特許 7194362 共振装置及び共振装置製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-14

(45)【発行日】2022-12-22

(54)【発明の名称】共振装置及び共振装置製造方法

(51)【国際特許分類】

   H03H 9/24 20060101AFI20221215BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20221215BHJP

【ＦＩ】

H03H9/24 A

B81B3/00

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021514797

(86)(22)【出願日】2019-12-20

(86)【国際出願番号】 JP2019049978

(87)【国際公開番号】W WO2020213213

(87)【国際公開日】2020-10-22

【審査請求日】2021-09-22

(31)【優先権主張番号】P 2019079391

(32)【優先日】2019-04-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100126480

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 睦

(72)【発明者】

【氏名】後藤 雄一

【審査官】石田 昌敏

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３２９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１１４２３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－１５６５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１５９０１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－０９４７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１３５３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１４３６５１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｈ ９／００－ ９／７４

Ｂ８１Ｂ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

輪郭振動する振動部と、
前記振動部の少なくとも一部を囲むように形成される保持部と、
第１方向に沿って延在し、前記振動部と前記保持部とを接続する支持部と、を備え、
前記振動部は、前記支持部との間に連結部が形成されるように、前記第１方向に直交する第２方向に沿って延在する貫通孔を含み、
前記貫通孔における前記第２方向の長さは、前記連結部における第１方向の長さより大きく、
前記連結部における第１方向の長さに対する前記貫通孔における前記第２方向の長さの比率が、６．０以上８．３以下である、
共振子。

【請求項2】

前記振動部は、複数の振動領域であって、各振動領域が隣り合う他の振動領域に対して逆位相で振動する、複数の振動領域を含む、
請求項１に記載の共振子。

【請求項3】

前記振動部は、２以上の偶数の前記振動領域を含み、
前記支持部における前記第２方向の中心線は、該支持部が接続された前記振動領域における前記第２方向の中心線からずれている、
請求項２に記載の共振子。

【請求項4】

前記支持部が接続された前記振動領域は、前記貫通孔を含み、
前記支持部における前記第２方向の中心線は、該支持部が接続された前記振動領域の前記貫通孔における前記第２方向の中心線に一致している、
請求項２又は３に記載の共振子。

【請求項5】

前記支持部における前記第２方向の中心線は、該支持部が接続された前記振動領域における変位最小点に一致している、
請求項２から４のいずれか一項に記載の共振子。

【請求項6】

前記貫通孔は、前記第２方向に沿って配置された複数の孔を含む、
請求項１から５のいずれか一項に記載の共振子。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一項に記載の共振子と、
蓋体と、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、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）技術を用いて製造された共振装置が普及している。このデバイスは、例えば共振子を有する下側基板に、上側基板を接合して形成される。

【0003】

例えば、特許文献１には、複数の振動部が設けられており、かつ輪郭振動の高調波で振動する振動板と、振動板に、支持部の第１の端部が連結されており、支持部の第２の端部につなげられており、かつ振動板を囲むように枠状の基部が設けられており、屈曲振動部を設けるように、基部に、支持部が延びる方向と交叉する方向に延びるスリットが形成されており、屈曲振動部の両端が基部の残りの部分に連ねられており、連ねられている部分が屈曲振動部の固定端とされており、屈曲振動部の支持部の第２の端部に連結されている部分と、屈曲振動部の固定端までの長さが、振動板における固有振動の周波数に対応する該屈曲振動の波長をλとしたとき、λ／４とされている、振動装置が開示されている。この振動装置では、屈曲振動部を設けるように基部にスリットを形成することにより、振動板の振動を閉じ込め、振動特性を向上させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６／００６４３３号

【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、特許文献１のように、振動板を囲み、振動板を保持する基部（保持部）にスリット（孔）を形成する場合、スリット（孔）を形成しない場合と比較して、寸法がおおきくなってしまっていた。

【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、寸法の増大を抑制しつつ、共振子特性を向上させることのできる共振子及び共振装置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】

【0007】

本発明の一側面に係る共振子は、輪郭振動する振動部と、振動部の少なくとも一部を囲むように形成される保持部と、第１方向に沿って延在し、振動部と保持部とを接続する支持部と、を備え、振動部は、支持部との間に連結部が形成されるように、第１方向に直交する第２方向に沿って延在する貫通孔を含み、貫通孔における第２方向の長さは、連結部における第１方向の長さより大きい。

【0008】

本発明の他の一側面に係る共振装置は、前述した共振子と、蓋体と、を備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、寸法の増大を抑制しつつ、共振子特性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は、本発明の一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2】図２は、図１に示した共振子の構造を概略的に示す平面図である。

【図3】図３は、図２に示した共振子のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。

【図4】図４は、図３に示した貫通孔の周辺の構成を概略的に示す要部拡大平面図である。

【図5】図５は、ずれ量がゼロのときの貫通孔におけるＸ軸方向の長さと連結部２８におけるＹ軸方向の長さとの関係の一例を示すグラフである。

【図6】図６は、ずれ量が３μｍのときの貫通孔におけるＸ軸方向の長さと連結部におけるＹ軸方向の長さとの関係の一例を示すグラフである。

【図7】図７は、ずれ量が５μｍのときの貫通孔におけるＸ軸方向の長さと連結部におけるＹ軸方向の長さとの関係の一例を示すグラフである。

【図8】図８は、ずれ量が７．５μｍのときの貫通孔におけるＸ軸方向の長さと連結部におけるＹ軸方向の長さとの関係の一例を示すグラフである。

【図9】図９は、支持部におけるＸ軸方向の中心線と内側の振動領域におけるＸ軸方向の中心線とのずれ量とその向きとの関係の一例を示すグラフである。

【図10】図１０は、図４に示した貫通孔の周辺の構成の第１変形例を示す要部拡大平面図である。

【図11】図１１は、図４に示した貫通孔の周辺の構成の第２変形例を示す要部拡大平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本発明の技術的範囲を当該実施形態に限定して解するべきではない。

【0012】

＜実施形態＞
まず、図１を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振装置の概略構成について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る共振装置１０の構造を概略的に示す分解斜視図である。

【0013】

図１に示すように、共振装置１０は、例えば平たい直方体の輪郭形状を有している。共振装置１０は、下側基板１１と、上側基板１２と、下側基板１１及び上側基板１２の間に挟み込まれて保持される共振子１３と、を備える。なお、下側基板１１及び上側基板１２は、本発明の「蓋体」の一例に相当する。

【0014】

以下において、共振装置１０の各構成について説明する。なお、以下の説明では、共振装置１０のうち、上側基板１２が設けられている側を上（又は表）、下側基板１１が設けられている側を下（又は裏）、とする。

【0015】

共振子１３は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるＭＥＭＳ振動子である。共振子１３は、保持部１４と、振動部１５と、保持部１４と振動部１５とを互いに接続する２組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂと、を備えている。

【0016】

保持部１４は、振動部１５の少なくとも一部を囲むように形成されている。具体的には、保持部１４は、図１の直交座標系におけるＸＹ平面に沿って、例えば矩形の枠状に広がっている。保持部１４は、Ｘ軸に平行に延びる１組の長辺の枠体１４ａ、１４ａと、Ｙ軸に平行に延びてその両端で枠体１４ａ、１４ａの両端にそれぞれ接続される１組の短辺の枠体１４ｂ、１４ｂと、を備えている。

【0017】

振動部１５は、保持部１４の内側に配置されており、保持部１４と同様に、例えばＸＹ平面に沿って矩形に広がっている。振動部１５は、Ｘ軸方向に沿って互いに平行に延びる長尺の第１辺及び第２辺を有している。振動部１５の第１辺及び第２辺は、それぞれ枠体１４ａ、１４ａに略平行に延びている。

【0018】

１組の支持部１６ａ、１６ａ及び１組の支持部１６ｂ、１６ｂは、それぞれ、Ｙ軸に略平行な一直線上で延びて枠体１４ａ、１４ａと振動部１５とを互いに接続する。

【0019】

下側基板１１は、ＸＹ平面に沿って平板状に広がっている。下側基板１１の上面には、例えば平たい直方体形状の凹部１７が形成されている。凹部１７は、振動部１５の振動空間の一部を形成する。

【0020】

上側基板１２は、下側基板１１と同様に、ＸＹ平面に沿って平板状に広がっている。上側基板１２の下面には、例えば平たい直方体形状の凹部１８が形成されている。凹部１８は、振動部１５の振動空間の一部を形成する。この振動空間では、気密に封止されて真空状態が維持される。下側基板１１及び上側基板１２は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板を用いて形成されている。

【0021】

次に、図２から図４を参照しつつ、本発明の一実施形態に係る共振子の概略構成について説明する。図２は、図１に示した共振子１３の構造を概略的に示す平面図である。図３は、図２に示したＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面の構成を概略的に示す断面図である。図４は、図３に示した貫通孔２７の周辺の構成を概略的に示す要部拡大平面図である。

【0022】

図２に示すように、振動部１５は、所定の方向、つまり、Ｘ軸方向に配列される４つの振動領域１５ａ～１５ｄを備えている。各振動領域１５ａ～１５ｄは、図２では点線で仕切られている。本実施形態では、各振動領域１５ａ～１５ｄは、Ｘ軸方向においてそれぞれ同一の幅を有しており、かつ、Ｙ軸方向においてそれぞれ同一の長さを有している。すなわち、各振動領域１５ａ～１５ｄは、Ｘ軸方向に４等分された領域を規定している。

【0023】

前述したように、振動部１５は、２組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂによって保持部１４に支持されている。一方の１組の支持部１６ａ、１６ａが、外側の振動領域１５ａよりも内側の振動領域１５ｂと枠体１４ａ、１４ａとを互いに接続している。他方の１組の支持部１６ｂ、１６ｂが、外側の振動領域１５ｄよりも内側の振動領域１５ｃと枠体１４ａ、１４ａとを互いに接続している。

【0024】

図３に示すように、振動部１５は、シリコン（Ｓｉ）酸化膜２１と、シリコン（Ｓｉ）酸化膜２１上に積層された活性層、つまり、シリコン（Ｓｉ）層２２と、シリコン（Ｓｉ）層２２上に積層された圧電薄膜２３と、圧電薄膜２３の下面に形成された、例えば１つの下側電極膜２４と、圧電薄膜２３の上面に形成された複数の上側電極膜２５と、から形成されている。なお、シリコン（Ｓｉ）酸化膜２１は、圧電薄膜２３の上面及び下面の少なくとも一方に形成されてもよい。

【0025】

シリコン（Ｓｉ）酸化膜２１は、共振子１３の周波数温度特性を補正するための膜であり、例えばＳｉＯ_２を用いて形成される。シリコン（Ｓｉ）酸化膜２１は、シリコン（Ｓｉ）層２２の表面の酸化や、化学気相蒸着（ＣＶＤ:Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって、シリコン（Ｓｉ）層２２の表面に形成される。また、シリコン（Ｓｉ）酸化膜２１には、ＳｉＯ_２に代えて、Ｓｉ_ａＯ_ｂ層（ａ及びｂは正の整数）の適宜の組成を含む酸化ケイ素材料を用いてもよい。

【0026】

シリコン（Ｓｉ）層２２は、縮退状態であるｎ型のシリコン（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）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）等を含む。縮退したｎ型シリコン（Ｓｉ）の抵抗値は、例えば１６ｍΩ・ｃｍ未満であり、より好ましくは１．２ｍΩ・ｃｍ以下である。

【0027】

下側電極膜２４は、すべての振動領域１５ａ～１５ｄにまたがって形成されており、すべての振動領域１５ａ～１５ｄで共通の電極となっている。この下側電極膜２４は浮き電極として形成されている。上側電極膜２５は、各振動領域１５ａ～１５ｄに１つ形成されている。下側電極膜２４及び上側電極膜２５は、結晶構造が体心立法構造である金属が用いられている。具体的には、下側電極膜２４及び上側電極膜２５は、Ｍｏ（モリブデン）、タングステン（Ｗ）等を用いて形成される。なお、振動領域１５ａ～１５ｄに対して１つの下側電極膜２４に代えて、振動領域１５ａ～１５ｄのそれぞれに対して１つの下側電極膜２４が形成されてもよい。

【0028】

圧電薄膜２３は、印加された電圧を振動に変換する圧電体の薄膜である。圧電薄膜２３は、結晶構造がウルツ鉱型六方晶構造を持つ材質から形成されており、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化スカンジウムアルミニウム（ＳｃＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等の窒化物や酸化物を主成分とすることができる。なお、窒化スカンジウムアルミニウムは、窒化アルミニウムにおけるアルミニウムの一部がスカンジウムに置換されたものであり、スカンジウムの代わりにマグネシウム（Ｍｇ）及びニオブ（Ｎｂ）やマグネシウム（Ｍｇ）及びジルコニウム（Ｚｒ）等の２元素で置換されていてもよい。

【0029】

また、圧電薄膜２３は、シリコン（Ｓｉ）層２２に対してｃ軸、つまり、その厚さ方向（Ｚ軸方向）に沿って配向している。

【0030】

各上側電極膜２５には、隣り合う上側電極膜２５とは逆位相になるように、厚さ方向に交番電界が印加される。そのため、各振動領域１５ａ～１５ｄが機械的に結合し、それによって振動部１５は、全体として高調波で輪郭振動する。すなわち、振動部１５には、Ｘ軸方向において、振動部１５が伸びている状態と振動部１５が縮んでいる状態とを繰り返す幅拡がりモードの振動が生じる。

【0031】

なお、本明細書において、「輪郭振動」とは、拡がり振動、幅方向（Ｘ軸方向）の寸法が変化する幅拡がり振動、及び長さ方向（Ｙ軸方向）に伸縮する振動の総称として用いるものとする。

【0032】

図２に示すように、振動部１５は、４つの貫通孔２７を含んでいる。各貫通孔２７は、支持部１６ａ、１６ａ及び支持部１６ｂ、１６ｂに対応する位置に設けられている。換言すれば、支持部１６ａ、１６ａが接続された振動領域１５ｂ及び支持部１６ｂ、１６ｂが接続された振動領域１５ｃは、貫通孔２７を含んでいる。各貫通孔２７は、Ｚ軸方向に振動部１５を貫通しており、Ｘ軸方向に沿って延在している。また、各貫通孔２７は、例えばＸ軸方向に長尺で延びる矩形の輪郭を有している。

【0033】

図４に示すように、振動部１５において、貫通孔２７と支持部１６ａとの間には、連結部２８が形成される。連結部２８は、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に長尺で延びている。

【0034】

このように、振動部１５が、支持部１６ａ、１６ａ及び支持部１６ｂ、１６ｂとの間に連結部２８が形成されるように、Ｘ軸方向に沿って延在する貫通孔２７を含むことにより、貫通孔を保持部や、保持部と振動部との間に設ける場合と比較して、共振子１３の寸法を維持することが可能となる。従って、共振子１３の寸法の増大を抑制することができる。

【0035】

ここで、振動部１５の振動が連結部２８に伝達されると、振動は連結部２８において主にＹ軸方向における屈曲振動に変換される。図４に一点鎖線で示す連結部２８と振動部１５との間の界面が、当該屈曲振動の固定端になるため、連結部２８における屈曲振動は、この界面で反射して、振動を連結部２８に閉じ込める。その結果、振動部１５の振動が、支持部１６ａを通じて枠体１４ａに伝達することを効果的に抑制することができる。

【0036】

貫通孔２７は、平面視において、Ｘ軸方向の長さＳＬと、長さＳＬより小さいＹ軸方向の長さＳｗと、を有している（長さＳＬ＞長さＳｗ）。連結部２８は、Ｘ軸方向の長さが貫通孔２７おけるＸ軸方向の長さＳＬと略同一であり、Ｙ軸方向の長さＳｄを有している。貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬは、連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄより大きい。

【0037】

より詳細には、貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬは、連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄに対して十分に大きいことが好ましい。

【0038】

なお、図４に示した貫通孔２７以外の貫通孔についても、支持部１６ａ又は支持部１６ｂ、１６ｂとの間に連結部２８が形成されており、同様の構成であるため、図示及びその説明を省略する。

【0039】

ここで、図５を参照しつつ、振動部に含まれる貫通孔及び連結部の効果について説明する。なお、図５においては、後述するずれ量Ｓｐはゼロ（なし）として説明する。図５は、ずれ量Ｓｐがゼロのときの貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬと連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄとの関係の一例を示すグラフである。図５において、横軸は、連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄに対する貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬの比率ＳＬ／Ｓｄである。縦軸は、電気機械結合係数ｋ及びＱ値Ｑを用いて表され、共振子特性の指標となる値ｋ^２Ｑである。図５における各プロットの比率ＳＬ／Ｓｄは、小さい方から順に、５．０、６．７、８．３である。また、図５では、比較のために、貫通孔がない場合（孔無し）における値ｋ^２Ｑを破線及び白丸で示している。

【0040】

図５に示すように、貫通孔２７におけるＹ軸方向の長さＳｗを、２μｍから５μｍまで変化させた。その結果、共振子特性において、貫通孔におけるＹ軸方向の長さＳｗの影響は、少ないことが分かる。一方、５以上の比率ＳＬ／Ｓｄでは、貫通孔がない場合と比較して、値ｋ^２Ｑが大きくなっており、共振子特性を向上できることが分かる。

【0041】

このように、貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬが、連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄより大きいことにより、振動部１５が振動したときに連結部２８が変形しやすくなり、振動部１５の振動を閉じ込めることができる。従って、振動部１５から保持部１４への振動の伝達を抑制することができ、共振子１３の共振子特性を向上させることできる。

【0042】

図２に示すように、各組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂにおいて、Ｘ軸方向の中心線Ｌ１は、内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２から、各々外側に向かって互いに離れる方向にずれて配置されている。

【0043】

前述したように、振動領域１５ｂの両側には振動領域１５ａ、１５ｃが隣り合い、振動領域１５ｃの両側には振動領域１５ｂ、１５ｄが隣り合っている。本発明の発明者らは、内側の振動領域１５ｂ、１５ｃでは、それぞれ隣り合う両側の振動領域の変位の影響を受けることによって、振動領域１５ｂ、１５ｃの実際の変位最小点（歪み最大点）が、本来の変位最小点（歪み最大点）があるとされる振動領域１５ｂ、１５ｃのＸ軸方向の中心線Ｌ２上から、それぞれ振動部１５の内側及び外側に向かってずれることを見出した。

【0044】

よって、各組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂのそれぞれにおいて、Ｘ軸方向の中心線Ｌ１は、内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２から、各々内側もしくは外側に向かって互いにずれていることが好ましい。

【0045】

同様に、内側の振動領域１５ｂ、１５ｃの貫通孔２７におけるＸ軸方向の中心線は、振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２から、各々内側もしくは外側に向かって互いにずれていることが好ましい。この場合、各組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂのＸ軸方向の中心線Ｌ１は、内側の振動領域１５ｂ、１５ｃの貫通孔２７におけるＸ軸方向の中心線に一致する。

【0046】

その結果、各組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂのＸ軸方向の中心線Ｌ１が、振動部１５の内側もしくは外側、つまり、実際の変位最小点に向かってずらされて、実際の変位最小点に位置合わせされることが好ましい。これにより、支持部１６ａ、１６ｂによって支持されることによる振動領域１５ｂ、１５ｃの振動の損失を、最小限に抑えることができる。

【0047】

また、内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおいて、上側電極膜２５のＸ軸方向の中心線が振動部１５の内側もしくは外側、つまり、実際の変位最小点に向かってずらされて、上側電極膜２５が実際の歪み最大点を中心に形成されることが好ましい。これにより、振動部１５の振動効率を高めることができ、共振子１３の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0048】

ここで、図６から図８を参照しつつ、支持部におけるＸ軸方向の中心線が振動領域におけるＸ軸方向の中心線からずれている効果について説明する。なお、図６から図８においては、中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とのずれを図４に示すずれ量Ｓｐを用いて表す。図６は、ずれ量Ｓｐが３μｍのときの貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬと連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄとの関係の一例を示すグラフである。図７は、ずれ量Ｓｐが５μｍのときの貫通孔におけるＸ軸方向の長さＳＬと連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄとの関係の一例を示すグラフである。図８は、ずれ量Ｓｐが７．５μｍのときの貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬと連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄとの関係の一例を示すグラフである。図６から図８において、横軸は、連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄに対する貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬの比率ＳＬ／Ｓｄである。縦軸は、共振子特性の指標となる値ｋ^２Ｑである。なお、図６から図８における各プロットの比率ＳＬ／Ｓｄは、小さい方から順に、５．０、６．７、８．３である。また、図６から図８では、比較のために、貫通孔がない場合の値ｋ^２Ｑを破線及び白丸で示している。

【0049】

図６から図８に示すように、各貫通孔２７におけるＹ軸方向の長さＳｗを、２μｍから５μｍまで変化させた。その結果、共振子特性において、ずれ量Ｓｐが大きいほど共振子特性が向上する傾向であることが分かる。

【0050】

このように、支持部１６ａ、１６ｂにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ１が、支持部１６ａ、１６ｂが接続された内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２からずれていることにより、共振子１３の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0051】

また、支持部１６ａ、１６ｂにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ１が、支持部１６ａ、１６ｂが接続された内側の振動領域１５ｂ、１５ｃの貫通孔２７におけるＸ方向の中心線に一致していることにより、共振子１３の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0052】

また、図５と同様に、５以上の比率ＳＬ／Ｓｄでは、貫通孔がない場合と比較して、共振子特性を向上できることが分かる。特に、比率ＳＬ／Ｓｄが６以上であるときに、共振子特性の向上が顕著である。

【0053】

このように、連結部２８におけるＹ軸方向の長さＳｄに対する貫通孔２７におけるＸ軸方向の長さＳＬの比率ＳＬ／Ｓｄが６以上であることにより、共振子１３の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0054】

次に、図９を参照しつつ、支持部におけるＸ軸方向の中心線と振動領域におけるＸ軸方向の中心線とのずれの向きについて説明する。なお、図９においては、中心線Ｌ１が中心線Ｌ２から振動部１５の内側にずれている場合のずれ量Ｓｐを正の値、中心線Ｌ１が中心線Ｌ２から振動部１５の外側にずれている場合のずれ量Ｓｐを負の値とする。図９は、支持部１６ａ、１６ｂにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ１と内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２とのずれ量Ｓｐとその向きとの関係の一例を示すグラフである。図９において、横軸はずれ量Ｓｐであり、縦軸は共振子特性の指標となる値ｋ^２Ｑである。

【0055】

図９に示すように、ずれ量Ｓｐがゼロ、つまり、支持部１６ａ、１６ｂにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ１が内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２に一致しているときに、共振子特性が最も低下している。一方、ずれ量Ｓｐが正の値、つまり、支持部１６ａ、１６ｂにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ１が内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２から振動部１５の内側にずれているとき、並びに、ずれ量Ｓｐが負の値、つまり、支持部１６ａ、１６ｂにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ１が内側の振動領域１５ｂ、１５ｃにおけるＸ軸方向の中心線Ｌ２から振動部１５の外側にずれているときの両方において、共振子特性が向上している。よって、中心線Ｌ１と中心線Ｌ２とのずれの向きによらず、共振子特性が向上する傾向であることが分かる。

【0056】

本実施形態では、４つの振動領域１５ａ～１５ｄを含む振動部１５を、２組の支持部１６ａ、１６ａ及び１６ｂ、１６ｂによって支持する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、４つの振動領域１５ａ～１５ｄを含む振動部１５は、４組の支持部によって支持されてもよい。この場合、各組の支持部は、振動領域１５ａ～１５ｄのそれぞれを枠体１４ａ、１４ａに接続する。また、振動部１５の各振動領域１５ａ～１５ｄに、各組の支持部との間に連結部２８を形成するように、８つの貫通孔２７が設けられる。

【0057】

また、本実施形態では、振動部１５が４つの振動領域１５ａ～１５ｄを含む例を示したが、これに限定されるものではなない。例えば、振動部１５は、Ｘ軸方向に配列される５つの振動領域を含んでいてもよい。この場合、振動領域１５ｂと振動領域１５ｃとの間、つまり、振動部１５におけるＸ軸方向の中央に、振動領域が追加される。また、振動部１５は、１組の支持部１６ａ、１６ａによって支持され、当該支持部１６ａ、１６ａは、追加された中央の振動領域に接続する。また、当該振動領域に、１組の支持部１６ａ、１６ａとの間に連結部２８を形成するように、２つの貫通孔２７が設けられる。

【0058】

さらに、本実施形態では、各貫通孔２７が、１つの孔であり、平面視において矩形状の形状を有する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、各貫通孔２７は、矩形以外の形状であってもよいし、複数の孔で構成されていてもよい。

【0059】

（第１変形例）
図１０は、図４に示した貫通孔２７の周辺の構成の第１変形例を示す要部拡大平面図である。なお、第１変形例において、図４に示した貫通孔２７と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。

【0060】

図１０に示すように、貫通孔２７Ａは、平面視における形状が矩形状ではなく、Ｘ軸方向に長尺で延びる楕円形状である。貫通孔２７Ａと支持部１６ａとの間には、連結部２８Ａが形成される。連結部２８Ａは、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に長尺で延びている。連結部２８Ａと振動部１５との間の界面は、図１０において一点鎖線で示されている。

【0061】

（第２変形例）
図１１は、図４に示した貫通孔２７の周辺の構成の第２変形例を示す要部拡大平面図である。なお、第２変形例において、図４に示した貫通孔２７と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。また、同様の構成による同様の作用効果については、逐次言及しない。

【0062】

図１１に示すように、貫通孔２７Ｂは、１つの孔ではなく、複数の孔で構成されている。各孔は、Ｘ軸方向に沿って互いに離間して配置されている。

【0063】

貫通孔２７ＢにおけるＹ軸方向の長さＳｗは、各孔の直径と略同一であり、貫通孔２７ＢにおけるＸ軸方向の長さＳＬは、複数の孔におけるＸ軸方向の一端（左端）から他端（右端）までの距離である。貫通孔２７Ｂと支持部１６ａとの間には、連結部２８Ｂが形成される。連結部２８Ｂは、Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に長尺で延びている。連結部２８ＢおけるＹ軸方向の長さＳｄは、振動部１５の外周と当該外周に最も近い孔の一端（上端）との間の距離である。連結部２８Ｂと振動部１５との間の界面は、図１１において一点鎖線で示されている。

【0064】

以上、本発明の例示的な実施形態について説明した。本発明の一実施形態に係る共振子は、振動部は、支持部との間に連結部が形成されるように、Ｘ軸方向に沿って延在する貫通孔を含む。これにより、貫通孔を保持部や、保持部と振動部との間に設ける場合と比較して、共振子の寸法を維持することが可能となる。従って、共振子の寸法の増大を抑制することができる。また、貫通孔におけるＸ軸方向の長さは、連結部におけるＹ軸方向の長さより大きい。これにより、振動部が振動したときに連結部が変形しやすくなり、振動部の振動を閉じ込めることができる。従って、振動部から保持部への振動の伝達を抑制することができ、共振子の共振子特性を向上させることできる。

【0065】

また、前述した共振子において、連結部におけるＹ軸方向の長さに対する貫通孔におけるＸ軸方向の長さの比率は、６以上である。これにより、共振子の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0066】

また、前述した共振子において、振動部は、複数の振動領域であって、各振動領域が隣り合う他の振動領域に対して逆位相で振動する、複数の振動領域を含む。これにより、共振子特性が向上した、高調波で輪郭振動する共振子を容易に実現することができる。

【0067】

また、前述した共振子において、支持部におけるＸ軸方向の中心線は、当該支持部が接続された内側の振動領域におけるＸ軸方向の中心線からずれている。これにより、共振子１３の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0068】

また、前述した共振子において、支持部におけるＸ軸方向の中心線は、支持部が接続された内側の振動領域の貫通孔におけるＸ方向の中心線に一致している。これにより、共振子の共振子特性をさらに向上させることができる。

【0069】

また、前述した共振子において、支持部におけるＸ軸方向の中心線は、支持部が接続された振動領域における変位最小点に一致している。これにより、支持部によって支持されることによる振動領域の振動の損失を、最小限に抑えることができる。

【0070】

また、前述した共振子において、貫通孔は、Ｘ軸方向に沿って配置された複数の孔を含む。この場合であっても、貫通孔が１つの孔であるときと同様の効果を得ることができる。

【0071】

本発明の一実施形態に係る共振装置は、前述した共振子と、蓋体と、を備える。これにより、寸法の増大を抑制しつつ、共振子特性を向上させる共振装置を容易に実現することができる。

【0072】

なお、以上説明した実施形態は、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／改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。すなわち、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、実施形態が備える各要素及びその配置、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、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又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】

【0073】

１０…共振装置、１１…下側基板、１２…上側基板、１３…共振子、１４…保持部、１４ａ，１４ｂ…枠体、１５…振動部、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ…振動領域、１６ａ，１６ｂ…支持部、１７，１８…凹部、２１…シリコン（Ｓｉ）酸化膜、２２…シリコン（Ｓｉ）層、２３…圧電薄膜、２４…下側電極膜、２５…上側電極膜、２７，２７Ａ，２７Ｂ…貫通孔、２８，２８Ａ，２８Ｂ…連結部、ｋ…電気機械結合係数、Ｌ１，Ｌ２…中心線、Ｑ…Ｑ値、Ｓｄ…長さ、ＳＬ…長さ、Ｓｗ…長さ、Ｓｐ…ずれ量。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】