JP4246992B2 - チップ状水晶振動子及び液相センサ - Google Patents
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Description
(1)水晶振動子をセルに固定することから生じる振動子への機械的応力負荷を最小に保持することによって、Q値の更なる低下を避けること、
(2)安定な信号周波数を出力するために必要な自律的緩衝機能(負荷変動に対する許容限度)を欠いた、水晶振動子に対して不要な外的負荷変動を伝えてはならないこと、換言すると、水晶振動子からの安定した発振周波数を保証するためには、水晶振動子に供給される電圧は一定でなければならない。水晶振動子に印加される例えば5Vの直流電圧が1mVよりも小さく変動しても、周波数安定性は大きく失われる結果になるからである。したがって、水晶振動子への電力供給は、入力電圧に依存する不要な周波数変動を防止するために何が生じようとも、電圧は1mVの精度まで一定であるかそれより良好であるように構成されねばならない。
(3)ノイズを伝えてはならないこと、
を考慮することにより、電気的・物理的構成を設計することが必要である。加えて、この構成においては、単一の水晶振動子の電極間における絶縁が保証されなければならないばかりでなく、各発振システムの電気的絶縁の要件が、溶液を介しての電極間の短絡や、水晶振動子が存在する場合に共通接地や静的接続を介して液体及び他のデバイスと接触する導電材料間の短絡を防止することにより、満足されなければならない。従来技術においてこうした条件を満たすことが課題であり、本発明の目的は、そうした課題の一部又は全部を克服する水晶振動子を提供することである。
こうして、本発明の目的は、水晶振動子を外的変形力により歪ませないようにし、水晶振動子のサイズの変動に容易に適応することができ、水晶振動子固定力が水晶振動子の周囲に均等に分散されるチップ状水晶振動子を提供することである。これは、弾性接着剤を用いて柔軟な固定の対策を提供することによって水晶振動子を基板に柔軟に固定する請求項1による装置によって達成される。
以下、本発明を、発明の実施の形態及び図面により説明する。
検出電極、非検出電極及びリード電極を水晶振動子に蒸着するステップ、
適宜の形状と大きさを有する基板に、水晶振動子に対向すべき面に電極を設けると共に、これらの電極を基板の対向面へ導くスルーホールを設けるステップ、
基板の表面上の電極からの導体をスルーホールに設けるステップ、
導電性接着化合物を基板上の電極に塗布し、リード電極が導電性接着化合物と接触するように水晶振動子を基板上に配置するステップ、
導電性接着化合物を硬化させるステップ、
硬化時にも柔軟な接着化合物を、例えば、顕微鏡で観察しながら薄いピンで手動により又はロボットによって自動的に、水晶振動子の周囲に塗布し、水晶振動子の側壁を基板の表面に接着するステップ、
水晶振動子の上面上の余分な接着化合物を除去するステップ。
従来の技術においては、弾性体を介して固定力が水晶振動子に直接加えられる。しかし、図6に示すように、本発明においては、チップ状水晶振動子Sは、緩衝材11である弾性体と電気的接合12とを用いることによって容器8に柔軟に固定される。しかも、基板1が容器8に固定されるので、固定力が水晶振動子2又は6に加わることは防止される。これに加えて、動作中における温度や流量の小さな変化に起因して容器8の微小変形が生じたときであっても、こうした微小変形は緩衝材11と電気的接合12とで吸収される。通液式液相水晶振動子センサTが高い再現性で使用可能である条件の範囲を拡大することができるので、こうした構成の特徴は高い信頼性を備えた液相センサの実現に貢献する。
ことができる。通液式液相水晶振動子センサTの出力発振周波数は同軸ケーブル46を介して周波数カウンタ38へ伝えられ、カウンタ38によって一定間隔で又は連続的に計測され、GPIB又はRS232C等のインターフェースにより通信ケーブル44を介してコンピュータ37へ伝送される。GPIB又RS232C等のインターフェースを有するコンピュータ37は、通信ケーブル44を介してポンプ41及びインジェクタ43付きの弁を制御することができることが望ましい。計測を実行する手順は、電力を通液式液相水晶振動子センサ装置39に供給して発振を開始させるステップと、液相水晶振動子センサ39の温調器を作動させるステップと、同時にポンプ41により一定流量で液体を流すステップと、インジェクタ43付きの弁を切り替えて、通液式液相水晶振動子センサTにおいて出力発振周波数が安定になったときに通液式液相水晶振動子センサTに試料溶液を流すステップと、を含む。出力発振周波数は、チップ状水晶振動子Sの検出電極3での試料の吸着及び解離によって生じる質量の微小変化に比例して変化する。この変化は周波数カウンタで計測することができ、そのデータはコンピュータ37において一定間隔で又は連続的に捕捉し記録することができる。下記の例は、このシステム構成と通液式液相水晶振動子センサ装置と周辺装置Wとを用いて計測されたものである。
参照数字の説明
1:基板、 1’:基板の上面、 2:矩形水晶振動子、 2’:第1の面、 2’’:第2の面、 2’’’:側壁、 3:検出電極、 3’:リード電極、 3’’:非検出電極、 3’’’:リード電極、 4:端子、 4’:端子、 5:弾性接着剤、 6:円形水晶振動子、 6’:第1の面、 6’’:第2の面、 6’’’:側壁、 7:検出電極、 7’:リード電極、 8:容器、 9:流入口、 10;排出口、 11:緩衝材、 12;電気的接合、 13:回路基板、 14:基板、 15:枠、 16:隔離板、 17:槽状容器、18;インバータ、 19;抵抗、 20:チップ状水晶振動子、 21;抵抗、 22:コンデンサ、 23:コンデンサ、 24:インバータ、 25:抵抗、 26:抵抗、 27:抵抗、 28:コンデンサ、 29:抵抗、 30:バッテリ、 31:コンデンサ、 32:定電圧回路、 33:コンデンサ、 34:金属容器、 35:外部スイッチ、 36:リレー、 37:コンピュータ、 38:周波数カウンタ、 39:通液式液相水晶振動子センサ装置、 40:被試験溶液のための管、 41:ポンプ、 42:試料溶液を供給するための容器、 43:インジェクタ付きの弁、 44:通信ケーブル、 45:流管、 46:同軸ケーブル、 47:廃液容器、 48:水晶振動子、 49:Oリング又はガスケット、 50:容器、 51:流入口、 52:排出口、 53:回路基板、 S:チップ状水晶振動子、 T:通液式液相水晶振動子センサ、 W:通液式液相水晶振動子センサ装置及び周辺装置、 U:回分式液相水晶振動子センサ、 V:水晶発振装置、 OSC:発振回路部、 PC:フォトカプラ部、 DR:駆動部、 PS:電源部、 SW:切り替え回路
Claims (10)
- 第1の面(2’;6’)と第2の面(2’’;6’’)とを有する水晶振動子(2;6)であって、前記水晶振動子(2;6)が、前記第1の面(2’;6’)に検出電極(3;7)を、前記第2の面(2’’;6’’)に非検出電極(3’’;7’’)を更に有し、側壁(2’’’;6’’’)によって接続してなるチップ状水晶振動子であって、前記水晶振動子の前記側壁が、その全周にわたって、硬化時にも柔軟な接着化合物により基板(1)に柔軟に固定されることを特徴とするチップ状水晶振動子。
- 第1の面(2’;6’)と第2の面(2’’;6’’)とをそれぞれ有する複数の水晶振動子(2;6)を備え、それぞれの前記水晶振動子が前記第1の面(2’;6’)に検出電極(3;7)を、前記第2の面(2’’;6’’)に非検出電極(3’’;7’’)を更に備え、側壁(2’’’;6’’’)によって結合され、それぞれの水晶振動子の前記側壁が、その全周にわたって、硬化時にも柔軟な接着化合物により基板(14)に柔軟に固定されることを特徴とするチップ状水晶振動子。
- 前記接着化合物(5)が前記水晶振動子(S)を前記基板(1;14)に密閉的に取り付けする、請求項1又は2に記載のチップ状水晶振動子。
- 前記水晶振動子(S)の前記基板(1;14)に対向する面(2’’;6’’)が前記基板(1;14)に接触するが、前記基板(1;14)に接着されない、請求項1〜3のいずれか一つに記載のチップ状水晶振動子。
- 前記接着化合物(5)が、塗布されたとき、流動的であって拡がるが、前記振動子と前記基板との間の接触部へ進入しないことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つに記載のチップ状水晶振動子。
- 前記水晶振動子を発振させ、前記水晶振動子の発振周波数に関係する信号を出力させるための水晶発振回路部(OSC)と、
前記水晶発振回路部からの出力を外部装置へ伝えるためのフォトカプラ部(PC)と、
バッテリを含み、前記水晶発振回路部(OSC)及び前記フォトカプラ部(PC)に電圧を供給するための電源部(PS)と、
前記水晶発振回路部、前記フォトカプラ部及び前記電源部を絶縁して、外部ノイズにより生じる発振周波数の変動を防止するためのシールドと、
を少なくとも備え得ることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一つに記載のチップ状水晶振動子。 - 容器(34)内に位置する請求項1〜6のいずれか一つに記載のチップ状水晶振動子を備え、前記容器が試料溶液を保持することができ、前記検出電極(3;7)が前記試料溶液に曝されることを特徴とする回分式液相水晶振動子センサ。
- 試料溶液が流れることができる検出フローセルを有する通液式液相水晶振動子センサ(39)であって、請求項1〜6のいずれか一つに記載のチップ状水晶振動子を備え、前記水晶振動子(2;6)が前記フローセルを有する固体容器中において前記基板(1;14)と接触するOリング又はガスケット(49)等の弾性体によって取り付けられ、前記水晶振動子が取り付けられている前記基板の面のみが前記試料溶液に曝されることを特徴とする通液式液相水晶振動子センサ。
- 水晶振動子センサを製作するための方法であって、
基板(1)上に、側壁(2’’’;6’’’)によって結合された第1の面(2’;6’)と第2の面(2’’;6’’)とを有すると共に前記第1の面に検出電極(3;7)を、前記第2の面に非検出電極(3’’;7’’)を有する水晶振動子(S)を配置するステップと、
前記水晶振動子の前記側壁(2’’’;6’’’)を、その全周にわたって、硬化時にも柔軟な接着化合物により前記基板(1)に接着することによって、前記水晶振動子を前記基板(1;14)に柔軟に取り付けるステップと、
を備えることを特徴とする方法。 - 液体中の特異な分子の存在を検出するための、請求項9に記載の方法。
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