(57)【要約】      （修正有）【課題】プローブヘッドを開くことなくロータの交換が可能であり、且つプローブヘッドを磁石システム内の所定の位置にとどめることができるＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドを提供する。【解決手段】管の中にＭＡＳステータ７が配置されたＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドであって、ＭＡＳステータ７は、ＭＡＳロータ内の測定位置にある測定対象の物質を入れるベース軸受８および前軸受７５を備え、前軸受７５が開口を有し、この開口を、ベース軸受８と前軸受７５の間の空間にＭＡＳロータを挿入するための閉鎖装置によって閉じることができる。管の内部においてＭＡＳステータ７まで延びる輸送管１０が設けられており、この輸送管１０の内部でＭＡＳロータが搬送されることを特徴とする。閉鎖装置は、ＭＡＳステータ７における、ベース軸受８の中心と前軸受７５が有する開口の中心とを通る軸を横切る移動を行うことによって開口を開閉することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管（２）の中にマジック角回転（＝ＭＡＳ）ステータ（７；６２）が配置された核磁気共鳴（＝ＮＭＲ）ＭＡＳプローブヘッド（１；６１）であって、前記ＭＡＳステータ（７；６２）が、細長く、実質的に円筒形のＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）内の測定位置に配置された測定対象の物質を入れるベース軸受（８；６３）および前軸受（７５；８５；９５）を備え、前記前軸受（７５；８５；９５）が開口（７６ｂ；８６ｂ；９６ｂ）を有し、当該開口を、前記ベース軸受（８；６３）と前記前軸受（７５；８５；９５）の間の空間にＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）を挿入するための閉鎖装置（７６ａ；８６ａ；９６ａ）によって閉じることができる、ＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド（１；６１）において、
前記管（２）の内部において前記ＭＡＳステータ（７；６２）まで延びる輸送管（１０）が設けられており、当該輸送管（１０）の内部でＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）が搬送され、
前記閉鎖装置（７６ａ；８６ａ）は、前記ＭＡＳステータ（７；６２）における、前記ベース軸受（８；６３）の中心と前記前軸受（７５；８５）が有する前記開口（７６ｂ；８６ｂ）の中心とを通る軸（ａ）を横切る移動を行うことによって、試料導入時において前記開口（７６ｂ；８６ｂ）を開くことができ、測定時において前記開口（７６ｂ；８６ｂ）を閉じることができること
を特徴とするＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド（１；６１）。
【請求項２】
前記閉鎖装置（７６ａ；８６ａ）が、前記試料導入時において少なくとも前記開口（７６ｂ；８６ｂ）は開くことができる空気式アクチュエータを有することを特徴とする請求項１記載のプローブヘッド。
【請求項３】
前記ＭＡＳステータ（７；６２）にＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）を供給し、前記ＭＡＳステータ（７；６２）から前記ＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）を取り出す空気式試料交換システムが提供されていることを特徴とする請求項１又は２記載のプローブヘッド。
【請求項４】
前記輸送管（１０）が、ＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）の中間保管用の止まり穴部分（１３；３２）を含むＹ接合装置（１１；３１）を有することを特徴とする請求項３記載のプローブヘッド。
【請求項５】
前記止まり穴部分（１３；３２）がロッカ（３２ａ）内に構成されており、前記ロッカ（３２ａ）を旋回軸を軸として旋回させることができることを特徴とする請求項４記載のプローブヘッド。
【請求項６】
前記空気式試料交換システムと同じ圧縮空気源で、前記閉鎖装置（７６ａ；８６ａ）の前記空気式アクチュエータを動作させることができることを特徴とする請求項２および請求項３乃至５のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項７】
前記プローブヘッド（１；６１）の前記管（２）の領域がデュワー瓶として構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項８】
前記ＭＡＳステータ（７；６２）が、ＭＡＳ角をセットするために回転可能に支持されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項９】
前記閉鎖装置（７６ａ）は仕切弁（７７）を備え、当該仕切弁（７７）が、前記縦軸（ａ）を横切る移動を行うことによって、前記ＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）の測定時において前記輸送管（１０）に対して前記開口（７６ｂ）を閉じ、前記試料導入時において前記開口（７６ｂ）を解放することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１０】
前記閉鎖装置（８６ａ）は仕切弁（８７）を備え、当該仕切弁（７７）が、湾曲した軌道に沿った、前記縦軸（ａ）を横切るベクトル成分と前記縦軸（ａ）に対して平行なベクトル成分とからなる移動を行うことによって、前記ＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）の測定時において前記輸送管（１０）に対して前記開口（８６ｂ）を閉じ、前記試料導入時において前記開口（８６ｂ）を解放することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１１】
前記仕切弁（８７）は、案内輪郭（８８、８８’）によって少なくとも１つの案内ピン（８８ａ、８８ａ’）に接することで、前記湾曲した軌道に沿って案内されることを特徴とする請求項１０記載のプローブヘッド。
【請求項１２】
前記仕切弁（７７；８７）は、ばね付勢がなされている圧力要素（７９；８９）を有し、前記圧力要素（７９；８９）により、前記ＭＡＳロータ（２１ａ〜２１ｃ）の測定時における前記開口（７６ｂ；８６ｂ）の閉鎖を行うことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のプローブヘッド。
【請求項１３】
非磁性材料、好ましくはＣｕＢｅまたはばね用青銅でできた圧縮ばねによって前記圧力要素（７９；８９）が付勢されることを特徴とする請求項１２に記載のプローブヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の中にマジック角回転（＝ＭＡＳ）ステータが配置された核磁気共鳴（＝ＮＭＲ）マジック角回転プローブヘッドであって、ＭＡＳステータが、細長く、実質的に円筒形のＭＡＳロータ内の測定位置にある測定対象の物質を入れるベース軸受および前軸受を備え、前軸受が、ベース軸受と前軸受の間の空間にＭＡＳロータを挿入するための（閉鎖装置によって閉じることができる）開口を有するＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記「技術分野」の欄で記載されたタイプのＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド内に取り付けるステータであり、ねじで固定することができる閉鎖装置を有するステータは、かなり以前から、例えばエストニア共和国タリン工科大学のアゴ・サモソン教授によって販売されている。
【０００３】
核磁気共鳴（＝ＮＭＲ）分光法は、特に測定試料の化学組成を決定することができる機器分析法である。強力な静磁場の中に位置する測定試料に高周波（ＲＦ）パルスを照射し、試料の電磁反応を測定する。
【０００４】
異方性相互作用に起因するスペクトル線の広がりを小さくするために、分光測定の間、ＮＭＲ試料を、静磁場に対して約５４．７４°であるいわゆる「マジック角」だけ傾け、この角度で回転させること（「ＭＡＳ」＝マジック角回転）ができることが知られている。この目的のため、ＭＡＳロータに試料を充填する。ＭＡＳロータは一端が開いた円筒形の管であり、この端部はキャップで閉じられ、このキャップは羽根要素（「羽根車」）を備える。ＭＡＳロータはＭＡＳステータ内に配置され、ＭＡＳロータは、羽根要素を用いてガス圧によって回転するように作られている。ＭＡＳロータとＭＡＳステータは合わせてＭＡＳタービンと呼ばれる。
【０００５】
ＮＭＲ測定の間、ＭＡＳタービンはＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド内に配置される。プローブヘッドは、円筒形の遮蔽管（略して「管」とも呼ぶ）と、通常はベースボックスとを有する。この管は、高周波（＝ＲＦ）電子構成部品、特にＲＦ共振コイルと、ＭＡＳタービンとを含み、ＭＡＳタービンは、ベースボックスからみて遠い側にある管端部の近くに配置される。一般的に、プローブヘッドはその遮蔽管と共に、超伝導磁石の垂直な室温ボアの中に下方から挿入され、その後、所定の位置に配置され、フック、支持体、ねじなどによって保持される。このとき、ＭＡＳタービンは磁石の磁気中心内に精確に配置される。
【０００６】
サンプルプローブヘッド上のＮＭＲ試料または測定対象の物質が充填されたＭＡＳロータを取り換えるためには、プローブヘッドを磁石から取り出すこと、すなわちプローブヘッドを室温ボアから引き出すことが必要である。この目的のために、使用者は、磁石の下でひざまずき、支持体およびケーブル接続を外し、磁石からプローブヘッドがすべり出たときにプローブヘッドを受け止める。プローブヘッドの金属部分、特に遮蔽管内の金属部分に誘起される渦電流、およびプローブヘッドの固有の重量のため、プローブヘッドの取出しまたは実際には磁石へのプローブヘッドの再挿入に、かなり大変な作業が必要となることがある。安全を保証するため、プローブヘッドの製造業者は、プローブヘッドの取外しは２人で協力して行うものと規定している。次いで、取り出したプローブヘッド上のロータを手動で取り換えることができる。通常は、ロータを取り換え、そして、磁石の中にプローブヘッドを再配置した後に再シミング（ｒｅ−ｓｈｉｍｍｉｎｇ）が必要となるので、全体の手順は非常に時間のかかるものとなる。
【０００７】
特許文献１は、磁石の内部からプローブヘッドまたは試料マガジンを取り出すことなくガス圧の作用によってＭＡＳステータ内の試料を複数回取り換えることができるように、プローブヘッド上のＭＡＳステータのすぐ近くに配置された回転可能な試料マガジンを開示している。
【０００８】
非特許文献１では、ＭＡＳロータ用の搬送システムの使用方法が開示されている。ベースボックスからみて遠い側にあるプローブヘッドの管端に、磁石の室温ボアを通って磁石の外へ上方に延びる輸送管が接続されている。ガス圧によって、磁石内に装着されたプローブヘッドのＭＡＳステータ内へ輸送管を通してＭＡＳロータを輸送することができ、ＭＡＳロータを、ＭＡＳステータからプローブヘッドの外へ上方に輸送することもできる。
【０００９】
輸送管は、室温ボアを通して配管されるため、室温ボアと磁石の上方の領域の両方が障害となる構造物を含み、このことが装置の複雑さを増大させる。プローブヘッドの最初の取付けも輸送管によってより難しくなる。さらに、輸送管は、遮蔽管の壁を貫いてＭＡＳステータまで配管しなければならず、このことが、ＮＭＲ測定中の試料のＲＦ遮蔽をより困難にする。
【００１０】
多くの場合に、規定された極端な温度条件下で試料を測定すること、特に極低温（−１９６°以下）で試料を測定することが求められる。遮蔽管の内部は温度制御または冷却される。この場合、ベースボックスから遠い側の管端を輸送管が貫通することによって熱の逃げ道が構成され、この熱の逃げ道が、規定された極端な温度条件を満たすことをより困難にする。
【００１１】
特許文献２は、ベースボックスと、そのベースボックスに取り付けられ且つそのベースボックスから突き出た管とを備え、異なるＭＡＳロータ間の迅速な交換を可能にし、同時にＲＦ遮蔽および規定された極端な温度条件を満たすことを容易にするプローブヘッドであって、ＭＡＳロータを入れるＭＡＳステータが、管の内側のベースボックスからみて遠い側にある管端の近くに配置されたプローブヘッドを提案している。管の内部には、ベースボックスからＭＡＳステータにわたって設けられている輸送管が設けられており、この輸送管の内側でＭＡＳロータが空気によって搬送される。しかしながら、上記「技術分野」の欄で定義される一般的なタイプのプローブヘッドの開口、すなわち、閉鎖装置を用いて閉じることができ、ベース軸受と前軸受の間の空間にＭＡＳロータを導入する開口は、従来の前軸受には存在しないため、プローブヘッドが閉じた状態にあっては、その内部でのロータの交換が不可能である。特に直径が１．３ｍｍより大きいＭＡＳロータでは、回転を安定させるために両端を閉じる必要がある。
【００１２】
「技術分野」の項で定義される特徴や、ねじ固定可能な閉鎖装置を有するアゴ・サモソン教授によって提供されているステータを有する一般的なプローブヘッドは、これらに関する限り、労力をかけて磁石からプローブヘッドを取り出さなければ、ロータと一緒に使用することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】独国特許出願公開第３８１８０３９Ａ１号明細書
【特許文献２】独国特許第１０  ２００８  ０５４  １５２  Ｂ３号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】シェブゴール（Ｓｈｅｖｇｏｏｒ）等による技術ポスター
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
一方、本発明の目的は、「技術分野」の項で定義したタイプのＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドであって、安定した回転が可能で、プローブヘッドを開くことなくロータの交換が可能であり、且つプローブヘッドを磁石システム内の所定の位置にとどめることができるＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
この目的は、「技術分野」の項に記載されたタイプのＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドであって、ＭＡＳロータをその内側で搬送する輸送管を備え、この輸送管が、管の内部をベースボックスからＭＡＳステータまで延びること、ならびに閉鎖装置が、ＭＡＳステータにおける、ベース軸受の中心と前軸受の開口の中心とを通る軸を横切る移動を行うことによって、試料導入時においてその開口を開くことができ、測定時においてその開口を閉じることができることを特徴とするＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドによって達成される。
【００１７】
これにより、プローブヘッドを磁石から取り出すことなく、ロータの自動交換が可能になる。
【００１８】
輸送管は管（遮蔽管）の内部で延びるため、ＭＡＳタービンの周囲の領域、すなわち（ベースボックスからみて遠い側にある）自由端の領域が閉じられる管を構成することが可能である。輸送管が管の壁を貫通する必要はない。
【００１９】
それによって、通常は導電性だが非強磁性でない金属の管の遮蔽効果を完全に維持することができる。さらに、ベースボックスからみて遠い側にあるこの管端部の近くを輸送管が貫通することよって生じる熱の逃げ道を容認する必要もない。
【００２０】
プローブヘッドの管だけが室温ボア内に突き出し、プローブヘッドがある側とは反対側のＮＭＲ磁石の室温ボアの端部を覆う必要がない。これは、ＮＭＲ装置の構造、特にＮＭＲ分光計の構造を簡略化する。全体の試料交換（ロータ交換）は、ＮＭＲ磁石の一端だけから、すなわちＮＭＲプローブヘッドを有する端部（一般的にはＮＭＲ磁石の下側）から、空気式リフトシステムによって実行することができる。試料交換は自動化することができ、好ましくは、（手動でトリガされるが、手動トリガ後は自動的に実行される）半自動試料交換が行われる。
【００２１】
本発明のプローブヘッドの非常に好ましい一実施形態では、試料導入時に少なくとも開口を開く移動を可能とする空気式アクチュエータを閉鎖装置が有することにより、自動化された試料導入を可能にする。
【００２２】
ＭＡＳステータにＭＡＳロータを供給すると共にＭＡＳステータからＭＡＳロータを取り出す空気式試料交換システムが提供される本発明の実施形態も好ましい。かかる形態も測定準備の自動化に貢献する。
【００２３】
この実施形態の有利な変形実施形態は、輸送管が、ＭＡＳロータの中間保管用の止まり穴部分を含むＹ接合装置を有することを特徴とする。
【００２４】
Ｙ接合装置（反転装置）の主な機能は、
−  ＭＡＳロータを導入／排出する間の輸送管内のきついカーブを回避すること、および
−  ＭＡＳロータを所望の向きに向けること、特に、閉鎖キャップの向きを、ＭＡＳステータ内における試料管を構成するロータが（そのキャップから最も遠い離れた部分にある）閉じたベース端部で支持され且つ輸送されている間は、上に向けることを可能にすることである。きついカーブを回避することによって、輸送管に対する空間要件を大幅に低減させることができる。Ｙ接合装置を用いることにより、１８０°のカーブを通り抜ける必要なしに、止まり穴部分での中間保管の後のＭＡＳロータの輸送方向を簡単に約１８０°反転させることができる。この反転操作中に、輸送方向に対するロータの向き（すなわちキャップとベース端の配置）が変化する。この反転装置は特に、下側となるロータのベース面が最初にステータに挿入されるように、ロータを挿入することを可能にする。ここで、ステータの挿入開口は、試料管のベースボックス端と逆側にある。輸送管は、ベースボックスからステータを通り越して止まり穴部分まで配管される。ＭＡＳステータへ（またはさらにＭＡＳステータへ直接に）通じる管部分およびステータを通り越してベースボックスへ通じる管部分のどちらにも、（一般手的には輸送管の湾曲が全くまたはわずかにしかない状態で）止まり穴部分からアクセスすることができる。止まり穴部分のベースにロータが激しく衝突することを防ぎ、且つその止まり穴部分からロータを即時に取り出すことを容易にするため、止まり穴部分はさらに、必要に応じて、弾性に富む緩衝容積を有していてもよい。
【００２５】
旋回軸を軸として旋回させることができるロッカ（ｒｏｃｋｅｒ）内に止まり穴部分が構成される形態も、これらの実施形態に対する変形例として好ましい。このようにすると、輸送管の湾曲、特にＭＡＳステータに通じる管部分の湾曲が低減するか、または完全になくなる。止まり穴部分の旋回はガス圧によって制御することができる。一般的には、回転可能な止まり穴部分の２つの端位置が存在し、一方の端位置ではＭＡＳステータにアクセスすることができ、もう一方の端位置ではベースボックスに通じる管部分にアクセスすることができる。
【００２６】
別の変形例では、Ｙ接合装置が輸送管の分岐部分を含む。この実施形態は、Ｙ接合装置を特に簡略化した実施態様である。なお、この分岐領域では、（ＭＡＳロータの外側寸法または輸送管の残りの部分の外側寸法と比較して）輸送管の断面が広いことに留意されたい。好ましい別の変形例では、分岐部分の近くに、ＭＡＳロータの空気式方向変更用の１つまたは複数のノズルが提供される。このようにすると、ロータの輸送方向を特によく制御することができる。また、輸送管の内側の分岐点で輸送ガス流を使用することによってロータだけを誘導することも可能である。
【００２７】
空気式試料導入システムと同じ圧縮空気源で閉鎖装置の空気式アクチュエータを動作させることができる、上記の実施形態の変形例も好ましい。これにより、このシステムがよりコンパクトかつより低コストになる。
【００２８】
特に好ましい実施形態では、プローブヘッドの管の領域がデュワー瓶として構成される。この場合、管は２重壁構造となっており、その壁と壁の間を真空状態とする。これにより、ＮＭＲ測定のためのプローブヘッド内の試料の温度制御および冷却が容易になる。閉じた設計であるため不必要な熱の逃げ道が生じない。
【００２９】
ＭＡＳ角をセットするためにＭＡＳステータが回転可能に支持された実施形態も好ましい。さらに、プローブヘッド内でのこのステータの回転により、狭い空間でのＭＡＳロータの挿入および取出しを容易にすることができる。このためきついカーブは回避される。このステータの回転により、挿入および取出しの際は、管の縦方向（この方向は通常、ＮＭＲ磁石内の静磁場の方向にほぼ一致する）に対するステータ軸受中心軸の角度を、マジック角よりも小さい角度にセットすることができる。
【００３０】
本発明にかかるプローブヘッドの好ましい実施形態群は、縦軸を横切る移動によって、ＭＡＳロータの測定時においては輸送管に対して開口を閉じ、試料導入時においては開口を開く仕切弁を閉鎖装置が備える。これにより、開閉するための装置を簡易に実現することができるという利点が生じる。
【００３１】
本発明の別の実施形態群は、縦軸を横切る１つの成分と縦軸に対して平行な１つの成分とを有する湾曲した軌道上の移動によって、ＭＡＳロータの測定時においては輸送管に対して開口を閉じ、試料導入時においては開口を開く仕切弁を閉鎖装置が備えることを特徴とする。これにより、ＭＡＳステータの前軸受の開口内でこの閉鎖装置を係合することが可能になる。
【００３２】
この実施形態群での好ましい変形例では、１つまたは複数の案内ピンを有する案内輪郭によって、仕切弁が湾曲した軌道の上に案内される。これにより、この装置の簡易な開閉を実現可能にする。
【００３３】
仕切弁が、ばね力によって付勢された圧力要素を含み、ＭＡＳロータの測定状態ではこの圧力要素によって開口が閉じるように、上記いずれの実施形態群にかかる本発明のプローブヘッドもさらに発展させることができる。このようにすると、作動状態において外力なしで閉鎖位置で閉鎖することが可能である。
【００３４】
これらの実施形態の特に好ましい変形例は、非磁性材料、好ましくはＣｕＢｅまたはばね用青銅でできた圧縮ばねによって圧力要素が付勢されることを特徴とする。このようにすると、圧縮ばねの材料によってＮＭＲ信号が不利な影響を受けない。
【００３５】
さらなる利点は、以下の説明および図面から理解される。さらに、上述の特徴および後述する特徴は、発明として、単独でまたは任意の組合せにより使用することができる。図示され説明される実施形態が網羅的なリストであることは意図されておらず、それらはむしろ、本発明を説明するための例である。
【００３６】
本発明は図面に示されており、次に、実施形態の例を使用して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】分岐部分を含むＹ接合装置を備える、本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドの概略断面図である。
【図２】図１のプローブヘッドの管の自由端の拡大図である。
【図３ａ】第１の位置にある回転可能に支持された止まり穴部分（ロッカ）を含むＹ接合装置を備える本発明のプローブヘッドの管の自由端の近くの概略図である。
【図３ｂ】回転可能に支持された止まり穴部分の第２の位置にある図３ａの管の自由端を示す図である。
【図４】図１のプローブヘッドのベースボックス領域の拡大図である。
【図５】本発明のプローブヘッドが磁石の室温ボアに下方から導入された、本発明のＮＭＲ装置の概略断面図である。
【図６】磁石の室温ボアに上方から挿入する、Ｙ接合装置のない本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドの概略断面図である。
【図７ａ】仕切弁が、縦軸を横切る移動によって、ＭＡＳロータを用いた測定時においては輸送管に対して開口を閉じ、試料導入時において開口を開く、排出位置にある本発明のプローブヘッドの一実施形態の詳細断面図である。
【図７ｂ】回転位置にある図７ａの断面図である。
【図８ａ】仕切弁が、縦軸を横切る１つの成分と縦軸に対して平行な１つの成分とを有する腎臓形の案内カーブ上の移動によって、ＭＡＳロータを用いた試料導入時において輸送管に対して開口を解放する、排出位置にある本発明のプローブヘッドの変形例の詳細断面図である。
【図８ｂ】図８ａのプローブヘッドを回転位置としたときの断面図である。
【図９】「技術分野」の項で定義した特徴を有する先行技術による、手動でのロータの挿入・取出しが可能なねじを有する前軸受を備えるプローブヘッドの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明は、ＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド内のＭＡＳロータを交換するための新規のシステムであって、ＮＭＲ分光計の磁石の中にプローブヘッドを装着したままにしておくことができるシステムに関する。
【００３９】
図１は、本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド１の垂直断面を示す。プローブヘッド１は、主として、ＮＭＲ測定のために室温ボアに挿入される管２と、ベースボックス３とを備える。管２は、ベースボックス３に取り付けられており、（この実施例のケースでは）ベースボックス３から垂直に突き出ている。ベースボックス３は、磁石の室温ボアの外側に留まる。一般的には、プローブヘッド１は、その全体が、ベースボックス３を介して、特に磁石または磁石の下部構造体上に保持されまたは取り付けられる。
【００４０】
この実施形態では、（通常は室温）環境からの断熱のために管２がさらにデュワー瓶として構成されるように、管２が、（外壁４ａおよび内壁４ｂを含む）２重壁構造となっており、その壁と壁の間に真空が提供される。管２の内部には、これ以上詳細には示さないが、必須となる複数の温度制御管が延びており、これらの温度制御管の中を（このケースでは）液体窒素などの冷却材が循環して、管２の内部にある、ＭＡＳロータ内の測定対象の試料や、ＮＭＲ測定電子部品、特にＭＡＳロータの周囲の領域にあるＲＦ共振器を冷却する。あるいは（またはこれに加えて）、輸送管１０内の輸送ガス流および／または他の機能ガス流（下記参照）を冷却することもでき、このことも（管２が十分に断熱されている場合に）管２の内部の良好な冷却を保証する。
【００４１】
管２の少なくとも一方の壁４ａ、４ｂは、高導電性だが強磁性でない金属（例えば銅）でできている。この金属の管壁は、外部の交番電磁場から管内部を遮蔽することができる。このことから管２を遮蔽管とも呼ぶ。
【００４２】
管２は、ベースボックス３からみて遠い側にある（図１の最上部の）自由端５が閉じられており、特に、自由端５は、ガスまたは輸送管用のフィードスルー（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ）を含まない。管内部の、例えば電気、ガスおよび輸送管へのアクセス部分はもっぱら、管２の、ベースボックスに近い側の端部６の近くに設けられる。
【００４３】
管２は、その自由端５の近くにＭＡＳステータ７を含む。ステータ７は、（図１において不図示の）ＭＡＳロータを（測定操作時において静磁場に対して平行な向きに配置される管２の縦方向に対して）マジック角で保持することができ、また、ロータの縦軸を軸としてロータを回転させるための軸受として機能することができる。ステータ７はその前端にベース軸受８を有し、ステータ７内においてロータを（重力によって支えることにより）ベース軸受８上に配置できる。ベース軸受８は、軸受ガス流および排出ガス流をもたらす２つのノズル（詳細には示されていない）を有する。ステータ７はさらに、ベース軸受８に近い下側の第１のラジアル軸受９ａと、反対側の上側の第２のラジアル軸受９ｂとを有し、上側ラジアル軸受９ｂには、ロータを通すための開口が形成されている。ベース軸受８および第１のラジアル軸受９ａはベースボックス３側にあり、第２のラジアル軸受９ｂはベースボックス３とは反対側にある。ＮＭＲ測定の間、磁石構成の磁気中心は、第１のラジアル軸受９ａと第２のラジアル軸受９ｂの真ん中に位置する。ステータ７は、挿入されたロータにガスを吹き当て、それによってロータを回転させるガスノズル（より詳細には示さない）を有する。
【００４４】
管２の内部には、ＭＡＳロータ用の輸送管１０も延びている。輸送管１０の第１の部分１０ａは、ベースボックスに近い側の端部である管２の端部６からステータ７を通り越してＹ接合装置１１に達する。輸送管１０の第２の部分１０ｂはＹ接合装置１１からステータ７に達する。Ｙ接合装置１１は、止まり穴部分１３および輸送管１０の分岐部分１２を含む（図２も参照されたい）。輸送管１０は一般に可撓管および／または堅い管によって構成され、ＭＡＳロータのサイズおよび輸送管１０内でのロータの遊びを考慮に入れて、まっすぐな部分の他に、湾曲した部分（カーブ）を有することもできる。ロータは輸送管１０内を、ガス圧により空気によって搬送されるか、または重力によって搬送される。
【００４５】
管２は、その内部に頑丈なフレーム１４も有しており、フレーム１４には、ステータ内に配置された測定試料に対するＮＭＲ測定のためのステータ７およびさまざまな電子構成部品（個別には図示されていない）が配置されている。この場合、輸送管１０の第１の部分１０ａは堅い管によって構成され、フレーム１４により良好な安定性を提供する。いくつかの電子構成部品は部分１０ａに直接に取り付けられる（個別には図示されていない）。
【００４６】
図２は、図１のプローブヘッドのＭＡＳステータ７へのＭＡＳロータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃの挿入を詳細に示す。ロータに対する表記２１ａ、２１ｂ、２１ｃはロータの各挿入段階を示す。
【００４７】
ロータ２１ａはまず、ガス流によって、輸送管の第１の部分１０ａを通ってＹ接合装置１１に向かって搬送される。この段階においてロータ２１ａのキャップ２２は上を向いている。このキャップ２２は羽根要素（羽根車。図２には示されていない）を有する。
【００４８】
ロータ２１ａは、衝突するガス流によって下方から上方へ押されて止まり穴部分１３に入る。このガス流は次いで、部分１０ａから、分岐部分１２を通って、輸送管の第２の部分１０ｂに流入し、ステータ７に達する。このガス流はその後、ロータ２１ｂを第２の部分１０ｂに向かって引っ張る。すなわちロータ２１ｂが旋回してロータ２１ｂの下ベース端が右に振れ、さらに落下する。最後に、ロータ２１ｃは、このガス流によってＭＡＳステータ７に向かって右下方へ押され、第２の部分１０ｂ、次いでステータ７に入る。この操作の間に輸送方向が反転する（反転操作）。
【００４９】
ステータ７からロータ２１ｃを排出するためには逆方向のガス流を流す。この逆方向のガス流は最初に、ロータ２１ｃを押して、ロータ２１ｃを、ステータ７から第２の部分１０ｂを通して止まり穴部分１３内へ移動させる。その後、輸送管の第２の部分１０ｂから、分岐部分１２を通して輸送管の第１の部分１０ａにガス流を流入させる。このガス流は、第１の部分１０ａの方向にロータ２１ｂを引っ張り、最終的にロータ２１ｂを第１の部分１０ａ内に引き入れて、ロータ２１ａが再び、輸送管の第１の部分１０ａを通ってベースボックスに搬送されるようにする。ここでも輸送方向は反転される（反転操作）。
【００５０】
Ｙ接合装置１１はベースボックスから見てＭＡＳステータ７の背後に位置するため、この反転操作を、輸送管内に１８０°のカーブを設ける代わりとして使用することができ、同時に、ベースボックスからみて遠い側からＭＡＳステータ７に、第２のラジアル軸受９ｂを通して（図２では上方から）アクセスすることができる。もしＹ接合装置１１がないと、ロータは、少なくとも１８０°−５４．７°＝１２５．３°のきついカーブに沿って、輸送管の垂直な第１の部分１０ａからマジック角だけ傾けられたステータ７に搬入され、次いで再び搬出されなければならないであろう。輸送管の曲率半径はロータの寸法によって制限されるため、このようなきついカーブにすると、プローブヘッドの管の内部に大量の空間が必要となってしまう。このようなきついカーブをなくすことによって、管の内径を小さくでき、その結果、磁石構成に含まれる、より一層狭い室温ボアに本発明のプローブヘッドを挿入することができる。図２に示した実施形態では、輸送管の第２の部分１０ｂの領域に５４．７°のごくわずかなカーブが設けられる。本発明によれば、通常の室温ボアに対してこの管を用いる際、４０ｍｍまたは７３ｍｍに管の外径を容易に制限することができる。
【００５１】
搬入および搬出の全体動作の間およびＮＭＲ測定の間、ロータ２１ａ、２１ｂ、２１ｃのキャップ端の向きは基本的に上向きを維持しているため、キャップがきつく閉められていない場合でも試料材料がこぼれたりまたは漏れたりする危険がないことに留意されたい。
【００５２】
分岐部分１２の領域でのロータ２１ｂの方向変更を支援するため、ＭＡＳロータ２１ｂが分岐部分１２において所望の経路をとるようにロータ２１ｂを空気によって偏向させることができるノズル（または複数のノズル、特に互いに対向するノズル）を設けてもよい。
【００５３】
さらに、止まり穴部分１３からＭＡＳステータ７内へ搬入するときおよびその反対にＭＡＳステータ７から止まり穴部分１３へ搬出するときのＭＡＳロータ２１ｂ、２１ｃの移動のカーブを小さくするために、ＭＡＳステータ７を旋回可能に支持することができる。搬送する際、ＭＡＳステータ７の場合旋回方向Ｓに従って時計回りに旋回するので（この例では磁気中心を軸にした旋回に関して示されている）、輸送管の第２の部分１０ｂをより急にでき、それによってプローブヘッドをより一層コンパクトにできる。マジック角でＮＭＲ管を測定するためのステータ７の位置およびロータを搬送するためのステータ７の位置に対して、固定された移動止めを設けることが好ましい。これにより、ガス圧による旋回を行うことができる。
【００５４】
図３ａは、本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド内のＹ接合装置３１の変形例を示す。図２の実施形態との相違点だけを説明する。
【００５５】
Ｙ接合装置３１は、ロッカ３２ａの中に構成された、回転可能に支持された止まり穴部分３２を有し、ロッカ３２ａは、扇形領域３２ｂの中で旋回軸を軸として（ここでは上方へ）旋回することができる。止まり穴部分３２にＭＡＳロータ２１ａを導入することができる。図３ａに示されたロッカ３２ａの第１の位置では、ベースボックスに通じる輸送管の第１の部分１０ａから止まり穴部分３２にアクセスすることができる。特に、下方からのガス流によってロータ２１ａを（第１の部分１０ａを通して）ロッカ３２ａ内へ搬入することができ、または（止まり穴部分３２の端部のノズル３３を通した）上方からのガス流によってロータ２１ａを、ベースボックスに近い側の輸送管の端部へ搬出することができる。
【００５６】
ＭＡＳロータ２１ａがロッカ３２ａに完全に挿入されている場合、ロッカ３２ａを、特に図３ｂに示された第２の位置まで旋回させることができる。この第２の位置では、止まり穴部分３２は、輸送管の第２の部分１０ｂ、すなわち、ステータ７とアクセスすることができる。ノズル３３を通して止まり穴部分３２にガスを吹き入れた場合、ロータ２１ｂがステータ７に搬入される。これとは逆方向に、ベース軸受８からガス流を吹き入れることによって、回転可能な止まり穴部分３２にロータ２１ｂを搬入することができる。このようにすることで、スペースをとることのないＹ接合装置３１の反転操作が可能となる。
【００５７】
ロッカ３２ａは、さらに詳細には示さない空気式アクチュエータによって動作させる（旋回させる）ことができ、図３ａおよび３ｂに示された位置はそれぞれ、機械的な移動止め（扇形領域３２ｂの縁）における端位置を示す。
【００５８】
図３ａ、３ｂのプローブヘッドの管の実施形態では、管が単一の壁４だけを有する。
【００５９】
図４は、図１のプローブヘッドのベースボックス３をより詳細に示す。ベースボックス３は、管２を支持する支持体４０、電気接続、より詳細には示さない輸送ガスおよび機能ガスの接続（通常は軸受ガス、駆動ガス、ＶＴガス、挿入ガス、排出ガス、パージガスおよび乾燥ガス）、ならびに任意の必要な冷却材接続を備える。ここで図示された実施形態では、ロータガスロック４１がさらに設けられている。このケースでは、ロータガスロックが極低温ガスロックとして構成される。ロータガスロック４１は、輸送管（このケースでは輸送管の部分１０ａ）の延長部分にあって、試料導入/排出位置４２を有する。
【００６０】
試料導入/排出位置４２は、ロータ受け４３で閉じることができる下開口を有する。ロータ受け４３はＭＡＳロータを保持することができ、（例えばロータを交換するために）ＭＡＳロータを、ロータ受け４３と一緒に、手動で、試料導入/排出位置４２から搬出したり、試料導入/排出位置４２に搬入したりすることができる。試料導入/排出位置４２は挿入ガス用のアクセス４４を有する。ロータ受け４３を取り外すと、試料導入/排出位置４２は、流出する排出ガスによって自動的にパージされる。ロータゲート４１はエンクロージャ４５を有する。エンクロージャ４５は断熱効果を有し、機密性をもって室内空気を遮る。ＭＡＳタービンのステータには、試料導入/排出位置４２から（直接におよび／または間接的に）アクセスすることができる。
【００６１】
ロータガスロック４１には、ＭＡＳロータを挿入することができ、ガス流の推進力によって内部でそのＭＡＳロータを回転させることができる追加のステータ（図示せず）を設けてもよい。回転しているロータの内部での試料材料の冷却を可能にすべく（「冷却タービン」）、ロータガスロック４１内のこのステータが存在する領域を（好ましくは管２の内部を冷却するのと同じ冷却材またはガス流によって）冷却してもよい。これにより、固化した試料材料をロータ内で回転対称に確実に分布させることができる。ロータは、試料導入/排出位置４２からこの冷却タービン内のステータの内部へガス圧によって搬送することができ、ロータが冷却され、停止した後に、この冷却タービン内のステータの内部からＭＡＳタービン内のステータの内部へガス圧によって（好ましくは直接に）搬送することができる（「挿入」）。測定が終わったロータは、ＭＡＳタービン内のステータの内部から、試料導入/排出位置４２へまたはロータ受け４３内へ（好ましくは直接に）排出することができる（「排出」）。このため、ロータガスロック４１の冷却タービンと垂直輸送管（部分１０ａ参照）の間には、ロータ受けから冷却タービンまでのルートとしての第１の部分、冷却タービンからＭＡＳタービンまでのルートとしての第２の部分、およびＭＡＳタービンからロータ受けまでのルートとしての第３の部分からなる３つの部分を有する機械的なＹ接合部（詳細には示されていない）が存在する。
【００６２】
極低温ガスロックとして構成されたロータガスロック４１は、図４に示されているように、プローブヘッドのベースボックス３に組み込むことができ、またはベースボックス３上に（または管２上に直接に）（特に機械的な界面を介して分離可能に）フランジとして取り付けることができ、またはプローブヘッドから分離すること、例えばＮＭＲ磁石の下のベースに配置することもできる。プローブヘッドから分離する場合には、プローブヘッドとの接続のため、断熱素材を使用すべきである。試料導入/排出位置４２だけをさらにプローブヘッドとは別体で（例えば実験台上に）設け、これらを、ガス圧で機能する可撓性の輸送管または堅い輸送管を介して、ロータガスロック４１の残りの部分に、特に直接冷却タービンのステータに、接続することも可能である（ロータガスロック４１は次いでプローブヘッド上またはプローブヘッド内に配置される）。動作させるのに、ロータガスロック４１は、（冷却材流を含む）ガス流の提供・制御、および電気切換え動作の提供・制御を行う供給ユニットを必要とする。この供給ユニットはベースボックス３に組み込むこともできるが、ベースボックス３とは別に設けられ、相互干渉、特にプローブヘッドのＲＦ構成部品との相互干渉を排除するためプローブヘッドから十分に離れていることが好ましい。
【００６３】
ロータガスロック４１および／またはプローブヘッドは、
−  ロータの位置を測定するための光バリア、
−  ロータの温度、特に冷却タービンまたはＭＡＳタービン内におけるロータの温度を測定するための温度センサ、
−  ガス流、特に輸送ガス流を制御するための弁
を備えることができる。
【００６４】
図５は、垂直な室温ボア５３を有する超伝導磁石構成５２（ここでは詳細には示されていないソレノイド形の超伝導磁石コイルを含む）を備える本発明の変形例のＮＭＲ装置５１を示す。磁石構成５２は頑丈な複数個の支持体５４上に支持されている。室温ボア５３には本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド１が挿入されている（図１参照）。プローブヘッド１内にある管２はそのほとんどの部分が室温ボア５３内にあり、プローブヘッド１のベースボックス３は、磁石構成５２の下の室温ボア５３の外側に配置されている。室温ボア５３の（上側の）ほとんどの部分は未使用のままとなっており、特に、磁石構成５２の上方のこの空間を試料導入装置で覆う必要はない。試料の交換（ロータの交換）は、プローブヘッド１を通して下方から実行することができる。
【００６５】
図６は、本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド６１の他の実施例を示す。プローブヘッド６１には、磁石構成内に吊り下げ装着部が設けられる。すなわち、プローブヘッド６１の管２は、磁石構成の垂直な室温ボアの中に上方から挿入される。
【００６６】
管２の内部には輸送管１０が延びており、この輸送管１０の中でＭＡＳロータを、空気によって（ガス圧で）、ベースボックス３の近くのロータガスロック４１から管２の自由端５の近くのＭＡＳステータ６２まで搬入することができ、その後、元の位置まで搬出することができる。このＭＡＳステータ６２において、ベース軸受６３および第１のラジアル軸受６４ａがベースボックス３とは逆側にあり、ロータを挿入する開口が内部に設けられている第２のラジアル軸受６４ｂが、ベースボックス３側にある。したがって、ベース軸受６３は、重力によってロータをベース軸受６３上に支持することができるように低い位置に配置される。かかるガスロックを用いた搬入動作、ＮＭＲ測定動作、およびかかるガスロックを用いた搬出動作の全体を通じて、ロータは、実質的に同じ方向、すなわちその閉鎖キャップが上となる方向を維持できる。かかるガスロックを用いたロータの搬入は、（反転操作のない）実質的に均一な下方への移動によって実行され、またかかるガスロックを用いた搬出は、（反転操作のない）実質的に均一な上方への移動によって実行される。
【００６７】
一般的には、磁気中心は、磁石構成の幾何学的中心のやや下にあり、したがって、図６に示された実施例の管２は、図１に示される実施例の場合と比較すると長くなければならない可能性があることに留意されたい。
【００６８】
図７ａおよび７ｂの概略詳細断面図は、閉鎖装置７６ａが仕切弁７７を備え、仕切弁７７が、縦軸を横切る移動によって、ＭＡＳロータ２１ａ〜２１ｃの測定時においては輸送管１０に対する開口７６ｂを閉じ、試料導入時において開口７６ｂを開く、本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドの実施例の１つを示す。
【００６９】
具体的には、図７ａは、排出位置または試料導入位置にある仕切弁７７を示し、図７ｂは、ＮＭＲ−ＭＡＳ測定が実行される、図７ａにより示される位置に対応する回転位置を示す。この図７ｂに示す回転位置では、（図面には極めて概略的にしか示されていないが）ばね付勢が通常なされている圧力要素７９による右側からの押圧によって、仕切弁７７が左へ移動し、その結果、開口７６ｂの代わりに、輸送管１０の延長部分として前軸受７５が縦軸ａ上に配置される。これにより、測定状態では、前軸受７５は、ＭＡＳステータ７の内側のベース軸受８と前軸受７５の間の空間を、輸送管１０に対して閉じる。アクチュエータを制御する圧力要素７９の出口空気断面積は、（やはり詳細には示されていないが）止めねじによってセットしてもよい。
【００７０】
図８ａおよび８ｂは、本発明のＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッドの実施例の変形例を示す。この変形例においては、このＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド内部の閉鎖装置８６ａが仕切弁８７を備える。ＭＡＳロータ２１ａ〜２１ｃの測定時において、仕切弁８７は、縦軸ａを横切る直線移動を行うのではなく、腎臓形のカーブに沿った、縦軸ａを横切るベクトル成分と縦軸ａに対して平行なベクトル成分とからなる移動を行うことによって、輸送管１０に対して開口８６ｂを閉じ、同様の移動により試料導入時において開口８６ｂを開く。この開閉目的のために、仕切弁８７は、案内輪郭８８、８８’によって案内ピン８８ａ、８８ａ’に接することで、湾曲した軌道の上を案内される。
【００７１】
具体的には、図８ａは、その排出位置または試料導入位置にある仕切弁８７を示す。この図８ａに示す位置ではロータの通路が開いている。（図面では極めて概略的に示されるが）この位置では、ばね式圧力要素８９の空気式シリンダに圧縮ガスが導入される。これに対して、図８ｂは、ＮＭＲ−ＭＡＳ測定が実行される、図８ａにより示される位置に対応する回転位置を示す。この回転位置では、空気式シリンダに圧力が加わっていない。仕切弁８７は、ばね力の作用によって右下から左上へ押され、その結果、開口８６ｂの代わりに、輸送管１０の延長部分として前軸受８５が縦軸ａ上に配置される。これにより、測定状態では、ＭＡＳステータ７の内側のベース軸受８と前軸受８５の間の空間が輸送管１０に対して閉じられる。ここでも、アクチュエータを制御する圧力要素８９の出口空気断面積は、（やはり詳細には示されていないが）止めねじによってセットしてもよい。
【００７２】
圧力要素７９；８９は通常、非磁性材料、好ましくはＣｕＢｅまたはばね用青銅でできた圧縮ばねによって付勢される。
【００７３】
図９は、「背景技術」の項で定義した特徴を有する、先行技術に基づく一般的なプローブヘッドの概略詳細断面図を示す。このプローブヘッドでは、ＭＡＳステータ７の内側のベース軸受８と前軸受９５の間の空間にロータを挿入したり取り出したりするための前軸受９５が設けられる。この前軸受け９５は、手でねじで取り付けたり取り外したりすることができるものであり、この前軸受９５がねじで取り付けられているとき、閉鎖装置９６ａの開口９６ｂは常に閉じているので、ロータに対して自動的に試料導入/排出することは不可能である。したがって、ロータは常に手で挿入し取り出さなければならない。
【符号の説明】
【００７４】
１  ＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド
２  管
３  ベースボックス
４ａ  管の外壁
４ｂ  管の内壁
５  管の自由端
６  管の、ベースボックスに近い側の端部
７  ＭＡＳステータ
８  ベース軸受
９ａ  下側ラジアル軸受
９ｂ  上側ラジアル軸受
１０  輸送管
１０ａ  輸送管の第１の部分
１０ｂ  輸送管の第２の部分
１１  Ｙ接合装置
１２  分岐部分
１３  止まり穴部分
１４  フレーム
２１ａ  ＭＡＳロータ
２１ｂ  ＭＡＳロータ
２１ｃ  ＭＡＳロータ
２２  キャップ
３１  Ｙ接合装置
３２  止まり穴部分
３２ａ  ロッカ
３２ｂ  扇形領域
３３  ノズル
４０  支持体
４１  ロータガスロック
４２  試料導入/排出位置
４３  ロータ受け
４４  アクセス
４５  エンクロージャ
５１  ＮＭＲ装置
５２  磁石構成
５３  室温ボア
５４  支持体
６１  ＮＭＲ−ＭＡＳプローブヘッド
６２  ＭＡＳロータ
６３  ベース軸受
６４ａ  第１のラジアル軸受
６４ｂ  第２のラジアル軸受
７５  前軸受
７６ａ  閉鎖装置
７６ｂ  開口
７７  仕切弁
７９  圧力要素
８５  前軸受
８６ａ  閉鎖装置
８６ｂ  開口
８７  仕切弁
８８  案内輪郭
８８’  案内輪郭
８８ａ  案内ピン
８８ａ’  案内ピン
８９  圧力要素
９５  前軸受
９６ａ  閉鎖装置
９６ｂ  開口
【図１】
2014149291.tif 000003
【図２】
2014149291.tif 000004
【図３ａ】
2014149291.tif 000005
【図３ｂ】
2014149291.tif 000006
【図４】
2014149291.tif 000007
【図５】
2014149291.tif 000008
【図６】
2014149291.tif 000009
【図７ａ】
2014149291.tif 000010
【図７ｂ】
2014149291.tif 000011
【図８ａ】
2014149291.tif 000012
【図８ｂ】
2014149291.tif 000013
【図９】
2014149291.tif 000014
【外国語明細書】
2014149291000001.pdf
2014149291000002.pdf
2014149291000003.pdf
2014149291000004.pdf