(57)【要約】【課題】光電子増倍管保護ケースの前部カバーとして好適な紫外線透過性と耐圧性を有する光センサカバーを提供する。【解決手段】本発明の光センサカバー（１０）は、光電子増倍管の受光面を保護する、紫外線透過性を有する透明樹脂の略半球状の板状成形体からなり、少なくとも頭頂部（１１Ｔ）の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上であり、半球状の本体部（１１）の全面を３ＭＰａの圧力で加圧した際に破断しない耐圧性を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電子増倍管の受光面を保護する、紫外線透過性を有する透明樹脂の略半球状の板状成形体からなる光センサカバーであって、
半球状の本体部と、前記本体部の外方に形成され、前記本体部の中心軸に対して垂直方向に伸びる平坦な周縁部とを含み、
前記本体部の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上であり、
前記周縁部の板厚が１２〜１６ｍｍであり、
半球状の本体部の全面を３ＭＰａの圧力で加圧した際に破断しない耐圧性を有し、
前記本体部の内頂点から前記光センサカバーの底面までの高さをＨとし、本体部外側の円弧立ち上がり部から垂直に下ろした時の前記本体部の底面のラインＸ軸との交点間の距離を内径Ｄとしたとき、Ｈ：Ｄが１：２．８〜１：３．１であり、
前記光センサカバーの中心軸を通る断面において、中心から外側に向けて板厚が徐々に厚くなる板厚分布を有し、前記本体部の中心軸とＸ軸との交点を原点とし、前記本体部の内面の任意の位置をパラメータｘで表し（ただし、前記本体部の内面とＸ軸との２つの交点のｘ座標をそれぞれ１、−１とする。）、前記本体部の内面の位置ｘにおける前記本体部の板厚の前記周縁部の板厚に対する比率（％）をＴ（ｘ）で表したとき、Ｔ（ｘ）は、ｘが−０．９２４〜０．９２４の範囲において、下記式（１）で表されるＴ１（ｘ）と下記式（２）で表されるＴ２（ｘ）との範囲内にある、光センサカバー。
Ｔ１（ｘ）＝0.3078×ｘ２−0.0888×｜ｘ｜＋0.6649・・・（１）
Ｔ２（ｘ）＝0.2052×ｘ２−0.0424×｜ｘ｜＋0.5442・・・（２）
【請求項２】
前記ｘが０．５の位置からＸ軸と垂直になるよう線を引き、センサカバー曲部内面との交点とＸ軸の距離が０．８〜０．９Ｈである、請求項１に記載の光センサカバー。
【請求項３】
前記本体部と前記周縁部とをなめらかに接続する曲部をさらに含み、前記曲部の内面の曲率半径が３０〜６０ｍｍである、請求項１または２に記載の光センサカバー。
【請求項４】
前記透明樹脂がポリメチルメタクリレートを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光センサカバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子増倍管の受光面を保護する光センサカバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、宇宙の成り立ちおよび物質の起源等を明らかにする目的で、数々な素粒子実験が行われている。素粒子の多くは、自然界に単独で安定的に存在しているわけではなく、宇宙線の観測および加速器による生成反応等により発見または生成されている。
素粒子の例として電荷を帯びた素粒子である荷電粒子が挙げられる。例えば、核崩壊によって生じるアルファ線およびベータ線等は、荷電粒子からなる放射線である。荷電粒子が物質中を運動する時、荷電粒子の速度がその物質中の光速度よりも速い場合に出る光をチェレンコフ光という。この光を観測することで、荷電粒子のエネルギー、進行方向、位置、および粒子の種類を知ることができる。光電子増倍管はこの微弱な光子エネルギーからなるチェレンコフ光を増幅させて信号電流として外部に取り出せるものである。
チェレンコフ光の波長域は紫外光域から赤外光域まで広く、紫外光が可視光および赤外光に比べ相対的に強くなっている。チェレンコフ光の観測に用いられる光電子増倍管の分光感度は紫外光域から可視光域にあり、特に紫外光域の感度が重要である。
【０００３】
水−チェレンコフ型宇宙素粒子観測装置は、巨大な水槽の中で発生するチェレンコフ光を観測する装置である。この装置では、純水を満たした水槽の壁面に耐水圧性を備えた光電子増倍管を受光面が水槽の内側に向くように配置し、水中の核子または電子とニュートリノ粒子が衝突した際に叩き出される荷電粒子によって発生するチェレンコフ光を光電子増倍管で捉える。この装置で使用される光電子増倍管は、高真空のガラス容器中に、光電陰極、ダイノード、陽極、およびその他の電極を封入した構造を有する。
【０００４】
近年、研究の大規模化による水槽の大型化に伴い、光電子増倍管の大口径化と耐圧向上が必要になっている。高水圧のかかる水深で高真空のガラス容器が何らかの理由で破損した場合、その衝撃で周囲の光電子増倍管が連鎖的に爆縮する恐れがある。しかしながら、研究の目的に合う大口径の光電子増倍管用のガラス容器の強度を上げるのは容易ではないため、光電子増倍管に高水圧に耐える保護ケースを装着することが検討されている。保護ケースは、光電子増倍管の交換を可能とするため、光電子増倍管の受光面を保護する略半球状の前部カバーと、該前部カバーに着脱自在に取り付けられる後部カバーとからなる開閉自在な構成を有することが好ましい。ここで、少なくとも前部カバーは、チェレンコフ光の透過を妨げないよう、紫外線透過性を有する素材で構成する必要がある。
【０００５】
一般的に光透過率の高い素材として、ガラスおよび透明樹脂が挙げられる。ここで、一般的なアルカリガラスは水中へのアルカル分溶出が観測の支障となり、ほうケイ酸ガラスは３２０ｎｍ以下の領域に光吸収があり、好ましくない。ガラスの中では、蛍光の少ない合成石英ガラスが適している。しかしながら、ガラス素材は全般的に硬く脆い素材であることから略半球状の加工が難しく、軽量化も難しい。保護ケースの素材としては、加工性に優れ軽量化が容易な透明樹脂が好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−３０４７２２号公報
【特許文献２】特表２０１３−５２１１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
透明樹脂としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シクロオレフィンポリマー、およびポリメチルペンテン等が挙げられる。
しかしながら、一般的に、Ｃ＝Ｃ結合は２００ｎｍ付近、Ｃ＝Ｏ結合は３００ｎｍ付近に光吸収を有するため、Ｃ＝Ｃ結合および／またはＣ＝Ｏ結合を含む透明樹脂は、紫外線透過率が光電子増倍管用として不充分である場合がある。
一般的にメタクリル系樹脂は紫外線吸収剤および／または光安定剤が添加され、耐光性の向上が図られているが、かかる透明樹脂は紫外線透過率が光電子増倍管用として不充分である場合がある。
メタクリル系樹脂の注型重合法で使用されるガスケットの材料として、軟質塩化ビニル系樹脂が広く用いられている。軟質塩化ビニル系樹脂に可塑剤として含まれるフタル酸エステルは、芳香族環を有することから紫外線を吸収する。そのため、注型重合法によって得られる樹脂は、重合硬化中にガスケットから溶出した可塑剤によって、紫外線透過率が低下する恐れがある。
また、紫外線透過性を有する透明樹脂からなる光センサカバーであっても、一般的に、板厚が厚くなる程、耐衝撃性および耐圧性が向上する一方、紫外線透過率が低下する傾向がある。したがって、互いに背反する特性である耐衝撃性／耐圧性と紫外線透過率とを両立することは難しい。
【０００８】
本発明の形状関連技術として特許文献１および２が挙げられ、これら文献には半球状（ドーム状）の樹脂成形体について記載されている。しかしながら、特許文献１および２に記載の半球状の樹脂成形体は天窓等に使用される採光ドームであり、本発明とは用途が異なる。これら文献には、紫外線透過性および耐圧性について具体的な記載がないが、通常、該用途では高紫外線透過性および高耐圧性は必要とされないため、光電子増倍管の保護用として必要な特性は有していないと解される。
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、光電子増倍管保護ケースの前部カバーとして好適な紫外線透過性と耐圧性を有する光センサカバーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以下の［１］〜［４］の光センサカバーを提供する。
［１］  光電子増倍管の受光面を保護する、紫外線透過性を有する透明樹脂の略半球状の板状成形体からなる光センサカバーであって、
半球状の本体部と、前記本体部の外方に形成され、前記本体部の中心軸に対して垂直方向に伸びる平坦な周縁部とを含み、
前記本体部の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上であり、
前記周縁部の板厚が１２〜１６ｍｍであり、
半球状の本体部の全面を３ＭＰａの圧力で加圧した際に破断しない耐圧性を有し、
前記本体部の内頂点から前記光センサカバーの底面までの高さをＨとし、本体部外側の円弧立ち上がり部から垂直に下ろした時の前記本体部の底面のラインＸ軸との交点間の距離を内径Ｄとしたとき、Ｈ：Ｄが１：２．８〜１：３．１であり、
前記光センサカバーの中心軸を通る断面において、中心から外側に向けて板厚が徐々に厚くなる板厚分布を有し、前記本体部の中心軸とＸ軸との交点を原点とし、前記本体部の内面の任意の位置をパラメータｘで表し（ただし、前記本体部の内面とＸ軸との２つの交点のｘ座標をそれぞれ１、−１とする。）、前記本体部の内面の位置ｘにおける前記本体部の板厚の前記周縁部の板厚に対する比率（％）をＴ（ｘ）で表したとき、Ｔ（ｘ）は、ｘが−０．９２４〜０．９２４の範囲において、下記式（１）で表されるＴ１（ｘ）と下記式（２）で表されるＴ２（ｘ）との範囲内にある、
光センサカバー。
Ｔ１（ｘ）＝0.3078×ｘ２−0.0888×｜ｘ｜＋0.6649・・・（１）
Ｔ２（ｘ）＝0.2052×ｘ２−0.0424×｜ｘ｜＋0.5442・・・（２）
【００１１】
［２］  前記ｘが０．５の位置からＸ軸と垂直になるよう線を引き、センサカバー曲部内面との交点とＸ軸の距離が０．８〜０．９Ｈである、［１］の光センサカバー。
［３］  前記本体部と前記周縁部とをなめらかに接続する曲部をさらに含み、前記曲部の内面の曲率半径が３０〜６０ｍｍである、［１］または［２］の光センサカバー。
【００１２】
［４］  前記透明樹脂が、ポリメチルメタクリレートを含む、［１］〜［３］のいずれかの光センサカバー。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、光電子増倍管保護ケースの前部カバーとして好適な紫外線透過性と耐圧性を有する光センサカバーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係る一実施形態の光センサカバーの模式斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施形態の光センサカバーの模式断面図である。
【図３】本発明に係る一実施形態のケース付き光電子増倍管の模式断面図である。
【図４】本発明に係る一実施形態のケース付き光電子増倍管の使用例を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の光センサカバーは、光電子増倍管の受光面を保護する、紫外線透過性を有する透明樹脂の略半球状の板状成形体からなる。本発明の光センサカバーは、少なくとも頭頂部の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上であり、半球状の本体部の全面を３ＭＰａの圧力で一様に加圧した際に破断しない耐圧性を有する。
本明細書において、特に明記しない限り、「頭頂部」は、光センサカバーの中心から光センサカバーの半径の５０％以内と定義する。ここで、「光センサカバーの半径」とは、光センサカバーの内径Ｄの半値である。
【００１６】
図面を参照して、本発明に係る一実施形態の光センサカバーの構造について、説明する。図１は模式斜視図、図２は模式断面図である。
本実施形態の光センサカバー１０は、中心から外側に向けて板厚が徐々に厚くなる半球状の本体部１１と、本体部１１の外方に形成され、本体部１１の中心軸ｙに対して垂直方向に延びる平坦な周縁部１３とを含む。光センサカバー１０は、好ましくは本体部１１と周縁部１３とをなめらかに接続する曲部１２をさらに含む。
なお、本実施形態の説明では、頭頂部側を「上側」、平坦な周縁部側を「下側」と規定するが、上下の規定は便宜上の規定であって、実使用における上下関係を限定するものではない。
【００１７】
光センサカバー１０は３００〜４００ｎｍの紫外線を良好に透過する１種以上の透明樹脂からなり、少なくとも頭頂部１１Ｔの波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上、好ましくは６５％以上である。光センサカバー１０は好ましい態様において、本体部１１全体の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上、好ましくは６５％以上である。
高い紫外線透過率が実現できることから、光センサカバー１０を構成する透明樹脂は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）であることが好ましい。光センサカバー１０は、ＰＭＭＡを含む複数種のメタクリル系樹脂を含むものであってもよい。ＰＭＭＡ以外の他のメタクリル系樹脂は具体的には、メチルメタクリレート（ＭＭＡ）単位と１種以上の他の単量体単位を含む共重合体である。
【００１８】
一般的にメタクリル系樹脂は紫外線吸収剤および／または光安定剤が添加され、耐光性の向上が図られている。
光センサカバー１０に用いる透明樹脂は、紫外線吸収剤および光安定剤の含有量が少ないことが好ましく、紫外線吸収剤および光安定剤を含まないことがより好ましい。紫外線吸収剤および光安定剤の含有量の上限は、少なくとも頭頂部１１Ｔの波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上となる量であり、本体部１１全体の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上となる量であるのが好ましい。
【００１９】
光センサカバー１０の一製造方法としては、所望の形状の空間を持つ型を用意し、注型重合および射出成形等の方法により直接成形する方法が挙げられる。注型重合および射出成形は、公知方法にて実施することができる。ただし、本実施形態では、紫外線吸収剤および光安定剤の含有量が少ない、好ましくは紫外線吸収剤および光安定剤を含まない材料を用いて成形を行う。
【００２０】
光センサカバー１０の他の製造方法としては、あらかじめ公知方法にて製造された一次成形品である平坦な透明樹脂板を略半球状の光センサカバーの形状に二次成形する方法が挙げられる。本実施形態では、紫外線吸収剤および光安定剤の含有量が少ない、好ましくは紫外線吸収剤および光安定剤を含まない透明樹脂板を用いる。二次成形方法は特に制限されず、真空成形および圧空成形等が挙げられる。透明樹脂板をあらかじめ加熱炉等を用いて適温に加熱軟化させた後、周縁部を水平に固定して真空、圧縮、空気、機械的な圧力、およびこれらの組合せを用いて、型に沿わせたり、型を用いずに圧力で湾曲させたりすることで、所望の形状に加工することができる。二次成形温度は、好ましくは１５０℃以上、より好ましくは１８０℃以上である。
【００２１】
透明樹脂板は、市販品を用いてもよいし、製造して用いてもよい。透明樹脂としては、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリル系樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、シクロオレフィンポリマー、およびポリメチルペンテン等が挙げられる。例えば、紫外線吸収剤および光安定剤を含まない市販のＰＭＭＡ板として、クラレ製「パラグラス  ＵＶ００」が挙げられる。
【００２２】
ＰＭＭＡ板等のメタクリル系樹脂板の製造方法としては、ガスケットとこれを介して所定の間隔をもって対向配置された一対の型板とからなる鋳型を用意し、この鋳型の内部空間部に、ＭＭＡを含む１種以上の単量体（Ｍ）、必要に応じてＭＭＡ単位を含む１種以上のメタクリル系重合体（Ｐ）、および重合開始剤を含む重合性原料を注入し、加熱により重合硬化する注型重合法が挙げられる。重合性原料は、紫外線吸収剤および光安定剤の含有量が少ないことが好ましく、紫外線吸収剤および光安定剤を含まないことが好ましい。
【００２３】
シラップ（Ｓ）を用いて、重合性原料を調製することができる。シラップ（Ｓ）としては、ＭＭＡを含む１種以上の単量体（Ｍ）を重合開始剤の存在下で予備重合して得られる、重合体（Ｐ）が未反応の単量体（Ｍ）に溶解している状態の予備重合シラップ、この予備重合シラップにＭＭＡ等の１種以上の単量体（Ｍ）をさらに添加した希釈シラップ、および、ＭＭＡを含む１種以上の単量体を別途重合して得られたメタクリル系重合体（Ｐ）を、ＭＭＡを含む１種以上の単量体（Ｍ）に溶解させて得られた溶解シラップがある。
【００２４】
単量体（Ｍ）として、ＭＭＡを含む１種以上のアルキルメタクリレート、および必要に応じて１種以上の他の共重合性不飽和単量体を用いることができる。アルキルメタクリレートとしては、ＭＭＡ、エチルメタクリレート（ＥＭＡ）、ｎ−プロピルメタクリレート、ｉ−プロピルメタクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、ｉ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、およびシクロヘキシルメタクリレート等が挙げられる。他の共重合性不飽和単量体としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、２−エチルヘキシルアクリレート、ラウリルアクリレート、およびシクロヘキシルアクリレート等のアルキルアクリレート；２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、４−ヒドロキシブチル（メタ）アクリレート、および２−ヒドロキシ−３−クロロプロピル（メタ）アクリレート等のヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート；（メタ）アクリル酸；（メタ）アクリル酸金属塩等が挙げられる。
【００２５】
重合性原料に用いる単量体（Ｍ）全体に占めるＭＭＡ量は特に制限されず、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、さらに好ましくは９８質量％以上、特に好ましくは９９質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。
【００２６】
メタクリル系重合体（Ｐ）は、１種以上のアルキルメタクリレート単位、および必要に応じて他の１種以上の共重合性不飽和単量体単位を含むことができる。アルキルメタクリレートおよび共重合性不飽和単量体としては、単量体（Ｍ）で例示したものを使用することができる。メタクリル系重合体（Ｐ）中のＭＭＡ単位の含有量は特に制限されず、好ましくは９０質量％以上、より好ましくは９５質量％以上、特に好ましくは９８質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。
【００２７】
重合性原料中の単量体（Ｍ）とメタクリル系重合体（Ｐ）との配合比は特に制限されない。単量体（Ｍ）とメタクリル系重合体（Ｐ）との合計量１００質量部に対して、単量体（Ｍ）の量が６０〜９０質量部、メタクリル系重合体（Ｐ）の量が４０〜１０質量部であることが好ましく、単量体（Ｍ）の量が７０〜９５質量部、メタクリル系重合体（Ｐ）の量が３０〜５質量部であることがより好ましく、単量体（Ｍ）の量が８０〜９２質量部、メタクリル系重合体（Ｐ）の量が２０〜８質量部であることがより好ましい。
【００２８】
重合開始剤としては特に制限されず、アゾビスイソブチロニトリル、２,２'−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、アセチルシクロヘキシルスホニルパーオキサイド、イソブチリルパーオキサイド、クミルパーオキシネオデカノエート、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート、ジミリスチルパーオキシカーボネート、ジ−（２−エトキシエチル）パーオキシジカーボネート、ジ−（メトキシイソプロピル）パーオキシジカーボネート、およびジ−（２−エチルヘキシル）パーオキシジカーボネート等が挙げられる。重合性原料中の重合開始剤の量は特に制限されず、好ましくは０．０１８〜０．０５ｇ／ｋｇである。
【００２９】
重合性原料は必要に応じて、連鎖移動剤を含むことができる。連鎖移動剤としては特に制限されず、αメチル-スチレンダイマー等のスチレンダイマー類；ｎ−オクチルメルカプタン、ｎ−ドデシルメルカプタン、およびヒオフェノール等のメルカプタン類；チオグリコール酸、チオグリコール酸エチル、およびチオグリコール酸ブチル等のチオグリコール酸またはそのエステル類；β−メルカプトプロピオン酸、β−メルカプトプロピオン酸メチル、およびβ−メルカプトプロピオン酸オクチル等のβ−メルカプトプロピオン酸およびそのエステル類；テルピノレン等が挙げられる。重合性原料中の連鎖移動剤の量は特に制限されず、好ましくは０．０１５〜０．０３ｇ／ｋｇである。
【００３０】
重合性原料は、ＭＭＡを含む１種以上の単量体（Ｍ）６０〜９０質量部と、ＭＭＡ単位を含む１種以上のメタクリル系重合体（Ｐ）４０〜１０質量部と、重合開始剤と、連鎖移動剤とのみを含むものとすることができる。ただし、重合性原料は必要に応じて、１種以上の他の添加剤を含むことができる。他の添加剤としては紫外線吸収の無き限り特に制限なく、酸化防止剤、顔料および染料等の着色剤、および離型剤等が挙げられる。
【００３１】
重合性原料は、温度を変えて２段階以上で重合硬化させることが好ましい。２段階重合は以下のように行うことができる。まず、内部空間部に重合性原料を注入した鋳型を、好ましくは５５〜８５℃程度に温調されたウォーターバスに浸漬させ、１〜２０時間程度保持して、１段階目の重合硬化を行うことができる。次に、上記鋳型を熱風炉内に載置し、好ましくは８０℃程度の温度で２〜１５時間程度加熱した後、好ましくは１２０〜１３０℃程度の温度で３〜１５時間程度加熱して反応を追い込む２段階目の重合硬化を行うことができる。
【００３２】
注型重合法で使用されるガスケットの材料としては、軟質塩化ビニル系樹脂が広く用いられている。軟質塩化ビニル系樹脂は通常、樹脂の軟質化のために、可塑剤として、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）およびジブチルフタレート（ＤＢＰ）等のフタル酸エステルを含む。かかるフタル酸エステルは、芳香族環を含み、紫外線吸収性を有する。注型重合法においては、重合硬化中にガスケットから溶出した可塑剤によって、得られるメタクリル系樹脂板の紫外線透過率が低下する恐れがある。
【００３３】
注型重合法において、重合硬化時の鋳型の配置方向としては、鉛直方向と水平方向がある。
鉛直方向配置では、加熱により重合性原料が鋳型内で対流して低密度の可塑剤が鋳型の上端部（この部分は最終的に切除される）に集まり、実際に製品となる部分には可塑剤がほとんど残らないため、溶出可塑剤による紫外線透過率の低下は生じにくい。
これに対して、水平方向配置では、加熱による重合性原料の対流によって、ガスケットから溶出した可塑剤がガスケット近傍から型板の面方向に拡散し、得られるメタクリル系樹脂板の紫外線透過率が低下する恐れがある。そこで、水平方向配置では、重合性原料の２５℃における粘度を好ましくは０．１〜１０Ｐａ・ｓ、より好ましくは０．７〜３Ｐａ・ｓの範囲内とする。このように規定することにより、ガスケットから溶出した可塑剤の拡散範囲を狭い範囲、例えば、ガスケットから５ｍｍ程度の範囲内に留めることができる。したがって、鋳型から取り出されたメタクリル系樹脂板の外周部を切除すれば、製品として、可塑剤をほとんど含まないメタクリル系樹脂板を得ることができる。
【００３４】
紫外線透過性を有する透明樹脂からなる光センサカバーであっても、一般的に、板厚が厚くなる程、耐衝撃性および耐圧性が向上する一方、紫外線透過率が低下する傾向がある。したがって、互いに背反する特性である耐衝撃性／耐圧性と紫外線透過率とを両立することは難しい。
略半球状の光センサカバー１０に圧力をかけた場合、最も大きな歪力がかかる部分は周縁部からの立ち上がり部分である。したがって、本体部１１の底部は板厚を比較的大きくし、本体部１１の底部に繋がる曲部１２および周縁部１３の板厚を比較的大きくすることで、比較的大きな歪力がかかる周縁部からの立ち上がり部分の板厚を比較的大きくし、耐衝撃性および耐圧性を高めることができる。大きな歪力がかからない本体部１１の頭頂部１１Ｔは板厚を比較的小さくすることで、頭頂部１１Ｔの紫外線透過率を高めることができる。
【００３５】
光センサカバー１０を紫外線吸収剤および光安定剤の含有量が少ない、好ましくは紫外線吸収剤および光安定剤を含まない透明樹脂により構成し、さらに半球状の本体部１１を、中心から外側に向けて板厚が徐々に厚くなるように構成することで、互いに背反する特性である耐衝撃性／耐圧性と紫外線透過率とを両立することができる。その結果、本実施形態によれば、少なくとも頭頂部１１Ｔ、好ましくは本体部１１全体の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上、好ましくは６５％以上であり、本体部１１の全面を３ＭＰａの圧力で一様に加圧した際に破断しない耐圧性を有する、光センサカバー１０を提供することができる。頂部１１Ｔ等には、耐圧性に影響しない限りにおいて板厚より小さい直径の孔を有していてもよい。
【００３６】
板厚分布は、所望の耐衝撃性／耐圧性と紫外線透過率に応じて、適宜設計することができる。例えば、水深４０〜１００ｍの大型水槽を備えた水−チェレンコフ型宇宙素粒子観測装置に用いられる光電子増倍管用の光センサカバーの場合、本体部の中心（頂点）の板厚は好ましくは７〜１５ｍｍ、より好ましくは８〜１２ｍｍであり、周縁部の板厚は好ましくは１０〜３０ｍｍ、より好ましくは１０〜２５ｍｍ、特に好ましくは１０〜２２ｍｍである。本体部の中心（頂点）の板厚が７ｍｍ以上であり、周縁部の板厚が１０ｍｍ以上であれば、良好な耐衝撃性／耐圧性が得られる。本体部の中心（頂点）の板厚が１５ｍｍ以下であれば、良好な紫外線透過率が得られる。周縁部の板厚が３０ｍｍ超では、材料コストおよび軽量化の観点から好ましくない。
曲部１２の内面１２Ｓの半径は特に制限されず、好ましくは３０〜６０ｍｍである。
【００３７】
図２に示す光センサカバー１０の中心軸ｙを通る断面において、本体部１１の内頂点１１Ｐから光センサカバー１０の底面１３Ｂまでの高さ（内寸高さとも言う。）をＨとし、本体部外側周縁部１３の曲部円弧１２Ｓ立ち上がり部（曲部１２Ｓと周縁部１３との境界）から垂直に下ろした線ｍの前記本体部の底面のラインＸ軸との交点間の距離を内径Ｄとする。Ｈ、Ｄの寸法およびＨ：Ｄは、保護対象である光電子増倍管の受光面の寸法と曲率に応じて、設計される。Ｈ：Ｄは好ましくは１：２．０〜１：３．５、より好ましくは１：２．８〜１：３．１である。
【００３８】
図２に示す光センサカバー１０の中心軸ｙを通る断面において、本体部１１の底面のラインをＸ軸とし、本体部１１の中心軸ｙとＸ軸との交点を原点とする。本体部１１の内面の任意の位置をパラメータｘで表し（ただし、本体部１１の内面とＸ軸との２つの交点のｘ座標をそれぞれ１、−１とする。）、本体部１１の内面の位置ｘにおける本体部１１の板厚の周縁部１３の板厚に対する比率（％）をＴ（ｘ）で表す。このとき、耐衝撃性／耐圧性と紫外線透過率の両立の観点から板厚分布が良好となることから、Ｔ（ｘ）は、ｘが−０．９２４〜０．９２４の範囲において、下記式（１）で表されるＴ１（ｘ）、又は下記式（３）で表されるＴ３（ｘ）とする上限と、下記式（２）で表されるＴ２（ｘ）、又は下記式（４）で表されるＴ４（ｘ）とする下限との範囲内にあることが好ましい。さらに好ましくは、Ｔ（ｘ）は、ｘが−０．９２４〜＋０．９２４の範囲において、下記式（１）で表されるＴ１（ｘ）と下記式（２）で表されるＴ２（ｘ）との範囲内にあることである。
Ｔ１（ｘ）＝０．３０７８×ｘ２−０．０８８８×｜ｘ｜＋０．６６４９・・・（１）
Ｔ２（ｘ）＝０．２０５２×ｘ２−０．０４２４×｜ｘ｜＋０．５４４２・・・（２）
Ｔ３（ｘ）＝０．２３×ｘ２−０．０６×｜ｘ｜＋０．７５・・・（３）
Ｔ４（ｘ）＝０．３２×ｘ２−０．０９×｜ｘ｜＋０．５４・・・（４）
図２において、破線ｘは本体部１１と曲部１２との境界線である。図中、符号ｍは曲部１２と周縁部１３との境界線を示している。
さらに、光センサカバー１０の半径方向中点高さＨ２は、０．８×Ｈ１以上、０．９×Ｈ１以下の範囲内にあると好ましい。
ここで、半径方向中点高さＨ２は、本体部１１の内面１１ＩＳにおける点ｈ２と、光センサカバー１０の底面１３Ｂまでの距離である。この点ｈ２は、図２に示す本体部１１の中心軸ｙを通る断面において、Ｘ軸上においてｘ座標が０．５である点ｘ０．５を通過し、かつ、Ｘ軸に対して垂直な垂線と、本体部１１の内面１１ＩＳとの交点である。この垂線は、ｙ軸と実質的に平行である。
【００３９】
図３は、本発明に係る一実施形態のケース付き光電子増倍管の模式断面図である。
本実施形態のケース付き光電子増倍管３は、上記実施形態の光センサカバー１０を含む保護ケース１内に光電子増倍管２を収納したものである。図中、符号２Ｓは光電子増倍管２の受光面である。
図示するように、光センサカバー１０は、光電子増倍管２の前部カバーとして使用することができる。光センサカバー１０は、後部カバー２０と組み合わせて、光電子増倍管の保護ケース１を構成することができる。保護ケース１内には、公知の固定治具を用いて光電子増倍管２を固定することができる（図示略）。
【００４０】
後部カバー２０は、チェレンコフ光の透過性は必要ないので、紫外線透過性は有さなくてもよく、任意の材質にて構成することができる。後部カバー２０は、好ましくは樹脂製である。後部カバー２０は、所望の耐衝撃性／耐圧性を有し、かつ、前部カバーである光センサカバー１０の周縁部１３に取り付けられる形状と厚みを有するものであればよい。後部カバー２０は例えば、光電子増倍管２の後部を保護するカップ状の本体部２１と、前部カバーである光センサカバー１０の周縁部１３に対向する平坦な周縁部２３を有することができる。前部カバーである光センサカバー１０の周縁部１３と後部カバー２０の周縁部２３とはボルト等を用いて接合させることができる。
【００４１】
前部カバーである光センサカバー１０の周縁部１３と後部カバー２０の周縁部２３とをいずれも平坦な形状とすることで、これらを面接合により緻密に密着させることができ、好ましい。前部カバーである光センサカバー１０と後部カバー２０とをボルト等を用いて着脱自在とすることで、必要に応じて、光電子増倍管２を交換可能とすることができ、好ましい。本体部１１と平坦な周縁部１３とを有する前部カバーである光センサカバー１０、および、本体部２１と平坦な周縁部２３を有する後部カバー２０は、いずれも公知方法にて成形も容易である。
【００４２】
図４は、上記実施形態のケース付き光電子増倍管３の使用例を示す模式断面図である。
図４は、水−チェレンコフ型宇宙素粒子観測装置に用いられる水槽５に複数の上記実施形態のケース付き光電子増倍管３を取り付けた状態を示している。
図示するように、水槽５の底板５Ｂ、上板５Ｔ、および４つの側板５Ｓにそれぞれ、１つ以上、好ましくは複数のケース付き光電子増倍管３を取り付けることができる。なお、各ケース付き光電子増倍管３は、光電子増倍管２の受光面が水槽５の内部を向くように、設置される。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態によれば、光電子増倍管保護ケースの前部カバーとして好適な紫外線透過性と耐圧性を有する光センサカバー１０を提供することができる。
本実施形態によれば、少なくとも頭頂部１１Ｔ、好ましくは本体部１１全体の波長３００ｎｍの光透過率が６０％以上、好ましくは６５％以上であり、本体部１１の全面を３ＭＰａの圧力で加圧した際に破断しない耐圧性を有する光センサカバー１０を提供することができる。
【実施例】
【００４４】
本発明に係る実施例および比較例について説明する。
［評価項目および評価方法］
（板厚、曲部の外面の半径）
略半球状の光センサカバーの成形に用いた樹脂原板の板厚を、マイクロメーターを用いて、０．１ｍｍの位まで測定した。
成形品である略半球状の光センサカバーを、中心軸を通る面で均等に２分割した。一方の１／２分割サンプルの断面に対して、マイクロメーターを用いて、断面に向かって、(1)左側の周縁部、(2)本体部の左側下部（内面の位置：ｘ＝−０．９２）、(3)本体部の左側上部（内面の位置：ｘ＝−０．４６）、(4)本体部の内頂点（内面の位置：ｘ＝０）、(5)本体部の右側上部（内面の位置：ｘ＝＋０．４６）、(6)本体部の右側下部（内面の位置：ｘ＝＋０．９２）、および(7)右側の周縁部の板厚をそれぞれ、０．１ｍｍの位まで測定した。また、ラジアスケージを用いて、曲部の外面の半径Ｒを測定した。
なお、ｘは、光センサカバーの中心軸を通る断面において、本体部の底面のラインをＸ軸とし、本体部の中心軸とＸ軸との交点を原点としたときの、本体部の内面の任意の位置を表すパラメータである（ただし、本体部の内面とＸ軸との２つの交点のｘ座標をそれぞれ１、−１とする。）。
【００４５】
（３００ｎｍの光透過率）
上記測定に使用した１／２分割サンプルの板厚測定箇所(2)〜(6)について、それぞれ５０ｍｍ四方の試験片を切り出した。樹脂原板および各試験片について、島津製作所製「紫外・可視・近赤外分光光度計ＵＶ−３６００」を用いて、３００ｎｍの光透過率を測定した。樹脂原板を使用せずに光センサカバーを直接成形した場合には、樹脂原板の３００ｎｍの光透過率として、光センサカバーの周縁部の３００ｎｍの光透過率を測定した。
【００４６】
（耐圧性）
光センサカバーの中心軸を通る互いに直交する２つの面で均等に４分割した１／４分割サンプルを解析モデルとした。エムエスシーソフトウェア株式会社汎用非線形構造解析ソリューションＭＡＲＣを用いて、外力として３ＭＰａの圧力が与えられた場合の破断の有無を解析した。
解析には、上記方法にて測定された板厚分布および用いた樹脂の物性値（ヤング率、ポアソン比）を使用した。なお、引張破断強度は、樹脂原板（８００ｍｍ、横８００ｍｍ）について、島津製作所製オートグラフ精密万能試験機ＡＧ−１０ＴＢを用い、ＪＩＳ  Ｋ７１１３の条件で測定された実測値である。樹脂原板を使用せずに光センサカバーを直接成形した場合には、光センサカバーの構成樹脂からなり、光センサカバーの周縁部と同じ板厚の樹脂原板を別途成形し、引張破断強度を測定した。例えば、実施例１で使用したクラレ製「パラグラス  ＵＶ００」（１３ｍｍ厚）の物性は、ヤング率＝３２００ＭＰａ、ポアソン比＝０．３５、引張破断強度＝７６ＭＰａであった。周縁部の拘束条件は、全面拘束とした。
上記解析モデルの一方の光センサカバーの本体部の外側全面から３ＭＰａの圧力を与えたときに各位置にかかる板面方向の引張応力を求めた。歪力が最も大きい部分の引張応力を求め、樹脂原板の引張破断強度と比較し、以下の基準で評価した。
○（良）：歪力が最も大きい部分の引張応力が樹脂原板の引張破断強度より小さく、破断しない。
×（不良）：歪力が最も大きい部分の引張応力が樹脂原板の引張破断強度以上であり、破断する。
【００４７】
［実施例１］
（略半球状の光センサカバーの成形）
樹脂原板として、紫外線吸収剤および光安定剤を含まないポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）板であるクラレ製「パラグラス  ＵＶ００」（１３ｍｍ厚）を用意した。この樹脂原板から８００ｍｍ、横８００ｍｍの大きさの成形用樹脂板を切り出した。切り出した樹脂板を、ネル生地で包んだ繊維強化プラスティック（ＦＲＰ）上に載せて、２１０℃に加熱した遠赤外線炉内に載置し、３０分間加熱した。加熱した樹脂板の周縁部のみを水平に固定した後、直ちにその上に圧空ボックスを載せ、上から３ｋｇ／ｃｍ２の圧空をかけて下方に膨らませるよう湾曲さて賦型し、徐冷した。以上のようにして、２０インチ径の光電子増倍管用として好適な、本体部の内頂点から光センサカバーの底面までの高さ（内寸高さ）Ｈが２００ｍｍであり、光センサカバーの内径Ｄが６００ｍｍである光センサカバーを得た。
【００４８】
（板厚、曲部の外面の半径、３００ｎｍの光透過率の評価）
上記方法にて、用いた樹脂原板の板厚と３００ｎｍの光透過率、および、得られた略半球状の光センサカバーの板厚と曲部の外面の半径と３００ｎｍの光透過率を測定した。評価結果を表１に示す。得られた略半球状の光センサカバーは全体的に、３００ｎｍの光透過率が高く、光電子増倍管用として好適であった。
【００４９】
（耐圧性の評価）
得られた略半球状の光センサカバーについて、上記方法にて、耐圧性の評価を実施した。解析の結果、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は５３ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７６ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。評価結果を表１に示す。
【００５０】
［実施例２］
樹脂原板として紫外線吸収剤および光安定剤を含まないＰＭＭＡ板であるクラレ製「パラグラス  ＵＶ００」（１５ｍｍ厚）を用いた以外は実施例１と同様にして、略半球状の光センサカバーを成形し、評価した。評価結果を表１に示す。
なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は５０ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７６ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。
【００５１】
［実施例３］
樹脂原板として紫外線吸収剤および光安定剤を含まないＰＭＭＡ板であるクラレ製「パラグラス  ＵＶ００」（２０ｍｍ厚）を用いた以外は実施例１と同様にして、略半球状の光センサカバーを成形し、評価した。評価結果を表１に示す。
なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は４３ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７６ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。
【００５２】
［実施例４］
樹脂原板として紫外線吸収剤および光安定剤を含まないＰＭＭＡ板であるクラレ製「パラグラス  ＵＶ００」（１０ｍｍ厚）を用いた以外は実施例１と同様にして、略半球状の光センサカバーを成形し、評価した。評価結果を表１に示す。
なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は７３ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７６ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。
【００５３】
［実施例５］
（予備重合シラップの調製）
メチルメタクリレート（ＭＭＡ）に重合開始剤として２，２’−アゾビスイソブチロニトリルを添加し、撹拌しながら加熱し、直鎖状ＰＭＭＡの重量平均分子量（Ｍｗ）が約８０万となるまで予備重合を行った。反応液を冷却した後、ＭＭＡを追加して希釈し、粘度１０ポイズの予備重合シラップを得た。なお、粘度はＢ型粘度計（ＮＤＪ−５Ｓ  回転粘度計、回転数：１２ｒｐｍ、回転子：Ｌ型２番）を用いて２５℃で測定し、重量平均分子量（Ｍｗ）は下記方法で測定した。
【００５４】
＜重量平均分子量（Ｍｗ）の測定＞
試料５ｇをクロロホルム２００ｍｌで抽出処理し、濾過して採取した濾液にメタノールを添加して沈殿物を生成させた。この沈殿物を真空乾燥した後、その０．１２ｇをテトラヒドロフラン２０ｍｌに溶解して、測定サンプルを得た。分子量測定装置として島津製作所製「ＬＣ−９Ａ」を用い、カラムとして島津製作所製「ＧＰＣ−８０２」、「ＨＳＧ−３０」、「ＨＳＧ−５０」および昭和電工株式会社製「Ｓｈoｄｅｘ  Ａ−８０６」を用いて、ＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィ）法による分子量の測定を行った。
【００５５】
（光センサカバーの成形）
得られた予備重合シラップ１００質量部に対して、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル０．００３質量部、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）０．００３質量部、テルピノレン０．００２質量部を添加・混合し、減圧脱泡処理して、液状の原料混合物を調製した。得られた原料混合物を、実施例１の光センサカバーと同じ形状が成形可能な鋳型内に流し込んだ。５５℃で３０時間加熱して一次硬化させた後、１２０℃で４時間加熱して二次硬化させ、約４０℃に冷却した後、鋳型から成形された光センサカバーを取り出した。
【００５６】
（光センサカバーの評価）
得られた略半球状の光センサカバーについて、実施例１と同様に評価を実施した。評価結果を表１に示す。なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は５２ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７４ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。
【００５７】
［実施例６］
樹脂として紫外線吸収剤および光安定剤を含まないＰＭＭＡであるクラレ製「パラペット  ＧＨ−Ｓ１０００」を用い、実施例１の光センサカバーと同じ形状が成形可能な金型を使用して、射出成形した。
得られた略半球状の光センサカバーについて、実施例１と同様に評価を実施した。評価結果を表１に示す。なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は５３ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（６２ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。
【００５８】
［比較例１］
樹脂原板として紫外線吸収剤を含むＰＭＭＡ板であるクラレ製「パラグラス  Ｐ」（１３ｍｍ厚）を用いた以外は実施例１と同様にして、略半球状の光センサカバーを成形し、評価した。評価結果を表１に示す。
なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は５２ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７６ＭＰａ）より小さいため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断しないと判定した。この比較例では、紫外線吸収剤を含むＰＭＭＡを用いたため、得られた光センサカバーは全体的に３００ｎｍの光透過率が低く、光電子増倍管用として不適であった。
【００５９】
［比較例２］
樹脂原板としてポリメチルペンテン板である三井化学製「ＴＰＸ  ＲＴ１８」を用いた以外は実施例１と同様にして略半球状の光センサカバーを成形し、評価した。評価結果を表１に示す。
なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は５３ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（３０ＭＰａ）以上であるため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断すると判定した。この比較例では、ＰＭＭＡに比して耐圧性の低いポリメチルペンテンを用いたため、耐圧性が低下した。
【００６０】
［比較例３］
鋳型の型形状を変更する以外は実施例５と同様にして、本体部の内頂点から光センサカバーの底面までの高さ（内寸高さ）Ｈが２００ｍｍであり、光センサカバーの内径Ｄが６００ｍｍであり、板厚が均一に７ｍｍである略半球状の光センサカバーを成形し、評価した。評価結果を表１に示す。
なお、耐圧性の解析において、歪力が最も大きい部分は周縁部からの立ち上がり部分であり、該部分の引張応力は９６ＭＰａであった。この引張応力は樹脂原板の引張破断強度（７６ＭＰａ）以上であるため、得られた光センサカバーは３ＭＰａの加圧で破断すると判定した。この比較例では、頭頂部の板厚は実施例５と同等であったが、全体の板厚を均一に７ｍｍとしたため、歪が最も大きい立ち上がり部分の板厚が実施例５よりも小さくなり、耐圧性が低下した。
【００６１】
【表１】
2019060867.tif 000003
【００６２】
本発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１  保護ケース
２  光電子増倍管
２Ｓ  受光面
３  ケース付き光電子増倍管
１０  光センサカバー（前部カバー）
１１  本体部
１１Ｐ  内頂点
１１Ｔ  頭頂部
１２  曲部
１２Ｓ  曲部の外面
１３  周縁部
１３Ｂ  底面
２０  後部カバー
２１  本体部
２３  周縁部
【図１】
2019060867.tif 000004
【図２】
2019060867.tif 000005
【図３】
2019060867.tif 000006
【図４】
2019060867.tif 000007