(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
着脱可能なマイクロチップの被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、
ヒートシンクと、
前記ヒートシンクに設けられ、前記被温度調節部に接する少なくとも一つのペルチェ式温度調節部を有する温度調節部と、
前記温度調節部を囲んで設けられ、前記ヒートシンクと前記温度調節部に接する前記マイクロチップとの間に前記温度調節部を収容する閉空間を形成する枠部材と、
前記閉空間に含まれる水蒸気を除去し、前記閉空間の湿度を低減する除湿手段と、
を備える温度制御装置。
【請求項２】
前記枠部材は、前記ヒートシンクに固定されている請求項１記載の温度制御装置。
【請求項３】
前記枠部材は、前記マイクロチップ側の端部に柔軟で熱伝導率の小さなシール部材を有する請求項２記載の温度制御装置。
【請求項４】
前記枠部材は、前記マイクロチップに固定されている請求項１記載の温度制御装置。
【請求項５】
前記枠部材は、前記ヒートシンク側の端部に柔軟で熱伝導率の小さなシール部材を有する請求項４記載の温度制御装置。
【請求項６】
前記枠部材と前記温度調節部との間に設けられ、前記枠部材の内側を埋める充填部材をさらに備える請求項１から５のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項７】
前記除湿手段は、前記枠部材の内側に連通する通路を形成する通路部材と、前記通路部材を経由して前記閉空間へ乾燥気体を供給する気体供給部と、を有する請求項１から６のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項８】
前記除湿手段は、前記閉空間を減圧する減圧手段を有する請求項１から７のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項９】
前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記閉空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気を冷却する冷却部と、を有する請求項１から６のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１０】
前記除湿手段は、前記ヒートシンクまたは前記枠部材を貫いて前記枠部材の内側に突出する吸熱部と、前記吸熱部を前記温度調節部よりも低温に冷却する冷却部とを有する請求項１から６のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１１】
前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記閉空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気を吸着する吸着剤が充填されている吸着部とを有する請求項１から６のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１２】
前記除湿手段は、前記循環通路に乾燥気体を供給する気体供給部を有する請求項９または１１記載の温度制御装置。
【請求項１３】
前記閉空間を減圧する減圧手段をさらに備える請求項１から６のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１４】
前記除湿手段は、前記ヒートシンクに設けられ、前記マイクロチップとの間に隙間を形成するペルチェ式温度調節部を有し、前記閉空間の内部において前記温度調節部よりも低い温度に制御される低温除湿部を有する請求項１から６のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１５】
前記低温除湿部は、前記ヒートシンクから着脱可能である請求項１４記載の温度制御装置。
【請求項１６】
前記除湿手段は、前記閉空間における大気の露点が、前記温度調節部によって制御する最低温度よりも３℃低い温度となるよう、前記閉空間の湿度を調節可能である請求項１から１５のいずれか一項記載の温度制御装置。
【請求項１７】
前記除湿手段は、前記閉空間における大気の露点が、前記温度調節部によって制御する最低温度よりも５℃以上低い温度となるよう、前記閉空間の湿度を調節可能である請求項１から１５のいずれか一項記載の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロチップの被温度調節部の温度を制御する温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微小な反応槽や流路が形成されたマイクロチップの所定の部位すなわち被温度調節部の温度を制御する温度制御装置が公知である。温度制御装置は、被温度調節部の温度を調節する温度調節部を有している。温度調節部は、例えばペルチェモジュールを含むペルチェ式温度調節部などを有しており、被温度調節部を加熱または冷却することにより、被温度調節部を所定の温度に調節している。
【０００３】
温度調節部にペルチェモジュールを有するペルチェ式温度調節部を用いる場合、温度調節部の温度は室温よりも低下する場合がある。この場合、温度調節部の温度が大気の露点以下に達すると、温度調節部には周囲の大気中の水蒸気が水滴となって結露する。温度調節部の周囲に結露した水分は、温度調節部およびペルチェモジュールの腐食や短絡を招くおそれがある。
【０００４】
そこで、温度調節部のペルチェモジュール近傍の防湿を図る技術が提案されている（特許文献１、２参照）。特許文献１には、ペルチェモジュールの周囲にエポキシ樹脂を充填することにより、ペルチェモジュールの防湿を図る発明が開示されている。また、特許文献２には、ペルチェモジュールの周囲に設置したオーリングを二枚の板部材で挟み込むことにより、ペルチェモジュールの防湿を図る発明が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３０３１８３号公報
【特許文献２】特開２００５−１８３６７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている発明の場合、エポキシ樹脂をペルチェモジュールの周囲に充填することにより、液体の水滴の浸入は防止することができるものの、気体の水蒸気の浸入を防止することは困難である。また、エポキシ樹脂は、時間の経過とともに劣化する。そのため、長期的な防湿性能の安定性は低い。
【０００７】
また、特許文献２に開示されている発明の場合、二枚の板部材の間にオーリングを挟み込むため、二枚の板部材を接続するねじ部材およびオーリングを経由して熱の移動を招く。そのため、冷却効率が低下し、消費電力が増大してしまう。また、二枚の板部材およびオーリングを含む構成のため、体格の大型化を招き、微小な被温度調節部を有するマイクロチップへの適用は困難である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、微小な被温度調節部の温度制御が容易であり、結露による温度調節部の故障が防止される温度制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の温度制御装置では、着脱可能なマイクロチップの被温度調節部の温度を制御する温度制御装置であって、ヒートシンクと、前記ヒートシンクに設けられ、前記被温度調節部に接する少なくとも一つのペルチェ式温度調節部を有する温度調節部と、前記温度調節部を囲んで設けられ、前記ヒートシンクと前記温度調節部に接する前記マイクロチップとの間に前記温度調節部を収容する閉空間を形成する枠部材と、を備える。
これにより、ヒートシンクと、温度調節部に接するマイクロチップと、温度調節部を囲む枠部材との間には、閉空間が形成される。温度調節部は、形成された閉空間に収容される。そのため、温度調節部にマイクロチップを搭載することにより、温度調節部が収容される閉空間には外気が流入しない。その結果、水蒸気は閉空間に存在する大気に含まれる量に限られる。したがって、温度調節部への結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。また、温度調節部の周囲を枠部材で囲むため、温度調節部の体格は大型化しない。したがって、微小な被温度調節部を容易に温度制御することができる。
また、本発明の温度制御装置では、前記閉空間に含まれる水蒸気を除去し、前記閉空間の湿度を低減する除湿手段をさらに備える。
これにより、温度調節部が収容される閉空間に存在する大気は湿度そのものが低減される。すなわち、温度調節部の周囲では、存在する大気の量が低減されるとともに、その大気に含まれる水蒸気が除去される。温度調節部の周囲の大気の湿度を、温度調節部の最低温度における露点以下まで低減することにより、温度調節部の結露は防止される。したがって、大気に含まれる水蒸気の結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。
また、マイクロチップを繰り返し着脱することにより、閉空間へ大気が流入する場合でも、閉空間の大気は温度調節を実施するたびに除湿される。そのため、閉空間の大気は常に乾燥状態となる。したがって、温度調節部の故障が防止されるとともに、温度調節部の耐久性を高めることができる。
【００１０】
（２）本発明の温度制御装置では、前記枠部材は、前記ヒートシンクに固定されている。
これにより、温度調節部にマイクロチップを搭載すると、枠部材のヒートシンクとは反対側はマイクロチップによって塞がれる。そのため、ヒートシンクとマイクロチップとの間には、枠部材によって囲まれる閉空間が形成される。したがって、温度調節部の周囲に閉空間を容易に形成することができる。
【００１１】
（３）本発明の温度制御装置では、前記枠部材は、前記マイクロチップ側の端部に柔軟で熱伝導率の小さなシール部材を有する。
これにより、マイクロチップと枠部材との間はシール部材によって気密に塞がれる。そのため、外部から閉空間への大気の流入は防止される。したがって、温度調節部への結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。また、シール部材は柔軟であるため、マイクロチップの搭載によって自由に変形する。これにより、閉空間の気密性が向上するとともに、マイクロチップの被温度調節部と温度調節部との密着が図られる。さらに、シール部材は熱伝導率が小さい。そのため、マイクロチップと枠部材との間は、シール部材によって熱の移動が妨げられる。したがって、ペルチェモジュールの消費電力を低減させることができる。
【００１２】
（４）本発明の温度制御装置では、前記枠部材は、前記マイクロチップに固定されている。
これにより、温度調節部にマイクロチップを搭載すると、枠部材のマイクロチップとは反対側はヒートシンクによって塞がれる。そのため、ヒートシンクとマイクロチップとの間には、枠部材によって囲まれる閉空間が形成される。したがって、温度調節部の周囲に閉空間を容易に形成することができる。
【００１３】
（５）本発明の温度制御装置では、前記枠部材は、前記ヒートシンク側の端部に柔軟で熱伝導率の小さなシール部材を有する。
これにより、ヒートシンクと枠部材との間はシール部材によって気密に塞がれる。そのため、外部から閉空間への大気の流入は防止される。したがって、温度調節部への結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。また、シール部材は柔軟であるため、ヒートシンクへマイクロチップを搭載することによって自由に変形する。これにより、閉空間の気密性が向上するとともに、マイクロチップの被温度調節部と温度調節部との密着が図られる。さらに、シール部材は熱伝導率が小さい。そのため、マイクロチップと枠部材との間は、シール部材によって熱の移動が妨げられる。したがって、ペルチェモジュールの消費電力を低減させることができる。
【００１４】
（６）本発明の温度制御装置では、前記枠部材と前記温度調節部との間に設けられ、前記枠部材の内側を埋める充填部材をさらに備える。
これにより、閉空間の容積は充填部材によって低減される。そのため、温度調節部の周囲に存在する大気の量および水蒸気の量はさらに低減される。したがって、温度調節部への結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。
【００１６】
（７）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記枠部材の内側に連通する通路を形成する通路部材と、前記通路部材を経由して前記閉空間へ乾燥気体を供給する気体供給部と、を有する。
これにより、閉空間には通路部材が形成する通路を経由して乾燥気体が供給される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が充填され、温度調節部の故障を防止することができる。
【００１７】
（８）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間を減圧する減圧手段を有する。
閉空間を減圧手段で減圧することにより、乾燥気体は迅速に閉空間へ充填される。これにより、閉空間に存在する水蒸気を含む大気は迅速に乾燥気体に置換される。したがって、マイクロチップの温度制御までに要する期間を短縮することができる。
【００１８】
（９）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記閉空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気を冷却する冷却部と、を有する。
閉空間に存在する大気は閉空間の外部に設けられた循環通路を経由して循環する。循環通路の途中には冷却部が設けられている。そのため、閉空間から循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気は、冷却部において結露する。これにより、閉空間に存在する大気中に含まれる水蒸気は、閉空間とは別の冷却部において除去される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が供給され、温度調節部の故障を防止することができる。
【００１９】
（１０）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記ヒートシンクまたは前記枠部材を貫いて前記枠部材の内側に突出する吸熱部と、前記吸熱部を前記温度調節部よりも低温に冷却する冷却部とを有する。
これにより、温度調節部の周囲に存在する大気に含まれる水蒸気は、吸熱部に結露する。吸熱部に結露した水分を除去することにより、閉空間の湿度は低下する。したがって、温度調節部への結露が防止され、温度調節部の故障を防止することができる。
【００２０】
（１１）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間に連通し前記閉空間の外部に前記空間の大気が循環する循環通路を形成する循環通路部材と、前記循環通路の途中に設けられ前記循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気を吸着する吸着剤が充填されている吸着部とを有する。
閉空間に存在する大気は閉空間の外部に設けられた循環通路を経由して循環する。循環通路の途中には吸着部が設けられている。そのため、閉空間から循環通路を流れる大気に含まれる水蒸気は、吸着部において吸着剤に吸着される。これにより、閉空間に存在する大気中に含まれる水蒸気は、閉空間とは別の吸着部において除去される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が供給され、温度調節部の故障を防止することができる。また、マイクロチップを交換するとき、温度調節部の周囲は大気に開放された空間となる。そのため、マイクロチップを交換するとき吸着部を加熱することにより、吸着部の吸着剤は再生される。したがって、温度調節部の周囲を繰り返し除湿することができる。
【００２１】
（１２）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記循環通路に乾燥気体を供給する気体供給部を有する。
これにより、閉空間には乾燥した大気が迅速に供給される。したがって、閉空間には常に乾燥した大気が供給され、マイクロチップの温度制御までに要する期間を短縮することができる。
【００２２】
（１３）本発明の温度制御装置では、前記閉空間を減圧する減圧手段をさらに備える。
閉空間を減圧することにより、閉空間の大気が減少し、大気に含まれる水蒸気も減少する。そのため、閉空間における大気の露点は低下する。したがって、大気に含まれる水蒸気の結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。
また、閉空間を減圧することにより、マイクロチップは周囲の大気圧によってヒートシンク側に押し付けられる。そのため、温度調節部とマイクロチップの被温度調節部との密着度は向上する。したがって、被温度調節部の温度を精密に調節することができる。
【００２３】
（１４）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記ヒートシンクに設けられ、前記マイクロチップとの間に隙間を形成するペルチェ式温度調節部を有し、前記閉空間の内部において前記温度調節部よりも低い温度に制御される低温除湿部を有する。
低温除湿部は、温度調節部よりも低い温度に制御される。そのため、閉空間に存在する大気に含まれる水蒸気は、温度調節部の温度が低下しても、温度調節部よりも低い温度に制御されている低温除湿部に結露する。したがって、温度調節部への結露が低減され、温度調節部の故障を防止することができる。
【００２４】
（１５）本発明の温度制御装置では、低温除湿部はヒートシンクから着脱可能である。
低温除湿部は、温度調節部よりも低い温度に制御されるため、閉空間の大気に含まれる水蒸気が結露する。そのため、低温除湿部のペルチェ式温度調節部は結露による不具合を生じる場合がある。そこで、低温除湿部をヒートシンクから着脱可能にすることにより、万が一低温除湿部の寿命が尽きても、低温除湿部は容易に交換することができる。
（１６）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間における大気の露点が、前記温度調節部によって制御する最低温度よりも３℃低い温度となるよう、前記閉空間の湿度を調節可能である。
（１７）本発明の温度制御装置では、前記除湿手段は、前記閉空間における大気の露点が、前記温度調節部によって制御する最低温度よりも５℃以上低い温度となるよう、前記閉空間の湿度を調節可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の温度制御装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。また、図２は図１のII−II線における断面図であり、図３は図１のIII−III線における断面図である。
【００２６】
温度制御装置１０は、図１に示すように上方にマイクロチップ５０が搭載される。温度制御装置１０は、ヒートシンク１１、温度調節部１２および枠部材１３を備えている。
マイクロチップ５０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５０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から形成してもよい。本実施形態のマイクロチップ５０は、図１および図２に示すように複数の槽部５１、槽部５２、槽部５３と、各槽部の間を接続する通路部５４、通路部５５と、これらの槽部５１、５２、５３および通路部５４、５５へ試料を供給する供給部５６と、槽部５１、５２、５３および通路部５４、５５から試料を排出する排出部５７とを有している。マイクロチップ５０の槽部５１、５２、５３は、温度制御装置１０によって温度が調節される被温度調節部である。マイクロチップ５０の槽部５１、５２、５３では、例えば細胞や微生物の培養が行われたり、化学物質の分離や化学反応が行われる。マイクロチップ５０に供給される試料としては、例えば培養液や反応物質を溶解した溶液などが適用される。
【００２７】
温度調節部１２は、図１に示すようにペルチェ式温度調節部２０、ペルチェ式温度調節部３０およびヒータ式温度調節部４０を有している。ペルチェ式温度調節部２０、３０は、それぞれ伝熱部２１、３１およびペルチェモジュール２２、３２を有している。伝熱部２１、３１は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の合金など、熱伝導体により形成されている。伝熱部２１、３１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。ペルチェ式温度調節部２０、３０は、図示しない温度検出部を有している。温度検出部は、例えばサーミスタ、熱電対あるいは白金抵抗体などを有しており、伝熱部２１、３１の温度を検出する。温度検出部は、検出した伝熱部２１、３１の温度を信号として図示しない制御部に出力する。なお、温度調節部１２に設置するペルチェ式温度調節部およびヒータ式温度調節部の数および位置などは、適用するマイクロチップ５０の被温度調節部に応じて任意に変更することができる。なお、図示していないが、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０には、電力を供給するリード線が接続しており、このリード線は図示しない電源および制御部に接続している。
【００２８】
ペルチェモジュール２２、３２は、伝熱部２１、３１のマイクロチップ５０とは反対側の面に接している。伝熱部２１、３１とペルチェモジュール２２、３２とは例えば接着剤、ハンダ材またはろう材により接着されている。ペルチェモジュール２２、３２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。ペルチェモジュール２２、３２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、他方の端面に排熱する。これにより、ペルチェモジュール２２、３２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、伝熱部２１、３１は加熱または冷却される。その結果、伝熱部２１、３１は、所定の温度に制御される。ペルチェ式温度調節部２０、３０は、図示しない制御部によって制御される。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、ペルチェモジュール２２、３２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。ペルチェ式温度調節部２０、３０は、ペルチェモジュール２２、３２と伝熱部２１、３１とを有しているが、伝熱部２１、３１を有さずペルチェモジュール２２、３２のみであってもよい。
【００２９】
ヒータ式温度調節部４０は、伝熱部４１およびヒータ４２を有している。伝熱部４１は、ペルチェ式温度調節部２０、３０の伝熱部２１、３１と同様に熱伝導体により形成されている。ヒータ式温度調節部４０は、伝熱部４１の温度を検出する図示しない温度検出部を有している。温度検出部は、検出した伝熱部４１の温度を信号として図示しない制御部に出力する。
【００３０】
ヒータ４２は、伝熱部４１のマイクロチップ５０とは反対側の面に接している。伝熱部４１とヒータ４２とは例えば接着剤、ハンダ材またはろう材により接着されている。ヒータ４２は、通電することにより発熱する。これにより、ヒータ４２に印加する電流の大きさを制御することにより、伝熱部４１は加熱される。その結果、伝熱部４１は、室温より高い所定の温度に制御される。ヒータ式温度調節部４０は、図示しない制御部によって制御される。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、ヒータ４２に供給する電流の大きさまたは電流の供給の断続を制御する。ヒータ式温度調節部４０は、ヒータ４２と伝熱部４１とを有しているが、伝熱部４１を有さずヒータ４２のみであってもよい。ヒータ４２とヒートシンク１１との間には、熱伝導の小さい部材、例えばセラミックスや樹脂といった部材などを介在させてもよい。この低熱伝導部材により、ヒータ４２からヒートシンク１１へ逃げる熱量を小さくし、温度制御に必要な電力を低くすることができる。
【００３１】
ヒートシンク１１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１１は、温度調節部１２を挟んでマイクロチップ５０の反対側に設置されている。ヒートシンク１１は、熱伝導率の大きな熱伝導体で形成することにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０からの排熱を放熱する。なお、ヒートシンク１１には、例えば図示しないファンなどから送風してもよい。これにより、ヒートシンク１１の放熱は促進される。
【００３２】
枠部材１３は、図３に示すように温度調節部１２の周囲を囲んでヒートシンク１１に固定されている。枠部材１３は、樹脂により形成され、例えば断熱性の接着剤などによりヒートシンク１１に固定されている。枠部材１３は、図１に示すようにヒートシンク１１と反対側の端部にマイクロチップ５０を支持する。これにより、枠部材１３のヒートシンク１１とは反対側にマイクロチップ５０を設置すると、ヒートシンク１１とマイクロチップ５０との間には枠部材１３で囲まれた閉空間１４が形成される。形成された閉空間１４には、温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０が収容される。
【００３３】
本実施形態の場合、枠部材１３にはヒートシンク１１と反対側の端部にシール部材１５が設置されている。シール部材１５は、例えば発泡ゴムやシリコーン樹脂などのように柔軟で容易に変形するとともに、断熱性の高い材料で形成されている。シール部材１５は、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載しないとき、温度調節部１２の各ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０のマイクロチップ５０側の端面よりもわずかにマイクロチップ５０側に突出している。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載すると、マイクロチップ５０と温度調節部１２の各ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０とが接するまで、シール部材１５は変形する。そのため、シール部材１５は、マイクロチップ５０に密着し、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成される閉空間１４の気密性を高める。なお、シール部材１５は、枠部材１３に設けるのではなく、マイクロチップ５０に設けてもよい。この場合、枠部材１３と接するマイクロチップ５０の表面にシール部材１５を接着して使用する。もちろん、マイクロチップ５０とヒートシンク１１の両方に凸部があり、各凸部同士が重なり合うことで枠部材１３を形成してもよい。
【００３４】
シール部材１５は、断熱性の高い材料で形成されている。そのため、シール部材１５は、マイクロチップ５０と枠部材１３との間における熱伝導を低減する。これにより、シール部材１５は、ヒートシンク１１とマイクロチップ５０との間における熱の移動を低減する。また、枠部材１３は、マイクロチップ５０を支持可能な程度の強度を有する薄い板状に形成されている。これにより、枠部材１３の断面積は低減され、枠部材１３を経由するヒートシンク１１からマイクロチップ５０への熱の移動は低減される。したがって、ペルチェモジュール２２、３２の消費電力を低減することができる。
【００３５】
マイクロチップ５０を挟んで温度制御装置１０の反対側には、蓋部材６０を設置してもよい。蓋部材６０は、マイクロチップ５０と接し、マイクロチップ５０の温度制御装置１０とは反対側を覆う。蓋部材６０を設置することにより、マイクロチップ５０は蓋部材６０およびマイクロチップ５０の自重によってシール部材１５をヒートシンク１１側に押し付ける。これにより、マイクロチップ５０と枠部材１３との間に挟み込まれたシール部材１５は変形し閉空間１４の気密性を高める。また、蓋部材６０は例えば図示しない錘や弾性部材などによりマイクロチップ５０へ押し付けてもよい。蓋部材６０をマイクロチップ５０に押し付けることにより、シール部材１５の変形が促進され、閉空間１４の気密性を高めることができる。
【００３６】
温度制御装置１０は、除湿手段としての除湿装置７０をさらに備えている。除湿装置７０は、気体供給部７１と、通路部材７２、７３とを有している。気体供給部７１には、乾燥気体が蓄えられている。乾燥気体は、例えば乾燥窒素、乾燥空気や乾燥アルゴンなどである。通路部材７２および通路部材７３は、ヒートシンク１１を経由して枠部材１３の内側に連通する通路７４、および通路７５を形成している。通路７４にはバルブ７６が設置され、通路７５にはバルブ７７が設置されている。バルブ７６は通路７４を開閉し、バルブ７７は通路７５を開閉する。
【００３７】
通路部材７２が形成する通路７４は、一方の端部が枠部材１３の内側に連通し、他方の端部が気体供給部７１に連通している。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されたとき、気体供給部７１に蓄えられている乾燥気体は、通路部材７２が形成する通路７４を経由して枠部材１３の内側に形成される閉空間１４へ供給される。
【００３８】
通路部材７３が形成する通路７５は、一方の端部が枠部材１３の内側に連通し、他方の端部が大気に開放されている。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されたとき、気体供給部７１から閉空間１４へ乾燥気体が供給されると、枠部材１３の内側に形成される閉空間１４に存在する大気は通路部材７３が形成する通路７５を経由して閉空間１４の外側へ排出される。
【００３９】
ヒートシンク１１には、湿度検出手段である湿度センサ１６が設置されている。湿度センサ１６は、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間において枠部材１３の内側に形成される閉空間１４の湿度を検出する。湿度センサ１６は、図示しない制御部に接続している。図示しない制御部は、湿度センサ１６で検出した湿度に基づいてバルブ７６またはバルブ７７を開閉する。これにより、制御部は、閉空間１４の湿度を調整する。
【００４０】
次に、第１実施形態による温度制御装置１０を用いたマイクロチップ５０の温度制御の手順について説明する。
マイクロチップ５０は、温度制御装置１０から着脱可能である。そのため、マイクロチップ５０の温度制御を行う場合、温度制御装置１０の上方にマイクロチップ５０が搭載される。マイクロチップ５０は、枠部材１３の上方に搭載される。マイクロチップ５０は、底面すなわち温度制御装置１０側の面がシール部材１５と接する。シール部材１５は、マイクロチップ５０とペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０とが密着するまで変形する。これにより、シール部材１５は、枠部材１３とマイクロチップ５０との間を気密に塞ぐ。温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、マイクロチップ５０の上方すなわちマイクロチップ５０を挟んで温度制御装置１０と反対側に蓋部材６０が設置される。蓋部材６０を設置することにより、マイクロチップ５０は温度制御装置１０側へ押し付けられる。その結果、シール部材１５による気密性が向上するとともに、マイクロチップ５０とペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０との密着性が向上する。
【００４１】
温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載することにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間には枠部材１３によって囲まれる閉空間１４が形成される。ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０は、形成された閉空間１４に収容される。閉空間１４が形成されると、図示しない制御部はバルブ７６およびバルブ７７を開放し、気体供給部７１から閉空間１４へ乾燥気体の供給を開始する。制御部は、湿度センサ１６からの出力によって閉空間１４の湿度を検出する。
【００４２】
制御部は、閉空間１４の湿度が所定値以下になるまで閉空間１４へ乾燥気体を供給する。ここで、湿度の所定値とは、閉空間１４における大気の露点がペルチェ式温度調節部２０、３０によって制御する最低温度以下となるときの湿度である。閉空間１４の湿度が所定値以下になると、制御部はバルブ７６およびバルブ７７を閉鎖し、気体供給部７１から閉空間１４への乾燥気体の供給を停止する。
なお、結露を確実に抑えるため、閉空間１４における大気の露点は、ペルチェ式温度調節部２０、３０によって制御する最低温度よりも３℃低い温度が望ましく、より好ましくは５℃以上低いことが望ましい。
【００４３】
乾燥気体の供給を停止すると、制御部はペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０に通電し、マイクロチップ５０の被温度調節部の温度制御を開始する。ペルチェ式温度調節部２０、３０が収容されている閉空間１４には乾燥気体が充填されている。そのため、ペルチェ式温度調節部２０、３０を最低温度に制御するときでも、閉空間１４に含まれる水蒸気はペルチェ式温度調節部２０、３０に結露しない。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。
【００４４】
マイクロチップ５０の温度制御が終了すると、マイクロチップ５０は温度制御装置１０から取り外される。これにより、枠部材１３の内側に形成されていた閉空間１４は大気に開放される。そのため、枠部材１３の内側すなわちペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０の周囲には、大気が流入する。そこで、マイクロチップ５０を交換し、新たに温度制御を開始する場合、制御部は再び枠部材１３の内側に形成される閉空間１４に乾燥気体を供給する。その結果、マイクロチップ５０の温度制御を行う場合、閉空間１４には常に乾燥した気体が充填される。
【００４５】
また、マイクロチップ５０の温度制御を長期間実施する場合、閉空間１４にはシール部材１５とマイクロチップ５０との間などから水蒸気を含む外部の大気がわずかに流入するおそれがある。そこで、制御部は、湿度センサ１６が検出する閉空間１４の湿度が上記の所定値付近に達すると、バルブ７６およびバルブ７７を開放し、閉空間１４へ乾燥気体を供給する。これにより、閉空間１４の内部は常に所定の湿度以下に保持される。また、マイクロチップ５０の温度制御を実施する間、乾燥気体は気体供給部７１から閉空間１４へ常に供給してもよい。したがって、長期間の温度制御を実施する場合でも、ペルチェ式温度調節部２０、３０への結露が防止され、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。なお、乾燥気体としては、例えば空気、窒素あるいはアルゴンなどを適用することができる。
【００４６】
第１実施形態では、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０からなる温度調節部１２を枠部材１３で囲んでいる。そのため、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０単体の体格の大型化は招かず、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０の近傍に熱が移動可能となる部材が存在することもない。これにより、マイクロチップ５０の各被温度調節部に応じて微小なペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０が配置されるとともに、ヒートシンク１１からマイクロチップ５０への熱の移動が防止される。したがって、マイクロチップ５０の各被温度調節部を高精度に温度制御することができ、またペルチェモジュール２２、３２の消費電力も低減することができる。
【００４７】
（変形例）
上述した第１実施形態の変形例を図４に示す。図４は、本発明の第１実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。また、図５は、図４のＶ−Ｖ線における断面図であり、図６は図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図である。
第１実施形態の変形例の場合、マイクロチップ１５０は、例えば顕微鏡のスライドガラスである。マイクロチップ１５０は、中央部に顕微鏡による観察の対象となる試料が注入される槽部１５１を有している。そのため、温度制御装置１０は槽部１５１に対応する一つのペルチェ式温度調節部２０を有している。マイクロチップ１５０を挟んで温度制御装置１０と反対側に設置される蓋部材６０は、マイクロチップ１５０の槽部１５１の上方に槽部１５１へ試料を注入可能な開口部６１を有している。
【００４８】
第１実施形態の変形例では、マイクロチップ１５０の槽部１５１に蓄えられる試料は蓋部材６０の開口部６１を経由して観察される。したがって、マイクロチップ１５０の槽部１５１を温度制御しながら長期間観察することができる。また、槽部１５１の試料は、蓋部材６０の開口部６１を経由して適宜注入および除去することができる。
このように、マイクロチップ５０および温度調節部１２は、任意に形状および配置を変更することができる。
【００４９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による温度制御装置を図７に示す。なお、第１実施形態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７は、本発明の第２実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第２実施形態では、温度制御装置１０は減圧手段としての減圧装置８０を備えている。減圧装置８０は、通路部材８１および減圧部８２を有している。通路部材８１は、ヒートシンク１１を貫いて枠部材１３の内側に連通する減圧通路８３を形成している。減圧通路８３は、一方の端部が閉空間１４となる枠部材１３の内側に連通し、他方の端部が減圧部８２に連通している。減圧部８２は、例えば吸引ポンプあるいは真空ポンプなどを有しており、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成される閉空間１４を減圧する。減圧装置８０は、減圧通路８３を開閉するバルブ８４を有している。
【００５０】
第２実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、気体供給部７１からの乾燥気体の供給に先立って、減圧装置８０は温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成された閉空間１４を減圧する。すなわち、制御部は、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、減圧装置８０を作動させる。そして、閉空間１４の圧力が所定値まで低下すると、制御部はバルブ８４を閉じ減圧装置８０を停止する。これとともに、制御部は、バルブ７６を開放し、気体供給部７１から減圧された閉空間１４へ乾燥気体を供給する。
【００５１】
第２実施形態では、乾燥気体の供給に先立って閉空間１４を減圧することにより、気体供給部７１から閉空間１４の内部を、水蒸気を含む大気から乾燥気体へ迅速に置換することができる。これにより、マイクロチップ５０の交換後、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０による温度制御を開始するまでに必要な時間は短縮することができる。また、閉空間１４を減圧することにより、閉空間１４に残留する水蒸気は低減する。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０への結露をさらに確実に防止することができる。なお、閉空間１４の減圧と乾燥気体の供給とを繰り返すことにより、閉空間１４の内部を、水蒸気を含む大気から乾燥気体に置換してもよい。
【００５２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による温度制御装置を図８に示す。なお、第１実施形態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８は、本発明の第３実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第３実施形態では、除湿装置の構成が第１実施形態と異なっている。第３実施形態では、除湿装置９０は、循環通路部材９１、冷却部９２、循環ポンプ９３、および脱水部９４を有している。循環通路部材９１は、温度制御装置１０のヒートシンク１１の外側に循環通路９５を形成している。循環通路９５は、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載していないとき、ヒートシンク１１を貫いて枠部材１３の内側に連通している。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載すると、循環通路９５は両端部が閉空間１４に連通する。これにより、閉空間１４の大気は、閉空間１４の外側に形成される循環通路９５を循環する。
【００５３】
循環通路９５の途中には冷却部９２が設置されている。冷却部９２は、循環通路９５を形成する循環通路部材９１の一部を冷却する。冷却部９２は、例えばペルチェ式温度調節部などを有している。冷却部９２が循環通路部材９１を冷却することにより、循環通路９５を流れる大気に含まれる水蒸気は冷却部９２において循環通路部材９１に結露する。
【００５４】
循環ポンプ９３は、循環通路９５の途中に設置されている。循環ポンプ９３は、循環通路９５に大気の流れを形成する。これにより、循環ポンプ９３が作動すると、閉空間１４と循環通路９５との間に大気の流れが形成される。
冷却部９２において循環通路部材９１に結露した水は、循環通路部材９１の内壁にそって脱水部９４へ流入する。脱水部９４には、排出バルブ９６が設置されている。これにより、冷却部９２によって結露した水は、脱水部９４において外部へ排出される。冷却部９２は、循環通路部材９１を温度調節部１２のペルチェ式温度調節部に設定されている最低温度以下に冷却する。なお、冷却部９２は、ペルチェ式温度調節部に限らず、例えば冷凍サイクルを適用したヒートポンプなどを適用してもよい。
なお、結露を確実に抑えるため、閉空間１４における大気の露点は、ペルチェ式温度調節部２０、３０によって制御する最低温度よりも３℃低い温度が望ましく、より好ましくは５℃以上低いことが望ましい。
【００５５】
第３実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、制御部は循環ポンプ９３を作動させる。これにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成された閉空間１４に存在する大気は、閉空間１４と循環通路９５との間を循環する。循環通路９５を流れる大気に含まれる水蒸気は、冷却部９２を通過する際に冷却された循環通路部材９１に接することにより結露する。そのため、冷却部９２を通過した大気に含まれる水蒸気は低減される。その結果、閉空間１４と循環通路９５との間を循環する大気の湿度は低下する。
【００５６】
制御部は、閉空間１４に存在する大気すなわち循環する大気の湿度が所定値以下となると、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０に通電し、マイクロチップ５０の温度制御を開始する。
第３実施形態では、閉空間１４の大気は外部の循環通路９５において除湿される。これにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０の結露が防止される。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。
【００５７】
（第４実施形態）
第４実施形態による温度制御装置を図９に示す。第４実施形態は、第３実施形態の変形である。そのため、第３実施形態と実質的に同一の構成部位の説明は省略する。
図９は、本発明の第４実施形態による温度制御装置の概略図である。第４実施形態では、除湿装置９０は循環通路９５の途中に大気を蓄える気体供給部９７を有している。冷却部９２で冷却することにより除湿された大気は、気体供給部９７に蓄えられる。閉空間１４には、循環通路９５に設置されたバルブ９８を経由して気体供給部９７から乾燥した大気が供給される。
【００５８】
第４実施形態では、気体供給部９７に乾燥した大気が蓄えられる。そのため、大気を循環することにより除湿する場合と比較して、閉空間１４の湿度を迅速に低下させることができる。また、気体供給部９７から閉空間１４へ大気を供給する前に、図示しない減圧装置によって閉空間１４を減圧する構成としてもよい。これにより、さらに迅速に閉空間１４に湿度を低減することができる。
【００５９】
（第５実施形態）
第５実施形態による温度制御装置を図１０に示す。第５実施形態は、第３実施形態の変形である。そのため、第３実施形態と実質的に同一の構成部位の説明は省略する。
図１０は、本発明の第５実施形態による温度制御装置の概略図である。図１１は、図１０のＸＩ−ＸＩ線における断面図である。第５実施形態では、枠部材１３の構成が第３実施形態と異なっている。枠部材１３は、図１０および図１１に示すように第一枠部１３１および第二枠部１３２を有している。第一枠部１３１は、温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０およびペルチェ式温度調節部３０を囲み、ヒータ式温度調節部４０を囲んでいない。また、第二枠部１３２は、第一枠部１３１の外側にヒータ式温度調節部４０を挟んで配置されている。第二枠部１３２は、マイクロチップ５０のヒータ式温度調節部４０側の端部を支持する。
【００６０】
ヒータ式温度調節部４０は、マイクロチップ５０を室温以上に加熱するのみである。そのため、ヒータ式温度調節部４０は結露することがない。したがって、ヒータ式温度調節部４０は、大気中に開放されていてもよい。一方、ペルチェ式温度調節部２０、３０は、室温以下まで低下するため結露が生じる。そこで、結露が生じるペルチェ式温度調節部２０、３０のみを第一枠部１３１で囲むことにより、ペルチェ式温度調節部２０、４０は閉空間１４を形成する第一枠部１３１の内側に収容される。また、ペルチェ式温度調節部２０、３０のみを第一枠部１３１で囲むことにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間において第一枠部１３１の内側に形成される閉空間１４の容積は低減される。これにより、閉空間１４に存在する大気は低減される。したがって、閉空間１４の除湿を迅速にすることができる。
なお、第５実施形態では、第３実施形態の変形として説明した。しかし、上述の第１実施実施形態から第４実施形態の変形として適用してもよい。
【００６１】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態による温度制御装置を図１２に示す。なお、第１実施形態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１２は、本発明の第６実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。図１３は、図１２のXIII部分を拡大した拡大図である。
除湿装置１００は、吸熱部１０１および冷却部１０２を有している。吸熱部１０１は、ヒートシンク１１を貫いて枠部材１３の内側に突出している。吸熱部１０１は、図１３に示すように柱部１０３と、柱部１０３から突出する複数のフィン１０４と、フィンの下方に設置されている貯水部１０５とを有している。吸熱部１０１は、熱伝導率の大きな金属によって形成されている。冷却部１０２は、温度制御装置１０の外部において柱部１０３のマイクロチップ５０とは反対側の端部に接続している。冷却部１０２は、例えばペルチェ式温度調節部や冷凍サイクルのヒートポンプなどを有している。柱部１０３とヒートシンク１１との間には、シール部材１０６が設置されている。シール部材１０６は、柱部１０３とヒートシンク１１との間を断熱するとともに、気密にシールしている。
【００６２】
冷却部１０２は、柱部１０３の端部を冷却する。これにより、吸熱部１０１は冷却部１０２によって全体が冷却される。温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載することにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間において枠部材１３の内側に閉空間１４が形成される。吸熱部１０１は、冷却部１０２と反対側の端部が閉空間１４に突出している。吸熱部１０１が冷却部１０２によって冷却されると、閉空間１４に突出する吸熱部１０１も冷却される。そのため、吸熱部１０１には、閉空間１４に存在する大気に含まれる水蒸気が水滴となって結露する。結露した水滴は、吸熱部１０１の貯水部１０５に蓄えられる。
【００６３】
吸熱部１０１は、ペルチェ式温度調節部２０、３０に設定されている最低温度以下に冷却される。これにより、閉空間１４に存在する大気に含まれる水蒸気は、ペルチェ式温度調節部２０、３０ではなく吸熱部１０１に結露する。そのため、閉空間１４の湿度は低下し、ペルチェ式温度調節部２０、３０への結露が防止される。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。なお、本実施形態では、吸熱部１０１は、ヒートシンク１１を貫いているが、枠部材１３を貫くことにより閉空間１４に突出する構成としてもよい。
なお、結露を確実に抑えるため、閉空間１４における大気の露点は、ペルチェ式温度調節部２０、３０によって制御する最低温度よりも３℃低い温度が望ましく、より好ましくは５℃以上低いことが望ましい。
【００６４】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態による温度制御装置を図１４に示す。なお、第１実施形態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１４は、本発明の第７実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図である。第７実施形態では、除湿装置１１０の構成が第１実施形態と異なっている。第７実施形態では、除湿装置１１０は、循環通路部材１１１、吸着部１１２および循環ポンプ１１３を有している。循環通路部材１１１は、温度制御装置１０のヒートシンク１１の外側に循環通路１１４を形成している。循環通路１１４は、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載していないとき、ヒートシンク１１を貫いて枠部材１３の内側に連通している。これにより、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載すると、循環通路１１４は両端部が閉空間１４に連通する。これにより、閉空間１４の大気は、閉空間１４の外側に形成される循環通路１１４を循環する。
【００６５】
循環通路１１４の途中には吸着部１１２が設置されている。吸着部１１２は、例えばシリカゲル、酸化カルシウム、あるいは塩化カルシウムなどの吸着剤１１５が充填されている。循環ポンプ１１３は、循環通路１１４の途中に設置されている。循環ポンプ１１３は、循環通路１１４に大気の流れを形成する。これにより、循環ポンプ１１３が作動すると、閉空間１４と循環通路１１４との間に大気の流れが形成される。
【００６６】
第７実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、制御部は循環ポンプ１１３を作動させる。これにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成された閉空間１４に存在する大気は、閉空間１４と循環通路１１４との間を循環する。循環通路１１４を流れる大気に含まれる水蒸気は、吸着部１１２を通過する際に吸着剤１１５によって吸着される。そのため、吸着部１１２を通過した大気に含まれる水蒸気は低減される。その結果、閉空間１４と循環通路１１４との間を循環する大気の湿度は低下する。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の結露が防止され、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。
【００６７】
一方、例えば吸着部１１２に充填する吸着剤１１５としてシリカゲルを用いる場合、マイクロチップ５０を交換するとき、吸着部１１２は加熱される。これにより、吸着部１１２の吸着剤１１５が加熱され、吸着剤１１５に吸着された水蒸気は脱離する。マイクロチップ５０を交換するとき、枠部材１３の内側は大気に開放されている。そのため、吸着剤１１５から脱離した水蒸気は、大気中に排出される。したがって、マイクロチップ５０を交換するとき、吸着部１１２に充填された吸着剤１１５を再生することができる。
第７実施形態においても、上述の第４実施形態と同様に循環通路１１４の途中に気体供給部９７を設置してもよい。
【００６８】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態による温度制御装置を図１５に示す。なお、第１実施形態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１５は、本発明の第８実施形態による温度制御装置の概略図である。図１６は、図１５のXVI−XVI線における断面図である。第８実施形態では、枠部材１３の構成が第１実施形態と異なっている。枠部材１３は、図１５および図１６に示すように第一枠部１３１および第二枠部１３２を有している。第一枠部１３１は、温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０およびペルチェ式温度調節部３０を囲み、ヒータ式温度調節部４０を囲んでいない。また、第二枠部１３２は、第一枠部１３１の外側にヒータ式温度調節部４０を挟んで配置されている。第二枠部１３２は、マイクロチップ５０のヒータ式温度調節部４０側の端部を支持する。
【００６９】
ヒータ式温度調節部４０は、マイクロチップ５０を室温以上に加熱するのみである。そのため、ヒータ式温度調節部４０は結露することがない。したがって、ヒータ式温度調節部４０は、大気中に開放されていてもよい。一方、ペルチェ式温度調節部２０、３０は、室温以下まで低下するため結露が生じる。そこで、結露が生じるペルチェ式温度調節部２０、３０のみを第一枠部１３１で囲むことにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０は閉空間１４を形成する第一枠部１３１の内側に収容される。また、ペルチェ式温度調節部２０、３０のみを第一枠部１３１で囲むことにより、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間において第一枠部１３１の内側に形成される閉空間１４の容積は低減される。
【００７０】
さらに、第８実施形態では、ペルチェ式温度調節部２０、３０と第一枠部１３１との間に形成される隙間に充填部材１７が充填されている。充填部材１７としては、熱伝導率の小さな材料が好ましく、例えばアルミナなどのセラミックスまたはエポキシやシリコーンなどの樹脂を適用することができる。ペルチェ式温度調節部２０、３０と第一枠部１３１との間に充填部材１７を充填することにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０と第一枠部１３１との間には大気が存在する空間の容積がさらに低減される。
【００７１】
これにより、温度制御装置１０のマイクロチップ５０を搭載したとき、第一枠部１３１の内側に形成される閉空間１４に存在する大気は低減される。そのため、大気に含まれる水蒸気の絶対量が低減し、ペルチェ式温度調節部２０、３０への結露の量が低減する。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。
【００７２】
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態による温度制御装置を図１７に示す。なお、第１実施形態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１７は、本発明の第９実施形態による温度制御装置を示している。第９実施形態では、第８実施形態と同様の考え方により、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０を、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成される閉空間１４に収容している。ペルチェ式温度調節部２０、３０を閉空間１４に収容することにより、ペルチェ式温度調節部２０、３０の周囲に存在する大気の絶対量が低減される。その結果、大気に含まれる水蒸気の絶対量も低減される。したがって、構造の複雑化を招くことなくペルチェ式温度調節部２０、３０への結露を防止することができ、ペルチェ式温度調節部２０、３０の破壊を防止することができる。
【００７３】
（第１０実施形態）
本発明の第１０実施形態による温度制御装置を図１８に示す。なお、第１実施形態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１８は、本発明の第１０実施形態による温度制御装置の概略図である。第１０実施形態では、マイクロチップ５０は枠部材に対応する枠部５８を有している。枠部５８は、マイクロチップ５０のヒートシンク１１側の端面から突出している。すなわち、第１０実施形態では、枠部５８はマイクロチップ５０に設置されている。マイクロチップ５０の枠部５８の先端、すなわちヒートシンク１１と接する側にはシール部材５９が設置されている。
【００７４】
シール部材５９は、例えば発泡ゴムやシリコーン樹脂などのように柔軟で容易に変形するとともに、断熱性の高い材料で形成されている。シール部材５９は、マイクロチップ５０をヒートシンク１１の上方に設置したとき、マイクロチップ５０の自重または蓋部材６０から加わる押し付け力によって変形する。これにより、シール部材５９は、マイクロチップ５０とヒートシンク１１との間の気密性を高める。なお、シール部材５９は、マイクロチップ５０の枠部５８の先端ではなく、ヒートシンク１１のマイクロチップ５０側の端面に設置してもよく、マイクロチップ５０およびヒートシンク１１の双方に設置してもよい。
【００７５】
シール部材５９は、断熱性の高い材料で形成されている。そのため、シール部材５９は、マイクロチップ５０とヒートシンク１１との間における熱伝導を低減する。また、枠部５８は、マイクロチップ５０を支持可能な程度の強度を有する薄い板状に形成されている。これにより、枠部５８の断面積は低減され、枠部５８を経由するマイクロチップ５０からヒートシンク１１への熱の移動は低減される。したがって、マイクロチップ５０の被温度調節部の温度を精密に制御することができ、またペルチェモジュール２２、３２の消費電力を低減できる。
【００７６】
以上のように、枠部材に対応する枠部５８はマイクロチップ５０に設置してもよい。この場合、枠部５８の先端に設置されたシール部材５９によって、マイクロチップ５０と温度制御装置１０との間に形成される閉空間１４の気密性を高めることができる。
なお、枠部５８は、マイクロチップ５０と一体に成形することなく、マイクロチップ５０と別部材としてもよい。この場合、枠部５８は、例えば接着剤による接着または溶着などによりマイクロチップ５０に固定すればよい。また、枠部材１３および枠部５８は、マイクロチップ５０およびヒートシンク１１から分離した別部材としてもよく、この場合、枠部材の両端面にシール部材があることが望ましい。
【００７７】
（第１１実施形態）
本発明の第１１実施形態による温度制御装置を図１９に示す。なお、第１実施形態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１９は、本発明の第１１実施形態による温度制御装置を概略図である。図２０は、図２０のXX−XX線における断面図である。図２１は、図２０のXXI−XXIにおける断面図である。
【００７８】
第１１実施形態では、温度制御装置１０は、低温除湿部１２０を備えている。低温除湿部１２０は、図１９および図２２に示すように放熱部１２１、ペルチェモジュール１２２およびベース１２３を有している。図２２は、低温除湿部１２０を拡大した断面図である。放熱部１２１は、例えば銅、アルミニウムまたは各種の合金など、熱伝導体により形成されている。放熱部１２１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。低温除湿部１２０は、図示しない温度検出部を有している。温度検出部は、例えばサーミスタ、熱電対あるいは白金抵抗体などを有しており、放熱部１２１の温度を検出する。温度検出部は、検出した放熱部１２１の温度を信号として図示しない制御部に出力する。
【００７９】
ペルチェモジュール１２２は、放熱部１２１のマイクロチップ５０とは反対側の面に接している。放熱部１２１とペルチェモジュール１２２とは例えば接着剤、ハンダ材またはろう材により接着されている。ペルチェモジュール１２２は、上述のように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。
【００８０】
低温除湿部１２０は、マイクロチップ５０を搭載したとき、放熱部１２１がマイクロチップ５０に接しない。すなわち、温度制御装置１０にマイクロチップ５０を搭載したとき、放熱部１２１とマイクロチップ５０との間には、隙間が形成される。これにより、低温除湿部１２０によってマイクロチップ５０は温度制御が行われない。そのため、マイクロチップ５０は、図２０に示すように低温除湿部１２０に対応する位置に槽部を有していない。
【００８１】
低温除湿部１２０は、ペルチェ式温度調節部２０、３０よりも低い温度に制御される。すなわち、閉空間１４を形成した後、低温除湿部１２０は、ペルチェ式温度調節部２０、３０よりも先に低い温度に制御される。そのため、閉空間１４に存在する大気に水蒸気が含まれているとき、その水蒸気は低温除湿部１２０の放熱部１２１に結露する。つまり、閉空間１４に存在する大気に含まれる水蒸気は、ペルチェ式温度調節部２０、３０よりも先に、より温度の低い低温除湿部１２０に結露する。その結果、ペルチェ式温度調節部２０、３０への結露は低減される。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の故障を防止することができる。
なお、マイクロチップ５０を取り外して閉空間１４を外気に開放した後、低温除湿部１２０の放熱部１２１を加熱し、低温除湿部１２０に結露した水分を蒸発させて大気中に放出する機能があることが望ましい。
【００８２】
低温除湿部１２０は、ベース１２３がヒートシンク１１に取り付けられている。ベース１２３は、例えばアルミニウムなどの金属の板で形成されている。ペルチェモジュール１２２とベース１２３とは、例えば接着剤、ハンダ材またはろう材により接着されている。ベース１２３とヒートシンク１１とは、例えばボルトなどの締結部材１２４によって固定されている。締結部材１２４は、ベース１２３およびヒートシンク１１から取り外し可能である。これにより、締結部材１２４を取り外すことにより、低温除湿部１２０はヒートシンク１１から容易に取り外される。すなわち、低温除湿部１２０は、締結部材１２４によってヒートシンク１１に着脱可能である。これにより、必要に応じて低温除湿部１２０は、容易に交換することができる。金属製のベース１２３を用いて低温除湿部１２０をヒートシンク１１に取り付けることにより、低温除湿部１２０をヒートシンク１１へ強固に固定することができる。また、この場合、ペルチェモジュール１２２の損傷が低減される。なお、ベース１２３を用いることなく例えばペルチェモジュール１２２のアルミナ基板を、ヒートシンク１１に直接固定してもよい。
【００８３】
上述のように、第１１実施形態では、ペルチェ式温度調節部２０、３０に先立って、より温度の低い低温除湿部１２０に結露する。そのため、低温除湿部１２０は、水分の結露によって損傷を招きやすくなる。その結果、低温除湿部１２０は、ペルチェ式温度調節部２０、３０に比較して寿命が短くなるおそれがある。そこで、万が一、低温除湿部１２０の寿命がペルチェ式温度調節部２０、３０よりも先に尽きても、低温除湿部１２０は容易に交換可能である。
【００８４】
（第１２実施形態）
本発明の第１２実施形態による温度制御装置を図２３に示す。なお、第１実施形態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２３は、本発明の第１２実施形態による温度制御装置の概略図である。第１２実施形態では、温度制御装置１０は、閉空間１４を減圧する減圧装置１３０を備えている。減圧装置１３０は、通路部材１３１および減圧ポンプ１３２を有している。通路部材１３１は、ヒートシンク１１を貫いて枠部材１３の内側に連通する減圧通路１３３を形成している。減圧通路１３３は、一方の端部が閉空間１４となる枠部材１３の内側に連通し、他方の端部が減圧ポンプ１３２に連通している。減圧ポンプ１３２は、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成される閉空間１４を減圧する。減圧装置１３０は、減圧通路１３３を開閉するバルブ１３４を有している。また、減圧装置１３０は、閉空間１４の内部を安全に大気圧まで回復させるために、リークバルブ１３５を有している。
【００８５】
第１２実施形態では、温度制御装置１０にマイクロチップ５０が搭載されると、減圧装置１３０が温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間に形成された閉空間１４を減圧する。そして、閉空間１４の圧力が所定値まで低下すると、減圧装置１３０は停止され、マイクロチップ５０による温度制御を開始される。また、閉空間１４の圧力が低下すると、大気の圧力によってマイクロチップ５０は枠部材１３を挟んでヒートシンク１１側へ押し付けられる。そのため、マイクロチップ５０は、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０に密着する。
【００８６】
第１２実施形態では、温度制御に先立って閉空間１４の内部は減圧される。閉空間１４の内部を減圧することにより、閉空間１４の内部に存在する大気は減少する。そのため、大気に含まれる水蒸気も低減される。その結果、温度制御を開始したとき、ペルチェ式温度調節部２０、３０への水蒸気の結露は低減される。したがって、ペルチェ式温度調節部２０、３０の故障を防止することができる。また、第１２実施形態では、閉空間１４を減圧することにより、マイクロチップ５０はペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０に密着する。したがって、マイクロチップ５０の被温度調節部の温度制御の精度を向上することができる。
【００８７】
（その他の実施形態）
第１実施形態から第７実施形態では、温度センサをヒートシンクに設置する例について説明した。しかし、温度センサは、枠部材に設置してもよい。
また、第１実施形態から第５実施形態および第７実施形態では、通路部材をヒートシンクに設置する例について説明した。しかし、通路部材は、枠部材に設置してもよい。
さらに、第２実施形態では、減圧通路部材をヒートシンクに設置する例について説明した。しかし、減圧通路部材は、枠部材や他の通路部材に設置してもよい。
【００８８】
（実験例）
次に、上記のいずれかの実施形態による温度制御装置１０を用いた実験例について説明する。
ここでは、上述の図１に示す第１実施形態による温度制御装置１０、図７に示す第２実施形態による温度制御装置１０、図８に示す第３実施形態による温度制御装置１０を用いて実験を行った。各温度制御装置１０において、ペルチェ式温度調節部２０の温度を２０℃に設定し、ペルチェ式温度調節部３０の温度を１０℃に設定し、ヒータ式温度調節部４０の温度を８０℃に設定した。温度制御装置１０は、いずれも気温３０℃、湿度５０％の大気中に設置した。ここで、気温３０℃のとき湿度５０％の空気には、１ｍ3あたり１５．２ｇの水蒸気が含まれている。
【００８９】
マイクロチップ５０は、幅２４ｍｍラ長さ６４ｍｍラ厚さ１ｍｍに設定した。また、温度制御装置１０とマイクロチップ５０との間において枠部材１３の内側に形成される閉空間１４は、幅２０ｍｍラ長さ６０ｍｍラ高さ３ｍｍに設定した。
【００９０】
実験は、次の手順で行った。
（１）温度３０℃で湿度が２２％のとき、露点は５℃となる。そこで、マイクロチップ５０を搭載した後、閉空間１４の内部の露点が上記のペルチェ式温度調節部２０、３０の設定温度以下である５℃以下となるように、閉空間１４の湿度を２２％以下になるまで除湿した。
【００９１】
（２）温度調節部１２のペルチェ式温度調節部２０、ペルチェ式温度調節部３０およびヒータ式温度調節部４０に通電し、上述の設定温度にした。
（３）設定温度が最も低いペルチェ式温度調節部３０の結露の様子を観察した。
ここで、比較例として、図１に示す第１実施形態による温度制御装置１０において、枠部材１３を設けず、ペルチェ式温度調節部２０、３０およびヒータ式温度調節部４０が大気中に露出しているものを用いた。
【００９２】
【表１】
0004678529.tif 000002
【００９３】
その結果、表１に示すように、本発明を適用した第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態による温度制御装置１０では、ペルチェ式温度調節部３０に結露が生じなかった。一方、比較例では、ペルチェ式温度調節部３０に結露が生じた。これにより、本発明を適用した各実施形態の温度制御装置１０は、ペルチェ式温度調節部２０、３０の結露防止に有効であることが証明された。
【００９４】
また、第２実施形態の温度制御装置では、閉空間１４を減圧することにより、他の実施形態と比較して湿度の低下が迅速であることが証明された。
以上説明した複数の実施形態では、本発明を各実施形態ごとに適用する例について説明した。しかし、本発明は、複数の実施形態を組み合わせて適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図２】図１のII−II線における断面図。
【図３】図１のIII−III線における断面図。
【図４】本発明の第１実施形態の変形例による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線における断面図。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線における断面図。
【図７】本発明の第２実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図８】本発明の第３実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図９】本発明の第４実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１０】本発明の第５実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線における断面図。
【図１２】本発明の第６実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１３】図１２のXIII部分の拡大図。
【図１４】本発明の第７実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１５】本発明の第８実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１６】図１５のXVI−XVI線における断面図。
【図１７】本発明の第９実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１８】本発明の第１０実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図１９】本発明の第１１実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【図２０】図１９のXX−XX線における断面図。
【図２１】図１９のXXI−XXI線における断面図。
【図２２】本発明の第１１実施形態による温度制御装置の低温除湿部を拡大した断面図。
【図２３】本発明の第１２実施形態による温度制御装置の概略を示す断面図。
【符号の説明】
【００９６】
１０：温度制御装置、１１：ヒートシンク、１２：温度調節部、１３：枠部材、１４：閉空間、１５：シール部材、１７：充填部材、２０、３０：ペルチェ式温度調節部、５０、１５０：マイクロチップ、５１、５２、５３、１５１：槽部（被温度調節部）、５８：枠部（枠部材）、５９：シール部材、７０：除湿装置（除湿手段）、７１：気体供給部、７２：通路部材、７３：通路部材、７４：通路、７５：通路、８０：減圧装置（減圧手段）、９０：除湿装置（除湿手段）、９１：循環通路部材、９２：冷却部、９５：循環通路、９７：気体供給部、１００：除湿装置（除湿手段）、１０１：吸熱部、１０２：冷却部、１１０：除湿装置（除湿手段）、１１１：循環通路部材、１１２：吸着部、１１４：循環通路、１１５：吸着剤、１２０：低温除湿部、１３０：減圧装置
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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