JP4802000B2

JP4802000B2 - センサの液状物保持器

Info

Publication number: JP4802000B2
Application number: JP2006018242A
Authority: JP
Inventors: 俊田中; 美千留我妻
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: JP2007198921A

Description

本発明は、溶液の保持容器、特に水晶振動子マイクロバランス法により溶液中の物質検知あるいは測定に用いられるセンサの液状物保持器に関する。

水晶発振子マイクロバランス法（以下ＱＣＭと略記する）は、発振子の発振・共振の周波数が、前記素子表面へ物質が付着したとき変化する事を利用した、微量な物質質量の検知・測定方法として広く知られている技術である。
ＱＣＭにおいて実用上のセンサー感度を有する感応部は、前記振動子電極部と表面位置的にほぼ一致するため、前記電極部そのものの表面を直接、或いは、少なくとも前記電極部表面を含む領域への膜付着や化学的処理などの修飾を行うことにより、検出部として用いられてきている（非特許文献１参照）。

この種のセンサとして、本出願人は、特願２００５−２８６８２５に提案するように、基板上に凹部を設けて、この凹部内に発振子を設けたセンサを提案した。
このセンサは、発振子の圧電板を水平保持して、その上面に液状物を滴下して測定することができるものであるが、液状物を撹拌したりすれば飛散して安定した測定が行えないという問題や滴下できる液状物の量が非常に限られているという問題があった。更に、液状物の量が増えた場合に、１つの形状のセンサで微量から大量の溶液の広い範囲で対応することは困難であった。

Sauerbrey, G.著 Zeitschrift fur Physik, 1959. 155: p. 206-222.掲載 Use of quartz vibration for weighing thin films on a microbalance.

そこで、本発明は、発振子を水平にして上側に液状物を接触させて使用することができるセンサにおいて、センサ自体の形状を変更することなく、液状物を安定して保持することができ、しかも、液状物の保持量を増加させることができる装着可能なセンサの溶液保持器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明者等は、鋭意検討の結果、下記の通り解決手段を見いだした。
即ち、本発明のセンサの液状物保持器は、請求項１に記載の通り、圧電板の両面に電極を設けた発振子の片面を水平にして液状物に接触させるために基板に凹部を設け、前記凹部の内周面を階段状に形成し、前記発振子の両電極と接続される接続端子を前記発振子の裏側に設け、前記凹部の階段の平坦部に接続端子を設け、前記発振子の接続端子と、前記凹部の接続端子とを導電性接着剤を介して接着したセンサに使用される、前記液状物を安定して保持するための液状物保持器であって、前記基板形状は、前記発振子側が半円弧状に形成され、前記発振子と反対側において端部両側が切り欠かれた形状とし、前記液状物保持器は、前記基板の前記発振子側に嵌合且つ係合される接続部と、前記基板の前記発振子の上方外周を囲繞する周壁を有する液状物収容部とを備え、前記液状物収容部の一端側と前記接続部の一端側とは蝶番を介して接続され、前記接続部に板バネの一端側を設けて、前記液状物収容部と前記接続部とを接合した後、前記液状物収容部に前記板バネの他端側を係止できるように構成したことを特徴とする。
また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のセンサの液状物保持器において、前記発振子の外周を封止するために、前記液状物収容部と前記接続部との接合部であって、前記液状物収容部又は前記接続部の何れかに封止部材を設けることを特徴とする。
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１又は２に記載のセンサの液状物保持器において、前記液状物収容部の前記周壁の内周面は、撥水処理されていることを特徴とする。
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のセンサの液状物保持器において、少なくとも前記液状物収容部は、熱伝導率１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることを特徴とする。
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のセンサの液状物保持器において、前記液状物収容部は、前記発振子の上方全てを被覆することを特徴とする。

本発明によれば、センサに液状物保持器の接続部を嵌めるだけで、液状物を安定して水平に保持することができる。また、液状物の保持量も容易に増加させることができる。
また、センサの外形状が、例えば、発振子側を幅広に形成して、発振子と反対側を幅狭に形成したものである場合に、これと対応するような形状に接続部を形成することにより、センサの幅広部が接続部に係合することになるので、センサを固定する際に安定する。
また、接続部に対して液状物収容部を開閉できるように構成することにより、センサの着脱を容易にすることができる。
また、接続部に液状物収容部を係止具により係止することにより、センサの固定が容易に行うことができる。
また、液状物収容部の内周面の端面に封止部材を設けることにより、液状物収容部と接続部との間の封止が確実に行える。
また、液状物収容部の内周面を、撥水処理することにより、液状物中の検出対象物質の容器部への吸着を防止するとともに、容器洗浄時の被検溶液や洗浄液の残留を抑止できる。
また、少なくとも液状物収容部を、熱伝導性の高い部材により構成することにより、溶液の温度調節が外部から行いやすくなるため、安定性の乏しく短時間で計測を終えなければならない試料を測定するのに有効である。
また、本発明の液状物収容部を、発振子上方全てを被覆するように構成すれば、発振子上の液状物と、外部との空間との接触を絶つことができるので、外部空間の気体等と接触することにより物性の変化する物質、或いは、身体に悪影響を及ぼす物質等の測定も可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施の形態について説明する。尚、本発明は、この実施の形態に制限されるものではない。
本実施の形態の説明において使用するセンサは、図１に示されるように、平面形状が矩形状のガラスやセラミック等により形成された基板１の一端側に、発振子２を設けている。発振子２は、水晶等を円形状に形成した圧電板３とその両面の内側（略中央部）に同じく円形状に形成された電極４，５とを備えている。各電極４，５からは、互いに反対方向となるように、圧電板３の外周方向に向かってリード線６，７が設けられており、リード線６，７の外縁部には円弧状に形成された接続端子８，９が形成されている。尚、図示されるように、圧電板３の表側のリード線６は、裏側に回り込み、接続端子８は圧電板３の裏側に配置されている。
また、圧電板３の裏側の電極５は、所定の空間１０を有するようにして、基板１により被覆されている。詳細には、図２に図１のＡ−Ａ断面に示されるように、基板１の一端側の端部に、圧電板３をはめ込むことができる程度の円形状の凹部１１が設けられており、この凹部１１の内周面は階段状に形成されて、圧電板３の裏側の電極５が基板１に接触しないようになっている。
前記凹部１１の内周面の階段の平坦部１２にも接続端子１３，１４が設けられ、これらと、圧電板３に設けられた接続端子８，９は、エポキシ樹脂等の導電性接着剤１５を介して接着されることになる。
尚、基板１に設けられた接続端子８，９は、基板１内部に設けられた配線１６を介して、圧電板３とは反対側の端部において、外部電源に接続されることになる。
また、前述の通り、圧電板３は、基板１の凹部１１により囲繞されており、図２に示すように、圧電板３と基板１の凹部１１の内周面との間にはシール剤１７が設けられている。

次に、上記説明したセンサ３０を水平にして発振子２に液状物を滴下して測定する際に液状物を安定するための液状物保持器を、図３を参照して説明する。尚、本明細書において、「発振子の片面を水平にする」といういうことは、厳密な意味での水平だけを意味するのではなく、測定の際に支障がない範囲までを意味するものとする。
図３に示す液状物保持器３１は、発振子２が嵌合される接続部１８と、その上側に発振子２上側に液状物を保持するために、円筒状の周壁を備える液状物収容部１９とを備えている。そして、接続部１８と液状物収容部１９とが接合する一端部において、蝶番２０を介して接続され、開閉自在となるように構成されている。
図３に示したものでは、センサ３０が接続部１８に嵌合された状態を示すものであるが、接続部１８は、センサ３０の発振子２側の基板１の形状に嵌合できるような溝や凹部を設ける必要がある。図１で説明した基板１の形状は、先端部は発振子２の形状に沿うようにして半円弧状に形成され、基板１の発振子２とは反対側の端部両側に切り欠かれている。この形状に嵌合するように接続部１８に貫通するように溝を形成するため、接続部１８には係合部が形成される。これにより、センサ３０の固定や位置決めが容易になる。
上記構成により、センサ３０を図３に示したように、接続部１８に嵌合し、その後、図４に示すように、液状物収容部１９を閉じることにより、発振子２の上方に、液状物を収容する空間が形成されることになる。
この液状物収容部１９の周壁により囲まれた空間内に測定対象となる液状物を注入して、圧電板３の電極４，５に対して交流電圧を印加して振動させ、公知の方法により振動周波数等の変化の測定を行うことができる。

また、液状物収容部１９には、周壁の開口部を閉じることができるように蓋を設けたり、或いは、液状物収容部１９に貫通孔ではなく有底孔を設け、この有底孔により発振子２の上方全てを被覆するようにしてもよい。これにより、液状物の蒸発を防ぐことができ、正確な測定が可能となるからである。

また、液状物収容部１９と接続部１２との接合部であって、液状物収容部１９又は接続部１２の何れかにＯ−リング等の封止部材２４を設けることが好ましい。接合部からの液状物の漏れを確実に防ぐことができるからである。尚、封止部材２４は、液状物収容部１９又は接続部１２の端面に貼着してもよいが、より好ましくは、前記端面に溝を設け、この溝内に封止部材２４が凸状になるようにして固定することが好ましい。

また、少なくとも液状物収容部１９、より好ましくは接続部１８も熱伝導率が１０Ｍ／ｍ・Ｋ以上の金属、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、銅、鉄及びチタンの何れか又はこれらを含む合金により構成することが好ましい。これにより、外部から液状物収容部１９内の温度調節の制御性を高められるからである。

尚、周壁については、発振子２の外周を囲繞できるような周壁であれば、周壁により囲まれる形状は特に制限するものではないが、図３に示すように、液状物収容部１９の周壁は、直方体形状等のブロック状の部材に貫通孔２３を設けるようにすれば、外部からの温度調節機器の熱伝達部を直接部材に接触させることができるので温度制御性に優れるため好ましい。また、この周壁の内周面は、フッ素コーティング等の撥水処理をすることが好ましい。液状物中の検出対象物質の容器部への吸着を防止するとともに、容器洗浄時の被検溶液や洗浄液の残留を抑止することができるからである。

また、図５に示すように、接続部１８には、一端側に係止部を設けた板バネ等の係止具２１を設け、液状物収容部１９の上部に設けた被係止部２２に係止する。図５に示すように、係止具２１を傾倒して、液状物収容部１９を接続部１８に接続させて、図６に示すように、係止具２１を被係止部２２に係合させることで、液状物収容部１９は、接続部１２に付勢された状態で接合させ、液状物の漏れを確実に防ぐことができることになる。

本発明は、測定対象となる液状物の量にかかわらず、１つの形状のセンサで対応でき、また、液状物の飛散を防ぐことができるので人体に危険をあたえるおそれのある測定対象であっても安全に測定することができる。従って、創薬、食品衛生、環境ホルモン評価などの分野において、分子間相互作用の計測に広く利用できる。

本発明の一実施の形態のセンサの平面図同Ａ−Ａ断面図本発明の一実施の形態のセンサの液状物保持器へのセンサの取り付け開始状態を示す説明図本発明の一実施の形態のセンサの液状物保持器へのセンサの取り付け完了を示す説明図本発明の他の実施の形態のセンサの液状物保持器の係止具を使用した取り付け開始状態を示す説明図本発明の他の実施の形態のセンサの液状物保持器の係止具を使用した取り付け完了を示す説明図

符号の説明

１基板
２発振子
３圧電板
４電極
５電極
６リード線
７リード線
８接続端子
９接続端子
１０空間
１１凹部
１２平坦部
１３接続端子
１４接続端子
１５導電性接着剤
１６配線
１７シール剤
１８接続部
１９液状物収容部
２０蝶番
２１係止具
２２被係止部
２３貫通孔
２４封止部材
３０センサ
３１液状物保持器

Claims

圧電板の両面に電極を設けた発振子の片面を水平にして液状物に接触させるために基板に凹部を設け、前記凹部の内周面を階段状に形成し、前記発振子の両電極と接続される接続端子を前記発振子の裏側に設け、前記凹部の階段の平坦部に接続端子を設け、前記発振子の接続端子と、前記凹部の接続端子とを導電性接着剤を介して接着したセンサに使用される、前記液状物を安定して保持するための液状物保持器であって、
前記基板形状は、前記発振子側が半円弧状に形成され、前記発振子と反対側において端部両側が切り欠かれた形状とし、
前記液状物保持器は、前記基板の前記発振子側に嵌合且つ係合される接続部と、前記基板の前記発振子の上方外周を囲繞する周壁を有する液状物収容部とを備え、前記液状物収容部の一端側と前記接続部の一端側とは蝶番を介して接続され、
前記接続部に板バネの一端側を設けて、前記液状物収容部と前記接続部とを接合した後、前記液状物収容部に前記板バネの他端側を係止できるように構成したことを特徴とするセンサの液状物保持器。
前記発振子の外周を封止するために、前記液状物収容部と前記接続部との接合部において、前記液状物収容部又は前記接続部の何れかに封止部材を設けることを特徴とする請求項１に記載のセンサの液状物保持器。
前記液状物収容部の前記周壁の内周面は、撥水処理されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサの液状物保持器。
少なくとも前記液状物収容部は、熱伝導率１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のセンサの液状物保持器。
前記液状物収容部は、前記発振子の上方全てを被覆することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載のセンサの液状物保持器。