JP7421178B2 - 振動検出素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
このネルンストの式において、Eは、起電力であり、Rは、気体定数であり、Tは、温度(K)であり、Fは、ファラデー定数であり、P1は、試料極の水素ポテンシャルに相当する水素分圧であり、P2は、標準極の水素ポテンシャルに相当する水素分圧である。
この発明の実施の形態によれば、振動検出素子は、基材と、第1の支持部材と、第2の支持部材と、振動子とを備える。基材第1の面と第1の面に対向する第2の面とを有する空間部を含む。第1の支持部材は、空間部の第1の面から第2の面の方向へ突出している。第2の支持部材は、空間部の第2の面から第1の面の方向へ突出している。振動子は、空間部内において振動可能に第1の支持部材または第2の支持部材に接して配置される。そして、振動子は、圧電体からなる基板と、基板上に配置され、基板の面内方向に圧縮力または引張力が印加された薄膜とを含む。
構成1において、薄膜は、有機材料または無機材料からなる。
構成2において、薄膜は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウムを含む金属ガラス、白金、および金を担持した酸化タングステンのいずれかからなる。
また、この発明の実施の形態によれば、振動検出素子の製造方法は、基板ホルダーの円弧状の表面に圧電体からなる第1の基板を取り付ける第1の工程と、
第1の基板上に薄膜を形成して第1の基板と薄膜とからなる振動子を作製する第2の工程と、
振動子を基板ホルダーから取り外し、その取り外した振動子を第1の凹部の底面から突出した第1の支持部材に耐熱接着剤によって接着する第3の工程と、
振動子が耐熱接着剤によって接着された第2の基板を、第2の凹部の底面から突出した第2の支持部材を有する第3の基板の第2の支持部材に振動子が対向するように第3の基板と接合する第4の工程と、
第4の工程の後、耐熱接着剤を除去する第5の工程とを備える。
構成4の第2の工程において、有機材料または無機材料からなる薄膜を第1の基板上に形成して振動子を作製する。
構成4または構成5の第2の工程において、パラジウム、パラジウム合金、パラジウムを含む金属ガラス、白金、および金を担持した酸化タングステンのいずれかからなる薄膜を第1の基板上に形成して振動子を作製する。
構成4から構成6のいずれかの第1の工程において、基板ホルダーから第1の基板の方向へ突出するように湾曲した基板ホルダーの円弧状の表面に第1の基板を取り付ける。
構成4から構成6のいずれかの第2の工程において、スパッタリング法によって薄膜を第1の基板上に形成して振動子を作製する。
構成4から構成8のいずれかにおいて、第4の工程は、
振動子が接着された第4の基板を用いて、振動子が耐熱接着剤によって第1の支持部材に接着された第2の基板を作製する第1のサブ工程と、
前記第1のサブ工程の後、振動子が第2の支持部材に対向するように第2の基板を第3の基板と接合する第2のサブ工程とを含む。
構成9において、第1のサブ工程は、
第1の凹部と第1の支持部材とを第2の基板に形成するサブ工程Aと、
振動子を第4の基板に接着させ、振動子の露出した表面に耐熱接着剤を塗布し、その塗布した耐熱接着剤によって振動子を第1の支持部材に接着するサブ工程Bとを含み、
第2のサブ工程は、
第2の凹部と第2の支持部材とを第3の基板に形成するサブ工程Cと、
サブ工程Bの後、振動子の露出した表面が第2の支持部材に対向するように第2の基板を第3の基板と接合するサブ工程Dとを含む。
構成4から構成10のいずれかの第5の工程において、耐熱接着剤は、塩基性の溶液、酸性の溶液および有機系の溶液のいずれかによって除去される。
一方、三角形ABCの角∠BAC(=α/2)は、次式によって表わされる。
式(1),(2)を用いてΔhを求めると、次式のようになる。
式(3)におけるaは、支持部材522cと支持部材522dとの水平方向の間隔であり、既知である。また、式(3)におけるrは、振動子54の曲率半径であり、既知である。
このように、共振周波数の変化量Δfは、振動子4,54,64の質量の変化量Δm、すなわち、検出対象物の質量に比例し、振動子4,54,64の質量mに反比例する。したがって、検出対象物の質量が大きくなる程、または振動子4,54,64の質量(=厚み)が小さくなる程、共振周波数fの変化量Δfが大きくなり、検出対象物の振動子4,54,64への付着を検知し易くなる。
第1の基板上に薄膜を形成して第1の基板と薄膜とからなる振動子を作製する第2の工程と、
振動子を基板ホルダーから取り外し、その取り外した振動子を第1の凹部の底面から突出した第1の支持部材に耐熱接着剤によって接着する第3の工程と、
振動子が耐熱接着剤によって接着された第2の基板を、第2の凹部の底面から突出した第2の支持部材を有する第3の基板の第2の支持部材に振動子が対向するように第3の基板と接合する第4の工程と、
第4の工程の後、耐熱接着剤を除去する第5の工程とを備えていればよい。
図4に示すスパッタ装置200の基板ホルダー202の凸面202AにAT-cut水晶板からなる基板41を固定し、パラジウム(Pd)からなる薄膜42をスパッタリングによって基板41上に形成した。この場合、AT-cut水晶板は、例えば、2.5mm×1.7mm×25μmのサイズを有し、薄膜42の膜厚は、例えば、10nmである。引き続いて、基板41/薄膜(Pd)42を基板ホルダー202から取り外し、圧縮力が印加された薄膜(Pd)を有する振動子4を作製した。
図4に示すスパッタ装置200の基板ホルダー202を基板ホルダー209に変えたスパッタ装置200を用いて、実施例1と同様にして振動子を作製した。その後、作製した振動子を用いて、上述した方法によって比較例1における振動検出素子10-Comp1を作製した。
薄膜が形成されていないAT-cut水晶板のみからなる振動子を作製した。その後、作製した振動子を用いて、上述した方法によって比較例2における振動検出素子10-Comp2を作製した。
振動検出素子10-1,10-Comp1,10-Comp2を用いて1vol%の水素(H2)ガスを検出したときの共振周波数の変化量を調べた。
Claims (7)
- 第1の面と前記第1の面に対向する第2の面とを有する空間部を含む基材と、
前記空間部の前記第1の面から前記第2の面の方向へ突出した第1の支持部材と、
前記空間部の前記第2の面から前記第1の面の方向へ突出した第2の支持部材と、
前記空間部内において振動可能に前記第1の支持部材または前記第2の支持部材に接して配置された振動子とを備え、
前記振動子は、
圧電体からなる基板と、
前記基板上に配置され、前記基板の面内方向に圧縮力または引張力が印加された薄膜とを含み、
前記薄膜は、パラジウム、パラジウム合金、パラジウムを含む金属ガラス、白金、および金を担持した酸化タングステンのいずれかからなる、振動検出素子。 - 基板ホルダーの円弧状の表面に圧電体からなる第1の基板を取り付ける第1の工程と、
前記第1の基板上に薄膜を形成して前記第1の基板と前記薄膜とからなる振動子を作製する第2の工程と、
前記振動子を前記基板ホルダーから取り外し、その取り外した振動子を第1の凹部と前記第1の凹部の底面から突出した第1の支持部材とを有する第2の基板の前記第1の支持部材に耐熱接着剤によって接着する第3の工程と、
前記振動子が前記耐熱接着剤によって前記第1の支持部材に接着された前記第2の基板を、第2の凹部と前記第2の凹部の底面から突出した第2の支持部材とを有する第3の基板の前記第2の支持部材に前記振動子が対向するように前記第3の基板と接合する第4の工程と、
前記第4の工程の後、前記耐熱接着剤を除去する第5の工程とを備え、
前記第2の工程において、パラジウム、パラジウム合金、パラジウムを含む金属ガラス、白金、および金を担持した酸化タングステンのいずれかからなる前記薄膜を前記第1の基板上に形成して前記振動子を作製する、振動検出素子の製造方法。 - 前記第1の工程において、前記基板ホルダーから前記第1の基板の方向へ突出するように湾曲した前記基板ホルダーの円弧状の表面に前記第1の基板を取り付ける、請求項2に記載の振動検出素子の製造方法。
- 前記第2の工程において、スパッタリング法によって前記薄膜を前記第1の基板上に形成して前記振動子を作製する、請求項2または請求項3に記載の振動検出素子の製造方法。
- 前記第4の工程は、
前記振動子を接着剤によって第4の基板に接着する第1のサブ工程と、
前記第1のサブ工程の後、前記第4の基板に接着された前記振動子を前記耐熱接着剤によって前記第1の支持部材に接着し、前記接着剤および前記第4の基板を除去して前記振動子が前記耐熱接着剤によって前記第1の支持部材に接着された前記第2の基板を作製する第2のサブ工程と、
前記第2のサブ工程の後、前記振動子が前記第2の支持部材に対向するように前記第2の基板を前記第3の基板と接合する第3のサブ工程とを含む、請求項2から請求項4のいずれか1項に記載の振動検出素子の製造方法。 - 前記第2のサブ工程は、
前記第1の凹部と前記第1の支持部材とを前記第2の基板に形成するサブ工程Aと、
前記第4の基板に接着された前記振動子の露出した表面に耐熱接着剤を塗布し、その塗布した耐熱接着剤によって前記振動子を前記第1の支持部材に接着するサブ工程Bと、
前記接着剤および前記第4の基板を除去するサブ工程Cとを含み、
前記第3のサブ工程は、
前記第2の凹部と前記第2の支持部材とを前記第3の基板に形成するサブ工程Dと、
前記サブ工程Cの後、前記振動子の露出した表面が前記第2の支持部材に対向するように前記第2の基板を前記第3の基板と接合するサブ工程Eとを含む、請求項5に記載の振動検出素子の製造方法。 - 前記第5の工程において、前記耐熱接着剤は、塩基性の溶液、酸性の溶液および有機系の溶液のいずれかによって除去される、請求項2から請求項6のいずれか1項に記載の振動検出素子の製造方法。
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