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JP6548149B2 - 共振子及び共振装置 - Google Patents

共振子及び共振装置 Download PDF

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Description

本発明は、複数の振動腕が面外の屈曲振動モードで振動する共振子及び共振装置に関する。
従来、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた共振装置が例えばタイミングデバイスとして用いられている。この共振装置は、スマートフォンなどの電子機器内に組み込まれるプリント基板上に実装される。共振装置は、下側基板と、下側基板との間でキャビティを形成する上側基板と、下側基板及び上側基板の間でキャビティ内に配置された共振子と、を備えている。
例えば特許文献１には、複数の振動腕を備えた共振子が開示されている。この共振子では、振動腕はその固定端で基部の前端に接続されており、基部は、前端とは反対側の後端で支持部に接続されている。支持部は、例えば下側基板及び上側基板の間に挟み込まれる基台に接続されている。特許文献１の図１の例では、振動腕に印加される電界が互いに逆方向に設定されることによって、内側の振動腕と外側の２本の振動腕との間で互いに逆位相の振動が実現される。
特許第５０７１０５８号公報 特開昭５６−０８５９２１号公報
逆位相の振動時、特許文献１の図１（ｃ）に示されるように、Ｙ軸に平行に延びる中心軸回りで各振動腕に捩れモーメントが発生する。この捩れモーメントによって、共振子の基部では、隣接する逆位相で振動する振動腕の中心軸同士の間で、当該中心軸に平行に規定される回転軸回りに屈曲振動が発生する。この振動は基部から支持部を通じて基台に伝達される。基台は下側基板及び上側基板の間に保持されているので、基台である程度の振動が減衰される。本発明者らは、この振動の減衰が、振動腕の振動の振幅が大きい場合に、共振波形を歪ませ、共振周波数をシフトさせることを発見した。共振周波数のシフトは共振特性や位相ノイズへの影響が大きいため、改善が求められている。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、共振子において、共振周波数のシフトを抑制することを目的とする。
本発明の一側面に係る共振子は、前端及び当該前端に対向する後端を有する基部と、固定端が基部の前端に接続され、前端から離れる方向に延びている複数の振動腕と、を有する振動部と、振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、振動部と保持部との間に設けられ、一端が基部に接続され、他端が保持部における、基部の後端よりも前端側の領域に接続された保持腕と、を備える。
本発明によれば、共振子において、共振周波数のシフトを抑制することができる。
本発明の第１実施形態に係る共振装置の外観を概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る共振装置の構造を概略的に示す分解斜視図である。 上側基板を取り外した本発明の第１実施形態に係る共振子の平面図である。 図１のＡ−Ａ´線に沿った断面図である。 図３のＢ−Ｂ´線に沿った断面図である。 基部に対する保持腕の接続位置とＤＬＤとの関係を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る共振子の振動の変位量の分布を示す図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第２実施形態に係る共振子の平面図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第３実施形態に係る共振子の平面図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第４実施形態に係る共振子の平面図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第５実施形態に係る共振子の平面図である。 図７に対応し、本発明の第５実施形態に係る共振子の振動の変位の分布を示す図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第６実施形態に係る共振子の平面図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第７実施形態に係る共振子の平面図である。 図３に対応し、上側基板を取り外した本発明の第８実施形態に係る共振子の平面図である。
［第１の実施形態］
以下、添付の図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。また、図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。また、図３は、図１のＡＡ´断面図である。
この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで封止するとともに、共振子１０が振動する振動空間を形成する上蓋１３及び下蓋１４と、を備えている。共振装置１は、下蓋１４と、共振子１０と、上蓋１３とがこの順で積層され、接合されて構成されている。
共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。
共振子１０と上蓋１３とが接合され、これにより、共振子１０の振動空間が形成され、また、共振子１０が封止される。共振子１０、上蓋１３及び下蓋１４は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されており、Ｓｉ基板同士が互いに接合されて、共振子１０の振動空間が形成される。共振子１０及び下蓋１４は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。
以下、共振装置１の各構成について詳細に説明する。
（１．上蓋１３）
図２は、本発明の第１実施形態に係る共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。上蓋１３はＸＹ平面に沿って平板状に広がっており、その裏面に例えば平たい直方体形状の凹部が形成されている。凹部は共振子１０の振動空間の一部を形成する。
（２．下蓋１４）
下蓋１４は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板１９と、底板１９の周縁部からＺ軸方向に延びる側壁２０とを有している。下蓋１４の内面、すなわち底板１９の表面と側壁２０の内面とによって凹部２１が形成される。凹部２１は共振子１０の振動空間の一部を形成する。
上述した上蓋１３と下蓋１４とによってこの振動空間は気密に封止され、真空状態が維持されている。また、この振動空間には、例えば不活性ガス等の気体が充填されてもよい。
（３．共振子１０）
図３は、本実施形態に係る、共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図３を用いて本実施形態に係る共振子１０の各構成について説明する。共振子１０は、振動部１２０と、保持部１１と、１対の保持腕１８とを備えている。
（ａ）振動部１２０
振動部１２０は、図３の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って平板状に広がる板状の輪郭を有している。振動部１２０は、保持部１１の内側に設けられており、振動部１２０と保持部１１との間には、所定の間隔で空間が形成されている。図３の例では、振動部１２０は、基部１５と４本の振動腕１６ａ〜１６ｄとを有している。なお、振動腕の数は、４本に限定されず、例えば３本以上の任意の数に設定される。
基部１５は、Ｘ軸方向に長辺１５ａ（前端の一例である。）、長辺１５ａに対向する長辺１５ｂ（後端の一例である。）、Ｙ軸方向に短辺１５ｃ、１５ｃを有する、略直方体の板である。図３の例では、基部１５は、長辺１５ｂにおいて、後述する保持腕１８によって保持部１１に接続され、保持されている。基部１５は、例えば、Ｘ軸方向の幅が２５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが１００μｍ程度である。なお、基部１５は略直方体に限定されず、長辺１５ａの垂直二等分線に沿って規定される平面に対して略面対称に形成されていればよい。基部１５は、例えば、長辺１５ｂが１５ａより短い台形や、長辺１５ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、長辺１５ａ、１５ｂ、短辺１５ｃ、１５ｃは直線に限定されず、曲線であってもよい。
振動腕１６ａ〜１６ｄは、それぞれが基部１５と保持部１１との間にＹ軸方向に平行に設けられる。振動腕１６ａ〜１６ｄの一端は、基部１５の一方の長辺１５ａと接続されて固定端となっており、基部１５の長辺１５ａから離れる方向に延び、他端は自由端（開放端の一例である。）となっている。なお、振動腕１６ａ〜１６ｄが延びる方向は、後述する保持部１１の枠体１１ｃ、１１ｄに沿った方向に限らない。例えば、振動腕１６ａ〜１６ｄは、枠体１１ｃ、１１ｄに対して斜めに延びても良い。本実施形態において、各振動腕１６ａ〜１６ｄは、基部１５と一体に形成されている。また、各振動腕１６ａ〜１６ｄは、Ｙ軸方向に延びる角柱形状に形成され、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕１６ａ〜１６ｄは、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４８０μｍ程度、Ｚ軸方向の厚みが６μｍ程度である。
図３に示すように、本実施形態の振動部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１６ａ、１６ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１６ｂ、１６ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１６ｂと１６ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１６ａ（１６ｄ）（第１振動腕の一例である。）と当該外側の振動腕１６ａ（１６ｄ）に隣接する内側の振動腕１６ｂ（１６ｃ）（第２振動腕の一例である。）との間の間隔Ｗ２よりも大きく設定される。間隔Ｗ１は例えば３０μｍ程度、間隔Ｗ２は例えば１０μｍ程度である。間隔Ｗ１は間隔Ｗ２より大きく設定することにより、振動特性が改善される。また、共振装置１の小型化できるように、間隔Ｗ１を間隔Ｗ２と同じかＷ2よりも小さく設定してもよい。
（ｂ）保持部１１
保持部１１は、ＸＹ平面に沿って矩形の枠状に形成される。なお、保持部１１は、振動部１２０の周囲の少なくとも一部に設けられていればよく、枠状の形状に限定されない。本実施形態では、保持部１１は、ＸＹ平面に沿って振動部１２０の外側を囲むように設けられる。保持部１１は、角柱形状の枠体１１ａ（第１固定部の一例である。）、１１ｂ、１１ｃ（第２固定部の一例である。）、１１ｄ（第２固定部の一例である。）からなる。なお、枠体１１ａ〜１１ｄは、一体に形成されている。
枠体１１ａは、振動腕１６ａ〜１６ｄの自由端に対向して、Ｘ軸方向に設けられる。枠体１１ｂは、基部１５の長辺１５ｂに対向して、Ｘ軸方向に設けられる。枠体１１ｃは、振動腕１６ａの長辺に対向してＹ軸方向に設けられ、その両端で枠体１１ａ、１１ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１１ｄは、振動腕１６ｄの長辺に対向してＹ軸方向に設けられ、その両端で枠体１１ａ、１１ｂの他端にそれぞれ接続される。
なお、以下の説明では、枠体１１ａ側を共振子１０の上側、枠体１１ｂ側を共振子１０の下側として説明する。
（ｃ）保持腕１８
１対の保持腕１８は、保持部１１の内側に設けられ、基部１５の長辺１５ｂと枠体１１ａとを接続する。保持腕１８は、一端が基部１５に接続され、他端が保持部１１における、基部１５の長辺１５ｂよりも長辺１５ａ側の領域に接続される。
図３に示すように、１対の保持腕１８は、基部１５のＸ軸方向の中心線に沿ってＹＺ平面に平行に規定される仮想平面Ｐに対して略面対称に形成される。１対の保持腕１８はそれぞれ、腕１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有している。一対の保持腕１８は、一端が基部１５の長辺１５ｂに接続されており、そこから枠体１１ｂに向かって延びている。そして、一対の保持腕１８は、それぞれ枠体１１ｃ又は１１ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１１ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲して、他端が枠体１１ａに接続されている。
腕１８ａは、基部１５と枠体１１ｂとの間に、枠体１１ｃ（１１ｄ）に対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１８ａは、一端が基部１５の長辺１５ｂにおいて基部１５と接続しており、そこから長辺１５ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１８ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１６ａ（１６ｄ）の中心線よりも内側に設けられることが望ましく、図３の例では、腕１８ａは、振動腕１６ａと１６ｂとの間に設けられている。
また腕１８ａの他端は、その側面において、腕１８ｂの一端と接続されている。腕１８ａは、Ｘ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍ程度である。
腕１８ｂは、基部１５と枠体１１ｂとの間に、枠体１１ｂに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１８ｂは、一端が、腕１８ａの他端であって基部１５に対して外側の側面に接続し、そこから腕１８ａに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１８ｂの他端は、腕１８ｃの一端であって振動部１２０と対向する側の側面に接続している。腕１８ｂは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度であり、Ｘ軸方向に規定される長さが７５μｍ程度である。
腕１８ｃは、基部１５と枠体１１ｃ（１１ｄ）との間に、枠体１１ｃ（１１ｄ）に対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように設けられている。
腕１８ｃの一端は、その側面において、腕１８ｂの他端と接続されている。また腕１８ｃの他端は、、振動部１２０と対向する位置よりも外側において枠体１１ａと接続しており、そこから枠体１１ａに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。
腕１８ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが６８０μｍ程度である。
このように、１対の保持腕１８は、腕１８ａにおいて基部１５と接続し、腕１８ａと腕１８ｂとの接続箇所、及び腕１８ｂと１８ｃとの接続箇所で屈曲した後に、保持部１１へと接続する構成となっている。
（４．積層構造）
図４を用いて共振装置１の積層構造について説明する。図４は、図１のＡＡ´断面図である。
図４に示すように、本実施形態に係る共振装置１では、下蓋１４の側壁２０上に共振子１０の保持部１１が接合され、さらに共振子１０の上に上蓋１３が覆いかぶさって接合される。このように下蓋１４と上蓋１３との間に共振子１０が保持され、下蓋１４と上蓋１３と共振子１０の保持部１１とによって、振動腕１６ａ〜１６ｄが振動する振動空間が形成される。
下蓋１４の底板１９及び側壁２０は、Ｓｉ（シリコン）により、一体的に形成されている。側壁２０の上面にはＳｉＯ２（二酸化ケイ素）膜２２が形成されており、このＳｉＯ２膜２２によって、下蓋１４と共振子１０の保持部１１と接合されている。Ｚ軸方向に規定される下蓋１４の厚みは例えば、１５０μｍ、凹部２１の深さは例えば５０μｍである。
上蓋１３は、所定の厚みのＳｉ（シリコン）ウエハにより形成されている。図４に示すように、上蓋１３はその周辺部で共振子１０の保持部１１と接合されている。上蓋１３の周縁部と保持部１１との間には、上蓋１３と保持部１１とを接合するために、例えばＡｕ（金）膜２７及びＳｎ（錫）膜２８が形成されている。
共振子１０では、保持部１１、基部１５、振動腕１６ａ〜１６ｄ、保持腕１８は、同一プロセスで形成される。共振子１０では、まず、Ｓｉ（シリコン）層２３の上に、金属層２６が積層されている。そして、金属層２６の上には、金属層２６を覆うように圧電薄膜２４が積層されており、さらに、圧電薄膜２４の上には、金属層２５が積層されている。
Ｓｉ層２３は、例えば、厚さ１０μｍ程度の縮退したｎ型Ｓｉ半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）、Ｓｂ（アンチモン）などを含むことができる。なお、Ｓｉ層２３の下面には温度特性を向上させるためのＳｉＯ２層が形成されてもよい。
また、金属層２５、２６は、例えば厚さ０．１μｍ程度のＭｏ（モリブデン）やアルミニウム（Ａｌ）等を用いて形成される。なお、金属層２６を形成せずに、縮退した半導体であるＳｉ層２３を金属層２６として用いてもよい。
金属層２５、２６は、共振子１０に積層された後、エッチング等の加工により望ましい形状となるように形成される。
金属層２６は、例えば振動部１２０上においては、下部電極となるように、エッチング等によって加工される。また、保持腕１８や保持部１１上においては、例えば共振子１０の外部に設けられた交流電源に下部電極を接続するための配線となるように、エッチング等によって加工される。
他方で、金属層２５は、例えば振動部１２０上においては、上部電極となるように、エッチング等によって加工される。また、保持腕１８や保持部１１上においては、例えば共振子１０の外部に設けられた交流電源に上部電極を接続するための配線となるように、エッチング等によって加工される。
なお、交流電源から下部配線または上部配線への接続にあたっては、上蓋１３の外面に電極を形成して、当該電極が交流電源と下部配線または上部配線とを接続する構成や、上蓋１３内にビアを形成し、当該ビアの内部に導電性材料を充填して配線を設け、当該配線が交流電源と下部配線または上部配線とを接続する構成が用いられてもよい。
圧電薄膜２４は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜であり、例えば、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。具体的には、圧電薄膜２４は、ＳｃＡｌ（窒化スカンジウムアルミニウム）により形成することができる。ＳｃＡｌＮは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部をスカンジウムに置換したものである。また、圧電薄膜２４は、例えば、０．８μｍの厚さを有する。
圧電薄膜２４は、金属層２５、２６によって圧電薄膜２４に印加される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向すなわちＹ軸方向に伸縮する。この圧電薄膜２４の伸縮によって、振動腕１６ａ〜１６ｄは、下蓋１４及び上蓋１３の内面に向かってその自由端を変位させ、面外の屈曲振動モードで振動する。
本実施形態では、図４に示すように、外側の振動腕１６ａ、１６ｄに印加される電界の位相と、内側の振動腕１６ｂ、１６ｃに印加される電界の位相とが互いに逆位相になるように設定される。これにより、外側の振動腕１６ａ、１６ｄと内側の振動腕１６ｂ、１６ｃとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕１６ａ、１６ｄが上蓋１３の内面に向かって自由端を変位すると、内側の振動腕１６ｂ、１６ｃは下蓋１４の内面に向かって自由端を変位する。
以上のような共振装置１では、逆位相の振動時、すなわち、図４に示す振動腕１６ａと振動腕１６ｂとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ１回りに振動腕１６ａと振動腕１６ｂとが上下逆方向に振動する。また、振動腕１６ｃと振動腕１６ｄとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ２回りに振動腕１６ｃと振動腕１６ｄとが上下逆方向に振動する。これによって、中心軸ｒ１とｒ２とで互いに逆方向の捩れモーメントが生じ、基部１５で屈曲振動が発生する。
次に、図５及び図６を用いて、保持腕１８と基部１５との接続位置について説明する。図５は、図３のＢＢ´断面図である。
図５において、点線で示した面１６１ａ〜１６１ｄは、それぞれ振動腕１６ａ〜１６ｄが、基部１５の前端の端面と接触する面（又は境界となる面）を表した仮想的な端面である。また、面１８１ａは、保持腕１８の腕１８ａが基部１５の後端の端面と接触する面（又は境界となる面）を表した、腕１８ａの仮想的な端面である。また、面１５１ａは、基部１５における振動腕１６ａ〜１６ｄとの接触面（前端面）である。さらに、点ｑ１〜ｑ４は、それぞれ端面１６１ａ〜１６１ｄの中心を示し、また、点ｑ５は、端面１８１ａの中心を示し、点ｑ６は前端面１５１ａの中心を示している。なお、面の中心とは、例えば面の中央や重心をいう。さらに、面の中心は、少なくともその面においてＸ軸方向における中央であればよい。
図５に示すように保持腕１８の端面１８１ａの中心点ｑ５は、基部１５の最も外側において、基部１５に接続された振動腕１６ａ、１６ｄよりも、内側の振動腕１６ｂ、１６ｃ側に位置する。より好ましくは、中心点ｑ５から前端面１５１ａの中心点ｑ６までの距離が、基部１５において、基部１５の表面をとおり長辺１５ａに平行な直線のうち、最大長の直線の長さ（以下、「基部幅」とも呼ぶ。）の半分に対して０．６倍以下になるように、保持腕１８は基部１５に接続される。本実施形態においては、基部１５は矩形であるため、基部幅は長辺１５ａの長さをいう。この場合、共振子１０のＤＬＤ（Ｄｒｉｖｅ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ：励振レベル依存特性）を改善することができる。さらに好ましくは、保持腕１８の一端は、基部１５の振動の変位が最小となる領域において基部１５に接続される。この場合、共振子１０の振動周波数の変動を低減させることができる。
なお、基部幅は、次のように定義されても良い。すなわち、基部１５の前端（図３においては長辺１５ａ上の点）から後端（図３においては長辺１５ｂ上の点）に向かう方向である長さ方向における、前端と後端との最長距離を基部長とした場合、前述の長さ方向に直交する幅方向における基部１５の左端（図３においては短辺１５ｃ）と右端（図３においては短辺１５ｃ）との最長距離を基部幅と定義することもできる。
図６は、保持腕１８と基部１５との接続位置に対するＤＬＤの変化を示すグラフである。横軸は、基部幅の半分の値に対する中心点ｑ５から中心点ｑ６までの距離の割合を示し、縦軸は単位電力（μＷ）あたりの周波数の変位量（ｐｐｍ）を示している。図６の例では、まず、インピーダンスアナライザ等を用いて、入力電力（μＷ）を変えて共振周波数の測定を行った。その後、測定した、入力電力に対する共振周波数の関係を直線近似し、その直線の傾き（入力電力の変化量に対する共振周波数の変化量）を単位電力当りの周波数変位量とした。
図６に示すように、ＤＬＤは、基部幅の半分の値に対する中心点ｑ５から中心点ｑ６までの距離の割合が０．６より大きい場合、ほぼ一定であるが、０．６の点を境界に漸進的に減少している。基部幅の半分の値に対する中心点ｑ５から中心点ｑ６までの距離の割合を０．６以下に設定することでＤＬＤが大幅に向上することが分かる。
図７は、本実施形態における振動部１２０の振動による変位量の分布を模式的に示す図である。図７において、色の濃い箇所は、色の薄い箇所にくらべて、変位が少ない部位を示している。図７に示すように、中心軸ｒ１、ｒ２は、他の部位と比較して、変位が少ない部位の中心を通っている。
中心軸ｒ１、ｒ２で発生したモーメントは、基部１５の振動腕１６ａと１６ｂの間、及び振動腕１６ｃと１６ｄの間（図７の色の濃い箇所）から、基部１５全体に伝搬する。本実施形態に係る共振装置１は、基部１５を直接保持部１１に固定せずに、保持腕１８を介して接続されている。これによって、保持腕１８において回転方向のモーメントを分散させることができ、共振子１０の振動周波数の変動を低減させることができる。さらに、保持腕１８を屈曲させることでこの効果をより向上させることができる。
また、本実施形態に係る共振装置１は、基部１５と保持腕１８とを、振動腕１６ａ〜１６ｄが接続されている長辺１５ａに対向する長辺１５ｂにおいて接続することによって、振動漏れを抑制させることができ、Ｑ値が向上する。さらに、長辺１５ｂのうち、振動による変位が他の箇所と比較して小さい部位、好ましくは最小となる部位に、保持腕１８との接続点を設けることで、振動特性をより向上させることができる。具体的には、保持腕１８は、腕１８ａのＸ軸方向の中心を通る軸が中心軸ｒ１、ｒ２と一致するように、長辺１５ｂと接続することが望ましい。
［第２の実施形態］
第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。
図８は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態では、振動部１２０は、基部１５に長辺１５ｂに接続する保持腕１８によって、枠体１１ｃ、１１ｄにおいて保持部１１に接続されている。
本実施形態では、保持腕１８は、腕１８ａ〜１８ｃに加え、腕１８ｄを有している。一対の保持腕１８は、一端が基部１５の長辺１５ｂに接続されており、そこから枠体１１ｂに向かって延びている。そして、一対の保持腕１８は、それぞれ枠体１１ｃ又は１１ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、枠体１１ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１１ｃ又は１１ｄに向かう方向に屈曲して、他端が枠体１１ｃ又は１１ｄに接続されている。
腕１８ｃは、基部１５と枠体１１ｃ（１１ｄ）との間に、枠体１１ｃ（１１ｄ）に対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように設けられている。
腕１８ｃは、一端が、その側面において、腕１８ｂに接続されている。また、腕１８ｃの他端は、その側面において、腕１８ｄの一端に接続されている。腕１８ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが６２０μｍ程度である。
腕１８ｄは、振動腕１６ａ（１６ｄ）と枠体１１ｃ（１１ｄ）との間に、枠体１１ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１８ｄの一端は、腕１８ｃの他端であって枠体１１ｃ（１１ｄ）と対向する側の側面と接続されている。また、腕１８ｄは、他端が、振動腕１６ａ（１６ｄ）の自由端の端部に対向する位置において、枠体１１ｃ（１１ｄ）と接続しており、そこから枠体１１ｃ（１１ｄ）に対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１８ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが１０μｍ程度である。
保持腕１８のその他の腕については、第１の実施形態と同様である。
このように本実施形態では、振動部１２０は、保持腕１８によって、枠体１１ｃ、１１ｄに接続されている。保持腕１８の屈曲箇所を増やすことによって、保持腕１８におけるモーメントをより分散させ、共振周波数の抑制効果をより向上させることができる。
その他の構成、効果は第１の実施形態と同様である。
［第３の実施形態］
図９は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態では、振動部１２０は、基部１５の長辺１５ｂに接続する保持腕１８によって、枠体１１ｃ、１１ｄにおいて保持部１１に接続されている。
本実施形態では、保持腕１８は、腕１８ａ〜１８ｃに加え、腕１８ｄを有している。一対の保持腕１８は、一端が基部１５の長辺１５ｂに接続されており、そこから枠体１１ｂに向かって延びている。そして、一対の保持腕１８は、それぞれ枠体１１ｃ又は１１ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、枠体１１ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１１ｃ又は１１ｄに向かう方向に屈曲して、他端が枠体１１ｃ又は１１ｄに接続されている。
腕１８ｃは、基部１５と枠体１１ｃ（１１ｄ）との間に、枠体１１ｃ（１１ｄ）に対向して、Ｙ軸方向に平行に設けられている。
腕１８ｃは、一端が、その側面において、腕１８ｂに接続されている。また、腕１８ｃの他端は、その側面において、腕１８ｄの一端と接続されている。腕１８ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが１４０μｍ程度である。
腕１８ｄは、振動腕１６ａ（１６ｄ）と枠体１１ｃ（１１ｄ）との間に、枠体１１ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１８ｄの一端は、腕１８ｃの他端であって枠体１１ｃ（１１ｄ）と対向する側の側面と接続されている。また、腕１８ｄは、他端が基部１５の長辺１５ａと振動腕１６ａ（１６ｄ）の接続箇所に対向する位置近傍において、枠体１１ｃ（１１ｄ）と接続しており、そこから枠体１１ｃ（１１ｄ）に対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。腕１８ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度である。
保持腕１８のその他の腕については、第１の実施形態と同様である。
このように本実施形態では、振動部１２０は、保持腕１８によって、枠体１１ｃ、１１ｄに接続されている。保持腕１８の屈曲箇所を増やすことによって、保持腕１８におけるモーメントをより分散させ、共振周波数の抑制効果をより向上させることができる。 その他の構成、効果は第１の実施形態と同様である。
［第４の実施形態］
図１０は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態では、保持腕１８は、腕１８ａ〜１８ｃに加え、腕１８ｄ、１８ｅを有している。一対の保持腕１８は、一端が基部１５の長辺１５ｂに接続されており、そこから枠体１１ｂに向かって延びている。そして、一対の保持腕１８は、それぞれ枠体１１ｃ又は１１ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸方向）に屈曲し、枠体１１ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、再度それぞれ枠体１１ｄ又は１１ｃに向かう方向に屈曲し、さらに枠体１１ａに向かう方向に屈曲して、他端が枠体１１ａに接続されている。
腕１８ｃは、一端が、その側面において、腕１８ｂに接続されている。また、腕１８ｃの他端は、その側面において、腕１８ｄの一端と接続されている。腕１８ｃは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが６６０μｍ程度である。
腕１８ｄは、振動腕１６ａ（１６ｄ）と枠体１１ｃ（１１ｄ）との間に、枠体１１ａに対向して、長手方向がＸ軸方向に平行になるように設けられている。腕１８ｄの一端は、腕１８ｃの他端であって枠体１１ｃ（１１ｄ）と対向する側の側面と接続し、そこから枠体１１ｃ（１１ｄ）に対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１８ｄの他端は、腕１８ｅの一端であって、枠体１１ｃ（１１ｄ）と対向する側の側面と接続している。腕１８ｄは、例えばＹ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｘ軸方向に規定される長さが２０μｍ程度である。
腕１８ｅは、振動腕１６ａ（１６ｄ）と枠体１１ａとの間に、枠体１１ｃ（１１ｄ）に対向して、長手方向がＹ軸方向に平行になるように設けられている。腕１８ｅの一端は、その側面において、腕１８ｄの他端に接続されている。また、腕１８ｅの他端は、振動腕１６ａ（１６ｄ）と対向する位置において、枠体１１ａと接続し、そこから枠体１１ａに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１８ｅは、例えばＸ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが４０μｍ程度である。
保持腕１８のその他の腕については、第１の実施形態と同様である。
このように本実施形態では、保持腕１８の屈曲箇所を増やすことによって、保持腕１８におけるモーメントをより分散させ、共振周波数の抑制効果をより向上させることができる。
その他の構成、効果は第１の実施形態と同様である。
［第５の実施形態］
図１１は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第１の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態では、振動腕１６ａ〜１６ｄはそれぞれ自由端に錘Ｇを有している。錘Ｇは、例えば振動腕１６ａ〜１６ｄと同一プロセスによって一体形成される。振動腕１６ａ〜１６ｄが自由端側にそれぞれ錘Ｇを有することで、各振動腕における上下方向の振動の振幅を大きくすることができる。
図１２は、本実施形態における振動部１２０の振動による変位量の分布を模式的に示す図である。図１２において、色の濃い箇所は、色の薄い箇所にくらべて、変位が少ない部位を示している。本実施形態では、振動腕１６ａ〜１６ｄが自由端側に錘Ｇを有するため、他の部位と比較して、変位が少ない部位が、第１の実施形態よりも広くなっている。本実施形態では、腕１８ａのＸ軸方向の中心を通る軸は、他の部位と比較して、変位が少ない部位の中心を通るように設定されている。
その他の構成、効果は第１の実施形態と同様である。
［第６の実施形態］
図１３は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第３の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態において、基部１５は後端において、第３実施形態における長辺１５ｂに代えて、２つの短辺１５ｅ、１５ｆを有している。即ち、本実施形態に係る基部１５は、平面視において、長辺１５ａ、及び短辺１５ｃ〜１５ｆを備え、長辺１５ａの垂直二等分線に対して線対称な五角形の形状を有している。本実施形態では、保持腕１８は、基部１５の後端側の領域である短辺１５ｅ、１５ｆに接続されている。その他の構成、効果は第３の実施形態と同様である。
［第７の実施形態］
図１４は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第３の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態において、基部１５は後端において、第３実施形態における長辺１５ｂに代えて、４つの短辺１５ｇ〜１５ｊを有している。即ち、本実施形態に係る基部１５の後端は、平面視において、略円弧形状を有している。また、本実施形態では、保持腕１８は、基部１５の後端側の領域である短辺１５ｇ、１５ｊに接続されている。その他の構成、効果は第３の実施形態と同様である。


［第８の実施形態］
図１５は、本実施形態に係る、共振子１０の平面図の一例を示す図である。以下に、本実施形態に係る共振装置１の詳細構成のうち、第３の実施形態との差異点を中心に説明する。
本実施形態において、基部１５は前端の振動腕１６ｂとの接続箇所と、１６ｃとの接続箇所との間には、凹部１５１ｋが形成されている。具体的には、本実施形態において、前端の長辺１５ａは、短辺１５ｃとの接続箇所から振動腕１６ｂとの接続箇所まで、長辺１５ｂに平行に延びる。そこから長辺１５ａは、長辺１５ｂ側へ略垂直に屈曲し、短辺１５ｃに平行に延び、さらに短辺１５ｃの中央付近において、短辺１５ｄ側へ略垂直に屈曲する。屈曲後、長辺１５ａは、再度、長辺１５ｂに平行に延び、振動腕１６ｃの延長線付近において、さらに振動腕１６ｃ側に略垂直に屈曲する。さらに長辺１５ａは、振動腕１６ｃとの接続箇所において、短辺１５ｄ側に略垂直に屈曲し、短辺１５ｄとの接続箇所まで延びている。これによって、基部１５の前端に凹部１５１ｋが形成されている。その他の構成、効果は第３の実施形態と同様である。
以上説明した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。即ち、各実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、各実施形態が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、既述の実施形態において、保持腕１８は２回以上屈曲する構成として説明したが、これに限定されない。保持腕１８は、例えば、１回も屈曲せず、基部１５の長辺１５ｂと枠体１１ｂとを接続する構成であってもよい。また、保持腕１８は、例えば、１回だけ屈曲して、基部１５の長辺１５ｂと枠体１１ｃ又は１１ｄとを接続する構成であってもよい。この場合、共振装置１の小型化を図ることが可能になる。また、各実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもなく、これらも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
１ 共振装置
１０ 共振子
１３ 上蓋
１４ 下蓋
１１ 保持部
１１ａ〜ｄ 枠体
１８ 保持腕
１８ａ〜ｅ 腕
１２０ 振動部
１５ 基部
１５ａ、１５ｂ 長辺
１５ｃ 短辺
１６ａ〜ｄ 振動腕
２２ ＳｉＯ２膜
２３ Ｓｉ層
２４ 圧電薄膜
２５、２６ 金属層

Claims (5)

  1. 前端及び当該前端に対向する後端を有する基部と、固定端が前記基部の前記前端に接続され、前記前端から離れる方向に延びている複数の振動腕と、を有する振動部と、
    振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
    振動部と保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部における、前記基部の前記後端よりも前記前端側の領域に接続された保持腕と、
    を備え、
    前記保持部は、
    前記複数の振動腕の開放端に対向して設けられた第１固定部と、前記振動腕が延びる方向に沿って、当該複数の振動腕に対向して設けられた第２固定部と、を有し、
    前記保持腕の一端は、
    前記基部の前記後端側に接続され、前記他端が、前記第１固定部又は前記第２固定部に接続される、共振子。
  2. 前端及び当該前端に対向する後端を有する基部と、固定端が前記基部の前記前端に接続され、前記前端から離れる方向に延びている複数の振動腕と、を有する振動部と、
    振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
    振動部と保持部との間に設けられ、一端が前記基部に接続され、他端が前記保持部における、前記基部の前記後端よりも前記前端側の領域に接続された保持腕と、
    を備え、
    前記保持腕の前記一端は、
    前記基部の振動の変位が最小となる領域において前記基部に接続される、共振子。
  3. 前記保持腕の前記一端は、
    当該一端の端面の中心が、前記複数の振動腕のうち、前記基部の前記前端の最も外側において前記基部に接続された第１振動腕よりも、前記第１振動腕に隣接して前記基部に接続された第２振動腕側に接続される、
    請求項１又は２に記載の共振子。
  4. 前記保持腕の前記一端は、
    当該一端の端面の中心から前記基部の前記前端の端面の中心までの距離が、前記基部の表面をとおり前記前端に平行な直線のうち、長さが最大となる直線の半分の長さに対して６割以下となる位置に接続される、
    請求項２又は３に記載の共振子。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の共振子を備える、共振装置。
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