JPH1167145A - 冷却型光電子増倍管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷却効率が向上した光電子増倍管を提供する
ことである。 【解決手段】 開口を有する管１と、前記管の前記開口
を封止する蓋部材１４ａと、前記蓋部材に熱的に接続さ
れた冷却器２１と、前記管内に配置され光電陰極材料を
支持する支持基板５と、前記支持基板を前記管内におけ
る所定の位置において支持する支持部材１０，１１と、
前記蓋部材に固定され前記支持基板の一端部をその内面
で挟む把持機構１３とを備えた冷却型光電子増倍管にお
いて、前記支持部材は前記支持基板が位置する切込部１
０ａを有すると共にこの切込部の壁面に前記支持基板を
支持する支持基板支持突起１０ｂを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電陰極材料の冷
却を行う冷却型光電子増倍管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の冷却型光電子増倍管は、特開平８
−１７３９０号公報に記載されている。この冷却型光電
子増倍管は、図８に示すように、開口を有する管１と、
管１の開口を封止する蓋部材１４ａと、蓋部材１４ａに
熱的に接続された冷却器２１と、管１内に配置された支
持基板５と、支持基板５上に形成された光電陰極材料４
と、支持基板５を位置決めし保持する第１及び第２絶縁
体基板１０，１１と、蓋部材１４ａに固定され、支持基
板５の一端部５Ａをその内面で挟む把持機構１３とを備
え、冷却器２１により支持基板５の冷却を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
冷却型光電子増倍管においては、支持基板５と第１及び
第２絶縁体基板１０，１１との接触面積が大きいことか
ら冷却器２１により支持基板５を冷却する際に、同時に
第１及び第２絶縁体基板１０，１１を冷却することにな
り支持基板５のみを効果的に冷却することができず冷却
効率が不十分であった。

【０００４】本発明の課題は、さらに高い冷却効率を有
する冷却型光電子増倍管を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の冷却型光
電子増倍管は、開口を有する管と、前記管の前記開口を
封止する蓋部材と、前記蓋部材に熱的に接続された冷却
器と、前記管内に配置され光電陰極材料を支持する支持
基板と、前記支持基板を前記管内における所定の位置に
おいて支持する支持部材と、前記蓋部材に固定され前記
支持基板の一端部をその内面で挟む把持機構とを備えた
冷却型光電子増倍管において、前記支持部材は前記支持
基板が位置する切込部を有すると共にこの切込部の壁面
に前記支持基板を支持する支持基板支持突起を有するこ
とを特徴とする。

【０００６】この請求項１記載の冷却型光電子増倍管に
よれば、支持基板を支持部材の切込部に設けられた支持
基板支持突起により支持するため、支持基板と支持部材
の接触面積を非常に小さくすることができ、冷却器によ
って支持基板を冷却する場合に冷却熱が支持部材に分散
することを防止することができる。したがって、支持基
板を蓋部材を介して冷却器により冷却すると光電陰極材
料が従来よりも高い効率で冷却される。

【０００７】また、請求項２記載の冷却型光電子増倍管
は、請求項１記載の冷却型光電子増倍管において前記支
持基板支持突起が前記支持部材の前記切込部の両方の前
記壁面にそれぞれ複数個設けられていることを特徴とす
る。

【０００８】この請求項２記載の冷却型光電子増倍管に
よれば、支持部材の切込部の両方の壁面にそれぞれ複数
個設けられている支持基板支持突起により支持基板を支
持するため支持基板の支持を確実に行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態に係る冷却型光電子増倍管について説明する。
なお、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号
を用いるものとし、重複する説明は省略する。

【００１０】図１は、サイドオン型の冷却型光電子増倍
管を管軸に平行に切った断面図である。本光電子増倍管
は、２つの開口を有する管（ガラスバルブ）１、この管
１の一方の開口を封止する金属製の蓋部材１４ａ及び管
１の他方の開口を封止するステム８を備えており、管
１、蓋部材１４ａ及びステム８により内部に減圧環境を
提供する真空容器を形成している。管１は円筒状の透明
なガラスバルブであり、その側壁はこれに入射した光を
透過させる。本光電子増倍管は管１内に配置された検出
器本体２を備えている。

【００１１】検出器本体２は管１の側方から内部に入射
した光を光電変換し、光電変換により発生した電子を減
圧環境下で増倍して電気信号として光電子増倍管の外部
に出力する。本光電子増倍管は、蓋部材１４ａの一方面
に固定され、当該蓋部材１４ａを冷却するため、これに
熱的に接続された冷却器２１と、蓋部材１４ａの他方面
に固定され、検出器本体２の上端部分５Ａを挟んで支持
する把持機構１３と備えている。したがって、蓋部材１
４ａが冷却器２１によって冷却されると、把持機構１３
を介して検出器本体２の上端部分５Ａが冷却される。

【００１２】検出器本体２は、光電変換を行う光電陰極
材料（光電変換部）４がその上に形成された金属製の支
持基板５を備えている。検出器本体２の上端部分５Ａ
は、熱伝導性及び電気的導通性の良い支持基板５の一部
分を構成しているため、冷却器２１で蓋部材１４ａを冷
却することにより、支持基板５が冷却され光電陰極材料
４が冷却される。

【００１３】図２は、光電子増倍管の第１絶縁基板１０
が見える位置における管軸に垂直な断面図である。検出
器本体２は、上記光電陰極材料４がその表面に形成され
た支持基板５と、管１の側壁と光電陰極材料４との間に
配置され電子軌道を変化させる格子電極３と、光電陰極
材料４から放出された光電子を順次増倍させる複数段の
ダイノード６と、増倍された光電子を収集して出力信号
として取り出す陽極３０と、格子電極３から陽極３０ま
での間で高電圧を順次印加する複数のピン端子７とを備
えている。

【００１４】ここで支持基板５上に形成された光電陰極
材料４、格子電極３及びダイノード６等は、第１及び第
２絶縁基板（支持部材）１０，１１の間に配置、固定さ
れている。第１絶縁基板１０は、円板状の形状を有して
おり支持基板５を位置させるための切込部１０ａを有し
ている。切込部１０ａは第１絶縁基板１０の外周部より
中心部に向かって延びており、その両方の壁面に支持基
板５を支持するための支持基板支持突起１０ｂを２個ず
つ有している。従って、支持基板５は、第１絶縁基板１
０の切込部１０ａに位置すると共に支持基板支持突起１
０ｂの先端が支持基板５に接触することにより管１内の
所定位置において支持される。なお、第２絶縁基板１１
の形状は、第１絶縁基板１０の形状と同一の形状であ
る。

【００１５】従って、支持基板５は、第１絶縁基板１０
の切込部１０ａに設けられた４個の支持基板支持突起１
０ｂ及び第２絶縁基板１１の切込部に設けられた４個の
支持基板支持突起のみにより第１及び第２絶縁基板１
０，１１と接触し、接触面積を非常に小さくすることが
できる。これにより蓋部材１４ａを冷却器２１によって
冷却し支持基板５を冷却する場合に、冷却熱が第１及び
第２絶縁基板１０，１１に分散することを防止すること
ができるため光電陰極材料４を効果的に冷却することが
できる。なお、支持基板５を支持基板支持突起１０ｂに
より支持する光電子増倍管を数本試作し冷却効率を調査
したところ、従来品よりも平均で１．８℃低く冷却する
ことができた。

【００１６】また、第１及び第２絶縁基板１０，１１に
より支持されている支持基板５は、第１絶縁体基板１０
の上方及び第２絶縁体基板１１の下方に突出すると共
に、特に第１絶縁体基板１０からの突出量が多くなって
いる。支持基板５の頂部には幅広の接合片５Ａが形成さ
れ、この接合片５Ａには、コンタクト部材１２のコンタ
クト片１３が接合されている。コンタクト片１３は、熱
伝導体１４の一部を構成する導電板１４ａに固設され、
支持基板５に向けて突出させられている。

【００１７】上記ピン端子７はステム８に固定されてお
り、ステム８には製造時に管１内を排気するためのチュ
ーブ９が貫通している。なお、複数のピン端子７のうち
で支持基板５に連結されるピン端子７ａは、極めて低い
温度になるので、ピン端子７ａと支持基板５との間の結
線Ｌの途中には、結露防止用のコイルＫが設けてある。
なお、本実施の形態において、光電変換部４はカソード
板としての支持基板５上に蒸着されたＣｓ−Ｏ等を含ん
で仕事関数を低下させる光電変換材料として説明する
が、このような材料を表面に蒸着形成したカソード板の
一部又は全部をシ−ルド板に貼り付けたものとしてよ
く、この場合には、シールド板とカソード板とが合体し
て支持基板５として作用する。

【００１８】図１及び図３に示すように、コンタクト部
材１２は、バネ弾性を有するＣｕＢｅ材からなると共に
板厚０．３ｍｍ、板幅５ｍｍ程度を有する第１及び第２
コンタクト片１３Ａ，１３Ｂからなるコンタクト片（把
持機構）１３と、把持機構１３と蓋部材１４との間に介
在するホルダー板１５とから構成されている。

【００１９】第１コンタクト片１３Ａは、ホルダー板１
５に固定される第１脚部１３ａと、この第１脚部１３ａ
の一端から直角に延在する第１弾性部１３ｂと、９０°
の曲げ角度を有する第１折曲げ部１３ｃを介して第１弾
性部１３ｂから内方に延在する第２弾性部１３ｄと、９
０°の曲げ角度を有する第２折曲げ部１３ｅを介して第
２弾性部１３ｄから内方に延在する第３弾性部１３ｆと
を備えている。また、第２コンタクト片１３Ｂは、ホル
ダー板１５に固定される第２脚部１３ｇと、この第２脚
部１３ｇの一端から直角に延在する第４弾性部１３ｈ
と、９０°の曲げ角度を有する第３折曲げ部１３ｉを介
して第４弾性部１３ｈから内方に延在する第５弾性部１
３ｊとを備えている。

【００２０】ここで、第５弾性部１３ｊの遊端は、第３
弾性部１３ｆの遊端と重なるように係合している。従っ
て、第２弾性部１３ｄと第２折曲げ部１３ｅと第３弾性
部１３ｆと第５弾性部１３ｊとにより、支持基板５の接
合片５Ａを収容する収容部Ｐが画成される。この収容部
Ｐの中央は、第３弾性部１３ｆと第５弾性部１３ｊとの
重なりにより、接合片５Ａの板厚Ｈより狭くなってい
る。そこで、支持基板５の接合片５Ａを、矢印Ａ方向か
ら収容部Ｐに挿入することによって、収容部Ｐは接合片
５Ａによって押し広げられることになる。その結果、支
持基板５の接合片５Ａは、第１コンタクト片１３Ａと第
２コンタクト片１３Ｂとの協働により、収容部Ｐ内で弾
発的に挟み込まれ、コンタクト片１３と面接触すること
になる。従って、検出器本体２を管１内に挿入する組立
て作業において、支持基板５と熱導電体１４とを、コン
タクト片１３を介してワンタッチで結合させることがで
きる。

【００２１】ここで、コンタクト片１３から構成される
把持機構の内面と接合片５Ａとの間には僅かな隙間が部
分的にできている。したがって、従来、この隙間が把持
機構１３と接合片５Ａとの間の熱伝達効率を低下させて
いたため、支持基板５の冷却効率を上げることができな
かった。そこで、光電陰極材料４への影響が少なく、１
７０℃程度の温度で溶融するインジウム材料１００を、
把持機構１３の内面と接合片５Ａとの間の僅かな隙間に
充填するようにし、冷却効率を増加させる。ここで、接
合片５Ａは直径２〜３ｍｍの開口５Ｂを有している。こ
の開口５Ｂは、インジウム材料１００の充填工程に用い
られる。すなわち、開口５Ｂ内にインジウム材料１００
を充填した後、接合片５Ａを把持機構１３によって挟持
させる。この後、接合片５Ａが加熱されるように蓋部材
１４ａを１７０℃程度の温度で加熱し、インジウム材料
１００を溶かして、これを把持機構１３の内面と接合片
５Ａとの間の僅かな隙間に充填し、さらにこれを冷却し
て把持機構１３の内面と接合片５Ａとを固定する。この
ようにして充填されたインジウム材料１００は、接合片
５Ａに設けられた開口の近傍に位置する。なお、このイ
ンジウム材料１００を用いる光電子増倍管を数本試作し
冷却効率を調査したところ光電子増倍管の接合片５Ａ
は、従来品よりも平均で３．８℃低く冷却することがで
きた。

【００２２】図１に示すように、熱伝導体１４は、管１
の開放端を塞ぐように、管１に対し高周波加熱で融着さ
れたコバール金属製の導電板１４ａと、熱伝導性及び電
気的絶縁性の良好な樹脂製接着剤［好適にはＲボンド
（商品名）］１６を介して接着されたＣｕ又はＡｌ材か
らなる載置台１４ｂとで構成されている。ここで、管１
の頂部の外周面には、シリコンゴム製の円筒状リング１
７が装着され、このリング１７は、熱伝導体１４を収容
する形状になっている。従って、このリング１７を利用
することにより、管１の頂部での結露を防止することが
できると共に、製造工程の省力化を図ることができる。
すなわち、リング１７を利用することにより、接着剤１
６の流出を防止し、熱伝導体１４の位置決めを確実なら
しめることができる。

【００２３】載置台１４ｂ上には、冷却装置２１の一部
を構成するペルチェ素子１８の低温側の低温板１８ａが
直接的に固着されている。そして、ペルチェ素子１８の
高温側の高温板１８ｂには、冷却装置２１の一部を構成
する放熱フィン１９ａを備えたヒートシンク１９が固定
されている。なお、ペルチェ素子１８は、低温板１８ａ
と高温板１８ｂとの間に、低温板１８ａから高温板１８
ｂへ吸い上げられた熱を印加電圧により冷却する熱電冷
却部１８ｃを有している。また、ペルチェ素子１８は、
一対のプラスチック製ねじ２０によって載置台１４ｂと
ヒートシンク１９との間で挟持されている。これらねじ
２０は、一端を載置台１４ｂに穿設させると共に、他端
をヒートシンク１９に固設させている。

【００２４】次に、本発明の冷却装置付き光電検出器の
動作について説明する。ピン端子７を介して、検出器本
体２に高電圧を印加する。その結果、光入射に応じて光
電変換部４すなわち光電面から光電子が発生し、この光
電子が複数のダイノード６によって順次増倍され、この
増倍された光電子は出力信号として陽極３０で収集され
る。また、光電変換部４すなわち光電面のもつ熱によ
り、光電面から不要な熱電子が放出されることになる。
そこで、光電変換部４のもつ熱は、支持基板５に接合さ
れたコンタクト片１３を介して、ペルチェ素子１８の低
温板１８ａから高温板１８ｂに吸い上げられながら、ペ
ルチェ効果により冷却され続けることになるので、光電
面からの熱電子の発生を低減させることができる。

【００２５】次に、本実施の形態に係る光電子増倍管の
製造方法について説明する。図４に示すように、先ず、
両端が開放された管１の一端に、熱導電体１４の一部を
なす導電板１４ａを高周波加熱により融着する。その
後、導電板１４ａの内方面１４ｃに、コンタクト部材１
２のホルダー板１５を電気溶接で固定する。その後、管
１の他端から検出器本体２を挿入しながら、支持基板５
の接合片５Ａをコンタクト片１３の収容部Ｐ内へ押し込
む。その結果、支持基板５の接合片５Ａは、第１コンタ
クト片１３Ａと第２コンタクト片１３Ｂとの協働によ
り、収容部Ｐ内で弾発的に挟み込まれ、コンタクト片１
３と面接触する。

【００２６】その後、図５に示すように、管１とステム
８とを酸素バーナ等で融着させる。その結果、管１は、
導電板１４ａとステム８とで密封されることになる。し
かる後、蓋部材１４ａを１７０℃以上の温度で加熱する
ことにより、接合片５Ａを間接的に加熱し、開口５Ｂ内
に予め充填されたインジウム材料１００を溶融し、把持
機構１３の内面と接合片５Ａとの間の隙間にインジウム
材料１００を充填し、これらを固定する。その後、チュ
ーブ９を介して、管１内を矢印Ｂ方向に真空引きしなが
ら、最終的に管１内を１０^-8ｔｏｒｒにする。この時、
光電変換部４及びダイノ−ド６には、Ｓｂが予め蒸着さ
れているので、適量のＮａ，Ｋ，Ｃｓ，Ｒｂの少なくと
も一つを、チューブ９により送り込むことで、管１内で
アルカリ活性が行われる。その後、チューブ９の端部を
塞ぎ、管１を完全に密封する。なお、上記インジウムの
溶融工程と、光電変換部４のアルカリ活性工程とは、支
持基板５を２００℃以上の温度で加熱することにより同
時に行うことができる。

【００２７】その後、シリコンゴム製のリング１７を管
１に嵌め込みながら、リング１７の爪部１７ａを導電板
１４ａに当設させる。その後、爪部１７ａと導電板１４
ａとで形成された空間部１７ｂに、熱伝導性及び電気的
絶縁性の良い樹脂製接着剤（好適にはＲボンド［商品
名］）１６を流し込む。その後、リング１７内に載置台
１４ｂを上方から挿入することによって、接着剤１６及
び爪部１７ａを介して、導電板１４ａに載置台１４ｂを
固定し、熱伝導体１４の組み立て作業が終了する。な
お、接着剤１６と載置台１４ｂとの間に隙間が生じない
ように、載置台１４ｂをしっかり押し込むことが必要で
ある。熱伝導体１４の組み立て作業終了後、一定時間
（例えば一晩）放置することで接着剤１６は固化し、載
置台１４ｂと導電板１４ａとを確実に固定することがで
きる。

【００２８】その後、図６に示すように、載置台１４ｂ
上にペルチェ素子１８の低温板１８ａを当設させ、その
後、ヒートシンク１９の端面１９ｂをペルチェ素子１８
の高温板１８ｂに当設させる。その後、２本のねじ２０
を、ヒートシンク１９の貫通孔１９ｃ内に挿入しなが
ら、載置台１４ｂの雌ねじ部１４ｄに螺合させる。その
結果、冷却装置２１は、熱伝導体１４に対し適切に位置
決めされることになる。

【００２９】本発明の光電子増倍管は前述した実施の形
態に限定されるものではない。例えば、図７に示すよう
に、１対のコンタクト片１３Ａ、１３Ｂからなる把持機
構１３と蓋部材１４ａとをセラミックスで一体に形成す
ることも可能である。この把持機構１３は、直線状で互
いに平行に配設した２本の第１及び第２コンタクト片１
３Ａ，１３Ｂからなると共に、接合片５Ａの板厚Ｈより
僅かに狭められた幅を有する収容部Ｐを有している。従
って、管１の一端に蓋部材１４ａを固設する作業によ
り、把持機構１３を管１内に簡単に位置決めすることが
できる。そして、第１及び第２コンタクト片１３Ａ，１
３Ｂによって接合片５Ａ弾性挾持させた後に、インジウ
ムからなる充填材料１００によってこれらを固定するこ
とで、上述のように冷却効率を高めることができる。な
お、セラミック製の蓋部材１４ａとガラス製の管１と
は、適切な金属部材２２を介して固設することによっ
て、接合がより強固になる。ここで、蓋部材１４ａとコ
ンタクト片１３とをセラミックスで一体成形する効果と
しては、セラミックス自体に電気絶縁性があるので、ペ
ルチェ素子１８と熱伝導体１４との間に電気絶縁部材を
設ける必要がなく、従って、熱伝導効率をさらに向上さ
せることができる。なお、冷却器としては水冷式のもの
を用いてもよい。

【００３０】以上、説明したように、本発明の実施の形
態にかかる冷却型光電子増倍管によれば、支持基板５
は、第１絶縁基板１０の切込部１０ａに設けられた４個
の支持基板支持突起１０ｂ及び第２絶縁基板１１の切込
部に設けられた４個の支持基板支持突起のみにより第１
及び第２絶縁基板１０，１１と接触し、接触面積を非常
に小さくすることができるため、蓋部材１４ａが冷却器
２１によって冷却し支持基板５を冷却する場合に、冷却
熱が第１及び第２絶縁基板１０，１１に分散することを
防止することができるため光電陰極材料４を効果的に冷
却することができ、冷却効率を向上させることができ
る。

【００３１】なお、上記実施の形態においては、第１絶
縁基板１０の切込部１０ａの両方の壁面に支持基板５を
支持するための支持基板支持突起１０ｂを２個ずつ有し
ている場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、第１絶縁基板１０の切込部１０ａの一方の壁
面に支持基板支持突起１０ｂを１個設け、他方の壁面に
支持基板支持突起１０ｂを２個設けても良い（第２絶縁
基板１１についても同様である）。この場合には、第１
絶縁基板１０と支持基板５との接触面積を更に小さくす
ることができるため、光電陰極材料４を更に効果的に冷
却することができる。

【００３２】また、上記実施の形態においては、格子電
極３を単体の部品として構成して、支持基板５等と共に
第１絶縁基板１０及び第２絶縁基板１１の間に配置して
いるが、例えばＩＴＯ等の導電性の透明電極材料を管１
の内壁面に蒸着することにより格子電極３を形成するよ
うにしても良い。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、支持基板を支持部材の
切込部に設けられた支持基板支持突起により支持するた
め、支持基板と支持部材の接触面積を非常に小さくする
ことができ、冷却器によって支持基板を冷却する場合に
冷却熱が支持部材に分散することを防止することができ
る。従って、光電陰極材料を効果的に冷却することがで
き冷却効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態に係る光電子増倍管の縦断面図。

【図２】実施の形態に係る光電子増倍管の横断面図。

【図３】コンタクト部材を示す拡大断面図。

【図４】ガラスバルブ内に検出器本体及びコンタクト部
材を挿入する工程を示す断面図。

【図５】ガラスバルブの端部に載置台を配設する工程を
示す断面図。

【図６】載置台に冷却器を固定する工程を示す断面図。

【図７】コンタクト片の他の実施例を示す断面図。

【図８】従来の光電子増倍管の縦断面図。

【符号の説明】

１…管、４…光電陰極材料、５…支持基板、１０…第１
絶縁基板、１０ａ…切込部、１０ｂ…支持基板支持突
起、１１…第２絶縁基板、１３…把持機構、１４ａ…蓋
部材、２１…冷却器、１００…インジウム材料。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開口を有する管と、前記管の前記開口を
   封止する蓋部材と、前記蓋部材に熱的に接続された冷却
   器と、前記管内に配置され光電陰極材料を支持する支持
   基板と、前記支持基板を前記管内における所定の位置に
   おいて支持する支持部材と、前記蓋部材に固定され前記
   支持基板の一端部をその内面で挟む把持機構とを備えた
   冷却型光電子増倍管において、 前記支持部材は前記支持基板が位置する切込部を有する
   と共に、この切込部の壁面に前記支持基板を支持する支
   持基板支持突起を有することを特徴とする冷却型光電子
   増倍管。
2. 【請求項２】 前記支持基板支持突起は、前記支持部材
   の前記切込部の両方の前記壁面にそれぞれ複数個設けら
   れていることを特徴とする請求項１記載の冷却型光電子
   増倍管。