JPH0734341U - 圧力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】雰囲気温度に対する温度補償を高精度に行い、
金属蒸気レーザ管内の圧力を高精度に検知する圧力セン
サを提供することにある。 【構成】金属蒸気レーザ装置における金属蒸気レーザ管
内のキャリアガス圧力を検知する圧力センサであって、
前記圧力センサは圧力検知部と温度補償部からなり、前
記圧力検知部は前記金属蒸気レーザ管と接続された第１
の収納部と該第１の収納部内に設置された第１の圧力検
知素子よりなり、前記温度補償部は前記第１の収納部と
同一形状であって隔壁により隔離されて第１の収納部と
接続された第２の収納部と該第２の収納部内に設置され
た第２の圧力検知素子よりなり、かつ前記第２の収納部
内には前記金属蒸気レーザ管内のキャリアガスの初期圧
力と等しい圧力のキャリアガスを封止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、金属蒸気レーザ装置における金属蒸気レーザ管内のキャリアガス 圧力を検知する圧力センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

金属蒸気レーザ装置は、レーザ管内に金属とキャリアガスとを封入し、当該金 属の蒸気を利用してレーザ発振を起こさせるものである。 現在において、実用化されている金属蒸気レーザ装置としては、放電の陽光柱 部分を用いてレーザ発振させるいわゆる陽光柱型があり、具体的には、キャリア ガスとしてヘリウムを、金属としてカドミウムを用いてなる陽光柱型のＨｅ−Ｃ ｄレーザ装置が知られている。 このＨｅ−Ｃｄレーザ装置は、波長３２５ｎｍの紫外線や波長４２２ｎｍの短 波長域の可視光線を連続発振することができる。 よって、例えばフォトレジストを感光するための光源、ＣＴにより得られたデ ータを用いて人体の構造や骨の模型を作成する際の光硬化用の光源、螢光分析の ための光源等として、種々の分野での利用が期待されている。

【０００３】 図４は陽光柱型金属蒸気レーザ装置の説明図である。１は金属蒸気レーザ管、 ２は金属溜であり、加熱されることにより金属蒸気レーザ管１に金属蒸気が供給 される。３はカソード電極、４はアノード電極である。５は圧力センサであって 金属蒸気レーザ管内のキャリアガスの圧力を検知し、６はキャリアガスを金属蒸 気レーザ管１に供給するキャリアガス供給器である。 一般に、金属蒸気レーザ装置においては、使用時間の経過に伴い金属蒸気が金 属蒸気レーザ管１の内壁等に凝結する際にキャリアガスがトラップされてキャリ アガス圧力が低下するため、レーザ出力が不安定となりやすい。 これを防止するため、圧力センサ５によりキャリアガスの圧力を検知し、その 検知信号により不図示の制御手段によって金属蒸気レーザ管１に接続されたキャ リアガス供給器６を制御して適宜キャリアガスを金属蒸気レーザ管１に供給して いる。

【０００４】 従来、特に市販のＨｅ−Ｃｄレーザ装置においては、金属蒸気レーザ管１内部 のヘリウムガス圧力を検知するための圧力センサ５としてピラニゲージやサーミ スタ真空計が用いられてきた。 ガスの熱伝導は、一般に１０ｔｏｒｒ以下の低圧では圧力に比例する。この特 性を利用すると、例えばガスの熱伝導率の変化を当該ガス雰囲気中の発熱体の温 度変化で検知してこれを電気的に測定することにより、当該ガスの圧力測定が可 能となる。ピラニゲージは線条を発熱体および抵抗温度計としたものであり、サ ーミスタ真空計は線条の代わりにビーズ状のサーミスタを使用する圧力センサー である。 具体的には、まずどちらの場合においても線条またはサーミスタといった素子 を気体中に設置し、電流を流して発熱させておく。雰囲気圧力が変化すると素子 からの発熱量が変化し、抵抗値も変化する。この抵抗値の変化を電気的に検知す ることにより、ガス圧力を測定している。

【０００５】 これらの真空センサは線条またはサーミスタといった素子の温度変化を利用し てガスの圧力を検知しているので、検知対象のガス圧力の変化のみならず例えば 金属蒸気レーザ管１の外部雰囲気の温度変化によっても、抵抗値が変化する。従 って正確にガスの圧力変化だけに素子を応答させるためには温度補償手段が必要 となる。

【０００６】 図５は圧力センサ５としてサーミスタ真空計を用いた従来例である。５１は圧 力検知用サーミスタであり金属蒸気レーザ管１内に封止されている。５２は温度 補償用サーミスタであり、圧力検知用サーミスタ５１との雰囲気温度差が少なく なるように圧力検知用サーミスタ５１に近接する金属蒸気レーザ管外部に有機樹 脂１００等によって接着されている。圧力検知用サーミスタ５１および温度補償 用サーミスタ５２はブリッジ回路の各一辺を形成しており、この回路構成によっ て温度補償が行われる。尚、図中７はブリッジ回路の等価回路を示し、Ｒは抵抗 、Ｅは電源である。またこの等価回路７は制御回路１０３と接続されており、キ ャリアガス供給器６を制御する。

【０００７】 また図６は圧力センサ５としてピラニゲージ１０１を用いた従来例である。温 度補償は、ピラニゲージ１０１と同等の特性を実現するための複雑な温度補償回 路１０２を構成して行っている。 あるいは温度補償回路１０２のかわりに、サーミスタ真空計のときと同様、ピ ラニゲージ１０１の近傍や側部に設置した温度補償用ピラニゲージを使用して温 度補償を行っている。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

図５のような圧力センサ５としてサーミスタ真空計を用いた従来例では、圧力 検知用サーミスタ５１が存在する金属蒸気レーザ管内部は通常１０ｔｏｒｒ以下 のキャリアガス雰囲気である。一方、温度補償用サーミスタ５２が存在する部分 の雰囲気は一気圧の大気および有機樹脂１００であるので、熱伝導が両者で大き く異なる。よって金属蒸気レーザ管１の外部雰囲気の温度差が少なくなるように 両者を近接させても、精度のよい温度補償は困難となる問題がある。

【０００９】 一方、図６のように圧力センサ５としてピラニゲージ１０１を用いた従来例で は、温度補償を行う場合には、複雑な温度補償回路１０２を構成する必要がある という問題がある。 また温度補償用ピラニゲージを使用する場合においても、通常ピラニゲージは 長さが１０ｃｍ程度と大きく、例え温度補償用ピラニゲージをピラニゲージ１０ １の近傍や側部に設置したとしても両者の雰囲気温度差はあまり小さくはならず 、精度のよい温度補償は困難となる。

【００１０】 さらに、一般に金属蒸気レーザ装置においては、その動作時に金属蒸気レーザ 管１内部より発熱し、特にカソード電極３の側においては高温が発生する。よっ て、金属蒸気レーザ管１の内部においても外部においても温度勾配が発生し前記 のような温度補償に影響してしまう。

【００１１】 そこで本考案はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、雰囲気 温度に対する温度補償を高精度に行い、金属蒸気レーザ管内の圧力を高精度に検 知する圧力センサを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

かかる目的を達成するために、本考案は、金属蒸気レーザ装置における金属蒸 気レーザ管内のキャリアガス圧力を検知する圧力センサであって、前記センサは 圧力検知部と温度補償部からなり、前記圧力検知部は前記金属蒸気レーザ管と接 続された第１の収納部と該第１の収納部内に設置された第１の圧力検知素子より なり、前記温度補償部は前記第１の収納部と同一形状であって隔壁により隔離さ れて第１の収納部と接続された第２の収納部と該第２の収納部内に設置された第 ２の圧力検知素子よりなり、かつ前記第２の収納部内には前記金属蒸気レーザ管 内のキャリアガスの初期圧力と等しい圧力のキャリアガスを封止する。

【００１３】 また、前記圧力検知部と温度補償部をそれぞれ設置した第１の収納部と第２の 収納部は、レーザ動作時の発熱の影響をうけぬよう接続手段により金属蒸気レー ザ管本体と所定の距離をもって接続されていることが望ましい。

【００１４】 さらに前記第１の収納部と第２の収納部を第３の収納部で包含し、前記第３の 収納部は真空排気されていることが望ましい。

【００１５】

【作用】

本考案の圧力センサは、金属蒸気レーザ管と接続された第１の収納部とその内 部に設置された第１の圧力検知素子とで構成される圧力検知部と、第１の収納部 と同一形状であって隔壁により隔離されて第１の収納部と接続された第２の収納 部とその内部に設置された第２の圧力検知素子とで構成される温度補償部からな る。そして、前記第２の収納部内には前記金属蒸気レーザ管内のキャリアガスの 初期圧力と等しい圧力のキャリアガスが封止されている。 従って、温度補償部と金属蒸気レーザ管と接続された圧力検知部は外部雰囲気 の温度差が少なく、両者における熱伝導も同様であるので精度のよい温度補償を 実現する。また圧力センサとしてピラニゲージを用いた例のように複雑な温度補 償回路を構成する必要がなくなる。

【００１６】 また、前記圧力検知部と温度補償部をそれぞれ設置した第１の収納部と第２の 収納部は、レーザ動作時の発熱の影響をうけぬよう接続手段により金属蒸気レー ザ管本体と所定の距離をもって接続すると、金属蒸気レーザ装置の動作時に金属 蒸気レーザ管の内部や外部において温度勾配が発生しても温度補償に影響が低減 される。

【００１７】 さらに前記第１の収納部と第２の収納部を第３の収納部で包含し、前記第３の 収納部を真空排気すれば、第１の収納部と第２の収納部は真空により外部雰囲気 と断熱されるので、外部雰囲気の影響を受けずに精度のよい温度補償を実現する 。特にこのような構成の圧力センサにおいては、金属蒸気レーザ管と所定の距離 を設けなくても、金属蒸気レーザ装置動作時の金属蒸気レーザ管の内部や外部に 発生する温度勾配が温度補償に及ぼす影響を低減する。

【００１８】

【実施例】

以下に図面に示す実施例に基づいて本考案を具体的に説明する。 図１は本考案の一実施例である圧力センサの説明図である。ここに示す圧力セ ンサは、図４の金属蒸気レーザ装置の圧力センサ５に相当する。５３は圧力検知 部であり、金属蒸気レーザ管１と接続された第１の収納部５４とその内部に設置 された圧力検知用サーミスタ５５よりなる。５６は温度補償部であり、第１の収 納部５４と接続された第２の収納部５７と内部に設置された温度補償用サーミス タ５８よりなる。第１の収納部５４と第２の収納部５７は同一形状であって、隔 壁５９により隔離される。 圧力検知部５３は金属蒸気レーザ管１と接続されているので、金属蒸気レーザ 管１内のキャリアガスの圧力と同一圧力である。また温度補償部５６は金属蒸気 レーザ管１内のキャリアガスの初期圧力と等しい圧力もしくは実質上等しい圧力 のキャリアガスが封止される。

【００１９】 ブリッジ回路の等価回路７の各一辺を抵抗Ｒとともに形成する圧力検知部５３ 内の圧力検知用サーミスタ５５および温度補償部５６内の温度補償用サーミスタ ５８は、電源Ｅにより電流が流され発熱する。金属蒸気レーザ管１内のキャリア ガス圧力が変化すると圧力検知用サーミスタ５５の発熱量が変化し、その抵抗値 も変化する。従ってブリッジ回路７より金属蒸気レーザ管１内の圧力は電気信号 として検出される。この等価回路７は制御回路１０３と接続されており、図３に 示す金属蒸気レーザ管１に接続されたキャリアガス供給器６を制御して適宜キャ リアガスを金属蒸気レーザ管１に供給する。

【００２０】 ここで、第１の収納部５４と第２の収納部５７は隔壁５９を介して接続され、 かつ同一形状であって、また第２の収納部５７は金属蒸気レーザ管１内のキャリ アガスの初期圧力と等しい圧力のキャリアガスが封止されている。 従って、温度補償部５６と金属蒸気レーザ管１と接続された圧力検知部５３は 外部雰囲気の温度差が少なく、両者における熱伝導も同様となり、ブリッジ回路 の等価回路７において精度のよい温度補償を実現することができる。 そして圧力センサ５としてピラニゲージを用いた場合のような複雑な温度補償 回路を必要としない。 尚、第２の収納部５７は、第１の収納部５４と実質的に等しい熱伝導状態を実 現するのであれば必ずしも同一形状である必要はなく、例えば断面形状が円形、 方形であっても良いことは明白である。

【００２１】 特に図２に示す別の実施例のように、圧力センサ５を例えばフレキシブルな金 属管のような接続手段８を介して、金属蒸気レーザ管１と所定の距離をもって接 続すると、金属蒸気レーザ装置の動作時に金属蒸気レーザ管の内部や外部におい て温度勾配が発生しても温度補償に影響が低減される。

【００２２】 また図３に示す別の実施例のように、圧力検知部５３の第１の収納部５４と温 度補償部５６の第２の収納部５７を第３の収納部９で包含し、第３の収納部９を 真空排気すれば、第１の収納部５４と第２の収納部５７は真空により外部雰囲気 と断熱されるので、外部雰囲気の影響を受けずに精度のよい温度補償を実現する ことができる。 特にこのような構成の圧力センサにおいては、金属蒸気レーザ管本体と所定の 距離を設けなくても、金属蒸気レーザ装置動作時の金属蒸気レーザ管１の内部や 外部に発生する温度勾配が温度補償に及ぼす影響を低減することができる。

【００２３】 本願の効果を確認するために、圧力５ｔｏｒｒのヘリウムガスが封止された直 径２０ｍｍ、長さ５００ｍｍの円筒状石英容器に、ピラニゲージと本願の図１で 示した構成の圧力センサと容量可変型圧力計を接続し、圧力変動を観察した。 ここで容量可変型圧力計は基準圧力計として用いた。２４時間観察したところ 、ピラニゲージでは基準圧力計の指示値に対して±１ｔｏｒｒ以上の指示値の変 動が観察されたのに対し、本考案の圧力センサにおいては±０．５ｔｏｒｒ以内 の指示値の変動であった。

【００２４】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案の圧力センサは、金属蒸気レーザ管と接続された 第１の収納部とその内部に設置された第１の圧力検知素子とで構成される圧力検 知部と、第１の収納部と同一形状であって隔壁により隔離されて第１の収納部と 接続された第２の収納部とその内部に設置された第２の圧力検知素子とで構成さ れる温度補償部からなり、前記第２の収納部内には前記金属蒸気レーザ管内のキ ャリアガスの初期圧力と等しい圧力のキャリアガスが封止されていて、温度補償 部と金属蒸気レーザ管と接続された圧力検知部は外部雰囲気の温度差が少なく、 両者における熱伝導も同様であるので、精度のよい温度補償を実現することがで きる。また圧力センサとしてピラニゲージを用いた例のように複雑な温度補償回 路が不要となる。

【００２５】 また、前記圧力検知部と温度補償部をそれぞれ設置した第１の収納部と第２の 収納部は、レーザ動作時の発熱の影響をうけぬよう接続手段により金属蒸気レー ザ管と所定の距離をもって接続すれば、金属蒸気レーザ装置の動作時に金属蒸気 レーザ管の内部や外部において温度勾配が発生しても温度補償に影響が低減する ことができる。

【００２６】 さらに前記第１の収納部と第２の収納部を第３の収納部で包含し、前記第３の 収納部を真空排気すれば、第１の収納部と第２の収納部は真空により外部雰囲気 と断熱されるので、外部雰囲気の影響を受けずに精度のよい温度補償を実現する ことができる。 特にこのような構成の圧力センサにおいては、金属蒸気レーザ管と所定の距離 を設けなくても、金属蒸気レーザ装置動作時の金属蒸気レーザ管の内部や外部に 発生する温度勾配が温度補償に及ぼす影響を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例である圧力センサの説明図で
ある。

【図２】本考案の別の実施例である圧力センサの説明図
である。

【図３】本考案のさらに別の実施例である圧力センサの
説明図である。

【図４】陽光柱型金属蒸気レーザ装置の説明図である。

【図５】圧力センサとしてサーミスタ真空計を用いた従
来例である。

【図６】圧力センサとしてピラニゲージを用いた従来例
である。

【符号の簡単な説明】

１ 金属蒸気レーザ管 ２ 金属溜 ３ カソード電極 ４ アノード電極 ５ 圧力センサ ５１ 圧力検知用サーミスタ ５２ 温度補償用サーミスタ ５３ 圧力検知部 ５４ 第１の収納部 ５５ 圧力検知用サーミスタ ５６ 温度補償部 ５７ 第２の収納部 ５８ 温度補償用サーミスタ ５９ 隔壁 ６ キャリアガス供給器 ７ ブリッジ回路の等価回路 ８ 接続手段 ９ 第３の収納部 １００ 有機樹脂 １０１ ピラニゲージ １０２ 温度補償回路 １０３ 制御回路 Ｒ 抵抗 Ｅ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 羽田 博成 兵庫県姫路市別所町佐土1194番地 ウシオ 電機株式会社内

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】金属蒸気レーザ装置における金属蒸気レー
   ザ管内のキャリアガス圧力を検知する圧力センサであっ
   て、 前記センサは圧力検知部と温度補償部からなり、 前記圧力検知部は前記金属蒸気レーザ管と接続された第
   １の収納部と該第１の収納部内に設置された第１の圧力
   検知素子よりなり、 前記温度補償部は前記第１の収納部と同一形状であって
   隔壁により隔離されて第１の収納部と接続された第２の
   収納部と該第２の収納部内に設置された第２の圧力検知
   素子よりなり、 かつ前記第２の収納部内には前記金属蒸気レーザ管内の
   キャリアガスの初期圧力と等しい圧力のキャリアガスが
   封止されていることを特徴とする圧力センサ。
2. 【請求項２】圧力検知部と温度補償部をそれぞれ設置し
   た第１の収納部と第２の収納部が接続手段により金属蒸
   気レーザ管と所定の距離をもって接続されていることを
   特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 【請求項３】第１の収納部と第２の収納部を第３の収納
   部で包含し、前記第３の収納部が真空排気されているこ
   とを特徴とする請求項１または請求項２に記載の圧力セ
   ンサ。
4. 【請求項４】第１の圧力検知素子と第２の圧力検知素子
   がサーミスタであることを特徴とする請求項１、請求項
   ２または請求項３に記載の圧力センサ。
5. 【請求項５】金属蒸気がカドミウム、キャリアガスがヘ
   リウムであることを特徴とする請求項１、請求項２、請
   求項３または請求項４に記載の圧力センサ。