、
前記外側容器内に配置される内側室を、前記外側室と気密に区画される第１内側室と、前記外側室と連通する第２内側室とに区画する内側容器と、
前記第１内側室内を測定圧力に設定する管と、
を有し、
前記内側容器は、
筒状の剛体壁部と、
前記内側容器の対向壁部として形成され、前記基準圧力と前記測定圧力との差圧により変位する第１，第２受圧板と、
前記筒状の剛体壁部及び前記第１，第２受圧板で囲まれる前記内側室に配置されて、前記第１内側室と前記第２内側室に区画する、前記第１，第２受圧板の変位を許容するように変形可能なベローズと、
前記第１，第２受圧板の変位に基づいて前記測定圧力を検出する、前記第２内側室に配置された圧力検出素子と、
を有し、
前記外側室及び前記第２内側室は、前記測定圧力の下限よりも低い高真空の前記基準圧力に設定されていることを特徴とする圧力計。
請求項１において、
前記第１受圧板と前記ベローズとを連結する第１剛体部と、
前記第２受圧板と前記ベローズとを連結する第２剛体部と、
をさらに有し、
前記圧力検出素子の一端が前記第１剛体部に固定され、前記圧力検出素子の他端が前記第２剛体部に固定され、
前記第１，第２剛体部の各々は、前記第２内側室と前記外側室とを連通させる開口を有することを特徴とする圧力計。
請求項２において、
前記圧力検出素子の前記一端が前記第１剛体部の前記開口に固定され、前記圧力検出素子の前記他端が前記第２剛体部の前記開口に固定されることを特徴とする圧力計。
請求項１乃至３のいずれか一項において、
前記圧力検出素子は圧電素子であることを特徴とする圧力計。
請求項４において、
前記圧電素子は、前記測定圧力が下限である時に引張力が作用していることを特徴とする圧力計。
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記第１，第２受圧板を前記剛体壁部と気密に連結する弾性変形可能な第１，第２連結部材をさらに有することを特徴とする圧力計。
請求項６において、
前記第１，第２連結部材の各々の弾性係数は、前記ベローズの弾性係数よりも大きいことを特徴とする圧力計。
請求項７において、
前記第１，第２連結部材の各々は、断面Ｕ字状のリング状部材であることを特徴とする圧力計。
請求項１乃至８のいずれか一項において、
前記基準圧力は、前記測定圧力の下限の１／１０００以下であることを特徴とする圧力計。
請求項１乃至９のいずれか一項において、
前記外側容器内に配置される前記管及び前記内側容器の一方にヒーターを備えることを特徴とする圧力計。