(57)【要約】【課題】例えばマイクロ流体素子のような被温度伝導材料の微小な距離範囲に所定の温度差を設けた急峻な温度勾配を有する温度分布を精度良く形成し、しかも、ヒーターや放熱器が小型化でき、エネルギーの無駄を無くした温度伝導装置及び被温度伝導材料に所定の温度差を設けた急峻な温度勾配を形成する方法を提供すること。【解決手段】ブロック本体１に於いて、表面に対して平行で、且つ温度勾配を生じ得る方向の熱伝導率が、前記表面に対する垂直方向の熱伝導率よりも低く、且つ０．３〜１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、更にブロック本体１が、熱伝導率の低い第１の熱伝導部材と該第１の熱伝導部材よりも熱伝導率の高い第２の熱伝導部材とをそれぞれ２枚以上交互に前記ある表面に対して平行方向に並べて層状に配置することにより構成されていることを特徴とする。【選択図】  図３
2004313840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブロック本体と、該ブロック本体を加熱又は冷却する温度調節部とを具備し、前記ブロック本体のある表面に温度勾配を生じさせることができ、前記ある表面の温度を被温度伝導材料に伝導する温度伝導装置であって、
前記ブロック本体に於いて、前記ある表面に対して平行で、且つ前記温度勾配を生じ得る方向の熱伝導率が、前記ある表面に対する垂直方向の熱伝導率よりも低く、且つ０．３〜１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、更に前記ブロック本体が、熱伝導率の低い第１の熱伝導部材と該第１の熱伝導部材よりも熱伝導率の高い第２の熱伝導部材とをそれぞれ２枚以上交互に前記ある表面に対して平行方向に並べて層状に配置することにより構成されていることを特徴とする温度伝導装置。
【請求項２】
前記第１の熱伝導部材の熱伝導率が１０〜１０００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、かつ前記第２の熱伝導部材の熱伝導率が５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下である請求項１に記載の温度伝導装置。
【請求項３】
前記ある表面の温度勾配が生じる方向の長さが、５ｍｍ〜２０ｍｍである請求項１または２に記載の温度伝導装置。
【請求項４】
前記ブロック本体の端部又は内部に、該ブロック本体を加熱若しくは冷却する温度調節部が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載の温度伝導装置。
【請求項５】
前記ブロック本体に、前記ある表面を除いて断熱カバーが装着されている請求項１乃至４のいずれかに記載の温度伝導装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の温度伝導装置のブロック本体を加熱又は冷却することで前記ブロック本体のある表面の温度を他の表面と温度差が生じるように調整し、温度勾配を生じさせた前記ある表面に被温度伝導材料を当接または近接することを特徴とする温度伝導方法。
【請求項７】
前記ある表面の温度勾配を、１〜１０℃／ｍｍとする請求項６に記載の温度伝導方法。
【請求項８】
前記被温度伝導材料が、有機重合体である請求項６または７に記載の温度伝導方法。
【請求項９】
前記ブロック本体に、前記ある表面を除いて断熱カバーを装着する請求項６乃至８のいずれかに記載の温度伝導方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被温度伝導材料の微小な範囲に大きな温度勾配を形成する温度伝導装置及びその方法に関し、詳しくは表面に温度勾配を設けたブロックを被温度伝導材料に当接又は近接させることによって、該被試験体の前記当接又は近接面に平行な面内に温度勾配を形成し得る温度伝導装置及びかかる温度勾配を付与する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被試験体の表面に温度分布を形成することは、例えば、マイクロ流体素子の温度調節に有用である。かかるマイクロ流体素子は、マイクロ流体デバイス、マイクロ・フルイディック・デバイス、マイクロ・ファブリケイテッド・デバイス、ラブ・オン・チップ、又はマイクロ・トータル・アナリティカル・システム（μ−ＴＡＳ）とも呼ばれるものであり、内部に微細な毛細管状の流路を設け、該流路中で（生）化学反応、（生）化学分析、或いは化学工学的処理を行うものであり、該素子中の液体量を極めて微量にすることが出来るため、該液体の熱容量も極めて小さくすることが出来る。そのため、マイクロ流体素子に必要な温度の領域を設け、そこに流体を流すことによって、液体の容器（この場合はマイクロ流体素子）の温度を時間的に変化させること無く、迅速な温度追従性と均一な温度分布を得ることが出来る。これにより、反応時間や分析時間の短縮、副生成物の抑制などが可能となるという特長を有している。
【０００３】
被試験体の表面に温度分布を形成する方法として、例えば、加熱したエアーを熱源とする温度調節部で互いに異なる温度に調節された３つのブロックを、板状の被試験体（マイクロ流体素子）に当接して、該被試験体に３つの温度領域を設ける方法（非特許文献１）や、該ブロックで板状の被試験体を挟んで、該被試験体に３つの温度領域を設ける方法（特許文献１）が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−０５８４７０号公報
【非特許文献１】
コップ（Ｋｏｐｐ）等、サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ）誌、第２８０巻、１９９８年５月１５日号
【０００５】
しかしながら、これらの方法によれば、非試験体に温度勾配を設ける場合のように、細かい階調で温度分布を形成する為には、極めて多数のブロックが必要となり、温調機構が複雑になり、限られた狭い範囲で正確に温度勾配を形成することが困難であるという問題があった。
【０００６】
一方、ブロック内に温度分布を形成し、該ブロックを被試験体に当接又は近接させることによって、該ブロックと同じ温度勾配を被試験体に形成する方法も考えられるが、被試験体がマイクロ流体素子のように小さい場合には新たに固有の問題が生じる。即ち、一定の温度差の温度勾配を持たせようとすると、高温部と低温部の距離が近いために、形成すべき温度勾配が急峻となって、ブロックにこのような急峻な温度勾配を付けることが困難である。また、例えブロックに急峻な温度勾配を持たせることを想像したとしても、該温度ブロックを貫通する熱貫流量が多大となり、エネルギーの無駄が生じるだけでなく、該ブロックに大きなヒーターと大きな放熱器（又は冷却器）が必要となり、小型化することが難しくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような実情に鑑みて、例えばマイクロ流体素子のような被温度伝導材料の微小な距離範囲に所定の温度差を設けた急峻な温度勾配を有する温度分布を精度良く形成し、しかも、ヒーターや放熱器が小型化でき、エネルギーの無駄を無くした温度伝導装置及び被温度伝導材料に所定の温度差を設けた急峻な温度勾配を形成する方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、温度伝導装置により被温度伝導材料に一定の温度差を有する温度分布を設ける場合その距離的な範囲が小さくなるほど、温度伝導装置のブロックの熱伝導率を小さくする必要があるが、前記ブロックの熱伝導率を小さくするほど、被温度伝導材料の温調精度が低下することを知見し、その問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ブロックの前記被温度伝導材料との接触面又は近接面に平行な方向の熱伝導率とそれに垂直な方向の熱伝導率が異なる構造にすることによって、本発明を完成するに至った。
【０００９】
即ち、本発明は、ブロック本体と、該ブロック本体を加熱又は冷却する温度調節部とを具備し、前記ブロック本体のある表面に温度勾配を生じさせることができ、前記ある表面の温度を被温度伝導材料に伝導する温度伝導装置であって、前記ブロック本体に於いて、前記ある表面に対して平行で、且つ前記温度勾配を生じ得る方向の熱伝導率が、前記ある表面に対する垂直方向の熱伝導率よりも低く、且つ０．３〜１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であり、更に前記ブロック本体が、熱伝導率の低い第１の熱伝導部材と該第１の熱伝導部材よりも熱伝導率の高い第２の熱伝導部材とをそれぞれ２枚以上交互に前記ある表面に対して平行方向に並べて層状に配置することにより構成されていることを特徴とする温度伝導装置に関する。
【００１０】
また、本発明は、前記温度伝導装置のブロック本体を加熱又は冷却することで前記ブロック本体のある表面の温度を他の表面と温度差が生じるように調整し、温度勾配を生じさせた前記ある表面に被温度伝導材料を当接または近接することを特徴とする温度伝導方法に関する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明の温度伝導装置の主体となるブロック本体は、被温度伝導材料に温度を伝導するある表面（以下、温度伝導面という）で、温度勾配を生じ得るものであり、温度伝導面に対する平行方向で、且つ、前記温度勾配を生じうる方向の熱伝導率が、該温度伝導面に対する垂直方向の熱伝導率よりも低く、且つ０．３〜１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であるものからなっている。また、該ブロック本体は、熱伝導率の低い第１の熱伝導部材と該第１の熱伝導部材よりも熱伝導率の高い第２の熱伝導部材とをそれぞれ２枚以上、好ましくはそれぞれ５〜２００枚交互に前記ある表面に対して垂直方向に層状に配置されているものである。
【００１２】
前記ブロック本体を構成する熱伝導率の低い第１の熱伝導部材としては、熱伝導率が５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以下の材料が好ましく、０．１〜１Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の材料がさらに好ましい。このような材料としては、例えばガラス、セラミック、雲母、セメント、煉瓦、石、石綿、炭素繊維などの無機質材料、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系ポリマー、ポリ塩化ビニルや塩化ビニリデンなどの塩素含有ポリマー、ポリ４フッ化エチレンなどのフッ素系ポリマー、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメチルメタクリレートなどの（メタ）アクリル系ポリマー、ポリスルホンやポリエーテルスルホン等のポリスルホン系ポリマー、ポリカーボネート、ポリスチレンやポリ−α−メチルスチレンなどのポリスチレン系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミドなどのポリアミド系ポリマー、ポリエチレンテラフタレートなどのポリエステル系ポリマー、天然ゴムやニトリルゴムやシリコンゴム等のゴムやエラストマー、エボナイト、セルロースや酢酸セルロースやニトロセルロースなどのセルロース類等の天然高分子、等の有機高分子が挙げられる。これらは、単独でも共重合体でも、混合物であってもよい。これらの中で、特に、有機質材料が好ましい。
また、第１の熱伝導部材よりも熱伝導率の高い第２の熱伝導部材としては、好ましくは１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上、より好ましくは１０〜１０００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１の材料であり、このような材料としては、例えば、鉄、銅、アルミニュウム、黄銅などの金属材料が挙げられる。
更にこれらの熱伝導部材の形状は、板、シート、ペーパー、編織布、不織布等の形状である。その厚みは、特に制限されないが、前記平行方向の熱伝導率が０．３〜１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１となるように適宜選択され、好ましくは第１の熱伝導部材が０．００１〜０．１ｍｍ、第２の熱伝導部材が０．０１〜１ｍｍ程度である。
【００１３】
前記ブロック本体が熱伝導率の低い第１の熱伝導部材と、該第１の熱伝導部材よりも熱伝導率の高い第２の熱伝導部材とを組み合わせてなることにより、異種の部材間を伝達する際に熱伝導が阻害されるので、温度勾配を設け易くなる。
【００１４】
前記ブロック本体は、上述するように、温度伝導面に対する平行方向の熱伝導率が該温度伝導面に対する垂直方向の熱伝導率よりも低くなるが、かかる平行方向の熱伝導率が０．３〜１０Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１で、０．５〜５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１が好ましい。平行方向の熱伝導率がその範囲であれば、温度伝導面に於いてより正確で、室温の変動、室内気流の変動、被温度伝導材料内の流体流量変化、被温度伝導材料内の発熱反応や吸熱反応などの外乱を受けにくく、且つ、エネルギー消費も少ない、効率的な温度勾配をもたらすことができる。
かかる平行方向に対して所定の熱伝導得率のブロック本体を形成する為には、ブロック本体を製造する際にそれを構成する材料の配置を適宜検討する必要があり、予め使用する材料の熱伝導率が自明であることから計算して決めることができる。
【００１５】
次いで、本発明の代表的なブロック本体、即ち温度伝導面に対して垂直方向に２種の材料を複数枚で交互に層状に重ねた構造のブロック本体の熱伝導率（垂直方向の熱伝導率と平行方向の熱伝導率）の計算方法について説明する（参考資料；「新版化学機械の理論と計算」、亀井三郎編、産業図書（株）、１９５９年）。
ブロック本体の寸法を、縦方向ｘ、横方向ｙ、高さ方向ｚとする。
Ａ層（物質Ａ）の寸法は、縦方向をａ１，ａ２，・・・，ａｎ（ａ１＋ａ２＋・・・＋ａｎ＝ｘＡ）、横方向をｙ、高さ方向をｚとする。
Ｂ層（物質Ｂ）の寸法は、縦ｂ１，ｂ２，・・・，ｂｎ（ｂ１＋ｂ２＋・・・＋ｂｎ＝ｘＢ）、横方向をｙ、高さ方向をｚとする。なお、ｘＡ＋ｘＢ＝ｘとする。
物質Ａの熱伝導率をλＡ、物質Ｂの熱伝導率をλＢ、ブロック本体のｘ軸方向の熱伝導率の平均値をλｘ、ブロック本体のｚ軸方向の熱伝導率の平均値をλｚとする。
【００１６】
（１）層に平行な方向（ｚ軸方向）の熱伝導率（ｙ軸方向も同じ）
ブロック本体の断面積が一定の時、ブロック本体をｚ軸方向に貫流する熱量ｑｚは、熱伝導の基本式より、
【００１７】
【数１】
2004313840.tif 000003
【００１８】
一方、ブロック本体両端の温度差をΔｔとすると、熱量ｑｚは、物質Ａ（層の数をｎとする）と物質Ｂ（層の数をｍとする）の各層を縦に貫流する熱量ｑＡｎ（ｎ＝１〜ｎ）、ｑＢｎ（ｍ＝１〜ｍ）の和となるから、
【００１９】
【数２】
2004313840.tif 000004
【００２０】
上記の（Ｅ１）式、（Ｅ２）式より、
【００２１】
【数３】
2004313840.tif 000005
【００２２】
即ち、積層体に平行な方向（ｚ及びｙ軸方向）のブロック本体の熱伝導率は、「物質Ａの熱伝導率と物質Ｂの熱伝導率との、層の合計厚みの重み付き平均」となる。
【００２３】
（２）層を貫通する方向（ｘ軸方向）の熱伝導率
ブロック本体両端の温度差をΔｔとすると、ブロック本体をｘ軸方向の両端部間のΔｔは、物質Ａ，Ｂの各層の積層順序とは無関係に、積層された各層の表裏の温度差の和となるから、ｘ方向の両端の温度差をΔｔ、物質Ａの第ｋ層の表裏の温度差をΔｔＡｋ（ｋ＝１〜ｎ）、物質Ｂの第ｌ層の表裏の温度差をΔｔＢｌ（ｌ＝１〜ｍ）、ｘ方向の熱貫流量をｑｘとすると、熱伝導の基本式より、
【００２４】
【数４】
2004313840.tif 000006
【００２５】
一方、各層の表裏の温度差の和から、
【００２６】
【数５】
2004313840.tif 000007
【００２７】
上記の（Ｅ４）式、（Ｅ５）式より、
【００２８】
【数６】
2004313840.tif 000008
【００２９】
即ち、積層体を貫通する方向（ｘ軸方向）のブロック本体の熱伝導率は、「物質Ａの熱伝導率と物質Ｂの熱伝導率との、層の合計厚みの重み付き調和平均（逆数の平均の逆数）」となる。
【００３０】
（３）計算例
物質Ａをアルミニウム（熱伝導率；λＡ＝２３７（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、縦方向の寸法（厚み）；ａ１＝ａ２＝・・・＝ａ２０＝１．０（ｍｍ）、ｘＡ＝２０（ｍｍ））、物質Ｂをポリエチレン（熱伝導率；λＢ＝０．２２（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、縦方向の寸法（厚み）；ｂ１＝ｂ２＝・・・＝ｂ１９＝０．０４（ｍｍ）、ｘＢ＝０．７６（ｍｍ））とすると、
ｚ軸方向の熱伝導率λｚは、上記の（Ｅ３）式より、２２８（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）となる。また、ｘ軸方向の熱伝導率λｘは、上記の（Ｅ６）式より、６．０１（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）となる。
【００３１】
前記ブロック本体の温度伝導面の大きさについては、特に制限がないが、その長さがあまり長いと、温度勾配が雰囲気温度や被熱伝導材料の使用状態などによる外乱を受けやすくなる上、公知の等方的な熱伝導率を有するブロック本体を使用する方法に対する優位性が減少し、本発明の効果が減じる。また、その長さがあまり短いと、互いに異なる温度に調節された２つのブロック本体を被温度伝導材料に接触又は近接させる方法に対する優位性が減少し、やはり本発明の効果が減じる。本発明の効果を発揮するためには、温度勾配を生じる方向の長さが５〜２０ｍｍとなる程度が好ましい。
【００３２】
本発明においては、ブロック本体が、温度伝導面に対して平行方向、かつ温度伝導面の垂直方向の熱伝導率よりも低い熱伝導率を示すことから、温度勾配は保ちながら、各温度域においてブロック本体から被温度伝導材料への熱の授受が効率よく行われるので、被温度伝導材料にも正確で安定した温度勾配を形成することができる。即ち、垂直方向の熱伝導率が平行方向の熱伝導率よりも高いため、熱源から伝導された熱エネルギーを垂直方向により大きく伝導することになり、ブロック本体や被温度伝導体に気流が当たった場合や、被温度伝導材料中の液体流量が変化したり、被温度伝導材料中で発熱反応や吸熱反応が生じた場合でも、温度勾配が受ける影響は少なく、温度が安定している。また、上記にもかかわらず、温度勾配が形成される方向の熱伝導率が小さいため、高温部から低温部へと流れる熱貫流量が小さく、エネルギー効率がよいということになる。
【００３３】
前記ブロック本体を加熱または冷却する温度調節部は、通常前記ブロック本体の端部又は内部に、該ブロック本体を加熱若しくは冷却する温度調節部が設けられており、例えば電気ヒーター、セラミックヒーター、オイルヒーター、冷却装置などが使用され、加熱する場合には電気ヒーターが温度の調節に容易であることから好ましい。前記ブロック本体と前記温度調節部との構成については、例えば（１）前記ブロック本体の端部に加熱又は冷却する温度調節部を有し、同時に前記ブロック本体の他端部に前記端部と温度差を生じるための温度調節部とを有するか、又は当該ブロック本体の他端部に温度調節部を有しておらず、又は（２）前記ブロック本体の内部に加熱又は冷却する温度調節部を有し、同時に前記ブロック本体の端部に前記ブロック本体の内部の温度調節部と温度差を生じるための温度調節部とを有するか、又は有していないような構造があげられる。
例えば、最高温度部と最低温度部の両方を加熱する方法、最高温度部を加熱し、最低温度部を冷却又は放冷しつつ加熱する方法、最高温度部を加熱し、最低温度部は特に温調せず放冷する方法、最高温度部を加熱し、最低温度部を冷却する方法、最高温度部も最低温度部も冷却する方法、最高温度部は特に温調せず最低温度部を冷却する方法などが挙げられる。これらは設定すべき温度勾配の最高温度と最低温度や、最高温度部や最低温度部を温調する機構によって最適の方式を採用しうる。
また、温度調節部がブロック本体より小さい場合、ブロック本体への熱伝導をより効率的に行うために、該温度調節部は、好ましくは熱伝導度の高い伝熱板、例えば金属板を有していてもよい。
【００３４】
本発明の温度伝導装置においては、前記ブロック本体に、温度伝導面を除いて断熱カバーを装着することが好ましい。ブロック本体は少なからず全体から熱を発するので、ある表面を除いて断熱カバーを装着することによって周囲に散逸する熱量の損失を低減できる上、温度勾配の直線性が増す。尚、前記ブロック本体にかかる平行方向の熱伝導率および垂直方向の熱伝導率については、断熱カバーはブロック本体に含めないものとする。
【００３５】
本発明の温度伝導装置を用いて被温度伝導材料に温度を伝導する場合、温度範囲は目的によって異なるため限定されないが、冷却するときには−１６０℃〜−８０℃程度であり、また加熱するときには１００℃〜２５０℃程度であり、特にブロック本体の高い温度の部分と低い部分との温度差は１０℃〜１００℃程度が好ましい。また、本発明の温度伝導方法においては、温度伝導面の温度勾配を、０．３〜１０℃／ｍｍとすることが好ましく、特に１〜５℃／ｍｍが好ましい。
【００３６】
本発明の温度伝導方法において、前記被温度伝導材料は、一般的には、前記ブロック本体の温度勾配形成方向に平行な方向の熱伝導率の１０倍以下が好ましく、３倍以下がさらに好ましく、１倍以内が最も好ましく、より正確な温度勾配を行う観点からすると前記ブロック本体にかかる平行方向の熱伝導率よりも低い熱伝導率からなるものが好適である。かかる平行方向の熱伝導率よりも大幅に、例えば１０倍以上、高いものからなると、前記ブロック本体の温度伝導面から伝導された勾配のある温度が損なわれ、温度伝導面の温度勾配が反映されないことになる。かかる被温度伝導材料の熱伝導率の上限は、被温度伝導材料の厚みや、ブロック本体の各方向の熱伝導率、ブロック本体の高さなどによって変わりうることになり、また被温度伝導材料の熱伝導率の下限は、要求される温度追従性、例えば被被温度伝導材料内に形成された流路の深さ、流路内に流す液体の流量などによっても変わりうるが、一般的には、０．０１Ｗ・Ｍ−１・Ｋ−１以上が好ましく、０．０５Ｗ・Ｍ−１・Ｋ−１以上がさらに好ましい。この下限以上とすることによって、充分な温度追従性で流路内を温調することが出来、流量などの影響も受けにくくなる。
本発明で使用される被温度伝導材料としては、有機重合体からなるものが好ましく、その内部に、流体を流す流路や槽を有していてもよいし、温度によって変色したり、乖離定数が相違したり、反応したりする成分や試験体を包含していてもよい。
【００３７】
本発明の温度伝導装置を用いた温度伝導方法によれば、例えばマイクロ流体デバイス、マイクロ・フルイディック・デバイス、マイクロ・ファブリケイテッド・デバイス、ラブ・オン・チップ、又はマイクロ・トータル・アナリティカル・システム（μ−ＴＡＳ）などのマイクロ流体素子に必要な温度の領域を設け、そこに流体を流すことによって、液体の容器（この場合はマイクロ流体素子）の温度を時間的に変化させること無く、迅速な温度追従性と均一な温度分布を得ることが出来る。これにより、反応時間や分析時間の短縮、副生成物の抑制などが可能とすることができる。特に、急峻な温度勾配を有する温度分布を精度良く形成することができ、ヒーターや放熱器を小型化できるので、エネルギーの消費量を削減することができる。
【００３８】
【実施例】
以下、本発明のさらに具体的な実施例を説明する。なお、以下の実施例において、数量の単位を表す「部」は、特に断りがない限り「質量部」を表わす。
【００３９】
［マイクロ流体素子（被温度伝導体）の製造例］
平均分子量約２０００の３官能ウレタンアクリレートオリゴマー（大日本インキ化学工業株式会社製の「ユニディックＶ−４２６３」）を３５部、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート（第一工業製薬株式会社製の「ニューフロンティアＨＤＤＡ」）を３５部、ノニルフェノキシポリエチレングリコール（ｎ＝１７）アクリレート（第一工業製薬株式会社製の「Ｎ−１７７Ｅ」）を３０部、紫外線重合開始剤として１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン（チバガイギー社製の「イルガキュアー１８４」）を５部、及び重合遅延剤として２，４−ジフェニル−４−メチル−１−ペンテン（関東化学株式会社製）を０．１部を均一に混合してエネルギー線硬化性の組成物ｘを調製した。
【００４０】
まず、図１に示すように、７５ｍｍ×３５ｍｍ×１ｍｍのアクリル樹脂製の基材１１に組成物ｘを塗布し、窒素雰囲気中で１００ｍｗ／ｃｍ２の紫外線（以下同条件）を３秒間照射して、該塗膜を半硬化させ、該半硬化した厚さ９０μｍの樹脂第１層１２を形成した。
【００４１】
この樹脂第１層１２の上に、組成物ｘを塗布し、フォトマスクを使用して、長さ４０ｍｍの直線上の部分とその両端から９０℃の角度で伸びた二本の長さ２０ｍｍのコの字形の流路１４となる部分、熱電対２０が装着される、前記流路１４に近接した部分、及び熱電対のリード線２１が装着される部分、の三者以外の部分に、紫外線を１秒間照射して、照射部分の塗膜を半硬化させた後、水流にて未照射部の未硬化の組成物を除去し、幅１５０μｍ、深さ９０μｍ、長さ２０ｍｍ＋４０ｍｍ＋２０ｍｍのコの字形の流路１４となるべき溝１４、熱電対２０が装着される凹部２０、及び熱電対のリード線２１が装着される溝２１が樹脂層の欠損部として形成された樹脂第２層１３を形成した。次いで、凹部２０及び溝２１に、線径８０μｍのアルメル線とクロメル線を溶接して作製した熱電対２０とそのリード線２１となる前記アルメル線とクロメル線を装着した。
【００４２】
別途、片面がコロナ放電処理された厚さ３０μｍの２軸延伸ポリプロピレンフィルム（二村化学株式会社製、ＯＰＰフィルム）（図示せず）のコロナ放電処理面に組成物ｘを塗布し、紫外線をフォトマスク無しで１秒間照射し、塗膜を半硬化させて厚さ９０μｍの半硬化塗膜と成し、該半硬化塗膜を樹脂第２層１３と密着させて、その状態で紫外線をさらに３０秒間照射して全ての樹脂層を硬化させた後、前記ポリプロピレンフィルム（図示せず）を剥離して樹脂第３層１５とすることにより樹脂第２層１３の溝１４を毛細管状の流路１４と成し、また、熱電対２０を前記流路１４に近接した位置に封入し、そのリード線２１が外部に引き出されたマイクロ流体素子Ｄの前駆体を得た。
【００４３】
マイクロ流体素子Ｄの前駆体の流路１４の両端部１６、１７に於いて、樹脂第３層１５に、ドリルにて直径１．６ｍｍの穴１６、１７を穿ち、その部分の樹脂し第３層１５の表面に配管接続用のルアーフィッテイング１８、１９を接着して流入口１８及び流出口１９を形成して、図１に示された形状のマイクロ流体素子Ｄを作製した。
なお、基板１１に使用したアクリル板の熱伝導率は約０．１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１（化学便覧、丸善、１９７５年）であり、樹脂層に使用したアクリル系のエネルギー線硬化性組成物硬化物もほぼ同じ値と推定された。
【００４４】
［実施例１］
〔ブロック本体部材の作製〕
図２に示したように、２０ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍのアルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、化学便覧、丸善、１９７５年より）製の２０枚の板３１と、２０ｍｍ×２０ｍｍ×０．０４ｍｍのポリエチレン（熱伝導率０．２２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、化学便覧、丸善、１９７５年より）製の１９枚のフィルム３２を交互に積層し、ポリスチレン（熱伝導率０．１２Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、化学便覧、丸善、１９７５年より）製の３Ｍボルト３３及びナット３４で固定して、縦（積層方向）２０．８ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ２０ｍｍの２次元熱伝導体である、ブロック本体部材Ｂ１を得た。
なお、本ブロック本体部材Ｂ１の方向を表示するために、該ブロック本体部材Ｂ１に固定されたｘｙｚ直交座標を考え、ｘ軸方向を前記アルミニウム板３１とポリエチレンフィルム３２の面に直角な方向に採ることにする（実施例２以下で使用するブロック本体部材についても同様）。
この時、このブロック本体部材Ｂ１の熱伝導率は、前述する計算式に基づいてｘ軸方向が６．０１（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）、ｙ軸方向とｚ軸方向が２２８（Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）と計算された。
【００４５】
〔温度伝導装置の作製〕
図３に示したように、ブロック本体１としてブロック本体部材Ｂ１を使用し、そのｘ軸に直角な端面の一つに、２０ｍｍ×２０ｍｍ×厚さ３ｍｍのアルミニウム製の伝熱板２を接着し、その外側に、最大発熱量約１０Ｗの板状の電気ヒーター３を接着した。また、前記ブロック本体１の上記の面に対向する面にアルミニウム製のフィン型放熱部材４を接着し、該フィン型放熱部材４のフィンの一つに電気ヒーター５を接着した。このとき、前記伝熱板２、及びフィン型放熱部材４には、前記ボルト３３の頭とナット３４が入り込む凹部（図示せず）を設けておいた。
さらに、上記伝熱板２のｙ軸に垂直な２０ｍｍ×３ｍｍの面の一つの中央部に直径１．１ｍｍ、深さ１５ｍｍのドリル穴を開け、直径１ｍｍのシース型の熱伝対６を挿入して接着した。また、上記フィン型放熱部材４にも同様にしてシース型の熱伝対７を装着した。上記の接着は全てセラミック系の接着剤、スミセラムＳ−１０Ａ（朝日化学工業製）を用いた。
以上のようにして、温度伝導装置Ｈ１を作製した。
【００４６】
〔温調試験〕
室温２０℃で、ファン（図示せず）にて弱い気流を温度伝導装置Ｈ１のフィン型放熱部材４に当てながら、フィン型放熱部材４の温度を４５℃、伝熱板２を９５℃に温度調節した。
フェノール樹脂コートの木製机上に厚さ３ｍｍのポリメチルメタクリレート板を置き、その上に設置したマイクロ流体素子の上に、上記のように温度調節した温度伝導装置Ｈ１を、ｘ軸方向をマイクロ流体素子Ｄの流路１４の４０ｍｍ直線部分に平行な方向にして、当接させて配置し、流路１４の長さ４０ｍｍの直線部分に流線方向の温度勾配を形成した。
ルアーフィッテイング１９にシリンジポンプ（図示せず）を接続して、流路１４に蒸留水を充填した後、送液を止め、温度分布曲線を測定するために、熱電対２０で温度測定しつつ、温度伝導装置Ｈ１を流路１４の４０ｍｍ直線部分に沿って、温度分布が平衡を保つ程度にゆっくり移動させたところ、伝熱板２に相対する位置である高温部温度、フィン型放熱部材４に相対する位置である低温部温度、及びその中間の１０ｍｍ位置に於ける中間温度は、表１に示したように、ほぼ直線的な温度勾配を示した。但し、前記温度勾配は階段状ぎみに波打っている温度分布になっていた。表１に平均温度勾配も示した。
次いで、上記の中間位置において温度伝導装置Ｈ１の移動を止め、シリンジポンプ（図示せず）を駆動して、流路１４に蒸留水を０．０１〜１ｍｍ３／分の流量で流したが、熱電対２０で測定される温度に変化はなく、安定していた。
【００４７】
［実施例２］
〔ブロック本体部材の作製〕
図４に示したように、厚さ０．１ｍｍのアルミニウム（熱伝導率２３７Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、化学便覧、丸善、１９７５年より）製の箔３５を、重合開始剤のパーブチルオー０．５質量％を添加したメチルメタクリレートから成る重合性組成物Ｆに浸漬しては、ポリエチレン製のバット（図示せず）の底に積層して貼り付け、１９０層積層した後、最後に前記重合性組成物に浸漬していない前記アルミフォイルを積層した後、上面が底面に平行に成るように押さえて整形し、４５℃恒温炉中に１５時間静置して前記重合性組成物Ｆを重合硬化させ、前記アルミ箔３５とポリメチルメタクリレート（熱伝導率０．１５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、化学便覧、丸善、１９７５年より）３６とが交互に積層した、厚み約２０ｍｍの硬化物を得た。
【００４８】
得られた硬化物から一辺２０ｍｍの立方体を切り出してブロック本体部材Ｂ２とし、該ブロック本体部材Ｂ２の前記積層されたアルミ箔３５の面に直角な方向をｘ軸方向とした。このブロック本体部材Ｂ２は、ｙ軸方向とｚ軸方向の熱伝導率がｘ軸方向の熱伝導率より高い、いわゆる２次元熱伝導体であった。本ブロック本体部材Ｂ２は、ｘ軸方向の熱伝導率が約２．９６Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１、ｙ軸方向とｚ軸方向の熱伝導率が共に約２２５Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１であると計算された（この場合の熱伝導率も上記の計算方法に倣って算出できる）。
【００４９】
〔温度伝導装置の作製〕
ブロック本体部材Ｂ１の代わりにブロック本体部材Ｂ２を使用したこと以外は実施例１と同様にして温度伝導装置Ｈ２を作製した。
【００５０】
〔温調試験〕
温度伝導装置Ｈ１の代わりに温度伝導装置Ｈ２を使用したこと以外は実施例１と同様の試験を行ったところ、表１に示したように、中間点の温度がやや低い若干下に凸の温度勾配を示したこと、波打のない滑らかな温度勾配が得られたこと外は、実施例１と同様の結果を得た。
【００５１】
［実施例３］
〔断熱カバーの作製〕
木綿製の織布（ネル）を２枚重ねにして、内寸が、縦２４ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ２０ｍｍの、図５に示したような直方体の４面を構成する断熱カバー４１を作製した。
【００５２】
〔温調試験〕
温度伝導装置として実施例２で作製した温度伝導装置Ｈ２を用い該熱伝導装置Ｈ２の、被熱伝導材料Ｄと接する面及びフィン型放熱部材４が装着された面以外の面を被うように、前記断熱カバー４１を装着したこと以外は実施例２と同様の試験を行ったところ、表１に示したように、直線的な温度勾配を示したこと以外は、実施例２と同様の結果を得た。
【００５３】
［実施例４］
〔断熱カバーの作製〕
木綿製の織布（ネル）を２枚重ねにして、内寸が、縦２４ｍｍ×横２０ｍｍ×高さ２０ｍｍの、図６に示したような直方体の３面を構成するコの字形の断熱カバー４２を作製した。
【００５４】
〔温調試験〕
断熱カバー４１の代わりに断熱カバー４２を用い、熱伝導装置Ｈ２の、被熱伝導材料Ｄと接する面、フィン型放熱部材４が装着された面、及び熱伝導板２画装着された面、以外の３面を被うように、前記断熱カバー４２を装着したこと以外は実施例３と同様の試験を行ったところ、表１に示したように、実施例３と同様の結果を得た。
【００５５】
［実施例５］
ｚ方向の内寸が１０ｍｍであること以外は実施例３で作製したと同様の断熱カバー４３を作製してこれ実施例５と同様に熱伝導装置Ｄに装着したこと以外は実施例２と同様の試験を行ったところ、表１に示したように、中間点の温度が実施例２より高く直線的な温度勾配を示した。
【００５６】
［比較例１］
本比較例は、ブロック本体１が、伝熱板２とフィン型放熱部材４を結ぶ方向の熱伝導率が、被温度伝導材料との接触面に垂直な方向の熱伝導率より高い場合の例を述べる。
ブロック本体部材Ｂ２のｘ軸方向とｚ軸方向を逆にして使用した以外は、実施例２と同様にして温度伝導装置ＨＣ１を作製し、これを用いたこと以外は、実施例２と同様の試験を行った。
その結果、表１に示したように、伝熱板２の温度を９５℃にすべく設定しても５９℃までしか上がらず、また、フィン型放熱部材４の温度を４５℃に設定しても温度は５７℃になり、温度勾配はほとんど付かなかった。
【００５７】
【表１】
2004313840.tif 000009
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、例えばマイクロ流体素子のような被熱伝導体の微小な距離範囲に所定の温度差を設けた急峻な温度勾配を有する温度分布を精度良く形成することができる。しかも、ヒーターや放熱器を小型化できるので、エネルギーの消費量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製造例で作製したマイクロ流体素子（被温度伝導体）の見取り図である。
【図２】実施例１で作製したブロック本体部材Ｂ１の構造を示す分解見取り図である。
【図３】実施例で作製した温度伝導装置見取り図である。
【図４】実施例２で作製したブロック本体部材Ｂ２の構造を示す模式図である。
【図５】実施例３で使用した断熱カバーの見取り図である。
【図６】実施例４で使用した断熱カバーの見取り図である。
【符号の説明】
１  ：ブロック本体
２  ：伝熱板
３、５  ：ヒーター
４  ：フィン型放熱部材
６、７、２０  ：熱電対
１１  ：基材
１２  ：樹脂第１層
１３  ：樹脂第２層
１４  ：流路
１５  ：樹脂第３層
１６  ：流入口
１７  ：流出口
１８、１９  ：ルアーフィッテイング
２１  ：リード線
３１  ：アルミニウム板
３２  ：ポリエチレンフィルム
３３  ：ボルト
３４  ：ナット
３５  ：アルミ箔
３６  ：ポリメチルメタクリレート
【図１】
2004313840.tif 000010
【図２】
2004313840.tif 000011
【図３】
2004313840.tif 000012
【図４】
2004313840.tif 000013
【図５】
2004313840.tif 000014
【図６】
2004313840.tif 000015