(57)【要約】【課題】放電を誘発させるための部材として永久磁石を用い、この永久磁石をポールピースに配置することにより放電が生じ易い冷陰極電離真空計を提供する。【解決手段】この冷陰極電離真空計１は、一端に開口が形成された筒状の陰極４３と、前記陰極の内部空間に配置された棒状の陽極４４と、前記陽極と前記陰極との間の電界に直交する磁界を形成し、該陽極と該陰極との間に放電を起こす磁性手段４５ａ，４５ｂと、前記陰極の開口縁に着脱自在に嵌合され、前記開口を覆うポールピース１４と、前記ポールピース１４に配置された永久磁石４と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に開口が形成された筒状の陰極と、
前記陰極の内部空間に配置された棒状の陽極と、
筒状の陰極の外周囲に配置され．前記陽極と前記陰極との間の電界に直交する磁界を形成し、該陽極と該陰極との間に放電を起こす磁性手段と、
前記陰極の開口縁に着脱自在に嵌合され、前記開口を覆うポールピースと、
前記ポールピースに配置された永久磁石と、を備えていることを特徴とする冷陰極電離真空計。
【請求項２】
前記永久磁石が、前記ポールピースに、前記陽極の先端部と相対向して配置されていることを特徴とする請求項１記載の冷陰極電離真空計。
【請求項３】
前記磁性手段のＮ極側が陰極の開口側に位置し、Ｓ極側が陰極の底部側に位置するように、前記磁性手段が筒状の陰極の外周囲に配置され、かつ、前記永久磁石のＮ極側が陰極の内部空間に配置された陽極の先端部と相対向するように、前記永久磁石が前記ポールピースに配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極電離真空計。
【請求項４】
前記磁性手段のＳ極側が陰極の開口側に位置し、Ｎ極側が陰極の底部側に位置するように、前記磁性手段が筒状の陰極の外周囲に配置され、かつ、前記永久磁石のＳ極側が陰極の内部空間に配置された陽極の先端部と相対向するように、前記永久磁石が前記ポールピースに配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷陰極電離真空計。
【請求項５】
前記永久磁石は、前記ポールピースに形成された凹部に嵌合して装着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の冷陰極電離真空計。
【請求項６】
前記ポールピースを磁性体で形成するとともに、前記永久磁石が前記ポールピースに磁石の吸着力で装着されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の冷陰極電離真空計。
【請求項７】
前記ポールピースの凹部に貫通穴が形成され、前記貫通穴から取外し治具を挿通することにより、前記凹部に装着された永久磁石が取外されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の冷陰極電離真空計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷陰極電離真空計に関し、例えば、放電を誘発させることにより、放電開始時の遅れをより抑制し、測定を効率的に行える冷陰極電離真空計に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高真空状態の気体の圧力を計測する真空計として、冷陰極電離真空計（ＣＣＧ）が良く使用されており、この冷陰極電離真空計には、ペニング真空計、マグネトロン真空計、倒置型マグネトロン真空計等、様々な形式のものがある。
【０００３】
ここで、従来から知られている冷陰極電離真空計の構成を、ペニング真空計を例にとって、図９に基づいて説明する。
図示するように、冷陰極電離真空計４１は、圧力を測定するチャンバー５０に連通したエンクロージャ４２と、エンクロージャ４２内に設けられた筒状の陰極４３と、筒状の陰極４３により囲まれた棒状の陽極４４と、エンクロージャ４２の外側に配置された磁性手段（永久磁石４５ａ及び４５ｂ）と、前記陽極４４に電圧を印加する電源４６と、陽極４４を流れる電流を測定する電流計４７とを有している。
なお、前記チャンバー５０、エンクロージャ４２、陰極４３は、接地（アース）されている。
【０００４】
この冷陰極電離真空計４１の動作、原理について簡単に説明する。
まず、自然放射線等により陰極４３と陽極４４の空間に初期電子が生成され、その電子が永久磁石４５ａ、４５ｂの磁界の磁力線に巻きつくような螺旋運動し、最後に陽極４４に捕集される。このとき、該電子が気体と衝突し、電離イオンを生成する。
そして、この電離イオンを陽極４４に収集し、その電流値を電流計４７によって測定し、該電流値から圧力が測定される。
【０００５】
ところで、上述した冷陰極電離真空計４１は、陰極４３と陽極４４との間に高電圧を印加しても放電が生じないことがあった。また、冷陰極電離真空計４１には、放電が生じても、冷陰極電離真空計４１に対して高電圧をかけた時刻と、放電して電流が流れ始める時刻との間には時間の遅れが生ずることがあった。
この遅れは、気体の圧力によって変わり、標準的な真空計では、１０−３Ｐａの圧力下で数秒間、１０−８Ｐａの圧力下で数時間である。このように、低圧力下における放電開始時の遅れは、許容しがたい長さであり、測定の効率化を阻害するものであった。
【０００６】
これを解決する提案が特許文献１においてなされている。
特許文献１には、冷陰極電離真空計の内部に放電誘発部材（点火補助部材）を設置することにより、高真空下においてもプラズマを速やかに発生させて、安定した動作を実現することが開示されている。
ここで、特許文献１に記載された発明について図１０及び図１１に基づいて説明する。尚、図１０及び図１１では、図９に示した部材と同一または相当する部材にあっては、同一符号を付する。
【０００７】
特許文献１に記載された発明にあっては、陽極４４がリング状に形成されると共に、陽極電圧供給部４８によって支持されている。そして、放電誘発部材として、金属ストリップ４９が設けられている。この金属ストリップ４９は、陽極４４の下端部に固定されており、この金属ストリップ４９の自由端部は、この陽極リング４４の開口部から側面に突き出している。この自由端部は、前記陰極４３の近傍まで延びている。
この箇所における高い電界の強度が、この金属板ストリップ４９の端部から電離イオンを引き離し、この電離イオンがケーシング壁に当たった際に２次電子を生成する。この電子によって、迅速かつ確実なペニング測定セルの点火が低い圧力の場合でも可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表平１０−５１０９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、図１０及び図１１に示した従来の冷陰極電離真空計は、陽極の所定位置に放電誘発部材である金属ストリップを固定しなければならず、取付け作業において特別な工具等を必要とし、取付け作業が困難であるという技術的課題を有していた。特に、金属ストリップは消耗品であるため、所定時間経過毎に交換作業を行う必要があり、交換作業の度に陽極を取り外さなければならず、その交換作業が煩わしいものであった。
【００１０】
本発明者は、放電を誘発させるための部材として、金属ストリップのような消耗品でなく、交換作業が極力必要ない放電誘発部材を鋭意研究した。その結果、磁石を所定位置に配置することによって放電を誘発させることを知見し、本発明を想到するに至ったものである。
本発明の目的は、放電を誘発させるための部材として磁石を用い、この磁石をポールピースに配置することにより放電が生じ易い冷陰極電離真空計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる冷陰極電離真空計は、一端に開口が形成された筒状の陰極と、前記陰極の内部空間に配置された棒状の陽極と、筒状の陰極の外周囲に配置され．前記陽極と前記陰極との間の電界に直交する磁界を形成し、該陽極と該陰極との間に放電を起こす磁性手段と、前記陰極の開口縁に着脱自在に嵌合され、前記開口を覆うポールピースと、前記ポールピースに配置された永久磁石と、を備えていることを特徴としている。
【００１２】
このように、本発明の冷陰極電離真空計は、前記陰極の開口縁に着脱自在に嵌合され、前記開口を覆うポールピースを備え、そのポールピースに永久磁石が配置されている。
上記構成により、前記陰極と棒状の陽極の先端部との間で放電が生じやすくなり、また冷陰極電離真空計に対して高電圧をかけた時刻と、放電して電流が流れ始める時刻との間の時間の遅れが小さくなり、測定を効率的に行なうことができる（即ち、前記磁石が放電誘発部材として機能し、測定を効率的に行なうことができる）。
このように、放電が誘発されるのは、ポールピースに配置された永久磁石によって、陽極の先端部分の磁界が強まり、初期電子のローレンツ力による螺旋運動の距離が伸び、初期電子の真空中の気体分子に衝突する確率が向上し、その結果、陰極と棒状の陽極の先端部との間で放電が生じやすくなる。
【００１３】
また、本発明では、上述した従来の技術の冷陰極電離真空計のように、陽極の所定位置に放電誘発部材を装着するのではなく、陰極の開口縁に着脱自在に嵌合されるポールピースに、放電誘発部材として機能する永久磁石が配置されている。
この永久磁石は、従来技術の冷陰極電離真空計における金属ストリップのように消耗品でないため、基本的には交換の必要性はない。しかし、もし交換する場合においても、本発明によれば、ポールピースを交換することにより永久磁石も交換されるため、上述した従来技術の冷陰極電離真空計に比べ、放電誘発部材（永久磁石）の交換作業を簡単に行うことができる。
【００１４】
特に、前記永久磁石が、前記ポールピースに、前記陽極の先端部と相対向して配置されていることが望ましい。
また、前記磁性手段のＮ極側が陰極の開口側に位置し、Ｓ極側が陰極の底部側に位置するように、前記磁性手段が筒状の陰極の外周囲に配置され、かつ、前記永久磁石のＮ極側が陰極の内部空間に配置された陽極の先端部と相対向するように、前記永久磁石が前記ポールピースに配置されていることが望ましい。
尚、前記磁性手段のＳ極側が陰極の開口側に位置し、Ｎ極側が陰極の底部側に位置するように、前記磁性手段が筒状の陰極の外周囲に配置され、かつ、前記永久磁石のＳ極側が陰極の内部空間に配置された陽極の先端部と相対向するように、前記永久記磁石が前記ポールピースに配置されていても良い。
このような前記磁性手段及び磁石の配置により、陽極の先端部分の磁界が強まり、放電がより誘発され易くなる。
【００１５】
また、前記永久磁石は、前記ポールピースに形成された凹部に嵌合して装着されていることが望ましい。このように、放電誘発部材として機能する永久磁石が、ポールピースに形成された凹部に嵌合装着できるため、前記永久磁石を容易にポールピースに固定できる。
また、前記永久磁石をポールピースに容易に固定するために、前記ポールピースを磁性体で形成するとともに、前記永久磁石が前記ポールピースに磁石の吸着力で装着しても良い。
【００１６】
また、前記ポールピースの凹部に貫通穴が形成され、前記貫通穴から取外し治具を挿通することにより、前記凹部に装着された永久磁石を取外すことができるように構成されていても良い。
このように貫通穴が形成されている場合、前記貫通穴から取外し治具を挿通させることができ、前記永久磁石を取外し治具によって凹部から押出し、取外すことができる。この構成による場合、前記永久磁石のみの交換も容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、放電を誘発させるための部材として永久磁石を用い、この永久磁石をポールピースに配置することにより放電が生じ易い冷陰極電離真空計を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態の冷陰極電離真空計を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した冷陰極電離真空計のポールピースの平面図である。
【図３】図２に示したポールピースのＡ−Ａ断面図である。
【図４】放電誘発部材としての永久磁石を示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の変形例を示す概略構成図である。
【図６】ポールピースの変形例を示す平面図である。
【図７】図６に示したポールピースのＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図６に示したポールピースにおける永久磁石の取外し動作を説明する図である。
【図９】従来の冷陰極電離真空計を示す概略構成図である。
【図１０】従来の放電誘発部材を示す正面図である。
【図１１】図１０に示した放電誘発部材の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、図１乃至図４に基づいて説明する。尚、図９〜図１１に示した部材と同一、相当部材は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２０】
図１に示すように、冷陰極電離真空計１は、一端に開口が形成された筒状の陰極４３と、筒状の陰極４３の内部空間に配置された棒状の陽極４４と、陽極４４と陰極４３との間の電界にほぼ直交する磁界を形成し、陽極４４と陰極４３との間に放電を起こす磁性手段（磁石４５ａ及び４５ｂ）とを備えている。
前記磁性手段（磁石４５ａ及び４５ｂ）のＮ極側は、陰極４３の開口側に位置し、Ｓ極側が陰極４３の底部側４３ａに位置するように、筒状の陰極４３の外周囲に配置さている。
尚、この磁性手段として、一例挙げれば１ＫＧａｕｓの磁力を有しているものが用いられている。
【００２１】
また、前記筒状の陰極４３の開口縁には、放電状態を維持するポールピース１４が嵌合され、ポールピース１４により前記開口が覆われている。このポールピース１４により、超高真空以下の圧力になった場合においても、放電状態を維持することができる。
また、ポールピース１４の前記陽極４４に対向する面には、前記陽極４４に対向して凹部１４ａが形成されている。そして、前記凹部１４ａ内に、放電誘発部材として機能する永久磁石４が嵌合装着されている。即ち、永久磁石４が、陰極４３の内部空間に配置された陽極４４の先端部と相対向して配置される。
更に、前記永久磁石４のＮ極側が陰極４３の内部空間に配置された陽極４４の先端部と相対向するように前記ポールピース１４に配置されている。
【００２２】
また、前記筒状の陰極４３は、一端に開口が形成され、他端に底部４３ａが形成され、前記底部４３ａの軸心には、貫通孔４３ａ１が設けられている。また、前記底部４３ａには、後述するピラニ真空計８用の貫通孔４３ａ２が設けられている。
また、前記陰極４３の一端の開口縁には、ポールピース１４の外周部と嵌合する形状になされた段差状の嵌合部４３ｂが形成されている。そして、前記嵌合部４３ｂに、ポールピース１４が嵌合し、例えば、スナップリング等の固定手段により固定されることにより、陰極４３にポールピース１４が装着される。
【００２３】
また、前記陽極４４は、一端がコネクタ６に取り付けられ、そのコネクタ６に対して電気的に接続されている。また、陽極４４の他端（先端部）は、フィードスルー（電流導入端子）１３を介し、更に陰極４３の底部４３ａの貫通孔４３ａ１を挿通し、陰極４３の筒内の空間に配置される。尚、陽極４４の他端（先端部）は、陰極４３の空間内において、陰極４３の開口端の嵌合しているポールピース１４（永久磁石４）に相対向している。
【００２４】
また、前記陽極４４及び陰極４３はエンクロージャ４２内に配置されている。また、エンクロージャ４２には、フランジ７及びフランジ７に取り付けられた補助圧力センサとしてのピラニ真空計８が設けられている。尚、図１中、符号７ａは前記フランジ７を固定するために螺子である。
【００２５】
また、前記コネクタ６は、回路基板３ｃ、３ｂ、３ａを介して、コネクタ９ｂに電気的に接続されている。更に、このコネクタ９ｂは図示しないが従来と同様に前記陽極４４に電圧を印加する電源４６（図５参照）に接続され、更に前記電源４６は陽極４４を流れる電流を測定する電流計４７（図５参照）に接続されている。
更にまた、このエンクロージャ４２は、カソード板５を介して基板３ｃに接続され、接地されている。尚、これら回路基板３ａ、３ｂ、３ｃは基板保持部材１０によって保持され、ケース２内に収容されている。
【００２６】
また、前記ケース２の背面には、前記したコネクタ９ｂのほか、スイッチ９ａ、電源のオン−オフを表示するＬＥＤ９ｃが設けられている。更に、図中の符号１１は回路基板３ａ、３ｂを接続するコネクタ、符号１２は回路基板３ｂ、３ｃを接続するコネクタである。
【００２７】
次に、ポールピース１４及び前記ポールピース１４に装着される永久磁石４について、図２〜図４を用いて説明する。図示するように、ポールピース１４は円板形状になされており、その中心部に凹部１４ａが形成され、この凹部１４ａに永久磁石４が嵌合装着されるように構成されている。
また、ポールピース１４は、前記凹部１４ａの周囲に配置された複数の貫通孔１４ｂを備えている（図２では、４つの貫通孔１４ｂを例示している）。この貫通孔１４ｂは、大気圧からの排気特性をスムーズにするために設けられたものであり、その数については適宜設計される。
【００２８】
また、ポールピース１４に嵌合装着される永久磁石４は、例えば円柱状形状を形成された、厚み方向に着磁されたネオジム磁石を用いることができる。永久磁石４として一例を挙げれば、表面磁束密度２５０ｍＴ（２．５ＫＧａｕｓｓ）、吸着力０．７ｋｇ、直径５ｍｍ、厚さ３ｍｍのネオジム磁石を好適に用いることができる。尚、表面磁束密度２５０ｍＴ（２．５ＫＧａｕｓｓ）、吸着力０．７ｋｇ、直径８ｍｍ、厚さ２ｍｍのネオジム磁石であっても、好適に用いることができる。
【００２９】
しかも、この永久磁石４のＮ極側４ｂが、前記ポールピース１４の陽極４４対向面側に配置される。このように、前記永久磁石４のＮ極側４ｂが、前記ポールピース１４の陽極４４対向面側に配置されるため、陽極４４の先端部分の磁界が強まり、初期電子のローレンツ力による螺旋運動の距離が伸び、初期電子が真空中の気体分子に衝突する確率が向上し、放電が誘発され易くなる。
【００３０】
特に、永久磁石４のＮ極側４ｂが陽極２２の先端部と相対向して、前記ポールピース１４に取付けられる場合には、陽極４４の先端部分の磁界がより強まり、初期電子のローレンツ力による螺旋運動の距離が伸び、初期電子が真空中の気体分子に衝突する確率がより向上し、放電がより誘発され易くなる。
尚、永久磁石４をポールピース１４表面から突出させ、永久磁石４と陽極４４の先端部との距離をより短くし、放電の誘発を促進するようになしても良い。
【００３１】
上記実施形態では、前記磁性手段４５ａ，４５ｂのＮ極側が陰極４３の開口側に位置し、Ｓ極側が陰極４３の底部４３ａ側に位置するように、前記磁性手段４５ａ、４５ｂが筒状の陰極４３の外周囲に配置され、また永久磁石４のＮ極側がポールピース１４の陽極対向面側に配置されている場合について説明した。
これとは逆に、図５に示しように、前記磁性手段４５ａ，４５ｂのＳ極側が陰極４３の開口側に位置し、Ｎ極側が陰極４３の底部４３ａ側に位置するように配置され、永久磁石４のＳ極側がポールピース１４の陽極対向面側に配置されても良い。
【００３２】
また、上記実施形態では、永久磁石４を凹部１４ａに嵌合装着する場合について説明したが、永久磁石４をポールピースに容易に固定するために、ポールピース１４を磁性体で形成し、永久磁石４の吸着力でポールピースに装着しても良い。
【００３３】
また、図６、図７に示すように、前記ポールピース１４の凹部１４ａに貫通穴１４ｃを形成しても良い。このように貫通穴１４ｃが形成されている場合、図８に示すように、外部から取外し治具Ｇを挿通することにより、前記永久磁石４を取外し治具Ｇによって凹部１４ａから容易に押出し、取外すことができる。この構成による場合、永久磁石のみの交換も容易に行うことができる。
【００３４】
以上のように、本実施形態によれば、陰極と陽極の先端部との間で放電が生じやすくなるため、冷陰極電離真空計１に対して高電圧をかけた時刻と、放電して電流が流れ始める時刻との間の時間の遅れが小さくなり、測定を効率的に行なうことができる。
また、永久磁石がポールピースに嵌合装着されるため、その取り付けおよび交換を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１        冷陰極電離真空計
２        ケース
３ａ、３ｂ、３ｃ    回路基板
４        磁石（放電誘発部材）
４ａ      Ｓ極側
４ｂ      Ｎ極側
５        カソード板
６        コネクタ
７        フランジ
８        ピラニ真空計
９ａ      スイッチ
９ｂ      コネクタ
９ｃ      ＬＥＤ
１１      コネクタ
１２      コネクタ
１３      フィードスルー（電流導入端子）
１４      ポールピース
１４ａ    凹部
１４ｂ    貫通孔
１４ｃ    凹部に形成された貫通穴
４２      エンクロージャ
４３      陰極
４３ａ    底部
４３ａ１  貫通孔
４３ａ２  貫通孔
４３ｂ    嵌合部
４４      陽極
４５ａ、４５ｂ    磁石
４６      電源
４７      電流計
Ｇ        取外し治具
【図１】
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【図２】
2011133386.tif 000004
【図３】
2011133386.tif 000005
【図４】
2011133386.tif 000006
【図５】
2011133386.tif 000007
【図６】
2011133386.tif 000008
【図７】
2011133386.tif 000009
【図８】
2011133386.tif 000010
【図９】
2011133386.tif 000011
【図１０】
2011133386.tif 000012
【図１１】
2011133386.tif 000013