JP6266318B2

JP6266318B2 - Ｑｃｍセンサおよびカートリッジ

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Publication number: JP6266318B2
Application number: JP2013238024A
Authority: JP
Inventors: 幸子田邉
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2013-11-18
Filing date: 2013-11-18
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-11-18
Also published as: JP2015099045A

Description

本発明は、水晶振動子の振動を利用して測定試料の物性を測定するためのＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサに関するものである。

従来より、測定者自身が基準試料の注入量を計り、それぞれの環境下で基準試料を注入するＱＣＭセンサが知られている（たとえば、特許文献１）。この従来技術においては、支持台に第１の水晶振動子と第２の水晶振動子とを別個に設け、第１の水晶振動子が配置された第１容器において溶媒のみの時間経過に伴う周波数変化と、第２の水晶振動子が配置された第２容器において試料の周波数変化とを比較し、その差分信号を補正回路により除去することでノイズを取り除いて測定をしている。

特開2004-205392号公報

ところで、従来のＱＣＭセンサにおいては、基準試料の注入方法や注入量、コンタミ混入などによる試料状態の不安定さにより、測定ばらつきを引き起こすおそれがあった。

本発明は上述の事情を考慮してなされたもので、安定した状態の基準試料を用いて試料の物理量を測定できるＱＣＭセンサおよびカートリッジを提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために、以下の手段を提供する。
すなわち、本発明にかかるＱＣＭセンサは、測定試料と基準試料とを測定したそれぞれの測定値の関係により前記測定試料の物理量を検出するＱＣＭセンサにおいて、前記基準試料の測定に用いる基準用水晶振動子と、前記基準試料を内部に収容し、前記基準試料を前記基準用水晶振動子に供給する供給部を有するカートリッジと、を備えることを特徴とする。
かかる特徴により、予め注入量を適切に制御された基準試料をカードリッジによりＱＣＭセンサ本体に注入することにより、基準試料の注入量のばらつきを抑えることができ、測定ばらつきを低減できる。また、注入のために必要なスポイトなどの器具を必要とせず、利便性が向上する。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第２の特徴は、前記基準用水晶振動子を収容し、前記基準用水晶振動子が臨む開口部を有するハウジングを備え、前記供給部が前記開口部に装着されることで前記カートリッジが前記ハウジングに取付けられることである。
かかる特徴により、供給部と開口部を装着して基準試料を注入することにより、空気に触れにくい状態で基準試料を注入できるため、酸化などによる基準試料の状態のばらつきを抑えることができ、測定ばらつきを低減できる。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第３の特徴は、前記カートリッジは、内部の容積を変更可能な容積変更部を備えることである。
かかる特徴により、基準試料の注入時に容積変更部によりカートリッジの容積を調節することで、基準試料を容易にＱＣＭセンサ本体へ注入することができるとともに、注入後に容積変更部を最適な容積に調整しておくことで、カートリッジとハウジングと基準用水晶振動子に囲われた容積を基準試料で満たすことができる。ゆえに、組みあがったＱＣＭセンサのカートリッジ側が鉛直下側に配置された場合にも、基準試料が基準用水晶振動子に十分に接触する状態を保つことができるので、安定して基準試料の測定を行うことができる。よって、精度よく比較測定を行うことができる。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第４の特徴は、前記容積変更部は伸縮可能な蛇腹部材により構成されることである。
かかる特徴により、上述の特徴による効果に加え、容積変更部の容積の変更を安定化ができるため、カートリッジを適切に取り付ける際の利便性が向上する。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第５の特徴は、前記容積変更部は開口部に向かって進退可能なプランジャ部材により構成されることである。
かかる特徴により、容積変更部を進退可能なプランジャ部材により構成することにより、カートリッジ製造時に基準試料をカートリッジに封入する際、プランジャを引くことによりカートリッジに基準試料を容易に封入することができ、特別な基準試料注入器具および装置などを必要とせず、製造コストが低減できる。また、測定者が基準試料をＱＣＭセンサ本体へ注入する際、注入と同時に容積は最適となりカートリッジはその容積を維持することができるため、カートリッジに容積を変更させないための特別なロック機構などを設けることを抑制する。これにより、上述の特徴による効果を達成することができる。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第６の特徴は、前記カートリッジ内部には前記基準試料が吸収される吸液部を備えることである。
かかる特徴により、容積変更部を減少させて吸液部から適量の基準試料をＱＣＭセンサ本体へ注入することができるため、予めカートリッジに封入する基準試料の量を厳密に制御することなく、基準試料の注入量を容易に、かつ適切に制御することができる。これにより、カートリッジとハウジングと基準用水晶振動子とに囲われた容積を安定的に基準試料で満たすことができる。ゆえに、組みあがったＱＣＭセンサのカートリッジ側が鉛直下側に位置したとしても、基準試料が基準用水晶振動子に十分に接触する状態を保つことができるので、安定して基準試料の測定を行うことができ、精度よく比較測定を行うことができる。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第７の特徴は、前記供給部に設けられ前記基準試料を前記カートリッジ内部に保持する保持膜を破る凸部が、前記開口部の周囲に設けられることである。
かかる特徴により、カートリッジ内の基準試料がカートリッジに設けられた保持膜で保持されている場合でも、凸部により保持膜を破断して基準試料をカートリッジからＱＣＭセンサ本体へ一度に注入することができる。これにより、基準試料の注入とカートリッジの取付とを同時に行えるので利便性が向上するとともに、基準試料が外気に曝されにくい状態でカートリッジからＱＣＭセンサ本体へ注入することができるため、酸化などによる基準試料の状態のばらつきを抑えることができる。よって、測定ばらつきを低減できる。

また、本発明にかかるＱＣＭセンサの第８の特徴は、前記ハウジングには、外部と連通する脱気孔が形成されることである。
かかる特徴により、ＱＣＭセンサ本体内部の余分な空気を取り除いた上で、カートリッジからＱＣＭセンサ本体へ基準試料の注入を行うことにより、基準試料と共に空気が混入することを低減することができる。よって、基準用水晶振動子上に気泡が発生することを防ぐことができるため、安定して基準試料の測定を行うことができる。ゆえに、精度よく比較測定を行うことができる。

本発明にかかるカートリッジは、測定試料と基準試料とを測定したそれぞれの測定値の関係により前記測定試料の物理量を検出するＱＣＭセンサ本体に前記基準試料を供給する供給部を備えるカートリッジにおいて、前記供給部に形成され、前記基準試料を前記カートリッジ内に保持する保持膜と、を備えることを特徴とする。
かかる特徴により、予め注入量を適切に制御された基準試料をカードリッジによりＱＣＭセンサ本体に注入することができるため、基準試料の注入量のばらつきを抑えることができる。また、カートリッジごとの基準試料の状態を保存しやすくなる。よって、比較測定におけるばらつきを低減できる。

また、本発明にかかるカートリッジの第２の特徴は、前記保持膜が伸縮性を有する膜であることである。
かかる特徴により、カートリッジ保存時に物などが保持膜に接触した場合にはその伸縮性により保持膜が破断され難いため安定して基準試料を保持できるととともに、カートリッジからＱＣＭセンサ本体へ基準試料を注入する場合には、保持膜を凸部で破断することにより、カートリッジ取付と同時に基準試料の注入が行え、利便性が向上する。

また、本発明にかかるカートリッジの第３の特徴は、前記保持膜は、前記カートリッジが前記ＱＣＭセンサのハウジングに取付けられる際に、前記ハウジングに形成される凸部により破れ、縮むように形成されることである。
かかる特徴により、ＱＣＭセンサ本体の開口部周囲に設けられた突出する凸部により保持膜を破断することにより、カートリッジ内部の基準試料をＱＣＭセンサ本体へ注入させる際に、破断した保持膜が破断点より外側に収縮するため、カートリッジからＱＣＭセンサへ基準試料をスムーズに注入することができる。また、破断した保持膜が破断点より外側に収縮して維持されるため、保持膜が破片となって基準試料とともにＱＣＭセンサ本体へ混入することを防ぐことができる。ゆえに、基準試料の状態のばらつきを抑えることができ、測定ばらつきを低減できる。

測定ごとの基準試料の試料状態のばらつきを抑えることができ、比較測定を安定化できる。

本発明のＱＣＭセンサ１の第１実施形態を示すカードリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２へ接続する前の全体構成を示す断面図である。本発明のＱＣＭセンサ１の第１実施形態を示すカードリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２へ接続した後の全体構成を示す断面図である。本発明のＱＣＭセンサ１の第２実施形態を示すカードリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２へ接続する前の全体構成を示す断面図である。本発明のＱＣＭセンサ１の第２実施形態を示すカードリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２へ接続した後の全体構成を示す断面図である。本発明のカードリッジ７５の第３実施形態を示す断面図である。本発明のＱＣＭセンサ１の第４実施形態を示すカードリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２へ接続する前の全体構成を示す断面図である。本発明のＱＣＭセンサ１の第４実施形態を示すカードリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２へ接続した後の全体構成を示す断面図である。本発明のＱＣＭセンサ１の第５実施形態を示す断面図である。

「第１実施形態」
以下、本発明に係るＱＣＭセンサの第１実施形態を、図１と図２を参照して説明する。
図１は、本実施形態のＱＣＭセンサ１の第１実施形態を示す全体構成を示す断面図である。ＱＣＭセンサ１は、ＱＣＭセンサ本体２とカートリッジ７５を備えている。

ＱＣＭセンサ本体２は、測定試料を測定するための測定用水晶振動子を構成する第１水晶基板８、測定試料の物理量を検出する際の基準となる基準試料を測定するための基準用水晶振動子を構成する第２水晶基板９、筐体１０、蓋部２４、第１〜４リード電極１４〜１７、スペーサ１１、Ｏリング１２ａ，１２ｂ、そしてネジ１８を有する。筐体１０、蓋部２４、スペーサ１１を含むことでハウジングが構成されている。

第１水晶基板８、第２水晶基板９は、厚み辷り振動を励起するようにカットされたＡＴカット水晶振動子により構成される。第１水晶基板８は、片面に第１電極１９と、その反対側の面に第３電極２０を備えており、両電極間に電圧を印加することで、第１水晶基板８を振動させることができるようになっている。第１電極１９と第３電極２０は共に同じ形状をしており、円形状に長方形状を付加した形状をしており、第１水晶基板８を挟んで同じ位置に形成されている。本実施形態においては、長方形状の部分はそれぞれ反対方向に引き伸ばされている。第１電極１９と第３電極２０とは、チタン薄膜７７を下地とした金属膜７７で形成されている。これら電極の構成材料はこれに限らずＡＴカット水晶振動子を安定して振動させることができる金属膜７７であればよい。同様に、第２水晶基板９は、片面に第２電極２２と、その反対側の面に第４電極２１を備えており、両電極間に電圧を印加することで、第２水晶基板９を振動させることができるようになっている。各電極はリード電極により各発振器と接続しており、各リード電極は、第１リード電極１４、第２リード電極１５、第３リード電極１６、第４リード電極１７により構成されている。第１リード電極１４は測定用水晶振動子を厚さ方向の両面から挟みこむコの字状に形成されており、同様に、第３リード電極は基準用水晶振動子を厚さ方向の両面から挟みこむコの字状に形成されている。第１リード電極１４と第２リード電極１５とが測定用水晶振動子の電極と結線されており、第３リード電極１６と第４リード電極１７とが基準用水晶振動子の電極と結線されている。第１リード電極１４が測定試料に接触する第１電極１９と導通し、第２リード電極１５が第３電極２０と導通する。第１リード電極１４と第２リード電極１５とにより、測定用水晶振動子がその左右の両側面から挟みこむように支持されている。第１リード電極１４と第２リード電極１５とは更に筐体１０の内周面により支持されている。よって、測定用水晶振動子は、第１リード電極１４と第２リード電極１５を介して筐体１０により支持されている。ここで、第１リード電極１４と第２リード電極１５とは、測定用水晶振動子の全周の一部にしか形成されていないので、測定用水晶振動子の周方向はハウジングである筐体１０に対して第１リード電極１４と第２リード電極１５とによる最小限の面積を拘束されるだけで済んでいる。そして、測定用水晶振動子が筐体１０に対して測定用水晶振動子に結線されるこれらリード電極により支持されているので、特別な支持部材を配置することなく、測定用水晶振動子を筐体１０に対して支持することができる。よって、測定用水晶振動子の振動を可能な限り阻害しないようにできるとともに、測定用水晶振動子の電気的導通を安定して確保できる。

同様に、基準用水晶振動子は、第３リード電極１６と第４リード電極１７とを介して筐体１０により支持されている。第３リード電極１６が基準試料に接触する第２電極２２に導通しており、第４リード電極１７が第４電極２１と導通する。ここで、第３リード電極１６と第４リード電極１７とは、基準用水晶振動子の全周の一部にしか形成されていないので、基準用水晶振動子の周方向は筐体１０である筐体１０に対して第３リード電極１６と第４リード電極１７とによる最小限の面積を拘束されるだけで済んでいる。そして、基準用水晶振動子が筐体１０に対して基準用水晶振動子に結線されるこれらリード電極により支持されているので、特別な支持部材を配置することなく、基準用水晶振動子を支持することができる。よって、基準用水晶振動子の振動を可能な限り阻害しないようにできるとともに、基準用水晶振動子の電気的導通を安定して確保できる。筐体１０の内部には上述の測定用水晶振動子と基準用水晶振動子の他にスペーサ１１が収容されている。スペーサ１１は、第１水晶基板８と第２水晶基板９の間隔、または、第１リード電極１４と第４リード電極１７の間隔および第２リード電極１５と第３リード電極１６の間隔を保つために使用されており、絶縁性や耐薬品性に優れた材料でできている。例えば、ニトリルゴムなどがよい。このスペーサ１１により、測定用水晶振動子と基準用水晶振動子で挟まれた空間である隔離層２６が形成され、この隔離層２６の容積が規定される。スペーサ１１の厚みは、測定用水晶振動子と基準用水晶振動子の各々の振動の影響を受けない距離と同等以上であり、少なくとも１μｍ（マイクロメートル）より厚く形成されている。隔離層２６は、測定用水晶振動子の第３電極２０と基準用水晶振動子の第４電極２１とを共通の空間に配置するものである。また、スペーサ１１が、第１リード電極１４と第４リード電極１７の間隔および第２リード電極１５と第３リード電極１６の間隔を保つよう形成されている場合には、スペーサ１１が直接に水晶基板を支持する事態を回避できる。ここで、コの字に形成される第１リード電極１４と第３リード電極１６とは、コの字を構成する辺として略平行に形成されるニ辺のうちの一方の一辺が、水晶基板のかかる隔離層２６とは反対側の表面に形成される第１電極１９と第２電極２２とに接続され、他方の一辺は第１水晶基板８、第２水晶基板９と隙間を空けて保持されるように形成されることもできる。この場合には、スペーサ１１がこれらコの字のリード電極の他方の電極に接触し、水晶基板に接触しない構成とできるので、水晶基板の振動の阻害を低減できるようになる。

また、第１リード電極１４と第４リード電極１７とは同じ厚みで形成されており、第２リード電極１５と第３リード電極１６とも同じ厚みで形成されている。また、第３電極２０と第４電極２１とも同じ厚みで形成されている。よって、スペーサ１１の厚みを均一とすることにより、対向する第２電極２０と第４電極２１とがリードに引き出される位置が反対側となっても、これら第２電極２０と第４電極２１との距離を均一にでき、よって、隔離層２６を安定して確保できるようになる。なお、隔離層２６は、スペーサ１１、第１水晶基板８、および第２水晶基板９により囲まれるように形成されている。また、隔離層２６は、スペーサ１１の厚みを変更することで適宜その容積を調節することができる。この厚みを小さくし、容積を小さくすることで、測定用水晶振動子の第３電極２０と基準用水晶振動子の第４電極とを近づけることができ、両者の環境を更に同一環境に近づけることができる。よって、測定用水晶振動子と基準用水晶振動子における、測定に使用される電極以外の電極が置かれる環境の差を低減できるので、より精度のよい比較測定が可能となる。

また、筐体１０は、Ｏリング１２ａ，１２ｂおよび第１水晶基板８、スペーサ１１、第２水晶基板９、を収容できる深さをもち、底部１０ａの対向面は開口した凹型の箱である。底部１０ａには第２電極２２の電極部分が臨むように、換言すると、覗くように基準用開口部７９が開けられている。筐体１０の内側の底部１０ａ上の基準用開口部７９外周にＯリング１２ｂ、第２水晶基板９を有する基準用水晶振動子、スペーサ１１、第１水晶基板８を有する測定用水晶振動子、Ｏリング１２ａは順に積層されており、Ｏリング１２ａに蓋部２４が載置されている。筐体１０に対して蓋部２４がネジ１８により取り付けられ、蓋部２４と筐体１０の底部１０ａとでＯリング１２ａとＯリング１２ｂが圧縮されることで、基準用水晶振動子と測定用水晶振動子とがハウジングに対して支持されている。

また、基準用開口部７９は、底部１０ａを貫通した貫通穴であり、この深さ、すなわち底部１０ａの厚みｄは、なるべく薄いことが望ましく、5mm（ミリメートル）以下がよい。こうすることにより、第２電極２２に接触する基準用試料を少ない量で収納することができ、基準試料の熱容量を小さくすることができる。よって、ＱＣＭセンサ本体２が測定試料雰囲気中に存在する場合にも、測定試料の温度変化を基準試料全体により早く伝えることができるため、測定試料と基準試料の温度差や基準試料の温度むらを極力抑えることができる。よって、温度差という、測定試料と基準試料との特性変化以外の要因を極力排除できるため、比較測定をより正確に行うことができる。基準用開口部７９の筐体１０の外側の面の外周は、筐体１０の外側の面よりも一段高い凸部になっており、凸部の外周にはネジが切ってあり、カートリッジ７５がネジ締めによりＱＣＭセンサ本体２に装着できるようになっている。さらに、淵の上面には後述するカートリッジ７５の膜７７を破るための爪８０が設けられている。また、基準用開口部７９の両側には、第２電極２２および第４電極２１それぞれに接続する第３リード電極１６、第４リード電極１７が備えられており、第２水晶基板９と外部との電気的接続が行えるようになっている。

ここで、筐体１０は、熱伝導性が高く、絶縁性であり、また耐薬品性に優れた材料でできていることが望ましい。特に、筐体１０の材料が測定試料、基準試料２５、測定用水晶振動子、基準用水晶振動子の熱伝導率よりも高い材料で構成されていることにより、測定時に、試料や水晶基板の温度変化をより早く伝えることができるため、ＱＣＭセンサ本体２の全体の温度を均一に保つことができる。よって、熱環境の違いという、測定試料と基準試料２５との特性変化以外の要因を極力排除できるため、比較測定をより正確に行うことができる。水晶の熱伝導率は、8W/m・K（ワット/メートル・ケルビン）であり、基準試料が油種である場合、油種の熱伝導率は一般的に1W/m・K未満であるので、筐体10の熱伝導率は10W/m・K以上であればよい。また、筐体１０は、基準試料２５が酸化劣化を引き起こしにくい材料であることが望ましい。基準試料２５が酸化劣化しにくい筐体材料としておくことで、基準試料２５の初期状態を維持することができる。よって、測定試料の経時的に引き起こされる変化を測定する場合などには、その変化の測定をより正確に行うことができる。具体的な材料としては、例えば、熱伝導率が32W/m・Kであるアルミナセラミックスや熱伝導率が100〜350W/m・Kの炭化ケイ素、そして熱伝導率が168W/m・Kのシリコン材に熱酸化薄膜７７を施した材料などがよい。

Ｏリング１２ａと１２ｂは、第１電極１９と第２電極２２にそれぞれ備えるものであり、電極の円形状よりもやや大きめに形成されている。Ｏリング１２ｃは、筐体１０の凸部１０ｃに備えるものであり、凸部１０ｃの円形状と同様の円形状に形成されている。Ｏリング１２ａ，１２ｂは、試料のハウジング１０内部への侵入および漏えいを防ぐ封止機能を担っているため、絶縁性や耐薬品性に優れたゴム材料で構成されていることが望ましく、例えばニトリルゴムなどがよい。これらのように、Ｏリング１２ａ、Ｏリング１２ｂにより、測定用水晶振動子と基準用水晶振動子がハウジングに対して、その厚み方向を保持されるように構成されている。よって、測定用水晶振動子と基準用水晶振動子とは、Ｏリングとリード電極とのみによりハウジングに固定されており、両水晶振動子の振動を極力阻害しない構成となっている。よって、所望の精度の測定を可能とする。ここで、Ｏリング１２ａ，１２ｂが配置される部分に利用する部品は、必ずしもＯリングである必要はない。Ｏリングと同等の試料の流出入を防ぐ封止機能を備えた部材であり、絶縁性と耐薬品性に優れ、測定用水晶振動子と基準用水晶振動子の振動を極力阻害しない機能材料であればよい。例えば、クリーム状態で塗布できるシリコン樹脂シーリング剤などであってもよい。シリコン樹脂シーリング剤を使用する場合、Ｏリングが配置される部分に塗布する。

蓋部２４は、筐体１０の開口を覆うものであり、筐体１０の外形と同様の板状である。蓋部２４の中央には第１電極１９が覗くように円形状の測定用開口部２８があり、さらに測定用開口部２８を挟むようにして、第１リード電極１４と第２リード電極１５が備えられている。第１リード電極１４と第２リード電極１５は、それぞれ第１電極１９と第３電極２０と接続し、第１水晶基板８と外部との電気的接続が行えるようになっている。また四隅は、蓋部２４と筐体１０がネジ１８により固定されている。蓋部２４は、筐体１０と同様に熱伝導性が高く、絶縁性であり、また耐薬品性に優れた材料でできていることが望ましい。特に、蓋部２４の材料が測定試料、基準試料２５、測定用水晶振動子、基準用水晶振動子の熱伝導率よりも高い材料で構成されていることにより、測定時に、試料や水晶基板の温度変化をより早く伝えることができるため、ＱＣＭセンサ本体２の全体の温度を均一に保つことができる。よって、熱環境の違いという、測定試料と基準試料２５との特性変化以外の要因を極力排除できるため、比較測定をより正確に行うことができる。水晶の熱伝導率は、8W/m・Kであり、基準試料が油種である場合、油種の熱伝導率は一般的に1W/m・K未満であるので、筐体１０の熱伝導率は10W/m・K以上であればよい。また、蓋部２４は、試料が酸化劣化を引き起こしにくい材料であることが望ましい。基準試料２５が酸化劣化しにくい蓋部材料としておくことで、基準試料２５の初期状態を維持することができる。よって、測定試料の経時的に引き起こされる変化を測定する場合などには、その変化の測定をより正確に行うことができる。具体的な材料としては、例えば、熱伝導率が32W/m・Kであるアルミナセラミックスや、熱伝導率が100〜350W/m・Kの炭化ケイ素、そして熱伝導率が168W/m・Kのシリコン材に熱酸化薄膜７７を施した材料などがよい。

カートリッジ７５は、殻部７６、供給部７８と膜７７を備えており、図１に示すようにＱＣＭセンサ本体２と接続する前の状態Ａでは、殻部７６には基準試料が封入されており、供給部７８と殻部７６との境界は膜７７により封止されている。供給部７８の内側側面にはネジが切られており、カートリッジ７５とＱＣＭセンサ本体２をネジ締めにより嵌め合うことができるようになっている。

次に、図２に示すようにＱＣＭセンサ本体２とカートリッジ７５を接続した状態Ｂについて説明する。カートリッジ７５の供給部７８とＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９を合わせた状態で、カートリッジ７５を回転させながらネジを締め、カートリッジ７５とＱＣＭセンサ本体２を接続していくと、ＱＣＭセンサ本体２に備えられた爪８０がカートリッジ７５の膜７７を破断する。膜７７は伸縮性のある材料で形成されており、爪８０により破断すると供給部７８外周側へ縮むようになっている。膜７７が破断すると、カートリッジ７５内部の殻部７６に封入されていた基準試料２５は、供給部７８と基準用開口部７９を通過し、ＱＣＭセンサ本体２の内部へ流入する。これにより、第２水晶基板９の第３電極２０の備えられた面は、基準試料２５に浸される。

このように、予め注入量を適切に制御された基準試料２５をカードリッジ７５によりＱＣＭセンサ本体２に注入することにより、基準試料２５の注入量のばらつきを抑えることができ、また空気に触れずに注入できるため、測定ばらつきを低減できる。また、注入のために必要なスポイトなどの器具を必要とせず、利便性が向上する。

（ＱＣＭセンサの組み立て方）
次に、本実施形態のＱＣＭセンサ本体２の組み立て方について説明する。図１の下図は、ＱＣＭセンサ本体２を組み上げた状態の断面図である。まず、筐体１０の底面１０ａにＯリング１２ｂを挟んで第２水晶基板９を備える。Ｏリング１２ｂの代わりにシリコン樹脂シーリング剤を利用する場合は、Ｏリング１２ｂが配置される部分にシリコン樹脂シーリング剤を塗布する。第２水晶基板９は、筐体１０に備えられた第３リード電極１６と第４リード電極１７にそれぞれ第２電極２２と第４電極２１が電気的に接触するように備える。次に、スペーサ１１を第４電極２１および第３電極２０の円形部分に掛からないようにして備え、続いて第１水晶基板８を備える。第１水晶基板８は、第１電極１９と第３電極２０がそれぞれ第１リード電極１４と第２リード電極１５に電気的に接触するように備える。このようにスペーサ１１を第１水晶基板８と第２水晶基板９の間に挟むことにより、第１水晶基板８と第２水晶基板９との間には、隔離層２６が設けられることになる。これにより、第１水晶基板８の第３電極２０と第２水晶基板９の第４電極２１は、同一環境下に封入されることになるため、それぞれのもう片方の第１電極１９と第２電極２２面上で試料を測定した測定値を比較する際に、第３電極２０と第４電極２１面上で得られた測定値、すなわち測定ノイズをキャンセルすることができるため、第１水晶基板８と第２水晶基板９との比較測定を精度よく行うことができる。次に、第１電極１９を囲うようにしてＯリング１２ａを備え、続いて測定用開口部２８から第１電極１９が覗くように蓋部２４を置き、ネジ１８により蓋部２４の四隅を筐体１０と固定する。Ｏリング１２ａの代わりにシリコン樹脂シーリング剤を利用する場合は、Ｏリング１２ａが配置される部分にシリコン樹脂シーリング剤を塗布する。

続いて、カートリッジ７５によりＱＣＭセンサ本体２へ基準試料２５を注入する方法について説明する。図１に示すように、筐体１０は基準用開口部７９が上向きになるように置き、カートリッジ７５は供給部７８が下向きになるように保持する。次に、基準試料が封入されたカートリッジの供給部７８とＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９を合わせ、カートリッジを回転させながらネジを締め、図２に示すようにカートリッジをＱＣＭセンサ本体２に接続する。この作業を行うことにより、カートリッジに備えられた膜７７はＱＣＭセンサ本体２に備えられた爪８０により破断する。膜７７が破断すると、カートリッジ内部に封入された基準試料２５は、供給部７８と基準用開口部７９を通過し、ＱＣＭセンサ本体２内部に流入する。これにより、第２水晶基板９の第３電極２０の備えられた面は、基準試料２５に浸され、ＱＣＭセンサ本体２への基準試料２５の注入が完了することになる。Ｏリング１２ａ、１２ｂの代わりにシリコン樹脂シーリング剤を利用した場合は、これらのシリコン樹脂シーリング剤が十分乾燥してから、基準試料２５を注入する。ここで、前述した底部１０ａの厚さｄを薄くしておくと、基準試料２５の容量が少なくなるため、ＱＣＭセンサ本体２全体が置かれる環境下の温度が変化した場合であっても、熱伝導率の高い筐体１０から伝播した熱により基準試料２５の温度はＱＣＭセンサ本体２の環境下の温度に追随することができる。

「第２実施形態」
次に、図３と図４に基づいて本発明のＱＣＭセンサ１の第２実施形態について説明する。本実施形態は、カートリッジ７５について第１実施形態と相異しており、それ以外は第１実施形態とほぼ同様である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明は省略する。

図３は、本実施形態におけるカートリッジ７５とＱＣＭセンサ本体２を接続する前の状態Ａを示した断面図である。本実施形態におけるカートリッジ７５は、傘部８１と容積変更部８２と接続部８３から成る。傘部８１には、側面にロック機構８４が備わっており、接続部８３に備えられたロック爪８５に引っかかることでカートリッジ７５の容積を小さく保つことができる。容積変更部８２は、伸縮可能な蛇腹状になっており、カートリッジ７５の容積を増減可能にすることができる。接続部８３には、傘部８１に備えられたロック機構８４が噛み合うロック爪８５と供給部７８および膜７７が設けられており、供給部７８の内側側面にはネジが切ってある。膜７７は供給部７８の内部に張られており、カートリッジ７５の内部に封入された基準試料２５が供給部７８から流出しないように密封する機能を担っている。

図４は、本実施形態におけるカートリッジ７５とＱＣＭセンサ本体２が接続された状態Ｂを示した断面図である。カートリッジ７５の供給部７８とＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９の互のネジが嵌め合うと、ＱＣＭセンサ本体２の爪８０がカートリッジ７５の膜７７を破断し、基準試料はＱＣＭセンサ本体２の内部に封入される。傘部８１のロック機構８４は、接続部８３のロック爪８５に引っかかり、容積変更部８２を押しつぶして固定される。

（ＱＣＭセンサの組み立て方）
ＱＣＭセンサ本体２の組み立て方は第１実施例と同様である。ＱＣＭセンサ本体２を組み上げた後、基準用開口部７９が上面となるように置き、カートリッジ７５の供給部７８とＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９が合うように置き、カートリッジ７５を回転させながら、カートリッジ７５をＱＣＭセンサ本体２にネジ込む。この作業を行うことにより、カートリッジに備えられた膜７７はＱＣＭセンサ本体２に備えられた爪８０により破断する。膜７７が破断すると、カートリッジ内部に封入された基準試料２５は、供給部７８と基準用開口部７９を通過し、ＱＣＭセンサ本体２内部に流入する。これにより、第２水晶基板９の第３電極２０の備えられた面は、基準試料２５に浸され、ＱＣＭセンサ本体２への基準試料２５の注入が完了することになる。その後、傘部８１を上部から押しながら容積変更部８２を縮め、傘部８１のロック機構８４を接続部８３のロック爪８５に引っ掛け、容積変更部８２の蛇腹が伸び戻らないように固定する。このようにすることで、カートリッジ７５の容積が小さくなり、カートリッジ７５と筐体１０と第２水晶基板９に囲われた容積を基準試料が満たすことができる。ゆえに、組みあがったＱＣＭセンサ１のカートリッジ７５側を下向きに置いたとしても、基準試料が第３電極２０から離れず、安定して基準試料の測定を行うことができるため、精度よく比較測定を行うことができる。

「第３実施形態」
次に、図５に基づいて本発明のＱＣＭセンサ１の第３実施形態について説明する。本実施形態は、カートリッジ７５の容積変更部について第２実施形態と相異しており、それ以外は第２実施形態とほぼ同様である。なお、以下の説明では、上述した第２実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明は省略する。

図５は、本実施形態におけるカートリッジ７５のＱＣＭセンサ本体２に接続する前の状態Ａを示した断面図である。本実施形態における容積変更部８６は、液体試料を内部に吸収することで保持することができるスポンジなどの吸収材で形成されている。これにより、適量の基準試料をＱＣＭセンサ本体２へ注入することができる。また、ＱＣＭセンサ本体２への基準試料２５の注入が完了後、傘部８１を上部から押しながら容積変更部８６を縮め、傘部８１のロック機構８４を接続部８３のロック爪８５に引っ掛け、容積変更部８６の吸収材が伸び戻らないように固定する。このようにすることで、カートリッジ７５の容積が小さくなり、カートリッジ７５と筐体１０と第２水晶基板９に囲われた容積を基準試料が満たすことができる。ゆえに、組みあがったＱＣＭセンサ１のカートリッジ７５側を下に置いたとしても、基準試料が第３電極２０から離れず、安定して基準試料の測定を行うことができるため、精度よく比較測定を行うことができる。

「第４実施形態」
次に、図６と図７に基づいて本発明のＱＣＭセンサ１の第４実施形態について説明する。本実施形態は、カートリッジ７５と基準用開口部７９について第１実施形態と相異しており、それ以外は第１実施形態とほぼ同様である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明は省略する。

図６は、本実施形態におけるカートリッジ７５とＱＣＭセンサ本体２を接続する前の状態Ａを示した断面図である。本実施形態のカートリッジ７５は、シリンジ８８とプランジャ８７から成る。状態Ａでは、プランジャ８７とシリンジ８８の間には基準試料が密封されている。シリンジ８８の先端には供給部７８が備えられている。一方、ＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９は、シリンジ８８の供給部７８よりも一回り大きい開口となっており、基準用開口部７９が供給部７８に嵌るように構成されている。

図７は、本実施形態におけるカートリッジ７５とＱＣＭセンサ本体２が接続された状態Ｂを示した断面図である。シリンジ８８の供給部７８がＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９に嵌り、プランジャ８７の先端がシリンジ８８の底面まで押し下げられている。これにより、状態Ａでは内部に封入されていた基準試料２５が、ＱＣＭセンサ本体２の内部に移動し、第２水晶基板９の第３電極２０表面は基準試料２５により浸された状態になっている。

（ＱＣＭセンサの組み立て方）
ＱＣＭセンサ本体２の組み立て方は第１実施例と同様である。ＱＣＭセンサ本体２を組み上げた後、基準用開口部７９が上面となるように置き、カートリッジ７５の供給部７８とＱＣＭセンサ本体２の基準用開口部７９を嵌め合わせる。次に、プランジャ８７の基端部を、プランジャ８７の先端がシリンジ８８の底面に接するまで押し下げる。この作業を行うことにより、カートリッジ内部に封入された基準試料２５は、供給部７８と基準用開口部７９を通過し、ＱＣＭセンサ本体２内部に流入する。これにより、第２水晶基板９の第３電極２０の備えられた面は、基準試料２５に浸され、ＱＣＭセンサ本体２への基準試料２５の注入が完了することになる。このように、シリンジ８８とプランジャ８７を用いたカートリッジ７５を使用することで、ＱＣＭセンサ本体２の第２水晶基板９と筐体１０とカートリッジ７５に囲まれた空間を基準試料２５で十分に満たすことができる。ゆえに、組みあがったＱＣＭセンサ１のカートリッジ７５側を下に置いたとしても、基準試料が第３電極２０から離れず、安定して基準試料の測定を行うことができるため、精度よく比較測定を行うことができる。

「第５実施形態」
次に、図８に基づいて本発明のＱＣＭセンサ１の第５実施形態について説明する。本実施形態は、ＱＣＭセンサ本体２の筐体１０について第１実施形態と相異しており、それ以外は第１実施形態とほぼ同様である。なお、以下の説明では、上述した第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明は省略する。

図８は、本実施形態におけるＱＣＭセンサ本体２を示した断面図である。本実施形態のＱＣＭセンサ本体２の筐体底部１０ａには、基準用開口部７９に加えて脱気孔８９が設けられており、よって２つの開口がある。脱気孔８９は、シリンジ８８とプランジャ８７のような器具を使い、ＱＣＭセンサ本体２の内部にある余分な空気を吸引するために用いる。このように脱気孔８９を設け、ＱＣＭセンサ本体２の内部の余分な空気を取り除いた上で、基準用開口部７９より基準試料の注入を行うことにより、基準試料と共に空気が混入することを低減することができる。よって、第２水晶基板９上に気泡が発生することを防ぐことができるため、安定して基準試料の測定を行うことができる。ゆえに、精度よく比較測定を行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は上述の第１実施形態から第５実施形態に限られるものではなく、本発明の要部を備える範囲で様々な変更が可能である。また、それぞれの実施形態の構成を、互いに矛盾のない範囲で、適宜組み合わせることができる。例えば、第３実施形態のスポンジ等の吸収材を第２実施形態の蛇腹部内に配置する、または、第４実施形態のプランジャ内に配置することができる。また、例えば、だい５実施形態の脱気孔をＯリングの切り欠き等を利用して作成することもできる。また、例えば、第２実施形態の蛇腹部や第４実施形態のプランジャの向きは上下方向以外に左右方向でもよい。

１ＱＣＭセンサ
２ＱＣＭセンサ本体
８第１水晶基板
９第２水晶基板
１０筐体
１０ａ（筐体）底部
１１スペーサ
１２ａＯリング
１２ｂＯリング
１４第１リード電極
１５第２リード電極
１６第３リード電極
１７第４リード電極
１８ネジ
１９第１電極
２０第３電極
２１第４電極
２２第２電極
２４蓋部
２５基準試料
２６隔離層
２８測定用開口部
７５カートリッジ
７６殻部
７７膜
７８供給部
７９基準用開口部（開口部）
８０爪（凸部）
８１傘部
８２容積変更部（蛇腹）
８３接続部
８４ロック機構
８５ロック爪
８６容積変更部（吸液部）
８７プランジャ
８８シリンジ
８９脱気孔

Claims

測定試料と基準試料とを測定したそれぞれの測定値の関係により前記測定試料の物理量を検出するＱＣＭセンサにおいて、
前記基準試料の測定に用いる基準用水晶振動子と、
前記測定試料の測定に用いる測定用水晶振動子と、
前記基準試料を内部に収容し、前記基準試料を前記基準用水晶振動子に供給する供給部を有するカートリッジと、を備え、
前記基準用水晶振動子の前記基準試料が接触する面と対向する面と、前記測定用水晶振動子の前記測定試料が接触する面と対向する面は、共通の空間に所定距離を隔てた状態で形成されることを特徴とするＱＣＭセンサ。
前記基準用水晶振動子を収容し、前記基準用水晶振動子が臨む開口部を有するハウジングを備え、
前記供給部が前記開口部に装着されることで前記カートリッジが前記ハウジングに取付けられることを特徴とする請求項１に記載のＱＣＭセンサ。
前記カートリッジは、内部の容積を変更可能な容積変更部を備えることを特徴とする請求項１から請求項２のいずれか１項に記載のＱＣＭセンサ。
前記容積変更部は伸縮可能な蛇腹部材により構成されることを特徴とする請求項３に記載のＱＣＭセンサ。
前記容積変更部は前記供給部に向けて進退可能なプランジャ部材により構成されることを特徴とする請求項３に記載のＱＣＭセンサ。
前記カートリッジの内部には、前記基準試料が吸収される吸液部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のＱＣＭセンサ。
前記供給部に設けられ前記基準試料を前記カートリッジ内部に保持する保持膜を破る凸部が、前記開口部の周囲に設けられることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか１項に記載のＱＣＭセンサ。
前記ハウジングには、外部と連通する脱気孔が形成されることを特徴とする請求項２から請求項７のいずれか１項に記載のＱＣＭセンサ。
測定試料と基準試料とを測定したそれぞれの測定値の関係により前記測定試料の物理量を検出するＱＣＭセンサ本体に前記基準試料を供給する供給部を備えるカートリッジにおいて、
前記供給部に形成され、前記基準試料を前記カートリッジ内部に保持する保持膜、を備えることを特徴とするカートリッジ。
前記保持膜は伸縮性を有する膜であることを特徴とする請求項９に記載のカートリッジ。
前記保持膜は、前記カートリッジが前記ＱＣＭセンサ本体のハウジングに取付けられる際に、前記ハウジングに形成される凸部により破れ、縮むように形成されることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のカートリッジ。