(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた耐衝撃性を有する振動素子および振動子を提供する、また、かかる振動素子を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供する。【解決手段】基部２１と、基部２１から延出している連結腕２３１、２３２と、連結腕２３１から延出している駆動腕２４１、２４２と、連結腕２３２から延出している駆動腕２４３、２４４とを備え、基部２１が梁２６１、２６２、２６３、２６４によって第１、第２固定部２５１、２５２に支持されている。各梁２６１、２６２、２６３、２６４は、Ｘ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部（Ｓ字形状部）を有しており、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に弾性を有している。各梁２６１、２６２、２６３、２６４は、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の振動範囲を制限する機能を有する「制限部」を構成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延出している連結腕と、
前記連結腕から延出している振動腕と、
前記振動腕の第１部位に接触することで、前記振動腕の振動範囲を第１範囲に制限する第１制限部と、
前記振動腕の前記第１部位とは異なる第２部位に接触することで、前記振動腕の振動範囲を前記第１範囲よりも広い第２範囲に制限する第２制限部と、を備えることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記第１制限部および前記第２制限部のうちの少なくとも一方の制限部が設けられている制限腕を備えている請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
固定部と、
前記固定部に対して前記基部を支持している支持腕と、を備えており、
前記制限腕は、前記基部および前記固定部の少なくとも一方から延出している請求項２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記制限腕は、前記支持腕を兼ねている請求項３に記載の振動素子。
【請求項５】
前記制限腕は、蛇行している形状をなす部分を有している請求項２ないし４のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項６】
前記第１部位は、前記第２部位よりも前記基部側に位置している請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記振動腕は、腕部と、前記腕部の先端側に設けられていて前記振動腕用腕部よりも幅が大きい幅広部と、を有しており、
前記第１部位は、前記腕部に位置し、
前記第２部位は、前記幅広部に位置している請求項１ないし６のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項８】
前記第１制限部および前記第２制限部は、それぞれ、凸湾曲した面を有している請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項９】
基部と、
前記基部から延出している連結腕と、
前記連結腕から延出している振動腕と、
前記振動腕に接触することで、前記振動腕の振動範囲を制限する第１制限部と、
前記第１制限部が前記振動腕に接触した後に前記振動腕に接触することで、前記振動腕の振動範囲を制限する第２制限部と、を備えることを特徴とする振動素子。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動素子を備えることを特徴とする振動子。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動素子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動素子、振動子、電子機器および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度を検出する角速度センサーは、例えば、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、デジタルカメラやビデオカメラ等の振動制御補正（いわゆる手ぶれ補正）等に用いられる。かかる角速度センサーとしては、例えば、振動素子を備える振動ジャイロセンサーが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１に記載されている角速度センサー素子（振動素子）は、２つの固定部と、２つの固定部に両端が連結されている伝達腕と、伝達腕に一端が連結されている駆動腕および検出腕と、を備えている。このような角速度センサー素子では、駆動腕を面内方向に駆動振動させた状態で、面外方向に沿った検出軸まわりの角速度が加わると、コリオリ力の作用により検出腕の面内方向の振動が励振され、この検出腕の振動によって得られる信号から角速度を検知する。
【０００３】
また、特許文献１に記載されている角速度センサー素子では、外部から過大な衝撃が与えられたときの伝達腕、駆動腕および検出腕の過大な振幅による破損や損傷を防止する目的で、これらの振動腕の振動範囲を制限するストッパー部材がこれらの振動腕に対して所定のクリアランスを空けて配置されている。
しかし、特許文献１に記載されている角速度センサー素子では、ストッパー部材が１つの振動腕に対して１箇所（特に先端部）に接触してその振動範囲を制限するため、振動腕がストッパー部材に接触したときに受ける衝撃が大きく、その結果、振動腕の損傷を十分に防止することができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５６８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、優れた耐衝撃性を有する振動素子および振動子を提供すること、また、かかる振動素子を備える信頼性に優れた電子機器および移動体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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］
本発明の振動素子は、基部と、
前記基部から延出している連結腕と、
前記連結腕から延出している振動腕と、
前記振動腕の第１部位に接触することで、前記振動腕の振動範囲を第１範囲に制限する第１制限部と、
前記振動腕の前記第１部位とは異なる第２部位に接触することで、前記振動腕の振動範囲を前記第１範囲よりも広い第２範囲に制限する第２制限部と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
このような振動素子によれば、第１制限部および第２制限部より振動腕の振動範囲を制限し、振動腕が過度に変形するのを防止または抑制することができる。特に、第１制限部および第２制限部により振動腕の振動範囲を段階的に制限することにより、振動腕と第１制限部および第２制限部との接触による衝撃を和らげ、その衝撃による振動腕の損傷を防止または抑制することができる。その結果、耐衝撃性に優れた振動素子を実現することができる。
【０００８】
［適用例２］
本発明の振動素子では、前記第１制限部および前記第２制限部のうちの少なくとも一方の制限部が設けられている制限腕を備えていることが好ましい。
これにより、制限腕の曲げ変形を伴う弾性を利用して、振動腕が制限部に接触するときの衝撃を緩和することができる。
【０００９】
［適用例３］
本発明の振動素子では、固定部と、
前記固定部に対して前記基部を支持している支持腕と、を備えており、
前記制限腕は、前記基部および前記固定部の少なくとも一方から延出していることが好ましい。
これにより、制限部を固定部、基部、連結部、振動腕および支持腕と一括して形成することができる。そのため、制限部の形成が容易となるとともに、振動腕に対する制限部の位置精度が優れたものとなる。
【００１０】
［適用例４］
本発明の振動素子では、前記制限腕は、前記支持腕を兼ねていることが好ましい。
これにより、制限腕を支持腕とは別途形成する場合に比し、振動素子の小型化を図ることができる。
［適用例５］
本発明の振動素子では、前記制限腕は、蛇行している形状をなす部分を有していることが好ましい。
これにより、制限腕の曲げ変形を伴う弾性を優れたものとし、振動腕が制限部に接触するときの衝撃を効果的に緩和することができる。また、制限腕が支持腕を兼ねる場合、比較的簡単に、支持腕に必要な弾性を確保しつつ、支持腕に制限部を設けることができる。
【００１１】
［適用例６］
本発明の振動素子では、前記第１部位は、前記第２部位よりも前記基部側に位置していることが好ましい。
外部からの衝撃により振動腕が屈曲変形する際、振動腕の先端側の部分の方が基端側の部分よりも変位する速度が高い。そのため、振動腕の先端側の部分が基端側の部分よりも先に制限部に接触する場合、振動腕の基端側の部分が先端側の部分よりも先に制限部に接触する場合によりも振動腕が受ける衝撃よりも大きくなってしまう。そこで、第１部位を第２部位よりも基部側に位置させることにより、振動腕の基端側の部分を先端側の部分よりも先に制限部に接触させ、振動腕が受ける衝撃を低減することができる。
【００１２】
［適用例７］
本発明の振動素子では、前記振動腕は、腕部と、前記腕部の先端側に設けられていて前記振動腕用腕部よりも幅が大きい幅広部と、を有しており、
前記第１部位は、前記腕部に位置し、
前記第２部位は、前記幅広部に位置していることが好ましい。
このような幅広部を有する振動腕は、外部からの衝撃によって変形しやすい。そのため、このような振動腕に本発明を適用することにより、その効果が顕著に発揮される。特に、第２制限部が幅広部との接触により振動腕の振動範囲を制限することにより、第２制限部が幅広部と接触した後の振動腕（特に腕部）のそれ以上の変形を効果的に低減することができ、振動腕の損傷を効果的に防止または抑制することができる。
【００１３】
［適用例８］
本発明の振動素子では、前記第１制限部および前記第２制限部は、それぞれ、凸湾曲した面を有していることが好ましい。
これにより、振動腕が第１制限部や第２制限部に接触した際の姿勢が変動しても、振動腕と第１制限部や第２制限部との接触状態を安定化することができ、その結果、振動腕の損傷を効果的に防止または抑制することができる。
【００１４】
［適用例９］
本発明の振動素子は、基部と、
前記基部から延出している連結腕と、
前記連結腕から延出している振動腕と、
前記振動腕に接触することで、前記振動腕の振動範囲を制限する第１制限部と、
前記第１制限部が前記振動腕に接触した後に前記振動腕に接触することで、前記振動腕の振動範囲を制限する第２制限部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
このような振動素子によれば、第１制限部および第２制限部より振動腕の振動範囲を制限し、振動腕が過度に変形するのを防止または抑制することができる。特に、第１制限部および第２制限部により振動腕の振動範囲を段階的に制限することにより、振動腕と第１制限部および第２制限部との接触による衝撃を和らげ、その衝撃による振動腕の損傷を防止または抑制することができる。その結果、耐衝撃性に優れた振動素子を実現することができる。
【００１６】
［適用例１０］
本発明の振動子は、本発明の振動素子を備えることを特徴とする。
これにより、耐衝撃性に優れた振動子を提供することができる。
［適用例１１］
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する電子機器を提供することができる。
［適用例１２］
本発明の移動体は、本発明の振動素子を備えていることを特徴とする。
これにより、優れた信頼性を有する移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図である。
【図２】図１に示す振動素子の動作を説明するための図である。
【図３】図１に示す振動素子が有する制限腕（支持腕）を説明するための拡大平面図である。
【図４】図３に示す制限腕の作用を説明するための図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る振動素子を示す平面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す平面図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る振動素子を示す平面図である。
【図８】図７に示す振動素子の動作を説明するための図である。
【図９】本発明の振動子の好適な実施形態を示す図であり（ａ）が断面図、（ｂ）が上面である。
【図１０】本発明の振動素子を備える物理量センサーの好適な実施形態を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す物理量センサーの上面図である。
【図１２】図１０に示す物理量センサーの上面図である。
【図１３】本発明の振動素子を備える物理量検出装置のブロック図である。
【図１４】本発明の振動素子を備える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。
【図１５】本発明の振動素子を備える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。
【図１６】本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。
【図１７】本発明の振動素子を備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の振動素子、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．振動素子
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動素子を示す平面図、図２は、図１に示す振動素子の動作を説明するための図である。なお、以下では、説明の便宜上、図１の紙面手前側を「上側」とも言い、紙面奥側を「下側」とも言う。また、図１では、説明の便宜上、電極の図示を省略している。
【００１９】
≪振動素子の基本的構造≫
図１に示す振動素子１は、角速度検出素子（ジャイロ素子）として用いられるものである。このような振動素子１は、圧電基板２と、圧電基板２の表面に形成された電極（図示せず）とを有している。
−圧電基板−
圧電基板２の構成材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料が挙げられる。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振動素子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。
【００２０】
図１に示すように、圧電基板２は、水晶基板の結晶軸であるＹ軸（機械軸）およびＸ軸（電気軸）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、Ｚ軸は、圧電基板２の厚さ方向と一致しているのが好ましいが、常温近傍における周波数温度変化を小さくする観点から、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、振動部２０と、振動部２０を介してＹ軸方向に対向配置された第１、第２固定部２５１、２５２と、第１固定部２５１と振動部２０とを連結する第１、第３梁２６１、２６３（支持腕）と、第２固定部２５２と振動部２０とを連結する第２、第４梁２６２、２６４（支持腕）とを有している。
【００２１】
また、振動部２０は、中心部に位置する基部２１と、基部２１からＹ軸方向両側に延出する第１、第２検出腕２２１、２２２と、基部２１からＸ軸方向両側に延在する第１、第２連結腕２３１、２３２（連結腕）と、第１連結腕２３１の先端部からＹ軸方向両側に延出する第１、第２駆動腕２４１、２４２（振動腕）と、第２連結腕２３２の先端部からＹ軸方向両側に延出する第３、第４駆動腕２４３、２４４（振動腕）とを有し、基部２１が梁２６１、２６２、２６３、２６３によって第１、第２固定部２５１、２５２に支持されている。
【００２２】
第１検出腕２２１は、基部２１から＋Ｙ軸方向に延出し、その先端部には幅広のハンマーヘッド２２１１が設けられている。一方、第２検出腕２２２は、基部２１から−Ｙ軸方向に延出し、その先端部には幅広のハンマーヘッド２２２１が設けられている。これら第１、第２検出腕２２１、２２２は、振動素子１の重心Ｇを通るＸＺ平面に関して面対称に配置されている。
【００２３】
第１、第２検出腕２２１、２２２にハンマーヘッド２２１１、２２２１を設けることで角速度の検出感度が向上するとともに、第１、第２検出腕２２１、２２２の長さを短くすることができる。なお、ハンマーヘッド２２１１、２２２１は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。また、必要に応じて、検出腕２２１、２２２の上面および下面に長さ方向に延在する有底の溝を形成してもよい。
【００２４】
第１連結腕２３１は、基部２１から＋Ｘ軸方向に延出している。一方、第２連結腕２３２は、基部２１から−Ｘ軸方向に延出している。これら第１、第２連結腕２３１、２３２は、重心Ｇを通るＹＺ平面に関して面対称に配置されている。なお、第１、第２連結腕２３１、２３２の上面および下面に、その長さ方向（Ｘ軸方向）に延在する有底の溝を設けてもよい。
【００２５】
第１駆動腕２４１は、第１連結腕２３１の先端部から＋Ｙ軸方向に延出し、その先端部には幅広のハンマーヘッド２４１１（幅広部）が設けられている。また、第２駆動腕２４２は、第１連結腕２３１の先端部から−Ｙ軸方向に延出し、その先端部には幅広のハンマーヘッド２４２１が設けられている。また、第３駆動腕２４３は、第２連結腕２３２の先端部から＋Ｙ軸方向に延出し、その先端部には幅広のハンマーヘッド２４３１が設けられている。また、第４駆動腕２４４は、第２連結腕２３２の先端部から−Ｙ軸方向に延出し、その先端部には幅広のハンマーヘッド２４４１が設けられている。これら４本の駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４は、Ｚ軸方向から見た平面視（以下、単に「平面視」とも言う）で、重心Ｇに関して点対称に配置されている。
【００２６】
駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４にハンマーヘッド２４１１、２４２１、２４３１、２４４１を設けることで角速度の検出感度が向上するとともに、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の長さを短くすることができる。なお、ハンマーヘッド２４１１、２４２１、２４３１、２４４１は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。また、必要に応じて、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の上面および下面に長さ方向に延在する有底の溝を形成してもよい。
第１固定部２５１は、基部２１に対して＋Ｙ軸方向側に位置し、Ｘ軸方向延在して配置されている。一方、第２固定部２５２は、基部２１に対して−Ｙ軸方向側に位置し、Ｘ軸方向に延在して配置されている。これら第１、第２固定部２５１、２５２は、重心Ｇを通るＸＺ平面に関して面対称に配置されている。
【００２７】
第１梁２６１は、第１検出腕２２１と第１駆動腕２４１との間を通って基部２１と第１固定部２５１とを連結している。また、第２梁２６２は、第２検出腕２２２と第２駆動腕２４２との間を通って基部２１と第２固定部２５２とを連結している。また、第３梁２６３は、第１検出腕２２１と第３駆動腕２４３との間を通って基部２１と第１固定部２５１とを連結している。また、第４梁２６４は、第２検出腕２２２と第４駆動腕２４４との間を通って基部２１と第２固定部２５２とを連結している。これら梁２６１、２６２、２６３、２６４は、平面視で、重心Ｇに関して点対称に配置されている。
【００２８】
各梁２６１、２６２、２６３、２６４は、Ｘ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部（Ｓ字形状部）を有しており、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に弾性を有している。また、各梁２６１、２６２、２６３、２６４は、それぞれ、蛇行部を有する細長い形状を有しているので、あらゆる方向に弾性を有している。そのため、外部から衝撃が加えられても、各梁２６１、２６２、２６３、２６４で衝撃を吸収でき、衝撃に起因する検出ノイズを低減または抑制することができる。
【００２９】
また、各梁２６１、２６２、２６３、２６４は、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の振動範囲を制限する機能を有する「制限部」を構成している。なお、各梁２６１、２６２、２６３、２６４については、後に詳述する。
以上説明したような圧電基板２の表面には、図示しない電極が形成されている。
【００３０】
具体的には、第１、第２検出腕２２１、２２２の上面および下面（ハンマーヘッド２２１１、２２２１を除く部分）のそれぞれには、検出信号電極（図示せず）が形成されている。また、第１、第２検出腕２２１、２２２の両側面のそれぞれには、検出接地電極（図示せず）が形成されている。
そして、検出信号電極は、第１、２梁２６１、２６２に形成された検出信号配線（図示せず）を介して、第１、２固定部２５１、２５２に形成された検出信号端子（図示せず）に電気的に接続されている（図９参照）。一方、検出接地電極は、第１、第２梁２６１、２６２に形成された検出接地配線（図示せず）を介して、第１、第２固定部２５１、２５２に形成された検出信号端子（図示せず）に電気的に接続されている（図９参照）。
【００３１】
第１、第２駆動腕２４１、２４２の上面および下面（ハンマーヘッド２４１１、２４２１を除く部分）ならびに第３、第４駆動腕２４３、２４４の両側面のそれぞれには、駆動信号電極（図示せず）が形成されている。また、第３、第４駆動腕２４３、２４４の上面および下面（ハンマーヘッド２４３１、２４４１を除く部分）ならびに第１、第２駆動腕２４１、２４２の両側面のそれぞれには、駆動接地電極（図示せず）が形成されている。
【００３２】
そして、駆動信号電極は、第４梁２６４に形成された駆動信号配線（図示せず）を介して、第２固定部２５２に形成された駆動信号端子（図示せず）に電気的に接続されている（図９参照）。一方、駆動接地電極は、第３梁２６３に形成された駆動接地配線（図示せず）を介して、第１固定部２５１に形成された駆動接地端子（図示せず）に電気的に接続されている（図９参照）。
以上のような電極の構成としては、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。
【００３３】
≪振動素子の駆動≫
次に、振動素子１の駆動について説明する。
振動素子１に角速度が加わらない状態において、駆動信号端子と駆動接地端子との間に電圧（交番電圧）を印加することで駆動信号電極と駆動接地電極との間に電界が生じると、図２（ａ）に示すように、各駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４が矢印Ａに示す方向に屈曲振動（駆動振動）を行う。このとき、第１、第２駆動腕２４１、２４２と第３、第４駆動腕２４３、２４４とが振動素子１の重心Ｇを通るＹＺ平面に関して面対称の振動を行っているため、基部２１、第１、第２検出腕２２１、２２２および第１、第２連結腕２３１、２３２は、ほとんど振動しない。
【００３４】
この駆動振動を行っている状態で、振動素子１にＺ軸周りの角速度ωが加わると、図２（ｂ）に示すような検出振動（検出モードの振動）が励振される。具体的には、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４および第１、第２連結腕２３１、２３２に矢印Ｂ方向のコリオリの力が働き、新たな振動が励起される。この矢印Ｂ方向の振動は、重心Ｇに対して周方向の振動である。また同時に、第１、第２検出腕２２１、２２２には、矢印Ｂの振動に呼応して、矢印Ｃ方向の検出振動が励起される。そして、この振動により第１、第２検出腕２２１、２２２に発生した電荷を、検出信号電極と検出接地電極とから信号として取り出し、この信号に基づいて角速度が求められる。
【００３５】
以上振動素子１の概略を説明したが、このような振動素子１では、梁２６１、２６２、２６３、２６４がそれぞれ駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の振動範囲を制限する機能を有する「制限部（制限腕）」を構成している。これにより、例えば、振動素子１が落下衝撃等の衝撃を受けたとき、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の過度の変形を防止または抑制し、その結果、耐衝撃性に優れた振動素子１を実現することができる。
【００３６】
以下、梁２６１について詳述する。なお、梁２６２、２６３、２６４については、梁２６１と同様であるため、その説明を省略する。
図３は、図１に示す振動素子が有する制限腕（支持腕）を説明するための拡大平面図、図４は、図３に示す制限腕の作用を説明するための図である。
図３に示すように、梁２６１は、第１制限部２６１１と、第１制限部２６１１に対して固定部２５１側に設けられている第２制限部２６１２と、を有している。
【００３７】
第１制限部２６１１は、振動素子１の非駆動状態で、かつ、外部からの衝撃等が加わっていない状態において、駆動腕２４１のハンマーヘッド２４１１（幅広部）と連結腕２３１との間の腕部２４１２の一方の側面（図３中左側の側面）に対して間隔ｇ１をもって配置されている。
また、第２制限部２６１２は、振動素子１の非駆動状態で、かつ、外部からの衝撃等が加わっていない状態において、駆動腕２４１のハンマーヘッド２４１１の一方の側面（図３中左側の側面）に対して間隔ｇ２をもって配置されている。この間隔ｇ２は、前述した間隔ｇ１よりも大きい。
【００３８】
このような第１制限部および第２制限部２６１２が設けられた梁２６１において、図４（ａ）に示すように、第１制限部２６１１は、駆動腕２４１に接触することで、駆動腕２４１の振動範囲を制限する。より具体的には、第１制限部２６１１は、駆動腕２４１の第１部位（具体的には、腕部２４１２）に接触することで、駆動腕２４１の振動範囲を第１範囲に制限する。ここで、第１制限部２６１１は、駆動腕２４１の基端側の部分の振動範囲を主に制限する。
【００３９】
また、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２は、図４（ａ）に示すように、第１制限部２６１１が駆動腕２４１に接触し、かつ、第２制限部２６１２が駆動腕２４１に対して間隔ｇをもって離間した状態を取り得る。したがって、外部からの衝撃がそれほど大きくない場合には、第１制限部２６１１が駆動腕２４１に接触しても、第２制限部２６１２が駆動腕２４１に接触しない状態となり得る。
【００４０】
一方、外部からの衝撃が比較的大きい場合、図４（ｂ）に示すように、第２制限部２６１２は、第１制限部２６１１が駆動腕２４１に接触した後に（すなわち第１制限部２６１１と駆動腕２４１との接触から時間的に遅延して）駆動腕２４１に接触することで、駆動腕２４１の振動範囲を制限する。より具体的には、第２制限部２６１２は、駆動腕２４１の第１部位とは異なる第２部位（具体的には、ハンマーヘッド２４１１）に接触することで、駆動腕２４１の振動範囲を第１範囲よりも広い第２範囲に制限する。ここで、第２制限部２６１２は、駆動腕２４１の先端側の部分の振動範囲を主に制限する。
【００４１】
このような第１制限部２６１１および第２制限部２６１２によれば、駆動腕２４１の振動範囲を制限し、駆動腕２４１が過度に変形するのを防止または抑制することができる。特に、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２により駆動腕２４１の振動範囲を段階的に制限することにより、駆動腕２４１と第１制限部２６１１および第２制限部２６１２との接触による衝撃を和らげ、その衝撃による駆動腕２４１の損傷を防止または抑制することができる。その結果、耐衝撃性に優れた振動素子１を実現することができる。
【００４２】
ここで、第１制限部２６１１が駆動腕２４１に接触する部位（第１部位）は、第２制限部２６１２が駆動腕２４１に接触する部位（第２部位）よりも基部２１側に位置している。外部からの衝撃により駆動腕２４１が屈曲変形する際、駆動腕２４１の先端側の部分の方が基端側の部分よりも変位する速度が高い。そのため、仮に、駆動腕２４１の先端側の部分が基端側の部分よりも先に制限部に接触すると、駆動腕２４１の基端側の部分が先端側の部分よりも先に制限部に接触する場合よりも駆動腕２４１が受ける衝撃よりも大きくなってしまう。そこで、第１部位を第２部位よりも基部側に位置させることにより、駆動腕２４１の基端側の部分を先端側の部分よりも先に制限部に接触させ、駆動腕２４１が受ける衝撃を低減することができる。
【００４３】
また、第１部位が腕部２４１２に位置し、第２部位がハンマーヘッド２４１１に位置している。ハンマーヘッド２４１１を有する駆動腕２４１は、外部からの衝撃によって変形しやすい。そのため、このような駆動腕２４１に本発明を適用することにより、その効果が顕著に発揮される。特に、第２制限部２６１２がハンマーヘッド２４１１との接触により駆動腕２４１の振動範囲を制限することにより、第２制限部２６１２がハンマーヘッド２４１１と接触した後の駆動腕２４１（特に腕部２４１２）のそれ以上の変形を効果的に低減することができ、駆動腕２４１の損傷を効果的に防止または抑制することができる。
【００４４】
また、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２がそれぞれ梁２６１（支持腕）に設けられているため、梁２６１の曲げ変形を伴う弾性を利用して、駆動腕２４１が第１制限部２６１１や第２制限部２６１２に接触するときの衝撃を緩和することができる。特に、前述したように、梁２６１が蛇行している形状をなす部分を有しているため、梁２６１の曲げ変形を伴う弾性を優れたものとし、駆動腕２４１が第１制限部２６１１や第２制限部２６１２に接触するときの衝撃を効果的に緩和することができる。また、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２が設けられた梁２６１が基部２１を固定部２５１に対して支持している「支持腕」を兼ねているため、梁２６１が蛇行している形状をなす部分を有していることにより、比較的簡単に、梁２６１に必要な弾性を確保しつつ、梁２６１に第１制限部２６１１および第２制限部２６１２を設けることができる。
【００４５】
また、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２が設けられた梁２６１は基部２１および固定部２５１と一体で形成されているため、第１制限部２６１１、２６１２を固定部２５１、２５２、基部２１、検出腕２２１、２２２、連結腕２３１、２３２、駆動腕２４１〜２４４および梁２６１〜２６４と一括して形成することができる。そのため、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２の形成が容易となるとともに、駆動腕２４１に対する第１制限部２６１１および第２制限部２６１２の位置精度が優れたものとなる。
【００４６】
また、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２が設けられた梁２６１が基部２１を固定部２５１に対して支持している「支持腕」を兼ねているため、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２が設けられている制限腕を支持腕とは別途形成する場合に比し、振動素子１の小型化を図ることができる。
本実施形態では、梁２６１の蛇行した形状によって駆動腕２４１側に突出した部分をそれぞれ第１制限部２６１１および第２制限部２６１２として用いることにより、駆動腕２４１が第１制限部２６１１や第２制限部２６１２に接触したときの衝撃を効果的に低減することができ、また、梁２６１の構成が比較的簡単となる。
【００４７】
また、梁２６１の蛇行した形状によって駆動腕２４１側に突出した部分をそれぞれ第１制限部２６１１および第２制限部２６１２として用いることにより、第１制限部２６１１および第２制限部２６１２は、それぞれ、凸湾曲した面を有している。これにより、駆動腕２４１が第１制限部２６１１や第２制限部２６１２に接触した際の姿勢が変動しても、駆動腕２４１と第１制限部２６１１や第２制限部２６１２との接触状態を安定化することができ、その結果、駆動腕２４１の損傷を効果的に防止または抑制することができる。
また、梁２６１の蛇行した形状によって検出腕２２１側に突出した部分を、検出腕２２１の振動範囲を制限するのに用いることもできる。
【００４８】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
図５は、本発明の第２実施形態に係る振動素子を示す平面図である。
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。また、図５において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００４９】
図５に示す振動素子１Ａは、圧電基板２Ａを有し、この圧電基板２Ａは、振動部２０と、振動部２０を介してＹ軸方向に対向配置された第１、第２固定部２５１Ａ、２５２Ａと、第１固定部２５１Ａと振動部２０とを連結する第１、第３梁２６１、２６３と、第２固定部２５２Ａと振動部２０とを連結する第２、第４梁２６２、２６４（支持腕）と、第１、第２固定部２５１、２５２間を連結する制限腕２８１、２８２と、を有している。
制限腕２８１は、平面視で、駆動腕２４１に対して梁２６１と対称的に構成されている制限部２８１１と、駆動腕２４２に対して梁２６２と対称的に構成されている制限部２８１２と、制限部２８１１、２８１２間を接続する接続部２８１３と、を有している。
【００５０】
同様に、制限腕２８２は、平面視で、振動腕２４３に対して梁２６３と対称的に構成されている制限部２８２１と、駆動腕２４４に対して梁２６４と対称的に構成されている制限部２８２２と、制限部２８２１、２８２２間を接続する接続部２８２３と、を有している。
このような制限部２８１１、２８１２、２８２１、２８２２は、それぞれ、梁２６１、２６２、２６３、２６４と同様、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の振動範囲を制限する機能を有する。
【００５１】
また、これらの制限部２８１１、２８１２、２８２１、２８２２は、基部２１を支持していないので、基部２１を支持するのに必要な設計の制限がない。
また、梁２６１、２６２、２６３、２６４と制限部２８１１、２８１２、２８２１、２８２２との双方で、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の振動範囲を制限することにより、耐衝撃性に極めて優れた振動素子１Ａを実現することができる。
以上説明したような振動素子１Ａよっても、優れた耐衝撃性を実現することができる。
【００５２】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
図６は、本発明の第３実施形態に係る振動素子を示す平面図である。
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。また、図６において、前述した実施形態と同様の構成については、同一符号を付している。
【００５３】
図６に示す振動素子１Ｂは、圧電基板２Ｂを有し、この圧電基板２Ｂは、振動部２０と、振動部２０を介してＹ軸方向に対向配置された第１、第２固定部２５１、２５２と、第１固定部２５１と振動部２０とを連結する第１、第３梁２６１Ｂ、２６３Ｂ（支持腕）と、第２固定部２５２と振動部２０とを連結する第２、第４梁２６２Ｂ、２６４Ｂ（支持腕）と、を有している。
梁２６１Ｂ、２６２Ｂ、２６３Ｂ、２６４Ｂは、それぞれ、駆動腕２４１、２４２、２４３、２４４の振動範囲を制限する機能を有する「制限部（制限腕）」を構成している。
【００５４】
以下、梁２６１Ｂについて詳述する。なお、梁２６２Ｂ、２６３Ｂ、２６４Ｂについては、梁２６１Ｂと同様であるため、その説明を省略する。
梁２６１Ｂは、第１制限部２６１１Ｂと、第１制限部２６１１Ｂに対して固定部２５１側に設けられている第２制限部２６１２Ｂと、を有している。
第１制限部２６１１Ｂは、駆動腕２４１に接触することで、駆動腕２４１の振動範囲を制限する。第２制限部２６１２Ｂは、第１制限部２６１１Ｂが駆動腕２４１に接触した後に駆動腕２４１に接触することで、駆動腕２４１の振動範囲を制限する。
【００５５】
この梁２６１Ｂは、基部２１からＸ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部（Ｕ字形状部）と、その蛇行部からＹ軸方向に沿って直線的に延びる直線部とを有している。そして、梁２６１Ｂの蛇行部には、第１制限部２６１１Ｂが設けられている。また、梁２６１Ｂの直線部には、その途中に幅が広くなっている部分が設けられ、その部分に第２制限部２６１２Ｂが設けられている。また、梁２６１Ｂの直線部には、検出腕２２１の振動範囲を制限する制限部も設けられている。
以上説明したような振動素子１Ｂよっても、優れた耐衝撃性を実現することができる。
【００５６】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態について説明する。
図７は、本発明の第４実施形態に係る振動素子を示す平面図、図８は、図７に示す振動素子の動作を説明するための図である。
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。
【００５７】
図７に示す振動素子１Ｃは、ジャイロセンサー素子である。
この振動素子１Ｃは、圧電基板２Ｃを有し、この圧電基板２Ｃは、基部２１Ｃと、１対の駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃ（振動腕）と、１対の検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃ（振動腕）と、１対の連結腕２３１Ｃ、２３２Ｃと、１対の調整用振動腕２７１、２７２（振動腕）と、固定部２７０と、固定部２７０に対して基部２１Ｃを支持する梁２６１Ｃ、２６２Ｃ、２６４Ｃ、２６４Ｃ（支持腕）と、を有している。また、図示しないが、振動素子１Ｃは、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃに設けられた駆動電極と、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃに設けられた検出電極と、調整用振動腕２７１、２７２に設けられた調整電極と、を有している。
【００５８】
本実施形態では、圧電基板２Ｃは、圧電体材料で構成されている。このような圧電体材料としては、特に限定されないが、水晶を用いるのが好ましい。これにより、振動素子１Ｃの特性を優れたものとすることができる。なお、以下では、圧電基板２Ｃが水晶で構成されている場合を例に説明する。
基部２１Ｃは、枠状の固定部２７０に対して梁２６１Ｃ、２６２Ｃ、２６３Ｃ、２６４Ｃを介して支持されている。なお、梁２６１Ｃ、２６２Ｃ、２６３Ｃ、２６４Ｃについては、後に詳述する。
【００５９】
駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃは、それぞれ、基部２１Ｃから＋Ｙ軸方向に延出している。また、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃの横断面は、それぞれ、Ｘ軸に平行な１対の辺とＺ軸に平行な１対の辺とを有する矩形をなしている。
そして、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃには、それぞれ、図示しないが、前述した第１実施形態の第１、第３駆動腕２４１、２４３または第２、第４駆動腕２４２、２４４と同様に、通電により駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２ＣをＸ軸方向に屈曲振動させる１対の駆動電極（駆動信号電極および駆動接地電極）が設けられている。
【００６０】
検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃは、それぞれ、基部２１Ｃから−Ｙ軸方向に延出している。また、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃの横断面は、それぞれ、Ｘ軸に平行な１対の辺とＺ軸に平行な１対の辺とを有する矩形をなしている。
【００６１】
そして、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃには、それぞれ、図示しないが、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２ＣのＺ軸方向での屈曲振動に伴って生じる電荷を検出する１対の検出電極（検出信号電極および検出接地電極）が設けられている。
連結腕２３１Ｃは、基部２１Ｃから＋Ｘ軸方向に延出している。一方、連結腕２３２Ｃは、基部２１Ｃから−Ｘ軸方向に延出している。
【００６２】
調整用振動腕２７１は、連結腕２３１Ｃの先端部から＋Ｙ軸方向に延出している。同様に、調整用振動腕２７２は、連結腕２３２Ｃの先端部から＋Ｙ軸方向に延出している。また、調整用振動腕２７１、２７２の横断面は、それぞれ、Ｘ軸に平行な１対の辺とＺ軸に平行な１対の辺とを有する矩形をなしている。
そして、調整用振動腕２７１、２７２には、それぞれ、図示しないが、調整用振動腕２７１、２７２のＸ軸方向での屈曲振動に伴って生じる電荷を出力する１対の調整電極（調整信号電極および調整接地電極）が設けられている。この１対の調整電極は、前述した１対の検出電極に電気的に接続されている。
【００６３】
このように構成された振動素子１Ｃでは、１対の駆動電極間に駆動信号が印加されることにより、図８に示すように、駆動用振動腕２４１Ｃと駆動用振動腕２４２Ｃとが互いに接近・離間するように面内方向に屈曲振動（駆動振動）する。すなわち、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃが図８に示す矢印Ａ１の方向に屈曲する状態と、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃが図８に示す矢印Ａ２の方向に屈曲する状態とを交互に繰り返す。
【００６４】
このように駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃを駆動振動させた状態で、振動素子１ＣにＹ軸に沿った検出軸まわりの角速度ωが加わると、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃは、コリオリ力により、Ｚ軸方向（面外方向）に互いに反対側に屈曲振動し、これに伴い、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃは、Ｚ軸方向に互いに反対側に屈曲振動（検出振動）する。すなわち、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃが図８に示す矢印Ｂ１の方向に屈曲する状態と、駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃが図８に示す矢印Ｂ２の方向に屈曲する状態とを繰り返し、それに伴って、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃが図８に示す矢印Ｃ１の方向に屈曲する状態と、検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃが図８に示す矢印Ｃ２の方向に屈曲する状態とを交互に繰り返す。
【００６５】
このような検出用振動腕２２１Ｃ、２２２Ｃの検出振動により１対の検出電極間に生じた電荷を検出することにより、振動素子１Ｃに加わった角速度ωを求めることができる。
このとき、調整用振動腕２７１、２７２も駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃの駆動振動に伴って互いに接近・離間する方向（面内方向）に屈曲振動する。
かかる振動素子１Ｃでは、例えば製造時のバラツキにより駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃの横断面形状が設計通りとならない場合、振動素子１Ｃに物理量を加えずに駆動用振動腕２４１Ｃ、２２４を通電により振動させた状態において、１対の検出電極間に漏れ出力となる電荷が生じる。
【００６６】
また、振動素子１Ｃでは、振動素子１Ｃに物理量が加えられているか否かにかかわらず駆動用振動腕２４１Ｃ、２４２Ｃを駆動振動させた状態において、１対の調整電極間に調整用出力となる電荷が生じる。
このような調整用出力を用いて、前述した漏れ出力を調整することができる。これにより、センサー出力を調整することができる。
例えば、調整電極の一部を必要に応じてレーザー等を用いて除去することにより、１対の調整電極間の電荷量を少なくし、センサー出力を調整する。
【００６７】
以上振動素子１Ｃの概略を説明したが、このような振動素子１Ｃでは、梁２６１Ｃは、駆動用振動腕２４１Ｃおよび調整用振動腕２７１の振動範囲を制限する機能を有する。同様に、梁２６３Ｃは、駆動用振動腕２４２Ｃおよび調整用振動腕２７２の振動範囲を制限する機能を有する。
また、梁２６２Ｃは、検出用振動腕２２１Ｃの振動範囲を制限する機能を有する。道世に、梁２６４Ｃは、検出用振動腕２２２Ｃの振動範囲を制限する機能を有する。
【００６８】
以下、梁２６１Ｃ、２６２Ｃについて詳述する。なお、梁２６３Ｃ、２６４Ｃについては、梁２６１Ｃ、２６２Ｃと同様であるため、その説明を省略する。
梁２６１Ｃは、第１制限部２６１１Ｃと、第２制限部２６１２Ｃと、第３制限部２６１３Ｃと、第４制限部２６１４Ｃと、を有している。
第１制限部２６１１Ｃは、調整用振動腕２７１に接触することで、調整用振動腕２７１の振動範囲を制限する。第２制限部２６１２Ｃは、第１制限部２６１１Ｃが調整用振動腕２７１に接触した後に調整用振動腕２７１に接触することで、調整用振動腕２７１の振動範囲を制限する。第３制限部２６１３Ｃは、駆動用振動腕２４１Ｃに接触することで、駆動用振動腕２４１Ｃの振動範囲を制限する。第４制限部２６１４Ｃは、第３制限部２６１３Ｃが駆動用振動腕２４１Ｃに接触した後に駆動用振動腕２４１Ｃに接触することで、駆動用振動腕２４１Ｃの振動範囲を制限する。
【００６９】
この梁２６１Ｃは、基部２１からＸ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部（Ｕ字形状部）を有している。そして、梁２６１Ｃの蛇行した形状によって調整用振動腕２７１側に突出した２つの部分に第１制限部２６１１Ｃおよび第２制限部２６１２Ｃが設けられている。また、梁２６１Ｃの蛇行した形状によって駆動用振動腕２４１Ｃ側に突出した２つの部分に第３制限部２６１３Ｃおよび第４制限部２６１４Ｃが設けられている。
梁２６２Ｃは、制限部２６２１Ｃ、２６２２Ｃと、を有している。
【００７０】
制限部２６２１Ｃは、検出用振動腕２２１Ｃに接触することで、検出用振動腕２２１Ｃの振動範囲を制限する。制限部２６２２Ｃは、制限部２６２１Ｃが検出用振動腕２２１Ｃに接触した後に検出用振動腕２２１Ｃに接触することで、検出用振動腕２２１Ｃの振動範囲を制限する。
この梁２６２Ｃは、基部２１からＸ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部（Ｕ字形状部）を有している。そして、梁２６２Ｃの蛇行した形状によって検出用振動腕２２１Ｃ側に突出した２つの部分に制限部２６２１Ｃ、２６２２Ｃが設けられている。
以上説明したような振動素子１Ｃによっても、優れた耐衝撃性を実現することができる。
【００７１】
２．振動子
次に、振動素子１を用いた振動子１０について説明する。
図９は、本発明の振動子の好適な実施形態を示す図であり（ａ）が断面図、（ｂ）が上面である。
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、振動子１０は、振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ８と、を有している。
【００７２】
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振動素子１が収納されている。収容空間は、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００７３】
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。
【００７４】
凹部８１１の底面には、接続端子８３１、８３２、８３３、８３４、８３５、８３６が形成されている。これら接続端子８３１〜８３６は、それぞれ、ベース８１に形成された図示しない貫通電極等によって、ベース８１の下面（パッケージ８の外周面）に引き出されている。接続端子８３１〜８３６の構成としては、導電性を有していれば特に限定されないが、例えば、Ｃｒ（クロム）、Ｗ（タングステン）などのメタライズ層（下地層）に、Ｎｉ（ニッケル）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ｃｕ（銅）などの各被膜を積層した金属被膜で構成することができる。
【００７５】
振動素子１は、第１固定部２５１が導電性接着材８６１、８６２、８６３によって凹部８１１の底面に固定されており、第２固定部２５２が導電性接着材８６４、８６５、８６６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によって、振動素子１に設けられた一方の検出信号端子３１２と接続端子８３１とが電気的に接続され、導電性接着材８６２によって、振動素子１に設けられた一方の検出接地端子３２２と接続端子８３２とが電気的に接続され、導電性接着材８６３によって、振動素子１に設けられた駆動接地端子３４２と接続端子８３３とが電気的に接続され、導電性接着材８６４によって、振動素子１に設けられた他方の検出信号端子３１２と接続端子８３４とが電気的に接続され、導電性接着材８６５によって、振動素子１に設けられた他方の検出接地端子３２２と接続端子８３５とが電気的に接続され、導電性接着材８６６によって、振動素子１に設けられた駆動信号端子３３２と接続端子８３６とが電気的に接続されている。
導電性接着材８６１〜８６６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。
以上説明したような振動子１０によれば、優れた耐衝撃性を発揮することができる。
【００７６】
３．物理量センサー
次に、振動素子１を用いた物理量センサー１００について説明する。
図１０は、本発明の振動素子を備える物理量センサーの好適な実施形態を示す断面図である。図１１および図１２は、それぞれ、図１１に示す物理量センサーの上面図である。なお、図１２では、説明の便宜上、リッドおよび振動素子の図示を省略している。
【００７７】
図１０、図１１および図１２に示すように、物理量センサー１００は、振動素子１と、振動素子１を収容するパッケージ８と、ＩＣチップ９と、を有している。
図１１に示すように、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振動素子１およびＩＣチップ９が収納されている。収容空間は、減圧（真空）状態となっていてもよいし、窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガスが封入されていてもよい。
【００７８】
凹部８１１は、ベース８１の上面に開放する第１凹部８１１ａと、第１凹部８１１ａの底面の中央部に開放する第２凹部８１１ｂと、第２凹部８１１ｂの底面の中央部に開放する第３凹部８１１ｃと、を有している。そして、第１凹部８１１ａの底面から第２凹部８１１ｂの底面に跨って接続配線８７１、８７２、８７３、８７４、８７５、８７６が形成されている。
【００７９】
図１１に示すように、振動素子１は、第１固定部２５１が導電性接着材８６１、８６２、８６３によって第１凹部８１１ａの底面に固定されており、第２固定部２５２が導電性接着材８６４、８６５、８６６によって第１凹部８１１ａの底面に固定されている。そして、導電性接着材８６１によって、一方の検出信号端子３１２と接続配線８７１とが電気的に接続され、導電性接着材８６２によって、一方の検出接地端子３２２と接続配線８７２とが電気的に接続され、導電性接着材８６３によって、駆動接地端子３４２と接続配線８７３とが電気的に接続され、導電性接着材８６４によって、他方の検出信号端子３１２と接続配線８７４とが電気的に接続され、導電性接着材８６５によって、他方の検出接地端子３２２と接続配線８７５とが電気的に接続され、導電性接着材８６６によって、駆動信号端子３３２と接続配線８７６とが電気的に接続されている。
【００８０】
図１２に示すように、ＩＣチップ９は、第３凹部８１１ｃ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配線８７１、８７２、８７３、８７４、８７５、８７６と電気的に接続されている。これにより、２つの検出信号端子３１２、２つの検出接地端子３２２、駆動信号端子３３２、駆動接地端子３４２の各々は、ＩＣチップ９と電気的に接続された状態となっている。ＩＣチップ９は、振動素子１を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動素子１に生じる検出振動を検出する検出回路と、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。
【００８１】
４．物理量検出装置
次に、振動素子１を用いた物理量検出装置１０００について説明する。
図１３は、本発明の振動素子を備える物理量検出装置のブロック図である。
図１３に示すように、物理量検出装置１０００は、振動素子１と、駆動回路７１と、検出回路７２と、を有している。駆動回路７１と検出回路７２とは、例えば、前述したようなＩＣチップ９に組み込むことができる。
【００８２】
駆動回路７１は、駆動回路として機能し、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）７１１と、ＡＣ増幅回路７１２と、振幅調整回路７１３とを有している。このような駆動回路７１は、振動素子１に形成された駆動信号電極３３１に駆動信号を供給するための回路である。
振動素子１が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が振動素子１に形成された駆動信号電極３３１から出力され、駆動信号端子３３２を介してＩ／Ｖ変換回路７１１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路７１１は、入力された交流電流を振動素子１の振動周波数と同一の周波数の交流電圧信号に変換して出力する。Ｉ／Ｖ変換回路７１１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路７１２に入力され、ＡＣ増幅回路７１２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。
【００８３】
ＡＣ増幅回路７１２から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路７１３に入力される。振幅調整回路７１３は、入力された交流電圧信号の振幅を一定値に保持するように利得を制御し、利得制御後の交流電圧信号を、振動素子１に形成された駆動信号端子３３２を介して駆動信号電極３３１に出力する。この駆動信号電極３３１に入力される交流電圧信号（駆動信号）により振動素子１が振動する。
【００８４】
検出回路７２は、検出回路として機能し、チャージアンプ回路７２１、７２２と、差動増幅回路７２３と、ＡＣ増幅回路７２４と、同期検波回路７２５と、平滑回路７２６と、可変増幅回路７２７と、フィルター回路７２８と、を有している。検出回路７２は、振動素子１の第１検出腕２２１に形成された検出信号電極３１１に生じる第１検出信号と、第２検出腕２２２に形成された検出信号電極３１１に生じる第２検出信号と、を差動増幅させて差動増幅信号を生成し、該差動増幅信号に基づいて所定の物理量を検出する回路である。
【００８５】
チャージアンプ回路７２１、７２２には、振動素子１の第１、第２検出腕２２１、２２２に形成された検出信号電極３１１により検出された互いに逆位相の検出信号（交流電流）が、検出信号端子３１２を介して入力される。例えば、チャージアンプ回路７２１には第１検出腕２２１に形成された検出信号電極３１１により検出された第１検出信号が入力され、チャージアンプ回路７２２には第２検出腕２２２に形成された検出信号電極３１１により検出された第２検出信号が入力される。そして、チャージアンプ回路７２１、７２２は、入力された検出信号（交流電流）を、基準電圧Ｖｒｅｆを中心とする交流電圧信号に変換する。
【００８６】
差動増幅回路７２３は、チャージアンプ回路７２１の出力信号と、チャージアンプ回路７２２の出力信号とを差動増幅して差動増幅信号を生成する。差動増幅回路７２３の出力信号（差動増幅信号）は、さらにＡＣ増幅回路７２４で増幅される。同期検波回路７２５は、検波回路として機能し、駆動回路７１のＡＣ増幅回路７１２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路７２４の出力信号を同期検波することにより角速度成分を抽出する。
【００８７】
同期検波回路７２５で抽出された角速度成分の信号は、平滑回路７２６で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路７２７に入力される。可変増幅回路７２７は、平滑回路７２６の出力信号（直流電圧信号）を、設定された増幅率（または減衰率）で増幅（または減衰）して角速度感度を変化させる。可変増幅回路７２７で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路７２８に入力される。
【００８８】
フィルター回路７２８は、可変増幅回路７２７の出力信号から高周波のノイズ成分を除去し（正確には所定レベル以下に減衰させ）、角速度の方向および大きさに応じた極性および電圧レベルの検出信号を生成する。そして、この検出信号は、外部出力端子（図示せず）から外部へ出力される。
このような物理量検出装置１０００によれば、上述のとおり、第１検出腕２２１に形成された検出信号電極３１１に生じる第１検出信号と、第２検出腕２２２に形成された検出信号電極３１１に生じる第２検出信号とを差動増幅させて差動増幅信号を生成し、該差動増幅信号に基づいて所定の物理量を検出することができる。
【００８９】
５．電子機器
次いで、振動素子１を適用した電子機器について、図１４〜図１６に基づき、詳細に説明する。
図１４は、本発明の振動素子を備える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。
【００９０】
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）として機能する振動素子１が内蔵されている。
【００９１】
図１５は、本発明の振動素子を備える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）として機能する振動素子１が内蔵されている。
【００９２】
図１６は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ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。
【００９３】
ディジタルスチルカメラ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。
【００９４】
また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、デ−タ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動素子１が内蔵されている。
以上説明したような電子機器によれば、優れた信頼性を有する。
【００９５】
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図１４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１５の携帯電話機、図１６のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、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。
【００９６】
６．移動体
次いで、図１に示す振動素子を適用した移動体について、図１７に基づき、詳細に説明する。
図１７は、本発明の振動素子を備える移動体を適用した自動車の構成を示す斜視図である。
【００９７】
自動車１５００には、角速度検知手段（ジャイロセンサー）として機能する振動素子１が内蔵されており、振動素子１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。振動素子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、振動素子１が組み込まれる。
以上説明したような移動体によれば、優れた信頼性を有する。
【００９８】
以上、本発明の振動素子、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、振動素子が４本の梁を有している構成について説明したが、梁の数は特に限定されず、１〜３本であってもよいし、５本以上であってもよい。より具体的には、例えば、第２固定部および第２、第４梁を省略して、第１固定部および第１、第３梁によって片側で支持してもよい。
【符号の説明】
【００９９】
１‥‥振動素子  １Ａ‥‥振動素子  １Ｂ‥‥振動素子  １Ｃ‥‥振動素子  ２‥‥圧電基板  ２Ａ‥‥圧電基板  ２Ｂ‥‥圧電基板  ２Ｃ‥‥圧電基板  ８‥‥パッケージ  ９‥‥ＩＣチップ  １０‥‥振動子  ２０‥‥振動部  ２１‥‥基部  ２１Ｃ‥‥基部  ７１‥‥駆動回路  ７２‥‥検出回路  ８１‥‥ベース  ８２‥‥リッド  １００‥‥物理量センサー  ２２１‥‥検出腕  ２２１Ｃ‥‥検出用振動腕  ２２２‥‥検出腕  ２２２Ｃ‥‥検出用振動腕  ２３１‥‥連結腕  ２３１Ｃ‥‥連結腕  ２３２‥‥連結腕  ２３２Ｃ‥‥連結腕  ２４１‥‥駆動腕  ２４１Ｃ‥‥駆動用振動腕  ２４２‥‥駆動腕  ２４２Ｃ‥‥駆動用振動腕  ２４３‥‥駆動腕  ２４４‥‥駆動腕  ２５１‥‥固定部  ２５１Ａ‥‥固定部  ２５２‥‥固定部  ２５２Ａ‥‥固定部  ２６１‥‥梁  ２６１Ａ‥‥梁  ２６１Ｂ‥‥梁  ２６１Ｃ‥‥梁  ２６２‥‥梁  ２６２Ａ‥‥梁  ２６２Ｂ‥‥梁  ２６２Ｃ‥‥梁  ２６３‥‥梁  ２６３Ａ‥‥梁  ２６３Ｂ‥‥梁  ２６３Ｃ‥‥梁  ２６４‥‥梁  ２６４Ａ‥‥梁  ２６４Ｂ‥‥梁  ２６４Ｃ‥‥梁  ２７０‥‥固定部  ２７１‥‥調整用振動腕  ２７２‥‥調整用振動腕  ２８１‥‥制限腕  ２８２‥‥制限腕  ３１１‥‥検出信号電極  ３１２‥‥検出信号端子  ３２１‥‥検出接地電極  ３２２‥‥検出接地端子  ３３１‥‥駆動信号電極  ３３２‥‥駆動信号端子  ３４１‥‥駆動接地電極  ３４２‥‥駆動接地端子  ７１１‥‥変換回路  ７１２‥‥増幅回路  ７１３‥‥振幅調整回路  ７２１‥‥チャージアンプ回路  ７２２‥‥チャージアンプ回路  ７２３‥‥差動増幅回路  ７２４‥‥増幅回路  ７２５‥‥同期検波回路  ７２６‥‥平滑回路  ７２７‥‥可変増幅回路  ７２８‥‥フィルター回路  ８１１‥‥凹部  ８１１ａ‥‥凹部  ８１１ｂ‥‥凹部  ８１１ｃ‥‥凹部  ８３１‥‥接続端子  ８３２‥‥接続端子  ８３３‥‥接続端子  ８３４‥‥接続端子  ８３５‥‥接続端子  ８３６‥‥接続端子  ８６１‥‥導電性接着材  ８６２‥‥導電性接着材  ８６３‥‥導電性接着材  ８６４‥‥導電性接着材  ８６５‥‥導電性接着材  ８６６‥‥導電性接着材  ８７１‥‥接続配線  ８７２‥‥接続配線  ８７３‥‥接続配線  ８７４‥‥接続配線  ８７５‥‥接続配線  ８７６‥‥接続配線  １０００‥‥物理量検出装置  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‥‥ディジタルスチルカメラ  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  １３１２‥‥ビデオ信号出力端子  １３１４‥‥入出力端子  １４３０‥‥テレビモニター  １４４０‥‥パーソナルコンピューター  １５００‥‥自動車  １５０１‥‥車体  １５０２‥‥車体姿勢制御装置  １５０３‥‥車輪  ２２１１‥‥ハンマーヘッド  ２２２１‥‥ハンマーヘッド  ２４１１‥‥ハンマーヘッド  ２４１２‥‥腕部  ２４２１‥‥ハンマーヘッド  ２４３１‥‥ハンマーヘッド  ２４４１‥‥ハンマーヘッド  ２６１１‥‥第１駆動腕  ２６１１Ｂ‥‥第１制限部  ２���１１Ｃ‥‥第１制限部  ２６１２‥‥第２制限部  ２６１２Ｂ‥‥第２制限部  ２６１２Ｃ‥‥第２制限部  ２６１３Ｃ‥‥制限部  ２６１４Ｃ‥‥制限部  ２６２１Ｃ‥‥第１制限部  ２６２２Ｃ‥‥第２制限部  ２８１１‥‥制限部  ２８１２‥‥制限部  ２８１３‥‥接続部  ２８２１‥‥制限部  ２８２２‥‥制限部  ２８２３‥‥接続部  ｇ‥‥間隔  Ｇ‥‥重心  ｇ１‥‥間隔  ｇ２‥‥間隔
【図１】
2015087188.tif 000003
【図２】
2015087188.tif 000004
【図３】
2015087188.tif 000005
【図４】
2015087188.tif 000006
【図５】
2015087188.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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