JP4299325B2 - 水晶センサ及び感知装置 - Google Patents

Description

本発明は、水晶片の一面側に設けられた励振電極が測定雰囲気に接すると共に他面側に設けられた励振電極が気密空間に臨むように構成された水晶振動子を含み、この水晶振動子の固有振動数の変化を検出することにより測定対象物を感知する水晶センサ及びこの水晶センサを用いた感知装置に関する。

試料液中における微量物質、例えばダイオキシンなどの環境汚染物質あるいはＣ型肝炎ウイルスやＣ−反応性タンパク（ＣＲＰ）などの疾病マーカーの有無を感知したり、これらの物質の濃度の測定を行うために、水晶振動子を含んだ水晶センサと、この水晶センサに電気的に接続され、当該水晶振動子を発振させるための発振回路などを含んだ測定器とを利用した測定法が広く知られている。

具体的に説明すると、前記測定法は、例えば板状の水晶片とその水晶片の一面側、他面側に各々前記水晶片を挟むように設けられた一対の箔状の励振用の電極（励振電極）とを備えた、ランジュバン型などと呼ばれる水晶振動子を含む水晶センサについて、一面側の電極が測定雰囲気（試料液）に接触すると共に他面側の電極が気密空間に臨むように構成し、一面側の電極に試料液中の測定対象物質が接触すると、その接触した物質の質量に応じて水晶片の固有振動数が変動する性質を利用するものである。

上記のように水晶振動子の一面側のみを測定雰囲気に接触させ、他面側を気密空間に臨むように構成するのは、水晶振動子が安定して発振するためにはこのような構成とすることが好ましいからである。なお上記の測定においては励振電極の表面に試料液中の測定対象物が、物理的に吸着することに基づいて測定が行われる場合もあるが、前記一面側の電極の表面に測定対象物質に対して選択的に化学結合する物質により構成される吸着層を設け、その吸着層へ測定対象物質を化学的吸着させて測定を行う場合もある。

図１５は、前記水晶センサに設けられた水晶振動子の周辺の構成の一例を示したものである。図中１１は、配線基板であり、この配線基板１１上に水晶振動子１２が載置されている。図示は省略しているが水晶振動子１２の表裏面に設けられた励振電極は、配線基板１１側に設けられた電極に電気的に接続されることにより、振動子１２は配線基板１１に電気的に接続されている。

図中１３は、配線基板１１を厚さ方向に穿孔された貫通孔であり、図中１４は、基板１１の裏面側から貫通孔１３を塞ぐ封止部材である。これらの封止部材１４、貫通孔１１及び水晶振動子１２に囲まれる領域は気密空間を構成しており、その水晶振動子１２の裏面側の励振電極は、この気密空間に面している。図中１５は、例えばゴム等からなる板状の水晶押さえ部材であり、水晶振動子１２を基板１１に押圧して、その位置を固定している。

図中１６は、水晶押さえ部材１５を厚さ方向に貫くように設けられた開口部であり、水晶振動子１２の表面側の励振電極に面している。図中１７は、水晶押さえ部材１５の環状の突起であるが、これについては後述する。開口部１６及び環状突起１７に囲まれる液収容空間１８に所定の量の試料液が収容され、前記励振電極が測定雰囲気に接するようになっている。

ところで上記のような水晶センサにおいては、水晶押さえ部材１５により水晶振動子１２に加わる応力が大きいと水晶振動子１２の発振が妨げられてしまい、その応力が小さいほど水晶振動子１２の発振が安定し、精度の高い測定を行うことができるため、水晶押さえ部材１５において水晶振動子１２に接触し、押圧する部分の面積を小さくすることで前記応力を抑えることが検討されており、その例として具体的には図に示すように押さえ部材１５の裏面において開口部１６の周囲を囲むように、環状突起１７を形成し、この突起１７の先端部により水晶振動子１２を配線基板１１に押圧して、その位置を固定することが検討されている。

しかしこのような構成とした場合、例えば試料液が液収容空間１８に供給される際に、当該液収容空間１８に存在していた空気及び試料液に混入していた空気から気泡１９が形成される場合がある。図中矢印で示すように、液収容空間１８においては突起１７の下方外側に向かう周側面と水晶振動子１２の表面とがなす角部に向かって圧力が加わるため、前記気泡１９がこの角部に入り込むことがあり、このとき気泡１９から見て上方には突起１７の内周側面があるため、この面に遮られて気泡１９は浮上することができず、当該角部に閉じ込められるおそれがある。その場合、気泡１９の体積分だけ液収容空間１８に収容される試料液１８の量が変化し、その影響により液収容空間１８の測定対象物質の量も変化する結果として測定誤差が生じるおそれがあり、特にこの測定法は既述のように微量物質を検知するために用いられるため、このようなわずかな試料液の量の変化で本来検出できるものが検出されなくなったりするような誤差が生じる懸念がある。

なお特許文献１及び特許文献２にもランジュバン型の水晶振動子を利用した水晶センサについて記載されているが上記のような問題を解決するものではない。
特開２００６-０２９８７３（段落００２０、段落００２１及び図１） 特開平１１-１８３４７９（図２）

本発明は、上記のような事情に基づいてなされたものであり、その課題は、ランジュバン型の水晶振動子を含み、測定対象物が前記水晶振動子の一面側の励振電極に接触することにより水晶振動子の固有振動数が変化することに基づいて試料液中の測定対象物を検知する水晶センサ及びその水晶センサを用いた感知装置において、精度の高い測定を行う技術を提供することである。

本発明の水晶センサは、試料液中の測定対象物を検知するために測定器本体に電気的に接続される水晶センサにおいて、前記測定器本体に接続される接続端子部が設けられると共に、その一面側に、前記接続端子部に電気的に接続された電極及び気密空間を構成するための凹部が設けられた配線基板と、
板状の水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、前記電極に電気的に接続された励振電極を備えると共に、他面側の励振電極が前記凹部に臨むように当該凹部を塞いだ状態で配線基板に設けられた水晶振動子と、
水晶振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられかつ水晶振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けて水晶振動子の位置を固定するための環状突起を備えた弾性素材からなる水晶押さえ部材と、
配線基板と対向して前記水晶押さえ部材を覆い、その表面に前記液収容空間に連通し、試料液を前記液収容空間に注入するための注入口が設けられた液注入用カバーと、を備え、
前記環状突起は両側面共に下方に向かうにつれて直径が小さくなるようにかつ両側面の距離が下方に向かうにつれて小さくなるように構成されて先端が鋭角をなし、前記液収容空間に収容された試料液中の測定対象物が一面側の励振電極に接触することにより、水晶振動子の固有振動数が変化することを特徴とする。

前記水晶センサにおいては、例えば前記液注入用カバーの縁部に内側に屈曲した爪部を設け、前記配線基板に切欠き部を設け、切欠き部において爪部が内方側への復元力により配線基板の周縁部に係止されることで、液注入用カバーが水晶押さえ部材を配線基板に押圧した状態で当該配線基板に装着されていてもよい。

他の発明の水晶センサは、試料液中の測定対象物を検知するために測定器本体に電気的に接続される水晶センサにおいて、
前記測定器本体に接続される接続端子部が設けられると共に、その一面側に、前記接続端子部に電気的に接続された電極及び気密空間を構成するための凹部が設けられた配線基板と、
板状の水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、前記電極に電気的に接続された励振電極を備えると共に、他面側の励振電極が前記凹部に臨むように当該凹部を塞いだ状態で配線基板に設けられた水晶振動子と、
水晶振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられかつ水晶振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けて水晶振動子の位置を固定するための環状突起を備えた弾性素材からなる水晶押さえ部材と、
配線基板を支持する支持体と、
液収容空間に連通して、試料液を当該液収容空間に供給する供給路及び液収容空間に連通して、当該空間に収容された試料液を排出する排出路を備え、配線基板と対向して前記水晶押さえ部材を覆った状態で前記支持体に固着される液給排用カバーと、
を備え、
前記環状突起は両側面共に下方に向かうにつれて直径が小さくなるようにかつ両側面の距離が下方に向かうにつれて小さくなるように構成されて先端が鋭角をなし、
試料液の供給と排出とにより液収容空間に液流を形成して、試料液中の測定対象物を一面側の励振電極に接触させることにより、水晶振動子の固有振動数が変化することを特徴とする水晶センサ。

前記水晶センサにおいて、例えば液給排用カバーの下部には、液収容空間に進入し、当該液収容空間における上下方向の液流を規制するための突起が設けられており、また例えば配線基板及び水晶押さえ部材には互いに重なり合う孔が設けられ、前記支持体には前記各孔に対応する、配線基板及び水晶押さえ部材の当該支持体への位置決め用の突起が設けられていてもよい。

さらに前記注入路は例えば、液給排用カバーに対して着脱自在な液供給管を備え、前記排出路は液給排用カバーに対して着脱自在な液排出管を備え、これらの液供給管及び液排出管は液給排用カバーに対して着脱自在なコネクタを介して液給排用カバーに装着されるように構成される。

またこれらの水晶センサにおいては、例えば環状突起が水晶振動子を配線基板に押し付けることにより、水晶振動子の励振電極と配線基板の電極とが電気的に接続される。

本発明の感知装置は、既述の水晶センサを含み、水晶振動子の固有振動数の変化分を検出し、その検出結果に基づいて試料液中の測定対象物を検知する測定器本体と、を備えている。

本発明の水晶センサは、配線基板の凹部を塞ぐように設けられた水晶振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられかつ水晶振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けて水晶振動子の位置を固定するための環状突起を備えた弾性素材からなる水晶押さえ部材を備えており、前記環状突起は両側面共に下方に向かうにつれて直径が小さくなるようにかつ両側面の距離が下方に向かうにつれて小さくなるように構成されている。このような構成によれば、水晶押さえ部材における水晶振動子に接触する面積が抑えられるため、水晶振動子に加わる圧力が抑えられ、従って水晶振動子の発振が妨げられることが抑えられる一方で、試料液を液収容空間に供給する際にその液収容空間に気泡が入っても、液収容空間の側面はその底面に対して鈍角をなしており、これらの各面がなす角部において、気泡から見て上方側は開放されているため、その気泡は浮上して液収容空間の外へ向かうことができ、当該空間に留まることが抑えられ、それ故に、液収容空間に収容される試料液の量が気泡の体積の分だけ減少することが抑えられる。その結果として精度の高い測定を行うことができる。

また他の発明の水晶センサにおいても本発明の水晶センサと同様に液収容空間に収容される試料液の収容量が変動することを抑えることができるため精度の高い測定を行うことができる。

本発明に係る水晶センサの第１の実施形態について、図１から図４を用いて説明する。図１は本発明に係る水晶センサの一例である水晶センサ２０を示した斜視図である。図２は水晶センサ２０の各部品の上面側を示した分解斜視図であり、この図２に示すように水晶センサ２０は封止部材３Ａ、配線基板３、水晶振動子２、水晶押さえ部材４、液注入用カバー５の各部品がこの順に下から重ね合わされることにより構成される。図３、図４は、夫々水晶センサ２０の縦断正面図、縦断側面図である。

水晶振動子２は、水晶片２１、励振電極２２、２３及び導出電極２４、２５より構成されている。水晶片２１は例えば等価厚みが１μｍ〜３００μｍ、好ましくは１８５μｍであり、周線の一部が直線状に切欠された板状に形成されている。水晶片２１の一面側及び他面側には箔状の一方の励振電極２２及び他方の励振電極２３が夫々貼着して当該水晶片２１よりも小径の円形状に形成されている。また水晶片２１の一面側には、箔状の一方の導出電極２４の一端側が前記一方の励振電極２２に接続されて形成され、この導出電極２４は、水晶片２１の端面に沿って屈曲され、水晶片２１の他面側に回し込まれている。

さらに水晶片２１の他面側には、箔状の他方の導出電極２５の一端側が前記他方の励振電極２２に先の一方の導出電極２４と同様のレイアウトで接続されて形成され、水晶片２１の両面において、励振電極２２（２３）及び導出電極２４（２５）のレイアウトが同じになっている。

前記励振電極２２、２３及び導出電極２４、２５の等価厚みは例えば０．２μｍであり、電極材料としては、例えば金が用いられている。なお図３においては水晶振動子２の各電極の図示は便宜上省略している。

次に配線基板３について説明する。この配線基板３は例えばプリント基板により構成され、その表面の前端側から後端側に向けて電極３１、電極３２が間隔をおいて設けられている。電極３１，３２間にはこれらの電極３１，３２と間隔をおいて、配線基板３の厚さ方向に穿孔された貫通孔３３が形成されている。この貫通孔３３は、後述するように水晶振動子２の裏面側の励振電極２３が臨む気密空間をなす凹部を構成するものであり、その口径は、励振電極２３が収まる大きさに形成されている。

また電極３２が形成されている箇所よりも後端側寄りには、２本の並行するライン状の導電路パターンが、夫々接続端子部３４、３５として形成されている。一方の接続端子部３４はパターン３４ａを介して電極３１と電気的に接続されており、他方の接続端子部３５はパターン３５ａを介して電極３２と電気的に接続されている。なお図３及び図４においては図示の便宜上基板３の各電極及びパターンは省略している。

図中３６は例えばレジストにより構成された堰であり、水晶振動子２の外形に沿って形成されている。この堰３６は、水晶振動子２の位置合わせをする役割を有し、この堰３６に囲まれる領域に水晶振動子２が載置される。図中３７ａ，３７ｂ，３７ｃはカバー５の下面に設けられた係合突起５１ａ，５１ｂ，５１ｃに夫々係合する係合孔であり、配線基板３の厚さ方向に穿孔されている。また図中３８ａ，３８ｂ，３８ｃは配線基板３の周縁に形成された切欠き部であり、カバー５の下面の周縁部に設けられ、内側に屈曲した爪部５２ａ，５２ｂ，５２ｃに夫々係合する。

封止部材３Ａは、フィルム状の部材であり前記貫通孔３３と共に気密空間をなす凹部を構成する。

続いて水晶押さえ部材４について説明する。水晶押さえ部材４は、例えばシリコンゴムにより形成されており、配線基板３に対応した形状に作られている。即ちこの水晶押さえ部材４は、長方形状体の前方側の一縁の中央に矩形状の切欠き部４１ａが、後方側の両隅部に矩形状の切欠き部４１ｂ，４１ｃが、夫々形成された形状となっている。

図５は水晶押さえ部材４の下面側を示した斜視図であり、この図も参照しながら押さえ部材４の構成を説明する。図３、図４及び図５に示すように押さえ部材４の下面には水晶振動子２を収容する凹部４２が形成されており、凹部４２の平面部の中央には、水晶振動子２を配線基板３における前記貫通孔３３の外側領域に押し付けて、その位置を固定するための環状突起４３が設けられている。また図２、図３及び図４に示すように水晶押さえ部材４の表面には、開口部４４が形成されており、この開口部４４は、環状突起４３に囲まれる空間に連通している。

開口部４４の周側面４４ａ及び環状突起４３の内周側面４３ａは、内側下方に向かって傾斜している、つまり開口部４４及び環状突起４３の径は下方に向かうにつれて小さくなっている。周側面４３ａ，４４ａ及び水晶振動子２に囲まれる領域は、試料液を水晶振動子２の表面側の励振電極２２に導入すると共に当該試料液を収容する液収容空間４５を構成している。

また環状突起４３の外周側面４３ｂも内側下方に向かって傾斜するように形成されており、環状突起４３の幅（周側面４３ａ、４３ｂ間の距離）は、下方に向かうにつれて小さくなり、その先端は鋭角をなしている。ここで環状突起の先端が鋭角をなしているとは、水晶振動子と環状突起との接触部分（図３に示す幅ｌの大きさ）が、０．２μｍ〜０．４μｍであることをいう。

また図中４６ａ，４６ｂは押さえ部材４を厚さ方向に貫通するように穿孔された係合孔であり、前記配線基板３の係合孔３７ａ，３７ｂ及び液注入用カバー５の係合突起５１ａ，５１ｂに対応するように形成されている。図中４６ｃは後方側の一縁の中央に形成された弧状の切欠き部であり、配線基板３の係合孔３７ｃ及び液注入用カバー５の係合突起５１ｃに対応している。

次に液注入用カバー５の構成について説明する。カバー５は、例えばポリカーボネイトにより構成され、その上面の前側、後側には試料液の注入口５３、確認口５４が夫々形成されている。図４に示すようにカバー５の下面にはカバー５の長さ方向に沿って溝である注入路５５が形成されており、この注入路５５の一端、他端は、注入口５３、確認口５４に夫々接続されている。また図３に示すようにこの注入路５５は開口部４４に面するように設けられており、注入口５３に注入した試料液は注入路５５を介して液収容空間４５に供給されるようになっている。また所定量の試料液が水晶センサ２０に供給されると、確認口５２にその試料液の液面が現れ、このセンサ２０への液の供給の有無を確認できるようになっている。

カバー５の下面には注入路５５を囲む環状の堰５６が設けられており、この堰５６は、水晶押さえ部材４にめり込んで、注入口５１に注入された試料液が液注入用カバー５と押さえ部材４との間から漏れることを防ぐ役割を有する。

上記の水晶センサ２０は次のように組み立てられる。先ず封止部材３Ａにより配線基板３の貫通孔３３を塞ぎ、基板３に凹部を形成する。続いて水晶振動子２側の引き出し電極２４，２５が、配線基板３側の電極３１，３２に重なり且つ水晶振動子２の裏面側の励振電極２３が前記凹部に重なるように、水晶振動子２を配線基板３に載置する。

次に液注入用カバー５の係合突起５１ａ〜５１ｃを水晶押さえ部材４の係合孔４６ａ，４６ｂ及び切欠き部４６ｃに係合させ、液注入用カバー５と押さえ部材４とを重ね合わせた後、液注入用カバー５の爪部５２ａ，５２ｂ，５２ｃと配線基板３の各切欠き部３８ａ、３８ｂ、３８ｃとを嵌合させるように被せて配線基板３に向かって押圧する。これにより液注入用カバー５の各爪部５２ａ〜５２ｃが配線基板３の外側へと撓み、さらに各爪部５２ａ〜５２ｃが各切欠き部３８ａ〜３８ｃを介して配線基板３の周縁部の下面に回りこむと同時に各爪部５２ａ〜５２ｃが、内方側への復元力により元通りの形状になり、配線基板３が各爪部５２ａ〜５２ｃに挟み込まれて互いに係止されると同時に、配線基板３とカバー５とに挟まれた押さえ部材４がこれらに押圧される。

押圧された押さえ部材４の弾性により、環状突起４３が、水晶振動子２の表面における前記凹部の外側部位を配線基板３側に押し付けることにより、水晶振動子２の位置が固定されると共にその周縁部が配線基板３と密着して、貫通孔３３と封止部材３Ａにより構成される凹部が気密空間となり、水晶振動子２の裏面側の励振電極２３がこの気密空間に臨むと共に水晶振動子２側の引き出し電極２４，２５が、配線基板３側の電極３１，３２に密着し、水晶振動子２と配線基板３とが電気的に接続される。

また測定前に水晶振動子２に注入口５３及び確認口５４から侵入した不純物が付着するのを防ぐために、注入口５３及び確認口５４はフィルム状の保護シートで被覆される。

本実施形態における水晶センサ２０が使用される際には、作業者が例えば注入器により液注入用カバー５の注入口５３に試料液１０１を注入する。注入口５３に注入された試料液１０１は、開口部４４及び環状突起４３により構成される試料液の液収容空間４５に供給され、水晶振動子２の表面側の励振電極２２が当該試料液１０１に接する。

この際に図６（ａ）に示すように液収容空間４５に気泡１０２が発生しても、気泡１０２は液収容空間４５を上方に向かい、気泡１０２から見て上方側には遮るものが何も無いため図６（ｂ）に示すように気泡１０２は、液収容空間４５の外へ出ることができ、液収容空間４５は試料液１０１で満たされる。

上記の水晶センサ２０は、その内周側面４４ａが内側下方に向かう開口部４４と共に配線基板３の凹部を塞ぐように設けられた水晶振動子２の一面側を底面とする液収容空間４５を形成し、この液収容空間４５を囲むように設けられかつ水晶振動子２の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板３側に押し付けて水晶振動子２の位置を固定するための環状突起４３を備えたゴムからなる水晶押さえ部材４を備えており、前記環状突起４３はその内周側面４３ａ及び外周側面４３ｂ共に下方に向かうにつれて直径が小さくなるようにかつ両側面の距離が下方に向かうにつれて小さくなるように構成されている。このような構成によれば、水晶押さえ部材３における水晶振動子２に接触する面積が抑えられるため、水晶振動子２に加わる圧力が抑えられ、従って水晶振動子２の発振が妨げられることが抑えられる一方で、試料液を液収容空間４５に供給する際にその液収容空間４５に気泡が入っても、液収容空間４５の周側面４３ａ，４４ａはその底面である水晶振動子２表面に対して鈍角をなしており、これらの各面がなす角部において、気泡から見て上方側は開放されているため、その気泡は浮上して液収容空間の外へ向かうことができ、当該空間に留まることが抑えられ、それ故に、液収容空間に収容される試料液の量が気泡の体積の分だけ減少することが抑えられる。その結果として精度の高い測定を行うことができる。

また上記水晶センサ２０においては環状突起４３により水晶振動子２の位置を固定することにより、配線基板３側の電極３１，３２と水晶振動子２側の電極２４，２５とが密着して、電気的に接続されるため、例えばこの電気的接続を行うために導電接着剤などを用いる必要が無く、従って製造工程の簡素化を図ることができる。

上記の水晶センサ２０は、例えばブロック図である図７で示されるような構成をもつ測定器本体７に接続されることで感知装置の検知部として使用される。図中６２は、水晶センサ２０の水晶片２１を発振させる発振回路、６３は基準周波数信号を発生する基準クロック発生部、６４は例えばヘテロダイン検波器からなる周波数差検出手段であり、発振回路６２からの周波数信号及び基準クロック発生部６３からのクロック信号に基づいて両者の周波数差に対応する周波数信号を取り出す。６５は増幅部、６６は増幅部６５からの出力信号の周波数をカウントするカウンタ、６７はデータ処理部である。

水晶センサ２０の周波数としては例えば９ＭＨｚが選ばれ、また基準クロック発生部６３の周波数としては例えば１０ＭＨｚが選ばれる。測定対象物質例えばダイオキシンが当該水晶センサ２０の水晶振動子２に吸着していないときには、周波数差検出手段６４では、水晶センサ側からの周波数と基準クロックの周波数との差である１ＭＨｚの周波数信号（周波数差信号）が出力されるが、試料溶液に含まれる測定対象物質が水晶振動子２に吸着すると、水晶振動子２の固有振動数が変化し、このため周波数差信号も変化するので、カウンタ６６におけるカウント値が変化し、こうして測定対象物質の濃度あるいはその物質の有無を検知できる。

図８は上述の測定器本体６の一例を示す図である。図８（ａ）で示されるように当該測定器本体６は、本体部６８と本体部６８の前面に形成されている開閉自在の蓋部６９とからなる。蓋部６９を開くと、図８（ｂ）に示すように本体部６８の前面が現れる。この本体部６８の前面には当該水晶センサの差込口６０が複数形成されており、当該差込口は、例えば８つ、直線状に一定の間隔を持って形成されている。

測定器本体６の各差込口６０に対して、各水晶センサ２の配線基板３の後端側を水平に一定の深さまで差し込むことで、基板３の接続端子部３４、３５と差込口６０の内部に形成された電極とが電気的に接続されると同時に、差込口６０の内部が配線基板３を挟持することで水晶センサ２０が水平を保ったまま測定器本体６に固定される。

ところで上記の水晶センサ２０において水晶押さえ部材４はゴム以外の弾性体によって構成されてもよい。また上記実施形態のように試料液に接する励振電極２２表面には何も設けず、試料液中の測定対象物質と当該電極２２とを物理的吸着させることで当該物質の検知を行ってもよいが、検出能を高めるために励振電極２２表面に測定対象物質を抗原として、選択的に吸着させる抗体を含んだ吸着層を予め設けてもよい。

他の実施の形態に係る水晶センサの一例として、水晶センサ７について以下に説明する。図９は、水晶センサ７の斜視図であり、図１０は水晶センサ７を構成する各部材の上面側を示した分解斜視図である。また図１１は、水晶センサ７の縦断側面図である。なお、図１１においては便宜上水晶振動子２の電極の図示は省略している。図中７１は支持体であり、その表面には配線基板３を収容し、保持する凹部７２が設けられている。図中７３は、凹部７２に設けられた係合突起であり、配線基板３の係合孔３７ａ，３７ｂ及び水晶押さえ部材４の係合孔４７ａ，４７ｂに係合し、これらの位置を固定するために設けられている。図中７４は、孔であり、その周側面にねじが切られている。

図中８１は、液給排用カバーである。図１１に示すようにその下面には、凹部８２が設けられており、この凹部８２が支持体７１側に設けられた突起７５に嵌合することで液給排用カバー８１は支持体７１に対して位置決めされ、孔７４に対応するねじ８３により固着される。このように支持体７１に固着された液給排用カバー８１は、水晶押さえ部材４を凹部８２に収容された配線基板３に向けて押圧することにより、環状突起４３が水晶振動子２を配線基板３に押し付けて、その位置を固定する。

また図１２に示すように液給排用カバー８１の下面側には押さえ部材４の開口部４４に対応した突起８４が設けられており、上記のようにカバー８１が支持体７１に固着された状態において、この突起８４が開口部４３内へ進入する。この突起８４は、後述するように液収容空間４５に試料液を供給する際に、上下方向における試料液の液流を規制する役割を有しており、突起８４の先端と振動子２の表面側の励振電極２２との距離ｈは例えば０．２ｍｍ〜０．７ｍｍ程度である。

また図１２に示すように液給排用カバー８１には試料液の流路８５ａ及び流路８５ｂが、各々斜めに、液収容空間４５に連通するように形成されている。また液給排用カバー８１には凹部８６，８６が設けられており、これらの凹部８６の周側面にはねじが切られ、底面には流路８５ａ，流路８６ａの一端が開口している。図中８７，８７は筒状のコネクタであり、その外周には前記凹部８６のねじと対応するようにねじが切られており、液給排用カバー８１に対して着脱自在に構成されている。

図中８８ａ，８８ｂは夫々試料液供給管、試料液排出管であり、各コネクタ８７に着脱自在に構成されており、試料液供給管８８ａ、試料液排出管８８ｂは、コネクタ８７の内壁により斜めに支持されて、夫々流路８５ａ、流路８５ｂに連通している。なお液供給管８８ａは前記流路８５ａと共に特許請求の範囲でいう供給路を、液排出管８８ｂは前記流路８５ｂと共に排出路を夫々構成している。また図１０においては図示の便宜上、一方のコネクタ８７及び試料液排出管８７ｂについてはカバー８１に取り付けた状態を示しているが、他方のコネクタ８７及び試料液供給管８７ａと同様にカバー８１から取り外すことができる。

この水晶センサ７は図１３（ａ）に示すように試料液供給管８８ａ及び流路８５ａを介して液収容空間４５に試料液１０１を供給すると同時に流路８５ｂ及び試料液排出管８８ｂを介して液収容空間４５の試料液１０１を吸引することにより、励振電極２２上において試料液１０１を例えば５０μＬ/分の速度で流通させ、試料液中における測定物質を励振電極２２へ吸着させる。この際に試料液１０１中に気泡１０２が混入し、開口部４３に入り込んでも、環状突起４３と水晶振動子２がなす角部において、気泡１０２から見て上方側が開放されているため、図１３（ｂ）、（ｃ）に示すように気泡１０２はこの角部に留まることが抑えられ、試料液１０１に押し流されて容易に流路８５ｂに流入して液収容空間４５から除去される。その結果として、既述の水晶センサ２０と同様に精度の高い測定を行うことができる。

また上記のように突起８４により試料液が励振電極２２の直上を流通するため測定物質の励振電極２２への吸着性が高まり、より精度の高い測定を行うことができる。なおこのように突起８４を設けることが好ましいが、図１４に示すように突起８４を設けない構成としてもよい。さらにコネクタ８７，８７、試料液供給管８８ａ、試料液排出管８８ｂは液給排用カバー８１に対して着脱自在に構成されるため、測定後、これらをカバー８１から外して容易に洗浄することができるため洗浄に要する手間、コストが抑えられる結果として、測定に要するコストが抑えられる。

また配線基板３及び水晶押さえ部材４は、これらに設けられた係合孔４６ａ，４６ｂ，３７ａ，３７ｂ及び支持体７１の突起７３を介して支持体７１に対して位置決めされ、試料液の液収容空間４５と液給排用カバー８１の液流路８５ａ及び液流路８５ｂとの位置がずれることが抑えられる。従って液収容空間４５の液流が測定毎にばらつくことが抑えられ、この液流のばらつきによる測定誤差が生じることが抑えられる。

本発明の実施の形態に係る水晶センサの斜視図である。 前記水晶センサの分解斜視図である。 前記水晶センサの縦断正面図である。 前記水晶センサの縦断側面図である。 前記水晶センサを構成する水晶押さえ部材の裏面側の斜視図である。 前記水晶センサに収容された試料液中の気泡の様子を示した説明図である。 前記水晶センサを含む感知装置のブロック図である 前記感知装置の斜視図である。 本発明の他の実施の形態に係る水晶センサの斜視図である。 前記水晶センサの分解斜視図である。 前記水晶センサの縦断側面図である。 前記水晶センサを構成する液給排用カバー内部の構成を示した斜視図である。 前記水晶センサに収容された試料液中の気泡の様子を示した説明図である。 液給排用カバーの他の構成を示した説明図である。 従来の水晶センサに収容された試料液中の気泡の様子を示した説明図である。

符号の説明

２０，７ 水晶センサ
２ 水晶振動子
２１ 水晶片
２２，２３ 励振電極
３ 配線基板
４ 水晶押さえ部材
４３ 環状突起
４４ 開口部
４５ 液収容空間
５ 液注入用カバー
６ 測定器本体
７１ 支持体
８１ 液給排用カバー

Claims (8)

1. 試料液中の測定対象物を検知するために測定器本体に電気的に接続される水晶センサにおいて、
   前記測定器本体に接続される接続端子部が設けられると共に、その一面側に、前記接続端子部に電気的に接続された電極及び気密空間を構成するための凹部が設けられた配線基板と、
   板状の水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、前記電極に電気的に接続された励振電極を備えると共に、他面側の励振電極が前記凹部に臨むように当該凹部を塞いだ状態で配線基板に設けられた水晶振動子と、
   水晶振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられかつ水晶振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けて水晶振動子の位置を固定するための環状突起を備えた弾性素材からなる水晶押さえ部材と、
   配線基板と対向して前記水晶押さえ部材を覆い、その表面に前記液収容空間に連通し、試料液を前記液収容空間に注入するための注入口が設けられた液注入用カバーと、を備え、
   前記環状突起は両側面共に下方に向かうにつれて直径が小さくなるようにかつ両側面の距離が下方に向かうにつれて小さくなるように構成されて先端が鋭角をなし、前記液収容空間に収容された試料液中の測定対象物が一面側の励振電極に接触することにより、水晶振動子の固有振動数が変化することを特徴とする水晶センサ。
2. 前記液注入用カバーの縁部に内側に屈曲した爪部を設け、前記配線基板に切欠き部を設け、切欠き部において爪部が内方側への復元力により配線基板の周縁部に係止されることで、液注入用カバーが水晶押さえ部材を配線基板に押圧した状態で当該配線基板に装着されることを特徴とする請求項１記載の水晶センサ。
3. 試料液中の測定対象物を検知するために測定器本体に電気的に接続される水晶センサにおいて、
   前記測定器本体に接続される接続端子部が設けられると共に、その一面側に、前記接続端子部に電気的に接続された電極及び気密空間を構成するための凹部が設けられた配線基板と、
   板状の水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、前記電極に電気的に接続された励振電極を備えると共に、他面側の励振電極が前記凹部に臨むように当該凹部を塞いだ状態で配線基板に設けられた水晶振動子と、
   水晶振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられかつ水晶振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けて水晶振動子の位置を固定するための環状突起を備えた弾性素材からなる水晶押さえ部材と、
   配線基板を支持する支持体と、
   液収容空間に連通して、試料液を当該液収容空間に供給する供給路及び液収容空間に連通して、当該空間に収容された試料液を排出する排出路を備え、配線基板と対向して前記水晶押さえ部材を覆った状態で前記支持体に固着される液給排用カバーと、を備え、
   前記環状突起は両側面共に下方に向かうにつれて直径が小さくなるようにかつ両側面の距離が下方に向かうにつれて小さくなるように構成されて先端が鋭角をなし、
   試料液の供給と排出とにより液収容空間に液流を形成して、試料液中の測定対象物を一面側の励振電極に接触させることにより、水晶振動子の固有振動数が変化することを特徴とする水晶センサ。
4. 液給排用カバーの下部には、液収容空間に進入し、当該液収容空間における上下方向の液流を規制するための突起が設けられていることを特徴とする請求項３記載の水晶センサ。
5. 配線基板及び水晶押さえ部材には互いに重なり合う孔が設けられ、
   前記支持体には前記各孔に対応する、配線基板及び水晶押さえ部材の当該支持体への位置決め用の突起が設けられることを特徴とする請求項３または４に記載の水晶センサ。
6. 前記供給路は、液給排用カバーに対して着脱自在な液供給管を備え、前記排出路は液給排用カバーに対して着脱自在な液排出管を備え、これらの液供給管及び液排出管は液給排用カバーに対して着脱自在なコネクタを介して液給排用カバーに装着されることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか一に記載の水晶センサ。
7. 環状突起が水晶振動子を配線基板に押し付けることにより、水晶振動子の励振電極と配線基板の電極とが電気的に接続されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の水晶センサ。
8. 請求項１ないし７のいずれか一に記載の水晶センサと、水晶振動子の固有振動数の変化分を検出し、その検出結果に基づいて試料液中の測定対象物を検知する測定器本体と、を備えたことを特徴とする感知装置。
   

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