JP6536685B2 - 共振子及び共振装置 - Google Patents

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

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、基部と、一端が基部と接続された複数の振動腕と、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、一端が基部における、振動腕と接続する前端と基部を挟んで対向する後端に接続され、他端が保持部に接続された保持腕と、を備え、保持腕は、それぞれの一端が後端において基部と接続する１対の第１支腕と、１対の第１支腕を連結して保持部と接続する連結部と、を有する。

かかる共振子によると、振動部は、基部における、振動腕が接続される領域（前端）に対向する領域（後端）から引き出される１対の保持腕に接続される。１対の保持腕は、１本に連結した後、保持部に接続する構成となっている。これによって、保持腕は、基部の屈曲変位を阻害することなく基部を保持することができるため、大振幅駆動時における周波数の上昇を低減することができる。その結果、共振周波数のシフトを抑制することがきる。

また、１対の第１支腕は、複数の振動腕が延びる第１方向に設けられ、連結部は、第１方向に略直交する第２方向に設けられ、一端が１対の第１支腕の一方の他端と接続され、他端が１対の第１支腕の他方の他端と接続された第１連結腕と、第１方向に設けられ、一端が第１連結腕の中央付近と接続され、他端が保持部における、基部における後端と対向する領域に接続された第２支腕と、を有することが好ましい。

また、１対の第１支腕は、複数の振動腕が延びる第１方向に設けられ、連結部は、第１方向に略直交する第２方向に設けられ、一端が１対の第１支腕の一方の他端と接続され、他端が１対の第１支腕の他方の他端と接続された第１連結腕と、第２方向に沿って、第１連結腕と保持部との間に設けられた第２連結腕と、第１方向に設けられ、一端が第１連結腕の中央付近と接続され、他端が第２連結腕の中央付近と接続された第２支腕と、第１方向に設けられ、一端が第２連結腕のいずれかの端部と接続され、他端が複数の振動腕の他端と対向する領域と接続された１対の第３支腕と、を有することが好ましい。

また、１対の第１支腕は、複数の振動腕が延びる第１方向に設けられ、連結部は、第１方向に略直交する第２方向に設けられ、一端が１対の第１支腕の一方の他端と接続され、他端が１対の第１支腕の他方の他端と接続された第１連結腕と、第２方向に沿って、第１連結腕と保持部との間に設けられた第２連結腕と、第１方向に設けられ、一端が第１連結腕の中央付近と接続され、他端が第２連結腕の中央付近と接続された第２支腕と、第１方向に設けられ、一端が第２連結腕のいずれかの端部と接続された１対の第３支腕と、第２方向に設けられ、一端が１対の第３支腕の一方と接続され、他端が保持部における、第３支腕の一方と対向する領域と接続された第４支腕と、第２方向に設けられ、一端が１対の第３支腕の他方と接続され、他端が保持部における、第３支腕の他方と対向する領域と接続された第５支腕と、を有することが好ましい。

かかる共振子によると、振動部は、基部における、振動腕が接続される辺に対向する辺から引き出される１対の保持腕に接続される。１対の保持腕は、基部の中央で１本に連結した後、保持部に接続する構成となっている。これによって、保持腕は、基部の屈曲変位を阻害することなく基部を保持することができるため、大振幅駆動時における周波数の上昇を低減することができる。その結果、共振周波数の変動を抑制することがきる。また、保持腕は、屈曲点を有する構成となっている。これによって、保持腕において回転モーメントの分散が生じるため、回転モーメントによる歪みの基部に集中することを低減することができ、周波数の変動を抑えることが可能になる。

また、１対の第１支腕は、基部における、振動腕と接続する前端と基部を挟んで対向する後端における、振動腕の振動による変位が最小となる部位において、基部に接続されることが好ましい。また、第１支腕は、複数の振動腕のうち、最も外側の振動腕の第２方向における中心よりも内側において、基部に接続されることも好ましい。また、第１支腕は、複数の振動腕の間において、基部に接続されることも好ましい。

この好ましい態様では、保持腕は、振動部と、基部の振動腕が接続される前端に対向する後端であって、振動による変位が小さい箇所おいて接続している。これによって振動漏れが抑制されＱ値をより一層向上させることができる。

本発明の一側面に係る共振装置は、上記のいずれかに記載の共振子を備える。

かかる共振装置によると、大振幅駆動時における周波数の上昇を低減することができ、その結果、共振周波数のシフトを抑制することがきる。

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。 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。

［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。

この共振装置１は、共振子１０と、共振子１０を挟んで設けられた上蓋３０及び下蓋２０と、を備えている。すなわち、共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０とがこの順で積層されて構成されている。

また、共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とが接合され、これにより、共振子１０が封止され、また、共振子１０の振動空間が形成される。共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、それぞれＳｉ基板を用いて形成されている。そして、共振子１０、下蓋２０及び上蓋３０は、Ｓｉ基板同士が互いに接合されて、互いに接合される。共振子１０及び下蓋２０は、ＳＯＩ基板を用いて形成されてもよい。

共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。なお、共振子１０は水晶共振子であってもよい。
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３０）
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。

（２．下蓋２０）
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。

（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１４０と、保持腕１１０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１３０は、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有する、略直方体の板である。図３の例では、基部１３０は、長辺１３１ｂ（後端の一例である。）において、後述する保持腕１１０によって保持部１４０に接続され、保持されている。本実施形態では、長辺１３１ａ、１３１ｂの長さは２６０μｍ程度、短辺１３１ｃ、１３１ｄの長さは５０μｍ程度に設定される。なお、基部１３０は略直方体に限定されず、長辺１３１ａ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１３０は、例えば、長辺１３１ｂが１３１ａより短い台形や、長辺１３１ａを直径とする半円の形状であってもよい。また、長辺１３１ａ、１３１ｂ、短辺１３１ｃ、１３１ｄは直線に限定されず、曲線であってもよい。

振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ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の一方の長辺１３１ａ（前端の一例である。）と接続されて固定端となっており、他端は自由端となっている。本実施形態において、各振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄは、基部１３０と一体に形成されている。また、各振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄは、Ｙ軸方向（第１方向の一例である）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１３５Ａ〜１３５Ｄは、例えばＸ軸方向の幅が５０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが６４３μｍ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１３５Ａ、１３５Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃが配置されている。Ｘ軸方向における、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとの間隔Ｗ１は、Ｘ軸方向における、外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）と当該外側の振動腕１３５Ａ（１３５Ｄ）に隣接する内側の振動腕１３５Ｂ（１３５Ｃ）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２５μｍ程度、間隔Ｗ２は例えば２０μｍ程度である。間隔Ｗ２は間隔Ｗ１より小さ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よりも小さく設定してもよいし、等間隔にしても良い。

（ｂ）保持部１４０
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、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。

保持部１４０は、角柱形状の枠体１４０ａ〜１４０ｄからなる。なお、枠体１４０ａ〜１４０ｄは、一体に形成されている。

枠体１４０ａは、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの自由端に対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｂは、基部１３０の長辺１３１ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４０ｃは、振動腕１３５Ａの長辺に対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１４０ｄは、振動腕１３５Ｄの長辺に対向して、長手方向がＹ軸に平行に設けられ、その両端で枠体１４０ａ、１４０ｂの他端にそれぞれ接続される。

なお、以下の説明では、枠体１４０ａ側を共振子１０の上側、枠体１４０ｂ側を共振子１０の下側として説明する。

（ｃ）保持腕１１０
保持腕１１０は、保持部１４０の内側に設けられ、基部１３０の長辺１３１ｂと枠体１４０ａとを接続する。図３に示すように、保持腕１１０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。

保持腕１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂ（１対の第１支腕の一例である。）、腕１１２（第１連結腕の一例である。）、腕１１３（第２支腕の一例である。）を有している。

腕１１１Ａ、１１１Ｂは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃ及び枠体１４０ｄそれぞれに対向して、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１１Ａ、１１１Ｂは、一端が基部１３０の長辺１３１ｂにおいて基部１３０と接続しており、そこから長辺１３１ｂに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。腕１１１ＡのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ａの中心線よりも内側に設けられることが望ましい。図３の例では、腕１１１Ａは、振動腕１３５Ａの中心線と振動腕１３５Ｂの中心線との間に設けられている。また、腕１１１ＢのＸ軸方向の中心を通る軸は、振動腕１３５Ｄの中心線よりも内側に設けられることが望ましい。図３の例では、腕１１１Ｂは、振動腕１３５Ｃの中心線と振動腕１３５Ｄの中心線との間に設けられている。

腕１１１Ａの他端は、その側面（ＹＺ平面上の面）において、腕１１２の一端に接続されている。また、腕１１１Ｂの他端は、その側面（ＹＺ平面上の面）において、腕１１２の他端に接続されている。腕１１１Ａ、１１１Ｂ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である。

腕１１２は、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行（第２方向の一例である）になるように設けられている。腕１１２は、一端が、腕１１１Ａの他端における、枠体１４０ｄに対向する側の側面に接続し、そこから腕１１１Ａに対して略垂直、すなわち、Ｘ軸方向に延びている。また、腕１１２の他端は、腕１１１Ｂの他端における、枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続している。腕１１２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１２０μｍ程度である。

腕１１３は、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃ、１４０ｄ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１１３の一端は、腕１１２の長手方向（Ｘ軸方向）の中央付近に接続し、そこから腕１１２に対して略垂直、すなわちＹ軸方向に延びている。また腕１１３の他端は、枠体１４０ｂのＸ軸方向の中央付近において、枠体１４０ｂと接続している。

腕１１３は、例えばＸ軸方向に規定される幅が３０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される長さが７０μｍ程度である。

以上のとおり、本実施形態に係る保持腕１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂの一端において基部１３０と接続し、腕１１１Ａ、１１１Ｂの他端と腕１１２との接続箇所において屈曲し、腕１１２と腕１１３との接続箇所で屈曲した後に、保持部１４０へと接続する構成となっている。言い換えると、保持腕１１０は、２本の腕１１１Ａ、１１１Ｂが、腕１１２によって１本の腕にまとめられ、さらに１本の腕１１３によって保持部１４０に接続する。これによって、本実施形態に係る保持腕１１０は、基部１３０の長辺１３１ｂに接続する複数の腕を１本にまとめて保持部１４０に接続させるため、基部１３０の屈曲変位を阻害することなく、基部１３０を保持することができる。その結果、大振幅駆動時における周波数の上昇を低減することが可能になる。この結果、本実施形態に係る共振子１０は、共振周波数のシフトを抑制することができる。
なお、保持腕１１０は、各腕の接続箇所において屈曲している形状に限定されない。保持腕１１０における、各腕の接続箇所は曲線の形状であってもよい。
また保持腕１１０は腕１１２を有さず、腕１１３が腕１１１Ａと腕１１１Ｂとを連結して、保持部１４０に接続させる構成でもよい。この場合、腕１１１Ａ、１１１Ｂは基部１３０の接続箇所から、長辺１３１ａの垂直二等分線に向かって互いに近づくように設けられてもよい。また、この場合、例えば、腕１１１Ａ、１１１Ｂとは、腕１１３によって連結されることでＶ字型やＵ字型の形状となるように形成されてもよい。

また、基部１３０を保持する保持腕１１０は、保持腕１１０の１本の腕で保持部１４０に接続されるため、保持部１４０に複数の腕で接続される場合よりも、保持腕１１０によるアンカーロスを低減することができる。また、保持腕１１０は、振動部１２０と枠体１４０ｃ、１４０ｄとの間に配置されないため、共振装置１の小型化を図ることができる。

（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２０の側壁２３上に共振子１０の保持部１４０が接合され、さらに共振子１０の保持部１４０と上蓋３０の側壁３３とが接合される。このように下蓋２０と上蓋３０との間に共振子１０が保持され、下蓋２０と上蓋３０と共振子１０の保持部１４０とによって、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄが振動する振動空間が形成される。

下蓋２０の底板２２及び側壁２３は、Ｓｉ（シリコン）により、一体的に形成されている。側壁２３の上面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ_２（二酸化ケイ素））膜Ｆ１が形成されており、この酸化ケイ素膜Ｆ１によって、下蓋２０と共振子１０の保持部１４０と接合されている。Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚みは例えば、１５０μｍ、凹部２１の深さは例えば５０μｍである。

上蓋３０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３０はその周辺部（側壁３３）で共振子１０の保持部１４０と接合されている。上蓋３０の周縁部と保持部１４０との間には、上蓋３０と保持部１４０とを接合するために、接合部Ｈが形成されている。接合部Ｈは、例えばＡｕ（金）膜及びＳｎ（錫）膜によって形成されている。

共振子１０では、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ、保持腕１１０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Ｆ２の上に、金属層Ｅ１が積層されている。そして、金属層Ｅ１の上には、金属層Ｅ１を覆うように圧電薄膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の上には、金属層Ｅ２が積層されている。

Ｓｉ層Ｆ２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。Ｓｉ層Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は０．５ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ以下であることが望ましい。なお、Ｓｉ層Ｆ２の下面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ_２）層が形成されてもよい。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。

また、金属層Ｅ２、Ｅ１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Ｓｉ層Ｆ２として、縮退したＳｉを用いることで、Ｓｉ層Ｆ２が金属層Ｅ２を兼ねることができる。

金属層Ｅ２、Ｅ１は、エッチング等により、所望の形状に形成される。金属層Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、下部電極Ｅ１として機能するように形成される。また、金属層Ｅ１は、保持腕１１０や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた交流電源に下部電極Ｅ１を接続するための配線として機能するように形成される。

他方で、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部電極Ｅ２として機能するように形成される。また、金属層Ｅ２は、保持腕１１０や保持部１４０上においては、共振子１０の外部に設けられた交流電源に上部電極Ｅ２を接続するための配線として機能するように形成される。

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３０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３０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Ｆ３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Ｆ３は、ＳｃＡｌＮ（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Ｆ３は、例えば、１μｍの厚さを有する。

圧電薄膜Ｆ３は、金属層Ｅ２、Ｅ１によって圧電薄膜Ｆ３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Ｆ３の伸縮によって、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄは、下蓋２０及び上蓋３０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の内面に向かって自由端を変位すると、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１３５Ａと振動腕１３５Ｂとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ１回りに振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｂとが上下逆方向に振動する。また、振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄとの間でＹ軸に平行に延びる中心軸ｒ２回りに振動腕１３５Ｃと振動腕１３５Ｄ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１３０で屈曲振動が発生する。

図５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５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５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１３０の振動腕１３５Ａと１３５Ｂの間、及び振動腕１３５Ｃと１３５Ｄの間（図５の色の濃い箇所）から、基部１３０全体に伝搬する。本実施形態に係る共振装置１は、基部１３０を直接保持部１４０に固定せずに、保持腕１１０を介して接続されている。これによって、保持腕１１０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１１０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１３０と保持腕１１０とを、振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄが接続されている長辺１３１ａに対向する長辺１３１ｂ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１３１ｂ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１１０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１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂ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１３１ｂ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６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１３０の長辺１３１ｂに接続する保持腕１１０によって、枠体１４０ａにおいて保持部１４０に接続されている。

本実施形態では、保持腕１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂ、１１２及び１１３に加え、腕１１４（第２連結腕の一例である。）、腕１１５Ａ、１１５Ｂ（一対の第３支腕の一例である。）を有している。

腕１１３は、他端が、腕１１４のＸ軸方向の中央付近に接続している。腕１１３は、本実施形態では、例えばＸ軸方向に規定される幅が３０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される幅が４０μｍ程度である。

腕１１４は、腕１１２と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｂ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１１４の一端は、その側面において、腕１１５Ａに接続されている。また、腕１１４の他端は、その側面において、腕１１５Ｂに接続されている。腕１１４は、例えばＸ軸方向に規定される長さが３５０μｍ程度、Ｙ軸方向に規定される幅が２０μｍ程度である。

腕１１５Ａは、振動腕１３５Ａと枠体１４０ｃとの間に、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１５Ａは、一端が、腕１１４の一端であって、基部１３０における長辺１３１ｂと対向する側の側面に接続し、そこから腕１１４に対して略垂直、すなわちＹ軸方向に延びている。また、腕１１５Ａは、他端が、枠体１４０ａの振動部１２０と対向する位置よりも外側に接続している。

腕１１５Ａ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７８０μｍ程度である。
なお、腕１１５Ｂの構成は、腕１１５Ａと同様である。

保持腕１１０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、本実施形態に係る保持腕１１０は、基部１３０の長辺１３１ｂと枠体１４０ｂとを接続しないため、長辺１３１ｂと枠体１４０ｂとの間の空間を狭くすることが可能になる。その結果、共振装置１の小型化を図ることができる。また、保持腕１１０が複数回（４回）屈曲して保持部１４０と接続することにより、大振幅駆動における周波数の上昇をより低減することが可能になる。その結果、共振周波数の変動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］
第３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７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１３０に長辺１３１ｂに接続する保持腕１１０によって、枠体１４０ｃ、１４０ｄにおいて保持部１４０に接続されている。

本実施形態では、保持腕１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂ、１１２及び１１３に加え、腕１１４、１１５Ａ、１１５Ｂ，１１６Ａ（第４支腕の一例である。），１１６Ｂ（第５支腕の一例である。）を有している。

腕１１３、腕１１４の構成は第２の実施形態と同様である。
腕１１５Ａは、振動腕１３５Ａと枠体１４０ｃとの間に、長手方向がＹ軸に平行になるように設けられている。腕１１５Ａは、一端が、腕１１４の一端であって、基部１３０における長辺１３１ｂと対向する側の側面に接続し、そこから腕１１４に対して略垂直、すなわちＹ軸方向に延びている。また、腕１１５Ａの他端は、枠体１４０ｃと対向する側の側面において、腕１１６Ａの一端に接続されている。

腕１１５Ａ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７５０μｍ程度である。
なお、腕１１６Ｂの構成は、腕１１６Ａと同様である。

腕１１６Ａは、振動腕１３５Ａと枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａ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１１６Ａの一端は、腕１１５Ａの他端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面に接続し、そこから腕１１５Ａに対して略垂直、すなわちＸ軸方向に延びされている。また、腕１１６Ａは、他端が、振動腕１３５Ａの自由端の端部に対向する位置において、枠体１４０ｃと接続している。

腕１１６Ａ、１１６Ｂ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。
なお、腕１１５Ｂの構成は、腕１１５Ａと同様である。
保持腕１１０のその他の腕については、第１の実施形態と同様である。

以上のとおり、本実施形態に係る保持腕１１０は、一端が基部１３０の長辺１３１ｂに２本の腕で接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１０は、２本の腕のうち一方は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸負の方向）に屈曲し、他方は枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正の方向）に屈曲して、１本の腕に連結している。さらに、保持腕１１０は、そこから枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸負の方向）、及び枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正の方向）に屈曲して、枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ｃ又は１４０ｄに向かう方向に再度屈曲して、他端が枠体１４０ｃ又は１４０ｄに接続されている。

このように本実施形態では、保持腕１１０は、５回屈曲した後、枠体１４０ｃ、１４０ｄに接続されている。これによって、振動部１２０における大振幅駆動時の周波数の上昇をより低減することが可能になり、その結果、共振周波数の変動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１３０の長辺１３１ｂに接続する保持腕１１０によって、枠体１４０ｃ、１４０ｄにおいて保持部１４０に接続されている。

本実施形態では、保持腕１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂ、１１２及び１１３に加え、腕１１４、１１５Ａ、１１５Ｂ．１１６Ａ，１１６Ｂを有している。

腕１１３、腕１１４の構成は第２の実施形態と同様である。
腕１１５Ａ、１１５Ｂの構成は第３の実施形態と同様である。ただし、本実施形態においては、腕１１５Ａ、１１５Ｂ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１３０μｍ程度である。

腕１１６Ａは、本実施形態においては、他端が、基部１３０の長辺１３１ａと振動腕１３５Ａとの接続箇所に対向する位置近傍において、枠体１４０ｃと接続している。その他の腕１１６Ａの構成は第３の実施形態と同様である。
なお、腕１１６Ｂの構成は、腕１１６Ａと同様である。
保持腕１１０のその他の腕については、第１の実施形態と同様である。

以上のとおり、本実施形態に係る保持腕１１０は、一端が基部１３０の長辺１３１ｂに２本の腕で接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１０は、２本の腕のうち一方は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸負の方向）に屈曲し、他方は枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正の方向）に屈曲して、１本の腕に連結している。さらに、保持腕１１０は、そこから枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸負の方向）、及び枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正の方向）に屈曲して、枠体１４０ａに向かう方向（すなわち、Ｙ軸方向）に屈曲し、さらに枠体１４０ｃ又は１４０ｄに向かう方向に再度屈曲して、他端が枠体１４０ｃ又は１４０ｄに接続されている。

このように本実施形態では、保持腕１１０は、第３の実施形態に係る共振子１０と同様に、２回以上屈曲した後、枠体１４０ｃ、１４０ｄに接続されている。これによって、振動部１２０における大振幅駆動時の周波数の上昇をより低減することが可能になり、その結果、共振周波数の変動抑制効果をより向上させることができる。

［第５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、保持腕１１０は、腕１１１Ａ、１１１Ｂ、１１２及び１１３に加え、腕１１４、１１５Ａ〜１１７Ａ、１１５Ｂ〜１１７Ｂを有している。

腕１１３、腕１１４の構成は第２の実施形態と同様である。
腕１１５Ａの他端は、枠体１４０ｄと対向する側の側面において、腕１１６Ａの一端に接続されている。腕１１５ＡのＸ軸方向に規定される幅は２０μｍ、Ｙ軸方向に規定される長さは８００μｍである。その他の腕１１５Ａの構成は、第３の実施形態と同様である。
なお、腕１１５Ｂの構成は、腕１１５Ａと同様である。

腕１１６Ａは、振動腕１３５Ａと枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ａ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１１６Ａの一端は、腕１１５Ａの他端であって枠体１４０ｄと対向する側の側面に接続し、そこから腕１１５Ａに対して略垂直、すなわちＸ軸方向に延びされている。また、腕１１６Ａは、他端が、腕１１７Ａの一端であって枠体１４０ｃと対向する側の側面と接続している。

腕１１６Ａ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。
なお、腕１１６Ｂの構成は、腕１１６Ａと同様である。

腕１１７Ａは、振動腕１３５Ａと枠体１４０ａとの間に、枠体１４０ｃ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１１７Ａの一端は、その側面において、腕１１６Ａの他端に接続されている。また、腕１１７Ａの他端は、振動腕１３５Ａと対向する位置において、枠体１４０ａと接続し、そこから枠体１４０ａに対して略垂直、すなわち、Ｙ軸方向に延びている。

腕１１７Ａ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。
なお、腕１１７Ｂの構成は、腕１１７Ａと同様である。
保持腕１１０のその他の腕については、第１の実施形態と同様である。

以上のとおり、本実施形態に係る保持腕１１０は、一端が基部１３０の長辺１３１ｂに２本の腕で接続しており、そこから枠体１４０ｂに向かって延びている。そして、保持腕１１０は、２本の腕のうち一方は、枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸負の方向）に屈曲し、他方は枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正の方向）に屈曲して、１本の腕に連結している。さらに、保持腕１１０は、そこから枠体１４０ｃに向かう方向（すなわち、Ｘ軸負の方向）、及び枠体１４０ｄに向かう方向（すなわち、Ｘ軸正の方向）に屈曲して、枠体１４０ａ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１４０ｄ又は１４０ｃに向かう方向に屈曲し、さらに枠体１４０ａに向かう方向に屈曲して、他端が枠体１４０ａに接続されている。

このように本実施形態では、保持腕１１０の屈曲箇所を増やすことによって、保持腕１１０におけるモーメントをより分散させ、共振周波数の変動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。

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１１０は所定の回数屈曲する構成として説明したが、屈曲回数についてはこれに限定されない。保持腕１１０は、例えば、既述の実施形態において説明した以上の回数屈曲し、基部１３０の長辺１３１ｂと枠体１４０ｂ、又は枠体１４０ｃ、１４０ｄとを接続する構成であってもよい。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
３０ 上蓋
２０ 下蓋
１４０ 保持部
１４０ａ〜ｄ 枠体
１１０ 保持腕
１１１〜１１７ 腕
１２０ 振動部
１３０ 基部
１３１ａ、１３１ｂ 長辺
１３１ｃ、１３１ｄ 短辺
１３５Ａ〜Ｄ 振動腕

Claims (8)

1. 基部と、一端が前記基部と接続された複数の振動腕と、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、一端が前記基部における前記複数の振動腕に接続された前端と前記基部を挟んで対向する後端に接続され、他端が前記保持部に接続された保持腕と、
   を備え、
   前記保持腕は、
   それぞれの一端が前記基部における前記後端において前記基部と接続する１対の第１支腕と、
   前記１対の第１支腕を連結して前記保持部と接続する連結部と、
   を有する共振子。
2. 前記１対の第１支腕は、
   前記複数の振動腕が延びる第１方向に設けられ、
   前記連結部は、
   前記第１方向に略直交する第２方向に設けられ、一端が前記１対の第１支腕の一方の他端と接続され、他端が前記１対の第１支腕の他方の他端と接続された第１連結腕と、
   前記第１方向に設けられ、一端が前記第１連結腕の中央付近と接続され、他端が前記保持部における、前記基部における前記後端と対向する領域に接続された第２支腕と、
   を有する請求項１に記載の共振子。
3. 前記１対の第１支腕は、
   前記複数の振動腕が延びる第１方向に設けられ、
   前記連結部は、
   前記第１方向に略直交する第２方向に設けられ、一端が前記１対の第１支腕の一方の他端と接続され、他端が前記１対の第１支腕の他方の他端と接続された第１連結腕と、
   前記第２方向に沿って、前記第１連結腕と前記保持部との間に設けられた第２連結腕と、
   前記第１方向に設けられ、一端が前記第１連結腕の中央付近と接続され、他端が前記第２連結腕の中央付近と接続された第２支腕と、
   前記第１方向に設けられ、一端が前記第２連結腕のいずれかの端部と接続され、他端が前記保持部における前記複数の振動腕の他端と対向する領域と接続された１対の第３支腕と、
   を有する請求項１に記載の共振子。
4. 前記１対の第１支腕は、
   前記複数の振動腕が延びる第１方向に設けられ、
   前記連結部は、
   前記第１方向に略直交する第２方向に設けられ、一端が前記１対の第１支腕の一方の他端と接続され、他端が前記１対の第１支腕の他方の他端と接続された第１連結腕と、
   前記第２方向に沿って、前記第１連結腕と前記保持部との間に設けられた第２連結腕と、
   前記第１方向に設けられ、一端が前記第１連結腕の中央付近と接続され、他端が前記第２連結腕の中央付近と接続された第２支腕と、
   前記第１方向に設けられ、一端が前記第２連結腕のいずれかの端部と接続された１対の第３支腕と、
   前記第２方向に設けられ、一端が前記１対の第３支腕の一方と接続され、他端が前記保持部における、前記１対の第３支腕の前記一方と対向する領域と接続された第４支腕と、
   前記第２方向に設けられ、一端が前記１対の第３支腕の他方と接続され、他端が前記保持部における、前記第３支腕の他方と対向する領域と接続された第５支腕と、
   を有する、請求項１に記載の共振子。
5. 前記１対の第１支腕は、
   前記基部における、前記振動腕と接続する前記前端と前記基部を挟んで対向する前記後端における、前記振動腕の振動による変位が最小となる部位において、前記基部に接続される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の共振子。
6. 前記１対の第１支腕は、
   前記複数の振動腕のうち、最も外側の振動腕の前記第２方向における中心よりも内側において、前記基部に接続される、請求項２乃至４の何れか一項に記載の共振子。
7. 前記１対の第１支腕は、
   前記複数の振動腕の間において、前記基部に接続される、請求項１乃至４の何れか一項に記載の共振子。
8. 請求項１乃至７の何れか一項に記載の共振子と、当該共振子を間に挟む下蓋と上蓋とを備える共振装置。