(57)【要約】【課題】放電が生じやすく、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、更に、陽極の取り付けの方向性がなく、容易に陽極を交換することができる冷陰極電離真空計を提供する。【解決手段】圧力を測定するチャンバーと連通した空間に設けられた筒状の陰極２３と、前記筒状の陰極２３の内部空間に配置された棒状の陽極５と、前記陽極５と陰極２３との間の電界にほぼ直交する磁界を形成し、前記陽極５と陰極２３との間に放電を起こす磁性手段２５ａ，２５ｂとを備え、前記陽極５の先端部に螺子部５ｂが形成され、陰極２３の筒内の空間に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の陰極と、前記筒状の陰極の内部空間に配置された棒状の陽極と、前記陽極と陰極との間の電界にほぼ直交する磁界を形成し、前記陽極と陰極との間に放電を起こす磁性手段とを備えた冷陰極電離真空計において、
前記陽極の先端部に凹凸部が形成され、前記凹凸部は陰極の筒内の空間に配置されていることを特徴とする冷陰極電離真空計。
【請求項２】
前記凹凸部は螺子部であ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】
筒状の陰極と、前記筒状の陰極の内部空間に配置された棒状の陽極と、前記陽極と陰極との間の電界にほぼ直交する磁界を形成し、前記陽極と陰極との間に放電を起こす磁性手段とを備えた冷陰極電離真空計において、
前記陽極の両端に螺子部が形成され、前記陽極の一端の螺子部はコネクタに電気的に接続されると共に、他端の螺子部は陰極の筒内の空間に配置されていることを特徴とする冷陰極電離真空計。
【請求項４】
前記陽極の両端に形成された螺子部の長さは同一寸法であり、かつ前記両端の螺子部には同一ピッチの螺子が形成されていることを特徴する請求項３記載の冷陰極電離真空計。
【請求項５】
前記陽極の全長が２８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、その先端部に３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の螺子部が形成されていることを特徴とする請求項２乃至請求項４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、特に、陽極の交換が可能な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】
この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５に基づいて説明する。
図に示すように、この冷陰極電離真空計２１はチャンバー３０に取り付けられたペニング真空計であって、この真空計２１は、エンクロージャ２２内に、陰極２３と、筒状の陰極２３により囲まれた棒状の陽極２４と、エンクロージャ２２の外側の磁気手段（磁石２５ａ及び２５ｂ）と、前記陽極２４に電圧を印加する電源２６と、陽極２４を流れる電流を測定する電流計２７とを有している。
なお、前記チャンバー３０、エンクロージャ２２、陰極２３は、接地（アース）されている。
【０００４】
この冷陰極電離真空計２１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２３よりと陽極２４の空間に初期電子が生成され、その電子が磁石２５ａ，２５ｂ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２４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２４に収集し、その電流値を電流計２７によって測定し、該電流値から圧力が測定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この冷陰極電離真空計において、陰極と陽極との間に高電圧を印加しても放電が生じないことがあり、また放電が生じても、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】
また、従来の冷陰極電離真空計は、電源に接続されたコネクタと陽極とが一体に形成されていたため、陽極が放電により消耗した際、コネクタごと交換する必要があり、交換費用が嵩むという課題があった。この課題は陽極をコネクタに対して螺合させ、着脱自在に取り付けることによって解決することができる。
しかしながら、棒状の陽極の一端にコネクタと螺合する螺子部を形成した場合、前記螺子部側をコネクタと螺合させなければならず、陽極の取り付けを困難なものにしていた。
【０００７】
本発明者等は、上記した課題について鋭意検討し、陽極の表面に凹凸が形成されている場合、陽極の表面が滑らかな場合に比べて放電が生じやすく、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いことを知見した。そしてまた、前記凹凸を螺子部の山谷で形成することにより、陽極の取り付けの方向性を解決できることを知見し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
本発明は、前記したように放電が生じやすく、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、更に、陽極の取り付けの方向性がなく、容易に陽極を交換することができる冷陰極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】
【０００９】
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、筒状の陰極と、前記筒状の陰極の内部空間に配置された棒状の陽極と、前記陽極と陰極との間の電界にほぼ直交する磁界を形成し、前記陽極と陰極との間に放電を起こす磁性手段とを備えた冷陰極電離真空計において、前記陽極の先端部に凹凸部が形成され、前記凹凸部は陰極の筒内の空間に配置されていることを特徴としている。
このように、陽極の先端部分に凹凸部が形成されているため、放電が生じやすく、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、測定を効率的に行なうことができる。
【００１０】
ここで、前記凹凸部は螺子部であることが望ましい。このように螺子部を形成することにより、螺子の山谷によって容易に凹凸部を形成することができる。
【００１１】
また、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、圧力を測定するチャンバーと連通した空間に設けられた筒状の陰極と、前記筒状の陰極の内部空間に配置された棒状の陽極と、前記陽極と陰極との間の電界にほぼ直交する磁界を形成し、前記陽極と陰極との間に放電を起こす磁性手段とを備えた冷陰極電離真空計において、前記陽極の両端に螺子部が形成され、前記陽極の一端の螺子部はコネクタに電気的に接続されると共に、他端の螺子部は陰極の筒内の空間に配置されていることを特徴としている。
【００１２】
このように、前記陽極の両端には螺子部が形成されているため、いずれか一端に形成された螺子部をコネクタに螺合することによって、陽極をコネクタに取り付けることができ、陽極の取り付け方向の制約を解消できる。
しかも、陽極の他端部の螺子部は、陰極の筒内の空間に配置されているため、放電が生じやすく、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い。
【００１３】
ここで、前記陽極の両端に形成された螺子部の長さは同一寸法であり、かつ前記両端の螺子部には同一ピッチの螺子が形成されていることが望ましい。
尚、前記陽極の両端に形成された螺子部の長さが異なる場合には、いずれの螺子部も、少なくともコネクタと螺合する螺子部以上の長さに形成するのが好ましい。
【００１４】
また、前記陽極の全長が２８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、その先端部に３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の螺子部が形成されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の冷陰極電離真空計によれば、放電が生じ易く、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いという効果を奏するものである。
また、本発明の冷陰極電離真空計によれば、陽極の取り付けの方向性がなく、容易に陽極を交換することができるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図１乃至図２に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明にかかる冷陰極電離真空計を示す概略構成図、図２は、図１に用いられている陽極の側面図である。なお、図５に示された部材と同一あるいは該部材に相当する部材は、同一の符号を付することによって、その詳細な説明は省略する。
【００１７】
本発明にかかる冷陰極電離真空計１は、図２に示すように、前記陽極の先端部に凹凸部である螺子部５ｂが形成されている点に特徴を有し、また陽極５の両端部に螺子部５ａ，５ｂが形成されている点に特徴を有している。
この陽極５の一端の螺子部５ａは、図１に示すコネクタ６の螺子部（図示せず）に螺合し、取り付けられる。そして、陽極５はコネクタ６に対して電気的に接続される。一方、陽極５の他端の螺子部５ｂは、フィードスルー（電流導入端子）１３を介して陰極２３の筒内の空間に配置される。
【００１８】
この陽極５及び陰極２３はエンクロージャ２２内に配置され、このエンクロージャ２２には、フランジ７及び前記フランジ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。
【００１９】
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５に電圧を印加する電源２６に接続され、更に前記電源２６は陽極５を流れる電流を測定する電流計２７に接続されている。
更にまた、このエンクロージャ２２は、カソード板４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。
【００２０】
また、このケース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。
【００２１】
更に、前記陽極５について、図２に基づいて詳述する。
図に示すように、陽極５の両端には螺子部５ａ，５ｂが形成され、その長さＡ，Ｂは同一寸法に形成されている。またこの螺子部５ａ，５ｂに形成された螺子は同一のピッチに形成されている。
このように、前記陽極５の両端に形成された螺子部５ａ，５ｂの長さＡ，Ｂが同一寸法であり、かつその螺子ピッチが同一である場合には、陽極５をコネクタ６に取り付ける際、陽極５の取り付けの方向性はなく、螺子部５ａ，５ｂのいずれかをコネクタ６に螺合させれば良く、容易に取り付けることができる。
【００２２】
また、前記陽極５の両端に形成された螺子部５ａ，５ｂは、陽極５をコネクタ６に対して確実に取り付けるため、コネクタ６に形成される螺子部（図示せず）の長さよりも長く形成されている。
更に、前記陽極５の両端に形成された螺子部５ａ、５ｂの長さＡ、Ｂが異なる場合には、いずれの螺子部５ａ、５ｂも、少なくともコネクタ６と螺合するのに充分な長さが必要である。
【００２３】
具体的には、コネクタに形成された螺子部が３ｍｍであるとき、前記陽極５全長Ｌが２８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、その先端部に３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の螺子部５ａ，５ｂが形成されているのが好ましい。また、螺子部５ａ，５ｂの螺子ピッチとしては１．６ｍｍ程度が好ましい。
【００２４】
尚、上記実施形態にあっては、ピラニ真空計８は補助圧力センサであるため、必ずしも設ける必要はない。
【実施例】
【００２５】
（実施例１）
次に、図１に示した冷陰極電離真空計に種々の陽極を用いて放電実験を行なった。
まず、陽極の直径１．６ｍｍ、材質としてモリブデンを用い、陽極を作成した。
陽極として全長Ｌが２７ｍｍ、２８ｍｍ、２９ｍｍ、３０ｍｍ、３１ｍｍの陽極を複数本用意し、陽極のコネクタと接続される端部に、コネクタとの接続のため、ピッチ１．６ｍｍ、長さ３ｍｍの螺子部を形成した。また、陽極の他端部に、螺子部を形成しない場合、ピッチ１．６ｍｍとし長さ３ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍの螺子部を形成した。
【００２６】
このようにして形成された陽極を冷陰極電離真空計に装着して放電実験を行なった。この放電実験は、チャンバー内の圧力を５．０×１０-6Ｐａとし、陽極に３ＫＶの電圧を印加し、夫々の電圧印加時から放電開始字までの時間を測定した。ここで、電圧印加時から５分経過後においても放電が開始しない場合には、放電が生じないこととした。そして、各陽極について、この放電実験を５回行なった。
尚、この冷陰極電離真空計の陰極の材質はＳＵＳ３０４であり、その内径は，２８ｍｍのものを用いて実験を行なった。
以下の表１に放電実験の結果を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表１中、×は、電圧印加後、５分以内に放電が生じなかった場合を示している。また、△は、５回の放電実験において、電圧印加後、５分以内に放電が生じた場合と、生じなかった場合があることを示している。○は４分以内に放電が生じた場合を示している。◎は、２分以内に放電が生じた場合を示している。＊◎は１分以内に放電が生じた場合を示している。
【００２９】
この表１からわかるように、陽極の先端部に螺子部を形成した場合、陽極の先端部に螺子部が形成されていない場合に比べて、放電が生じやすいことが認められた。また、前記陽極の全長Ｌが２８ｍｍ以上３１ｍｍ以下であり、その先端部に３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の螺子部が形成されている場合には、４分以内に放電が生じることが認められた。
【００３０】
（実施例２）
また、実施例１において用いた陽極を用いて、圧力―出力電圧特性を検証した。
陽極としては、実施例１と同様に、直径１．６ｍｍ、材質としてモリブデンを用いた陽極を作成した。また、陽極の全長Ｌは、２７ｍｍ、２８ｍｍ、２９ｍｍ、３０ｍｍ、３１ｍｍとし、陽極のコネクタと接続される端部に、コネクタとの接続のため、ピッチ１．６ｍｍ、長さ３ｍｍの螺子部を形成し、陽極の他端部には、ピッチ１．６ｍｍとし長さ３ｍｍの螺子部を形成した。
このようにして形成された陽極を、図３に示す冷陰極電離真空計１に装着して、圧力―出力電圧特性を検証した。ここで、チャンバー３０内の基準圧力は図示しない圧力計で測定し、また電源として直流電源３ｋｖを用い、陰極２３の電流を電流測定回路で測定した。この測定電流はログアンプに入力され、ログアンプの電圧出力（ｖ）の結果と、基準圧力（Ｐａ）の結果をグラフ化し、その関係を調べた。この結果を図４に示す。
尚、図４中、符号Ａが全長３１ｍｍの陽極、符号Ｂが全長３０ｍｍの陽極、符号Ｃが全長２９ｍｍの陽極、符号Ｄが全長２８ｍｍの陽極、符号Ｅが全長２７ｍｍの陽極の場合を示している。
【００３１】
図４に示すように、全長２７ｍｍの陽極の場合（符号Ｅの場合）、ポイントｂにおいて基準圧力に対する出力電圧が安定せず、乱れる部分を有していることが判明した。また、全長３１ｍｍの陽極の場合（符号Ａの場合）は、ポイントａにおいて基準圧力に対する出力電圧が安定せず、乱れる部分を有していることが判明した。このような陽極を用いて測定した場合、適正な圧力値を得ることができないため、好ましくない。
一方、全長２８ｍｍ乃至３０ｍｍの陽極は、基準圧力に対する出力電圧が安定しており、出力電圧から適正な圧力値を得ることができる。
【００３２】
以上のように、放電特性の観点からは、前記陽極の全長が２８ｍｍ以上３１ｍｍ以下であることが好ましく、一方、圧力―出力電圧特性の観点からすれば、前記陽極の全長が２８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。
したがって、両者を考慮すると、前記陽極の全長が２８ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、その先端部に３ｍｍ以上１０ｍｍ以下の螺子部が形成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明にかかる冷陰極電離真空計を示す概略構成図である。
【図２】図１の冷陰極電離真空計に用いられている陽極の側面図である。
【図３】基準圧力に対する出力電圧の測定を説明するための概略図である。
【図４】基準圧力に対する出力電圧の特性図である。
【図５】従来の冷陰極電離真空計を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      冷陰極電離真空計
２      ケース
３ａ    回路基板
３ｂ    回路基板
３ｃ    回路基板
４      カソード板
５      陽極
５ａ    螺子部
５ｂ    螺子部
６      コネクタ
２２    エンクロージャ
２３    陰極
２５ａ  磁石
２５ｂ  磁石
【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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