講座
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資格試験と例題による解説

資格定委員会試験委員会 （監修） 委員長

真空の利用についても，できるだけ出題することにしている．最終回は，真空利用に関連した例題をとりあげた．

.

中山勝矢

真空凍結乾燥は真空下での水分の蒸発（気化）を利用したもので，加熱することなく乾燥できるところに特長がある．
したがって，食品や医薬品に限らず生体そのものの乾燥にも真空の利用広く利用されている．決して断熱効果の利用ではない．つま. 基盤となる現象と利用

 の文章が誤りであり，
 を選べば正解とりこの例題では，

ご承知の通り，真空の利用は多岐にわたり，さまざまなもなる．のがある．個々の利用について細かい点まで出題したら，かなおこれに似た問題としてえって不公平になって好ましくない．しかし，真空技術との「真空ピンセットは，大気圧との圧力差を利用している」

かかわりを中心に出題するわけであるので，真空利用の実情「真空溶解や真空鋳造は，有害気体の除去と断熱とに真空がも考慮して，基盤となる現象だけではなく，付随して起きる利用されている」

現象についても含めざるを得ない．

「分子蒸留は，冷却面に至るまでの経路で残留気体分子との最近は真空包装されている食品が著しく増えた．これらの衝突頻度が減ることを利用している」

内容物を袋に入れて排気する場合，当然のことだが，食塩をといった問題も考えられる．少なくとも，真空利用に関する含む煮汁の飛沫や内容物の一部が飛び出し，真空装置の内壁名称は承知していることが大切である．例えば分子蒸留といに付着するとか，排気系に吸い込まれるといったことが起き

うのは，蒸発面と凝縮面との距離を残留気体の平均自由行程る．こうした予期しない異物のために，装置が劣化し，真空以内に保って行う真空蒸留の一方式である．理論的には蒸発ポンプが運転不能になることが起こり得る．このようなことした蒸留物質は分子同士の衝突により蒸発面に戻ることがなを前提にして，維持管理，修理からコストまで考えておかな

く，高い蒸留効率が得られる．

ければ実用上も役に立たない．このことは半導体製造装置においても大同小異である．こうした問題は，真空技術者とし. 現象の具体的な理解ての理解の程度を確認するために出題される可能性がある．

真空利用に関しては，まず初めに真空環境のどのような現真空を利用する際には，その基盤として何らかの化学的な象を基盤に据えているのかについて知っていることが前提だ

いしは物理的な現象が存在している．プロの真空技術者としが，同時にそれが具体的にどんな形で現れるのかも承知してては，いかなる利用についても常にその点が明解であることいる必要がある．

が期待される．そのような考えに立って作られた問題を次に掲げる．

いま仮に真空凍結乾燥を計画したとする．対象となるものが，濃厚な液状のものか，野菜や魚介類のような水分を含む

ここで 2 級となっているのは，日本真空工業会が主催す生ものか等々によって，話は異なってくる．

る講習会，ウォーキングコースのテキストを参考にして作成

一般に大気圧から減圧していくと，液体中に溶解しているされたものだからである．講習会のテキストとともに，参考

気体は外部に放出されるが，その勢いが激しい場合は沸騰と書，配布資料の類にも入念に目を通し，知識を十分に補い，呼ばれる．沸点は液体のその温度での平衡蒸気圧に等しい．
例えば，水の20 °Cにおける平衡蒸気圧は17 Torr と言われて整理しておくことをお勧めしたい．

おり，水を 20 °C に保ったままその圧力以下に減圧すると沸騰が始まる．またこのとき，水そのものが激しく気化するわ

例題
（級）
真空の利用は多岐にわたるが，いずれも真空中の物理現象

けだから多量の気化熱が奪われ，温度は急速に低下し，多くや化学現象を基礎にしたものである．次に文章において誤っの場合凍ってしまう．またいったん凍っても，氷の温度でのている説明はどれか．

平衡蒸気圧に相当した速度で水の分子は蒸発していく．例え

プラスチック容器の製造に用いられる真空成形は，大気ば， 0 °
C での水の蒸気圧は4.6 Torr である．実際に商業用の圧による力を利用している．

多くの真空凍結乾燥装置では，奪われる気化熱を補うために食品の真空包装による保存は，酸素の気体分子密度が減外部から積極的な加温を行い，生産性を上げているのである．

少することを利用している．

次の例題は，こうした利用を進める場合に関連して現れる

ネオンサインは，低圧下で起きる気体の放電現象を利用事象について理解の程度を訊ねたものである．内容は，一見している．

初歩的な感じかもしれない．しかし，真空での水の気化につ

真空凍結乾燥は，真空中での断熱効果を利用している．

いて具体的なイメージを持っていないために，装置の運転な

電子顕微鏡は，高真空中で電子の平均自由行程が増大すどに失敗することがあるし，そのリスクを避けるためにも出ることを利用している．

題が必要だと考えた．



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―( 46 )―

J. Vac. Soc. Jpn.

例題（級）

 である．
答選択肢の中から見つけるとよい．正解は

凍結乾燥の予備実験として，ガラスの器に水を入れて真空容器の中に置き，急速に排気して観察した．このとき起こら. 真空利用におけるプラズマ
大気圧以上の圧力領域でもプラズマがないわけではない

ない現象は，次のうちのどれか．


水は瞬時に蒸発してしまった．

が，中真空領域ではプラズマは容易に作ることができるし，



水は激しく沸騰してビーカーから飛び出してしまった．

利用もし易い．加熱によっては蒸発させられない誘電体材料



飛び散った水も残った水も凍ってしまった．

も，プラズマを利用したスパッタリングで気相中へ飛び出さ

凍ることなく水のままで静かに蒸発が進み，消滅した．

せることができるので，利用は盛んである．



真空容器に付着した氷の小片はたちまち小さくなって消そこでプラズマに関連して，次に示すような例題が 1 級用に作られた．例題47（2 級）よりも内容に立ち入っていて，滅した．

用語を理解していないと難しいと思われる．単なる知識だけ
真空凍結乾燥に携わるのであれば，少なくともこれくらいでなく判断力も訊ねているので，1 級に出題された．

 は先に述べた沸騰であの知識を持っている必要がある．

り，凍結乾燥をするのでなくても液状のものを減圧下に置け

例題
（級）
プラズマは薄膜作成に多く使われている．次の薄膜作成にば必ず起きる現象である．油脂類でも金属でも例外ではない．ときには爆発的に液体が飛散する．この有様は，経験し関するプラズマの記述で間違っているものはどれか．てはじめて理解できる．



 のよう奪われるためにたちまち凍ってしまうので，普通は
 である．
なことは起きない．正解はプラズマ CVD 法は，数 Pa 程度の圧力のガスを成膜室に導入し，それを加熱することによりプラズマを発生さ

また，水のまま静かに気化していくこともない．気化熱がせ，化学反応によって薄膜を生成する手法である．


イオンプレーティング法は，アルゴンガス等のプラズマを発生させ，その中で抵抗加熱法や電子ビーム等で蒸発. 利用に関連した技術

させた粒子の一部をイオン化させて成膜する．

利用を中心にして真空を考えると，類似の技術が存在する

ことに気がつく．その優劣，長短を総合的に検討した上で，させるとターゲットに自動的に自己バイアスが印加され最適なものを選択するのが専門技術者の役割であり，工学的なのである．

るので絶縁物でもスパッタできる．


ECR （電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング法で

RF （高周波）電力を用いるとプラズマの中に直接電極は，マイクロ波を用いてプラズマを発生させている．

この資格認定試験では，真空利用のすべてを対象にするわ
けにはいかないから，真空技術者の常識になっていることをRF （高周波）スパッタリング法では，プラズマを発生取り上げて，理解の程度を訊ねることとしている．次の例題

を導入しなくても，外部からプラズマを発生させることはその一例であり，2 級に出題されたが，内容を高度化すれができる．

ば 1 級用に作りなおすことが可能である．
 のように単に加熱のみによりプラズマを発生させること
例題
（級）

 である．
はできないので，この例題の正解は

プラズマは薄膜作成に広く利用されている．次の薄膜作成装置のうち，プラズマを積極的に利用しているのはどれか．

. 終わりにあたって
これまで 11 回にわたり，例題を使って資格試験の解説を

電子ビーム蒸着装置



イオンプレーティング装置試みた．真空の分野では，これまで問題の形にした知識の集

熱 CVD（化学気相堆積）装置

積は，真空夏季大学における演習問題くらいで，全体に貧弱MBE（分子線エピタキシー）装置だったように思う．今年度までに，予備問題まで含めて，総RF（高周波）スパッタ装置数で400問余り作られた．この事業の性格上，その内容をす


 と


べて発表できないことはまことに残念だが，今回はその中の




 と


約50問を紹介した．



 と


これらが受験を考えておられる方々の準備に幅広く活用さ


 と


れることを期待したい．また問題作成に努力を傾けられた委




 と


員の方々に，ここで改めて敬意を捧げたい．

2008 年度から解答にマークシートを使っている．これはここでは正しいものが 2 つある．したがって組み合わせ正答率など，分析のための各種統計が作りやすいからであ型になっている．正しいものを 1 つ選ぶよりも，間違いなる．受験者は，機械の誤読がないように必ず HB の鉛筆で ，をく 2 つを選ぶ方が難しい．まず正しいものとして

正しくマークし，プラスチック字消しを使っていただきた

探すか，逆にプラズマを使うことなどあり得ないものとしてい．（完）

 ，
 ，
 を拾って，相応しい組み合わせがあるか否かを回Vol. 51, No. 12, 2008―( 47 )―

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