JP2006127988A - 光電子増倍管及び放射線検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステム内側の面に設置される電子増倍部と光電面の間の位置精度を高めて所定の特性を得ると共に電子増倍部の着座性を高め、又は、光電子増倍管全長の寸法精度及び光電子増倍管を表面実装する際の取付性を高める。
【解決手段】 ステムピン６を通すと共に押え材１５又は押え材１６によりその片面が押えられたベース材１４に、ベース材１４の溶融による融着によってステムピン６及び押え材を接合すると共に、このベース材１４の溶融時のボリュームをベース材浸出部１４ｃに良好に逃がして、ステム５を、ベース材１４を押え材１５で押えた二層構成とし、押え材１５をベース材１４の内側の面に接合する場合にはステム５内側の面の位置精度、平坦度、水平度を高め、一方、押え材１６をベース材３０の外側の面に接合する場合にはステム２９外側の面の位置精度、平坦度、水平度を高める。
【選択図】 図３

Description

本発明は、光電効果を用いる光電子増倍管及びこれを用いた放射線検出装置に関する。

光電子増倍管として、筒状を成す側管の一側の端部に受光面板を、他側の端部にステムを各々備えて真空密封容器を構成し、受光面板の内側の面に光電面を設けると共に、この光電面に対向して複数段のダイノードを有する電子増倍部及び陽極を積層して配設し、これらの各段のダイノード及び陽極に各々接続した複数のステムピンを密封容器内から外部に導出するようにしてステムに挿着する構成を具備し、受光面板を通して入射した入射光を光電面で電子に変換し、この光電面から放出された電子を、各ステムピンを介して所定の電圧が印加された各ダイノードを有する電子増倍部で順次増倍し、この増倍されて陽極に達した電子を電気信号としてステムピンの一つであるアノードピンを介して取り出す所謂ヘッドオン型の光電子増倍管が知られている。

このような光電子増倍管にあっては、各ステムピンを、各テーパー状ハーメチックガラスを介して金属製のステムに各々挿着し、複数のステムピン上に陽極及び電子増倍部を積層したものや、各ステムピンを、大形のテーパー状ハーメチックガラスより成るステムに直接挿着し、当該ステム上に陽極及び電子増倍部を積層したものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−２９０７９３号公報（図１、図７）

ここで、上記前者（特許文献１の図１に記載のもの）にあっては、ステムピンに対応した個数のハーメチックガラスが必要であると共にこれらの各々をステムピンと共にステムのステムピン挿通位置にセットする工程が必要であるため、部品点数及び製造工程が多くなるという問題があり、さらには、複数のステムピン上に陽極及び電子増倍部を積層するため、振動耐性が低く、例えばステムピンへの機械的ストレスによって、ハーメチックガラスが欠け落ちるといった問題が生じる。

一方、後者（特許文献１の図７に記載のもの）にあっては、一枚のテーパー状ハーメチックガラスをステムとして各ステムピンを挿着すると共に、当該テーパー状ハーメチックガラス上に陽極及び電子増倍部を積層するため、前者の問題は改善されるが、このテーパー状ハーメチックガラスと各ステムピンとの接合はハーメチックガラスの溶融による融着で行うのが一般的であるため、ハーメチックガラスより成るステムの両面（図における上下面）の位置精度、平坦度、水平度が出し難く、以下の問題を生じる。

すなわち、ステムの内側の面（上面）の位置精度、平坦度、水平度が低下している場合には、ステムの内側の面に対して設置される電子増倍部と光電面との間の位置精度が低下して特性が悪化すると共に電子増倍部の着座性が低下し、一方、ステムの外側の面（下面）の位置精度、平坦度、水平度が低下している場合には、光電子増倍管全長の寸法精度が低下すると共に光電子増倍管を例えば回路基板等に表面実装する際の取付性が低下してしまう。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、光電面と電子増倍部との間の位置精度が高められ所定の特性が得られると共に、電子増倍部の着座性が高められる光電子増倍管及びこれを備えた放射線検出装置、又は、光電子増倍管全長の寸法精度、光電子増倍管を表面実装する際の取付性が高められる光電子増倍管及びこれを備えた放射線検出装置を提供することを目的とする。

本発明による光電子増倍管は、真空状態とされた密封容器内に設けられ、当該密封容器の一側の端部を構成する受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、密封容器内に設けられ、光電面から放出された電子を増倍する電子増倍部及び当該電子増倍部により増倍された電子を出力信号として取り出すための陽極と、密封容器の他側の端部を構成するステムと、ステムに挿着されて密封容器内から外部に導出すると共に陽極及び電子増倍部に電気的に接続された複数のステムピンと、を具備した光電子増倍管において、ステムは、ステムピンを貫通させて接合する絶縁性のベース材と、ベース材より高い融点を有し、ベース材の内側の面又は外側の面の何れか一方の面に接合された押え材と、を備える二層構造とされ、このステムの内側の面に対して電子増倍部及び陽極が積層され、ベース材と押え材、ベース材とステムピンとの接合が、ベース材の溶融による融着とされていると共に、押え材又はベース材の少なくとも一方には、ベース材が溶融により浸出するベース材浸出部が設けられていることを特徴としている。

このような光電子増倍管によれば、ステムピンを通すと共に押え材によりその片面が押えられたベース材が、当該ベース材の溶融による融着によってステムピン及び押え材を接合すると共に、このベース材の溶融時のボリュームがベース材浸出部に良好に逃げて、ステムはベース材を押え材で押えて成る二層の構成とされるため、ステムをガラス材の単層としこれを溶融してステムピンを融着して成る従来品に比して、押え材がベース材の内側の面に接合されている場合には、ステムの内側の面の位置精度、平坦度、水平度が高められ、その結果、ステム内側の面に対して設置される電子増倍部と光電面との間の位置精度が高められ所定の特性が得られると共に電子増倍部の着座性が高められ、一方、押え材がベース材の外側の面に接合されている場合には、ステム外側の面の位置精度、平坦度、水平度が高められ、その結果、光電子増倍管全長の寸法精度及び光電子増倍管を表面実装する際の取付性が高められる。

ここで、押え材は、ベース材に接合されたステムピンを挿通させる開口を備えると共に、その開口のうちの少なくとも二箇所が、上記開口より大径とされていると、当該開口への位置決め用治具の進入が可能となり、ベース材と押え材との位置決めが容易とされ製造コストの低減が図られる。また、このように、ステムピンを挿通させる開口を大径として当該開口に位置決め用治具が進入しベース材と押え材とが位置決めされるため、ステムピンと押え材の開口との同軸度が確保される。

また、上記光電子増倍管の受光面板の外側に、放射線を光に変換して放出するシンチレータを設置すれば、上記作用を奏する好適な放射線検出装置が得られる。

このような光電子増倍管及び放射線検出装置によれば、ベース材の内側の面に押え材を接合した場合には、所定の特性を得ることが可能となると共に電子増倍部の着座性を高めることが可能となる。また、ベース材の外側の面に押え材を接合した場合には、光電子増倍管全長の寸法精度及び光電子増倍管を表面実装する際の取付性を高めることが可能となる。

以下、図面を参照しながら本発明に係る光電子増倍管及び放射線検出装置の好適な実施形態について説明する。なお、以下の説明における「上」、「下」等の語は図面に示す状態に基づく便宜的なものである。また、各図において同一又は相当の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１及び図２は、本発明に係る光電子増倍管の一実施形態を示す平面図及び底面図であり、図３は図１におけるIII-III線に沿う断面図である。図１〜図３において、光電子増倍管１は、外部から入射した光によって電子を放出し、その電子を増倍させて信号として出力させるための装置として構成されている。

図１〜図３に示すように、光電子増倍管１は略円筒形状をなす金属製の側管２を有している。図３に示すように、この側管２の上側（一側）の開口端にはガラス製の受光面板３が気密に固定され、受光面板３の内側表面には受光面板３を通して入射した光を電子に変換するための光電面４が形成されている。また、側管２の下側（他側）の開口端には、図２及び図３に示すように、円板状のステム５が配置されている。このステム５には略円状の位置に周方向に互いに離間して配置された複数（１５本）の導電性のステムピン６が気密に挿着されていると共に、このステム５を側方から包囲するように金属製のリング状側管７が気密に固定されている。そして、図３に示すように、上側の側管２の下端部に形成されたフランジ部２ａと下側のリング状側管７の上端部に形成された同径のフランジ部７ａとが溶接され、側管２とリング状側管７とが気密に固定されることで、内部が真空状態に保たれた密封容器８が形成されている。

このように形成された密封容器８内には、光電面４から放出された電子を増倍するための電子増倍部９が収容されている。この電子増倍部９は、電子増倍孔を多数有する薄板状のダイノード１０が複数段（本実施形態では１０段）に積層されてブロック状に形成され、ステム５の上面に設置されている。各ダイノード１０の所定の縁部には、図１及び図３に示すように、外側に突出するダイノード接続片１０ｃがそれぞれ形成され、各ダイノード接続片１０ｃの下面側にはステム５に挿着された所定のステムピン６の先端部分が溶接固定されている。これにより、各ダイノード１０と各ステムピン６との電気的な接続がなされている。

さらに、図３に示すように、密封容器８内において、電子増倍部９と光電面４との間には、光電面４から放出された電子を電子増倍部９に収束させて導くための平板状の収束電極１１が設置され、最終段のダイノード１０ｂの一段上の段には、電子増倍部９により増倍され最終段のダイノード１０ｂより放出された電子を出力信号として取り出すための平板状アノード（陽極）１２が積層されている。図１に示すように、収束電極１１の四隅には外側に突出する突出片１１ａがそれぞれ形成され、この各突出片１１ａに所定のステムピン６が溶接固定されることでステムピン６と収束電極１１との電気的な接続がなされている。また、アノード１２の所定の縁部にも外側に突出するアノード接続片１２ａが形成され、このアノード接続片１２ａにステムピン６の一つであるアノードピン１３が溶接固定されることでアノードピン１３とアノード１２との電気的な接続がなされている。そして、図示しない電源回路に接続したステムピン６によって電子増倍部９及びアノード１２に所定の電圧が印加されると、光電面４と収束電極１１とは同電位に設定され、各ダイノード１０は積層順に上段から下段に行くに従って高電位となるように設定される。また、アノード１２は最終段のダイノード１０ｂよりも高電位に設定される。本実施形態においては、ステム５の上面に対して、最終段のダイノード１０ｂを直接載置し、固定する構成としているが、例えばステム５の上面に設置した支持部材によって最終段のダイノード１０ｂを支持し、最終段のダイノード１０ｂとステム５の上面との間に空間が介在している構成としても良い。

以上のように構成された光電子増倍管１では、受光面板３側から光電面４に光（ｈν）が入射すると、この光電面４において光が光電変換されて密封容器８内に電子（ｅ−）が放出される。放出された電子は、収束電極１１によって電子増倍部９の一段目のダイノード１０ａに収束される。そして、電子は電子増倍部９内で順次増倍されていき、最終段のダイノード１０ｂから２次電子群が放出される。この２次電子群はアノード１２に導かれ、このアノード１２と接続されたアノードピン１３を介して外部に出力される。

続いて、上述したステム５の構成について更に詳細に説明する。ここで、ステム５において、光電子増倍管１の密封容器８形成時に真空となる側を内側（上側）となる。

図３に示すように、ステム５は、ベース材１４と、ベース材１４の上側（内側）に接合された上側押え材１５とによる２層構造とされ、その側面には上述したリング状側管７が固定されている。本実施形態においては、ステム５を構成するベース材１４の側面とリング状側管７の内壁面とを接合することにより、リング状側管７に対してステム５を固定している。ここで、ベース材１４の下側（外側）の面は、リング状側管７の下端よりも下側に突出しているが、リング状側管７に対するステム５の固定位置は上記形態に限られるものではない。

ベース材１４は、例えばコバールを主成分とし、融点が約７８０度とされた絶縁性ガラスから構成された円板状の部材であり、下面側からの光が密封容器８内に透過しない程度の黒色とされている。ベース材１４には、図４に示すように、上半分がステムピン６の外径とほぼ同径で、かつ、図５に示すように、下半分がステムピン６の外径よりも大径とされた開口１４ａがベース材３０の外周部に沿うように複数（１５個）形成されている。また、ベース材１４の開口１４ａのうち、少なくとも二箇所以上の所定箇所は、位置決め用治具１８（後述）の進入を可能とすべく下半分の外径が他の開口１４ａの下半分の外径よりも大径とされた大径開口１４ｂとされている。このベース材１４においては、大径開口１４ｂはアノードピン１３が通る開口１４ａを含む４箇所に９０度の位相角をもって配置されている。さらに、ベース材１４の下部中央部分には、ベース材１４が溶融により浸出するベース材浸出部としての円形状のベース材浸出凹部１４ｃ（図７参照）が形成されている。

上側押え材１５は、コバールに例えばアルミナ系粉末を添加することにより、例えば融点が約１１００度とベース材１４より高融点とされた絶縁性ガラスから構成された円板状の部材であり、密封容器８内の発光を効果的に吸収すべく黒色とされている。また、図６に示すように、上側押え材１５にはベース材１４と同様に配置された複数（１５個）の開口１５ａが形成されている。各開口１５ａはベース材１４に形成された開口１４ａよりも大径とされ、さらに、開口１５ａのうちの少なくとも二箇所以上の所定箇所はベース材１４に対する位置決め用治具１８の進入を可能とすべく、他の開口１５ａよりも大径とされた大径開口１５ｂとされている。上側押え材１５においては、大径開口１５ｂはアノードピン１３が通る開口１５ａを除く３箇所に９０度の位相角をもって配置され、ベース材１４においてアノードピン１３が通る大径開口１４ｂを除く３箇所の大径開口１４ｂと同軸に配置されている。また、上側押え材１５は、アノードピン１３が通る開口１５ａ近傍の縁部が面取り形状１５ｃとされている。

そして、図３に示すように、これらのベース材１４及び上側押え材１５は、各開口１４ａ，１５ａ及び各大径開口１４ｂ，１５ｂの軸心位置を合わせた状態で重ね合わされ、各開口１４ａ，１５ａ及び各大径開口１４ｂ，１５ｂにそれぞれステムピン６を挿通させた状態で、ベース材１４の溶融によって融着接合されている。より具体的には、ベース材１４の上面に上側押え材１５が密着して接合されていると共に、各ステムピン６がベース材１４の各開口１４ａの下半分及び上側押え材１５の各開口１５ａを挿通してステム５の上側（内側）の面及び下側（外側）の面の両面における各ステムピン６の貫通部の全周囲にベース材１４を底面とする凹部５ａが形成され、各ステムピン６はこの凹部５ａの底面においてベース材１４に密着して接合されている。

続いて、上述のように構成されたステム５の製造例について図７及び図８を参照しながら説明する。

ステム５の製造にあたっては、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、ベース材１４、上側押え材１５、及び各ステムピン６を位置決めした状態で挟み込んで保持する一対の位置決め用治具１８を用いる。

この位置決め用治具１８は、例えば１１００度以上の融点を有する耐熱性の高いカーボンからなるブロック状の部材であり、その一面側にはステムピン６を挿入させて支持する挿入孔１８ａが各ステムピン６の配置に対応させて形成されている。また、各挿入孔１８ａのうち、ベース材１４の大径開口１４ｂ及び上側押え材１５の大径開口１５ｂに対応する挿入孔１８ａの開口縁部には、大径開口１４ｂ,１５ｂ内に進入してベース材１４に対して上側押え材１５を位置決めし、ベース材１４を通る各ステムピン６と各開口１５ａとの同軸度を確保するための略円筒状の突起部１８ｂが形成されている。

この位置決め用治具１８を用いてステム５のセットを行う場合、まず、突起部１８ｂを上面に向けた状態で位置決め用治具１８の一方（図示下側）を作業面（図示しない）に載置し、位置決め用治具１８の挿入孔１８ａにそれぞれステムピン６を差し込んで固定する。次に、位置決め用治具１８に固定された各ステムピン６を開口１４ａに通しつつ、位置決め用治具１８の突起部１８ｂに大径開口１４ｂを進入させて、位置決め用治具１８の上にベース材１４を載置する。さらに、ベース材１４の各開口１４ａ及び大径開口１４ｂに対して各開口１５ａ及び各大径開口１５ｂの軸心位置を大まかに合わせながら、各開口１５ａ及び各大径開口１５ｂにステムピン６を通してベース材１４の上に上側押え材１５を重ね合わせた後、ベース材１４にリング状側管７を嵌め込む。最後に、上側押え材１５から突出している各ステムピン６を挿入孔１８ａに差し込みながら、上側押え材１５の大径開口１５ｂに突起部１８ｂを進入させて、上側押え材１５の上にもう一方（図示上側）の位置決め用治具１８を載置する。これによりステム５のセットが完了する。なお、セットするリング状側管７と各ステムピン６とには、ベース材１４との溶着性を高めるべく予め表面酸化処理を施しておく。

続いて、セットしたステム５を位置決め用治具１８ごと電気炉（図示しない）に投入し、約８５０度〜９００度の温度（ベース材１４の融点より高く、上側押え材１５の融点よりも低い温度）で位置決め用治具１８でステム５を挟むように加圧しながら焼結させる。この焼結処理により、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、融点が約７８０度であるベース材１４のみが溶融し、ベース材１４と上側押え材１５、ベース材１４と各ステムピン６、及びベース材１４とリング状側管７とが融着される。このとき、ベース材１４は各部品との密着性を高めるため、ボリュームが多めに調整されているが、図８（ｂ）に示すように、位置決め用治具１８の突起部１８ｂの端面によって大径開口１４ｂ，１５ｂ内でのベース材１４の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材１４の余分なボリュームはベース材１４のベース材浸出凹部１４ｃ内に逃がされる。焼結処理が終了した後ステム５を電気炉から取り出し、上下の位置決め用治具１８を取り外すとステム５の製造が完了する。

このようなステム５の製造方法によれば、位置決め用治具１８の突起部１８ｂをベース材１４の大径開口１４ｂ及び上側押え材１５の大径開口１５ｂに進入させることで、ベース材１４に対して上側押え材１５を容易に位置決めできるため、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が図られる。また、位置決め用治具１８により、各ステムピン６と各開口１５ａとの同軸度も確保される。そして、このように得られたステム組のステム５の内側（上側）の面に対して積層されたダイノード１０、収束電極１１、及びアノード１２を、ダイノード接続片１０ａ、アノード接続片１２ａ、収束電極１１に具備された突出片１１ａの各々とこれらに対応するステムピン６とを溶接することで固定し、さらに、受光面板３が固定された側管２を真空状態でリング状側管７に対して溶接固定して組み立てることで、図１〜図３に示す所謂ヘッドオン型の光電子増倍管１が得られる。

このような光電子増倍管１の構成によれば、ステムピン６を通すと共に上側押え材１５がその上側の面（内側の面）に接合されたベース材１４が、当該ベース材１４の溶融による融着によってステムピン６及び上側押え材１５を接合すると共に、このベース材１４の溶融時のボリュームがベース材浸出凹部１４ｃに良好に逃げて、ステム５はベース材１４を上側押え材１５で押えて成る二層の構成とされている。このため、ステム５をガラス材の単層としこれを溶融してステムピン６を挿着して成るような従来品に比して、特にステム５の上側の面（内側の面）の位置精度、平坦度、水平度が高められ、その結果、光電子増倍管１では、ステム５の上面（内側の面）に対して設置される電子増倍部９と光電面４との間の位置精度や電子増倍部９の着座性が高められるため、光電変換効率といった特性が良好に得られる。なお、ステム５の上側の面の位置精度、平坦度、水平度を高める点に関しては、上側押え材１５の材質を金属としても良い。

さらに、光電子増倍管１においては、ステム５のステムピン６の貫通部の全周囲がベース材１４を底面とする凹部５ａとされている他、ベース材１４よりも上側の部材である上側押え材１５が絶縁性を有している。また、上側押え材１５において、アノードピン１３近傍の縁部が面取り形状１５ｃ（図６参照）とされている。係る構成の作用について図９及び図１０を用いて詳細に説明する。

図９は本実施形態におけるアノードピン１３近傍を示す要部拡大断面図であり、図１０は比較例におけるアノードピン１３近傍を示す要部拡大断面図である。比較例ではステム５におけるアノードピン１３を含むステムピン６の貫通部に凹部５ａが形成されておらず、また、アノードピン１３近傍に面取り形状１５ｃが形成されていない上側押え材１７が用いられている。説明の都合上各部材は破線で示している。

図９に示すように、本実施形態ではステム５におけるアノードピン１３を含むステムピン６の貫通部の全周囲がベース材１４を底面とする凹部５ａとされているため、導電性のアノードピン１３を含むステムピン６、アノードピン１３を含むステムピン６を接合した絶縁性のベース材１４、真空が交わるポイントであるトリプルジャンクションＸ１はステム５における凹部５ａの底面とアノードピン１３を含むステムピン６との接合縁部に位置し、この凹部５ａ内に隠蔽されるが如き状態とされている。このようにトリプルジャンクションＸ１を凹部５ａ内に隠蔽することで、図１０に示す比較例におけるトリプルジャンクションＸ２のように上側押え材１７の上面に剥き出し状態とされている場合と比べて沿面放電の発生が抑制され、光電子増倍管１の電圧耐性が高められている。なお、トリプルジャンクションＸ１の凹部５ａによる隠蔽に関しては、ベース材１４よりも上側の部材である上側押え材１５が導電性であっても良い。

また、トリプルジャンクションＸ１からリング状側管７までの絶縁体に沿う沿面距離Ｙ１は、図１０に示す比較例におけるトリプルジャンクションＸ２から側管２までの絶縁体に沿う沿面距離Ｙ２と比べて凹部５ａの高さ分だけ長尺化されている。このように沿面距離Ｙ１を長尺化することで沿面放電の発生が一層抑制され、光電子増倍管１の電圧耐性がより高められる。なお、この凹部５ａの形成によりステムピン６，６間での絶縁体に沿う沿面距離も同時に長尺化されるため、光電子増倍管１の電圧耐性は一層高いものとなる。さらに、アノードピン１３近傍に関しては、特に、上側押え材１５の面取り形状１５ｃに沿う距離分だけ沿面距離Ｙ１が長尺化されているため、アノードピン１３近傍での沿面放電を原因とする絶縁破壊や漏電電流がより確実に防止され、アノードピン１３から取り出される電気信号に対するノイズの混入防止が図られている。

なお、位置決め用治具１８により各ステムピン６と上側押え材１５の各開口１５ａ及び下側押え材１６の各開口１６ａとの同軸度が確保されるため、ステムピン６が開口１５ａ,１６ａの内壁面に近接することが防止できるため、トリプルジャンクションＸ１を凹部５ａ内に確実に隠蔽することができ、光電子増倍管１の電圧耐性が一層確保される。

また、光電子増倍管１においては、上述したようにステム５の上側（内側）の面及び下側（外側）の面におけるステムピン６の貫通部の全周囲がベース材１４を底面とする凹部５ａとされているため、ステムピン６に対するベース材１４の接合縁部は、ステム５に形成された凹部５ａの底面となり、ベース材１４はステムピン６を緩やかな角度（ほぼ直角）で接合すると共に、ステムピン６に曲げが作用しても凹部５ａの開放側の周縁部にステムピン６が当接してそれ以上のステムピン６の曲げが阻止されるため、ベース材１４とステムピン６との接合部分の両側でクラックが発生することが防止され、密封容器８の気密性及び良好な外観が確保される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ベース材１４の下部にのみベース材浸出部としてのベース材浸出凹部１４ｃを設けているが、このようなベース材浸出部はベース材１４又は上側押え材１５の少なくとも一方に設けていれば良く、例えば上側押え材１５にベース材浸出開口として設けていても良いし、ベース材１４にベース材浸出凹部１４ｃを設け、かつ上側押え材１５にベース材浸出開口を設けていても良い。

また、本実施形態の変形例として、図１１に示すように、ステム５の中央部分に金属製の排気管１９を設けた光電子増倍管２０を採用しても良い。この排気管１９は、光電子増倍管２０の組み立て終了後に密封容器８の内部を真空ポンプ（図示しない）等によって排気して真空状態にするために利用することができる。さらに別の変形例として、図１２に示すように、その下端にフランジ部を設けたリング状側管７に、側管２よりも長尺の側管２７を嵌め合わせて互いのフランジ部を溶接固定した構成を有する光電子増倍管２６を採用しても良い。

次に、図１〜図３に示した光電子増倍管１を備えた放射線検出装置の例について説明する。図１３及び図１４に示す例に係る放射線検出装置２１では、光電子増倍管１の受光面板３の外側に放射線を光に変換して放出するシンチレータ２２が設置され、光電子増倍管１が、処理回路２３を下面側に備えた回路基板２４上に実装されて構成されている。また、図１５及び図１６に示す他の例に係る放射線検出装置２５では、回路基板２４上に処理回路２３が設置され、この処理回路２３をステムピン６で取り囲むようにして光電子増倍管１が回路基板２４上に実装されている。以上のような構成より、上述した作用効果を奏し、特に表面実装する際に好適な放射線検出装置２１,２５を得ることができる。

本実施形態のさらに別の変形例として、押え材をベース材の下面（外側の面）に接合して２層構造のステムを構成しても良い。この別の変形例に係る光電子増倍管２８は、図１７に示すように、ステム２９が、ベース材１４と同質の円板状のベース材３０と、ベース材３０の下側（外側）に接合された下側押え材１６とによる２層構造とされている点で、ステム５がベース材１４と、ベース材１４を上側（内側）から押える上側押え材１５とによる２層構造とされている図１〜図３に示した光電子増倍管１と異なる。

この光電子増倍管２８におけるベース材３０は、図１９に示すように、下半分がステムピン６の外径とほぼ同径で、かつ、図１８に示すように、上半分がステムピン６の外径よりも大径とされた開口３０ａがベース材３３の外周部に沿うように複数（１５個）形成されている。また、ベース材３０の開口３０ａのうち、アノードピン１３が通る開口３０ａを除く３箇所は、位置決め用治具１８の進入を可能とすべく上半分の外径が他の開口３０ａの上半分よりも大径とされた大径開口３０ｂとされている。さらに、ベース材３０は、アノードピン１３が通る開口３０ａ近傍の上面側の縁部が面取り形状３０ｃとされている。

また、下側押え材１６は、上述した上側押え材１５と同様に、コバールに例えばアルミナ系粉末を添加することにより、融点が約１１００度とベース材３０より高融点とされた絶縁性ガラスから構成された円板状の部材であり、添加するアルミナ系粉末の組成の違いにより白色を呈すると共に、ベース材３０よりも高い物理的強度を有している。また、図２０に示すように、下側押え材１６にも上側押え材１５と同様の開口１６ａが形成され、この開口１６ａのうちの少なくとも二箇所以上の所定箇所は位置決め用治具１８の進入を可能とすべく大径開口１６ｂとされている。下側押え材１６においては、大径開口１６ｂはアノードピン１３が通る開口１６ａを含む４箇所に９０度の位相角をもって配置され、アノードピン１３が通る開口１６ｂを除く他の３箇所の大径開口１６ｂはベース材３０の大径開口３０ｂと同軸に配置されている。さらに、下側押え材１６の中央部分には、ベース材３０が溶融により浸出するベース材浸出部としての円形状のベース材浸出開口１６ｃが形成されている。

そして、図１７に示すように、これらのベース材３０及び下側押え材１６は、各開口３０ａ,１６ａ及び各大径開口３０ｂ,１６ｂの軸心位置を合わせた状態で重ね合わされ、各開口３０ａ,１６ａ及び各大径開口３０ｂ，１６ｂにそれぞれステムピン６を挿通させた状態で、ベース材３０の溶融によって融着接合されている。より具体的には、ベース材３０の下面に下側押え材１６が密着して接合されていると共に、各ステムピン６がベース材３０の各開口３０ａの上半分及び下側押え材１６の各開口１６ａを挿通してステム２９の上側（内側）の面及び下側（外側）の面の両面における各ステムピン６の貫通部の全周囲にベース材３０を底面とする凹部２９ａが形成され、各ステムピン６はこの凹部２９ａの底面においてベース材３０に密着して接合されている。

このようなステム２９の製造においても、上述した実施形態に係るステム５と同様の方法を用いることができる。具体的には、まず、図２１（ａ）及び図２１（ｂ）に示すように、突起部１８ｂを上面に向けた状態で位置決め用治具１８の一方（図示下側）を作業面（図示しない）に載置し、位置決め用治具１８の挿入孔１８ａにそれぞれステムピン６を差し込んで固定し、次に、位置決め用治具１８に固定された各ステムピン６を開口１６ａに通しつつ、位置決め用治具１８の突起部１８ｂに大径開口１６ｂを進入させて、位置決め用治具１８の上に下側押え材１６を載置し、さらに、下側押え材１６の各開口１６ａ及び大径開口１６ｂに対して各開口３０ａ及び各大径開口３０ｂの軸心位置を大まかに合わせながら、各開口３０ａ及び各大径開口３０ｂにステムピン６を通して下側押え材１６の上にベース材３０を重ね合わせた後、ベース材３０にリング状側管７を嵌め込み、最後に、ベース材３０から突出している各ステムピン６を挿入孔１８ａに差し込みながら、ベース材３０の大径開口３０ｂに突起部１８ｂを進入させて、ベース材３０の上にもう一方（図示上側）の位置決め用治具１８を載置する。これによりステム２９のセットが完了する。なお、上述した実施形態の場合と同様に、セットするリング状側管７と各ステムピン６とには、ベース材３０との溶着性を高めるべく予め表面酸化処理を施しておく。

次に、セットしたステム２９を電気炉に投入し、前述と同様の条件下で焼結処理を行う。この焼結処理により、図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に示すように、ベース材３０と下側押え材１６、ベース材３０と各ステムピン６、及びベース材３０とリング状側管７とがベース材３０の溶融によって融着される。このとき、図２２（ｂ）に示すように、位置決め用治具１８の突起部１８ｂの端面によって大径開口３０ｂ,１６ｂ内でのベース材３０の高さ方向の位置決めがなされ、溶融したベース材３０の余分なボリュームはベース材浸出開口１６ｃ内に逃がされる。焼結処理が終了した後ステム２９を電気炉から取り出し、上下の位置決め用治具１８を取り外すとステム２９の製造が完了する。

このようなステム２９の製造方法によれば、上述した実施形態と同様に、位置決め用治具１８によりベース材３０に対して下側押え材１６を容易に位置決めできるため、製造工程が簡素化されて製造コストの低減が図られる。また、位置決め用治具１８により、各ステムピン６と各開口１６ａとの同軸度も確保される。そして、このように得られたステム組のステム２９の内側（上側）の面に対して積層されたダイノード１０、収束電極１１、及びアノード１２を、ダイノード接続片１０ａ、アノード接続片１２ａ、収束電極１１に具備された突出片１１ａの各々とこれらに対応するステムピン６とを溶接することで固定し、さらに、受光面板３が固定された側管２を真空状態でリング状側管７に対して溶接固定して組み立てることで、図１７に示すヘッドオン型の光電子増倍管２８が得られる。

このように構成された光電子増倍管２８によれば、ステムピン６を通すと共に下側押え材１６によりその下側の面（外側の面）が押えられたベース材３０が、当該ベース材３０の溶融による融着によってステムピン６及び下側押え材１６を接合すると共に、このベース材３０の溶融時のボリュームがベース材浸出開口１６ｃに良好に逃げて、ステム２９はベース材３０を下側押え材１６で押えて成る二層の構成とされている。このため、ステム２９をガラス材の単層としこれを溶融してステムピン６を挿着して成るような従来品に比して、特にステム５の下側の面（外側の面）の位置精度、平坦度、水平度が高められ、その結果、光電子増倍管２８全長の寸法精度及び光電子増倍管２８を表面実装する際の取付性が高められる。

また、光電子増倍管２８においても、ステムピン６の貫通部の全周囲がベース材３０を底面とする凹部２９ａとされているため、トリプルジャンクションが凹部２９ａ内に隠蔽され、所定の電圧耐性が確保される。また、このように凹部２９ａが形成されると共に凹部２９ａを構成するベース材３０自体が絶縁性を有しているため、沿面距離の長尺化が図られる。さらに、絶縁体であるベース材３０において、アノードピン１３近傍の上面側の縁部が面取り形状３０ｃ（図１８参照）とされているため、アノードピン１３から取り出される電気信号に対するノイズの混入防止が図られている。

また、光電子増倍管２８においても、上述したようにベース材３０の各開口３０ａの上半分及び下側押え材１６の各開口１６ａによって、ステム２９の上側（内側）の面及び下側（外側）の面におけるステムピン６の貫通部の全周囲がベース材３０を底面とする凹部２９ａとされている。これにより、ベース材３０とステムピン６との接合部分の両側でクラックが発生することが防止され、密封容器８の気密性及び良好な外観が確保される。

なお、本変形例では、下側押え材１６にのみベース材浸出部としてのベース材浸出開口１６ｃを設けているが、このようなベース材浸出部はベース材１４又は下側押え材１６の少なくとも一方に設けていれば良く、例えばベース材３０の上面側にベース材浸出凹部として設けていても良いし、下側押え材１６にベース材浸出開口１６ｃを設け、かつベース材３０にベース材浸出凹部を設けていても良い。

また、この光電子増倍管２８についても、図１１に示した光電子増倍管２０と同様に、ステム２９の中央部分に金属製の排気管１９を設けた構造を採用しても良い。また、図１２に示した光電子増倍管２６と同様に、その下端にフランジ部を設けたリング状側管７に、側管２よりも長尺の側管２７を嵌め合わせて互いのフランジ部を溶接固定した構成を採用しても良い。

また、この光電子増倍管２８を備えた放射線検出装置を構成する場合、図１３〜図１４及び図１５〜図１６に示した放射線検出装置２１,２５と同様の構成とすることで、上述した作用効果を奏し、特に表面実装する際に好適な放射線検出装置を得ることができる。

本発明に係る光電子増倍管を示す平面図である。 図１に示した光電子増倍管の底面図である。 図１に示した光電子増倍管のIII-III線断面図である。 ベース部材の平面図である。 ベース部材の底面図である。 上側押え材の平面図である。 ステムの製造例を示した図であり、（ａ）は焼結前のステムの状態を示す側断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。 ステムの製造例を示した図であり、（ａ）は焼結後のステムの状態を示す側断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。 図３に示した光電子増倍管におけるトリプルジャンクション及び沿面距離を示したアノードピン近傍の要部拡大図である。 比較例におけるトリプルジャンクション及び沿面距離を示したアノードピン近傍の要部拡大図である。 変形例に係る光電子増倍管を示した側断面図である。 別の変形例に係る光電子増倍管を示した側断面図である。 放射線検出装置の一例を示す側面図である。 図１３に示した放射線検出装置の要部断面図である。 放射線検出装置の他の例を示す側面図である。 図１５に示した放射線検出装置の要部断面図である。 さらに別の変形例に係る光電子増倍管の側断面図である。 図１７に示した光電子増倍管のベース部材の平面図である。 図１７に示した光電子増倍管のベース部材の底面図である。 図１７に示した光電子増倍管の下側押え材の平面図である。 図１７に示した光電子増倍管に係るステムの製造例を示した図であり、（ａ）は焼結前のステムの状態を示す側断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。 図１７に示した光電子増倍管に係るステムの製造例を示した図であり、（ａ）は焼結後のステムの状態を示す側断面図、（ｂ）はその要部拡大図である。

符号の説明

１，２０，２６，２８…光電子増倍管、２，２７…側管、３…受光面板、４…光電面、５，２９…ステム、５ａ，２９ａ…凹部、６…ステムピン、７…リング状側管（側管）、８…密封容器、９…電子増倍部、１２…アノード（陽極）、１３…アノードピン（ステムピン）、１４，３０…ベース材、１４ａ〜１６ａ，３０ａ…開口、１４ｂ〜１６ｂ，３０ｂ…大径開口、１５…上側押え材（押え材）、１６…下側押え材（押え材）、１６ｃ…ベース材浸出開口（ベース材浸出部）、１８…位置決め用治具、２１，２５…放射線検出装置、２２…シンチレータ、３０ｃ…ベース材浸出凹部（ベース材浸出部）。

Claims (3)

1. 真空状態とされた密封容器内に設けられ、当該密封容器の一側の端部を構成する受光面板を通して入射した入射光を電子に変換する光電面と、前記密封容器内に設けられ、前記光電面から放出された電子を増倍する電子増倍部及び当該電子増倍部により増倍された電子を出力信号として取り出すための陽極と、前記密封容器の他側の端部を構成するステムと、前記ステムに挿着されて前記密封容器内から外部に導出すると共に前記陽極及び前記電子増倍部に電気的に接続された複数のステムピンと、を具備した光電子増倍管において、
   前記ステムは、前記ステムピンを貫通させて接合する絶縁性のベース材と、
   前記ベース材より高い融点を有し、前記ベース材の内側の面又は外側の面の何れか一方の面に接合された押え材と、を備える二層構造とされ、
   このステムの内側の面に対して前記電子増倍部及び前記陽極が積層され、
   前記ベース材と前記押え材、前記ベース材と前記ステムピンとの接合が、前記ベース材の溶融による融着とされていると共に、前記押え材又は前記ベース材の少なくとも一方には、前記ベース材が溶融により浸出するベース材浸出部が設けられていることを特徴とする光電子増倍管。
2. 前記押え材は、前記ベース材に接合された前記ステムピンを挿通させる開口を備えると共に、その開口のうちの少なくとも二箇所が、前記開口より大径とされていることを特徴とする請求項１記載の光電子増倍管。
3. 請求項１又は２に記載の光電子増倍管の前記受光面板の外側に、放射線を光に変換して放出するシンチレータを設置して成る放射線検出装置。

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