JP7239905B2 - 分析装置 - Google Patents

Description

本発明は、分析装置に関する。

従来、水晶振動子などの圧電振動子の共振現象を利用して、液体に含まれる対象物の質量を分析する、ＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれる方法が知られている。具体的には、圧電振動子の電極に物質が付着すると、付着した物質の質量に応じて振動子の共振周波数が変化する。ＱＣＭは、当該共振周波数の変化を検知することにより、液体に含まれる物質の質量を測定する技術である。例えば下記特許文献１には、一方の面に形成された溝形状の凸凹部の上部に検出用電極と吸着膜が設けられ、他方の面に対向電極が設けられた圧電基板が開示されている。

特開２００７－５７２８９号公報

上記特許文献１に開示された圧電基板では、検出用電極が凸凹部の上部のみに設けられているため、当該検出用電極の上に設けられる吸着膜の面積が限られる。これにより、測定対象となる物質の吸着量が不足し、信号変化量が小さくなり得る。

本開示はこのような事情に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、物質の分析精度が向上する分析装置を提供することである。

本開示の一側面に係る分析装置は、対向する一対の主面を有する圧電基板と、圧電基板の一方の主面側に設けられ、分析対象が流れる流路を構成する溝部と、溝部内の少なくとも一部に設けられた第１電極と、圧電基板の他方の主面に、圧電基板を挟んで第１電極と対向して設けられ、第１電極との間に圧電振動を生じさせる第２電極と、を備え、溝部内において、溝部の底面から突出した少なくとも一つの突出部が設けられ、溝部の底面から少なくとも一つの突出部の側面に至る領域において、第１電極及び吸着材の少なくとも一方が設けられる。

本開示によれば、物質の分析精度が向上する分析装置を提供することができる。

図１は、本開示の第１実施形態に係る分析装置の構成例を示す斜視図である。 図２は、図１に示される圧電基板の平面図である。 図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図２に示される吸着領域の構成例を示す平面図である。 図５は、図４におけるＶ－Ｖ線断面図である。 図６は、本開示の第１実施形態の第１変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図７は、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。 図８は、本開示の第１実施形態の第２変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図９は、図８におけるＩＸ－ＩＸ線断面図である。 図１０は、本開示の第１実施形態の第３変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図１１は、本開示の第１実施形態の第４変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図１２は、本開示の第１実施形態の第５変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図１３は、本開示の第１実施形態の第６変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図１４は、図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶ線断面図である。 図１５は、本開示の第１実施形態の第７変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図１６は、図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩ線断面図である。 図１７は、本開示の第１実施形態の第８変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図１８は、図１７におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線断面図である。 図１９は、本開示の第１実施形態の第９変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図２０は、本開示の第１実施形態の第１０変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。 図２１は、本開示の第１実施形態の第１１変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す断面図である。 図２２は、本開示の第１実施形態の第１２変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す断面図である。 図２３は、本開示の第１実施形態の第１３変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す断面図である。 図２４は、本開示の第２実施形態に係る分析装置の構成例を示す平面図である。 図２５は、本開示の第３実施形態に係る分析装置の構成例を示す平面図である。

以下に本開示の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本開示の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。

図１から図３を参照して、本開示の第１実施形態に係る分析装置について説明する。図１は、本開示の第１実施形態に係る分析装置の構成例を示す斜視図である。図２は、図１に示される圧電基板の平面図である。図３は、図１におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

本実施形態に係る分析装置１００は、ＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）を利用したマイクロセンサのように、例えば液体に含まれる分析対象となる物質の質量を検出するセンサとしての機能を有する。なお、以下では分析装置１００に液体が導入される場合を例として説明するが、分析装置１００に導入される物質は液体に限られず、ガスやその他の流動性を有する流体であってもよい。

分析装置１００は、例えば圧電基板１０及び蓋部材２０を備える。なお、以下では互いに直交するｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の直交座標系を用いて説明するが、これらの座標系は後述する部材の結晶軸（Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｘｅｓ）とは無関係である。

圧電基板１０及び蓋部材２０は、それぞれ平板状をなし、ｘ軸及びｙ軸により規定される平面（以下、「ｘｙ平面」とも呼ぶ。他の平面においても同様である。）に平行な矩形状の一対の主面と、ｚ軸に平行な厚みとを有する。圧電基板１０は、例えば水晶基板等の圧電部材により構成される。

以下では、圧電基板１０の一例として、圧電基板１０がＡＴカットされた水晶基板により構成されるものとして説明する。ＡＴカットとは、水晶の結晶軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のうち、Ｙ軸及びＺ軸をＸ軸の周りにＹ軸からＺ軸の方向に３５度１５分±１分３０秒回転させた軸をそれぞれＹ´軸及びＺ´軸とした場合、Ｘ軸及びＺ´軸によって特定される面と平行な面を主面として人工水晶（Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｑｕａｒｔｚ Ｃｒｙｓｔａｌ）から切り出されたものである。なお、水晶基板のカットはＡＴカットに限られず、ＢＴカット等の他のカットであってもよい。

図２及び図３に示されるように、蓋部材２０と対向する側の圧電基板１０の主面１１０ａには、液体が導入される導入口１１と、液体が排出される排出口１２と、液体が流れる流路となる溝部１３と、が形成されている。

導入口１１は、圧電基板１０の主面１１０ａのｘ軸正方向かつｙ軸負方向側の角付近に設けられている。排出口１２は、圧電基板１０の主面１１０ａのｘ軸負方向かつｙ軸正方向側の角付近に設けられている。すなわち、導入口１１と排出口１２とは圧電基板１０の主面１１０ａの対角線状に設けられている。

溝部１３は、圧電基板１０の主面１１０ａの平面視において、導入口１１から排出口１２に向かって渦巻状に形成されている。導入口１１から導入された液体は、排出口１２に向かって溝部１３内を流れる。なお、溝部１３の経路の形状は渦巻状に限られず、例えば櫛型状であってもよい。液体が流れる流路の長さが長いほど液体に含まれる物質の分離幅を広くとることができるため、分析対象となる物質を分離させる上で好ましい。溝部１３内において分析対象となる物質を吸着する領域である吸着領域１４の構成については後述する。

蓋部材２０には、厚み方向において圧電基板１０の導入口１１及び排出口１２に重なる箇所にそれぞれ貫通孔２１，２２が設けられている。貫通孔２１，２２は、それぞれ蓋部材２０を厚み方向に貫通し、圧電基板１０に形成された導入口１１及び排出口１２に接続する。蓋部材２０は、例えば圧電基板１０と同様に水晶基板により構成され、圧電基板１０に接合されてよい。これにより、圧電基板１０と蓋部材２０との間に密閉された流路が形成される。

次に、図４及び図５を参照して、吸着領域１４の構成について詳細に説明する。

図４は、図２に示される吸着領域の構成例を示す平面図である。図５は、図４におけるＶ－Ｖ線断面図である。図４の平面図は、圧電基板１０の主面１１０ａの平面視と同方向の図である。

図４及び図５に示されるように、圧電基板１０の吸着領域１４には、突出部３０と、接地電極３１と、吸着材３２と、一対の励振電極３３，３４と、が設けられている。

突出部３０は、溝部１３内において、溝部１３の底面１３０から蓋部材２０側に向かって突出している。本実施形態において突出部３０は、液体の進行方向（すなわち、溝部１３の長さ方向）に沿って延びる平板状をなし、液体の進行方向と直交する方向（すなわち、溝部１３の幅方向）における中央付近に設けられている。突出部３０のｚ軸方向の長さ（すなわち、高さ）は、例えば溝部１３のｚ軸方向の長さ（すなわち、深さ）より短く、ｚ軸方向において突出部３０は溝部１３から出ないように形成されている。突出部３０は、例えば圧電基板１０と同じ材料により構成され、圧電基板１０とともに振動子として機能する基板突出部であってもよい。突出部３０を圧電基板１０と同じ材料により構成する場合、例えば圧電基板１０の溝部１３を形成する工程において、圧電基板１０の一部の部材を残すようにエッチング加工を施すことにより、溝部１３とともに形成することができる。なお、後述するように、突出部３０は、圧電基板１０と異なる材料により構成されていてもよい。

接地電極３１（第１電極）は、接地電位が供給される電極である。接地電極３１は、溝部１３の幅方向に沿って、突出部３０の表面を覆うように設けられている。本実施形態における接地電極３１は、突出部３０を隔てた溝部１３の一方側の底面１３０から突出部３０の一方側の側面、突出部３０の上面、及び突出部３０の他方側の側面を通り、溝部１３の他方側の底面１３０にわたって設けられている。なお、接地電極３１は、必ずしも突出部３０の表面全体を覆う必要はなく、少なくとも溝部１３の底面１３０から突出部３０の側面に至る領域を覆うように設けられていればよい。

一対の励振電極３３，３４（第２電極）は、圧電基板１０の他方の主面１１０ｂにおいて、圧電基板１０を挟んで接地電極３１と対向して設けられている。一対の励振電極３３，３４は、それぞれ突出部３０に対して溝部１３の幅方向の両側に設けられており、底面１３０の平面視において突出部３０と重ならないように設けられている。一対の励振電極３３，３４のそれぞれに交流電圧が印加されることにより、接地電極３１との間に所定の励振モードの圧電振動が生じる。

例えば圧電基板１０において、水晶の結晶軸であるＸ軸が溝部１３の長さ方向に沿い、Ｚ´軸が溝部１３の幅方向に沿う場合、圧電基板１０に厚みすべり振動が生じ、溝部１３が図４に示される黒色矢印及び白色矢印の方向に振動する。なお、図４に示される矢印の色の区別は、変位のタイミングの違いを示している。黒色矢印の移動と白色矢印の移動が交互に繰り返されることにより厚みすべり振動となる。このことは他の図面においても同様である。

吸着材３２は、接地電極３１の表面上の少なくとも一部を覆うように設けられている。本実施形態では、吸着材３２は、接地電極３１と同様に、溝部１３の一方側の底面１３０から突出部３０の一方側の側面、突出部３０の上面、及び突出部３０の他方側の側面を通り、溝部１３の他方側の底面１３０にわたって設けられている。吸着材３２は、例えば分析対象となる物質を選択的に吸着する吸着膜であってもよい。吸着材３２が特定の物質を吸着すると、突出部３０及びその周囲の溝部１３の底面１３０の励振が変わり、圧電基板１０の励振の共振周波数が変化する。この共振周波数の変化を検知することにより、吸着材３２に付着した物質の質量を計測することができ、ひいては液体に含まれる物質の質量や濃度を測定することができる。

吸着領域１４は、液体の流路となる溝部１３のうち導入口１１よりも排出口１２の近くに設けられることが好ましい。例えば液体が複数の種類の物質を含み、分析装置１００がクロマトグラフィーの原理を利用して特定の物質を分析する場合に、吸着材３２が設けられる位置が導入口１１から遠いほど、溝部１３を流れる過程で液体の含有物の分離が進み、吸着材３２が特定の物質を吸着しやすくなる。

上記構成によれば、圧電基板１０の溝部１３において、溝部１３の底面１３０のみならず、突出部３０の側面にも吸着材３２が形成される。これにより、例えば溝部の底面のみに吸着材が形成される構成に比べて、吸着材の表面積が増え、溝部１３を流れる液体と吸着材３２の接触面積が増える。従って、物質が吸着材３２に付着することによる圧電基板１０の共振周波数の変化量が増大するため、より高い分解能で物質の質量や濃度を測定することができる。

上記構成によれば、突出部３０の長辺が液体の流れる方向に平行となるように設けられているため、突出部３０が液体の流れの抵抗となることが抑制される。また、突出部３０は、厚みすべり振動による変位が比較的小さい領域である溝部１３の幅方向における中央付近に設けられている。これらにより、突出部３０が圧電基板１０の厚みすべり振動に与える影響が抑制されるため、振動特性の劣化が抑制され、Ｑ値を高く保つことができる。

上記構成によれば、溝部１３の振動に伴って、突出部３０が溝部１３の底面１３０の平面視において回転するように振動する（図４破線矢印参照）。これにより、突出部３０が振動しない構成に比べて、吸着材３２が対象物質を吸着しやすくなり、対象物質の吸着量が増大し得る。

上記構成によれば、一対の励振電極３３，３４がいずれも溝部１３の外側である圧電基板１０の主面１１０ｂに形成される。従って、後述する変形例のように一対の励振電極が溝部１３の内側と外側に分かれて形成される構成や、溝部の内側に形成される構成に比べて、交流電圧の印加のための配線が形成しやすい。

なお、突出部３０の形状や大きさが溝部１３内における液体の流れに影響を与えることにより、例えば液体の流速を制御してもよい。あるいは、液体の突出部３０への衝突により生じる共振周波数の変化に基づいて、液体の流速を測定してもよい。

また、本実施形態においては、突出部３０の形状が平板状であるが、当該突出部の形状は特に限定されない。また、後述するように、突出部３０の配置の方向及び位置は特に限定されない。

また、圧電基板１０を圧電振動させるための電極の構成は上記態様に限られない。例えば、溝部の内側に一対の励振電極が設けられ、当該一対の励振電極に対向するように溝部の外側（圧電基板１０の主面１１０ｂ）に接地電極が設けられる構成であってもよい。この場合、例えば一対の励振電極は、突出部の一方の側面側と他方の側面側にそれぞれ設けられ、これらの一対の励振電極の表面にそれぞれ吸着材が設けられてもよい。また、接地電極３１は、接地電位が供給される代わりに浮き電極であってもよい。

図６は、本開示の第１実施形態の第１変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。図７は、図６におけるＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。なお、図６は、図４に示される平面図と同様の方向を示す。後述する図８、図１０から図１３、図１５、図１７、図１９及び図２０についても同様である。以下の説明においては、上述の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態及び変形例毎には逐次言及しない。

図６及び図７に示されるように、第１変形例に係る圧電基板１０Ａは、上述の圧電基板１０に比べて２つの凹部４０ａ，４０ｂがさらに設けられている点において相違する。２つの凹部４０ａ，４０ｂは、溝部１３の底面１３０から圧電基板１０Ａの主面１１０ｂ側に向かって窪む領域である。２つの凹部４０ａ，４０ｂは、それぞれ、突出部３０に対して溝部１３の幅方向における両側において、溝部１３の長さ方向に沿って延びるように設けられている。

溝部１３内に２つの凹部４０ａ，４０ｂが設けられることにより、突出部３０を含む振動領域が溝部１３の側面と隔てられ、溝部１３の励振を吸着領域１４に閉じ込めやすくなる。これにより、物質の分析精度が向上する。なお、凹部の数は２つに限られず、例えば突出部３０の両側ではなく片側に１つの凹部が設けられる構成であってもよい。

図８は、本開示の第１実施形態の第２変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。図９は、図８におけるＩＸ－ＩＸ線断面図である。

図８及び図９に示されるように、第２変形例に係る圧電基板１０Ｂは、上述の圧電基板１０Ａに比べて２つの凹部４１ａ，４１ｂが設けられる位置が異なる。第２変形例において、２つの凹部４１ａ，４１ｂは、それぞれ突出部３０に対して溝部１３の長さ方向における両側において、溝部１３の幅方向に沿って延びるように設けられている。

このように、２つの凹部が設けられる位置は特に限定されず、圧電基板１０Ｂの主面１１０ａの平面視における突出部３０の周囲であればよい。２つの凹部４１ａ，４１ｂが突出部３０に対して溝部１３の長さ方向の両側に設けられる場合であっても、圧電基板１０Ａと同様に励振が吸着領域１４に閉じ込められやすくなるため、物質の分析精度が向上する。これらの凹部４０ａ，４０ｂと凹部４１ａ，４１ｂは組み合わせて設けられてもよく、例えば突出部３０の全周を取り囲むように凹部が設けられていてもよい。

図１０から図１２は、それぞれ、本開示の第１実施形態の第３から第５変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。なお、図１０以降では、吸着材の図示が省略されている。

図１０から図１２に示されるように、第３から第５変形例は、図４に示される第１実施形態に比べて、突出部３０Ａの配置方向が異なっている。第３から第５変形例において、突出部３０Ａは平板状をなし、その長辺が溝部１３の幅方向に沿うように配置されている。これに伴い、接地電極３１Ａは、溝部１３の長さ方向に沿って、溝部１３の底面１３０から突出部３０Ａの一方側の側面、上面、及び他方側の側面を通って他方側の底面１３０に至るように設けられている。吸着材（不図示）は、接地電極３１Ａの表面を覆うように設けられている。

図１０に示されるように、第３変形例では、一対の励振電極３３Ａ，３４Ａは、図５に示される励振電極３３，３４と同様に、圧電基板１０Ｃを挟んで接地電極３１Ａと対向する領域であって、突出部３０Ａを中心として対称となるように突出部３０Ａの両側に設けられている。

第３変形例では、一対の励振電極３３Ａ，３４Ａに交流電圧が印加されることにより、図１０に示される黒色矢印及び白色矢印の方向の厚みすべり振動が生じる。本変形例では、変位が比較的小さい領域に突出部３０Ａが形成されるため、突出部３０Ａに起因する振動特性の劣化を抑制することができる。

図１１に示されるように、第４変形例では、一対の励振電極３３Ｂ，３４Ｂは、圧電基板１０Ｄを挟んで接地電極３１Ａと対向する領域であって、突出部３０Ａに対して非対称となるように設けられている。具体的に、一方の励振電極３３Ｂは、底面１３０の平面視において、接地電極３１Ａの一端から突出部３０Ａを超える比較的広い領域にわたって設けられている。他方の励振電極３４Ｂは、底面１３０の平面視において、接地電極３１Ａの他端から突出部３０Ａに至らない比較的狭い領域に設けられている。

第４変形例においても、一対の励振電極３３Ｂ，３４Ｂに交流電圧が印加されることにより、図１１に示される黒色矢印及び白色矢印の方向の厚みすべり振動が生じる。第４変形例では、変位が比較的大きい領域に突出部３０Ａが形成されるため、突出部３０Ａ自体が振動することで対象物質の吸着量が増大し得る。このように、一対の励振電極３３Ｂ，３４Ｂは、必ずしも突出部３０Ａに対して対称に設けられていなくてもよい。

図１２に示されるように、第５変形例では、一対の励振電極３３Ｃ，３４Ｃは、圧電基板１０Ｅを挟んで接地電極３１Ａと対向する領域において、溝部１３の長さ方向に沿って突出部３０Ａを跨いで設けられている。一対の励振電極３３Ｃ，３４Ｃは、溝部１３の幅方向に沿って並んで設けられている。

第５変形例においても、一対の励振電極３３Ｃ，３４Ｃに交流電圧が印加されることにより、図１２に示される黒色矢印及び白色矢印の方向の厚みすべり振動が生じる。第５変形例では、変位が比較的大きい領域に突出部３０Ａが形成されるため、突出部３０Ａ自体が振動することで対象物質の吸着量が増大し得る。

また、第３から第５変形例によると、上述の分析装置１００に比べて突出部３０Ａが液体の流れの抵抗になりやすいため、液体の流速を落とすことができる。

図１３は、本開示の第１実施形態の第６変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。図１４は、図１３におけるＸＩＶ－ＸＩＶ線断面図である。

図１３及び図１４に示される第６変形例は、図１０に示される第３変形例に比べて電極の構成が異なっている。第６変形例では、接地電極３１Ａを備えず、溝部１３の内側に一方の励振電極３３Ｄ（第１電極）が設けられ、溝部１３の外側であって圧電基板１０Ｆの主面１１０ｂに他方の励振電極３４Ｄ（第２電極）が設けられる。溝部１３の内側の励振電極３３Ｄは、上述の接地電極３１Ａと同様に、溝部１３の長さ方向に沿って、溝部１３の底面１３０から突出部３０Ａの一方側の側面、上面、及び他方側の側面を通って他方側の底面１３０に至るように設けられている。吸着材（不図示）は、溝部１３の内側の励振電極３３Ｄの表面を覆うように設けられている。励振電極３４Ｄは、圧電基板１０Ｆを挟んで励振電極３３Ｄと対向するように設けられている。

このような構成であっても、対向する一対の励振電極３３Ｄ，３４Ｄに交流電圧が印加されることにより、図１３及び図１４に示される黒色矢印及び白色矢印の方向の厚みすべり振動が生じる。第６変形例は、接地電極を要しないため、上述の各変形例に比べて電極数を削減することができる。

図１５は、本開示の第１実施形態の第７変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。図１６は、図１５におけるＸＶＩ－ＸＶＩ線断面図である。

図１５及び図１６に示される第７変形例は、図１３及び図１４に示される第６変形例に比べて、水晶の結晶軸の方向が異なる。第７変形例では、水晶の結晶軸であるＸ軸が溝部１３の幅方向に沿い、Ｚ´軸が溝部１３の長さ方向に沿うように圧電基板１０Ｇが配置される。この場合、一対の励振電極３３Ｄ，３４Ｄに交流電圧が印加されることにより、図１５及び図１６に示される黒色矢印及び白色矢印の方向（すなわち、結晶軸であるＸ軸に沿う方向）の厚みすべり振動が生じる。第７変形例では、液体が流れる方向と直交する方向に突出部３０Ａが振動するため、対象物質の吸着量が増大し得る。

図１７は、本開示の第１実施形態の第８変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。図１８は、図１７におけるＸＶＩＩＩ－ＸＶＩＩＩ線断面図である。

図１７及び図１８に示される第８変形例は、図１５及び図１６に示される第７変形例に比べて、圧電基板１０Ｈに２つの突出部３０Ｂ，３０Ｃが設けられている点が異なる。２つの突出部３０Ｂ，３０Ｃは、それぞれ平板状をなし、その長辺が溝部１３の長さ方向に沿い、溝部１３の幅方向に並んで配置されている。溝部１３の内側の励振電極３３Ｅは、２つの突出部３０Ｂ，３０Ｃの表面を覆うように設けられている。溝部１３の外側の励振電極３４Ｅは、圧電基板１０Ｈを挟んで励振電極３３Ｅと対向するように、圧電基板１０Ｈの主面１１０ｂに設けられている。一対の励振電極３３Ｅ，３４Ｅに交流電圧が印加されることにより、図１７及び図１８に示される黒色矢印及び白色矢印の方向の厚みすべり振動が生じる。

このように、溝部１３内に設けられる突出部の数は特に限られず、２つ以上であってもよい。第８変形例では、２つの突出部３０Ｂ，３０Ｃの長辺が液体の流れに沿い、かつ突出部３０Ｂ，３０Ｃが流体の流れとは直交する方向に振動する。従って、流体の流れに与える影響を抑制しつつ、対象物質の吸着量を増大させることができる。

図１９は、本開示の第１実施形態の第９変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。

図１９に示される第９変形例は、図１５に示される第７変形例に比べて、圧電基板１０Ｉに設けられる励振電極の構成が異なる。具体的に、第９変形例では、溝部１３の内側に１つの励振電極３３Ｆが設けられ、溝部１３の外側に４つの励振電極３４Ｆａ～３４Ｆｄが設けられている。４つの励振電極３４Ｆａ～３４Ｆｄは、それぞれ圧電基板１０Ｉを挟んで励振電極３３Ｆと対向し、かつ底面１３０の平面視において２×２の行列を成すように設けられている。

第９変形例では、１つの励振電極３３Ｆと、４つの励振電極３４Ｆａ～３４Ｆｄとのそれぞれの間に交流電圧が印加されることにより、図１９に示される黒色矢印及び白色矢印の方向の厚みすべり振動が生じる。これに伴い、突出部３０Ａは屈曲するように振動する（図１９破線矢印参照）。突出部３０Ａ自体が振動することにより、対象物質の付着量が増大し得る。

このように、圧電基板に設けられる励振電極の数は特に限定されない。励振電極の数を増やすことにより、溝部１３に生じる振動の態様を様々に変化させることができる。

図２０は、本開示の第１実施形態の第１０変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す平面図である。

図２０に示される第１０変形例では、圧電基板１０Ｊに４つの突出部３０Ｄ～３０Ｇが設けられている。４つの突出部３０Ｄ～３０Ｇは、それぞれ平板状をなし、溝部１３内において２×２の行列を成すように配置されている。一方の対角線状にある突出部３０Ｄと突出部３０Ｆは、その長辺が溝部１３の幅方向に沿うように配置され、他方の対角線状にある突出部３０Ｅと突出部３０Ｇは、その長辺が溝部１３の長さ方向に沿うように配置されている。各突出部３０Ｄ～３０Ｇに対して、溝部１３の内側に１つの励振電極が設けられ、溝部１３の外側に２つの励振電極が設けられている。これらの励振電極の配置は、上述のいずれかの変形例と同様であるため、詳細な説明を省略する。

４つの突出部３０Ｄ～３０Ｇによって囲まれた領域には、図２０の矢印２００が示すように渦が生じ、液体の流れに対流が生じる。これにより、溝部１３を流れる液体が攪拌され、吸着材に物質が均等に吸着しやすくなる。

本変形例によると、液体の流れに対流が生じ、吸着材に物質が均等に吸着しやすくなるため、物質の分析精度が向上する。また、４つの突出部３０Ｄ～３０Ｇのそれぞれに励振電極が設けられるため、交流電圧の印加の際に同期をとったり、あるいは意図的にタイミングをずらしたりすることにより、流体の流れを効率よく制御することができる。加えて、４つの突出部３０Ｄ～３０Ｇの配置により、液体の流れを制御したり、流速を計測したりすることができる。

なお、図２０に示される励振電極の配置は一例であり、これに替えて上述の様々な変形例における励振電極の配置が適用されてもよい。例えば、図１７に示される第８変形例と同様に、４つの突出部３０Ｄ～３０Ｇの全てを１つの励振電極が覆う構成であってもよい。

図２１は、本開示の第１実施形態の第１１変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す断面図である。図２２は、本開示の第１実施形態の第１２変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す断面図である。なお、図２１及び図２２は、図５に示される断面図と同様の方向を示す。後述する図２３についても同様である。

図２１に示される第１１変形例及び図２２に示される第１２変形例は、図５に示される圧電基板１０に比べて、突出部３０Ｈ，３０Ｉを構成する材料がそれぞれ異なる。第１１変形例に係る圧電基板１０Ｋにおいては、溝部１３の底面１３０Ａは平坦であり、底面１３０Ａ上に設けられた接地電極３１Ｂが溝部１３の底面１３０Ａから突出して形成されて突出部３０Ｈを構成する。接地電極３１Ｂの表面上には吸着材３２が設けられる。

第１２変形例に係る圧電基板１０Ｌでは、溝部１３の底面１３０Ａ及び当該底面１３０Ａ上に設けられた接地電極３１Ｃは平坦であり、当該接地電極３１Ｃ上に設けられた吸着材３２Ａが溝部１３の底面１３０Ａから突出して形成されて突出部３０Ｉを構成する。これらの変形例のように、溝部１３の底面１３０Ａから突出した突出部３０Ｈ，３０Ｉを構成する材料は圧電基板に限られず、電極や吸着材であってもよく、さらに異なる材料であってもよい。

このような構成であっても、少なくとも溝部１３の底面１３０Ａから突出部３０Ｈ，３０Ｉの側面に至る領域に吸着材３２，３２Ａが形成されるため、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

図２３は、本開示の第１実施形態の第１３変形例に係る分析装置における吸着領域の構成例を示す断面図である。第１３変形例に係る圧電基板１０Ｍでは、図５に示される圧電基板１０に比べて、接地電極３１上に吸着材が設けられない点において相違する。本実施形態では、接地電極３１が分析対象を吸着する機能を有する。このように、溝部１３の底面１３０から突出部３０の側面に至る領域には、接地電極３１及び吸着材の少なくとも一方が設けられていればよい。

このような構成であっても、接地電極３１が分析対象を吸着するため、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。上述のいずれの実施形態及び変形例においても同様に、吸着材が形成されず、接地電極が分析対象を吸着する構成であってもよい。

なお、上述した各変形例における突出部の数及び配置、並びに励振電極の数及び配置は一具体例であり、これに限定されない。上述の各変形例は組み合わせて構成されてもよい。

図２４は、本開示の第２実施形態に係る分析装置の構成例を示す平面図である。なお、本実施形態に係る分析装置の蓋部材は、上述の分析装置１００における蓋部材２０と同様とすることができるため図示を省略する。以下に示す第３実施形態においても同様である。

図２４に示されるように、本実施形態に係る圧電基板１０Ｎは、３つの吸着領域１４Ａ～１４Ｃを備える。なお、吸着領域１４Ａ～１４Ｃの数は一例であり、これに限定されない。３つの吸着領域１４Ａ～１４Ｃは、溝部１３内において、溝部１３の長さ方向（すなわち、液体の進行方向）に沿って並べて配置されている。各吸着領域１４Ａ～１４Ｃにおける突出部等の構成は、上述の吸着領域における構成のいずれかを用いることができるため、詳細な説明を省略する。各吸着領域１４Ａ～１４Ｃの構成は、それぞれ互いに同じであってもよく、互いに異なる構成の組み合わせであってもよい。３つの吸着領域１４Ａ～１４Ｃに設けられた各吸着材は、例えばそれぞれ互いに異なる物質を選択的に吸着するものとすることができる。これにより、３つの突出部は、それぞれ異なる共振周波数で振動し、それぞれの共振周波数を検出すれば、各物質の質量や濃度を測定することができる。

本実施形態によると、各吸着領域１４Ａ～１４Ｃにおいて互いに異なる物質が吸着されるため、複数の種類の物質の質量や濃度を同時に測定することができる。

なお、各吸着領域１４Ａ～１４Ｃにおいて、例えば図８及び図９に示される圧電基板１０Ｂのように、各突出部３０に対して溝部１３の長さ方向の両側に一対の凹部４１ａ，４１ｂが設けられる構成が適用されることが好ましい。これにより、各突出部における励振が各吸着領域１４Ａ～１４Ｃに閉じ込められる度合いが向上するため、各突出部の振動の相互の干渉を抑制することができる。従って、凹部が設けられない構成に比べて、各物質の分析精度を向上させることができる。

図２５は、本開示の第３実施形態に係る分析装置の構成例を示す平面図である。

図２５に示されるように、本実施形態に係る圧電基板１０Ｏは、上述の第１実施形態に係る分析装置１００に比べて光学分析窓５０をさらに備える。

光学分析窓５０は、液体の流路を構成する溝部１３の途中に設けられている。本実施形態において、光学分析窓５０は、溝部１３のうち排出口１２の付近に設けられている。光学分析窓５０は、圧電基板１０の厚み方向に光を透過させる分析窓であり、光学分析器が取り付け可能なように配置される。

流路の途中に光学分析窓５０を設けることにより、分析装置１００に光学分析機能が付加される。例えば光学分析窓５０が水晶により構成されている場合、透過可能な波長領域が比較的広く、例えば１５２ｎｍ程度の深紫外線をも透過させることができるので、多くの物質を分析することができる。

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。なお、以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更又は改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１０，１０Ａ～１０Ｏ…圧電基板、１１…導入口、１２…排出口、１３…溝部、１４，１４Ａ～１４Ｃ…吸着領域、２０…蓋部材、２１，２２…貫通孔、３０，３０Ａ～３０Ｉ…突出部、３１，３１Ａ～３１Ｃ…接地電極、３２，３２Ａ…吸着材、３３，３３Ａ～３３Ｆ，３４，３４Ａ～３４Ｅ，３４Ｆａ～３４Ｆｄ…励振電極、４０ａ，４０ｂ，４１ａ，４１ｂ…凹部、５０…光学分析窓、１００…分析装置、１１０ａ，１１０ｂ…主面、１３０，１３０Ａ…底面

Claims (10)

1. 対向する一対の主面を有する圧電基板と、
   前記圧電基板の一方の主面側に設けられ、分析対象が流れる流路を構成する溝部と、
   前記溝部内の少なくとも一部に設けられた第１電極と、
   前記圧電基板の他方の主面に、前記圧電基板を挟んで前記第１電極と対向して設けられ、前記第１電極との間に圧電振動を生じさせる第２電極と、
   を備え、
   前記溝部内において、前記溝部の底面から突出した少なくとも一つの突出部が設けられ、前記溝部の底面から前記少なくとも一つの突出部の側面に至る領域において、吸着材が設けられた、分析装置。
2. 前記少なくとも一つの突出部は、前記溝部における前記分析対象の導入口よりも排出口の近くに設けられた、
   請求項１に記載の分析装置。
3. 前記少なくとも一つの突出部は、前記溝部内において、前記溝部の長さ方向に沿って配置された複数の突出部を含み、
   前記複数の突出部におけるいずれか一つの突出部は、他の突出部とは異なる物質を吸着する、
   請求項１又は２に記載の分析装置。
4. 前記圧電基板は、前記溝部内における前記少なくとも一つの突出部の周囲において、前記溝部の底面より前記圧電基板の他方の主面側に窪んだ少なくとも一つの凹部をさらに備える、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の分析装置。
5. 前記少なくとも一つの凹部は、前記少なくとも一つの突出部に対して前記溝部の長さ方向における両側に設けられた、
   請求項４に記載の分析装置。
6. 前記溝部は、前記圧電基板の前記一対の主面の平面視において渦巻状をなして形成された、
   請求項１から５のいずれか一項に記載の分析装置。
7. 前記少なくとも一つの突出部は、前記圧電基板と同じ材料からなる前記溝部の底面から突出した基板突出部を含み、前記第１電極が前記溝部の底面から前記基板突出部の側面に至る領域に設けられた、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の分析装置。
8. 前記少なくとも一つの突出部は、前記第１電極が前記溝部の底面から突出して形成されることにより構成された、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の分析装置。
9. 前記吸着材が、前記第１電極の表面上の少なくとも一部に設けられた、
   請求項７又は８に記載の分析装置。
10. 前記少なくとも一つの突出部は、前記吸着材が前記溝部の底面から突出して形成されることにより構成された、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の分析装置。

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