(57)【要約】【課題】タービン機構を有するＮＭＲ測定用スピナにおいて、回転体の回転速度を高められるようにする。【解決手段】回転体の周囲にスクロール（渦巻き状流路）４４が設けられる。スクロール４４はチャンバ６６とその内側に設けられたノズル列６８とからなる。チャンバ６６の断面積が上流側から下流側にかけて小さくなっており、各ノズルの断面積も上流側から下流側にかけて小さくなっている。チャンバ６６に導入された気体の流れとしてチャンバ６６内に回転流が生じる（符号７６，７８，８０）。その回転流の内側から複数の内巻き流が生じる。各内巻き流が各ノズル出口から噴出し、これにより複数のジェット流が生じる。複数のジェット流が回転体に設けられた羽根車に吹き付けられ、これにより回転体が高速で回転する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＭＲ測定の対象となる試料を収容した収容部と、複数のジェット流を受けて回転する羽根車と、を有する回転体と、
前記回転体の周囲に設けられた部材であって、外部から導入された気体の流れとして回転流を生じさせるチャンバと、前記チャンバの内側に設けられ前記回転流に連なる複数の内巻き流を生じさせる複数の湾曲ノズルと、を有する構造体と、
を含み、
前記複数の内巻き流が前記複数のノズルから噴出することにより前記複数のジェット流が生じる、ことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【請求項２】
請求項１記載のスピナにおいて、
前記各内巻き流は前記回転流の内側に滑らかに連なる湾曲した流れであり、
前記各湾曲ノズルにおいては、ノズル入口からノズル出口にかけて、前記気体の流れ方向に直交する断面の面積が連続的に小さくなっており、且つ、湾曲度合いが連続的に大きくなっている、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のスピナにおいて、
前記チャンバにおける前記気体の流れ方向に直交する断面の面積が上流側から下流側にかけて連続的に小さくなっている、ことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【請求項４】
請求項３記載のスピナにおいて、
前記チャンバにおける外周面が螺旋形状を有する、ことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【請求項５】
請求項４記載のスピナにおいて、
前記チャンバにおける内周面上に前記複数の湾曲ノズルが有する複数のノズル入口が均等間隔をもって形成された、ことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のスピナにおいて、
前記チャンバの気体導入位置におけるの断面積は、前記複数の湾曲ノズルが有する複数のノズル出口についての合計断面積の２倍以上である、ことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載のスピナにおいて、
前記構造体は、
前記チャンバ及び前記複数の湾曲ノズルに対応した溝構造を有する第１部品と、
前記第１部品に接合されて前記溝構造を覆う第２部品と、
を含むことを特徴とするＮＭＲ測定用スピナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＭＲ測定用スピナに関し、特に、固体試料を収容した試料管を高速で回転させる機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体試料に対するＮＭＲ（核磁気共鳴）測定では、固体試料を収容した試料管が、静磁場方向に対して所定角度（マジック角）をもって傾けられつつ、回転駆動される。そのための機構がスピナ（試料管回転装置）である。より詳しくは、スピナはＮＭＲ測定用プローブのヘッドに搭載される機構であり、それはＮＭＲ測定用プローブの一部として静磁場発生装置のボア内に挿入される。スピナは試料管を取り囲むように設けられた送受信コイルを有している。試料管を高速で回転させた状態において、送受信コイルにて変動磁場が生成され、またＮＭＲ信号が検出される。
【０００３】
特許文献１、２に開示されたスピナはロータ（回転体）とステータ（構造体）とからなる。ロータは試料管とそれに連結された羽根車（特許文献１ではタービン）とを有し、羽根車は複数のジェット流を受ける複数の羽根を備えている。ステータは、ロータを非接触で保持するための複数の空気軸受を有しており、また、羽根車に対して複数のジェット流を吹き付けるために羽根車を取り囲んで放射状に設けられた複数のタービンノズルを有している。特許文献１、２に開示されたスピナにおいて、複数のタービンノズルはいずれもストレートに伸長した単純な孔（キリ穴）である。同スピナにおいて、複数のタービンノズルの周囲にはそれらに対して気体を送り込む気体室（チャンバ）が設けられているが、その気体室の形態は単純な円環状である。また、各タービンノズルは気体室に対して直角又はそれに近い角度をもって接続されている。
【０００４】
特許文献３に開示されたスピナは、それぞれ直線的な形状をもった複数のタービンノズルを有する。各タービンノズルの断面積は気体の流れ方向に沿って連続的に小さくなっている。複数のタービンノズルの周囲に形成された気体室は単純な円環状の空洞として構成されている。この特許文献３の図５には、斜め方向にジェット流を生じさせる傾斜したタービンノズルが開示されている。但し、そのタービンノズルもストレートな形態を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１４１８００号公報
【特許文献２】特開２００３−１７７１７２号公報
【特許文献３】米国特許５２０２６３３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高分解能測定のためには試料管の回転速度（回転数）をできる限り上げる必要があり、つまり、各ジェット流の速度又はパワーをできる限り上げる必要がある。しかしながら、スピナへの気体の導入に当たって単に気体圧力を上げても、スピナ内部において気体が流れる過程で流体力学上の縮流、剥離等の乱れが生じてしまうならば、圧力損失が増大し、その結果、試料管の回転速度の引き上げは困難となる。
【０００７】
従来のスピナにおいては、気体室及び複数のタービンノズルを含む気体流路の全体において圧力損失低減のための構造的な配慮が不十分であったと言いうる。このため、回転速度の上限を引き上げることが困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、回転体を高速で回転させることが可能なＮＭＲ測定用スピナを提供することにある。あるいは、本発明の目的は、縮流、剥離等の乱れが生じやすい部位では流速を抑えつつその後において縮流、剥離等の乱れをできるだけ生じさせずに流速を十分に引き上げることが可能なＮＭＲ測定用スピナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るＮＭＲ測定用スピナは、ＮＭＲ測定の対象となる試料を収容した収容部と、複数のジェット流を受けて回転する羽根車と、を有する回転体と、前記回転体の周囲に設けられた部材であって、外部から導入された気体の流れとして回転流を生じさせるチャンバと、前記チャンバの内側に設けられ前記回転流に連なる複数の内巻き流を生じさせる複数の湾曲ノズルと、を有する構造体と、を含み、前記複数の内巻き流が前記複数のノズルから噴出することにより前記複数のジェット流が生じる、ことを特徴とする。
【００１０】
上記の構造体は、ロータとしての回転体に対し、ステータを構成するものである。構造体中の外側部分には、回転体の周囲において回転する流れ（つまり回転流）を生じさせるチャンバが設けられる。回転流は基本的に回転体の回転方向と同じ方向に回転する流れである。一方、構造体中の内側部分には、複数の内巻き流を生じさせる複数の湾曲ノズルが設けられる。各内巻き流は、望ましくは、回転流の内側から出て回転体をその回転方向に巻き込むように湾曲した延長流あるいは支流である。各内巻き流から各ジェット流が生じる。このような構成によれば、チャンバから各湾曲ノズルへの気体の送り込みに際して自然な流れ（乱れのない又は少ない流れ）を生じさせることが可能であり、また、各湾曲ノズル内においても自然な流れを形成できるから、従来構成に比べて、気体流通過程で生じる圧力損失を大幅に低減して、各ジェット流の速度又はパワーを高めることが可能である。これは回転体の回転速度の向上をもたらすものである。
【００１１】
チャンバの入口部分又はそれよりも手前側の部分（つまり気体導入部）においては、どうしても屈曲流路や大きな断面積変化が生じやすい。それにも拘わらず気体導入圧力を無造作に高めるならば、気体導入部での流速が上がるもののそこで縮流や剥離等の現象が生じ、圧力損失が増大してしまい、その結果、期待通りの結果を得ることが困難となる。
【００１２】
これに対し、上記構成によれば、チャンバ内への気体導入後において乱れのない又は乱れの少ない流れを形成することができるから、つまりその過程で流速を十分に高めることが可能となるから、その反射的効果として、気体導入部での流速を無理に引き上げなくてもよくなる。つまり、気体導入部での流速を抑えてそこで縮流や剥離等の現象が生じることを防止又は軽減できる。そのようにしても各ジェット流の速度又はパワーを十分に高められる。もっとも、気体導入部での流れの乱れが少なくなるような流路形態を採用した上で気体導入部での流速を高めるようにしてもよい。そのような構成によれば回転体の回転速度を更に引き上げることが可能となる。
【００１３】
なお、気体導入部での流速を抑制する一方において、そこでの通過断面積を十分に大きくして流量を確保するのが望ましい。上記のスピナは基本的に固体試料のＮＭＲ測定で利用されるものである。回転体の複数箇所に複数の羽根車を設け、それらを駆動する場合には上記構造体を複数箇所に設ければよい。
【００１４】
望ましくは、前記各内巻き流は前記回転流の内側に滑らかに連なる湾曲した流れであり、前記各湾曲ノズルにおいては、ノズル入口からノズル出口にかけて、前記気体の流れ方向に直交する断面の面積が連続的に小さくなっており、且つ、湾曲度合いが連続的に大きくなっている。この構成によれば、各内巻き流が回転流の内側に滑らかに連なっているので、各湾曲ノズルへの気体導入時における圧力損失を低減できる。また、各湾曲ノズルの断面が流れの方向に沿って連続的に小さくなっているから、乱れを防止しつつ流速を高めることが可能である。各湾曲ノズルの基本形態として、対数螺旋形状、インボリュート曲線形状、その他の渦巻き類似の形態をあげることができる。ノズル入口からノズル出口までの流路中における主要部分において上記のような連続的な断面積変化が生じていればよく、例えば流路中の一部の断面積が一定であってもよい。いずれにしても各湾曲ノズル内において断面積の急峻な変化や大きな段差が生じないように滑らかな形態を採用するのが望ましい。
【００１５】
望ましくは、前記チャンバにおける前記気体の流れ方向に直交する断面の面積が上流側から下流側にかけて連続的に小さくなっている。この構成によれば、チャンバ内において流速を連続的に引き上げることが可能である。必要に応じて、複数のジェット流を均一に形成するために、各湾曲ノズルのサイズや形状を調整するようにしてもよい。気体導入位置から３６０度の角度範囲にわたってチャンバの断面積を連続的に変化させるようにしてもよいし、その中の主要部分において断面積を連続的に変化させるようにしてもよい。チャンバ内における流れ方向に沿って断面積の急峻な変化や大きな段差が生じないように滑らかな形態を採用するのが望ましい。
【００１６】
望ましくは、前記チャンバにおける外周面が螺旋形状を有する。螺旋形状は渦巻き状の形状であり、それには連続的に減少する半径によって描かれる多様な形態が含まれる。特に対数螺旋形状を採用するのが望ましい。望ましくは、前記チャンバにおける内周面上に前記複数の湾曲ノズルが有する複数のノズル入口が均等間隔をもって形成される。
【００１７】
望ましくは、前記チャンバの気体導入位置における断面積は、前記複数の湾曲ノズルが有する複数のノズル出口についての合計断面積の２倍以上である。諸条件にもよるが、気体導入部での流速を抑える一方において、各ジェット流の速度又はパワーを十分に高めるためには、一般に、チャンバにおける気体導入位置での流れ方向と直交する断面の面積を複数のノズル出口について合計断面積の２倍以上としておくのが望ましい。
【００１８】
望ましくは、前記構造体は、前記チャンバ及び前記複数の湾曲ノズルに対応した溝構造を有する第１部品と、前記第１部品に接合されて前記溝構造を覆う第２部品と、を含む。この構成によれば、第１部品の切削加工等によって溝構造を形成した上で、それに第２部品を貼り合わせるだけで、チャンバ及び複数の湾曲ノズルを製作することが可能である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ＮＭＲ測定時において、回転体を高速で回転させることが可能なスピナを提供できる。あるいは、本発明によれば、縮流や剥離等が生じやすい部位では流速を抑えつつその後において縮流や剥離等をできるだけ生じさせずに気体の速度を十分に引き上げることが可能なスピナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るＮＭＲ測定用スピナの好適な実施形態を示す断面図である。
【図２】静磁場発生装置内にＮＭＲ測定用スピナを設置した状態を示す図である。
【図３】スクロール（渦巻き状流路）を示す平面図である。
【図４】スクロールにおけるノズル列を示す拡大図である。
【図５】スクロールの斜視図である。
【図６】２つの部材の貼り合わせによるスクロール製作を示す図である。
【図７】図１に示したＮＭＲ測定用スピナの一部拡大図である。
【図８】変形例を示す一部拡大図である。
【図９】気体圧力と回転体の回転数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１には、本発明に係るＮＭＲ測定用スピナ（試料管回転機構）の好適な実施形態が示されており、図１はその断面図である。
【００２３】
図１において、スピナ１０は、ＮＭＲ測定用プローブの一部として、静磁場発生装置が有するボアの内部に配置され、その状態でロータとしての回転体１２を高速で回転させる機構である。回転体１２は、固体試料を収容した円筒形状を有する試料管であり、それは試料収容部１６と羽根車（タービン）１８とからなるものである。回転体１２の直径は、一般に数mm〜数十mm程度であるが、本実施形態においては０．７５mmである。すなわち、高速回転を実現するために非常に細い試料管が利用されている。但し、本願明細書に記載したいずれの数値も例示に過ぎないものである。回転体の両端に羽根車を設けることも可能であり、その場合には２つの羽根車に対応して２つのタービンノズル構造が設けられる。スピナ１０は必要に応じて冷却状態におかれる。
【００２４】
構造体１４は回転体１２の周囲を取り囲む部材であり、それはステータを構成する。構造体１４の内部には、回転体を収容する空洞部が形成されており、その空洞内において、回転中心軸方向に離れて設けられた複数の空気軸受２０によって、回転体１２が非接触で保持される。気体導入ポート２６から導入された気体２８が流路２４を経由して複数の空気軸受２０に供給されている。空洞部内には、回転体における試料収容部１６を取り囲む送受信コイル２１が配置されている。回転体１２の高速回転状態において、送受信コイルで高周波磁場が生成される。その後の受信期間において送受信コイル２１にてＮＭＲ信号が検出され、その信号を解析することにより分光スペクトルが得られる。なお、そのような固体試料のＮＭＲ測定に当たっては、回転体１２の回転中心軸が静磁場方向に対してマジック角度（arccos √(1/3)）をもって傾けられ、その角度を維持した状態で回転体１２が駆動される。なお、図１において、Ｘ方向は回転中心軸と並行な方向であり、Ｚ方向はＸ方向に直交する方向である。Ｘ方向及びＺ方向の両方向に直交する方向が後に図３等に示すＹ方向である。
【００２５】
構造体１４は、本実施形態において、Ｘ方向に積層された複数の部材２２，３０，３２，３４，３６からなるものである。それらの部材はＮＭＲ測定に影響を与えない材料、つまりセラミック、樹脂、複合材等により構成される。部材２２は本体を構成しており、そこには空気軸受用の流路２４及び気体導入ポート２６が形成されている（図１において構造体１４の上部を参照）。また、本体２２には、タービン駆動用の気体４２が導入される気体導入ポート４０が形成されており、それに連なる導入路３８も形成されている（図１において構造体１４の下部を参照）。導入路３８は、図示のように、Ｚ方向に並行な第１部分と、第１部分に連なる部分であってＸ方向に並行な第２部分と、からなり、それ全体として屈曲路が構成されている。第１部分及び第２部分のいずれも円筒形状であり、それらは流れ方向の各位置において大きな断面積を有している。なお、上記の気体として、空気の他、窒素やヘリウム等の不活性ガスがあげられる。
【００２６】
本体２２のＸ方向一方側にはプレート状の部材３０及び同じくプレート状の部材３２が設けられており、本体２２のＸ方向他方側にはプレート状の部材３４及び同じくプレート状の部材３６が設けられている。つまり、構造体１４は積層体である。部材３４は、ＹＺ面に沿って広がる部材であり、そこには後に詳述するスクロール（渦巻き状流路）４４が形成されている。スクロール４４には、気体導入ポート４０を経由して気体４２が送り込まれている。部材３４に対する切削加工等によりスクロール４４が溝構造として形成され、構造体１４の組立時に部材３４に対して部材３６が接合される。これにより溝構造の開放側が部材３６によって完全に覆われる。部材３６には奥側から出口側にかけてラッパ状に広がった形態を有する放出口４６が形成されている。放出口４６は、羽根車１８に対して複数のジェット流を吹き付けた後に生じる気体４８を放出するものである。
【００２７】
図２には、スピナ１０の設置例が示されている。スピナ１０は静磁場発生装置５０が有するボア５２内に配置される。具体的にはスピナ１０はＮＭＲ測定用プローブ５４のヘッドを構成するものである。回転体１２の回転中心軸が静磁場方向（紙面上下方向）に対して所定のマジック角をもって傾斜するように、スピナ１０が設置される。図２には示されていないが、スピナ１０に対しては気体を送り込む配管等が接続される。
【００２８】
図３には、スクロール４４の平面図が示されている。図１においては、回転体１２を収容する空洞部の下側に導入路が現れていたが、図３においては説明の都合上、空洞部（スクロール４４の中心開口）の右側に導入路の端面に相当する気体導入開口５８が現れている。なお、図３において紙面奥側がＸ軸正方向である。
【００２９】
図３において、板状の部材３４にはスクロール４４が形成されている。スクロール４４は回転体の周囲に設けられる構造であり、それは外側構造６２と内側構造６４とからなる。内側構造６４は外側構造６２によって取り囲まれている。外側構造６２は、円形の気体導入開口５８と、それに連通する空間としてのチャンバ６６と、を有している。内側構造６４は、渦巻き状の配列を有する複数のノズル７０によって構成されるノズル列６８を有している。気体導入開口５８から導入された気体の流れとして、チャンバ６６内において回転流が生じる（符号７６，７８，８０を参照）。その回転流の回転方向は回転体の回転方向に一致している。回転流の内側から回転流の一部が複数のノズル７０の中に流れ込み、これにより複数の支流（延長流）として複数の内巻き流（ノズル流）が生じる。各内巻き流は螺旋状（渦巻き状）の形態を有しており、回転体をその回転方向に巻き込むような流れである。回転流に対して各内巻き流が滑らかに接続されている。外側の回転流及び内側の複数の内巻き流がそれら全体として渦流を構成している。
【００３０】
外側構造６２について具体的に説明する。ＹＺ面上において、チャンバ６６における外周面７２は本実施形態において対数螺旋形状を有しており、チャンバにおける内周面７４は円形を有している。内周面７４上には後に説明する複数のパネル入口が均等間隔をもって形成されている。ＹＺ面上においてチャンバ６６における気体流れ方向（流線、中心線）に直交する横幅は上流から下流にかけて連続的に小さくなっている。
【００３１】
説明の都合上、空洞部中心から見て、気体導入開口５８が設けられている方位が０度とされており、そこから気体の流れ方向につまり時計回り方向に３６０度の角度が定義されている。０度の方位においてチャンバ６６の横幅が最も大きく、それは気体導入開口５８の直径ｄ１と隙間部分ｄ５とを加算した大きさに相当する。９０度の方位において横幅はｄ２となっており、１８０度の方位において横幅はｄ３となっており、２７０度の方位において横幅はｄ４となっている。ここでｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５の関係が成立している。ｄ５の大きさをより小さくし又は事実上ゼロにすることも可能である。流気体導入部において流速を下げても十分な流量を確保するためにｄ１は大きい方が望ましい。ｄ１の条件については後に説明する。チャンバ６６においては気体の流れ方向に沿って横幅つまり断面積が連続的に小さくされているので、上流側から下流側にかけて流速が増大することになる。チャンバ６６内には流れを乱すような構造が格別存在していないので、縮流や剥離等を効果的に抑制することができる。なお、チャンバ６６におけるＸ方向の厚みは本実施形態において一定であり、これについては後に図７を用いて説明する。
【００３２】
図４には、図３に示した内側構造（特にノズル列６８）の拡大図が示されている。ノズル列６８は、チャンバ６６の内側に形成されるものであり、それは複数のノズル（タービンノズル）７０からなる。図４に示す例では、６個のノズル７０が形成されている。一般にノズル数としては４個以上で２０個以下が適当であるが、それらの数値も例示である。各ノズル７０は、回転流８４の一部を取り込んで内巻き流９４を生じさせるものである。各内巻き流９４の回転方向は、回転体及び回転流の回転方向に一致している。隣接する２つのノズル７０の間に湾曲した仕切り壁７６が設けられている。各ノズル７０は、その内部から見て、滑らかに凹形に湾曲した第１案内面８６と、滑らかに凸形に湾曲した第２案内面８８と、を有する。この他、Ｘ方向の両面として底面及び天井面を有する。底面は本実施形態において平面であり、天井面は、本実施形態において、スクロールを覆う部材の表面により構成され、それは平面である。よって、各ノズル７０において、湾曲した流れの中心軸に直交する断面は、いずれの位置においても基本的に矩形の形状を有している。但し、矩形以外の形状を採用することも可能である。また、後に図８に示すように底面を傾斜面として構成することも可能である。
【００３３】
ノズル７０の断面積は、ノズル入口９２からノズル出口９０にかけて連続的に小さくなっている（符号９８，１００，１０２を参照）。これによりノズル７０内においても流速が連続的に高められている。ノズル出口９０の位置及び形態は、ジェット流１０４が所定位置において所定方向に形成されるように定められる。羽根車１８が有する複数の羽根に対して、複数のジェット流が吹き付けられ、これによって回転体を駆動する推進力が生成される。羽根車の構造としては各種のものを採用可能である。ノズル入口９２は、符号９６で示すように、円周方向に大きく広がっており、回転流から気体が自然に取り込まれるように構成されている。図４に示した内側構造は一例であり、ノズル列６８の構成及び各ノズル７０の形態としては各種のものを採用可能である。いずれの場合においても、回転流から滑らかに連なるノズル流が生じるように構成するのが望ましい。また、ノズルにおいて流れの乱れが生じないように構成するのが望ましい。
【００３４】
図５にはスクロール４４の斜視図が示されている。上述したように、スクロール４４は、外側において回転流を生じさせるチャンバ６６と、内側において複数の内巻き流を生じさせるノズル列６８と、を有する。スクロール４４の設計に当たっては、気体力学的観点から見て、チャンバ６６の入口に相当する断面積（スクロール４４の入口断面積）Ａ１は、複数のノズル出口についての合計断面積（スクロール４４の出口断面積）Ａ２の２倍以上とするのが望ましい。この場合、入口断面積Ａ１は、円形の気体導入開口の直径ｄ１にチャンバ６６の厚みｔ１を乗算したものとして定義され得る。その上で、入口断面積Ａ１よりもかなり大きな断面積をもって気体導入開口以前の気体導入部を構成するのが望ましい。そのような構成によれば、気体導入部内に屈曲流路や大きな断面積変化があっても、そこでの流速が小さくなるから、そこで縮流や剥離等が発生することを防止又は軽減できる。このように比較的に低速流として導入された気体が、チャンバ６６内及び各ノズル内において加速されて高速流となる。その高速流が各ノズル出口から噴出し、これにより複数の高速ジェット流が生じる。
【００３５】
図６にはスクロール４４の製作過程が示されている。円形プレート状の部材３４には切削加工等によって、スクロール４４の主要部をなす溝構造が形成される。また、部材３４には円筒形状を有する気体導入開口５８も形成される。気体導入開口５８は気体１０４を受け入れる開口である。一方、円形プレート状の部材３６には円筒形状を有する放出口１０６が形成される。それは羽根車に吹き付けつけられた後の気体１０８を排出するものである。所定の加工が施された２つの部材３４、３６が図示のように結合される。これにより上記溝構造における開放面が部材３６の一方面にて覆われ、スクロール４４が完成する。
【００３６】
図７は図１に示したスピナの一部を表した拡大図であり、そこにはスクロール４４の断面が示されている。スクロール４４は、回転体の周囲に形成された構造体の一部であり、スクロール４４は符号６２Ａで示す外側構造と符号６４Ａで示す内側構造とからなるものである。部材３４は一定の厚みｔ３を有している。外側構造に含まれるチャンバは一定の厚みｔ１を有しており、内側構造に含まれる各ノズル７０は一定の厚みｔ２を有している。本実施形態では加工の都合上、ｔ１＞ｔ２となっているが、両者の差は小さく、段差部分での流れの乱れはかなり小さなものとなっている。もちろん、チャンバの厚みｔ１と各ノズルの厚みｔ２を一致させてもよい。図７において、チャンバにおける流れ方向に直交する断面の形状は矩形であるが、楕円形状等を採用することも可能である。同じく、ノズルにおける流れ方向に直交する断面の形状は矩形であるが、それを楕円形状等にしてもよい。ノズルの底面（図７において右側）を湾曲面とし、ノズルの天井面（図７において左側）を平面とするようにしてもよい。
【００３７】
図８にはノズル７０の変形例が示されている。この変形例では、ノズル７０の底面が斜面１１２と水平面１１４とにより構成されている。斜面は、チャンバの厚みからノズル出口の厚みまで、底面と天井面との間の距離を連続的に変化させるものである。水平面１１４はノズル出口においてジェット流を適切な方向へ安定して形成するためのものである。
【００３８】
図９には本実施形態に係るスクロールの性能がグラフとして示されている。前提となる条件を説明すると、試料管の直径は０．７５mmであり、ノズル数は４である。スクロール入口断面積Ａ１はスクロール出口断面積Ａ２の２．５倍である（Ａ１／Ａ２＝２．５）。ノズルの断面形状は上記の通り矩形である。グラフにおける横軸は気体圧力（駆動圧）を示しており、縦軸は回転数を示している。グラフに示されているように最高回転数として１１７kHzを得ている。これは、回転速度（周速）に換算して２７５m/sに相当する。同じような条件で、これまでの上限は２４０〜２７０m/s程度であった。これとの対比から明らかなように本実施形態のスクロールによれば回転数の上限を確実に引き上げ得るものである。この実験結果は一例であり、スクロール中の各部の形状をより流線形状に近付けることにより、また、上記Ａ１／Ａ２の比をより大きくすることにより、回転数の更なる向上を期待できる。
【００３９】
スクロールの形態としては各種のものをあげることができる。上記実施形態では、チャンバの断面積が上流から下流にかけて連続的に小さくなっていたが、流速を十分に高められる限りにおいて、断面積を一定にすることも可能である。また、上記実施形態では、ノズルの断面積が上流から下流にかけて連続的に小さくなっていたが、必要なジェット流を形成できる限りにおいて、断面積を一定にすることも可能である。いずれの場合においても回転流の内側から滑らかに複数の内巻き流が形成されるように構成するのが望ましい。
【符号の説明】
【００４０】
１０  スピナ、１２  回転体（ロータ）、１４  構造体（ステータ）、１８  羽根車（タービン）、４４  スクロール、６６  チャンバ、６８  ノズル列。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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