(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸状のイオンコレクタと、
前記イオンコレクタの径方向の周囲に設けられたコイル状のグリッドと、
前記グリッドの外側に設けられたフィラメントと、
前記グリッドと導通を確保しつつ支持する支柱部と、を有する電離真空計であって、
前記イオンコレクタの径方向において、前記グリッド及び前記フィラメントに対向する  前記支柱部の表面を被覆するシールド部を備え、
前記シールド部の表面において、前記フィラメントから放出された電子との間に電気的な斥力を生じさせることを特徴とする電離真空計。
【請求項２】
前記シールド部は、絶縁性のコーティングであることを特徴とする請求項１に記載の電離真空計。
【請求項３】
前記シールド部は、絶縁性のチューブであることを特徴とする請求項１に記載の電離真空計。
【請求項４】
前記シールド部は、グラウンド電位とされた導電性材料のチューブであることを特徴とする請求項１に記載の電離真空計。
【請求項５】
前記シールド部は、フローティング電位とされた導電性材料のチューブであることを特徴とする請求項１に記載の電離真空計。
【請求項６】
前記導電性材料のチューブは、長手方向に形成された切り欠き部を有していることを特徴とする請求項４又は５に記載の電離真空計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空容器内の圧力を測定する電離真空計に係り、特に、測定感度をさらに向上させた電離真空計に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸状のイオンコレクタを円筒状に取り囲む様に配置されたグリッドとグリッドの外側に熱電子放出フィラメントを有する電離真空計（例えば、特許文献１，２）が従来から知られている。これらの電離真空計では、熱フィラメント等の熱電子放出フィラメントはグラウンド電位より高い電位に設定される一方、グリッドの電位は熱電子放出フィラメントに対して高く設定され、また、イオンコレクタの電位は熱電子放出フィラメントの電位よりも低く設定されている。グリッドは格子状又はコイル状の隙間の多い構造となっている。
【０００３】
熱電子放出フィラメント等の熱電子放出フィラメントから放出された電子は熱電子放出フィラメントより高い電位の格子状又はコイル状のグリッドへと引き付けられるが、グリッドは隙間が多いために電子の多くはグリッドを通過してグリッドの内側に入る。グリッド内のイオンコレクタは熱電子放出フィラメントより電位が低いためにグリッドの内側に入った電子はイオンコレクタに衝突することなく、再びグリッドに引き寄せられる。
【０００４】
グリッドは隙間が多いために電子の多くはグリッドを通過し、グリッドの外側へと向かうが電子が当初放出された熱電子放出フィラメントの電位はグラウンド電位よりも高いために、電子は熱電子放出フィラメントの電位より低いグラウンド側に向かうこと無く再びグリッドへと引き寄せられる。このため、電子はグリッド電極を挟んで振動するが、電子が気体分子と衝突することによる運動量の損失、電子のグリッドへの直接の衝突等により、殆どはグリッドに流れ込むことになる。
【０００５】
このように、電子がグリッドを挟んで何度も振動を行うために、最終的に電子がグリッドに流れ込むに至る電子の走行距離は長くなり、電子が気体分子と衝突する確率が大きい、感度の高い真空度の測定することができるように構成されている。
【０００６】
ここで、電子は最終的にグリッド電極に衝突して流れ込むが、グリッド表面には気体分子が吸着している。そのため、この吸着気体分子が電子の衝突により表面から飛び出す電子刺激脱離(ＥＳＤ； Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ)という現象が生じる。
【０００７】
この現象は過剰なガス放出による圧力増加として測定される。すなわち、グリッドの表面積が大きい程、電子の衝突位置に気体分子の吸着量が多く、この電子刺激脱離による圧力増加が大きくなる。そのため、通常、細い線材を使用してグリッドを作り、グリッドの表面積を小さくすることが行われる。グリッドの表面積を小さくすると、グリッド表面への気体分子の衝突頻度が減少するが電子の衝突頻度は減らない。そのため、定常状態においてグリッド表面に吸着している気体分子の密度を低下させて、電子刺激脱離による圧力増加を減少させることができる。
【０００８】
このように、グリッド電極の表面積を極力小さくすることが感度を大きくするためと電子刺激脱離の影響を減らすために有効ではある。しかし現実的には、表面積の小さい細いグリッドを配置するためには、強度が不足したグリッドを太い支柱等で支える構造とし、同支柱等を熱電子放出フィラメントから離した位置とすることが通例であった。例えば、特許文献１，２に開示されている構造では、コイル状のグリッドの両端をハーメチック端子のピンとピンを延長した支柱で支えている。この場合、このピンとピンを延長した支柱はグリッド電極の電位となっており、コイル状のグリッドより太く強度のあるものとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−６６１７０号公報
【特許文献２】特開平８−２４０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１，２の電離真空形は、グリッドの両端を支持する支柱部が、グリッドの周囲に導電性の表面をむき出した状態で配置された構造を有している。本願発明者は、グリッドの周囲を往復している電子の一部がこの支柱部の表面部分にも流れ込み、そのことが原因となって測定感度が低下しているのではないかと考えた。さらに本願発明者は、この支柱部の表面においても電子刺激脱離（ＥＳＤ）が発生しており、このＥＳDによるガス放出によって電離真空計内部の圧力が増加し測定下限値が高くなると考えた。
【００１１】
本発明は、上述した仮説に基づいた実験の結果になされたものであり、より高い測定感度を有し、電子刺激離脱によるガス放出量を一層低減することができる電離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】
【００１２】
本発明に係る電離真空計は、軸状のイオンコレクタと、イオンコレクタの径方向の周囲に設けられたコイル状のグリッドと、グリッドの外側に設けられたフィラメントと、グリッドと導通を確保しつつ支持する支柱部と、を有する電離真空計であって、イオンコレクタの径方向において、グリッド及びフィラメントに対向する支柱部の表面を被覆するシールド部を備え、シールド部の表面において、フィラメントから放出された電子との間に電気的な斥力を生じさせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、上述のようにグリッドを支持する支柱部の表面を電気的に被覆したため、熱電子放出フィラメントから放出された電子の殆どはグリッド電極を支持する支柱部へ向かうことはなく、グリッドを挟んで振動した後にグリッドに衝突して流れ込む。このため、グリッドを支持する支柱部に電子が衝突し電子刺激脱離ＥＳＤが生じることによる圧力の上昇が減少し、グリッドを支持する支柱部に電子が衝突して流れ込むことによる感度の損失が減少する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電離真空計の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電離真空計での測定結果である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電離真空計の概略構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係る電離真空計の概略構成図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係る電離真空計の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の各実施形態に係る電離真空計について以下に説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は発明を具体化した一例であって本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変できることは勿論である。
【００１６】
（第１の実施形態）
図１に本発明の第１の実施形態に係る電離真空計の構成概略図を示す。電離真空計Ａは、イオンコレクタ１、グリッド２、熱放出フィラメント３，４（フィラメント）を必須構成部材として少なくとも有している。なお、図１（ａ）はイオンコレクタの軸方向に垂直な方向の断面図（横断面図）、図１（ｂ），（ｃ）はイオンコレクタの軸方向の断面図（縦断面図）であり、特に、図１（ｂ）は、熱放出フィラメント３，４が重なる方向から見た図、図１（ｃ）、熱放出フィラメント３，４が両側に見える方向から見た図である。
【００１７】
イオンコレクタ１は、例えば、軸状のタングステン線から構成されており、ハーメチック端子ピン１０に支持されている。グリッド２は、例えば、モリブデン線にプラチナが被覆されたプラチナクラッドモリブデン線などから構成されており、ハーメチック端子ピン７と支柱６に両端がそれぞれ支持されている。なお、支柱６はハーメチック端子ピン５に取り付けられている。ハーメチック端子ピン５，７の上端部と支柱６の表面には、シールド部として絶縁材料からなるコーティング１６ａ，１７ａが形成されている。熱放出フィラメント３，４は、例えば、イリジュウム線にイットリアをコーティングしたイットリアコートイリジュウム線から構成されており、ハーメチック端子ピン８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂに支持されている。
【００１８】
全てのハーメチック端子ピン（５，７，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１０）は絶縁材料部１２を気密に貫通した状態で固定されている。絶縁材料部１２はケース１４の内側に一体に配設された封入皿１３に気密に固定されている。なお、ケース１４には真空容器に気密に接続するためのフランジ１５が一体に形成されている。また、上記ハーメチック端子ピンには、絶縁材料部１２と所定の間隔を有する位置に遮蔽板１１が取り付けてある。
【００１９】
ハーメチック端子ピン（５，７，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１０）、遮蔽板１１、封入皿１３はコバール合金、絶縁材料部１２はコバールガラス、ケース１４とフランジ１５はＳＵＳ３０４から作られている。
【００２０】
ハーメチック端子ピン５，７の上端部と支柱６の表面に形成されたコーティング１６ａ，１７ａ（シールド部）は、アルミナ等のセラミックス、又は、ガラス等の絶縁性の材料から構成されている。このコーティング１６ａ，１７ａは、例えば、アルミナをコーティングするには市販されている耐熱性無機接着剤を塗布し加熱して焼結させる、又、ガラス等をコーティングするにはスピンオンガラスとして公知のコーティング剤を塗布し加熱して焼結させて形成することができる。
【００２１】
上述した各部材についてさらに詳しく説明する。ハーメチック端子ピン１０はイオンコレクタ１と接続されており、イオンコレクタ１の電位をグラウンド電位としている。ハーメチック端子ピン８ａ，８ｂは熱電子放出フィラメント３の両端に電気的に接続されており、熱電子放出フィラメント３の通電加熱と約４５Ｖの電位供給に使用される。ハーメチック端子ピン９ａ，９ｂは熱電子放出フィラメント４の両端に電気的に接続されてあり、熱電子放出フィラメント４の通電加熱と約４５Ｖの電位供給に使用される。ここでは熱電子放出フィラメントを２本実装している例を示してあるが（符号３と４）、熱電子放出フィラメントは1本であっても構わない。通常の動作では、1本の熱電子放出フィラメントに熱電子放出のための通電が行われる。
【００２２】
ハーメチック端子ピン５は支柱６（支柱部）とスポット溶接等により、電気的及び機械的に接続されている。グリッド２はその両端部において、支柱６とハーメチック端子ピン７と接続されており、グリッド２の電位を約１８０Ｖとしている。シールド１１、ケース１４、フランジ１５はグラウンド電位である。
【００２３】
イオンコレクタ1は中心に配置され、その周囲を取り囲むようにグリッド２が配置され、熱電子放出フィラメント３，４はグリッド２の外側に配置されている。グリッド用の支柱６とハーメチック端子ピン７は、熱電子放出フィラメント３，４から離れた位置としてある。
【００２４】
ここで、上述した構成の電離真空計Ａ内における電子の動きについて説明する。熱電子放出フィラメント３から放出された電子は、熱電子放出フィラメント３より高い電位の格子状又はコイル状のグリッド２へと引き付けられるが、グリッド２は隙間が多いために電子の多くはグリッド２を通過してグリッド２の内側に入る。グリッド２内のイオンコレクタ１は熱電子放出フィラメント３より電位が低いためにグリッド２の内側に入った電子はイオンコレクタ１に衝突することなく、再びグリッド２に引き寄せられる。
【００２５】
グリッド２は隙間が多いために電子の多くはグリッド２を通過し、グリッド２の外側へと向かうが電子が当初放出された熱電子放出フィラメント３の電位はグラウンド電位よりも高いために、電子は熱電子放出フィラメントの電位より低いグラウンド側のシールド１１、ケース１４に向かうことなく再びグリッド２へと引き寄せられる。このため、電子はグリッド２を挟んで振動するが、電子が気体分子と衝突することによる運動量の損失、電子のグリッド２への直接の衝突等によりグリッド２に流れ込むことになる。
【００２６】
このとき、グリッド２と同じ電位の支柱部６とハーメチック端子ピン７の表面には絶縁性のコーティング１６ａ，１７ａが施されているために、電子が支柱部６とハーメチック端子ピン７に衝突して流れ込むことはない。すなわち、コーティング１６ａ，１７ａは絶縁材料から構成されているため、電子が衝突すると帯電（チャージアップ）する、そのため、接近する電子に対して斥力を及ぼし、それ以上の電子の接近及び衝突を抑制する。従って、熱電子放出フィラメント３からの電子のほとんどは、グリッド２を挟んで振動した後にグリッド２に衝突して流れ込むこととなる。
【００２７】
図２は、本実施形態に係る電離真空計Ａでの測定結果を示すものであり、本実施形態に係る電離真空計Ａと従来の電離真空計Ｏでの測定値を比較した。電離真空計Ｏはコーティング１６ａ，１７ａを有さない従来構造の電離真空計である。図２において横軸は、電離真空計Ａ，Ｏの圧力表示に比例する値であり、正確には、スピニングロータゲージの表示圧力からオフセット値を引いた値である。
【００２８】
一方、図２の縦軸は、電離真空計Ａ，Ｏの各表示圧力から真空チャンバーへのガス導入を行っていないときの各電離真空計Ａ，Ｏの表示圧力をそれぞれ差し引いた値をスピニングロータゲージ（ＳＲＧ）で示される圧力で割った値であり、感度を表す指数（感度と比例した値）である。なお、オフセット値とは、この真空計の測定限界よりも十分に低い圧力にしたときの、この真空計の読み値のことである。
【００２９】
図２によれば、絶縁性材料のコーティング１６ａ，１７ａを有する電離真空計Ａは、コーティング１６ａ，１７ａがない電離真空計Ｏに対して高い感度を有していることがわかる。具体的には、測定された全圧力域に渡り、電離真空計Ａの縦軸の値は電離真空計Ｏよりも約５割高い値を示している。
【００３０】
すなわち本実施形態による電離真空計Ａによれば、支柱部６及びハーメチック端子ピン５，７に衝突して損失される電子がほとんどないため高感度の真空度測定をすることができる。また、電子刺激脱離（ＥＳＤ）による圧力上昇の影響を抑えることができるためより測定下限値の低い測定をすることができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図３に基づいて、本発明に係る第２の実施形態を説明する。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本実施形態の電離真空計をそれぞれ図１（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様の方向から見た図である。上述した第１の実施形態と同様の構成や部材には同じ符号を付して詳細な説明を省略した。本実施形態に係る電離真空計Ｂは、第１の実施形態におけるコーティング１６ａ，１７ａに相当する部分（チューブ１６ｂ，１７ｂ）が相違した構成を有するため、この部分ついて主に説明する。
【００３２】
シールド部としてのチューブ１６ｂ，１７ｂは絶縁性の材料からなるチューブ状部材であり、例えば、アルミナ、ガラス等の絶縁性の材料からなる。電離真空計Ｂの組み立て工程においては、端子ピン５と支柱部６をスポット溶接等により接続した後に、チューブ１６ｂが端子ピン５と支柱６に被せられ、同様に、ハーメチック端子ピン７にチューブ１７ｂが被せられる。その後、グリッド２の両端が支柱６の先端部とハーメチック端子ピン７の先端部にスポット溶接等により接続されて構成される。
【００３３】
支柱部６とハーメチック端子ピン７の電位はグリッド２と同じであるが、絶縁性の材料からなるチューブ１６ｂ，１７ｂで覆われているために、例えば、熱電子放出フィラメント３から放出された電子は支柱６とハーメチック端子ピン７に衝突して流れ込むことはない。すなわち、チューブ１６ｂ，１７ｂは絶縁材料から構成されているため、電子が衝突すると帯電（チャージアップ）し、それ以上の電子の接近及び衝突を抑制する。従って、熱電子放出フィラメント３からの電子のほとんどは、グリッド２を挟んで振動した後にグリッド２に衝突して流れ込むこととなり、支柱部６とハーメチック端子ピン７に衝突して損失する電子がほとんどないため、感度の高い電離真空計を得ることができる。
【００３４】
なお、支柱部６とハーメチック端子ピン７を絶縁性の材料からなるチューブ１６ｂ，１７ｂは、第１の実施形態の電離真空計Ａに用いられている絶縁材料のコーティング１６ａ，１７ａとほとんど同じ効果を示し、電離真空計の感度を増加させると共に電子刺激脱離（ＥＳＤ）による圧力上昇を抑制することができる。
【００３５】
（第３の実施形態）
図４に基づいて、本発明に係る第３の実施形態を説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本実施形態の電離真空計をそれぞれ図１（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様の方向から見た図である。上述した第１の実施形態と同様の構成や部材には同じ符号を付して詳細な説明を省略した。本実施形態に係る電離真空計Ｃは、第１の実施形態におけるコーティング１６ａ，１７ａに相当する部分（チューブ１６ｃ，１７ｃ）が相違した構成を有するため、この部分ついて主に説明する。
【００３６】
シールド部としてのチューブ１６ｃ，１７ｃは、導電性材料からなるチューブ状部材であり、端面をグラウンド電位（接地電位）のシールド１１にスポット溶接されるとともに、ハーメチック端子ピン５と支柱部６、及び、ハーメチック端子ピン７を非接触に取り囲んでいる。導電性材料のチューブ１６ｃ，１７ｃの材質としてはステンレスなどの金属が望ましい。
【００３７】
支柱部６とハーメチック端子ピン７の電位はグリッド２と同じであるが、グラウンド電位のチューブ１６ｃ，１７ｃで非接触に覆われているために、例えば、グラウンド電位より高い電位の熱電子放出フィラメント３から放出された電子はグラウンド電位のチューブ１６ｃ，１７ｃに向かうことはなく、支柱６とハーメチック端子ピン７に衝突して流れ込むことはない。従って、熱電子放出フィラメント３からの電子の殆どは、グリッド２を挟んで振動した後にグリッド２に衝突して流れ込むこととなる。本実施形態に係る電離真空計Ｃでは、支柱部６とハーメチック端子ピン７に衝突して損失する電子が殆どないため、感度の高い電離真空計を得ることができる。
【００３８】
なお、支柱部６とハーメチック端子ピン７をグラウンド電位のチューブ１６ｃ，１７ｃで非接触に覆った本実施形態の電離真空計Ｃは、上述した電離真空計Ａに用いられている絶縁性材料のコーティング１６ａ，１７ａ、若しくは電離真空計Ｂに用いられている絶縁性材料のチューブ１６ｂ，１７ｂとほとんど同じ効果を示し、電子刺激脱離（ＥＳＤ）による圧力上昇を抑制することができる。
【００３９】
なお、導電性材料のチューブ１６ｃ，１７ｃをフローティングにする構成としても、同様の効果を得ることができる。この場合、フローティングとされた導電性材料のチューブは電子の衝突により帯電するため、電子が衝突すると帯電（チャージアップ）し、それ以上の電子の接近及び衝突を抑制する。従って、熱電子放出フィラメント３からの電子のほとんどは、グリッド２を挟んで振動した後にグリッド２に衝突して流れ込むこととなる。このため、上述した電離真空計Ｂに用いられている絶縁性材料のチューブ１６ｂ，１７ｂとほとんど同じ効果を示し、電子刺激脱離（ＥＳＤ）による圧力上昇を抑制することができる。
【００４０】
（第４の実施形態）
図５に基づいて、本発明に係る第４の実施形態を説明する。図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本実施形態の電離真空計をそれぞれ図１（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様の方向から見た図である。上述した第１の実施形態と同様の構成や部材には同じ符号を付して詳細な説明を省略した。本実施形態に係る電離真空計Ｃは、第１の実施形態におけるコーティング１６ａ，１７ａに相当する部分（カバー１６ｄ，１７ｄ）が相違した構成を有するため、この部分ついて主に説明する。
【００４１】
本実施形態では、電子刺激脱離（ＥＳＤ）を抑制する部材（シールド部）として、カバー１６ｄ，１７ｄが用いられている。カバー１６ｄ，１７ｄは、導電性材料のチューブの一部を切り欠いて、グリッドと支柱の間の位置に配設した湾曲形状のシールド部である。なお、カバー１６ｄ，１７ｄはグラウンド電位としてもフローティング電位としてもよい。
すなわち、カバー１６ｄ，１７ｄは、グリッド及びフィラメントに面する側を被覆するシールド材であり、グリッドやフィラメントから飛来する電子に起因する電子刺激脱離（ＥＳＤ）を抑制することができる。
【００４２】
カバー１６ｄ，１７ｄは、長手方向（コレクタ１の軸方向）の一部を切り欠いて、断面Ｃ字状に形成されているが、グリッド及びフィラメントに面する側を被覆する形状であればよく、断面Ｖ字やＵ字であってもよいことはもちろんである。なお、カバー１６ｄ，１７ｄの切り欠かれた部分を切り欠き部とする。
【００４３】
カバー１６ｄ，１７ｄを用いる効果としては、グリッドをスポットして取り付けた後からも取り付けることが可能となる等、組み立てが容易となる。また、カバー１６ｄ，１７ｄは側面の一部が切り欠かれているため、カバーの内部に水分等が吸着している場合にも、切り欠きから容易に抜くことができる。
【符号の説明】
【００４４】
Ａ，Ｂ，Ｃ  電離真空計
Ｏ  従来の電離真空計
１  イオンコレクタ（コレクタ）
２  グリッド
３，４  熱電子放出フィラメント（フィラメント）
５  グリッド用ハーメチック端子ピン
６  支柱部
７  グリッド用ハーメチック端子ピン
８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ  熱電子放出フィラメント用のハーメチック端子ピン
１０  イオンコレクタ用のハーメチック端子ピン
１１  遮蔽板
１２  ハーメチック端子の絶縁材料部
１３  封入皿
１４  ケース
１５  フランジ
１６ａ，１７ａ  コーティング（シールド部）
１６ｂ，１７ｂ  チューブ（シールド部）
１６ｃ，１７ｃ  チューブ（シールド部）
１６ｄ，１７ｄ  カバー（シールド部）
【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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