JP2009218001A - マイクロチャネルプレート組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造や取扱時のＭＣＰの破損を予防することを可能とした構成を有するＭＣＰ組立体を提供する。
【解決手段】 １枚または複数のＭＣＰ５、６を入力側電極４、出力側電極７で挟み込んだ構成を有するＭＣＰ組立体１０において、入力側電極４、出力側電極７の少なくとも一方（好ましくは双方）のＭＣＰ５、６に面する表面には、ＭＣＰ表面に当接してこれを固定する略環状の当接面を有するとともに、この当接面の外周に、ＭＣＰ表面から離隔する方向に後退している離隔表面を有している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、荷電粒子検出器等において、入射電子を増倍するのに用いられるマイクロチャネルプレートと、電極とを組み合わせたマイクロチャネルプレート組立体に関する。

入射電子を増倍して出力する装置としてマイクロチャネルプレート（Micro Channel Plate、以下、「ＭＣＰ」と呼ぶ。）が知られている。代表的なＭＣＰの構造を図１１に示す。ＭＣＰ６は、ガラスを主成分とする薄型円盤状の構造体であり、環状の外周部６１を除いて厚み方向に貫通する多数の小径の孔６２が配置され、両面には導電膜６３が蒸着により形成されている。この導電膜６３の材料としては、例えば、インコ社のインコネル（登録商標ＩＮＣＯＮＥＬ）を用いることができる。導電膜６３は、ＭＣＰ６の全面をカバーするのではなく、ＭＣＰ６の外周部６１を外周端から０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ露出させて形成されている。

ＭＣＰ６は、図１２に示されるように、前面と背面側にそれぞれ入力側電極４、出力側電極７を配置し、電源１５により、所定の電圧を印加することで、孔６２に入射した電子やイオン等の荷電粒子１６が孔６２の側壁に衝突した際に、二次電子を放出することで、入射電子を増倍して出力するものである。

このようにＭＣＰは、ガラスを主成分とし、かつ、高真空中で高電圧を供給して使用するものであるため、その取り扱いには注意が必要とされる。製造時のみならず、装置内に組み込まれた後もライフエンド等によって交換する場合があるため、ＭＣＰを、入力側、出力側の電極と一体化して製造時や交換時の取り扱いを容易にする技術が開発された。

特許文献１、２に記載されている技術はそうした技術の一例であり、ＭＣＰと電極をともに外殻内に収容して、固定・一体化するものである。図１３、図１４に特許文献１記載のＭＣＰ組立体であるディテクターカートリッジの構成を示す。このディテクターカートリッジ６０は、図１３に示されるように略円盤状の構造体であり、その内部の構成は図１４に示されるとおりである。具体的には、２枚のＭＣＰ５５、５６は、入力側電極５４、出力側電極５７で挟み込まれてケース５８内に収容されている。この際、ＭＣＰ５５、５６が面内でずれないように、環状のセンターリングリング６５の中央の開口内にＭＣＰ５５、５６を配置する。入力側電極５４の前面には、絶縁体で作られたインシュレーター５３、金網状のメッシュ５２およびメッシュ電極５１、リングリテーナー５０を配置し、リングリテーナー５０、ケース５８をねじ止めした構成となっている。
特開２００５−３５１８８７号公報 特開２００７−８７８８５号公報

上記ディテクターカートリッジ６０においては、ＭＣＰ５５、５６を入力側電極５４と出力側電極５７とで挟み込んで確実に固定するためには、ＭＣＰ５５、５６を重ねた厚さよりセンターリングリング６５の厚みを薄くしておく必要がある。また、センターリングリング６５の中央の開口の内径は、ＭＣＰ５５、５６の外径よりわずかに大きくする必要がある。

しかしながら、このように構成した場合、図１５に示されるように、センターリングリング６５は、入力側電極５４と出力側電極５７、ケース５８に囲まれた空間の中で固定されておらず、前後上下に移動可能な状態で配置されている。そのため、輸送時等にセンターリングリング６５がＭＣＰ５５、５６と接触し、これを損傷させるおそれがある。

また、ＭＣＰ５５、５６の固定は、リングリテーナー５０とケース５８とを図示していないねじによりねじ止めすることで行われるが、ねじ止め箇所が、ＭＣＰ５５、５６の径方向でみて外側に位置するため、ねじ止め位置に過剰な押圧力がかかると、図１６に示されるように、ＭＣＰ５５、５６の端部と入力側電極５４や出力側電極５７のＭＣＰ側表面とが接触し、ＭＣＰ５５、５６の破損につながることがある。

ＭＣＰ５５、５６が破損に至らない場合であっても、図１６に示されるように各電極５４、５７とＭＣＰ５５、５６の位置関係が変化した場合には、ＭＣＰ５５、５６の表面に形成されている導電膜と各電極５４、５７とが離隔してしまい、これにより、導通不良が発生してしまう場合がある。

本発明は、上記問題点に鑑みて、製造や取扱時のＭＣＰの破損、導通不良の発生を予防することを可能とした構成を有するＭＣＰ組立体を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るＭＣＰ組立体は、一枚または複数枚重ねられたＭＣＰの両表面を環状の入力側電極と、出力側電極とで挟み込み、一体に固定したＭＣＰ組立体において、入力側電極および出力側電極はともに、内縁側にＭＣＰ表面に接触し、これを固定する略環状の当接面を有しており、入力側電極、出力側電極の少なくとも一方の当接面の外周にＭＣＰ表面から離隔する方向に後退している離隔表面を有していることを特徴とする。

これら入力側電極、出力側電極の少なくとも一方が、離隔表面の外周で、かつ、当該ＭＣＰの外縁より外側に、当接面の延長面より突出する突出面を備えていてもよい。また、入力側電極、出力側電極の双方が離隔表面を有していることが好ましい。

ＭＣＰを挟み込んだ入力側電極と出力側電極をさらに両側から挟み込み、ＭＣＰの外周より外側でネジ止めされることでＭＣＰを固定する固定部材をさらに備えているとよい。

あるいは、ＭＣＰを挟み込んだ入力側電極と出力側電極を収容してＭＣＰを固定するケースをさらに備えていてもよい。

当接面の外周が離隔していることで、ＭＣＰの固定に際して電極が斜めになった場合であってもＭＣＰの角と電極表面との接触を防止でき、ＭＣＰの損傷を抑制できる。また、電極の変形を抑制して、導通不良の発生を抑えることができる。

上述の構成の突出面を備えていると、ＭＣＰの位置決めが容易になるので、センターリングリングを廃止することができ、輸送中のセンターリングリングによるＭＣＰ損傷を効果的に防止でき、好ましい。

入力側、出力側電極の双方に離隔表面を有していると、上記効果の向上が図れるのでさらに好ましい。

上記構成の固定部材またはケースを用いることで、ＭＣＰを確実に固定することができる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。なお、各図面における構成要素の寸法比は、説明のため誇張している部分があり、必ずしも実際のそれとは一致しない。
（第１実施形態）

図１〜図３に本発明の第１実施形態であるＭＣＰ組立体１０の構成を示す。図１は、ＭＣＰ組立体１０の正面図であり、図２は、そのII−II線断面分解図であり、図３は、図１の中心−III線断面分解図である。

ＭＣＰ組立体１０は、略円盤状の構造体であり、図１の正面側から、中央に開口を有するメッシュ電極１、金網状のメッシュ２、環状の絶縁体であるインシュレーター３、環状の入力側電極４、２枚のＭＣＰ５および６、環状の出力側電極７、中央に開口を有するホルダー８を積み重ねた構成をとり、メッシュ電極１側からねじ９を差し入れてホルダー８にねじ止めすることで、ＭＣＰ５、６を入力側電極４と出力側電極７で挟み込み、固定するものである。ホルダー８と、メッシュ電極１、メッシュ２、インシュレーター３の組み合わせが本発明に係る固定部材に該当する。

このＭＣＰ組立体１０の製造方法を図４、図５を参照して説明する。以下の説明におけるＭＣＰ組立体１０においては、図１〜図３に示される組立体と入力側電極４と出力側電極７の外周構造が相違し、図１〜図３に示される組立体における各電極４、７は、ねじ９が配置される部分にＵ字状の切欠きが設けられているのに対して、以下の説明における組立体における各電極４、７は、ねじ９が貫通する貫通孔が設けられている。それ以外の構成については、両者は同一である。

まず図４（ａ）に示されるように、出力側電極７を用意し、これをホルダー８上にセットする（本図では、ホルダー８は、出力側電極７に隠れている）。次にリングの一部を切り取った形状の治具２０、２１を、それぞれ出力側電極７の外周上の対向する位置にセットする（図４（ｂ）参照）。続いて、ＭＣＰ６、ＭＣＰ５を出力側電極７の上に載せる（図４（ｃ）参照）。このとき、治具２０、２１を利用してＭＣＰ６、ＭＣＰ５の位置合わせを行うとよい。

次に、ＭＣＰ５の上に入力側電極４、インシュレーター３、メッシュ２、メッシュ電極１を順に重ねる（図５（ａ）参照。）。このとき、治具２０、２１は、入力側電極４と出力側電極７とで挟み込まれた状態になり、ＭＣＰ５、６を入力側電極４と出力側電極７との間で精度良く保持することができる。ここで、ねじ９をメッシュ電極１側から差し込んで、ホルダー８にねじ止めする。ねじ止めした後に治具２０、２１を取り外すことで、本実施形態のＭＣＰ１０が完成する（図５（ｂ）参照。）。

図６、７は、ＭＣＰ５、６と入力側電極４、出力側電極７の周縁部の構造を示す模式図である。ここでは、ＭＣＰ５、６のそれぞれの両面に形成されている導電膜（図１１参照）の記載は省略する。

ＭＣＰ５、６はそれぞれ厚みが３００μｍであり、両面に数千Åの厚さの導電膜を備える。このＭＣＰ５、６は、ＭＣＰ５の出力面５ｂとＭＣＰ６の入力面６ａとを重ねて配置される。ここで、ＭＣＰ５、６の各電子増倍孔（図１１に示す孔６２）の中心軸は、入出力面に直交する中心軸に直交する軸に対して若干傾斜している。そのため、ＭＣＰ５、６における外周部の内縁もＭＣＰ５、６それぞれの入出力面に直交する中心軸と並行ではなく、これと若干傾斜して形成される。

入力側電極４は、ＭＣＰ５に接する面４ａと反対の表面４ｃ側は同一平面として形成される一方、ＭＣＰ５の入力面５ａに接する当接面４ａの周囲は、当接面４ａ部分より薄くされ、当接面４ａの延長平面より表面４ｃ側に後退しており、入力面５ａに対して当接面４ａより離隔する離隔表面４ｂとして形成されている。同様に、出力側電極７は、ＭＣＰ６に接する面７ａと反対の表面７ｃ側は同一平面として形成される一方、ＭＣＰ６の入力面６ａに接する当接面７ａの周囲は、当接面７ａ部分より薄くされ、当接面７ａの延長平面より表面７ｃ側に後退しており、入力面６ａに対して当接面７ａより離隔する離隔表面７ｂとして形成されている。各電極４、７は、それぞれ中央部の厚さが１ｍｍで、離隔表面４ｂ、７ｂが形成されている部分の厚さが０．９ｍｍである。

このように、ＭＣＰ５、６の角部分を、ＭＣＰ５、６に接する入力側電極４、出力側電極７と離隔させることで、図１６に示されるのと同様に、入力側電極４と出力側電極７がＭＣＰ５、６を間に挟んだまま、それらの一方の側で離隔表面４ｂ、７ｂが近づくような状況が発生した場合も、ＭＣＰ５、６の角に離隔表面４ｂ、７ｂが接触する事態の発生を抑制することができ、ＭＣＰ５、６の損傷を抑制することができる。

さらに、このＭＣＰ組立体１０においては、上述した構成により、ＭＣＰ５、６の外周より外側でねじ止め固定されているため、入力側電極４、出力側電極７も周縁部に加えられた力により中央に挟み込まれたＭＣＰ５、６を固定することになるが、離隔表面４ｂ、７ｂを設けることにより、各当接面４ａ、７ａのＭＣＰ５の入力側表面５ａ、ＭＣＰ６の出力側表面６ｂそれぞれに形成されている導電膜への接触性をより良好に維持することができるため、これらの電極の変形によって生じうる導通不良の発生を抑制する効果も得られる。

ＭＣＰ５、６を薄くすると、両側に配置される入力側電極４と出力側電極７がその分接近することになり、両者の間での電気的な絶縁耐圧不良の問題が生じるおそれがあるが、上記の構成を採用することで、ＭＣＰ５、６の外周より外側では、入力側電極４と出力側電極とを離隔させているので、上記電気的な絶縁耐圧不良の発生を抑制することができる。

また、上述の構成を採用することで、従来ＭＣＰ５、６の位置合わせのために用いられていたセンターリングリングを設ける必要がなくなり、センターリングリングにより生じていたＭＣＰ５、６の損傷が起こることがない。さらに、従来の構造では、ＭＣＰの外周に袋構造が生じていたため、機器内に設置後、真空引きを行う際の障害となっていたが、本実施形態の構成によれば、袋構造が生じないので、真空引きが容易になり、その時間を短縮できる。

各電極４、７の構成は、周縁部を薄くした構成に限られるものではない。図８に、電極周縁部の構成の変形例を示す。図８（ａ）に示される入力側電極４１においては、ＭＣＰ５の入力側表面５ａに接する当接面４１ａの外縁に離隔表面４１ｂが形成され、さらにその外縁に当接面４１ａの延長平面より突出する突出面４１ｃが形成されている。これらの面と反対側の表面４１ｄは同一平面として形成されている。この入力側電極４１によれば、上記電極４と同様に、当接面４１ａによりＭＣＰ５の入力側表面５ａとの良好な接触を確保することができるうえ、離隔表面４１ｂにより、ＭＣＰ５の角の損傷を効果的に抑制することができる。さらに、突出面４１ｃを利用することで、ＭＣＰ５の位置合わせを高精度に行うことも可能となっており、また、組立を容易に行うことも可能となる。

図８（ｂ）に示される電極４２においては、当接面４２ａの外側の離隔表面４２ｃ、突出面４２ｅを備える構成は、電極４１と同様であるが、当接面４２ａと離隔表面４２ｃ、離隔表面４２ｃと突出面４２ｅの間の面４２ｂ、４２ｄが当接面４２ａ等に対して傾斜し、連続面を形成している点で相違している。これらの面の反対面４２ｆは同一平面としてではなく、連続面として形成されている。この電極４２の構成においても、電極４と同様の効果を得ることができる。

ここでは、ＭＣＰを２枚組み合わせる形態について説明したが、３枚以上のＭＣＰを積層させてもよい。この場合、各電子増倍孔の傾斜方向についてはその向きが交互になるように配置するとよい。
（第２実施形態）

図９に本発明の第２実施形態であるＭＣＰ組立体の断面分解図を示す。この実施形態は、ＭＣＰ５を１枚のみ有しており、入力側電極４３が図８（ａ）に示される構成を有している一方、出力側電極７１は、入力面、出力面とも凹凸のない平板状である点で第１実施形態と相違する。この平板状となる出力側電極７１の厚みは、入力側電極４３の最大厚みよりも厚くなるように形成されている。

ＭＣＰ５を一枚のみとした構成の場合には、入力側電極４３、出力側電極７１のねじ止め等に伴う変形はＭＣＰが複数枚の場合よりも小さい。本実施形態では、上記のような構成とすることで、平板状の出力側電極７１に比べて、離隔表面という環状の溝として形成される凹部を有し、厚みも薄い入力側電極４３側が変形しやすいが、離隔表面を有することで、入力側電極４３とＭＣＰ５の表面に形成される導電膜との接触を確保しつつ、ＭＣＰ５の損傷を抑制することができるので、導通不良の発生も抑制できる。

ここでは、入力側電極４３に離隔表面を設ける形態を示したが、出力側電極７１に離隔表面を有する構成としても良く、第１実施形態と同様に双方に離隔表面を有する構成としてもよい。また、離隔表面を有する電極の構造は、図６や図８（ａ）、図８（ｂ）に示される形態としてもよい。
（第３実施形態）

図１０に本発明の第３実施形態であるＭＣＰ組立体の断面分解図を示す。この実施形態の構成は、第２実施形態と同一であり、それらを固定する構造が相違し、従来例に近い構成を有している。

具体的には、丸い箱構造のホルダー８１内に、出力側電極７１、ＭＣＰ５、入力側電極４３、インシュレーター３、メッシュ２、平板状のメッシュ電極１２を重ね、その上からリングリテーナー１１を配置して、リングリテーナー１１の前面から図示していないねじを挿入し、ホルダー８１にねじ止めしている。このホルダー８１とリングリテーナー１１とが本発明に係るケースに該当する。

このような構成としても第１実施形態、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。本実施形態によれば、従来の構成のＭＣＰ組立体を用いている機器において従来構成のＭＣＰ組立体に代えて容易に本発明にかかるＭＣＰ組立体を採用することが可能となる。

この実施形態においても、出力側電極７１に離隔表面を有する構成としても良く、第１実施形態と同様に双方に離隔表面を有する構成としてもよい。また、離隔表面を有する電極の構造は、図６や図８（ａ）、図８（ｂ）に示される形態としてもよい。

以上の実施形態においては、全てメッシュ電極１、１２を有する形態を説明してきたが、メッシュ電極はＭＣＰ組立体に必須の要素ではなく、これを用いない構成を採用することもできる。例えば、第１実施形態において、メッシュ電極１を用いない場合、インシュレーター３とホルダー８とを固定部材としてネジ止めする構成を採用するとよい。

本発明の第１実施形態のＭＣＰ組立体の正面図である。 図１のII−II線断面分解図である。 図１の中心−III線断面分解図である。 図１のＭＣＰ組立体の製造方法を示す図である。 図４の製造方法の続きを示す図である。 図１のＭＣＰ組立体中のＭＣＰの周縁部の構造を示す模式図である。 図１のＭＣＰ組立体中のＭＣＰの周縁部の構造を示す模式図である。 図１のＭＣＰ組立体中の入力側電極の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態のＭＣＰ組立体の断面分解図である。 本発明の第３実施形態のＭＣＰ組立体の断面分解図である。 代表的なＭＣＰの構造を示す斜視図である。 ＭＣＰの使用例を説明する図である。 従来のＭＣＰ組立体を示す正面図である。 図１３のＭＣＰ組立体の断面分解図である。 図１３のＭＣＰ組立体におけるＭＣＰ外周付近の断面模式図である。 図１５に示すＭＣＰ外周において生じうるＭＣＰ破損を説明する図である。

符号の説明

１、１２、５１…メッシュ電極、２、５２…メッシュ、３、５３…インシュレーター、４、４１〜４３、５４…入力側電極、４ａ、７ａ、４１ａ、４２ａ…当接面、４ｂ、７ｂ、４１ｂ、４２ｃ…離隔表面、４ｃ、７ｃ…表面、５、６、５５、５６…ＭＣＰ（マイクロチャネルプレート）、５ａ、６ａ…入力面、５ｂ、６ｂ…出力面、７、５７、７１…出力側電極、８…ホルダー、９…ねじ、１０…ＭＣＰ組立体、１１、５０…リングリテーナー、１５…電源、１６…荷電粒子、２０、２１…治具、４１ｃ、４２ｅ…突出面、…リングリテーナー、６０…ディテクターカートリッジ、６１…外周部、６２…孔、６３…導電膜、６５…センターリングリング、５８…ケース、８１…ホルダー。

Claims (5)

1. 一枚または複数枚重ねられたマイクロチャネルプレートの両表面を環状の入力側電極と、出力側電極とで挟み込み、一体に固定したマイクロチャネルプレート組立体において、
   前記入力側電極および出力側電極はともに、内縁側に前記マイクロチャネルプレート表面に接触し、これを固定する略環状の当接面を有しており、前記入力側電極、出力側電極の少なくとも一方の前記当接面の外周に前記マイクロチャネルプレート表面から離隔する方向に後退している離隔表面を有していることを特徴とするマイクロチャネルプレート組立体。
2. 前記入力側電極、出力側電極の少なくとも一方が、前記離隔表面の外周で、かつ、当該マイクロチャネルプレートの外縁より外側に、前記当接面の延長面より突出する突出面を備えていることを特徴とする請求項１記載のマイクロチャネルプレート組立体。
3. 前記入力側電極、出力側電極の双方が前記離隔表面を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のマイクロチャネルプレート組立体。
4. 前記マイクロチャネルプレートを挟み込んだ前記入力側電極と前記出力側電極をさらに両側から挟み込み、前記マイクロチャネルプレートの外周より外側でネジ止めされることで前記マイクロチャネルプレートを固定する固定部材をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチャネルプレート組立体。
5. 前記マイクロチャネルプレートを挟み込んだ前記入力側電極と前記出力側電極を収容して前記マイクロチャネルプレートを固定するケースをさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロチャネルプレート組立体。
   

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