JP2015046666A - 振動素子、発振器、センサー、電子機器及び移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】高調波モードの振動による影響を低減し、安定な特性を有する振動素子及びこの振動素子を備えた発振器、センサー、電子機器及び移動体を提供する。【解決手段】基部及び振動部を有している振動片と、平面視で、前記振動片を囲んでいる外枠部と、前記外枠部と前記基部とを連結している連結部と、を含み、前記連結部の側面と前記外枠部の側面との間に挟まれるように、前記振動片と前記外枠部よりも縦弾性率とせん断弾性率とが小さい接合部材が配置されている振動素子。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、発振器、センサー、電子機器及び移動体に関する。

パーソナルコンピューター、プリンター、又はＤＶＤプレーヤー等の情報機器や、携帯電話、スマートフォン、又はタブレット端末等の移動体通信機器等において、小型軽量化が強く要求されており、それらに用いられている振動素子についても小型化及び薄型化への対応が求められている。
従来から、セラミック等のパッケージに振動片を収容した振動素子がよく知られているが、特許文献１では、振動片と振動片を囲む外枠部とを一体化した基板を上下から他の基板で挟み込んだ三層構造の振動素子が開示され、小型化及び薄型化が図られている。
また、特許文献２では、振動片と外枠部とを連結する連結部を長くすることで、振動片からの振動漏れを低減し、高いＱ値を有する三層構造の振動素子が開示されている。

特開２０１０−０４１５８３号公報 特開２０１０−２７３３５０号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に開示された振動素子では、振動片で励振した高次モード、特に２次高調波モードの振動が外枠部で反射し定在波となるため、Ｑ値が低下せず、主振動である基本波モードよりもＣＩ値が小さくなり、２次高調波モードが発振するという問題があった。

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、以下の形態又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、基部及び振動部を有している振動片と、平面視で、前記振動片を囲んでいる外枠部と、前記外枠部と前記基部とを連結している連結部と、を含み、前記連結部の側面と前記外枠部の側面との間に挟まれるように、前記振動片と前記外枠部よりも縦弾性率とせん断弾性率とが小さい接合部材が配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動素子の基部から連結部に伝わった２次高調波モードの振動は、連結部の側面と外枠部の側面との間に設けられた接合部材を歪ませることで生じる粘弾性損失により減衰する。そのため、２次高調波モードのＱ値が低下しＣＩ値が大きくなるので、２次高調波モードでの発振を防止することができるという効果がある。

［適用例２］本適用例に係る振動素子は、基部及び振動部を有している振動片と、平面視で、前記振動片を囲んでいる外枠部と、前記外枠部と前記基部とを連結している連結部と、前記外枠部と接合している基板と、を含み、前記連結部の主面と前記基板の主面との間に挟まれるように、前記振動片と前記基板よりも縦弾性率とせん断弾性率とが小さい接合部材が配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動素子の基部から連結部に伝わった２次高調波モードの振動は、連結部の主面と基板の主面との間に設けられた接合部材を歪ませることで生じる粘弾性損失により減衰する。そのため、２次高調波モードのＱ値が低下することでＣＩ値が大きくなり、２次高調波モードでの発振を防止することができるという効果がある。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記接合部材が、シリコン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系、ポリエステル系、及びポリウレタン系のいずれかの樹脂であることを特徴とする。

本適用例によれば、シリコン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系、ポリエステル系、及びポリウレタン系のいずれかの樹脂は、縦弾性率とせん断弾性率とが連結部や基板よりも小さいため、接合部材として用いると、振動素子の基部から連結部に伝わった２次高調波モードの振動に粘弾性損失を発生させることができるため、２次高調波モードのＱ値が低下することでＣＩ値が大きくなり、２次高調波モードでの発振を防止することができるという効果がある。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動片が音叉型振動片であることを特徴とする。

本適用例によれば、２次高調波モードでの発振を防止した安定な特性を有する音叉型振動素子を得ることができるという効果がある。

［適用例５］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動片が厚み滑り振動する振動片であることを特徴とする。

本適用例によれば、２次高調波モードによる特性劣化を低減した安定な特性を有する厚み滑り振動する振動素子を得ることができるという効果がある。

［適用例６］本適用例に係る発振器は、上記適用例に記載の振動素子と、回路と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、高いＱ値を有する振動素子と、振動素子を安定に励振する発振回路と、により構成することができるため、安定した発振特性を有する発振器が得られるという効果がある。

［適用例７］本適用例に係るセンサーは、上記適用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、高いＱ値を有する振動素子を用いてセンサーを構成することができるため、安定した特性を有するセンサーが得られるという効果がある。

［適用例８］本適用例に係る電子機器は、上記適用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、高いＱ値を有する振動素子を用いているため、安定な特性を有する発振器を備えた電子機器が構成できるという効果がある。

［適用例９］本適用例に係る移動体は、上記適用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、周波数再現性や周波数エージング特性に優れた高いＱ値を有する振動素子を用いることができるため、安定で正確な電子制御ユニット等を備えた移動体が構成できるという効果がある。

本発明の第１実施形態に係る振動素子の構成を示す分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例を示す平面図であり、（ａ）は変形例１−１、（ｂ）は変形例１−２。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例を示し、図２に示すＢ部のＡ−Ａ線の断面拡大図であり、（ａ）は変形例１−３、（ｂ）は変形例１−４。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の変形例を示す平面図であり、（ａ）は変形例２−１、（ｂ）は変形例２−２。 本発明の実施形態に係る発振器の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）に示すＤ−Ｄ線の断面図。 本発明の実施形態に係る振動素子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を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動素子を備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
（振動素子）
先ず、本発明の第１実施形態に係る振動素子の一例として、音叉型振動片を有する振動素子を挙げ、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の構成を示す分解斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。なお、図１（ａ）において、振動素子１の内部の構成を説明する便宜上、第３基板２４を取り外した状態を図示している。また、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、Ｙ軸及びＺ軸を図示している。更に、説明の便宜上、Ｚ軸方向から見たときの平面視において、＋Ｚ軸方向の面を上面、−Ｚ軸方向の面を下面として説明する。

振動素子１は、図１に示すように、振動片１０、外枠部１６及び連結部１８が一体化して形成されている第１基板２０と、パッケージのベースに相当する第２基板２２と、蓋に相当する第３基板２４と、外枠部１６と連結部１８との間に配置された接合部材３０と、で構成されている。

振動片１０は、図２に示すように、基部１２と一対の振動部１４を有する音叉型構造であり、Ｙ軸方向に延在する振動部１４の主面の上下面には、それぞれＹ軸方向に延在し主面に開放する有底の溝が設けられおり、互いに同じ形状をなしている。そのため、振動部１４は、略「Ｈ」状の横断面形状をなしている。また、振動部１４の基部１２が連結する側とは反対側の先端に錘部が設けられている。
溝を設けることによって、屈曲振動により発生する熱が拡散（熱伝導）し難くなり、屈曲振動周波数（機械的屈曲振動周波数）ｆが熱緩和周波数ｆ₀より大きな領域（ｆ＞ｆ₀）である断熱的領域では、熱弾性損失を抑制することができる。なお、溝は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。
また、錘部を設けることによって、振動片１０の小型化を図ることができたり、一対の振動部１４の屈曲振動の周波数を低めたりすることができる。なお、錘部は、必要に応じて複数の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有していてもよく、省略してもよい。

振動片１０を取り囲む外枠部１６は、連結部１８を介して振動片１０と連結されている。そのため、第１基板２０の上下面に第２基板２２と第３基板２４とを配置し、外枠部１６を低融点ガラス等の接合部材２６で接合することで、外枠部１６と、上下の第２基板２２と、第３基板２４と、によって形成された空間領域Ｅに振動片１０を収納することができる。なお、空間領域Ｅは、ほぼ真空の減圧状態で気密封止されている。

第２基板２２と第３基板２４は、振動片１０を有する第１基板２０と対向する主面に凹部が形成されているが、これは第２基板２２や第３基板２４の主面と振動片１０との接触や接合部材２６の流れ込みによる振動片１０との接触によるＱ値の低下や発振停止を防止するためである。なお、凹部の形成は、接合部材２６の厚み（Ｚ軸方向の長さ）を厚くすることで、第２、第３基板２２，２４の主面と振動片１０との接触を回避できるのであれば、省略してもよい。

振動片１０を有する第１基板２０は、結晶材料であり、例えば、圧電基板として、水晶基板、特に、Ｚカット水晶基板で構成されている。これにより、振動片１０は、優れた振動特性を発揮することができる。Ｚカット水晶基板とは、水晶のＺ軸（光軸）を厚さ方向とする水晶基板である。Ｚ軸は、振動片１０の厚さ方向と一致しているのが好ましいが、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点からは、厚さ方向に対して若干（例えば、１５°未満程度）傾けることになる。なお、水晶以外の結晶材料としては、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、リチウムテトラボレート（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ₃）、リン酸ガリウム（ＧａＰＯ₄）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ、Ｚｎ₂Ｏ₃）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、チタン酸鉛（ＰｂＰＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、ニオブ酸ナトリウムカリウム（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ₃）、ビスマスフェライト（ＢｉＦｅＯ₃）、ニオブ酸ナトリウム（ＮａＮｂＯ₃）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ₄Ｔｉ₃Ｏ₁₂）、チタン酸ビスマスナトリウム（Ｎａ_0.5Ｂｉ_0.5ＴｉＯ₃）等、圧電材料以外では、単結晶シリコンや多結晶シリコン等がある。

第２基板２２と第３基板２４とは、振動片１０を有する第１基板２０の材料と同一であること、あるいは同一の熱膨張係数を有することが、周囲温度変化による歪等の影響を小さくできるので、好ましい。なお、光を透過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラス等であれば、封止後において、外部からレーザー光を振動片１０の先端付近に照射し、ここに設けた電極を一部蒸散させることにより、質量削減方式による周波数調整をすることができる。

接合部材３０は、外枠部１６のＹ軸方向と交差する側面と連結部１８のＹ軸方向と交差する側面との間に挟まれるように配置されている。
なお、接合部材３０は、例えば、シリコン系樹脂であり、第１基板２０である水晶の縦弾性率（ヤング率）よりも小さな縦弾性率を有し、且つ水晶のせん断弾性率（剛性率）よりも小さなせん断弾性率を有する粘弾性体である。

一般的に、２つの振動部１４を有する音叉型構造の振動片１０は、発振周波数となる基本波モードで振動させ、その振動が基部１２から外部（振動片１０を接合するパッケージ部）へ漏れるのを、２つの振動部１４の変位によって生じた基部１２の変位を互いに相殺することで、極力小さくしＱ値が低下するのを防止した構造に設計されている。また、波長の短い２次高調波モード等は基部１２に生じる変位を有効に相殺することが難しいため、基部１２から外部へ漏れ、振動片１０をパッケージ等へ保持する接合部材、例えばシリコン系導電性接着剤において、伝搬してきた振動が減衰しＱ値が低下する。そのため、２次高調波モード等による異常発振の影響を受けることはなかった。
しかし、従来の三層構造を有する振動素子では、振動片で励振した高次モード、特に２次高調波モードの振動が外枠部で反射し定在波となるため、Ｑ値が低下せず、主振動である基本波モードよりもＣＩ値が小さくなり、２次高調波モードが発振するという問題があった。これは、上述した断熱的領域において、周波数の上昇とともに熱弾性損失が減少することに起因する。

本実施形態では、外枠部１６の側面と連結部１８の側面との間に挟まれるように、振動片１０や外枠部１６を有する第１基板２０よりも縦弾性率とせん断弾性率（剛性率）とが小さい（つまり、第１基板２０よりも軟らかい）接合部材３０が配置されている。そのため、連結部１８まで伝搬した２次高調波モードの振動が、連結部１８と接合した接合部材３０を歪ませることにより、歪みによる内部摩擦に起因する粘弾性損失を発生する。なお、この粘弾性損失は、粘弾性体である接合部材３０の歪みが大きい程大きくなる。従って、２次高調波モードの粘弾性損失を大きくしてＱ値を低下させることで、ＣＩ値が大きくなり、２次高調波モードでの発振を防止し、ＣＩ値の小さい基本波モードで発振させることができる。

なお、第１基板２０であるＺカット水晶基板は、縦弾性率Ｃ₁₁（＝Ｃ₂₂）が８６．７ＧＰａ、又はＣ₃₃が１０７ＧＰａであり、せん断弾性率Ｃ₁₂が６．９８ＧＰａ、又はＣ₁₃（＝Ｃ₂₃）が１１．９ＧＰａである。これに対し、接合部材３０であるシリコン系樹脂は、ヤング率Ｅが０．２ＧＰａであり、ポアソン比νが０．３３、即ち、縦弾性率が０．２ＧＰａであり、せん断弾性率（＝［Ｅ／｛２（１＋ν）｝］）が０．０７５ＧＰａであるので、上述した縦弾性率とせん断弾性率が第１基板２０である水晶よりも小さいとする関係を満たしている。そのため、２次高調波モードでの発振を防止することができる。

接合部材３０は、シリコン系の樹脂以外に、振動片１０を備えた第１基板２０、第２基板２２及び第３基板２４の縦弾性率やせん断弾性率よりも小さい値を有する樹脂であれば、例えば、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系、ポリエステル系、及びポリウレタン系等の樹脂であってもよいことは言うまでもない。

＜第１実施形態の変形例＞
次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の変形例について、図３及び図４を参照して説明する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例を示す平面図であり、図３（ａ）は変形例１−１、図３（ｂ）は変形例１−２である。
図４は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例を示し、図２に示すＢ部のＡ−Ａ線の断面拡大図であり、図４（ａ）は変形例１−３、図４（ｂ）は変形例１−４である。
以下、変形例について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一符号にａ，ｂ，ｃ又はｄを付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。

図３（ａ）に示す変形例１−１の振動素子１ａは、第１基板２０ａに設けられた振動片１０ａと外枠部１６ａとを連結する連結部１８ａの形状と接合部材３０ａの配置されている位置が第１実施形態に係る振動素子１とは異なっている。連結部１８ａは、振動片１０ａの基部１２ａのＸ軸方向の両端にそれぞれ設けられ、Ｙ軸方向に延在した略矩形状と、基部１２ａと連結する側の反対側の先端にＸ軸方向に延在した略矩形状とを有する形状で、Ｘ軸方向に延在した先端がそれぞれ外枠部１６ａと連結している。そのため、２つの接合部材３０ａは、２つの連結部１８ａのＸ軸方向と交差する側面とそれぞれに対向する外枠部１６ａのＸ軸方向と交差する側面との間にそれぞれ挟まれるように配置されている。

このような構成とすることにより、２次高調波モードでの発振を防止することができ、且つ振動片１０ａと外枠部１６ａとを連結する連結部１８ａの長さを長くし歪を大きくすることができるため、基本波モードの振動漏れを低減し、高いＱ値を有する振動素子１ａを得ることができるという効果がある。

図３（ｂ）に示す変形例１−２の振動素子１ｂは、第１基板２０ｂに設けられた振動片１０ｂと外枠部１６ｂとを連結する連結部１８ｂの形状と、接合部材３０ｂの配置されている位置と、振動片１０ｂの基部１２ｂの形状と、が第１実施形態に係る振動素子１とは異なっている。振動片１０ｂには、一対の振動部１４ｂの間に基部１２ｂからＹ軸方向に延在する略矩形状の連結部２８ｂが設けられている。連結部２８ｂの基部１２ｂと反対側の先端は、Ｘ軸方向に延在する略矩形状で両端が外枠部１６ｂにそれぞれ連結された連結部１８ｂのほぼ中央部に連結されている。また、接合部材３０ｂは、連結部１８ｂのＹ軸方向と交差する側面と外枠部１６ｂのＹ軸方向と交差する側面との間にそれぞれ挟まれるように配置されている。

このような構成とすることにより、前述した変形例１−１の振動素子１ａと同様に、２次高調波モードでの発振を防止することができ、且つ振動片１０ｂと外枠部１６ｂとを連結する連結部１８ｂ，２８ｂの長さをより長くし歪をより大きくすることができるため、基本波モードの振動漏れをより低減し、より高いＱ値を有する振動素子１ｂを得ることができるという効果がある。

図４（ａ）に示す変形例１−３の振動素子１ｃは、外枠部１６ｃと連結部１８ｃとを連結し、外枠部１６ｃと連結部１８ｃとの間に上面を開放とする有底の溝となるような連結部３２ｃを有している。接合部材３０ｃは、連結部３２ｃの上面で、外枠部１６ｃのＹ軸方向と交差する側面と連結部１８ｃのＹ軸方向と交差する側面との間に挟まれるように配置されている。

このような構成とすることにより、接合部材３０ｃが外枠部１６ｃの側面と連結部１８ｃの側面との間から溢れ、振動片１０ｃへ付着し、発振が停止してしまうことを防止することができるという効果がある。図４（ａ）では、接合部材３０ｃは連結部１８ｃの＋Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置を越えて形成されているが、これに限るものではなく、連結部１８ｃの＋Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置と同じか、あるいは連結部１８ｃの＋Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置に到達していなくてもよい。

図４（ｂ）に示す変形例１−４の振動素子１ｄは、外枠部１６ｄと連結部１８ｄとを連結し、外枠部１６ｄと連結部１８ｄとの間に上下面を開放とする２つの有底の溝となるような連結部３２ｄを有している。接合部材３０ｄは、連結部３２ｄの上面で、外枠部１６ｄのＹ軸方向と交差する側面と連結部１８ｄのＹ軸方向と交差する側面との間と、連結部３２ｄの下面で、外枠部１６ｄのＹ軸方向と交差する側面と連結部１８ｄのＹ軸方向と交差する側面との間と、にそれぞれ挟まれるように配置されている。

このような構成とすることにより、前述した変形例１−３の振動素子１ｃと同様に、接合部材３０ｄが外枠部１６ｄの側面と連結部１８ｄの側面との間から溢れ、振動片１０ｄへ付着し、発振が停止してしまうことを防止することができるという効果がある。図４（ｂ）では、接合部材３０ｄはそれぞれ連結部１８ｄの±Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置を越えて形成されているが、これに限るものではなく、＋Ｚ軸方向に開放する溝に形成された接合部材３０ｄが連結部１８ｄの＋Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置と同じか、あるいは連結部１８ｄの＋Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置に到達していなくてもよく、また、−Ｚ軸方向に開放する溝に形成された接合部材３０ｄが連結部１８ｄの−Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置と同じか、あるいは連結部１８ｄの−Ｚ軸方向主面のＺ軸方向位置に到達していなくてもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動素子について、図５を参照して説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線の断面図である。なお、図５（ａ）において、振動素子１ｅの内部の構成を説明する便宜上、第３基板２４ｅを取り外した状態を図示している。
以下、第２実施形態に係る振動素子１ｅについて、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一符号にｅを付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。

振動素子１ｅは、第１実施形態の第１基板２０と同一の構成の第１基板２０ｅを有しており、図５（ｂ）に示すように、接合部材３０ｅが空間領域Ｅに設けられた連結部１８ｅの下面と第２基板２２ｅの主面との間と、連結部１８ｅの上面と第３基板２４ｅの主面との間と、に配置されている。

このような構成とすることにより、前述した第１実施形態の振動素子１と同様に、振動片１０ｅで励振している２次高調波モードの振動は、接合部材３０ｅを歪ませることで粘弾性損失を生じ、２次高調波モードのＱ値が低下しＣＩ値が大きくなるので、２次高調波モードでの発振を防止することができる。なお、本実施形態では、接合部材３０ｅが連結部１８ｅの上下面に配置されているが、これに限定されることはなく、どちらか一方の面だけでも構わない。

＜第２実施形態の変形例＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動素子１ｅの変形例について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係る振動素子の変形例を示す平面図であり、図６（ａ）は変形例２−１、図６（ｂ）は変形例２−２である。
以下、変形例について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の構成には、同一符号にｆ又はｇを付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。

図６（ａ）に示す変形例２−１の振動素子１ｆは、前述した変形例１−１の第１基板２０ａと同一の構成の第１基板２０ｆを有し、接合部材３０ｆが連結部１８ｆの下面と第２基板（図示せず）の主面との間と、連結部１８ｅの上面と第３基板（図示せず）の主面との間と、にそれぞれ挟まれるように配置されている。

このような構成とすることにより、２次高調波モードでの発振を防止することができ、且つ振動片１０ｆと外枠部１６ｆとを連結する連結部１８ｆの長さを長くすることができるため、基本波モードの振動漏れを低減し、高いＱ値を有する振動素子１ｆを得ることができるという効果がある。なお、本実施形態では、接合部材３０ｆが連結部１８ｆの上下面に配置されているが、これに限定されることはなく、どちらか一方の面だけでも構わない。また、２つの連結部１８ｆにおいて、一方の連結部１８ｆの上下面に配置し、他方の連結部１８ｆの上下面のどちらか一方の面だけに配置した構成でも構わない。

図６（ｂ）に示す変形例２−２の振動素子１ｇは、前述した変形例１−２の第１基板２０ｂと同一の構成の第１基板２０ｇを有し、接合部材３０ｇが連結部１８ｇの下面と第２基板（図示せず）の主面との間と、連結部１８ｇの上面と第３基板（図示せず）の主面との間と、にそれぞれ挟まれるように配置されている。

このような構成とすることにより、前述した変形例２−１の振動素子１ｆと同様に、２次高調波モードでの発振を防止することができ、且つ振動片１０ｇと外枠部１６ｇとを連結する連結部１８ｇの長さを長くすることができるため、基本波モードの振動漏れを低減し、高いＱ値を有する振動素子１ｇを得ることができるという効果がある。なお、本実施形態では、接合部材３０ｇが連結部１８ｇの上下面に配置されているが、これに限定されることはなく、どちらか一方の面だけでも構わない。

以上、本発明の実施形態に係る振動素子１の一例として、音叉型振動片を有する振動素子１を挙げ、説明したが、厚み滑り振動モードで振動するＡＴカット水晶振動片、ＢＴカット水晶振動片及びＳＣカット水晶振動片等を有する振動素子であってもよいことは言うまでもない。

（発振器）
次に、本発明の振動素子１を適用した発振器３について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の発振器の構造を示した概略図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＤ−Ｄ線の断面図である。
発振器３は、振動素子１と、振動素子１を駆動するための発振回路を有するＩＣチップ（チップ部品）６０と、振動素子１やＩＣチップ６０を収納するパッケージ本体５０と、ガラス、セラミック、金属等からなる蓋部材５８と、で構成されている。

パッケージ本体５０は、図７（ｂ）に示すように、実装端子４０と、第１の基板５２と、第２の基板５４と、シールリング５６と、を積層して形成されている。また、パッケージ本体５０は、上面に開放するキャビティー７０を有している。なお、振動素子１とＩＣチップ６０とを収容するキャビティー７０内は減圧雰囲気あるいは窒素などの不活性気体雰囲気に気密封止されている。

実装端子４０は、第１の基板５２の外部底面に複数設けられている。また、実装端子４０は、第１の基板５２の上面に設けられた複数の接続端子４２や接続電極４４と、図示しない貫通電極や層間配線を介して、電気的に導通されている。

パッケージ本体５０のキャビティー７０内には、振動素子１とＩＣチップ６０が収容されている。振動素子１は、半田や導電性接着剤を介して第１の基板５２の上面に設けられた接続電極４４に固定されている。ＩＣチップ６０は、接着剤等の接合部材６４を介して第１の基板５２の上面に固定されている。また、第１の基板５２の上面に設けられた複数の接続端子４２は、ボンディングワイヤー６６によってＩＣチップ６０の上面に設けられた複数の接続端子６２と電気的に接続されている。

ＩＣチップ６０は、振動素子１の駆動を制御するための駆動回路（発振回路）を有しており、このＩＣチップ６０によって振動素子１を駆動すると、所定の周波数の信号を取り出すことができる。

パッケージ本体５０の第２の基板５４の上面に形成したシールリング５６上に、蓋部材５８を載置し、ほぼ真空の減圧雰囲気、又は窒素ガスの雰囲気中で蓋部材５８をシーム溶接して密封し、発振器３が完成する。又は、パッケージ本体５０の上面に塗布した低融点ガラスに蓋部材５８を載置し、溶融して密着する方法もある。この場合も、パッケージ本体５０のキャビティー７０内はほぼ真空にするか、又は窒素ガス等の不活性ガスを充填して、発振器３が完成する。

（センサー）
次に、本発明の振動素子１を適用したセンサーの一例として、ジャイロセンサーを挙げ、説明する。
図２に示す振動素子１の振動片１０を構成する一対の振動部１４のそれぞれに駆動用電極及び検出用電極を配設することで、ジャイロセンサーに用いられる振動ジャイロ素子を得ることができる。ジャイロセンサーは、駆動用電極に励振信号を印加して両方の振動部１４ともに駆動させるとともに、両方の振動部１４を駆動（振動）させている状態で、振動ジャイロ素子に回転角速度が印加されると、コリオリ力による電圧が発生するので、その電圧を検出用電極で検出することにより、回転角速度を測定することができる。

詳述すると、各振動部１４の基部１２側の主面の上下面（±Ｚ軸方向の面）に、ある瞬間において極性が同じになるように励振電極を設ける。ここで、一方の振動部１４と他方の振動部１４とでは、ある瞬間において極性が逆になるように配置する。例えば、一方の振動部１４の主面の上下面に設けた励振電極のある瞬間の極性が＋であるとき、他方の振動部１４の主面の上下面に設けた励振電極の極性が−になるようにする。

また、各振動部１４の主面の上下面と直交して対向する両側面には、各振動部１４の主面の上下面に設けた励振電極のある瞬間の極性とは逆の極性を呈する励振電極を設ける。例えば、振動部１４の主面の上下面の励振電極のある瞬間の極性に対して、一方の振動部１４の主面の上下面に設けた励振電極の極性が−となり、他方の振動部１４の主面の上下面に設けた励振電極が＋となるようにする。

以上述べたような電極構成により、ある瞬間において、一方の振動部１４には振動部１４の中央から両側面側への方向に電界が生じ、他方の振動部１４には振動部１４の両側面側から中央への方向に電界が生じる。

また、各振動部１４の先端側の主面の上下面には、各主面において各振動部１４の延びる方向に沿って並行させて配置した一対の検出電極を設ける。ここで、各振動部１４の各主面の一対の検出電極は、ある瞬間において極性が異なるように設ける。また、各振動部１４の主面の上下面にそれぞれ設けられた一対の検出電極のある瞬間の極性が、対向する検出電極のある瞬間の極性とは逆になるように配置する。例えば、振動部１４の一方の主面に、ある瞬間において極性が＋の第１の検出電極と極性が−の第２の検出電極とからなる一対の検出電極を設けた場合、他方の主面に設ける第１の検出電極と対向する第３の検出電極、及び、第２の検出電極と対向する第４の検出電極のそれぞれの極性は、第３の検出電極が−、第４の検出電極が＋となるように配置する。

上記構成の振動ジャイロ素子において、各励振電極を介して電界を印加することにより、各振動部１４が主面の上下面に沿った方向（面内方向、図中Ｙ軸方向）に屈曲振動を与える。この面内方向の屈曲振動を各振動部１４が行なっている状態のとき、振動部１４の延びる方向に沿った軸の周りに角速度ωが印加されると、コリオリ力により、上記面内方向と直交する面外方向に新たな屈曲振動が起こる。この新たな屈曲振動により発生する電圧を各振動部１４の主面の上下面に設けた検出電極で検出することにより、振動ジャイロ素子に印加された角速度ωの値を知ることができる。

（電子機器）
次いで、本発明の振動素子１を適用した電子機器について、図８〜図１０を参照して詳細に説明する。
図８は、本発明の振動素子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、振動素子１が内蔵されている。

図９は、本発明の振動素子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及び送話口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、振動素子１が内蔵されている。

図１０は、本発明の振動素子１を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図である。尚、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。更に、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カメラ１３００には、振動素子１が内蔵されている。

なお、本発明の振動素子１を備える電子機器は、図８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９の携帯電話機、図１０のデジタルカメラの他にも、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に適用することができる。

（移動体）
次に、本発明の振動素子１を適用した移動体について、図１１を参照して説明する。
図１１は、本発明の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１５００には、振動素子１が搭載されている。振動素子１は、キーレスエントリー、イモビライザー、ナビゲーションシステム、エアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）、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）１５１０に広く適用できる。

以上、本発明の振動素子１、発振器３、センサー、電子機器及び移動体について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。

１…振動素子、３…発振器、１０…振動片、１２…基部、１４…振動部、１６…外枠部、１８…連結部、２０…第１基板、２２…第２基板、２４…第３基板、２６…接合部材、３０…接合部材、４０…実装端子、４２…接続端子、４４…接続電極、５０…パッケージ本体、５２…第１の基板、５４…第２の基板、５６…シールリング、５８…蓋部材、６０…ＩＣチップ、６２…接続端子、６４…接合部材、６６…ボンディングワイヤー、７０…キャビティー、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…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、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、１５００…自動車、１５１０…電子制御ユニット。

Claims (9)

1. 基部及び振動部を有している振動片と、
   平面視で、前記振動片を囲んでいる外枠部と、
   前記外枠部と前記基部とを連結している連結部と、
   を含み、
   前記連結部の側面と前記外枠部の側面との間に挟まれるように、前記振動片と前記外枠部よりも縦弾性率とせん断弾性率とが小さい接合部材が配置されていることを特徴とする振動素子。
2. 基部及び振動部を有している振動片と、
   平面視で、前記振動片を囲んでいる外枠部と、
   前記外枠部と前記基部とを連結している連結部と、
   前記外枠部と接合している基板と、
   を含み、
   前記連結部の主面と前記基板の主面との間に挟まれるように、前記振動片と前記基板よりも縦弾性率とせん断弾性率とが小さい接合部材が配置されていることを特徴とする振動素子。
3. 請求項１又は２において、
   前記接合部材が、シリコン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系、ポリエステル系、及びポリウレタン系のいずれかの樹脂であることを特徴とする振動素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記振動片が音叉型振動片であることを特徴とする振動素子。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項において、
   前記振動片が厚み滑り振動する振動片であることを特徴とする振動素子。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子と、
   回路と、
   を備えていることを特徴とする発振器。
7. 請求項１乃至５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センサー。
8. 請求項１乃至５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。
9. 請求項１乃至５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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