JP2016170141A - Vibration piece, gyro sensor, electronic apparatus, and mobile body - Google Patents

Vibration piece, gyro sensor, electronic apparatus, and mobile body Download PDF

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史生 市川
Fumio Ichikawa
史生 市川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration piece having a high Q-value and excellent shock resistance, and a gyro sensor, an electronic apparatus and a mobile body including the vibration piece.SOLUTION: The vibration piece has a base part 10 and a pair of first vibration arms 12a, 12b extending from the base part 10, in which through-holes 26a1, 26a2, 26b1, 26b2 are formed in the first vibration arms 12a, 12b. The through-holes 26a1, 26a2, 26b1, 26b2 include: first through holes 26a1, 26b1 where a hole width on a side close to an end 10a of the base part 10 from which the first vibration arms 12a, 12b extend, decreases toward the tips of the first vibration arms 12a, 12b; and second through-holes 26a2, 26b2 where a hole width on a side close to the tip of the first vibration arms 12a, 12b decreases toward the end 10a.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、振動片、この振動片を備えたジャイロセンサー、電子機器、および移動体に関する。   The present invention relates to a resonator element, a gyro sensor including the resonator element, an electronic device, and a moving object.

従来から、ジャイロセンサーは、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。ジャイロセンサーは、高弾性材料としての水晶などの圧電性単結晶物からなるジャイロ素子により、物体の揺れや回転などの振動によってジャイロ素子の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求めるものである。   Conventionally, gyro sensors have been used in technologies that autonomously control the attitude of ships, aircraft, rockets, etc., but recently, vehicle body control in vehicles, position detection of car navigation systems, digital cameras, video cameras, It is also used for vibration control correction (so-called camera shake correction) for mobile phones. The gyro sensor uses a gyro element made of a piezoelectric single crystal such as quartz as a highly elastic material to detect an electrical signal generated in a part of the gyro element as an angular velocity due to vibrations such as shaking or rotation of the object as a rotation angle. Is obtained by calculating the displacement of the object.

ジャイロセンサーに用いられるジャイロ素子としては、水晶などの圧電体材料により形成されたジャイロ素子が広く用いられている。一般的に用いられているH型構造と呼ばれるジャイロ素子は、基部と、基部の一方の端部から並行して延出する一対の駆動用振動腕と、基部の他方の端部から駆動用振動腕の延出する方向と反対方向に並行して延出する一対の検出用振動腕と、を有している。ジャイロ素子に駆動信号を印加することにより駆動用振動腕を主面に沿った方向に振動(面内振動)させているときに、駆動用振動腕の延出する方向の軸まわりに回転させると、コリオリの力により駆動用振動腕が主面と直交する方向に振動(面外振動)する。この面外振動が基部を伝わり検出用振動腕を面外振動させることで、検出用振動腕に設けられた検出用電極に電荷が発生する。発生した電荷はジャイロ素子の回転速度に比例することから角速度として検出することができる。   As a gyro element used for a gyro sensor, a gyro element formed of a piezoelectric material such as quartz is widely used. A commonly used gyro element called an H-type structure has a base, a pair of drive vibrating arms extending in parallel from one end of the base, and a drive vibration from the other end of the base. A pair of vibrating arms for detection extending in parallel to the direction in which the arms extend. When the drive vibration arm is vibrated in the direction along the main surface by applying a drive signal to the gyro element (in-plane vibration), the drive vibration arm is rotated around the axis in the extending direction. The driving vibrating arm vibrates in the direction orthogonal to the main surface (out-of-plane vibration) by the Coriolis force. This out-of-plane vibration is transmitted through the base and vibrates the detection vibrating arm out of plane, whereby charges are generated in the detection electrodes provided on the detection vibrating arm. Since the generated electric charge is proportional to the rotational speed of the gyro element, it can be detected as an angular speed.

近年のデジタルカメラ、ビデオカメラ、および携帯電話の小型化に伴い、手振れ補正等に用いられているジャイロセンサーと共にジャイロ素子も小型化が要求されている。しかし、ジャイロ素子を小型化すると等価直列抵抗R1が大きく、且つQ値が小さくなり、高い感度が得られない等の課題があった。そのため、特許文献1に記載のジャイロ素子(特許文献1では慣性センサー素子と称す)は、振動腕部に振動腕部の長さ方向に開口部長径を配する形態の貫通穴を、振動腕部の長さ方向に沿って複数個配列して形成することで、等価直列抵抗R1が小さく、且つQ値が大きくなり、高い感度を得ている。   With recent miniaturization of digital cameras, video cameras, and mobile phones, gyro elements are required to be miniaturized together with gyro sensors used for camera shake correction and the like. However, when the gyro element is downsized, there is a problem that the equivalent series resistance R1 is large and the Q value is small, so that high sensitivity cannot be obtained. Therefore, the gyro element described in Patent Document 1 (referred to as an inertial sensor element in Patent Document 1) includes a through-hole having a shape in which an opening major axis is arranged in the length direction of the vibrating arm portion in the vibrating arm portion. By arranging a plurality of these along the length direction, the equivalent series resistance R1 is small, the Q value is large, and high sensitivity is obtained.

特開2006−208261号公報JP 2006-208261 A

しかしながら、特許文献1に記載のジャイロ素子は、より感度を向上させるために振動腕部に設けられた貫通穴の両側の壁厚を薄くすると、衝撃が加わった時に振動腕部が破損するという課題があった。   However, in the gyro element described in Patent Document 1, if the wall thickness on both sides of the through hole provided in the vibrating arm portion is made thin in order to further improve the sensitivity, the vibrating arm portion is damaged when an impact is applied. was there.

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。   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]本適用例に係る振動片は、基部と、前記基部から延出する一対の第1振動腕と、を有する振動片であって、それぞれの前記第1振動腕には貫通穴が形成されており、前記貫通穴は、穴幅が前記第1振動腕の延出する前記基部の端部側から前記第1振動腕の先端側に向かうに従って狭くなっている部分を有する第1貫通穴と、穴幅が前記第1振動腕の先端側から前記端部に向かうに従って狭くなっている部分を有する第2貫通穴と、を含んでいることを特徴とする。   Application Example 1 A vibrating piece according to this application example is a vibrating piece having a base portion and a pair of first vibrating arms extending from the base portion, and each of the first vibrating arms has a through hole. The through-hole has a first portion having a hole width that becomes narrower from an end portion side of the base portion where the first vibrating arm extends toward a distal end side of the first vibrating arm. It includes a through hole and a second through hole having a portion whose hole width becomes narrower from the distal end side of the first vibrating arm toward the end portion.

本適用例によれば、第1振動腕に貫通穴が設けられているので感度を向上することができる。また、第1貫通穴の穴幅が基部の端部側から第1振動腕の先端側に向かって狭くなり、逆に、第2貫通穴の穴幅が第1振動腕の先端側から基部の端部側に向かって狭くなっているため、第1貫通穴と第2貫通穴により、第1振動腕に連結部を設けることができ、穴幅方向の曲げに対する剛性が高まり、耐衝撃性の向上を図ることができる。そのため、高い感度を有し、耐衝撃性に優れた振動片を得ることができる。   According to this application example, since the through hole is provided in the first vibrating arm, the sensitivity can be improved. Further, the hole width of the first through hole becomes narrower from the end side of the base portion toward the distal end side of the first vibrating arm, and conversely, the hole width of the second through hole extends from the distal end side of the first vibrating arm to the base portion. Since it is narrowing toward the end, the first through-hole and the second through-hole can be provided with a connecting portion in the first vibrating arm, which increases the rigidity against bending in the hole width direction, and has an impact resistance. Improvements can be made. Therefore, it is possible to obtain a resonator element having high sensitivity and excellent impact resistance.

[適用例2]上記適用例に係る振動片において、前記貫通穴は、平面視で直角三角形状又は二等辺三角形状になっていることが好ましい。   Application Example 2 In the resonator element according to the application example described above, it is preferable that the through hole has a right triangle shape or an isosceles triangle shape in plan view.

本適用例によれば、貫通穴が直角三角形状になっていることにより、貫通穴の直角部が配置された側の壁厚を略一定とすることができるので、電界効率を高めることができ、感度を向上することができる。また、貫通穴が二等辺三角形状になっていることにより、二等辺部が連結部を形成することができ、且つ基部の端部に接するように形成することができるため、穴幅方向の曲げに対する剛性をより高めることができ、耐衝撃性をより向上させることができる。   According to this application example, since the through hole has a right triangle shape, the wall thickness on the side where the right angle portion of the through hole is arranged can be made substantially constant, so that the electric field efficiency can be improved. , Sensitivity can be improved. In addition, since the through-hole has an isosceles triangle shape, the isosceles portion can form a connecting portion and can be formed so as to be in contact with the end portion of the base portion. Can be further improved in rigidity, and impact resistance can be further improved.

[適用例3]上記適用例に係る振動片において、前記第1振動腕が延出する前記基部側とは反対側の端部から延出する一対の第2振動腕を有し、前記第2振動腕は、前記第2振動腕の延出する方向に沿って、貫通穴が複数個配列し形成されていることが好ましい。   Application Example 3 In the resonator element according to the application example described above, the resonator element includes a pair of second vibrating arms extending from an end opposite to the base side from which the first vibrating arm extends. It is preferable that the vibrating arm is formed by arranging a plurality of through holes along a direction in which the second vibrating arm extends.

本適用例によれば、第1振動腕を検出用振動腕とし、第2振動腕を駆動用振動腕とするH型構造の振動片とすることで、検出用振動腕と駆動用振動腕とにそれぞれ貫通穴が設けられているため低インピーダンス、高感度のジャイロ用の振動片を得ることができる。また、第1振動腕の検出用振動腕には、第1貫通穴と第2貫通穴とにより連結部が形成されているため、耐衝撃性に優れている。   According to this application example, the detection vibrating arm, the driving vibrating arm, and the driving vibrating arm have the H-shaped structure with the first vibrating arm as the detecting vibrating arm and the second vibrating arm as the driving vibrating arm. Since the through-holes are respectively provided, a vibrating piece for a gyro with low impedance and high sensitivity can be obtained. Moreover, since the connection part is formed in the vibration arm for a detection of the 1st vibration arm by the 1st through-hole and the 2nd through-hole, it is excellent in impact resistance.

[適用例4]本適用例に係るジャイロセンサーは、上記適用例に記載の振動片と、前記振動片を駆動する回路および信号を検出する回路を含む電子部品と、前記振動片と前記電子部品とを収容するパッケージと、を備えていることを特徴とする。   Application Example 4 A gyro sensor according to this application example includes the resonator element according to the above application example, an electronic component including a circuit for driving the resonator element and a circuit for detecting a signal, the resonator element, and the electronic component. And a package for housing the device.

本適用例によれば、高い感度を有し、耐衝撃性に優れた振動片を備えたジャイロセンサーを構成できるという効果がある。   According to this application example, there is an effect that a gyro sensor including a resonator element having high sensitivity and excellent impact resistance can be configured.

[適用例5]本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動片を備えていることを特徴とする。   Application Example 5 An electronic apparatus according to this application example includes the resonator element according to the application example.

本適用例によれば、高い感度を有し、耐衝撃性に優れた振動片を備えた電子機器を構成できるという効果がある。   According to this application example, there is an effect that it is possible to configure an electronic device including a resonator element having high sensitivity and excellent impact resistance.

[適用例6]本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動片を備えていることを特徴とする。   Application Example 6 A moving object according to this application example includes the resonator element according to the application example.

本適用例によれば、高い感度を有し、耐衝撃性に優れた振動片を備えた移動体を構成できるという効果がある。   According to this application example, there is an effect that it is possible to configure a moving body that includes a resonator element having high sensitivity and excellent impact resistance.

本発明の第1実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図。FIG. 3 is a schematic plan view showing a structure of a gyro element as an example of a resonator element according to the first embodiment of the invention. 本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の壁厚tとインピーダンスとの相関を示すグラフ。The graph which shows the correlation with wall thickness t and impedance of the gyro element as an example of the resonator element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の壁厚tと感度との相関を示すグラフ。The graph which shows the correlation with the wall thickness t of a gyro element as an example of the vibrating element which concerns on embodiment of this invention, and a sensitivity. 本発明の第1実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の動作原理を説明する概略平面図。FIG. 3 is a schematic plan view for explaining the operating principle of a gyro element as an example of a resonator element according to the first embodiment of the invention. 本発明の第2実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the structure of the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the structure of the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図。The schematic plan view which shows the structure of the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on 4th Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子を備えるジャイロセンサーの構造を示す概略図であり、(a)は概略平面図、(b)は(a)中のA−A線の概略断面図。It is the schematic which shows the structure of a gyro sensor provided with the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on embodiment of this invention, (a) is a schematic plan view, (b) is the AA line in (a). FIG. 本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子を備える電子機器を示すモバイル型(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。The perspective view which shows the structure of the mobile type (or notebook type) personal computer which shows an electronic device provided with the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るジャイロ素子を備える電子機器を示す携帯電話機(PHSも含む)の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the mobile telephone (PHS is also included) which shows an electronic device provided with the gyro element which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ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。The perspective view which shows the structure of the digital camera as an electronic device provided with the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ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。The perspective view which shows the structure of the motor vehicle as a moving body provided with the gyro element as an example of the vibration piece which concerns on embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、図1および図4〜図8において、説明の便宜上、互いに直交する3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、以下の説明では、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軸方向の面を主面として説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each layer and each member is different from the actual scale so that each layer and each member can be recognized. 1 and 4 to 8, for convenience of explanation, the X axis, the Y axis, and the Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other, and the tip side of the illustrated arrow is the “+ side”, The base end side is defined as “− side”. In the following description, a direction parallel to the X axis is referred to as an “X axis direction”, a direction parallel to the Y axis is referred to as a “Y axis direction”, and a direction parallel to the Z axis is referred to as a “Z axis direction”. say. Furthermore, for convenience of explanation, the surface in the Z-axis direction will be described as a main surface in a plan view when viewed from the Z-axis direction.

<第1実施形態>
[ジャイロ素子]
本発明の第1実施形態に係る振動片の一例として、H型と呼ばれる構造のジャイロ素子を挙げ、図1〜図3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片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。なお、駆動用電極や検出用電極は、説明の便宜上、省略して図示してある。
図2は、本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の壁厚tとインピーダンスとの相関を示すグラフである。図3は、本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の壁厚tと感度との相関を示すグラフである。
<First Embodiment>
[Gyro element]
As an example of the resonator element according to the first embodiment of the invention, a gyro element having a structure called an H-type is cited and described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a schematic plan view showing the structure of a gyro element as an example of a resonator element according to the first embodiment of the invention. Note that the driving electrode and the detection electrode are not shown for convenience of explanation.
FIG. 2 is a graph showing the correlation between the wall thickness t and the impedance of the gyro element as an example of the resonator element according to the embodiment of the invention. FIG. 3 is a graph showing the correlation between the wall thickness t and the sensitivity of the gyro element as an example of the resonator element according to the embodiment of the invention.

(ジャイロ素子の構造)
ジャイロ素子100は、図1に示すように、基材(主要部分を構成する材料)を加工することにより一体に形成された矩形状の基部10と、基部10の長辺方向と交わる方向(Y軸方向)の端部10a,10bのうち一方の端部10aから、+Y軸方向に沿って並行するように延出された一対の第1振動腕としての検出用振動腕12a,12bと、基部10の一方の端部10aと反対側の他方の端部10bから−Y軸方向に沿って並行するように延出された一対の第2振動腕としての駆動用振動腕14a,14bと、基部10の一方の端部10aから+Y軸方向に沿って並行するように延出された一対の調整用振動腕16a,16bと、を有して構成されている。
(Gyro element structure)
As shown in FIG. 1, the gyro element 100 includes a rectangular base 10 integrally formed by processing a base material (material constituting a main part), and a direction intersecting with the long side direction of the base 10 (Y A pair of detection vibrating arms 12a and 12b as a pair of first vibrating arms extending from one end 10a of the ends 10a and 10b in the axial direction in parallel along the + Y-axis direction; A pair of drive vibrating arms 14a, 14b as a pair of second vibrating arms extended from the other end 10b opposite to the one end 10a of the 10 in parallel along the -Y-axis direction; And a pair of adjustment vibrating arms 16a and 16b extending in parallel along the + Y-axis direction from one end portion 10a.

なお、検出用振動腕12a,12bには、検出用振動腕12a,12bの延出方向に沿って第1貫通穴26a1,26b1および第2貫通穴26a2,26b2が配列し形成されている。また、駆動用振動腕14a,14bにも、駆動用振動腕14a,14bの延出方向に沿って複数個の貫通穴28a1,28a2,28b1,28b2が配列し形成されている。   The detection vibrating arms 12a and 12b are formed with first through holes 26a1 and 26b1 and second through holes 26a2 and 26b2 arranged along the extending direction of the detection vibrating arms 12a and 12b. Also, a plurality of through holes 28a1, 28a2, 28b1, 28b2 are arranged and formed in the driving vibrating arms 14a, 14b along the extending direction of the driving vibrating arms 14a, 14b.

また、基部10から延出する第1連結部20a、および第1連結部20aに連結する第1支持部22aと、基部10から第1連結部20aと反対方向に延出する第2連結部20b、および第2連結部20bに連結する第2支持部22bと、が設けられている。更に、第1支持部22aおよび第2支持部22bは、駆動用振動腕14a,14bの側で一体的に繋って、固定枠部24を構成している。そして、ジャイロ素子100は、固定枠部24の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。   Moreover, the 1st connection part 20a extended from the base 10 and the 1st support part 22a connected to the 1st connection part 20a, and the 2nd connection part 20b extended in the opposite direction to the 1st connection part 20a from the base 10 And a second support portion 22b connected to the second connection portion 20b. Further, the first support portion 22a and the second support portion 22b are integrally connected on the drive vibrating arms 14a and 14b side to form a fixed frame portion 24. The gyro element 100 is fixed to a substrate such as a package (not shown) at a predetermined position of the fixed frame portion 24.

第1振動腕としての検出用振動腕12a,12bは、基部10の一方の端部10aから+Y軸方向に沿って延出し、検出用振動腕12a,12bの腕幅(X軸方向の長さ)は、基部10と接合する一方の端部10a部分における腕幅(X軸方向の長さ)と、検出用振動腕12a,12bの+Y軸方向の先端部分における腕幅(X軸方向の長さ)と、が略同一となるように形成されている。   The detection vibrating arms 12a and 12b as the first vibrating arms extend along the + Y-axis direction from one end portion 10a of the base 10, and the arm width (length in the X-axis direction) of the detection vibrating arms 12a and 12b. ) Is the arm width (length in the X-axis direction) at one end portion 10a joined to the base 10, and the arm width (length in the X-axis direction) at the tip end portion in the + Y-axis direction of the detection vibrating arms 12a and 12b. ) And are substantially the same.

検出用振動腕12aには、検出用振動腕12aの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴26a1および第2貫通穴26a2が配列し連結部34aを挟んで形成されている。また、検出用振動腕12bにも、検出用振動腕12aと同様に、検出用振動腕12bの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴26b1および第2貫通穴26b2が配列し連結部34bを挟んで形成されている。   In the detection vibrating arm 12a, a first through hole 26a1 and a second through hole 26a2 are arranged along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 12a and formed with the connecting portion 34a interposed therebetween. Similarly to the detection vibrating arm 12a, the first through hole 26b1 and the second through hole 26b2 are arranged in the detection vibrating arm 12b along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 12b. It is formed with the connecting portion 34b interposed therebetween.

第1貫通穴26a1,26b1は、検出用振動腕12a,12bの端部10a側に配置され、検出用振動腕12a,12bの延出する基部10の端部10a側の穴幅(X軸方向の長さ)が、基部10の端部10a側から検出用振動腕12a,12bの+Y軸方向の先端に向かうに従って狭くなっている部分を有している。第2貫通穴26a2,26b2は、検出用振動腕12a,12bの+Y軸方向の先端側に配置され、検出用振動腕12a,12bの+Y軸方向の先端側の穴幅(X軸方向の長さ)が、検出用振動腕12a,12bの+Y軸方向の先端から検出用振動腕12a,12bの端部10aに向かうに従って狭くなっている部分を有している。所謂、第1貫通穴26a1,26b1の形状は、平面視で、直角部を端部10a側とする直角三角形である。また、第2貫通穴26a2,26b2の形状は、平面視で、直角部を検出用振動腕12a,12bの先端側とする直角三角形である。   The first through holes 26a1 and 26b1 are arranged on the end 10a side of the detection vibrating arms 12a and 12b, and the hole width (X-axis direction) on the end 10a side of the base 10 from which the detection vibrating arms 12a and 12b extend. Has a portion that becomes narrower from the end portion 10a side of the base portion 10 toward the tips in the + Y-axis direction of the detection vibrating arms 12a and 12b. The second through holes 26a2 and 26b2 are disposed on the front end side in the + Y-axis direction of the detection vibrating arms 12a and 12b, and the hole width (the length in the X-axis direction) on the front end side in the + Y-axis direction of the detection vibrating arms 12a and 12b. ) Has a portion that becomes narrower from the tip in the + Y-axis direction of the detection vibrating arms 12a and 12b toward the end 10a of the detection vibrating arms 12a and 12b. The so-called first through holes 26a1 and 26b1 have a right-angled triangle shape with the right-angled portion on the end 10a side in plan view. The shape of the second through-holes 26a2 and 26b2 is a right-angled triangle with the right-angled portion being the tip side of the detection vibrating arms 12a and 12b in plan view.

検出用振動腕12aには、第1貫通穴26a1および第2貫通穴26a2を形成する連結部34aの一端が基部10の一方の端部10aに接するように設けられている。また、検出用振動腕12bには、第1貫通穴26b1および第2貫通穴26b2を形成する連結部34bの一端が基部10の一方の端部10aに接するように設けられている。従って、検出用振動腕12a,12bは、穴幅方向(X軸方向)の曲げに対する剛性を高めることができるため、耐衝撃性を向上させることができる。   The detection vibrating arm 12 a is provided so that one end of the connecting portion 34 a that forms the first through hole 26 a 1 and the second through hole 26 a 2 is in contact with one end portion 10 a of the base portion 10. The detection vibrating arm 12 b is provided so that one end of the connecting portion 34 b forming the first through hole 26 b 1 and the second through hole 26 b 2 is in contact with one end portion 10 a of the base portion 10. Therefore, since the detection vibrating arms 12a and 12b can increase the rigidity against bending in the hole width direction (X-axis direction), the shock resistance can be improved.

なお、検出用振動腕12aは、検出用振動腕12aの側壁30a1,30a2と、第1貫通穴26a1および第2貫通穴26a2と、による壁厚(X軸方向の長さ)tが略一定となるように形成されている。また、検出用振動腕12bは、検出用振動腕12bの側壁30b1,30b2と、第1貫通穴26b1および第2貫通穴26b2と、による壁厚(X軸方向の長さ)tが略一定となるように形成されている。   The detection vibrating arm 12a has a substantially constant wall thickness (length in the X-axis direction) t due to the side walls 30a1 and 30a2 of the detection vibrating arm 12a and the first through hole 26a1 and the second through hole 26a2. It is formed to become. The detection vibrating arm 12b has a substantially constant wall thickness (length in the X-axis direction) t due to the side walls 30b1 and 30b2 of the detection vibrating arm 12b and the first through hole 26b1 and the second through hole 26b2. It is formed to become.

そのため、検出用振動腕12a,12bの電界効率を高めることができ、感度を向上することができる。また、後述するX軸方向に振動する面内モードの屈曲振動やZ軸方向に振動する面外モードの屈曲振動において、±X軸方向又は±Z軸方向の変位量が均一となり、安定な屈曲振動を励振することができる。   Therefore, the electric field efficiency of the detection vibrating arms 12a and 12b can be increased, and the sensitivity can be improved. In addition, in the in-plane mode bending vibration that vibrates in the X-axis direction and the out-of-plane mode bending vibration that vibrates in the Z-axis direction, which will be described later, the amount of displacement in the ± X-axis direction or ± Z-axis direction is uniform, and stable bending Vibration can be excited.

なお、本実施形態では、第1貫通穴26a1,26b1および第2貫通穴26a2,26b2の形状を直角三角形としているが、これに限定することはなく、略直角を有する三角形状や検出用振動腕12a,12bの延出方向(+Y軸方向)に沿って、2つの直角部を有する台形状でも構わない。   In the present embodiment, the shapes of the first through holes 26a1, 26b1 and the second through holes 26a2, 26b2 are right-angled triangles. However, the present invention is not limited to this. A trapezoidal shape having two right angle portions along the extending direction (+ Y-axis direction) of 12a and 12b may be used.

ここで、駆動用振動腕14a,14bの側壁32a1,32a2,32b1,32b2と、第1貫通穴28a1,28b1の内壁および第2貫通穴28a2,28b2の内壁を壁面としている壁の厚さである壁厚tとジャイロ素子100のインピーダンスとの関係について、図2を参照し説明する。
図2は、本実施形態の駆動用振動腕14a,14bの構造で、駆動用振動腕14a,14bの壁厚tを12μmから21μmまで変化させた時の駆動用振動腕14a,14bのインピーダンスを有限要素法(FEM)で解析した結果を示したグラフであり、横軸は、駆動用振動腕14a,14bの壁厚tを示し、縦軸は、駆動用振動腕14a,14bのインピーダンスを示している。
Here, the thicknesses of the side walls 32a1, 32a2, 32b1, 32b2 of the driving vibrating arms 14a, 14b, the inner walls of the first through holes 28a1, 28b1, and the inner walls of the second through holes 28a2, 28b2 are used. The relationship between the wall thickness t and the impedance of the gyro element 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 2 shows the structure of the driving vibrating arms 14a and 14b of the present embodiment. The impedances of the driving vibrating arms 14a and 14b when the wall thickness t of the driving vibrating arms 14a and 14b is changed from 12 μm to 21 μm. It is the graph which showed the result analyzed by the finite element method (FEM), a horizontal axis shows wall thickness t of drive vibration arms 14a and 14b, and a vertical axis shows impedance of drive vibration arms 14a and 14b. ing.

図2より、駆動用振動腕14a,14bのインピーダンスは、壁厚tが厚くなるに従い小さくなり励振し易くなる傾向を示し、壁厚tが約20μmより大きくなると、約30kΩで略一定となる。よって、壁厚tを約20μmより薄くするとインピーダンスが増大し、駆動用振動腕14a,14bの設計に適さないことが解る。   From FIG. 2, the impedance of the drive vibrating arms 14a and 14b tends to decrease as the wall thickness t increases and tends to be excited, and becomes substantially constant at about 30 kΩ when the wall thickness t exceeds about 20 μm. Therefore, it can be seen that when the wall thickness t is less than about 20 μm, the impedance increases, which is not suitable for the design of the driving vibrating arms 14a and 14b.

次に、図3は、本実施形態のジャイロ素子100の構造で、検出用振動腕12a,12bの壁厚tを10μmから14μmまで変化させた時のジャイロ素子100のY軸回りの角速度に対する感度を有限要素法(FEM)で解析した結果を示したグラフであり、横軸は、検出用振動腕12a,12bの壁厚tを示し、縦軸は、壁厚tを10μmとした時のジャイロ素子100の感度を基準とした感度を示している。   Next, FIG. 3 shows the structure of the gyro element 100 of the present embodiment, and the sensitivity to the angular velocity around the Y axis of the gyro element 100 when the wall thickness t of the detection vibrating arms 12a and 12b is changed from 10 μm to 14 μm. Is a graph showing the results of analysis by a finite element method (FEM), the horizontal axis indicates the wall thickness t of the detection vibrating arms 12a and 12b, and the vertical axis indicates the gyro when the wall thickness t is 10 μm. The sensitivity based on the sensitivity of the element 100 is shown.

図3より、ジャイロ素子100の感度は、壁厚tが厚くなるに従い低下する傾向を示し、壁厚tが12μmで壁厚tが10μmにおける感度の約88.9%であり、壁厚tが14μmで壁厚tが10μmにおける感度の約74.7%となる。よって、壁厚tが1.4倍厚くなると感度は約75%に低下することが解る。   As shown in FIG. 3, the sensitivity of the gyro element 100 tends to decrease as the wall thickness t increases, and is about 88.9% of the sensitivity when the wall thickness t is 12 μm and the wall thickness t is 10 μm. At 14 μm, the wall thickness t is about 74.7% of the sensitivity at 10 μm. Therefore, it can be seen that the sensitivity decreases to about 75% when the wall thickness t becomes 1.4 times thicker.

次に、図1に戻り、第2振動腕としての駆動用振動腕14a,14bは、検出用振動腕12a,12bが延出する基部10側とは反対側の他方の端部10bから−Y軸方向に沿って延出し、駆動用振動腕14a,14bの腕幅(X軸方向の長さ)は、−Y軸方向の先端に向かって略一定である。つまり、駆動用振動腕14a,14bの基部10と接合する他方の端部10b部分における腕幅(X軸方向の長さ)と駆動用振動腕14a,14bの先端部分における腕幅(X軸方向の長さ)とが略同一となるように形成されている。   Next, returning to FIG. 1, the driving vibrating arms 14a and 14b as the second vibrating arms are -Y from the other end 10b opposite to the base 10 side from which the detecting vibrating arms 12a and 12b extend. The arm width (length in the X-axis direction) of the driving vibrating arms 14a and 14b extends substantially along the axial direction and is substantially constant toward the tip in the -Y-axis direction. That is, the arm width (length in the X-axis direction) at the other end portion 10b joined to the base portion 10 of the drive vibrating arms 14a, 14b and the arm width (X-axis direction) at the tip portions of the drive vibrating arms 14a, 14b. The length is substantially the same.

駆動用振動腕14a,14bには、駆動用振動腕14aの延出方向(−Y軸方向)に沿って2個の貫通穴28a1,28a2が配列し連結部36aを挟んで形成されている。また、駆動用振動腕14bにも、駆動用振動腕14aと同様に、駆動用振動腕14bの延出方向(−Y軸方向)に沿って2個の貫通穴28b1,28b2が配列し連結部36bを挟んで形成されている。
貫通穴28a1,28a2,28b1,28b2の形状は、平面視で、駆動用振動腕14a,14bの延出方向(Y軸方向)を長辺とする矩形状である。
Two through-holes 28a1 and 28a2 are arranged in the driving vibrating arms 14a and 14b along the extending direction (−Y-axis direction) of the driving vibrating arm 14a so as to sandwich the connecting portion 36a. Similarly to the driving vibration arm 14a, two through holes 28b1 and 28b2 are arranged in the driving vibration arm 14b along the extending direction (−Y-axis direction) of the driving vibration arm 14b. 36b is interposed therebetween.
The shape of the through holes 28a1, 28a2, 28b1, and 28b2 is a rectangular shape having a long side in the extending direction (Y-axis direction) of the driving vibrating arms 14a and 14b in plan view.

なお、本実施形態では、一対の駆動用振動腕14a,14bにおいて、それぞれの振動腕に貫通穴を2個ずつ形成しているが、これに限定されることはなく、振動腕の延出する方向に沿って2個以上の複数個を振動腕に形成しても構わない。振動腕に貫通穴を2個以上の複数個形成することで、振動腕に複数個の連結部を設けることができ、貫通穴によるインピーダンスの低減を図りながら、振動腕の衝撃に対する強度を高めることができる。   In the present embodiment, in each of the pair of driving vibrating arms 14a and 14b, two through holes are formed in each vibrating arm, but the present invention is not limited to this, and the vibrating arms extend. Two or more plural pieces may be formed on the vibrating arm along the direction. By forming two or more through holes in the vibrating arm, it is possible to provide a plurality of connecting portions on the vibrating arm, and to increase the strength of the vibrating arm against impact while reducing the impedance due to the through hole. Can do.

次に、検出用振動腕12a,12bの先端部には錘部42a,42bが設けられており、駆動用振動腕14a,14bの先端部には錘部44a,44bが設けられている。錘部42a,42b,44a,44bを設けることによって、共振周波数を同一で検出用振動腕12a,12bおよび駆動用振動腕14a,14bの延出する方向の長さ(Y軸方向の長さ)を短くすることができるため、ジャイロ素子100の小型化を図ることができる。また、検出用振動腕12a,12bおよび駆動用振動腕14a,14bの共振周波数を低めることができる。更に、錘部42a,42b,44a,44b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。なお、錘部42a,42b,44a,44bに金属膜等で形成された質量部(図示せず)を設け、この質量部の一部をレーザー光等で除去することにより検出用振動腕12a,12bおよび駆動用振動腕14a,14bの共振周波数を調整することができる。   Next, weight portions 42a and 42b are provided at the distal ends of the detection vibrating arms 12a and 12b, and weight portions 44a and 44b are provided at the distal ends of the drive vibrating arms 14a and 14b. By providing the weight portions 42a, 42b, 44a, 44b, the length in the extending direction of the detection vibrating arms 12a, 12b and the driving vibrating arms 14a, 14b with the same resonance frequency (length in the Y-axis direction). Therefore, the gyro element 100 can be downsized. Further, the resonance frequencies of the detection vibrating arms 12a and 12b and the driving vibrating arms 14a and 14b can be lowered. Furthermore, the weight portions 42a, 42b, 44a, 44b may have a plurality of widths (lengths in the X-axis direction) as necessary, or may be omitted. The mass portions (not shown) formed of a metal film or the like are provided on the weight portions 42a, 42b, 44a, 44b, and a part of the mass portion is removed with a laser beam or the like, thereby detecting the vibrating arms 12a, The resonance frequency of 12b and drive vibrating arms 14a and 14b can be adjusted.

本実施形態のジャイロ素子100では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。ジャイロ素子100をなす基材は、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軸方向に所定の厚みを有している。X軸を中心に0度から2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。Y軸およびZ軸についても同様である。本実施形態においてジャイロ素子100は、水晶を用いたが他の圧電材料、例えば、タンタル酸リチウムやチタン酸ジルコン酸鉛等を基材として用いても良い。なお、所定の厚み(Z軸方向の長さ)は、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。   In the gyro element 100 of the present embodiment, an example in which quartz that is a piezoelectric material is used as a base material will be described. The base material forming the gyro element 100 is cut out along a plane defined by the X-axis and the Y-axis orthogonal to the crystal crystal axis, processed into a flat plate shape, and has a predetermined thickness in the Z-axis direction orthogonal to the plane. doing. What is cut out by rotating in the range of 0 to 2 degrees around the X axis can be used. The same applies to the Y axis and the Z axis. In this embodiment, the gyro element 100 uses quartz, but other piezoelectric materials such as lithium tantalate and lead zirconate titanate may be used as a base material. The predetermined thickness (the length in the Z-axis direction) is appropriately set depending on the vibration frequency, the outer size, workability, and the like.

更に、ジャイロ素子100には、図1に示すように、水晶の結晶X軸(電気軸)と交差する方向に検出用振動腕12a,12bと並行させて且つ検出用振動腕12a,12bを内側に挟むように、基部10の一方の端部10aから延出された一対の調整用振動腕16a,16bが設けられている。即ち、調整用振動腕16a,16bは、Y軸に沿って+Y軸方向に延出され、検出用振動腕12a,12bと所定の間隔を空けて内側に挟むように位置し、且つ並行するように設けられている。   Further, as shown in FIG. 1, the gyro element 100 includes the detection vibrating arms 12a and 12b in parallel with the detection vibrating arms 12a and 12b in a direction intersecting the crystal X axis (electrical axis) of the crystal. A pair of adjustment vibrating arms 16 a and 16 b extending from one end portion 10 a of the base portion 10 are provided so as to be sandwiched between them. That is, the adjustment vibrating arms 16a and 16b extend in the + Y-axis direction along the Y axis, and are positioned so as to be sandwiched inside and spaced apart from the detection vibrating arms 12a and 12b by a predetermined distance. Is provided.

なお、調整用振動腕16a,16bは、チューニングアームと呼ばれることもある。このような調整用振動腕16a,16bが設けられていることにより、水晶のエッチング異方性や加工プロセスのばらつきなどによって、駆動用振動腕14a,14bの断面形状が矩形状とならずに、平行四辺形や菱形となることによる駆動用振動腕14a,14bの振動方向の設計値からのずれ、所謂振動漏れによる漏れ出力を調整することが可能となる。換言すれば、駆動振動が漏れる(伝播する)、所謂振動漏れで発生する検出用振動腕12a,12bの電荷を調整用振動腕16a,16bに発生する電荷で相殺することができる。   The adjustment vibrating arms 16a and 16b are sometimes called tuning arms. By providing the adjustment vibrating arms 16a and 16b, the cross-sectional shape of the driving vibrating arms 14a and 14b is not rectangular due to the etching anisotropy of quartz and the variation in the processing process. It is possible to adjust the deviation from the design value of the vibration direction of the drive vibrating arms 14a and 14b due to the parallelogram or rhombus, that is, the leak output due to so-called vibration leakage. In other words, the drive vibration leaks (propagates), and the charges of the detection vibrating arms 12a and 12b generated by so-called vibration leakage can be offset by the charges generated in the adjustment vibrating arms 16a and 16b.

また、調整用振動腕16a,16bは、検出用振動腕12a,12bおよび駆動用振動腕14a,14bよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕16a,16bの振動が、検出用振動腕12a,12bと駆動用振動腕14a,14bによるジャイロ素子100の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子100の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子100の小型化にも有利となる。   The adjustment vibrating arms 16a and 16b are formed to have a shorter overall length than the detection vibrating arms 12a and 12b and the driving vibrating arms 14a and 14b. Thereby, the vibration of the adjustment vibrating arms 16a and 16b for adjusting the leakage output does not hinder the main vibration of the gyro element 100 by the detection vibrating arms 12a and 12b and the driving vibrating arms 14a and 14b. Therefore, the vibration characteristics of the gyro element 100 are stabilized, and the gyro element 100 is advantageously reduced in size.

更に、調整用振動腕16a,16bの基部10と接続する一端と反対側の他端側の先端部には、調整用振動腕16a,16bより幅が広い(X軸方向の寸法が大きい)略矩形状の錘部46a,46bが設けられている。このように、調整用振動腕16a,16bの先端部に錘部46a,46bを設けることにより、調整用振動腕16a,16bにおける質量変化を顕著にさせることができ、ジャイロ素子100の高感度化に寄与する効果を更に向上させることができる。   Further, the tip of the other end side opposite to the one end connected to the base portion 10 of the adjustment vibrating arms 16a, 16b is wider than the adjustment vibration arms 16a, 16b (the dimension in the X-axis direction is large). Rectangular weight portions 46a and 46b are provided. As described above, by providing the weight portions 46a and 46b at the tip portions of the adjustment vibrating arms 16a and 16b, mass change in the adjustment vibrating arms 16a and 16b can be made remarkable, and the sensitivity of the gyro element 100 can be increased. The effect which contributes to can be further improved.

基部10の中央は、ジャイロ素子100の重心とすることができる。そして、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子100の外形は、重心を通るY軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子100の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子100の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子100の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング(ウェットエッチング又はドライエッチング)により形成することができる。なお、ジャイロ素子100は、1枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。   The center of the base 10 can be the center of gravity of the gyro element 100. The X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other and pass through the center of gravity. The outer shape of the gyro element 100 can be symmetric with respect to a virtual center line in the Y-axis direction passing through the center of gravity. Accordingly, the outer shape of the gyro element 100 is well balanced, which is preferable because the characteristics of the gyro element 100 are stabilized and the detection sensitivity is improved. Such an outer shape of the gyro element 100 can be formed by etching (wet etching or dry etching) using a photolithography technique. A plurality of gyro elements 100 can be obtained from one crystal wafer.

(ジャイロ素子の動作原理)
次に、ジャイロ素子100の動作原理について、図4を参照して説明する。
図4は、本発明の第1実施形態に係るジャイロ素子の動作原理を説明する概略図であり、図4(a)は駆動状態を示す概略平面図であり、図4(b)はY軸回りに回転する角速度ωが印加された検出状態を示す概略平面図である。説明の便宜上、基部10周辺のみを図示している。なお、図4(b)において、○で囲んだ黒点の記号は、+Z軸方向への変位を示し、○で囲んだ×の記号は、−Z軸方向への変位を示している。
(Gyro element operating principle)
Next, the principle of operation of the gyro element 100 will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the operation principle of the gyro element according to the first embodiment of the present invention, FIG. 4 (a) is a schematic plan view showing a driving state, and FIG. 4 (b) is a Y-axis. It is a schematic plan view which shows the detection state to which angular velocity (omega) rotated around is applied. For convenience of explanation, only the periphery of the base 10 is shown. In FIG. 4B, a black dot symbol surrounded by a circle indicates a displacement in the + Z-axis direction, and a cross symbol surrounded by a circle indicates a displacement in the −Z-axis direction.

駆動モードにおいて、駆動用電極に所定の交流電圧を印加すると、図4(a)に示すように、駆動用振動腕14a,14b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(面内モード振動)する。また、調整用振動腕16a,16bは、駆動用振動腕14a,14bの屈曲振動(面内モード振動)に基部10を介して共振し、駆動用振動腕14a,14bと同様に、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(面内モード振動)する。   When a predetermined AC voltage is applied to the drive electrode in the drive mode, the drive vibrating arms 14a and 14b are reversed in the XY in-plane direction, that is, close to and away from each other, as shown in FIG. Bending vibration (in-plane mode vibration). Further, the adjustment vibrating arms 16a and 16b resonate with the bending vibration (in-plane mode vibration) of the driving vibrating arms 14a and 14b via the base 10, and in the XY plane similarly to the driving vibrating arms 14a and 14b. Bending vibration (in-plane mode vibration) occurs in the direction opposite to the direction, that is, in the direction approaching or separating from each other.

この状態でジャイロ素子100が各振動腕の延出方向であるY軸回りに回転する角速度ωを印加すると、その角速度ωに応じて発生するコリオリ力の作用により、図4(b)に示すように、駆動用振動腕14a,14bは主面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(面外モード振動)する。このZ軸方向の振動に共振して、検出用振動腕12a,12b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(面外モード振動)する。このとき、検出用振動腕12a,12bの振動方向は、駆動用振動腕14a,14bの振動方向とは逆相になる。   In this state, when the gyro element 100 applies an angular velocity ω that rotates around the Y axis that is the extending direction of each vibrating arm, the action of the Coriolis force generated according to the angular velocity ω causes an action as shown in FIG. In addition, the driving vibrating arms 14a and 14b undergo bending vibration (out-of-plane mode vibration) in directions opposite to each other in the out-of-plane direction perpendicular to the main surface, that is, the Z-axis direction. Resonating with the vibration in the Z-axis direction, the detection vibrating arms 12a and 12b perform bending vibrations (out-of-plane mode vibrations) in the opposite directions in the Z-axis direction in the detection mode. At this time, the vibration direction of the detection vibrating arms 12a and 12b is opposite in phase to the vibration direction of the driving vibration arms 14a and 14b.

つまり、駆動用振動腕14aが+Z軸方向に振動すると、駆動用振動腕14bは−Z軸方向に振動する面外モード振動の屈曲振動となる。この駆動用振動腕14a,14bの面外モードの屈曲振動が基部10を介して検出用振動腕12a,12bに伝わることで、検出用振動腕12a,12bを共振させ、検出用振動腕12aが−Z軸方向に振動すると、検出用振動腕12bは+Z軸方向に振動する面外モードの屈曲振動となる。   That is, when the driving vibrating arm 14a vibrates in the + Z-axis direction, the driving vibrating arm 14b becomes an out-of-plane mode bending vibration that vibrates in the −Z-axis direction. The bending vibrations in the out-of-plane mode of the driving vibrating arms 14a and 14b are transmitted to the detecting vibrating arms 12a and 12b via the base 10, thereby resonating the detecting vibrating arms 12a and 12b. When vibrating in the −Z-axis direction, the detection vibrating arm 12b becomes an out-of-plane mode bending vibration that vibrates in the + Z-axis direction.

この検出モードにおいて、検出用振動腕12a,12bの検出用電極(図示せず)間に発生する電荷量を取り出すことによって、ジャイロ素子100に加えられた角速度ωが求められる。   In this detection mode, the angular velocity ω applied to the gyro element 100 is obtained by taking out the amount of charge generated between the detection electrodes (not shown) of the detection vibrating arms 12a and 12b.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る振動片としてのジャイロ素子100a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片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。
以下、第2実施形態に係るジャイロ素子100aについて、前述した第1実施形態のジャイロ素子100との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
Second Embodiment
Next, a gyro element 100a as a resonator element according to a second embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic plan view showing the structure of a gyro element as an example of a resonator element according to the second embodiment of the invention.
Hereinafter, the gyro element 100a according to the second embodiment will be described focusing on differences from the gyro element 100 of the first embodiment described above. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure and the description is abbreviate | omitted about the same matter.

第2実施形態に係るジャイロ素子100aは、検出用振動腕121a,121bの形状が異なっており、一対の検出用振動腕121a,121bのそれぞれに3個の貫通穴が設けられている。検出用振動腕121aには、検出用振動腕121aの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴261a1、第3貫通穴261a3、および第2貫通穴261a2が配列し連結部341a1,341a2を挟んで形成されている。また、検出用振動腕121bにも、検出用振動腕121aと同様に、検出用振動腕121bの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴261b1、第3貫通穴261b3、および第2貫通穴261b2が配列し連結部341b1,341b2を挟んで形成されている。   In the gyro element 100a according to the second embodiment, the shapes of the detection vibrating arms 121a and 121b are different, and three through holes are provided in each of the pair of detection vibrating arms 121a and 121b. In the detection vibrating arm 121a, a first through hole 261a1, a third through hole 261a3, and a second through hole 261a2 are arranged along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 121a to connect the connecting portions 341a1, 341a2 is interposed therebetween. Similarly to the detection vibrating arm 121a, the detection vibrating arm 121b also includes the first through hole 261b1, the third through hole 261b3, and the first through hole 261b3 along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 121b. Two through holes 261b2 are arranged and formed so as to sandwich the connecting portions 341b1 and 341b2.

第1貫通穴261a1,261b1の形状は、第1実施形態のものと同等であり、直角部を端部10a側とする直角三角形状である。第2貫通穴261a2,261b2の形状は、第1実施形態のものと同等で、直角三角形状であり、直角部が+Y軸方向の先端側で、第1貫通穴261a1,261b1の直角部の配置されている側に配置されている。第3貫通穴261a3の形状は、第1貫通穴261a1および第2貫通穴261a2を形成する連結部341a1,341a2を二等辺部とし、両底角を調整用振動腕16a側とする二等辺三角形状である。また、第3貫通穴261b3の形状は、第1貫通穴261b1および第2貫通穴261b2を形成する連結部341b1,341b2を二等辺部とし、両底角を調整用振動腕16b側とする二等辺三角形状である。   The shape of the first through holes 261a1, 261b1 is the same as that of the first embodiment, and is a right triangle having a right angle portion on the end 10a side. The shape of the second through holes 261a2 and 261b2 is the same as that of the first embodiment, is a right triangle shape, and the right angle portion is the front end side in the + Y-axis direction, and the right angle portions of the first through holes 261a1 and 261b1 are arranged. Is placed on the side that is. The shape of the third through-hole 261a3 is an isosceles triangular shape in which the connecting portions 341a1 and 341a2 forming the first through-hole 261a1 and the second through-hole 261a2 are isosceles sides and both base angles are the adjustment vibrating arm 16a side. It is. Further, the shape of the third through hole 261b3 is an isosceles side in which the connecting portions 341b1 and 341b2 forming the first through hole 261b1 and the second through hole 261b2 are isosceles sides and both base angles are the adjustment vibrating arm 16b side. It is triangular.

また、検出用振動腕121aは、検出用振動腕121aの側壁301a2と第1貫通穴261a1および第2貫通穴261a2とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、検出用振動腕121aの側壁301a1と第3貫通穴261a3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、が略一定となるように形成されている。また、検出用振動腕121bは、検出用振動腕121bの側壁301b1と第1貫通穴261b1および第2貫通穴261b2とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、検出用振動腕121bの側壁301b2と第3貫通穴261b3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、が略一定となるように形成されている。   In addition, the detection vibrating arm 121a includes a wall thickness (length in the X-axis direction) t formed by the side wall 301a2 of the detection vibrating arm 121a, the first through hole 261a1, and the second through hole 261a2, and the detection vibrating arm 121a. The wall thickness (length in the X-axis direction) t by the side wall 301a1 and the third through hole 261a3 is formed to be substantially constant. Further, the detection vibrating arm 121b includes a wall thickness (length in the X-axis direction) t formed by the side wall 301b1 of the detection vibrating arm 121b, the first through hole 261b1, and the second through hole 261b2, and the detection vibrating arm 121b. The wall thickness (length in the X-axis direction) t by the side wall 301b2 and the third through hole 261b3 is formed to be substantially constant.

このような構成とすることで、第1実施形態における効果に加え、貫通穴を設けることで強度が低下する振動腕に連結部341a1,341a2,341b1,341b2が形成されているため、腕幅方向(X軸方向)の曲げに対する剛性がより高まり、検出用振動腕121a,121bの腕幅方向(X軸方向)に対する耐衝撃性をより向上させることができる。従って、感度が高く、耐衝撃性に優れた検出用振動腕121a,121bを備えたジャイロ素子100aを得ることができる。   With such a configuration, in addition to the effects in the first embodiment, the connecting portions 341a1, 341a2, 341b1, and 341b2 are formed on the vibrating arms whose strength is reduced by providing the through holes. The rigidity against bending in the (X-axis direction) is further increased, and the impact resistance in the arm width direction (X-axis direction) of the detection vibrating arms 121a and 121b can be further improved. Therefore, it is possible to obtain the gyro element 100a including the detection vibrating arms 121a and 121b having high sensitivity and excellent impact resistance.

<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る振動片としてのジャイロ素子100bについて、図6を参照して説明する。
図6は、本発明の第3実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。
以下、第3実施形態に係るジャイロ素子100bについて、前述した第1実施形態のジャイロ素子100との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a gyro element 100b as a resonator element according to a third embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of a gyro element as an example of a resonator element according to the third embodiment of the invention.
Hereinafter, the gyro element 100b according to the third embodiment will be described focusing on differences from the gyro element 100 of the first embodiment described above. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure and the description is abbreviate | omitted about the same matter.

第3実施形態に係るジャイロ素子100bは、検出用振動腕122a,122bの形状が異なっており、一対の検出用振動腕122a,122bのそれぞれに4個の貫通穴が設けられている。検出用振動腕122aには、検出用振動腕122aの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴262a1、第2貫通穴262a2、第3貫通穴262a3、および第4貫通穴262a4が配列し連結部342a1,342a2を挟んで形成されている。また、検出用振動腕122bにも、検出用振動腕122aと同様に、検出用振動腕122bの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴262b1、第2貫通穴262b2、第3貫通穴262b3、および第4貫通穴262b4が配列し連結部342b1,342b2を挟んで形成されている。   In the gyro element 100b according to the third embodiment, the shapes of the detection vibrating arms 122a and 122b are different, and four through holes are provided in each of the pair of detection vibrating arms 122a and 122b. The detection vibrating arm 122a includes a first through hole 262a1, a second through hole 262a2, a third through hole 262a3, and a fourth through hole 262a4 along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 122a. They are arranged and connected with the connecting portions 342a1 and 342a2 interposed therebetween. Similarly to the detection vibrating arm 122a, the detection vibrating arm 122b also includes the first through hole 262b1, the second through hole 262b2, and the third through the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 122b. A through hole 262b3 and a fourth through hole 262b4 are arranged and formed with the connecting portions 342b1 and 342b2 interposed therebetween.

第1貫通穴262a1の形状は、第1貫通穴262a1、第2貫通穴262a2、第3貫通穴262a3、および第4貫通穴262a4を形成する連結部342a1,342a2を二等辺部とし、両底角を一方の端部10a側とする二等辺三角形状である。第2貫通穴262a2の形状は、連結部342a1,342a2を二等辺部とし、両底角を+Y軸方向の先端側とする二等辺三角形状である。第3貫通穴262a3の形状は、連結部342a1,342a2を二等辺部とし、両底角を調整用振動腕16a側とする二等辺三角形状である。第4貫通穴262a4の形状は、連結部342a1,342a2を二等辺部とし、両底角を検出用振動腕122b側とする二等辺三角形状である。   The shape of the first through hole 262a1 is such that the connecting portions 342a1 and 342a2 forming the first through hole 262a1, the second through hole 262a2, the third through hole 262a3, and the fourth through hole 262a4 are isosceles sides, Is an isosceles triangle with one end 10a side. The shape of the second through-hole 262a2 is an isosceles triangle having the connecting portions 342a1 and 342a2 as isosceles portions and both base angles at the front end side in the + Y-axis direction. The shape of the third through-hole 262a3 is an isosceles triangle having the connecting portions 342a1 and 342a2 as isosceles portions and both base angles being on the adjustment vibrating arm 16a side. The shape of the fourth through hole 262a4 is an isosceles triangle having the connecting portions 342a1 and 342a2 as isosceles portions and both base angles being on the detection vibrating arm 122b side.

第1貫通穴262b1の形状は、第1貫通穴262b1、第2貫通穴262b2、第3貫通穴262b3、および第4貫通穴262b4を形成する連結部342b1,342b2を二等辺部とし、両底角を一方の端部10a側とする二等辺三角形状である。第2貫通穴262b2の形状は、連結部342b1,342b2を二等辺部とし、両底角を+Y軸方向の先端側とする二等辺三角形状である。第3貫通穴262b3の形状は、連結部342b1,342b2を二等辺部とし、両底角を調整用振動腕16b側とする二等辺三角形状である。第4貫通穴262b4の形状は、連結部342b1,342b2を二等辺部とし、両底角を検出用振動腕122a側とする二等辺三角形状である。   The shape of the first through hole 262b1 is that the connecting portions 342b1 and 342b2 forming the first through hole 262b1, the second through hole 262b2, the third through hole 262b3, and the fourth through hole 262b4 are isosceles sides, Is an isosceles triangle with one end 10a side. The shape of the second through-hole 262b2 is an isosceles triangle having the connecting portions 342b1 and 342b2 as isosceles portions and both base angles at the front end side in the + Y-axis direction. The shape of the third through hole 262b3 is an isosceles triangle having the connecting portions 342b1 and 342b2 as isosceles portions and both base angles being on the adjustment vibrating arm 16b side. The shape of the fourth through hole 262b4 is an isosceles triangle having the connecting portions 342b1 and 342b2 as isosceles portions and both base angles being on the detection vibrating arm 122a side.

また、検出用振動腕122aは、検出用振動腕122aの側壁302a1と第3貫通穴262a3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、検出用振動腕122aの側壁302a2と第4貫通穴262a4とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、が略一定となるように形成されている。また、検出用振動腕122bは、検出用振動腕122bの側壁302b2と第3貫通穴262b3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、検出用振動腕122bの側壁302b1と第4貫通穴262b4とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、が略一定となるように形成されている。   The detection vibrating arm 122a includes a wall thickness (length in the X-axis direction) t between the side wall 302a1 of the detection vibrating arm 122a and the third through hole 262a3, and a side wall 302a2 of the detection vibrating arm 122a and the fourth penetration. The wall thickness (length in the X-axis direction) t due to the hole 262a4 is formed to be substantially constant. The detection vibrating arm 122b includes a wall thickness (length in the X-axis direction) t between the side wall 302b2 of the detection vibrating arm 122b and the third through hole 262b3, and a side wall 302b1 of the detection vibrating arm 122b and the fourth penetration. The wall thickness (length in the X-axis direction) t due to the hole 262b4 is formed to be substantially constant.

このような構成とすることで、第1実施形態における効果に加え、連結部342a1,342a2,342b1,342b2の一端が一方の端部10aに接するように形成されているため、腕幅方向(X軸方向)の曲げに対する剛性がより高まり、検出用振動腕122a,122bの腕幅方向(X軸方向)に対する耐衝撃性をより向上させることができる。従って、インピーダンスが小さく高い感度を有し、耐衝撃性に優れた検出用振動腕122a,122bを備えたジャイロ素子100bを得ることができる。   By adopting such a configuration, in addition to the effects of the first embodiment, since one end of each of the connecting portions 342a1, 342a2, 342b1, 342b2 is in contact with one end portion 10a, the arm width direction (X The rigidity against bending in the axial direction is further increased, and the impact resistance in the arm width direction (X-axis direction) of the detection vibrating arms 122a and 122b can be further improved. Therefore, the gyro element 100b including the detection vibrating arms 122a and 122b having a small impedance and high sensitivity and excellent impact resistance can be obtained.

<第4実施形態>
次に、本発明の第4実施形態に係る振動片としてのジャイロ素子100cについて、図7を参照して説明する。
図7は、本発明の第4実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。
以下、第4実施形態に係るジャイロ素子100cについて、前述した第1実施形態のジャイロ素子100との相違点を中心に説明する。また、同様の構成には、同一符号を付してあり、同様の事項については、その説明を省略する。
<Fourth embodiment>
Next, a gyro element 100c as a resonator element according to a fourth embodiment of the invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a schematic plan view showing the structure of a gyro element as an example of a resonator element according to the fourth embodiment of the invention.
Hereinafter, the gyro element 100c according to the fourth embodiment will be described focusing on differences from the gyro element 100 according to the first embodiment described above. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure and the description is abbreviate | omitted about the same matter.

第4実施形態に係るジャイロ素子100cは、検出用振動腕123a,123bの形状が異なっており、一対の検出用振動腕123a,123bのそれぞれに3個の貫通穴が設けられている。検出用振動腕123aには、検出用振動腕123aの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴263a1、第2貫通穴263a2、および第5貫通穴263a3が配列し連結部343a1,343a2を挟んで形成されている。また、検出用振動腕123bにも、検出用振動腕123aと同様に、検出用振動腕123bの延出方向(+Y軸方向)に沿って第1貫通穴263b1、第2貫通穴263b2、および第5貫通穴263b3が配列し連結部343b1,343b2を挟んで形成されている。なお、第5貫通穴263a3,263b3は、連結部343a2,343b2と錘部42a,42bの間に形成されている。   In the gyro element 100c according to the fourth embodiment, the shapes of the detection vibrating arms 123a and 123b are different, and three through holes are provided in each of the pair of detection vibrating arms 123a and 123b. In the detection vibrating arm 123a, a first through hole 263a1, a second through hole 263a2, and a fifth through hole 263a3 are arranged along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 123a, and the connecting portions 343a1, 343a2 is formed therebetween. Similarly to the detection vibrating arm 123a, the detection vibrating arm 123b also includes the first through hole 263b1, the second through hole 263b2, and the first through hole 263b2 along the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arm 123b. Five through holes 263b3 are arranged and formed with the connecting portions 343b1 and 343b2 interposed therebetween. The fifth through holes 263a3 and 263b3 are formed between the connecting portions 343a2 and 343b2 and the weight portions 42a and 42b.

第1貫通穴261a1,261b1の形状は、第1実施形態のものと同等であり、直角部を端部10a側とする直角三角形状である。第2貫通穴261a2,261b2の形状は、第1実施形態のものと同等であり、直角部を+Y軸方向の先端側とする直角三角形状である。第5貫通穴263a3,263b3の形状は、平面視で、検出用振動腕123a,123bの延出方向(+Y軸方向)を長辺とする矩形状である。   The shape of the first through holes 261a1, 261b1 is the same as that of the first embodiment, and is a right triangle having a right angle portion on the end 10a side. The shape of the second through holes 261a2 and 261b2 is the same as that of the first embodiment, and is a right triangle having the right angle portion as the tip side in the + Y-axis direction. The shapes of the fifth through holes 263a3 and 263b3 are rectangular shapes having a long side in the extending direction (+ Y-axis direction) of the detection vibrating arms 123a and 123b in plan view.

また、検出用振動腕123aは、検出用振動腕123aの側壁303a2と第1貫通穴263a1および第5貫通穴263a3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、検出用振動腕123aの側壁303a1と第2貫通穴263a2および第5貫通穴263a3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、が略一定となるように形成されている。また、検出用振動腕123bは、検出用振動腕123bの側壁303b1と第1貫通穴263b1および第5貫通穴263b3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、検出用振動腕123bの側壁303b2と第2貫通穴263b2および第5貫通穴263b3とによる壁厚(X軸方向の長さ)tと、が略一定となるように形成されている。   In addition, the detection vibrating arm 123a includes a wall thickness (length in the X-axis direction) t of the side wall 303a2 of the detection vibrating arm 123a, the first through hole 263a1, and the fifth through hole 263a3, and the detection vibrating arm 123a. The wall thickness (length in the X-axis direction) t formed by the side wall 303a1, the second through hole 263a2, and the fifth through hole 263a3 is formed to be substantially constant. The detection vibrating arm 123b includes a wall thickness (length in the X-axis direction) t formed by the side wall 303b1 of the detection vibrating arm 123b, the first through hole 263b1, and the fifth through hole 263b3, and the detection vibrating arm 123b. The wall thickness (length in the X-axis direction) t formed by the side wall 303b2, the second through hole 263b2, and the fifth through hole 263b3 is formed to be substantially constant.

このような構成とすることで、第1実施形態における効果に加え、連結部343a2,343b2が形成されているため、腕幅方向(X軸方向)の曲げに対する剛性がより高まり、検出用振動腕123a,123bの腕幅方向(X軸方向)に対する耐衝撃性をより向上させることができる。従って、インピーダンスが小さく高い感度を有し、耐衝撃性に優れた検出用振動腕123a,123bを備えたジャイロ素子100cを得ることができる。   By adopting such a configuration, in addition to the effects of the first embodiment, since the connecting portions 343a2 and 343b2 are formed, the rigidity against bending in the arm width direction (X-axis direction) is further increased, and the detection vibrating arm The impact resistance in the arm width direction (X-axis direction) of 123a and 123b can be further improved. Accordingly, it is possible to obtain the gyro element 100c including the detection vibrating arms 123a and 123b having small impedance and high sensitivity and excellent impact resistance.

なお、本実施形態では、第1貫通穴263a1,263b1および第2貫通穴263a2,263b2の形状を直角三角形としているが、これに限定することはなく、略直角を有する三角形状や検出用振動腕123a,123bの延出方向(+Y軸方向)に沿って、2つの直角部を有する台形状でも構わない。   In the present embodiment, the shapes of the first through holes 263a1, 263b1 and the second through holes 263a2, 263b2 are right-angled triangles. However, the present invention is not limited to this. A trapezoidal shape having two right-angled portions along the extending direction (+ Y-axis direction) of 123a and 123b may be used.

以上、本発明の実施形態に係る振動片の一例としてジャイロ素子100,100a,100b,100cは、圧電材料である水晶を基材として説明したが、シリコン基板やガラス基板上に機械的に可動な構造体を半導体微細加工技術で形成したMEMS(Micro Electro Mechanical System)素子であっても構わない。MEMS素子の場合は、半導体回路を組み込んで製造することが容易であり、微細化、高機能化に対し有利である。   As described above, the gyro elements 100, 100a, 100b, and 100c as examples of the resonator element according to the embodiment of the present invention have been described using the piezoelectric material, quartz, as a base material, but are mechanically movable on a silicon substrate or a glass substrate. It may be a MEMS (Micro Electro Mechanical System) element in which the structure is formed by a semiconductor micromachining technique. In the case of a MEMS element, it is easy to manufacture by incorporating a semiconductor circuit, which is advantageous for miniaturization and higher functionality.

[ジャイロセンサー]
次に、前述の第1実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子100を備えるジャイロセンサー200について説明する。
図8は、本発明の実施形態に係る振動片の一例としてのジャイロ素子を備えるジャイロセンサーの構造を示す概略図であり、図8(a)は概略平面図であり、図8(b)は、図8(a)中のA−A線の概略断面図である。なお、図8(a)において、ジャイロセンサー200の内部の構成を説明する便宜上、リッド240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。
[Gyro sensor]
Next, the gyro sensor 200 including the gyro element 100 as an example of the resonator element according to the first embodiment will be described.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a structure of a gyro sensor including a gyro element as an example of a resonator element according to an embodiment of the present invention. FIG. 8A is a schematic plan view, and FIG. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 8A, for convenience of explaining the internal configuration of the gyro sensor 200, a state in which the lid 240 is removed is illustrated. For convenience of explanation, an X axis, a Y axis, and a Z axis are illustrated as three axes orthogonal to each other. Further, for convenience of explanation, in the plan view when viewed from the Z-axis direction, the surface in the + Z-axis direction is described as the upper surface, and the surface in the −Z-axis direction is described as the lower surface.

ジャイロセンサー200は、図8に示すように、パッケージ210のキャビティー218に、ジャイロ素子100と、ジャイロ素子100を駆動する回路および電荷を検出する回路を含む電子部品250と、を収容し、パッケージ210の開口部をリッド240により密閉し、内部を気密に保持されている。パッケージ210は、図8(b)に示すように、平板状の第1基板212と、第1基板212上に、枠状の第2基板214、第3基板216、を順に積層、固着して形成され、電子部品250とジャイロ素子100とが収容されるキャビティー218が形成される。基板212,214,216は、例えばセラミックスなどにより形成される。   As shown in FIG. 8, the gyro sensor 200 accommodates the gyro element 100 and an electronic component 250 including a circuit for driving the gyro element 100 and a circuit for detecting electric charge in the cavity 218 of the package 210. The opening of 210 is sealed with a lid 240, and the inside is kept airtight. As shown in FIG. 8B, the package 210 has a flat plate-like first substrate 212 and a frame-like second substrate 214 and a third substrate 216 stacked and fixed on the first substrate 212 in this order. A cavity 218 is formed to accommodate the electronic component 250 and the gyro element 100. The substrates 212, 214, and 216 are made of, for example, ceramics.

第1基板212のキャビティー218側には、電子部品250が載置され固定されるダイパッド(図示せず)が設けられている。電子部品250はダイパッド上に、例えば、ろう材(ダイアタッチ材)などの接合部材260によって接着され、固定されている。   A die pad (not shown) on which the electronic component 250 is placed and fixed is provided on the cavity 218 side of the first substrate 212. The electronic component 250 is bonded and fixed on the die pad by a joining member 260 such as a brazing material (die attach material).

電子部品250は、ジャイロ素子100を駆動振動させるための励振手段としての駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ素子100に生じる検出振動を検出する検出手段としての検出回路と、を有する。具体的には、電子部品250が有する駆動回路は、ジャイロ素子100の一対の駆動用振動腕14a,14b(図1参照)にそれぞれ形成された駆動用電極(図示せず)に駆動信号を供給する。また、電子部品250が有する検出回路は、ジャイロ素子100の一対の検出用振動腕12a,12b(図1参照)にそれぞれ形成された検出用電極(図示せず)に生じる検出信号を増幅させて増幅信号を生成し、該増幅信号に基づいてジャイロセンサー200に加わった回転角速度を検出する。   The electronic component 250 includes a drive circuit as an excitation unit for driving and vibrating the gyro element 100 and a detection circuit as a detection unit for detecting a detection vibration generated in the gyro element 100 when an angular velocity is applied. Specifically, the drive circuit included in the electronic component 250 supplies drive signals to drive electrodes (not shown) formed on the pair of drive vibration arms 14a and 14b (see FIG. 1) of the gyro element 100, respectively. To do. Further, the detection circuit included in the electronic component 250 amplifies detection signals generated on detection electrodes (not shown) formed on the pair of detection vibrating arms 12a and 12b (see FIG. 1) of the gyro element 100, respectively. An amplified signal is generated, and a rotational angular velocity applied to the gyro sensor 200 is detected based on the amplified signal.

第2基板214は、電子部品250が収容可能な大きさの開口を有する枠状の形状に形成されている。第3基板216は、第2基板214の開口より広い開口を有する枠状の形状に形成され、第2基板214上に積層され、固着されている。そして、第2基板214に第3基板216が積層されて第3基板216の開口の内側に現れる第2基板214上には、ジャイロ素子100が第1支持部22aと第2支持部22b(図1参照)とを位置合わせして載置され、接合部材270によって接着され、固定されている。そのため、各振動腕はパッケージ210やリッド240と接触することなく、振動することができるので、高いQ値を有し安定な振動特性となるため、高い検出感度のジャイロセンサー200を得ることができる。また、第3基板216の開口の内側に現れる第2基板214上には、複数の内部端子222が形成されている。   The second substrate 214 is formed in a frame shape having an opening large enough to accommodate the electronic component 250. The third substrate 216 is formed in a frame shape having an opening wider than the opening of the second substrate 214, and is laminated and fixed on the second substrate 214. Then, the gyro element 100 is formed on the second substrate 214 which is laminated on the second substrate 214 and appears inside the opening of the third substrate 216. The first support portion 22a and the second support portion 22b (see FIG. 1), and is bonded and fixed by a bonding member 270. Therefore, each vibrating arm can vibrate without coming into contact with the package 210 and the lid 240. Therefore, since the vibrating arm has a high Q value and stable vibration characteristics, the gyro sensor 200 with high detection sensitivity can be obtained. . A plurality of internal terminals 222 are formed on the second substrate 214 that appears inside the opening of the third substrate 216.

第1基板212上に固定されている電子部品250のキャビティー218側には、前述した駆動回路や検出回路が設けられており、各回路と接続し第2基板214上に形成されている内部端子222やジャイロ素子100上に形成されている電極パッド(図示せず)と接続するための接続端子252,252a,252bが複数形成されている。接続端子252は、ボンディングワイヤー280を介して第2基板214上の内部端子222と電気的に接続されている。接続端子252aは、検出用の端子であり、ボンディングワイヤー280を介してジャイロ素子100上の検出信号を出力する電極パッド18a,18bと電気的に接続されている。接続端子252bは、グランド用の端子であり、ボンディングワイヤー280を介してジャイロ素子100上の電極パッド19a,19bと電気的に接続されている。   The above-described drive circuit and detection circuit are provided on the cavity 218 side of the electronic component 250 fixed on the first substrate 212, and the internal circuit formed on the second substrate 214 is connected to each circuit. A plurality of connection terminals 252, 252 a, and 252 b for connecting to the terminals 222 and electrode pads (not shown) formed on the gyro element 100 are formed. The connection terminal 252 is electrically connected to the internal terminal 222 on the second substrate 214 via the bonding wire 280. The connection terminal 252a is a detection terminal, and is electrically connected to the electrode pads 18a and 18b that output a detection signal on the gyro element 100 via the bonding wire 280. The connection terminal 252b is a ground terminal and is electrically connected to the electrode pads 19a and 19b on the gyro element 100 via the bonding wire 280.

第2基板214上に形成されている内部端子222のいずれかは、パッケージ210の内部配線(図示せず)により、第1基板212の外部底面に設けられた複数の外部接続端子220に電気的に接続されている。   Any of the internal terminals 222 formed on the second substrate 214 is electrically connected to a plurality of external connection terminals 220 provided on the external bottom surface of the first substrate 212 by internal wiring (not shown) of the package 210. It is connected to the.

更に、第3基板216の開口の上面にリッド240が配置され、パッケージ210の開口を封止し、パッケージ210の内部が気密封止され、ジャイロセンサー200が得られる。リッド240は、例えば、42アロイ(鉄にニッケルが42%含有された合金)やコバール(鉄、ニッケルおよびコバルトの合金)等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いて形成することができる。例えば、金属によりリッド240を形成した場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング等の接合部材230を介してシーム溶接することによりパッケージ210と接合される。パッケージ210およびリッド240によって形成されるキャビティー218(内部空間)は、ジャイロ素子100が動作するための空間となるため、略真空又は減圧雰囲気に気密封止することが好ましい。   Furthermore, the lid 240 is disposed on the upper surface of the opening of the third substrate 216, the opening of the package 210 is sealed, and the inside of the package 210 is hermetically sealed, whereby the gyro sensor 200 is obtained. The lid 240 can be formed using, for example, a metal such as 42 alloy (an alloy containing 42% nickel in iron) or Kovar (an alloy of iron, nickel, and cobalt), ceramics, or glass. For example, when the lid 240 is formed of metal, it is joined to the package 210 by seam welding via a joining member 230 such as a seal ring formed by punching a Kovar alloy or the like into a rectangular ring shape. Since the cavity 218 (internal space) formed by the package 210 and the lid 240 is a space for the gyro element 100 to operate, it is preferable to hermetically seal in a substantially vacuum or reduced pressure atmosphere.

[電子機器]
次に、図9〜図11を参照して、前述の第1実施形態に係るジャイロ素子100を備えた電子機器について説明する。なお、以下の説明では、ジャイロ素子100を用いた例について説明する。図9〜図11は、本実施形態に係るジャイロ素子100を備える電子機器の一例を示す斜視図である。
[Electronics]
Next, with reference to FIGS. 9 to 11, an electronic apparatus including the gyro element 100 according to the first embodiment will be described. In the following description, an example using the gyro element 100 will be described. 9 to 11 are perspective views illustrating an example of an electronic apparatus including the gyro element 100 according to the present embodiment.

図9は、本実施形態に係る電子機器として、モバイル型(またはノート型)のパーソナルコンピューター1100を模式的に示す斜視図である。図9に示すように、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を有する表示ユニット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、ジャイロ素子100が内蔵されている。   FIG. 9 is a perspective view schematically showing a mobile (or notebook) personal computer 1100 as the electronic apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, the personal computer 1100 includes a main body portion 1104 having a keyboard 1102 and a display unit 1106 having a display portion 1000, and the display unit 1106 has a hinge structure portion with respect to the main body portion 1104. It is supported so that rotation is possible. Such a personal computer 1100 incorporates a gyro element 100.

図10は、本実施形態に係る電子機器として、携帯電話機(PHSも含む)1200を模式的に示す斜視図である。図10に示すように、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、ジャイロ素子100が内蔵されている。   FIG. 10 is a perspective view schematically showing a mobile phone (including PHS) 1200 as the electronic apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, the cellular phone 1200 includes a plurality of operation buttons 1202, an earpiece 1204, and a mouthpiece 1206, and a display unit 1000 is disposed between the operation buttons 1202 and the earpiece 1204. . Such a cellular phone 1200 incorporates the gyro element 100.

図11は、本実施形態に係る電子機器として、デジタルカメラ1300を模式的に示す斜視図である。なお、図11には、外部機器との接続についても簡易的に示している。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)などの撮像素子により光電変換して撮像信号(画像信号)を生成する。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などを含む受光ユニット1304が設けられている。   FIG. 11 is a perspective view schematically showing a digital camera 1300 as an electronic apparatus according to the present embodiment. Note that FIG. 11 also shows a simple connection with an external device. Here, an ordinary camera sensitizes a silver salt photographic film with a light image of a subject, whereas a digital camera 1300 captures a light image of a subject by photoelectrically converting it with an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device). A signal (image signal) is generated. A display unit 1000 is provided on the back surface of a case (body) 1302 in the digital camera 1300, and is configured to perform display based on an imaging signal from the CCD. The display unit 1000 displays a subject as an electronic image. Function as. A light receiving unit 1304 including an optical lens (imaging optical system), a CCD, and the like is provided on the front side (the back side in the drawing) of the case 1302.

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、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、ジャイロ素子100が内蔵されている。   When the photographer confirms the subject image displayed on the display unit 1000 and presses the shutter button 1306, the CCD image pickup signal at that time is transferred and stored in the memory 1308. In the digital camera 1300, a video signal output terminal 1312 and an input / output terminal 1314 for data communication are provided on the side surface of the case 1302. A television monitor 1330 is connected to the video signal output terminal 1312 and a personal computer 1340 is connected to the input / output terminal 1314 for data communication, if necessary. Furthermore, the imaging signal stored in the memory 1308 is output to the television monitor 1330 or the personal computer 1340 by a predetermined operation. Such a digital camera 1300 incorporates the gyro element 100.

なお、上記ジャイロ素子100を備えた電子機器は、図9に示す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10に示す携帯電話機1200、図11に示すデジタルカメラ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、ヘッドマウントディスプレイ、ビデオテープレコーダー、各種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、ロケット、船舶の計器類)、ロボットや人体などの姿勢制御、フライトシミュレーター等を挙げることができる。   The electronic device provided with the gyro element 100 includes, for example, an ink jet in addition to the personal computer 1100 (mobile personal computer) shown in FIG. 9, the mobile phone 1200 shown in FIG. 10, and the digital camera 1300 shown in FIG. Dispenser (eg inkjet printer), laptop personal computer, TV, video camera, head mounted display, video tape recorder, various navigation devices, pager, electronic notebook (including communication function), electronic dictionary, calculator, electronic Game equipment, word processor, workstation, video phone, security TV monitor, electronic binoculars, POS terminal, medical equipment (eg electronic thermometer, blood pressure monitor, blood glucose meter, electrocardiogram measuring device, ultrasonic diagnostic device, electronic internal Mirror), fish finders, various measurement devices, gauges (e.g., vehicles, aircraft, rockets, instruments and a ship), attitude control such as a robot or a human body, can be given flight simulator and the like.

[移動体]
次いで、前述の第1実施形態に係るジャイロ素子100を備える移動体について、図12を参照して説明する。
図12は、本実施形態に係る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1400には、本実施形態に係るジャイロ素子100を備えるジャイロセンサー200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の車体1401には、ジャイロセンサー200を内蔵してタイヤ1403などを制御する電子制御ユニット1402が搭載されている。また、ジャイロセンサー200は、他にもナビゲーション装置、姿勢制御装置等の姿勢検出センサーとして用いられている。更に、上記自動車1400に限らず、自走式ロボット、自走式搬送機器、列車、船舶、飛行機、人工衛星等を含む移動体の姿勢検出センサー等として好適に用いることができる。
[Moving object]
Next, a moving body including the gyro element 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing an automobile as an example of a moving body according to the present embodiment. An automobile 1400 is equipped with a gyro sensor 200 including the gyro element 100 according to the present embodiment. For example, as shown in the figure, an electronic control unit 1402 that incorporates a gyro sensor 200 and controls a tire 1403 and the like is mounted on a vehicle body 1401 of an automobile 1400 as a moving body. The gyro sensor 200 is also used as a posture detection sensor for navigation devices, posture control devices, and the like. Furthermore, the present invention is not limited to the automobile 1400, and can be suitably used as a posture detection sensor of a moving body including a self-propelled robot, a self-propelled transport device, a train, a ship, an airplane, an artificial satellite, and the like.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。   The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (for example, configurations that have the same functions, methods, and results, or configurations that have the same objects and effects). In addition, the invention includes a configuration in which a non-essential part of the configuration described in the embodiment is replaced. In addition, the invention includes a configuration that achieves the same effect as the configuration described in the embodiment or a configuration that can achieve the same object. Further, the invention includes a configuration in which a known technique is added to the configuration described in the embodiment.

10…基部、10a,10b…端部、12a,12b…第1振動腕としての検出用振動腕、14a,14b…第2振動腕としての駆動用振動腕、16a,16b…調整用振動腕、18a,18b,19a,19b…電極パッド、20a…第1連結部、20b…第2連結部、22a…第1支持部、22b…第2支持部、24…固定枠部、26a1,26b1…第1貫通穴、26a2,26b2…第2貫通穴、28a1,28a2,28b1,28b2…貫通穴、30a1,30a2,30b1,30b2,32a1,32a2,32b1,32b2…側壁、34a,34b,36a,36b…連結部、42a,42b,44a,44b,46a,46b…錘部、100…振動片としてのジャイロ素子、200…ジャイロセンサー、210…パッケージ、212…第1基板、214…第2基板、216…第3基板、218…キャビティー、220…外部接続端子、222…内部端子、230…接合部材、240…リッド、250…電子部品、252,252a,252b…接続端子、260,270…接合部材、280…ボンディングワイヤー、1000…表示部、1100…電子機器として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カメラ、1400…移動体としての自動車。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Base part, 10a, 10b ... End part, 12a, 12b ... Detection vibration arm as 1st vibration arm, 14a, 14b ... Drive vibration arm as 2nd vibration arm, 16a, 16b ... Adjustment vibration arm, 18a, 18b, 19a, 19b ... electrode pad, 20a ... first connecting part, 20b ... second connecting part, 22a ... first supporting part, 22b ... second supporting part, 24 ... fixed frame part, 26a1, 26b1 ... first 1 through hole, 26a2, 26b2 ... second through hole, 28a1, 28a2, 28b1, 28b2 ... through hole, 30a1, 30a2, 30b1, 30b2, 32a1, 32a2, 32b1, 32b2 ... sidewall, 34a, 34b, 36a, 36b ... Connecting part, 42a, 42b, 44a, 44b, 46a, 46b ... weight part, 100 ... gyro element as vibrating piece, 200 ... gyro sensor, 210 ... pad 212 ... first substrate, 214 ... second substrate, 216 ... third substrate, 218 ... cavity, 220 ... external connection terminal, 222 ... internal terminal, 230 ... joining member, 240 ... lid, 250 ... electronic component , 252, 252a, 252b ... connection terminals, 260, 270 ... bonding members, 280 ... bonding wires, 1000 ... display unit, 1100 ... personal computer as electronic equipment, 1200 ... mobile phone as electronic equipment, 1300 ... as electronic equipment Digital cameras, 1400 ... automobiles as moving objects.

Claims (6)

基部と、
前記基部から延出する一対の第1振動腕と、を有する振動片であって、
それぞれの前記第1振動腕には貫通穴が形成されており、
前記貫通穴は、穴幅が前記第1振動腕の延出する前記基部の端部側から前記第1振動腕の先端側に向かうに従って狭くなっている部分を有する第1貫通穴と、
穴幅が前記第1振動腕の先端側から前記端部に向かうに従って狭くなっている部分を有する第2貫通穴と、を含んでいることを特徴とする振動片。
The base,
A vibration piece having a pair of first vibrating arms extending from the base portion,
A through hole is formed in each of the first vibrating arms,
The through hole has a first through hole that has a portion whose hole width becomes narrower from the end side of the base portion where the first vibrating arm extends toward the distal end side of the first vibrating arm;
A resonator element, comprising: a second through hole having a portion whose hole width becomes narrower from the distal end side of the first vibrating arm toward the end portion.
請求項1に記載の振動片において、
前記貫通穴は、平面視で直角三角形状又は二等辺三角形状になっていることを特徴とする振動片。
The resonator element according to claim 1,
The resonator element according to claim 1, wherein the through hole has a right triangle shape or an isosceles triangle shape in plan view.
請求項1又は請求項2に記載の振動片において、
前記第1振動腕が延出する前記基部側とは反対側の端部から延出する一対の第2振動腕を有し、
前記第2振動腕は、前記第2振動腕の延出する方向に沿って、貫通穴が複数個配列し形成されていることを特徴とする振動片。
In the resonator element according to claim 1 or 2,
A pair of second vibrating arms extending from an end opposite to the base side from which the first vibrating arms extend;
The vibrating piece, wherein the second vibrating arm is formed by arranging a plurality of through holes along a direction in which the second vibrating arm extends.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の振動片と、
前記振動片を駆動する回路および信号を検出する回路を含む電子部品と、前記振動片と前記電子部品とを収容するパッケージと、を備えていることを特徴とするジャイロセンサー。
The resonator element according to any one of claims 1 to 3,
A gyro sensor comprising: an electronic component including a circuit for driving the vibration piece and a circuit for detecting a signal; and a package for housing the vibration piece and the electronic component.
請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする電子機器。   An electronic device comprising the resonator element according to any one of claims 1 to 3. 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とする移動体。   A moving body comprising the resonator element according to any one of claims 1 to 3.
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