JP2020191663A - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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Abstract
Description
各々が固定端と開放端とを有する3本以上の振動腕であって、少なくとも2本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記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接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記基部における、前記複数の振動腕におけるいずれかの隣同士の振動腕の間の領域に形成された、ものである。
前記基部における、互いに逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域に形成された、ものであることが好ましい。
各々が固定端と開放端とを有する3本以上の振動腕であって、少なくとも2本が異なる位相で面外屈曲する、複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記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接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕のうちのいずれかの振動腕における前記開放端よりも前記固定端に近い領域に形成された、ものである。
前記複数の振動腕のそれぞれが延在する方向に沿った長径を有する形状である、ことが好ましい。
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と、を備える。
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。
上蓋30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31が形成されている。凹部31は、側壁33に囲まれており、共振子10が振動する空間である振動空間の一部を形成する。
下蓋20は、XY平面に沿って設けられる矩形平板状の底板22と、底板22の周縁部からZ軸方向(すなわち、下蓋20と共振子10との積層方向)に延びる側壁23とを有する。下蓋20には、共振子10と対向する面において、底板22の表面と側壁23の内面とによって形成される凹部21が設けられる。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30と下蓋20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る。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。
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140と、保持腕111、112とを備えている。
振動部120は、図3の直交座標系におけるXY平面に沿って広がる矩形の輪郭を有している。振動部120は、保持部140の内側に設けられており、振動部120と保持部140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130と4本の振動腕135A〜135D(まとめて「振動腕135」とも呼ぶ。)と、孔17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。本実施形態において、各振動腕135と、基部130とは、一体に形成されている。
基部130は、平面視において、X軸方向に長辺131a、131b、Y軸方向に短辺131c、131dを有している。長辺131aは、基部130の前端の面131A(以下、「前端131A」とも呼ぶ。)の一つの辺であり、長辺131bは基部130の後端の面131B(以下、「後端131B」とも呼ぶ。)の一つの辺である。基部130において、前端131Aと後端131Bとは、互いに対向するように設けられている。
振動腕135は、Y軸方向に延び、それぞれ同一のサイズを有している。振動腕135は、それぞれが基部130と保持部140との間にY軸方向に平行に設けられ、一端は、基部130の前端131Aと接続されて固定端となっており、他端は開放端となっている。また、振動腕135は、それぞれ、X軸方向に所定の間隔で、並列して設けられている。なお、振動腕135は、例えばX軸方向の幅が50μm程度、Y軸方向の長さが465μm程度である。
本実施形態では、基部130における外側の振動腕135A、135Dと内側の振動腕振動腕135B、135Cとの間(すなわち、振動腕の延長線の間)の領域には、それぞれ孔17が形成されている。本実施形態では、孔17は、X軸方向に沿った幅が5μm程度、Y軸方向に沿った長さが18μm程度の円弧形の開口を有する貫通孔である。また、孔17は、基部130における前端131A側の領域において、振動腕135が延在する方向(前端131Aから後端131Bに向かう方向)に長径を有するように形成されている。なお、図3から明らかなとおり孔17は、基部130の厚み方向(振動腕135の振動方向)に形成されている。
振動部120の表面(上蓋30に対向する面)には、その全面を覆うように保護膜235が形成されている。さらに、振動腕135A〜135Dにおける保護膜235の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜236A〜236D(以下、周波数調整膜236A〜236Dをまとめて「周波数調整膜236」とも呼ぶ。)が形成されている。保護膜235及び周波数調整膜236によって、振動部120の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜235は振動部120の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜(例えば図4の金属層E2)及び圧電膜(例えば図4の圧電薄膜F3)へのダメージを保護する上で、振動部120の全面の方が望ましい。
保持部140は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。保持部140は、平面視において、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。なお、保持部140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。例えば、保持部140は、振動部120を保持し、また、上蓋30及び下蓋20と接合できる程度に、振動部120の周囲に設けられていればよい。
保持腕111及び保持腕112は、保持部140の内側に設けられ、基部130の後端131Bと枠体140c、140dとを接続する。図3に示すように、保持腕111と保持腕112とは、基部130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。
図4A及び図4Bを用いて共振子10の積層構造について説明する。図4Aは、図3のAA'断面、及び共振子10の電気的な接続態様を模式的に示す概略図である。また、図4Bは図3のBB'断面を示す概略図である。
図4Aを参照して共振子10の機能について説明する。本実施形態では、外側の振動腕135A、135Dに印加される電界の位相と、内側の振動腕135B、135C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135A、135Dと内側の振動腕135B、135Cとが互いに逆方向に変位する。例えば、外側の振動腕135A、135Dが上蓋30の内面に向かって開放端を変位すると、内側の振動腕135B、135Cは下蓋20の内面に向かって開放端を変位する。
次に周波数調整膜236の機能について説明する。本実施形態に係る共振装置1では、上述のような共振子10が形成された後、周波数調整膜236の膜厚を調整するトリミング工程が行われる。
図5を用いて本実施形態に係る共振子10における、孔17の機能について説明する。図5は、本実施形態に係る共振子10と、孔17を有していない比較例における共振子10'とについて、DLDを検証した結果を示すグラフである。比較例の共振子10'は孔17を有していないが、それ以外の構成は、共振子10と同様の構成である。図5において、横軸はドライブレベルを示し、縦軸は周波数変化率を示している。また、図5のグラフにおいて、実線は共振子10の検証結果を示し、破線は共振子10'の検証結果を示している。
第2実施形態以降では第1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。
本実施形態では、基部130は、Z軸方向に撓みやすいように基部幅Wに対する基部長Lが調整される。具体的には、L/W≦0.3となるように基部130の形成時において、エッチング等によって基部長Lが調整される。基部長Lが短くなることによって、基部130がZ軸方向に撓みやすくなり、この結果、DLDが改善される(周波数が負の方向にシフトする)。
本実施形態では、孔17は、振動腕135A〜135Dの根元近傍に形成される。具体的には、孔17は、振動版135の幅方向の中央近傍において、振動腕135における前端131Aとの接続箇所から、開放端側に向かって、長さ7μm程度形成されている。また、孔17の幅は5μm程度である。振動腕135の根元に孔17が形成されることにより、振動腕135の剛性が低下する。これによって基部130の撓みが低下するため、DLDは悪化する(周波数が正の方向にシフトする)。
その他の共振子10の構成、機能は第1の実施形態と同様である。
10 共振子
30 上蓋
20 下蓋
140 保持部
140a〜d 枠体
111、112 保持腕
120 振動部
130 基部
135A〜D 振動腕
F2 Si基板
F21 酸化ケイ素層(温度特性補正層)
235 保護膜
236 周波数調整膜
17 孔
本実施形態では、基部130における外側の振動腕135A、135Dと内側の振動腕135B、135Cとの間(すなわち、振動腕の延長線の間)の領域には、それぞれ孔17が形成されている。本実施形態では、孔17は、X軸方向に沿った幅が5μm程度、Y軸方向に沿った長さが18μm程度の円弧形の開口を有する貫通孔である。また、孔17は、基部130における前端131A側の領域において、振動腕135が延在する方向(前端131Aから後端131Bに向かう方向)に長径を有するように形成されている。なお、図3から明らかなとおり孔17は、基部130の厚み方向(振動腕135の振動方向)に形成されている。
振動部120の表面(上蓋30に対向する面)には、その全面を覆うように保護膜235が形成されている。さらに、振動腕135A〜135Dにおける保護膜235の表面の一部には、それぞれ、周波数調整膜236A〜236D(以下、周波数調整膜236A〜236Dをまとめて「周波数調整膜236」とも呼ぶ。)が形成されている。保護膜235及び周波数調整膜236によって、振動部120の共振周波数を調整することができる。尚、必ずしも保護膜235は振動部120の全面を覆う必要はないが、周波数調整における下地の電極膜(例えば図4A及び図4Bの金属層E2)及び圧電膜(例えば図4A及び図4Bの圧電薄膜F3)へのダメージを保護する上で、振動部120の全面の方が望ましい。
本実施形態では、孔17は、振動腕135A〜135Dの根元近傍に形成される。具体的には、孔17は、振動腕135の幅方向の中央近傍において、振動腕135における前端131Aとの接続箇所から、開放端側に向かって、長さ7μm程度形成されている。また、孔17の幅は5μm程度である。振動腕135の根元に孔17が形成されることにより、振動腕135の剛性が低下する。これによって基部130の撓みが低下するため、DLDは悪化する(周波数が正の方向にシフトする)。
Claims (10)
- 各々が固定端と開放端とを有する3本以上の振動腕であって、少なくとも2本が異なる位相で面外屈曲する複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記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接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記基部における、前記複数の振動腕におけるいずれかの隣同士の振動腕の間の領域に形成された、
共振子。 - 前記複数の孔は、
前記基部における前記後端よりも前記前端に近い領域に形成された、
請求項1に記載の共振子。 - 前記複数の孔は、
前記基部における、互いに逆相で振動する隣同士の振動腕の間の領域に形成された、
請求項1又は2に記載の共振子。 - 各々が固定端と開放端とを有する3本以上の振動腕であって、少なくとも2本が異なる位相で面外屈曲する、複数の振動腕、並びに、前記複数の振動腕の固定端に接続される前端、及び当該前端に対向する後端を有する基部、を有する振動部と、
前記振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記振動部と前記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接続された保持腕と、
前記振動部に形成された複数の孔と、
を備え、
前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕のうちのいずれかの振動腕における前記開放端よりも前記固定端に近い領域に形成された、
共振子。 - 前記複数の孔は、それぞれ、前記複数の振動腕が並ぶ方向における当該振動腕の中央近傍に形成された、
請求項4に記載の共振子。 - 前記複数の孔は、
前記複数の振動腕のそれぞれが延在する方向に沿った長径を有する形状である、
請求項1乃至5の何れか一項に記載の共振子。 - 前記複数の孔は、それぞれ、前記振動部における、前記複数の振動腕が並ぶ方向の中心を通る中心軸について互いに対称な位置に形成された、請求項1乃至6の何れか一項に記載の共振子。
- 前記複数の孔は、貫通孔である、請求項1乃至7の何れか一項に記載の共振子。
- 前記複数の孔は、凹部である、請求項1乃至7の何れか一項に記載の共振子。
- 請求項1乃至7の何れか一項に記載の共振子と、
前記共振子を間に挟んで互いに対向して設けられた上蓋及び下蓋と、
外部電極と、
を備える共振装置。
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