(57)【要約】  本発明は、レオロジーおよびＲｈｅｏ-ＮＭＲで使用されるレオロジーユニットに関する。レオロジーユニットは、ねじ接続を介して分析装置に取り付けられるように構成された駆動軸ユニットを有し、駆動軸ユニットと分析装置との間の機械的なバックラッシュを実質的に最小化または排除する。
2016529517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸ユニットを有するレオロジーユニットであって、
第１端部および第２端部を有する主軸と、第１端部および第２端部を有する延長軸であって、該延長軸の第１端部が前記主軸の第２端部に連結される延長軸と、を備えた２部構成駆動軸と、
前記駆動軸を収容するための２部構成駆動軸ハウジングであって、第１端部および第２端部を備えた元ハウジングと、第１端部および第２端部を有する延長ハウジングとを備え、前記延長ハウジングの第１端部が前記元ハウジングの第２端部に取り付けられた２部構成駆動軸ハウジングと、
前記駆動軸ハウジング内の前記駆動軸を回転させるモータと、
前記駆動軸ハウジングに対する前記駆動軸の位置を感知する位置決めセンサと、
前記駆動軸の回転速度、周波数、および／または方向を制御するための制御システムと、を備え、
前記延長軸が、前記延長ハウジング内に同心状に支持され、前記延長ハウジングが、ねじ接続を介して分析装置に取り付けられるように構成されることで、前記分析装置が、前記駆動軸ハウジングと実質的に整列する、レオロジーユニット。
【請求項２】
前記モータが、前記駆動軸の第１端部に接続されたサーボステッピングモータである、請求項１に記載のレオロジーユニット。
【請求項３】
前記位置決めセンサが、光学エンコーダである、請求項１または２に記載のレオロジーユニット。
【請求項４】
前記駆動軸ユニットが、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ実験で分析されるサンプル材料を保持するための前記分析装置に取り付けられる、請求項１〜３のいずれかに記載のレオロジーユニット。
【請求項５】
前記分析装置が、前記分析装置を前記駆動軸ユニットに取り付けるように構成されたセル連結器を含み、前記セル連結器が、前記延長ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合うねじ付き第１端部を有する、請求項４のレオロジーユニット。
【請求項６】
前記分析装置が、前記延長軸に連結されたスピンドルを備え、前記スピンドルと前記延長軸とが同時に回転する、請求項５に記載のレオロジーユニット。
【請求項７】
前記分析装置が、円筒形クエットセル、回転外壁クエットセル、円錐プレート剪断セル、プレート−プレート剪断セル、のいずれかである、請求項５または６に記載のレオロジーユニット。
【請求項８】
請求項１に記載のレオロジーユニットの駆動軸に取り付けるための分析装置であって、前記分析装置が、前記延長ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合って前記分析装置を前記駆動軸ユニットに取り付けるねじ付き第１端部を有するセル連結器を備える、請求項１に記載のレオロジーユニットの駆動軸に取り付けるための分析装置。
【請求項９】
円筒形のクエットセルを含み、前記円筒形のクエットセルがさらに、スピンドルと、錘と、底部キャップと、外管とを備え、前記スピンドルが、前記錘を前記駆動軸ユニットの駆動軸に取り付けるように構成されて、前記錘が、前記外管内に略同心状に配置され、前記外管が、第１端部および第２端部を含み、前記第１端部が前記セル連結器に取り付けられ、前記第２端部が前記底部キャップと整列し、前記錘と前記外管との間に、その中にサンプル材料を保持することができる空洞が形成される、請求項８に記載の分析装置。
【請求項１０】
回転外壁クエットセル含み、前記回転外壁クエットセルが、内壁と、外壁と、前記内壁と外壁との間にその中にサンプル材料を保持するための隙間とを備え、前記分析装置が、前記レオロジーユニットの駆動軸ユニットに取り付けられたとき、前記外壁が、回転するように構成される、請求項８に記載の分析装置。
【請求項１１】
回転外壁クエットセルを含み、前記回転外壁クエットセルがさらに、スピンドルと、底部キャップと、外管とを備え、前記内壁が、前記セル連結器の第２端部によって形成され、前記外管が、前記外壁によって形成され、前記スピンドルの第１端部は、前記駆動軸に接続されて前記スピンドルを回転させ、前記スピンドルの第２端部は、前記底部キャップに取り付けられ、前記外管の第２端部も、前記底部キャップに取り付けられて、前記外管を前記駆動軸と同時に回転させる、請求項１０に記載の分析装置。
【請求項１２】
前記回転外壁クエットセルがさらに、前記セル連結器に取り付けられて前記外管内に同心状に前記セル連結器の第２端部を配置するように構成された整列カラーを備える、請求項１１に記載の分析装置。
【請求項１３】
前記分析装置が、円錐プレート剪断セルを含み、前記剪断セルがさらに、連結軸とスピンドルとを含み、前記連結軸が、前記駆動軸ユニットの駆動軸に前記スピンドルを取り付けるように構成され、前記外管の中に、前記スピンドルが同心状に配置され、前記外管が第１端部および第２端部を含み、前記第１端部が前記セル連結器の上部キャップに取り付けられ、前記第２端部が底部キャップに取り付けられ、前記分析装置がさらに、前記底部キャップにより支持される下部プレートと、前記スピンドルに取り付けられて前記駆動軸と同時に回転する円錐部とを含む、請求項８に記載の分析装置。
【請求項１４】
前記分析装置が、プレート−プレート剪断セルを含み、前記剪断セルがさらに、連結軸とスピンドルとを含み、前記連結軸が、前記スピンドルを前記駆動軸ユニットの駆動軸に取り付けるように構成され、前記外管の中に、前記スピンドルが同心状に配置され、前記外管が第１端部および第２端部を含み、前記第１端部が前記セル連結器に取り付けられた上部キャップに取り付けられ、前記第２端部が底部キャップに取り付けられ、前記分析装置がさらに、前記底部キャップにより支持される下部プレートと、前記スピンドルに取り付けられて前記駆動軸と同時に回転する上部プレートとを含む、請求項８に記載の分析装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術分野］
本発明は、レオロジーおよびＲｈｅｏ-ＮＭＲに使用されるレオロジー測定装置に関する。
［発明の背景］
核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法および速度測定法は、剪断下における複雑な流体の調査に特有の手段となっている。これまでの改良により、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ実験を通してソフトマターについて学んだ情報は豊富になった。Ｒｈｅｏ-ＮＭＲは、ＮＭＲ法を用いたレオロジーの研究であり、主にソフトマターの研究のために使用される。Ｒｈｅｏ-ＮＭＲは、光学的に不透明な剪断下で材料を研究する機能を提供し、スリップ、ずり減粘、剪断帯、降伏応力挙動、ネマチックディレクタ配向、および剪断誘導性中間相再編成などの行動の同定および分析を可能にしている。
【０００２】
現在Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ用ＮＭＲ機に使用される装置は、通常、分析装置（例えば、剪断セルまたはクエットセルなど）を取り付け可能な駆動軸を備えている。分析装置は、ＮＭＲ機を用いて分析される試験下にあるサンプルを収容するためのものである。モータは、別途駆動軸に装着され、駆動軸に接続されて駆動軸をその回転軸に沿って回転させる。コントロ−ラは、モータの回転速度の設定のために使用される。
【０００３】
しかし、商業的に入手可能なＲｈｅｏ-ＮＭＲシステムには、実施できる分析の種類および分解能に大きな制限がある。既知のＲｈｅｏ-ＮＭＲ実務において、駆動軸は、ＮＭＲ磁石内に装着され、例えばクエットのような剪断セルが、機械内の駆動軸に装着される。駆動軸にクエットを取り付けるために、駆動軸およびクエットの整列した開口部を通してピンが配置される。しかし、クエットを比較的容易に駆動軸に取り付けることができるようにするため、開口部は、ピンの直径よりもかなり大きくなっている。これは、駆動軸が回転するとき、ピンがクエットと係合してクエットを回転させる前に時間遅延が生じることを意味する。この時間遅延は、機械的なバックラッシュまたは機械的なスロップと呼ばれ、駆動軸の回転の方向が変化すると正確にサンプルを分析し続けることができず、可能な実験の範囲が単一方向の一定の剪断速度の実験に制限されてしまうことを意味する。
【０００４】
既知のＲｈｅｏ-ＮＭＲ機においては、振動流の下でのサンプル材料の特性の測定は不可能である。
したがって、本発明の目的は、従来技術の１つ以上の欠点を克服するのに少なくともいくらか助けになるＲｈｅｏ-ＮＭＲ機を提供すること、または少なくとも既存のＲｈｅｏ-ＮＭＲ機の代わりとなる有用な装置を提供することである。
［発明の概要］
第１の態様において、本発明は、駆動軸ユニットを含むレオロジーユニットを提供する。レオロジーユニットは、２部構成駆動軸と、駆動軸を収容するための２部構成駆動軸ハウジングと、駆動軸ハウジング内で駆動軸を回転させるモータと、駆動軸ハウジングに対する駆動軸の位置を感知する位置決めセンサと、駆動軸の回転速度、周波数、および／または方向を制御するための制御システムとを含む。２部構成駆動軸は、第１端部および第２端部を有する主軸と、第１端部および第２端部を有する延長軸とを含み、延長軸の第１端部は、主軸の第２端部に連結される。２部構成駆動軸ハウジングは、第１端部および第２端部を有する元ハウジングと、第１端部および第２端部を有する延長ハウジングとを備え、延長ハウジングの第１端部は、元ハウジングの第２端部に取り付けられる。延長軸が、延長ハウジング内に同心状に支持され、延長ハウジングが、ねじ接続を介して分析装置に取り付けられることで、分析装置を、駆動軸ハウジングと実質的に整列させる。
【０００５】
モータが、駆動軸の第１端部に接続されたサーボステッピングモータであるのが好ましい。
位置決めセンサが、光学式エンコーダであるのが好ましい。
【０００６】
駆動軸ユニットが、さらに、駆動軸ハウジングの一部の周囲をクランプするカラーを含み、ＮＭＲ機の穴内にレオロジーユニットを装着可能な深さを制御するように構成されているのが好ましい。
【０００７】
駆動軸ユニットが、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ実験で分析されるサンプル材料を保持するための分析装置に取り付けられるのが好ましい。
分析装置が、分析装置を駆動軸ユニットに取り付けるように構成されたセル連結器を含み、セル連結器が、延長ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合うねじ付き第１端部を有するのが好ましい。
【０００８】
分析装置が、延長軸に連結されたスピンドルを備え、スピンドルと延長軸とを同時に回転させるのが好ましい。
分析装置が、円筒形クエットセル、回転外壁クエットセル、円錐プレート剪断セル、プレート−プレート剪断セルのいずれかであるのが好ましい。
【０００９】
第２の態様において、本発明は、本発明の第１の態様のレオロジーユニットの駆動軸に取り付けるための分析装置を提供する。分析装置は、延長ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合う、ねじ付き第１端部を有するセル連結器を備え、分析装置を駆動軸ユニットに取り付ける。
【００１０】
一形態では、分析装置は、円筒形クエットセルを含み、円筒形クエットセルは、さらに、スピンドルと、円筒形錘と、底部キャップと、外管とを含む。スピンドルは、錘を駆動軸ユニットの駆動軸に取り付けるように構成される。錘は、外管内に略同心状に配置される。外管は、セル連結器に取り付けられる第１端部と底部キャップに取り付けられる第２端部とを含む。錘と外管との間には空洞が形成され、その中にサンプル材料を保持することができる。
【００１１】
錘が、スピンドルに取り付けられた第１端部と、外管内に突出する第２端部とを含み、第２端部が、流体を保持可能な内部空洞を含むのが好ましい。
別の形態では、分析装置は、回転外壁クエットセルを含み、回転外壁クエットセルは、内壁と、外壁と、内壁と外壁との間にその中にサンプル材料を保持するための隙間とを含む。外壁は、分析装置がレオロジーユニットの駆動軸ユニットに取り付けられると、回転するように構成される。
【００１２】
回転外壁クエットセルがさらに、スピンドルと、底部キャップと、外管とを含み、内壁がセル連結器の第２端部によって形成され、外壁が外管によって形成され、スピンドルの第１端部が、駆動軸に接続されてスピンドルを回転させ、スピンドルの第２端部が、底部キャップに取り付けられ、外管の第２端部もまた、底部キャップに取り付けられて、外管を駆動軸と同時に回転させるのが好ましい。
【００１３】
スペ−サが、外管を内壁と同心に保つために、外管の第１端部上で使用されるのが好ましい。
回転外壁クエットセルが、さらに、整列カラーを含み、整列カラーが、セル連結器に取り付けられ、セル連結器の第２端部を外管内に同心状に位置付けるように構成されるのが好ましい。
【００１４】
別の形態では、分析装置は、円錐プレート剪断セルを備え、剪断セルは、さらに、連結軸とスピンドルとを含む。連結軸は、スピンドルを駆動軸ユニットの駆動軸に取り付けるように構成され、外管内にはスピンドルが同心状に配置される。外管は、第１端部および第２端部を含み、第１端部は、セル連結器に取り付けられた上部キャップに取り付けられ、第２端部は、底部キャップに取り付けられる。分析装置は、さらに、底部キャップにより支持される下部プレ−トと、スピンドルに取り付けられて駆動軸と同時に回転する円錐部と、を含む。
【００１５】
さらに別の形態では、分析装置は、プレート−プレート剪断セルを備え、プレート−プレート剪断セルは、さらに、連結軸とスピンドルとを含む。連結軸は、スピンドルを駆動軸ユニットの駆動軸に取り付けるように構成され、外管内にはスピンドルが同心状に配置される。外管は、第１端部および第２端部を含み、第１端部は、セル連結器に取り付けられた上部キャップに取り付けられ、第２端部は、底部キャップに取り付けられる。分析装置は、さらに、底部キャップにより支持される下部プレ−トと、スピンドルに取り付けられて駆動軸と同時に回転する上部プレートとを含む。
【００１６】
分析装置の外管が、透明なガラスまたはプラスチックであるのが好ましい。
本明細書における先行技術文献への言及は、このような従来技術が、広く知られている、あるいは本分野における共通の一般知識の一部を形成する、と認めるものと考えられるべきではない。
【００１７】
本明細書で使用される用語「駆動軸」は、単一の軸または一連の実質的に整列した軸を含み、第１端部でモータと、第２端部で分析装置と係合し、モータが駆動軸を回転させると、分析装置の少なくとも一部を回転させるものと解釈されるべきである。同様に、本明細書中で使用される用語「駆動軸ハウジング」は、単一部品ハウジングまたは一連の実質的に整列した駆動軸ハウジングを含み、ハウジングまたは一連のハウジングが、第１端部および第２端部を備え、第１端部が、モータマウントに取り付けられ、第２端部が分析装置に取り付けられるものと解釈されるべきである。
【００１８】
本明細書における用語「ライン連結の」は、ある部分を別の部分に接続し、部分同士にわずかにずれがある場合でも、一方の部分が回転すると、他方の部分が略同時に回転するような連結を意味すると解釈されるべきである。
【００１９】
本明細書で使用される場合、単語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、および類似の単語は、排他的または網羅的な意味で解釈されるべきでない。換言すれば、それらの単語は、「〜を含むが、〜に限定されない」ことを意味するように意図されている。
【００２０】
本発明の好ましい形態を、添付の図面に関連して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一形態に係るレオロジーユニットの分解図である。
【図２】図２ａは、本発明の一形態に係る駆動軸ユニットの斜視図であり、図２ｂは、図２ａの駆動軸の側面図であり、図２ｃは、図２ｂの線Ａ−Ａに沿った駆動軸の断面側面図である。
【図３】図２ａの駆動軸の分解図である。
【図４】図４ａは、図２ａの駆動軸ユニットのモータマウントの斜視図であり、図４ｂは図４ａのモータマウントの側面図であり、図４ｃは、図４ｂの線Ａ−Ａに沿ったモータマウントの断面側面図である。
【図５】図５ａは、図２ａの駆動軸ユニット用ハウジングカラーの斜視図であり、図５ｂは、図５ａのハウジングカラーの側面図であり、図５ｃは、図５ａのハウジングカラーの別の側面図である。
【図６】図２ａの駆動軸ユニットの駆動軸の斜視図である。
【図７】図７ａは、図２ａの駆動軸ユニットの駆動軸ハウジングの斜視図であり、図７ｂは、図７ａの駆動軸ハウジングの側面図であり、図７ｃは、図７ｂの線Ａ−Ａに沿った駆動軸ハウジングの断面側面図である。
【図８】図８ａは、図２ａの駆動軸ユニットの延長ハウジングの斜視図であり、図８ｂは、図８ａの延長ハウジングの側面図であり、図８ｃは、図８ｂの線Ａ−Ａに沿った延長ハウジングの断面側面図である。
【図９】図２ａの駆動軸ユニットの延長軸の側面図である。
【図１０】本発明による円筒形クエットセルの形状の分析装置の分解図である。
【図１１】図１１ａは、図１０の分析装置の斜視図であり、図１１ｂは、図１１ａのクエットセルの側面図であり、図１１ｃは、図１１ｂの線Ａ−Ａに沿ったクエットセルの断面側面図である。
【図１２】図１２ａは、駆動軸ユニットに結合するセル連結器クエットセルの斜視図であり、図１２ｂは、図１１ａのセル連結器の側面図であり、図１２ｃは、図１２ｂの線Ａ−Ａに沿ったセル連結器の断面側面図である。
【図１３】図１３ａは、図１０のクエットセル用スピンドルの斜視図であり、図１３ｂは、図１３ａのスピンドルの側面図であり、図１３ｃは、図１３ａのスピンドルの別の側面図である。
【図１４】図１４ａは、図１０のクエットセル用錘の斜視図であり、図１４ｂは、図１４ａの錘の側面図であり、図１４ｃは、図１４ｂの線Ａ−Ａに沿った錘の断面側面図である。
【図１５】図１５ａは、図１０のクエットセル用底部キャップの斜視図であり、図１５ｂは、図１５ａの底部キャップの側面図であり、図１５ｃは、図１５ｂの線Ａ−Ａに沿った底部キャップの断面側面図であり、図１５ｄは、図１５ａの底部キャップの別の側面図であり、図１５ｅは、図１５ｄの線Ｂ−Ｂに沿った底部キャップの断面側面図であり、図１５ｆは、図１５ａのスピンドルの上面図である。
【図１６】図１０のクエットセル用外管の斜視図である。
【図１７】本発明に係る回転外壁円筒形クエットセルの分解図である。
【図１８】図１８ａは、図１７の組み立てられた回転外壁クエットセルの斜視図であり、図１８ｂは、図１８ａのクエットセルの側面図であり、図１８ｃは、図１８ｂの線Ａ−Ａに沿ったクエットセルの断面側面図である。
【図１９】図１９ａは、図１７のクエットセル用セル連結器の斜視図であり、図１９ｂは、図１９ａのセル連結器の側面図であり、図１９ｃは、図１９ｂの線Ａ−Ａに沿ったセル連結器の断面側面図である。
【図２０】図２０ａは、図１７のクエットセルに対する整列カラーの斜視図であり、図２０ｂは、図２０ａの整列カラーの側面図であり、図２０ｃは、図２０ｂの線Ａ−Ａに沿った整列カラーの断面側面図である。
【図２１】図２１ａは、図１７のクエットセル用スピンドルおよび底部キャップの組み合わせの斜視図であり、図２１ｂは、図２１ａのスピンドルおよび底部キャップの側面図である。
【図２２】図１７のクエットセル用外管の斜視図である。
【図２３】本発明によるプレート−プレート分析装置の分解図である。
【図２４】図２４ａは、図２３のプレート−プレート分析装置の斜視図であり、図２４ｂは、図２４ａのプレート−プレート分析装置の側面図であり、図２４ｃは、図２４ｂの線Ａ−Ａに沿ったプレート−プレート分析装置の断面側面図である。
【図２５】図２５ａは、図２２のプレート−プレート分析装置のセル連結器の斜視図であり、図２５ｂは、図２５ａのプレート−プレート分析装置の側面図であり、図２５ｃは、図２５ｂのプレート−プレート分析装置の断面側面図であり、図２５ｄは、図２５ａのプレート−プレート分析装置の別の側面図である。
【図２６】図２６ａは、図２２のプレート−プレート分析用の連結軸の斜視図であり、図２６ｂは、図２６Ａの連結軸の側面図である。
【図２７】図２７ａは、図２３のプレート−プレート分析装置用のスピンドルの斜視図であり、図２７ｂは、図２７ａのスピンドルの側面図である。
【図２８】図２８ａは、図２３のプレート−プレート分析用の上部キャップの斜視図であり、図２８ｂは、図２８ａの上部キャップの側面図であり、図２８ｃは、図２８ｂの線Ａ−Ａに沿った断面側面図であり、図２８ｄは、図２８ａの上部キャップの別の側面図である。
【図２９】図２９ａは、図２３のプレート−プレート分析装置の上部プレートの斜視図であり、図２９ｂは、図２９ａの上部プレートの側面図であり、図２９ｃは、図２９ｂの線Ａ−Ａに沿った断面側面図である。
【図３０】図３０ａは、図２３のプレート−プレート分析装置用外管の斜視図であり、図３０ｂは、図３０ａの外管の側面図である。
【図３１】図３１ａは、図２３のプレート−プレート分析装置の底部キャップの斜視図であり、図３１ｂは、図３１ａの底部キャップの側面図であり、図３１ｃは、図３１ｂの線Ａ−Ａに沿った底部キャップの断面側面図である。
【図３２】図３２ａは、図２３のプレート−プレート分析装置の下部プレートの斜視図であり、図３２ｂは、図３２ａの下部プレートの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
［詳細な説明］
本発明は、高磁場（約２５０ＭＨｚ以上）の超伝導ＮＭＲ磁石を用いたＮＭＲ機内でレオロジーサンプルを測定するためのレオロジーユニットに関する。図１に示すように、レオロジーユニット１は、駆動軸ユニット２と、駆動軸ユニットに取り付けられた剪断セルなどの分析装置３とを備える。
【００２３】
駆動軸および分析装置は、共にＮＭＲ機の外部に取り付けられてレオロジーユニットを形成することができるように構成されるのが好ましい。その後、レオロジーユニットは、ＮＭＲ機内に配置され、分析装置内に保持されたサンプルを分析する。
【００２４】
レオロジーユニットは、分析装置が、駆動軸と分析装置との間の機械的なバックラッシュを少なくとも最小化または実質的に排除するように、駆動軸ユニットに取り付けられることができるように構成されている。
【００２５】
図１、２ａ〜２ｃ、３に示すように、駆動軸ユニットは駆動軸１１０を含み、駆動軸１１０は、連結器を介して駆動軸の第１端部に接続された出力軸を有するモータ１２０によって駆動される。モータは、モータの出力軸の回転速度、周波数および／または方向を制御する制御システム１２１に接続されるのが好ましい。これにより、モータは、駆動軸を、様々な回転速度および周波数で駆動軸の長手軸に沿って時計回りおよび反時計回りに（所望のように）回転させることができる。その反対側の第２端部で、駆動軸は、分析装置に取り付けられる。
【００２６】
モータは、サーボモータ、ステッピングモータ、サーボステッピングモータ、またはその他の任意の適切なモータであってもよい。一形態では、モータは、両軸型ステッピングモータであり、駆動軸に取り付けられた第１の軸と、駆動軸ハウジングに対する駆動軸の向きを読み取る高解像度の光学式エンコーダなどの、位置決めセンサ１２２に取り付けられた第２の軸とを有する。位置決めセンサ、または光学式エンコーダは、この情報をモータ制御システム１２１に通信する。必要に応じて、制御システムは、モータ速度、周波数、および／または駆動軸の回転方向を調整することができる。位置決めセンサと、モータと、制御システムとが、駆動軸の回転速度、周波数、方向の迅速かつ正確な調整を可能にする閉フィードバックル−プを提供し、制御システムに予めプログラムされた動作基準を満たす。これにより、確実に、駆動軸を、実験のパラメータに合わせて設定された時間間隔で駆動軸ハウジングに対して正しい位置にあるようにすることができる。
【００２７】
ステッピングモータを使用する場合、微細な回転制御も提供される。例えば、テストでは、高解像度の光学式エンコーダからのフィードバックを使用して、ステッピングモータが、駆動軸を０.０５oステップで回転させるようにプログラムすることができることが示されている。
【００２８】
一形態では、モータ１２０は、駆動軸ハウジングに取り付けられたモータマウント１３０に取り付けられ、駆動軸ハウジング内には、駆動軸が配置される。一形態では、図４ａ〜４ｃに示すように、モータマウント１３０は、円筒形の本体１３１を含み、本体１３１は、第１端部にフランジカラー１３２を備える。フランジカラー１３２は、モータ１２０が装着される第１の面１３２ａを含む。一実施形態では、モータマウントの反対側の第２端部は円筒形ブロック１３３を含み、円筒形ブロック１３３は、モータマウント本体１３１から突出し、好ましくは一対のねじ穴１３５を含む。中央に位置する穴１３４は、モータマウントを貫通して延在する。
【００２９】
モータマウントの第２端部は、図７ａ〜７ｃに示すように、略円筒形の駆動軸ハウジング１５０に取り付けられるように構成される。駆動軸ハウジング１５０は、モータマウントの中央穴１３４と略同心状に整列した中央穴を有している。一形態では、円筒形ブロック１３３は、駆動軸ハウジングの穴の第１端部１５２内に収まり、モータマウントの開口部１３５が、駆動軸ハウジングの第１端部に形成される開口部１５５と整列するように配置される。整列した開口部１３５、１５５を介して、ねじが配置され、駆動軸ハウジングをモータマウントに連結する。しかしながら、駆動軸ハウジングおよびモータマウントを共に、任意の適切な配置で取り付けてもよい。例えば、別の形態では、駆動軸ハウジングをモータマウントにねじ止めすることができるように、駆動軸ハウジングの第１端部をねじ切り、モータマウントの円筒形ブロックに設けられたねじ領域と噛み合うように構成してもよい。
【００３０】
レオロジーユニットは、図５ａ〜５ｃに示すように、略リング状の本体を有するハウジングカラー１４０を含んでもよい。ハウジングカラー１４０は、スリット開口部１４５と、スリット１４５の両側に実質的に対向する一対のねじ付き開口部１４２および１４３と有する。ハウジングカラー１４０は、中央の穴１４１を有し、その内部には、駆動軸ハウジング１５０が位置する。ハウジングカラーは、駆動軸ハウジングを実質的に囲むように構成され、所望の位置に到達するまで、駆動軸ハウジングを上下にスライドすることができる。スリット１４５により、ハウジングカラーを圧縮することができる。これにより、カラーが所望の位置にあるときに、スリットが閉じて駆動軸ハウジングの周囲の一部をカラーがクランプする。カラーは、開口部１４２および１４３のねじ切られた内部と係合するねじ等でクランプ位置に保持されて、カラーを閉じた状態に保つ。その代わりに、カラーは、他の任意の適切な手段によってクランプ位置に保持されてもよい。
【００３１】
カラーは、駆動軸ハウジングの周囲で外方に突出するリップを形成し、ＮＭＲ機の磁石の穴の中への駆動軸の挿入深さを設定するために使用される。したがって、駆動軸ハウジングの長さに沿ってカラーの位置を調整することで、レオロジーユニットをＮＭＲ機内に配置する深さを調整することができる。ハウジングカラーはまた、凹部１４４を含み、凹部１４４は、典型的なＮＭＲ機の穴内に配置された１つ以上の突起と係合するように構成されてＮＭＲ機内の定位置にレオロジーユニットを保持する。
【００３２】
上述のように、駆動軸ユニットもまた、駆動軸ハウジングを含む。駆動軸は、駆動軸ハウジング内に略同心状に配置される。
一形態では、図６および９に示すように、駆動軸は、主軸１１０および延長軸１７０の２つの部分を含む。２部構成駆動軸は、元ハウジング１５０および延長ハウジング１６０の２つの部分を含む駆動軸ハウジング内に配置される。
【００３３】
図６および９を参照すると、元ハウジング１５０は、対向する第１および第２端部１５２、１５３を有する略円筒形の本体と、ハウジングの長さに沿って延びる中央穴１５１とを含む。主軸１１０は、元ハウジングの穴内に略同心状に配置されるため、図２ｃに最もよく示されるように、主軸の第１端部１１１は、元ハウジングの第１端部１５２の近くに配置され、主軸の第２端部１１２は、元ハウジング１５３の第２端部の近くに配置される。
【００３４】
主軸の第１端部は、図１に示すように、元ハウジング１５０の第１端部を越えて、モータマウント１３０の中央の穴の中に延び、連結器１０を介してモータの出力軸１２３に接続する。モータの出力軸１２３は、他の方向からモータマウントの中央穴１３４の中に延びる。駆動軸とモータ軸とは、インライン連結器を使用して連結されるのが好ましいが、他の任意の適切な連結を使用して、駆動軸が、モータまたはモータハウジングの表面をこすることなく、回転できるようにすることもできる。
【００３５】
元ハウジング１５０の第２端部は、延長ハウジング１６０に取り付けられ、その一形態が、図８ａ〜８ｃに示されている。延長ハウジング１６０はまた、第１端部１６１および第２端部１６２を有する略円筒形の本体を含む。中央穴１６３は、延長ハウジングの長さに沿って延び、その中に延長軸１７０を収容するように構成されている。延長ハウジング内の延長軸の同心位置を保持するために、複数の軸受またはブッシュが延長ハウジングの中央穴の中に設けられている。
【００３６】
延長ハウジングは、元ハウジングに取り付けられて、細長い駆動軸ハウジングを形成するように構成される。通常、延長ハウジングは、ねじ接続を使用して、元ハウジング上にねじ止めされる。一形態では、図８ａ〜８ｃに示すように、延長ハウジング１６０の第１端部１６１は、元ハウジング１５０の第２端部１５３の穴１５１に嵌合する円筒形ブロック１６４を備える。円筒形ブロック１６４のいずれかの側に形成された一対の対向する開口部１６５は、元ハウジング１５０の第２端部のいずれかの側に形成された対向する開口部１５６と整列する。ねじ等が、整列した開口部１６５、１５６と係合し、ねじ接続を使用して元ハウジング１５０を延長ハウジング１６０に連結する。しかし、延長ハウジングは、任意の適切な配置で元ハウジングに取り付けられてもよい。例えば、延長ハウジングの第１端部がねじ付き端部で、ねじ接続を使用して元ハウジングと延長ハウジングとを共に取り付けるために、元ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合ってその上にねじ止めされてもよい。
【００３７】
延長ハウジングはまた、ねじ接続などの、堅固な接続を介して分析装置に取り付けられるように構成される。一形態では、図８ａ〜８ｃに示すように、延長ハウジング１６０の第２端部１６２の内表面は、ねじ付きであり、分析装置を駆動軸ユニットに取り付けるために、分析装置のセル連結器のねじ付き第１端部と噛み合う。この形態では、分析装置は、延長ハウジングのねじ付き第２端部にねじ止めされる。延長ハウジングの第２端部には、内部カラー１６７が設けられ、セル連結器が延長ハウジング内に挿入される深さを制御する。セル連結器の一部が、延長ハウジングの内部穴の中に保持されているため、分析装置は、延長ハウジングと整列し、使用時の延長ハウジングに対するがたつきの発生を防止する。したがって、この配置により、延長ハウジングと分析装置とは正確に整列する。代替実施形態では、ねじ等を使用し、ねじ接続を使用して延長ハウジングに分析装置を取り付けてもよい。この配置では、ねじ穴は、延長ハウジングや分析装置それぞれまたは両方から延びるねじと噛み合うために、分析装置、延長ハウジング、またはその両方に設けられる。噛み合わされたねじ領域は、２つの部品を共に保持する結合力を提供する。
【００３８】
延長軸１７０は、延長ハウジング１６０の中央穴１６１の中に略同心状に、実質的に主軸１１０に沿って配置される。図９に示すように、延長軸の第１端部１７１は、インライン連結または他の任意の適切な連結を介して主軸１１０の第２端部に連結される。延長軸の第２端部１７２は、分析装置３のスピンドルに（直接または連結軸を介して）接続し、これにより、駆動軸の回転がスピンドルを略同時に回転させ、機械的なバックラッシュを排除または少なくとも最小限に抑える。
【００３９】
モータと分析装置との間の距離は、駆動軸の長さにより、１メ−トル以上に近づけることができる。結果として、長い駆動軸は、回転すると屈曲する傾向がある。理想的には、分析装置は、一定速度で円滑に回転することができるが、駆動軸が屈曲するとこれが阻止される可能性がある。駆動軸が分析装置の回転運動に負の影響を与えることなく屈曲することを可能にする１つの方法は、上述のように、２部構成駆動軸を使用することである。長い一次駆動軸は、それでも曲がりやすい。したがって、短い延長軸を、分析装置への主軸からの回転運動を伝達するために使用する。延長軸の回転運動は、ブッシュ１８０や軸受を使用することによって滑らかに保たれる（すなわち、主軸の屈曲によってあまり影響を受けない）。ブッシュ１８０や軸受は、延長軸と係合して延長軸の両端にインライン連結を形成し、拡張部は、駆動軸および分析装置に連結される。ブッシュまたは軸受はまた、延長ハウジング内に同心状に配置された延長軸を保持するために使用される。この配置では、延長軸の円滑な回転運動が、分析装置に課される。
【００４０】
分析装置は、レオロジーまたはＮＭＲ機による分析のためのサンプルを保持するために使用されるいかなる部品または部品の配置であってもよい。例えば、分析装置は、クエットセル、剪断セル、円錐プレート装置、プレート−プレート装置等であってもよい。本発明のレオロジーユニットを、別のタイプの分析装置に取り付けてもよい。本発明の駆動軸ユニットに連結することができるいくつかの種類の分析装置の例を説明する。
【００４１】
円筒形クエットセル
本発明のレオロジーユニットで使用することができる分析装置の一形態は、図１０〜１６に示すように、円筒形クエットセル２００である。
【００４２】
図１０および１１ａ〜１１ｃに示すように、クエットセル２００は、駆動軸ユニットにクエットセルを取り付けるためのセル連結器２１０と、スピンドル２２０と、錘２３０と、底部キャップ２４０と、外管２５０とを含む。
【００４３】
図１２ａ〜１２ｃに示されるように、セル連結器２１０は、その外周の周囲に延在するカラー２１２を有する本体２１１と、セル連結器の長さに沿って延在する中央穴２１６とを備える。クエットセルが駆動軸ユニットに装着されると、セル連結器の中央穴は、延長ハウジングの中央穴と実質的に整列する。セル連結器の第１端部２１３は、上述のように、カラー２１２から突出するとともに、延長ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合うためのねじ部を有する。セル連結器の第２端部２１４は、結合器本体２１１の反対側の端部から延びており、セル連結器を外管２５０に取り付けるように構成されている。一形態において、セル連結器の第２端部は、外管２５０の第１端部内に配置されるため、外管の第１端部２５１は、セル連結器２１０のカラー２１２に当接する。セル連結器本体の周囲には、チャネル２１５が形成され、結合器本体をセル連結器の第２端部から区分けする。Ｏリング１０等のシールが、チャネル２１５内に入れ子になり、セル連結器を外管に取り付けるとともにシールする。一形態では、セル連結器は、駆動軸ユニットからセルを着脱するときにレンチ等が把持できる把持面を備える。
【００４４】
スピンドル２２０は、セル連結器の中央穴２１６の中に配置される。図１３ａ〜１３ｃに示すように、スピンドルは、セル連結器の第１端部２１３から突出する第１端部２２２を有する略円筒形の本体２２１を備え、インライン連結等を介して延長軸１７０の第２端部に取り付けられるように構成されている。スピンドルの対向する第２端部２２３は、セル連結器の第２端部から突出し、錘２３０を取り付ける。図１４ａ〜１４ｃに示すように、錘２３０は、開口した第１端部２３２と、中央穴２３３と、閉口した第２端部２３４とを有する略円筒形の本体２３１を備える。錘の中央穴２３３は、スピンドルの第２端部２２３を受容するような寸法になっている。カラー２２４は、スピンドルの第１および第２端部の間に位置し、スピンドル本体の周囲に延在している。カラー２２４は、スピンドルが錘の穴内に配置される深さを制御するために、錘の第１端部に当接している。一形態では、一対の対向する開口部２２６が、スピンドルの第２端部に形成される。開口部２２６は、錘２３０の第１端部２３２に位置する対応する対向する開口部２３５と整列し、１つ以上のねじ等が、開口部と係合してスピンドルを錘に取り付ける。
【００４５】
錘の第２端部２２３に、内部空洞を設けてもよく、流体で充填することができる。錘を回転させると、錘内の流体は、剛体のように移動する。流体は、ＮＭＲを介して見ることができ、錘の回転速度の指標を提供する。
【００４６】
上述したように、錘２３０の第２端部２３４は、閉口端である。一形態では、錘の第２端部２３４は、図１４ｂおよび１４ｃに示すように、底部キャップ２４０の第１表面２４５に形成された円錐台形状の凹部に対応するように成形された略円錐台形状の先端部２３６を含む。
【００４７】
図１５ａ〜１５ｆに示すように、底部キャップ２４０は、基部２４１と、中間部２４２と、上部２４３とを備える。上部２４３は、底部キャップの第１端部を形成し、中間部２４２の直径と略等しい直径を有する。上部２４３の第１表面２４５の周囲に、周壁２４６が延び、第１表面の上に突出している。図１４ａ〜１４ｆに示す実施形態では、周壁は、２つの対向する箇所で分断され、壁に一対の対向するスロット状開口部２４７を形成している。錘の第２端部は、上部の第１表面上の周壁によって定義される空間内にぴったり収まる。
【００４８】
円錐台形状の凹部２４８が、第１表面の中央部に形成され、スロット２４９によって二分されている。円錐台形状の凹部２４８は、錘の円錐台形状の先端部２３６に実質的に対応する。しかし、円錐台形状の凹部２４８は、錘の先端部２３６よりも深く、錘の先端部と底部キャップの第１表面との間に空隙を形成する。受容スロット２４９は、流体が空隙に追い込まれて錘の下で隔離されるのを防ぐことができる。
【００４９】
底部キャップの基部２４１は、略円筒形であり、中間部よりも直径が大きいため、基部の一部が中間部２４２の周縁部を越えて延在するリップ２４４を形成する。チャネル２４５は、底部キャップの周囲に延びて、中間部から基部を区分けする。図１０および１１ｃに示すように、チャネルは、Ｏリング１１等のシールをその中に受容するように構成される。
【００５０】
図１６は、開口した第１および第２端部２５１、２５２を有する外管２５０を示す。錘２３０が、外管内に略同心状に配置され、外管は、その第１端部２５１でセル連結器に、その第２端部２５２で底部キャップに取り付けられる。外管の第２端部２５２は、底部キャップのリップ２４４に当接し、Ｏリング１１が、外管の内面に圧接して、底部キャップに管を取り付けるとともにシールする。外管は、サンプルがセルにロ−ドされたときに気泡が識別され、除去されるのを可能にするために、透明であるのが好ましい。管は、ガラスまたはプラスチックであってもよい。
【００５１】
図１１ｃに示すように、この構成では、空洞２６０は、錘の外面と外管との間に形成される。空洞は、レオロジー分析用のサンプルを保持するように構成される。底部キャップの第１表面に形成された受容スロット２４９と底部キャップの周壁におけるスロット状開口部２４７とは、錘の下の空隙から空洞２６０への流体経路を提供する。これは、サンプル材料流体の加熱による膨張を可能にし、初期セットアップ中に気泡が閉じ込められるのを防止する。
【００５２】
この配置では、外管と、底部キャップと、錘と、スピンドルとは、内部にサンプル材料を保持することが可能な囲まれたセルを形成する。錘は、サンプルを剪断力に供するために、所望に応じて、時計回りと反時計回りに回転することができる。錘の外表面は、セルの内壁を形成し、外管は、セルの外壁を形成する。
【００５３】
上述したように、通常、使用時に、底部キャップは、外管の第２端部上に押し被せられる。その後、外管は、所望量のサンプル材料で充填され、次いで、スピンドルの第２端部と錘とが外管内に同心状に配置されるように、管の第１端部が、セル連結器の第２端部に押し被せられる。円筒形クエットセルは、その後、前述の駆動軸ユニットに取り付けられる。
【００５４】
この配置では、駆動軸（主軸および延長軸）と、スピンドルと、錘とは、略直線状の配置で同じ軸に沿って延びている。これらの構成部品の各々は、モータによる主軸の回転が、駆動軸延長部と、スピンドルと、錘とを同じ方向に、同一の回転速度で同時に回転させて、機械的なバックラッシュを少なくとも略最小限に抑えるか除去するように、まとめて取り付けられる。
【００５５】
分析装置の外管内での錘の回転により、剪断力が装置内に保持されたサンプル材料に付与される。これらの力に対するサンプル材料の反応は、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ法で分析することができる。
【００５６】
外壁円筒形クエットセルを回転させる
図１７に示すように、駆動軸ユニットに取り付けることができる分析装置の別の形態は、回転外壁円筒形クエットセル３００である。図１７、１８a〜１８ｃに示すように、回転外壁セル３００は、セル連結器３１０と、整列カラー３２０と、スピンドル３３０と、底部キャップ３４０と、外管３５０とを含む。
【００５７】
図１９ａ〜１９ｃに示すように、セル連結器３１０は、本体の周囲に延在するカラー３１２を有する本体３１１を含む。上述のように、セル連結器の第１端部３１３は、カラーから突出するとともに、延長ハウジングの第２端部１６２と噛み合うためのねじ部を有してセル連結器を延長ハウジングに接続する。このようにして、セル連結器は、駆動軸ユニットに回転外壁円筒形クエットセルを取り付ける。
【００５８】
一形態では、セル連結器は、駆動軸ユニットにセルを着脱するときに、レンチ等を把持できる把持面を含む。
セル連結器はまた、セル連結器本体３１１の反対側の端部から延びる第２端部３１４を備え、外管３５０内に略同心状に配置される。図１９ａ〜１９ｃに示すように、セル連結器の第２端部の外表面は、回転外壁クエットセルの内壁を形成し、外管は、外壁を形成する。しかしながら、他の形態では、内壁は、セル連結器とは別個に形成され、他の任意の適切な取り付け方法によりセル連結器に取り付けられる管を含んでもよい。他の取り付け方法としては、例えば、上述のように、相補型ねじ付き面の使用あるいは開口部の配置および係合ねじなどの使用により管をセル連結器の突出した第２端部に取り付けることなどが挙げられる。
【００５９】
中央に位置する穴３１５は、セル連結器の長さに沿って延在し、分析装置が駆動軸ユニットに取り付けられると延長ハウジングの中央穴と実質的に整列する。スピンドル３３０は、セル連結器の中央穴３１５の中に略同心状に配置される。スピンドルは、インライン連結器等を介して、延長軸の他端に取り付けられる第１端部３３２を有する細長い円筒体３３１を含む。スピンドルはまた、底部キャップ３４０に取り付けられる反対側の第２端部３３３を含む。セル連結器の中央穴３１５は、スピンドルを延長軸と整列させ続けるために、スピンドルと係合するブッシュまたは軸受を収容するように構成されてもよい。一形態では、第１の内部カラー３１６が、セル連結器の第１端部に形成され、第２の内部カラー３１７がセル連結器の第２の端部に形成されるように、穴３１５の直径は、中央領域の直径よりもその端部で大きくなっている。内部のカラー３１６、３１７は、ブッシュ３０、４０が、穴３１５内のスピンドル３３０の同心整列を維持し、セル連結器内でスピンドルが自由に回転できるように、それぞれカラー３１６、３１７内に収まることができるよう構成される。
【００６０】
リング状の整列カラー３２０は、セル連結器の周囲を被嵌し、セル連結器に対して外管を配置するために使用される。図２０ａ〜２０ｃに示すように、整列カラーは、第１端部３２１と、隣接する第２端部３２２と、間に延びる中央穴３２３とを含む。セル連結器の第２端部は、整列カラーの穴の中に受容される。整列カラーの第１端部の直径は、第２端部の直径よりも大きいため、第１端部は、外方に突出するリップ３２４を形成して外管３５０の第１端部３５１に当接する。整列カラー３２０は、セル連結器の第２端部を外管内に略同心状に配置し、外管を整列カラーに対して自在に回転できるように構成される。
【００６１】
底部キャップ３４０は、外管３５０の第２端部に取り付けられる。一形態において、図２１ａおよび２１ｂに示すように、底部キャップは、基部３４１と、中間部３４２と、上部３４３とを含む。図に示す実施形態では、スピンドルは、上部３４３（また、底部キャップの第１端部）の上面３４３ａに装着され、底部キャップ３４０はスピンドル３３０と一体になっている。しかしながら、他の形態において、スピンドルの第２端部は、別個に形成された底部キャップに取り付けられるように構成されてもよい。
【００６２】
底部キャップの基部３４１は、略円筒形であり、中間部よりも大きな直径を有して中間部３４２の外周を越えて延びるリップ３４４を形成する。上部の直径は、中間部の直径と略等しい。外管３５０の第２端部３５２は、底部キャップの上部および中間部を被嵌し、底部キャップの突出するリップ３４４に当接している。この配置では、セルの結合器の第２端部の端面は、底部キャップ３４０の上部の上面３４３ａに当接する。
【００６３】
チャネル３４５は、底部キャップの中間部の周囲に延在する。さらなる円周チャネル３４６が、中間部を上部から分離する。外管の第２端部に対して底部キャップの取り付けおよびシールを行うために、図１８ａおよび１８ｃに示すように、Ｏリング１２、１３などのシールが、円周チャネル３４５、３４６のそれぞれに配置される。しかしながら、底部キャップおよび外管は、任意の適切な方法で取り付けられてもよいことが想定される。例えば、外管は、底部キャップ上にねじ止めすることができる。
【００６４】
外管は、サンプルがセルにロ−ドされたときに気泡が識別され、除去されるのを可能にするために、透明であるのが好ましい。管は、ガラスまたはプラスチックであってよい。
クエットセルの内壁と外壁との間に空洞が形成されるように、外管は、セル連結器の第２端部よりも大きな直径を有する。空洞は、その中にサンプル材料を保持するのに十分なサイズである。
【００６５】
この配置では、モータが駆動軸（主軸および延長軸）を回転させると、スピンドルおよび底部キャップも回転する。外管が底部キャップに対してシールされているため、外管が回転させられる。このようにして、駆動軸の回転は、外管を、同じ回転速度で同じ方向に同時に回転させる。
【００６６】
クエットセルの内壁が、非移動延長ハウジングに取り付けられているので、内壁は、使用中静止したままである。
円筒形クエットセルの壁の曲率により、サンプル材料は、空洞全体の応力変化を示し、その応力変化は、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲを用いて分析することができる。回転外壁円筒形クエットセルは、移動面から高曲率内壁を分離し、別のレオロジー現象を提供する。
【００６７】
円錐／プレート−プレート装置
レオロジーユニットを形成するために、駆動軸ユニットに取り付けることができる他の形態の分析装置は、円錐プレートおよびプレート−プレート分析装置である。各装置は、プレート−プレート装置の上部プレートが、円錐プレート装置における円錐部で置換されることを除き、実質的に同一の部品を含む。
【００６８】
プレート−プレート分析装置４００の一形態を、図２３および２４ａ〜２４ｃに示す。プレート−プレート分析装置４００は、セル連結器４１０と、連結軸４２０と、スピンドル４３０と、上部キャップ４４０と、外管４５０と、底部キャップ４６０と、上部プレート４７０と、下部プレ−ト４８０とを含む。
【００６９】
図２５ａ〜２５ｄに示すように、セル連結器４１０は、本体４１１と、第１端部４１２と、第２端部４１３とを含む。第１端部４１２は、上述のように、本体から突出し、延長ハウジングのねじ付き第２端部と噛み合うねじ部を有して分析装置を延長ハウジングに取り付けている。図２４ｃに示すように、セル連結器の第２端部４１３は連結器本体４１１の反対側の端部から延び、上部キャップ４４０の中央の穴４４２のねじ部に噛み合ってセル連結器を上部キャップに取り付けるねじ部を含む。この配置では、上部キャップは、セル連結器に略一致しており、セル連結器の中央の穴４１５は、上部キャップの中央の穴と整列する。
【００７０】
図２５ａ〜２５ｄに示されるように、好ましい形態では、把持面４１４は、結合器本体の両側に設けられる。一形態では、把持面は、円筒形の連結器本体上に形成された略平坦な領域であり、駆動軸ユニットからセルを着脱する際にレンチ等で把持されることができる。他の形態では、把持面は、テクスチャ加工された領域であってもよい。あるいは人または装置が、分析装置を把持するのを助ける任意の他の形態をとってもよい。
【００７１】
中央穴４１５は、セル連結器の長さに沿って延在し、分析装置が駆動軸ユニットに取り付けられた際、延長ハウジングの中央穴と実質的に整列する。
商業用レオメ−タ上で従来のレオロジー実験を行う際、円錐プレートまたはプレート−プレート分析装置は、場合によっては、円錐部とプレートとの間、または２つのプレートの間に、１ｍｍ程度の隙間を有することがある。ＮＭＲ磁石内で類似の実験を実行するには、隙間を埋める流体が、磁石のＲＦコイル内の中心に位置する必要がある。この目的を達成し、全ての回転部品の正確な整列を維持するために、円錐／プレート−プレート装置は、駆動軸の追加の延長部として機能する連結軸４２０を含む。
【００７２】
図２４aおよび２４ｂに示すように、連結軸４２０は、本体４２１と、第１端部４２２と、第２端部４２３とを備える。連結軸の第１端部は、インライン連結などを介して延長軸の第２端部と係合するように構成される。連結軸の第２端部は、セル連結器の第２の端部から突出し、インライン連結等を介して、スピンドル４３０に取り付けられる。連結軸をセル連結器内に同心状に配置し、延長軸と整列させ続けるために、セル連結器の中央の穴４１５は、連結軸と係合して連結軸を整列させ続けるブッシュまたは軸受を含んでもよい。例えば、一形態において、セル連結器の穴４１５は、ブッシュ５０が中に配置された、セル連結器の第１端部に位置する第１の内部カラー４１６ａを含む。第２の内部カラー４１６ｂは、セル連結器の第２端部の穴４１５に配置される。別のブッシュ６０は、第２の内部カラー内に配置される。ブッシュ５０、６０は、連結軸を、正しい、整列した、同心の位置に維持し、また、連結軸が、セル連結器内で滑らかに回転するのを助ける。
【００７３】
図２７ａおよび２７ｂに示すように、スピンドル４３０の一形態は、カラー４３２を有する略円筒形の本体４３１を含み、カラー４３２は、本体４３１の周囲に延在する。スピンドルの第１端部４３３は、上述のように、カラー４３２から突出し、連結軸４２０の第２の端部４２３に取り付けられる。スピンドルの第２端部４３４は、スピンドル本体の対向する端部から延び、上部プレート４７０（または、装置が円錐プレート分析装置に変換される場合、円錐部）に取り付けられる。一形態では、スピンドルの第２端部４３４は、ねじ切られ、上部プレート／円錐部の中央穴４７１のねじ部と噛み合う。
【００７４】
スピンドル４３０は、図２４ｃに示すように、上部キャップ４４０の中央穴４４２内に略同心状に配置される。上部キャップは、図２８ａ〜２８ｄに示すように、第１端部４４３と対向する第２端部４４４とを有する略円筒形の本体４４１を含む。上部キャップの穴の部分は、第１端部でねじ切られ、上述したように、セル連結器のねじ付き第２端部４１３と噛み合されてねじ接続を形成する。アクセス開口部４４５を上部キャップ本体４４１に形成して、ねじ等の締め具、および近くの連結部へのアクセスを提供してもよい。
【００７５】
チャネル４４６は、上部キャップの第２端部４４４の周囲に延在し、上部キャップ内には、Ｏリング１４などのシールが配置される。上部キャップの第２端部は、外管の第１端部内に収まり、Ｏリング１４が、外管の内部表面を押圧して、上部キャップを外管４５０に取り付けてシールする。
【００７６】
図２９ａ〜２９ｃに示すように、上部プレート４７０は、上面４７２と、上面に形成された中央穴４７１とを含む。少なくとも中央穴の部分はねじ面を有している。上述したように、スピンドルのネジ付き第２端部４３４は、ねじ穴４７１と噛み合い、スピンドルを上部プレートに取り付ける。中央の穴４７１は、上部プレートが、略平坦な、中実の底面４７３を備えるように、閉じた端部を有する。
【００７７】
円錐プレ−ト分析装置を提供するために、上部プレートは、円錐形の底面を有する円錐部（図示せず）で置き換えられる。
上部プレートは、外管４５０内に配置される。外管４５０の一形態を、図３０ａおよび３０ｂに示す。外管は、通常、透明であり、プラスチックまたはガラス製であってもよい。前述したように、外管４５０の第１端部４５１は、上部キャップに取り付けられる。外管の反対側の第２端部４５２は、底部キャップ４６０に取り付けられる。分析装置が使用中であるときに外管の内部に保持されるサンプルへのアクセスを許可するように１つ以上のアクセス開口部４５３を外管４５０の周囲に配置してもよい。
【００７８】
外管の第２端部は、底部キャップ４６０に取り付けられる。一形態では、底部キャップは、図３１ａ〜３１ｃに示すように、基部４６１と、中間部４６２と、上部４６３とを含む。一形態では、上部は、ねじ付き中央穴４６６が配置される第１の表面を含む。基部４６１は、略円筒形であり、中間部よりも大きな直径を有して中間部４６２の外周を越えて延びるリップ４６４を形成する。上部の直径は、中間部と略同じである。外管の第２端部は、上部と中央部を被嵌し、底部のリップ４６４に当接する。チャネル４６５は、底部キャップの周囲に延在し、上部から中央部を分離する。Ｏリング１５は、図２３および２４ｃのに示すように、チャネル４６５内に配置され、外管の内面を押圧して外管に底部キャップを取り付けてシールする。
【００７９】
一形態では、下部プレート４８０は、底部キャップ４６０に取り付けられる。図３２ａおよび３２ｂに示すように、下部プレート４８０は、上面４８１と底面４７２とを備える。上面は、実質的に平坦であり、水平に位置するように構成されている。下部プレートの上面は、２つのプレートの間（あるいは、場合によっては、円錐部とプレートとの間）に空洞が形成されるように、上部プレート／円錐部から離間している。
【００８０】
ねじ付き取付軸４８３は、下部プレートの底面から延びており、下部プレート４８０を底部キャップ４６０にねじ止めすることにより、底部キャップのねじ付き中央穴４６６と噛み合う。他の形態では、底部キャップの上部４６３は、下部プレートを形成する略平坦な上面を含む。
【００８１】
下部プレートと底部キャップとの間にスペ−サを使用して、上部プレート／円錐部と下部プレートとの間の空洞の高さを変更することができる。
レオロジーユニットの構成部品の各々は、モータが回転する際の機械的なバックラッシュを少なくとも最小限にするかまたは実質的に排除するように連結される。したがって、モータが駆動軸（主軸と延長軸）を回転させると、連結軸と、スピンドルと、上部プレート／円錐部とは、同じ速度でかつ同じ方向に同時に回転する。下部プレートは、サンプル材料を保持し、静止したままである。
【００８２】
使用中に、場合によって、サンプル材料は、下部および上部プレートの間または下部プレートと円錐部との間に形成された空洞において下部プレート上に配置される。下部プレートは、外管に形成されたアクセス開口部を介してアクセスされる。分析装置は、上述したように、駆動軸ユニットに取り付けられて、レオロジーユニットを形成する。サンプル材料を下部プレート上に置く前または後に、分析装置を駆動軸ユニットに取り付けることができる。レオロジーユニットは、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ実験のためのＮＭＲ機の磁石穴内に収まる略円筒形の細長い装置である。
【００８３】
利点
上述の分析装置のいずれも、駆動軸ユニットに取り付けて、ＮＭＲ機の広口径超伝導磁石のＲＦコイルおよび撮像システム内に収まる略円筒形のレオロジーユニットを形成することができる。各分析装置は、レオロジーユニットをＮＭＲ機にロ−ドする前に駆動軸ユニットに直接取り付けることができる。
【００８４】
レオロジーユニットをＮＭＲ機の穴の中に配置する前に、分析装置を駆動軸ユニットに取り付けることにより、分析装置と駆動軸とを正確に整列させ、レオロジーユニットの構成部品間の接続を堅固にすることが可能である。これにより、機械的なバックラッシュを排除または少なくとも最小限に抑えることができる。
【００８５】
本発明のレオロジーユニットが機械的なバックラッシュを最小化または実質的に回避するため、また、レオロジーユニットが振動運動の下で動作することができるので、本発明のレオロジーユニットは、従来技術の装置では現在不可能な広い範囲の剪断プロファイルを生成するために使用することができる。
【００８６】
本発明はまた、Ｒｈｅｏ-ＮＭＲ実験を伝統的なレオロジー技術に整合させて、入手可能な剪断プロファイルの範囲をさらに拡大することができる。特に、大振幅振動剪断実験にレオロジーユニットを使用することが可能である。ステッピングモータ、プログラム可能な制御システム、例えば高解像度の光学式エンコーダなどの位置センサを使用して、実験中の駆動軸の回転数、速度および／または方向を変化させることにより、本発明のレオロジーユニットを使用して、振動運動および他の高度な運動プロファイル（例えば、始動段階中に発生するようなもの）を実現することも可能である。
【００８７】
本発明のレオロジーユニットにより、モータおよび制御システムが、駆動軸の速度、回転周波数、および／または回転の方向を調整するのが可能になり、モータに搭載された光学式エンコーダからのフィードバックに応じて、予めプログラムされたパラメータを達成する場合、本発明を使用して広い範囲の実験を実施することができるとともに、剪断プロファイルの高度な制御が可能となる。
【００８８】
また、本発明の駆動軸ユニットにより、異なる形状の分析装置（剪断セルなど）を同一の駆動軸ユニットに取り付けることが可能になるため、サンプル材料を様々な条件下で測定することができる。
【００８９】
本発明を実施例により説明してきたが、変形および変更は、特許請求の範囲に定義される本発明の範囲から逸脱することなく、なされ得ることが理解されるべきである。さらに、既知の等価物が特定の機能に存在する場合、そのような等価物は、本明細書で具体的に言及されたかのように組み込まれる。
【００９０】
例えば、２部構成駆動軸および２部構成駆動軸ハウジングを上記に記載したが、本発明のレオロジーユニットは、代替的に、単軸構成駆動軸ハウジング内に配置された単軸構成駆動軸を含むことができる。駆動軸の柔軟性の影響を低減するために、軸は精密設計され、ブッシュまたは軸受を使用して駆動軸ハウジング内に略同心状に配置される。駆動軸の第１および第２端部は、上述のように、インライン連結等を用いて、それぞれモータおよび分析装置に取り付けられる。上述のように、駆動軸ハウジングの第１端部は、モータマウントを支持し、駆動軸ハウジングの第２端部は、ねじ切られて、分析装置のセル連結器のねじ付き第１端部と噛み合う。したがって、本発明で使用される駆動軸は、１軸構成駆動軸または図面に示される２部構成駆動軸などの、実質的に整列した一連の駆動軸であってもよい。同様に、本発明で使用される駆動軸ハウジングは、単一部品ハウジングまたは実質的に整列した一連の駆動軸ハウジングであってもよい。両方の形態で、駆動軸および駆動軸ハウジングは、少なくとも機械的なバックラッシュを最小化または排除するねじ接続を使用して、駆動軸ユニットを分析装置に取り付けるように構成される。
【００９１】
また、本発明の好適な形態では、本発明の１つ以上の部分が、本発明の１つ以上の他の部分の中央穴内に嵌合されるものとして記載されているが、本発明の範囲から逸脱することなく逆の配置も使用できることが理解されるべきである。例えば、取付装置の底部キャップは、外管内に収まる部分を有するものとして説明したが、代わりに、底部キャップおよび外管は、外管が底部キャップに形成された穴またはカラー内に収まるように修正することができる。同様に、本発明の１つ以上の部分が、その中にＯリングを受容するための少なくとも１つのチャネルを有することにより、１つ以上の他の部品に対してシールされるようになっているが、これらの部品は、当業者によって理解されるように、必要な結合および／またはシールを提供する任意の他の適切な方法で構成されることができることが想定される。例えば、２つの部分は、ねじを使用して、またはある部分のねじ領域を他の部分のねじ領域上にねじ込むことにより、共にねじ止めすることができる。
【００９２】
また、本発明は、レオロジーユニットの上部にモータおよび底部に分析装置を有するものとして説明し例示してきたが、本発明の他の形態では、分析装置はレオロジーユニットの上部に配置され、モータはユニットの底部に配置されることが想定される。この配置では、レオロジーユニットは、機械の底部からＮＭＲ機に供給されることができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１３ｃ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
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【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
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【図１５ｅ】
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【図１５ｆ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１８ｃ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０ａ】
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【図２０ｂ】
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【図２０ｃ】
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【図２１ａ】
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【図２１ｂ】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４ａ】
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【図２４ｂ】
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【図２４ｃ】
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【図２５ａ】
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【図２５ｂ】
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【図２５ｃ】
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【図２５ｄ】
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【図２６ａ】
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【図２６ｂ】
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【図２７ａ】
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【図２７ｂ】
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【図２８ａ】
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【図２８ｂ】
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【図２８ｃ】
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【図２８ｄ】
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【図２９ａ】
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【図２９ｂ】
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【図２９ｃ】
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【図３０ａ】
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【図３０ｂ】
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【図３１ａ】
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【図３１ｂ】
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【図３１ｃ】
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【図３２ａ】
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【図３２ｂ】
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【国際調査報告】
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