(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料液中の測定対象物を検知するために測定器本体に電気的に接続される圧電センサにおいて、
前記測定器本体に接続される接続端子部が設けられると共に、その一面側に、前記接続端子部に電気的に接続された電極及び気密空間を構成するための凹部が設けられた配線基板と、
円形状の圧電片の一面側及び他面側に円形状の励振電極と、当該励振電極から引き出され、前記電極に電気的に接続された帯状の引出電極と、が夫々設けられると共に、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配線基板に設けられ、前記圧電片の厚さに対する圧電片の直径の比が５０以下、主振動の周波数が９ＭＨｚ以下である圧電振動子と、
前記圧電振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられ、圧電振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けるための環状突起を備えた弾性素材からなる押さえ部材と、
前記配線基板と対向して前記押さえ部材を覆い、その表面に前記液収容空間に連通し、試料液を前記液収容空間に注入するための注入口が設けられた液注入用カバーと、を備え、
前記環状突起は、液収容空間を囲む内周面側の内径が圧電振動子の一面側から上方に向かうにつれて拡大するように構成され、
前記圧電片に対する前記励振電極の面積の割合が６０〜７０％であり、前記引出電極の横幅の大きさを、励振電極の直径の大きさの０．３以下にしたことを特徴とする圧電センサ。
【請求項２】
前記圧電振動子は、圧電片の一面側に設けられた励振電極と、この励振電極の表面に形成され、感知対象物を吸着するための吸着層と、を備え、感知対象物の吸着により固有振動数が変わるものであることを特徴とする請求項１に記載の圧電センサ
【請求項３】
請求項１または２に記載の圧電センサと、圧電振動子の固有振動数を検出し、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電片の一面側に設けられた励振電極が測定雰囲気に接すると共に、他面側に設けられた励振電極が気密空間に臨むように構成された圧電振動子を含み、この圧電振動子の固有振動数の変化を検出することにより測定対象物を感知する圧電センサ及びこの圧電センサを用いた感知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
試料液中における微量物質、例えばダイオキシンなどの環境汚染物質あるいはＣ型肝炎ウイルスやＣ−反応性タンパク（ＣＰＲ）などの疾病マーカーの有無を感知したり、これら物質の測定を行うために、水晶振動子を含んだ水晶センサと、この水晶センサに電気的に接続され、当該水晶振動子を発振させるための発振回路などを含んだ測定器とを利用した測定法が広く知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
具体的に説明すると、前記測定法は、例えば板状の水晶片とその水晶片の一面側及び他面側に各々前記水晶片を挟むように設けられた一対の箔状の励振用の電極（励振電極）とを備えた、ランジュバン型と呼ばれる水晶振動子を含む水晶センサについて、一面側の電極が測定雰囲気（試料液）に接触すると共に、他面側の電極が気密空間に臨むように構成し、一面側の電極に試料液中の測定対象物質が接触すると、その接触した物質の質量に応じて水晶片の固有振動数が変動する性質を利用するものである。
【０００４】
上記のように水晶振動子の一面側のみを測定雰囲気に接触させ、他面側を気密空間に臨むように構成するのは、水晶振動子が安定して発振するためにはこのような構成とすることが好ましいからである。なお、上記の測定においては励振電極の表面に試料液中の測定対象物が、物理的に吸着することに基づいて測定が行われる場合もあるが、前記一面側の電極の表面に測定対象物質に対して選択的に化学結合する物質により構成される吸着層を設け、その吸着層へ測定対象物質を化学的に吸着させて測定を行う場合もある。
【０００５】
図１０は、前記水晶センサに設けられた水晶振動子の周辺の構成の一例を示したものである。図１０中の１１は配線基板であり、この配線基板１１上に水晶振動子１０が載置されている。この水晶振動子１０は、円形状の水晶片１２の一面側及び他面側に、円形状の励振電極１３と、当該励振電極１３から引き出された帯状の引出電極１３ａとが、各々設けられており、前記引出電極１３ａが配線基板１１側に設けられた電極に電気的に接続されている。
【０００６】
図１０中の１４は配線基板１１を厚さ方向に穿孔された貫通孔であり、図１０中の１５は基板１１の裏面側から貫通孔１４を塞ぐ封止部材である。これら封止部材１５、貫通孔１４及び水晶振動子１０に囲まれる領域は気密空間を構成しており、その水晶振動子１０の裏面側の励振電極１３は、この気密空間に面している。図１０中の１６は例えばゴム等からなる板状の水晶押さえ部材であり、水晶振動子１０を基板１１に押圧して、その位置を固定している。
【０００７】
図１０中の１７は、水晶押さえ部材１６を厚さ方向に貫くように設けられた開口部であり、水晶振動子１０の表面側の励振電極１３に面している。図１１中の１８は水晶押さえ部材１６の環状の突起である。そして前記開口部１７及び環状突起１８に囲まれる液収容空間１９に所定量の試料液が収容され、前記励振電極１３が測定雰囲気に接するようになっている。
【０００８】
ところで上記のような水晶センサは、後段の測定器本体において信号処理のやり易さから周波数が９．２ＭＨｚの水晶片１２が用いられる。水晶片の厚さと当該水晶片の周波数とは対応関係があるため、水晶片１２の周波数が９．２ＭＨｚでは当該水晶片１２の厚さｔは１８２μｍとなる。また小型化が進む水晶センサの要請に応えるために、水晶片１２の直径Ｄは８．７ｍｍに設定してある。その結果、この水晶片１２は、水晶片１２の厚さｔに対する水晶片１２の直径Ｄの比（以下、辺比Ｄ／ｔという）の値が４７．８０２となっている。一方、測定感度の低下を抑えるために励振電極１３の面積はある程度大きくしなければならず、例えば直径７ｍｍに設定している。
【０００９】
しかしこのように水晶片１２の辺比Ｄ／ｔを小さくし、且つ水晶片１２の面積に対する励振電極１３の面積の割合が５０％以上になると、水晶振動子１０の振動が励振電極１３から引出電極１３ａに漏れる割合が多くなり、実施の形態で記載されている図３（ｂ）に示すように主振動である厚みすべりモードの振動エネルギが十分に水晶片１２の中央部に集中せず、水晶片１２の端部にまで達するというような現象が生じる。この水晶片１２の周縁部は前記水晶押さえ部材１６の環状突起１８によって押圧されているため、振動エネルギが水晶片１２の端部にまで広がると、水晶センサ間において前記環状突起１８によって水晶片１２に加わる応力にばらつきがあることから、振動モードにばらつき生じ、その結果水晶センサ間においてクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値にばらつきが生じてしまう。
【００１０】
一方、上述した現象を抑えるために、水晶片の両端部を研磨し、ベベルを付加して沿面距離を大きくすることにより主振動のエネルギを中央部に集中させることができるが、水晶片１２の周縁部を前記水晶押さえ部材１６の環状突起１８で押圧して液漏れを防止する必要があるため、ベベルは水晶片１２の押圧面の外側に設けなければならず、そうすると水晶センサ自体が大型化し、上記の要請に反することになる。
【００１１】
またベベルを付加した水晶片１２の直径Ｄを８．７ｍｍとして、水晶片１２表面の励振電極の形成エリアを小さくすることで、水晶片１２において環状突起１８の押圧面を確保することができるが、励振電極エリアが小さくなることで水晶センサの感度が低下してしまい、水晶センサの所期の目的を達成し難くなる。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−１９４８６６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、ランジュバン型の９ＭＨｚ以下の圧電振動子を用いて試料液中の測定対象物を検知する圧電センサにおいて、小型化を図り、且つ高い測定精度を確保できると共に、圧電センサ間におけるＣＩ値のばらつきを抑えて高精度な測定を行うことができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、試料液中の測定対象物を検知するために測定器本体に電気的に接続される圧電センサにおいて、
前記測定器本体に接続される接続端子部が設けられると共に、その一面側に、前記接続端子部に電気的に接続された電極及び気密空間を構成するための凹部が設けられた配線基板と、
円形状の圧電片の一面側及び他面側に円形状の励振電極と、当該励振電極から引き出され、前記電極に電気的に接続された帯状の引出電極と、が夫々設けられると共に、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配線基板に設けられ、前記圧電片の厚さに対する圧電片の直径の比が５０以下、主振動の周波数が９ＭＨｚ以下である圧電振動子と、
前記圧電振動子の一面側を底面とする液収容空間を形成すると共に、この液収容空間を囲むように設けられ、圧電振動子の一面側における前記凹部の外側部位を配線基板側に押し付けるための環状突起を備えた弾性素材からなる押さえ部材と、
前記配線基板と対向して前記押さえ部材を覆い、その表面に前記液収容空間に連通し、試料液を前記液収容空間に注入するための注入口が設けられた液注入用カバーと、を備え、
前記環状突起は、液収容空間を囲む内周面側の内径が圧電振動子の一面側から上方に向かうにつれて拡大するように構成され、
前記圧電片に対する前記励振電極の面積の割合が６０〜７０％であり、前記引出電極の横幅の大きさを、励振電極の直径の大きさの０．３以下にしたことを特徴とする。
【００１５】
また前記圧電振動子は、圧電片の一面側に設けられた励振電極と、この励振電極の表面に形成され、感知対象物を吸着するための吸着層と、を備え、感知対象物の吸着により固有振動数が変わるように構成してもよい。
【００１６】
また本発明の感知装置は、上述した圧電センサと、圧電振動子の固有振動数を検出し、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ランジュバン型の９ＭＨｚ以下の圧電振動子を用いた圧電センサにあっては、小型化を図り且つ高い感度を確保しようとすると、辺比が５０以下で且つ面積比が５０％以上にしなければならない。しかし、このような構成にすると既述のように振動が励振電極から引出電極に漏れる割合が量が多くなる。そこで面積比は高々７０％までとし且つ引出電極の横幅の大きさを、励振電極の直径の大きさの０．３以下とすることにより、振動子の主振動は励振電極から引出電極に漏れにくくなり、振動エネルギが圧電片の中央部に集中するようになる。このため圧電センサ間において押さえ部材の環状突起によって圧電片に加わる応力にばらつきがあっても振動モードのばらつきが抑えられ、後述する実施例に示すように圧電センサにおいてクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値のばらつきが抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る圧電センサの一例である水晶センサの実施の形態について、図１〜図６を用いて説明する。図１は本発明に係る圧電センサの一例である水晶センサ２０を示した縦断面図であり、図２は圧電センサに設けられた圧電振動子である水晶振動子２の構造を示した平面図である。また図４は水晶センサ２０の斜視図であり、図５は水晶センサ２０の各部品の上面側を示した分解斜視図である。図１、図４及び図５に示すように水晶センサ２０は封止部材３Ａ、配線基板３、水晶振動子２、水晶押さえ部材４、液注入用カバー５の各部品がこの順に下から重ね合せることにより構成される。
【００１９】
図１に示すように水晶振動子２は、圧電片である水晶片２１、励振電極２２,２３及び引出電極２４,２５により構成されている。この水晶振動子２の構成について図２を参照しながら詳しく説明する。水晶センサ２０は後段の後述する測定器本体において信号処理のやり易さから周波数が９ＭＨｚ以下、この例では９．２ＭＨｚの水晶片２１が用いられる。水晶片２１の厚さｔは水晶片２１の周波数と対応関係にあるため、水晶片２１の周波数が９．２ＭＨｚでは当該水晶片２１の厚さｔは１８２μｍとなる。またこの水晶片２１は円形状に形成されており、その直径Ｄは８．７ｍｍとなっている。従ってこの水晶片２１は水晶片２１の厚さｔに対する水晶２１の直径Ｄの比、即ち、辺比Ｄ／ｔの値が４７．８０２となっている。
【００２０】
また水晶片２１の一面側及び他面側には、当該水晶片２１よりも小径の直径ｄが７．０ｍｍの円形状に形成された一方の励振電極２２及び他方の励振電極２３が夫々貼着されており、水晶片２１の面積に対する励振電極２２,２３の面積の割合を６５．７％としている。このように面積比を６５．７％とすることで高い測定精度を確保すると共に、後述するように水晶片２１において環状突起４１が押圧する面を確保している。ここで面積比を７０％以上とすると、水晶片２１の一面側において励振電極２２の形成エリアに環状突起４１が接近あるいは接触し、これにより不要振動が生じて水晶センサ２０間においてＣＩ値にばらつきが生じてしまうため、面積比は６０〜７０％にすることが好ましい。
【００２１】
この実施の形態では、ランジュバン型の９．２ＭＨｚの水晶振動子２を用いた水晶センサ２０において、小型化を図り且つ高い感度を確保するために、上述のように水晶片２１の厚さｔに対する水晶２１の直径Ｄの比を４７．８０２とし、更に水晶片２１の面積に対する励振電極２２,２３の面積の割合を６５．７％にしている。そしてこのように設定された水晶片２１に引出電極２４,２５が形成されることになる。
【００２２】
前記水晶片２１の一面側には、帯状の一方の引出電極２４の一端側が前記一方の励振電極２２に接続されて形成され、この引出電極２４は、水晶片２１の端面に沿って屈曲され、水晶片２１の他面側に回し込まれている。さらに水晶片２１の他面側には、帯状の他方の引出電極２５の一端側が前記他方の励振電極２２に先の一方の引出電極２４と同様のレイアウトで接続されて形成され、水晶片２１の両面において、励振電極２２（２３）及び引出電極２４（２５）のレイアウトが同じになっている。この引出電極２４,２５の横幅ｒは１．５ｍｍである。この引出電極２４,２５の横幅ｒは、励振電極２２,２３の直径ｄに基づいて決定され、具体的には直径ｄが決まった励振電極２２,２３において、当該励振電極２２,２３の直径ｄの大きさに対する引出電極２４,２５の横幅ｒの大きさが０．３以下となるように引出電極２４,２５の横幅ｒが決定される。この引出電極２４,２５の横幅ｒの下限値は、当該引出電極２４,２５において電気的導通が保たれる程度の大きさであればよい。前記励振電極２２,２３及び引出電極２４,２５の厚みＷは例えば２０００Åであり、電極材料としては、例えば金（Ａｕ）が用いられている。
【００２３】
本実施の形態では水晶センサ２０に用いられる水晶振動子２を上述のような構成にすることで次のような特性が得られる。図３（ａ）に示すように水晶振動子２の主振動は励振電極２２,２３から引出電極２４,２５に漏れにくくなり、振動エネルギが水晶片２１の中央部に集中するようになる。一方、従来の水晶センサに用いられている水晶振動子１０は、引出電極の線幅が上述した水晶振動子２の引出電極２４,２５の線幅よりも太いため、図３（ｂ）に示すように主振動である厚みすべりモードの振動エネルギが十分に水晶片１２の中央部に集中せず、水晶片１２の端部にまで達する。つまり引出電極２４,２５の線幅を細くすることによって、水晶片２１の中央から端部への振動の漏れ量が少なくなることになる。
【００２４】
また、後述するように励振電極２２は、試料液が供給される液収容空間４５に面して設けられるため、当該励振電極２２上には抗体がその表面に付着した図示しない吸着層が設けられる。この抗体は、測定対象物である抗原例えばダイオキシンと抗体抗原反応によって選択的に吸着するようになっており、吸着層にその測定対象物が吸着されると、測定対象物の吸着量に応じて水晶片２１の周波数が変化する。
【００２５】
次に配線基板３について説明する。図５に示すようにこの配線基板３は例えばプリント基板により構成され、その表面の前端側から後端側に向けて電極３１、電極３２が間隔をおいて設けられている、電極３１,３２の間にはこれら電極３１,３２と間隔をおいて、配線基板３の厚さ歩行に穿孔された貫通孔３３が形成されている。この貫通孔３３は、後述するように水晶振動子２の裏面側の励振電極２３が臨む気密空間をなす凹部を構成するものであり、その口径は、励振電極２３が収まる大きさに形成されている。
【００２６】
また電極３２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３４,３５として形成されている。一方の接続端子部３４はパターン３４ａを介して電極３１と電気的に接続されており、他方の接続端子部３５はパターン３５ａを介して電極３２と電気的に接続されている。なお、図１においては図示の便宜上基板３の各電極及びパターンは省略している。
【００２７】
図５中の３６は例えばレジストを用いたフォトリソグラフィにより形成された堰であり、水晶振動子２の外形に沿って形成されている。前記堰３６は、水晶振動子２の位置合わせをする役割を有し、この堰３６に囲まれる領域に水晶振動子２が載置される。図５中の３７ａ,３７ｂ,３７ｃは係合孔であり、配線基板３の厚さ方向に穿孔されている。これら係合孔３７ａ,３７ｂ,３７ｃは、カバー５の下面に設けられた係合突起５１ａ,５１ｂ,５１ｃに夫々係合する。また図５中の３８ａ,３８ｂ,３８ｃは配線基板３の周縁に形成された切欠き部である。またカバー５の下面の周縁部には内側に屈曲した爪部５２ａ,５２ｂ,５２ｃが設けられており、切欠き部３８ａ,３８ｂ,３８ｃは、これら爪部５２ａ,５２ｂ,５２ｃに夫々係合する。
【００２８】
前記封止部材３Ａは、フィルム状の部材であり前記貫通孔３３と共に気密空間をなす凹部を構成する。
【００２９】
続いて水晶押さえ部材４について説明する。水晶押さえ部材４は、例えばシリコンゴムにより形成されており、配線基板３に対応した形状に構成されている。具体的に説明すると、この水晶押さえ部材４は、図５に示すように切欠き部３８ａ,３８ｂ,３８ｃに夫々対応する矩形状の切欠き部４１ａ,４１ｂ,４１ｃを夫々備えた板状に形成されている。また、これら切欠き部４１ｂ,４１ｃが形成された側を後方側とすると、切欠き部４１ａは水晶押さえ部材４の前方側の一縁の中央に形成されている。
【００３０】
図６は水晶押さえ部材４の下面側を示した斜視図であり、この図も参照しながら押さえ部材４の構成を説明する。図１及び図６に示すように水晶押さえ部材４の下面には水晶振動子２を収容する凹部４２が形成されている。凹部４２の天井面部（図６の向きで説明すれば底面部）の中央には、配線基板３の上面における前記貫通孔３３よりも一回り大きい環状突起４３が設けられている。この環状突起４３は、水晶振動子２を前記貫通孔３３を囲む領域に押し付けて、水晶振動子２の位置を固定する役割を有する。
【００３１】
また図１、図５及び図６に示すように水晶押さえ部材４の表面側には、開口部４４が形成されており、この開口部４４は、環状突起４３に囲まれる空間に連通している。
【００３２】
前記開口部４４の周面４４ａ及び環状突起４３の内周面４３ａは、内側下方に向かって傾斜している。つまり開口部４４及び環状突起４３の径は下方に向かうにつれて小さくなっている。また環状突起４３の先端部４７は水晶片２０の周縁部を押圧している。周面４３ａ、４４ａ及び水晶振動子２により囲まれる領域は、試料液を収納する液収容空間４５を構成している。
【００３３】
また図５中の４６ａ,４６ｂは押さえ部材４を厚さ方向に貫通するように穿孔された係合孔であり、前記配線基板３の係合孔３７ａ,３７ｂ及び液注入用カバー５の係合突起５１ａ,５１ｂに対応するように形成されている。図５中の４６ｃは後方側の一縁の中央に形成された弧状の切欠き部であり、配線基板３の係合孔３７ｃ及び液注入用カバー５の係合突起５１ｃに対応している。
【００３４】
次に液注入用カバー５の構成について説明する、カバー５は、例えばポリカーボネイトにより構成され、その上面の前側、後側には試料液の注入口５３、確認口５４が夫々形成されている。図１に示すようにカバー５の下面にはカバー５の長さ方向に沿って溝である注入路５５が形成されており、この注入路５５の一端、他端は、注入口５３、確認口５４に夫々接続されている。また注入路５５は開口部４４に面するように設けられており、注入口５３に注入した試料液は注入路５５を介して液収容空間４５に供給されるようになっている。また所定量の試料液が水晶センサ２０に供給されると、確認口５４にその試料液の液面が現れ、このセンサ２０への液の供給の有無を確認できるようになっている。
【００３５】
カバー５の下面には注入路５５を囲む環状の堰５６が設けられており、この堰５６は水晶押さえ部材４にめり込んで、注入口５１に注入された試料液が液注入用カバー５と押さえ部材４との間から漏れることを防ぐ役割を有する。
【００３６】
上記の水晶センサ２０は次のようにして組み立てられる。先ず封止部材３Ａにより配線基板３の貫通孔３３を塞ぎ、基板３に凹部を形成する。続いて水晶振動子２側の引出電極２４,２５が配線基板３側の電極３１,３２に重なり且つ水晶振動子２の裏面側の励振電極２３が前記凹部に重なるように、水晶振動子２を配線基板３に載置する。
【００３７】
次に液注入用カバー５の係合突起５１ａ〜５１ｃを水晶押さえ部材４の係合孔４６ａ,４６ｂ及び切欠き部４６ｃに係合させ、液注入用カバー５と押さえ部材４とを重ね合わせた後、液注入用カバー５の爪部５２ａ,５２ｂ,５２ｃと配線基板３の切欠き部３８ａ,３８ｂ,３８ｃとを嵌合させるように被わせて配線基板３に向かって押圧する。これにより液注入用カバー５の各爪部５２ａ〜５２ｃが配線基板３の外側へと撓み、さらに各爪部５２ａ〜５２ｃが各切欠き部３８ａ〜３８ｃを介して配線基板３の周縁部の下面に回り込むと同時に各爪部５２ａ〜５２ｃが、内方側への復元力により元通りの形状になり、配線基板３が各爪部５２ａ〜５２ｃに挟み込まれて互いに係止されると同時に、配線基板３とカバー５とに挟まれた押さえ部材４がこれらに押圧される。
【００３８】
押圧された押さえ部材４の弾性により、環状突起４３が、水晶振動子２の表面における前記凹部の外側部位を配線基板３側に押し付けることにより、水晶振動子２の位置が固定されると共に、その周縁部が配線基板３と密着して、貫通孔３３と封止部材３Ａとにより構成される凹部が気密空間となり、水晶振動子２の裏面側の励振電極２３がこの気密空間に臨むと共に、水晶振動子２側の引出電極２４,２５が、配線基板３側の電極３１,３２に密着し、水晶振動子２と配線基板３とが電気的に接続される。
【００３９】
本実施の形態における水晶センサ２０が使用される際には、作業者が例えば注入器により液注入用カバー５の注入口５３に試料液を注入する。注入口５３に注入された試料液は、開口部４４及び環状突起４３により構成される試料液の液収容空間４５に供給され、水晶振動子２の表面側の励振電極２２が当該試料液に接し、励振電極２２の表面に形成されている吸着層に試料液中の抗体が抗原抗体反応によって吸着する。この吸着量に応じて水晶振動子２の固有振動数が低下する。これによって抗原が吸着層に吸着する前の水晶振動子２の固有振動数と抗原が吸着層に吸着した後の水晶振動子２の固有振動数との差、即ち変化量が求まる。
【００４０】
本発明は、ランジュバン型の９ＭＨｚ以下の水晶振動子２を用いた水晶センサ２０にあっては、小型化を図り且つ高い感度を確保しようとすると、辺比が５０以下で且つ面積比が５０％以上にしなければならない。しかし、このような構成にすると図３（ｂ）に示すように振動が励振電極２２,２３から引出電極２４,２５に漏れる割合が多くなる。そこで面積比は高々７０％までとし且つ引出電極２４,２５の横幅ｒの大きさを、励振電極２２,２３の直径ｄの大きさの０．３以下とすることにより、図３（ａ）に示すように振動子の主振動は励振電極２２,２３から引出電極２４,２５に漏れにくくなり、振動エネルギが水晶片２１の中央部に集中するようになる。このため水晶センサ２０間において押さえ部材４の環状突起４３によって水晶片２１に加わる応力にばらつきがあっても振動モードのばらつきが抑えられ、後述する実施例に示すように水晶センサ２０においてクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値のばらつきが抑えられる。
【００４１】
なお、上記の水晶センサ２０において水晶押さえ部材４はゴム以外の弾性体によって構成されてもよい。
【００４２】
以上において、本発明は例えば水晶センサのメーカにおいて水晶振動子の電極の表面に抗体を付着させるときに抗体を含む溶液の抗体濃度と水晶振動子の振動数の変化量（抗体の付着量）との関係を調べる場合があるが、このような検証を行うときの水晶センサにも適用できる。従って、特許請求の範囲の「試料液中の測定対象物を検知する」とは、水晶振動子の電極表面に抗体を付着させて水晶振動子の振動数の変化を測定する行為も含まれる。
【００４３】
上述した水晶センサ２０は、例えばブロック図である図７で示されるような構成を持つ測定器本体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７中の６２は、水晶センサ２０の水晶片２１を発振させる発振回路、６３は基準周波数信号を発生する基準クロック発生部、６４は例えばヘ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６２からの周波数信号及び基準クロック発生部６３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。６５は増幅部、６６は増幅部６５からの出力信号の周波数をカウントするカウンタ、６７はデータ処理部である。
【００４４】
水晶センサ２０の周波数は９．２ＭＨｚであるため、基準クロック発生部６３の周波数としては例えば１０ＭＨｚが選ばれる。測定対象物例えばダイオキシンが水晶センサ２０の水晶振動子２に設けられた上述の吸着層に吸着していないときには、周波数差検出手段６４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１ＭＨｚの周波数信号（周波数差信号）が出力されるが、試料溶液に含まれる測定対象物が水晶振動子２の吸着層に吸着すると、水晶振動子２の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６６におけるカウント値が変化し、こうして測定対象物の濃度あるいはその物質の有無を検知できる。
【実施例】
【００４５】
本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００４６】
（実施例）
既述の図１に示す水晶センサ２０の構造において、水晶片２１の直径Ｄを１８２μｍ、厚みｔを８．７ｍｍとし、励振電極２２,２３の直径ｄを７．０ｍｍとし、引出電極２４,２５の横幅ｒを１．５ｍｍとし、励振電極２２,２３及び引出電極２４,２５の厚さを２０００Åとして、この水晶センサ２０を１２３５個作成した。これらの水晶センサ２０について主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値を測定した。この結果を図８に示す。図８の縦軸は水晶センサ２０の数であり、横軸はＣＩ値である。
（比較例）
引出電極２４,２５の横幅ｒを２．５ｍｍとした他は実施例と同様にして水晶センサ２０を２０個作成した。これら水晶センサ２について主振動のクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値を測定した。この結果を図９に示す。図９の縦軸は水晶センサ２０の数であり、横軸はＣＩ値である。
（結果及び考察）
図９に示すように比較例では、主振動である厚みすべりモードの振動エネルギが十分に水晶片２１の中央部に集中せず、水晶片２１の端部にまで達するため、振動モードにばらつき生じて水晶センサ２０間においてクリスタルインピーダンス（ＣＩ）値にばらつきが生じていることが分かる。具体的に述べると、ＣＩ値が７Ωの水晶センサ２０は８５個、ＣＩ値が９Ωの水晶センサ２０は２５個、ＣＩ値が１１Ωの水晶センサ２０は１０個であり、ＣＩ値が１１Ω〜２１Ωでは十数個の水晶センサ２０が存在している。
【００４７】
一方、図８に示すように実施例では、引出電極２４,２５の横幅ｒの大きさを、励振電極２２,２３の直径ｄの大きさの０．３以下とすることで、振動子２の主振動は励振電極２２,２３から引出電極２４,２５に漏れにくくなり、振動エネルギが水晶片２１の中央部に集中し、振動モードのばらつきが抑えられ、水晶センサ２０間においてＣＩ値のばらつきが抑えられていることが分かる。具体的に述べると、ＣＩ値が５Ωの水晶センサ２０は８００個、ＣＩ値が７Ωの水晶センサ２０は４００個、ＣＩ値が９Ωの水晶センサ２０は２０個、ＣＩ値が１１Ωの水晶センサ２０は５個であり、ＣＩ値が１２Ω〜２１Ωでは殆ど水晶センサ２０が存在していない。
【００４８】
この実施例では、水晶片２１の面積に対する励振電極２２,２３の面積の割合が６５．７％であるが、励振電極２２,２３の直径ｄを７．３ｍｍとして面積比を７０％とした場合にも、上述のように水晶センサ２０間においてＣＩ値のばらつきが抑えられることを確認している。なお、励振電極２２,２３の直径ｄを７．４ｍｍとして面積比を７２％とした場合には、既述のように水晶片２１の一面側において励振電極２２の形成エリアに環状突起４１が接近して不要振動が生じ、水晶センサ２０間においてＣＩ値のばらつきが生じた。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態に係る水晶センサの縦断側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水晶片の構造を示した平面図及び断面図である。
【図３】水晶片の平面において、主振動である厚みすべりモードの振動エネルギの分布を示す説明図である。
【図４】前記水晶センサの斜視図である。
【図５】前記水晶センサの分解斜視図である。
【図６】前記水晶センサを構成する水晶押さえ部材の裏面側の斜視図である。
【図７】前記水晶センサを含む感知装置のブロック図である。
【図８】本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す説明図である。
【図９】本発明の効果を確認するために行った実験結果を示す説明図である。
【図１０】従来の水晶センサの要部を示す概略縦側面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２０  水晶センサ
２    水晶振動子
２１  水晶片
２２,２３  励振電極
２４,２５  引出電極
３    配線基板
４    水晶押さえ部材
４３  環状突起部
４４  開口部
４５  液収容空間
５    液注入用カバー
６    測定器本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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