JPH09106764A - 電子管の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な真空気密とし、電子管内に残留するガ
スを低減し、残留ガスによる雑音を大幅に減少する。 【解決手段】 真空雰囲気中で、光電面２を有する入射
窓１と、ＳＵＳ環２２を同心状に外嵌したインジウム環
２０と、光電面２を真空中に保持するための側管６とを
同軸上に順次配設する。入射窓１および側管６を相対的
に接近させることにより側管６の開口端を入射窓１で閉
塞するとともに、インジウム環２０を押圧変形させて電
子管の真空封止を行う。ここで、インジウム環２０を中
心側に向けて薄肉となる断面テーパ状に形成し、かつイ
ンジウム環２０に封止完了直前までは電子管内外を連通
可能な溝２１を形成し、管内部に入ったガスを溝２１か
ら排気する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子管の製造方法
に係り、特に低融点金属を用いて入射窓と側管とを真空
封止する電子管の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、暗視野下で生体情報等を収集する
要求が高まってきている。このような中で、例えば光電
管、光電子増倍管、画像増強管などの電子管は、微弱な
光学像情報を電気信号や映像として高感度に検出できる
ことから広く利用されている。

【０００３】かかる用途の電子管の一例として近接型の
画像増強管を図１５に示す。この画像増強管は、ガラス
製のフェースプレート（面板）からなる入射窓１の内側
に、入射窓１で受けた光学像をその明暗に応じて光電子
像に変換する光電陰極２が、アンチモン、アルカリ金
属、あるいは化合物半導体等により形成されている。そ
して、入射窓１と対向する位置には、多数のガラスファ
イバで構成されたファイバ光学プレート（ＦＯＰ）から
なる出射窓３が配置され、その出射窓３の内側には、入
射される電子に応じて発光（蛍光）する蛍光面４が形成
されている。また、入射窓１と出射窓３との間には、光
電陰極２から放出された光電子を増倍して電子（二次電
子）を放出するＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）
５が介在され、加速、増倍された電子が蛍光面４に衝突
入射するようになっている。入射窓１と出射窓３とは、
セラミック製の側管６により接続され、管内部が高真空
に保たれている。また、側管６には、それぞれ真空気密
を保ちながら電気的導通を確保する接続手段としての電
極７，８，９が設けられている。

【０００４】このような構成の画像増強管を製造するに
あたり、入射窓１と側管６との気密接続は、入射窓１に
光電陰極２を形成する一方、側管６と出射窓３やＭＣＰ
５等との接続を完了して側管６の一端のみを開口状態と
した後、最終組立の真空封止段階で行っている。そし
て、入射窓１と側管６との接続には、一般に、両部材の
熱膨張率等を考慮して低融点金属であるインジウム１０
が用いられている。

【０００５】従来、インジウムによる封止方法として、
特開昭６２−２６２３５３号公報に記載されるように、
インジウム環に硬質金属環を設けた封止部材を用いる方
法が知られている。この封止部材を用いる方法は、図１
６に示すように、真空雰囲気中で、光電陰極２を有する
入射窓１と、硬質金属環１１を外周に設けたインジウム
環１２と、光電陰極２を真空中に保持するための側管６
とを同軸上に順次配設した後、入射窓１および側管６を
相対的に接近させることにより、側管６の開口端を入射
窓１で閉塞するとともに、インジウム環１２を押圧変形
させて真空封止を行うものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一般に、真空気密の良
否は、入射窓１や側管６の端面とインジウム環１２の表
面との接触の仕方に大きく依存し、この接触部分の濡れ
性が悪いと、良好な真空気密は保てない。ところが、真
空封止前には、真空中で予め脱ガスのための熱処理が施
されるのが通常である。その結果、インジウム環１２の
表面には、酸化被膜が形成されている場合がある。金属
の酸化被膜は濡れ性を悪化させので、気密不良の要因と
なる。

【０００７】そこで、インジウムを多量に使用してその
変形量を大きくし、表面の酸化被膜を崩すことが考えら
れる。しかし、上記従来の製造方法では、用いるインジ
ウム環１２の肉厚は均一であり、まず最初にインジウム
環１２の表面は、入射窓１および側管６の各端面と面接
触で接触する。したがって、インジウム環１２の表面に
存在する酸化被膜はインジウムを多量に使用しても崩れ
難く、インジウム環１２と入射窓１や側管６との界面に
酸化被膜が残存し、気密不良を生じるおそれがあった。
また、インジウム環１２の肉厚が均一であると、入射窓
１と側管６とが押圧時に位置ずれ（芯ずれ）を起こす場
合があり、これも真空気密を阻害する要因になってい
た。

【０００８】なお、インジウムを内溝付きのインジウム
溜めに多量に詰めて変形量を増加させる方法が、特開平
６−３１８４３９号公報に開示されているが、この方法
でも、脱ガスのためのベーキング時に過剰に詰めたイン
ジウムはインジウム溜めから内溝に流れ出してしまうの
で、その効果は期待できなかった。

【０００９】さらに、従来の製造方法では、インジウム
環１２の押圧変形時に、インジウムの変形により発生す
るガスが画像増強管の管内に閉じ込められていた。ビジ
コンのように電子管の容量が大きいものにあっては、イ
ンジウムから発生するガス程度では感度上問題ないもの
の、小型のＰＭＴ（光電子増倍管）で極微弱光を高感度
に検出しようとする場合には、インジウムから発生した
ガスが小容量の電子管内に残留することによって、雑音
が発生してしまい、電子管の性能を著しく低下させてい
た。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、良好な真空気密を得ることができ、また
電子管内に残留するガスを低減し、残留ガスによる雑音
を大幅に減少することができる電子管の製造方法を提供
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、真空雰囲気中で、光電陰極
を有する入射窓と、低融点金属環の外周面に硬質金属環
を設けた封止リングと、光電陰極を真空中に保持するた
めの側管とを同軸上に順次配設し、封止リングを挟んで
入射窓および側管を相対的に接近させることにより側管
の開口端を入射窓で閉塞するとともに、低融点金属環を
押圧変形させて電子管の真空封止を行う電子管の製造方
法において、低融点金属環を中心側に向けて薄肉となる
断面テーパ状に形成し、かつ低融点金属環に封止完了直
前までは電子管内外を連通可能な溝を形成することとし
た。

【００１２】また、請求項２に係る発明は、低融点金属
はインジウム又はインジウムを主成分とする合金であ
り、溝は低融点金属環の内周面から外周面に向けて形成
されている。

【００１３】さらに、請求項３に係る発明は、製造する
電子管が、更に、光電陰極において光電変換され真空中
に放出された光電子を増倍して二次電子を放出する電子
増倍手段を備えていることを特徴とする。

【００１４】さらに、請求項４に係る発明は、製造する
電子管が、更に、入射した電子に応じて発光する発光表
示手段とを備えていることを特徴とする。

【００１５】本発明の製造方法においては、中心に向け
て漸次薄肉となるような断面テーパ状に形成した低融点
金属環を用いているので、真空封止の押圧時、まず最初
に低融点金属環の表面には、入射窓および側管の各端面
周縁部が低融点金属環を切り込むように接触し始め、低
融点金属環を変形させていく。したがって、低融点金属
環の表面に酸化被膜が存在したとしても、酸化被膜を破
って入射窓や側管の端面が低融点金属環の内部にあった
非酸化状態の低融点金属に接触する。これにより、真空
気密を再現性良く保持することができる。

【００１６】また、低融点金属環が断面テーパ状である
ことから、入射窓と低融点金属環と側管との芯合わせが
容易にでき、低融点金属環の押圧も位置ずれすることな
く行うことができる。したがって、良好な真空気密を得
ることができる。

【００１７】さらに、本発明では、低融点金属環に、封
止完了直前までは電子管内外を連通可能な排気用の溝を
形成している。例えば、低融点金属環を入射窓および側
管の径よりも大径とし、径方向に向かう溝を形成する。
これにより、入射窓と側管とで溝が潰され封止が完了す
るまでは、低融点金属環の変形により発生し管内部に入
ってしまったガスを、溝を介して管外に排気することが
できる。したがって、電子管内に残留するガスを低減
し、残留ガスによる雑音を大幅に減少することができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】

（実施形態１）図１〜図９により、本発明の実施形態１
に係る製造方法を説明する。

【００１９】図１，図２は本実施形態に係る画像増強管
の真空封止の前後の状態を示す要部の一部破砕正面図で
あり、図１はインジウム環２０およびＳＵＳ環２２から
なる封止リングを挟んで、内面に光電陰極２が形成され
た入射窓１と側管６を同軸上に配置した状態、図２は入
射窓１の内面周辺部と側管６の開口端部との間でインジ
ウム環２０を押圧変形させて真空封止を完了した状態を
示す。

【００２０】図３は本発明に係る製造方法で製造した画
像増強管の一例を示すもので、同図において図１５に示
す画像増強管と同一構成部分については同一符号をもっ
て示してある。図３の画像増強管では、図１５に示す画
像増強管と異なり、光電陰極２から真空中に放出された
光電子の増倍手段であるＭＣＰは設けられていない。ま
た、入射窓１と側管６との接続には、図４〜６に示す封
止リングが用いられている。

【００２１】図４は本実施形態で使用した封止リングを
示す斜視図であり、図５および図６はそれぞれ図４にお
けるＶ−Ｖ線断面矢視図およびＶＩ−ＶＩ線断面矢視図
である。外径が入射窓１および側管６よりも大径に形成
されたインジウム環２０は、側管６の内径よりも大きな
内径となるような幅で形成されている。また、インジウ
ム環２０は、中心側に向けて薄肉となる断面テーパ状に
形成されている。そして、インジウム環２０の両面のテ
ーパ面には、それぞれ周方向を８等分する間隔で径方向
に延在しかつテーパ面に沿ったＵ字状の溝２１が形成さ
れている。なお、一方の面の溝２１と他方の面の溝２１
とは、軸方向に重なることなく、一方の面の溝２１が他
方の面の隣り合う溝２１の中間位置に形成されている。

【００２２】さらに、このインジウム環２０には、ステ
ンレス鋼からなるＳＵＳ環２２が同心状に取り付けら
れ、インジウム環２０はＳＵＳ環２２に保持されてい
る。ＳＵＳ環２２の高さは、インジウム環２０の外周厚
と同一となるようになっている。

【００２３】このような構成の封止リングを用いて、以
下のように画像増強管を製造する。図７は本実施形態で
使用する真空排気装置を示す。図７における第１の真空
容器２３内には、その軸線上に対向配置される支持棒２
４，２５が、ベローズなどを介して気密状態を保持しな
がら接近離反自在に設けられている。また、第１の真空
容器２３には、ゲートバルブ２６を介して第２の真空容
器２７が接続されている。

【００２４】まず、光電陰極２を形成した入射窓１を一
方の支持棒２５の内端部に設けるとともに、蛍光面４を
形成した出射窓３が予め気密に接続された側管６を、他
方の支持棒２４の内端部に設け、さらに、これら入射窓
１と側管６との間にＳＵＳ環２２を外嵌したインジウム
環２０を設ける。第１の真空容器２３内を所定の真空度
になるまで真空排気した後、ゲートバルブ２６を開き、
図示を省略した搬送装置により入射窓１を第２の真空容
器２７内へ搬送する。その後、第２の真空容器２７内
で、入射窓１に形成された光電陰極２を約６００℃まで
加熱し、光電陰極２の表面加熱清浄化を行う。

【００２５】次に、光電陰極２を室温付近まで降温し、
ＣｓとＯ₂ の塗布により表面の仕事関数を低下させるた
めの活性化処理を行う。なお、この間に、第１の真空容
器２３内のＳＵＳ環２２、出射窓３の蛍光面４等を脱ガ
スする。その後、活性化処理を施した光電陰極２を支持
する入射窓１を再び第１の真空容器２３内に搬送する。
この段階で、入射窓１とインジウム環２０と側管６と
は、同軸上に位置している。

【００２６】次に、支持棒２４，２５を互いに接近（図
７中の矢印方向）させ、入射窓１と側管６とによりイン
ジウム環２０を押圧変形し、インジウム環２０に設けた
溝２１が潰れるまで押圧して真空封止を完了する。図１
に押圧開始直前の各部材の位置関係を示し、図２に真空
封止が完了した状態を示す。

【００２７】このような製造方法においては、真空封止
の押圧時、まず最初にインジウム環２０の表面には、入
射窓１および側管６の各端面周縁部がインジウム環２０
を切り込むように接触し始め、インジウム環２０を変形
させていく。このとき、インジウム環２０は径方向内外
に変形しようとするが、外側への変形はＳＵＳ環２２に
より抑制され、ほとんどが内側へ変形していく。これに
より、インジウム環２０の表面に酸化被膜が存在したと
しても、酸化被膜を破ってインジウム環２０を大きく変
形させ、入射窓１や側管６の端面がインジウム環２０の
内部にあった非酸化状態のインジウムに接触する。その
押圧開始時点での要部断面を図８に示し、真空封止完了
時点での要部断面を図９に示す。

【００２８】また、インジウム環２０が断面テーパ状で
あり、溝２１も等間隔に設けられていることから、入射
窓１とインジウム環２０と側管６との芯合わせが容易に
でき、インジウム環２０の押圧も位置ずれすることなく
行われ、良好な真空気密が確保される。

【００２９】一方、入射窓１と側管６とで溝２１が潰さ
れ封止が完了するまでは、インジウム環２０の変形によ
り発生し管内部に入ってしまったガスは、溝２１を介し
て管外に排気される。したがって、画像増強管内に残留
するガスは低減され、残留ガスによる雑音は大幅に減少
される。

【００３０】（実施形態２）図１０は本発明に係る製造
方法で製造したマイクロチャンネルプレート内蔵型の光
電子増倍管の一例を示すもので、同図において図１５に
示す画像増強管と同一構成部分については同一符号をも
って示す。

【００３１】図１０のマイクロチャンネルプレート光電
子増倍管では、図１５に示す画像増強管と異なり、蛍光
面を形成した出射窓に変えてＭＣＰ５で増倍された光電
子を収集する陽極２８が設けられている。符号２９は、
電極を示す。また、入射窓１と側管６との接続には、前
記実施形態１と同様の封止部材が用いられている。

【００３２】本実施形態のマイクロチャンネルプレート
光電子増倍管の製造は、図１１に示すように、実施形態
１と同一の真空排気装置により行う。その方法は、側管
６にＭＣＰ５や陽極２８を予め接続した後に真空封止作
業を始めること等、実施形態１と同様である。ただし、
光電陰極２の活性化処理作業中にＳＵＳ環２２等の脱ガ
スを行うとき、ＭＣＰ５および陽極２８の脱ガスも行
う。また、このとき、場合によっては、ＭＣＰ５をＣｓ
によりアルカリ処理してもよい。その他、真空封止時の
作用、効果も実施形態１と同様である。

【００３３】（実施形態３）図１２は本発明に係る製造
方法で製造した画像増強管の一例を示すもので、この画
像増強管は、図１５に示す画像増強管とほぼ同一構成で
あり、封止部分が異なるだけである。図１２の画像増強
管においては、入射窓１と側管６との接続には、実施形
態１と同様の封止部材が用いられている。

【００３４】本実施形態の画像増強管の製造は、図１３
に示すように、実施形態１と同一の真空排気装置により
行う。その方法は、側管６にＭＣＰ５や出射窓３を予め
接続した後に真空封止作業を始めること等、実施形態１
と同様である。ただし、光電陰極２の活性化処理作業中
にＳＵＳ環２２等の脱ガスを行うとき、ＭＣＰ５の脱ガ
スも行う。また、このとき、場合によっては、ＭＣＰ５
をＣｓによりアルカリ処理してもよい。その他、真空封
止時の作用、効果も実施形態１と同様である。

【００３５】なお、上記各実施形態においては、同一構
成の封止部材を用いたが、本発明はかかる実施形態に限
定されるものではなく、例えば図１４（ａ）および
（ｂ）に示すような構成の封止部材を用いてもよい。
（ａ）の封止部材のインジウム環３０には、両面に連続
する溝３１が形成されている。これに対し、（ｂ）の封
止部材のインジウム環３２には、テーパ面に沿わない断
面三角形状の溝３３が両面に形成されている。溝の断面
形状は、Ｕ字状、Ｖ字状、三角形状等の如何を問わず、
溝を設ける面も片面だけでも両面でもよい。さらに、イ
ンジウム環の厚さとＳＵＳ環の高さとの関係等も上記実
施形態に限定されない。すなわち、低融点金属環に封止
完了直前までは電子管内外を連通可能な排気用の溝が形
成されていればよい。

【００３６】また、側管６にセラミック製のものを用い
た場合を例に説明したが、ガラスあるいは金属などでも
本発明を適用でき、その材質に制限がないのはもちろん
である。さらに、真空封止する部材の接合部分に薄膜を
塗布して接合し易くすることも可能である。

【００３７】本発明は、実施形態１における画像増強管
の蛍光面を金属電極に置き換えて陽極とし、光電管とし
て動作させる電子管にも適用でき、同様に、蛍光面をフ
ォトダイオード、ＣＣＤなどの半導体素子に置き換えて
電子打ち込み型とした電子管にも適用できる。また、本
発明は、実施形態２におけるＭＣＰを備えた光電子倍増
管に限らず、他の２次増倍機能を備えた一般的な光電子
増倍管に広く適用できる。実施形態３ではいわゆる近接
型の画像増強管を例としたが、例えば静電収束型の画像
増強管でも同様である。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明の電子管の製造方
法によれば、中心側に向けて薄肉となる断面テーパ状に
形成した低融点金属環を用いているので、真空封止の押
圧時、入射窓や側管の端面と低融点金属環との接触状態
が良好となり、また入射窓と低融点金属環と側管との芯
合わせが容易で、低融点金属環の押圧も位置ずれするこ
となく行うことができ、従来５０％以下であった良好な
真空気密を得ることができる確率をほぼ１００％に改善
できる。

【００３９】さらに、低融点金属環に、封止完了直前ま
では電子管内外を連通可能な排気用の溝を形成している
ので、入射窓と側管とで溝が潰され封止が完了するまで
は、低融点金属環の変形により発生し管内部に入ってし
まったガスを管外に排気することができ、電子管内に残
留するガスを低減し、残留ガスによる雑音を従来の１／
１０以下に著しく減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態１の一製造過程を示す一部破断正面図
である。

【図２】実施形態１の真空封止完了状態を示す一部破断
正面図である。

【図３】実施形態１で製造した画像増強管を示す概略構
成図である。

【図４】実施形態１で用いた封止部材を示す斜視図であ
る。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ線断面矢視図である。

【図６】図４におけるＶＩ−ＶＩ線断面矢視図である。

【図７】実施形態１で使用した真空排気装置を示す概略
構成図である。

【図８】実施形態１の一製造過程を示す要部縦断面図で
ある。

【図９】実施形態１の真空封止完了状態を示す要部縦断
面図である。

【図１０】実施形態２で製造した光電子増倍管を示す概
略構成図である。

【図１１】実施形態２で使用した真空排気装置を示す概
略構成図である。

【図１２】実施形態３で製造した画像増強管を示す概略
構成図である。

【図１３】実施形態３で使用した真空排気装置を示す概
略構成図である。

【図１４】本発明で用いることができる封止部材の変形
例を示す縦断面図である。

【図１５】画像増強管を示す概略構成図である。

【図１６】従来の画像増強管の製造方法を示す要部縦断
面図である。

【符号の説明】

１…入射窓、２…光電陰極、３…出射窓、４…蛍光面、
５…ＭＣＰ、６…側管、１０…インジウム、１１…硬質
金属環、１２，２０，３０，３２…インジウム環、２
１，３１，３３…溝、２２…ＳＵＳ環、２８…陽極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木舩 淳 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空雰囲気中で、光電陰極を有する入射
   窓と、低融点金属環の外周面に硬質金属環を設けた封止
   リングと、前記光電陰極を真空中に保持するための側管
   とを同軸上に順次配設し、前記封止リングを挟んで前記
   入射窓および前記側管を相対的に接近させることにより
   前記側管の開口端を前記入射窓で閉塞するとともに、前
   記低融点金属環を押圧変形させて電子管の真空封止を行
   う電子管の製造方法において、 前記低融点金属環を中心側に向けて薄肉となる断面テー
   パ状に形成し、かつ前記低融点金属環に封止完了直前ま
   では電子管内外を連通可能な溝を形成したことを特徴と
   する電子管の製造方法。
2. 【請求項２】 前記低融点金属はインジウム又はインジ
   ウムを主成分とする合金であり、前記溝は前記低融点金
   属環の内周面から外周面に向けて形成されている請求項
   １記載の電子管の製造方法。
3. 【請求項３】 前記電子管は、光電陰極において光電変
   換され真空中に放出された光電子を増倍して二次電子を
   放出する電子増倍手段を備えたことを特徴とする請求項
   １又は２記載の電子管の製造方法。
4. 【請求項４】 前記電子管は、入射した電子に応じて発
   光する発光表示手段を備えたことを特徴とする請求項１
   又は２記載の電子管の製造方法。