(57)【要約】【課題】１組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる２方向に振動させることが可能であり、さらには、測定する気体の圧力によって振動方向を切り替える回路が必要ないようにした真空計を提供する。【解決手段】真空計の機構部分を成す構造体は、錘1、梁2および振動体固定部3からなる振動体4、振動体4を加振するための加振電極5および6、振動体4の第１の振動方向の振動を検出するための振動検出電極7および8、第１の振動方向と直交する第２の振動方向の振動を検出するための振動検出電極9から構成される。そして振動体4と加振電極5および6は、略Ｖ字形に配置されている。【選択図】図１
2010127795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の振動方向と該第１の振動方向に直交する第２の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、
前記加振電極部として、前記振動体の両側に第１の振動方向に沿って設置された第１および第２の加振電極から成る１組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第２の振動方向において前記１組の加振電極よりも上部または下部に配置し、
前記振動検出部として、前記振動体の第１および第２の振動方向の振動をそれぞれ検出する第１および第２の振動検出部を備え、
第１の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号を前記１組の加振電極に印加して振動体を第１の振動方向に振動させて圧力を測定する第１の圧力測定部と、
第２の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号を前記１組の加振電極に印加して振動体を第２の振動方向に振動させて圧力を測定する第２の圧力測定部とを備える、
ことを特徴とする真空計。
【請求項２】
請求項１に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記第１または第２の振動検出部の検出信号の位相を変化させる位相シフト回路と、該位相シフト回路の出力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路とを有し、
第１の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号として、前記反転回路および前記増幅器の各出力信号を前記第１および第２の加振電極にそれぞれ印加することで、前記振動体の第１の振動方向における共振状態を保持するとともに、
第２の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号として、前記増幅器の出力信号を前記第１および第２の加振電極の両方に印加することで、前記振動体の第２の振動方向における共振状態を保持することを特徴とする真空計。
【請求項３】
請求項１に記載の真空計において、
第１の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号と、第２の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号とのうち、いずれの駆動信号を前記１組の加振電極に印加するかを選択することにより前記振動体の振動方向を切り替える手段を有することを特徴とする真空計。
【請求項４】
第１の振動方向と該第１の振動方向に直交する第２の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、
前記加振電極部として、前記振動体の両側に第１の振動方向に沿って設置された第１および第２の加振電極から成る１組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第２の振動方向において前記１組の加振電極よりも上部または下部に配置し、
前記振動検出部として、前記振動体の第１および第２の振動方向の振動をそれぞれ検出する第１および第２の振動検出部を備え、
前記駆動信号生成部は、第１の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの反転側信号と第２の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第１の加算信号を前記第１の加振電極に印加するとともに、第１の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの非反転側信号と第２の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第２の加算信号を前記第２の加振電極に印加し、
前記振動体を第１および第２の振動方向に同時に振動させて圧力を測定する圧力測定部を備える、
ことを特徴とする真空計。
【請求項５】
請求項４に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記第１および第２の振動検出部の検出信号の位相をそれぞれ変化させる第１および第２の位相シフト回路と、該第１および第２の位相シフト回路の各出力信号を増幅する第１および第２の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路と、前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号とを加算する第１の加算回路と、前記反転回路の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号とを加算する第２の加算回路と、を有し、
前記第１および第２の加算回路から出力される第１および第２の加算信号を第１および第２の加振電極にそれぞれ印加することで前記振動体の第１および第２の振動方向における各共振状態をそれぞれ保持することを特徴とする真空計。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記駆動信号の電圧が一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、
前記圧力測定部は、前記振動検出部の検出信号の大きさに基づいて圧力を測定することを特徴とする真空計。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空計において、
前記駆動信号生成部は、前記振動検出部の検出信号の大きさが一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、
前記圧力測定部は、前記駆動信号の電圧に基づいて圧力を測定することを特徴とする真空計。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の真空計において、
前記振動体の固有周波数に対応した周波数の初期励振信号を出力する初期励振用信号源を備え、
振動体の初期駆動時には、振動検出部の検出信号に基づく駆動信号の代わりに、前記初期励振信号に基づく初期駆動信号を前記加振電極部に印加することを特徴とする真空計。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の真空計において、
前記振動検出部は、前記振動体と検出電極との間の静電容量を検知することにより前記振動体の振動を検出するものであることを特徴とする真空計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動体を利用した真空計に関し、特に、前記振動体を測定可能な圧力範囲が異なる２方向に振動させるようにした真空計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音叉型振動体を利用して雰囲気の圧力を測定する真空センサが知られている（特許文献１参照）。音叉型振動体を利用して雰囲気の圧力を測定する原理は、振動子を振動させ、その振動特性から雰囲気の真空圧力を特定するものである。
【０００３】
また従来、振動体を２方向に振動させて、振動体の振動特性から気体の圧力を測定する圧力センサも知られている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６２-１３７５３３号公報
【特許文献２】特開平０８-３３８７７６号公報（図５，0059段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
真空計において振動体を利用する場合、一般に、板状振動子のQ値は、気体の圧力Pに反比例する。したがい、板状振動子のQ値は、気体の圧力Pとの関係において、振動体の形状に依る係数をCとすると、以下の式（１）のように表すことができる。
【０００５】
【数１】
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真空計(真空センサともいう)の振動体のQ値の実用測定範囲は、100から100,000程度である。そのため、測定可能な圧力範囲が3桁程度で制限されるという課題があった。
【０００６】
また上述の特許文献２における圧力センサは、振動体を静電力で２方向に振動させるための電極を別々に２つ有し、また測定する気体の圧力によって振動方向を切り替える構成を採用しているため、連続的に気体の圧力を測定することができず、且つ回路構成が複雑となるという課題がある。
【０００７】
上記した課題を解決するために本発明は、１組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる２方向に振動させることが可能であり、さらには、測定する気体の圧力によって振動方向を切り替える回路が必要ないようにした真空計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の真空計は、第１の振動方向と該第１の振動方向に直交する第２の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、前記加振電極部として、前記振動体の両側に第１の振動方向に沿って設置された第１および第２の加振電極から成る１組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第２の振動方向において前記１組の加振電極よりも上部または下部に配置し、前記振動検出部として、前記振動体の第１および第２の振動方向の振動をそれぞれ検出する第１および第２の振動検出部を備え、第１の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号を前記１組の加振電極に印加して振動体を第１の振動方向に振動させて圧力を測定する第１の圧力測定部と、第２の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号を前記１組の加振電極に印加して振動体を第２の振動方向に振動させて圧力を測定する第２の圧力測定部とを備える、ことを特徴とする（請求項１の発明）。
【０００９】
上記請求項１の発明によれば、１組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる第１および第２の振動方向の両方で振動させて圧力を測定することが可能となるので、簡易な構成で測定可能な圧力範囲を広げることができるようになる。
【００１０】
上記請求項１に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記第１または第２の振動検出部の検出信号の位相を変化させる位相シフト回路と、該位相シフト回路の出力信号を増幅する増幅器と、該増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路とを有し、第１の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号として、前記反転回路および前記増幅器の各出力信号を前記第１および第２の加振電極にそれぞれ印加することで、前記振動体の第１の振動方向における共振状態を保持するとともに、第２の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号として、前記増幅器の出力信号を前記第１および第２の加振電極の両方に印加することで、前記振動体の第２の振動方向における共振状態を保持するようにするとよい（請求項２の発明）。
【００１１】
上記請求項１に記載の真空計において、第１の振動検出部の検出信号に基づく逆相の駆動信号と、第２の振動検出部の検出信号に基づく同相の駆動信号とのうち、いずれの駆動信号を前記１組の加振電極に印加するかを選択することにより前記振動体の振動方向を切り替える手段を有するようにするとよい（請求項３の発明）。
【００１２】
また、本発明の真空計は、第１の振動方向と該第１の振動方向に直交する第２の振動方向とに振動することができるように形成された振動体と、該振動体を静電力により駆動する加振電極部と、前記振動体の振動を検出する振動検出部と、該振動検出部の検出信号に基づき、この検出信号の位相を変えて増幅することにより前記振動体を加振する駆動信号を生成する駆動信号生成部とを有し、前記駆動信号を前記加振電極部に印加して前記振動体を共振状態に保持して、前記振動体の振動特性から雰囲気の圧力を測定する真空計であって、前記加振電極部として、前記振動体の両側に第１の振動方向に沿って設置された第１および第２の加振電極から成る１組の加振電極を備えるとともに、前記振動体を、第２の振動方向において前記１組の加振電極よりも上部または下部に配置し、前記振動検出部として、前記振動体の第１および第２の振動方向の振動をそれぞれ検出する第１および第２の振動検出部を備え、前記駆動信号生成部は、第１の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの反転側信号と第２の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第１の加算信号を前記第１の加振電極に印加するとともに、第１の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号のうちの非反転側信号と第２の振動検出部の検出信号に基づく駆動信号とを加算してなる第２の加算信号を前記第２の加振電極に印加し、前記振動体を第１および第２の振動方向に同時に振動させて圧力を測定する圧力測定部を備える、ことを特徴とする（請求項４の発明）。
【００１３】
上記請求項４の発明によっても、１組の加振電極による静電力で振動体を測定可能な圧力範囲が異なる第１および第２の振動方向の両方で振動させて圧力を測定することが可能となるので、簡易な構成で測定可能な圧力範囲を広げることができるようになる。
【００１４】
また、上記請求項４の発明によれば、振動体を第１および第２の振動方向に同時に振動させて各圧力を同時に測定することにより、気体の圧力によって振動方向を切り替える場合とは異なり、広範囲の圧力を連続的に測定することが可能となる。
【００１５】
また、上記請求項４の発明によれば、振動体の振動方向を切り替える回路が必要ないため、回路を簡略化することが可能である。
上記請求項４に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記第１および第２の振動検出部の検出信号の位相をそれぞれ変化させる第１および第２の位相シフト回路と、該第１および第２の位相シフト回路の各出力信号を増幅する第１および第２の増幅器と、前記第１の増幅器の出力信号の位相を反転させる反転回路と、前記第１の増幅器の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号とを加算する第１の加算回路と、前記反転回路の出力信号と前記第２の増幅器の出力信号とを加算する第２の加算回路と、を有し、前記第１および第２の加算回路から出力される第１および第２の加算信号を第１および第２の加振電極にそれぞれ印加することで前記振動体の第１および第２の振動方向における各共振状態をそれぞれ保持するようにするとよい（請求項５の発明）。
【００１６】
上記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記駆動信号の電圧が一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、前記圧力測定部は、前記振動検出部の検出信号の大きさに基づいて圧力を測定するようにするとよい（請求項６の発明）。
【００１７】
上記請求項１ないし５のいずれか１項に記載の真空計において、前記駆動信号生成部は、前記振動検出部の検出信号の大きさが一定となるように、前記振動検出部の検出信号の位相を変えた信号に対する増幅のゲインを調整するものであり、前記圧力測定部は、前記駆動信号の電圧に基づいて圧力を測定するようにしてもよい（請求項７の発明）。
【００１８】
上記請求項１ないし７のいずれか１項に記載の真空計において、前記振動体の固有周波数に対応した周波数の初期励振信号を出力する初期励振用信号源を備え、振動体の初期駆動時には、振動検出部の検出信号に基づく駆動信号の代わりに、前記初期励振信号に基づく初期駆動信号を前記加振電極部に印加するようにするとよい（請求項８の発明）。
【００１９】
上記請求項１ないし８のいずれか１項に記載の真空計において、前記振動検出部は、前記振動体と検出電極との間の静電容量を検知することにより前記振動体の振動を検出するものであるようにするとよい（請求項９の発明）。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、測定可能な圧力範囲が異なる第１の振動方向と第２の振動方向の両方に１組の加振電極から振動体を加振させて圧力を測定することで、評価可能な圧力範囲を広げることが可能である。また、第１の振動方向と第２の振動方向に振動体を同時に振動させて各振動方向の圧力を同時に測定することで、評価可能な圧力範囲が広がった圧力を連続的に測定することが可能である。また、振動方向を切り替える回路が必要ないため、回路を簡略化することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら説明する。
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態に係る真空計の機構部分を成す構造体の平面図であり、図２は、図１に示す構造体の側面図である。図１および図２において真空計の機構部分を成す構造体は、錘1、梁2および振動体固定部3からなる振動体4、振動体4を加振するための加振電極5および6、振動体4の第１の振動方向の振動を検出するための振動検出電極7および8、第１の振動方向と直交する第２の振動方向の振動を検出するための振動検出電極9から構成される。
【００２２】
図３は、図１のA-A’線に沿った断面図であり、梁2が加振電極5および6の面B-B’に対して上部に配置している。なお、上部に配置したのは単なる例示にすぎず、梁2が加振電極5および6の面B-B’に対して下部に位置するようにしても良い。
【００２３】
次に、振動体4の形状、振動体4のQ値および気体の圧力Pとの関係について説明する。振動体4は気体分子の衝突により、抵抗力を受ける。分子流領域においては、気体分子による抵抗力は気体の圧力Pに正比例する。気体の圧力が低くなるに従い、振動体4が気体分子から受ける抵抗力が低下するため、振動体のQ値（共振の鋭さ）は高くなる。ただし、振動体4は固有のQ値QEを持っており、固有のQ値QE以上になることはない。すなわち、振動体4が測定することが可能な気体の圧力の下限は、固有のQ値QEによって制限されることを意味する。
【００２４】
振動体4のQ値と気体の圧力Pは、frを振動体4の固有周波数、mを錘の質量、Sを気体の抵抗力を受ける面積、Rを気体定数、Tを温度、Mを気体分子1molあたりの質量とすると、
【００２５】
【数２】
2010127795.tif 000004
という関係にあることが知られている。
図４は、本発明の実施形態に係る振動体の設計値の一例を示す図であり、図５は、図４に示した振動体の設計値におけるQ値と気体の圧力Pとの関係を示す図である。図５に示すように、第１の振動方向に振動させた場合に測定することができる気体の圧力は約10Paから約10000Pa、第2の振動方向に振動させた場合に測定することができる気体の圧力は約0.1Paから約100Paである。すなわち、振動方向によって測定することができる気体の圧力を変えることができる。なお、図４に示される振動体の第１および第２の振動方向における各固有周波数は、例えば、振動体の材質をシリコンとした場合、それぞれ、約1680Hzおよび約560Hzとなる。
【００２６】
次に、本発明の実施形態に係る真空計の回路構成について説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図であり、振動体4と振動検出電極7、8および9との静電容量の変化に応じた電圧を出力する容量電圧変換回路10、11および12、容量電圧変換回路10の出力と容量電圧変換回路11の出力の差分を出力する差分回路13、容量電圧変換回路12の出力と差分回路13の出力に対応した出力信号と図示しない制御信号とを出力する制御回路14、制御回路14から出力された信号の位相を変化させる位相シフト回路15、位相シフト回路15の出力を増幅する増幅器16、制御回路14からの制御信号に応じて接続を切り替えるスイッチ回路17および18、増幅器16から出力された信号の位相を反転させる反転回路19、振動体4の初期加振用信号源21からなる。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る真空計の回路構成の動作について説明する。図６において、気体の圧力が高圧（約10Pa以上）である場合は、振動体4を第１の振動方向に振動させることで気体の圧力Pを評価する。振動体4が第１の振動方向に加振される場合は、スイッチ回路18はDとEが接続され、初期加振用信号源21から出力される信号が加振電極5および6に互いに逆相の信号として印加される。また、制御回路14の出力は差分回路13の出力信号が出力される状態である。初期加振用信号源21から振動体4の第１の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号が出力され、加振電極5および6に逆相の信号が印加されることで振動体4が第１の振動方向に加振される。初期加振用信号源21は初期駆動するときのみ使用され、振動体4が振動し始めた後はスイッチ回路17が切り替えられAとCが接続される。なお、スイッチ回路17の切替制御は、例えば、振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号（差分回路13の出力信号）の大きさが予め設定した値に到達したことを図示されないスイッチ回路用制御部で検出し、その検出タイミングで前記スイッチ回路用制御部からスイッチ回路17にB側からC側への切替信号を与えることにより行うことができる。
【００２８】
そして、スイッチ回路17でAとCとが接続された状態において、制御回路14から出力された差分回路13の出力信号の位相を位相シフト回路15でシフトし、増幅器16で増幅し、さらに増幅器16の出力の位相を反転回路19で反転させる。反転回路19の出力および増幅器16の出力が加振電極5および加振電極6にそれぞれ印加され、振動体4の第１の振動方向における共振状態を保持するようにされる。
【００２９】
一方、気体の圧力が低圧（約10Pa未満）である場合は、振動体4を第２の振動方向に振動させることで気体の圧力Pを評価する。振動体4が第２の振動方向に加振される場合は、スイッチ回路18はDとFが接続され、初期加振用信号源21から出力される信号が加振電極5および6には同相の信号として印加される状態である。振動体4は加振電極5および6に対して上方に配置されているため、第２の振動方向に静電引力が働き、第２の振動方向に加振される。また、制御回路14の出力は容量電圧変換回路12の出力信号が出力される状態である。初期加振用信号源21から振動体4の第２の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号が出力され、加振電極5および6に同相の信号が印加されることで振動体4が第２の振動方向に加振される。初期加振用信号源21は初期駆動するときのみ使用され、振動体4が振動し始めた後はスイッチ回路17が切り替えられAとCが接続される。なお、スイッチ回路17の切替制御は、上述の振動体4が第１の振動方向に加振される場合で説明したのと同様にして行うことができる。
【００３０】
そして、スイッチ回路17でAとCが接続された状態において、制御回路14から出力された容量電圧変換回路12の出力信号の位相が位相シフト回路15でシフトされ、位相シフト回路15の出力信号を増幅する増幅器16の出力が、加振電極5および加振電極6の両方に印加され、振動体4の第２の振動方向における共振状態を保持するようにされる。
【００３１】
なお、加振電極5および6に印加する駆動信号の電圧が一定となるように増幅器16のゲインを調整する構成とした場合、振動体4のQ値に対応して振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号(差分回路13または容量電圧変換回路12の出力信号)の大きさが変化する。したがって、制御回路14の出力信号をQ値に変換し、さらに気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、気体の圧力に応じてスイッチ回路18により振動体4の振動方向を切り替えることで、広範囲の気体の圧力を測定することが可能となる。また、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号（振動体の振幅）から圧力P値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。
【００３２】
ここで、図４に示される設計値であって材質がシリコンである振動体の場合、例えば第１の振動方向においては、加振電極5および6に印加する駆動信号の電圧が一定となるように増幅器16のゲインを調整するときの、制御回路14の出力信号の大きさ（振動体の振幅）と圧力P値との関係は、図７に示されるような、（約10Pa程度以上の）高圧領域では振幅が圧力にほぼ反比例するとともに低圧側では振幅がその最大限界値に向かって飽和していく特性となる。
【００３３】
そして、例えば、制御回路14の出力信号の大きさ（振動体の振幅）と圧力P値との関係の特性データを取得し、この特性データのデータテーブルを格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における上記出力信号（振動体の振幅）から圧力P値への変換を行う構成としてもよく、また、上記特性データの曲線から近似的に求められた関係式を格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における上記出力信号（振動体の振幅）から圧力P値への変換を行う構成としてもよい。
【００３４】
また、振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される制御回路14の出力信号（差分回路13または容量電圧変換回路12の出力信号）の大きさ（振動体の振幅）が一定となるように増幅器16のゲインを調整する構成とすることもできる。この場合、振動体4のQ値に対応して加振電極5および6に印加される駆動信号の電圧が変化するので、この駆動信号をQ値に変換し、さらに気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、駆動信号からQ値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。
【００３５】
ここで、図４に示される設計値であって材質がシリコンである振動体の場合、例えば第１の振動方向においては、制御回路14の出力信号の大きさ（振動体の振幅）が一定となるように増幅器16のゲインを調整するときの、駆動信号の大きさ（駆動電圧）と圧力P値との関係は、図８に示されるような、（約10Pa程度以上の）高圧領域では駆動電圧が圧力にほぼ比例するとともに低圧側では駆動電圧がその最小限界値に向かって飽和するように減少していく特性となる。
【００３６】
そして、例えば、駆動信号の大きさと圧力P値との関係の特性データを取得し、この特性データのデータテーブルを格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における駆動信号から圧力P値への変換を行う構成としてもよく、また、上記特性データの曲線から近似的に求められた関係式を格納した記憶部を備えた変換手段により、実測定時における駆動信号から圧力P値への変換を行う構成としてもよい。
［実施形態２］
図９は、本発明の第２の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図であり、図６と同一符号は同一名称部分を示す。図９において、本発明の第２の実施形態に係る真空計の回路は、位相シフト回路25および26、増幅器27および28、スイッチ回路29および30、加算回路32および33、初期駆動用信号源34および35を新規に備える。また、振動体4の構造については本発明の第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る真空計の回路構成の動作について説明する。図９において、初期駆動用信号源34は振動体4の第１の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号を、初期駆動用信号源35は振動体4の第２の振動方向の固有振動数に対応した周波数の信号を出力する。加算回路33では初期駆動用信号源34の出力と初期駆動用信号源35の出力が加算され、加算回路32では反転回路19を経た初期駆動用信号源34の出力と初期駆動用信号源35の出力が加算される。加算回路32および33の出力は加振電極5および6に印加され、振動体4は第１の振動方向および第2の振動方向に加振される。
【００３８】
初期加振用信号源34および35は初期駆動するときのみ使用され、振動体4が振動し始めた後はスイッチ回路29および30が切り替えられ、それぞれJとK、GとHが接続される。なお、スイッチ回路29および30の各切替制御は、上述の実施形態１で説明したスイッチ回路17の切替制御と同様にして行うことができる。
【００３９】
そして、スイッチ回路29および30でそれぞれJとK、GとHが接続された状態において、差分回路13の出力信号の位相を位相シフト回路25でシフトし、増幅器27で増幅する。また、容量電圧変換回路12の出力信号の位相を位相シフト回路26でシフトし、増幅器28で増幅する。加算回路33では増幅器27の出力と増幅器28の出力が加算され、加算回路32では反転回路19を経た増幅器27の出力と増幅器28の出力が加算される。加算回路32および33の出力は加振電極5および6に印加され、振動体4の第１および第２の振動方向における各共振状態を保持するようにされる。
【００４０】
なお、加振電極5および6に印加する駆動信号の電圧が一定となるように増幅器27および28のゲインをそれぞれ調整する構成とした場合、振動体4の第１および第２の振動方向における各Q値に対応して振動体4の第１および第２の振動方向における各振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される差分回路13および容量電圧変換回路12の出力信号の大きさが変化する。したがって、これらの出力信号を第１および第２の振動方向における各Q値に変換し、さらにそれぞれ気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、実施形態１で述べたのと同様に、差分回路13および容量電圧変換回路12の各出力信号（振動体の振幅）から各圧力P値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。
【００４１】
また、振動体4の振幅、すなわち、振動体4の変位に応じて出力される差分回路13および容量電圧変換回路12の出力信号の大きさ（振動体の振幅）が一定となるように増幅器27および28のゲインをそれぞれ調整する構成とすることもできる。この場合、振動体4の第１および第２の振動方向における各Q値に対応して増幅器27および28から加振電極5，6側に出力される各出力信号の電圧が変化するので、増幅器27および28の各出力信号を第１および第２の振動方向における各Q値に変換し、さらにそれぞれ気体の圧力Pに変換することで、気体の圧力を測定することが可能である。また、実施形態１で述べたのと同様に、増幅器27および28の各出力信号から各圧力P値への変換は、Q値を介さないで直接的に変換するようにしてもよい。
【００４２】
なお、この実施形態２では、第１および第２の振動方向における各Q値に対応して２つの圧力P値が求められるが、その測定時における気体の圧力レベルが高圧領域（例えば約10Pa以上）あるいは低圧領域（例えば約10Pa未満）のいずれにあるかに応じて、第１あるいは第２の振動方向におけるいずれかのQ値に対応する圧力P値を選択して出力する、図示されない出力信号選択回路を設けることにより、真空計から常に適正な圧力測定信号を出力することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る真空計の機構部分を成す構造体の平面図である。
【図２】図１に示す構造体の側面図である。
【図３】図１に示す構造体のA-A’線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る振動体の設計値の一例を示す図である。
【図５】図４に示した振動体の設計値におけるQ値と気体の圧力Pとの関係を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図である。
【図７】図４に示した設計値の振動体の第１の振動方向において駆動電圧が一定となるように増幅器ゲインを調整した場合の振動体の振幅と気体の圧力Ｐとの関係を示す図である。
【図８】図４に示した設計値の振動体の第１の振動方向において振動体の振幅が一定となるように増幅器ゲインを調整した場合の駆動電圧と気体の圧力Ｐとの関係を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る真空計の回路構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  錘
２  梁
３  振動体固定部
４  振動体
５，６  加振電極
７〜９  振動検出電極
10〜12  容量電圧変換回路
13  差分回路
14  制御回路
15，25，26  位相シフト回路
16，27，28  増幅器
17，18，29，30  スイッチ回路
19  反転回路
21，34，35  初期駆動用信号源
32，33  加算回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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