(57)【要約】【課題】簡便に荷電粒子を輸送することができるガイド装置及びその製造方法、並びに荷電粒子の輸送方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様にかかるガイド装置１００は、絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置であって、荷電粒子が内部を通過する螺旋部１０を設けるために螺旋状に巻かれた第１の被覆導線１１と、螺旋部１０における第１の被覆導線１１と互いに絡み合うように螺旋状に巻かれた第２の被覆導線１２と、螺旋部１０を包むように設けられた導電体１３と、を備えるものである。を備えるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置であって、
荷電粒子が内部を通過する螺旋部を設けるために螺旋状に巻かれた第１の被覆導線と、
前記螺旋部における前記第１の被覆導線と多重螺旋構造を形成するように螺旋状に巻かれた第２の被覆導線と、
前記螺旋部を包むように設けられた導電材料と、を備えるガイド装置。
【請求項２】
螺旋状に巻かれた絶縁性テープと
前記絶縁性テープに固定され、荷電粒子が内部を通過する螺旋部を設けるために螺旋状になっている第１の導線と、
前記第１の導線と所定の間隔を隔てて、螺旋状になるよう、前記テープに固定された第２の導線と、
前記螺旋状に巻かれた絶縁性テープを包むように設けられた導電材料と、を備えるガイド装置。
【請求項３】
絶縁性のホースと
荷電粒子が内部を通過する螺旋部を設けるため、前記ホースに対して螺旋状に固定されている第１の導線と、
前記第１の導線と所定の間隔を隔てて、螺旋状になるよう、前記ホースに固定された第２の導線と、
前記ホースを包むように設けられた導電材料と、を備えるガイド装置。
【請求項４】
前記導電材料がメッシュ形状になっている請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガイド装置。
【請求項５】
前記導電材料に真空保持用の真空配管が用いられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガイド装置。
【請求項６】
前記螺旋部が荷電粒子の輸送方向を変えるために、屈曲していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガイド装置。
【請求項７】
前記螺旋部に、螺旋の径が変化する変化部が設けられている請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガイド装置。
【請求項８】
請求項１に記載のガイド装置に沿って荷電粒子を輸送する荷電粒子輸送方法であって、
第１の被覆導線にＲＦ電圧を印加し、
第２の被覆導線に前記第１の被覆導線の前記ＲＦ電圧と異なる位相でＲＦ電圧を印加し、
前記導電材料にバイアス電圧を印加する、荷電粒子輸送方法。
【請求項９】
請求項２、又は３に記載のガイド装置に沿って荷電粒子を輸送する荷電粒子輸送方法であって、
前記第１の導線にＲＦ電圧を印加し、
前記第２の導線に前記第１の導線の前記ＲＦ電圧と異なる位相でＲＦ電圧を印加し、
前記導電材料にバイアス電圧を印加する、荷電粒子輸送方法。
【請求項１０】
前記第１及び第２の被覆導線、又は前記第１及び第２の導線に、前記ＲＦ電圧と重畳してＤＣ電圧が印加されていることを特徴とする請求項８、又は９に記載の荷電粒子輸送方法。
【請求項１１】
前記バイアス電圧を、前記第１及び第２の被覆導線、前記絶縁性テープ、又は前記ホースの帯電量に応じて調整する請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の荷電粒子輸送方法。
【請求項１２】
絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置の製造方法であって、
ポールに対して第１及び第２の被覆導線を螺旋状に巻き付けていき、多重螺旋構造を有する螺旋部を形成し、
導電材料によって前記螺旋部を包むガイド装置の製造方法。
【請求項１３】
絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置の製造方法であって、
螺旋状に巻かれた第１の被覆導線と第２の被覆導線とを用意し、
前記第１の被覆導線と前記第２の被覆導線を組み合わせて、多重螺旋構造を有する螺旋部を形成し、
導電材料によって前記螺旋部を包むガイド装置の製造方法。
【請求項１４】
絶縁性テープに第１の導線を付着させ、
前記絶縁性のテープに、前記第１の導線に所定の間隔を隔てた状態の第２の導線を付着させ、
前記第１及び第２の導線が付着した前記絶縁性テープを螺旋状に巻き、
前記絶縁性テープの螺旋部を包むように導電材料を配置するガイド装置の製造方法。
【請求項１５】
樹脂に対して第１の導線を螺旋状に埋め込み、
前記第１の導線に対して絶縁を保った状態の第２の導線を、前記樹脂に対して埋め込み、
前記第１及び第２の導線が埋め込まれた樹脂に対して硬化処理を行って、螺旋部を有する樹脂製ホースを形成し、
前記樹脂製ホースを包むように導電材料を配置するガイド装置の製造方法。
【請求項１６】
前記荷電粒子の輸送経路に応じて、前記螺旋部を屈曲させる請求項１２乃至１５のいずれか１項に記載のガイド装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子を輸送するために用いられるが移動装置とその製造方法、並びに荷電粒子輸送方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
質量分析装置では、真空中でイオンをある場所から別の場所に導く必要が頻繁に表れる。例えば、イオン生成部から、質量分析部まで搬送する例が挙げられる。このようなイオンを搬送するためには、ラジオ波を用いるイオンガイドや、四重極偏向器、イオンレンズなどが用いられている。
【０００３】
多極子イオンガイドは、組を成す多数の円柱や螺旋からなっている。特許文献１には四重極の円柱を用いたイオンガイドが開示されている。この組をなす部品にラジオ波交流の逆位相を印加する。イオンに作用する時間平均的なポテンシャルは、有効ポテンシャルと呼ばれている。有効ポテンシャルでは、多極子イオンガイドの中心軸に沿った線状の極小が生成され、電極に近づくにしたがって増加する傾向を示す。このため、有効ポテンシャルは、多極子イオンガイドの内側にイオンを隔離する。多極子ガイドの両端（出入り口）に隔壁（穴あき円板）を取り付け、ここに適切な電位を印加することによって、イオンを閉じ込めるための装置としても働く。
【０００４】
有効ポテンシャルの動径の立ち上がり形状は、円柱対の数によって決定される。円柱対の数をｎ、動径をｒとすると、動径方向の有効ポテンシャルは、ｒ２ｎ−２に比例する。円柱の数が多いほど、動径方向の有効ポテンシャルが井戸型に近づく。このため、より運動エネルギーの大きいイオンを効率よく閉じ込めることができる。
【０００５】
また、環状の電極からなる筒状の装置を作成することによっても、同様のイオンガイドを作ることができる。この装置では、隣り合った環状電極同士で逆位相になるようにラジオ波交流（ＲＦ電圧）を印加する。
【０００６】
螺旋電極の対の場合には、特許文献１に示されているように、螺旋を成す線の傾き、すなわち、巻きの密度を変えることによって、動径方向の有効ポテンシャルを変えることが可能である。これによって、環状電極からなるイオンガイドに近いポテンシャルから多極子イオンガイドに近いポテンシャルまで自由に有効ポテンシャルを変化させることができる。
【０００７】
【特許文献１】特表２００８−５３８６４６号公報
【特許文献２】米国特許公報５５７２０３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
イオンの衝突による電極の帯電を少なくするためには、導体を露出させておくことが好ましい。すなわち、誘電体の使用を最小限に抑えることが好ましい。しかしながら、誘電体の使用を最小限に抑えようとすると、イオンガイドの製作が困難になってしまう。この結果、コストを低減することが困難になってしまう。また、導体を露出させる構成では、電極同士の短絡を防ぐために、イオンガイドを剛構造にする必要がある。剛構造とした場合、輸送方向が制限されてしまう。すなわち、輸送方向を変えながら、所望の位置まで輸送することが困難になってしまう。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、所望の位置まで、簡便かつ高効率に荷電粒子を輸送することができるガイド装置及びその製造方法、並びに荷電粒子の輸送方法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】
本発明の第１の態様にかかるガイド装置は、絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置であって、荷電粒子が内部を通過する螺旋部を設けるために螺旋状に巻かれた第１の被覆導線と、前記螺旋部における前記第１の被覆導線と多重螺旋構造を形成するように螺旋状に巻かれた第２の被覆導線と、前記螺旋部を包むように設けられた導電材料と、を備えるものである。これにより、導線の短絡を防ぐことができる。よって、所望の位置まで、簡便かつ高効率に荷電粒子を輸送することができる
【００１１】
本発明の第２の態様にかかるガイド装置は、螺旋状に巻かれた絶縁性テープと前記絶縁性テープに固定され、荷電粒子が内部を通過する螺旋部を設けるために螺旋状になっている第１の導線と、前記第１の導線と所定の間隔を隔てて、螺旋状になるよう、前記テープに固定された第２の導線と、前記螺旋状に巻かれた絶縁性テープを包むように設けられた導電材料と、を備えるものである。これにより、導線の短絡を防ぐことができる。よって、所望の位置まで、簡便かつ高効率に荷電粒子を輸送することができる
【００１２】
本発明の第３の態様にかかるガイド装置は、絶縁性のホースと、荷電粒子が内部を通過する螺旋部を設けるため、前記ホースに対して螺旋状に固定されている第１の導線と、前記第１の導線と所定の間隔を隔てて、螺旋状になるよう、前記ホースに固定された第２の導線と、前記ホースを包むように設けられた導電材料と、を備えるものである。これにより、導線の短絡を防ぐことができる。よって、所望の位置まで、簡便かつ高効率に荷電粒子を輸送することができる
【００１３】
本発明の第４の態様にかかるガイド装置は、上記のガイド装置であって、前記導電材料がメッシュ形状になっているものである。これにより、真空排気を容易に行うことができる。
【００１４】
本発明の第５の態様にかかるガイド装置は、上記のガイド装置であって、前記導電材料に真空保持用の真空配管が用いられていることを特徴とするものである。これにより、部品を共通化することができるため、構成を簡素化することができる。
【００１５】
本発明の第６の態様にかかるガイド装置は、上記のガイド装置であって、前記螺旋部が荷電粒子の輸送方向を変えるために、屈曲していることを特徴とするものである。これにより、任意の経路で輸送することができる。
【００１６】
本発明の第７の態様にかかるガイド装置は、上記のガイド装置であって、前記螺旋部に、螺旋の径が変化する変化部が設けられているものである。これにより、荷電粒子分布を空間的に収束することができる。
【００１７】
本発明の第８の態様にかかる荷電粒子輸送方法は、上記のガイド装置に沿って荷電粒子を輸送する荷電粒子輸送方法であって、第１の被覆導線にＲＦ電圧を印加し、第２の被覆導線に前記第１の被覆導線の前記ＲＦ電圧と異なる位相でＲＦ電圧を印加し、前記導電材料にバイアス電圧を印加する、ものである。これにより、簡便に荷電粒子を所定の位置まで輸送することができる。
【００１８】
本発明の第９の態様にかかる荷電粒子輸送方法は、上記のガイド装置に沿って荷電粒子を輸送する荷電粒子輸送方法であって、前記第１の導線にＲＦ電圧を印加し、前記第２の導線に前記第１の導線の前記ＲＦ電圧と異なる位相でＲＦ電圧を印加し、前記導電材料にバイアス電圧を印加する、ものである。これにより、簡便に荷電粒子を所定の位置まで輸送することができる。
【００１９】
本発明の第１０の態様にかかる荷電粒子輸送方法は、上記の荷電粒子輸送方法であって、前記第１及び第２の被覆導線、又は前記第１及び第２の導線に、前記ＲＦ電圧と重畳してＤＣ電圧が印加されていることを特徴とするものである。これにより、電位を調整することができる。
【００２０】
本発明の第１１の態様にかかる荷電粒子輸送方法は、前記バイアス電圧を、前記第１及び第２の被覆導線、前記絶縁性テープ、又は前記ホースの帯電量に応じて調整するものである。これにより、効率よく輸送することができる。
【００２１】
本発明の第１２の態様にかかるガイド装置の製造方法は、絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置の製造方法であって、ポールに対して第１及び第２の被覆導線を螺旋状に巻き付けていき、多重螺旋構造を有する螺旋部を形成し、導電材料によって前記螺旋部を包むものである。簡便に高性能なガイド装置を製造することができる。
【００２２】
本発明の第１３の態様にかかるガイド装置の製造方法は、絶縁体で被覆された被覆導線によって荷電粒子を輸送するための電場を発生させるガイド装置の製造方法であって、螺旋状に巻かれた第１の被覆導線と第２の被覆導線とを用意し、前記第１の被覆導線と前記第２の被覆導線を組み合わせて、多重螺旋構造を有する螺旋部を形成し、導電材料によって前記螺旋部を包むものである。これにより、簡便に高性能なガイド装置を製造することができる。
【００２３】
本発明の第１４の態様にかかるガイド装置の製造方法は、絶縁性テープに第１の導線を付着させ、前記絶縁性のテープに、前記第１の導線に所定の間隔を隔てた状態の第２の導線を付着させ、前記第１及び第２の導線が付着した前記絶縁性テープを螺旋状に巻き、前記絶縁性テープの螺旋部を包むように導電材料を配置するものである。これにより、簡便に高性能なガイド装置を製造することができる。
【００２４】
本発明の第１５の態様にかかるガイド装置の製造方法は、樹脂に対して第１の導線を螺旋状に埋め込み、前記第１の導線に対して絶縁を保った状態の第２の導線を、前記樹脂に対して埋め込み、前記第１及び第２の導線が埋め込まれた樹脂に対して硬化処理を行って、螺旋部を有する樹脂製ホースを形成し、前記樹脂製ホースを包むように導電材料を配置するものである。
【００２５】
本発明の第１６の態様にかかるガイド装置の製造方法は、上記の製造方法であって、前記荷電粒子の輸送経路に応じて、前記螺旋部を屈曲させるものである。これにより、任意の経路で輸送することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、所望の位置まで、簡便かつ高効率に荷電粒子を輸送することができるガイド装置及びその製造方法、並びに荷電粒子の輸送方法を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明にかかるガイド装置は、被覆導線を用いて荷電粒子を輸送するガイド装置である。すなわち、被覆導線に電圧を印加して電場を発生させる。イオンなどの荷電粒子は、この電場によって、所望の方向に進んでいく。
【００２８】
実施の形態１．
本発明の実施の形態にかかるガイド装置について、図１を用いて説明する。図１は、ガイド装置１００の構成を模式的に示す図である。ここでは、ガイド装置１００が、正イオンをガイドしながら輸送するものとして説明する。すなわち、ガイド装置１００がイオンガイドであるとして説明する。
【００２９】
図１に示すようにガイド装置１００は、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２と導電体１３とＲＦ電源２１とＲＦ電源２２とＤＣ電源２３とを備えている。第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２は、絶縁材料によって周囲が被覆されている。第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２は、螺旋状に巻かれている。これにより、ガイド装置１００に、螺旋部１０が形成される。螺旋部１０では、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２が二重螺旋を構成している。すなわち、螺旋部１０では、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２が互いに絡み合うように螺旋状に巻かれている。螺旋部１０では、第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２によって二重螺旋構造が形成される。螺旋部１０では、イオンの進行方向において、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２が交互に配置されることになる。
【００３０】
第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２には、螺旋部１０から引き出された引き出し部１４が設けられている。引き出し部１４は、螺旋部１０の両側に設けられている。この引き出し部１４によって、第１の被覆導線１１がＲＦ電源２１まで引き出され、第２の被覆導線１２がＲＦ電源２２まで引き出される。従って、ＲＦ電源２１及びＲＦ電源２２によって供給されたＲＦ電圧は、引き出し部１４を介して、螺旋部１０に印加される。
【００３１】
螺旋部１０の内部をイオンが進んでいく。すなわち、螺旋部１０に設けられている螺旋の中心軸が、イオン軌道の中心軸となる。このため、螺旋部１０は、例えば、真空チャンバーの中に配置される。そして、フィードスルー（図示せず）などを用いて、引き出し部１４が真空チャンバーの外側に引き出される。これにより、第１の被覆導線１１の両端が真空チャンバーの外側に引き出されて、ＲＦ電源２１と接続される。同様に、第２の被覆導線１２の両端が真空チャンバーの外側に引き出されて、ＲＦ電源２２と接続される。このように、引き出し部１４を介して、螺旋部１０がＲＦ電源２１、２２と接続されている。よって、螺旋部１０における第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２に所望のＲＦ電圧を供給することができる。螺旋部１０には、イオンを輸送するための電場が形成される。
【００３２】
例えば、ＲＦ電源２１とＲＦ電源２２には、ラジオ波交流（ＲＦ）が印加される。具体的には、ＲＦ電源２１とＲＦ電源２２には、逆位相のＲＦ電圧が印加される。すなわち、周波数、及び振幅の同じＲＦ電圧が第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２に印加される。第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２に印加されるＲＦ電圧は、位相のみ異なっている。たとえば、ＲＦ電源２１から第１の被覆導線１１に印加されるＲＦ電圧をＡ・ｃｏｓ（ωｔ）とすると、ＲＦ電源２２から第２の被覆導線１２に印加されるＲＦ電圧をＡ・ｃｏｓ（ωｔ＋１８０°）となる。なお、Ａは振幅、ωは角周波数、ｔは時間である。、螺旋部１０には、時間に応じて変化するＲＦ電場が発生する。
螺旋の中心軸に沿った線状の極小がポテンシャルに生成される。また、ポテンシャルは、被覆導線に近づくにしたがって増加する傾向を示す。輸送するイオンを正イオンとした場合、イオンは、このＲＦ電場の中で、ポテンシャル（電位）の低い方向に進む。このため、有効ポテンシャルは、螺旋部１０の内側にイオンを隔離する。従って、イオンが螺旋部１０の中心軸に沿って進んでいく。たとえば、ＲＦ電圧の周波数を数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚとすることができる。もちろん、周波数は以下の範囲に限られるものではない。また、正弦波以外のＲＦ電圧を用いてもよい。また、ＲＦの振幅や中心電位などは、輸送するイオンの質量やエネルギーに応じて決定することができる。
【００３３】
螺旋部１０の外側には、導電体１３が取り付けられている。導電体１３は、螺旋部１０を包むように固定されている。従って、導電体１３は、螺旋部１０の外径とほぼ同じかそれより若干大きい円筒形になる。螺旋の側部の外側に筒状の導電体１３が配置される。すなわち、導電体１３に螺旋部１０が内包される。導電体１３は、例えば、網状の金属や、アルミニウム箔などの金属箔によって形成されている。たとえば、導電体１３として金属の網（メッシュ）とすることが好ましい。メッシュ状の導電体１３を用いることで、螺旋部１０の内側における気体を排気しやすくなる。すなわち、真空チャンバーを排気する際に、螺旋部１０の中の気体が網目を通って排気されていく。これにより、排気時間を短縮することができる。導電体１３は、フィードスルー（図示せず）などを介してＤＣ電源２３に接続されている。ＤＣ電源２３は、導電体１３にバイアス電圧となるＤＣ電圧を印加する。したがって、導電体１３がバイアス電圧が印加される電極となる。ＲＦ電源２１、ＲＦ電源２２、及びＤＣ電源２３は、独立に制御することができる。
【００３４】
図２を用いて、螺旋部１０の構成について詳細に説明する。なお、図２は、螺旋部１０の構成を模式的に示す側面断面図である。図２において、イオンの進行方向は矢印方向になっているものとして説明する。すなわち、螺旋の内部がイオンビームの輸送経路となる。
【００３５】
図２に示すように第１の被覆導線１１は導線１１ａと被覆部１１ｂによって構成されている。導線１１ａは、例えば、銅などの柔らかい金属線を用いることが好ましい。これにより、可塑性のあるガイドを作製することができる。被覆部１１ｂは、絶縁材料によって構成されている。被覆部１１ｂは導電材料からなる導線１１ａを被覆している。被覆部１１ｂの絶縁材料として、エナメルやポリイミドを用いることができる。もちろん、絶縁材料として、これら以外のプラスチックや樹脂を用いることが可能である。また、市販の被覆導線をそのまま利用することも可能である。これにより、製造コストを低減することができる。このように、導線１１ａの外周が絶縁材料で覆われることになる。導線１１ａの側面が絶縁材料で覆われることなるため、導線１１ａが被覆部１１ｂによって保護される。
【００３６】
第２の被覆導線１２も第１の被覆導線１１と同様の構成をしている。すなわち、導線１２ａが被覆部１２ｂによって被覆されている。もちろん、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２は、同じ径で同じ材料によって形成することが好ましい。このように、被覆導線を用いることによって、第１の被覆導線１１の導線１１ａと第２の被覆導線１２の導線１２ａが短絡するのを防ぐことができる。また、第１の被覆導線１１の導線１１ａや第２の被覆導線１２の導線１２ａが、導電体１３と短絡するのを防ぐことができる。
【００３７】
導線１１ａ、１２ａの径は、輸送するイオンの質量や、ガイド装置１００の大きさによって決められている。すなわち、輸送するイオンの質量電化比や、輸送距離によって、導線１１ａ、１２ａの径を決めることができる。
【００３８】
第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２は同じピッかつ同じ径で螺旋状に巻かれている。螺旋状に巻かれた第１の被覆導線１１と螺旋状に巻かれた第２の被覆導線１２が二重螺旋を構成するように組み合わされている。従って、第１の被覆導線１１による螺旋と第２の被覆導線１２による螺旋が絡み合うようになる。これにより、図２のように、イオンビームの進行方向において、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２が交互に配置されることなる。第１の被覆導線１１の隣接する２つの巻きの間に、第２の被覆導線１２の巻きが配置される。同様に、第２の被覆導線１２の隣接する２つの巻きの間に、第１の被覆導線１１の巻きが配置される。第１の被覆導線１１の隣には、第２の被覆導線１２が配置される。螺旋の内径、ピッチなどは、輸送するイオンの質量やエネルギーによって決めることができる。
【００３９】
そして、第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２の螺旋の外側に、導電体１３が配設されている。この導電体１３は、上記のようにＤＣ電源２３に接続されている。このＤＣ電源２３から被覆部１１ｂ、１２ｂの帯電による電位変化を補償するためのバイアス電圧が印加される。第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２の表面には、絶縁性の被覆部１１ｂ、１２ｂが設けられている。従って、輸送中のイオンが被覆部１１ｂ、被覆部１２ｂに衝突すると、帯電していく。すなわち、絶縁性の被覆部１１ｂ、１２ｂに付着したイオンは移動することができないため、表面に留まることになる。被覆部１１ｂ、１２ｂの帯電量に応じて、螺旋内部のポテンシャル（電位）が変化することになる。すなわち、被覆部１１ｂ、１２ｂの帯電によって、ＲＦ電圧によって生成される有効ポテンシャルに影響が及んでしまう。
【００４０】
ここで、被覆部１１ｂ、１２ｂは、ほぼ一様に帯電することになる。すなわち、電荷密度が高いところでは、ポテンシャルが高くなる。このため、電荷密度の高い箇所を避けてイオンが衝突することになる。すなわち、電荷密度が低いところほど、新たなイオンが衝突しやすくなる。これにより、被覆部１１ｂ、１２ｂは、比較的均一に帯電することになる。単純には、イオンガイドの偏倚が別の電位に変化することになる。
【００４１】
従って、被覆部１１ｂ、１２ｂの一様な帯電によって生じる電位を補償するために、バイアス電圧を導電体１３に印加する。すなわち、ＤＣ電源２３によって、一定のＤＣ電圧を導電体１３に印加することで、偏倚を調整することができる。これにより、螺旋部１０の中心軸において、帯電によって発生した電位がバイアス電圧によってキャンセルされる。換言すると、帯電によるポテンシャルの変化分を補償するようなバイアス電圧を導電体１３に印加する。これにより、帯電の影響を軽減することができ、所望の有効ポテンシャルを得ることができる。ＤＣ電源２３は、ＲＦ電源２１、２２と独立して制御可能であるため、電圧を容易に調整することができる。
【００４２】
具体的の調整方法の一例について説明する。適当な電圧を第１の被覆導線１１、第１の被覆導線１２、導電体１３に印加した状態で、ガイド装置１００から出射されるイオンをイオン検出器で検出する。そして、イオン検出器で検出されるイオンの電流をモニターしながら、ＤＣ電源２３を調整する。帯電が飽和するよう一定時間経過した後、イオン電流が高くなるようにバイアス電圧を調整する。これにより、螺旋の中心軸において、帯電による電位変化を打ち消すようにバイアス電位を調整することができる。よって、簡便な調整で、効率よくイオンを輸送することができる。バイアス電圧の調整している間、螺旋の内側にイオンが衝突して、被覆部１１ｂ、１２ｂが帯電していくことになる。螺旋の中心軸において、帯電による電位を打ち消すようにバイアス電位を調整したとしても、螺旋の内側における被覆部１１ｂの表面近傍では、帯電による電位変化分がバイアス電位よりも大きくなっている。すなわち、導電体１３から被覆部１１ｂ、１２ｂ表面までの距離は、帯電箇所から被覆部１１ｂ、１２ｂ表面までの距離よりも大きくなっている。このため、螺旋の中心軸において帯電による電位変化とバイアス電圧が同程度であったとしても、導電体１３の表面では帯電による影響の方が大きい。これにより、一定時間経過後には、帯電が飽和状態となる。このときに、イオン電流が高くなるようにバイアス電圧を調整することで安定してイオンを輸送することができる。なお、導電体１３は、ＲＦ交流の中心電位と接続することも可能である。すなわち、ＲＦ電圧のオフセット電圧（中心電位）に応じて、導電体１３の電圧を変化させることも可能である。また、導線１１ａ、導線１２ａに対してＤＣ電圧を重畳して印加してもよい。すなわち、導線１１ａ、導線１２ａに対して、同じＤＣ電圧が重畳されたＲＦ電圧を印加することもできる。
【００４３】
また、第１の被覆導線１１、第２の被覆導線１２として可塑性を有する材料を選ぶことによって、イオンガイドを任意の形状にすることができる。すなわち、イオンの輸送経路を図３に示すように屈曲させる。図３では、ガイド装置１００の途中に屈曲部１５を設けて、イオンの輸送方向を変えている。これにより、所望の位置まで簡便に輸送することができる。すなわち、輸送途中でも任意の方向にイオンの向きを変えることができる。また柔構造とすることで、容易に螺旋部１０を変形することができる。弾性のある材料を被覆導線に用いることで、ガイド装置１００全体を柔軟なままにしておくこともできる。これにより、螺旋の位置を容易に固定できるようになり、イオンの輸送経路を所望の位置にすることができる。また、可塑性を有する導電体１３が螺旋部１０を包むように設けられている。したがって、導電体１３は、第１の被覆導線１１及び第１の被覆導線１２と同様に変形する。これにより、螺旋部１０を屈曲させて複雑な形状とした場合でも、所望のポテンシャルを正確に発生させることができる。
【００４４】
また、被覆導線を用いているため、屈曲部１５を形成したとしても、第１の被覆導線１１と第２の被覆導線１２が短絡することがない。導線１１ａ、導線１２ａとの絶縁を保つための碍子などが不要となる。容易に螺旋部１０の形状を変化させることができる。よって、真空チャンバー等への取り付けを容易に行うことができる。もちろん、屈曲部１５において、螺旋を滑らかに湾曲させてもよい。
【００４５】
なお、導電体１３を真空保持用の真空配管を用いて構成することも可能である。例えば、筒状の真空配管を用いて、螺旋部１０を包む。なお、屈曲部１５が設けられている場合は、屈曲可能なベローズ配管を用いる。金属配管やベローズ配管などの真空配管を導電体１３として利用する。これにより、導電体１３を真空保持用の部品とを共通化することができる。よって、構成を簡素化することができる。
【００４６】
また、螺旋の内径を変化させることも可能である。たとえば、図３に示すように、螺旋部１０に変化部１６を設けて、螺旋の内径を変化させる。図３に示すように変化部１６では、徐々に内径が小さくなっていく。このように円錐的な形状の螺旋部１０を作製することにより、イオン分布を空間的に収束させることができる。このイオンガイドを利用したイオンペンのようなものも製作可能である。たとえば、鋼鉄製のコイルなど、弾性の高い導線でイオンガイドを製作する。そして、この先端にイオン収束レンズとｘ−ｙマニピュレータ（遠隔操縦器）に取り付ける。このマニピュレータを操作することによって、イオンビームの収束位置を操作することが可能である。
【００４７】
次に、ガイド装置１００の製造方法については、説明する。まず第１の被覆導線１１及び第２の被覆導線１２となる１対の被覆導線を用意する。さらに、適切な外形を有する円筒（ポール）を用意する。この円筒をひな形として、１対の被覆導線を円筒の外周に巻きつけていく。巻き付けられた被覆導線は、そのまま円筒形をしている。すなわち、ひな形として用意した円筒の形状を反映することになる。これにより、必要な内径及び長さの螺旋部１０を形成することができる。なお、円筒に被覆導線を巻き付ける際には、２本の被覆導線を同時に巻きつけてもよい。あるいは、２本の被覆導線を交互に巻き付けてもよい。さらには、２本の被覆導線を１巻きずつ交互に巻きつけてもよい。なお、ひな形となるポールは、円柱形状に限らず、柱状であればよい。また、螺旋の径が変化する変化部１６を設ける場合は、ポールの外径を途中で変化させればよい。そして、螺旋部を金属網で包みこんで、導電体１３を取り付ける。そして、導電体１３の取り付けが完了したら、内部の円筒を取り外す。すなわち、螺旋の中から、円筒を引き抜く。これにより、ガイド装置１００が完成する。
【００４８】
また、別の製造方法について説明する。ここでは、被覆導線からなるばねを二つ用意する。それらを互いに組み合わせて、ねじり合わせる。これにより、二重螺旋構造の螺旋部１０が形成される。この場合、弾性の高いイオンガイドを作製することができる。なお、被覆導線を円筒に対して螺旋状に巻き付けることでばねを作製してもよい。そして、螺旋部を金属網で包みこむ。
【００４９】
また、これらの製造方法を用いて製造したガイド装置に対して屈曲部１５を形成する場合、螺旋部１０やその周辺に力を加えてイオンガイドを変形させる。すなわち、螺旋部１０を折り曲げて、イオンの輸送方向に応じて螺旋部１０を変形させる。これにより、螺旋部１０に屈曲部１５が形成される。よって、輸送経路を自由に変えることができ、所望の位置までの輸送を容易に行うことができる。
【００５０】
なお、上記の説明では、２つの被覆導線を組み合わせたが、３以上の被覆導線を組み合わせてもよい。すなわち、複数の被覆導線が多重螺旋を構成するように配置して、それぞれに異なる位相のＲＦ電圧を印加する。たとえば、３本の被覆導線を用いる場合、１２０度ずつ異なる位相で、ＲＦ電圧を印加する。この場合、３本の被覆導線に互いに絡み合うような三重螺旋構造が形成される。そして、３本の被覆導線が交互に配置されていく。また、４本の被覆導線を用いる場合、９０度ずつ異なる位相で、ＲＦ電圧を印加する。この場合、４本の被覆導線に互いに絡み合うような四重螺旋構造が形成される。そして、４本の被覆導線が交互に配置されていく。このような多重螺旋構造とした場合でも、同様の効果を得ることができる。また、上記の説明では、正イオンを輸送する例について説明したが、正イオン以外の荷電粒子についても同様に輸送することができる。上記のイオンガイドは、質量分析装置への利用に好適である。
【００５１】
実施の形態２．
実施の形態２にかかるガイド装置について、図４乃至図６を用いて説明する。本実施の形態では、被覆導線を用いずに形成されたガイド装置の構造とその製造方法について説明する。なお、実施の形態１と共通な部分については、説明を省略する。例えば、引き出し部や電源の構成、及び印加電圧については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００５２】
まず、図４に示すように、絶縁性のテープ３３を用意する。そして、第１の導線３１、及び第２の導線３２（以下、まとめて導線３１、３２とする）をテープ３３の表面に付着させる。この導線３１が実施の形態１で示した第１の被覆導線１１の導線１１ａに対応し、導線３２が第１の被覆導線１２の導線１２ｂに対応する。例えば、粘着テープの粘着面に導線３１、３２を粘着させていく。あるいは、テープ３３の一部を溶かすことによって、導線３１、３２を固定してもよい。もちろん、導線３１、３２に接着材を付着させて、導線３１、３２をテープ３３に固定してもよい。
【００５３】
第１の導線３１、及び第２の導線３２は、絶縁体で被覆されていない裸銅線である。ここでは、テープ３３の長手方向に沿って２本の導線３１、３２が平行に配置されている。なお、２本の導線３１、３２が所定の間隔を隔てていれば、平行になっていなくでもよい。すなわち、第１の導線３１が第２の導線３２と短絡していなければよい。
【００５４】
そして、図５に示すようにテープ３３を螺旋状に巻いていく。これにより、テープ３３が円筒状になり、導線３１、３２が螺旋状になる。ここでは、導線３１、３２が円筒の内側になるように、テープ３３を巻いている。そして、実施の形態１と同様に、螺旋部を導電体１３で包む。これにより、図６に示すようになる。なお、図６は、ガイド装置の一部の構成を示す側面図である。このように、２本の導線３１、３２が螺旋状に巻かれた螺旋部１０が構成される。螺旋部１０では、２本の導線３１、３２付きのテープ３３が絶縁性の筒状部材を構成する。この螺旋部１０の外側の側面が導電体１３で覆われる。また、螺旋部１０の内側、すなわち、螺旋状のテープ３３の内側では、導線３１、３２が露出していることになる。従って、導線３１、３２の片面だけが絶縁体で被覆されている。テープ３３によって形成された円筒の内部をイオンが通過する。そして、イオンは、導線３１、３２によって発生した電場の影響を受けながら、飛行する。
【００５５】
導線３１、３２に適当な硬さのものを用いることで、筒状部材の形状が保持される。すなわち、通常の使用時には一定の形状で保持され、ユーザによって力が加わった時に変形する程度の硬さになるよう、導線３１、３２の太さや材料を選択する。また、導線３１、導線３２が固定されているため、ガイド方向を任意の方向に変えたとしても、導通しない。例えば、螺旋部１０に、図３で示した屈曲部１５を設けたとしても、短絡しない。これにより、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。もちろん、テープ３３の螺旋の径を変えることで、変化部１６を設けてもよい。
【００５６】
また、導線３１、３２の両面を絶縁体で被覆してもよい。例えば、２枚の絶縁性テープを用意して、導線３１、３２を挟み込むようにしてもよい。すなわち、導線３１、３２が付着されたテープ３３の上から、もう一枚のテープを貼り付ける。これにより、対向配置された２枚のテープに導線３１、３２が挟まれる。これにより、導線３１、３２の短絡を確実に防ぐことができる。また、本実施の形態では、テープ３３の帯電量に応じてバイアス電圧を調整する。
【００５７】
本実施の形態にかかるガイド装置を用いることで、所望の位置まで、簡便に荷電粒子を輸送することができる。なお、本実施の形態においても、３重以上の螺旋構造としてもよい。また、導電体１３に真空保持用の真空配管を用いてもよい。
【００５８】
実施の形態３．
本実施の形態にかかるガイド装置について図７を用いて説明する。図７は、ガイド装置の構成を模式的に示す図である。また、図７では、導電体１３について省略している。
【００５９】
本実施の形態では、絶縁性の筒状部材が中空のホース３４によって形成されている。すなわち、実施の形態２ではテープ３３によって絶縁性の筒状部材を形成したが、本実施の形態ではホース３４によって、絶縁性の筒状部材を形成している。なお、実施の形態１、２で説明した内容と共通の内容については説明を省略する。例えば、絶縁性の筒状部材以外の構成は、実施の形態２と同様であるため説明を省略する。
【００６０】
ホース３４は、絶縁性の樹脂から形成されている。そして、円筒状のホース３４に螺旋状の導線３１、３２が埋め込まれている。導線３１、３２は、ホース３４によって、ホース３４の肉厚部分に固定されている。なお、導線３１、３２は、裸銅線でよい。
【００６１】
本実施の形態にかかるガイド装置の製造方法について説明する。まず、絶縁性の筒状部材となる樹脂を用意して、この樹脂に導線３１、３２を埋め込んでいく。例えば、ジェル状の樹脂を用意する。すなわち、粘性の高い樹脂を用意する。この樹脂は、所定の処理を行うことで硬化反応を示す硬化性樹脂である。例えば、熱硬化性や光硬化性の樹脂を用いてもよい。そして、ジェル状の樹脂に２本の導線３１、３２を埋め込んでいく。もちろん、２本の導線３１、３２は、絶縁を保ちながら埋め込まれていく。このとき、樹脂は、ホース状になっていてよく、他の形状であってもよい。例えば、円柱状になっていもよい。
【００６２】
２本の導線３１，３２を埋め込み終わったら、樹脂を硬化させる。これにより、樹脂がホース状になるとともに、導線３１、３２がホース３４内で固定される。すなわち、螺旋部１０を有する樹脂製ホース３４が形成される。この状態では、第１の導線３１と第２の導線３２が絶縁を保った状態で、第１の導線３１と第２の導線３２が樹脂に囲まれる。第１の導線３１と第２の導線３２とは、所定の間隔を隔てた状態で樹脂内に埋め込まれていく。なお、樹脂を硬化して円柱を形成した後、その中心をくり抜くことで、樹脂製ホースを形成してもよい。
【００６３】
このように樹脂に対して硬化処理を行うことで、二重螺旋構造を有する螺旋部１０が形成される。よって、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。また、導線３１，３２が樹脂からなるホース３４に埋め込まれて、固定されるため、任意の硬さの導線を用いることができる。また、導電体１３に真空保持用の真空配管を用いてもよい。また、本実施の形態では、ホース３４の帯電量に応じてバイアス電圧を調整する。
【００６４】
ホース３４の内部をイオンが通過する。そして、イオンは、導線３１、３２によって発生した電場の影響を受けながら、飛行する。本実施の形態にかかるガイド装置を用いることで、所望の位置まで、簡便に荷電粒子を輸送することができる。なお、本実施の形態においても、３重以上の螺旋構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の実施の形態１にかかるガイド装置の構成を模式的に示す図である。
【図２】ガイド装置の螺旋部の構成を示す側面断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るガイド装置の変形例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかるガイド装置の構造及び製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態２にかかるガイド装置の構造及び製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかるガイド装置の構造及び製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかるガイド装置の構造及び製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０  螺旋部
１１  第１の被覆導線
１１ａ  導線
１１ｂ  被覆部
１２  第１の被覆導線
１２ａ  導線
１２ｂ  被覆部
１３  導電体
１５  屈曲部
１６  変化部
２１  ＲＦ電源
２２  ＲＦ電源
２３  ＤＣ電源
３１  第１の導線
３２  第２の導線
３３  テープ
３４  ホース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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