WO2006064951A1 - 水晶センサ及び感知装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、組立作業を容易に行うことができ、その作業時における水晶振動子の破損が抑えられ、測定が容易な高感度ランジュバン型水晶センサを提供することにある。　具体的な解決手段としては、例えばゴムからなる水晶保持部材に凹部を形成し、この凹部を塞ぐようにして水晶振動子を水晶保持部材に保持させて気密空間を形成する。一方配線基板に孔部を設けてこの中に水晶保持部材の凹部の裏側に突出している凸部を嵌合させる。そして導電性接着剤を用いて水晶振動子の振動子電極と配線基板の電極との電気的接続を行い、水晶保持部材における水晶振動子を囲む部位を蓋部により配線基板側に押し付けて試料溶液の注入空間を形成し、こうして水晶センサを構成する。このような水晶センサは製造の際に直接水晶振動子が押圧されて当該水晶振動子に過度の力が加わるおそれが無く、水晶振動子が直接配線基板に触れないので、水晶振動子の破損が抑えられる。

Description

明細書

水晶センサ及び感知装置

技術分野

本発明は、 水晶片の一方の面が測定雰囲気に接触し、 他方の面が気密空間に臨 むように構成され、 周波数の変化を検出して測定対象物を感知するランジュバン 型の水晶振動子を利用した水晶センサ及びこの水晶センサを用いた感知装置に関 する。 背景技術

微量物質、 例えばダイォキシンなどの環境汚染物質あるいは C型肝炎ゥィルス や C一反応性タンパク （CRP) などの疾病マーカーを感知するために水晶振動子を 利用した水晶センサを備えた感知装置を用いた測定法が広く知られている。 具体的に述べると前記測定法は、 水晶振動子の一面側の励振電極に予め吸着層 を形成しておき、 測定対象物が吸着するとその吸着した物質の質量に応じて水晶 片の共振周波数が変動する性質を利用して 試料溶液中に測定対象物が有るか無 いか、 あるいはその成分の濃度を計測する測定法である。 特許文献 1には、 この 測定法で用いられる水晶センサに含まれる水晶振動子が、 免疫ラテックス溶液中 で安定して発振されるためには、 水晶振動子の片面のみが測定雰囲気に接触して いる構造が好ましいことが記載されている。

このような水晶センサは、 一般にランジュバン型の水晶振動子と呼ばれている 。 特許文献 1には記載されていないが、 一般的にランジュバン型の水晶振動子の 基本構造としては、 図 1 0に示したような構成とされる。 図中 1 0は、 円形板状 の水晶片であり、 その両面の中央部には夫々箔状の電極 1 1 , 1 2が形成されて いる。 これら電極 1 1、 1 2には、 外部に電気信号を取り出すための支持線部材 1 3、 1 4例えば線径 0 .一 5 mm程度のリード線が接続されている。 前記水晶片 1 0の他面側には凹部 1 5が形成されたベース体 1 6が設けられており、 接着剤 1 7によって前記水晶片 1 0とベース体 1 6とが固着され、 これにより水晶片 1 0と前記凹部 1 5とで囲まれる気密空間を形成している。

近年、 環境保護の観点から前記ダイォキシンなどの環境に与える影響が大き い毒性物質のさらなる取締りが要求されており、 P P tレベルでの測定を可能と するための工夫が各方面で進められている。 ところで水晶振動子においては水晶 振動子の共振周波数は水晶片の厚さが小さくなるほど増大する。 そして Sauerbre yの式より、 この水晶振動子の発する周波数が大きくなるほど、 測定物質の質量 変化量に対する周波数の変化量が大きくなる。 つまり水晶片の薄層化が進むほど 水晶センサの測定感度が上昇して、 極微量の物質を測定することが可能となる。 このため水晶片の薄層化が要求されている。

現在は水晶片を薄層化する技術が進み、 厚さ数〜数 + μ m程度の水晶片も作り 出すことが可能となっている。 そして図 1 0に示すような水晶センサの製造方法 としては、 例えば一定の形状を持った 2つのプラスチックのケースで水晶振動子 を、 水晶振動子の片面とそのプラスチックとの間に気密空間が作られるように挟 み込み、 そのプラスチックのケース同士を超音波により溶着させることで水晶振 動子をプラスチックケース内に固定する、 という手法が検討されている。 しかし このような手法を用いた場合、 前記超音波による振動で薄層化された水晶片が破 損するおそれがある。 またモールド成形を用いることも考えられるが、 製造工程 が複雑化するという欠点がある。

ところで特許文献 2中には、 角形のフレキシブル基板の一辺の中央部に水晶振 動子よりも少し小さレ、矩形の切り欠きを形成し、 水晶振動子がこの切り欠きに挟 まれるようにしてフレキシブル基板に取り付けられ、 フレキシブル基板、 高分子 弾性シート及び保持基板をネジ止めして一体化した構造が記載されている。 この ような構成とした場合、 上述の製造手法のように超音波を加えなくても水晶セン サを製造することが可能である。

しかし特許文献 2における水晶センサの分解斜視図からすると、 水晶振動子の 周縁部が高分子弹性シ一トとフレキシブル基板との間に挟まれており、 気密性を 確保するためにネジを締め付けると水晶振動子の周縁部に強！、力が加わる-構造と なっている。 このため、 水晶振動子が薄層化してくると製造工程中に破損するお それが大きい。

また水晶センサは、 信号処理を行う測定器本体に接続されることで感知装置に おける検出部として機能するが、 特許文献 1及び特許文献 2の手法では測定器本 体に水晶センサを接続する場合には特殊なアタッチメントが必要になる。 そして 測定の際には同一の測定試料から希釈倍率の異なる、 例えば 8つの検体を調製し て各検体について測定を行い、 測定精度を高めることが行われている。 その際に 各水晶センサに対応する配線が測定の際に使用される作業台の上に広がったりす るので測定作業が煩わしくなるという問題があった。

特許文献 1

特開 2 0 0 1—8 3 1 5 4 (段落 0 0 0 9、 段落 0 0 1 9及び図 1 ) 特許文献 2

特開平 1 1— 1 8 3 4 7 9 (段落 0 0 2 4、 図 2及び図 9 ) 発明の開示

本発明の課題は上述した従来技術の欠点を解消することであり、 本発明の目的 は組立作業を容易に行うことができ、 その作業時における水晶振動子の破損が抑 えられるランジュバン型の水晶センサ及び感知装置を提供することにある。 また 本発明の他の目的は測定が容易なランジュバン型の水晶センサ及び感知装置を提 供することである。

本発明にかかる水晶センサは試料液中の測定対象物を検知するために用いられ る水晶センサにおいて、

測定器本体に接続される接続端子部とこの接続端子部に電気的に接続された電 極とを備えた配線基板と、

気密空間を形成するための凹部を備えた弾性素材からなり、 前記配線基板の上 に積層された水晶保持部材と、

水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、 前記配線基板の電極に電気的に接 続される励振電極を備えると共に、 他面側の励振電極が前記凹部に臨むように当 該凹部を塞いだ状態で前記水晶保持部材に保持ざれた水晶振動子と、

前記一面側の励振電極に設けられ、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層 と、

前記水晶保持部材における前記四部の周囲に密着すると共に水晶振動子の一面 側の上部空間を囲んで試料溶液の注入空間を形成する蓋部と、 前記水晶振動子の励振電極と前記配線基板の電極とを接着する導電性接着剤と 、 を備え、

測定対象物が吸着層に吸着されることにより水晶振動子の固有振動数が変化す ることを特徴とする。

前記水晶保持部材は、 前記振動子電極に対応する位置に導電性接着剤用の孔部 が形成され、 この孔部を介して振動子電極と配線基板の電極とが導電性接着剤に より接着されている構成とすることができる。 また配線基板には、 水晶保持部材 用の孔部が形成され、 水晶保持部材用の凹部の底面側が配線基板の一面側から当 該孔部に嵌入されている構成とすることができる。 前記水晶センサにおいては、 前記蓋部の縁部に内側に屈曲した爪部を設け、 前記基板に切欠き部を設け、 切欠 き部において爪部が内方側への復元力により基板の周縁部を係止されることで蓋 部が基板に装着されてもよい。

また本発明に係る他の水晶センサは、 試料液中の測定対象物を検知するために 用いられる水晶センサにおいて、

測定器本体に接続される接続端子部と、 この接続端子部に電気的に接続された 電極と、 孔部と、 を備えた配線基板と、

前記孔部に嵌入され、 弾性素材からなるリング状の水晶保持部材と、 水晶片の一面側及ぴ他面側に各々設けられ、 前記配線基板の電極に電気的に接 続される励振電極を備えると共に、 前記配線基板の一面側において前記リング状 の水晶保持部材を塞ぐように当該水晶保持部材に保持された水晶振動子と、 前記一面側の励振電極に設けられ、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層 と、

前記水晶振動子の他面側に気密空間を形成し、 配線基板の一面側を覆うように 構成された基台部と、

前記配線基板の他面側において前記水晶保持部材のリング孔の周囲に密着する と共に水晶振動子の他面側の上部空間を囲んで試料溶液の注入空間を形成し、 配 線基板の他面側を覆うように構成された蓋部と、

前記水晶振動子の励振電極と前記配線基板の電極とを接着する導電性接着剤と 、 を備え、 測定対象物が吸着層に吸着されることにより水晶振動子の固有振動数が変化す ることを特徴とする。

既述の水晶センサについて水晶保持部材の材質は、 好ましくはゴムが用いられ る。 また水晶センサは、 前記蓋部の上面に試料溶液が注入空間に注入されている ことを確認するための注入口と、 試料溶液の確認口とを設け、 蓋部の内面側にお いて前記注入口と確認口とが連通していてもよい。 さらに、 配線基板は、 測定器 本体に揷入、 抜脱することができ、 挿入されたときに接続端子部が測定器本体に 接続されるように構成されていてもよい。

また本発明の感知装置は、 上記の本発明の水晶センサと、 水晶振動子の固有振 動数の変化分を検出し、 その検出結果に基づいて試料液中の測定対象物を検知す る測定器本体と、 を備えたことを特徴とする。

本発明における水晶センサは、 例えばゴムからなる水晶保持部材の凹部を塞ぐ ようにして水晶振動子を水晶保持部材に保持させて気密空間を形成し、 導電性接 着剤を用いて水晶振動子の振動子電極と配線基板の電極との電気的接続を行い、 水晶保持部材における水晶振動子を囲む部位を蓋部により配線基板側に押し付け て試料溶液の注入空間を形成している。 従って本発明によれば組み立て作業が容 易であり、 製造の際に直接水晶振動子が押圧されて当該水晶振動子に過度の力が 加わるおそれが無いので例えば製造時における水晶振動子の破損が抑えられる。 そして水晶振動子が直接配線基板に触れないので、 水晶振動子を薄くしても外的 応力を受ける程度が小さいので、 高い周波数においても高精度に測定することが できる。 また水晶保持部材の凹部に対応する部位を配線基板の孔部に嵌め込む構 成とすれば、 水晶保持部材を薄くすることで、 凹部に対応して下方側に突出した 部分が形成されても、 この部位は配線基板の凹部に収まるので、 結果として水晶 保持部材の厚さを小さくできる。

また他の発明の水晶センサは、 リング状の水晶保持部材を配線基板の孔部に嵌 合させ、 水晶振動子をリング孔を塞ぐように水晶保持部材に取り付け、 配線基板 の両面から蓋部及び基台部を押し付けて試料溶液の注入空間及び気密空間を確保 している。 従ってこの発明においても組み立て作業が容易であり、 製造の際に直 接水晶振動子が押圧されて当該水晶振動子に過度の力が加わるおそれが無いので 上記の発明と同様の効果が得られる。 更に本発明では、 当該水晶センサの基板に は直接測定器本体側の端子に接続される接続端子部が設けられていることから、 水晶センサを測定器本体に接続する際に用いるアタッチメント等が不要となる。 従って、 前述のような配線が測定台上に引き回されないので測定作業がやりやす レ、。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明に係る水晶センサの一実施の形態を示した斜視図である。

図 2は、 前記水晶センサの各部品の上面を示した分解斜視図である。

図 3は、 前記水晶センサの各部品の下面を示した分解斜視図である。

図 4は、 前記水晶センサの縦断側面図である。

図 5は、 本発明に係る水晶センサが接続される測定器本体の構成の一例を示した ブロック図である。

図 6は、 前記測定器本体の一例であるバイオセンサーを示した斜視図である。 図 7は、 他の実施の形態に係る水晶センサに用いられるリング状の水晶保持部材 の一例を示した説明図である。

図 8は、 前記水晶保持部材を用いた水晶センサの組み立て工程図である。

図 9は、 前記水晶保持部材を用いた水晶センサの組み立て工程図である。

図 1 0は、 従来用いられている水晶センサの構成の一例を示した説明図である。 発明を実施するための最良の形態

(第 1の実施の形態）

本発明に係る水晶センサの第 1の実施形態について、 図 1から図 4を用いて説 明する。 図 1は本発明に係る水晶センサの一例を示した斜視図であり、 当該水晶 センサは配線基板 4、 水晶保持部材 3、 水晶振動子 2、 蓋部 5の各部品がこの順 に下から重ね合わされることにより構成される。 図 2は当該水晶センサの各部品 の上面側を示した分角军斜視図である。

水晶振動子 2は、 水晶片 2 1、 励振電極 2 2、 2 3及ぴ導出電極 2 4、 2 5よ り構成されている。 水晶片 2 1は例えば等価厚みが 1 / m〜3 0 0 μ ιη、 好まし くは 1 8 5 μ mであり、 周線の一部が直線状に切欠された板状に形成されている 。 この水晶片 2 1の一面側及び他面側には箔状の一方の励振電極 2 2及び他方の 励振電極 2 3が夫々貼着して当該水晶片 2 1よりも小径の円形状に形成されてい る。 また前記水晶片 2 1の一面側には、 箔状の一方の導出電極 2 4の一端側が前 記一方の励振電極 2 2に接続されて形成され、 この導出電極 2 4は、 水晶片 2 1 の端面に沿って屈曲され、 水晶片 2 1の他面側に回し込まれている。 これら励振 電極 2 2、 2 3及び導出電極 2 4、 2 5は振動子電極をなすものである。

さらに水晶片 2 1の他面側には、 箔状の他方の導出電極 2 5の一端側が前記他 方の励振電極 2 2に先の一方の導出電極 2 4と同様のレイアウトで接続されて形 成され、 水晶片 2 1の両面において、 励振電極 2 2 ( 2 3 ) 及び導出電極 2 4 ( 2 5 ) のレイアウトが同じになっている。

前記励振電極 2 1、 2 2及ぴ導出電極 2 3 , 2 4の等価厚みは例えば 0 . 2 μ mであり、 電極材料としては、 金あるいは銀などが好適であるが、 流体中での周 波数安定性の高さと使用前の空気中保存下での電極表面の酸化に強いことから金 が好ましい。 また、 当該水晶センサを用いて感知しょうとする対象物質例えばダ ィォキシンを選択的に吸着する吸着層である抗体等を予め当該水晶振動子 2の一 面側に付着させておく。

前記水晶振動子 2を保持する水晶保持部材 3は、 例えば厚さ 1 mmのゴムシー トからなり、 後述の配線基板 4に対応した形状に作られている。 即ちこの水晶保 持部材 3は長方形状体の前方側の一縁の中央に矩形状の切り欠き 3 aが形成され 、 後方側の両隅部に夫々矩形状の切り欠き 3 b、 3 cが形成された形状となって いる。 なお、 当該水晶保持部材 3の材料としてはゴムが好ましいが他の弾性素材 を用いてもよい。 水晶保持部材 3の一面側には凹部 3 1が形成されており、 その 形状は、 凹部 3 1に水晶振動子 2を容易に載置できるように、 水晶振動子 2の形 状の相似形となるように形成され、 前記水晶振動子 2のサイズと略同一のサイズ 、 例えば同一かあるいはそれよりもわずかに大きく形成される。 また前記凹部 3 1の外側部位には、 後述の導電性接着剤の塗布スペースを形成する透孔 3 4、 3 5が当該凹部 3 1を挟んで対向するように穿設されている。 なお凹部 3 1の深さ は水晶振動子 2の厚みよりも少し大きく設定される。 凹部 3 1の底部中央には、 励振電極 2 3のサイズに対応し、 当該励振電極 2 3に接する気密雰囲気を形成す るための円形状の Dfl部 3 2が形成されている。

次に配線基板 4について説明する。 この配線基板 4は例えばプリント基板から なり、 前端側から後端側に向けて電極 4 4、 孔部 4 3及ぴ、 電極 4 5がこの順に 形成されている。 前記孔部 4 3は、 前記水晶保持部材 3の裏面側から突出する円 形の凸部 3 3に対応する円形状に形成されている。 また電極 4 5が形成されてい る箇所よりも後端側寄りには、 2本の並行するライン状の導電路パターンが、 夫 々接続端子部 4 1、 4 2として形成されている。 一方の接続端子部 4 1はパター ン 4 8を介して電極 4 4と電気的に接続されており、 他方の接続端子部 4 2はパ ターン 4 9を介して電極 4 5と電気的に接続されている。 なお孔 4 6、 4 7は、 水晶保持部材 3の係合突起 3 6、 3 7 (図 3参照） と夫々係合する係合孔である 。 そして前記水晶保持部材 3の裏面側に突出している凸部 3 3を配線基板 4の孔 部 4 3に嵌入させると共に、 水晶保持部材 3の係合突起 3 6、 3 7と配線基板 4 の係合孔 4 6、 4 7とを夫々嵌合 （係合） させることにより、 基板 4の表面と前 記水晶保持部材 3の裏面とが密着した状態で、 水晶保持部材 3が基板 4上に固定 される。 またこのときに、 水晶保持部材 3の孔 3 4及ぴ孔 3 5を介して電極 4 4 及ぴ電極 4 5の一部分又は全体が上面へと露出される。

次に蓋部 5の構成について述べる。 蓋部 5は、 図 3に示されるように下面側に 凹部 5 0が形成されている。 この凹部 5 0は図 3及ぴ図 4に示すように水晶保持 部材 3における凹部 3 2全体を包含する広さの第 1領域 5 1と、 この第 1領域 5 1の前後に夫々形成された第 2領域 5 4及び第 3領域 5 5とを含んで！/、る。 第 1 領域 5 1は、 試料溶液が水晶振動子 2の励振電極 2 2に接触する測定領域をなす ものであり、 この第 1領域 5 1の上面には、 水晶振動子 2の励振電極 2 2と同じ かそれよりも大きいサイズの対向面部 5 7が設けられ、 この対向面部 5 7内の投 影領域内に励振電極 2 2が収まることになる。 第 2領域 5 4及び第 3領域 5 5は 、 水晶保持部材 3における導電性接着剤塗布用の孔 3 4、 3 5に夫々かかってお り、 その上面側には夫々試料溶液の注入口 5 2及ぴ確認口 （検出口） 5 3が形成 されている。 これら第 1領域 5 1、 第 2領域 5 4及び、 第 3領域 5 5を含む凹部 5 0は注入空間に相当するものであり、 この凹部 5 0を囲む周囲部分の下面、 つ まり蓋部 5の内面は、 水晶保持部材 3における水晶振動子 2を囲む面に密接して これを押圧する押圧面 （密接面） としての役割を持つ。 また蓋部 5の内面にはこ の押圧面を囲むようにリブ 5 6が設けられている。

また注入口 5 2は測定試料の注入を容易にする目的で、 蓋部 5の内部から蓋部 5上面へ向かうに従って、 次第にその口径が大きくなるように、 即ち当該注入口 5 2の内周はスロープ状になるように形成されている。 確認口 5 3は、 その確認 口 5 3に現れる水位を観察し易いように蓋部 5の内部から蓋部 5の上面の後端側 へ向けて前記確認口 5 3のスロープよりも緩やかな傾斜を持つスロープ部分を持 つように形成されている。 なお蓋部 5を上面から見た場合に、 このスロープ部分 が、 露出されるように確認口 5 3は形成されている。

このような構造の水晶センサは次のようにして組み立てられる。 先ず前述のよ うに水晶保持部材 3と基板 4とを嵌合させ、 さらに水晶保持部材 3の凹部 3 1上 に水晶振動子 2をその凹部 3 1に嵌合させるように載置する。 それから孔 3 4 ( 3 5 ) を介して水晶振動子 2の導出電極 2 4 ( 2 5 ) と基板 4の電極 4 4 ( 4 5 ) とが電気的に接続されるように導電性接着剤 1 0 0を水晶保持部材 3の上から ディスペンサーなどにより供給する。 この導電性接着剤 1 0 0により水晶振動子 2は水晶保持部材 3上に固着される。 こうして水晶振動子 2の下面側には気密空 間 （凹部 3 1内の空間） が形成され、 ランジュバン型水晶センサが構成される。 次いで前記基板 4と水晶保持部材 3との組立体の上面から蓋部 5を、 その各爪 部 5 a、 5 b、 5 cと各切欠き部 4 a、 4 b、 4 cとを嵌合させるように被せて 基板に向かって押圧する。 これにより'蓋部 5に形成された各爪部 5 a、 5 b , 5 cが基板 4の外側へと橈み、 さらに各爪部 5 a、 5 b、 5 cが各切欠き部 4 a、 4 b、 4 cを介して基板 4の周縁部の下面に回りこむと同時に各爪部 5 a、 5 b 、 5 cが内方側への復元力により元通りの形状になり、 基板 ·4が各爪部 5 a、 5 b、 5 cに挟み込まれて互いに係止される。 また蓋部 5の内側の前記押圧面が水 晶保持部材 3の上面に密接し、 試料溶液の注入空間が形成される。 また測定前に 水晶振動子 2に注入口 5 2及び確認口 5 3から侵入した不純物が付着するのを防 ぐために、 注入口 5 2及び確認口 5 3はフィルムシ一ト状の保護シート （図示せ ず） で被覆される。 本実施形態における水晶センサが使用される際には、 作業者が蓋部 5の注入口 5 2を介して試料溶液を注入器により第 2領域 5 4内に所定量流入させると、 試 料溶液はさらに第 1領域 5 1に流れ込むことで水晶振動子 2の一面が測定雰囲気 に接する。 なおこの際に蓋部 5の水晶保持部材 3にめり込んだリブ 5 6に阻まれ ることで、 試料溶液が蓋部 5と水晶保持部材 3との間から当該水晶センサ外へ漏 洩することがより確実に防止される。

上述のように本実施形態における水晶センサは、 組立が容易であり、 また水晶 振動子 2に大きな応力が加わらないので当該水晶センサの製造時や使用時におけ る水晶片 2 1の破損を防ぐことができる。 そして既述のように測定感度を高める ために測定周波数を高く しょうとすると水晶片 2 1が薄くなり、 わずかな応力で も測定に大きく影響してくるが、 水晶振動子 2はゴム製の水晶保持部材 3に取り 付けられていて、 配線基板 4に直接接触していないので、 水晶片 2 1に加わる応 力は小さく、 従って高感度で、 高精度の測定ができる。 なお上述の実施形態では 配線基板 4に孔部 4 3を設けてこの中に水晶保持部材 3の凹部 3の裏側に突出し ている凸部 3 3を嵌合させているため、 水晶振動子 2の励振電極に接する気密空 間 （凹部 3 2が形成する空間） の高さを基板 4の厚さで吸収でき、 このため水晶 保持部材 3の厚さを小さくすることができるが、 配線基板 4に孔部 4 3を設けず に水晶保持部材 3の裏面と基板 4の表面とを重ね合わせた構造とし、 水晶保持部 材 3の厚みを利用して前記気密空間を形成しても良い。 この場合は、 気密空間の 底部が基板 4の表面に相当することになる。

また、 注入口 5 5から注入された試料溶液は、 第 2の注入領域 5 4及び第 1の 注入領域 5 1を介して第 3の注入領域 5 5内にも流入して、 第 3の注入領域 5 5 における試料溶液の水位が上昇する。 そして試料溶液の液面は確認、口 5 3に達し て、 そのまま確認口 5 3に形成されたスロープ部分を登っていく。 これにより当 該水晶センサに試料溶液を注人したことが、 当該水晶センサの外部から容易に判 別される。 試料溶液が少ないと液の表面張力の影響を、 水晶振動子 2が受けるの で、 このような構成は有効である。 さらに試料溶液の注入量が過剰となることも 抑制できるため、 測定の便宜を図ることができる。 またこの液面の増加する様子 を観察すれば試料溶液の供給量が過剰となることを防ぐことができる。 また測定 7 終了後、 当該水晶センサはそのまま廃棄されても良いが、 蓋部 5の各爪部を水晶 センサの外側方向に向けて撓ませることで蓋部 5を基板 4からを分離し、 各部品 を洗浄することで再利用してもよレ、。

ここで水晶センサは、 例えばブロック図である図 5で示されるような構成をも つ測定器本体 6に接続されることで感知装置の検知部として使用される。 図中 6 2は、 水晶センサの水晶片 2 1を発振させる発振回路、 6 3は基準周波数信号を 発生する基準クロック発生部、 6 4は例えばへテロダイン検波器からなる周波数 差検出手段であり、 発振回路 6 2からの周波数信号及び基準クロック発生部 6 3 からのクロック信号に基づいて両者の周波数差に対応する周波数信号を取り出す 。 6 5は増幅部、 6 6は増幅部 6 5からの出力信号の周波数をカウントするカウ ンタ、 6 7はデータ処理部である。

水晶センサの周波数としては例えば 9 MH zが選ばれ、 また基準ク口ック発生 部 5 3の周波数としては例えば 1 O MH zが選ばれる。 感知対象物質である例え ばダイォキシンが当該水晶センサに含まれる水晶振動子 2に吸着していないとき には、 周波数差検出手段 6 4では、 水晶センサ側からの周波数と基準クロックの 周波数との差である 1 MH zの周波数信号 （周波数差信号） が出力されるが、 試 料溶液中に含まれる測定対象物質 （例えばダイォキシン） が水晶振動子 2に吸着 すると、 固有振動数が変化し、 このため周波数差信号も変化するので、 カウンタ 6 6におけるカウント値が変化する。 そして例えば周波数の変化分 （カウント値 の変化分） と試料溶液中の測定対象物例えばダイォキシンの濃度との検量線を予 め作成しておくことにより、 測定対象物質の濃度あるいは有無を検知できる。 図 6は上述の測定器本体 6の一例を示す図である。 図 6 (a) で示されるよう に当該測定器本体 6は、 本体部 7 1と本体部 7 1の前面に形成されている開閉自 在の蓋部 7 2とからなる。 蓋部 7 2を開くと図 5 ( b ) で示すように本体部 7 1 め前面が現れる。 この本体部 7 1の前面には当該水晶センサの差込口 7 3が^ 数 形成されており、 当該差込口 7 3は、 例えば 8つ、 直線状に一定の間隔を持って 形成されている。

測定器本体 6の各差込口 7 3に対して、 各水晶センサの基板 4 0の後端側を水 平に一定の深さまで差し込むことで、 基板 4の接続端子部 4 1、 4 2と差込口 7 3の内部に形成された電極とが電気的に接続されると同時に、 差込口 7 3の内部 が基板 4を挟持することで水晶センサが水平を保つたまま測定器本体 6に固定さ れる。 このような構造とすれば特殊なアタッチメントなどを必要とせずに直接測 定器 6本体に接続することができるので、 配線が測定台上に引き回されず、 従つ て測定作業がやりやすい。

次に本発明の他の実施形態について説明する。 図 7は本実施形態に係る水晶セ ンサに用いられるリング状の水晶保持部材 8を示している。 この水晶保持部材 8 は弾性のある材質例えばゴムからなり、 一面側が水晶振動子を载置する载置部 8 1、 他面側が基板 9へ嵌入する嵌入部 8 2として構成されている。 載置部 8 1は 、 水晶振動子 2の励振電極 2 2と同一サイズか、 またはわずかに大きいサイズの 透孔 8 4が中心部に形成されると共に、 外形が水晶振動子 2と略同一サイズのリ ング状の載置面部 8 4 aと、 この 8 4 aの周囲を囲む周壁部 8 0と、 を備えてい る。 周壁部 8 0の上面部には、 互いに対向する部位に切り欠き 8 4 b、 8 5が形 成されると共に、 当該上面部における 8 4 b、 8 5の間には、 載置面部 8 4 aと の間に水晶片 2 1の厚さに相当する隙間を介して内方側に突出する突片 8 8が形 成されている。 また周壁部 8 0における突片 8 8と対向する内面は、 水晶片 2 1 · の外周の一部の直線部位に合わせて直線状に形成されている。 嵌入部 8 2は載置 部 8 1における載置面部 8 4とは反対側中央に設けられ、 その外形が後述の配線 基板 （例えばプリント基板） 9の孔部である透孔 9 3 (図 8参照） に嵌入される 大きさに形成されている。 また嵌入部 8 2は配線基板 9の厚さに相当する長さの リング部 8 6と、 このリング部 8 6の先端周縁に形成されたフランジ 8 7とを備 えており、 リング部 8 6の内部空間は前記透孔 8 4に連通している。

図 8はこの実施の形態に用いられる配線基板 9及ぴ組立工程を示す。 配線基板 9は一端側にプリント配線からなる接続端子部 9 1、 9 2が形成され、 これら接 続端子部 9 1、 9 2は先の実施形態と同様に測定器本体 6に着脱できる-ようにな つている。 配線基板 9の中央には前記水晶保持部材 8のリング部 8 6の外形に対 応する大きさの円形の透孔 9 3が穿設されており、 リング部 8 6を配線基板 9の 一面側から透孔 9 3に嵌入することにより、 配線基板 9の他面側にてフランジ 8 7が係止され、 これにより水晶保持部材 8が配線基板 9に固定されることになる 3417

。 そして載置部 8 1の突片 8 2を少し持ち上げて当該載置部 8 1に水晶振動子 2 を嵌め込む。 図 7 ( c ) 及び図 8 ( c ) は水晶振動子 2が载置部 8 1に嵌め込ま れた状態を示す平面図である。

更に水晶振動子 2の電極 （この例では導出電極 2 4、 2 5 ) と配線基板 9側の 電極 9 4、 9 5とを夫々切り欠き 8 4、 8 5を介して導電性接着剤 9 0により接 続する。 なお電極 9 4、 9 5は接続端子部 9 1、 9 2に夫々電気的に接続されて いる。 次いで図 9 ( a ) に示すように弾性シート例えばゴムシート 9 Aを、 その 中央部に形成された透孔 9 3と水晶振動子 2とが重なるように配線基板 9の他面 側に重ね合わせ、 更にこのシート 9 Aに蓋部である上ケース 9 Cを重ね合わせ、 上ケース 9 Cの周縁と配線基板 9の周縁部とを係合させる （図 9 ( c ) ) 。 上ケ ース 9 Cは先の実施形態のように注入空間 C 1及びこの注入空間に連通する注入 口 C 2及び確認口 C 3が形成されている。 また配線基板 9の一面側においても基 台部をなす下ケース 9 Bを装着する （図 9 ( b ) ) 。 なお図 9 ( d ) に示すよう に下ケース 9 Bにおける載置部 8 1に対応する位置には凹部 B 1が形成され、 こ の凹部 B 1内の空間が水晶振動子 2の一面側に接する気密空間をなしている。 従 つてこの例においてもランジュバン型の水晶センサが構成されることになる。 このようにして組み立てられた水晶センサは水晶保持部材 8のリング穴 8 4を 介して水晶振動子 2の一面側が試料溶液の注入空間に接しており、 先の実施形態 と同様にして測定を行うことができる。 そしてこの例においても弾性のある水晶 保持部材を介してプリント基板に水晶振動子を装着しているので、 組立作業が簡 単であり、 かつ水晶振動子 2の破損のおそれが低減する。

Claims

請求の範囲

1 . 試料液中の測定対象物を検知するために用いられる水晶センサにおいて、 測定器本体に接続される接続端子部とこの接続端子部に電気的に接続された電 極とを備えた配線基板と、

気密空間を形成するための凹部を備えた弾性素材からなり、 前記配線基板の上 に積層された水晶保持部材と、

水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、 前記配線基板の電極に電気的に接 続される励振電極を備えると共に、 他面側の励振電極が前曾己凹部に臨むように当 該凹部を塞いだ状態で前記水晶保持部材に保持された水晶振動子と、

前記一面側の励振電極に設けられ、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層 と、

前記水晶保持部材における前記凹部の周囲に密着すると共に水晶振動子の一面 側の上部空間を囲んで試料溶液の注入空間を形成する蓋部と、

前記水晶振動子の励振電極と前記配線基板の電極とを接着する導電性接着剤と 、 を備え、

測定対象物が吸着層に吸着されることにより水晶振動子の固有振動数が変化す ることを特徴とする水晶センサ。

2 . 前記水晶保持部材は、 前記励振電極に対応する位置に導電性接着剤用の孔 部が形成され、 この孔部を介して励振電極と配線基板の電極とが導電性接着剤に より接着されていることを特徴とする請求項 1記載の水晶センサ。

3 . 配線基板には、 水晶保持部材用の孔部が形成され、 水晶保持部材の 部の 底面側が配線基板の一面側から当該孔部に嵌入されていることを特徴とする請求 項 1記載の水晶センサ。

4 . 前記蓋部の縁部に内側に屈曲した爪部を設け、 前記基板に切欠き部を設け 、 前記切欠き部において前記爪部が内方側への復元力により基板の周縁部に係止 されることで蓋部が基板に装着されることを特徴とする請求項 1記載の水晶セン サ。

5 . 試料液中の測定対象物を検知するために用いられる水晶センサにおいて、 測定器本体に接続される接続端子部と、 この接続端子部に電気的に接続された 電極と、 孔部と、 を備えた配線基板と、

前記孔部に嵌入され、 弾性素材からなるリング状の水晶保持部材と、 水晶片の一面側及び他面側に各々設けられ、 前記配線基板の電極に電気的に接 続される励振電極を備えると共に、 前記配線基板の一面側において前記リング状 の水晶保持部材を塞ぐように当該水晶保持部材に保持された水晶振動子と、 前記一面側の励振電極に設けられ、 試料溶液中の測定対象物を吸着する吸着層 と、

前記水晶振動子の他面側に気密空間を形成し、 配線基板の一面側を覆うように 構成された基台部と、

前記配線基板の他面側において前記水晶保持部材のリング孔の周囲に密着する と共に水晶振動子の他面側の上部空間を囲んで試料溶液の注入空間を形成し、 配 線基板の他面側を覆うように構成された蓋部と、

前記水晶振動子の励振電極と前記配線基板の電極とを接着する導電性接着剤と 、 を備え、

測定対象物が吸着層に吸着されることにより水晶振動子の固有振動数が変化す ることを特 ί敷とする水晶センサ。

6 . 水晶保持部材がゴムにより形成されることを特徴とする請求項 1または 2 記載の水晶センサ。

7 . 前記蓋部の上面に、 試料溶液の注入口と、 試料溶液が注入空間に注入され ていることを確認するための確認口とを設け、 蓋部の内面側において前記注入口 と確認口とが連通していることを特徴とする請求項 1または 2記載の水晶センサ

8 . 配線基板は、 測定器本体に揷入、 抜脱することができ、 揷入されたときに 接続端子部が測定器本体に接続されるように構成されていることを特徴とする請 求項 1または²記載の水晶センサ。

9 . 請求項 1ないし 8のいずれか一つに記載の水晶センサと、 水晶振動子の固 有振動数の変化分を検出し、 その検出結果に基づいて試料液中の測定対象物を検 知する測定器本体と、 を備えたことを特徴とする感知装置。