CN105340177B - 振动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种能够将振动部的振动可靠地封闭于振动部侧的振动装置。在振动装置(1)中,支承部(4)的第一端部连结于振动部(2),框状的基部(3)与支承部(4)的第二端部相连接,被设置成包围振动部(2),在基部(3)形成有向与支承部(4)延伸的方向交叉的方向延伸的狭缝(3a),以便在支承部(4)与基部(3)的连结于支承部(4)的第二端部的部分之间设置弯曲振动部(5),弯曲振动部(5)的两端与基部(3)的剩余部分连续,连续的部分被作为弯曲振动部(5)的固定端,当将与振动部(2)中的固有振动的频率对应的该弯曲振动的波长设为λ时,弯曲振动部(5)的连结于支承部(4)的第二端部的部分与弯曲振动部(5)的固定端之间的长度被设为λ/4。
Description
技术领域
本发明涉及在振动部连结有用于支承该振动部的支承部的振动装置。
背景技术
以往,采用利用了各种振动模式的振动装置作为共振子等。在这样的振动装置中,需要支承振动部以便不妨碍振动部的振动。
在下述的专利文献1中,在沿着以长度模式振动的振动部的长度方向的面的中央连结有T字形状的支承部。T字形状的支承部具有朝第一方向延伸的第一部分、和连结于第一部分的一方的侧面的中央且向与第一方向正交第二方向延伸的第二部分。该第二部分的前端被连结于振动部。第一部分的与连结于第二部分侧的侧面相反侧的侧面面对设置于基部的狭缝。该狭缝朝第一部分的延伸方向延长。
在该T字形状的支承部中,从第二部分传播过来的振动使第一部分的面对于上述狭缝的部分弯曲振动。第一部分的弯曲振动的部分构成振动反射部。该振动反射部的长度、即沿着第一方向的长度被设为从振动部传输的主振动的波长λ的1/4。
在下述的专利文献2中,在沿着振动部的长度方向的面的中央连结有支承部。在支承部连结有被设置包围振动部的支承框。该支承框通过导电性粘合剂等被保持于封装部件。由此,被形成为能够抑制支承部的破损。另外,通过使支承部的形状呈T字形状等,从而能够抑制振动的泄漏。
专利文献1:WO2010/110918
专利文献2:日本特开平10-117120号公报
在专利文献1所记载的振动装置中,上述振动反射部的长度被设为λ/4。因此,振动未被封闭,在基部侧振动容易泄漏。
另外,与T字形状支承部的第一部分的两端连续的保持部分的面积较小。因此,T字形状的支承腕与保持部分的声音阻抗差小,无法得到充分的声音反射效果。
在专利文献2所记载的振动装置中,没有考虑到任何关于支承部的形状和尺寸与振动部中被激振的振动的波长的关系。因此,无法充分地抑制振动的泄漏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够将振动部的振动可靠地封闭于振动部侧的振动装置。
本发明涉及的振动装置具备振动部、支承部以及基部。上述支承部具有第一端部和与上述第一端部相反侧的第二端部。上述支承部的上述第一端部连结于上述振动部。上述支承部支承该振动部。
上述基部与上述支承部的上述第二端部相连。上述基部具有被设置包围上述振动部的框状的形状。在本发明中,在上述基部形成有向与上述支承部延伸的方向交叉的方向延伸的狭缝,以便在上述支承部与连结于上述支承部的第二端部的上述基部的部分之间设置两端被作为固定端的弯曲振动部。
在本发明中,上述弯曲振动部的两端与基部的剩余部分连续,该连续的部分被作为上述弯曲振动部的固定端。
在本发明中,当将与上述振动部中的固有振动的频率对应的该弯曲振动的波长设为λ时,上述弯曲振动部的连结于上述支承部的第二端部的部分与该弯曲振动部的上述固定端之间的长度被设为λ/4。
在本发明涉及的振动装置的一确定的方式中,整体是板状体,在板状体形成有多个贯通槽,上述多个贯通槽包围除了设置有上述支承部的部分以外的上述振动部,以便构成上述振动部、上述支承部以及上述基部。
在本发明涉及的振动装置的其它确定的方式中,上述振动部具有由简并半导体形成的Si层、和被层叠在上述Si层上的激振部,该激振部具有压电体层、和用于在上述压电体层施加电压的第一电极、第二电极。
在本发明涉及的振动装置的又一确定的方式中,上述振动部的外周缘和上述基部之间的距离与上述振动部的外周缘和上述弯曲振动部之间的距离相等。
在本发明涉及的振动装置的另外的确定的方式中,上述振动部的外周缘和上述基部之间的距离小于上述振动部的外周缘和上述弯曲振动部之间的距离。
在本发明涉及的振动装置中,弯曲振动部的两端与基部的剩余部分连续,由于使该连续的部分被作为固定端,所以能够得到充分的声音反射效果。因此,通过弯曲振动部的振动,能够可靠地使从振动部传输过来的振动反射到振动侧。因此,能够可靠地将振动封闭于振动部侧。
附图说明
图1(a)是本发明的第一实施方式涉及的振动装置的俯视图,图1(b)是表示其主要部分的正面剖视图。
图2是用于说明本发明的第一实施方式中的支承部与弯曲振动部的尺寸关系的部分切口俯视图。
图3是本发明的第二实施方式涉及的振动装置的俯视图。
图4是本发明的第三实施方式涉及的振动装置的俯视图。
图5是本发明的第四实施方式涉及的振动装置的俯视图。
图6是表示弯曲振动部的连结于支承部的部分和弯曲振动部的外侧的固定端之间的长度Ls与Qm的关系的图。
图7是表示弯曲振动部的连结于支承部的部分和弯曲振动部的外侧的固定端之间的长度Ls与临界耦合系数k(%)的关系的图。
图8是比较例1的振动装置的俯视图。
图9是第一变形例的振动装置的俯视图。
具体实施方式
以下,通过参照附图并说明本发明的具体实施方式,使本发明清楚。
图1(a)是本发明的第一实施方式涉及的振动装置的俯视图。振动装置1具有正方形板状的振动部2。振动部2通过支承部4连结于框状的基部3。未特别限定基部3,但基部3的外周缘具有正方形的形状。
支承部4连结于正方形板状的振动部2的1个侧面中央。另外,在与该侧面相反侧的侧面也连结有支承部4。即,设置有一对支承部4、4。
支承部4具有连结于振动部2的第一端部和连结于基部3的第二端部。第二端部是与第一端部相反侧。
支承部4的第二端部连结于弯曲振动部5。这里,弯曲振动部5是指通过在基部3设置狭缝3a而被设置于狭缝3a与支承部4之间的部分。即,在基部3设置有狭缝3a,该狭缝3a向与支承部4的延伸方向正交的方向延伸。换言之,狭缝3a被设置成向与正方形板状的振动部2的连结有支承部4的侧面平行的方向延伸。
狭缝3a与支承部4之间的基部部分构成弯曲振动部5。弯曲振动部5的外侧缘面对狭缝3a。相反侧的缘面对贯通槽6、6。通过在正方形板状的基部3形成一对贯通槽6、6,从而能够设置上述振动部2以及支承部4、4。
换言之,振动部2隔着贯通槽6、6被包围在框状的基部3。由此,振动部2的外周缘与上述基部3之间的距离被形成为与上述振动部2的外周缘与上述弯曲振动部5之间的距离相等。
如图1(a)所示,弯曲振动部5向上述狭缝3a延伸的方向延长。而且,在图1(a)由虚线A、A表示的位置是弯曲振动部5的端部。即,弯曲振动部5的长度方向端部与弯曲振动部5的狭缝3a的长度方向端部一致。换言之,狭缝3a与贯通槽6、6之间的部分构成弯曲振动部5。
在本实施方式中,振动部2具有图1(b)所示的层叠構造。如图1(b)所示,在由简并半导体形成的Si层11上层叠有氧化硅层12。
通过将n型掺杂剂掺杂于Si,从而由简并半导体形成的Si层11成为简并半导体。该情况下的掺杂浓度被形成为在5×1019个/cm3以上。并未特别限定上述掺杂剂,但是作为n型的掺杂剂优选使用磷酸(P)。在使用了磷酸(P)的情况下,能够容易地制造n型的简并半导体。
在氧化硅层12上层叠有激振部13。激振部13具有:压电薄膜14、层叠在压电薄膜14的上面的大致整面的第一电极15、和层叠在下面的大致整面的第二电极16。这里,也可以在这些电极设置有狭缝、切口。
压电薄膜14在厚度方向取向。因此,通过在第一电极15和第二电极16之间施加交流电场,从而使激振部13被激振。另外,Si层11由如上所述的简并半导体、即Si形成。因此,振动部2是具有所谓MEMS构造的振动体。
通过使激振部13被激振,正方形板状的振动部2在正方形板的扩散模式下振动。能够在振动装置1利用该振动特性。
另外,在上述正方形板的扩散振动中,成为位移最小的部分位于4个侧面的各个中央。在本实施方式中,支承部4连结于1个侧面的中央、即作为位移最小部分。因此,振动部2的振动不容易传递到支承部4。另外,在本实施方式中,通过弯曲振动部5的作用,能够将振动可靠地封闭于到弯曲振动部5为止的部分。由此,能够提高振动特性。在以下,详述这些。
在本实施方式中,支承部4延伸的方向与弯曲振动部5延伸的方向正交。
另外,弯曲振动部5在内侧缘面对贯通槽6,外侧缘面对狭缝3a。因此,若振动经由支承部4从振动部2传递,则弯曲振动部5向与基部3的面方向正交的方向弯曲振动。该情况下,弯曲振动部5的两端是固定端。即,由于弯曲振动部5的以虚线A表示的端部与基部3连续,所以端部成为固定端。
在本实施方式中,传输过来的振动被转换成弯曲振动部5的振动,弯曲振动部5与基部3的界面成为弯曲振动的固定端。因此,弯曲振动被该界面反射,能够有效地抑制振动向基部3侧的传递。
尤其,由于以虚线A表示的固定端的外侧的基部部分的面积较大,所以能够提高基部3的声音阻抗。因此,能够提高以虚线A表示的部分中的声音反射效率。由此,能够提高振动向到弯曲振动部5为止的部分封闭的性能。
如上所述,弯曲振动部5的两端即固定端与基部的剩余部分连续。因此,使固定端的外侧的基部部分的面积变大。该情况下,固定端的外侧的基部部分的面积越大越好。更具体地,优选固定端的外侧的基部的剩余部分的面积相比弯曲振动部5的面积大。
图2是用于说明支承部与弯曲振动部的尺寸关系的部分切口俯视图。在图2中简略地图示将弯曲振动部5的两端被作为固定端。
在本实施方式中,当将与振动部2中的固有振动的频率对应的弯曲振动的波长设为λ时,上述弯曲振动部5的连结于支承部4的第二端部的部分与弯曲振动部5的固定端之间的距离即长度Ls被设为λ/4。因此,由此也能够更进一步提高振动的封闭性。
如前述那样,在本实施方式中,由于以虚线A表示的固定端的外侧的基部部分的面积较大,所以能够提高声音反射效果,能够提高封闭性。另外,由于上述距离Ls被设为λ/4,所以能够更进一步有效地提高封闭性。参照图6以及图7更具体地说明这些。
作为上述振动装置1,按以下的规格制成了振动装置1。振动部2的平面形状:150μm×150μm。
系结支承部4的第一端部与第二端部的方向的长度L=5μm,支承部4的宽度方向尺寸=5μm。
弯曲振动部5的宽度方向尺寸=5μm。
Si层11的厚度=10μm。作为Si层中的n型掺杂剂的P的掺杂量=5×1019个/cm3。氧化硅层12的厚度:0.8μm。压电薄膜14:氮化铝膜,厚度0.8μm。
第一、第二电极15、16:由钼(Mo)形成,厚度0.1μm。
在上述振动装置1中,使前述的距离Ls进行了各种变化。图6是表示距离Ls与振动的Qm的关系的图,图7是表示距离Ls与振动的临界耦合系数k(%)的关系的图。在图6以及图7中,实线表示上述实施方式的结果,虚线表示比较例1的结果。
作为比较例1,构成了图8所示的振动装置101。将长度5μm以及宽度方向尺寸5μm的支承部的一端连结于与上述实施方式尺寸相同的振动部102的相互对置的一对侧面中央。将长度为2Ls+5μm的弯曲振动部103的中央与该支承部104的另一端连续。将弯曲振动部103的两端连结于向与弯曲振动部103的延伸方向正交的方向、即向与振动部102相反侧延伸的一对外侧支承部105。将外侧支承部105的宽度方向尺寸设为5μm,将外侧支承部105的长度方向尺寸设为5μm。使其它的构成与上述实施方式相同。因此,在比较例1中,在弯曲振动部103的两端由面积小的外侧支承部105支承这一点与上述实施方式不同。
由图6以及图7可清楚地知道,在上述实施方式以及比较例1中,在使距离Ls变化的情况下,Qm以及k变化。尤其,由图6可清楚地知道,根据本实施方式,与上述比较例1相比,能够在较宽范围内有效地提高Qm。这是考虑到与弯曲振动部的固定端侧连续的部分的面积变大的原因。即,考虑到了提高声音反射效果,并改善封闭性的原因。
另外,由图6以及图7可知,若距离Ls变化,则振动特性变化。尤其,由图6可知,在距离Ls是λ/4、即0.25的情况下,Qm变得非常高。另一方面,可知,当距离Ls是0.5λ、即λ/2附近时,Qm显著地降低,k也显著地降低。
因此,在本实施方式中,由于距离Ls被设为λ/4,所以能够得到更进一步良好的振动特性。
此外,在本实施方式中,虽然距离Ls被设为λ/4,但是距离Ls只要在λ/8~3λ/8的范围内即可。该情况下,与未设置弯曲振动部5的情况相比,能够得到良好的振动特性。另外,在距离Ls处于0.18λ~0.4λ的范围内的情况下,Qm稳定在高值。如果在该范围内,由于能够使基于制造偏差的Qm的变动变小,所以能够提供批量生产性能出色的振动装置。
如上述那样,在本实施方式的振动装置1中,支承部4连结于正方形板的成为扩散振动模式的振动的位移最小的部分。另外,在支承部4的第二端部设置有弯曲振动部5。并且,弯曲振动部中的上述距离Ls被设在上述确定的范围,以便弯曲振动部5的两端成为固定端。因此,能够将振动可靠地封闭于到弯曲振动部5为止的部分,能够得到良好的振动特性。
在第一实施方式中,虽然在正方形板状的振动部2的一对边的两侧设置有弯曲振动部5、5,但是如图3所示的第二实施方式那样,也可以在其它的一对边的外侧设置狭缝3a、3a,在其它的一对边的外侧还设置一对弯曲振动部5、5。该情况下,能够提高耐冲击性。因此,能够更进一步提高振动特性。
另外,虽然在第一实施方式以及第二实施方式中,使用了正方形板状的振动部2,但是也可以如图4所示的第三实施方式涉及的振动装置21那样,设置矩形板状的振动部2A。该情况下,矩形板状的振动部2A具有矩形形状,该矩形形状具有长度和宽度。这里,振动部2A以宽度方向尺寸变化的宽度扩散振动方式振动。也能够将本发明应用于振动装置21,该振动装置21具有利用了这样的宽度扩散变动模式的振动部2A。
并且,如图5所示的第四实施方式所涉及的振动装置31那样,也可以使用具有长度方向的振动部2B。该情况下,形成有细长的带状的振动部2B,利用朝该振动部2B的长度方向伸缩的振动模式。由于振动的节点位于振动部2B的长边的中央,所以支承部4连结于该节点。
如图4以及图5所示那样,在本发明中,在振动部利用的振动模式并没有被特别地限定。另外,在上述实施方式中,在Si层11上,虽然氧化硅层12被层叠,但是氧化硅层12也可以不被层叠。不过,通过氧化硅层12被层叠,能够改善频率温度特性。此外,氧化硅层12也可以形成于Si层11的两面。该情况下,能够抑制Si层的翘曲
并且,如图9所示的第一变形例的振动装置41那样,也可以形成贯通槽6A,以便振动部2的外周缘与基部3之间的距离d1相比振动部2的外周缘与弯曲振动部5之间的距离d2小。该情况下,能够使表示固定端的虚线A的外侧的基部3的部分B的面积更进一步变大。由此,能够更进一步提高声音反射效果。因此,能够更进一步提高封闭性。
附图标记说明:1...振动装置;2、2A、2B...振动部;3...基部;3a...狭缝;4...支承部;5...弯曲振动部;6、6A...贯通槽;11...Si层;12...氧化硅层;13...激振部;14...压电薄膜;15、16...第一、第二电极;21...振动装置;31...振动装置;41...振动装置。
Claims (6)
1.一种振动装置,具备:
振动部;
支承部,该支承部具有第一端部和与所述第一端部相反侧的第二端部,所述第一端部连结于所述振动部,该支承部支承所述振动部;以及
框状的基部,该框状的基部与所述支承部的所述第二端部相连接,被设置成包围所述振动部,
在所述基部形成有向与连接所述支承部的所述第一端部和所述第二端部的方向交叉的长度方向延伸的狭缝,以便设置弯曲振动部,该弯曲振动部具有所述长度方向,在所述长度方向的中央与所述支承部的所述第二端部连结,并且所述长度方向的两端被作为固定端,
所述弯曲振动部的所述两端与所述基部的剩余部分连续,该连续的部分被作为所述弯曲振动部的固定端,当将与所述振动部中的固有振动的频率对应的该弯曲振动的波长设为λ时,从所述弯曲振动部的连结于所述支承部的所述第二端部的部分中的在所述长度方向上较近侧的所述固定端一侧的部分到该弯曲振动部的所述较近侧的所述固定端之间的长度被设为λ/4。
2.根据权利要求1所述的振动装置,其中,
整体是板状体,在所述板状体形成有多个贯通槽,所述多个贯通槽包围除了设置有所述支承部的部分以外的所述振动部,以便构成所述振动部、所述支承部以及所述基部。
3.根据权利要求1所述的振动装置,其中,
所述振动部具有由简并半导体形成的Si层、和被层叠在所述Si层上的激振部,该激振部具有压电体层、和用于在所述压电体层施加电压的第一电极、第二电极。
4.根据权利要求2所述的振动装置,其中,
所述振动部具有由简并半导体形成的Si层、和被层叠在所述Si层上的激振部,该激振部具有压电体层、和用于在所述压电体层施加电压的第一电极、第二电极。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的振动装置,其中,
所述振动部的外周缘和所述基部之间的距离与所述振动部的外周缘和所述弯曲振动部之间的距离相等。
6.根据权利要求1至4中任意一项所述的振动装置,其中,
所述振动部的外周缘和所述基部之间的距离小于所述振动部的外周缘和所述弯曲振动部之间的距离。
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