(57)【要約】  面外屈曲する共振子において、スプリアスモードの発生を抑制することができる。  共振子は、基部と、圧電体と当該圧電体を間に挟んで互いに対向する１対の電極層とを有し、一端が基部の前端と接続し、互いに所定の空間を隔てて基部から離れる方向に延びるように設けられた複数の振動腕と、複数の振動腕のうち、電界が印加された場合に同一方向に屈曲する振動腕の一部同士を連結する連結部とを備える。
2017110126.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
圧電体と当該圧電体を間に挟んで互いに対向する１対の電極層とを有し、一端が前記基部の前端と接続し、互いに所定の空間を隔てて前記基部から離れる方向に延びるように設けられた複数の振動腕と、
前記複数の振動腕のうち、電界が印加された場合に同一方向に屈曲する振動腕の一部同士を連結する連結部と
を備える共振子。
【請求項２】
前記複数の振動腕は、
第１振動腕及び第２振動腕と、前記第１振動腕及び前記第２振動腕の間に設けられた第３振動腕及び第４振動腕と、を有し、
前記連結部は、
前記第１振動腕と前記第２振動腕、又は前記第３振動腕と前記第４振動腕を連結する、
請求項１に記載の共振子。
【請求項３】
前記連結部は、
前記第３振動腕及び前記第４振動腕の他端同士を連結する、請求項２に記載の共振子。
【請求項４】
前記第１振動腕と前記第２振動腕、又は前記第３振動腕と前記第４振動腕はほぼ同じ形状である、請求項２または３に記載の共振子。
【請求項５】
請求項１〜４いず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する上蓋と、下蓋とを備える共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の振動腕が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。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
例えば特許文献１には、複数の振動腕を備えた面外屈曲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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５０７１０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、例えば特許文献１に記載されている従来の共振装置では、所望の周波数におけるメインの振動モード周辺の周波数において、不要な振動モード（スプリアスモード）が発生してしまう。これによって、メイン振動の特性を低下させてしまう。【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スプリアスモードの発生を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る共振子は、基部と、圧電体と当該圧電体を間に挟んで互いに対向する１対の電極層とを有し、一端が基部の前端と接続し、互いに所定の空間を隔てて基部から離れる方向に延びるように設けられた複数の振動腕と、複数の振動腕のうち、電界が印加された場合に同一方向に屈曲する振動腕の一部同士を連結する連結部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、面外屈曲する共振子において、スプリアスモードの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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４】図１のＡＡ´線に沿った断面図である。
【図５】図３のＢＢ´線に沿った断面図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、本実施形態においては、共振子１０はシリコン基板を用いて形成されるものを例として説明するが、アモルファスＳｉや、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、ガリヒ素、水晶などシリコン以外の基板を用いて形成されるものでもよい。
以下、共振装置１の各構成について詳細に説明する。
【００１４】
（１．上蓋３０）
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を有し、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。
【００１５】
（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。
【００１６】
（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。
【００１７】
（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。図３の例では、振動部１２０は、基部１３０と４本の振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄ（まとめて「振動腕１３５」とも呼ぶ。）と、連結部１３８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２本以上の任意の数に設定される。
本実施形態において、各振動腕１３５と、基部１３０とは、一体に形成されている。
【００１８】
基部１３０は、Ｘ軸方向に長辺１３１ａ（前端の一例である。）、１３１ｂ、Ｙ軸方向に短辺１３１ｃ、１３１ｄを有している。基部１３０は、長辺１３１ｂ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。なお、基部１３０は、図３の例では平面視において、略長方形の形状を有しているがこれに限定されず、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。
【００１９】
振動腕１３５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。また、振動腕１３５は、それぞれ、Ｘ軸方向に所定の空間を隔てて、並列して設けられている。具体的には、振動腕１３５Ａ（第１振動腕の一例である。）と振動腕１３５Ｄ（第２振動腕の一例である。）との間に、振動腕１３５Ｂ（第３振動腕の一例である。）、振動腕１３５Ｃ（第４振動腕の一例である。）が設けられている。
【００２０】
本実施形態の振動部１２０では、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２５μ程度、間隔Ｗ２は例えば５μｍ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。
【００２１】
また、連結部１３８は、振動腕１３５のうち、同位相の電界が印加される振動腕同一部同士を連結する。本実施形態では、連結部１３８は、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの先端（自由端）同士を連結する。連結部１３８は、例えばＹ軸方向に沿った幅が５０μ程度、Ｘ軸方向に沿った長さが２５μ程度である。
【００２２】
なお、連結部１３８は、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃの先端に設けられる構成に限定されず、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃの少なくとも一部を連結する構成であればよい。より好ましくは、連結部１３８のＹ軸に沿った長さは、振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃの間に設けられた空間のＹ軸に沿った長さの和よりも短い。例えば、連結部１３８は、振動腕１３５Ｂと１３５Ｃとを複数の箇所において連結する構成でもよい。
【００２３】
（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、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、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。
【００２４】
本実施形態においては、保持部１４０は一体形成される角柱形状の枠体１４０ａ〜１４０ｄからなる。
【００２５】
枠体１４０ａは、図３に示すように、振動腕１３５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、基部１３０の短辺１３１ｃ及び振動腕１３５Ａ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、基部１３０の短辺１３１ｄ及び振動腕１３５Ｄ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。
【００２６】
（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１４０ｃ、１４０ｄとを接続する。
【００２７】
保持腕１１０は、一体に形成され、Ｚ軸方向に湾曲した角柱板状の腕１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１１４ａ及び１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１１４ｂを有している。また、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。
【００２８】
腕１１１ａは、基部１３０と枠体１４０ｂとの間に、枠体１４０ｃ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の他端は、腕１１２ａの一端における、長辺１３１ｂと対向する側の側面（ＸＺ平面上の面）に接続している。
【００２９】
腕１１２ａは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｂに対向して、長手方向がＸ軸に平行になるように設けられている。腕１１２ａの他端は、その側面（ＸＺ平面上の面）において、腕１１３ａの一端に接続されている。
【００３０】
また、腕１１３ａは、基部１３０と枠体１４０ｃとの間に、枠体１４０ｃ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。また、腕１１３ａの他端は、腕１１４ａの一端における、枠体１４０ｂと対向する側の側面に接続している。
【００３１】
腕１１４ａ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軸に平行になるように設けられている。腕１１４ａの他端は、枠体１４０ｃにおける、振動腕１３５Ａの固定端と対向する領域付近において、枠体１４０ｃと接続する。すなわち、腕１１３ａの他端は、振動腕１３５Ａの側方において、枠体１４０ｃに対して固定される。
なお、腕１１１ｂ〜１１４ｂの構成は、腕１１１ａ〜１１４ａの構成と同様である。
【００３２】
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１１２ａ、１１２ｂとの接続箇所において折れ曲がり、腕１１２ａ、１１２ｂと腕１１３ａ、１１３ｂとの接続箇所で再度折れ曲がり、腕１１３ａ、１１３ｂと腕１１４ａ、１１４ｂとの接続箇所でさらに折れ曲がった後に、保持部１４０へと接続する構成となっている。このように、本実施形態に係る保持腕１１０は、折れ曲がる構成となっているため、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。
【００３３】
なお、保持腕１１０は、各腕の接続箇所において直角に折れ曲がっ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は折れ曲がる構成に限定されず、例えば、基部１３０の長辺１３１ｂと接続し、そこからＹ軸方向に沿って延び、枠体１４０ｂと接続する構成でもよい。さらに、保持腕１１０と基部１３０との接続箇所は、基部１３０における長辺１３１ｂに限定されない。例えば、保持腕１１０は、基部１３０における短辺１３１ｃ、１３１ｄと接続し、折れ曲がった後に、枠体１４０ｃ、１４０ｄと接続する構成でもよい。
【００３４】
（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。
【００３５】
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１３５が振動する振動空間が形成される。
【００３６】
下蓋２０の底板２２、側壁２３は、Ｓｉ（シリコン）ウエハＳ１により、一体的に形成されている。なお、側壁２３の上面に酸化ケイ素（例えばＳｉＯ2（二酸化ケイ素））膜を形成し、この酸化ケイ素膜によって、下蓋２０と共振子１０の保持部１４０とを接合する構成も可能である。Ｚ軸方向に規定される下蓋２０の厚さは例えば、１５０μｍ、凹部２１の深さは例えば５０μｍである。
【００３７】
上蓋３０の底板３２、側壁３３は、所定の厚さのＳｉ（シリコン）ウエハＳ２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、Ａｌ（アルミニウム）及びＧｅ（ゲルマニウム）膜や、Ａｕ（金）膜及びＳｎ（錫）膜によって形成されている。
【００３８】
共振子１０では、保持部１４０、基部１３０、振動腕１３５、保持腕１１０は、同一プロセスで一体的に形成される。共振子１０では、まず、Ｓｉ（シリコン）基板Ｆ２（基板の一例である。）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。
【００３９】
Ｓｉ基板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基板Ｆ２に用いられる縮退Ｓｉの抵抗値は０．５ｍΩ・ｃｍ以上０．９ｍΩ・ｃｍ以下であり、振動腕とｎ型Ｓｉ層（Ｓｉ基板Ｆ２）の［１００］結晶軸またはこれと等価な結晶軸とのなす回転角は、０度以上１５度以下または７５度以上９０度以下の範囲内にある事が望ましい。さらにＳｉ基板Ｆ２の下面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ２）層Ｆ２´が形成されている。これにより、下蓋２０とＳｉ基板Ｆ２を接合できる。
【００４０】
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基板Ｆ２として、縮退したＳｉを用いることで、Ｓｉ基板Ｆ２が金属層Ｅ１を兼ねることができる。
【００４１】
Ｓｉ基板Ｆ２、圧電薄膜Ｆ３、酸化ケイ素層Ｆ２´、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（電極層の一例である。）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。
【００４２】
他方で、金属層Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部電極（電極層の一例である。）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。
【００４３】
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。
【００４４】
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、０．２μｍ以上２μｍ以下の厚さであることが好ましく、より好ましくは、１μｍ程度の厚さである。
【００４５】
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１３５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。
【００４６】
本実施形態では、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。
【００４７】
図５は、図３のＢＢ´断面に対応し、本実施形態に係る振動部１２０における、振動腕１３５の先端及び連結部１３８の断面を示す図である。
連結部１３８は、図５の例では、Ｓｉ基板Ｆ２と、Ｓｉ基板Ｆ２の上に積層された金属層Ｅ１と、金属層Ｅ１の上に積層された圧電薄膜Ｆ３と、圧電薄膜Ｆ３の上にさらに積層された金属層Ｅ２とを有している。なお、連結部１３８の積層構造はこれに限定されず、例えば振動腕１３５の積層構造と同様の積層構造を有する構成でもよい。また、振動腕１３５の積層構造のうち金属層Ｅ１、圧電薄膜Ｆ３、金属層Ｅ２を有さない構成でもよい。
【００４８】
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。このとき、連結部１３８を有さない基部１３０においては、この捩れモーメントによってＸ軸方向に沿った動きが発生する。これによって、所望の周波数で振動するメイン振動周辺の周波数帯域において不要な振動が発生する場合がある。
【００４９】
本実施形態において、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとは、連結部１３８によって連結される構成である。そのため、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとは確実に同位相で振動することができる。この結果、本実施形態に係る共振子１０においては、基部１３０におけるＸ軸方向に沿った動きを抑えることができ、不要な振動モードの発生を抑制することができる。これによって、振動腕１３５におけるメイン振動の特性を向上させることができる。
【００５０】
さらに、連結部１３８を有さない以外は本実施形態に係る共振子１０と同じ構成である比較例の共振子と比較した場合、共振子１０においては、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの間における結合係数ｋの値を向上させることができる。具体的には、振動腕とｎ型Ｓｉ層（Ｓｉ基板Ｆ２）の［１００］結晶軸またはこれと等価な結晶軸とのなす回転角が、０度の場合、比較例の共振子では、結合係数ｋの値は６．０８程度である。他方、本実施形態に係る共振子１０の結合係数ｋは６．１６程度に向上する。
【００５１】
［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。
【００５２】
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。
【００５３】
本実施形態では、振動部１２０は、連結部１３８に加え、連結部１３９を有している。連結部１３９は、振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｄとの先端同士を連結する。なお、本実施形態における振動腕１３５は、連結部１３８は有さず、連結部１３９のみを有する構成であってもよい。
【００５４】
さらに振動腕１３５Ａ〜１３５Ｄの自由端側には、固定端側と比べてＸ軸方向の幅が大きい錘部１３６Ａ〜１３６Ｄ（以下、錘部１３６Ａ〜１３６Ｄをまとめて「錘部１３６」とも呼ぶ。）がそれぞれ形成されている。錘部１３６は、例えばＸ軸方向に沿った幅が７０μｍ程度、錘部１３６同士の間隔が５μｍ程度である。錘部１３６は、振動腕１３５と同様の積層構造を有していることが好ましいがこれに限定されない。錘部１３６は、例えば、Ｓｉ基板Ｆ２金属層Ｅ２のみから構成されてもよい。さらに、振動腕１３５と同様の積層構造のその上に、複数の層を形成しても良い。たとえばＡｌＮなどの絶縁層を形成し、さらに質量の大きなＭｏ層を形成しても良い。これにより、先端部の質量を増大させながら、圧電薄膜Ｆ３の振動腕先端側には電圧を印加させない事により械結合係数ｋの向上を実現できる。
【００５５】
また、本実施形態では、保持腕１１０は、第１の実施形態における腕１１１ａ、１１１ｂに対応する構成を有さず、腕１１２ａ、１１２ｂにおいて、基部１３０における短辺１３１ｃ、１３１ｄと接続する。
【００５６】
このように本実施形態に係る共振子１０は、基部１３０の前端における外側に設けられた振動腕１３５Ａと１３５Ｄ、及び振動腕１３５Ａ、１３５Ｄの内側に設けられた振動腕１３５Ｂ、１３５Ｃがそれぞれ連結部１３９、１３８によって連結される構成である。従って、内側の振動腕同士と外側の振動腕同士とを確実に同位相で振動させることができる。これによって、不要な振動モードの発生を抑制することができ、その結果、メイン振動の特性をより向上させることができる。
【００５７】
さらに、本実施形態においては、保持腕１１０は、保持部１４０における枠体１４０ｃ、１４０ｄであって、振動腕１３５の側方の領域に接続される。言い換えると、本実施形態に係る共振装置１においては、振動腕１３５の自由端と、保持部１４０の枠体１４０ｂとの間に、保持腕１１０は設けられない。これによって、共振装置１を振動腕１３５の長手方向において、小型化することが可能になる。
その他の構成・効果は第１の実施形態と同様である。
【００５８】
以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本実施形態に係る共振子１０では、基部１３０と、圧電薄膜Ｆ３と当該圧電薄膜Ｆ３を間に挟んで互いに対向する１対の金属層Ｅ１、Ｅ２とを有し、一端が基部１３０の長辺１３１ａと接続し、互いに所定の空間を隔てて基部１３０から離れる方向に延びるように設けられた複数の振動腕１３５と、複数の振動腕１３５のうち、電界が印加された場合に同一方向に屈曲する振動腕の一部同士を連結する連結部１３８とを備える。
これによって、面外屈曲する共振子１０において、スプリアスモードの発生を抑制することができる。
【００５９】
また、複数の振動腕１３５は、振動腕１３５Ａ及び振動腕１３５Ｄと、振動腕１３５Ａ及び振動腕１３５Ｄの間に設けられた振動腕１３５Ｂ及び振動腕１３５Ｃと、を有し、連結部１３８は、振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｄ、又は振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃを連結することが好ましい。より好ましくは、連結部１３８は、振動腕１３５Ｂ及び振動腕１３５Ｃの他端同士を連結する。この好ましい態様によると、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとは確実に同位相で振動することができる。この結果、本実施形態に係る共振子１０においては、基部１３０におけるＸ軸方向に沿った動きを抑えることができ、不要な振動モードの発生を抑制することができる。これによって、振動腕１３５におけるメイン振動の特性を向上させることができる。
【００６０】
また、振動腕１３５Ａと振動腕１３５Ｄ、又は振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃは略同じ形状であることが好ましい。この好ましい態様によると、振動腕１３５におけるメイン振動の特性をより向上させることができる。
【００６１】
また、本実施形態に係る共振装置１は、上述した共振子１０と、共振子１０を間に挟んで互いに対向する上蓋３０と、下蓋２０とを備える。これによって、面外屈曲する共振子１０において、スプリアスモードの発生を抑制することができる。
【００６２】
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２回以上折れ曲がる構成として説明したが、これに限定されない。保持腕１１０は、例えば、１回も折れ曲がらず、基部１３０の長辺１３１ｂと枠体１４０ｂとを接続する構成であってもよい。また、保持腕１１０は、例えば、１回だけ折れ曲がり、基部１３０の長辺１３１ｂと枠体１４０ｃ又は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。
【符号の説明】
【００６３】
１                                  共振装置
１０                                共振子
３０                                上蓋
２０                                下蓋
１４０                              保持部
１４０ａ〜１４０ｄ                  枠体
１１０                              保持腕
１１１ａ〜１１４ａ、１１１ｂ〜１１４ｂ  腕
１２０                              振動部
１３０                              基部
１３１ａ、１３１ｂ                  長辺
１３１ｃ、１３１ｄ                  短辺
１３５Ａ〜Ｄ                        振動腕
１３８、１３９                      連結部
【図１】
2017110126.tif 000003
【図２】
2017110126.tif 000004
【図３】
2017110126.tif 000005
【図４】
2017110126.tif 000006
【図５】
2017110126.tif 000007
【図６】
2017110126.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成30年4月26日(2018.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
本実施形態の振動部１２０では、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５μｍ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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
また、連結部１３８は、振動腕１３５のうち、同位相の電界が印加される振動腕同一部同士を連結する。本実施形態では、連結部１３８は、振動腕１３５Ｂと振動腕１３５Ｃとの先端（自由端）同士を連結する。連結部１３８は、例えばＹ軸方向に沿った幅が５０μｍ程度、Ｘ軸方向に沿った長さが２５μｍ程度である。
【国際調査報告】
2017110126.tif 000009
2017110126.tif 000010
2017110126.tif 000011
2017110126.tif 000012