JP3626312B2

JP3626312B2 - 電子管

Info

Publication number: JP3626312B2
Application number: JP01277197A
Authority: JP
Inventors: 康晴根木; 俊光永井; 淳木舩; 寛長谷川; 繁市川; 仁志木下; 憲夫朝倉; 本比呂須山
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-01-27
Filing date: 1997-01-27
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2017-01-27
Also published as: JPH10208689A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、融点以下の温度状態（例えば常温）に維持された封止用金属（例えばインジウムを主成分とする金属）によって、容器と入力面板とを接着固定した電子管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から存在する電子管として、特開平４−５８４４４号公報がある。これら公報に開示された電子管は、コールドインジウム法によって製造されたものである。このコールドインジウム法とは、トランスファー装置と呼ばれる真空装置内で容器と入力面板とをインジウムを介して接続する際に、インジウムを融点以下の温度状態（例えば常温）に維持し、インジウムを固体のままで利用する技術である。そこで、容器と入力面板とを接合させる際、容器に入力面板を押し付けるようにしてインジウムを変形させ、インジウムを容器及び入力面板に圧着させることで、電子管の真空気密封止を達成している。また、電子管にコールドインジウム法を適用した例として、特開昭５７−１３６７４８号公報、特開昭５４−１６１６７号公報及び特開昭６１−２１１９４１号公報等がある。
【０００３】
また、電子管にホットインジウム法を適用した例として、特開平６−３１８４３９号公報や特開平３−１３３０３７号公報等がある。ホットインジウム法とは、トランスファー装置内において、加熱器で溶融させたインジウムにより、容器と入力面板とを接合させる技術であり、容器側には、溶けたインジウムが流れ出さないためのインジウム溜まり凹部が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のコールドインジウム法を適用する電子管は、上述したように構成されているため、次のような課題が存在していた。すなわち、容器の端面及び入力面板の内側表面は、いずれも略平坦な面として形成されているので、たとえ入力面板及び容器をインジウムに力強く押し付けるようにしても、インジウムとの接触面でなじみ性が悪く、その結果、十分な真空気密が要求される電子管に気密不良が発生する場合があった。そして、この気密不良に起因して、大気中の酸素や水分が電子管内に入り込み、光電面感度の劣化を招来していた。特に、容器の接合端部が金属材料で形成されている場合には、インジウムとのなじみ性が悪くなる。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、特に、気密性が良く、大量生産に適した電子管を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る本発明の電子管は、第１の開口と第１の開口と反対側に位置する第２の開口とを有する容器と、容器の第１の開口側に設けられて、入射した光に応じて電子を放出する光電面をもった入力面板と、容器の第２の開口側に設けられて、入力面板と共に真空領域を規定するステムとを備え、入力面板と容器の端部とを対峙させ、加圧変形自在な封止用金属で入力面板と容器の端部との間を封止し、封止用金属で封止した部分を環状の封止用金属支持体で外側から包囲した電子管において、容器の端部には、封止用金属を変形させる封止用金属変形部位が形成され、この封止用金属変形部位は、入力面板に向けて突出し端部の内側に位置する環状の第１の突起部と、入力面板に向けて突出し端部の外側に位置する環状の第２の突起部と、第１の突起部と第２の突起部との間に設けられた環状の封止用金属収容凹部とを有したことを特徴とする。
【０００７】
この電子管においては、容器と入力面板との間を加圧変形自在な封止用金属（例えばインジウム又はインジウムの合金）で接合させるにあたって、封止用金属支持体の内周面に接着させた封止用金属を容器と入力面板との間に配置させ、容器に対して入力面板を押し付ける。このとき、容器の端部に形成された第１の突起部及び第２の突起部が封止用金属を変形させ、この変形により押し出された封止用金属は、第１の突起部と第２の突起部との間に設けられた封止用金属収容凹部内に内に押し込まれる。従って、封止用金属のこのような変形により、第１及び第２の突起部の壁面に封止用金属が確実に圧着されると同時に、封止用金属収容凹部の壁面にも封止用金属が確実に圧着され、入力面板と容器の端部との間を封止用金属で確実に封止することができる。更に、封止用金属が加圧変形する際、容器の端部の内側に位置する環状の第１の突起部により、容器内部に封止用金属が必要以上に流入するのを適切に阻止することができ、また、容器の外周に位置する環状の封止用金属支持体により、容器外に封止用金属が必要以上にはみ出すのを適切に阻止することができる。そして、容器の封止用金属変形部位に第１及び第２の突起部と封止用金属収容凹部と形成することで、封止用金属変形部位の表面積が大きくなり、このことが、封止用金属と容器の端部との接合性を向上させる一因になっている。
【０００８】
この場合、第１又は第２の突起部を、容器の端面に別体で固定すると好ましい。このような構成を採用した場合、第１及び第２の突起部に対する封止用金属のなじみ性を考慮して、第１の突起部の形状と第２の突起部の形状とを容易に設計変更することができ、一体成形では不可能な様々な形状や材質の突起部を安価に作り出すことができる。
【０００９】
また、第２の突起部の先端面は、外方に向けて切り落とすような傾斜面にすると好ましい。このような構成を採用した場合、封止用金属を第２の突起部で変形させる際、第２の突起部の壁面に封止用金属を確実に沿わせることができ、第２の突起部の壁面に対する封止用金属の圧着性が向上する。
【００１０】
更に、容器の外周壁面に、封止用金属支持体を収容する環状の切欠き部を形成すると好ましい。このような構成を採用した場合、封止用金属支持体の外周壁面と容器の外周壁面とを略面一にすることができ、電子管における外周壁面の凹凸を可能な限り少なくすることができ、引っ掛かりの極めて少ないシンプルな形状の電子管が可能になる。従って、多数本の電子管を密に配列する際に好適であり、電子管の汎用性や取り扱い性が向上する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による電子管の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る電子管の第１実施形態を示す断面図である。同図に示すように、電子管１は円筒状の容器１０を有し、この容器１０は、導電性の良いコバール金属を利用して、プレス成形又は射出成形又は切削加工等の様々な一体成形方法により作り出されたリング状のカソード電極１１と、電気絶縁性材料（例えばセラミック）からなるリング状のバルブ１２と、コバール金属からなるリング状の溶接電極１３と、バルブ１２を２分割することで形成された第１バルブ１２Ａと第２バルブ１２Ｂとの間で、挟むようにして固定させたコバール金属製のリング状中間電極５０とから構成され、これら部材１１，１２，１３及び５０は互いに同心状に積層配置されている。
【００１３】
また、中間電極５０をもったバルブ１２は、カソード電極１１と溶接電極１３との間に設けられ、バルブ１２の一端は、カソード電極１１のフラットな内端面１１ａに突き合わせた後、ろう付け等で固定され、バルブ１２の他端は、溶接電極１３のフラットな内端面１３ａに突き合わせた後、ろう付け等で固定されている。また、バルブ１２は、第１バルブ１２Ａと第２バルブ１２Ｂとで中間電極５０の外周端部を挟み、接合部分にろう付け作業を施すことで形成される。従って、ろう付け作業により、容器１０は簡単に一体化が図られることになる。
【００１４】
更に、カソード電極１１とバルブ１２と溶接電極１３の筒状本体１３Ａとは略同じ外形（この場合「例えば直径１４ｍｍの円形」）に形成されている。従って、容器１０の外面から凹凸を無くすことができ、引っ掛かりの無いシンプルな形状にすることができる。その結果、狭い空間においても多数本の電子管を密に配列させることができ、取り扱い易い電子管が可能になり、しかも高圧に耐え得る構造を可能にしている。なお、リング体をなすカソード電極１１、バルブ１２、中間電極５０及び溶接電極１３の外形は多角形であってもよい。
【００１５】
カソード電極１１の内周壁面１１ｂはバルブ１２の内周壁面１２ａより内側に位置し、バルブ１２の内径に対してカソード電極１１の内径を小さくしている。従って、後述する光電面２２側の意図しない場所で生じた迷走電子が、バルブ１２に衝突するのを防止でき、迷走電子の衝突により発生するバルブ１２の帯電や、これに起因する電子軌道への影響を無くすことができる。この場合、カソード電極１１は、電子管１のフォーカス電極を兼ねているので、所定の電圧を電子管１に印加したとき、有効径８ｍｍの光電面２２から放出した電子は２ｍｍ程度の径に収束しながら、半導体素子４０に入射する必要がある。そこで、カソード電極１１は、内径１０ｍｍ、長さ３ｍｍが好適であり、セラミック製の第１及び第２バルブ１２Ａ，１２Ｂは、内径１１ｍｍ、長さ３ｍｍが好適である。
【００１６】
前述した中間電極５０は、バルブ１２の内周壁面１２ａから内方に突出し、中間電極５０の開口部５０ａの内径は、電子軌道に干渉しない範囲内で極力小さくなっている（好適には７ｍｍである）。従って、迷走電子によるバルブ１２の帯電が防止されると共に、仮に何らかの理由でバルブ１２が帯電しても、電子軌道に近い空間の電位を中間電極５０により固定させているので、バルブ１２の帯電が電子軌道に悪影響を与えるのを防止することができる。なお、中間電極５０の厚さは、０．５ｍｍが好適である。
【００１７】
容器１０の溶接電極１３には導電性材料（例えばコバール金属）よりなる円盤状のステム３１が固設され、このステム３１は、容器１０の第２の開口１５側に配置されている。ここで、溶接電極１３の筒状本体１３Ａの外端には、ステム３１との接合に利用するために外方に突出した円形の第１フランジ部１３Ｂが形成され、筒状本体１３Ａの内端には、バルブ１２との接合に利用するために内方に突出した円形の第２フランジ部１３Ｃが形成されている。また、ステム３１の外周には、第１フランジ部１３Ｂに嵌合させるための円形の切欠き縁部３１ａが形成されている。従って、溶接電極１３の第１フランジ部１３Ｂをステム３１の切欠き縁部３１ａに嵌合させ、抵抗溶接を施すだけの簡単な組立て作業で、溶接電極１３とステム３１とを簡単に接合させることができる。また、抵抗溶接中において、ステム３１に対する容器１０の着座性は極めて良い。なお、ステム３１にはガラス３４で絶縁した貫通ピン３２が固定されている。
【００１８】
また、ステム３１における真空側の面上には、ＡＰＤ（アバランシェ・フォトダイオード）として動作する半導体素子４０が導電性の接着剤を介して固着されている。半導体素子４０の電子入射面４４ａの直径は３ｍｍ程度であり、半導体素子４０の所定の部位は、ステム３１と絶縁させた貫通ピン３２に対してワイヤー３３により接続されている。更に、半導体素子４０と中間電極５０との間には板状のアノード電極６０が配置され、アノード電極６０の外周端部は溶接電極１３の第２フランジ部１３Ｃに固定されている。このアノード電極６０は、半導体素子４０に近い側に位置すると共に、厚さ０．３ｍｍのステンレス製の薄板をプレス加工することで形成されている。なお、アノード電極６０と半導体素子４０との間隔は１ｍｍが好適である。
【００１９】
このアノード電極６０の中央には、半導体素子４０の電子入射面４４ａに対峙させた開口部６１が形成されている。このアノード電極６０には、開口部６１を包囲するように突出した円筒状のコリメーター部（コリメーター電極）６２が一体に形成され、このコリメーター部６２は、光電面２２に向けて突出すると共に、開口部６１に対して同心的に配置されている。また、コリメーター部６２の内径は３．０ｍｍが好適であり、この高さは１．３ｍｍが好適である。なお、アノード電極６０は、溶接電極１３の第２フランジ部１３Ｃの延長上に予め形成させておいて、溶接電極１３がアノード電極６０を兼ねるように構成することも可能である。
【００２０】
図２に示すように、容器１０におけるカソード電極１１には、光を透過させるガラス製の入力面板２１が固設され、この入力面板２１は、内側に光電面２２を有すると共に、容器１０の第１の開口１４側に配置されている。そして、この入力面板２１は、光電面２２を作製した後、封止用金属として利用する加圧変形自在な低融点金属（例えば、取り扱い容易で加工し易いインジウムそれ自体、インジウムを主成分とする合金、鉛又は鉛合金）２３を介してカソード電極１１に一体化され、その結果、入力面板２１と容器１０の端部との間は低融点金属２３で封止される。また、低融点金属２３で封止した部分を、コバール金属からなる環状の封止用金属支持体２４で外側から包囲している。更に、光電面２２の周辺部分には、光電面２２と低融点金属２３とを電気的に接続するように、クロムの薄膜よりなる光電面電極２５が配置されている。この光電面電極２５の内径８ｍｍは光電面２２の有効径を規定している。なお、封止用金属として、加圧変形可能な金（Ａｕ）が利用される場合もある。
【００２１】
ここで、容器１０におけるカソード電極１１の端部には、低融点金属２３を変形させる封止用金属変形部位７０が形成されている。この封止用金属変形部位７０は、入力面板２１に向けて突出する環状の第１及び第２の突起部７１，７２と、第１の突起部７１と第２の突起部７２との協働でこれらの間に形成させた環状の封止用金属収容凹部７３とからなる。
【００２２】
第１の突起部７１は、容器１０の端部の内側に位置すると共に、断面矩形状を有している。第２の突起部７２は、容器１０の端部の外側に位置すると共に、断面三角形状を有している。すなわち、第２の突起部７２の先端面は、外方に向けて切り落とすように形成した傾斜面７２ａになっている。従って、このような傾斜面７２ａを利用することで、第２の突起部７２の壁面に低融点金属２３を確実に沿わせることができ、第２の突起部７２の壁面に対する低融点金属２３の圧着性が向上する。そして、封止用金属収容凹部７３は、入力面板２１側を開放させた断面コ字状に形成され、低融点金属２３の取り込みを可能にしている。
【００２３】
次に、トランスファー装置と呼ばれる真空装置（図示せず）内で、容器１０と入力面板２１との間を低融点金属２３で封止する手順について簡単に説明する。なお、封止の際、トランスファー装置の内部は、低融点金属２３が溶融しない融点以下の温度（例えば常温）状態に維持されている。
【００２４】
図３に示すように、カソード電極１１の上に低融点金属２３、入力面板２１の順に配置し、それぞれを同軸上に位置決めする。この場合、低融点金属２３は、環状の封止用金属支持体２４の内周壁面に接着固定されると共に、断面がおよそ二等辺三角形になるようなリング体に形成されている。なお、低融点金属２３の外形は、内径１３．５ｍｍ、外形１４．５ｍｍ、高さ２ｍｍが好適である。この状態で、カソード電極１１と入力面板２１とを１５０ｋｇ程度の高圧で互いに押し付けることにより、低融点金属２３が変形して接着剤として機能し、入力面板２１は容器１０と一体化する。
【００２５】
この一体化に際して、容器１０の端部に形成された第１の突起部７１及び第２の突起部７２が低融点金属２３を変形させ、この変形により押し出された低融点金属２３は、第１の突起部７１と第２の突起部７２との間に設けられた封止用金属収容凹部７３内に内に押し込まれる。従って、低融点金属２３のこのような変形により、第１及び第２の突起部７１，７２の壁面に低融点金属２３が確実に圧着されると同時に、封止用金属収容凹部７３の壁面にも低融点金属２３が確実に圧着され、入力面板２１と容器１０の端部との間を低融点金属２３で確実に封止することができ、電子管１内の気密性が向上する。
【００２６】
更に、低融点金属２３が加圧変形する際、容器１０の端部の内側に位置する環状の第１の突起部７１により、容器１０内部に低融点金属２３が必要以上に流入するのを阻止することができ、低融点金属２３が光電面２２に付着するのを回避することができる。また、容器１０の外周に位置する環状の封止用金属支持体２４により、容器１０から低融点金属２３が必要以上にはみ出すのを阻止することができる。また、突起部７１，７２及び封止用金属収容凹部７３の形成により、封止用金属変形部位７０の表面積が大きくなり、低融点金属２３と容器１０の端部との接合性が向上し、電子管１の気密性をアップさせている。
【００２７】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、図４に示すように、容器１０におけるカソード電極１１の外周壁面１１ｃには、環状の封止用金属支持体２４を収容する環状の切欠き部７４が形成されている。この切欠き部７４によって、封止用金属支持体２４の外周壁面２４ａと容器１０の外周壁面１０ｃとを面一にすることができ、電子管１における外周壁面の凹凸を可能な限り少なくすることができ、引っ掛かりの極めて少ないシンプルな形状が達成される。従って、多数本の電子管１を密に配列する際に好適であり、電子管１の汎用性や取り扱い性が向上する。すなわち、限られたスペースに１０００本〜１万本の電子管１を並べて利用する高エネルギ分野や医療機器分野からの要望に応えることができる。また、図５に示すように、他の例に係る第２の突起部７５は、その先端面に傾斜面を有さず、第２の突起部７５の先端面は、入力面板２１の内側表面に対して平行に形成されている。
【００２８】
また、図６に示すように、他の実施形態に係る封止用金属変形部位８０は、入力面板２１に向けて突出する環状の第１及び第２の突起部８１，８２と、第１の突起部８１と第２の突起部８２との協働でこれらの間に形成された環状の封止用金属収容凹部８３とからなる。この第１の突起部８１は、容器１０の端部の内側に位置すると共に、断面円形状をなしている。更に、第１の突起部８１は、ニッケル、ステンレス又はコバール金属等からなり、カソード電極１１の端面に抵抗溶接により固定されている。このように、第１の突起部８１をカソード電極１１と別体にすることで、第１の突起部８１とカソード電極１１とを別の材質のもので作り出すことができ、一体成形では不可能だった様々な形状や材質の第１の突起部８１を安価に作り出すことができる。また、第１の突起部８１に対する低融点金属２３のなじみ性を考慮して、第１の突起部８１の形状や材質を容易に設計変更することができる。
【００２９】
第２の突起部８２は、断面三角形状を有すると共に、容器１０の端部の外側に位置してカソード電極１１に一体形成されている。すなわち、第２の突起部８２の先端面は、外方に向けて切り落とすように形成した傾斜面８２ａになっている。従って、この傾斜面８２ａを利用することで、第２の突起部８２の壁面に低融点金属２３を確実に沿わせることができ、第２の突起部８２の壁面に対する低融点金属２３の圧着性が向上する。そして、封止用金属収容凹部８３は、入力面板２１側が開放された形状をなし、低融点金属２３の取り込みを可能にしている。
【００３０】
なお、第２の突起部８２をカソード電極１１と別体に形成することも可能である。この場合、第２の突起部８２とカソード電極１１とを別の材質のもので作り出すことができ、一体成形では不可能だった様々な形状や材質の第２の突起部８２を安価に作り出すことができる。また、第２の突起部８２に対する低融点金属２３のなじみ性を考慮して、第２の突起部８２の形状や材質を容易に設計変更することができる。なお、第２の突起部８２の材質はステンレス等であってもよい。
【００３１】
また、図７に示すように、他の例に係る第２の突起部８５は、その先端面に傾斜面を有さず、第２の突起部８５の先端面は、入力面板２１の内側表面に対して平行に形成されている。この場合、第２の突起部８５は、カソード電極１１に対して別体であってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明による電子管は、以上のように構成されているため、次のような効果を得る。すなわち、容器の端部には、封止用金属を変形させる封止用金属変形部位が形成され、この封止用金属変形部位は、入力面板に向けて突出し端部の内側に位置する環状の第１の突起部と、入力面板に向けて突出し端部の外側に位置する環状の第２の突起部と、第１の突起部と第２の突起部との間に設けられた環状の封止用金属収容凹部とを有しているので、電子管の気密性が良好になる。そして、容器に対して入力面板を所定の圧力をもって押し付けるだけで、封止用金属を介在させた容器と入力面板との接合が達成されるので、電子管の大量生産が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子管の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した電子管の要部を示す拡大断面図である。
【図３】図１に示した電子管の組立て要領を示す要部拡大断面図である。
【図４】本発明に係る電子管の第２実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図５】本発明に係る電子管の第３実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図６】本発明に係る電子管の第４実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図７】本発明に係る電子管の第５実施形態を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１…電子管、１０…容器、１０ｃ…容器の外周壁面、１２…第２の開口、１４…第１の開口、１５…第２の開口、２１…入力面板、２２…光電面、２３…低融点金属（封止用金属）、２４…封止用金属支持体、３１…ステム、７０，８０…封止用金属変形部位、７１，８１…第１の突起部、７２，７５，８２，８５…第２の突起部、７２ａ，８２ａ…傾斜面、７３，８３…封止用金属収容凹部、７４…切欠き部。

Claims

第１の開口と前記第１の開口と反対側に位置する第２の開口とを有する容器と、
前記容器の前記第１の開口側に設けられて、入射した光に応じて電子を放出する光電面をもった入力面板と、
前記容器の前記第２の開口側に設けられて、前記入力面板と共に真空領域を規定するステムとを備え、
前記入力面板と前記容器の端部とを対峙させ、加圧変形自在な封止用金属で前記入力面板と前記容器の前記端部との間を封止し、前記封止用金属で封止した部分を環状の封止用金属支持体で外側から包囲した電子管において、
前記容器の前記端部には、前記封止用金属を変形させる封止用金属変形部位が形成され、この封止用金属変形部位は、前記入力面板に向けて突出し前記端部の内側に位置する環状の第１の突起部と、前記入力面板に向けて突出し前記端部の外側に位置する環状の第２の突起部と、前記第１の突起部と前記第２の突起部との間に設けられた環状の封止用金属収容凹部とを有したことを特徴とする電子管。
前記第１又は第２の突起部を、前記容器の端面に別体で固定したことを特徴とする請求項１記載の電子管。
前記第２の突起部の先端面は、外方に向けて切り落とすような傾斜面にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の電子管。
前記容器の外周壁面に、前記封止用金属支持体を収容する環状の切欠き部を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子管。