JPS63113332A - 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〕 本発明は、真空計、特に中・低真空の雰囲気圧力の計測
に好適な真空計に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、中・低真空の雰囲気圧力を計測する真空計として
は、ピラニ真空計が広く使用されている。

これは、加熱部と受熱部とを有し、この間の熱伝達の大
小により気圧を推定するものである。この方式では、加
熱部の経時変化による検出精度の劣化が無視できず、ま
た、測定可能な範囲も１０−８〜１０Ｔｏｒｒと比較的
狭かった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、抵抗線に通電して抵抗線を加熱し、気
体分子の熱伝達によって抵抗線から奪われる熱量の変化
を利用して気圧を推定するものである。この熱量の変化
は雰囲気圧力が１０−’Ｔｏｒｒ以下では生ぜず、また
雰囲気圧力が１０Ｔｏｒｒ以上になると抵抗線が焼損し
てしまうので、従来技術の検出可能な範囲は１０″″８
〜１０Ｔｏｒｒと狭いという問題があった。また、抵抗
線を加熱するので、抵抗線の経時変化による検出値の変
化が避けられないという問題もあった。

本発明は上述の問題点を解決するためになされたもので
あり、雰囲気圧力を精度よく、しかも広範囲に計測する
ことが可能な真空計を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、板状の振動体、振動体を加振する加振手段
、振動体の変位を検出する変位検出手段を設け、更に加
振力に対する振動子変位の位相おくれ角度を検出する位
相差検出手段を設けることにより達成される。

〔作用〕 板状の振動体は加振手段の加振周波数で振動する。この
ときの振動体の変位は変位検出手段によって検出する。

さらに１位相差検出手段は加振力に対する振動体変位の
位相おくれ角度を検出する。

この位相おくれ角度は板状振動体周囲の雰囲気の圧力の
変化に応じて変化するので、位相おくれ角度を検出する
ことにより真空圧を知ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により説明する。第１図は１本発
明の真空計を示す分解斜視図、第２図は同じく一部正断
面図である０図において、片持ち梁１、板状の振動体２
は、支持部材３とともに単一のシリコン単結晶から一体
に形成されている。

基板４の表面に設けられた溝１０の表面には、加振電極
５と検出型Ｆｌｉ６とが設けられている。基板４の表面
に設けられた加振回路７は、振動体２と加振電極５との
間に加振電圧を印加する。変位検出回路８は振動体２と
検出電極６との間の静電容量を検出する０位相差検出回
路９は加振回路７と変位検出回路８に接続されており、
加振電圧と振動体２の変位との位相差を検出する。。

本実施例の真空計を製造するには、まずリソグラフィお
よびエツチング技術を利用して、基板４の表面に溝１０
を設け、溝１０の表面を酸化して５ｉＯｚ絶縁膜を形成
し、その絶縁膜上に例えばアルミニウムからなる加振電
極５および検出電極６を形成する。また、基板４の表面
に加振回路７、変位検出回路８および位相差検出回路９
を形成する。一方、リソグラフィおよびエツチングによ
り、支持部材３に片持ち梁１と振動体２を形成して。

この支持部材３を基板４に固定する。なお、真空計の使
用条件に応じて加振電極５、変位検出電極６の表面を保
護する表面処理を行なう。

本発明の真空計においては、加振回路７によって加振電
圧を印加すると板状振動体２は振動する。

このとき、振動体２と変位検出電極６との間の静電容量
が変化するので、変位検出回路８によってこの静電容量
の変化を検出すれば振動体２の変位を検出できる０位相
差検出回路９は、加振回路７の印加電圧に対する変位検
出回路８が検出する振動体２の変位の位相おくれ角度を
検出する。

第３図は、１０″″ｌ５Ｔｏｒｒ以下の高真空中での固
有振動数ｆｏが４３０．９Ｈｚ　　の振動体２を特定の
加振周波数ｆで加振した場合の雰囲気圧力と振動体２の
位相おくれ角度との関係を示すグラフである０図におい
て線１０．線１１．線１２はそれぞれｆ／ｆｏ　＝１．
００４６，１．０，０．９９５４の場合を示す１図から
れかるように、強制振動牧比ｆ　／　ｆ　ｏの値を１以
外に選ぶと位相おくれ角度は広い圧力領域にわたって変
化する。これは、雰囲気圧力の変化に応じて、振動体２
の作用する雰囲気の抗力の大きさが変化するためである
。更に図かられかるように、ｆ　／　ｉ　ｏの値を１よ
りわずかに小さい値Ｃｆ／ｆｏ＝０．９９５４）　に選
ぶと。

雰囲気圧力が約１０−２〜１０　”Ｔｏｒｒの範囲で位
相おくれ角度と雰囲気圧力とは１対１の対応がとれてい
る。したがって、加振回路７で振動体２をｆ／ｆｏｉ１
なる条件で加振し、変位検出回路８で検出される振動体
２の変位と加振力との位相差を位相差検出回路９で検出
すれば、雰囲気圧力を計測することができる。

以上の構成の真空計では、片持ち梁１と振動体２から構
成される振動系の幾何的寸法を変えることにより、さら
に広い圧力範囲にわたって真空度を計測することができ
る。

本実施例では、振動系として片持ち梁と板状の振動体と
の組合せを用いたが、ねじり振動するトーションバーと
平板との組合せを用いて、加振力に対する平板のねじり
角度の位相おくれ角度を計測しても全く同等の効果が得
られる。

本実施例によれば、振動体の位相おくれ角度を計測する
ことにより、雰囲気圧力を振動子に作用する抗力の大き
さとして検出するので、広い圧力範囲にわたって精度よ
く真空度を計測することができ机 〔発明の効果〕 本発明によれば、板状の振動体に作用する気体分子の抗
力の変化によって雰囲気圧力を計測するので、経時変化
による検出値の変化は生じず、精度よく雰囲気圧力を計
測することができる。また、位相差の変化、すなわち振
動体に作用する雰囲気の抗力の変化を広い圧力範囲で生
じさせることができるとともに大気圧付近の圧力も計測
可能であるから、広＠囲の雰囲気圧力を計測することが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の真空計を示す分解斜視図、第２図は同
じく一部正断面図、第３図は雰囲気圧力と加振力に対す
る振動体変位の位相おくれ角度との関係を示す図である
。 ｌ・・・片持ち梁、２・・・振動体、３・・・支持部材
、４・・・基板、５・・・加振電極、６・・・検出電極
、７・・・加振回路、８・・・変位検出回路、９・・・
位相差検出回路、１２・・・強制振動数比ｆ　／　ｉ　
ｏの値が０．９９５４のときの位相おくれ角度。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、板状の振動体と、該振動体を加振する加振手段と、
   上記振動体の振動による変位を検出する変位検出手段と
   、上記加振手段の加振力に対する上記振動体の変位の位
   相おくれ角度を検出する位相差検出手段とを具備するこ
   とを特徴とする真空計。 ２、上記加振手段が、上記振動体に接近して設けた加振
   電極、およびその加振電極と上記振動体との間に交番電
   圧を印加する加振回路からなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の真空計。 ３、上記変位検出手段が、上記振動体に接近して設けた
   検出電極およびその検出電極と上記振動体との間の静電
   容量を検出する検出回路からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の真空計。 ４、上記振動体を単一のシリコン単結晶からなる支持部
   材と一体に形成したことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の真空計。 ５、上記振動体の支持部が片持ち梁であることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の真空計。