JP2010239477A - 表面弾性波センサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、前記複数の封止部材に個別に被装され、前記複数の電極と前記媒質との電気的結合を阻止し、または粗とする複数の覆部材を備える。
【選択図】図1
Description
図において、圧電基板81上には、2つのすだれ状電極(IDT:Interdigital Transducer)(以下、「IDT」という。)82-1、82-2が対向して形成され、これらのIDT82-1、82-2の間には、計測対象である液体が接触し、あるいは滴下する反応場83が配置される。圧電基板上81上におけるIDT82-1、82-2の周りには矩形の壁体84-1、84-2が個別に接合され、これらの壁体84-1、84-2の頂部には板状のガラス85-1、85-2がそれぞれ接合される。IDT82-1には、一対のボンディングワイヤ86-11、86-12を介して図示されない励振回路の出力が接続される。IDT82-2は、一対のボンディングワイヤ86-21、86-22を介して図示されないセンス回路の入力に接続される。このようにして構成される表面弾性波センサの本体は所定の台座部材87の頂部に固定され、その頂部の端部は、上記ボンディングワイヤ86-11、86-12、86-21、86-22を短絡や既述の液体との接触から保護する樹脂88でコーティングされる。
したがって、センス回路は、このような表面弾性波が変換されることによって与えられた電気信号に基づいて、測定対象である液体の電気的特性、あるいはその液体の成分や性質を間接的に検出することができる。
(1) 直達波の伝搬路に介在する液体の位置は、その液体の入れ替えの過程で定まらず、不規則に変動する場合が多い。
(3) 反応場83に注入される液体と、その反応場83から排出される液体との量は、必ずしも一定ではない。
すなわち、複数の封止部材の間には、理論的には複数の覆部材と、これらの覆部材の間に介在する媒質とを介して静電結合路が形成されるが、その静電結合路の結合度は、このような覆部材が介在することなく媒質のみを介して形成される静電結合路の結合度より大幅に小さくなる。
すなわち、複数の封止部材の頂部に滴下した媒質は、上記疎水性により弾かれるため、これらの封止部材の頂部に滞留することなく排除される。
すなわち、複数の封止部材の頂部の間には媒質を介して静電結合路が形成されても、その静電結合路の結合度は、これらの封止部材の厚みが薄い場合における同様の結合度に比べて大幅に小さくなる。
すなわち、複数の封止部材の頂部の間には媒質を介して静電結合路が形成され得るが、複数の電極の間に複数の封止部材および媒質を介して形成される静電結合路の結合度は、上記最小の距離が長いほど小さな値となる。
すなわち、複数の電極と反応場にある媒質との静電結合は、これらの電極と媒質との間隔が既述の付加伝搬路の長さに亘って広くなるために、粗となる。
したがって、本発明によれば、価格性能比に併せて、精度および信頼性が高い計測系や監視系が実現され、表面弾性波センサの適用分野の拡大の可能が高められる。
なお、以下に列記する各実施形態では、図9に示す従来例と同じ構成要素については、同じ符号を付与し、詳細な説明を省略する。
図1は、本発明の第一の実施形態を示す図である。
図において、図9に示す従来例との構成の相違点は、ガラス85-1、85-2の頂部の全域に亘って樹脂88がコーティングされた点にある。
本実施形態では、液体は、樹脂88によって阻まれるため、図1の破線部および網掛け部に示すように、ガラス85-1、85-2の頂部に直接接触し、あるいは滴下することはない。
さらに、このような樹脂88の比誘電率は、一般に、液体の比誘電率(≒80)に比べて大幅に小さい「10」未満である。
図2は、本発明の第二の実施形態を示す図である。
本実施形態では、樹脂88は、以下に列記する点で、図1に示す実施形態とは異なる形態でガラス85-1、85-2の頂部にコーティングされる。
(2) 上記特定の領域にコーティングされる樹脂の厚みは、反応波83からガラス85-1、85-2の頂部への液体の溢れを回避する堰として十分な厚みに設定される。
図3は、本発明の第三の実施形態を示す図である。
本実施形態と、既述の第一の実施形態との構成の相違点は、ガラス85-1、85-2に代えて、ガラス31-1、31-2が備えられ、これらのガラス31-1、31-2の頂部には樹脂88がコーティングされない点にある。また、ガラス31-1、31-2の厚みは、図1に示すガラス85-1、85-2の厚みtと、第一の実施形態においてこれらのガラス85-1、85-2の頂部にコーティングされていた樹脂88の厚みTとの和(=t+T)以上に設定される。
図4は、本発明の第四の実施形態を示す図である。
本実施形態と、既述の第1の実施形態との構成の相違点は、壁体84-1、84-2に代えて、壁体41-1、41-2が備えられ、かつガラス85-1、85-2の頂部に樹脂88がコーティングされない点にある。また、壁体41-1、41-2の高さは、図1に示す実施形態における壁体84-1、84-2の高さhと、ガラス85-1、85-2の頂部にコーティングされた樹脂88の厚みTとの和(=h+T)以上に設定される。
(2) 誘電体であるガラス85-1の底部と頂部との間
(3) ガラス85-1とガラス85-2との双方の頂部に接触し、誘電体として機能する液体
(4) 誘電体であるガラス85-2の頂部と底部との間
(5) ガラス85-2の底部とIDT82-2との間に形成される空間
図5は、本発明の第五の実施形態を示す図である。
図において、図9に示す従来例との構成の相違点は、以下の点にある。
(1) ガラス85-1、85-2の頂部の全域に導電性の膜(以下、「導電膜」という。)51-1、51-2が形成され、これらの導電膜51-1、51-2が接地される。
(2) 樹脂88のコーティングは、上記導電膜51-1、51-2が形成された後に施される。
図6は、本発明の第六の実施形態を示す図である。
図において、図9に示す従来例との構成の相違点は、ガラス85-1、85-2に代えてガラス61-1、61-2が備えられ、これらのガラス61-1、61-2が以下の何れかの形態で構成された点にある。
(1) 疎水性のガラスとして構成される。
(2) 頂部および底部の双方、または頂部のみの全面に疎水性のコーティングが施される。
したがって、本実施形態によれば、疎水性のガラス61-1、61-2がガラス85-1、85-2に代えて備えられる軽微な構成の変更により、既述の直達波に起因する測定精度の低下が大幅に抑圧される。
しかし、ガラス61-1、61-2は、既述の第一ないし第五の実施形態の何れに組み合わせられてもよく、これらのガラス61-1、61-2の頂部における液体の滞留を速やかに排除できるように、例えば、反応場83の方向に傾斜した状態で取り付けられてもよい。
図7は、本発明の第七の実施形態を示す図である。
図において、図1に示す第一の実施形態との構成の相違点は、以下の点にある。
(1) 圧電基板81上における反応場83とIDT82-1、82-2との距離がそれぞれ所定の値δずつ大きく設定される。
(3) これらの付加伝搬路71-1、71-2は、それぞれ直近のIDT82-1、82-2と共に封止される。
したがって、本実施形態によれば、圧電基板81上における反応場83とIDT82-1、82-2との間に上記付加伝搬路71-1、71-2が付加される軽微な構成の変更により、既述の直達波に起因する測定精度の低下が大幅に抑圧される。
なお、本実施形態は、第一の実施形態に改良が施されることによって構成されているが、既述の第二ないし第六の何れの実施形態との組み合わせとして構成されてもよい。
図8は、本発明の第八の実施形態を示す図である。
図において、図6に示す第六の実施形態との構成の相違点は、以下の点にある。
(1) ガラス61-1、61-2に代えて、1枚のガラス72が配置される。
(2) このようなガラス72は、反応場83との間に、既述の液体が流れる隙間73を形成する。
(3) ガラス72の頂部と底部との間には、上記隙間74に流入する液体を導く流入口74aと、この隙間74から流出する液体を外部に導く流出口74bとが形成される。
また、反応場83は、このようなガラス72によって覆われるため、液体が直接滴下することはない。
なお、本実施形態では、ガラス61-1、61-2に代わって設けられた1枚のガラス72によって、反応場83に液体が直接滴下することが回避されている。
(1) ガラス61-1、61-2とが別体のガラスとして構成され、かつ壁体84-1、84-2によって支持され(壁体84-1、84-2の間に架設され)る。
(2) 樹脂88その他の部材と共に一体に形成される。
しかし、本発明は、このような媒質に限らず、例えば、上記液体に代わる媒体として気体、煙等に適応するセンサ、あるいは体内の抗原抗体反応等の計測を実現するバイオセンサにも適用可能である。
前記複数の封止部材に個別に被装され、前記複数の電極と前記媒質との電気的結合を阻止し、または粗とする複数の覆部材を備えた
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
このような構成の表面弾性波センサでは、複数の覆部材は、前記複数の封止部材に個別に被装され、前記複数の電極と前記媒質との電気的結合を阻止し、または粗とする。
前記複数の覆部材は、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離を制限する
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
このような構成の表面弾性波センサでは、前記複数の覆部材は、前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離を制限する。
前記複数の覆部材は、
前記複数の封止部材の頂部の端部に凸設され、前記頂部に対する前記媒質の被着または滴下を阻止する
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
したがって、このような静電結合に起因して生じる直達波のレベルが従来列より低く抑えられ、測定精度の低下が大幅に抑圧される。
前記複数の覆部材の頂部は、
前記複数の封止部材の頂部を被包し、かつ接地可能な導電体である
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
このような構成の表面弾性波センサでは、前記複数の覆部材の頂部は、前記複数の封止部材の頂部を被包し、かつ接地可能な導電体である。
前記導電体は、
前記複数の封止部材の頂部に成膜された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
このような構成の表面弾性波センサでは、前記導電体は、前記複数の封止部材の頂部に成膜される。
前記媒質の主成分は、水であり、
前記複数の封止部材の頂部は、
疎水性の部材で形成され、または疎水加工が施された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
したがって、既述の直達波に起因する測定精度の低下が大幅に抑圧される。
[請求項7] 請求項6に記載の表面弾性波センサにおいて、
前記反応場を被包し、かつ親水性を有する親水性被包部材を有する
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
したがって、既述の直達波に起因して測定精度が低下する可能性が低くなる。
[請求項8] 圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、
前記複数の封止部材の頂部は、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離を制限する厚みで形成された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
したがって、既述の直達波に起因して測定精度が低下する可能性が低くなる。
前記圧電基板に接合される前記複数の封止部材の端部は、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離が制限される寸法で形成された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
したがって、既述の直達波に起因して測定精度が低下する可能性が低くなる。
前記複数の電極と前記反応場との間には、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離が制限される距離に亘って前記表面弾性波が伝搬可能な付加伝搬路が個別に形成され、
前記複数の封止部材は、
前記複数の電極毎に、前記反応波との間に形成された付加伝搬路を併せて封止する
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
したがって、既述の直達波に起因して測定精度が低下する可能性が低くなる。
前記反応場を覆い、かつ前記反応場との間に前記媒質が流れる隙間を形成する隙間形成部材を備えた
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
41,84 壁体
51 導電膜
71 付加伝搬路
73 隙間
74a 流入口
74b 流出口
81 圧電基板
82 すだれ状電極
83 反応場
86 ボンディングワイヤ
87 台座部材
88 樹脂
Claims (5)
- 圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、
前記複数の封止部材に個別に被装され、前記複数の電極と前記媒質との電気的結合を阻止し、または粗とする複数の覆部材を備えた
ことを特徴とする表面弾性波センサ。 - 圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、
前記媒質の主成分は、水であり、
前記複数の封止部材の頂部は、
疎水性の部材で形成され、または疎水加工が施された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。 - 圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、
前記複数の封止部材の頂部は、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離を制限する厚みで形成された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。 - 圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、
前記圧電基板に接合される前記複数の封止部材の端部は、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離が制限される寸法で形成された
ことを特徴とする表面弾性波センサ。 - 圧電基板上に形成され、かつ電気信号と表面弾性波とのエネルギー変換を行う複数の電極を個別に封止する複数の封止部材を有し、前記圧電基板上で前記複数の電極で囲まれた反応場における前記表面弾性波の伝搬特性として、前記反応場における媒質の有無あるいは特性を検出する表面弾性波センサであって、
前記複数の電極と前記反応場との間には、
前記複数の電極と前記媒質との間における最小の距離が制限される距離に亘って前記表面弾性波が伝搬可能な付加伝搬路が個別に形成され、
前記複数の封止部材は、
前記複数の電極毎に、前記反応波との間に形成された付加伝搬路を併せて封止する
ことを特徴とする表面弾性波センサ。
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