(57)【要約】【課題】簡単な構造でありながら、部品等の構造物自体に温度表示機能を有する温度表示体を実現する。【解決手段】ポリエーテルエーテルケトンを硫酸または硫酸ガスに晒して酸化し、水で未反応硫酸を洗い流して白い被膜を形成する。得られた被膜は周囲温度を約１００℃にすると色が白から黄褐色に変色し、７０〜８０℃の低い温度では白と黄褐色の中間色となり、再び温度を下げると白になる。すなわち、温度に対してその色彩に可逆性が認められる。電気泳動装置のヘッドパイプ２３をポリエーテルエーテルケトンで作り、予め固定つまみ２５の外側に出る部分の外表面を硫酸で処理して白い被膜２６を付ける。キャピラリアレイを使用したときにキャピラリヘッド１７が電気泳動電力で過熱したことを処理被膜の色の変化で簡単に知ることができる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度変化により光学的特性が変化して温度を表示する温度表示体であって、
ポリエーテルエーテルケトン樹脂を酸で表面処理して水洗浄し、温度変化により光学的特性が変化する被膜を形成したことを特徴とする温度表示体。
【請求項２】
請求項１記載の温度表示体において、ポリエーテルエーテルケトン樹脂に形成された上気被膜に着色または文字や模様が印刷されていることを特徴とする温度表示体。
【請求項３】
請求項１又は２記載の温度表示体において、上記酸は、濃度が６０％から９８Ｗ％の硫酸溶液であることを特徴とする温度表示体。
【請求項４】
請求項１又は２記載の温度表示体において、上記酸は、濃度が１０％から３０％の硫酸ガスであることを特徴とする温度表示体。
【請求項５】
温度変化により光学的特性が変化して温度を表示する温度表示体であって、
カーボン入りポリエーテルエーテルケトン樹脂を酸で表面処理して水洗浄し、温度変化により光学的特性が変化する被膜を形成したことを特徴とする温度表示体。
【請求項６】
請求項５記載の温度表示体に電流を通過させ、ヒータとして用いることを特徴とする温度表示体。
【請求項７】
温度変化により光学的特性が変化して温度を表示する温度表示体であって、
ポリエーテルケトン樹脂を酸で表面処理して水洗浄し、温度変化により光学的特性が変化する被膜を形成したことを特徴とする温度表示体。
【請求項８】
温度変化により光学的特性が変化して温度を表示する温度表示体であって、
カーボン入りポリエーテルケトン樹脂を酸で表面処理して水洗浄し、温度変化により光学的特性が変化する被膜を形成したことを特徴とする温度表示体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度変化により光学的特性が変化して、その温度を表示する温度表示体に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度を検知する方法は従来から多くの方法があり、水銀温度計や熱電対などの温度計が使用されている。
【０００３】
これらの温度計はあくまでも測定物に感温部を接触または接着剤で固定し、熱伝達による間接的な測定で、回転体や可動体に対しては温度測定が困難である。
【０００４】
他の温度検知法としては、サーモクレヨンを測定物に塗り、温度を色の変化や溶ける具合で知る方法、または数種の検出温度が異なる感温塗料を予め粘着シートに塗り、このシートを測定面に貼り色の変化から温度を知る方法がある。このシートを一般にサーモラベル、または、ヒートラベルとよばれて市販されている。
【０００５】
これらの方法はクレヨンを塗ったり、粘着材を貼ったりするため、測定物を汚したり、測定面を変質させる事があった。また、サーモラベルでは熱伝達が遅れるという問題があった。
【０００６】
そこで、温度管理すべき、構造物自体が温度変化により光学的特性が変化して色が変化すれば、汚損や熱伝達の遅れは解消される。
【０００７】
このため、特許文献１記載の技術にあっては、樹脂材に毛細管状の光学的感温物質封入部を形成し、この光学的感温物質封入部に、液晶等の光学的感温物質を封入し、温度表示機能を有するように構成されている。      
【０００８】
【特許文献１】特開２００２-１２２４８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１記載の技術にあっては、上述したように、樹脂材等に毛細管状の光学的感温物質封入部を形成し、液晶等の光学的感温物質を封入しなければならず、構造が複雑であり、感温物質封入作業も煩雑であった。
【００１０】
本発明の目的は、簡単な構造でありながら、部品等の構造物自体に温度表示機能を有する温度表示体を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、プラスチックの表面を酸化剤で化学変化させて作った温度検知用被膜に関し、温度変化により光学的特性が変化して温度を測定できる。検知部をプラスチックと何ら介在物を有することなく設けることができ、正確で時間遅れなどもない温度検知が可能となる。
【００１２】
プラスチックとしては熱可塑性のポリエーテルエーテルケトンやポリエーテルケトン、および、その複合材で酸化剤は硫酸を使用すると良い。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、簡単な構造でありながら、部品等の構造物自体に温度表示機能を有する温度表示体を実現することができる。
【００１４】
また、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）に酸化膜処理を施すのみで、印刷のための他の加工を施すことなく明確に目盛を印刷することができる。
【００１５】
上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果は、添付図面を参照した次の説明で明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。  
まず、感温材料について説明する。ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン、化学式(-C6H4-O-C6H4-O-C6H4-CO-)n）、または、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン、化学式(-C6H4-O-C6H4-CO-)n）樹脂は、乳褐色で硝酸、硫酸、臭素など一部の酸や無機物以外には耐食性が優れ、連続２５０℃の耐熱性、電気絶縁性（５×１０Ｅ１４Ω・ｍ）にも優れたスーパーエンジニアリングプラスチックである。
【００１７】
特に、ＰＥＥＫ樹脂は耐食性、耐熱性、機械強度ともバランスがよく、熱可塑性樹脂であるため、モールドで複雑な形状を簡単に作ることができ近年需要が大幅に伸びている。
【００１８】
ＰＥＥＫを硫酸または硫酸ガスに晒して酸化すると、表面は酸化腐食により黄褐色に変色する。次に、水で未反応硫酸を洗い流すと、処理面には白い被膜ができる。このまま乾燥しても酸化被膜は白い状態を維持する。
【００１９】
硫酸と硫酸ガスの濃度と温度とは高いほど、処理時間が短くとも白い被膜ができるが、発煙硫酸や高濃度の硫酸ガスでは白い被膜を作る処理時間が短過ぎて処理のコントロールが難しい。処理を誤ると樹脂が変形して使用できなくなる。
【００２０】
処理条件の一例として、室温で９０Ｗ％の硫酸にＰＥＥＫを漬けて処理する場合は、処理時間は数分から１０分で良い。この後に反応を止める目的と、酸を除去する目的で、蒸留水で洗浄することにより被膜が得られる。
【００２１】
このようにして得られた被膜は、周囲温度を約１００℃にすると色が白から黄褐色に変色する。温度が７０〜８０℃の低い温度では白と黄褐色の中間色となり、再び温度を下げると白になる。すなわち、温度に対してその色彩に可逆性が認められる。
【００２２】
ＰＥＥＫ表面の酸化被膜は布や紙で拭いても取れないが金属やヤスリでこすると容易に剥がれ加工できることが判った。
【００２３】
上記被膜の作成方法とは異なる被膜の作成方法として、ＰＥＥＫを、１０から３０％の硫酸ガスで処理し、水で洗浄しても同じ白い酸化被膜が得られる。硫酸より硫酸ガスで処理するほうが均一な被膜が得られやすい。
【００２４】
上記処理をＰＥＥＫに施すことにより、温度変化により色彩が変化する特性を備えることとなるが、上記処理により他の特性変化も得られる。つまり、ＰＥＥＫは着色性が悪く、文字や模様をつける場合は、表面を荒らすなどの加工をしていたが、以上の処理方法で作成した白い被膜は、処理前のＰＥＥＫ表面に比べてインクや塗料の密着性が良く、白い面に文字を書いたり、印刷したりするとその文字を明瞭に見ることができる。
【００２５】
上述のような処理が施されたＰＥＥＫを構造材として用いた例を以下に説明する。
【００２６】
本発明の第１の実施形態は、本発明を電気泳動装置のキャピラリヘッドに適用した場合の例であり、図１はキャピラリアレイを示す図、図２は電気泳動装置の概略構成図である。
【００２７】
なお、生物のＤＮＡを分析するＤＮＡシーケンサはキャピラリアレイを用いて電気泳動によりＤＮＡを分析するものである。
【００２８】
図１および図２において、通常、キャピラリ１は外径が０．１〜０．３ｍｍ、内径が０．０２〜０．１ｍｍで、外被はポリイミドなどの樹脂でコーテイングされている。キャピラリ１自体は石英パイプが用いられることが多く、複数（数１０本から１００本が一般的である）のキャピラリ１を配列してキャピラリアレイが構成され。
【００２９】
蛍光標識された１０〜数μリットルのＤＮＡサンプルを入れた試料容器２を多数組込んだサンプルトレイ３から電気泳動でキャピラリ１にＤＮＡを取り込む。電気泳動装置は、ロードヘッダ４と、ロードヘッダ４のサンプル番号順にキャピラリ１を配列固定する検知部５と、レーザ光源６と、ミラー７と、ビームスプリッタ８と、集光レンズ９と、信号光である蛍光を検出する検出レンズ系１１と、ＣＣＤカメラ１２と、ゲル液容器１３と、高圧電源１５と、信号処理演算装置２１とを備える。
【００３０】
なお、レーザ光源６と、ミラー７と、ビームスプリッタ８と、集光レンズ９とにより、キャピラリ１の内径程度の太さに絞られた励起光を平板状に並べられたキャピラリの両側から照射する励起光学系が構成される。
【００３１】
この第１の実施形態は、電気泳動するＤＮＡや蛋白質の入ったキャピラリアレイ１の両側面からレーザを照射し、キャピラリ１のレンズ作用によってレーザを集光させることにより全てのキャピラリ１に励起光を照射し、各キャピラリ１からの蛍光を検出光学系によって検出する。
【００３２】
キャピラリアレイ１の両側からレーザを照射することにより各キャピラリ１に均等な強度の励起ができるようにしている。
【００３３】
キャピラリアレイのロードヘッダ４に、複数本のキャピラリ１を束ねて接着し、ゲルが入ったゲル液容器１３に耐圧気密で取り付けるキャピラリヘッド１７が取り付けられている。
【００３４】
ゲル液容器１３とロードヘッダ４とには、高電圧電源１５から１５ｋＶ前後の高電圧が印加され、ゲル液容器１３からキャピラリ１内に入れたゲルにより試料容器２に収容された試料が電気泳動されて試料を分離分析する。
【００３５】
ロードヘッダ４の目的は、試料をサンプリングするほかに、試料とゲル液容器１３間に高電圧を印加するための試料容器側の電極２０となることである。
【００３６】
キャピラリ１の全域に充填されたゲルの内部をＤＮＡ試料が通過する間に試料の大小（長短とも表現される）により通過抵抗が異なるため、試料は小さい順に早く検知部５に到達する。検知部５ではキャピラリ１にレーザが照射され、蛍光マーキングされたＤＮＡ試料からのアデニン、グアニン、シトシン、チミンの４種類のヌクレオチド塩基に相当する蛍光をＣＣＤカメラ１２で検出する。
【００３７】
ＣＣＤカメラ１２で検出される光信号は、数１０本のキャピラリ１を光学フラット平面に高さ数ミクロンの精度で並べて平板とし、その両サイドから励起光を照射して通過させることにより得られる。
【００３８】
なお、図１、図２において、１６は多数のキャピラリを整列配置するためのセパレータである。
【００３９】
図３はキャピラリヘッド１７のゲル液容器１３への取付構造例を示す図である。
【００４０】
図３において、キャピラリヘッド１７はヘッドパイプ２３を有し、多数のキャピラリ１を束ねてヘッドパイプ２３に挿入し接着剤で密封固定している。そして、キャピラリヘッド１７はゲル容器１３にスリーブ２４を介して固定つまみ２５で高耐圧気密シールされるように固定される。
【００４１】
ヘッドパイプ２３は外径が数ｍｍで長さが３０〜５０ｍｍの細いパイプであり、通常はプラスチックで作られている。
【００４２】
本発明の一実施形態においては、図３に示すように、ヘッドパイプ２３を電気絶縁性及び耐食性に優れ、機械強度が大きいポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）で機械加工またはモールドで作成し、予め固定つまみ２５から露出する部分の外表面を硫酸で処理して白い被膜２６を付けておく。このようにすれば、キャピラリアレイ１を使用したときにキャピラリヘッド１７が電気泳動電力で過熱したことを処理被膜２６の色の変化で簡単に知ることができる。
【００４３】
以下、キャピラリヘッド１７の発熱について詳細に述べる。  
キャピラリヘッド１７には、キャピラリ１が最大で約１００本密集しており、キャピラリアレイには１０〜１５ｋＶの高電圧で数ｍＡの電流が流され電気泳動されている。
【００４４】
このとき、キャピラリヘッド１７に発生する電力は１〜２Ｗになる。したがって、キャピラリヘッド１７は使用条件により温度上昇が５０〜８０℃に及ぶことがある。
【００４５】
このように、キャピラリヘッド１７が高温になると次のような問題が生ずる。
【００４６】
（１）ＤＮＡの電気泳動速度は温度により変化するため、信号の分離能が悪くなる。
【００４７】
（２）温度が高くなるとゲルに含まれる水分が気化して気泡が発生し、電流流路が狭くなり局部発熱でキャピラリヘッド１７に熱損傷が生じたり、高電圧放電して、泳動電流が遮断され、電気泳動ができなくなる。
【００４８】
（３）ヘッドパイプ２３にキャピラリ１を接着している接着剤に熱劣化が生じたり、変形することにより接着強度が得られなくなる。
【００４９】
そこで、本発明の第１の実施形態においては、上述したように、ヘッドパイプ２３を電気絶縁性及び耐食性に優れ、機械強度が大きいポリエーテルエーテルケトンで機械加工またはモールドで作り、予め固定つまみ２５の外側に出る部分の外表面を硫酸で処理して白い被膜２６を付けておくとキャピラリアレイを使用したときにキャピラリヘッド１７が電気泳動電力で過熱したことを処理被膜の色の変化で簡単に知ることができる。
【００５０】
これによって、キャピラリアレイが致命的な損傷を受ける前に電気泳動を止めることができる。
【００５１】
以上のように、本発明の第１の実施形態によれば、簡単な構造でありながら、部品等の構造物自体に温度表示機能を有する温度表示体を実現することができ、電気泳動装置のキャピラリヘッドに本発明を適用しているので、キャピラリアレイが致命的な損傷を受ける前に電気泳動を止めることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２の実施形態について述べる。  
ＰＥＥＫ材に３０％のカーボン粉をまぜて複合材にすると、耐熱性と機械的強度が改善される。カーボン入りのＰＥＥＫは黒く、電気抵抗も小さい良導体（１０Ｅ４Ω・ｍ）となる。この場合でも、上述したような方法で硫酸処理すると白い酸化被膜ができる。単体のＰＥＥＫを硫酸処理する場合と比べて、１．５〜２倍程度、処理を強くすると被膜の白色が明瞭になる。
【００５３】
この第２の実施形態においては、カーボン粉入りＰＥＥＫは良導体であるので、これで電線を作り、表面に処理被膜を形成させる。この電線に電流を流してヒータとし、１００℃前後に暖めて使う場合には、色の変化による温度検知式低温ヒータを実現することができる。
【００５４】
この第２の実施形態におけるヒータは、金属製のヒータと異なり素材が柔らかいため被加熱物に傷を付けることを抑制することができる。また、ヒータ自体が樹脂であるため、加熱温度も制限され、生体試料の加熱には適している。
【００５５】
本発明の第２の実施形態においては、簡単な構造でありながら、温度表示機能を有するヒータを実現することができる。
【００５６】
なお、上述した処理酸化被膜は、被膜を付ける部分と不要な部分とをマスキングで分けることにより、任意の模様や線、文字を形成することができる。
【００５７】
本発明のその他の実施形態としては、処理酸化膜形成されたＰＥＥＫを用いたパイプ２７（図４）、絶縁電線２８（図５）、テープ２９（図６）が有る。パイプ２７、電線２８、テープ２９のそれぞれに、上記白い被膜２６を形成することにより、パイプ２７内を流れる流体温度や、電線３１の自己発熱温度、テープ２９の温度を知ることができる。
【００５８】
なお、上記パイプ２７、絶縁電線２８は、数ｋｍと長く連続的に製作されるため、硫酸の液を使用するよりも硫酸ガスを使用したほうが効率は良い。
【００５９】
本発明のさらに他の実施形態としては、図７に示すように、ＰＥＥＫからなる容器３０に上記酸化膜形成処理を施し、その酸化膜２６の表面に目盛を印刷する場合には、印刷のための他の加工を施すことなく明確に目盛を印刷することができる。
【００６０】
特に、生体サンプルを取り扱う器具や容器の場合は、温度が１００℃以上となると、サンプルが死滅したり、特性が変性する恐れがある。そこで、図７に示す本発明の実施形態のように、ＰＥＥＫに形成された白い被膜２６に温度目盛などを付けておくことにより加熱し過ぎを正確で迅速に検知できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の第１の実施形態が適用される電気泳動装置のキャピラリアレイを示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態が適用される電気泳動装置の概略構成図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図６】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【図７】本発明の他の実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００６２】
１                キャピラリ
２                試料容器
３                サンプルトレイ
４                ロードヘッダ
５                検知部
６                レーザ光源
７                ミラー
８                ビームスプリッタ
９                集光レンズ
１１              検出レンズ系
１２              ＣＣＤカメラ
１３              ゲル容器
１５              高電圧電源
１６              セパレータ
１７              キャピラリヘッド
２０              電極
２１              信号処理演算装置
２３              ヘッドパイプ
２４              スリーブ
２５              固定つまみ
２６              被膜
２７              パイプ
２８              絶縁電線
２９              テープ
３０              容器
３１              電線
【図１】
2005069875.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005069875.tif 000007
【図６】
2005069875.tif 000008
【図７】
2005069875.tif 000009