Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計
【目的】 Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計において、機器の安定化を計り、併せて吸着ガスの放出を短時間で放出させる。
【構成】 一組の熱陰極をもつＢ−Ａ型熱陰極電離真空計において熱陰極と管壁の間に、遮蔽効果と通電時に発熱効果をもたらす螺旋状電極７を置く。
【構成】 一組の熱陰極をもつＢ−Ａ型熱陰極電離真空計において熱陰極と管壁の間に、遮蔽効果と通電時に発熱効果をもたらす螺旋状電極７を置く。
【発明の詳細な説明】
【特許の属する技術分野】
本発明は、電離真空計に属する、Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計の改良に関するものである。
【背景技術】
熱陰極電離真空計で多用されているものに、Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計と、三極管型熱陰極電離真空計がある。いずれも真空度を直接感知する測定管と制御機とよりなる。制御機は測定管に電力を供給し、測定管より真空度に対応して流入するイオン電流を読み取る装置である。
【０００１】
本発明は、Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計の測定管に関するもので、これの従来の技術は以下の通りである。
【０００２】
図３の縦断面図によるＢ−Ａ型測定管は、ガラス容器１の中央に、針状の集イオン電極２と、その外側に集電子電極３を置き、更にその外側に図４の熱陰極４を二組置く。図４は図３の熱陰極４の側面概要図で逆Ｕ字形をしているが、この熱陰極の下部は導入端子群６に合わせ、変形させて取り付けてある。測定管はφ１５かφ１８の接続管５を経て真空槽に取り付けられる。このような構造から、真空槽内と測定管内は、ほぼ同一気圧雰囲気中に置かれる。管内の各電極は、管の低部の導入端子群６を経て外部に突き出し、制御機と電気的に接続されている。
【０００３】
以上の構成において、真空時に熱陰極を点火すると、熱電子は１５０Ｖ付近の電圧を加えてある集電子電極に向かうが、大部分は集電子電極に直接捕捉されず、その前後を何回も往復する。熱電子の飛翔時には、管内残留ガスとの衝突を繰り返し、イオンを発生させる。イオンは正の電荷をもっているので、集電子電極より電位の低い集イオン電極に集まり、イオン電流となる。熱電子の飛翔時に発生するイオン電流は、残留気体の量に比例するので、集イオン電極に集まるイオン電流値より、管内の真空度を知ることができる。Ｂ−Ａ型測定管は集イオン電極を針状にし、測定管中央に位置させてある。この方法により、軟Ｘ線の被照射面積を減少させ、集イオン効率を高めている。結果として三極管型より３桁程の高真空まで測定可能な利点があり、広く利用されている。
【０００４】
Ｂ−Ａ型測定管は、三極管型測定管より高真空下での利用が多いため、集イオン電極より制御機に流入するイオン電流は微少である。そのため、測定管に他物体の接近、また他機からの誘導によるイオン電流の変動と共に、測定管内の電極から、また測定管内壁からの吸着ガスの放出があれば、真の真空度を示さない。
【０００５】
測定管に他物体が接近したとき、または、他機器の影響によるイオン電流の変動は、主に誘導によるものであるが、このような現象はしばしば起きる。また、真空槽に大気を導入し、後に真空にする操作は再三に亘り行われる作業であり、測定管内の電極、および、管壁へのガスの吸着は避けられない。誘導の除去のため金属管を使用したものもある。しかし高価である。またガラス管内壁に沿って金属円筒を設けたものは、これの吸着ガス量が大量になる欠点がある。
【０００６】
測定管内の吸着ガスを放出させる手段で、一般的に行われる方法は、集電子電極に３〜５Ａの電流を通電し、測定管内を過熱し、吸着ガスの放出をはかる集電子電極通電加熱方式である。この方法は、真空度測定時に電極を通電加熱すると、吸着ガス量と放出の程度を知ることができ、有用な方法であるが、発熱量が小さく吸着ガスの放出に２０分以上を要するのが難点である。
【発明の開示】
【本発明が解決しようとしている課題】
Ｂ−Ａ型測定管におけるイオン電流の変動の抑制と、測定管内の電極と管内壁の脱ガスを、短時間で終了させる方法を見出すことを課題とした。
【課題を解決するための手段】
課題を、Ｂ−Ａ型測定管内に遮蔽と加熱を兼ねる電極を設ける手段により解決した。以後、この電極を遮蔽電極と呼ぶ。またこれを備えたＢ−Ａ型測定管を以後単に測定管と呼ぶ。
【０００７】
本発明の測定管の縦断面図を図１に示した。図２の横断面は、電極の配置に重点を置いた概要図で、導入端子等はすべて省略してある。図１、２の管中央の軸方向にある針状の集イオン電極２と、これに同心円状に配置されている集電子電極３、および、熱陰極４の各電極の形状は、従来のＢ−Ａ型測定管のものと等しい。図１、２による構成は熱陰極４が一組のみである。しかし集イオン電極、集電子電極、および熱陰極の相互位置は従来のＢ−Ａ型測定管と変わらず、従って機能も等しい。
【０００８】
上述の各電極の最も外側に位置する遮蔽電極７は、図１に示すよう螺旋状であり、抵抗線を用いているので、通電時に加熱される。本発明の要点は、この遮蔽電極の存在である。
【発明の効果】
本発明の測定管内に設けた遮蔽電極７は抵抗線条であり、集イオン電極を包むよう構成されている。そのため次の効果をもつ。
【０００９】
１．真空度測定時には電極の一端は必ず制御機体にアースしてある。この構成により集イオン電極に対して遮蔽効果があり、真空度測定時における他物体の近接、または、他機器からの誘導によるイオン電流の変動を軽減する。
【００１０】
２．真空度測定時における遮蔽電極の通電による加熱は、遮蔽電極自体と測定管内壁の温度上昇をもたらし、これらの脱ガスを促進する。同時に集イオン電極の加熱を併せて行い、真空度を記録すると、脱ガスは５分〜７分で完了している。このように遮蔽電極の存在は短時間で真値に近い真空度の表示を可能にする利点をもつ。
【００１１】
遮蔽電極の設置は次の３点の効果を併せ持つ。
【００１２】
１．通常、遮蔽電極の一端は制御機体にアースされている。そのため遮蔽電極は、熱陰極より低電位にあり、熱陰極より放射される熱電子の、遮蔽電極方向への量は抑制される。その結果、集電子電極へ向かう熱電子数が増加し、熱陰極に与える電力と、集電子電極に流れるエミッション電流の比は大きくなり、電源効率がよくなる。
【００１３】
２．従来の測定管が熱陰極よりの熱電子放射がガラス内壁面に吸着し、内壁面を負に帯電させ、真空計の動作を不安定にすることが知られている。しかし、遮蔽電極の存在により、熱電子のガラス壁面方向に向かう量は抑制され、壁面の帯電量は減少するので、真空計の安定度を増す効果をもつ。
【００１４】
３．通常のＢ−Ａ型測定管は、０．１Ｐａ以上の比較的高い圧力領域において、感度が急激に減少する。理由はこの真空度領域では、気体分子の密度が高いため、イオンの発生頻度が高く、イオンが熱陰極の負電位に引かれ、熱陰極に入射するためとして知られている。遮蔽電極は、熱陰極に、管壁方向から入射するイオン電荷を遮蔽するので、測定範囲を拡大する利点をもつ。
【本発明を実施するための最良の形態】
本発明による遮蔽電極の特徴の具現化には、螺旋状巻き線を、巻き線間相互の接触が起きない範囲で密に巻くことにより計られる。また電極の長さは、集イオン電極を充分覆うよう長くする。遮蔽電極の巻き線は、真空中で熱効率の高いタングステン線、モリブデン線、タンタル線を用いるが、目視で赤熱する以前の４００℃〜５００℃でも脱ガス効果は充分にある。ニッケルとクロームの合金であるニクロム線は、赤熱させると析出物が現れる欠点をもつが、５００℃以下では析出物による弊害は僅少なため、電磁遮蔽効果ももつ、これの使用も有効である。
【００１５】
図１、２に示す熱陰極は測定管の右側にあり、集イオン電極と集電子電極は、測定管の中央に位置している。しかし、測定管と遮蔽電極の形状によっては、集イオン電極と集電子電極を、左または、右に平行移動させてもＢ−Ａ型測定管の機能に大きな変化はない。従って、各電極の形態と位置を選択することも可能である。
【００１６】
従来の真空計においては、制御機の主電源をＯＮにしたとき、集電子電極に１５０Ｖ程度の電圧が供給されるので、次に熱陰極用スイッチをＯＮにして真空度の確認後、脱ガス用スイッチをＯＮにする。その後の脱ガスの終了時に脱ガススイッチをＯＦＦにし、真空度の計測を行うのが普通である。本発明の測定管においても同様の操作方法を用いるが、異なるのは、遮蔽電極が一回路多く付加されていることで、これの加熱方法に選択の余地がある。その数例をあげれば以下のようになる。
【００１７】
１．集電子電極の加熱電源と、遮蔽電極の加熱電源を、それぞれの別電源を使用する。このとき、遮蔽電極の一端を機体にアースし、他の一端に、電極の加熱時には電源を印加し、非加熱時には電源を断てばよい。また機体にアースされている遮蔽電極の一端を、測定管導入端子部分において大地にアースすれば、遮蔽効果は最大になる。
【００１８】
２．集電子電極と遮蔽電極の加熱を一電源より供給する。このとき両電極は並列に接続される。真空度測定状態では、加熱電源を共用すると、集イオン電極と同様に、遮蔽電極も１５０Ｖ付近の電位となる。脱ガス終了時には、遮蔽電極は元の零電位に戻す。このような条件は遮蔽電極側に電磁リレー、半導体リレー、リードリレー等を用いれば構成可能で、加熱が一電源で済む利点は大きい。
【００１９】
３．熱陰極の点火電源を回路より切り離し、この電源により集電子電極と遮蔽電極を同時に加熱することもできる。実施は電磁リレー、半導体リレー、リードリレー等の組合わせにより行われる。脱ガス状態を把握できない欠点があるが、脱ガスを始めてから一定時間の経過後に、手動により、または自動的に真空度の測定状態に入るよう構成すれば補われる。この方法は電源トランスを小型にする利点をもつ。
【本発明の産業上の利用可能性】
近時、真空工業の発達により、Ｂ−Ａ型測定管、および、制御機の性能形態は様々なものが要求される。本発明の測定管とこれを制御する制御機の組合わせにより各種要求に応えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成によるＢ−Ａ型測定管の縦断面図である。
【図２】 図１の電極配置を示す横断面の概要図で、導入端子等はすべて省略してある。
【図３】 従来のＢ−Ａ型測定管の縦断面図である。
【図４】 従来のＢ−Ａ型測定管における熱陰極の側面概要図である。
【符号の説明】
１：ガラス容器
２：集イオン電極
３：集電子電極
４：熱陰極
５：真空槽への接続管
６：導入端子群
７：遮蔽電極
【特許の属する技術分野】
本発明は、電離真空計に属する、Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計の改良に関するものである。
【背景技術】
熱陰極電離真空計で多用されているものに、Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計と、三極管型熱陰極電離真空計がある。いずれも真空度を直接感知する測定管と制御機とよりなる。制御機は測定管に電力を供給し、測定管より真空度に対応して流入するイオン電流を読み取る装置である。
【０００１】
本発明は、Ｂ−Ａ型熱陰極電離真空計の測定管に関するもので、これの従来の技術は以下の通りである。
【０００２】
図３の縦断面図によるＢ−Ａ型測定管は、ガラス容器１の中央に、針状の集イオン電極２と、その外側に集電子電極３を置き、更にその外側に図４の熱陰極４を二組置く。図４は図３の熱陰極４の側面概要図で逆Ｕ字形をしているが、この熱陰極の下部は導入端子群６に合わせ、変形させて取り付けてある。測定管はφ１５かφ１８の接続管５を経て真空槽に取り付けられる。このような構造から、真空槽内と測定管内は、ほぼ同一気圧雰囲気中に置かれる。管内の各電極は、管の低部の導入端子群６を経て外部に突き出し、制御機と電気的に接続されている。
【０００３】
以上の構成において、真空時に熱陰極を点火すると、熱電子は１５０Ｖ付近の電圧を加えてある集電子電極に向かうが、大部分は集電子電極に直接捕捉されず、その前後を何回も往復する。熱電子の飛翔時には、管内残留ガスとの衝突を繰り返し、イオンを発生させる。イオンは正の電荷をもっているので、集電子電極より電位の低い集イオン電極に集まり、イオン電流となる。熱電子の飛翔時に発生するイオン電流は、残留気体の量に比例するので、集イオン電極に集まるイオン電流値より、管内の真空度を知ることができる。Ｂ−Ａ型測定管は集イオン電極を針状にし、測定管中央に位置させてある。この方法により、軟Ｘ線の被照射面積を減少させ、集イオン効率を高めている。結果として三極管型より３桁程の高真空まで測定可能な利点があり、広く利用されている。
【０００４】
Ｂ−Ａ型測定管は、三極管型測定管より高真空下での利用が多いため、集イオン電極より制御機に流入するイオン電流は微少である。そのため、測定管に他物体の接近、また他機からの誘導によるイオン電流の変動と共に、測定管内の電極から、また測定管内壁からの吸着ガスの放出があれば、真の真空度を示さない。
【０００５】
測定管に他物体が接近したとき、または、他機器の影響によるイオン電流の変動は、主に誘導によるものであるが、このような現象はしばしば起きる。また、真空槽に大気を導入し、後に真空にする操作は再三に亘り行われる作業であり、測定管内の電極、および、管壁へのガスの吸着は避けられない。誘導の除去のため金属管を使用したものもある。しかし高価である。またガラス管内壁に沿って金属円筒を設けたものは、これの吸着ガス量が大量になる欠点がある。
【０００６】
測定管内の吸着ガスを放出させる手段で、一般的に行われる方法は、集電子電極に３〜５Ａの電流を通電し、測定管内を過熱し、吸着ガスの放出をはかる集電子電極通電加熱方式である。この方法は、真空度測定時に電極を通電加熱すると、吸着ガス量と放出の程度を知ることができ、有用な方法であるが、発熱量が小さく吸着ガスの放出に２０分以上を要するのが難点である。
【発明の開示】
【本発明が解決しようとしている課題】
Ｂ−Ａ型測定管におけるイオン電流の変動の抑制と、測定管内の電極と管内壁の脱ガスを、短時間で終了させる方法を見出すことを課題とした。
【課題を解決するための手段】
課題を、Ｂ−Ａ型測定管内に遮蔽と加熱を兼ねる電極を設ける手段により解決した。以後、この電極を遮蔽電極と呼ぶ。またこれを備えたＢ−Ａ型測定管を以後単に測定管と呼ぶ。
【０００７】
本発明の測定管の縦断面図を図１に示した。図２の横断面は、電極の配置に重点を置いた概要図で、導入端子等はすべて省略してある。図１、２の管中央の軸方向にある針状の集イオン電極２と、これに同心円状に配置されている集電子電極３、および、熱陰極４の各電極の形状は、従来のＢ−Ａ型測定管のものと等しい。図１、２による構成は熱陰極４が一組のみである。しかし集イオン電極、集電子電極、および熱陰極の相互位置は従来のＢ−Ａ型測定管と変わらず、従って機能も等しい。
【０００８】
上述の各電極の最も外側に位置する遮蔽電極７は、図１に示すよう螺旋状であり、抵抗線を用いているので、通電時に加熱される。本発明の要点は、この遮蔽電極の存在である。
【発明の効果】
本発明の測定管内に設けた遮蔽電極７は抵抗線条であり、集イオン電極を包むよう構成されている。そのため次の効果をもつ。
【０００９】
１．真空度測定時には電極の一端は必ず制御機体にアースしてある。この構成により集イオン電極に対して遮蔽効果があり、真空度測定時における他物体の近接、または、他機器からの誘導によるイオン電流の変動を軽減する。
【００１０】
２．真空度測定時における遮蔽電極の通電による加熱は、遮蔽電極自体と測定管内壁の温度上昇をもたらし、これらの脱ガスを促進する。同時に集イオン電極の加熱を併せて行い、真空度を記録すると、脱ガスは５分〜７分で完了している。このように遮蔽電極の存在は短時間で真値に近い真空度の表示を可能にする利点をもつ。
【００１１】
遮蔽電極の設置は次の３点の効果を併せ持つ。
【００１２】
１．通常、遮蔽電極の一端は制御機体にアースされている。そのため遮蔽電極は、熱陰極より低電位にあり、熱陰極より放射される熱電子の、遮蔽電極方向への量は抑制される。その結果、集電子電極へ向かう熱電子数が増加し、熱陰極に与える電力と、集電子電極に流れるエミッション電流の比は大きくなり、電源効率がよくなる。
【００１３】
２．従来の測定管が熱陰極よりの熱電子放射がガラス内壁面に吸着し、内壁面を負に帯電させ、真空計の動作を不安定にすることが知られている。しかし、遮蔽電極の存在により、熱電子のガラス壁面方向に向かう量は抑制され、壁面の帯電量は減少するので、真空計の安定度を増す効果をもつ。
【００１４】
３．通常のＢ−Ａ型測定管は、０．１Ｐａ以上の比較的高い圧力領域において、感度が急激に減少する。理由はこの真空度領域では、気体分子の密度が高いため、イオンの発生頻度が高く、イオンが熱陰極の負電位に引かれ、熱陰極に入射するためとして知られている。遮蔽電極は、熱陰極に、管壁方向から入射するイオン電荷を遮蔽するので、測定範囲を拡大する利点をもつ。
【本発明を実施するための最良の形態】
本発明による遮蔽電極の特徴の具現化には、螺旋状巻き線を、巻き線間相互の接触が起きない範囲で密に巻くことにより計られる。また電極の長さは、集イオン電極を充分覆うよう長くする。遮蔽電極の巻き線は、真空中で熱効率の高いタングステン線、モリブデン線、タンタル線を用いるが、目視で赤熱する以前の４００℃〜５００℃でも脱ガス効果は充分にある。ニッケルとクロームの合金であるニクロム線は、赤熱させると析出物が現れる欠点をもつが、５００℃以下では析出物による弊害は僅少なため、電磁遮蔽効果ももつ、これの使用も有効である。
【００１５】
図１、２に示す熱陰極は測定管の右側にあり、集イオン電極と集電子電極は、測定管の中央に位置している。しかし、測定管と遮蔽電極の形状によっては、集イオン電極と集電子電極を、左または、右に平行移動させてもＢ−Ａ型測定管の機能に大きな変化はない。従って、各電極の形態と位置を選択することも可能である。
【００１６】
従来の真空計においては、制御機の主電源をＯＮにしたとき、集電子電極に１５０Ｖ程度の電圧が供給されるので、次に熱陰極用スイッチをＯＮにして真空度の確認後、脱ガス用スイッチをＯＮにする。その後の脱ガスの終了時に脱ガススイッチをＯＦＦにし、真空度の計測を行うのが普通である。本発明の測定管においても同様の操作方法を用いるが、異なるのは、遮蔽電極が一回路多く付加されていることで、これの加熱方法に選択の余地がある。その数例をあげれば以下のようになる。
【００１７】
１．集電子電極の加熱電源と、遮蔽電極の加熱電源を、それぞれの別電源を使用する。このとき、遮蔽電極の一端を機体にアースし、他の一端に、電極の加熱時には電源を印加し、非加熱時には電源を断てばよい。また機体にアースされている遮蔽電極の一端を、測定管導入端子部分において大地にアースすれば、遮蔽効果は最大になる。
【００１８】
２．集電子電極と遮蔽電極の加熱を一電源より供給する。このとき両電極は並列に接続される。真空度測定状態では、加熱電源を共用すると、集イオン電極と同様に、遮蔽電極も１５０Ｖ付近の電位となる。脱ガス終了時には、遮蔽電極は元の零電位に戻す。このような条件は遮蔽電極側に電磁リレー、半導体リレー、リードリレー等を用いれば構成可能で、加熱が一電源で済む利点は大きい。
【００１９】
３．熱陰極の点火電源を回路より切り離し、この電源により集電子電極と遮蔽電極を同時に加熱することもできる。実施は電磁リレー、半導体リレー、リードリレー等の組合わせにより行われる。脱ガス状態を把握できない欠点があるが、脱ガスを始めてから一定時間の経過後に、手動により、または自動的に真空度の測定状態に入るよう構成すれば補われる。この方法は電源トランスを小型にする利点をもつ。
【本発明の産業上の利用可能性】
近時、真空工業の発達により、Ｂ−Ａ型測定管、および、制御機の性能形態は様々なものが要求される。本発明の測定管とこれを制御する制御機の組合わせにより各種要求に応えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の構成によるＢ−Ａ型測定管の縦断面図である。
【図２】 図１の電極配置を示す横断面の概要図で、導入端子等はすべて省略してある。
【図３】 従来のＢ−Ａ型測定管の縦断面図である。
【図４】 従来のＢ−Ａ型測定管における熱陰極の側面概要図である。
【符号の説明】
１：ガラス容器
２：集イオン電極
３：集電子電極
４：熱陰極
５：真空槽への接続管
６：導入端子群
７：遮蔽電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集イオン電極を集電子電極の中央に置き、集電子電極の外側に一組の熱陰極をもつＢ−Ａ型熱陰極電離真空計において、熱陰極と管壁の間に遮蔽効果と、通電時に発熱効果をもたらす螺旋状電極を具備したことを特徴とするＢ−Ａ型熱陰極電離真空計。
【請求項１】
集イオン電極を集電子電極の中央に置き、集電子電極の外側に一組の熱陰極をもつＢ−Ａ型熱陰極電離真空計において、熱陰極と管壁の間に遮蔽効果と、通電時に発熱効果をもたらす螺旋状電極を具備したことを特徴とするＢ−Ａ型熱陰極電離真空計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３４３３０４（Ｐ２００６−３４３３０４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２１３３９３（Ｐ２００５−２１３３９３）
【出願日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【出願人】（５０５２７６７６４）株式会社東洋電子研究所 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月９日（２００５．６．９）
【出願人】（５０５２７６７６４）株式会社東洋電子研究所 (8)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]