(57)【要約】  共振装置において、温度制御の精度を向上させる。  プラットフォームと、振動部と、振動部の周囲に第１溝を設けるように振動部とプラットフォームとを連結する少なくとも１つの第１保持腕とを有する共振子と、温度を測定する測定部を有するセンサ部と、プラットフォームに形成されたヒータと、を備え、記測定部とヒータとの間に第２溝が設けられた。
2018123118.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラットフォームと、
振動部と、前記振動部の周囲に第１溝を設けるように前記振動部と前記プラットフォームとを連結する少なくとも１つの第１保持腕とを有する共振子と、
温度を測定する測定部を有するセンサ部と、
前記プラットフォームに形成されたヒータと、
を備え、
前記測定部と前記ヒータとの間に第２溝が設けられた
共振装置。
【請求項２】
前記センサ部は、前記測定部の周囲に前記第２溝を設けるように前記測定部と前記プラットフォームとを連結する少なくとも１つの第２保持腕をさらに有する
請求項１に記載の共振装置。
【請求項３】
前記第１保持腕と前記第２保持腕は、前記ヒータ側に設けられた、
請求項２に記載の共振装置。
【請求項４】
前記第１保持腕と前記第２保持腕とは、数が同一である、請求項２又は３に記載の共振装置。
【請求項５】
前記振動部及び前記第１保持腕と、前記測定部及び前記第２保持腕とは、互いに相似な形状である、請求項２〜４の何れか一項に記載の共振装置。
【請求項６】
前記振動部及び前記第１保持腕と、前記測定部及び前記第２保持腕とは、互いに合同な形状である、請求項２〜４の何れか一項に記載の共振装置。
【請求項７】
前記共振子と前記センサ部とは、熱時定数が同一である、請求項１〜６の何れか一項に記載の共振装置。
【請求項８】
前記共振子と前記センサ部とは、熱容量及び熱抵抗が同一である、請求項１〜６の何れか一項に記載の共振装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、共振装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ、全地球測位システム）等の高精度な周波数情報が必要な機器において、発振器の発振周波数を高精度で制御することが重要である。例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いた共振子においては、このように発振周波数を一定に保つには、共振子の温度を一定に保つ必要がある。【０００３】
例えば特許文献１には、基板上に共振子とヒータと温度センサと制御回路とを一体に形成した共振装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７４２７９０５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるような従来の共振装置において、共振子の振動を阻害しないために、共振子は基板から所定の空間を隔てて形成される。他方でセンサは基板上に形成されるため、共振子に比べてヒータの熱が伝わりやすい。この結果、センサでセンシングした温度と共振子の実際の温度とが乖離してしまい、温度制御を高精度で行うことが困難であった。【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、共振装置において、温度制御の精度を向上させ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装置は、プラットフォームと、振動部と、振動部の周囲に第１溝を設けるように振動部とプラットフォームとを連結する少なくとも１つの第１保持腕とを有する共振子と、温度を測定する測定部を有するセンサ部と、プラットフォームに形成されたヒータと、を備え、測定部とヒータとの間に第２溝が設けられている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、共振装置において、温度制御の精度を向上することができる。
【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を概略的に示す平面図である。
【図２】図１のＡＡ´線に沿った断面図である。
【図３】図１のＡＡ´線に沿った断面の変形例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る共振装置の効果を説明するための図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る共振装置の効果を説明するための図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る共振装置を概略的に示す平面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る共振装置を概略的に示す平面図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係る共振装置を概略的に示す平面図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る共振装置を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１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の構造を概略的に示す平面図である。
【００１１】
（１．構成）
この共振装置１は、プラットフォーム５０と、共振子１０と、センサ部２０と、ヒータ３０とを備えている。
【００１２】
プラットフォーム５０は、連結腕５３を有しており、当該連結腕５３で保持基板（不図示）に保持される。保持基板、及びプラットフォーム５０は厚さ１０μｍ程度のＳｉ（シリコン）で一体形成される。本実施形態では、プラットフォーム５０は、連結腕５３によって保持基板に保持される側の端部（以下、「後端」ともいう。）から、開放端（以下、「前端」ともいう。）側に延びる板状の形状である。プラットフォーム５０は、Ｙ軸方向に沿った長さが０．４ｍｍ程度、Ｘ軸方向に沿った幅が０．２ｍｍ程度である。
【００１３】
また、プラットフォーム５０には、所定の空間５１（第１溝の一例である。）が形成されている。空間５１は、プラットフォーム５０の前端側の領域に形成された、平面視において矩形の輪郭を有する貫通孔である。プラットフォーム５０は空間５１を有する枠状に形成される。プラットフォーム５０の後端と前端とをつなぐ２つの端部（以下、「側端」ともいう。）側の領域には、当該２つの側端に沿ってヒータ３０が形成されている。
【００１４】
共振子１０は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ共振子である。本実施形態では、共振子１０は基本波輪郭振動モードで振動する面内振動子である。しかし共振子１０はこれに限定されず、高調波輪郭振動モードで振動する面内振動子や、面外屈曲振動子でもよい。
【００１５】
また、本実施形態においては、共振子１０はシリコン基板（Ｓｉ基板）を用いて形成されるものを例として説明するが、ここで、シリコン基板とは、シリコン材料のみからなるものに限定されるものではなく、後述するようにＰ（燐）などのＮ型半導体材料がドーピングされたもの（例えば縮退半導体からなるもの）も含む。また、共振子１０に用いられる基板は、ＳｉＣ基板やＳｉＯ2基板などシリコン以外の材料であっても良い。
【００１６】
共振子１０は、振動部１２０と、保持腕１１０ａ、１１０ｂ（以下、まとめて「保持腕１１０」とも呼ぶ。第１保持腕の一例である。）とを備えている。
【００１７】
振動部１２０は、図１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、プラットフォーム５０における空間５１の内側に設けられている。振動部１２０は、Ｘ軸方向に沿った長さが０．１１ｍｍ、Ｙ軸方向に沿った幅が０．０８ｍｍ程度である。
【００１８】
保持腕１１０は、角柱形状の腕であり、プラットフォーム５０の内側であって、振動部１２０の短辺とプラットフォーム５０との間の空間５１に設けられる。保持腕１１０ａ、１１０ｂは、振動部１２０の短辺（振動部１２０におけるヒータ３０側の領域）の中央付近とプラットフォーム５０におけるヒータ３０が形成された領域（すなわち、側端側の領域）とをそれぞれ接続する。保持腕１１０は、Ｘ軸方向に沿った長さが１２μｍ程度、Ｙ軸方向に沿った幅が６μｍ程度である。
【００１９】
なお、保持腕１１０は、その途中に緩衝部を有する構成でもよい。緩衝部は、例えば半円形の板や、保持腕１１０に対して垂直に交差する略矩形形状の板である。緩衝部が半円形の板である場合には、振動部１２０側に直径を備え、プラットフォーム５０側に頂点を備えるように形成されることが好ましい。また、緩衝部が保持腕１１０に対して垂直に交差する略矩形形状の板である場合には、当該緩衝部における、保持腕１１０に対して垂直方向の長さは共振子１０の波長の４分の１程度であることが好ましい。保持腕１１０が緩衝部を備える場合、振動部１２０が保持されることによる振動阻害を抑制することができ、共振子１０のＱ値の劣化を低減することができる。特に、緩衝部に孔部を形成する事で、より効果を高めることもできる。
【００２０】
共振子１０が上述のような振動部１２０と保持腕１１０とを備えることによって、空間５１として、保持腕１１０を挟んで互いに対称な２つの空間が形成される。具体的には空間５１を構成する２つの空間の一方は、保持腕１１０ａの長辺に垂直に、振動部１２０の輪郭に沿って延び、当該振動部１２０の端部において、Ｘ軸方向に屈曲する。さらに空間５１は、振動部１２０に沿って振動部１２０の端部まで延び、Ｙ軸方向に屈曲する。なお、２つの空間の他方は一方と対称な構成のため説明を省略する。空間５１は、例えばドライエッチング等によってパターニングされて形成される。
【００２１】
センサ部２０は、ヒータ３０に沿った方向に共振子１０と並んで形成されている。本実施形態では、センサ部２０は共振子１０よりもプラットフォーム５０の後端側に形成されている。
【００２２】
センサ部２０は、薄膜抵抗２２０と、測定部２３０と、保持腕２１０ａ、２１０ｂ（以下、まとめて「保持腕２１０」ともいう。第２保持腕の一例である。）と、スリット５２ａ、５２ｂ（以下まとめて「スリット５２」ともいう。第２溝の一例である。）とを有している。
【００２３】
薄膜抵抗２２０は、例えばＭｏ（モリブデン）等から成る、センサ部２０の表面に形成された熱抵抗温度センサである。薄膜抵抗２２０は、ある程度の経路長がある方が好ましく、本実施形態においてはミアンダ形状にパターニングされている。
【００２４】
測定部２３０は、薄膜抵抗２２０の周囲に広がる領域であり、図１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。具体的には、測定部２３０は振動部１２０と合同な形状であり、Ｘ軸方向に沿った長さが０．１１ｍｍ、Ｙ軸方向に沿った幅が０．０８ｍｍ程度である。
【００２５】
保持腕２１０は、保持腕１１０と同様、角柱形状の腕であり、プラットフォーム５０の内側であって、測定部２３０の短辺とプラットフォーム５０との間（スリット５２）の空間に設けられる。保持腕２１０は、測定部２３０の短辺（測定部２３０におけるヒータ３０側の領域）の中央付近とプラットフォーム５０におけるヒータ３０が形成された領域（すなわち、側端側の領域）とをそれぞれ接続する。また、保持腕２１０は保持腕１１０と合同な形状であり、Ｘ軸方向に沿った長さが１２μｍ程度、Ｙ軸方向に沿った幅が６μｍ程度である。
【００２６】
スリット５２ａ、５２ｂは互いに対称な形状に、測定部２３０とヒータ３０との間に形成された溝である。スリット５２は、センサ部２０における測定部２３０及び保持腕２１０の輪郭が、共振子１０における振動部１２０及び保持腕１１０の輪郭と合同な形状になるように、薄膜抵抗２２０の周囲に測定部２３０と、保持腕２１０ａ、２１０ｂを残して形成される。具体的には、スリット５２ａは、保持腕２１０ａの長辺に垂直に薄膜抵抗２２０の輪郭に沿って延び、当該薄膜抵抗２２０の端部において、薄膜抵抗２２０に沿ってＸ軸方向に屈曲する。さらにスリット５２は薄膜抵抗２２０に沿って当該薄膜抵抗２２０の端部まで延び、Ｙ軸方向に屈曲する。なおスリット５２ｂはスリット５２ａと対称な構成であるため説明を省略する。スリット５２は、例えばドライエッチング等によってパターニングされて形成される。
【００２７】
測定部２３０とヒータ３０との間にスリット５２が形成されることにより、センサ部２０への熱の伝導性を低減することができる。特に、共振子１０とセンサ部２０（具体的には共振子１０の振動部１２０と保持腕１１０との輪郭と、センサ部２０の測定部２３０と保持腕２２０との輪郭）とが合同な形状にすることで、ヒータ３０が発する熱の伝わりやすさが、共振子１０とセンサ部２０とで類似するようになる。さらに、共振子１０の保持腕１１０がプラットフォーム５０におけるヒータ３０が形成された領域に接続する場合には、保持腕２１０もプラットフォーム５０におけるヒータ３０が形成された領域に接続する構成とすることが好ましい。これによって、共振子１０とセンサ部２０とでより熱伝導性を近づけることができる。
【００２８】
ヒータ３０は、プラットフォーム５０の長辺に沿って、プラットフォーム５０における、後端から前端に亘って形成されている。なお、ヒータ３０は、少なくともプラットフォーム５０における、保持腕１１０から保持腕２１０に亘って形成されることが好ましい。より好ましくは、ヒータ３０の形状や位置が、保持腕１１０と保持腕２１０とから等距離の点を結んだ線分に対して線対称となる構成である。これによって、ヒータ３０から保持腕１１０、２１０への熱伝導性を同様にすることが容易になる。本実施形態においては、ヒータ３０は、プラットフォーム５０の前端と後端とをつなぐ２つの端部の領域に当該プラットフォーム５０の長辺に沿って２つ形成されているが、これに限定されない。ヒータ３０は、プラットフォーム５０の一方の長辺に沿って１つ形成される構成でもよい。
【００２９】
ヒータ３０は、プラットフォーム５０に例えばＭｏ（モリブデン）からなる薄膜にスパッタ等を行うことによって形成される。なお、フォトエッチング等を用いることで高精度にパターニングすることが可能である。さらに、図には示さないが、ヒータ３０は制御部を有しており、センサ部２０がセンシングした温度に応じて発熱量をコントロールすることができる。
【００３０】
（２．積層構造）
図２を用いて共振装置１の積層構造について説明する。図２は、図１のＡＡ´断面図である。
【００３１】
本実施形態に係る共振装置１では、共振子１０、センサ部２０、プラットフォーム５０は、同一プロセスで一体的に形成される。図２に示すように、共振装置１では、まず、Ｓｉ（シリコン）基板Ｆ２（基板の一例である。）の上に、下部電極Ｅ１が積層されている。なお、Ｓｉ基板Ｆ２と下部電極Ｅ１との間にはシード層（不図示）が形成されてもよい。下部電極Ｅ１の上には、下部電極Ｅ１を覆うように圧電薄膜Ｆ３（圧電体の一例である。）が積層されており、さらに、圧電薄膜Ｆ３の上には、上部電極Ｅ２が積層されている。また、上部電極Ｅ２の上には、絶縁膜Ｆ４が形成され、センサ部２０において、絶縁膜Ｆ４上にはさらに薄膜抵抗２２０が形成される。なお、共振子10上の絶縁膜F4の上に、センサ部と熱容量を合わせるために、薄膜抵抗２２０と同じ材質の膜を適当な形状で形成してもよい。
【００３２】
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）、ｐ型ドーパントとしてＢ（ホウ素）などを含むことができる。Ｓｉ基板Ｆ２が縮退Ｓｉから成ることによって共振周波数の温度特性を改善することができる。なお、Ｓｉ基板Ｆ２の上面又は下面には酸化ケイ素（例えばＳｉＯ2）から成る温度特性補正層が形成される構成でもよい。この場合、温度特性を向上させることが可能になる。
【００３３】
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、１μｍ程度の厚さを有する。
【００３４】
圧電薄膜Ｆ３は、上部電極Ｅ２、下部電極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。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、上部電極Ｅ２及び下部電極Ｅ１に所定の電界を印加して、上部電極Ｅ２と下部電極Ｅ１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、振動部１２０が輪郭振動する。
【００３５】
上部電極Ｅ２及び下部電極Ｅ１は、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が下部電極Ｅ１を兼ねることができる。すなわち、Ｓｉ基板Ｆ２が下部電極としての機能を備える場合、下部電極Ｅ１の構成を省略することができる。本実施形態において、下部電極Ｅ１、上部電極Ｅ２の厚さは、例えば０．１μｍ程度である。
【００３６】
上部電極Ｅ２、及び下部電極Ｅ１は、エッチング等により、所望の形状に形成される。下部電極Ｅ１は、例えば振動部１２０上においては、下部の電極として機能するように形成される。また、下部電極Ｅ１は、保持腕１１０やプラットフォーム５０上においては、共振装置１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。
【００３７】
他方で、上部電極Ｅ２は、振動部１２０上においては、上部の電極として機能するように形成される。また、上部電極Ｅ２は、保持腕１１０やプラットフォーム５０上においては、共振装置１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。
【００３８】
本実施形態においては、下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２は、振動部１２０の全面を覆うように形成される。この場合、一方を入力側、他方を出力側に接続することで振動部１２０が励振することができる。なお、下部電極Ｅ１及び上部電極Ｅ２は振動モードに応じて適当な形状を選択することができる。例えば、２倍波振動モードでは、下部電極Ｅ１を振動部１２０の全面に形成し、上部電極Ｅ２を振動部１２０の長辺の中央付近で分割して形成し、分割された上部電極Ｅ２のそれぞれを入出力に接続させることで、励振可能になる。
【００３９】
絶縁膜Ｆ４は、例えば酸化ケイ素やＡｌＮ（窒化アルミ）等から成る。また薄膜抵抗２２０はＭｏから成る。Ｍｏ膜を成膜後にフォトエッチング等を用いることによって薄膜抵抗２２０を高精度に形成することができる。なお、薄膜抵抗２２０は、ヒータ３０のＭｏ膜と同時に製膜し同時にフォトエッチングすることで工程を簡略化することができる。さらに、薄膜抵抗（温度センサ）２２０、共振子の上部電極Ｅ２、下部電極Ｅ１、及びヒータ３０の材料をすべてＭｏとした場合、製造プロセスを簡素化することができるため、製造コストを低減することが可能になる。  
【００４０】
センサ部２０には、圧電薄膜Ｆ３や下部電極Ｅ１、上部電極Ｅ２は不要であるが、共振子１０と同様の積層構造とすることで、熱伝導率や熱容量を共振子１０に近づけることができる。
【００４１】
図３を用いて積層構造の変形例について説明する。図３は図１のＡＡ´断面の変形例を示している。図２において、上部電極Ｅ２は共振子１０及びセンサ部２０の端部まで形成されていた。しかし、本実施形態に係る共振装置１の積層構造はこれに限定されず、例えば図３に示すように、上部電極Ｅ２が共振子１０及びセンサ部２０の端部まで形成されない構成でもよい。この場合、共振子１０及びセンサ部２０の端部において、上部電極Ｅ２は絶縁膜Ｆ４によって覆われる。これによって、上下電極間の絶縁性を向上させることができる。
【００４２】
（３．シミュレーション結果）
次に、図４、５を用いて、本発明に係る共振装置１の効果について説明する。図４（Ａ）は、本実施形態に係る共振装置１の変形例の共振装置１´の構成を示している。変形例の共振装置１´において、共振子１０は、２倍波の振動モードで輪郭振動を行う。また保持腕１１０は、共振子１０の振動方向に沿った方向（図４のＸ軸方向）に上述の緩衝部を有している。なお、変形例の共振装置１´においてもセンサ部２０は共振子１０と合同な形状を有している。他方で、図４（Ｂ）は比較例の共振装置２の構成を示している。比較例の共振装置２において、共振子１０の形状は変形例の共振装置１´と同様であるが、センサ部２０は共振子１０と合同な形状ではない。具体的には、センサ部２０は薄膜抵抗２２０の周囲にスリットを有していない。また、比較例の共振装置２では、センサ部２０は共振子１０を挟んで２つ形成されている。
【００４３】
図５は図４に示した変形例の共振装置１´（図５（Ａ））と比較例の共振装置２（図５（Ｂ））について、ＦＥＭによる温度分布のシミュレーションを行った結果を示している。図５において、色の薄い領域は温度が低い領域を示し、色の濃い領域は温度が高い領域を示している。図５（Ａ）に示すように、変形例の共振装置１´においては共振子１０とセンサ部２０との温度はほぼ同じである。他方で、図５（Ｂ）に示すように、比較例の共振装置２において、センサ部２０の温度は共振子１０に比べて高くなっている。比較例の共振装置２においてはセンサ部２０とヒータ３０との間にはスリットが設けられていないため、ヒータ３０の熱が共振子１０に比べてセンサ部２０に伝わりやすい。このため比較例の共振装置２では、センサ部２０によって共振子１０の温度を測定することが難しい。他方で変形例の共振装置１´では共振子１０とセンサ部２０とで温度が均一に分布するため、高精度な温度制御が可能になる。
【００４４】
このように、本実施形態に係る共振装置１において、センサ部２０は共振子１０とは、同一の材料で同一の膜構成で形成されるため、熱容量が略同一となる。また、センサ部２０における保持腕２１０と保持腕１１０とが合同な形状で形成されるため、センサ部２０と共振子１０とは熱抵抗も同一となる。さらに本実施形態においては、共振子１０とセンサ部２０（具体的には共振子１０における振動部１２０及び保持腕１１０と、センサ部２０における測定部２３０と保持腕２１０）とは合同な形状であるため、センサ部２０と共振子１０とは熱時定数τ（熱容量×熱抵抗）の値が略同一となる。この結果、センサ部２０は共振子１０の温度を高精度でセンシングすることが可能になるため、ヒータ３０による温度制御の精度を向上させることが可能になる。なお、共振子１０とセンサ部２０とが異なる形状や面積である場合には、保持腕２１０の幅や長さを調整することによって、センサ部２０の熱時定数が共振子１０の時定数に一致するように制御することができる。
【００４５】
［第２実施形態］
第２実施形態以降では第１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。
【００４６】
図６を用いて、第２実施形態に係る共振装置１の構成、機能について説明する。図６に示すように本実施形態では、センサ部２０は共振子１０よりも面積が大きく、かつ共振子１０と相似な形状を有している。共振子１０が小型である場合には、センサ部２０を共振子１０と合同形状にすると薄膜抵抗２２０の経路長を十分に確保することができない。この場合には、センサ部２０（特に測定部２３０）の面積を共振子１０よりも大きくし、保持腕２１０の長さや幅を、共振子１０とセンサ部２０とで熱時定数が同じになるように調整することで、共振子１０とセンサ部２０との温度を等しくすることができる。その他の構成、機能は第１実施形態と同様である。
【００４７】
［第３実施形態］
図７を用いて、第３実施形態に係る共振装置１の構成、機能について説明する。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実施形態との差異点を中心に説明する。
【００４８】
本実施形態では、ヒータ３０は、プラットフォーム５０における後端と前端との略中央の領域において、側端に垂直に、Ｘ軸方向に沿ってセンサ部２０と共振子１０との間に１つ設けられている。
【００４９】
また、本実施形態では、共振子１０及び空間５１はプラットフォーム５０の後端側の領域に形成され、センサ部２０は共振子１０よりも前端側の領域に形成されている。
【００５０】
また、スリット５２は、薄膜抵抗２２０の周囲（即ち測定部２３０の周囲）のうち、一方にのみ形成されている。具体的には、スリット５２は、ヒータ３０に沿って、ヒータ３０と薄膜抵抗２２０との間の領域にのみに形成されている。さらに、保持腕２１０ａ、２１０ｂは、スリット５２とプラットフォーム５０の側端との間の領域にそれぞれ形成される。その他の構成、機能は第１実施形態と同様である。
【００５１】
［第４実施形態］
図８を用いて、第４実施形態に係る共振装置１の構成、機能について説明する。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３実施形態との差異点を中心に説明する。
【００５２】
本実施形態では、ヒータ３０は、プラットフォーム５０における側端に沿って、２つの側端の領域に１つずつ（合計２つ）設けられている。また、ヒータ３０は、共振子１０における振動部１２０の短辺に対向して設けられている。本実施形態において、スリット５２は第３実施形態と同様の位置に形成されているが、ヒータ３０はスリット５２よりも前端側の領域には形成されていない。
その他の構成、機能は第３実施形態と同様である。
【００５３】
［第５実施形態］
図９を用いて、第５実施形態に係る共振装置１の構成、機能について説明する。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実施形態との差異点を中心に説明する。
【００５４】
本実施形態では、共振装置１は２つのヒータ３０を有している。ヒータ３０は、プラットフォーム５０の前端の領域と後端の領域において、それぞれ、後端（または前端）に沿って延び、共振子１０及びセンサ部２０を挟んで互いに対向して設けられている。
【００５５】
また、本実施形態では、共振子１０及び空間５１はプラットフォーム５０の後端側の領域に形成され、センサ部２０は共振子１０よりも前端側の領域に形成されている。
【００５６】
また、スリット５２は、薄膜抵抗２２０の周囲（即ち測定部２３０の周囲）のうち三方を囲むように形成されており、プラットフォーム５０の一方の側端側の領域には形成されていない。より具体的には、スリット５２は、プラットフォーム５０の一方の側端側の領域から、薄膜抵抗２２０の外周に沿って前端と平行に延び、プラットフォーム５０の他方の側端側の領域において薄膜抵抗２２０の外周に沿ってＹ軸方向に屈曲する。さらにスリット５２は、薄膜抵抗２２０の外周に沿って、プラットフォーム５０の側端に平行に延び、薄膜抵抗２２０の端部において再度Ｘ軸方向に屈曲し、プラットフォーム５０の後端に沿って、一方の側端の領域まで延びている。この結果、保持腕２１０は、プラットフォーム５０の一方の側端とスリット５２との間に形成される。その他の構成、機能は第１実施形態と同様である。
【００５７】
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装置１は、プラットフォーム５０と、振動部１２０と、振動部１２０の周囲に空間５１を設けるように振動部１２０とプラットフォーム５０とを連結する少なくとも１つの保持腕１１０とを有する共振子１０と、温度を測定する測定部２３０を有するセンサ部２０と、プラットフォーム５０に形成されたヒータ３０と、を備え、測定部２３０とヒータ３０との間にスリット５２が設けられた。測定部２３０とヒータ３０との間にスリット５２が形成されることにより、センサ部２０への熱の伝導性を低減することができる。これによって、センサ部２０の温度を共振子１０の温度に近づけることができ、高精度な温度制御が可能になる。
【００５８】
センサ部２０は、測定部２３０の周囲にスリット５２を設けるように測定部２３０とプラットフォーム５０とを連結する少なくとも１つの保持腕２１０をさらに有することが好ましい。また、保持腕１１０と保持腕２１０とはヒータ３０側に設けられることが好ましい。さらに保持腕１１０と保持腕２１０とは、数が同一であることが好ましい。この好ましい態様では、共振子１０とセンサ部２０とでより熱伝導性を近づけることができる。
【００５９】
また、振動部１２０及び保持腕１１０と、測定部２３０及び保持腕２１０とは、互いに相似な形状であることが好ましい。また、振動部１２０及び保持腕１１０と、測定部２３０及び保持腕２１０とは、互いに合同な形状であることが好ましい。この好ましい態様では、ヒータ３０が発する熱の伝わりやすさが、共振子１０とセンサ部２０とで類似するようになる。
【００６０】
また、共振子１０とセンサ部２０とは、熱時定数が同一であることが望ましく、さらに、熱容量及び熱抵抗が同一であることが好ましい。この好ましい態様では、センサ部２０は共振子１０の温度を高精度でセンシングすることが可能になるため、ヒータ３０による温度制御の精度を向上させることが可能になる。
【００６１】
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。例えば、共振子として圧電薄膜からなる共振子として説明したが、静電型のＭＥＭＳ共振子でも良い。また、センサやヒータは薄膜抵抗として説明したが、シリコン基板の一部を多結晶シリコンとしても良い。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。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】
【００６２】
１  共振装置
１０  共振子
２０  センサ部
３０  ヒータ
５０  プラットフォーム
５１  空間
５２  スリット
５２ａ  スリット
５２ｂ  スリット
５３  連結腕
１１０  保持腕
１１０ａ  保持腕
１１０ｂ  保持腕
１２０  振動部
２１０  保持腕
２１０ａ  保持腕
２１０ｂ  保持腕
２２０  薄膜抵抗
２３０  測定部
【図１】
2018123118.tif 000003
【図２】
2018123118.tif 000004
【図３】
2018123118.tif 000005
【図４】
2018123118.tif 000006
【図５】
2018123118.tif 000007
【図６】
2018123118.tif 000008
【図７】
2018123118.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018123118.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】令和1年6月14日(2019.6.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
振動部１２０は、図１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、プラットフォーム５０における空間５１の内側に設けられている。振動部１２０は、Ｘ軸方向に沿った長さが０．１１ｍｍ程度、Ｙ軸方向に沿った幅が０．０８ｍｍ程度である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
測定部２３０は、薄膜抵抗２２０の周囲に広がる領域であり、図１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。具体的には、測定部２３０は振動部１２０と合同な形状であり、Ｘ軸方向に沿った長さが０．１１ｍｍ程度、Ｙ軸方向に沿った幅が０．０８ｍｍ程度である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
スリット５２ａ、５２ｂは互いに対称な形状に、測定部２３０とヒータ３０との間に形成された溝である。スリット５２は、センサ部２０における測定部２３０及び保持腕２１０の輪郭が、共振子１０における振動部１２０及び保持腕１１０の輪郭と合同な形状になるように、薄膜抵抗２２０の周囲に測定部２３０と、保持腕２１０ａ、２１０ｂを残して形成される。具体的には、スリット５２ａは、保持腕２１０ａの長辺に垂直に薄膜抵抗２２０の輪郭に沿って延び、当該薄膜抵抗２２０の端部において、薄膜抵抗２２０に沿ってＸ軸方向に屈曲する。さらにスリット５２ａは薄膜抵抗２２０に沿って当該薄膜抵抗２２０の端部まで延び、Ｙ軸方向に屈曲する。なおスリット５２ｂはスリット５２ａと対称な構成であるため説明を省略する。スリット５２は、例えばドライエッチング等によってパターニングされて形成される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
測定部２３０とヒータ３０との間にスリット５２が形成されることにより、センサ部２０への熱の伝導性を低減することができる。特に、共振子１０とセンサ部２０（具体的には共振子１０の振動部１２０と保持腕１１０との輪郭と、センサ部２０の測定部２３０と保持腕２１０との輪郭）とが合同な形状にすることで、ヒータ３０が発する熱の伝わりやすさが、共振子１０とセンサ部２０とで類似するようになる。さらに、共振子１０の保持腕１１０がプラットフォーム５０におけるヒータ３０が形成された領域に接続する場合には、保持腕２１０もプラットフォーム５０におけるヒータ３０が形成された領域に接続する構成とすることが好ましい。これによって、共振子１０とセンサ部２０とでより熱伝導性を近づけることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
圧電薄膜Ｆ３は、上部電極Ｅ２、下部電極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。具体的には、圧電薄膜Ｆ３はｃ軸方向（その厚さ方向であるＺ軸方向）に配向しており、そのため、上部電極Ｅ２及び下部電極Ｅ１に所定の電界を印加して、上部電極Ｅ２と下部電極Ｅ１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、振動部１２０が輪郭振動する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2018123118.tif 000012
【国際調査報告】
2018123118.tif 000013
2018123118.tif 000014