JPH084584Y2 - 表面弾性波真空計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の技術分野〕 本考案は，熱伝導型の真空計に係り、特には温度セン
サとして表面弾性波共振子を用いた表面弾性波真空計に
関する。

〔従来の技術〕

熱伝導型真空計は、気体が高温の物体から奪い去る熱
量が気体の密度、すなわち真空度によって異なることを
利用した真空計である。すなわち、気体の分子が高温の
物体の表面に衝突すると、そこからエネルギを得て飛び
去り、その分だけ物体の温度が低下する。この温度低下
の程度は、気体の分子間衝突の少ない環境下ではその真
空度と比例関係にあるため、このことを利用して物体の
温度から真空度を測定することができる。

従来の熱伝導型真空計としては、熱電対真空計があ
る。これは、一定の電流で高温に加熱されたフィラメン
トの温度を、熱電対を用いて読取るようにしたものであ
る。高温物体であるフィラメントの温度は上述したよう
に真空度に関係するので、熱電対には真空度に応じた熱
起電力が生じることになる。よって、熱電対に生じる熱
起電力を検出することにより、真空度を知ることができ
る。

〔従来技術の問題点〕

上記の熱電対真空計では、真空度が高くなると、フィ
ラメントに衝突する気体分子の数が少なくなるので、フ
ィラメントの温度が徐々に高くなる。しかし、或は限度
以上の真空度になると、フィラメントの温度が高いのに
加え、フィラメントに衝突する気体分子の数が少なくな
る。すると、気体分子の持ち去る温度がフィラメント温
度に対して極めて少なくなるので、フィラメントの温度
変化がほとんどなくなり、これを熱電対で読取ることが
極めて困難になってしまう。

〔考案の目的〕

本考案は、上記従来の問題点に鑑み、極めて高い真空
度まで測定可能な熱伝導型真空計を提供することを目的
とする。

〔考案の要点〕

本考案は、上記目的を達成するために、温度センサと
して表面弾性波共振子を用い、これを発熱体と一体化
し、上記共振子の共振周波数が発熱体の温度に応じて変
化することを利用して、真空度を測定するようにしたも
のである。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について、図面を参照しながら
説明する。

第１図は、本考案の一実施例に係る表面弾性波共振子
１及び発熱体２の構成を示す斜視図である。

同図において、表面弾性波共振子１は、例えばＹカッ
トされたLiNbO₃結晶板等からなる圧電結晶基板1aの上面
に、くし歯状の一対の電極1b,1cが互いに噛み合うよう
に形成されたものである。圧電結晶基板1aの下面には、
例えば多結晶シリコン等でできた発熱体２が密着形成さ
れることにより、表面弾性波共振子１と発熱体２の一体
構造が得られている。

上記表面弾性波共振子１の共振周波数は温度特性を有
し、これは主として圧電結晶基板1aの弾性定数C_ijの温
度特性で決まる。例えば、圧電結晶基板1aとして、上述
したようなＹカットのLiNbO₃結晶板を用いた場合、その
弾性定数C_ijの温度特性が非常に大きいことから、表面
弾性波共振子１の共振周波数の温度特性も極めて大きく
なり、すなわち少しの温度変化によっても大きな共振周
波数変化が得られるようになる。そこで発熱体２を一定
の電流で加熱しておき、表面弾性波共振子１の共振周波
数を検出すれば、この共振周波数に発熱体１の温度が対
応することから、前述した熱伝導型真空計の原理により
真空度がわかる。

上記表面弾性波共振子１の共振周波数に基づき真空度
を求めるための回路を第２図に示す。

同図において、発振回路３は、第１図に示した表面弾
性波共振器１と、増幅器3a、抵抗3b、及びコンデンサ3
c、3dとを用いて構成されており、表面弾性波共振子１
の共振周波数に応じた発振周波数のパルスＰを出力す
る。この出力パルスＰはアンド回路４の一方の入力端子
に与えられ、もう一方の入力端子には一定周期の矩形波
パルスからなる計測基準信号Ｓが与えられる。この計測
基準信号Ｓの１個のパルスの時間幅ｔは一定であり、こ
のパルスがアンド回路４に入力されている間だけ、発振
回路３からの出力パルスＰがアンド回路４を介してカウ
ンタ５に入力する。すなわち、カウンタ５は上記時間幅
ｔの間だけ出力パルスＰをカウントする。このカウント
データは、表面弾性波共振子１の共振周波数に対応す
る。カウンタ５は、計測基準信号Ｓのパルスの立下り時
にインバータ回路６を介してリセットされるが、その直
前までのカウントデータがラッチパルスＬによりラッチ
７に保持される。ここに保持されたカウントデータは、
デコーダ８によって、予め知られた共振周波数と真空度
との対応関係に基づき真空度データに変換され、続いて
表示部９に表示される。

以上の構成からなる本実施例の表面弾性波真空計を用
いて真空度を測定するには、まず、第１図に示した表面
弾性波共振子１及び発熱体２を、測定したい環境下に設
置し、発熱体２に一定の電流を流して加熱する。この状
態で、第２図に示した発振回路３からは真空度に対応し
た発振周波数のパルスＰが出力され、この周波数はカウ
ンタ５のカウントデータとしてラッチ７に保持され、デ
コーダ８によって真空度に変換されて、表示部９に表示
される。よって、表示部９の表示内容を読み取るだけ
で、真空度を知ることができる。

本実施例によれば、表面弾性波共振子１が、前述した
ように大きな温度特性を持つことから、これに一体化さ
れた発熱体２の温度を従来のものよりも低くすることが
できる。そのため、一気体分子が発熱体２から持ち去る
エネルギ（温度）が発熱体２の温度に比べて相対的に大
きくなり、よって従来の熱電対真空計に比べて十分に高
い真空度まで測定することが可能になる。

なお、第１図に示した圧電結晶基板1aの材質はLiNbO₃
結晶に限定されることはないが、なるべく弾性定数C_ij
の温度特性が大きいものを選択することが望ましい。

また、表面弾性波共振子１の共振周波数から真空度を
求めるための回路としては、第２図に示した回路の他に
も、様々な回路を使用できる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、小型かつ安価
であるという熱電対真空計の利点を活かしながら、これ
までは大型の真空計（例えばピラニ真空計とガイスラー
管の組合せ、あるいはピラニ真空計と電離真空計の組合
せ）でしか測定できなかったような極めて高い真空度を
も簡単に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る表面弾性波共振子１及
び発熱体２の構成を示す斜視図、 第２図は本考案の一実施例の内部回路図である。 １……表面弾性波共振子、２……発熱体、３……発振回
路、５……カウンタ、７……ラッチ、８……デコーダ、
９……表示部．

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電結晶基板の上面にくし歯状の一対の電
   極が形成された表面弾性波共振子と、 この表面弾性波共振子の前記圧電結晶基板の下面に密着
   形成された発熱体と、 この発熱体を一定温度で発熱させた時の前記表面弾性波
   共振子の共振周波数をカウントするカウント手段と、 このカウント手段によってカウントされたカウント数に
   基づいて真空度を求める手段とを備えたことを特徴とす
   る表面弾性波真空計。