(57)【要約】      （修正有）【課題】電力消費量が少なく、迅速な加熱及び冷却が可能なガスクロマトグラフ用カラム温度制御装置を提供する。【解決手段】カラム加熱装置２００を内部に保持するハウジング３０１と、ハウジングとカラム加熱装置の第１の面との間に配置される第１の断熱層３０６と、ハウジングとカラム加熱装置の第２の面との間に配置される第２の断熱層３０７と、カラム加熱装置の第一の面および第２の面内に配置されるヒータアセンブリと、ハウジングに接続され、加熱シーケンス中に、第１の断熱層及び第２の断熱層をそれぞれ第１の面及び第２の面と接触させるように動かし、冷却シーケンス中に、第１の断熱層及び第２の断熱層をそれぞれ第１の面及び第２の面と接触しないように動かすように構成されるアクチュエータ３０３，３０４とを備える。【選択図】図３
2020024209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板に隣接する加熱要素と、
シリコンを含む第２の基板であって、該第２の基板は前記加熱要素に隣接し、該第２の
基板は第１の面及び第２の面を有し、該第２の基板は、該第２の基板と熱的に接触してい
るガスクロマトグラフィカラムに前記加熱要素からの熱を伝達することができる、第２の
基板と
を備える、装置。
【請求項２】
ヒータアセンブリを更に備え、該ヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層と
の間に配置される前記加熱要素を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ヒータアセンブリは前記基板から電気的に絶縁される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の基板は結晶シリコンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記結晶シリコンは多結晶シリコンを含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第２の基板は結晶シリコンを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の基板は前記加熱要素に隣接し、該第２の基板は、以下の属性、すなわち、２
５℃において
【数１】
2020024209.tif 000017
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数２】
2020024209.tif 000018
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数３】
2020024209.tif 000019
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性とを含む
、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
ヒータアセンブリを更に備え、該ヒータアセンブリは、第１の層と第２の介在層との間
に配置される前記加熱要素を備える、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、
モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項８に
記載の装置。
【請求項１１】
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
カラム加熱装置を収容するように構成されるハウジングであって、前記カラム加熱装置
は第１の面及び第２の面を含む、ハウジングと、
前記第１の面に隣接する第１の断熱層と、
前記第２の面に隣接する第２の断熱層と、
前記第１の面及び前記第２の面内に配置されるヒータアセンブリと、
前記ハウジングに接続され、加熱シーケンス中に、前記第１の断熱層及び前記第２の断
熱層をそれぞれ前記第１の面及び前記第２の面と接触させるように動かし、冷却シーケン
ス中に、前記第１の断熱層及び前記第２の断熱層をそれぞれ前記第１の面及び前記第２の
面と接触しないように動かすように構成されるアクチュエータと
を更に備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記冷却シーケンス中に、前記断熱層と前記ハウジングとの間に形成される流路、及び
前記ヒータアセンブリと前記断熱層の内壁との間に形成される流路が、冷却流体がその中
を通り抜け、前記カラム加熱装置の温度を下げることができるように構成される、請求項
１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ハウジングに接続される１つ又は複数のファンを更に備え、前記１つ又は複数のフ
ァンは前記冷却流体を前記第１の流路を通じて強制的に流すように構成される、請求項１
２に記載の装置。
【請求項１５】
前記カラム加熱装置は、
第１の基板と、
前記第１の基板に隣接するヒータアセンブリと、
前記ヒータアセンブリに隣接する第２の基板であって、前記第２の基板は第１の面及び
第２の面を有し、前記第２の面は熱的に接触している前記ガスクロマトグラフィカラムを
有するように構成され、前記ヒータアセンブリからの熱は前記第２の基板を通して伝達さ
れ、前記ガスクロマトグラフィカラムを実質的に均一に加熱する、第２の基板と
を備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
ヒータアセンブリを更に備え、該ヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層と
の間に配置される前記加熱要素を備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ヒータアセンブリは前記基板から電気的に絶縁される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記第２の基板は結晶シリコンを含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
前記第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数４】
2020024209.tif 000020
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数５】
2020024209.tif 000021
より高い熱伝導率と、２５℃において
【数６】
2020024209.tif 000022
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性とを含む
、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、
モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項１５
に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、発明者としてSammye Traudt他の名前で、２０１４年９月１３日に出願され
た米国仮特許出願第６２／０５０，１２５号の優先権を主張する。米国特許出願第６２／
０５０，１２５号の開示全体が特に引用することにより本明細書の一部をなすものとする
。
【背景技術】
【０００２】
ＧＣシステムでは、化合物が分離カラム（「カラム」）の全長を横切るのに必要とされ
る時間の長さが、その保持時間として知られている。化合物の保持時間に寄与する１つの
要因が、分離カラムの温度である。カラムの温度を分析ごとに正確に制御することは、特
定の化合物、すなわち、被分析物のための保持時間の再現性を与えるのに有益である。さ
らに、サンプル被分析物がカラムの中を移動している間にカラム温度をプログラムで変更
することにより、有利なことに、分析時間を短縮し、ピークの広がりを抑えることができ
る。
【０００３】
多種多様なカラム径及び長さに対応するだけの十分に大きい空間内で均一で、かつ再現
可能な熱環境を与えることができることから、既知のシステムでは、多くの場合に、カラ
ムは空気対流オーブンを用いて加熱される。カラムは通常、開いた柱体を作り出す支持構
造上に配置される。これにより、加熱された空気が全てのカラム表面に到達できるように
なり、結果として、カラムの全長にわたって均一な温度が生成される。空気対流オーブン
は有用であるが、その使用は、明らかな不都合を伴う。例えば、対流オーブンは、加熱す
るのに大量のエネルギー及び長い時間を必要とし、冷却するのに長い時間を必要とする。
この結果、当然、数ある不都合の中でも、比較的長いサイクル時間及び高い電力消費量が
生じる。さらに、温度プログラム条件によって迅速に分析を行うことができるのは、空気
対流オーブンを使用するときに限られる。
【０００４】
それゆえ、上記で論じられた既知のＧＣカラムヒータの少なくとも短所を克服する装置
が必要とされている。
【０００５】
本教示は、添付の図面とともに読まれるときに、以下の詳細な説明から最も良く理解さ
れる。それらの特徴は必ずしも縮尺通りに描かれていない。実用的なときはいつでも、類
似の参照符号は類似の特徴を指している。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】代表的な実施形態による、ＧＣシステムの簡略化されたブロック図である。
【図２Ａ】代表的な実施形態による、ＧＣカラムを加熱するための装置の組立分解図である。
【図２Ｂ】組立後の図２ＡのＧＣカラムを加熱するための装置を示す図である。
【図２Ｃ】ＧＣカラム上方に配置された、図２Ｂの装置を示す図である。
【図２Ｄ】別の代表的な実施形態による、ＧＣカラムが上方に配置された、図２Ｂのカラム加熱装置を示す図である。
【図２Ｅ】代表的な実施形態による、ＧＣカラムを加熱するための装置の組立分解図である。
【図３】代表的な実施形態による、ＧＣカラムを加熱及び冷却するための装置の一部を切り取った等角図である。
【図４Ａ】代表的な実施形態による、ＧＣカラムを加熱及び冷却するための装置の断面図である。
【図４Ｂ】代表的な実施形態による、ＧＣカラムを加熱及び冷却するための装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書において用いられる用語は、特定の実施形態を説明することのみが目的であり
、限定を意図していないことが理解される。定義される用語は、本教示の技術分野におい
て一般に理解され受け入れられている定義済みの用語の技術的意味及び科学的意味に加え
られる。
【０００８】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、「１つの（a、an）」及
び「その（the）」という語は、別段の指定がない限り、単数及び複数の双方の指示対象
を含む。このため、例えば「デバイス（a device）」は１つのデバイス及び複数のデバイ
スを含む。
【０００９】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、「実質的」又は「実質的
に」という語は、その通常の意味に加えて、受け入れ可能な限界又は度合いの範囲内にあ
ることを指す。例えば、「実質的にキャンセルされた」は、当業者であれば、そのキャン
セルが受け入れ可能であると見なすことを意味する。
【００１０】
本明細書及び添付の特許請求の範囲において用いられるとき、「概ね」という語は、そ
の通常の意味に加えて、当業者に受け入れ可能な限界又は量の範囲内にあることを指す。
例えば、「概ね同じ」は、当業者であれば、比較される複数のアイテムを同じであると見
なすことを意味する。
【００１１】
以下の詳細な説明において、本教示を十分に理解してもらうために、限定ではなく、説
明のために、具体的な細部を開示する代表的な実施形態が記述される。例示的な実施形態
の説明を分かりにくくするのを避けるために、既知のシステム、デバイス、材料、動作方
法及び製造方法の説明は省略される場合がある。それにもかかわらず、当業者の理解の範
囲内にあるシステム、デバイス、材料及び方法は、代表的な実施形態に従って用いること
ができる。
【００１２】
添付の図面において示されるような、種々の要素の互いの関係を説明するために、「上
方」、「下方」、「最上部」、「最下部」、「上側」及び「下側」等の相対語を用いるこ
とができる。これらの相対語は、図面において示される向きに加えて、デバイス及び／又
は要素の異なる向きも包含することが意図される。例えば、デバイスが図面における見方
に対して反転された場合、例えば、別の要素の「上方にある」と説明された要素は、その
時点で、その要素の「下方に」存在することになる。同様に、デバイスが図面内の見方に
対して９０度だけ回転した場合、別の要素の「上方にある」又は「下方にある」と説明さ
れた要素は、今度は、この他方の要素に「隣接している」ことになり、「隣接している」
は、この他方の要素に当接しているか、又はそれらの要素間に１つ若しくは複数の層、材
料、構造等を有するかのいずれかを意味する。本明細書において用いられるとき、別の要
素の「上に配置される」又は「下方に配置される」要素は、その要素が、この他方の要素
に「隣接している」ことを意味する。「直に隣接している」は、他方の要素に当接してい
ることを意味する。
【００１３】
図１は、代表的な実施形態による、ＧＣシステム１００の簡略化されたブロック図であ
る。ＧＣシステム１００の数多くの態様が、当業者に知られている。したがって、ＧＣシ
ステム１００の或る特定の既知の構成要素の細部は省略される。或る特定の事例では、実
現される場合がある既知の構成要素の代表的な例が言及されるが、例示のために提示され
ており、限定することは全く意図していない。
【００１４】
ＧＣシステム１００は、サンプル入口１０１を備える。サンプル入口１０１は、汚染物
質トラップ１０２に流体的に結合される。汚染物質トラップ１０２はカラム１０３に流体
的に結合され、カラム１０３は、ガスクロマトグラフィにおいて有用な様々のカラムのう
ちの１つとすることができる。一実施形態では、汚染物質トラップ１０２は、同時に出願
された、同一所有者の米国特許出願第１４／０５７，０２２号（２０１３年１０月１８日
出願）において記述されるのと同様とすることができ、その開示は特に引用することによ
り本明細書の一部をなすものとする。汚染物質トラップ１０２は、サンプル入口１０１か
らのサンプル内の汚染物質を捕捉し、捕捉された汚染物質がカラム１０３に達するのを防
ぐように構成されるマイクロ流体汚染物質トラップである。汚染物質トラップ１０２を含
むことは単なる例示であり、本教示は、汚染物質トラップを備えないＧＣシステム、又は
上記で引用されたばかりの出願において記述されるようなマイクロ流体汚染物質トラップ
を備えないＧＣシステムにおいて使用する場合も考えられることに留意されたい。
【００１５】
カラム１０３は化学サンプルの成分を分離する。カラム１０３は、１つの溶融シリカ又
は金属管（図示せず）を備えるキャピラリカラムとすることができ、化学サンプルの成分
を分離するために、管の内部がコーティングされているか、サンプル入口１０１からのサ
ンプルと相互作用する粒子を充填されている。
【００１６】
カラム１０３は、カラム加熱装置と熱的に接触しており、その装置は、カラム温度制御
装置１０４の一態様である。カラム温度制御装置１０４によって、以前のデバイスよりカ
ラム１０３の加熱の均一性を改善しながら、保持時間が制御される。さらに、或る特定の
実施形態では、カラム温度制御装置１０４は、カラム１０３を効率的に冷却し、最終的に
は、既知のＧＣシステムと比べて、被分析物の保持時間の再現性及び分析サイクル時間を
改善する。カラム温度制御装置１０４のこれらの利点及び他の利点が、代表的な実施形態
に関連して以下で更に十分に説明される。
【００１７】
カラム１０３は、検出器１０５に物理的に、及び／又は流体的に接続され、検出器１０
５は、カラム１０３によって分離される成分の存在を、そして多くの場合にその量を検出
する。一般的に、検出器１０５は、炎イオン化検出器（ＦＩＤ）、質量分析計検出器（Ｍ
ＳＤ）、熱伝導度検出器（ＴＣＤ）、電子捕獲検出器（ＥＣＤ）、窒素リン検出器（ＮＰ
Ｄ）、硫黄化学発光検出器（ＳＣＤ）、窒素化学発光検出器（ＮＣＤ）、パルス型炎光光
度検出器（ＰＦＰＤ）、ヘリウムイオン化検出器（ＨＩＤ）又は炎光光度検出器（ＦＰＤ
）等の既知のＧＣ検出器である。
【００１８】
また、ＧＣシステム１００は、コントローラ１０６及び電源１０７を備える。コントロ
ーラ１０６は、ＧＣシステム１００の複数のコントローラ（図示せず）のうちの１つとす
ることができるか、ＧＣシステムの唯一のコントローラとすることができる。ここでは、
カラム温度制御装置１０４によってカラム１０３の加熱を保持することに関するコントロ
ーラ１０６の機能が説明される。コントローラ１０６又は他のコントローラの他の機能は
、本教示に関連しないので、説明されない。
【００１９】
一般的に、コントローラ１０６は、本明細書において論じられる種々の機能を実行する
ために数多くのやり方（例えば、専用のハードウェアを備える等）で実現することができ
る。「プロセッサ」はコントローラの１つの例であり、コントローラは、本明細書におい
て論じられる種々の機能を実行するためにソフトウェア（例えば、マイクロコード）を用
いてプログラミングすることができる１つ又は複数のマイクロプロセッサを利用する。コ
ントローラ１０６は、プロセッサを利用して、又は利用することなく実現することができ
、幾つかの機能を実行する専用のハードウェアと、他の機能を実行するプロセッサ（例え
ば、１つ又は複数のプログラミングされたマイクロプロセッサ及び関連する回路）との組
み合わせとして実現することもできる。本開示の種々の実施形態において利用することが
できるコントローラ構成要素の例は、限定はしないが、従来のマイクロプロセッサ、マイ
クロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）及びフィールドプログラマブルゲ
ートアレイ（ＦＰＧＡ）を含む。
【００２０】
種々の実施態様において、コントローラ１０６は１つ又は複数の記憶媒体（本明細書で
は包括的に「メモリ」と呼ばれ、例えば、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオ
ンリーメモリ（ＲＯＭ）、プログラム可能リードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、電気的プ
ログラム可能リードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的消去可能プログラム可能リー
ドオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ドライブ、フ
ロッピーディスク、コンパクトディスク、光ディスク、磁気テープ等の揮発性及び不揮発
性コンピュータメモリ）に関連付けられる場合がある。幾つかの実施態様では、記憶媒体
は、コントローラ１０６上で実行されるときに、本明細書において論じられる機能のうち
の少なくとも幾つかを実行する１つ又は複数のプログラムで符号化される場合がある。種
々の記憶媒体がコントローラ１０６内に固定される場合があるか、又は持ち運び可能な場
合があり、本明細書において論じられる本教示の種々の態様を実現するために、その記憶
媒体上に記憶された１つ又は複数のプログラムをプロセッサ又はコントローラにロードで
きるようにする。「プログラム」又は「コンピュータプログラム」という用語は、コント
ローラ１０６をプログラミングするために利用することができる任意のタイプのコンピュ
ータコード（例えば、ソフトウェア又はマイクロコード）を指す一般的な意味において本
明細書において使用される。
【００２１】
コントローラ１０６は、温度センサ（図１には示されない）からの温度データを解釈す
るために、温度センサからそのデータを受信し、所望のカラム温度を達成するようにシス
テムの態様を変更するアルゴリズムを実行するように構成される。これらに機能は、別々
のコントローラ、プロセッサ又はモジュールによって実行される場合がある。コントロー
ラ１０６は、電源１０７に制御信号を与えるように構成される。電源１０７は、幾つかの
既知の電源のうちの１つであり、カラム１０３の温度を概ね所望の温度に保持するために
、カラム温度制御装置１０４の電力を調整するように構成される。
【００２２】
図２Ａは、代表的な実施形態による、ＧＣカラム（図２Ａには示されない）を加熱する
ためのカラム加熱装置２００（「装置」と呼ばれる場合もある）の組立分解図を示す。カ
ラム加熱装置２００は、実質的に平坦である第１の基板２０１を備える。オプションで、
第１の基板２０１の上方にスペーサ層２０２が配置される。層２０２内に凹部２０３が設
けられ、温度センサ２０４を受け入れるように構成される。
【００２３】
ヒータアセンブリ２１０が第１の基板２０１の上方に配置され、オプションの第１の介
在層２０６とオプションの第２の介在層２０７との間に配置される加熱要素２０５を備え
る。第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７は一般的に、機械的にコンプライアント
であり、同じ材料から形成される。とりわけ、ヒータアセンブリ２１０は、図１の代表的
な実施形態に関連して上記で説明されたカラム温度制御装置１０４内の熱源として使用す
る場合が考えられる。
【００２４】
加熱要素２０５は実質的に均一な一連の配線として示されるが、それらの配線は実質的
に不均一であり、非対称であり、及び／又は不規則な場合があることも考えられる。一例
として、ヒータアセンブリ２１０の外縁は外部環境への露出が大きいので、アセンブリの
内側部分に比べて、外縁において温度の低下が生じる場合がある。その縁において加熱要
素２０５の配線の密度を高くし、及び／又は幅を変更することによって、外縁付近の加熱
要素２０５の電力密度が高められ、言及された温度低下として現れる、加熱要素の内側部
分と外縁との間の温度差を小さくすることができるか、又は解消することができる。さら
に、配線の厚さを変更することによっても、本明細書において説明されるような所望の特
性を有することができる。
【００２５】
第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７は、加熱要素２０５と、第１の基板２０１
、及びヒータアセンブリ２１０の上方に配置される第２の基板２０８との間の電気絶縁体
としての役割を果たすように選択することもできる。第１の基板２０１と同様に、第２の
基板も実質的に平坦である。第２の基板２０８は、ＧＣカラム（図２Ａには示されない）
が第２の基板２０８と直に接触するか、又は間接的に（すなわち、ＧＣカラムと第２の基
板２０８との間に介在層（図示せず）を伴って）接触するように構成される。具体的には
、ＧＣカラムは、第２の基板２０８の上面２０９の上方に配置され、ヒータアセンブリ２
１０からの熱は、第２の基板２０８を通してＧＣカラムに伝達される。図２Ａを見直すこ
とから理解することができるように、上面２０９は実質的に平坦である。
【００２６】
第１の基板２０１及び第２の基板２０８は、単一の層、又は同じ若しくは異なる材料の
複数の層を備えることができる。以下で更に十分に説明されるように、カラム加熱装置２
００は第２の基板２０８に接触しているＧＣカラムを実質的に均一に加熱する。
【００２７】
空気対流オーブン等の既知のＧＣヒータでは、オーブンは、３０℃／分〜６０℃／分の
温度プログラミングレートを可能にするために、大量の電力（最大で２０００Ｗ）を必要
とする場合がある。対照的に、以下で更に十分に説明されるように、カラム加熱装置２０
０は、有益なことに、１００Ｗより著しく低い電力において、同様の温度プログラミング
レートを与える。さらに、カラム加熱装置２００は、はるかに速い（例えば、既知のＧＣ
ヒータの電力要件の２５％で、既知のＧＣヒータより最大で５倍〜１０倍速い）温度プロ
グラミングレートを可能にし、結果として、クロマトグラフィ分析が迅速に行われる。ま
た、既知のＧＣヒータが４５０℃から５０℃まで冷却するのに６分以上を要する場合があ
るが、カラム加熱装置２００は、３分未満で動作することができ、それにより、分析間の
サイクル時間を早めることができるようになる。カラム加熱装置２００は、第２の基板２
０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８の材料特性を低熱質量になるように規
定することによって、機械的剛性、小さな熱勾配、及び熱変形に対する耐性を保持しなが
ら、これらの性能改善を実現する。
【００２８】
当業者によって理解されるべきであるように、物体の「熱質量」は、熱エネルギー（す
なわち、熱）を蓄積する能力の指標である。したがって、比較的低い熱質量を有する材料
は、比較的高い熱質量の材料より、温度を変更するのに必要とする熱が少ない。以下で更
に十分に説明されるように、迅速に加熱及び冷却できるようにするために、第１の基板２
０１及び第２の基板２０８並びにヒータアセンブリ２１０のために選択される材料は低い
熱質量を有する。
【００２９】
熱質量（単位Ｊ／Ｋ）は、材料の比熱ｃｐと物体の質量ｍとの積である。便宜上、質量
は、材料の密度ρと、表面積Ａｓと、表面積に対して垂直な厚さｔとの積として更に規定
することができる。組み合わせると、熱質量は、
熱質量＝（ρｃｐｔＡｓ）
と表すことができる。
【００３０】
カラム加熱装置２００の表面積は、加熱されるカラムのサイズに基づいて一定であるの
で、ここで論じられる場合、表面積は定数と見なされる。残りの項が更に検討される。項
ρｃｐは、材料の体積熱容量としても知られており、材料固有の特性である。熱質量を最
小化するために、この項は最小化されるべきである。代表的な実施形態では、第２の基板
２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための材料は、２５℃において、
約
【数１】
2020024209.tif 000003
未満の体積熱容量を有する。
【００３１】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための材料の選択は
、機械的剛性、低い熱勾配及び熱変形に対する耐性によって更に導かれる。これらの要因
は、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のために必要とされ
る材料の最小厚を決定する際に特に重要である。熱質量とともに、これらは完全に独立し
た特性ではないので、材料の選択は、それらの相互関係を考慮して行われる。最終的な目
的は、より迅速に加熱及び冷却できるようにするために、第１の基板２０１及び第２の基
板２０８の場合に相対的に低い熱質量を達成しながら、第２の基板２０８の上面２０９に
わたって低い熱勾配を達成することである。
【００３２】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８にわたる熱勾配は、基
板の異なる部分が異なる熱環境にあることから生じる。例えば、加熱要素２０５は、完全
に均質な熱プロファイルを有するわけではない。さらに、第１の基板２０１及び第２の基
板２０８の外縁は通常、周囲温度環境に対して、より大きく露出されることになる。した
がって、第１の基板２０１及び第２の基板２０８にわたって熱勾配が存在する可能性があ
る。第１の基板及び第２の基板のための選択された材料が、熱流に対して低い耐性を有す
る、すなわち、高い熱伝導率ｋを有するときに、勾配は低減される。それゆえ、ＧＣカラ
ムと接触している上面２０９が温度に関して実質的に均一であるように、特に第２の基板
２０８の場合に比較的高い熱伝導率を有する材料を有することが望ましい。代表的な実施
形態によれば、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための
材料は、２５℃において約
【数２】
2020024209.tif 000004
より高い熱伝導率を有する。
【００３３】
第１の基板２０１及び第２の基板２０８は、カラム加熱装置２００のための機械的構造
を与える。とりわけ、第１の基板２０１及び第２の基板２０８は、層２０２及び温度セン
サ２０４だけでなく、相対的に硬質でないヒータアセンブリ２１０も支持する。有益なこ
とに、第１の基板２０１及び第２の基板２０８のために選択される材料は、十分な支持を
与えるほど十分に硬質である。材料の剛性は、その弾性率（又はヤング率）Ｅに関連付け
られる。材料が高い弾性率を有する場合には、低い弾性率を有する材料と同じ剛性を与え
るのに必要な材料が少ない（例えば、部品が薄い）。それゆえ、十分な剛性を達成するの
に必要とされる材料の（熱）質量が少ないように、高い弾性率を示す材料を有することが
有益である。代表的な実施形態によれば、第１の基板２０１及び第２の基板２０８のため
の材料は、約１００ＧＰａより大きいヤング率を有する。剛性に加えて、第１の基板２０
１及び第２の基板２０８は、ヒータ及びカラムを、上面２０９と直に接触させておくか、
又は上面２０９と間接的に（すなわち、ＧＣカラム２１２と上面２０９との間にある介在
層（図示せず）と）接触させておくために、表面平坦性を保たなければならない。平坦性
に関する問題は、急速な温度変化からの変形又は「バックリング（buckling）」に起因し
て生じる場合がある。例えば、構成要素が非対称に冷却されるときのように、その構成要
素内に大きな熱勾配が存在する場合には、構成要素の複数の部分が、他の部分が一定のま
まである間に、熱膨張に起因して大きくなろうとする。最悪の場合、これは、バックリン
グ又は破損を引き起こす可能性がある。
【００３４】
熱膨張に起因して機械的に変形する可能性は、高い熱伝導率ｋ、低い熱膨張係数α又は
その両方を有する材料を選択することによって最小化することができる。高い熱伝導率を
有する材料は、材料内の大きな熱勾配の形成に耐える。低い熱膨張を有する材料は、著し
い熱勾配下にあっても、あまり大きくならない。高い熱伝導率、低い熱膨張係数又はその
両方を有する材料を選択することによって、バックリングへの十分な耐性を与えながら、
より少ない材料（例えば、より薄い部品）を、それゆえ、より低い熱質量を使用できるよ
うになる。代表的な実施形態によれば、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第
２の基板２０８のための材料は、２５℃において、約
【数３】
2020024209.tif 000005
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比を有する。
【００３５】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための材料の選択に
関する別の検討事項は、材料の電気絶縁特性である。材料は、この機能を果たすために、
カラム加熱装置２００内に更なる材料を追加しなければならないのを回避するために実質
的に電気的に絶縁性であることが有益である。
【００３６】
最後に、約４５０℃より高い温度において、カラム加熱装置２００内で有効である、第
２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための材料を選択するこ
とが重要である。
【００３７】
以下の表は、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための
材料を選択する際に考慮されるべき要因のうちの幾つかの要約を提示する。
【００３８】
【表１】
2020024209.tif 000006
【００３９】
代表的な実施形態では、第２の基板２０８はシリコンを含む。一般的に、第２の基板２
０８を形成するシリコン層は、約０．３ｍｍ〜１．５ｍｍの厚さを有する。具体的には、
第２の基板２０８は約０．６７５ｍｍの厚さを有する＜１，０，０＞Ｓｉを含む。代表的
な実施形態では、第１の基板２０１は、約０．６７５ｍｍの厚さを有する＜１，０，０＞
Ｓｉウェハを含み、第２の基板２０８は、それぞれ約０．６７５ｍｍの厚さを有する２つ
の＜１，０，０＞Ｓｉウェハを含む。第２の基板２０８のために２つのウェハを使用する
ことによって、幾分改善された保持時間再現性を与えることがわかった。とりわけ、第２
の基板２０８は、特殊な研磨又はドーピングを必要としない。さらに、そして不可欠では
ないが、第１の基板２０１は、第２の基板２０８と同じ材料から、そして同じ仕様に形成
することができる。
【００４０】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のためのシリコンの使
用は例示にすぎないことに留意されたい。より一般的には、第２の基板２０８、又は第１
の基板２０１及び第２の基板２０８のために選択される材料は、２５℃において約
【数４】
2020024209.tif 000007
より低い体積熱容量（ρｃｐ）と、２５℃において約
【数５】
2020024209.tif 000008
より高い熱伝導率（ｋ）と、２５℃において約
【数６】
2020024209.tif 000009
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比（ｋ／α）と、約１００ＧＰより高いヤング率
（Ｅ）とを有するように選択される。
【００４１】
これらの物理的特性は、低い熱質量、機械的剛性、低い熱勾配及び変形への耐性を含む
、幾つかの限度内でカラム加熱装置２００のより迅速な加熱及び冷却を達成するために望
ましい。表１は、或る材料範囲にわたってこれらの４つの特性を比較する。
【００４２】
【表２】
2020024209.tif 000010
【００４３】
上記に基づいて、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のた
めに選択される材料は優先的には、２５℃において約
【数７】
2020024209.tif 000011
より低い体積熱容量を有する。それゆえ、銅、アルミナ、ニクロム、ステンレス鋼、ニッ
ケル、サファイア、窒化シリコン、炭化タングステン、酸化ベリリウム、黄銅、青銅、ア
ルミニウム黄銅、鉄及びベリリウムは、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第
２の基板２０８のための好ましい材料ではない。
【００４４】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のために選択される材
料は優先的には、２５℃において約
【数８】
2020024209.tif 000012
より高い熱伝導率を有する。それゆえ、パイレックス（登録商標）ガラス、雲母、チタン
、石英ガラス、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、炭化ホウ
素、インジウムリン、ニオブ、レニウム及びタンタルは一般的に、第２の基板２０８、又
は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための好ましい材料ではない。
【００４５】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のために選択される材
料は更に優先的には、（２５℃において）２５℃において約
【数９】
2020024209.tif 000013
より大きい、熱伝導率ｋと熱膨張係数αとの比を有する。それゆえ、アルミニウム、マグ
ネシウム、銀、亜鉛及び金は、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板
２０８のための好ましい材料ではない。
【００４６】
第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のために選択される材
料は更に優先的には、約１００ＧＰａより高いヤング率を有する。それゆえ、グラファイ
トは、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０８のための好ましい
材料ではない。
【００４７】
上記の分析に基づいて、第２の基板２０８、又は第１の基板２０１及び第２の基板２０
８のために使用することができ、全ての好ましい材料特性を満たすことができる例示的な
材料は、シリコン、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モ
リブデン、タングステン合金（特に銅との合金）、モリブデン合金（特に銅との合金）及
びその組み合わせを含む。
【００４８】
ヒータアセンブリ２１０は第１の基板２０１の上方に配置され、第１の介在層２０６と
第２の介在層２０７との間に配置される加熱要素２０５を備える。第１の介在層２０６及
び第２の介在層２０７は一般的に同じ材料から形成され、それぞれ第２の比較的低い熱質
量を有する。さらに、第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７はそれぞれ、電気的に
絶縁性である材料から形成される。とりわけ、第１の基板２０１及び第２の基板２０８が
電気的に絶縁性である場合には、第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７はなくすこ
とができる。しかしながら、比較的高い温度において材料がより高い導電率になることが
できる場合には（例えば、シリコン）、加熱要素と第１の基板２０１及び第２の基板２０
８との間に電気絶縁が必要とされる。したがって、第１の基板及び第２の基板がシリコン
である代表的な実施形態では、第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７が必要とされ
る。しかしながら、とりわけ、別の代表的な実施形態では、この絶縁機能を果たすために
、第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７を含むのではなく、加熱要素に面する第１
の基板２０１及び第２の基板２０８の面をガラス又は他の誘電体の層でコーティングする
ことができる。
【００４９】
加熱要素２０５は具体的には、ワイヤヒータ又はフォイルヒータ等の抵抗性加熱要素で
ある。他のタイプの加熱要素も考えられる。加熱要素はかなり薄く、それゆえ、カラム加
熱装置２００の各層の所望の平坦性を実質的に妨げないことが有益であることは理解され
たい。既知の薄膜製造方法によれば、当業者の理解し得る範囲内にあるそのような比較的
薄い加熱要素が考えられる。
【００５０】
第１の基板２０１及び第２の基板２０８の比較的低い熱質量と同様に、第１の介在層２
０６及び第２の介在層２０７の比較的低い熱質量は、それらの層が比較的迅速に熱くなり
、熱をあまり保持しないのを確実にする。したがって、ヒータアセンブリ２１０は、その
表面にわたって迅速に加熱することができ、ヒータにおいて多くの場合に使用される他の
材料ほど熱を保持しないであろう。ここでも、前者の属性は最終的には、第２の基板２０
８の上面２０９の上方に配置されるＧＣカラムが比較的非常に迅速に加熱され、それによ
り分析時間を改善するのを確実にする。後者の属性は、カラム加熱装置２００から熱を相
対的に迅速かつ効率的に完全に散逸させることができ、それにより、サイクル時間を短縮
し、保持時間再現性を改善できるようにする。
【００５１】
代表的な実施形態では、第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７はそれぞれ雲母を
含み、それは層状ケイ酸塩（フィロケイ酸塩）鉱物から構成される。一般的に、雲母材料
は、Ｘ２Ｙ４−６Ｚ８Ｏ２０（ＯＨ，Ｆ）４であり、ただし、ＸはＫ、Ｎａ又はＣａであ
るか、又は頻度は低いが、Ｂａ、Ｒｂ又はＣｓであり、ＹはＡｌ、Ｍｇ又はＦｅであるか
、又は頻度は低いがＭｎ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｌｉ等であり、Ｚは主にＳｉ又はＡｌであるが、
Ｆｅ３＋又はＴｉを含むこともできる。第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７のた
めの雲母の使用は、例示にすぎず、雲母に類似の熱質量、導電率、及び急速な温度変化に
起因する機械的歪みへの耐性を有する他の材料も考えられる。例えば、ガラス繊維等の織
布（fabrics）及び玄武岩が、所望の特性を与える。
【００５２】
一般的に、ヒータアセンブリ２１０の第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７を形
成する雲母層はそれぞれ、約０．３ｍｍの厚さを有する。より一般的には、ヒータアセン
ブリ２１０の第１の介在層２０６及び第２の介在層２０７のために選択される材料は、約
１×１０＾１２Ω・ｍ〜約１×１０＾１４Ω・ｍ以上の電気抵抗率を有する。雲母は、シ
リコンと同様に、比較的低い熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するので、加熱又は冷却されると
きに膨張せず、機械的な歪みを受けないであろう。さらに、雲母は本質的に平坦であり、
基板と加熱要素との間の密着をもたらす。雲母の代わりに電気絶縁体としての役割を果た
すことができる他の材料は、例えば、窒化アルミニウム、石英、ガラス、炭化シリコン及
び前述の織布である。前述の織布のようなコンプライアント材料は、密着を達成するため
に圧縮することができるので、それほど平坦である必要はない。
【００５３】
第１の基板２０１の上方に、かつヒータアセンブリ２１０の第１の介在層２０６の下方
にオプションでスペーサ層２０２が配置される。スペーサ層２０２内に凹部２０３が設け
られ、温度センサ２０４を受け入れる。スペーサ層２０２は温度センサ２０４を収容する
。具体的には、スペーサ層２０２は、ガラス繊維材料等のコンプライアント材料である。
スペーサ層２０２は、有益なことに、加熱要素２０５の第１の介在層２０６と、第１の基
板２０１との間の比較的一定の圧力を保持する。とりわけ、温度センサ２０４を含む場合
、スペーサ層２０２が存在しない場合には、一定の圧力を損なうおそれがある。ヒータア
センブリ２１０の第１の介在層２０６と第１の基板２０１との間の圧力が均一でない結果
として、カラム加熱装置２００の全体的な「平坦性」が低下し、それにより、熱勾配及び
「ホットスポット」が生じる可能性があり、それゆえ、ＧＣカラムの性能を劣化させる可
能性がある。
【００５４】
上記で示唆されたように、コントローラ１０６は、温度センサ２０４から温度データを
受信し、それらのデータに基づいて、電源１０７に制御信号を与える。コントローラ１０
６からの制御信号に基づいて、電源１０７は、何らかの所望の反復可能なプログラムに従
って、ＧＣカラムの温度を実質的に一定の値に保持するために、又はＧＣカラムの温度を
変更させるために、ヒータアセンブリ２１０への電力を調整する。
【００５５】
図２Ｂは、組立後のＧＣカラムを加熱するための図２Ａのカラム加熱装置２００を示す
。カラム加熱装置２００は、カラム加熱装置２００の種々の層を固定するために使用され
るグロメット（grommet）２１１を含む。具体的には、グロメット２１１はステンレス鋼
を含む。ブラケット、クリップ等の、層を固定する他の手段も考えられる。グロメット又
は他の固定手段の要件は、高い温度（例えば、４５０℃）に耐えることができ、依然とし
て、カラム加熱装置２００にかかる十分な圧力を保持できることである。高温金属が好ま
しい材料である。
【００５６】
図２Ｃは、その上方に配置されたＧＣカラム２１２を有する、図２Ｂのカラム加熱装置
２００を示す。図示されるように、ＧＣカラム２１２は、比較的平坦ならせん巻きに向け
られ、カラム加熱装置２００の上面２０９の上方に配置され、上面２０９と熱的に接触し
ている。カラム加熱装置からの熱をＧＣカラムに伝達するために、ＧＣカラム２１２は、
上面２０９と直に接触することを通して、又は上面２０９に実質的に極めて近接するよう
にして、カラム加熱装置２００と熱的に接触している。代表的な実施形態では、ＧＣカラ
ムは、溶融シリカキャピラリカラムを含む。ＧＣカラム２１２の寸法は様々であるが、通
常の内径は約１００μｍ〜約５３０μｍの範囲にある。通常の長さは、約５メートル〜約
６０メートルの範囲にある。代表的な実施形態におけるＧＣカラム２１２のコイリングは
、上記のように、ＧＣカラム２１２が実質的に平坦であるカラム加熱装置２１０と熱的に
接触するように、１回又は複数回「積み重ねられた」実質的に平坦ならせん巻きとするこ
とができる。とりわけ、ＧＣカラム２１２は、約７０ｍｍ〜約２００ｍｍの直径を有する
支持体上に多層環状体として巻きつけることができる。幾つかの実施形態では、２つ以上
のＧＣカラム２１２がカラム加熱装置２００の上方に配置される場合があり、いずれのＧ
Ｃカラム２１２もカラム加熱装置２００と熱的に接触している。
【００５７】
具体的には、ＧＣカラム２１２は、最長で約６０ｍの長さを有し、内径が３２０μｍ（
又はそれより小さな内径）であり、溶融シリカキャピラリカラムを含む。代替的には、Ｇ
Ｃカラム２１２は、６０ｍ未満の長さを有することができるが、５３０μｍの内径を有す
ることができる。また、カラムは金属とすることもでき、固定相（stationary phase）で
充填される場合もある。
【００５８】
動作時に、ＧＣカラム２１２が第２の基板の上面２０９の上方に設けられた後に、加熱
要素が起動され、カラム加熱装置２００の種々の層を加熱し始める。ヒータアセンブリ２
１０が第２の基板２０８を加熱し、それにより、ＧＣカラム２１２を加熱することが最も
重要である。ＧＣカラム２１２の加熱は、上記で論じられたように、装置の構成要素の種
々の特性に起因して、実質的に均一であり、効率的である。特定の実行が完了した後に、
ＧＣカラム２１２及びカラム加熱装置２００は、分析のための初期温度に実質的に達する
ように冷却される。上記で論じられたようなカラム加熱装置２００の種々の構成要素によ
って、カラム加熱装置２００は、その初期温度まで比較的迅速に冷却し、先行する実行か
らの熱を実質的に保持しない。したがって、次の分析が開始されるとき、カラム加熱装置
２００及びＧＣカラム２１２は先行する実行と実質的に同じ初期温度にある。さらに、Ｇ
Ｃシステムにおいて使用される他の既知の加熱構成より、サイクル時間が比較的改善され
る。
【００５９】
図２Ｄは、別の代表的な実施形態による、その上方に配置されたＧＣカラム２１２を有
する、図２Ｂのカラム加熱装置２００を示す。理解できるように、図２Ｄのカラム加熱装
置２００は、上記で図２Ｃに関連して説明されたカラム加熱装置２００と共通の或る特定
の態様、細部及び特徴を共有する。多くの場合に、そのような共通の態様、特徴及び細部
は繰り返されない。上記で言及されたように、ＧＣカラム２１２は、比較的平坦ならせん
巻きに向けられ、カラム加熱装置２００の上面２０９の上方に配置され、上面２０９と直
に物理的に接触しているか、又は物理的に近接している部分を通して、上面２０９と熱的
に接触する。ここでも、代表的な実施形態におけるＧＣカラム２１２のコイリングは、上
記のように、ＧＣカラム２１２が実質的に平坦であるカラム加熱アセンブリ２１０と熱的
に接触するように、１回又は複数回「積み重ねられた」実質的に平坦ならせん巻きとする
ことができる。本明細書において説明される所望の目的を達成するために、ＧＣカラム２
１２がいかに「積み重ねられる」か、又は「巻きつけられる」場合があるかを当業者であ
れば理解されよう。図示される代表的な実施形態によれば、ＧＣカラム２１２はＧＣカラ
ムブラケット２１４に取り付けられるＧＣカラム支持体２１５によって、上面２０９の上
方の適所に保持される。具体的には、ＧＣカラム支持体２１５は、アルミニウム、ニッケ
ル又はステンレス鋼の等の金属の細いストリップから構成することができる。より一般的
には、ＧＣカラム支持体２１５は、上面２０９上にＧＣカラム２１２を支持し、温度曝露
（最大４５０℃）に耐えることができる材料から形成することができる。ＧＣカラムブラ
ケット２１４は、ＧＣカラム２１２のための構造要素としての役割を果たし、再現可能な
クロマトグラフィ性能を得るために上面２０９上にＧＣカラム２１２を再現可能に位置決
めするのを確実にする。ＧＣカラムブラケット２１４は、限定はしないが、ねじ、クラン
プ及び磁石（図示せず）を含む、様々な既知の要素のうちの１つ又は複数を用いてＧＣシ
ステム内に取り付けることができる。
【００６０】
図２Ｅは、代表的な実施形態による、ＧＣカラム加熱装置２１３（「装置」と呼ばれる
場合もある）の組立分解図を示す。カラム加熱装置２１３の多くの態様は、上記のカラム
加熱装置２００の態様と実質的に同じである。したがって、カラム加熱装置２００の特徴
に共通である種々の特徴の多くの細部は繰り返されない。とりわけ、カラム加熱装置２０
０、２１３の共通の要素の種々の特性は同じである。スペーサ層２０２が省かれる実施形
態では、温度センサは基板２０８、２０１内に配置することができる。介在層２０６、２
０７が省かれる実施形態では、温度センサは、基板層２０８、２０１内に、又は第１の基
板２０１の下方に（すなわち、第１の基板２０１より、加熱要素２０５から更に離れて）
位置することができるスペーサ層２０２内に配置することができる。
【００６１】
カラム加熱装置２１３は、その上方に配置される加熱要素２０５を有する第１の基板２
０１を備える。
【００６２】
ヒータアセンブリ２１６が加熱要素２０５を含む。それゆえ、とりわけ、ヒータアセン
ブリ２１６は、オプションであるとして上記で言及された第１の介在層２０６及び第２の
介在層２０７を備えない。しかしながら、加熱要素２０５は、図２Ａ〜図２Ｄに関連して
説明された代表的な実施形態のカラム加熱装置２００、２１３において使用する場合が考
えられる。
【００６３】
加熱要素２０５は、具体的には、ワイヤヒータ又はフォイルヒータ等の抵抗性加熱要素
である。他のタイプの加熱要素も考えられる。加熱要素２０５はかなり薄く、それゆえ、
カラム加熱装置２１３の各層の所望の平坦性を実質的に妨げないことが有益であることは
理解されたい。加熱要素２０５は、不均一な形状を含む、任意の実質的に平坦な形状とす
ることができる。既知の薄膜製造方法によれば、当業者の理解し得る範囲内にあるそのよ
うな比較的薄い加熱要素が考えられる。
【００６４】
カラム加熱装置２１３は、加熱要素２０５の上方に配置される第２の基板２０８も備え
る。第２の基板２０８は、カラム加熱装置からの熱をＧＣカラム２１２に伝達するために
、ＧＣカラム２１２（図２Ｄには示されない）と熱的に接触するように構成され、その接
触は、上面２０９と直に接触すること、又は上面２０９と実質的に極めて近接することを
含むことができる。実施形態では、ＧＣカラム２１２は、ＧＣカラム２１２と第２の基板
２０８との間にある介在層（図示せず）にもかかわらず、第２の基板２０８と熱的に接触
することができる。具体的には、ＧＣカラムは第２の基板２０８の上面２０９の上方に配
置され、加熱要素２０５からの熱が、図２Ａ〜図２Ｄの代表的な実施形態に関連して上記
で説明されたように、第２の基板２０８を通して伝達される。第１の基板２０１及び第２
の基板２０８は、同じ材料又は異なる材料の単一の層又は複数の層を備えることができる
。上記の第２の基板２０８の熱分配を通して、装置２１３は、第２の基板２０８と接触し
ているＧＣカラムを実質的に均一に加熱する。
【００６５】
図３は、代表的な実施形態による、ＧＣカラム２１２を加熱し、冷却するためのカラム
温度制御装置３００（「装置」と呼ばれる場合もある）の一部を切り取った等角図を示す
。カラム温度制御装置３００の多くの態様は、図１〜図２Ｅの代表的な実施形態に関連し
て上記で説明された態様と実質的に同じであり、カラム加熱及び冷却装置３００の説明を
わかりにくくするのを避けるために繰り返されない。
【００６６】
カラム温度制御装置３００は、内部３０２を有するハウジング３０１を備える。ハウジ
ング３０１は、カラム加熱装置２００又はカラム加熱装置２１３をその内部に保持するよ
うに構成される。一般的に、ハウジング３０１は、カラム加熱及び冷却装置３００の熱的
要件に適合する幾つかの材料のうちの１つ又は複数から形成することができる。例えば、
ハウジング３０１は、金属若しくは合金、又は熱的に適した高分子材料を含む。とりわけ
、以下で更に十分に説明されるように、第１のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュ
エータ３０４が、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７を、カラム加熱装置２００
及びＧＣカラム２１２の外側と接触するように、そして非接触になるように動かすように
構成される。これらの断熱層は少なくとも、カラム及びカラムヒータが熱を損失しないよ
うに断熱する能力を有するが、当業者によって理解されるような更なる断熱特性を有する
こともできる。具体的には、カラム加熱装置２００の外側は、第２の基板２０８の上面２
０９、及び第１の基板２０１の下面（すなわち、上面２０９の反対側にある表面）を含む
。
【００６７】
以下で更に十分に説明されるように、第１のアクチュエータ３０３（矢印３０９によっ
て示される）及び第２のアクチュエータ３０４（矢印３０８によって示される）はそれぞ
れ、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７をカラム加熱装置２００の外面及びＧＣ
カラム２１２と比較的確実に接触させておくために、加熱サイクルが開始される前に内側
に動くように構成され、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７をカラム加熱装置２
００の外面及びＧＣカラム２１２から分離するために、加熱サイクルが終了した後に、か
つ冷却サイクルが開始する前に、外側に（ここでも、矢印３０８、３０９によって示され
る）に動くように構成される。とりわけ、図３では、最も内側の位置において示される第
１のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュエータ３０４、それゆえ、第１の断熱層３
０６及び第２の断熱層３０７は、カラム加熱装置２００の外面と比較的確実に接触する。
したがって、図３において、カラム加熱及び冷却装置３００の種々の構成要素は、加熱サ
イクルのために位置決めされる。
【００６８】
また、カラム加熱及び冷却装置３００は、冷却サイクル中に内部３０２内に気流を与え
るように位置するファン３０５も備える。ファン３０５は、気流を内部に導くために単一
のファン又は複数のファンを備えることができる。単数又は複数のファンがカラム加熱装
置２００にわたって空気を送り込むように構成されるが、ファンはカラム加熱装置２００
にわたって空気を引き込むように構成することもできる。とりわけ、ファン３０５は、図
３に示される向きに対して垂直になるように向けることができ、これにより、図３の流れ
の方向に対して垂直な流れを導くことができる。
【００６９】
第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７は、ＧＣシステムの性能を妨げることなく
、十分な断熱を与えるのに適した材料から形成される。具体的には、第１の断熱層３０６
及び第２の断熱層３０７は約０．２５インチの厚さを有するガラス布材料から形成され、
第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７が接触するカラム加熱装置２００の外面に対
する第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７の共形を改善する「ブランケット」とし
て設けることができる。代替的には、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７は、限
定はしないが、ガラス繊維、ガラス布、玄武岩等を含む、他のタイプの断熱材を含むこと
もできる。第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７のために選択される材料は一般的
に、ＧＣ実行後に比較的完全に、かつ迅速に冷却できるようにしながら、ＧＣ実行中にカ
ラム加熱装置２００と周囲環境との間の十分な熱的障壁を与える必要がある。
【００７０】
上記で言及されたように、そして以下で更に十分に説明されるように、第１のアクチュ
エータ３０３及び第２のアクチュエータ３０４は、加熱サイクル中にカラム加熱装置２０
０の外面と比較的良好に熱的に接触するように第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０
７と係合し、冷却シーケンス中に、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７と、カラ
ム及びカラム加熱装置２００の外面との間に分離空間を生成するように構成される。第１
のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュエータ３０４は、第１の断熱層３０６及び第
２の断熱層３０７を動かすように構成される幾つかの既知の機械式アクチュエータのうち
の１つとすることができる。第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７を係合及び分離
する第１のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュエータ３０４の動きは、機械、空気
圧、磁気、手動によることができるか、又は電気制御を通して行うことができる。さらに
、２つのアクチュエータが示されるが、直接又は間接の運動システム（例えば、ケーブル
及びプーリシステム）を通して第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７の動きをもた
らすために、本教示によって、より多くの、又はより少ないアクチュエータが考えられる
ことに留意されたい。
【００７１】
図４Ａは、代表的な実施形態による、カラム加熱及び冷却装置３００の断面図を示す。
ここでも、カラム加熱及び冷却装置３００の多くの態様が、図１〜図３の代表的な実施形
態に関連して上記で説明された態様と実質的に同じであり、カラム加熱及び冷却装置３０
０の説明をわかりにくくするのを避けるために繰り返されない。
【００７２】
図４Ａにおいて、第１のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュエータ３０４は最も
内側の位置において示されており（それぞれ矢印４０１、４０２によって示される）、そ
れにより、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７は、カラム加熱装置２００の外面
と比較的確実に接触している。したがって、図４Ａにおいて、カラム加熱及び冷却装置３
００の種々の構成要素は加熱サイクルのために位置決めされる。以下に説明されるように
、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７の圧力は、ＧＣカラム２１２と、カラム加
熱装置２００の外面との間の良好な熱的接触を確実にし、それにより、保持時間再現性、
サイクル時間及びエネルギー効率を改善するのを助ける。
【００７３】
第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７とカラム加熱装置２００の外面との係合は
、周囲環境への熱エネルギーの損失を低減することによって、熱効率を有用に改善する。
第１の断熱層３０６は、周囲環境からのＧＣカラム２１２の保護も与える。とりわけ、第
１の断熱層３０６は、周囲環境からの断熱層を設け、それにより、ＧＣカラムが、非制御
環境である可能性がある周囲環境の温度の影響を受けにくくする。同様に、第１の断熱層
３０６ほど直接ではないが、第２の断熱層３０７も、周囲環境からの第１の基板２０１（
図４Ａには示されない）の実質的な断熱を与えることによって、周囲環境からのＧＣカラ
ム２１２の保護を与える。
【００７４】
したがって、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７が係合する結果として、ＧＣ
カラム２１２がより迅速に加熱され、或る特定の既知のＧＣカラムヒータに比べて特定の
温度を達成するために使用するエネルギーが少なくなる。第１のアクチュエータ３０３及
び第２のアクチュエータ３０４は、完全に係合するように（すなわち、第１の断熱層３０
６及び第２の断熱層３０７がＧＣカラム２１２及びカラム加熱装置２００と接触するよう
に）、又は完全に解除されるように（すなわち、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３
０７がＧＣカラム２１２及びカラム加熱装置２００と接触しないように）、適所に設定さ
れるように構成される。さらに、第１のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュエータ
３０４は非対称に位置決めすることができる。例えば、第２のアクチュエータ３０４がカ
ラム加熱装置２００と完全に係合する間に、第１のアクチュエータ３０３はカラム加熱装
置２００から離反するように動くことができる。カラム加熱装置２００のヒータアセンブ
リ２１０（図４Ａには示されない）が周囲温度付近で、又は等温において動作するＧＣ適
用例では、カラム加熱装置２００にわたって、又はカラム加熱装置２００及びＧＣカラム
２１２と接触している第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７にわたって冷却流を有
することによって、温度制御を改善することができる。これを果たすために、第１の断熱
層３０６及び第２の断熱層３０７の一方又は両方を、ＧＣカラム２１２及びカラム加熱装
置２００からわずかな距離だけ離反するように動かすことができるか、又はＧＣカラム２
１２及びカラム加熱装置２００と接触したままにすることができる。ファン３０５は、可
変量の冷却空気がＧＣカラム２１２及びカラム加熱装置２００にわたって移動できるよう
にするために、最大電力に切り替わるか、比例電力制御下で動作するか、又はオフに切り
替わることができる。
【００７５】
最後に、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７はなくすことができ、カラム加熱
及び冷却装置３００は、以下で説明されるように、冷却サイクル中にファン３０５を使用
しながら、断熱層を用いることなく加熱サイクルにおいて機能することができることに留
意されたい。この代表的な実施形態は、可能ではあるが、上記のように加熱サイクル中に
カラム加熱装置２００と係合するように構成される第１の断熱層３０６及び第２の断熱層
３０７を備える代表的な実施形態より有益ではない。とりわけ、第１の断熱層３０６及び
第２の断熱層３０７をなくすそのような一実施形態では、ＧＣカラム２１２の加熱速度が
悪影響を及ぼされ、ＧＣカラム２１２及びカラム加熱装置２００が周囲環境の変化の影響
をより受けやすくなるので、ＧＣカラム２１２の全体的な再現性が損なわれる。
【００７６】
図４Ｂは、代表的な実施形態による、カラム加熱及び冷却装置３００の断面図を示す。
ここでも、カラム加熱及び冷却装置３００の多くの態様は、図１〜図４Ａの代表的な実施
形態に関連して上記で説明された態様と実質的に同じであり、カラム加熱及び冷却装置３
００の説明をわかりにくくするのを避けるために繰り返されない。
【００７７】
図４Ｂにおいて、第１のアクチュエータ３０３及び第２のアクチュエータ３０４は最も
外側の位置において示されており（それぞれ矢印４０３、４０４によって示される）、そ
れにより、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７は、カラム加熱装置２００の外面
から分離される。したがって、図４Ｂにおいて、カラム加熱及び冷却装置３００の種々の
構成要素は、冷却サイクルのために位置決めされる。以下で説明されるように、カラム加
熱装置２００との接触から第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７を解除することは
、冷却サイクル中の冷却効率を改善し、冷却の速度及び完全性を高める。有益なことに、
冷却速度が高められ、結果としてサイクル時間が改善されるだけでなく、潜熱の除去も改
善され、それにより、特定の被分析物の保持時間の比較的高い再現性を可能にする。
【００７８】
カラム加熱装置２００の外面から第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７を分離す
ることによって、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７の内面とカラム加熱装置２
００との間に複数の流路４０５が生成される。第１の外側流路４０６及び第２の外側流路
４０７がそれぞれ、ハウジング内の第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７の外面上
に存在する。動作中に、ファン３０５が係合し、ファンからの空気（矢印４０８によって
示される）が流路４０５、並びに第１の外側流路４０６及び第２の外側流路４０７内に流
れ、カラム加熱装置２００を包囲する領域からの強制対流によって熱エネルギーを除去す
る。図４Ｂに示されるように、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７をカラム加熱
装置２００から分離することによって、空気が、カラム加熱装置２００の外面だけでなく
、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７のそれぞれの両面にわたって流れ、除去さ
れなければカラム加熱及び冷却装置３００内に捕捉される可能性があった残留熱を効率的
に除去する。例えば、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７がカラム加熱装置２０
０の外面と接触している係合位置のままであった場合には（図３及び図４Ａにおいて示さ
れる）、冷却サイクル中の空気流は、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７の外側
部分のみにわたって（すなわち、第１の外側流路４０６及び第２の外側流路４０７内のみ
に）流れることになり、内側流路４０５の中には流れないことになる。したがって、空気
は、カラム加熱装置２００の外面にわたって、又は第１の断熱層３０６及び第２の断熱層
３０７の内面にわたって流れないことになる。数多くの既知のＧＣヒータデバイスに対し
て冷却が改善されることになるが、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７がカラム
加熱装置２００の外面と接触しないように分離される代表的な実施形態と比べて、ファン
３０５からの空気流で流されない領域内の残留熱の可能性が高くなる（すなわち、図４Ａ
に示される）。この残留熱はサイクル時間を長くすることになり、除去が不十分である場
合には、特定の被分析物の保持時間の再現性を低下させる可能性がある。さらに、第１の
断熱層３０６及び第２の断熱層３０７を、ハウジング３０１と接触するまで動かすことが
でき、カラム加熱装置２００と第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７との間の空間
を広げることができる。数多くの既知のＧＣヒータデバイスに対して冷却が改善されるこ
とになるが、第１の断熱層３０６及び第２の断熱層３０７がカラム加熱装置２００の外面
と接触しないように分離される（すなわち、図４Ｂに示される）代表的な実施形態によっ
て達成されるのと比べて、ファン３０５からの空気流で流されない領域内の残留熱の可能
性が高くなる。この残留熱はサイクル時間を長くすることになり、除去が不十分である場
合には、特定の被分析物の保持時間の再現性を有害なほど低下させる可能性がある。更な
る構成は、断熱パッドのうちの一方のみをカラム加熱装置２００から離反するように動か
すことである。カラム加熱装置２００の露出面（おそらく第１の基板２０１）にわたる空
気流によって、第２の基板２０８と相互作用するＧＣカラム２１２を冷却空気流に曝露す
ることなく冷却できるようになる。そのような構成は、周囲温度付近における保持時間安
定性を改善できるようにする場合がある。
【００７９】
本開示の観点から、本教示を踏まえて、それらの方法及びデバイスを実現できることに
留意されたい。さらに、種々の構成要素、材料、構造及びパラメータは説明及び例示とし
てのみ含まれており、制限する意味は全くない。本開示の観点から、本教示は、添付の特
許請求の範囲内にとどまりながら、他の適用例において実現することができ、これらの適
用例を実現するために必要とされる構成要素、材料、構造及び装置を決定することができ
る。
【００８０】
例示的な実施形態
ここで開示されている主題により提供される例示的な実施形態は、特許請求の範囲及び
以下の実施形態を含むが、これらに限定されない。
【００８１】
Ａ１．第１の基板と、
第１の基板に隣接する加熱要素と、
シリコンを含む第２の基板であって、第２の基板は加熱要素に隣接し、第２の基板は第
１の面及び第２の面を有し、第２の基板は、第２の基板と熱的に接触しているガスクロマ
トグラフィカラムに加熱要素からの熱を伝達することができる、第２の基板と、
を備える、装置。
Ａ２．第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１０】
2020024209.tif 000014
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１１】
2020024209.tif 000015
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数１２】
2020024209.tif 000016
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性とを含む
、実施形態Ａ１に記載の装置。
Ａ３．カラム加熱装置を収容するように構成されるハウジングであって、カラム加熱装
置は第１の面及び第２の面を含む、ハウジングと、
第１の面に隣接する第１の断熱層と、
第２の面に隣接する第２の断熱層と、
第１の面及び第２の面内に配置されるヒータアセンブリと、
ハウジングに接続され、加熱シーケンス中に、第１の断熱層及び第２の断熱層をそれぞ
れ第１の面及び第２の面と接触させるように動かし、冷却シーケンス中に、第１の断熱層
及び第２の断熱層をそれぞれ第１の面及び第２の面と接触しないように動かすように構成
されるアクチュエータと、
を更に備える、実施形態Ａ１又はＡ２に記載の装置。
Ａ４．冷却シーケンス中に、断熱層とハウジングとの間に形成される流路、及びヒータ
アセンブリと断熱層の内壁との間に形成される流路が、冷却流体がその中を通り抜け、カ
ラム加熱装置の温度を下げることができるように構成される、実施形態Ａ３に記載の装置
。
Ａ５．ハウジングに接続される１つ又は複数のファンを更に備え、１つ又は複数のファ
ンは冷却流体を第１の流路の中に強制的に流すように構成される、実施形態Ａ３又はＡ４
に記載の装置。
Ａ６．ヒータアセンブリを更に備え、このヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の
介在層との間に配置される加熱要素を備える、実施形態Ａ１又はＡ２に記載の装置。
Ａ７．第１の介在層と第２の介在層との間に配置される加熱要素を備える、実施形態Ａ
１又はＡ６に記載の装置。
Ａ８．ヒータアセンブリは基板から電気的に絶縁される、実施形態Ａ１〜Ａ７のいずれ
か一項に記載の装置。
Ａ９．加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、実施形態Ａ１〜Ａ６に記載
の装置。
Ａ１０．第１の基板は結晶シリコンを含む、実施形態Ａ１〜Ａ９のいずれか一項に記載
の装置。
Ａ１１．結晶シリコンは多結晶シリコンを含む、実施形態Ａ１〜Ａ１０のいずれか一項
に記載の装置。
Ａ１２．第２の基板は結晶シリコンを含む、実施形態Ａ１〜Ａ１１のいずれか一項に記
載の装置。
Ａ１３．第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステ
ン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、実施形
態Ａ１〜Ａ１２のいずれか一項に記載の装置。
【図１】
2020024209.tif 000023
【図２Ａ】
2020024209.tif 000024
【図２Ｂ】
2020024209.tif 000025
【図２Ｃ】
2020024209.tif 000026
【図２Ｄ】
2020024209.tif 000027
【図２Ｅ】
2020024209.tif 000028
【図３】
2020024209.tif 000029
【図４Ａ】
2020024209.tif 000030
【図４Ｂ】
2020024209.tif 000031
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月17日(2019.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラム加熱装置を収容するように構成されるハウジングであって、前記カラム加熱装置は第１の面及び第２の面を含む、ハウジングと、
前記ハウジングと前記第１の面との間に配置される第１の断熱層と、
前記ハウジングと前記第２の面との間に配置される第２の断熱層と、
前記第１の面及び前記第２の面内に配置されるヒータアセンブリと、
前記ハウジングに接続され、加熱シーケンス中に、前記第１の断熱層及び前記第２の断熱層をそれぞれ前記第１の面及び前記第２の面と接触させるように動かし、冷却シーケンス中に、前記第１の断熱層及び前記第２の断熱層をそれぞれ前記第１の面及び前記第２の面と接触しないように動かすように構成されるアクチュエータと
を備える、装置。
【請求項２】
前記冷却シーケンス中に、前記断熱層と前記ハウジングとの間に形成される流路、及び前記ヒータアセンブリと前記断熱層の内壁との間に形成される流路が、冷却流体がその中を通り抜け、前記カラム加熱装置の温度を下げることができるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ハウジングに接続される１つ又は複数のファンを更に備え、前記１つ又は複数のファンは前記冷却流体を前記流路を通じて強制的に流すように構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記カラム加熱装置は、
第１の基板と、
前記第１の基板に熱的に接触するように直に又は間接的に隣接するヒータアセンブリと、
前記ヒータアセンブリに熱的に接触するように直に又は間接的に隣接する第２の基板であって、前記第２の基板は第１の面及び第２の面を有し、前記第２の面は熱的に接触しているガスクロマトグラフィカラムを有するように構成され、前記ヒータアセンブリからの熱は前記第２の基板を通して伝達され、前記第２の基板に接触している前記ガスクロマトグラフィカラムを実質的に均一に加熱する、第２の基板と
を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
ヒータアセンブリを備え、該ヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層との間に配置される前記加熱要素を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ヒータアセンブリは前記基板から電気的に絶縁される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第２の基板は結晶シリコンを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
前記第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１】
2020024209.tif 000032
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数２】
2020024209.tif 000033
より高い熱伝導率と、２５℃において
【数３】
2020024209.tif 000034
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高いヤング率とを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
前記第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項４に記載の装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
Ａ１．第１の基板と、
第１の基板に隣接する加熱要素と、
シリコンを含む第２の基板であって、第２の基板は加熱要素に隣接し、第２の基板は第１の面及び第２の面を有し、第２の基板は、第２の基板と熱的に接触しているガスクロマトグラフィカラムに加熱要素からの熱を伝達することができる、第２の基板と、
を備える、装置。
Ａ２．第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１０】
2020024209.tif 000035
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１１】
2020024209.tif 000036
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数１２】
2020024209.tif 000037
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性とを含む、実施形態Ａ１に記載の装置。
Ａ３．カラム加熱装置を収容するように構成されるハウジングであって、カラム加熱装置は第１の面及び第２の面を含む、ハウジングと、
第１の面に隣接する第１の断熱層と、
第２の面に隣接する第２の断熱層と、
第１の面及び第２の面内に配置されるヒータアセンブリと、
ハウジングに接続され、加熱シーケンス中に、第１の断熱層及び第２の断熱層をそれぞれ第１の面及び第２の面と接触させるように動かし、冷却シーケンス中に、第１の断熱層及び第２の断熱層をそれぞれ第１の面及び第２の面と接触しないように動かすように構成されるアクチュエータと、
を更に備える、実施形態Ａ１又はＡ２に記載の装置。
Ａ４．冷却シーケンス中に、断熱層とハウジングとの間に形成される流路、及びヒータアセンブリと断熱層の内壁との間に形成される流路が、冷却流体がその中を通り抜け、カラム加熱装置の温度を下げることができるように構成される、実施形態Ａ３に記載の装置。
Ａ５．ハウジングに接続される１つ又は複数のファンを更に備え、１つ又は複数のファンは冷却流体を第１の流路の中に強制的に流すように構成される、実施形態Ａ３又はＡ４に記載の装置。
Ａ６．ヒータアセンブリを更に備え、このヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層との間に配置される加熱要素を備える、実施形態Ａ１又はＡ２に記載の装置。
Ａ７．第１の介在層と第２の介在層との間に配置される加熱要素を備える、実施形態Ａ１又はＡ６に記載の装置。
Ａ８．ヒータアセンブリは基板から電気的に絶縁される、実施形態Ａ１〜Ａ７のいずれか一項に記載の装置。
Ａ９．加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、実施形態Ａ１〜Ａ６に記載の装置。
Ａ１０．第１の基板は結晶シリコンを含む、実施形態Ａ１〜Ａ９のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１１．結晶シリコンは多結晶シリコンを含む、実施形態Ａ１〜Ａ１０のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１２．第２の基板は結晶シリコンを含む、実施形態Ａ１〜Ａ１１のいずれか一項に記載の装置。
Ａ１３．第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、実施形態Ａ１〜Ａ１２のいずれか一項に記載の装置。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項１：
第１の基板と、
前記第１の基板に隣接して配置される加熱要素と、
シリコンを含む第２の基板であって、該第２の基板は前記加熱要素に隣接して配置され、該第２の基板は第１の面及び第２の面を有し、該第２の基板は、該第２の基板と熱的に接触しているガスクロマトグラフィカラムに前記加熱要素からの熱を伝達することができる、第２の基板と
を備える、装置。
請求項２：
ヒータアセンブリを更に備え、該ヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層との間に配置される前記加熱要素を備える、請求項１に記載の装置。
請求項３：
前記ヒータアセンブリは前記基板から電気的に絶縁される、請求項２に記載の装置。
請求項４：
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１に記載の装置。
請求項５：
前記第１の基板は結晶シリコンを含む、請求項１に記載の装置。
請求項６：
前記結晶シリコンは多結晶シリコンを含む、請求項５に記載の装置。
請求項７：
前記第２の基板は結晶シリコンを含む、請求項１に記載の装置。
請求項８：
第１の基板と、
前記第１の基板に隣接する加熱要素と、
第２の基板であって、該第２の基板は前記加熱要素に隣接し、該第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１３】
2020024209.tif 000038
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１４】
2020024209.tif 000039
より高い熱伝導率と、２５℃において約
【数１５】
2020024209.tif 000040
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性とを含む第２の基板と
を備え、前記第２の基板は、前記第２の基板と熱的に接触しているガスクロマトグラフィカラムに前記加熱要素からの熱を伝達することができる、装置。
請求項９：
ヒータアセンブリを更に備え、該ヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層との間に配置される前記加熱要素を備える、請求項８に記載の装置。
請求項１０：
前記第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項８に記載の装置。
請求項１１：
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項８に記載の装置。
請求項１２：
カラム加熱装置を収容するように構成されるハウジングであって、前記カラム加熱装置は第１の面及び第２の面を含む、ハウジングと、
前記第１の面に隣接する第１の断熱層と、
前記第２の面に隣接する第２の断熱層と、
前記第１の面及び前記第２の面内に配置されるヒータアセンブリと、
前記ハウジングに接続され、加熱シーケンス中に、前記第１の断熱層及び前記第２の断熱層をそれぞれ前記第１の面及び前記第２の面と接触させるように動かし、冷却シーケンス中に、前記第１の断熱層及び前記第２の断熱層をそれぞれ前記第１の面及び前記第２の面と接触しないように動かすように構成されるアクチュエータと
を更に備える、装置。
請求項１３：
前記冷却シーケンス中に、前記断熱層と前記ハウジングとの間に形成される流路、及び前記ヒータアセンブリと前記断熱層の内壁との間に形成される流路が、冷却流体がその中を通り抜け、前記カラム加熱装置の温度を下げることができるように構成される、請求項１２に記載の装置。
請求項１４：
前記ハウジングに接続される１つ又は複数のファンを更に備え、前記１つ又は複数のファンは前記冷却流体を前記流路を通じて強制的に流すように構成される、請求項１３に記載の装置。
請求項１５：
前記カラム加熱装置は、
第１の基板と、
前記第１の基板に隣接するヒータアセンブリと、
前記ヒータアセンブリに隣接する第２の基板であって、前記第２の基板は第１の面及び第２の面を有し、前記第２の面は熱的に接触している前記ガスクロマトグラフィカラムを有するように構成され、前記ヒータアセンブリからの熱は前記第２の基板を通して伝達され、前記第２の基板に接触している前記ガスクロマトグラフィカラムを実質的に均一に加熱する、第２の基板と
を備える、請求項１２に記載の装置。
請求項１６：
ヒータアセンブリを更に備え、該ヒータアセンブリは、第１の介在層と第２の介在層との間に配置される前記加熱要素を備える、請求項１５に記載の装置。
請求項１７：
前記ヒータアセンブリは前記基板から電気的に絶縁される、請求項１６に記載の装置。
請求項１８：
前記加熱要素はフォイルヒータ又はワイヤヒータを含む、請求項１７に記載の装置。
請求項１９：
前記第２の基板は結晶シリコンを含む、請求項１５に記載の装置。
請求項２０：
前記第２の基板は、以下の属性、すなわち、２５℃において
【数１６】
2020024209.tif 000041
より低い体積熱容量と、２５℃において
【数１７】
2020024209.tif 000042
より高い熱伝導率と、２５℃において
【数１８】
2020024209.tif 000043
より大きい、熱伝導率と熱膨張係数との比と、１００ＧＰａより高い機械的剛性とを含む、請求項１５に記載の装置。
請求項２１：
前記第２の基板は、窒化アルミニウム、ダイヤモンド、炭化シリコン、タングステン、モリブデン、タングステン合金、モリブデン合金又はその組み合わせを含む、請求項１５に記載の装置。
【外国語明細書】
2020024209000001.pdf