JP4796915B2

JP4796915B2 - Ｑｃｍセンサ

Info

Publication number: JP4796915B2
Application number: JP2006207977A
Authority: JP
Inventors: 章伊藤
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2006-07-31
Filing date: 2006-07-31
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-07-31
Also published as: JP2008032617A

Description

本発明は、微少質量測定用センサ素子に水晶振動子を用い、微少質量測定用センサ素子の片面が露出して容器に搭載される、信頼性の高い微少質量測定用センサに関する。

従来から水晶振動子を使用した微少質量測定用センサ素子（ＱＣＭ：ＱｕａｒｔｚＣｒｙｓｔａｌＭｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅセンサ素子）は水晶の厚みすべり振動を利用し、水晶基板の表面には水晶基板との密着性を考慮した金属膜材料が使用されている。このような微少質量測定用センサ素子（以下ＱＣＭセンサ素子と呼ぶ）全体を溶液中に浸漬させた場合、水晶振動子の主面から延伸するふたつの電極同士の電気的短絡を避け、また、溶液との摩擦抵抗力により先述の振動が抑制されＱＣＭセンサ素子として使用出来なくなることを避けるため、液相に接触させない側の水晶基板の金属膜を気相状態とし、溶液中に浸漬しても振動の検出が出来る構成のＱＣＭセンサがつくられて使用されていた。ＱＣＭセンサ素子の形状としては水晶片に金属膜の電極を付けた素子や水晶振動子用の金属ベースにクリップタイプのサポートを付けた素子、及びセラミックなどからなる専用容器に搭載される、先述の水晶片に金属膜の電極を付けた素子があり、これらのＱＣＭセンサ素子のそれぞれの主面金属膜の状態を分離するために、例えば、水晶振動子の両主面縁周部にリング状の固定具を使用してＱＣＭセンサ素子をＱＣＭセンサ容器に固定・搭載したＱＣＭセンサが使用されていた。

ＱＣＭ素子全体を溶液中に浸漬させ使用する場合、水晶基板片面の金属膜を液相に接触させず気相状態に保つには、ＱＣＭセンサ容器内部への溶液の進入を防ぐため、ＱＣＭセンサ素子の側面の全周縁部、及び同素子のＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分を接着材などで固定し塞がなければならない。一般的にはＱＣＭセンサ素子の振動への影響を出来うるだけ僅少とするために、このような接着材には接着応力の小さなシリコン系の絶縁性の非導電性接着材が使用されることが多く見受けられる。従って、セラミックなどから出来たＱＣＭセンサ容器にＱＣＭセンサ素子を、接着材を用いて搭載するＱＣＭセンサの場合では、ＱＣＭセンサ素子の出力信号を取り出すための導電性接着材と、先述のＱＣＭセンサ素子の側面の全周縁部、及び同素子のＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分を固定して塞ぐ絶縁性接着材の二種類の接着材が使用される。

また、ＱＣＭセンサでは、測定される反応物が水晶振動子表面に付着・解離する際の微少な重量変化を水晶振動子の周波数変化としてとらえるが、測定時に測定される反応物が水晶振動子表面に付着するため、基本的にはＱＣＭセンサは使い捨てのディスポーザル方式が採用される。

特開２００１−１５３７７７号公報特開平１１−１４５２５号公報

なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。

しかしながら、従来のＱＣＭセンサでは、測定の際にリング状の固定具で図３にあるようにＱＣＭセンサ素子を各々の主面側から押し当てるように固定するために、その応力によりＱＣＭセンサ素子の特性を劣化させるおそれや、固定時の取り扱い作業においてＱＣＭセンサ素子に破損や汚染を生じさせるおそれがあるといった問題があった。

また、専用容器に水晶片に金属膜の電極を付けたＱＣＭセンサ素子の場合、ＱＣＭセンサ素子の破損や汚染のおそれの問題は無いが、専用容器の製作がコスト高となる問題があった。

本発明は、以上のような技術的背景のもとで考え出されたものであり、従がってその目的は、ＱＣＭセンサ素子に水晶振動子を用い、ＱＣＭセンサ素子の片面が露出して容器に搭載される、信頼性の高いＱＣＭセンサを提供することである。

上記の目的を達成するために本発明は、水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用い、ＱＣＭセンサ素子の両面が露出して第１のＱＣＭセンサ容器に搭載されており、ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部、及び同素子周りのＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分が非導電性の接着材で塞がれた状態で、第２のＱＣＭセンサ容器内に収容されるＱＣＭセンサにおいて、ＱＣＭセンサ素子の各々の主面側の第１のＱＣＭセンサ容器の全周にわたる面で、ＱＣＭセンサ素子の一方の面が露出し、他方の面が気密封止されて、第１のＱＣＭセンサ容器が、第２のＱＣＭセンサ容器内に固定されることを特徴とする。

また、第１のＱＣＭセンサ容器の第２のＱＣＭセンサ容器内への固定に一対の環状固定具が用いられることを特徴とする。

また、第１のＱＣＭセンサ容器、及び／又は、第２のＱＣＭセンサ容器がセラミック、ガラス、水晶、若しくはプラスチックから成ることを特徴とする。

本発明のＱＣＭセンサによれば、リング状の固定具による応力歪がＱＣＭセンサ素子に加わることが無く、その結果、再現性の高い測定を行うことが出来る。

また、ＱＣＭセンサ素子が容器に搭載されているために、直接ＱＣＭセンサ素子に接触することが無く、その結果、ＱＣＭセンサ素子の取り扱いによる破損や汚染の発生のおそれを著しく小さくすることが出来る。

また、ＱＣＭセンサ素子への電気的接続を接触ピンなど用いて行う場合、ＱＣＭセンサ素子の金属膜の電極に接触ピンを直接接触させる必要が無く、先のＱＣＭセンサ素子の金属膜の電極よりも丈夫に形成されるＱＣＭセンサ容器上の接続端子に接触ピンをあてることが出来、この場合においても従来に比べて信頼性の高い測定を行うことが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。

図１は本発明のＱＣＭセンサ１１を、ＱＣＭセンサ素子３の露出された上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ’位置の概略の側面断面模式図である。即ち、本発明のＱＣＭセンサ１１は、水晶基板表面１に金属膜２を形成して成る水晶振動子を用い、ＱＣＭセンサ素子３の両面が露出して第１のＱＣＭセンサ容器４に搭載され、ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部５、及び同素子周りのＱＣＭセンサ容器搭載面６に至る部分が非導電性接着材７で塞がれた状態で、第２のＱＣＭセンサ容器８内に収容されるＱＣＭセンサ１１において、ＱＣＭセンサ素子３の各々の主面側の第１のＱＣＭセンサ容器４の全周にわたる面９で、ＱＣＭセンサ素子３の一方の面が露出し、他方の面が気密封止された状態で、第１のＱＣＭセンサ容器４が、第２のＱＣＭセンサ容器８の内部に環状の固定具１０によって固定される。本発明のＱＣＭセンサ１１によれば、ＱＣＭセンサ素子３の各々の主面側の第１のＱＣＭセンサ容器４の全周にわたる面９でＱＣＭセンサ素子３が既に搭載された第１のＱＣＭセンサ容器４をリング状の固定具により固定されるために、環状固定具１０による固定の応力歪がＱＣＭセンサ素子３に加わることが無く、その結果、再現性の高い測定を行うことが出来る。なお、ＱＣＭセンサ素子３を搭載する部分に段差を設けて複数種のサイズのＱＣＭセンサ素子３が第１のＱＣＭセンサ容器４に搭載される構造となっていても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでもない。

ここで、ＱＣＭセンサ容器１１の材質はセラミックに限らず、ガラス、水晶、若しくはプラスチックから成っていても構わない。なお、ＱＣＭセンサ素子３、及びＱＣＭセンサ容器の形状は図１にあるような円形に限られるものではなく、ＱＣＭセンサ１１が用いられる計測に即して矩形、楕円形、台形、多角形などであっても全く構わず、これらの場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。なお、ＱＣＭセンサ素子３の金属膜２から出る引き出し電極端は、図１で図示されていないが、効率の良い測定作業が行える適当な位置に、例えば第１、及び第２のＱＣＭセンサ容器がセラミックの場合、メタライズ層から成る内部の信号引き出し用の配線を経て、最終的に第２のＱＣＭセンサ容器８外面に延在される。

図２は従来の一般的なＱＣＭセンサ素子３をその斜め上方からみた概略の模式図である。水晶基板表面１に金属膜２から成る電極が形成されている。

図３は従来のＱＣＭセンサ１１を、ＱＣＭセンサ素子３の露出された上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ’位置の概略の側面断面模式図である。図３にあるような従来のＱＣＭセンサ１１では、測定の際にリング状の固定具でＱＣＭセンサ素子３を各々の主面側から押し当てるように固定されるために、その応力によりＱＣＭセンサ素子３の特性を劣化させるおそれや、固定時の取り扱い作業においてＱＣＭセンサ素子３に破損や汚染を生じさせるおそれがあるといった問題があった。

本発明のＱＣＭセンサを、ＱＣＭセンサ素子の露出された上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ’位置の概略の側面断面模式図である。従来の一般的なＱＣＭセンサ素子をその斜め上方からみた概略の模式図である。従来のＱＣＭセンサを、ＱＣＭセンサ素子の露出された上面方向からみた概略の上面模式図と、Ａ−Ａ’位置の概略の側面断面模式図である。

符号の説明

１水晶基板表面
２金属膜
３ＱＣＭセンサ素子
４第１のＱＣＭセンサ容器
５ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部
６ＱＣＭセンサ容器搭載面
７非導電性の接着材
８第２のＱＣＭセンサ容器
９第１のＱＣＭセンサ容器の全周にわたる面
１０環状固定具
１１ＱＣＭセンサ

Claims

水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用い、ＱＣＭセンサ素子の両面が露出して第１のＱＣＭセンサ容器に搭載されており、該ＱＣＭセンサ素子側面の全周縁部、及び同素子周りの該ＱＣＭセンサ容器搭載面に至る部分が非導電性の接着材で塞がれた状態で、第２のＱＣＭセンサ容器内に収容されるＱＣＭセンサにおいて、
該ＱＣＭセンサ素子の各々の主面側の該第１のＱＣＭセンサ容器の全周にわたる面で、該ＱＣＭセンサ素子の一方の面が露出し、他方の面が気密封止されて、該第１のＱＣＭセンサ容器が、該第２のＱＣＭセンサ容器内に固定されることを特徴とするＱＣＭセンサ。
該第１のＱＣＭセンサ容器の該第２のＱＣＭセンサ容器内への固定に一対の環状固定具が用いられることを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサ。
該第１のＱＣＭセンサ容器、及び／又は、該第２のＱＣＭセンサ容器がセラミック、ガラス、水晶、若しくはプラスチックから成ることを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサ。