(57)【要約】【課題】  ペルチェ素子部から被温度調節部へ熱を伝達する温度調節部のマイクロチップ側の端面が同一の基準面に位置するマイクロチップ用温度制御装置の製造方法を提供する。【解決手段】  複数の温度調節サブユニット２４は、接着剤層２３を形成する接着剤が硬化する前に温度調節部２０の端面２０１を基準面に位置決めしている。そして、接着剤が硬化することにより、温度調節サブユニット２４はヒートシンク２２に固定される。これにより、温度調節サブユニット２４の寸法差、またはヒートシンク２２の凹凸などによって各端面２０１間に生じる相対的な位置のずれは、接着剤層２３を形成する接着剤によって吸収される。したがって、温度調節部２０の端面２０１は、温度調節サブユニット２４の寸法差またはヒートシンク２２の凹凸などに関わらず、常に基準面と同一の平面上に組み付けられる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導体から形成され薄板状のマイクロチップに接する複数の温度調節部と、前記温度調節部の前記マイクロチップとは反対側にそれぞれ設置され通電することにより前記温度調節部を加熱または冷却するペルチェ素子部と、前記ペルチェ素子部の前記温度調節部とは反対側に設置され前記ペルチェ素子部の加熱または冷却を補助するヒートシンクと、を備えるマイクロチップ用温度制御装置の製造方法であって、
接着剤が硬化する前に複数の前記温度調節部の前記マイクロチップ側の端面を基準面をあわせ、前記接着剤の硬化によって前記温度調節部の前記端面の位置を決定する工程を含むことを特徴とするマイクロチップ用温度制御装置の製造方法。
【請求項２】
前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記温度調節部と前記ペルチェ素子部とを一体の温度調節サブユニットに組み付ける工程を含み、
前記温度調節部の位置を決定する工程では、
前記温度調節サブユニットを、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、
前記端面が前記基準面に当接している前記温度調節サブユニットの前記ペルチェ素子部と前記ヒートシンクとの間に前記接着剤を塗布する工程と、
塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法。
【請求項３】
前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記ペルチェ素子部を前記ヒートシンクに固定する工程を含み、
前記温度調節部の位置を決定する工程では、
前記温度調節部を、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、
前記端面が前記基準面に当接している前記温度調節部と前記ヒートシンクに固定された前記ペルチェ素子部との間に前記接着剤を塗布する工程と、
塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法。
【請求項４】
前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体の温度調節ユニットに組み付ける工程を含み、
前記温度調節部の位置を決定する工程では、
一体に組み付けられた前記温度調節ユニットを、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、
前記端面が前記基準面に接している前記温度調節ユニットと前記温度調節ユニットを支持する支持部材との間に接着剤を塗布する工程と、
塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法。
【請求項５】
前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体の温度調節ユニットに組み付ける工程を含み、
前記温度調節部の位置を決定する工程では、
一体に組み付けられた前記温度調節ユニットを、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、
互いに隣接し前記端面が前記基準面に接している前記温度調節ユニットの相互間に接着剤を塗布する工程と、
塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、
を含むことを特徴とする請求項１記載のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップ用温度制御装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロチップでは、薄い板状のチップ上に微細な流路または槽領域などが形成されている。このマイクロチップ上の流路または槽領域において、試料の分離、合成あるいは観察、または細胞の培養などが行われる。このようなマイクロチップでは、流路または槽領域などの複数の被温度調節部ごとに、異なる温度で高精度かつ局所的に温度を制御する必要がある。
【０００３】
上記のようにマイクロチップの被温度調節部の温度を局所的に制御する技術として、例えば特許文献１または非特許文献１に開示されている技術が公知である。特許文献１は、マイクロチップの分析電極ごとに分析電極を加熱する加熱装置を備えている。これにより、マイクロチップの分析電極は個別に温度が制御される。また、非特許文献１では、被温度調節部を有するチップの一方の面側に微小なペルチェ素子を有するヒートシンクが設置されている。これにより、チップの温度調節部はペルチェ素子によって温度調節が行われる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１２７９００号公報
【非特許文献１】シチズン時計株式会社のウェブサイト  ＵＲＬ：http://www.citizen.co.jp/med/field/index.html
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている発明の場合、分析電極には加熱電極が設置されるのみである。そのため、分析電極を冷却することは困難である。その結果、設定温度が雰囲気温度に近いとき、精密な温度調節は困難である。一方、非特許文献１に開示されている発明の場合、ペルチェ素子を用いることにより、被温度調節部は加熱だけでなく冷却も可能となる。
【０００６】
しかしながら、マイクロチップに複数の被温度調節部が設定されているとき、温度制御装置には複数の被温度調節部に対応して複数のペルチェ素子が設置される。ペルチェ素子を複数設置する場合、各ペルチェ素子間には寸法のわずかな差が生じる。さらに、ヒートシンクの凹凸などの影響により、被温度調節部に接する複数のペルチェ素子の端面を同一の平面上に位置させることは困難になる。その結果、複数のペルチェ素子を備える温度制御装置の場合、ペルチェ素子の一部が被温度調節部に密着せず、一部の被温度調節部において精密な温度の制御が困難になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、ペルチェ素子部から被温度調節部へ熱を伝達する温度調節部のマイクロチップ側の端面が同一の基準面に位置するマイクロチップ用温度制御装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法によると、熱伝導体から形成され薄板状のマイクロチップに接する複数の温度調節部と、前記温度調節部の前記マイクロチップとは反対側にそれぞれ設置され通電することにより前記温度調節部を加熱または冷却するペルチェ素子部と、前記ペルチェ素子部の前記温度調節部とは反対側に設置され前記ペルチェ素子部の加熱または冷却を補助するヒートシンクと、を備えるマイクロチップ用温度制御装置の製造方法であって、接着剤が硬化する前に複数の前記温度調節部の前記マイクロチップ側の端面を基準面をあわせ、前記接着剤の硬化によって前記温度調節部の前記端面の位置を決定する工程を含むことを特徴とする。
これにより、温度調節部のマイクロチップ側の端面は、接着剤の硬化前に位置があわせられ、接着剤の硬化後にあわせられた位置に固定される。したがって、温度調節部およびペルチェ素子部の寸法差およびヒートシンクの凹凸に関わらず、温度調節部のマイクロチップ側の端面を同一の基準面上に位置させることができ、温度調節部とマイクロチップの被温度調節部とを密着させることができる。
【０００９】
（２）また、本発明のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法によると、前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記温度調節部と前記ペルチェ素子部とを一体の温度調節サブユニットに組み付ける工程を含み、前記温度調節部の位置を決定する工程では、前記温度調節サブユニットを、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、前記端面が前記基準面に当接している前記温度調節サブユニットの前記ペルチェ素子部と前記ヒートシンクとの間に前記接着剤を塗布する工程と、塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、を含む。
これにより、一体の温度調節サブユニットとヒートシンクとの間に塗布された接着剤によって、各温度調節部の端面間の相対的な位置のずれが吸収される。そのため、温度調節サブユニットとヒートシンクとの間に接着剤を塗布した後、温度調節部の端面と基準面とが接した状態で接着剤を硬化させることにより、温度調節部の端面は基準面と一致した状態で固定される。したがって、簡単な工程で温度調節部のマイクロチップ側の端面を同一の基準面上に位置させることができる。
【００１０】
（３）さらに、本発明のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法によると、前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記ペルチェ素子部を前記ヒートシンクに固定する工程を含み、前記温度調節部の位置を決定する工程では、前記温度調節部を、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、前記端面が前記基準面に当接している前記温度調節部と前記ヒートシンクに固定された前記ペルチェ素子部との間に前記接着剤を塗布する工程と、塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、を含む。
これにより、温度調節部とヒートシンクに固定されたペルチェ素子部との間に塗布された接着剤によって、各温度調節部の端面間の相対的な位置のずれが吸収される。そのため、温度調節部とペルチェ素子部との間に接着剤を塗布した後、温度調節部の端面と基準面とが接した状態で接着剤を硬化させることにより、温度調節部の端面は基準面と一致した状態で固定される。したがって、簡単な工程で温度調節部のマイクロチップ側の端面を同一の基準面上に位置させることができる。
【００１１】
（４）さらに、本発明のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法によると、前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体の温度調節ユニットに組み付ける工程を含み、前記温度調節部の位置を決定する工程では、一体に組み付けられた前記温度調節ユニットを、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、前記端面が前記基準面に接している前記温度調節ユニットと前記温度調節ユニットを支持する支持部材との間に接着剤を塗布する工程と、塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、を含む。
これにより、温度調節ユニットと支持部材との間に塗布された接着剤によって、各温度調節部の端面間の相対的な位置のずれが吸収される。そのため、温度調節ユニットと支持部材との間に接着剤を塗布した後、温度調節部の端面と基準面とが接した状態で接着剤を硬化させることにより、温度調節部の端面は基準面と一致した状態で固定される。したがって、温度調節部のマイクロチップ側の端面を同一の基準面上に位置させることができる。
【００１２】
（５）さらに、本発明のマイクロチップ用温度制御装置の製造方法によると、前記温度調節部の位置を決定する工程の前に、前記温度調節部、前記ペルチェ素子部および前記ヒートシンクを一体の温度調節ユニットに組み付ける工程を含み、前記温度調節部の位置を決定する工程では、一体に組み付けられた前記温度調節ユニットを、前記基準面を形成する基準部材に設置し、前記温度調節部の前記端面を前記基準面に当接させる工程と、互いに隣接し前記端面が前記基準面に接している前記温度調節ユニットの相互間に接着剤を塗布する工程と、塗布された前記接着剤を硬化させる工程と、を含む。
これにより、複数の温度調節ユニットの間に充填された接着剤によって、各温度調節部の端面間の相対的な位置のずれが吸収される。そのため、複数の温度調節ユニットの間に接着剤を塗布した後、温度調節部の端面と基準面とが接した状態で接着剤を硬化させることにより、温度調節部の端面は基準面と一致した状態で固定される。したがって、温度調節部のマイクロチップ側の端面を同一の基準面上に位置させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例により製造したマイクロチップ用温度制御装置（以下、「温度制御装置」と省略する。）を図１に示す。図１は、本発明の第１実施例により製造した温度制御装置１０を適用したマイクロチップ３０の断面を示す概略図である。
【００１４】
図１に示すように、温度制御装置１０は上方にマイクロチップ３０が搭載される。温度制御装置１０は、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１、ヒートシンク２２および接着剤層２３を備えている。
マイクロチップ３０は、例えばガラス、シリコン、セラミックス、金属、プラスチック、シリコンゴムなどのゴム、あるいはこれらの複合材料によって任意の形状に形成されている。なお、マイクロチップ３０は、単一の部材に限らず、例えば基板とカバーなどの二以上の部材で形成してもよい。マイクロチップ３０は、例えばエッチング加工などにより、管路および槽領域が形成されている。
【００１５】
温度調節部２０は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。温度調節部２０は、金属に限らず例えば熱伝導性を有するセラミックスや樹脂などで形成してもよい。温度調節部２０は、図示しない温度検出部が設置されている。温度検出部は、例えばサーミスタなどを有しており、温度調節部２０の温度を検出する。温度検出部は、検出した温度調節部２０の温度を信号として図示しない制御部に出力する。
【００１６】
ペルチェ素子部２１は、温度調節部２０のマイクロチップ３０とは反対側の面に接している。温度調節部２０とペルチェ素子部２１とは例えば接着剤などにより接着されている。ペルチェ素子部２１は、通電することにより一方の面が発熱し、他方の面が吸熱するペルチェ素子を有している。ペルチェ素子は、印加される電流の向きによって一方の端面から熱を吸収し、他方の端面に熱を放出する。これにより、ペルチェ素子に印加する電流の向きおよび大きさを制御することにより、温度調節部２０は加熱または冷却され、温度調節部２０は所定の温度に制御される。温度調節部２０は、図示しない制御部によって温度が制御される。制御部は、図示しない温度検出部で検出された温度に基づいて、ペルチェ素子部２１に供給する電流の向きおよび大きさ、または電流の供給の断続を制御する。
【００１７】
なお、第１実施例では、温度調節部２０とペルチェ素子部２１とは接着剤により接着する例を説明した。接着剤は、例えばエポキシ樹脂などの熱伝導性の高い接着剤、シリコーン変性ポリマーなどの弾性接着剤、反応形アクリルなどの反応形樹脂系接着剤、α−シアノアクリレートなどの瞬間接着剤、ＳＢＳ、ＣＲ、ＮＢＲなどのゴム系溶剤形接着剤、またはＥＶＡ、オレフィン、合成ゴムなどのホットメルト系接着剤などを適用することができる。また、温度調節部２０とペルチェ素子部２１とは、例えば銀、銅、アルミニウムまたははんだなどの金属のろう材により接着してもよい。
【００１８】
ヒートシンク２２は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の金属の合金など、熱伝導体により形成されている。ヒートシンク２２は、ペルチェ素子部２１の温度調節部２０とは反対側に設置されている。ヒートシンク２２は、熱伝導率の大きな熱伝導体で形成することにより、ペルチェ素子部２１による温度調節部２０の加熱または冷却を補助する。なお、ヒートシンク２２には例えばファンなどから送風し、ヒートシンク２２による熱の移動を促進する構成としてもよい。
【００１９】
接着剤層２３は、ペルチェ素子部２１とヒートシンク２２との間に設置されている。接着剤層２３は、一方の面がペルチェ素子部２１に接し、他方の面がヒートシンク２２に接している。これにより、接着剤層２３は、ペルチェ素子部２１とヒートシンク２２との間に挟み込まれ、ペルチェ素子部２１とヒートシンク２２とを接着している。
接着剤層２３は、上述の温度調節部２０とペルチェ素子部２１とを接着する接着剤と同様に、例えばエポキシ樹脂などの熱伝導性の高い接着剤、シリコーン変性ポリマーなどの弾性接着剤、反応形アクリルなどの反応形樹脂系接着剤、α−シアノアクリレートなどの瞬間接着剤、ＳＢＳ、ＣＲ、ＮＢＲなどのゴム系溶剤形接着剤、またはＥＶＡ、オレフィン、合成ゴムなどのホットメルト系接着剤などを適用することができる。接着剤層２３は熱伝導性を有しているため、ペルチェ素子部２１とヒートシンク２２との間に接着剤層２３を設置したとき、ペルチェ素子部２１とヒートシンク２２との間の熱の移動は接着剤層２３を介して行われる。
【００２０】
次に、上記の構成による温度制御装置１０の製造方法について説明する。
図２（Ａ）に示すように、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１は一体の温度調節サブユニット２４として組み付けられる。温度調節部２０とペルチェ素子部２１とは、例えば熱伝導性の接着剤により接着される。
組み付けられた温度調節サブユニット２４は、図２（Ｂ）に示すように基準部材としての基準プレート４０に設置される。基準プレート４０には、複数の温度調節サブユニット２４が設置される。基準プレート４０は、マイクロチップ３０の温度調節部２０側の端面３０ａと同一の形状の基準面４０ａを有している。本実施例では、マイクロチップ３０は、温度調節部２０側の端面３０ａが平坦な平面状に形成されている。そのため、基準プレート４０の基準面４０ａも、マイクロチップ３０の温度調節部２０側の端面３０ａに対応して平坦な平面状に形成されている。なお、マイクロチップ３０が温度調節部２０側に凹凸形状の端面を有する場合、基準プレート４０にはマイクロチップ３０の凹凸形状に対応する端面を設置してもよい。
【００２１】
温度調節サブユニット２４は、温度調節部２０のペルチェ素子部２１とは反対側の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに当接した状態で基準プレート４０に設置される。これにより、温度調節部２０の端面２０１は、基準面４０ａに位置あわせがされる。基準プレート４０の基準面４０ａには、例えば粘着剤などが塗布されている。これにより、温度調節サブユニット２４は、基準プレート４０の基準面４０ａに保持される。基準プレート４０の基準面４０ａに塗布される粘着剤は、温度調節サブユニット２４を緩く保持可能な程度の粘着力を有している。そのため、温度調節サブユニット２４は、基準プレート４０へ容易に着脱可能である。なお、基準プレート４０は、粘着剤に限らず、温度調節サブユニット２４を保持可能な機能を有していればよい。例えば、温度調節部２０を磁性体で形成する場合、基準プレート４０を磁化することで温度調節サブユニット２４を保持する構成としてもよい。また、図２（Ｂ）に示す温度調節サブユニット２４と基準プレート４０との位置関係を逆転し、重力方向の下方の基準プレート４０に温度調節サブユニット２４を設置し、温度調節サブユニット２４を保持する構成としてもよい。
【００２２】
一方、ヒートシンク２２には、接着剤層２３を形成する接着剤２５が塗布される。このとき、接着剤２５は、硬化しておらず半固形状である。基準プレート４０に設置された温度調節サブユニット２４は、接着剤２５を介してヒートシンク２２に取り付けられる。これにより、温度調節サブユニット２４は、温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに位置があわせられた状態でヒートシンク２２に取り付けられる。接着剤２５が硬化することにより、温度調節サブユニット２４は温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに接した状態でヒートシンク２２に固定される。接着剤２５が硬化することにより、接着剤２５は接着剤層２３を形成する。
【００２３】
接着剤２５が硬化すると、図２（Ｃ）に示すように基準プレート４０は温度調節サブユニット２４から取り外される。接着剤層２３を形成する接着剤２５は、硬化前の半固形状のとき、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１の寸法のばらつきなどにより高さ方向の長さが均一でない場合、またはヒートシンク２２の温度調節サブユニット２４側の端面２２ａに凹凸がある場合など、各温度調節部２０の端面２０１の相対的な位置のずれが生じるとき、このずれを吸収する。これにより、温度調節サブユニット２４は、複数の温度調節部２０の端面２０１が基準面４０ａと同一の平面上に位置する。ここで、基準プレート４０に対し温度調節サブユニット２４の位置を決定するとき、基準プレート４０は温度調節部２０によって加熱される温度まで加熱してもよい。
【００２４】
次に、上記の製造方法により製造した温度制御装置１０の温度制御の実験例について説明する。ここでは、マイクロチップ３０に形成された被温度調節部である図示しない任意の槽領域における温度変化を測定した。比較例として、位置あわせをすることなく単純に温度調節サブユニット２４とヒートシンク２２とを接着剤で接着したものを使用した。第１実施例の温度制御装置１０と比較例では、組み付け手順の他は、同一の形状および同一の構成である。
【００２５】
図３に示すように、第１実施例の温度制御装置１０の場合、時間の経過とともに目標温度まで温度が上昇するとともに、所定の時間が経過すると、目標温度で一定になる。これにより、一体の温度調節サブユニット２４の位置を接着剤層２３により決定してヒートシンク２２に固定することにより、温度調節部２０はマイクロチップ３０の被温度調節部に密着し、被温度調節部の温度は精密に制御されていることが分かる。
【００２６】
これに対し、比較例の場合、時間の経過とともに温度が上昇するものの、目標温度に到達することなく、一定の温度となる。比較例では、位置あわせをすることなく温度調節サブユニット２４とヒートシンク２２とを接着しているため、温度調節部２０の端面２０１の位置がそれぞれ異なり同一の平面上に位置しない。そのため、温度調節部２０は、マイクロチップ３０の被温度調節部に均一に密着しない。その結果、温度調節部２０の温度とマイクロチップ３０の被温度調節部の温度とが異なり、被温度調節部の温度の制御が不十分となる。
【００２７】
第１実施例では、複数の温度調節サブユニット２４は、接着剤層２３を形成する接着剤２５が硬化する前に温度調節部２０の端面２０１を基準プレート４０の基準面４０ａに位置決めしている。そして、接着剤２５が硬化することにより、温度調節サブユニット２４はヒートシンク２２に固定される。これにより、温度調節サブユニット２４の寸法差、またはヒートシンク２２の凹凸などによって各端面２０１間に生じる相対的な位置のずれは、接着剤層２３を形成する接着剤２５によって吸収される。したがって、温度調節部２０の端面２０１は、温度調節サブユニット２４の寸法差またはヒートシンク２２の凹凸などに関わらず、常に基準面４０ａと同一の平面上に組み付けることができる。また、温度調節部２０の端面２０１が基準面４０ａと同一の平面上に位置するため、温度調節部２０とマイクロチップ３０の被温度調節部とは密着する。したがって、マイクロチップ３０の被温度調節部の温度を精密に制御することができる。
【００２８】
また、第１実施例では、温度調節サブユニット２４の組み付け、基準プレート４０への温度調節サブユニット２４の設置、ヒートシンク２２への接着剤２５の塗布、および接着剤２５を介した温度調節サブユニット２４とヒートシンク２２との接着という工程で温度調節サブユニット２４とヒートシンク２２とが組み付けられる。したがって、工程の複雑化を招くことなく、簡単な工程で温度調節部２０の端面２０１を同一の基準面４０ａに位置させることができる。
【００２９】
（第２実施例）
本発明の第２実施例による温度制御装置の製造方法について図４に基づいて説明する。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図４（Ａ）に示すように、温度調節部２０は基準プレート４０に設置される。基準プレート４０には、複数の温度調節部２０が設置される。温度調節部２０は、ペルチェ素子部２１とは反対側の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに当接した状態で基準プレート４０に設置される。これにより、温度調節部２０の端面２０１は、基準面４０ａに位置あわせがされる。
【００３０】
ペルチェ素子部２１は、ヒートシンク２２の端面２２ａに設置される。ペルチェ素子部２１は、例えば接着剤などによりヒートシンク２２に固定される。ヒートシンク２２に固定されたペルチェ素子部２１には、ヒートシンク２２と反対側に接着剤層２３を形成する接着剤２５が塗布される。このとき、接着剤２５は、硬化しておらず半固形状である。基準プレート４０に設置された温度調節部２０は、図４（Ｂ）に示すように接着剤２５を介してヒートシンク２２に固定されたペルチェ素子部２１に取り付けられる。これにより、温度調節部２０は、端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに位置があわせられた状態でペルチェ素子部２１に固定される。接着剤２５が硬化することにより、接着剤２５は接着剤層２３を形成する。
【００３１】
接着剤２５が硬化すると、図４（Ｃ）に示すように基準プレート４０は温度調節部２０から取り外される。接着剤層２３を形成する接着剤２５は、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１の寸法のばらつきなどにより、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１の高さ方向の長さが均一でない場合、またはヒートシンク２２に凹凸がある場合など、各温度調節部２０の端面２０１に相対的な位置のずれが生じているとき、このずれを吸収する。これにより、複数の温度調節部２０の端面２０１は基準面４０ａと同一の平面上に位置する。
【００３２】
第２実施例では、第１実施例と同様に、複数の温度調節部２０は、接着剤層２３を形成する接着剤２５が硬化する前に端面２０１を基準プレート４０の基準面４０ａに位置決めしている。そして、接着剤２５が硬化することにより、温度調節部２０はペルチェ素子部２１に固定される。これにより、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１の寸法差、またはヒートシンク２２の凹凸などによって各端面２０１間に生じる相対的な位置のずれは、接着剤層２３を形成する接着剤２５によって吸収される。したがって、温度調節部２０の端面２０１は、常に基準面４０ａと同一の平面上に組み付けることができる。
【００３３】
（第３実施例）
本発明の第３実施例による温度制御装置の製造方法について図５に基づいて説明する。なお、第１実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図５（Ａ）に示すように、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２６は一体の温度調節ユニット２７として組み付けられる。温度調節部２０とペルチェ素子部２１との間、およびペルチェ素子部２１とヒートシンク２６との間は、例えば熱伝導性の接着剤により接着される。本実施例では、温度調節ユニット２７は、それぞれ独立したヒートシンク２６を有している。
【００３４】
組み付けられた温度調節ユニット２７は、図５（Ｂ）に示すように基準プレート４０に設置される。基準プレート４０には、複数の温度調節ユニット２７が設置される。温度調節ユニット２７は、温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに当接した状態で基準プレート４０に設置される。これにより、温度調節部２０の端面２０１は、基準面４０ａに位置あわせがされる。
【００３５】
一方、互いに隣接する温度調節ユニット２７のヒートシンク２６の間には、接着剤１２が塗布される。このとき、接着剤１２は、硬化しておらず半固形状である。基準プレート４０に設置された温度調節ユニット２７は、接着剤１２を介して隣接する温度調節ユニット２７と接着される。これにより、温度調節ユニット２７は、温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに位置があわせられた状態で隣接する温度調節ユニット２７に接着される。接着剤１２が硬化することにより、温度調節ユニット２７は温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに接した状態で隣接する温度調節ユニット２７と固定される。接着剤１２が硬化することにより、接着剤１２は図５（Ｃ）に示すように接着剤層１３を形成する。
【００３６】
接着剤１２が硬化すると、図５（Ｃ）に示すように基準プレート４０は温度調節ユニット２７から取り外される。接着剤層１３を形成する接着剤１２は、硬化前の半固形状のとき、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１の寸法のばらつきなどにより隣接する温度調節ユニット２７の相対的な位置がずれている場合、これらの位置のずれを吸収する。これにより、複数の温度調節ユニット２７は、各温度調節部２０の端面２０１が基準面４０ａと同一の平面上に位置する。
【００３７】
第３実施例では、複数の温度調節ユニット２７は、接着剤層１３を形成する接着剤１２が硬化する前に温度調節部２０の端面２０１を基準プレート４０の基準面４０ａに位置決めしている。そして、接着剤１２が硬化することにより、隣接する温度調節ユニット２７同士は固定される。これにより、隣接する温度調節ユニット２７間の相対的な位置ずれは、接着剤層１３を形成する接着剤１２によって吸収される。したがって、温度調節部２０の端面２０１は、常に基準面４０ａと同一の平面上に組み付けることができる。
【００３８】
（第４実施例）
本発明の第４実施例による温度制御装置の製造方法について図６に基づいて説明する。なお、第１実施例または第３実施例と実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
図６（Ａ）に示すように、温度調節部２０、ペルチェ素子部２１およびヒートシンク２６は一体の温度調節ユニット２７として組み付けられる。温度調節部２０とペルチェ素子部２１との間、およびペルチェ素子部２１とヒートシンク２６との間は、例えば熱伝導性の接着剤により接着される。本実施例では、第３実施例と同様に温度調節ユニット２７はそれぞれ独立したヒートシンク２６を有している。
【００３９】
組み付けられた温度調節ユニット２７は、図６（Ｂ）に示すように基準プレート４０に設置される。基準プレート４０には、複数の温度調節ユニット２７が設置される。温度調節ユニット２７は、温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに当接した状態で基準プレート４０に設置される。これにより、温度調節部２０の端面２０１は、基準面４０ａに位置あわせがされる。
【００４０】
一方、複数の温度調節ユニット２７は支持部材としての支持枠１４に取り付けられる。各温度調節ユニット２７のヒートシンク２６と支持枠１４との間には、接着剤１５が塗布される。このとき、接着剤１５は、硬化しておらず半固形状である。支持枠１４は、例えば樹脂、金属または木材などにより形成されている。基準プレート４０に設置された温度調節ユニット２７は、接着剤１５を介して支持枠１４と接着される。これにより、温度調節ユニット２７は、温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに位置があわせられた状態で支持枠１４に取り付けられる。接着剤１５が硬化することにより、温度調節ユニット２７は温度調節部２０の端面２０１が基準プレート４０の基準面４０ａに接した状態で支持枠１４に固定される。接着剤１５が硬化することにより、接着剤１５は図６（Ｃ）に示すように接着剤層１６を形成する。
【００４１】
接着剤１５が硬化すると、図６（Ｃ）に示すように基準プレート４０は温度調節ユニット２７から取り外される。接着剤層１６を形成する接着剤１５は、硬化前の半固形状のとき、温度調節部２０およびペルチェ素子部２１の寸法のばらつきなどにより温度調節ユニット２７と支持枠１４との相対的な位置がずれている場合、これらの位置のずれを吸収する。これにより、複数の温度調節ユニット２７は、各温度調節部２０の端面２０１が基準面４０ａと同一の平面上に位置する。
【００４２】
第４実施例では、複数の温度調節ユニット２７は、接着剤層１６を形成する接着剤１５が硬化する前に温度調節部２０の端面２０１を基準プレート４０の基準面４０ａに位置決めしている。そして、接着剤１５が硬化することにより、複数の温度調節ユニット２７は支持枠１４に固定される。これにより、温度調節ユニット２７と支持枠１４との間の位置ずれは、接着剤層１６を形成する接着剤１５によって吸収される。したがって、温度調節部２０の端面２０１は、常に基準面４０ａと同一の平面上に組み付けることができる。
【００４３】
次に、上述の第１実施例の製造方法で製造した温度制御装置１０を用いた実験例について説明する。
（第１実験例）
第１実験例に用いるマイクロチップ５０は、図７に示すように基板５１を備えている。なお、基板５１には、図示しないカバーを設置してもよい。基板５１は、図７に示すように槽領域としての反応槽５３および生成槽５４と、管路５５とを備えている。基板５１は、例えばガラス、シリコン、セラミックス、金属、プラスチック、シリコンゴムなどのゴム、あるいはこれらの複合材料によって矩形状に形成されている。基板５１には、例えばエッチング加工などにより、反応槽５３、生成槽５４および管路５５が形成されている。
【００４４】
反応槽５３は、平面視において略矩形の凹状に形成されている。反応槽５３には、注入された試料が蓄えられる。反応槽５３では、蓄えられた試料が反応可能である。生成槽５４は、反応槽５３と同様に平面視において略矩形の凹状に形成されている。生成槽５４は、反応槽５３における反応によって生成した物質が蓄えられる。管路５５は、反応槽５３と生成槽５４とを接続している。管路５５は、反応槽５３における反応によって生成した物質が生成槽５４へ移動する。管路５５から分岐する分岐管路５６の端部には、開口部５７が形成されている。開口部５７からは、管路５５において不要となる気体が外部へ排出される。
【００４５】
マイクロチップ５０の下部には、温度調節部２０が複数設置されている。本実験例の場合、反応槽５３の下部に温度調節部２０ａが設置され、反応槽５３の近傍における管路５５の下部に温度調節部２０ｂが設置され、反応槽５３と生成槽５４との間における管路５５の下部に温度調節部２０ｃが設置され、生成槽５４の近傍における管路５５の下部に温度調節部２０ｄが設置されている。これらマイクロチップ５０において温度調節部２０ａ、温度調節部２０ｂ、温度調節部２０ｃおよび温度調節部２０ｄによって温度調節される部位が被温度調節部である。温度調節部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは、それぞれ個別にマイクロチップ５０の被温度調節部の温度を調節する。
【００４６】
次に、上記の構成のマイクロチップ５０を適用し、溶解度の差を利用して物質を生成する例を説明する。ここでは、石英ガラスで形成されたマイクロチップ５０を適用して、エステル交換反応を実施する場合について説明する。
反応槽５３には、プロピオン酸メチル（ＣＨ3ＣＨ3ＣＯＯＣＨ3）およびエタノール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）を注入した。また、反応槽５３には、触媒としてｐ−トルエンスルホン酸を加えた。そして、温度調節部２０ａ、温度調節部２０ｂおよび温度調節部２０ｃに接するペルチェ素子部２１に通電し、それぞれ７０℃まで加熱した。一方、温度調節部２０ｄに接するペルチェ素子部２１に通電し、２０℃に制御した。これにより、プロピオン酸メチルとエタノールとを反応させた。その結果、生成槽５４にはメタノール（ＣＨ3ＯＨ）が生成するとともに、反応槽５３にはプロピオン酸エチル（ＣＨ3ＣＨ2ＣＯＯＣＨ2ＣＨ3）が生成した。
【００４７】
また、このマイクロチップ５０を適用し、沸点の差を利用して物質を精製する例について説明する。ここでは、例えばシリコンによって形成されたマイクロチップ５０を適用して、アルコールの分離を実施する場合について説明する。
あらかじめ開口部５７は図示しない栓などにより塞いだ。反応槽５３には、エタノール（ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ）およびメトキシエタノール（ＣＨ3ＯＣＨ2ＣＨ2ＯＨ）の混合物を注入した。そして、温度調節部２０ａおよび温度調節部２０ｂに接するペルチェ素子部２１に通電し、それぞれ１００℃および８０℃に加熱した。一方、温度調節部２０ｃおよび温度調節部２０ｄに接するペルチェ素子部２１に通電し、いずれも１０℃に制御した。その結果、生成槽５４にはエタノールが分離され、反応槽５３にはメトキシエタノールが分離された。
【００４８】
以上のように、第１実験例では、マイクロチップ５０の反応槽５３、生成槽５４および管路５５を任意に温度制御できることが検証された。また、第１実施例では、マイクロチップ５０を温度制御することにより、化学反応および物質の精製が行えることが検証された。
【００４９】
（第２実験例）
第２実験例では、図８に示すようにマイクロチップ６０は、三つの貯留槽６１、６２、６３と、各貯留槽６１、６２、６３に連通する三本の管路６４、６５、６６とを有している。第２実験例に適用されるマイクロチップ６０は、パラフィンバルブ７１、７２、７３を有している。パラフィンバルブ７１、７２、７３は、各管路６４、６５、６６の途中にそれぞれ設置されている。パラフィンバルブ７１、７２、７３は、例えば融点が５０℃前後のパラフィンで形成されている。そのため、パラフィンバルブ７１、７２、７３の近傍が室温のとき、パラフィンバルブ７１、７２、７３は固形となって管路６４、６５、６６を閉塞している。一方、パラフィンバルブ７１、７２、７３を融点以上に加熱すると、パラフィンバルブ７１、７２、７３は溶解し、管路６４、６５、６６を開放する。管路６４、６５、６６には、それぞれ途中に拡大部６７、６８、６９が形成されている。三つの貯留槽６１、６２、６３には、図８（Ａ）に示すようにそれぞれ任意の試料が蓄えられている。
【００５０】
パラフィンバルブ７１、７２、７３の下方には、温度制御装置１０の温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇがそれぞれ設置されている。温度制御装置１０の温度調節部２０の構成は、温度調節部２０の配置以外は第１実施例と同一である。これにより、温度調節部２０ｅは、マイクロチップ６０においてパラフィンバルブ７１の下方に接し、パラフィンバルブ７１の温度を調節する。同様に、温度調節部２０ｆはパラフィンバルブ７２の温度を調節し、温度調節部２０ｇはパラフィンバルブ７３の温度を調節する。すなわち、パラフィンバルブ７１、７２、７３は被温度調節部となる。
【００５１】
温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇの各ペルチェ素子部２１への通電を停止しているとき、パラフィンバルブ７１、パラフィンバルブ７２およびパラフィンバルブ７３は室温に近似する温度となっている。そのため、図８（Ａ）に示すように、パラフィンバルブ７１は管路６４を閉塞し、パラフィンバルブ７２は管路６５を閉塞し、パラフィンバルブ７３は管路６６を閉塞している。
【００５２】
ここで貯留槽６２に連通する管路６５を開放するとき、パラフィンバルブ７２の温度を調節する温度調節部２０ｆのペルチェ素子部２１に通電し、パラフィンバルブ７２を加熱した。一方、パラフィンバルブ７１の温度を調節する温度調節部２０ｅのペルチェ素子部２１、およびパラフィンバルブ７３の温度を調節する温度調節部２０ｇのペルチェ素子部２１にも逆方向に通電し、パラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３を冷却した。マイクロチップ６０のように、微小なチップの場合、管路６４と管路６５および管路６５と管路６６との距離は数ｍｍ程度である。そのため、管路６５のパラフィンバルブ７２を加熱したとき、熱伝導により隣接するパラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３も加熱され、パラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３は溶融するおそれがある。そこで、第２実験例では、温度調節部２０ｆによりパラフィンバルブ７２が加熱されるとき、隣接するパラフィンバルブ７１およびパラフィンバルブ７３は温度調節部２０ｅまたは温度調節部２０ｇにより融点以下に冷却した。
【００５３】
パラフィンバルブ７２を融点以上に加熱すると、パラフィンバルブ７２は溶融し、図８（Ｂ）に示すように管路６５は開放した。管路６５において溶融したパラフィンは、拡大部６８で捕集した。一方、管路６４のパラフィンバルブ７１および管路６６のパラフィンバルブ７３は冷却されるため、融点以上の温度に達しない。そのため、管路６４および管路６６は閉塞状態を維持した。したがって、管路６５のみが開放され、貯留槽６２に蓄えられた試料は管路６５を通して図示しない所定の部位へ供給された。
【００５４】
以上のように、第２実施例では、各管路６４、６５、６６の各パラフィンバルブ７１、７２、７３にそれぞれ温度制御装置１０の温度調節部２０ｅ、２０ｆ、２０ｇが接している。そのため、各パラフィンバルブ７１、７２、７３は個別に高精度に温度制御された。したがって、マイクロチップ６０のように各管路６４、６５、６６の間隔が小さなときでも、各パラフィンバルブ７１、７２、７３の開閉を精密に制御することができた。
【００５５】
（第３実験例）
第３実験例では、図９に示すようにマイクロチップ８０は、二つの貯留槽８１、８２と、これらの貯留槽８１、８２を連通する一本の管路８３とを有している。第３実験例に適用されるマイクロチップ８０は、遺伝子の複製、いわゆるＰＣＲサイクルに適用される。貯留槽８１には、複製前の遺伝子を含む試料が蓄えられる。貯留槽８２には、複製後の遺伝子を含む試料が蓄えられる。
【００５６】
マイクロチップ８０は、貯留槽８１と貯留槽８２との間に温度調節領域９１、温度調節領域９２および温度調節領域９３を有している。温度調節領域９１、９２、９３には、それぞれ温度制御装置１０の温度調節部２０ｈ、２０ｉ、２０ｊが接している。温度調節領域９１における管路８３は、温度調節部２０ｈにより９４℃で一定に制御される。同様に、温度調節領域９２における管路８３は温度調節部２０ｉにより７３℃で一定に制御され、温度調節領域９３における管路８３は温度調節部２０ｊにより５３℃で一定に制御される。
【００５７】
貯留槽８１および貯留槽８２には、それぞれ温度制御装置１０の温度調節部２０ｋ、２０ｌが接している。貯留槽８１は、温度調節部２０ｋによりあらかじめ設定された所定の温度（本実施例では２５℃）に制御される。同様に、貯留槽８２は、温度調節部２０ｌにより４℃で一定に制御される。
被温度調節部である管路８３は、マイクロチップ８０の温度調節領域９１と温度調節領域９３との間を繰り返し往復しながら、貯留槽８１と貯留槽８２とを連通している。これにより、貯留槽８１から貯留槽８２へ管路８３を流れる試料は、温度調節領域９１、９２、９３において、２５℃−９４℃−５３℃−７３℃−９４℃−５３℃−７３℃−９４℃−５３℃−７３℃−４℃のＰＣＲサイクルが実行される。これにより、貯留槽８１に蓄えられる試料に含まれる遺伝子は、管路８３を経由して貯留槽８１から貯留槽８２へ流れる間にＰＣＲサイクルによって複製される。
【００５８】
実験例３において管路８３を流れる試料の温度を測定したところ、図１０に示すような温度変化が得られた。これにより、試料は、管路８３を流れる間に所定の温度変化を繰り返すことが明らかになった。したがって、実験例３では、温度制御装置１０を用いたマイクロチップ８０によってＰＣＲサイクルを実行できることが検証された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施例による温度制御装置を適用したマイクロチップの断面を示す概略図である。
【図２】本発明の第１実施例による温度制御装置の製造工程を示す概略図である。
【図３】マイクロチップの槽領域における経時的な時間変化を示す概略図である。
【図４】本発明の第２実施例による温度制御装置を適用した温度制御装置の製造工程を示す概略図である。
【図５】本発明の第３実施例による温度制御装置を適用した温度制御装置の製造工程を示す概略図である。
【図６】本発明の第４実施例による温度制御装置を適用した温度制御装置の製造工程を示す概略図である。
【図７】本発明の温度制御装置を適用した第１実験例に用いたマイクロチップの平面視を示す概略図である。
【図８】本発明の温度制御装置を適用した第２実験例に用いたマイクロチップの平面視を示す概略図である。
【図９】本発明の温度制御装置を適用した第３実験例に用いたマイクロチップの平面視を示す概略図である。
【図１０】本発明の温度制御装置を適用した第３実験例において、流路を流れる試料の温度変化を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  温度制御装置（マイクロチップ用温度制御装置）、１２、１５、２５  接着剤、１４  支持枠（支持部材）、２０、２０ａ〜２０ｌ  温度調節部、２１  ペルチェ素子部、２２、２６  ヒートシンク、２４  温度調節サブユニット、２７  温度調節ユニット、３０、５０、６０、８０  マイクロチップ、４０  基準プレート（基準部材）、４０ａ  基準面、２０１  端面
【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】
2006275723.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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