JPWO2018008480A1 - 共振子及び共振装置 - Google Patents
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Abstract
圧電膜と、当該圧電膜を間に挟んで対向するように設けられた下部電極及び上部電極とを有し、所定の振動モードで振動する振動部と、振動部における振動の変位が最大となる変位最大領域の周囲に少なくとも設けられ、絶縁膜を有する保持部と、振動部と保持部とを接続する保持腕と、保持部における少なくとも振動部の変位最大領域に対向する領域において、保持部の絶縁膜に接して形成された導電部と、を備え、導電部は、下部電極又は前記上部電極と電気的に接続されるか、又は、接地される。
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。
上蓋30はXY平面に沿って広がる平板形状を有している。
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。なお、図3においては、共振子10の構造における特徴の少なくとも一部を説明するのに必要な構成を抽出して記載しているが、共振子10が不図示の構成を備えることを妨げるものではない。共振子10は、振動部120と、保持部140と、保持腕110a、110bと、導電部236と、配線237と、端子51、52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。振動部120は、Y軸方向に長辺、X軸方向に短辺を有している。
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、少なくとも振動部120における振動の変位が最大となる変位最大領域(本実施形態においては振動部120の四隅の領域)の周囲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110a、110b(以下、まとめて「保持腕110」とも呼ぶ。)は、角柱形状の腕であり、保持部140の内側であって、振動部120の短辺と枠体140c、140dとの間の空間に設けられる。保持腕110a、110bは、振動部120の短辺をそれぞれ枠体140c、140dに接続する。
導電部236は、保持部140上において、保持部140の内縁に沿って形成されている。具体的には、導電部236は、平面視において、その内縁が保持部140の内縁と略一致する位置に設けられており、その外縁が、保持部140における内縁と外縁との間に位置している。導電部236の内縁から外縁に向かう幅は、例えば10μm程度である。また、導電部236の外縁は、保持部140上における後述する接合層35(図3には不図示。図4参照)が形成される領域には位置しないことが好ましい。例えば、導電部236の外縁と、保持部140の外縁との間には、後述する接合層35の幅より大きい間隔が設けられている構成が望ましいが、導電部236の外縁と保持部140の外縁とが一致してもよい。
端子51、52は外部電極と共振子とを接続する入出力端子である。端子51は、保持部140の枠体140c上に形成された金属が充填された孔であり、金属層E2(図4参照)と外部電極とを接続させる。さらに端子51には導電部236が接続されている。即ち端子51において、金属層E2(図4参照)と導電部236とが電気的に接続されている。
他方で、端子52は保持部140の枠体140d上に形成された金属が充填された孔であり、金属層E1(図4参照)と外部電極とを接続させる。
配線237は、導電部236を端子51まで引き出して、端子51と導電部236とを接続させる。なお、配線237は、導電部236を端子52まで引き出して、端子52と導電部236とを接続させる構成でもよい。また、配線237は、導電部236を接地端子(不図示)と接続させる構成でもよい。
次に図4を用いて共振子10の積層構造、及び構成材料について説明する。図4は、図2のAA´断面を模式的に示す概略図である。
次に、共振子10の機能について説明する。本実施形態では、圧電薄膜F3は、振動部120上に形成された金属層E2(上部電極)、金属層E1(下部電極)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。具体的には、圧電薄膜F3はc軸方向に配向しており、そのため、金属層E2(上部電極)、金属層E1(下部電極)に所定の電界を印加して、金属層E2(上部電極)と金属層E1(下部電極)との間に所定の電位差を形成すると、この電位差に応じて圧電薄膜F3がXY面内方向において伸縮することにより、振動領域が輪郭振動する。
次に、導電膜236の機能について説明する。本実施形態に係る共振子10は、保持部140に絶縁膜235が形成される構成を有している。このような共振子10では、種々の要因によって、保持部140上の絶縁膜235が帯電してしまう場合がある。
第2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に示すように、上蓋30及び下蓋20は、共振子10に対向する面に、導電性の膜を有している。具体的には、上蓋30の裏面、及び下蓋20の凹部21における内壁が導電性の膜37、27でそれぞれ覆われている。膜37、27はそれぞれ上蓋30、下蓋20を介して外部電極、または接地端子と電気的に接続される。
本実施形態に係る共振子10においては、保持部140における、導電部236が振動部120の四隅(振動の変位が最大となる変位最大領域)に対向する領域に限定して形成されている。
その他の共振装置1の構成、効果は第1実施形態と同様である。
図8乃至図10を用いて、本実施形態に係る共振子10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。図8は、本実施形態に係る共振装置1の分解斜視図である。また、図9は、本実施形態に係る、共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である(説明の簡略化のため、接合層35については図3と同様に図9からは省略している)。また図10は図8のBB´断面図である。
本実施形態において、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。
本実施形態に係る共振子10における振動部120は、面外屈曲を行う。また、共振子10は、第1実施形態に係る保持腕110に代えて、保持腕111,112を有し、配線237に代えて、配線238を有している。
図11及び図12を用いて、本実施形態に係る共振子10の詳細構成のうち、第3実施形態との差異点を中心に説明する。図11は、本実施形態に係る共振装置1の分解斜視図である。また、図12は、本実施形態に係る、共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である(説明の簡略化のため、接合層35については図3と同様に図12からは省略している)。なお、突起部25は下蓋20の構成であるが、説明を容易にするため図12にも記載している。
本実施形態では、凹部21内で底板22の表面には、振動空間内に突出する突起部25が形成されている。突起部25は、底板22上における、振動腕135B、135Cの間の空間に向き合う位置、すなわち、突起部25に対向する位置に形成される(図11参照)。本実施形態では、突起部25は、振動腕135B、135Cに平行に延びる角柱形状に形成されている。下蓋20に突起部25が形成されることで、下蓋20の剛性を確保することができる。これによって、例えば共振装置1を薄型化するために、下蓋20の厚さを低減したとしても、下蓋20の反りの発生を抑制することが可能になる。
本実施形態では、導電部236は、体140c上における振動腕135の開放端に対向する領域近傍から、突起部25の表面に亘って形成されている。導電部236が、突起部25に形成されることによって、振動部120近傍に電荷が帯電されることを防ぐことができ、振動部120をより安定して駆動させることができる。
その他の共振装置1の構成、機能は第1の実施形態と同様である。
図13を用いて、本実施形態に係る共振子10の詳細構成のうち、第3実施形態との差異点を中心に説明する。図13は、本実施形態に係る共振子10の構造の一例を概略的に示す平面図である(説明の簡略化のため、接合層35については図3と同様に図13からは省略している)。
その他の共振装置1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
F1 酸化ケイ素層(温度特性補正層)
235 絶縁膜
236 導電部
本実施形態では、導電部236は、枠体140c上における振動腕135の開放端に対向する領域近傍から、突起部25の表面に亘って形成されている。導電部236が、突起部25に形成されることによって、振動部120近傍に電荷が帯電されることを防ぐことができ、振動部120をより安定して駆動させることができる。
その他の共振装置1の構成、機能は第1の実施形態と同様である。
Claims (7)
- 圧電膜と、当該圧電膜を間に挟んで対向するように設けられた下部電極及び上部電極とを有し、所定の振動モードで振動する振動部と、
前記振動部における振動の変位が最大となる変位最大領域の周囲に少なくとも設けられ、絶縁膜を有する保持部と、
前記振動部と前記保持部とを接続する保持腕と、
前記保持部における少なくとも前記振動部の前記変位最大領域に対向する領域において、前記保持部の前記絶縁膜に接して形成された導電部と、
を備え、
前記導電部は、
前記下部電極及び前記上部電極のいずれかと電気的に接続された、又は、接地された、共振子。 - 前記保持部は、
前記振動部の周囲を囲む枠状に設けられた
請求項1に記載の共振子。 - 前記導電部は、
前記枠状の前記保持部の内縁に接して設けられた、
請求項2に記載の共振子。 - 前記振動部は、
矩形の輪郭を有する、輪郭共振子であり、
前記導電部は、
前記保持部における、少なくとも、前記振動部の四隅に対向する領域に設けられた、
請求項1乃至3の何れか一項に記載の共振子。 - 前記振動部は、
基部と、一端が当該基部の前端に接続された固定端であり、他端が当該前端から離れる方向に設けられた開放端である複数の振動腕とを備えた屈曲共振子であり、
前記導電部は、
前記保持部における、前記振動腕の前記開放端に対向する領域に設けられた、
請求項1乃至3何れか一項に記載の共振子。 - 請求項1乃至5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、
前記上部電極及び前記下部電極のいずれかと接続された外部電極と、
を備える共振装置。 - 前記上蓋、又は前記下蓋は、
前記共振子と対向する面に他の導電部を有する、
請求項6に記載の共振装置。
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