パスカル（Pa）
パスカル（Pa）は圧力のSI基本派生単位であり、1 Pa = 1 N/m^2 を意味する。面積1 m^2に1 Nの力が垂直に作用するときの圧力である。圧力は流体だけでなく固体内部の応力の大きさにも一致し、材料力学やプロセス工学で広く用いられる。SIの国際的整合性のため、工業規格や計量法でもPa表記が標準である。詳しくは国際単位系や、力の単位であるニュートン、歴史的な単位系の変遷を参照すると理解が進む。
定義と物理的意味
Paは「単位面積あたりの力」で定義され、式では p = F/A と書ける。1 Paは非常に小さく、日常や産業では kPa、MPa、GPa が主に使われる。圧力はスカラー量で方向をもたないが、固体内では法線応力やせん断応力に分解でき、数値単位は同じPaで表す。なお、材料の応力も同じ次元である。
換算と桁感覚
- 1 kPa = 10^3 Pa、1 MPa = 10^6 Pa、1 GPa = 10^9 Pa
- 標準大気圧: 1 atm = 101325 Pa（約101.3 kPa）
- 1 bar = 100000 Pa（= 100 kPa）
- 1 mmHg ≈ 133.322 Pa（120 mmHg ≈ 16 kPa）
実務での使い分け
- 配管・空圧・真空: Pa～kPa（例: 粗真空は数百～数Paの領域）
- 油圧・構造設計: MPa（高圧配管や容器は数～数十MPa）
- 材料特性: 弾性率はGPa（鉄鋼のヤング率は約200 GPa）
- 医療・環境: 血圧や音圧はkPaやPaが用いられる
測定法とセンサ
絶対圧計（真空基準）、ゲージ圧計（大気基準）、差圧計（2点差）に大別できる。機械式ではブルドン管やダイヤフラム式が一般的で、電気式では歪みゲージ、圧電、静電容量、MEMSセンサが普及している。校正は基準圧力源と参照計器で実施し、温度補償やゼロ点調整が測定不確かさ低減に重要である。
参照基準（ゲージ圧・絶対圧・差圧）
同じPaでも基準が異なると値の解釈が変わる。ゲージ圧（Pg）は大気圧との差、絶対圧（Pabs）は真空を基準、差圧（ΔP）は二点間の圧力差である。関係は Pabs = Pg + Patm。仕様書や図面には基準を必ず明記する。
注意点
ゲージ圧をそのまま材料の許容応力に用いると安全率の誤算となる。圧力容器や配管強度計算では絶対圧・温度・腐食代・溶接係数などを併記し、検査条件（耐圧・気密）も一致させる必要がある。
静水圧と流体挙動
静止流体では p = ρgh に従い、深さhで圧力は線形増加する。流動場では流体力学の保存則が支配し、損失が小さい場合はベルヌーイの定理で全圧一定とみなせる。配管設計では動圧 ρv^2/2 と静圧の交換、局所損失・摩擦損失の評価が重要である。
パスカルの法則と油圧機器
閉じた流体は各部で同一の圧力上昇を受ける（パスカルの法則）。小さな力でも大きな面積のピストンに同じ圧力が伝わるため、F2 = F1 × (A2/A1) で出力増幅が可能となる。油圧プレス、ブレーキ、ジャッキなどの基本設計はこの関係式から始まる。歴史と原理はパスカルの法則を参照。
材料力学との関係
内圧容器・配管・タンクでは周方向応力や半径方向応力が発生し、σ ≈ Pr/t（薄肉円筒近似）などで評価する。応力の単位はPaであり、設計報告ではMPa表記が通例である。疲労や座屈を考慮する場合は許容応力、溶接継手係数、温度依存性を整理し、必要に応じて応力集中やヤング率の差も計上する。
SI表記とドキュメント実務
SIでは数値と単位の間に空白を入れる（例: 5 MPa）。接頭語は3桁ごとに切り替え、工程仕様では「範囲・基準・不確かさ・基準圧」の4点を必ず記す。非SI併記は可能だが、換算値は有効桁・誤差伝搬を考慮して丸める。
非SI単位との併用
barやatm、mmHgは慣用的に残るが、規格票・試験成績書はPa系列を主とし、括弧内に換算値を示すのが望ましい。例: 0.60 MPa（約6.0 bar）。
品質・安全とリスク低減
圧力はエネルギ密度に直結する。安全弁・破裂板の設定、二重隔膜の採用、差圧監視の冗長化はリスク低減に有効である。試運転は低圧から段階昇圧し、リーク・振動・温度の同時監視を行う。運転記録では負荷、温度、圧力を同一時刻で記録し、傾向管理により逸脱を早期検知する。
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