特開 2025-152081 感知装置

(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】P2025152081

(43)【公開日】2025-10-09

(54)【発明の名称】感知装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20251002BHJP

【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 2024053814

(22)【出願日】2024-03-28

(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】土屋 昇一

(57)【要約】

【課題】 感知装置の小型化を図る技術を提供すること。
【解決手段】気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、仕切り板を挟んで、ペルチェ素子部の排熱面側の領域を収容する第１の凹部と、回路基板を収容する第２の凹部とが形成されたベース体を備え、ペルチェ素子部の温調面に、圧電振動子を保持したセンサ基板を接するように設ける。回路基板には、圧電振動子を発振させる発振回路が搭載されると共に、外部との接続を行うためのコネクタが表面実装され、コネクタは、ベース体の第２の凹部が形成された領域の側面側から外部との接続が行われる。コネクタは、感知装置の側面側から外部に接続されるように設けられているので、感知装置の小型化を図ることができる。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、
前記圧電振動子を保持したセンサ基板と、
前記センサ基板と接し、前記圧電振動子の温度を変化させるための温調面と、前記温調面の反対側の排熱面とを備えたペルチェ素子部と
前記圧電振動子に対して電気的に接続され、当該圧電振動子を発振させる発振回路が搭載されると共に、外部との接続を行うためのコネクタが表面実装された回路基板と、
仕切り板を挟んで、前記ペルチェ素子部の前記排熱面側の領域を収容する第１の凹部と、前記回路基板を収容する第２の凹部とが形成されたベース体と、
前記第１の凹部が形成されている領域の前記ベース体と、前記第１の凹部の外部に突出している前記ペルチェ素子部と、前記センサ基板とを収容し、前記被感知物質を吸着させる前記圧電振動子の配置領域に対応させて開口部が形成されたカバー体と、
前記第２の凹部を塞ぐベースカバーと、を備え、
前記コネクタは、前記ベース体の前記第２の凹部が形成された領域の側面側から外部との接続が行われることを特徴とする感知装置。

【請求項2】

前記ペルチェ素子は、前記排熱面が前記仕切り板と接するよう前記第１の凹部内に収容され、前記回路基板は、前記発振回路が前記仕切り板から離間するように前記第２の凹部内に収容されていることを特徴とする請求項１に記載の感知装置。

【請求項3】

前記発振回路と前記仕切り板との離間距離は、０．３～１．５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載の感知装置。

【請求項4】

前記感知装置は、真空雰囲気内で使用され、前第２の凹部と前記ベースカバーとの間の前記回路基板を収容する空間が真空雰囲気となることにより、前記仕切り板から離間して設けられた前記発振回路が、当該仕切り板に対して真空断熱されることを特徴とする請求項２に記載の感知装置。

【請求項5】

前記コネクタは、前記仕切り板と前記回路基板との間に配置され、前記仕切り板は、前記コネクタが配置されている領域よりも、前記発振回路が配置されている領域の方が、厚さ寸法が大きく構成されていることを特徴とする請求項１に記載の感知装置。

【請求項6】

前記発振回路が配置されている領域の前記仕切り板の厚さ寸法は、３～５ｍｍの範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の感知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、圧電振動子の周波数変化により被感知物質を感知する感知装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガス中に含まれる物質を感知する感知装置として、水晶振動子を用いたＱＣＭ（Quartz crystal microbalance）が知られている。このようなＱＣＭを利用した物質の分析手法の一つとして、水晶振動子にガスを付着させた後、当該水晶振動子の温度を低温の状態から徐々に上げて、当該水晶振動子に付着したガスを脱離させる手法が知られている。

【0003】

この手法は熱重量測定法の一種であり、ガスの脱離前後の周波数変化量を測定することで、ガスの付着量が取得され、ガスが脱離する際の温度を検出することで、ガスの成分が特定される。上記の水晶振動子の温度変更を能動的に行うためにペルチェ素子を内蔵した分析装置が知られており、このようにＱＣＭとガスを離脱させるための温度調節手段とを組み合わせた感知装置は、ＴＱＣＭ（Thermoelectric QCM）とも呼ばれる（例えば後述の特許文献２）。
このようなＴＱＣＭは、温度調節部や水晶振動子の発振回路などを備え、構造が複雑化すると共に大型化しており、小型化を図ることが求められている。

【0004】

なお、特許文献１には、水晶振動子センサと、ペルチェ素子と、伝熱材とを上方からこの順で積層した構成が記載されている。また、特許文献２には、圧電振動子を備えた基板と、熱電素子部と、支持板とを一体化し、ベース部に着脱自在に設ける構成が記載されている。
しかしながら、これら特許文献１及び特許文献２では小型化には着目されておらず、本発明の課題を解決する構成は開示されていない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－２５７３９４号公報

【特許文献2】特開２０２０－１９３８４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、感知装置の小型化を図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】

【0007】

本開示は、
気体である被感知物質を圧電振動子に吸着させ、当該圧電振動子の温度を変化させて被感知物質を脱離させ、圧電振動子の発振周波数の変化と前記温度との関係に基づいて、被感知物質を感知する感知装置において、
前記圧電振動子を保持したセンサ基板と、
前記センサ基板と接し、前記圧電振動子の温度を変化させるための温調面と、前記温調面の反対側の排熱面とを備えたペルチェ素子部と、
前記圧電振動子に対して電気的に接続され、当該圧電振動子を発振させる発振回路が搭載されると共に、外部との接続を行うためのコネクタが表面実装された回路基板と、
仕切り板を挟んで、前記ペルチェ素子部の前記排熱面側の領域を収容する第１の凹部と、前記回路基板を収容する第２の凹部とが形成されたベース体と、
前記第１の凹部が形成されている領域の前記ベース体と、前記第１の凹部の外部に突出している前記ペルチェ素子部と、前記センサ基板とを収容し、前記被感知物質を吸着させる前記圧電振動子の配置領域に対応させて開口部が形成されたカバー体と、
前記第２の凹部を塞ぐベースカバーと、を備え、
前記コネクタは、前記ベース体の前記第２の凹部が形成された領域の側面側から外部との接続が行われることを特徴とする。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、圧電振動子の発振周波数の変化に基づいて、圧電振動子に吸着させた被感知物質を感知する感知装置において、圧電振動子を発振させる発振回路が搭載される回路基板に、外部との接続を行うためのコネクタを表面実装している。この回路基板は、ベース体の第２の凹部に収容され、コネクタは感知装置の側面側から外部に接続されるように設けられているので、感知装置の小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】比較形態の感知装置を示す縦断側面図である。

【図2】比較形態の感知装置を示す外観斜視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る感知装置を示す縦断側面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る感知装置を示す分解斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る感知装置を示す外観斜視図である。

【図6】本発明の感知装置が設けられた感知システムの一例を示す縦断側面図である。

【図7】本発明の感知装置の他の例を示す縦断側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明は、ＴＱＣＭである感知装置に関するものであり、感知装置の小型化を図ることを目的としている。このため、本発明の説明に先立ち、比較形態として、従来型の感知装置の構成について簡単に説明する。
＜比較形態＞
図１は比較形態の感知装置１１の縦断側面図、図２はその外観斜視図である。これらの図に示す感知装置１１は、ベース本体１２１と裏蓋部１２２とからなるベース部１２を備えている。ベース本体１２１は平面視円形のブロックにより構成され、その上面側の中央部に平面視円形の突起部１２３を備えている。

【0011】

ベース部１２の上面には円板状のペルチェベース１３０が設けられており、このペルチェベース１３０の上にペルチェ素子部１３が配置されている。なお、ペルチェベース１３０には、ペルチェ素子部１３の配置位置の位置決め用の凹部（不図示）が形成されている。さらにペルチェ素子部１３の上面側には、水晶振動子１４を備えたセンサ基板１５が設けられている。水晶振動子１４はその両面に励振電極１４１、１４２を備え、導電性のピン１５１を介して、後述する発振回路１７と電気的に接続されている。ペルチェ素子部１３は水晶振動子１４の温度調整を行うものであり、この例では大きさが互いに異なる角型のペルチェ素子１３１、１３２を２段に積層している。

【0012】

ベース本体１２１における突起部１２３の外側には、ペルチェ素子部１３及びセンサ基板１５を上方側から覆うようにカバー１６が設けられている。このカバー１６は下方が開口した円筒形状に形成され、その下端部がベース本体１２１の上面に取付けられる。カバー１６には、水晶振動子１４上面に設けられた励振電極１４１に対して、被感知物質であるガスを供給するために、開口部１６１が形成されている。

【0013】

ベース本体１２１と突起部１２３の内側には空間１２４が形成されており、この空間１２４内に、発振回路１７を備えた回路基板１８が収容されている。発振回路１７は、回路基板１８の上下両面に、互いに対向するように配置されている。空間１２４の高さ寸法は、上下の発振回路１７を含む回路基板１８の高さ寸法よりも大きく形成されている。例えば上側の発振回路１７の上面と、空間１２４の天井面との間には、５ｍｍ程度の隙間が形成されている。そして、回路基板１８の下方側は、ベース部１２の裏蓋部１２２により閉じられる。

【0014】

また、裏蓋部１２２の下面側には、下方側へ突出するように、横方向に扁平な筐体形状のコネクタカバー１９１が設けられている。このコネクタカバー１９１の内部には、回路基板１８を外部と電気的に接続するためのコネクタ１９が収納されている。コネクタ１９を外部の電力供給部と接続することにより、発振回路１７や水晶振動子１４が外部と電気的に接続される。なお、水晶振動子４や発振回路１７等、本発明の感知装置１にも設けられている構成部材については、後述する。

【0015】

この例では、感知装置１１の下方側に突出するようにコネクタ１９が設けられており、発振回路１７が収容される空間１２４は、上方の発振回路１７の上面と当該空間１２４の天井面１２５との離間距離が大きく設定され、ベース部１２の内部は回路基板１８の上方に比較的大きな空間を備えている。さらに、ベース部１２にペルチェベース１３０を介してペルチェ素子部１３を設けているので、感知装置１１は上下方向に大きい構成となっている。
このような感知装置１１の大きさの一例を挙げると、ベース部１２の直径Ｌ１１が例えば３５ｍｍ、コネクタ１９の下端からカバー１６の上端までの高さＬ１２が例えば３７．２５ｍｍである。

【0016】

続いて、本発明のＴＱＣＭである感知装置１の実施形態について、図３～図５を参照して説明する。感知装置１においても、ベース体２の上面側にペルチェ素子部３と、圧電振動子である水晶振動子４を保持したセンサ基板５とが積層され、ベース体２の下面側に形成された空間内に回路基板６が配置される。但し、この感知装置１では、回路基板６にコネクタ７が直接、表面実装され、当該コネクタ７が外部と接続されるように構成されている点が、比較形態の感知装置１１とは相違している。図３～図５では、図面に向かって左右方向をＸ方向、前後方向をＹ方向、上下方向をＺ方向とし、左右方向については、図３の紙面右側を一端側、左側を他端側として説明する。

【0017】

以下、感知装置１の各部について具体的に説明する。図３及び図４に示すように、ベース体２は、平面視矩形状の下方部材２２の一面側（上面側）の中央部に、平面視円形状の突出部２３を設けて構成されている。下方部材２２を含むベース体２は、例えば高い伝熱性が得られるようにニッケルメッキがされた銅により構成されている。

【0018】

突出部２３の上面側には、平面視略矩形状の第１の凹部２４が設けられている。ベース体２を平面視したとき、第１の凹部２４は、突出部２３の中央部に形成されている。第１の凹部２４の底部２４１は平坦面として構成され、当該底部２４１には、後述するピン５３を挿入するための孔部２４２が形成されている。各孔部２４２は、ピン５３の配置位置に対応して形成されている（図４参照）。

【0019】

一方、下方部材２２の他面側（下面側）には第２の凹部２５が形成されている。図３に示すように、下方部材２２において、第２の凹部２５は、第１の凹部２４の直下の領域から、ベース体２を左右方向に沿って見たときの一端側の側面２７に亘って形成されている。

【0020】

また、第２の凹部２５の高さ寸法は、第１の凹部２４の直下の第１の領域２５１よりも、側面２７側に寄った第２の領域２５２の方が大きくなるように形成されている。後述するように、第１の領域２５１には、発振回路６１、６２が配置され、第２の領域２５２にはコネクタ７が配置される。これら第１の領域２５１の天井面２５３と、第２の領域２５２の天井面２５４は各々、平坦面として構成されている。

【0021】

図３に示すように、上下に対向して配置された第１の凹部２４と第２の凹部２５との間は、仕切り板２６により区画されている。仕切り板２６の上面は、第１の凹部２４の底部２４１を構成し、仕切り板２６の下面は、第２の凹部２５の天井面（第１の領域２５１においては天井面２５３、第２の領域２５２においては天井面２５４）を構成している。既述のように仕切り板２６は、第１の領域２５１から第２の領域２５２に亘って、その厚さ寸法を変えて形成されている。例えば第１の領域２５１の仕切り板の厚さ寸法Ｌ１は、３～５ｍｍの範囲内の例えば３ｍｍに設定される。
さらに、ベース体２の側面２７には、第２の凹部２５と連通する開口２７１が形成されている。この開口２７１は、後述するベースカバー２１と組み合わされて、コネクタ７を外部と接続するための開口部２０を形成するものである。

【0022】

第１の凹部２４にはペルチェ素子部３が設けられている。ペルチェ素子部３は、例えば各々、平面視角型の小片状の大小２つのペルチェ素子を上下に積み重ねて構成されている。ペルチェ素子部３の上面と下面は平坦面により構成され、その下面が仕切り板２６の上面（第１の凹部２４の底部２４１）と接するように第１の凹部２４に設けられる。また、ペルチェ素子部３は平面的に見てセンサ基板５よりも小さく設定され、ペルチェ素子部３の上面がセンサ基板５の下面中央部に接触するように設けられている。

【0023】

ペルチェ素子部３は、センサ基板５と接触する面（上面）が、水晶振動子４の温度を変化させるための温調面３１、温調面３１の反対側の面（下面）が排熱面３２として構成されている。この例では、ペルチェ素子部３の上段側の上面が温調面３１として構成され、下段側の下面が排熱面３２となる。そして、ペルチェ素子部３の下段側全体が排熱面側の領域として構成され、例えば当該領域が第１の凹部２４に収容されている。図３に示すように、ペルチェ素子部３の高さ寸法は、突出部２３（第１の凹部２４）の高さ寸法よりも大きく形成されている。従って、ペルチェ素子部３の上段側全体は第１の凹部２４から外部に突出した状態で、既述の温調面３１をセンサ基板５に接触させている。

【0024】

そして、ペルチェ素子部３へ供給される電流の方向が切り替えられることによって、温調面３１が加熱面や冷却面に切り替えられて、センサ基板５を介して水晶振動子４の温度を変化させることができる。つまり、センサ基板５を冷却する際にはペルチェ素子部３の温調面３１が冷却面となり、その排熱面３２が加熱面となる。また、センサ基板５を加熱する際にはペルチェ素子部３の温調面３１が加熱面となり、その排熱面３２が冷却面となる。こうして、ペルチェ素子部３によって、水晶振動子４の温度を例えば－８０℃～１２５℃の範囲内で変更できるように構成されている。

【0025】

センサ基板５は、例えばＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fired Ceramics）により構成され、平面視略矩形状に形成されている。センサ基板５の上面は凹部５１を備えており、水晶振動子４の周縁部は、当該凹部５１の開口縁部に支持されている。開口縁部に支持された水晶振動子４は、センサ基板５の中央部に配置されている。また、センサ基板５の上面には、水晶振動子４の温度を検出するための温度検出部５２が設けられている。なお、図３及び図４には、図示の便宜上、温度検出部５２を互いに異なる位置に描いている。

【0026】

水晶振動子４は、例えばＡＴカットされた圧電片である円板状の水晶片４０を備えている。水晶片４０の上面側には、例えば金（Ａｕ）などからなる第１の励振電極４１と第２の励振電極４２が、図３及び図４に示すように、左右方向に互いに離間して配置されている。第１の励振電極４１は被感知物質を吸着させる反応電極であり、第２の励振電極４２はリファレンス電極である。また、水晶片４０の下面側には、第１及び第２の励振電極４１、４２と対向する領域に第３の励振電極４３が設けられている。

【0027】

第１及び第２の励振電極４１、４２には、夫々引き出し電極４４１、４４２の一端が接続されており、これら引出し電極４４１、４４２と、第３の励振電極４３の不図示の引出し電極及び温度検出部５２は、センサ基板５に設けられる図示しない配線パターンや導電性部材を介して、棒状の導電部材である複数のピン５３の上端部に対し、各々電気的に接続されている。

【0028】

これらのピン５３は、図４に示すように、センサ基板５の前後方向の両側に複数例えば４本ずつ設けられて、左右方向に配列されている。各ピン５３は、センサ基板５の下面側から、垂直下方に向けて長く伸び出すように設けられている。既述のように、ペルチェ素子部３はセンサ基板５よりも平面的に見て小さく形成されている。このため、ピン５３は、ペルチェ素子部３と干渉することなく、その外方領域を通ってさらに下方へと延在している。そして、第１の凹部２４の底部２４１に形成された孔部２４２を貫通してさらに下方に伸びるように設けられる。

【0029】

このようなベース体２とペルチェ素子部３とは、ペルチェ素子部３の下面（排熱面）３２と第１の凹部２４の底部２４１とが、例えば銀ナノ粒子ペーストなどの金属ナノ粒子ペーストにより接着される。また、ペルチェ素子部３の上面（温調面）３１とセンサ基板５の下面も、例えば前記金属ナノ粒子ペーストにより固定される。

【0030】

このようにペルチェ素子部３を介してセンサ基板５が設けられたベース体２は、第１の凹部２４が形成されている領域において、上方側からカバー体８により覆われ、第１の凹部２４の外部に突出しているペルチェ素子部３と、センサ基板５とはカバー体８に収容されている。カバー体８は有天井の起立した円筒として構成されており、ベース体２にペルチェ素子部３及びセンサ基板５を取り付けた後、センサ基板５の周囲、及び突出部２３の側周面を囲むように、当該カバー体８の下端部がベース体２に取付けられる。

【0031】

カバー体８の天井部８１は平坦面として構成され、この天井部８１には平面視円形の開口部８２が形成されている。この開口部８２は、水晶振動子４の第１の励振電極４１に対応する位置に設けられ、当該励振電極４１に向けて気体である被感知物質を導入できるように構成されている。この例では、第１の励振電極４１は反応電極であるので、第１の励振電極４１が形成されている領域が、被感知物質を吸着させる圧電振動子（水晶振動子）４の配置領域に相当する。

【0032】

カバー体８の開口部８２の開口縁は下方へと延伸されて、下方に向かうにつれて開口径が次第に小さくなる筒状のガイド８３を形成している。例えばガイド８３の下端は、水晶振動子４の表面からわずかに、例えば０．５ｍｍ離間するように設けられる。この例のカバー体８は、第２の励振電極４２の周囲を囲む空間を形成する筒状の壁部８４も備えており、この壁部８４の下端も水晶振動子４の表面からわずかに離間するように設けられる。

【0033】

続いて、感知装置１におけるベース体２の下方側の構造について説明する。ベース体２の第２の凹部２５には回路基板６が収容されている。回路基板６は、水平な板状体であり、第２の凹部２５の第１の領域２５１と、第２の領域２５２とに亘って配置されている。回路基板６を左右方向に沿って見た他端側（図３に向かって左側）の領域には、当該回路基板６の上面及び下面に発振回路６１、６２が各々設けられている。発振回路６１、６２は、シリコン製の半導体素子である集積回路（ＩＣ）によって構成されており、水晶振動子４に接続されて当該水晶振動子４を発振させるように構成されている。

【0034】

これら発振回路６１、６２は、例えば仕切り板２６を介してペルチェ素子部３と対向するように第１の領域２５１に配置される。回路基板６は上方側の発振回路６１の上面が仕切り板２６から離間するように、第２の凹部２５内に収容されている。感知装置１の小型化を図ることだけを優先すれば、仕切り板２６に発振回路６１を接触させることも考えられる。しかしながら、ペルチェ素子部３からの排熱の影響を抑えるためには、発振回路６１と仕切り板とを離間させて配置することが好ましい。

【0035】

一方、第１の領域２５１の仕切り板の厚さ寸法Ｌ１は例えば３ｍｍと、第２の領域２５２の厚さ寸法よりも大きく設定されている。このため、仕切り板２６の厚さが、一様に第２の領域２５２と同程度に形成されている場合と比較すると、ペルチェ素子部３からの排熱の影響を下方側に伝えにくい。一方、感知装置１の大型化を抑える観点では、比較形態に係る感知装置１１のように、５ｍｍもの隙間を確保することは困難である。実施形態においては、上側の発振回路６１の上面と仕切り板２６の下面（第１の領域２５１の天井面２５３）との離間距離Ｌ２は、０．３～１．５ｍｍの範囲内の例えば０．５ｍｍに設定する場合を例示できる。

【0036】

また、回路基板６の第２の領域２５２側の上面には、外部との接続を行うためのコネクタ７が取付けられている。コネクタ７は、例えば２ピースのレセプタクル７１により構成され、このレセプタクル７１が回路基板６に表面実装（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）されている。つまり、回路基板６へのはんだの印刷→回路基板６へのレセプタクル７１の搭載→加熱によりはんだを溶かしてレセプタクル７１を固定する工程により実装されている。コネクタ７は、図３に示すように、ベース体２の下方部材２２の一端側の側面２７に形成された開口２７１にレセプタクル７１が臨むように配置されている。

【0037】

このように、コネクタ７は、ベース体２の第２の凹部２５の第２の領域２５２において、回路基板６と仕切り板２６との間に配置されている。当該コネクタ７が配置されている領域（第２の領域２５２）では、仕切り板２６の厚さ寸法は、発振回路７１が配置されている領域（第１の領域２５１）の厚さ寸法Ｌ１よりも小さい。

【0038】

ここで、図３に示すコネクタ７の例のように、回路基板６の上面に表面実装されたレセプタクル７１の高さ寸法が、同じ面に配置された発振回路６１の高さ寸法よりも大きい場合について考える。この場合において、仕切り板２６を一様に厚さ寸法Ｌ１で形成してしまうと、レセプタクル７１を配置する空間を確保するため、第２の凹部２５をより深く形成しなければならず、感知装置１が大型化する要因となってしまう。

【0039】

一方、下方部材２２の側面２７に向けてコネクタ７用の開口部２０を形成する場合には、図３に示すように、ペルチェ素子部３の直下の領域から離れた位置にレセプタクル７１を配置することができる。ペルチェ素子部３の直下から離れた位置に配置することにより、当該ペルチェ素子部３からの排熱の影響を低減することができる。また、発振回路６１と比較すると、レセプタクル７１自体も熱による悪影響を受けにくい部品である。このようなことから、感知装置１の小型化を図るために、コネクタ７が設けられる第２の領域２５２では仕切り板２６の厚さ寸法を小さくして、レセプタクル７１を配置するための空間を確保している。

【0040】

さらに、図４の分解斜視図に示すように、回路基板６の上面側には、発振回路６１の前後の各端部に、既述のピン５３を差し込むためのソケット６３が２つ設けられている。各ソケット６３には、複数、例えば４本のピン５３を挿入することができるように挿入口が形成されている。これらの挿入口は、左右方向に並べて配置されている。

【0041】

ソケット６３は導電性であり、各発振回路６１、６２と電気的に接続されている。各ソケット６３の挿入口の形成位置は、各挿入口に差し込まれる既述のピン５３の配置位置に対応している。なお、図示の便宜上、図３においては、ソケット６３の記載は省略してある。さらに、回路基板６にはケーブル６４の一端が接続され、当該ケーブル６４の他端はコネクタ７に接続されている。

【0042】

上述の構成によると、水晶振動子４に接続されたピン５３は、ベース体２の孔部２４２を貫通して、回路基板６に設けられたソケット６３の各挿入口に挿入される。このようにピン５３がソケット６３に差し込まれることで、回路基板６に接続された電極であるソケット６３とピン５３とが電気的に接続される。この結果、センサ基板５の水晶振動子４及び温度検出部５２と回路基板６とが電気的に接続される。
このような回路基板６は、例えばネジ６５によりベース体２の第２の凹部２５に固定されている。図３中、符号６６はネジ６５を挿入するネジ穴が形成されている部材であり、回路基板６は例えば第２の領域２５２において仕切り板２６に対してネジ固定されている。

【0043】

また、ベース体２には、第２の凹部２５を下面側から塞ぐベースカバー２１が設けられる。ベースカバー２１は例えば不図示のネジにてベース体２に取付けられる。こうして、第２の凹部２５とベースカバー２１との間に回路基板６を収容する空間２５０が形成される。ベースカバー２１は、例えば図３及び図４に示すように、平面的に見て第２の凹部２５を覆うことが可能に形成された水平な板部材２１１と、板部材２１１の一端側を屈曲して形成された垂直部位２１２と、を備えている。板部材２１１の厚さ寸法は例えば１ｍｍに設定される。

【0044】

垂直部位２１２は、ベース体２の一端側側面２７に形成された開口２７１と係合して、コネクタ７用の開口部２０を形成するものである。これにより、コネクタ７のレセプタクル７１は、当該開口部２０を介して外部のプラグ（不図示）に接続される。
また、ベースカバー２１を装着した状態において、回路基板６の下側の発振回路６２の下面とベースカバー２１の上面との離間距離は、０．３～１．５ｍｍの範囲内の例えば０．５ｍｍに設定する場合を例示できる。

【0045】

本実施の形態に係る感知装置１の特徴について述べる。本発明の感知装置１は、コネクタ７をベース体２の第２の凹部２５内に収容し、ベース体２の側面２７側から外部との接続を行う構成となっている。このため、比較形態のようにベース部１２から下方に向けてコネクタ１９が突出している構成に比べて、感知装置１の高さ寸法が小さくなり、小型化を図ることができる。

【0046】

また、比較形態ではベース部１２にペルチェベース１３０を介してペルチェ素子１３を設けていたのに対して、本発明の感知装置１では、ベース体２の第１の凹部２４内にペルチェ素子部３を収容するように設けている。このようにベース体２とペルチェベースとを一体化することにより、ペルチェベース１３０の厚さ寸法に相当する分、感知装置１の高さ寸法を低減することができる。

【0047】

本発明は、感知装置１の小型化に着目し、発振回路６１、６２への熱影響を考慮しながら、比較形態の構成部材の見直しを図ったものである。これによって、ペルチェベース１３０を設けない構成であっても、ベース体２の仕切り板２６の厚さ寸法Ｌ１や、仕切り板２６の下面と発振回路６１の上面との離間距離Ｌ２の適正化を図ることにより、既述のように、発振回路６１、６２への熱影響を抑えて、感知装置１の小型化を図ることができると捉えている。

【0048】

さらに、感知装置１では、ベースカバー２１の厚さ寸法についても見直し、比較形態よりも薄型化している。また、カバー体８の開口部８２についても、開口径を広くして、ガイド８３の傾斜をゆるやかに形成することにより、センサ基板５とカバー体８の上面８１との離間距離を比較形態よりも小さく設定している。これらの工夫によっても、感知装置１の小型化を図っている。

【0049】

また、感知装置１の小型化にあたり、構成部材を削減したり、薄型化していることから、感知装置１の軽量化や、コストダウンを図ることができる。さらに、比較形態ではコネクタ１９は回路基板１８にケーブルにて接続され、この接続は手作業によりはんだ付けすることにより行っていたが、本発明の感知装置１では、コネクタ７は回路基板６に表面実装されるため、手作業にてケーブルを接続する場合に比べて、作業工程が簡素化される。さらに、比較形態にて必要であったコネクタカバー１９１が不要となるため、部品点数が削減される。

【0050】

さらにまた、比較形態では、ペルチェベース１３０とペルチェ素子部１３を接着した後に、ベース部１２にネジ止めをしていたが、本発明の感知装置１ではベース体２にペルチェ素子部３を直接接着している。このため、ペルチェベース１３０のネジ止めに必要なロックボルトも不要となり、この点からも部品点数が削減される。このような部品点数や作業工数の削減によってもコストダウンを図ることができる。
このように本発明の感知装置１では、比較形態に比べて小型化、軽量化及び製造コストの低減を図ることができる。従って、ガスである被感知物質を感知する感知装置１の活用範囲を従来に比べて拡大することができる。

【0051】

このような感知装置１の大きさの一例を挙げると、ベース本体２の左右方向の大きさＬ３は２７ｍｍ、前後方向の大きさＬ４は２９ｍｍ、ベース本体２の下端からカバー体８の上端までの高さＬ５は１８ｍｍであり、比較形態の感知装置１１に比べて小型化が図られている。

【0052】

続いて、感知装置１を用いた感知システム９について、図６を参照して説明する。感知システム９は、真空容器９０を備え、真空容器９０は、その側面のうちの一面が感知装置１を冷却するための冷却部９１として構成されている。そして感知装置１は、図６に示すように真空容器９０内において、冷却部９１にベース体２が固定され、カバー体８の開口部８２が横方向を向くように取り付けられる。冷却部９１は例えば冷却媒体が流通する流路９１１を備えたチラーにより構成され、ベース体２を冷却し、このベース体２を介して発振回路６１、６２を備えた回路基板６２を冷却できるように構成されている。

【0053】

ベース体２は伝熱性が高いため、チラーにより冷却されることによって、仕切り板２６や突出部２３も冷却される。これにより、ベース体２に接触するペルチェ素子部３やカバー体８も冷却され、感知装置１全体が冷却される。このように冷却部９１の熱は、ベース体２を介して、ペルチェ素子部３に熱伝導されることから、ベース体２は、ペルチェ素子部３に対する給排熱を行うと言える。なおベース体２は、ペルチェ素子部３に対して給熱と排熱との一方を行う構成でも良い。

【0054】

真空容器９０の内部には感知装置１の開口部８２と対向する位置に試料９２を支持するための台部９３が設けられ、この台部９３は加熱機構９４により所定の温度に加熱できるようになっている。真空容器９０は、排気路９５を介して真空排気機構９６に接続され、所定の真空度に真空排気されるように構成されている。

【0055】

また、感知装置１を冷却部９１に取り付けたときに、真空容器９０内においてコネクタ７のレセプタクル７１と、電力供給部９７に設けられたプラグとが互いに接続される。これにより、感知装置１は図示しない感知システム９の本体部に電気的に接続される。こうして、発振回路６１、６２が外部の本体部と電気的に接続され、水晶振動子４の発振周波数を取得できるように構成されている。またペルチェ素子部３に対して電流を供給できるように構成されると共に、温度検出部５２で検出される水晶振動子４の温度が取得できるように構成される。そして、温度検出部５２にて検出された水晶振動子４の温度に基づいて、ペルチェ素子部３へ供給される電流の向き及び供給電力を調整して、水晶振動子４の温度を調整する。これにより水晶振動子４の温度を所定の温度から所定の速度で昇温させることができる。

【0056】

この感知システム９においては、台部９３に試料９２を支持させた後、真空容器９０を閉じ、真空容器９０内を所定の真空度に真空排気すると共に、台部９３を加熱機構９４により例えば１２５℃に加熱する。これにより、試料９２に含まれる被感知物質であるガスが昇華し、真空容器９０内に放出される。一方、冷却部９１に冷却媒体を供給すると共に、ペルチェ素子部３により温度を調整し、水晶振動子４を、例えば－８０℃に冷却する。これにより、試料９２の加熱により発生したガスが開口部８２を介して感知装置１内に進入し、第１の励振電極４１に付着する。

【0057】

このとき、水晶振動子４の質量変化により水晶振動子４の発振周波数が変化し、被感知物質を検出することができる。さらに発振周波数の取得を継続しながらペルチェ素子部３により温度を調節し、水晶振動子４を例えば１℃／分の速度で昇温させる。この水晶振動子４の昇温により、第１の励振電極４１に付着した被感知物質が脱離すると、その時点で発振周波数が大きく変化する。感知システム９のユーザーは、発振周波数の経時変化を示すグラフから、発振周波数が変化するタイミングを読み出し、この変化したタイミングに基づいて当該変化が起きた温度を特定し、さらにはその温度に基づいて被感知物質の種類を特定することができる。

【0058】

また、この例では、水晶振動子４は第２の励振電極４２（リファレンス電極）を備えているので、反応電極４１側の発振周波数Ｆ１とリファレンス電極４２側の発振周波数Ｆ２が測定される。そして、これら発振周波数Ｆ１、Ｆ２の差分を取得し、予め取得された前記差分と被感知物質の量（質量）との関係から、前記差分に対応する被感知物質の量を検出することができる。

【0059】

このように感知装置１は、感知システム９の真空雰囲気内にて使用され、第２の凹部２５とベースカバー２１との間の回路基板６を収容する空間２５０が真空雰囲気となる。これにより、仕切り板２６から離間して設けられた発振回路６１が仕切り板２６に対して真空断熱される。従って、発振回路６１と仕切り板２６との離間距離Ｌ２が０．３～１．５ｍｍの範囲内と、比較的距離が小さい場合であっても、元々仕切り板２６からの排熱の影響が小さい。一方、仕切り板２６自体は冷却部９１からの熱伝導により速やかに冷却されるため、結果として仕切り板２６からの熱影響は抑えられる。このようなことから、感知装置１の小型化を図るために、前記離間距離Ｌ２を小さく設定しても、発振回路６１への熱影響はそれほど大きくならない。

【0060】

本発明の感知装置１の他の例について図７に示す。当図は、コネクタ７が回路基板６の下面に設けられている構成例である。この例においても、ベース体２Ａは下方部材２２Ａと突出部２３を備えており、仕切り板２６Ａの上方側については上述の実施形態と同様に構成されている。
一方で、仕切り板２６Ａは例えば厚さ寸法が一様に構成することが可能である。この仕切り板２６Ａの下方に形成された第２の凹部２５Ａ内に、発振回路６１、６２を備えた回路基板６が配置されると共に、回路基板６の下面にコネクタ７が表面実装されている。

【0061】

そして、第２の凹部２５Ａを下方側からベースカバー２１Ａにより塞ぎ、ベース体２Ａの一端側の側面２７Ａに形成された開口２７２との間にコネクタ７用の開口部２０Ａが形成される。
この例においても、例えば仕切り板２６Ａの厚さ寸法を調整することにより、ベース体２Ａの下方部材２２Ａの高さ寸法を、図３、図４に示す実施形態の下方部材２２と揃えることができ、感知装置１の小型化を図ることができる。

【0062】

上述の実施形態では、２ピースコネクタのレセプタクル７１を回路基板６に設け、外部のプラグに接続される構成とした。一方で、回路基板６に、２ピースコネクタのプラグを表面実装し、外部に設けられたレセプタクルに接続される構成としてもよい。また、上述の実施形態では、水晶振動子４の一面側に反応電極である第１の励振電極４１とリファレンス電極である第２の励振電極４２を備える構成としたが、水晶振動子４の一面側には反応電極としての励振電極のみを備える構成であってもよい。、

【符号の説明】

【0063】

１ 感知装置
２ ベース体
２１ ベースカバー
３ ペルチェ素子部
４ 水晶振動子
４１、４２、４３ 励振電極
５ センサ基板
６ 回路基板
６１、６２ 発振回路
７ コネクタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】