特開 2024-136107 感知センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024136107

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】感知センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023047085

(22)【出願日】2023-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】000232483

【氏名又は名称】日本電波工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】茎田 啓行

(72)【発明者】

【氏名】大西 直樹

(57)【要約】

【課題】周波数変化を利用して試料液中の感知対象物を検知する感知センサの圧電振動子について、歪みを抑制すると共に搭載される基板との接続強度を高くする。
【解決手段】本開示の圧電センサは、感知対象物を吸着させる吸着層を備えた圧電振動子と、振動領域の下方に空間を形成するための凹部を一面に備える基板と、電極端子を発振回路に接続するために基板の一面に形成される導電性のパターンと、圧電振動子を基板の一面に向けて押圧する押圧部と、圧電振動子を挟んで押圧部に対向するように基板の一面に設けられ、導電性のパターンから前記電極端子が離隔するように圧電振動子における振動領域に対して周縁側寄りの位置を支持する突部と、圧電振動子の一面から他面に亘ると共に、導電性のパターンと電極端子との間に介在する導電性接続部材と、を備える。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

圧電振動子を用いて試料液中の感知対象物を感知する感知センサにおいて、
圧電片と、当該圧電片の上面及び下面に対向配置されて当該圧電片に振動領域を形成するように設けられた励振電極と、前記圧電片の周縁部に形成されて前記励振電極とそれぞれ電気的に接続された電極端子と、前記上面に配置された前記励振電極の表面に設けられ、前記試料液中の感知対象物を吸着させる吸着層と、を備えた圧電振動子と、
前記振動領域の下方に空間を形成するための凹部を一面に備える基板と、
前記電極端子を発振回路に接続するために前記基板の一面に形成される導電性のパターンと、
前記圧電振動子を前記基板の一面に向けて押圧する押圧部と、
前記圧電振動子を挟んで前記押圧部に対向するように前記基板の一面に設けられ、前記導電性のパターンから前記電極端子が離隔するように前記圧電振動子における前記振動領域に対して周縁側寄りの位置を支持する突部と、
前記圧電振動子の一面から他面に亘ると共に、前記導電性のパターンと前記電極端子との間に介在する導電性接続部材と、
を備える感知センサ。

【請求項2】

前記突部は、金属層と、前記金属層を被覆し、当該金属層とは異なる材質からなる被覆層と、により構成される請求項１記載の感知センサ。

【請求項3】

前記被覆層はレジストである請求項２記載の感知センサ。

【請求項4】

前記突部は前記圧電振動子の下面において前記励振電極よりも当該圧電振動子の周縁側に形成される導電性のパターンに重ならず、前記凹部の周縁部に沿って設けられる請求項１記載の感知センサ。

【請求項5】

前記電極端子と前記導電性のパターンとの間隙の高さは、２０μｍ以下である請求項１記載の感知センサ。

【請求項6】

前記圧電振動子に供給される試料液が流れる空間を形成するための流路形成部材が設けられ、
前記押圧部は前記流路形成部材に設けられ、前記振動領域を囲う請求項１記載の感知センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料液中の感知対象物を圧電振動子に吸着させて検知する感知センサに関する。

【背景技術】

【0002】

試料液中の感知対象物を感知するにあたって、ＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）を利用した感知センサが知られている（例えば特許文献１）。ＱＣＭは励振電極の表面に感知対象物を吸着する吸着層が設けられた水晶振動子を用い、試料溶液中の感知対象物の吸着による質量負荷を、水晶振動子の周波数の変化として捉えて、感知対象物の検出、定量を行うものである。

【0003】

ここで水晶振動子の表面に試料溶液を供給するにあたって、水晶振動子の表面に試料液を供給する空間を形成するため、水晶振動子の表面を囲む隙間を形成する部材を水晶振動子に押し当てている（例えば特許文献２）。このとき部材を押し当てる圧力が大きいと水晶振動子に機械的な歪みが生じ、水晶振動子の周波数特性が劣化してしまうおそれがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５―０６４８２１号公報

【特許文献2】特開２００９－１６２５２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明はこのような事情の下になされたものであり、周波数変化を利用して試料液中の感知対象物を検知する感知センサにおいて、圧電振動子の歪みを抑制すると共に、圧電振動子と圧電振動子が設けられる基板との接続強度を高くすることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る感知センサは、圧電振動子を用いて試料液中の感知対象物を感知するものであって、
圧電片と、当該圧電片の上面及び下面に対向配置されて当該圧電片に振動領域を形成するように設けられた励振電極と、前記圧電片の周縁部に形成されて前記励振電極とそれぞれ電気的に接続された電極端子と、前記上面に配置された前記励振電極の表面に設けられ、前記試料液中の感知対象物を吸着させる吸着層と、を備えた圧電振動子と、
前記振動領域の下方に空間を形成するための凹部を一面に備える基板と、
前記電極端子を発振回路に接続するために前記基板の一面に形成される導電性のパターンと、
前記圧電振動子を前記基板の一面に向けて押圧する押圧部と、
前記圧電振動子を挟んで前記押圧部に対向するように前記基板の一面に設けられ、前記導電性のパターンから前記電極端子が離隔するように前記圧電振動子における前記振動領域に対して周縁側寄りの位置を支持する突部と、
前記圧電振動子の一面から他面に亘ると共に、前記導電性のパターンと前記電極端子との間に介在する導電性接続部材と、を備えている。

【0007】

上述の感知センサは、以下の構成を備えていてもよい。
（ａ）前記突部は、金属層と、前記金属層を被覆し、当該金属層とは異なる材質からなる被覆層と、により構成されること。
（ｂ）前記被覆層はレジストである。
（ｃ）前記突部は前記圧電振動子の下面において前記励振電極よりも当該圧電振動子の周縁側に形成される導電性のパターンに重ならず、前記凹部の周縁部に沿って設けられること。
（ｄ）前記電極端子と前記導電性のパターンとの間隙の高さは、２０μｍ以下であること。
（ｅ）前記圧電振動子に供給される試料液が流れる空間を形成するための流路形成部材が設けられ、前記押圧部は前記流路形成部材に設けられ、前記振動領域を囲うこと。

【発明の効果】

【0008】

本発明の感知センサによれば、圧電振動子を基板に向けて押圧する押圧部に対向するように、圧電振動子の振動領域に対して周縁側寄りの位置を支持する突部が、基板に設けられる。この突部は、基板の導電性のパターンから圧電振動子の電極端子を離隔させ、圧電振動子の一面から他面に亘ると共に、導電性のパターンと電極端子との間に介在する導電性接続部材が設けられる。それによって圧電振動子の歪みの発生を抑えると共に、導電性のパターンと電極端子との接合強度を高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態に係る感知センサを用いた感知装置の斜視図である。

【図2】前記感知センサの分解斜視図である。

【図3】前記感知センサに用いられる配線基板の一部の平面図である。

【図4】前記感知センサに用いられる水晶振動子の上面側及び下面側を示す図である。

【図5】前記感知センサの縦断正面図である。

【図6】前記感知装置の概略構成図である。

【図7】前記感知センサの比較例を示す断面図である。

【図8】比較例に係る感知センサに配置したシリコーン部材による影響を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

先ず、実施の形態に係る感知センサ１を用いた感知装置２について説明する。感知装置２は、マイクロ流体チップを利用して例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液を取り込んで感知対象物であるウイルスなどの抗原の有無を検出し、人間のウイルスの感染の有無を判定することができるように構成されている。図１の外観斜視図に示すように、感知装置２は、本体部１２と、感知センサ１と、を備えている。感知センサ１は、本体部１２に形成された差込口１７に着脱自在に接続される。本体部１２の上面には、例えば液晶表示画面により構成される表示部１６が設けられている。表示部１６は、例えば本体部１２内に設けられた制御部１００による出力周波数あるいは、周波数の変化分等の測定結果もしくは、ウイルスの検出の有無等を表示する。

【0011】

続いて感知センサ１について説明する。図２は、図１に示した感知センサ１に設けられた上側ケース体２１を外した状態の斜視図を示す。図１、図２に示すように感知センサ１は、上側ケース体２１と下側ケース体２２とで構成される容器２０を備え、容器２０から水平に突出し、本体部１２に形成された差込口１７に挿入される板状の差込部３１を備えている。感知センサ１の差込部３１側を後方（＋Ｙ側）、他端側を前方（－Ｙ側）とすると、左右は平面図において後方から前方を見たときの左右（左が＋Ｘ側、右が－Ｘ側）をいう。後述する吸着層４８の有無が左右で異なることを除いて、感知センサ１は左右対称の構造である。下側ケース体２２は、上面が開口した概略箱型に形成され、後方側の壁部に切欠き２２ａが形成されている。

【0012】

下側ケース体２２の底面を構成する底壁２２ｂには、略中央に配置されて後述する廃液管６を支持するための突部７５と、突部７５の前方に配置されて後述する吸収部材７２を収納するための箱状の収納部７３とが形成されている。そして突部７５の後方における下側ケース体２２の底面には、前後方向に延伸された形状の配線基板３が配置されている。この配線基板３の後方側部分は、切欠き２２ａを介して下側ケース体２２から突出する既述の差込部３１である。

【0013】

図３は、圧電振動子である水晶振動子４が配置される配線基板３の前方側部分を示す拡大平面図であり、一点鎖線で水晶振動子４が載置される領域を示している。図３に示すように、配線基板３の前方側の位置には、配線基板３を厚み方向に貫通する上面視略矩形の貫通孔３２が形成されている。この貫通孔３２は、下側ケース体２２の底壁２２ｂによって塞がれて配線基板３の上面側で開口する凹部を形成する。この凹部は、水晶振動子４の後述する振動領域に接触せずに振動させるための空間である。

【0014】

配線基板３の上面側には、前後方向に伸びる３本の配線２５、２６、２７とが設けられており、各々金属の薄膜であって導電性のパターンである。これらの配線２５～２７と、後述する同じく配線基板３に形成されたパターンである金属層２８２と、は例えばＣｕ（銅）により構成されている。各配線２５、２６、２７の一端側には、それぞれ差込部３１に配置された外部接続用端子２５２、２６２、２７２が形成されている。また各配線２５、２６、２７の他端側には、貫通孔３２より左右側及び後側の位置に配置された端子部２５１、２６１、２７１が形成されている。そして端子部２５１、２６１、２７１は、上に配置される水晶振動子４の周縁部に設けられた電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａとそれぞれ対向する位置に設けられている。

【0015】

そして配線基板３の上面側には、貫通孔３２の周縁に沿うように設けられた突部３３が形成されている。突部３３は、貫通孔３２を介して対向する間隙３６、３７によって前後に２つに分離した略矩形環状に設けられている。突部３３は、上面視において端子部２５１、２６１、２７１より貫通孔３２側に配置されている。そして突部３３は、端子部２５１、２６１、２７１及び貫通孔３２から離隔して設けられている。

【0016】

このように配置された突部３３は、水晶振動子４の下面に沿うような平坦な上面を有し、当該上面によって水晶振動子４を水平な姿勢で支持するように構成されている。また突部３３は、金属層２８２と、金属層２８２の上に塗られたレジスト層３４と、によって構成されている（図５）。金属層２８２及びレジスト層３４は平面視で同じ形状であるため、レジスト層３４により金属層２８２全体が被覆されている。

【0017】

レジスト層３４は、端子部２５１、２６１、２７１、外部接続用端子２５２、２６２、２７２を除いて配線基板３の基材３０の上に概ね一様に塗布される他のレジスト層と同様に、塗布されて形成される。以降は配線基板３の上面と記載した場合には、特に説明無い限り、当該他のレジスト層の上面のことを意味するものとする。レジスト層３４の厚さは、他のレジスト層の厚さと同じであり、例えば１０μｍから数十μｍ程度に設定される。配線基板３の上面を基準とした金属層２８２の高さは、端子部２５１、２６１、２７１の高さと同一であり、例えば３５μｍである。突部３３は、端子部２５１、２６１、２７１や金属層２８２よりもレジスト層３４の厚みの分高く設定されている。

【0018】

続いて水晶振動子４の構成について説明する。図４は、配線基板３に載置される水晶振動子４の上面（ａ）及び下面（ｂ）である。図５は、図３のＢ－Ｂ’線における感知センサ１の部分縦断側面図である。水晶振動子４は、例えばＡＴカット圧電片である矩形状の水晶片４１と、水晶片４１の上面及び下面に形成された例えばＡｕ（金）金属膜のパターンと、を備えている。この金属膜のパターンの一部は、水晶片４１の上面及び下面において対向配置される励振電極４２Ａ、４２Ｂ、４３をなす。

【0019】

励振電極４２Ａ、４２Ｂは水晶片４１の下面側に設けられ、励振電極４３は水晶片４１の上面側に設けられている。励振電極４３は、励振電極４２Ａ、４２Ｂの対向位置に亘って設けられて励振電極４２Ａ、４２Ｂに対して共用される電極である。以後、励振電極４３を共通電極４３ということもある。共通電極４３は音叉形状であり、励振電極４２Ａ、４２Ｂは、前後方向に伸びる略矩形状である。

【0020】

この水晶振動子４における励振電極４２Ａ及び共通電極４３で挟まれた領域は、第１振動領域６１となり、励振電極４２Ｂ及び共通電極４３で挟まれた領域は、第２振動領域６２となる。共通電極４３の上面（表面）における第１振動領域６１に対応する領域には、例えば抗原であるウイルスを吸着するための吸着層４８が形成されている。図４（ａ）中の吸着層４８に多数の点を付して示している。

【0021】

共通電極４３は、励振電極４２Ａ、４２Ｂに対向する部分間を繋ぐ箇所に配線４４の一端が接続され、この配線４４は水晶振動子４の周縁部に向けて前後方向に伸びるように設けられている。配線４４の他端側は、水晶振動子４の下面側に回り込み、当該下面側の後方の周縁部に設けられた電極端子４４ａに接続されている。下面側の励振電極４２Ａ、４２Ｂは、それぞれ長手方向における中央に配線４５、４６の一端が接続されている。各配線４５、４６の他端側は、周縁部に向けて左右方向に伸び、下面側の左右の周縁部における中央にそれぞれ設けられた電極端子４５ａ、４６ａに接続されている。

【0022】

図３、図５に示すように上述の構成を備える水晶振動子４は、配線基板３の貫通孔３２を覆う位置に配置されると共に、突部３３の上面に載置されて水平に配置される。突部３３の上面と接する水晶振動子４の下面領域は、第１、第２振動領域６１、６２より外側（即ち、第１、第２振動領域６１、６２よりも水晶振動子４の周縁寄りの部位）であって電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａより内側の環状領域であり、かつ配線４５、４６及びその周囲を除く領域である。つまり突部３３は、平面視で水晶振動子４の下面において励振電極４２Ａ、４２Ｂよりも当該水晶振動子４の周縁寄りの部位に形成されるパターンに重ならないように形成されている（図４（ｂ）参照）。

【0023】

後述するように水晶振動子４は突部３３に支持された状態で上方から押圧されるが、上記のように突部３３が形成されることにより、突部３３の上面が水晶片４１から下方に突出した電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａ及び配線４５、４６の下面を支持せずに、水晶振動子４の平坦な当該下面領域（即ち水晶片４１により形成される領域）を支持する。それによって水晶振動子４の屈曲を抑止している。その一方で、突部３３は基板３の貫通孔３２に沿うように形成されることで、水晶振動子４との接触面積を比較的大きくし、水晶振動子４の屈曲がより確実に抑制されるようにしている。そして電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａは、それぞれ対応する端子部２５１、２６１、２７１の上方に離れて対向して配置されて導電性接着剤Ｓで固着されている。

【0024】

導電性接着剤Ｓは、予め設定された流動性を有するように粘度が調整される。粘度の調整については図５に示すように例えば電極端子４６ａを例に説明すると、導電性接着剤Ｓを、先ず電極端子４６ａの例えば左端縁の上方である水晶振動子４の周縁部の上面に塗布する。塗布された導電性接着剤Ｓは、水晶振動子４の周縁部の上面から側面に亘って下方に流動し、毛細管現象によって電極端子４６ａと端子部２７１との間隙に浸入するように粘度が調整されている。

【0025】

硬化した導電性接着剤Ｓは、水晶振動子４の周縁部を上面から下面に亘って覆い、かつ端子部２５１、２６１、２７１の上面に接着している。このように硬化した導電性接着剤Ｓにより、電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａは、対応する各端子部２５１、２６１、２７１に固着され、かつ電気的に接続されている。上記のように毛細管現象を利用して導電性接着剤Ｓが間隙に侵入できるように、図５に示すこの間隙の高さＨとしては例えば２０μｍ以下に設定される。このように水晶振動子４が設けられた配線基板３が、下側ケース体２２の底壁２２ｂの後側端部の上に配置されている。

【0026】

配線基板３の上面側には、弾性部材としてシリコーン部材５が設けられている。図２に示すようにシリコーン部材５は、例えばＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）によって構成され、例えば下方に開口すると共に高さ２．０ｍｍの略直方体に形成されている。シリコーン部材５は、上方から見て配線基板３の前端部分と同一の幅で構成され、当該前端部分を覆うように形成されている。図４（ａ）、図５に示すように、シリコーン部材５の下面には平面視で横幅よりも前後幅が大きい六角形の凹部５０と、当該凹部５０を囲う凹部と、が形成されている。凹部５０と凹部５０の外側の凹部との間は、平面視で六角形の流路形成壁（押圧部）５１として構成されている。

【0027】

シリコーン部材５は、配線基板３の前端部上に配置されると、図５に示すように凹部５０の開口が水晶振動子４によって塞がれ、水晶振動子４の上面側の励振電極４２Ａ、４２Ｂは、凹部５０に面して左右に並んで配置される。そして、流路形成壁５１の下面は、配線基板３において突部３３が形成されていない間隙３６、３７に重なる部分を除いて、水晶振動子４を介して当該突部３３の上面に対向する。

【0028】

この状態で上側ケース体２１を下側ケース体２２に装着すると、シリコーン部材５は、上面を上側ケース体２１によって下方に押圧され、流路形成壁５１が水晶振動子４を配線基板３に向けて下方に押圧する。これにより水晶振動子４は、突部３３の上面に沿った水平な状態であって、歪みが抑えられた平坦な状態で配置される。流路形成壁５１及び突部３３は、水晶振動子４の第１、第２振動領域６１、６２より外側であって周縁部より内側を挟む。

【0029】

またこのとき、シリコーン部材５の流路形成壁５１は、水晶振動子４を弾性力で付勢して水晶振動子４の表面に密着し、凹部５０は、水晶振動子４及びシリコーン部材５によって囲まれた流路５７を構成する。シリコーン部材５及び水晶振動子４は本例の流路形成部材に相当する。また、第１、第２振動領域６１、６２は、貫通孔３２で構成された凹部と流路形成壁５１とによって振動が許容されている。

【0030】

図２、図４に示すように凹部５０の後方端、前方端には、それぞれ多孔質の毛細管部材により構成された入口側毛細管部材５５、廃液側毛細管部材５６がシリコーン部材５を貫通して設けられている。入口側毛細管部材５５は例えば円柱状、廃液側毛細管部材５６は例えば円柱を略Ｌ字状に屈曲させた形状にそれぞれ形成され、例えばポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の化学繊維束により構成されている。入口側毛細管部材５５の下端部はシリコーン部材５の凹部５０の後方側の端部に挿入され、その上端側が後述する上側ケース体２１の液受け部２３内に露出している。

【0031】

図４に示すように、廃液側毛細管部材５６のＬ字の鉛直部分は、その下端側がシリコーン部材５の凹部５０の前方側の端部に挿入されている。また廃液側毛細管部材５６の上端側はシリコーン部材５の上面よりも上方に突出し、Ｌ字の水平部分が親水性のガラス管で構成された廃液管６の内部に挿入されている。これら毛細管部材５５、５６においては、前記化学繊維束の繊維間の空隙を毛細管現象により処理液が流通する。

【0032】

図２、図４に示すように廃液管６の下流側には、廃液側毛細管部材５６から排出された処理液を吸収して貯留するための廃液吸収部７が設けられている。この廃液吸収部７は毛細管シート７１と、当該毛細管シート７１と接触するように設けられ、毛細管シート７１を流通する試料液を吸収するための吸収部材７２と、を備えている。毛細管シート７１の先端は、廃液管６の下流端内に取り付けられている。図２、図４に示すように廃液吸収部７は下側ケース体２２の収納部７３に収納されている。また廃液管６は突部７５により、支持されている。

【0033】

続いて上側ケース体２１について説明する。上側ケース体２１は、概略箱型に形成され、後方側の壁面に配線基板３の差込部を容器２０の外部に突出させるための切欠きが形成されている。そして上側ケース体２１は、差込部３１を除いた配線基板３、シリコーン部材５及び廃液吸収部７を上方側から覆うように設けられる。上側ケース体２１の上面側にはすり鉢状に傾斜した液受け部２３が形成されている。図４に示すように上側ケース体２１の裏面側における後方側には、シリコーン部材５の上面を配線基板３に向けて押圧するように構成された押し当て部９０が設けられている。

【0034】

押し当て部９０は、例えば概略箱形に構成され、上側ケース体２１を下側ケース体２２に嵌合して互いに係止した時に、押し当て部９０の下面にてシリコーン部材５の上面を下方に押圧する。押し当て部９０には、凹部５０の後方側の端部に対応する位置に液受け部２３に連通し、入口側毛細管部材５５が挿入される貫通孔９１が形成されている。また押し当て部９０における前方寄りの位置には、次に説明する廃液管６及び廃液側毛細管部材５６の設置領域を確保するための切り欠き９２が形成されている。

【0035】

以上のように構成された感知装置２の制御部１００とその検出動作について説明する。図６は、感知装置２の概略構成図である。制御部１００は、交流の入出力を行う第１発振回路６３及び第２発振回路６４と、これらとの接続をスイッチ部６５によって切り替えるデータ処理部６６とによって構成されている。感知装置２の差込部３１を本体部１２の差込口１７に差し込むと、第１振動領域６１、第２振動領域６２が第１発振回路６１、第２発振回路６２に接続される。そして、励振電極４２Ａ及び共通電極４３が第１発振回路６３に接続されて第１振動領域６１が発振し、励振電極４２Ｂ及び共通電極４３が第２発振回路６４に接続されて第２振動領域６２が発振する。制御部１００は、データ処理部６６と第１発振回路６３とを接続する第１チャンネルと、データ処理部６６と第２発振回路６４とを接続する第２チャンネルと、を例えばスイッチ部６５により交互に切り替えて間欠発振を行う。

【0036】

上述の動作により、２つの発振回路６３、６４からの周波数信号を時分割して後段側のデータ処理部６６に取り込み、第１、第２振動領域６１、６２の発振周波数を並行して求めることができる。第１発振回路６３からの出力を第１チャンネル、第２発振回路６４からの出力を第２チャンネルとすると、例えば１秒間をｎ分割（ｎは２以上の偶数）し、各チャンネルの発振周波数を１／ｎ秒の処理で順次求めることにより、１秒間に少なくとも１回以上かつ実質同時に各チャンネルの周波数を取得する。データ処理部６６に取り込まれた周波数信号は、例えばディジタル値として処理される。データ処理部６６は、このディジタル値の周波数データに基づいて演算を行い、感知対象物となるウイルスの有無や濃度などを特定するように構成されている。

【0037】

感知装置２の検出動作について説明する。先ず流路内を大気雰囲気とした状態にて、スイッチ部６５を切り替えて、第１、第２振動領域６１、６２における発振周波数ｆ１、ｆ２を安定させる。続いて入口側毛細管部材５５を介して水晶振動子４の表面に緩衝液を供給すると、各発振周波数ｆ１、ｆ２はそれぞれ低下していく。そして、これら発振周波数ｆ１、ｆ２がある値に落ち着くまで、スイッチ部６５を切り替えつつ緩衝液の供給を継続し、試料液供給前の発振周波数ｆ１０、ｆ２０を取得する。

【0038】

その後供給する液を例えば人間の鼻腔の拭い液などの試料液に切り替え、水晶振動子４への試料液の供給を開始する。試料液は、入口側毛細管部材５５の下端部に到達すると凹部５０内を流れ廃液側毛細管部材５６に向かって通流していく。このように試料液を入口側毛細管部材５５から供給し、廃液側毛細管部材５６から排出するように流した状態とすると、試料液に含まれる感知対象物であるウイルスが吸着層４８に接触して吸着し、第１振動領域６１の発振周波数ｆ１が低下していく。

【0039】

そして第１、第２振動領域６１、６２にて取得された試料液供給後の発振周波数Ｆ１、Ｆ２と試料液供給前の発振周波数ｆ１０、ｆ２０との差分値（周波数変化量）Δｆ１、Δｆ２をそれぞれ算出し、差分値（Δｆ２－Δｆ１）を取得する。この差分値（Δｆ２－Δｆ１）は、第１振動領域６１における感知対象物の吸着量に応じた発振周波数ｆ１の変化量に相当するため、差分値（Δｆ２－Δｆ１）の変化に基づいて試料液中の感知対象物の有無の判定及び濃度の測定を行うことができる。本実施形態の感知センサ１においては、水晶振動子４のシリコーン部材５からの押圧による歪みを突部３３が防ぎ、測定精度の低減を抑止している。

【0040】

このような本実施形態に係る感知センサ１による効果を明示するため、配線基板３に突部３３が設けられていない比較例の構造の感知センサの例を説明する。図７、図８は、比較例の感知センサの例を示している。

【0041】

図７に示す比較例の感知センサにおいては、例えば端子部２５１、２６１、２７１の上面に塗布された導電性接着剤Ｓを介して、電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａと端子部２５１、２６１、２７１とを貼り合わせるように水晶振動子４を設置する。その後、水晶振動子４の周縁部の上から端子部２６１、２５１、２７１にかけてさらに導電性接着剤Ｓを塗布して水晶振動子４を配線基板３に固定する。つまり、水晶振動子４の上側だけでなく下側にも導電性接着剤Ｓを塗布する。これは、上記したように水晶振動子４は流路形成壁５１によって上方から押圧されるため、基板３の端子との導電性を確保するために、接着強度を高くするためである。

【0042】

しかし、このように水晶振動子４の下側に導電性接着剤Ｓを塗布することによって、塗布した導電接着剤の高さの分、水晶振動子４と配線基板３との距離が大きくなる。そのため配線基板３の導電路をなす金属パターン（図７中鎖線で表示している）と、流路形成壁５１とが平面視で重なるように配置されたとしても、配線基板３と水晶振動子４との間には隙間ｈ０が形成されてしまう。なお、この金属パターンには、実施形態のレジスト層３４は形成されないものとする。

【0043】

そして、シリコーン部材５を配線基板３に設置して上側ケース体２１を下側ケース体２２に取り付けると、水晶振動子４については、周縁部が導電性接着剤Ｓによって配線基板３に固定された状態で、その固定される位置とは異なる位置が隙間ｈ０に向けて押圧されることになるので撓みが生じる。水晶振動子４が大きく歪むと、水晶振動子４の特性が変わってしまい、感知対象物の吸着に伴う発振周波数の変化を正確に検出することが困難になるおそれがある。

【0044】

本実施の形態に係る感知センサ１においては、水晶振動子４を上方から押圧する流路形成壁５１に当該水晶振動子４を挟んで対向するように、水晶振動子４を支持する突部３３が配線基板３に設けられている。この構成により、上記した水晶振動子４と配線基板３との間の隙間ｈ０が、流路形成壁５１の全周に亘って形成されることを防止し、水晶振動子４の歪みを抑制することができる。また、この突部３３によって水晶振動子４が支持された状態で水晶振動子４の上方から導電性接着剤Ｓを供給することで、上記したように毛細管現象により当該導電性接着剤Ｓを水晶振動子４の下面にも導入し、導電性接着剤Ｓを水晶振動子４の上面から側面を介して下面に跨がる状態で乾燥、固化させる。水晶振動子４は、下面側からも上面側からも導電性接着剤Ｓによって配線基板３に固定された状態となるので、水晶振動子４と配線基板３との接続強度を比較的高いものとすることができる。

【0045】

本実施形態における感知装置２は、例えば人間の鼻腔の拭い液から得られた試料液を取り込んで感知対象物をウイルスなどの抗原を検出するものだが、これに限らず、例えば有機溶剤などの試料液を対象として所定の金属を感知対象物とするものであってもよい。

【0046】

シリコーン部材５の形状は、略直方体形状であるが、これに限らず、突部３３の上方に配置されて流路を区画できればよい。また、シリコーンではなく別の材質の部材によって水晶振動子４が配線基板３に押圧されてもよいが、破損防止のためにシリコーンのような弾性部材で押圧することが好ましい。また、上記の実施形態で水晶振動子４上に形成される流路は毛細管現象を利用して自動で液体が流れるように構成されているが、そのような流路であることに限られない。流路の高さを比較的高くし、ポンプによって当該流路を液体通過する構成であってもよい。

【0047】

端子部２５１、２６１、２７１は、電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａとの間に導電性接着剤Ｓを流入し易くするために貫通孔３２に向かって延びるようなスリットが形成されていてもよい。金属層２８２と端子部２５１、２６１、２７１は、一体で形成されていてもよい。この場合、電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａに接続された各回路が導通しないように、金属層２８２は、複数に分離して形成される。具体的に金属層２８２は、端子部２５１、２６１、２７１に対応する箇所のみ端子部２５１、２６１、２７１とそれぞれ一体化され、これらは他の金属層２８２と共に相互に分離して形成される。また、端子部２５１、２６１、２７１の電極端子４４ａ、４５ａ、４６ａへの固着は、導電性接着剤Ｓ以外に、例えば半田などの他の導電性接続部材で行われてもよい。

【0048】

ところで、突部３３としては流路形成壁５１に対向して水晶振動子４を支持できればよいので、上記した金属パターンである金属層２８２と、レジスト層３４との二層構造でなくてもよい。例えば比較的厚い１つのレジスト層からなる構成でもよい。ただし、導電性接着剤Ｓを水晶振動子４の電極と配線基板３の電極との間に進入させるために突部３３としては配線基板３の電極よりも高く形成する必要がある。そのためレジスト層のみにより突部３３を形成する場合は、製造工程において層の厚さの管理、調整に手間を要することになることが考えられる。

【0049】

配線基板３の製造工程において、配線基板３の端子部２５１、２６１、２７１等の電極と共に金属層２８２をパターニングにより一括して形成する。この時点で電極と金属層２８２との高さは揃っている。そして、金属層２８２の上にレジスト層３４などの膜を形成して突部３３を形成することで、必然的に突部３３の高さは配線基板３の電極よりも高くなる。つまり突部３３を形成するにあたり、２層構造とすることは、製造工程を簡素にする上で好ましい。なお、金属パターン上に形成する膜としては突部３３の厚さを確保できればよいので任意の材質により形成することができる。ただし、水晶振動子４のパターンと配線基板３の金属層２８２との不慮の短絡の防止のために、レジストのような絶縁材料により形成することが好ましい。

【0050】

突部３３は、間隙３６、３７によって２つに分離されているが、更に分離されていてもよく、水晶振動子４を水平に支持でき、かつ水晶振動子４の発振周波数の変化の検出に影響を与えない程度に歪みを抑制できればよい。例えば、既述の例のように配線基板３の貫通孔３２に沿うように形成されることには限られず、例えば貫通孔３２の前後左右に点在するように設けられていてもよい。ただし、既述したように貫通孔３２に沿うように形成することが好ましく、水晶振動子４及び貫通孔３２は、上面視において矩形状であるがこれに限られず、円形などの異なる形状にすることができ、これらは相互に異なる形状であってもよい。突部３３、流路形成壁５１は、上面視において矩形状、六角形状の環状に設けられるが、振動領域６１、６２を囲うように設けられていればこれに限られず、円環状など他の形状であってもよい。また、突部３３は、上面視において端子部２５１、２６１、２７１、貫通孔３２から離隔していなくてもよい。

【0051】

なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更及び組み合わせがなされてもよい。

【符号の説明】

【0052】

２５１、２６１、２７１
端子部
３ 配線基板
３２ 貫通孔
３３ 突部
４ 圧電振動子
４１ 圧電片
４４Ａ、４５Ａ、４６Ａ
励振電極
４４ａ、４５ａ、４６ａ
電極端子
４８ 吸着層
５ シリコーン部材
６１、６２ 振動領域
６３、６４ 発振回路
Ｓ 導電性接着剤

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】