JP2003115744A - 弾性表面波素子及び弾性表面波素子を用いた分析方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】極めて多い数回の弾性表面波の周回を実現する
弾性表面波素子と、弾性表面波を用いた分析方法を提供
する。 【解決手段】球状の基材１１０は水晶で形成されてお
り、基台１２１の凹部１２２に保持されている。凹部１
２２には発信器１２６に接続された櫛形電極１２３が形
成されている。基材１１０の表面には樹脂薄膜が形成さ
れており、基材１１０と櫛形電極１２３は間隔を置いて
対向している。櫛形電極１２３は円環状表面１１１に沿
って伝搬する弾性表面波を励起する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波素子と
これを用いた分析方法に関係しており、より詳細には、
少なくとも球面の一部で形成されていて円環状に連続し
ている円環状表面を有している基材と、円環状表面と間
隔を置いて対向しており、前記円環状表面に沿って伝搬
する弾性表面波を励起する弾性表面波励起手段とを備え
ている弾性表面波素子に関係している。さらには、被検
物質と反応する円環状表面を有している基材を用意し、
被検物質と反応した円環状表面に沿って弾性表面波を伝
搬させることを利用して被検物質を分析する分析方法に
関係している。

【０００２】

【従来の技術】基材上に弾性表面波を発生させるととも
に、基材上に発生された弾性表面波を受信するものとし
て弾性表面波素子は従来から良く知られている。

【０００３】従来の弾性表面波素子では平坦な基材上に
１対の櫛形電極が設けられている。基材が圧電性材料で
形成されているか、又は櫛形電極と基板の間には圧電体
が設けられており、一方の櫛形電極に高周波電圧を供給
することにより電極の並んでいる方向に弾性表面波を励
起させる。他方の櫛形電極はこの弾性表面波の伝搬方向
に配置されていてこの弾性表面波を受信する。

【０００４】弾性表面波素子は、遅延線、発信機のため
の発振素子若しくは共振素子、周波数を選択するための
フィルタ、化学センサ、バイオセンサ、又はリモートタ
グ等に使用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】弾性表面波素子の精度
を高める方法として、球状の基材の表面に弾性表面波を
伝搬させて基材を多数回周回させるものが知られてい
る。このとき、弾性表面波は拡散せずに長い距離伝搬す
るが、基材の表面に電界を印加するために櫛形電極など
を形成する必要がある。この場合、特に０．５ｍｍより
も小さなパターンを形成するためには、フォトリソグラ
フィーの手法を採用しなくてはならず、工数が増えるこ
とにより高価なものになる。

【０００６】また、基材の表面に金属などの電極を直接
に形成すると、基材の表面を周回する弾性表面波がこの
電極によって反射されるなどして周回数が増える度に急
激にその強度を小さくする。このため、例えば３０回周
回するのに必要な時間を測定して評価を行う用途のよう
な場合に、２０回程度で減衰や拡散によって消失してし
まい、十分な精度での評価ができない。

【０００７】この発明はこのような事情の下でなされ、
本発明の目的は、極めて多い数回の弾性表面波の周回を
実現することで高い精度の信号処理や評価ができる弾性
表面波素子を提供することである。さらには、弾性表面
波を用いた分析方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係わる弾性表面波素子は、少な
くとも球面の一部で形成されていて円環状に連続してい
る円環状表面を有しており、少なくとも一部が圧電性材
料で形成されている基材と、円環状表面と間隔を置いて
対向しており、前記円環状表面に沿って伝搬する弾性表
面波を励起する弾性表面波励起手段とを備えている。

【０００９】本発明の請求項２に係わる弾性表面波素子
では、前記基材は、水晶の単結晶、ＬｉＮｂＯ_３の単結
晶およびＬｉＴａＯ_３の単結晶からなる群から選択され
る単結晶で形成されている。

【００１０】本発明の請求項３に係わる弾性表面波素子
では、前記弾性表面波励起手段により励起される弾性表
面波の波長が、基材の球面の半径の１／１０以下であ
る。

【００１１】本発明の請求項４に係わる弾性表面波素子
では、前記弾性表面波励起手段と円環状表面との間隔
が、前記弾性表面波励起手段により励起される弾性表面
波の波長の１／４以下である。

【００１２】本発明の請求項５に係わる弾性表面波素子
では、前記弾性表面波励起手段は、前記円環状表面に沿
って設けられ、高周波電源に接続される櫛形電極を含ん
でいる。

【００１３】本発明の請求項６に係わる弾性表面波素子
では、前記櫛形電極の重なり幅は、前記基材の球面の直
径の半分以下でこの球面の半径の１／１００以上であ
る。

【００１４】本発明の請求項７に係わる弾性表面波素子
では、前記櫛形電極と円環状表面との間隔が、この櫛形
電極の電極周期の１／４以下である。

【００１５】本発明の請求項８に係わる分析方法は、少
なくとも球面の一部で形成されていて円環状に連続して
いる円環状表面と、この円環状表面に沿って形成されて
いて被検物質と反応する反応部とを有している基材を用
意する基材用意工程と、前記反応部と被検物質とを反応
させる反応工程と、前記円環状表面に沿って弾性表面波
を伝搬させる伝搬工程と、前記伝搬工程で伝搬させられ
た弾性表面波を検出する検出工程と、を備えている。

【００１６】本発明の請求項９に係わる分析方法では、
前記被検物質は動物の体内物質であり、前記反応工程
は、前記基材を動物に経口投与する投与工程と、前記投
与工程で経口投与した基材を回収する回収工程とを有す
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１ないし図１２を参照して、本
発明の実施の形態に係わる弾性表面波素子を説明する。
先ず、本発明の第１の実施の形態の弾性表面波素子を説
明する。図１は弾性表面波素子の構成を示す斜視図であ
る。弾性表面波素子は単結晶の水晶で形成されている球
状の基材１１０を有している。本実施の形態では水晶の
単結晶を用いているが、ＬｉＮｂＯ_３の単結晶、ＬｉＴ
ａＯ_３の単結晶等の圧電性材料の単結晶を用いてもよ
い。基材１１０は溶融石英で形成されている基台１２１
に保持されている。基台１２１には基材１１０の球面の
一部に適合する凹部１２２が設けられている。凹部１２
２は基材１１０を透視して示されている。基材１１０は
凹部１２２に嵌合している。本実施の形態では、基材１
１０の半径及び凹部１２２の曲率半径はともに５ｍｍで
ある。しかしながら、基材１１０の寸法はこれに限定さ
れない。

【００１８】凹部１２２にはハッチングで示されている
櫛形電極１２３が基材１１０の表面に沿って設けられて
いる。櫛形電極１２３は基台１２１の表面に積層された
厚さ５００Åのクロムの層と、クロムの層の上に積層さ
れた厚さ１５００Åの金の層とを有している。これらの
層は熱蒸着により形成され、その後フォトリソグラフィ
ーにより１対の櫛形パターンが形成されるようにパター
ニングされている。基材１１０の表面には櫛形パターン
の他に、櫛形パターンに接続される、電界を発生させる
ための回路等（図示せず）が形成される。櫛形電極１２
３にはこのような回路等が含まれている。

【００１９】櫛形電極１２３はその他の形成方法により
形成されてもよい。例えば、導電性の箔を櫛形に切り抜
きこれを凹部１２２に貼り付けてもよい。また、印刷、
スパッタリング、ゾルゲル法等を用いてもよい。櫛形電
極１２３にはインピーダンスマッチング回路１２４とサ
ーキュレータ１２５とを介して、高周波電源を有してい
る発信器１２６に接続されている。櫛形電極１２３は弾
性表面波励起手段として用いられている。

【００２０】水晶の基材１１０の表面には樹脂薄膜が形
成されている。樹脂薄膜はレジスト薄膜パターンをフォ
トレジスト工程で作成して硬膜化処理を行って形成され
ている。

【００２１】櫛形電極１２３に電圧を印加すると、櫛形
電極１２３は電界を発生する。この電界は、樹脂薄膜を
通過し、凹部１２２に対向している基材１１０の表面に
印加される。

【００２２】ところで、基台１２１に凹部１２２が設け
られておらず、平板状の基台に櫛形電極が形成され、こ
れらが基材１１０に対向している場合は、電界は基材１
１０の表面の比較的狭い領域にしか印加されない。これ
に対して、本実施の形態のように凹部１２２が設けられ
ていれば基材１１０の比較的広い領域に電界を印加でき
る。

【００２３】基材１１０を形成している水晶の結晶は圧
電性材料である。基材１１０の表面に電界が印加される
と、基材１１０の表面が圧電効果により振動し、基材１
１０の表面に所定のモードの弾性表面波が励起される。
櫛形電極１２３を用いた弾性表面波励起手段は比較的高
い効率でかつ特定の方向に弾性表面波を励起することが
できる。

【００２４】本明細書では、単結晶の基材の表面にエネ
ルギーを集中させて伝搬する弾性波を弾性表面波と総称
している。単結晶の基材からエネルギーを放出しながら
伝播する漏洩弾性表面波や、ＳＨ(シェアーホリゾンタ
ル)波や、ラテラル波と呼ばれる弾性波も含まれる。

【００２５】励起された弾性表面波は円環状に連続して
いる基材１１０の円環状表面１１１に沿って伝搬する。
弾性表面波は基材１１０の表面を周回する。弾性表面波
励起手段、本実施の形態では櫛形電極１２３は、円環状
表面１１１と間隔を置いて対向しており、円環状表面１
１１に沿って設けられている。櫛形電極１２３と円環状
表面１１１との間には微小な樹脂粒子が散在させられて
おり、櫛形電極１２３と円環状表面１１１とが直接接す
ることがない。このため、基材１１０の表面を周回する
弾性表面波は櫛形電極により散乱されることが少ない。

【００２６】基材の表面に直接櫛形電極が形成されてい
る場合、基材の表面に励起された弾性表面波は櫛形電極
により反射されたり散乱されたりする。本実施の形態で
はこのようなことがない。

【００２７】所定の条件が揃った場合、樹脂薄膜を導波
管として弾性波が励起される場合がある。このようなモ
ードの弾性波も本実施の形態の弾性表面波に含まれる。

【００２８】発明者らの実験により、櫛形電極が基材の
表面に接していないため十分な強度で弾性表面波を励起
できるだけでなく、接している場合よりも極めて多数回
の周回を実現できることが分かっており、このような特
性は各種センサへの応用上、極めて好都合である。

【００２９】弾性表面波励起手段と円環状表面１１１と
の間隔は、電界を圧電性材料である水晶の基材１１０に
及ぼすことができるならば、弾性表面波励起手段により
励起される弾性表面波の波長の１／４以下であることが
好ましい。この間隔が波長の１／４を超えると、櫛形電
極の電圧勾配に基づく、基材の表面の電界強度の振幅が
なだらかになり、励起される弾性表面波の強度が著しく
弱くなることが確かめられている。

【００３０】後述するように、所定の条件下では弾性表
面波の波長は櫛形電極１２３の電極周期に一般にはほぼ
等しい。この事実を用いると、上記間隔と波長の関係
を、櫛形電極１２３と円環状表面１１１との間隔は、櫛
形電極１２３の電極周期の１／４以下である、と言い換
えることができる。本実施の形態では、樹脂粒子の直
径、即ち櫛形電極１２３と円環状表面１１１との間隔は
１０μｍであり、後述するように、波長は０．２０９ｍ
ｍである。

【００３１】櫛形電極１２３には上述した発信器１２６
の他にアンプ１２７、ディジタルオシロスコープ１２８
が接続されている。櫛形電極１２３を利用すれば、周回
した後に櫛形電極１２３に入力する弾性表面波を検出で
きる。ここで、櫛形電極１２３は弾性表面波を再び電気
信号に変換することにより弾性表面波を検出する機能を
もつために、１対の櫛形電極のみで弾性表面波の励起と
検出とを行えるが、検出用の櫛形電極を弾性表面波の伝
搬経路上に別個に形成してもよい。

【００３２】弾性表面波が球状の基材の円環状表面に沿
って伝搬する現象は、等方性の材料で形成されている基
材については知られていた。単結晶で形成された基材に
ついては、結晶方位に従って弾性表面波の伝搬速度が異
なる。そして、単結晶で形成された球状の基材を周回す
る過程で伝搬不可能な結晶面を通過したり、エネルギー
が拡散する結晶面を通過したりするために、弾性表面波
が基材の表面を周回する際の効率が悪化し、周回する度
に急激にエネルギーを消耗すると考えられていた。

【００３３】ところが、水晶、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａ
Ｏ_３等の三方晶系の単結晶の基材については、弾性表面
波が伝搬する経路を適切に選べば同様の現象が起こるこ
とが発明者らにより実験で確認された。この経路は、後
に示すように、結晶方位で決まる。この経路に沿って伝
搬する弾性表面波は弾性波エネルギーの散逸や球表面に
おける反射は小さいので、雑音の少ない良好な周回が実
現できる。

【００３４】従来のように非圧電性材料で基材を形成す
る場合、基材と櫛形電極との間に圧電膜を形成する必要
がある。ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３および本実施の形
態の基材を形成している水晶は良好な圧電材料であるの
で、圧電膜を形成する必要がなく低コストである。ま
た、圧電膜の形成プロセスの条件に伴って弾性表面波素
子の特性が変わる危険性が無いので安定して同じ製品を
生産できる。

【００３５】非圧電性材料の基材を用いた場合よりも、
水晶、ＬｉＮｂＯ_３およびＬｉＴａＯ_３の基材を用いた
場合の方が信号純度が高い。従って、従来の弾性表面波
素子に比べ遥かに性能を高めることができる。

【００３６】上記単結晶の中で、水晶は硬度がたかく、
加工が容易で、材料として安価に入手できるために非常
に有用である。ＬｉＮｂＯ_３およびＬｉＴａＯ_３につい
ても電気機械結合係数が大きく、また弾性表面波の位相
速度の温度依存性についての特徴から雑音の少ない良好
な周回が実現できる。

【００３７】弾性表面波が拡散することなく球状の基材
の表面を周回する条件は、近似的に以下のようにして求
められた。以下の計算は等方性材料で基材を形成した場
合について説明されているが、大部分の弾性表面波が周
回する領域において、弾性表面波が伝搬する方向の弾性
表面波位相速度が著しく変化しない場合に、理論的に近
似的な推測を行うことができる。

【００３８】先ず、弾性表面波の発生源が点とみなせる
場合について説明する。発生源は球状の基材の表面にあ
る。これは、櫛形電極１２３の重なり幅が基材１１０の
球面の半径の１／１００未満であることに対応してい
る。ここで、重なり幅は櫛形電極１２３一方の櫛形パタ
ーンの複数の電極片と、他方の櫛形パターンの複数の電
極片とが相互に対面する長さである。

【００３９】弾性表面波は発生源を中心にして球面であ
る表面上を同心円状に広がった後に発生源とは正反対の
側の地点に向かい同心円状に集束する。そして、正反対
の側の地点から球面上を同心円状に広がった後に発生源
に集束する。即ち、発生源が点とみなせる場合は、指向
性をもたずに拡散する。尚、基材に櫛形電極が直接形成
されている場合や、基材を支持するための支持部が直接
基材に接している場合は、櫛形電極の配線取り付け部、
櫛形電極の櫛形パターンに接続される所定の回路、支持
部などで弾性表面波が散乱される。本実施の形態ではこ
のようなことは起こらない。

【００４０】次に、弾性表面波の発生源が円弧とみなせ
る場合について説明する。これは、櫛形電極１２３の重
なり幅が基材１１０の球面の半径の１／１００以上であ
ることに対応している。但し、付随の電気回路パターン
などを含めた櫛形電極の全幅は、基材１１０の周囲長の
半分以下である必要があるので、櫛形電極１２３の重な
り幅は基材１１０の球面の直径の半分以下である。図２
には、球状の基材の中心を原点Ｏとする座標系が示され
ている。ＸＹＺ座標軸と基材の半径ｒの球面の交点をそ
れぞれ点Ａ、Ｂ，Ｃとする。また、ＯＢ間にあり、Ｙ軸
上の点を点Ｅ、点Ｅ通りＺ軸に平行な直線と上記球面と
の交点を点Ｆ、点Ｅ通りＸ軸に平行な直線と上記球面と
の交点を点Ｄとする。円弧ＤＦ上の点Ｐから発生した弾
性表面波が円弧ＣＧ上の点Ｑに達するとする。ここで、
点Ｇは円弧ＡＢ上の点である。角度φ_０，θ_０，φ_１，
θ_１を図２中に示したように取ると、点Ｐ，Ｑの座標は
それぞれ（ｒｃｏｓφ_０ｃｏｓθ_o，ｒｓｉｎφ_０，ｒ
ｃｏｓφ_０ｓｉｎθ_o）及び（ｒｃｏｓφ_１ｃｏｓ
θ_１，ｒｃｏｓθ_１ｓｉｎφ_１，ｒｓｉｎθ_１）となる
ため、 ＰＱ^２＝２ｒ^２［１−ｃｏｓφ_０ｃｏｓθ_oｃｏｓφ_１ｃｏｓθ_１− ｓｉｎφ_０ｃｏｓφ_１ｃｏｓθ_１−ｃｏｓφ_０ｓｉｎφ_０ｓｉｎθ_１］…（１） である。従って、角ＰＯＱ＝θとおくと余弦定理より ｃｏｓθ＝ｃｏｓφ_０ｃｏｓθ_oｃｏｓφ_１ｃｏｓθ_１＋ ｓｉｎφ_０ｃｏｓφ_１ｃｏｓθ_１＋ｃｏｓφ_０ｓｉｎφ_０ｓｉｎθ_１ …（２） の関係が成り立つ。

【００４１】点Ｐで発生した弾性表面波の点Ｑにおける
粒子変位の半径方向成分は、

【数１】 …（３） である（Ｖｉｋｔｏｒｏｖ，Ｒａｙｌｅｉｇｈ ａｎｄ
Ｌａｍｂ Ｗａｖｅｓ）。式（３）はレイリー波やラ
ム波について求められたものであるが弾性表面波一般に
も適用できる。なおここで、Ｃは定数、Ｃ_Ｒはレイリー
波速度、ｔは時間である。ｍは ｍ＝円周の長さ／弾性表面波の波長 であり、波数パラメータと呼ぶ。

【００４２】角度θは式（２）から求められる。点Ｅか
ら見こむ角度が２θ_Ａの円弧状音源による点Ｑの音場
は、式（３）をθ_oについて−θ_Ａからθ_Ａまで積分す
ることにより得られる。音場分布は点Ｑの迎角θ_１を変
化させて計算することで求められる。

【００４３】図３には点ＰがＸＺ面上にあるφ_０＝０の
場合について式（３）を使用して求めた弾性表面波が球
面上を伝搬する４つの状態が示されている。

【００４４】図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）
は、波数パラメータｍ＝６００の場合の音場（粒子変位
の絶対値の角度θ_１依存性）を調べた結果である。図の
各々において、最も下のプロットは球面上の弾性表面波
の伝搬を表す角度（伝搬角）φ _１が０°の場合の音場で
あり、上に向かって１５°づつ増加した場合の音場が順
にプロットしてある。

【００４５】図３（Ａ）は、開口半角θ_Ａ＝３０°の場
合である。この場合には、図３（Ａ）から明らかなよう
に、弾性表面波の伝搬状態は集束ビーム形状である。即
ち、伝搬角φ_１が増加するにつれて音場の幅が減少しφ
_１＝９０°で最小になった後は再び幅が増加し対極点１
８０°で音源上と同じ分布が再現される。以降は１８０
°毎に上記同じ変化が繰り返され、何周回っても同じ変
化が繰り返される。これは回折による波の拡散が全く無
い球面に独特な現象である。この場合、開口半角θ_Ａ＝
３０°よりも音場が広がることがなく、θ_１＜θ_Ａの帯
状部分に弾性表面波のエネルギーが閉じ込められてい
る。この場合には球面のθ_１＞θ_Ａの部分に他の物体を
接触させても音場に擾乱は生じない。

【００４６】図３（Ｃ）は、開口半角θ_Ａ＝１°の場合
である。この場合には、図３（Ｃ）から明らかなよう
に、弾性表面波の伝搬状態は点音源の場合と類似した発
散ビーム形状である。即ち、伝搬角φ_１が増加するにつ
れて音場の幅も増加しφ_１＝９０°で最大になった後は
再び幅が減少し対極点１８０°で音源上と同じ分布が再
現される。この場合は、図３（Ａ）を参照しながら上述
した集束ビームの場合とは異なり、θ_１＜θ_Ａの帯状部
分に弾性表面波のエネルギーが閉じ込められることが無
く、φ_１＝９０°では球の表面全体に広がってしまう。
この場合には、球面のφ_１＝９０°かつθ_１＞θ_Ａの部
分に他の物体を接触させると音場に擾乱が生じる。

【００４７】図３（Ｂ）は、開口半角θ_Ａ＝３．５°の
場合である。この場合には、図３（Ｂ）から明らかなよ
うに、弾性表面波の伝搬状態は伝搬角φ_１が増加しても
音場の幅は殆ど変化しないコリメートビーム形状であ
る。即ち、θ_１＝θ_Ａの帯状部分に弾性表面波のエネル
ギーが閉じ込められている。これは無限媒体中のベッセ
ルビームと同様な特性である。そしてコリメートビーム
が得られる開口半角θ_Ａをコリメート角θ_ｃｏｌと呼
ぶ。

【００４８】図３（Ａ）、図３（Ｂ）及び図３（Ｃ）か
ら明らかなように、開口半角θ_Ａがコリメート角θ
_ｃｏｌに略等しい時、最も幅の狭い帯状部分に弾性表面
波のエネルギーが閉じ込められているさらに、波数パラ
メータｍを変化させて上述したのと同様の数値解析を行
った結果、波数パラメータｍによりコリメート角θ
_ｃｏｌが変化することが分かった。図３（Ｄ）は、波数
パラメータｍが３００の場合に弾性表面波の伝搬状態が
コリメートビーム形状になるのは、開口半角θ_Ａが略
４．５°であることを示しており、この場合のコリメー
ト角θ_ｃｏｌは約４．５°になる。

【００４９】以下には、波数パラメータｍが変化した場
合のコリメート角θ_ｃｏｌの値を示す。

【００５０】 波数パラメータｍ コリメート角θ_ｃｏｌ （球の周囲長／弾性表面波波長） １５０ ７．０ ３００ ４．５ ４５０ ４．０ ６００ ３．５ ７５０ ３．０ なおこれは、数値計算による近似値である。このよう
に、コリメート角θ_ｃｏｌは波数パラメータｍから式
（３）を用いて求められる。

【００５１】再び図１を参照して本実施の形態の弾性表
面波素子を説明する。櫛形電極１２３から弾性表面波が
出力されると、上述のように円環状表面１１１に沿って
伝搬する。説明の便宜上、円環状表面１１１の幅を櫛形
電極１２３の重なり幅と等しく取る。櫛形電極１２３の
重なり幅は、コリメート角θ_ｃｏｌにより規定される弾
性表面波の発生源の幅以上である。より好ましくは重な
り幅はコリメート角θ _ｃｏｌにより規定される幅に等し
い。弾性表面波は、上記数値計算の結果から円環状表面
１１１の幅を超えて拡散することなく、円環状表面１１
１に沿って伝搬する。この伝搬の様子は図３（Ａ）及び
図３（Ｂ）に対応する。コリメート角θ _ｃｏｌを決定す
る波数パラメータｍの代表的な値は、１００〜８００で
あるが、本発明の波数パラメータｍはこの値に限定され
ない。

【００５２】上記数値計算では、弾性表面波の波長及び
位相速度は弾性表面波が伝搬する球面の全ての場所で一
定であるとして説明した。しかしながら、結晶である水
晶で形成された球状の基材では、ある振動数をもった弾
性表面波の波長及び位相速度は結晶方位に従って一般に
異なる。よって、波数パラメータｍも球面上で一定では
ないが、近似的に一定であるとする。この一定の波数パ
ラメータｍを求めるために、弾性表面波励起手段により
弾性表面波が励起される基材の部分を伝搬している弾性
表面波の波長を用いる。即ち、櫛形電極１２３が設けら
れた基材１１０の部分の波長を用いる。さらに、それぞ
れの電極片の位置の基材１１０上の波長に合わせて櫛形
電極１２３の電極パターンの形状を設定することが望ま
しい。

【００５３】弾性表面波が伝搬する円環状表面１１１
は、上述したように基材１１０を形成しいている単結晶
の結晶方位で決まる所定の経路に沿って形成されてい
る。この経路は三方晶系に属する水晶については発明者
らの実験によって確認されている。この経路は水晶のＺ
軸に関係している。水晶の結晶軸は図４に示されてい
る。

【００５４】図５はこの経路を示す図である。説明の便
宜上、Ｚ軸は球状の基材１１０の中心を通るものとす
る。結晶方位で決まる所定の経路は４つの経路ａ，ｂ
１，ｂ２，ｂ３を含んでいる。経路ａは基材１１０の表
面である球面と、この球面の中心を通り、Ｚ軸と直交す
る平面との交線である。経路ｂ１，ｂ２，ｂ３はそれぞ
れ基材１１０の表面である球面と、この球面の中心を通
り、Ｚ軸と平行な３つの平面との交線である。経路ｂ１
を含む平面は経路ｂ２，ｂ３を含む平面とそれぞれ６０
°，−６０°の角度をなしている。Ｚ軸を球状の基材１
１０の地軸と考えると、経路ａは赤道であり、経路ｂ
１，ｂ２，ｂ３は６０°間隔で並んでいる６つの経線で
構成される。

【００５５】本実施の形態では、弾性表面波は図１に示
されているように経路ａに沿って伝搬する。即ち、円環
状表面１１１は経路ａに沿って形成されている。しかし
ながら、本発明はこれに限定されるものではない。経路
ａ，ｂ１，ｂ２，ｂ３の内の少なくとも２つの経路に沿
って弾性表面波を伝搬させてもよい。例えば経路ａと経
路ｂ１に沿って伝搬させる場合、経路ａ，ｂ１に対向さ
せて弾性表面波励起手段をそれぞれ設ける。また、経路
ａと経路ｂ１が交差する基材１１０の部分に弾性表面波
を散乱する散乱体又は弾性表面波を反射する反射体を設
け、経路ａを伝搬する弾性表面波を経路ｂ１に分岐して
もよい。経路ａ上の弾性表面波の乱れが無視できる程度
の散乱体又は反射体を設ければ、経路ａ上で励起され、
経路ａを周回する弾性表面波を経路ａの外で検出でき
る。

【００５６】櫛形電極１２３をより詳細に説明する。図
６は櫛形電極１２３の平面図である。櫛形電極１２３は
１対の櫛形パターン１２３ａ，１２３ｂを備えている。
櫛形パターン１２３ａは弾性表面波が伝搬する方向に配
列している複数の電極片ｌ１，ｌ２，ｌ３，…を有して
いる。後述するように、弾性表面波が伝搬する方向は図
６のように基材１１０の経路ａに一致させられる。櫛形
パターン１２３ｂは電極片ｌ１，ｌ２，ｌ３，…と互い
違いに配列している複数の電極片ｒ１，ｒ２，ｒ３，…
を有している。隣り合う電極（例えば電極片ｒ１と電極
片ｌ１、又は電極片ｌ１と電極片ｒ２）の間隔は全て等
しい。電極片ｌ１，ｌ２，ｌ３，…と電極片ｒ１，ｒ
２，ｒ３，…とは経路ａに対して垂直に延びている。即
ち、Ｚ軸を基材１１０の地軸とすれば、これらの電極片
は経線に沿って延びている。これらの電極片は周期的に
並んでいる。即ち、電極片ｌ１，ｒ１を経路ａに沿って
移動すれば、電極片ｌ２，ｒ２、電極片ｌ３，ｒ３、…
にそれぞれほぼ重なる。電極片ｌ１，ｒ１は周期的に並
んだ電極片の単位を形成する。この電極片の単位を弾性
表面波が伝搬する方向に並べれば、櫛形電極１２３の１
対の櫛形パターン１２３ａ，１２３ｂが形成される。

【００５７】弾性表面波が伝搬する方向の電極片の単位
の長さである電極周期Ｐは一定である。弾性表面波励起
手段により励起される弾性表面波の波長は、基材の球面
の半径の１／１０以下である。このとき、この波長は基
材１１０全体の固有振動ではなく、電極周期Ｐにほぼ等
しくなる。但し、上述したように、弾性表面波励起手段
により励起される弾性表面波の波長、即ち櫛形電極１２
３に対向する基材１１０の部分を伝搬する弾性表面波の
波長は、基材１１０のその他の部分の波長と異なる場合
がある。

【００５８】再び図１を参照して説明する。水晶の基材
１１０のＺ軸は水平にされている。上述したように、基
材１１０は、経路ａに沿って櫛形電極１２３の電極片が
並ぶように凹部１２２に対して位置決めされている。

【００５９】櫛形電極１２３の電極周期は以下のように
して設定される。以下、基材１１０を等方性の材料で形
成されていると見なす。水晶の結晶のＹカット面のＸ軸
伝搬のレイリー波の位相速度のある値は３１６０ｍ／ｓ
である。これを弾性表面波の代表的な位相速度と見な
す。周波数が１５．１ＭＨｚの弾性表面波が励起される
素子を作るときを考える。波数パラメータが１５０の素
子を作成しようとする。弾性表面波の波長は３１６０ｍ
／ｓ÷１５．１ＭＨｚ＝２０９．３μｍより、０．２０
９ｍｍである。従って、電極周期を０．２０９ｍｍに設
定する。尚、周囲長が３１．４１５ｍｍであるから半径
は５．０ｍｍである。上述したように、弾性表面波の波
長は基材１１０の球面の半径の１／１０以下である。

【００６０】弾性表面波が拡散しないような重なり幅は
以下のようにして設定される。１５０である波数パラメ
ータに対応するコリメート角θ_ｃｏｌは、上記数値計算
から７．０°である。コリメート角の定義から重なり幅
は、 重なり幅＝（２×θ_ｃｏｌ／３６０）×周囲長 ＝（２×７．０／３６０）×３１．４１５＝１．２２ 従って、重なり幅を１．２２ｍｍに設定する。

【００６１】本実施の形態の弾性表面波素子に、信号振
幅２０Ｖ、時間幅２ナノ秒にインパルス信号を１ｍｍ秒
置きに入力して、その出力信号の観測を２０ＭＨｚのロ
ーパスフィルターを通して測定した波形を図７に示す。
雑音信号が非常に小さく、１０回まで周回することが確
認できた。

【００６２】次に、櫛形電極の変形例を説明する。図８
は本変形例の櫛形パターン１２３ｃ，１２３ｄの平面図
を変形した図である。図８では水晶の基材１１０のＺ軸
を地軸としたとき、全ての緯線が同じ長さにされてい
る。即ち、地軸に対して垂直に基材１１０を見ると、基
材１１０は正方形に見える。

【００６３】櫛形パターン１２３ｃは経路ａに沿って配
列している複数の電極片Ｓ１，ｓ１，Ｓ２，ｓ２，Ｓ
３，ｓ３，…を有している。これらの電極片は経線方向
に延びている。電極片Ｓ１，ｓ１、電極片Ｓ２，ｓ２、
電極片Ｓ３，ｓ３…はそれぞれ組みになっている。これ
らの電極片は周期的に並んでいる。電極片Ｓ１と電極片
Ｓ２の間隔、電極片Ｓ２と電極片Ｓ３の間隔、…は全て
等しい。電極片Ｓ１と電極片ｓ１の間隔、電極片Ｓ２と
電極片ｓ２の間隔、電極片Ｓ３と電極片ｓ３の間隔、…
は全て等しい。電極片Ｓ１，ｓ１を経路ａに沿って移動
すれば、電極片Ｓ２，ｓ２、電極片Ｓ３，ｓ３…にそれ
ぞれ重なる。

【００６４】櫛形パターン１２３ｄは経路ａに沿って配
列している複数の電極片Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…を
有している。これらの電極片は経線方向に延びている。
電極片Ｔ１は電極片ｓ１と電極片Ｓ２の間に、電極片Ｔ
２は電極片ｓ２と電極片Ｓ３の間に、それぞれ配置され
ている。Ｔ３以降の電極片Ｔｉ（ｉ＝３，４，５…）も
電極片Ｔ１，Ｔ２と同様に電極片ｓｉと電極片Ｓｉ＋１
の間に配置されている。電極片Ｔ０は、電極片Ｔ０と電
極片Ｔ１との間に電極片Ｓ１，ｓ１が位置するように配
置されている。電極片Ｔ０，Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…の内
の隣り合う電極片の間隔は全て等しい。電極片Ｔ０を経
路ａに沿って移動すれば、電極片Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，…
にそれぞれ重なる。

【００６５】電極片Ｓ１，ｓ１，Ｔ１、電極片Ｓ２，ｓ
２，Ｔ３、電極片Ｓ３，ｓ３，Ｔ３…はそれぞれ組みに
なっている。上記説明からこれらの電極片の組みは周期
的に並んでいることは明らかである。電極片Ｓ１，ｓ
１，Ｔ１は周期的に並んだ電極片の単位を形成する。櫛
形パターン１２３ｃ，１２３ｄの寸法を説明する。電極
周期Ｐは図８に示されているように、 電極周期Ｐ＝（電極片Ｓ１と電極片Ｓ２の間隔）＋（経
路ａに沿った方向の電極片Ｓ１の幅） で表される。電極周期Ｐを用いて櫛形パターン１２３
ｃ，１２３ｄの寸法は、 経路ａに沿った方向の電極片Ｓ１の幅＝Ｐ／４ 経路ａに沿った方向の電極片Ｔ１の幅＝Ｐ／８ 電極片Ｔ１と電極片Ｓ２の間隔＝３Ｐ／１６ となるように設定されている。

【００６６】櫛形パターン１２３ｃ，１２３ｄを上記の
ように形成すると、経路ａに沿って一方向（図８の矢印
の方向）に弾性表面波を出力することができる。

【００６７】本実施の形態の櫛形電極１２３及びこれの
上記変形例には様々な修正と変形とが可能である。例え
ば、電極片は基材１１０の経線に沿って延びているが、
経線に交差する方向に延びてもよい。図９のような各部
が縦方向と横方向に直線的に延びる穴を有する板状のフ
ォトマスクを基台１２１の凹部１２２に対向させてフォ
トレジストにより櫛形電極を形成する場合、電極片は経
線に交差する方向に延びる。このようなフォトマスクは
容易に設計することができ、またフォトレジストを容易
に行うことができる。

【００６８】また、隣り合う電極片の間隔（例えば、電
極片Ｓ１と電極片ｓ１の間隔、電極片ｓ１と電極片Ｔ１
の間隔等）又は、電極片の組みの間隔（電極片Ｔ１と電
極片Ｓ２の間隔）、又は電極周期を一定にしなくともよ
い。上述したように、結晶である水晶で形成された球で
は、波長及び位相速度は結晶方位に従って一般に異な
る。電極片が位置する基材１１０の部分の波長に応じて
電極周期等を設定すれば、所望の周波数をもつ弾性表面
波を効率よく励起できる。

【００６９】ところで、従来、基材が平板状であり、広
帯域用の弾性表面波素子として、電極片の組みが周期的
に並んでいる弾性表面波素子が知られている。このよう
な弾性表面波素子を球状の基材１１０に応用すれば、広
い波長域にわたって弾性表面波が励起される。波長と関
係しているコリメート角θ_ｃｏｌが櫛形電極の重なり幅
以上であるような波長をもつ弾性表面波だけが拡散せず
に基材１１０を周回できる。

【００７０】また、本実施の形態では櫛形電極１２３に
は高周波電源を有する発信器１２６が接続されている
が、本発明はこれに限定されない。例えば、高周波電源
１２３の代わりに、高周波の電波を受信するアンテナを
櫛形電極１２３に接続してもよい。アンテナに高周波の
電波が受信されると、発信器１２６が接続されていた場
合と同様に、櫛形電極１２３に電界が発生し、弾性表面
波が励起される。

【００７１】次に、本発明の第２の実施の形態の弾性表
面波素子を説明する。本実施の形態の構成の大部分は、
基本的に第１の実施の形態の構成の大部分と同じであ
る。本実施の形態において、第１の実施の形態の図１を
参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材
は、第１の実施の形態の対応する構成部材を指示してい
た参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００７２】本実施の形態の構成が第１の実施の形態の
構成と異なる点は基材の構成である。本実施の形態の基
材には樹脂薄膜が設けられていない。図１０は基台１２
１の斜視図である。基台１２１には、櫛形電極１２３が
基材と間隔を置いて対向するようにスペーサ２３１，２
３２が設けられている。スペーサ２３１，２３２はレジ
スト樹脂を硬化させて設けられる。スペーサ２３１，２
３２は櫛形電極１２３の櫛形パターンが形成されている
部分の両側に配置されており、弾性表面波の伝搬に影響
を与えないように設けられている。

【００７３】図１１は基台１２１を図１０のＬ１１−Ｌ
１１断面線で切断した断面図であり、スペーサ２３１，
２３２に基材２１０が保持されている。Ｌ１１−Ｌ１１
断面線は２つのスペーサ２３１，２３２を貫き、櫛形電
極１２３の電極片が並んでいる方向に対して直交する方
向に延びている。

【００７４】基材２１０は、等方性の材料であるガラス
材料で形成されている球状部材２１２と、これを覆う厚
さ１０００Åの金膜２１３と、金膜２１３を覆うＺｎＯ
のＺ軸配向膜２１４とを有している。図１１では、金膜
２１３と配向膜２１４は球状部材２１２の表面から一部
取り除かれて示されている。配向膜２１４は圧電性材料
である。即ち、基材２１０の一部は圧電性材料で形成さ
れている。

【００７５】金膜２１３は蒸着などにより形成される。
配向膜２１４はＤＣスパッタにより形成される。基材２
１０を回転させながらスパッタを行うことで基材２１０
を一周する環状の領域に配向膜を形成できる。これを利
用して基材２１０の表面の全てにわたって配向膜を形成
できる。ＤＣスパッタで用いるガスの濃度やＤＣ高圧電
圧の電圧など、また蒸着マスクの作成方法については基
本的に公知の技術を利用できる。

【００７６】櫛形電極１２３により基材２１０に電界が
印加されると、圧電効果によりＺｎＯのＺ軸配向膜２１
４が振動する。この結果、基材２１０の円環状表面２１
１に沿って伝搬する弾性表面波が励起される。円環状表
面２１１は櫛形電極１２３の電極片が並んでいる方向に
沿ってスペーサ２３１，２３２の間で延びている。円環
状表面２１１はスペーサ２３１，２３２から離れてい
る。これにより、弾性表面波は散乱したり反射されたり
せずに円環状表面２１１を伝搬できる。尚、円環状表面
２１１は、図５を用いて第１の実施の形態で説明した水
晶の基材１１０のように、材料の性質に基づく特定の経
路に沿っていない。但し、円環状表面２１１は基材２１
０の最大円周線に沿って延びている。

【００７７】本実施の形態では櫛形電極１２３の重なり
幅は２ｍｍ、電極周期は３５０μｍである。スペーサ２
３１，２３２の高さ、即ち櫛形電極１２３と円環状表面
２１１との間隔は第１の実施の形態と同様に１０μｍで
ある。これは電極周期の１／４以下である。

【００７８】本実施の形態では、櫛形電極１２３の櫛形
が形成されている部分の両側に２つのスペーサが設けら
れているが、本発明はこれに限定されない。例えば両側
に２つずつ設けられていてもよい。あるいは、微小な樹
脂の粒子を基材２１０と櫛形電極１２３の間に分散させ
ても比較的よいスペーサになり得る。

【００７９】次に、本発明の第３の実施の形態の弾性表
面波素子を説明する。本実施の形態の構成の大部分は、
基本的に第２の実施の形態の構成と同じである。本実施
の形態において、第２の実施の形態の図１０及び図１１
を参照して説明した構成部材と実質的に同一の構成部材
は、第２の実施の形態の対応する構成部材を指示してい
た参照符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略す
る。

【００８０】本実施の形態では、第２の実施の形態の基
台１２１の代わりに、基台３２１を用いている。図１３
は基台３２１の斜視図である。基台３２１の上面には縦
方向に延びている角柱状の電極片ｕ１，ｖ１，ｕ２，ｖ
２，ｕ３，ｖ３，ｕ４がこの順に横方向に並んでいる。
これらの電極片は櫛形電極を形成している。これらの電
極片の上面にわたって、基材２１０の球面の一部沿った
形状をもつ凹面が形成されている。電極片ｕ１，ｖ１，
ｕ２，ｖ２，ｕ３，ｖ３，ｕ４内の隣り合う電極片はそ
れぞれ別の電極に接続されている。即ち、電極片ｕ１，
ｕ２，ｕ３，ｕ４は電極３３５に、電極片ｖ１，ｖ２，
ｖ３は電極３３６にそれぞれ接続されている。これらの
電極片と基台３２１とは、ガラスエポキシ材料の切削
し、電極片の上面に対応する部分に銅をメッキすること
により形成される。これらの電極片で形成されている櫛
形電極の重なり幅と電極周期は第２の実施の形態のもの
と同じである。電極３３５，３３６は所定の回路を介し
てインピーダンスマッチング回路１２４（図１参照）に
接続されている。電極片ｕ１，ｖ１，ｕ２，ｖ２，ｕ
３，ｖ３，ｕ４と電極３３５，３３６は弾性表面波励起
手段として用いられている。

【００８１】基台３２１の上面には基材２１０を保持す
るための４つの保持部材３３１，３３２，３３３，３３
４が設けられている。保持部材３３１，３３２，３３
３，３３４に基材２１０が保持されるとき、電極片ｕ
１，ｖ１，ｕ２，ｖ２，ｕ３，ｖ３，ｕ４の上面は基材
２１０の表面と間隔を置いて対向する。これらの電極片
により基材２１０に電界が印加されると、基材２１０の
円環状表面２１１に沿って伝搬する弾性表面波が励起さ
れる。円環状表面２１１は、第２の実施の形態と同様
に、最大円周線に沿って延びている。これらの電極片で
形成されている櫛形電極は円環状表面２１１と間隔を置
いて対向している。この間隔は第２の実施の形態のもの
と同じであり、上記電極周期の１／４以下である。保持
部材３３１，３３２，３３３，３３４は円環状表面２１
１の両側に位置する。

【００８２】このように弾性表面波素子を構成しても、
第２の実施の形態と同様の効果が得られる。

【００８３】本実施の形態では櫛形電極は７つの電極片
ｕ１，ｖ１，ｕ２，ｖ２，ｕ３，ｖ３，ｕ４で形成され
ているが、本発明はこれに限定されない。電極片の数は
２〜６つでもよいし、８以上でもよい。

【００８４】上記第１から第３の実施の形態には様々な
修正と変形とが可能である。例えば、第１の実施の形態
の水晶の基材１１０は第２の実施の形態の基台１２１又
は第３の実施の形態の基台３２１に保持されてもよい。
この場合、第１の実施の形態の基材１１０には樹脂薄膜
が形成されない。基材１１０は、基材１１０の経路ａが
第１の実施の形態の櫛形電極１２３又は第２の実施の形
態の櫛形電極の電極片が並ぶ方向に沿うように、第２の
実施の形態の基台１２１又は第３の実施の形態の基台３
２１に位置決めされる。

【００８５】また、櫛形電極を用いずに、第１から第３
の実施の形態の基材の円環状表面にレーザ光を照射して
円環状表面に弾性表面波を励起してもよい。円環状表面
にはレーザ光を吸収するレーザ光吸収膜が形成されてい
る。レーザ光吸収膜にレーザ光を照射するとここで熱が
発生する。この熱が円環状表面に伝導し、熱弾性効果に
より円環状表面に沿って伝搬する弾性表面波が励起され
る。レーザ光吸収膜は弾性表面波励起手段を形成する。
弾性表面波励起手段は円環状表面と間隔を置いて対向し
ている。

【００８６】次に、本発明の第１の実施の形態の分析方
法を説明する。先ず、少なくとも球面の一部で形成され
ていて円環状に連続している円環状表面を有している基
材を用意する（基材用意工程）。本実施の形態では、圧
電性材料である水晶の単結晶で形成された球状の基材を
用意する。この基材は水晶の表面に形成されていて、人
の所定の体内物質と反応する反応膜を有している。即
ち、反応膜は円環状表面に沿って形成されている。本実
施の形態では体内物質を被検物質として分析する。反応
膜は反応部として用いられている。反応膜は体内物質と
反応すると硬度が増す材料で形成されている。本実施の
形態では基材に水晶が用いられているが、水晶と同じ三
方晶系であり、圧電性材料であるＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴ
ａＯ_３等の単結晶を用いてもよい。

【００８７】次に、反応膜と体内物質を反応させる（反
応工程）。反応させるには、基材を人に経口投与する
（投与工程）。このとき比較的多数の基材を投与する。
基材の反応膜は体内物質と反応し硬化する。これらの基
材を排泄物から取り出すことにより、投与工程で経口投
与した基材を回収する（回収工程）。このとき、経口投
与した基材２１０の全てを回収する必要はない。反応工
程には多数の基材が必要であるが、基材は殆ど加工を要
しないために非常に安価であるので、反応工程にかかる
コストは比較的低い。

【００８８】次に、回収した基材を図１を用いて説明し
た第１の実施の形態の弾性表面波素子の基台１２１の凹
部１２２に載置する。尚、図１を参照して説明した構成
部材と実質的に同一の構成部材は、第１の実施の形態の
弾性表面波素子の対応する構成部材を指示していた参照
符号と同じ参照符号を付して詳細な説明を省略する。載
置されるとき、基材１１０は、基材１１０の経路ａが櫛
形電極１２３の電極片が並ぶ方向に沿うように、位置決
めされる。経路ａは図５を用いて説明したように、水晶
の基材１１０のＺ軸を地軸としたときの赤道である。経
路ａに沿って上記円環状表面が形成されている。基材１
１０はこのＺ軸が水平にされたときに適切に位置決めさ
れる。Ｚ軸を地軸としたとき北極と南極に対応する部分
には印が設けられている。この印は基材１１０をエッチ
ングするなどしてくぼみを作るなどして形成してもよ
い。位置決め後、円環状表面に沿って弾性表面波を伝搬
させる（伝搬工程）。尚、基材１１０は、基材１１０の
経路ｂ１，ｂ２，ｂ３が櫛形電極１２３の電極片が並ぶ
方向に沿うように、位置決めされてもよい。

【００８９】次に、伝搬工程で伝搬させられた弾性表面
波を検出する（検出工程）。

【００９０】この後、検出工程で検出された弾性表面波
と、基材用意工程で用意された基材の円環状表面を伝搬
する弾性表面波とを比較する。後者の弾性表面波は体内
物質と反応していない反応膜を有している基材の円環状
表面を伝搬する弾性表面波である。この弾性表面波は予
め検出しておく。体内物質の性質、例えば特定の化学物
質の濃度に応じて、体内物質と反応した反応膜の硬度は
変化する。そして、反応膜の硬度に応じて弾性表面波の
周波数や速度は変化する。即ち、体内物質の性質に応じ
て、検出工程後の弾性表面波と基材用意工程直後の弾性
表面波の周波数や速度の差は変化する。これを利用して
化学物質の性質を分析することができる。

【００９１】本実施の形態では、人の体内物質を被検物
質として分析していたが、動物の体内物質を被検物質と
して分析してもよい。

【００９２】次に、本発明の第２の実施の形態の分析方
法を説明する。本実施の形態の分析方法は例えば、配管
内のアルカリ濃度を評価するために用いられる。先ず、
基材用意工程を説明する。先ず直径３ｍｍの水晶の単結
晶で形成された球状の基材を用意する。この基材は水晶
の表面に形成されていて、アルカリ溶液に溶出するレジ
スト樹脂膜を有している。即ち、レジスト樹脂膜は円環
状表面に沿って形成されている。レジスト樹脂膜は反応
部を形成している。水晶の基材のＺ軸を地軸としたとき
北極と南極に対応する部分には印が設けられている。

【００９３】続く反応工程では基材を配管に入れ、配管
内でレジスト樹脂膜をアルカリ溶液と反応させる。レジ
スト樹脂膜はアルカリ溶液に溶出し膜の厚さはうすくな
る。反応後、基材を配管から回収する。

【００９４】回収後、第１の実施の形態の分析方法と同
様に、伝搬工程、検出工程及び比較工程を行う。本実施
の形態では、レジスト樹脂膜の厚さに応じて弾性表面波
の周波数や速度が変化することを利用して配管内のアル
カリ溶液を分析する。

【００９５】上記第１又は第２の実施の形態の分析方法
では硬化又は溶出する反応部を用いているが、本発明は
これらに限定されない。被検物質と遊離する、結合す
る、分解するなどをして反応する様々な反応部を含む。

【００９６】尚、本発明は上述した実施の形態に限定さ
れるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内にお
いて種々の変形や応用が可能であることは勿論である。

【００９７】

【発明の効果】以上詳述したことから明らかなように、
本発明に従った弾性表面波素子においては、極めて多い
数回の弾性表面波の周回を実現することで高い精度の信
号処理や評価ができる。さらには、このような弾性表面
波を用いた分析方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態における弾性表面波
素子、並びに本発明の第１及び第２の実施の形態におけ
る分析方法に用いる弾性表面波素子の構成を示す斜視図
である。

【図２】弾性表面波の振幅を計算するために用いた座標
系を示す図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）は、図２の
座標系を使用して作成された式により計算された波数パ
ラメータｍ（円周の長さと弾性表面波の波長の比）と開
口半角（振動手段を設ける幅の１／２）を変えて得られ
た弾性表面波が球状の基材の表面を伝搬する４つの状態
を概略的に示す図である。

【図４】水晶の結晶軸を示す図である。

【図５】弾性表面波が伝搬する経路を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施の形態における弾性表面波
素子の櫛形電極の平面図である。

【図７】図１の弾性表面波素子で測定された弾性表面波
の波形を示す図である。

【図８】図６の櫛形電極の変形例の平面図を変形した図
である。

【図９】櫛形電極のフォトマスクの穴の平面図である。

【図１０】本発明の第２の実施の形態における弾性表面
波素子の基台の斜視図である。

【図１１】図１０のＬ１１−Ｌ１１断面線で切断した基
台の断面図である。

【図１２】本発明の第３の実施の形態における弾性表面
波素子の基台の斜視図である。

【符号の説明】

１１０ 基材 １１１ 円環状表面 １２１ 基台 １２３ 櫛形電極 ２１０ 基材 ２１１ 円環状表面 ３２１ 基台

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塚原 祐輔 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 (72)発明者 山中 一司 宮城県仙台市泉区桂２−６−３ Ｆターム(参考） 5J097 AA23 AA28 CC15 DD04 EE01 EE08 HA02

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも球面の一部で形成されていて
   円環状に連続している円環状表面を有しており、少なく
   とも一部が圧電性材料で形成されている基材と、 円環状表面と間隔を置いて対向しており、前記円環状表
   面に沿って伝搬する弾性表面波を励起する弾性表面波励
   起手段とを備えていることを特徴とする弾性表面波素
   子。
2. 【請求項２】 前記基材は、水晶の単結晶、ＬｉＮｂＯ
   _３の単結晶およびＬｉＴａＯ_３の単結晶からなる群から
   選択される単結晶で形成されていることを特徴とする請
   求項１に記載の弾性表面波素子。
3. 【請求項３】 前記弾性表面波励起手段により励起され
   る弾性表面波の波長が、基材の球面の半径の１／１０以
   下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の弾性
   表面波素子。
4. 【請求項４】 前記弾性表面波励起手段と円環状表面と
   の間隔が、前記弾性表面波励起手段により励起される弾
   性表面波の波長の１／４以下であることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれか１項に記載の弾性表面波素子。
5. 【請求項５】 前記弾性表面波励起手段は、前記円環状
   表面に沿って設けられ、高周波電源に接続される櫛形電
   極を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいず
   れか１項に記載の弾性表面波素子。
6. 【請求項６】 前記櫛形電極の重なり幅は、前記基材の
   球面の直径の半分以下でこの球面の半径の１／１００以
   上であることを特徴とする請求項５に記載の弾性表面波
   素子。
7. 【請求項７】 前記櫛形電極と円環状表面との間隔が、
   この櫛形電極の電極周期の１／４以下であることを特徴
   とする請求項５又は６に記載の弾性表面波素子。
8. 【請求項８】 少なくとも球面の一部で形成されていて
   円環状に連続している円環状表面と、この円環状表面に
   沿って形成されていて被検物質と反応する反応部とを有
   している基材を用意する基材用意工程と、 前記反応部と被検物質とを反応させる反応工程と、 前記円環状表面に沿って弾性表面波を伝搬させる伝搬工
   程と、 前記伝搬工程で伝搬させられた弾性表面波を検出する検
   出工程と、 を備えていることを特徴とする分析方法。
9. 【請求項９】 前記被検物質は動物の体内物質であり、
   前記反応工程は、前記基材を動物に経口投与する投与工
   程と、前記投与工程で経口投与した基材を回収する回収
   工程とを有することを特徴とする請求項８に記載の分析
   方法。