JPH04105031A - Ｘ線光電子流の打ち消し方法及びこれを利用した熱陰極型電離真空計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、真空装置内の気体の分子密度、即ち圧力を測
定する熱陰極型電離真空計におけるＸ線光電子流をキャ
ンセルする方法及びこれを利用した熱陰極型電離真空計
の改良された構造に関するものである。

［従来の技術］ 非磁界型熱陰極イオン化ゲージは、１０−’Ｐａ（約１
０−７Ｔｏ　ｒ　ｒ）以下の超高真空領域の圧力の測定
器として信頼性が高く、この領域における圧力の測定に
最も広く活用されているゲージである。このゲージの原
理は、熱フィラメントから飛び出した電子をアノード・
グリッドの内外に振動させ、振動電子が気体分子に衝突
したときに作る陽イオンをコレクターに集め、もって、
得られるイオン電流から気体の密度である圧力を求める
ものである。

しかしながら、この振動電子は１ｏｏｅＶ以上の運動エ
ネルギーをもってグリッドに衝突するため、衝突の際グ
リッド表面から軟Ｘ線が生成するが、その一部はコレク
ターを照射してコレクターから光電子を発生させる。即
ち、コレクターに陽イオンが流れ込むことと、コレクタ
ーから光電子が放出されることとは同じ向きの電流とし
て観測されるため、圧力が低くなってイオン電流が小さ
くなったとしても、この充電流以下にはならない現象、
即ち、熱陰極型イオン化ゲージの軟Ｘ線限界（三極管型
イオンゲージでは、だいたい１Ｏ−６Ｐａ　（１０−７
Ｔｏｒｒ））が生じる。

この様な現象を初めて指摘し、従来の板状のコレクター
を線状にして軟Ｘ線の波昭射量を著しく減らしたのがＢ
ａｙａｒｄとＡｌｐｅｒｔのＢＡ型ゲージであり、これ
によって圧力測定の限界を大幅に向上することが可能と
なった。

しかしながら、このＢＡ型ゲージによる圧力測定にも限
界があり（約１０−９Ｐ　ａ　（１０−”Ｔｏｒｒ））
、これをさらに改良すべく、これ以後のイオン化ゲージ
では、例えば添付の第９図に示すいわゆる点コレクター
ゲージの様に、針金状のコレクター１の先端を遮蔽円筒
２の先端から僅かに突出させて、従来の線状から点状に
し、もって軟Ｘ線の影響を避けようとする試みが、また
、添付の第１０図に示す様に、このコレクター１をさら
にマイナスに、すなわち遮蔽板２の内側（具体的には、
遮蔽板２とイオン・リフレクタ−３とで形成される空間
内）に設けるエクストラクターゲージと呼ばれる方式、
添付の第１１図に示す様に、遮蔽板の孔を通過さセタ後
テ、イオンビームを偏向部４．４テ静ｉ偏向してイオン
コレクターに導くヘルマーケージと呼ばれる方式、さら
には、添付の第１２図（ａ）及び（ｂ）にも示す様に、
コレクター１を円筒状グリッド５の下側にドーナツ状円
板６を介して設置することは上記のエクストラクター型
ゲージと同じであるが、コレクター１０周辺にサプレッ
サー電極７　（−３００Ｖ以下の負の電界）と呼ばれる
電極を設け、Ｘ線が円板状コレクターｌに衝突して発生
するエレクトロンの飛散を抑制する、いわゆるサプレッ
サ一方式等が提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記の従来技術になる種々のゲージ方式
でも、特に極高真空（１（１９Ｐａ（１０−”Ｔｏ　ｒ
　ｒ）以下）の測定に、おいては、必ずしも実用化する
ことの出来る十分な性能を達成することが出来ないとい
う問題点があった。

すなわち、上記の点コレクターゲージでは、線を点にし
たものの十分な軟Ｘ線の抑制を行うことが出来ず、また
、エクストラクター型ゲージでは、イオンを効率よく通
過させようとすると遮蔽板の孔が大きくなりＸ線の遮蔽
が不十分になる。そのため、イオンコレクターとして針
金状電極を使用するが、このイオンコレクターがＸ線に
照らされる確率はＢＡ型ゲージの１００分の１程度であ
り、本格的な極高真空ゲージとしては未だ十分でない。

また、ヘルマーゲージにおいても、発生したイオンがイ
オンコレクターに到達する確率が減少して感度が小さく
なる。

そして、サプレッサー型のゲージでは、成程、サプレッ
サー電極は直接にくるＸ線からは完全にシールドしたと
はいっても、反射してくるＸ線までも防ぐことは出来ず
、この反射Ｘ線によってサプレッサーより放出された光
電子がコレクターに到達して、そのため、第１３図のグ
ラフにも示す様に、サプレッサー電圧Ｖｓによっては（
Ｖｓ＝−６２５Ｖ）、：Ｆ　Ｌ／　フタ−電流力負にな
ってしまい、これでは正確な真空度が測定できないとい
う問題点があった。

そこで、本発明では、上記の従来技術における問題点に
鑑み、特に反射Ｘ線による測定誤差を排除し、もって、
極高真空をも正確に測定することが出来るＸ線光電子流
をキャンセルする方法及びこれを利用したｐｋ！陰極型
電離真空計を提供することをその目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的は、本発明によれば、まづ、真空系内に配置
した勲フィラメントから飛び出した電子をアノード・グ
リッドの内外に振動させ、該振動電子が気体分子に衝突
したときに作る陽イオンをコレクターに集め、得られる
イオン電流から該真空系内の気体の分子密度、即ち圧力
を測定する測定装置において、該アノード・グリッドと
該コレクターとの間に配置したスクリーン−グリッドの
負のバイアスを選択することによってＸ線光電子流をキ
ャンセルすることを特徴とするＸ線光電子流の打ち消し
方法によって達成されることとなる。

また、上記の目的は、真空系内に配置された熱フィラメ
ントと、該勲フィラメントから飛び出した電子をその内
外に振動させるアノード・グリッドと、該振動電子が気
体分子に衝突したときに作る陽イオンを集めるコレクタ
ー七を有し、該コレクターに得られるイオン電流から該
真空系内の気体の分子密度、即ち圧力を測定する熱陰極
型電離真空計において、該アノード・グリッドと該コレ
クターとの間にスクリーン・グリッドを配置し、このス
クリーン・グリッドに、選択された負のバイアスを掛け
るこ七によってＸ線光電子流をキャンセルすることを特
徴とする上記Ｘ線光電子流の打ち消し方法を利用した熱
陰極型電離真空計によっても達成されることとなる。

［作　　用コ すなわち、上記の本発明になるＸ線光電子流をキャンセ
ルする方法及びこれを利用した熱陰極型電離真空計によ
れば、熱陰極型電離真空計において、そのアノード・グ
リッドとコレクターとの間にスクリーン・グリッドを配
置し、このスクリーン・グリッドに、選択された負のバ
イアスを掛けることにより、Ｘ線がコレクターに衝突し
て発生するエレクトロンの飛散を抑制すると共に、反射
Ｘ線がコレクターに衝突して発生する光電子と上記スク
リーン費グリッドに衝突して発生する光電子をバランス
させてキャンセルすることにより反射Ｘ線の影響を取り
除いて正確な真空測定を可能にするものである。

［実　施　例］ 以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照しな
がら詳細に説明する。

まづ、添付の第１図には、本発明になるＸ線光電子流の
キャンセル方法を利用した熱陰極型電離真空計が、特に
、上記の第７図示される様な球形のグリッドとリング状
のフィラメントを備えた熱陰極型電離真空計が示されて
いる。

すなわち、この熱陰極型電離真空計は、図にも示される
様に、針金をメツシュ状にして球形に形成して成る球形
グリッドＩＯと、その周囲に環状に設けられたフィラメ
ント２０と、さらに、上記球形グリッド１０の下側の開
口部１１に近接して設けられたイオンコレクタ一部３０
とから構成されている。より具体的には、上記の球形グ
リッド１０は、例えば径が５０μｍのモリブデン（Ｍ　
ｏ　）の針金を３０程度のメツシュにして、直径２２Ｉ
Ｉｍの程度の球形に形成して成り、その下側には直径５
ｒ程度の開口部１１を形成したものである。また、上記
球形グリッド１１の外周には、いわゆるリム１５が傾斜
して取り付けられている。さらには、上記のフィラメン
ト２０は、例えば線径０．１２５−■のレニウム線を直
径２６ｍ１１程度のリング状に曲げて酸化トリウムを電
着した酸化物フィラメントから成っている。

次に、上記の球形グリッド１０の下側開口部１１付近に
（例えば、ｌｌｌ１１程度下方側に）設けられたイオン
コレクタ一部３０の詳細は、添付の第３図に示す様な円
板状のタンタル（Ｔａ）等の金属から成るコレクタープ
レート３１の下面に金属製の支持棒３２を延長して取り
付けたイオンコレクター３３から成っている。このコレ
フタープレー）３１の直径は、上記球形グリッド１０の
下側開口部１１の径に近い値になっている。支持棒３２
は、真空装置のチェンバー側フランジ４０に取り付けら
れるゲージ側の取付フランジ５０の端子取出口５１から
絶縁セラミック５３を介して外部に取り出されている。

また、この支持棒３２の周囲には、これを取り囲む様に
、いわゆる管状の金属からなるシールド部材３３が設け
られて、いわゆるＢＮＣ同軸真空端子が形成されている
。このシールド部材３３も、また、上記取付フランジ５
０の端子取出口５１から絶縁セラミック５３を介して外
部に取り出されている。

さらに、上記のイオンコレクタ一部３０では、上記円板
状のコレクタープレート３１を取り囲む様に、添付の第
２図に示す様な構造のスクリーン電極１００が設けられ
ている。このスクリーン電極１００は、例えば直径が８
ｍｍ程度の円環状の金属部材１０１の上側端面に金属線
のメツシュ１０２を張り、その下側には２本の金属製の
足１０３．１０３を溶接等で取付固定してたものである
。また、これらの２本の足も、やはり、上記取付フラン
ジ５０の端子取出口５１から絶縁セラミック５３を介し
て外部に取り出されている。また、上記の第１図の図中
、符号５５は上記チェンバー１１フランジ４０に上記ゲ
ージ側の取付フランジ５０を取り付けるためのボルトで
あり、また、符号５６はこれらのフランジ４０と５０の
接合面に挿入されたガスケットである。

以上にその構成を説明した熱陰極型電離真空計の動作に
ついて説明すると、上記の球形グリッド１０には３００
Ｖ程度の電圧を、フィラメント２０には１５０ｖ程度の
電圧を印加する。

すると、このフィラメント２０から飛び出したエレクト
ロンが、添付の第４図に示す様？こ、上記球形グリッド
１０の内外にわたって振動し、この振動するエレクトロ
ンが真空装置内の気体分子に衝突して陽イオンを発生す
る。そして、この発生する陽イオンは負のサプレッサー
電極によって引かれ加速され、その多くはサプレッサー
の金網を通過し、コレクターに容易に流入する。これに
よって得られるイオン電流、すなわち、上記イオンコレ
クター３３に流れる電流を電流計６０等により測定する
ことによって真空装置内の気体の密度である、すなわち
圧力を求めることは、従来の熱陰極イオン化ゲージと同
様である。

ところで、上記の振動するエレクトロンが球形グリッド
等に衝突する際に発生する軟Ｘ線も、やはり、上記コレ
クタ一部３０のコレクターブレー）３１に照射して光電
子を発生して圧力の測定値に悪影響を及ぼす。しかしな
がら、本発明のＸ線光電子流の打ち消し方法によれば、
上記コレクタープレート３１の上方に近接して取り付け
たスクリーン電極１００に所定の負の電位を印加するこ
とによって上記の軟Ｘ線の影響を取り除き、正確な圧力
の測定を可能ならしめる。すなわち、添付の第５図にも
示す様に、発生する軟Ｘ線がコレクタープレート３１に
衝突して発生する光電子（Ｘ線電子電流）ｅの総数と、
軟Ｘ線が上記スクリーン電極１ｏｏのメ′ツシュ１０２
に衝突して発生する光電子の総数ｅとが相互に相殺する
様に、Ｘ線の照射される金属の面積はコレクタ一部の面
積Ｓｃとサプレッサーの金網の面積Ｓｓで比較すればＳ
ｃ　　Ｓｓであるから、上記スクリーン電極１００に印
加する電位をＦ１節することは容易である。このことを
、添付の第６図に示すグラフによって説明する。このグ
ラフは、例えば１ｏ−目Ｐａの圧力の下で、上記球形グ
リッド１ｏと環状フィラメント２０電圧（横軸）すなわ
ち衝突する電子のエネルギーを変化させた場合に流れる
コレクター電流（Ｎ軸）をプロットしたものであり、方
、上記スクリーン電極１００の負のバイアス電位をパラ
メータとしている。

まづ、このグラフの横軸に示すグリッド−フィラメント
間の電位である、いわゆる加速電圧をＶ　ｇ−ｆを上昇
してゆくと、これに伴ってフィラメント２０から発生す
るエレクトロンのエネルギーが増加し、発生される軟Ｘ
線の波長が小さくなるため、Ｘ線電子電流の発生か増加
し、コレクタ電流１ｃも上昇することとなる。そこで、
上記スクリーン電極に負の電位を印加すると（スクリー
ン電極のバイアス電圧ＶＳ）、軟Ｘ線がコレクタープレ
ート３１に衝突した際に発生する光電子はこの負の電位
Ｖｓによって押し戻されてしまい、コレクター電流１ｃ
の上昇が抑制される。さらに、このスクリーンのバイア
ス電圧を低下させると、この傾向はさらに強まり、つい
には、コレクタープレート３１から発生され抑制される
光電子ｅと、軟Ｘ線が上記スクリーン電極１００のメツ
シュ１０２に衝突して発生する光電子とがほぼ等しくな
る状態に達することとなる（第５図を参照）。すなわち
、スクリーン電極１００からコレクタープレート３１に
流入するＸ線電子電流と、コレクタープレート３１から
発生するＸ線光電子流とを等しくすることにより相互に
キャンセルすることが可能になる。このスクリーン電圧
は、例えば上記のグラフに示した特性曲線では、曲線Ｄ
−１で示す様に、Ｖｓ＝−１０〜１５Ｖである。このバ
イアス電圧Ｖｓをざら？こ低下すると、この様なバラン
スが崩れてしまい、今度は逆にコレクター電流ＩＣは０
を越えて負の電流となってしまい（特性曲線Ｊを参照）
、これでは正確な圧力の測定は不可能になってしまう。

しかし、実際の測定時のフィラメントとグリッド間の加
速電圧は１００〜１５０ｖ程度であるから、Ｖｓ＝−１
０〜−１５Ｖ程度で十分である。

また、添付の第７図には、スクリーンとグリッド間の電
圧Ｖｓに対するコレクター電流１ｃの変化がグラフに示
されており、このグラフからも明かな様に、Ｖｓ＝−１
０〜−１！５Ｖ程度でバランスが取れていることが分か
る。この程度の負の電圧は従来のサプレッサーゲージの
コントロール電圧（Ｖ　ｓ　＝−６２５Ｖ）より約２桁
も低く、制御がし易く、信頼性が高くなる。

さらに、添付の第８図は、上記の本発明になる熱陰極型
電離真空計の圧力検出出力（実線）と従来のエクストラ
クターゲージの出力（−点鎖線）とを比較したグラフで
あり、これからも明かな様？こ、本発明になる熱陰極型
電離真空計によれば、実線で示す様？こ、ｌ　Ｘ　Ｉ　
０−Ｉ３Ｔｏ　ｒ　ｒまでその出力（コレクター電流１
ｃ）は圧力に対して直線性を保ちその圧力測定が可能で
あるが、一方、現在商品化されている最高性能のゲージ
であるエクストラクターゲージの出力は、Ｉ　Ｘ　１０
−１２Ｔｏ　ｒ　ｒでは既にその直線性を失っている。

すなわち、本発明になる熱陰極型電離真空計は従来のエ
クストラクターゲージに比較して一桁低い圧力まで測定
でき、かっ、その構造も簡単であり、商品価値が大であ
る。

以上のことからも明かな様に、上記スクリーン電極１０
０に印加するバイアス電圧Ｖｓを適切な値に調整するこ
とにより、熱陰極型イオン化ゲージの軟Ｘ線限界を大幅
に改善することが可能となることは明かである。

ところで、上記の実施例では、球形のグリッドとリング
状のフィラメントを備えた熱陰極型電離真空計に適用し
た例についてのみ説明したが、本発明はこれのみには限
られず、その他の形式の熱陰極型電離真空計にも適用す
ることが出来ることは言うまでもない。

また、上記の実施例では、特に第１図に示される様に、
球形のグリッド１ｏの外周の、いわゆるリム１５は、傾
斜して取り付けらでいるが、コノ様にリム１５を傾斜す
ることにより、フィラメント２０から発生し、第５図に
示す様な振動運動を行うエレクトロンに対する衝突の確
率を著しく減少することが出来るため、やはり、熱陰極
型イオン化ゲージの軟Ｘ線限界の改善に有効である。

［発明の効果コ 以上の説明からも明らかな様に、本発明になるＸ線光電
子流の打ち消し方法及びこれを利用した熱陰極型電離真
空計によれば、軟Ｘ線により発生するＸ線光電子電流を
打ち消すことにより、従来の熱陰極型電離真空計の実用
測定限界をさらに改善し、例えば１０＝’Ｐ　ａ以下の
極高真空領域の圧力測定をも可能とするという極めて優
れた技術的な効果を達成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＸ線光電子流をキャンセルする方法を
利用した熱陰極型電離真空計の一実施例を示す概略断面
図、第２図及び第３図は上記熱陰極型電離真空計のイオ
ンコレクタ一部及びスクリーン電極の構造を示す斜視図
、第４図は上記真空計のフィラメントから発生するエレ
クトロンの振動軌跡を示す図、第５図は上記スクリーン
電極の動作を説明する動作原理説明図、第６図は上記熱
陰極型電離真空計の測定特性を示すグラフ、第７図はス
クリーングリッド電圧とコレクター電流との関係を示す
グラフ、第８図は本発明になる熱陰極型電離真空計と従
来のゲージによる圧力測定結果を比較するグラフ、そし
て、第９図乃至第１３図は従来技術を説明する図である
。 １０・・・球形グリッド　１１・・・開口部　１５・・
・リム２０・・・フィラメント　３０・・・イオンコレ
クタ一部３１・・・コレクタープレート　３２・・・支
持棒３３・・・イオンコレクター　４０，５０・・・７
７ンジ　５１・・・端子取出口　５３・・・絶縁セラミ
ック　１００・・・スクリーン電極　１０１・・・円環
状金属部材　１０２・・・メツシュ　１０３・・・足特
許出願人　助川電気工業株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）真空系内に配置した熱フィラメントから飛び出し
   た電子をアノード、グリッドの内外に振動させ、該振動
   電子が気体分子に衝突したときに作る陽イオンをコレク
   ターに集め、得られるイオン電流から該真空系内の気体
   の分子密度、即ち圧力を測定する測定装置において、該
   アノード・グリッドと該コレクターとの間に配置したス
   クリーン・グリッドの負のバイアスを選択することによ
   ってＸ線光電子流をキャンセルすることを特徴とするＸ
   線光電子流の打ち消し方法。
2. （２）真空系内に配置された熱フィラメントと、該熱フ
   ィラメントから飛び出した電子をその内外に振動させる
   アノード・グリッドと、該振動電子が気体分子に衝突し
   たときに作る陽イオンを集めるコレクターとを有し、該
   コレクターに得られるイオン電流から該真空系内の気体
   の分子密度、即ち圧力を測定する熱陰極型電離真空計に
   おいて、該アノード・グリッドと該コレクターとの間に
   スクリーン・グリッドを配置し、このスクリーン・グリ
   ッドに、選択された負のバイアスを印加することによっ
   てＸ線光電子流をキャンセルすることを特徴とする熱陰
   極型電離真空計。