(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の細長いロッド組立て体を具備し長手方向の面で分割されている組立て体の中心に沿う長手方向の軸線を有する、前記長手方向の面で分割されている組立て体であり、各ロッド組立て体が、
前記軸線に直交する横方向断面による切り口が湾曲している線であり、前記複数の細長いロッド組立て体の内側の方向に向けられている、長手方向に細長いロッドの表面と、
隣接するロッド組立て体の対応する当接表面に整列させられる様に形成された当接表面であり、各ロッド組立て体のロッドの表面と当接表面とが、前記軸線を通る前記ロッド表面の法線の方向及び前記法線に平行な方向から見た時に見ることが出来るように、即ちアンダーカットを示さない様に配置される、前記当接表面とを具備する、
前記長手方向の面で分割されている組立て体を具備する、マススペクトロメータ即ち質量分析器用イオン・フィルタ。
【請求項２】
各ロッド組立て体に於いて、一方の当接表面が凸型であり他方の当接表面は凹型であり、或るロッド組立て体の凸型の当接表面が隣接するロッド組立て体の対応する凹型の当接表面に載る請求項１記載のイオン・フィルタ。
【請求項３】
凹型の当接表面がＶ字型の断面を有し、凸型の当接表面が確実な嵌り合いで前記凹型の当接表面に載るように設計される請求項２記載のイオン・フィルタ。
【請求項４】
当接表面の凸型及び凹型が夫々前記長手方向の面で分割されている組立て体の及び夫々のロッド組立て体の前記軸線に直交する横断面内で形成される請求項２記載のイオン・フィルタ。
【請求項５】
各ロッド組立て体に於いて、凸型の当接表面がロッド表面の一方の側面上で且つロッド表面に隣接して配置され、凹型の当接表面がロッド表面の反対の側面上で且つロッド表面に隣接して配置されており、更に全てのロッド組立て体に於いて、長手方向の面で分割されている組立て体内で当接表面とロッド表面が前記軸線に直交する横断面上で互いから間隔を置いて配置され、各ロッド組立て体に於いて、複数の当接表面がロッド組立て体の長手方向に沿って互いから間隔を置いて配置される請求項２記載のイオン・フィルタ。
【請求項６】
各ロッド組立て体の当接表面が隣接し相互に折れ曲げられた複数の部分面から形成される請求項２記載のイオン・フィルタ。
【請求項７】
前記当接表面の複数の部分面が、相互に９５゜乃至１７５゜の角度を有する請求項６記載のイオン・フィルタ。
【請求項８】
複数のロッドの表面が前記軸線に直交する横断面上で曲がっている互いに一致する双曲線であり、全てのロッド組立て体が一つの同じ輪郭切削工具により作られて当接表面が互いに一致する請求項１記載のイオン・フィルタ。
【請求項９】
ロッド組立て体が電気伝導材料を具備し、２つのロッド組立て体の間で互いに直に接触する当接表面に於いて、一方のロッド組立て体に属している少なくとも１つの当接表面がロッド組立て体間の電気的な絶縁を与える請求項１記載のイオン・フィルタ。
【請求項１０】
ロッド組立て体が、絶縁片以外は、電気伝導性金属の合金或いは鋼鉄合金である請求項１記載のイオン・フィルタ。
【請求項１１】
複数の細長いロッド組立て体を含み長手方向の面で分割されている組立て体の中心に沿う長手方向の軸線を有する、前記長手方向の面で分割されている組立て体であり、
各ロッド組立て体が、
前記軸線に直交する横方向断面による切り口が湾曲している線であり、前記複        数の細長いロッド組立て体の内側の方向に向けられている、長手方向に細長いロ        ッドの表面と、
隣接するロッド組立て体の対応する当接表面に整列させられる様に形成された        当接表面であり、各ロッド組立て体のロッドの表面と当接表面とは、前記軸線を 通る前記ロッド表面の法線の方向及び前記法線に平行な方向から見た時に見るこ とが出来るように、即ちアンダーカットを示さない様に配置される、前記当接表        面と、を具備する、前記長手方向の面で分割されている組立て体と、
ロッド組立て体を互いに電気的に絶縁し石英から形成される絶縁片と、
を具備するマススペクトロメータ即ち質量分析器用イオン・フィルタ。
【請求項１２】
第一端部と第二端部とを有する支持片を具備し、前記第一端部は当接表面であり第二端部は絶縁片に接着剤で接着される請求項１１記載のイオン・フィルタ。
【請求項１３】
各ロッド組立て体の絶縁片と支持片とが他のロッド組立て体の絶縁片と支持片とから間隔を置いて配置され、複数の絶縁片と支持片とがロッド組立て体の長手方向に間隔を置いて配置される請求項１２記載のイオン・フィルタ。
【請求項１４】
複数の細長いロッド組立て体を含み長手方向の面で分割されている組立て体の中心に沿う長手方向の軸線を有する、前記長手方向の面で分割されている組立て体であり、
各ロッド組立て体が、
前記軸線に直交する横方向断面による切り口が湾曲している線であり、前記複        数の細長いロッド組立て体の内側の方向に向けられている、長手方向に細長いロ        ッドの表面と、
隣接するロッド組立て体の対応する当接表面に整列させられる様に形成された        当接表面であり、各ロッド組立て体のロッドの表面と当接表面とが、前記軸線を 通る前記ロッド表面の法線の方向及び前記法線に平行な方向から見た時に見るこ とが出来るように、即ちアンダーカットを示さない様に配置される、前記当接表        面と、を具備する前記ロッド組立て体と、
を具備する前記長手方向の面で分割されている組立て体と、
複数のロッド組立て体を互いから電気的に絶縁する絶縁片であり、イオンが絶縁片に接触する事から十分に保護する為に長手方向の軸線から見た時に前記絶縁片がロッドの表面でマスクされるようにロッド組立て体内で形成される前記絶縁片と、
を具備するマススペクトロメータ即ち質量分析器用イオン・フィルタ。
【請求項１５】
各ロッド組立て体に於いて、当接表面がロッド表面の両側の側面で、ロッド表面の長手方向に整列されて配置される請求項１記載のイオン・フィルタ。
【請求項１６】
４本の細長いロッド組立て体で形成されており、長手方向の面で分割されている組立て体の中心に沿う長手方向の軸線を有する、長手方向の面で分割されている組立て体を具備するでマススペクトロメータ即ち質量分析器用イオン・フィルタであり、
各ロッド組立て体が、
前記軸線に直交する横方向断面の切り口が双曲線をしており、前記複数のロッ        ド組立て体の内側の方向に向けられている、長手方向に細長いロッドの表面と、
複数のロッド組立て体を互いから電気的に絶縁する絶縁片であり、イオンが絶        縁片に接触する事から十分に保護する為に長手方向の軸線から見た時に前記絶縁        片がロッドの表面でマスクされるようにロッド組立て体内で形成される前記絶縁        片と、
第一端部と第二端部とを有する支持片であり、前記第一端部は当接表面であり        第二端部は絶縁片に接着剤で接着され、前記当接表面は隣接するロッド組立て体        の対応する当接表面と整列する様に形成され、各ロッド組立て体のロッドの表面        と当接表面とは、前記軸線を通る前記ロッド表面の法線の方向及び前記法線に平 行な方向から見た時に見ることが出来るように、即ちアンダーカットを示さない        様に配置される、前記支持片と、
を具備する前記ロッド組立て体である、
前記マススペクトロメータ即ち質量分析器用イオン・フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、特に４つの固体の細長い部分体の形成のために長手方向に即ち長手方向の面で分割した本体を有するイオン・フィルタ、特に質量分析計或いは質量分析器の様なもの関しており、各場合に於て、その部分体は断面が双曲線状或いはそれに類似して曲げられたものであり、細長く、本体の内側を指向する表面と隣接する部分体の対応する表面に載る当接面とを具備する。更に本発明はイオン・フィルタの製造のための方法にも関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定の質量数のイオンの調査のための及び検知のための質量分析計は、イオン源、イオン検知指向器、及びイオン・フィルタを具備する。イン・フィルタは多極構造、特に四極構造として設計され得る。分析されるイオンは、その検知器への通路上の多極構造を通るように指向される。多極構造内でイオンは特定の偏向をさせられる。四極構造を使用する場合には、互いを指向する４つの細長いある輪郭を持つ表面が提供され、それは夫々別々の電位を持つ。断面が双極線状の表面が、電極表面間の望ましい電界の設計のために特に好ましい。場合によっては断面が円形の表面が採用される。
【０００３】
特定の実用的な応用のためには、仕上ったイオン・フィルタの寸法許容誤差を出来る限り小さく保つ事が重要である。目標は、約１ミクロン（１／１，０００mm）の許容誤差に到達することである。
【０００４】
ドイツ特許公報第ＤＥ−ＯＳ 2,625,660号明細書（米国特許第 4,158,771号明細書に対応する）は、四極構造として設計され、合計で２つの細長い半分のものを具備するイオン・フィルタを開示する。これらは互いに係合する突出部及び凹部の領域で一緒に繋ぎ合される。これは組立ての際、互いに関連して半分のもののある程度の位置的中心合せを提供する。突出部及び凹部の設計は、要求される小さい許容誤差を顧慮して生産技術の観点から極めて困難である。従って、各部分は離れた表面及び更には互いに垂直な表面以外の互いに平行な領域で加工されなければならない。そこで生じる最良の可能な許容誤差も受容できない。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はあるイオン・フィルタ、及びその製造方法を提供し、それによって引き続く作業での到達可能な寸法許容誤差及び従って到達可能な測定の正確さが向上させられることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明のイオン・フィルタは、部分体即ちロッド組立て体の双曲線状の或いは湾曲した表面及び当接表面が配置され、その結果それらの表面及び当接面は、少なくとも１つの共通の見方で、特に、前記部分体の組立て体の軸線を通る前記ロッド表面の法線の方向及びその法線に平行な方向から見た時に見ることが出来るように、即ちアンダーカットを示さないように形成される。本発明の工程は、各場合で部分体の双曲線状の表面及び当接表面が、規定の寸法に対して共通の、適切な輪郭の工具、特に研削工具に対して据えられて研磨されるということによって形成される。それらの許容誤差に関して決定的であるイオン・フィルタのこれらの表面は、電界の設計のための双曲線の表面及びその領域で部分体が互いの上に載る当接表面である。この発明は１つの部分体に属するこれらの表面の加工を１つのそして同じ工具で、且つ各場合に於て同一の作業ステップに於て可能にする。従って適切な輪郭の研削用円板を使用して、部分体の双曲線の表面及び当接表面を同時に加工することが可能である。その構成はこの表面及び研削用円板の均一な磨耗を可能にし、その結果加工の可能な限り最高の精度を確実にする。
【０００７】
特に有益なことは、一緒に繋ぎ合される４つの部分体のある長手方向に分割された四極構造としてのイオン・フィルタの設計である。原理的に、他の極数或いは別の部分体の数、例えば夫々２つの極を持つ２つのもの、を採用することも可能である。各部分体は、断面が双曲線である表面と、それに加えてその両表面側部上に配置される当接表面とを備える。部分体は各場合に於てほぼ同一に設計される。同じような方法で、双曲線状の表面の一方の側部上に配置される当接表面は他方の側面上に配置されるものに一致する。部分体の双曲線状表面及び当接表面は、特に互いに関連してその勾配を考慮して配置され、その結果それらは共通の切削工具によって１つのそして同じ方向から到達され得る。本発明のイオン・フィルタは何等の更にその後の加工を必要とせず、最高の機械的精度を示す。その後の被覆は必要とされない。イオン・フィルタの作業はかなり改善される。
【０００８】
都合の良いことに、各場合に於て部分体は電気的伝導性材料、特に低熱膨脹係数を持つ金属或いは合金を具備する。部分体は互いに関して絶縁されている。都合の良いことに、２つの部分体の間にある当接表面で、一方の部分体に属する当接表面は後者に関連して、例えば石英から作られた絶縁片によって電気的に絶縁させられる。
【０００９】
本発明の特定の実施例によると、当接表面は部分体の全長に亘って延在しない。むしろ部分体の長手方向に於て、支持片を伴う複数の、特に４つの、絶縁片が間隔を置いて互いに後に続くように配置される。この場合、支持片は必要とされる当接表面を有する。絶縁片間、つまり互いに載っている当接表面の間に間隔片を供給することによって、部分体の間のイオン・フィルタの内側の間隔は接近の可能性を保持し、それによって良い高真空状態が作られる；これは分子の急速な吸出しが確実にされることを意味する。
【００１０】
本発明のイオン・フィルタ、加えてその加工方法の別の特徴は、請求の範囲及び説明から推測されることができる。本発明の例示的な実施例は、図面を参照して下でより詳細に説明される。
【００１１】
【実施例】
まず最初に図１及び２を参照する。これらの図は質量分析計のためのイオン・フィルタ10を示す。イオン・フィルタは、各場合に於て４つの同一に形成された部分体即ちロッド組立て体11を備えた四極構造の組立て体として設計される。これらの部分体即ちロッド組立て体11は夫々の当接表面12の領域で互いの上に載る。
【００１２】
図３乃至５は、個々の部分体11を示す。これは断面が双曲線（双曲線面）である外側表面14を有する細長い固体の輪郭ロッド13を示す。双曲線状表面14は、完全に組立てられたイオン・フィルタ10内に入り、内側を指向して置かれる（図２）。上流のイオン源から放射されるイオンは、これらの間を、長手方向軸15にほぼ平行して移動する。
【００１３】
双曲線状表面14は、長手方向軸15を横切る方向で９０度よりも幾分小さい角度をカバーする。当接表面12は両側部上で長手方向軸15を横切る双曲線状表面14の想像的な延長上に配置される。この目的のために、輪郭ロッド13は、間隔を置いて互いに後に続く４つの当接体16を有する。双曲線状表面14の想像的延長上にある、当接体16の表面は当接表面12として設計される。
【００１４】
４つの絶縁片17は、当接体16と垂直に、つまり図４で輪郭ロッド13の右側に配置される。これらは上方領域内に、つまり双曲線状表面14の外側への想像的延長部に適切な当接表面を12を持つ支持片18を保持する。
【００１５】
絶縁片17（複数）の長手方向軸15の方向の間には各場所に間隔をとるものが配置される。この方法で、熱膨脹によって生じる応力が小さく保たれることができる。
絶縁片17は、イオン・フィルタ10の内側に関連して特別な方法で配置される。フィルタを通るイオンは、絶縁片17に対しては遮られる。中心軸（長手方向軸15）から見ると、絶縁片17は双曲線状表面14によって覆われるように配置される。従って絶縁片17はイオンによってたたかれそして、充電されることはできない。双曲線状面14間の電界の歪曲が避けられる。
【００１６】
絶縁部材17は、好ましくは石英で作られ、ほぼ平行六面体であり、凹部19の領域で輪郭ロッド30の断面内に入れられる。輪郭ロッド13は当接体16と一体となって金属で作られる。好ましくは、低熱膨脹係数を有する金属或いは合金が採用される。特に有用であるのは、焼結法で製造されるモリブデンを、或いはバキュームシュメルツ社（Vacuumschmelze GmbH ）の商標名、バコディル（Vacodil ）によって入手可能であるニッケルが３６％の割合のニッケルと鉄の合金を使用することである。絶縁片17は輪郭ロッド13と、即ち凹部19内に接着剤で接合させられる。部分体11が金属で作られるということはかなり高い精度の加工を可能にする。石英を具備する絶縁片17は、部分体11の残りの部分と比較して小さいので、僅かな誘電損のみが生じ得る。
【００１７】
当接体16の当接表面12及び支持片18は特定の方法で設計される（図５を参照）。当接表面の目的は、個々の部分体11を一緒に接合する際の自己中心合せをすることである。従って当接体16での当接表面12は、支持片18での当接表面12の輪郭に精密に嵌り合う。好ましい特質は、一方でこの場合支持片18を凸型表面とし、他方でこの場合当接体16を凹型当接表面としての組合わせを具備することである。図２は各場合に於て互いに載る当接表面12を示す。
【００１８】
この例示的な実施例で、支持片18の当接表面12は、尖った角部22の領域で互いに当接する部分表面20、21を互いに折り返されるように設計される。尖った角部22は長手方向軸15と平行して図面の面の中に延在する（図５参照）。同じような風に、当接体16は、当接表面として、同じく角度25の領域で互いに当接し、互いに折り返された部分表面23、24を示す。一方で部分表面20、21が、他方で部分表面23、24が方向付けられ、その結果各場合に於てそれらの間にある角度の二等分線26、27が互いに関連して９０度の角度で方向付けられる。
【００１９】
双曲線状表面14及び部分表面20、21、23、24（同時に当接表面12）は、イオン・フィルタ製造の１つの作業ステップで加工される。説明のための破線が対応する表面のそしてそれらに平行である外側を示す。採用される加工工具は適切に輪郭付けられた研削ディスクであることが好ましく、それは双曲線状表面14上への、即ち部分体11上への矢印28の方向に、より精密には前述の表面の上へ“正面から”降ろされる。都合の良いことに、部分体11は高品質の鋳造構成要素として前もって準備され、支持片18を備えた絶縁片17はそれに接着剤で接合される。この様に準備された部分体は、それから説明された方法で最終的な寸法に研磨される。
【００２０】
説明された加工が全ての表面に対してたった１つの工具で可能であるためには、これらは特別な方向から見て、アンダーカットを示さない、即ち目に見えなければならない。当該の場合に於て、これは矢印28によって決定された方向である。原則として、重要なことは加工工具が加工される表面の上に降ろされる方向である。
【００２１】
この場合、部分表面21及び23は決定的な表面である。これらは方向28に関連してある傾きのある最小角度を示さなければならない。もしそうでなければ精密な加工は最早不可能である。理論的には、角度はゼロよりも大きくなければならない；実際には、それは少なくとも５゜であるべきである。当該の場合には、部分表面20と21との間に１３５゜の角度がある。これは、方向28と部分表面21との間の角度、２２．５゜に対応する。更に互いに関連する部分表面20、21のための可能性のある角度は９５゜と１７５゜との間にある。方向28と部分表面21との間の可能性のある角度は類似の方法で獲得される。
【００２２】
凹型表面を形成する部分表面23と24との間の角度はこれに類似している。この角度は、部分表面20と21との間の角度に必ず一致する。もしそうでなければ当接表面は互いに載接しないであろう。
【００２３】
部分体11は、捩込み式接続方式によって互いにしっかりと接続される。この目的のために夫々の支持片18は雌ねじ29を示す。当接体16は角度の二等分線27の方向に貫通孔30を具備する。孔30内へ挿入された捩切りされたスクリュ31によって（図５には示されていない）、当接体16は隣接部分体11の支持片18にしっかりと捩子止めされる。捩込み式接続方式の成果で、互いに関連する部分体11の自己中心合せが上で説明された当接表面12即ち部分表面20,21,23,24 の作用によって生じる。互いに関連する部品の精密な方向付け、例えばいわゆるジグ加工（jigging ）は必要とされない。
【００２４】
加工される表面14,12,20,21,23,24 の説明された配置は更に有用である。作業の間に表面への損傷の場合が生じた時には、これが互いに関連する表面の位置及び配置の変更をもたらすことなしにある程度再び研磨され得る。角度の二等分線26、27に関連する雌ねじ29の及び孔30の位置の僅かな変位だけが起こる。しかし捩込み式接続方式の許容交差を顧慮するとこれらは些細なことである。
【００２５】
図１及び３によると、適切な当接体16及び絶縁断片17を有する４つの接続領域は、イオン・フィルタ10の全長に亘って具備される。これ等の間では（長手方向で見られる）、各場合に於てはっきりした間隔をとるものが与えられて、輪郭ロッド13及び双曲線状面14は夫々完全には囲まれず、適度な高真空状態が作り出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のイオン・フィルタの側立面図。
【図２】  図１のイオン・フィルタの端部面の部分切取り平面図。
【図３】  イオン・フィルタを形成するための４つの部分体の１つの側立面図。
【図４】  図３の部分体の端部面の部分切取り平面図。
【図５】  図４の拡大立面図。
【符号の説明】
10…フィルタ、12…当接表面、13…輪郭ロッド、14…双曲線状表面、15…長手方向軸、16…当接体、17…絶縁片、18…支持片、19…凹部、20,21,23,24 …部分表面、22…尖った角部、25…角度、26,27 …二等分線、28…矢印、29…雌ねじ、30…孔。
【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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