JP5771111B2 - 感応膜形成用ジグ及び感応膜形成方法 - Google Patents
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Description
また、QCMセンサに用いられ、水晶振動素子の励振電極に感応膜が形成されている水晶振動素子をQCMセンサ素子とし、このQCMセンサ素子は、水晶振動素子と感応膜とを備えている。
水晶片は、圧電材料である水晶部材が用いられ、例えば、平板状になっている。
励振電極は、例えば、二つ一対となっており、一方の励振電極が水晶片の一方の主面に設けられ、他方の励振電極が水晶片の他方の主面であって一方の励振電極に対向する位置に設けられている。
引出電極は、例えば、二つ一対となっている。一方の引出電極は、一方の端部が一方の励振電極に接続され、他方の端部が水晶片の主面の端部に位置している。また、他方の引出電極は、一方の端部が他方の励振電極に接続され、他方の端部が水晶片の主面の端部に位置している。
このような水晶振動素子は、引出電極に電圧が印加されると励振電極に電圧が印加されて励振電極で挟まれている水晶片が所定の周波数で振動する特性を有している。
また、感応膜は、所定の液状材料が滴下され、この液状材料が硬化又は乾燥することで形成される。
ここで、感応膜は、例えば、水晶振動素子の一方の励振電極に滴下されて硬化されて形成されている
また、液状材料は、例えば、高分子脂質から構成されている。
このため、QCMセンサ素子によれば、所定の物質が一方の励振電極に付着すると所定の物質の重量の分だけ水晶振動素子の水晶片が振動する周波数が変化するので、周波数の変化量から感応膜が反応し付着した所定の物質の重量を算出することができる。
つまり、QCMセンサ素子は、感応膜が反応し水晶振動素子の水晶片が振動する周波数の変化量から感応膜と反応する所定の物質を検出することができる構成となっている(例えば、特許文献1参照)。
具体的には、このような感応膜形成方法は、搭載工程、配置工程、滴下工程、硬化工程、を備えている。
搭載工程は、例えば、感応膜形成用ジグに水晶振動素子を搭載する工程である。
感応膜形成用ジグは、例えば、平板部と複数の柱部とから構成されており、複数の柱部が平板部の一方の主面に設けられている。
また、感応膜形成用ジグは、柱部の側面に水晶振動素子の側面が接触しつつ平板部の一方の主面に水晶振動素子の主面が接触するように水晶振動素子を配置した状態で水晶振動素子を平板部の一方の主面上で面内回転させた場合、搭載されている水晶振動素子の一方の主面の中心が平板部の回転軸上に位置し続けることができる構成となっている。
配置工程は、例えば、水晶振動素子が搭載されている感応膜形成用ジグをスピンコーター装置に配置する工程である。
滴下工程は、例えば、スピンコーター装置によって回転されている水晶振動素子の一方の励振電極に向かって感応膜となる液状材料を滴下する工程である。
また、滴下工程では、水晶振動素子が回転している状態で液状材料が滴下されるので、液状材料が滴下された水晶片の主面上に均一に広がった状態となっている。従って、水晶片の一方の主面に滴下された場合、滴下工程後は、感応膜となる液状材料が一方の励振電極及び引出電極上に滴下されている状態となる。
硬化工程は、スピンコーター装置から感応膜形成用ジグが取り出された状態で滴下された液状材料を硬化させて感応膜を形成する工程である。
ピペットを用いる感応膜形成方法は、例えば、水晶振動素子が保持具に保持されている場合に多く用いられる。
基部は、例えば、直方体形状となっている。
二つ一対の固定部は、基部の所定の一面から同一方向に延設されており、水晶振動素子の引出電極と電気的に接続されつつ固定することができる構成となっている。
二つ一対の脚部は、固定部が設けられている面に対向する基部の所定の他の一面から固定部と反対方向に延設されており、固定部と電気的に接続されている。
従って、ピペットを用いる感応膜形成方法は、水晶振動素子の励振電極に向かって硬化又は感想することで感応膜となる液状材料を滴下し硬化させて感応膜を形成している。
このため、従来の感応膜形成用ジグを用いて感応膜を形成したQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、一方の引出電極上の感応膜でも所定の物質が反応してしまい、所定の物質を検出する検出精度が低下してしまう。
このため、従来の感応膜形成用ジグを用いて感応膜を形成したQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、他方の励振電極に付着した付着物によって周波数が変化してしまい、所定の物質を検出する検出精度が低下してしまう恐れがある。
このため、従来の感応膜形成用ジグを用いて両主面に感応膜を形成する場合、水晶振動素子の一方の主面に感応膜を形成するときと水晶振動素子の他方の主面に感応膜を形成するときのそれぞれで水晶振動素子を搭載する必要があるため、手間と時間を要し生産性が低下する恐れがある。
このため、従来の感応膜形成方法を用いて感応膜が形成されたQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、水晶振動素子の励振電極上に感応膜が形成されておらず、所定の物質を検出する検出精度が低下する恐れがある、
このため、従来の感応膜形成方法を用いて感応膜が形成されたQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、一方の引出電極上の感応膜でも所定の物質が反応してしまい、所定の物質を検出する検出精度が低下してしまう。
このため、従来の感応膜形成方法では、感応膜の厚みのばらつきが大きくなり、生産性が低下する恐れがある。
このため、このような感応膜形成用ジグによれば、従来の感応膜形成用ジグのように引出電極上に感応膜が形成されず、露出されている励振電極にのみ感応膜を形成することが可能となる。
従って、このような感応膜形成用ジグを用いて感応膜を形成したQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、励振電極にのみ感応膜を形成することができるため、従来の感応膜形成用ジグを用いた場合と比較し所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような感応膜形成用ジグを用いて感応膜を形成したQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、他方の励振電極に付着した付着物によって周波数が変化することを防ぐことができるので、従来の感応膜形成用ジグを用いた場合と比較し、所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような感応膜形成用ジグによれば、水晶振動素子の両主面の励振電極に感応膜を形成する場合、水晶振動素子の一方の主面の励振電極に感応膜を形成した後、そのまま、水晶振動素子の他方の主面の励振電極に感応膜を形成することができる。
従って、このような感応膜形成用ジグを用いて両主面に感応膜を形成する場合、保持具に保持された水晶振動素子を第一のジグ及び第二のジグに搭載したままの状態で水晶振動素子の両主面の励振電極に感応膜を形成することができるので、従来の感応膜形成用ジグを用いた場合と比較して手間と時間を省くことができ、生産性を向上させることができる。
このため、このような感応膜形成方法を用いて感応膜が形成されたQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、水晶振動素子の励振電極上にのみ感応膜を形成することができるので、従来の感応膜形成方法と比較し所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような感応膜形成方法を用いて感応膜が形成されたQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、従来の感応膜形成方法のように引出電極上に感応膜が形成されないので、従来の感応膜形成方法と比較して所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような感応膜形成方法によれば、液状材料の滴下量を制御することが可能となり、液状材料が硬化又は乾燥されて形成される感応膜の厚みを制御することができる。
従って、このような感応膜形成方法によれば、感応膜の厚みばらつきを抑えることができ、従来の感応膜形成方法と比較し生産性を向上させることができる。
QCMセンサ素子は、例えば、図1(a)及び図1(b)に示すように、水晶振動素子と水晶振動素子が保持されている保持具120と感応膜Kとから主に構成されている。
図1(a)及び図1(b)に示すように、圧電材料である水晶部材が用いられ、例えば、円板状の平板形状に形成されている。
一方の励振電極112は、例えば、図1(a)に示すように、水晶片111の一方の主面に設けられている。
他方の励振電極112は、例えば、図1(b)に示すように、水晶片111の他方の主面であって、一方の励振電極112に対向する位置に設けられている。
一方の引出電極113は、図1(a)に示すように、一方の端部が一方の励振電極112に接続されており、他方の端部が水晶片111の一方の主面の端部に位置している。従って、一方の引出電極の他方の端部と一方の励振電極112とが電気的に接続された状態となっている。
他方の引出電極は、一方の端部が他方の励振電極112に接続されており、他方の端部が水晶片111の他方の主面の端部に位置している。従って、他方の引出電極の端部と他方の励振電極112とが電気的に接続された状態となっている。
水晶振動素子は、水晶片111が圧電材料であることから、引出電極113に電圧が印加されると、励振電極112で挟まれている水晶片111が所定の周波数で振動する特性を有している。
また、保持具120は、例えば、図1(a)及び図1(b)に示すように、基部121と固定部122と脚部123とから構成されている。
また、固定部122は、導電材料が用いられている。
また、固定部122は、図1(a)及び図1(b)に示すように、基部121の所定の一面から同一方向に延設されている。
一方の固定部122は、例えば、導電性接着材(図示せず)によって、前述した水晶振動素子の一方の引出電極113と電気的に接続されつつ固定されている。
他方の固定部122は、例えば、導電性接着材(図示せず)によって、前述した水晶振動素子の他方の引出電極と電気的に接続されつつ固定されている。
また、脚部123は、導電材料が用いられている。
また、脚部123は、図1(a)及び図1(b)に示すように、固定部122が延設されている面に対向する基部121の面から、同一方向の延設されている。従って、二つ一対の脚部123は、固定部122が延設されている方向と反対の方向に延説されている。
一方の脚部123は、基部121の内部配線(図示せず)を介して一方の固定部122と電気的に接続されている。従って、一方の脚部123は、一方の励振電極112と電気的に接続されている。
他方の脚部123は、基部121の内部配線(図示せず)を介して他方の固定部122と電気的に接続されている。従って、他方の脚部123は、他方の励振電極112と電気的に接続されている。
また、保持具120は、一方の固定部122と一方の脚部123とが電気的に接続されつつ他方の固定部122と他方の脚部123とが電気的に接続されている。
また、保持具120は、例えば、一方の固定部122が水晶振動素子の一方の引出電極113に電気的に接続され固定されつつ、他方の固定部122が水晶振動素子の他方の引出電極に電気的に接続され固定されることで、水晶振動素子を保持することができる構造となっている。
水晶振動素子が保持具120に保持されているとき、水晶振動素子の一方の励振電極112と保持具120の一方の脚部123とが電気的に接続されつつ、水晶振動素子の他方の励振電極112と保持具120の他方の脚部123とが電気的に接続される
また、感応膜Kは、所定の液状材料が滴下され、滴下された液状材料が硬化又は乾燥することで形成される。
ここで、感応膜Kは、例えば、感応膜Kとなる液状材料が水晶振動素子の両主面の励振電極112に滴下され硬化することで形成される。
なお、ここでは、感応膜Kが水晶振動素子の両主面の励振電極112に形成されている場合について説明しているが、例えば、水晶振動素子の一方の励振電極にのみ感応膜Kを形成してもよい。
また、QCMセンサ素子は、励振電極112と脚部123とが電気的に接続されているので、二つ一対の脚部123に電圧を印加させたとき、励振電極112に挟まれた水晶片111が所定の周波数で振動する構成となっている。
また、QCMセンサ素子は、保持具120に保持されている水晶振動素子の一方の励振電極112に所定の物質と反応し所定の物質を付着する感応膜Kが形成されている。
また、QCMセンサ素子は、二つ一対の脚部に電圧が印加された状態で所定の物質が感応膜Kと反応した場合、所定の物質が感応膜Kに付着し、所定の物質が付着した分だけ水晶片が振動する周波数が変化する構造となっている。このため、QCMセンサ素子は、振動する周波数の変化量から励振電極に形成されている感応膜Kに付着した所定の物質の付着量を検出することができる構成となっている。
本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグは、前述したように、保持具120に保持されている水晶振動素子に感応膜Kを形成するために用いるジグである。
また、本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグは、例えば、図2に示すように、第一のジグ130に第一のOリングを挟むように保持具120に保持されている水晶振動素子を搭載し、この水晶振動素子が搭載されている第一のジグ130に第三のOリング150を搭載し、第一のジグ130側を向く面に対向する水晶振動素子の面に第二のOリング160が配置され、その後、第二のジグ170が搭載された状態で、固定することができる構成となっている。
また、第一のジグ130は、一方の主面に、環状溝131と第一の凹部空間132と脚部用凹部空間133とが形成されている。
また、第一のジグ130は、図2と図3(a)と図3(b)に示すように、第一の凹部空間132の底面に、第一の基部収納用凹部空間134と第二の凹部空間135とが形成されている。
また、第一のジグ130は、図2と図3(a)と図3(b)に示すように第二の凹部空間135の底面に、第一の環状凸部136と第一の貫通穴137が形成されている。
また、第一の環状溝131には、図2に示すように、後述する第三のOリング150が収納される。
また、脚部用凹部空間133は、後述する第一の基部収納用空間134に保持具120の基部121の一部を収納させた場合、脚部123の一部を収納することができる位置に設けられている。
また、第一の凹部空間132は、その底面の大きさが水晶振動素子と水晶振動素子を保持している保持具120とを収納することができる大きさとなっている。ただし、このとき、保持具120の脚部123は含まない大きさとなっている。
また、第一の凹部空間132は、図2と図3(a)と図3(b)に示すように、その底面に第一の基部収納用凹部空間134と第二の凹部空間135とが形成されている。
また、第二の凹部空間135は、第一の基部収納用凹部空間134に水晶振動素子を保持している保持具120の基部121の一部を収納した場合、固定部122と水晶振動素子とを収納することができる大きさとなっている。
また、第二の凹部空間135は、例えば、図3(a)に示すように、その底面が矩形形状となっている。
また、第二の凹部空間135は、例えば、図2と図3(a)と図3(b)に示すように、その底面に第一の環状凸部136と第一の貫通穴137とが形成されている。
また、第一の環状凸部136は、例えば、第一のジグ130の一方の主面を見た場合、図3(a)に示すように、その内縁側を向く縁部と外縁側を向く縁部とが同心円状の円形形状となっている。
また、第一の環状凸部136は、第一のジグ130の一方の主面を見た場合、内縁側を向く面の縁部の大きさが励振電極112の外形より大きい大きさとなっている。
また、第一の環状凸部136は、第一のジグ130の一方の主面を見た場合、外縁側を向く面の縁部の大きさが水晶片111の外形より小さい大きさとなっている。
また、第一の環状凸部136は、第一の基部収納用凹部空間134に水晶振動素子を保持している保持具120の基部121の一部を収納させた際に、励振電極112がその内縁側の縁部より内縁側に位置すうように形成されている。
また、第一の環状凸部136は、後述する第一のOリング140を第一の環状凸部136の内縁側を向く面及び第二の凹部空間135の底面に接触するように配置し第一の基部収納用空間134に基部121の一部を収納した場合、第一のOリング140の内縁側の縁部が後述する第一の貫通穴137の開口部の縁部に沿って配置される位置に設けられている。
また、第一の貫通穴137は、第二の凹部空間135の底面であって、第一の環状凸部136の内縁側の縁部より内側に形成されている。
また、第一の貫通穴137は、第一の基部収納用凹部空間134に水晶振動素子を保持している保持具120の基部121の一部を収納させた場合、第一の貫通穴137の開口部が第一のジグ130側を向く水晶振動素子の主面に設けられている励振電極112に対向する位置に設けられている。
また、第一のジグ130は、第一の基部収納用凹部空間134に水晶振動素子が保持されている保持具120の基部121の一部を収納した場合、水晶片111の主面が第二の凹部空間135の底面に対向する第一の環状凸部136の面に接触した状態で、第一のジグ130側を向く水晶振動素子の主面に設けられている励振電極112が第一の貫通穴137の開口部と対向する位置に位置する構造となっている。
また、第一のジグ130は、第二の凹部空間135の底面及び第一の環状凸部136の内縁側を向く面に接する位置に第一のOリング140を搭載することができる構造となっている。
また、第一のジグ130は、第一の基部収納用凹部空間134に水晶振動素子が保持されている保持具120の基部121の一部を収納した場合、第一のOリング140が搭載されているとすると第一のOリング140を第二の凹部空間132の底面と水晶片111とで挟むことができる構造となっている。
また、第一のOリング140は、環状となっている弾性体が用いられる。
また、第一のOリング140は、第一のジグ130に搭載されて第二の凹部空間135の底面と水晶振動素子の水晶片111とで挟まれた場合、第一のOリング140の内縁側の縁部が第一のジグ130側を向く励振電極112の縁部に沿って位置している。従って、第一のOリング140は、第一のジグ130に搭載されかつ第一のジグ130に保持具120に保持されている水晶振動素子が搭載された場合、内縁側の縁部の大きさが第一のジグ130側を向く励振電極112と同じ大きさとなっており、外縁側の縁部の大きさが水晶片111の主面より小さい大きさとなっている。
また、第一のOリング140は、後述する第二のジグ170が第一のジグ130と固定される場合、第一のジグ130側を向く水晶片111の主面と第一のジグ130との気密性を保つ役割を果たす。
また、第三のOリング150は、第一のジグ130と後述する第二のジグ170とが固定される際、第一のジグ130の第一の環状溝131内に収納される。
また、第二のジグ170は、円柱凸部172を第一のジグ130の第一の凹部空間132に嵌め込むことができる構成となっている。
また、第二のジグ170は、平板部171に接する面に対向する円柱凸部172の面に、第二の基部収納用凹部空間174(174a,174b)と第三の凹部空間173とが形成されている。
また、第二のジグ170は、第三の凹部空間173の底面に、第二の環状凸部175と第二の貫通穴176(176a,176b)とが形成されている。
また、平板部171は、その主面の大きさが第一のジグ130の主面と同じ大きさとなっている。
また、平板部171は、例えば、図2及び図4(b)に示すように、第二の貫通穴176の一部176bと第二の基部収納用凹部空間174の一部174bとが形成されている。
また、ここでは、第二の基部収納空用凹部空間174の一部174bが平板部171に形成されている場合について説明しているが、本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグを用いるときに第一の基部収納用凹部空間134と第二の基部収納用凹部空間174とで形成される空間内に保持具120の基部121を収納することができれば、後述する円柱凸部172にのみに形成してもよい。
また、円柱凸部172は、平板部171の一方の主面に設けられている。
また、円柱凸部172は、平板部171に接する面に対向する面に、第二の基部収納用凹部空間174の一部174aの一部と第三の凹部空間173が形成されている。
また、円柱凸部172は、第三の凹部空間173の底面に、第二の環状凸部175と第二の貫通穴176の一部176aが形成されている。
また、第二の基部収納用凹部空間174は、第一のジグ130の第一の凹部空間132の底面に平板部171に接する面に対向する円柱凸部172の面を接触させたとき、その開口部が第一のジグ130の第一の基部収納用凹部空間134の開口部と対向する位置に形成されている。
また、第二の基部収納用凹部空間174は、基部121の一部を収納することができる大きさとなっており、第一のジグ130の第一の凹部空間132の底面に平板部171に接する面に対向する円柱凸部172の面を接触させたとき、第一の基部収納用凹部空間134と第二の基部収納用凹部空間174とで形成される空間内に基部121を収納することができる構造となっている。
また、第三の凹部空間173は、第二の基部収納用凹部空間174に水晶振動素子を保持している保持具120の基部121の一部を収納させた場合、保持具120の固定部122と水晶振動素子とを収納することができる大きさとなっている。
また、第三の凹部空間174は、例えば、図4(a)に示すように、その底面が矩形形状となっている。
また、第三の凹部空間174は、前述したように、その底面に、第二の環状凸部175と第二の貫通穴176の一部176aが形成されている。
また、第二の環状凸部175は、円柱凸部172から平板部171に向かう向きに第二のジグ170を見た場合、図4(a)に示すように、その内縁側を向く縁部と外縁側を向く縁部とが同心円状の円形形状となっている。
また、第二の環状凸部175は、円柱凸部172から平板部171に向かう向きに第二のジグ170を見た場合、内縁側を向く縁部の大きさが励振電極112の外形より大きい大きさとなっている。
また、第二の環状凸部175は、円柱凸部172から平板部171に向かう向きに第二のジグ170を見た場合、外縁側を向く縁部の大きさが水晶片111の外形より小さい大きい大きさとなっている。
また、第二の環状凸部175は、第二の基部収納用凹部空間174に水晶振動素子を保持している保持具120の基部121の一部を収納させた場合、励振電極112が内縁側を向く縁部より内縁側に位置するように形成されている。
また、第二の環状凸部175は、後述する第二のOリング160を第二の環状凸部175の内縁側を向く面及び第三の凹部空間13の底面に接触するように配置し、水晶振動素子が保持されている保持具120の基部121の一部を第二の基部収納用凹部空間174に収納させた場合、後述する第二のOリング160の内縁側の縁部が第二の貫通穴176の開口部の縁部に沿って配置される位置に設けられている。
また、第二の貫通穴176は、図2及び図4(b)に示すように、第三の凹部空間173の底面から円柱凸部172に接している面に対向する平板部171の面にかけて形成されている。
また、第二の貫通穴176は、一方の開口部が第三の凹部空間173の底面であって第二の環状凸部175の内縁側を向く面より内縁側に位置するように形成されている。
また、第二の貫通穴176は、第二の基部収納用凹部空間174に水晶振動素子を保持している保持具120の基部121の一部を収納させた場合、第二の貫通穴176の開口部が第二のジグ170側を向く水晶振動素子の主面の励振電極112に対向する位置に設けられている。
また、第二のジグ170は、第三の凹部空間173の底面及び第二の環状凸部175の内縁側を向く面に接する位置に後述する第二のOリング160を搭載することができる構造となっている。
また、第二のジグ170は、後述する第二のOリング160が搭載され、第二の基部収納用凹部空間174に水晶振動素子が保持されている保持具120の基部121の一部が収納された場合、後述する第二のOリング160を第三の凹部空間173の底面と第二のジグ170側を向く水晶片111の主面とで挟むことができる構造となっている。
また、第二のOリング160は、環状となっている弾性体が用いられる。
また、第二のOリング160は、第二のジグ170と保持具120に保持されている水晶振動素子の水晶片111とで挟まれた場合、第二のOリング170の内縁側の縁部が第二のジグ170側を向く励振電極112の縁部に沿って位置する場所に配置され搭載される。従って、第二のOリング160は、第二のジグ170と保持具120に保持されている水晶振動素子の水晶片111とで挟まれた場合、内縁側の縁部の大きさが第二のジグ170側を向く励振電極112と同じ大きさとなり、外縁側の縁部の大きさが水晶片111の主面の大きさより小さい大きさとなるように形成されている。
また、第二のOリング160は、第一のジグ130と第二のジグ170とが固定される場合、第二のジグ170側を向く水晶片111の主面と第二のジグ170との気密性を保つ役割を果たす。
例えば、本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグ100は、第一のジグ130及び第二のジグ170にネジ用貫通穴(図示せず)が形成されており、第二のジグ170のネジ用貫通穴の縁部を形成する面にはネジ加工がされており、第一のジグ130と第二のジグ170とを固定ネジ(図示せず)によって固定することができる構成となっている。このとき、固定ネジのネジ頭が円柱凸部172に接している平板部171の面に対向する面からはみ出していない状態となっている。
このとき、第一のOリング140は、第一のジグ130側を向く水晶振動素子の面の励振電極112と接触しない位置に配置されている。また、第二のOリング160は、第二のジグ170側を向く水晶振動素子の面の励振電極112と接触しない位置に配置されている。
このとき、第一の貫通穴137の開口部が第一のジグ130側を向く水晶振動素子の励振電極112と対向する位置に設けられており、第二の貫通穴147の開口部が第二のジグ170側を向く水晶振動素子の励振電極112と対向する位置に設けられている。
従って、本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグ100は、第一の貫通穴137から第一のジグ130側を向く水晶振動素子の面の励振電極112が露出しつつ、第二の貫通穴176から第二のジグ170側を向く水晶振動素子の面の励振電極112が露出するように、保持具120に保持されている水晶振動素子を搭載することができる構成となっている。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグによれば、従来の感応膜形成用ジグのように引出電極113上に感応膜Kが形成されず、露出されている励振電極112にのみ感応膜Kを形成することが可能となる。
従って、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグを用いて感応膜Kを形成したQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、励振電極112にのみ感応膜Kを形成することができるため、従来の感応膜形成用ジグを用いた場合と比較し所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグを用いて感応膜Kを形成したQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、他方の励振電極112に付着した付着物によって周波数が変化することを防ぐことができるので、従来の感応膜形成用ジグを用いた場合と比較し、所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグによれば、水晶振動素子の両主面の励振電極112に感応膜Kを形成する場合、水晶振動素子の一方の主面の励振電極112に感応膜Kを形成した後、そのまま、水晶振動素子の他方の主面の励振電極112に感応膜Kを形成することができる。
従って、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグを用いて両主面に感応膜Kを形成する場合、保持具120に保持された水晶振動素子を第一のジグ130及び第二のジグ170に搭載したままの状態で水晶振動素子の両主面の励振電極112に感応膜Kを形成することができるので、従来の感応膜形成用ジグを用いた場合と比較して手間と時間を省くことができ、生産性を向上させることができる。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成用ジグを用いて感応膜が形成された微少質量測定用センサ素子は、水晶片111の一方の主面に設けられた励振電極112にのみ感応膜Kが形成されている微少質量測定用センサ素子と比較して所定の物質を検出する検出精度及び検出感度を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る感応膜形成方法は、前述した感応膜形成用ジグが用いられる。
第一のOリング搭載工程は、例えば、図5に示すように、前記第二の凹部空間135の底面に接ししつつ前記第一の環状凸部136の内縁側を向く面に接するように、前記第一のジグ130に前記第一のOリング140を搭載する工程である。
また、第一のジグ130は、第一の凹部空間132の底面に、第一の基部収納用凹部空間134と第二の凹部空間135とが形成されている。
また、第一のジグ130は、第二の凹部空間135の底面に、第一の環状凸部136と第一の貫通穴137とが形成されている。
また、第一のOリング140は、第二の凹部空間135の底面に接触しつつ、第一の環状凸部136の内縁側を向く面に接触する位置に配置される。
また、第一のOリング140は、第一の基部収納用凹部空間134に水晶振動素子が保持されている保持具120の基部121の一部を収納させつつ保持具120の脚部123の一部を脚部用凹部空間133に収納させた場合、第一のジグ130側を向く水晶片111の主面と第二の凹部空間135の底面とで挟まれる。
また、第一のOリング140は、後述する固定工程で、第一のジグ130と第二のジグ170とが固定された場合、第一のジグ130側を向く水晶振動素子の面の励振電極112に接触せず、第一のジグ130側を向く水晶片111の面に接触する大きさとなっている。
水晶振動素子搭載工程は、図6に示すように、前記第一の基部収納用空間134内に前記基部121の一部を収納しつつ前記脚部用凹部空間133に前記脚部123を収納し、第一のOリング140の内縁側に前記励振電極112が位置するように前記第一のOリング140を前記第二の凹部空間135の底面と前記第一のジグ130側を向く前記水晶片111の主面とで挟み、前記第一のジグ130に前記水晶振動素子を搭載する工程である。
なお、図6において、第一のOリング140は、水晶振動素子の水晶片111と第一のジグ130とで挟まれている際の状態を示している。
また、水晶振動素子は、平板状の水晶片111の一方の主面に一方の励振電極112及び一方の引出電極113(図1(a)参照)が設けられつつ、水晶片111の他方の主面に他方の励振電極112及び他方の引出電極113が設けられている。
また、水晶振動素子は、引出電極113に電圧が印加されると、励振電極113に電圧が印加され、励振電極113に挟まれている水晶片111が所定の周波数で振動する特性を有している。
また、保持具120は、一方の固定部122と一方の脚部123とが電気的に接続されつつ他方の固定部122と他方の脚部123とが電気的に接続されている。
また、保持具120は、例えば、一方の固定部122が一方の引出電極113に電気的に接続されつつ固定され、他方の固定部122が他方の引出電極113に電気的に接続されつつ固定されることで、水晶振動素子を保持することができる構造となっている。このとき、一方の励振電極112と一方の固定部122とが電気的に接続され、他方の励振電極112と他方の固定部122とが電気的に接続された状態となっている。
第三のOリング搭載工程は、図7に示すように、前記第一の環状溝131に前記第三のOリング150を収納し前記第三のOリング150を搭載する工程である。
第三のOリング搭載工程では、第一のOリング140及び保持具120に保持されている水晶振動素子が搭載されている第一のジグ130の第一の環状溝131に、第三のOリング150を収納させて搭載している。
第二のOリング搭載工程は、図8に示すように、前記第一のジグ130に搭載されている前記水晶振動素子の、前記第一のジグ130側を向く面に対向する前記励振電極112を前記第二のOリング160の内縁側に位置するように前記第二のOリング160を搭載する工程である。
また、第二のOリング160は、第一のジグ130側を向く水晶片111の面に対向する面上に位置される。このとき、第二のOリング160は、第一のジグ130側を向く水晶片111の面に対向する面に設けられている励振電極112に接触しない位置に配置され搭載される。
固定工程は、図9に示すように、前記円柱凸部172を前記第一の凹部空間132の底面側に向けた状態で前記第一のジグ130と前記第二のジグ170とで前記水晶振動素子及び前記第三のOリング150を挟みつつ、前記第二のジグ170側を向く前記励振電極112が前記第二のOリング160の内縁側に位置するように調整し、固定する
工程である。
また、第二のジグ170は、第三の凹部空間173の底面及び第二の環状凸部175の内縁側を向く面に接触するように第二のOリング160を搭載することができる構造となっている。
また、第二のジグ170は、第二のOリング160を搭載しつつ第二の基部収納用凹部空間174に水晶振動素子が保持されている保持具120の基部121の一部を収納した場合、水晶振動素子の水晶片111と第二の環状凸部175とで第二のOリング160を挟んだ状態で、第二のOリング160の内縁側の縁部が第二のジグ170側を向く励振電極112に接触しない位置に第二のOリング160を搭載することができる構造となっている。
例えば、第一のジグ130及び第二のジグ170にネジ用貫通穴(図示せず)が形成されており、第二のジグ130のネジ用貫通穴の縁部を形成する面にはネジ加工がされており、第一のジグ130と第二のネジ170とを固定ネジ(図示せず)によって固定することができる構成となっている。このとき、固定ネジのネジ頭が第二のジグ170に接する面に対向する第二のジグ170の面からはみ出していない状態となっている。
このとき、第二のOリング160は、第二のジグ170の第三の凹部空間173の底面に接触しつつ第二の環状凸部175の内縁側を向く面に接触する位置であって、第二のジグ170側を向く水晶振動素子の励振電極112に接触しない位置に配置されている。
また、固定工程では、保持具120に保持された水晶振動素子に着目すると、図9に示すように、第一の貫通穴137の開口部から第一のジグ130側を向く励振電極112が露出しつつ、第二の貫通穴176の開口部から第二のジグ170側を向く励振電極112が露出した状態となっている。
第一の滴下工程は、前記第一のジグ130から前記第二のジグ170に向かう向きで前記第一の貫通穴137に硬化又は乾燥することで感応膜Kとなる液状材料を前記第一のジグ130側を向く前記励振電極112に滴下する工程である。
ここでは、前述したように、感応膜Kが所定の液状材料が硬化することで形成される場合について説明する。
このとき、第一のOリング140が第二の凹部空間135の底面及び第一の環状凸部136の内縁側を向く面に接触しつつ、第一のジグ130側を向く励振電極112に接触しないように配置され搭載されているので、感応膜Kとなる液状材料が滴下されても露出されていない引出電極113に液状材料が滴下されない。
このため、第一の滴下工程では、感応膜Kとなる液状材料が第一のジグ130側を向く励振電極112に滴下される量を容易に制御することができ、第一のジグ130側を向く励振電極112に形成される感応膜Kの厚みを制御することが可能となる。
つまり、第一の滴下工程では、感応膜Kとなる液状材料が第一のジグ130側を向く励振電極112に滴下される量を制御することが容易にできるので、第一のジグ130側を向く励振電極112に形成される感応膜Kの厚みばらつきを抑えることができる。
第一の感応膜形成工程は、前記第一のジグ130側を向く前記励振電極112に滴下した前記液状材料を硬化又は乾燥させ前記第一のジグ130側を向く前記励振電極112に感応膜Kを形成する工程である。
第一の感応膜形成工程では、例えば、第一のジグ130側を向く励振電極112に滴下された液状材料が硬化されて、第一のジグ130側を向く励振電極112に感応膜Kが形成される。
第二の滴下工程は、前記第二のジグ170から前記第二のジグ170に向かう向きで前記第二の貫通穴176に硬化又は乾燥することで感応膜Kとなる液状材料を前記第二のジグ170側を向く前記励振電極112に滴下する工程である。
ここでは、前述したように、感応膜Kが所定の液状材料が硬化することで形成される場合について説明する。
このとき、第二のOリング160が第三の凹部空間173の底面及び第二の環状凸部175の内縁側を向く面に接触しつつ、第二のジグ170側を向く励振電極112に接触しないように配置され搭載されているので、感応膜Kとなる液状材料が滴下されても露出されていない引出電極113に液状材料が滴下されない。
このため、第二の滴下工程では、感応膜Kとなる液状材料が第二のジグ170側を向く励振電極112に滴下される量を容易に制御することができ、第二のジグ170側を向く励振電極112に形成される感応膜Kの厚みを制御することが可能となる。
つまり、第二の滴下工程では、感応膜Kとなる液状材料が第二のジグ170側を向く励振電極112に滴下される量を制御することが容易にできるので、第二のジグ170側を向く励振電極112に形成される感応膜Kの厚みばらつきを抑えることができる。
第二の滴下工程は、前記第二のジグ170側を向く前記励振電極112に滴下した前記液状材料を硬化又は乾燥させ前記第二のジグ170側を向く前記励振電極112に感応膜Kを形成する工程である。
第二の感応膜形成工程では、例えば、第二のジグ170側を向く励振電極112に滴下された液状材料が硬化されて、第二のジグ170側を向く励振電極112に感応膜Kが形成される。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成方法を用いて感応膜Kが形成されたQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、水晶振動素子の励振電極上にのみ感応膜を形成することができるので、従来の感応膜形成方法と比較し所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成方法を用いて感応膜Kが形成されたQCMセンサ素子で所定の物質を検出する場合、従来の感応膜形成方法のように引出電極113上に感応膜Kが形成されないので、従来の感応膜形成方法と比較して所定の物質を検出する検出精度を向上させることができる。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成方法によれば、液状材料の滴下量を制御することが可能となり、液状材料が硬化又は乾燥されて形成される感応膜の厚みを制御することができる。
従って、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成方法によれば、感応膜Kの厚みばらつきを抑えることができ、従来の感応膜形成方法と比較し生産性を向上させることができる。
このため、このような本発明の実施形態に係る感応膜形成方法を用いて形成された微少質量測定用センサ素子は、水晶片111の一方の主面に設けられた励振電極112のみ感応膜Kが形成されている微少質量測定用センサ素子と比較すると所定の物質を検出する検出精度及び検出感度を向上させることができる。
112 励振電極
113 引出電極
120 保持具
121 基部
122 固定部
123 脚部
K 感応膜
130 第一のジグ
131 第一の環状溝
132 第一の凹部空間
133 脚部用凹部空間
134 第一の基部収納用凹部空間
135 第二の凹部空間
136 第一の環状凸部
137 第一の貫通穴
140 第一のOリング
150 第三のOリング
160 第二のOリング
170 第二のジグ
171 平板部
172 円柱凸部
173 第三の凹部空間
174 第二の基部収納用凹部空間
175 第二の環状凸部
176 第二の貫通穴
Claims (2)
- 水晶片の両主面に設けられている励振用電極に一方の端部が接続され他方の端部が前記水晶片の端部に位置するように引出電極が設けられ、略直方体形状の基部と前記基部の所定の一面から同一方向に延設されている固定部と前記固定部と反対方向に延設されている二つ一対の脚部とからなる保持具を備え、前記固定部に電気的に接続されつつ固定されている水晶振動素子の、前記励振用電極に感応膜を形成する際に用いる感応膜形成用ジグであって、
平板状に形成され、一方の主面に第一の環状溝と前記第一の環状溝の内縁側に第一の凹部空間と前記第一の凹部空間から側面にかけて脚部用空間とが形成され、前記第一の凹部空間の底面に第二の凹部空間と前記基部の一部を収納することができる第一の基部収納空間とが形成され、外径が前記水晶片の主面の大きさより小さい第一の環状凸部と前記第一の環状凸部の内縁側に位置しつつ開口部が前記励振電極と同じ大きさの第一の貫通穴とが前記第二の凹部空間の底面に形成されている第一のジグと、
外径が前記励振電極の外径より大きく前記水晶片の外径より小さくなっており、前記第一の環状凸部の内縁側を向く面と前記第二の凹部空間の底面とに接する位置に配置されて前記第二の凹部空間の底面と前記水晶片の主面とで挟まれる第一のOリングと、
平板部と前記平板部の一方の主面に設けられ前記第一の凹部空間と同形状になっている円柱部とから構成され、第三の凹部空間と前記基部の一部を収納することができる第二の基部収納空間とが前記平板部に接する面に対向する前記円柱部の面に形成され、外径が前記水晶片の主面の大きさより小さい第二の環状凸部と前記第二の環状凸部の内縁側に位置しつつ開口部が前記励振電極と同じ大きさの第二の貫通穴とが前記第三の凹部空間の底面に形成されている第二のジグと、
外形が前記励振電極の外径より大きく前記水晶片の外径より小さくなっており、前記第二の環状凸部の内縁側を向く面と前記第三の凹部空間の底面とに接する位置に配置されて前記第三の凹部空間の底面と前記水晶片の主面とで挟まれる第二のOリングと、
前記第一の環状溝に収納され、前記第一のジグと前記第二のジグとで挟まれる第三のOリングと、
を備え、
前記第一の基部収納空間及び前記第二の基部収納空間に前記基部を収納させつつ前記脚部用凹部空間に前記脚部の一部を収納させ、かつ、前記第一の凹部空間の底面が前記平板部に接する面に対向する前記円柱部の面に接触させた際、
前記水晶片が前記第一の環状凸部と前記第二の環状凸部とで挟まれ、
前記第一の貫通穴の開口部が前記第一のジグ側を向く前記励振電極と対向する位置に配置され、
前記第二の貫通穴の開口部が前記第二のジグ側を向く前記励振電極と対向する位置に配置される
ことを特徴とする感応膜形成用ジグ。 - 前記請求項1に記載の感応膜形成用ジグを用い、
前記第二の凹部空間の底面に接ししつつ前記第一の環状凸部の内縁側を向く面に接するように、前記第一のジグに前記第一のOリングを搭載する第一のOリング搭載工程と、
前記第一の基部収納用空間内に前記基部の一部を収納しつつ前記脚部用凹部空間に前記脚部を収納し、第一のOリングの内縁側に前記励振電極が位置するように前記第一のOリングを前記第二の凹部空間の底面と前記第一のジグ側を向く前記水晶片の主面とで挟み、前記第一のジグに前記水晶振動素子を搭載する水晶振動素子搭載工程と、
前記第一の環状溝に前記第三のOリングを収納し前記第三のOリングを搭載する第三のOリング搭載工程と、
前記第一のジグに搭載されている前記水晶振動素子の、前記第一のジグ側を向く面に対向する前記励振電極を前記第二のOリングの内縁側に位置するように前記第二のOリングを搭載する第二のOリング搭載工程と、
前記円柱凸部を前記第一の凹部空間の底面側に向けた状態で前記第一のジグと前記第二のジグとで前記水晶振動素子及び前記第三のOリングを挟みつつ、前記第二のジグ側を向く前記励振電極が前記第二のOリングの内縁側に位置するように調整し、固定する固定工程と、
前記第一のジグから前記第二のジグに向かう向きで前記第一の貫通穴に硬化又は乾燥することで感応膜となる液状材料を前記第一のジグ側を向く前記励振電極に滴下する第一の滴下工程と、
前記第一のジグ側を向く前記励振電極に滴下した前記液状材料を硬化又は乾燥させ前記第一のジグ側を向く前記励振電極に感応膜を形成する第一の感応膜形成工程と、
前記第二のジグから前記第二のジグに向かう向きで前記第二の貫通穴に硬化又は乾燥することで感応膜となる液状材料を前記第二のジグ側を向く前記励振電極に滴下する第二の滴下工程と、
前記第二のジグ側を向く前記励振電極に滴下した前記液状材料を硬化又は乾燥させ前記第二のジグ側を向く前記励振電極に感応膜を形成する第二の感応膜形成工程と、
からなることを特徴とする感応膜形成方法。
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