(57)【要約】【課題】  圧電素子の一端の変位を許容し他端の変位を低減することで、正確に圧力測定することができる真空計を提供すること。【解決手段】  真空計は、外圧により変位するダイヤフラム４０と、軸方向Ａの一端に開口部２１を有する第１筒状体２０と、軸方向で第１筒状体２０Ａと連結され、第１筒状体２２と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体３０と、を含み、ダイヤフラム４０により開口部２１が封止される気密容器と、軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、可動端部がダイヤフラム４０と一体で変位するように固定され、気密容器内にて軸方向に沿って配置される圧電素子５０と、を有する。第１筒状体２０Ａは、圧電素子５０の固定端部が固定される固定部２２Ａを一体的に有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外圧により変位するダイヤフラムと、
軸方向の一端に開口部を有する第１筒状体と、前記軸方向で前記第１筒状体と連結され、前記第１筒状体と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体と、を含み、前記ダイヤフラムにより前記開口部が封止される気密容器と、
前記軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記軸方向に沿って配置される圧電素子と、
を有し、
前記第１筒状体は、前記圧電素子の前記固定端部が固定される固定部を一体的に有することを特徴とする真空計。
【請求項２】
請求項１に記載の真空計において、
前記固定部は、前記第１筒状体に一体固定される基端部より前記軸方向に沿って前記気密容器の内方の自由端部まで延びる補強部を含み、前記圧電素子の前記固定端部が前記自由端部に固定され、
前記軸方向と直交する前記固定部の横断面では、前記圧電素子が配置される中空部の周囲に、を満たすとき前記補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って配置され、前記補強部は前記中空部と連通する切り欠き部を有することを特徴とする真空計。
【請求項３】
外圧により変位するダイヤフラムと、
軸方向の一端に開口部を有する第１筒状体と、前記軸方向で前記第１筒状体と連結され、前記第１筒状体と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体と、を含み、前記ダイヤフラムにより前記開口部が封止される気密容器と、
前記軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記軸方向に沿って配置される圧電素子と、
前記第１筒状体に連結される基端部より前記軸方向に沿って前記気密容器の内方の自由端部まで延びる補強部を含み、前記圧電素子の前記固定端部が前記自由端部に固定される固定部と、
を有し、
前記軸方向と直交する前記固定部の横断面では、前記圧電素子が配置される中空部の周囲に、前記補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って配置され、前記補強部は前記中空部と連通する切り欠き部を有することを特徴とする真空計。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の真空計において、
前記圧電素子の前記可動端部と前記ダイヤフラムとを接合する接合部をさらに有し、
前記固定部及び前記接合部の各々は、前記軸方向に延びる少なくとも一つの孔をさらに有し、前記固定部に設けられた前記少なくとも一つの孔と、前記接合部に設けられた前記少なくとも一つの孔とは、前記軸方向から見た平面視で重なることを特徴とする真空計。
【請求項５】
請求項４に記載の真空計において、
前記接合部に設けられた前記少なくとも一つの孔は、前記ダイヤフラムが位置する側に底部を有する非貫通の孔であることを特徴とする真空計。
【請求項６】
請求項２または３に記載の真空計において、
前記圧電素子の前記可動端部と前記ダイヤフラムとを接合する接合部をさらに有し、
前記圧電素子の前記固定端部は前記軸方向と平行な第１平面を含み、
前記固定部は、前記切り欠き部と対向する位置に、前記第１平面と接合される第２平面を含み、
前記圧電素子の前記可動端部は前記軸方向と平行な第３平面を含み、
前記接合部は、前記切り欠き部と対向する位置に、前記第３平面と接合される第４平面を含むことを特徴とする真空計。
【請求項７】
外圧により変位するダイヤフラムと、
軸方向の一端に開口部を有する第１筒状体と、前記軸方向で前記第１筒状体と連結され、前記第１筒状体と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体と、を含み、前記ダイヤフラムにより前記開口部が封止される第１気密容器と、
前記軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記固定端部が前記第１筒状体側に固定されて、前記第１気密容器内にて前記軸方向に沿って配置される圧電素子と、
前記第１気密容器のうち少なくとも前記圧電素子が配置される領域の周囲に配置される第２気密容器と、
前記第１気密容器と前記第２気密容器との間に形成される真空断熱部と、
を有することを特徴とする真空計。
【請求項８】
外圧により変位する第１ダイヤフラムと、
前記外圧により変位する第２ダイヤフラムと、
第１軸方向の一端に第１開口部を有する第１筒状体と、第２軸方向の一端に第２開口部を有する第２筒状体と、前記第１筒状体及び前記第２筒状体と連結される第３筒状体と、を含み、前記第１ダイヤフラムにより前記第１開口部が封止され、前記第２ダイヤフラムにより前記第２開口部が封止される第１気密容器と、
前記第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第１ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記第１気密容器内にて前記第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子と、
前記第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第２ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記第１気密容器内にて前記第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子と、
前記第１気密容器のうち少なくとも前記第１，第２圧電素子が配置される領域の周囲に配置される第２気密容器と、
前記第１気密容器と前記第２気密容器との間に形成される真空断熱部と、
を有し、
前記第１ダイヤフラムは第１圧力範囲の圧力に応答して変位し、
前記第２ダイヤフラムは、前記第１圧力範囲よりも低圧側を含む第２圧力範囲の圧力に、前記第１ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位することを特徴とする真空計。
【請求項９】
請求項７または８に記載の真空計において、
前記真空断熱部は、前記真空計の検出対象である真空部と連通されることを特徴とする真空計。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項において、
前記ダイヤフラムが、前記第１筒状体の内方に過度に移動することを規制するストッパーをさらに有することを特徴とする真空計。
【請求項１１】
外圧により変位する第１ダイヤフラムと、
前記外圧により変位する第２ダイヤフラムと、
第１軸方向の一端に第１開口部を有する第１筒状体と、第２軸方向の一端に第２開口部を有する第２筒状体と、前記第１筒状体及び前記第２筒状体と連結される第３筒状体と、
を含み、前記第１ダイヤフラムにより前記第１開口部が封止され、前記第２ダイヤフラムにより前記第２開口部が封止される気密容器と、
前記第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第１ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子と、
前記第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第２ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子と、
を有し、
前記第１筒状体は、前記第１圧電素子の前記固定端部が固定される第１固定部を一体的に有し
前記第２筒状体は、前記第２圧電素子の前記固定端部が固定される第２固定部を一体的に有し、
前記第１ダイヤフラムは第１圧力範囲の圧力に応答して変位し、
前記第２ダイヤフラムは、前記第１圧力範囲よりも低圧側を含む第２圧力範囲の圧力に、前記第１ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位することを特徴とする真空計。
【請求項１２】
外圧により変位する第１ダイヤフラムと、
前記外圧により変位する第２ダイヤフラムと、
第１軸方向の一端に第１開口部を有する第１筒状体と、第２軸方向の一端に第２開口部を有する第２筒状体と、前記第１筒状体及び前記第２筒状体と連結される第３筒状体と、を含み、前記第１ダイヤフラムにより前記第１開口部が封止され、前記第２ダイヤフラムにより前記第２開口部が封止される気密容器と、
前記第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第１ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子と、
前記第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第２ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子と、
前記第１筒状体に連結される第１基端部より前記第１軸方向に沿って前記気密容器の内方の第１自由端部まで延びる第１補強部を含み、前記第１圧電素子の前記固定端部が前記第１自由端部に固定される第１固定部と、
前記第２筒状体に連結される第２基端部より前記第２軸方向に沿って前記気密容器の内方の第２自由端部まで延びる第２補強部を含み、前記第２圧電素子の前記固定端部が前記第２自由端部に固定される第２固定部と、
を有し、
前記第１軸方向と直交する前記第１固定部の横断面では、前記第１圧電素子が配置される第１中空部の周囲に、前記第１補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って配置され、前記第１補強部は前記第１中空部と連通する第１切り欠き部を有し、
前記第２軸方向と直交する前記第２固定部の横断面では、前記第２圧電素子が配置される第２中空部の周囲に、前記第２補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲に亘って配置され、前記第２補強部は前記第２中空部と連通する第２切り欠き部を有し、
前記第１ダイヤフラムは第１圧力範囲の圧力に応答して変位し、
前記第２ダイヤフラムは、前記第１圧力範囲よりも低圧側を含む第２圧力範囲の圧力に、前記第１ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位することを特徴とする真空計。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の真空計において、
前記第２圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第２ダイヤフラムの変位を規制するストッパー部をさらに有することを特徴とする真空計。
【請求項１４】
外圧導入管と、
前記外圧導入管により導入される外圧により変位するダイヤフラムと、
一端が前記ダイヤフラムに接続される圧電素子と、
前記圧電素子の他端及び前記ダイヤフラムの周縁が固定支持され、前記外圧導入管と連結される内部構造体と、
前記外圧導入管の自由端側の一部を外部に露出させて前記外圧導入管と連結され、前記外圧導入管の他の一部及び前記内部構造体を包囲する気密容器と、
を有し、
前記気密容器の内側は真空引きされた真空断熱部であり、
外部熱を前記内部構造体に伝達する前記外圧導入管の少なくとも一部は、２〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する材質にて形成されていることを特徴とする真空計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空計等に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電素子を用いた物理量検出器が知られている。特許文献１は、両端に基部を設けた圧電素子と、この圧電素子を収納する気密容器（ハウジング）とを有する物理量検出器を開示している。ハウジングは、ダイヤフラムを固定するリング部と、リング部より突出して設けられた突出部と、突出部から垂直方向に延びる２つの柱部材と、２つの柱部材の自由端部を結ぶ梁部材と、を有する。圧電素子の一方の基部がダイヤフラムに固定され、圧電素子の他方の基部が梁部材に固定される。ダイヤフラムに外圧が作用すると、外圧に応じて圧電素子が圧縮又は伸長される。それにより、ダイヤフラムが受けた圧力に応じて圧電素子の共振周波数が変化し、共振周波数に基づいて圧力を高精度に検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１０４７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のような構造の物理量検出器では、特にダイヤフラムに作用する正または負の圧力が大きい場合や、外部温度変化が大きい場合には、測定精度が悪化するという課題があった。
【０００５】
本発明の幾つかの態様は、圧電素子の一端の変位を許容し他端の変位を低減することで、正確に真空度を測定することができる真空計を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の他の幾つかの態様は、外部温度変化の影響を抑制して、正確に真空度を測定することができる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】
【０００７】
（１）本発明の一態様は、
外圧により変位するダイヤフラムと、
軸方向の一端に開口部を有する第１筒状体と、前記軸方向で前記第１筒状体と連結され、前記第１筒状体と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体と、を含み、前記ダイヤフラムにより前記開口部が封止される気密容器と、
前記軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記軸方向に沿って配置される圧電素子と、
を有し、
前記第１筒状体は、前記圧電素子の前記固定端部が固定される固定部を一体的に有する真空計に関する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、圧電素子が封入される気密容器は、組み立て上の必要から第１，第２筒状体の連結構造から成る。つまり、第１筒状体の状態で圧電素子を取り付けた後に、第１筒状体と第２筒状体とを連結して容器を形成することで、真空計の組立作業性が高まる。ダイヤフラムにより封止される開口部を有する第１筒状体に固定部が一体的に形成される。こうすると、圧電素子の可動端部はダイヤフラムと共に変位する一方で、圧電素子の固定端部は第１筒状体と一体の固定部に固定されて変位しない。そのため、圧電素子はダイヤフラムの変位に基づいてダイヤフラムに作用する圧力を精度よく検出することができる。従来、２つの柱部材の自由端部に固定された梁部材がダイヤフラムと共に変位し易く、ダイヤフラム及び梁部材にそれぞれ固定される圧電素子の両端部が変位してしまう結果、圧力測定精度が悪化していた。本発明の一態様により、固定部の自由端部が変位してしまうという問題が解消される。
【０００９】
（２）本発明の他の態様は、
外圧により変位するダイヤフラムと、
軸方向の一端に開口部を有する第１筒状体と、前記軸方向で前記第１筒状体と連結され、前記第１筒状体と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体と、を含み、前記ダイヤフラムにより前記開口部が封止される気密容器と、
前記軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記軸方向に沿って配置される圧電素子と、
前記第１筒状体に連結される基端部より前記軸方向に沿って前記気密容器の内方の自由端部まで延びる補強部を含み、前記圧電素子の前記固定端部が前記自由端部に固定される固定部と、
を有し、
前記軸方向と直交する前記固定部の横断面では、前記圧電素子が配置される中空部の周囲に、前記補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って配置され、前記補強部は前記中空部と連通する切り欠き部を有することができる。
【００１０】
本発明の他の態様においても、圧電素子が封入される気密容器は、組み立て上の必要から第１，第２筒状体の連結構造から成る。第１筒状体と一体又は別体の固定部は、第１筒状体に連結される基端部より軸方向に沿って気密容器の内方の自由端部まで延びる補強部を有する。この補強部は、圧電素子が配置される中空部の周囲に、（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って形成される。つまり、固定部は、圧電素子の周囲の１８０°以上で３６０°より狭い角度範囲に亘って補強部を有するので、本発明の一態様のように固定部を必ずしも第１筒状体と一体で形成せずに別体として第１筒状体に連結させる場合でも、補強部が変形することを抑制できる。そのため、ダイヤフラムに作用する正または負の圧力が大きい場合でも、圧電素子の固定端部は第１筒状体に対して変位しない。こうして、圧電素子はダイヤフラムの変位に基づいてダイヤフラムに作用する圧力を精度よく検出することができる。また、第１筒状体とは別体の固定部とする場合には、第１筒状体と連結される基端部の面積を十分に確保できるので、連結強度も高めることができる。また、固定部は中空部と連通する切り欠き部を有することから、圧電素子を固定部に固定させるために切り欠き部を利用することができ、組み立て作業性も確保される。なお、上述した固定部の形状は、容器と一体で形成される本発明の一態様の固定部に適用しても良い。
【００１１】
（３）本発明の一態様及び他の態様では、
前記圧電素子の前記可動端部と前記ダイヤフラムとを接合する接合部をさらに有し、
前記固定部及び前記接合部の各々は、前記軸方向に延びる少なくとも一つの孔をさらに有し、前記固定部に設けられた前記少なくとも一つの孔と、前記接合部に設けられた前記少なくとも一つの孔とは、前記軸方向から見た平面視で重ならせることができる。
【００１２】
こうすると、固定部及び接合部は平面視で各孔が重なることで組み立て精度が高くなる結果、ダイヤフラムに対する圧電素子の取付精度（例えばダイヤフラムの主面に対して圧電素子が垂直）が高まる。組み立て時には、各孔に位置決め軸を通すことで、各孔が平面視で重なる状態で固定部及び接合部は位置決めされる。なお、本発明の一態様では第１筒状体と一体の固定部に対して、孔を用いて接合部を位置決めすることができる。本発明の他の態様では、予めダイヤフラムに位置決め固定される接合部に対して、孔を用いて固定部を位置決めすることができる。
【００１３】
（４）この場合において、前記接合部に設けられた前記少なくとも一つの孔は、前記ダイヤフラムが位置する側に底部を有する非貫通の孔とすることができる。非貫通の孔に位置決め軸を挿入すると、接合部をダイヤフラムに固定する際に位置決め軸の自重を錘として利用することができる。
【００１４】
（５）本発明の一態様及び他の態様では、
前記圧電素子の前記可動端部と前記ダイヤフラムとを接合する接合部をさらに有し、
前記圧電素子の前記固定端部は前記軸方向と平行な第１平面を含み、
前記固定部は、前記切り欠き部と対向する位置に、前記第１平面と接合される第２平面を含み、
前記圧電素子の前記可動端部は前記軸方向と平行な第３平面を含み、
前記接合部は、前記切り欠き部と対向する位置に、前記第３平面と接合される第４平面を含むことができる。
【００１５】
こうすると、切り欠き部を介して圧電素子を固定部の中空部に配置させることができる。あるいは、圧電素子の可動端部及び固定端部を接合部及び固定部に固定する時に、切り欠き部を介して圧電素子に錘の荷重を作用させることができる。こうして、真空計の組み立て性を向上させることができる。
【００１６】
（６）本発明のさらに他の態様は、
外圧により変位するダイヤフラムと、
軸方向の一端に開口部を有する第１筒状体と、前記軸方向で前記第１筒状体と連結され、前記第１筒状体と連結されない側の端部が閉鎖された第２筒状体と、を含み、前記ダイヤフラムにより前記開口部が封止される第１気密容器と、
前記軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記固定端部が前記第１筒状体側に固定されて、前記第１気密容器内にて前記軸方向に沿って配置される圧電素子と、
前記第１気密容器のうち少なくとも前記圧電素子が配置される領域の周囲に配置される第２気密容器と、
前記第１気密容器と前記第２気密容器との間に形成される真空断熱部と、
を有する真空計に関する。
【００１７】
本発明のさらに他の態様によれば、圧電素子が配置される第１気密容器と、圧電素子が配置される領域を囲う第１気密容器の周囲に配置される第２気密容器との間に真空断熱部を設けることで、圧電素子が受ける外部温度変化の影響を抑制して、正確に圧力測定することができる。この場合、第１気密容器は本発明の一態様または他の態様の構造に限定される必要はなく、圧電素子の固定端部が固定される固定部は、第１筒状体と一体または別体であるかは問わず、圧電素子の固定端部が結果として第１筒状体側に固定されていれば良い。また、固定部の構造も、本発明の他の態様に定義された補強部を有するものに限定されない。
【００１８】
（７）本発明のさらに他の態様は、
外圧により変位する第１ダイヤフラムと、
前記外圧により変位する第２ダイヤフラムと、
第１軸方向の一端に第１開口部を有する第１筒状体と、第２軸方向の一端に第２開口部を有する第２筒状体と、前記第１筒状体及び前記第２筒状体と連結される第３筒状体と、を含み、前記第１ダイヤフラムにより前記第１開口部が封止され、前記第２ダイヤフラムにより前記第２開口部が封止される第１気密容器と、
前記第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第１ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記第１気密容器内にて前記第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子と、
前記第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第２ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記第１気密容器内にて前記第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子と、
前記第１気密容器のうち少なくとも前記第１，第２圧電素子が配置される領域の周囲に配置される第２気密容器と、
前記第１気密容器と前記第２気密容器との間に形成される真空断熱部と、
を有し、
前記第１ダイヤフラムは第１圧力範囲の圧力に応答して変位し、
前記第２ダイヤフラムは、前記第１圧力範囲よりも低圧側を含む第２圧力範囲の圧力に、前記第１ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位する真空計に関する。
【００１９】
本発明のさらに他の態様によれば、第１，第２圧電素子により検出可能な圧力範囲が第１，第２圧力範囲に拡大される。その際、第１，第２圧電素子が配置される第１気密容器と、第１，第２圧電素子が配置される領域を囲う第１気密容器の周囲に配置される第２気密容器との間に真空断熱部を設けることで、第１，第２圧電素子が受ける外部温度変化の影響を抑制して、正確に圧力測定することができる。
【００２０】
（８）本発明のさらに他の態様では、前記真空断熱部は、前記真空計の検出対象である真空部と連通されてもよい。これにより、真空断熱部を検出対象により真空状態とすることができる。
【００２１】
（９）本発明の一態様、他の態様及びさらに他の態様では、前記ダイヤフラムが、前記第１筒状体の内方に過度に移動することを規制するストッパーをさらに有することができる。気密容器内が検出対象圧力よりも低い圧力とされる場合、この真空計で測定される圧力の上限（例えば計測可能な真空度の上限である低真空度や大気圧）をストッパーにより設定することができる。この場合、ストッパーは、ダイヤフラムの移動を規制しても良いし、圧電素子の移動（可動端部の移動）を規制しても良い。また、ストッパーは、容器（第１筒状体）、固定部または接合部のいずれかに設けることができる。
【００２２】
（１０）本発明のさらに他の態様は、
外圧により変位する第１ダイヤフラムと、
前記外圧により変位する第２ダイヤフラムと、
第１軸方向の一端に第１開口部を有する第１筒状体と、第２軸方向の一端に第２開口部を有する第２筒状体と、前記第１筒状体及び前記第２筒状体と連結される第３筒状体と、を含み、前記第１ダイヤフラムにより前記第１開口部が封止され、前記第２ダイヤフラムにより前記第２開口部が封止される気密容器と、
前記第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第１ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子と、
前記第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第２ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子と、
を有し、
前記第１筒状体は、前記第１圧電素子の前記固定端部が固定される第１固定部を一体的に有し
前記第２筒状体は、前記第２圧電素子の前記固定端部が固定される第２固定部を一体的に有し、
前記第１ダイヤフラムは第１圧力範囲の圧力に応答して変位し、
前記第２ダイヤフラムは、前記第１圧力範囲よりも低圧側を含む第２圧力範囲の圧力に、前記第１ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位する真空計に関する。
【００２３】
本発明のさらに他の態様によれば、第１，第２圧電素子の各々が本発明の一態様に従って固定されるので、第１，第２圧力範囲の圧力を精度よく検出することができる。
【００２４】
（１１）本発明のさらに他の態様は、
外圧により変位する第１ダイヤフラムと、
前記外圧により変位する第２ダイヤフラムと、
第１軸方向の一端に第１開口部を有する第１筒状体と、第２軸方向の一端に第２開口部を有する第２筒状体と、前記第１筒状体及び前記第２筒状体と連結される第３筒状体と、を含み、前記第１ダイヤフラムにより前記第１開口部が封止され、前記第２ダイヤフラムにより前記第２開口部が封止される気密容器と、
前記第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第１ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子と、
前記第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、前記可動端部が前記第２ダイヤフラムと一体で変位するように固定され、前記気密容器内にて前記第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子と、
前記第１筒状体に連結される第１基端部より前記第１軸方向に沿って前記気密容器の内方の第１自由端部まで延びる第１補強部を含み、前記第１圧電素子の前記固定端部が前記第１自由端部に固定される第１固定部と、
前記第２筒状体に連結される第２基端部より前記第２軸方向に沿って前記気密容器の内方の第２自由端部まで延びる第２補強部を含み、前記第２圧電素子の前記固定端部が前記第２自由端部に固定される第２固定部と、
を有し、
前記第１軸方向と直交する前記第１固定部の横断面では、前記第１圧電素子が配置される第１中空部の周囲に、前記第１補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って配置され、前記第１補強部は前記第１中空部と連通する第１切り欠き部を有し、
前記第２軸方向と直交する前記第２固定部の横断面では、前記第２圧電素子が配置される第２中空部の周囲に、前記第２補強部が（３６０／Ｎ）°の範囲に亘って配置され、前記第２補強部は前記第２中空部と連通する第２切り欠き部を有し、
前記第１ダイヤフラムは第１圧力範囲の圧力に応答して変位し、
前記第２ダイヤフラムは、前記第１圧力範囲よりも低圧側を含む第２圧力範囲の圧力に、前記第１ダイヤフラムよりも高い分解能にて応答して変位する真空計に関する。
【００２５】
本発明のさらに他の態様によれば、第１，第２圧電素子の各々が本発明の他の態様に従って固定されるので、第１，第２圧力範囲の圧力を精度よく検出することができる。
【００２６】
（１２）上述した（１０）または（１１）の態様では、前記第２圧力範囲の上限よりも高い圧力が作用した時に、前記第２ダイヤフラムの変位を規制するストッパー部をさらに有することができる。
【００２７】
同一圧力下では第１ダイヤフラムよりも高い分解能で応答して変位する第２ダイヤフラムは、過度に変位量が大きくなる場合には、ストッパー部にて第２ダイヤフラムの変位を規制できる。よって、ストッパー部により第２圧力範囲の上限を機械的に設定でき、第２ダイヤフラムを第２圧力範囲内にて的確に動作させることができる。また、第２ダイヤフラムに過度に高い圧力が作用しても、第２ダイヤフラムが破損することを防止できる。
【００２８】
（１３）本発明のさらに他の態様は、
外圧導入管と、
前記外圧導入管により導入される外圧により変位するダイヤフラムと、
一端が前記ダイヤフラムに接続される圧電素子と、
前記圧電素子の他端及び前記ダイヤフラムの周縁が固定支持され、前記外圧導入管と連結される内部構造体と、
前記外圧導入管の自由端側の一部を外部に露出させて前記外圧導入管と連結され、前記外圧導入管の他の一部及び前記内部構造体を包囲する気密容器と、
を有し、
前記気密容器の内側は真空引きされた真空断熱部であり、
外部熱を前記内部構造体に伝達する前記外圧導入管の少なくとも一部は、２〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する材質にて形成されている真空計に関する。
【００２９】
本発明の他の態様によれば、真空断熱部を区画する気密容器の内外に延びる外圧導入管を有する場合、真空断熱部より対流伝熱を抑制すると共に、少なくとも一部が２〜１０Ｗ／ｍ・Ｋの低熱伝導率を有する材質で形成された外圧導入管により固体熱伝達を抑制することで、圧電素子が受ける外部温度変化の影響を抑制して、正確に圧力測定することができる。こうすると、周囲温度を２０秒間に２５℃から３０℃に昇温させた時の圧電素子付近の温度上昇速度を５×１０−3（℃／ｓｅｃ）以下とすることができる。それにより、少なくとも０．０１℃の温度精度で約２秒に１回の温度補正が可能となり、リアルタイムで温度補正に追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る真空計の断面図である。
【図２】図２（Ａ）（Ｂ）は、第１筒状体にダイヤフラムを取り付けた状態を示す平面図及び断面図である。
【図３】図３（Ａ）（Ｂ）は、第１筒状体に接合部を位置決め固定した状態を示す平面図及び断面図である。
【図４】接合部と固定部とに圧電素子を固定した状態を示す図である。
【図５】圧電素子の一例である双音叉振動子を示す図である。
【図６】第２筒状体と第３筒状体とを第１筒状体に溶接する状態を示す図である。
【図７】第１筒状体と第２筒状体とにより気密容器を形成する状態を示す図である。
【図８】図８（Ａ）（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る真空計の第１筒状体にダイヤフラムを取り付けた状態を示す平面図及び断面図である。
【図９】図９（Ａ）（Ｂ）は、第１筒状体に接合部を位置決め固定した状態を示す平面図及び断面図である。
【図１０】図１０（Ａ）（Ｂ）は、ダイヤフラムに溶接された接合部に位置決め軸を配置した状態を示す平面図及び断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）（Ｂ）は、位置決め軸により固定部を位置決めして第１筒状体に溶接する状態を示す平面図及び断面図である。
【図１２】圧電素子が配置される第１気密容器と、第２気密容器との間の空間を真空断熱部とした本発明の第３実施形態を示す断面図である。
【図１３】図１２に示す真空計とは測定範囲が異なる他の真空計の断面図である。
【図１４】図１２に示す真空計と図１３に示す真空計とを一つの容器に収容した本発明の第４実施形態を示す断面図である。
【図１５】接合部にストッパー部を設けた本発明の第５実施形態を示す断面図である。
【図１６】第１筒状体にストッパー部を設けた本発明の第５実施形態を示す断面図である。
【図１７】固定部に設けたストッパー部によりダイヤフラムを規制する本発明の第５実施形態を示す断面図である。
【図１８】固定部に設けたストッパー部により接合部を規制する本発明の第５実施形態を示す断面図である。
【図１９】真空断熱部と低熱伝達材質の外圧導入管とを組み合わせた本発明の第６実施形態を示す断面図である。
【図２０】外気温を２０秒間に２５℃から３０℃に昇温させた時の、第６実施形態と比較例の真空計の温度変化を示す特性図である。
【図２１】外気温を２０秒間に２５℃から３０℃に昇温させた時の、第６実施形態と他の比較例の真空計の温度変化を示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３２】
１．第１実施形態
図１は、本発明の一実施形態に係る真空計の断面図である。真空計は気密容器１０を有する。気密容器１０は、第１筒状体２０Ａと第２筒状体３０とを軸方向Ａで連結して構成される。第１筒状体２０Ａは、軸方向Ａの一端に開口部２１を有する。第２筒状体３０は、第１筒状体２０Ａと連結されない側の端部が隔壁３１により閉鎖される。そして、第１筒状体２０Ａの開口部２１がダイヤフラム４０により封止されることで、第１筒状体２０Ａと第２筒状体３０との連結構造が気密容器１０となる。この気密容器１０内には圧電素子５０が配置される。
【００３３】
以下、図２〜図をも参照して、真空計の構造を組み立て順に従って説明する。図２（Ａ）（Ｂ）は第１筒状体２０Ａの平面図及び断面図である。第１筒状体２０Ａの開口部２１を封止するダイヤフラム４０は、例えばレーザー溶接等によって第１筒状体２０Ａに固定される。第１筒状体２０Ａは、圧電素子５０の固定端部（図１に示す軸方向Ａの上端部）が固定される固定部２２Ａを一体的に有する。
【００３４】
固定部２２Ａは、第１筒状体２０Ａに一体固定される基端部２３より軸方向Ａに沿って気密容器１０の内方の自由端部２４まで延びる補強部２５を含むことができる。自由端部２４を除く補強部２５は肉厚ｔの筒状体であり、自由端部２４はその筒状体の一端に配置される天井壁に相当する。自由端部２４に、圧電素子５０の固定端部を接合する接合面（第２平面）２６を有する。基端部２３及び自由端部２４を含む補強部２５は、圧電素子５０が配置される中空部（補強部２５の内部空間）の周囲に、θ＝（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って配置される。つまり、補強部２５は、圧電素子５０の周囲にて１８０°以上で３６０°より狭い角度範囲に亘って配置される。換言すれば、固定部２２Ａは、平面視で（３６０°−θ）の角度範囲の切り欠き部２７を有し、この切り欠き部２７は中空部（補強部２５の内部空間）に連通している。本実施形態では、例えばθ＝２７０°とし、切り欠き部２７は平面視で（３６０°−θ）＝９０°の角度範囲に形成される。また、自由端部２４には、図１の軸方向Ａに沿って貫通する少なくとも一つ例えば２つの孔２８Ａ，２８Ｂが形成される。
【００３５】
図３（Ａ）（Ｂ）は、治具２００に保持された第１筒状体２０Ａに接合部６０を固定する状態を示す平面図及び断面図である。図３（Ｂ）に示すように、第１筒状体２０Ａの自由端部２４に形成された２つの孔２８Ａ，２８Ｂにはそれぞれ位置決め軸２０１が挿入されている。接合部６０にも、第１筒状体２０Ａの自由端部２４と同様に２つの孔（図示しないが、平面視にて図３（Ａ）の２つの孔２８Ａ，２８Ｂと重なる２つの孔で、図８（Ａ）に示す２つの孔６２ａ，６２ｂと同じ）が設けられ、これら２つの孔にも図３（Ｂ）に示す状態で位置決め軸２０１の下端部が挿入される。こうして、接合部６０は第１筒状体２０Ａに対して位置決めされる。図３（Ｂ）に示す状態で、接合部６０はダイヤフラム４０と例えば接着される。その際、接合部６０に設けられた２つの孔は、ダイヤフラム４０が位置する側に底部を有する非貫通の孔とすることができる。非貫通の孔に位置決め軸２０１を挿入すると、接合部６０をダイヤフラム４０に固定する際に位置決め軸２０１の自重を錘として利用することができる。２本の位置決め軸２０１の自重に加えて、２本の位置決め軸２０１に追加の錘を連結しても良い。接合部６０は、圧電素子５０の可動端部（図１に示す軸方向Ａの下端部）が接合される接合面（第４平面）６１を有し、上述した組み立てにより接合部６０の接合面６１と第１筒状体２０Ａの接合面２６とは、同一線上で平行に配置される。
【００３６】
図４は、圧電素子５０の取り付け工程を示している。ここで、圧電素子５０は単結晶の水晶板から成り、図５に示すように一対の振動アーム５１ａ，５１ｂの両端に一対の基部５２ａ，５２ｂを有する双音叉振動子とすることができる。図４では、一方の基部５２ａの第１平面が可動端部として接合部６０の接合面（第２平面）６１と接着され、他方の基部５２ｂの第３平面が固定端部として固定部２２Ａの接合面（第４平面）２６と接着される。このとき、第１筒状体２０Ａには図２（Ａ）に示すように９０°（＝３６０°−θ）に亘って切り欠き部２７が設けられているので、圧電素子５０の配置や、接着時の圧電素子５０への錘の作用を、切り欠き部２７を介して行うことができ、作業性が良い。
【００３７】
図６は、第２筒状体３０と第３筒状体７０とを、溶接治具２０２により第１筒状体２０Ａに溶接する状態を示している。第２筒状体３０は第１筒状体２０Ａの上部に溶接固定され、第３筒状体７０は第２筒状体３０の下部であって第１筒状体２０Ａを包囲する位置に溶接固定される。第３筒状体７０には、筒部の内外を連通させる複数の孔７１が形成される。
【００３８】
図７は、第１筒状体２０Ａと第２筒状体３０とにより気密容器１０を形成する状態を示す図である。図７に示すように、第２筒状体３０に隔壁３１が例えば溶接固定される。隔壁３１の一つの機能は、第１筒状体２０Ａと第２筒状体３０とにより区画される空間を気密に封止し、かつ、圧力測定範囲の下限の圧力よりも好ましくは二桁以上低い圧力に維持することである。このため、第１筒状体２０Ａと第２筒状体３０とにより区画される気密空間は、隔壁３１を介して真空排気されると共に、気密空間内に配置されるゲッター剤により所定の真空度に設定される。隔壁３１の他の一つの機能は、圧電素子５０からの配線を気密状態で取り出すことである。ここで、図５に示す圧電素子５０には図示しない一対の励振電極が設けられており、図７ではこの一対の励振電極に接続される配線３２ａ，３２ｂが隔壁３１を介して気密状態で取り出される。また、図７に示すように、第１〜第３筒状体２０Ａ，３０，７０の周囲に、空間を隔てて第４筒状体８０が配置され、その上端部が第２筒状体３０と溶接される。
【００３９】
図２〜図７に示す工程を経て組み立てられる真空計は、図１に示すように、２本の配線３２ａ，３２ｂが接続される回路基板９０，９１と、この回路基板９０，９１を囲んで隔壁３１に固定される第５筒状体１００と、第４筒状体８０に固定されるフランジ１１０と、を有することができる。フランジ１１０が、この真空計の検出対象である圧力が作用するチャンバーまたは配管に連結されることで、ダイヤフラム４０に検出対象の圧力が作用される。
【００４０】
ここで、回路基板９０，９１及び配線３２ａ，３２ｂを介して圧電素子５０の一対の励振電極間に電圧を印加することにより、図５に示す一対の振動アーム５１ａ，５１ｂを固有の共振周波数で励振させることができる。
【００４１】
そして、一対の基部５２ａ、５２ｂのうち一方の基部５２ｂが気密容器１０に固定部２２Ａを介して固定される一方で、他方の基部５２ａが外圧が作用するダイヤフラム４０と共に変位する。それにより、圧電素子５０が圧縮応力（一対の基部５２ａ、５２ｂが接近する方向の応力）を受けると、共振周波数が小さくなる。逆に、圧電素子５０が引張応力（一対の基部５２ａ、５２ｂが離間する方向の応力）を受けると、共振周波数が大きくなる。そのため、このような共振周波数に基づいて、圧力を高精度に検出することができる。
【００４２】
本実施形態によれば、ダイヤフラム４０により封止される開口部２１を有する第１筒状体２０Ａに固定部２２Ａが一体的に形成される。こうすると、圧電素子５０の可動端部５２ａはダイヤフラム４０と共に変位する一方で、圧電素子５０の固定端部５２ｂは第１筒状体２０Ａと一体の固定部２２Ａに固定されて変位しない。そのため、圧電素子５０はダイヤフラム４０の変位に基づいてダイヤフラム４０に作用する圧力を精度よく検出することができる。
【００４３】
加えて、第１筒状体２０Ａと一体の固定部２２Ａは、第１筒状体２０Ａに連結される基端部２３より軸方向Ａに沿って気密容器１０の内方の自由端部２４まで延びる補強部２５を有する。この補強部２５は、圧電素子５０が配置される中空部の周囲に、（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って形成される。つまり、固定部２２Ａは、圧電素子５０の周囲の１８０°以上で３６０°より狭い角度範囲に亘って補強部２５を有するので、補強部２５が変形することを抑制できる。そのため、ダイヤフラム４０に作用する正または負の圧力が大きい場合でも、圧電素子５０の固定端部５２ｂは第１筒状体２０Ａに対して変位しない。こうして、圧電素子５０はダイヤフラム４０の変位に基づいてダイヤフラム４０に作用する圧力を精度よく検出することができる。
【００４４】
２．第２実施形態
本発明の第２実施形態は、第１筒状体と固定部とを別体としたものである。この場合、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、固定部を備えない第１筒状体２０Ｂの開口部２１を封止するダイヤフラム４０上に、接合部６０を載置する。次に、図９（Ａ）（Ｂ）に示すように、位置出し治具２０３により接合部６０を第１筒状体２０Ｂに対して位置決めした状態で、接合部６０をダイヤフラム４０に接着固定する。接着剤が固化したら、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、位置出し治具２０３を取り外し、図３（Ｂ）と同様にして接合部６０の２つの有底孔６２ａ，６２ｂに２本の位置決め軸２０１を挿入する。その後、図１１（Ａ）（Ｂ）に示すように、２本の位置決め軸２０１により固定部２２Ｂを位置決めした状態で、固定部２２Ｂを第１筒状体２０Ｂに溶接する。これにより、第１実施形態の図３（Ｂ）と同じ構造が得られるので、以降は図４〜図７の工程を経ることで図１に示す真空計を組み立てることができる。
【００４５】
この第２実施形態では、第１筒状体２０Ｂと固定部２２Ｂとは別体であるが、固定部２２Ｂは、第１筒状体２０Ｂに溶接固定される基端部２３より軸方向Ａに沿って気密容器１０の内方の自由端部２４まで延びる補強部２５を有する点で、第１実施形態の第１筒状体２０Ａと共通する。自由端部２４は、圧電素子５０の固定端部を接合する接合面（第２平面）２６を有する。この補強部２５は、圧電素子５０が配置される中空部の周囲に、（３６０／Ｎ）°の範囲（１＜Ｎ≦２）に亘って形成される。つまり、固定部２２Ｂは、圧電素子５０の周囲の１８０°より広く３６０°より狭い角度範囲に亘って補強部２５を有するので、補強部２５が変形することを抑制できる。そのため、ダイヤフラム４０に作用する正または負の圧力が大きい場合でも、圧電素子５０の固定端部５２ｂは第１筒状体２０Ｂに対して変位しない。こうして、圧電素子５０はダイヤフラム４０の変位に基づいてダイヤフラム４０に作用する圧力を精度よく検出することができる。
【００４６】
３．第３実施形態
第１，第２実施形態の真空計は、図１に示すように、第４筒状体８０に取り付けられたフランジ１１０が、検出対象の圧力雰囲気を区画しているチャンバーまたは配管に固定される。そうすると、図１に示す第４筒状体８０と、第１〜第３筒状体２０Ａ（２０Ｂ），３０，４０との間の空間もまた、検査対象の圧力と同一圧力に設定される。つまり、検出対象の圧力雰囲気が真空であれば、図１に示す第４筒状体８０と、第１〜第３筒状体２０Ａ（２０Ｂ），３０，４０との間の空間もまた、真空となる。
【００４７】
図１２は、図１に示す真空計を模式的に示し、かつ、図１に示す第４筒状体８０と、第１〜第３筒状体２０Ａ（２０Ｂ），３０，７０との間の空間が、真空断熱部１２０となることを示している。つまり、圧電素子５０が配置される第１気密容器（第１〜第３筒状体２０Ａ（２０Ｂ），３０，７０）と、第１気密容器の周囲に配置される第２気密容器（第４筒状体８０）との間に真空断熱部１２０を設けることで、圧電素子５０が受ける外部温度変化の影響を抑制して、正確に圧力測定することができる。なお、高真空の測定ほど温度の影響がある一方で、大気圧の測定では温度の影響は低い。よって、測定対象の圧力を第１，第２気密容器間の空間に導入する場合には、測定対象が真空の場合にのみ真空断熱部１２０によって断熱され、測定対象が大気圧側であれば断熱の必要性が乏しいので真空断熱は不要である。
【００４８】
ここで、真空断熱部１２０に代えて、第１，第２気密容器の間の空間を大気圧とし、かつ、その空間を断熱材（例えば発泡ウレタン）等で断熱することも考えられる。しかし、断熱材で大気空間を断熱しようとすると、その空間の厚さは真空断熱部１２０よりも１０倍以上となり、真空計が大型化してしまう。
【００４９】
なお、本発明の第３実施形態に係る真空計では、第１，第２気密空間を真空断熱するものであれば、圧電素子５０が配置される第１気密容器が上述した本発明の第１実施形態または第２実施形態の構造に限定されない。つまり、第１筒状体２０と固定部２２とは一体でも別対でもよく、固定部２２の補強部２５の構造も第１実施形態または第２実施形態の構造に限定されない。
【００５０】
４．第４実施形態
図１３は、図１２に示す真空計とは構造が同じあるが少なくともダイヤフラムが異なることで、図１２に示す真空計とは圧力測定範囲が異なる真空計を示している。図１２に示すダイヤフラム４０Ａと図１３に示すダイヤフラム４０Ｂとは、例えば厚さが等しく（例えば共に１００μｍ厚）、直径が異なる。図１３に示すダイヤフラム４０Ｂの直径は図１２に示すダイヤフラム４０Ａの直径の２倍である。従って、開口部２１の大きさも異なる。なお、ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂは直径が同じで厚さが異なるものでも良い。
【００５１】
図１２に示す真空計の測定範囲は例えば大気圧（１．３３×１０５Ｐａ）〜中真空領域（１０−１Ｐａ）であるのに対して、図１３に示す真空計の測定範囲は例えば１０３Ｐａ〜高真空領域（１０−３Ｐａ）である。
【００５２】
図１４に示す真空計は、図１２に示す真空計と図１３に示す真空計とを一つの容器に収容して、大気圧（１．３３×１０５Ｐａ）〜高真空領域（１０−３Ｐａ）を測定範囲とするものである。
【００５３】
ここで、図１４に示す真空計に本発明の第１実施形態を適用すると、次の通り定義される。つまり、図１４に示す真空計は、外圧により変位する第１ダイヤフラム４０Ａと、外圧により変位する第２ダイヤフラム４０Ｂと、気密容器（２０Ａ−１，２０Ａ−２，３３）と、第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、可動端部が第１ダイヤフラム４０Ａと一体で変位するように固定され、気密容器内にて第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子５０−１と、第２軸方向（図１４では第１軸方向と同軸だが、異軸でも良い）の両端側に可動端部と固定端部とを有し、可動端部が第２ダイヤフラム４０Ｂと一体で変位するように固定され、気密容器（２０Ａ−１，２０Ａ−２，３３）内にて第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子５０−２と、を有する。気密容器（２０Ａ−１，２０Ａ−２，３３）は、第１軸方向の一端に第１開口部２１−１を有する第１筒状体２０Ａ−１と、第２軸方向の一端に第２開口部２１−２を有する第２筒状体２０Ａ−２と、第１筒状体２０Ａ−１及び第２筒状体２０Ａ−２と連結される第３筒状体３３と、を含み、第１ダイヤフラム４０Ａにより第１開口部２１−１が封止され、第２ダイヤフラム４０Ｂにより第２開口部２１−２が封止される。第１筒状体２０Ａ−１は、第１圧電素子５０−１の定端部が固定される第１固定部２２Ａ−１を一体的に有し、第２筒状体２０Ａ−２は、第２圧電素子５０Ｂの固定端部が固定される第２固定部２２Ａ−１を一体的に有し、第１ダイヤフラム４０Ａは第１圧力範囲（例えば大気圧から中真空領域）の圧力に応答して変位し、第２ダイヤフラム４０Ｂは、第１圧力範囲よりも低圧側（高真空領域）を含む第２圧力範囲の圧力に、第１ダイヤフラム４０Ａよりも高い分解能にて応答して変位する。なお、図１４において、第１気密容器（２０Ａ−１，２０Ａ−２，３３）の最外壁２０Ｃと第２気密容器８０との間には、フランジ１１０と連通された検出対象の真空部により真空断熱部１２０を形成することができる。最外壁２０Ｃのうち第１，第２ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂと対向する位置には孔２８Ａ，２８Ｃが形成され、検出対象の真空部の圧力が第１，第２ダイヤフラム４０Ａ，４０Ｂに作用する。
【００５４】
次に、図１４に示す真空計に本発明の第２実施形態を適用すると、次の通り定義される。つまり、図１４に示す真空計は、外圧により変位する第１ダイヤフラム４０Ａと、外圧により変位する第２ダイヤフラム４０Ｂと、気密容器（２０Ｂ−１，２０Ｂ−２，３３）と、第１軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、可動端部が第１ダイヤフラム４０Ａと一体で変位するように固定され、気密容器（２０Ｂ−１，２０Ｂ−２，３３）内にて第１軸方向に沿って配置される第１圧電素子５０−１と、第２軸方向の両端側に可動端部と固定端部とを有し、可動端部が第２ダイヤフラム４０Ｂと一体で変位するように固定され、気密容器（２０Ｂ−１，２０Ｂ−２，３３）内にて第２軸方向に沿って配置される第２圧電素子５０−２と、を有する。気密容器（２０Ｂ−１，２０Ｂ−２，３３）は、第１軸方向の一端に第１開口部２１−１を有する第１筒状体２０Ｂ−１と、第２軸方向の一端に第２開口部２１−２を有する第２筒状体２０Ｂ−２と、第１筒状体２０Ｂ−１及び第２筒状体２０Ｂ−２と連結される第３筒状体３３と、を含み、第１ダイヤフラム４０Ａにより第１開口部２１−１が封止され、第２ダイヤフラム４０Ｂにより第２開口部２１−２が封止される。第１筒状体２０Ｂ−１には第１固定部２２Ｂ−１が固定され、第２筒状体２０Ｂ−２には第２固定部２２Ｂ−２が固定される。第１，第２固定部２２Ｂ−１，２２Ｂ−２の各々は、本発明の第２実施形態に定義される補強部２５、切り欠き部２７を有する。第１ダイヤフラム４０Ａは第１圧力範囲（例えば大気圧から中真空領域）の圧力に応答して変位し、第２ダイヤフラム４０Ｂは、第１圧力範囲よりも低圧側（高真空領域）を含む第２圧力範囲の圧力に、第１ダイヤフラム４０Ａよりも高い分解能にて応答して変位する。この場合も、図１４において、第１気密容器（２０Ａ−１，２０Ａ−２，３３）の最外壁２０Ｃと第２気密容器８０との間には、フランジ１１０と連通された検出対象の真空部により真空断熱部１２０を形成することができる。
【００５５】
５．第５実施形態
本発明の第１〜第４実施形態では、ダイヤフラム４０，４０Ａ，４０Ｂが、気密容器（第１筒状体）の内方に過度に移動することを規制するストッパーをさらに有することができる。このストッパーは、容器、固定部または接合部のいずれかに設けることができる。図１５〜図１８は、ダイヤフラム４０（４０Ａ，４０Ｂ）に同じ外圧が作用しているものとする。図１５に示すように、接合部６０に固定されるストッパー１３０Ａと固定部２２Ａ（２２Ｂ）との間にギャップＳが設けられる。図１６に示すように、第１筒状体２０Ａ（２０Ｂ）に固定されるストッパー１３０Ｂとダイヤフラム４０（４０Ａ，４０Ｂ）との間にはギャップＳが設けられる。図１７に示すように、固定部２２Ａ（２２Ｂ）に固定されるストッパー１３０Ｃとダイヤフラム４０（４０Ａ，４０Ｂ）との間にはギャップＳが設けられる。図１８に示すように、固定部２２Ａ（２２Ｂ）に固定されるストッパー１３０Ｄと接合部６０との間にはギャップＳが設けられる。いずれの場合も、ストッパー１３０Ａ〜１３０Ｄのいずれかがダイヤフラム４０（４０Ａ，４０Ｂ）または接合部６０の移動を規制して、真空計で測定される真空度の上限（低真空度）を設定することができる。
【００５６】
図１４に示す実施形態では、第２ダイヤフラム４０Ｂに第２圧力範囲の上限（１０３Ｐａ）よりも高い圧力が作用した時に、第２ダイヤフラム４０Ｂの変位を規制するストッパー部を設けることができる。この場合、同一圧力下では第１ダイヤフラム４０Ａよりも高い分解能で応答して変位する第２ダイヤフラム４０Ｂは、過度に変位量が大きくなる場合には、ストッパー部にて第２ダイヤフラム４０の変位を規制できる。よって、ストッパー部により第２圧力範囲の上限を機械的に設定でき、第２ダイヤフラム４０Ｂを第２圧力範囲内にて的確に動作させることができる。また、第２ダイヤフラム４０Ｂに過度に高い圧力が作用しても、第２ダイヤフラム４０Ｂが破損することを防止できる。
【００５７】
６．第６実施形態
図１９は、本発明の第６実施形態に係る真空計の概略断面図である。図１９に示す真空計は、気密容器３００と、気密容器３００内に配置される内部構造体３１０と、外圧導入管３２０と、を有する構造を含んでいる。外圧導入管３２０は、自由端側の一部が気密容器３００の外部に露出され、内部構造体３１０と連結される側の他の一部が気密容器３００内に配置される。外圧導入管３２０の自由端部にはフランジ１１０が固定される。フランジ１１０は、検出対象の圧力雰囲気を区画しているチャンバーまたは配管に固定される。内部構造体３１０は、ダイヤフラム４０の周縁部と、ダイヤフラム４０に一端が接続された圧電素子５０の他端とが固定される。ダイヤフラム４０は、フランジ１１０及び外圧導入管３２０を介して導入される外圧により変位する。
【００５８】
気密容器３００の内側は真空引きされた真空断熱部１２０である。本実施形態では、ダダイヤフラム４０と、内部構造体３１０と、外圧導入管３２０とで囲まれた領域を外圧導入領域とし、気密容器３００の内側領域のうち外圧導入領域を除いた領域が真空断熱部１２０となる。つまり、圧電素子５０が配置される空間も、真空断熱部１２０に含まれている。
【００５９】
真空断熱部１２０より対流伝熱が抑制されるため、対流により圧電素子５０が受ける外部温度変化の影響は十分に低減される。その一方で、本実施形態では図１２〜図１８の構造とは異なり、真空断熱部１２０を区画する気密容器３００の内外に延び、気密容器３００の内側で内部構造体３１０と連結される外圧導入管３２０を有する。よって、外圧導入管３２０は、外部熱を固体熱伝導により内部構造体に伝達してしまう。
【００６０】
そこで、本実施形態では、少なくとも一部が低熱伝達材質の外圧導入管３２０により固体熱伝達を抑制することで、圧電素子５０が受ける外部温度変化の影響を低減している。本実施形態では、図１９に示す外圧導入管３２０のうち、気密容器３００内に配置される内側管３２０Ａを低熱伝達材質、例えば金属酸化物の一例であるジルコニア（ＺｎＯ２）で形成し、それを除く外側管３２０Ｂは金属例えばステンレス（ＳＵＳ）で形成している。これに代えて、外側管３２０Ｂを低熱伝達材質で形成しても良く、あるいは外圧導入管３２０全体を低熱伝達材質で形成しても良い。外圧導入管３２０の少なくとも一部に設けられる低熱伝達材質は、外部熱の伝達部分と内部構造体３１０との間で熱伝達を抑制するものであればよい。
【００６１】
図２０は、外気温ＴＡを２０秒間に２５℃から３０℃に昇温させた時の３種類の真空計の圧電素子５０付近の温度ＴＢ，ＴＣ，ＴＤの実験データを示している。温度ＴＤが図１９に示す第６実施形態の真空計の温度であり、温度ＴＢ，ＴＣは比較例１，２である真空計の温度を示す。比較例１は、図１９の真空計のうち真空断熱部１２０を形成せず、かつ、外圧導入管３２０を金属（ＳＵＳ）で形成した真空計であり、その温度がＴＢである。比較例２は、図１９の真空計の外圧導入管３２０を金属（ＳＵＳ）で形成した真空計（真空断熱部１２０はあり）であり、その温度がＴＢである。図２０から明らかなように、真空断熱部１２０を有する比較例２と第６実施形態との温度ＴＣ，ＴＤは、真空断熱部１２０が形成されない比較例１の温度ＴＢよりも格段に低い温度に維持されており、真空断熱部１２０の効果が明らかである。
【００６２】
図２０からは第６実施形態と比較例２との差異が明確でないので、さらに図２１に別の実験データを示す。図２１では、図２０に示す温度ＴＡと温度ＴＤとに加えて、温度ＴＣ１と温度ＴＣ２が示されている。温度ＴＣ１，ＴＣ２は同じ図２０に示す比較例２と同様に真空断熱部１２０を有するが外圧導入管３２０がＳＵＳで形成された真空計の温度を示すが、外圧導入管３２０のサイズのみが異なっている。温度ＴＣ１が検出された比較例２−１は、図１９に示す外圧導入管３２０の寸法は、外径ｄ１＝５ｍｍ、内径ｄ２＝４ｍｍ、Ｌ＝１３．５ｃｍである。これに対して、温度ＴＣ２が検出された比較例２−２は、外径ｄ１＝３ｍｍ、内径ｄ２＝２ｍｍと比較例２−１よりも小径とし、長さＬは比較例２−１と同じとした。第６実施形態の真空計は比較例２−１と同じサイズの外圧導入管３２０を用いた。
【００６３】
図２０と同じく外気温ＴＡを２０秒間に２５℃から３０℃に昇温させた時に、図２１から分かるように、一部がジルコニウムで形成された外圧導入管３２０を用いた第６実施形態の温度ＴＤは、ＳＵＳ３０４で形成された外圧導入管３２０を用いた比較例２−１，２−２の温度ＴＣ１，ＴＣ２よりも低く維持されることが分かる。比較例２−１よりも外圧導入管３２０の断面積が小さい比較例２−２の方が温度上昇は抑制されるが、比較例２−１と同じサイズである第６実施形態は比較例２−２よりもさらに温度上昇が抑制されることが分かった。外圧導入管３２０の断面積を小さくしたり、長さＬを長くすることで固体熱伝達量を抑制できるが、外圧導入管として一般的なサイズである外径ｄ１＝５ｍｍ、内径ｄ２＝４ｍｍ、Ｌ＝１３．５ｃｍを維持した上で固体熱伝達量を抑制するために、第６実施形態のように材質変更が効果的である。
【００６４】
上述した結果は、ＳＵＳ３０４の熱伝導率［１６．３Ｗ／ｍ・Ｋ］とジルコニアの熱伝導率［３Ｗ／ｍ・Ｋ］の違いに起因している。そこで、第６実施形態に用いられる外圧導入管３２０の少なくとも一部の材質は、一般の金属よりも十分に低くなる２〜１０Ｗ／ｍ・Ｋ、好ましくは２〜７Ｗ／ｍ・Ｋ、さらに好ましくは２〜５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する材質とすることができる。
【００６５】
第６実施形態の温度ＴＤの温度上昇率を計算すると、最大で１×１０−４℃／ｓｅｃであった。外気温を２０秒間に２５℃から３０℃に昇温させた時の真空計（圧電素子付近）の温度上昇率が５×１０−3（℃／ｓｅｃ）以下であれば、少なくとも０．０１℃の温度精度で約２秒に１回の温度補正が可能となり、リアルタイムで温度補正に追従させることができる。
【００６６】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施形態の構造は、真空以外の圧力を計測する計器にも適用できる。また、補強部が形成される範囲を示す（３６０／Ｎ）°の定義に用いられるＮは、上述の通り１＜Ｎ≦２が最も好ましいが、１＜Ｎ≦４としても所定精度の圧力計側が可能となる。また、第６実施形態では内部構造体３１０の内部も真空断熱部１２０としたが、図１２，１３と同様にダイヤフラム４０と内部構造体３１０とで仕切られる空間を密閉して、圧電素子５０が配置される空間自体は必ずしも真空断熱部としなくても良い。
【符号の説明】
【００６７】
１０  気密容器、２０Ａ，２０Ａ−１，２０Ｂ，２０Ｂ−１  第１筒状体、２０Ａ−２，２０Ｂ−２  第２筒状体、２１  開口部、２１−１  第１開口部、２１−２  第２開口部、２２Ａ，２２Ｂ  固定部、２２Ａ−１，２２Ｂ−１  第１固定部、２２Ａ−２，２２Ｂ−２  第２固定部、２３  基端部、２４  自由端部、２５  補強部、２６  第２平面、２７  切り欠き部、２８Ａ，２８Ｂ  孔、３０  第２筒状体、３１  隔壁、３２ａ，３２ｂ  孔、３３  第３筒状体、  配線、４０  ダイヤフラム、４０Ａ  第１ダイヤフラム、４０Ｂ  第２ダイヤフラム、５０  圧電素子、５０−１  第１圧電素子、５０−２  第２圧電素子、６０  接合部、６２ａ，６２ｂ  孔（底有孔）、７０  第３筒状体、８０  第４筒状体、９０，９１  回路基板、１００  第５筒状体、１１０  フランジ、１２０  真空断熱部、１３０Ａ〜１３０Ｄ  ストッパー部、２００  治具、２０１  位置決め軸、２０２  溶接治具、２０３  位置出し治具、３００  密閉容器、３１０  内部構造体、３２０  外圧導入管、３２０Ａ  内側管、３２０Ｂ  外側管
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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