特開 2024-131181 ＮＭＲ測定用試料管

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024131181

(43)【公開日】2024-09-30

(54)【発明の名称】ＮＭＲ測定用試料管

(51)【国際特許分類】

   G01N 24/00 20060101AFI20240920BHJP

【ＦＩ】

G01N24/00 510A

G01N24/00 510F

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023041283

(22)【出願日】2023-03-15

(71)【出願人】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】301023238

【氏名又は名称】国立研究開発法人物質・材料研究機構

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 由宇生

(72)【発明者】

【氏名】戸田 充

(72)【発明者】

【氏名】端 健二郎

(57)【要約】

【課題】ＮＭＲ測定用試料管において、内容器から外容器へ伝わる熱の量を少なくする。
【解決手段】試料管１６は、内容器４０及び外容器４２を含む。内容器４０内に試料が収容される。第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６は、回転中心軸方向（ｚ方向）から内容器４０を保持する。第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６は、それぞれ、ｚ方向に伸長しており、断熱材料により構成される。内容器４０と外容器４２の間に、ｚ方向に広がる筒状の隙間が設けられている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外部からの熱線により間接的又は直接的に加熱される試料を収容した内容器と、
前記内容器を収容した外容器であって、回転中心軸方向に伸長したスリーブと、前記スリーブの一方端側に設けられた第１キャップと、前記スリーブの他方端側に設けられた第２キャップと、を有する外容器と、
断熱材料により構成され、前記回転中心軸方向へ伸長しており、前記回転中心軸方向から前記内容器の一方端部を保持する第１保持部材と、
断熱材料により構成され、前記回転中心軸方向へ伸長しており、前記回転中心軸方向から前記内容器の他方端部を保持する第２保持部材と、
を含み、
前記内容器から前記第１保持部材及び前記第２保持部材を介して前記外容器へ熱が伝わる、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項2】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１保持部材の熱伝導率及び前記第２保持部材の熱伝導率は、いずれも、前記内容器の熱伝導率より小さい、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項3】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記内容器と前記外容器の間に前記回転中心軸方向に伸長した筒状の隙間が設けられ、
前記筒状の隙間は、前記回転中心軸方向において前記内容器の側面を超えている、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項4】

請求項３記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１保持部材は、前記内容器の一方端部を保持する第１近位端部と、前記第１近位端部から離れた第１遠位端部と、前記第１近位端部と前記第１遠位端部の間の第１中間部と、を含み、
前記第２保持部材は、前記内容器の他方端部を保持する第２近位端部と、前記第２近位端部から離れた第２遠位端部と、前記第２近位端部と前記第２遠位端部の間の第２中間部と、を含み、
前記筒状の隙間は、前記第１近位端部の側面、前記第１中間部の側面、前記第２近位端部の側面、及び、前記第２中間部の側面を包み込んでいる、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項5】

請求項４記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１キャップにより前記第１遠位端部が保持されており、
前記第２キャップにより前記第２遠位端部が保持されている、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項6】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１保持部材及び前記第２保持部材は同じ形態を有し、
前記第１保持部材及び前記第２保持部材は互いに逆向きで配置されている、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項7】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１キャップ及び前記第２キャップの内で少なくとも前記第１キャップは、前記熱線を通過させる空洞を有し、
前記第１保持部材及び前記第２保持部材の内で少なくとも前記第１保持部材は、前記熱線を通過させる空洞を有する、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項8】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記熱線はレーザー光であり、
前記内容器が前記レーザー光を吸収し、これにより前記内容器において熱が生じ、
前記内容器で生じた熱が前記試料に伝わる、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項9】

請求項８記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記内容器は、
前記レーザー光を吸収する底壁を有し、前記試料を収容した本体と、
前記本体が有する開口を塞ぐ開閉可能な蓋と、
を含む、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項10】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１保持部材及び前記第２保持部材は、それぞれ、前記回転中心軸方向に伸長した複数のスリットを含む、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【請求項11】

請求項１記載のＮＭＲ測定用試料管において、
前記第１保持部材及び前記第２保持部材は、それぞれ、ジグザグ熱伝導経路を生じさせる内筒、中間筒及び外筒を含む多重構造を備える、
ことを特徴とするＮＭＲ測定用試料管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＮＭＲ測定用試料管に関し、特に、ＭＡＳモジュール内に配置されるＮＭＲ測定用試料管に関する。

【背景技術】

【0002】

固体試料のＮＭＲ（Nuclear Magnetic Resonance）測定では、必要に応じて、ＭＡＳ（Magic-Angle Spinning）モジュールが用いられる。ＭＡＳモジュールは、ＮＭＲ測定用プローブ内に配置され、試料管を静磁場方向に対して所定角度（５４．７°）傾けつつ、試料管を高速で回転させる装置である。ＭＡＳモジュールに試料管がセットされた状態において試料管内の試料を加熱することにより試料の温度を操作したい場合がある。

【0003】

特許文献１には、ＭＡＳモジュールを備えたＮＭＲ測定用プローブが開示されている。ＭＡＳモジュール内には試料管が配置されている。試料管内の試料に対して赤外線が照射されている。具体的には、試料管は、外容器と、それに収容された内容器と、を有する。内容器の中に試料が収容されている。内容器は、透明な蓋を有する。その透明な蓋を通じて試料に対して赤外線が照射され、これにより試料が加熱されている。内容器は、外容器の内面から径方向に突出した複数のリブによって保持されている。換言すれば、内容器は径方向から保持されている。内容器から外容器への熱伝導の方向は径方向である。

【0004】

上記特許文献１に開示された構成では、試料管の直径を小さくすればするほど、内容器から外容器への熱伝導経路が短くなるので、流出する熱量を抑制することが難しくなる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５２３３０４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、ＮＭＲ測定用試料管において、内容器から外容器へ伝わる熱の量を少なくすることにある。あるいは、本発明の目的は、内容器の中に収容された試料の温度を高められるようにすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係るＮＭＲ測定用試料管は、外部からの熱線により間接的又は直接的に加熱される試料を収容した内容器と、前記内容器を収容した外容器であって、回転中心軸方向に伸長したスリーブと前記スリーブの一方端側に設けられた第１キャップと前記スリーブの他方端側に設けられた第２キャップとを有する外容器と、断熱材料により構成され、前記回転中心軸方向へ伸長しており、前記回転中心軸方向から前記内容器の一方端部を保持する第１保持部材と、断熱材料により構成され、前記回転中心軸方向へ伸長しており、前記回転中心軸方向から前記内容器の他方端部を保持する第２保持部材と、を含み、前記内容器から前記第１保持部材及び前記第２保持部材を介して前記外容器へ熱が伝わる、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、ＮＭＲ測定用試料管において、内容器から外容器へ伝わる熱の量が少なくなる。あるいは、本発明によれば、ＮＭＲ測定用試料管において、内容器の中に収容された試料の温度を高められる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る試料管を収容したＭＡＳモジュールを示す断面図である。

【図2】実施形態に係る試料管を示す斜視断面図である。

【図3】実施形態に係る試料管を示す断面図である。

【図4】試料管の変形例を示す断面図である。

【図5】保持部材の第１変形例を示す斜視図である。

【図6】保持部材の第２変形例を示す斜視断面図である。

【図7】保持部材の第３変形例を示す斜視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

【0011】

（１）実施形態の概要
実施形態に係るＮＭＲ測定用試料管は、内容器、外容器、第１保持部材、及び、第２保持部材を有する。内容器は、外部からの熱線により間接的又は直接的に加熱される試料を収容した容器である。外容器は、内容器を収容した容器であり、回転中心軸方向に伸長したスリーブと、スリーブの一方端側に設けられた第１キャップと、スリーブの他方端側に設けられた第２キャップと、を有する。第１保持部材は、断熱材料により構成され、回転中心軸方向へ伸長しており、回転中心軸方向から内容器の一方端部を保持する。第２保持部材は、断熱材料により構成され、回転中心軸方向へ伸長しており、回転中心軸方向から内容器の他方端部を保持する。内容器から第１保持部材及び第２保持部材を介して外容器へ熱が伝わる。

【0012】

上記構成によれば、第１保持部材及び第２保持部材が回転中心軸方向から内容器を保持しているので、内容器から外容器までの熱伝導経路を長くすることが可能となる。試料管それ全体は回転中心軸方向に伸長しているので、回転中心軸方向に伸長した断熱材料を用いるのは非常に合理的である。よって、上記構成によれば、試料管を細径化できるので、試料管の回転速度を上げられる。また、試料の温度を高められるので、従来においては実現困難であった高い温度を有する試料に対してＮＭＲ測定を行える。

【0013】

熱線は、望ましくは、レーザー光である。レーザー光以外のエネルギー線が利用されてもよい。内容器による熱線の吸収によって内容器の中の試料が間接的に加熱されてもよいし、内容器を透過した熱線によって試料が直接的に加熱されてもよい。間接的な加熱方式を採用した場合、内容器がオーブンのように機能するので、試料の光吸収特性にかかわらず試料を確実に加熱できる。断熱材料は、内容器を構成する材料よりも熱を伝え難い材料である。外容器は、例えば、物理的強度を備えた材料により構成される。

【0014】

実施形態において、第１保持部材の熱伝導率及び第２保持部材の熱伝導率は、いずれも、内容器の熱伝導率より小さい。逆に言えば、内容器の熱伝導率は、断熱材料の熱伝導率より大きい。内容器の熱伝導率を高くし、且つ、内容器における温度勾配を小さくすることにより、試料それ全体の温度を高められる。

【0015】

実施形態において、内容器と外容器の間に回転中心軸方向に伸長した筒状の隙間が設けられている。筒状の隙間は、回転中心軸方向において内容器の側面を超えている。この構成によれば、内容器の側面（外面）から外容器の内面への直接的な熱伝導が遮断される。

【0016】

実施形態において、第１保持部材は、内容器の一方端部を保持する第１近位端部と、第１近位端部から離れた第１遠位端部と、第１近位端部と第１遠位端部の間の第１中間部と、を含む。第２保持部材は、内容器の他方端部を保持する第２近位端部と、第２近位端部から離れた第２遠位端部と、第２近位端部と第２遠位端部の間の第２中間部と、を含む。筒状の隙間は、第１近位端部の側面、第１中間部の側面、第２近位端部の側面、及び、第２中間部の側面を包み込んでいる。この構成によれば、内容器から外容器を熱的に遠ざけることが可能となる。

【0017】

実施形態に係るＮＭＲ測定用試料管において、第１キャップにより第１遠位端部が保持されており、第２キャップにより第２遠位端部が保持されている。この構成によれば、部品点数を削減できる。

【0018】

実施形態に係るＮＭＲ測定用試料管において、第１保持部材及び第２保持部材は同じ形態を有する。第１保持部材及び第２保持部材は互いに逆向きで配置されている。この構成によれば、試料管の製造コストを低減できる。また、２つの保持部材の配置に起因して生じる静磁場の乱れ（又は非一様性）を小さくすることが可能となる。

【0019】

実施形態に係るＮＭＲ測定用試料管において、第１キャップ及び第２キャップの内で少なくとも第１キャップは、熱線を通過させる空洞を有する。第１保持部材及び第２保持部材の内で少なくとも第１保持部材は、熱線を通過させる空洞を有する。この構成によれば、試料管において、熱線の通過経路を確保できる。更に、第２キャップ及び第２保持部材のそれぞれに対して空洞を形成してもよい。そのような構成によれば、内容器の両側から内容器へ向けて２つの熱線を照射することが可能となる。

【0020】

実施形態において、熱線はレーザー光である。内容器がレーザー光を吸収し、これにより内容器において熱が生じる。内容器で生じた熱が試料に伝わる。この構成によれば、内容器がオーブンのように機能し、内容器に収容された試料が加熱される。

【0021】

実施形態において、内容器は、レーザー光を吸収する底壁を有し、試料を収容した本体と、本体が有する開口を塞ぐ開閉可能な蓋と、を含む。本体及び蓋を同じ熱伝導材料で構成してもよい。

【0022】

第１保持部材及び第２保持部材のそれぞれに対して、回転中心軸方向に伸長した複数のスリットを設けてもよい。複数のスリットの形成により、各保持部材における熱伝導断面積を小さくできる。これにより、熱流束（つまり流出する熱量）を効果的に抑制できる。

【0023】

第１保持部材及び第２保持部材のそれぞれに対して、多重構造を設けてもよい。多重構造は、ジグザグ熱伝導経路を生じさせる内筒、中間筒及び外筒を含む。例えば、内筒の遠位端と中間筒の遠位端とが連結され、且つ、中間筒の近位端と外筒の近位端とが連結される。その場合、内筒の近位体が熱流入端となり、外筒の遠位端が熱流出端となる。あるいは、外筒の遠位端と中間筒の遠位端とが連結され、且つ、中間筒の近位端と内筒の近位端とが連結される。その場合、外筒の近位端が熱流入端となり、内筒の遠位端が熱流出端となる。ジグザグ熱伝導経路によれば、熱流束を効果的に抑制できる。

【0024】

（２）実施形態の詳細
図１には、ＮＭＲ測定用プローブ１０が示されている。プローブ１０は、試料のＮＭＲ測定において使用される装置である。具体的には、プローブ１０は、静磁場発生器の中に挿入された状態で使用される。プローブ１０は、円筒状のケース１２を有する。

【0025】

プローブ１０内には、ＭＡＳモジュール１４が配置されている。ＭＡＳモジュール１４は、本実施形態に係る試料管１６を収容及び保持しつつ、その試料管１６を高速で回転させる装置である。試料管１６は、静磁場方向に対して所定角度傾いている。図１において、Ｚ方向が静磁場方向であり、それは垂直方向に相当する。Ｘ方向は第１水平方向である。図１には示されていないＹ方向が第２水平方向である。

【0026】

試料管１６は回転中心軸Ｃを有する。試料管１６は回転中心軸Ｃを中心として回転運動する。具体的には、ＭＡＳモジュール１４は、ハウジング１４Ａを有し、ハウジング１４Ａ内には、第１ラジアルベアリング２０及び第２ラジアルベアリング２２が設けられている。各ラジアルベアリング２０，２２は、いずれも、ガスベアリングであり、つまり、試料管１６の周囲から試料管１６に対してベアリングガスを吹き付ける装置である。また、ハウジング１４Ａ内には、タービンノズル２４が設けられている。タービンノズル２４は、試料管１６が有するタービンブレードに対してドライブガスを吹き付ける装置である。

【0027】

試料管１６内には試料１８が収容されている。試料１８は例えば粉体である固体試料である。試料１８の加熱に伴って試料１８の状態が変化する。ハウジング１４Ａ内にはスラストベアリング２３が設けられている。スラストベアリング２３もガスベアリングの一種である。実施形態に係るスラストベアリング２３は中空構造を有する。

【0028】

第１ラジアルベアリング２０、第２ラジアルベアリング２２、及び、スラストベアリング２３に対して、ベアリングガス２６が供給されている。タービンノズル２４に対して、ドライブガス２８が供給されている。試料管１６の回転速度を検出するために、発光用光ファイバ３０及び受光用光ファイバ３２が設けられている。

【0029】

図示されていないレーザー装置で生成されたレーザー光３４がプローブ１０内に導かれている。レーザー光３４は、試料管１６内の試料を加熱するための熱線である。実施形態においては、後述するように、試料を収容した内容器の底壁に対してレーザー光３４が照射されている。内容器でのレーザー光３４の吸収により、内容器で熱が生じる。その熱により試料が加熱される。レーザー光３４は例えば近赤外レーザー光である。

【0030】

プローブ１０内には、ミラー３６を含む光学設備が設けられている。ミラー３６は、レーザー光３４を反射するものである。反射前のレーザー光が符号３４Ａで示されており、反射後のレーザー光が符号３４Ｂで示されている。反射後のレーザー光３４Ｂが、スラストベアリング２３の内部を通じて、試料管１６の内部へ進行している。

【0031】

なお、レーザー光３４による試料の加熱と共に、高温のガスが試料管に吹き付けられてもよい（符号３８を参照）。試料の加熱のために、ベアリングガス２６等の温度が操作されてもよい。レーザー光３４に代わる熱線として、マイクロ波、赤外線等が挙げられる。

【0032】

図２には、実施形態に係る試料管１６が示されている。ｚ方向は回転中心軸方向である（回転中心軸に平行な方向であるとも言い得る）。ｘ方向及びｙ方向は、ｚ方向に直交している。

【0033】

試料管１６はｚ方向に伸長しており、それ全体として円柱状又は棒状の形態を有する。試料管１６は、内容器４０、外容器４２、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６を有する。第１ホルダ４４は第１保持部材として機能し、第２ホルダ４６は第２保持部材として機能する。

【0034】

内容器４０は、本体４８及び蓋５０により構成される。本体４８は、底壁４８Ａ及び側壁４８Ｂにより構成される。底壁４８Ａは、－ｚ方向へ突出した突出部を有する。その突出部の端面が受光面６０である。受光面６０は図示の構成例において平面である。底壁４８Ａは、環状の肩部５８を有する。側壁４８Ｂは、円筒状の形態を有する。側壁４８Ｂの外面が内容器４０の側面に相当する。本体４８の内部が試料室４０Ａである。

【0035】

蓋５０は、大径部５０Ａと、＋ｚ方向へ突出した突出部５０Ｂと、－ｚ方向へ突出した突出部５０Ｃと、を有する。突出部５０Ｃが本体４８内に差し込まれている。蓋５０は、環状の肩部６２及び環状の肩部６４を有する。蓋５０は、本体４８が有する開口を開閉する部材である。環状の肩部６４に対して側壁４８Ｂの先端が突き当たっている。

【0036】

外容器４２は、スリーブ５２、第１キャップ５４、及び、第２キャップ５６により構成される。スリーブ５２は、ｚ方向に伸長しており、円筒状の形態を有する。スリーブ５２の一方端側に第１キャップ５４が設けられており、スリーブ５２の他方端側に第２キャップ５６が設けられている。

【0037】

第１キャップ５４は、環状のベース５４Ａ及び＋ｚ方向へ突出した挿入部５４Ｂにより構成される。挿入部５４Ｂの先端部は先細形状を有し、その先端部には傾斜面としてのテーパー面６８が設けられている。挿入部５４Ｂにｚ方向に平行な複数のスリットを設けてもよい。第１キャップ５４は中空部材であり、その内部は空洞５４Ｃである。空洞５４Ｃは外界に臨む開口を有する。

【0038】

第２キャップ５６は、タービンブレード５６Ａ及び－方向へ突出した挿入部５６Ｂを有する。挿入部５６Ｂの先端部は先細形状を有し、その先端部には傾斜面としてのテーパー面７０が設けられている。挿入部５６Ｂにｚ方向に平行な複数のスリットを設けてもよい。第２キャップ５６は中空部材であり、その内部は空洞５６Ｃである。図示の構成例では、空洞５６Ｃは外界に臨む開口を有していない。もっとも、第２キャップ５６において、空洞５６Ｃを外界に繋げる開口を形成してもよい。

【0039】

タービンブレード５６Ａには、複数のブレード要素が含まれる。第１キャップ５４にタービンブレードを設けてもよく、第１キャップ５４及び第２キャップ５６の両方にタービンブレードを設けてもよい。

【0040】

外容器４２の内部には、内容器４０を保持し且つ断熱作用を発揮する第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６が設けられている。以下、第１ホルダ４４及び第２ホルダについて詳述する。

【0041】

第１ホルダ４４は、ｚ方向に伸長しており、それは概ね筒状の形態を有する。第１ホルダ４４によって、内容器４０の一方端部（図２において下側端部）が保持される。これと同様に、第２ホルダ４６は、ｚ方向に伸長しており、それは概ね筒状の形態を有する。第２ホルダ４６によって、内容器４０の他方端部（図２において上側端部）が保持される。

【0042】

第１ホルダ４４の内部は空洞４４Ｄである。空洞４４Ｄは空洞５４Ｃに連なっている。第２ホルダ４６の内容は空洞４６Ｄである。空洞４６Ｄは空洞５６Ｃに連なっている。空洞５４Ｃ及び空洞４４Ｄは、レーザー光用の通路として機能する。第２キャップ５６に対して開口を形成し、空洞５６Ｃ及び空洞４６Ｄをレーザー光用の通路として機能させてもよい。

【0043】

詳しくは、第１ホルダ４４は、筒状部４４Ａ、大径部４４Ｂ及び突出部４４Ｃにより構成される。それらはｚ方向に並んでいる。筒状部４４Ａは、第１ホルダ４４における近位端部及び中間部に相当する。筒状部４４Ａの先端が底壁４８Ａにおける突出部の周囲に差し込まれている。筒状部４４Ａの先端が肩部５８に突き当たっている。本願明細書では、内容器４０に近い位置を近位と表現し、内容器４０から遠い位置を遠位と表現する。

【0044】

大径部４４Ｂ及び突出部４４Ｃは、第１ホルダ４４における遠位端部に相当する。大径部４４Ｂの側面（外面）がスリーブ５２の内面に接触している。突出部４４Ｃは－ｚ方向に突出しており、それは第１キャップ５４内に差し込まれている。＋ｚ方向に突出した挿入部５４Ｂの先端が、第１ホルダ４４における肩部６６に突き当たっている。その状態では、テーパー面６８の一部がスリーブ５２の内面に接触している。

【0045】

第２ホルダ４６の形態は、第１ホルダ４の形態と同一である。但し、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６は互いに逆向きで配置されている。

【0046】

具体的には、第２ホルダ４６は、筒状部４６Ａ、大径部４６Ｂ及び突出部４６Ｃにより構成される。それらはｚ方向に並んでいる。筒状部４６Ａは、第２ホルダ４６における近位端部及び中間部に相当する。筒状部４６Ａの先端が＋ｚ方向へ突出した突出部５０Ｂ周囲に差し込まれており、同時に、その先端が肩部６２に突き当たっている。＋ｚ方向へ突出した突出部５０Ｂは、筒状部４６Ａの中に差し込まれている。

【0047】

大径部４４Ｂ及び突出部４４Ｃは、第２ホルダ４６における遠位端部に相当する。大径部４６Ｂの側面（外面）がスリーブ５２の内面に接触している。突出部４６Ｃは＋ｚ方向に突出しており、それは第２キャップ５６内に差し込まれている。－ｚ方向に突出した挿入部５６Ｂの先端が、第２ホルダ４６における肩部６９に突き当たっている。その状態では、テーパー面７０の一部がスリーブ５２の内面に接触している。

【0048】

後に詳述するように、内容器４０の外面とスリーブ５２の内面との間に筒状の隙間が設けられている。筒状の隙間はｚ方向に伸長しており、具体的には、ｚ方向において、内容器４０を超えて、第１ホルダ４４の中間部及び第２ホルダ４６の中間部まで及んでいる。

【0049】

内容器４０（つまり本体４８及び蓋５０）は、相対的に見て熱伝導が良好な第１材料により構成される。第１材料は、例えば、窒化アルミ、炭化ケイ素等のセラミックである。参考までに、窒化アルミの熱伝導率は１５０～２３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。

【0050】

保持部材（つまり第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６）は、相対的に見て、熱伝導が良くない、つまり絶縁性が良好な第２材料により構成される。例えば、第２材料は、ジルコニア、石英等である。参考までに、ジルコニアの熱伝導率は３Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。窒化アルミの熱伝導率は、ジルコニアの熱伝導率の約５０～７５倍である。第１材料の熱伝導率をλ１と表記し、第２材料の熱伝導率をλ２と表記した場合、λ１＞λ２の関係が成立している。

【0051】

外容器４２（つまりスリーブ５２、第１キャップ５４及び第２キャップ５６）は、物理的に強い第３材料により構成される。第３材料は、例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、安定化ジルコニア、等である。参考までに、窒化ケイ素の熱伝導率は２０～２７Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。第３材料の熱伝導率をλ３と表記した場合、実施形態においては、λ１＞λ３＞λ２の関係が成立している。

【0052】

組立時には、スリーブ５２の中に、試料を収容した内容器４０が配置され、次に、スリーブの中における内容器４０の両側に、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６が配置される。その後、スリーブ５２の両端部に第１キャップ５４及び第２キャップ５６が取り付けられる。

【0053】

第１キャップ５４及び第２キャップ５６によって、スリーブ５２内の積層体（第１ホルダ４４、内容器４０及び第２ホルダ４６）が挟み込まれる。具体的には、第１ホルダ４４の遠位端部が第１キャップ５４によって保持され、第２ホルダ４６の遠位端部が第２キャップ５６によって保持される。内容器４０の一方端部が第１ホルダ４４の近位端部によって保持され、内容器４０の他方端部が第２ホルダ４６の近位端部によって保持される。

【0054】

なお、底壁４８Ａにおける突出部と第１ホルダ４４の筒状部４４Ａとの間に、環状の隙間を設けてもよい。そのような構成を採用すれば、底壁４８Ａから第１ホルダ４４へ直接的に移動する熱の量を少なくできる。

【0055】

図３には、試料管１６の断面が示されている。上述のように、内容器４０は本体４８及び蓋５０により構成される。内容器４０内に試料８９が収容されている。外容器４２は、スリーブ５２、第１キャップ５４及び第２キャップ５６により構成される。ｚ方向は、回転中心軸Ｃに対して並行な方向である。第１ホルダ４４、内容器４０及び第２ホルダ４６はｚ方向に並んでいる。

【0056】

内容器４０における底壁は受光面６０を有する。レーザー光９２が、開口９０、空洞５４Ｃ及び空洞４４Ｄを通過して受光面６０に達している。これにより底壁においてレーザー光が吸収され、底壁で熱が生じる。その熱が図３に示されるように内容器４０それ全体に伝わる。内容器４０から試料８９へ熱が伝わる。これによって試料が加熱される。内容器４０がそれ全体として高温になる。レーザー光の強度の調整により試料の温度が調整される。試料の加熱により到達可能な最高温度は、例えば、７００℃以上、又は、１０００℃以上である。本願明細書において挙げる数値はいずれも例示に過ぎないものである。

【0057】

実施形態に係る試料管１６においては、第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６により、内容器４０がｚ方向から保持されている。その結果、内容器４０の側面（外面）Ｓ１とスリーブ５２の内面Ｓ２との間に筒状の隙間８８が生じている。筒状の隙間８８は、ｚ方向において、内容器４０の側面Ｓ１を超えて、第１ホルダ４４の中間部及び第２ホルダ４６の中間部まで及んでいる。第１ホルダ４４の遠位端部及び第２ホルダ４６の遠位端部が外容器４２に接触している。

【0058】

ここで、ｚ方向に着目する。符号７１は内容器４０の側面Ｓ１の幅を示しており、符号７２は第１ホルダ４４の近位端部の幅を示しており、符号７４は第１ホルダ４４の中間部の幅を示しており、符号７８は第２ホルダ４６の近位端部の幅を示しており、符号８０は第２ホルダ４６の中間部の幅を示している。それらの幅を足したものが筒状の隙間８８のｚ方向の幅８６に相当する。なお、符号７６は第１ホルダ４４の遠位端部の幅を示しており、符号８４は第２ホルダ４６の遠位端部の幅を示している。

【0059】

ちなみに、試料管１６のｚ方向の長さは、例えば１５～２５ｍｍである。試料管の外径は、例えば３～５ｍｍである。内容器４０の外径は、例えば１．３～１．５ｍｍである。筒状の隙間８８の厚みは、例えば０．１～０．３ｍｍである。

【0060】

図３に示されるように、内容器４０から－ｚ方向及び＋ｚ方向へ熱が流出しようとする。しかし、内容器４０の両側には、断熱材料で構成され且つｚ方向に伸長した第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６が設けられている。実施形態では、内容器４０が第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６のみに接している。よって、内容器４０から外容器４２への熱の流出が効果的に抑制される。これにより、加熱温度の上限を引き上げることが可能である。また、実施形態に係る構成によれば、試料管１６の外径を小さくしても、熱伝導経路の長さを維持することが容易である。

【0061】

図４には、試料管の変形例が示されている。内容器４０ａは本体４８ａ及び蓋５０ａで構成されている。内容器４０ａにおける少なくとも底壁９４が透明な材料（例えば石英）により構成されている。内容器４０ａの中には試料９６が収容されている。試料９６に対して底壁９４を透過したレーザー光９２が到達している。試料がレーザー光９２を直接吸収し、これにより試料で熱が生じている。この変形例を採用する場合においても、内容器４０ａが第１ホルダ４４及び第２ホルダ４６により保持される。

【0062】

図５には、ホルダの第１変形例が示されている。図５に示されているホルダ１００は、図２～図４に示した第１ホルダ及び第２ホルダに相当する。ホルダ１００は、断熱材料からなり、本体１０２及び突出部１０４により構成される。本体１０２は、支柱列１０８及び環状部１０６により構成される。支柱列１０８は、環状に配列され、回転中心軸方向に平行な複数の支柱１１０によって構成される。複数の支柱１１０に対して互い違いの関係をもって、複数のスリット１０９ａが生じている。それらによりスリット列１０９が構成されている。すなわち、本体１０２はスリット列１０９を有する。

【0063】

各支柱１１０の一方端部１１０ａが環状部１０６に連結されており、各支柱１１０の他方端部１１０ｂが突出部１０４に連結されている。個々の他方端部１１０ｂは肥大している。突出部１０４は開口部１０４Ａを有する。突出部１０４が第１キャップ５４内に挿入される。一方、本体１０２内には内容器の本体４８が挿入される。

【0064】

上記の第１変形例によれば、本体１０２がスリット列１０９を有するので、つまり、本体１０２における熱伝導断面積が小さいので、内容器からの熱流出量をより抑制することが可能となる。

【0065】

図６には、ホルダの第２変形例が示されている。図６に示されているホルダ１１２は、図２～図４に示した第１ホルダ及び第２ホルダに相当する。図６において、ホルダ１１２は、断熱材料からなり、本体１１４及び突出部１１６により構成される。

【0066】

本体１１４は、ジグザグ熱伝導経路を生じさせる多重構造１２３を有する。多重構造１２３は、内筒１２４、中間筒１２６及び外筒１２８を有し、また、連結部１３０及び連結部１３２を有する。内筒１２４、中間筒１２６及び外筒１２８は、同心円状に並んでいる。内筒１２４と中間筒１２６は互いに非接触の関係にあり、それらの間には筒状の隙間が存在している。これと同様に、中間筒１２６と外筒１２８は互いに非接触の関係にあり、それらの間には筒状の隙間が存在している。

【0067】

内筒１２４の遠位端と中間筒１２６の遠位端が連結部１３０により連結されている。また、中間筒１２６の近位端と外筒１２８の近位端が連結部１３２により連結されている。内筒１２４の中に内容器の端部が挿入される（符号１３４を参照）。多重構造１２３において、内筒１２４の近位端が熱流入端である。外筒１２８の遠位端が熱流出端である。外筒１２８の遠位端が大径部１２２に連結されている。符号１３６はレーザー光を示している。突出部１１６の外側にキャップが差し込まれる（符号１２０を参照）。

【0068】

上記の第２変形例によれば、多重構造１２３によってジグザグ熱伝導経路が生じているので、熱伝導経路長を増大でき、これにより熱流出量をより抑制できる。

【0069】

図７には、ホルダの第３変形例が示されている。図７に示されているホルダ１３７は、図２～図４に示した第１ホルダ及び第２ホルダに相当する。図７において、ホルダ１３７は、断熱材料からなり、本体１３８及び突出部１４０により構成される。

【0070】

本体１３８は、多重構造１５０及び環状部１５１を有する。多重構造１５０はジグザグ熱伝導経路を生じさせるものである。多重構造１５０は、外筒１５２、中間筒１５４及び内筒１５６を有し、また、連結部１５８及び連結部１６０を有する。外筒１５２、中間筒１５４及び内筒１５６は、同心円状に並んでいる。外筒１５２と中間筒１５４は互いに非接触の関係にあり、それらの間には筒状の隙間が存在している。これと同様に、中間筒１５４と内筒１５６は互いに非接触の関係にあり、それらの間には筒状の隙間が存在している。

【0071】

外筒１５２の近位端が環状部１５１に連結されている。外筒１５２の遠位端と中間筒１５４の遠位端が連結部１５８により連結されている。また、中間筒１５４の近位端と内筒１５６の近位端が連結部１６０により連結されている。環状部１５１の中に内容器の端部が挿入される（符号１６２を参照）。多重構造１５０において、外筒１５２の近位端が熱流入端である。内筒１５６の遠位端が熱流出端である。内筒１５６の遠位端が大径部１４４に連結されている。符号１３６はレーザー光を示している。突出部１４０の外側にキャップが差し込まれる（符号１４６を参照）。

【0072】

上記の第３変形例によれば、上記の第２変形例と同様に、熱伝導経路長を増大でき、これにより熱流出量をより抑制できる。

【0073】

上記実施形態によれば、断熱材料で構成され回転中心軸方向に伸長した第１ホルダ及び第２ホルダによって、回転中心軸方向から内容器が保持されているので、且つ、内容器と外容器との間に回転中心軸方向に広がる筒状の隙間が存在しているので、内容器から外容器へ流出する熱量を効果的に抑制できる。換言すれば、試料の加熱により到達可能な温度の上限を高められる。また、上記実施形態によれば、試料管の外径が小さくなっても熱伝導経路長を維持することが容易である。よって、試料管を細径化できる。この細径化により試料管の回転速度を引き上げられる。

【符号の説明】

【0074】

１０ ＮＭＲ測定用プローブ、１４ ＭＡＳモジュール、１６ 試料管、３４，９２ レーザー光、４０ 内容器、４２ 外容器、４４ 第１ホルダ（第１保持部材）、４６ 第２ホルダ（第２保持部材）、５２ スリーブ、５４ 第１キャップ、５６ 第２キャップ、６０ 受光面、８８ 筒状の隙間。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】