振動子、振動子アレイ、及び電子機器
【課題】検出感度を高めた振動子を提供すること。
【解決手段】本発明の振動子は、厚みすべり振動モードで振動する振動体と、前記振動体の第１の面における、第１の領域に形成された第１の吸着膜と、前記振動体の前記第１の面と対向する第２の面における、第２の領域に形成された第２の吸着膜と、表面に前記振動体を立設された基板と、を備え、前記振動体は、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面において前記基板に接していることを特徴とする。
【解決手段】本発明の振動子は、厚みすべり振動モードで振動する振動体と、前記振動体の第１の面における、第１の領域に形成された第１の吸着膜と、前記振動体の前記第１の面と対向する第２の面における、第２の領域に形成された第２の吸着膜と、表面に前記振動体を立設された基板と、を備え、前記振動体は、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面において前記基板に接していることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、及び振動子アレイ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振状態にある水晶振動体の表面に何らかの分子が付着すると、その吸着量（重さ）に応じて共振周波数が変化する現象がある。この現象を利用した技術はＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｓ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれ、分子の存在やその量を検出するセンサーに用いられている。
【０００３】
一般にＱＣＭにはＡＴカット型の水晶振動体が用いられる。ＡＴカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位のカット基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れるためＱＣＭに限らず広く用いられる。
【０００４】
ＡＴカット水晶振動体は、水晶板の表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振振動数ｆ0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
ｆ0（ＭＨｚ）＝１６７０／水晶板厚（μｍ）
【０００５】
そして、このＡＴカット水晶振動体を用いたＱＣＭにおける水晶振動体の吸着物質量Δ
Ｍと周波数変化量Δｆの関係は次のSauerbreyの式で表されることが知られている。
【数１】
ここで、ｆ0：水晶振動体の共振周波数、ρ：水晶の密度、μ：水晶のせん断弾性定数、Ａ:有効振動面積（略電極面積）である。
【０００６】
ＱＣＭは様々な用途に用いることができるが、振動体の表面にニオイ分子のような特定の分子を選択的に吸着する吸着膜を形成しておくことで、特定のニオイを検出するニオイセンサーに応用することができる。
【０００７】
例えば、特開昭６３−２２２２４８号公報（特許文献１）には、水晶振動体の電極上に吸着膜を形成した素子（特許文献１の図６）を用いて、空気に飽和したニオイ物質の存在を振動数の変化として検出する技術について開示されている。また、特公平８−１２１４１号公報（特許文献２）や特開平５−１８７９８６号公報（特許文献３）には、複数の水晶振動体を用いてニオイの種類を特定する技術について開示されている。
【０００８】
また、水晶振動体の厚みを薄くすると強度が弱くなり、製造や取り扱いが難しくなる。そこで、水晶振動体の一方の面の一部に窪みを形成して部分的に水晶振動体の厚みを薄くする、いわゆる逆メサ構造の水晶振動体を用いる技術がある。この技術は、例えば特開２００１−３０８６６６号公報などに開示されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−２２２２４８号公報
【特許文献２】特公平８−１２１４１号公報
【特許文献３】特開平５−１８７９８６号公報
【特許文献４】特開２００１−３０８６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、吸着物質量ΔＭは極めて微量である場合がある。このような場合、吸着物質
が吸着膜に吸着しても周波数変化量が僅かであり、対象物質の検出が容易ではないという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは検出感度を高めた振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために、本発明の振動子は、厚みすべり振動モードで振動する振動体と、前記振動体の第１の面における、第１の領域に形成された第１の吸着膜と、前記振動体の前記第１の面と対向する第２の面における、第２の領域に形成された第２の吸着膜と、表面に前記振動体を立設された基板と、を備え、前記振動体は、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面において前記基板に接していることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、振動体を基板に立設することによって振動体の両面に形成された吸着膜に対象物質を接触させやすくなり、吸着物質量ΔＭを大きくすることができる。こ
れにより、振動体による対象物質の検出感度を高めることが可能となる。
【００１３】
また、振動体の側面の一辺のみが接するように基板に立設して固定すれば、振動体へ及ぶ基板の歪みなどによる応力の影響による発振周波数の変動を最小限に留めることができる。
【００１４】
また、前記第１の領域の、前記振動体と前記第１の吸着膜との間に形成された第１の電極と、前記第２の領域の、前記振動体と前記第２の吸着膜との間に形成された第２の電極と、をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、吸着膜を形成した領域の、振動体と吸着膜との間に電極を設けることによって、振動体をむらなく振動させることができる。
なお、振動体における第１及び第２の領域を、それぞれ第１の面及び第２の面の中央部分を含むものとすることは、上記の振動体を、むらなく振動させることができるため好ましい。
【００１６】
また、前記第１の面の、前記基板と接しかつ前記第１の領域と重ならない第３の領域に形成された第１の電極と、前記第２の面の、前記基板と接しかつ前記第２の領域と重ならない第４の領域に形成された第２の電極と、をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、前記基板の裏面に取り付けられた、発振回路を含む集積回路をさらに備え、前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれは、前記基板を貫通する配線を介して前記集積回路に接続されていることが好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、振動体と発振回路との間の配線を短くすることができ、かかる配線に対するノイズの混入を減らすことができる。
【００１９】
また、前記振動体が、前記基板に設けられた溝に嵌め込まれていることが好ましい。
かかる構成によれば、基板上に立設させた振動体の取付け強度を高めることができる。これによって、振動や衝撃を受けたとしても、振動体が基板から外れたり、振動体が破壊されたりする危険性を低くすることができる。
【００２０】
また、前記振動体は、前記基板に設けられた傾斜面に立設されていることが好ましい。
かかる構成によれば、基板に対して傾斜角を持つように振動体を立設することができる。また、基板に溝を形成することなく傾斜面を形成するので、溝を形成するよりも容易に、振動体の取り付け強度を高めた基板、及び基板を含んだ振動子を製造することができる。
【００２１】
また、前記振動体は、いずれかの面に窪みを有する逆メサ型の構造であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は上記いずれかの振動子を複数備えた振動子アレイを含む。
かかる構成の振動子アレイによれば、少なくとも上記いずれかの振動子の特徴を有する振動子アレイを構成できるので、例えば振動体による対象物質の検出感度を高めた振動子アレイを提供することができる。
【００２３】
また、振動子アレイにおける前記複数の振動体は、第１の方向への並びが前記第１の方向と垂直な第２の方向に複数行存在するように前記基板に連設されており、隣り合う前記行間では、それぞれの振動体の法線方向が異なるように配置されていることが好ましい。
【００２４】
かかる構成によれば、平面視においてマトリクス状に配置された複数の振動体の各々が、互いに異なる方向を向いて配置されるので、振動体の間を流動する対象物質に乱流を生じさせることができ、さらに対象物質が振動体に形成された吸着膜に触れやすくなる。これにより、振動体の検出感度をさらに高くすることができる。
【００２５】
また、本発明は上記いずれかの振動子、又は振動子アレイを備えた電子機器を含む。
かかる構成の電子機器は、上記説明したそれぞれの本発明の特徴を有しているため、例えば、振動体の検出感度を高めることなどが可能となる。
【００２６】
なお、本発明において「振動子」とは少なくとも振動体と基板とを含むものを指す。
また、本明細書において「電子機器」は、本明細書に記載の振動子、又は振動子アレイを備えるあらゆる機器を含む。この機器には、ニオイセンサー、アルコールセンサー、麻薬探知機等のセンサーを含む。
また、本明細書における「○○回路（○○は任意の語。）」は、電気的な回路によるものを含むがこれに限定されず、当該回路の機能を果たす物理的手段、又はソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、１つの部分が有する機能が２つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、２つ以上の部分の機能が１つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】振動子アレイを含むセンサーシステムの一例を示す図。
【図２】振動体と接続された発振回路の構成の一例を示す図。
【図３】本実施形態における振動体の表面の構成例を示す図。
【図４】本実施形態における振動体の裏面の構成例を示す図。
【図５】基板上における振動体の第１の設置例を示す模式的な側面図。
【図６】基板上における振動体の第２の設置例を示す模式的な側面図。
【図７】基板上における振動体の第３の設置例を示す模式的な側面図。
【図８】基板上における振動体の第１の配置例を基板上方から見た平面図。
【図９】基板上における振動体の第２の配置例を基板上方から見た平面図。
【図１０】基板上における振動体の第３の配置例を基板上方から見た平面図。
【図１１】振動子アレイを使用したガス警報器についての構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下の実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付している。
１．振動子アレイを含むセンサーシステムの構成例
２．振動体と接続された発振回路の構成例
３．振動体の構成例
４．振動体と基板との接続例
（１）実施形態１
（２）実施形態２
（３）実施形態３
５．振動体の配置例
（１）実施形態４
（２）実施形態５
（３）実施形態６
６．まとめ
【００２９】
（１．振動子アレイを含むセンサーシステムの構成例）
本発明は振動子及び振動子アレイ等に関するが、本発明の振動子及び振動子アレイは電子機器に含まれるセンサーシステムなどの一部として利用される。センサーシステムにはニオイセンサーやアルコールセンサーなどが含まれる。以下、センサーシステムの構成について、対象物質のニオイを検出するセンサーシステムを例に簡単に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態における、振動子アレイを含むセンサーシステムの一例を示す図である。
【００３１】
（センサーシステムの構成の概要）
図１に示すように、本実施形態におけるセンサーシステムは、水晶振動体１１１と発振回路１１２とを複数備えた振動子アレイ１１０、カウンタ回路１２０、ゲートクロック発生回路１３０、データ処理回路１４０、及びデータベース１５０を含んで構成される。
なお、振動子アレイ１１０は少なくとも複数の水晶振動体１１１を含めばよく、必ずしも発振回路１１２を含む必要はない。
【００３２】
（水晶振動体１１１）
水晶振動体１１１は、表面と裏面とに励振電極対が形成され、この励振電極対を介して発振回路１１２に接続されるよう構成されている。
【００３３】
また、水晶振動体１１１の励振電極の表面には、特定の物質を選択的に吸着する特性を有する吸着膜を備えており、ニオイ検出の対象物質である周辺気体（又は液体その他の媒体）中に露出している。この吸着膜は、水晶振動体１１１毎に異なる膜が用いられ、図１においては、それぞれの水晶振動体１１１は異なる吸着膜を備えている。吸着膜は、水晶振動体１１１の両面に形成することが好ましい。
【００３４】
また、吸着膜としては、ポリマー膜、脂質膜、たんぱく質膜、又は単分子膜のいずれかが用いられる。
【００３５】
（発振回路１１２）
発振回路１１２は、水晶振動体１１１に接続されるよう構成される。この発振回路１１２は、前述の数式１で示される周波数をもつ発振信号を出力する回路である。発振回路１１２の具体的構成については後述する。
【００３６】
（カウンタ回路１２０）
カウンタ回路１２０は、発振回路１１２から入力された発振信号と、ゲートクロック発生回路１３０から入力されたゲートクロックとの関係を特定し、カウント値としてデータ処理回路１４０へ出力するよう構成される。具体的には、カウンタ回路１２０は、ゲートクロックの１周期（以下、ゲート時間という）に、発振信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジによって特定されるパルスがいくつ入るかをカウントする。
【００３７】
（ゲートクロック発生回路１３０）
ゲートクロック発生回路１３０は、カウンタ回路１２０にゲートクロックを供給するよう構成される。すなわち、ゲートクロック発生回路１３０は所定の周波数を有するゲートクロックを生成する機能を有しており、この信号をそれぞれのカウンタ回路１２０へ送信する。なお、ゲートクロックは発振信号よりも低い周波数を持つ信号である。言い換えれば、ゲートクロックの信号周期は、発振信号よりも長くなっている。具体的には、ゲートクロックの信号周期は０．０１μ秒以上１秒未満の時間にすることが好ましいことが経験則から分かっている。
【００３８】
（データ処理回路１４０）
データ処理回路１４０は、複数のカウンタ回路１２０から出力されるカウント値に基づいて、それぞれの水晶振動体１１１が対象物質を吸着したか否かと、吸着した量と、のいずれか一方又は双方を特定するよう構成される。具体的には、それぞれのカウンタ回路１２０から出力されたカウント値に基づいて、対応する水晶振動体１１１と発振回路１１２とで生成した発振信号の周波数を特定する。さらにデータ処理回路１４０は、発振信号の周波数の時間変化を観測する。そして、データ処理回路１４０は、発振信号の周波数の変化に基づいて、それぞれの水晶振動体１１１が物質を吸着したか否か、吸着した場合はどれくらいの量を吸着したのかを、データベース１５０を参照することによって特定することができる。
【００３９】
（データベース１５０）
データベース１５０は、ニオイの特定に必要な情報を格納しており、データ処理回路１４０からの要求に応じて当該情報を送信するよう構成される。ここで、ニオイの特定の必要な情報とは、例えばそれぞれの水晶振動体１１１における発振信号の周波数変動と、それぞれの水晶振動体１１１の吸着の対象物質の吸着量との関係を示すテーブルなどである。
【００４０】
（ニオイセンサーとしての動作）
まず、基準となる空気（好ましくは活性炭などで処理した無臭の空気）の下で複数の水晶振動体１１１を発振させ、それぞれの水晶振動体１１１に接続された発振回路１１２から出力される発振信号の周波数を計測する。
【００４１】
次に、複数の水晶振動体１１１を対象物質である気体に暴露させる。ここで、気体にニオイがあれば、その気体中にはそのニオイを構成するニオイ分子が含まれており、そのニオイ分子が水晶振動体１１１の表面に形成された吸着膜に吸着される。このニオイ分子には質量があるため、ニオイ分子を吸着した吸着膜を有する水晶振動体１１１は、吸着したニオイ分子の質量に相当する負荷が増大し、この負荷の増大は発振信号の周波数の減少として観測される。つまり、カウンタ回路１２０及びデータ処理回路１４０によって、この発振信号の周波数の減少を特定し、ニオイ分子の吸着量を求めることができる。
【００４２】
一方、データベース１５０には予めデータベース化された、発振信号の周波数の変化とニオイ分子の吸着量との関係、及びニオイ分子の吸着量とニオイとの関係が格納されている。データ処理回路１４０はこのデータベース１５０を参照することで、データベース１５０上に一致するデータが存在すれば、対象物質である気体が既知のニオイを有することを特定することが可能となる。
【００４３】
（２．振動体と接続された発振回路の構成例）
図２は、振動体１１１と接続された発振回路１１２の構成の一例を示す図である。図２に示すように、発振回路１１２は、インバーター２１０、帰還抵抗２２０、付加容量２３０、２４０、及び発振信号出力端子２５０を含む。発振回路１１２はさらに、水晶振動体１１１に接続されている。この水晶振動体１１１と発振回路１１２との組み合わせは、いわゆるコルピッツ発振回路を構成している。水晶振動体１１１の第１の励振電極は、インバーター２１０の入力、帰還抵抗２２０の第１の端子、及び付加容量２３０の第１の端子に接続されている。水晶振動体１１１の第２の励振電極は、インバーター２１０の出力、帰還抵抗２２０の第２の端子、付加容量２４０の第１の端子、及び発振信号出力端子２５０に接続されている。また、付加容量２３０の第２の端子及び付加容量２４０の第２の端子は、いずれも接地されている。なお、水晶振動体１１１及び帰還抵抗２２０の端子はいずれも極性を有するものではないため、端子を逆に接続しても動作に影響はない。
【００４４】
なお、このコルピッツ発振回路はあくまで一例に過ぎず、これ以外の構成によって発振回路１１２を構成してもよい。
【００４５】
（３．振動体の構成例）
次に、本実施形態の振動子アレイで使用する水晶振動体（水晶振動板）の構成について、さらに詳しく説明する。
【００４６】
図３は、本実施形態における水晶振動体の表面の構成例を示す図、図４は本実施形態における水晶振動体の裏面の構成例を示す図である。
図３に示すように、水晶振動体１１１は表面に窪みを有する、いわゆる逆メサ型の振動体であり、表面には励振電極２１１、及び引き出し電極２１２を備える。さらに、特定の物質を選択的に吸着する特性を有する吸着膜２１３が、励振電極２１１を覆うように形成されている。また、図４に示すように、裏面には窪みは形成されていない。裏面には励振電極２２１、及び引き出し電極２２２を備え、励振電極２２１を覆うように、吸着膜２２３が形成されている。この吸着膜２２３は、表面に形成された吸着膜２１３と同じ物質を吸着する特性を有することが好ましいが、これに限るものではない。励振電極２１１及び２２１は、それぞれ表面及び裏面の中央部を含む領域に形成されている。この水晶振動体１１１はＡＴカットの水晶振動体であり、水晶板の表裏に形成した励振電極間に電圧を印加するといわゆる厚みすべり振動モードで動作する。厚みすべり振動モードとは、振動体を構成する水晶の結晶格子が厚み方向にひずみ、表面と裏面とが交互に相異なる方向に変位することによって所定の周波数で振動するものである。以下、水晶振動体１１１の表面と裏面とに形成された励振電極２１１及び２２１を「励振電極対」と、引き出し電極２１２及び２２２を「引き出し電極対」と呼ぶ。
【００４７】
励振電極対２１１及び２２１は、水晶振動体１１１の窪み部分に、水晶振動体１１１を挟み込むように形成されている。前述のように、この励振電極対２１１及び２２１に電圧を印加することで水晶振動体１１１が振動を開始する。
【００４８】
引き出し電極対２１２及び２２２それぞれは、水晶振動体１１１の少なくとも一端に接するように形成されている。この引き出し電極対２１２及び２２２は、水晶振動体１１１の表面と裏面とで、当該水晶振動体１１１の厚さ方向に重ならないように形成されることが好ましい。引き出し電極対２１２及び２２２が水晶振動体１１１の厚さ方向で重なってしまった場合、引き出し電極対の間でクロストークが発生してしまうことがあるので、これを避けるためである。
【００４９】
（４．基板上における振動体の設置例）
本発明は、上記のとおり説明したセンサーシステムなどに利用される振動子及び振動子アレイであるが、基板上における振動体の設置に大きな特徴がある。以下、振動子アレイの具体的構成について、例を挙げながら説明する。
【００５０】
（１）実施形態１
図５は、本実施形態１での基板上における振動体の第１の設置例を示す模式的な側面図である。
図５に示すように、基板３００は複数の水晶振動体１１１を立設されて構成される。また、基板３００は、第１の接続部３１０、貫通配線３２０、及び第２の接続部３３０を含んで構成される。さらに、基板３００の裏面には集積回路３４０が配置されている。
【００５１】
水晶振動体１１１の励振電極対２１１及び２２１は、それぞれ引き出し電極対２１２及び２２２と、第１の接続部３１０とを介して基板３００の貫通配線３２０に接続されている。第１の接続部３１０は、基板３００の表面に配置されており、上記のように水晶振動体１１１と基板３００の貫通配線３２０とを接続するものである。貫通配線３２０は、基板３００を貫通するよう構成されており、水晶振動体１１１と、基板３００の裏面に配置された集積回路３４０とを接続するものである。貫通配線３２０は、基板３００の裏面に配置された第２の接続部３３０を介して集積回路３４０と接続されている。集積回路３４０は発振回路１１２を含んで構成されている。なお、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０は、銀ペーストのような導電性ペーストで構成される。
【００５２】
このようにして、基板３００には複数の水晶振動体１１１が立設され、複数の水晶振動体１１１は、基板３００に含まれる第１の接続部３１０、貫通配線３２０、及び第２の接続部３３０を介して集積回路３４０に接続される。
【００５３】
また、水晶振動体１１１は、当該水晶振動体１１１の法線方向と基板の主たる面の法線方向とが所定の角度３５０を有するように、基板３００に立設されている。本実施形態１においては、この所定の角度３５０は直角である。
【００５４】
以上のように、本実施形態１の振動子は、厚みすべり振動モードで振動する水晶振動体１１１と、水晶振動体１１１の第１の面（例えば表面）における、第１の領域に形成された第１の吸着膜２１３と、水晶振動体１１１の第１の面と対向する第２の面（例えば裏面）における、第２の領域に形成された第２の吸着膜２２３と、表面に水晶振動体１１１を立設された基板３００と、を備え、水晶振動体１１１は、第１の面及び第２の面とは異なる第３の面（例えば立設面）において基板３００に接していることを特徴とする。
【００５５】
かかる構成によれば、水晶振動体１１１を基板３００に立設することによって、水晶振動体１１１の両面に形成された吸着膜２１３及び２２３に対象物質を接触させやすくなり、吸着物質量ΔＭを大きくすることができる。これにより、水晶振動体１１１による対象
物質の検出感度を高めることが可能となる。
【００５６】
また、水晶振動体１１１の一辺のみが接するように基板３００に立設して固定すれば、水晶振動体１１１へ及ぶ基板３００の歪みなどによる応力の影響による発振周波数の変動を最小限に留めることができる。
【００５７】
また、本実施形態１の振動子における水晶振動体１１１は、表面又は裏面のいずれかの面に窪みを有する逆メサ型の構造であることが好ましい。
【００５８】
かかる構成によれば、水晶振動体１１１の一方の面に窪みを有するいわゆる逆メサ構造の水晶振動体１１１を用いた場合でも、水晶振動体１１１の両面に対象物質を接触させやすくなり、吸着物質量ΔＭを大きくすることができる。
【００５９】
なお、本実施形態１の振動子アレイは、少なくとも一方の面が窪みを有する、複数の水晶振動体１１１と、当該複数の水晶振動体１１１のそれぞれが立設された基板３００とを備える、ということもできる。
【００６０】
また、第１の領域の、水晶振動体１１１と第１の吸着膜２１３との間に形成された励振電極２１１と、第２の領域の、水晶振動体１１１と第２の吸着膜２２３との間に形成された励振電極２２１と、をさらに備えることが好ましい。
【００６１】
かかる構成によれば、吸着膜２１３及び２２３を形成した領域の、水晶振動体１１１と吸着膜２１３及び２２３との間に、それぞれ励振電極２１１及び２２１を設けることによって、水晶振動体１１１をむらなく振動させることができる。
【００６２】
なお、水晶振動体１１１における第１及び第２の領域を、それぞれ第１の面及び第２の面の中央部分を含むものとすることは、上記の水晶振動体１１１をさらにむらなく振動させることができるため、さらに好ましい。
【００６３】
また、第１の面の、基板３００と接しかつ第１の領域と重ならない第３の領域に形成された励振電極と、第２の面の、基板３００と接しかつ第２の領域と重ならない第４の領域に形成された励振電極と、を備えることも好ましい。
【００６４】
また、上記いずれかの振動子を複数備え、振動子アレイを構成することが好ましい。
かかる構成の振動子アレイによれば、上記いずれかの振動子の特徴を生かしながら、複数の振動子を必要とする振動子アレイを構成することができ、例えば、対象物質の検出感度を高めた振動子アレイを構成することが可能となる。
なお、以下で説明する振動子を複数備えた振動子アレイを構成することも可能である。
【００６５】
また、本実施形態１の振動子、又は振動子アレイにおいては、水晶振動体１１１が、当該水晶振動体１１１の両面にそれぞれ形成された励振電極対２１１及び２２１と、当該水晶振動体１１１のそれぞれ両面に形成され、励振電極対２１１及び２２１にそれぞれ接続された引き出し電極対２１２及び２２２とを有し、当該引き出し電極対２１２及び２２２を介して水晶振動体１１１と基板３００とが接続されていることが好ましい。
【００６６】
従来のように水晶振動体を基板の平面に実装する場合、水晶振動体の両面に形成された励振電極対と基板とを接続する際に、配線を引き回すなどの工夫が必要であった。本実施形態１の上記構成によれば、水晶振動体１１１を立設し、かつ引き出し電極対２１２及び２２２を介して基板３００と水晶振動体１１１とを接続している。これにより、水晶振動体１１１の両面に形成された励振電極対２１１及び２２１と基板３００との接続を容易にすることが可能となる。さらに、従来と比較して水晶振動体１１１と基板３００との間の距離を短くすることが可能となる。これにより、かかる接続に銀ペーストなどの導電性ペーストを使用することができ、製造も容易になる。
【００６７】
また、基板３００の裏面に取り付けられた、発振回路を含む集積回路３４０をさらに備え、励振電極対２１１及び２２１のそれぞれは、基板３００を貫通する貫通配線３２０を介して集積回路３４０に接続されていることが好ましい。
【００６８】
本実施形態１のかかる構成によれば、水晶振動体１１１と発振回路１１２との間の配線を短くすることができ、かかる配線に対するノイズの混入を減らすことができる。
【００６９】
本実施形態１においては水晶振動体１１１の法線方向と基板３００の主たる面の法線方向との所定の角度３５０が直角である例を説明したが、この角度３５０は必ずしも直角である必要はない。ただし、例えば６０度以上１２０度以下であることは好ましい。この場合、対象物質が水晶振動体１１１の両面に触れやすくなる。
【００７０】
また、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０は、銀ペーストのような導電性ペーストで構成されているため、配線で構成する場合と比較して製造しやすいという特徴がある。第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０が銀ペーストで構成されることはより好ましく、この場合、当該接続部の電気抵抗を減らすことができ、かつ取り扱いが容易であるという特徴がある。
【００７１】
また、この第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０を構成する導電性ペーストを、樹脂などを用いて補強することがより好ましい。
【００７２】
ただし、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０は必ずしも導電性ペーストで構成されない場合であってもよい。この場合であっても、水晶振動体１１１による対象物質の検出感度を高めることは可能である。
【００７３】
なお、上記本実施形態１の特徴は、矛盾しない範囲で以下の実施形態においても共通である。
【００７４】
（２）実施形態２
図６は、本実施形態２での基板上における振動体の第２の設置例を示す模式的な側面図である。実施形態２は実施形態１と多くの点で同一であるため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態２と実施形態１とは同一の構成、機能を有する。
【００７５】
図６に示すように、基板４００は溝４１０を有して構成される。水晶振動体１１１は、その一端が溝４１０に嵌め込まれるようにして、基板に立設されている。また、水晶振動体１１１は、溝４１０に嵌め込まれる側の一端における平坦部分が、反対側の端における平坦部分よりも長くなるよう構成されている。なお、平坦部分とは、水晶振動体１１１のうち、表面に窪みが形成されていない部分を指す。また、水晶振動体１１１の溝４１０に嵌め込まれる側の一端には、引き出し電極対２１２及び２２２が形成されている。
【００７６】
以上のように、本実施形態２の振動子は、実施形態１の構成に加え、水晶振動体１１１が、基板４００に設けられた溝４１０に嵌め込まれていることをさらなる特徴とする。
【００７７】
かかる特徴によれば、基板４００上に立設させた水晶振動体１１１の取付け強度を高めることができる。これによって、振動や衝撃を受けたとしても、水晶振動体１１１が基板４００から外れたり、水晶振動体１１１が破壊されたりする危険性を低くすることができる。また、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０に使用される導電性ペーストの量を減らしても十分な取付け強度が得られるため、製造コストを下げることもできる。
【００７８】
また、本実施形態２の振動子アレイは、基板４００が溝４１０を有しており、当該溝４１０に水晶振動体１１１の一端が嵌め込まれるようにして、水晶振動体１１１が立設されていることをさらなる特徴ともいうことができる。
【００７９】
さらに、本実施形態２の振動子アレイは、水晶振動体１１１の一端における平坦部分の長さが、水晶振動体１１１の一端と反対の他の端における平坦部分の長さよりも長いことを、さらなる特徴とする。
【００８０】
かかる特徴によれば、水晶振動体１１１における基板４００に設けられた溝４１０に嵌め込まれる側の一端を他の端より長くしたため、基板４００上に立設された水晶振動体１１１の取付け強度をさらに高めることができる。また、基板４００に水晶振動体１１１を取り付けることを容易にすることもできる。
【００８１】
なお、本実施形態２では第１の接続部３１０を備える例を挙げて説明したが、第１の接続部３１０は必ずしも必要ではない。すなわち、溝４１０に貫通配線３２０が露出されており、水晶振動体１１１が溝４１０に嵌め込まれることで、引き出し電極対２１１及び２２１が、それぞれ対応する貫通配線３２０と接続されるように構成することもできる。
【００８２】
（３）実施形態３
図７は、本実施形態３での基板上における振動体の第３の設置例を示す模式的な側面図である。実施形態３は実施形態１と多くの点で同一であるため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態３と実施形態１とは同一の構成、機能を有する。
【００８３】
図７に示すように、基板５００は、少なくとも複数の水晶振動体１１１が立設されている部分について傾斜面５１０を有するよう構成される。複数の水晶振動体１１１は、この傾斜面５１０の上に立設されるため、基板５００の上に、所定の傾きを持つように設置される。言い換えると、複数の水晶振動体１１１は、それぞれの水晶振動体１１１の法線方向と基板５００の主たる面の法線方向とがなす角度３５０が、所定の角度を有するよう基板５００に立設されている。ここで、所定の角度は６０度以上１２０度以下であることが好ましい。
【００８４】
また、基板５００は傾斜を持った階段構造になっており、水晶振動体１１１を立設する立設面である傾斜面５１０に対して、階段構造の段差面がほぼ垂直になるよう構成されている。このような基板５００の構成によれば、階段構造における段差面と、立設面である傾斜面５１０とからなる角部に、水晶振動体１１１の角部を嵌め込むように立設することが可能である。この場合、水晶振動体１１１のうち、傾斜面５１０と接する部分よりも窪み部分に近い部分において、水晶振動体１１１の裏面の引き出し電極２２１と基板５００の貫通配線３２０とを接続することができる。よって、本実施形態３における水晶振動体１１１の裏面の引き出し電極２２１は、傾斜面５１０と接する部分まで伸びている必要がなく、上記のとおり貫通配線３２０と接続可能な部分まで伸びていればよい。
【００８５】
また、基板５００の貫通配線３２０が段差面に露出されるように形成することができる。この場合、水晶振動体１１１の裏面の引き出し電極２２１は、第１の接続部３１０を介さずに貫通配線３２０に接続することができる。
【００８６】
以上のように、本実施形態３の振動子は、実施形態１の構成に加え、水晶振動体１１１が、基板５００に設けられた傾斜面５１０に立設されていることをさらなる特徴とする。
【００８７】
かかる特徴によれば、基板５００に対して傾斜角を持つように水晶振動体１１１を立設することができる。また、基板５００に溝４１０を形成することなく傾斜面５１０を形成するので、溝４１０を形成するよりも容易に、水晶振動体１１１の取り付け強度を高めた基板５００、及び基板５００を含んだ振動子を製造することができる。
【００８８】
また、上記の特徴に加え、本実施形態３の振動子アレイにおける複数の水晶振動体１１１は、当該水晶振動体１１１の法線方向と基板５００の主たる面の法線方向とがなす角度３５０が、６０度以上１２０度以下になるよう前記基板に立設されていることをさらなる特徴とする。
【００８９】
水晶振動体１１１が基板５００に対して過度に鋭角に立設された場合、水晶振動体１１１の近傍において気体などの吸着の対象物質が滞留してしまうことがある。この場合、水晶振動体１１１に触れる対象物質がリフレッシュされづらい状態になってしまい、水晶振動体１１１が所望の対象物質を適切に吸着することができなくなるおそれがある。
【００９０】
本実施形態３の上記構成によれば、水晶振動体１１１の近傍で気体などの対象物質が滞留することを避けることができ、水晶振動体１１１が所望の対象物質を適切に吸着することができる。また、吸着膜を形成した水晶振動体１１１の両面にほぼ均等に対象物質が触れることとなり、効果的に対象物質を吸着することができる。
【００９１】
なお、当該水晶振動体１１１の法線方向と基板５００の主たる面の法線方向とがなす角度が、８０度以上１００度以下になるよう基板５００に立設されていることがさらに好ましい。
【００９２】
（５．振動体の配置例）
次に、本実施形態における複数の振動体の配置例について、具体的な例を挙げながら説明する。なお、以下で説明する図面は、振動子アレイを基板上部から見た図面である。
【００９３】
（１）実施形態４
図８は、本実施形態４での基板上における振動体の第１の配置を基板上方から見た平面図である。
図８に示すように、基板には複数の水晶振動体１１１が立設して配置されている。図８に示される水晶振動体１１１は、いずれも基板に対して垂直に立設されたものの上面を示す。また、図８において、水晶振動体１１１で吸着する対象物質である気体、液体などの媒体は、流動方向６００で示す方向に流動する。さらに、水晶振動体１１１は、基板上の第１の行６１０及び第２の行６１１と、第１乃至第４の列６２０乃至６２３との交点にその中心がくるように整列して配置されている。言い換えれば、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）、及び第１の方向に垂直な第２の方向（列方向）に並ぶように基板に連設されている。
【００９４】
本実施形態４のように水晶振動体１１１を配置することにより、平面視において複数の水晶振動体１１１がマトリクス状に配置され、水晶振動体１１１の近傍において対象物質が流動しやすくなるため、リフレッシュされた対象物質が水晶振動体１１１に供給されるようにすることができる。
【００９５】
（２）実施形態５
図９は、本実施形態５での基板上における振動体の第２の配置を基板上方から見た平面図である。実施形態５は実施形態４と類似しているため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態５と実施形態４とは同一の構成、機能を有する。
【００９６】
図９に示すように、水晶振動体１１１は、基板上の第１乃至第３の行６１０乃至６１２の直線上に配置される。そして、奇数行においては第１乃至第４の列６２０乃至６２３と奇数行６１０又は６１２との交点に中心がくるように、水晶振動体１１１が整列して配置されている。また、偶数行においては、第１乃至第４の列６２０乃至６２３の間にそれぞれ均等間隔で描かれた第５乃至第７の列６３０乃至６３２と、偶数行６１１との交点に中心がくるように、水晶振動体１１１が整列して配置されている。
【００９７】
図９では、奇数行と偶数行とがそれぞれグループとなって、それぞれのグループで同じ列上に中心がくるように水晶振動体１１１を配置した例を示したが、必ずしも奇数行と偶数行とでグループ分けする必要はない。すなわち、列方向に隣り合う行に配置された水晶振動体１１１は、並びがずれていればよい。
【００９８】
すなわち、上記配置を言い換えれば、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）への並びが当該第１の方向と垂直な第２の方向（列方向）に複数行存在するように前記基板上に連設されており、隣り合う行間では、並びがずれるように配置されている。
【００９９】
上記本実施形態５の構成によれば、平面視においてマトリクス状に配置された複数の水晶振動体１１１が一列ごとにずれているので、水晶振動体１１１の近傍において対象物質が流動しやすく、かつ水晶振動体１１１に対象物質が触れやすいように、各水晶振動体１１１が配置されている。このように各水晶振動体１１１が配置されることにより、各水晶振動体１１１に触れる対象物質が常時リフレッシュされ、かつ水晶振動体１１１が吸着する対象媒体の量が多くなる。これにより、水晶振動体１１１が対象物質を吸着しやすくなり、また水晶振動体１１１の検出感度を高くすることができる。
【０１００】
（３）実施形態６
図１０は、本実施形態６での基板上における振動体の第３の配置を基板上方から見た平面図である。実施形態６は実施形態５と類似しているため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態６と実施形態５及び実施形態４とは同一の構成、機能を有する。
【０１０１】
図１０に示すように、水晶振動体１１１は、その中心が実施形態５と同様になるよう配置されている。すなわち、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）への並びが当該第１の方向と垂直な第２の方向（列方向）に複数列存在するように前記基板上に連設されており、隣り合う列間では、並びがずれるように配置されている。ただし、本実施形態６ではさらに、隣り合う列間では、それぞれの水晶振動体１１１の法線方向７００及び７１０が異なるように配置されている。より具体的には、奇数行６１０に配置された水晶振動体１１１の法線方向７００は、行６１０方向の直線に対して第１の角度７２０を有している。一方で偶数行６１１に配置された水晶振動体１１１の法線方向７１０は、行６１１方向の直線に対して第２の角度７３０を有している。
【０１０２】
すなわち、上記配置を言い換えれば、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）への並びが第１の方向と垂直な第２の方向（列方向）に複数行存在するように基板に連設されており、隣り合う行間では、それぞれの水晶振動体１１１の法線方向７００及び７１０が異なるように配置されている。
【０１０３】
上記本実施形態６の構成によれば、平面視においてマトリクス状に配置された複数の水晶振動体１１１の各々が、互いに異なる方向を向いて配置されるので、水晶振動体１１１の間を流動する対象物質に乱流を生じさせることができ、さらに対象物質が水晶振動体１１１に触れやすくなる。これにより、水晶振動体１１１の検出感度をさらに高くすることができる。
【０１０４】
なお、水晶振動体１１１の法線方向７００が行６１０方向の直線に対して有する第１の角度７２０、及び法線方向７１０が行６１１方向の直線に対して有する第２の角度７３０は、４５度以下にすることが好ましい。これらの角度を４５度以下にすることで、水晶振動体１１１が吸着する対象物質の流動を妨げないようにしつつ、上記本実施形態６の特徴を生かすことができる。
【０１０５】
（６．まとめ）
以上、本発明の実施形態について説明した。
【０１０６】
本発明はさらに、上記説明した振動子、又は振動子アレイを使用した様々な電子機器を含む。
【０１０７】
図１１は、上記電子機器としての一例である、振動子アレイを使用したガス警報器についての構成例を示す図である。図１１において、ガス警報器は、ニオイセンサー８００、警報器８１０、及びスピーカー８２０を含んで構成される。
【０１０８】
ニオイセンサー８００は、図１に示した、振動子アレイを含むセンサーシステムであり、振動子アレイに含まれる水晶振動体は、検出対象となるガスが有するニオイ成分を吸着するための吸着膜を備える。ニオイセンサー８００は、検出対象となるガスが有するニオイ成分が一定以上の量であると検出すると、警報器８１０に警報するよう指示する。警報器８１０は、ニオイセンサー８００から指示に対応して、スピーカー８２０に警報するための音声信号を送信する。スピーカー８２０は、警報器８１０からの音声振動に基づいて警報を発する。なお、警報器８１０及びスピーカー８２０は従来技術を適用可能である。
【０１０９】
かかる構成の電子機器は、上記説明したそれぞれの本発明の特徴を有しているため、例えば、振動体の検出感度を高めることなどが可能となる。
【０１１０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、それぞれの実施形態を互いに組み合わせたり、種々に変形したりして適用することが可能である。例えば、本発明は、図７のように水晶振動体１１１が立設されている基板部分について傾斜面を備えながら、図９のように複数の水晶振動体１１１を配置することなどを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の振動子、及び振動子アレイは、例えばセンサーシステムに使用可能であり、ニオイセンサー、アルコールセンサー、又は麻薬探知機など、広範な機器に使用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１０…振動子アレイ、１１１…水晶振動体、１１２…発振回路、１２０…カウンタ回路、１３０…ゲートクロック発生回路、１４０…データ処理回路、１５０…データベース、２１０…インバーター、２１１…励振電極、２１２…電極、２１３…吸着膜、２２０…帰還抵抗、２２１…励振電極、２２２…電極、２２３…吸着膜、２３０…付加容量、２４０…付加容量、２５０…発振信号出力端子、３００…基板、３１０…接続部、３２０…貫通配線、３３０…接続部、３４０…集積回路、３５０…角度、４００…基板、４１０…溝、５００…基板、５１０…傾斜面、６００…流動方向、８００…ニオイセンサー、８１０…警報器、８２０…スピーカー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動子、及び振動子アレイ等に関する。
【背景技術】
【０００２】
共振状態にある水晶振動体の表面に何らかの分子が付着すると、その吸着量（重さ）に応じて共振周波数が変化する現象がある。この現象を利用した技術はＱＣＭ（Ｑｕａｒｔｓ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｍｉｃｒｏｂａｌａｎｃｅ）と呼ばれ、分子の存在やその量を検出するセンサーに用いられている。
【０００３】
一般にＱＣＭにはＡＴカット型の水晶振動体が用いられる。ＡＴカットとは水晶結晶軸に対しある特定の方位のカット基板のことで、室温近傍で温度係数変化が極小になり温度安定性に優れるためＱＣＭに限らず広く用いられる。
【０００４】
ＡＴカット水晶振動体は、水晶板の表裏に形成した励振電極間に電圧を印加すると表面と裏面が互い違いにスライドするいわゆる厚みすべり振動モードで動作する。その共振振動数ｆ0は表裏の電極に挟まれた部位の水晶板厚に反比例し、一般に次のような関係がある。
ｆ0（ＭＨｚ）＝１６７０／水晶板厚（μｍ）
【０００５】
そして、このＡＴカット水晶振動体を用いたＱＣＭにおける水晶振動体の吸着物質量Δ
Ｍと周波数変化量Δｆの関係は次のSauerbreyの式で表されることが知られている。
【数１】
ここで、ｆ0：水晶振動体の共振周波数、ρ：水晶の密度、μ：水晶のせん断弾性定数、Ａ:有効振動面積（略電極面積）である。
【０００６】
ＱＣＭは様々な用途に用いることができるが、振動体の表面にニオイ分子のような特定の分子を選択的に吸着する吸着膜を形成しておくことで、特定のニオイを検出するニオイセンサーに応用することができる。
【０００７】
例えば、特開昭６３−２２２２４８号公報（特許文献１）には、水晶振動体の電極上に吸着膜を形成した素子（特許文献１の図６）を用いて、空気に飽和したニオイ物質の存在を振動数の変化として検出する技術について開示されている。また、特公平８−１２１４１号公報（特許文献２）や特開平５−１８７９８６号公報（特許文献３）には、複数の水晶振動体を用いてニオイの種類を特定する技術について開示されている。
【０００８】
また、水晶振動体の厚みを薄くすると強度が弱くなり、製造や取り扱いが難しくなる。そこで、水晶振動体の一方の面の一部に窪みを形成して部分的に水晶振動体の厚みを薄くする、いわゆる逆メサ構造の水晶振動体を用いる技術がある。この技術は、例えば特開２００１−３０８６６６号公報などに開示されている（特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６３−２２２２４８号公報
【特許文献２】特公平８−１２１４１号公報
【特許文献３】特開平５−１８７９８６号公報
【特許文献４】特開２００１−３０８６６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、吸着物質量ΔＭは極めて微量である場合がある。このような場合、吸着物質
が吸着膜に吸着しても周波数変化量が僅かであり、対象物質の検出が容易ではないという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは検出感度を高めた振動子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる課題を解決するために、本発明の振動子は、厚みすべり振動モードで振動する振動体と、前記振動体の第１の面における、第１の領域に形成された第１の吸着膜と、前記振動体の前記第１の面と対向する第２の面における、第２の領域に形成された第２の吸着膜と、表面に前記振動体を立設された基板と、を備え、前記振動体は、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面において前記基板に接していることを特徴とする。
【００１２】
かかる構成によれば、振動体を基板に立設することによって振動体の両面に形成された吸着膜に対象物質を接触させやすくなり、吸着物質量ΔＭを大きくすることができる。こ
れにより、振動体による対象物質の検出感度を高めることが可能となる。
【００１３】
また、振動体の側面の一辺のみが接するように基板に立設して固定すれば、振動体へ及ぶ基板の歪みなどによる応力の影響による発振周波数の変動を最小限に留めることができる。
【００１４】
また、前記第１の領域の、前記振動体と前記第１の吸着膜との間に形成された第１の電極と、前記第２の領域の、前記振動体と前記第２の吸着膜との間に形成された第２の電極と、をさらに備えることが好ましい。
【００１５】
かかる構成によれば、吸着膜を形成した領域の、振動体と吸着膜との間に電極を設けることによって、振動体をむらなく振動させることができる。
なお、振動体における第１及び第２の領域を、それぞれ第１の面及び第２の面の中央部分を含むものとすることは、上記の振動体を、むらなく振動させることができるため好ましい。
【００１６】
また、前記第１の面の、前記基板と接しかつ前記第１の領域と重ならない第３の領域に形成された第１の電極と、前記第２の面の、前記基板と接しかつ前記第２の領域と重ならない第４の領域に形成された第２の電極と、をさらに備えることが好ましい。
【００１７】
また、前記基板の裏面に取り付けられた、発振回路を含む集積回路をさらに備え、前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれは、前記基板を貫通する配線を介して前記集積回路に接続されていることが好ましい。
【００１８】
かかる構成によれば、振動体と発振回路との間の配線を短くすることができ、かかる配線に対するノイズの混入を減らすことができる。
【００１９】
また、前記振動体が、前記基板に設けられた溝に嵌め込まれていることが好ましい。
かかる構成によれば、基板上に立設させた振動体の取付け強度を高めることができる。これによって、振動や衝撃を受けたとしても、振動体が基板から外れたり、振動体が破壊されたりする危険性を低くすることができる。
【００２０】
また、前記振動体は、前記基板に設けられた傾斜面に立設されていることが好ましい。
かかる構成によれば、基板に対して傾斜角を持つように振動体を立設することができる。また、基板に溝を形成することなく傾斜面を形成するので、溝を形成するよりも容易に、振動体の取り付け強度を高めた基板、及び基板を含んだ振動子を製造することができる。
【００２１】
また、前記振動体は、いずれかの面に窪みを有する逆メサ型の構造であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明は上記いずれかの振動子を複数備えた振動子アレイを含む。
かかる構成の振動子アレイによれば、少なくとも上記いずれかの振動子の特徴を有する振動子アレイを構成できるので、例えば振動体による対象物質の検出感度を高めた振動子アレイを提供することができる。
【００２３】
また、振動子アレイにおける前記複数の振動体は、第１の方向への並びが前記第１の方向と垂直な第２の方向に複数行存在するように前記基板に連設されており、隣り合う前記行間では、それぞれの振動体の法線方向が異なるように配置されていることが好ましい。
【００２４】
かかる構成によれば、平面視においてマトリクス状に配置された複数の振動体の各々が、互いに異なる方向を向いて配置されるので、振動体の間を流動する対象物質に乱流を生じさせることができ、さらに対象物質が振動体に形成された吸着膜に触れやすくなる。これにより、振動体の検出感度をさらに高くすることができる。
【００２５】
また、本発明は上記いずれかの振動子、又は振動子アレイを備えた電子機器を含む。
かかる構成の電子機器は、上記説明したそれぞれの本発明の特徴を有しているため、例えば、振動体の検出感度を高めることなどが可能となる。
【００２６】
なお、本発明において「振動子」とは少なくとも振動体と基板とを含むものを指す。
また、本明細書において「電子機器」は、本明細書に記載の振動子、又は振動子アレイを備えるあらゆる機器を含む。この機器には、ニオイセンサー、アルコールセンサー、麻薬探知機等のセンサーを含む。
また、本明細書における「○○回路（○○は任意の語。）」は、電気的な回路によるものを含むがこれに限定されず、当該回路の機能を果たす物理的手段、又はソフトウェアで実現される機能的手段などをも含む。また、１つの部分が有する機能が２つ以上の物理的又は機能的手段により実現されても、２つ以上の部分の機能が１つの物理的又は機能的手段により実現されても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】振動子アレイを含むセンサーシステムの一例を示す図。
【図２】振動体と接続された発振回路の構成の一例を示す図。
【図３】本実施形態における振動体の表面の構成例を示す図。
【図４】本実施形態における振動体の裏面の構成例を示す図。
【図５】基板上における振動体の第１の設置例を示す模式的な側面図。
【図６】基板上における振動体の第２の設置例を示す模式的な側面図。
【図７】基板上における振動体の第３の設置例を示す模式的な側面図。
【図８】基板上における振動体の第１の配置例を基板上方から見た平面図。
【図９】基板上における振動体の第２の配置例を基板上方から見た平面図。
【図１０】基板上における振動体の第３の配置例を基板上方から見た平面図。
【図１１】振動子アレイを使用したガス警報器についての構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る実施形態について、以下の構成に従って、図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、以下の実施形態はあくまで本発明の一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付している。
１．振動子アレイを含むセンサーシステムの構成例
２．振動体と接続された発振回路の構成例
３．振動体の構成例
４．振動体と基板との接続例
（１）実施形態１
（２）実施形態２
（３）実施形態３
５．振動体の配置例
（１）実施形態４
（２）実施形態５
（３）実施形態６
６．まとめ
【００２９】
（１．振動子アレイを含むセンサーシステムの構成例）
本発明は振動子及び振動子アレイ等に関するが、本発明の振動子及び振動子アレイは電子機器に含まれるセンサーシステムなどの一部として利用される。センサーシステムにはニオイセンサーやアルコールセンサーなどが含まれる。以下、センサーシステムの構成について、対象物質のニオイを検出するセンサーシステムを例に簡単に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態における、振動子アレイを含むセンサーシステムの一例を示す図である。
【００３１】
（センサーシステムの構成の概要）
図１に示すように、本実施形態におけるセンサーシステムは、水晶振動体１１１と発振回路１１２とを複数備えた振動子アレイ１１０、カウンタ回路１２０、ゲートクロック発生回路１３０、データ処理回路１４０、及びデータベース１５０を含んで構成される。
なお、振動子アレイ１１０は少なくとも複数の水晶振動体１１１を含めばよく、必ずしも発振回路１１２を含む必要はない。
【００３２】
（水晶振動体１１１）
水晶振動体１１１は、表面と裏面とに励振電極対が形成され、この励振電極対を介して発振回路１１２に接続されるよう構成されている。
【００３３】
また、水晶振動体１１１の励振電極の表面には、特定の物質を選択的に吸着する特性を有する吸着膜を備えており、ニオイ検出の対象物質である周辺気体（又は液体その他の媒体）中に露出している。この吸着膜は、水晶振動体１１１毎に異なる膜が用いられ、図１においては、それぞれの水晶振動体１１１は異なる吸着膜を備えている。吸着膜は、水晶振動体１１１の両面に形成することが好ましい。
【００３４】
また、吸着膜としては、ポリマー膜、脂質膜、たんぱく質膜、又は単分子膜のいずれかが用いられる。
【００３５】
（発振回路１１２）
発振回路１１２は、水晶振動体１１１に接続されるよう構成される。この発振回路１１２は、前述の数式１で示される周波数をもつ発振信号を出力する回路である。発振回路１１２の具体的構成については後述する。
【００３６】
（カウンタ回路１２０）
カウンタ回路１２０は、発振回路１１２から入力された発振信号と、ゲートクロック発生回路１３０から入力されたゲートクロックとの関係を特定し、カウント値としてデータ処理回路１４０へ出力するよう構成される。具体的には、カウンタ回路１２０は、ゲートクロックの１周期（以下、ゲート時間という）に、発振信号の立ち上がりエッジ又は立ち下がりエッジによって特定されるパルスがいくつ入るかをカウントする。
【００３７】
（ゲートクロック発生回路１３０）
ゲートクロック発生回路１３０は、カウンタ回路１２０にゲートクロックを供給するよう構成される。すなわち、ゲートクロック発生回路１３０は所定の周波数を有するゲートクロックを生成する機能を有しており、この信号をそれぞれのカウンタ回路１２０へ送信する。なお、ゲートクロックは発振信号よりも低い周波数を持つ信号である。言い換えれば、ゲートクロックの信号周期は、発振信号よりも長くなっている。具体的には、ゲートクロックの信号周期は０．０１μ秒以上１秒未満の時間にすることが好ましいことが経験則から分かっている。
【００３８】
（データ処理回路１４０）
データ処理回路１４０は、複数のカウンタ回路１２０から出力されるカウント値に基づいて、それぞれの水晶振動体１１１が対象物質を吸着したか否かと、吸着した量と、のいずれか一方又は双方を特定するよう構成される。具体的には、それぞれのカウンタ回路１２０から出力されたカウント値に基づいて、対応する水晶振動体１１１と発振回路１１２とで生成した発振信号の周波数を特定する。さらにデータ処理回路１４０は、発振信号の周波数の時間変化を観測する。そして、データ処理回路１４０は、発振信号の周波数の変化に基づいて、それぞれの水晶振動体１１１が物質を吸着したか否か、吸着した場合はどれくらいの量を吸着したのかを、データベース１５０を参照することによって特定することができる。
【００３９】
（データベース１５０）
データベース１５０は、ニオイの特定に必要な情報を格納しており、データ処理回路１４０からの要求に応じて当該情報を送信するよう構成される。ここで、ニオイの特定の必要な情報とは、例えばそれぞれの水晶振動体１１１における発振信号の周波数変動と、それぞれの水晶振動体１１１の吸着の対象物質の吸着量との関係を示すテーブルなどである。
【００４０】
（ニオイセンサーとしての動作）
まず、基準となる空気（好ましくは活性炭などで処理した無臭の空気）の下で複数の水晶振動体１１１を発振させ、それぞれの水晶振動体１１１に接続された発振回路１１２から出力される発振信号の周波数を計測する。
【００４１】
次に、複数の水晶振動体１１１を対象物質である気体に暴露させる。ここで、気体にニオイがあれば、その気体中にはそのニオイを構成するニオイ分子が含まれており、そのニオイ分子が水晶振動体１１１の表面に形成された吸着膜に吸着される。このニオイ分子には質量があるため、ニオイ分子を吸着した吸着膜を有する水晶振動体１１１は、吸着したニオイ分子の質量に相当する負荷が増大し、この負荷の増大は発振信号の周波数の減少として観測される。つまり、カウンタ回路１２０及びデータ処理回路１４０によって、この発振信号の周波数の減少を特定し、ニオイ分子の吸着量を求めることができる。
【００４２】
一方、データベース１５０には予めデータベース化された、発振信号の周波数の変化とニオイ分子の吸着量との関係、及びニオイ分子の吸着量とニオイとの関係が格納されている。データ処理回路１４０はこのデータベース１５０を参照することで、データベース１５０上に一致するデータが存在すれば、対象物質である気体が既知のニオイを有することを特定することが可能となる。
【００４３】
（２．振動体と接続された発振回路の構成例）
図２は、振動体１１１と接続された発振回路１１２の構成の一例を示す図である。図２に示すように、発振回路１１２は、インバーター２１０、帰還抵抗２２０、付加容量２３０、２４０、及び発振信号出力端子２５０を含む。発振回路１１２はさらに、水晶振動体１１１に接続されている。この水晶振動体１１１と発振回路１１２との組み合わせは、いわゆるコルピッツ発振回路を構成している。水晶振動体１１１の第１の励振電極は、インバーター２１０の入力、帰還抵抗２２０の第１の端子、及び付加容量２３０の第１の端子に接続されている。水晶振動体１１１の第２の励振電極は、インバーター２１０の出力、帰還抵抗２２０の第２の端子、付加容量２４０の第１の端子、及び発振信号出力端子２５０に接続されている。また、付加容量２３０の第２の端子及び付加容量２４０の第２の端子は、いずれも接地されている。なお、水晶振動体１１１及び帰還抵抗２２０の端子はいずれも極性を有するものではないため、端子を逆に接続しても動作に影響はない。
【００４４】
なお、このコルピッツ発振回路はあくまで一例に過ぎず、これ以外の構成によって発振回路１１２を構成してもよい。
【００４５】
（３．振動体の構成例）
次に、本実施形態の振動子アレイで使用する水晶振動体（水晶振動板）の構成について、さらに詳しく説明する。
【００４６】
図３は、本実施形態における水晶振動体の表面の構成例を示す図、図４は本実施形態における水晶振動体の裏面の構成例を示す図である。
図３に示すように、水晶振動体１１１は表面に窪みを有する、いわゆる逆メサ型の振動体であり、表面には励振電極２１１、及び引き出し電極２１２を備える。さらに、特定の物質を選択的に吸着する特性を有する吸着膜２１３が、励振電極２１１を覆うように形成されている。また、図４に示すように、裏面には窪みは形成されていない。裏面には励振電極２２１、及び引き出し電極２２２を備え、励振電極２２１を覆うように、吸着膜２２３が形成されている。この吸着膜２２３は、表面に形成された吸着膜２１３と同じ物質を吸着する特性を有することが好ましいが、これに限るものではない。励振電極２１１及び２２１は、それぞれ表面及び裏面の中央部を含む領域に形成されている。この水晶振動体１１１はＡＴカットの水晶振動体であり、水晶板の表裏に形成した励振電極間に電圧を印加するといわゆる厚みすべり振動モードで動作する。厚みすべり振動モードとは、振動体を構成する水晶の結晶格子が厚み方向にひずみ、表面と裏面とが交互に相異なる方向に変位することによって所定の周波数で振動するものである。以下、水晶振動体１１１の表面と裏面とに形成された励振電極２１１及び２２１を「励振電極対」と、引き出し電極２１２及び２２２を「引き出し電極対」と呼ぶ。
【００４７】
励振電極対２１１及び２２１は、水晶振動体１１１の窪み部分に、水晶振動体１１１を挟み込むように形成されている。前述のように、この励振電極対２１１及び２２１に電圧を印加することで水晶振動体１１１が振動を開始する。
【００４８】
引き出し電極対２１２及び２２２それぞれは、水晶振動体１１１の少なくとも一端に接するように形成されている。この引き出し電極対２１２及び２２２は、水晶振動体１１１の表面と裏面とで、当該水晶振動体１１１の厚さ方向に重ならないように形成されることが好ましい。引き出し電極対２１２及び２２２が水晶振動体１１１の厚さ方向で重なってしまった場合、引き出し電極対の間でクロストークが発生してしまうことがあるので、これを避けるためである。
【００４９】
（４．基板上における振動体の設置例）
本発明は、上記のとおり説明したセンサーシステムなどに利用される振動子及び振動子アレイであるが、基板上における振動体の設置に大きな特徴がある。以下、振動子アレイの具体的構成について、例を挙げながら説明する。
【００５０】
（１）実施形態１
図５は、本実施形態１での基板上における振動体の第１の設置例を示す模式的な側面図である。
図５に示すように、基板３００は複数の水晶振動体１１１を立設されて構成される。また、基板３００は、第１の接続部３１０、貫通配線３２０、及び第２の接続部３３０を含んで構成される。さらに、基板３００の裏面には集積回路３４０が配置されている。
【００５１】
水晶振動体１１１の励振電極対２１１及び２２１は、それぞれ引き出し電極対２１２及び２２２と、第１の接続部３１０とを介して基板３００の貫通配線３２０に接続されている。第１の接続部３１０は、基板３００の表面に配置されており、上記のように水晶振動体１１１と基板３００の貫通配線３２０とを接続するものである。貫通配線３２０は、基板３００を貫通するよう構成されており、水晶振動体１１１と、基板３００の裏面に配置された集積回路３４０とを接続するものである。貫通配線３２０は、基板３００の裏面に配置された第２の接続部３３０を介して集積回路３４０と接続されている。集積回路３４０は発振回路１１２を含んで構成されている。なお、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０は、銀ペーストのような導電性ペーストで構成される。
【００５２】
このようにして、基板３００には複数の水晶振動体１１１が立設され、複数の水晶振動体１１１は、基板３００に含まれる第１の接続部３１０、貫通配線３２０、及び第２の接続部３３０を介して集積回路３４０に接続される。
【００５３】
また、水晶振動体１１１は、当該水晶振動体１１１の法線方向と基板の主たる面の法線方向とが所定の角度３５０を有するように、基板３００に立設されている。本実施形態１においては、この所定の角度３５０は直角である。
【００５４】
以上のように、本実施形態１の振動子は、厚みすべり振動モードで振動する水晶振動体１１１と、水晶振動体１１１の第１の面（例えば表面）における、第１の領域に形成された第１の吸着膜２１３と、水晶振動体１１１の第１の面と対向する第２の面（例えば裏面）における、第２の領域に形成された第２の吸着膜２２３と、表面に水晶振動体１１１を立設された基板３００と、を備え、水晶振動体１１１は、第１の面及び第２の面とは異なる第３の面（例えば立設面）において基板３００に接していることを特徴とする。
【００５５】
かかる構成によれば、水晶振動体１１１を基板３００に立設することによって、水晶振動体１１１の両面に形成された吸着膜２１３及び２２３に対象物質を接触させやすくなり、吸着物質量ΔＭを大きくすることができる。これにより、水晶振動体１１１による対象
物質の検出感度を高めることが可能となる。
【００５６】
また、水晶振動体１１１の一辺のみが接するように基板３００に立設して固定すれば、水晶振動体１１１へ及ぶ基板３００の歪みなどによる応力の影響による発振周波数の変動を最小限に留めることができる。
【００５７】
また、本実施形態１の振動子における水晶振動体１１１は、表面又は裏面のいずれかの面に窪みを有する逆メサ型の構造であることが好ましい。
【００５８】
かかる構成によれば、水晶振動体１１１の一方の面に窪みを有するいわゆる逆メサ構造の水晶振動体１１１を用いた場合でも、水晶振動体１１１の両面に対象物質を接触させやすくなり、吸着物質量ΔＭを大きくすることができる。
【００５９】
なお、本実施形態１の振動子アレイは、少なくとも一方の面が窪みを有する、複数の水晶振動体１１１と、当該複数の水晶振動体１１１のそれぞれが立設された基板３００とを備える、ということもできる。
【００６０】
また、第１の領域の、水晶振動体１１１と第１の吸着膜２１３との間に形成された励振電極２１１と、第２の領域の、水晶振動体１１１と第２の吸着膜２２３との間に形成された励振電極２２１と、をさらに備えることが好ましい。
【００６１】
かかる構成によれば、吸着膜２１３及び２２３を形成した領域の、水晶振動体１１１と吸着膜２１３及び２２３との間に、それぞれ励振電極２１１及び２２１を設けることによって、水晶振動体１１１をむらなく振動させることができる。
【００６２】
なお、水晶振動体１１１における第１及び第２の領域を、それぞれ第１の面及び第２の面の中央部分を含むものとすることは、上記の水晶振動体１１１をさらにむらなく振動させることができるため、さらに好ましい。
【００６３】
また、第１の面の、基板３００と接しかつ第１の領域と重ならない第３の領域に形成された励振電極と、第２の面の、基板３００と接しかつ第２の領域と重ならない第４の領域に形成された励振電極と、を備えることも好ましい。
【００６４】
また、上記いずれかの振動子を複数備え、振動子アレイを構成することが好ましい。
かかる構成の振動子アレイによれば、上記いずれかの振動子の特徴を生かしながら、複数の振動子を必要とする振動子アレイを構成することができ、例えば、対象物質の検出感度を高めた振動子アレイを構成することが可能となる。
なお、以下で説明する振動子を複数備えた振動子アレイを構成することも可能である。
【００６５】
また、本実施形態１の振動子、又は振動子アレイにおいては、水晶振動体１１１が、当該水晶振動体１１１の両面にそれぞれ形成された励振電極対２１１及び２２１と、当該水晶振動体１１１のそれぞれ両面に形成され、励振電極対２１１及び２２１にそれぞれ接続された引き出し電極対２１２及び２２２とを有し、当該引き出し電極対２１２及び２２２を介して水晶振動体１１１と基板３００とが接続されていることが好ましい。
【００６６】
従来のように水晶振動体を基板の平面に実装する場合、水晶振動体の両面に形成された励振電極対と基板とを接続する際に、配線を引き回すなどの工夫が必要であった。本実施形態１の上記構成によれば、水晶振動体１１１を立設し、かつ引き出し電極対２１２及び２２２を介して基板３００と水晶振動体１１１とを接続している。これにより、水晶振動体１１１の両面に形成された励振電極対２１１及び２２１と基板３００との接続を容易にすることが可能となる。さらに、従来と比較して水晶振動体１１１と基板３００との間の距離を短くすることが可能となる。これにより、かかる接続に銀ペーストなどの導電性ペーストを使用することができ、製造も容易になる。
【００６７】
また、基板３００の裏面に取り付けられた、発振回路を含む集積回路３４０をさらに備え、励振電極対２１１及び２２１のそれぞれは、基板３００を貫通する貫通配線３２０を介して集積回路３４０に接続されていることが好ましい。
【００６８】
本実施形態１のかかる構成によれば、水晶振動体１１１と発振回路１１２との間の配線を短くすることができ、かかる配線に対するノイズの混入を減らすことができる。
【００６９】
本実施形態１においては水晶振動体１１１の法線方向と基板３００の主たる面の法線方向との所定の角度３５０が直角である例を説明したが、この角度３５０は必ずしも直角である必要はない。ただし、例えば６０度以上１２０度以下であることは好ましい。この場合、対象物質が水晶振動体１１１の両面に触れやすくなる。
【００７０】
また、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０は、銀ペーストのような導電性ペーストで構成されているため、配線で構成する場合と比較して製造しやすいという特徴がある。第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０が銀ペーストで構成されることはより好ましく、この場合、当該接続部の電気抵抗を減らすことができ、かつ取り扱いが容易であるという特徴がある。
【００７１】
また、この第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０を構成する導電性ペーストを、樹脂などを用いて補強することがより好ましい。
【００７２】
ただし、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０は必ずしも導電性ペーストで構成されない場合であってもよい。この場合であっても、水晶振動体１１１による対象物質の検出感度を高めることは可能である。
【００７３】
なお、上記本実施形態１の特徴は、矛盾しない範囲で以下の実施形態においても共通である。
【００７４】
（２）実施形態２
図６は、本実施形態２での基板上における振動体の第２の設置例を示す模式的な側面図である。実施形態２は実施形態１と多くの点で同一であるため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態２と実施形態１とは同一の構成、機能を有する。
【００７５】
図６に示すように、基板４００は溝４１０を有して構成される。水晶振動体１１１は、その一端が溝４１０に嵌め込まれるようにして、基板に立設されている。また、水晶振動体１１１は、溝４１０に嵌め込まれる側の一端における平坦部分が、反対側の端における平坦部分よりも長くなるよう構成されている。なお、平坦部分とは、水晶振動体１１１のうち、表面に窪みが形成されていない部分を指す。また、水晶振動体１１１の溝４１０に嵌め込まれる側の一端には、引き出し電極対２１２及び２２２が形成されている。
【００７６】
以上のように、本実施形態２の振動子は、実施形態１の構成に加え、水晶振動体１１１が、基板４００に設けられた溝４１０に嵌め込まれていることをさらなる特徴とする。
【００７７】
かかる特徴によれば、基板４００上に立設させた水晶振動体１１１の取付け強度を高めることができる。これによって、振動や衝撃を受けたとしても、水晶振動体１１１が基板４００から外れたり、水晶振動体１１１が破壊されたりする危険性を低くすることができる。また、第１の接続部３１０及び第２の接続部３３０に使用される導電性ペーストの量を減らしても十分な取付け強度が得られるため、製造コストを下げることもできる。
【００７８】
また、本実施形態２の振動子アレイは、基板４００が溝４１０を有しており、当該溝４１０に水晶振動体１１１の一端が嵌め込まれるようにして、水晶振動体１１１が立設されていることをさらなる特徴ともいうことができる。
【００７９】
さらに、本実施形態２の振動子アレイは、水晶振動体１１１の一端における平坦部分の長さが、水晶振動体１１１の一端と反対の他の端における平坦部分の長さよりも長いことを、さらなる特徴とする。
【００８０】
かかる特徴によれば、水晶振動体１１１における基板４００に設けられた溝４１０に嵌め込まれる側の一端を他の端より長くしたため、基板４００上に立設された水晶振動体１１１の取付け強度をさらに高めることができる。また、基板４００に水晶振動体１１１を取り付けることを容易にすることもできる。
【００８１】
なお、本実施形態２では第１の接続部３１０を備える例を挙げて説明したが、第１の接続部３１０は必ずしも必要ではない。すなわち、溝４１０に貫通配線３２０が露出されており、水晶振動体１１１が溝４１０に嵌め込まれることで、引き出し電極対２１１及び２２１が、それぞれ対応する貫通配線３２０と接続されるように構成することもできる。
【００８２】
（３）実施形態３
図７は、本実施形態３での基板上における振動体の第３の設置例を示す模式的な側面図である。実施形態３は実施形態１と多くの点で同一であるため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態３と実施形態１とは同一の構成、機能を有する。
【００８３】
図７に示すように、基板５００は、少なくとも複数の水晶振動体１１１が立設されている部分について傾斜面５１０を有するよう構成される。複数の水晶振動体１１１は、この傾斜面５１０の上に立設されるため、基板５００の上に、所定の傾きを持つように設置される。言い換えると、複数の水晶振動体１１１は、それぞれの水晶振動体１１１の法線方向と基板５００の主たる面の法線方向とがなす角度３５０が、所定の角度を有するよう基板５００に立設されている。ここで、所定の角度は６０度以上１２０度以下であることが好ましい。
【００８４】
また、基板５００は傾斜を持った階段構造になっており、水晶振動体１１１を立設する立設面である傾斜面５１０に対して、階段構造の段差面がほぼ垂直になるよう構成されている。このような基板５００の構成によれば、階段構造における段差面と、立設面である傾斜面５１０とからなる角部に、水晶振動体１１１の角部を嵌め込むように立設することが可能である。この場合、水晶振動体１１１のうち、傾斜面５１０と接する部分よりも窪み部分に近い部分において、水晶振動体１１１の裏面の引き出し電極２２１と基板５００の貫通配線３２０とを接続することができる。よって、本実施形態３における水晶振動体１１１の裏面の引き出し電極２２１は、傾斜面５１０と接する部分まで伸びている必要がなく、上記のとおり貫通配線３２０と接続可能な部分まで伸びていればよい。
【００８５】
また、基板５００の貫通配線３２０が段差面に露出されるように形成することができる。この場合、水晶振動体１１１の裏面の引き出し電極２２１は、第１の接続部３１０を介さずに貫通配線３２０に接続することができる。
【００８６】
以上のように、本実施形態３の振動子は、実施形態１の構成に加え、水晶振動体１１１が、基板５００に設けられた傾斜面５１０に立設されていることをさらなる特徴とする。
【００８７】
かかる特徴によれば、基板５００に対して傾斜角を持つように水晶振動体１１１を立設することができる。また、基板５００に溝４１０を形成することなく傾斜面５１０を形成するので、溝４１０を形成するよりも容易に、水晶振動体１１１の取り付け強度を高めた基板５００、及び基板５００を含んだ振動子を製造することができる。
【００８８】
また、上記の特徴に加え、本実施形態３の振動子アレイにおける複数の水晶振動体１１１は、当該水晶振動体１１１の法線方向と基板５００の主たる面の法線方向とがなす角度３５０が、６０度以上１２０度以下になるよう前記基板に立設されていることをさらなる特徴とする。
【００８９】
水晶振動体１１１が基板５００に対して過度に鋭角に立設された場合、水晶振動体１１１の近傍において気体などの吸着の対象物質が滞留してしまうことがある。この場合、水晶振動体１１１に触れる対象物質がリフレッシュされづらい状態になってしまい、水晶振動体１１１が所望の対象物質を適切に吸着することができなくなるおそれがある。
【００９０】
本実施形態３の上記構成によれば、水晶振動体１１１の近傍で気体などの対象物質が滞留することを避けることができ、水晶振動体１１１が所望の対象物質を適切に吸着することができる。また、吸着膜を形成した水晶振動体１１１の両面にほぼ均等に対象物質が触れることとなり、効果的に対象物質を吸着することができる。
【００９１】
なお、当該水晶振動体１１１の法線方向と基板５００の主たる面の法線方向とがなす角度が、８０度以上１００度以下になるよう基板５００に立設されていることがさらに好ましい。
【００９２】
（５．振動体の配置例）
次に、本実施形態における複数の振動体の配置例について、具体的な例を挙げながら説明する。なお、以下で説明する図面は、振動子アレイを基板上部から見た図面である。
【００９３】
（１）実施形態４
図８は、本実施形態４での基板上における振動体の第１の配置を基板上方から見た平面図である。
図８に示すように、基板には複数の水晶振動体１１１が立設して配置されている。図８に示される水晶振動体１１１は、いずれも基板に対して垂直に立設されたものの上面を示す。また、図８において、水晶振動体１１１で吸着する対象物質である気体、液体などの媒体は、流動方向６００で示す方向に流動する。さらに、水晶振動体１１１は、基板上の第１の行６１０及び第２の行６１１と、第１乃至第４の列６２０乃至６２３との交点にその中心がくるように整列して配置されている。言い換えれば、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）、及び第１の方向に垂直な第２の方向（列方向）に並ぶように基板に連設されている。
【００９４】
本実施形態４のように水晶振動体１１１を配置することにより、平面視において複数の水晶振動体１１１がマトリクス状に配置され、水晶振動体１１１の近傍において対象物質が流動しやすくなるため、リフレッシュされた対象物質が水晶振動体１１１に供給されるようにすることができる。
【００９５】
（２）実施形態５
図９は、本実施形態５での基板上における振動体の第２の配置を基板上方から見た平面図である。実施形態５は実施形態４と類似しているため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態５と実施形態４とは同一の構成、機能を有する。
【００９６】
図９に示すように、水晶振動体１１１は、基板上の第１乃至第３の行６１０乃至６１２の直線上に配置される。そして、奇数行においては第１乃至第４の列６２０乃至６２３と奇数行６１０又は６１２との交点に中心がくるように、水晶振動体１１１が整列して配置されている。また、偶数行においては、第１乃至第４の列６２０乃至６２３の間にそれぞれ均等間隔で描かれた第５乃至第７の列６３０乃至６３２と、偶数行６１１との交点に中心がくるように、水晶振動体１１１が整列して配置されている。
【００９７】
図９では、奇数行と偶数行とがそれぞれグループとなって、それぞれのグループで同じ列上に中心がくるように水晶振動体１１１を配置した例を示したが、必ずしも奇数行と偶数行とでグループ分けする必要はない。すなわち、列方向に隣り合う行に配置された水晶振動体１１１は、並びがずれていればよい。
【００９８】
すなわち、上記配置を言い換えれば、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）への並びが当該第１の方向と垂直な第２の方向（列方向）に複数行存在するように前記基板上に連設されており、隣り合う行間では、並びがずれるように配置されている。
【００９９】
上記本実施形態５の構成によれば、平面視においてマトリクス状に配置された複数の水晶振動体１１１が一列ごとにずれているので、水晶振動体１１１の近傍において対象物質が流動しやすく、かつ水晶振動体１１１に対象物質が触れやすいように、各水晶振動体１１１が配置されている。このように各水晶振動体１１１が配置されることにより、各水晶振動体１１１に触れる対象物質が常時リフレッシュされ、かつ水晶振動体１１１が吸着する対象媒体の量が多くなる。これにより、水晶振動体１１１が対象物質を吸着しやすくなり、また水晶振動体１１１の検出感度を高くすることができる。
【０１００】
（３）実施形態６
図１０は、本実施形態６での基板上における振動体の第３の配置を基板上方から見た平面図である。実施形態６は実施形態５と類似しているため、以下では相違点のみについて説明する。以下で具体的に説明しない点については、実施形態６と実施形態５及び実施形態４とは同一の構成、機能を有する。
【０１０１】
図１０に示すように、水晶振動体１１１は、その中心が実施形態５と同様になるよう配置されている。すなわち、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）への並びが当該第１の方向と垂直な第２の方向（列方向）に複数列存在するように前記基板上に連設されており、隣り合う列間では、並びがずれるように配置されている。ただし、本実施形態６ではさらに、隣り合う列間では、それぞれの水晶振動体１１１の法線方向７００及び７１０が異なるように配置されている。より具体的には、奇数行６１０に配置された水晶振動体１１１の法線方向７００は、行６１０方向の直線に対して第１の角度７２０を有している。一方で偶数行６１１に配置された水晶振動体１１１の法線方向７１０は、行６１１方向の直線に対して第２の角度７３０を有している。
【０１０２】
すなわち、上記配置を言い換えれば、複数の水晶振動体１１１は、第１の方向（行方向）への並びが第１の方向と垂直な第２の方向（列方向）に複数行存在するように基板に連設されており、隣り合う行間では、それぞれの水晶振動体１１１の法線方向７００及び７１０が異なるように配置されている。
【０１０３】
上記本実施形態６の構成によれば、平面視においてマトリクス状に配置された複数の水晶振動体１１１の各々が、互いに異なる方向を向いて配置されるので、水晶振動体１１１の間を流動する対象物質に乱流を生じさせることができ、さらに対象物質が水晶振動体１１１に触れやすくなる。これにより、水晶振動体１１１の検出感度をさらに高くすることができる。
【０１０４】
なお、水晶振動体１１１の法線方向７００が行６１０方向の直線に対して有する第１の角度７２０、及び法線方向７１０が行６１１方向の直線に対して有する第２の角度７３０は、４５度以下にすることが好ましい。これらの角度を４５度以下にすることで、水晶振動体１１１が吸着する対象物質の流動を妨げないようにしつつ、上記本実施形態６の特徴を生かすことができる。
【０１０５】
（６．まとめ）
以上、本発明の実施形態について説明した。
【０１０６】
本発明はさらに、上記説明した振動子、又は振動子アレイを使用した様々な電子機器を含む。
【０１０７】
図１１は、上記電子機器としての一例である、振動子アレイを使用したガス警報器についての構成例を示す図である。図１１において、ガス警報器は、ニオイセンサー８００、警報器８１０、及びスピーカー８２０を含んで構成される。
【０１０８】
ニオイセンサー８００は、図１に示した、振動子アレイを含むセンサーシステムであり、振動子アレイに含まれる水晶振動体は、検出対象となるガスが有するニオイ成分を吸着するための吸着膜を備える。ニオイセンサー８００は、検出対象となるガスが有するニオイ成分が一定以上の量であると検出すると、警報器８１０に警報するよう指示する。警報器８１０は、ニオイセンサー８００から指示に対応して、スピーカー８２０に警報するための音声信号を送信する。スピーカー８２０は、警報器８１０からの音声振動に基づいて警報を発する。なお、警報器８１０及びスピーカー８２０は従来技術を適用可能である。
【０１０９】
かかる構成の電子機器は、上記説明したそれぞれの本発明の特徴を有しているため、例えば、振動体の検出感度を高めることなどが可能となる。
【０１１０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、それぞれの実施形態を互いに組み合わせたり、種々に変形したりして適用することが可能である。例えば、本発明は、図７のように水晶振動体１１１が立設されている基板部分について傾斜面を備えながら、図９のように複数の水晶振動体１１１を配置することなどを含む。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の振動子、及び振動子アレイは、例えばセンサーシステムに使用可能であり、ニオイセンサー、アルコールセンサー、又は麻薬探知機など、広範な機器に使用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１１０…振動子アレイ、１１１…水晶振動体、１１２…発振回路、１２０…カウンタ回路、１３０…ゲートクロック発生回路、１４０…データ処理回路、１５０…データベース、２１０…インバーター、２１１…励振電極、２１２…電極、２１３…吸着膜、２２０…帰還抵抗、２２１…励振電極、２２２…電極、２２３…吸着膜、２３０…付加容量、２４０…付加容量、２５０…発振信号出力端子、３００…基板、３１０…接続部、３２０…貫通配線、３３０…接続部、３４０…集積回路、３５０…角度、４００…基板、４１０…溝、５００…基板、５１０…傾斜面、６００…流動方向、８００…ニオイセンサー、８１０…警報器、８２０…スピーカー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みすべり振動モードで振動する振動体と、
前記振動体の第１の面における、第１の領域に形成された第１の吸着膜と、
前記振動体の前記第１の面と対向する第２の面における、第２の領域に形成された第２の吸着膜と、
表面に前記振動体を立設された基板と、を備え、
前記振動体は、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面において前記基板に接している
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項２】
前記第１の領域の、前記振動体と前記第１の吸着膜との間に形成された第１の電極と、
前記第２の領域の、前記振動体と前記第２の吸着膜との間に形成された第２の電極と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記第１の面の、前記基板と接しかつ前記第１の領域と重ならない第３の領域に形成された第１の電極と、
前記第２の面の、前記基板と接しかつ前記第２の領域と重ならない第４の領域に形成された第２の電極と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項４】
前記基板の裏面に取り付けられた、発振回路を含む集積回路をさらに備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれは、前記基板を貫通する配線を介して前記集積回路に接続されている
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項５】
前記振動体が、前記基板に設けられた溝に嵌め込まれている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項６】
前記振動体は、前記基板に設けられた傾斜面に立設されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項７】
前記振動体は、いずれかの面に窪みを有する逆メサ型の構造である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動子を複数備えた振動子アレイ。
【請求項９】
前記複数の振動体は、第１の方向への並びが前記第１の方向と垂直な第２の方向に複数行存在するように前記基板に連設されており、隣り合う前記行間では、それぞれの振動体の法線方向が異なるように配置されている
ことを特徴とする請求項８に記載の振動子アレイ。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動子、又は請求項８又は９のいずれか１項に記載の振動子アレイを備えた電子機器。
【請求項１】
厚みすべり振動モードで振動する振動体と、
前記振動体の第１の面における、第１の領域に形成された第１の吸着膜と、
前記振動体の前記第１の面と対向する第２の面における、第２の領域に形成された第２の吸着膜と、
表面に前記振動体を立設された基板と、を備え、
前記振動体は、前記第１の面及び前記第２の面とは異なる第３の面において前記基板に接している
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項２】
前記第１の領域の、前記振動体と前記第１の吸着膜との間に形成された第１の電極と、
前記第２の領域の、前記振動体と前記第２の吸着膜との間に形成された第２の電極と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項３】
前記第１の面の、前記基板と接しかつ前記第１の領域と重ならない第３の領域に形成された第１の電極と、
前記第２の面の、前記基板と接しかつ前記第２の領域と重ならない第４の領域に形成された第２の電極と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の振動子。
【請求項４】
前記基板の裏面に取り付けられた、発振回路を含む集積回路をさらに備え、
前記第１の電極及び前記第２の電極のそれぞれは、前記基板を貫通する配線を介して前記集積回路に接続されている
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項５】
前記振動体が、前記基板に設けられた溝に嵌め込まれている
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項６】
前記振動体は、前記基板に設けられた傾斜面に立設されている
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項７】
前記振動体は、いずれかの面に窪みを有する逆メサ型の構造である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の振動子。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動子を複数備えた振動子アレイ。
【請求項９】
前記複数の振動体は、第１の方向への並びが前記第１の方向と垂直な第２の方向に複数行存在するように前記基板に連設されており、隣り合う前記行間では、それぞれの振動体の法線方向が異なるように配置されている
ことを特徴とする請求項８に記載の振動子アレイ。
【請求項１０】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動子、又は請求項８又は９のいずれか１項に記載の振動子アレイを備えた電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２６３３６５（Ｐ２０１０−２６３３６５Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１２０１１（Ｐ２００９−１１２０１１）
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１日（２００９．５．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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