(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピラニ真空計のフィラメントを含む直列回路の中に含まれる第一の出力端子と、抵抗の直列回路中に含まれた第二、第三の出力端子とを有し、前記第三の出力端子には、前記第二の出力端子よりも高電圧が出力される抵抗ブリッジ回路と、
前記フィラメントに生じる電圧が大きくなると出力電圧が小さくなり、前記フィラメントに生じる電圧が小さくなると出力電圧が大きくなるように、反転入力端子と非反転入力端子が前記抵抗ブリッジ回路の前記第一、第二の出力端子にそれぞれ接続された第１の増幅器とを有し、
前記第１の増幅器の出力電圧の大きさに応じた電圧が、前記抵抗ブリッジ回路に印加されるように構成された圧力測定回路であって、
非反転入力端子と反転入力端子が前記抵抗ブリッジ回路の前記第一、第三の出力端子に接続され、前記ブリッジ回路から入力される電圧を増幅し、前記フィラメントの断線前は前記第１の増幅器の出力電圧よりも低い電圧を出力し、前記フィラメントの断線後は、前記第１の増幅器の出力電圧よりも大きな異常状態電圧を出力する第２の増幅器が設けられ、前記異常状態電圧を検出して前記フィラメントの断線を検知できるように構成された圧力測定回路。
【請求項２】
前記第１の増幅回路の出力端子と前記抵抗ブリッジ回路の間には第１のダイオード素子が挿入され、
前記第２の増幅器の出力端子は、第２のダイオード素子を介して前記抵抗ブリッジ回路に接続され、前記フィラメントの断線前は、前記第１のダイオードが順バイアスされ、前記第２のダイオード素子は逆バイアスされ、
前記フィラメントの断線後は、前記第２の増幅器から出力される前記異常状態電圧により、前記第２のダイオードが順バイアスされ、前記第１のダイオードが逆バイアスされる請求項１記載の圧力測定回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空計の測定回路に関し、特に、ピラニ真空計のフィラメント断線を考慮した測定回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
真空雰囲気中では圧力が低いほど断熱効果があり、加熱された物体が冷えにくいことが知られている。その真空の性質を利用した真空計として、真空雰囲気中にフィラメントを置いて通電したときに、フィラメントの温度をフィラメントの抵抗値として測定し、真空雰囲気の圧力を求めるピラニ真空計が多用されている。
【０００３】
図２の符号１２０はピラニ真空計であり、該ピラニ真空計１２０は、ガラス管球１２１と、該ガラス管球１２１内に配置されたフィラメント１２５とを有している。
【０００４】
ガラス管球１２１には、ガラス導管１２２の一端が接続されており、該ガラス導管１２２の他端は、図示しない真空装置に接続されている。このガラス導管１２２によって、ガラス管球１２１の内部が真空装置の内部に接続され、ガラス管球１２１の内部圧力が真空装置内の内部圧力と同じになるように構成されている。
【０００５】
図２の符号１０１は、ピラニ真空計１２０を用いて、圧力測定を行う圧力測定回路である。この圧力測定回路１０１は、増幅器１３１と３個の抵抗素子１１１〜１１３とを有している。
【０００６】
３個の抵抗素子１１１〜１１３と、ピラニ真空計１２０内のフィラメント１２５とはブリッジ接続されており、抵抗ブリッジ回路１０５が構成されている。
【０００７】
抵抗ブリッジ回路１０５の一端は、グラウンド電位に接続されており、他端は、増幅器１３１の出力端子に接続されており、増幅器１３１の出力電圧が抵抗ブリッジ回路１０５に印加されると、抵抗ブリッジ回路１０５の出力端子ａ、ｂから、電圧が出力され、増幅器１３１の反転入力端子と非反転入力端子に入力されるように構成されている。
【０００８】
平衡状態にあり、抵抗ブリッジ回路１０５の出力端子ａ、ｂの電位が等しい場合には、増幅器１３１の出力電圧は一定値を維持する。他方、出力端子ａ、ｂ間に電位差が生じた場合、例えば、ガラス管球１２５内の圧力が低下し、フィラメント１２５の温度が上昇した場合には、フィラメント１２５の抵抗値が大きくなるため、フィラメント１２５に生じる電圧が大きくなる。
【０００９】
フィラメント１２５に生じる電圧は、増幅器１０５の反転入力端子に入力されており、増幅器１３１の出力電圧は小さくなる。その結果、抵抗ブリッジ回路１０５に印加される電圧が小さくなり、フィラメント１２５に流れる電流が少なくなると、フィラメント１２５の温度が低下する。フィラメント１２５が元の温度になると、フィラメント１２５の抵抗値も元の値に戻るので、抵抗ブリッジ回路１０５の出力端子ａ、ｂは再度同じ電位になり、平衡状態になる。
【００１０】
逆に、ガラス管球１２１内の圧力が上昇し、フィラメント１２５の温度が低下すると、増幅器１３１の出力電圧は大きくなり、フィラメント１２５に流れる電流が増加する。この場合も、フィラメント１２５が元の温度に戻ったところで抵抗ブリッジ回路１０５が平衡状態になる。
【００１１】
このように、増幅器１３１の出力電圧は、ガラス管球１２１内部の圧力変化に応じて変化しており、圧力が低下した場合には出力電圧が低下し、圧力が上昇した場合には出力電圧が上昇する。従って、増幅器１３１の出力電圧は真空装置内の圧力を指示していることになる。
【００１２】
増幅器１３１の出力端子は、シーケンサー１３９に接続されており、該シーケンサー１３９は、増幅器１３１の出力電圧に基づいて、真空装置に接続されたガス導入系やプラズマ生成装置の電源等を制御しており、真空装置内の圧力変化に応じ、自動的に真空処理プロセスが行われるようになっている。
【００１３】
上記のような圧力測定回路１０１では、フィラメント１２５は高温に加熱されるため、寿命が短く、断線する場合がある。
【００１４】
フィラメン１２５が断線した場合には、増幅器１３１の反転入力端子には、増幅器１３１の出力電圧が入力され、その結果、増幅器１３１の出力電圧はグラウンド電位まで低下してしまう。
【００１５】
上述したように、増幅器１３１の出力電圧は、高圧力では大きく、低圧力では小さいので、増幅器１３１からグラウンド電圧が出力されると、シーケンサー１３９は真空槽内の圧力が高真空状態になったと誤解し、真空処理プロセスを開始してしまうと、大変に不都合である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の不都合を解決するために創作されたものであり、その目的は、フィラメントの断線を検出できる測定回路に関する。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、ピラニ真空計のフィラメントを含む直列回路の中に含まれる第一の出力端子と、抵抗の直列回路中に含まれた第二、第三の出力端子とを有し、前記第三の出力端子には、前記第二の出力端子よりも高電圧が出力される抵抗ブリッジ回路と、前記フィラメントに生じる電圧が大きくなると出力電圧が小さくなり、前記フィラメントに生じる電圧が小さくなると出力電圧が大きくなるように、反転入力端子と非反転入力端子が前記抵抗ブリッジ回路の前記第一、第二の出力端子にそれぞれ接続された第１の増幅器とを有し、前記第１の増幅器の出力電圧の大きさに応じた電圧が、前記抵抗ブリッジ回路に印加されるように構成された圧力測定回路であって、非反転入力端子と反転入力端子が前記抵抗ブリッジ回路の前記第一、第三の出力端子に接続され、前記ブリッジ回路から入力される電圧を増幅し、前記フィラメントの断線前は前記第１の増幅器の出力電圧よりも低い電圧を出力し、前記フィラメントの断線後は、前記第１の増幅器の出力電圧よりも大きな異常状態電圧を出力する第２の増幅器が設けられ、前記異常状態電圧を検出して前記フィラメントの断線を検知できるように構成された圧力測定回路である。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の圧力測定回路であって、前記第１の増幅回路の出力端子と前記抵抗ブリッジ回路の間には第１のダイオード素子が挿入され、前記第２の増幅器の出力端子は、第２のダイオード素子を介して前記抵抗ブリッジ回路に接続され、前記フィラメントの断線前は、前記第１のダイオードが順バイアスされ、前記第２のダイオード素子は逆バイアスされ、前記フィラメントの断線後は、前記第２の増幅器から出力される前記異常状態電圧により、前記第２のダイオードが順バイアスされ、前記第１のダイオードが逆バイアスされる圧力測定回路である。
【００１８】
本発明は上記のように構成されており、ピラニ真空計のフィラメントを含む４個の抵抗で抵抗ブリッジ回路を構成し、抵抗ブリッジ回路の出力端子間の電位差を第１の増幅器によって増幅している。
【００１９】
第１の増幅器の極性は、フィラメントに生じる電圧が大きくなると出力電圧が小さくなり、逆にフィラメントに生じる電圧が小さくなると出力電圧が大きくなりように接続されている。
【００２０】
第１の増幅器の出力電圧は、第１のダイオード素子を介して抵抗ブリッジ回路に印加されており、その結果負帰還ループが形成され、反転入力端子と非反転入力端子が同電位にされる結果、フィラメントの抵抗値、即ちフィラメントの温度が一定に維持される。このときの抵抗ブリッジ回路に印加される電圧は、真空装置内の圧力を示している。
【００２１】
第１の増幅器が上記のような極性で接続されている場合、フィラメントが断線するとフィラメントに生じる電圧が非常に大きくなったのと同じ状態になり、その結果、第１の増幅器は最低電圧を出力してしまう。
【００２２】
このとき、第２の増幅器が大きな電圧を出力するので、第１のダイオード素子が逆バイアスされ、第１の増幅器は抵抗ブリッジ回路から切り離され、第２の増幅器の出力電圧が抵抗ブリッジ回路に印加されるようになる。
【００２３】
大きな電圧は、圧力が高い状態を示しているため、シーケンサーやコンピューターにより、異常があったことを検出することができる。
【００２４】
第２の増幅器の出力端子に第２のダイオード素子を接続し、フィラメントが断線していない状態では、第２のダイオード素子が逆バイアスされるようにしておくと、ピラニ真空計が正常に動作している状態では、第２の増幅器を抵抗ブリッジ回路から切り離すことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図面を用いて説明する。
図１を参照し、符号１は本発明の一例の測定回路であり、抵抗ブリッジ回路５と、第１、第２の増幅器３１、３２と、第１、第２のダイオード素子４１、４２と、ＮＰＮトランジスタ４４とを有している。
【００２６】
符号２０はピラニ真空計であり、抵抗ブリッジ回路５は、ピラニ真空計２０のガラス管球２１内部に配置されたフィラメント２５と、抵抗器１２と、２個の抵抗素子１１、１３とがブリッジ接続されて構成されている。
【００２７】
符号Ｅは、抵抗ブリッジ回路５の電源端子であり、符号Ｇはグラウンド端子である。フィラメント２５の一端はグラウンド端子Ｇに接続され、他端は１個の抵抗素子１１の一端に接続されている。この抵抗素子１１の他端は電源端子Ｅに接続されている。また、他の抵抗素子１３の一端はグラウンド端子Ｇに接続され、その他端は、抵抗器１２の一端に接続されている。抵抗器１２の他端は電源端子Ｅに接続されている。
【００２８】
フィラメント２５と抵抗素子１１とが接続された部分と、抵抗器１２と抵抗素子１３とが接続された部分は、それぞれ抵抗ブリッジ回路５の出力端子Ａ、Ｂにされている。
【００２９】
出力端子Ａ、Ｂのうち、フィラメント２５の電圧が現れる出力端子Ａは第１の増幅器３１の反転入力端子に接続されており、他の出力端子Ｂは第１の増幅器３１の非反転入力端子に接続されている。
【００３０】
増幅器３１の出力端子は第１のダイオード素子４１のアノード端子に接続されており、該第１のダイオード素子４１のカソード端子はＮＰＮトランジスタ４４のベース端子に接続されている。
【００３１】
ＮＰＮトランジスタ４４のコレクタ端子は電源４７に接続されており、エミッタ端子は抵抗ブリッジ回路５の電源端子部分Ｅに接続されている。
【００３２】
従って、ＮＰＮトランジスタ４４は、第１の増幅器３１の出力電圧によって制御され、電源４７から抵抗ブリッジ回路５に電流を供給するようになっており、フィラメント２５に生じる電圧が大きくなり、第１の増幅器３１の反転入力端子の電位が上昇すると、ＮＰＮトランジスタ４４のベース端子の電位は下がり、抵抗ブリッジ回路５に供給される電流は少なくなる。その結果、フィラメント２５への通電量が減少し、温度が低下して抵抗値が下がる結果、抵抗ブリッジ回路５の２個の出力端子Ａ、Ｂの電位は等しくなる。
【００３３】
逆に、フィラメント２５に生じる電圧が減少した場合、抵抗ブリッジ回路５に供給される電流は増大し、フィラメント２５への通電量が増加する結果、温度上昇によって抵抗値が大きくなり、出力端子Ａ、Ｂ間の電位が等しくなる。このように、フィラメント２５の温度は一定に維持されている。
【００３４】
ガラス管球２１には、ガラス導管２２の一端が接続されており、その他端を図示しない真空装置に接続した場合には、ガラス導管２２によって、ガラス管球１２１の内部が真空装置の内部に接続される。フィラメント２５の温度が一定に維持されている場合、抵抗ブリッジ回路５へ印加される電圧(抵抗ブリッジ回路５の電源端子Ｅの電圧)は、ガラス管球２１内の圧力、即ち、真空装置内の圧力を示している。
【００３５】
抵抗ブリッジ回路５に印加される電圧は、シーケンサー３９にも入力されており、従って、シーケンサー３９が入力された電圧によって真空装置内の圧力を検出し、真空装置に接続されたガス導入系や電源を動作させ、真空装置内でのプロセスを自動的に進行させるように構成されている。
【００３６】
この測定回路１では、抵抗器１２は、２個の抵抗素子１２1、１２2が直列接続されて構成されており、その接続中点Ｃは、第２の増幅器３２の反転入力端子に接続されている。
【００３７】
フィラメント２５の電圧が現れる出力端子Ａは、第２の増幅器３２の非反転入力端子に接続されており、第２の増幅器３２の出力端子は、第２のダイオード素子のアノード端子に接続されている。第２のダイオード素子のカソード端子はＮＰＮトランジスタ４４のベース端子に接続されている。
【００３８】
抵抗器１２は電源端子Ｅに接続されており、その抵抗器１２に直列接続された抵抗素子１３はグラウンド端子Ｇに接続されているため、抵抗器１２内の抵抗素子１２1、１２2の接続中点Ｃの電位は、抵抗器１２と抵抗素子１３の接続部分の出力端子Ｂの電位よりも必ず高い。
【００３９】
平衡状態では出力端子Ａ、Ｂの電位は等しくなっており、平衡状態ではない場合でも、フィラメント２５が断線していない限り、出力端子Ａ、Ｂの電位はほぼ等しい大きさになっている。
【００４０】
従って、フィラメント２５が断線してない場合、接続中点Ｃの電位は、出力端子Ａ、Ｂの電位よりも高くなっており、その結果、第２の増幅器３２は、最低電圧(グラウンド電圧)を出力する。
【００４１】
フィラメント２５が断線していない場合、ＮＰＮトランジスタ４４のベース端子には、第１の増幅器３１から、真空装置内の圧力に応じた大きさの電圧が印加されているから、第２の増幅器３２の出力端子に接続された第２のダイオード素子４２は逆バイアスされ、第２の増幅器３２は、ＮＰＮトランジスタ４４のベース端子から切り離された状態になっている。
【００４２】
フィラメント２５が断線した場合、フィラメント２５の電圧が現れる出力端子Ａが、抵抗ブリッジ回路５の電源端子Ｅの電位(ＮＰＮトランジスタ４４のエミッタ端子の電位)と同じ電位になる。
【００４３】
他方、抵抗器１２と抵抗素子１３の接続部分の出力端子Ｂは、電源端子Ｅの電位を、抵抗器１２と抵抗素子１３とで分圧した大きさである。
この状態では、第２の増幅器３２の反転入力端子の電位が上昇したことになるため、第２の増幅器３２の出力電圧は、電源電圧付近まで上昇する。
【００４４】
このとき、第１の増幅器３１では、非反転入力端子の電位が上昇したことになるから、第１の増幅器３１の出力電圧は最低電圧(ここではグラウンド電位)まで低下する。
【００４５】
この状態では、第１のダイオード素子４１は逆バイアスされ、第２のダイオード素子４２が順バイアスされるから、第１の増幅回路３１がＮＰＮトランジスタ４４のベース端子から切り離された状態で、第２の増幅器３２の出力電圧によってＮＰＮトランジスタ４４が駆動され、抵抗ブリッジ回路５に電源４７と同程度の最大電圧を印加する。
【００４６】
この電圧は、真空装置内の圧力が非常に大きくなったのと同じ状態を示しており、ピラニ真空計２０の通常の出力範囲を超えている場合、シーケンサー３９は、異常状態が生じたと認識できるので、プロセスを停止させたり、異常警報を発することができる。
【００４７】
なお、以上はＮＰＮトランジスタ４４をシーケンサー３９に直結させたが、ＮＰＮトランジスタ４４のエミッタ端子は、フォトカプラを介してシーケンサーに接続してもよい。
【００４８】
また、シーケンサー３９に替え、コンピュータを用いてもよい。更に、ＮＰＮトランジスタ４４のエミッタ端子をＣＵＰのＩ／Ｏポートに接続してもよい。但し、本発明の圧力測定回路１には、シーケンサー３９やコンピュータは必ずしも必要がなく、圧力を表示する装置であってもよい。
【００４９】
また、上記圧力測定回路１では、ＮＰＮトランジスタ４４を用いたが、ＭＯＳトランジスタや増幅器を用いてもよい。第１、第２の増幅器３１、３２の電流駆動能力が高い場合は省略することができる。
【００５０】
【発明の効果】
高真空状態で断線した場合でも、低真空状態で断線した場合でも、出力電圧がピラニ真空計の測定範囲外に上昇するので、断線を間違いなく(誤認することなく)検知することができる。
フィラメントの断線を検知できるので、真空槽内のプロセスを停止させ、不良品の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の圧力測定回路の一例
【図２】従来技術の圧力測定回路
【符号の説明】
１……圧力測定装置
５……ブリッジ回路
２０……ピラニ真空計
２５……フィラメント
３１……第１の増幅器
３２……第２の増幅器
４１……第１のダイオード素子
４２……第２のダイオード素子
【図１】
0004246332.tif 000002
【図２】
0004246332.tif 000003