(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ共振器において、差動動作を可能とする構成を有して、ノイズの低減を図ることができ、小型で高出力の捩り振動を用いたＭＥＭＳ共振器を提供すること。【解決手段】ＭＥＭＳ共振器は、両端が捩り振動の節となり、中央が捩り振動の腹となる振動部（５ａ）を有する振動子（５）と、前記振動部（５ａ）の外周面を構成する少なくとも２つの側面に対向し、前記振動部（５ａ）の中央に配置された少なくとも３つの電極（２，３，７）と、を備えており、前記少なくとも３つの電極における２つの電極に対して、互いに位相が１８０度異なる交流信号が入力または出力されるよう構成されている。【選択図】図１
2012109772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が捩り振動の節となり、中央が捩り振動の腹となる振動部を有する振動子と、
前記振動部の外周面を構成する少なくとも２つの側面に対向し、前記振動部の中央に配置された少なくとも３つの電極と、を備え、
前記少なくとも３つの電極における２つの電極は、前記振動部の捩り振動において、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置され、
前記少なくとも３つの電極における１つの電極は、前記振動部の捩り振動に伴い、前記振動部との間隔が変化する位置に配置され、
前記少なくとも３つの電極における２つの電極に対して、互いに位相が１８０度異なる交流信号が入力または出力されるよう構成されたＭＥＭＳ共振器。
【請求項２】
前記少なくとも３つの電極における２つの電極が入力電極として用いられ、当該入力電極は、前記振動部の捩り振動において、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記少なくとも３つの電極における１つの電極が出力電極として用いられ、当該出力電極は、前記振動部の捩り振動に伴い、前記振動部との間隔が変化する位置に配置されており、
前記入力電極に互いに位相が１８０度異なる交流信号をそれぞれ入力することにより、前記振動部が１次モードの捩り振動を生じて、前記出力電極から交流信号が出力されるよう構成された請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項３】
前記少なくとも３つの電極における２つの電極が出力電極として用いられ、当該出力電極は、前記振動部の捩り振動に伴い、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記少なくとも３つの電極における１つの電極が入力電極として用いられ、当該入力電極は、前記振動部の捩り振動において、前記振動部との間隔が変化する位置に配置されており、
前記入力電極に交流信号を入力することにより、前記振動部が１次モードの捩り振動を生じて、前記出力電極から互いに位相が１８０度異なる交流信号を出力するよう構成された請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項４】
前記入力電極が２つの電極により構成され、前記振動部の捩り振動において、前記入力電極における、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記出力電極が２つの電極により構成され、前記振動部の捩り振動に伴い、前記出力電極における、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記入力電極に互いに位相が１８０度異なる交流信号をそれぞれ入力することにより、前記振動部が１次モードの捩り振動を生じて、前記出力電極から互いに位相が１８０度異なる交流信号を出力するよう構成された請求項１に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項５】
前記入力電極における２つの電極は、前記振動部の外周面を構成する同じ側面に対向して配置された請求項２または４に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項６】
前記入力電極における２つの電極は、前記振動部の外周面を構成する異なる側面に対向して配置された請求項２または４に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項７】
前記出力電極における２つの電極は、前記振動部の外周面を構成する同じ側面に対向して配置された請求項３または４に記載のＭＥＭＳ共振器。
【請求項８】
前記出力電極における２つの電極は、前記振動部の外周面を構成する異なる側面に対向して配置された請求項３または４に記載のＭＥＭＳ共振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器等においてタイミングデバイスとして用いられるＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System)共振器に関し、特に捩り振動を用いた捩り振動共振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、タイミングデバイスとして、図１７に示すように、共振器１３１から出力された信号をアンプ１３２で増幅し、その増幅された信号を共振器１３１に帰還させる発振器１３３が利用されている。図１７は従来の不平衡型の共振器１３１を利用した発振器１３３を示す回路図である。このような発振器１３３の代表例としては、水晶振動子を用いた水晶発振器がある。しかし、水晶発振器においては、サイズが大きくなることや集積化に不向きであるなどの問題を有している。水晶発振器に代わるタイミングデバイスとしては、半導体プロセスを用いて高精度、且つ微細に作成可能なシリコン型ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振器を用いたＭＥＭＳ発振器が知られている。ＭＥＭＳ共振器は、半導体プロセスにより作成された微細な振動子を、所定の周波数で共振させることにより、振動子と出力電極との間の静電容量を変化させて、この静電容量の変化を出力電極から電圧として出力するものである。
【０００３】
一般的に、共振器においては、ノイズを低減するために、差動動作が有効であることが知られている。差動動作を実現する従来技術としては、撓み振動を用いたＭＥＭＳ共振器が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に開示されたＭＥＭＳ共振器においては、撓み振動する振動子の位相、および２つの出力電極の配置を特定することにより、差動動作を実現している。
【０００４】
図１８は特許文献１に開示された従来のＭＥＭＳ共振器１００の概略構成を示す断面図である。図１８に示すように、ＭＥＭＳ共振器１００は、基板１０６上に形成された入力電極１０１と、不平衡入力信号を平衡出力信号で出力する出力電極（第１出力電極１０２、第２出力電極１０３）と、撓み振動を行う振動子１０４に接続された電極１０５とを備えている。振動子１０４は、入力電極１０１、第１出力電極１０２および第２出力電極１０３の各電極に対して隙間１０７を介して対向して配置されている。第１出力電極１０２は入力電極１０１の位相と１８０度位相の異なる位置に配置されており、第２出力電極１０３は入力電極１０１の位相と同じ位相の位置に配置されている。このように構成された撓み振動共振器であるＭＥＭＳ共振器１００は、第１出力電極１０２および第２出力電極１０３から平衡出力信号が出力されるよう構成されている。
【０００５】
さらに、従来のＭＥＭＳ共振器としては、エネルギー効率を向上させるため、振動エネルギーの散逸が少ない捩り振動を用いた捩り振動共振器が提案されている（特許文献２参照）。図１９は特許文献２に開示された従来の捩り振動共振器２００を示す斜視図である。特許文献２に開示された捩り振動共振器２００は、捩り振動を行う梁型振動子２０１と、梁型振動子２０１の側面に隙間を介して近接された電極２０２とを備えている。図２０は、図１９におけるXX−XX線により切断した場合の概略構成を示す概念図である。なお、図２０においては、電極２０２として、梁型振動子２０１の両側面に隙間を介して入力電極２０２ａと、出力電極２０２ｂとが設けられていることを示している。
図２０において、入力電極２０２ａに入力交流電圧ｖが印加されることにより、梁型振動子２０１に捩り振動が発生し、梁型振動子２０１と出力電極２０２ｂとの間の静電容量が変化することにより、出力電極２０２ｂから交流電流が出力される。
【０００６】
図２０に示す従来の捩り振動共振器において、入力電極２０２ａと梁型振動子２０１との間に、ＤＣ電圧Ｖｐと入力交流電圧ｖとを重畳させて印加すると、交流信号（ｖ）の周波数を有して梁型振動子２０１に印加される静電力Ｆは、下記式（１）により示される。
【０００７】
【数１】
2012109772.tif 000003
【０００８】
式（１）において、Ｃは入力電極２０２ａと梁型振動子２０１との間の静電容量であり、ｘは梁型振動子２０１の捩り振動に伴う入力電極２０２ａと梁型振動子２０１との間の隙間（距離）の変化量である。式（１）に示すように、ΔＣ／Δｘが最大となるように静電容量Ｃ、すなわち入力電極２０２ａと梁型振動子２０１との対向面積や隙間（距離）を決めることにより、静電力Ｆを最大にすることが可能である。また、捩り振動を行っている梁型振動子２０１により出力電極２０２ｂに発生する交流電流ｉは、下記式（２）となる。
【０００９】
【数２】
2012109772.tif 000004
【００１０】
式（２）に示すように、ΔＣ／Δｘが最大となるように静電容量Ｃ、すなわち出力電極２０２ｂと梁型振動子２０１との対向面積や隙間を決めることにより、発生する電流ｉを最大にすることが可能である。
【００１１】
また、捩り振動を用いた他のＭＥＭＳ共振器としては、不要な撓み振動を防止することを目的として構成された捩り振動共振器が提案されている（特許文献３参照）。図２１は特許文献３に開示された捩り振動共振器３００を示す斜視図である。図２１に示すように、捩り振動共振器３００は、振動体３０１の中心軸に対する対称位置にパドル状突起３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０３ｄが形成されている。また、各パドル状突起３０３ａ，３０３ｂ，３０３ｃ，３０３ｄに近接して、電極３０４ａ，３０４ｂ，３０４ｃ，３０４ｄが基板３０２上に設けられている。
【００１２】
上記のように構成された捩り振動共振器３００においては、振動体３０１の捩り振動に伴い、振動体３０１から距離が遠ざかる電極と、振動体３０１からの距離が近づく電極との電極対には、同一の交流信号で互いに極性の異なる直流バイアス電圧が印加される。この結果、捩り振動共振器３００においては、図２２に示すように、振動体３０１において、パドル状突起３０３ａ，３０３ｂの回転方向と、パドル状突起３０３ｃ，３０３ｄの回転方向が逆方向となり、振動体３０１の軸まわりに逆方向の回転モーメントを受けて、捩り振動が生起される。このように構成された特許文献３に開示された捩り振動共振器３００においては、振動体３０１における不要な撓み振動が防止される構造となり、捩り振動のみを励振させることが可能な構成となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−０９４５６８号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ２００６／０７５７１７号パンフレット
【特許文献３】国際公開第ＷＯ２００６／０１３７４１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前述の特許文献１に開示された従来のＭＥＭＳ共振器の構成において、差動動作を実現するためには、振動の腹が３つ以上である３次以上の振動モードを用いる必要がある。したがって、このような従来のＭＥＭＳ共振器において、所定の周波数で共振させて差動動作を行わせるためには、振動子が１次振動モードの場合に比べて、少なくとも３倍以上の長さが必要となり、ＭＥＭＳ共振器として大きな空間を占有するという問題がある。
【００１５】
また、特許文献２および特許文献３に開示された従来のＭＥＭＳ共振器は、いずれも単相信号により共振動作して、単相信号が出力される捩り振動共振器に関するものであり、差動動作を実現できる構成ではない。
【００１６】
本発明は、ＭＥＭＳ共振器において、差動動作を可能とする構成を有して、ノイズの低減を図ることができ、小型で高出力の捩り振動を用いたＭＥＭＳ共振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る第１の態様のＭＥＭＳ共振器は、両端が捩り振動の節となり、中央が捩り振動の腹となる振動部を有する振動子と、
前記振動部の外周面を構成する少なくとも２つの側面に対向し、前記振動部の中央に配置された少なくとも３つの電極と、を備え、
前記少なくとも３つの電極における２つの電極は、前記振動部の捩り振動において、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置され、
前記少なくとも３つの電極における１つの電極は、前記振動部の捩り振動に伴い、前記振動部との間隔が変化する位置に配置され、
前記少なくとも３つの電極における２つの電極に対して、互いに位相が１８０度異なる交流信号が入力または出力されるよう構成されている。このように構成された本発明に係る第１の態様のＭＥＭＳ共振器は、差動動作を可能とする構成を有しており、ノイズの低減を図ることができるとともに、小型で高出力の捩り振動を用いたＭＥＭＳ共振器を提供することができる。
【００１８】
本発明に係る第２の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第１の態様において、前記少なくとも３つの電極における２つの電極が入力電極として用いられ、当該入力電極は、前記振動部の捩り振動において、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記少なくとも３つの電極における１つの電極が出力電極として用いられ、当該出力電極は、前記振動部の捩り振動に伴い、前記振動部との間隔が変化する位置に配置されており、
前記入力電極に互いに位相が１８０度異なる交流信号をそれぞれ入力することにより、前記振動部が１次モードの捩り振動を生じて、前記出力電極から交流信号が出力されるよう構成してもよい。
【００１９】
本発明に係る第３の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第１の態様において、前記少なくとも３つの電極における２つの電極が出力電極として用いられ、当該出力電極は、前記振動部の捩り振動に伴い、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記少なくとも３つの電極における１つの電極が入力電極として用いられ、当該入力電極は、前記振動部の捩り振動において、前記振動部との間隔が変化する位置に配置されており、
前記入力電極に交流信号を入力することにより、前記振動部が１次モードの捩り振動を生じて、前記出力電極から互いに位相が１８０度異なる交流信号を出力するよう構成してもよい。
【００２０】
本発明に係る第４の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第１の態様において、前記入力電極が２つの電極により構成され、前記振動部の捩り振動において、前記入力電極における、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記出力電極が２つの電極により構成され、前記振動部の捩り振動に伴い、前記出力電極における、一方の電極と前記振動部との間隔が大きくなるとき、他方の電極と前記振動部との間隔が小さくなる位置に、それぞれ配置されており、
前記入力電極に互いに位相が１８０度異なる交流信号をそれぞれ入力することにより、前記振動部が１次モードの捩り振動を生じて、前記出力電極から互いに位相が１８０度異なる交流信号を出力するよう構成してもよい。
【００２１】
本発明に係る第５の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第２の態様または第４の態様において、前記入力電極における２つの電極を、前記振動部の外周面を構成する同じ側面に対向して配置してもよい。
【００２２】
本発明に係る第６の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第２の態様または第４の態様において、前記入力電極における２つの電極を、前記振動部の外周面を構成する異なる側面に対向して配置してもよい。
【００２３】
本発明に係る第７の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第３の態様または第４の態様において、前記出力電極における２つの電極を、前記振動部の外周面を構成する同じ側面に対向して配置してもよい。
【００２４】
本発明に係る第８の態様のＭＥＭＳ共振器は、前記の第３の態様または第４の態様において、前記出力電極における２つの電極を、前記振動部の外周面を構成する異なる側面に対向して配置してもよい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、差動動作を精度高く行うことが可能となるため、ノイズの低減を図ることができ、小型で高出力のＭＥＭＳ共振器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した斜視図
【図２】図１に示した第１の実施形態の捩り振動共振器の断面図
【図３】第１の実施形態の捩り振動共振器における振動子の振動変位を示す図
【図４】第１の実施形態の捩り振動共振器の等価回路図
【図５】第１の実施形態の捩り振動共振器における出力を示すグラフ
【図６】第１の実施形態の捩り振動共振器の製造プロセスを示す図
【図７】第１の実施形態の捩り振動共振器を利用した発振器の回路図
【図８】第１の実施形態における他の構成の捩り振動共振器を示す斜視図
【図９】図８に示した第１の実施形態における他の構成の捩り振動共振器の断面図
【図１０】本発明に係る第２の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した斜視図
【図１１】図１０に示した第２の実施形態の捩り振動共振器の断面図
【図１２】第２の実施形態の捩り振動共振器の製造プロセスを示す図
【図１３】本発明に係る第３の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した斜視図
【図１４】図１３に示した第３の実施形態の捩り振動共振器の断面図
【図１５】第３の実施形態の捩り振動共振器を利用した発振器の回路図
【図１６】本発明に係る第４の実施形態の捩り振動共振器の断面図
【図１７】従来の不平衡型の共振器を利用した発振器の回路図
【図１８】従来の撓み振動共振器（特許文献１）の断面図
【図１９】従来の捩り振動共振器（特許文献２）の斜視図
【図２０】従来の捩り振動共振器（特許文献２）の概念構成を示す断面図
【図２１】従来の捩り振動共振器（特許文献３）の斜視図
【図２２】従来の捩り振動共振器（特許文献３）の振動変位を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明のＭＥＭＳ共振器に係る実施形態として捩り振動共振器について、添付の図面を参照しながら説明する。なお、本発明のＭＥＭＳ共振器は、以下の実施形態に記載した捩り振動共振器の構成に限定されるものではなく、以下の実施形態において説明する技術的思想と同等の技術的思想および当技術分野における技術常識に基づいて構成されるＭＥＭＳ共振器を含むものである。なお、本発明を説明する図面においては、ＭＥＭＳ共振器という微細機構の構成を示すため、厚み、寸法および形状などを誇張して示している。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る第１の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した斜視図である。図２は図１における捩り振動共振器のII−II線による断面図である。
【００２９】
図１に示すように、第１の実施形態の捩り振動共振器は、基板１上に、両端が基板１に固定された梁構造体を有する振動子５が形成されている。すなわち、振動子５の中央部分である振動部５ａは両持ち固定された吊設状態（梁構造状態）である。したがって、振動子５の振動部５ａは、基板１に対してギャップ（空隙）を有して配置されており、中空状態に設けられている。振動部５ａにおける長手方向（振動子５における振動の節（両端部分）を含む方向）と平行な中心軸に対して直交する振動部５ａの断面形状は、矩形状であり、第１の実施形態においては四角形である。第１の実施の形態においては、振動部５ａの外面を構成する４面のうち、基板１と対向する面を下面５１とし、該下面の反対面であり該下面に平行な面を上面５２として説明する。なお、第１の実施形態において、断面が四角形の振動部５ａの外面を構成する４面を側面とし、基板１と対向する面（下面：５１）、および該下面５１の反対面であり該下面５１に平行な面（上面：５２）を含むものとする。
【００３０】
図２に示すように、振動部５ａの下面５１に対して、所定のギャップを介して対向するように第１の電極２の端部２ａおよび第２の電極３の端部３ａがそれぞれ配設されている。また、振動部５ａの上面５２に対して、所定のギャップを介して対向するように第３の電極６の端部６ａおよび第４の電極７の端部７ａがそれぞれ配設されている。第１の電極２および第３の電極６の間、並びに第２の電極３および第４の電極７の間はそれぞれが電気的に導通しないように絶縁層４を挟んで設けられている。
【００３１】
また、基板１上に配設された第１の電極２の端部２ａおよび第２の電極３の端部３ａの互いに対向する縁部分は、振動部５ａの長手方向の中心軸Ｐに沿って平行に配置されており、所定の空隙を有して対向している。同様に、第３の電極６および第４の電極７の互いに対向する縁部分は、振動部５ａの長手方向の中心軸Ｐに沿って配置されており、所定の空隙を有して対向している。したがって、第１の電極２および第２の電極３、並びに第３の電極６および第４の電極７は、振動部５ａの長手方向の中心軸Ｐに平行に配置されており、少なくとも振動部５ａの長手方向における中間部分（振動の腹部分）に配置されている。
【００３２】
第１の実施形態の捩り振動共振器においては、振動部５ａのそれぞれの側面（下面５１，上面５２）において、中心軸Ｐから各側面に垂らした垂線により分割された２つの領域における一方の領域に対して一方の電極を対向させ、他方の領域に対して他方の電極を対向させるよう構成されている。
【００３３】
第１の実施形態に係る捩り振動共振器においては、第１の電極２と第２の電極３には、１８０度位相の異なる交流信号が入力され、更に振動子５にはバイアス電圧が印加される。このように、第１の電極２と第２の電極３に交流信号が入力されることにより、例えば図２において実線の矢印または破線の矢印で示すように、振動部５ａには逆方向の静電力が生起される。すなわち、振動部５ａの下面５１において、例えば一方では電極から遠ざかる方向に、他方では電極に近づく方向に中心軸Ｐを中心として回転モーメントが発生する。このように、第１の電極２と第２の電極３に交流信号が入力されるため、振動部５ａには実線の矢印の方向または破線の矢印の方向に回転モーメントが発生する。
【００３４】
上記のように、第１の実施形態に係る捩り振動共振器においては、交流信号が入力されるため、逆方向の静電力を維持しながら、振動子５には梁構造体の中心軸Ｐを中心とした回転モーメントが生起される。このように生起された回転モーメントにより振動部５ａが回転したとき、例えば第３の電極６に振動部５ａの上面５２の一方が近づくとき、第４の電極７から振動部５ａの上面５２の他方が遠ざかるように、第３の電極６および第４の電極７が分離されているため、第３の電極６および第４の電極７からは１８０度位相の異なる差動信号が出力される。
【００３５】
第１の実施形態に係る捩り振動共振器においては、第１の電極２、第２の電極３、第３の電極６、および第４の電極７が、梁構造体における振動部５ａの長手方向の中心軸Ｐに沿って配置され、一様に対向するよう配置されている。すなわち、各電極２，３，６，７が振動部５ａの長手方向の中心軸Ｐに沿って分離されていない一体構造であり、梁構造体の振動部５ａの中間部分（振動の腹部分）の位置に各電極２，３，６，７が配置されている。このような構造を有しているため、第１の実施形態に係る捩り振動共振器において、振動子５は両端部分が振動の節となり中央部分が腹となる１次捩り振動モードで励振する。図３は振動子５が１次捩り振動モードで励振する状態を模式的に示した図である。図３に示すように、振動子５は、その両端部分が固定端（振動の節）であり、中心が最大変位（振動の腹）となる１次捩り振動モードで励振する。
【００３６】
図４は本発明に係る第１の実施形態の捩り振動共振器の等価回路を示している。一般的に、捩り振動共振器は入出力に対して直列のＬ，Ｃ，Ｒと電気−機械変換のトランスによって表現される。第１の実施形態においては、更に入力段と出力段に電極が追加されているため、トランスを一対追加しており、更に差動入力を表現するために入力段にトランスを追加している。
【００３７】
図５における（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、図４の等価回路を使用して数値計算した結果を示すグラフである。図５の（ａ）および（ｂ）において、横軸が周波数［MHz]を示し、縦軸が出力信号の振幅[dB]を示している。図５の（ａ）は第３の電極６からの出力信号を示し、図５の（ｂ）は第４の電極７からの出力信号を示している。図５の（ａ）と図５の（ｂ）から第３の電極６と第４の電極７から出力される信号は、それぞれ同じ周波数で共振していることが理解できる。
【００３８】
また、図５の（ｃ）において、横軸が周波数［MHz]を示し、縦軸が位相差を示し、第３の電極６と第４の電極７から出力される信号の位相差をプロットしている。図５の（ｃ）から理解できるように、第３の電極６および第４の電極７からの出力信号により１８０度位相差の差動出力信号が得られる。
【００３９】
第１の実施形態の捩り振動共振器において、図２に示したように、振動部５ａに対する第１の電極２と第２の電極３の配設状態は、振動部５ａの中心軸Ｐ、すなわち回転モーメントの中心（Ｐ）から振動部５ａの下面５１に対して垂線を垂らし、その垂線の延長線の位置で分離して左右対称の位置に配置することが好ましい。また、第１の電極２および第２の電極３は、振動部５ａに対してより近接した位置に配置することにより、各電極２，３と振動子５との間のΔＣ／Δｘが大きくなり、振動子５が回転するために作用する静電力も大きくなる。
【００４０】
前述の図２０に示した従来の捩り振動共振器の構造においては、梁型振動子の側面の略半分（１／２）に対向して入力電極を設けることが静電力を最大化する最適値であった。一方、第１の実施形態の捩り振動共振器においては、入力電極である第１の電極２と第２の電極３における振動部５ａとの対向面積の和を、振動部５ａ下面５１の面積の１／２よりも大きく設定することが可能である。したがって、第１の実施形態の捩り振動共振器は、図２０に示した従来の捩り振動共振器に比べて、同じ駆動電圧、同じギャップであっても、より大きな静電力を生起することができる構造である。
【００４１】
また、第１の実施形態の捩り振動共振器において、図２に示したように、振動部５ａに対する第３の電極６と第４の電極７の配設状態は、振動部５ａの中心軸Ｐ、すなわち回転モーメントの中心（Ｐ）から、振動部５ａの上面５２に対して垂線を垂らし、その垂線の延長線の位置で分離して左右対称の位置に配置することが好ましい。また、第３の電極６および第４の電極７は、振動部５ａに対してより近接した位置に配置することにより、各電極６，７と振動子５との間のΔＣ／Δｘが大きくなり、出力電流も大きくなる。
【００４２】
さらに、出力電極である第３の電極６と第４の電極７における振動部５ａとの対向面積の和を、振動部５ａの上面５２の面積の１／２よりも大きく設定することが可能である。したがって、第１の実施形態の捩り振動共振器は、図２０に示した従来の捩り振動共振器に比べて、大きな出力電流を得ることができ、より低い電圧で駆動しても、同じ静電力および同じ出力電流を得ることができる。このため、第１の実施形態の捩り振動共振器は、さらなる低電圧化を実現できる構成を有している。
【００４３】
また、第１の実施形態の捩り振動共振器においては、振動部５ａの下面５１における長手方向と平行な中心線で分離された左右領域に逆方向の静電力を作用させて、振動部５ａに回転モーメントを生起させている。このため、第１の実施形態の捩り振動共振器は、梁構造体の振動子５が異なる周波数で上下方向に振動する撓み振動などの不要な振動モードが生起されず、捩り振動モードだけ生起される梁構造体となる。
【００４４】
次に、本発明に係る第１の実施形態の捩り振動共振器の製造方法について説明する。
図６における（ａ）から（ｆ）は第１の実施形態の捩り振動共振器を製造するためのプロセスフローの一例を示す図である。
【００４５】
まず、図６の（ａ）に示すように、基板１上に第１の電極２および第２の電極３を形成する。各電極２，３は金属などの導電性膜で形成され、半導体プロセスの成膜、フォトリソ、エッチングなどの工程により形成される。
次に、図６の（ｂ）に示すように、第１の電極２および第２の電極３の上に犠牲層膜８、例えばシリコン酸化膜などが成膜される。
【００４６】
更に、図６の（ｃ）に示すように、振動子５となる材料、例えばポリシリコンなどが成膜加工される。
次に、図６の（ｄ）に示すように、振動子５の材料と犠牲層８の上に犠牲層９、例えば犠牲層８と同じ材料であるシリコン酸化膜などが成膜される。
【００４７】
更に、図６の（ｅ）に示すように、第３の電極６および第４の電極７が順次形成される。
最後に、図６の（ｆ）に示すように、選択的に一部の犠牲層８，９を除去し、基板１上に各電極２，３，６，７から所定のギャップを有した中空状態の梁構造体である振動子５が形成される。
上記の製造工程により、図１に示した梁構造体の捩り振動共振器が実現される。
【００４８】
上記のように製造され構成された第１の実施形態の捩り振動共振器は、差動入出力で構成される平衡型の捩り振動共振器である。図７は、第１の実施形態の平衡型の捩り振動共振器を用いた発振器３３の構成を示す回路図である。図７に示すように、第１の実施形態の捩り振動共振器３１から出力された信号を差動アンプ３２で増幅し、その増幅された信号を捩り共振器３１に帰還させるよう接続することにより、雑音影響を排除することができる発振器３３を構成することができる。
【００４９】
なお、図１に示した第１の実施形態の捩り振動共振器においては、第１の電極２と第２の電極３を差動入力とし、第３の電極６と第４の電極７を差動出力とした構成について説明したが、第３の電極６と第４の電極７を差動入力とし、第１の電極２と第２の電極３を差動出力としても前述の図１に示した第１の実施形態の捩り振動共振器と同様の効果が得られる。
【００５０】
また、第１の実施形態の捩り振動共振器の構成においては、振動子５の振動部５ａにおける異なる側面に対向した第１の電極２と第３の電極６を差動入力（若しくは差動出力）とし、第２の電極３と第４の電極７を差動出力（若しくは差動入力）として構成してもよい。このように構成した場合においても、図２に示すように、振動部５ａが捩れ振動しているとき、振動部５ａの第１の電極２に対向する側面（下面５１）が第１の電極２に近づくとき、第３の電極６に対向する側面（上面５２）が第３の電極６から遠ざかり、かつ第４の電極７に対向する側面（上面５２）が第４の電極７に近づくとき、第２の電極３に対向する側面（下面５１）が第２の電極３から遠ざかるため、差動入出力の構成となり、前述の図１に示した第１の実施形態の捩り振動共振器と同様の効果が得られる。
【００５１】
図８は、本発明に係る第１の実施形態における別の構成の捩り振動共振器を示す斜視図である。図９は図８におけるIX-IX線による断面図である。図８および図９に示す捩り振動共振器においては、梁構造体の振動子５に対する４つの電極１１，１２，１３，１４が、振動部５ａの側面に対向するよう配置されている。なお、ここで側面とは、断面が四角形の振動部５ａの外面を構成する４面のことであり、基板１と対向する面を下面５１とし、該下面５１の反対面であり該下面５１に平行な面を上面５２とするとともに、図９において左側の側面を第１の側面５３として、右側の側面を第２の側面５４として説明する。なお、第１の側面５３と第２の側面５４は互いに平行であり、下面５１および上面５２に対して垂直となっている。
【００５２】
図８および図９に示すように、この捩り振動共振器においては、振動部５ａの第１の側面５３に対向して、所定のギャップを介して第１の電極１１の端部１１ａと第２の電極１３の端部１３ａが配置されている。また、振動部５ａの第２の側面５４に対向して、所定のギャップを介して第３の電極１２の端部１２ａと第４の電極１４の端部１４ａが配置されている。このように構成された捩り振動共振器においても、前述の第１の実施形態の捩り振動共振器と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
図８および図９に示す捩り振動共振器においては、第１の電極１１および第２の電極１３、並びに第３の電極１２および第４の電極１４は、それぞれが絶縁体６０を狭持することにより電気的に絶縁されている。しかし、絶縁体６０は、誘電率を持つため、第１の電極１１および第２の電極１３の差動電極、並びに第３の電極１２および第４の電極１４の差動電極はそれぞれが容量結合である。このように構成された捩り振動共振器においては、差動信号が結合されて、雑音による影響が抑制された構成となる。
【００５４】
なお、第１の実施形態の捩り振動共振器においては、振動子５が梁構造体を有し、その振動部５ａの長手方向に直交する断面形状が四角形である場合について説明したが、本発明はこのような形状に限定されるものではなく、少なくとも２面の側面を備えた多角形形状であれば同様の効果を得ることが可能である。
【００５５】
上記のように、本発明に係る第１の実施形態のＭＥＭＳ共振器においては、梁構造体を構成する振動子（５）における振動部（５ａ）の第１面（５１）に所定のギャップ（間隔）を介して第１の電極対（２，３）を対向させており、また振動部（５ａ）の第２面（５２）に所定の間隔を介して第２の電極対（６，７）を対向させている。さらに、第１の電極対（２，３）および第２の電極対（６，７）はそれぞれ振動部（５ａ）の長手方向（捩り振動の節を含む方向）に平行な線において分離されている。
【００５６】
また、本発明に係る第１の実施形態のＭＥＭＳ共振器においては、第１の電極対（２，３）における第１電極（２）と第２電極（３）に逆符号となる差動信号を入力することにより、第１電極（２）と振動部（５ａ）との間、および第２電極（３）と振動部（５ａ）との間の静電力を逆方向に印加し、振動部の中心軸（Ｐ）を中心とした１次捩り振動となる回転モーメントを生起させている。この結果、第２の電極対（６，７）における第３電極（６）と第４電極（７）から第１の電極対（２，３）に入力された差動信号に対応した差動信号を確実に出力させることができる。
【００５７】
また、本発明に係る第１の実施形態のＭＥＭＳ共振器においては、第２の電極対（６，７）を入力電極とし、第１の電極対（２，３）を出力電極として構成し、第２の電極対（６，７）から入力された差動信号に対応した差動信号を第１の電極対（２，３）から確実に出力させることも可能である。
【００５８】
さらに、第１電極（２）と第３電極（６）の電極対から入力された差動信号に対応した差動信号を第２電極（３）と第４電極（７）の電極対から出力させること、若しくはその逆の第２電極（３）と第４電極（７）の電極対から入力された差動信号に対応した差動信号を第１電極（２）と第３電極（６）の電極対から出力させることも可能である。
【００５９】
また、本発明に係る第１の実施形態のＭＥＭＳ共振器においては、振動子（５）における振動部（５ａ）の外周面を構成する側面（平面）の１面に対して、引力を持つ静電力と反発力を持つ静電力の両方の力が回転モーメントの中心軸を挟んだ両側に生じるため、従来の構成より大きな静電力により振動子を駆動することができる構成となる。
【００６０】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明に係る第２の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した斜視図である。図１１は図１０における捩り振動共振器のXI−XI線による断面図である。なお、第２の実施形態において、前述の第１の実施形態と同様の機能、構成を有するものには同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００６１】
図１０に示すように、第２の実施形態の捩り振動共振器は、基板１上に、両端が基板１に固定された梁構造体を有する振動子１５が形成されている。したがって、この振動子１５の中央部分である振動部１５ａは、両持ち固定された吊設状態（梁構造状態）であり、基板１に対してギャップ（空隙）を有して配置されている。振動部１５ａにおける長手方向（振動部１５ａの固定端（捩り振動の節）を含む方向）と平行な中心軸Ｐに対して直交する振動部１５ａの断面形状は三角形であり、第２の実施形態における振動部１５ａは三角柱形状である。第２の実施形態においては、三角柱形状の振動部１５ａの外周面を構成する３つの側面のうち、基板１と対向して平行な面を下面６１とし、他の２面のうち、図１１における左側の側面を第１の面６２、右側の側面を第２の面６３として説明する。
【００６２】
図１１に示すように、第２の実施形態の捩り振動共振器においては、振動子１５の振動部１５ａの第１の面６２に対して、所定のギャップを介して対向するように第１の電極１７および第２の電極１８がそれぞれ形成されている。また、振動部１５ａの第２の面６３に対して、所定のギャップを介して対向するように第３の電極１９および第４の電極２０がそれぞれ形成されている。
【００６３】
第２の電極１８には引き出し電極２２が接続されており、この引き出し電極２２により第２の電極１８が引き出される構成である。また、第４の電極２０には引き出し電極２３が接続されており、この引き出し電極２３により第４の電極２０が引き出される構成である。第１の電極１７と第２の電極１８との間、および第１の電極１７と引き出し電極２２との間には、それぞれが電気的に導通しないように絶縁層２１が設けられている。同様に、第３の電極１９と第４の電極２０との間、第３の電極１９と引き出し電極２３との間には、それぞれが電気的に導通しないように絶縁層２１が設けられている。また、振動部１５ａの第１の面６２に対向する第１の電極１７と第２の電極１８は、振動部１５ａの長手方向に沿って平行に分離されている。同様に、第３の電極１９と第４の電極２０は、振動部１５ａの長手方向に沿って平行に分離されている。
【００６４】
第２の実施形態の捩り振動共振器においては、振動部１５ａのそれぞれの側面（第２の面６２，第３の面６３）において、中心軸Ｐから各側面に垂らした垂線により分割された２つの領域における一方の領域に対して一方の電極を対向させ、他方の領域に対して他方の電極を対向させるよう構成されている。
【００６５】
上記のように構成された第２の実施形態の捩り振動共振器において、第１の電極１７と第２の電極１８には１８０度位相の異なる交流信号が入力され、振動子１５にはバイアス電圧が印加される。この結果、振動部１５ａには、例えば図１１において実線の矢印または破線の矢印で示すように、逆方向の静電力が生起される。このように、第１の電極１７と第２の電極１８には交流信号が入力されるため、常に逆方向の静電力を維持しながら、梁構造体の振動部１５ａにおいては長手方向に平行な中心軸Ｐを中心とした回転モーメントが生起される。したがって、振動部１５ａの第２の面６３に対向する第３の電極１９と第４の電極２０においては、振動部１５ａの一方が第３の電極１９に近づくとき、振動部１５ａの他方が第４の電極２０から遠ざかることとなる。この結果、第３の電極１９と第４の電極２０からは１８０度位相の異なる差動信号が出力される。
【００６６】
第２の実施形態の捩り振動共振器においては、第１の電極１７、第２の電極１８、第３の電極１９、および第４の電極２０のそれぞれが、梁構造体の振動子１５における中空部分（捩り振動部分）である振動部１５ａの長手方向に沿って、その中央部分を含んで一様に対向するよう配設されている。すなわち、入力電極である第１の電極１７と第２の電極１８との間、および出力電極である第３の電極１９と第４の電極２０との間は、振動部１５ａの長手方向に直交する方向には分離されていない構造である。したがって、第２の実施形態の捩り振動共振器においては、前述の図３に示したように、振動部１５ａの両端のみが固定端となる振動の節となり、中心が最大変位となる振動の腹となる１次捩り振動モードで励振する。
【００６７】
本発明に係る第２の実施形態の捩り振動共振器の等価回路は、定数は異なるが、前述の図４に示した第１の実施形態の捩り振動共振器の等価回路と同じになる。出力信号の位相差は等価回路の定数の影響を受けないため、第３の電極１９と第４の電極２０（引き出し電極２３）から１８０度位相差を有する差動信号が出力されることになる。
【００６８】
また、第２の実施形態の捩り振動共振器においては、図１１に示すように、振動部１５ａに対する第１の電極１７と第２の電極１８の配設状態は、振動部１５ａの中心軸Ｐ、すなわち回転モーメントの中心（Ｐ）から第１の面６２に対して垂線を垂らし、その垂線の延長線の位置で分離して左右対称の位置に配置することが好ましい。
【００６９】
更に、第１の電極１７および第２の電極１８は、振動部１５ａに対してより近接した位置に配置することにより、各電極１７，１８と振動子１５との間のΔＣ／Δｘが大きくなり、振動子１５が回転するために作用する静電力も大きくなる。
第２の実施形態の捩り振動共振器においては、入力電極である第１の電極１７と第２の電極１８における振動部１５ａとの対向面積の和を、振動部１５ａの第１の面６２の面積の１／２よりも大きく設定することが可能である。したがって、第２の実施形態の捩り振動共振器は、前述の図２０に示した従来の捩り振動共振器に比べて、同じ駆動電圧、同じギャップであっても、より大きな静電力を生起することができる構造である。
【００７０】
また、第２の実施形態の捩り振動共振器において、図１１に示したように、振動部１５ａに対する第３の電極１９と第４の電極２０の配設状態は、振動部１５ａの中心軸Ｐ、すなわち回転モーメントの中心（Ｐ）から、振動部１５ａの第２の面６３に対して垂線を垂らし、その垂線の延長線の位置で分離して左右対称の位置に配置することが好ましい。また、第３の電極１９および第４の電極２０は、振動部１５ａに対してより近接した位置に配置することにより、各電極１９，２０と振動子１５との間のΔＣ／Δｘが大きくなり、出力電流も大きくなる。
【００７１】
さらに、出力電極である第３の電極１９と第４の電極２０における振動部１５ａとの対向面積の和を、振動部１５ａの第２の面６３の面積の１／２よりも大きく設定することが可能である。したがって、第２の実施形態の捩り振動共振器は、図２０に示した従来の捩り振動共振器に比べて、大きな出力電流を得ることができ、より低い電圧で駆動しても、同じ静電力および同じ出力電流を得ることができる。このため、第２の実施形態の捩り振動共振器は、低電圧化を実現できる構成を有している。
【００７２】
なお、図１１においては、第１の電極１７および第２の電極１８、ならびに第３の電極１９および第４の電極２０とのそれぞれの分離面が、鉛直方向に平行な面で構成された例を示しているが、これらの分離面は振動部１５ａにおける対向する各側面に対して直交する面でもよく、特に限定されるものではない。第１の電極１７および第２の電極１８、ならびに第３の電極１９および第４の電極２０とのそれぞれの分離面は、振動部１５ａにおける対向する各側面に対して、所定の位置で分離されていればよい。
【００７３】
また、第１の電極１７と振動部１５ａとの間の静電力の垂直成分と、第２の電極１８と振動部１５ａとの間の静電力の垂直成分は逆方向となるため、振動部１５ａが異なる周波数で垂直方向に振動する不要な撓み振動モードは励起されなくなる。
【００７４】
さらに、第１の電極１７と振動部１５ａとの間の静電力の水平成分と、第２の電極１８と振動部１５ａとの間の静電力の水平成分は逆方向となるため、振動部１５ａが異なる周波数で水平方向に振動する不要な撓み振動モードは励起されなくなる。
【００７５】
次に、本発明に係る第２の実施形態の捩り振動共振器の製造方法について説明する。
図１２における（ａ）から（ｆ）は第２の実施形態の捩り振動共振器を製造するためのプロセスフローの一例を示す図である。作製には、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板を利用している。ＳＯＩ基板とは後に犠牲層となる酸化シリコン膜のＢＯＸ層（Buried Oxide）１６を介して、シリコン基板１上に単結晶シリコン層のデバイス形成層とを形成することによって構成された基板である。
【００７６】
図１２の（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板のデバイス形成層を異方性エッチングし、三角断面の梁状体（三角断面梁）１５を形成する。
【００７７】
次に、図１２の（ｂ）に示すように、ギャップ形成用として犠牲層２１、例えばシリコン酸化膜などを成膜する。
【００７８】
更に、図１２の（ｃ）に示すように、第１の電極１７、第２の電極１８、第３の電極１９、および第４の電極２０を形成する。各電極１７，１８，１９，２０は金属などの導電性膜で形成され、半導体プロセスの成膜、フォトリソ、エッチングなどの工程により形成される。
【００７９】
次に、図１２の（ｄ）に示すように、電極上に犠牲層２４、例えば犠牲層２１と同じシリコン酸化膜などを成膜し、第２の電極１８と第４の電極２０上にコンタクトホール２４ａを形成する。
【００８０】
更に、図１２の（ｅ）に示すように、引き出し電極２２，２３が形成され、コンタクトホール２４ａを介してそれぞれ第２の電極１８と第４の電極２０に接続される。
最後に、図１２の（ｆ）に示すように、選択的に一部の犠牲層１６，２１，２４を除去して、基板１からギャップを介して中空状態となる梁構造体の振動子１５が形成される。
上記の製造工程により、図１１に示した梁構造体の第２の実施形態の捩り振動共振器が実現される。
【００８１】
上記のように製造され構成された第２の実施形態の捩り振動共振器は、差動入出力で構成される平衡型の捩り振動共振器であり、前述の第１の実施形態の捩り振動共振器と同じである。したがって、図７に示したように、第２の実施形態の捩り振動共振器３１から出力された信号を差動アンプ３２で増幅し、その増幅された信号を捩り共振器３１に帰還させるよう接続することにより、雑音影響を排除することができる発振器３３を構成することができる。
【００８２】
なお、第２の実施形態の捩り振動共振器において、第１の電極１７と第２の電極１８を差動入力とし、第３の電極１９と第４の電極２０を差動出力とした構成について説明したが、第３の電極１９と第４の電極２０を差動入力とし、第１の電極１７と第２の電極１８を差動出力としても同様の効果が得られる。
【００８３】
また、第２の実施形態の捩り振動共振器の構成において、振動子１５の振動部１５ａにおける異なる側面に対向した第１の電極１７と第３の電極１９を差動入力（若しくは差動出力）とし、第２の電極１８と第４の電極２０を差動出力（若しくは差動入力）として構成してもよい。このように構成した場合においても、図１１に示すように、振動子１５が捩れ振動しているとき、振動部１５ａの第１の面６２が第１の電極１７に近づくとき、振動部１５ａの第２の面６３が第３の電極１９から遠ざかり、かつ振動部１５ａの第２の面６３が第４の電極２０に近づくとき、振動部１５ａの第１の面６２が第２の電極１８から遠ざかる。したがって、このように構成された捩り振動共振器は、差動入出力の構成となり、前述の図１０に示した第２の実施形態の捩り振動共振器と同様の効果が得られる。
【００８４】
なお、第２の実施形態の捩り振動共振器においては、梁構造体の振動子１５の振動部１５ａの断面形状としては三角形だけでなく、少なくとも２面を備えた多角形断面形状であれば同様の効果を得ることが可能である。
【００８５】
（第３の実施形態）
図１３は、本発明に係る第３の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した斜視図である。図１４は図１３における捩り振動共振器のXIV-XIV線による断面図である。なお、第３の実施形態において、前述の第１の実施形態と同様の機能、構成を有するものには同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００８６】
図１３に示すように、第３の実施形態の捩り振動共振器は、図１に示した第１の実施形態の捩り振動共振器の構成において、第３の電極６を取り除いた構造を有している。第３の実施形態の捩り振動共振器においては、第１の電極２と第２の電極３に差動信号を入力し、第４の電極７から単相信号を出力する構成である。また逆に、第４の電極７から単相信号を入力し、第１の電極２と第２の電極３から差動信号を出力することも可能である。このように構成された第３の実施形態の捩り振動共振器においては、平衡−不平衡型の振動共振器を実現することができる。
【００８７】
第３の実施形態の捩り振動共振器の構成においては、図１５に示すように、差動アンプ３２からの帰還信号が単相信号であった場合でも、平衡−不平衡変換を実現する第３の実施形態の捩り振動共振器３４を接続することにより、発振器３３を構成することができる。図１５は、第３の実施形態の平衡−不平衡変換型の捩り振動共振器３４を用いた発振器３３の構成を示す回路図である。
【００８８】
なお、第３の実施形態の捩り振動共振器においては、振動子５の振動部５ａの下面５１に対向する第１の電極２と第２の電極３を差動入力とし、第４の電極７から単相信号を出力する構成について説明したが、振動部５ａの異なる側面に対向する第２の電極３と第４の電極７を差動入力とし、第１の電極２から単相信号を出力する構成としても同様の効果が得られる。
【００８９】
なお、第３の実施形態の捩り振動共振器において、第１の実施形態の捩り振動共振器の構成から取り除く電極としては、第３の電極６に限定されるものではなく、第１の電極２、第２の電極３、第３の電極６、第４の電極７のいずれの電極であっても構わない。
【００９０】
また、前述の図１０および図１１に示した第２の実施形態の捩り振動共振器においても、第１の電極１７、第２の電極１８、第３の電極１９、および第４の電極２０のいずれかの電極を取り除くことにより、不平衡−平衡変換型の捩り振動共振器を実現することができる。
【００９１】
（第４の実施形態）
図１６は、本発明に係る第４の実施形態の捩り振動共振器における振動子の構造を示した断面図である。なお、第４の実施形態において、前述の第１の実施形態と同様の機能、構成を有するものには同じ符号を付して、それらの説明は省略する。
【００９２】
図１６に示すように、第４の実施形態の捩り振動共振器は、基板１上に、両端が基板１に固定された梁構造体を有する振動子４５が形成されている。したがって、この振動子４５の中央部分である振動部４５ａは、基板１に対してギャップ（空隙）を有して配置されており、中空状態に設けられている。振動部４５ａにおける長手方向（振動部４５ａの両端の固定端（捩り振動の節）を含む方向）と平行な中心軸Ｐに対して直交する振動部４５ａの断面形状は四角形であり、第４の実施形態における振動部４５ａは四角柱形状である。第４の実施形態においては、四角柱形状の振動部４５ａの外周面を構成する４面のうち、基板１と対向して平行な面を下面（第１の面）７１とし、他の３面のうち、図１６における右側の側面を右面（第２の面）７２とし、左側の側面を左面（第３の面）７３とし、下面５１と平行な上側の面を上面（第４の面）７４として説明する。
【００９３】
図１６に示すように、第４の実施形態の捩り振動共振器においては、振動子４５の振動部４５ａの下面（第１の面）７１に所定のギャップを介して対向する面４２ａを持つ第１の電極４２が配置されている。振動部４５ａの右面（第２の面）７２に所定のギャップを介して対向する面４３ａを持つ第２の電極４３が配置されている。振動部４５ａの左面（第３の面）７３に所定のギャップを介して対向する面４６ａを持つ第３の電極４６が配置され、振動部４５ａの上面（第４の面）７４に所定のギャップを介して対向する面４７ａを持つ第４の電極４７が配置されている。
【００９４】
第４の実施形態の捩り振動共振器において、第１の電極４２、第２の電極４３、第３の電極４６、および第４の電極４７のそれぞれが電気的に導通しないように、絶縁層４４または空間により電気的に絶縁されている。
【００９５】
上記のように構成された第４の実施形態の捩り振動共振器において、第１の電極４２と第３の電極４６には、１８０度位相の異なる交流信号が入力され、更に振動子４５にはバイアス電圧が印加される。この結果、振動子４５の振動部４５ａには、例えば図１６において実線の矢印または破線の矢印で示すように、振動部４５ａの第１面７１と第３面７３に対して逆方向の静電力が生起される。このように、第１の電極４２と第３の電極４３には交流信号が入力されるため、常に逆方向の静電力を維持しながら、梁構造体の振動部４５ａにおいては長手方向に平行な中心軸Ｐを中心とした回転モーメントが生起される。したがって、振動部４５ａの右面（第２の面）７２が第２の電極４３に近づくとき、振動部４５ａの上面（第４の面）７４が第４の電極４７から遠ざかることとなる。この結果、第２の電極４３と第４の電極４７からは１８０度位相の異なる差動信号が出力される。
【００９６】
第４の実施形態の捩り振動共振器においては、第１の電極４２、第２の電極４３、第３の電極４６、および第４の電極４７のそれぞれが、梁構造体の振動子４５における中空部分（捩り振動部分）である振動部４５ａの長手方向に沿って、その中央部分（捩り振動の腹部分）を含んで一様に対向するよう配設されている。すなわち、入力電極である第１の電極４２と第２の電極４３との間、および出力電極である第３の電極４６と第４の電極４７との間は、振動部４５ａの長手方向に直交する方向には分離されていない構造である。したがって、第４の実施形態の捩り振動共振器においては、前述の図３に示したように、振動部４５ａの両端のみが固定端となる振動の節となり、中心が最大変位となる振動の腹となる１次捩り振動モードで励振する。
【００９７】
本発明に係る第４の実施形態の捩り振動共振器の等価回路は、定数は異なるが、前述の図４に示した第１の実施形態の捩り振動共振器の等価回路と同じになる。出力信号の位相差は等価回路の定数の影響を受けないため、第２の電極４３と第４の電極４７から１８０度位相差の差動出力信号が得られることになる。
【００９８】
第４の実施形態の捩り振動共振器は、振動子４５のそれぞれの側面７１，７２，７３，７４において、中心軸Ｐから各側面に垂らした垂線により分割された２つの領域における一方の領域に対してのみ、一つの電極を対向させるよう構成されている。このため、各電極４２，４３，４６，４７は振動子４５の各側面７１，７２，７３，７４の面積の最大１／２まで対向させることが可能である。もし、２つ以上の電極を１つの側面に対向して配設する構成の場合、振動子の側面には２つ以上の電極を分離するための領域が必要となり、１つの側面に対する各電極の対向面積は少なくとも１／２よりも小さくなってしまう。しかしながら、本発明に係る第４の実施形態の捩り振動共振器の構成においては、各電極（４２，４３，４６，４７）が振動子（４５）の各側面（７１，７２，７３，７４）の面積の最大１／２まで対向させることが可能な構成となり、第４の実施形態の捩り振動共振器おける特有の効果を有する。
【００９９】
なお、第４の実施形態の捩り振動共振器においては、梁構造体の振動子４５の振動部４５ａの断面形状としては四角形だけでなく、少なくとも２面を備えた多角形断面形状であり、各電極が振動子４５の異なる側面に対向する構成であれば同様の効果が得られる。
【０１００】
また、第４の実施形態の捩り振動共振器においては、振動子４５の振動部４５ａにおける異なる側面に対向した第１の電極４２と第３の電極４６を差動入力とし、第２の電極４３と第４の電極４７を差動出力とした構成について説明したが、第２の電極４３と第４の電極４７を差動入力とし、第１の電極４２と第３の電極４６を差動出力として構成しても同様の効果が得られる。
【０１０１】
また、第４の実施形態の捩り振動共振器においては、第１の電極４２と第２の電極４３を差動入力（若しくは差動出力）とし、第３の電極４６と第４の電極４７を差動出力（若しくは差動入力）として構成してもよい。このように構成した場合においても、図１６に示すように、振動部４５ａの下面（第１の面）７１が第１の電極４２に近づくとき、振動部４５ａの右面（第２の面）７２が第２の電極４３からは遠ざかり、かつ振動部４５ａの上面（第４の面）７４が第４の電極４７に近づくとき、振動部４５ａの左面（第３の面）７３が第３の電極４６からは遠ざかる構成となる。このように構成された捩り振動共振器は、図１６に示した第４の実施形態の捩り振動共振器と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明の捩り振動共振器は、１次振動モードで平衡化を実現し、同時に静電力を大きくすることにより、小型、低電圧駆動、且つ不要な撓み振動モードの抑制を実現することができるため、発振器の構成要素としてだけではなく、フィルタ、発振器、センサ等のデバイス並びにそれらを用いた電子機器への広い適用展開が可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
１  基板
２，３，６，７，１１，１２，１３，１４，１７，１８，１９，２０  電極
４  絶縁層
５，１５，４５  振動子
５ａ，１５ａ，４５ａ  振動部
２２，２３  引き出し電極
３１，３４  捩り振動共振器
３２  差動アンプ
３３  発振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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