イオンゲージ・とは？初心者でもわかる真空測定のしくみを徹底解説共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

イオンゲージとは？

イオンゲージは、真空の圧力を測るための測定器です。日常生活では触れる機会は少ないかもしれませんが、半導体製造、電子顕微鏡、実験室の真空機器など、真空環境を作る現場では欠かせない道具です。

基本のしくみ

イオンゲージの基本的な考え方は「ガス分子をイオン化して、荷電粒子の流れを検出することで圧力を読み取る」というものです。ゲージ内のガス分子が高エネルギー状態になると、電子を奪われてイオンになります。これらのイオンを電場で集めて検出器へ送ると、流れてくるイオンの量に応じた電流が流れます。圧力が高いほど多くのイオンが生まれ、電流が大きくなる。この関係を「イオン流の強さ＝圧力」として読み取ります。

代表的なタイプ

ホットフィラメント型イオンゲージは、細いワイヤ（フィラメント）を熱してガス分子をイオン化します。感度が高く、短時間で測定値を出せるのが特徴です。

ペンニング型（コールド）イオンゲージは、磁場と陰極を使ってイオンを生成・検出します。寿命が長く、連続運用に向く一方、感度の範囲を細かく調整するのが難しい場合があります。

そして最も広く使われるタイプのひとつがBayard-Alpert型イオンゲージです。高真空領域（おおよそ10^-7〜10^-11 Torr程度）まで測定でき、真空装置の標準的な測定機として多くの研究機関で採用されています。内部の設計には小さな開口（ノズルに似た穴）があり、低電流でも安定して測定できる利点があります。

測定のしくみをやさしく理解するポイント

イオンゲージは、まず装置内のガス分子を取り込み、電子を打ち込んでイオン化します。次に、電場でイオンを集め、検出器でその数を読み取ります。圧力が高いほどイオンの数は増え、電流は大きくなります。つまり「イオンの流れの強さ＝圧力」という直感的な関係で測定値が決まるのです。

よくある疑問と回答

Q. どのくらいの圧力を測れますか？: A. 代表的な範囲は10^-3 Torrから10^-11 Torr程度です。機種によってはこの範囲を超える場合もあります。
Q. 安全面の注意は？: A. 高電圧を扱う装置なので、取り扱いは慎重に。絶縁や適切な安全手順を守り、点検・保守を定期的に行いましょう。

使い方のポイント

設置時には、ゲージの向きや周囲温度、真空ポンプの状態が測定値に影響します。表示単位も機種ごとに異なる場合があるため、Torrやパスカルなどの単位変換にも慣れておくと便利です。

基本仕様のイメージを表で見る

タイプ	測定範囲（概略）	特徴
ホットフィラメント型	10^-3〜10^-7 Torr	感度が高く反応が速い
ペンニング型	10^-3〜10^-6 Torr	堅牢で長寿命
Bayard-Alpert型	10^-7〜10^-11 Torr	高真空測定の主力

まとめ

イオンゲージは真空技術の要となる測定機器です。日常生活には直接関係が薄く感じられるかもしれませんが、半導体製造や科学研究、電子機器の製造現場では欠かせません。仕組みを知ることで、なぜ高真空が必要なのか、どうして測定値が変化するのかが理解しやすくなります。正しい取り扱いと定期的なメンテナンスで、長く安定した測定を保つことが可能です。

イオンゲージの同意語

イオンゲージ: 残留ガスをイオン化して真空の圧力を測定する計測機器。主に高真空・超高真空領域で用いられ、熱陰極型と冷陰極型の2系統があります。
イオン計: イオンゲージと同じ原理で圧力を測定する器具の別名。文献や機器名で同義に使われることがあります。
ペニング型イオンゲージ: ペニング（Penning）型と呼ばれる冷陰極タイプのイオンゲージ。低圧域で安定して測定します。
冷陰極イオンゲージ: 冷陰極を用いてガスをイオン化し、圧力を測定するタイプのイオンゲージ。主に低〜中真空域で用いられます。
熱陰極イオンゲージ: 熱陰極を用いるイオンゲージ。長寿命で安定した測定を提供しますが、起動時の挙動が異なる場合があります。

イオンゲージの対義語・反対語

一般圧力計: 一般圧力計は大気圧付近から高圧までの広い範囲の圧力を測定する器具で、極低圧を測定するイオンゲージの対極的な役割を果たします。用途としては機械の内部圧、配管内の圧力、開放系の圧力などを測定します。
高圧圧力計: 高圧域の圧力を測る専用の圧力計。ボイラーや配管の高圧側の圧力監視などに用いられ、イオンゲージの測定範囲よりも高い圧力を扱います。
バロメータ（気圧計）: 大気圧を測るための計測器。地上の気圧を指標として表示し、真空測定の対極となる日常的な圧力域をカバーします。
アネロイド圧力計: 金属膜を膨張・収縮させて圧力を表示する圧力計の一種。機械的で頑丈なタイプが多く、工場・機械装置の圧力表示によく使われます。
水銀柱式圧力計: 水銀柱を用いて大気圧や内部圧力を測定する伝統的な圧力計・気圧計。高精度だが水銀使用の制約がある点がデメリットです。

イオンゲージの共起語

真空計: 真空の圧力を測定する機器の総称。イオンゲージはこのカテゴリーの一種で、低真空域・高真空域の圧力をガス分子のイオン化とイオン電流測定で推定します。
Bayard-Alpert式: イオンゲージの代表的な測定原理。Bayard-Alpert式は低〜中真空領域で高感度を発揮し、二重の電極構造でイオン電流を測定します。
BA式: Bayard-Alpert式の略称。多くのイオンゲージで用いられる主要な設計方式です。
高真空: 比較的低い圧力域。通常は10^-3〜10^-7 Torr程度を指し、イオンゲージが有効に働く領域のひとつです。
超高真空: さらに低い圧力域（約10^-7 Torr以下）を指す領域。BA式イオンゲージはこのレンジにも対応します。
低真空: 低圧域。約1〜10^-3 Torr程度の領域を指し、Piraniゲージなどと併用されることが多い領域です。
真空度: 真空の程度を表す指標で、分子の数が少ないほど高い真空度になります。単位は Torr や Pa で表します。
真空ポンプ: 真空状態を作り出す装置。イオンゲージはこのポンプで作られた低圧環境で測定します。
ガス依存性: イオンゲージの感度がガス種（He、N2、Ar など）によって異なる性質のこと。正確には補正が必要です。
補正係数: ガス種による感度の違いを補正する係数。実測を正確な圧力へ変換する際に使います。
校正: ゲージの出力と圧力の関係を正確にする作業。定期的なキャリブレーションが重要です。
校正ガス: 校正の際に用いる既知圧のガス。ヘリウムや窒素などが一般的に使用されます。
ガス種: 測定対象のガスの種類。イオンゲージの出力はガス種により変化することがあります。
イオン電流: イオンゲージが圧力を読み取るための出力。イオンの流れによって生じる電流を測定します。
イオン化: ガス分子をイオンにする過程。これがイオンゲージの測定の核となる現象です。
ホットカソード: 熱放出で電子を供給する陰極。多くのイオンゲージはホットカソード型です。
アノード: 正極。イオンを捕捉するための電極のひとつです。
カソード: 陰極。電子を放出してイオン化を促進します。
Piraniゲージ: 別種の真空計。温度変化に応じた抵抗変化を測って低真空を測定します。イオンゲージと併用されることが多いです。
測定レンジ: イオンゲージが対応する圧力レンジ。低〜高〜超高真空の各レンジをカバーします。
半導体製造: 半導体デバイスの製造過程で用いられる真空測定器の適用例。
蒸着装置: 薄膜を成膜する装置。真空環境下での安定した圧力測定が必要な場面で使用されます。

イオンゲージの関連用語

イオンゲージ: ガス分子をイオン化して得られるイオン電流を、圧力の指標として換算して真空圧を測定する計測機器。特に高真空領域で広く用いられる。
ホットカソード型イオンゲージ: 加熱フィラメント（ホットカソード）を用いてガス分子をイオン化するタイプのイオンゲージ。感度が高く応答が速いが、フィラメントの寿命や温度補正、蒸発対策が課題となる。
コールドカソード型イオンゲージ: 磁場を利用したコールドカソード式のイオンゲージ（ペニングゲージなど）。フィラメントを使わないため耐久性が高い一方、低温域での安定性やキャリブレーションが課題になることがある。
ペニングゲージ: コールドカソード型の代表的なイオンゲージ。磁場と放電現象を利用してイオンを作出し、圧力を測定。フィラメントを使用しないため長寿命の特性がある。
Piraniゲージ: 熱伝導を利用した低真空領域のゲージ。加熱されたセンサー線の温度変化をガスの熱伝導率の差から圧力として読み取る。イオンゲージと併用されることが多い。
容量式マノメータ: 薄いダイアフラムの容量変化を検出して圧力を測定する高精度なゲージ。ガス種依存性が小さく、校正が容易な場合が多い。
真空ゲージ: 真空環境の圧力を測定する総称。イオンゲージ、Piraniゲージ、容量式マノメータなど、測定原理が異なる機器を含む。
高真空: 比較的低い圧力領域の真空。おおむね約 10^-3 Pa以下（約 10^-5 Torr 〜 10^-9 Torr程度）を指すことが多い。
低真空: 大気圧に近い領域の真空。正確には幅広い圧力範囲を含むが、一般には 1 Pa 以上の領域を指すことが多い。
真空度: 真空の程度を示す指標。圧力の大きさを表し、単位としてPa、torr、mbar などが用いられる。
ガス種依存性: イオンゲージの感度はガス種ごとに異なる性質があり、N2、O2、Ar などの種類により読み取り値が変化する特性を指す。
校正: 実測値を正しく圧力に換算するための調整作業。ガス種別ごとに標準ガスを用いてゲージの感度を補正する。
イオン化原理: ガス分子を高エネルギー状態にしてイオンを作り出す現象。発生したイオン電流を圧力の指標として利用する。
電源／高電圧供給: イオンゲージにはイオン生成と加速に必要な高電圧を安定して供給する電源が必要。ホットカソード型はフィラメント加熱にも電源が関与する。
真空ポンプ: イオンゲージと組み合わせて真空を維持・達成する装置。ターボ分子ポンプ、分子ポンプ、拡散ポンプ、ロータリーポンプなどがある。
圧力単位: Pa（パスカル）、torr、mbar など、圧力の表現に用いられる単位。真空機器では用途に応じて単位を揃えて使用する。