JP2015118027A - 振動素子、電子デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】捻り振動等の不要な振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子、その振動素子を備える電子デバイス、電子機器および移動体を提供する。
【解決手段】振動素子１は、基部１０と、基部１０から延出している振動腕１２と、振動腕１２の第１主面２２から第１主面２２に対し反対側である第２主面２０に向かって有底の溝が設けられている溝部２４と、を備え、第２主面２０の少なくとも一部に質量部２６が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、電子デバイス、電子機器および移動体に関する。

従来から、角速度センサーは、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話の振動制御補正（いわゆる手振れ補正）等に用いられている。これら電子機器の小型化に伴い、角速度センサーの小型化および低背化（薄型化）が要求されている。

これに対し、駆動用や検出用の振動腕を有する角速度センサー用の振動素子を小型化すると、各振動腕に設けられる電極の面積が小さくなるため、Ｑ値が低下し、検出感度が劣化してしまうという問題があった。そのため、特許文献１では、各振動腕に溝部を設けることで、電界効率を高めＱ値を向上し、検出感度を向上していることが開示されている。

特開２００９−１５６８３２号公報

しかしながら、振動腕の一方の主面からドライエッチング等で溝を形成し、振動腕を主面に平行に変位する屈曲振動をさせると、曲げモーメントの影響により捻り振動が重畳した屈曲振動となり、振動が振動腕を保持する基部に漏れＱ値が低下してしまうという問題があった。また、角速度センサーに用いた場合には、駆動用の振動腕で発生した捻り振動を重畳した屈曲振動が基部を介して検出用の振動腕に伝わり、検出用の振動腕を振動させてしまい、角速度が加わっていない状態でも出力信号（０点出力）が発生し、誤差を生じてしまうという問題があった。従って、一方の主面からのみ形成された溝を備えた振動腕を屈曲振動させた場合に、捻り振動の発生を抑制することが課題であった。

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、基部と、前記基部から延出している振動腕と、前記振動腕の第１主面から前記第１主面に対し反対側である第２主面に向かって有底の溝が設けられている溝部と、を備え、前記振動腕の延出方向に対して垂直方向の断面視において、前記振動腕の重心は、前記第１主面側よりも前記第２主面側に有し、前記第２主面の少なくとも一部に質量部が設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の断面の重心を第１主面側よりも第２主面側とし、溝が設けられていない振動腕の第２主面に質量部を設けることで、振動腕の延出している方向と直交する振動腕の断面において、振動腕の断面の重心から溝部先端までの長さと、振動腕の断面の重心から質量部先端までの長さと、を略均等とすることができる。そのため、振動腕を面内で屈曲振動させた場合、振動腕の断面の重心からの長さの違いによって生じる曲げモーメントを低減することができ、捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子を得ることができる。また、角速度センサーの振動素子に適用した場合には、駆動用の振動腕で発生する捻り振動を抑制し、検出用の振動腕における角速度が加わっていない状態での０点出力を低減でき、高精度の角速度センサーを得ることができるという効果がある。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記質量部は、前記溝部を構成する肉厚部に重なる前記第２主面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、溝部を構成する肉厚部に重なる第２主面に質量部を設けることで、振動腕の断面の重心から溝部先端までの長さと、振動腕の断面の重心から質量部先端までの長さと、をより均等とすることができる。そのため、振動腕を面内で屈曲振動させた場合、振動腕の断面の重心からの長さの違いによって生じる曲げモーメントをより低減することができ、捻り振動の発生をより抑制し、高いＱ値を有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３］上記適用例に記載の振動素子において、前記質量部は、前記溝部の底裾に重なる前記第２主面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、溝部の底裾に重なる第２主面に質量部を設けることで、質量部を肉厚部に重なる第２主面に設けるのと同様に、振動腕の断面の重心から溝部先端までの長さと、振動腕の断面の重心から質量部先端までの長さと、を略均等とすることができる。そのため、振動腕を面内で屈曲振動させた場合、振動腕の断面の重心からの長さの違いによって生じる曲げモーメントを低減することができ、捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有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４］上記適用例に記載の振動素子において、前記質量部は、前記第１主面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、第２主面の質量部の質量が大き過ぎて、振動腕の断面の重心から質量部先端までの長さが振動腕の断面の重心から溝部先端までの長さより長くなったとしても、第１主面に質量部を設けることで、振動腕の断面の重心から溝部先端までの長さと、振動腕の断面の重心から質量部先端までの長さと、を略均等とすることができる。そのため、振動腕を面内で屈曲振動させた場合、振動腕の断面の重心からの長さの違いによって生じる曲げモーメントを低減することができ、捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有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５］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動腕の延出方向に沿って、溝が複数配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の延出方向に沿って複数の溝を直列に配置することで、溝と溝との間に肉厚部を設けることができるので、面内の屈曲振動において変位方向の剛性が強くなり、印加電圧を高め強励振しても破損が生じず、励振強度の強い振動素子を得ることができる。また、溝の振動腕の延出方向の長さを短くできるため、曲げモーメントの影響を小さくでき、捻り振動の発生をより抑制し、高いＱ値を有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］上記適用例に記載の振動素子において、前記断面視において、溝が複数配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の延出方向に沿って複数の溝を並列して配置することで、電荷が発生する振動腕の延出する方向と直交する側面を多くすることができるので、電界効率をより高めることができ、より高いＱ値を有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７］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動腕に電極が設けられ、前記電極の前記振動腕の延出方向の長さの中心が前記質量部の前記振動腕の延出方向の長さの中心よりも前記振動腕の前記基部側に配置されていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の延出方向の先端側は溝による曲げモーメントの影響が振動腕の基部側に比べ大きいため、振動腕の延出方向の先端側に質量部を設けることは、曲げモーメントによる捻り振動を抑制する上で効果がある。また、振動腕の基部側に励振用の電極を設けることは、先端側に比べ振動による応力が集中しているため、面積の小さい電極でもより多くの電荷を効果的にピックアップすることができ、高いＱ値を有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８］上記適用例に記載の振動素子において、前記振動腕の延出方向の先端側に錘部が設けられていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕の延出方向の先端側に錘部を設けることで、振動素子の振動周波数を低めることができるので、錘部を有さない振動素子に比べ、同じ振動周波数とすると、振動腕を短くでき、振動素子の小型化が図れるという効果がある。

［適用例９］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、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、高いＱ値を有し安定な振動特性を有する振動素子を備えている電子デバイスが得られるという効果がある。

［適用例１０］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、不要な捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子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１１］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、不要な捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子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造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図。 従来の振動素子の振動状態を説明する概略図であり、（ａ）は振動腕の断面図、（ｂ）振動状態を示す振動腕の断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の振動状態を説明する概略図であり、（ａ）は振動腕の断面図、（ｂ）は仮想振動腕の断面図、（ｃ）は振動状態を示す仮想振動腕の断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例１を示す駆動用振動腕の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例２を示す駆動用振動腕の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図。 本発明の第１実施形態に係る振動素子の変形例３を示す駆動用振動腕の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図。 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Ｅ−Ｅ線断面図。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の振動状態を説明する概略図であり、（ａ）は振動腕の断面図、（ｂ）は仮想振動腕の断面図、（ｃ）は振動状態を示す仮想振動腕の断面図。 本発明の第３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Ｆ１−Ｆ１線断面図、（ｃ）はＦ２−Ｆ２線断面図。 本発明に係る振動素子を備える電子デバイスの構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＧ−Ｇ線断面図。 本発明に係る振動素子を備える電子機器を示す概略図であり、（ａ）はモバイル型（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、（ｂ）は携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。 本発明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。

［振動素子］
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態に係る振動素子の一例として、角速度センサーに用いられるＨ型と呼ばれる構造の振動素子を挙げ、図１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１の構造を示す概略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ線の断面図である。なお、駆動用の電極や検出用の電極は省略してある。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軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。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軸方向の面を第２主面２０、−Ｚ軸方向の面を第１主面２２として説明する。

振動素子１は、水晶等の圧電材料から構成され、図１（ａ）に示すように、両側音叉型（Ｈ型）屈曲振動素子構造からなり、中央の概ね矩形の基部１０と、基部１０から一方の側に並んで平行に延出する一対の駆動用の振動腕１２と、それとは反対側に並んで平行に延出する一対の検出用の振動腕１４とを備えている。

駆動用の振動腕１２の表面には、駆動モードにおいて駆動用の振動腕１２を第１主面２２および第２主面２０に沿う面内方向に、例えば第１主面および第２主面に平行なＸＹ面内で屈曲振動させるために、駆動電極（図示せず）が形成されている。検出用の振動腕１４の表面には、検出モードにおいて検出用の振動腕１４が第１主面２２および第２主面２０に交わる、例えば第１主面および第２主面に垂直なＺ軸方向に屈曲振動する際に発生する電位差を検出するために、検出電極（図示せず）が形成されている。駆動モードにおいて、駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、駆動用の振動腕１２は、ＸＹ面内方向で逆向きに即ち互いに接近離反する向きに屈曲振動する。

この状態で角速度センサー用の振動素子１が長手方向のＹ軸回りに回転すると、その角速度に応じて発生するコリオリ力の作用により、駆動用の振動腕１２は第１主面２２および第２主面２０に垂直な面外方向即ちＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このＺ軸方向の振動に共振して、検出用の振動腕１４が検出モードで、同じくＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用の振動腕１４の振動方向は、駆動用の振動腕１２の振動方向とは逆相になる。

この検出モードにおいて、検出用の振動腕１４の検出電極間に発生する電位差を取り出すことによって、振動素子１の角速度が求められる。

振動腕１２は、第１主面２２から第１主面２２に対し反対側である第２主面２０に向かって有底の溝が設けられている溝部２４を備え、溝部２４を構成する肉厚部２８に重なる第２主面２０の少なくとも一部に質量部２６が設けられている。なお、溝部２４と質量部２６は、振動腕１４に設けても構わない。

振動腕１２，１４は、その長さを短くしても高次振動モードの発生を抑制して振動周波数を安定にさせ得るように、先端に錘部１６，１８が設けられている。また、錘部１６，１８を設けることによって、振動素子１の小型化を図ることができたり、振動腕１２，１４の振動周波数を低めたりすることができる。なお、錘部１６，１８は、必要に応じて複数の幅（Ｘ軸方向の長さ）を有していても良く、省略しても良い。

また、錘部１６，１８の第２主面２０には、電極３０が形成されており、この電極３０にレーザー光を照射して、一部蒸散させることで振動腕１２，１４の振動周波数を調整することができる。一対となる振動腕１２，１４同士を同一の振動周波数になるように調整すれば、基部１０へ伝わる振動漏れが低減でき、Ｑ値の向上を図ることができる。

駆動用の振動腕１２には、延出方向（Ｙ軸方向）に沿って長く、第１主面２２側から第２主面２０に向かって有底の溝が設けられている溝部２４が形成されている。図１（ｂ）に示すように、溝部２４を形成する肉厚部２８と重なる第２主面２０の少なくとも一部には、電極を形成する部材等で構成されている質量部２６が設けられている。

なお、質量部２６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）等の金属材料やＳｉＯ₂（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）等の絶縁材料により形成することができる。

次に、振動腕１２の第１主面２２側に設けられた溝部２４の振動に及ぼす影響について説明する。
図２は、従来の振動素子の振動状態を説明する概略図であり、図２（ａ）は振動腕の断面図、図２（ｂ）は振動状態を示す振動腕の断面図である。また、図３は、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の振動状態を説明する概略図であり、図３（ａ）は振動腕１２の断面図、図３（ｂ）は仮想振動腕１３の断面図、図３（ｃ）は振動状態を示す仮想振動腕１３の断面図である。

先ず、従来の一方の主面にのみ溝が設けられている振動素子の振動状態を説明する。
図２（ａ）に示すように、振動腕１２の断面（ＸＺ面）の重心の位置は、溝部２４が設けられていない場合、略中央の重心Ｇ１であるが、溝部２４が設けられていると略中央から＋Ｚ軸方向に偏った重心Ｇ２となる。そのため、振動腕１２をＸＹ面内で屈曲振動させると、振動腕１２が＋Ｘ軸方向に変位した時には、振動腕１２の−Ｚ軸方向の先端部は＋Ｚ軸方向の先端に比べ、重心Ｇ２からの長さが長いため、図２（ｂ）に示すように、−Ｚ軸方向の先端部に反時計回り方向の曲げモーメントが発生する。また、逆に振動腕１２が−Ｘ軸方向に変位した時には、−Ｚ軸方向の先端部に時計回り方向の曲げモーメントが発生する。従って、重心Ｇ２からの長さ違いによって生じる曲げモーメントにより、それまで、振動腕１２の振動変位方向がＸ軸方向のみであった屈曲振動は、Ｙ軸回りの回転運動が加わった変位方向（捻り振動変位方向）を有する捻り振動を重畳した屈曲振動となる。

次に、本発明の第１実施形態に係る溝が設けられていない他方の主面に質量部２６を備えている振動素子１の振動状態を説明する。
溝部２４を構成する肉厚部２８と同等の質量を有する質量部２６を、図３（ａ）に示すように、肉厚部２８と重なる位置に形成したとすると、振動腕１２の断面（ＸＺ面）の重心の位置は、質量部２６が形成されていない場合、図２（ａ）と同様に、重心Ｇ２であるが、質量部２６が形成されていると重心Ｇ２から＋Ｚ軸方向に偏った重心Ｇ３となる。また、溝部２４を構成する肉厚部２８と同等の質量を有する質量部２６は、溝部２４が備えられた主面と反対側に同等の仮想溝部２５を構成する仮想肉厚部２９に相当するものと想定でき、図３（ｂ）に示すような仮想振動腕１３の断面と想定できる。そのため、重心Ｇ３からの長さが肉厚部２８の先端と仮想肉厚部２９との先端とで略均等となり、図３（ｃ）に示すように、仮想振動腕１３をＸＹ面内の屈曲振動をさせた時に生じる曲げモーメントも互いに相殺される程度の大きさとなるため、曲げモーメントの差を小さくでき、曲げモーメントによって生じる捻り振動を抑制することができる。

よって、溝が設けられていない振動腕１２の第２主面２０に質量部２６を設けることで、振動腕１２の延出している方向と直交する振動腕１２の断面（ＸＺ面）において、振動腕１２の断面の重心Ｇ３から肉厚部２８の先端までの長さと、重心Ｇ３から質量部２６の先端までの長さと、を略均等とすることができる。そのため、振動腕１２を面内で屈曲振動させた場合、振動腕１２の断面の重心Ｇ３からの長さの違いによって生じる曲げモーメントを低減することができ、捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１を得ることができる。また、角速度センサーの振動素子１に適用した場合には、駆動用の振動腕１２で発生する捻り振動を抑制し、検出用の振動腕１４における角速度が加わっていない状態での０点出力を低減でき、高精度の角速度センサーを得ることができるという効果がある。

以上、質量部２６は、振動腕１２の第２主面２０に設ける構成について述べたが、第２主面２０の他に、振動腕１２の第１主面２２に設ける構成でも構わない。この構成とすることで、第２主面２０の質量部２６の質量が大き過ぎて、振動腕１２の断面の重心Ｇ３から質量部２６の先端までの長さが振動腕１２の断面の重心Ｇ３から肉厚部２８の先端までの長さより長くなったとしても、第１主面２２に質量部２６を設けることで、振動腕１２の断面の重心Ｇ３から肉厚部２８の先端までの長さと、振動腕１２の断面の重心Ｇ３から質量部２６先端までの長さと、を略均等とすることができる。そのため、振動腕１２を面内で屈曲振動させた場合、振動腕１２の断面の重心Ｇ３からの長さの違いによって生じる曲げモーメントを低減することができ、捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１を得ることができるという効果がある。

次に、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の質量部２６と溝部２４との構成における変形例１〜変形例３について説明する。
以下、変形例１、２および３では、前述した図１の第１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、同符号を付してその説明を省略する。また、検出用の振動腕１４は図１に示す構造と同じであるため、構造の異なる駆動用の振動腕を図示して説明する。

＜変形例１＞
図４は、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の質量部２６と溝部２４との構成における変形例を示す概略図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
変形例１の振動素子１ａは、図４（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態の振動素子１に比べ、振動腕１２の断面（ＸＺ面）視において、Ｘ軸方向に溝部２４ａが複数配置され、複数の溝部２４ａを構成する肉厚部２８と重なる第２主面２０に、質量部２６ａが夫々設けられている点が異なっている。振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）に沿って複数の溝部２４ａを並列して配置することで、電荷が発生する振動腕１２の幅方向（Ｘ軸方向）と直交する側面（Ｙ−Ｚ面）を多くすることができるので、電界効率をより高めることができ、より高い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。

＜変形例２＞
図５は、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の質量部２６と溝部２４との構成における変形例を示す概略図であり、図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
変形例２の振動素子１ｂは、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態の振動素子１に比べ、振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）に対して垂直方向の断面視において、つまり、断面（ＸＺ面）において、溝部２４ｂがＸ軸方向に複数配置され、複数の溝部２４ｂを構成する肉厚部２８と重なる第２主面２０に、質量部２６ｂが夫々設けられている点が異なっている。振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）に沿って複数の溝部２４ｂを直列に配置することで、振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）に沿って溝部２４ｂと溝部２４ｂとの間に肉厚部２８があることで、ＸＹ面内の屈曲振動において変位方向の剛性が強くなり、印加電圧を高め強励振しても破損が生じず、励振強度の強い振動素子１ｂを得ることができる。また、溝部２４ｂのＹ軸方向の長さを短くできるため、曲げモーメントの影響を小さくでき、捻り振動の発生をより抑制し、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。

＜変形例３＞
図６は、本発明の第１実施形態に係る振動素子１の質量部２６と溝部２４との構成における変形例を示す概略図であり、図６（ａ）は平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
変形例３の振動素子１ｃは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、第１実施形態の振動素子１に比べ、振動腕１２の溝部２４ｃを構成する肉厚部２８が１つである点が異なっている。しかし、第１実施形態の振動素子１と同様に、肉厚部２８と重なる第２の主面に質量部２６ｃを設けることで、曲げモーメントの影響を小さくでき、捻り振動の発生をより抑制し、高いＱ値を有する振動素子１ｃを得ることができるという効果がある。なお、肉厚部２８と質量部２６ｃは、一対の振動腕１２が近接する側に設けられているが、これに限らず、近接する側と反対側に設けても良い。

＜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１ｄについて、図７および図８を参照して説明する。
図７は、本発明の第２実施形態に係る振動素子１ｄの構造を示す概略図であり、図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。図８は、本発明の第２実施形態に係る振動素子１ｄの振動状態を説明する概略図であり、図８（ａ）は振動腕１２の断面図、図８（ｂ）は仮想振動腕１５の断面図、図８（ｃ）は振動状態を示す仮想振動腕１５の断面図である。
以下、第２実施形態の振動素子１ｄについて、前述した第１実施形態の振動素子１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、同符号を付してその説明を省略する。

第２実施形態の振動素子１ｄは、図７（ａ），（ｂ）に示すように、振動腕１２に溝部２４が設けられた外形形状は、第１実施形態の振動素子１の外形形状と同等であるが、溝部２４の底裾３２（図８参照）に重なる第２主面２０の少なくとも一部に質量部２６ｄが設けられている点が異なる。

溝部２４を構成する２つの肉厚部２８と同等の質量を有する質量部２６ｄを、図８（ａ）に示すように、底裾３２と重なる位置に形成したとすると、振動腕１２の断面（ＸＺ面）の重心の位置は、質量部２６ｄが形成されていない場合、図２（ａ）と同様に、重心Ｇ２であるが、質量部２６ｄが形成されていると重心Ｇ２から＋Ｚ軸方向に偏った重心Ｇ４となる。また、溝部２４を構成する２つの肉厚部２８と同等の質量を有する質量部２６ｄは、溝部２４が備えられた主面と反対側に２つの肉厚部２８と同等の質量を有する仮想肉厚部３１と想定でき、図８（ｂ）に示すような仮想振動腕１５の断面と想定できる。そのため、質量部２６ｄの質量を仮想肉厚部３１の先端で生じる曲げモーメントが肉厚部２８の先端で生じる曲げモーメントと略均等になるような、重心Ｇ４から仮想肉厚部３１の先端までの長さと同等となる質量とすれば、図８（ｃ）に示すように、仮想振動腕１５をＸＹ面内の屈曲振動をさせた時に生じる曲げモーメントも互いに相殺される。そのため、曲げモーメントの影響を小さくでき、曲げモーメントによって生じる捻り振動を抑制することができる。

溝部２４の底裾３２に重なる第２主面２０に質量部２６ｄを設けることで、図１の質量部２６を肉厚部２８に重なる第２主面２０に設けるのと同様に、振動腕１２の断面の重心Ｇ４から肉厚部２８の先端までの長さと、重心Ｇ４から質量部２６ｄの先端までの長さと、を略均等とすることができる。そのため、振動腕１２を面内で屈曲振動させた場合、振動腕１２の断面の重心Ｇ４からの長さの違いによって生じる曲げモーメントを低減することができ、捻り振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１ｄを得ることができるという効果がある。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る振動素子１ｅについて、図９を参照して説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る振動素子１ｅの構造を示す概略図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）に示すＦ１−Ｆ１線断面図、図９（ｃ）は図９（ａ）に示すＦ２−Ｆ２線断面図である。
以下、第３実施形態の振動素子１ｅについて、前述した第１実施形態の振動素子１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、同符号を付してその説明を省略する。

第３実施形態の振動素子１ｅは、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、振動腕１２に溝部２４が設けられた外形形状は、第１実施形態の振動素子１の外形形状と同等であるが、励振電極３４，３６の振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）の長さの中心が質量部２６ｅの振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）の長さの中心よりも振動腕１２の基部１０側に配置されている。つまり、振動腕１２の基部１０側の表面に、励振電極３４，３６が形成されており、振動腕１２の錘部１６側の溝部２４を構成する肉厚部２８に重なる第２主面２０の少なくとも一部に質量部２６ｅが設けられている点が異なる。

振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）の先端側に質量部２６ｅを設けることは、振動腕１２の延出方向（Ｙ軸方向）の先端側では溝による曲げモーメントの影響が振動腕１２の基部１０側に比べ大きいため、曲げモーメントによる捻り振動の発生を抑制する上で効果がある。また、振動腕１２の基部１０側に励振電極３４，３６を設けることは、先端側に比べ振動による応力が集中しているため、面積の小さい電極でもより多くの電荷を効果的にピックアップすることができ、高いＱ値を有する振動素子１ｅを得ることができるという効果がある。

［電子デバイス］
次に、本発明の一実施形態に係る振動素子１を適用した電子デバイス２について説明する。
図１０は、本発明の一実施形態に係る振動素子１を備える電子デバイス２の構造を示す概略図であり、図１０（ａ）は平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）に示すＧ−Ｇ線断面図である。なお、図１０（ａ）において、振動素子１の内部の構成を説明する便宜上、蓋部材５４を取り外した状態を図示している。また、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸および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。

電子デバイス２は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、振動素子１と、振動素子１を発振するための回路素子７０と、振動素子１を収容するための凹陥部が形成されているパッケージ本体４０と、ガラス、セラミック、金属等からなる蓋部材５４と、から構成されている。なお、振動素子１を収容するキャビティー６０内はほぼ真空の減圧雰囲気に気密封止されている。

パッケージ本体４０は、図１０（ｂ）に示すように、第１の基板４２、第２の基板４４、第３の基板４６、外部端子５０および封止材５２を積層して形成されている。外部端子５０は、第１の基板４２の外部側の底面に複数形成されている。また、第１の基板４２の上面や第２の基板４４の支持部４８の上面の所定の位置には、図示しない貫通電極や層間配線を介して、外部端子５０と電気的に導通する回路素子７０実装用の電極端子（図示せず）や振動素子１の励振用の電極と電気的に導通する電極端子（図示せず）が設けられている。第３の基板４６は中央部が除去された環状体であり、振動素子１を収容するキャビティー６０が形成されている。第３の基板４６の上部周縁に、低融点ガラス等の封止材５２が形成されている。

蓋部材５４は、好ましくは、光を通過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラス等により形成されており、封止材５２により接合されることで、パッケージ本体４０のキャビティー６０内を気密封止している。これにより、パッケージ本体４０の蓋封止後において、外部からレーザー光を蓋部材５４を透過させて振動素子１の先端の電極３０（図１（ａ）参照）に照射し、電極３０（図１（ａ）参照）を一部蒸散させることにより、質量削減方式による振動周波数調整をすることができるようになっている。なお、このような振動周波数調整をしない場合には、蓋部材５４をコバール合金等の金属材料で形成することができる。

パッケージ本体４０のキャビティー６０内に収容された振動素子１は、基部１０を第２の基板４４の支持部４８上面に位置合わせされ、接合部材５６を介して接合されている。よって、駆動用の振動腕１２と検出用の振動腕１４とは第１の基板４２と接触することなく、振動させることができるため、高いＱ値を有し安定な振動特性を有する振動素子１を備えた電子デバイス２を提供することができるという効果がある。

［電子機器］
次いで、本発明の一実施形態に係る電子部品としての振動素子１を適用した電子機器について、図１１（ａ），（ｂ）、図１２に基づき説明する。
図１１は、本発明の一実施形態に係る振動素子１を備える電子機器を示す概略図であり、図１１（ａ）はモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューター１１００の構成を示す斜視図、図１１（ｂ）は携帯電話機１２００（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

図１１（ａ）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１０００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電子部品としての振動素子１が内蔵されている。

図１１（ｂ）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１０００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、角速度センサー等として機能する電子部品（タイミングデバイス）としての振動素子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素子１を備える電子機器としてのデジタルカメラ１３００の構成を示す斜視図である。なお、図１２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。
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１０００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行なう構成になっており、表示部１０００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１０００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１３３０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１３４０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１３３０や、パーソナルコンピューター１３４０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、フィルター、共振器、角速度センサー等として機能する電子部品としての振動素子１が内蔵されている。

上述したように、電子機器として、不要な振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１が活用されることにより、より高性能の電子機器を提供することができる。

なお、本発明の一実施形態に係る電子部品としての振動素子１は、図１１（ａ）のパーソナルコンピューター１１００（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１１（ｂ）の携帯電話機１２００、図１２のデジタルカメラ１３００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、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］
次いで、本発明の一実施形態に係る振動素子１を適用した移動体について、図１３に基づき説明する。
図１３は、本発明の一実施形態に係る振動素子１を備える移動体としての自動車１４００の構成を示す斜視図である。
自動車１４００には本発明に係る振動素子１を含んで構成されたジャイロセンサーが搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１４００には、タイヤ１４０１を制御する該ジャイロセンサーを内蔵した電子制御ユニット１４０２が搭載されている。また、他の例としては、振動素子１は、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。

上述したように、移動体として、不要な振動の発生を抑制し、高いＱ値を有する振動素子１が活用されることにより、より高性能の移動体を提供することができる。

以上、本発明の振動素子１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ、電子デバイス２、電子機器および移動体について、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良い。また、前述した各実施形態を適宜組み合わせても良い。

１…振動素子、２…電子デバイス、１０…基部、１２，１４…振動腕、１３，１５…仮想振動腕、１６，１８…錘部、２０…第２主面、２２…第１主面、２４…溝部、２５…仮想溝部、２６…質量部、２８…肉厚部、２９，３１…仮想肉厚部、３０…電極、３２…底裾、３４，３６…励振電極、４０…パッケージ本体、４２…第１の基板、４４…第２の基板、４６…第３の基板、４８…支持部、５０…外部端子、５２…封止材、５４…蓋部材、５６…接合部材、６０…キャビティー、７０…回路素子、１０００…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、１３３０…テレビモニター、１３４０…パーソナルコンピューター、１４００…自動車、１４０１…タイヤ、１４０２…電子制御ユニット。

Claims (11)

1. 基部と、
   前記基部から延出している振動腕と、
   前記振動腕の第１主面から前記第１主面に対し反対側である第２主面に向かって有底の溝が設けられている溝部と、
   を備え、
   前記振動腕の延出方向に対して垂直方向の断面視において、
   前記振動腕の重心は、前記第１主面側よりも前記第２主面側に有し、
   前記第２主面の少なくとも一部に質量部が設けられていることを特徴とする振動素子。
2. 前記質量部は、前記溝部を構成する肉厚部に重なる前記第２主面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
3. 前記質量部は、前記溝部の底裾に重なる前記第２主面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
4. 前記質量部は、前記第１主面の少なくとも一部に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動素子。
5. 前記振動腕の延出方向に沿って、
   溝が複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の振動素子。
6. 前記断面視において、
   溝が複数配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子。
7. 前記振動腕に電極が設けられ、前記電極の前記振動腕の延出方向の長さの中心が前記質量部の前記振動腕の延出方向の長さの中心よりも前記振動腕の前記基部側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動素子。
8. 前記振動腕の延出方向の先端側に錘部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動素子。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動素子と、
   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。
10. 請求項１乃至８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。
11. 請求項１乃至８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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