JP2010205699A - 電子増倍器及び電子検出器 - Google Patents

Abstract

【課題】用途に応じた特性を容易に得ることができる電子増倍器を提供する。
【解決手段】ＭＣＰ２の周縁部２３とＭＣＰ３の周縁部３３同士を導電性のスペーサ層７を介して接合することによって、チャンネル部２２，３２同士の間に間隙１２を形成する。これによって、特に高いゲインが必要とされる用途に用いる場合は、スペーサ層７の厚みを調節することによって、間隙１２を大きくすることでゲインを増大させることができる。また、ゲインの増大と共に時間特性も要求される用途に用いる場合は、スペーサ層７の厚みを調節することによって、所望の特性が得られるように間隙１２の大きさを調節することができる。以上によって、スペーサ層７の厚みを調節するだけで、用途に応じた特性を容易に得ることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、マイクロチャンネルプレートを備える電子増倍器、及びそれを備えた電子検出器に関するものである。

従来の電子増倍器として、薄板状のガラス基板に微細な貫通孔（チャンネル）を多数形成させることによって構成されるマイクロチャンネルプレートを複数枚積層させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この電子増倍器においては、それぞれのマイクロチャンネルプレートのチャンネル部及びチャンネル部を取り囲む周縁部が他のマイクロチャンネルプレートのチャンネル部及び周縁部に接合されている。

米国特許第５，５１４，９２８号明細書

上述の電子増倍器では、高電圧を印加したマイクロチャンネルプレートのチャンネルに電子やイオンなどの荷電粒子を入射させ、チャンネル内の側壁に繰り返し衝突させて二次電子を放出させることによって、入射電子を増倍させることができ、複数のマイクロチャンネルプレートのチャンネルを通過させることで更に増倍効果を高めている。増倍された電子は、例えば、マイクロチャンネルプレートの出射面と対向する位置に配置された検出部で検出される。このような電子増倍器は、ゲイン特性や時間特性などの種々の特性を有しており、電子増倍器の用途によって要求される特性は異なる。従って、用途に応じた特性を容易に得ることが要求されている。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、用途に応じた特性を容易に得ることができる電子増倍器を提供することを目的とする。

本発明に係る電子増倍器は、積層された複数のマイクロチャンネルプレートと、積層された複数のマイクロチャンネルプレートの電子入射面側に配置される入力側電極板と、を備え、マイクロチャンネルプレートは、厚み方向に貫通する複数のチャンネルが形成されるチャンネル部、及びチャンネル部を取り囲む周縁部を有すると共に、各々の周縁部同士が導電性のスペーサ層を介して接合されることによって、各々のチャンネル部同士の間に形成される間隙を有し、入力側電極板は、環状に形成されて、マイクロチャンネルプレートの周縁部に接合されることを特徴とする。

この電子増倍器では、積層されたマイクロチャンネルプレートの電子入射面側に、周縁部に接合される環状の入力側電極板を備えているため、マイクロチャンネルプレートと電極板が積層されて一体化された電子部品として、持ち運びし易くなると共に、他の電子装置に組み込み易くすることができる。また、マイクロチャンネルプレートの周縁部を環状の入力側電極板で支持する構成とすることができるため、マイクロチャンネルプレートのたわみを矯正することができる。また、この電子増倍器では、マイクロチャンネルプレートのチャンネル部同士の間に間隙が形成されているため、一方のマイクロチャンネルプレートから出射される増倍電子が間隙において大きく広がり他方のマイクロチャンネルプレートに入射されるため、他方のマイクロチャンネルプレートの多くのチャンネルに増倍電子を入り込ませることができる。従って、間隙を大きくするほどゲインを増大させることができる。一方、間隙が大きい場合、増倍電子が間隙で大きく広がるため増倍電子同士の走行距離にばらつきが生じるので、間隙の大きさを小さくするほど時間特性が向上する。従って、電子増倍器を特に高いゲインが必要とされる用途に用いる場合は、スペーサ層の厚みを調節して間隙を大きくすることでゲインを増大させることができ、ゲインの増大と共に時間特性も要求される用途に用いる場合は、スペーサ層の厚みを調節して、間隙の大きさを調節することで所望の特性を得ることができる。以上のように、スペーサ層の厚みを調節するだけで、用途に応じた特性を容易に得ることができる。

積層された複数のマイクロチャンネルプレートの電子出射面側に配置される出力側電極板を更に備え、出力側電極板は、環状に形成されて、マイクロチャンネルプレートの周縁部に接合されることが好ましい。マイクロチャンネルプレートを入力側電極板と出力側電極板とで挟み込む構成とすることができるため、マイクロチャンネルプレートのたわみを矯正することができる。

また、本発明に係る電子増倍器では、入力側電極板及び出力側電極板は、マイクロチャンネルプレートの周縁部よりも大きな外周を有することが好ましい。マイクロチャンネルプレートの周縁部よりも大きな外周を有する入力側電極板及び出力側電極板で挟みこむことによって、マイクロチャンネルプレートのたわみを矯正することができる。

また、本発明に係る電子増倍器では、スペーサ層を介して互いに接合される各々の周縁部の接合面は、スペーサ層を介して互いに離間し、離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなることが好ましい。スペーサ層を介して接合される接合面同士が互いに離間し、その離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなることによって、例えば、スペーサ層を導電性の接着剤によって構成した場合に、接着剤を外周側へ拡がり易くすることが可能となり、接着剤が内周側のチャンネル部へ流れ出ることを抑制することができる。

また、本発明に係る電子増倍器において、周縁部には、チャンネル部が間隙側において厚み方向に窪むことにより、内周縁側に角部が形成されることが好ましい。チャンネル部が窪むことによってチャンネル部同士の接触が防止される。また、例えば、スペーサ層を導電性の接着剤によって構成した場合に、接合面の内周縁側に形成された角部において、内周側に拡がってくる接着剤をせき止めることによって、接着剤が流れ出てチャンネル部に接触することを回避することができる。

また、本発明に係る電子増倍器において、スペーサ層は、熱可塑性接着剤を含んで構成されることが好ましい。スペーサ層に熱可塑性接着剤を含んで構成した場合、熱可塑性接着剤の厚みを調節することによって、柔軟に間隙の大きさを調節することができる。また、金属蒸着によってマイクロチャンネルプレート同士を接合する場合に比して、間隙を容易に形成することができる。また、熱可塑性接着剤は、粘度が高いため、内周側のチャンネル部へ流れ出すことを防止することができる。

また、本発明に係る電子増倍器において、スペーサ層は、熱硬化性接着剤を含んで構成されることが好ましい。熱硬化性接着剤は、熱可塑性接着剤に比して粘度が低いため、スペーサ層の厚みを小さくして間隙の大きさを小さくするのに適している。

また、本発明に係る電子増倍器において、スペーサ層は、金属製のスペーサ材を備えることが好ましい。接着剤のみで大きな間隙を形成する場合、多量の接着剤が必要とされる。しかし、金属製のスペーサ材を用いた場合は、数ｍｍ程度の比較的大きな間隙を容易に形成することが可能となる。

本発明に係る電子検出器は、上述の電子増倍器を備え、電子増倍器で増倍させて電子を検出することを特徴とする。この電子検出器では、用途に応じた特性を容易に得ることのできる電子増倍器を備えることによって、電子検出器としての性能を容易に向上させることができる。

本発明によれば、用途に応じた特性を容易に得ることができる。

本発明の実施形態に係る電子増倍器の斜視図である。 ＭＣＰの斜視図であり、一部切断して示された図である。 図１に示すIII−III線に沿った断面図である。 図３においてＡで囲った部分の拡大図である。 図４においてＢで囲った部分の拡大図である。 図１に示す電子増倍器の平面図である。 ＭＣＰの接合面を示す平面図である。 ＭＣＰ同士の間の間隙の大きさを変化させた場合における電圧とゲインの関係を示す線図である。 ＭＣＰ同士の間の間隙の大きさを変化させた場合における時間と出力の関係を示す線図である。 変形例に係る電子増倍器のＭＣＰの接合面を示す平面図であり、図７に対応する図である。 変形例に係る電子増倍器のＭＣＰの接合面を示す平面図であり、図７に対応する図である。 変形例に係る電子増倍器の断面図であり、図３に対応する図である。 本発明の実施形態に係る電子検出器を入力側から見た正面図である。 図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った分解断面図である。 接着済みの電子増倍器を電子検出器へ組み込む様子を示す分解断面図である。 図１４に示す電子検出器の変形例を示す分解断面図である。 接着済みの電子増倍器を電子検出器へ組み込む様子を示す分解断面図である。 従来のカートリッジの分解断面図である。 本発明の実施形態に係る電子増倍器を適用したカートリッジの分解断面図である。

以下、本発明に係る電子増倍器の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る電子増倍器１の斜視図である。電子増倍器１は、一対の円板状のマイクロチャンネルプレート（Micro-channel Plate；以下「ＭＣＰ」とする）２，３を互いに貼り合わせ、ＭＣＰ２，３を更に円環状の入力側電極板４及び出力側電極板６で挟み込んで貼り合せることによって構成されている。この電子増倍器１は、入力側電極板４及び出力側電極板６を介してＭＣＰ２，３に高電圧を印加することによって、入射する電子やイオンなどの荷電粒子をＭＣＰ２表面で電子に変換し、ＭＣＰ２，３内部で二次電子増倍させることのできるものである。電子増倍器１は、電子、イオンをはじめ、紫外線、真空紫外線、中性子線、軟Ｘ線から硬Ｘ線等を検出対象とすることができ、画像増強管（Image Intensi fire；I.I）や質量分析装置等の種々の電子装置に適用することができる。

図２は、ＭＣＰ２，３の斜視図であり、一部切断して示された図である。図２に示すように、ＭＣＰ２は、厚み方向に貫通する複数の貫通孔（チャンネル）２１が形成されるチャンネル部２２と、チャンネル部２２の外周を取り囲む周縁部２３を備えて構成される。ＭＣＰ２のチャンネル部２２は、厚み１００〜２０００μｍ、直径１０〜１２０ｍｍの円板状のガラス基板に対して、外周部から３ｍｍ程度の幅を有する周縁部２３よりも内側の円形状の領域に内径２〜２５μｍのチャンネル２１を多数形成することによって構成される。ＭＣＰ２は、ガラスなどから形成されている。

このようなＭＣＰ２において、電極間、すなわち各チャンネル２１の両端に１ｋＶ程度の高電圧が印加されると、チャンネル２１内に軸方向に直交する電界が発生する。このとき、一端側からチャンネル２１内に電子が入射すると、入射電子は電界からエネルギーを付与され、チャンネル２１内壁に衝突して二次電子を放出する。このような衝突が多数回繰り返され、電子が指数関数的に増大されることによって電子増倍が行われる。従って、チャンネル２１が形成されているチャンネル部２２は電子を増倍することのできる有効部として機能し、チャンネル２１が形成されていない周縁部２３は有効部としては機能せず、チャンネル部２２を支持する支持部として機能する。ＭＣＰ２のチャンネル部２２及び周縁部２３の表面には金属が蒸着されており、この蒸着金属はＭＣＰ２の電極として機能する。これによって、周縁部２３に電圧が印加されることによって、チャンネル部２２にも電圧が印加される。なお、ＭＣＰ３は、ＭＣＰ２と同様の構成を有しており、チャンネル３１、チャンネル部３２、周縁部３３を備えている。

図３は、図１に示すIII−III線に沿った断面図である。図３に示すように、ＭＣＰ２とＭＣＰ３は、厚み方向から見て互いに重なり合うように積層されると共に、導電性の接着剤によって構成されるスペーサ層７を介して互いに接合されている。ＭＣＰ２のチャンネル部２２とＭＣＰ３のチャンネル部３２は、積層方向に互いに対向している。また、スペーサ層７は、ＭＣＰ２，３のチャンネル部２２，３２には設けられておらず、周縁部２３，３３のみに設けられている。スペーサ層７は、ＭＣＰ２，３の中心軸線周りに４箇所に設けられている（詳細は後述）。ＭＣＰ２の両面のうち、ＭＣＰ３と対向していない非接合側の面は電子が入射する電子入射面２ａとされており、ＭＣＰ３の両面のうち、ＭＣＰ２と対向していない非接合側の面は増倍された電子が出射する電子出射面３ａとされている。

入力側電極板４は、円環状の形状を有しており、ＭＣＰ２の電子入射面２ａ側に配置されている。入力側電極板４の外径は１０〜１２５ｍｍ、内径は５〜１１５ｍｍ、厚みは０．３〜２．０ｍｍとされている。また、入力側電極板４は、ＭＣＰ２，３と熱膨張係数の近いコバール金属を含有する金属材料から構成されることが好ましい。これによって、ＭＣＰ２，３を支持してたわみを矯正することができる。入力側電極板４は、ＭＣＰ２，３と中心軸線が一致するように、ＭＣＰ２の周縁部２３の電子入射面２ａ側の面に導電性接着剤８を介して接合されている。これによって、入力側電極板４の中央位置の開口部４ａからＭＣＰ２のチャンネル部２２の電子入射面２ａが露出するように構成される。出力側電極板６は、入力側電極板４と同様の形状、材質から構成されており、ＭＣＰ３の電子出射面３ａ側に配置されている。出力側電極板６は、ＭＣＰ２，３と中心軸線が一致するように、ＭＣＰ３の周縁部３３の電子出射面３ａ側の面に導電性接着剤９を介して接合されている。これによって、出力側電極板６の中央位置の開口部６ａからＭＣＰ３のチャンネル部３２の電子出射面３ａが露出するように構成される。入力側電極板４と出力側電極板６に高電圧を印加することによって、周縁部２３，３３を介してＭＣＰ２の電子入射面２ａとＭＣＰ３の電子出射面３ａとの間に高電圧が印加される。なお、入力側電極板４と出力側電極板６の厚みはＭＣＰ２，３よりも厚くされていることが好ましく、これによって、ＭＣＰ２，３のたわみを矯正することが可能となる。

図４は、図３においてＡで囲った部分の拡大図である。図４に示すように、ＭＣＰ２のチャンネル部２２のチャンネル２１は、厚み方向、すなわちＭＣＰ２の中心軸線に対して所定角度（バイアス角）傾斜して貫通している。例えば、チャンネル２１のバイアス角は０〜３０°とされる。また、ＭＣＰ３のチャンネル部３２のチャンネル３１は、ＭＣＰ２のチャンネル２１の傾斜方向とは逆側に傾斜しており、厚み方向、すなわちＭＣＰ３の中心軸線に対して所定角度（バイアス角）傾斜して貫通している。例えば、チャンネル３１のバイアス角は０〜３０°とされる。これによって、電子入射面２ａ側から入射した電子がＭＣＰ２のチャンネル２１内壁と衝突し易くなると共に、ＭＣＰ２側から入射した増倍電子がＭＣＰ３のチャンネル３１内壁と衝突し易くなることによって、電子の増倍効率が向上する。

ＭＣＰ２の周縁部２３とＭＣＰ３の周縁部３３の間には、スペーサ層７が設けられており、これによって、ＭＣＰ２のチャンネル部２２とＭＣＰ３のチャンネル部３２との間に間隙１２が形成される。この間隙１２の大きさは、接着剤のみの場合は１〜１２７μｍ、リング部材を用いた場合は１００〜１０００μｍとされており、電子増倍器１に要求される特性に応じ、製造時におけるスペーサ層７の厚みを調節することによって適宜選択可能である。また、ＭＣＰ２の周縁部２３とＭＣＰ３の周縁部３３におけるスペーサ層７が配置される接合面２３ｂと接合面３３ｂは、スペーサ層７を介して互いに離間している。ＭＣＰ２，３の周縁部２３，３３の外周側の角部には０．１ｍｍ程度の面取り部２３ａ，３３ａが形成されている。なお、面取り部２３ａ，３３ａに代えて角Ｒを形成してもよい。

図５は、図４においてＢで囲った部分の拡大図である。図５に示すように、ＭＣＰ２のチャンネル部２２は周縁部２３よりも薄くされており、これによって、チャンネル部２２は周縁部２３の接合面２３ｂに対して厚み方向に窪む構成とされる。具体的には、接合面２３ｂの基準面、すなわちＭＣＰ２の中心軸線と垂直で接合面２３ｂの内周縁部を通過する第一基準面（図５において一点鎖線ＤＰ１で示される）に対し、チャンネル部２２の出射面２２ａがＭＣＰ２の厚み方向にＬ１だけ窪む構成とされる。窪み量Ｌ１は、例えば１〜５μｍとされる。このように、チャンネル部２２が厚み方向に窪むことによって、周縁部２３には、接合面２３ｂの内周縁側において略直角の角部２３ｃが形成される。なお、図５に図示されていないが、ＭＣＰ２のチャンネル部２２は電子入射面２ａ側においても、周縁部２３より薄くされることによって、周縁部２３に対して厚み方向に窪み、これによって周縁部２３の内縁側に角部が形成される構成となっている。

ＭＣＰ２の周縁部２３は、内周側から外周側へ向かって薄くなるように接合面２３ｂが傾斜しており、これによって、接合面２３ｂとＭＣＰ３の接合面３３ｂとの間の離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなるような構成とされている。具体的には、周縁部２３の接合面２３ｂは、内周側から外周側へ向かってＭＣＰ３の接合面３３ｂとの間の間隙が徐々に大きくなるように緩やかに傾斜しており、ＭＣＰ２の中心軸線と垂直で面取り部２３ａにおける接合面２３ｂ側の角部２３ｄを通過する第二基準面（図５において一点鎖線ＤＰ２で示される）と第一基準面ＤＰ１との間の傾斜量Ｌ２は、例えば、２〜３μｍとされる。なお、図５に図示されていないが、ＭＣＰ２の周縁部２３は電子入射面２ａ側においても、内周側から外周側へ向かって薄くなるように面が傾斜している。

ＭＣＰ３もＭＣＰ２と同様の構成を有している。すなわち、ＭＣＰ３のチャンネル部３２は周縁部３３よりも薄くされており、これによって、チャンネル部３２は周縁部３３の接合面３３ｂに対して厚み方向に窪む構成とされる。具体的には、接合面３３ｂの基準面、すなわちＭＣＰ３の中心軸線と垂直で接合面３３ｂの内周縁部を通過する第一基準面（図５において一点鎖線ＤＰ３で示される）に対し、チャンネル部３２の入射面３２ａがＭＣＰ３の厚み方向にＬ３だけ窪む構成とされる。窪み量Ｌ３は、例えば１〜５μｍとされる。このように、チャンネル部３２が厚み方向に窪むことによって、接合面３３ｂの内周縁側において略直角の角部３３ｃが形成される。なお、図５に図示されていないが、ＭＣＰ３のチャンネル部３２は電子出射面３ａ側においても、周縁部３３より薄くされることによって、周縁部３３に対して厚み方向に窪み、これによって周縁部３３の内縁側に角部が形成される構成となっている。

ＭＣＰ３の周縁部３３は、内周側から外周側へ向かって薄くなるように接合面３３ｂが傾斜しており、これによって、接合面３３ｂとＭＣＰ２の接合面２３ｂとの間の離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなるような構成とされている。具体的には、周縁部３３の接合面３３ｂは、内周側から外周側へ向かってＭＣＰ２の周縁部２３との間の間隙が徐々に大きくなるように緩やかに傾斜しており、ＭＣＰ３の中心軸線と垂直で面取り部３３ａにおける接合面３３ｂ側の角部３３ｄを通過する第二基準面（図５において一点鎖線ＤＰ４で示される）と第一基準面ＤＰ３との間の傾斜量Ｌ４は、例えば、２〜３μｍとされる。なお、図５に図示されていないが、ＭＣＰ３の周縁部３３は電子出射面３ａ側においても、内周側から外周側へ向かって薄くなるように面が傾斜している。

ＭＣＰ２，３の周縁部２３，３３の接合面２３ｂ，３３ｂの傾斜は、研磨工程時において平面研磨機のパッド選択を行い、外周側に向かって滑らかに傾斜するように研磨することによって形成される。あるいは、面取り部２３ａ，３３ａの形状を変更し、面取り治具によって面取り部を直接接合面２３ｂ，３３ｂとしてもよい。

図６は、図１に示す電子増倍器１の平面図である。図６に示されるように、入力側電極板４とＭＣＰ２の周縁部２３とを接合する導電性接着剤８は、ＭＣＰ２のチャンネル部２２を全周にわたって取り囲むように円環状に配置されている。図示されていないが、出力側電極板６とＭＣＰ３の周縁部３３とを接合する導電性接着剤９も、ＭＣＰ３のチャンネル部３２を全周にわたって取り囲むように円環状に配置されている。この導電性接着剤８，９として、スペーサ層７と同様の導電性接着剤を用いることができる。

図７は、ＭＣＰ３のＭＣＰ２との接合面３３ｂを示す平面図である。図７において、ＭＣＰ２、入力側電極板４、及び出力側電極板６は省略されている。ＭＣＰ２とＭＣＰ３との間に形成されるスペーサ層７は、ＭＣＰ３の周縁部３３の接合面３３ｂに配置された４つの接着片１３，１４，１５，１６によって構成されている。接着片１３，１４，１５，１６は、２ｍｍ四方に切り出された導電性接着剤を、接合面３３ｂ上にＭＣＰ３の中心軸線周りに９０°間隔で配置することによってそれぞれ構成されている。接着片１３，１４，１５，１６同士は互いに離間している。このような構成とすることによって、ＭＣＰ２のチャンネル部２２とＭＣＰ３のチャンネル部３２との間の間隙１２と周辺空間とのコンダクタンスが下がり、間隙１２における真空度を向上させることができる。

接着片１３，１４，１５，１６には、導電性を有する熱可塑性接着剤が用いられる。この熱可塑性接着剤は、１５０℃程度で可塑性を示す。本実施形態では、スペーサ層７の接着片１３，１４，１５，１６の厚みを３０〜５００μｍの間で選択することによって、ＭＣＰ２，３同士の間の間隙１２の大きさを調節することができる。接着片１３，１４，１５，１６の大きさ及び塗布量はディスペンサーにより容易にコントロールすることができる。

このようなスペーサ層７は、事前に２ｍｍ四方に成形された接着片１３，１４，１５，１６をＭＣＰ３の接合面３３ｂ上に配置し、その上からＭＣＰ２を積層させて、加圧しながら１５０℃で加熱することによって形成される。加圧には錘が用いられ、例えば３２ｍｍのＭＣＰ２，３に対しては、２００ｇ程度の錘が好適である。ＭＣＰ２，３が酸化して特性が変わることを避けるため、加熱は窒素雰囲気下、あるいは真空にて行うことが好ましい。また、接着の際には、ＭＣＰ２，３の角度と向きを調整しておく。

次に、本実施形態に係る電子増倍器１の作用・効果について説明する。

図８はＭＣＰ２，３同士の間の間隙１２の大きさを変化させた場合における電圧とゲインの関係を示す線図である。図９はＭＣＰ２，３同士の間の間隙１２の大きさを変化させた場合における時間と出力の関係を示す線図である。図８及び図９の実施例においては、間隙１２が無い（０μｍ）電子増倍器と、間隙１２が１００μｍの電子増倍器と、間隙１２が５００μｍの電子増倍器について測定した場合の結果が示されている。なお、これらの電子増倍器においては、スペーサ層７は熱可塑性接着剤によって構成されており、ＭＣＰ２，３の有効径が４２ｍｍ、チャンネル径が１２μｍ、チャンネル長さをチャンネル径で除した規格化長αが４０、バイアス角が１２°、チャンネル部２２，３２の全面積に対する全チャンネル２１，３１の開口面積合計の比率ＯＡＲが６０％に設定されている。このとき、出力信号のピーク電圧が同じになるようにＭＣＰ２，３の電圧を調節し行う。

ＭＣＰ２とＭＣＰ３との間隙１２が大きい場合、ＭＣＰ２から出射される増倍電子が間隙１２において大きく広がりＭＣＰ３へ入射されるため、ＭＣＰ３の多くのチャンネル３１に増倍電子が入り込み、電子増倍器のゲインは増大する。図８に示すように、１５００〜２１００Ｖの全ての電圧について間隙１２が無い（０μｍ）電子増倍器よりも間隙１２が１００μｍの電子増倍器の方が、ゲインが増大している。更に、間隙１２が１００μｍの電子増倍器よりも間隙１２が５００μｍの電子増倍器の方が、ゲインが増大している。一方、間隙１２が大きい場合、ＭＣＰ２から出射されてＭＣＰ３に入射する増倍電子は、間隙１２で大きく広がるため増倍電子同士の走行距離にばらつきが生じ、時間特性が劣化する。図９に示すように、間隙１２が５００μｍの電子増倍器よりも間隙１２が１００μｍの電子増倍器の方が、下降時間が小さくなっており、時間特性が向上している。更に、間隙１２が１００μｍの電子増倍器よりも間隙１２が無い（０μｍ）の電子増倍器の方が、下降時間が小さくなっており、時間特性が向上している。このように、電子増倍器１のゲインと時間特性との間には、ＭＣＰ２とＭＣＰ３同士の間隙１２を大きくするとゲインが増大し、間隙１２を小さくすると時間特性が向上するというトレードオフの関係が成り立つ。

以上のように、本実施形態に係る電子増倍器１においては、特に高いゲインが必要とされる用途に用いる場合は、スペーサ層７の厚みを調節することによって、ＭＣＰ２とＭＣＰ３同士の間の間隙１２を大きくすることでゲインを増大させることができる。また、ゲインの増大と共に時間特性も要求される用途に用いる場合は、スペーサ層７の厚みを調節することによって、間隙１２の大きさを調節することで所望の特性を得ることができる。以上によって、スペーサ層７の厚みを調節するだけで、用途に応じた特性を容易に得ることができる。

更に、電子増倍器１では、積層されたＭＣＰ２，３の電子入射面２ａ側及び電子出射面３ａ側に、周縁部２３，３３に接合される環状の入力側電極板４及び出力側電極板６を備えているため、ＭＣＰと電極板が積層されて一体化された電子部品として、持ち運びし易くなると共に、他の電子装置に組み込み易くすることができる。

また、ＭＣＰ２，３のチャンネル部２２，３２と周縁部２３，３３とでは還元の際の収縮具合が異なるため、還元によってＭＣＰ２，３のたわみが大きくなる場合がある。例えば、Time of Flight型マスススペクトロメトリーでは、このたわみによってイオンの到達に時間差が生じ、たわみ量１００μｍ、イオン質量：１０００ｕ、イオン加速電圧：１０ｋＶの場合は時間差が２ｎｓとなり致命的に大きくなる。しかし、本実施形態に係る電子増倍器１では、ＭＣＰ２，３の周縁部２３，３３を環状の入力側電極板４及び出力側電極板６で挟み込む構成となっているため、ＭＣＰ２，３のたわみを矯正することができる。更に、入力側電極板４及び出力側電極板６がＭＣＰ２，３の周縁部２３，３３よりも大きな外周を有しているため、一層確実にＭＣＰ２，３のたわみを矯正することができる。

また、本実施形態に係る電子増倍器１において、周縁部２３，３３における接合面２３ｂ，３３ｂは、スペーサ層７を介して互いに離間し、その離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなるような構成とされている。ＭＣＰ２，３同士が接触した場合やＭＣＰ２，３のチャンネル部２２，３２に接着剤が流れ込んだ場合は、放電によって大きなノイズが発生する。しかし、本実施形態では、スペーサ層７を形成する熱可塑性接着剤が配置される接合面２３ｂと接合面３３ｂとが離間しており、その離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなるような構成とされているため、スペーサ層７の熱可塑性接着剤を外周側へ拡がり易くすることが可能となり、内周側のチャンネル部２２，３２側へ流れ出ることを抑制することができる。

また、本実施形態に係る電子増倍器１では、周縁部２３，３３が、スペーサ層７が配置される接合面２３ｂ，３３ｂの内周縁側において、チャンネル部２２，３２が厚み方向にそれぞれ窪むことによって形成される角部２３ｃ，３３ｃを有している。チャンネル部２２，３２が窪むことによってチャンネル部２２，３２同士の接触が防止されると共に、接合面２３ｂ，３３ｂの内周縁側に形成された角部２３ｃ，３３ｃにおいて、内周側に拡がってくる熱可塑性接着剤をせき止めることによって、熱可塑性接着剤が流れ出てチャンネル部２２の出射面２２ａ、あるいはチャンネル部３２の入射面３２ａ上に接触することを回避することができる。

また、本実施形態に係る電子増倍器１において、スペーサ層７が熱可塑性接着剤からなる接着片１３，１４，１５，１６で構成されているため、スペーサリングを用いてＭＣＰ２，３の間の間隙１２を形成する場合に比して、柔軟に間隙１２の大きさを調節することができる。また、金属蒸着によってＭＣＰ２，３同士を接合する場合、数百μｍ程度の大きな間隙１２を形成することは困難であるが、スペーサ層７に熱可塑性接着剤を用いることによって大きな間隙１２を容易に形成することができる。

また、金属蒸着によってＭＣＰ２，３同士を接合する場合は、ＭＣＰ２，３が高温加熱されることによって酸化し、ＭＣＰ２，３の抵抗値が上昇する。ＭＣＰ２，３の抵抗値が高くなるとＭＣＰ２に供給される電流量が低下するため、ダイナミックレンジの低下が起こる。例えば、低融点、且つ低酸化展性金属のインジウムの融点は１５６．４℃であるが、蒸着する際にはこれ以上の温度が必要とされるため、ＭＣＰ２，３の抵抗値が上昇してしまう。一方、スペーサ層７に熱可塑性接着剤を用いた場合は加熱温度が１５０℃と低いため、金属蒸着を行う場合に比してＭＣＰ２，３の抵抗値の上昇を抑制することができると共に、ダイナミックレンジを維持することができる。

また、接着片１３，１４，１５，１６に用いられる熱可塑性接着剤は、可塑性を示す温度でも相当の粘度を有するため、接着過程で間隙１２の大きさが大きく変動することを防止することができる。また、粘度が高いため、接着剤がＭＣＰ２，３のチャンネル部２２，３２へ流れ出すことを防止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。

例えば、本実施形態においては、スペーサ層７の接着片１３，１４，１５，１６に熱可塑性接着剤を用いたが、これに代えて、導電性を有する熱硬化性接着剤を用いてもよい。熱硬化性接着剤は、熱可塑性接着剤に比して粘度が低いため、スペーサ層７の厚みを小さくして間隙１２の大きさを小さくするのに適している。熱硬化性接着剤は粘度が低いが、本実施形態に係る電子増倍器１におけるＭＣＰ２，３の周縁部２３，３３の接合面の傾斜構造やチャンネル部２２，３２の窪み構造によって、熱硬化性接着剤がチャンネル部２２，３２に流れ出ることを抑制できる。このような熱硬化性接着剤として、ＤＭ６０３０Ｈｋを用いることができる。なお、熱硬化性接着剤に代えて、ハンダ、Ｉｎなどの低温で溶融する金属でスペーサ層７を形成しても間隙１２を小さくすることができる。

また、本実施形態では、図７に示すように、スペーサ層７は、四方に切り出された接着片１３，１４，１５，１６によって構成されていたが、これに代えて、図１０に示すように、円弧状の接着片４１，４２，４３で構成されていてもよい。接着片４１，４２，４３は、円環状の接着片を３箇所で切断して分割することによって形成される。また、図１１に示すように、円環状の接着片５１のみでスペーサ層７を構成してもよい。

また、本実施形態では、スペーサ層７は接着剤のみによって形成されていたが、これに代えて、図１２に示すように、金属製のリング状のスペーサ材６１を備えて構成されていてもよい。スペーサ層６７はＭＣＰ２とＭＣＰ３同士の間の空間に、周縁部２３，３３と略同状の金属製のリング状のスペーサ材６１を配置すると共に、スペーサ材６１の両面に導電性の熱可塑性接着剤、あるいは導電性の熱硬化性接着剤からなる接着片６２，６３を配置してＭＣＰ２の周縁部２３及びＭＣＰ３の周縁部３３に接合することによって構成されている。接着剤のみでＭＣＰ２，３間の間隙１２を１ｍｍ以上にする場合、多量の接着剤が必要とされる。一方、スペーサ材６１を用いた場合は、数ｍｍ程度の比較的大きな間隙１２を形成することが可能となる。

また、本実施形態では、電子増倍器は入力側電極板及び出力側電極板を備えて構成されていたが、入力側電極板のみを備えていてもよい。以下に出力側電極板を備えていない電子増倍器の使用例について説明する。

図１３は、本発明の実施形態に係る電子検出器１００を入力側から見た正面図である。図１４は、図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った分解断面図である。また、図１５は接着済みの電子増倍器１５０を電子検出器１００へ組み込む様子を示す分解断面図である。この電子検出器１００には、出力側電極板を備えない電子増倍器１５０が適用されており、この電子増倍器１５０で電子を増倍させて検出する機能を有している。図１３及び図１４に示すように、電子検出器１００は、電子検出器１００の入力側の電極となる円環状のＩＮ電極１０１と、電子検出器１００の出力側の電極となるＯＵＴ電極１０２と、ＩＮ電極１０１とＯＵＴ電極１０２との間に挟まれる電子増倍器１５０と、ＯＵＴ電極１０２の背面側に配置されるアノード基板１０３と、アノード基板１０３の背面に取り付けられるアノード端子１０４と、各電極や基板を支持する筺体１０５と、筺体１０５の後端側に取り付けられる信号出力部であるＢＮＣ端子１０６とを備えて構成されている。なお、この電子検出器１００の詳細な構成については特開２００７−８７８８５号公報を参照されたい。電子増倍器１５０は、入力側電極板４、ＭＣＰ２，３から構成されており、電子検出器１００の組み立て時においては、図１５に示すように既に入力側電極板４、ＭＣＰ２，３同士が接着されたアセンブリとして電子増倍器１５０を取り付ける。取付時においては、筺体用ネジ１１１をねじ孔１０２ａで螺合することによってＯＵＴ電極１０２をアノード基板１０３を介して筺体１０５のフランジに固定する。そして、ＩＮ電極１０１とＯＵＴ電極１０２とで電子増倍器１５０を挟み込み、ＩＮ電極１０１とＯＵＴ電極１０２とを電子増倍器固定用ネジ１１２で固定することによって、電子増倍器１５０を取り付ける。

更に、電子検出器１００に組み込まれる電子増倍器は、電子検出器１００のＩＮ電極１０１と一体に構成されていてもよい。図１６は、図１４に示す電子検出器１００の変形例を示す分解断面図である。また、図１７は接着済みの電子増倍器１５０を電子検出器１００へ組み込む様子を示す分解断面図である。図１６に示すように、電子増倍器１６０は、入力側電極板としてのＩＮ電極１０１とＭＣＰ２，３から構成されており、電子検出器１００の組み立て時においては、図１７に示すように既にＩＮ電極１０１、ＭＣＰ２，３同士が接着されたアセンブリとして電子増倍器１６０を取り付ける。取付時においては、筺体用ネジ１１１をネジ孔１０２ａで螺合することによってＯＵＴ電極１０２をアノード基板１０３を介して筺体１０５のフランジに固定する。そして、ＯＵＴ電極１０２の入力側に電子増倍器１６０を配置させ、電子増倍器１６０のＩＮ電極１０１を電子増倍器固定用ネジ１１２でＯＵＴ電極１０２に固定することによって、電子増倍器１６０を取り付ける。これによって、電子増倍器１６０は電子増倍器固定用ネジ１１２で電子検出器１００に直接取り付けられる構成となる。

更に、米国特許第５，７７０，８５８号に示す電子検出器のカートリッジに本発明に係る電子増倍器を適用してもよい。図１８は従来のカートリッジの分解断面図であり、図１９は本発明に係る電子増倍器を適用したカートリッジの分解断面図である。図１８に示すように、従来のカートリッジ２００は、円環状のリングリテーナ２０１と、リングリテーナ２０１の背面に配置されるメッシュ電極２０２と、メッシュ電極２０２に取り付けられるメッシュ２０３と、インシュレータ２０４と、電子増倍用のＩＮ電極２０５と、一対のＭＣＰ２，３と、ＭＣＰ２，３の位置合わせを行うためのセンタリングリングＣＲと、電子増培用のＯＵＴ電極２０７と、各部品を収容するホルダー２０８とを備えて構成されている。なお、カートリッジ２００とこれを組み込んだ電子検出器の詳細な構成については、米国特許第５，７７０，８５８号を参照されたい。従来のカートリッジ２００では、ＭＣＰ２，３をセンタリングリングＣＲで位置合わせしてＩＮ電極２０５とＯＵＴ電極２０７で挟み込むことによって、ＭＣＰ２，３がカートリッジ２００に組み込まれている。一方、本発明に係る電子増倍器３５０を適用したカートリッジ３００では、電子増倍器３５０がＩＮ電極２０５とＭＣＰ２，３同士を接着することによって一つのアセンブリとして構成されている。従って、カートリッジ３００を組み立てる際は、ＭＣＰ２，３の位置合わせをすることなく、アセンブリとしての電子増倍器３５０を組み込むだけの作業でカートリッジ３００の組み立てを行うことができる。このように、ＭＣＰ２，３がＩＮ電極２０５に接着されることによってアセンブリとして組み込まれているため、カートリッジ３００の組み立てにセンタリングリングＣＲを不要とすることが可能となり、部品点数及び作業工程を低減することができる。

なお、図１３〜図１９に示す実施形態では、出力側電極板を備えない電子増倍器を電子検出器やカートリッジに適用する例について説明したが、入力側電極板４及び出力側電極板６を備える電子増倍器を電子検出器やカートリッジに適用してもよい。

１，１５０，１６０，３５０…電子増倍器、２，３…ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）、２ａ…電子入射面、３ａ…電子出射面、４…入力側電極板、６…出力側電極板、７，６７…スペーサ層、１２…間隙、２１，３１…チャンネル、２２，３２…チャンネル部、２３，３３…周縁部、２３ｂ，３３ｂ…接合面、２３ｃ，３３ｃ…角部、６１…スペーサ材、１００…電子検出器。

Claims (9)

1. 積層された複数のマイクロチャンネルプレートと、
   前記積層された複数のマイクロチャンネルプレートの電子入射面側に配置される入力側電極板と、を備え、
   前記マイクロチャンネルプレートは、厚み方向に貫通する複数のチャンネルが形成されるチャンネル部、及び前記チャンネル部を取り囲む周縁部を有すると共に、各々の前記周縁部同士が導電性のスペーサ層を介して接合されることによって、各々の前記チャンネル部同士の間に形成される間隙を有し、
   前記入力側電極板は、環状に形成されて、前記マイクロチャンネルプレートの前記周縁部に接合されることを特徴とする電子増倍器。
2. 前記積層された複数のマイクロチャンネルプレートの電子出射面側に配置される出力側電極板を更に備え、
   前記出力側電極板は、環状に形成されて、前記マイクロチャンネルプレートの前記周縁部に接合されることを特徴とする請求項１記載の電子増倍器。
3. 前記入力側電極板及び前記出力側電極板は、前記マイクロチャンネルプレートの前記周縁部よりも大きな外周を有することを特徴とする請求項２記載の電子増倍器。
4. 前記スペーサ層を介して互いに接合される各々の前記周縁部の接合面は、前記スペーサ層を介して互いに離間し、離間距離が内周側から外周側へ向かって大きくなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の電子増倍器。
5. 前記周縁部には、前記チャンネル部が前記間隙側において厚み方向に窪むことにより、内周縁側に角部が形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の電子増倍器。
6. 前記スペーサ層は、熱可塑性接着剤を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子増倍器。
7. 前記スペーサ層は、熱硬化性接着剤を含んで構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子増倍器。
8. 前記スペーサ層は、金属製のスペーサ材を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載の電子増倍器。
9. 請求項１〜８のいずれか一項記載の電子増倍器を備え、前記電子増倍器で増倍させて電子を検出することを特徴とする電子検出器。

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