JP5388735B2 - マイクロチャンネルプレート - Google Patents

Description

本発明は、電子、イオン等を増倍して出力するマイクロチャンネルプレートに関し、特に、矩形形状を有するマイクロチャンネルプレートに関する。

微量の電子、イオン等を精度よく検出するため、入射した電子、イオンを増倍して出力するマイクロチャンネルプレート（Micro Channel Plate：ＭＣＰ）を用いた検出装置が知られている。こうしたＭＣＰとしては、丸形と矩形のものがある。特許文献１は、こうしたＭＣＰの製造方法の一例を開示したものである。

国際公開第２００６／０３０８２０号パンフレット

矩形のＭＣＰとしては、例えば、図９に示されるように、チャンネルと呼ばれる孔が多数設けられた有孔部分１０のみからなる本体の両面に、それぞれ電極２、３を配置したＭＣＰ２００を用いることができる。このＭＣＰ２００は、例えば、図１０に示されるように、有孔部分１０の周囲に無垢ガラスである無孔部分１１が設けられた大型の丸形のＭＣＰ本体２１０の有孔部分１０を切断線Ｌ’、Ｌ”等でカットすることで製作される。

丸形のＭＣＰの本体３００は、図１１に示されるように、通常、チャンネルと呼ばれる孔が多数設けられた有孔部分１０と、この有孔部分を取り囲む孔のない無垢ガラスである無孔部分１１とで構成されている。矩形のＭＣＰの本体としては、図９に示される形態のほかに、図１２（ａ）に示されるように、同様に有孔部分１０の周囲４辺に無孔部分１１を形成した本体４００を用いる例がある。

ＭＣＰの有孔部分１０と無孔部分１１とでは、処理工程における熱的、応力的負荷による影響が異なるが、丸形のＭＣＰ本体３００においては、周囲を取り囲む無孔部分１１によりいずれの方向に対しても変形が抑えられている。これに対して、矩形のＭＣＰ本体４００の場合は、方向によって変形量が異なる結果、図１２（ｂ）に示されるような歪みや、図１２（ｃ）、（ｄ）に示されるような反りが発生しやすく、微細チャンネルを有する薄型のＭＣＰを製造することが困難であった。

そこで、本発明は、微細チャンネルを有する薄型で変形を抑制することを可能とした矩形のＭＣＰ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は、矩形形状を有するＭＣＰにおいて、プレート本体の外周を構成する４辺のうち少なくとも１辺を除く１辺以上に無垢ガラス部を有し、膜状、板状または棒状であって無垢ガラス部の双方にかかるように入射面、出射面側にそれぞれ配置される入力側、出力側電極を備えていることを特徴とする。

無垢ガラス部は、２辺、特に、対向する２辺に設けると好ましい。プレート本体は長方形状であって、無垢ガラス部はその短辺側に配置されているとよい。また、プレート本体の各チャンネルのバイアス方向と無垢ガラス部が配置されていない辺のうちいずれか１辺側の側壁面の延在方向とを一致させていると好ましい。各電極の各チャンネルを覆う部分の面積は、入力側電極側を出力側電極側より広くすると好ましい。

本発明に係るＭＣＰは、矩形形状のＭＣＰ本体において、少なくとも１辺を除く１辺以上に無垢ガラス部を有し、有孔部分がその他の辺部分まで広がるように形成することで、熱的、応力的負荷が付与された場合に、有孔部分のチャンネル変形によって吸収することで、有孔面方向の反りなどの変形を抑制することができる。また、電極を無垢ガラス部分にかかるように形成し、この無垢ガラスにかかる部分を電圧供給部とすることにより、電圧供給する外部電極によるチャンネル破損を抑制し、チャンネル破損を生じることなく電圧を供給することが可能となる。

無垢ガラスを２辺、とりわけ、対向する２辺に設けることで、強度を確保するともに、その取扱がより容易になる。無垢ガラスを短辺側に設けることで、応力発生による歪みを効果的に軽減できる。バイアス方向と側壁の延在方向とを一致させると、各チャンネルを有効に用いることができる。出力側電極を小さくすることで、動作の安定化が図れる。

本発明に係る矩形ＭＣＰの第１の実施形態を示す図である。 図１に示される矩形ＭＣＰの本体部分の斜視図（イメージ図）である。 図１の矩形ＭＣＰの製造を説明する図である。 本発明に係る矩形ＭＣＰの第２の実施形態を示す図である。 本発明に係る矩形ＭＣＰの第３の実施形態を示す図である。 本発明に係る矩形ＭＣＰの第４の実施形態を示す図である。 本発明に係る矩形ＭＣＰの第５の実施形態を示す図である。 本発明に係る矩形ＭＣＰの第５の実施形態を示す図である。 従来の矩形ＭＣＰの構造例を示す図である。 図８のＭＣＰの製造を説明する図である。 従来の丸形ＭＣＰの構造、変形を説明する図である。 従来の矩形ＭＣＰの別の形態、変形を説明する図である。

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。

図１は、本発明に係る矩形ＭＣＰの第１の実施形態を示す図であり、（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれその正面図とそれぞれの断面図である。図２は、本体部分の斜視図（イメージ図）である。このＭＣＰ１００は、矩形平板状であり、その厚み方向に貫通する多数の孔（チャンネル）１５を有する。このチャンネル１５が設けられている領域を以下、有孔部分１０と称する。各チャンネル１５は平行で、かつ、その軸方向は、ＭＣＰ１００の表面の垂直ベクトルに対して、ＭＣＰ１００の長手方向に所定角度で傾斜するよう設けられている（この角度がバイアス方向と呼ばれる）。図１（ｂ）（ｃ）において有孔部分１０を示すハッチングの線方向は、各チャンネル１５の軸方向を模擬的に示している。有孔部分１０を挟むように、ＭＣＰ１００の長手方向に延在して無孔部分１１が形成されている。この無孔部分１１には、チャンネル１５は形成されておらず、無垢ガラスによって形成されている。ＭＣＰ１００の両表面全面には、膜状の入力側電極２、出力側電極３が蒸着により形成されている。つまり、各電極２、３は、有孔部分１０を挟む両側の無孔部分１１を接続するように形成されている。

次に、この矩形ＭＣＰの製造方法を説明する。矩形ＭＣＰ１００は、有孔部分１０と無孔部分１１とに対応する細長い板状の部分を交互に有し、両表面に入力側電極２、出力側電極３が形成されたプレートを図３に示されるように、切断線Ｌ_１〜Ｌ_６に沿って切り出すことにより形成される。プレートの製造に際しては、上記特許文献１に開示されている手法の応用を用いるとよい。

本実施形態のＭＣＰ１００においては、熱的、応力的負荷が付与された場合に、有孔部分１０のチャンネル１５周囲の変形により応力等を吸収することにより、ＭＣＰ１００自体の変形を抑制することができる。有孔部分１０のみを有するＭＣＰにおいてもこの応力吸収効果は認められるが、本実施形態においては、両サイドに変形の少ない無孔部分１１を有することで、さらに変形を抑制する効果と、全体を薄型化した場合の補強効果を有するという利点がある。このことは、特にチャンネルが小さい微細チャンネルを密接配置した薄型のＭＣＰにおいて効果的である。

また、有孔部分１０のみを有するＭＣＰにおいては、電圧印加部分のチャンネルが破損した場合に、ノイズが発生する等の不具合が生じるおそれがあるが、本実施形態においては、電極２、３の無孔部分１１上において電圧の付与を行うことで、このような不具合の発生を抑制することができる。また、外部電極との接続などの物理的な固定、接続の際にも無孔部分１１を利用することにより、ＭＣＰ１００の有孔部分１０の損傷を防止できる。

本発明に係る矩形ＭＣＰは、上記実施形態に限られるものではない。図４は、本発明に係る矩形ＭＣＰの第２の実施形態を示す図である。このＭＣＰ１００ａは、第１の実施形態のＭＣＰ１００とは、各電極２ａ、３ａがＭＣＰ１００ａの表面全体ではなく、有孔部分１０を挟んで、両側の無孔部分１１にかかる範囲で、かつ、その外側を露出させるように形成されている点と、無孔部分１１をＭＣＰの長辺側ではなく短辺側に設けている点の２点が相違する。このように、電極２ａ、３ａをＭＣＰ１００ａ本体の表面より小さく形成しても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、無孔部分１１を短辺側に設けることで、無孔部分１１自体の延在方向に対する幅を確保して、強度を確保し、取扱いを容易にする効果が得られる。

図５は、本発明に係る矩形ＭＣＰの第３の実施形態を示す図である。これらのＭＣＰ１００ｂ、１００ｃは、第２の実施形態のＭＣＰ１００ｂとほぼ共通する構成を有するが、入力側電極２ｂ、２ｃに対して、出力側電極３ｂ、３ｃが小さく形成されている点が相違する。図中のハッチングの線方向は、チャンネル１５の軸方向を模擬しているが、このときに、出力側電極３ｂ、３ｃによって出口が覆われているチャンネル１５の全ての入口を含むより広い領域を入力側電極２ｂ、２ｃが覆うように形成することで、その動作を安定化させる効果が得られる。

図６は、本発明に係る矩形ＭＣＰの第４の実施形態を示す図である。この第４の実施形態のＭＣＰ１００ｄは、第２の実施形態のＭＣＰ１００ｂとは、各チャンネル１５の延在方向が相違する。この実施形態では、チャンネルの軸方向は、切断線Ｌ_ｄ１、Ｌ_ｄ２によって形成される切断面に一致する方向と一致している。その結果、延在方向の途中で切断されるチャンネルを最小限に抑えることができ、有孔部分１０における有効チャンネルの比率を最大化することができる。

図７は、本発明に係る矩形ＭＣＰの第５の実施形態を示す図である。この実施形態では、棒状の電極４、５が電極２ｅ、３ｅの無孔部分１１上の部分の表面に導電性の接着剤４０、５０により取り付けられている点が相違する。この実施形態によれば、ＭＣＰ１００ｅへの電圧印加を無孔部分１１上に確実に行うことができる。

この第５の実施形態では、電極として棒状の電極を利用する例を説明したが、膜状または薄い板状の電極をＭＣＰ本体の表面に貼り付けたり、他の器具を用いて電極によりＭＣＰ１００を挟み込む構成としてもよい。その場合も、電極が両サイドの無孔部分１１にかかるように配置するとよい。

本発明に係る矩形ＭＣＰは、上述したように、対向する２辺に無垢ガラス部を配置する実施形態に限られるものではない。図８（ａ）に示されるＭＣＰ１１０のように、無垢ガラス部分１１を有孔部分１０を囲む３辺に配置する場合や、図８（ｂ）に示されるＭＣＰ１２０のように、無垢ガラス部分１１が有孔部分１０に隣接する１辺のみに配置されていてもよい。また、無垢ガラス部分１１を２辺に配置する場合であっても、図８（ｃ）に示されるＭＣＰ１３０のように、隣接する２辺に設ける形態も可能である。これらの形態は、上述した第１〜第５の実施形態のように、対向する２辺に無垢ガラス部分を設ける場合に比較して強度や取扱容易性等の点で劣るが、従来例に比較して変形を抑制する効果が得られる点は各実施形態と同様である。

２…入力側電極、３…出力側電極、４、５…電極、１０…有孔部分、１１…無孔部分、１５…チャンネル、４０、５０…接着剤、１００、１１０、１２０、１３０、２１０、３００、４００…ＭＣＰ。

Claims (7)

1. 矩形形状を有するマイクロチャンネルプレートにおいて、
   プレート本体の外周を構成する４辺のうち少なくとも１辺を除く１辺以上に無垢ガラス部を有し、膜状、板状または棒状であって前記無垢ガラス部にかかるように入射面、出射面側にそれぞれ配置される入力側、出力側電極を備えていることを特徴とするマイクロチャンネルプレート。
2. ４辺のうち少なくとも２辺に無垢ガラス部を有し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。
3. 前記無垢ガラス部を有する２辺は、対向する辺であることを特徴とする請求項２記載のマイクロチャネルプレート。
4. 前記プレート本体は長方形状であって、前記無垢ガラス部はその長辺側に配置されていることを特徴とする請求項３記載のマイクロチャンネルプレート。
5. 前記無垢ガラス部は、４辺のうち１辺または２辺に配置されており、前記プレート本体の各チャンネルのバイアス方向と前記無垢ガラス部が配置されていない辺のうちいずれか１辺側の側壁面の延在方向とを一致させていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロチャンネルプレート。
6. 前記無垢ガラス部は、４辺のうち３辺に配置されており、前記プレート本体の各チャンネルのバイアス方向と前記無垢ガラス部が配置されていない辺側の側壁面の延在方向とを一致させていることを特徴とする請求項１または４のいずれか１項に記載のマイクロチャンネルプレート。
7. 前記各電極の各チャンネルを覆う部分の面積は、前記入力側電極側が前記出力側電極側より広いことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のマイクロチャンネルプレート。

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