JP5162967B2

JP5162967B2 - 弾性表面波装置

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Publication number: JP5162967B2
Application number: JP2007151493A
Authority: JP
Inventors: 利男中島
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2007-06-07
Filing date: 2007-06-07
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2027-06-07
Also published as: JP2008304310A

Description

この発明は、球状弾性表面波素子及びそれを保持するセンサーホルダから成る弾性表面波装置およびそれに用いる球状弾性表面波素子に関する。

特許文献１では、球状弾性表面波素子は、水晶やニオブ酸リチウム等の圧電体基材の直径が１ｍｍから１０ｍｍ程度の球状に形成される。その球面に櫛型電極により弾性表面波発生部を形成し、櫛型電極間に高周波電界を印加することで圧電体基材の表面に弾性表面波を発生させ、その弾性表面波を圧電体基材の球面の円環状の周回領域で、圧電体基材の結晶のＺ軸に垂直な平面と球面の交線に沿った周回領域を周回させる。この弾性表面波の周波数や上記圧電体基材の上記周回領域を構成している材料やその周回領域の曲率等がある条件を満たしていると、弾性表面波は周回領域の範囲外に拡散することなく周回領域の範囲内を繰り返し周回して伝搬する。特許文献１では、この球状弾性表面波素子を、センサーホルダに設置した２つの電極の間に挟んで押さえて保持する。

特許文献２では、上記周回領域に所定の物質を付着させる感応膜を形成し、この感応膜に所定の物質が付着した場合、その感応膜に付着した所定の物質の量に応じて上記周回領域を周回する弾性表面波の周回時間（即ち、周回速度）が遅くなることを利用して所定物質の存在を感知する物質のセンサーとして用いる。これは、上記周回領域を周回する弾性表面波を検出し周回時間（即ち、周回速度）を測定することにより、感応膜に付着した所定の物質を検出する。なお、弾性表面波検出部は、弾性表面波発生部に兼用させることが出来る。

また、特許文献２では、圧電体基材の表面の周回領域以外の部分に何かが接触しても周回領域を周回する弾性表面波の周回時間（即ち、周回速度）には何等影響がないため、圧電体基材の表面の周回領域以外の部分は必ずしも球面状である必要はないことを利用して、球状弾性表面波素子の周回領域以外の部分を削って球形から変形させて転がりを少なくしている。すなわち、球状弾性表面波素子の削った部分に素子電極を配置し、削った部分をセンサーホルダで支持し、かつ、素子電極をセンサーホルダの導体パターンと電気接続していた。

また、特許文献３では、球状弾性表面波素子の球面の北極および南極を平面に削り、そこに素子電極を形成し、その素子電極に電極プローブを接触させていた。

以下に公知文献を記す。
国際公開番号ＷＯ０１／０４５２５５号公報特開２００３−２９４７１３号公報特開２００５−１４７７３６号公報

球状弾性表面波素子の上記周回領域の径は球状弾性表面波素子の開発の進行に伴い徐々に小さくされて現在は１ｍｍ程度に径が小さくなっているため、また、球状弾性表面波素子が球状であるため、取り扱いが難しい問題がある。しかも、球状弾性表面波素子により所定の物質の量を測定する用に供す感応膜は、多くの場合、１回目の測定の際に感応膜に付着された所定の物質が速やかに上記感応膜から分離せず、次回の測定の際に、前回の測定のときから感応膜に残留していた物質が影響を与えるため、測定の度に球状弾性表面波
素子を頻繁に交換する必要がある。そのための球状弾性表面波素子のセンサーホルダからの着脱作業が煩雑になる問題があった。

特許文献１の技術では、センサーホルダの電極がセンサーホルダに直立に設置され、球状弾性表面波素子をセンサーホルダの電極の間に挟むように力を加えて押し込み、センサーホルダの電極の間の適正な位置に設置するとともに、所定の向きに配向させる必要がある。そのように球状弾性表面波素子を押し込むために加える力の加減の調整が難しいのでその保持位置の調整のコストが高価になり、また、その位置を維持する機構のコストが高価になる問題があった。また、特許文献２および特許文献３の技術では、球状弾性表面波素子の周回領域以外の部分の研削による製造コストが高価になる問題があった。

本発明は、かかる従来の技術における問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、弾性表面波素子を球状のまま用い、球状弾性表面波素子の径が小さくても球状弾性表面波素子の着脱を速やかに行うことが出来る、球状弾性表面波素子を所定の位置に容易に位置を合わせて確実に保持することが出来る弾性表面波装置を提供することにある。また、それに用いるセンサーホルダの電極のコストを低減した弾性表面波装置を提供することにある。

本発明は、この課題を解決するために、球状の圧電体基材を有し、前記圧電体基材の結晶のＺ軸に垂直で前記圧電体基材の中心を通る平面と前記圧電体基材の表面との交線に沿った周回領域の部分に一対の櫛型電極を有し、前記結晶のＺ軸に垂直な平面が前記圧電体基材に接する接点を北極と南極とする場合に、前記圧電体基材の球面に一方の前記櫛型電極に接続し、前記北極に接する平面に平行して前記北極から前記圧電体基材の寸法の５分の１以上３分の１以下の間隔で平行する平面と前記北極の間の前記圧電体基材の表面を覆う北極側素子電極を有し、前記南極から前記圧電体基材の寸法の５分の１以上３分の１以下の間隔で平行する平面と前記南極の間の前記圧電体基材の表面を覆う南極側素子電極を有し、前記南極側素子電極が他方の前記櫛型電極に接続する球状弾性表面波素子を備え、前記球状弾性表面波素子がセンサーホルダのスルホールに設置されたことを特徴とする弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記スルホールの側壁面を円錐面状に形成し、上記スルホールの側壁面の導体が上記球状弾性表面波素子の上記南極側素子電極に接して上記球状弾性表面波素子を保持することを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記スルホールの側壁面を円錐面状に形成し、上記スルホールがスリット状透孔で分断され、上記スルホールの側壁面の導体が前記スリット状透孔で２つの導体に分断され、前記分断された導体が、上記球状弾性表面波素子の上記北極側素子電極と上記南極側素子電極に各々接触し電気接続し、上記球状弾性表面波素子の上記周回領域が前記スリット状透孔の位置に配置されたことを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記センサーホルダに対向する上側ホルダを有し、上記センサーホルダと前記上側ホルダが上記球状弾性表面波素子を間に挟んで保持することを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記球状弾性表面波素子を間に挟んで上記センサーホルダに対向する上側ホルダを有し、上記球状弾性表面波素子の上部を前記上側ホルダで保持し、前記上側ホルダに上記球状弾性表面波素子の上記周回領域の部分を露出させる透孔を形成したことを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記センサーホルダと上記上側ホルダが蝶番で結合されて開閉する構造を有することを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記スルホールに椀状金具を設置し、前記椀状金具が上記球状弾性表面波素子の上記南極側素子電極に接して上記球状弾性表面波素子を保持することを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記球状弾性表面波素子の上記北極が上記センサーホルダの上記スルホールから最遠位置にあり、上記北極側素子電極を上記センサーホルダの導体パターンに接合された北極接続導体が押さえて保持することを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、上記球状弾性表面波素子を間に挟んで上記センサーホルダに対向する上側ホルダを有し、上記球状弾性表面波素子の北極が上記センサーホルダの上記スルホールから最遠位置にあり、上記北極側素子電極が前記上側ホルダの導体パターンに接合された北極接続導体が押さえて保持することを特徴とする上記の弾性表面波装置である。

また、本発明は、球状の圧電体基材を有し、前記圧電体基材の結晶のＺ軸に垂直で前記圧電体基材の中心を通る平面と前記圧電体基材の表面との交線に沿った周回領域の部分に一対の櫛型電極を有し、前記結晶のＺ軸に垂直な平面が前記圧電体基材に接する接点を北極と南極とする場合に、前記圧電体基材の球面に一方の前記櫛型電極に接続し、前記北極に接する平面に平行して前記北極から前記圧電体基材の寸法の５分の１以上３分の１以下の間隔で平行する平面と前記北極の間の前記圧電体基材の表面を覆う北極側素子電極を有し、前記南極から前記圧電体基材の寸法の５分の１以上３分の１以下の間隔で平行する平面と前記南極の間の前記圧電体基材の表面を覆う南極側素子電極を有し、前記南極側素子電極が他方の前記櫛型電極に接続することを特徴とする球状弾性表面波素子である。

本発明は、圧電体基材の結晶のＺ軸に垂直で圧電体基材に接する平面と、その平面から前記圧電体基材の結晶のＺ軸方向の寸法の少なくとも５分の１の間隔の平面までの間の圧電体素子の表面の部分を占有する大きな素子電極を有するので、その素子電極をセンサーホルダのスルホール位置に設置する位置合わせ操作が容易であり、球状弾性表面波素子が小さくても、それをセンサーホルダへ保持する位置調整コストを低減できる効果がある。また、本発明は、球状弾性表面波素子の下側をセンサーホルダのスルホールに設置し確実に保持し、球状弾性表面波素子の上側の素子電極を北極接続導体に接触させて球状弾性表面波素子をそれで押さえて保持するので、球状弾性表面波素子を保持するために左右から力を加えて保持する必要が無く、球状弾性表面波素子を設置する力加減の調整コストを低減できる効果があり、球状弾性表面波素子のセンサーホルダへの着脱が速やかに行える効果がある。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１から図２は、本実施形態の弾性表面波装置の、球状弾性表面波素子１０とプリント配線板で構成したセンサーホルダ２０の構造を示す図である。図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る球状弾性表面波素子１０の斜視図であり、図１（ｂ）は、椀状金具３０の斜視図である。図１（ｃ）は、球状弾性表面波素子１０を設置するプリント配線板のセンサーホルダ２０と、それに埋め込んだ椀状金具３０の断面図と、そのセンサーホルダに設置した球状弾性表面波素子１０の側面を示す図である。

（弾性表面波装置の全体構造）
図１（ｂ）の椀状金具３０には、銅やアルミニウム、金等の金属で形成する椀状金具３０、あるいは、エポキシ樹脂から成る皿形状の全面に金属めっきした椀状金具３０を用いることができる。また、椀状金具の形状は、図１（ｂ）のように取り付け部が２箇所ある形状に限らず、取り付け部が３箇所、４箇所、あるいは、円筒状に形成されていても良い。椀状金具３０は、球状弾性表面波素子１０の球面と一致する曲率の湾曲した底部を形成し球状弾性表面波素子１０を安定に保持できるようにする。あるいは、椀状金具３０は、その底に球状弾性表面波素子１０の底部を埋め込む開口部を形成した形状に形成しても良い。その椀状金具３０も、椀状金具３０の底の開口部に球状弾性表面波素子１０の底部を埋め込むことで球状弾性表面波素子１０を安定に保持することができる。その場合は、椀状金具３０のその開口部の周囲の構造は、センサーホルダ２０のプリント配線板の基板面に平行な平面状に形成しても良く、また、センサーホルダ２０の基板面に垂直な円筒の側面の面に形成しても良い。

図１（ａ）の球状弾性表面波素子１０は、直径が約１ｍｍの球状の圧電体基材１１を主要な部分とし、その圧電体基材１１の結晶のＺ軸１１ｚを有する。この結晶のＺ軸１１ｚは、特開２００３−１１５７４４号公報の図４および段落００５４に示されている結晶のＺ軸１１ｚである。この結晶のＺ軸１１ｚに垂直な２つの平面で圧電体基材１１を挟んだ場合の、その２つの平面がそれぞれ圧電体基材１１の表面に接する２点を北極１１Ｎと南極１１Ｓとする。

そして、球状弾性表面波素子１０の圧電体基材１１の球面には、結晶のＺ軸１１ｚに垂直な平面で圧電体基材１１の中心を通る平面と球面との交線に沿った円環状の、弾性表面波の周回のため必要な幅の周回領域１２を確保する。周回領域１２の幅は、弾性表面波の周波数に依存するが、例えば直径１ｍｍの圧電体基材１１に１５０ＭＨｚの弾性表面波を周回させる場合に、圧電体基材１１の直径の概ね１／４から１／３程度を必要とする。この周回領域１２に、周回領域１２の幅の大きさの北極１１Ｎ側の櫛型電極１５Ｎを、北極側素子電極１３ａと一体の導体パターンで形成する。そして、その櫛型電極１５Ｎに南極１１Ｓ側で対向する櫛型電極１５Ｓを、南極側素子電極１４ａと一体の導体パターンで形成する。これらの一対の導体パターンは金属めっきパターンにより形成することで、櫛型電極１５Ｎと１５Ｓの一対による弾性表面波発生部１５を形成する。この弾性表面波発生部１５の櫛型電極１５Ｎと櫛型電極１５Ｓの間に高周波電界を印加することで周回領域１２に沿って周回する弾性表面波を発生させる。このとき、球状弾性表面波素子１０の弾性表面波の振動伝達経路は、圧電体基材１１の直径の４分の１から３分の１の幅の周回領域１２内に限定され、北極１１Ｎと南極１１Ｓには弾性表面波が伝わらない。そのため、北極１１Ｎと南極１１Ｓの球面に圧力が加えられても影響が無く弾性表面波を伝達させることができる。

ここで、北極側素子電極１３ａおよび南極側素子電極１４ａは、弾性表面波の周回に必要な周回領域１２に被さらない領域に極力大きな寸法のパターンで形成する。すなわち、北極側素子電極１３ａは、圧電体基材１１の球面の領域で、圧電体基材１１に北極１１Ｎで接する平面から圧電体基材１１の直径の３分の１以下の間隔で平行する第２の平面までの間の圧電体基材１１の表面を覆う面積に形成する。好適には、圧電体基材１１に北極１１Ｎで接する平面から圧電体基材１１の直径の４分の１の間隔で平行する平面までの間の圧電体基材１１の表面に北極側素子電極１３ａ形成する。南極側素子電極１４ａは、、圧電体基材１１に南極１１Ｓで接する平面から圧電体基材１１の直径の４分の１の間隔で平行する平面までの間の圧電体基材１１の表面に南極側素子電極１４ａ形成する。また、この球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａあるいは南極側素子電極１４ａの金属めっき部分にエッチングパターンで数字や記号のマークを形成し、個々の球状弾性表面波素子１０を区別できるようにすることもできる。更に、そのエッチングパターンで、球状弾性表面波素子１０のセンサーホルダ２０への配置位置（配向）を判別させることもできる。

この球状弾性表面波素子１０を設置するプリント配線板のセンサーホルダ２０に球状弾性表面波素子１０の直径より小さな直径のスルホール２１を形成し、そのスルホール２１の壁面に銅めっきの導体層を形成する。そのスルホール２１の開口部２１ａに椀状金具３０の取り付け部を設置し、椀状金具３０をスルホール２１の側壁面２１ｂの間のスルホール２１に埋め込んで、取り付け部で支えて設置する。次に、球状弾性表面波素子１０を、その結晶のＺ軸１１ｚの方向をセンサーホルダ２０の基板面に垂直方向に向け、球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａを椀状金具３０に接触させて設置し保持する。そして、センサーホルダ２０の上の基板面に銅めっきパターンなどの金属の導体パターン２２を形成し、それにリン青銅などの板バネに金めっきを形成して成る北極接続導体３１をはんだ付けし、その北極接続導体３１を球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに接触させて電気接続し、その北極接続導体３１で球状弾性表面波素子１０を押さえて保持する。

（センサーホルダ）
図１（ｃ）の、プリント配線板から成るセンサーホルダ２０は、ガラスエポキシ基板、フレキシブルなポリイミド基板、熱可塑性樹脂基板、あるいはセラミックス基板を用いることができる。センサーホルダ２０のプリント配線板にはスルホール２１を形成し、そのスルホール２１の側壁面２１ｂに銅めっきの導体層を形成するとともにセンサーホルダ２０の上面に導体パターン２２を形成する。このセンサーホルダ２０は、その上面あるいは下面に形成した導体パターン２２に電子部品を電気接続させて設置することができる。あるいは、このセンンサーホルダ２０の下面に形成した導体パターンに、はんだボールや部品リード等の外部接続用電極を接合することができる。そして、マザーボードに部品ソケットを設置し、その部品ソケットの電極にセンサーホルダ２０の外部接続用電極を電気接続して使用することができる。あるいは、センサーホルダ２０の外部接続用電極を部品ソケットを介さずにマザーボードの導体パターンに直に半田付けすることもできる。

（球状弾性表面波素子）
球状弾性表面波素子１０は、図１（ａ）のように、直径１ｍｍ程度の球形の圧電体基材１１を主要部分とする。この圧電体基材１１は圧電性材料で形成され、圧電性材料として例えば水晶、ＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）やＬｉＴａＯ₃（タンタル酸リチウム）、ＢＳＯ（ビスマスシリコンオキサイド）、ランガサイト等が用いられる。北極側素子電極１３ａは、球状弾性表面波素子１０の圧電体基材１１の球面の領域で周回領域１２に被さらない領域に、圧電体基材１１に北極１１Ｎで接する平面から圧電体基材１１の直径の５分の１以上３分の１以下（好適には４分の１）の間隔で平行する平面までの間の圧電体基材１１の表面を覆う形に形成する。南極側素子電極１４ａは、南極１１Ｓを中心とする北極側素子電極１３ａと同じ制限条件で定まる大きさの電極を形成する。すなわち、圧電体基材１１に南極１１Ｓで接する平面から圧電体基材１１の直径の５分の１以上３分の１以下（好適には４分の１）の間隔で平行する平面までの間の圧電体基材１１の表面を覆う南極側素子電極１４ａを形成する。

球状弾性表面波素子１０の周回領域１２には、例えば、特定の蛋白質と結合する抗体から成る感応膜を形成しておく。また、例えば、気体分子を検出する弾性表面波装置では、周回領域１２に、真空環境中でパラジウム・ニッケル合金の薄膜を約３０ｎｍの厚さに蒸着して感応膜を形成する。周回領域１２に感応膜としてパラジウム・ニッケル合金の薄膜を形成した球状弾性表面波素子１０は、濃度１０ｐｐｍから１００％までの水素濃度を検出するガスセンサとして用いることができる。その他に、周回領域１２にその他の特定の分子に結合する感応膜を形成することで、気体中の微少量の匂い分子を検出する匂いセンサを構成することもできる。

以上のように球状弾性表面波素子１０をプリント配線板のセンサーホルダ２０に設置した後に、センサーホルダ２０のプリント配線板の導体パターン２２から、４０ＭＨｚから５００ＭＨｚの矩形波の電気パルスを加え、例えば４５ＭＨｚの近傍のＲＦバースト信号を印加する。このＲＦバースト信号は、北極接続導体３１を介して球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに伝達する。このＲＦバースト信号が球状弾性表面波素子１０の櫛型電極１５Ｎと１５Ｓから成る弾性表面波発生部１５に印加されることで弾性表面波を発生させる。その弾性表面波を周回領域１２を１回から５００回ほど周回させ、周回して戻って来た弾性表面波を、弾性表面波検出部を兼ねる弾性表面波発生部１５で検出する。弾性表面波が弾性表面波発生部１５に戻る時間は球状弾性表面波素子１０の周回領域１２の感応膜に物質が結合することで変わることを利用して、球状弾性表面波素子１０の周回領域１２の感応膜への物質の結合の有無を検出する。

この検出の正確さを図るために以下のように弾性表面波装置を構成することができる。すなわち、第１の球状弾性表面波素子１０を用意し、その周回領域１２の感応膜に被分析溶液を塗布して蛋白質を結合させ、更に、蛋白質を結合させない第２の球状弾性表面波素子１０を用意する。そして、第１の球状弾性表面波素子１０での測定結果と、第２の球状弾性表面波素子１０での測定結果を比較し、両者の違いを検出することで蛋白質を検出する弾性表面波装置を構成することができる。

本実施形態の、球状弾性表面波素子１０は、その北極側素子電極１３ａおよび南極側素子電極１４ａを、圧電体基材１１の結晶の中心を通る結晶のＺ軸１１ｚの端部の圧電体基材１１の位置から、少なくともその圧電体基材中の高さの５分の１の高さの位置までの圧電体基材の球面の部分を占有する大きさに形成するので、南極側素子電極１４ａをセンサーホルダ２０のスルホール２１の位置に合わせる位置合わせの許容度が大きい効果がある。そのため、球状弾性表面波素子１０が小さくても、それをセンサーホルダ２０へ設置する操作が容易であり、その位置調整コストが低い効果がある。また本実施形態は、球状弾性表面波素子１０の下側の南極側素子電極１４ａをセンサーホルダ２０のスルホール２１に設置することで位置を合わせて保持し、その次に、その球状弾性表面波素子１０の上側の北極側素子電極１３ａを北極接続導体３１で押さえることで上下から押さえて支えるので、球状弾性表面波素子を左右の電極の間に力を加えて押し込んで設置位置を調整する必要が無く、球状弾性表面波素子を設置する力加減の調整コストを低減できる効果がある。

（変形例１）
図２（ａ）は、本実施形態の変形例１の椀状金具３０の斜視図である。図２（ｂ）は、変形例１の球状弾性表面波素子をセンサーホルダへ設置する過程を示す図である。図２（ｃ）は、球状弾性表面波素子１０を設置するセンサーホルダ２０のプリント配線板と、それに埋め込んだ椀状金具３０の断面図と、その椀状金具３０を組み込んだセンサーホルダ２０に設置した球状弾性表面波素子１０の側面を示す図である。

（弾性表面波装置の全体構造）
図２（ａ）の椀状金具３０は、取り付け部をセンサーホルダ２０のプリント配線板の表面に平行な円板状のフランジに形成し、その取り付け部を下から２本の平行する板状の帯状保持板４０で支えることで椀状金具３０を保持できるようにする。また、椀状金具３０は、球状弾性表面波素子１０の球面と一致する曲率の湾曲した底部を形成し、また、その底に球状弾性表面波素子１０の底部を露出させる開口部を形成する。この開口部を設けることで、この椀状金具３０に球状弾性表面波装置１０を設置した後に、その下から、その下に露出した球状弾性表面波装置１０を押し上げることで球状弾性表面波装置１０を椀状金具３０から容易に押し出せる効果がある。球状弾性表面波素子１０は、図１（ａ）と同様な形状に形成する。

この球状弾性表面波素子１０を設置するセンサーホルダ２０のプリント配線板に球状弾性表面波素子１０の直径より小さな直径のスルホール２１を形成する。そして、センサーホルダ２０のプリント配線板の上面に銅めっきパターンなどの金属の導体パターン２２を形成し、それにリン青銅などの板バネに金めっきを形成して成る北極接続導体３１をはんだ付けする。

次に、図２（ｂ）のように、球状弾性表面波素子１０を、その結晶のＺ軸１１ｚの方向を垂直方向に向け、椀状金具３０にその南極側素子電極１４ａを接触させて設置する。次に、北極接続導体３１をセンサーホルダ２０から持ち上げて、球状弾性表面波素子１０を設置する空間をあける。次に、球状弾性表面波素子１０を設置した椀状金具３０を、下から帯状保持板４０で保持しつつ、センサーホルダ２０のスルホール２１の位置まで移動させる。次に、持ち上げていた北極接続導体３１を元に戻すことで、北極接続導体３１を球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極に押し付ける。次に、板状の帯状保持板４０を引き抜き、図２（ｃ）の構造を組み立てる。

＜第２の実施形態＞
弾性表面波装置の第２の実施形態を図３のように構成することができる。
（弾性表面波装置の構造）
図３（ａ）に、第２の実施形態を、球状弾性表面波素子１０を設置するセンサーホルダ２０のプリント配線板の断面図と、それに設置した球状弾性表面波素子１０の側面図で示す。センサーホルダ２０に球状弾性表面波素子１０の直径の７割から８割程度の直径のスルホール２１を導体パターン２２とともに銅めっきのパターンで形成する。すなわち、そのスルホール２１の側壁面２１ｂに銅めっきの導体層を形成し、銅めっきの導体パターン２２をセンサーホルダ２０の上面に形成し、導体パターン２３を下面に形成する。更に、スルホール２１には、銅めっきの導体層の上に更に金めっき層を形成する。そのスルホール２１の開口部２１ａに、結晶のＺ軸１１ｚの方向をセンサーホルダ２０の基板面に垂直に向けた球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａを接触させて保持し、南極側素子電極１４ａをスルホール２１の開口部２１ａに電気接続する。球状弾性表面波素子１０は、その南極１１Ｓから直径の４分の１程度の高さまでの部分をセンサーホルダ２０のスルホール２１に埋め込む。

一方、センサーホルダ２０の下の基板面の導体パターン２３に、リン青銅などの板バネに金めっきして成る南極接続導体３２を半田付けし、その南極接続導体３２をスルホール２１の下側から球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａに押し当てて球状弾性表面波素子１０を保持するとともに電気接続させる。そして、センサーホルダ２０のプリント配線板の上面の導体パターン２２にリン青銅などの板バネから成る北極接続導体３１をはんだ付けし、その北極接続導体３１を球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに接触させて電気接続するとともに球状弾性表面波素子１０を押さえて支える。

（変形例２）
図３（ｂ）は、第２の実施形態の変形例２を示す。変形例２では、南極接続導体３２を除外し、センサーホルダ２０のスルホール２１の開口部２１ａだけで球状弾性表面波素子１０の南極１１Ｓ側を保持し、かつ、南極側素子電極１４ａに電気接続させる。また、球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに北極接続導体３１を電気接続し、かつ、北極接続導体３１で球状弾性表面波素子１０を押さえて支える。

本実施形態では、球状弾性表面波素子１０の下側をセンサーホルダ２０のスルホール２１に位置を合わせて設置した上で、球状弾性表面波素子１０の上側を北極接続導体３１で押さえるので、球状弾性表面波素子１０を左右の電極の間に力を加えて押し込んで設置位置を調整する必要が無い効果がある。また、本実施形態は、第１の実施形態の球状弾性表面波素子１０の下側を保持する椀状金具３０の替りに簡易な南極接続導体３２を用いるので、弾性表面波装置の製造コストを低減できる効果がある。

＜第３の実施形態＞
弾性表面波装置の第３の実施形態を図４のように構成することができる。図４（ａ）に、球状弾性表面波素子１０を設置する第３の実施形態のセンサーホルダ２０のプリント配線板の断面図と、それに設置した球状弾性表面波素子１０を側面図で示す。
（センサーホルダ）
本実施形態では、センサーホルダ２０のスルホール２１を、その側壁面２１ｂを基板面から４５度傾けた円錐面状に形成する。そのスルホール２１の側壁面２１ｂおよび導体パターン２２を銅めっきで形成し、その少なくとも側壁面２１ｂの銅の表面に金めっき（あるいは銅の表面にニッケルめっきした上に金めっき）を施す。ここで、この円錐面状の側壁面２１ｂは、球状弾性表面波素子１０の球面と一致する湾曲した円錐面状に形成することもできる。

（弾性表面波装置の構造）
そして、球状弾性表面波素子１０を、センサーホルダ２０のスルホール２１に、圧電体基材１１の結晶のＺ軸１１ｚの方向をその基板面に垂直方向に向け、球状弾性表面波素子１０の南極１１Ｓ側から高さの２分の１程度まで埋め込んで設置する。球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａをセンサーホルダ２０のスルホール２１の円錐面状の側壁面２１ｂに接触させて電気接続させ、かつ、それにより球状弾性表面波素子１０を保持する。ここで、円錐面状の側壁面２１ｂを、球状弾性表面波素子１０の球面と一致する湾曲した円錐面状に形成した場合は、その側壁面２１ｂが球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａに面で接して球状弾性表面波素子１０を保持できるので、側壁面２１ｂが球状弾性表面波素子１０を保持する力を分散でき、側壁面２１ｂの寿命を長くできる効果がある。また、センサーホルダ２０のプリント配線板の下面の導体パターン２３に、リン青銅などの板バネから成る南極接続導体３２を半田付けし、その南極接続導体３２をスルホール２１の下側から球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａに押し当てて電気接続させ、かつ、球状弾性表面波素子１０を保持する。そして、センサーホルダ２０のプリント配線板の上面の導体パターン２２にリン青銅などの板バネから成る北極接続導体３１をはんだ付けし、その北極接続導体３１を球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに接触させて電気接続するとともに球状弾性表面波素子１０を押さえて支える。

（変形例３）
図４（ｂ）は、第３の実施形態の変形例３を示す。変形例３では、南極接続導体３２を除外し、センサーホルダ２０のスルホール２１の側壁面２１ｂだけで球状弾性表面波素子１０を保持し、かつ、南極側素子電極１４ａに電気接続させる。また、球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに北極接続導体３１を電気接続し、かつ、北極接続導体３１で球状弾性表面波素子１０を押さえて支える。

本実施形態では、球状弾性表面波素子１０を、センサーホルダ２０の円錐面状に形成したスルホール２１の側壁面２１ｂに接触させて保持するので、球状弾性表面波素子１０をセンサーホルダ２０の奥深くまで埋め込める効果があり、これにより、球状弾性表面波素子１０の最上部のセンサーホルダ２０の上面からの高さを低くでき、弾性表面波装置がセンサーホルダ２０と一体になった厚さを薄くすることができる効果がある。

＜第４の実施形態＞
弾性表面波装置の第４の実施形態を図５のように構成することができる。図５（ａ）に、球状弾性表面波素子１０を設置する第４の実施形態のセンサーホルダ２０のプリント配線板の断面図と、それに設置した球状弾性表面波素子１０を側面図で示す。本実施形態が第３の実施形態と異なる点は、北極保持電極３１を、センサーホルダ２０のプリント配線板と分離した上側ホルダ２４のプリント配線板に設置した点である。

（弾性表面波装置の構造）
本実施形態では、第３の実施形態と同様なセンサーホルダ２０を用い、すなわち、スルホール２１を、その側壁面２１ｂを基板面から４５度傾けた円錐面状に形成し、スルホール２１の側壁面２１ｂに球状弾性表面波素子１０の南極側素子電極１４ａを接触させて設置する。また、上側ホルダ２４のプリント配線板を、センサーホルダ２０と同様な形状に、そのスルホール２５を、その側壁面２５ｂを基板面から４５度傾けた円錐面状に形成し、そのスルホール２５の側壁面２５ｂを球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに接触させる。また、上側ホルダ２４のプリント配線板の上面の導体パターン２６に、リン青銅などの板バネから成る北極接続導体３１を半田付けし、その北極接続導体３１をスルホール２５の上側から球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａに押し当てて電気接続させ、かつ、球状弾性表面波素子１０を保持する。こうして、球状弾性表面波素子１０の南極１１Ｓ側から高さの２分の１程度までセンサーホルダ２０に埋め込み、球状弾性表面波素子１０の北極１１Ｎ側から高さの２分の１程度まで上側ホルダ２４に埋め込み設置する。

（変形例４）
図５（ｂ）は、第４の実施形態の変形例４を示す。変形例４では、上側ホルダ２４のプリント配線板には、球状弾性表面波素子１０の北極１１Ｎ側を保持するスルホール２５は形成せず、上側ホルダ２４のプリント配線板の下面の導体パターン２７にリン青銅などの板バネから成る北極接続導体３１をはんだ付けした北極接続導体３１を用いる。すなわち、センサーホルダ２０のスルホール２１の側壁面２１ｂを南極側素子電極１４ａに電気接続させ、球状弾性表面波素子１０を下から保持し、北極側素子電極１３ａを上側ホルダ２４の北極接続導体３１で上から押さえて球状弾性表面波素子１０を上から支える。

＜第５の実施形態＞
ここで、第５の実施形態は、図６のように、センサーホルダ２０と上側ホルダ２４を蝶番２８により連結した構造のセンサーホルダを用いる。
（弾性表面波装置の組み立て方法）
（工程１）
先ず、図６（ａ）にように、センサーホルダ２０上に球状弾性表面波素子１０を設置する。
（工程２）
次に、被分析蛋白質が溶解している被分析溶液を球状弾性表面波素子１０の上から、すなわち北極１１Ｎ側から滴下し球状弾性表面波素子１０の球面を流れ下らせ周回領域１２の感応膜まで流して塗布し、乾燥させる。
（工程３）
次に、図６（ｂ）のように、球状弾性表面波素子１０をセンサーホルダ２０と上側ホルダ２４で挟んで保持する。すなわち、センサーホルダ２０のスルホール２１に南極側素子電極１４ａを接触させて保持し、球状弾性表面波素子１０の上から、その北極側素子電極１３ａに上側ホルダ２４のプリント配線板の導体パターン２７に接合した板バネから成る北極接続導体３１を押し当て機械的に接触させることで電気接続させ、かつ、保持する。

本実施形態は、球状弾性表面波素子１０を、センサーホルダ２０に蝶番２８で連結した上側ホルダ２４から速やかに外し、次に、センサーホルダ２０のスルホール２１に設置した球状弾性表面波素子１０を、エアーピンセットなどの保持手段で自由に摘んで入れ替えることで速やかに交換することができる効果がある。

＜第６の実施形態＞
図７に第６の実施形態の弾性表面波装置の製造工程を示す。
（センサーホルダ）
（工程１）
図７（ａ）の断面図と図７（ｂ）の平面図のように、センサーホルダ２０のプリント配線板に円錐面状のスルホール２１を形成し、銅めっきパターンにより、スルホール２１の側壁面２１ｂとセンサーホルダ２０のプリント配線板の表面に導体パターン２２と導体パターン２６を形成する。スルホール２１の下側の開口部の直径は、球状弾性表面波素子１０の直径の４分の１程度の直径に形成する。スルホール２１の上側の開口部の直径を球状弾性表面波素子１０の直径の０．７０７倍以上に形成することで、球状弾性表面波素子１０がスルホール２１の側壁面２１ｂに接するようにする。

（工程２）
図７（ｃ）の平面図のように、センサーホルダ２０に、打ち抜き型の加工などでスルホール２１を横切るスリット状透孔３３を形成する。このスリット状透孔３３の幅は球状弾性表面波素子１０の直径の０．３倍以上で０．７倍以下の幅に形成する。このスリット状透孔３３によりスルホール２１の側壁面２１ｂの導体が、側壁面２１ｃの導体と側壁面２１ｂの導体に分割される。次に、この側壁面２１ｃの導体と側壁面２１ｂの導体にはんだをプリコートしたセンサーホルダ２０を製造する。
（工程３）
図７（ｄ）の平面図と図７（ｅ）の側面図のように、このセンサーホルダ２０上に球状弾性表面波素子１０を設置する。その際に、球状弾性表面波素子１０を、その結晶のＺ軸１１ｚの方向を、側壁面２１ｂと側壁面２１ｃを結ぶ線に平行に、すなわち、センサーホルダ２０の面に平行に配向させる。そして、球状弾性表面波素子１０を、その北極側素子電極１３ａをスルホール２１の側壁面２１ｂに接触させ、南極側素子電極１４ａを側壁面２１ｃに接触させてセンサーホルダ２０に設置する。この設置の際に、側壁面２１ｃと側壁面２１ｂにプリコートしたはんだを再溶融させることで、球状弾性表面波素子１０の北極側素子電極１３ａを側壁面２１ｂにはんだ付けし、南極側素子電極１４ａを側壁面２１ｃにはんだ付けして弾性表面波装置を完成させる。

（変形例５）
変形例５では、本実施形態のセンサーホルダ２０と同様にセンサーホルダ２０に円錐面状のスルホール２１を形成し、また、球状弾性表面波素子１０の周回領域１２の一部に対向する透孔３４を形成した上側ホルダ２９を製造する。透孔３４としては、円錐面状のスルホールを分断するスリット状長孔を透孔３４として形成できる。また、円錐面状のスルホールの貫通孔部分を透孔３４として両用することも可能である。
（工程１）
変形例５の工程１は第６の実施形態の工程１と同様な処理を行う。
（工程２）
一方、工程２では、側壁面２１ｃの導体と側壁面２１ｂの導体上にはんだをプリコートせずに、それらの導体層上にニッケルめっき層を形成し、その上に金めっき層を形成する。
（工程３）
そして、工程３では、はんだの再溶融は行わずに球状弾性表面波素子１０を、その北極側素子電極１３ａをスルホール２１の側壁面２１ｂに接触させ、南極側素子電極１４ａを側壁面２１ｃに接触させてセンサーホルダ２０に設置する。次に、工程４を行う。
（工程４）
センサーホルダ２０に設置した球状弾性表面波素子１０の上に、上側ホルダ２９を、円錐面状スルホール２１の最大開口を下に向けて被せ、球状弾性表面波素子１０を下側のセンサーホルダ２０と上側ホルダ２９で挟んで保持する。こうして、球状弾性表面波素子１
０がセンサーホルダ２０と上側ホルダ２９で保持されるとともにその素子電極がセンサーホルダ２０のプリント配線板の導体パターンに電気接続された弾性表面波装置が得られる。

（第６の実施形態の効果）
第６の実施形態では、弾性表面波装置の上から、球状弾性表面波素子１０の上に露出した周回領域１２の感応膜に被分析液を塗布する。また、変形例５では弾性表面波装置の上側ホルダ２９の透孔３４の上から、透孔３４で露出した周回領域１２の感応膜に、被分析液を塗布する。ここで、被分析液は、周回領域１２の感応膜の一部に、すなわち、弾性表面波発生部１５以外の部分に、被分析液を塗布して感応膜に結合する蛋白質を検出する。本実施形態は、周回領域１２が球状弾性表面波素子１０の直上にあるため、被分析液の周回領域１２の感応膜への塗布が容易になる効果がある。また、変形例５では、周回領域１２が球状弾性表面波素子１０の直上にあるため、上側ホルダのその位置に透孔３４を形成し透孔３４により周回領域１２の部分を露出させることができるため、分析液の周回領域１２の感応膜への塗布が容易になる効果がある。

（ａ）本発明の第１の実施形態の球状弾性表面波素子の斜視図である。（ｂ）本発明の第１の実施形態の椀状金具の斜視図である。（ｃ）本発明の第１の実施形態のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ａ）本発明の第１の実施形態の変形例１の椀状金具の斜視図である。（ｂ）変形例１の、球状弾性表面波素子をセンサーホルダへ設置する過程を示す図である。（ｃ）変形例１の、センサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ａ）本発明の第２の実施形態のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子と側面を示す図である。（ｂ）本発明の第２の実施形態の変形例２のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ａ）本発明の第３の実施形態のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ｂ）本発明の第３の実施形態の変形例３のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ａ）本発明の第４の実施形態のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ｂ）本発明の第４の実施形態の変形例４のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ａ）本発明の第５の実施形態の、球状弾性表面波素子をセンサーホルダで保持する過程を示すセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。（ａ）本発明の第５の実施形態のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。本発明の第６の実施形態の弾性表面波装置の製造工程を示す図である。（ａ）工程１でのセンサーホルダの製造途中の図７（ｂ）ＡＡ’部断面図である。（ｂ）工程１でのセンサーホルダの製造途中の平面図である。（ｃ）工程２でのセンサーホルダの平面図である。（ｄ）工程３でのセンサーホルダと球状弾性表面波素子の平面図である。（ｅ）工程３でのセンサーホルダの図７（ｄ）ＢＢ’部の断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。変形例５のセンサーホルダの断面と球状弾性表面波素子の側面を示す図である。

符号の説明

１０・・・球状弾性表面波素子
１１・・・圧電体基材
１１Ｎ・・・北極
１１Ｓ・・・南極
１１ｚ・・・結晶のＺ軸
１２・・・周回領域
１３・・・素子電極
１３ａ・・・北極側素子電極
１４ａ・・・南極側素子電極
１５・・・弾性表面波発生部
１５Ｎ、１５Ｓ・・・櫛型電極
２０・・・センサーホルダ
２１、２５・・・スルホール
２１ａ・・・開口部
２１ｂ、２１ｃ・・・側壁面
２２、２３、２６、２７・・・導体パターン
２４、２９・・・上側ホルダ
２８・・・蝶番
３０・・・椀状金具
３１・・・北極接続導体
３２・・・南極接続導体
３３・・・スリット状透孔
３４・・・透孔
４０・・・帯状保持板

Claims

球状の圧電体基材を有し、前記圧電体基材の結晶のＺ軸に垂直で前記圧電体基材の中心を通る平面と前記圧電体基材の表面との交線に沿った周回領域の部分に一対の櫛型電極を有し、前記結晶のＺ軸に垂直な平面が前記圧電体基材に接する接点を北極と南極とする場合に、前記圧電体基材の球面に一方の前記櫛型電極に接続し、前記北極に接する平面に平行して前記北極から前記圧電体基材の寸法の５分の１以上３分の１以下の間隔で平行する平面と前記北極の間の前記圧電体基材の表面を覆う北極側素子電極を有し、前記南極から前記圧電体基材の寸法の５分の１以上３分の１以下の間隔で平行する平面と前記南極の間の前記圧電体基材の表面を覆う南極側素子電極を有し、前記南極側素子電極が他方の前記櫛型電極に接続する球状弾性表面波素子を備え、前記球状弾性表面波素子がセンサーホルダのスルホールに設置された弾性表面波装置において、
前記スルホールの側壁面を円錐面状に形成し、前記スルホールがスリット状透孔で分断され、前記スルホールの側壁面の導体が前記スリット状透孔で２つの導体に分断され、前記分断された導体が、前記球状弾性表面波素子の前記北極側素子電極と前記南極側素子電極に各々接触し電気接続し、前記球状弾性表面波素子の前記周回領域が前記スリット状透孔の位置に配置されたことを特徴とする弾性表面波装置。
前記球状弾性表面波素子を間に挟んで前記センサーホルダに対向する上側ホルダを有し、前記球状弾性表面波素子の上部を前記上側ホルダで保持し、前記上側ホルダに前記球状弾性表面波素子の前記周回領域の部分を露出させる透孔を形成したことを特徴とする請求項１記載の弾性表面波装置。
前記センサーホルダと前記上側ホルダが蝶番で結合されて開閉する構造を有することを特徴とする請求項２に記載の弾性表面波装置。