JP2013192013A - Vibration element, vibration device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、振動素子、振動デバイスおよび電子機器に関するものである。 The present invention relates to a vibration element, a vibration device, and an electronic apparatus.
水晶発振器等の振動デバイスとしては、複数の振動腕を備える音叉型の振動素子を備えるものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
例えば、特許文献1に記載の振動デバイスは、Z軸方向に厚みを有する基部と、X軸方向に並んで設けられ、基部からY軸方向に延出する2つの振動腕とを有する振動素子を有し、各振動腕には、電極が形成されている。このような振動デバイスでは、駆動腕に形成された電極に電圧を印加することにより、2つの駆動腕をX軸方向に面内振動させる。
ここで、振動素子は、例えば水晶で構成された板状の基板を所望の形状に加工することにより形成することができる。具体的には、水晶基板の両面に、振動素子の平面視形状に対応するマスクを形成し、これらマスクを介して水晶基板をエッチングすることにより振動素子を得ることができる。
As a vibration device such as a crystal oscillator, one including a tuning fork type vibration element including a plurality of vibration arms is known (for example, refer to Patent Document 1).
For example, a vibrating device described in
Here, the vibration element can be formed by processing a plate-like substrate made of, for example, quartz into a desired shape. Specifically, a vibrating element can be obtained by forming a mask corresponding to the planar shape of the vibrating element on both surfaces of the quartz substrate and etching the quartz substrate through these masks.
しかしながら、マスクの形成精度には限界があり、種々の原因により、一方のマスクに対して他方のマスクが水晶基板の面方向にずれて形成されてしまうことがある。このような場合、各駆動腕の形状(断面形状)が所望形状と一致せず、さらには、左右の対称性を失うため、駆動腕をX軸方向に屈曲振動させる際に、X軸方向以外の方向、具体的にはZ軸方向への屈曲振動が発生する。その結果、駆動腕の振動バランスが崩れ、振動を効率的に相殺することが困難となり、振動漏れが大きくなるという問題が発生する。 However, there is a limit to the mask formation accuracy, and the other mask may be formed to be shifted in the surface direction of the quartz substrate with respect to one mask due to various causes. In such a case, the shape (cross-sectional shape) of each drive arm does not match the desired shape, and further, since the left and right symmetry is lost, when the drive arm is bent and vibrated in the X-axis direction, it is not in the X-axis direction. Bending vibration occurs in the direction of, specifically the Z-axis direction. As a result, the vibration balance of the drive arm is lost, and it becomes difficult to effectively cancel the vibration, resulting in a problem of increased vibration leakage.
本発明の目的は、振動腕の振動バランスを取ることにより振動漏れを抑制し、優れた振動特性を発揮することのできる振動素子を提供すること、また、この振動素子を備える信頼性に優れた振動デバイスおよび電子機器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a vibration element capable of suppressing vibration leakage by exerting a vibration balance of a vibrating arm and exhibiting excellent vibration characteristics, and having excellent reliability with the vibration element. It is to provide a vibration device and an electronic apparatus.
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]
本発明の振動素子は、互いに直交する3つの軸を第1軸、第2軸および第3軸とし、
前記第1軸と前記第2軸とを含む第1面上に設けられた少なくとも3本以上の振動腕と、
前記振動腕の一端を接続する基部と、を備え、
前記振動腕は、前記第1面内の振動成分及び前記第3軸の方向の振動成分を有する少なくとも2本以上の第1振動腕と、前記第1振動腕の前記第3軸の方向の振動成分を相殺する少なくとも一本の第2振動腕により構成されることを特徴とする。
これにより、振動バランスに優れ、優れた振動特性を発揮することのできる振動素子を提供することができる。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
[Application Example 1]
The vibration element of the present invention has three axes orthogonal to each other as a first axis, a second axis, and a third axis,
At least three or more vibrating arms provided on a first surface including the first axis and the second axis;
A base for connecting one end of the vibrating arm,
The vibrating arm includes at least two first vibrating arms having a vibration component in the first plane and a vibration component in the direction of the third axis, and vibration in the direction of the third axis of the first vibrating arm. It is characterized by comprising at least one second vibrating arm that cancels out components.
Thereby, the vibration element which is excellent in vibration balance and can exhibit excellent vibration characteristics can be provided.
[適用例2]
本発明の振動素子では、前記第1振動腕の前記第1面内の振動成分は、前記第1振動腕同士で相殺されることが好ましい。
これにより、振動素子の構成を簡単なものとすることができる。
[適用例3]
本発明の振動素子では、前記第1振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動することが好ましい。
これにより、よりバランスよく振動腕を振動させることができる。
[Application Example 2]
In the resonator element according to the aspect of the invention, it is preferable that a vibration component in the first surface of the first vibrating arm is canceled out by the first vibrating arms.
Thereby, the structure of a vibration element can be simplified.
[Application Example 3]
In the resonator element according to the aspect of the invention, it is preferable that the first vibrating arms bend and vibrate symmetrically.
Thereby, the vibrating arm can be vibrated in a more balanced manner.
[適用例4]
本発明の振動素子では、前記振動腕の各々は、前記第1軸に沿って配置され、且つ、前記第2軸に沿って基部から延出し、
前記第1振動腕の各々は両端に配置されていることが好ましい。
これにより、よりバランスよく振動腕を振動させることができる。
[Application Example 4]
In the resonator element according to the aspect of the invention, each of the vibrating arms is disposed along the first axis, and extends from the base along the second axis.
Each of the first vibrating arms is preferably disposed at both ends.
Thereby, the vibrating arm can be vibrated in a more balanced manner.
[適用例5]
本発明の振動素子では、前記第1振動腕の横断面形状は、前記第1振動腕の幅方向の中心線に対し非対称である部分を含むことが好ましい。
これにより、より確実に、第1振動腕を斜め振動させることができる。
[適用例6]
本発明の振動素子では、前記第1振動腕の横断面形状は、前記第1振動腕の幅方向の中心線および厚さ方向の中心線に対し非対称である部分を含むことが好ましい。
これにより、簡単な構成で、より確実に、第1振動腕を斜め振動させることができる。
[Application Example 5]
In the resonator element according to the aspect of the invention, it is preferable that a cross-sectional shape of the first vibrating arm includes a portion that is asymmetric with respect to a center line in the width direction of the first vibrating arm.
Thereby, the first vibrating arm can be vibrated obliquely more reliably.
[Application Example 6]
In the resonator element according to the aspect of the invention, it is preferable that the cross-sectional shape of the first vibrating arm includes a portion that is asymmetric with respect to the center line in the width direction and the center line in the thickness direction of the first vibrating arm.
As a result, the first vibrating arm can be vibrated obliquely with a simple configuration.
[適用例7]
本発明の振動素子では、前記振動腕の横断面形状は、平行四辺形であることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、より確実に、第1振動腕を斜め振動させることができる。
[適用例8]
本発明の振動素子では、前記第2振動腕は、少なくとも2本設けられ、
前記第2振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動することが好ましい。
これにより、振動特性がより向上する。
[Application Example 7]
In the resonator element according to the aspect of the invention, it is preferable that a cross-sectional shape of the vibrating arm is a parallelogram.
As a result, the first vibrating arm can be vibrated obliquely with a simple configuration.
[Application Example 8]
In the resonator element according to the aspect of the invention, at least two second vibrating arms may be provided,
It is preferable that the second vibrating arms bend and vibrate symmetrically with each other.
Thereby, vibration characteristics are further improved.
[適用例9]
本発明の振動デバイスは、本発明の振動素子と、
前記振動素子を収納したパッケージと、を備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた発振器等の振動デバイスを提供することができる。
[適用例10]
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた携帯電話、パーソナルコンピューター、デジタルカメラ等の電子機器を提供することができる。
[Application Example 9]
The vibration device of the present invention includes the vibration element of the present invention,
And a package containing the vibration element.
Thereby, it is possible to provide a vibration device such as an oscillator having excellent reliability.
[Application Example 10]
An electronic apparatus according to the present invention includes the vibration element according to the present invention.
Accordingly, it is possible to provide electronic devices such as a mobile phone, a personal computer, and a digital camera that are excellent in reliability.
以下、本発明の振動素子、振動デバイスおよび電子機器を添付図面に示す実施形態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デバイスを示す断面図、図2は、図1に示す振動デバイスに備えられた振動素子を示す上面図、図3は、図2中のA‐A線断面図、図4は、図2に示す振動素子の動作を説明するための断面図、図5は、図2に示す振動素子の変形例を示す断面図、図6は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する3つの軸としてX軸(第1方向)、Y軸(第2方向)およびZ軸(第3方向)を図示している。また、以下では、X軸に平行な方向を「X軸方向(第1方向)」、Y軸に平行な方向を「Y軸方向(第2方向)」、Z軸に平行な方向を「Z軸方向(第3方向)」とも言う。また、以下では、X軸とY軸とで規定される平面を「XY」平面とも言い、Y軸とZ軸とで規定される平面を「YZ平面」とも言い、X軸とZ軸とで規定される平面を「XZ平面」とも言う。また、以下の説明では、説明の便宜上、図1中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図1に示す振動デバイス1は、振動素子2と、この振動素子2を収納するパッケージ9とを有する。以下、振動デバイス1を構成する各部を順次詳細に説明する。
Hereinafter, a resonator element, a resonator device, and an electronic apparatus of the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<First Embodiment>
1 is a cross-sectional view showing a vibrating device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a top view showing a vibrating element provided in the vibrating device shown in FIG. 1, and FIG. 3 is A in FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining the operation of the vibration element shown in FIG. 2, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the vibration element shown in FIG. 2, and FIG. It is sectional drawing for demonstrating this manufacturing method. In each figure, for convenience of explanation, an X axis (first direction), a Y axis (second direction), and a Z axis (third direction) are illustrated as three axes orthogonal to each other. In the following, the direction parallel to the X axis is “X axis direction (first direction)”, the direction parallel to the Y axis is “Y axis direction (second direction)”, and the direction parallel to the Z axis is “Z Also referred to as “axial direction (third direction)”. In the following, a plane defined by the X axis and the Y axis is also referred to as an “XY” plane, and a plane defined by the Y axis and the Z axis is also referred to as a “YZ plane”. The defined plane is also referred to as “XZ plane”. In the following description, for convenience of explanation, the upper side in FIG. 1 is referred to as “upper” and the lower side is referred to as “lower”.
A
1.振動素子
まず、振動素子2について説明する。
図2に示すように、振動素子2は、3脚音叉型の振動素子である。また、本実施形態の振動素子2は、所定の周波数(共振周波数)で振動する電気信号を発生させるための振動子として用いられる。
このような振動素子2は、基部4および基部4から延出する3本の振動腕5、6、7により構成された圧電体基板3と、この圧電体基板3上に形成された複数の電極とを有している。
1. First, the
As shown in FIG. 2, the
Such a vibrating
圧電体基板3は、圧電体材料で構成されており、このような圧電体材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、圧電体基板3を構成する圧電体材料としては水晶が好ましい。水晶(Zカット板など)で圧電体基板3を構成すると、圧電体基板3の振動特性(特に周波数温度特性)を優れたものとすることができる。また、エッチングにより高い寸法精度で圧電体基板3を形成することができる。なお、圧電体基板3は必ずしも圧電性を有しなくても良く、例えばシリコン基板を用い圧電膜を用いて振動腕5、6、7を振動させても良い。
The piezoelectric substrate 3 is made of a piezoelectric material. Examples of such a piezoelectric material include crystal, lithium tantalate, lithium niobate, lithium borate, and barium titanate. In particular, quartz is preferable as the piezoelectric material constituting the piezoelectric substrate 3. When the piezoelectric substrate 3 is made of quartz (Z cut plate or the like), the vibration characteristics (particularly frequency temperature characteristics) of the piezoelectric substrate 3 can be made excellent. Further, the piezoelectric substrate 3 can be formed with high dimensional accuracy by etching. Note that the piezoelectric substrate 3 does not necessarily have piezoelectricity. For example, the vibrating
1−1.基部
基部4は、XY平面に広がりを有し、Z軸方向に厚さを有する板状をなしている。また、基部4は、振動腕5、6、7と等しい厚さとなるように形成されている。このような基部4には、3つの振動腕5、6、7が接続されている。
これら振動腕5、6、7のうち、振動腕(第1振動腕)5、6は、振動素子2を駆動するための駆動腕として機能し、振動腕(第2振動腕)7は、振動腕5、6のZ方向の振動を相殺するための調整腕として機能する。なお、以下では説明の便宜上、振動腕5および駆動腕6をそれぞれ「駆動腕5」および「駆動腕6」と言い、振動腕7を「調整腕7」とも言う。
1-1. Base The
Among these vibrating
駆動腕5、6は、基部4のX軸方向での両端部に接続され、調整腕7は、基部4のX軸方向での中央部に接続されている。これら3つの振動腕5〜7は、互いに平行となるように基部4からそれぞれY軸方向に延出して設けられている。また、3つの振動腕5〜7は、等間隔でX軸方向に並んで離間配置されている。また、3つの振動腕5〜7は、それぞれ、長手形状をなし、その端部が固定端となり、先端部が自由端となる。
The
1−2.駆動腕
駆動腕(第1振動腕)5は、Y軸方向に延在している。このような駆動腕5は、略平行四辺形の横断面形状を有している。具体的には、駆動腕5は、XY平面で構成された上面(第1面)511と、XY平面で構成されるとともに上面511に対してX軸方向一方側(調整腕7側)にずれた下面(第2面)512と、XY平面およびYZ平面の両平面に対してY軸まわりに傾斜した平面で構成され、上面511と下面512とを連結する一対の側面513、514とを有している。
1-2. Driving arm The driving arm (first vibrating arm) 5 extends in the Y-axis direction. Such a
このような形状とすることにより、駆動腕5は、そのX軸方向の中心線L1およびZ軸方向の中心線L2に対しY軸方向の断面形状が非対称となる。そのため、後述するように、駆動腕5を電気的にX軸方向(面内方向)に振動させると、この振動によりZ軸方向(面外方向)の振動が新たに励起され、結果として、駆動腕5をX軸方向およびZ軸方向の両方向成分を有する方向、言い換えればX軸およびZ軸の両軸に対して傾斜した方向に、屈曲振動(以下、単に「斜め振動」とも言う。)させることができる。
なお、駆動腕5は、下面512の一部が上面511に対してZ軸方向に重なり合っているのが好ましい。
By adopting such a shape, the
The
このような駆動腕5には、一対の第1駆動電極84と一対の第2駆動電極85とが形成されている。具体的には、第1駆動電極84の一方は、上面511に形成されており、他方は、下面512に形成されている。また、第2駆動電極85の一方は、側面513に形成されており、他方は、側面514に形成されている。これら第1駆動電極84と第2駆動電極との間に交番電圧を印加することにより、駆動腕5を斜め振動させることができる。
In such a
このような第1、第2駆動電極84、85の構成としては、特に限定されず、金(Au)、金合金、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金、クロム(Cr)、クロム合金、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電材料により形成することができる。
The configuration of the first and
中でも、第1、第2駆動電極84、85の構成材料としては、金を主材料とする金属(金、金合金)、白金を用いるのが好ましく、金を主材料とする金属(特に金)を用いるのがより好ましい。Auは、導電性に優れ(電気抵抗が小さく)、酸化に対する耐性に優れているため、電極材料として好適である。また、AuはPtに比しエッチングにより容易にパターニングすることができる。
Among these, as the constituent material of the first and
なお、例えば、第1、第2駆動電極84、85を金で構成し、圧電体基板3を水晶で構成した場合、これらの密着性が低い。そのため、このような場合、第1、第2駆動電極84、85と圧電体基板3との間には、Ti、Cr等で構成された下地層を設けるのが好ましい。これにより、下地層と駆動腕5との密着性、および、下地層と第1、第2駆動電極84、85との密着性をそれぞれ優れたものとすることができる。その結果、第1、第2駆動電極84、85が駆動腕5から剥離するのを防止し、振動素子2の信頼性を優れたものとすることができる。
For example, when the first and
1−3.駆動腕
駆動腕6は、YZ平面に関して駆動腕5と対称的に形成されている以外は、駆動腕5と同様の構成(形状)である。したがって、駆動腕6の構成については、その説明を省略する。
このような駆動腕6には、一対の第1駆動電極84と一対の第2駆動電極85とが形成されている。具体的には、第1駆動電極84の一方は、側面613に形成されており、他方は、側面614に形成されている。また、第2駆動電極85の一方は、上面611に形成されており、他方は、下面612に形成されている。
1-3. Drive Arm The
Such a
1−4.調整腕
調整腕7は、その長手方向の全域にわたって、厚さ(Z軸方向の長さ)および幅(X軸方向の長さ)が一定となっている。このような調整腕7は、駆動腕6、7の振動に合わせて振動する。
このような振動素子2は、次のようにして駆動する。
1-4. Adjustment arm The
Such a
電源900から、第1駆動電極84および第2駆動電極85間に交番電圧を印加すると、駆動腕5、6は、それぞれ、二等分点Pと交わる中心線L1、L2に関して非対称な横断面形状を有しているため、Y軸、Z軸に対して傾斜した方向に振動する(すなわち斜め振動する)。調整腕7は、このような駆動腕5、6の屈曲振動と同時に、Z軸方向に、かつ駆動腕5、6のZ軸方向の振動とは反対方向に屈曲振動する。
When an alternating voltage is applied between the
このような振動においては、駆動腕5、6は、YZ平面に関して対称的に振動するため、駆動腕5の屈曲振動のうちのX軸方向成分の振動と、振動腕6の屈曲振動のうちのX軸方向成分の振動とが釣り合って相殺(キャンセル)される。そのため、調整腕7には、X軸方向の振動が伝達されず、調整腕7は、X軸方向にほとんど振動しない。また、駆動腕5、6と調整腕7とがZ軸方向の反対側に屈曲振動するため、駆動腕5、6の屈曲振動のうちのZ軸方向成分の振動と、調整腕7のZ軸方向の振動とが釣り合って相殺(キャンセル)される。そのため、振動素子2によれば、効果的に、振動漏れを防止することができる。
In such vibrations, the driving
特に、本実施形態では、斜め振動する2つの駆動腕5、6が基部4の両端部に位置しているため、面外方向および面内方向ともにバランシングされる(バランスよく駆動することができる)ので、より安定して駆動腕5、6および調整腕7を振動させることができる。そのため、振動漏れをより効果的に防止することができる。また、振動素子2では、調整腕7を有しているため、駆動腕5、6、のZ軸方向の振動(並進運度)が自動的に相殺されるため、回転モーメントも相殺されて小さくなる。
In particular, in the present embodiment, since the two
また、振動素子2では、駆動腕5、6を斜め振動させるように圧電体基板3を製造する。具体的には、図6(a)に示すように、まず、圧電体基板3を形成するための基板3Aを用意する。次に、図6(b)に示すように、基板3Aの上面および下面に圧電体基板3の平面視形状に対応したマスクM1、M2を形成する。次に、図6(c)に示すように、マスクM1、M2を介して基板3Aをエッチングした後、マスクM1、M2を除去することにより、圧電体基板3を形成することができる。
In the
ここで、従来では、マスクM1、M2のアライメントずれ(マスクM1、M2のうちの一方が他方に対してX軸方向にずれる現象)が生じると、X軸方向にのみ振動させる振動腕にZ軸方向の不要な振動が含まれることとなり、これが著しい振動特性の悪化を招いていた。しかしながら、振動素子2では、駆動腕5、6がX軸方向の振動とZ軸方向の振動とを含み、かつ調整腕7が駆動腕5、6のZ軸方向の振動成分を相殺するようにZ軸方向に振動するように設計されているため、仮に、前述のようなマスクM1、M2のアライメントずれが生じても、調整腕7によって駆動腕5、6のX軸方向およびY軸方向の振動(並進運動)をある程度相殺され、それに伴って回転モーメントもある程度相殺される。そのため、マスクずれによる振動特性の低下を従来と比較して小さくすることができる。そのため、振動素子2の検出能力の低下を抑制することができるとともに、振動素子2の製造の歩留まりが向上する。
Here, conventionally, when the misalignment of the masks M1 and M2 (a phenomenon in which one of the masks M1 and M2 shifts in the X axis direction with respect to the other) occurs, the vibrating arm that vibrates only in the X axis direction has a Z axis. Unnecessary vibration in the direction is included, which causes a significant deterioration in vibration characteristics. However, in the
なお、本実施形態では、調整腕7には駆動電極を設けず、駆動腕5、6の振動につられて調整腕7が振動する構成について説明したが、調整腕7に駆動電極を設けて、駆動電極に電圧を印加することにより調整腕7をZ軸方向に振動させてもよい。このような場合の調整腕7上の電極配置は、図5に示すように、両側面に、第1駆動電極84と第2駆動電極85とがZ軸方向に離間して設けられており、かつ、第1駆動電極84と第2駆動電極85がX軸方向に対向するような配置となる。
In the present embodiment, the
2.パッケージ
次に、振動素子2を収容・固定するパッケージ9について説明する。
図1に示すように、パッケージ9は、板状のベース基板91と、枠状の枠部材92と、板状の蓋部材93とを有している。ベース基板91、枠部材92および蓋部材93は、下側から上側へこの順で積層されている。ベース基板91と枠部材92とは、後述のセラミック材料等で形成されており、互いに一体に焼成されることで接合されている。枠部材92と蓋部材93は、接着剤あるいはろう材等により接合されている。そして、パッケージ9は、ベース基板91、枠部材92および蓋部材93で画成された内部空間Sに、振動素子2を収納している。なお、パッケージ9内には、振動素子2の他、振動素子2を駆動する電子部品(発振回路)等を収納することもできる。
2. Package Next, the
As shown in FIG. 1, the
なお、ベース基板91の構成材料としては、絶縁性(非導電性)を有しているものが好ましく、例えば、各種ガラス、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス材料、ポリイミド等の各種樹脂材料などを用いることができる。
また、枠部材92および蓋部材93の構成材料としては、例えば、ベース基板91と同様の構成材料、Al、Cuのような各種金属材料、各種ガラス材料等を用いることができる。
The constituent material of the
In addition, as the constituent material of the
このベース基板91の上面には、固定材96を介して、前述した振動素子2が固定されている。この固定材96は、例えば、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系等の接着剤で構成されている。このような固定材96は、未硬化(未固化)の接着剤をベース基板91上に塗布し、さらに、この接着剤上に振動素子2を載置した後、その接着剤を硬化または固化させることにより形成される。これにより、振動素子2がベース基板91に確実に固定される。
なお、この固定は、導電性粒子を含有するエポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系等の導電性接着剤を用いて行ってもよい。
The
In addition, you may perform this fixation using electrically conductive adhesives, such as an epoxy type, a polyimide type, and a silicone type containing electroconductive particle.
<第2実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第2実施形態について説明する。
図7は、本発明の第2実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の断面図、図8は、図7に示す振動素子の変形例を示す断面図である。
以下、第2実施形態について、前述した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。
第2実施形態は、振動素子の構成、具体的には駆動腕を振動させる方法が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。なお、図7では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。また、図7は、図2のA−A線断面図に相当する断面図である。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of the vibration device of the present invention will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a vibration element included in the vibration device according to the second embodiment of the invention, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the vibration element shown in FIG.
Hereinafter, the second embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The second embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the configuration of the vibration element, specifically, the method for vibrating the drive arm is different. In FIG. 7, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment. 7 is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
図7に示すように、本実施形態の振動素子2では、駆動腕5の上面に圧電体素子23が形成されており、駆動腕6の上面に圧電体素子24が形成されている。これら圧電体素子23、24は、通電により伸縮して駆動腕5、6を斜め振動させる機能を有する。このように、圧電体素子23、24を用いて駆動腕5、6を振動させる場合には、圧電体基板3を例えばシリコン基板で構成することができる。
As shown in FIG. 7, in the
圧電体素子23は、駆動腕5上に、第1電極層231、圧電体層(圧電薄膜)232、第2電極層233がこの順で積層されて構成されている。同様に、圧電体素子24は、駆動腕6上に、第1電極層241、圧電体層(圧電薄膜)242、第2電極層243がこの順で積層されて構成されている。なお、圧電体素子23、24は、互いに同様の構成であるため、以下では、圧電体素子23について代表して説明する。
The
第1、第2電極層231、233の構成材料としては、例えば、金(Au)、金合金、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金、クロム(Cr)、クロム合金、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電材料を用いることができる。 Examples of the constituent material of the first and second electrode layers 231 and 233 include gold (Au), gold alloy, platinum (Pt), aluminum (Al), aluminum alloy, silver (Ag), silver alloy, and chromium (Cr ), Chromium alloy, copper (Cu), molybdenum (Mo), niobium (Nb), tungsten (W), iron (Fe), titanium (Ti), cobalt (Co), zinc (Zn), zirconium (Zr), etc. A conductive material such as indium tin oxide (ITO) can be used.
圧電体層232の構成材料としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、窒化アルミニウム(AlN)、タンタル酸リチウム(LiTaO3)、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)、ニオブ酸カリウム(KNbO3)、四ホウ酸リチウム(Li2B4O7)、チタン酸バリウム(BaTiO3)、PZT(チタン酸ジルコン酸鉛)等が挙げられるが、AIN、ZnOを用いることができる。
Examples of the constituent material of the
このような構成では、電源900によって第1電極層231、241と、第2電極層233、243との間に電圧を印加すると、各圧電体素子23、24がY軸方向に伸長または収縮し、ある一定の周波数(共振周波数)で駆動腕5、6がZ軸方向に屈曲振動する。このとき、駆動腕5、6には、Z軸方向の振動によってその形状に起因したX軸方向の新たな屈曲振動が励起され、これにより、駆動腕5、6は、X軸方向への屈曲振動とZ軸方向への屈曲振動とが合成させることにより斜め振動するが、駆動腕5、6の断面形状がXY平面および及びYZ平面に関して非対称であるため、Z軸およびX軸に対して傾斜した方向に振動する(すなわち斜め振動する)。また、駆動腕5、6は、ZY平面に関して対称的に屈曲振動する。
In such a configuration, when a voltage is applied between the first electrode layers 231 and 241 and the second electrode layers 233 and 243 by the
一方の調整腕7は、このような駆動腕5、6の屈曲振動と同時に、Z軸方向に、かつ駆動腕5、6のZ軸方向の振動とは反対方向に屈曲振動する。これにより、前述した第1実施形態と同様に、振動漏れを効果的に防止することができる。
なお、本実施形態では、圧電体素子23、24が駆動腕5、6の上面511、611に設けられているが、圧電体素子23、24の配置は、特に限定されない。例えば、図8に示すように、圧電体素子23を駆動腕5の調整腕7側の側面513に形成し、圧電体素子24を振動腕6の調整腕7側の側面613に形成してもよい。このような構成として、前述と同様にして電圧を印加することにより、駆動腕5、6を斜め振動させることができる。
One
In the present embodiment, the
ここで、駆動腕5、6は、面内(X軸方向)にも面外(Z軸方向)にも振動させることができる。この時、駆動方向と振動方向が近い程低インピーダンスとなるので、駆動方向を選択することができる。すなわち、よりZ軸に近い方向に振動させる場合には図7、よりX軸方向に近い方向に振動させる場合には図8の方が低インピーダンスとなる。
本実施形態では、調整腕7に圧電体素子を設けず、駆動腕5、6の振動につられて調整腕7が振動する構成について説明したが、調整腕7に圧電体素子を設けて、圧電体素子の伸縮によって調整腕7をZ軸方向に振動させてもよい。
Here, the
In the present embodiment, the
<第3実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第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デバイスが備える振動素子の平面図、図10は、図9中のB−B線断面図である。なお、図9および図10では、説明の便宜上、電極等の図示を省略している。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 9 is a plan view of a resonator element included in the resonator device according to the third embodiment of the invention, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIGS. 9 and 10, illustration of electrodes and the like is omitted for convenience of explanation.
以下、第3実施形態について、前述した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。
第3実施形態は、振動素子の構成(振動腕の数)が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。なお、図9および図10では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
Hereinafter, the third embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The third embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the configuration of the vibration element (number of vibrating arms) is different. In FIG. 9 and FIG. 10, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described embodiment.
図9に示すように、本実施形態の振動素子2は、駆動腕5、6の間に2つの調整腕7、8を有している。また、駆動腕5には圧電体素子23が、駆動腕6には圧電体素子24が設けられている。
図10に示すように、振動腕5、6は、それぞれ、斜め振動する。これら振動腕5、6は、YZ平面に関して面対称に屈曲振動するため、駆動腕5のX軸方向成分の振動と、駆動腕6のX軸方向成分の振動とが相殺される。一方、調整腕7、8は、Z軸方向であって駆動腕5、6の振動方向と反対側へ屈曲振動する。これにより、駆動腕5、6のZ軸方向成分の振動と、調整腕7、8のZ軸方向の振動とが相殺される。
As shown in FIG. 9, the
As shown in FIG. 10, the vibrating
このように、本実施形態の振動素子2によれば、4つの振動腕5、6、7、8により生じる漏れ振動を相殺することができ、振動漏れを防止することができる。その結果、優れた振動特性を発揮することができる。また、例えば、第1実施形態のような振動腕が3つの構成と比較して、得られる信号強度が高くなる。
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。
As described above, according to the
Also according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第4実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第4実施形態について説明する。
図11は、本発明の第4実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図、図12および図13は、図11中のC−C線断面図である。なお、図11、図12および図13では、説明の便宜上、電極等の図示を省略している。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 11 is a plan view of a vibration element included in the vibration device according to the fourth embodiment of the invention, and FIGS. 12 and 13 are cross-sectional views taken along the line CC in FIG. In addition, in FIG.11, FIG12 and FIG.13, illustration of an electrode etc. is abbreviate | omitted for convenience of explanation.
以下、第4実施形態について、前述した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。
第4実施形態は、振動素子の構成(調整腕の振動方向)が異なる以外は、第3実施形態とほぼ同様である。なお、図11、図12および図13では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
Hereinafter, the fourth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
The fourth embodiment is substantially the same as the third embodiment except that the configuration of the vibration element (vibration direction of the adjusting arm) is different. In FIG. 11, FIG. 12, and FIG. 13, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the above-described embodiment.
図11に示すように、本実施形態の振動素子2では、調整腕7、8を駆動腕5、6と同様に斜め振動させる。そのため、調整腕7、8は、振動腕5、6と同様に略平行四辺形の横断面形状をなす非対称部を構成している。駆動腕6と調整腕7は、互いに同じ形状(横断面形状)をなし、駆動腕5と調整腕8は、互いに同じ形状をなしている。また、駆動腕6と調整腕8と、駆動腕5と調整腕7は、YZ平面に関して対称となる形状をなしている。
このような振動素子2では、駆動腕5、6の振動モードによって、図12のように振動する場合と、図13のように振動する場合とがある。
As shown in FIG. 11, in the
Such a
図12では、調整腕7、8は、駆動腕5、6の振動方向と反対方向に屈曲振動する。振動腕5、6がそれぞれ外斜め上側に屈曲振動すると、調整腕7、8がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動し、駆動腕5、6がそれぞれ内斜め下側に屈曲振動すると、調整腕7、8がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動する。
また、図13では、調整腕7、8は、駆動腕5、6の振動方向と反対方向に屈曲振動する。振動腕5、6がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動すると、調整腕7、8がそれぞれ外斜め上側に屈曲振動し、駆動腕5、6がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動すると、調整腕7、8がそれぞれ内斜め下側に屈曲振動する。なお、図示していないが、振動腕5、6がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動すると、調整腕7、8がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動し、駆動腕5、6がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動すると、調整腕7、8がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動する形態でもよい。
In FIG. 12, the
In FIG. 13, the
これにより、駆動腕5、6の振動と調整腕7、8の振動とが相殺され、振動漏れを防止することができる。このような構成では、全ての振動腕5、6、7、8を斜め振動させるため、例えば、調整腕7、8をZ軸方向に屈曲振動させる前述した第3実施形態と比較して、振動バランスに優れている。
このような第4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。
Thereby, the vibration of the
According to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
<第5実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第5実施形態について説明する。
図14は、本発明の第5実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。なお、図14では、説明の便宜上、電極および圧電体素子の図示を省略している。
以下、第5実施形態について、前述した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。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 14 is a plan view of a vibration element included in the vibration device according to the fifth embodiment of the invention. In FIG. 14, for convenience of explanation, illustration of electrodes and piezoelectric elements is omitted.
Hereinafter, the fifth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
第5実施形態は、振動素子の構成(振動腕の配置)が異なる以外は、第3実施形態とほぼ同様である。なお、図14では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図14に示すように、本実施形態の振動素子2では、調整腕7、8が両端に位置し、駆動腕5、6が調整腕7、8の間に設けられている。
このような第5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。
The fifth embodiment is substantially the same as the third embodiment except that the configuration of the vibration element (arrangement of the vibrating arms) is different. In FIG. 14, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment.
As shown in FIG. 14, in the
According to the fifth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
<第6実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第6実施形態について説明する。
図15は、本発明の第6実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。なお、図15では、説明の便宜上、電極および圧電体素子の図示を省略している。
以下、第6実施形態について、前述した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。
<Sixth Embodiment>
Next, a sixth embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 15 is a plan view of a vibration element included in the vibration device according to the sixth embodiment of the invention. In FIG. 15, for convenience of explanation, illustration of electrodes and piezoelectric elements is omitted.
Hereinafter, the sixth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第6実施形態は、振動素子の構成(第1振動腕の延在方向)が異なる以外は、第3実施形態とほぼ同様である。なお、図15では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図15に示すように、本実施形態の振動素子2では、駆動腕5、6がY軸方向およびX軸方向に交わる方向に延在し、互いにYZ平面に関して対称的に設けられている。
このような第6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。
The sixth embodiment is substantially the same as the third embodiment except that the configuration of the vibration element (the extending direction of the first vibrating arm) is different. In FIG. 15, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment.
As shown in FIG. 15, in the
Also according to the sixth embodiment, the same effects as those of the first embodiment described above can be exhibited.
<第7実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第7実施形態について説明する。
図16は、本発明の第7実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。
以下、第7実施形態について、前述した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。
<Seventh embodiment>
Next, a seventh embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 16 is a plan view of a vibration element included in the vibration device according to the seventh embodiment of the invention.
Hereinafter, the seventh embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiment, and description of similar matters will be omitted.
第7実施形態は、振動素子の構成(基部の構成)が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。なお、図16では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。なお、図16では、説明の便宜上、圧電体素子の図示を省略している。
本実施形態の振動素子2では、基部4が本体48と、本体48の両側からX軸方向に延出する一対の固定腕491、492とで構成されている。そして、固定腕491の先端部に駆動腕5が接続されており、固定腕492の先端部に駆動腕6が接続されている。
このような第7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。
The seventh embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the configuration of the vibration element (configuration of the base) is different. In FIG. 16, the same reference numerals are given to the same components as those in the above-described embodiment. In FIG. 16, the piezoelectric element is not shown for convenience of explanation.
In the
Also according to the seventh embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
<第8実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第8実施形態について説明する。
図17は、本発明の第8実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の断面図である。なお、図17では、説明の便宜上、電極等の図示を省略している。
第8実施形態は、各振動腕の振動方向が異なる以外は、第1実施形態とほぼ同様である。なお、図17では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図17に示すように、本実施形態の振動素子2では、駆動腕5、6は、Z軸方向の同じ側へ、かつ、YZ平面に関して非対称に振動する。そのため、駆動腕5の屈曲振動のうちのX軸方向成分の振動と、振動腕6の屈曲振動のうちのX軸方向成分の振動と相殺(キャンセル)されない。
<Eighth Embodiment>
Next, an eighth embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a vibration element included in the vibration device according to the eighth embodiment of the invention. In FIG. 17, illustration of electrodes and the like is omitted for convenience of explanation.
The eighth embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the vibration directions of the respective vibrating arms are different. In FIG. 17, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the above-described embodiment.
As shown in FIG. 17, in the
一方、調整腕7は、駆動腕5、6の屈曲振動と同時に、駆動腕5、6のZ軸方向の振動とは反対方向に屈曲振動し、Z軸方向の振動をキャンセルする。ここで、前述したように、駆動腕5、6のX軸方向の振動成分がキャンセルされていないため、この際、調整腕7は、X軸方向にも振動する。これにより、X軸方向の振動成分をキャンセルことができる。
On the other hand, the adjusting
このように、3つの振動腕5、6、7が、これらの振動成分(ベクトル)の和(合ベクトル)が0(ゼロ)となるように振動することにより、振動素子2の振動漏れを防止することができる。
このような第8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。
In this way, the three vibrating
Such an eighth embodiment can also exhibit the same effects as those of the first embodiment described above.
<第9実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第9実施形態について説明する。
図18は、本発明の第9実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子(調整腕)の断面図である。
以下、第9実施形態について、前述した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。
<Ninth Embodiment>
Next, a ninth embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a vibration element (adjustment arm) included in the vibration device according to the ninth embodiment of the invention.
Hereinafter, the ninth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
第9実施形態は、振動素子をジャイロ素子として用いること以外は、第1実施形態とほぼ同様である。なお、図18では、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。
図18に示すように、振動素子2の調整腕(検出腕)7には、角速度を検出するための第1〜第4検出電極86a、86b、86c、86dが形成されている。第1検出電極86aは、調整腕7の上面に形成されており、第2検出電極86bは、調整腕7の下面に形成されており、第3検出電極86cは、調整腕7の一方の側面に形成されており、第4検出電極86dは、調整腕7の他方の側面に形成されている。
The ninth embodiment is substantially the same as the first embodiment except that the vibration element is used as a gyro element. In FIG. 18, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 18, the adjustment arm (detection arm) 7 of the
これら各検出電極86a〜86dの構成としては、特に限定されず、金(Au)、金合金、白金(Pt)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、銀(Ag)、銀合金、クロム(Cr)、クロム合金、銅(Cu)、モリブデン(Mo)、ニオブ(Nb)、タングステン(W)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、亜鉛(Zn)、ジルコニウム(Zr)等の金属材料、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電材料により形成することができる。
The configuration of each of the
前述した第1実施形態と同様にして各振動腕5、6、7を屈曲振動させている状態にて、振動素子2にY軸まわりの角速度ωが加わった場合には、調整腕7にコリオリ力が作用し、調整腕7にX軸方向の新たな振動Aが励起される。そして、この新たな振動Aにより発生した調整腕7のX軸方向への歪みを第1〜第4検出電極86a〜86dによって検出することにより、Y軸まわりの角速度ωが求められる。
When an angular velocity ω around the Y axis is applied to the vibrating
このように、振動素子2をジャイロ素子として用いる場合には、X軸方向の振動と、Z軸方向の振動とを分離することができるため、精度よく角速度ωを検出することができる。なお、チューニングによってX軸方向の振動をほぼ0(ゼロ)とすることができ、この場合には、より精度が高くなる。
なお、本実施形態では、各振動腕5、6、7の先端部に錘部(ハンマーヘッド)を形成してもよい。
このような第9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。
Thus, when the
In the present embodiment, a weight (hammer head) may be formed at the tip of each vibrating
Also in the ninth embodiment, the same effect as that of the first embodiment described above can be exhibited.
<第10実施形態>
次に、本発明の振動デバイスの第10実施形態について説明する。
図19は、本発明の第10実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子(調整腕)の断面図である。
以下、第10実施形態について、前述した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。
<Tenth Embodiment>
Next, a tenth embodiment of the vibration device of the invention will be described.
FIG. 19 is a cross-sectional view of a vibration element (adjustment arm) included in the vibration device according to the tenth embodiment of the invention.
Hereinafter, the tenth embodiment will be described with a focus on differences from the above-described embodiments, and description of similar matters will be omitted.
第10実施形態は、振動素子をジャイロ素子として用いること以外は、第2実施形態とほぼ同様である。なお、図19では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図19に示すように、振動素子2の調整腕(検出腕)7の上面には、角速度を検出するための2つの圧電体素子25、26がX軸方向に並んで形成されている。圧電体素子25は、第1電極層251、圧電体層252、第2電極層253がこの順で積層されて構成されている。また、圧電体素子26は、第1電極層261、圧電体層262、第2電極層263がこの順で積層されて構成されている。また、圧電体層252、262は、一体的に形成されている。なお、圧電体層252、262は、一体的に形成しなくてもよい。
The tenth embodiment is substantially the same as the second embodiment except that the vibration element is used as a gyro element. In FIG. 19, the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
As shown in FIG. 19, on the upper surface of the adjustment arm (detection arm) 7 of the
前述した第2実施形態と同様にして各振動腕5、6、7を屈曲振動させている状態にて、振動素子2にY軸まわりの角速度ωが加わった場合には、各振動腕5、6、7にそれぞれ新たな振動(図18中の矢印方向の振動)が励起される。そして、この新たな振動により発生した調整腕7のX軸方向への歪みを2つの圧電体素子25、26によって検出することにより、Y軸まわりの角速度ωが求められる。
When an angular velocity ω around the Y axis is applied to the vibrating
なお、本実施形態において、調整腕7を駆動させる場合には、圧電体素子25、26の間に、駆動用の圧電体素子を形成すればよい。また、圧電体素子25、26にかえて、前述した第9実施形態で説明したような検出電極を設けてもよい。
このような第10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。
In the present embodiment, when the adjusting
The tenth embodiment can also exhibit the same effects as those of the first embodiment described above.
以上、本発明の振動素子を備える振動デバイス(本発明の振動デバイス)について説明した。
上述した実施形態では、振動素子を振動子として用いる場合について説明したが、振動素子を角速度検出素子として用いることができる。この場合、例えば、前述した第1実施形態の場合には、調整腕(検出腕)7に角速度検出用の検出電極を形成する。そして、駆動腕5、6と調整腕7とを前述したように屈曲振動させ、この状態にて、振動素子2にY軸まわりの角速度が加わった場合には、調整腕7にコリオリ力が作用し、調整腕7にX軸方向の新たな振動が励起される。そして、この新たな振動により発生した調整腕7のX軸方向への歪みを前記検出電極によって検出することにより、Y軸まわりの角速度ωが求められる。
The vibration device including the vibration element of the present invention (vibration device of the present invention) has been described above.
In the embodiment described above, the case where the vibration element is used as the vibrator has been described. However, the vibration element can be used as the angular velocity detection element. In this case, for example, in the case of the first embodiment described above, a detection electrode for angular velocity detection is formed on the adjustment arm (detection arm) 7. Then, the
次に、本発明の振動素子を備える電子機器について、図20〜図22に基づき、詳細に説明する。
図20は、本発明の振動素子を備える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100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、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動デバイス1が内蔵されている。
Next, an electronic device including the resonator element according to the invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 20 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer to which an electronic device including the resonator element according to the invention is applied. In this figure, a
Such a
図21は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機(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100が配置されている。
このような携帯電話機1200には、フィルター、共振器等として機能する振動デバイス1が内蔵されている。
FIG. 21 is a perspective view illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) to which an electronic device including the resonator element according to the invention is applied. In this figure, a
Such a
図22は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。
FIG. 22 is a perspective view illustrating a configuration of a digital still camera to which an electronic device including the resonator element according to the invention is applied. In this figure, connection with an external device is also simply shown.
Here, an ordinary camera sensitizes a silver halide photographic film with a light image of a subject, whereas a
ディジタルスチルカメラ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、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
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1308に転送・格納される。
A display unit is provided on the back of a case (body) 1302 in the
A
When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit and presses the
また、このディジタルスチルカメラ1300においては、ケース1302の側面に、ビデオ信号出力端子1312と、データ通信用の入出力端子1314とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子1312にはテレビモニター1430が、データ通信用の入出力端子1314にはパーソナルコンピューター1440が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ1308に格納された撮像信号が、テレビモニター1430や、パーソナルコンピューター1440に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ1300には、フィルター、共振器等として機能する振動デバイス1が内蔵されている。
In the
Such a
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図20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21の携帯電話機、図22のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、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。 In addition to the personal computer shown in FIG. 20 (mobile personal computer), the mobile phone shown in FIG. 21, and the digital still camera shown in FIG. Inkjet printers), laptop personal computers, televisions, video cameras, video tape recorders, car navigation devices, pagers, electronic notebooks (including those with communication functions), electronic dictionaries, calculators, electronic game devices, word processors, workstations, televisions Telephone, crime prevention TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (for example, electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic endoscope), fish detector, various measuring devices, instruments Class (eg, vehicle, aircraft) Gauges of a ship), can be applied to a flight simulator or the like.
以上、本発明の振動素子、振動デバイスおよび電子機器を、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。
また、前述した実施形態では、斜め振動させる振動腕の横断面形状が略平行四辺形の形態について説明したが、横断面形状としては、中心線L1、L2に関して非対称であればこれに限定されない。変形例としては、例えば、図23(a)〜(d)に示すような形状が挙げられる。
また、本発明の振動素子に発振回路を接続することにより、例えば、水晶発振器(SPXO)、電圧制御水晶発振器(VCXO)、温度補償水晶発振器(TCXO)、恒温槽付水晶発振器(OCXO)等の圧電発振器の他、ジャイロセンサー等の振動デバイスに適用することができる。
As described above, the vibration element, the vibration device, and the electronic apparatus of the present invention have been described based on the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, and the configuration of each unit may be any arbitrary function having the same function. It can be replaced with that of the configuration. Further, the present invention may be a combination of any two or more configurations (features) of the above embodiments.
In the above-described embodiment, the cross-sectional shape of the vibrating arm that vibrates obliquely has been described as a substantially parallelogram. However, the cross-sectional shape is not limited to this as long as it is asymmetric with respect to the center lines L1 and L2. As a modification, for example, shapes as shown in FIGS.
Further, by connecting an oscillation circuit to the resonator element of the present invention, for example, a crystal oscillator (SPXO), a voltage controlled crystal oscillator (VCXO), a temperature compensated crystal oscillator (TCXO), a crystal oscillator with a thermostat (OCXO), etc. In addition to the piezoelectric oscillator, the present invention can be applied to a vibrating device such as a gyro sensor.
M1、M2…マスク L1、L2……中心線 1…振動デバイス 2…振動素子 23、24、25、26…圧電体素子 231、241、251、261…第1電極層 232、242、252、262…圧電体層 233、243、253、263……第2電極層 3…圧電体基板 3A…基板 4…基部 48…本体 491、492…固定腕 5…駆動腕 511…上面 512…下面 513…側面 514…側面 6…駆動腕 611…上面 612…下面 613…側面 614…側面 7、8…調整腕 84…第1駆動電極 85…第2駆動電極 86a…第1検出電極 86b…第2検出電極 86c…第3検出電極 86d…第4検出電極 9…パッケージ 91…ベース基板 92…枠部材 93…蓋部材 96…固定材 900…電源 100‥‥表示部 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 1200‥‥携帯電話機 1202‥‥操作ボタン 1204‥‥受話口 1206‥‥送話口 1300‥‥ディジタルスチルカメラ 1302‥‥ケース 1304‥‥受光ユニット 1306‥‥シャッターボタン 1308‥‥メモリ 1312‥‥ビデオ信号出力端子 1314‥‥入出力端子 1430‥‥テレビモニター 1440‥‥パーソナルコンピューター S‥‥内部空間
M1, M2 ... Mask L1, L2 ...
Claims (10)
前記第1軸と前記第2軸とを含む第1面上に設けられた少なくとも3本以上の振動腕と、
前記振動腕の一端を接続する基部と、を備え、
前記振動腕は、前記第1面内の振動成分及び前記第3軸の方向の振動成分を有する少なくとも2本以上の第1振動腕と、前記第1振動腕の前記第3軸の方向の振動成分を相殺する少なくとも一本の第2振動腕により構成されることを特徴とする振動素子。 Three axes orthogonal to each other are defined as a first axis, a second axis, and a third axis,
At least three or more vibrating arms provided on a first surface including the first axis and the second axis;
A base for connecting one end of the vibrating arm,
The vibrating arm includes at least two first vibrating arms having a vibration component in the first plane and a vibration component in the direction of the third axis, and vibration in the direction of the third axis of the first vibrating arm. A vibrating element comprising at least one second vibrating arm that cancels out components.
前記第1振動腕の各々は両端に配置されている請求項1ないし3のいずれか一項に記載の振動素子。 Each of the vibrating arms is disposed along the first axis and extends from a base along the second axis;
The vibrating element according to claim 1, wherein each of the first vibrating arms is disposed at both ends.
前記第2振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動する請求項1ないし7のいずれか一項に記載の振動素子。 At least two second vibrating arms are provided,
The vibrating element according to claim 1, wherein the second vibrating arms vibrate and vibrate symmetrically with each other.
前記振動素子を収納したパッケージと、を備えたことを特徴とする振動デバイス。 The vibration element according to any one of claims 1 to 8,
A vibration device comprising: a package housing the vibration element.
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