JPH04370742A - 化学センサーとその回路との結線方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、表面弾性波素子等の
圧電素子と感応膜を組み合わせた化学センサーを発振回
路等の回路に組み込む時、圧電素子上の電極と回路との
接点を取るための結線方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】表面弾性波素子又は水晶振動子のような
圧電素子とこの上に成膜された感応膜とにより化学セン
サーを構成することができる。圧電素子を発振回路や共
振回路と接続して、周波数を測定する。圧電素子の感応
膜に物質が吸着すると、この吸着量に応じて圧電素子の
発振周波数又は共振周波数が変化する。この発振周波数
又は共振周波数を測定することにより化学センサーとし
て働く。例えば気相中や液相中の有機分子等の濃度を、
この感応膜への有機分子の吸着量を測定することにより
求めることができる。この圧電素子と発振回路又は共振
回路等の間の接点の取り方として、従来■板バネ電極法
、■ワイヤーボンディング法等とが提案されている。

【０００３】■板バネ電極法 図４に示すような表面弾性波素子５１としては、７８．
９ＭＨｚで発振するディレイ・ライン型のものを用いた
例で説明する。具体的には、１０×２０×厚さ０．５ｍ
ｍのＳＴカット水晶基板上に、２組の交差指電極５２を
配したものである。２組の交差指電極５２の間の距離は
１２ｍｍであり、交差指電極５２は電極幅１０μｍ、ス
ペース幅１０μｍで、５０対、交差長３．２ｍｍでアル
ミニウムより成っている。交差指電極５２の負極は接地
されている。図４中ＳＡＷは表面弾性波を示す。

【０００４】発振回路は図５のブロック図のようになっ
ている。５３は内側に表面弾性波素子５１をセットした
セル部、５４は増幅器、５５はローパスフィルター、５
６は移相器、５７は分配器である。５８は波形を確認す
るためのオシロスコープ、５９は発振周波数を求めるた
めの周波数カウンターである。表面弾性波素子５１を内
側にセットしたセル部５３に回路とつなげる板バネ電極
６０を、図６に示すように準備する。この板バネ電極６
０を、図７に示すように、セル部５３にセットした表面
弾性波素子５１の交差指電極５２とネジで固定する。そ
して同時に表面弾性波素子５１のこの板バネ電極６０で
行う。接点取りは、回路の正極　（＋側）　を交差指電
極５２の正極　（＋側）に、回路の負極　（−側）　を
交差指電極５２の負極　（−側）　に接触させることに
より、合計４ヶ所行う。

【０００５】板バネ電極６０は交差指電極５２に接続す
るため、この交差指電極５２を押さえ付ける構造となる
。このことは表面弾性波素子５１に対しても強く押さえ
付けることになり、この圧力により表面弾性波素子５１
の特性変化や破損の可能性がある。そのため、板バネ電
極６０で適切な接触となる圧力を掛けることは、調整に
時間を要し、かなり難しい作業となる。また、板バネ電
極６０のずれにより、交差指電極５２の剥がれが発生し
、この剥がれたアルミニウム粉による交差指電極５２の
短絡事故の発生の原因となる。短絡事故を起こすと、当
然のことながら表面弾性波素子５１は機能しなくなる。 従って、この板バネ電極６０の取り付けには非常な注意
を必要とする。このため表面弾性波素子５１の着脱を非
常に困難なものにした。また、板バネ電極６０の幅を数
ミリメートル以上と大きくしないと、表面弾性波素子５
１の固定が十分行われない。表面弾性波素子５１の交差
指電極５２の面積は非常に小さいため、確実に接点を取
るためには、板バネ電極６０のセル部５３内での設置に
は精度を必要とする。

【０００６】以上の説明のように板バネ電極法は、化学
センサーの検出部である圧電素子を交換のため着脱する
たとが難しく、接続に適正なものを作成するのに容易で
ないことから問題点が多い。 ■ワイヤーボンディング法と銀ペースト法このワイヤボ
ンディング法では、圧電素子の自由な交換はできない。 そこで、銀ペースト等の導電物で接点を取ることが考え
られる。圧電素子、回路共、■の板バネ電極法と同じと
し、銀ペースト法においては、セル部を改造している。 具体的には、■の板バネ電極を金とし、セル内部に固定
しておき、その上に市販の銀ペーストを付着させ、そし
て圧電素子を載せるようにする。交差指電極と金電極は
図７に示したと同様に４ヶ所で接着する。 圧電素子の着脱には問題を生じない。しかし、銀ペース
トの固化を常に一定に保のは難しく、十分固化した後も
、ノイズを生じることがある。この時、オシロスコープ
５８（図５に図示）で波形を観察すると波形の乱れが確
認され、接触状態が不安定であることがわかる。また、
固化が十分でないと金の上から交差指電極が剥がれ、断
線の原因となる。また、銀ペーストの接着のみでは、圧
電素子の固定は不十分で、他の手段の固定、例えば固定
具で圧電素子を押さえることが必要になる。

【０００７】以上より圧電素子の固定と回路の接続が銀
ペースト法では困難であり、不安定である。以上説明し
たように、従来、圧電素子とその発振回路又は共振回路
等の間で接点を取るのに、■板バネ電極法、■ワイヤー
ボンディング法とがあるが、■板バネ電極法は、水晶振
動子で多く用いられているが、圧電素子はその圧電性か
ら圧力を掛けることは好ましくなく、接点を取る際、圧
力のコントロールが難しい。また、圧電素子の上のパタ
ーニングされた電極を傷つける恐れもある。

【０００８】また、■のワイヤーボンディング法では、
自由に圧電素子を交換できない。これは銀ペースト等の
導電物で接点を取っても同様で、化学センサーに応用す
る場合、圧電素子の交換が難しいこととなる。また、「
圧電素子の固定」を別法で、例えば接着を併用して行う
必要がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
従来の問題点を解消するためになされたものであって、
「導電接触ピン」を用いることで、圧電素子を自由に交
換でき、「導電接触ピン」は「押さえバネ」で押圧され
ているので、「押さえバネ」を適当に選択することで、
接点を良好に取ることができ、「押さえバネ」で圧電素
子の固定化が可能な化学センサーとその回路との結線方
法を提供することを課題にしている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の化学センサー
とその回路との結線方法は、表面弾性波素子又は水晶振
動子からなる圧電素子とこの上に成膜される感応膜とに
より化学センサーを構成し、前記圧電素子の発振回路又
は／及び共振回路と前記圧電素子との間の接点を取るの
に「導電接触ピン」を用いたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】導電接触ピンは、押さえバネにより押圧されて
いるので、圧電素子の交換が容易、しかも、良好な接点
接触、圧電素子の固定が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を図１〜図３を参照して説明
する。図１はこの発明の化学センサーとその回路の結線
方法を示す概略斜視図である。図１において、この発明
の化学センサーとその回路の結線方法では、セル部の上
部蓋１に回路と接続した導電接触ピン２を４本取り付け
る構造になっている。３はケーブルを示す。１０はセル
部、１１は表面弾性波素子又は水晶振動子からなる圧電
素子である。１２は交差指電極であり、交差指電極１２
の正極は正電極１３に、負極は負電極１４にそれぞれ接
続されている。

【００１３】図２は導電接触ピン２の断面図である。図
２において、ブッシュ２１は、図１に示したセル部の上
部蓋１に固定される部分であり、シャフト２２がブッシ
ュ２１の中を動く構造になっている。シャフト２２の先
端部が接触部となるチップ２２ａである。チップ２２ａ
とブッシュ２１の間には押さえバネ２３が挟み込まれて
いる。このチップ２２ａは、前記正電極１３又は負電極
１４に接し、接点を取る部分である。この際、押さえバ
ネ２３により適当な圧力をチップ２２ａに掛けることが
できる。シャフト２２のチップ２２ａと逆側は結線部２
２ｂであり、発振回路又は／及び共振回路等の回路につ
ながれているケーブル３が接続されている。

【００１４】このような導電接触ピン２を備えたセル部
の上部蓋１を、図１に示すように、セル部１０にセット
することにより、導電接触ピン２のチップ部２２ａが正
電極１３と負電極１４に接触し、ケーブル３の先に接続
されている回路と圧電素子１１との間の接点を取ること
ができる。 なお、それぞれの部品の大きさ、形状、材質、特性は用
途に応じて自由に選択できる。

【００１５】図３に圧電素子を化学センサーに用いる場
合の回路のブロック図を示す。図３において、１１は圧
電素子、３１は増幅器、そして、３２は移相器である。 表面弾性波素子等の圧電素子１１は、圧電材料（水晶等
）の上に、電極をパターニングして作製する。回路とこ
の圧電素子１１との結線に導電接触ピン２を用いたのが
この発明のポイントである。用いる材料の例を示す。表
面弾性波素子は、７８．９ＭＨｚで発振するように作製
されたＳＴカットされた水晶基板上にアルミニウムをパ
ターニングして電極を設けたものであるり、実際、７８
．９ＭＨｚで発振する。 増幅器３１、移相器３２は市販のものを使用した。ブッ
シュ２１はセル部の上部蓋１に固定され、上部蓋１をセ
ル部１０に閉じた時、チップ２２ａが表面弾性波素子の
パターニングされた電極に接するようにしてある。表面
弾性波素子は、パターニングされた電極を３つ有してい
るか、回路と対応した４点とし導電接触ピン２で接点を
取ってもよい。

【００１６】以上説明したように、この発明では、板バ
ネ電極を用いる際のような、注意深さを必要とせず、上
部蓋１をセル部１０にセットするだけで、十分な接点を
取ることができる。発振状態を調べたところ、７８．９
ＭＨｚで発振しており、セル部１０を動かしても、接点
がはずれることはなく、十分固定されている。ワイヤー
ボンディングや銀ペーストで固定するような手間も掛か
らず、十分な接触が取れ、表面弾性波素子を交換しても
問題は生じることがない。これは、表面弾性波素子のみ
ならず、水晶振動子にも応用できる。また、導電接触ピ
ン２を種々選ぶことで、色々なパターニングされた電極
に対応でき、板バネ電極より適用できる範囲が非常に広
いことが推定される。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の化学セ
ンサーとその回路との結線方法は、表面弾性波素子又は
水晶振動子からなる圧電素子とこの上に成膜される感応
膜とにより化学センサーを構成し、前記圧電素子の発振
回路又は／及び共振回路と前記圧電素子との間の接点を
取るのに導電接触ピンを用いたことを特徴とし、導電接
触ピンを用いることにより、圧電素子を自由に交換でき
、導電接触ピンは押さえバネにより押圧されているので
、押さえバネを適当に選択することで、接点を良好に取
ることができ、押さえバネで圧電素子の固定化が可能で
ある等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の化学センサーとその回路の結線方法
を示す概略斜視面図

【図２】この発明の導電接触ピンの断面図

【図３】この
発明の回路のブロック図

【図４】表面弾性波素子の説明図

【図５】従来の発振回路のブロック図

【図６】従来の板バネ電極の説明図

【図７】従来のセル部にセットした表面弾性波素子を板
バネ電極で固定する正面図

【符号の説明】

１　　セル部の上部蓋 ２　　導電接触ピン ３　　ケーブル １０　　セル部 １１　　圧電素子 １２　　交差指電極 １３　　正電極 １４　　負電極 ２１　　ブッシュ ２２　　シャフト ２２ａ　　チップ ２２ｂ　　結線部 ２３　　押さえバネ ３１　　増幅器 ３２　　移相器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　表面弾性波素子又は水晶振動子からな
   る圧電素子とこの上に成膜される感応膜とにより化学セ
   ンサーを構成し、前記圧電素子の発振回路又は／及び共
   振回路と前記圧電素子との間の接点を取るのに導電接触
   ピンを用いたことを特徴とする化学センサーとその回路
   との結線方法。