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公開番号2021028639
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210225
出願番号2020194920
出願日20201125
発明の名称センサ装置
出願人京セラ株式会社
代理人個人
主分類G01N 29/02 20060101AFI20210129BHJP(測定;試験)
要約【課題】 弾性表面波素子などの検出素子を用いつつ、吸引機構を備えたセンサ装置を提供する。
【解決手段】 上面に素子収容凹部を有する第1平板状部材と、前記素子収容凹部に配置されており且つ検体の検出を行なう検出素子と、前記第1平板状部材の上面に接合される第2平板状部材であって、下面に溝部を有する第2平板状部材と、前記第1平板状部材と前記第2平板状部材とが接合された状態で、前記溝部によって形成される流路と、を備えた構成とする。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
電極と、
前記電極を覆う保護部材と、
検体を反応させる検出部と、を有する検出素子と、
前記検出素子の全体を収容する凹部を有する第1部材と、
前記第1部材に接合される第2部材と、
前記第1部材と前記第2部材とによって囲まれる流路と、を備え、
前記流路を構成する面は、前記凹部の開口と接続し、
前記保護部材の上面は、前記凹部の底面から開口までの高さ以下に位置し、
前記流路は、前記第2部材によって構成された親水性を有する第1部分を有する、
センサ装置。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記第1部分の水の接触角は、60°以下である、請求項1に記載のセンサ装置。
【請求項3】
前記第2部材は、溝部を有し、
前記第1部分は、前記溝部である、請求項1または2に記載のセンサ装置。
【請求項4】
前記第1部分は、親水性フィルムで構成されている、請求項1〜3のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項5】
前記第2部材の上面または前記第1部材の下面に配置されており且つ前記検出素子に電気的に接続されている端子をさらに備える、請求項1〜4のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項6】
上面視において、前記検出素子は、前記第1部材の前記凹部の内壁で囲まれている、請求項1〜5のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項7】
前記凹部の深さは、前記検出素子の厚みよりも大きい、請求項1〜6のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項8】
前記第1部材と前記第2部材とが一体化されている、請求項1〜7のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項9】
前記検出素子に対して、前記流路に連続しており検体が流入する流入口とは反対側に位置している吸液部材をさらに備える、請求項1〜8のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項10】
前記吸液部材は、前記検出素子と接している、請求項9に記載のセンサ装置。
【請求項11】
前記流入口は、前記流路の上方に設けられている、請求項9または10に記載のセンサ装置。
【請求項12】
前記流入口は、前記流路の側方に設けられている、請求項9〜11のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項13】
前記検出素子がフェイスダウン実装されている、請求項1〜12のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項14】
前記検出素子は、表面に供給された電気信号の特性変化に基づいて前記検体の検出を行なう、請求項1〜13のいずれか1つに記載のセンサ装置。
【請求項15】
前記特性変化が複数種類の特性変化である、請求項14に記載のセンサ装置。
【請求項16】
前記検出素子を複数備える、請求項1〜15のいずれか1つに記載のセンサ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、検体の性質あるいは検体に含まれる成分を測定することができるセンサ装置に関するものである。
続きを表示(約 6,700 文字)【背景技術】
【0002】
弾性表面波素子などの検出素子を用いて、検体である液体の性質もしくは液体の成分を測定するセンサ装置が知られている(例えば、特許文献1乃至3参照。)。
【0003】
例えば、弾性表面波素子を用いたセンサ装置は、圧電基板上に検体試料に含まれる成分と反応する検出部を設け、この検出部を伝搬した弾性表面波の変化を測定することによって検体である液体の性質あるいは成分を検出するものである。弾性表面波素子などを用いた測定方法は、他の測定方法(例えば、酵素法など)に比べ、複数の検出方式に対応することができるという利点がある。
【0004】
しかしながら、弾性表面波素子などの検出素子を用いた従来のセンサ装置は、いずれもそれ自体に液体を吸引するような機構を備えていない。そのため、検体を検出部に流すためには、まずマイクロピペットなどの器具を使用して検体を吸引し、吸引した検体を検出部に流し込むという作業が必要となり、測定のための作業が煩雑となる。また、別途、器具が必要となるため測定装置全体として大掛かりなものとなる。
【0005】
一方、弾性表面波素子などの検出素子を用いた検出方法とは異なる検出方法として、測定用電極に酵素などを含有する試薬を塗布しておき、その部分に検体を反応させることによって測定用電極の電流変化を読み取るようにしたセンサ装置が知られている(特許文献4参照。)。
【0006】
特許文献4には、毛細管現象を利用することによってセンサ装置自体が検体の吸引を行なえるようにした技術が開示されている。この技術は、細長い検体供給路を測定用電極の試薬が塗布されている部分まで導出し、毛細管現象によって試薬が塗布されている部分まで検体を吸引するというものである。
【0007】
なお、特許文献4のような測定用電極に酵素などを含有する試薬を塗布することによって検体の測定を行なう方法は、測定可能な検査項目に制限があり、複数項目の検査を行ないたい場合には不便である。
【0008】
ところで、特許文献4に記載のセンサ装置は、測定部分の構造が電極に試薬を塗布するものとなっているため、測定部分の厚みは電極の厚み分のみであり非常に薄い。それゆえ、細長い検体供給路が途中で遮られることなく、検体供給路を測定部分まで導出することができる。
【0009】
一方、弾性表面波素子などの検出素子を用いたセンサ装置は、検出素子が圧電基板などを用いて形成されることから、検出素子が所定の厚みを有している。そのため、特許文献4の技術を適用したとしても、検体供給路が検出素子によって遮られてしまい、検体を検出部まで流すことが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
特開平5−240762号公報
特開2006−184011号公報
特開2010−239477号公報
特開2005−249491号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
そこで、厚みのある弾性表面波素子などの検出素子を用いた場合であっても、吸引機構を備えたセンサ装置の提供が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一態様に係るセンサ装置は、第1カバー部材と、第1カバー部材と、前記第1カバー部材の上面に位置している素子基板、および前記素子基板の上面に位置しており且つ検体の検出を行なう検出部を有する検出素子と、前記第1カバー部材の前記上面に位置しており且つ前記検出素子に電気的に接続されている端子と、前記第1カバー部材の前記上面に前記検出素子と間隙を介して位置している中間カバー部材と、前記第1カバー部材の前記上面であって前記検出素子と前記中間カバー部材との前記間隙に位置している充填部材と、前記検出素子の少なくとも一部を覆うとともに、前記第1カバー部材および前記中間カバー部材の少なくとも一方に接合されている第2カバー部材と、検体が流入する流入口と、前記流入口に連続しており且つ前記中間カバー部材と前記第2カバー部材とで囲まれて少なくとも前記検出部まで延びている流路と、を備えたものである。
【0013】
このようなセンサ装置によれば、第1カバー部材の上面に検出素子と流路の少なくとも一部を構成する中間カバー部材とを併設したことから、厚みのある検出素子を用いた場合でも流入口から検出部に至る検体の流路を確保することができ、毛細管現象などによって流入口から吸引された検体を検出部まで流すことができる。すなわち、厚みを有する検出素子を用いつつ、それ自体に検体の吸引機構を備えており簡便な測定作業が可能となる。また、第1カバー部材の上面であって検出素子と中間カバー部材との間隙に充填部材が位置していることから、間隙による毛細管現象の阻害を抑制することができ、検体をよりスムーズに検出素子に向けて吸引することが可能となる。
【0014】
また、本発明の一態様に係るセンサ装置は、上面に素子収容凹部を有する第1カバー部材と、前記素子収容凹部に収容された素子基板、および該素子基板の上面に位置した、検体の検出を行なう少なくとも1つの検出部を有する検出素子と、該検出素子を覆うようにして前記第1カバー部材に接合された、前記検体が流入する流入口および該流入口から少なくとも前記検出部上まで延びた溝部を有する第2カバー部材とを備えたものである。
【0015】
本発明の一態様に係るセンサ装置は、検体が流入する流入口を端部に有するとともに、前記流入口につながった溝部を上面に有する実装用部材と、前記検体の検出を行なう少なくとも1つの検出部を主面に有し、該主面が前記実装用部材の上面に向き合った状態で前記検出部が前記溝部上に位置するようにして、前記実装用部材に実装された検出素子と、下面に素子収容凹部を有し、前記検出素子を前記素子収容凹部に収容するようにして前記実装用部材に接合されたカバー部材とを備えたものである。
【0016】
さらに、本発明の一態様に係るセンサ装置は、検体の流入口、該流入口に繋がった溝状の流路、および該流路に繋がった凹状の空隙を有するカバー部材と、前記空隙に収容された素子基板、および該素子基板の上面に位置した、前記検体に含まれる成分と反応する検出部を有する検出素子とを備えたものである。
【0017】
上記のセンサ装置によれば、検出素子を第1カバー部材の素子収容凹部に収容したことによって、厚みのある検出素子を用いた場合でも流入口から検出部に至る検体の流路を確保することができ、毛細管現象などによって流入口から吸引された検体を検出部まで流すことができる。すなわち、厚みを有する検出素子を用いつつ、それ自体に検体の吸引機構を備えた測定作業が簡便なセンサ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
本発明の第1の実施形態に係るセンサ装置を示す図であり、(a)は平面図、(b)は長さ方向の断面図、(c)は幅方向の断面図である。
図1のセンサ装置を示す分解平面図である。
図1のセンサ装置の製造工程を示す図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す平面図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は長さ方向の断面図、(c)は幅方向の断面図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す図であり、特に製造工程を示す図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す平面図であり、図3(e)に対応する図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は長さ方向の断面図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す図であり、(a)は平面図、(b)は長さ方向の断面図である。
図1のセンサ装置の変形例を示す図であり、長さ方向の断面図である。
本発明の第2の実施形態に係るセンサ装置の斜視図である。
図11のセンサ装置における第1カバー部材および第2カバー部材の分解斜視図である。
図11に示すセンサ装置の第4基板を外した状態を示す斜視図である。
(a)は図11のIVa−IVa窒ノおける断面図、(b)は図11のIVb−IVb窒ノおける断面図である。
図11に示すセンサ装置に使用される検出素子の斜視図である。
図15に示す検出素子の第1保護部材および第2保護部材を外した状態を示す平面図である。
本発明の第2の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す断面図である。
本発明の第2の実施形態に係るセンサ装置の変形例を示す断面図である。
流路に親水性のフィルムを貼り付けたセンサ装置の例を示す断面図である。
本発明の第3の実施形態に係るセンサ装置に使用される実装用部材およびカバー部材の分解斜視図である。
図20に示すセンサ装置の断面図であり、(a)は図14(a)に対応する断面図、(b)は図14(b)に対応する断面図である。
本発明の第4の実施形態に係るセンサ装置の分解斜視図である。
(a)は図22に示すセンサ装置から第2カバー部材および補助基板を省いた状態の斜視図、(b)は図22に示すセンサ装置から第2カバーを省いた状態の斜視図、(c)は図22に示すセンサ装置から第4基板を省いた状態の斜視図である。
図17に示すセンサ装置の断面図であり、(a)は図14(a)に対応する部分の断面図、(b)は図14(b)に対応する部分の断面図である。
図22に示すセンサ装置に使用される検出素子の斜視図である。
図22に示すセンサ装置の変形例を示す断面図である。
図26に示すセンサ装置に使用される検出素子の斜視図である。
本発明の第5の実施形態に係るセンサ装置の分解斜視図である。
(a)は図28に示すセンサ装置から第2カバー部材および補助基板を省いた状態の斜視図、(b)は図28に示すセンサ装置から第2カバー部材を省いた状態の斜視図、(c)は図28に示すセンサ装置から第3基板を省いた状態の斜視図である。
図28に示すセンサ装置の断面図であり、(a)は図14(a)に対応する部分の断面図、(b)は図14(b)に対応する部分の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明に係るセンサ装置の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する各図面において同じ構成部材には同じ符号を付すものとする。また、各部材の大きさや部材同士の間の距離などは模式的に図示しており、現実のものとは異なる場合がある。
【0020】
また、センサ装置は、いずれの方向が上方または下方とされてもよいものであるが、以下では、便宜的に、直交座標系xyzを定義するとともにz方向の正側を上方として、上面、下面などの用語を用いる場合がある。
【0021】
<第1の実施形態>
本発明の第1の実施形態に係るセンサ装置100について、図1乃至図3を用いて説明する。
【0022】
本実施形態に係るセンサ装置100は、図1に示すように、主に第1カバー部材1、中間カバー部材1A、第2カバー部材2、検出素子3および充填部材9を備える。
【0023】
第1カバー部材1は、図1(b)に示すように平板状である。第1カバー部材1の材料としては、例えば、紙、プラスチック、セルロイド、セラミックスなどを用いることができる。
【0024】
検出素子3は、図1(b)に示すように、第1カバー部材1の上面に位置している素子基板10、および素子基板10の上面に位置しており且つ検体の検出を行なう少なくとも1つの検出部13を有する。
【0025】
端子6は、図1(a)に示すように、第1カバー部材1の上面に位置しており且つ検出素子3と電気的に接続されている。
【0026】
本実施形態において、図1(a)に示すように、中間カバー部材1Aが、第1カバー部材1の上面に、検出素子3と間隙を介して位置している。中間カバー部材1Aの材料としては、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることが好ましい。なお、第1カバー部材1の材料と中間カバー部材1Aの材料とを異なるようにしてもよい。また、中間カバー部材1Aの厚みは、検出素子3の厚みよりも大きいことが好ましい。
そして、充填部材9は、図1(a)および図1(b)に示すように、検出素子3と中間カバー部材1Aとの間隙に位置している。充填部材9は、中間カバー部材1Aおよび素子基板10とは異なる材料を含むようにすることができ、例えばPDMSなどの樹脂材料を用いることができる。なお、充填部材9は、検出素子3と中間カバー部材1Aとの間隙の全ての領域に設けられる必要はなく、例えば流路15に対応する部位のみに設けるようにしてもよい。
【0027】
このように本実施形態に係るセンサ装置では、第1カバー部材の上面に検出素子と流路の少なくとも一部を構成する中間カバー部材とを併設したことから、厚みのある検出素子を用いた場合でも流入口から検出部に至る検体の流路を確保することができ、毛細管現象などによって流入口から吸引された検体を検出部まで流すことができる。すなわち、厚みを有する検出素子を用いつつ、それ自体に検体の吸引機構を備えた測定作業が簡便なセンサ装置を提供することができる。また、検出素子と中間カバー部材との間隙に充填部材が位置していることから、間隙による毛細管現象の阻害を抑制することができ、検体をよりスムーズに検出素子に向けて吸引することが可能となる。
【0028】
また、本実施形態において、中間カバー部材1Aは、第1部位1Aaと第2部位1Abとを有しており、図1(a)に示すように、上面視において、検出素子3は、第1部位1Aaと第2部位1Abとの間に位置している。これによれば、流路15のうち第1部位1Aaを通って検出素子3上を流れる検体溶液は、測定に必要な量を超える量が第2部位1Ab側に流れていくことから、検出素子3に適切な量の検体溶液を供給することが可能となる。この場合において、検出素子3と第2部位1Abとの間に間隙が存在する場合には、この間隙にも充填部材9を設けてもよい。
【0029】
第2カバー部材2は、図1(b)に示すように、検出素子3の少なくとも一部を覆うとともに中間カバー部材1Aに接合されている。第2カバー部材2の材料としては、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料を用いることが好ましい。なお、第1カバー部材1の材料と第2カバー部材2の材料とを同一としてもよい。これによって、互いの熱膨張係数の差に起因する変形を抑制することが可能となる。なお、第2カバー部材2は、第1カバー部材1にのみ接合される構成、あるいは第1カバー部材1および中間カバー部材1Aの双方に接合される構成にしてもよい。
【0030】
そして、センサ装置100は、図1(b)に示すように、検体が流入する流入口14と、流入口14と連続しており且つ中間カバー部材1Aと第2カバー部材2とで囲まれ少なくとも検出部13まで延びている流路15とを備えている。流路15は、図1(c)に示すように、中間カバー部材1Aおよび第2カバー部材2によって囲まれている。図1(c)は、図1(a)の断面図を示すものであり、上から順に、a−a断面、b−b断面、c−c断面を示す。流入口14は、図1(b)に示すように、第2カバー部材2を厚み方向に貫通している。なお、流入口14は、図11に示すように、第1および第2カバー部材1、2の側面に位置するようにしてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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