JP6551706B2 - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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、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。
また、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、振動腕16a〜16dの他の部位よりもX軸方向の幅が広い。錘Gは、例えば、X軸方向の幅が70μm程度である。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。錘Gが形成されることで、振動腕16a〜16dは、単位長さ当たりの重さが、固定端側よりも自由端側の方が重くなっている。従って、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。
保持部11は、XY平面に沿って矩形の枠状に形成される。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。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、角柱形状の枠体11a〜11dからなる。なお、枠体11a〜11dは、一体に形成されている。
保持腕111及び保持腕112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。図3に示すように、保持腕111と保持腕112とは、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。また、保持腕111,112は基部15が撓むと、振動腕16a〜16dの屈曲方向(図3のZ軸方向)に撓む。
また腕111aの他端は、その側面において、腕111bの一端に接続されている。腕111a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111cの一端は、その側面において、腕111bの他端に接続されている。また腕111c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111c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。
また腕112aの他端は、その側面において、腕112bの一端に接続されている。腕112a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112cの一端は、その側面において、腕112bの他端に接続されている。また腕112c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112c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。
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。
なお、検証に用いた共振子10では、保持腕111、112は、基部15の後端(長辺15b)と、枠体11c、11dの中央付近とに接続される形状を有しいている
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。
腕111cは、一端が、その側面において、腕111bに接続されている。また、腕111cの他端は、その側面において、腕111dの一端に接続されている。腕111c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。
保持腕111のその他の腕については、第1の実施形態と同様である。
腕112cは、一端が、その側面において、腕112bに接続されている。また、腕112cの他端は、その側面において、腕112dの一端に接続されている。腕112c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。
保持腕112のその他の腕については、第1の実施形態と同様である。
その他の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
腕111cは、一端が、その側面において、腕111bに接続されている。また、腕111cの他端は、その側面において、腕111dの一端に接続されている。腕111c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112cは、一端が、その側面において、腕112bに接続されている。また、腕112cの他端は、その側面において、腕112dの一端に接続されている。腕112c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。
保持腕112のその他の腕については、第1の実施形態と同様である。
その他の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
図12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。
保持腕111のその他の腕については、第1の実施形態と同様である。
保持腕112のその他の腕については、第1の実施形態と同様である。
その他の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
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2の実施形態との差異点を中心に説明する。
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5の実施形態との差異点を中心に説明する。
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。
図16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。
図17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。
10 共振子
13 上蓋
14 下蓋
11 保持部
11a〜d 枠体
111 保持腕
111a〜e 腕
112 保持腕
112a〜e 腕
120 振動部
15 基部
15a、15b 長辺
15c、15d 短辺
16a〜d 振動腕
22 SiO 2 膜
23 Si層
24 圧電薄膜
25、26 金属層
Claims (11)
- 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し、前記振動腕が面外屈曲すると、異なる位相で面外屈曲する2本の振動腕の間を節として、当該面外屈曲の方向に撓む基部、
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接続され、前記基部が撓むと前記面外屈曲の方向に撓む保持腕と、
を備え、
前記基部の前記前端から前記後端に向かう方向である長さ方向における、前記前端と前記後端との最長距離である基部長は、前記長さ方向に直交する幅方向における、前記基部の左端と右端との最長距離である基部幅に対して0.3倍以下の長さである、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し、前記振動腕が面外屈曲すると、異なる位相で面外屈曲する2本の振動腕の間を節として、当該面外屈曲の方向に撓む基部、
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接続され、前記基部が撓むと前記面外屈曲の方向に撓む保持腕と、
を備え、
前記保持腕の長さは、前記保持腕の幅に対して4倍以上である、共振子。 - 前記基部の前記面外屈曲の方向に沿った厚さは、10μm以下である、請求項1に記載の共振子。
- 前記基部長は、80μm以下である、請求項3に記載の共振子。
- 前記保持腕の長さは、150μm以上である、請求項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し、前記振動腕が面外屈曲すると、異なる位相で面外屈曲する2本の振動腕の間を節として、当該面外屈曲の方向に撓む基部、
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接続され、前記基部が撓むと前記面外屈曲の方向に撓む保持腕と、
を備え、
前記保持腕の一端は、
前記基部における後端側の領域に接続される、共振子。 - 前記保持腕の前記一端は、
前記基部における後端側の領域に接続され、かつ、
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、前記基部幅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1に記載の共振子。 - 前記保持腕の前記一端は、
前記基部の側端の端面に接続される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の共振子。 - 前記保持部は、
前記複数の振動腕の開放端に対向する領域に設けられた第1固定部を有し、
前記保持腕の前記他端は、
前記第1固定部において、前記保持部に接続される、請求項6〜8のいずれか一項に記載の共振子。 - 前記保持部は、
前記複数の振動腕の延びる方向に沿って、前記複数の振動腕に対向する領域に設けられた第2固定部を有し、
前記保持腕の前記他端は、
前記第2固定部において、前記保持部に接続される、請求項6〜8のいずれか一項に記載の共振子。 - 請求項1〜10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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