JPH095198A - コールドカソードゲージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低圧力でも安定した動作をするコールドカソ
ードゲージを提供する。 【構成】 コールドカソードゲージ２の真空計容器３内
の放電区間４の周囲に磁石５を設け、該磁石３の作る磁
界をアノード電極１７が作る電界に略直角に交わらせる
と、電子が前記放電区間４内を螺旋運動に似た運動をす
る。その際、前記放電区間４内を通る磁力線の経路上に
高透磁率部材６、７、８、９を設け、前記磁力線が前記
放電区間４内を通りやすくなるような磁気経路を形成し
ておくと、前記放電区間４内の磁界が強くなり、高真空
状態でも安定したプラズマを発生させることができる。
前記磁力線の経路上に高透磁率部材６、７、８、９を設
け、前記磁石のＮ極とＳ極の幅よりも、前記放電区間４
内を前記磁力線が通る距離を短くすると磁界がさらに強
くなり、性能が向上する。

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圧力を測定
する真空計の分野にかかわり、特に、冷陰極放電を利用
したコールドカソードゲージに関する。

【０００２】

【従来の技術】熱フィラメントからの熱電子を用いた熱
陰極型電離真空計にかわって近年では、焼損しない真空
計として冷陰極放電を利用したコールドカソードゲージ
(冷陰極型電離真空計)が用いられることがある。このよ
うな従来技術のコールドカソードゲージのうち、マグネ
トロン型のものを簡単に説明すると、図３を参照し、コ
ールドカソードゲージ１５２は一端が高電圧電極１６０
で塞がれ他端が解放された円筒形状の真空計容器１５３
を有している。該真空計容器１５３の内部の空間は仕切
板１５８で仕切られており、該仕切板１５８と前記高電
圧電極１６０との間に放電区間１５４が設けられてい
る。

【０００３】前記高電圧端子１６０には棒状のアノード
電極１５７が取り付けられ、該アノード電極１５７が前
記放電区間１５４内に位置するようにされ、該アノード
電極１５７と前記真空計容器１５３との間に電圧を印加
すると、前記真空計容器１５３の径方向に電界が発生
し、電子が径方向に加速されるように構成されている。

【０００４】前記放電区間１５４の周囲にはリング状の
磁石１５５が配置され、前記放電区間１５４内で前記電
界と略直交する磁力線１６４が発生するようにされてお
り、前記放電区間１５４内で発生された電子が螺旋運動
に似た運動をするように構成されている。

【０００５】前記コールドカソードゲージ１５２は、測
定対象である真空装置に取り付けられ、前記真空計容器
１５３の開口部から前記真空装置内の残留気体が導入さ
れるようにされており、導入された残留気体が前記仕切
板１５８に開けられた貫通孔１６６を通って前記放電区
間１５４内に導かれると、前記螺旋運動に似た運動を行
う電子で気体分子が電離され、それにより生じるプラズ
マで流れる電流によって圧力測定を行えるように構成さ
れている。

【０００６】ところで、一般に、電界と略直角に交わる
磁界によって電子が螺旋運動に似た運動を行うときは、
磁界が強い程電子が大きく偏向され、螺旋運動に似た運
動の回転半径は小さくなる。従って、電子は放電区間内
の壁面やアノード電極に衝突しにくくなり、消滅しにく
くなる。その結果、発生するプラズマの量が増えるの
で、低い圧力でもプラズマが安定し、また流れる電流が
多くなるので、圧力測定が容易になる。このように、コ
ールドカソードゲージの低圧力状態(高真空状態、超高
真空状態)における性能は、磁界の強さに依存すると言
える。

【０００７】そこで従来技術でも、放電区間内の磁界を
強化したものが提案されており、例えば図４に示したコ
ールドカソードゲージ１７２がある。このコールドカソ
ードゲージ１７２は、外形は図３に示したものと同じで
あり、図３のコールドカソードゲージ１５２と対応する
部分は同じ符号を用いて説明すると、該コールドカソー
ドゲージ１７２の放電区間１５４は、真空計容器１５３
と、該真空計容器１５３内に設けられた磁性材料から成
る仕切板１５８と、該真空計容器１５３の一端に設けら
れた金属ブロック１７３とで形成されており、前記仕切
板１５８の透磁率と前記金属ブロック１７３の透磁率と
が高いため、前記放電区間１５４周囲に設けられたリン
グ状の磁石１５５が作る磁力線は、リングの外側よりも
内側を多く通るので、前記放電区間１５４内の磁界の強
度が高くなるように構成されている。

【０００８】従って、このコールドカソードゲージ１７
２は、前述のコールドカソードゲージ１５２よりも強い
磁界を作ることができ、より低い圧力でも安定した動作
が可能となる。

【０００９】しかしながら圧力が低くなるに従ってプラ
ズマの量が少なくなり、コールドカソードゲージの動作
は不安定となる。また、測定のための電流も小さくなっ
て精度が悪くなる。この場合、磁界を強くすればプラズ
マの量を増やすことができ、それにより動作も安定化
し、電流も増加する。従来技術のコールドカソードゲー
ジでは磁石のサイズを大きくしたり、磁石の材質を、普
通に使われているフェライト磁石から希土類磁石のよう
な高性能の磁石に変更したり、又は磁極の形状を変更す
ることで磁界を強くすることが行われていたが、いずれ
もサイズが大きくなる。また、コストが高くなる等の欠
点があり、小型、低コストで超高真空領域での安定して
動作するコールドカソードゲージの開発が望まれてい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術のもつ不都合を解決するもので、その目的は、低圧力
でも安定した動作をし、精度の高いコールドカソードゲ
ージを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に請求項１記載の発明は、真空計容器と、該真空計容器
内に設けられた放電区間と、該放電区間の周囲に設けら
れた磁石と、前記放電区間内に設けられたアノード電極
とを有し、前記磁石の作る磁界と前記アノード電極の作
る電界とが前記放電区間内で略直角に交わるようにされ
たコールドカソードゲージであって、前記放電区間内を
通る磁力線の経路上に高透磁率部材が設けられ、前記磁
力線が前記磁石のＮ極からＳ極に到るまでに前記放電区
間内を多く通るように磁気経路が形成されたことを特徴
とし、

【００１２】請求項２記載の発明は、真空計容器と、該
真空計容器内に設けられた放電区間と、該放電区間の周
囲に設けられた磁石と、前記放電区間内に設けられたア
ノード電極とを有し、前記磁石の作る磁界と前記アノー
ド電極の作る電界とが前記放電区間内で略直角に交わる
ようにされたコールドカソードゲージであって、前記放
電区間内を通る磁力線の経路上に高透磁率部材が設けら
れ、前記磁石のＮ極とＳ極の幅よりも、前記放電区間内
を前記磁力線が通る距離が短くされたことを特徴とす
る。

【００１３】

【作用】コールドカソードゲージの真空計容器内に放電
区間を設け、その周囲に磁石を配置し、前記放電区間内
に設けられたアノード電極の作る電界と前記磁石の作る
磁界とが略直角に交わるようにすると、前記放電区間内
で発生した電子は電界の作用により径方向に加速される
とともに、真空計容器の中心軸線方向の磁界の作用によ
り軌道が曲げられ、前記電子は前記放電区間内を螺旋軌
道に似た軌道で運動するようになる。この場合、磁界が
ないときに比べると電子の飛行距離が長くなるので、電
子が放電区間内の気体分子と衝突する確率が高まる。

【００１４】また、電子が気体分子と衝突すると気体分
子はイオン化されて電子が放出されるが、その電子も螺
旋軌道に似た軌道で運動し、他の気体分子と衝突するの
で気体のイオン化と電子の放出が行われる。

【００１５】そしてこのような気体のイオンと電子の放
出が繰り返し行われると、前記放電区間内の空間にプラ
ズマが発生して、前記アノード電極と前記真空計容器と
の間に定常的に電流が流れるようになる。

【００１６】その電流量はプラズマの量、即ち放電区間
内の圧力に比例するので、電流の大きさを計測すること
で放電区間内の圧力、ひいてはコールドカソードゲージ
が取り付けられている真空装置内の圧力を知ることがで
きる。

【００１７】その際、前記放電区間内を通る磁力線の経
路上に高透磁率部材を設け、リング状磁石の内側を通る
磁力線がＮ極からＳ極に到るまでに、前記放電区間以外
には低透磁率の空間部分を通らないで済む磁気経路を形
成しておくと、前記放電区間内を磁力線が多く通るので
その中の磁界が強まり、電子が強く曲げられて消滅しず
らくなるので、気体分子がイオン化される確率が高ま
る。

【００１８】また、前記磁石のＮ極とＳ極の幅よりも前
記放電区間内を磁力線が通る距離が短くなるように高透
磁率部材を配置して磁気経路を形成すると、磁気抵抗が
更に小さくなるので、放電区間内の磁界が一層強まり、
気体分子がイオン化される確率がより高まる。従って、
低い圧力でも密度の高いプラズマが得ることができるよ
うになり、プラズマが安定し、電流量も大きくなり、超
高真空状態の圧力を測定することが可能となる。

【００１９】

【実施例】図１を参照し、２は本発明の一実施例のコー
ルドカソードゲージであり、一端が解放され、他端が閉
じられた有底円筒形状の真空計容器３と、リング状の磁
石５とを有している。該コールドカソードゲージ２は、
また、底面部８１、９１と該底面部８１、９１の外周縁
から立設される側壁部８２、９２とからそれぞれ構成さ
れる鉄製有底円筒形状の磁極である高透磁率部材８、９
と、底面部６１、７１と該底面部６１、７１の内周縁か
ら立設される側壁部６２、７２とから構成される鉄製リ
ング形状のヨークである高透磁率部材６、７とを有して
いる。

【００２０】前記磁石５の厚みはＡ、断面は矩形形状を
しており、前記２つの高透磁率部材８、９の直径は前記
真空計容器３の内径と略等しくされており、２つの高透
磁率部材８、９の底面部８１、８２が前記磁石の厚みＡ
よりも小さい間隔Ｂをもって向かい合わせにされて前記
真空計容器３内に挿入されており、その側壁部８２、９
２が前記真空計容器３の内周面に密着固定され、前記底
面部８１、８２と前記真空計容器３とで放電区間４が形
成されており、従って、前記コールドカソードゲージ２
の真空側に高透磁率部材８、９が配置されている。

【００２１】前記真空計容器３の底部には高電圧端子１
０が気密に設けられており、該高電圧端子１０には細長
い棒状のアノード電極１７が前記真空計容器３内部に向
けて取り付けられ、前記高透磁率部材８、９の底面部８
１、９１の中心に開けられた貫通孔１４、１５に挿通さ
れ、該アノード電極１７が前記真空計容器３の中心軸線
１３上に位置するようにされており、前記アノード電極
１７と前記真空計容器３の間に電圧を印加すると、前記
放電区間４内において前記真空計容器３の径方向に電界
が生じるように構成されている。

【００２２】前記磁石５は、その２つの底面がそれぞれ
Ｎ極とＳ極に磁化されており、前記磁石５と前記高透磁
率部材６、７のリングの内径は前記真空計容器３の外径
と略等しくされ、前記底面部６１、７１の外径は前記磁
石の外径と略等しくされており、前記磁石のＮ極とＳ極
に前記底面部６１、７１がそれぞれ密着固定されて前記
真空計容器３が挿通されており、前記磁石５と前記側壁
部６２、７２は前記真空計容器に密着され、前記コール
ドカソードゲージ２の大気側に高透磁率部材６１、７１
が配置されるように構成されている。

【００２３】そして、該磁石５は前記放電区間４の外周
に位置するように配置され、また、前記各側壁６１、７
１、８１、９１の厚みと前記各底面部６２、７２、８
２、９２の厚みは十分厚くされているので、図２に示す
ように、前記磁石５のリングの内側を通る磁力線は、前
記Ｎ極から出発し、前記底面部６１、前記側壁部６２、
前記真空計容器３、前記側壁部８２、前記底面部８１の
経路で前記放電区間４に達し、この放電区間４内を略前
記中心軸線１３方向に貫き、次いで前記底面部９１、前
記側面部９２、前記真空計容器３、前記側面部７２、前
記底面部７１の順で前記Ｓ極に到ることができ、この低
磁気抵抗経路により、前記放電区間４内を通る磁力線２
１の量を多くするようにされており、前記電界と略直角
に交わる磁界の強度が大きく、前記磁力線２１は高密度
になるようにされている。

【００２４】更に、その磁力線２１が貫く低透磁率の放
電区間４の厚みＢは前記リング状磁石の幅Ａよりも小さ
くされているので、該放電区間４内の磁界強度は一層大
きくなっている。

【００２５】前記真空計容器３の解放された一端の外周
部分にはフランジ１２が設けられており、該フランジ１
２は真空装置に設けられたポート１９のフランジ２０と
ねじ止めされ、前記真空計容器３の内部が前記ポート１
９を介して前記真空装置内部と連通されており、前記真
空装置内の残留気体が前記貫通孔１４を通って前記放電
区間４内へ導入されるように構成されているので、前記
高密度の磁力線２１によって高真空状態でも高い密度の
プラズマを得られるように構成されている。

【００２６】前記高透磁率部材６、７、８、９とには鉄
製のものを用いたが、それに限定されるものではなく、
ニッケルやフェライト系のステンレス等、透磁率の高い
磁性材料を広く用いることができる。

【００２７】なお、前記磁石５には電磁石を用いること
も可能であるが、大電流を要しない点で永久磁石の方が
望ましい。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、高真空や超高真空下に
おける低い圧力を安定的に精度よく測定することが可能
となる。

【００２９】磁石のサイズを大きくしたり、材質を高性
能のものに変更しなくてもよいので、コールドカソード
ゲージのサイズは大きくならず、コストが増すこともな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のコールドカソードゲージの一実施例
を示す図

【図２】 そのコールドカソードゲージの磁気経路を説
明するための図

【図３】 従来技術のコールドカソードゲージの一例を
示す図

【図４】 従来技術のコールドカソードゲージの他の例
を示す図

【符号の説明】

２……コールドカソードゲージ ３……真空計容器
４……放電区間 ５……磁石 １７……アノード電極 ２１……放電区
間を通る磁力線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空計容器と、該真空計容器内に設けら
   れた放電区間と、該放電区間の周囲に設けられた磁石
   と、前記放電区間内に設けられたアノード電極とを有
   し、前記磁石の作る磁界と前記アノード電極の作る電界
   とが前記放電区間内で略直角に交わるようにされたコー
   ルドカソードゲージであって、 前記放電区間内を通る磁力線の経路上に高透磁率部材が
   設けられ、前記磁力線が前記磁石のＮ極からＳ極に到る
   までに前記放電区間内を多く通るように磁気経路が形成
   されたことを特徴とするコールドカソードゲージ。
2. 【請求項２】 真空計容器と、該真空計容器内に設けら
   れた放電区間と、該放電区間の周囲に設けられた磁石
   と、前記放電区間内に設けられたアノード電極とを有
   し、前記磁石の作る磁界と前記アノード電極の作る電界
   とが前記放電区間内で略直角に交わるようにされたコー
   ルドカソードゲージであって、 前記放電区間内を通る磁力線の経路上に高透磁率部材が
   設けられ、前記磁石のＮ極とＳ極の幅よりも、前記放電
   区間内を前記磁力線が通る距離が短くされたことを特徴
   とするコールドカソードゲージ。