(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶基板（１）の表面に金属膜（２）を形成して成る水晶振動子を用いた微少質量測定用センサにおいて、
微少質量測定用センサ素子が金属ベースを気密貫通する二本の金属端子に固定されたサポートにより支持されており、該微少質量測定用センサ素子を覆うケースが該金属ベースと接合されて該微少質量測定用センサ素子が気密封止され、ケースの外側表面には少なくとも二つ以上の、微少質量測定用センサの気密を破壊し易く厚みが薄くされた凹部が形成されていることを特徴とする微少質量測定用センサ。
【請求項２】
該凹部のひとつが該微少質量測定用センサ素子の該金属ベースの垂直方向反対側の端部と該垂直方向上の該ケース内面との間隔の中央付近にあり、該間隔が少なくとも該微少質量測定用センサ素子の最大径の６分の１以上、最大径以下であることを特徴とする請求項１に記載の微少質量測定用センサ。
【請求項３】
該微少質量測定用センサ素子の該金属膜表面に感応膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の微少質量測定用センサ。
【請求項４】
水晶基板の表面に金属膜を形成してなる微少質量測定用センサ素子を用い、かつ該微少質量測定用センサ素子を覆うケースが該金属ベースと接合されて該微少質量測定用センサ素子が気密封止された微少質量測定用センサを使用した測定方法において、
測定の際に該微少質量測定用センサのケースに少なくとも二つ以上の孔をあけて気密を破壊し、検体を該孔から注入し、該検体の注入に使用しない別の該孔から該検体を排出しながら測定を行う微少質量測定用センサを使用した測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保存時の微少質量測定用センサ素子の劣化が著しく僅少で、測定の信頼性が著しく高く、取り扱いが容易な微少質量測定用センサ、及びその微少質量測定用センサを使用した測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりＡＴカットの水晶振動子を使用した微少質量測定用センサ素子（ＱＣＭ：Ｑｕａｒｔｚ
Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ  センサ素子）は水晶の厚みすべり振動を利用しており、水晶基板の表面には水晶基板との密着性を考慮した材料からなる金属膜が形成されている。微少質量測定用センサ素子（以下ＱＣＭセンサ素子と呼ぶ）は気相・液相のいずれにおいても使用の際、微少質量測定用センサ（以下ＱＣＭセンサと呼ぶ）として作用するには、測定対象物である検体と物理的に接触する必要があるために、個々のＱＣＭセンサ素子は気密封止されずに製造され、測定時に至るまでその状態で保管され、多くの場合洗浄した後に使用されていた。
【０００３】
また、ＱＣＭセンサでは、測定される検体が水晶振動子の表面に付着・乖離する際の微少な重量変化を水晶振動子の周波数変化としてとらえるが、この検体が水晶振動子の表面に付着するために、基本的にはＱＣＭセンサは使い捨ての方式が採用されており、その解析精度においては、温度制御の安定度が高く単位重量当たりの周波数変化量が大きい高周波帯での測定が有効とされている。
【０００４】
先述のようにＱＣＭセンサの多くはその使用目的から水晶振動子の主面が露出した構成となっており、その保管・搬送時においてプラスチックなどで出来たトレイに設けられた凹部にそれぞれＱＣＭセンサ素子の水晶振動子の主面に損傷ができるだけ生じないように落とし込まれるように並べられ、その上方から蓋を被せられて梱包されていた。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２２２５８０号公報
【特許文献２】特許３６８２４７４
【０００６】
なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を本件出願時までに発見するに至らなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来は先述のようにＱＣＭセンサの保管・搬送時において、梱包されて使用に至るまでの間、大気中にて保管されるために、ＱＣＭセンサ素子の表面に感応膜が形成されている場合はその感応膜を含め金属膜が、また、感応膜が形成されていない場合においては水晶振動子における励振電極である金属膜が劣化され易いという問題があった。
【０００８】
また、ＱＣＭセンサ素子が保管・搬送用トレイのなかで完全に固定されず揺動され、トレイに設けられた凹部内壁とＱＣＭセンサ素子とが互いに擦れ合い、その結果、ＱＣＭセンサ素子の破損や、その主面に汚染を発生させてしまうなどＱＣＭセンサの測定精度を著しく低下させるおそれがあるという問題があった。
【０００９】
また、ＱＣＭセンサの保管・搬送時においてＱＣＭセンサが揺動しないように固定するために、スポンジ状の弾性を有するクッション材を用いてＱＣＭセンサを固定して保管・搬送する場合においても、ＱＣＭセンサの保管・搬送容器からの出し入れにより、保管・搬送容器からの発塵がＱＣＭセンサ素子の感応膜や水晶振動子の励振電極である金属膜に付着して、ここでもＱＣＭセンサの測定精度を著しく低下させるおそれがあるという問題があった。
【００１０】
本発明は、以上のような技術的背景のもとで成されたものであり、従がってその目的は、保存時のＱＣＭセンサ素子の劣化が著しく僅少で、測定の信頼性が著しく高く、取り扱いが容易なＱＣＭセンサ、及びその微少質量測定用センサを使用した測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために本発明は、水晶基板の表面に金属膜を形成して成る水晶振動子を用いたＱＣＭセンサにおいて、ＱＣＭセンサ素子が金属ベースを気密貫通する二本の金属端子に固定されたサポートにより支持されており、このＱＣＭセンサ素子を覆うケースが先述の金属ベースと接合されてＱＣＭセンサ素子が気密封止されケースの外側表面には少なくとも二つ以上の、ＱＣＭセンサの気密を破壊し易く厚みが薄くされた凹部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、凹部のひとつがＱＣＭセンサ素子の金属ベースの垂直方向反対側の端部と同垂直方向上のケース内面との間隔の中央付近にあり、この間隔が少なくともＱＣＭセンサ素子の最大径の６分の１以上、最大径以下であることを特徴とする。
【００１３】
また、ＱＣＭセンサ素子の金属膜表面に感応膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、測定の際にＱＣＭセンサのケースに少なくとも二つ以上の孔をあけて気密を破壊し、検体を先の孔から注入し、検体の注入に使用しない別の孔から検体を排出しながら測定を行うＱＣＭセンサを使用した測定方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のＱＣＭセンサによれば、測定精度に著しく影響する水晶振動子の表面への発塵の付着によるところの汚染を測定に至るまでのあいだ著しく僅少として、更にＱＣＭセンサの測定精度に著しく影響する水晶振動子の主面を測定に至るまでのあいだ、長期間にわたり破損から保護することが出来る。
【００１６】
また、本発明によれば測定精度に著しく影響する水晶振動子やその金属膜の表面、もしくは感応膜表面への酸化膜の形成といった化学的な変化を著しく抑制することが出来、その結果、測定精度の安定した信頼性の高いＱＣＭセンサを得ることができる。
【００１７】
また、本発明によればＱＣＭセンサとしての取り扱いが非常に容易となり、測定に至るまでのＱＣＭセンサの保管・搬送容器についても特別な材質・構造とする必要が無くなり、コストの低減が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の一形態について説明する。なお、各図においての同一の符号は同じ対象を示すものとする。
【実施例１】
【００１９】
図１は本発明のＱＣＭセンサを水晶振動子の表面に形成された金属膜２主面方向から見た概略の模式図である。即ち、ＱＣＭセンサ素子４が金属ベース５を気密貫通する二本の金属端子６に固定されたサポート７で支持され、ＱＣＭセンサ素子４を覆うケース８が金属ベース５と接合されてＱＣＭセンサ素子４が気密封止されており、更にケースの外側表面９には少なくとも二つ以上の、ＱＣＭセンサ３の気密を、孔をあけて破壊し易いように厚みが薄くされた凹部１０が形成されている。また、凹部１０のひとつがＱＣＭセンサ素子４の金属ベース５の垂直方向反対側の端部１１と垂直方向上のケース内面１２との間隔１３の中央付近にあり、この間隔が少なくともＱＣＭセンサ素子４の最大径１４の６分の１以上、最大径以下となっている。従来のＱＣＭセンサと異なり、測定時に検体となるガスや液体を物理的に金属膜２に接触させるまで、ＱＣＭセンサ３を気密的に封止された構造としたものである。ＱＣＭセンサ３を窒素雰囲気や真空雰囲気において封止すれば、ＱＣＭセンサ素子４の表面に感応膜が形成されている場合はもとより、感応膜が形成されていない場合においても、感応膜や、水晶振動子の励振電極である金属膜２の表面に酸化膜が形成されて劣化することを無くすことが出来、その結果、測定の信頼性の高いＱＣＭセンサ４を得ることが出来る。本発明のＱＣＭセンサ３により、製品の出荷段階において、一般的な電子部品と同様の取り扱いをすることが出来、従来に比べてその取り扱いを著しく容易とすることが出来る効果を奏する。なお、図には示されていないが、ＱＣＭセンサ素子４の表面の金属膜２の表面に、検体に反応する感応膜が形成されていても構わず、この場合においても本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。また、図１、及び図２ではＱＣＭセンサ素子の形状は円形に描かれているが、長方形や四角形、多角形、楕円といった形状でも構わず、これらの場合も本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。更に、ＱＣＭセンサ素子が水平方向に搭載された表面実装型のＱＣＭセンサ素子の場合においても、本発明の技術的範囲に含まれることは言うまでも無い。
【００２０】
図２は本発明のＱＣＭセンサを使用した測定方法であるＱＣＭセンサ４を用いて測定を行う際のひとつの形態を示すＱＣＭセンサ４の金属膜２主面方向から見た概略の模式図である。即ち、水晶基板１の表面に金属膜２を形成して出来たＱＣＭセンサ素子４を用い、かつＱＣＭセンサ素子４が気密封止されたＱＣＭセンサ３を使用した測定方法において、測定の際にＱＣＭセンサ３のケース８に少なくとも二つ以上の孔をあけて気密を破壊し、検体を先述の孔から注入し、検体の注入に使用しない別の孔から検体を排出しながら測定を行うＱＣＭセンサ３を使用した測定の様子を示した図である。
【００２１】
ＱＣＭセンサ３として測定に使用する際にケース８を、図３に示されるようなジグ（導管）を用いて少なくとも２箇所以上で本発明のＱＣＭセンサ３の気密を破る孔をケース８の凹部１０においてあけ、その後、同じく図３に示されたようなジグ（導管）を通して外部から検体をＱＣＭセンサ３内に流入させ測定を行う。図２ではＱＣＭセンサ４の気密を破壊する孔位置が水平方向の直線状にも示されているが、ガスや液体といった検体が効率良くＱＣＭセンサ素子４の表面に接触するように斜めに配置しても構わない。図２では、樹脂や金属で出来た筐体のなかに本発明のＱＣＭセンサ３を収容して測定を行っている。ＱＣＭセンサ３の外形に合い、筐体の内面とのあいだに隙間を作らないように筐体は作成されている。本発明のＱＣＭセンサ３では、凹部１０のひとつがＱＣＭセンサ素子４の金属ベース５の垂直方向反対側の端部１１と垂直方向上のケース内面１２との間隔１３の中央付近にあり、この間隔が少なくともＱＣＭセンサ素子４の最大径１４の６分の１以上、最大径以下となっているために、気相や液相の検体を測定の際にＱＣＭセンサ４の気密を破壊する孔をあける際に、ＱＣＭセンサ内部に流入させるジグ（導管）のＱＣＭセンサ素子４への接触によるＱＣＭセンサ素子４の破損や損傷を起こすおそれが無く、信頼性の高い測定を行うことが出来る。なお、図２では、筐体のなかに本発明のＱＣＭセンサ３を収容して測定を行っているが、筐体の材質は樹脂や金属でも構わず、筐体に孔をあける際に筐体の内寸と、本発明のＱＣＭセンサ３の外形が緩みなく一致させることが、孔をあける際にＱＣＭセンサ３の不要な変形を抑えるために必要となることは言うまでも無い。
【００２２】
図３は本発明のＱＣＭセンサを用いて測定を行う際に用いる、ＱＣＭセンサのケース８を凹部１０にて貫通するジグである導管の一例をその側面方向からみた概略の模式図である。図３の導管には、先端の側面に孔があけられており、また、段差を有した止め部を有することにより不必要にＱＣＭセンサ３内部に導管が挿入され、その結果、導管の先端がＱＣＭセンサ素子に接触することが無い。
【００２３】
図４は従来のＱＣＭセンサ素子３を斜め上方向からみた概略の模式図である。従来はＱＣＭセンサ３の保管・搬送時、即ち梱包されて使用に至るまでの間、ＱＣＭセンサ素子４は気密的に封止されておらず大気中にて保管されるために、ＱＣＭセンサ素子４の表面に感応膜が形成されている場合は感応膜、及び金属膜２、感応膜が形成されていない場合においても、水晶振動子の励振電極である金属膜２が、酸化されるなど劣化され易いという問題があった。
【００２４】
図５は保管・搬送容器に従来のＱＣＭセンサ３が収容される様子を示す斜め上方向からみた概略の模式図である。従来はＱＣＭセンサ３の保管・搬送時において、トレイのなかでＱＣＭセンサ３を完全に固定することが出来ず、トレイに設けられた凹部内でＱＣＭセンサ３が上下左右の方向に遥動し、トレイの凹部内壁とＱＣＭセンサ３の表面とが互いに擦れ合い、その結果、ＱＣＭセンサ３の測定精度を著しく低下させる汚染と成り得る発塵をおこすおそれがあった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＱＣＭセンサを水晶振動子の表面に形成された金属膜主面方向から見た概略の模式図である。
【図２】本発明のＱＣＭセンサを用いて測定を行う際のひとつの形態を示したＱＣＭセンサの金属膜主面方向から見た概略の模式図である。
【図３】本発明のＱＣＭセンサを用いて測定を行う際に用いる、ＱＣＭセンサのケースを凹部にて貫通する導管の一例をその側面方向からみた概略の模式図である。
【図４】ＱＣＭセンサ素子を斜め上方向からみた概略の模式図である。
【図５】従来の保管・搬送容器に従来のＱＣＭセンサを収容する様子を示す斜め上方向からみた概略の模式図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    水晶基板
２    金属膜
３    微少質量測定用センサ（ＱＣＭセンサ）
４    微少質量測定用センサ素子（ＱＣＭセンサ素子）
５    金属ベース
６    金属端子
７    サポート
８    ケース
９    ケースの外側表面
１０  凹部
１１  端部
１２  ケース内面
１３  間隔
１４  微少質量測定用（ＱＣＭ）センサ素子の最大径
【図１】
0004796882.tif 000002
【図２】
0004796882.tif 000003
【図３】
0004796882.tif 000004
【図４】
0004796882.tif 000005
【図５】
0004796882.tif 000006