JP7459937B2 - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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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は、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。この共振子は、前端及び当該前端に対向する後端を有する基部と、固定端が基部の前端に接続され、前端から離れる方向に延びている複数の振動腕と、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、一端が基部に接続され、他端が保持部における、基部の後端よりも前端側の領域に接続された保持腕と、を備える。特許文献１の共振子では、保持腕が基部に接続する接続位置を基部長の半分の長さに対して６割以下にすることで、励振レベル依存特性（ＤＬＤ：Ｄｒｉｖｅ Ｌｅｖｅｌ Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｙ）（以下、「ＤＬＤ」という）の改善を図っている。
ところで、近年、共振子に対する小型化の要求は、ますます高まっている。小型化に伴って寸法が制限された共振子では、特許文献１のように基部長の長さに対して保持腕の接続位置を所定割合以下にする方法だけでは、ＤＬＤの改善が困難になりつつあった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ＤＬＤをさらに改善することのできる共振子及び共振装置を提供することを目的の１つとする。
本発明の一側面に係る共振子は、それぞれが固定端を有する３本以上の複数の振動腕であって、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と、複数の振動腕のそれぞれの固定端が接続された一端と該一端に対向する他端とを有する基部と、を含む振動部と、振動部を保持するように構成された保持部と、一端が保持部に接続され、他端が基部の他端に接続された支持腕と、を備え、支持腕は、平面視において、振動部における長手方向の中心線に関して非対称である。
本発明の他側面に係る共振子は、それぞれが固定端を有する３本以上の複数の振動腕であって、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と、複数の振動腕のそれぞれの固定端が接続された一端と該一端に対向する他端と側端とを有する基部と、を含む振動部と、振動部を保持するように構成された保持部と、一端が保持部に接続され、他端が基部の側端に接続された支持腕と、を備え、支持腕は、平面視において、振動部における長手方向の中心線に関して一方側から他方側に延在しており、支持腕の他端は、基部における他方側の側端に接続されている。
本発明の一側面に係る共振装置は、前述した共振子を備える。
本発明によれば、ＤＬＤをさらに改善することができる。
以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。
［第１実施形態］
まず、図１及び図２を参照しつつ、第１実施形態に従う共振装置の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態における共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
まず、図１及び図２を参照しつつ、第１実施形態に従う共振装置の概略構成について説明する。図１は、第１実施形態における共振装置１の外観を概略的に示す斜視図である。図２は、図１に示す共振装置１の構造を概略的に示す分解斜視図である。
共振装置１は、下蓋２０と、共振子１０と、上蓋３０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。下蓋２０及び上蓋３０は、共振子１０を挟んで互いに対向するように配置されている。なお、下蓋２０及び上蓋３０は、本発明の「蓋体」の一例に相当する。
以下において、共振装置１の各構成について説明する。なお、以下の説明では、共振装置１のうち上蓋３０が設けられている側を上（又は表）、下蓋２０が設けられている側を下（又は裏）、として説明する。
共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子である。共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とは、共振子１０が封止され、共振子１０の振動空間が形成されるように、接合されている。また、共振子１０と下蓋２０及び上蓋３０とは、それぞれ、シリコン（Ｓｉ）基板（以下、「Ｓｉ基板」という）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いる。なお、共振子１０、下蓋２０、及び上蓋３０は、それぞれ、シリコン層及びシリコン酸化膜が積層されたＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板を用いて形成されてもよい。
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、つまり、下蓋２０と共振子１０との積層方向、に延びる側壁２３と、を備える。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の内面とによって画定される凹部２１が形成されている。凹部２１は、共振子１０の振動空間の少なくとも一部を形成する。なお、下蓋２０は凹部２１を有さず、平板状の構成でもよい。また、下蓋２０の凹部２１の共振子１０側の面には、ゲッター層が形成されてもよい。
また、下蓋２０は、底板２２の表面に形成される突起部５０を備える。突起部５０の詳細な構成については、後述する。
上蓋３０は、ＸＹ平面に沿って設けられる矩形平板状の底板３２と、底板３２の周縁部からＺ軸方向に延びる側壁３３と、を備える。上蓋３０には、共振子１０と対向する面において、底板３２の表面と側壁３３の内面とによって画定される凹部３１が形成されている。凹部３１は、共振子１０が振動する空間である振動空間の少なくとも一部を形成する。なお、上蓋３０は凹部３１を有さず、平板状の構成でもよい。また、上蓋３０の凹部３１の共振子１０側の面には、ゲッター層が形成されていてもよい。
上蓋３０と共振子１０と下蓋２０とを接合することによって、共振子１０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。
次に、図３を参照しつつ、第１実施形態に従う共振子の概略構成について説明する。図３は、図２に示す共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。
図３に示すように、共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子であり、図３の直交座標系におけるＸＹ平面内で面外屈曲振動モードを主振動（以下、「メインモード」ともいう）として振動する。
共振子１０は、振動部１１０と、保持部１４０と、支持腕部１５０と、を備える。
振動部１１０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１１０は、保持部１４０の内側に配置されており、振動部１１０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１１０は、４本の振動腕１２１Ａ～１２１Ｄ（以下、まとめて「振動腕１２１」ともいう）から構成される励振部１２０と、基部１３０と、を含んでいる。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、励振部１２０と基部１３０とは、一体に形成されている。
振動腕１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄは、それぞれ、Ｙ軸方向に沿って延びており、この順でＸ軸方向に所定の間隔で並列に設けられている。振動腕１２１Ａの一端は後述する基部１３０の前端部１３１Ａに接続された固定端であり、振動腕１２１Ａの他端は基部１３０の前端部１３１Ａから離れて設けられた開放端である。振動腕１２１Ａは、開放端側に形成された質量付加部１２２Ａと、固定端から延びて質量付加部１２２Ａに接続された腕部１２３Ａと、を含んでいる。同様に、振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄも、それぞれ、質量付加部１２２Ｂ，１２２Ｃ，１２２Ｄと、腕部１２３Ｂ，１２３Ｃ，１２３Ｄと、を含んでいる。なお、腕部１２３Ａ～１２３Ｄは、それぞれ、例えばＸ軸方向の幅が３０μｍ程度、Ｙ軸方向の長さが４００μｍ程度である。
本実施形態の励振部１２０では、Ｘ軸方向において、外側に２本の振動腕１２１Ａ，１２１Ｄが配置されており、内側に２本の振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃが配置されている。内側の２本の振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃのそれぞれの腕部１２３Ｂ，１２３Ｃ同士の間に形成された間隙の幅（以下、「リリース幅」という。）Ｗ１は、例えば、Ｘ軸方向において隣接する振動腕１２１Ａ，１２１Ｂのそれぞれの腕部１２３Ａ，１２３Ｂ同士の間のリリース幅Ｗ２、及び、Ｘ軸方向において隣接する振動腕１２１Ｄ，１２１Ｃのそれぞれの腕部１２３Ｄ，１２３Ｃ同士の間のリリース幅Ｗ２、よりも大きく設定されている。リリース幅Ｗ１は例えば２５μｍ程度、リリース幅Ｗ２は例えば１０μｍ程度である。このように、リリース幅Ｗ１をリリース幅Ｗ２よりも大きく設定することにより、振動部１１０の振動特性や耐久性が改善される。なお、共振装置１を小型化できるように、リリース幅Ｗ１をリリース幅Ｗ２よりも小さく設定してもよいし、等間隔に設定してもよい。
質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄは、それぞれの表面に質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄを備えている。したがって、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの単位長さ当たりの重さ（以下、単に「重さ」ともいう。）は、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの重さよりも重い。これにより、振動部１１０を小型化しつつ、振動特性を改善することができる。また、質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄは、それぞれ、振動腕１２１Ａ～振動腕１２１Ｄの先端部分の重さを大きくする機能だけではなく、その一部を削ることによって振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの共振周波数を調整する、いわゆる周波数調整膜としての機能も有する。
本実施形態において、質量付加部１２２Ａ～１２２ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅は、例えば４９μｍ程度であり、腕部１２３Ａ～１２３ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅よりも大きい。これにより、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの重さを、さらに大きくできる。共振子１０の小型化のために、質量付加部１２２Ａ～１２２ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅は、腕部１２３Ａ～１２３ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅に対して１．５倍以上であることが好ましい。但し、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの重さは腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの重さよりも大きければよく、質量付加部１２２Ａ～１２２ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅は、本実施形態の例に限定されるものではない。質量付加部１２２Ａ～１２２ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅は、腕部１２３Ａ～１２３ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅と同等、もしくはそれ以下であってもよい。
共振子１０を上方から平面視（以下、単に「平面視」という）したときに、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄは、それぞれ、略長方形状であって、四隅に丸みを帯びた曲面形状、例えばいわゆるＲ形状を有する。同様に、腕部１２３Ａ～１２３Ｄは、それぞれ、略長方形状であって、基部１３０に接続される固定端付近、及び、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれに接続される接続部分付近にＲ形状を有する。但し、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄ及び腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの形状は、本実施形態の例に限定されるものではない。例えば、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの形状は、略台形状や略Ｌ字形状であってもよい。また、腕部１２３Ａ～１２３Ｄのそれぞれの形状は、略台形状であってもよい。質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄ及び腕部１２３Ａ～１２３Ｄは、それぞれ、表面側及び裏面側のいずれか一方に開口を有する有底の溝部や、表面側及び裏面側の両方に開口を有する穴部が形成されていてもよい。当該溝部及び当該穴部は、表面と裏面とを繋ぐ側面から離れていてもよく、当該側面側に開口を有していてもよい。
基部１３０は、平面視において、前端部１３１Ａと、後端部１３１Ｂと、左端部１３１Ｃと、右端部１３１Ｄと、を有している。前述したように、前端部１３１Ａには、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのそれぞれの固定端が接続されている。後端部１３１Ｂには、後述する支持腕部１５０の支持腕１５１Ａが接続されている。
前端部１３１Ａ、後端部１３１Ｂ、左端部１３１Ｃ、及び右端部１３１Ｄは、それぞれ、基部１３０の外縁部の一部である。具体的には、前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂは、それぞれ、Ｘ軸方向に延びる端部であり、前端部１３１Ａと後端部１３１Ｂとは、互いに対向するように配置されている。左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄは、それぞれ、Ｙ軸方向に延びる端部であり、左端部１３１Ｃと右端部１３１Ｄとは、互いに対向するように配置されている。左端部１３１Ｃの両端は、それぞれ、前端部１３１Ａの一端と後端部１３１Ｂの一端とに繋がっている。右端部１３１Ｄの両端は、それぞれ、前端部１３１Ａの他端と後端部１３１Ｂの他端とに繋がっている。
平面視において、基部１３０は、前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂを長辺とし、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄを短辺とする、略長方形状を有する。基部１３０は、前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂそれぞれの垂直二等分線であるＸ軸方向の中心線ＣＬ１に沿って、規定される仮想平面に対して、略面対称に形成されている。すなわち、基部１３０は、中心線ＣＬ１に関して略線対称に形成されている、ともいえる。なお、基部１３０の形状は、図３に示す長方形状である場合に限定されず、中心線ＣＬ１に関して略線対称を構成するその他の形状であってもよい。例えば、基部１３０の形状は、前端部１３１Ａ及び後端部１３１Ｂの一方が他方よりも長い台形状であってもよい。また、前端部１３１Ａ、後端部１３１Ｂ、左端部１３１Ｃ、及び右端部１３１Ｄの少なくとも１つが屈曲又は湾曲してもよい。
なお、仮想平面は振動部１１０全体の対称面に相当し、中心線ＣＬ１は振動部１１０全体のＸ軸方向の中心線に相当する。したがって、中心線ＣＬ１は、振動腕１２１Ａ～１２１ＤのＸ軸方向における中心を通る線でもあり、振動腕１２１Ｂと振動腕１２１Ｃとの間に位置する。具体的には、隣接する振動腕１２１Ａ及び振動腕１２１Ｂのそれぞれは、中心線ＣＬ１を挟んで、隣接する振動腕１２１Ｄ及び振動腕１２１Ｃのそれぞれと対称に形成されている。
基部１３０において、前端部１３１Ａと後端部１３１Ｂとの間のＹ軸方向における最長距離である基部長は、例えば２０μｍ程度である。また、左端部１３１Ｃと右端部１３１Ｄとの間のＸ軸方向における最長距離である基部幅は、例えば１８０μｍ程度である。なお、図３に示す例では、基部長は左端部１３１Ｃ又は右端部１３１Ｄの長さに相当し、基部幅は前端部１３１Ａ又は後端部１３１Ｂの長さに相当する。
保持部１４０は、振動部１１０を保持するように構成されている。より詳細には、保持部１４０は、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄが振動可能であるように、構成されている。具体的には、保持部１４０は、中心線ＣＬ１に沿って規定される仮想平面に対して面対称に形成されている。保持部１４０は、平面視において矩形の枠形状を有し、ＸＹ平面に沿って振動部１１０の外側を囲むように配置されている。このように、保持部１４０が平面視において枠形状を有することにより、振動部１１０を囲む保持部１４０を容易に実現することができる。
なお、保持部１４０は、振動部１１０の周囲の少なくとも一部に配置されていればよく、枠形状に限定されるものではない。例えば、保持部１４０は、振動部１１０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１１０の周囲に配置されていればよい。
本実施形態においては、保持部１４０は一体形成される枠体１４１Ａ～１４１Ｄを含んでいる。枠体１４１Ａは、図３に示すように、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの開放端に対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４１Ｂは、基部１３０の後端部１３１Ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行に設けられる。枠体１４１Ｃは、基部１３０の左端部１３１Ｃ及び振動腕１２１Ａ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１４１Ａ、１４１Ｂの一端にそれぞれ接続される。枠体１４１Ｄは、基部１３０の右端部１３１Ｄ及び振動腕１２１Ｄ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１４１Ａ、１４１Ｂの他端にそれぞれ接続される。枠体１４１Ａと枠体１４１Ｂとは、振動部１１０を挟んでＹ軸方向において互いに対向している。枠体１４１Ｃと枠体１４１Ｄとは、振動部１１０を挟んでＸ軸方向において互いに対向している。
支持腕部１５０は、保持部１４０の内側に配置され、基部１３０と保持部１４０とを接続している。支持腕部１５０は、中心線ＣＬ１に関して線対称ではない、つまり、非対称に形成されている。具体的には、支持腕部１５０は、平面視において、１本の支持腕１５１Ａを含んでいる。支持腕１５１Ａは支持後腕１５２Ａと支持側腕１５３Ａとを含む。
支持側腕１５３Ａは、振動腕１２１Ｄと保持部１４０との間において、振動腕１２１Ｄと並行に延びている。具体的には、支持側腕１５３Ａは、支持後腕１５２Ａの一端（右端又は枠体１４１Ｄ側の端）からＹ軸方向に枠体１４１Ａに向かって延び、Ｘ軸方向に屈曲して枠体１４１Ｄに接続されている。すなわち、支持腕１５１Ａの一端は、保持部１４０に接続されている。
支持後腕１５２Ａは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０との間において、支持側腕１５３Ａから延びている。具体的には、支持後腕１５２Ａは、支持側腕１５３Ａの一端（下端又は枠体１４１Ｂ側の端）からＹ軸方向に枠体１４１Ｃに向かって延びている。そして、支持後腕１５２Ａは、基部１３０におけるＸ軸方向の中央でＹ軸方向に屈曲し、そこから中心線ＣＬ１に沿って延びて基部１３０の後端部１３１Ｂに接続している。すなわち、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０の後端部１３１Ｂに接続されている。
突起部５０は、下蓋２０の凹部２１から振動空間内に突起している。突起部５０は、平面視において、振動腕１２１Ｂの腕部１２３Ｂと振動腕１２１Ｃの腕部１２３Ｃとの間に配置される。突起部５０は、腕部１２３Ｂ，１２３Ｃに並行にＹ軸方向に延び、角柱形状に形成されている。突起部５０のＹ軸方向の長さは２４０μｍ程度、Ｘ軸方向の長さは１５μｍ程度である。なお、突起部５０の数は、１つである場合に限定されず、２以上の複数であってもよい。このように、突起部５０が振動腕１２１Ｂと振動腕１２１Ｃとの間に配置され、凹部２１の底板２２から突起することにより、下蓋２０の剛性を高めることができ、下蓋２０の上で形成される共振子１０の撓みや、下蓋２０の反りの発生を抑制することが可能になる。
次に、図４及び図５を参照しつつ、第１実施形態に従う共振装置の積層構造及び動作について説明する。図４は、図１に示す共振装置１の積層構造を概略的に示すＸ軸に沿う断面図である。図５は、図１に示す共振装置１の積層構造を概念的に示すＹ軸に沿う断面図である。
図４及び図５に示すように、共振装置１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、振動部１１０が振動する振動空間が形成されている。
共振子１０における、振動部１１０、保持部１４０、及び支持腕部１５０は、同一プロセスによって一体的に形成される。共振子１０は、基板の一例であるＳｉ基板Ｆ２の上に、金属膜Ｅ１が積層されている。そして、金属膜Ｅ１の上には、金属膜Ｅ１を覆うように圧電膜Ｆ３が積層されており、さらに、圧電膜Ｆ３の上には金属膜Ｅ２が積層されている。金属膜Ｅ２の上には、金属膜Ｅ２を覆うように保護膜Ｆ５が積層されている。質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄにおいては、さらに、保護膜Ｆ５の上にそれぞれ、前述の質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄが積層されている。振動部１１０、保持部１４０、及び支持腕部１５０のそれぞれの外形は、前述したＳｉ基板Ｆ２、金属膜Ｅ１、圧電膜Ｆ３、金属膜Ｅ２、保護膜Ｆ５等から構成される積層体を、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射するドライエッチングによって除去加工し、パターニングすることによって形成される。
本実施形態では、共振子１０が金属膜Ｅ１を含む例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、共振子１０は、Ｓｉ基板Ｆ２に低抵抗となる縮退シリコン基板を用いることで、Ｓｉ基板Ｆ２自体が金属膜Ｅ１を兼ねることができ、金属膜Ｅ１を省略してもよい。
Ｓｉ基板Ｆ２は、例えば、厚み６μｍ程度の縮退したｎ型シリコン（Ｓｉ）半導体から形成されており、ｎ型ドーパントとしてリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等を含むことができる。また、Ｓｉ基板Ｆ２に用いられる縮退シリコン（Ｓｉ）の抵抗値は、例えば１．６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。さらに、Ｓｉ基板Ｆ２の下面には、温度特性補正層の一例として、例えばＳｉＯ2等の酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されている。これにより、温度特性を向上させることが可能になる。
本実施形態において、酸化ケイ素層Ｆ２１は、当該酸化ケイ素層Ｆ２１をＳｉ基板Ｆ２に形成しない場合と比べて、Ｓｉ基板Ｆ２に温度補正層を形成したときの振動部１１０における周波数の温度係数、つまり、温度当たりの変化率を、少なくとも常温近傍において低減する機能を有する層をいう。振動部１１０が酸化ケイ素層Ｆ２１を有することにより、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２と金属膜Ｅ１、Ｅ２と圧電膜Ｆ３及び酸化ケイ素層Ｆ２１とによる積層構造体の共振周波数において、温度に伴う変化を低減することができる。酸化ケイ素層は、Ｓｉ基板Ｆ２の上面に形成されてもよいし、Ｓｉ基板Ｆ２の上面及び下面の両方に形成されてもよい。
質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄの酸化ケイ素層Ｆ２１は、均一の厚みで形成されることが望ましい。なお、均一の厚みとは、酸化ケイ素層Ｆ２１の厚みのばらつきが厚みの平均値から±２０％以内であることをいう。
金属膜Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄを励振する励振電極と、励振電極と外部電源とを電気的に接続させる引出電極と、を含んでいる。金属膜Ｅ１，Ｅ２の励振電極として機能する部分は、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの腕部１２３Ａ～１２３Ｄにおいて、圧電膜Ｆ３を挟んで互いに対向している。金属膜Ｅ１，Ｅ２の引出電極として機能する部分は、例えば、支持腕部１５０を経由し、基部１３０から保持部１４０に導出されている。金属膜Ｅ１は、共振子１０全体に亘って電気的に連続している。金属膜Ｅ２は、振動腕１２１Ａ，１２１Ｄに形成された部分と、振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃに形成された部分と、において、電気的に離れている。
金属膜Ｅ１，Ｅ２の厚みは、それぞれ、例えば０．１μｍ以上０．２μｍ以下程度である。金属膜Ｅ１，Ｅ２は、成膜後に、エッチング等の除去加工によって励振電極、引出電極等にパターニングされる。金属膜Ｅ１，Ｅ２は、例えば、結晶構造が体心立方構造である金属材料によって形成される。具体的には、金属膜Ｅ１，Ｅ２は、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）等を用いて形成される。このように、金属膜Ｅ１、Ｅ２は、結晶構造が体心立方構造である金属を主成分とすることにより、共振子１０の下部電極及び上部電極に適した金属膜Ｅ１、Ｅ２を容易に実現することができる。
圧電膜Ｆ３は、電気的エネルギーと機械的エネルギーとを相互に変換する圧電体の一種によって形成された薄膜である。圧電膜Ｆ３は、金属膜Ｅ１，Ｅ２によって圧電膜Ｆ３に形成される電界に応じて、ＸＹ平面の面内方向のうちのＹ軸方向に伸縮する。この圧電膜Ｆ３の伸縮によって、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄは、それぞれ、下蓋２０の底板２２及び上蓋３０の底板３２に向かってその開放端を変位させる。これにより、共振子１０は、面外屈曲の振動モードで振動する。
圧電膜Ｆ３の厚みは、例えば１μｍ程度であるが、０．２μｍ～２μｍ程度であってもよい。圧電膜Ｆ３は、ウルツ鉱型六方晶構造の結晶構造を持つ材質によって形成されており、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、などの窒化物又は酸化物を主成分とすることができる。なお、窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部がスカンジウムに置換されたものであり、スカンジウムの代わりに、マグネシウム（Ｍｇ）及びニオブ（Ｎｂ）、又はマグネシウム（Ｍｇ）及びジルコニウム（Ｚｒ）、などの２元素で置換されていてもよい。このように、圧電膜Ｆ３は、結晶構造がウルツ鉱型六方晶構造を有する圧電体を主成分とすることにより、共振子１０に適した圧電膜Ｆ３を容易に実現することができる。
保護膜Ｆ５は、金属膜Ｅ２を酸化から保護する。なお、保護膜Ｆ５は上蓋３０側に設けられていれば、上蓋３０の底板３２に対して露出していなくてもよい。例えば、保護膜Ｆ５を覆うように、共振子１０に形成された配線の容量を低減する寄生容量低減膜等が形成されてもよい。保護膜Ｆ５は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の圧電膜の他、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ2）、酸化アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）等の絶縁膜で形成される。保護膜Ｆ５の厚さは、圧電膜Ｆ３の厚さの半分以下の長さで形成され、本実施形態では、例えば０．２μｍ程度である。なお、保護膜Ｆ５のより好ましい厚さは、圧電膜Ｆ３の厚さの４分の１程度である。さらに、保護膜Ｆ５が窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の圧電体によって形成される場合には、圧電膜Ｆ３と同じ配向を持った圧電体が用いられることが好ましい。
質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄの保護膜Ｆ５は、均一の厚みで形成されることが望ましい。なお、均一の厚みとは、保護膜Ｆ５の厚みのばらつきが厚みの平均値から±２０％以内であることをいう。
質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄは、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄのそれぞれの上蓋３０側の表面を構成し、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄのそれぞれの周波数調整膜に相当する。質量付加膜１２５Ａ～Ｄのそれぞれの一部を除去するトリミング処理によって、共振子１０の周波数が調整される。周波数調整の効率の点から、質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄは、エッチングによる質量低減速度が保護膜Ｆ５よりも早い材料によって形成されることが好ましい。質量低減速度は、エッチング速度と密度との積により表される。エッチング速度とは、単位時間あたりに除去される厚みである。保護膜Ｆ５と質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄとは、質量低減速度の関係が前述の通りであれば、エッチング速度の大小関係は任意である。また、質量付加部１２２Ａ～１２２Ｄの重さを効率的に増大させる観点から、質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄは、比重の大きい材料によって形成されるのが好ましい。これらの理由により、質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄは、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）等の金属材料によって形成されている。
質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄのそれぞれの上面の一部が、周波数を調整する工程においてトリミング処理によって除去されている。質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄのトリミング処理は、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを照射するドライエッチングによって行うことができる。イオンビームは広範囲に照射できるため加工効率に優れるが、電荷を有するため質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄを帯電させるおそれがある。質量付加膜１２５Ａ～Ｄの帯電によるクーロン相互作用によって、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの振動軌道が変化して共振子１０の振動特性が劣化するのを防止するため、質量付加膜１２５Ａ～１２５Ｄは接地されることが好ましい。
保持部１４０の保護膜Ｆ５の上には、引出線Ｃ１，Ｃ２，及びＣ３が形成されている。引出線Ｃ１は、圧電膜Ｆ３及び保護膜Ｆ５に形成された貫通孔を通して、金属膜Ｅ１と電気的に接続されている。引出線Ｃ２は、保護膜Ｆ５に形成された貫通孔を通して、金属膜Ｅ２のうち振動腕１２１Ａ，１２１Ｄに形成された部分と電気的に接続されている。引出線Ｃ３は、保護膜Ｆ５に形成された貫通孔を通して、金属膜Ｅ２のうち振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃに形成された部分と電気的に接続されている。引出線Ｃ１～Ｃ３は、アルミニウム（Ａｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）、などの金属材料によって形成されている。
本実施形態では、図４において、腕部１２３Ａ～１２３Ｄ、引出線Ｃ２及びＣ３、貫通電極Ｖ２及びＶ３等が同一平面の断面上に位置する例を示しているが、これらは必ずしも同一平面の断面上に位置するものではない。例えば、貫通電極Ｖ２及びＶ３が、Ｚ軸及びＸ軸によって規定されるＺＸ平面と平行であり且つ腕部１２３Ａ～１２３Ｄを切断する断面から、Ｙ軸方向に離れた位置で形成されていてもよい。
同様に、本実施形態では、図５において、質量付加部１２２Ａ、腕部１２３Ａ、引出線Ｃ１，Ｃ２、貫通電極Ｖ１，Ｖ２等が同一平面の断面上に位置する例を示しているが、これらは必ずしも同一平面の断面上に位置するものではない。
下蓋２０の底板２２及び側壁２３は、Ｓｉ基板Ｐ１０により、一体的に形成されている。Ｓｉ基板Ｐ１０は、縮退されていないシリコンから形成されており、その抵抗率は例えば１０Ω・ｃｍ以上である。下蓋２０の凹部２１の内側では、Ｓｉ基板Ｐ１０が露出している。突起部５０の上面には、酸化ケイ素層Ｆ２１が形成されている。但し、突起部５０の帯電を抑制する観点から、突起部５０の上面には、酸化ケイ素層Ｆ２１よりも電気抵抗率の低いＳｉ基板Ｐ１０が露出してもよく、導電層が形成されてもよい。
Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚みは１５０μｍ程度、同様に規定される凹部２１の深さは５０μｍ程度である。
上蓋３０の底板３２及び側壁３３は、Ｓｉ基板Ｑ１０により、一体的に形成されている。上蓋３０の表面、裏面、及び貫通孔の内側面は、シリコン酸化膜Ｑ１１に覆われていることが好ましい。シリコン酸化膜Ｑ１１は、例えばＳｉ基板Ｑ１０の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、Ｓｉ基板Ｑ１０の表面に形成される。上蓋３０の凹部３１の内側では、Ｓｉ基板Ｑ１０が露出している。なお、上蓋３０の凹部３１における、共振子１０と対向する側の面にはゲッター層が形成されてもよい。ゲッター層は、例えば、チタン（Ｔｉ）などによって形成され、後述する接合部４０等から放出されるアウトガスを吸着し、振動空間の真空度の低下を抑制する。なお、ゲッター層は、下蓋２０の凹部２１における、共振子１０と対向する側の面に形成されてもよく、下蓋２０の凹部２１及び上蓋３０の凹部３１の両方における、共振子１０と対向する側の面に形成されてもよい。
Ｚ軸方向に規定される上蓋３０の厚みは１５０μｍ程度、同様に規定される凹部３１の深さは５０μｍ程度である。
上蓋３０の上面（共振子１０と対向する面とは反対側の面）には端子Ｔ１，Ｔ２，及びＴ３が形成されている。端子Ｔ１は金属膜Ｅ１を接地させる実装端子である。端子Ｔ２は振動腕１２１Ａ，１２１Ｄの金属膜Ｅ２を外部電源に電気的に接続させる実装端子である。端子Ｔ３は、振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃの金属膜Ｅ２を外部電源に電気的に接続させる実装端子である。端子Ｔ１～Ｔ３は、例えば、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ニッケル（Ｎｉ）などのメタライズ層（下地層）に、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、Ｃｕ（銅）などのメッキを施して形成されている。なお、上蓋３０の上面には、寄生容量や機械的強度バランスを調整する目的で、共振子１０とは電気的に絶縁されたダミー端子が形成されてもよい。
上蓋３０の側壁３３の内部には貫通電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が形成されている。貫通電極Ｖ１は端子Ｔ１と引出線Ｃ１とを電気的に接続し、貫通電極Ｖ２は端子Ｔ２と引出線Ｃ２とを電気的に接続し、貫通電極Ｖ３は端子Ｔ３と引出線Ｃ３とを電気的に接続している。貫通電極Ｖ１～Ｖ３は、上蓋３０の側壁３３をＺ軸方向に貫通する貫通孔に導電性材料を充填して形成されている。充填される導電性材料は、例えば、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等である。
上蓋３０の側壁３３と保持部１４０との間には、接合部４０が形成されており、この接合部４０によって、上蓋３０が共振子１０とが接合される。接合部４０は、共振子１０の振動空間を真空状態で気密封止するように、ＸＹ平面において振動部１１０を囲む閉環状に形成されている。接合部４０は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜、ゲルマニウム（Ｇｅ）膜、及びアルミニウム（Ａｌ）膜がこの順に積層されて共晶接合された金属膜によって形成されている。なお、接合部４０は、金（Ａｕ）、錫（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、シリコン（Ｓｉ）、などから適宜選択された膜の組み合わせによって形成されてもよい。また、密着性を向上させるために、接合部４０は、窒化チタン（ＴｉＮ）や窒化タンタル（ＴａＮ）等の金属化合物を膜間に含んでいてもよい。
本実施形態では、端子Ｔ１が接地され、端子Ｔ２と端子Ｔ３には、互いに逆位相の交番電圧が印加される。したがって、振動腕１２１Ａ，１２１Ｄの圧電膜Ｆ３に形成される電界の位相と、振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃの圧電膜Ｆ３に形成される電界の位相と、は互いに逆位相になる。これにより、外側の振動腕１２１Ａ，１２１Ｄと、内側の振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃとが互いに逆方向に変位する。
例えば、図４に示すように、振動腕１２１Ａ，１２１Ｄのそれぞれの質量付加部１２２Ａ，１２２Ｄ及び腕部１２３Ａ，１２３Ｄが上蓋３０の内面に向かって変位するとき、振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃのそれぞれの質量付加部１２２Ｂ，１２２Ｃ及び腕部１２３Ｂ，１２３Ｃが下蓋２０の内面に向かって変位する。図示を省略するが、逆に、振動腕１２１Ａ，１２１Ｄのそれぞれの質量付加部１２２Ａ，１２２Ｄ及び腕部１２３Ａ，１２３Ｄが下蓋２０の内面に向かって変位するとき、振動腕１２１Ｂ，１２１Ｃのそれぞれの質量付加部１２２Ｂ，１２２Ｃ及び腕部１２３Ｂ，１２３Ｃが上蓋３０の内面に向かって変位する。これにより、４本の振動腕１２１Ａ～１２１Ｄは、少なくとも２本が異なる位相で面外屈曲する。
このように、隣り合う振動腕１２１Ａと振動腕１２１Ｂとの間で、Ｙ軸方向に延びる中心軸ｒ１回りに振動腕１２１Ａと振動腕１２１Ｂとが上下逆方向に振動する。また、隣り合う振動腕１２１Ｃと振動腕１２１Ｄとの間で、Ｙ軸方向に延びる中心軸ｒ２回りに振動腕１２１Ｃと振動腕１２１Ｄとが上下逆方向に振動する。これにより、中心軸ｒ１と中心軸ｒ２とで互いに逆方向の捩れモーメントが生じ、振動部１１０での屈曲振動が発生する。振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの最大振幅は５０μｍ程度、通常駆動時の振幅は１０μｍ程度である。
次に、図６及び図７を参照しつつ、振動部の振動による変位について説明する。図６は、図３に示す振動部１１０の振動による変位分布を模式的に示す平面図である。図７は、図３に示す振動部１１０の振動による変位分布を模式的に示す斜視図である。なお、図６及び図７に示す振動部１１０において、色の濃い領域は変位が大きいことを示し、色の薄い領域は変位が小さいことを示している。
図６及び図７に示すように、振動部１１０は、面外屈曲の振動モードで振動するので、振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの変位が大きくなる。振動腕１２１Ａ～１２１Ｄの変位に伴い、支持腕部１５０によって保持部１４０に保持される基部１３０も撓んで変位する。本実施形態では、１本の支持腕１５１Ａが、保持部１４０と基部１３０とを接続し、平面視において中心線ＣＬ１に関して非対称であるので、従来と比較して、基部１３０の撓みが大きく、その変位、より詳細には、基部１３０の左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄの変位は大きくなる。
ここで、図８を参照しつつ、振動部の振動による基部の変位量について説明する。図８は、図３に示す振動部１１０の振動による基部１３０の変位量を示すグラフである。図８において、横軸は基部１３０の左端部１３１Ｃを基準、つまり、ゼロとしたときの距離であり、縦軸は変位量の相対値である。なお、図８では、本実施形態の共振子１０における変位量を実線で示し、比較のため、従来の共振子における変位量を点線で示す。従来の共振子は、２本の支持腕が、振動部のＸ軸方向の中心線に関して対称又は略対称に形成されている点を除き、その他の構造は共振子１０と同様である。
図８において点線で示すように、従来の共振子では、基部の変位量は、基部の両方の側端部付近において最も小さくなっており、基部の中央部付近において最も大きくなっている。
これに対し、図８において実線で示すように、本実施形態の共振子１０では、基部１３０の変位量は、基部１３０の中央部付近において最も小さくなっており、基部１３０の両端部、つまり、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄにおいて最も大きくなっている。また、左端部１３１Ｃ及び右端部１３１Ｄにおける変位量は、従来の共振子の基部の中央部付近における変位量より、絶対値が大きい値である。これにより、本実施形態の共振子１０は、従来の共振子と比較して、基部１３０の変位量が大きいことが分かる。
このように、支持腕１５１Ａは、平面視において、振動部１１０における長手方向の中心線ＣＬ１に関して非対称であることにより、振動部における長手方向の中心線に関して対称又は略対称であった従来と比較して、基部１３０の撓みが大きくなり、その結果、ＤＬＤの指標となる、後述する単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を負方向に変えることが可能となる。従って、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を低減することができ、ＤＬＤをさらに改善することができる。
本実施形態では、図３に示す共振子１０において、支持腕１５１Ａが基部１３０の後端部１３１Ｂにおける中央の位置に接続されている例を示したが、これに限定されるものではない。支持腕１５１Ａは、平面視において中心線ＣＬ１に関して非対称であれば、基部１３０の後端部１３１Ｂにおける他の位置に接続されていてもよい。
次に、図９及び図１０を参照しつつ、第１実施形態における共振子の変形例について説明する。図９は、第１実施形態の第１変形例における共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。図１０は、第１実施形態の第２変形例における共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。
図９に示すように、第１変形例における共振子１０では、支持腕１５１Ａが、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１からずれた位置に接続されている。具体的には、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１に関して一方側（Ｘ軸正方向側又は右端部１３１Ｄ側）に接続されている。
また、図１０に示すように、第２変形例における共振子１０では、支持腕１５１Ａが、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１からずれた位置に接続されている。より詳細には、支持腕１５１Ａは、中心線ＣＬ１に関して一方側（Ｘ軸正方向側又は右端部１３１Ｄ側）から他方側（Ｘ軸負方向側又は左端部１３１Ｃ側）に延在している。そして、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１に関して他方側（Ｘ軸負方向側又は左端部１３１Ｃ側）に接続されている。
ここで、図１１を参照しつつ、振動部の振動による基部の変位量について説明する。図１１は、図９及び図１０に示す振動部１１０の振動による基部１３０の変位量を示すグラフである。図１１において、横軸は基部１３０の左端部１３１Ｃを基準、つまり、ゼロとしたときの距離であり、縦軸は変位量の相対値である。また、図１１における各線は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて中心線ＣＬ１が通る位置をゼロ、中心線ＣＬ１の一方側（右側）を正、中心線ＣＬ１の他方側（左側）を負とし、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、それぞれ、－５０μｍ、－３０μｍ、３０μｍ、５０μｍの位置に、支持腕１５１Ａの他端が接続されたときの基部１３０の変位量である。なお、図１１では、図３に示す振動部１１０の振動による基部１３０の変位量について、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１が通る位置、つまり、０μｍの位置に支持腕１５１Ａの他端が接続された線として示す。
図１１に示すように、全ての接続位置について、基部１３０の変位量は、従来の共振子の基部における変位量よりも、絶対値が大きくなっている。また、支持腕１５１Ａの他端が、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、マイナスの位置、つまり、中心線ＣＬ１に関して他方側の位置に接続されている場合に、基部１３０の変位量が大きくなる傾向にあることが分かる。
次に、図１２及び図１３を参照しつつ、支持腕の基部における接続位置とＤＬＤとの関係について説明する。図１２は、図３、図９、及び図１０に示す支持腕１５１Ａの基部１３０における接続位置ごとの電力と周波数変化率との関係を示すグラフである。図１３は、図３、図９、及び図１０に示す支持腕１５１Ａの基部１３０における接続位置と単位電力あたりの周波数変化率との関係を示すグラフである。図１２において、横軸は振動腕１２１Ａ～１２１Ｄに印加する電力であり、縦軸は共振周波数（ｆ）の周波数変化率（ｄｆ／ｆ）である。また、図１２における各線は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて中心線ＣＬ１が通る位置をゼロ、中心線ＣＬ１の一方側（右側）を正、中心線ＣＬ１の他方側（左側）を負としたときに、支持腕１５１Ａの接続位置までの距離を基部幅の半分で除算した値が、それぞれ、－０．５８、－０．３５、０、０．３５、０．５８である場合の線である。図１３において、横軸は基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて中心線ＣＬ１が通る位置をゼロ、中心線ＣＬ１の一方側（右側）を正、中心線ＣＬ１の他方側（左側）を負としたときに、支持腕１５１Ａの接続位置までの距離を基部幅の半分で除算した値である。また、縦軸は、ＤＬＤの指標である、単位電力（０．２μＷ）あたりの共振周波数（ｆ）の周波数変化率（ｄｆ／ｆ）である。
図１２に示すように、全ての接続位置について、周波数変化率が負方向に変化していることが分かる。また、支持腕１５１Ａの他端が、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、マイナスの位置、つまり、中心線ＣＬ１に関して他方側の位置に接続されている場合に、周波数変化率の負方向への傾きが大きくなる傾向にあることが分かる。
そして、図１３に示すように、全ての接続位置について単位電力あたりの周波数変化率がマイナスの値であり、支持腕１５１Ａの他端が中心線ＣＬ１に関して他方側の位置に接続されている場合は、その絶対値が大きくなっていることが分かる。
このように、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１からずれた位置に接続されていることにより、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて中心線ＣＬ１に関して非対称な位置に、支持腕１５１Ａの他端が接続されるので、基部１３０の撓みを大きくすることができる。
また、支持腕１５１Ａは中心線ＣＬ１に関して一方側から他方側に延在しており、支持腕１５１Ａの他端は基部１３０の後端部１３１Ｂにおける他方側の位置に接続されていることにより、基部１３０の撓みをさらに大きくすることができる。
なお、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０の後端部１３１Ｂに接続される場合に限定されるものではない。支持腕１５１Ａは、平面視において、中心線ＣＬ１に関して非対称であれば、支持腕１５１Ａの他端が、例えば、基部１３０の側部に接続されていてもよい。
次に、図１４を参照しつつ、第１実施形態における共振子のさらなる変形例について説明する。図１４は、第１実施形態の第３変形例における共振子１０の構造を概略的に示す平面図である。
図１４に示すように、第３変形例における共振子１０では、支持腕１５１Ａが、基部１３０の左端部１３１Ｃに接続されている。より詳細には、支持腕１５１Ａは、中心線ＣＬ１に関して一方側（Ｘ軸正方向側又は右端部１３１Ｄ側）から他方側（Ｘ軸負方向側又は左端部１３１Ｃ側）に延在している。そして、枠体１４１Ｃと振動腕１２１Ａとの間においてＹ軸正方向側に屈曲し、さらにＸ軸正方向側に屈曲して、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０の左端部１３１Ｃに接続されている。
このように、支持腕１５１Ａは、平面視において、振動部１１０における長手方向の中心線ＣＬ１に関して一方側から他方側に延在しており、支持腕１５１Ａの他端は、基部１３０における他方側の左端部１３１Ｃに接続されていることにより、振動部における長手方向の中心線に関して対称又は略対称であった従来と比較して、基部１３０の撓みが大きくなり、その結果、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を負方向に変えることが可能となる。従って、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を低減することができ、ＤＬＤをさらに改善することができる。
次に、図１５を参照しつつ、平面視における振動部の寸法について説明する。図１５は、図３に示す振動部１１０の寸法を説明するための平面図である。
図１５に示すように、本実施形態の共振子１０の振動部１１０において、質量付加部１２２Ａ～１２２ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う幅ＷＧは、例えば４９μｍである。また、振動腕１２１Ａ～１２１ＤのそれぞれのＸ軸方向に沿う振動腕幅ＷＡは、例えば２６μｍであり、振動腕１２１Ａ～１２１ＤのそれぞれのＹ軸方向に沿う振動腕長ＬＡは、例えば４１５μｍである。
また、基部１３０において、前端部１３１Ａから後端部１３１Ｂに向かう方向の長さ方向における距離、つまり、基部幅ＷＢの長さは、例えば１８μｍである。一方、左端部１３１Ｃから右端部１３１Ｄに向かう方向の幅方向における距離、つまり、基部長ＬＢの長さは、例えば２０μｍである。
ここで、本発明の発明者らは、基部幅ＷＢの長さに対する基部長ＬＢの長さの割合が所定の倍数以下である場合、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を低減できることを見出した。より詳細には、基部長ＬＢの長さは、基部幅ＷＢの長さに対して０．３倍以下であることが好ましいことを見出した。これにより、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を効果的に低減することができる。
具体的には、小型化された共振子１０において、基部長ＬＢの長さは９０μｍ以下であり、基部幅ＷＢの長さは３００μｍ以下である。これにより、小型化され、寸法が制限された共振子１０においても、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を効果的に低減することができる。
また、支持腕１５１ＡのＸ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳの長さは、例えば、２５μｍであり、支持腕１５１ＡのＹ軸方向に沿う支持腕長ＬＳの長さは、例えば、２２５μｍである。
本実施形態では、共振子１０の振動部１１０が４本の振動腕１２１Ａ～１２１Ｄを含む例を用いたが、これに限定されるものではない。振動部１１０は、例えば、３本又は５本以上の振動腕を含んでいてもよい。この場合、少なくとも２本の振動腕は、異なる位相で面外屈曲する。
［第２実施形態］
次に、図１６から図２１を参照しつつ、本発明の第２実施形態に従う共振子及び共振装置について説明する。なお、以下の各実施形態において、第１実施形態と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、第１実施形態と異なる点について説明する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
次に、図１６から図２１を参照しつつ、本発明の第２実施形態に従う共振子及び共振装置について説明する。なお、以下の各実施形態において、第１実施形態と同一又は類似の構成について同一又は類似の符号を付し、第１実施形態と異なる点について説明する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。
まず、図１６を参照しつつ、第２実施形態に従う共振子の概略構成について説明する。図１６は、第２実施形態における共振子２１０の構造を概略的に示す平面図である。なお、図１６は、第１実施形態における図３に対応する平面図である。
第２実施形態の共振子２１０は、支持腕部２５０が２本の支持腕２５１Ａ、２５１Ｂを含む点で、第１実施形態の共振子１０における支持腕部１５０と相違している。
図１６に示すように、共振子２１０は、支持腕部２５０は、支持腕２５１Ａ及び支持腕２５１Ｂを含んでいる。また、支持腕部２５０は、接続腕２５５をさらに含んでいる。
支持腕２５１Ａと支持腕２５１Ｂとは、平面視において、中心線ＣＬ１に関して非対称に形成されている。具体的には、支持腕２５１Ａは支持後腕２５２Ａと支持側腕２５３Ａとを含むのに対し、支持腕２５１Ｂは支持後腕２５２Ｂを含む。
支持側腕２５３Ａは、振動腕１２１Ｄと保持部１４０との間において、振動腕１２１Ｄと並行に延びている。具体的には、支持側腕２５３Ａは、支持後腕２５２Ａの一端（右端又は枠体１４１Ｄ側の端）からＹ軸方向に枠体１４１Ａに向かって延び、Ｘ軸方向に屈曲して枠体１４１Ｄに接続されている。
支持後腕２５２Ａは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０との間において、支持側腕２５３Ａから延びている。一方、支持後腕２５２Ｂは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０との間において、保持部１４０から延びている。具体的には、支持後腕２５２Ａは、支持側腕２５３Ａの一端（下端又は枠体１４１Ｂ側の端）からＸ軸方向に枠体１４１Ｃに向かって延びている。一方、支持後腕２５２Ｂは、一端（左端又は枠体１４１Ｃ側の端）が枠体１４１Ｃに接続されており、Ｙ軸方向に枠体１４１Ｄに向かって延びている。すなわち、支持腕２５１Ａ及び支持腕２５１Ｂのそれぞれの一端は、保持部１４０に接続されている。
また、支持後腕２５２Ａ，２５２Ｂは、基部１３０の後端部１３１Ｂと保持部１４０との間において、連結している。具体的には、支持後腕２５２Ａの他端（左端）と支持後腕２５２Ｂの他端（右端）とは、支持後腕２５２Ａ及び支持後腕２５２ＢのＸ軸方向における中央で連結している。
接続腕２５５は、連結された２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂのそれぞれの他端と、基部１３０の後端部１３１Ｂとを接続している。接続腕２５５は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて中心線ＣＬ１が通る位置の１箇所に接続されている。
このように、２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂのうちの一方の支持腕２５１Ａと他方の支持腕２５１Ｂとは、平面視において、中心線ＣＬ１に関して非対称であることにより、振動部における長手方向の中心線に関して対称又は略対称であった従来と比較して、基部１３０の撓みが大きくなり、２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂを備える共振子２１０であっても、ＤＬＤをさらに改善することができる。
本実施形態では、図１６に示す共振子２１０において、支持腕２５１Ａ及び支持腕２５１Ｂが接続腕２５５によって基部１３０の後端部１３１Ｂにおける中央の位置に接続されている例を示したが、これに限定されるものではない。支持腕２５１Ａと支持腕２５１Ｂとは、平面視において中心線ＣＬ１に関して非対称であれば、基部１３０の後端部１３１Ｂにおける他の位置に接続されていてもよい。
次に、図１７及び図１８を参照しつつ、第２実施形態における共振子の変形例について説明する。図１７は、第２実施形態の第１変形例における共振子２１０の構造を概略的に示す平面図である。図１８は、第２実施形態の第２変形例における共振子２１０の構造を概略的に示す平面図である。
図１７に示すように、第１変形例における共振子２１０では、支持腕２５１Ａ及び支持腕２５１Ｂが、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１からずれた位置に接続されている。具体的には、支持後腕２５２Ａの他端と支持後腕２５２Ｂの他端とは、中心線ＣＬ１に関して一方側（Ｘ軸正方向側又は右端部１３１Ｄ側）で連結している。そして、連結された２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂのそれぞれの他端と、基部１３０の後端部１３１Ｂとを接続する接続腕２５５は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１に関して一方側に接続されている。
また、図１８に示すように、第２変形例における共振子２１０では、支持腕２５１Ａ及び支持腕２５１Ｂが、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１からずれた位置に接続されている。具体的には、支持後腕２５２Ａの他端と支持後腕２５２Ｂの他端とは、中心線ＣＬ１に関して他方側（Ｘ軸負方向側又は左端部１３１Ｃ側）で連結している。そして、連結された２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂのそれぞれの他端と、基部１３０の後端部１３１Ｂとを接続する接続腕２５５は、基部１３０の後端部１３１Ｂにおいて、中心線ＣＬ１に関して他方側に接続されている。
次に、図１９から図２１を参照しつつ、第２実施形態における共振子のさらなる変形例について説明する。図１９は、第２実施形態の第３変形例における共振子２１０の構造を概略的に示す平面図である。図２０は、第２実施形態の第４変形例における共振子２１０の構造を概略的に示す平面図である。図２１は、第２実施形態の第５変形例における共振子２１０の構造を概略的に示す平面図である。
図１９及び図２０に示すように、第３変形例及び第４変形例における共振子２１０では、支持腕２５１Ｂが、支持後腕２５２Ｂに加え、支持側腕２５３Ｂを含んでいる。
支持側腕２５３Ｂは、振動腕１２１Ａと保持部１４０との間において、振動腕１２１Ａと並行に延びている。具体的には、支持側腕２５３Ｂは、支持後腕２５２Ｂの一端（左端又は枠体１４１Ｃ側の端）からＹ軸方向に枠体１４１Ａに向かって延び、Ｘ軸方向に屈曲して枠体１４１Ｃに接続されている。
また、第３変形例及び第４変形例における共振子２１０では、支持腕２５１Ａと支持腕２５１Ｂとは、支持腕幅ＷＳ１，ＷＳ２の長さが異なっている。
具体的には、図１９に示すように、支持側腕２５３ＡにおけるＸ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳ１の長さは、支持側腕２５３ＢにおけるＸ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳ２の長さと比べて、小さくなっている（支持腕幅ＷＳ１の長さ＜支持腕幅ＷＳ２の長さ）。
また、図２０に示すように、支持後腕２５２ＡにおけるＹ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳ１の長さ及び支持側腕２５３ＡにおけるＸ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳ１の長さは、支持後腕２５２ＢにおけるＹ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳ２の長さ及び支持側腕２５３ＢにおけるＸ軸方向に沿う支持腕幅ＷＳ２の長さと比べて、小さくなっている（支持腕幅ＷＳ１の長さ＜支持腕幅ＷＳ２の長さ）。
このように、２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂのうちの一方の支持腕２５１Ａと他方の支持腕２５１Ｂとは、支持腕幅ＷＳ１，ＷＳ２の長さが異なっていることにより、２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂを、中心線ＣＬ１に関して容易に非対称にすることができる。
一方、第５変形例における共振子２１０では、支持腕２５１Ａと支持腕２５１Ｂとは、支持腕長ＬＳ１，ＬＳ２の長さが異なっている。
具体的には、図２１に示すように、支持側腕２５３ＡにおけるＹ軸方向に沿う支持腕長ＬＳ１の長さは、支持側腕２５３ＢにおけるＹ軸方向に沿う支持腕長ＬＳ２の長さと比べて、大きくなっている（支持腕長ＬＳ１の長さ＞支持腕長ＬＳ２の長さ）。
このように、２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂのうちの一方の支持腕２５１Ａと他方の支持腕２５１Ｂとは、支持腕長ＬＳ１，ＬＳ２の長さが異なっていることにより、２本の支持腕２５１Ａ，２５１Ｂを、中心線ＣＬ１に関して容易に非対称にすることができる。
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。一実施形態に従う共振子において、支持腕は、平面視において、振動部における長手方向の中心線に関して非対称である。これにより、振動部における長手方向の中心線に関して対称又は略対称であった従来と比較して、基部の撓みが大きくなり、その結果、ＤＬＤの指標となる、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を負方向に変えることが可能となる。従って、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を低減することができ、ＤＬＤをさらに改善することができる。
また、前述した共振子において、支持腕の他端は、基部の後端部において、中心線からずれた位置に接続されている。これにより、基部の後端部において中心線に関して非対称な位置に、支持腕の他端が接続されるので、基部の撓みを大きくすることができる。
また、前述した共振子において、支持腕は中心線に関して一方側から他方側に延在しており、支持腕の他端は基部の後端部における他方側の位置に接続されている。これにより、基部の撓みをさらに大きくすることができる。
また、前述した共振子において、２本の支持腕のうちの一方の支持腕と他方の支持腕とは、平面視において、中心線に関して非対称である。これにより、振動部における長手方向の中心線に関して対称又は略対称であった従来と比較して、基部の撓みが大きくなり、２本の支持腕を備える共振子であっても、ＤＬＤをさらに改善することができる。
また、前述した共振子において、２本の支持腕のうちの一方の支持腕と他方の支持腕とは、支持腕幅の長さが異なっている。これにより、２本の支持腕を、中心線に関して容易に非対称にすることができる。
また、前述した共振子において、２本の支持腕のうちの一方の支持腕と他方の支持腕とは、支持腕長の長さが異なっていることにより、２本の支持腕を、中心線に関して容易に非対称にすることができる。
また、前述した共振子において、基部長の長さは、基部幅の長さに対して０．３倍以下である。ここで、本発明の発明者らは、基部幅の長さに対する基部長の長さの割合が所定の倍数以下より詳細には、０．３倍以下である場合、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を低減できることを見出した。これにより、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を効果的に低減することができる。
また、前述した共振子において、基部長の長さは９０μｍ以下であり、基部幅の長さは３００μｍ以下である。これにより、小型化され、寸法が制限された共振子においても、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を効果的に低減することができる。
また、一実施形態に従う共振子において、支持腕は、平面視において、振動部における長手方向の中心線に関して一方側から他方側に延在しており、支持腕の他端は、基部における他方側の左端部に接続されていることにより、振動部における長手方向の中心線に関して対称又は略対称であった従来と比較して、基部の撓みが大きくなり、その結果、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を負方向に変えることが可能となる。従って、単位電力あたりの共振周波数の周波数変化率を低減することができ、ＤＬＤをさらに改善することができる。
また、一実施形態に従う共振装置は、前述した共振子を備える。これにより、ＤＬＤをさらに改善する共振装置を実現できる。
また、前述した共振装置において、下蓋及び上蓋をさらに備える。これにより、面外屈曲する振動部の振動空間を容易に形成できる。
なお、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／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態及び／又は変形例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、実施形態及び／又は変形例が備える各要素及びその配置、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。また、実施形態及び変形例は例示であり、異なる実施形態及び／又は変形例で示した構成の部分的な置換又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、２０…下蓋、２１…凹部、２２…底板、２３…側壁、３０…上蓋、３１…凹部、３２…底板、３３…側壁、４０…接合部、５０…突起部、１１０…振動部、１２０…励振部、１２１，１２１Ａ，１２１Ｂ，１２１Ｃ，１２１Ｄ…振動腕、１２２Ａ、１２２Ｂ，１２２Ｃ，１２２Ｄ…質量付加部、１２３Ａ、１２３Ｂ，１２３Ｃ，１２３Ｄ…腕部、１２５Ａ、１２５Ｂ，１２５Ｃ，１２５Ｄ…質量付加膜、１３０…基部、１３１Ａ…前端部、１３１Ｂ…後端部、１３１Ｃ…左端部、１３１Ｄ…右端部、１４０…保持部、１４１Ａ、１４１Ｂ，１４１Ｃ，１４１Ｄ…枠体、１５０…支持腕部、１５１Ａ…支持腕、１５２Ａ…支持後腕、１５３Ａ…支持側腕、２１０…共振子、２５０…支持腕部、２５１Ａ，２５１Ｂ…支持腕、２５２Ａ，２５２Ｂ…支持後腕、２５３Ａ、２５３Ｂ…支持側腕、２５５…接続腕、ＣＬ１…中心線、ＬＡ…振動腕長、ＬＢ…基部長、ＬＳ，ＬＳ１，ＬＳ２…支持腕長、ｒ１，ｒ２…中心軸、ＷＡ…振動腕幅、ＷＢ…基部幅、ＷＧ…幅、ＷＳ，ＷＳ１，ＷＳ２…支持腕幅。
Claims (10)
- それぞれが固定端を有する３本以上の複数の振動腕であって、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と、前記複数の振動腕のそれぞれの前記固定端が接続された一端と該一端に対向する他端とを有する基部と、を含む振動部と、
前記振動部を保持するように構成された保持部と、
一端が前記保持部に接続され、他端が前記基部の前記他端に接続された支持腕と、を備え、
前記支持腕は、平面視において、前記振動部における長手方向の中心線に関して非対称であり、
前記支持腕は、前記中心線に関して一方側から他方側に延在しており、
前記支持腕の前記他端は、前記基部の前記他端における前記他方側の位置に接続されている、
共振子。 - 前記支持腕の前記他端は、前記基部の前記他端において、前記中心線からずれた位置に接続されている、
請求項１に記載の共振子。 - ２本の前記支持腕を備え、
前記２本の支持腕のうちの一方の前記支持腕と他方の前記支持腕とは、平面視において、前記中心線に関して非対称である、
請求項１又は２に記載の共振子。 - 前記２本の支持腕のうちの一方の前記支持腕と他方の前記支持腕とは、支持腕幅の長さが異なる、
請求項３に記載の共振子。 - 前記２本の支持腕のうちの一方の前記支持腕と他方の前記支持腕とは、支持腕長の長さが異なる、
請求項３又は４に記載の共振子。 - 前記基部の前記一端から前記他端に向かう方向の長さ方向における基部長の長さは、前記基部の前記長さ方向に直交する幅方向における基部幅の長さに対して０．３倍以下である、
請求項１から５のいずれか一項に記載の共振子。 - 前記基部長の長さは９０μｍ以下であり、前記基部幅の長さは３００μｍ以下である、
請求項６に記載の共振子。 - それぞれが固定端を有する３本以上の複数の振動腕であって、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と、前記複数の振動腕のそれぞれの前記固定端が接続された一端と該一端に対向する他端と側端とを有する基部と、を含む振動部と、
前記振動部を保持するように構成された保持部と、
一端が前記保持部に接続され、他端が前記基部の前記側端に接続された支持腕と、を備え、
前記支持腕は、平面視において、前記振動部における長手方向の中心線に関して一方側から他方側に延在しており、
前記支持腕の前記他端は、前記基部における前記他方側の前記側端に接続されている、
共振子。 - 請求項１から８のいずれか一項に記載の共振子を備える、
共振装置。 - 蓋体をさらに備える、
請求項９に記載の共振装置。
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