(57)【要約】  ｋ２Ｑの低下を招くことなく静電容量を大きくし、共振抵抗を低め得る振動装置を提供する。  Ｙ方向に延びる２Ｎ本（Ｎは２以上の整数）の音叉腕３〜６が、Ｘ方向に並列されており、２Ｎ本の音叉腕３〜６が設けられている領域において、Ｘ方向中心を通り、かつＹ方向に延びる仮想線Ａに対して、一方側のＮ本の音叉腕３，４の屈曲振動の位相が、他方側のＮ本の音叉腕６，５の屈曲振動の位相と対称とされている、振動装置１。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部の一端が連ねられており、Ｙ方向に延びる２Ｎ本の音叉腕とを備え、Ｎが２以上の整数であり、
２Ｎ本の前記音叉腕が、前記Ｙ方向と直交するＸ方向に並列されており、各音叉腕が前記Ｘ方向及び前記Ｙ方向と直交するＺ方向に屈曲振動するように構成されており、
前記２Ｎ本の音叉腕が設けられている領域において前記Ｘ方向中心を通り、かつ前記Ｙ方向に延びる仮想線に対して一方側のＮ本の音叉腕の屈曲振動の位相が、他方側のＮ本の音叉腕の屈曲振動の位相と対称とされている、振動装置。
【請求項２】
前記Ｎが２であり、前記Ｘ方向において内側に位置している２本の音叉腕と、外側に位置している２本の音叉腕とが逆位相で屈曲振動する、請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記音叉腕が、縮退半導体からなるＳｉ層と、酸化ケイ素層と、圧電体層と、前記圧電体層に電圧を印加する第１，第２の電極とを含む、請求項１または２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記Ｓｉ層が、ｎ型ドーピング材によりドーピングされている、請求項３に記載の振動装置。
【請求項５】
前記ドーピング材がリン（Ｐ）である、請求項４に記載の振動装置。
【請求項６】
前記各音叉腕の前記基部に接続されている側の端部とは反対側の端部の幅が、前記基部と接続されている側の端部の幅よりも大きい、請求項１〜５に記載のいずれか一項に記載の振動装置。
【請求項７】
前記各音叉腕の前記基部と接続されている側の端部とは反対側の端部に、残りの部分よりも幅の大きい質量付加部が設けられている、請求項６に記載の振動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動部分として複数の音叉腕を有する振動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の音叉腕を有する振動装置が種々提案されている。例えば、下記の特許文献１では、３本の音叉腕を有する振動装置が開示されている。特許文献１では中央の音叉腕の幅が、両側の音叉腕の幅の２倍とされている。【０００３】
他方、下記の特許文献２にも、３本の音叉腕を有する振動装置が開示されている。特許文献２では、中央の音叉腕と外側の音叉腕とを逆位相で振動させるための電極接続方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００８／０４３７２７
【特許文献２】特開２００９−５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の音叉腕を有する振動装置において、安定に発振させるには、共振抵抗が小さいことが求められる。従って、ｋ２Ｑを大きくすること、及び静電容量を大きくすることが必要である。ところが、音叉腕の幅を大きくして静電容量を大きくした場合には、ｋ２Ｑが低下するという問題があった。【０００６】
本発明の目的は、ｋ２Ｑを低下させることなく静電容量を大きくし、それによって共振抵抗を低め得る、振動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る振動装置は、基部と、前記基部の一端が連ねられており、Ｙ方向に延びる２Ｎ本の音叉腕とを備える。本発明では、Ｎは２以上の整数である。【０００８】
本発明では、２Ｎ本の音叉腕が、Ｙ方向と直交するＸ方向に並列されている。各音叉腕は、Ｘ方向及びＹ方向と直交するＺ方向に屈曲振動するように構成されている。【０００９】
本発明では、前記２Ｎ本の音叉腕が設けられている領域において前記Ｘ方向中心を通り、かつＹ方向に延びる仮想線に対して、一方側のＮ本の音叉腕の屈曲振動の位相が、他方側のＮ本の音叉腕の屈曲振動の位相と対称とされている。【００１０】
本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記Ｎが２であり、Ｘ方向において内側に位置している２本の音叉腕と、外側に位置している２本の音叉腕とが逆位相で屈曲振動する。【００１１】
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記音叉腕が、縮退半導体からなるＳｉ層と、酸化ケイ素層と、圧電体層と、前記圧電体層に電圧を印加する第１，第２の電極とを含む。【００１２】
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記Ｓｉ層が、ｎ型ドーピング材によりドーピングされている。上記ドーピング材としては、好ましくはリン（Ｐ）が用いられる。【００１３】
本発明に係る振動装置の別の特定の局面では、前記各音叉腕の前記基部に接続されている側の端部とは反対側の端部の幅が、基部と接続されている側の端部の幅よりも大きい。【００１４】
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記各音叉腕の前記基部と接続されている側の端部とは反対側の端部に、残りの部分よりも幅の大きい質量付加部が設けられている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る振動装置によれば、２Ｎ本の音叉腕が設けられており、上記Ｘ方向中心を通る仮想線に対して一方側のＮ本の音叉腕の屈曲振動の位相が他方側のＮ本の屈曲振動の位相と対称とされているため、ｋ２Ｑを低下させることなく、静電容量を高めることができる。それによって、共振抵抗を低めることが可能となる。従って、良好な振動特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の斜視図であり、図１（ｂ）はその正面断面図であり、図１（ｃ）は第１の実施形態に用いられている励振部の部分切欠正面断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の斜視図である。
【図３】図３（ａ）は、Ｓｉ層上面に酸化ケイ素層が積層されている構造における各層の厚みを説明するための横断面図であり、図３（ｂ）は、Ｓｉ層下面に酸化ケイ素層が積層されている構造における各層の厚みを説明するための横断面図である。
【図４】図４は、Ｓｉ層の両面に酸化ケイ素層が積層されている構造における各層の厚みを説明するための横断面図である。
【図５】図５は、音叉腕の幅Ｗと厚みの比であるＷ／Ｔと、ｋ２Ｑとの関係を示す図である。
【図６】図６は、音叉腕の幅Ｗと厚みの比であるＷ／Ｔと、共振抵抗との関係を示す図である。
【図７】図７は、酸化ケイ素層が設けられていない場合のＴＣＦをＸ、厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）をｙとしたときに、周波数温度係数ＴＣＦが０となる関係を示す図である。
【図８】図８は、Ｓｉ層におけるＰのドープ密度と、Ｓｉ層の比抵抗との関係を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る振動装置の模式的平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る振動装置において、両側の音叉腕と該両側の音叉腕に隣り合い、中央寄りに位置している音叉腕との間隔Ｗｇｏに対する、中央寄りに位置している音叉腕同士の間隔Ｗｇｉの比率Ｗｇｉ／Ｗｇｏと、ｋ２Ｑとの関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の模式的平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の中央寄りに位置している音叉腕における、音叉腕の幅Ｗｉに対する質量付加部の幅Ｗｗｉの比率Ｗｗｉ／Ｗｉと、ｋ２Ｑとの関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の中央寄りに位置している音叉腕における、音叉腕の幅Ｗｉに対する質量付加部部の幅Ｗｗｉの比率Ｗｗｉ／Ｗｉと、共振抵抗Ｒ１との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の斜視図であり、（ｂ）は該振動装置の正面断面図である。また、図１（ｃ）は、第１の実施形態に用いられている励振部の部分切欠正面断面図である。
【００１９】
振動装置１は、基部２を有する。基部２には、４本の音叉腕３〜６の一端が連結されている。
【００２０】
基部２は矩形板状の形状を有する。この基部２の１つの側面に、長さ方向を有する４本の音叉腕３〜６の一端が連ねられている。
【００２１】
基部２の下面には、支持部７が固定されている。支持部７は、振動装置１を外部に固定するための部分である。
【００２２】
いま、図１（ａ）に示すように、音叉腕３〜６の延びる方向をＹ方向とする。また、基部２の両主面に並行な面内においてＹ方向と直交する方向をＸ方向とする。基部２の音叉腕３〜６の一端が連結されている側面はＸ方向に延びている。従って、４本の音叉腕３〜６は、Ｘ方向に並列されている。
【００２３】
Ｚ方向は、Ｘ方向及びＹ方向で規定される平面に直交する方向である。本実施形態では、４本の音叉腕３〜６が、後述するように、Ｚ方向において屈曲振動する。
【００２４】
図１（ｂ）に示すように、支持部７は、基部２のＳｉ層１１と一体に形成されている。支持部７は、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３などの半導体材料や絶縁性材料により構成することができる。
【００２５】
なお、支持部７は、接合材により基部２に接合されていてもよい。
【００２６】
基部２は、Ｓｉ層１１上に酸化ケイ素層１２が積層された構造を有する。音叉腕４も、Ｓｉ層１１上に酸化ケイ素層１２が積層されている構造を有する。すなわち、音叉腕４におけるＳｉ層１１及び酸化ケイ素層１２は、基部２のＳｉ層１１及び酸化ケイ素層１２と一体に形成されている。
【００２７】
音叉腕３，５，６も音叉腕４と同様に構成されている。
【００２８】
Ｓｉ層１１は、縮退半導体からなる。本実施形態では、Ｓｉ層はｎ型Ｓｉ半導体からなる。縮退半導体であるため、ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、１×１０１９／ｃｍ３以上である。ｎ型ドーパントとしては、Ｐ、ＡｓまたはＳｂなどの第１５族元素を挙げることができる。好ましくは、ドーパントとしてＰが用いられる。その場合には、容易に縮退半導体を製造することができる。
【００２９】
本実施形態では、Ｓｉ層はリンが５×１０１９／ｃｍ３の濃度でドーピングされたｎ型Ｓｉ半導体からなる。また、図８に示すように、リン（Ｐ）のドープ密度が５×１０１９個／ｃｍ３であるため、比抵抗は１．５ｍΩ・ｃｍ以下となり、縮退半導体である。
【００３０】
酸化ケイ素層１２は、本実施形態では、ＳｉＯ２からなる。本実施形態では、上記Ｓｉ層１１の上面にＳｉＯ２からなる酸化ケイ素層１２が積層されている。
【００３１】
なお、基部２においては、酸化ケイ素層１２は設けられずともよいが、本実施形態のように酸化ケイ素層１２を設けることが望ましい。それによって、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３２】
酸化ケイ素層１２は、ＳｉＯ２に限らず、ＳｉａＯｂ（ａ、ｂは整数）の適宜の組成を有する酸化ケイ素系材料により構成することができる。
【００３３】
図１（ｃ）に示すように、励振部１３は、圧電薄膜１４と、第１の電極１５と、第２の電極１６とを有する。第１の電極１５と第２の電極１６とは、圧電薄膜１４の一部の圧電薄膜層１４ａを挟むように設けられている。もっとも、第１，第２の電極１５，１６は圧電薄膜１４中に埋設されている必要は必ずしもない。例えば、圧電薄膜１４の上面及び下面に、第１，第２の電極１５，１６を形成してもよい。
【００３４】
本実施形態のように、圧電薄膜１４内に第１，第２の電極１５，１６を配置することにより、耐湿性などを高めることができる。また、圧電薄膜層１４ａを挟むように第１の電極１５と第２の電極１６を設けた構造では、その製造が容易である。加えて、第１の電極１５と第２の電極１６とによって作られる電界の方向を一方向にできる。従って、励振効率が高い励振部を構成することができる。
【００３５】
上記圧電薄膜１４を構成する圧電材料は特に限定されないが、バルク波を利用した振動装置では、Ｑ値が高いことが好ましい。従って、電気機械結合係数ｋ２は小さいが、Ｑ値が高いＡｌＮが好適に用いられる。
【００３６】
もっとも、ＺｎＯ、Ｓｃ置換ＡｌＮ、ＰＺＴ、ＫＮＮなどを用いてもよい。Ｓｃ置換ＡｌＮ膜（ＳｃＡｌＮ）は、ＳｃとＡｌの原子濃度を１００ａｔ％とした場合、Ｓｃ濃度が０．５ａｔ％から５０ａｔ％程度であることが望ましい。
【００３７】
ＳｃＡｌＮは、ＡｌＮよりも電気機械結合係数ｋ２が大きく、ＰＺＴやＫＮＮよりも機械的なＱｍが大きい。従って、ＳｃＡｌＮは、本発明のような共振型振動子に適用すると、以下の利点がある。共振型振動子の用途として発振器がある。例えばＴＣＸＯ（温度補償型発振器）では内蔵する温度センサの信号を、振動子と直列接続された可変容量素子にフィードバックし、可変容量素子の容量値を変化させる。それによって、発振周波数を調整することができる。この時、圧電薄膜としてＡｌＮの代わりにＳｃＡｌＮを用いると、共振型振動子の比帯域が広がる。従って、発振周波数の調整範囲を広げることができる。
【００３８】
同様にＳｃＡｌＮをＶＣＸＯ（電圧制御発振器）に用いる場合は、発振周波数の調整範囲が広がる。従って、共振型振動子の初期の周波数ばらつきを可変容量素子で調整することができる。よって、周波数調整工程のコストが大幅に削減できる。
【００３９】
第１，第２の電極１５，１６は、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕまたはこれらの合金などの適宜の金属により形成することができる。
【００４０】
圧電薄膜１４は、厚み方向に分極している。従って、第１，第２の電極１５，１６間に交番電界を印加することにより、励振部１３が圧電効果により励振される。その結果、音叉腕３〜６は、Ｚ方向に屈曲振動する。
【００４１】
本実施形態では、４本の音叉腕３〜６において、中央に位置している２本の音叉腕４，５と、両側に位置している３，６とが逆位相でＺ方向に屈曲振動する。このような構成は、音叉腕３〜６において、圧電薄膜層１４ａの分極方法を厚み方向において同一方向とし、音叉腕４，５を駆動するための交番電界の位相と、音叉腕３，６を駆動するための交番電界の位相を逆とすればよい。あるいは、音叉腕４，５における圧電薄膜層１４ａの分極方向と、音叉腕３，６の圧電薄膜層１４ａの分極方向を逆とし、音叉腕３〜６に、同位相の交番電界を印加すれば良い。
【００４２】
上記のように、本実施形態の振動装置１では、Ｘ方向において、中央に位置している音叉腕４，５と、両側に位置している音叉腕３，６とが逆位相で振動する。すなわち、一方の位相で振動する音叉腕３，６の数と、他方の位相で振動する音叉腕４，５の数が等しい。そのため、音叉腕３〜６において、音叉腕の幅を大きくした場合であっても、ｋ２Ｑの低下をさほど招くことなく、静電容量を高め得る。それによって、共振抵抗を十分に小さくすることができる。これを、図５及び図６を参照して説明する。
【００４３】
以下の要領で、上記実施形態の振動装置と、音叉腕が３本である第１及び第２の比較例の振動装置を作製した。
【００４４】
実施形態の振動装置：厚み１０μｍのＳｉ層１１上に厚み０．５μｍの酸化ケイ素層１２を形成した。基部２は、この積層構造を有し、音叉腕３〜６においては、上面に０．８μｍの厚みのＡｌＮからなる圧電薄膜１４と、該圧電薄膜１４の両面にそれぞれ０．１μｍ、０．１μｍの厚みのＭｏからなる電極を形成してなる励振部１３を設けた。
【００４５】
音叉腕３〜６の長さは、６５０μｍ、幅は２０μｍとした。厚みは上記積層構造を有するため、約１１．５μｍとした。
【００４６】
比較例１：音叉腕の数を３本としたことを除いては、上記実施形態と同様とした。
【００４７】
比較例２：比較例１と同様に３本の音叉腕を設けた。もっとも、中央の音叉腕の幅を両側の音叉腕の幅の２倍とした。
【００４８】
上記のようにして、３種類の振動装置を作製した。
【００４９】
図５は、上記実施形態及び比較例１，２の振動装置におけるｋ２Ｑと比Ｗ／Ｔとの関係を示す図である。図６は、上記実施形態及び比較例１，２の振動装置における共振抵抗Ｒ１と、比Ｗ／Ｔとの関係を示す図である。なお、Ｗは音叉腕の幅を、Ｔは音叉腕の厚みを示す。
【００５０】
図５から明らかなように、上記実施形態及び比較例２は、励振電極面積が大きいため、静電容量を大きくできる。このため、図６から明らかなように、共振抵抗の値を小さくできる。
【００５１】
また、上記実施形態及び比較例２は、比較例１に比べて、ｋ２Ｑを飛躍的に高めることができることがわかる。これは、Ｚ方向への屈曲振動の駆動力がつりあい、励振効率が向上したためである。また、上記実施形態は、比較例２に対して全体的にｋ２Ｑが大きい。これは、音叉腕の数を４本としたことで閉じ込め効果が向上したためである。その結果、上記実施形態では、Ｗ／Ｔが０．５〜４．８の範囲でｋ２Ｑを飛躍的に高めることができる。
【００５２】
図６から明らかなように、共振抵抗６０ｋΩを実現する場合、比較例１では、Ｗ／Ｔ＝３．０、比較例２ではＷ／Ｔ＝２．０、実施形態ではＷ／Ｔ＝２．０とすればよいことがわかる。この場合、図５から明らかなように、各振動装置におけるｋ２Ｑは、比較例１では、２２．２、比較例２では２４．９、実施形態では２５．２となることがわかる。
【００５３】
従って、上記実施形態によれば、３本の音叉腕を有する比較例１，２に比べ、ｋ２Ｑをさほど低下させることなく、共振抵抗を効果的に低め得ることがわかる。よって良好な振動特性が得られる。
【００５４】
ここでは共振抵抗の設計値が６０ｋΩの場合で調べた結果であるが、他の設計値で行っても同様の結果が得られる。
【００５５】
例えば、共振抵抗４０ｋΩを実現する場合、比較例１では、Ｗ／Ｔ＝４．５、比較例２ではＷ／Ｔ＝３．０、実施例ではＷ／Ｔ＝３．０とすればよく、この場合の各振動装置におけるｋ２Ｑは、比較例１では２１．６、比較例２では２３．９、実施例では２４．５となる。
【００５６】
また、本実施形態の振動装置１では、酸化ケイ素層１２の厚みをＴ２、Ｓｉ層１１の厚みをＴ１としたとき、酸化ケイ素層１２の厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）を特定の範囲として、周波数温度係数ＴＣＦの絶対値を効果的に低め得る。これを、図７を参照して説明する。図７の横軸は、酸化ケイ素層１２が設けられていない振動装置におけるＴＣＦである。ドーピング濃度に応じてＳｉ層のＴＣＦは特定の値となる。このＴＣＦをｘとする。他方、厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）をｙとする。
【００５７】
図７においてプロットされている多くの点は、Ｓｉ層１１上に酸化ケイ素層１２が設けられている上記実施形態において、周波数温度係数ＴＣＦが０である点である。曲線Ｂは、これらの点の座標をもとに近似により得られたものであり、ｙ＝−０．０００２ｘ２−０．０１３６ｘ＋０．００１４で表わされる。この曲線上に位置すれば、ＴＣＦを０とし得ることがわかる。
【００５８】
本願発明者らの実験によれば、厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）は、（−０．０００２ｘ２−０．０１３６ｘ＋０．００１４）±０．００５の範囲内とすれば、周波数温度係数ＴＣＦを０±５ｐｐｍ／℃の範囲内とし得ることが確かめられている。従って、好ましくは、酸化ケイ素層の厚み比Ｔ２／Ｔ１＋Ｔ２をこの範囲内とすることが望ましい。
【００５９】
第１の実施形態では、４本の音叉腕３〜６が設けられており、その場合には、音叉腕の幅を大きくしたとしても、ｋ２Ｑの低下をさほど招くことなく共振抵抗を効果的に抑制することができる。このような効果は、音叉腕の数が４本に限らず２Ｎ本（Ｎは２以上の整数）であればよい。すなわち、図１（ａ）に示す仮想線Ａの一方側に、Ｎ本、他方側にＮ本の音叉腕が配置されており、一方側のＮ本の音叉腕と、他方側のＮ本の音叉腕の屈曲振動の位相が対称とされておればよい。なお、仮想線Ａは、図１（ａ）のＸ方向において、音叉腕３〜６が設けられている領域の中心を通り、かつＹ方向に延びる仮想線である。
【００６０】
また、第１の実施形態においては、４本の音叉腕３〜６のうち特定の音叉腕同士の間隔を制御することによって、効果的にｋ２Ｑを高めることができる。これを、図９及び図１０を参照して具体的に説明する。
【００６１】
図９は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る振動装置の模式的平面図である。図９に示すように、両側に位置している音叉腕３，６と、該両側に位置している音叉腕３，６に隣り合い、かつ中央寄りに位置している音叉腕４，５との間隔をそれぞれＷｇｏとした。また、中央寄りに位置している音叉腕４，５同士の間隔をＷｇｉとした。
【００６２】
図１０は、上記Ｗｇｉの上記Ｗｇｏに対する比率Ｗｇｉ／Ｗｇｏと、ｋ２Ｑとの関係を示すグラフである。なお、図１０において、比率Ｗｇｉ／Ｗｇｏと、ｋ２Ｑとの関係を求めるにあたっては、以下の要領で振動装置を作製した。
【００６３】
厚み１０μｍのＳｉ層１１上に厚み１．５μｍの酸化ケイ素層１２を形成した。基部２は、この積層構造を有し、音叉腕３〜６においては、上面に０．８μｍの厚みのＡｌＮからなる圧電薄膜１４と、該圧電薄膜１４の両面にそれぞれ０．１μｍ、０．１μｍの厚みのＭｏからなる電極を形成してなる励振部１３を設けた。
【００６４】
音叉腕３〜６の長さは６５０μｍとした。また、両側に位置している音叉腕３，６の幅Ｗｏ及び中央寄りに位置している音叉腕４，５の幅Ｗｉをいずれも３０μｍとした。すなわち、音叉腕３〜６の幅Ｗは、いずれも３０μｍとした。厚みは上記積層構造を有するため、約１２．５μｍとした。
【００６５】
図１０から、Ｗｇｏ／Ｗの値に関わらず、Ｗｇｉ／Ｗｇｏ≧０．５の領域において、ｋ２Ｑが高められていることがわかる。特に、Ｗｇｉ／Ｗｇｏ≧１．０の領域においては、ｋ２Ｑが安定的に高められていることがわかる。
【００６６】
このように、第１の実施形態の変形例においては、Ｗｇｉ／Ｗｇｏ≧０．５とすることでｋ２Ｑを高めることができ、特にＷｇｉ／Ｗｇｏ≧１．０とすることでｋ２Ｑを安定的に高めることができる。
【００６７】
図２は第２の実施形態の振動装置を示す斜視図である。第２の実施形態の振動装置２１は、音叉腕３〜６の先端に質量付加部２２がそれぞれ設けられていることを除いては第１の実施形態と同様である。従って、同一の部分については同一の参照番号を付与することにより、第１の実施形態の説明を援用することとする。質量付加部２２は、本実施形態では、Ｓｉ層１１及び酸化ケイ素層１２の積層構造の幅を、残りの音叉腕部分の幅よりも大きくすることにより構成されている。それによって、音叉腕の残りの部分のよりも大きな質量を付加することができる。
【００６８】
このように、音叉腕３〜６の先端に質量付加部２２を設けることにより、共振周波数をより一層低めることができる。従って、振動装置の全体の小型化を図ることができる。
【００６９】
なお、質量付加部２２に代えて、音叉腕３〜６の先端側部分、すなわち、基部２と連結されている側の端部と反対側の端部の幅を、基部２に連結されている側の端部の幅よりも大きくするだけでもよい。その場合にも共振周波数を低めることが可能である。
【００７０】
また、本実施形態においては、音叉腕３〜６の幅に対する、質量付加部２２の幅の比率を特定の範囲に制御することにより、共振抵抗Ｒ１をより一層低く保ちながらｋ２Ｑを高めることができ、発振の安定性を効果的に高めることができる。これを、図１１〜図１３を参照してより具体的に説明する。
【００７１】
図１１は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の模式的平面図である。図１１に示すように、両側に位置している音叉腕３，６の幅をＷｏとし、中央寄りに位置している音叉腕４，５の幅をＷｉとした。また、両側に位置している音叉腕３，６の先端の質量付加部２２の幅をＷｗｏとし、中央寄りに位置している音叉腕４，５の先端の質量付加部２２の幅をＷｗｉとした。
【００７２】
図１２は、ＷｗｉのＷｉに対する比率Ｗｗｉ／Ｗｉと、ｋ２Ｑとの関係を示すグラフであり、図１３は、Ｗｗｉ／Ｗｉと、共振抵抗Ｒ１との関係を示すグラフである。なお、図１２及び図１３において、Ｗｗｉ／Ｗｉと、ｋ２Ｑ又は共振抵抗Ｒ１との関係を求めるにあたっては、以下の要領で振動装置を作製した。
【００７３】
厚み１０μｍのＳｉ層１１上に厚み１．５μｍの酸化ケイ素層１２を形成した。基部２は、この積層構造を有し、音叉腕３〜６においては、上面に０．８μｍの厚みのＡｌＮからなる圧電薄膜１４と、該圧電薄膜１４の両面にそれぞれ０．１μｍ、０．１μｍの厚みのＭｏからなる電極を形成してなる励振部１３を設けた。また、音叉腕３〜６の先端に長さ１９５μｍの質量付加部２２を設けた。
【００７４】
図１２及び図１３においては、Ｗｉ＝Ｗｏ＝０．０１ｍｍ又はＷｉ＝Ｗｏ＝０．０２ｍｍとしたときのＷｗｉ／Ｗｉと、ｋ２Ｑ又は共振抵抗Ｒ１との関係を求めた。
【００７５】
図１２及び図１３に示すように、１≦Ｗｗｉ／Ｗｉ≦２の範囲においては、より一層効果的に共振抵抗Ｒ１が低められるとともに、ｋ２Ｑが高められていることがわかる。
【００７６】
このように、本実施形態では、ＷｗｉのＷｉに対する比率Ｗｗｉ／Ｗｉを、１≦Ｗｗｉ／Ｗｉ≦２の範囲内とすることで、共振抵抗Ｒ１をより一層低く保ちながらｋ２Ｑを高めることができ、発振の安定性をより一層効果的に高めることができる。
【００７７】
なお、上記実施形態では、Ｓｉ層１１の上面に酸化ケイ素層１２が積層されていた。この場合の厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）は、図３（ａ）に示すように、Ｔ２のＴ１とＴ２との合計に対する割合となる。
【００７８】
もっとも、本発明においては、図３（ａ）の構造に限らない。Ｓｉ層１１の下面に酸化ケイ素層１２が積層されていてもよい。この場合においても厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）は、図３（ｂ）に示すように、Ｔ２のＴ１とＴ２との合計に対する割合となる。
【００７９】
さらに、本発明においては、Ｓｉ層１１及び酸化ケイ素層１２は少なくとも一方が複数層積層されていてもよい。その場合には、Ｔ１及びＴ２は、複数の層の厚みの総和とすればよい。例えば、図４に示すように、Ｓｉ層１１の上面に酸化ケイ素層１２ａが積層されており、下面に酸化ケイ素層１２ｂが積層されていてもよい。その場合には、Ｔ２＝Ｔ２ａ＋Ｔ２ｂとすればよい。すなわち、複数の酸化ケイ素層の厚みの総和をＴ２とすればよい。同様に、複数のＳｉ層が積層されている場合には、複数のＳｉ層の厚みの総和をＴ１とすればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１…振動装置
２…基部
３〜６…音叉腕
７…支持部
１１…Ｓｉ層
１２，１２ａ，１２ｂ…酸化ケイ素層
１３…励振部
１４…圧電薄膜
１４ａ…圧電薄膜層
１５…第１の電極
１６…第２の電極
２１…振動装置
２２…質量付加部
【図１】
2014185282.tif 000003
【図２】
2014185282.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2014185282.tif 000007
【図６】
2014185282.tif 000008
【図７】
2014185282.tif 000009
【図８】
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【図９】
2014185282.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2014185282.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月5日(2015.11.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
本実施形態では、４本の音叉腕３〜６において、中央に位置している２本の音叉腕４，５と、両側に位置している３，６とが逆位相でＺ方向に屈曲振動する。このような構成は、音叉腕３〜６において、圧電薄膜層１４ａの分極方向を厚み方向において同一方向とし、音叉腕４，５を駆動するための交番電界の位相と、音叉腕３，６を駆動するための交番電界の位相を逆とすればよい。あるいは、音叉腕４，５における圧電薄膜層１４ａの分極方向と、音叉腕３，６の圧電薄膜層１４ａの分極方向を逆とし、音叉腕３〜６に、同位相の交番電界を印加すれば良い。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
本願発明者らの実験によれば、厚み比Ｔ２／（Ｔ１＋Ｔ２）は、（−０．０００２ｘ２−０．０１３６ｘ＋０．００１４）±０．０５の範囲内とすれば、周波数温度係数ＴＣＦを０±５ｐｐｍ／℃の範囲内とし得ることが確かめられている。従って、好ましくは、酸化ケイ素層の厚み比Ｔ２／Ｔ１＋Ｔ２をこの範囲内とすることが望ましい。
【国際調査報告】
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