JP2016186479A - 物理量検出振動素子、物理量検出振動子、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数調整幅を広く確保しつつ、等価直列抵抗を小さくすることのできる物理量検出振動素子、物理量検出振動子、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】ジャイロ素子１は、基部２１と、基部２１から延出する駆動腕２２、２３と、基部２１から延出する検出腕２４、２５と、を有する。また、駆動腕２２、２３は、質量調整部４１を有する薄肉部２２２と、薄肉部２２２よりも基部２１側に位置する腕部２２１と、を有し、薄肉部２２２が腕部２２１よりも厚さが薄くなっている。そして、駆動腕２２、２３は、駆動振動モードではＸ軸方向に屈曲振動し、検出振動モードでは、Ｚ軸方向に屈曲振動する。【選択図】図１

Description

本発明は、物理量検出振動素子、物理量検出振動子、電子機器および移動体に関するものである。

従来から、特許文献１のような音叉型の振動素子が知られている。特許文献１の振動素子は、基部と、基部から延出する一対の振動腕と、を有しており、振動腕の先端部には腕部よりも幅が広い薄肉部が設けられている。このような薄肉部には質量調整用の錘部（金属膜）が配置されており、レーザー照射によってこの錘部の少なくとも一部を除去することで振動腕の質量を調整し、振動素子を所定の周波数に合わせ込むことができるようになっている。

ここで、周波数の調整幅を広くするために錘部を平面的により広く配置することが好ましいことから、特許文献１の振動素子では薄肉部の幅が腕部よりも広くなっている。しかしながら、薄肉部の幅を広くすると、その分、薄肉部の質量が大きくなり、振動素子の周波数が低くなってしまう。そして、この周波数の低下をキャンセルするためには、例えば、腕部の幅を狭くして周波数を高める必要がある。しかしながら、腕部の幅を狭くすると、腕部に配置された電極面積が小さくなり、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス。等価直列抵抗）が大きくなってしまう。ＣＩ値が大きくなると、発振し難くなったり、消費電力が増大したりするという問題がある。

特開２００８−２０９１１６号公報

本発明の目的は、周波数調整幅を広く確保しつつ、等価直列抵抗を小さくすることのできる物理量検出振動素子、物理量検出振動子、電子機器および移動体を提供することにある。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例の物理量検出振動素子は、基部と、
前記基部と接続された振動腕と、を有し、
前記振動腕は、
第１の厚さｔ１を有し、質量調整部を備える第１の部分と、
前記第１の厚さｔ１よりも厚い第２の厚さｔ２を有し、前記第１の部分よりも前記基部側に位置する第２の部分と、を有し、
駆動振動モードでは、前記振動腕が第１の方向に屈曲振動し、
検出振動モードでは、前記振動腕が前記第１の方向とは異なる第２の方向に屈曲振動することを特徴とする。

これにより、第１の部分を広くしても、第１の部分の質量が抑えられるため、質量調整部による周波数調整幅を広く確保しつつ、等価直列抵抗を小さくすることのできる物理量検出振動素子が得られる。

［適用例２］
本適用例の物理量検出振動素子では、前記第１の部分は、前記第２の部分よりも幅が広いことが好ましい。

これにより、質量調整部の平面積を広くすることができ、周波数調整幅がより広くなる。

［適用例３］
本適用例の物理量検出振動素子では、前記第１の部分の一方の主面と前記第２の部分の一方の主面とが同一面上に位置していることが好ましい。

これにより、第１の部分を片側から薄くすればよいため、第１の部分の形成が容易となる。

［適用例４］
本適用例の物理量検出振動素子では、前記第１の部分の一方の主面は、前記第２の部分の一方の主面よりも他方の主面側に位置し、
前記第１の部分の他方の主面は、前記第２の部分の前記他方の主面よりも前記一方の主面側に位置していることが好ましい。
これにより、振動腕をより対称的に屈曲振動させることができる。

［適用例５］
本適用例の物理量検出振動素子では、前記第１の部分は、前記基部から離間する方向に向けて厚さが漸減している部分を有することが好ましい。

これにより、例えば、第１の部分と第２の部分との境界部等への応力集中を緩和することができる。

［適用例６］
本適用例の物理量検出振動子は、上記適用例の物理量検出振動素子と、
前記物理量検出振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする。
これにより、信頼性の高い物理量検出振動子が得られる。

［適用例７］
本適用例の電子機器は、上記適用例の物理量検出振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

［適用例８］
本適用例の移動体は、上記適用例の物理量検出振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い移動体が得られる。

本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第１実施形態を示す平面図である。 （ａ）が図１中のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）が図１中のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）が駆動振動モードを示す模式図、（ｂ）が検出振動モードを示す模式図である。 図１に示すジャイロ素子が有する駆動腕の拡大平面図である。 図４に示す駆動腕の断面図である。 本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第２実施形態を示す断面図である。 本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第３実施形態を示す断面図である。 本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第４実施形態を示す断面図である。 本発明の角速度検出デバイス（物理量検出振動子）の好適な実施形態を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。 ジャイロセンサーの好適な実施形態を示す断面図である。 本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。 本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。 本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

以下、本発明の物理量検出振動素子、物理量検出振動子、電子機器および移動体を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

１．物理量検出振動素子
＜第１実施形態＞
図１は、本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第１実施形態を示す平面図である。図２は、（ａ）が図１中のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）が図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図３は、（ａ）が駆動振動モードを示す模式図、（ｂ）が検出振動モードを示す模式図である。図４は、図１に示すジャイロ素子が有する駆動腕の拡大平面図である。図５は、図４に示す駆動腕の断面図である。なお、以下では、図１に示すように、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸とする。また、説明の便宜上、＋Ｚ軸側を「上側」とも言い、−Ｚ軸側を「下側」とも言う。

図１に示すジャイロ素子（物理量検出振動素子）１は、Ｙ軸まわりの角速度ωｙを検出することのできるジャイロ素子である。このようなジャイロ素子１は、圧電基板２と、圧電基板２の表面に形成された各種電極３１、３２、３３、３４、各種端子５１、５２、５３、５４および質量調整部４１、４２と、を有している。

以下、ジャイロ素子１の構成について詳しく説明するが、以下では、角速度ωｙが加わっていない状態での振動モードを「駆動振動モード」とも言い、駆動振動モードで駆動している最中に加わった角速度ωｙによって励振される新たな振動モードを「検出振動モード」とも言う。

圧電基板２の構成材料としては、特に限定されず、例えば、水晶、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、ランガサイト（Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４）等の各種圧電体材料を用いることができる。ただし、これらの中でも、圧電基板２の構成材料としては、水晶を用いることが好ましい。水晶を用いることで、他の材料と比較して優れた周波数温度特性を有するジャイロ素子１が得られる。なお、以下では、圧電基板２を水晶で構成した場合について説明する。また、圧電基板２の厚さとしては、特に限定されず、例えば、５０μｍ〜２５０μｍ程度とすることができる。

図１に示すように、圧電基板２は、水晶の結晶軸であるＸ軸（電気軸）およびＹ軸（機械軸）で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸（光軸）方向に厚みを有する板状をなしている。すなわち、圧電基板２は、Ｚカット水晶板で構成されている。なお、本実施形態では、Ｚ軸が圧電基板２の厚さ方向と一致しているが、これに限定されず、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、Ｚ軸を圧電基板２の厚さ方向に対して若干（例えば、±１５°未満程度）傾けてもよい。

このような圧電基板２は、図１に示すように、略Ｈ型をなしており、基部２１と、基部２１に接続され、基部２１の−Ｙ軸側の端部から−Ｙ軸側へ延出する一対の駆動腕（振動腕）２２、２３と、基部２１に接続され、基部２１の＋Ｙ軸側の端部から＋Ｙ軸側へ延出する一対の検出腕（振動腕）２４、２５と、を有している。

基部２１は、駆動腕２２、２３および検出腕２４、２５を支持する。また、基部２１は、ＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸方向厚さを有する平板状をなしている。そして、基部２１においてジャイロ素子１が対象物（例えば、後述するパッケージ８のベース８１）に固定される。また、基部２１の下面には駆動信号端子５１、駆動接地端子５２、検出信号端子５３および検出接地端子５４が設けられている。

一対の駆動腕２２、２３は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、互いに基部２１から−Ｙ軸側へ延出している。また、駆動腕２２、２３は、基部２１から延出する幅がほぼ一定の腕部（第２の部分）２２１、２３１と、腕部２２１、２３１の先端側に位置し、腕部２２１、２３１よりも厚さが薄い薄肉部（第１の部分）２２２、２３２と、を有している。言い換えると、駆動腕２２、２３は、薄肉部２２２、２３２と、薄肉部２２２、２３２よりも基部２１側に位置する腕部２２１、２３１と、を有している。

また、図２（ａ）に示すように、腕部２２１、２３１には両主面に開口する溝２２１ａ、２３１ａが設けられており、腕部２２１、２３１は、略「Ｈ」型の横断面形状を有している。これにより、熱弾性損失が低減され、より優れた振動特性を発揮することができる。ただし、溝２２１ａ、２３１ａは、省略してもよい。

また、図２（ａ）に示すように、腕部２２１、２３１には、それぞれ、駆動信号電極３１および駆動接地電極３２が設けられている。駆動信号電極３１は、腕部２２１の両主面（上面および下面）および腕部２３１の両側面に配置され、駆動接地電極３２は、腕部２２１の両側面および腕部２３１の両主面（上面および下面）に配置されている。また、駆動信号電極３１は、図示しない配線を介して駆動信号端子５１に接続され、駆動接地電極３２は、図示しない配線を介して駆動接地端子５２に接続されている。

また、薄肉部２２２、２３２には、それぞれ、膜状の質量調整部４１が設けられている。必要に応じて、レーザー照射等によって質量調整部４１の一部を除去（トリミング）し、駆動腕２２、２３の質量を変化させることで、駆動振動モードの周波数を調整することができる。質量調整部４１は、Ａｕ、Ａｇ等の金属膜で構成されており、例えば、駆動信号電極３１または駆動接地電極３２と一体的に形成することができる（ただし、図１では、説明の便宜上、別体として図示している）。

一対の検出腕２４、２５は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、互いに基部２１から＋Ｙ軸側へ延出している。また、これら検出腕２４、２５は、基部２１から延出する幅がほぼ一定の腕部２４１、２５１と、腕部２４１、２５１よりも先端側に位置する錘部２４２、２５２と、を有している。

また、図２（ｂ）に示すように、腕部２４１、２５１の各主面（上面および下面）には、検出信号電極３３および検出接地電極３４がＸ軸方向に並んで設けられている。また、検出信号電極３３は、図示しない配線を介して検出信号端子５３に接続され、検出接地電極３４は、図示しない配線を介して検出接地端子５４に接続されている。

また、錘部２４２、２５２には、それぞれ、膜状の質量調整部４２が設けられている。必要に応じて、レーザー照射等によって質量調整部４２の一部を除去（トリミング）し、検出腕２４、２５の質量を変化させることで、検出振動モードの周波数を調整することができる。質量調整部４２は、Ａｕ、Ａｇ等の金属膜で構成されており、例えば、検出信号電極３３または検出接地電極３４と一体的に形成することができる（ただし、図１では、説明の便宜上、別体として図示している）。

このような構成のジャイロ素子１では、次のようにして角速度ωｙを検出する。すなわち、まず、駆動信号端子５１および駆動接地端子５２を介して、駆動信号電極３１および駆動接地電極３２の間に所定周波数の交番電圧を印加することで、駆動振動モードが励振され、図３（ａ）に示すように、駆動腕２２、２３がＸ軸方向（第１の方向）に逆相で屈曲振動する。この状態で、ジャイロ素子１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、コリオリの力が働いて、図３（ｂ）に示すように、検出振動モードが新たに励振され、駆動腕２２、２３がＺ軸方向（第２の方向）に逆相で屈曲振動し、これにつられるようにして、検出腕２４、２５もＺ軸方向に逆相で屈曲振動する。すると、この検出腕２４、２５のＺ軸方向の屈曲振動によって、検出信号電極３３および検出接地電極３４の間に電荷が発生する。そして、この電荷を検出信号ＳＳとして検出信号端子５３および検出接地端子５４の間から取り出して、取り出した検出信号ＳＳの大きさに基づいて角速度ωｙが求められる。
以上、ジャイロ素子１の基本的な構成について簡単に説明した。

次に、駆動腕２２、２３の構成について詳細に説明する。
図４に示すように、腕部２２１、２３１の幅（Ｘ軸方向の長さ）をＷ２とし、薄肉部２２２、２３２の幅（Ｘ軸方向の長さ）をＷ１としたとき、Ｗ２＜Ｗ１なる関係を満足している。これにより、質量調整部４１の平面積を十分に大きく確保することができ、周波数調整幅を広くすることができる。さらには、１．５≦Ｗ１／Ｗ２≦２．０なる関係を満足することが好ましい。このような関係を満足することで、前述したように、周波数調整幅を広くすることがでると共に、薄肉部２２２、２３２の過度な大型化を防止することができる。

また、図５に示すように、腕部２２１、２３１の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）をｔ２とし、薄肉部２２２、２３２の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）をｔ１としたとき、ｔ１＜ｔ２なる関係を満足している。このような関係を満足することで、前述したように、薄肉部２２２、２３２の幅を十分に広く確保しつつ、薄肉部２２２、２３２の質量を小さくすることができる。このように、薄肉部２２２、２３２の質量を小さくすることで、次のような効果を発揮することができる。

すなわち、ジャイロ素子１では、振動特性や周波数検出特性を高めるために、駆動振動モードの周波数ｆｄと検出振動モードの周波数ｄｓとの周波数差である離調周波数を所定値（所定範囲内）に調整するのが一般的である。そのために、駆動振動モードの周波数ｆｄの調整幅を広く確保しておくことが好ましい。周波数ｆｄの調整幅を広く確保することで、より多くのジャイロ素子１を適正に離調できるようになり、ジャイロ素子１の歩留まりが向上する。

ここで、駆動振動モードの周波数ｆｄの調整幅を広く確保するためには、質量調整部４１の平面積を大きく確保しなければならず、そのためには、薄肉部２２２、２３２を大きくする必要がある。しかしながら、薄肉部２２２、２３２が大きくなって、薄肉部２２２、２３２の質量が増加するほど、駆動振動モードの周波数ｆｄが低下してしまう。薄肉部２２２、２３２の質量増大によって低下する周波数ｆｄをキャンセルするためには、腕部２２１、２３１の幅Ｗ２を狭くして周波数ｆｄを高めることが効果的であるが、腕部２２１、２３１の幅Ｗ２を狭くすると、腕部２２１においては両主面に配置された駆動信号電極３１の面積が小さくなり、腕部２３１においては両主面に配置された駆動接地電極３２の面積が小さくなる。また、スペース不足で溝２２１ａ、２３１ａを形成できなくなる場合もある。そうすると、Ｑ値が低下し、ＣＩ値（クリスタルインピーダンス。等価直列抵抗）が高くなってしまう。ＣＩ値が高くなると、消費電力が増大したり、発振し難くなったりするという問題が生じる。

そこで、本実施形態のジャイロ素子１では、薄肉部２２２、２３２を腕部２２１、２３１よりも薄くする（すなわち、ｔ１＜ｔ２なる関係を満足する）ことで、質量調整部４１の平面積を十分に大きく確保しつつ、薄肉部２２２、２３２の質量増加を低減し、その分、腕部２２１、２３１の幅Ｗ２を十分に太く維持できるようにしている。そのため、腕部２２１においては、両主面に配置された駆動信号電極３１の面積を十分に大きくすることができ、腕部２３１においては、両主面に配置された駆動接地電極３２の面積が十分に大きくすることができる。したがって、ＣＩ値が十分に低いジャイロ素子１となり、上述したような問題が低減される。

なお、本実施形態では、薄肉部２２２は、圧電基板２の上面および下面を凹没させることで形成されている。すなわち、薄肉部２２２の上面は、腕部２２１の上面よりも下面側（−Ｚ軸側）に位置しており、下面は、腕部２２１の下面よりも上面側（＋Ｚ軸側）に位置している。そのため、腕部２２１の上面と薄肉部２２２の上面との境界には段差が形成されており、腕部２２１の下面と薄肉部２２２の下面との境界にも段差が形成されている。また、薄肉部２２２の厚さ方向（Ｚ軸方向）の中心Ｏ１と、腕部２２１の厚さ方向（Ｚ軸方向）の中心Ｏ２とが、同一のＸＹ平面Ｆｘｙ上に位置している。このことは、駆動腕２３についても同様である。

このように、駆動腕２２、２３を上下対称に形成することで、駆動振動モードにおいて、駆動腕２２、２３をそれぞれＸ軸方向にバランスよく屈曲振動させることができ、検出振動モードにおいて、駆動腕２２、２３をそれぞれＺ軸方向にバランスよく屈曲振動させることができる。よって、駆動振動モードでの検出腕２４、２５の振動を低減することができ、ノイズの発生を効果的に低減して、角速度ωｙの検出精度を向上させることができると共に、振動漏れを効果的に低減して、Ｑ値を向上させることができる。

また、厚さｔ１、ｔ２の関係としては、ｔ１＜ｔ２なる関係を満足して入れば、特に限定されないが、例えば、０．２≦ｔ１／ｔ２≦０．９なる関係を満足することが好ましく、０．２３≦ｔ１／ｔ２≦０．７なる関係を満足することがより好ましく、０．２５≦ｔ１／ｔ２≦０．６なる関係を満足することがさらに好ましい。このような関係を満足することで、薄肉部２２２、２３２の機械的強度を維持したまま、薄肉部２２２、２３２の質量を十分に小さくすることができる。

特に、本実施形態では、薄肉部２２２の上面と腕部２２１の上面に形成された溝２２１ａの底面とが同一のＸＹ平面上に位置しており、薄肉部２２２の下面と腕部２２１の下面に形成された溝２２１ａの底面とが同一のＸＹ平面上に位置している。このことは、駆動腕２３についても同様である。このような構成とすることで、溝２２１ａ、２３１ａと薄肉部２２２、２３２とを同じエッチング工程で形成することができるため、ジャイロ素子１の製造がより容易となる。
以上、第１実施形態のジャイロ素子１について説明した。

本実施形態のジャイロ素子１では、検出腕２４、２５の錘部２４２、２５２は、腕部２４１、２５１と同じ厚さとなっているが、錘部２４２、２５２は、薄肉部２２２、２３２のように、腕部２４１、２５１よりも薄く形成されていてもよい。また、質量調整部４１の平面積を十分に大きく確保することができれば、薄肉部２２２、２３２の幅Ｗ１と腕部２２１、２３１の幅Ｗ２の関係は、Ｗ１＞Ｗ２に限定されず、Ｗ１≦Ｗ２であってもよい。

また、本実施形態では、薄肉部２２２、２３２の両主面に質量調整部４１が設けられているが、質量調整部４１は、薄肉部２２２、２３２の一方の主面にのみ設けられていてもよい。

また、本実施形態では、質量調整部４１を除去して駆動腕２２、２３の質量を小さくすることで、周波数ｆｄを調整することについて説明したが、周波数ｆｄを調整する方法としては、これに限定されず、例えば、質量調整部４１上に金属等の錘材料を堆積させて駆動腕２２、２３の質量を大きくすることで、周波数ｆｄを調整してもよい。

＜第２実施形態＞
図６は、本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第２実施形態を示す断面図である。

以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第２実施形態は、駆動腕が有する薄肉部の形状が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図６では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、駆動腕２２、２３は、互いに同様の構成であるため、以下では、駆動腕２２について代表して説明し、駆動腕２３については、その説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態のジャイロ素子１の駆動腕２２では、圧電基板２の上面を凹没させることで薄肉部２２２が形成されており、薄肉部２２２が腕部２２１の−Ｚ軸側に片寄っている。具体的には、薄肉部２２２の上面が、腕部２２１の上面よりも下面側に位置しており、薄肉部２２２の下面と腕部２２１の下面とが同一のＸＹ平面上に位置している。

このような構成とすることで、次のような効果を発揮することができる。すなわち、本実施形態によれば、薄肉部２２２の下面は、エッチングされていないため（エッチングにより掘り下げられた面ではないため）、荒れの少ない平滑な面となっている。そのため、図６に示すように、薄肉部２２２の下面側からレーザーＬを照射することで、薄肉部２２２の下面でのレーザーＬの乱反射を防止でき、より高い精度で質量調整部４１の除去を行うことができる。

このような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第３実施形態＞
図７は、本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第３実施形態を示す断面図である。

以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第３実施形態は、駆動腕が有する薄肉部の形状が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図７では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、駆動腕２２、２３は、互いに同様の構成であるため、以下では、駆動腕２２について代表して説明し、駆動腕２３については、その説明を省略する。

図７に示すように、本実施形態のジャイロ素子１の駆動腕２２では、薄肉部２２２の厚さが、先端側（自由端側）に向けて漸減している。また、薄肉部２２２の腕部２２１との接続部では、薄肉部２２２の厚さが腕部２２１の厚さとほぼ同じである。そのため、薄肉部２２２の上面と腕部２２１の上面とが連続した面で接続されており、薄肉部２２２の下面と腕部２２１の下面とが連続した面で接続されている。このような構成とすることで、腕部２２１と薄肉部２２２との境界部への応力集中が緩和され、より破損し難いジャイロ素子１となる。特に、本実施形態では、薄肉部２２２が上下対称に形成されているため、駆動振動モードにおいて、駆動腕２２をＸ軸方向にバランスよく屈曲振動させることができ、検出振動モードにおいて、駆動腕２２をＺ軸方向にバランスよく屈曲振動させることができる。

なお、本実施形態では、厚みが漸減するテーパー部が、薄肉部２２２の全長にわたって形成されているが、前記テーパー部は、薄肉部２２２の全長の少なくとも一部に形成されていればよい。また、本実施形態では、薄肉部２２２の上面および下面が湾曲凸面となっているが、薄肉部２２２の上面および下面は、平坦面となっていてもよいし、湾曲凹面となっていてもよい。

このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明のジャイロ素子（物理量検出振動素子）の第４実施形態を示す断面図である。

以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第４実施形態は、駆動腕が有する薄肉部の形状が異なること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図８では、前述した実施形態と同様の構成には同一符号を付してある。また、駆動腕２２、２３は、互いに同様の構成であるため、以下では、駆動腕２２について代表して説明し、駆動腕２３については、その説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態のジャイロ素子１の駆動腕２２では、薄肉部２２２の厚さが、先端側（自由端側）に向けて漸減している。また、薄肉部２２２の腕部２２１との接続部では、薄肉部２２２の厚さが腕部２２１の厚さとほぼ同じである。そのため、薄肉部２２２の上面と腕部２２１の上面とが連続した面で接続されており、薄肉部２２２の下面と腕部２２１の下面とが連続した面で接続されている。このような構成とすることで、腕部２２１と薄肉部２２２との境界部への応力集中が緩和され、より破損し難いジャイロ素子１となる。特に、本実施形態では、薄肉部２２２の下面がエッチングされていない平滑な面となっているため、前述した第２実施形態と同様の効果を発揮することができる。

このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

２．物理量検出振動子
次に、ジャイロ素子１を用いた角速度検出デバイス（物理量検出振動子）について説明する。

図９は、本発明の角速度検出デバイス（物理量検出振動子）の好適な実施形態を示す図であり、（ａ）が平面図、（ｂ）が（ａ）中のＣ−Ｃ線断面図である。

図９に示すように、角速度検出デバイス１０は、ジャイロ素子１と、ジャイロ素子１を収容するパッケージ８と、を有している。

パッケージ８は、凹部８１１を有する箱状のベース８１と、凹部８１１の開口を塞いでベース８１に接合された板状のリッド８２とを有している。そして、凹部８１１がリッド８２によって塞がれることにより形成された収容空間にジャイロ素子１が収納されている。収容空間は、減圧（真空）状態となっている。

ベース８１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や、各種ガラス材料を用いることができる。また、リッド８２の構成材料としては、特に限定されないが、ベース８１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８１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８１とリッド８２の接合方法は、特に限定されず、例えば、接着材やろう材を介して接合することができる。

また、凹部８１１の底面には、接続端子８３１、８３２、８３３、８３４が形成されている。これら接続端子８３１〜８３４は、それぞれ、ベース８１に形成された図示しない内部配線によって、ベース８１の下面に引き出されている。

ジャイロ素子１は、基部２１が導電性接着材８６１、８６２、８６３、８６４によって凹部８１１の底面に固定されている。また、導電性接着材８６１を介して駆動信号端子５１と接続端子８３１とが電気的に接続され、導電性接着材８６２を介して駆動接地端子５２と接続端子８３２とが電気的に接続され、導電性接着材８６３を介して検出信号端子５３と接続端子８３３とが電気的に接続され、導電性接着材８６４を介して検出接地端子５４と接続端子８３４とが電気的に接続されている。導電性接着材８６１〜８６４としては、導電性および接着性を有していれば特に限定されず、例えば、シリコーン系、エポキシ系、アクリル系、ポリイミド系、ビスマレイミド系等の接着材に銀粒子等の導電性フィラーを分散させたものを用いることができる。

３．ジャイロセンサー
次に、ジャイロ素子１を備えるジャイロセンサーについて説明する。

図１０は、ジャイロセンサーの好適な実施形態を示す断面図である。
図１０に示すように、ジャイロセンサー１００は、角速度検出デバイス１０と、ＩＣチップ９とを有している。ＩＣチップ９は、凹部８１１の底面にろう材等によって固定されている。ＩＣチップ９は、導電性ワイヤーによって各接続端子８３１〜８３４と電気的に接続されている（だだし、図１０では、接続端子８３４のみを図示している）。このようなＩＣチップ９は、ジャイロ素子１を駆動振動させるための駆動回路や、角速度が加わったときにジャイロ素子１に生じる検出振動を検出する検出回路等を有する。なお、本実施形態では、ＩＣチップ９がパッケージ８の内部に設けられているが、ＩＣチップ９は、パッケージ８の外部に設けられていてもよい。

４．電子機器
次いで、ジャイロ素子１を備える電子機器について、図１１〜図１３に基づき、詳細に説明する。

図１１は、本発明の電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。

この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１１０８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、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されている。

図１２は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４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１２０８が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されている。

図１３は、本発明の電子機器を適用したデジタルスチールカメラの構成を示す斜視図である。

デジタルスチールカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１３１０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１３１０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。撮影者が表示部１３１０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。このようなデジタルスチールカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されている。

以上のような電子機器は、ジャイロ素子１を備えているため、高い信頼性を発揮することができる。

なお、本発明の電子機器は、図１１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１２の携帯電話機、図１３のデジタルスチールカメラの他にも、例えば、スマートフォン、タブレット端末、時計、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、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）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

５．移動体
次いで、図１に示すジャイロ素子１を備える移動体について、図１４に基づき、詳細に説明する。
図１４は、本発明の移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。

自動車１５００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能するジャイロ素子１が内蔵されており、ジャイロ素子１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。ジャイロ素子１の検出信号は、車体姿勢制御装置１５０２に供給され、車体姿勢制御装置１５０２は、その信号に基づいて車体１５０１の姿勢を検出し、検出結果に応じてサスペンションの硬軟を制御したり、個々の車輪１５０３のブレーキを制御したりすることができる。その他、このような姿勢制御は、二足歩行ロボットやラジコンヘリコプターで利用することができる。以上のように、各種移動体の姿勢制御の実現にあたって、ジャイロ素子１が組み込まれる。

以上、本発明の物理量検出振動素子、物理量検出振動子、電子機器および移動体を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。

また、前述した実施形態では、駆動腕が駆動振動モードのときにＸ軸方向（面内方向）へ屈曲振動し、検出振動モードのときにＺ軸方向（Ｚ軸方向）に屈曲振動する構成について説明したが、駆動振動モードと検出振動モードとで駆動腕の振動方向が異なっていれば、駆動腕の各振動モードでの振動方向は、特に限定されない。例えば、駆動腕は、駆動振動モードにおいてＺ軸方向に屈曲振動し、検出振動モードでＸ軸方向に屈曲振動してもよい。

１……ジャイロ素子
１０……角速度検出デバイス
１００……ジャイロセンサー
２……圧電基板
２１……基部
２２、２３……駆動腕
２２１、２３１……腕部
２２１ａ、２３１ａ……溝
２２２、２３２……薄肉部
２４、２５……検出腕
２４１、２５１……腕部
２４２、２５２……錘部
３１……駆動信号電極
３２……駆動接地電極
３３……検出信号電極
３４……検出接地電極
４１……質量調整部
４２……質量調整部
５１……駆動信号端子
５２……駆動接地端子
５３……検出信号端子
５４……検出接地端子
８……パッケージ
８１……ベース
８１１……凹部
８３１、８３２、８３３、８３４……接続端子
８２……リッド
８６１、８６２、８６３、８６４……導電性接着材
９……ＩＣチップ
１１００……パーソナルコンピューター
１１０２……キーボード
１１０４……本体部
１１０６……表示ユニット
１１０８……表示部
１２００……携帯電話機
１２０２……操作ボタン
１２０４……受話口
１２０６……送話口
１２０８……表示部
１３００……デジタルスチールカメラ
１３０２……ケース
１３０４……受光ユニット
１３０６……シャッターボタン
１３０８……メモリー
１３１０……表示部
１５００……自動車
１５０１……車体
１５０２……車体姿勢制御装置
１５０３……車輪
Ｆｘｙ……ＸＹ平面
Ｌ……レーザー
Ｏ１、Ｏ２……中心
ωｙ……角速度

Claims (8)

1. 基部と、
   前記基部と接続された振動腕と、を有し、
   前記振動腕は、
   第１の厚さｔ１を有し、質量調整部を備える第１の部分と、
   前記第１の厚さｔ１よりも厚い第２の厚さｔ２を有し、前記第１の部分よりも前記基部側に位置する第２の部分と、を有し、
   駆動振動モードでは、前記振動腕が第１の方向に屈曲振動し、
   検出振動モードでは、前記振動腕が前記第１の方向とは異なる第２の方向に屈曲振動することを特徴とする物理量検出振動素子。
2. 前記第１の部分は、前記第２の部分よりも幅が広い請求項１に記載の物理量検出振動素子。
3. 前記第１の部分の一方の主面と前記第２の部分の一方の主面とが同一面上に位置している請求項１または２に記載の物理量検出振動素子。
4. 前記第１の部分の一方の主面は、前記第２の部分の一方の主面よりも他方の主面側に位置し、
   前記第１の部分の他方の主面は、前記第２の部分の前記他方の主面よりも前記一方の主面側に位置している請求項１または２に記載の物理量検出振動素子。
5. 前記第１の部分は、前記基部から離間する方向に向けて厚さが漸減している部分を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の物理量検出振動素子。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量検出振動素子と、
   前記物理量検出振動素子を収容するパッケージと、を有することを特徴とする物理量検出振動子。
7. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量検出振動素子を備えることを特徴とする電子機器。
8. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の物理量検出振動素子を備えることを特徴とする移動体。

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