真空計の故障とその主な原因

真空計は実験装置において欠かせない重要機器ですが、使用条件を誤ると簡単に故障してしまう繊細な装置でもあります。特に、対応していない圧力領域での使用は要注意です。

熱陰極電離真空計が壊れやすい理由

熱陰極電離真空計は、中高真空以上の領域でとても良い精度で使用できるゲージでとても人気があります。ホットカソードゲージやB-Aゲージと呼ばれ、高真空域で非常に高精度な測定が可能な反面、最も壊れやすい真空計の一つです。その原因は、内部に使われている高温のフィラメントにあります。

故障メカニズム：

  • フィラメントが約1000℃以上で発熱し、熱電子を放出して気体分子をイオン化する仕組み
  • ターボ分子ポンプの停止などで真空度が悪化すると、酸素などがフィラメントに付着し、酸化膜を形成
  • 結果的に、フィラメントが焼き切れて故障

よくある事故例：

  • 停電で排気が止まったまま電源が入り続けていた
  • システムの立ち上げ時にうっかり電源を入れてしまった → このようなケースでは、フィラメントが焼損して使用不能になります。
🔧対策：真空度が悪化したら、すぐにB-Aゲージの電源を切ること！

他の真空計の特徴と故障リスク

真空計 対応真空度 故障頻度 特徴
熱陰極電離真空計 10⁻² ～ 10⁻⁸ Pa 中 高真空用。高精度測定。ホットカソードゲージやB-Aゲージともいう。フィラメント焼損リスク大。最も壊れやすい。
冷陰極電離真空計 10⁻² ～ 10⁻⁷ Pa 低 高真空用。イオンポンプと同じ原理。コールドカソードゲージともいう。陰極を研磨すれば再利用可能。フィラメントなしで丈夫。
ピラニゲージ 10⁵ ～ 10⁻¹ Pa 低 中〜粗真空用。フィラメント式だが太く丈夫。
隔膜真空計 10⁵ ～ 10⁻³ Pa 低 高精度。ガス種に依存しにくい。微小圧力の測定に強く、定量性が高い。

熱陰極電離真空計と冷陰極電離真空計の比較

比較項目 熱陰極電離真空計 冷陰極電離真空計
測定原理 フィラメントによる熱電子放出 → イオン化 高電圧による放電 → イオン化
測定精度 高精度（±15%程度） やや低い（±30%程度）
測定範囲 ～10⁻⁸ Pa程度 ～10⁻⁷ Pa程度
フィラメント あり（焼損リスク大） なし（堅牢）
再使用性 一度焼損すると交換 陰極の清掃で再利用可

「真空計が壊れる」の意味

「真空計が壊れる」という表現には、次の2通りの意味があります。

1. 計測器本体の故障
→ 通信できない、表示されないなどの電子系トラブル

2. 検出部（センサー、通称”玉”）の故障
→ フィラメント切れ、振動子破損、陰極汚れなど

🎓 実務上では②の”検出部がダメになった”が多いが、「壊れた」とひとくくりに表現されがちです。

実験現場での教訓

  • B-Aゲージは使う前に真空度を必ず確認すること！
  • 「検出部」は消耗品という意識を持つこと

まとめ

  • 真空計の特長をよく理解し、適正な使用を行うことが大切。