JP6582501B2 - 振動素子、振動子、電子機器および移動体 - Google Patents
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Description
本発明は、振動素子、振動子、電子機器および移動体に関するものである。
従来から、特許文献１のような振動素子が知られている。
先行文献１の振動素子では、水晶基板をフォトリソグラフィー技法とエッチング技法を用いてパターニングすることで振動素子の外形形状を得ている。具体的には、水晶基板の上面および下面に外形形状に対応したレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介して水晶基板を両面からウエットエッチングすることで、ジャイロ素子の外形形状が得られる。しかしながら、このような方法では、上下のマスクがずれる場合があり、このマスクずれに起因して振動腕の断面形状が設計形状からずれてしまうという問題がある。ちなみに、この問題は、装置の精度上避けることが困難である。
先行文献１の振動素子では、水晶基板をフォトリソグラフィー技法とエッチング技法を用いてパターニングすることで振動素子の外形形状を得ている。具体的には、水晶基板の上面および下面に外形形状に対応したレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介して水晶基板を両面からウエットエッチングすることで、ジャイロ素子の外形形状が得られる。しかしながら、このような方法では、上下のマスクがずれる場合があり、このマスクずれに起因して振動腕の断面形状が設計形状からずれてしまうという問題がある。ちなみに、この問題は、装置の精度上避けることが困難である。
マスクずれが生じた振動素子では、断面形状が歪なものとなり、面内振動に結合して面外にも振動してしまう。このような面外振動が生じると、振動漏れやノイズが生じ、振動特性が悪化する。
本発明の目的は、面外振動の結合を低減し、優れた振動特性を有する振動素子、振動子、電子機器および移動体を提供することにある。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本適用例の振動素子は、基部と、
前記基部に接続され、前記基部の面内方向に含まれる第１方向に屈曲振動する振動腕と、を備え、
前記振動腕は、第１主面と、前記第１主面に対して表裏の関係にある第２主面と、前記第１主面に開放する第１溝と、前記第２主面に開放する第２溝と、を有し、
前記第１主面は、前記第２主面に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記第１溝は、前記第２溝に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記第２主面の前記第１方向の中心に対する前記第１主面の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ１とし、
前記第２溝の開口の前記第１方向の中心に対する前記第１溝の開口の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足することを特徴とする。
本適用例の振動素子は、基部と、
前記基部に接続され、前記基部の面内方向に含まれる第１方向に屈曲振動する振動腕と、を備え、
前記振動腕は、第１主面と、前記第１主面に対して表裏の関係にある第２主面と、前記第１主面に開放する第１溝と、前記第２主面に開放する第２溝と、を有し、
前記第１主面は、前記第２主面に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記第１溝は、前記第２溝に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記第２主面の前記第１方向の中心に対する前記第１主面の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ１とし、
前記第２溝の開口の前記第１方向の中心に対する前記第１溝の開口の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足することを特徴とする。
これにより、面外振動の結合を低減し、優れた振動特性を有する振動素子を提供することができる。
［適用例２］
本適用例の振動素子では、前記第１溝は、開口が底面に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２溝は、底面が開口に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置されていることが好ましい。
これにより、面外振動の結合をより効果的に低減することができる。
本適用例の振動素子では、前記第１溝は、開口が底面に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２溝は、底面が開口に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置されていることが好ましい。
これにより、面外振動の結合をより効果的に低減することができる。
［適用例３］
本適用例の振動素子は、基部と、
前記基部に接続され、前記基部の面内方向に含まれる第１方向に屈曲振動する振動腕と、を備え、
前記振動腕は、第１主面と、前記第１主面に対して表裏の関係にある第２主面と、前記第１主面に開放する溝と、を有し、
前記第１主面は、前記第２主面に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記溝は、その開口が底面に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２主面の前記第１方向の中心に対する前記第１主面の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ１とし、
前記溝を深さ方向に仮想的に延長して前記第２主面と交差する領域を仮想開口とし、前記仮想開口の前記第１方向の中心に対する前記溝の開口の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足することを特徴とする。
これにより、面外振動の結合を低減し、優れた振動特性を有する振動素子を提供することができる。
本適用例の振動素子は、基部と、
前記基部に接続され、前記基部の面内方向に含まれる第１方向に屈曲振動する振動腕と、を備え、
前記振動腕は、第１主面と、前記第１主面に対して表裏の関係にある第２主面と、前記第１主面に開放する溝と、を有し、
前記第１主面は、前記第２主面に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記溝は、その開口が底面に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２主面の前記第１方向の中心に対する前記第１主面の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ１とし、
前記溝を深さ方向に仮想的に延長して前記第２主面と交差する領域を仮想開口とし、前記仮想開口の前記第１方向の中心に対する前記溝の開口の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足することを特徴とする。
これにより、面外振動の結合を低減し、優れた振動特性を有する振動素子を提供することができる。
［適用例４］
本適用例の振動素子では、Ｌ２／Ｌ１＞２なる関係を満足することが好ましい。
これにより、面外振動の結合をより効果的に低減することができる。
本適用例の振動素子では、Ｌ２／Ｌ１＞２なる関係を満足することが好ましい。
これにより、面外振動の結合をより効果的に低減することができる。
［適用例５］
本適用例の振動素子では、Ｌ２／Ｌ１＜４なる関係を満足することが好ましい。
これにより、面外振動の結合をより効果的に低減することができる。
本適用例の振動素子では、Ｌ２／Ｌ１＜４なる関係を満足することが好ましい。
これにより、面外振動の結合をより効果的に低減することができる。
［適用例６］
本適用例の振動素子では、角速度を検出する角速度検出素子であることが好ましい。
これにより、振動素子の利便性が高まる。
本適用例の振動素子では、角速度を検出する角速度検出素子であることが好ましい。
これにより、振動素子の利便性が高まる。
［適用例７］
本適用例の振動子は、上記適用例の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
本適用例の振動子は、上記適用例の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子が得られる。
［適用例８］
本適用例の電子機器は、上記適用例の振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
本適用例の電子機器は、上記適用例の振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。
［適用例９］
本適用例の移動体は、上記適用例の振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
本適用例の移動体は、上記適用例の振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。
以下、本発明の角速度検出素子の調整方法に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。図２は、（ａ）が図１中のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）が図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、（ａ）が駆動振動モードを示す模式図、（ｂ）が検出振動モードを示す模式図である。図４は、駆動腕の断面図である。図５は、ウエットエッチング技術を用いて水晶基板を得る方法を示す図である。図６は、ドライエッチング技術を用いて水晶基板を得る方法を示す図である。図７は、ずれ量とＺ軸方向への振動量との関係を示すグラフである。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。図２は、（ａ）が図１中のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）が図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、（ａ）が駆動振動モードを示す模式図、（ｂ）が検出振動モードを示す模式図である。図４は、駆動腕の断面図である。図５は、ウエットエッチング技術を用いて水晶基板を得る方法を示す図である。図６は、ドライエッチング技術を用いて水晶基板を得る方法を示す図である。図７は、ずれ量とＺ軸方向への振動量との関係を示すグラフである。
なお、以下では、図１に示すように、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸とする。また、説明の便宜上、＋Ｚ軸側を「上」とも言い、−Ｚ軸側を「下」とも言う。また、図２の断面図は、検出腕、駆動腕を模式的に示す断面図であり、実際の形状とは多少異なっている。
図１に示すジャイロ素子（角速度検出素子）１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することのできる振動素子である。このようなジャイロ素子１は、水晶基板２と、水晶基板２の表面に形成された各種電極３１、３２、３３、３４および各種端子５１、５２、５３、５４と、を有している。
なお、水晶基板２に替えて、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）等の各種圧電体材料からなる基板（圧電基板）を用いてもよい。ただし、水晶基板２を用いることで、他の圧電基板を用いたときと比較して、優れた周波数温度特性を有するジャイロ素子１が得られる。
図１に示すように、水晶基板２は、水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）およびＹ軸（機械軸）で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸（光軸）方向に厚みを有する板状をなしている。すなわち、水晶基板２は、Ｚカット水晶板で構成されている。なお、本実施形態では、Ｚ軸が水晶基板２の厚さ方向と一致しているが、これに限定されず、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、Ｚ軸を水晶基板２の厚さ方向に対して若干（例えば、±１５°未満程度）傾けてもよい。なお、水晶基板２の厚さは、特に限定されず、例えば、５０μｍ〜２５０μｍ程度とすることができる。
このような水晶基板２は、図１に示すように、略「Ｈ」型をなし、基部２１と、基部２１の−Ｙ軸側の端部から−Ｙ軸側へ延出する一対の駆動腕（振動腕）２２、２３と、基部２１の＋Ｙ軸側の端部から＋Ｙ軸側へ延出する一対の検出腕（振動腕）２４、２５と、を有している。
基部２１は、駆動腕２２、２３および検出腕２４、２５を支持する。また、基部２１は、ＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸方向に厚さを有する平板状をなしている。そして、基部２１においてジャイロ素子１が対象物（例えば、後述するパッケージ８のベース８１）に固定される。また、基部２１の下面には駆動信号端子５１、駆動接地端子５２、検出信号端子５３および検出接地端子５４が設けられている。
一対の駆動腕２２、２３は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、互いに基部２１から−Ｙ軸側へ延出している。また、図２（ａ）に示すように、駆動腕２２は、上面２２１に開口する溝２２８と下面２２２に開口する溝２２９とを有しており、略「Ｈ」型の横断面形状となっている。同様に、駆動腕２３は、上面２３１に開口する溝２３８と下面２３２に開口する溝２３９とを有しており、略「Ｈ」型の横断面形状となっている。このように、駆動腕２２、２３に溝２２８、２２９、２３８、２３９を設けることで、熱弾性損失が低減され、Ｑ値が高まり、より優れた振動特性を発揮することができる。
また、図２（ａ）に示すように、駆動腕２２、２３には、それぞれ、駆動信号電極３１および駆動接地電極３２が設けられている。駆動信号電極３１は、駆動腕２２の両主面（上面および下面）および駆動腕２３の両側面に配置され、駆動接地電極３２は、駆動腕２２の両側面および駆動腕２３の両主面（上面および下面）に配置されている。また、駆動信号電極３１は、図示しない配線を介して駆動信号端子５１に接続され、駆動接地電極３２は、図示しない配線を介して駆動接地端子５２に接続されている。
一対の検出腕２４、２５は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、互いに基部２１から＋Ｙ軸側へ延出している。また、図２（ｂ）に示すように、検出腕２４、２５の各主面（上面および下面）には、検出信号電極３３および検出接地電極３４がＸ軸方向に並んで設けられている。また、検出信号電極３３は、図示しない配線を介して検出信号端子５３に接続されており、検出接地電極３４は、図示しない配線を介して検出接地端子５４に接続されている。
このような構成のジャイロ素子１では、次のようにして角速度ωｙを検出する。
このような構成のジャイロ素子１では、次のようにして角速度ωｙを検出する。
駆動信号端子５１および駆動接地端子５２を介して、駆動信号電極３１および駆動接地電極３２の間に所定周波数の交番電圧を印加することで、駆動振動モードが励振され、図３（ａ）に示すように、駆動腕２２、２３がＸ軸方向（第１方向）に逆相で屈曲振動する。この状態で、ジャイロ素子１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、コリオリの力が働いて、図３（ｂ）に示すように、検出振動モードが新たに励振され、駆動腕２２、２３がＺ軸方向（第２の方向）に逆相で屈曲振動し、これに呼応して検出腕２４、２５もＺ軸方向に逆相で屈曲振動する。すると、この検出腕２４、２５の屈曲振動によって、検出信号電極３３および検出接地電極３４の間に電荷が発生じる。そして、この電荷を検出信号として検出信号端子５３および検出接地端子５４の間から取り出して、取り出した検出信号の大きさに基づいて角速度ωｙが求められる。
以上、ジャイロ素子１の基本的な構成について簡単に説明した。
以上、ジャイロ素子１の基本的な構成について簡単に説明した。
次に、駆動腕２２、２３の構成について詳細に説明する。
図４に示すように、駆動腕２２は、上面（第１主面）２２１と、上面２２１に対して表裏の関係にある下面（第２主面）２２２と、上面２２１に開放する溝（第１溝）２２８と、下面２２２に開放する溝（第２溝）２２９と、を有している。また、駆動腕２２は、上面２２１が下面２２２に対して＋Ｘ軸側（一方側）にずれて配置されており、略平行四辺形の横断面形状となっている。
図４に示すように、駆動腕２２は、上面（第１主面）２２１と、上面２２１に対して表裏の関係にある下面（第２主面）２２２と、上面２２１に開放する溝（第１溝）２２８と、下面２２２に開放する溝（第２溝）２２９と、を有している。また、駆動腕２２は、上面２２１が下面２２２に対して＋Ｘ軸側（一方側）にずれて配置されており、略平行四辺形の横断面形状となっている。
同様に、駆動腕２３は、上面（第１主面）２３１と、上面２３１に対して表裏の関係にある下面（第２主面）２３２と、上面２３１に開放する溝（第１溝）２３８と、下面２３２に開放する溝（第２溝）２３９と、を有している。また、駆動腕２３は、上面２３１が下面２３２に対して＋Ｘ軸側（一方側）にずれて配置されており、略平行四辺形の横断面形状となっている。
ここで、上面２２１、２３１が下面２２２、２３２に対して＋Ｘ軸方向にずれているのは、主に２通りの理由が考えられる。１つ目の理由は、設計段階から、上面２２１、２３１を下面２２２、２３２に対して＋Ｘ軸方向にずらして配置し、この設計通りに駆動腕２２、２３を形成した場合である。２つ目の理由は、上面２２１、２３１と下面２２２、２３２とがずれていない略矩形の横断面形状を有する水晶基板２を形成したつもりが、製造上の問題で上面２２１、２３１が下面２２２、２３２に対してずれてしまった場合である。
また、製造上の問題としては、主に２通りの問題が考えられる。１つ目の問題は、例えば、水晶基板２を水晶ウエハ２０からウエットエッチングで製造する場合の上下のマスクずれである。すなわち、本来であれば、図５（ａ）に示すように、上下のマスクＭ１、Ｍ２が一致して重なるように形成されなければいけないところ、マスクＭ１、Ｍ２の製造精度の限界等から、図５（ｂ）に示すように、Ｘ軸方向にずれて形成されてしまうことがある。このようにずれたマスクＭ１、Ｍ２を介して水晶ウエハ２０をウエットエッチングすると、図５（ｃ）に示すように、略平行四辺形に歪んだ形状の駆動腕２２、２３となってしまう。２つ目の問題は、例えば、水晶基板２を水晶ウエハ２０からドライエッチングで製造する場合の水晶ウエハ上の位置にある。すなわち、ドライエッチングの装置によっては、図６（ａ）に示すように、イオンプラズマが放射状に加速されて水晶ウエハ２０に衝突する。そのため、水晶ウエハ２０の中央部２０１では、図６（ｂ）に示すように、略矩形の断面形状の駆動腕２２、２３となるが、外周部２０２では、図６（ｃ）に示すように、略平行四辺形に歪んだ形状の駆動腕２２、２３となる。
このような原因によって駆動腕２２、２３が平行四辺形状に歪んでしまうと、ジャイロ素子１を駆動振動モードで駆動させた際に、駆動腕２２、２３のＸ軸方向の振動にＺ軸方向の振動が結合してしまう。すると、この駆動腕２２、２３のＺ軸方向の振動に呼応して、検出腕２４、２５がＺ軸方向に振動してしまう。すなわち、角速度ωｙが加わっていないにも関わらず検出腕２４、２５から検出信号（電荷）が生じてしまい、角速度ωｙの誤検出や、角速度ωｙの検出精度の低下が生じてしまう。
そこで、ジャイロ素子１では、駆動振動モードで駆動する際に、駆動腕２２、２３がＺ軸方向に振動しないように（Ｚ軸方向の振動が低減されるように）、駆動腕２２内の溝２２８、２２９の位置および駆動腕２３内での溝２３８、２３９の位置を工夫している。以下、このことについて詳細に説明するが、駆動腕２２、２３で同様の構成であるため、以下では、駆動腕２２について代表して説明し、駆動腕２３については、その説明を省略する。
図４に示すように、駆動腕２２では、上面２２１に開放する溝２２８が下面２２２に開放する溝２２９に対して＋Ｘ軸側（一方側。上面２２１と同じ側）にずれて配置されている。そして、下面２２２の幅中心（Ｘ軸方向の中心。幅を二等分する点）Ｏ１２に対する上面２２１の幅中心Ｏ１１の＋Ｘ軸側へのずれ量をＬ１とし、溝２２９の幅中心Ｏ２２に対する溝２２８の幅中心Ｏ２１の＋Ｘ軸側へのずれ量をＬ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足している。ここで、図７は、ずれ量Ｌ１、Ｌ２とＺ軸方向への振動量（振幅）との関係を示すグラフである。このグラフから分かるように、ずれ量Ｌ１が大きくなる程、Ｚ軸方向ヘの振動量が大きくなり、反対に、ずれ量Ｌ２が大きくなる程、Ｚ軸方向への振動量が小さくなる。そのため、Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足することで、駆動腕２２のＺ軸方向の振動量を低減することができる。
なお、ずれ量Ｌ１、Ｌ２の関係は、上述のようにＬ２／Ｌ１＞０なる関係を満足していれば、特に限定されないが、さらに、Ｌ２／Ｌ１＞２なる関係を満足することが好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となる。この場合、溝２２８は、その幅中心Ｏ２１が上面２２１の幅中心Ｏ１１よりも＋Ｘ軸側に位置するように偏って配置され、溝２２９は、その幅中心Ｏ２２が下面２２２の幅中心Ｏ１２よりも−Ｘ軸側に位置するように偏って配置されることになる。また、Ｌ２／Ｌ１の上限としては、特に限定されないが、例えば、Ｌ２／Ｌ１＜４なる関係を満足することが好ましい。このような範囲が現実的な上限であり、例えば、溝２２８の＋Ｘ軸側の壁部２２３の厚み、および、溝２２９の−Ｘ軸側の壁部２２４の厚みを十分に確保することができる。そのため、駆動腕２２の機械的強度を保ちつつ、上述した効果を発揮することができる。
＜第２実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る振動素子が有する駆動腕の断面図である。
次に、本発明の振動素子の第２実施形態について説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る振動素子が有する駆動腕の断面図である。
以下、第２実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第２実施形態に係る振動素子は、溝の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。また、本実施形態では、駆動腕２２、２３が同様の構成であるため、駆動腕２２について代表して説明し、駆動腕２３については、その説明を省略する。
本実施形態の駆動腕２２では、図８に示すように、溝２２８、２２９がそれぞれ駆動腕２２の傾きに倣うようにして傾斜している。すなわち、溝２２８は、その開口２２８ａが底面２２８ｂに対して＋Ｘ軸側にずれるようにＺ軸に対して傾斜して配置されており、溝２２９は、その底面２２９ｂが開口２２９ａに対して＋Ｘ軸側にずれるようにＺ軸に対して傾斜して配置されている。このように、溝２２８、２２９を傾斜して設けることで、より効果的に、駆動腕２２のＺ軸方向の振動量を低減することができる。
なお、開口２２８ａ（２２９ａ）の幅中心と、底面２２８ｂ（２２９ｂ）の幅中心とを通る線分Ｌは、上面２２１の幅中心Ｏ１１と下面２２２の幅中心Ｏ１２とを通る線分Ｌ’とほぼ平行となっていることが好ましい。これにより、上述した効果がより顕著なものとなる。
このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
＜第３実施形態＞
次に、本発明の振動素子の第３実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る振動素子が有する駆動腕の断面図である。
次に、本発明の振動素子の第３実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る振動素子が有する駆動腕の断面図である。
以下、第３実施形態の振動素子について、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
本発明の第３実施形態に係る振動素子は、溝の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。また、本実施形態では、駆動腕２２、２３が同様の構成であるため、駆動腕２２について代表して説明し、駆動腕２３については、その説明を省略する。
本実施形態のジャイロ素子１では、図９に示すように、駆動腕２２から溝２２９が省略された構成となっている。また、駆動腕２２は、上面２２１が下面２２２に対して＋Ｘ軸側にずれるようにＺ軸方向に対して傾斜している。同様に、溝２２８は、その開口２２８ａが底面２２８ｂに対して＋Ｘ軸側にずれるようにＺ軸方向に対して傾斜している。ここで、溝２２８をその深さ方向（開口２２８ａの幅中心と、底面２２８ｂの幅中心とを通る線分Ｌの延在方向）に仮想的に延長し、下面２２２と交差する領域を仮想開口２２８ｃとする。
このとき、下面２２２の幅中心Ｏ１２に対する上面２２１の幅中心Ｏ１１の＋Ｘ軸側へのずれ量をＬ１とし、仮想開口２２８ｃの幅中心Ｏ２３に対する開口２２８ａの幅中心Ｏ２１の＋Ｘ軸側へのずれ量をＬ２としたとき、Ｌ１、Ｌ２は、Ｌ２／Ｌ１＞０なる関係を満足している。このような関係を満足することで、前述した第１実施形態と同様の理由によって、駆動腕２２のＺ軸方向の振動量を低減することができる。
なお、ずれ量Ｌ１、Ｌ２の関係は、上述のようにＬ２／Ｌ１＞０なる関係を満足していれば、特に限定されないが、さらに、Ｌ２／Ｌ１＞２なる関係を満足することが好ましい。これにより、上述の効果がより顕著となる。また、Ｌ２／Ｌ１の上限としては、特に限定されないが、例えば、Ｌ２／Ｌ１＜４なる関係を満足することが好ましい。このような範囲が現実的な上限であり、例えば、溝２２８の＋Ｘ軸側の壁部２２３の厚みを十分に確保することができる。そのため、駆動腕２２の機械的強度を保ちつつ、上述した効果を発揮することができる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
［振動子］
次に、上述したジャイロ素子１を備える振動子１０について説明する。
次に、上述したジャイロ素子１を備える振動子１０について説明する。
図１０は、本発明の振動子の好適な実施形態を示す断面図である。
図１０に示す振動子１０は、前述したジャイロ素子１と、ジャイロ素子１を収容するパッケージ８とを有している。
図１０に示す振動子１０は、前述したジャイロ素子１と、ジャイロ素子１を収容するパッケージ８とを有している。
パッケージ８は、凹部８１１を有する箱状のベース８１と、凹部８１１の開口を塞いでベース８１に接合された板状のリッド８２とを有している。そして、凹部８１１がリッド８２によって塞がれることにより形成された収容空間にジャイロ素子１が収納されている。収容空間は、減圧（真空）状態となっている。また、凹部８１１の底面には接続端子８３１、８３２、８３３、８３４が形成されている。これら接続端子８３１〜８３４は、それぞれ、ベース８１に形成された図示しない内部配線によって、ベース８１の下面に引き出されている。
そして、ジャイロ素子１は、基部２１において、導電性接着材８６１、８６２、８６３、８６４を介して凹部８１１の底面に固定されている。また、導電性接着材８６１、８６２、８６３、８６４を介して駆動信号端子５１と接続端子８３１、駆動接地端子５２と接続端子８３２、検出信号端子５３と接続端子８３３、検出接地端子５４と接続端子８３４、が電気的に接続されている。導電性接着材８６１〜８６４としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着材に銀粒子等の導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。
［ジャイロセンサー］
次に、ジャイロ素子１を備えるジャイロセンサーについて説明する。
次に、ジャイロ素子１を備えるジャイロセンサーについて説明する。
図１１は、ジャイロセンサーの好適な実施形態を示す断面図である。
図１１に示すジャイロセンサー１００は、振動子１０と、ＩＣチップ９とを有している。ＩＣチップ９は、凹部８１１の底面にろう材等によって固定されており、ジャイロ素子１と電気的に接続されている。また、ＩＣチップ９は、ジャイロ素子１を駆動振動させるための駆動回路や、角速度が加わったときにジャイロ素子１に生じる検出振動を検出する検出回路等を有している。
図１１に示すジャイロセンサー１００は、振動子１０と、ＩＣチップ９とを有している。ＩＣチップ９は、凹部８１１の底面にろう材等によって固定されており、ジャイロ素子１と電気的に接続されている。また、ＩＣチップ９は、ジャイロ素子１を駆動振動させるための駆動回路や、角速度が加わったときにジャイロ素子１に生じる検出振動を検出する検出回路等を有している。
なお、本実施形態では、ＩＣチップ９がパッケージ８の内部に設けられているが、ＩＣチップ９は、パッケージ８の外部に設けられていてもよい。
［電子機器］
次いで、ジャイロ素子１を備える電子機器について説明する。
次いで、ジャイロ素子１を備える電子機器について説明する。
図１２は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。
この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されている。
図１３は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されている。
図１４は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。
デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１３１０は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。撮影者が表示部１３１０に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されている。
以上のような電子機器は、ジャイロ素子１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。
なお、本発明の電子機器は、図１２のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１３の携帯電話機、図１４のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。
［移動体］
次いで、図１に示すジャイロ素子１を備える移動体について説明する。
図１５は、本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
次いで、図１に示すジャイロ素子１を備える移動体について説明する。
図１５は、本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
自動車１５００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されており、ジャイロ素子１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。ジャイロ素子１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、ジャイロ素子１が組み込まれる。
以上、本発明の振動素子、振動子、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
１……ジャイロ素子
２……水晶基板
８……パッケージ
９……ＩＣチップ
１０……振動子
２０……水晶ウエハ
２１……基部
２２、２３……駆動腕
２４、２５……検出腕
３１……駆動信号電極
３２……駆動接地電極
３３……検出信号電極
３４……検出接地電極
５１……駆動信号端子
５２……駆動接地端子
５３……検出信号端子
５４……検出接地端子
８１……ベース
８２……リッド
１００……ジャイロセンサー
２０１……中央部
２０２……外周部
２２１……上面
２２２……下面
２２３、２２４……壁部
２２８……溝
２２８ａ……開口
２２８ｂ……底面
２２８ｃ……仮想開口
２２９……溝
２２９ａ……開口
２２９ｂ……底面
２３１……上面
２３２……下面
２３８……溝
２３９……溝
８１１……凹部
８３１、８３２、８３３、８３４……接続端子
８６１、８６２、８６３、８６４……導電性接着材
１１００……パーソナルコンピューター
１１０２……キーボード
１１０４……本体部
１１０６……表示ユニット
１１０８……表示部
１２００……携帯電話機
１２０２……操作ボタン
１２０４……受話口
１２０６……送話口
１２０８……表示部
１３００……デジタルスチールカメラ
１３０２……ケース
１３０４……受光ユニット
１３０６……シャッターボタン
１３０８……メモリー
１３１０……表示部
１５００……自動車
１５０１……車体
１５０２……車体姿勢制御装置
１５０３……車輪
Ｌ１、Ｌ２……ずれ量
Ｌ、Ｌ’……線分
Ｍ１、Ｍ２……マスク
Ｏ１１、Ｏ１２、Ｏ２１、Ｏ２２、Ｏ２３……幅中心
ωｙ……角速度
２……水晶基板
８……パッケージ
９……ＩＣチップ
１０……振動子
２０……水晶ウエハ
２１……基部
２２、２３……駆動腕
２４、２５……検出腕
３１……駆動信号電極
３２……駆動接地電極
３３……検出信号電極
３４……検出接地電極
５１……駆動信号端子
５２……駆動接地端子
５３……検出信号端子
５４……検出接地端子
８１……ベース
８２……リッド
１００……ジャイロセンサー
２０１……中央部
２０２……外周部
２２１……上面
２２２……下面
２２３、２２４……壁部
２２８……溝
２２８ａ……開口
２２８ｂ……底面
２２８ｃ……仮想開口
２２９……溝
２２９ａ……開口
２２９ｂ……底面
２３１……上面
２３２……下面
２３８……溝
２３９……溝
８１１……凹部
８３１、８３２、８３３、８３４……接続端子
８６１、８６２、８６３、８６４……導電性接着材
１１００……パーソナルコンピューター
１１０２……キーボード
１１０４……本体部
１１０６……表示ユニット
１１０８……表示部
１２００……携帯電話機
１２０２……操作ボタン
１２０４……受話口
１２０６……送話口
１２０８……表示部
１３００……デジタルスチールカメラ
１３０２……ケース
１３０４……受光ユニット
１３０６……シャッターボタン
１３０８……メモリー
１３１０……表示部
１５００……自動車
１５０１……車体
１５０２……車体姿勢制御装置
１５０３……車輪
Ｌ１、Ｌ２……ずれ量
Ｌ、Ｌ’……線分
Ｍ１、Ｍ２……マスク
Ｏ１１、Ｏ１２、Ｏ２１、Ｏ２２、Ｏ２３……幅中心
ωｙ……角速度
Claims (8)
- 基部と、
前記基部に接続され、前記基部の面内方向に含まれる第１方向に屈曲振動する振動腕と、を備え、
前記振動腕は、第１主面と、前記第１主面に対して表裏の関係にある第２主面と、前記第１主面に開放する第１溝と、前記第２主面に開放する第２溝と、を有し、
前記第１主面は、前記第２主面に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記第１溝は、前記第２溝に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記第２主面の前記第１方向の中心に対する前記第１主面の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ１とし、
前記第２溝の開口の前記第１方向の中心に対する前記第１溝の開口の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１＞２なる関係を満足することを特徴とする振動素子。 - 前記第１溝は、開口が底面に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２溝は、底面が開口に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置されている請求項１に記載の振動素子。 - 基部と、
前記基部に接続され、前記基部の面内方向に含まれる第１方向に屈曲振動する振動腕と、を備え、
前記振動腕は、第１主面と、前記第１主面に対して表裏の関係にある第２主面と、前記第１主面に開放する溝と、を有し、
前記第１主面は、前記第２主面に対して前記第１方向の一方側にずれて配置され、
前記溝は、その開口が底面に対して前記第１方向の一方側にずれるように、前記基部の厚さ方向に対して傾斜して配置され、
前記第２主面の前記第１方向の中心に対する前記第１主面の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ１とし、
前記溝を深さ方向に仮想的に延長して前記第２主面と交差する領域を仮想開口とし、前記仮想開口の前記第１方向の中心に対する前記溝の開口の前記第１方向の中心の前記第１方向へのずれ量をＬ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１＞２なる関係を満足することを特徴とする振動素子。 - Ｌ２／Ｌ１＜４なる関係を満足する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子。
- 角速度を検出する角速度検出素子である請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする振動子。 - 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子を備えることを特徴とする電子機器。
- 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子を備えることを特徴とする移動体。
Priority Applications (3)
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|---|---|---|---|
| JP2015076035A JP6582501B2 (ja) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | 振動素子、振動子、電子機器および移動体 |
| US15/083,376 US10222212B2 (en) | 2015-04-02 | 2016-03-29 | Vibrator element, vibrator, gyro sensor, electronic apparatus, and moving object |
| CN201610188248.4A CN106059526B (zh) | 2015-04-02 | 2016-03-29 | 振动元件、振子、电子设备及移动体 |
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| JP2015076035A JP6582501B2 (ja) | 2015-04-02 | 2015-04-02 | 振動素子、振動子、電子機器および移動体 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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