JPH0359480A

JPH0359480A - 核磁気共鳴によるサンプル分析用タービン

Info

Publication number: JPH0359480A
Application number: JP2196051A
Authority: JP
Inventors: Antoine Llor; ロール　アントワーヌ
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1989-07-24
Filing date: 1990-07-24
Publication date: 1991-03-14
Also published as: EP0410856B1; DE69026877D1; EP0410856A1; US5159271A; FR2650075A1; FR2650075B1; DE69026877T2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明はタービンに係り、そのロータは阜ｗＪ運動と歳
差運動との二重運動をし、また前記タービンは通常は固
体サンプル、とくに粉末状のサンプルを核磁気共鳴によ
って分析するために用いられる。従来の技術この分析法は過去何年間も液体サンプルの分光分析のた
めに広範に使用されてきているが、固体サンプルの場合
にはブラウン運動が存在しないことが結果の品質に対し
て不利になると言う理由で、使用がより困難である。本発明が解決しようとする問タービンのロータの中に固体サンプルを収納して、速い
回転運動を受けることによって、ブラウン運動を模擬す
る考えについては既に述べた。ロータは測定信号の受信
コイルによって取囲まれた空間角に位βしている。しか
しながら、前記の方法は、それがスピンが１／２に等し
いコアのためにのみ有効であると言う押出で完全に満足
のいくものではなく、１７０．２３Ｎａ、２７Ａ、等の
↓うな高位番号のスピンのコアに関して、良好な品質情
報を有していることがしばしば好ましい。しかしながら
、スピンが１／２のコアの場合でさえも、例えば、粉末
状１ｊンプルの粒子間のギャツＩによる磁気ｗ４電率の
非均質性が期待される分析に制限を加えることになる。この方法に対する改良が、ロータを二重の単動運動と歳
差運動によって回転させることによって提案されている
。ロータはそれ白身ｔよ章動軸線の周りで回転し、その
軸線は歳差運動に関して回転され、従って固定軸線を有
した内錐が描かれる。歳差運動の回転速度をω１、単動運動のそれをω２、磁
場の方向と固定＠線との間の角度を０１、また円錐の半
角を０２とする。実際の構造によって満足されるべき理
論的な状態が得られている。従って、角度０１と０２は、次の４対の鎗から選択しな
ければならない。即ち、 θ　＝５４．７４’　、θ２−３０．５Ｇ。 θ　−５４，７４°　　θ２＝７０．１２゜θ　＝３０
．５６°　　θ２＝５４．７４゜θ　−７０，１２°、
θ２＝５４．７４゜最初の解は最小の歳差角度を示し、
また構造を簡単にしているので、それが好ましい。ａ差
速度３ ω　と単動速度ω２とは約１０　で釣合っていなければ
ならないが、その比率は４．３．２．３／２．４／３．
１ｖ）るい唸それらの逆数とは異なる比率でなければな
らない。しかしながら、それらの最大の共通分割数はな
くそうとしている磁気相互作用より６大きくなければな
らず、従って比率としては、例えば、５．５／２．５／
３、５／４およびそれらの逆数が選ばれ、速度の比率は
好ましくは１に近くなる。最後に、ロータの回転速度は磁気相な作用をなくづるた
めに数」゛ロヘルツでなければならず、受信コイルの近
くにＵ導電材料を用いてはならない。このように、リムソン、リップマ、およびパインズによ
る分子物理学における初期的な情報伝達（１９８８年の
第６５巻、第４号、１０１３頁から１０１８頁）におい
〔は、２重ロータのタービンが非常に概略的に述べられ
ており、そこぐはサンプルを収納したロータが大きい方
の外部［］−タの中で回転し、２つのロータの回転軸線
が歳差角度だｚＪ離れている。この解法４幾つかの欠点を有している。特に、組立体の
動的なバランスを得ることが困難であり、また内部ロー
タを駆動させることのできる気体を供給することも困難
である。また、２つのロータを駆動させるのに２つの独
立の気体回路を用いているので単動速度と歳差速度との
間の許容比率を予測することも困難であり、内部ロータ
の回転速度を測定するのも容易で組ない。最後に、フィ
ルファクター、即ち、分析しようとしているサンプルの
容積と受信コイルによって取囲まれている容積との比率
（よ、比率ω　／ω１が５であるので非常に小さくなり
、ロータの動的なバランスのために、この場合には、非
常に長いチェンバー（長さと直径との比が約３になる）
を与えることになる。問題点を解決するための手段本発明はこれらの欠点を取り除くことのできる解決法を
提供し、複雑な技術的な要素を必要としない簡単に操作
できるタービンに関係している。前記タービンは、ステータと、駆動ノツチあるいはブレ
ードを有していて前記ステータ内の流体ベアリングの上
に位置したロータと、ベアリングに供給し、かつ前記ブ
レードとロータとを駆動するための気体吹出し装置とを
含み、前記ロータをステータ上で滑らせることなしに回
転さぼることができる。単動運動とｔａ差運動との両方
の運動をする単一のロータが存在する。前記ロータは同
心的な球状部分によって全体的に限定され、かつ分析し
ようとする１ナンプルを収納りるギｊｐビティーを有し
た中心コアと、前記コアの両側において延在し、かつそ
の頂点がコアの中心と一致した、２つの全体的に円錐状
になった同軸的な回転面とを有している。前記ステータ
は２つの全体的に円錐状になったベアリング面を有し、
その上でロータがその回転面によって回転する。これら
のベアリング面を画定している前記円錐体は同一の軸線
を有し、回転面の軸線に対して鋭角をなしている。この場合、コアは少なくとも１つの球状部分によって構
成され、その球状部分は確実に各々のベアリングと関連
している。前記コアには、回転面によって画定されたくぼみが設け
られていても、あるいは２つの全体的に円錐状のローラ
を取付けていてもよく、その壁部が回転面を構成する。前記ブレードあるいはノツチが次にローラ上に、特にコ
アとは反対側の端部において位置される。前記コアは完全な球であってもよいし、あるいは、例え
ば、２つの球状のカップで形成されてもよく、それらに
は２つの１１−ラがそれぞれ連結され、また２つのカッ
プの間に切断球が連結される。この解法は、前記ベアリングがベアリング面と２つの吹
出しオリフィスによって構成されたスラストベアリング
との間において、ステータの外周上に分布された吹出し
オリフィスによって構成された環状ベアリングからなっ
ていて、前記２つの吹出しオリフィスの各々がベアリン
グ面の１つの軸線に沿って位置している場合に使用する
ことができる。前記キャビデイ−は円筒状であって、そ
の軸線はＯ−ラの軸線と一致することができる。本発明について、非限定的な実施例と添付図面を参照し
ながら、以下詳細に説明する。実施例餉１図においては、タービンが主本体１によって構成さ
れていることがわかり、前記主本体は円筒状の凹所を有
しており、この凹所の中に各種の圧縮空気の供給、排出
回路が組込まれている。前記円筒状凹所にはステータ２
が収納されており、これは２つの端部４ａ、４ｂを連結
した中央部分３によって構成されている。前記中央部分
３は遠足的な厚さを右した壁部によって形成されている
中央部の狭い領域５を含み、前記壁部の周りに（よ測定
仁月を受（〕るための無線周波数コイル６が巻付１ノら
れている。曲記狭い壁部５の反対側にＧよロータ７が位置している
。これは内部に円筒状のキャビティー９を形成した球状
の中心コア８と、その中心コア８から遠ざかる方向に向
かって少し聞いた２つの円錐状のローラ１０ａ、１０ｂ
とからなっている。前記ローラ１０ａ、１０ｂは中心コ
ア８に対してその２つの反対側の点において連結されて
おり、軸ＪｌＩＡｎに沿って延在し、この軸線はロータ
７の章動軸線に一致しており、また円筒状キャビティー
９の軸線とｂ一致している。［１−夕７とは反対側のロ
ーラ１０の端部にはノツチ１１が設

【プられてＪ３す、
前記ノツチは駆動ブレードを画定、分離し、章動軸ａＡ
ｎの周りの２つの円周方向に沿って、互いに他と続いて
いる。前記端部の各々にはロータ７の方向において中央部分３
の内部へ延在したバルジ部分１２を有し、これの末端は
円錐状のベアリング面１３となっていて、その上でそれ
ぞれのローラ１０ａ、１０ｂが円錐状のローラ而２３ａ
あるいは２３ｔ）によって回転する。前記ベアリング面１３は共通の軸線あるいは固定的な軸
線（Ａｆ）を有りる円錐体によっ〔南定され、この軸線
は章動軸線（Ａｎ）との間に３０．５６度という正確な
角度（θ２）をなしている。図には示していないが、磁
場方向の固定軸線（Ａｆ）によつ−（形成される角度〈
θ、〉は５４．７４度である。ローラ１０の円錐体の半
円錐角度は、ω２／ω１の比が５／３である場合には、
１１．３７度ぐある。従ってロータは滑ることなく回転
することが可能である。圧縮空気供給回路は主本体１の中を延（「シ、端部４は
中央部分３の中を通過している。各々の端部４の中にお
いて、前記回路は軸線（Ａｆ）に沿った供給ｆｆ１４を
有し、これがノズル１５にまで延在している。前記ノズ
ル１５は、第４図に示したように、オリフィス１６と、
円錐状のチェンバー１７とからなり、これは中心」ア８
へ向かって拡がっており、またその１而において出口と
なっていて、充分な持上げ力を与えるような空気力学的
接触をしている。従って、円錐チェンバー１７の周りで
は、バルジ部分１２にはストッパ面１８が設けられてお
り、このストッパ面は、ステータ２が組立てられた時に
、中心コア８と２つのストッパ面１８との間に非常に小
さな間隙ができるように画定される。第２の供給回路２０は主本体１から、狭い領域壁部５を
取り囲んでいる環状空間の中へ延在している。縦方向の
中央において、また中心コア８の中心の１面において、
前記壁部はノズル１９を有しており、これは円周方向に
沿って分ｎｉシていて環状ベアリングを形成している。第２図および第３図に、】ミしたように、ノズル１９は
Ａリフイス２１によって構成され、これは中心コア８の
正面で拡がったチェンバー２２の中へ入り込んでおり、
その断面はステータ２の縦方向においてｔよ小さな開口
を有した三角形状になっているが、円周方向にＪ３いて
は円形アーク状の輪隔を有していて、もっと大ぎく開い
ている。２つの分離的な空気力学的なベアリングが存在りるこの
装置においては、第７図に示したようなもっと複雑な形
状を有した中心をコアを用いることも可能であり、この
場合には、ロータ７４ｊ　２つの球状カップ７２ａ、７
２ｂによって構成された中心コア７１かうなり、前記カ
ップの外側球面７３ａ、７３ｂの上にはローラ７４ａ、
７４ｂが設けられ、またカップ７２ａ、７２ｂには円錐
状のカップリング７６ａ、７６ｂによって切断球７２が
連結されている。中心コア７１の球面の中心は同じ点に
位置し、従って、ロータ７０が回転すると常に球状カッ
プ７２の外面７３は端部４上に位置した１つのノズル１
５の正面に位置され、また、切断球７２の表面も狭い領
ｈｉ５の壁部の外周上に介在したノズル１９の正面に維
持される。前記狭い領域は第１図と比べて暉正されてお
り、２つの直径の大きな延在した円筒状部分７８ａ、７
８ｂの中間においで中心部のリング７７を有するように
している。ノズル１９はリング７７上に位置している。従って、運動の結果としてロータに係る応力を軽減さ住
ることがｉＪ能であり、これは普通はロータの到達可能
な回転速度を制限することになる。ロータの端部によって一掃されるキャビアイー内の圧力
は適当なポンプ装置によって　１／　１００ｂａｒ以下
に減少される。これが空気力学的な抗力の減少につなが
るが、さもなければ回転速度を相当制限するであろう。ベアリングの寸法は気体の流れ法則によって調整される
。ロータ７が回転している空間が低圧力であるので、状
態は純粋に超音速状態であり、慣性力は粘性力を一１回
る。ベアリングの良好な安定性を得るために、本発明穴
はベアリングにおいてロータ７に係る圧力が供給回路の
中の圧力の１／４に等しくなるようにすることを提案す
る。次に前記チェンバー１７と２２との寸法は、ステータ２
とロータ７（ロータは完全に６決めされているｂのとす
る）との間の気体流の面積が、それぞれのオリフィス１
６．２１の断面積の４倍になるようにされる。さらに、
チェンバー１７．２２は、そこにおける衝撃波を制限す
るために、それぞれのオリフィス１６．２１の直径の少
なくとｂ３１８深くなっている。第１図と第５図は、ノツチ１１による１１−タフの駆動
が、主本体１内の供給管２５と１１気管２６とからなる
他の気体供給回路によって行われることをポしており、
前記供給管と排気管とはｎいに他と平行でかつ隣接して
いる。各々のローラ１０に対しＣ１つづつになった、２
つの供給管２５が存在り°る。それらの各々の末端はス
テータ２の中央部分３の周囲における環状部分２７に位
ｉしており、これは１２０度の角度間隔で配置された３
つの吹出しオリフィス２８によってステータ２の内部と
連通している。ロータ７を正しいバランスをとるために
は、ローラ１０ａ、１０ｂの各々に対して常に同じ駆動
力を与えることが必要となり、このことはローラ１０ｂ
の側における吹出しＡリフイス２８が、ローラ１０ａの
側におけるそれと比べて、６０度だけ角度をずらせてい
ることを意味している。吹出しオリフィス２８の直径は、オリフィスが作り出す
３つのジェット流の衝撃波がポンプオリフィス２９ので
きるだけ近く（あるいは内部に向けて〉で生じるように
画定され、前記ポンプオリフィスは中央部分３において
、吹出しオリフィス２８のほぼ正面に作られ、ノツチ１
１上に、また排気管２６によってベアリング内に吹き出
された気体を集め、排気さ吐る。排気管２６の外端に連
結されたポンプ装置は、ステータ２内に真空あるいは低
圧力を形成さぜることになる。詳細には述べてないが、環状部の連結部は、異なった組
立て部分と異なった配管との間に必要なシールを明らか
に確立している。ロータ７とステータ２を作っている材料は、電気を通し
てはならず、十分強いものでなければならない。従って
、それらは普通はセラミック材料で作られる。気体ベア
リングと共に回転あるいは接触するために用いられるロ
ータ７の表面は、グラフ７イトあるいはその他の固体ｒ
ＩＩｉｆｌ材で被覆されており、ロータ７を、起動時の
衝撃を４み出す不安定性から保護することができるよう
にしている。ベアリング面１３は円周方向のｔＭ５０を有していて、
これは互いに他の上で回転して連続的な病を形成する円
錐面の間に生じる気体を外へ流すためのちのである。ロータ７の理想的な幾何学的な特性は、ロータ７の自然
的なジＶ！イロスコープ運動に対応して生じる単動運動
と歳差運動との組合わせが、回転している間は理論的に
は応力を発生さじないというものである。しかしながら
、実際には、ベアリング面１３上のローラ１ｏ間に接触
力をある程度維持させるために、わずかなアンバランス
を残すことが必要である。従って、ローラ１ｏの付ｉ）根における機械的な応力は
簡単に非常に大きくなることがあるので、中心コア８は
第７図あるいは第６図に示したように、外周部に凹所を
設Ｇづでもよく、キャビティー９の周りで凹所５１を対
称的に配置することができ、これｔ、Ｌ円筒状をしてお
り、その軸線は草勅軸１！１ｌＡｎと平行になっている
。第８図はロータ７をその製作観点からより詳細に示した
ものである。中心コア８は２つの半球体８ａ、ｓｂぐ形
成され、それらは単動輪線へ〇と直交し、かつローラ１
０の中央にある連結面５５の中で連結されている。１つの半球体８ａには中央部の円筒状スリー１５６が設
けられ、これは４−ヤビティ−９を取り囲んでいて、そ
の外周部にはねじが切られている、〇−夕７は他の半球
体８ｂを中央部の円筒状スリーブ５６上に、半球体８ａ
、８ｂの平坦面が連結面５５で接触するまでねじ込むこ
とによって組立てられる。ロータ７の外部は、幾何学的に対称的で、清らかな表面
を得るために、最初の組み立てに従って保持される。第９図は別のタービン構造を示しでいる。ロータ６０は
、単に直径方向反対側に２つのくぼみ６１８．６１ｂを
設けた球状の中心コアからなっている。これらのくぼみ
は、各々の場合、章動軸線Ａｎ上に中心を置いた円錐面
６２ａあるいは６２ｂによって、また球状カップの形状
した底部６４ａ、６４ｂによって画定され、バルジ部分
１２の間でスラストベアリングを維持することができる
ようになっている。各々の円錐面６２は回転面１３の上
で回転する。この内サイクロイドタービンは単動速度の
関数としてＩａ差速度のｔＩＩ＋限を受けるが、さもな
ければベアリング面の接触関係が悪化するであろう。ま
た円錐面６２の巾の一部分上にノツチ６３を設けること
によって、ロータ６０を駆動することら必要である。こ
の場合には、気体の随伴と排出は非常に困難になること
だ番ノは確実である。従って、ローラ１０を有したロー
タ７のほうが好ましい。基本的にはステータ２はｔｔＪ述の実施例と比べて修正
されることはないが、例外的には、バルジ部分１２を通
って、オリフィス（図示じず）を通つて回転面１３上に
至る随伴気体の供給に関しては修正されている。本発明の範［１１１を逸脱することなく、他の等価的な
構造を得ることは可能である。第１図に示したタービン
は回転的な単動速度と歳差速度との比率が５／３に等し
い１］−夕を有している。このタービンに１１Ｊする詳
細な説明を進める理論的な状態の説明ｒは、他の選択も
可能であることがホされ、！ＩＮＷＡな幾何学的、機械
的状態の画定は専門家にとっては単なる日常的なことで
ある。ナンブルを収納するキャビティーも章動軸線へ〇の周り
でどのような回転的な形状を有していても良い。粉末状
のサンプルの分析を決定した時には、［１−夕を縦方向
軸線の周りで回転させ、次にステータの外部にＪ３ける
水平軸線の周りで回転させ、キャビティーの中で均一な
１輪が得られるようにすることを助言することができる
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービンの直径方向断面図、第２図は第１図の
線（ｎ−ＩＩ）に沿った吹き出しオリフィスの拡大図、
第３図は第２図の４！１ｔ（ＩＩＩ−ＩＩＩ）に沿った
断面図、第４図は第１図のＩＩ（ＩＶ−ＩＶ）に沿った
吹ぎ出しオリフィスの拡大図、第５図はロータ駆動装置
の側面から見た図、第６図および第７図は２つのロータ
構造の図、第８図はキＩＰビデイーを有したロータの製
作の特別な可能性を示す図、第９図は他のタービン設計
の図である。図において、２・・・・・・ステータ７．６０．７０・・・Ｏ−タ８．６１．７１・・・中心コア９・・・キャビティー１０・・・ローラ１１．５１・・・ノツチ１３・・・ベアリング面１５．１９・・・吹出しノズル２３．６２・・・回転面２８・・・気体吹出し５Ａ置７２・・・球状カップ７５・・・切断球である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）核磁気共鳴によるサンプル分析用タービンにおい
て、ステータ（２）と、駆動ノッチを備えかつ前記ステ
ータ内の流体ベアリング（１５、１９）上に位置したロ
ータ（７、６０、７０）と、前記ベアリングに供給し、
前記ノッチとロータとを駆動する気体吹出し装置（２８
）とを含み、前記ロータはサンプルを収納するキャビテ
ィー（９）を設けた中心コア（８、６１、７１）と、前
記コアの両側における２つの全体的に円錐状になった、
同軸的な回転面（２３、６２）とから構成され、また前
記ステータは２つの全体的に円錐状のベアリング面（１
３）からなり、この円錐部は前記回転面の軸線に対して
鋭角をなした同一の軸線を有したベアリング面を画定し
、前記コアは各々のベアリングの正面において球状部分
によって構成された表面を有していることを特徴とする
核磁気共鳴によるサンプル分析用タービン。
（２）特許請求の範囲第１項記載のタービンにおいて、
コア（８）の両側において２つの延在ローラ（１０）を
含み、その上にノッチ（１１）が形成され、また、各々
の場合に、１つの回転面に対応した壁部（２３）を有し
ている核磁気共鳴によるサンプル分析用タービン。
（３）特許請求の範囲第１項記載のタービンにおいて、
前記コアには２つのくぼみ（６１）が設けられ、その各
々の１つの回転面（６２）によって画定される核磁気共
鳴によるサンプル分析用タービン。
（４）特許請求の範囲第２項記載のタービンにおいて、
前記ベアリングはベアリング面（１３）と２つの吹出し
ノズル（１５）によって構成されたベアリングとの間に
おいて、ステータ（２）の外周上に分布された吹出しノ
ズル（１９）によって構成された環状ベアリングからな
り、前記２つの吹出しノズルの各々はベアリング面（１
３）の１つの軸線（Ａｆ）に沿って位置している核磁気
共鳴によるサンプル分析用タービン。
（５）特許請求の範囲第４項記載のタービンにおいて、
前記コアは２つの球状カップ（７２）によって構成され
ており、各々はベアリング面の１つの吹出しノズル（１
５）の正面に位置しており、各各のカップにはローラ（
１０）が連結され、また２つの球状カップには切断球（
７５）が連結され、これは前記球状カップより小さな直
径を有し、環状ベアリングの正面に位置している核磁気
共鳴によるサンプル分析用タービン。
（６）特許請求の範囲第１項記載のタービンにおいて、
前記コア（８）は球体である核磁気共鳴によるサンプル
分析用タービン。
（７）特許請求の範囲第１項記載のタービンにおいて、
キャビティー（９）は回転体であり、その軸線は回転面
の軸線と一致している核磁気共鳴によるサンプル分析用
タービン。
（８）特許請求の範囲第６項記載のタービンにおいて、
前記コアにはキャビティー（９）の周りにはノッチ（５
３）が設けられている核磁気共鳴によるサンプル分析用
タービン。
（９）特許請求の範囲第２項記載のタービンにおいて、
前記ノッチ（５１）はコアの両側におけるローラ（１０
）の端部に位置している核磁気共鳴によるサンプル分析
用タービン。
（１０）特許請求の範囲第１項記載のタービンにおいて
、前記ステータの内部は真空状態になつている核磁気共
鳴によるサンプル分析用タービン。