JP2817248B2 - 多重極電極 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多重極電極、特に、イオン軌道の調整やイ
オンのふるい分けを行うための多重極電極に関する。

〔従来の技術およびその課題〕

多重極電極を用いた装置、たとえば質量分析計には四
重極電極が用いられている。これは、正方形の各頂点に
相当する位置に４本の電極を平行に置いて相対する電極
を連結し、それらに直流電圧と高周波電圧との重畳電圧
を同時にかけるようにしたものである。このような四重
極電極では、４本の電極の中心に向けてイオンを送り込
み、重畳電圧を変化させていくことにより、電圧に応じ
た特定の質量のイオンだけを通過させ、他のイオンを発
散させる。これによって、イオンのふるい分けを行うこ
とができる。

従来の多重極電極では、各電極間の寸法の温度変化を
最小にするため、電極を支持する支持部を熱膨張係数の
小さい材料であるセラミックやガラスで構成している。
ところが、セラミックやガラスは加工・成形が困難で、
量産に適さずコストダウンが困難である。

そこで、発明者は、セラミックやガラスに代え、プラ
スチックを用いて支持部を構成することを考えた。プラ
スチックを用いることにより大幅なコストダウンを期待
できるが、プラスチックはセラミックやガラスに比べて
熱膨張係数が10倍以上大きく、温度安定性に優れた多重
極電極を得ることができない。また、セラミックやガラ
スを単に用いただけでは、小さいながらも熱膨張が存在
するので、高い温度安定性を有する多重極電極を実現す
ることができない。

一方、セラミックやガラス等の熱膨張係数の小さいも
のを使用したとしても、熱膨張による支持具の変形を避
けることはできず、電極の配置が変化してしまう。

本発明の目的は、廉価に製造できる多重極電極を提供
することにある。また、本発明の他の目的は、温度安定
性に優れた多重極電極を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の多重極電極は、イオン軌道の調整やイオンの
ふるい分けを行うための多重極電極である。

この多重極電極は、熱膨張係数の小さい導体で形成さ
れる複数のロッド電極と、その内周面の直径が各ロッド
電極の相互距離を決定するように、複数のロッド電極を
並べて支持する環状の支持具とを備えている。前記支持
具は、周方向の熱膨張係数と半径方向の熱膨張係数とが
異なる異方性材料で構成されるとともに、 t/d＝k_M/（k_T−k_M） （ただし、t:半径方向厚み、d:内周面直径、k_M:周方向
の熱膨張係数、k_T:半径方向の熱膨張係数） を満たすことを特徴としている。

〔作用〕

本発明では、多重極電極を構成する複数のロッド電極
は、熱膨張係数の小さい導体で形成されており、環状の
支持により支持されている。この支持具は、その内周面
の直径が各ロッド電極の相互距離を決定するように設定
されている。また、支持具は、周方向の熱膨張係数と半
径方向の熱膨張係数とが異なる異方性材料で構成される
とともに、半径方向厚みｔ、内周面の直径ｄ、周方向の
熱膨張係数k_M、半径方向の熱膨張係数k_Tが、t/d＝k_M/
（k_T−k_M）を満たしている。このことから、周囲の温度
が変化しても支持具の内周面の直径は一定しており、支
持具によるロッド電極支持位置が温度変化によって変化
しない。ロッド電極は熱膨張係数の小さい導体で形成さ
れているため、ロッド電極の温度による寸法変化は無視
することができ、温度安定性に優れた装置を提供するこ
とができる。たとえば、異方性材料として異方性プラス
チックを用いた場合には、温度安定性が高くしかも廉価
な多重極電極が実現できる。また、異方性材料としてた
とえばセラミックやガラスと繊維とを組み合わせた複合
材料を使用すれば、従来のセラミックやガラスで支持具
を構成した場合よりも、温度安定性を向上させることが
できる。

〔実施例〕

第３図に、本発明の一実施例に係る四重極電極を用い
た質量分析装置の概略構成を示す。

この質量分析装置は、試料を導入するための試料導入
部１と、試料をイオン化するためのイオン源ボックス２
と、イオン源ボックス２でイオン化された試料を引き出
し収束させるためのレンズ部３と、レンズ部３によって
収束したイオンのうち特定の質量のイオンだけをふるい
分ける四重極電極４と、四重極電極４を通過したイオン
を検出するための検出器５とを備えている。前記質量分
析装置は、試料導入部１を除き真空チャンバ６内に直線
状に配置されている。

四重極電極４は、第１図及び第２図に示すように、主
として４本のロッド電極41と、ロッド電極41を支持する
ための１対の支持具42とから構成されている。

ロッド電極41は、ほぼ円柱状の部材であり、熱膨張係
数の小さい導体（たとえばモリブデン）を用いて構成さ
れている。４本のロッド電極41は、正方形の各頂点にあ
たる位置に空間43を介して平行に配置されている。な
お、空間43を介して相対する２組のロッド電極41には、
それぞれ直流電圧及び高周波電圧を重畳させて同時に印
加できるようになっている。

４本のロッド電極41は、その長手方向の両端部近傍に
おいて支持具42によって支持されている。支持具42は、
円環状の部材であり、異方性材料を用いて構成されてい
る。異方性材料としては、たとえば異方性プラスチック
が使用される。異方性プラスチックとしては、たとえば
ポリフェニレンサルファイド樹脂や液晶ポリエステル樹
脂等を挙げることができる。また、異方性材料としては
異方性プラスチックに限定されるものではなく、繊維強
化プラスチック，繊維強化金属及び繊維強化セラミック
等の異方性複合材料を用いてもよい。また、液晶ポリエ
ステル樹脂以外の液晶樹脂（全芳香族系，非全芳香族
系，脂肪族含有ポリエステル等の液晶樹脂）を用いても
よい。

支持具42の内周面（支持面）には、各ロッド電極41が
それぞれ所定位置に固定されている。このロッド電極41
の配置の温度依存性を決定する支持具42の熱膨張係数が
次式で与えられる。

Δｄ≒｛d k_M−ｔ（k_T−k_M）｝ΔＴ … ここで、k_Mは円周方向の熱膨張係数、k_Tは半径方向の
熱膨張係数、ｄは支持具42の支持面の直径、ｔは支持具
42の厚み、Δｄは直径の変化量、ΔＴは温度の変化量で
ある。ここで、ロッド電極41の配置の温度依存性を無く
する（式のΔｄを０にする）には、次式を満たせばよ
いことになる。

すなわち、使用する異方性材料の熱膨張係数k_M,k_Tに
応じてt/dを適当に選べば、支持具42の電極支持面の温
度変化をほとんど０にすることができる。

たとえば、液晶ポリエステル樹脂の一例として、k_M＝
1.3×10^-5（／℃）,k_T＝4.8×10^-5（／℃）のものが存
在する。この場合には、t/dが0.37になるように支持具4
2を成形すれば、ロッド電極41の配置の温度依存性をほ
とんどなくすることができる。また、別の種類の液晶樹
脂として、k_M＝0.8×10^-5（／℃）,k_T＝5.8×10^-5（／
℃）のものが知られている。この場合には、t/dを0.16
に選べば、支持具42の電極支持面の温度による変化をほ
とんど無くすることができる。

上述のような温度安定性を示す支持具42は、たとえ
ば、第４図に示すような円環状のキャビティ50を有する
成形金型51を用いた射出成形により製造される。成形金
型51にはキャビティ50に開口するゲート52が設けられて
おり、ゲート52の上流側は図示しない溶融射出装置に接
続されている。第４図に示す成形金型51を用いて、ゲー
ト52から溶融樹脂を矢印方向に流して射出成形を行うこ
とにより、熱膨張に関して異方性を示す支持具42が得ら
れる。

なお、支持具42の形状は円環状に限定されることはな
く、任意の形とすることができる。たとえば電極支持面
に電極支持を容易にするための凹部を有しているもの
や、全体的形状が四角形に近いものを採用してもよい。
これら他の形状の場合には、計算もしくは実験によって
最適の寸法比（t/d）を決定する。また、ロッド電極41
の内側の断面形状は、円弧状の他に双曲線形状としても
よい。双曲線状の方がより理想的である。

上述の実施例では四重極電極を有する実施例を説明し
たが、それに限られることはなく、たとえば六重極，八
重極，十二重極等の多重極電極にも本発明を同様に実施
できる。

〔発明の効果〕

本発明に係る多重極電極では、複数のロッド電極を支
持する環状の支持具を、周方向の熱膨張係数と半径方向
の熱膨張係数とが異なる異方性材料で構成し、かつ、t/
d＝k_M/（k_T−k_M）（ただし、t:半径方向厚み、d:内周面
の直径、k_M:周方向の熱膨張係数、k_T:半径方向の熱膨張
係数）を満たすように構成しているため、周囲の温度が
変化しても支持具のロッド支持位置が変化することな
く、温度安定性に優れた多重極電極を実現できる。ま
た、量産性に優れ廉価に生産できる多重極電極を実現す
ることも可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概略構成を示す斜視図、第
２図は第１図のII−II断面図、第３図はその実施例を用
いた質量分析装置の概略構成図、第４図は成形金型の断
面概略図である。 ４……四重極電極、41……ロッド電極、42……支持具。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン軌道の調整やイオンのふるい分けを
   行うための多重極電極であって、 熱膨張係数の小さい導体で形成される複数のロッド電極
   と、 その内周面の直径が前記各ロッド電極の相互距離を決定
   するように、前記複数のロッド電極を並べて支持する環
   状の支持具とを備え、 前記支持具は、周方向の熱膨張係数と半径方向の熱膨張
   係数とが異なる異方性材料で構成されるとともに、 t/d＝k_M/（k_T−k_M） （ただし、t:半径方向厚み、d:内周面の直径、k_M:周方
   向の熱膨張係数、k_T:半径方向の熱膨張係数） を満たすことを特徴とする多重極電極。