JP2009295503A - アルカリ金属発生源 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ金属部材の加熱を安定して行うことができるアルカリ金属発生源を提供する。
【解決手段】アルカリ金属発生源１は、第１のケース部２８と第２のケース部３０とで構成されたケース２０に、アルカリ金属蒸気を発生させる原料を含有するペレット１６を収容したものである。ケース２０には、ペレット１６の他に、裏面１８ｂ又は内部に抵抗加熱部２１が設けられたセラミックス基板１８が収容され、抵抗加熱部２１には通電ピン２４が電気的に接続されている。セラミックス基板１８は、第１のケース部２８と第２のケース部３０とで挟まれるようにしてケース２０に収容され、セラミックス基板１８の表面１８ａ側には、ペレット１６が配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、入射光を光電変換して光電子を放出する光電面の形成に使用されるアルカリ金属発生源に関するものである。

特開平４−２４２０４０号公報に記載されたアルカリ金属発生源には、ニクロム製の平板状のヒータを挟むように一対のキャップが設けられている。各キャップはヒータに固定されると共に、クロム酸セシウムとシリコンとを含有するペレット（アルカリ金属部材）を包囲している。ペレットはヒータに当接しており、ヒータから熱が加わるとセシウムの蒸気を発生させる。
特開平４−２４２０４０号公報

前述した従来のアルカリ金属発生源では、アルカリ金属部材が導電性を有している。そのため、外部からヒータに供給した電流が、アルカリ金属部材にも流れてしまうおそれがある。アルカリ金属部材に流れる電流量は、アルカリ金属部材とヒータとの接触具合等によって変わるため、ヒータに一定電流を供給してもヒータの温度が安定しないという現象が起こりうる。この場合、アルカリ金属部材の加熱を安定して行うことが難しくなる。

本発明は、特に、アルカリ金属部材の加熱を安定して行うことができるアルカリ金属発生源を提供することを目的とする。

本発明は、第１のケース部と第２のケース部とで構成されたケースに、アルカリ金属蒸気を発生させるための原料を含有するアルカリ金属部材を収容したアルカリ金属発生源であって、ケースに収容され、裏面又は内部に抵抗加熱部が設けられたセラミックス基板と、抵抗加熱部に電気的に接続された通電ピンと、を備え、セラミックス基板は、第１のケース部と第２のケース部とで挟まれるようにしてケースに収容され、アルカリ金属部材は、セラミックス基板の裏面に対向する表面側に配置されていることを特徴とする。

このアルカリ金属発生源によれば、アルカリ金属部材は、セラミックス基板の表面（抵抗加熱部が設けられていない面）側に配置される。よって、アルカリ金属部材は、抵抗加熱部によって直接加熱されるのではなく、セラミックス基板を介して間接的に加熱されることになり、抵抗加熱部とアルカリ金属部材とが通電することがなくなる。そのため、抵抗加熱部における電流量と温度との関係を安定化でき、抵抗加熱部の温度ばらつきを低減することができる。抵抗加熱部の温度ばらつきが減ることにより、抵抗加熱部によって加熱されるセラミックス基板も温度ばらつきが少なくなるため、アルカリ金属部材についても、安定した温度で加熱することが可能となる。

ところで、アルカリ金属蒸気を発生させると、その分だけアルカリ金属部材が小さくなり、ケース内に新たな空間ができる。セラミックス基板を単にケースに収容しただけの場合、アルカリ金属蒸気の発生後にアルカリ金属発生源を動かすと、新たにできた空間が原因でセラミック基板がずれて破損するおそれがある。そこで、本発明では、セラミックス基板を第１のケース部と第２のケース部とで挟まれるようにしている。このようにすることで、セラミックス基板の動きが抑制されるため、アルカリ金属蒸気の発生後であってもセラミックス基板のガタツキが生じにくくなる。

また、セラミックス基板は、周縁部が第１のケース部と第２のケース部とで挟まれるようにしてケースに収容されると共に、中央部に抵抗加熱部が形成されていると好適である。このような構成によって、第１及び第２のケース部と抵抗加熱部とのショートを防ぐことができる。

また、アルカリ金属部材は、セラミックス基板の表面と第１のケース部とによって画成された空間に配置されると共に、第１のケース部に当接していると好適である。このような構成を採用した場合、アルカリ金属部材はセラミックス基板と第１のケース部の両方に当接しているため、ケース内でアルカリ金属部材の位置ずれが生じにくくなる。したがって、アルカリ金属の蒸気をより確実に安定して発生させることができる。

また、通電ピンはセラミックス基板の裏面から突出し、第２のケース部は、アルカリ金属蒸気を放出させるための開口を有し、この開口から通電ピンが突出していると好適である。このような構成では、通電ピンを例えばステムピン等に固定することにより、アルカリ金属発生源を光電子増倍管内等に固定できる。またアルカリ金属発生源をこのように固定した場合でも、アルカリ金属蒸気を、セラミックス基板と開口との間に形成される隙間を通って放出させることが可能になるため、より多くのアルカリ金属蒸気を外部に放出でき、光電面を効率よく形成することができる。

また、第１のケース部の周縁と第２のケース部の周縁とは溶接によって部分的に接合されていることが好適である。このような構成では、溶接されていない部分ができるため、この非溶接部分からアルカリ金属を放出することが可能となる。

本発明によれば、アルカリ金属部材の加熱を安定して行うことができる。

以下、図面を参照しつつ本発明に係るアルカリ金属発生源の好適な実施形態について詳細に説明する。
[第１の実施形態]

本実施形態のアルカリ金属発生源は、入射光を光電変換して光電子を放出する光電面の形成に使用されるものであって、図１に示すように、ヘッドオン型の光電子増倍管２に収容される。

この光電子増倍管２は、ガラスからなると共に両端が封止された円筒状の側管４を備えており、側管４の一端側の光入射窓４ａには光電面６が形成されている。光電面６は金属間化合物からなり、光Ｌの入射に応じて光電子ｅを放出する。側管４内においては、光電面６から放出された光電子ｅを集束電極７が電子増倍部８へと導き、導かれた光電子ｅは電子増倍部８によって多段増倍されて陽極１２に入射される。

側管４の他端側のステムベース４ｂには、複数のステムピン１４が貫通するように固定されている。このうち、２本のステムピン１４ａ，１４ｂがアルカリ金属発生源１に溶接固定されている。

図２に示すように、アルカリ金属発生源１は、アルカリ金属蒸気を発生させる円盤状のペレット（アルカリ金属部材）１６と、ペレット１６が載置される円盤状のセラミックス基板１８とを、金属製のケース２０で覆ったものである。

ペレット１６は、アルカリ金属蒸気を発生させる原料として酸化剤と還元剤を含有している。酸化剤としては、アルカリ金属イオンをカウンターカチオンとするアルカリ金属塩が用いられ、例えばモリブデン酸セシウムやクロム酸セシウムが用いられる。還元剤としては、所定温度において上述の酸化剤と酸化還元反応を開始し、アルカリ金属イオンを還元する性質の化合物（例えばシリコン）が用いられる。モリブデン酸セシウム、クロム酸セシウム、シリコンを含有するペレット１６は、所定温度になるとセシウムの蒸気を発生する。なお、ペレット１６は、セシウムの他にカリウム、ナトリウムやルビジウム等の蒸気を発生させるものであっても良い。

セラミックス基板１８は円形の表面１８ａ及び裏面１８ｂを有しており、表面１８ａにはペレット１６が載置されている。セラミックス基板１８の裏面１８ｂの中央部には、メタライズ処理が施されることにより、タングステン金属からなる抵抗加熱部２１が形成されている。この抵抗加熱部２１は線状であって、セラミックス基板１８を貫通する２つの貫通孔２２の間を蛇行している。２つの貫通孔２２は、２本の通電ピン２４をセラミックス基板１８に固定するためのものであり、セラミックス基板１８の裏面１８ｂ側から通電ピン２４の基端が差し込まれている。通電ピン２４は抵抗加熱部２１に電流を供給するための部材であって、通電ピン２４と抵抗加熱部２１とはロウ付け等により接続されている。また、通電ピン２４は、ステムピン１４ａ，１４ｂにそれぞれ溶接等により接続される。

２本の通電ピン２４の基端側の端面２４ａは、セラミックス基板１８の表面１８ａよりも内側に位置している。この場合、通電ピン２４の基端側の端面２４ａは、表面１８ａから突出しておらず、また、表面１８ａと面が揃ってもいない。このように、通電ピン２４の端面２４ａを表面１８ａよりも奥まった位置にすることで、表面１８ａのどの位置にペレット１６が載置されたとしても、ペレット１６と通電ピン２４との通電が起こらない。また、通電ピン２４の基端にはフランジ２５が設けられ、このフランジ２５を裏面１８ｂに当接させることで、通電ピン２４が貫通孔２２に深く差し込まれてしまうことを防いでいる。

セラミックス基板１８の周縁には、複数（本実施形態では３つ）の切り欠き部２６が形成されている。セラミックス基板１８をケース２０に収容した際、これらの切り欠き部２６によって、セラミックス基板１８の表面１８ａ側にある空間と裏面１８ｂ側にある空間とが連通される。また、図３（ｂ）に示すように、切り欠き部２６は、セラミックス基板１８をケース２０に収容した際、後述する第２のケース部３０の開口４０から露出する。このような切り欠き部２６を設けることで、ペレット１６から発生したアルカリ金属蒸気を開口４０からスムーズに外部に放出させることが可能となる。

図２に示すように、ケース２０は、第１のケース部２８と第２のケース部３０とで２分割されており、第１のケース部２８はセラミックス基板１８の表面１８ａ側に設けられ、第２のケース部３０はセラミックス基板１８の裏面１８ｂ側に設けられる。

第１のケース部２８はハット形状を呈しており、ペレット１６を覆う凹状のペレット収容部３２と、ペレット収容部３２の周囲に配置されたリング状の鍔部３４とからなっている。ペレット収容部３２は頂部３２ａが平坦になっており、図４に示すように、頂部３２ａの内面はペレット１６の上面（セラミックス基板１８に当接する面の対向面）１６ａと当接する。図２に示すように、鍔部３４はセラミックス基板１８の表面１８ａに対向し、鍔部３４の外径はセラミックス基板１８よりも大きくなっている。

第２のケース部３０は，セラミックス基板１８を収容する凹状の基板収容部３６を有している。基板収容部３６は、平たいリング状の底部３６ａと底部３６ａの外縁を囲む円筒状の周壁部３６ｂとからなっており、図４に示すように、底部３６ａの内面はセラミックス基板１８の裏面１８ｂの周縁に当接する。また、周壁部３６ｂの内面はセラミックス基板１８の周面と対向しており、周壁部３６ｂとセラミックス基板１８との間にはアルカリ金属蒸気を流通させるためのスペースが設けられている。そして、底部３６ａの中央にある開口４０からは、セラミックス基板１８に取り付けられた通電ピン２４が突出している。

開口４０から突出した通電ピン２４に沿って、底部３６ａから舌片状の固定片４４が延びている。固定片４４と通電ピン２４とは溶接され、これによって第２のケース部３０のガタツキが防止される。また、開口４０からは抵抗加熱部２１が露出しており、第２のケース部３０は抵抗加熱部２１に対して非接触になっている。このような開口４０は、セラミックス基板１８が脱落しないように、セラミックス基板１８よりも小さな径になっている。第２のケース部３０の基板収容部３６とセラミックス基板１８の裏面１８ｂとの間には僅かな隙間（図示せず）が形成されて開口４０に通じており、開口４０からアルカリ金属蒸気を外部に放出させることが可能になっている。

図２に示すように、上記の基板収容部３６の周囲には、平たいリング状の鍔部３８が一体的に形成されている。この鍔部３８は第１のケース部２８の鍔部３４に対向し、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、鍔部３４と鍔部３８とは複数箇所（本実施形態では４箇所）で溶接される。このように、鍔部３４と鍔部３８とを部分的に溶接することにより、第１のケース部２８と第２のケース部３０とを連結できると共に、溶接部分５０以外の非溶接部分では、鍔部３４と鍔部３８との間からアルカリ金属蒸気を放出させることができる。

なお、図には示していないが、セラミックス基板１８をケース２０に収容した際、第１のケース部２８の鍔部３４とセラミックス基板１８の表面１８ａとの間に僅かな隙間が形成される。ペレット１６で発生したセシウムの蒸気は、この隙間を通った後、鍔部３４と鍔部３８との間や前述した開口４０を通って、外部に放出されることになる。

次に、光電子増倍管２に取り付け後のアルカリ金属発生源１の動作について説明する。図１に示すステムピン１４ａ，１４ｂに電流を供給すると、この電流は図２に示す通電ピン２４を通って抵抗加熱部２１に流れる。抵抗加熱部２１に電流が流れると、その電流量に応じて抵抗加熱部２１が発熱し、これによってセラミックス基板１８が加熱される。そして、セラミックス基板１８の熱がセラミックス基板１８に載置されたペレット１６に伝わる。ペレット１６が所定温度になると、ペレット１６に含まれる還元剤と酸化剤とが酸化還元反応を開始し、セシウムの蒸気が発生する。セシウムの蒸気は、第２のケース部３０の開口４０や、第１のケース部２８の鍔部３４と第２のケース部３０の鍔部３８との間を通って放出される。放出されたセシウムの蒸気と図１に示す光電面６の位置に形成されたアンチモンの蒸着膜とが反応することによって、光電面６が形成される。

ここで重要なのは、本実施形態におけるアルカリ金属発生源１では、ペレット１６は抵抗加熱部２１によって直接加熱されるのではなく、セラミックス基板１８を介して間接加熱されることである。つまり、ペレット１６と抵抗加熱部２１とは非接触になっているため、これらが通電することがなくなる。したがって、抵抗加熱部２１における電流量と温度との関係を一定に保つことが可能となり、抵抗加熱部２１の温度ばらつきを低減することができる。抵抗加熱部２１の温度ばらつきが減ることでセラミックス基板１８の温度ばらつきも抑えられ、セラミックス基板１８に当接したペレット１６の加熱を安定して行うことができる。よって、セシウムの蒸気を安定して発生することができる。

また、通電ピン２４の端面２４ａをセラミックス基板１８の表面１８ａから出ないようにしているため、通電ピン２４もまた、ペレット１６と非接触になる。これにより、通電ピン２４からの電流を、より確実に抵抗加熱部２１だけに流すことが可能となり、抵抗加熱部２１の温度ばらつきをより確実に低減することができる。

セシウムの蒸気の発生に伴い、ペレット１６は徐々に小さくなっていく。そのため、蒸気の発生前と比べて、ケース２０内に隙間が増える。セラミックス基板１８を単にケース２０に収容しただけの場合、蒸気の発生後に光電子増倍管２を動かすと、先に述べた隙間が原因でセラミックス基板１８がずれて破損するおそれがあるが、本実施形態ではセラミックス基板１８を第１のケース部２８と第２のケース部３０とで挟むようにすることで、セラミックス基板１８の上下方向への移動を抑制している。よって、セシウムの蒸気の発生後であっても、セラミックス基板１８のガタツキが生じにくい。

また、セラミックス基板１８のうち、第１のケース部２８と第２のケース部３０とに当接するのは、周縁の部分である。セラミックス基板１８の周縁には抵抗加熱部２１が形成されないため、第１及び２のケース部２８,３０が抵抗加熱部２１に接触してショートしてしまうことを防げる。

図４に示すように、加熱前のペレット１６は、セラミックス基板１８の表面１８ａと第１のケース部２８のペレット収容部３２とで画成された空間に配置されており、セラミックス基板１８と第１のケース部２８とに当接している。加熱前のペレット１６は、セラミックス基板１８と第１のケース部２８の両方に当接し挟持された状態となるため、位置が安定する。これにより、光電子増倍管２への取り付け時において、ペレット１６がケース２０内で動くことによる位置ずれや割れ、欠けを防げる。位置ずれ等のないペレット１６を加熱することで、セシウムの蒸気を安定して発生させることがより確実に可能となる。

ペレット１６から発生したセシウムの蒸気は、鍔部３４と鍔部３５との間だけでなく、第２のケース部３０の開口４０からも放出される。よって、セシウムの蒸気をより多く放出させることができ、光電面６を効率よく形成することができる。

なお、本実施形態では２本の通電ピン２４をステムピン１４ａ，１４ｂに溶接しているが、一方の通電ピン２４を電子増倍部８を支持するリードピン（図示せず）に固定し、他方の通電ピン２４をステムピン１４ａ又は１４ｂに固定しても良い。また、固定片４４によって一方の通電ピン２４とケース２０とが導通していることから、一方の通電ピン２４の代わりにケース２０をステムピン１４やリードピンに固定しても良い。
[第２の実施形態]

第２の実施形態に係るアルカリ金属発生源は、第１の実施形態と比較してケースの構成が相違している。以下、第１の実施形態と同一の構成部分には同一符号を付し、その説明を省略する。

第２の実施形態に係るアルカリ金属発生源５５は、第１の実施形態に係るアルカリ金属発生源１と同様に、ヘッドオン型の光電子増倍管２に収容される。

図５及び図６に示すように、アルカリ金属発生源５５はケース６０を備えており、ケース６０は、ペレット１６及びセラミックス基板１８を収容する第１のケース部６２と、セラミックス基板１８の裏面１８ｂを覆う第２のケース部６４とで構成されている。

図６に示すように、第１のケース部６２には、円錐台形状の内部空間を有する収容部６６が設けられ、この内部空間にペレット１６及びセラミックス基板１８が収容される。収容部６６の頂部６６ａは平坦になっており、頂部６６ａの内面はペレット１６の上面１６ａに当接する。また、収容部６６の周壁部６６ｂは頂部６６ａに向かって縮径するテーパ状になっており、セラミックス基板１８の表面１８ａ側の角部が突き当たるようになっている。収容部６６の周囲には、図５（ａ）に示すように、平たいリング状の鍔部６８が設けられている。

図５（ｂ）に示すように、第２のケース部６４は平たいリング状になっており、セラミックス基板１８の裏面１８ｂの周縁に当接している（図６参照）。また、第２のケース部６４の外周は、第１のケース部６２の鍔部６８に対向し、第２のケース部６４と鍔部３８とは部分的に溶接される。第２のケース部６４の中央にある開口７０からは、セラミックス基板１８に取り付けられた通電ピン２４が突出すると共に、抵抗加熱部２１が露出している。この開口７０の径は、セラミックス基板１８が脱落しないように、セラミックス基板１８の径よりも小さくなっている。開口７０から突出した通電ピン２４に沿うように、第２のケース部６４から短冊状の固定片７２が延びており、この固定片４４は通電ピン２４に溶接される。

先に述べた第１の実施形態では、セラミックス基板１８を、第１のケース部２８及び第２のケース部３０の平坦面で挟持するのに対し、本実施形態では、セラミックス基板１８を第１のケース部６２のテーパ面６６ｂと第２のケース部３０の平担面とで挟持する。この場合にも、セラミックス基板１８の上下方向への移動を抑制することができる。よって本実施形態においても、セラミックス基板１８にガタツキが生じにくい。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。例えば、アルカリ金属発生源１,５５は、ヘッドオン型の光電子増倍管２に収容されるとしたが、これに限られない。サイドオン型の光電子増倍管であっても良いし、光電管、イメージインテンシファイア、ストリーク管であっても良い。また、ペレット１６の材料は、前述した実施形態のものに限られない。また、抵抗加熱部２１は、セラミックス基板１８の内部に形成されても良い。

また、図７に示すように、第１のケース部２８，６２の頂部３２ａ，６６ａを外部から強く押すことで、ケース２０，６０の内部空間に向かって凸となる部分を形成し、この凸部８０，８１をペレット１６に当接させても良い。

また、セラミックス基板１８とペレット１６とは当接することが好ましいが、当接しなくてもよい。なぜなら、本発明ではセラミックス基板１８の温度ばらつきが少なく、そのためセラミックス基板１８の周囲についても温度ばらつきが少ないからである。例えば、アルカリ金属発生源１，５５を、セラミックス基板１８が光電子増倍管２の管軸に平行（ステムピン１４の軸方向に平行）となるように固定した場合、セラミックス基板１８とペレット１６との接触面積が少なくなったり、これらの間に隙間が生じることがあるが、このような場合でも、セラミックス基板１８の周囲の温度ばらつきが少ないので、ペレット１６の安定加熱が可能となる。

本発明の第１実施形態に係るアルカリ金属発生源を収容した光電子増倍管を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係るアルカリ金属発生源を示す斜視図である。 （ａ）は図２に示されたアルカリ金属発生源の平面図であり、（ｂ）はこのアルカリ金属発生源の底面図である。 図２に示されたアルカリ金属発生源の断面図である。 （ａ）は本発明の第２実施形態に係るアルカリ金属発生源の平面図であり、（ｂ）はこのアルカリ金属発生源の底面図である。 図５に示されたアルカリ金属発生源の断面図である。 本発明に係るアルカリ金属発生源の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１…アルカリ金属発生源、２…光電子増倍管、６…光電面、１６…ペレット（アルカリ金属部材）、１８…セラミックス基板、１８ａ…表面、１８ｂ…裏面、２０，６０…ケース、２１…抵抗加熱部、２２…貫通孔、２４…通電ピン、２８，６２…第１のケース部、３０，６４…第２のケース部、４０，７０…開口。

Claims (5)

1. 第１のケース部と第２のケース部とで構成されたケースに、アルカリ金属蒸気を発生させるための原料を含有するアルカリ金属部材を収容したアルカリ金属発生源であって、
   前記ケースに収容され、裏面又は内部に抵抗加熱部が設けられたセラミックス基板と、
   前記抵抗加熱部に電気的に接続された通電ピンと、を備え、
   前記セラミックス基板は、前記第１のケース部と前記第２のケース部とで挟まれるようにして前記ケースに収容され、
   前記アルカリ金属部材は、前記セラミックス基板の前記裏面に対向する表面側に配置されていることを特徴とするアルカリ金属発生源。
2. 前記セラミックス基板は、周縁部が前記第１のケース部と前記第２のケース部とで挟まれるようにして前記ケースに収容されると共に、中央部に前記抵抗加熱部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のアルカリ金属発生源。
3. 前記アルカリ金属部材は、前記セラミックス基板の前記表面と前記第１のケース部とによって画成された空間に配置されると共に、前記第１のケース部に当接していることを特徴とする請求項１又は２記載のアルカリ金属発生源。
4. 前記通電ピンは前記セラミックス基板の前記裏面から突出し、
   前記第２のケース部は、前記アルカリ金属蒸気を放出させるための開口を有し、この開口から前記通電ピンが突出していることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項記載のアルカリ金属発生源。
5. 前記第１のケース部の周縁と前記第２のケース部の周縁とは溶接によって部分的に接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載のアルカリ金属発生源。

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