DE69207183T2 - Verfahren zur herstellung einer multipolarlinse oder eines multipolarmassenfilters mit länglichen elektroden - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung mehrpoliger langgestreckter Elektrodenstrukturen, die zur elektrostatischen Fokussierung oder Massenfilterung eines Strahls geladener Teilchen geeignet sind. Das Verfahren ist insbesondere zur Herstellung eines quadrupolen Massenfilters geeignet.
• Elektrostatische Linsen mit einer Mehrzahl paralleler langgestreckter Elektroden werden allgemein zur Fokussierung und/oder Filterung von Strahlen geladener Teilchen verwendet. Typischerweise umfassen sie vier oder sechs Elektrodenstangen, die parallel zu und mit gleichem Abstand von zu einer Achse angeordnet sind, entlang der die Teilchen wandern. Die Stangen sind voneinander isoliert, so daß an sie je nach beabsichtigtem Zweck Wechselstrom- oder Gleichstrompotentiale angelegt werden können. Die langgestreckten Elektroden können zylindrisch sein oder können einen hyperbolischen Querschnitt aufweisen. Andere Geometrien mit mehr Elektroden (z.B. 8 oder 12), oder einer Einzelstangenelektrode und einer "V"-gewinkelten Elektrode (ein "monopoler" Massenfilter) sind ebenfalls bekannt und können nach diesem Verfahren hergestellt werden.
• Bei all solchen Linsen oder Filtern müssen die Elektroden elektrisch leitfähiges Material aufweisen, und es müssen Mittel vorgesehen sein, um sie am Ort zu halten, während sich zwischen ihnen eine elektrische Isolierung befindet. Insbesondere im Fall quadrupoler Massenfilter müssen die Elektroden präzise ausgerichtet sein, um eine hohe Übertragungswirkung bei hoher Massenauflösung zu sichern. Obwohl verschiedene herkömmliche Verfahren zur nachfolgend beschriebenen Konstruktion herkömmlich zur Herstellung langgestreckter Elektrodenstrukturen verwendet werden, bleibt der Bedarf nach einem billigeren Herstellungsverfahren, insbesondere von Hochleistungs-Quadrupolmassenfiltern.
• Die meisten quadrupolen Massenfilter sind aus vier präzise geschliffenen zylindrischen oder hyperbolischen Elektroden aufgebaut, die von zwei oder mehreren Keramikringisolatoren gehaltert sind, die genau ausgeformte Aufnahmestellen für die Elektroden aufweisen (s. beispielsweise US-Patent 4,032,782, SU-Patent 868,885, GB-Patent 2,138,201 und japanische Patentanmeldung 58-204464). Jedoch ist die Herstellung der Ringisolatoren schwierig und es erfordert beträchtliche Zeit, die Stangen auszurichten, wenn der Filter zusammengebaut wird. Um den Aufwand präziser Maschinenbearbeitung von Keramikkomponenten zu reduzieren, enthalten verschiedene herkömmliche Konstruktionen metallische Endplatten, an denen die Elektroden durch isolierte Scheiben, Buchsen oder Stifte angebracht sind (wie z.B. in der japanischen Patentanmeldung 62-103956 und dem SU-Patent 469479 offenbart), oder durch besonders geformte Isolatoren (SU-989614, 989615). Bei anderen Konstruktionsformen können Elektroden, die aus mit leitfähigem Film beschichtetem Isoliermaterial gebildet sind, auf die metallischen Endplatten aufgesetzt werden, wie in den US-Patenten 3,699,330 und 3,793,063 offenbart. Das US-Patent 4,870,283 offenbart metallische Elektroden, die in Aufnahmestellen angebracht sind, die in einem metallischen Joch eingearbeitet sind, aber durch einen dünnen Isolierfilm einen Abstand von dem Joch aufweisen. Weitere Verfahren umfassen das auf-Abstand-Halten der Elektroden durch Saphirkugeln, die in in den Elektroden gebildeten Grübchen angeordnet sind (Munro, Rev. Sci. Instrum, 1967, Band 38 (10), Seite 1532), auf-Abstand- Halten der Elektroden durch präzisionsbearbeitete zylindrische Isolatoren, die um die Innenseite eines Zylinders herum angeordnet sind (Okayama, Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. 1990, Band A298, Seiten 488-495), sowie die Verwendung keramischer Ringisolatoren ohne Aufnahmestellen in Verbindung mit nichtkreisförmigen Elektroden, die einen nach außen weisenden Krümmungsradius aufweisen, der gleich dem Innenradius des Ringisolators ist (US-Patent 3,553,451). Ein keramischer Ringtsoiator ohne Aufnahmestellen wird auch in der Struktur verwendet, die in der SU 694917 offenbart ist, worin eine metallische Endplatte zur Anordnung aller Elektroden an die Innenseite eines Ringisolators hartgelötet und anschließend in Sektionen geschnitten wird (typischerweise durch Funkenerosion), um eine elektrische Isolierung zwischen den Elektroden zu bilden. In einer anderen Variante unter Verwendung keramischer Ringisolatoren (US-Patent 3,840,742) ist ein Verfahren der Anordnung und Befestigung hyperbolischer Elektroden offenbart.
• Ein anderer Ansatz ist es, die Struktur der Linse oder des Massenfilters aus einem Isolator zu bilden und die leitfähigen Elektroden nach Bedarf durch eine Beschichtung leitfähigen Materials auf der Struktur vorzusehen. Das GB-Patent 1,367,638 offenbart einen quadrupolen Filter, der in einem Keramikzylinder gebildet ist, der eine axiale Passage mit vier hyperbolischen Oberflächen aufweist, die zur Bildung der Elektroden goldplattiert sind. Alternativ kann der Körper aus einem thermoplastischen Isolator wie Glas oder Quarz gebildet sein, der auf einem Formkern formgegossen werden kann. Auf diese Weise hergestellte quadrupole Massenfilter sind in den US-Patenten 3,328,146 und 4,213,557, der deutschen Patentanmeldung 1,297,360 und der europäischen Anmeldung 268,048 offenbart. Das US-Patent 4,117,321 offenbart einen quadrupolen Filter mit metallischen Elektroden, die in einem Körper aus einem thermisch formbaren Isolator, der zuvor auf einem Formkern geformt wurde, angebracht sind. Das US-Patent 4,106,744 offenbart eine andere Variante, in der acht langgestreckte Isolatoren rechteckigen Querschnitts durch Klammern an einem Formkern befestigt werden und eine Metallschicht auf der gesamten Anordnung abgelagert wird, um eine einheitliche Struktur zu bilden, aus der der Formkern dann entfernt wird. Der Formkern umfaßt hyperbolische oder kreisförmige Oberflächen, auf denen das abgelagerte Metall Elektroden der gewünschten Form bildet. Nach Entfernung des Formkerns wird das abgelagerte Metall, das die Isolatoren an den äußersten Enden der Elektroden überlagert, entfernt, so daß die Elektroden voneinander elektrisch isoliert sind.
• Bislang verwendet die überwiegende Mehrheit im Handel erhältlicher quadrupoler Massenfilter die keramische Ring/Metallelektrodenstruktur. Die Isolierfestkörper/plattierte Elektrodenstruktur ist im Handel als relativ leistungsarmer Massenfilter erhältlich. Es besteht daher ein Bedarf nach einem billigeren Verfahren zur Herstellung mehrpoliger langgestreckter Elektrodenstrukturen, insbesondere solcher, die als Hochleistungs-Quadrupolmassenfilter betreibbar sind, als dies mit der herkömmlichen Keramikringbauart möglich ist. Ein Ziel der Erfindung ist es daher, ein solches Verfahren aufzuzeigen. Ein weiteres Ziel ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, das den zeitaufwendigen Prozeß der Elektrodenausrichtung vermeidet, der vielen herkömmlichen Verfahren zur Herstellung mehrpoliger Elektrodenstrukturen eigen ist.
• Die Erfindung zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer mehrpoligen Elektrodenstruktur zur Fokussierung oder Massenfilterung eines Strahls geladener Teilchen, wobei die Struktur eine Mehrzahl langgestreckter Elektroden umfaßt, die im wesentlichen parallel zu einer Achse angeordnet sind, wobei das Verfahren umfaßt:
• a) Bereitstellen einer ausreichenden Anzahl von Rohlingen aus elektrisch leitfähigem Material, um die Herstellung aller der langgestreckten Elektroden zu ermöglichen, wobei jeder der Rohlinge genügend Material für wenigstens eine der Elektroden aufweist;
• b) Bereitstellen eines isolierenden Trägermittels, in dem alle der Rohlinge angebracht werden können und das in der Lage ist, nach Abschluß von Schritten c) und d) die Elektroden in einer festen räumlichen Beziehung zueinander zu halten;
• c) Zusammenbau aller der Rohlinge und des Trägermittels, so daß die Rohlinge wenigstens den durch die Elektroden zu belegenden Raum belegen; und
• d) Materialentfernung von allen Rohlingen zur Herstellung der in dem Trägermittel positionierten Elektroden, ohne die Position der Rohlinge relativ zu dem Trägermittel zu stören.
• Im Gegensatz zu den herkömmlichen Strukturen, die aus elektrisch leitfähigem Material hergestellte Elektroden aufweisen, ergibt das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung des gewünschten Profils der Elektroden, nachdem der wenigstens eine Rohling, aus dem sie herzustellen sind, auf das Trägermittel aufgesetzt wird, um hierdurch den zeitaufwendigen Ausrichtungsprozeß zu beseitigen, der mit vorgeformten Elektroden erforderlich ist, und um die Herstellungskosten der fertigen Struktur zu reduzieren. Bevorzugt ist der Schritt der Materialentfernung von den Rohlingen zur Herstellung der Elektroden entweder ein Draht schnitt- oder Formabsenkungsstromentladungs- Bearbeitungsverfahren (EDM). Der wenigstens eine Rohling kann ein einzelnes Materialstück umfassen, von dem alle Elektroden geschnitten werden, oder separate Materialteile, aus denen eine oder einige der Elektroden geschnitten werden. Die Elektroden können mit jeder gewünschten Form hergestellt werden, jedoch wird typischerweise ein kreisförmiges oder hyperbolisches Profil verwendet. Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen Verfahren kann das Verfahren hyperbolische Profile genauso leicht wie kreisförmige Profile herstellen und ist besonders vorteilhaft bei der Herstellung eines hyperbolischen quadrupolen Massenfilters.
• Das Trägermittel kann ein einzelnes Isolierelement umfassen, jedoch sind bevorzugt zwei solche Elemente vorgesehen, die zu den Enden der langgestreckten Elektroden mit Abstand voneinander angeordnet sind, d.h. an einer ähnlichen Stelle zu der angeordnet sind, die von den keramischen Ringisolatoren in einer herkömmlichen quadrupolen Filteranordnung unter Verwendung genau bearbeiteter Elektroden belegt ist. Die Isolierelemente können Ringisolatoren aufweisen, brauchen jedoch im Gegensatz zur herkömmlichen Bauart nicht präzise bearbeitet zu werden. Erforderlich ist es nur, daß sie Mittel zum Befestigen des Elektrodenrohlings oder der -rohlinge vorsehen, so daß die fertige Struktur in richtiger Ausrichtung bleibt. Somit können die Rohlinge (typischerweise rostfreier Stahl oder Molybdän, obwohl auch leitfähige Keramik oder Aluminium verwendbar ist) in die keramischen Trägerringe hartgelötet werden oder sie können, wie in vielen herkömmlichen Vorrichtungen, durch Schrauben gesichert werden.
• In einem bevorzugten Verfahren können die Isolierelemente ringförmige Keramikisolatoren umfassen, und der Elektrodenrohling kann einen massiven Zylinder aus rostfreiem Stahl, Molybdän, leitfähiger Keramik oder Aluminium umfassen, dessen Länge der gewünschten Länge der fertigen Elektroden entspricht und dessen Durchmesser gut in die keramischen Isolatoren hineinpaßt. Der Zylinder wird zuerst in den Isolatoren befestigt (enlweder durch Hartlöten oder durch Schrauben angeordnet, so daß die fertigen Elektroden in Position gehalten werden, nachdem die Bearbeitung beendet ist). Dann kann man ein Axialloch in den Rohling bohren (das Bohrmaterial wird nachfolgend entfernt) und die Anordnung wird auf einer numerisch gesteuerten Drahtschnitt-Stromentladungsmaschine (EDM) aufgebaut, wobei der Draht das Loch durchsetzt. Die EDM wird zum Schneiden des Rohlings verwendet, so daß die erwünschte Anzahl präzise geformter, voneinander getrennter Elektroden verbleibt, die an den Isolatoren angebracht sind. Anstelle des einzelnen Zylinders können alternativ mehrere Rohlinge roh vorbearbeitet und an den Isolierelementen angebracht werden und dann durch die EDM nachbearbeitet werden, um die gewünschte Elektrodenstruktur herzustellen. Selbstverständlich muß jeder der Rohlinge genügend Material für wenigstens eine Elektrode enthalten.
• Wenn eine Elektrodenstruktur mit mehreren Sektionen hergestellt werden soll, die miteinander fluchtende ähnliche Elektrodenstrukturen aufweisen, beispielsweise ein quadrupoler Massenfilter mit einem Vorfilter, der mehrere kurze Elektroden aufweist, die mit den Hauptelektroden des Filters fluchten, jedoch von diesem elektrisch isoliert sind, umfaßt ein bevorzugtes Verfahren die Verwendung von Rohlingen, die sich entlang der Gesamtlänge der Elektrodenstruktur erstrecken. Nach Bearbeitung der Rohlinge zum gewünschten Profil läßt sich dann die EDM verwenden, um die Elektroden nach Bedarf in die Segmente zu schneiden. In einem solchen Fall muß das Trägermittel derart ausgebildet sein, daß die segmentierte Struktur in richtiger Weise gehaltert wird, nachdem die Elektroden geschnitten sind.
• Falls die Elektroden sehr lang sind, läßt sich mit der EDM eine Elektrodenstruktur herstellen, in der der Abstand von der Achse der Elektroden - gemessen in der Mitte der Struktur - ein wenig größer als der an den Enden gemessene ist, und zwar aufgrund der Schwingung des Drahts während des Schneidprozesses, dessen Maximalamplitude in der Mitte des Drahts liegt. In diesem Fall kann die Drahtschnitt-EDM so programmiert sein, daß sie Elektroden mit geringer Übergröße erzeugt, und die Bearbeitung kann dann an einer Formabsenkungs-EDM unter Verwendung einer Elektrode abgeschlossen werden, die das gewünschte Profil des Innenraums innerhalb der Elektrodenstruktur aufweist. Bei dem Formabsenkverfahren wird diese Elektrode langsam entlang der Achse der Elektrodenstruktur vorgeschoben, in den Elektrodenrohlingen eine Form zu geben, die zu der der Elektrode komplementär ist.
• Bei Verwendung einer Formabsenkungs-EDM zur Bildung der Elektrodenstruktur ist der zur Bearbeitung des wenigstens einen Rohlings verwendete Schneidprozeß zur Erzeugung von übergroßen Elektroden vor dem Formabsenkprozeß nicht auf die Drahtschnitt-EDM beschränkt. Übergroße Elektroden können auch durch Verfahren, wie etwa Formgießen, z.B. Druckgießen, oder Extrusion gebildet werden.
• Falls erforderlich, kann die durch die EDM hergestellte Endoberfläche der Elektrodenstruktur durch einen herkömmlichen Polierprozeß, beispielsweise durch Elektropolieren, verbessert werden.
• Bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren werden nun im Detail lediglich beispielshalber und unter Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen:
• Figur 1 zeigt einen Elektrodenrohling und zwei montierte Trägerelernente vor der Stromentladungs-Bearbeitung;
• Figur 2 zeigt, wie die Anordnung von Figur 1 durch eine Drahtschnitt-EDM zur Herstellung der Elektroden bearbeitet werden können;
• Figur 3 zeigt eine fertige Elektrodenstruktur nach der Stromentladungs-Bearbeitung;
• Figur 4 zeigt eine Elektrode für ein Formabsenk-Stromentladungsmaschine, geeignet zu jeder erforderlichen Endbearbeitung der Elektrodenstruktur von Figur 3; und
• Figur 5 ist eine Querschnittsansicht eines quadrupolen Massenfilters, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
• Erfindungsgemäß läßt sich eine zur Verwendung als qudrupoler Nassenfilter geeignete Elektrodenstruktur aus einem Elektrodenrohling 1 herstellen, der einen massiven Zylinder aus beispielsweise rostfreiem Stahl, Molybdän, leitfähiger Keramik oder Aluminium umfaßt, der wenigstens so lang wie die Elektroden der fertigen Struktur ist. Der Rohling wird so ausgewählt (oder bei Bedarf so bearbeitet), daß er gut in zwei Isolierelemente 2, 3 paßt, die die Isolierträgermittel aufweisen. Die Isolierelemente 2, 3 umfassen kurze Keramikzylinder mit zentralen Öffnungen 4, 5. Der Elektrodenrohling 1 wird an jedem der Isolierelemente 2, 3 durch vier radial angeordnete Schrauben 6, 7 angebracht, die mit 90º-Intervallen um den Umfang der Isolierelemente herum angeordnet sind. Die Schrauben 6, 7 greifen in Gewindelöcher in dem Elektrodenrohling 1 ein, und es können unter ihren Köpfen an den Isolierelementen 2, 3 Abflachungen 8, 9 vorgesehen sein. Die Abflachungen 8, 9 helfen zu verhindern, daß sich die Schrauben 6, 7 losarbeiten und ergeben ferner gut verwendbare Oberflächen zum Anbringen der fertigen Struktur in der Vakuumhülle eines Massenspektrometers, etc. Die Positionen der Isolierelemente 2, 3 an dem Rohling 1 und die Anordnung 6, 7 sind so ausgewählt, daß die fertigen Elektroden nach der Bearbeitung fest in den Isolierelementen gehalten werden. Angemerkt wird, daß die Trägerelemente je nach dem Typ der erforderlichen Struktur alternativ ein einzelnes Isolierelement oder mehr als zwei solcher Elemente aufweisen können.
• Als eine Alternative zur Verwendung der Schrauben 6, 7 kann der Rohling 1 an die Isolierelemente 2, 3 hartgelötet oder weichgelötet werden. Auch ist die Verwendung von mehr als einem solchen Rohling möglich, vorausgesetzt, daß jeder Rohling genug Material für wenigstens eine Elektrode aufweist und alle Rohlinge gleichzeitig in die Isolierelemente eingesetzt werden können. Verwendbar sind beispielsweise vier Rohlinge, die den Quadranten entsprechen, in die der Rohling 1 durch die punktierten Linien 10 (Figur 1) unterteilt ist. Nicht erforderlich ist es, entweder den oder die Rohlinge oder die Isolierelemente mit sehr präzisen Toleranzen herzustellen, wie es der Fall bei Isolierelementen und Elektroden eines herkömmlich auf gebauten quadrupolen Massenfilters der Fall wäre. Beispielsweise können geeignete Rohlinge durch Formguß, Druckguß oder Extrusion hergestellt werden.
• Bei Verwendung der Drahtschnitt-EDM muß man ein Loch oder einen Schlitz in dem Rohling 1 vorsehen, durch den der Draht der EDM vor Beginn der Bearbeitung eingeführt werden kann. Dies kann ein Axialloch 11 sein, hergestellt durch irgendein geeignetes Verfahren (z.B. Bohren oder Aufbohren durch ein anderes EDM-Verfahren), oder er kann einen Radialschlitz 12 aufweisen, der längs der Länge des Rohlings geschnitten ist. Natürlich muß das Loch 11 oder der Schlitz 12 in einem Teil des Rohlings gebildet sein, der während der Bearbeitung entfernt wird. Wenn mehr als ein Rohling verwendet wird, kann dieser Schritt weggelassen werden, wobei der Draht einfach zwischen die Rohlinge eingeführt wird.
• Die Anordnung von Figur 1 wird dann auf dem Arbeitstisch 13 einer Drahtschnitt-Stromentladungsmaschine festgeklemmt, wie in Figur 2 gezeigt, wobei der EDM-Draht 14 durch das Loch 11 (oder den Schlitz 12) läuft, wie dargestellt. Eine geeignete Maschine zur Herstellung eines 150 mm langen Quadrupols ist die FANUC W2 Drahtschnitt-EDM, jedoch sind viele andere geeignete Maschinen im Handel erhältlich. Die EDM sollte ein Mittel zum präzisen Bewegen des Arbeitstischs 13 in jede gewünschte Stellung in der x-y-Ebene unter der Steuerung eines digitalen Computers aufweisen, um die genaue Erzeugung des gewünschten Elektrodenprofils zu erleichtern. Die Stromentladung (d.h. Funkenerosion) wird durch Anlegen einer hochfrequenzgepulsten Gleichstromzufuhr (schematisch bei 15 gezeigt) durchgeführt, die zwischen dem EDM-Draht 14 und dem Elektrodenrohling 1 angelegt wird. Dies ergibt kleine Funken, die zwischen dem Draht 14 und dem Rohling 1 auftreten und Material sowohl von dem Rohling, als auch dem Draht entfernen. Somit läßt sich durch langsames Bewegen des Rohlings relativ zu dem Draht ein schnitt mit äußerster Präzision mit einer Dicke herstellen, die nur sehr wenig größer als der Durchmesser des Drahts ist. Durch geeignetes Programmieren des Computers läßt sich der Rohling bewegen, um das Elektrodenprofil mit jeder gewünschten Form zu schneiden. An modernen Maschinen ist es möglich, den Ausgang eines computergestützten Konstruktion(CAD)programms zu verwenden (das zur Konstruktion der Elektrodenstruktur verwendet werden kann), um maschinenlesbare Anweisungen für die EDM zu erzeugen, was den Bearbeitungsprozeß ohne menschliches Zutun programmiert. Hieraus ist ersichtlich, daß die EDM gleichermaßen leicht Elektrodenoberflächen mit entweder hyperbolischen oder kreisförmigen Oberflächen erzeugen kann, und zwar in deutlichem Kontrast zu denjenigen herkömmlichen Konstruktionsverfahren, die die getrennte Bearbeitung der Elektroden beinhalten.
• Um einen Drahtbruch durch Erosion zu vermeiden, umfaßt die EDM ein Mittel zum Antrieb des Drahts von einer Ausgabespule, über eine Antriebsscheibe 16, durch das Werkstück, eine zweite Antreibsscheibe 17 und in eine Aufnahmekammer, so daß der Schnitt während des gesamten Prozesses mit unerodiertem Draht durchgeführt wird. Ferner sind Mittel vorgesehen, um den Draht zwischen den Scheiben 16 und 17 zu spannen. Ein Flüssigelektrolyt, typischerweise Wasser mit Additiven zur Minderung seiner korrosiven Eigenschaften und Steuerung seiner Leitfähigkeit, wird durch eine oder mehrere Düsen 18 durch das Werkstück in die Nähe des Drahts 14 gepumpt, die beide erodiertes Material entfernen und die am besten geeignete Umgebung für die Funkenerosion bilden. Tabelle 1 faßt die Bearbeitungsbedingungen zusammen, die als zur Herstellung eines typischen guadrupolen Massenfilters von 150 mm Länge auf einer FANUC W2- Drahtschnitt-EDM geeignet scheinen. TABELLE 1 Parameter Wert Entladespannung Entlade-AN-Zeit Entlade-AUS-Zeit Elektrolyt Draht Drahtzugspannung Schneidgeschwindigkeit Wasser, spez. Widerstand Ω.cm Messing, mm Durchmesser
• Figur 3 zeigt die fertige Elektrodenstruktur nach Abschluß der Drahtschnitt-EDM. Sie umfaßt vier Elektroden 18-21, die an den Isolierelementen 2 und 3 durch die Schrauben 6, 7 befestigt sind und erfordert keine weitere Ausrichtung, weil die Elektroden relativ zueinander durch die Entladungsbearbeitung präzise profiliert wurden. Man muß die Anordnung nur noch entfetten und reinigen, um den Herstellungsprozeß abzuschließen.
• Wenn an den Elektroden 18-21 eine besonders polierte Oberfläche erforderlich ist, kann die Anordnung von Figur 3 in herkömmlicher Weise elektropoliert werden. Dies beinhaltet das Eintauchen der Anordnung in ein geeignetes Polierbad und Halten eines elektrischen Stroms zwischen den Elektroden 18 und 21 und einer anderen Elektrode in dem Bad. Von den Elektroden wird eine geringe Materialmenge entfernt, und es bleibt eine sehr gut polierte Oberfläche. Elektropolierbäder, die für rostfreien Stahl oder Molybdän geeignet sind, sind wohlbekannt und im Handel erhältlich.
• Das besonders bevorzugte Verfahren zur Fertigstellung der Elektroden ist das Formabsenk-EDM. Ein Rohling mit übergroßen Elektroden wird zuerst durch jedes geeignete Verfahren hergestellt (z.B. Formguß, Druckguß, Extrusion oder den oben beschriebenen Drahtschnitt-EDM-Prozeß), und dann wird die Bearbeitung durch Formabsenk-EDM unter Verwendung einer Elektrode des in Figur 4 gezeigten Typs abgeschlossen. Die Formelektrode 22, typischerweise aus Kupfer, kann durch eine Drahtschnitt- EDM hergestellt werden, so daß es ein den Innenraum 23 (Figur 3) der fertigen Elektrodenstruktur äquivalentes Profil, jedoch mit sehr geringer Untergröße aufweist. Die Elektrode 22 ist typischerweise 5 - 10 mm dick und kann daher ohne jede signifikante Konkavität hergestellt werden. Das Formstück 22 wird dann in eine Formabsenk-EDM eingesetzt (beispielsweise Bohrmeister 280), und die Anordnung von Figur 3 wird auf deren Arbeitstisch derart angeordnet, daß das Formstück 22 langsam entlang der Achse der Struktur vorgeschoben werden kann, so daß die Elektroden 18-21 weiter mit einer Form bearbeitet werden, die der des Formstücks 22 komplementär ist, und mit einer größeren Gleichmäßigkeit, als dies mit Drahtschnitt allein möglich ist. Die Formabsenkmaschinen arbeiten mit viel höheren Entladeströmen als Drahtschnittmaschinen, und hierdurch nutzt sich die Formelektrode bei ihrer Verwendung ab. Jedoch wird geschätzt, daß etwa 10 Elektrodenstrukturen des in Figur 3 gezeigten Typs mit einer Formelektrode 22 hergestellt werden könnten.
• Figur 5 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäß hergestellten quadrupolen Massenfilters mit hyperbolischen Elektroden. Um die Elektrodenstruktur zu bearbeiten, wird die EDM programmiert, um die Elektrodenoberflächen 24 gemäß der Gleichung zu schneiden:
• y = ± [r²&sub0;+x²]½
• und die Elektrodenoberflächen 25 gemäß der Gleichung:
• x = ± [r²&sub0;+y²]½
• wobei x und y Koordinaten entlang der x- und y-Achsen nach Figur 4 sind und r&sub0; der Innenradius der Elektrodenstruktur ist.
• Angemerkt wird, daß die Herstellung einer hyperbolischen Elektrodenstruktur ähnlich der von Figur 5 durch ein herkömmliches Verfahren unter Verwendung separat hergestellter Elektroden, die in präzise geformten Isolierelementen angeordnet ist, wegen der Schwierigkeit der Herstellung von Elektroden mit dem erforderlichen Querschnitt und deren anschließender Ausrichtung in den Isolierelementen impraktikabel ist. Die Struktur von Figur 5 ist besonders vorteilhaft, weil sie die Konstruktion eines Filters mit großem r&sub0; in einem kleinen Gesamtdurchmesser erlaubt, was einen fertigen Filter ergibt, der viel kleiner als ein herkömmlich konstruierter Filter ähnlicher Leistung ist, Die Kreise 26 in Figur 5 zeigen, wie Elektroden kreisförmigen Querschnitts in Isolierelementen 2 und 3 der gleichen Größe anzubringen wären, und zeigen klar, daß der Radius r&sub0; eines auf diese Weise konstruierten Filters sehr viel kleiner als der des erfindungsgemäß hergestellten hyperbolischen Filters ist.

Claims (13)

1. Verfahren zur Herstellung einer mehrpoligen Elektrodenstruktur zur Fokussierung oder Massenfilterung eines Strahls geladener Teilchen, wobei die Struktur eine Mehrzahl langgestreckter Elektroden umfaßt, die im wesentlichen parallel zu einer Achse angeordnet sind, wobei das Verfahren umfaßt:

a) Bereitstellen einer ausreichenden Anzahl von Rohlingen aus elektrisch leitfähigem Material, um die Herstellung aller der langgestreckten Elektroden zu ermöglichen, wobei jeder der Rohlinge genügend Material für wenigstens eine der Elektroden aufweist;

b) Bereitstellen eines isolierenden Trägermittels, in dem alle der Rohlinge angebracht werden können und das in der Lage ist, nach Abschluß von Schritten c) und d) die Elektroden in einer festen räumlichen Beziehung zueinander zu halten;

c) Zusammenbau aller der Rohlinge und des Trägermittels, so daß die Rohlinge wenigstens den durch die Elektroden zu belegenden Raum belegen; und

d) Materialentfernung von allen Rohlingen zur Herstellung der in dem Trägermittel positionierten Elektroden, ohne die Position der Rohlinge relativ zu dem Trägermittel zu stören.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem der Schritt der Materialentfernung von den Rohlingen einen Stromentladungsbearbeitungsprozeß beinhaltet.

3. Verfahren nach Anspruch 2, in dem der Stromentladungsbearbeitungsprozeß ein Formabsenkprozeß ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in dem der wenigstens eine Rohling übergroße Elektroden aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, in dem die übergroßen Elektroden durch Drahtschnitt-Stromentladungsbearbeitung hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4, in dem die übergroßen Elektroden durch Formguß oder Extrusion hergestellt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 2, in dem der Stromentladungsbearbeitungsprozeß ein Drahtschnittprozeß ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem das Trägermittel zwei Isolierelemente umfaßt, die zu den Enden der langgestreckten Elektroden mit Abstand voneinander angeordnet sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, in dem die Isolierelemente ringförmige Keramikisolatoren aufweisen und der wenigstens eine Elektrodenrohling rostfreies Stahl, Molybdän, leitfähige Keramik oder Aluminium umfaßt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Elektrodenstruktur ein quadrupoler Massenfilter ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9, in dem die langgestreckten Elektroden jeweils zwei oder mehrere zueinander ausgerichtete Elektrodensegmente aufweisen, wobei das Verfahren den weiteren Schritt umfaßt, anschließend die bearbeiteten langgestreckten Elektroden zu schneiden, um sie in die Elektrodensegmente zu trennen.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, in dem die Elektrodenstruktur anschließend elektropoliert wird.

13. Elektrodenstruktur, hergestellt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.