JP2006253814A - 振動子および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動電圧の低減化を図るとともに、小型化を図りつつ、比較的低い振動数で振動させることができる振動子およびこれを備える電子機器を提供すること。
【解決手段】本発明の振動子は、支持部２７と、支持部２７に対し回動可能とするための可動電極（第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３）と、支持部２７に対し可動電極を回動可能とするように、支持部２７と可動電極とを直接的または間接的に連結する第１の弾性連結部２８および第２の弾性連結部２９と、可動電極の回動中心軸に向けて可動電極に間隔を隔てて対向する固定電極（第１の固定電極２４、２５および第２の固定電極２６）とを有し、第１の可動電極２１、２２をその回動中心軸まわりに回動させて振動するとともに、第２の可動電極２３と第２の固定電極２６との間に生じる静電容量を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動子および電子機器に関するものである。

ある振動電流の周波数に同調して機械的に振動する振動子は、携帯電話等の通信機器用のバンドパスフィルター、基準クロック、振動式センサ等に応用されている。
例えば、特許文献１にかかる振動子は、互いに間隔を隔てて対向する固定電極および可動電極を有している。この固定電極および可動電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並接された複数の電極指を有し、固定電極と可動電極とが噛み合うように配設されている。このような振動子は、可動電極と固定電極との間に電圧を印加することにより、可動電極の電極指と固定電極の電極指との間に静電引力を生じさせ、可動電極と固定電極との対向方向に可動電極を振動させる。また、このような振動子は、可動電極が振動すると、これに伴って、可動電極と固定電極との間の静電容量も変化するので、一般に、この静電容量を検出し、この検出結果に基づいて、可動電極と固定電極との間に印加する電圧を制御して、所望の周波数で可動電極を振動させる。
このような振動子は、可動電極の電極指と固定電極の電極指との間に生じる静電引力がこれらの間の距離の自乗に反比例するため、この距離を小さくすることによって、駆動電圧を低減することができる。

しかし、可動電極の振動方向が可動電極と固定電極との対向方向であるので、大きな振幅で可動電極を振動させるためには、可動電極の振動空間を可動電極と固定電極との対向方向で確保しなければならず、可動電極および固定電極の大型化、ひいては、振動子の大型化を招いてしまう。その結果、大きな振幅の振動子を小型な電子機器に組み込むことが難しい。

米国特許第５０２５３４６号明細書

本発明の目的は、駆動電圧の低減化を図るとともに、小型化を図りつつ、比較的低い振動数で振動させることができる振動子およびこれを備える電子機器を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の振動子は、支持部と、
前記支持部に対し回動可能とするための可動電極と、
前記支持部に対し前記可動電極を回動可能とするように、前記支持部と前記可動電極とを直接的または間接的に連結する弾性連結部と、
前記可動電極の回動中心軸に向けて前記可動電極に間隔を隔てて対向する固定電極とを有し、
前記可動電極と前記固定電極との間に交番電圧を印加することにより、前記可動電極を前記回動中心軸まわりに回動させて振動するとともに、前記可動電極と前記固定電極との間に生じる静電容量を検出することを特徴とする。

これにより、可動電極と固定電極との対向方向に直角な方向で可動電極を振動させることができる。したがって、可動電極の振幅を大きくしても、可動電極と固定電極との対向方向に可動電極の振動空間を増大させることがなく、振動子の小型化を図ることができる。また、可動電極と固定電極との間の距離を小さくして、駆動電圧を低減することができる。

本発明の振動子では、前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を有し、前記可動電極の電極指と前記固定電極の電極指とが互いに噛み合うように配設されていることが好ましい。
これにより、可動電極と固定電極との間に生じる静電引力を増大させることができる。その結果、駆動電圧をより低減することができる。

本発明の振動子では、前記固定電極は、互いに絶縁された２つの部分を有し、前記２つの部分のうちの一方と前記可動電極との間に前記交番電圧を印加し、前記２つの部分のうちの他方と前記可動電極との間の静電容量を検出することが好ましい。
これにより、より簡単に、可動電極と固定電極との間の静電容量を検出することができる。

本発明の振動子では、前記可動電極は、前記支持部に対し回動可能な第１の可動電極と、前記第１の可動電極に対し回動可能な第２の可動電極とを有し、前記弾性連結部は、前記支持部と前記第１の可動電極とを連結する第１の弾性連結部と、前記第１の可動電極と前記第２の可動電極とを連結する第２の弾性連結部とを有し、前記第１の弾性連結部および前記第２の弾性連結部は、前記第１の可動電極および前記第２の可動電極の双方をほぼ同一の回動軸線まわりに回動可能とし、前記固定電極は、前記第１の可動電極に間隔を隔てて対向する第１の固定電極と、前記第１の固定電極と絶縁されているとともに、前記第２の可動電極に間隔を隔てて対向する第２の固定電極とを有することが好ましい。
これにより、駆動電圧をより低減することができる。

本発明の振動子では、前記第１の可動電極と前記第１の固定電極との間に前記交番電圧を印加することにより、前記第１の可動電極を回動させ、これに伴い、前記第２の可動電極を回動させることが好ましい。
これにより、駆動電圧を低減しつつ第１の可動電極の振幅を抑えながら、第２の可動電極を共振周波数で振動させて、第２の可動電極の振幅を大きくすることができる。

本発明の振動子では、前記交番電圧の周波数が、前記第１の可動電極と前記第２の可動電極とが共振する共振周波数のうち低いものとほぼ等しくなるように設定されていることが好ましい。
これにより、可動電極の振動周波数を比較的簡単に調整することができる。
本発明の振動子では、前記第２の可動電極と前記第２の固定電極との間に生じる静電容量の検出結果に基づき、前記第１の可動電極および／または前記第２の可動電極の振幅、振動数、変位量のうちの少なくとも１つを設定値とするように、前記交番電圧を制御することが好ましい。
これにより、第１の可動電極よりも第２の可動電極の振幅を大きくして、より正確に駆動状態を検出しつつ、振動子１の駆動状態を正確に制御することができる。

本発明の振動子では、前記第１の可動電極を一対備え、前記一対の第１の可動電極の一方は、前記第２の可動電極の一端側に設けられ、他方は、前記第２の可動電極の他端側に設けられていることが好ましい。
これにより、より確実に、低電圧で駆動が可能で、かつ、第２の可動電極の振れ角（振幅）が大きいものとすることができる。

本発明の振動子では、前記一方の第１の可動電極の回動中心軸からこれに垂直な方向での長さをＬ_１とし、前記他方の第１の可動電極の回動中心軸からこれに垂直な方向での長さをＬ_２とし、前記第２の可動電極の回動中心軸からこれに垂直な方向での長さをＬ_３としたとき、Ｌ_１とＬ_３とが、Ｌ_１＜Ｌ_３なる関係を満足し、かつ、Ｌ_２とＬ_３とが、Ｌ_２＜Ｌ_３なる関係を満足することが好ましい。
これにより、より容易かつ確実に、低電圧で駆動が可能で、かつ、第２の可動電極の振れ角（振幅）が大きいものとすることができる。

本発明の振動子では、前記長さＬ_１と、前記長さＬ_２とがほぼ等しいことが好ましい。
これにより、振動子の振動特性の調整が容易となり、さらに容易かつ確実に、低電圧駆動が可能で、かつ、第２の可動電極の振れ角（振幅）が大きいものとすることができる。
本発明の振動子では、前記第１の弾性連結部のばね定数をｋ_１とし、前記第２の弾性連結部のばね定数をｋ_２としたとき、ｋ_１とｋ_２とが、ｋ_１＞ｋ_２なる関係を満足することが好ましい。
これにより、低電圧で高速動作が可能で、かつ、振れ角（振幅）が大きいものとすることができる。また、このような構成とすることにより、第１の可動電極の振幅を抑制しつつ、第２の可動電極の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。

本発明の振動子では、前記第１の可動電極の慣性モーメントをＪ_１とし、前記第２の可動電極の慣性モーメントをＪ_２としたとき、Ｊ_１とＪ_２とがＪ_１≦Ｊ_２なる関係を満足することが好ましい。
これにより、第１の可動電極の振れ角（振幅）を抑制しつつ、第２の可動電極の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。

本発明の振動子では、前記支持部と前記第１の固定電極と前記第２の固定電極は、支持基板に支持されており、前記支持基板は、前記第２の可動電極の回動を許容するための凹部または開口部が形成されていることが好ましい。
これにより、第１の可動電極の振幅を抑制しつつ、第２の可動電極の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。
本発明の電子機器は、本発明の振動子を備えることを特徴とする。
これにより、駆動電圧の低減化を図るとともに、小型化を図りつつ、比較的低い振動数で振動させることができる

以下、本発明の振動子の好適な実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態にかかる振動子を示す平面図であり、図２（Ａ）は、図１中のＡ−Ａ線断面図、図２（Ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ線断面図、図３および図４は、図１に示す振動子の駆動状態を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１中の紙面手前側を「上」、紙面奥側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言い、図２ないし図４中の上側を「上」、下側を「下」、右側を「右」、左側を「左」と言う。

＜振動子の構成＞
図１に示す振動子１は、２自由度振動系を有する基体２を有している。そして、図２に示すように、この基体２の下部には、支持基板３が接合層４を介して接合されている。
基体２は、図１に示すように、一対の第１の可動電極（駆動部）２１、２２と、一対の第１の可動電極（駆動部）２１、２２の間に設けられた第２の可動電極（検出部）２３と、１対の第１の可動電極２１、２２に間隔を隔てて対向する１対の第１の固定電極２４、２５と、第２の可動電極２３に間隔を隔てて対向する１対の第２の固定電極２６とを備えている。

すなわち、基体２は、可動電極として、一対の第１の可動電極（駆動部）２１、２２とおよび第２の可動電極（検出部）２３を有するとともに、固定電極として、１対の第１の固定電極２４、２５および１対の第２の固定電極２６を有している。
具体的には、基体２は、第２の可動電極２３を中心として、その一端側（図１および図２中、左側）に第１の可動電極２１が設けられ、他端側（図１および図２中、右側）に第１の可動電極２２が設けられている。

また、本実施形態では、第１の可動電極２１、２２は、互いにほぼ同一形状かつほぼ同一寸法をなし、第２の可動電極２３を介して、ほぼ対称に設けられている。
さらに、基体２は、図１および図２に示すように、固定配置された支持部２７と、第１の可動電極２１、２２と支持部２７とを連結する一対の第１の弾性連結部２８、２８と、第１の可動電極２１、２２と第２の可動電極２３とを連結する一対の第２の弾性連結部２９、２９とを備えている。ここで、基体２は、弾性連結部として、１対の第１の弾性連結部２８、２８および１対の第２の弾性連結部２９、２９を有し、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の双方をほぼ同一の回動軸線まわりに回動可能としている。

各第１の弾性連結部２８、２８および各第２の弾性連結部２９、２９は、同軸的に設けられており、これらを回動中心軸（回転軸）３０として、第１の可動電極２１、２２が支持部２７に対して、また、第２の可動電極２３が第１の可動電極２１、２２に対して回動可能となっている。このとき、第１の固定電極２４、２５は、第１の可動電極２１、２２の回動中心軸に向けて第１の可動電極２１、２２に間隔を隔てて対向し、第２の固定電極２６は、第２の可動電極２３の回動中心軸に向けて第２の可動電極２３に間隔を隔てて対向している。

このように、基体２は、第１の可動電極２１、２２と第１の弾性連結部２８、２８とからなる第１の振動系と、第２の可動電極２３と第２の弾性連結部２９、２９とからなる第２の振動系とを有する２自由度振動系を構成する。
このような基体２は、例えば、シリコンを主材料として構成されていて、第１の可動電極２１、２２と、第２の可動電極２３と、支持部２７と、第１の弾性連結部２８、２８と、第２の弾性連結部２９、２９とが一体的に形成されている。

第１の可動電極２１、２２は、それぞれ、第１の弾性連結部２８および第２の弾性連結部２９と同一線上でこれらに連結される基部２１１、２２１と、基部２１１、２２１から突出し櫛歯形状をなすように並設された複数の電極指２１２、２２２とを有している。
一方、第１の固定電極２４、２５は、それぞれ、接合層４を介して支持基板３に固定された固定部２４１、２５１と、この固定部２４１、２５１から突出し櫛歯形状をなすように並設された電極指２４２、２５２とを有している。

第１の可動電極２１と第１の固定電極２４とは、電極指２１２と電極指２４２とが交互に位置するように、すなわち、互いに噛み合うようにして配置されている。また、第１の可動電極２１と第１の固定電極２４と同様に、第１の可動電極２２と第１の固定電極２５も、電極指２２２と電極指２５２とが交互に位置するように配置されている。これにより、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間に生じる静電引力を増大させることができる。その結果、駆動電圧をより低減することができる。

第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５とには、これらの間に電圧を印加する電圧印加手段である通電回路１１が接続されている（図４参照）。この通電回路１１には、後述する検出回路１３の検出結果に基づき通電回路１１の駆動を制御するための制御手段１２が接続されている。
第２の可動電極２３は、第２の弾性連結部２９と同一線上でこれらに連結される基部２３１と、基部２３１から突出し櫛歯形状をなすように並設された複数の電極指２３２とを有している。

一方、第２の固定電極２６は、接合層４を介して支持基板３に固定された固定部２６１と、この固定部２６１から突出し櫛歯形状をなすように並設された電極指２６２とを有している。この第２の固定電極２６は、前述した第１の固定電極２４、２５と絶縁されている。すなわち、本実施形態の振動子１は、固定電極として、第１の可動電極２１、２２に間隔を隔てて対向する第１の固定電極２４、２５と、第１の固定電極２４、２５と絶縁されているとともに、第２の可動電極２３に間隔を隔てて対向する第２の固定電極２６とを有している。

第２の可動電極２３と第２の固定電極２６とは、電極指２３２と電極指２６２とが交互に位置するように、すなわち、互いに噛み合うようにして配置されている。
第２の可動電極２３と第２の固定電極２６とには、これらの間の静電容量を検出する検出回路１３が接続されている（図４参照）。この検出回路１３の検出信号（検出結果）に基づき、前述した制御手段１２が通電回路１１の駆動を制御する。より具体的に説明すると、制御手段１２は、第２の可動電極２３と第２の固定電極２６との間に生じる静電容量の検出結果に基づき、第１の可動電極２１、２２および／または第２の可動電極２３の振幅、振動数、変位量のうちの少なくとも１つを設定値とするように、通電回路１１により第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間に印加される交流電圧を制御する。これにより、第１の可動電極２１、２２よりも第２の可動電極２３の振幅を大きくして、より正確に駆動状態を検出しつつ、振動子１の駆動状態を正確に制御することができる。なお、検出回路１３の検出信号を基準クロック等の他の用途に用いることもできる。
このような基体２を支持するための支持基板３は、例えばシリコンを主材料として構成されている。

支持基板３の上面には、図１および図２に示すように、第２の可動電極２３に対応する部分に開口部３１が形成されている。
この開口部３１は、第２の可動電極２３が回動（振動）する際に、支持基板３に接触するのを防止する逃げ部を構成する。開口部（逃げ部）３１を設けることにより、振動子１全体の大型化を防止しつつ、第２の可動電極２３の振れ角（振幅）をより大きく設定することができる。

なお、逃げ部は、前述したような効果を十分に発揮し得る構成であれば、支持基板３の下面（第２の可動電極２３と反対側の面）で必ずしも開放（開口）していなくてもよい。すなわち、逃げ部は、支持基板３の上面に形成された凹部で構成することもできる。また、後述する接合層４の厚さが第２の可動電極２３の振れ角（振幅）に対し大きい場合などには、逃げ部を設けなくともよい。
このような支持基板３は、基体２を支持するために、接合層４を介して基体２に接合されている。

接合層４は、例えばＳｉＯ_２を主材料として構成されており、前述した第１の可動電極２１、２２、第２の可動電極２３、第１の弾性連結部２８、および第２の弾性連結部２９に対応する部位およびその近傍に開口部４１が形成されている。すなわち、接合層４には、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の回動空間を避けるように、異形状をなす開口部４１が形成されている。これにより、接合層４は、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の回動を許容しつつ、前述した支持部２７、第１の固定電極、第２の固定電極と支持基板３とを接合している。

以上のような構成の振動子１は、次のようにして駆動する。
このような第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５の一方との間と、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５の他方との間とに交互に電圧（例えば位相を１８０°ずらした交流（交番）電圧）を印加する。すると、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５の一方との間と、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５の他方との間とに交互に静電気力（クーロン力）が生じる。
この静電気力により、図３および図４に示すように、第１の可動電極２１、２２が、第１の弾性連結部２８および第２の弾性連結部２９を回動中心軸として、基体２の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。

そして、この第１の可動電極２１、２２の振動（駆動）に伴って、第２の弾性連結部２９を介して連結されている第２の可動電極２３も、第１の弾性連結部２８および第２の弾性連結部２９を回動中心軸として、基体２の板面（図１における紙面）に対して傾斜するように振動（回動）する。このとき、第２の可動電極２３の回動に対応して、第２の可動電極２３と第２の固定電極２６との間の静電容量が変化する。したがって、この静電容量を検出し、この検出結果に基づいて、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間に印加する電圧を制御して、第２の可動電極２３を所望の振動数で振動させることができる。

ここで、この振動子１では、前述したように、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間に交流電圧を印加することにより、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３を回動中心軸３０まわりに回動させて振動するとともに、第２の可動電極２３と第２の固定電極２６との間に生じる静電容量を検出する。
これにより、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との対向方向（第２の可動電極２３と第２の固定電極２６との対向方向）に直角な方向で第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３を振動させることができる。したがって、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の振幅を大きくしても、前記対向方向に第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の振動空間を増大させることがなく、振動子の小型化を図ることができる。特に、本実施形態では、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間に交流電圧を印加することにより、第１の可動電極２１、２２を回動させ、これに伴い、第２の可動電極２３を回動させるので、駆動電圧を低減しつつ第１の可動電極２１、２２の振幅を抑えながら、第２の可動電極２３を共振周波数で振動させて、第２の可動電極２３の振幅を大きくすることができる。

また、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間の距離を小さくして、駆動電圧を低減することができる。また、第２の可動電極２３と第２の固定電極２６との間の距離を小さくして、検出精度を向上させることができる。
また、支持基板３に開口部３１が形成されているとともに、接合層４に開口部４１が形成され、かつ、平面視で第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３が開口部３１、４１内に位置するように設けられているので、第２の可動電極２３が振動し得るスペース、および、第１の可動電極２１、２２が振動し得るスペースが確保されている。特に、第２の可動電極２３が振動し得るスペースが開口部３１、４１により比較的大きくなっている。したがって、第２の可動電極２３が共振によって大きな振れ角で振動した場合でも、第２の可動電極２３が支持基板３に接触することを好適に防止することができる。

ここで、第１の可動電極２１の回動中心軸３０からこれに垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_１とし、第１の可動電極２２の回動中心軸３０からこれに垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_２とし、第２の可動電極２３の回動中心軸３０からこれに垂直な方向（長手方向）での長さをＬ_３としたとき、本実施形態では、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の寸法は、それぞれ、Ｌ_１＝Ｌ_２＝Ｌ_３なる関係を満足するよう設定されているが、Ｌ_１＜Ｌ_３かつＬ_２＜Ｌ_３なる関係を満足するよう設定することができる。この場合、第１の可動電極２１、２２の回動のためのスペースが小さくても、第１の可動電極２１、２２の回転角度（振れ角）を大きくすることができる。その結果、第２の可動電極の回動のための比較的大きなスペースを最大限利用して、第２の可動電極２３の回転角度を大きくすることができる。

なお、前述したように、本実施形態では、Ｌ_１とＬ_２とはほぼ等しく設定されているが、Ｌ_１とＬ_２とが異なっていてもよいことは言うまでもない。
ところで、このような可動電極２１、２２、２３よりなる振動系（２自由度振動系）では、第１の可動電極２１、２２および第２の可動電極２３の振幅（振れ角）と、印加する交流電圧の周波数との間に、次のような周波数特性が存在している。

すなわち、かかる振動系は、第１の可動電極２１、２２の振幅と、第２の可動電極２３の振幅とが大きくなる２つの共振周波数ｆｍ_１［ｋＨｚ］、ｆｍ_３［ｋＨｚ］（ただし、ｆｍ_１＜ｆｍ_３）と、第１の可動電極２１、２２の振幅がほぼ０となる、１つの反共振周波数ｆｍ_２［ｋＨｚ］とを有している。
この振動系では、第１の可動電極２１、２２と第１の固定電極２４、２５との間に印加する交流電圧の周波数Ｆが、２つの共振周波数のうち低いもの、すなわち、ｆｍ_１とほぼ等しくなるように設定するのが好ましい。これにより、第１の可動電極２１、２２の振幅を抑制しつつ、第２の可動電極２３の振れ角（回転角度）を大きくすることができる。
なお、本明細書中では、Ｆ［ｋＨｚ］とｆｍ_１［ｋＨｚ］とがほぼ等しいとは、（ｆｍ_１−１）≦Ｆ≦（ｆｍ_１＋１）の条件を満足することを意味する。

第１の可動電極２１、２２の平均厚さは、それぞれ、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第２の可動電極２３の平均厚さは、１〜１５００μｍであるのが好ましく、１０〜３００μｍであるのがより好ましい。
第１の弾性連結部２８のばね定数ｋ_１は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第２の可動電極２３の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

一方、第２の弾性連結部２９のばね定数ｋ_２は、１×１０^−４〜１×１０^４Ｎｍ/ｒａｄであるのが好ましく、１×１０^−２〜１×１０^３Ｎｍ/ｒａｄであるのがより好ましく、１×１０^−１〜１×１０^２Ｎｍ/ｒａｄであるのがさらに好ましい。これにより、第１の可動電極２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の可動電極２３の振れ角をより大きくすることができる。

また、第１の弾性連結部２８のばね定数ｋ_１と第２の弾性連結部２９のばね定数をｋ_２とは、ｋ_１＞ｋ_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の可動電極２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の可動電極２３の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。
さらに、第１の可動電極２１、２２の慣性モーメントをＪ_１とし、第２の可動電極２３の慣性モーメントをＪ_２としたとき、Ｊ_１とＪ_２とは、Ｊ_１≦Ｊ_２なる関係を満足することが好ましく、Ｊ_１＜Ｊ_２なる関係を満足することがより好ましい。これにより、第１の可動電極２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の可動電極２３の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

ところで、第１の可動電極２１、２２と第１の弾性連結部２８、２８とからなる第１の振動系の固有振動数ω_１は、第１の可動電極２１、２２の慣性モーメントＪ_１と、第１の弾性連結部２８のばね定数ｋ_１とにより、ω_１＝（ｋ_１／Ｊ_１）^１／２によって与えられる。一方、第２の可動電極２３と第２の弾性連結部２９、２９とからなる第２の振動系の固有振動数ω_２は、第２の可動電極２３の慣性モーメントＪ_２と、第２の弾性連結部２９のばね定数ｋ_２とにより、ω_２＝（ｋ_２／Ｊ_２）^１／２によって与えられる。
このようにして求められる第１の振動系の固有振動数ω_１と第２の振動系の固有振動数ω_２とは、ω_１＞ω_２なる関係を満足するのが好ましい。これにより、第１の可動電極２１、２２の振れ角を抑制しつつ、第２の可動電極２３の回転角度（振れ角）をより大きくすることができる。

＜振動子の製造方法＞
このような振動子１は、例えば、次のようにして製造することができる。
次に、前述した振動子１を製造する場合の一例を図５に基づき説明する。
図５、図１に示すマイクロレゾネータの製造方法を説明するための図である。なお、図５は、図１中のＡ−Ａ線断面に対応する断面を示している。また、以下の説明では、図５中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
本実施形態の振動子１の製造方法は、［１］３層構成の基板を用意する工程と、［２］その基板の下層をエッチングする工程と、［３］その基板の上層をエッチングする工程と、［４］その基板の中間層をエッチングする工程とを有する。以下、各工程を順次説明する。

［１］基板の用意
まず、図５に示すように、第１の層５、第２の層６、第３の層７がこの順で積層されてなる３層構成の基板１０を用意する。ここで、第１の層５は、後述する工程［３］でのエッチングによりエッチングされるものであり、第２の層６は、後述する工程［２］および［３］でのエッチングにより実質的にエッチングされないものであり、第３の層７は、後述する工程［２］でのエッチングによりエッチングされるものである。

この基板１０を構成する各層のうち、第１の層５は前述した振動子１の基体２に、第２の層６は接合層４に、第３の層７は支持基板３となる部分である。
この基板１０としては、各層５、６、７の組み合わせで各種のものが挙げられるが、特に、主としてＳｉで構成された第１の層５、主としてＳｉＯ_２で構成された第２の層６、主としてＳｉで構成された第３の層７がこの順で積層されてなるＳＯＩ基板が好適である。以下では、基板１０としてＳＯＩ基板を用いる場合を例に説明する。

基板１０としてＳＯＩ基板を用いることにより、第１の層５の厚さが比較的厚いものを作製することができるようになる。このため、形成される各可動電極２１、２２、２３および各固定電極２４、２５、２６の厚さを大きくすることができるので、各可動電極２１、２２、２３と各固定電極２４、２５、２６との間に生じる静電容量を大きくすることができる。その結果、印加電圧に対する可動電極２１、２２の変位量を増大させ、また、検出電圧を増大させることができる。
また、各可動電極２１、２２、２３および各固定電極２４、２５、２６の厚さを大きく設定することができるので、これらの必要とする断面積を確保しつつ、その幅を小さくすることができる。これにより、各可動電極２１、２２、２３および各固定電極２４、２５、２６の小型化、ひいては、振動子１全体の小型化を図ることができる。

［２］第１のエッチング
次に、前述したような基板１０の第３の層７に対し、開口部３１を形成する。
具体的には、まず、基板１０の第３の層７上のエッチング領域内に、例えばフォトリソグラフィー法等を用いて、開口部３１に対応する開口を有するマスクを形成する。
次に、形成されたマスクを用いて、第３の層７に対してエッチングを施す。これにより、第３の層７は、マスクに対応した形状にパターニングされる。

このとき、第２の層６は、第１のエッチングにより実質的にエッチングされないものであり、第１のエッチングに際して、その侵攻を阻止するストップ層として機能する。
第１のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、ドライエッチング、特に、反応性イオンエッチングを用いるのが好適である。

第１のエッチングとしてドライエッチング（特に、反応性イオンエッチング）を用いることにより、第３の層７に対して異方性の高いエッチングを行うことができ、第３の層７のパターニングを寸法精度よく行うことができる。
本工程［２］により、第３の層７がパターニング（加工）され、開口部３１が形成される。

次に、前述のマスクを除去する。第３のエッチングに先立って、マスクを除去することにより、後述する工程［４］において、ウェットエッチングを用いる場合には、マスク材料（レジスト材料や、金属材料）の溶解によるエッチング液の汚染を防止または抑制することができる。
このマスクの除去方法としては、例えば、マスクがレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液、マスクが金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液等を用いることができる。
なお、マスクを除去せずに、次の工程［３］を行ってもよい。

［３］第２のエッチング
次に、前述したような基板１０に対し、可動電極２１、２２、２３、固定電極２４、２５、２６、支持部２７、および弾性連結部２８、２９（以下、可動電極２１、２２、２３等という）のパターンを形成する。
具体的には、まず、基板１０の第１の層５上（第２の層６と反対側）のエッチング領域内に、例えばフォトリソグラフィー法等を用いて、可動電極２１、２２、２３等のパターンに対応する形状のマスクを形成する。
次に、形成されたマスクを用いて、第１の層５に対してエッチングを施す。これにより、第１の層５は、マスクに対応した形状にパターニングされる。
このとき、第２の層６は、第２のエッチングにより実質的にエッチングされないものであり、第２のエッチングに際して、その侵攻を阻止するストップ層として機能する。

第２のエッチングには、前述した第１のエッチングと同様のものを用いることができ、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、ドライエッチング、特に、反応性イオンエッチングを用いるのが好適である。
第２のエッチングとしてドライエッチング（特に、反応性イオンエッチング）を用いることにより、第１の層５に対して異方性の高いエッチングを行うことができ、第１の層５のパターニングを寸法精度よく行うことができる。
本工程［３］により、第１の層５がパターニング（加工）され、可動電極２１、２２、２３、固定電極２４、２５、２６、支持部２７、および弾性連結部２８、２９が形成される。

次に、前述のマスクを除去する。第３のエッチングに先立って、マスクを除去することにより、後述する工程［３］において、ウェットエッチングを用いる場合には、マスク材料（レジスト材料や、金属材料）の溶解によるエッチング液の汚染を防止または抑制することができる。
このマスクの除去方法としては、例えば、マスクがレジスト材料で構成される場合には、レジスト剥離液、マスクが金属材料で構成される場合には、リン酸溶液のようなメタル剥離液等を用いることができる。

［４］第３のエッチング
次に、第２の層６に対して、第１の層５が実質的にエッチングされず、第２の層６をエッチング可能な第３のエッチングを施す。これにより、第２の層６の一部を除去する。
この第３のエッチングには、例えば、反応性イオンエッチング、プラズマエッチング、ビームエッチング、光アシストエッチングのようなドライエッチング、ウェットエッチング等のうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができるが、ウェットエッチングを用いるのが好適である。

第３のエッチングとしてウェットエッチングを用いることにより、第２の層６を等方的にエッチングすることができる。このため、前記工程［３］において加工されて残存する第１の層５直下の第２の層６も効率よく除去することができる。
このウェットエッチングに用いるエッチング液としては、例えばフッ酸等が挙げられる。

このようなエッチング液に基板１０を浸漬すると、まず、残存する第１の層５（可動電極２１、２２、２３等）によって覆われていない第２の層６は、上面からエッチングが開始し、等方的にエッチングが進行する。
次に、可動電極２１、２２、２３等の直下の第２の層６も、それぞれ、露出した側面側からエッチングが進行して、徐々に除去される。
そして、第２の層６が除去されていくことにより、第３の層７と第１の層５との間には、間隙が形成されていく。

ここで、支持部２７および固定電極２４、２５、２６の固定部２４１、２５１、２６１は、それぞれ、平面視において、各可動電極２１、２２、２３、各弾性連結部２８、２９、および固定電極２４、２５、２６の電極指２４２、２５２、２６２の面積（最大）より面積が大きく設定されている。このため、これらの面積の差により、支持部２７および固定電極２４、２５、２６の固定部２４１、２５１、２６１以外の部分（すなわち、各可動電極２１、２２、２３、各弾性連結部２８、２９、および固定電極２４、２５、２６の電極指２４２、２５２、２６２）の直下の第２の層６がほぼ完全に除去された時点では、支持部２７および固定電極２４、２５、２６の固定部２４１、２５１、２６１の直下の第２の層６の一部が残存した状態となる。

このような時点（状態）で、第３のエッチングを終了すると、残存した第２の層６により、支持部２７および固定電極２４、２５、２６の固定部２４１、２５１、２６１が第３の層７（支持基板３）に、それぞれ固定される。一方、各可動電極２１、２２、２３、各弾性連結部２８、２９、および固定電極２４、２５、２６の電極指２４２、２５２、２６２は、第３の層７から浮いた状態となる。
以上のような工程を経て、振動子１が製造される。
上述したような振動子１は、各種の電子機器に適用することができ、得られる電子機器は、信頼性の高いものとなる。

次に、このような電子機器（本発明の振動子を備える電子機器）について、図６〜図８に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
図６は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピュータ１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピュータ１１００には、例えば、基準クロック、計時用クロック、無線機器の発振回路、フィルタ等として機能する振動子１や、アンテナ１１０１が内蔵されている。

図７は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ１２０１、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、例えば、搬送波、検波用の発振回路、フィルタ、マイコン用クロック、計時用クロック等として機能する振動子１が内蔵されている。

図８は、本発明の電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッタボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリ１３０８に転送・格納される。

また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニタ１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピュータ１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニタ１４３０や、パーソナルコンピュータ１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、例えば、マイクロコンピュータ用クロック、計時用クロック等として機能する振動子１が内蔵されている。

なお、本発明の電子機器は、図６のパーソナルコンピュータ（モバイル型パーソナルコンピュータ）、図７の携帯電話機、図８のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンタ）、ラップトップ型パーソナルコンピュータ、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレータ等に適用することができる。

以上、本発明の振動子および電子機器について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。例えば、固定電極が可動電極の回動中心軸に向けて可動電極に間隔を隔てて対向し、可動電極と固定電極との間に交番電圧を印加することにより、可動電極をその回動中心軸まわりに回動させて振動するとともに、可動電極と固定電極との間に生じる静電容量を検出するものであれば、可動電極、固定電極、および弾性連結部等の形状、大きさ、位置等は前述した実施形態のものに限定されず、任意である。

より具体的には、前述した実施形態では２自由度振動系の振動子を説明したが、本発明の振動子は１自由度振動系にも適用できる。例えば、１つの可動電極を弾性連結部を介して支持部に回動可能に支持したような構成であってもよい。
また、前述した実施形態では固定電極として駆動用の第１の固定電極２４、２５と検出用の固定電極２６とを備えるものについて説明したが、駆動用の固定電極が検出用の固定電極を兼ねていてもよい。

また、前述の実施形態では可動電極および固定電極が櫛歯状をなすものについて説明したが、例えば、固定電極と可動電極とがそれぞれ対向方向に直角な端面を有し、これらの間で静電引力を生じさせて、駆動するものであってもよい。
また、本発明の振動子は、マイクロレゾネータへの適用に限定されず、例えば、ＭＥＭＳ応用のセンサ（圧力、加速度、角速度、姿勢）等に適用することができる。

本発明の実施形態にかかる振動子の概略構成を示す平面図である。 （Ａ）は、図１中のＡ−Ａ線断面図であり、（Ｂ）は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。 図１に示す振動子の駆動状態を説明するための図である。 図１に示す振動子の駆動状態を説明するための図である。 図１に示す振動子の製造方法を説明するための図（縦断面図）である。 本発明の電子機器（ノート型パーソナルコンピュータ）である。 本発明の電子機器（携帯電話機）である。 本発明の電子機器（ディジタルスチルカメラ）である。

符号の説明

１……振動子 １０……基板 １１……通電回路 １２……制御手段 １３……検出回路 ２……基体 ２１、２２……第１の可動電極（可動電極） ２１１、２２１……基部 ２１２、２２２……電極指 ２３……第２の可動電極（可動電極） ２３１……基部 ２３２……電極指 ２４、２５……第１の固定電極（固定電極） ２４１、２５１……固定部 ２４２、２５２……電極指 ２６……第２の固定電極（固定電極） ２６１……固定部 ２６２……電極指 ２７……支持部 ２８……第１の弾性連結部 ２９……第２の弾性連結部 ３……支持基板 ３０……回動中心軸 ３１……開口部 ４……接合層 ４１……開口部 ５……第１の層 ６……第２の層 ７……第３の層 １１００……パーソナルコンピュータ １１０１……アンテナ １１０２……キーボード １１０４……本体部 １１０６……表示ユニット １２００……携帯電話機 １２０１……アンテナ １２０２……操作ボタン １２０４……受話口 １２０６……送話口 １３００……ディジタルスチルカメラ １３０２……ケース（ボディー） １３０４……受光ユニット １３０６……シャッタボタン １３０８……メモリ １３１２……ビデオ信号出力端子 １３１４……データ通信用の入出力端子 １４３０……テレビモニタ １４４０……パーソナルコンピュータ

Claims (14)

1. 支持部と、
   前記支持部に対し回動可能とするための可動電極と、
   前記支持部に対し前記可動電極を回動可能とするように、前記支持部と前記可動電極とを直接的または間接的に連結する弾性連結部と、
   前記可動電極の回動中心軸に向けて前記可動電極に間隔を隔てて対向する固定電極とを有し、
   前記可動電極と前記固定電極との間に交番電圧を印加することにより、前記可動電極を前記回動中心軸まわりに回動させて振動するとともに、前記可動電極と前記固定電極との間に生じる静電容量を検出することを特徴とする振動子。
2. 前記可動電極および前記固定電極は、それぞれ、櫛歯状をなすように並設された複数の電極指を有し、前記可動電極の電極指と前記固定電極の電極指とが互いに噛み合うように配設されている請求項１に記載の振動子。
3. 前記固定電極は、互いに絶縁された２つの部分を有し、前記２つの部分のうちの一方と前記可動電極との間に前記交番電圧を印加し、前記２つの部分のうちの他方と前記可動電極との間の静電容量を検出する請求項１または２に記載の振動子。
4. 前記可動電極は、前記支持部に対し回動可能な第１の可動電極と、前記第１の可動電極に対し回動可能な第２の可動電極とを有し、前記弾性連結部は、前記支持部と前記第１の可動電極とを連結する第１の弾性連結部と、前記第１の可動電極と前記第２の可動電極とを連結する第２の弾性連結部とを有し、前記第１の弾性連結部および前記第２の弾性連結部は、前記第１の可動電極および前記第２の可動電極の双方をほぼ同一の回動軸線まわりに回動可能とし、前記固定電極は、前記第１の可動電極に間隔を隔てて対向する第１の固定電極と、前記第１の固定電極と絶縁されているとともに、前記第２の可動電極に間隔を隔てて対向する第２の固定電極とを有する請求項１ないし３のいずれかに記載の振動子。
5. 前記第１の可動電極と前記第１の固定電極との間に前記交番電圧を印加することにより、前記第１の可動電極を回動させ、これに伴い、前記第２の可動電極を回動させる請求項４に記載の振動子。
6. 前記交番電圧の周波数が、前記第１の可動電極と前記第２の可動電極とが共振する共振周波数のうち低いものとほぼ等しくなるように設定されている請求項５に記載の振動子。
7. 前記第２の可動電極と前記第２の固定電極との間に生じる静電容量の検出結果に基づき、前記第１の可動電極および／または前記第２の可動電極の振幅、振動数、変位量のうちの少なくとも１つを設定値とするように、前記交番電圧を制御する請求項５または６に記載の振動子。
8. 前記第１の可動電極を一対備え、前記一対の第１の可動電極の一方は、前記第２の可動電極の一端側に設けられ、他方は、前記第２の可動電極の他端側に設けられている請求項４ないし７のいずれかに記載の振動子。
9. 前記一方の第１の可動電極の回動中心軸からこれに垂直な方向での長さをＬ_１とし、前記他方の第１の可動電極の回動中心軸からこれに垂直な方向での長さをＬ_２とし、前記第２の可動電極の回動中心軸からこれに垂直な方向での長さをＬ_３としたとき、Ｌ_１とＬ_３とが、Ｌ_１＜Ｌ_３なる関係を満足し、かつ、Ｌ_２とＬ_３とが、Ｌ_２＜Ｌ_３なる関係を満足する請求項８に記載の振動子。
10. 前記長さＬ_１と、前記長さＬ_２とがほぼ等しい請求項９に記載の振動子。
11. 前記第１の弾性連結部のばね定数をｋ_１とし、前記第２の弾性連結部のばね定数をｋ_２としたとき、ｋ_１とｋ_２とが、ｋ_１＞ｋ_２なる関係を満足する請求項４ないし１０のいずれかに記載の振動子。
12. 前記第１の可動電極の慣性モーメントをＪ_１とし、前記第２の可動電極の慣性モーメントをＪ_２としたとき、Ｊ_１とＪ_２とがＪ_１≦Ｊ_２なる関係を満足する請求項４ないし１１のいずれかに記載の振動子。
13. 前記支持部と前記第１の固定電極と前記第２の固定電極は、支持基板に支持されており、前記支持基板は、前記第２の可動電極の回動を許容するための凹部または開口部が形成されている請求項４ないし１２のいずれかに記載の振動子。
14. 請求項１ないし１３のいずれかに記載の振動子を備えることを特徴とする電子機器。
    

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