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
資格試験と例題による解説
資格認定委員会試験委員会

第 4 回から第 6 回まで，主に真空容器における気体の発（監修）委員長



ベアード・アルパート真空計（ B A 真空計）は超高真スピンニングローター真空計を大気圧から働かせること

生と，それを除去するシステムについて，例題により解説をしてきた．今回は「真空計測」を取り上げることにしたい．

.

中山勝矢

空用であり，低圧側には計測の限界がない．
はできない．

真空計測

真空計測については用語，真空計の種類，動作原理と問題

 は，正しそうに見えるが，指示値がそのまま気体の圧力


点，気体の種類依存性，使用可能な圧力範囲と可測限界，使を示すという記述は誤りで，必ず校正が必要である．また

用上の留意点，指示値と気体圧力との関係，校正方法，デーは，低圧（低真空ではない）側に X 線限界があることが考タの解釈，残留気体の測定などが出題の対象になる．

 である．
慮されていないので正しくない．正解は. 真空計の種類と圧力範囲
真空計は大きく分けて，全圧（真空）計と分圧（真空）計. 真空計の特性
いくらデジタル化されていても，真空計はスイッチオンでとになる．低真空や中真空の領域では，気体の圧力［ Pa ］を，直接，力［N /m2］そのものとして測れる真空計（全圧万事 OK というほど簡単ではない．この計測値はいかなる計）がある．
「機械的現象に基づく真空計」がそれに当たる．

真空計によるものか，その真空計にはどのような問題が隠さしかしこの種の真空計は，一般に高真空や超高真空の領域でれているか，それぞれの真空計の計測の限界は何によって起は使えない．そのため多くの真空計では気体の分子密度によきるのかなどを，承知して測定値の解釈をする必要がある．って変化するさまざまな現象を利用している．つまり気体の身近にあって親しんでいるはずの B A 真空計でも，一つ圧力そのものを測っていないから，圧力に対する校正が要る．

一つの構造が持つ意味までは考えずに使っていることが多利用される現象の一つは，測定する空間内の気体の輸送現い．よく見れば， B A 真空計は特異な構造をしている．そ象であり，もう一つは電離現象である．過去に試作，開発さこにはそれなりの理由があるので，関心を持って正しく理解れた真空計の名称と定義は， JIS Z 8126 3 「真空用語―真しておくことが大切である．
次の例題は B A 真空計の針状の集イオン電極に関するも空計及び関連用語」に記載があり，よく整理されている．目のである．この問題は，単純に知識を問う形にはなっていなを通しておく必要のある資料である．
この JIS には分圧計も名称と定義が整理されている．ただい．一見簡単そうに見えるけれども，それぞれは物理的な知し分圧計とあっても，現状では実際に気体の分圧を個々に計識を踏まえた考察が必要なので，レベルが高い．それで 1測できるものはない．残留気体の種類とおおよその量を示す級に位置付けされた．に過ぎず，残留気体（ガス）分析計と呼ばれることが多い．
個々の真空計にはおのずと利用できる圧力範囲があり，そ例題
（級）

B A 真空計において，計測領域を高真空領域から超高真れを越えて使用することはできない．この利用可能な圧力範囲がいかなる理由で決まるかを訊ねられることがある．
真空の領域は低真空から高真空まではなはだ広く，全領域を単独の真空計で計測することは実現していない．また真空空領域に拡張するために最も効果的であった改良点は次のど
れか．


グリッド電極（集電子電極）に加える電圧を高くして，電子によるイオンの生成効率を増加させた．

容器内に存在する気体の組成も多くの場合単一ではない．それでいくつかの真空計を組み合わせて使うことになるが，そ

電子電流を増やし，生成イオンの数を増加させた．

こに技術上の課題が存在するので，それぞれの真空計の特性



集イオン電極をグリッド電極（集電子電極）の中心部に置くことで集イオン効率を高めた．

を熟知していることが大切である．



次の例題は，真空計の特性が訊ねられた例である．

集イオン電極を細くし，グリッド電極（集電子電極）からの軟 X 線に照射される面積を減らした．



例題
（級）


ピラニ真空計は大気圧のような粘性流領域を測定するた
この例題は，電離真空計が持っている一般的な問題点とかめの真空計である．


電極全体を線状の構造にして，電極から発生する気体放出量を減少させた．

真空計に関する次の説明文で，正しいのはどれか．

電離真空計は信頼性が高く，指示値はそのまま真空容器かわりがある．それだけに示された解答選択肢の内容を理解内の気体の圧力を示している．

 に比べて，他の方法は効果がしておくことが大切である．

冷陰極電離真空計なら大気圧から超高真空まで計測でき である．
少ないので，正解はる．
Vol. 51, No. 8, 2008

物理量の測定だけから圧力が求まる真空計を，JIS では絶―( 59 )―569

対真空計と呼ぶ．機械的現象に基づく真空計のうち液柱差真
 ，
 ，
 ，
 ，


空計（ U 字管真空計）やマクラウド真空計などがこれに相
 ，
 ，
 ，
 ，


当する．隔膜真空計なども機械的な変位で圧力を測定する




 ，
 ，
 ，
 ，



が，圧力に対して校正が必要である．
この例題は非常に長い．読み間違いしないようにしないと多くの場合，真空計の動作条件（パラメータ）を変えると感度（真空計の指示された読みの変化と相当する圧力変化といけない．全体は日本工業規格（JIS）から取ってあるから，の比）が変わってしまう．電離真空計では感度係数 K を最も基本的な出題である．ただ文章に空欄を作り，そこに当「与えられた気体に対して，定められた動作条件の下でのイてはまる言葉を選ばせるだけでなく，解答選択肢ではその順オン電流を，イオン化のための電子電流と圧力の積で除した である．
序を問うなど，少々手が混んでいる．正解は値」と定義する．それぞれの電流を Ii, Ie と書けば，K＝. 残留気体の分析

Ii
Ie×p

全圧計型の真空計では，残留気体が水素であろうと水蒸気である．この K は電子電流や電子加速電圧（グリッドの電であろうと，アルゴンが混ざっていようが区別して測定する圧），気体の種類，圧力などによって少なからず変化する．

ことはない．気体の種類と組成をもっと詳しく知りたけれ

通常は校正を行ったときの動作条件で目盛り付けをしてあば，残留気体分析計を使うことになる．

るので，こういったことはあまり表に出ないが留意すべきで現在市販されているものは，ほとんどすべて，イオン化室ある．電離真空計の感度係数 K が動作条件によってかなりで気体を電子でイオン化している．この点は熱陰極電離真空

複雑に変化するのは，イオン化に関与する電子の数，電子の計と同じである．生成したイオンはイオン化室から引き出さエネルギーによるイオンの生成効率の違い，イオンの再結合れた後に質量/電荷比にしたがって分離される．などが影響するからである．また電離真空計においては，気分離の方法には，電界（高周波電界を含む），あるいは磁体ごとに感度係数が異なる．それで基準の気体（多くの場界を使うもの，電界と磁界の両方を使うもの，それに飛行時合，窒素）に対する感度係数の比を比感度と呼んでいる．

間の違いを利用するものがある．分離できる原理についてピラニ真空計でも，適正な動作範囲を越えて圧力が高い領は，講義のテキストや参考書を見て理解していただきたい．

域になると感度が大幅に変化することが知られている．感度得られる結果は，質量/電荷比ごとのイオン電流値であが極端に低くなった場合，気体の圧力が高まっても指示値にり，それぞれの気体についてイオンの生成効率と随伴する変化がないということになり，事故につながる．

ピーク（フラグメント電流）の大きさが把握されていれば，いまここで出てきた感度，感度係数，比感度， X 線限界

連立方程式を解くことで原理的には分圧を算出できる．しかなどは，いずれも真空計測では欠かすことのできない概念でし実際には，気体分子の種類が予め分からない場合が多く，ある．これに関する例題を次に掲げる．

正確な解析は極めて難しいのが現状である．ここでは，残留気体分析計そのものに関する例題を紹介しておく．

例題
（級）
日本工業規格では真空計測に関する用語が定義されている．

例題
（級）

 ～
 はその一例である．空欄(ア)～(オ)にあてはまる適切 ～
 の中から選んで順に並べなさい．
な用語を



残留気体分析計について述べた次の文章のうち，正しいものはどれか．

熱陰極電離真空計で，集電子電極から放出される軟 X

線によって，主として集イオン電極から放出される光電

用している．

子による残留電流に対応する窒素相当圧を(ア)という．



四極子形質量分析計は柱状の高周波電極を持っている．

与えられた気体に対して，電離真空計の定められた動作



四極子形質量分析計はイオンの分離のため磁界を必要と条件の下でのイオン電流を，イオン化のための電子電流と圧力との積で除した値を(イ)という．


する．



真空計に指示された読みの変化と相当する圧力変化との比を(ウ)という．



すべての残留気体分析計では，イオンの軌道の偏向を利られたことがない．


窒素に関する感度で補正した圧力値を(エ)という．窒素

高周波電場を用いた残留気体分析計は，これまでに試み四極子形質量分析計は飛行時間の差を測定する形式の分析計である．

に対して校正された真空計の場合は，その真空計の読み
この例題は広く使われている四極子形質量分析計（Q マス値である．



真空計のある気体に関する感度と，その真空計の同一条ともいう）について訊ねたものである．日ごろ使っていると件下における同一圧力の窒素の対する感度の比を(オ)というだけでは少々さびしい．やはり構造と機能に立ち入っていう．

 である．
理解することが期待される．正解は 感度用語 電離真空計の感度係数
 X 線限界たは窒素換算圧） 

 ，
 ，
 ，
 ，



 ，
 ，
 ，
 ，


570

 比感度 窒素相当圧（ま他には，イオン化法について問う問題があった．
次回は「材料・部品・組立」を取り上げる．（続く）―( 60 )―

J. Vac. Soc. Jpn.