JP2023542698A - 単一駆動位置決めシステムおよび方法、ならびにそのシステムおよび方法を含む質量分析システム - Google Patents

Abstract

単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトと、モータと、第１のウォームスクリューと、第２のウォームスクリューと、を含む。モータは、ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができる。第１のウォームスクリューはドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する。第２のウォームスクリューはドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する。

Description

（関連出願）
本出願は、２０２０年９月２３日に出願した米国仮特許出願第６３／０８１，９７６号の利益および優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

本技術はモータ駆動位置決めシステムに関し、より詳細にはモータ駆動多軸位置決めシステムに関する。

従来の二軸位置決めシステムには、典型的には、両方の軸を駆動するための２つのモータおよび／または他の電動アクチュエータ（例えばギアチェインジャ）が必要である。位置決めシステムは様々な目的のために使用されている。例えばいくつかの誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）質量分光学（ＭＳ）デバイスは、トーチをＭＳインタフェースに整列させるために位置決めステージを使用している。

一態様では、単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトと、モータと、第１のウォームスクリューと、第２のウォームスクリューとを含む。モータは、ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができる。第１のウォームスクリューはドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する。第２のウォームスクリューもドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する。

いくつかの実施形態では、単一駆動位置決めシステムは、第１のウォームスクリューとモータ出力との間の第１のオーバーランニングクラッチと、第２のウォームスクリューとモータ出力との間の第２のオーバーランニングクラッチとを含む。

いくつかの実施形態では、モータは、ドライブシャフトを時計回り方向および反時計回り方向の各々に回転させるように動作することができる。第１のオーバーランニングクラッチは、ドライブシャフトが時計回り方向に駆動されると、第１のウォームスクリューを時計回り方向に駆動し、また、ドライブシャフトが反時計回り方向に駆動されると、第１のウォームスクリューとは無関係に、ドライブシャフトの回転を許容するように構成される。第２のオーバーランニングクラッチは、ドライブシャフトが反時計回り方向に駆動されると、第２のウォームスクリューを反時計回り方向に駆動し、また、ドライブシャフトが時計回り方向に駆動されると、第２のウォームスクリューとは無関係に、ドライブシャフトの回転を許容するように構成される。

いくつかの実施形態によれば、第１のオーバーランニングクラッチは、第１のウォームスクリューをドライブシャフトに結合する第１の一方向ベアリングを含み、また、第２のオーバーランニングクラッチは、第２のウォームスクリューをドライブシャフトに結合する第２の一方向ベアリングを含む。

いくつかの実施形態では、第１の一方向ベアリングは、第１のウォームスクリューとドライブシャフトとの間に半径方向で挟まれ、また、第２の一方向ベアリングは、第２のウォームスクリューとドライブシャフトとの間に半径方向で挟まれる。

いくつかの実施形態によれば、第１の一方向ベアリングおよび第２の一方向ベアリングは一方向針状ころベアリングである。

いくつかの実施形態では、単一駆動位置決めシステムは、第１のウォームスクリューおよび該第１のウォームスクリューと互いにかみ合った第１のウォーム歯車を含む第１のウォームドライブと、第２のウォームスクリューおよび該第２のウォームスクリューと互いにかみ合った第２のウォーム歯車を含む第２のウォームドライブとを含む。

いくつかの実施形態によれば、第１のウォームドライブおよび第２のウォームドライブは、第１のウォームスクリューが第１のウォーム歯車によって後方駆動されないように、かつ、第２のウォームスクリューが第２のウォーム歯車によって後方駆動されないように、戻り止め式のウォームドライブである。

いくつかの実施形態では、第１のウォームスクリューおよび第２のウォームスクリューは、ドライブシャフトに沿った軸線方向の固定位置でドライブシャフトに取り付けられる。

いくつかの実施形態によれば、単一駆動位置決めシステムは、第１のウォーム歯車の回転によって駆動されるように構成された第１の回転－直線運動機構と、第２のウォーム歯車の回転によって駆動されるように構成された第２の回転－直線運動機構とを含む。

いくつかの実施形態では、第１の回転－直線運動機構および第２の回転－直線運動機構のうちの少なくとも一方は、クランクおよび往復動接続部材を含むスライダ－クランク機構を含む。

いくつかの実施形態では、第１の回転－直線運動機構および第２の回転－直線運動機構のうちの少なくとも一方は、カムおよびカムフォロアを含むカム機構を含む。

いくつかの実施形態によれば、単一駆動位置決めシステムは、フレームと、第１の変位軸線に沿った移動のために、スライド可能にフレームに取り付けられた第１の案内部材と、第１の変位軸線に対して横方向に延びる第２の変位軸線に沿った移動のために、スライド可能にフレームに取り付けられた第２の案内部材とを含むスライドベアリングシステムを含む。第１の回転－直線運動機構は、第１のウォームスクリューが時計回り方向に駆動されると、第１の案内部材を第１の変位軸線に沿って変位させるように構成される。第２の回転－直線運動機構は、第２のウォームスクリューが反時計回り方向に駆動されると、第２の案内部材を第２の変位軸線に沿って変位させるように構成される。

いくつかの実施形態では、単一駆動位置決めシステムは、フレームと、キャリアと、第１の変位軸線および第１の変位軸線に対して横方向に延びる第２の変位軸線の各々に沿ってキャリアが移動できるように、キャリアをフレームに接続する少なくとも１つの屈曲可能撓み部材とを含む撓みベアリングシステムを含む。第１の回転－直線運動機構は、第１のウォームスクリューが時計回り方向に駆動されると、キャリアを第１の変位軸線に沿って変位させるように構成される。第２の回転－直線運動機構は、第２のウォームスクリューが反時計回り方向に駆動されると、キャリアを第２の変位軸線に沿って変位させるように構成される。

いくつかの実施形態によれば、単一駆動位置決めシステムは対象と共に使用するように構成され、また、第１のウォームスクリューが時計回り方向に駆動されると、第１の変位軸線に沿って、または第１の変位軸線の周りにその対象を変位させ、また、第２のウォームスクリューが反時計回り方向に駆動されると、第２の変位軸線に沿って、または第２の変位軸線の周りにその対象を変位させるように構成される。

いくつかの実施形態では、第１の変位軸線は直線軸線であり、また、第２の変位軸線は、第１の変位軸線に対して横方向に延びる直線軸線である。

いくつかの実施形態によれば、モータは、ドライブシャフトをドライブシャフト軸線の周りに回転させるように動作することができ、ドライブシャフト軸線は第１の変位軸線に対して斜めに延びるとともに、第２の変位軸線に対して斜めに延びる。

第２の態様では、対象を位置決めするための方法は、ドライブシャフトと、ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューとを含む単一駆動位置決めシステムを提供するステップを含む。方法は、ドライブシャフトを回転させるためにモータを動作させるステップをさらに含む。

第３の態様では、単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトと、モータと、第１のウォームドライブと、第２のウォームドライブと、第１のオーバーランニングクラッチと、第２のオーバーランニングクラッチとを含む。モータは、ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、ドライブシャフトを時計回り方向および反時計回り方向の各々に選択的に回転させるように動作することができる。第１のウォームドライブは、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、第１のウォームスクリューと互いにかみ合った第１のウォーム歯車とを含む。第２のウォームドライブは、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューと、第２のウォームスクリューと互いにかみ合った第２のウォーム歯車とを含む。第１のオーバーランニングクラッチは、ドライブシャフトと第１のウォームスクリューとの間に配置される。第１のオーバーランニングクラッチは、ドライブシャフトが時計回り方向に駆動されると、第１のウォームスクリューを時計回り方向に駆動し、また、ドライブシャフトが反時計回り方向に駆動されると、第１のウォームスクリューとは無関係に、ドライブシャフトの回転を許容するように構成される。第２のオーバーランニングクラッチは、ドライブシャフトと第２のウォームスクリューとの間に配置される。第２のオーバーランニングクラッチは、ドライブシャフトが反時計回り方向に駆動されると、第２のウォームスクリューを反時計回り方向に駆動し、また、ドライブシャフトが時計回り方向に駆動されると、第２のウォームスクリューとは無関係に、ドライブシャフトの回転を許容するように構成される。

第４の態様では、質量分析システムは、ＩＣＰトーチと、入口を含む試料導入要素と、単一駆動位置決めシステムとを含む。単一駆動位置決めシステムは、ＩＣＰトーチを入口と選択的に整列させるように動作することができる。単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトと、ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューとを含む。

いくつかの実施形態では、モータは、ドライブシャフトを時計回り方向および反時計回り方向の各々に回転させるように動作することができ、また、単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトを時計回り方向に回転させることにより、第１の変位軸線に沿った、または第１の変位軸線の周りのＩＣＰトーチの位置を調整し、また、ドライブシャフトを反時計回り方向に回転させることにより、第２の変位軸線に沿った、または第２の変位軸線の周りのＩＣＰトーチの位置を調整するように構成される。

いくつかの実施形態によれば、質量分析システムは、ＩＣＰトーチから入口の下流側に配置された質量アナライザを含む。

第５の態様では、試料の質量分析を実施するための方法は、ＩＣＰトーチと、入口を含む試料導入要素と、単一駆動位置決めシステムとを含む質量分析システムを提供するステップを含む。単一駆動位置決めシステムは、ＩＣＰトーチを入口と選択的に整列させるように動作することができる。単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトと、ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、ドライブシャフトに取り付けられ、ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューとを含む。方法は、ドライブシャフトを回転させるためにモータを動作させるステップをさらに含む。

本明細書の一部を形成している添付の図面は、本技術の実施形態を示したものである。

いくつかの実施形態による単一駆動位置決めシステムの上面斜視図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの底面斜視図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの分解上面図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの上面図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの底面図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの端面図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの側面図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの部分分解図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの部分横断面図である。 図１の単一駆動位置決めシステムの一部を形成している一方向ベアリングの斜視図である。 いくつかの実施形態による質量分析システムの概略側面図である。 さらなる実施形態による単一駆動位置決めシステムの正面斜視図である。 図１２の単一駆動位置決めシステムの背面斜視図である。 図１２の単一駆動位置決めシステムの正面図である。 さらなる実施形態による単一駆動位置決めシステムの正面図である。 図１５の単一駆動位置決めシステムの背面図である。

従来の二軸位置決めシステム（例えばＸ－Ｙステージ）には、典型的には、２つ以上のモータまたは他の電動アクチュエータ（例えばギアチェインジャ）が必要である。しかしながら、これらのモータおよびアクチュエータは、望ましくないコスト、大きさおよび／または重量を二軸位置決めシステムに追加し得る。

本技術の実施形態による単一駆動位置決めシステムは、複数のモータおよび／または他の電動アクチュエータの必要性を除去し、その一方で有効な多軸位置決め機能性を提供することにより、これらの問題のうちの１つまたは複数に対処する。本技術による単一駆動位置決めシステムは、ドライブシャフトを第１の方向およびその逆の第２の方向（例えば時計回りおよび反時計回り）の各々に選択的に回転させる単一のモータを含むことができる。第１のウォームスクリューおよび第２のウォームスクリューがドライブシャフトに取り付けられる。第１のウォームスクリューは、第１のウォーム歯車とかみ合って第１のウォームドライブを形成する。第２のウォームスクリューは、第２のウォーム歯車とかみ合って第２のウォームドライブを形成する。第１のウォームドライブは、第１の変位軸線に沿った、または第１の変位軸線の周りの対象（例えば支持プラットフォームおよび／またはＩＣＰトーチなどの構成要素）の位置を調整するように構成される。第２のウォームドライブは、第２の変位軸線に沿った、または第２の変位軸線の周りの対象の位置を調整するように構成される。第１のウォームドライブおよび第２のウォームドライブと対象との間にリンク仕掛けを提供することができる。

ドライブシャフトと第１のウォームスクリューとの間に第１のオーバーランニングクラッチ（例えば一方向ベアリング）が提供される。ドライブシャフトと第２のウォームスクリューとの間に第２のオーバーランニングクラッチ（例えば一方向ベアリング）が提供される。第１のオーバーランニングクラッチおよび第２のオーバーランニングクラッチは、ａ）ドライブシャフトが第１の方向に駆動されると、第１のオーバーランニングクラッチがドライブシャフトから第１のウォームスクリューへトルクを伝達して第１のウォームスクリューを回転させ、また、第２のオーバーランニングクラッチが第２のウォームスクリュー内におけるドライブシャフトの自由回転を許容するように、また、ｂ）ドライブシャフトが第２の方向に駆動されると、第２のオーバーランニングクラッチがドライブシャフトから第２のウォームスクリューへトルクを伝達して第２のウォームスクリューを回転させ、また、第１のオーバーランニングクラッチが第１のウォームスクリュー内におけるドライブシャフトの自由回転を許容するように、互いに逆向きの配向で取り付けられる。したがって、第１のウォームドライブは、ドライブシャフトが第１の方向に駆動されるとモータによって駆動されるが、ドライブシャフトが第２の方向に駆動されると駆動されない。同様に、第２のウォームドライブは、ドライブシャフトが第２の方向に駆動されるとモータによって駆動されるが、ドライブシャフトが第１の方向に駆動されると駆動されない。したがって、対象は、モータを使用してドライブシャフトを第１の方向に駆動することにより、第１の変位軸線に沿って、または第１の変位軸線の周りに配置し直され、また、同じモータを使用してドライブシャフトを第２の方向に駆動することにより、第２の変位軸線に沿って、または第２の変位軸線の周りに配置し直され、追加アクチュエータ（例えばギアチェインジャ）は不要である。

本技術の実施形態による単一駆動位置決めシステムは、ＩＣＰトーチを試料導入要素の入口に対して選択的に配置するために質量分析システムの中に組み込むことができる。他の実施形態では、位置決めシステムを使用して、ＩＣＰトーチを発光分光学（ＯＥＳ）システムの中に選択的に配置することができる。しかしながら、実施形態はＩＣＰトーチとの使用に限定されない。本明細書において説明される位置決めシステムの実施形態は、任意のシステムまたは装置の構成要素として含まれてもよい。

図１～図１０を参照すると、これらの図には、いくつかの実施形態による単一駆動位置決めステージ、すなわちシステム１００が示されている。単一駆動位置決めステージ、すなわちシステム１００は駆動システム１０４およびベアリングシステム１１０を含む。駆動システム１０４は、モータ１０８、変速機システム１３０およびコントローラ２２を含む。

単一駆動位置決めシステム１００は、対象６２の空間位置を第１の変位軸線Ｘ－Ｘに沿って直線的に調整し（すなわち移動させ、変位させ、または配置し直す）、また、対象６２の空間位置を第２の変位軸線Ｙ－Ｙに沿って直線的に調整するように構成され、また、そのように動作することができる。軸線Ｘ－Ｘおよび軸線Ｙ－Ｙは互いに横方向に延びる。例示的実施形態では軸線Ｘ－Ｘおよび軸線Ｙ－Ｙは直角であるが、他の構成を提供することも可能である。示されている対象６２はＩＣＰトーチであるが、単一駆動位置決めシステム１００は、代替対象と共に使用することも可能であることは認識されよう。さらに、いくつかの実施形態では、対象６２はトーチボックスなどのデバイスであってもよく、このデバイスはＩＣＰトーチを含み、また、単一駆動位置決めシステム１００がＩＣＰトーチを含むデバイス全体を移動させるように、他の構成要素を含む。

ベアリングシステム１１０（図１～図３）は二軸直線スライドベアリングシステムである。ベアリングシステム１１０は、ベアリングフレーム１１２、第１の案内部材であるヨークまたはシャトル１１４、第２の案内部材であるヨークまたはシャトル１１６、およびプラットフォーム、ホルダー、サポートまたはキャリア１１８を含む。いくつかの実施形態では、構成要素１１２、１１４、１１６、１１８は、それぞれ実質的に剛直であり、また、任意の適切な材料（例えば金属および／または重合材料）で形成することができる。

ベアリングフレーム１１２（図３）は、互いに反対側のＸ軸線レール１１４Ａおよび互いに反対側のＹ軸線レール１１６Ａを含む。案内部材１１４は、案内部材１１４が前方向Ｘ１およびその逆の後ろ方向Ｘ２（図４）の各々に軸線Ｘ－Ｘに沿って並進することができるよう、スライド可能にレール１１４Ａの上に取り付けられている。いくつかの実施形態では、案内部材１１４は、フレーム１１２に対して、軸線Ｘ－Ｘに沿った直線運動に拘束されている。同様に、案内部材１１６は、案内部材１１６が前方向Ｙ１およびその逆の後ろ方向Ｙ２の各々に軸線Ｙ－Ｙに沿って並進することができるよう、スライド可能にレール１１６Ａの上に取り付けられている。いくつかの実施形態では、案内部材１１６は、フレーム１１２に対して、軸線Ｙ－Ｙに沿った直線運動に拘束されている。いくつかの実施形態では、案内部材１１４、１１６およびキャリア１１８は、ベアリングフレーム１１２に対して、Ｚ軸線Ｚ－Ｚ（すなわち軸線Ｘ－Ｘおよび軸線Ｙ－Ｙの各々に対して直角）に沿った移動から拘束されている。示されている例では、Ｘ軸線レール１１４ＡおよびＹ軸線レール１１６Ａはベアリングフレーム１１２の一体部品である。しかしながら、実施形態は一体構造に限定されない。例えばレール１１４Ａ、１１６Ａは個別に支持することができる。

ベアリングフレーム１１２は、ドライブシャフトマウント１２０（図３のドライブシャフトボア１２０Ａを含む）、第１のウォーム歯車マウント１２３および第２のウォーム歯車マウント１２５を同じく含む。マウント１２０、１２３、１２５は、それぞれベアリングフレーム１１２に対して所定の位置に固定されている。いくつかの実施形態では、また、示されているように、マウント１２０、１２３、１２５は、それぞれ、ベアリングフレーム１１２の上に形成された、またはベアリングフレーム１１２に貼り付けられた（直接または間接的に）一体特徴である。

モータ１０８は出力１０８Ａを有している。モータ１０８は任意の適切なタイプのモータであってもよい。いくつかの実施形態ではモータは電動機である。いくつかの実施形態では、モータは、出力１０８Ａにおいてまたはそれを介してトルクを生成し、または出力１０８Ａを介してトルクを生成する回転モータ（例えば回転電動機）である。いくつかの実施形態ではモータは電気サーボモータである。いくつかの実施形態ではモータは電気ステッパモータである。

変速機システム１３０は、ドライブシャフト１３２、第１のウォームドライブ１４１、第２のウォームドライブ１５１、第１のリンク仕掛け１６１および第２のリンク仕掛け１７１を含む。いくつかの実施形態では、また、示されているように、第１のリンク仕掛けおよび第２のリンク仕掛け１６１、１７１はそれぞれ回転－直線運動機構である。

ドライブシャフト１３２（図４および図８）は近位端１３２Ａから遠位端１３２Ｂまで延び、縦方向のドライブシャフト軸線Ｄ－Ｄを有している。いくつかの実施形態ではドライブシャフト１３２は一元的であり、また、いくつかの実施形態ではドライブシャフト１３２は一体構造である。いくつかの実施形態ではドライブシャフト１３２は実質的に剛直である。ドライブシャフト１３２は任意の適切な材料（例えば金属または重合材料）で形成することができる。

近位端１３２Ａは、モータ出力１０８Ａがドライブシャフト１３２を時計回りの回転方向ＣＷおよびその逆の反時計回りの回転方向ＣＣＷ（図１）の各々にドライブシャフト軸線Ｄ－Ｄの周りに選択的に、強制的に駆動することができるようにモータ出力１０８Ａに接続されている（例えばモータ出力１０８Ａに貼り付けられ、またはモータ出力１０８Ａと一体である）。

いくつかの実施形態では、モータ出力１０８Ａは、これらの回転駆動を直接付与するように構成され、また、そのように操作される（例えばモータ出力１０８Ａは回転トルク出力である）。しかしながら、他の実施形態では、モータ出力１０８Ａとドライブシャフト１３２との間に中間変速機機構を提供することも可能である。例えばモータ出力１０８Ａとドライブシャフト１３２との間に歯車減速を提供することができる。さらなる例として、モータ出力１０８Ａは非回転出力（例えば直線駆動出力）であってもよく、また、ドライブシャフト１３２上で直線モータ出力を回転駆動に変換するために、モータ出力１０８Ａとドライブシャフト１３２との間に変換機構（例えば直線－回転機構）を提供してもよい。いくつかの実施形態では、ドライブシャフト１３２に対するモータ１０８の異なる位置および／または配向を可能にするために、モータ出力とドライブシャフト１３２との間にベルト駆動器、かさ歯車または別の変速機デバイスを提供してもよい。

第１のウォームドライブ１４１（図１）は、第１のウォームスクリュー１４０、第１のウォーム歯車１４２および第１のオーバーランニングクラッチ１４４を含む。いくつかの実施形態では、また、示されているように、第１のオーバーランニングクラッチ１４４は一方向ベアリング１４４である。

第１のウォームスクリュー１４０はウォームスクリュー軸線Ｅ１－Ｅ１（図８）を有している。ウォームスクリュー１４０は、軸線Ｅ１－Ｅ１の周りを実質的に同軸で巻いている螺旋外部ねじ山１４０Ａを有している。ウォームスクリュー１４０は、軸線Ｅ１－Ｅ１と実質的に同軸で延びる内部通路すなわちボア１４０Ｂを同じく有している。

第１のベアリング１４４（図８～図１０）は、ドライブシャフト１３２と第１のウォームスクリュー１４０との間に半径方向で挟まれている。第１のベアリング１４４はベアリング軸線Ｂ１－Ｂ１を有しており、また、内部レース１４４Ａおよび外部レース１４４Ｂを含む。内部レース１４４Ａはドライブシャフト１３２に取り付けられ、結合され、または貼り付けられ、ドライブシャフト１３２と共に回転する。例えば内部レース１４４Ａは、締りばめ、ファスナー、インターロックおよび／または接着剤によってドライブシャフト１３２に固着することができる。外部レース１４４Ｂは、ウォームスクリュー１４０が外部レース１４４Ｂと共に回転するよう、ボア１４０Ｂの中でウォームスクリュー１４０に取り付けられ、結合され、または貼り付けられる。例えば外部レース１４４Ｂは、締りばめ、ファスナー、インターロックおよび／または接着剤によってウォームスクリュー１４０に固着することができる。

第１のベアリング１４４は、外部レース１４４Ｂに対する、第１の方向ＲＢ２における軸線Ｂ１－Ｂ１の周りの、内部レース１４４Ａの実質的に自由な急速回転を許容し、また、内部レース１４４Ａが軸線Ｂ１－Ｂ１の周りを逆方向ＲＢ１に回転すると、内部レース１４４Ａを外部レース１４４Ｂに結合し、または係止する一方向ベアリングである。すなわちレース１４４Ａが一方の規定された方向に回転すると、レース１４４Ａとレース１４４Ｂとの間でトルクが伝達され、また、レース１４４Ａがその逆の方向に回転すると、レース１４４Ａとレース１４４Ｂとの間でトルクは伝達されない。このタイプの一方向ベアリングは、単方向性ベアリング、単方向性クラッチ、一方向ベアリングまたは一方向クラッチと呼ぶことができる。いくつかの実施形態では、第１のベアリング１４４は一方向針状ころベアリングである。

第１のベアリング１４４とドライブシャフト１３２との間の取付け構造も、同じく、ドライブシャフト１３２の長さに沿ったウォームスクリュー１４０の軸線方向の位置が固定されるように構築されている。

第１のウォーム歯車１４２はウォーム歯車軸線Ｆ１－Ｆ１（図７）を有している。ウォーム歯車１４２は、軸線Ｆ１－Ｆ１の周りに、軸線Ｆ１－Ｆ１と同心で円周状に分散した歯１４２Ａを有している（例えば平歯車のような）。ウォーム歯車１４２は、ウォーム軸線Ｆ１－Ｆ１の周りの回転のために、軸すなわちピン１２２によってウォーム歯車マウント１２３に取り付けられている。

歯１４２Ａはウォームスクリューねじ山１４０Ａとかみ合って、方向ＲＥ１（図４）におけるウォームスクリュー１４０の回転を可能にし、対応する方向ＲＦ１（図４）におけるウォーム歯車１４２の回転を駆動している。ウォームスクリュー回転軸線Ｅ１－Ｅ１は実質的にウォーム歯車回転軸線Ｆ１－Ｆ１に対して直角である。

第２のウォームドライブ１５１（図１）は、第２のウォームスクリュー１５０、第２のウォーム歯車１５２および第２のオーバーランニングクラッチ１５４を含む。第２のウォームドライブ１５１、第２のウォームスクリュー１５０、第２のウォーム歯車１５２および第２のオーバーランニングクラッチ１５４は、以下を除き、ウォームドライブ１４１、ウォームスクリュー１４０、ウォーム歯車１４２およびオーバーランニングクラッチ１４４と同じ方法で構築されており、また、そのように動作する。

第２のウォームスクリュー１５０はウォームスクリュー軸線Ｅ２－Ｅ２（図８）を有している。ウォームスクリュー１５０は、軸線Ｅ２－Ｅ２の周りを実質的に同軸で巻いている螺旋外部ねじ山１５０Ａを有している。ウォームスクリュー１５０は、軸線Ｅ２－Ｅ２と実質的に同軸線で延びる内部通路すなわちボア１５０Ｂを同じく有している。

第２のベアリング１５４（図８および図９）は、ドライブシャフト１３２と第２のウォームスクリュー１５０との間に半径方向で挟まれている。第２のベアリング１５４はベアリング軸線Ｂ２－Ｂ２を有しており、また、内部レース１５４Ａおよび外部レース１５４Ｂを含む。内部レース１５４Ａはドライブシャフト１３２に取り付けられ、結合され、または貼り付けられ、ドライブシャフト１３２と共に回転する。例えば内部レース１５４Ａは、締りばめ、ファスナー、インターロックおよび／または接着剤によってドライブシャフト１３２に固着することができる。外部レース１５４Ｂは、ウォームスクリュー１５０が外部レース１５４Ｂと共に回転するよう、ボア１５０Ｂの中でウォームスクリュー１５０に取り付けられ、結合され、または貼り付けられる。例えば外部レース１５４Ｂは、締りばめ、ファスナー、インターロックおよび／または接着剤によってウォームスクリュー１５０に固着することができる。

第２のベアリング１５４は、第１のベアリング１４４に対して上で説明したように一方向ベアリングである。第２のベアリング１５４は、外部レース１５４Ｂに対する、第１の方向ＲＢ１における軸線Ｂ２－Ｂ２の周りの、内部レース１５４Ａの実質的に自由な急速回転を許容し、また、内部レース１４４Ａが軸線Ｂ２－Ｂ２の周りを逆方向ＲＢ２に回転すると、内部レース１４４Ａを外部レース１４４Ｂに結合し、または係止する。第２のベアリング１５４は、係止される回転方向ＲＢ２が第１のベアリング１４４の係止される回転方向ＲＢ１とは逆方向である点を除き、第１のベアリング１４４と同じ方法で構築され、また、そのように動作する。すなわち第１のベアリング１４４および第２のベアリング１５４は、互いに逆向きの配向でドライブシャフト１３２に取り付けられる。

第２のベアリング１５４とドライブシャフト１３２との間の取付け構造も、同じく、ドライブシャフト１３２の長さに沿ったウォームスクリュー１５０の軸線方向の位置が固定されるように構築されている。

第２のウォーム歯車１５２はウォーム歯車軸線Ｆ２－Ｆ２（図６）を有している。ウォーム歯車１５２は、軸線Ｆ２－Ｆ２の周りに、軸線Ｆ２－Ｆ２と同心で円周状に分散した歯１５２Ａを有している（例えば平歯車のような）。ウォーム歯車１５２は、ウォーム軸線Ｆ２－Ｆ２の周りの回転のために、軸すなわちピン１２４によってウォーム歯車マウント１２５に取り付けられている。

歯１５２Ａはウォームスクリューねじ山１５０Ａとかみ合って、方向ＲＥ２（図４）におけるウォームスクリュー１５０の回転を可能にし、対応する方向ＲＦ２（図４）におけるウォーム歯車１５２の回転を駆動している。ウォームスクリュー回転軸線Ｅ２－Ｅ２は実質的にウォーム歯車回転軸線Ｆ２－Ｆ２に対して直角である。

第１のリンク仕掛け１６１（図１および図４）は、クランク１６２および接続部材すなわちロッド１６４を含むスライダ－クランク機構である。クランク１６２は第１のウォーム歯車１４２に固着され（例えば第１のウォーム歯車１４２に貼り付けられ、あるいは第１のウォーム歯車１４２と一体であり）、第１のウォーム歯車１４２と共にウォーム歯車軸線Ｆ１－Ｆ１の周りを回転する。接続ロッド１６４の近位端は、ねじ、すなわちピン１６２Ａによってクランク１６２にピボット可能に結合されている。接続ロッド１６４の遠位端は、ねじ、すなわちピン１６６によって案内部材マウント１１４にピボット可能に結合されている。

ピン１６２Ａの軸線はウォーム歯車軸線Ｆ１－Ｆ１からオフセットされている（ウォーム歯車軸線Ｆ１－Ｆ１に対して偏心している）。このオフセットにより、接続ロッド１６４がＸ１およびＸ２の方向に並進する（いくつかの事例では往復する）。クランク１６２は、クランク１６２の角配向位置に応じて案内部材１１４をＸ１の方向に押すか、または案内部材１１４をＸ２の方向に引っ張る。したがって、クランク１６２が回転すると、軸線Ｆ１－Ｆ１と案内部材１１４との間の距離が変化する。フレーム１１２に対するウォーム歯車１４２の位置は固定されているため、この距離の変化により、案内部材１１４が相応じてフレーム１１２に対して、軸線Ｘ－Ｘに沿ってＸ１およびＸ２の方向に並進する。

第２のリンク仕掛け１７１（図１および図５）も、第１のリンク仕掛け１６１に対して上で説明した方法と同じ方法で構築され、また、そのように動作するスライダ－クランク機構である。第２のリンク仕掛け１７１はクランク１７２および接続部材すなわちロッド１７４を含む。クランク１７２は第２のウォーム歯車１５２に固着され（例えば第２のウォーム歯車１５２に貼り付けられ、あるいは第２のウォーム歯車１５２と一体であり）、第２のウォーム歯車１５２と共にウォーム歯車軸線Ｆ２－Ｆ２の周りを回転する。接続ロッド１７４の近位端は、ねじ、すなわちピン１７２Ａによってクランク１７２にピボット可能に結合されている。接続ロッド１７４の遠位端は、ねじ、すなわちピン１７６によって案内部材１１６にピボット可能に結合されている。

ピン１７２Ａの軸線はウォーム歯車軸線Ｆ２－Ｆ２からオフセットされている（ウォーム歯車軸線Ｆ２－Ｆ２に対して偏心している）。このオフセットにより、接続ロッド１７４がＹ１およびＹ２の方向に並進する（いくつかの事例では往復する）。クランク１７２は、クランク１７２の角配向の位置に応じて案内部材１１６をＹ１の方向に押すか、または案内部材１１６をＹ２の方向に引っ張る。したがって、クランク１７２が回転すると、軸線Ｆ２－Ｆ２と案内部材１１６との間の距離が変化する。フレーム１１２に対するウォーム歯車１５２の位置は固定されているため、この距離の変化により、案内部材１１６が相応じてフレーム１１２に対して、軸線Ｙ－Ｙに沿ってＹ１およびＹ２の方向に並進する。

図４を参照すると、単一駆動位置決めシステム１００は以下のように使用することができる。一般に、また、以下でより詳細に説明されるように、単一駆動位置決めシステム１００は、追加アクチュエータ、例えばギアチェインジャを必要とすることなく、単一のモータ１０８のみを動作させることによってキャリア１１８のＸ軸線位置およびＹ軸線位置を調整するように動作することができる。より詳細には、ドライブシャフト１３２を時計回り方向ＣＷに回転させることによってＸ軸線に沿ったキャリア１１８の位置が調整され、また、ドライブシャフト１３２を反時計回り方向ＣＣＷに回転させることによってＹ軸線に沿ったキャリア１１８の位置が調整される。以下の説明では、コントローラ２２を使用してモータ１０８の動作が制御される。しかしながら、他の実施形態では、例えば手動でモータ１０８を制御することも可能である。

キャリア１１８のＸ軸線位置を調整するために、コントローラ２２は、ドライブシャフト１３２を時計回り方向ＣＷに駆動するようにモータ１０８を動作させる。したがって、第１の一方向ベアリング１４４の内部レース１４４Ａおよび第２の一方向ベアリング１５４の内部レース１５４Ａは、時計回り方向ＣＷに回転するように駆動される。

第２のベアリング１５４は時計回り方向ＣＷ（すなわちＲＢ１方向）に自由に急速回転し、また、第２のウォームスクリュー１５０の回転は第２のウォーム歯車１５２によって妨げられるため、ドライブシャフト１３２は第２のウォームスクリュー１５０とは無関係に急速回転し、また、第２のウォームドライブ１５１を駆動しない。したがって、キャリア１１８のＹ軸線位置は不変を維持する。

第１のベアリング１４４は時計回り方向ＣＷ（すなわちＲＢ１方向）では係止しているため、第１のベアリング１４４はドライブシャフト１３２から第１のウォームスクリュー１４０にトルクを付与し、したがってウォームスクリュー１４０はＲＥ１の方向に回転する。そのウォームスクリュー１４０の回転により、今度は第１のウォーム歯車１４２が駆動されて、軸線Ｆ１－Ｆ１の周りをＲＦ１の方向に回転する。クランク１６２はウォーム歯車１４２と共に回転して、接続ロッド１６４を軸線Ｘ－Ｘに沿って並進させる。ベアリングシステム１１０は、接続ロッド１６４の遠位端の動きを軸線Ｘ－Ｘに隔離している。接続ロッド１６４の並進により、案内部材１１４がベアリングフレーム１１２に対して押されるか、または引っ張られ、それによりキャリア１１８のＸ軸線位置が調整される。キャリア１１８のＸ線軸位置は、必要に応じてこの方法で設定することができる。

キャリア１１８のＹ軸線位置を調整するために、コントローラ２２は、ドライブシャフト１３２を反時計回り方向ＣＣＷに駆動するようにモータ１０８を動作させる。したがって、第１の一方向ベアリング１４４の内部レース１４４Ａおよび第２の一方向ベアリング１５４の内部レース１５４Ａは、反時計回り方向ＣＣＷに回転するように駆動される。

第１のベアリング１４４は反時計回り方向ＣＣＷ（すなわちＲＢ２方向）に自由に急速回転し、また、第１のウォームスクリュー１４０の回転は第１のウォーム歯車１４２によって妨げられるため、ドライブシャフト１３２は第１のウォームスクリュー１４０とは無関係に急速回転し、また、第１のウォームドライブ１４１を駆動しない。したがって、キャリア１１８のＸ軸線位置は不変を維持する。

第２のベアリング１５４は反時計回り方向ＣＣＷ（すなわちＲＢ２方向）では係止しているため、第２のベアリング１５４はドライブシャフト１３２から第２のウォームスクリュー１５０にトルクを付与し、したがって第２のウォームスクリュー１５０はＲＥ２の方向に回転する。その第２のウォームスクリュー１５０の回転により、今度は第２のウォーム歯車１５２が駆動されて、軸線Ｆ２－Ｆ２の周りをＲＦ２の方向に回転する。クランク１７２は第２のウォーム歯車１５２と共に回転して、接続ロッド１７４を軸線Ｙ－Ｙに沿って並進させる。ベアリングシステム１１０は、接続ロッド１７４の遠位端の動きを軸線Ｙ－Ｙに隔離している。接続ロッド１７４の並進により、案内部材１１４がベアリングフレーム１１２に対して押されるか、または引っ張られ、それによりキャリア１１８のＹ軸線位置が調整される。キャリア１１８のＹ軸線位置は、必要に応じてこの方法で設定することができる。

第１のクランク１６２が軸線の周りを完全に（すなわち３６０度）回転する際に、接続ロッド１６４はＸ１の方向に移動し、次に、Ｘ２の方向に移動して戻ることになり、後続する回転毎にこのシーケンスを繰り返すことになる。したがって、クランク１６２が回転すると接続ロッド１６４が往復する。スライダ－クランク機構１６１は、接続ロッド１６４の最伸長位置から接続ロッド１６４の最縮退位置までの最大可動距離に対応する、軸線Ｘ－Ｘに沿ったキャリア１１８の一定の範囲の調整ＤＸ（図４）を提供する。第２のスライダ－クランク機構１７１も同じ方法で動作して、接続ロッド１７４の最伸長位置から接続ロッド１７４の最縮退位置までの最大可動距離に対応する、軸線Ｙ－Ｙに沿ったキャリア１１８の一定の範囲の調整ＤＹ（図４）を提供する。個々の軸線Ｘ－Ｘ、Ｙ－Ｙに沿ったキャリア１１８の運動すなわち移動の量は、クランク１６２、１７２に対する対応する偏心率を選択することによって設定することができる。いくつかの実施形態では、個々の調整範囲ＤＸ、ＤＹは、約８ｍｍから１２ｍｍまで（例えば＋／－４ｍｍから＋／－６ｍｍ）の範囲にある。調整範囲ＤＸ、ＤＹは同じであっても、あるいは互いに異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、その回転軸線Ｆ１－Ｆ１、Ｆ２－Ｆ２からの対応する偏心率を有するクランク１６２、１７２を選択することによって個々の調整範囲を設定することができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ２２は、プログラムによって、また、自動的にモータ１０８を制御して、キャリア１１８のＸ軸線位置およびＹ軸線位置の各々を調整し、かつ、設定する。

したがって、単一駆動位置決めシステム１００によれば、オペレータは、ドライブシャフト１３２が駆動される方向（すなわちモータ出力１０８Ａからのトルクが加えられる方向）を切り換えることにより、単一の駆動モータ１０８を使用して、また、何らかの追加アクチュエータ（例えばギアチェインジャ）なしに、キャリア１１８（または他の対象）を２つの異なる軸線に沿って独立して移動させることができる。ドライブシャフト１３２が時計回り方向ＣＷに駆動されると、それにより第１のウォーム歯車１４２が駆動され、第１のウォーム歯車１４２の回転運動がスライダ－クランク機構１６１によって直線運動に変換される。ドライブシャフト１３２が反時計回り方向ＣＣＷに駆動されると、それにより第２のウォーム歯車１５２が駆動され、第２のウォーム歯車１５２の回転運動がスライダ－クランク機構１７１によって直線運動に変換される。

上で考察したように、いくつかの実施形態では、ドライブシャフト１３２の長さに沿ったウォームスクリュー１４０、１５０の軸線方向の位置は剛直に固定されている。さらに、いくつかの実施形態では、ウォーム歯車１４２、１５２に対するドライブシャフト１３２の軸線方向の位置も固定されている。第１のウォームドライブ１４１および第２のウォームドライブ１５１は、それぞれ戻り止め式のウォームギアセットを形成している。したがって、ウォームドライブ１４１、１５１を後方駆動することはできない。すなわち、ウォーム歯車１４２からのトルクによってドライブシャフト軸線Ｄ－Ｄの周りで回転するようにウォームスクリュー１４０を駆動することはできず、また、ウォーム歯車１５２からのトルクによってドライブシャフト軸線Ｄ－Ｄの周りで回転するようにウォームスクリュー１５０を駆動することはできない。この態様は、他の軸線に沿った調整を実行するためにドライブシャフト１３２が駆動されている際に、１つの軸線（すなわちＸ軸線またはＹ軸線）に沿った調整が変化するのを防止する。この態様は、外部の力（例えば重力または、ばねの力）がキャリア１１８に作用する際のキャリア１１８の意図しない動きを防止するために重要であり得る。その性質により、一方向ベアリングは、一方向ベアリングの自由急速回転方向における慣性運動（入力の先を移動する出力）を制限することができない。また、一方向ベアリングは、静止状態にある場合はその係止方向における後方駆動を許容しないが、ドライブシャフト１３２が逆方向に駆動されると、一方向ベアリングの「係止された」位置は、本質的にドライブシャフト１３２と共に回転する。これらの問題は、ウォームドライブ１４１、１５１の戻り止めによって対処される。

ウォームドライブ１４１、１５１は、モータ出力１０８Ａからスライダクランク１６１、１７１への歯車減速を提供するように構成することも可能である。

いくつかの実施形態では、また、示されているように、ドライブシャフト軸線Ｄ－Ｄは、第１の変位軸線Ｘ－Ｘとある傾斜角Ａ１（図４）を形成し、また、第２の変位軸線Ｙ－Ｙとある傾斜角Ａ２（図４）を形成する。いくつかの実施形態では、角度Ａ１、Ａ２はそれぞれ４５度である。しかしながら、他の実施形態では、傾斜角Ａ１、Ａ２は４５度より大きくても、あるいは４５度より小さくてもよく、いくつかの実施形態では互いに異なっていてもよい。

いくつかの実施形態では、また、示されているように、ドライブシャフト軸線Ｄ－Ｄはウォーム歯車軸線Ｆ１－Ｆ１、Ｆ２－Ｆ２の各々に対して直角である。

図１１を参照すると、上で考察した単一駆動位置決めシステム１００は質量アナライザシステム２０の中に組み込むことができる。示されている質量アナライザシステム２０は誘導結合プラズマ質量分光学（ＩＣＰ－ＭＳ）アナライザである。ＩＣＰ－ＭＳアナライザシステム２０は、例えばＢａｄｉｅｉらの米国特許第９，１０５，４５７号に開示されているように構築することができ、また、そのように動作させることができ、その開示は、参照により本明細書に組み込まれている。

質量アナライザシステム２０は、単一駆動位置決めシステム１００、トーチアセンブリ６０、試料源４０、サンプラ５０、スキマ５４、イオン光学系４２、質量アナライザ４４、検出器４６、インタフェース真空チャンバ３２、イオン光学系真空チャンバ３４、質量アナライザ真空チャンバ３６およびコントローラ２２を含む。

トーチアセンブリ６０は、ＩＣＰトーチ６２および該トーチ６２を支持する基板、サブフレームまたはハウジング７０を含む。トーチ６２は、インジェクタ６２Ａ、例えば石英で形成された中間または補助管６２Ｂ、外部またはプラズマ管６２Ｃ、および誘導コイル６４（例えばＲＦエネルギーコイル）を含む。トーチアセンブリ６０は、誘導コイル６４のための電気接続、トーチ６２をハウジング７０に固着するためのクランプまたはマウント、以下で考察される試料およびガスの流れをトーチ６２に導入するための接続、および／または他の構成要素をさらに含むことができる。

試料源４０（例えば噴霧器）は、キャリアガス（例えばアルゴン）に含まれている試料を含む試料の流れ７５を、インジェクタ６２Ａを介して補助管６２Ｂの中に供給する。補助ガス流７６（例えばアルゴン）も同じく補助管６２Ｂの中に導入される。プラズマガス流７７（例えばアルゴンであり、典型的には補助ガス流７６より流量が多い）はプラズマ管６２Ｃに提供される。

使用中、誘導コイル６４によって補助ガス流７６からプラズマ８０が生成される。プラズマ８０は、プラズマ管６２Ｃを取り巻いている誘導コイル６４によって、大気圧に近い圧力で生成される。プラズマ８０は、当技術分野で知られている任意の他の適切な方法で同じく生成することができる。プラズマ８０は試料の流れ７５を霧にし、また、原子をイオン化して、イオンと自由電子の混合物を生成する。プラズマ８０の一部がサンプラ５０中のオリフィスすなわち入口５２を介して試料採取される（すなわち入口５２を介して移動し、すなわち入口５２を介して流れる）。サンプラ５０およびスキマ５４は、インタフェース真空チャンバ３２の対向する壁を形成することができる。インタフェース真空チャンバ３２は、真空ポンプ（図示せず）によって排気して、穏やかに低い圧力（例えば１～５トル）にすることができる。スキマ５４は、イオン光学系真空チャンバ３４につながっているオリフィス５４Ａを有している。イオン光学系真空チャンバ３４は、インタフェース真空チャンバ３２の圧力より低い圧力（例えば１０^－３トル以下）に排気される。イオン光学系真空チャンバ３４は、イオンビームを集束させるためのイオン光学系４２を含む。

イオン光学系４２から出現するイオンは、壁のオリフィス３４Ａを通って質量アナライザ真空チャンバ３６の中へ移動する。特定の実施形態では、質量アナライザ真空チャンバ３６はイオン光学系真空チャンバ３４の一部であってもよい。質量アナライザ４４は、入口５２の下流側の質量アナライザ真空チャンバ３６の中に配置されている。質量アナライザ４４は、四重極質量分光計、イオントラップ、磁気セクタアナライザ、飛行時間アナライザ、イオン移動度アナライザ、または当業者に知られている任意の他の適切な質量アナライザであってもよい。

使用中、プラズマ８０からのイオンは、プラズマガスと共にサンプラオリフィス５２を通って移動する。イオンは、次に、スキマ開口５４Ａを通過し、バルクガス流によって運ばれる。イオンは、次に、部分的には高移動度電子の拡散によって、また、部分的にはイオン光学系４２およびそれに対する電位バイアスによって電荷分離される。イオンは、イオン光学系４２によってオリフィス３４Ａを介して質量アナライザ４４に集束される。質量アナライザ４４は、分析されている試料の質量スペクトルをもたらすように制御される。

他の実施形態では、質量アナライザシステム２０は、例えばＢａｄｉｅｉらの米国特許第９，１０５，４５７号に開示されているように第２のスキマを含むことができ、この米国特許の開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。

トーチアセンブリ６０は、単一駆動位置決めシステム１００のキャリア１１８の上に取り付けられている。トーチ６２のトーチチップ６２Ｄは、プラズマ８０がＺ軸線に沿って入口５２に向けられる、すなわち入口５２に狙いが定められるように配置されている。質量アナライザシステム２０の性能および検出精度を改善するためには、プラズマ８０を入口５２と適切に整列させなければならず、これは、いくつかの事例では、入口５２に対するプラズマ８０の心出しを意味しているが、他の事例では、ＩＣＰ－ＭＳアナライザの検出速度が所望の閾値を超えるまで、プラズマ８０の位置を位置決めシステム１００と変えながらＩＣＰ－ＭＳアナライザを走らせることを意味し得る。単一駆動位置決めシステム１００は、トーチアセンブリと中心が合うように、すなわちトーチアセンブリと整列し、したがって、トーチ６２およびそれによって生成されるプラズマ８０が入口５２に対して整列するように動作することができる。より詳細には、単一駆動位置決めシステム１００は、上で説明したように、トーチ６２のチップ６２Ｄの位置をＸ軸線およびＹ軸線（互いに、およびＺ軸線に対して直角に延びている）の各々に沿って調整する（すなわち選択的に配置し直し、かつ、設定する）ように配置され、構成されている。したがって、トーチチップ６２Ｄがアライメントのための所望のＸ、Ｙ座標に設定されるまで、例えばドライブシャフト１３２を時計回り方向ＣＷに駆動して、トーチアセンブリ６０をＸ軸線に沿って移動させるようにモータ出力１０８Ａを動作させることができ、また、ドライブシャフト１３２を反時計回り方向ＣＣＷに駆動して、トーチアセンブリ６０をＹ軸線に沿って移動させるようにモータ出力１０８Ａを動作させることができる。

いくつかの実施形態では、コントローラ２２は、アライメントを達成するために、プログラムによって、また、自動的にモータ１０８を制御して、入口５２に対するトーチチップ６２ＤのＸ軸線位置およびＹ軸線位置の各々を調整し、かつ、設定する。いくつかの実施形態では、オペレータまたはコントローラ２２は校正手順を実行する。校正手順では、質量分析システムは、トーチ６２を介してプラズマを生成し、かつ、試料（例えば基準試料）を分析するように操作される。コントローラ２２（またはオペレータ）は、試料がトーチ６２によってイオン化されている間、トーチアセンブリ６０のＸ軸線位置およびＹ軸線位置を調整し、また、検出器４６からの検出信号を監視する。異なるトーチＸ、Ｙ位置における検出効率（信号最適化）に基づいて、コントローラ２２（またはオペレータ）は、最適アライメントまたは所望のアライメントが達成されたかどうかを決定する。

図１２～図１４を参照すると、図にはさらなる実施形態による単一駆動位置決めシステム２００が示されている。システム２００は、以下を除き、単一駆動位置決めシステム１００と同じ方法で構築することができ、また、そのように動作させることができる。

単一駆動位置決めシステム２００は、直線ベアリングシステム１１０の代わりに撓みベアリングシステム２１０（図１２および図１４）を含む。撓みベアリングシステム２１０は、キャリア２１８、フレーム２１２、第１のセットの撓み部材２１４および第２のセットの撓み部材２１６を含む。撓み部材２１４、２１６の外部端は、対応するアンカーブラケット２１５Ａ～Ｄによってフレーム２１２にそれぞれ固着されている。撓み部材２１４、２１６の内部端はキャリア２１８に結合されている。

撓み部材２１４、２１６は、Ｚ軸線に沿った偏向または湾曲に対して実質的に剛直である。撓み部材２１４は、Ｘ軸線に沿って弾性的に偏向または湾曲するように構成されている。撓み部材２１６は、Ｙ軸線に沿って弾性的に偏向または湾曲するように構成されている。この方法では、キャリア２１８は、事実上、撓み部材２１４、２１６によって懸垂または支持され、また、Ｘ軸線およびＺ軸線に沿った変位のみに拘束される。

単一駆動位置決めシステム２００は、モータ１０８、ドライブシャフト１３２、第１のウォームドライブ１４１、第２のウォームドライブ１５１、第１のリンク仕掛け１６１および第２のリンク仕掛け１７１にそれぞれ対応するモータ２０８、ドライブシャフト２３２、第１のウォームドライブ２４１、第２のウォームドライブ２５１、第１のリンク仕掛け２６１および第２のリンク仕掛け２７１を含む。単一駆動位置決めシステム２００は、キャリア２１８を配置するために、単一駆動位置決めシステム１００と同じ方法または同様の方法で動作させることができることは認識されよう。

撓み部材２１４、２１６は、金属または重合体などの任意の適切な材料で形成することができる。

図１５および図１６を参照すると、図にはさらなる実施形態による単一駆動位置決めシステム３００が示されている。システム３００は、以下を除き、単一駆動位置決めシステム１００と同じ方法で構築することができ、また、そのように動作させることができる。

単一駆動位置決めシステム３００は、ウォーム歯車３４２および３５２の回転運動をキャリア３１８の並進Ｘ軸線およびＹ軸線移動に変換するために、第１のスライダクランクリンク仕掛け１６１および第２のスライダクランクリンク仕掛け１７１の代わりに第１のカムおよびフォロアリンク仕掛け３６１ならびに第２のカムおよびフォロアリンク仕掛け３７１を含む。

第１のリンク仕掛け３６１は、第１のウォーム歯車３４２に固定され、第１のウォーム歯車３４２と共に回転する第１のカム３６２を含む。第１のカム３６２の外部周囲輪郭は、第１のウォーム歯車３４２の回転軸線Ｆ１－Ｆ１の周りに偏心している。第１のフォロア３６４は、カム３６２の動きをキャリア３１８の並進移動に変換している。第１のフォロア３６４は、撓み部材３１４および／または例えば補足バイアス化機構（例えばばね）の弾性によってバイアスされて第１のカム３６２と係合することができる。

同様に、第２のリンク仕掛け３７１は、第２のウォーム歯車３５２に固定され、第２のウォーム歯車３５２と共に回転する第２のカム３７２を含む。第２のカム３７２の外部周囲輪郭は、第２のウォーム歯車３５２の回転軸線Ｆ２－Ｆ２の周りに偏心している。第２のフォロア３７４は、カム３７２の動きをキャリア３１８の並進移動に変換している。第２のフォロア３７４は、撓み部材３１６および／または例えば補足バイアス化機構（例えばばね）の弾性によってバイアスされて第２のカム３７２と係合することができる。

本明細書においては、リンク仕掛け（例えばリンク仕掛け１６１、１７１）によって変位されるキャリア、ステージまたはプラットフォームを含む単一駆動位置決めシステムが示され、説明されているが、他の実施形態では、位置決めされる対象は、案内部材またはリンク仕掛けに直接結合することができ、キャリア、ステージまたはプラットフォームを省略することができる。いくつかの実施形態では、対象は、対象の動きを意図した調整軸線に拘束するための一体特徴を有することができる。

いくつかの実施形態による単一駆動位置決めシステムは、異なる軸線に沿った対象の位置、または軸線に対する対象の位置を異なる方法（すなわちＸ軸線に沿った並進調整やＹ軸線に沿った並進調整ではない方法）で調整するように構成することができる。例えばウォーム歯車１４２、１５２と対象との間のリンク仕掛けは、変位軸線の周りの対象の回転（角）位置または姿勢を変えるように構成することができ、またはＺ軸線に沿って対象を並進させるように構成することができる。

本明細書において開示されている単一駆動位置決めシステムは、他のタイプの質量アナライザ、ＩＣＰトーチを使用した他のタイプのデバイス、他のタイプの分析機器などのＩＣＰ質量アナライザ以外の装置に、また、分析機器以外の装置に組み込むことができる。

本明細書において開示されている単一駆動位置決めシステムは、二軸直線ベアリングシステムまたは撓みベアリングシステム以外のベアリングシステムを含む、本明細書において示されているベアリングシステムとは異なる構成のベアリングシステムを含むことができる。

本明細書において開示されている二軸単一駆動位置決めシステムは、第２のモータまたは他のアクチュエータを含む追加または補足位置決めシステムと組み合わせて使用することができる。例えばＸ軸線およびＹ軸線に沿った対象の位置を調整するように構成された単一駆動位置決めシステムを、Ｚ軸線に沿った対象の位置、対象の回転位置または対象の姿勢を調整する第２の駆動システムと対にすることができる。

本明細書において開示されている単一駆動位置決めシステムは、モータ出力と調整される対象との間に追加中間伝動装置またはリンク仕掛けを含むことができる。例えばモータ出力とドライブシャフトとの間、および／またはウォーム歯車とクランクとの間に減速歯車を提供することができる。

ウォーム歯車と最終出力との間に他のタイプのリンク仕掛けを提供することができる（例えば案内部材１１４、１１６）。

本出願人の教示は様々な実施形態に関連して説明されているが、本出願人の教示はこのような実施形態に限定されることは意図されていない。その反対に、本出願人の教示は、当業者に認識されるように、様々な代替形態、修正形態および等価物を包含している。例えば示されているシステムはＩＣＰ－ＭＳに関連して説明されているが、本明細書において説明されているシステムおよび方法は、任意の適切なタイプの電離装置または質量分光計を使用している任意のタイプの試料分析システムと共に使用することができる。

コントローラ２２論理の実施形態は、完全なソフトウェア実施形態の形態、またはソフトウェア態様とハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形態を取ることができ、本明細書においては、これらはすべて一括して「回路」または「モジュール」と呼ばれている。いくつかの実施形態では、回路はソフトウェアとハードウェアの両方を含み、また、ソフトウェアは、既知の物理属性および／または構成を有する特定のハードウェアと共に働くように構成される。さらに、コントローラ論理は、コンピュータ使用可能記憶媒体上のコンピュータプログラム製品の形態を取ることができ、コンピュータ使用可能記憶媒体にはコンピュータ使用可能プログラムコードが具現化されている。ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、光記憶デバイス、インターネットまたはイントラネットをサポートしている伝送媒体などの伝送媒体、または他の記憶デバイスを含む任意の適切なコンピュータ可読媒体を利用することができる。

本技術は、本明細書においては添付の図面を参照して説明されており、添付の図面には本技術の実例実施形態が示されている。図面において、領域または特徴の相対的な大きさは、分かり易くするために場合によっては誇張されている。しかしながら、本技術は多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書において示されている実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示を周到で、かつ、完全なものにするために、また、本技術の範囲を当業者に完全に伝えるために提供されている。

本明細書においては、第１の、第２の、等々という用語を使用して、様々な要素、構成要素、領域、層および／またはセクションを説明することができるが、これらの要素、構成要素、領域、層および／またはセクションは、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、単に、１つの要素、構成要素、領域、層またはセクションを別の領域、層またはセクションから区別するために使用されているにすぎない。したがって、以下で考察される第１の要素、構成要素、領域、層またはセクションは、本技術の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成要素、領域、層またはセクションと呼ぶことも可能である。

「下側」、「下方」、「下部」、「上方」、「上部」、等々などの空間的に関連する用語は、本明細書においては、図に示されている別の要素または特徴に対する１つの要素または特徴の関係を記述するための説明を容易にするために使用することができる。空間的に関連する用語には、図に描写されている配向に加えて、使用中または動作中のデバイスの異なる配向を包含することが意図されていることが理解されよう。例えば図におけるデバイスがひっくり返されると、他の要素または特徴の「下方」または「下側」として説明されている要素は、今度は他の要素または特徴の「上方」に配向されることになる。したがって、「下方」という例示的用語は、上方および下方の配向の両方を包含することができる。デバイスは、それ以外にも配向することができ（９０度回転して、または他の配向で）、本明細書において使用されている空間的に関連する記述語は相応じて解釈される。

本明細書において使用されているように、単数形の表現および先行名詞を表す表現には、特に明記されていない限り、複数形の表現を同じく含むことが意図されている。さらに、「含む」、「備える」、「含んでいる」および／または「備えている」という用語は、本明細書において使用される場合、言及されている特徴、整数、ステップ、操作、要素および／または構成要素の存在を特定しているが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、操作、要素、構成要素および／またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないことが理解されよう。要素が別の要素に「接続されている」または「結合されている」として参照されている場合、その要素は、他の要素に直接接続し、または直接結合することができ、あるいは介在する要素が存在していてもよいことが理解されよう。本明細書において使用されているように、「および／または」という用語は、列挙されている関連する項目のうちの１つまたは複数の任意の組合せおよびすべての組合せを含む。

「自動的に」という用語は、実質的に、場合により完全に、人間による入力すなわち手動入力なしに操作を実施することができ、また、プログラムによって操作を導くことができる、すなわち実施することができることを意味している。

「プログラムによって」という用語は、操作がコンピュータプログラムモジュール、コードおよび／または命令によって電子的に導かれ、および／または主として実施されることを意味している。

「電子的に」という用語は、構成要素同士の間の無線接続および有線接続の両方を含む。

本開示の利点が与えられた当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく多くの変更形態および修正形態を加えることができる。したがって、示されている実施形態は、単なる例示の目的で示されているにすぎないこと、また、以下の特許請求の範囲で定義されている本発明を制限するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。したがって、以下の特許請求の範囲は、文字通りに示されている要素の組合せだけでなく、実質的に同じ結果を得るために実質的に同じ機能を実質的に同じ方法で実施するためのあらゆる等価要素を含むものとして読まれるべきである。したがって、特許請求の範囲は、上でとりわけ示され、かつ、説明された内容、概念的に等価である内容、および本発明の本質的な着想を組み込んだ内容を含むものとして理解されるべきである。

Claims (23)

1. 単一駆動位置決めシステムであって、
   ドライブシャフトと、
   前記ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、前記ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、
   前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、
   前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューと、
   を備える単一駆動位置決めシステム。
2. 前記第１のウォームスクリューと前記モータ出力との間の第１のオーバーランニングクラッチと、
   前記第２のウォームスクリューと前記モータ出力との間の第２のオーバーランニングクラッチと、
   を含む、請求項１に記載の単一駆動位置決めシステム。
3. 前記モータが、前記ドライブシャフトを時計回り方向および反時計回り方向の各々に回転させるように動作することができ、
   前記第１のオーバーランニングクラッチが、前記ドライブシャフトが前記時計回り方向に駆動されると、前記第１のウォームスクリューを前記時計回り方向に駆動し、また、前記ドライブシャフトが前記反時計回り方向に駆動されると、前記第１のウォームスクリューとは無関係に、前記ドライブシャフトの回転を許容するように構成され、
   前記第２のオーバーランニングクラッチが、前記ドライブシャフトが前記反時計回り方向に駆動されると、前記第２のウォームスクリューを前記反時計回り方向に駆動し、また、前記ドライブシャフトが前記時計回り方向に駆動されると、前記第２のウォームスクリューとは無関係に、前記ドライブシャフトの回転を許容するように構成される、
   請求項２に記載の単一駆動位置決めシステム。
4. 前記第１のオーバーランニングクラッチが、前記第１のウォームスクリューを前記ドライブシャフトに結合する第１の一方向ベアリングを含み、
   前記第２のオーバーランニングクラッチが、前記第２のウォームスクリューを前記ドライブシャフトに結合する第２の一方向ベアリングを含む、
   請求項３に記載の単一駆動位置決めシステム。
5. 前記第１の一方向ベアリングが、前記第１のウォームスクリューと前記ドライブシャフトとの間に半径方向で挟まれ、
   前記第２の一方向ベアリングが、前記第２のウォームスクリューと前記ドライブシャフトとの間に半径方向で挟まれる、
   請求項４に記載の単一駆動位置決めシステム。
6. 前記第１の一方向ベアリングおよび第２の一方向ベアリングが、一方向針状ころベアリングである、請求項５に記載の単一駆動位置決めシステム。
7. 前記第１のウォームスクリュー、および、前記第１のウォームスクリューと互いにかみ合った第１のウォーム歯車を含む第１のウォームドライブと、
   前記第２のウォームスクリュー、および、前記第２のウォームスクリューと互いにかみ合った第２のウォーム歯車を含む第２のウォームドライブと、
   を含む、請求項３に記載の単一駆動位置決めシステム。
8. 前記第１のウォームドライブおよび前記第２のウォームドライブは、前記第１のウォームスクリューが前記第１のウォーム歯車によって後方駆動されないように、かつ、前記第２のウォームスクリューが前記第２のウォーム歯車によって後方駆動されないように、戻り止め式のウォームドライブである、請求項７に記載の単一駆動位置決めシステム。
9. 前記第１のウォームスクリューおよび第２のウォームスクリューが、前記ドライブシャフトに沿った軸線方向の固定位置で前記ドライブシャフトに取り付けられる、請求項８に記載の単一駆動位置決めシステム。
10. 前記第１のウォーム歯車の回転によって駆動されるように構成された第１の回転－直線運動機構と、
    前記第２のウォーム歯車の回転によって駆動されるように構成された第２の回転－直線運動機構と、
    を含む、請求項７に記載の単一駆動位置決めシステム。
11. 前記第１の回転－直線運動機構および第２の回転－直線運動機構のうちの少なくとも一方が、クランクおよび往復動接続部材を含むスライダ－クランク機構を含む、請求項１０に記載の単一駆動位置決めシステム。
12. 前記第１の回転－直線運動機構および第２の回転－直線運動機構のうちの少なくとも一方が、カムおよびカムフォロアを含むカム機構を含む、請求項１０に記載の単一駆動位置決めシステム。
13. フレームと、
    第１の変位軸線に沿った移動のために、スライド可能に前記フレームに取り付けられた第１の案内部材と、
    前記第１の変位軸線に対して横方向に延びる第２の変位軸線に沿った移動のために、スライド可能に前記フレームに取り付けられた第２の案内部材と、
    を含むスライドベアリングシステムを含み、
    前記第１の回転－直線運動機構は、前記第１のウォームスクリューが前記時計回り方向に駆動されると、前記第１の案内部材を前記第１の変位軸線に沿って変位させるように構成され、
    前記第２の回転－直線運動機構は、前記第２のウォームスクリューが前記反時計回り方向に駆動されると、前記第２の案内部材を前記第２の変位軸線に沿って変位させるように構成される、
    請求項１０に記載の単一駆動位置決めシステム。
14. フレームと、
    キャリアと、
    第１の変位軸線および前記第１の変位軸線に対して横方向に延びる第２の変位軸線の各々に沿って前記キャリアが移動できるように、前記キャリアを前記フレームに接続する少なくとも１つの屈曲可能撓み部材と、
    を含む撓みベアリングシステムを含み、
    前記第１の回転－直線運動機構は、前記第１のウォームスクリューが前記時計回り方向に駆動されると、前記キャリアを前記第１の変位軸線に沿って変位させるように構成され、
    前記第２の回転－直線運動機構は、前記第２のウォームスクリューが前記反時計回り方向に駆動されると、前記キャリアを前記第２の変位軸線に沿って変位させるように構成される、
    請求項１０に記載の単一駆動位置決めシステム。
15. 前記単一駆動位置決めシステムは対象と共に使用するように構成され、
    前記第１のウォームスクリューが前記時計回り方向に駆動されると、第１の変位軸線に沿って、または前記第１の変位軸線の周りで前記対象を変位させ、
    前記第２のウォームスクリューが前記反時計回り方向に駆動されると、第２の変位軸線に沿って、または第２の変位軸線の周りで前記対象を変位させるように構成される、
    請求項３に記載の単一駆動位置決めシステム。
16. 前記第１の変位軸線が直線軸線であり、
    前記第２の変位軸線が前記第１の変位軸線に対して横方向に延びる直線軸線である、
    請求項１５に記載の単一駆動位置決めシステム。
17. 前記モータが、前記ドライブシャフトをドライブシャフト軸線の周りに回転させるように動作することができ、
    前記ドライブシャフト軸線は、前記第１の変位軸線に対して斜めに延びるとともに、前記第２の変位軸線に対して斜めに延びる、
    請求項１６に記載の単一駆動位置決めシステム。
18. 対象を位置決めするための方法であって、
    ドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、前記ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューと、
    を備える単一駆動位置決めシステムを提供するステップと、
    前記ドライブシャフトを回転させるために前記モータを動作させるステップと、
    を含む方法。
19. 単一駆動位置決めシステムであって、
    ドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、前記ドライブシャフトを時計回り方向および反時計回り方向の各々に選択的に回転させるように動作することができるモータと、
    第１のウォームドライブであって、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、
    前記第１のウォームスクリューと互いにかみ合った第１のウォーム歯車と、
    を含む第１のウォームドライブと、
    第２のウォームドライブであって、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューと、
    前記第２のウォームスクリューと互いにかみ合った第２のウォーム歯車と、
    を含む第２のウォームドライブと、
    前記ドライブシャフトと前記第１のウォームスクリューとの間の第１のオーバーランニングクラッチであって、前記ドライブシャフトが前記時計回り方向に駆動されると、前記第１のウォームスクリューを前記時計回り方向に駆動し、また、前記ドライブシャフトが前記反時計回り方向に駆動されると、前記第１のウォームスクリューとは無関係に、前記ドライブシャフトの回転を許容するように構成される、第１のオーバーランニングクラッチと、
    前記ドライブシャフトと前記第１のウォームスクリューとの間の第２のオーバーランニングクラッチであって、前記ドライブシャフトが前記反時計回り方向に駆動されると、前記第２のウォームスクリューを前記反時計回り方向に駆動し、また、前記ドライブシャフトが前記時計回り方向に駆動されると、前記第２のウォームスクリューとは無関係に、前記ドライブシャフトの回転を許容するように構成される、第２のオーバーランニングクラッチと、
    を備える単一駆動位置決めシステム。
20. 誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチと、
    入口を含む試料導入要素と、
    前記ＩＣＰトーチを前記入口と選択的に整列させるように動作することができる単一駆動位置決めシステムであって、
    ドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、前記ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューと、
    を含む単一駆動位置決めシステムと、
    を備える質量分析システム。
21. 前記モータが、前記ドライブシャフトを時計回り方向および反時計回り方向の各々に回転させるように動作することができ、
    前記単一駆動位置決めシステムが、
    前記ドライブシャフトを前記時計回り方向に回転させることにより、第１の変位軸線に沿った、または、第１の変位軸線の周りの、前記ＩＣＰトーチの位置を調整するように、かつ、
    前記ドライブシャフトを前記反時計回り方向に回転させることにより、第２の変位軸線に沿った、または第２の変位軸線の周りの前記ＩＣＰトーチの位置を調整するように、
    構成される、
    請求項２０に記載の質量分析システム。
22. 前記ＩＣＰトーチから前記入口の下流側に配置された質量アナライザを含む、請求項２０に記載の質量分析システム。
23. 試料の質量分析を実施するための方法であって、
    誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）トーチと、
    入口を含む試料導入要素と、
    前記ＩＣＰトーチを前記入口と選択的に整列させるように動作することができる単一駆動位置決めシステムであって、
    ドライブシャフトと、
    前記ドライブシャフトに接続されたモータ出力を有し、前記ドライブシャフトを選択的に回転させるように動作することができるモータと、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第１のウォームスクリューと、
    前記ドライブシャフトに取り付けられ、前記ドライブシャフトと共に回転する第２のウォームスクリューと、
    を含む単一駆動位置決めシステムと、
    を備える質量分析システムを提供するステップと、
    前記ドライブシャフトを回転させるために前記モータを動作させるステップと、
    を含む方法。