(57)【要約】 【課題】  音響共振のパラメータ測定に基づく材料分析用音響セルを提供する。【解決手段】  セル１は主フレーム２と、電子音響変換器アセンブリを備える。主フレーム２は少なくとも１つの間隙３を含みかつ使用時に分析用サンプル６を配置する共振空洞５を画成する壁部４が組み込まれる外面を有する。電子音響変換器アセンブリは、前記少なくとも１つの壁部４と音響的に結合されかつ少なくとも１つの電子音響変換器９を含む。
2005513437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振特性などの音響パラメータの測定に基づく材料分析用音響セルであって、
少なくとも１つの間隙を含みかつ使用時に分析用サンプルを配置する共振空洞を画成する壁部が組み込まれる外面を有する主フレームと、
前記少なくとも１つの壁部と音響的に結合しかつ少なくとも１つの電子音響変換器を含む電子音響変換器アセンブリと、を備えることを特徴とする音響セル。
【請求項２】
請求項１に記載の音響セルにおいて、前記主フレームの複数の外面が略平行であることを特徴とする音響セル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の音響セルにおいて、さらに主フレームと壁部を概ね覆う支持フレームを備えることを特徴とする音響セル。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記支持フレームと前記壁部が１つのブロックとして組み立てられていることを特徴とする音響セル。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記壁部が略平面状であることを特徴とする音響セル。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記壁部の前記共振空洞に面した部分が、回折損失を最小限に抑えるために球面状、円筒状、またはその他の曲面形状であることを特徴とする音響セル。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記変換器が前記壁部に対して接触状態となるように付勢されていることを特徴とする音響セル。
【請求項８】
請求項３〜請求項７のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記主フレーム、前記壁部、及び前記支持フレームが、光学パラメータを測定できるように光透過性材料で形成されていることを特徴とする音響セル。
【請求項９】
請求項２〜請求項８のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記セルが使用時に温度調節液を受け取る導管を有することを特徴とする音響セル。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の音響セルにおいて、さらに使用時のサンプルの漏出を防ぐための栓を備えることを特徴とする音響セル。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記少なくとも１つの間隙に使用時に液体を注入するための経路を備えることを特徴とする音響セル。
【請求項１２】
請求項１〜請求項９のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記少なくとも１つの間隙は、使用時にサンプルがその中を貫流できるように配置されることを特徴とする音響セル。
【請求項１３】
請求項１〜請求項１２のいずれかに記載の音響セルにおいて、耐化学性材料で形成されることを特徴とする音響セル。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の音響セルにおいて、前記変換器が前記壁部に対して移動可能に結合していることを特徴とする音響セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料分析に用いられる材料分析用音響セルに関し、より具体的には、材料サンプル内で音波領域を生成し、これらの領域の振幅、位相、またはインピーダンスの周波数依存度を分析することが可能な装置の材料分析用音響セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、材料分析用の音響セル技術において、分析するサンプルをチャンバ内に配置し、このチャンバ内において音波共振を発生させ、この音波共振によってサンプル材料の音波測定を行うことが知られている。このような音波共振は、通常、サンプル内で波形を生じさせる機械的振動によって発生される。これらの波形の測定によって音波とサンプルの間の相互関係を特性付け、これにより、サンプルの材料特性を高分解能で評価することが可能となる。このような音響セルによる分析技術によれば、非常に小さいサンプルでも材料の特性などを測定できるという効果がある。
【０００３】
前述した音響セル技術において、チャンバの形状精度は、取得する測定値の精度という面で、またセルの製造コストという面でも、重要な要素となる。一方、例えば測定のじゃまになるセル内の気泡の発生を最小限に抑えるために、セル形状も選択されなければならない。しかしながら、このような配慮は、分析を容易にするためにチャンバの壁部の形状を数学的に単純なものにするという要件と対立する恐れがある。
【０００４】
セル形状の選択に際して他に考慮すべき要素として、壁部の耐化学性、効果的な洗浄手段、及び効果的なサンプル撹拌などが挙げられる。さらに、熱膨張等の環境要因も形状の変化に大きな影響を与える。このため、セルを構成する材料の選択においては、この点も慎重に考慮されなければならない。
従って、これらの基準を満たす音響セルを提供することは困難である。しかし、音響セル分析技術は費用効果が高く、操作時に複雑な補助器具も不要であるなどの利点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述した音響セルにおいて、壁部はセル自体の測定パラメータに影響を及ぼす。精密でかつ高分解能の測定パラメータを得るためには、壁部の厚さを薄くすることにより壁部の影響を抑えることが望ましい。容器の壁部をより薄く設計することは、多様な設計技術に基づいて可能である。しかし、これらの薄い壁部が外部振動を伝達したり、サンプルとその周囲双方に起因する温度と圧力の変化により湾曲したりする可能性があるなど、別の問題も増加してくる。また、サンプル内の気圧振動によりセルが歪曲される傾向があり、これはセル内でのサンプル反応時に特にその傾向が強く、ガスを放出してセル内の圧力をさらに上昇させる恐れがある。
【０００６】
本発明の目的は、上述した問題のいくつかを解消し、費用効果が高く操作性のよい材料分析用音響セルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、音波共振のパラメータの測定に基づく材料分析用音響セルを提供するものである。
本発明の音響セルは、少なくとも１つの間隙を含みかつ使用時に分析用サンプルを配置して使用する共振空洞を画成する壁部が組み込まれる外面を有する主フレームと、前記少なくとも１つの壁部と音響的に結合しかつ少なくとも１つの電子音響変換器を含む電子音響変換器組込部と、を備える。
【０００８】
好ましくは、前記セルはさらに前記主フレームと前記壁部を概ね覆う支持フレームを備えることが望ましい。なお、前記支持フレームと前記壁部は単一のブロックとして組み立てられてもよく、さらに同じ材料から形成されていてもよい。
好ましくは、前記主フレーム、前記壁部、及び（提供されている場合は）前記支持フレームは、光学パラメータを測定できるように、光透過性材料で形成されることが望ましい。
【０００９】
なお、支持フレームと壁部の間の空間は、使用時には、液体が充填されていてもよい。
また、前記壁部は、回折損失を最小限に抑えるために、略平面状、球面状、または円筒形状に形成されていてもよい。
好ましくは、前記変換器は前記壁部に直接または間接的に接触した状態となるように付勢されていることが望ましい。
【００１０】
前記セルはさらに、使用時にサンプルの漏出を防ぐための栓を備えていてもよい。
好ましくは、前記少なくとも１つの間隙はさらに、液体注入のための経路を備えていることが望ましい。
好ましくは、前記少なくとも１つの間隙は、使用時にサンプルがその中を貫流できるように配置されることが望ましい。
【００１１】
支持フレームの設置により、特に、１つのブロックとして、かつ１つの材料で形成された支持フレームと中央フレームを設けることで、機械的負荷の印加により温度及び圧力の変化にセルが曝された時の、セルの歪曲の発生率を減少させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に基づくセル１を示す。セル１は、少なくとも１つの間隙３から構成される主フレーム２を備える。この主フレーム２には壁部４が組み込まれ、この壁部４は使用時において内部にサンプル６を配置可能な共振空洞５を画成する。共振空洞５は支持フレーム７によって囲まれている。
支持フレーム７と共振空洞５との間の隙間８には、少なくとも１つの変換器９が収容される。主フレーム２には栓１０が設けられる。また、主フレーム２内には適宜、撹拌用の磁石１１が設けられる。
【００１３】
少なくとも１つの壁部４には、少なくとも１つの電子音響変換器９が取り付けられ、音波共振を発生させる。この変換器は、水滴の進入を防止するために密閉されていてもよく、またはパラメータ制御の向上のために不活性ガスに覆われていてもよい。
【００１４】
共振の検出は、変換器９の電気的特性を測定することにより行われる。あるいは、壁部４または共振空洞５の第２の壁部４に状況に応じて取り付けられた第２の変換器９の電気的特性を測定することによって実施されてもよい。
これらの音波共振は、通常、定常波形を生じさせる機械的振動によって発生されるが、材料の減衰係数が非常に高い値の場合には、音波共振は形成されず、この場合、持続波自体を利用してサンプルの音響パラメータを評価してもよい。
【００１５】
壁部４は、図示されているように、略平面状の平行壁でもよく、あるいは、例えば、低周波における回折を最小限に抑える空洞形状を提供するために、球面状または円筒状の形状であってもよい。壁部４のこの特徴はまた、分析に先立ち、サンプル６の共振空洞５への充填を補助するという付加的な効果にもなり得る。
【００１６】
高分解能分析に好適な薄壁間の交換に関わる問題、および薄壁の不安定性と歪曲の可能性の問題を解決するために、支持フレーム７が設けられる。
前述した各問題を解決するため、支持フレーム７として、中央フレーム、支持フレーム、及び壁部を単一のブロックを形成することが考えられる。さらに、この単一のブロックは、水晶やガラスなどの１種類の材料から形成されてもよい。
【００１７】
これにより、洗浄や再組み立てを必要とするモジュールの内部部品をより少なくするという効果がある。高精度光学技術においては、これまで長期にわたり、光透過性材料として高精度な技術が提供されてきている。本発明においては、高精度音響測定のためのセル１を提供すべく、前述した高精度光学技術における専門技術を適宜利用することができる。
【００１８】
本実施例では、変換器への電気的接続がひとまとまりとなっているため、変換器の数に関わらず、セル１に必要な電気的接続は全体として１つのみである。この結果、セル１自体の単一ブロック構成と相まって、セル1は洗浄または補給のための着脱が容易なプラグイン・モジュールとして作動することができる。
【００１９】
さらに、支持フレーム７と共振空洞５の間の隙間８は、サンプル６が揮発性である場合に、例えば不活性ガスを隙間８に充填することで共振空洞５内の状態を調整するために使用してもよい。
加えて、サンプル６の温度を制御するための水槽を形成可能な外部シェル（図示せず）が支持フレーム７に取り付けられていてもよい。あるいはその他の形態の温度制御を用いてもよい。
【００２０】
電子音響変換器９は、恒久的に、または高い粘着性及び/または弾力性を持つ層を介して、壁部４の内の１つに取り付けられる。このような取り付けにより、変換器９，壁部４，及びそれらに接続されている材料の熱膨張率の差異を起因とする温度上昇による壁部４と変換器９との変形を防止する。さらに、非恒久的に取り付けられた変換器９を壁部４に対して付勢するために、ばねやＯリングなどの弾力性要素を用いることも可能である。
【００２１】
セル１において実施される測定の精密さを考慮すると、多様な部品の熱膨張率がしばしば深刻な問題となり、そのため、支持フレーム７と壁部４は、この問題を解消するために単一のブロックとして形成されていてもよく、また変換器を形成する場合と同じ材料から形成されてもよい。
【００２２】
主フレーム２の底部には磁石１１が収容されている。この磁石１１は、撹拌機構（図示せず）によって磁力的に駆動され、セル１内のサンプル６を撹拌する。
栓１０は、セル１からサンプルが漏出する問題を解消するために設けられる。
【００２３】
本実施形態においては、更に液体を共振空洞５に注入しサンプル６と混合する手段（図示せず）を設けても良い。例えば、滴定のために次のような配置構成を利用することができる。
図２は、栓１０によって閉鎖された２つの間隙３の注入口を備えたセル１の外観を示す。２つの間隙３を持つ利点は、差動効果の精密な測定ができる同様の条件の下で、２つの別の物質を平行測定できることにある。
【００２４】
図３は、図１および図２の実施形態で用いられる、２つの間隙３を備えた主フレーム２を示す。前方壁１２と後方壁（図示せず）とは略平行に形成されており、壁部４と容易に組み合わせることができ、これらにより共振空洞５が画成される。用途に応じて、より多くの間隙を設けてもよい。
【００２５】
図４は、本発明の他の実施形態を示す。
本実施例における主フレーム２は、注入口１３及び排出口１４を有する。前述した実施例の部品に対応する部品には同一の符号が付されている。この構成は、一定の流速で材料が貫流する間の測定を可能にする。
セル１内で実施される測定の精密さに影響する別の問題として、背景ノイズが挙げられる。この問題を解消しかつ定量化するために、２つの間隙３を備えた主フレーム２を用い、貫流構成を採用し、同じ圧力条件の下で測定を繰り返すことにより、システム内に存在する雑音を定量化することが有効である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例の断面図である。
【図２】２つの間隙を備えた本発明におけるセルを示す図である。
【図３】図２に示す実施例において使用された主フレームの正面図である。
【図４】本発明の異なる実施形態の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2005513437.tif 000008