JP2005292079A - 圧電デバイス、及び圧電発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】 圧電振動片を支持するリード線の１つずつの強度が弱いため、圧電振動片に衝
撃などが印加されることにより、リード線が変形し、圧電振動片の保持姿勢が予期しない
状態に変化することがある。この、圧電振動片の保持姿勢の変化により、ジャイロ振動片
の検出感度が低下し所望の検出ができなくなるという課題を有していた。
【解決手段】 圧電振動片１０と、前記圧電振動片を保持する複数のリード線２０と、前
記複数のリード線の一方端近傍を支持する支持基板２１と、前記複数のリード線のうちの
少なくとも２つ以上のリード線を連結する連結基板２２と、を有し、前記リード線は、前
記圧電振動片を保持する部分と前記支持基板によって支持される部分以外の部分に、前記
圧電振動片と前記支持基板との接触を防止する間隙形成部２８を形成し、前記間隙形成部
において前記連結基板により連結されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ジャイロ振動片のような圧電振動片を有する圧電デバイス、及び当該圧電デ
バイスを備える圧電発振器に関する。

例えば、特許文献１に記載されたような従来の圧電デバイスでは、図１３で示すように
、ジャイロ振動片等である圧電振動片１１０が、支持基板１１１に接合材１１２で固着さ
れたリード線１１３ａ、１１３ｂによって保持され導電性接着材１１４等で接続されてい
る。支持基板１１１は、パッケージ１１５に固着材１１６により固着されている。リード
線１１３ａ、１１３ｂは、２方向から圧電振動片１１０に接合している。

特開２００３−２９４４５０号公報

しかしながら、前述の背景技術に示した圧電デバイスでは、圧電振動片を支持するリー
ド線の１つずつの強度が弱いため、圧電振動片に衝撃などが印加されることによってリー
ド線が変形し、圧電振動片の保持姿勢が予期しない状態に変化することがある。この、圧
電振動片の保持姿勢の変化による特性への影響により、ジャイロ振動片の検出感度が低下
し所望の検出ができなくなるという課題を有していた。

かかる問題を解決するために、本発明の圧電デバイスは、圧電振動片と、前記圧電振動
片を保持する複数のリード線と、前記複数のリード線の一方端近傍を支持する支持基板と
、
前記複数のリード線のうちの少なくとも２つ以上のリード線を連結する連結基板と、を有
し、前記２つ以上のリード線は、前記圧電振動片を保持する部分と前記支持基板によって
支持される部分の両部分以外の部分に、前記圧電振動片と前記支持基板との接触を防止す
る間隙形成部が形成され、前記間隙形成部において前記連結基板により連結されているこ
とを特徴とする。
本発明の圧電デバイスによれば、複数のリード線が連結基板によって連結されているた
め、連結されたリード線の方が、一つずつのリード線より強度が向上し、圧電振動片に衝
撃などが印加されてもリード線の変形が起こりにくくなる。従って、圧電振動片の保持姿
勢の変化が起こりにくくなり、ジャイロ振動片の検出感度の低下を防止することができる
。

また、前記間隙形成部は、前記リード線の一部を曲げて形成されていることとしてもよ
い。

また、前記複数のリード線のうち前記圧電振動片と接続されていないリード線は、前記
圧電振動片に到達しない他方端を有することとしてもよい。

また、前記連結基板は、前記支持基板と同じ材質で形成されていることが望ましい。
このようにすれば、連結基板と支持基板との熱膨張係数が等しくなるため、例えば、冷
熱が繰り返し印加される、或いは、高温下に置かれるなどの熱変動による変形を防止する
ことが可能となる。

また、前記連結基板は、前記支持基板の一部を曲げて形成されていることとしてもよい
。

また、前記圧電振動片が、回転角速度を検出するためのジャイロセンサ用の振動片であ
ることとしてもよい。

また、前述の圧電デバイスと、少なくとも前記圧電デバイスを駆動するための機能を有
する回路素子と、を有することを特徴とする圧電発振器を提供することも可能となる。

本発明に係る圧電デバイスの最良の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお
、本発明は、後述の実施例に限定されるものではない。
（第一の実施形態）

本発明に係る圧電デバイスの第一の実施形態として、ジャイロセンサ用水晶振動片（以
下、「ジャイロ振動片」という。）を用いたジャイロセンサについて、図面を用いて説明
する。図１は、第一の実施形態のジャイロセンサを示す概略図である。図１（ａ）は、図
１（ｂ）に示すＢ−Ｂ´から見たジャイロセンサの平面図である。図１（ｂ）は、図１（
ａ）に示すジャイロセンサのＡ−Ａ´断面図である。図２は、第一の実施形態の連結基板
とリード線とを示す図１（ａ）のＰ方向から見た斜視図である。
＝＝ジャイロセンサの構成＝＝

ジャイロセンサの構成について説明する。ジャイロセンサ１００は、電子機器及び乗り
物のような物体の姿勢や位置を検出するために前記物体に搭載されて使用される。ジャイ
ロセンサ１００は、水晶片であるジャイロ振動片１０、直接または間接にジャイロ振動片
１０を保持するための複数のリード線２０、複数のリード線２０を支持する支持基板２１
、複数のリード線２０を連結する連結基板２２、当該素子を収納するためのパッケージ２
３、及びパッケージ２３の蓋板２４から構成される。

セラミック等で形成されたパッケージ２３の凹部底面２５に、支持基板２１が固着され
ている。支持基板２１は、例えば、ポリイミド樹脂などで形成されている。支持基板２１
の上面には、４方向から中心部２６に向かって伸びる複数のリード線２０が図示しない接
合材によって固着されている。複数のリード線２０のうち一部のリード線２０ａ（後述す
る接続用リード線２０ａ）には、一方の端付近にジャイロ振動片１０が導電接着剤或いは
金バンプなどの接合材２７で接合されている。さらに、複数のリード線２０は、立ち上が
り形状の間隙形成部２８で支持基板２１の一部を折り曲げて形成した連結基板２２により
連結されている。
＝＝リード線の説明＝＝

次に、複数のリード線２０について説明する。
複数設けられたリード線２０は、一例として厚み１８μｍ、リード線幅３０〜１００μ
ｍ、程度の銅薄板にニッケルメッキが施され形成されている。複数のリード線２０は、パ
ッケージ２３の凹部の４側面方向から、中心部２６に向かって形成されている。複数のリ
ード線２０のうち、４本がジャイロ振動片１０を保持する接続用リード線２０ａであり、
他は、接続用リード線２０ａの補助用リード線２０ｂである。複数のリード線２０は、一
方の端近傍２９を支持基板２１上に固着されており、固着部の中途で上方に折り曲げられ
た間隙形成部２８を有している。間隙形成部２８は、ジャイロ振動片１０と支持基板２１
との間に隙間を設け、ジャイロ振動片１０と支持基板２１との接触を防止する。

接続用リード線２０ａには、さらに間隙形成部２８の先のリード線端部近傍を折り曲げ
てジャイロ振動片１０の受け部３０が形成されている。補助用リード線２０ｂは、間隙形
成部２８の中途に一方の端部３１を有している。従って、補助用リード線２０ｂは、ジャ
イロ振動片１０に接続されていない。

接続用リード線２０ａ及び補助用リード線２０ｂは、それぞれの間隙形成部２８を支持
基板２１の一部に形成された張り出し部を折り曲げて形成した連結基板２２により連結さ
れている。連結基板２２は、複数のリード線２０を連結して接続用リード線２０ａの強度
を増加させる。
なお、連結基板２２を形成するための支持基板２１の張り出し部の折り曲げは、支持基
板２１に固着された複数のリード線２０の間隙形成部２８を形成するための折り曲げと同
時に行うことができる。

＝＝ジャイロ振動片の説明＝＝
次に、ジャイロ振動片について、図面を用いて詳細に説明する。図３は、ジャイロ振動
片の平面形状の一例を示し、図１に示すジャイロ振動片１０の概略の平面図である。図４
は、駆動アームの動作を示す。図５は、駆動アームの動作とコリオリ力との関係を示す。
図６は、検出アームの動作を示す。

先ず、ジャイロ振動片の構成について説明する。
図３に示すように、ジャイロセンサ１００に用いられるジャイロ振動片１０は、従来知
られた駆動モード、検出モード、及びスプリアスモードという３つのモードで動作すべく
、駆動部を構成する第一の駆動腕部及び第二の駆動腕部である第一の駆動アーム１１Ａ及
び第二の駆動アーム１１Ｂと、検出部である検出アーム１２と、腕支持部であるアーム支
持部１３と、支持部である支持板１４とを有している。

アーム支持部１３は、一端が第１の駆動アーム１１Ａの中心に接続されており、他端が
第２の駆動アーム１１Ｂの中心に接続されており、検出アーム１２は、その中心がアーム
支持部１３の中心と一致するように接続されている。支持板１４は、アーム支持部１３と
検出アーム１２との接続点を含む所定の面積を有する板状部材である。

次に、ジャイロ振動片の動作について説明する。
第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂは、図４（Ａ）に示されるように、各々が図
示のＹ方向に延在する即ち相互に平行する、所定長を有する板状の部材である。第１及び
第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂは、図示のＸ方向に沿った振動中に、前記した物体の姿
勢の変動の一つである、図示のＺ方向を回転軸として与えられる回転に応じて、当該回転
角速度の大きさに対応するコリオリ力を生成する。

駆動アーム１１Ａは、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、その中心を軸とする屈曲
動作により振動し、より詳細には、その端部に近い部位ほどＸ方向に沿って大きく変位す
るという凹凸型に変形することにより振動する。駆動アーム１１Ｂは、駆動アーム１１Ａ
が変形する凹凸形状とは線対称な関係にある形状に屈曲動作により振動する。

図５に示されるように、第１の駆動アーム１１Ａが点線で示された形状から実線で示さ
れた形状へ変化しており、第２の駆動アーム１１Ｂも点線で示された形状から実線で示さ
れた形状へ変化しているとき、紙面内時計回り方向の回転が加えられると、コリオリ力は
、図５の矢印１９Ａ、１９Ｂで示される方向に発生する。他方で、第１の駆動アーム１１
Ａが実線で示された形状から点線で示された形状へ変化し、第２の駆動アーム１１Ｂが実
線で示された形状から点線で示された形状へ変化しているとき、紙面内時計回り方向の回
転が加えられると、コリオリ力は、図５の矢印１９Ａ、１９Ｂとは反対方向に発生する。

検出アーム１２は、第１の駆動アーム１１Ａ及び第２の駆動アーム１１Ｂと同様に、図
示のＹ方向に沿って延在している、所定長を有する板部材である。即ち、第１の駆動アー
ム１１Ａ、第２の駆動アーム１１Ｂ、及び検出アーム１２は、相互に平行である。検出ア
ーム１２は、第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂに働く前記コリオリ力を検出すべ
く、第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂからアーム支持部１３を経て伝播される前
記コリオリ力に応答して、当該コリオリ力の大きさに対応する振動を行う。

検出アーム１２は、図６（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、図４（Ａ）〜（Ｃ）で示し
た第１及び第２の駆動アーム１１Ａ、１１Ｂの屈曲動作と同様に、概ねＳ字状及び逆Ｓ字
状に変形するという屈曲動作を行う。検出アーム１２による前記屈曲動作回転により発生
する電気信号を検出することにより前記コリオリ力の大きさを知得し、これにより、前記
物品に加えられた回転角速度の大きさを認識する。

上述の第一の実施形態によれば、ジャイロ振動片を保持し接続を行う接続用リード線と
、補助用リード線とが、連結基板によって連結されることによって、接続用リード線の強
度が増し、ジャイロ振動片に衝撃などが印加されても接続用リード線の変形が起こりにく
くなる。従って、ジャイロ振動片の保持姿勢の変化が起こりにくくなり、ジャイロ振動片
と、パッケージとの平行度が変化することから発生するジャイロ振動片の検出感度の低下
を防止することができる。
また、連結基板が、支持基板の一部である張り出し部を曲げて形成されていることから
、構成部品を増やすことなく連結することが可能となり、製品コストの増加を防ぐことが
可能となる。
（第二の実施形態）

本発明に係る圧電デバイスの第二の実施形態として、圧電振動片としてジャイロ振動片
を用いたジャイロセンサについて、図面を用いて説明する。図７は、第二の実施形態のジ
ャイロセンサを示す概略図である。図７（ａ）は、図７（ｂ）に示すＢ−Ｂ´から見たジ
ャイロセンサの平面図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示すジャイロセンサのＡ−Ａ
´断面図である。図８は、第一の実施形態の連結基板とリード線とを示す図７（ａ）のＰ
方向から見た斜視図である。

第二の実施形態におけるジャイロセンサ１００の構成、及びジャイロ振動片１０につい
ての説明は、先述した第一の実施形態と同様であるため省略し、第二の実施形態の特徴点
である複数のリード線４０、及び連結基板４２について説明する。
＝＝リード線の説明＝＝

第二の実施形態の複数のリード線４０について説明する。
複数のリード線４０は、第一の実施形態と同様に、一例として厚み３０μｍ、リード線
幅３０〜１００μｍ、程度の銅薄板にニッケルメッキが施されている。複数のリード線４
０は、パッケージ４３の凹部の４側面方向から、中心部４６に向かって形成されている。
詳細には、図７（ａ）に示す左右方向からそれぞれ３本、上下方向からそれぞれ１本が設
けられている。複数のリード線４０は、一方の端近傍４９を支持基板４１上に固着されて
おり、固着部の中途で上方に折り曲げられた間隙形成部４８を有している。なお、間隙形
成部４８は、ジャイロ振動片１０と支持基板４１との間に隙間を設け、ジャイロ振動片１
０と支持基板４１との接触を防止する。

それぞれのリード線４０は、さらに間隙形成部４８の先のリード線端部近傍を折り曲げ
てジャイロ振動片１０の受け部５０が形成されており、すべてのリード線が、ジャイロ振
動片１０と接続される。この受け部５０上に、ジャイロ振動片１０が、金バンプ、或いは
導電性接着剤等の接合材４７により固着、接続される。
さらに、それぞれのリード線４０は、それぞれの間隙形成部４８を連結基板４２により
連結されている。
＝＝連結基板の説明＝＝

連結基板４２は、それぞれのリード線４０を連結してジャイロ振動片１０を保持するリ
ード線４０の強度を増加させる。連結基板４２は、支持基板２１と同じ材料で４辺を有す
るリング状に形成され、それぞれのリード線４０の間隙形成部４８のジャイロ振動片１０
側（リード線の外側）で固着して連結する。なお、図示はしないが、連結基板４２は、そ
れぞれのリード線４０の間隙形成部４８のパッケージ底面４５側（リード線４０の中心部
４６に向く面）で固着して連結してもよい。

なお、パッケージ４３の上面は、蓋板４４によって封止されている。

上述の第二の実施形態によれば、第一の実施形態の効果に加え、すべてのリード線を結
合することにより、ジャイロ振動片１０を支持するリード線の強度を増すことが可能とな
る。

なお、図９に示すように圧電振動片を支持するためのリード線４０が各方向から一つず
つ設けられる構成でも、すべてのリード線をリング状の連結基板４２により一つに連結す
ることにより、ジャイロ振動片１０を支持するリード線の強度を増すことが可能となる。
＜連結基板の変形例＞

連結基板の変形例を図１０及び図１１を用いて説明する。
図１０に示すように、それぞれの方向（図１０では矢印Ｆ、矢印Ｈで示し、Ｆ、Ｈに対
抗する方向を含む他の方向は省略している。）に設けられた接続用リード線２０ａ及び補
助用リード線２０ｂの間隙形成部２８の内側に連結基板５２が固着され、それぞれのリー
ド線が連結されている。連結基板５２はそれぞれの方向ごと個別に設けられている。
なお、図には記載しないが、連結基板５２による連結が、間隙形成部２８のみでなく、
間隙形成部２８からジャイロ振動片の受け部２７にかかっていてもよい。

さらに、図１１に示すように、それぞれの方向（図１１では矢印Ｆ、矢印Ｈで示し、Ｆ、
Ｈに対抗する方向を含む他の方向は省略している。）に設けられた接続用リード線２０ａ
及び補助用リード線２０ｂの間隙形成部２８の外側に連結基板５２が固着され、それぞれ
のリード線が連結されている。連結基板５２はそれぞれの方向ごと個別に設けられている
。
なお、図には記載しないが、連結基板５２よる連結が、間隙形成部２８のみでなく、間
隙形成部２８から支持基板２１上にかかっていてもよい。

なお、連結基板５２の形状は、図１０、図１１に示す形状に限らず、間隙形成部を連結
することが可能な形状であればどのような形状であっても良い。

また、連結基板は、支持基板を形成する際に、連結基板の一部を連結基板とすることも
可能である。換言すれば、連結基板と支持基板を同一材質とすることが可能である。
（第三の実施形態）

本発明の圧電振動片を用いた圧電発振器を、図を用いて説明する。図１２は、本発明の
圧電振動器における概略の正面断面図である。

本発明の圧電発振器８０は、水晶片であるジャイロ振動片８１、ジャイロ振動片８１を
保持するための複数のリード線８２、複数のリード線８２を支持する支持基板８３、複数
のリード線８２を連結する連結基板８４、少なくともジャイロ振動片８１を駆動させる機
能を有する回路素子の一例としての半導体装置８５、前述したそれぞれの構成部品を収納
するためのパッケージ８６、及びパッケージ８６の蓋板８７から構成される。

詳述すると、セラミック等で形成されたパッケージ８６の凹部底面８８に、支持基板８
３が固着されている。支持基板８３は、例えば、ポリイミド樹脂などで形成されている。
支持基板８３の上面には、各方向から中心部に向かって伸びる複数のリード線８２が図示
しない接合材によって固着されている。複数のリード線８２のうち一部のリード線には一
方の端付近にジャイロ振動片８１が導電接着剤或いは金バンプなどの接合材８９で接合さ
れている。さらに、複数のリード線８２は、立ち上がり形状の間隙形成部９０で支持基板
８３の一部を折り曲げて形成した連結基板８４により連結されている。

本例によれば、ジャイロ振動片を保持し接続を行う接続用リード線と、補助用リード線
とが、連結基板によって連結されることによって、接続用リード線の強度が増し、ジャイ
ロ振動片に衝撃などが印加されても接続用リード線の変形が起こりにくくなる。従って、
ジャイロ振動片の保持姿勢の変化が起こりにくくなり、ジャイロ振動片と、パッケージと
の平行度が変化することから発生するジャイロ振動片の検出感度の低下を防止することが
できる圧電発振器を提供することが可能となる。

第一の実施形態を示すジャイロセンサの概略図。図１（ａ）は、ジャイロセンサのＢ−Ｂ´断面の平面図。図１（ｂ）は、ジャイロセンサのＡ−Ａ´断面図。 第一の実施形態の連結基板とリード線とを示す概略斜視図。 ジャイロ振動片の概略平面図。 ジャイロ振動片の駆動アームの動作を示す図。 ジャイロ振動片の駆動アームの動作とコリオリ力との関係を示す図。 ジャイロ振動片の検出アームの動作を示す図。 第二の実施形態を示すジャイロセンサの概略図。図７（ａ）は、ジャイロセンサのＢ−Ｂ´断面の平面図。図７（ｂ）は、ジャイロセンサのＡ−Ａ´断面図。 第二の実施形態の連結基板とリード線とを示す概略斜視図。 接続用リード線が各方向から一つずつ設けられる構成を表す図。 連結基板の変形例を示す図。 連結基板の変形例を示す図。 第三の実施形態の圧電発振器の概略を示す正面断面図。 従来の圧電デバイスを示す図。

符号の説明

１０…ジャイロ振動片、１１ａ…ジャイロ振動片の駆動アーム、
１１ｂ…ジャイロ振動片の駆動アーム、１２…ジャイロ振動片の検出アーム、
１３…ジャイロ振動片のアーム支持部、１４…ジャイロ振動片の支持板、
２０…複数のリード線、２０ａ…接続用リード線、２０ｂ…補助用リード線、
２１…支持基板、２２…連結基板、２３…パッケージ、２４…蓋板、
２５…パッケージの凹部底面、２６…支持基板の中心部、２７…接合材、
２８…間隙形成部、２９…リード線の一方端近傍、３０…ジャイロ振動片の受け部、
３１…補助用リード線の他方の端部、８０…圧電発振器、１００…ジャイロセンサ。

Claims (7)

1. 圧電振動片と、
   前記圧電振動片を保持する複数のリード線と、
   前記複数のリード線の一方端近傍を支持する支持基板と、
   前記複数のリード線のうちの少なくとも２つ以上のリード線を連結する連結基板と、を
   有し、
   前記２つ以上のリード線は、前記圧電振動片を保持する部分と前記支持基板によって支
   持される部分の両部分以外の部分に、前記圧電振動片と前記支持基板との接触を防止する
   間隙形成部が形成され、前記間隙形成部において前記連結基板により連結されていること
   を特徴とする圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記間隙形成部は、前記リード線の一部を曲げて形成されていることを特徴とする圧電
   デバイス。
3. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記複数のリード線のうち前記圧電振動片と接続されていないリード線は、前記圧電振
   動片に到達しない他方端を有することを特徴とする圧電デバイス。
4. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記連結基板は、前記支持基板と同じ材質で形成されていることを特徴とする圧電デバ
   イス。
5. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記連結基板は、前記支持基板の一部を曲げて形成されていることを特徴とする圧電デ
   バイス。
6. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記圧電振動片が、回転角速度を検出するためのジャイロセンサ用の振動片であること
   を特徴とする圧電デバイス。
7. 請求項１に記載の圧電デバイスと、
   少なくとも前記圧電デバイスを駆動するための機能を有する回路素子と、
   を有することを特徴とする圧電発振器。
   

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