JP5678167B2 - フィルムキャリアを有する共振子を備える測定装置、ハンドピース - Google Patents
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Description
この目的のために、水晶振動子は、測定面に感受性領域を有する。
操作を簡略化するため、および、シールするために、水晶振動子の測定面は、フィルムと接合されている。
このフィルムは、水晶振動子の感受性領域に到達できるようにする開口を有している。
このフィルムは、水晶振動子全体の上側エッジに接着されている。
この配置は、フィルムもろとも、ベース支持ユニットに挿入されており、支持手段には水晶振動子との接触のための接触点が設けられている。
接触は、測定チャンバをフィルム上に配置して、支持手段に設けられた接触点に対して水晶を押圧することによって達成される。
しかしながら、この配置の欠点は、外側から水晶に力を加える必要があるため、この配置に必ず何らかの装置を含めなければならないことである。
このような装置は、水晶/フィルムの配置を適切な位置に機械的に固定するが、これによって自動的に、センサ表面上に非効率な部分(dead volume)が生まれる結果となっている。
本発明では、水晶振動子が、ハウジングのエッジ領域上に載置されるようにセンサヘッドに挿入されている。
水晶振動子の感受性エリアは、適切な位置への水晶振動子の固定も行うOリングによってシールされている。
この実施例では、このOリングを使用した結果、今度は、上部の開いている測定チャンバが非効率な部分の形成をもたらしている。
さらに、センサヘッドが比較的大きい寸法であるため、その設計は、比較的大きい容器への浸漬しか可能としない。
蓋が、水晶キャリアと共振子と回路基板とを包含しており、非ポジティブ、および、ポジティブ型ロッキング(non−positive and positive form locking)によってすべてを保持している。
さらに、測定装置は、柔軟に使用され得るべきであり、また、その感受性センサ表面の上方にいかなる非効率な部分も有すべきではない。
個々のフィルムは、個々のフィルム部の切り取り(cutting out)、および/または、個々のフィルム部の切り抜き(taking out)、ならびに、個々のフィルムの接合を単に含むそれらの加工によって簡単に用意することができる。
これにより、使い捨て品の形態の正確な検出手段を用意することが可能となる。
最終フィルムは、共振子をベース支持ユニット内のその適切な位置に固定して、電気的接触が確実になるようにこの共振子を引っ張る。
最終フィルムは流体密封するように共振子に貼り付けられ、また、最終フィルムは共振子の感受性エリアへ到達させるための開口を含んでいる。
最終フィルムが共振子を引っ張り、および、この共振子を適切な位置に固定するという事実は、共振子が接触位置に保持されることを確実にし、かつ、極めて少量の材料が最終フィルムによって付け加えられるため、感受性エリアで非効率な部分のない測定が実行されることを可能とする。
さらに、共振子は、最小限のプレテンションをかけられているだけだが、これにより、明らかに測定結果が改善される。
この場合、接触のために、共振子は、これらの導体経路に取り付けられているが、これらの導体経路の厚さは、接触パッドがボトムフィルムから離間された取り付けられた共振子を維持する程度の厚さであるのが好ましい。
この支持フィルムは、この支持フィルム上に取り付けられた共振子がこの支持フィルムのエッジにのみ載置されるように設計されている。
支持フィルムは、ボトムフィルムから特定の距離だけ離間された共振子の維持を補助する。
より具体的には、共振子接触パッドが、支持フィルム上に設けられている。
その結果、さらに導体経路が、支持フィルム上に設けられている。
このスペーサフィルムは開口を有しており、この開口を介して共振子は支持フィルム、または、同様にボトムフィルムに取り付けられてもよい。
開口の直径は、共振子の横方向の自由な振動が可能となるようにこの開口を介して取り付けられるこの共振子の直径よりもわずかに大きくなるように選択され得るのが好ましい。
この設計には、共振子の唯一の電極がこの開口を介して到達され得るため、短絡が防止されるという利点がある。
したがって、ベース支持ユニットは、その上面と共振子の表面とがほぼ同一平面となるように設計されてもよい。
結果的には、共振子は、何らかのプレテンション、および/または、締め付けのみを利用して適切な位置に保持されてもよい。
詳細には、スペーサフィルムの厚さは、その上面が共振子の表面から約50μm離間されるようになっている。
スペーサフィルムの厚さは、d=(c/f)/2−xと計算され、この場合、cは音速であり、fは共振子の共振周波数であり、および、xは所望のプレテンションの関数としての高さの差である。
厚さd≦0という結果を得た場合、スペーサフィルムは必要ない。
その際、このことは、関連する測定ユニットによって評価されてもよい。
この電極は、共振子のエッジを越えて、水晶の底部側にまで広がっており、この場合、この電極は、2つの導体経路のうちの一方との接触のための接触パッドとして機能する。
さらに、水晶の底部側には、底部側の表面全体を覆っておらず、したがって第1の電極から電気的に分離され、および、2つの導体経路のうちの他方と接続された別の電極が備わっている。
さらに、このような層は、水晶振動子を接触パッド上の適切な位置に固定する。
このことは、共振子の表面を汚染する危険を常に含んでいる共振子自体への接着剤の添加が必要ないため、その製造を明らかに単純化するという利点を有する。
さらに、プレテンションのみによって共振子を支持することは、共振子は、横方向に自由に振動することができるため、共振子の振動挙動に有益な効果を有する。
このことは、別の接着剤を添加する必要がないため、製造を容易にする。
支持構造、例えば、その接合のエリアが曲がっている場合、このことは共振子の振動特性にごくわずかな悪影響を与えるだけである。
さらに、このことは、吸着の測定を不可能にする気泡がセンサ表面の上方に形成されることを防止する。
この結果、最終フィルムは、振動振幅が最小であるエッジ領域にのみ載置されている。
結果的に、最終フィルムによる共振子の減衰は、最小限となる。
接着ボンドは、熱接着ボンドの形態であり得ることが好ましい。
これにより、上記の配置における個々の部品の位置を正確に合わせて、これらを熱エネルギーの影響下で相互に接着することが可能となる。
これによって、ある程度の安定性が確保される一方で、蒸着を用いるさらなる処理が可能となる。
さらに、共振子が導体経路に押圧された際にこの共振子と接触するこの導体経路が設けられている。
導体経路は支持フィルム上に備え付けられ得るのが好ましい。
共振子が導体経路を介してフィルムから離間されるため、応力が回避され、また、共振子の容易な接触が可能である。
支持フィルム上の接触点は金から作製されることが好ましい。
低剛性のフィルムを使用することによって上記の配置を基本的に可撓性とすることには、フィルムの配置が壊れにくくなるという利点がある。
これにより、導入応力が明らかに減少するため、得られる測定結果の品質が向上する。
このことは、次の測定のために共振子が汚染されないことを保証するため、とりわけ有利である。
この単純な交換可能性は、本発明に係る設計が共振子を備える測定装置の安価な実施態様であるがゆえに実現される。
回路基板接触パッドの形態の接触点が、設けられている。
これらの接触点は支持フィルム上に設けられ得るのが好ましい。
キャリアフィルム、または、さらには最終フィルムが支持フィルムの上方に備えられる場合、これらのフィルムは回路基板接触パッドの領域にこの回路基板接触パッドへの到達を可能とする開口を有する。
回路基板接触パッドは、そこに備え付けられた導体経路とは対照的に平坦、かつ、薄くされ得るのが好ましい。
これにより、最も多様な応用が可能となる。
例えば、測定装置は探触子の先端を有する探触子ステーションに単に接触され得、分析される試料流体はピペットを用いて共振子に添加され得る。
これにより、この配置をとりわけ単一試験にとって興味深いものとする一般的な実験設備との関連において、この測定装置を使用することが可能となる。
この結果、測定装置の全体の厚さは、極めて小さくなる。
水晶振動子を収容する支持ユニットのこの非常に薄い設計によって、様々な用途において(最小の試料容量を含む最小の容器においてさえ)測定装置を使用することが可能となる。
これにより、水浸探触子として使用される場合に、必要な測定容量を可能な限り小さく維持するために水晶振動子を容器の底に可能な限り近く移動させることが可能となる。
とりわけ高価な流体試料に関して、このことは、莫大な費用節約の潜在性を有する。
この結果、ハンドピースの第1の端部は、回路基板状の測定装置、または、支持ユニットのための収容兼接触手段を含む。
このことは最小寸法を保証し、これにより、測定装置が少量の液体試料にも使用されることが可能となる。
この構成では、水晶振動子は、材料、物質、および/または、微生物の流体中の濃度を検出、および/または、測定するための水浸探触子としても使用され得る。
接触は、ばねクリップによって達成される。
より正確には、このばねクリップは、2つの部分からなる構造として設計されており、2つのクリップ接触部は、絶縁体を介して連結されている。
絶縁体は、2つの端部を相互に安定的に保持し、測定装置の挿入を確実にするためにこれらを同時に動かすことを可能とする。
この実施例は、同じ1つのクランプが適切な位置での機械的固定、および、回路基板接触パッドの電気的接触の双方を達成するために使用され得るという利点を有する。
より具体的には、ハウジングに導入されるクランプは、湿気からシールされており、このことは、例えば、シリコーンを用いてハウジングをシールすることによって達成されてもよい。
さらに、クランプの端部は、ハウジング内の接続回路基板まで延設され、この接続回路基板にはんだ付けされるように作製されている。
ハンドピースの第1のハンドピース部品には、ケーブル、または、さらなる電子機器が、収容されてもよい。
第2のハンドピース部品の自由端には、測定装置のための収容手段が備わっており、第2のハンドピース部品のもう一方の端には、ハンドピースの第1のハンドピース部品との接触、および、接続のための接続回路基板が備わっている。
第2のハンドピース部品は、第1のハンドピース部品の内部スペースが湿気から保護されるようにハンドピースの第1のハンドピース部品と結合されている。
この結果、2つのハンドピース部品は、シールリングを介して相互に対してシールされてもよい。
ハンドピースの部品は、移行領域で重なるのが好ましい。
結果的に、第2のハンドピース部品内に配置された接続回路基板は、第1のハンドピース部品内にも延在している。
このコネクタについては、とりわけBNCコネクタの形態のものが備えられる。
本発明にとって本質的であるさらなる詳細、および、利点は、図面、および、その説明から知ることができる。
図面の全体にわたって使用される参照符号は、符号の説明に列挙されている。
共振回路基板10は、ボトムフィルム12と支持フィルム14とスペーサフィルム16とからなるベース支持ユニット26を備えている。
さらに、共振子(水晶振動子)20をベース支持ユニット26内のその適切な位置に固定している最終フィルム18が、備わっている。
さらに、支持フィルム14は、導体経路22を含んでいる。
これらの導体経路22は、共振子(水晶振動子)20のエッジにおける共振子接触点(22)において終端している。
支持フィルム14の上側には、共振子接触点(22)が備わっている。
共振子20は、同様に、その底部側にその電極のための接触点を有しており、この接触点を介して共振子接触点(22)に載置されている。
共振子20を適切な位置に固定するために、共振子20の上側(同様に、共振子の感受性素子(sensitive element)を含む)は、共振子20のエッジ領域にのみ載置されている最終フィルム18に接着されている。
スペーサフィルム16の厚さは、スペーサフィルム16に接着されている最終フィルム18が共振子20に加える圧力が可能な限り小さくなることを確実にする厚さとなっている。
なお、加えられる圧力は、共振子20の接触面と共振子接触点(22)とを永久的、かつ、確実に電気的に接続するために十分な大きさである。
この配置によって、単純な方法でその寸法、および、その上に設けられた接触点により柔軟に、かつ、容易に使用することのできる共振回路基板10が作られている。
さらに、その安価な設計により、共振回路基板10は、使い捨て品として使用することもできる。
これは、汚染の可能性を完全に排除すべき測定に対して特に有用である。
共振回路基板10の形状は略正方形であり、また、共振回路基板10の上部は最終フィルム18によって画定されている。
さらに、共振子20の感受性領域が、この中に示されている。
支持フィルム上に配置されたコネクタ接触点24、および、導体経路22が、図に示されているにすぎない。
導体経路22は、共振子接触点(22)とコネクタ接触点24とを接続している。
コネクタ接触点24は、最終フィルム18の開口を介して外部から到達可能である。
ベース支持ユニット30の中央部分は、支持フィルム34によって構成されている。
支持フィルム34は、導体経路42を介してコネクタ接触点40と接続されている水晶接触点44を有する。
コネクタ接触点40、および、水晶接触点44は、化学的に金めっきを施されており、各々の厚さは、約1〜2マイクロメータである。
2つの接触点(40、44)は、厚さ約35マイクロメータの銅の導体経路42と接続されている。
ベース支持ユニット30を形成するために、ボトムフィルム32と、支持フィルム34と、スペーサフィルム36とは、シリコーン含有アクリル接着剤を用いて相互に接着されている。
厚さ約25マイクロメータの接着層が、堆積されている。
測定装置を得るために、共振子52が、ベース支持ユニット30に設けられた水晶開口48に挿入され、そこで最終フィルム54を用いて接着されている。
最終フィルム54は、単に共振子52のエッジに載置されているだけである。
最終フィルム54は、共振子52の残りの部分から感受性共振子表面をシールしている。
これによりさらに、スペーサフィルム36からの共振子52の円周方向の距離が維持され、共振子52は自由に振動することができる。
ベース支持ユニット30、および、最終フィルム54によって、共振回路基板50の前部は、いかなる流体の侵入からも完全にシールされている。
このことは、この配置をとりわけ水浸探触子としての使用にも適したものとしている。
共振回路基板50を収容するために、前端には、共振回路基板接触点62と係合し、これらを介して共振回路基板50をハンドピースと接触させると同時に、そのばね効果によって共振回路基板50を適切な位置に固定する接触クランプ60が備わっている。
第1のハンドピース部品56、および、第2のハンドピース部品58は、シールリング64を介して相互に連結されている。
これにより、第2のハンドピース部品58への流体、または、湿気の進入が防止される。
第2のハンドピース部品58の遠位端には、この第2のハンドピース部品58と電源、および、測定装置とを接続するために使用され得るBNCコネクタ66が配置されている。
ハンドピースの部品(56、58)は、PEEKから作製されるが、これは、PEEKが、特に化学物質、および、温度に対する耐性を有し、さらには、電気絶縁体を構成するからである。
さらに、ハンドピース、特にその第2のハンドピース部品58は、追加の電気信号処理手段、または、他の電気回路のための支持体として使用されてもよい。
ここで特に留意すべきことは、接触クランプ60が絶縁体連結部70を介して相互に連結された第1の接触部68、および、第2の接触部72からなることである。
第1の接触部68、第2の接触部72の遠位端は、ハンドピースの第1のハンドピース部品56に収容されている。
さらに、これらの収容端は、第1の接触部68、および、第2の接触部72がハンドピースの第2のハンドピース部品58の接触面にばね荷重を加えるような形状に形成されている。
さらに、収容手段は、共振回路基板50の測定装置の調節のための横方向ガイドを含んでいる。
第1の接触部68、および、第2の接触部72の端部は、接続回路基板76に収納されている。
接続回路基板76は、安全を確保し、第1のハンドピース部品56と第2のハンドピース部品58との間の接触を確実にするために導電接触を増加させている。
2つの接触部(68、72)を連結している絶縁体連結部70は、絶縁体連結部70が2つの接触部(68、72)を電気的に分離し、かつ、機械的に連結するだけでなく、接触部(68、72)の特別な形状により共振回路基板50の接続のための制御部材としても機能するというさらなる利点を有する。
絶縁体連結部70は、容易に到達可能であり、したがって、何の問題もなく手を伸ばして持ち上げることができる。
12 ・・・ ボトムフィルム
14 ・・・ 支持フィルム
16 ・・・ スペーサフィルム
18 ・・・ 最終フィルム
20 ・・・ 共振子
22 ・・・ 導体経路(共振子接触点)
24 ・・・ コネクタ接触点
26 ・・・ ベース支持ユニット
30 ・・・ ベース支持ユニット
32 ・・・ ボトムフィルム
34 ・・・ 支持フィルム
36 ・・・ スペーサフィルム
38 ・・・ 導体経路
40 ・・・ コネクタ接触点
42 ・・・ 導体経路
44 ・・・ 水晶接触点
46 ・・・ 接触開口
48 ・・・ 水晶開口
50 ・・・ 共振回路基板
52 ・・・ 共振子
54 ・・・ 最終フィルム
56 ・・・ 第1のハンドピース部品
58 ・・・ 第2のハンドピース部品
60 ・・・ 接触クランプ
62 ・・・ 共振回路基板接触点
64 ・・・ シールリング
66 ・・・ BNCコネクタ
68 ・・・ 第1の接触部
70 ・・・ 絶縁体連結部
72 ・・・ 第2の接触部
74 ・・・ 部品接触部
76 ・・・ 接続回路基板
Claims (9)
- 感受性領域を有する共振子(20,52)、および、流体の特性を測定するためのベース支持ユニット(26,30)を備え、前記共振子(20,52)が、前記ベース支持ユニット(26,30)に挿入されて、前記ベース支持ユニット(26,30)と接触しており、前記感受性領域が、前記流体にとって到達可能なままとなっており、前記共振子(20,52)が、前記ベース支持ユニット(26,30)上の接触点(24,40)を介して駆動可能であり、前記ベース支持ユニット(26,30)が、フィルムの配置のみによって形成されている測定装置(10,50)において、
前記共振子(20,52)が最終フィルム(18,54)に接合され、該最終フィルム(18,54)によって、前記共振子(20,52)が前記ベース支持ユニット(26,30)内の位置に固定され、前記最終フィルム(18,54)の開口の直径が、前記共振子(20,52)の直径よりもわずかに小さく、該最終フィルム(18,54)が前記共振子(20,52)においては該共振子(20,52)のエッジ領域にのみ載置されていることを特徴とする測定装置(10,50)。 - 前記ベース支持ユニット(26,30)が、収容される前記共振子(20,52)の底部側を塞ぐボトムフィルム(12)を備えていることを特徴とする請求項1に記載の測定装置(10,50)。
- 前記ベース支持ユニット(26,30)が支持フィルム(14,34)を備え、前記共振子(20,52)のエッジ領域のみが前記支持フィルム(14,34)に載置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の測定装置(10,50)。
- 前記共振子(20,52)を挿入することのできる開口を有し、かつ、厚さが前記共振子(20,52)に対応するスペーサフィルム(16,36)を、備えていることを特徴とする請求項3に記載の測定装置(10,50)。
- 前記共振子(20,52)が前記支持フィルム(14,34)上に設けられた導体経路(22,42)と接触し、該導体経路(22,42)が、前記支持フィルム(14,34)と前記スペーサフィルム(16,36)との間で延設されていることを特徴とする請求項4に記載の測定装置(10,50)。
- 請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の測定装置(50)を収容するためのハンドピースにおいて、回路基板状の測定装置(50)の接触点(62)に接触し、かつ、該回路基板状の測定装置(50)を前記ハンドピース内の位置に固定する収容兼接触手段(56)を備えていることを特徴とするハンドピース。
- 前記測定装置(50)が、取り外し可能に前記ハンドピースと連結され得ることを特徴とする請求項6に記載のハンドピース。
- 前記接触点(62)に接触するクランプばね(60)が、前記測定装置(50)を前記ハンドピース内の位置に固定すると同時に、前記測定装置(50)と接触することを特徴とする請求項6または請求項7に記載のハンドピース。
- 前記ハンドピースが、2つのピース(56、58)からなる構造であることを特徴とする請求項6乃至請求項8のいずれか1つに記載のハンドピース。
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