JP2014178165A - 振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動モレ現象を防止し、振動特性の安定した振動素、および振動子を提供する。
【解決手段】振動素子としてのジャイロ素子2は、基部41と、基部41から延出されている第1振動腕としての第1〜第4駆動振動腕441、442、443、444と、基部41から延出されている第2振動腕としての第1、第2検出振動腕421、422と、基部41から延出されている梁としての第1〜第4連結梁61、62、63、64と連結されて基部41を支持し、曲げ部としての第1〜第4折返部55、56、57、58を含む接続部としての第1〜第4接続部65、66、67、68を備えている第1〜第4支持部51、52、53、54と、を有している。
【選択図】図2
【解決手段】振動素子としてのジャイロ素子2は、基部41と、基部41から延出されている第1振動腕としての第1〜第4駆動振動腕441、442、443、444と、基部41から延出されている第2振動腕としての第1、第2検出振動腕421、422と、基部41から延出されている梁としての第1〜第4連結梁61、62、63、64と連結されて基部41を支持し、曲げ部としての第1〜第4折返部55、56、57、58を含む接続部としての第1〜第4接続部65、66、67、68を備えている第1〜第4支持部51、52、53、54と、を有している。
【選択図】図2
Description
本発明は、振動素子、振動子、電子デバイス、それらを用いた電子機器。および移動体に関する。
従来から、角速度を検出するための振動素子として、いわゆる「WT型」のジャイロ素子が知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。一例として特許文献1のジャイロ素子を説明すると、特許文献1のジャイロ素子は、振動体と、振動体を支持している第1、第2の支持部と、振動体と第1支持部とを連結している第1、第2梁と、振動体と第2支持部とを連結している第3、第4梁とを有している。また、振動体は、基部と、基部から両側へy軸に沿って延出している第1、第2検出振動腕と、基部から両側へx軸に沿って延出している第1、第2連結部腕と、第1連結腕の先端部から両側へy軸に沿って延出している第1、第2駆動振動腕と、第2連結腕の先端部から両側へy軸に沿って延出している第3、第4駆動振動腕とで構成されている。
このような特許文献1のジャイロ素子は、導電性接着剤を介して実装基板に実装される。具体的には、第1、第2の支持部に設けられている6つの接続端子(固定部)と実装基板とが導電性接着剤にて接合され、これにより、ジャイロ素子が実装基板に固定されるとともに、ジャイロ素子と実装基板とが電気的に接続される。
上述したようなジャイロ素子では、それぞれの駆動振動腕或いは検出振動腕の振動が、振動体から延設されているそれぞれの梁に伝播し、さらには第1、第2の支持部に伝播してしまう、いわゆる「振動モレ現象」を生じてしまうことが知られている。この振動モレ現象があると、接続端子(固定部)が実装基板に固定される場合に、振動モレ現象によって伝播されている振動が阻害され、この振動の阻害が駆動振動腕或いは検出振動腕の振動に対しても影響を生じてしまう虞があるという課題を有していた。
なお、振動モレ現象によって駆動振動腕或いは検出振動腕の振動に対して影響が生じるとジャイロ素子の振動特性の劣化、特に温度ドリフトが増大してしまうことになる。
なお、振動モレ現象によって駆動振動腕或いは検出振動腕の振動に対して影響が生じるとジャイロ素子の振動特性の劣化、特に温度ドリフトが増大してしまうことになる。
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]本適用例に係る振動素子は、基部と、前記基部から延出されている第1振動腕と、前記基部から延出されている第2振動腕と、前記基部から延出されている梁と連結されて前記基部を支持し、曲げ部を含む接続部を備えている支持部と、を有していることを特徴とする。
本適用例によれば、基部から延出されている梁と連結された支持部に、梁から曲げられた曲げ部を含む接続部が設けられている。このように曲げ部が設けられていることで梁から接続部までの間が撓み易くなる。この撓みにより第1振動腕あるいは第2振動腕の振動が基部を伝わって漏れ出す振動モレ現象、あるいは基部の重心と第1振動腕、および第2振動腕とが梁の延在方向に沿って同じ方向に振動する不要振動(y1モード振動)を吸収することができる。また、曲げ部が設けられていることによって基部から接続部までの距離が長くなることとも併せて、振動モレ現象、不要モード振動が固定部まで伝播することを抑制することが可能となる。これにより、振動素子の振動特性の劣化、特に温度ドリフトを低減させた振動素子の提供が可能となる。
[適用例2]上記適用例に記載の振動素子において、前記梁は、前記基部から両側に一対で延出され、それぞれの前記梁には、前記支持部が接続されていることを特徴とする。
本適用例によれば、固定部が基部の両側に設けられることから、基部を両側から支持する、所謂両持ち支持となり、支持のバランスが向上することによって振動素子の特性を向上させることが可能となる。
[適用例3]上記適用例に記載の振動素子において、前記梁は、前記基部から両側に、少なくとも二対で延出され、一対の前記梁と連結された前記支持部は、前記第1振動腕の延出方向と交差する第2方向側に曲げられた曲げ部を有し、他の一対の前記梁と連結された前記支持部は、前記第2方向の反対方向である第3方向側に曲げられた曲げ部を有していることを特徴とする。
本適用例によれば、固定部が基部の両側に対向し、且つ基部の両脇(第2方向と第3方向側)に設けられる。即ち、少なくとも4つの固定部で基部を支持する(両持ち支持)ため、さらに安定した支持とすることができる。
[適用例4]上記適用例に記載の振動素子において、前記第1振動腕は、前記基部から両側へ延出している第1検出振動腕および第2検出振動腕を備え、前記第2振動腕は、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の両側にあって、前記基部から両側へ前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の延出方向に沿って延出されている第1駆動振動腕および第2駆動振動腕と、第3駆動振動腕および第4駆動振動腕と、を備え、前記支持部は、第1支持部、第2支持部、第3支持部、および第4支持部を備え、前記梁は、前記第1検出振動腕と前記第1駆動振動腕との間を通って前記第1支持部と連結されている第1梁と、前記第1検出振動腕と前記第2駆動振動腕との間を通って前記第2支持部と連結されている第2梁と、前記第2検出振動腕と前記第3駆動振動腕との間を通って前記第3支持部と連結されている第3梁と、前記第2検出振動腕と前記第4駆動振動腕との間を通って前記第4支持部と連結されている第4梁と、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、第1梁〜第4梁のそれぞれの梁と接続された第1〜第4支持部に、それぞれ曲げ部が設けられた接続部を有し、その接続部に固定部が設けられる。これにより、基部から梁に伝播している振動モレ現象による振動の固定部への伝播を低減することが可能となる。したがって、温度ドリフトを低減させた角速度の検出が可能となる。
[適用例5]上記適用例に記載の振動素子において、前記第1振動腕らの延出方向に対して同じ側に位置する前記支持部同士が、可撓性を有する連結部で連結されていることを特徴とする。
本適用例によれば、基部からの延出方向が同じ側に位置する支持部の剛性が高まり支持が安定する。また、連結が可撓性を有する連結部で行われているため、この連結部が外部からの衝撃などを受けた場合の緩衝部となり、耐衝撃性を向上させることが可能となる。
[適用例6]上記適用例に記載の振動素子において、前記接続部は、前記曲げ部と前記接続部の先端との間で固定されていることを特徴とする。
本適用例によれば、基部と接続部の固定されている位置との距離が長くなるため振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象、不要モード振動が固定部まで伝播することを抑制することが可能となる。
[適用例7]上記適用例に記載の振動素子において、前記接続部は、前記第1振動腕の延出方向と直交する方向に前記基部の中心を通る仮想線に対して線対称となる位置で固定されていることを特徴とする。
本適用例によれば、接続部が、線対称となる位置で固定されているため、固定の位置バランスが向上する。このように支持バランスが向上することから支持が安定し、振動特性を向上、安定させた振動素子を提供することが可能となる。
[適用例8]本適用例に係る振動素子は、第2方向に延在されている基部と、前記基部の一方の側に前記基部から延出されている第1振動腕と、前記基部の他方の側に前記基部から延出されている第2振動腕と、前記基部から延出され、前記基部の延在方向に曲げられた曲げ部を有する接続部と、を有していることを特徴とする。
本適用例によれば、基部から延出され、基部の延在方向に対して曲げられた曲げ部を有する接続部で、基部、第1振動腕、および第2振動腕が支持される。このように曲げ部が設けられていることで基部から接続部まで間が撓み易くなる。この撓みにより第1振動腕あるいは第2振動腕の振動が基部を伝わって漏れ出す振動モレ現象を吸収することができる。また、基部と接続部との間の距離が長くなることとも併せて、振動モレ現象が接続部まで伝播することを抑制することが可能となる。これにより、振動素子の振動特性の劣化、特に温度ドリフトを低減させた振動素子の提供が可能となる。
[適用例9]上記適用例に記載の振動素子において、前記接続部は、前記接続部の先端と前記曲げ部との間で固定されていることを特徴とする。
本適用例によれば、基部と接続部の固定されている位置との距離が長くなるため振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象が固定部まで伝播することを抑制することが可能となる。
[適用例10]上記適用例に記載の振動素子において、前記接続部は、前記第2方向に位置する前記基部の両端から、前記第2方向と交差する方向の前記基部の両側に設けられており、前記第2方向と直交する方向に前記基部の中心を通る仮想線に対して線対称となる位置で固定されていることを特徴とする。
本適用例によれば、接続部が、線対称となる位置で固定されているため、固定の位置バランスが向上する。このように支持バランスが向上することから支持が安定し、振動特性を向上、安定させた振動素子を提供することが可能となる。
[適用例11]本適用例に係る振動子は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、前記振動素子が収納されているパッケージと、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、前述の振動素子を用いていることから、特性の安定した振動子、特に温度ドリフトを低減させた信頼性の高い振動子を提供することが可能となる。
[適用例12]本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、少なくとも前記振動素子を駆動させる機能を有している回路素子と、を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、前述の振動素子を用いていることから、特性の安定した電子デバイス、特に温度ドリフトを低減させた信頼性の高い電子デバイスを提供することが可能となる。
[適用例13]本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、前述の振動素子を用いていることから、特性の安定した電子機器、特に温度ドリフトの低減などによる信頼性の高い電子機器を提供することが可能となる。
[適用例14]本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。
本適用例によれば、前述の振動素子を用いていることから、温度変化に対する信頼性の高い移動体を提供することが可能となる。
以下、本発明の振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体について添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
<振動子の第1実施形態>
先ず、本発明にかかる振動素子の実施形態、およびその振動素子を適用した振動子の第1実施形態について説明する。
先ず、本発明にかかる振動素子の実施形態、およびその振動素子を適用した振動子の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明にかかる振動素子の第1実施形態、およびその振動素子を用いた振動子の第1実施形態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は正断面図である。図2は、図1に示す振動子が備える振動素子としてのジャイロ素子を示す平面図である。図3は、ジャイロ素子の駆動を説明する平面図である。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軸とし、z軸は、振動デバイスの厚さ方向と一致する。また、x軸に平行な方向を「x軸方向(第2方向)」と言い、y軸に平行な方向を「y軸方向(第1方向)」と言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」と言う。
図1に示す振動子1は、振動素子としてのジャイロ素子2と、ジャイロ素子2を収納するパッケージ9とを有している。以下、ジャイロ素子2およびパッケージ9について順次詳細に説明する。
(ジャイロ素子の第1実施形態)
図2は、上側(リッド92側)から見た振動素子としてのジャイロ素子の第1実施形態を示す平面図である。なお、ジャイロ素子には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、同図においては省略している。
図2は、上側(リッド92側)から見た振動素子としてのジャイロ素子の第1実施形態を示す平面図である。なお、ジャイロ素子には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、同図においては省略している。
振動素子としてのジャイロ素子2は、z軸まわりの角速度を検出する「面外検出型」のセンサーであって、図示しないが、基材と、基材の表面に設けられている複数の電極、配線および端子とで構成されている。ジャイロ素子2は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で構成することができるが、これらの中でも、水晶で構成するのが好ましい。これにより、優れた振動特性(周波数特性)を発揮することのできるジャイロ素子2が得られる。
このようなジャイロ素子2は、いわゆるダブルT型をなす振動体4と、振動体4を支持する支持部と、振動体4と支持部とを連結する梁とを有している。支持部としては、第1支持部51、第2支持部52、第3支持部53、および第4支持部54が含まれる。梁としては、振動体4と第1支持部51とを連結する第1梁としての第1連結梁61、および振動体4と第2支持部52とを連結する第1梁としての第2連結梁62と、振動体4と第3支持部53とを連結する第2梁としての第3連結梁63、および振動体4と第4支持部54とを連結する第2梁としての第4連結梁64とが含まれる。
振動体4は、xy平面に拡がりを有し、z軸方向に厚みを有している。このような振動体4は、中央に位置し、x軸方向の両側に延在する幅狭の第1連結腕431、および第2連結腕432を含む基部41と、基部41からy軸方向に沿って両側に延出している第2振動腕としての第1検出振動腕421、第2検出振動腕422と、第1連結腕431の先端部からy軸方向に沿って両側に延出している第1振動腕としての第1駆動振動腕441、および第3駆動振動腕442と、第2連結腕432の先端部からy軸方向に沿って両側に延出している第1振動腕としての第2駆動振動腕443、および第4駆動振動腕444とを有している。第1、第2検出振動腕421、422および第1、第2、第3、第4駆動振動腕441、443、442、444の先端部には、それぞれ、基端側よりも幅の大きい略四角形の幅広部としての重量部(ハンマーヘッド)425、426、445、447、446、448が設けられている。このような重量部425、426、445、447、446、448を設けることでジャイロ素子2の角速度の検出感度が向上するとともに、第1、第2検出振動腕421、422、および第1、第2、第3、第4駆動振動腕441、443、442、444の長さを短くすることができる。
なお、第1、第2駆動振動腕441、443は、第1連結腕431の延在方向の途中から延出してもよく、同様に、第3、第4駆動振動腕442、444は、第2連結腕432の延在方向の途中から延出してもよい。
また、本例では、基部41の内の第1連結腕431、第2連結腕432から第1駆動振動腕441、第3駆動振動腕442、第2駆動振動腕443、および第4駆動振動腕444が延出している構成で説明したが、これに限らない。第1連結腕431、第2連結腕432が設けられない構成、即ち同じ幅の基部41がx方向に延出され、延出された基部41から第1駆動振動腕、第2駆動振動腕、第3駆動振動腕、および第4駆動振動腕が延出している構成も可能である。
また、本例では、基部41の内の第1連結腕431、第2連結腕432から第1駆動振動腕441、第3駆動振動腕442、第2駆動振動腕443、および第4駆動振動腕444が延出している構成で説明したが、これに限らない。第1連結腕431、第2連結腕432が設けられない構成、即ち同じ幅の基部41がx方向に延出され、延出された基部41から第1駆動振動腕、第2駆動振動腕、第3駆動振動腕、および第4駆動振動腕が延出している構成も可能である。
第1連結梁61は、第1検出振動腕421と第1駆動振動腕441との間を通って第1支持部51と基部41を連結し、第2連結梁62は、第1検出振動腕421と第2駆動振動腕443との間を通って第2支持部52と基部41を連結し、第3連結梁63は、第2検出振動腕422と第3駆動振動腕442との間を通って第3支持部53と基部41を連結し、第4連結梁64は、第2検出振動腕422と第4駆動振動腕444との間を通って第4支持部54と基部41を連結している。
第1連結梁61と連結された第1支持部51は、第1駆動振動腕441側(第2方向側)に曲げられた曲げ部としての第1折返部55を有する接続部としての第1接続部65を含んでいる。第1折返部55で曲げられた第1接続部65は、基部41の中心点Gを通る仮想線rに対向する端部まで延在されている。ここで、第1折返部55は、第1支持部51と連結する部分の第1連結梁61が延在する方向に対して交差する方向である第2方向(x軸方向)側に一旦向かい、その後、前述の第1連結梁61が延在する方向に対して反対向きの方向に折り返されている部分である。
第2連結梁62と連結された第2支持部52は、第2駆動振動腕443側(第2方向側)に曲げられた曲げ部としての第2折返部56を有する接続部としての第2接続部66を含んでいる。第1折返部55で曲げられた第2接続部66は、基部41の中心点Gを通る仮想線rに対向する端部まで延在されている。ここで、第2折返部56は、第2支持部52と連結する部分の第2連結梁62が延在する方向に対して交差する方向である第2方向(x軸方向)側に一旦向かい、その後、前述の第2連結梁62が延在する方向に対して反対向きの方向に折り返されている部分である。
第3連結梁63と連結された第3支持部53は、第3駆動振動腕442側(第2方向側)に曲げられた曲げ部としての第3折返部57を有する接続部としての第3接続部67を含んでいる。第3折返部57で曲げられた第3接続部67は、基部41の中心点Gを通る仮想線rに対向する端部まで延在されている。即ち、第3接続部67の端と第1接続部65の端とが対向するように配置されている。ここで、第3折返部57は、第3支持部53と連結する部分の第3連結梁63が延在する方向に対して交差する方向である第2方向(x軸方向)側に一旦向かい、その後、前述の第3連結梁63が延在する方向に対して反対向きの方向に折り返されている部分である。
第4連結梁64と連結された第4支持部54は、第4駆動振動腕444側(第2方向側)に曲げられた曲げ部としての第4折返部58を有する接続部としての第4接続部68を含んでいる。第4折返部58で曲げられた第4接続部68は、基部41の中心点Gを通る仮想線rに対向する端部まで延在されている。即ち、第4接続部68の端と第2接続部66の端とが対向するように配置されている。ここで、第4折返部58は、第4支持部54と連結する部分の第4連結梁64が延在する方向に対して交差する方向である第2方向(x軸方向)側に一旦向かい、その後、前述の第4連結梁64が延在する方向に対して反対向きの方向に折り返されている部分である。
このように、第1支持部51、第2支持部52、第3支持部53、および第4支持部54によって、振動体4が囲まれるように位置している。換言すれば、第1支持部51、第2支持部52、第3支持部53、および第4支持部54は、基部41の中心点G(振動体4の中心)を基点として、点対称となるように構成され、それぞれが基部41と連結されている。
このような各連結梁61、62、63、64は、それぞれ、x軸方向に沿って往復しながらy軸方向に沿って延びる蛇行部(S字形状部)を有しており、x軸方向およびy軸方向に弾性を有している。また、各連結梁61、62、63、64は、それぞれ、蛇行部を有する細長い形状を有しているので、あらゆる方向に弾性を有している。そのため、外部から衝撃が加えられても、各連結梁61、62、63、64で衝撃を吸収する作用を有するので、これに起因する検出ノイズを低減または抑制することができる。
上述のような構成のジャイロ素子2は、次のようにしてz軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子2は、角速度ωが加わらない状態において、駆動信号電極(図示せず)および駆動接地電極(図示せず)の間に電界が生じると、図3(a)に示すように、各駆動振動腕441、443、442、444が矢印Aに示す方向に屈曲振動を行う。このとき、第1、第2駆動振動腕441、443と、第3、第4駆動振動腕442、444とは、中心点G(重心G)を通るyz平面に関して面対称の振動を行っているため、基部41と、第1、第2連結腕431、432と、第1、第2検出振動腕421、422とは、殆んど振動しない。
この駆動振動を行っている状態にて、ジャイロ素子2にz軸まわりに角速度ωが加わると、図3(b)に示すような振動が発生する。即ち、駆動振動腕441、443、442、444および連結腕431、432に矢印B方向のコリオリの力が働き、この矢印B方向の振動に呼応して、矢印C方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した検出振動腕421、422の歪みを検出信号電極(図示せず)および検出接地電極(図示せず)が検出して角速度ωが求められる。
(パッケージ)
パッケージ9は、ジャイロ素子2を収納するものである。なお、パッケージ9には、後述する電子デバイスのように、ジャイロ素子2の他に、ジャイロ素子2の駆動等を行うICチップ等が収納されていてもよい。このようなパッケージ9は、その平面視(xy平面視)にて、略矩形状をなしている。
パッケージ9は、ジャイロ素子2を収納するものである。なお、パッケージ9には、後述する電子デバイスのように、ジャイロ素子2の他に、ジャイロ素子2の駆動等を行うICチップ等が収納されていてもよい。このようなパッケージ9は、その平面視(xy平面視)にて、略矩形状をなしている。
パッケージ9は、上面に開放する凹部を有するベース91と、凹部の開口を塞ぐようにベースに接合されているリッド(蓋体)92とを有している。また、ベース91は、板状の底板911と、底板911の上面周縁部に設けられている枠状の側壁912とを有している。このようなパッケージ9は、その内側に収納空間を有しており、この収納空間内に、ジャイロ素子2が気密的に収納、設置されている。
ジャイロ素子2は、第1支持部51、第2支持部52、第3支持部53、および第4支持部54のそれぞれの接続部である第1接続部65、第2接続部66、第3接続部67、および第4接続部68の先端部にて、底板911の上面に固定されている。ジャイロ素子2の固定には、半田、銀ペースト、導電性接着剤(樹脂材料中に金属粒子などの導電性フィラーを分散させた接着剤)などの導電性固定部材8が用いられている。対向する第1支持部51および第3支持部53と、対向する第2支持部52および第4支持部54とは、それぞれの固定位置が基部41の中心点Gを通る仮想線rに対して略対称となるように固定されている。このような位置関係でジャイロ素子2を底板911の上面に固定することにより、ジャイロ素子2の振動体4が両持ち支持されると共に支持バランスが向上し、ジャイロ素子2を底板911に対して安定的に固定することができる。また、それぞれの固定位置が、第1折返部55、第2折返部56、第3折返部57、第4折返部58を介してその先方に設けられているため、基部41から固定位置までの距離を長くすることができる。このため、振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象、不要モード振動が固定位置まで伝播することを抑制することが可能となる。これらにより、ジャイロ素子2の不要な振動(検出振動以外の振動)が抑制され、ジャイロ素子2による角速度ωの検出精度が向上する。
また、導電性固定部材8は、第1接続部65、第2接続部66、第3接続部67、および第4接続部68に設けられている検出信号端子714、検出接地端子724、駆動信号端子734および駆動接地端子744に対応(接触)して、かつ互いに離間して設けられている。また、底板911の上面には、検出信号端子714、検出接地端子724、駆動信号端子734および駆動接地端子744に対応する接続パッド10が設けられており、導電性固定部材8を介して、これら各接続パッド10とそれと対応するいずれかの端子とが電気的に接続されている。
上述の振動子1によれば、ジャイロ素子2は、第1連結梁61、第2連結梁62、第3連結梁63、第4連結梁64のそれぞれの梁によって、基部41が対向配置された第1支持部51、第2支持部52、第3支持部53、および第4支持部54のそれぞれに連結されている。さらに、この第1支持部51、第2支持部52、第3支持部53、および第4支持部54には、それぞれ第1折返部55、第2折返部56、第3折返部57、および第4折返部58を有する第1接続部65、第2接続部66、第3接続部67、および第4接続部68が設けられている。そして、ジャイロ素子2は、第1接続部65、第2接続部66、第3接続部67、および第4接続部68の先端部において、底板911の上面に固定されている。このような位置において、ジャイロ素子2が固定されることにより、基部41から固定位置までの距離を長くすることができ、振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象、不要モード振動が固定位置まで伝播することを抑制することが可能となる。したがって、振動モレ現象による温度ドリフトを低減させることが可能となり、前述の不要振動による温度ドリフトの低減と合わせて、温度ドリフトを低減させた角速度の検出が可能となる。
なお、ジャイロ素子2の固定位置は、第1接続部65、第2接続部66、第3接続部67、および第4接続部68の先端部に限らず、第1折返部55、第2折返部56、第3折返部57、および第4折返部58とそれぞれの先端との間であればよく、同等な効果を有する。
(ジャイロ素子の第2実施形態)
ジャイロ素子の第2実施形態について図4を用いて説明する。図4は、第2実施形態のジャイロ素子の概略を示す平面図である。なお、本第2実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同じ構成については同符号を付けてその説明を省略することがある。
ジャイロ素子の第2実施形態について図4を用いて説明する。図4は、第2実施形態のジャイロ素子の概略を示す平面図である。なお、本第2実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同じ構成については同符号を付けてその説明を省略することがある。
図4に示すように、第2実施形態のジャイロ素子3は、いわゆるダブルT型をなす振動体4と、振動体4を支持する支持部と、振動体4と支持部とを連結する梁とを有している。ここで、第2実施形態のジャイロ素子3と前述の第1実施形態のジャイロ素子2との相違は、支持部が、第1支持部51aと第3支持部53aで構成されていることである。詳述すると、第1支持部51aは、第1実施形態で説明した第1支持部51と第2支持部52とが、x軸方向に沿って連結されており、第3支持部53aは、第1実施形態で説明した第3支持部53と第4支持部54とが、x軸方向に沿って連結されている。
ジャイロ素子3の支持部は、第1支持部51a、および第3支持部53aが含まれる。梁は、振動体4と第1支持部51aとを連結する第1連結梁61、および第2連結梁62と、振動体4と第3支持部53aとを連結する第3連結梁63、および第4連結梁64とを有している。なお、振動体4は、第1実施形態と同様な構成であるので説明を省略する。
第1支持部51aには、第1連結梁61からx軸方向(第2方向)に曲げられる第1折返部55を有する第1接続部65、および第2連結梁62からx軸の反対方向(第3方向)に曲げられる第2折返部56を有する第2接続部66が設けられている。このように、第1接続部65、及び第2接続部66は、x軸方向に延在する第1支持部51aの両側に設けられている。なお、第1接続部65、および第2接続部66の構成は、第1実施形態と同様である。
第3支持部53aには、第3連結梁63からx軸方向(第2方向)に曲げられる第3折返部57を有する第3接続部67、および第4連結梁64からx軸の反対方向(第3方向)に曲げられる第4折返部58を有する第4接続部68が設けられている。このように、第3接続部67、及び第4接続部68は、x軸方向に延在する第3支持部53aの両側に設けられている。なお、第3接続部67、および第4接続部68の構成は、第1実施形態と同様である。
第2実施形態のジャイロ素子3によれば、二つの梁(第1連結梁61、第2連結梁62)が連結された第1支持部51a、および同様に二つの梁(第3連結梁63、第4連結梁64)が連結された第3支持部53aが一体である。このような構成の第1支持部51aおよび第3支持部53aは、それぞれの剛性が高まり、振動体4を安定して支持することが可能となる。これにより、安定した振動特性を得ることが可能なジャイロ素子3を提供することができる。
(ジャイロ素子の第3実施形態)
ジャイロ素子の第3実施形態について図5を用いて説明する。図5は、第3実施形態のジャイロ素子の概略を示す平面図である。なお、本第3実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同じ構成については同符号を付けてその説明を省略することがある。
ジャイロ素子の第3実施形態について図5を用いて説明する。図5は、第3実施形態のジャイロ素子の概略を示す平面図である。なお、本第3実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同じ構成については同符号を付けてその説明を省略することがある。
図5に示すように、第3実施形態のジャイロ素子5は、いわゆるダブルT型をなす振動体4と、振動体4を支持する支持部と、振動体4と支持部とを連結する梁とを有している。ここで、第3実施形態のジャイロ素子5と前述の第1実施形態のジャイロ素子2との相違は、支持部が、第1支持部51bと第3支持部53bで構成されていることである。詳述すると、第1支持部51bは、第1実施形態で説明した第1支持部51と第2支持部52とが、可撓性を有する第1連結部59aを介してx軸方向に沿って連結されており、第3支持部53bは、第1実施形態で説明した第3支持部53と第4支持部54とが、可撓性を有する第2連結部59bを介してx軸方向に沿って連結されている。
ジャイロ素子5の支持部は、第1支持部51b、および第3支持部53bが含まれる。梁は、振動体4と第1支持部51bとを連結する第1連結梁61、および第2連結梁62と、振動体4と第3支持部53bとを連結する第3連結梁63、および第4連結梁64とを有している。なお、振動体4は、第1実施形態と同様な構成であるので説明を省略する。
第1支持部51bには、第1連結梁61からx軸方向(第2方向)に曲げられる第1折返部55を有する第1接続部65、および第2連結梁62からx軸の反対方向(第3方向)に曲げられる第2折返部56を有する第2接続部66が設けられている。このように、第1接続部65、及び第2接続部66は、x軸方向に延在する第1支持部51bの両側に設けられている。また、第1支持部51bには、第1支持部51bの中央付近(第1連結梁61との連結部分と第2連結梁62との連結部分との間を含む領域)に可撓性を有する第1連結部59aが設けられており、この第1連結部59aを介して第1接続部65側と第2接続部66側とが連結されている。なお、第1接続部65、および第2接続部66の構成は、第1実施形態と同様である。
第1連結部59aは、反対方向への曲げを繰り返す細幅部で構成されており、この繰り返された曲げ構造で撓みを生じさせることができる、所謂可撓性を有している。なお、第1連結部59aは、可撓性を有する構成であればよく、例えば細幅部が曲線状に曲げられた構成、細幅の曲線構造など他の構成を用いてもよい。
第3支持部53bには、第3連結梁63からx軸方向(第2方向)に曲げられる第3折返部57を有する第3接続部67、および第4連結梁64からx軸の反対方向(第3方向)に曲げられる第4折返部58を有する第4接続部68が設けられている。このように、第3接続部67、及び第4接続部68は、x軸方向に延在する第3支持部53bの両側に設けられている。また、第3支持部53bには、第3支持部53bの中央付近(第3連結梁63との連結部分と第4連結梁64との連結部分との間を含む領域)に可撓性を有する第2連結部59bが設けられており、この第2連結部59bを介して第3接続部67側と第4接続部68側とが連結されている。なお、第3接続部67、および第4接続部68の構成は、第1実施形態と同様である。
第2連結部59bは、反対方向への曲げを繰り返す細幅部で構成されており、この繰り返された曲げ構造で撓みを生じさせることができる、所謂可撓性を有している。なお、第2連結部59bは、可撓性を有する構成であればよく、例えば細幅部が曲線状に曲げられた構成、細幅の曲線構造など他の構成を用いてもよい。
第3実施形態のジャイロ素子5によれば、二つの梁(第1連結梁61、第2連結梁62)が連結された第1支持部51bは、可撓性を有する第1連結部59aを介して第1接続部65側と第2接続部66側とが連結されている一体構成である。また、同様に二つの梁(第3連結梁63、第4連結梁64)が連結された第3支持部53bは、可撓性を有する第2連結部59bを介して第3接続部67側と第4接続部68側とが連結されている一体構成である。このような構成の第1支持部51bおよび第3支持部53bでは、それぞれの剛性が高まり、振動体4を安定して支持することが可能となる。また、第1支持部51bおよび第3支持部53bが、可撓性を有する第1連結部59a、第2連結部59bで連結されているため、この第1連結部59a、第2連結部59bが外部からの衝撃などを受けた場合の緩衝部となり、耐衝撃性を向上させることが可能となる。これにより、安定した振動特性を得るとともに耐衝撃性も向上させることが可能なジャイロ素子5を提供することができる。
(ジャイロ素子の第4実施形態)
ジャイロ素子の第4実施形態について図6を用いて説明する。図6は、第4実施形態のジャイロ素子の概略を示す平面図である。なお、本第4実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同じ構成については同符号を付けてその説明を省略することがある。
ジャイロ素子の第4実施形態について図6を用いて説明する。図6は、第4実施形態のジャイロ素子の概略を示す平面図である。なお、本第4実施形態の説明では、上述の第1実施形態と同じ構成については同符号を付けてその説明を省略することがある。
図6に示すように、第2実施形態のジャイロ素子6は、いわゆるダブルT型をなす振動体4と、振動体4を支持する支持部と、振動体4と支持部とを連結する梁とを有している。ここで、第4実施形態のジャイロ素子6と前述の第1実施形態のジャイロ素子2との相違は、基部41から延出されている梁が、第1連結梁61および第4連結梁64の二つで構成され、ここに連結される支持部も第1支持部51cと第4支持部54cの二つ(一対)で構成されていることである。
第1連結梁61は、第1検出振動腕421と第1駆動振動腕441との間を通って第1支持部51cと基部41を連結し、第4連結梁64は、第2検出振動腕422と第4駆動振動腕444との間を通って第4支持部54cと基部41を連結している。なお、第1連結梁61と第4連結梁64とは、基部41の中心点Gを基準とする点対称の位置、及び形状に設けられている。
第1連結梁61と連結された第1支持部51cは、第1駆動振動腕441側(第2方向側)に曲げられた曲げ部としての第1折返部55を有する接続部としての第1接続部65を含んでいる。第1折返部55で曲げられた第1接続部65は、基部41の中心点Gを通る仮想線rに対向する端部まで延在されている。
第4連結梁64と連結された第4支持部54cは、第4駆動振動腕444側(第3方向側)に曲げられた曲げ部としての第4折返部58を有する接続部としての第4接続部68を含んでいる。第4折返部58で曲げられた第4接続部68は、基部41の中心点Gを通る仮想線rに対向する端部まで延在されている。
このように、第1支持部51c、および第4支持部54cによって、振動体4が囲まれるように位置しており、第1支持部51c、および第4支持部54cは、基部41の中心点G(振動体4の中心)を基点として点対称となる位置、および形状となるように構成され、それぞれが基部41と連結されている。なお、本例では、第1支持部51c、および第4支持部54cを用い、中心点Gを基準とする点対称の構成で説明したが、例えば、図2で示す第2支持部52、および第4支持部54、あるいは第1支持部51、および第3支持部53を用いる中心点Gを通る仮想線rに対し線対称の構成でもよい。
第4実施形態のジャイロ素子6によれば、ジャイロ素子6を固定するそれぞれの固定位置を、基部41の中心点Gを基準として点対称となるようにすることが可能となる。このような位置関係でジャイロ素子6を底板911(図1参照)の上面に固定することにより、ジャイロ素子6の振動体4の支持バランスが向上し、安定的に固定することができる。また、それぞれの固定位置が、第1折返部55、第4折返部58を介してその先方に設けられているため、基部41から固定位置までの距離を長くすることができる。加えて梁が第1連結梁61および第4連結梁64の二つで構成されているため、振動モレの伝播経路が少なくなり振動モレの伝播を抑えることが可能となる。これらにより、ジャイロ素子6は、振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象、不要モード振動が固定位置まで伝播することを抑制することが可能となる。これらにより、ジャイロ素子6の不要な振動(検出振動以外の振動)が抑制され、ジャイロ素子6による角速度ωの検出精度が向上する。
なお、上述の実施形態では、本発明に係る振動素子の一例として、所謂「ダブルT型」ジャイロ素子2、3、5、6を用いて説明したがこれに限らない。本発明に係る振動素子は、基部の一端および反対側の他端から、即ち基部の両側へ延出された振動腕を有する構成であればよく、例えば、所謂「H型」ジャイロ素子、基部から互いに反対方向に延出している音叉振動腕を有する振動素子などがあげられる。
<振動子の第2実施形態>
図7は、本発明にかかる振動素子の第5実施形態、およびその振動素子を用いた振動子の第2実施形態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は正断面図である。図8は、図7に示す振動子が備える振動素子としてのジャイロ素子を示す平面図である。なお、以下では、図7に示すように、互いに直交する3軸を、x軸、y軸およびz軸とし、z軸は、振動デバイスの厚さ方向と一致する。また、x軸に平行な方向を「x軸方向(第2方向)」と言い、y軸に平行な方向を「y軸方向(第1方向)」と言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」と言う。
図7は、本発明にかかる振動素子の第5実施形態、およびその振動素子を用いた振動子の第2実施形態を示す図であり、(a)は平面図、(b)は正断面図である。図8は、図7に示す振動子が備える振動素子としてのジャイロ素子を示す平面図である。なお、以下では、図7に示すように、互いに直交する3軸を、x軸、y軸およびz軸とし、z軸は、振動デバイスの厚さ方向と一致する。また、x軸に平行な方向を「x軸方向(第2方向)」と言い、y軸に平行な方向を「y軸方向(第1方向)」と言い、z軸に平行な方向を「z軸方向」と言う。
図7に示す振動子200は、振動素子としてのジャイロ素子202と、ジャイロ素子202を収納するパッケージ209とを有している。以下、ジャイロ素子202およびパッケージ209について順次詳細に説明する。
(ジャイロ素子の第5実施形態)
図8は、上側(リッド292側)から見た振動素子としてのジャイロ素子の第5実施形態を示す平面図である。なお、ジャイロ素子には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、同図においては省略している。
図8は、上側(リッド292側)から見た振動素子としてのジャイロ素子の第5実施形態を示す平面図である。なお、ジャイロ素子には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、同図においては省略している。
図8に示すように、ジャイロ素子202は、x軸方向(第2方向)に延在された基部201と、基部201からy軸方向(第1方向)に沿って並走するように延出された第1振動腕としての第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242と、基部201から第1駆動振動腕241の延出されている側と反対側に第1方向に沿って並走するように延出された第2振動腕としての第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244とを有している。さらに、ジャイロ素子202は、基部201の第2方向の両端部から第1方向に沿って両側の延出する接続部と、第1駆動振動腕241、第2駆動振動腕242、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244の先端に連結された錘245、246、247、248を有している。
接続部は、第1駆動振動腕241に沿って設けられている第1接続部251と、第2駆動振動腕242に沿って設けられている第2接続部252と、第1検出振動腕243に沿って設けられている第3接続部253と、第2検出振動腕244に沿って設けられている第4接続部254と、を有している。
第1接続部251には、基部201の延在方向(第2方向)に対して反対方向に、第1方向の正側を経て曲げられた第1折返部255が設けられており、第1折返部255を介して第1延出部265が設けられている。また、第2接続部252には、基部201の延在方向(第2方向)に対して反対方向に、第1方向の正側を経て曲げられた第2折返部256が設けられており、第2折返部256を介して第2延出部266が設けられている。そして、第1接続部251が曲げられた先端と、第2接続部252が曲げられた先端とが、第1方向に沿って基部201の中心点Gを通る仮想線rに対して略対称位置に配置されている。
第3接続部253には、基部201の延在方向(第2方向)に対して反対方向に、第1方向の負側を経て曲げられた第3折返部257が設けられており、第3折返部257を介して第3延出部267が設けられている。また、第4接続部254には、基部201の延在方向(第2方向)に対して反対方向に、第1方向の負側を経て曲げられた第4折返部258が設けられており、第4折返部258を介して第4延出部268が設けられている。そして、第3接続部253が曲げられた先端と、第4接続部254が曲げられた先端とが、第1方向に沿って基部201の中心点Gを通る仮想線rに対して略対称位置に配置されている。
ここでジャイロ素子202の動作について概略を説明する。
ジャイロ素子202は、第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242を駆動振動させ、それに伴い、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244が共振により同調して振動する。第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242と、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244とは、X軸方向とY軸方向の長さ成分を有している。したがって、これらの第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242と、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244とを振動させることによって、これら第1駆動振動腕241、第2駆動振動腕242、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244の先端に連結された錘245,246,247,248には、X軸方向とY軸方向の速度が発生する。
ジャイロ素子202は、第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242を駆動振動させ、それに伴い、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244が共振により同調して振動する。第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242と、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244とは、X軸方向とY軸方向の長さ成分を有している。したがって、これらの第1駆動振動腕241、および第2駆動振動腕242と、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244とを振動させることによって、これら第1駆動振動腕241、第2駆動振動腕242、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244の先端に連結された錘245,246,247,248には、X軸方向とY軸方向の速度が発生する。
X軸の正側に配置された第1駆動振動腕241の錘245がX軸の正方向及びY軸の正方向に振動している場合、X軸の負側に配置された第2駆動振動腕242の錘246がX軸の負方向及びY軸の正方向に振動し、X軸の正側に配置された第1検出振動腕243の錘247はX軸の正方向及びY軸の負方向に振動し、X軸の負側に配置された第2検出振動腕244の錘248はX軸の負方向及びY軸の負方向に振動する。
そして、ジャイロ素子202に角速度が加わると、この角速度に起因して、第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244において歪が生じる。この歪を第1検出振動腕243、および第2検出振動腕244に設けられた図示しない検出電極が電圧として出力し、この出力電圧に基づく検出信号により処理回路が角速度を検出する。
(パッケージ)
パッケージ209は、ジャイロ素子202を収納するものである。なお、パッケージ209には、後述する電子デバイスのように、ジャイロ素子202の他に、ジャイロ素子202の駆動等を行うICチップ等が収納されていてもよい。このようなパッケージ209は、その平面視(xy平面視)にて、略矩形状をなしている。
パッケージ209は、ジャイロ素子202を収納するものである。なお、パッケージ209には、後述する電子デバイスのように、ジャイロ素子202の他に、ジャイロ素子202の駆動等を行うICチップ等が収納されていてもよい。このようなパッケージ209は、その平面視(xy平面視)にて、略矩形状をなしている。
パッケージ209は、上面に開放する凹部を有するベース291と、凹部の開口を塞ぐようにベースに接合されているリッド(蓋体)292とを有している。また、ベース291は、板状の底板211と、底板211の上面周縁部に設けられている枠状の側壁212とを有している。このようなパッケージ209は、その内側に収納空間を有しており、この収納空間内に、ジャイロ素子202が気密的に収納、設置されている。
ジャイロ素子202は、第1接続部251、第2接続部252、第3接続部253、および第4接続部254のそれぞれの先端部にて、底板211の上面に固定されている。ジャイロ素子202の固定には、半田、銀ペースト、導電性接着剤(樹脂材料中に金属粒子などの導電性フィラーを分散させた接着剤)などの導電性固定部材208が用いられている。対向する第1接続部251および第2接続部252と、対向する第3接続部253および第4接続部254とは、それぞれの固定位置が基部201の中心点Gを通る仮想線rに対して略対称となるように固定されている。このような位置関係でジャイロ素子202を底板211の上面に固定することにより、ジャイロ素子202の振動体204が両持ち支持されると共に支持バランスが向上し、ジャイロ素子202を底板211に対して安定的に固定することができる。また、それぞれの固定位置が、第1折返部255、第2折返部256、第3折返部257、第4折返部258を介してその先方に設けられているため、基部201から固定位置までの距離を長くすることができる。このため、振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象、不要モード振動が固定位置まで伝播することを抑制することが可能となる。これらにより、ジャイロ素子202の不要な振動(検出振動以外の振動)が抑制され、ジャイロ素子2による角速度ωの検出精度が向上する。
また、導電性固定部材208は、第1接続部251、第2接続部252、第3接続部253、および第4接続部254に設けられている駆動信号端子224、駆動接地端子214、検出信号端子244、および検出接地端子234、に対応(接触)して、かつ互いに離間して設けられている。また、底板211の上面には、駆動信号端子224、駆動接地端子214、検出信号端子244、および検出接地端子234、に対応する接続パッド210が設けられており、導電性固定部材208を介して、これら各接続パッド210とそれと対応するいずれかの端子とが電気的に接続されている。
上述の振動子200によれば、ジャイロ素子202は、基部201から延出された第1折返部255、第2折返部256、第3折返部257、および第4折返部258を有する第1接続部251、第2接続部252、第3接続部253、および第4接続部254が設けられている。そして、ジャイロ素子202は、第1接続部251、第2接続部252、第3接続部253、および第4接続部254の先端部において、底板211の上面に固定されている。このような位置において、ジャイロ素子202が固定されることにより、基部201から固定位置までの距離を長くすることができ、振動モレの影響を受けにくくなり、振動モレ現象、不要モード振動が固定位置まで伝播することを抑制することが可能となる。したがって、振動モレ現象による温度ドリフトを低減させることが可能となり、前述の不要振動による温度ドリフトの低減と合わせて、温度ドリフトを低減させた角速度の検出が可能となる。また、第1延出部265と第2延出部266とが、第3延出部267と第4延出部268とが、それぞれ接続されていない。したがって、第1延出部265が有する振動モレを第2延出部266に伝搬させない。同様に、第3延出部267が有する振動モレを第4延出部268に伝搬させない。よって、一方の延出部が有する振動モレと他方が有する振動モレとが干渉することや、伝搬し合うことを抑制することができる。
なお、ジャイロ素子202の固定位置は、第1接続部251、第2接続部252、第3接続部253、および第4接続部254の先端部に限らず、第1折返部255、第2折返部256、第3折返部257、および第4折返部258とそれぞれの先端との間の第1延出部265、第2延出部266、第3延出部267、および第4延出部268であってもよく、同等な効果を有する。
また、本発明に係る振動素子は、基板上に形成された圧電薄膜を振動源とする圧電薄膜駆動型の振動素子、MEMS(Micro Electro Mechanical System)型の振動素子、静電駆動型の振動素子などにも適用することが可能である。
[電子デバイス]
次に、上述のジャイロ素子2、3、5、6、202を用いた電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーについて、図9を用いて説明する。図9はジャイロセンサーの概略を示す正断面図である。なお、ここでの説明では、上述の実施形態の内、第1実施形態のジャイロ素子2を用いた例で説明する。
次に、上述のジャイロ素子2、3、5、6、202を用いた電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーについて、図9を用いて説明する。図9はジャイロセンサーの概略を示す正断面図である。なお、ここでの説明では、上述の実施形態の内、第1実施形態のジャイロ素子2を用いた例で説明する。
ジャイロセンサー80は、振動素子としてのジャイロ素子2、回路素子としてのIC84、パッケージとしての収容器81、蓋体86を備えている。セラミックなどで形成された収容器81の底面にはIC84が配置され、Auなどのワイヤー85で収容器81に形成された配線(図示せず)と電気的接続がなされている。IC84にはジャイロ素子2を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ素子2に生ずる検出信号を検出する検出回路とを含んでいる。
ジャイロ素子2は、収容器81に形成された支持台82に、ジャイロ素子2の支持部である第1接続部65、第2接続部66、第3接続部67、第4接続部68の一部が導電性接着剤などの固定部材83を介して接着支持されている。また、支持台82表面には配線(図示せず)が形成され、ジャイロ素子2の電極と配線間の導通が固定部材83を介してなされている。この固定部材83は、弾性のある材料であることが望ましい。弾性を有する固定部材83としてはシリコーンを基材とする導電性接着剤などが知られている。そして、収容器81内を真空雰囲気に保持し、収容器81の上部の開口が蓋体86にて封止されている。
ジャイロセンサー80によれば、用いているジャイロ素子2において、振動モレ現象、不要モード振動が固定位置まで伝播することが抑制されているため、振動モレ現象による温度ドリフトを低減させることが可能となり、前述の不要振動による温度ドリフトの低減と合わせて、温度ドリフトを低減させ、安定した角速度の検出が可能となる。
上述の電子デバイスの説明では、振動素子として所謂ダブルT型のジャイロ素子2を用いたジャイロセンサー80を例に説明したが、電子デバイスとしてはこれに限らない。他の電子デバイスとしては、例えば素子としてH型、あるいは音叉型のジャイロ素子を用いたジャイロセンサー、水晶振動素子(振動素子)を用いたタイミングデバイス(水晶振動子、水晶発振器など)、感圧素子を用いた圧力センサーなどであってもよい。
[電子機器]
次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子2、3、5、6、202、振動素子としてのジャイロ素子2、3、5、6、202を用いた振動子1、200、あるいは電子デバイスとしてのジャイロセンサー80を適用した電子機器について、図10〜図12に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、振動素子としてのジャイロ素子2を用いた振動子1を適用した例を示している。
次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子2、3、5、6、202、振動素子としてのジャイロ素子2、3、5、6、202を用いた振動子1、200、あるいは電子デバイスとしてのジャイロセンサー80を適用した電子機器について、図10〜図12に基づき、詳細に説明する。なお、説明では、振動素子としてのジャイロ素子2を用いた振動子1を適用した例を示している。
図10は、本発明の一実施形態に係る振動子1を備える電子機器としてのモバイル型(又はノート型)のパーソナルコンピューターの構成の概略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、角速度を検出する機能を備えたジャイロ素子2を用いた振動子1が内蔵されている。
図11は、本発明の一実施形態に係る振動子1を備える電子機器としての携帯電話機(PHSも含む)の構成の概略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、角速度センサー等として機能するジャイロ素子2を用いた振動子1が内蔵されている。
図12は、本発明の一実施形態に係る振動子1を備える電子機器としてのデジタルスチールカメラの構成の概略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、デジタルスチールカメラ1300は、被写体の光像をCCD(Charge Coupled Device)等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。
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100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100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等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100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。また、このデジタルスチールカメラ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、メモリー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。このようなデジタルスチールカメラ1300には、角速度センサー等として機能するジャイロ素子2を用いた振動子1が内蔵されている。
なお、本発明の一実施形態に係る振動子1は、図10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11の携帯電話機、図12のデジタルスチールカメラの他にも、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、ページャー、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)、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
[移動体]
図13は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車106には本発明に係るジャイロ素子2を用いた振動子1が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車106には、ジャイロ素子2を用いた振動子1を内蔵してタイヤ109などを制御する電子制御ユニット108が車体107に搭載されている。また、振動子1は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
図13は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車106には本発明に係るジャイロ素子2を用いた振動子1が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車106には、ジャイロ素子2を用いた振動子1を内蔵してタイヤ109などを制御する電子制御ユニット108が車体107に搭載されている。また、振動子1は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム(ABS)、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット(ECU:electronic control unit)に広く適用できる。
1、200…振動子、2、3、5、6、202…振動素子としてのジャイロ素子、4、204…振動体、8、208…導電性固定部材(銀ペースト)、9、209…パッケージ、10、210…接続パッド、41、201…基部、51…支持部としての第1支持部、52…支持部としての第2支持部、53…支持部としての第3支持部、54…支持部としての第4支持部、55…第1折返部、56…第2折返部、57…第3折返部、58…第4折返部、61…第1梁としての第1連結梁、62…第1梁としての第2連結梁、63…第2梁としての第3連結梁、64…第2梁としての第4連結梁、65…第1接続部、66…第2接続部、67…第3接続部、68…第4接続部、91…ベース、92…リッド、106…移動体としての自動車、421…第2振動腕としての第1検出振動腕、422…第2振動腕としての第2検出振動腕、425、426、445、446、447,448…重量部(ハンマーヘッド)、431…第1連結腕、432…第2連結腕、441…第1振動腕としての第1駆動振動腕、442…第1振動腕としての第3駆動振動腕、443…第1振動腕としての第2駆動振動腕、444…第1振動腕としての第4駆動振動腕、714…検出信号端子、724…検出接地端子、734…駆動信号端子、744…駆動信号端子、911…底板、912…側壁、1100…電子機器としてのモバイル型のパーソナルコンピューター、1200…電子機器としての携帯電話機、1300…電子機器としてのデジタルスチールカメラ。
Claims (14)
- 基部と、
前記基部から延出されている第1振動腕と、
前記基部から延出されている第2振動腕と、
前記基部から延出されている梁と連結されて前記基部を支持し、曲げ部を含む接続部を備えている支持部と、
を有していることを特徴とする振動素子。 - 前記梁は、前記基部から両側に一対で延出され、
それぞれの前記梁には、前記支持部が接続されていることを特徴とする請求項1に記載の振動素子。 - 前記梁は、前記基部から両側に、少なくとも二対で延出され、
一対の前記梁と連結された前記支持部は、前記第1振動腕の延出方向と交差する第2方向側に曲げられた曲げ部を有し、
他の一対の前記梁と連結された前記支持部は、前記第2方向の反対方向である第3方向側に曲げられた曲げ部を有していることを特徴とする請求項1に記載の振動素子。 - 前記第1振動腕は、前記基部から両側へ延出している第1検出振動腕および第2検出振動腕を備え、
前記第2振動腕は、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の両側にあって、前記基部から両側へ前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕の延出方向に沿って延出されている第1駆動振動腕および第2駆動振動腕と、第3駆動振動腕および第4駆動振動腕と、を備え、
前記支持部は、第1支持部、第2支持部、第3支持部、および第4支持部を備え、
前記梁は、前記第1検出振動腕と前記第1駆動振動腕との間を通って前記第1支持部と連結されている第1梁と、前記第1検出振動腕と前記第2駆動振動腕との間を通って前記第2支持部と連結されている第2梁と、前記第2検出振動腕と前記第3駆動振動腕との間を通って前記第3支持部と連結されている第3梁と、前記第2検出振動腕と前記第4駆動振動腕との間を通って前記第4支持部と連結されている第4梁と、を備えていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の振動素子。 - 前記第1振動腕の延出方向に対して同じ側に位置する前記支持部同士が、可撓性を有する連結部で連結されていることを特徴とする請求項3または請求項4に記載の振動素子。
- 前記接続部は、前記曲げ部と前記接続部の先端との間で固定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の振動素子。
- 前記接続部は、前記第1振動腕の延出方向と直交する方向に前記基部の中心を通る仮想線に対して線対称となる位置で固定されていることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか一項に記載の振動素子。
- 第2方向に延在されている基部と、
前記基部の一方の側に前記基部から延出されている第1振動腕と、
前記基部の他方の側に前記基部から延出されている第2振動腕と、
前記基部から延出され、前記基部の延在方向に曲げられた曲げ部を有する接続部と、
を有していることを特徴とする振動素子。 - 前記接続部は、前記接続部の先端と前記曲げ部との間で固定されていることを特徴とする請求項8に記載の振動素子。
- 前記接続部は、前記第2方向に位置する前記基部の両端から、前記第2方向と交差する方向の前記基部の両側に設けられており、前記第2方向と直交する方向に前記基部の中心を通る仮想線に対して線対称となる位置で固定されていることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の振動素子。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の振動素子と、
前記振動素子が収納されているパッケージと、を備えていることを特徴とする振動子。 - 請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の振動素子と、
少なくとも前記振動素子を駆動させる機能を有している回路素子と、を備えていることを特徴とする電子デバイス。 - 請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
- 請求項1ないし請求項10のいずれか一項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。
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JP2013051365A JP2014178165A (ja) | 2013-03-14 | 2013-03-14 | 振動素子、振動子、電子デバイス、電子機器、および移動体 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016170074A (ja) * | 2015-03-13 | 2016-09-23 | 京セラクリスタルデバイス株式会社 | 角速度センサ及びセンサ素子 |
-
2013
- 2013-03-14 JP JP2013051365A patent/JP2014178165A/ja active Pending
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