JP2015169648A - Functional element, electronic device, physical quantity detection apparatus, electronic apparatus, and mobile body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機能素子、電子デバイス、物理量検出装置、電子機器、および移動体に関する。 The present invention relates to a functional element, an electronic device, a physical quantity detection device, an electronic apparatus, and a moving body.
従来から、角速度を検出するための機能素子として、いわゆる「H型」のジャイロ素子が知られている(例えば、特許文献1参照)。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、中央に位置する基部と、基部から一方に延びる一対の駆動腕と、該駆動腕と基部を挟んで反対側に基部から延びる検出腕と、を備えている。また、駆動腕と検出腕とが延びる辺とは別の対向する辺には、基部を挟んで、湾曲部を介してそれぞれが連なる一対の支持腕が設けられている。そして、一対の支持腕は、ジャイロ素子が基体に固定される固定部に接続されている。
Conventionally, a so-called “H-type” gyro element is known as a functional element for detecting angular velocity (see, for example, Patent Document 1). As an example, the gyro element disclosed in
上述したようなジャイロ素子では、基部を挟んで設けられた駆動腕と検出腕とが、湾曲部を介した支持部によって固定部に接続されている。このように、支持部に湾曲部が備えられていることにより、外部からジャイロ素子に例えば落下などの衝撃が加わった場合にこの湾曲部が撓み、緩衝作用を発揮することができる。しかしながら、上述のジャイロ素子では、湾曲部の開口の幅の内側に湾曲部の円弧形状が納まっているため、湾曲部の円周長さが短くなり、衝撃が加わった場合に応力集中が起こり易くなってしまう虞があった。したがって、上述のジャイロ素子においては、この応力集中によって、支持部が破壊されてしまう虞を有していた。 In the gyro element as described above, the drive arm and the detection arm provided with the base interposed therebetween are connected to the fixed portion by the support portion via the bending portion. As described above, since the support portion is provided with the bending portion, when an impact such as dropping is applied to the gyro element from the outside, the bending portion bends and can exhibit a buffering action. However, in the above gyro element, since the arc shape of the bending portion is accommodated inside the width of the opening of the bending portion, the circumferential length of the bending portion is shortened, and stress concentration is likely to occur when an impact is applied. There was a risk of becoming. Therefore, in the above-described gyro element, there is a possibility that the support portion is destroyed due to the stress concentration.
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。 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.
[適用例1]本適用例に係る機能素子は、振動体と、前記振動体から延出している梁と、前記梁と連結され、前記振動体を支持している支持部と、を備え、前記梁は、前記振動体と前記支持部との間に、一方に開口している開口部を有し、優弧状に曲げられている第1曲線部を備えていることを特徴とする。 Application Example 1 A functional element according to this application example includes a vibrating body, a beam extending from the vibrating body, and a support unit that is connected to the beam and supports the vibrating body. The beam includes a first curved portion that has an opening that is open on one side between the vibrating body and the support portion and is bent in a dominant arc shape.
本適用例によれば、振動体と支持部とを連結する梁に優弧状に設けられた第1曲線部が設けられている。このように、梁に開口部を有する優弧状の第1曲線部が設けられていることから、曲線を円弧形状とすることができ、衝撃が加わった場合の応力が分散され、応力集中が起こり難くなる。これにより、耐衝撃性を高めた機能素子を提供することが可能となる。 According to this application example, the first curved portion provided in a dominant arc shape is provided on the beam connecting the vibrating body and the support portion. In this way, since the first arc-shaped curved portion having an opening is provided in the beam, the curved line can be formed into an arc shape, the stress when an impact is applied is dispersed, and stress concentration occurs. It becomes difficult. This makes it possible to provide a functional element with improved impact resistance.
[適用例2]上記適用例に記載の機能素子において、前記梁は、前記振動体と前記支持部との間に、前記一方と異なる他方に開口している開口部を有し、前記第1曲線部の一方端と連続して優弧状に曲げられている第2曲線部と、を備えていることが好ましい。 Application Example 2 In the functional element according to the application example described above, the beam has an opening portion that is open to the other side different from the one between the vibrating body and the support portion. It is preferable to include a second curved portion bent in a dominant arc shape continuously with one end of the curved portion.
本適用例によれば、振動体と支持部とを連結する梁に優弧状に設けられた第1曲線部と、第1曲線部と連続して優弧状に設けられた第2曲線部とが設けられている。このように、第1曲線部と第2曲線部とが開口部を有し優弧状に連続して設けられていることから、曲線の円弧形状を大きくすることができ、衝撃が加わった場合の応力が分散され、応力集中が起こり難くなる。これにより、耐衝撃性を高めた機能素子を提供することが可能となる。 According to this application example, the first curved portion provided in a dominant arc shape on the beam connecting the vibrating body and the support portion, and the second curved portion provided in a dominant arc shape continuously with the first curved portion. Is provided. Thus, since the 1st curve part and the 2nd curve part have an opening part and are continuously provided in the dominant arc shape, the circular arc shape of the curve can be enlarged, and when an impact is applied Stress is dispersed and stress concentration is less likely to occur. This makes it possible to provide a functional element with improved impact resistance.
なお、本発明に係る記載では、「優弧」という文言を、例えば、円周の一部分であって、円周上の2点で円周を二つの部分に分割したとき、長さが全円周の半分より大きい方として用いている。また、本発明に係る記載における「円周」とは、真円に限らず、曲線状に概ね円弧状に曲がる形態も含んでいる。 In the description according to the present invention, the word “super arc” is, for example, a part of the circumference, and when the circumference is divided into two parts at two points on the circumference, the length is the whole circle. It is used as the one larger than half the circumference. In addition, the “circumference” in the description of the present invention includes not only a perfect circle but also a form that is curved in a generally arcuate shape.
[適用例3]上記適用例に記載の機能素子において、前記第1曲線部および前記第2曲線部の少なくとも一方は、前記開口部側の前記梁の幅寸法より、前記開口部と反対側の前記梁の幅寸法が大きいことが好ましい。 Application Example 3 In the functional element according to the application example described above, at least one of the first curved portion and the second curved portion is located on the side opposite to the opening from the width dimension of the beam on the opening side. It is preferable that the beam has a large width dimension.
本適用例によれば、衝撃が加わった場合の応力集中が起き易い、開口部と反対側の梁の幅寸法が大きいため、この部分の梁の強度を高めることができ、より破壊を起こり難くすることが可能となる。 According to this application example, stress concentration is likely to occur when an impact is applied, and the width of the beam on the side opposite to the opening is large, so that the strength of the beam in this part can be increased, and breakage is less likely to occur. It becomes possible to do.
[適用例4]上記適用例に記載の機能素子において、前記梁は、前記基部との接続部、および前記支持部との接続部の少なくとも一方の前記接続部の幅が、前記梁の他の部位の幅より大きいことが好ましい。 Application Example 4 In the functional element according to the application example described above, the beam has a width of the connection portion of at least one of the connection portion with the base and the connection portion with the support portion. It is preferably larger than the width of the part.
本適用例によれば、梁と基部あるいは支持部との接続部が幅を大きく設けられているため、応力集中の起き易い接続部の強度を高めることができる。これにより、梁によって支持されている振動体が落下などの衝撃によって破損してしまうことを防止することが可能となる。 According to this application example, since the connection portion between the beam and the base portion or the support portion is provided with a large width, the strength of the connection portion where stress concentration easily occurs can be increased. Thereby, it becomes possible to prevent the vibrating body supported by the beam from being damaged by an impact such as dropping.
[適用例5]上記適用例に記載の機能素子において、前記第1曲線部および前記第2曲線部は、それぞれの前記開口部が、同じ軸方向に沿って開いていることが好ましい。 Application Example 5 In the functional element according to the application example described above, it is preferable that the first curved portion and the second curved portion have the respective opening portions opened along the same axial direction.
本適用例によれば、第1曲線部および第2曲線部を並べて配置することができるため、配置スペースを小さくすることができる。これにより機能素子を小型化することが可能となる。 According to this application example, since the first curved portion and the second curved portion can be arranged side by side, the arrangement space can be reduced. This makes it possible to reduce the size of the functional element.
[適用例6]上記適用例に記載の機能素子において、前記振動体は、基部と、前記基部から第1方向に沿って延出している第1検出振動腕および第1駆動振動腕と、を備え、前記支持部は、前記第1方向と交差する方向の第2方向に沿って設けられていることが好ましい。 Application Example 6 In the functional element according to the application example described above, the vibration body includes a base, and a first detection vibration arm and a first drive vibration arm that extend from the base along the first direction. It is preferable that the support portion is provided along a second direction that intersects the first direction.
本適用例によれば、第1曲線部および第2曲線部が設けられている梁によって振動体が、支持部に接続されている。これらにより、振動体から梁にかけて生じる応力を第1曲線部および第2曲線部によって緩和することが可能となり、衝撃による破損を防止することができる。 According to this application example, the vibrating body is connected to the support portion by the beam provided with the first curved portion and the second curved portion. As a result, the stress generated from the vibrating body to the beam can be relaxed by the first curved portion and the second curved portion, and damage due to impact can be prevented.
[適用例7]上記適用例に記載の機能素子において、前記振動体は、基部と、前記基部から両側へ第1方向に沿って延出している第1検出振動腕および第2検出振動腕と、前記基部から両側へ第1方向に沿って延出している第1駆動振動腕および第3駆動振動腕と、前記第1駆動振動腕および前記第3駆動振動腕と、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕に対して反対側に位置し、前記基部から両側へ第1方向に沿って延出している第2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、前記振動体を挟んで前記第1方向に沿って対向配置され、前記第1方向と交差する方向の第2方向に延在している第1支持部および第2支持部を備え、前記梁は、前記基部から延出し、前記第1検出振動腕と前記第1駆動振動腕との間を通る第1梁と、前記基部から延出し、前記第1検出振動腕と前記第2駆動振動腕との間を通る第2梁と、前記基部から延出し、前記第2検出振動腕と前記第3駆動振動腕との間を通る第3梁と、前記基部から延出し、前記第2検出振動腕と前記第4駆動振動腕との間を通る第4梁と、を備えていることが好ましい。 Application Example 7 In the functional element according to the application example described above, the vibrating body includes a base, a first detection vibrating arm and a second detection vibrating arm that extend from the base to both sides along a first direction. The first drive vibrating arm and the third drive vibrating arm extending along the first direction from the base to both sides, the first drive vibrating arm and the third drive vibrating arm, and the first detection vibrating arm And a second drive vibrating arm and a fourth drive vibrating arm that are located on the opposite side of the second detection vibrating arm and extend from the base to both sides along the first direction, Comprises a first support part and a second support part that are arranged opposite to each other along the first direction across the vibrating body and extend in a second direction that intersects the first direction, A beam extends from the base and is between the first detection vibrating arm and the first drive vibrating arm. A first beam passing through, extending from the base, a second beam passing between the first detection vibrating arm and the second drive vibrating arm, and extending from the base, the second detection vibrating arm and the first It is preferable to include a third beam passing between the third drive vibrating arm and a fourth beam extending from the base and passing between the second detection vibrating arm and the fourth drive vibrating arm. .
本適用例によれば、第1梁〜第4梁のそれぞれの梁に、第1曲線部および第2曲線部が設けられている。また、第1梁と第2梁、および第3梁と第4梁とによって振動体が、対向配置された第1支持部および第2支持部のそれぞれに接続されている。これらにより、振動体から梁にかけて生じる応力を第1曲線部および第2曲線部によって緩和することが可能となり、衝撃による破損を防止することができる。 According to this application example, the first curved portion and the second curved portion are provided in each of the first to fourth beams. In addition, the vibrating body is connected to each of the first support portion and the second support portion arranged to face each other by the first beam and the second beam, and the third beam and the fourth beam. As a result, the stress generated from the vibrating body to the beam can be relaxed by the first curved portion and the second curved portion, and damage due to impact can be prevented.
[適用例8]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機能素子と、基体と、を備え、前記基体に前記機能素子が実装されていることを特徴とする。 Application Example 8 An electronic device according to this application example includes the functional element according to any one of the application examples described above and a base, and the functional element is mounted on the base. .
本適用例によれば、耐衝撃性を高めた電子デバイスを提供することが可能となる。 According to this application example, an electronic device with improved impact resistance can be provided.
[適用例9]本適用例に係る物理量検出装置は、適用例6または適用例7に記載の機能素子と、前記機能素子を駆動する駆動回路と、前記機能素子からの検出信号に基づいて所定の物理量を検出する検出回路と、を備えていることを特徴とする。 Application Example 9 A physical quantity detection device according to this application example is based on the functional element according to Application Example 6 or Application Example 7, a drive circuit that drives the functional element, and a detection signal from the functional element. And a detection circuit for detecting the physical quantity.
本適用例によれば、耐衝撃性を高め、安定した物理量を検出することが可能な物理量検出装置を提供することができる。 According to this application example, it is possible to provide a physical quantity detection device that can improve impact resistance and detect a stable physical quantity.
[適用例10]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機能素子を備えていることを特徴とする。 Application Example 10 An electronic apparatus according to this application example includes the functional element described in any one of the application examples described above.
本適用例によれば、耐衝撃性を高め、安定した特性の機能素子を備えているため、安定した性能の電子機器を提供することが可能となる。 According to this application example, it is possible to provide an electronic device with stable performance because it has a functional element with improved impact resistance and stable characteristics.
[適用例11]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機能素子を備えていることを特徴とする。 Application Example 11 A moving object according to this application example includes the functional element described in any one of the application examples described above.
本適用例によれば、耐衝撃性を高め、安定した特性の機能素子を備えているため、安定した性能の移動体を提供することが可能となる。 According to this application example, since the impact resistance is improved and the functional element having a stable characteristic is provided, it is possible to provide a moving body having a stable performance.
以下、本発明の機能素子およびその機能素子を用いた電子デデバイス、電子機器、並びに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。
<実施形態>
まず、本発明に係る機能素子、および電子デバイスの実施形態について説明する。
Hereinafter, functional elements of the present invention and electronic devices, electronic devices, and moving objects using the functional elements will be described in detail based on embodiments shown in the accompanying drawings.
<Embodiment>
First, embodiments of a functional element and an electronic device according to the present invention will be described.
図1は、本発明に係る電子デバイスの実施形態を示す図であり、(a)は蓋体(リッド92)を透視した平面図、(b)は正断面図である。図2は、図1に示す電子デバイスが備えるジャイロ素子の第1実施形態を示す平面図である。図3は、第1実施形態のジャイロ素子の駆動を説明する平面図である。図4は、図1に示す電子デバイスが備えることができるジャイロ素子の第2実施形態を示す平面図である。図5は、第2実施形態のジャイロ素子の駆動を説明する斜視図である。また、各図においては、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。 1A and 1B are diagrams showing an embodiment of an electronic device according to the present invention, in which FIG. 1A is a plan view seen through a lid (lid 92), and FIG. 1B is a front sectional view. FIG. 2 is a plan view showing a first embodiment of a gyro element included in the electronic device shown in FIG. FIG. 3 is a plan view for explaining driving of the gyro element of the first embodiment. FIG. 4 is a plan view showing a second embodiment of a gyro element that can be included in the electronic device shown in FIG. 1. FIG. 5 is a perspective view for explaining driving of the gyro element of the second embodiment. Moreover, in each figure, in order to make it intelligible, the dimension ratio of each component differs from actual.
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、電子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(プラスX軸方向を第2方向、マイナスX軸方向を第4方向)」と言い、Y軸に平行な方向を「Y軸方向(プラスY軸方向を第1方向、マイナスY軸方向を第3方向)」と言い、Z軸に平行な方向を「Z軸方向」と言う。また、以下では、「優弧」あるいは「優弧状」という文言を、例えば、円周の一部分であって、円周上の2点で円周を二つの部分に分割したとき、長さが全円周の半分より大きい方として用いている。また、以下の記載における「円周」とは、真円に限らず、曲線状に概ね円弧状に曲がる形態も含んでいる。 In the following, as shown in FIG. 1, the three axes orthogonal to each other are referred to as an X axis, a Y axis, and a Z axis, and the Z axis coincides with the thickness direction of the electronic device. A direction parallel to the X axis is referred to as an “X axis direction (a positive X axis direction is the second direction, a negative X axis direction is the fourth direction)”, and a direction parallel to the Y axis is the “Y axis direction (plus Y direction). The axial direction is referred to as the first direction, the negative Y-axis direction is the third direction), and the direction parallel to the Z-axis is referred to as the “Z-axis direction”. In addition, in the following, when the word “super arc” or “super arc” is a part of the circumference, for example, when the circumference is divided into two parts at two points on the circumference, the length is all It is used as the one larger than half the circumference. In addition, the “circumference” in the following description includes not only a perfect circle but also a shape that is curved in a generally arcuate shape.
図1に示す電子デバイス1は、機能素子の一例としてのジャイロ素子2を備えたジャイロセンサー(角速度センサー)を示している。図1に示す電子デバイス1は、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。
An
(ジャイロ素子の第1実施形態)
図2は、上側から(リッド92側)から見たジャイロ素子(第1実施形態)の上面図である。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。
(First Embodiment of Gyro Element)
FIG. 2 is a top view of the gyro element (first embodiment) as viewed from above (the
機能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しての第1支持部51および第2支持部52と、振動体4と支持部とを連結する梁とを有している。本実施形態において、梁は、振動体4と第1支持部51とを連結する第1梁61および第2梁62と、振動体4と第2支持部52とを連結する第3梁63および第4梁64とを含んでいる。
The
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、中央に位置する基部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1検出振動腕421、第2検出振動腕422と、基部41からX軸方向に沿って両側に延出している第1連結腕431、第2連結腕432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検出振動腕421、第2検出振動腕422および第1駆動振動腕441、第2駆動振動腕443、第3駆動振動腕442、第4駆動振動腕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。
The vibrating
なお、第1駆動振動腕441、第3駆動振動腕442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2駆動振動腕443、第4駆動振動腕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、本実施形態では、基部41から延出している第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、基部41と第1連結腕431と第2連結腕432とを含めて基部とすることもできる。即ち、基部から第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。
The first
In the present embodiment, the first connecting
支持部は、第1支持部および第2支持部の少なくとも一方を含んでいる。本実施形態における支持部は、第1支持部51および第2支持部52を含んでいる。第1支持部51、および第2支持部52は、それぞれ、X軸方向に沿って延在しており、第1支持部51と第2支持部52との間に振動体4が位置している。言い換えれば、第1支持部51および第2支持部52は、振動体4を介してY軸方向に沿って対向するように配置されている。第1支持部51は、第1梁61、および第2梁62を介して基部41と連結されており、第2支持部52は、第3梁63、および第4梁64を介して基部41と連結されている。
The support part includes at least one of the first support part and the second support part. The support part in the present embodiment includes a
第1梁61、および第2梁62には、基部41と第1支持部51との間に折り曲げ部50が設けられている。また、第3梁63、および第4梁64には、基部41と第2支持部52との間に折り曲げ部50が設けられている。それぞれの折り曲げ部50には、第1曲線部57と第1曲線部57と連続的に接続された第2曲線部58とが含まれる。以下、第1梁61および第2梁62と、第3梁63および第4梁64と、について具体的に説明する。
The
第1梁61は、基部41からプラスX軸方向に延出された後、第1検出振動腕421と第1駆動振動腕441との間において、第1検出振動腕421に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、第1駆動振動腕441に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第1梁61は、第2曲線部58から延出され、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に接続されている。なお、上記において、開口している部分が開口部であり、以下の記載においても同様である。
The
第1梁61における第1曲線部57は、X軸に沿った仮想線Q1上に設けられており、第1梁61における第2曲線部58は、X軸に沿った仮想線Q2上に設けられている。なお、第1曲線部57および第2曲線部58の構成は、後述する第2梁62と同様であるので、詳細な説明は、後述の第2梁62の説明において行う。
The first
第2梁62は、基部41からマイナスX軸方向に延出された後、第1検出振動腕421と第2駆動振動腕443との間において、第1検出振動腕421に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、第2駆動振動腕443に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第2梁62は、第2曲線部58から延出され、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1支持部51に接続されている。なお、上記において、開口している部分が開口部であり、以下の記載においても同様である。
The
第2梁62における第1曲線部57は、X軸に沿った仮想線Q1上に設けられた中心P1から半径r1の円周の一部が優弧状をなしており、第1検出振動腕421に向かって(プラスX軸方向に向かって)開口している。即ち、開口部の内幅寸法L1は、曲線部の内径寸法L2(2×r1)よりも小さい。なお、本実施形態の第1曲線部57は、仮想線Q1に対して略対称形状をなしている。また、第2梁62における第2曲線部58は、X軸に沿った仮想線Q2上に設けられた中心P2から半径r2の円周の一部が優弧状をなしており、第2駆動振動腕443に向かって(マイナスX軸方向に向かって)開口している。即ち、第1曲線部57と同様に、開口部の内幅寸法は、曲線部の内径寸法(2×r2)よりも小さい。なお、本例の第2曲線部58は、仮想線Q2に対して略線対称形状をなしている。
The first
第3梁63は、基部41から+X軸方向に延出された後、第2検出振動腕422と第3駆動振動腕442との間において、第2検出振動腕422に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、第3駆動振動腕442に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第3梁63は、第2曲線部58から延出され、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2支持部52に接続されている。第3梁63は、第1連結腕431の幅中心、および第2連結腕432の幅中心を結ぶ中心線C1に対して、第1梁61の形状と線対称の形状をなして配置されている。
The
第4梁64は、基部41からマイナスX軸方向に延出された後、第2検出振動腕422と第4駆動振動腕444との間において、第2検出振動腕422に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、第4駆動振動腕444に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第4梁64は、第2曲線部58から延出され、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2支持部52に接続されている。第4梁64は、第1連結腕431の幅中心、および第2連結腕432の幅中心を結ぶ中心線C1に対して、第2梁62の形状と線対称の形状をなして配置されている。
The
このように、振動体4と第1支持部51とを連結する第1梁61および第2梁62と、振動体4と第2支持部52とを連結する第3梁63および第4梁64とに、優弧状に設けられた第1曲線部57および第2曲線部58とが設けられていることから、曲線の円弧形状を大きくすることができ、衝撃が加わった場合の応力が分散され、応力集中が起こり難くなる。これにより、耐衝撃性を高めたジャイロ素子2を提供することが可能となる。
As described above, the
なお、第1梁61と第1支持部51との接続部分65は、第1梁61から第1支持部51に向かって幅寸法が大きくなるように形成されている。即ち、第1梁61の幅寸法W1よりも接続部の幅寸法W2の方が大きい。接続部分65を、このような構成とすることにより、応力集中の起き易い接続部の強度を高めることができる。これにより、第1梁61によって支持されている振動体4が落下などの衝撃によって破損してしまうことを防止することが可能となる。なお、他の梁である第2梁62、第3梁63、および第4梁64においても、それぞれの接続部分66,67,68に同様な構成を用いている。また、このような構成は、第1梁61、第2梁62、第3梁63、および第4梁64と基部41との接続部に適用することもでき、この場合も同様な効果を有している。
The
なお、上述では、第1梁61の形状および第2梁62の形状と、第3梁63の形状および第4梁64の形状とが、中心線C1に対して線対称の形状をなしている例で説明したが、それぞれの連結梁(第1梁61〜第4梁64)の形状は、必ずしも中心線C1に対して線対称の形状でなくてもよい。それぞれの連結梁の形状が、中心線C1に対して線対称の形状でなくても、上述の中心線C1に対して線対称の形状と同様の効果を有することができる。
In the above description, the shape of the
第1支持部51および第2支持部52の中央部には、それぞれ検出接地端子724が設けられており、この検出接地端子724の部分が、導電性固定部材8を介して接続パッド10(図1参照)に電気的に接続されている。また、第1支持部51、第2支持部52に設けられている他の端子として検出信号端子714、駆動信号端子734および駆動接地端子744においても、検出接地端子724と同様に、導電性固定部材8を介して被固定部としての接続パッド10(図1参照)に電気的に接続される。
A
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。
The
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。
When an angular velocity ω is applied to the
(ジャイロ素子の第2実施形態)
次に、機能素子としてのジャイロ素子の第2実施形態について図4を参照しながら説明する。なお、図4は、上側から(リッド92側)から見たジャイロ素子の上面図である。また、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。また、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
(Second Embodiment of Gyro Element)
Next, a second embodiment of a gyro element as a functional element will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a top view of the gyro element as viewed from above (the
図4に示すように、機能素子としてのジャイロ素子100は、Y軸まわりの角速度を検出するセンサーであって、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100は、いわゆるH型をなす振動体104と、振動体104を支持する支持部としての第1支持部151および第2支持部152と、振動体104と支持部とを連結する梁とを有している。本実施形態において、梁は、振動体104と第1支持部151とを連結する第1連結梁541および第2連結梁542と、振動体104と第2支持部152とを連結する第3連結梁543および第4連結梁544とを有している。
As shown in FIG. 4, the
振動体104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104は、第1方向としてのプラスY軸方向およびプラスY軸方向と直交する第2方向としてのプラスX軸方向に平行な平面(XY平面)に沿った主面110a,110bを有する矩形平板状の基部110と、基部110のプラスY側の縁からプラスY軸方向に沿って延設された一対の第1駆動振動腕111a,111bと、基部110を挟んで一対の第1駆動振動腕111a,111bの反対側に、基部110のマイナスY側からマイナスY軸方向に沿って延設された一対の第1検出振動腕112a,112bと、を備えている。
The vibrating
また、振動体104は、一対の第1駆動振動腕111a,111bおよび一対の第1検出振動腕112a,112bのそれぞれの先端からプラスY軸方向およびマイナスY軸方向に沿って延設され、プラスX軸方向の幅が第1駆動振動腕111a,111bおよび第1検出振動腕112a,112bの先端におけるプラスX軸方向の幅よりも広い質量部113a,113b,114a,114bを備えている。
In addition, the vibrating
支持部は、第1支持部および第2支持部の少なくとも一方を含んでいる。本形態における支持部は、第1支持部151および第2支持部152を含んでいる。第1支持部151、および第2支持部152は、それぞれ、X軸方向に沿って延在しており、第1支持部151と第2支持部152との間に振動体104が位置している。言い換えれば、第1支持部151および第2支持部152は、振動体104を介してY軸方向に沿って対向するように配置されている。第1支持部151は、第1連結梁541、および第2連結梁542を介して基部110と連結されており、第2支持部152は、第3連結梁543、および第4連結梁544を介して基部110と連結されている。
The support part includes at least one of the first support part and the second support part. The support part in this embodiment includes a
第1連結梁541、および第2連結梁542は、基部110と第1支持部151との間に折り曲げ部150が設けられている。また、第3連結梁543、および第4連結梁544は、基部110と第2支持部152との間に折り曲げ部150が設けられている。それぞれの折り曲げ部150には、第1曲線部57と第1曲線部57と接続された第2曲線部58が含まれる。以下、第1連結梁541および第2連結梁542と、第3連結梁543および第4連結梁544と、について具体的に説明する。
The first connecting
第1連結梁541は、基部110から連接部531がプラスX軸方向に延出された後、第1駆動振動腕111b(マイナスX軸方向)に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、プラスX軸方向に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第1連結梁541は、第2曲線部158から延出され、第1駆動振動腕111bの外側を通る支持連結部161を介して、第1支持部151に接続されている。
The first connecting
第1連結梁541における第1曲線部57は、X軸に沿った仮想線Q1上に設けられた中心P1から半径r1の円周の一部が優弧状をなしており、第1駆動振動腕111bに向かって(マイナスX軸方向に向かって)開口している。即ち、開口部の内幅寸法L1は、曲線部の内径寸法L2(2×r1)よりも小さい。なお、本例の第1曲線部57は、仮想線Q1に対して略線対称形状をなしている。また、第1連結梁541における第2曲線部58は、X軸に沿った仮想線Q2上に設けられた中心P2から半径r2の円周の一部が優弧状をなしており、プラスX軸方向に向かって開口している。即ち、開口部の内幅寸法L1は、曲線部の内径寸法L2(2×r2)よりも小さい。なお、本例の第2曲線部58は、仮想線Q2に対して略対称形状をなしている。このように、第1曲線部57と第2曲線部58とが、同軸方向に沿って開口していることにより、第1曲線部57および第2曲線部58を並べて配置することができるため、配置スペースを小さくすることができる。
The first
第2連結梁542は、基部110から連接部532がマイナスX軸方向に延出された後、第1駆動振動腕111a(プラスX軸方向)に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、マイナスX軸方向に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第2連結梁542は、第2曲線部58から延出され、第1駆動振動腕111aの外側を通る支持連結部162を介して、第1支持部151に接続されている。
The second connecting
第2連結梁542における第1曲線部57は、X軸に沿った仮想線Q1上に設けられた中心P1から半径r1の円周の一部が優弧状をなしており、第1駆動振動腕111aに向かって(プラスX軸方向に向かって)開口している。即ち、開口部の内幅寸法L1は、曲線部の内径寸法L2(2×r1)よりも小さい。なお、本例の第1曲線部57は、仮想線Q1に対して略対称形状をなしている。また、第2連結梁542における第2曲線部58は、X軸に沿った仮想線Q2上に設けられた中心P2から半径r2の円周の一部が優弧状をなしており、マイナスX軸方向に向かって開口している。即ち、開口部の内幅寸法L1は、曲線部の内径寸法L2(2×r2)よりも小さい。なお、本例の第2曲線部58は、仮想線Q2に対して略対称形状をなしている。
The first
第3連結梁543は、基部110から連接部533がプラスX軸方向に延出された後、第1検出振動腕112b(マイナスX軸方向)に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、プラスX軸方向に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第3連結梁543は、第2曲線部58から延出され、第1検出振動腕112bの外側を通る支持連結部163を介して、第2支持部152に接続されている。第3連結梁543は、振動体104の中心を通る中心線Cに対して、第1連結梁541の形状と線対称の形状をなして配置されている。
The third connecting
第4連結梁544は、基部110から連接部534がマイナスX軸方向に延出された後、第1検出振動腕112a(プラスX軸方向)に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、マイナスX軸方法に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。そして、第4連結梁544は、第2曲線部58から延出され、第1検出振動腕112aの外側を通る支持連結部164を介して、第2支持部152に接続されている。第4連結梁544は、振動体104の中心を通る中心線Cに対して、第2連結梁542の形状と線対称の形状をなして配置されている。
The fourth connecting
このように、振動体104と第1支持部151とを連結する第1連結梁541および第2連結梁542と、振動体104と第2支持部152とを連結する第3連結梁543および第4連結梁544とに、優弧状に設けられた第1曲線部57および第2曲線部58とが設けられていることから、曲線の円弧形状を大きくすることができ、衝撃が加わった場合の応力が分散され、応力集中が起こり難くなる。これにより、耐衝撃性を高めたジャイロ素子2を提供することが可能となる。
As described above, the
なお、上述では、第1連結梁541の形状および第2連結梁542の形状と、第3連結梁543の形状および第4連結梁544の形状とが、中心線Cに対して線対称の形状をなしている例で説明したが、それぞれの連結梁(第1連結梁541〜第4連結梁544)の形状は、必ずしも中心線Cに対して線対称の形状でなくてもよい。それぞれの連結梁の形状が、中心線Cに対して線対称の形状でなくても、上述の中心線Cに対して線対称の形状と同様の効果を有することができる。
In the above description, the shape of the first connecting
ジャイロ素子100は、圧電材料である水晶を基材(主要部分を構成する材料)として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるX軸、機械軸と呼ばれるY軸および光学軸と呼ばれるZ軸を有している。
そして、ジャイロ素子100は、水晶結晶軸において直交するX軸およびY軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するZ軸方向に所定の厚さを有している。なお、所定の厚さは、発振周波数(共振周波数)、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
The
The
また、ジャイロ素子100を構成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、X軸、Y軸およびZ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、平板は、X軸を中心に0度から7度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。これは、Y軸およびZ軸についても同様である。
ジャイロ素子100は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング(ウエットエッチングまたはドライエッチング)により形成されている。なお、ジャイロ素子100は、1枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
Further, the flat plate constituting the
The
なお、ジャイロ素子100は、図示しないが、Z軸方向から見た平面視において、一対の第1駆動振動腕111a,111bおよび一対の第1検出振動腕112a,112bの基部110との接続部分、質量部113a,113b,114a,114bの第1駆動振動腕111a,111bおよび第1検出振動腕112a,112bとの接続部分には、応力緩和の観点から、曲線部を設けることが好ましい。
Although not shown, the
ここで、ジャイロ素子100の動作について、図5(a)、図5(b)に沿って説明する。なお、図5(a)は、駆動振動状態を示す斜視図であり、図5(b)は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示す斜視図である。
Here, the operation of the
図5(a)に示すように、角速度が加わらない状態において、ジャイロ素子100の第1駆動振動腕111a,111bの図示しない駆動用電極に、発振源から所定の周波数による交流電圧の駆動信号が印加されることにより、第1駆動振動腕111a,111bは、X軸方向に屈曲振動する。詳述すると、第1駆動振動腕111a,111bは、X軸方向において、図5(a)で黒矢印、白矢印で示すように、互いに離れる方向と、互いに近づく方向との屈曲振動を交互に繰り返す。つまり、第1駆動振動腕111a,111bは、互いに逆方向(逆相)に所定の周波数で屈曲振動している。
As shown in FIG. 5A, when no angular velocity is applied, an AC voltage drive signal with a predetermined frequency is supplied from an oscillation source to a drive electrode (not shown) of the first
次に、図5(b)に示すように、この駆動振動状態で、ジャイロ素子100にY軸回りの角速度ωが加わると(ジャイロ素子100がY軸回りに回転すると)、ジャイロ素子100の第1駆動振動腕111a,111bには、コリオリ力が作用し、第1駆動振動腕111a,111bがZ軸方向(主面110aに直交する方向)に屈曲振動する(ウォークモード振動ともいう)。
ジャイロ素子100は、この第1駆動振動腕111a,111bのウォークモード振動に対して、第1検出振動腕112a,112bがウォークモードで共振し、Z軸方向に屈曲振動する。詳述すると、第1駆動振動腕111a,111bおよび第1検出振動腕112a,112bは、Z軸方向において、図3(b)で黒矢印、白矢印で示すように、互いに逆方向(逆相)に駆動振動の周波数に等しい振動数で屈曲振動する。なお、Z軸方向の屈曲振動の振幅は、コリオリ力の大きさに応じて変化する。
Next, as shown in FIG. 5B, when an angular velocity ω about the Y axis is applied to the
In the
ジャイロ素子100は、この第1検出振動腕112a,112bの図示しない検出用電極に生じる第1検出振動腕112aの電気信号(電圧)と、第1検出振動腕112bの電気信号(電圧)との差分を検出信号として取り出し、この検出信号によって角速度を検出する構成となっている。なお、この検出信号の大きさは、コリオリ力の大きさに応じて変化する。この際、第1検出振動腕112aと第1検出振動腕112bとでは、振動方向が互いに逆であることから、例えば、第1検出振動腕112aに生じる電圧が+電位のときに、第1検出振動腕112bに生じる電圧は−電位となり、第1検出振動腕112aに生じる電圧が−電位のときに、第1検出振動腕112bに生じる電圧は+電位となり、相対的に両者の電位差(差分)は大きくなり、角速度の検出精度を向上させることができることとなる。
The
(パッケージ)
図1に示すように、パッケージ9は、ジャイロ素子2,100を収納するものである。なお、パッケージ9には、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(Z軸方向から見た場合)にて、略矩形状をなしている。
(package)
As shown in FIG. 1, the
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Sを有しており、この収納空間S内に、ジャイロ素子2が気密的に収納、設置されている。
The
ジャイロ素子2,100は、第1、第2支持部51,52にて、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を介して底板911の上面に固定されている。なお、以下では、ジャイロ素子2を例に説明する。第1、第2支持部51,52は、ジャイロ素子2のY軸方向の両端部に位置するため、このような部分を底板911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、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。そのため、ジャイロ素子2の不要な振動(検出したい振動以外の振動)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。
The
また、導電性固定部材8は、第1支持部51、第2支持部52に設けられている2つの検出信号端子714、2つの検出接地端子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6つ設けられている。また、底板911の上面には、2つの検出信号端子714、2つの検出接地端子724、駆動信号端子734および駆動接地端子744に対応する6つの接続パッド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。
The
このような構成とすることにより、導電性固定部材8を、ジャイロ素子2を底板911に固定するための固定部材として用いることができるとともに、ジャイロ素子2との電気的な接続を行う接続部材として用いることができるため、電子デバイス1の構成の簡易化を図ることができる。
また、導電性固定部材8は、ジャイロ素子2と底板911との間にギャップ(隙間)を形成し、これらの接触を防止するギャップ材としても用いられる。これにより、底板911との接触によるジャイロ素子2の破壊、破損を防止することができ、正確な角速度の検出と、優れた信頼性を発揮することができる電子デバイス1となる。
なお、各接続パッド10は、図示しない導体ポストを介してパッケージ9の外部へ引き出されていたり、パッケージ9内にICチップ等を収納する場合には、そのICチップと電気的に接続されていたりする。
With such a configuration, the conductive fixing
In addition, the conductive fixing
Each
ベース91の構成材料としては、特に限定されないが、酸化アルミニウム等の各種セラミックスを用いることができる。また、リッド92の構成材料としては、特に限定されないが、ベース91の構成材料と線膨張係数が近似する部材であると良い。例えば、ベース91の構成材料を前述のようなセラミックスとした場合には、コバール等の合金とするのが好ましい。なお、ベース91とリッド92の接合は、特に限定されず、例えば、接着剤を介して接合してもよいし、シーム溶接等により接合してもよい。
The constituent material of the
以上述べた電子デバイス1によれば、用いられている機能素子としてのジャイロ素子2,100において、振動体4,104と支持部としての第1支持部51,151および第2支持部52,152とを連結するそれぞれの梁に優弧状に設けられた第1曲線部57および第2曲線部58が設けられている。優弧状の第1曲線部57および第2曲線部58は、円弧形状の曲線を有しているため、ジャイロ素子2,100に衝撃が加わった場合の応力が分散され、応力集中が起こり難くなる。したがって、耐衝撃性を高めた機能素子としてのジャイロ素子2,100を得ることが可能となる。
According to the
また、第1曲線部57と第2曲線部58とが優弧状に連続して設けられていることから、曲線の円弧形状を大きくすることができ、衝撃が加わった場合の応力がさらに分散されて応力集中が起こり難くなる。これにより、さらに耐衝撃性をより高めたジャイロ素子2,100を提供することが可能となる。
これらにより、このジャイロ素子2,100を用いている電子デバイス1においても、耐衝撃性を高めることができる。
Further, since the first
Accordingly, even in the
(変形例)
上述の第1実施形態、および第2実施形態のジャイロ素子2,100では、第1曲線部57と第2曲線部58との二つの曲線部を用いた例で説明したが、曲線部は一つであってもよい。曲線部が一つの構成であっても、曲線を優弧状の円弧とすることができ、衝撃が加わった場合の応力が分散され、応力集中が起こり難くなる。これにより、耐衝撃性を高めた機能素子を提供することが可能となる。また、曲線部が三つ以上の構成であって、二つの場合と同様な効果を有することができる。
(Modification)
In the
(梁部における曲線部の変形例1)
また、梁部における曲線部は、以下のような変形例も適用することができる。先ず、図6を参照して曲線部の変形例1について説明する。図6は、梁部における曲線部の変形例1を示す部分平面図である。
(Modified example 1 of the curved part in the beam part)
Moreover, the following modifications can also be applied to the curved portion in the beam portion. First, a modified example 1 of the curved portion will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a partial plan
変形例1に係る曲線部としての折り曲げ部50は、図6に示すように、第1曲線部57と第1曲線部57と接続された第2曲線部58とを有している。第1曲線部57および第2曲線部58は、優弧状をなして曲線的に折り曲げられた部分の梁幅寸法W4が、開口部側の梁幅寸法W3よりも大きくなるように設けられている。このような梁形状とすることにより、衝撃が加わった場合の応力集中が起き易い、開口部と反対側の梁の幅寸法が大きいため、この部分の梁の強度を高めることができ、より梁の破壊を起こり難くすることが可能となる。なお、開口部側から円周状の折り曲げ部分の頂に向かうに従って梁の幅寸法が順次大きくなるように梁形状とすることがさらに好ましい。このようにすることで、さらに応力を分散させることができ、応力集中を防止することが可能となることから、梁強度を向上させることができる。
As shown in FIG. 6, the
(梁部における曲線部の変形例2)
次に、図7を参照して曲線部の変形例2について説明する。図7は、梁部における曲線部の変形例2を示す部分平面図である。変形例2に係る曲線部は、基部41からの延出方向と開口方向が、前述の実施形態と異なる。
(Modified example 2 of curved part in beam part)
Next, a modified example 2 of the curved portion will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a partial plan view showing Modification Example 2 of the curved portion in the beam portion. The curved portion according to
変形例2に係る曲線部は、図7に示すように、基部41からマイナスY軸方向に延出された後、基部41に向かう方向(プラスY軸方向)に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第1曲線部57と、さらに第1曲線部57から連続し、マイナスY軸方向に向かって開口するように優弧状をなして曲線的に折り曲げられた第2曲線部58とを有している。このように、Y軸方向に沿って開口する第1曲線部57および第2曲線部58であっても、前述の実施形態と同様の効果を有する。なお、X軸、Y軸に沿った方向に開口するに限らず、X軸、Y軸と交差する方向に開口する第1曲線部57および第2曲線部58であってもよく、同様の効果を有する。なお、上記開口する部分が開口部である。
As shown in FIG. 7, the curved portion according to the modified example 2 is extended in the minus Y-axis direction from the
なお、本発明に係る機能素子(振動体)は、上述した、いわゆるダブルT型やH型のジャイロ素子に限定されず、例えば、いわゆる二脚音叉、H型音叉、双音叉、三脚音叉、くし歯型、直交型、角柱型等、種々の機能素子(振動体)であってもよい。
また、本発明に係る機能素子(振動体)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。
The functional element (vibrating body) according to the present invention is not limited to the so-called double T type or H type gyro element described above. For example, a so-called bipod tuning fork, H type tuning fork, double tuning fork, tripod tuning fork, comb Various functional elements (vibrating bodies) such as a tooth shape, an orthogonal shape, and a prism shape may be used.
The functional element (vibrating body) according to the present invention includes a piezoelectric thin film driving type vibrating element using a piezoelectric thin film formed on a substrate as a vibration source, a MEMS (Micro Electro Mechanical System) type vibrating element, and an electrostatic drive. The present invention can also be applied to a type of vibration element.
<物理量検出装置>
上述のような機能素子としてのジャイロ素子2,100は、角速度検出装置、加速度検出装置、圧力計測装置などの物理量検出装置に適用することができる。ここで、ジャイロ素子2を一例として用いた物理量検出装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図8は、物理量検出装置の構成を示す概略図である。
<Physical quantity detection device>
The
図8に示す物理量検出装置1400は、本発明に係る機能素子としてのジャイロ素子2を含んでいる。本実施形態では、本発明に係る機能素子として、第1実施形態に係るジャイロ素子2を用いた例について説明する。
A physical
物理量検出装置1400は、図8に示すように、ジャイロ素子2と、駆動回路1410と、検出回路1420と、を含む。駆動回路1410および検出回路1420は、図8では図示しないICチップに組み込まれていることができる。
As illustrated in FIG. 8, the physical
駆動回路1410は、本発明における駆動回路として機能し、I/V変換回路(電流電圧変換回路)1411と、AC増幅回路1412と、振幅調整回路1413と、有することができる。駆動回路1410は、ジャイロ素子2に形成された駆動信号電極に駆動信号を供給する回路である。以下、駆動回路1410について、詳細に説明する。
The drive circuit 1410 functions as a drive circuit in the present invention, and can include an I / V conversion circuit (current-voltage conversion circuit) 1411, an
ジャイロ素子2が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が、ジャイロ素子2から出力され、I/V変換回路1411に入力される。I/V変換回路1411は、入力された交流電流をジャイロ素子2の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。
When the
I/V変換回路1411から出力された交流電圧信号は、AC増幅回路1412に入力される。AC増幅回路1412は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。
The AC voltage signal output from the I /
AC増幅回路1412から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路1413に入力される。振幅調整回路1413は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を、ジャイロ素子2に出力する。この交流電圧信号(駆動信号)によりジャイロ素子2が振動する。
The AC voltage signal output from the
検出回路1420は、本発明における検出回路として機能し、チャージアンプ回路1421,1422と、差動増幅回路1423と、AC増幅回路1424と、同期検波回路1425と、平滑回路1426と、可変増幅回路1427と、フィルター回路1428と、を有することができる。検出回路1420は、ジャイロ素子2の第1検出振動腕421に形成された検出電極に生じる第1検出信号と、第2検出振動腕422に形成された検出信号電極に生じる第2検出信号と、を差動増幅させて差動増幅信号を生成し、該差動増幅信号に基づいて所定の物理量を検出する回路である。以下、検出回路1420について、詳細に説明する。
The detection circuit 1420 functions as a detection circuit in the present invention, and includes
チャージアンプ回路1421,1422には、ジャイロ素子2の第1検出振動腕421、および第2検出振動腕422に形成された検出信号電極により検出された互いに逆位相の検出信号(交流電流)が入力される。例えば、チャージアンプ回路1421には、第1検出振動腕421に形成された検出電極により検出された第1検出信号が入力され、チャージアンプ回路1422には、第2検出振動腕422に形成された検出電極により検出された第2検出信号が入力される。そして、チャージアンプ回路1421,1422は、入力された検出信号(交流電流)を、基準電圧Vrefを中心とする交流電圧信号に変換する。
The
差動増幅回路1423は、チャージアンプ回路1421の出力信号と、チャージアンプ回路1422の出力信号と、を差動増幅して差動増幅信号を生成する。差動増幅回路1423の出力信号(差動増幅信号)は、さらにAC増幅回路1424で増幅される。
The
同期検波回路1425は、本発明における検波回路として機能し、駆動回路1410のAC増幅回路1412が出力する交流電圧信号を基に、AC増幅回路1424の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。
The
同期検波回路1425で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路1426で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路1427に入力される。
The angular velocity component signal extracted by the
可変増幅回路1427は、平滑回路1426の出力信号(直流電圧信号)を、設定された増幅率(または減衰率)で増幅(または減衰)して角速度感度を変化させる。可変増幅回路1427で増幅(または減衰)された信号は、フィルター回路1428に入力される。
The
フィルター回路1428は、可変増幅回路1427の出力信号から高周波のノイズ成分を除去し(正確には所定レベル以下に減衰させ)、角速度の方向および大きさに応じた極性および電圧レベルの検出信号を生成する。そして、この検出信号は外部出力端子(図示せず)から外部へ出力される。
The
物理量検出装置1400によれば、上述のとおり、検出回路1420は、第1検出振動腕421に形成された検出電極に生じる第1検出信号と、第2検出振動腕422に形成された検出電極に生じる第2検出信号と、を差動増幅させて差動増幅信号を生成し、該差動増幅信号に基づいて所定の物理量を検出することができる。また、ジャイロ素子2は、外部からY軸方向の衝撃が加わった場合に、Y軸の正の方向側と、Y軸の負の方向側と、において、検出信号と駆動信号との静電結合の変化量を(ほぼ)均等に保つことができる。すなわち、第1検出信号と駆動信号との静電結合の変化量と、第2検出信号と駆動信号との静電結合の変化量と、を均等にすることができるので、Y軸方向の衝撃の影響をキャンセルすることができる。したがって、外部から特にY軸方向の衝撃が加わっても、安定して検出信号を検出することができると共に、衝撃によるジャイロ素子2の破損を生じにくい物理量検出装置1400を提供することができる。
According to the physical
[電子機器]
次いで、本発明の一実施形態に係る機能素子としてのジャイロ素子2,100を用いた電子デバイス1を適用した電子機器について、図9〜図11に基づき、詳細に説明する。
[Electronics]
Next, electronic devices to which the
図9は、本発明の一実施形態に係る電子デバイス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1101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を用いた電子デバイス1が内蔵されている。
FIG. 9 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a mobile (or notebook) personal computer as an electronic apparatus including the
図10は、本発明の一実施形態に係る電子デバイス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1201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を用いた電子デバイス1が内蔵されている。
FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating a configuration of a mobile phone (including PHS) as an electronic apparatus including the
図11は、本発明の一実施形態に係る電子デバイス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。
FIG. 11 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a digital still camera as an electronic apparatus including the
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1301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1301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。
A
撮影者が表示部1301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を用いた電子デバイス1が内蔵されている。
When the photographer confirms the subject image displayed on the
なお、本発明の一実施形態に係る電子デバイス1は、図9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10の携帯電話機、図11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。
The
[移動体]
図12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506には本発明に係るジャイロ素子2を用いた電子デバイス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506には、ジャイロ素子2を用いた電子デバイス1を内蔵してタイヤ509などを制御する電子制御ユニット508が車体507に搭載されている。また、電子デバイス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)に広く適用することができる。
[Moving object]
FIG. 12 is a perspective view schematically showing an automobile as an example of a moving object. The
1…電子デバイス、2,100…機能素子としてのジャイロ素子、4,104…振動体、8…導電性固定部材(導電性接着剤)、9…パッケージ、10…接続パッド、41,110…基部、50…折り曲げ部、51,151…支持部としての第1支持部、52,152…支持部としての第2支持部、57…第1曲線部、58…第2曲線部、61…梁としての第1梁、62…梁としての第2梁、63…梁としての第3梁、64…梁としての第4梁、65,66,67,68…接続部分、91…ベース、92…リッド、111a,111b…第1駆動振動腕、112a,112b…第1検出振動腕、421…第1検出振動腕、422…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駆動振動腕、442…第3駆動振動腕、443…第2駆動振動腕、444…第4駆動振動腕、506…移動体としての自動車、541…梁としての第1連結梁、542…梁としての第2連結梁、543…梁としての第3連結梁、544…梁としての第4連結梁、714…検出信号端子、724…検出接地端子、734…駆動信号端子、744…駆動接地端子、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、1400…電子デバイスとしてのジャイロセンサー。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記振動体から延出している梁と、
前記梁と連結され、前記振動体を支持している支持部と、を備え、
前記梁は、
前記振動体と前記支持部との間に、
一方に開口している開口部を有し、優弧状に曲げられている第1曲線部を備えていることを特徴とする機能素子。 A vibrating body,
A beam extending from the vibrating body;
A support unit coupled to the beam and supporting the vibrating body,
The beam is
Between the vibrating body and the support part,
A functional element having an opening portion opened on one side and having a first curved portion bent in a dominant arc shape.
前記振動体と前記支持部との間に、
前記一方と異なる他方に開口している開口部を有し、前記第1曲線部の一方端と連続して優弧状に曲げられている第2曲線部と、を備えていることを特徴とする請求項1に記載の機能素子。 The beam is
Between the vibrating body and the support part,
A second curved portion having an opening that is open to the other side different from the one, and being bent in a dominant arc shape continuously with one end of the first curved portion. The functional element according to claim 1.
前記開口部側の前記梁の幅より、前記開口部と反対側の前記梁の幅が大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の機能素子。 At least one of the first curved portion and the second curved portion is
The functional element according to claim 1, wherein a width of the beam on the side opposite to the opening is larger than a width of the beam on the opening side.
基部と、
前記基部から第1方向に沿って延出している第1検出振動腕および第1駆動振動腕と、を備え、
前記支持部は、
前記第1方向と交差する方向の第2方向に沿って設けら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機能素子。 The vibrator is
The base,
A first detection vibrating arm and a first drive vibrating arm extending along the first direction from the base,
The support part is
The functional element according to claim 1, wherein the functional element is provided along a second direction that intersects the first direction.
基部と、
前記基部から両側へ第1方向に沿って延出している第1検出振動腕および第2検出振動腕と、
前記基部から両側へ前記第1方向に沿って延出している第1駆動振動腕および第3駆動振動腕と、
前記第1駆動振動腕および前記第3駆動振動腕と、前記第1検出振動腕および前記第2検出振動腕に対して反対側に位置し、前記基部から両側へ前記第1方向に沿って延出している第2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、前記振動体を挟んで前記第1方向に沿って対向配置され、前記第1方向と交差する方向の第2方向に延在している第1支持部および第2支持部を備え、
前記梁は、前記基部から延出し、前記第1検出振動腕と前記第1駆動振動腕との間を通る第1梁と、前記基部から延出し、前記第1検出振動腕と前記第2駆動振動腕との間を通る第2梁と、前記基部から延出し、前記第2検出振動腕と前記第3駆動振動腕との間を通る第3梁と、前記基部から延出し、前記第2検出振動腕と前記第4駆動振動腕との間を通る第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5のいずれか一項に記載の機能素子。 The vibrator is
The base,
A first detection vibrating arm and a second detection vibrating arm extending along the first direction from the base to both sides;
A first drive vibrating arm and a third drive vibrating arm extending along the first direction from the base to both sides;
The first drive vibration arm and the third drive vibration arm are located on the opposite side to the first detection vibration arm and the second detection vibration arm, and extend from the base to both sides along the first direction. A second driving vibrating arm and a fourth driving vibrating arm,
The support portion includes a first support portion and a second support portion that are disposed opposite to each other along the first direction with the vibrating body interposed therebetween and extend in a second direction that intersects the first direction. Prepared,
The beam extends from the base and passes between the first detection vibration arm and the first drive vibration arm, and extends from the base, the first detection vibration arm and the second drive. A second beam passing between the vibrating arm and the base; a third beam passing between the second detection vibrating arm and the third drive vibrating arm; and extending from the base; The functional element according to claim 1, further comprising a fourth beam passing between the detection vibrating arm and the fourth drive vibrating arm.
基体と、を備え、
前記基体に前記機能素子が実装されていることを特徴とする電子デバイス。 A functional element according to any one of claims 1 to 7,
A base body,
An electronic device, wherein the functional element is mounted on the base.
前記機能素子を駆動する駆動回路と、
前記機能素子からの検出信号に基づいて所定の物理量を検出する検出回路と、を備えていることを特徴とする物理量検出装置。 A functional element according to claim 6 or 7,
A drive circuit for driving the functional element;
And a detection circuit that detects a predetermined physical quantity based on a detection signal from the functional element.
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