JP6589986B2 - 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、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。
以下、共振装置1の各構成について詳細に説明する。
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4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4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(圧電振動部の一例である。)と、保持部140と、ノード生成部130A、130B(それぞれ「第1のノード生成部」、「第2のノード生成部」の一例である。)と、接続腕111A、111B(それぞれ、「第1の接続腕」、「第2の接続腕」の一例である。)と、保持腕112A、112B(それぞれ、「第1の保持腕」、「第2の保持腕」の一例である。)とを備えている。
振動部120は、図4の直交座標系におけるXY平面に沿って平板状に広がる略直方体の輪郭を有している。なお、振動部120は、平板状に限らず、例えば一定の厚みを有する四角柱であってもよい。振動部120には、点線で示す領域に、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の金属層E1(振動部120上に形成される金属層E1を、「上部電極E1」とも呼ぶ。)が設けられている。上部電極E1の下方には、上部電極E1と対向して金属層E2(振動部120上に形成される金属層E2を、「下部電極E2」とも呼ぶ。)が設けられている。
保持部140は、その外形が、XY平面に沿って、例えば矩形の枠状に形成される。また、保持部140は、その内形が、XY平面に沿って振動部120及びノード生成部130A、130Bの外側を囲むように形成される。本実施形態では、保持部140は、矩形の平板から、振動部120とノード生成部130A、130Bの外縁に沿ってくり抜いた枠形状を有している。また、保持部140と振動部120及びノード生成部130A、130Bとの間に形成される空間(隙間)は、一定の間隔を有する。
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。
ノード生成部130Aは、振動部120の短辺121aと、保持部140における、短辺121aと対向する領域との間に設けられる。ノード生成部130Aは、当該ノード生成部130Aにおける、振動部120の短辺121aと対向する接続辺131aを有し、接続辺131aにおいて、接続腕111Aに接続されている。また、接続辺131aは、短辺121aに対して一定の間隔で、略平行に設けられている。
なお、ノード生成部130Bは、ノード生成部130Aと同様の構成を有する。
接続腕111Aは、略矩形の形状をしている。接続腕111Aは、一端が振動部120における短辺121aの中央付近に接続されており、そこからノード生成部130Aに向かって、短辺121aに対して垂直に延びている。接続腕111Aの他端は、ノード生成部130Aの接続辺131aに接続している。本実施形態においては、接続腕111AのX軸方向の幅は10μm程度である。
なお、接続腕111Bは、接続腕111Aと同様の構成を有する。
保持腕112Aは、略矩形の形状をしている。保持腕112Aは、一端が、ノード生成部130Aの頂点TAに接続しており、そこから保持部140における、ノード生成部130Aに対向する領域に向かって、Y軸方向に延びている。保持腕112Aの他端は、保持部140における、ノード生成部130Aに対向する領域に接続している。保持腕112Aの幅の大きさは、接続腕111Aの幅の大きさ以下であることが望ましい。本実施形態においては、保持腕112AのX軸方向の幅は、接続腕111Aの幅より狭く、5μm程度である。保持腕112Aの幅を接続腕111Aの幅よりも小さくすることで、ノード生成部130Aから保持部140へと振動が伝搬されることを抑制することができる。
なお、保持腕112Bは、保持腕112Aと同様の構成を有する。
図5(A)及び(B)を用いて共振装置1の積層構造(断面構造)について説明する。図5(A)は、図1のAA´断面図、図5(B)は、図1のBB´断面図である。
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説明を省略し、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、振動部120は、X軸方向に沿って伸びる1対の長辺121c、121d、Y軸方向に沿って伸びる1対の短辺121a、121bを有する四角柱の形状をしている。また、上部電極E1、下部電極E2は、Y軸方向に短辺、X軸方向に長辺を有している。本実施形態における振動部120は、長手方向に面内振動する。その他の振動部120の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、接続腕111Aは、一端が振動部120における長辺121cの中央付近に接続しており、そこからノード生成部130Aに向かって延びている。また、接続腕111Bは、一端が振動部120における長辺121dの中央付近に接続しており、そこからノード生成部130Bに向かって延びている。その他の接続腕111A、111Bの構成は第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10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上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の2つの上部電極E1a、E1bが設けられている。また、上部電極E1a、E1bの下方には、上部電極E1a、E1bに対向して下部電極E2aが設けられている。図10において、振動部120は、X軸方向に1対の長辺121c、121d、Y軸方向に1対の短辺121a、121bを有している。
上部電極E1aは、振動部120から、接続腕111B、ノード生成部130B、及び保持腕112Bを介して、保持部140における長辺121dと対向する辺に引き出される。他方、上部電極E1bは、振動部120から、接続腕111A、ノード生成部130A、及び保持腕112Aを介して、保持部140における長辺121cと対向する領域に引き出される。
その他の振動部120の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、接続腕111Aは、4つの腕111Aa(第1腕の一例である。)、111Ab、111Ac(それぞれ第2腕の一例である。)、及び111Ad(第3腕の一例である。)を有している。腕111Aaは、振動部120とノード生成部130Aの間の空間において、X軸方向に平行に上部電極E1a、E1bに亘って、振動部120の長辺121cに対向して設けられている。
なお、接続腕111Bの構成は、接続腕111Aの構成と同様である。
その他の構成、効果は第1の実施形態と同様である。
図11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、下蓋20の凹部21は、矩形Sの1対の長辺それぞれに2つずつ弓形Rが接合する構成となっている。その他の下蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態においては、共振子10は、第1の実施形態におけるノード生成部130A、130B、接続腕111A、111B、及び保持腕112A、112Bに対応する構成として、ノード生成部130A1、130A2、130B1、130B2、接続腕111A1、111A2、111B1、111B2、及び保持腕112A1、112A2、112B1、112B2を備えている。
本実施形態では、振動部120上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の2つの上部電極E1a、E1bが設けられている。上部電極E1a、E1bの下方には、上部電極E1a、E1bに対向して下部電極E2aが設けられている。図11において、振動部120は、X軸方向に1対の長辺121c、121d、Y軸方向に1対の短辺121a、121bを有している。
上部電極E1aは、振動部120から、接続腕111B1、ノード生成部130B1、及び保持腕112B1を介して、保持部140における長辺121dと対向する辺に引き出される。他方、上部電極E1bは、振動部120から、接続腕111A2、ノード生成部130A2、及び保持腕112A2を介して、保持部140における長辺121cと対向する領域に引き出される。
ノード生成部130A1、130A2はそれぞれ上部電極E1a、E1bの上側の短辺と対向して設けられる。
なお、ノード生成部130B1、130B2の構成は、ノード生成部130A1、130A2の構成と同様である。
本実施形態では、接続腕111A1、111A2は、Y軸方向に沿って設けられている。
なお、接続腕111B1、111B2の構成は、接続腕111A1、111A2の構成と同様である。
本実施形態では、保持腕112A1、112A2は、Y軸方向に沿って設けられている。
なお、保持腕112B1、112B2の構成は、保持腕112A1、112A2の構成と同様である。
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。
本実施形態では、下蓋20の凹部21は、弓形Rが矩形Sの1対の長辺に接合する構成となっている。その他の下蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
(6−2−1)振動部120
本実施形態では、振動部120上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の3つの上部電極E1a、E1b、E1cが設けられている。上部電極E1a、E1b、E1cの下方には、上部電極E1a、E1b、E1cに対向して下部電極E2aが設けられている。図12において、振動部120は、Y軸方向に沿って伸びる1対の短辺121a、121b、X軸方向に沿って伸びる1対の長辺121c、121dを有している。
上部電極E1a、E1cは、バスバーB1によって電気的に接続している。バスバーB1は、上部電極E1bに対向して、振動部120におけるノード生成部130A側の端部に設けられている。バスバーB1は、接続腕111A、ノード生成部130A、及び保持腕112Aを介して、保持部140における、振動部120の長辺121cと対向する辺に引き出される。
その他の振動部120の構成は第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、接続腕111Aは、Y軸方向に沿って設けられている。
接続腕111Aは、一端が、バスバーB1の中央付近において、振動部120における長辺121cに接続しており、そこからノード生成部130Aに向かって延びている。接続腕111Aの他端は、ノード生成部130Aの接続辺131aに略垂直に接続している。
接続腕111Bは、一端が、上部電極E1bの短辺中央付近において、振動部120における長辺121dに接続しており、そこからノード生成部130Bに向かって延びている。接続腕111Bの他端は、ノード生成部130Bの接続辺131bに略垂直に接続している。
接続腕111A、111Bのその他の構成については、第1の実施形態と同様である。
図13を用いて共振装置1の積層構造(断面構造)について説明する。図13は、図12のCC´断面図である。
その他の構成、機能については第1の実施形態と同様である。
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、下蓋20の凹部21は、振動部120及びノード生成部130A1、130A2、130B1、130B2と相似な形状となるように、矩形Sの1対の長辺それぞれに2つずつ弓形Rが接合する構成となっている。その他の下蓋の構成は第1の実施形態と同様である。
(7−2−1)振動部120
本実施形態では、振動部120上には、長さ方向と幅方向とを有する矩形板状の4つの上部電極E1a、E1b、E1c、E1dが設けられている。上部電極E1a、E1b、E1c、E1dの下には、上部電極E1a、E1b、E1c、E1dと対向して下部電極E2aが設けられている。図14において、振動部120は、Y軸方向に沿って伸びる1対の短辺121a、121b、X軸方向に沿って伸びる1対の長辺121c、121dを有している。
上部電極E1b、E1cは、バスバーB1によって接続している。バスバーB1は、上部電極E1aに対向して、振動部120におけるノード生成部130A1、130A2側の端部に設けられている。バスバーB1は、接続腕111A1、ノード生成部130A1、及び保持腕112A1を介して、保持部140における、振動部120の長辺121cと対向する領域に引き出される。
その他の振動部120の構成は、第1の実施形態と同様である。
本実施形態では、接続腕111A1、111A2は、Y軸方向に沿って設けられている。
接続腕111A1は、一端が、バスバーB1の中央付近において、振動部120における長辺121cに接続しており、そこからノード生成部130A1に向かって延びている。接続腕111A1の他端は、ノード生成部130A1の接続辺131a1に略垂直に接続している。なお、接続腕111A2の構成は、第5の実施形態と同様である。その他の接続腕111A1、111A2の構成は第1の実施形態と同様である。
保持腕112A1、112A2、112B1、112B2の構成は、第5の実施形態と同様である。
その他の構成、機能については第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
111A、111B 接続腕
112A、112B 保持腕
130A、130B ノード生成部
120 振動部
F1 SiO2膜
F2 Si層
F3 圧電薄膜
E1、E2 金属層
Claims (8)
- 圧電振動部と、
前記圧電振動部の周囲の少なくとも一部に設けられた保持部と、
前記圧電振動部と、前記保持部との間に設けられる第1のノード生成部と、
前記第1のノード生成部と、当該第1のノード生成部と対向する前記圧電振動部の領域とを接続する第1の接続腕と、
前記第1のノード生成部と、前記保持部における、前記第1のノード生成部と対向する領域とを接続する第1の保持腕と、
を備え、
前記第1のノード生成部は、
前記第1の接続腕が前記第1のノード生成部と前記圧電振動部とを接続する第1方向における中心よりも前記第1の接続腕側において、前記第1方向に直交する第2方向における長さが最大となる箇所を有し、前記第2方向における長さが、前記最大となる箇所から、前記第1方向に沿って、前記圧電振動部側から離れて前記第1の保持腕側に向かうにつれて徐々に狭まる、
共振子。 - 前記共振子は、
前記圧電振動部と前記保持部との間に、前記圧電振動部における、前記第1のノード生成部と対向する面と反対側の面に対向して設けられる第2のノード生成部と、
前記圧電振動部と前記第2のノード生成部とを接続する第2の接続腕と、
前記第2のノード生成部と、前記保持部における、前記第2のノード生成部と対向する領域とを接続する第2の保持腕と、
をさらに備え、
前記第2のノード生成部は、前記第1方向における中心よりも前記第2の接続腕側において、前記第2方向における長さが最大となる箇所を有し、前記第2方向における長さが、前記最大となる箇所から前記第2の保持腕に向かうにつれて徐々に狭まる、
請求項1に記載の共振子。 - 前記第1のノード生成部は、
弓形の形状であり、弦の中点付近において前記第1の接続腕と接続し、弧の頂点付近において前記第1の保持腕と接続し、
前記第2のノード生成部は、
弓形の形状であり、弦の中点付近において前記第2の接続腕と接続し、弧の頂点付近において前記第2の保持腕を接続することを特徴とする請求項2に記載の共振子。 - 前記第1のノード生成部は、
三角形の形状であり、底辺の中点付近において前記第1の接続腕と接続し、頂点付近において前記第1の保持腕と接続し、
前記第2のノード生成部は、
三角形の形状であり、底辺の中点付近において前記第2の接続腕と接続し、頂点付近において前記第2の保持腕と接続することを特徴とする請求項2に記載の共振子。 - 前記第1のノード生成部及び前記第2のノード生成部において、
前記第2方向における長さが最大となる箇所における長さが、前記圧電振動部における前記第2方向に沿った長さより小さいことを特徴とする請求項2〜4いずれか一項に記載の共振子。 - 前記圧電振動部は、
圧電薄膜と、前記圧電薄膜を間に挟んで互いに対向して設けられる1対の電極とが、積層されて形成され、
前記第1のノード生成部及び前記第2のノード生成部は、
前記圧電薄膜と、前記電極とが積層されて形成されることを特徴とする請求項2〜5いずれか一項に記載の共振子。 - 前記圧電振動部は、
矩形の形状であり、当該矩形の長辺方向に沿って複数の振動領域を有し、
前記第1の接続腕及び第2の接続腕は、それぞれ、
前記長辺方向に沿って略平行に設けられる第1腕と、当該第1腕と前記複数の振動領域をそれぞれ接続する複数の第2腕と、前記第1腕と前記第1のノード生成部又は前記第2のノード生成部とを接続する第3腕とを有し、
前記第1のノード生成部及び前記第2のノード生成部において、前記第2方向における長さが最大となる箇所における長さが、前記第3腕の幅より大きいことを特徴とする請求項2〜6いずれか一項に記載の共振子。 - 請求項1〜7いず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。
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