(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に磁石を設けた真空計容器内に、熱電子を放出するフィラメントと、該フィラメントから放出される該熱電子を該磁石の磁力線に沿って誘引するアノードと、該フィラメントよりも負電位で該熱電子を反発する板状のシールドと、該熱電子と該真空計容器内の気体とが衝突して発生したイオンが入射するイオンコレクターとを配置した真空計に於いて、該アノードを殻状に形成して該シールドに対向させて設け、該アノードの該シールドと対向する位置に熱電子導通用開口を形成し、該イオンコレクターを、該熱電子の衝突により該アノードの外面から発生するＸ線に照射されない位置に配置したことを特徴とする真空計。
【請求項２】
上記アノードを、上記磁力線の方向に延びた円筒体とその両端部を塞ぐ端板を有し、且つ両端板の中央部に開口が形成されるとともに該円筒体をその長さ方向の中間で分断した２分割の容器で構成し、その分断部間にリング状に形成した上記イオンコレクターを設けると共に該アノードの外部の各開口と対向する位置に板状のシールドを夫々設け、その一方の開口とシールド間にフィラメントを設けたことを特徴とする請求項１に記載の真空計。
【請求項３】
上記イオンコレクターのリングの断面は円形若しくは矩形であることを特徴とする請求項２に記載の真空計。
【請求項４】
上記シールドの上記開口と対向した位置に突起を形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱陰極マグネトロン型の真空計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の真空計として、図１に示すようなラファティー型真空計が知られている。このラファティー型真空計は、一端が電極端子ａで塞がれ他端が開放された円筒状の真空計容器ｂの外周を囲んで磁石ｃを設け、該真空計容器ｂの内部に、該電極端子ａを内外に挿通したピンｈに支持させて円筒状のアノードｄ、フィラメントｅ、円板状のイオンコレクターｆ及び放電空間から電極端子ａを遮蔽する円板状のシールドｇを設けた構成を有する。該磁石ｃは、真空計容器ｂの円筒軸方向に磁化すなわち円筒軸の両端が異極となるように磁化されており、その磁力線の方向は該真空計容器ｂの軸線方向である。
【０００３】
該アノードｄ、イオンコレクターｆ及びシールドｇの電位は、ラファティーの実施例ではフィラメントｅに対して夫々３００、４５、−１０Ｖであり、磁場の強さは２５０ガウスである。
【０００４】
該真空計により真空圧力を測定する場合、該フィラメントｅに通電してこれより熱電子を発生させる。熱電子はアノードｄの方向に力を受けて加速されるが、磁石ｃの軸方向磁場の存在でローレンツ力を受けてアノードｄ内の空間を螺旋運動に似た運動をする。該磁石ｃがない場合は熱電子は直ちにアノードｄの内壁に到達するが、該磁場の存在で熱電子が螺旋状運動をするためにその軌道が非常に長いものになり、熱電子の飛行中にアノードｄ内の気体分子を電離する確率が高められる。熱電子や電離された電子は螺旋状運動をして最終的にはアノードｄに到達する。気体分子から電離されたイオンはイオンコレクターｆに集められる。該イオンコレクターｆを流れるイオン電流は空間の気体の量に比例するので、イオン電流を測定することによって真空計容器ｂ内の圧力、ひいては真空計が取り付けられた圧力容器等の真空空間の圧力を測定することができる。このラファティー型真空計の特徴は、磁場によって電子軌道を長くして電子と空間の気体との衝突確率を高めることによってイオン電流を増やす、つまり感度を高めることにある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のラファティー型真空計は、電子が図１のアノードｄ内の空間を螺旋状に運動して最終的にはアノードｄの内壁に衝突するが、その衝突に際してアノード内壁から軟Ｘ線を発生することがある。また、アノード内壁に付着している気体分子が衝突する電子によりイオンとして叩き出されることがある。軟Ｘ線の一部はイオンコレクターｆを衝撃して光電効果によって該コレクターｆから電子を放出させ、その電子はアノードｄに流れる。これにより、イオンコレクターｆに流れる電流は、空間の気体の電離によるイオン電流と光電子電流の和になる。光電子電流は気体の圧力とは関係のないもので、これは圧力測定を不正確にする要因である。また、アノード内壁から叩き出されたイオンによるイオン電流も、空間の圧力を測定する上でこれを不正確にする要因になっている。これらの要因は、空間の気体分子数が少ない超高真空領域の圧力測定において顕著になり、圧力測定を不正確にしている。
【０００６】
本発明は、熱陰極マグネトロン型真空計であるラファティー型真空計の圧力測定精度を向上させることを目的とし、光電子電流を少なくしアノード内壁に付着する気体分子が電子によりイオンとして叩き出されることによる電流を少なくすることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明では、外周に磁石を設けた真空計容器内に、熱電子を放出するフィラメントと、該フィラメントから放出される該熱電子を該磁石の磁力線に沿って誘引するアノードと、該フィラメントよりも負電位で該熱電子を反発する板状のシールドと、該熱電子と該真空計容器内の気体とが衝突して発生したイオンが入射するイオンコレクターとを配置した真空計に於いて、該アノードを殻状に形成して該シールドに対向させて設け、該アノードの該シールドと対向する位置に熱電子導通用開口を形成し、該イオンコレクターを、該熱電子の衝突により該アノードの外面から発生するＸ線に照射されない位置に配置することにより、上記の目的を達成するようにした。該アノードを、該上記磁力線の方向に延びた円筒体とその両端部を塞ぐ端板を有し、且つ両端板の中央部に開口が形成されるとともに該円筒体をその長さ方向の中間で分断した２分割の容器で構成し、その分断部間にリング状に形成した上記イオンコレクターを設けると共に該アノードの外部の各開口と対向する位置に板状のシールドを夫々設け、その一方の開口とシールド間にフィラメントを設けた構成とすることが好都合であり、該イオンコレクターのリングの断面を円形若しくは矩形とし、或いは該シールドの該開口と対向する位置に突起を形成しておくことで、上記の目的を的確に達成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
その実施の形態を図２及び図３に基づき説明すると、これらの図に於いて符号１は一端が電極端子２で塞がれ他端が開放された円筒状で非磁性金属製の真空計容器、３は該真空計容器１の外周を囲んで設けた永久磁石等の磁石を示す。該電極端子２は、絶縁体２ａとこれを挿通した複数本の金属製のピン２ｂで構成され、該磁石３は、該真空計容器１の円筒軸方向で開放された他端へ向かう磁力線が生じるように磁化されている。該真空計容器１の内部には、熱電子を放出するフィラメント４、該熱電子を該磁力線に沿って引き寄せるアノード５、該フィラメント４より負電位で該熱電子を反発する板状のシールド６、及び該熱電子と該真空計容器１内の気体とが衝突して発生するイオンが入射するイオンコレクター７が該ピン２ｂに保持して設けられる。
【０００９】
以上の構成は従来の真空計も備える構成であるが、本発明のものでは、該アノード５を開口面積の少ない容器型等の殻状に形成し、該イオンコレクター７を該アノード５の外周面から見えず且つシールド６から見にくい位置に配置し、軟Ｘ線による光電子電流の発生とアノード５の外壁から叩き出されたイオンによるイオン電流の発生を防ぎ、正確な圧力測定を行えるようにした。
【００１０】
これを更に詳述すると、該アノード５は、該磁力線の方向の軸線をもつ円筒形容器等の殻状であってその両端が中央部に熱電子の導通用開口５ａを形成した端板５ｂにて塞がれ、且つその長さ方向の中間部にて分断された２分割型の容器５ｃにて構成し、その分断部間に該容器５ｃの平均直径と略同径のリング状のイオンコレクター７を介在させ、該容器５ｃの外部で各導通用開口５ａと対向した位置に円板状のシールド６を設けた。そして、電極端子２側のシールド６とアノード５の間にフィラメント４を配置した。この構成とすることにより、フィラメント４からの熱電子がアノード５を通過して反転した後にアノード５の内壁よりも外壁に衝突する確率が高まり、該イオンコレクター７は、アノード５の分割部間に存在し、しかも該アノード５に端板５ｂが設けられているから、該アノード５の外周面への電子の衝突で生じる軟Ｘ線やイオンが該イオンコレクター７に集まり難くなる。
【００１１】
例えば、該フィラメント４の電位に対し＋３００Ｖの電位をアノード５に与え、イオンコレクター７には＋４５Ｖ、シールド６には−１０Ｖの電位を与え、磁石３の磁場の強さを２５０ガウスとして真空圧を測定した場合、該フィラメント４に通電されて発生する熱電子は、該磁石３の磁力線の影響を受けてシールド６で制限された範囲内を螺旋状運動し、非常に長い軌道をたどりアノード５へと向かうが、その間にアノード５の空間内の気体分子と衝突してこれを電離させ、その電離により生じたイオンがイオンコレクター７に集められる。イオンコレクター７のイオン電流は空間の気体の量に比例するから、イオン電流を測定することにより圧力が測定できる。
【００１２】
こうした原理的作動は従来のこの種の真空計と変わりがないが、フィラメント４からの熱電子や気体が電離されて生じる電子は螺旋状運動をして磁力線に沿うように運動し、アノード５の上方の端板５ｂの導通用開口５ａを介して上方のシールド６へ向かうが、これらの電子はアノード５の引力とフィラメント４に対して負であるシールド６の斥力の作用により減速、反転し、図４の軌跡Ａのようにアノード５内へ再突入する。或いは、軌跡Ｂのようにアノード５の外壁に衝突する。電子の螺旋状運動の回転半径は、磁場の強さが２５０ガウス、電子エネルギーが３００ｅＶのときは０．００５ｍｍ程度で図示できない程度である。アノード５内へ再突入した電子は、アノード内壁に衝突したり反対側の端板５ｂの導通用開口５ａを通り抜けて反対側のシールド６まで飛行し、その斥力で減速、反転し、最終的にはアノード内壁又は外壁に衝突して消滅する。アノード５内では、電子は螺旋状運動をしながらも軸方向へ運動しやすいので、アノード５の内壁よりも外壁に衝突する確率が高い。
【００１３】
前記したように、電子がアノード５に衝突するときに軟Ｘ線を発生することがあり、またアノード５に付着している気体分子をイオンとして叩き出すことがあるが、アノード５は電子の飛行方向には端板５ｂの導通用開口５ａしか開かれておらず、アノード５の分断部間の奥まったシールド６から見にくい場所にイオンコレクター７が設置されているから、電子はアノード５の内壁よりも外壁に多く衝突し、換言すればアノード５の外面で多くの軟Ｘ線やイオンの叩き出しが発生し、その発生した軟Ｘ線でイオンコレクター７が照射されずしかもその外壁から叩き出されたイオンを奥まったイオンコレクター７には集めにくい。そのため、イオンコレクター７には軟Ｘ線やアノード５から叩き出されたイオンを原因とするイオン電流即ち雑音の量が小さくなり、超高真空領域の正確な圧力測定を行える。
【００１４】
以上の実施例に於いては、イオンコレクター７を円形断面のリングにて形成したが、図５に示すように矩形断面のリングで形成してもよい。また、電極を遮蔽する２枚のシールド６の少なくとも一方のものの内面に、図５の如く突起６ａをアノード５の開口５ａと対向させて設ければ、電子の軌道が同図に示すように大きく曲げられ、電子がアノード容器５ｃの内部へ再突入してその内壁に衝突する確率を減らして超高真空領域の圧力測定を更に正確に測定できる。一方のシールド６の電位をフィラメント４の電位よりも高くして電子を該シールド６に衝突させても、電子がアノード容器５ｃに再突入してその内壁に衝突する確率を減らせて正確な測定を行える。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように本発明によるときは、熱陰極マグネトロン型真空計のアノードを開口部の少ない殻状に形成すると共にイオンコレクターを該アノードの外周面から熱電子の衝突により発生するＸ線に照射されない位置に配置したので、イオンコレクターに於ける軟Ｘ線による光電子電流とアノードから叩き出されるイオンによる電流を減少させることができ、超高真空領域に於いて正確な圧力測定を行える等の効果があり、該アノードを、両端部に開口を有する２分割の容器で構成し、その分断部間にリング状のイオンコレクターを設けると共に各開口と対向して板状のシールドを夫々設け、その一方の開口とシールド間にフィラメントを設ける構成とすることにより、更には請求項３、４の構成とすることにより、簡単な構成で前記効果を奏し得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の切断側面図
【図２】本発明の実施の１例の一部を切除した斜視図
【図３】図２の切断側面図
【図４】作動状態の説明図
【図５】本発明の他の実施例の切断側面図
【符号の説明】
１  真空計容器、３  磁石、４  フィラメント、５  アノード、５ａ  導通用開口、５ｂ  端板、５ｃ  容器、６  シールド、６ａ  突起、７  イオンコレクター、
【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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