(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
減圧状態の筐体内で動作するイオン検出器において、
荷電粒子の入射に応答して電子を放出する電子増倍部であって、前記荷電粒子が到達する入力部と、前記電子を放出する出力部と、を有する電子増倍部と、
少なくとも一部が前記電子増倍部の前記入力部に設けられた入力側電極と、
少なくとも一部が前記電子増倍部の前記出力部に設けられた出力側電極と、
少なくとも前記入力側電極を取り囲む構造を有するシールド構造体と、
前記入力側電極の電位を設定するための入力側ケーブルであって、前記筐体を貫通した状態で一端が前記入力側電極に電気的に接続された入力側ケーブルと、
前記入力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに前記入力側ケーブルの長手方向に沿って延びた第１絶縁被覆であって、前記筐体の内壁から前記入力側電極に向かって延びた部分を含む第１絶縁被覆と、
を備えたイオン検出器であって、
前記シールド構造体は、１またはそれ以上の部材により構成されるとともに、前記１またはそれ以上の部材それぞれが金属材料または絶縁性材料からなり、
前記シールド構造体は、前記金属材料からなる部材として前記シールド構造体の一部を構成するとともに前記電子増倍部の前記入力部に対面するように配置されたメッシュ窓を有し、
前記第１絶縁被覆の前記部分は、前記入力側ケーブルの前記外周面のうち、少なくとも、前記筐体の前記内壁から前記シールド構造体までの露出領域全体を覆っている、
イオン検出器。
【請求項２】
前記シールド構造体は、前記筐体から物理的に分離した状態で前記筐体内に配置されている、請求項１に記載のイオン検出器。
【請求項３】
前記第１絶縁被覆は、樹脂材料からなる、請求項１または２に記載のイオン検出器。
【請求項４】
前記シールド構造体は、前記入力側電極を取り囲む入力側シールド部と、前記入力側シールド部とは物理的に分離されるとともに前記出力側電極を取り囲む出力側シールド部と、を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のイオン検出器。
【請求項５】
前記シールド構造体は、前記入力側電極および前記出力側電極の双方を取り囲む構造を有する、請求項１〜３の何れか一項に記載のイオン検出器。
【請求項６】
前記シールド構造体は、前記入力側電極と前記出力側電極の間に配置された、絶縁性材料からなるセパレータを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のイオン検出器。
【請求項７】
前記入力側電極が前記入力部として機能するとともに、前記出力側電極が前記出力部として機能する、請求項５に記載のイオン検出器。
【請求項８】
前記出力側電極の電位を設定するための出力側ケーブルであって、前記筐体を貫通した状態で一端が前記出力側電極に電気的に接続された出力側ケーブルと、
前記出力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに前記出力側ケーブルの長手方向に沿って延びた第２絶縁被覆であって、前記筐体の内壁から前記出力側電極に向かって延びた部分を含む第２絶縁被覆と、
を更に備えた、請求項１〜７のいずれか一項に記載のイオン検出器。
【請求項９】
前記第２絶縁被覆は、樹脂材料からなる、請求項８に記載のイオン検出器。
【請求項１０】
前記メッシュ窓は、グランド電位に設定されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のイオン検出器。
【請求項１１】
前記シールド構造体を構成する前記金属材料からなる部材のうち特定の部材は、前記入力側電極から当該特定の部材までの最短距離が１ｃｍ以下になるように、配置されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のイオン検出器。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のイオン検出器と、
少なくとも前記イオン検出器を収納する筐体であって、１またはそれ以上の部材により構成されるとともに、前記１またはそれ以上の部材それぞれが金属材料または絶縁性材料からなる筐体と、
を備えた測定装置。
【請求項１３】
１またはそれ以上の部材により構成されるとともに、前記１またはそれ以上の部材それぞれが金属材料または絶縁性材料からなる筐体と、
荷電粒子の入射に応答して電子を放出する、前記筐体内に収納されたイオン検出部であって、前記荷電粒子が到達する入力部と前記電子を放出する出力部とを有する電子増倍部と、少なくとも一部が前記電子増倍部の前記入力部に設けられた入力側電極と、少なくとも一部が前記電子増倍部の前記出力部に設けられた出力側電極と、を含むイオン検出部と、
前記筐体内に設けられたシールド構造体であって、少なくとも前記入力側電極を取り囲む構造を有するシールド構造体と、
前記入力側電極の電位を設定するための入力側ケーブルであって、前記筐体を貫通した状態で一端が前記入力側電極に電気的に接続された入力側ケーブルと、
前記入力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに前記入力側ケーブルの長手方向に沿って延びた絶縁被覆であって、前記筐体の内壁から前記入力側電極に向かって延びた部分を含む絶縁被覆と、
を備えた測定装置であって、
前記シールド構造体は、１またはそれ以上の部材により構成されるとともに、前記１またはそれ以上の部材それぞれが金属材料または絶縁性材料からなり、
前記シールド構造体は、前記金属材料からなる部材として前記シールド構造体の一部を構成するとともに前記電子増倍部の前記入力部に対面するように配置されたメッシュ窓を有し、
前記シールド構造体の少なくとも一部は、前記筐体により構成され、
前記絶縁被覆の前記部分は、前記入力側ケーブルの前記外周面のうち、少なくとも、前記筐体の前記内壁から前記シールド構造体までの露出領域全体を覆っている、
測定装置。
【請求項１４】
試料をイオン化し、生成されたイオンを加速した状態で放出するイオン化部と、
前記イオン化部から放出されるイオンのうち特定のイオンを分離する分離部と、
前記分離部により分離された前記特定のイオンを検出する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載されたイオン検出器であって、前記分離部と前記入力側電極との間に前記メッシュ窓が位置するよう配置されたイオン検出器と、
少なくとも前記イオン化部、前記分離部、および前記イオン検出器を収納する筐体と、
を備えた質量分析装置。
【請求項１５】
試料をイオン化し、生成されたイオンを加速した状態で放出するイオン化部と、
前記イオン化部から放出されるイオンのうち特定のイオンを分離する分離部と、
前記分離部により分離された前記特定のイオンの入射に応答して電子を放出するイオン検出部であって、前記特定のイオンが到達する入力部と前記電子を放出する出力部とを有する電子増倍部と、少なくとも一部が前記電子増倍部の前記入力部に設けられた入力側電極と、少なくとも一部が前記電子増倍部の前記出力部に設けられた出力側電極と、を含むイオン検出部と、
少なくとも前記入力側電極を取り囲む構造を有するシールド構造体と、
少なくとも前記イオン化部、前記分離部、前記イオン検出部、および前記シールド構造体を収納する筐体と、
前記入力側電極の電位を設定するための入力側ケーブルであって、前記筐体を貫通した状態で一端が前記入力側電極に電気的に接続された入力側ケーブルと、
前記入力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに前記入力側ケーブルの長手方向に沿って延びた絶縁被覆であって、前記筐体の内壁から前記入力側電極に向かって延びた部分を含む絶縁被覆と、
を備えた質量分析装置であって、
前記シールド構造体は、１またはそれ以上の部材により構成されるとともに、前記１またはそれ以上の部材それぞれが金属材料または絶縁性材料からなり、
前記シールド構造体は、前記金属材料からなる部材として前記シールド構造体の一部を構成するとともに前記電子増倍部の前記入力部に対面するように配置されたメッシュ窓を有し、
前記シールド構造体の少なくとも一部は、前記筐体により構成され、
前記絶縁被覆の前記部分は、前記入力側ケーブルの前記外周面のうち、少なくとも、前記筐体の前記内壁から前記シールド構造体までの露出領域全体を覆っている、
質量分析装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン検出器、測定装置および質量分析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子の入射に応答して電子を放出する電子増倍部を有するイオン検出器は、種々の技術分野へ応用されている。例えば、電子増倍部を有するイオン検出器は、質量分析装置（mass spectrometry）等の測定装置に適用可能であり、高真空状態（０．１Ｐａ未満）に維持された筐体内で動作する。このようなイオン検出器としては、例えば特許文献１〜特許文献３に開示された検出器が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１８１３３６号公報
【特許文献２】特開２００９−２８９６００号公報
【特許文献３】特開平５−８０１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
発明者らは、上述の従来技術について検討した結果、以下のような課題を発見した。すなわち、上述のような質量分析では両極性のイオン（荷電粒子）が検出対象となり得るが、従来のイオン検出器は高真空状態に維持された筐体内でなければ十分な検出精度が得られない。すなわち、近年、装置の小型化や低コスト化を実現するために低真空状態（０．１Ｐａ以上）でのイオン検出が要望されているが、低真空状態での検出精度の維持が難しいのが現状である。
【０００５】
検出精度の維持を難しくしている主な原因は、低真空状態の筐体内に残留する不要なガスの存在である。筐体内で動作するイオン検出器では、電子増倍部の入力部側に配置された入力側電極に絶対値の大きな電圧（正または負のいずれでもよい）が印加される。入力側電極に正または負の電圧が印加されると、該入力側電極からグランド電位に設定される筐体の内壁に向かって急激な電位勾配が広がってしまう。一方、相対的に負の電位となる箇所からは周辺に電子が放出されており、放出された電子が不要な残留ガス分子に衝突することでイオンが発生してしまう。一般的に、電子の平均自由行程は、真空度１Ｐａで２５ｍｍ、真空度５Ｐａで５ｍｍ、真空度１０Ｐａで２．５ｍｍである。このようなメカニズムで発生した不要なイオンが上述の電位勾配により加速されて電子増倍部の入力部に入射すると、新たな電子が放出されるとともにノイズ成分となるダーク電流が発生する。
【０００６】
なお、上記特許文献１のイオン検出器は、電子増倍部の入力部側にメッシュ電極が配置されているが、入力側電極により形成される電位勾配をブロックする構造がない。また、各電極を任意電位に設定するための配線の被覆もない。そのため、上記特許文献１のイオン検出器では、筐体と高電圧部間の放電で発生する不要なイオンを抑制すること、電子増倍部やアノードへの不要なイオンの到達を遮断すること、更に、配線の放電を防ぐことができない。また、上記特許文献２および３のイオン検出器においても、絶対値の大きな電圧が印加される電極部分および配線部分が露出しており、不要なイオンの発生と電子増倍部、アノード等への不要なイオンの到達を阻止することができない。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ノイズ成分となるダーク電流の発生を効果的に抑制するための構造を備えたイオン検出器、該イオン検出器を含む測定装置、および該イオン検出器を含む質量分析装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態に係るイオン検出器は、減圧状態の筐体内で動作する検出器であって、電子増倍部と、入力側電極と、出力側電極と、シールド構造体と、メッシュ窓と、高電圧ケーブルと、高電圧ケーブルの外周面を覆う絶縁被覆と、を備える。電子増倍部は、荷電粒子の入射に応答して電子を放出する。また、電子増倍部は、荷電粒子が到達する入力部と、電子を放出する出力部と、を有する。入力側電極は、少なくとも一部が電子増倍部の入力部に設けられている。出力側電極は、少なくとも一部が電子増倍部の出力部に設けられている。シールド構造体は、入力電極を含む制限された空間内への該入力側電極を起点とした全方位に広がる電位勾配の閉じ込め、および、放電のトリガーとなり得る要素（不要なイオンや電子）の到達防止、の少なくともいずれかを実現するため、少なくとも入力側電極を取り囲む構造を有する。また、シールド構造体は、１またはそれ以上の部材により構成される。１またはそれ以上の部材それぞれは、金属材料または絶縁性材料（ガラス、セラミック、樹脂等が含まれる）からなる。メッシュ窓は、金属材料からなる部材としてシールド構造体の一部を構成する。メッシュ窓は、所定距離だけ離間した状態で、電位勾配を変形させる構造的要素（例えば、金属部材の一部や絶縁部材の一部）により妨害されることなく電子増倍部の入力部に直接対面するように配置されている。絶縁被覆で外周面が覆われた高電圧ケーブルには、少なくとも、一端が入力側電極に電気的に接続された入力側ケーブルが含まれる。入力部および／または出力部に高電圧を印加するため、各電極に接続されるケーブルは、筐体の外部から内部へ導入されるよう配置されている（筐体を貫通した状態で該筐体によって保持される）。また、絶縁被覆は、シールド構造体の内外で発生するであろう不要はイオンの移動を制限するため、入力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに該入力側ケーブルの長手方向に沿って延びた被覆構造を有し、筐体の内壁から入力側電極に向かって延びた部分を含む。
【０００９】
なお、本発明に係る各実施形態は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに十分に理解可能となる。これら実施例は単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものと考えるべきではない。
【００１０】
また、本発明のさらなる応用範囲は、以下の詳細な説明から明らかになる。しかしながら、詳細な説明及び特定の事例はこの発明の好適な実施形態を示すものではあるが、例示のためにのみ示されているものであって、本発明の範囲における様々な変形および改良はこの詳細な説明から当業者には自明であることは明らかである。
【発明の効果】
【００１１】
本実施形態に係るイオン検出器は、減圧状態の筐体内において、入力電極を含む制限された空間内への該入力側電極を起点とした全方位に広がる電位勾配の閉じ込め、および、放電のトリガーとなり得る要素（不要なイオンや電子）の到達防止、の少なくともいずれかを実現するシールド構造体と、不要なイオンの移動を制限するブロック構造と、を備える。この構成により、筐体とイオン検出器の高電圧部（例えば、入力側電極、出力側電極、高電圧ケーブル等）との間の放電に起因した不要なイオンの発生を抑制することが可能になる。また、筐体内で不要なイオンが発生した場合でも該不要なイオンが電子増倍部に向けて加速されることがなくなる。すなわち、不要なイオンの発生や該不要なイオンの電子増倍部への入射が生じる環境（入力側電極により形成される電位勾配）をシールド構造体等がキャンセルすることにより、ノイズ成分となるダーク電流の発生が効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係るイオン検出器が適用可能な測定装置の一例として、質量分析装置の代表的な構造を示す図である。
【図２】本実施形態に係るイオン検出器の第１構成例を示す図である。
【図３】本実施形態に係るイオン検出器の第２および第３構成例を示す図である。
【図４】図２および図３（ａ）に示されたイオン検出器２００Ａ、２００Ｂの内部構造を動作に着目して簡略化した概念図である。
【図５】真空チャンバ内圧力（真空度）と放電電圧の関係を示すグラフである。
【図６】電極間距離、真空チャンバ内圧力（真空度）、放電電圧の関係（パッシェンの法則）を示すグラフである。
【図７】高真空状態における印加電圧とゲインの関係を示すグラフである。
【図８】真空チャンバ内圧力（真空度）とダーク電流の関係、および、真空チャンバ内圧力（真空度）とゲインの関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係るイオン検出器に適用可能な種々のシールド構造を示す図である（その１）。
【図１０】本実施形態に係るイオン検出器に適用可能な種々のシールド構造を示す図である（その２）。
【図１１】本実施形態に係るイオン検出器に適用可能な種々のシールド構造を示す図である（その３）。
【図１２】本実施形態に係るイオン検出器に適用可能な種々のシールド構造を示す図である（その４）。
【図１３】本実施形態に係るイオン検出器に適用可能な種々のシールド構造を示す図である（その５）。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[本願発明の実施形態の説明]
最初に本願発明の実施形態の内容をそれぞれ個別に列挙して説明する。
【００１４】
（１）  本実施形態に係るイオン検出器は、減圧状態の筐体内で動作する検出器であって、その一態様として、電子増倍部と、入力側電極と、出力側電極と、シールド構造体と、メッシュ窓と、高電圧ケーブルと、該高電圧ケーブルの外周面を覆う第１絶縁被覆と、を少なくとも備える。電子増倍部は、荷電粒子の入射に応答して電子を放出する。また、電子増倍部は、荷電粒子が到達する入力部と、電子を放出する出力部と、を有する。入力側電極は、少なくとも一部が電子増倍部の入力部に設けられている。出力側電極は、少なくとも一部が電子増倍部の出力部に設けられている。シールド構造体は、入力電極を含む制限された空間内への該入力側電極を起点とした全方位に広がる電位勾配の閉じ込め、および、放電のトリガーとなり得る要素（不要なイオンや電子）の到達防止、の少なくともいずれかを実現するため、少なくとも入力側電極を取り囲む構造を有する。また、シールド構造体は、１またはそれ以上の部材により構成される。１またはそれ以上の部材それぞれは、金属材料または絶縁性材料（ガラス、セラミック、樹脂等が含まれる）からなる。メッシュ窓は、金属材料からなる部材としてシールド構造体の一部を構成する。メッシュ窓は、所定距離だけ離間した状態で、電位勾配を変形させる構造的要素（例えば、金属部材の一部や絶縁部材の一部）により妨害されることなく電子増倍部の入力部に直接対面するように配置されている。したがって、電子増倍部の入力部とメッシュ窓との間の空間には、入力側電極の一部を除き、金属部材、絶縁物等の障害物は存在しない。なお、メッシュ窓を有するシールド構造体は、筐体内での不要なイオンの発生を抑制するとともに該不要なイオンの移動を制限する機能を実現している。
【００１５】
また、当該イオン検出器において、第１絶縁被覆で外周面が覆われた高電圧ケーブルには、少なくとも、一端が入力側電極に電気的に接続された入力側ケーブルが含まれる。入力部および／または出力部に高電圧を印加するため、各電極に接続されるケーブルは、筐体の外部から内部へ導入されるよう配置されている（筐体を貫通した状態で該筐体によって保持される）。また、第１絶縁被覆は、シールド構造体の内外で発生するであろう不要なイオン（このような不要なイオンや電子は放電のトリガーとなり得る）の移動を制限するため、入力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに該入力側ケーブルの長手方向に沿って延びた被覆構造を有する。また、第１絶縁被覆は、筐体の内壁を起点として、該内壁から入力側電極に向かって延びた部分を含む。例えば、上述のシールド構造体の一部が、当該イオン検出器を収納する筐体の一部によって構成されている場合、筐体の内壁から入力側電極に向かって延びた部分の長さ（入力側ケーブルの長手方向に沿った長さ）は、筐体の内壁と入力側電極の最短距離の１／２以上であるのが好ましい。
【００１６】
（２）本実施形態の一態様として、シールド構造体は、筐体から物理的に分離した状態で該筐体内に配置されてもよい。この場合、第１絶縁被覆の部分（筐体の内壁から入力側電極に向かって延びた部分）は、入力側ケーブルの外周面のうち、少なくとも、筐体の内壁からシールド構造体までの露出領域全体を覆うのが好ましい。更に、本実施形態の一態様として、第１絶縁被覆は、例えば、テフロン（登録商標）、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料からなるのが好ましい。
【００１７】
（３）  本実施形態の一態様として、シールド構造体は、入力側電極を取り囲む入力側シールド部と、入力側シールド部とは物理的に分離されるとともに出力側電極を取り囲む出力側シールド部と、を含んでもよい。一方、本実施形態の一態様として、シールド構造体は、入力側電極および出力側電極の双方を取り囲む構造を有してもよい。更に、本実施形態の一態様として、シールド構造体は、入力側電極と出力側電極の間に配置された、絶縁性材料からなるセパレータを含んでもよい。いずれの構造においても、ダーク電流の発生を効果的に抑制することができる。
【００１８】
（４）  本実施形態の一態様として、入力側電極は電子増倍部の入力部として機能してもよい。また、出力側電極は電子増倍部の出力部として機能してもよい。この場合、複数段のダイノードとアノードで構成されたダイノードユニットにより構成された電子増倍部が、本実施形態に係るイオン検出器に適用可能になる。なお、本態様では、初段のダイノード（電極）が入力部として機能し、最終段に位置するアノードへ電子を供給するダイノード（電極）が出力部として機能する。
【００１９】
（５）  本実施形態の一態様として、当該イオン検出器は、出力側電極の電位を設定するための出力側ケーブルであって、筐体を貫通した状態で一端が出力側電極に電気的に接続された出力側ケーブルと、出力側ケーブルの外周面上に設けられるとともに該出力側ケーブルの長手方向に沿って延びた第２絶縁被覆と、を更に備えてもよい。出力側ケーブルの外周面上に設けられる第２絶縁被覆も、上述の第１絶縁被覆と同様に、筐体の内壁を起点として、該内壁から出力側電極に向かって延びた部分を含む。第２絶縁被覆の部分（筐体の内壁から出力側電極に向かって延びた部分）の長さ（出力側ケーブルの長手方向に沿った長さ）も、筐体の内壁と出力側電極の最短距離の１／２以上であるのが好ましい。シールド構造体が筐体から物理的に分離した状態で該筐体内に配置された構成では、第２絶縁被覆の部分（筐体の内壁から出力側電極に向かって延びた部分）は、出力側ケーブルの外周面のうち、少なくとも、筐体の内壁からシールド構造体までの露出領域全体を覆うのが好ましい。更に、本実施形態の一態様として、第２絶縁被覆も、上述の第１絶縁被覆と同様に、テフロン、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料からなるのが好ましい。
【００２０】
（６）  本実施形態の一態様として、メッシュ窓は、グランド電位に設定されるのが好ましい。なお、本明細書において、「グランド電位」は、−５００Ｖ〜＋５００Ｖの範囲に収まる電位を意味する。また、本明細書において、「電圧」および「電位差」は、特に符号を示さない場合には絶対値を意味するものとする。更に、本実施形態の一態様として、シールド構造体を構成する金属材料からなる部材のうち特定の部材は、入力側電極から当該特定の部材までの最短距離が１ｃｍ以下になるように、配置されるのが好ましい。
【００２１】
（７）  上述のような構造を有するイオン検出器は、種々の装置への適用が可能である。例えば、本実施形態に係る測定装置は、その一態様として、上述のような構造を有するイオン検出器（本実施形態に係るイオン検出器）と、少なくとも該イオン検出器を収納する筐体と、を備える。なお、筐体は、１またはそれ以上の部材により構成され、該１またはそれ以上の部材それぞれは、金属材料または絶縁性材料からなる。また、上述のシールド構造体の少なくとも一部は、筐体により構成されてもよい。更に、上述のシールド構造体は、イオン検出機能を実現する部分（イオン検出部）とは完全にまたは一部が独立した状態で筐体内に設けられてもよい（メッシュ窓はシールド構造体の一部を構成）。
【００２２】
（８）  具体的には、本実施形態に係るイオン検出器は、その一態様として、質量分析装置に適用可能である。具体的に、質量分析装置は、イオン化部と、分離部と、本実施形態に係るイオン検出器と、筐体と、を備える。イオン化部は、試料をイオン化し、生成されたイオンを加速した状態で放出する。分離部は、イオン化部から放出されるイオンのうち特定のイオンを分離する。イオン検出器は、分離部により分離された特定のイオンを検出する検出器であり、分離部と入力側電極との間にメッシュ窓が位置するよう配置される。また、筐体は、上述のシールド構造体の少なくとも一部を構成してもよく、少なくともイオン化部、分離部、およびイオン検出器を収納するとともに、グランド電位（−５００Ｖ〜＋５００Ｖ）に設定される。なお、上述のシールド構造体は、イオン検出機能を実現する部分（イオン検出部）とは完全にまたは一部が独立した状態で筐体内に設けられてもよい（メッシュ窓はシールド構造体の一部を構成）。
【００２３】
以上、この[本願発明の実施形態の説明]の欄に列挙された各態様は、残りの全ての態様のそれぞれに対して、または、これら残りの態様の全ての組み合わせに対して適用可能である。
【００２４】
[本願発明の実施形態の詳細]
本願発明に係るイオン検出器等の具体例を、以下に添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、これら例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図されている。また、図面の説明において同一の要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るイオン検出器が適用可能な測定装置の一例として、質量分析装置の代表的な構造を示す図である。図１に示された質量分析装置１は、筐体１００（真空チャンバ）と、該筐体１００の内部を一定の真空状態に維持するための真空ポンプ１１０と、イオン化部１２０と、分離部１３０と、イオン検出器２００と、を備える。また、筐体１００には、イオン検出器２００への電圧印加および信号出力のための複数の端子１４０が配置されている。複数の端子１４０には、イオン検出器２００の入力側電極に接続された入力側ケーブル６１０ａが含まれ、該入力側ケーブル６１０ａの外周面は、イオン検出器２００の内外において樹脂被覆（絶縁被覆）６２０により覆われている。なお、図１の例では、複数の端子１４０に含まれる他のケーブルの外周面も樹脂被覆（絶縁被覆）により覆われている。なお、イオン検出器２００の電極、入力側ケーブル６１０ａを含む高電圧ケーブル等の高電圧部が、筐体１００の内壁に直接露出された構成では、該高電圧部と筐体１００の内壁との間での放電により不要なイオンが発生する可能性が高い。また、このように発生した不要なイオンや電子は放電のトリガーとなり得る。そのため、樹脂被覆６２０は、このような不要なイオンや電子が高電圧部側、特に高電圧ケーブルに到達することを防止するよう機能する。
【００２６】
筐体１００は、グランド電位に設定されている。また、筐体１００の内部空間は、高真空状態および低真空状態のいずれも調整可能である。イオン化部１２０は、試料をイオン化し、生成されたイオンを加速した状態で放出する。分離部１３０は、イオン化部１２０から放出されるイオンのうち特定のイオンを分離する（図１にはイオントラップが示されている）。イオン検出器２００は、分離部１３０により分離された特定のイオンを検出する検出器である。
【００２７】
図２には、本実施形態に係るイオン検出器の第１構成例が示されている。すなわち、図２に示された第１構成例は、陽イオンを検出するためのイオン検出器２００Ａであり、電子増倍部としてチャネル型電子増倍管（ＣＥＭ：Channel Electron Multiplier）２１０Ａを備える。具体的に、イオン検出器２００Ａは、ＣＥＭ２１０Ａと、ＣＥＭ２１０Ａの入力部に設けられた入力側電極２２０Ａと、ＣＥＭ２１０Ａの出力側に設けられた出力側電極２２０Ｂと、アノード２３０と、入力側電極２２０Ａにより形成される電位勾配の広がりをブロックするためのシールド構造体と、各電極への電圧印加構造（高電圧ケーブル等）と、を備える。入力側電極２２０Ａは、少なくとも一部がＣＥＭ２１０Ａの入力部に接触しおり、入力側ケーブル６１０ａを介して入力部を所定電位に設定する。なお、図２の例では、入力側ケーブル６１０ａの外周面は、放電のトリガーとなり得る要素（不要なイオンや電子）の到達を防止するための樹脂被覆６２０で覆われている。出力側電極２２０Ｂは、少なくとも一部がＣＥＭ２１０Ａの出力部に接触しており、出力部を所定電位（例えばグランド電位）に設定する。アノード２３０は、ＣＥＭ２１０Ａの出力部からの電子を捕獲する電極であって、ケーブル６１０ｂ（図４（ａ）および図４（ｂ）参照）を介して所定電位に設定される。シールド構造体は、入力側シールド部３００と、該入力側シールド部３００から物理的に分離された出力側シールド部４００と、により構成されている。
【００２８】
入力側シールド部３００は、入力側電極２２０Ａを覆う金属カバーにより構成されている。ただし、入力側シールド部３００は、金属カバーの他、絶縁性材料からなる絶縁カバーであってもよい。また、入力側シールド部３００は、金属部材と絶縁部材を組み合わせることにより構成されてもよい。入力側シールド部３００は、金属部材、絶縁部材、筐体１００の一部を組み合わせることにより構成されてもよい。更に、入力側シールド部３００は、メッシュ窓３００Ａを有する。ＣＥＭ２１０Ａの入力部とメッシュ窓３００Ａとの間には金属部材や絶縁部材などの障害物は配置されていない。
【００２９】
また、出力側シールド部４００は、金属カバーにより構成されている。ただし、出力側シールド部４００も、金属カバーの他、絶縁性材料からなる絶縁カバーであってもよい。また、出力側シールド部４００は、金属部材と絶縁部材を組み合わせることにより構成されてもよい。出力側シールド部４００は、金属部材、絶縁部材、筐体１００の一部を組み合わせることにより構成されてもよい。なお、入力側シールド部３００および出力側シールド部４００の何れにおいても、一部または全体がガラス、セラミック等の絶縁材料からなる部材で構成される場合、これら絶縁材料からなる部材は、放電のトリガーとなり得る要素（筐体１００内で発生する不要なイオンや電子）の移動を制限するよう機能する。
【００３０】
図３（ａ）は、本実施形態に係るイオン検出器の第２構成例を示す図であり、図３（ｂ）は、本実施形態に係るイオン検出器の第３構成例を示す図である。図３（ａ）に示された第２構成例のイオン検出器２００Ｂは、シールド構造を除く、主要部の構成は図２のイオン検出器２００Ａと同じである。また、図３（ｂ）に示された第３構成例のイオン検出器２００Ｃは、シールド構造を実現する材料、主要部を構成する電子増倍部の構成が図２および図３（ａ）のイオン検出器２００Ａ、２００Ｂと異なる。
【００３１】
図３（ａ）のイオン検出器２００Ｂは、ＣＥＭ２１０Ａと、ＣＥＭ２１０Ａの入力部に設けられた入力側電極２２０Ａと、ＣＥＭ２１０Ａの出力側に設けられた出力側電極２２０Ｂと、絶縁材料からなるセパレータ２４０と、アノード２３０と、入力側電極２２０Ａにより形成される電位勾配の広がりをブロックするためのシールド構造体５００Ａと、を備える。入力側電極２２０Ａは、少なくとも一部がＣＥＭ２１０Ａの入力部に接触しおり、入力側ケーブル６１０ａを介して入力部を所定電位に設定する。なお、シールド構造体５００Ａの内外で発生する不要なイオンの到達を防止するため、入力側ケーブル６１０ａの外周面は、樹脂被覆６２０で覆われ、該樹脂被覆６２０は、シールド構造体５００Ａの内部から筐体１００の内壁まで延びている。出力側電極２２０Ｂは、少なくとも一部がＣＥＭ２１０Ａの出力部に接触しており、出力部を所定電位（例えばグランド電位）に設定する。アノード２３０は、ＣＥＭ２１０Ａの出力部からの電子を捕獲する電極であって、ケーブル６１０ｂ（図４（ａ）および図４（ｂ）参照）を介して所定電位に設定される。セパレータ２４０は、ガラス、セラミック、樹脂等の絶縁性材料からなり、入力側電極２２０Ａと出力側電極２２０Ｂとの間に配置されている。シールド構造体５００Ａは、図２のイオン検出器とは異なり、入力側電極２２０Ａおよび出力側電極２２０Ｂの双方を収納する金属カバー５１０と、ステムとして機能する金属板５２０により構成されている。金属カバー５１０は、メッシュ窓３００Ａを有する。なお、シールド構造体５００Ａは、絶縁性材料で構成されてもよく、また、それぞれが金属材料または絶縁性材料からなる複数の部材で構成されてもよい。
【００３２】
一方、図３（ｂ）に示されたイオン検出器２００Ｃは、絶縁性材料からなるシールド構造体５００Ｂを有する。なお、シールド構造体５００Ｂも、金属材料で構成されてもよく、また、それぞれが絶縁性材料または金属材料からなる複数の部材で構成されてもよい。電子増倍部としては、複数のダイノード（電極）を有するダイノードユニット２１０Ｂがシールド構造体５００Ｂに収納されている。ダイノードユニット２１０Ｂは、初段のダイノード２２１Ａが電子増倍部の入力部として機能する。ダイノードユニット２１０Ｂの最終段にはアノード２２１Ｂが配置されており、該アノード２２１Ｂに電子を供給する前段のダイノードが電子増倍部の出力部として機能している。初段のダイノード２２１Ａ（入力部）を含む複数段のダイノードとアノード２２１Ｂのぞれぞれの電位は、デバイダ回路７００により設定される。また、筐体１００内で発生した不要なイオンの到達を防止するため、入力側ケーブル６１０ａの外周面は、樹脂被覆６２０で覆われている。デバイダ回路７００は、ポッティング樹脂によりシールド構造体５００Ｂに固定されてもよい。
【００３３】
図４（ａ）〜図４（ｃ）は、以下の説明において参照される図面に示される検出器構造のサンプルとして、図２および図３（ａ）に示されたイオン検出器２００Ａ、２００Ｂの内部構造を動作に着目して簡略化した概念図である。
【００３４】
図４（ａ）は、図２および図３（ａ）の主要部を簡略化した、陽イオンを検出するイオン検出器の概念図である。電子増倍部（ＣＥＭ）の入力部には入力側電極２２０Ａが設けられ、電子増倍部の出力側には出力側電極２２０Ｂが設けられている。入力側電極２２０Ａと出力側電極２２０Ｂとの間には、絶縁性材料からなるセパレータ２４０が設けられてもよい。更に、入力側電極２２０Ａには入力側ケーブル６１０ａが接続されており、出力側電極２２０Ｂには出力側ケーブル６１０ｃが接続されている。アノード２３０にはケーブル６１０ｂが接続されている。なお、図４（ａ）では、不要なイオンの到達を防止するため、入力側ケーブル６１０ａのみが樹脂被覆６２０で覆われているが、他のケーブル６１０ｂ、６１０ｃも樹脂被覆で覆われてもよい。また、入力側ケーブル６１０ａを介して入力側電極２２０Ａに電圧を供給する電源８００も、シールド構造体に収納されるよう配置されてもよい。
【００３５】
図４（ｂ）は、両極性のイオンを検出が可能なバイポーラタイプのイオン検出器の主要部を簡略化した概念図である。このバイポーラタイプのイオン検出器は、アノード２３０から伸びる信号ライン上にコンデンサＣ１が配置されている。また、抵抗Ｒを介して信号ラインに接続されたリターンパス（ノイズ除去用ライン）上にはコンデンサＣ２が配置されている。他の構成については、図４（ａ）に示されたイオン検出器と同様である。
【００３６】
図４（ｃ）は、上述のイオン検出器（図４（ａ）および図４（ｂ））の構成を更に簡略化した図であり、この簡略構造は、後述する図９〜図１１、図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１３にそれぞれ示された種々のシールド構造を表現するために適用される。
【００３７】
次に、真空度と放電の関係を説明する。図５（ａ）は、真空チャンバ内圧力（真空度）と放電電圧の関係を説明するための用意された実験装置の構造を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示された装置により得られたグラフである。なお、図５（ｂ）において、縦軸の放電電圧は、ＧＮＤ（０Ｖ）を基準とした電位差（絶対値）である。
【００３８】
実験装置は、図５（ａ）に示されたように、直径１５０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒状の真空チャンバ５００Ｃと、該真空チャンバ５００Ｃ内に収納された２つの電極２２２Ａ、２２２Ｂと、を備える。一方の電極２２２Ａの電位はＧＮＤ（０Ｖ）に設定されており、他方の電極２２２Ｂは負電位（−ＨＶ）に設定される。また、２つの電極２２２Ａ、２２２Ｂの間隔は２ｍｍである。通常、陽イオン検出のために設定される入力側電極の電位は−２ｋＶ（絶対値２ｋＶ）であるが、図５（ｂ）からも分かるように、１Ｐａ以上の低真空状態で１０６程度のゲインを得ることは困難であると考えられる。すなわち、従来のイオン検出器では、低真空状態での十分な検出精度は得られないことが分かる。
【００３９】
図６は、電極間距離、真空チャンバ内圧力（真空度）、放電電圧の関係（パッシェンの法則）を示すグラフである。図６の横軸は、圧力と距離の積で示されている。したがって、圧力が一定の状態であれば、放電距離を決定することが可能になる。なお、図６において、グラフＧ６１０は真空チャンバ内にＨ２ガスを残留させた場合の計算結果、グラフＧ６２０は真空チャンバ内にＨｅガスを残留させた場合の計算結果、グラフＧ６３０は真空チャンバ内にＮ２ガスを残留させた場合の計算結果、グラフＧ６４０は真空チャンバ内にＮｅガスを残留させた場合の計算結果、グラフＧ６５０は真空チャンバ内にＡｒガスを残留させた場合の測定結果をそれぞれ示す。なお、グラフＧ６１０〜グラフＧ６５０それぞれにより鋭角に挟まれた領域が放電領域である。なお、想定した真空チャンバの構成は、図５（ａ）に示された構成と同じである。
【００４０】
（第１条件）
第１条件は、真空チャンバ内圧力が大気圧に設定され、入力側電位（ＩＮ電極電位）が−２ｋＶ（絶対値２ｋＶ）に設定されるものする。大気圧は、７．５×１０２Ｔｏｒｒ（１×１０５Ｐａ）である。図６において、ラインＰ１が大気圧を示すラインに設定された場合、該ラインＰ１とＩＮ電極電位を示すラインとの交点Ｗ１は、約１ｃｍとなる。すなわち、種々のガスが残留する状態においても１ｃｍ程度の電極間間隔であれば放電は起こらない。一方、交点Ｗ２は電極間距離１ｍｍを示しており、電極間距離が１ｍｍ未満の場合、残留ガスの種類によっては放電が起こることを示している。
【００４１】
（第２条件）
第２条件では、真空チャンバ内圧力が従来のイオン検出器を動作させる一般的な真空度（高真空度）に設定される。なお、設定された真空度は、７．５×１０−７Ｔｏｒｒ（１×１０−４Ｐａ）であり、図６中のラインＰ２を、高真空度を示すラインとする。この第２条件下では、交点Ｗ３は、非現実的ではあるが、放電が発生する限界の電極間距離が１０ｋｍであることを示している。
【００４２】
（第３条件）
第３条件では、真空チャンバ内圧力が低真空度に設定される。なお、設定された真空度は、７．５×１０−３Ｔｏｒｒ（１Ｐａ）であり、図６中のラインＰ２を、低真空度を示すラインとする。この第３条件下では、交点Ｗ３は、放電が発生する限界の電極間距離が３０ｃｍであることを示している。
【００４３】
なお、高真空状態（０．００２３Ｐａ）における印加電圧とゲインの関係を図７に示す。図７からも分かるように、１０６程度のゲインを得るためには、入力側電極の電位は２１００Ｖ（絶対値）に設定される必要がある。このように、高真空状態で十分なゲインが得られる電位（入力側電極に設定される電位の絶対値）において、図２に示された本実施形態に係るイオン検出器２００Ａの動作結果が図８（ａ）および図８（ｂ）に示されている。
【００４４】
図８（ａ）は、真空チャンバ内圧力（真空度）とダーク電流の関係を示すグラフであり、図８（ｂ）は、真空チャンバ内圧力（真空度）とゲインの関係を示すグラフである。図８（ａ）から分かるように、真空チャンバ内圧力が１６Ｐａを超えたあたりから急激にダーク電流が増加し、真空チャンバ内圧力が１７Ｐａで放電が発生した。また、図８（ｂ）から分かるように、真空チャンバ内圧力が１０Ｐａ程度まで１０６程度のゲインが得られることが確認された（１０．７Ｐａで放電が発生）。これらのことから、本実施形態によれば真空チャンバ圧力が１Ｐａ以上であっても１０Ｐａ程度までの低真空状態であれば、十分に高精度のイオン検出が可能であることが実証された。
【００４５】
次に、本実施形態に係るイオン検出器に適用可能な種々のシールド構造を、図９〜図１１、図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１３を用いて説明する。なお、図９〜図１１、図１２（ａ）、図１２（ｂ）および図１３に示されたイオン検出器の主要部分（以下、単に「主要部」と記す）は、全て図４（ｃ）に示された構造に統一されている。
【００４６】
具体的に、図９および図１０は、入力側電極２２０Ａと出力側電極２２０Ｂの双方を収納する種々のシールド構造（パターン１〜パターン１１）が開示されている。なお、図９および図１０に示された各シールド構造では、シールド構造体内で発生する不要なイオンの移動を制限するためのセパレータ（図３（ａ）等を参照）が入力側電極と出力側電極の間に設けられてもよい。
【００４７】
図９において、パターン１のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体５００Ｄにより実現される。シールド構造体５００Ｄは、１つの金属カバーにより構成されており、該金属カバーは、ＣＥＭの入力部に対面する位置にメッシュ窓３００Ａを有する。パターン２のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体５００Ｅにより実現される。シールド構造体５００Ｅは、１つの金属メッシュにより構成されており、該金属メッシュの一部がメッシュ窓３００Ａとして機能する。パターン３のシールド構造は、シールド構造体５００Ｆにより実現される。シールド構造体５００Ｆは、実質的には、上述のシールド構造体５００Ｄと同じであるが、曲率を有する角部を有する点で該シールド構造体５００Ｄとは異なる。パターン４のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体５００Ｇにより実現される。シールド構造体５００Ｇは、実質的には上述のシールド構造体５００Ｂ（図３（ｂ））と同様の構造を有する。すなわち、絶縁性材料からなる絶縁カバーと、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０（または金属板）により構成されている。
【００４８】
また、図９において、パターン５のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現される。パターン５のシールド構造体Ｄは、主要部全体を収納するとともにメッシュ窓３００Ａを有する金属カバー３１１と、金属カバー３１１の開口部を塞ぐ金属カバー４１１と、により構成されている。パターン６のシールド構造は、実質的に、図３（ａ）に示されたシールド構造体５００Ａと同様の構造を有する。すなわち、パターン６のシールド構造体は、主要部全体を収納するとともにメッシュ窓３００Ａを有する金属カバー３１２と、金属カバー３１２の開口部を塞ぐ金属カバー４１１と、により構成される。なお、パターン６のシールド構造は、金属カバー３１２がフランジを有する点で、パターン５のシールド構造体と異なっている。パターン７のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現される。パターン７のシールド構造体は、メッシュ窓３００Ａを有するとともに入力側電極の方から主要部の一部を収納する金属カバー３１３と、出力側電極の方から主要部の一部を収納する金属カバー４１２と、により構成されている。このパターン７のシールド構造体では、金属カバー４１２の開口部が金属カバー３１３により塞がれている。パターン８のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現される。パターン８のシールド構造体は、メッシュ窓３００Ａを有するとともに入力側電極の方から主要部の一部を収納する金属カバー３１４と、出力側電極の方から主要部の一部を収納する金属カバー４１３と、により構成されている。このパターン８のシールド構造体では、金属カバー３１４の開口部が金属カバー４１３により塞がれている。
【００４９】
図１０において、パターン９のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現される。パターン９のシールド構造体は、メッシュ窓３００Ａを有するとともに入力側電極の方から主要部の一部を収納する金属カバー３１３と、出力側電極の方から主要部の一部を収納する絶縁カバー４５１と、により構成されている。このパターン９のシールド構造体では、絶縁カバー４５１の開口部が金属カバー３１３により塞がれている。なお、金属カバー３１３に換えて、メッシュ窓３００Ａが配置される開口を有する絶縁カバーが適用されてもよい。パターン１０のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現される。パターン１０のシールド構造体は、出力側電極の方から主要部全体を収納する絶縁カバー４５２と、メッシュ窓３００Ａを有する金属板３１５と、により構成されている。このパターン１０のシールド構造体では、絶縁カバー４５２の開口部が金属板３１５により塞がれている。パターン１１のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現される。パターン１１のシールド構造体は、入力側電極の方から主要部全体を収納する絶縁カバー３５１と、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０と、絶縁カバー４５３と、により構成されている。このパターン１１のシールド構造体では、絶縁カバー３５１の２つの開口部のうち、入力側電極に近い一方の開口部をメッシュ窓３００Ａ覆うように金属フィルム３１０が配置されている。また、絶縁カバー３５１の他方の開口部は絶縁カバー４５３により塞がれている。
【００５０】
図１１および図１２（ａ）は、入力側電極２２０Ａを収納する種々のシールド構造（パターン１〜パターン１０）が開示されている。
【００５１】
図１１において、パターン１のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン１のシールド構造体は、入力側電極を支持するように配置された絶縁板３５２と、入力側電極と絶縁板３５２の双方を収納する金属カバー３１６と、により構成されている。この場合、絶縁板３５２は金属カバー３１６を保持するために設けられている。メッシュ窓３００Ａは、金属カバー３１６に設けられている。パターン２のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン２のシールド構造体は、それぞれがメッシュ構造を有する複数の金属カバー３１６ａ〜３１６ｃにより構成されている。金属カバー３１６ａ〜３１６ｃの電位は、カバー間での放電が発生しない程度（例えば４００Ｖ）の電位差を有する電位グラデーションを形成するのが好ましい。これら金属カバー３１６ａ〜３１６ｃのメッシュ構造によりメッシュ窓３００Ａが構成される。また、パターン２のシールド構造では、金属カバー３１６ａが金属カバー３１６ｂに収納され、金属カバー３１６ａ、３１６ｂの双方が金属カバー３１６ｃに収納されている。パターン３のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン３のシールド構造体は、入力側電極を支持するように配置された、絶縁板３５２と、入力側電極を収納した状態で絶縁板３５２に固定される金属カバー３１７と、により構成されている。このパターン３でも、絶縁板３５２は金属カバー３１７を保持するために設けられている。メッシュ窓３００Ａは、金属カバー３１７に設けられている。また、金属カバー３１７には、絶縁板３５２への固定を容易にするためフランジが設けられている。パターン４のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン４のシールド構造体は、入力側電極を含む主要部の一部を収納する絶縁カバー３５３と、該絶縁カバー３５３を挟むように配置された金属板３１５ａ、３１５ｂと、により構成されている。メッシュ窓３００Ａは、一方の金属板３１５ａに設けられている。
【００５２】
また、図１１において、パターン５のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン５のシールド構造体は、入力側電極を支持するように配置された絶縁板３５２と、入力側電極を収納した状態で絶縁板３５２に固定された金属カバー３１８と、により構成されている。メッシュ窓３００Ａは、金属カバー３１８に設けられている。このパターン５のシールド構造では、絶縁板３５２は金属カバー３１８を保持するよう機能しているが、金属カバー３１８に収納されていない点で、パターン５とパターン１のシールド構造と異なる。パターン６のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン６のシールド構造体は、入力側電極を収納する絶縁カバー３５３と、入力側電極と絶縁カバー３５３の双方を収納する金属カバー３１６（パターン１と同じ）と、により構成されている。金属カバー３１６はメッシュ窓３００Ａを有し、該メッシュ窓３００Ａは、絶縁カバー３５３の開口を覆うように配置される。なお、絶縁カバー３５３は、金属カバー３１６の内壁面にコーティングされた絶縁膜であってもよい。パターン７のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現され、その一部が出力側電極により一部が構成されている。パターン７のシールド構造体は、入力側電極を収納する金属カバー３１９と、出力側電極と、により構成されている。金属カバー３１９はメッシュ窓３００Ａを有するとともに、開口部が出力側電極に固定されている。パターン８のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現され、出力側電極自体に固定されるよう構成されている。パターン８のシールド構造体は、出力側電極に固定された、入力側電極を収納する金属カバー３２０により構成されている。金属カバー３２０はメッシュ窓３００Ａを有するとともに、開口部が出力側電極に固定されている。
【００５３】
図１２（ａ）において、パターン９のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン９のシールド構造体は、入力側電極を収納する絶縁カバー３５３（パターン６と同じ）と、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０と、により構成されている。絶縁カバー３５３の開口部がメッシュ窓３００Ａで覆われるように、金属フィルム３１０は絶縁カバー３５３に固定されている。なお、絶縁カバー３５３の外周面は、入力側電極により形成される電位勾配の染み出しを防止するため、導電膜でコーティングされてもよい。パターン１０のシールド構造は、入力側電極を含む主要部の一部を収納するシールド構造体により実現される。パターン１０のシールド構造体は、入力側電極を収納する絶縁カバー３５４と、メッシュ窓３００Ａを有する金属板３１５（図１０のパターン１０と同じ）と、により構成されている。金属板３１５は絶縁カバー３５４の開口を覆うように配置される。なお、絶縁カバー３５４の外周面は、入力側電極により形成される電位勾配の染み出しを防止するため、導電膜でコーティングされてもよい。
【００５４】
図１２（ｂ）は、入力側電極２２０Ａを収納する入力側シールド部（図２の入力側シールド部３００に相当）と出力側電極２２０Ｂを収納する出力側シールド部（図２の出力側シールド部４００に相当）とが物理的に分離された状態で構成された種々のシールド構造（パターン１〜パターン３）が示されている。
【００５５】
図１２（ｂ）において、パターン１のシールド構造は、入力側電極とともに主要部の一部を有能する入力側シールド部と、出力側電極とともに主要部の一部を収納する出力側シールド部と、により実現される。パターン１のシールド構造体において、入力側シールド部は、入力側電極を収納する金属カバー３１６（図１１のパターン６と同じ）により構成され、該金属カバー３１６にメッシュ窓３００Ａが設けられている。出力側シールド部は、出力側電極を収納する金属カバー４１４により構成され、該金属カバー４１４と金属カバー３１６は物理的かつ電気的に分離されている。パターン２のシールド構造は、入力側電極とともに主要部の一部を有能する入力側シールド部と、出力側電極とともに主要部の一部を収納する出力側シールド部と、により実現される。パターン２のシールド構造体において、入力側シールド部は、入力側電極を収納する絶縁カバー３５３（図１２（ａ）のパターン１０と同じ）と、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０と、により構成されている。金属フィルム３１０は、メッシュ窓３００Ａが絶縁カバー３５３の開口部を塞ぐように、該絶縁カバー３５３に固定されている。出力側シールド部は、出力側電極を収納する絶縁カバー４５４により構成されている。パターン３のシールド構造は、入力側電極とともに主要部の一部を有能する入力側シールド部と、出力側電極とともに主要部の一部を収納する出力側シールド部と、により実現される。パターン３のシールド構造体において、入力側シールド部は、入力側電極を収納する金属カバー３１６（図１１のパターン６と同じ）により構成され、該金属カバー３１６にメッシュ窓３００Ａが設けられている。出力側シールド部は、出力側電極を収納する絶縁カバー４５４（パターン２と同じ）により構成されている。なお、金属カバー３１６は、破線で示されたように、入力側電極とともに出力側シールド部も収納する構造を有してもよい。
【００５６】
図１３は、当該イオン検出器を収納する装置の筐体の一部が利用された種々のシールド構造（パターン１〜パターン８）が示されている。なお、図１３に示された各シールド構造では、放電対策用にセパレータ（図３（ａ）等を参照）が入力側電極と出力側電極の間に設けられてもよい。
【００５７】
図１３において、パターン１のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における筐体の一部（例えば図１に示された筐体１００の一部）により構成されている。パターン１のシールド構造体は、筐体１００に設けられた凹部（depressed portion）（主要部全体が収納される）により構成される。メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０は、筐体１００に設けられた凹部の開口部を塞ぐように配置されている。なお、筐体１００は、グランド電位（−５００Ｖ〜＋５００Ｖ）に設定されている。パターン２のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における筐体の一部により構成されている。パターン２のシールド構造体は、筐体１００の一部と、筐体の一部に固定される絶縁カバー４５５と、メッシュ窓３００Ａを有する金属板３１５（図１０のパターン１０と同じ）と、により構成される。絶縁カバー４５５の一方の開口部には、メッシュ窓３００Ａを有する金属板３１５が固定され、該絶縁カバー４５５の他方の開口部は、筐体１００の一部より塞がれている。パターン３のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における分離部１３０により構成されている。パターン３のシールド構造体は、分離部１３０に固定される絶縁カバー４５５（パターン２と同じ）と、アノードが配置されたプリント配線基板４５６と、メッシュ窓３００Ａと、により構成されている。絶縁カバー４５５の一方の開口部は、分離部１３０に固定されており、分離部１３０と入力側電極との間にメッシュ窓３００Ａが配置されている。また、絶縁カバー４５５の他方の開口部は、プリント配線基板４５６により塞がれている。パターン４のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における分離部１３０により構成されている。パターン４のシールド構造体は、実質的に、上述のパターン３と同じであるが、グランド電位に設定された筐体１００の近傍に配置されている点で、パターン３と異なる。
【００５８】
また、図１３において、パターン５のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における筐体の一部により構成されている。パターン５のシールド構造体は、筐体１００の一部と、筐体の一部に固定される金属カバー３２１ａと、メッシュ窓３００Ａを有する金属板３２１ｂと、により構成される。金属カバー３２１ａの一方の開口部近傍において、該金属カバー３２１ａは、金属板３２１ｂを収納した状態で保持している。金属カバー３２１ａの他方の開口部は、筐体１００の一部より塞がれている。パターン６のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における筐体の一部により構成されている。パターン６のシールド構造体は、筐体１００の一部と、筐体の一部に固定される金属カバー３２２ａと、メッシュ窓３００Ａを有する金属板３２２ｂと、により構成される。金属板３２２ｂは、金属カバー３２２ａの一方の開口部に嵌め込まれている。また、金属カバー３２２ａの他方の開口部は、筐体１００の一部より塞がれている。パターン７のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、当該イオン検出器の一部が絶縁材料からなるフランジを有する。なお、シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における筐体の一部（絶縁性材料かならなる）により構成されてもよい。パターン７のシールド構造体は、フランジ付きの絶縁板１５０の一部と、絶縁板１５０の一部に固定される絶縁カバー４５５（パターン２と同じ）と、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０と、により構成される。絶縁カバー４５５の一方の開口部は、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０により覆われている。絶縁カバー４５５の他方の開口部は、Ｏリング１５１が配置された絶縁板１５０の一部より塞がれている。パターン８のシールド構造は、入力側電極および出力側電極を含む主要部全体を収納するシールド構造体により実現され、該シールド構造体の一部は、本実施形態に係るイオン検出器を収納する装置における筐体の一部により構成されている。なお、このパターン８において、筐体は絶縁性材料かならなる。パターン８のシールド構造体は、絶縁筐体の一部１５１（実質的には絶縁板１５０と同じ）と、絶縁筐体の一部１５１に固定される絶縁カバー４５５（パターン２と同じ）と、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０と、に絶縁カバー４５５の外周面に設けられた導電層３２３と、より構成される。絶縁カバー４５５の一方の開口部は、メッシュ窓３００Ａを有する金属フィルム３１０により覆われている。絶縁カバー４５５の他方の開口部は、絶縁筐体の一部１５１より塞がれている。絶縁カバー４５５の外周面は、電磁ノイズをブロックするため、導電層３２３によりコーティングされている。
【００５９】
以上の本発明の説明から、本発明を様々に変形しうることは明らかである。そのような変形は、本発明の思想および範囲から逸脱するものとは認めることはできず、すべての当業者にとって自明である改良は、以下の請求の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１…質量分析装置（測定装置）、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ…イオン検出器、２１０Ａ…ＣＥＭ（電子増倍部）、２１０Ｂ…ダイノードユニット（電子増倍部）、２２０Ａ…入力側電極、２２０Ｂ…出力側電極、３００Ａ…メッシュ窓、３００…入力側シールド部、４００…出力側シールド部、５００Ａ、５００Ｂ、５００Ｄ〜５００Ｇ…シールド構造体、６１０ａ…入力側ケーブル、６１０ｃ…出力側ケーブル、６２０…樹脂被覆。
【要約】
【課題】ノイズ成分となるダーク電流の低減を可能にするイオン検出器等を提供する。
【解決手段】
電子増倍部を有するイオン検出器は、入力電極を含む制限された空間内に該入力側電極を起点として全方位に広がる電位勾配を閉じ込めるシールド構造体と、一端が入力電極に電気的に接続された入力側ケーブルと、を有する。シールド構造体は、少なくとも入力側電極を取り囲む構造を有し、１またはそれ以上の部材により構成されている。各部材は金属材料または絶縁性材料からなる。更に、シールド構造体の一部は、金属製のメッシュ窓により構成される。入力側ケーブルの外周面は、シールド構造体の内外で発生するであろう不要なイオンや電子の到達をブロックするため、絶縁被覆により覆われている。
【選択図】図２【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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