JPH0361306B2

JPH0361306B2 -

Info

Publication number: JPH0361306B2
Application number: JP60243329A
Authority: JP
Inventors: Hajime Ishimaru; Fumio Watanabe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-30
Filing date: 1985-10-30
Publication date: 1991-09-19
Also published as: JPS62103956A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は四重極型質量分析装置に用いられる四
重極質量分析管に関するものである。

従来の技術及び問題点四重極質量分析管はイオン源部、四重極電極部
及びイオン検出部の３つの部分に分けられるが、
四重極電極部の組立精度は分析計の性能に大きな
影響を及ぼすため、そのロツド電極間隔は数ミク
ロン以下の精度で組み立てる必要がある。四重極
電極管は互いに電気的に絶縁する必要があるた
め、多くのセラミツク等のヨーク材の上にネジボ
ルトで組み立てる構造になつている。電極はステ
ンレススチール円柱製のものが多いが、モリブデ
ン製のものもある。これはモリブデンの熱膨張率
がステンレススチールの約1/3程度と少なく、セ
ラミツクのそれに近い。このため高温雰囲気中等
で繰返し使用する場合等は熱膨張率の違いによる
精度の狂いが生じにくく、モリブデン製の方が良
い結果を得られるからである。しかしモリブデン
材は非常に高価であり、加工も難しいという欠点
を有する。また最近はアルミニウム材が超高真空
材料として脚光を浴びている。これはアルミ材は
放射化された後の放射能の減衰が非常に早く、熱
の良導体であり、完全非磁性である上、特殊表面
処理をすると非常に少ない放出ガスになる等、非
常に多くの利点を有するためである。このため真
空チエンバー、ポンプ、バルブ、フランジ、ガス
ケツト、ゲージ等多くの真空部品及び装置がアル
ミ化されるに至つた。しかし四重極質量分析管は
まだアルミ化されていない。これはアルミの熱膨
張率がステンレススチールの約３倍と大きため、
繰返してのベークに対して精度の維持が難しいた
めである。また四重極ロツド電極はヨーク材にス
テンレス製のネジボルトによつて強固に固定され
る。このためロツド電極間隔を数ミクロンのオー
ダーで組み立てるには、ロツド電極の超精密切削
加工の上に、さらに超精密組立治具が必要であ
り、組立にも熟練を要するため、製品の歩留が悪
く、製品は非常に高価なものとなつていた。また
アルミ材の場合はネジのアルミ化が難しいのでス
テンレス製のネジに頼らざるを得ないが、従来の
組立方式では柔らかなアルミ材をヨーク材に堅固
に固定することは難しい上、ステンレスのネジで
あるため、異種材料間の熱膨張率の違いが精度の
維持を困難にもしていた。現在工業界において四
重極質量分析計の必要性は非常に高いが、以上の
ような理由によつて真空計のようには広く普及し
なかつたのである。

本発明の目的及び手段本発明はこのような現状を鑑みて創案されたも
のであつて、その目的とするところは精密加工さ
れた四重極ロツド電極の空間位置を定めるヨーク
材を、四重極ロツド電極と同じ種類の金属で製作
して、四重極電極部とヨーク材との間の熱膨張率
の違いによる歪をなくすと共に、四重極ロツド電
極のヨーク材に対する取付け方法は、絶縁物のピ
ンやスリーブを介しての完全な嵌め込み方式を採
用し、堅固な固定は一切せず、熱膨張率による伸
縮等を自由に行わせて逃し、四重極ロツド電極、
ヨーク材、ピン等に歪を作らないようにして、例
え高温雰囲気中で使用しても精度の維持を可能に
しようとするものである。即ち堅固な締付けをし
ないうえに、熱膨張を逃がす方式なので、これま
で困難とされてきた膨張係数の大きいアルミでも
四重極分析管が製作できるに至つたものである。
また、完全な嵌め込みによる装着なので、部品精
度さえ上げれば、組立治具を必要としないので、
熟練を要せず誰でも簡単かつ確実に組み立てるこ
とが可能となり、製品の歩留を著しく向上させる
ことができる。このため飛躍的なコストダウンを
図ることが可能であり、四重極分析管としての性
能もこれまでにない高性能となるため、工業界の
ニーズに答える画期的な発明を提供することがで
きたものである。

実施例以下、本発明を図面に示された一実施例によつ
て説明する。

第１図は本発明を解説するための四重極分析部
の一部切開斜視図である。１は直径8.000mm、長
さ100.0mmの精密加工によつて鏡面加工を施した
アルミ合金製ロツド電極で、両端には精密研磨加
工仕上の直径4.000mmのセラミツクピン４，５を
嵌込む直径4.005mm、深さ約５mmの穴９，１０が
開けられている。２，３は直径32.0mm、厚さ5.0
mmのアルミ合金製デスク状ヨーク材で、セラミツ
クピン４，５を嵌込む直径4.005mmの穴８，１１
が夫々のデスク状ヨーク材２，３に開けられてい
る。これらの穴８，９，１０，１１は４本のロツ
ド電極１に対応してミクロンオーダーの位置精度
で開けられており、ヨーク材２，３の中心に対向
する穴の中心間距離は15.000mmである。セラミツ
クワツシヤー６，７は内径4.05mm、外径7.0mm、
厚さ1.0mmでセラミツクピン４，５に嵌込んで四
重極ロツド電極１とデスク状ヨーク材２，３を電
気的に絶縁する。穴８−セラミツクピン４−セラ
ミツクワツシヤー６−穴９及び穴１０−セラミツ
クワツシヤー７−セラミツクピン５−穴１１とい
つた組み合わせの仕方で他の三つのロツド電極１
も嵌込まれ、四重極ロツド電極１とヨーク材２，
３は一体構造化される。さらにこの４本のロツド
電極１の嵌込まれたヨーク材２，３は、内径
32.05mm、長さ約120mmのアルミ金属製円筒ケース
１２に嵌込まれる。ところで、上記ヨーク材２，
３は四重極ロツド電極１と同じ種類の金属で構成
することにより、四重極ロツド電極１とヨーク材
２，３との間の熱膨張率の違による歪が生じない
ように配慮されている。

このようにして４本のロツド電極１は互いに電
気的に絶縁されて互いに平行な一定の間隔を保つ
て、ミクロンオーダーの高精度で空間に配置され
る。従つてロツド電極１はセラミツクピン４，５
の軸に対し自由に回転することは勿論、組み合さ
つたロツド電極１とヨーク材２，３も円筒ケース
１２の中で自由に回転することができるため、４
本のロツド電極１の平行間にねじれも生じない。
さらにロツド電極１の縦方向の伸縮も自由に変化
させることができる。

このようにして本発明の組立方式では、４本の
ロツド電極１、２枚のヨーク材２，３、８本のセ
ラミツクピン４，５と８枚のセラミツクワツシヤ
ー６，７及び円筒ケース１２には一切無理な力が
加わらないため歪が生ぜず、たとえ柔らかく、熱
膨張率の大きいアルミ材を四重極ロツド電極１に
使つて、さらに高温雰囲気中で使用したとして
も、歪は全く生じないため、分析管としての精度
は常に適正に維持される。またこの発明の組立方
式は完全な嵌め込み方式であるため、四重極分析
部の性能は切削時の部品の仕上り精度だけで決ま
り、組立治具の精度や、組立熟練度等の要素が全
く含まれない。このため本発明の方式によつて組
み立てられる四重極分析部の歩留は非常によく、
製品にした場合大幅なコストダウンが可能となる
ものである。１３はイオン出口、１４はイオン入
射口である。なお、前記ロツド電極１、ヨーク材
２，３、セラミツクピン４，５、セラミツクワツ
シヤー６，７、ピン挿入穴８，９，１０，１１、
円筒ケース１２等の寸法は実施に際し適宜変更し
得る。

第２図はこの発明による方式で組み立てられた
実寸大の四重極質量分析管の一実施例の断面図で
ある。この実施例では、ヨーク材３は外円筒ケー
ス１２にネジボルト２７によつて固定されてい
る。しかしこの場合でも、もう一方のヨーク材２
は円筒ケース１２の支持台２６との間に僅かの隙
間を持たせて嵌込んであるだけなので、四重極ロ
ツド電極１及びヨーク材２は伸縮及び捩に対して
やはり自由であり、無理な力が一切生じないこと
は明らかである。符号１５はイオン源の半球アノ
ード電極、１６はイオン源の半球フイラメント、
１７は半球シールド電極、１８はイオン引出し電
極、１９はイオン源絶縁台、２０はリード線、２
１はサプレツサー電極、２２はイオンコレクー電
極、２３はコレクターシールド電極、２４は真空
端子、２５はフランジである。

また第２図の実施例ではセラミツクピン４はパ
イプ状に構成されている。これはこのパイプ状セ
ラミツクピン４の中に四重極ロツド電極１へ高周
波電圧を印加するときの導線２８を通したもの
で、導線２８には細く柔らかいアルミ線や銅線を
用いることによつて、四重極ロツド電極１の自由
運動を妨げないようにしている。従つて導線２８
の出し方が軸に平行であるから、ロツド面に傷を
付けずに済むうえ、ロツド電極切削時の旋盤加工
も容易で、高精度な部品を提供することができる
ものである。

第３図に示したスペクトルは第２図に示した四
重極質量分析管によつて得たアルコール蒸気の質
量分析スペクトルで、図中に示してある１乃至46
の数字は質量数を、また高さはその強度を示して
いる。この図によつて明らかであるが、各スペク
トルは左右略対称であり、上方に少しふくらみを
持つた理想的な形をしており、非常に高分解能で
あることがわかる。また全スペクトルの合計の感
度は、２次電子増倍管を用いないで３×10^-3A／
torrと、従来の分析管より約一桁高い感度を持つ
ている。

このように高感度、高分解能の四重極質量分析
管が提供できたのは、完全な嵌め込みによる組立
方式を採用した本発明の効果に他ならない。

尚、ここに示した実施例では４本のロツド電極
１とヨーク材２，３をセラミツクピン４，５によ
つて絶縁して結合・組み立ているが、この嵌め込
みによる組立方式はこのピン方式に限つたことで
はなく、第４図のように４本のロツド電極３０の
各々について少なくとも一方の端をロツド径より
細く加工して、これにセラミツク等の絶縁スリー
ブ３１，３２を被せてヨーク材２９の穴に嵌挿す
る方式や、第５図のようにヨーク材３３自体をセ
ラミツク等の絶縁物によつて製作し、これに開け
た穴にロツド電極３０を嵌込む方式であつてもよ
い。

本発明に係る四重極質量分析管は上記のように
構成したから、四重極ロツド電極のヨーク材に対
する取付けは、従来のもののような堅固な固定と
はならず、従つて熱膨張率により四重極ロツド電
極が伸縮等した場合はその伸縮等を自由に行わせ
て逃すことができるので、四重極ロツド電極、ヨ
ーク材、ピン等に歪が発生するのを確実に防止し
得て、例え高温雰囲気中で使用しても精度の維持
を可能とすることができる。またこれにより、こ
れまで、熱膨張率が大きいため繰返してのベーク
に対して精度の維持が技術的に困難であつたアル
ミニウム材を使用して四重極分析管の製作が可能
となり、このため、放射化された後の放射能の減
衰が非常に早く、熱の良導体でしかも完全非磁性
であるうえ、表面処理を施すことにより、放出ガ
スを著しく減少させることができる等のアルミニ
ウムの特質を充分生かし得て構造簡単なものであ
りながら、高感度、高分解能の四重極質量分析管
を得ることができる。更にまた四重極ロツド電極
のヨーク材に対する装着は完全な嵌め込み式とし
たことにより、部品精度さえ上げれば、組立に際
し特別な組立治具等を必要とせず、しかも熟練を
要することなく誰でも簡単かつ確実に組み立てる
ことが可能となり、製品の歩留を著しく向上させ
ることができる。このため飛躍的なコストダウン
を図ることが可能であり、四重極分析管としての
性能もこれまでにない高性能となるため、工業界
のニーズに答える画面的な発明を提供することが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による四重極分析部の一部切欠
分解斜視図、第２図は本発明を装備した四重極質
量分析管全体の側断面図、第３図は本発明の分析
管を用いて得たアルコール上記の質量スペクトル
図、第４図及び第５図は夫々他の実施例を示す側
断面図である。１は四重極ロツド電極、２，３はヨーク材、
４，５はセラミツクピン、６，７はセラミツクワ
ツシヤー、８，９，１０，１１はピン挿入用の
穴、１２は円筒ケース。

Claims

【特許請求の範囲】１４本のロツド電極をヨーク材によつて互いに
平行に一定の間隔を保たせ、かつ電気的に絶縁し
て配置されている四重極質量分析管において、四
重極ロツド電極の少なくとも一端部をヨーク材に
対して直接又は電気絶縁材を介在せしめ、且つあ
る程度の自由度を与えて嵌挿し四重極ロツド電極
の空間位置を定めることを特徴とする四重極質量
分析管。２自由度を四重極ロツド電極の円周方向の回動
に対する自由度としたことを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の四重極質量分析管。３自由度を四重極ロツド電極の伸縮に対する自
由度としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の四重極質量分析管。４自由度を四重極ロツド電極の回動及び伸縮に
対する自由度としたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の四重極質量分析管。５ヨーク材を四重極ロツド電極と同じ種類の金
属で構成したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の四重極質量分析管。