JPH0618348A - 熱陰極型電離真空計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 計器自体からのガス発生速度や消費電力を小
さくし、軟Ｘ線限界を改善する。 【構成】 円盤状フランジ１０の中央部に半球形の凹部
１１を設け、この半球形凹部の表面上に金メッキを施し
てリフレクター１２を形成する。メッシュを球形に形成
し、その下端部にイオンコレクター４０を配置した球形
グリッド２０の下半部分を、上記の凹部１１の中に収納
する。半円形状の熱フィラメント３０をリフレクターに
対向するように球形グリッド２０の上半部分の経線上に
配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、真空装置内の気体の分
子密度、即ち真空度を測定する熱陰極型電離真空計に関
し、特に、Ｘ線による圧力測定限界を向上させることの
出来る熱陰極型電離真空計の構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、１０^ー5Ｐａ（約１０^ー7Ｔｏｒｒ）
以下の超高真空領域の圧力の測定には、その信頼性が高
いことから、非磁界型熱陰極イオン化ゲージが最も広く
活用されている。このゲージの原理は、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、その振動電子が真空系内の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
流から気体の密度、すなわち圧力を求めるものである。

【０００３】しかしながら、この振動電子は１００ｅＶ
以上の運動エネルギーで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
コレクターに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、この光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１０^ー5Ｐａ（１０^ー7
Ｔｏｒｒ））が生じる。

【０００４】かかる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線の被照射量を著しく減ら
したのが、ＢａｙａｒｄとＡｌｐｅｒｔのゲージ、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。

【０００５】ところで、このＢＡ型ゲージによる圧力測
定にも限界があり（約１０^ー9Ｐａ（１０^ー11Ｔｏｒ
ｒ））、さらに測定限界を改良すべく、例えば特開昭６
３−１９８８４０号公報等に示すように、球形に形成し
たアノード・グリッドを備えた熱陰極型電離真空計が同
発明者によって提案されている。すなわち、この熱陰極
型電離真空計では、球形のメッシュ状のグリッドの赤道
上に設けられたリング状の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、その振動
電子が真空系内の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、真空系内の圧力を求めるもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来技術による熱陰極型電離真空計においても、やは
り、リング状のフィラメントの周りの部材が赤外線を吸
収して加熱され、温度上昇によってガスを放出してしま
い、真空チェンバ内の減圧を妨げ、高真空が容易に得ら
れなくなる。また、この赤道上に配置されたリング状の
フィラメントから出た電子は球形アノード・グリッドの
内外に振動を繰り返すうちに、軸上を縦方向に振動する
ようになり、振動電子の分布密度は球形グリッドの軸
上、すなわち、北極と南極付近が最も高くなり、真空計
の高感度につながる。しかしながら、反面、この北極部
分からの軟Ｘ線の侵入が大きくなり、Ｘ線限界が低下す
る結果となってしまう。

【０００７】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、軟Ｘ線限界を改善し、高真空
が容易に得られ、かつ、小型で取り付け易い、改良され
た熱陰極型電離真空計を提供することをその目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明では、
上記の目的を達成するため、真空チェンバのポートに接
続するためのフランジと、熱電子を放出するフィラメン
トと、このフィラメントから放出された電子を振動させ
る略球形のメッシュ状のアノードグリッドと、前記電子
が真空系内の気体分子に衝突したときに作る陽イオンを
集めるイオンコレクターとを備えた熱陰極型電離真空計
において、前記フランジ表面に半球状の凹部を形成し、
この半球状の凹部表面に金属鏡面を形成してリフレクタ
ーを形成すると共に、前記球形のアノードグリッドのほ
ぼ下半部分を前記半球状の凹部内に収容し、かつ、半円
形状のフィラメントを前記リフレクターに対向するよう
にアノードグリッドの上半部分の経線上に配置したこと
を特徴とする熱陰極型電離真空計を提供する。

【０００９】

【作用】上記本発明による熱陰極型電離真空計では、フ
ランジ表面に半球状の凹部を形成し、球形のアノードグ
リッドの下半部分を上記凹部内に収容することにより、
真空計全体の小型化、特に高さを低くすることが可能に
なる。また、本件発明者の実験によれば、前記半球状の
凹部表面に金属反射被覆を施してリフレクターを形成す
ると共に、上記フィラメントをこのリフレクターに対向
するようにアノードグリッドの上半部分の経線上に配置
することにより、電子の分布密度熱を球形グリッドの側
面に集中させることが可能であることが確認された。こ
れにより、軟Ｘ線のコレクターへの照射が抑制される。
さらに、前記リフレクターは、フィラメントから放出さ
れる熱電子や赤外線を反射し、周囲の部材の加熱を抑制
する。これにより、軟Ｘ線限界が改善され、かつ、周囲
の部材の加熱によるガスの放出が抑制されることから、
真空チェンバ内の減圧を妨げることがなく、消費電力も
少なくなる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら詳細に説明する。まず、図１には、本発明の実
施例である熱陰極型電離真空計が、上下の方向に展開さ
れた状態で示されている。すなわち、図からも明らかな
ように、この熱陰極型電離真空計は、基本的に、円盤状
のフランジ１０と、球形状のアノードグリッド（以下単
に、「グリッド」と称する）２０と、半円形状のフィラ
メント３０と、上記球形グリッドの下部に配置されたイ
オンコレクター（以下、単に、コレクター）４０とから
構成されている。

【００１１】上記のフランジ１０は、例えばアルミニウ
ム、あるいはステンレスを円盤形状に形成してなり、さ
らに、その中央部には、例えば切削等によって、半球状
の凹部１１が形成されている。この半球状の凹部１１の
表面に金メッキ等が施され、金属鏡面が形成されてお
り、リフレクター１２が一体に形成されている。このフ
ランジ１０の下面から中空の円筒部１３が延長して形成
されており、その内部には種々の配線などが収容される
ように構成されている。

【００１２】グリッド２０は、図にも示すように、針金
をメッシュ状にし、これを球形に形成して成るが、より
具体的には、例えば径が５０μｍのモリブデン（Ｍｏ）
の針金を３０程度のメッシュにし、直径２２mmの程度の
球形に形成して成り、その下側に直径５mm程度の開口部
２１を形成している。また、この球形グリッド２０の外
周にリム２２が取り付けられている。上記フランジ１０
の凹部１１の半径は、上記球形グリッド２０の半径より
も僅かに大きくなっており、その中に同グリッド２０の
下半部分が収納されている。この状態でグリッド２０と
リフレクター１２の中心はほぼ一致している。フィラメ
ント３０は、例えば線径０．１２５mmのレニウム線を直
径２６mm程度の半円形状に曲げ、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。さらに、この半
円形状のフィラメント３０の両端に、例えば金属等の導
電部材を略「Ｕ」字形状に形成してなるサポート３１、
３１が接続されている。

【００１３】コレクター４０の先端は、球形グリッド２
０の下側開口部２１付近からその中に挿入されている。
図２に示すように、このコレクター４０は、尖らせた針
状の電極４１の先端を、その周囲を取り囲むように設け
られた細いパイプ４２の先端部に配置し、近似的に点状
のイオンコレクターとして構成されている。

【００１４】さらに、図１において、上記円盤状のフラ
ンジ１０には複数の貫通孔が形成されているが、貫通孔
１４、１４…は上記半円形状のフィラメント３０を支持
するための上記「Ｕ」字状のサポート３１、３１を通す
ためのものである。すなわち、これらのサポート３１、
３１に接続された半円形状のフィラメント３０は、上記
フランジ１０の中央部に形成された半球形状の凹部１１
の表面に形成された上記リフレクター１２に対向するよ
うに、上記球形グリッド２０の経線上に配置されてい
る。また、これらのサポート３１、３１は、これら貫通
孔１４、１４…内で、例えば絶縁セラミック等によって
シール固定されており、さらに、上記フィラメント３０
へ供給する電流を通電する機能をも有している。

【００１５】一方、上記円盤状のフランジ１０の複数の
貫通孔の内、貫通孔１５、１５は、上記球形グリッド２
０を支持するための支持棒２５、２５を通すためのもの
であり、具体的には、これら支持棒２５、２５の先端は
上記球形グリッド２０の外周に設けられたリム２２に接
続されている。これらの支持棒２５、２５も、また、金
属等の導電性部材から形成され、上記貫通孔１５、１５
内で絶縁セラミック等によってシール固定されている。
同時に、これら支持棒２５、２５は、上記球形グリッド
２０に、上記フィラメント３０の電位に対して正の電位
を印加する働きを有している。

【００１６】そして、上記円盤状のフランジ１０の複数
の貫通孔の内、貫通孔１６、１６…は上記フランジ１０
を例えば真空チェンバのポートに取り付けるためのスル
ーボルトを通す穴であり、また、中央部の貫通孔１７
は、上記コレクター４０を通すための貫通孔であり、こ
の貫通孔１７内にシール固定されたコレクター４０の先
端は、図にも示すように、上記球形グリッド２０の下側
開口部２１付近に、あるいは、その中心部まで延長して
配置される。

【００１７】以上に説明した熱陰極型電離真空計を真空
チェンバに取り付けた状態が、図４に示されている。こ
の図において、上記円盤状のフランジ１０が真空チェン
バ５０の下側ポートのフランジ部５１に当接され、スル
ーボルト５２、５２により固定されている。また、図に
おいて、符号１８は絶縁シールであり、この絶縁シール
１８を通し、上記球形グリッド２０、フィラメント３０
（具体的には、そのサポート３１、３１）、さらには、
上記コレクター４０の電極等が電気的に外部に取り出さ
れている。

【００１８】次いで、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図を参照しながら説明す
る。先ず、上記の球形グリッド２０には３００Ｖ程度の
直流電圧を、フィラメント３０には１５０Ｖ程度の直流
電圧を印加する。すると、このフィラメント３０から飛
び出した電子（エレクトロン）は、上記球形グリッド１
０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コレクター４０
（より具体的には、コレクター４０の針状の電極４１）
に流入し、これによって得られるイオン電流、すなわ
ち、上記コレクター４０に流れる電流を、例えば電流計
等により測定することによって真空装置内の気体の分子
密度、すなわち圧力を求める。

【００１９】ところで、上記の本発明による熱陰極型電
離真空計の構成によれば、フィラメント３０から飛び出
して上記球形グリッド２０の内外に振動する電子は、振
動を繰り返すうちに、横方向に振動するようになる。こ
のときの振動電子の分布密度は上記球形グリッド２０の
側面、すなわち、上記半円形状のフィラメント３０の中
心軸を貫く球形グリッドのリム２２及びその周辺（図中
に、符号Ａで示す）が最も高くなる。このことは、例え
ば電子衝撃脱ガス時（９００Ｖ、６０ｍＡ）の球形グリ
ッド２０の赤熱する位置の分布から分かる。従来の熱陰
極型電離真空計では、球形グリッド２０の北極付近の振
動電子分布密度が高かったことから、この振動電子が球
形グリッド２０の表面に衝突して発生する軟Ｘ線は、上
記コレクター４０の上方から照射されることとなり、そ
のため、軟Ｘ線の侵入が大きくなり、Ｘ線限界が低下す
る結果となっていた。これに対し、上記の本発明による
熱陰極型電離真空計の構成では、振動電子の分布密度
は、コレクター４０の側面に位置する上記球形グリッド
２０の側面が最も高くなることから、振動電子が上記球
形グリッド２０の表面に衝突して軟Ｘ線を発生しても、
容易にはコレクター４０の針状の電極４１に到達しな
い。これによって、軟Ｘ線限界が改善される。

【００２０】上記の軟Ｘ線限界の改善を具体的に示すた
め、本発明の構成による熱陰極型電離真空計によって実
際に真空測定を行った結果を図３に示す。この図のグラ
フの横軸は真空度、すなわち、測定される圧力を示して
おり、一方、その縦軸は得られたコレクター電流を示し
ている。この結果からも明らかなように、本発明の熱陰
極型電離真空計によれば、ほぼ１×１０^-10 Ｐａ程度ま
で測定限界が改善される（従来では、ほぼ１×１０^-9Ｐ
ａ程度）。

【００２１】また、本発明の熱陰極型電離真空計によれ
ば、上記球形グリッド２０をフランジ１０に形成した半
球形状の凹部１１の内部に収容する構造としたことか
ら、熱陰極型電離真空計をフランジ部と一体的に構成す
ることが出来、装置の小型化が可能になった。具体的に
は、本発明の構造により、特にその高さ方向において、
従来のＢＡゲージの１／５にその寸法を減少することが
可能である。これにより、真空装置に取り付ける位置等
の制約が緩和される。

【００２２】さらに、本発明の熱陰極型電離真空計によ
れば、上記フランジ１０に形成されたリフレクター１２
は、球形グリッド２０の経線上に対向して配置された半
円形状のフィラメント３０から放出される熱電子やその
衝撃によって発生する赤外線を反射する。例えば、上記
の金メッキを施したリフレクターによれば、赤外線を９
５％以上も反射することが可能であり、そのため、例え
ばフランジ１０など、上記フィラメントの周囲の部材が
輻射熱を吸収しにくく、そのため、これらの部材の温度
上昇による表面からのガスの放出を抑制することが可能
になり、真空チェンバの減圧を妨げることなく、高真空
が容易に得られる。このことを、表１により具体的に示
す。

【００２３】この表１において、Ａ：半球形凹部にメッ
キを施していないステンレスのフランジを採用した熱陰
極型電離真空計、Ｂ：半球形凹部に金メッキを施した
（すなわち、リフレクター付き）ステンレスのフランジ
を採用した熱陰極型電離真空計、Ｃ：半球形凹部にメッ
キを施していないアルミフランジを採用した熱陰極型電
離真空計、Ｄ：半球形凹部に金メッキを施したアルミフ
ランジを採用した熱陰極型電離真空計、Ｅ：従来技術に
よる熱陰極型電離真空計の各場合である。括弧の外の数
値は、各場合のガス放出速度（単位は１０−９Ｐａ・ｌ
／ｓ）を各々示しており、括弧内の数値は、各場合の時
の消費電力（Ｗ）を示している。

【００２４】

【表１】 ───────────────────────────────── 電子電流 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ Ｅ ───────────────────────────────── １０ｍＡ ２０．６ ９．５ ８．３ ６．７ １８０ （５．４） （２．２） （３．４） （２．９） ５ｍＡ １３．７ ６．２ ２．３ ０．７ ４０ （５．２） （１．９） （２．９） （２．５） １ｍＡ １１．１ １．３ −０．７ −０．７ ２０ （３．９） （１．６） （２．３） （１．９） ０ｍＡ １．０ ０．５ −０．９ −０．９ ５ ─────────────────────────────────

【００２５】この表からも明かなように、本発明による
熱陰極型電離真空計の構造によれば、半球形凹部にメッ
キを施していないフランジを採用した場合にも、従来の
ものに比較しても、十分にそのガス放出速度を低減する
ことが可能であるが、さらに、フランジの半球形凹部に
金メッキを施すことにより、特に、フィラメントの消費
電力を著しく低減することが可能になることが分かる。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明からも明らかな様に、本発明
によれば、軟Ｘ線限界を改善すると共に、計器自体から
のガス発生速度が小さく、それ故、真空装置の減圧を妨
げることなく、高真空を容易に得ることが可能で、その
消費電力をも低減することの可能な、小型で、かつ、実
用的にも極めて優れた熱陰極型電離真空計を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の位置実施例による熱陰極型電離真空計
の概略構造を示す展開斜視図である。

【図２】上記熱陰極型電離真空計のイオンコレクターの
詳細構造を示す一部断面拡大図である。

【図３】上記熱陰極型電離真空計による軟Ｘ線限界の改
善を示すための出力特性を示すグラフである。

【図４】上記図１の熱陰極型電離真空計を真空チェンバ
に取り付けた状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ フランジ ２０ 球形アノードグリッド ２１ 下側開口部 ２２ リム ２５ 支持棒 ３０ 半円形状のフィラメント ３１ サポート ４０ イオンコレクター ４１ 針状の電極 ４２ パイプ

Claims (3)

【整理番号】 ０９１０１３８−０２ 【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チェンバのポートに接続するための
   フランジと、熱電子を放出するフィラメントと、このフ
   ィラメントから放出された電子を振動させる略球形のメ
   ッシュ状のアノードグリッドと、前記電子が真空系内の
   気体分子に衝突したときに作る陽イオンを集めるイオン
   コレクターとを備えた熱陰極型電離真空計において、前
   記フランジ表面に半球状の凹部を形成し、この半球状の
   凹部表面に金属鏡面を形成してリフレクターを形成する
   と共に、前記球形のアノードグリッドの下半部分を前記
   半球状の凹部内に収容し、かつ、半円形状のフィラメン
   トを前記リフレクターに対向するようにアノードグリッ
   ドのほぼ上半部分の経線上に配置したことを特徴とする
   熱陰極型電離真空計。
2. 【請求項２】 上記請求項１において、前記イオンコレ
   クターを点状のイオンコレクターとし、これをアノード
   グリッドのほぼ中心に配置したことを特徴とする熱陰極
   型電離真空計。
3. 【請求項３】 上記請求項１において、前記リフレクタ
   ーを形成する金属鏡面が金メッキ膜面であることを特徴
   とする熱陰極型電離真空計。