(57)【要約】  本発明は、測定用の流体に他の流体が混入することを低減して、センサ装置の信頼性を向上させることができるセンサモジュールに関する。  本発明のセンサモジュール（１）は、流体中の物質を検知するセンサモジュール（１）であって、流体中の物質に反応して特性を変化させる感応部と、感応部に、第１流体を供給する第１流路（１６）および第２流体を供給する第２流路（１７）を有している流路（４）と、感応部および流路（４）を収納し、且つ第１面（１９）および第１面（１９）に対向した第２面（２０）を有している筐体（５）と、を備え、第１流路（１６）の端部は第１面（１９）を介して位置決めされており、第２流路（１７）の端部は第２面（２０）を介して位置決めされている、感応部の特性の変化によって前記物質を検知する。
2017043562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体中の物質を検知するセンサモジュールであって、  流体中の物質に反応して特性を変化させる感応部と、  前記感応部に、第１流体を供給する第１流路および第２流体を供給する第２流路を有している流路と、  前記感応部および前記流路を収納し、且つ第１面および前記第１面に対向した第２面を有している筐体と、を備え、  前記第１流路の端部は前記第１面を介して位置決めされており、前記第２流路の端部は前記第２面を介して位置決めされている、前記感応部の特性の変化によって前記物質を検知するセンサモジュール。
【請求項２】
前記筐体は、遮光性の部材で形成されている、請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記感応部を囲むチャンバーをさらに備え、前記チャンバーは、遮光性の部材で形成されている、請求項１または２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記チャンバーは、前記感応部が配された感応空間と、前記感応空間から伸びて前記第１流路と接続される第１導入部および前記第２流路と接続される第２導入部とをさらに備えており、  前記第１導入部の開口は、前記第１面に対向しており、  前記第２導入部の開口は、前記第２面に対向している、請求項３に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記第１導入部および前記第２導入部のそれぞれは、前記感応空間から互いに同方向に伸びた第１部と、前記第１部から互いに反対方向に伸びた第２部とを有しており、  前記チャンバーは、前記第１部と前記第２部に隣接する領域に、前記チャンバーを固定する固定領域を有している、請求項４に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記感応部を制御する能動素子と、  一主面に記感応部の取付部と、他主面に前記能動素子の設置領域を有している配線基板とを備えている、請求項３〜５のいずれかに記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記チャンバーの熱伝導率は、前記配線基板の熱伝導率よりも小さい、請求項６に記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、センサモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、微量な試料を容易かつ正確に測定するセンサ装置が求められている。このようなセンサ装置として、例えば特許文献１に記載されているように、平坦部材の表面応力の変動によって、特定の物質を検知するものがあり、測定用の流体に他の流体が混入することを低減して、センサ装置の信頼性を向上させることが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６４９１３８号公報
【発明の概要】
【０００４】  本開示のセンサモジュールは、流体中の物質を検知するセンサモジュールであって、感応部と、筐体とを備える。感応部は、流体中の物質に反応して特性を変化させる。感応部は、第１流体を供給する第１流路および第２流体を供給する第２流路を有している。筐体は、前記感応部および前記流路を収納し、且つ第１面および前記第１面に対向した第２面を有している。センサモジュールの前記第１流路の端部は前記第１面を介して位置決めされており、前記第２流路の端部は前記第２面を介して位置決めされている。センサモジュールは、前記感応部の特性の変化によって前記物質を検知する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の一実施形態にかかるセンサモジュールの概要を示した上面図である。
【図２】本発明の一実施形態にかかるセンサモジュールの一部の構成の概要を示した図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかるセンサモジュールの一部の構成の概要を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】  本発明の一実施形態にかかるセンサモジュール１について、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の一実施形態にかかるセンサモジュール１は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいが、以下の説明では、便宜的に直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を定義し、Ｚ軸方向の正側を上方とする。
【０００７】  センサモジュール１は、図１に示すように、流体中の特定の物質に反応して特性を変化させる感応部２、感応部２を取り囲むチャンバー３、チャンバー３内の感応部２（図２）に流体を供給または排出する流路４、センサモジュール１の構成部材を収納する筐体５を有している。その結果、センサモジュール１は、流路４を介して感応部２に気体または液体などの流体を供給し、感応部２での特性の変化を検知することによって、流体内の特定の物質（検体）を検知することができる。
【０００８】  なお、本実施形態にかかる感応部２は検体に反応して電流値を変化させるものであり、本実施形態にかかるセンサモジュール１は電流値の変化を検知するものである。また、本発明にかかる感応部２が検体と反応して変化させる特性は電流値だけに限られるものではなく、屈折率などを変化させるものでもよい。この場合、センサモジュール１は、光の強度などの変化を検知するものでもよい。
【０００９】  なお、図１は、センサモジュール１の筐体５の内部を模式的に示している。具体的には、筐体５の上面を外した時のセンサモジュール１の内部構造を上方から示している。
【００１０】  感応部２は、図２に示すように、感応膜６およびピエゾ素子（以下「ピエゾ抵抗素子」とも称する）７を有している。感応膜６は、特定の物質に反応して膨張または収縮する機能を有している。ピエゾ抵抗素子７は、例えば感応膜６の膨張または収縮時に応力を受けることで電気抵抗を変化させる。その結果、感応部２は、流体中の特定の物質によって電気抵抗を変化させることができる。
【００１１】  なお、図２は、感応部２の主要部の概要を示している。具体的には、図２は、感応部２を上下方向に切断した時の断面図である。
【００１２】  感応膜６は、膜状に形成されている。感応膜６の材料は、検体との反応性を考慮して、検体ごとに異なる材料が選択される。例えばアセトンを検知したい場合、感応膜６の材料は、例えばポリビニルピロリドン、ポリメタクリル酸メチル、酸化スズが挙げられる。また、例えば水素を検知したい場合、感応膜６材料は、例えばマグネシウムニッケル合金が挙げられる。
【００１３】  なお、感応膜６は、ニードル式、インクジェット式、スプレー式などの従来周知の方法によって形成することができる。
【００１４】  感応膜６の一方の表面には、検体が供給されて吸着する。そして、感応膜６の表面に吸着した検体の分子同士が立体反発を起こしたり、検体と感応膜６とが反応したりして、感応膜６の表面には応力が発生する。
【００１５】  ピエゾ抵抗素子７は、図２に示すように、少なくとも導通部９を有し、基部８を有していてもよい。感応膜６は、例えば導通部９や基部８に接触していることもある。そして、本実施形態にかかる基部８はｎ型基板であり、導通部９は基部８にボロンなどのｐ型のドーパントをドーピングして形成されたｐ型領域である。その結果、感応膜６の応力によって、導通部９が応力を受け導通部９の電気抵抗が変化することになる。
【００１６】  なお、ピエゾ抵抗素子７は、イオン注入法などの従来周知の方法によって形成することができる。
【００１７】  センサモジュール１は、図１に示すように、配線基板１０をさらに有しており、感応部２は配線基板１０上に設置されている。配線基板１０は、センサモジュール１の構成部材を駆動させるために電流を流したり、ポンプ１８を駆動させるための電流を流したりするものである。
【００１８】  配線基板１０は、例えば樹脂基板およびセラミック基板で形成される。なお、配線基板１０は、従来周知の方法によって形成することができる。
【００１９】  チャンバー３は、感応部２に意図しない流体の進入を低減する機能を有する。チャンバー３内には、図３に示すように、感応部２に検体を吸着させる感応空間１１と、感応空間１１に検体を導入する導入部１２と、感応空間１１から流体を導出する導出部１３を有している。本実施形態にかかるチャンバー３は、導入部１２および導出部１３以外の部分では密閉されている。本実施形態にかかる導入部１２は、第１導入部１４と第２導入部１５を有している。
【００２０】  なお、図３は、感応部２とチャンバー３との関係を模式的に示す図である。図１に記載したセンサモジュール１の一部を拡大して示している。
【００２１】  チャンバー３は、例えば、接着剤または固定具によって、配線基板１０上に固定される。接着剤としては、例えばエポキシ樹脂などの樹脂材料が使用される。固定具としては、例えばネジなどが使用され、チャンバー３および配線基板１０にネジ穴を形成して、チャンバー３を固定することになる。チャンバー３は、３Ｄプリンタ、モールド法、プレス法、切削法などの従来周知の工法によって形成される。
【００２２】  流路４は、両端に開口を有している。そして、一方の開口は筐体５の外部に位置しており、他方の開口は筐体５の内部に位置している。その結果、流路４は、筐体５の外部から筐体５の内部の感応部２へ流体を供給したり、筐体５の内部から筐体５の外部へ流体を排出したりする機能を有する。なお、具体的には、流路４の一方の開口は、チャンバー３の導入部１２および導出部１３に挿入されており、流体は感応空間１１を出入りする。
【００２３】  流路４は、第１流路１６と第２流路１７を有している。第１流路１６には第１流体が流れ、第２流路１７には第２流体が流れる。本実施形態にかかる流路４では、第１流路１６には第１流体として検体用の流体を流し、第２流路１７には第２流体として雰囲気中の大気、または、窒素ガスを流す。その結果、第１流体中の検体を測定した後に、感応膜５に付着した検体を離脱させるために第２流体を流すことができる。なお、第１流路１６はチャンバー３の第１導入部１４に挿入されて接続されており、第２流路１７はチャンバー３の第２導入部１５に挿入されて接続されている。
【００２４】  流路４は、例えば管状に形成される。流路４の材料は、例えばシリコーン樹脂、フッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂、ナイロン樹脂、チタン、アルミニウム、マグネシウム合金またはステンレスなどで形成される。なお、流路４の途中にはポンプ１８が設けられてもよい。ポンプ１８を有していることによって、流路４から感応部２への供給される流体の量を制御することができる。流路４は、３Ｄプリンタ、モールド法、プレス法、切削法などによって形成される。また、およびポンプ１８は、従来周知の工法によって形成される。
【００２５】  筐体５は、センサモジュール１の各構成部材を収納して、各構成部材を保護する機能を有している。筐体５の外形は、例えば直方体などである。なお、筐体５の形状は、直方体には限られない。筐体５の材料は、例えばＡＢＳ樹脂などである。なお、筐体５の材料は、ＡＢＳ樹脂には限られない。筐体５は、３Ｄプリンタ、モールド法、プレス法、切削法などの従来周知の工法によって形成される。
【００２６】  筐体５は、第１面１９と第１面１９に対向した第２面２０を有している。そして、第１流路１６の端部は第１面１９を介して位置決めされており、第２流路１７の端部は第２面２０を介して位置決めされている。すなわち、筐体５の外部に位置した第１流路１６の開口および第２流路１７の開口の向きが、反対方向になりやすい。したがって、第１流路１６から第１流体を供給するときに、第１流体に第２流体が混入することを低減することができる。したがって、第１流路１６から感応空間１１に第１流体以外の余分な流体が流入することを低減することができ、センサモジュール１の測定精度を向上させることができる。よって、センサモジュール１の信頼性を向上させることができる。
【００２７】  また、筐体５は第１面１９と第２面２０とは異なる第３面２１を有している。そして、流路４は、さらに第３流路２２を有しており、第３流路２２の端部は第３面２１を介して位置決めされている。したがって、導出部１３から排出された流体が、第１流路１６または第２流路１７に流入することを低減することができ、センサモジュール１の測定精度を向上させることができる。
【００２８】  なお、本実施形態にかかるセンサモジュール１では、第１流路１６、第２流路１７および第３流路２２のそれぞれは、第１面２０、第２面２０および第３面を貫通して設けられている。
【００２９】  また、筐体５を上面視したときに、第１面１９と第２面２０とが同方向に沿ったベクトル成分を有していれば、第１面１９と第２面２０とは対向しているとする。第１面１９と第２面２０とは平行であってもよい。
【００３０】  チャンバー３において、第１導入部１４の開口が筐体５の第１面１９に対向しており、第２導入部１５の開口が筐体５の第２面２０に対向していてもよい。その結果、筐体５の第１面１９および第２面２０から伸びてくる第１流路１６および第２流路１７が途中で折れ曲がることなく、チャンバー３に接続させることができる。したがって、流路４において流体の供給を滞りなく行なうことができる。
【００３１】  チャンバー３において、第１導入部１４と第２導入部１５のそれぞれは、図３に示すように、感応空間１１から互いに同方向に伸びた第１部２３と、第１部２３の端部から互いに反対方向に伸びた第２部２４とを有している。そして、チャンバー３は、第１部２３と第２部２４とに隣接した、チャンバー３を固定する固定領域２５を有していてもよい。その結果、例えばネジでチャンバー３を固定する場合、第１導入部１４および第２導入部１５が一直線である場合と比較して、少ないネジ数でチャンバー３に近接した位置をチャンバー３に対して対称にチャンバー３と感応部２を密着固定できる。
【００３２】  チャンバー３は、遮光性の材料で形成されていてもよい。本実施形態にかかる感応部２のピエゾ抵抗素子７はｐｎ接合を有しているが、チャンバー３が上記構成を有することによって、外部からチャンバー３内に入射する光にピエゾ抵抗素子７が反応することを低減することができる。なお、「遮光性」とは完全に光を遮るものではなく、例えば、チャンバー３を黒色に着色することによって、光を減衰させることができればよい。また、チャンバー３を着色することは、従来周知の工法によって実現できる。
【００３３】  筐体５は、遮光性の材料で形成されていてもよい。本実施形態にかかる感応部２のピエゾ抵抗素子７はｐｎ接合を有しているが、筐体５が上記構成を有することによって、外部から筐体５を通過してチャンバー３内に入射する光にピエゾ抵抗素子７が反応することを低減することができる。なお、「遮光性」とは完全に光を遮るものではなく、例えば、チャンバー３を黒色に着色することによって、光を減衰させることができればよい。また、筐体５を着色することは、従来周知の工法によって実現できる。
【００３４】  配線基板１０は、切欠き部を有しており、感応部２は切欠き部に配置されてもよい。その結果、例えば感応部２を交換する場合、交換のための作業スペースが大きくなり、交換作業を効率的に行なうことができる。なお、この場合、チャンバー３は切欠き部にはめ込まれることになり、感応部２は切欠き部に固定されることになってもよい。
【００３５】  本実施形態にかかるセンサモジュール１は、感応部２などを制御する能動素子２６をさらに有している。そして、配線基板１０は、一主面に感応部２の取付部を有しており、他主面に能動素子２６の設置領域を有していてもよい。その結果、例えば感応部２が加熱されると感応部２に付着した検体が離脱したり、検体が感応部２に付着する量が変化したりすることも考えられるが、上記の構成によって能動素子２６による感応部２の加熱を低減することができ、予期しない感応部２の検体の離脱や付着量の変化を低減することができる。
【００３６】  また、配線基板１０を上面透視したときに、配線基板１０の一主面に位置した感応部２の取付部と、配線基板１０の他主面に位置した能動素子２６とは、重なっていなくてもよい。その結果、能動素子２６による感応部２の加熱を低減することができ、予期しない感応部２の検体の離脱や付着量の変化を低減することができる。
【００３７】  また、配線基板１０は切欠き部を有している。そして、感応部２は上面視した時に切欠き部内に位置している。その結果、感応部２と配線基板１０との接触面積を小さくすることができ、配線基板１０からの感応部２への熱伝導を小さくすることができる。なお、この場合、感応部２の先端部に感応膜６が位置していてもよい。
【００３８】  チャンバー３の熱伝導率は、配線基板１０の熱伝導率よりも小さくてもよい。その結果、チャンバー３は、感応部２を囲んでいることから、配線基板１０から感応部２への熱の伝導を低減することができる。したがって、能動素子２６などによる感応部２の加熱を低減することができ、予期しない感応部２の検体の離脱や付着量の変化を低減することができる。
【００３９】  なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
【符号の説明】
【００４０】１    ・・・センサモジュール２    ・・・感応部３    ・・・チャンバー４    ・・・流路５    ・・・筐体６    ・・・感応膜７    ・・・ピエゾ抵抗素子８    ・・・基部９    ・・・導通部１０  ・・・配線基板１１  ・・・感応空間１２  ・・・導入部１３  ・・・導出部１４  ・・・第１導入部１５  ・・・第２導入部１６  ・・・第１流路１７  ・・・第２流路１８  ・・・ポンプ１９  ・・・第１面２０  ・・・第２面２１  ・・・第３面２２  ・・・第３流路２３  ・・・第１部２４  ・・・第２部２５  ・・・固定領域２６  ・・・能動素子
【図１】
2017043562.tif 000003
【図２】
2017043562.tif 000004
【図３】
2017043562.tif 000005
【国際調査報告】
2017043562.tif 000006
2017043562.tif 000007
2017043562.tif 000008
2017043562.tif 000009