JPH083960Y2 - 高温カソ−ドイオン化圧力ゲ−ジ - Google Patents

高温カソ−ドイオン化圧力ゲ−ジ

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JPH083960Y2
JPH083960Y2 JP1987128142U JP12814287U JPH083960Y2 JP H083960 Y2 JPH083960 Y2 JP H083960Y2 JP 1987128142 U JP1987128142 U JP 1987128142U JP 12814287 U JP12814287 U JP 12814287U JP H083960 Y2 JPH083960 Y2 JP H083960Y2
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ハース ギユンター
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マツクス プランク ゲゼルシヤフト ツ−ル フエルデルング デル ビツセンシヤフテン エ−．フアウ．
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L21/00—Vacuum gauges
    • G01L21/30—Vacuum gauges by making use of ionisation effects
    • G01L21/32—Vacuum gauges by making use of ionisation effects using electric discharge tubes with thermionic cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J41/00—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas; Discharge tubes for evacuation by diffusion of ions
    • H01J41/02—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas
    • H01J41/04—Discharge tubes for measuring pressure of introduced gas or for detecting presence of gas with ionisation by means of thermionic cathodes

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Description

【考案の詳細な説明】 技術分野 本考案は低気体圧力又は密度を測定する装置に関する
ものであって、更に詳細には、高温カソードイオン化圧
力ゲージ乃至はマノメータに関するものである。
従来技術 例えばプラズマ物理装置及び核融合実験において良く
見られる如く、強磁界及び高ノイズのバックグラウンド
の存在下において中性気体の密度を測定する為に、互い
に離隔して或る軸に沿って配設されている。比較的厚い
（0.6mm）トリウムタングステンワイヤから構成される
カソードと加速グリッドと比較的大きなイオンコレクタ
とを具備するリニアトライオードシステムを有する高温
カソードイオン化ゲージを使用することは公知である。
このトライオードシステムの軸は磁界と実質的に平行に
配設されており、該磁界は該カソードによって電子を放
出させ且つ該磁界の磁力線に沿って延在する経路上に該
加速グリッドによって加速させる（「原子核物質のジャ
ーナル（Journal of Nuclear Materials）」、121、（1
984）、151-156）。「物理学ジャーナルE:化学的装置
（Journal of Physics E:Scientific Instrument
s）」、1974、Vol.7,pp.453-457から、２つの閉止端部
プレート間に配設されており電極システムを囲繞する一
連の離隔されている環状プレートから構成されるプラズ
マシールドによって囲繞されているリニア電極システム
を具備する高温カソードイオン化ゲージが公知である。
レビュー・オブ・サイエテイフック・インストルメン
ト34,No.8、pp.942-943、1963、８月号から、順番にプ
レート形状をしたコレクタ電極、平面スクリーングリッ
ド、螺旋カソード、平面変調用グリッド、及びプレート
形状をしたアノードを有するリニア電極システムを具備
する高温カソードイオン化ゲージは公知である。該変調
グリッドは、カソードからアノードへ流れる電子の流れ
を周期的に中断させることを可能とする。このグリッド
は、タングステン網から構成されている。このことと、
カソードの両側にアノード及びコレクタ電極を配設（シ
ュルツーフェルプス配置）することにより、感度が著し
く磁界の方向に依存することとなる。高温カソードイオ
ン化ゲージのエミッション即ち放出電流のチョッピング
は、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テク
ノロジイ、Vol.18、No.3、1981、４月、pp.1017-1022か
ら公知である。
目的 本考案は、以上の点に鑑みなされたものであって、上
述した如き従来技術の欠点を解消し、例えば1017乃至10
21m-3の範囲内の中性気体密度を測定することの可能な
高温カソードイオン化ゲージを提供することを目的とす
るものであって、特に、核融合に指向されたプラズマ実
験に典型的な条件下（磁界強度が０乃至３テスラ以上、
磁界方向が最大±20度以上変化し、且つ高度のプラズマ
によって誘起されるノイズ環境）において、この様な範
囲の気体密度を測定することが可能であり且つ動作上の
信頼性があり堅固な構成であって且つ、所望により、非
常に小型で且つ再現性を持って磁界強度に依存し且つ、
或る程度予め定められており且つ構成によって影響を受
けることが可能であるが、磁界方向とは独立的であり且
つ広範囲に渡って気体密度と独立的な高感度を持ってい
る高温カソードイオン化ゲージを提供することを目的と
する。
構成 本考案の好適実施形態に拠れば、 ａ） 少なくとも0.5mmの厚さのタングステンワイヤか
ら構成されており且つ中間の活性部分（10a）を持った
カソード（10）、 ｂ） 前記カソード（10）の活性部分（10a）に近接し
て且つそれと平行に配設されており且つ前記カソードの
活性部分と整合した長尺開口を持ったダイアフラム形状
の平面制御電極（12）、 ｃ） 前記制御電極（12）から離隔し且つそれと平行に
配設されており且つ前記活性カソード部分（10a）の長
手方向に対して垂直な長手方向に延在する一連の平行な
スリット形状をした孔（22）を持っている平面加速電極
（14）、 ｄ） 前記制御電極（14）と平行な平面プレート形状を
したイオン回収電極（16）、 を軸（Ａ）に沿って上記した順番に互いに離隔させて
配設したことを特徴とするイオン化圧力ゲージが提供さ
れる。好適には、これらの電極は気体インレット開口を
持った箱形状を持ったプラズマシールドの状態に配設さ
れている。
別の構成例としては、これらの電極は側部の開放した
シールド構成形態内に閉じ込めることが可能であり、該
側部は軸に沿って離隔された一連の平行な環状シールド
電極と両端に終端プレートを有する構成とすることが可
能である。
実施例 以下、添付の図面を参考に、本考案の具体的実施の態
様に付いて詳細に説明する。
第１図及び第２図に概略示した高温カソードイオン化
ゲージ（測定器）は、直流電流によって動作中に加勢さ
れ且つ比較的厚く（好適に少なくとも0.5mmであって、
例えば0.6mm）、好適にはトリウムタングステンワイヤ
から構成されているカソード10と、更に、前記カソード
に近接して配設されているダイアフラム形状の制御電極
12と、スリット形状の孔を持った加速電極14と、イオン
コレクタ電極16と、を有している。これらの電極は、所
定の軸に沿って言及した順番に互いに実質的に平行に配
設されており、リニアなテトロード（四極管）電極シス
テムを形成している。
本電極システムは、気体インレット開口20を持ってお
り且つ流入する気体分子を熱処理する機能を有する実質
的に閉塞状態で箱形状をしたプラズマシールド18内に配
設されている。熱処理を改善する為に、気体インレット
開口20の後ろ側の離隔した距離にバッフルプレート17を
配設することが可能である。一方、別法として、該シー
ルドは、又、ジャーナル・オブ・フィジックスE:科学的
装置、Vol.7、1974、p.453から公知な如くに、軸方向に
離隔した一連の環状プレート及び両端に閉塞した終端プ
レートを有することが可能である。
第２図に示した如く、カソード10は略Ｕ字形状をして
おり且つ２つの環状ループを形成しており、該ループ
は、保持用及び電流担持用のロッドに取付けられている
端部から該カソードワイヤの直線状で中間の活性放出
（エミッション）部分10aを熱的に絶縁している。制御
電極12は、ダイアフラム形状をした構成部品であり、長
尺矩形状の形状を持った孔を具備しており、該孔の長手
方向は該カソードの直線的中間活性部分10aと平行に延
在している。加速電極14は、好適には、活性カソード部
分10aの方向と直交して延在しており且つ制御電極12の
開口と整合する動作部分において約80％の透明度を与え
ているスリット22を具備する薄いモリブデン箔から構成
されている。
実際上、第１図及び第２図に基づくイオン化ゲージ
は、第３図及び第４図に示した如くに構成することが可
能である。簡単化の為に、第３図には本イオン化ゲージ
の半分のみを示してある。カソード及びそのホルダーに
関する限り、他の半分は点線Ａに関して鏡像関係にあ
る。
カソード10を形成しているワイヤは、その各端部にお
いて、湾曲部を有しており、それにより電気リードとし
ても同時的に作用する保持ロッド24に取り付けられてい
る。保持ロッド24は、螺設ピン26で終端しており、該螺
設ピンは保持ロッド24の主体部分よりも一層小さな直径
を持っている。該カソードワイヤの夫々の端部における
湾曲部は、螺設ピン上に螺着させたナット28によって保
持ロッド24の主体部分の端面に押圧され、それにより、
機械的にしっかりと保持させると共に良好な電気的接触
を得ており且つカソード10の交換を簡単化させている。
第８図に示した如く、カソードワイヤ10は、又、保持ロ
ッドの端部に設けた穴内に半田付けさせることも可能で
あり、その場合に、高溶融半田物質（例えば、Au-Ni，
溶融温度は約950°）によって例えばモリブデンから構
成される保持ロッドを半田付けさせることが可能であ
り、そのことは製造技術上或る種の利点が得られる。同
一の操作において、スパナ面取り（螺子ナットに類似し
ており且つこの様なナットの代替）を具備するフランジ
24aを各保持ロッド24へ半田付けさせることが可能であ
り、特に第５図乃至第７図を参照して説明する如く、該
カソードを据付る場合にそのことが言える。
保持ロッド30は、制御電極12を保持すべく機能する。
制御電極12は、該保持ロッド用の孔を持っており、且つ
該孔を介して延在する保持ロッド30上の螺設ピンと該螺
設ピン上に螺着させたナットによって、カソード10に全
く同様に固定されている。
加速電極14及びイオンコレクタ電極16の機械的保持及
び電気的接続の為に、夫々対応する保持ロッド32及び34
が夫々作用している。加速電極用の保持ロッド32は、イ
オンコレクタ電極16内の十分に幅広の開口36を介して延
在している。
一方においては保持ロッド24、30、又、他方において
は、32、34が、軸方向に反対方向に延在しており、且つ
各々が、保持ロッド32、34に対して示した如くに保持さ
れている。第４図に基づく装着は、クランプスプリング
38及び円筒上の樋形状をした凹所を持ったプレート形状
をしたクランプ部材40を有している。保持ロッド32,34
は、例えばセラミックである絶縁物質からなるカップ媒
体42を介してクランプスプリング38とクランプ部材40と
の間に保持されている。これらの要素38及び40は、クラ
ンプ部材40内の螺設穴内に螺着したボルト44によって圧
着されている。該ボルト44は本電極システムを担持して
おり且つ好適には金属から構成されているベースプレー
ト46へナットによって固定されている。保持ロッド30
は、２つの螺子によって該ベースプレートへ固定されて
いるスプリングプレート31によって保持されており、且
つ、第４図に示したものと同様に、絶縁性カップによっ
て絶縁されている保持ロッドをクランプ部材（不図示）
内の対応する窪み内に圧入させている。ベースプレート
46は、切除部48を有することが可能であり、それはホル
ダ側からも本電極システムの内部へ自由にアクセスする
ことを確保し、且つそれは少なくとも電極14及び16の間
の区域に渡って延在すべきである。
具体的実施例においては、カソード10の活性部分10a
と制御電極12の間の距離は約1.6mmであり、電極12と14
との間の距離は約3.5乃至5mmであり、且つ電極14と16と
の間の距離は約10乃至20mmである。制御電極における開
口の寸法は約２×14mmであり、且つカソードの活性部分
10aの長さは約10mmである。
加速電極14は、50ミクロンの厚さのモリブデン箔から
構成されており、約20×12mmの中央区域内に約0.4mm幅
の約40個の平行なスリットを有しており、該スリットは
約0.1mm幅のバーによって互いに離隔されている。この
モリブデン箔は２部構成のＵ字形状フレーム15内にクラ
ンプされる。
好適な動作電圧は、カソード＋70Vで、制御電極＋25/
＋100V矩形電圧で、加速電極が＋250Vで、且つイオンコ
レクタ電極が−9Vである。電極10は、好適には、直流電
流で加熱する。
例えばステンレススチールから構成することの可能な
閉塞型プラズマシールドの寸法は、約40×35×20mmとす
ることが可能であり、且つ気体インレット開口20は５乃
至10mmの直径を持った円形孔とすることが可能である。
これらの値は約３乃至５ミリ秒の応答時定数を与える。
第５図及び第６図に簡単化して示した実施例におい
て、供給及び保持ロッドは、本電極システムの長手方向
の横方向に延在しており、そのことはスペースの関係上
適切である。電極構成体は、カソード110に対して、２
つの保持ロッド124によって、且つ制御電極112、加速電
極114、及びイオンコレクタ電極116に対しては、夫々保
持ロッド130、132、及び134によってベースプート146上
に装着されている。これらの保持ロッドの各々は、第３
図を参照して説明した如く、螺設ピンとその上に螺着さ
せたナットが具備されている。第５図から理解すること
が可能な保持ロッド124の例によって一層厳密に示され
る如く、保持ロッドのベースプレートへの固定は、夫々
の電極から離隔されている問題の保持ロッドの端部154
であって外部螺子が螺設されている端部上に螺着されて
いる２個のナット150及び152によって行われる。該保持
ロッドは、各々が、ベースプレート146内の孔156（第６
図）を介して延在しており、且つ、ベースプレートがセ
ラミック、又はPTFE等の如く絶縁性物質から形成されて
いる場合ではない場合には、絶縁性物質からなるブッシ
ュ156及びワッシャー158によってベースプレートから絶
縁される。電極112,114,116の各々は、第５図に示され
る如く、関連する保持ロッドへ固定する為の孔を具備し
ており直角に屈曲された突出部部分を持っている。
第７図は、本考案に基づいて構成された高温カソード
イオン化ゲージの特に小型の寸法の実施例を概略平面図
で示している。第７図の実施例においては、電極は、第
６図の実施例と全く同様に、本電極システムの軸方向に
直角に延在する保持ロッドによって支持されている。ベ
ースプレート246、カソード保持ロッド用の孔256a、制
御電極212と加速電極214とイオンコレクタ電極216の各
々に対しての保持ロッド用の孔256b、256c、及び256d、
更に関連する取付け用の突出部を具備する電極212、21
4、及び216のみが第７図の概略平面図中に示されてい
る。
第９図乃至第11図に示した本考案の実施例において、
種々の電極は、第５図を参照して説明した態様で互いに
反対側に配設されている２つの端部プレート300及び302
上に装着されている。これらの端部プレートは、軸方向
に延在する支持体304、306等によって互いに位置した距
離に保持されている。カソード310は２つの保持ロッド3
24に固定されており、これらの保持ロッドは螺子ナット
350及び352によって端部プレート302に固定されており
且つ、例えばセラミックからなる管状絶縁性ブッシュ35
7と２つの絶縁性ワッシャー359を有する絶縁性構成体55
6によって該プレートに関して絶縁されている。制御電
極312は保持ロッド330によって端部プレート302上に対
応する態様で装着されている。加速電極314は、保持ロ
ッド332と絶縁性構成体356aによって端部プレート300に
装着されている。
イオンコレクタ電極316も保持ロッド334と絶縁性構成
体356bによって対応する態様で端部プレート300に装着
されている。電気的接続用の機能を持った保持ロッド33
2及び334の外側端部は、端部プレート300の外側に装着
されているシールド306によって囲繞されている。シー
ルド308は、保持ロッド324及び330の外側端部をシール
ドする機能を持っている。
第３図乃至第11図に示した実施例において、種々の電
極は、第３図の実施例に関して説明した如き形状及び寸
法とすることが可能である。
以上、本考案の具体的実施の態様に付いて詳細に説明
したが、本考案はこれら具体例にのみ限定されるべきも
のでは無く、本考案の技術的範囲を逸脱すること無しに
種々の変形が可能であることは勿論である。例えば、第
９図に関連して説明した如く、電極を２つの端部プレー
ト間に配設することが可能であり、しかしながら、保持
ロッドは端部プレートに装着させるか又は、第３図を参
照して説明した態様で、端部プレートに固定したブロッ
ク上に装着することも可能であり、その場合、第５図の
場合と同様に、保持ロッドは電極がそれに沿って配設さ
れる軸Ａに対して直角に延在する。制御電極、加速電
極、及びイオンコレクタ電極も関連する保持ロッドへ半
田付け又は溶接させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本考案の１実施例に基づく高温カソードイオン
化ゲージを示した概略図、第２図はカソードからアノー
ドへの第１図のイオン化ゲージの電極システムの概略
図、第３図は本考案に基づくイオン化ゲージの別の具体
的実施例の一部を示した概略平面図、第４図は第３図の
IV-IV面で取った概略断面図、第５図は本考案の更に別
の実施例の概略側面図、第６図は第５図のイオン化ゲー
ジのベースプレートの概略平面図、第７図は本考案の特
に小型の構成とした好適実施例の概略平面図、第８図は
別のカソード構成を示した概略図、第９図は本考案の別
の好適実施例の一部断面概略側面図、第10図は第９図の
イオン化ゲージの概略正面図、第11図は第９図における
Ａ−Ｂ面で取った概略断面図、である。 （符号の説明） 10:カソード 10a:活性放出部分 12:制御電極 14:加速電極 16:イオンコレクタ電極 18:箱形状型プラズマシールド 20:気体インレット開口 24:保持ロッド 26:螺設ピン

Claims (17)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】高温カソードイオン化圧力ゲージにおい
    て、 ａ） 少なくとも0.5mmの厚さのタングステンワイヤか
    ら構成されており且つ中間の活性部分（10a）を持った
    カソード（10）、 ｂ） 前記カソード（10）の活性部分（10a）に近接し
    て且つそれと平行に配設されており且つ前記カソードの
    活性部分と整合した長尺開口を持ったダイアフラム形状
    の平面制御電極（12）、 ｃ） 前記制御電極（12）から離隔し且つそれと平行に
    配設されており且つ前記活性カソード部分（10a）の長
    手方向に対して垂直な長手方向に延在する一連の平行な
    スリット形状をした孔（22）を持っている平面加速電極
    （14）、 ｄ） 前記制御電極（14）と平行な平面プレート形状を
    したイオン回収電極（16）、 を軸（Ａ）に沿って上記した順番に互いに離隔させて配
    設したことを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  2. 【請求項２】実用新案登録請求の範囲第１項において、
    前記電極（10,12,14,16）が気体インレット開口（20）
    を持った箱型形状をしたプラズマシールド（18）内に配
    設されていることを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  3. 【請求項３】実用新案登録請求の範囲第１項において、
    前記電極が側部が開放なシールド型構成に配列されてお
    り、該側部は前記軸（Ａ）に沿って離隔された一連の平
    行な環状シールド電極と両端に終端プレートとを有して
    いることを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  4. 【請求項４】実用新案登録請求の範囲第１項において、
    前記カソード（10）は前記活性部分（10a）の両側にワ
    イヤループを形成しており、該ワイヤループは前記カソ
    ードワイヤの端部から前記活性部分を熱的に絶縁させて
    いることを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  5. 【請求項５】実用新案登録請求の範囲第１項において、
    前記電極の少なくとも１つが保持ロッド（24,30,32,3
    4）によって支持されており、該保持ロッドはその一端
    に直径を減少させた螺設ピン（26）を持っており、それ
    は前記保持ロッドの本体と共に肩部を形成しており、前
    記肩部に対して前記関連する電極が前記螺設ピン上に螺
    着される螺子ナット（28）によって押圧されることを特
    徴とするイオン化圧力ゲージ。
  6. 【請求項６】実用新案登録請求の範囲第１項において、
    前記電極が保持ロッド及びクランプ装置（38,40）によ
    って支持されていることを特徴とするイオン化圧力ゲー
    ジ。
  7. 【請求項７】実用新案登録請求の範囲第６項において、
    各保持ロッド用の前記クランプ装置が、夫々の保持ロッ
    ドを収容する桶形状をした凹所を持ったクランプ部材
    （40）を有していることを特徴とする（第４図）イオン
    化圧力ゲージ。
  8. 【請求項８】実用新案登録請求の範囲第６項において、
    各保持ロッド用の前記クランプ部材は、夫々の保持ロッ
    ドを収容する桶形状をした凹所を持っているクランプ部
    材（40）を有しており、且つ前記保持ロッドはカップ形
    状をした絶縁性部材（42）によって絶縁されていること
    を特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  9. 【請求項９】実用新案登録請求の範囲第５項において、
    前記保持ロッド（124,130,132,134）は前記電極システ
    ムの軸（Ａ）の方向と直交して延在しており且つベース
    プレート（146）内の孔（156）内に固定されている（第
    ５図及び第６図）ことを特徴とするイオン化圧力ゲー
    ジ。
  10. 【請求項１０】実用新案登録請求の範囲第９項におい
    て、前記カソード及び前記制御電極用の保持ロッドが前
    記軸（Ａ）の方向に直交して延在する第１直線に沿って
    互いに並置して配設されており且つ前記加速電極及びイ
    オン回収電極用の保持ロッドが前記第１直線と平行で軸
    （Ａ）の方向に直交して延在する第２直線に沿って互い
    に並置して配設されている（第７図）ことを特徴とする
    イオン化圧力ゲージ。
  11. 【請求項１１】実用新案登録請求の範囲第９項におい
    て、前記制御電極（112）、加速電極（114）、及びイオ
    ン回収電極（116）の各々は前記電極の平面に垂直に延
    在しており且つ関連する保持ロッド（130,132,134）に
    よって支持されている少なくとも１個の突出部を有して
    いることを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  12. 【請求項１２】実用新案登録請求の範囲第１項におい
    て、前記電極は、少なくとも１個の螺着ナット（150,15
    2）によってベースプレート（146）又は端部プレート
    （300,302）へ固定されている外部螺子を具備する部分
    （154）を有する保持ロッドによって支持されているこ
    とを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  13. 【請求項１３】実用新案登録請求の範囲第９項におい
    て、前記保持ロッドは絶縁性ブッシュ（156）によって
    夫々が前記ベースプレート（146）又は端部プレート（3
    00,302）から絶縁されていることを特徴とするイオン化
    圧力ゲージ。
  14. 【請求項１４】実用新案登録請求の範囲第１項におい
    て、前記加速電極は、Ｕ字形状をしたフレーム（15）内
    に装着されている薄いモリブデンシートを有することを
    特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  15. 【請求項１５】実用新案登録請求の範囲第14項におい
    て、前記モリブデンシートは約50ミクロンの厚さを持っ
    ており、且つ、その寸法に従って、約0.1mmの幅のバー
    によって離隔されている約0.4mmの幅の40個のスリット
    を持っていることを特徴とするイオン化圧力ゲージ。
  16. 【請求項１６】実用新案登録請求の範囲第１項におい
    て、前記カソードワイヤ（10）の端部は各々高溶融半田
    物質によって保持ロッド（24）の端部に設けられた穴内
    に半田付けされている（第８図）こおを特徴とするイオ
    ン化圧力ゲージ。
  17. 【請求項１７】実用新案登録請求の範囲第16項におい
    て、スパナ面取りを具備するフランジ（24a）が、前記
    カソードワイヤ（10）と半田付けされている保持ロッド
    （24）の端部の各々へ溶接されていることを特徴とする
    イオン化圧力ゲージ。
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FR2603103B3 (fr) 1988-11-10
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