▶ サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハーの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-06-12
(45)【発行日】2023-06-20
(54)【発明の名称】イオンガイドの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01J 49/06 20060101AFI20230613BHJP
【ＦＩ】
H01J49/06 800
H01J49/06 300
H01J49/06 100
【請求項の数】
17
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021207867
(22)【出願日】2021-12-22
(65)【公開番号】P2022099329
(43)【公開日】2022-07-04
【審査請求日】2022-01-14
(31)【優先権主張番号】2020381.6
(32)【優先日】2020-12-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(73)【特許権者】
【識別番号】508306565
【氏名又は名称】サーモ フィッシャー サイエンティフィック （ブレーメン） ゲーエムベーハー
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100098475
【弁理士】
【氏名又は名称】倉澤 伊知郎
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(72)【発明者】
【氏名】ウィルコ バルシュン
【審査官】中尾 太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２０８３２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００８／０３１５０８６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２８７６８９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】Marcus D. Hughes, et al.，Microfabricated Ion Traps，arXiv，1101.3207v2 [quant-ph]，米国，cornell university，2011年06月28日，pp. 1-21
【文献】R. R. A. Syms，The development of MEMS mass spectrometers，2013 Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Soild-State Sensors, Actuators and Microsystems，米国，IEEE，2013年10月10日，pp. 2749-2754
【文献】J. P. Hauschild, et al.，Mass spectra measured by a fully integrated MEMS mass spectrometer，International Journal of Mass Spectrometry，NL，Elsevier，2007年03月27日，Vol. 264，pp. 53-60
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ４９／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
イオン光学デバイスの構成要素を製造する方法であって、前記構成要素が、位置合わせされた第１および第２の電極セットを含み、前記方法が、第１の材料のフレーム部分に取り付けられた第１の電極セットを含む、部分的に機械加工された第１の電極セットを提供するために、前記第１の材料を機械加工するステップと、
第２の材料のフレーム部分に取り付けられた第２の電極セットを含む、部分的に機械加工された第２の電極セットを提供するために、前記第２の材料を機械加工するステップと、
前記部分的に機械加工された第１および第２の電極セットを位置合わせすることにより、前記イオン光学デバイスの前記構成要素を組み立てるステップと、
前記部分的に機械加工された第１および第２の電極セットを位置合わせした後、
前記第１の電極セットを前記第１の材料の前記フレーム部分から分離するように、前記部分的に機械加工された第１の電極セットをさらに機械加工するステップと、
前記第２の電極セットを前記第２の材料の前記フレーム部分から分離するように、前記部分的に機械加工された第２の電極セットをさらに機械加工するステップと、を含む、方法。
【請求項2】
前記さらに機械加工するステップが、同時に実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記機械加工するステップが、ワイヤ侵食、フォーム侵食、化学エッチング、ウォータージェット切断、および熱切断のうちの１つによって実行される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項4】
前記さらに機械加工するステップが、ワイヤ侵食、フォーム侵食、化学エッチング、ウォータージェット切断、および熱切断のうちの１つによって実行される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の電極セットが、第１の電極を含み、および／または前記第２の電極セットが、第２の電極を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の電極セットが第１の複数の電極を含み、および／または前記第２の電極セットが第２の複数の電極を含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の材料を機械加工するステップおよび／または前記第２の材料を機械加工するステップが、前記さらに機械加工するステップに続いて、セグメント化された電極セットを提供するために成形特徴を機械加工で形成することを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
前記第１の材料を機械加工するステップおよび／または前記第２の材料を機械加工するステップが、前記さらに機械加工するステップに続いて、成形された電極セットを提供するために特徴を機械加工で形成することを含む、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記第１および第２の材料が同じ材料である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記イオン光学デバイスの前記構成要素が、イオンガイドまたはイオンデフレクタである、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項11】
前記構成要素がイオンガイドであり、前記イオンガイドがＹ字型多重極である、請求項１０に記載の方法。
【請求項12】
前記部分的に機械加工された第１および第２の電極セットが、ダボおよび／またはガイドピンを使用して位置合わせされる、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項13】
前記ダボおよび／またはガイドピン用のガイド穴が、前記機械加工するステップ中に提供される、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記さらに機械加工するステップが、前記構成要素を外部ホルダに位置合わせするための外部位置合わせ特徴を機械加工で形成することを含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記構成要素を組み立てるステップの前に、前記第１の電極セットが、プリント回路基板（ＰＣＢ）に接着され、および／または
前記第２の電極セットが、ＰＣＢに接着される、請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
ワイヤ侵食用のワイヤが、前記機械加工の切断が行われる切断方向を有し、前記ワイヤが、前記切断方向に対して垂直な平面に対して１５度以下の角度にある、請求項３または４に従属する際の請求項１～１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項17】
前記角度が、０度である、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、特に、質量分析計における使用のためのイオン光学デバイスの構成要素を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
イオン光学系は、電界および磁界を使用してイオンビームの形成、集束、および偏向を制御する。イオン光学系は、イオンガイド、イオン貯蔵デバイス、イオンデフレクタ、イオン分析デバイス、および本分野で既知の他のイオン操作デバイスを含み得る。イオンガイドは、イオンの輸送に使用される。例えば、質量分析では、イオンガイドを使用して、イオン源からイオン分析器にイオンを輸送し得る。
【0003】
ＵＳ７，８２９，８５０は、イオンガイドとして機能するように構成された分岐無線周波数（ＲＦ）多重極を記載している。分岐多重極は、イオンを交互に向けることができる複数のイオンチャネルを含む。分岐多重極は、ＲＦ電位の印加を通じて、イオンがどの多重極イオンチャネルに方向付けられるかを制御するように構成されている。
【0004】
ＧＢ２３９２００５は、イオン移動面に配置された複数のプレート電極、上部プレート電極、および下部プレート電極を含む、質量分析計イオンガイドに関する。イオンガイド領域がイオンガイド内に形成されるように、１つ以上のチャネルがプレート電極内に形成される。
【0005】
ＷＯ２０１７／１９４９７４は、複数の軸方向に積み重ねられたプレートを含むイオンガイドに関するものであり、各プレートは、一対のインターリーブされた電極を含む。電極は、電極を軸方向の位置に保持するためにハウジングに取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】ＵＳ７，８２９，８５０
【文献】ＧＢ２３９２００５
【文献】ＷＯ２０１７／１９４９７４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
イオンガイドを製造する従来の方法、例えば、上で考察されるものは、単一の部品を機械加工し（例えば、フライス盤または侵食によって）、ダボなどの従来の位置合わせ要素を使用して部品を共に取り付けることを含む。これらの方法では、このようなイオンガイドを分析機器の一部として使用する場合、要素を高精度で確実に位置合わせすること、または一貫した制御条件を提供することは困難である。
【0008】
したがって、これらの問題を克服するイオン光学デバイスの構成要素を製造するための方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示によれば、イオン光学デバイスの構成要素を製造する方法が提供される。
【0010】
この方法は、有利に、材料を機械加工して、構成要素の電極セットを位置合わせする前に、材料のフレーム部分に取り付けられた電極セットを含む部分的に機械加工された電極セットを提供する最初のステップを含む。電極セットを位置合わせするステップに続いて、部分的に機械加工された電極セットをさらに機械加工するステップは、電極セットを材料のフレーム部分から分離させる。
【0011】
このような順序でステップを実行することにより、電極セットを高精度および一貫して位置合わせすることが有利に可能になる。本明細書に開示される方法は、寸法、平坦度、および平行度において±２５μｍの精度でアセンブリを構築することを可能にし得る。さらに、前述の高い精度と一貫性を維持しながら、より複雑な構成要素（例えば、より多くの電極セットを含む、または従来の方法を使用して位置合わせするのがより困難な複雑な形状の電極セットを含む）を製造することができる。この高い精度および一貫性により、分析機器の一貫した制御条件も可能になる。
【0012】
好ましくは、さらに機械加工するステップは、同時に実行される。これにより、電極セットの位置合わせの高精度および一貫性が維持され得る。
【0013】
好ましくは、機械加工および／またはさらに機械加工するステップは、ワイヤ侵食によって実行される。ワイヤ侵食は、形状が複雑であり得る電極セットの正確な機械加工を有利に可能にする。機械加工および／またはさらに機械加工するステップがワイヤ侵食によって実行される場合、ワイヤ侵食のためのワイヤは、機械加工の切断が行われる切断方向を有し、ワイヤは、好ましくは、１５度以下の切断方向に対して垂直な平面に対して所定の角度にある。これにより、電極セットのエッジは、小さい角度で傾斜され得る。任意選択的に、角度は、０度である。それにより、電極セットのエッジは、平坦であり得る。
【0014】
任意選択的に、第１の電極セットは、第１の電極を含む。任意選択的に、第１の電極セットは、第１の複数の電極を含む。第１の電極セットが第１の複数の電極を含む場合、形状または構造が複雑であり得る、多くの電極間の非常に正確かつ一貫した位置合わせ。このようなレベルの精度は、従来の方法を使用して一貫して達成するのが困難であり得る。
【0015】
任意選択的に、第２の電極セットは、第２の電極を含む。任意選択的に、第２の電極セットは、第２の複数の電極を含む。第１の複数の電極に関して説明したものと同じ利点を提供することができる。
【0016】
好ましくは、第１の材料を機械加工するステップは、さらに機械加工するステップに続いて、セグメント化された電極セットを提供するための成形特徴を機械加工することを含む。このようにして、本明細書の開示によって提供され得る電極セットの高精度の位置合わせを維持しながら、より複雑な電極セットが提供され得る。
【0017】
好ましくは、第２の材料を機械加工するステップは、さらに機械加工するステップに続いて、セグメント化された電極セットを提供するための成形特徴を機械加工することを含む。それにより、より複雑な電極セットが提供され得る一方で、高精度の位置合わせを維持することが、本明細書の開示によって提供され得る。成形特徴を提供するために第２の材料を機械加工することは、成形特徴を提供するために第１の材料を機械加工することに加えて、またはその代替としてあり得る。
【0018】
好ましくは、第１および第２の材料は、同じ材料である。
【0019】
好ましくは、イオン光学デバイスの構成要素は、イオンガイドまたはイオンデフレクタである。任意選択的に、イオンガイドは、より具体的には、Ｙ字型の多重極である。他のイオンガイドタイプが提供され得る。
【0020】
好ましくは、部分的に機械加工された第１および第２の電極セットは、ダボおよび／またはガイドピンを使用して位置合わせされる。これにより、電極セットが高精度で好都合に位置合わせされることを可能にする。
【0021】
好ましくは、ダボおよび／またはガイドピン用のガイド穴は、機械加工するステップ中に提供される。機械加工するステップ中にガイド穴を機械加工することにより、位置合わせのステップ中に電極セットの高精度かつ一貫した位置合わせを可能にする。
【0022】
好ましくは、さらに機械加工するステップは、構成要素を外部ホルダに位置合わせするための外側位置合わせ特徴を機械加工することを含む。有利に、外側位置合わせ特徴は、従来の方法を使用するよりも高い精度で、構成要素が外部ホルダに位置合わせされることを可能にし得る。外部ホルダは、例えば、イオン光学ベンチまたはチャンバシステムであり得る。通常、外部ホルダへの位置合わせは、さらなるガイドピンおよび／またはサポートを使用して行われ、これにより、位置合わせの精度が低減され得るさらなるステップが追加される。本開示における位置合わせの精度は、±０．０１ｍｍであり得る。
【0023】
任意選択的に、構成要素を組み立てるステップの前に、第１の電極セットがプリント回路基板（ＰＣＢ）に接着される、および／または第２の電極セットがＰＣＢに接着される。これにより、ＰＣＢは、電極セットと適切に位置合わせされ得、最終的な構成要素アセンブリの位置合わせを改善する。
【0024】
本発明は、多くの方式で実施することができ、ここで実施形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0025】
【図1】本開示によるイオンガイド用の部分的に機械加工された電極セットの斜視図を示す。
【図2】本開示に従って製造された位置合わせされた部分的に機械加工された電極セットの斜視図を示す。
【図4】イオンデフレクタ用の部分的に機械加工された電極セットの斜視図を示す。
【図5】本開示に従って製造されたイオンデフレクタの斜視図を示す。
【図7】イオンガイド用の部分的に機械加工された下部電極セットの斜視図を示す。
【図8】イオンガイド用の部分的に機械加工された上部電極セットの斜視図を示す。
【図9】プリント回路基板（ＰＣＢ）に接着された部品的に機械加工された下部電極セットの分解図を示す。
【図10】ＰＣＢに接着された部分的に機械加工された上部電極セットの分解図を示す。
【図11】位置合わせされた部分的に機械加工された上部および下部電極セットの斜視図を示す。
【図13】電極セットをさらに機械加工するステップの前に、位置合わせされた部分的に機械加工された上部および下部電極セットの別の斜視図を示す。
【図14】電極セットをさらに機械加工するステップに続く、位置合わせされた部分的に機械加工された上部および下部電極セットの斜視図を示す。
【図15】電極セットをさらに機械加工するステップに続く、位置合わせされた部分的に機械加工された上部および下部電極セットの別の図を示す。
【図16】最終的なイオンガイドアセンブリに設定された第１および第２の電極に接続され得る接点を示す。
【図17】最終的なイオンガイドアセンブリを示す。
【図20】イオン光学デバイスの構成要素の製造方法のフローチャートを示す。
【図21】イオン光学デバイスの構成要素の製造方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【0026】
図は、簡単にするために示されているものであり、必ずしも一定の縮尺で描画されているわけではないことに注意されたい。同様の特徴には、同じ参照番号が付されている。
【0027】
本開示は、イオン光学デバイスの構成要素を製造するための方法を提供する。構成要素は、イオン光学デバイス自体または光学デバイスの一部であり得る。
【0028】
イオン光学デバイスの構成要素を製造するために、材料のシートが使用され得る。材料は、ステンレス鋼であり得る。代替的に、材料は、３６％のニッケルを含むニッケル－鉄合金である、合金３６（インバー（ＲＴＭ）３６）であり得る。合金３６は、非常に低い熱膨張係数を有し、高い寸法安定性を提供する。合金３６は、磁性でもあるため、磁気クランプチャックを使用して、機械加工および／またはさらに機械加工するステップ中に材料を所定の位置に保持することができる。
【0029】
図１を参照すると、第１の機械加工するステップに続いて材料から製造されたイオンガイド用の部分的に機械加工された電極セット１００が示されている。これは、第１の電極セット１１０およびフレーム部分１２０を含む。フレーム部分１２０はまた、フレーム１２０と称され得る。第１の機械加工するステップは、ワイヤ侵食および／またはフライス盤によって実行され得る。
【0030】
図１に示されるように、部分的に機械加工された電極セット１００は、第１の材料のフレーム部分１２０に取り付けられた第１の電極セット１１０を含む。材料は、ステンレス鋼または合金３６であり得る。部分的に機械加工された電極セット１００は、平坦であり得るか、または１つ以上のリッジを含み得る。図１に示される電極セット１１０は、複数の電極を含むが、電極セット１１０は、１つの電極を含み得ることが理解されよう。
【0031】
部分的に機械加工された電極セット１００は、イオンガイドを組み立てるためのガイド穴１３０を含み、これは、ワイヤ侵食を使用して機械加工され得る。ガイド穴１３０は、第１の電極セット１１０に設けられている。ガイド穴は、電極セット１１０の各電極（１つの電極であり得るか、または複数の電極であり得る）に提供され得るか、または電極セット１１０のいくつかの電極のみに提供され得る。ガイド穴１３０は、第１の機械加工するステップを実行するのと同時に機械加工され得る。これにより、完全に組み立てられた構成要素の位置合わせの精度を改善する。
【0032】
部分的に機械加工された電極セット１００はまた、さらに機械加工するステップに続いてセグメント化および／または成形された電極セット１１０を提供するために、成形特徴１４０（機械加工された特徴１４０とも称される）を含み得る。それにより、さらに機械加工するステップは、フレーム部分１２０を介して接続されていた電極セット１１０内の電極を分割またはセグメント化し得る。図１に示す例では、機械加工された特徴は、さらに機械加工するステップに続いて、セグメント化および成形された（湾曲した）電極を提供する。電極は、湾曲している必要はないが、例えば、長方形の形状であり得ることを理解されたい。
【0033】
この方法は、１つ以上の材料を機械加工して、さらに部分的に機械加工された電極セット１００を提供することを含み得る。例えば、第２の材料は、第２の材料のフレーム部分１２０に取り付けられた第２の電極セット１１０を含む第２の部分的に機械加工された電極セット１００を提供するように機械加工され得る。第２の材料は、第１の材料と同じであり得る。
【0034】
図２は、さらに機械加工するステップに続いて、図１に示される実施形態に従って機械加工された、位置合わせされた第１および第２の電極セット２１０、２１１を示す。さらに機械加工するステップはまた、ステップ、またはさらに機械加工する「ステップ」と称され得ることに留意されたい。
【0035】
第２の電極セット２１１は、第１の電極セット２１０と同じ材料から機械加工され得る（すなわち、第１および第２の材料は、同じであり得る）。さらに機械加工する第１のステップは、第１の部分的に機械加工された電極セット１００を第１の材料のフレーム部分１２０から分離し、第２のステップは、第２の部分的に機械加工された電極セット１００を第２の材料のフレーム部分１２０から分離する。さらに機械加工するステップは、同時に実行され得る。
【0036】
位置合わせされた第１および第２の電極セット２１０、２１１は、イオンガイド用であり得る。第１および第２の電極セット２１０、２１１はまた、上部電極セット２１０および下部電極セット２１１と呼ばれ得る。
【0037】
第１および第２の電極セット２１０、２１１は、さらに機械加工するステップの前に、位置合わせ穴１３０を使用して位置合わせされる。第１および第２の電極セット２１０、２１１の各々またはいずれかは、第１および第２の電極セット２１０、２１１を位置合わせする前または後に、ＰＣＢ２５０に接着され得る。第１および／または第２の電極セット２１０、２１１がＰＣＢ２５０、２５１に接着される実施形態では、位置合わせ穴１３０（ガイド穴１３０）がＰＣＢ（視認不可）に提供される。ＰＣＢ２５０、２５１は、ＲＦラミネート、例えば、メグトロン６材料から作製され得、かつそれが接着される電極セット２１０、２１１の形状および機械加工された特徴に対応するように成形およびスロット形成され得る。
【0038】
図２に示される実施形態では、第１のＰＣＢ２５０は、第１の電極セット２１０の上面に接着されて示され、第２のＰＣＢ２５１は、第２の電極セット２１１の下面に接着されて示されている。イオンチャネルの高さを画定するために、電極セット間に絶縁体２６０が設けられ得る。絶縁体２６０は、電極セット２１０、２１１を位置合わせするステップの前に、電極セット２１０、２１１のうちの１つに提供され得る。
【0039】
さらに機械加工するステップのステップはまた、外側位置合わせ特徴２７０または外側位置合わせ面２７０を機械加工することを含み得る。外側位置合わせ特徴２７０を使用して、組み立てられた構成要素２００（図２のイオンガイド）を外部ホルダに位置合わせし得る。外部ホルダは、例えば、イオン光学ベンチまたはチャンバシステムであり得る。有利に、外側位置合わせ特徴２７０は、従来の方法を使用するよりも高い精度で構成要素２００を外部ホルダに位置合わせすることを可能にする。通常、外部ホルダへの位置合わせは、さらなるガイドピンおよび／またはサポートを使用して行われる。本開示における位置合わせの精度は、±０．０１ｍｍであり得る。
【0040】
図１を参照して説明したように、この方法は、１つ以上の材料を機械加工して、さらなる電極セット２１０、２１１を提供することを含み得る。例えば、第２の材料は、第２の材料のフレーム部分１２０に取り付けられた第２の電極セット２１０、２１１を含む第２の部分的に機械加工された電極セット１００を提供するように機械加工され得る。第２の材料は、第１の材料と同じであり得る。
【0041】
図３は、図２に示される位置合わせされた電極セット２００の分解図を示す。この図は、第１および第２の電極セット２００が、位置合わせ穴１３０を使用してどのように位置合わせされるかをより明確に示している。位置合わせ穴１３０は、例えば、ダボまたはガイドピン（視認不可）を使用して、第１および第２の部分的に機械加工された電極セット１００の位置合わせを可能にするために、絶縁体２６０に提供される。
【0042】
図４を参照すると、イオンデフレクタ用の部分的に機械加工された電極セット４００が示されている。部分的に機械加工された電極セット４００は、材料のフレーム部分４２０に取り付けられた電極セット４１０を含む。材料は、ステンレス鋼または合金３６であり得る。図４に示される電極セット４１０は、複数の電極を含むが、電極セット４１０は、１つの電極を含み得ることが理解されよう。部分的に機械加工された電極セット４００は、平坦であり得るか、または１つ以上のリッジ４６０を含み得る。１つ以上のリッジは、組み立てられたときに、所定の距離だけ第１および第２の電極セット４１０、４１１を分離し得る。
【0043】
部分的に機械加工された電極セット４００は、イオンガイドを組み立てるためのガイド穴１３０を含み、これは、ワイヤ侵食を使用して機械加工され得る。ガイド穴は、電極セット４１０のいくつかの電極にのみ提供され得る。ガイド穴１３０は、第１の機械加工するステップを実行すると同時に機械加工され得る。
【0044】
部分的に機械加工された電極セット４００はまた、さらに機械加工するステップに続いてセグメント化および／または成形された電極セットを提供するための成形特徴４４０を含み得る。したがって、さらに機械加工するステップは、フレーム部分４２０を介して接続された電極セット４１０内の電極４１０を分割またはセグメント化し得る。図４に示される例では、機械加工された特徴４４０は、さらに機械加工するステップに続いて、セグメント化および成形された（台形プリズム）電極セット４１０を提供する。台形は、実質的に三角形の形状であり得る。例えば、台形は、１つ（または２つ以上）の切り捨てられた頂点を有する三角形であり得る。
【0045】
図５に示されているのは、本開示に従って製造された一対の電極セット５００である。図４に示される構成を有する第１および第２の電極セット５１０、５１１は、位置合わせされ、さらに機械加工されて、イオンデフレクタを提供する。第１および第２の電極セット５１０、５１１は、電極セット５１０、５１１を位置合わせし、さらに機械加工する前に、ＰＣＢ２５０、２５１に接着され得る。接着剤は、導電性接着剤であり得る。１つ以上のリッジ４６０は、組み立てられたときに、所定の距離だけ電極セット５１０、５１１を分離する。
【0046】
図６は、図５に示したイオンデフレクタアセンブリの分解図を示す。この図は、第１および第２の電極セット４１０、４１１が、位置合わせ穴１３０を使用してどのように位置合わせされるかをより明確に示している。位置合わせ穴１３０は、例えば、ダボまたはガイドピン（視認不可）を使用して、第１および第２の部分的に機械加工された電極セット４００の位置合わせを可能にするために、リッジ４６０およびＰＣＢ２５０に提供される。ＰＣＢ２５０はまた、ＰＣＢ２５０の外面から電極セット４１０、４１１への電気的接触を提供するためのビアホール（ビア）を有し得、これは、導電性接着剤と組み合わせて使用され得る。
【0047】
図７および図８は、Ｙスプリッタ（Ｙ字型多重極とも呼ばれる）を製造するための部分的に機械加工された電極セット７００、８００を示している。Ｙスプリッタは、イオンを交互に向けることができる分岐多重極である。多重極の分岐は、機械加工された特徴７４０、８４０によって提供される。電極セット７１１、８１０およびガイド穴７３０、８３０は、ワイヤ侵食を使用して、またはフライス盤によって機械加工され得る。ガイド穴７３０、８３０は、同じサイズ、または異なるサイズであり得る。
【0048】
部分的に機械加工された電極セット７００、８００は、平坦であり得るか、または１つ以上のリッジ７６０を含み得る。１つ以上のリッジ７６０は、組み立てられたときに、所定の距離だけ第１および第２の電極セット７１１、８１０を分離し得る。図７に示される実施形態では、電極セット７１１は、下部電極セット７１１であり、リッジ７６０を含む。図８の実施形態では、電極セット８１０は、上部電極セット８１０であり、平坦である。代わりに、下部の部分的に機械加工された電極は、平坦であり得、上部の部分的に機械加工された電極は、リッジ７６０を含み得ることを理解されたい。
【0049】
ガイド穴７３０、８３０は、上部および下部の部分的に機械加工された電極セット７００、８００に（例えば、フライス盤またはワイヤ侵食によって）機械加工されている。上部および下部の部分的に機械加工された電極セット７００、８００のガイド穴７３０、８３０は、共に組み立てたとき、上部の部分的に機械加工された電極セット８００のガイド穴８３０が、下部の部分的に機械加工された電極セット７００のガイド穴７３０と位置合わせされるように対応する。ガイド穴７３０、８３０は、電極セット７１１、８１０を部分的に機械加工するステップ中に機械加工され得る。この方法は、マーカー７７０、８７０を機械加工することをさらに含み得、マーカーの軸線に沿って、さらに機械加工するステップが実行されるべきである。マーカー７７０、８７０は、追加的または代替的に、さらに機械加工するステップで除去されるフレーム部分７２０、８２０を形成する材料の部分を示し得る。マーカー７７０、８７０は、電極セット７１１、８１０を部分的に機械加工するステップ中に機械加工され得る。
【0050】
図９は、ＰＣＢ９５０に結合された下部の部分的に機械加工された電極セット７００の分解図を示している。部分的に機械加工された電極セット７００は、導電性接着剤を使用してＰＣＢ９５０に結合され、ガイドピン１０８１またはダボ９８０を使用して位置合わせされ得る。ＰＣＢ９５０は、下部の部分的に機械加工された電極セット７００上のものに対応する位置合わせ穴７３０を含む。ＰＣＢ９５０は、それが接着される部分的に機械加工された電極セット７００の形状および機械加工された特徴に対応するように成形され、スロットが形成され得る。例えば、ＰＣＢ９５０は、機械加工された特徴７４０に対応するスロット９４１を含み得る。
【0051】
図１０は、ＰＣＢ１０５０に結合された上部の部分的に機械加工された電極セット８００の分解図を示している。部分的に機械加工された電極セット８００は、導電性接着剤を使用してＰＣＢ１０５０に結合され、ガイドピン１０８１またはダボ９８０を使用して位置合わせされ得る。ガイドピン１０８１はまた、またはその代わりに、最終的な構成要素アセンブリ内の電極セットへの電気的接触を提供し得る。
【0052】
ＰＣＢ１０５０は、上部の部分的に機械加工された電極セット８００上のものに対応する位置合わせ穴８３０を含む。ＰＣＢ１０５０は、図９を参照して説明したように、成形およびスロットが形成され得る。例えば、ＰＣＢ１０５０は、機械加工された特徴８４０に対応するスロット（視認不可）を含み得る。
【0053】
図１１は、ガイドピン１０８１およびダボ９８０を使用して位置合わせされた上部および下部の部分的に機械加工された電極セット７００、８００の分解図を示す。電極セット７００、８００は、代わりに、ダボ９８０のみまたはガイドピン１０８１のみを使用して位置合わせされ得る。位置合わせに使用されない場合、ガイドピン１０８１は、最終的な構成要素アセンブリにおいて電極セットへの電気的接触を提供するために依然として存在し得る。
【0054】
図１１はさらに、部分的に機械加工された上部および下部電極セット７００、８００を共にねじ込むためにねじ１１９０がどのように提供されるかを示している。電気接続１１９２は、ねじ１１９０のいくつかまたは全ての間に提供され得る。
【0055】
図１２に示されるように、上部および下部の部分的に機械加工された電極セット７００、８００（例えば、図９および図１０に示される）は、ねじ１１９０で共に螺合され、ガイドピン１０８１と位置合わせされる。ダボ９８０はまた、位置合わせステップで使用され得る。ねじ１１９０の端部は、ＰＣＢ１０５０の位置合わせ穴１３０を通って延在し得る。位置合わせされた電極セット７００、８００およびＰＣＢ９５０、１０５０のアセンブリは、電極－ＰＣＢユニット１２００と称され得る。
【0056】
図１３は、電極－ＰＣＢユニット１２００を形成するために、ＰＣＢ１３５０、１３５１に位置合わせされて接着された第１および第２の部分的に機械加工された電極セットを示す。さらに機械加工するステップは、例えば、第１および第２の部分的に機械加工された電極セット７００、８００を第１および第２の材料のフレーム部分７２０、８２０からそれぞれ分離するために、ワイヤ侵食を使用して実行される。さらに機械加工するステップは、有利に同時に行われ得、それにより、従来の方法を使用することによるよりも高い精度および一貫性で位置合わせされる第１および第２の電極セット７１１、８１０を提供する。
【0057】
さらに機械加工するステップのワイヤパス１３９２の例を、図１３に示す。さらに機械加工するステップは、部分的に機械加工された電極セット７００、８００をそれらのそれぞれのフレーム部分７２０、８２０から分離する。図１３に示されるように、さらに機械加工するステップは、外部位置合わせ特徴１３７０の機械加工を含み得る。外側位置合わせ特徴１３７０を使用して、イオンガイドであり得る組み立てられた構成要素（具体的には、図１３のＹスプリッタ）を外部ホルダに位置合わせし得る。
【0058】
有利に、外側位置合わせ特徴１３７０は、従来の方法を使用するよりも高い精度で構成要素を外部ホルダに位置合わせすることを可能にする。通常、外部ホルダへの位置合わせは、さらなるガイドピンおよび／またはサポートを使用して行われる。本開示における位置合わせの精度は、±０．０１ｍｍであり得る。
【0059】
ワイヤ侵食によって実行されるカットの初期方向が、図１３に示されている。図１３では、１つ以上のワイヤ１３９１が、最初の切断方向に対して垂直な方向に提供されている。代替的に、１つ以上のワイヤ１３９１は、垂線に対して小さい角度であり得る。この角度は、例えば、１５度であり得る。代替的に、角度は、１５度未満であり得る。
【0060】
【0061】
図１４は、さらに機械加工するステップに続く、図１３に示される電極－ＰＣＢユニット１２００を示している。図１３に関連して説明したように、さらに機械加工するステップは、１つ以上の外側位置合わせ面１３７０、１４７１、１４７２を機械加工するステップを含み得る。例えば、１つ以上の位置合わせ面１４７２は、ハードストップとして提供され得る。１つ以上の位置合わせ面１４７１はまた、またはその代わりに、電極セット７００、８００の外面に提供され得る。代替的または追加的に、１つ以上の位置合わせ特徴１３７０は、電極セット７００、８００のエッジとして提供され得る。図１４は、これらのタイプの位置合わせ面１３７０、１４７１、１４７２の各々が提供される実施形態を示している。
【0062】
図１５は、さらに機械加工するステップに続く、Ｙスプリッタにおける第１および第２の電極セット７１１、８１０のアセンブリを示している。上部電極セット８１０は、さらに機械加工するステップに続いて、６つの電極８１０に分離されている（ＰＣＢ１０５０は、７つの部分に分離されている）。下部電極セット７１１もまた、６つの電極（視認不可）に分離されている。ＲＦ電位を電極７１１、８１０に印加して、Ｙスプリッタの１つ以上の分岐に沿ってイオンを方向付け得る。
【0063】
アセンブリ１５００は、最終的な幅ｗおよび深さｄを有する。幅ｗは、４１ｍｍ以下であり得る。深さｄは、１９ｍｍ以下であり得る。
【0064】
接点１６９４が図１６に示されている。接点１６９４は、コネクタ１６９３にはんだ付けされ得る。代替的に、レーザスポット溶接が使用され得る。コネクタ１６９３は、好ましくはステンレス鋼から形成され得る。コネクタ１６９３がステンレス鋼製から形成されており、接点１６９４にはんだ付けされている場合は、ステンレス鋼部品に好適なはんだが使用されるべきである。例えば、Ｍｕｔｌｔｉｃｏｒｅ（ＲＴＭ）によって製造されたＡＲＡＸ ９６Ｓワイヤ、Ｓｔａｎｎｏｌ（ＲＴＭ）によって製造されたＳＳＮ９６Ａｇ４ ＡＲＡＸワイヤまたは同等のはんだワイヤが使用され得る。
【0065】
図１７は、Ｙスプリッタを含むイオン光学デバイスの構成要素１７００の最終アセンブリを示している。Ｙスプリッタは、誘電体ホルダ１７９５に組み立てられ、これは、ホルダ１７９５を、電極セット７１１、８１０のうちの少なくとも１つにおける位置合わせ特徴２７０または表面２７０に組み立てることによって達成され得る。次に、ねじ１７９０は、電極ＰＣＢユニット１２００を誘電体ホルダ１７９５に固定し得る。
【0066】
誘電体は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であり得るか、または（実質的に）それを含み得る。接点１６９４および配線が、ホルダに追加される。接点１６９４は、ガイドピン１０８１（図１７では視認不可）に嵌合し得る。電極セット７１１、８１０をホルダ１７９５に組み立て、配線および接点１６９４を組み立てるステップは、任意の順序で実行され得る（すなわち、接点１６９４および配線のアセンブリは、電極セット７１１、８１０を誘電体ホルダ１７９５に組み立てる前または後に実行され得る）。
【0067】
図１８は、構成要素１７００の最終アセンブリの断面図を示している。位置合わせ面２７０は、電極セット７１１、８１０を誘電体ホルダに組み立てるために提供され得る。
【0068】
無線周波数（ＲＦ）電圧が、電極セット７１１、８１０に印加され得る。例えば、正のＲＦ電圧は、図１８の電極セット７１１の隆起した電極に印加され得る。負のＲＦ電圧は、図１８に示される電極セット７１１のステム電極に印加され得る。電極セット７１１の分岐電極は、イオンを分岐の他方ではなく分岐の一方に導くように設定されたＲＦ電圧値を有し得る。例えば、分岐電極７１１のうちの１つは、それに印加された正のＲＦ電圧を有し得る一方、別の分岐電極７１１は、印加された負のＲＦ電圧を有し得る。
【0069】
イオンガイドアセンブリ１７００の別の断面図が、図１９に示されている。Ｙスプリッタは、誘電体ホルダ１７９５に組み立てられ、これは、電極セット７１１、８１０のうちの少なくとも１つにおける１つ以上の位置合わせ面１３７０、１４７１、１４７２上にホルダを組み立てることによって達成され得る。これは、図１９に示されている（位置合わせ面１４７２は視認不可である）。次に、ねじ１７９０は、電極－ＰＣＢユニットを誘電体ホルダ１７９５に固定し得る。
【0070】
誘電体は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）であり得るか、または（実質的に）それを含み得る。接点１６９４および配線が、ホルダに追加される。電極セット７１１、８１０をホルダに組み立て、配線および接点１６９４を組み立てるステップは、任意の順序で実行され得る（すなわち、接点１６９４および配線のアセンブリは、電極セット７１１、８１０を誘電体ホルダに組み立てる前または後に実行され得る）。
【0071】
図２０は、イオン光学デバイスの構成要素を組み立てるための方法のフローチャートを示している。ステップ２０１０で、第１の材料が機械加工されて、部分的に機械加工された第１の電極セット１００、４００を提供する。部分的に機械加工された第１の電極セット１００、４００は、第１の材料１２０、４２０のフレーム部分に取り付けられた第１の電極セット１１０、４１０を含む。ステップ２０２０で、第２の材料が機械加工されて、第２の材料のフレーム部分１２０、４２０に取り付けられた第２の電極セット１１０、４１０を含む部分的に機械加工された第２の電極セット１００、４００を提供する。第１および第２の材料は、同じ材料または異なる材料であり得る。構成要素は、部分的に機械加工された第１および第２の電極セット１００、４００を位置合わせすることによって、ステップ２０３０において組み立てられる。位置合わせするステップ２０３０に続いて、さらに機械加工するステップ２０４０が実行される。さらに機械加工するステップ２０４０は、第１の電極セット１１０、４１０を第１の材料のフレーム部分１２０、４２０から分離する。ステップ２０５０において、部分的に機械加工された第２の電極セット１００、４００はさらに機械加工されて、第２の電極セット１１０、４１０を第２の材料のフレーム部分１２０、４２０から分離する。ステップ２０４０および２０５０は、同時に実行され得る。
【0072】
図２１は、イオン光学デバイスの構成要素を組み立てるための方法のフローチャートを示している。ステップ２１１０において、第１の材料は、部分的に機械加工された第１の電極セット１００、４００を提供するように機械加工され、第２の材料は、部分的に機械加工された第２の電極セット１００、４００を提供するように機械加工される。部分的に機械加工された電極セット１００、４００は、それぞれの材料のフレーム部分１２０、４２０に取り付けられた電極セット１１０、４１０を含む。第１および第２の材料は、同じであり得る。
【0073】
ステップ２１２０において、第１の部分的に加工された電極セット１００、４００が第１のプリント回路基板２５０に接着され、第２の部分的に機械加工された電極が第２のプリント回路基板２５１に接着される。ステップ２１２０に続いて、構成要素は、ステップ２１３０において、部分的に機械加工された第１および第２の電極セット１００、４００を位置合わせすることによって組み立てられる。ステップ２１４０は、部分的に機械加工された第１および第２の電極セット１００、４００をさらに機械加工することを含む。ワイヤ侵食により、さらに機械加工が行われ得る。
【0074】
ステップ２１５０において、接点１６９３および配線が、電極セット１１０、４１０のためのホルダ１７９４に追加される。ホルダは、ＰＥＥＫであり得る誘電体から作製されている。ステップ２１６０において、電極－ＰＣＢユニットは、誘電体ホルダ１７９４に組み立てられる。ステップ２１５０および２１６０は、図２１に示される順序とは逆の順序で実行され得る（すなわち、ステップ２１６０は、ステップ２１５０の前に行われ得る）。
【0075】
本開示による実施形態は、特定のタイプのデバイスおよび用途（特に質量分析計）を参照して説明されており、実施形態は、本明細書で考察されるように、そのような場合に特定の利点を有するが、本開示によるアプローチは、他のタイプのデバイスおよび／または用途に適用され得る。イオン光学デバイス（イオンガイドなど）および／またはイオン光学システムの特定の製造の詳細は、潜在的に有利である一方で（特に既知の製造上の制約および能力の観点から）、類似または同一の操作を有するデバイスに到達するために大幅に変更され得る。本明細書に開示される各特徴は、別段の指定のない限り、同一、同等または類似の目的を果たす代替の特徴と置き換えられてもよい。したがって、別段の指定のない限り、開示される各特徴は、一般的な一連の同等または類似の特徴の単なる一例である。
【0076】
例えば、機械加工およびさらに機械加工するステップがワイヤ侵食を参照して説明されてきたが、他の方法を使用して、電極セットを材料から取り外し、および／またはガイド穴を形成し得る。例えば、火炎切断、プラズマ切断、またはレーザ切断などの熱切断プロセスが使用され得る。別の例では、化学エッチングまたはフォームエロージョンが使用され得る。さらなる例では、ウォータージェットまたは摩耗ジェットを使用して、電極セットを取り外し、および／またはガイド穴を形成し得る。さらに別の例では、ガイド穴は、ドリルまたは穴あけによって機械加工され得る。
【0077】
本開示の方法および装置は、様々な電極構造で利用することができる。適切な寸法の電極は、基板上に対称または非対称のパターンに配置することができ、電極の伸長が特定の用途に有益である場合、電極は線形であり得るか、または湾曲し得る。個々の電極は、半球形、長方形、または他の形状であることができる。
【0078】
本明細書で開示される態様および／または特徴の全ては、そのような特徴および／またはステップの少なくともいくつかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで組み合わせることができる。特に、本開示の好ましい特徴は、本開示の全ての態様および実施形態に適用可能であり、任意の組み合わせで使用され得る。同様に、必須ではない組み合わせで記述された特徴は、（組み合わせてではなく）別々に使用されてもよい。
【0079】
特許請求の範囲内を含む、本明細書において使用される際、特に文脈が示さない限り、本明細書における用語の単数形は、複数形を含むものとして解釈され、逆の場合も同様である。例えば、文脈が他の意味を示さない限り、（電極セットの対などの）「ａ」または「ａｎ」などの特許請求の範囲を含む本明細書における単数形の言及は、「１つ以上」を意味する（例えば、１つ以上の電極セットの対）。本開示の明細書および特許請求の範囲を通じて、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」、「含む」（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、および「含む（ｃｏｎｔａｉｎ）」などの語、ならびに、語の変形、例えば、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」および「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」または同様のものは、「～を含むが、これに限定されない」ことを意味し、他の構成を排除することを意図したものではない。
【0080】
本明細書において提供されるありとあらゆる例、または例示的な文言（「例えば（ｆｏｒ ｉｎｓｔａｎｃｅ）」、「～など（ｓｕｃｈ ａｓ）」、「例えば（ｆｏｒ ｅｘａｍｐｌｅ）」、および同様の文言）の使用は、単に、発明をより良く例示することを意図され、特に特許請求されない限り、本開示の範囲への限定を示すものではない。本明細書におけるいずれの文言も、本開示の実施に不可欠なものとして主張されていないいかなる要素をも示すものとして解釈されるべきではない。
【0081】
「第１の」および「第２の」という用語は、本発明の範囲を変更することなく逆にされ得る。すなわち、「第１の」要素と呼ばれる要素は、代わりに「第２の」要素と呼ばれ得、「第２の」要素と呼ばれる要素は、代わりに「第１の」要素と見なされ得る。同様に、「上」および「下」という用語は、限定することを意図するものではなく、「上」の要素は、代わりに「下」の要素と呼ばれ得、逆もまた同様である。
【0082】
本明細書に記載された任意のステップは、異なるように記載されていない限り、または文脈により別の意味が必要とされない限り、任意の順序で、または同時に実行され得る。さらに、あるステップがあるステップの後に実行されると説明されている場合、これは、介在ステップが実行されていることを排除するものではない。
【0083】
さらにまた、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、本明細書に記載された任意の所与の構成要素または実施形態について、その構成要素について列挙された可能性のある候補または代替物のいずれも、個々にまたは互いに組み合わせて一般に使用され得ることが理解される。さらに、別段、暗黙的または明示的に理解または記載されない限り、そのような候補または代替物のいかなる列挙も、単なる例示であり、限定されるものではないことが理解される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
