(57)【要約】【課題】            マグネトロン真空計は一度放電が停止してしまうと再度放電させるまでに長時間を要するという点であり、また、マグネトロン真空計では低真空領域の測定ができず、定電流による測定は陽極を破壊してしまう虞もあり、異常大電流を抑えて単に定電流を流しても非線形となっているため、そのままでの測定はできないという点である。【解決手段】        熱エネルギーを与え、吸着脱離時間を短縮させ、電子の運動エネルギーを増加させることで放電開始時間を短縮することとし、また、複数種の定電流を切り換えてマグネトロン真空計の両端電圧、周波数及び振幅を測定してその各定電流による測定値データを比較して真空度を表示することとする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱エネルギーを与え、吸着脱離時間を短縮させ、電子の運動エネルギーを増加させることで放電開始時間を短縮することを特徴とするマグネトロン真空計。
【請求項２】
前記した熱エネルギーはヒータによる加熱で得ることを特徴とする請求項１に記載のマグネトロン真空計。
【請求項３】
複数種の定電流を切り換えてマグネトロン真空計の両端電圧、周波数及び振幅を測定してその各定電流による測定値データを比較して真空度を表示することを特徴とするマグネトロン真空計による低真空領域の真空度判別方法。
【請求項４】
前記した複数種の定電流は１ｍＡ及び８ｍＡの２種としたことを特徴とする請求項３に記載のマグネトロン真空計による低真空領域の真空度判別方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマグネトロン真空計及び低真空領域の真空度判別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、真空計には種々のタイプ、構成のものが知られているが、低真空から超真空までのあらゆる領域をカバーし、一つのゲージで測定することができる真空計は存在していない。その真空計のうちの一つであるマグネトロン真空計は円筒形をした陰極と、その陰極の中心位置に配された陽極とを有し、前記した円筒形陰極の外部から、通常リング状とした磁石によって磁場がかかるようになっている。
【０００３】
上記した構造となっていることから、マグネトロン真空計には気体が埋蔵し、気体をため込むポンプ作用を有している。使用開始時には清浄になっているため難なく放電が開始するが、長時間が経過し、気体の原子分子が積層されてくると、停電等の何らかの原因により一度放電が停止してしまうと再度放電させるには数時間という長い時間を要してしまうことがある。
【０００４】
この放電を開始するのに影響がある陰極表面の原子分子を取り除く方法として、高電圧を一瞬パルスで出力するという方法もあるが、電極構造加工、高電圧回路、フィールドエミッションによる表面破壊、基本構成部のほかに追加加工をする必要がある。
【０００５】
また、このマグネトロン真空計は高真空領域を測定するには３ｋＶ定電圧にすることで可能であるが、低真空領域を測定するには定電圧にすると放電不安定領域が存在するため、１０-1Ｐａまでしか測定することができなかった。
【０００６】
これは、低真空領域を測定する際に定電圧で測定すると真空計の両電極管の真空のインピーダンスが急激に低下して大電流が流れようとし、この結果マグネトロン真空計の両端に大電流が流れ、陽極が破壊されマグネトロン真空計自体が故障してしまう原因ともなっている。
【特許文献１】本願発明に関し、出願人は先行する技術文献の調査を行なったが格別に関連すると思われる文献を発見することはできなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする問題点は、マグネトロン真空計は一度放電が停止してしまうと再度放電させるまでに長時間を要するという点であり、対処するため高電圧を一瞬パルスで出力するとすると、電極構造加工、高電圧回路、フィードエミッションによる表面破壊、基本構成部のほかに追加加工を必要としてしまう点である。
【０００８】
また、マグネトロン真空計では低真空領域の測定ができず、定電流による測定は陽極を破壊してしまう虞もあり、異常大電流を抑えて単に定電流を流しても非線形となっているため、そのままでの測定はできないという点である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した問題点を解決するために、本発明は熱エネルギーを与え、吸着脱離時間を短縮させ、電子の運動エネルギーを増加させることで放電開始時間を短縮することを特徴とし、前記した熱エネルギーはヒータによる加熱で得ることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明は複数種の定電流を切り換えてマグネトロン真空計の両端電圧、周波数及び振幅を測定してその各定電流による測定値データを比較して真空度を表示することを特徴とし、前記した複数種の定電流は１ｍＡ及び８ｍＡの２種としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１及び請求項２に記載の発明によれば、格別に既存の表面構造を変えることなく、電界放出効果を使わずにヒータ加熱を行うことで得られる熱エネルギーによって表面から原子分子の吸着脱離時間を短縮し、電子の運動エネルギーを増加させることによって一度放電が停止した後の放電再開開始時間を短縮することができる。
【００１２】
また、請求項３及び請求項４に記載の発明によれば、１ｍＡ、８ｍＡとした定電流による電圧特性、圧力特性によって、そのデータ比較で低真空領域の真空度も判定できることとなり、１基のマグネトロン真空計によって低真空から高真空までを測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図で示す実施例のように構成することで実現した。
【実施例１】
【００１４】
次に、本発明の好ましい実施の例を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るマグネトロン真空計の放電開始時間の短縮回路ブロック図、図２は同じく放電電流と時間、温度の関係を示す図、図３は同じく別の条件で示す図、図４は同じく別の条件で示す図、図５は同じく別の条件で示す図、図６は低真空領域を測定するための定電流回路ブロック図、図７は同じく１ｍＡ、８ｍＡ定電流、電圧と真空度の関係を示す図、図８は同じく１ｍＡ、５ｋ、５０ｋΩの定電流特性を示す図、図９は同じく８ｍＡの定電流特性を示す図、図１０は同じく１ｍＡ定電流のＰ‐Ｐ特性を示す図、図１１は同じく８ｍＡ定電流のＰ‐Ｐ特性を示す図、図１２は同じく１ｍＡ定電流の周波数特性を示す図、図１３は同じく８ｍＡ定電流の周波数特性を示す図、図１４は同じく特に低真空測定を行なうフローチャート図である。
【００１５】
これらの図にあって１はマグネトロン真空計（ゲージ）を示している。この実施例におけるマグネトロン真空計１は円筒型陰極外部から磁場がかかるようにした、いわゆる逆マグネトロン真空計を想定している。このマグネトロン真空計１には電気回路として３ｋＶ、１０ｍＡの定電流の電源２が組み込まれている。
【００１６】
また、図中３は電圧を検出するアンプであり、このアンプ３には電圧、電流、ヒータを制御する制御部（制御回路）４、数値をリニアラインに補正する補正回路５、及び圧力値をデジタル表示する表示部６が電気的に接続されている。
【００１７】
さらに、このマグネトロン真空計１の周囲には磁石と共に、特に真空度検出部の周囲にヒータ７が巻装して備えられており、このヒータ７によってマグネトロン真空計１自体の温度を上昇させることができる構成としてある。
【００１８】
図２乃至図５は前記したヒータ７の作用によって、高真空領域で４つのゲージの温度を上昇設定した時の放電開始時間の温度特性を示している。図２は後述する表１と対応し、図３は表２と対応し、図４は表３と対応し、図５は表４に対応しており、各ゲージでは２０℃の基本温度の場合と１００℃、１５０℃あるいは９０℃に設定した状況で比較している。
【００１９】
【表１】
2006201054.tif 000003
【００２０】
【表２】
2006201054.tif 000004
【００２１】
【表３】
2006201054.tif 000005
【００２２】
【表４】
2006201054.tif 000006
【００２３】
この温度特性を示す図で理解できるように２０℃でおよそ４０分程度の時間を要していたものが加熱により、温度が上昇されることで前述した作用が生じ、約６分程度にまで時間が短縮される。この放電開始時間はその時の環境状態で多少の差異が生じるのは当然であるが、温度を上昇させることで放電開始時間が短くなることは明白となっている。
【００２４】
次いで、図６として示す回路には電圧検出のアンプ３に加え、電流検出のアンプ８が組み込まれている。この電流検出のアンプ８及び電圧検出のアンプ３には、電圧、電流そして１ｍＡ、８ｍＡのスイッチを介して制御する制御部（制御回路）４ａが接続されその制御部４ａには補正回路５を介して圧力値、電流値をデジタル表示する表示部６ａが接続されている。９は安定化のための抵抗である。
【００２５】
この構成は、低真空領域も一基のマグネトロン真空計１によって良好に測定することができるように図ったもので、冷陰極電離型で、簡単な構造であり、丈夫である特性に着目してなされたものである。高真空領域は一般的に３ｋＶ電圧で放電電流の測定を行なうこととなる。
【００２６】
低真空領域は定電圧制御をするとゲージ内のインピーダンスが急激に下がり、異常電流が流れゲージを破壊する可能性がある。そこで、異常電流が流れないようにマグネトロン真空計とシリーズに挿入し、定電流制御で測定することを考えた。しかし、定電流で固定して真空計の両電圧を測定しても非線形となっているため、そのままでは測定できず、２種の定電流を用い、真空計の両端電圧、周波数、振幅を測定し、両データを比較して真空度を表示するようにした。定電流として選ばれた１ｍＡと８ｍＡは繰り返し行った実験の結果、最良と判断されたものである。
【００２７】
図８、図９には各々圧力とゲージ両端電圧の関係特性を示している。図８は１ｍＡ定電流、図９は８ｍＡ定電流の場合で各々５ｋ、５０ｋΩで設定されている。この図８、図９で明らかなように１ｍＡの定電流では１０1〜１０2Ｐａ、８ｍＡでは１０0〜１０1Ｐａの圧力領域で５ｋ、５０ｋΩの電圧急落領域にずれが生じるが、その領域以外では特性は略同等である。
【００２８】
また、図１０、図１１にはゲージ両端電圧と圧力特性（Ｐ‐Ｐ特性）を示している。図１０は１ｍＡ定電流、図１１は８ｍＡ定電流の場合で、１ｍＡでは５ｋ、５０ｋΩで略同等の変化を示している。５×１０1Ｐａから約３００ＶのＰ‐Ｐ発振が始まり、そこから圧力を上げていくと、２×１０2Ｐａ付近でＰ‐Ｐが約１５０Ｖまで下がり、その圧力から、圧力を上げるとＰ‐Ｐも高くなって１．０×１０4Ｐａでは約１ｋＶとなる。
【００２９】
８ｍＡの場合、環境条件によって違いが生じるが、２×１０3Ｐａから約２０ＶのＰ‐Ｐ発振が始まり、そこから圧力を上げるにつれてＰ‐Ｐも高くなって、１．０×１０4Ｐａでは約６０Ｖになる。
【００３０】
さらに、図１２、図１３は周波数と圧力との関係特性を示しており、図１２は１ｍＡ定電流、図１３は８ｍＡ定電流の場合である。１ｍＡの場合、約５×１０1Ｐａから発振が始まり、圧力が上がるにつれて周波数が高くなり、２×１０2Ｐａで５ｋ、５０ｋΩ共にそれぞれ８ｋＨｚ、１８ｋＨｚの最大になる。更に圧力を上げると次第に周波数は低くなり、１．０×１０4Ｐａ付近で５ｋ、５０ｋΩはそれぞれ１ｋＨｚ、３ｋＨｚとなる。
【００３１】
８ｍＡの場合、測定条件によって違いが生じるが、約２×１０3Ｐａから発振が始まり、その際５ｋ、５０ｋΩはそれぞれ２．９ｋＨｚ、１．５ｋＨｚである。さらに、圧力を上げていくと周波数は低くなっていく傾向があり、大体１×１０4Ｐａで５ｋ、５０ｋΩの周波数は７０Ｈｚ、６５Ｈｚとなる。
【００３２】
【表５】
2006201054.tif 000007
この表５は１ｍＡ、８ｍＡの低真空領域でのゲージ電圧をはじめ、安定度、電圧変動範囲、周波数範囲を表わしている。
【００３３】
本実施例にあっては上記した種々の特性要因を１ｍＡと８ｍＡの電流を切り換えることによってデータを得、それを比較して低真空領域の真空度として表示することとなるが、１ｍＡと８ｍＡが定電流であり、相互に表示ラインが非線形に変形されるがそのクロス部分をチェックすることでこの真空度とできる。
【００３４】
次に、図１４として本実施例による真空度判断（測定）のフローチャートを示す。測定開始後、まず、３ｋＶ定電圧測定を行ない、その測定で放電電流が１ｍＡ以下であるか否かをチェックする。
【００３５】
ここでＹＥＳであれば高真空測定として３ｋＶ定電圧制御を行ない、放電電流の測定を行なって真空度を表示する。また、ＮＯであればＶ1ｍＡが６００Ｖ以上でかつ安定しているか否かをチェックする。
【００３６】
このチェックがＹＥＳであればゲージ両端電圧Ｖ1ｍＡを測定して真空度を表示することとなる。また、ＮＯであれば低真空測定として、１ｍＡ、８ｍＡ定電流切替制御を行ない、Ｖ1ｍＡとＶ8ｍＡを比較し、真空度を表示することとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係るマグネトロン真空計の放電開始時間の短縮回路ブロック図である。
【図２】放電電流と時間、温度の関係を示す図である。
【図３】別の条件で示す図である。
【図４】別の条件で示す図である。
【図５】別の条件で示す図である。
【図６】低真空領域を測定するための定電流回路ブロック図である。
【図７】１ｍＡ、８ｍＡ定電流、電圧と真空度の関係を示す図である。
【図８】１ｍＡ、５ｋ、５０ｋΩの定電流特性を示す図である。
【図９】８ｍＡの定電流特性を示す図である。
【図１０】１ｍＡ定電流のＰ‐Ｐ特性を示す図である。
【図１１】８ｍＡ定電流のＰ‐Ｐ特性を示す図である。
【図１２】１ｍＡ定電流の周波数特性を示す図である。
【図１３】８ｍＡ定電流の周波数特性を示す図である。
【図１４】特に低真空測定を行なうフローチャート図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    マグネトロン真空計
２    電源
３    電圧検出のアンプ
４    制御部
４ａ  制御部
５    補正回路
６    表示部
６ａ  表示部
７    ヒータ
８    電流検出のアンプ
【図１】
2006201054.tif 000008
【図２】
2006201054.tif 000009
【図３】
2006201054.tif 000010
【図４】
2006201054.tif 000011
【図５】
2006201054.tif 000012
【図６】
2006201054.tif 000013
【図７】
2006201054.tif 000014
【図８】
2006201054.tif 000015
【図９】
2006201054.tif 000016
【図１０】
2006201054.tif 000017
【図１１】
2006201054.tif 000018
【図１２】
2006201054.tif 000019
【図１３】
2006201054.tif 000020
【図１４】
2006201054.tif 000021