CN116545384A - 振动器件、电子设备以及移动体 - Google Patents
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Abstract
提供振动器件、电子设备以及移动体，能够降低不必要振动。振动器件具有振动结构体，在将彼此垂直的三个轴设为A轴、B轴以及C轴时，该振动结构体具有：振动元件，其具有沿与A轴和B轴平行的平面且沿A轴弯曲振动的第一振动臂和第二振动臂；以及支承基板，其与所述振动元件沿所述C轴排列配置，所述支承基板具有：基部，其支承所述振动元件；支承部，其支承所述基部；以及梁部，其连接所述基部与所述支承部，在设所述振动结构体沿所述B轴振动的共振频率为f0，设所述振动元件的驱动频率为f1时，f0＜f1。
Description
本申请是基于发明名称为“振动器件、电子设备以及移动体”，申请日为2020年03月23日，申请号为202010205984.2的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及振动器件、电子设备以及移动体。
背景技术
专利文献1记载的振动元件具有：振动体；第一支承部和第二支承部，它们支承振动体，并固定于封装等；连接振动体与第一支承部的一对梁部；以及连接振动体与第二支承部的一对梁部。
专利文献1：日本特开2017-194485号公报
然而，在上述振动元件中，必须以穿过振动体的空隙的方式形成梁部，因此梁部的形状受到制约。因此，不必要振动的频率设计受到制约，从而难以实现不必要振动得到充分抑制的振动元件。
发明内容
本应用例的振动器件具有振动结构体，在将彼此垂直的三个轴设为A轴、B轴以及C轴时，该振动结构体具有：
振动元件，其具有沿与所述A轴和所述B轴平行的平面且沿所述A轴弯曲振动的振动臂；以及
支承基板，其与所述振动元件沿所述C轴排列配置，
所述支承基板具有：
基部，其支承所述振动元件；
支承部，其支承所述基部；以及
梁部，其连接所述基部与所述支承部，
在设所述振动结构体沿所述B轴振动的共振频率为f0，设所述振动元件的驱动频率为f1时，f0＜f1。
在本应用例的振动器件中，优选在设所述梁部沿所述A轴弹性变形的弹簧常数为Ka，设所述梁部沿所述B轴弹性变形的弹簧常数为Kb时，
Ka＞Kb，
在从沿所述C轴的方向俯视时，
所述支承部具有相对于所述振动元件位于沿所述A轴的一侧的第一支承部以及相对于所述振动元件位于沿所述A轴的另一侧的第二支承部。
在本应用例的振动器件中，优选在从沿所述C轴的方向俯视时，
所述支承部具有相对于所述振动元件位于沿所述B轴的一侧的第一支承部以及相对于所述振动元件位于沿所述B轴的另一侧的第二支承部。
在本应用例的振动器件中，优选所述振动元件具有：
元件基部；
检测臂，其从所述元件基部沿所述B轴朝向两侧延伸；
第一连结臂，其从所述元件基部沿所述A轴延伸，
第二连结臂，其从所述元件基部沿所述A轴向所述第一连结臂延伸的方向的相反侧延伸；以及
所述振动臂，其包含第一振动臂和第二振动臂，该第一振动臂从所述第一连结臂的末端部沿所述B轴朝向两侧延伸，该第二振动臂从所述第二连结臂的末端部沿所述B轴朝向两侧延伸，
所述元件基部经由接合部件固定于所述基部。
在本应用例的振动器件中，优选所述驱动频率f1下的所述振动元件沿所述B轴振动的移位振幅倍率小于0.8。
在本应用例的振动器件中，优选所述振动元件具有振动基板以及配置于所述振动基板的电极，
所述振动基板和所述支承基板由相同切角的石英基板构成。
在本应用例的振动器件中，优选在从沿所述C轴的方向俯视时，
所述支承基板与所述振动臂重叠。
在本应用例的振动器件中，优选所述振动元件是检测物理量的物理量传感器元件。
本应用例的电子设备的特征在于，其具备：
上述振动器件；以及
信号处理电路，其根据所述振动器件的输出信号进行信号处理。
本应用例的移动体的特征在于，其具备：
上述振动器件；以及
信号处理电路，其根据所述振动器件的输出信号进行信号处理。
附图说明
图1是示出第一实施方式的振动器件的剖视图。
图2是示出图1的振动器件的俯视图。
图3是示出图1的振动器件所具有的振动元件的俯视图。
图4是对图3的振动元件的驱动进行说明的示意图。
图5是对图3的振动元件的驱动进行说明的示意图。
图6是示出图1所示的振动器件所具有的支承基板的俯视图。
图7是示出频率比f1/fd与驱动频率f1下的不必要振动的移位振幅倍率(gain)的关系的曲线图。
图8是示出频率比f1/fd＝1时的f0/f1与驱动频率f1下的不必要振动的移位振幅倍率(gain)的关系的曲线图。
图9是示出第二实施方式的振动器件的俯视图。
图10是示出第三实施方式的振动器件所具有的支承基板的俯视图。
图11是示出第四实施方式的个人计算机的立体图。
图12是示出第五实施方式的移动电话的立体图。
图13是示出第六实施方式的数字静态照相机的立体图。
图14是示出第七实施方式的汽车的立体图。
标号说明
1：振动器件；10：振动结构体；100：振动系统；2：封装；21：基座；211：凹部；211a、211b、211c：凹部；22：盖；23：接合部件；241、242：内部端子；243：外部端子；3：电路元件；4：支承基板；40：基部；41：支承部；411：第一支承部；412：第二支承部；42：梁部；421：弯曲部；43：梁部；431：弯曲部；44：梁部；441：弯曲部；45：梁部；451：弯曲部；46：基部；47：支承部；471：第一支承部；472：第二支承部；48：梁部；481：框部；482：第一梁部；483：第二梁部；5：布线；511、512：端子；513：引出布线；521、522：端子；523：引出布线；531、532：端子；533：引出布线；541、542：端子；543：引出布线；551、552：端子；553：引出布线；561、562：端子；563：引出布线；6：振动元件；7：振动基板；70：元件基部；701～706：端子；71：检测臂；711：宽幅部；72：检测臂；721：宽幅部；73：第一连结臂；74：第二连结臂；75：驱动臂；751：宽幅部；76：驱动臂；761：宽幅部；77：驱动臂；771：宽幅部；78：驱动臂；781：宽幅部；8：电极；81：驱动信号电极；82：驱动接地电极；83：第一检测信号电极；84：第一检测接地电极；85：第二检测信号电极；86：第二检测接地电极；1100：个人计算机；1102：键盘；1104：主体部；1106：显示单元；1108：显示部；1110：信号处理电路；1200：移动电话；1202：操作按钮；1204：听筒；1206：话筒；1208：显示部；1210：信号处理电路；1300：数字静态照相机；1302：壳体；1304：受光单元；1306：快门按钮；1308：存储器；1310：显示部；1312：信号处理电路；1500：汽车；1502：系统；1510：信号处理电路；B1、B2：接合部件；BW：键合线；D、E：箭头；J1、J2：中心轴线；O4：中心；Q1～Q3：曲线；S：内部空间；f0：共振频率；f1：驱动频率；fd：频率；ωc：角速度。
具体实施方式
以下，根据附图所示的实施方式对本应用例的振动器件、电子设备以及移动体进行详细说明。
＜第一实施方式＞
图1是示出第一实施方式的振动器件的剖视图。图2是示出图1的振动器件的俯视图。图3是示出图1的振动器件所具有的振动元件的俯视图。图4和图5是对图3的振动元件的驱动进行说明的示意图。图6是示出图1所示的振动器件所具有的支承基板的俯视图。图7是示出频率比f1/fd与驱动频率f1下的不必要振动的移位振幅倍率(gain)的关系的曲线图。图8是示出频率比f1/fd＝1时的f0/f1与驱动频率f1下的不必要振动的移位振幅倍率(gain)的关系的曲线图。另外，为了便于说明，在图1至图6中，示出了彼此垂直的三个轴即A轴、B轴以及C轴。而且，以下，各轴的箭头前端侧也称为“正侧”，相反侧也称为“负侧”。而且，C轴的正侧也称为“上”，负侧也称为“下”。而且，从沿C轴的方向的俯视也简称为“俯视”。
图1所示的振动器件1是以C轴为检测轴的检测角速度ωc的物理量传感器。通过将振动器件1作为物理量传感器，能够将振动器件1搭载于多种电子设备中，从而成为便利性较高的振动器件1。这样的振动器件1具有封装2以及收纳于封装2的电路元件3、支承基板4、振动元件6。
封装2具有：基座21，其具有在上表面开口的凹部211；以及盖22，其以封闭凹部211的开口的方式经由接合部件23与基座21的上表面接合。在封装2的内侧由凹部211形成内部空间S，在内部空间S中收纳有电路元件3、支承基板4以及振动元件6。例如，基座21可以由氧化铝等陶瓷构成，盖22可以由科瓦合金等金属材料构成。但是，作为基座21和盖22的构成材料，均没有特别限定。
内部空间S是气密的，处于减压状态(优选更接近真空的状态)。由此，提高了振动元件6的振动特性。但是，内部空间S的气氛没有特别限定，例如也可以为大气压状态、加压状态。
而且，凹部211由多个凹部构成，具有：凹部211a，其在基座21的上表面开口；凹部211b，其在凹部211a的底面开口且开口宽度比凹部211a小；以及凹部211c，其在凹部211b的底面开口且开口宽度比凹部211b小。而且，在凹部211a的底面以支承着振动元件6的状态固定有支承基板4，在凹部211c的底面固定有电路元件3。
而且，如图2所示，在内部空间S中，振动元件6、支承基板4以及电路元件3在俯视时彼此重叠配置。换言之，振动元件6、支承基板4以及电路元件3沿C轴方向排列配置。由此，能够抑制封装2的平面面积向沿着A轴和B轴的方向扩展，从而能够实现振动器件1的小型化。而且，支承基板4位于振动元件6与电路元件3之间，以从下侧即C轴负侧支承振动元件6的方式进行支承。
而且，如图1和图2所示，在凹部211a的底面配置有多个内部端子241，在凹部211b的底面配置有多个内部端子242，在基座21的下表面配置有多个外部端子243。这些内部端子241、242和外部端子243经由形成在基座21内的未图示的布线电连接。而且，内部端子241经由导电性的接合部件B1、B2以及支承基板4与振动元件6电连接，内部端子242经由键合线BW与电路元件3电连接。
振动元件6作为物理量传感器元件，是能够对以C轴为检测轴的角速度ωc进行检测的角速度传感器元件。如图3所示，振动元件6具有振动基板7以及配置于振动基板7的表面的电极8。而且，振动基板7由Z切的石英基板构成，具有：元件基部70，其位于元件的中央部；检测臂71、72，它们从元件基部70沿B轴朝向两侧延伸；第一连结臂73，其从元件基部70沿A轴延伸；第二连结臂74，其从元件基部70沿A轴向第一连结臂73延伸的方向的相反侧延伸；作为振动臂的驱动臂75、76，它们从第一连结臂73的末端部沿B轴朝向两侧延伸；以及作为振动臂的驱动臂77、78，它们从第二连结臂74的末端部沿B轴朝向两侧延伸。另外，Z切的石英基板在由石英的晶轴即作为电气轴的X轴和作为机械轴的Y轴规定的X-Y平面上具有扩展，在沿作为光轴的Z轴的方向上具有厚度。
而且，各个检测臂71、72在它们的末端部具有宽度比基端侧的部分宽的宽幅部711、721。而且，各个驱动臂75、76、77、78在它们的某端部具有宽度比基端侧的部分宽的宽幅部751、761、771、781。
而且，电极8具有驱动信号电极81、驱动接地电极82、第一检测信号电极83、第一检测接地电极84、第二检测信号电极85以及第二检测接地电极86。驱动信号电极81配置在驱动臂75、76的上下表面和驱动臂77、78的两侧面。另一方面，驱动接地电极82配置在驱动臂75、76的两侧面和驱动臂77、78的上下表面。而且，第一检测信号电极83配置在检测臂71的上下表面，第一检测接地电极84配置在检测臂71的两侧面。另一方面，第二检测信号电极85配置在检测臂72的上下表面，第二检测接地电极86配置在检测臂72的两侧面。
而且，这些电极81～86分别引绕至元件基部70的下表面。因此，在元件基部70的下表面配置有：端子701，其与驱动信号电极81电连接；端子702，其与驱动接地电极82电连接；端子703，其与第一检测信号电极83电连接；端子704，其与第一检测接地电极84电连接；端子705，其与第二检测信号电极85电连接；以及端子706，其与第二检测接地电极86电连接。
而且，如图3所示，振动元件6在驱动臂75～78的宽幅部751～781也配置有电极8。在振动器件1中，在将盖22与基座21接合之前，从C轴正侧向宽幅部751～781上的电极8照射激光，从而将电极8的至少一部分除去，由此能够减少驱动臂75～78的质量，从而能够对振动元件6的振动平衡和驱动频率进行调整。以下，该步骤也称为“驱动频率调整步骤”。
这样的振动元件6按照如下方式来检测角速度ωc。首先，当在驱动信号电极81和驱动接地电极82之间施加驱动信号时，如图4所示，驱动臂75～78沿与A轴和B轴平行的平面内且沿A轴弯曲振动。以下，将该驱动模式称为驱动振动模式。然后，在以驱动振动模式进行驱动的状态下，对振动元件6施加角速度ωc时，会新激励出图5所示的检测振动模式。在检测振动模式中，对驱动臂75～78作用科里奥利力而激励出箭头D所示的方向的振动，检测臂71、72响应该振动而向箭头E所示的方向弯曲振动。将通过这样的检测振动模式在检测臂71产生的电荷作为第一检测信号从第一检测信号电极83和第一检测接地电极84之间取出，将在检测臂72产生的电荷作为第二检测信号从第二检测信号电极85和第二检测接地电极86之间取出，能够根据这些第一检测信号、第二检测信号来检测角速度ωc。
如图1所示，电路元件3固定于凹部211c的底面。而且，电路元件3包含对振动元件6进行驱动的驱动电路以及检测对振动元件6施加的角速度ωc的检测电路。但是，作为电路元件3，没有特别限定，例如也可以包含温度补偿电路等其他电路。
如图2所示，支承基板4具有：基部40；支承部41，其支承基部40，并具备沿基部40的A轴在两侧分开配置的第一支承部411和第二支承部412；一对梁部42、43，它们将基部40与第一支承部411连接；以及一对梁部44、45，它们将基部40与第二支承部412连接。
而且，振动元件6的元件基部70经由导电性的接合部件B2固定于基部40，第一支承部411和第二支承部412分别经由接合部件B1固定于凹部211a的底面。即，振动元件6经由支承基板4固定于基座21。这样，通过使支承基板4介于振动元件6与基座21之间，能够利用支承基板4来吸收并缓和从基座21传递的应力，使该应力不容易传递到振动元件6。因此，能够有效地抑制振动元件6的振动特性的下降或变动。
尤其是，在本实施方式中，在俯视时，第一支承部411、第二支承部412分别位于振动元件6的外侧。具体而言，第一支承部411位于振动元件6的A轴正侧，第二支承部412位于振动元件6的A轴负侧。由此，能够将第一支承部411、第二支承部412配置为之间夹持振动元件6并彼此充分远离，因此能够通过支承基板4以更稳定的姿势支承振动元件6。因此，振动元件6的振动特性提高。
另外，作为接合部件B1、B2，只要兼具导电性和接合性，则没有特别限定，例如可以使用金凸块、银凸块、铜凸块、焊锡凸块等各种金属凸块以及在聚酰亚胺系、环氧系、硅酮系、丙烯酸系的各种粘接剂中分散有银填料等导电性填料而成的导电性粘接剂等。如果使用前者的金属凸块来作为接合部件B1、B2，则能够抑制来自接合部件B1、B2的气体的产生，能够有效地抑制内部空间S的环境变化，特别是压力的上升。另一方面，如果使用后者的导电性粘接剂来作为接合部件B1、B2，则接合部件B1、B2比较柔软，接合部件B1、B2也能够吸收并缓和上述的应力。
在本实施方式中，使用导电性粘接剂来作为接合部件B1，使用金属凸块来作为接合部件B2。通过使用导电性粘接剂来作为将作为异种材料的支承基板4和基座21接合起来的接合部件B1，能够通过接合部件B1来有效地吸收并缓和因它们之间的热膨胀系数差而产生的热应力。另一方面，由于支承基板4和振动元件6由配置在比较狭窄的区域中的6个接合部件B2进行接合，因此通过使用金属凸块来作为接合部件B2，能够抑制导电性粘接剂那样的润湿扩展，从而能够有效地抑制接合部件B2彼此的接触。
如图3所示，梁部42、43、44、45分别在其途中具有呈S字状曲折的弯曲部421、431、441、451，成为容易在A轴方向和B轴方向上发生弹性变形的形状。因此，能够通过梁部42～45来更有效地吸收并缓和从基座21传递的应力。但是，梁部42～45的形状均没有特别限定，例如也可以省略弯曲部421～451而形成为直线状。另外，梁部42～45也可以是至少一个与其他形状不同的形状。
而且，在俯视时，振动元件6的驱动臂75与梁部42重叠，驱动臂76与梁部43重叠，驱动臂77与梁部44重叠，驱动臂78与梁部45重叠。因此，在驱动臂75～78因冲击等沿C轴方向挠曲时，驱动臂75～78与梁部42～45接触，从而抑制进一步过度的挠曲。即，梁部42～45作为抑制驱动臂75～78沿C轴方向过度变形的止挡件发挥功能。由此，能够抑制振动元件6的破损。尤其是，梁部42～45在支承基板4中也是柔软的部位，因此通过使驱动臂75～78与梁部42～45接触，也能够缓和接触时的冲击。而且，在本实施方式中，驱动臂75～78的末端部即宽幅部751～781与梁部42～45重叠，因此能够更有效地抑制驱动臂75～78沿C轴方向过度变形。
但是，并不限定于此，例如，可以是基部40或第一支承部411、第二支承部412与驱动臂75～78重叠，也可以是基部40、第一支承部411、第二支承部412以及梁部42～45中的任意一个与驱动臂75～78重叠。
这样的支承基板4由石英基板构成。这样，通过与振动基板7同样地由石英基板构成支承基板4，能够使支承基板4与振动基板7的热膨胀系数相等。因此，在支承基板4和振动基板7之间实质上不产生由彼此的热膨胀系数差引起的热应力，从而振动元件6更不容易受到应力。因此，能够更有效地抑制振动元件6的振动特性的下降或变动。
尤其是，支承基板4由切角与振动元件6所具有的振动基板7的切角相同的石英基板构成。在本实施方式中，振动基板7由Z切石英基板形成，因此支承基板4也由Z切石英基板形成。而且，支承基板4的晶轴的方向与振动基板7的晶轴的方向一致。即，在支承基板4和振动基板7中，晶轴沿X轴的方向彼此一致，沿Y轴的方向彼此一致，沿Z轴的方向彼此一致。由于石英的热膨胀系数在沿X轴的方向、沿Y轴的方向以及沿Z轴的方向上分别不同，因此，通过使支承基板4和振动基板7为相同的切角并使彼此的晶轴的方向一致，从而在支承基板4和振动基板7之间更不容易产生上述的热应力。因此，振动元件6更不容易受到应力，能够更有效地抑制其振动特性的下降或变动。
另外，作为支承基板4，并不限定于此，例如，也可以是切角与振动基板7相同但晶轴的方向与振动基板7不同。而且，支承基板4也可以由切角与振动基板7不同的石英基板形成。而且，支承基板4也可以不由石英基板形成。在该情况下，支承基板4的构成材料优选为与石英的热膨胀系数之差小于石英与基底21的构成材料的热膨胀系数之差的材料。
而且，支承基板4配置有将振动元件6与内部端子241电连接的布线5。如图6所示，布线5具有：端子511、521、531、541、551、561，它们配置于基部40；端子512、532、542，它们配置于第一支承部411；以及端子522、552、562，它们配置于第二支承部412。而且，布线5具有：引出布线513，其穿过梁部42并将端子511与端子512连接；引出布线523，其穿过梁部44并将端子521与端子522连接；引出布线533，其穿过梁部43并将端子531与端子532连接；引出布线543，其穿过梁部42、43并将端子541与端子542连接；引出布线553，其穿过梁部45并将端子551与端子552连接；以及引出布线563，其穿过梁部44、45并将端子561与端子562连接。
而且，虽然未图示，但配置于基部40的端子511～561经由接合部件B2与配置于振动元件6的基部70的端子701～706电连接，配置于第一支承部411、第二支承部412的端子512～562经由接合部件B1与内部端子241电连接。由此，振动元件6与电路元件3电连接。
以上，对振动器件1的结构进行了简单说明。在这里，在所述振动元件6中，例如，如果未通过振动基板7的驱动频率调整步骤对驱动臂75～78的重量平衡进行充分调整，振动元件6的重心从元件的中心偏离，则在驱动振动模式时产生振动元件6沿B轴振动的不必要振动(以下，简称为“不必要振动”)。如果产生该不必要振动，则振动元件6的振动泄漏变大，相应地，Q值降低，从而振动元件6的振动特性降低。
因此，在振动器件1中成为利用支承振动元件6的支承基板4使振动元件6的不必要振动衰减，从而抑制振动元件6的振动特性的降低。以下，对此进行详细说明。另外，以下，将由振动元件6和支承基板4构成的结构体也称为“振动结构体10”。振动结构体10具有振动系统100，该振动系统100由包含基部40和振动元件6的质量部以及包含四个梁部42～45的弹簧部构成。
如上所述，在振动器件1中，将支承振动元件6的支承基板4与振动元件6分体地构成，并且，支承基板4和振动元件6沿C轴重叠配置。由此，能够自由地设计支承基板4，而不会被振动元件6妨碍。通过增加支承基板4的设计自由度，其设计变得更加合适，从而能够更有效地抑制振动元件6的不必要振动。
在设振动结构体10即振动系统100沿B轴振动的共振频率为f0，设驱动振动模式中的振动元件6单体的驱动频率为f1时，本实施方式的振动器件1满足f0＜f1的关系。振动元件6的不必要振动是因驱动振动模式中的驱动臂75～78的振动而产生的，因此该频率实质上与驱动频率f1相等。因此，通过成为f0＜f1，实质上是作为f1的不必要振动的频率与共振频率f0之间产生差，换言之，使不必要振动的频率偏离共振频率f0，从而能够抑制与不必要振动响应的振动系统100的共振。因此，能够通过支承基板4有效地使振动元件6的不必要振动衰减。
在这里，若是为了在共振频率f0与驱动频率f1之间产生差，也可以是f0＞f1。然而，为了使f0＞f1，需要减轻振动系统100的所述质量部，或者增大振动系统100的所述弹簧部的弹簧常数。而且，在前者的情况下，例如能够通过缩小振动元件6的尺寸来进行应对，但如果缩小振动元件6的尺寸，则相应地振动元件6的振动特性降低。另一方面，在后者的情况下，能够通过使梁部42～45变硬来进行应对，但如果使梁部42～45变硬，则相应地来自封装2的应力传递至支承基板4，从而容易向振动元件6传递。这样，在f0＞f1时，会因其他原因而导致振动元件6的振动特性的降低。与此相对，若如本实施方式这样，使f0＜f1，则不会产生这样的问题，从而能够更有效地抑制振动元件6的振动特性的降低。
尤其是，在本实施方式中，使梁部42～45形成为与B轴相比沿A轴较长，由此，与沿A轴的弹性变形相比，各梁部42～45更容易沿B轴弹性变形。即，在振动系统100的弹簧部中，在设沿A轴的弹性变形的弹簧常数为Ka，设沿B轴的弹性变形的弹簧常数为Kb时，Ka＞Kb。由此，能够有效地降低共振频率f0，从而能够使共振频率f0与驱动频率f1的差f1-f0更大。因此，支承基板4的不必要振动的衰减效果进一步提高。另外，弹簧常数Ka、Kb优选0.2≤Kb/Ka≤0.8，更优选0.3≤Kb/Ka≤0.7，进一步优选0.4≤Kb/Ka≤0.6。由此，能够确保梁部42～45的机械强度，并且能够充分地减小弹簧常数Kb。因此，支承基板4的不必要振动的衰减效果进一步提高。但是，并不限定于此，也可以是Ka≤Kb。
接着，图7示出了在设振动元件6沿B轴的振动即不必要振动的频率为fd时的f1/fd与驱动频率f1下的振动元件6沿B轴振动的移位振幅倍率(gain)的关系。另外，“移位振幅”是振动时的尺寸移位的最大幅度，“移位振幅倍率”是移位振幅相对于f1/fd为0.01时的移位振幅的倍率。该曲线图中的曲线Q1是本实施方式的振动结构体10，曲线Q2是后述的第二实施方式的振动结构体10，曲线Q3是以往技术中举出的日本特开2017-194485号公报所记载的作为比较例的振动元件。
如上所述，不必要振动的频率fd实质上与驱动频率f1相等，因此如果针对图7中的f1/fd＝1进行比较，则可知本实施方式的振动结构体10的移位振幅倍率(gain)最小，接着，后述的第二实施方式的振动结构体10的移位振幅倍率(gain)第二小，作为比较例的振动元件的移位振幅倍率(gain)最大。移位振幅倍率(gain)越小，意味着振动系统100中的质量部即振动元件6沿B轴方向的振幅越小，因此根据本实施方式的振动结构体10，能够更有效地使振动元件6的不必要振动衰减。
而且，图8示出了f1/fd＝1时的振动系统100沿B轴振动的共振频率f0与驱动频率f1的比即f0/f1与驱动频率f1下的振动元件6沿B轴振动的移位振幅倍率(gain)的关系。由该图可知，f0/f1越小，即，共振频率f0与驱动频率f1的差f1-f0越大，移位振幅倍率(gain)越小。而且，在本实施方式中，移位振幅倍率(gain)小于0.8。作为比较例举出的振动元件的移位振幅倍率(gain)为0.8，因此只要至少小于0.8，就能够相对于比较例发挥优异的不必要振动衰减效果。另外，移位振幅倍率(gain)优选小于0.6，更优选小于0.4，进一步优选小于0.2。由此，能够更显著地发挥不必要振动衰减效果。
另外，由图8可知，为了使移位振幅倍率小于0.8，使f0/f1小于0.7即可，为了使移位振幅倍率小于0.6，使f0/f1小于0.65即可，为了使移位振幅倍率小于0.4，使f0/f1小于0.55即可，为了使移位振幅倍率小于0.2，使f0/f1小于0.4即可。即，f0/f1优选小于0.7，更优选小于0.65，进一步优选小于0.55，更加优选小于0.4。
以上，对振动器件1进行了说明。如上所述，振动器件1具有振动结构体10，在将彼此垂直的三个轴设为A轴、B轴以及C轴时，该振动结构体10具有：振动元件6，其具有作为沿与A轴和B轴平行的平面且沿A轴弯曲振动的振动臂的驱动臂75、76、77、78；以及支承基板4，其与振动元件6沿C轴排列配置。而且，支承基板4具有：基部40，其支承振动元件6；支承部41，其支承基部40；以及梁部42、43、44、45，它们将基部40与支承部41连接。而且，在设振动结构体10沿B轴振动的共振频率为f0，设振动元件6的驱动频率为f1时，f0＜f1。这样，通过使f0＜f1，实质上在作为f1的不必要振动的频率与共振频率f0之间产生差，从而能够抑制不必要振动导致的振动系统100的共振。因此，能够通过支承基板4更有效地使振动元件6的不必要振动衰减。
而且，如上所述，在设梁部42、43、44、45沿A轴弹性变形的弹簧常数为Ka，设梁部42、43、44、45沿B轴弹性变形的弹簧常数为Kb时，Ka＞Kb。而且，在从沿C轴的方向俯视时，支承部41具有：第一支承部411，其相对于振动元件6位于沿A轴的一侧，在本实施方式中位于正侧；以及第二支承部412，其对于振动元件6位于沿A轴的另一侧，在本实施方式中位于负侧。这样，通过将第一支承部411、第二支承部412配置于振动元件6的两侧，能够以稳定地姿势支承振动元件6。因此，振动元件6的振动特性稳定。而且，通过将第一支承部411、第二支承部412沿A轴排列配置，容易使连接基部40与第一支承部411、第二支承部412的梁部42、43、44、45形成为与B轴相比沿A轴较长，从而容易满足Ka＞Kb的关系。因此，支承基板4的设计自由度提高。
而且，如上所述，振动元件6具有：元件基部70；检测臂71、72，它们从元件基部70沿B轴朝向两侧延伸；第一连结臂73，其从元件基部70沿A轴延伸；第二连结臂74，其从元件基部70沿A轴向第一连结臂73延伸的方向的相反侧延伸；作为振动臂的驱动臂75、76，它们从第一连结臂73的末端部沿B轴朝向两侧延伸；以及作为振动臂的驱动臂77、78，它们从第二连结臂74的末端部沿B轴朝向两侧延伸，元件基部70经由接合部件B2固定于基部40。由此，能够更有效地使作为检测物理量的物理量传感器元件的振动元件6的不必要振动衰减，从而能够实现高精度的振动器件1。
而且，如上所述，驱动频率f1下的振动元件6沿B轴振动的移位振幅倍率(gain)小于0.8。由此，通过支承基板4，能够更有效地使振动元件6的不必要振动衰减。
而且，如上所述，振动元件6具有振动基板7以及配置于振动基板7的电极8。而且，振动基板7和支承基板4由相同切角的石英基板构成。由此，能够使支承基板4与振动基板7的热膨胀系数相等。因此，在支承基板4和振动基板7之间实质上不产生由彼此的热膨胀系数差引起的热应力，从而振动元件6更不容易受到应力。因此，能够更有效地抑制振动元件6的振动特性的下降或变动。
而且，如上所述，在从沿C轴的方向俯视时，支承基板4与驱动臂75、76、77、78重叠。因此，支承基板4作为抑制驱动臂75～78向C轴方向过度变形的止挡件发挥功能，从而能够有效地抑制振动元件6的破损。
而且，如上所述，振动元件6是检测物理量的物理量传感器元件。尤其是，在本实施方式中，振动元件6是检测角速度ωc的角速度传感器元件。由此，能够将振动器件1搭载于多种电子设备中，从而成为便利性高的振动器件1。
另外，在以上的第一实施方式中，支承基板4位于振动元件6与电路元件3之间，并以从下侧即C轴负侧支承振动元件6的方式进行支承，但也可以是振动元件6位于支承基板4与电路元件3之间，从而支承基板4以从上侧即C轴正侧支承振动元件6的方式进行支承。而且，在第一实施方式中，支承基板4经由接合部件B1固定于基座21的凹部211a的底面，但也可以是支承基板4经由接合部件固定于电路元件3。
＜第二实施方式＞
图9是示出第二实施方式的振动器件的俯视图。
本实施方式除了振动元件6的方向不同以外，其他结构与所述第一实施方式相同。在以下的说明中，关于本实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心来进行说明，对相同的事项省略其说明。而且，在图9中，对与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
如图9所示，在本实施方式的支承基板4中，除振动元件6以外的各个部分，即，封装2、支承基板4以及电路元件3从所述第一实施方式的配置方式起绕C轴旋转90°地配置。即，支承基板4具有：基部40；支承部，其支承基部40，并具备沿基部40的B轴在两侧分开配置的第一支承部411和第二支承部412；一对梁部42、43，它们将基部40与第一支承部411连接；一对梁部44、45，它们将基部40与第二支承部412连接。而且，振动元件6的元件基部70经由导电性的接合部件B2固定于基部40，第一支承部411和第二支承部412分别经由接合部件B1固定于凹部211a的底面。根据这样的结构，如所述图7中的曲线Q2所示，能够通过支承基板4有效地使振动元件6的不必要振动衰减。另外，支承基板4在晶轴的方向上不绕C轴旋转，维持所述第一实施方式的状态。
这样，根据本实施方式的振动器件1，能够通过支承基板4有效地使振动元件6的不必要振动衰减，并且通过将第一支承部411、第二支承部412配置于振动元件6的两侧，能够以稳定地姿势支承振动元件6。因此，振动元件6的振动特性稳定。
＜第三实施方式＞
图10是示出第三实施方式的振动器件所具有的支承基板的俯视图。
本实施方式除了支承基板4的结构不同以外，其他结构与所述第一实施方式相同。另外，在以下的说明中，关于本实施方式，以与上述实施方式的不同点为中心来进行说明，对相同的事项省略其说明。而且，在图10中，对与上述实施方式相同的结构标注相同的标号。
如图10所示，本实施方式的支承基板4呈环架形状。即，支承基板4具有：基部46，其位于中央部，并经由接合部件B2固定有振动元件6；支承部47，其包围基部46，并支承基部46，并且经由接合部件B1固定于凹部211a的底面；以及梁部48，其位于基部46与支承部47之间，并连接基部46与支承部47。
而且，梁部48具有：框状的框部481，其位于基部46与支承部47之间，并包围基部46；第一梁部482，其将基部46与框部481连接；以及第二梁部483，其将支承部47与框部481连接。第一梁部482在沿B轴的方向的中央将基部46与框部481连接在一起，并且其中心轴线J2沿着A轴。另一方面，第二梁部483在沿A轴的方向的中央将支承部47与框部481连接在一起，并且其中心轴线J1沿着B轴。即，中心轴线J1、J2垂直，其交点与支承基板4的中心O4大致一致。但是，中心轴线J1、J2也可以以大于0°且小于90°的角度相交，它们的交点也可以从中心O4偏离。
而且，支承部47呈矩形的框状，在俯视时，支承部47具有相对于振动元件6位于A轴正侧的第一支承部471以及相对于振动元件6位于A轴负侧的第二支承部472。而且，第一支承部471和第二支承部472分别经由接合部件B1固定于凹部211a的底面。
根据这样的结构，也能够发挥与所述第一实施方式相同的作用效果。另外，在本实施方式中，支承部47呈框状，但并不限定于此，例如，也可以是周向的一部分缺损，从而形成为C字状。关于框部481也相同。
＜第四实施方式＞
图11是示出了第四实施方式的个人计算机的立体图。
图11所示的作为电子设备的个人计算机1100由具备键盘1102的主体部1104和具备显示部1108的显示单元1106构成，显示单元1106借助铰链构造部而被支承为能够相对于主体部1104转动。而且，在个人计算机1100中内置有作为物理量传感器的振动器件1和根据来自振动器件1的输出信号进行信号处理即各部分的控制的信号处理电路1110。
这样，作为电子设备的个人计算机1100具有振动器件1和根据振动器件1的输出信号来进行信号处理的信号处理电路1110。因此，能够享受上述振动器件1的效果，从而能够发挥高可靠性。
＜第五实施方式＞
图12是示出第五实施方式的移动电话的立体图。
图12所示的作为电子设备的移动电话1200具有未图示的天线、多个操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206，在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部1208。而且，在移动电话1200中内置有作为物理量传感器的振动器件1以及根据来自振动器件1的输出信号进行信号处理即各部分的控制的信号处理电路1210。
这样，作为电子设备的移动电话1200具有振动器件1和根据振动器件1的输出信号来进行信号处理的信号处理电路1210。因此，能够享受上述振动器件1的效果，从而能够发挥高可靠性。
＜第六实施方式＞
图13是示出第六实施方式的数字静态照相机的立体图。
图13所示的作为电子设备的数字静态照相机1300具有壳体1302，在该壳体1302的背面设置有显示部1310。显示部1310构成为基于CCD的摄像信号来进行显示的结构，作为将被摄体显示为电子图像的取景器来发挥功能。而且，在壳体1302的正面侧设置有包含光学透镜或CCD等的受光单元1304。然后，当摄影者确认显示在显示部1310中的被摄体像而按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的摄像信号被传送并存储在存储器1308中。而且，在数字静态照相机1300中内置有作为物理量传感器的振动器件1和根据来自振动器件1的输出信号进行信号处理即各部分的控制的信号处理电路1312。
这样，作为电子设备的数字静态照相机1300具有振动器件1和根据振动器件1的输出信号来进行信号处理的信号处理电路1312。因此，能够享受上述振动器件1的效果，从而能够发挥高可靠性。
另外，具有振动器件1的电子设备除了上述的个人计算机1100、移动电话1200及数字静态照相机1300之外，例如还可以是智能手机、平板电脑终端、包括智能手表在内的钟表、喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、HMD(头戴显示器)等可穿戴终端、电视、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本、电子辞典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作台、可视电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、电子体温计、血压计、血糖计、心电图测量装置、超声波诊断装置、电子内窥镜那样的医疗设备、鱼群探测器、各种测定设备、车辆、航空器、船舶那样的仪表类、便携终端用的基站、飞行模拟器等。
＜第七实施方式＞
图14是示出第七实施方式的汽车的立体图。
图14所示的作为移动体的汽车1500包括发动机系统、制动系统以及无钥匙进入系统等系统1502。另外，在汽车1500中内置有作为物理量传感器的振动器件1和根据来自振动器件1的输出信号进行信号处理即系统1502的控制的信号处理电路1510。
这样，作为移动体的汽车1500具有振动器件1和根据作为振动器件1的输出信号的振荡信号来进行信号处理的信号处理电路1510。因此，能够享受上述振动器件1的效果，从而能够发挥高可靠性。
另外，具备振动器件1的移动体除了汽车1500之外，例如也可以是机器人、无人飞机、二轮车、航空器、船舶、电车、火箭、航天器等。
以上，根据图示的实施方式对本发明的振动器件、电子设备以及移动体进行了说明，但本发明并不限定于此，各部分的结构可以置换成具有同样功能的任意结构。另外，也可以在本发明中附加其他任意的构成物。另外，也可以对各实施方式进行适当组合。
Claims (14)
1.一种振动器件，其特征在于，
在将彼此垂直的三个轴设为A轴、B轴以及C轴时，
所述振动器件具有：
振动元件，其包含元件基部、以及向沿着所述B轴的B轴方向延伸的驱动臂；以及
支承基板，其包含基部以及经由梁部与所述基部连接的支承部，在从沿着所述C轴的C轴方向俯视时，所述基部与所述元件基部重叠，
所述驱动臂在沿着所述A轴的A轴方向上进行弯曲振动，
所述驱动臂在所述俯视时与所述梁部重叠。
2.根据权利要求1所述的振动器件，其特征在于，
所述元件基部经由接合部件固定于所述基部。
3.根据权利要求2所述的振动器件，其特征在于，
所述梁部包含弯曲部。
4.根据权利要求3所述的振动器件，其特征在于，
所述弯曲部在所述俯视时呈S字状曲折。
5.根据权利要求4所述的振动器件，其特征在于，
所述振动元件包含从所述元件基部向所述B轴方向延伸的检测臂。
6.根据权利要求5所述的振动器件，其特征在于，
所述振动元件包含：
第一连结臂，其从所述元件基部的所述A轴的正侧延伸；以及
第二连结臂，其从所述元件基部的所述A轴的负侧延伸，
所述驱动臂包含：
第一驱动臂，其从所述第一连结臂向所述B轴方向延伸；以及
第二驱动臂，其从所述第二连结臂向所述B轴方向延伸。
7.根据权利要求6所述的振动器件，其特征在于，
在所述俯视时，所述支承部包含：
第一支承部，其配置于所述A轴的正侧；以及
第二支承部，其配置于所述A轴的负侧，
所述基部配置于所述第一支承部与所述第二支承部之间。
8.根据权利要求6所述的振动器件，其特征在于，
在所述俯视时，所述支承部包含：
第一支承部，其配置于所述B轴的正侧；以及
第二支承部，其配置于所述B轴的负侧，
所述基部配置于所述第一支承部与所述第二支承部之间。
9.根据权利要求6所述的振动器件，其特征在于，
在所述俯视时，
所述支承部包围所述基部，
所述梁部配置于所述基部与所述支承部之间，
所述梁部包含：
框部，其包围所述基部；
第一梁部，其将所述基部与所述框部连接；以及
第二梁部，其将所述支承部与所述框部连接。
10.根据权利要求9所述的振动器件，其特征在于，
所述支承部包含：
第一支承部，其配置于所述A轴的正侧；以及
第二支承部，其配置于所述A轴的负侧。
11.根据权利要求10所述的振动器件，其特征在于，
所述支承部为框状。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的振动器件，其特征在于，在设驱动振动模式的共振频率为f1、不必要振动的频率为f0时，f0＜f1。
13.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包含：
权利要求1～12中任一项所述的振动器件；以及
信号处理电路，其基于所述振动器件的输出信号进行信号处理。
14.一种移动体，其特征在于，所述移动体包含：
权利要求1～12中任一项所述的振动器件；以及
信号处理电路，其基于所述振动器件的输出信号进行信号处理。
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