(57)【要約】【課題】小型で、オーバーエッチングにより所定の周波数からの周波数偏差の少ない圧電振動素子を得る。【解決手段】複数の棒状の振動腕１５ａ、１５ｂ、各振動腕１５ａ、１５ｂの一方の端部間を連接する基部１２、各振動腕１５ａ、１５ｂの他方の端部に夫々形成され各振動腕１５ａ、１５ｂよりも幅広の錘部２０ａ、２０ｂ、及び、各振動腕１５ａ、１５ｂの振動中心線Ｂに沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部１７ａ、１７ｂ、を備えた圧電基板１０である。更に各溝部内を含めた各振動腕の表裏面に夫々形成された励振電極３０〜３６を備え、各錘部２０には夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリット２５が、複数本形成される。【選択図】図１
2012120014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の棒状の振動腕、該各振動腕の一方の端部間を連接する基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部、を備えた圧電基板と、少なくとも前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面に夫々形成され、且つ前記基部に設けた複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、
前記各錘部には夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが、複数本形成されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項２】
前記各周波数調整用スリットは、幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項３】
前記各周波数調整用スリットは、幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が交互にずれていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項４】
前記各周波数調整用スリットは、長手方向寸法が互いに同一であると共に、幅寸法が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項５】
前記各周波数調整用スリットは、幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致し、更に隣在する２本の周波数調整用スリットの長手方向一端部間を連通スリットにより連通させたコ字状の周波数調整用スリット組を複数組備え、
隣接する前記周波数調整用ユニット組における前記連通スリットの位置が交互に逆向きとなるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項６】
前記各周波数調整用スリットの一端部は、前記錘部の端縁にて開放していることを特徴とする請求項１に記載の圧電振動素子。
【請求項７】
前記各周波数調整用スリットは、前記圧電基板の振動中心線に対し対称に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６項の何れか一項に記載の圧電振動素子。
【請求項８】
複数の棒状の振動腕、該各振動腕の一方の端部間を連接する基部、及び、前記各振動腕の振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部を備えた圧電基板と、少なくとも前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面に夫々形成され、且つ前記基部に設けた電極パッドとの間を電気的に接続される励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、
前記各振動腕の他方の端部には、夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが、複数本形成されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項９】
複数の棒状の振動腕、該各振動腕の一方の端部間を連接する基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部、を備えた圧電基板と、前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面及び両側側面に夫々形成された励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、
前記各錘部には夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが複数本形成され、
前記表裏面の対向する励振電極には異符号の電圧が印加され、前記両側側面の励振電極は二分割され、対向する前記表裏面の励振電極と異符号の電圧が印加されていることを特徴とする圧電振動素子。
【請求項１０】
基部と、該基部の対向する２つの端縁から夫々同一直線上に突設された１対の検出用振動腕と、前記基部の対向する他の２つの端縁から夫々前記検出用振動腕と直交する方向に同一直線上に突設された１対の連結腕と、前記各連結腕の先部からそれと直交する両方向へ夫々突設された各１対の駆動用振動腕と、少なくとも前記１対の検出用振動腕と、前記各１対の駆動用振動腕とに夫々形成され、且つ前記基部に設けた複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を備えた振動ジャイロ素子であって、
前記各検出用振動腕及び駆動用振動腕は、先部に夫々各検出用振動腕及び各駆動用振動腕よりも幅広の錘部を有し、該錘部に周波数調整用スリットが複数本形成されていることを特徴とする振動ジャイロ素子。
【請求項１１】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の前記圧電振動素子を製造する方法であって、
前記圧電振動素子の外形及び前記周波数調整用スリットをエッチングにより形成する工程と、
前記溝部をエッチングにより形成する工程と、
前記励振電極を成膜する工程と、
を有することを特徴とする前記圧電振動素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の振動ジャイロ素子を製造する方法であって、
前記振動ジャイロ素子の外形及び前記周波数調整用スリットをエッチングにより形成する工程と、
前記励振電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする前記圧電振動素子又は前記振動ジャイロ素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージとを備えたることを特徴とする圧電振動子。
【請求項１４】
請求項１０に記載の振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子を収容するパッケージとを備えたることを特徴とする振動ジャイロセンサー。
【請求項１５】
請求項１乃至９の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振するＩＣ部品と、前記圧電振動素子を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項１６】
請求項１０に記載の振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子の各駆動用振動腕を励振し且つ各検出用振動腕の周波数を検出し処理するＩＣ部品と、前記振動ジャイロ素子を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする振動ジャイロ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動素子、圧電振動素子の製造方法、圧電振動子及び圧電発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧電振動子、例えば音叉型水晶振動子が知られている。音叉型水晶振動子は、時計用の基準周波数源や、圧電ジャイロ装置用の角速度センサなどに用いられ、これらを搭載した電子機器等の小型化が進んでいる。これに伴い、圧電振動子も小型化が求められている。
音叉型圧電振動子の振動周波数は、振動腕の幅に比例し、長さの自乗に反比例する。圧電振動子の小型化を図るには、振動腕の長さを短くするすると同時に振動腕の幅を小さくする必要がある。しかし、このように構成すると高次振動モードが発生し易く、振動モードが不安定になり易い。
【０００３】
この高次振動モードの発生を抑え、安定した振動姿態を得るために、圧電振動素子の振動腕の先端部に、振動腕の腕部の幅よりも広い錘部（バランスヘッド）を形成した圧電振動素子（水晶振動素子）が、特許文献１に開示されている。図１３の平面図に示すように、この音叉型圧電振動素子は、振動腕の先端部に形成した錘部に、略四角形の孔部を設けた構成を有する。圧電振動素子１５０は、その基部１８０の一端縁から一対の細棒状の振動腕１７０が並行に突出形成されており、各振動腕１７０の長手方向先端部には振動腕１７０の腕部１７１の幅よりも広く設定された略四角形の錘部１６０が夫々連接して形成されている。一対の振動腕１７０は相似形である。各錘部１６０は、各振動腕１７０の振動中心線Ｂに対して左右対称であり、腕部１７１には、振動中心線Ｂに沿って、溝部１７２が形成されている。この溝部１７２も振動中心線Ｂに対して対称形に形成されている。
錘部１６０の幅方向中央部には、表面から裏面に貫通する略四角形の孔部１６３が設けられている。この孔部１６３は、圧電振動素子１５０の表裏面に形成される電極を接続するためのスルーホールであり、振動腕１７０の振動中心線Ｂの延長上に位置し、対称形である。
【０００４】
図１４は、圧電振動片１５０の錘部１６０の変形例を示す平面図である。錘部１６０の２つの角隅部からは、図１３に示した基部１８０に向かって腕部１７１と離間しつつ、腕部１７１に沿って一対の突出部１６６が突出されている。２つの突出部１６６は、同等な形状である。
また、特許文献２には、振動ジャイロ素子が開示されている。図１５に示すように振動ジャイロ素子は、中心部に位置する基部２００と、基部２００の上下端縁中央部から夫々直線状に突設された１対の検出用振動腕２１１ａ、２１１ｂと、基部２００の左右両端縁中央部から夫々検出用振動腕２１１ａ、２１１ｂに直交する方向に延出された１対の連結腕２１３ａ、２１３ｂと、各連結腕の先端部からそれと直交して上下方向へ突設された各１対の駆動用振動腕２１４ａ、２１４ｂ、２１５ａ、２１５ｂと、を備えている。更に、基部２００の各角隅部から夫々Ｌ字状に延出される２対の梁２２０ａ、２２０ｂ、２２１ａ、２２１ｂと、梁２２０ａ、２２０ｂの先端部間、及び梁２２１ａ、２２１ｂの先端部間を連結する支持部２２２ａ、２２２ｂと、を同一平面に備え、支持部２２２ａ、２２２ｂを検出用振動腕の延出する方向であって検出用振動腕の外側で、且つ前記駆動用振動腕の間に配置するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０１１６２公報
【特許文献２】特開２０１０−２４３０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、振動腕部の先端部に錘部が形成されているので、圧電振動素子の小型化が可能であり、振動周波数の安定性を得ることができると開示されている。しかしながら、圧電振動基板をフォトグラフィ技法とエッチング手法で形成する際に、エッチング液の濃度、温度、エッチング時間等のバラツキにより圧電振動基板の形状が設計形状と同一とは成らずに微妙にばらつき、この圧電振動基板で圧電振動素子を構成すると、その周波数が所定の周波数からばらつくという問題があった。
また、特許文献２には、基部から直線状に両側へ延出された１対の検出用振動腕と、基部から延出された１対の連結腕と、各連結腕の先端部からそれと直交して両側へ延出された各１対の駆動用振動腕を備えた振動ジャイロ素子が開示されている。しかしながら、振動ジャイロ素子用の圧電基板を、フォトグラフィ技法とエッチング手法で形成すると、エッチング時間等のバラツキにより設計時の形状と同一の振動ジャイロ素子用圧電基板が得られず、所期の特性が得られないという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、エッチング時間等のバラツキにより圧電基板にオーバーエッチングが生じても、圧電振動素子及び振動ジャイロ素子の周波数バラツキを低減することができる圧電振動素子及び振動ジャイロ素子、及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記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。
【０００８】
［適用例１］本発明に係る圧電振動素子は、複数の棒状の振動腕、該各振動腕の一方の端部間を連接する基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部、を備えた圧電基板と、少なくとも前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面に夫々形成され、且つ前記基部に設けた複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記各錘部には夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが、複数本形成されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【０００９】
一対の振動腕の端部に夫々各振動腕よりも幅広の錘部を設けると共に、各錘部に夫々複数の周波数調整用スリットを形成した圧電基板を用いて、音叉型圧電振動素子を構成する。幅広の錘部に周波数調整用スリットを配設することにより、圧電基板の外形を、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工で形成する際に、エッチング時間の超過、つまりオーバーエッチングが生じても、各振動腕の幅が狭くなることによる音叉振動の共振周波数の低下と、周波数調整用スリットの幅が広くなることによる共振周波数の上昇とが相殺し、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。エッチング時間が不足しても、各振動腕の幅が設計値よりも広いことによる音叉振動の共振周波数の上昇と、周波数調整用スリットの幅が設計値よりも狭くなることによる共振周波数の対価と、が相殺し、エッチング時間の不足による所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。錘部を設けることにより圧電振動素子を小型化することができるという効果もある。
【００１０】
［適用例２］また、圧電振動素子は、前記各周波数調整用スリットは、幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致していることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１１】
幅広の錘部に錘部に幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致した周波数調整用スリットを形成することにより、圧電基板の形状をエッチング手法で形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできると共に、周波数調整用スリットのフォトマスクパターンの製作が容易になるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］また、圧電振動素子は、前記各周波数調整用スリットは、幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が交互にずれていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１３】
幅広の錘部に幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が交互にずれた周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動する際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチング手法で形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００１４】
［適用例４］また、圧電振動素子は、前記各周波数調整用スリットは、長手方向寸法が互いに同一であると共に、幅寸法が互いに異なることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１５】
幅広の錘部に長手方向寸法が互いに同一であると共に、幅寸法が互いに異なる周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動をする際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００１６】
［適用例５］また、圧電振動素子は、前記各周波数調整用スリットは、幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致し、更に隣在する２本の周波数調整用スリットの長手方向一端部間を連通スリットにより連通させたコ字状の周波数調整用スリット組を複数組備え、隣接する前記周波数調整用ユニット組における前記連通スリットの位置が交互に逆向きとなるように配置されていることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１７】
幅広の錘部に幅寸法、及び長手方向寸法が互いに同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致し、更に隣接する２本のスリットの長手方向一端部間を連通させたコ字状の周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動をする際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００１８】
［適用例６］また、圧電振動素子は、前記各周波数調整用スリットの一端部は、前記錘部の端縁にて開放していることを特徴とする適用例１に記載の圧電振動素子である。
【００１９】
幅広の錘部に、一端部が錘部の端縁で開放した周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動する際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００２０】
［適用例７］また、圧電振動素子は、前記各周波数調整用スリットは、前記圧電基板の振動中心線に対し対称に形成されていることを特徴とする適用例１乃至６項の何れか一項に記載の圧電振動素子である。
【００２１】
幅広の錘部に、圧電基板の振動中心線に対し対称に配置された周波数調整用スリットを形成することにより、錘部のバランスがよくなり、音叉型圧電振動素子に生じる不要なスプリアス振動を抑止して、周波数安定度を向上させる効果がある。更に、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００２２】
［適用例８］また、圧電振動素子は、複数の棒状の振動腕、該各振動腕の一方の端部間を連接する基部、及び、前記各振動腕の振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部を備えた圧電基板と、少なくとも前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面に夫々形成され、且つ前記基部に設けた電極パッドとの間を電気的に接続される励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記各振動腕の他方の端部には、夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが、複数本形成されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００２３】
各振動腕の端部には、夫々表裏面を貫通し、且つ各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットを形成することにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を小さくできると共に、小型化した音叉型圧電振動素子の構成が可能であるという効果がある。
【００２４】
［適用例９］また、圧電振動素子は、複数の棒状の振動腕、該各振動腕の一方の端部間を連接する基部、前記各振動腕の他方の端部に夫々形成され該各振動腕よりも幅広の錘部、及び、前記各振動腕の振動中心線に沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部、を備えた圧電基板と、前記各溝部内を含めた前記各振動腕の表裏面及び両側側面に夫々形成された励振電極と、を備えた圧電振動素子であって、前記各錘部には夫々表裏面を貫通し、且つ前記各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが複数本形成され、前記表裏面の対向する励振電極には異符号の電圧が印加され、前記両側側面の励振電極は二分割され、対向する前記表裏面の励振電極と異符号の電圧が印加されていることを特徴とする圧電振動素子である。
【００２５】
各振動腕の幅広の錘部に周波数調整用スリットを形成すると共に、各振動腕の表裏面及び両側面に上記のように励振電極を配設する。周波数調整用スリットにより、圧電基板の形状をエッチング加工で形成する際に、エッチング時間の超過、つまりオーバーエッチングが生じても、各振動腕の幅が狭くなることによる捩れ振動の共振周波数の低下と、周波数調整用スリットの幅が広くなることによる共振周波数の上昇とが相殺し、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。更に、錘部を形成することにより圧電振動子を小型化することが可能となるという効果がある。
【００２６】
［適用例１０］本発明に係る振動ジャイロ素子は、基部と、該基部の対向する２つの端縁から夫々同一直線上に突設された１対の検出用振動腕と、前記基部の対向する他の２つの端縁から夫々前記検出用振動腕と直交する方向に同一直線上に突設された１対の連結腕と、前記各連結腕の先部からそれと直交する両方向へ夫々突設された各１対の駆動用振動腕と、少なくとも前記１対の検出用振動腕と、前記各１対の駆動用振動腕とに夫々形成され、且つ前記基部に設けた複数の電極パッドとの間を夫々電気的に接続される励振電極と、を備えた振動ジャイロ素子であって、前記各検出用振動腕及び駆動用振動腕は、先部に夫々各検出用振動腕及び各駆動用振動腕よりも幅広の錘部を有し、該錘部に周波数調整用スリットが複数本形成されていることを特徴とする振動ジャイロ素子である。
【００２７】
各検出用振動腕及び駆動用振動腕の先部に、夫々各検出用振動腕及び各駆動用振動腕よりも幅広の錘部を設け、この錘部に周波数調整用スリットを形成する。各振動腕は屈曲振動で励振されるので、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００２８】
［適用例１１］本発明に係る圧電振動素子の製造方法は、適用例１乃至９の何れか一項に記載の前記圧電振動素子を製造する方法であって、前記圧電振動素子の外形及び前記周波数調整用スリットをエッチングにより形成する工程と、前記溝部をエッチングにより形成する工程と、前記励振電極を成膜する工程と、を有することを特徴とする前記圧電振動素子の製造方法である。
【００２９】
上記製造方法を用いることにより、音叉型圧電振動素子用の圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００３０】
［適用例１２］本発明に係る振動ジャイロ素子の製造方法は、適用例１０に記載の振動ジャイロ素子を製造する方法であって、前記振動ジャイロ素子の外形（輪郭等の形状）及び前記周波数調整用スリットをエッチングにより形成する工程と、前記励振電極を形成する工程と、を有することを特徴とする前記圧電振動素子又は前記振動ジャイロ素子の製造方法である。
【００３１】
上記製造方法を用いることにより、振動ジャイロ素子用の圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００３２】
［適用例１３］本発明に係る圧電振動子は、適用例１乃至９の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージとを備えたることを特徴とする圧電振動子である。
【００３３】
基部、複数の棒状の振動腕、各振動腕に夫々形成された幅広の錘部、各錘に形成した周波数調整用スリット、各振動腕の表面裏面に夫々形成された溝部を有する圧電基板の各振動腕の表裏面に夫々励振電極を配設した圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えた圧電振動子を構成する。
幅広の錘部に周波数調整用スリットを配設することにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、エッチング時間の超過、つまりオーバーエッチングが生じても、各振動腕の幅が狭くなることによる音叉振動の共振周波数の低下と、周波数調整用スリットの幅が広くなることによる共振周波数の上昇とが相殺し、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。錘部を形成することにより圧電振動子を小型化することが可能となるという効果がある。
【００３４】
［適用例１４］本発明に係る振動ジャイロセンサーは、適用例１０に記載の振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子を収容するパッケージとを備えたることを特徴とする振動ジャイロセンサーである。
【００３５】
基部、１対の検出用振動腕、１対の連結腕、各１対の駆動用振動腕、各検出用振動腕及び駆動用振動腕の先部に夫々設けた幅広の錘部、及び錘部に形成した周波数調整用スリットを備えた振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子を収容するパッケージと、を備えた振動ジャイロセンサーを構成する。
各振動腕は屈曲振動で励振されるので、周波数調整用スリットを設けたことにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００３６】
［適用例１５］本発明に係る圧電発振器は、適用例１乃至９の何れか一項に記載の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振するＩＣ部品と、前記圧電振動素子を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする圧電発振器である。
【００３７】
上記の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振するＩＣ部品と、これらを収容するパッケージと、を備えた圧電発振器を構成すると、小型で不要振動が少なく、且つ圧電振動素子の周波数の調整量が少ない圧電発振器が得られるという効果がある。
【００３８】
［適用例１６］本発明に係る振動ジャイロ装置は、適用例１０に記載の振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子の各駆動用振動腕を励振し且つ各検出用振動腕の周波数を検出し処理するＩＣ部品と、前記振動ジャイロ素子を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備えたことを特徴とする振動ジャイロ装置である。
【００３９】
振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子の各駆動用振動腕を励振し且つ各検出用振動腕の周波数を検出し処理する励振するＩＣ部品と、これらを収容するパッケージと、を備えた振動ジャイロ装置を構成する。各振動腕は屈曲振動で励振されるので、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、周波数調整用スリットを設けたことにより、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくでき、振動ジャイロ素子の周波数の調整量が少なく、小型で不要振動の少ない振動ジャイロ装置が得られるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る圧電振動素子の構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図２】本発明の圧電振動素子の動作を定性的に説明する図。
【図３】スリット数と周波数変動量との関係をシミュレーションにより求めた図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、錘部に形成した周波数調整スリットの変形例の平面図。
【図５】第２の実施形態の圧電振動素子の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図６】第３の実施形態の圧電振動素子（捩れ振動素子）の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。
【図７】第４の実施形態の圧電振動素子（振動ジャイロ素子）の概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は動作説明図。
【図８】圧電基板の外形形成工程のフローチャート図。
【図９】圧電基板の溝部形成工程のフローチャート図。
【図１０】電極形成工程のフローチャート図。
【図１１】圧電振動子の構成を示す断面図。
【図１２】圧電発振器の構成を示す断面図。
【図１３】従来の音叉型圧電振動素子の構成を示す平面図。
【図１４】従来の音叉型圧電振動素子の錘部の構成を示す平面図。
【図１５】従来の振動ジャイロ素子の構成を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る圧電振動素子１の構成を示す概略図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図である。
圧電振動素子（音叉型水晶振動素子）１は、圧電基板１０と、励振電極３０、３２、３４、３６と、を概略備えている。
圧電基板１０は、並行に離間配置された複数の棒状の振動腕１５ａ、１５ｂと、各振動腕１５ａ、１５ｂの一方の端部間を連接する基部１２と、各振動腕１５ａ、１５ｂの他方の端部に夫々連接され各振動腕１５ａ、１５ｂよりも幅広の錘部２０ａ、２０ｂと、を備えている。更に、圧電基板１０は、各振動腕１５ａ、１５ｂの振動中心線Ｂに沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部１７ａ、１７ｂを備えている。各錘部２０ａ、２０ｂには夫々表裏面を貫通し、且つ各振動腕１５ａ、１５ｂの長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリット２５が、複数本形成されている。
圧電振動素子１は、圧電基板１０の少なくとも各溝部１７ａ、１７ｂ及びその側面を含めた各振動腕１５ａ、１５ｂの表裏面と、各振動腕１５ａ、１５ｂの両側面とに夫々形成され、且つ基部１２に設けた複数の電極パッド（図示せず）との間を夫々電気的に接続される励振電極３０、３２、３４、３６を備えている。
【００４２】
基部１２は、略矩形状の基部本体１２ａと、基部本体１２ａの他端縁中心部（連結部１２ｄ）を介して基部本体と連結されたＬ字状及び逆Ｌ字状の支持部１２ｂ、１２ｃと、連結部１２ｄと、を備えている。Ｌ字状支持部１２ｂの端部と、逆Ｌ字状の支持部１２ｃの各基端部とが連接され、この連接部分が連結部１２ｄを介して基部本体１２ａの一方の端縁中央に連結され、基部本体の他方の端縁には各振動腕１５ａ、１５ｂの端部が連結されている。
各振動腕１５ａ、１５ｂは、基部本体１２ａの一端縁より所定の間隔を隔てて互いに平行に突設され、各振動腕１５ａ、１５ｂの先端部には振動腕１５ａ、１５ｂよりも幅広の各錘部２０ａ、２０ｂが連接されている。各錘部２０ａ、２０ｂには表裏面を貫通する複数のスリット２５が形成され、スリット２５は各振動腕と並行に延びており、各振動腕１５ａ、１５ｂの中心を通る振動中心線Ｂに対し対称に配置されている。
溝部１７ａ、１７ｂは、各振動腕１５ａ、１５ｂの表裏面に各振動中心線Ｂに対して対称に、各振動腕１５ａ、１５ｂの長手方向に沿って形成されている。つまり、各振動腕１５ａ、１５ｂ及びスリット２５を含む各錘部２０ａ、２０ｂは、互いに同一形状に形成され、音叉振動が安定的に励振されるよう圧電基板１０の重心を通る中心線に対し対称に形成されている。
【００４３】
図１（ｂ）は、各振動腕１５ａ、１５ｂに夫々形成された励振電極３０、３２、３４、３６の配置を示す断面図である。励振電極３０、３４は、各溝部１７ａ、１７ｂの表裏面、及び各溝部１７ａ、１７ｂの側面に形成され、励振電極３２、３６は各振動腕１５ａ、１５ｂの夫々両側面に形成されている。
励振電極３０、３６と、励振電極３２、３４に対しては、互いに異符号の電圧が基部に設けた複数の電極パッドを介して印加される。つまり、励振電極３０、３６に＋電圧が印加されるとき、励振電極３２、３４には−電圧が印加され、図１（ｂ）の矢印で示すような電界が生じ、圧電振動素子１の重心を通る中心線に対し対称な音叉振動が励振される。
なお、溝部１７ａ、１７ｂを形成することにより電界強度が強まり、音叉振動をより効率的に励振することができる。即ち、圧電振動素子のＣＩ（クリスタルインピーダンスー）を小さくすることができる。
また、図１の実施形態において、基部１２は、基部本体１２ａと、Ｌ字状支持部１２ｂと、逆Ｌ字状支持部１２ｃと、連結部１２ｄと、から構成されると説明したが、基部本体１２ａのみでもよい。
【００４４】
図２は、本発明に係る音叉型圧電基板１０に励振電極を形成して共振周波数を測定した際の、エッチング時間と、共振周波数との関係を定性的に示した図である。エッチング時間軸上に設計値とあるのは、この値が設計エッチング時間であることを示す。設計エッチング時間では、音叉型圧電基板１０の周波数は所定の周波数ｆ０となる。エッチング時間が設計エッチング時間を超えると（オーバーエッチング）、各振動腕１５ａ、１５ｂの幅ｗが狭くなり共振周波数は、図２の曲線（破線）Ａに示すように、所定の周波数ｆ０より減少する。一方、図１に示す圧電振動素子１のように、錘部２０ａ、２０ｂに複数のスリット２５が形成されていると、オーバーエッチングにより音叉型圧電素子１の周波数は、錘部２０ａ、２０ｂの質量が減少するため、曲線（実線）Ｂに示すように上昇する。つまり、本発明のように錘部２０ａ、２０ｂに複数のスリット２５を設けることにより、エッチング時間のバラツキ（エッチング液の濃度のバラツキ、エッチング液の温度によるバラツキを含む）により、所定の周波数ｆ０から周波数偏差が大幅に縮小されることが推測される。
【００４５】
図３の左図は、スリット本数と周波数変動量との関係を示す図であって、周波数調整用スリット本数を横軸に、屈曲型圧電振動子の共振周波数変動量（％）を縦軸にした場合の図である。ここで周波数変動量（％）とは、屈曲型圧電振動子の設計値の共振周波数をｆ０とし、その周波数からの周波数変化をΔｆとした場合、Δｆ／ｆ０をパーセント表示したものである。
シミュレーションに用いた屈曲型圧電振動子は、図３の右図のように、周波数調整用スリットが形成された錘部と振動腕とが連結された屈曲型圧電振動子である。屈曲型圧電振動子の長さは１．３７ｍｍであり、振動腕の厚さを１００μｍとし、厚さ４５μｍの溝部を表裏面に形成して振動腕の端部を固定した。オーバーエッチング量として錘部を含む振動腕全体の幅（Ｘ軸方向）を設計値に対し−４μｍとした。
【００４６】
振動腕の幅を設計値より４μｍだけ狭めて（オーバーエッチング）いるので、周波数調整用スリットを設けないときは、屈曲型圧電振動子の共振周波数はｆ０より低下し、点αで示す変動量を示している。
次に、錘部に周波数調整用スリットを形成すると錘部の質量が軽くなり、屈曲型圧電振動子の周波数が上昇する。図３の菱形マークは、周波数調整用スリットの本数を５本、９本、１１本、１３本、１５本と増加させ、屈曲型圧電振動子の周波数変動量をプロットした図である。計算例では、周波数調整用スリット本数を１５本とした場合に、周波数変動量が点βになり、振動腕の幅のオーバーエッチング、つまり−４μｍによる周波数減少と、１５本の周波数調整用スリットを形成したことによる周波数上昇とが互いに相殺し、周波数変動量が零に近づくことが判明した。
【００４７】
一対の振動腕の端部に夫々各振動腕よりも幅広の錘部を設けると共に、各錘部に夫々複数の周波数調整用スリットを形成した圧電基板を用いて、音叉型圧電振動素子を構成する。幅広の錘部に周波数調整用スリットを配設することにより、圧電基板の外形を、フォトリソグラフィ技術を用いたエッチング加工で形成する際に、エッチング時間の超過、つまりオーバーエッチングが生じても、各振動腕の幅が狭くなることによる音叉振動の共振周波数の低下と、周波数調整用スリットの幅が広くなることによる共振周波数の上昇とが相殺し、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできる。逆に、エッチング時間が不足した場合でも、各振動腕の幅が設計値よりも広くなることによる音叉振動の共振周波数の上昇と、周波数調整用スリットの幅が設計値よりも狭くなることによる共振周波数の低下とが相殺し、エッチング時間の不足による所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできる。
また、錘部を設けることにより圧電振動子の小型化が可能になるが、各振動腕１５ａ、１５ｂの表裏両面に形成した溝部１７ａ、１７ｂは必須ではない。
【００４８】
図１（ａ）に示す圧電振動素子では、錘部２０ａ、２０ｂに形成した各周波数調整用スリット２５の夫々の幅寸法、及び長手方向寸法が同一であり、且つ長手方向両端部の位置が夫々一致している例である。
図４は周波数調整用スリット２５の変形例であり、同図（ａ）は、各周波数調整用スリット２５が、夫々幅寸法、及び長手方向寸法が同一であり、且つ長手方向両端部の位置が交互にずれている例である。
図４（ｂ）は、各周波数調整用スリット２５ｂが、長手方向寸法が同一であると共に、幅寸法が一致していない例である。
図１（ａ）のように幅広の錘部に幅寸法、及び長手方向寸法が同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致した周波数調整用スリットを形成することにより、圧電基板の形状（外形、輪郭）をエッチング手法で形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできると共に、周波数調整用スリットのフォトマスクパターンの製作が容易になるという効果がある。
【００４９】
また、図４（ａ）のように幅広の錘部に幅寸法、及び長手方向寸法が同一であり、且つ長手方向両端部の位置が交互にずれた周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動をする際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチング手法で形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
また、図４（ｂ）のように幅広の錘部に長手方向寸法が同一であると共に、幅寸法が一致していない周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動をする際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００５０】
図４（ｃ）は、各周波数調整用スリット２５が、夫々幅寸法、及び長手方向寸法が同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致し、更に隣接する２本の周波数調整用スリットの長手方向一端部間を連通スリットにより連通させたコ字状の周波数調整用スリット組２５ｐを複数組備えている。隣接する前記周波数調整用スリット組２５ｐにおける連通スリットの位置が交互に逆向きとなるように配置されている。
図４（ｄ）は、各周波数調整用スリット２５ｄの一端部は、前記錘部の端縁にて開放しているスリットである。
また、図４（ａ）〜（ｄ）に示すスリット２５ａ〜２５ｐを適宜組み合わせて用いてもよいし、上記に周波数調整用スリットを二段、三段に形成してもよい。また、周波数調整用スリットは表裏でずれていてもよい。
【００５１】
図４（ｃ）のように幅広の錘部に幅寸法、及び長手方向寸法が同一であり、且つ長手方向両端部の位置が一致し、更に隣接する２本のスリットの長手方向一端部間を連通させたコ字状の周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動をする際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
また、図４（ｄ）のように幅広の錘部に、一端部が錘部の端縁で開放した周波数調整用スリットを形成することにより、振動腕が屈曲振動をする際の錘部の慣性を微細に制御でき、音叉型圧電振動素子の周波数を微調整することが可能となる。更に、周波数調整用スリットを設けることにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００５２】
圧電振動素子（音叉型水晶振動素子）１に形成する各周波数調整用スリット２５は、各振動腕１５ａ、１５ｂの各振動中心線Ｂに対し対称に形成されていることが望ましい。これは振動腕１５ａ、１５ｂが屈曲振動で励振される際にバランスがよく、振動の安定度が保持されるためである。
幅広の錘部に、圧電基板の振動中心線Ｂに対し対称に配置された周波数調整用スリットを形成することにより、錘部のバランスがよくなり、音叉型圧電振動素子に生じる不要なスプリアス振動を抑止して、周波数安定度を向上させる効果がある。更に、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００５３】
図５は、第２の実施形態の圧電振動素子（音叉型水晶振動素子）２の構成を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図である。圧電振動素子２の圧電基板１０は、互いに離間しつつ並行に配置された複数の棒状の振動腕１５ａ、１５ｂと、各振動腕１５ａ、１５ｂの一方の端部間を連接する基部１２と、各振動腕１５ａ、１５ｂの各振動中心線Ｂに沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部１７ａ、１７ｂと、を備えている。更に、各振動腕１５ａ、１５ｂの他方の端部には、夫々表裏面を貫通し、且つ各振動腕１５ａ、１５ｂの長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリット２５ｅが、複数本形成されている。周波数調整用スリット２５ｅは、各振動腕１５ａ、１５ｂの振動中心線Ｂに対し、対称に形成さている。
そして、少なくとも各溝部１７ａ、１７ｂ及びその側面を含めた各振動腕１５ａ、１５ｂの表裏面と、各振動腕１５ａ、１５ｂの夫々両側面には、図５（ｂ）の断面図に示すように夫々励振電極３０、３２、及び３４、３６形成され、基部１２に設けた電極パッド（図示せず）との間を電気的に接続されるリード電極（図示せず）が形成されている。
【００５４】
基部１２は、図１に示す圧電振動素子１と同様に、矩形状の基部本体１２ａと、Ｌ字状、及び逆Ｌ字状の支持部１２ｂ、１２ｃと、連結部１２ｄと、備えている。Ｌ字状支持部１２ｂの端部と、逆Ｌ字状の支持部１２ｃの端部とが連接され、この連接部分が連結部１２ｄを介して基部本体１２ａの一方の端部に連結され、他方の端部には各振動腕１５ａ、１５ｂの端部が連結されている。
支持部１２ｂ、１２ｃは必須ではなく、基部１２は基部本体１２ａのみであってもよい。
各振動腕の端部には、夫々表裏面を貫通し、且つ各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットを形成することにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を小さくできると共に、小型化した音叉型圧電振動素子の構成が可能であるという効果がある。
なお、図４に示した周波数調整用スリットの形状、配置のパターンは、本例にも適用することができる。
【００５５】
図６は、第３の実施形態の圧電振動素子（捩れ型水晶振動素子）３の構成を示す図であり、同図（ａ）は錘部を省略した要部平面図、同図（ｂ）はＰ−Ｐ断面図である。圧電振動素子（捩れ型水晶振動素子）３の錘部は、図１の実施形態に示した錘部２０ａ、２０ｂや、図４に示した錘部２０と同様な構造であり、重複するので省略している。
捩れ型水晶振動素子３の水晶基板４０は、複数の棒状の振動腕４５ａ、４５ｂと、各振動腕４５ａ、４５ｂの一方の端部間を連接する基部４２と、各振動腕４５ａ、４５ｂの他方の端部に夫々形成され各振動腕４５ａ、４５ｂよりも幅広の錘部（図１（ａ）、又は図４の錘部と同様）と、各振動腕４５ａ、４５ｂの振動中心線Ｂに沿った表面及び裏面に夫々形成された溝部４７ａ、４７ｂと、を備えている。更に、各振動腕４５ａ、４５ｂの先端部に設けられた錘部には、夫々表裏面を貫通し、且つ各振動腕４５ａ、４５ｂの長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリットが複数本形成されている。
【００５６】
各溝部４７ａ、４７ｂ内及びその側面を含めた各振動腕４５ａ、４５ｂの表裏面には、夫々励振電極５０ａ、５０ｂ、及び５４ａ、５４ｂが形成されている。更に、各振動腕４５ａ、４５ｂの両側面の励振電極は、図６（ｂ）に示すように、図中上下に二分割され、各振動腕４５ａ、４５ｂには夫々励振電極５２ａ、５２ｂ、及び５６ａ、５６ｂが形成されている。つまり、振動腕４５ａの表裏面の励振電極５０ａと５０ｂに対しては、互いに異符号の電圧が印加され、振動腕４５ｂの表裏面の励振電極５４ａと５４ｂには互いに異符号の電圧が印加され、且つ励振電極５０ａと５４ｂ（５０ｂと５４ａ）には互いに異符号の電圧が印加される。
更に、両側面の励振電極５２ｂ、５２ａ（５６ａ、５６ｂ）には、対向する表裏面の励振電極５０ａ、５０ｂ（５４ａ、５４ｂ）と異符号の電圧が印加される。
【００５７】
つまり、振動腕４５ａの表面の励振電極５０ａと、両側面の図中上部の励振電極５２ｂに対しては異符号の電圧が印加され、裏面の励振電極５０ｂと、両側面の図中下部の励振電極５２ａに対しては異符号の電圧が印加される。同様に、振動腕４５ｂの表面の励振電極５４ｂと、対向する両側面の図中上部の励振電極５６ａに対しては異符号の電圧が印加され、裏面の励振電極５４ａと、対向する両側面の図中下部の励振電極５６ｂに対しては異符号の電圧が印加される。その結果、図６（ｂ）の矢印に示すような電界が生じ、同図（ａ）の矢印Ｒ１、Ｒ２で示すような互いに逆方向に捩れる捩れ振動が励振される。
【００５８】
捩れ振動型水晶振動子３の錘部に形成するスリットは、各振動中心線Ｂに対し両外側から対称となるように形成すると効率がよい。これは捩れ振動に関しては振動中心線Ｂから離れた位置にある質量がより共振周波数に関与するからである。つまり、同じ質量を除去する場合に、振動中心線Ｂに近い位置より遠い位置の質量を除去した方が周波数変化が大きいからである。
各振動腕の幅広の錘部に周波数調整用スリットを形成すると共に、各振動腕の表裏面及び両側面に上記のように励振電極を配設する。周波数調整用スリットにより、圧電基板の形状をエッチング加工で形成する際に、エッチング時間の超過、つまりオーバーエッチングが生じても、各振動腕の幅が狭くなることによる捩れ振動の共振周波数の低下と、周波数調整用スリットの幅が広くなることによる共振周波数の上昇とが相殺し、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。更に、錘部を形成することにより圧電振動子を小型化することが可能となるという効果がある。
【００５９】
図７は、第４の実施形態に係る振動ジャイロ素子４の構成を示す平面図である。振動ジャイロ素子４の圧電基板６０は、略矩形の基部６１と、基部６１の対向する２つの端縁中心部から夫々同一直線上に突設された１対の検出用振動腕６２ａ、６２ｂと、基部６１の対向する他の２つの端縁中心部から夫々検出用振動腕６２ａ、６２ｂと直交する方向に同一直線上に突設された１対の連結腕６５ａ、６５ｂと、各連結腕６５ａ、６５ｂの先部からそれと直交する両方向へ夫々突設された各１対の駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂと、を備えている。
各検出用振動腕６２ａ、６２ｂ、及び駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂは、先部に夫々各検出用振動腕６２ａ、６２ｂ、及び各駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂよりも幅広の錘部６４ａ、６４ｂ、及び６９ａ、６９ｂ、７２ａ、７２ｂを有し、各錘部６４ａ、６４ｂ、６９ａ、６９ｂ、７２ａ、７２ｂには、夫々表裏面を貫通し、且つ各振動腕の長手方向に沿って直線状に延びる周波数調整用スリット２５が複数本形成されている。
更に、振動ジャイロ素子４の励振電極（図示せず）は、少なくとも１対の検出用振動腕６２ａ、６２ｂと、各１対の駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂとの表裏面に夫々形成され、且つ基部６１に設けた複数の電極パッド（図示せず）との間を夫々リード電極により電気的に接続されている。
【００６０】
図７（ｂ）は振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。振動ジャイロ素子４は角速度が加わらない状態では、駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂが矢印Ｅで示す方向に屈曲振動を行う。このとき、駆動用振動腕６７ａ、６７ｂと駆動用振動腕７０ａ、７０ｂとが、重心Ｇを通るＹ軸に関して線対称の振動を行っているため、基部６１、連結腕６５ａ、６５ｂ、検出用振動腕６２ａ、６２ｂはほとんど振動しない。
振動ジャイロ素子４にＺ軸回りの角速度ωが加わると、駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂ及び連結腕６５ａ、６５ｂにコリオリ力が働き、新たな振動が励起される。この振動は重心Ｇに対して周方向の振動である。同時に、検出用振動腕６２ａ、６２ｂは、前記振動に応じて検出振動が励起される。この振動により発生した歪を検出用振動腕６２ａ、６２ｂに形成した検出電極が検出して角速度が求められる。
各検出用振動腕及び駆動用振動腕の先部に、夫々各検出用振動腕及び各駆動用振動腕よりも幅広の錘部を設け、この錘部に周波数調整用スリットを形成する。各振動腕は屈曲振動で励振されるので、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００６１】
図８、図９及び図１０は、夫々図１、図５、図６及び図７に示す圧電振動子１〜４の圧電基板の形状及びスリット、溝部の形成、及び励振電極の形成に係る製造工程を示すフローチャートである。
図８は、圧電振動子１〜４の形状（外形、輪郭）及び周波数調整用スリットを形成する製造工程を示すフローチャート図である。工程Ｓ１０では、圧電ウエハー（水晶ウエハー）の全面に蒸着、スパッタリング等により（Ｃｒ＋Ａｕ）等の金属膜を形成する。
工程Ｓ１１では、金属膜の上にフォトレジスト膜（レジスト膜と称す）を全面に塗布する。工程１２では、露光装置を用いて、周波数調整用スリット及び外形のマスクパターンを表裏両面に形成したレジスト膜に露光する。
工程Ｓ１３では、レジスト膜を現像して、感光したレジスト膜を除去する。更に、レジスト膜から露出した金層膜を所定の溶液を用いて溶かして除去すると、周波数調整用スリットと圧電基板の外形パターンとが、多数形成された圧電ウエハーが得られる。
工程Ｓ１４では、フッ酸溶液を用いて、レジスト膜及び金属膜から露出した圧電ウエハーを、所望の周波数調整用スリットを有する圧電基板の外形となるようにウェットエッチングを行う。
工程Ｓ１５では、余分のレジスト膜と金属膜を除去することによりに所望の形状の圧電基板が得られる。所望の形状の圧電基板と圧電ウエハーとは支持片により連結されており、分離されていない。
【００６２】
図９は、振動腕に溝部を形成する製造工程を示すフローチャートである。工程Ｓ２０は、図８で説明したように、周波数調整用スリットが形成された圧電基板の輪郭形状が、格子状に並んだ圧電ウエハーの全面に金属膜を成膜する工程である。工程Ｓ２１では、全面にレジスト膜を塗布する。
工程Ｓ２２では、形成する溝部に対応した溝部マスクを用いて、溝部パターンを表裏面のレジスト膜に露光する。工程Ｓ２３では、レジスト膜を現像後、感光したレジスト膜を除去し、レジスト膜から露出した金層膜を溶かす。
工程Ｓ２４では、溝部と対応し、レジスト膜から露出した圧電基板を、ハーフエッチングする。工程Ｓ２５では、余分のレジスト膜と金属膜とを除去する。
【００６３】
図１０は、励振電極形成の製造工程を示すフローチャートである。工程３０では、圧電基板の全面に励振電極等を形成するため金属膜を蒸着、スパッタリング等を用いて成膜する。工程Ｓ３１では、全面にレジスト塗布する。
工程Ｓ３２では、電極パターンと対応したフォトマスクを用い、電極パターンを表裏両面のレジスト膜に露光する。工程Ｓ３３では、レジスト膜を現像した後、感光したレジスト膜を除去する。そして、電極パターンと対応したレジスト膜から露出した金層膜を溶かす。
工程Ｓ３４でレジスト膜を除去する。ここで、圧電基板の所定の位置に励振電極等が形成された圧電振動素子が形成される。工程Ｓ３５では、圧電ウエハーと圧電振動素子とを連接する支持片を折り取り、圧電ウエハーから圧電振動素子を分割する。
以上では圧電振動素子１〜３の製造工程について説明したが、振動ジャイロ素子４についても、外形及び周波数調整用スリット、励振電極の形成に係る製造工程は同様であるので、省略する。
【００６４】
上記製造方法を用いることにより、音叉型圧電振動素子用の圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
また、上記製造方法を振動ジャイロ素子に適用することにより、振動ジャイロ素子用の圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００６５】
図１１は、上記の圧電振動素子１〜３と、圧電振動素子１〜３を収容するパッケージとを備えた圧電振動子の構成を示す断面図である。パッケージは、矩形の箱状に形成されているパッケージ本体１２０と、ガラス等からなる窓部材１３５ａを有する蓋部材１３５とから成る。
パッケージ本体１２０は、図１１に示すように、絶縁基板として第１の基板１２１と、第２の基板１２２と、第３の基板１２３とを積層して形成されている。絶縁材料としての酸化アルミニウム質のセラミック・グリーンシートを成形し箱状とした後で、焼結して形成されている。実装端子１２５は、第１の基板１２１の外部底面に複数形成されている。
第３の基板１２３は中央部が除去された環状体であり、第３の基板１２３の上部周縁に例えばコバール等の金属シールリング２４が形成されている。
第３の基板１２３と第２の基板１２２とにより、圧電振動素子１を収容する凹部が形成されている。第２の基板１２２の上面の所定の位置には、導体１２６により実装端子１２５と電気的に導通する複数の素子搭載パッド１２７が設けられている。
素子搭載パッド１２７の位置は、圧電振動素子１を載置した際にＬ字状の支持部１２ｂ、１２ｃに形成したパッド電極（図示せず）に対応するように配置されている。
【００６６】
圧電振動子５の製造においては、まず、パッケージ本体１２０の素子搭載パッド１２７に導電性接着剤１３０、例えばエポキシ系接着剤、ポリイミド系接着剤、ビスマレイミド系接着剤の何れかを適量塗布し、その上に圧電振動素子１を載置して荷重をかける。
パッケージ本体１２０に搭載された圧電振動子１の導電性接着剤１３０を硬化させるために所定温度の高温炉内に所定時間入れる。アニール処理を施した後、上方からレーザー光を照射して各振動腕に形成された周波数調整用金属膜の一部を蒸散させて周波数粗調を行う。ガラス窓部１３５ａを備えた蓋部材１３５を、パッケージ本体１２０の上面に形成したシールリング１２４に、シーム溶接する。
パッケージの貫通孔１２８を封止する前に、加熱処理を施す。パッケージの上下を逆にして、貫通孔１２８内の段差部上に金属球の充填材１２８ａを載置する。充填材１２８ａとしては金−ゲルマニウム合金等がよい。充填材１２８ａにレーザー光を照射して溶融させ、貫通孔１２８を封止すると共にパッケージ内部を真空とする。パッケージの外部から窓部材１３５ａを介してレーザー光をパッケージ内に照射し、振動腕に形成した周波数調整用金属膜を蒸散させて周波数微調整を行い、圧電振動子５を完成する。
振動ジャイロ素子４をパッケージに収容して構成する振動ジャイロセンサーについても、圧電振動子５の場合と同様であるので、省略する。
【００６７】
このように、基部、複数の棒状の振動腕、各振動腕に夫々形成された幅広の錘部、各錘に形成した周波数調整用スリット、各振動腕の表面裏面に夫々形成された溝部を有する圧電基板の各振動腕の表裏面に夫々励振電極を配設した圧電振動素子と、該圧電振動素子を収容するパッケージと、を備えた圧電振動子を構成する。
幅広の錘部に周波数調整用スリットを配設することにより、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、エッチング時間の超過、つまりオーバーエッチングが生じても、各振動腕の幅が狭くなることによる音叉振動の共振周波数の低下と、周波数調整用スリットの幅が広くなることによる共振周波数の上昇とが相殺し、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできる。錘部を形成することにより圧電振動子を小型化することが可能となる。
また、振動ジャイロセンサーは、基部、１対の検出用振動腕、１対の連結腕、各１対の駆動用振動腕、各検出用振動腕及び駆動用振動腕の先部に夫々設けた幅広の錘部、及び錘部に形成した周波数調整用スリットを備えた振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子を収容するパッケージと、を備える。
各振動腕は屈曲振動で励振されるので、周波数調整用スリットを設けたことにより、圧電基板の形状（外形、輪郭）をエッチングで形成する際に、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくできるという効果がある。
【００６８】
図１２は、圧電発振器６の構成を示す断面図である。圧電発振器６は、上記の圧電振動素子１〜３と、圧電振動素子１〜３を励振するＩＣ部品１３８と、圧電振動素子１〜３を真空封止すると共にＩＣ部品１３８を収容するパッケージ１２０ａ及び窓部材１３５ａ有する蓋部材１３５と、を備えている。圧電振動素子にレーザー光を照射して粗調製、微調整する手法、また、パッケージの内部を真空にして貫通孔２８の封止する手法等は、圧電振動子５の場合と同様であるので省略する。ＩＣ部品１３８はパッケージ１２０ａのＩＣ部品搭載パッド１２９に、金属バンプ１３６等を用いて電気的に導通接続する。
なお、図１２に示した圧電発振器６の断面図では、ＩＣ部品１３８が気密封止されていない例を示したが、ＩＣ部品１３８をパッケージ内部に配置し、気密封止してもよい。
【００６９】
上記の圧電振動素子と、該圧電振動素子を励振するＩＣ部品と、これらを収容するパッケージと、を備えた圧電発振器を構成すると、小型で不要振動が少なく、且つ圧電振動素子の周波数の調整量が少ない圧電発振器が得られるという効果がある。
振動ジャイロ装置の一例の断面図は、図１２と同様であるので省略する。  
振動ジャイロ装置は、振動ジャイロ素子４と、振動ジャイロ素子４の駆動用振動腕６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂを励振し且つ検出用振動腕６２ａ、６２ｂの周波数を検出し処理するＩＣ部品と、振動ジャイロ素子４を気密封止すると共に前記ＩＣ部品を収容するパッケージと、を備える。
振動ジャイロ素子と、該振動ジャイロ素子の各駆動用振動腕を励振し且つ各検出用振動腕の周波数を検出し処理する励振するＩＣ部品と、これらを収容するパッケージと、を備えた振動ジャイロ装置を構成する。各振動腕は屈曲振動で励振されるので、圧電基板の形状をエッチングで形成する際に、周波数調整用スリットを設けたことにより、オーバーエッチングによる所定の周波数からの偏差を大幅に小さくでき、振動ジャイロ素子の周波数の調整量が少なく、小型で不要振動の少ない振動ジャイロ装置が得られるという効果がある。
【符号の説明】
【００７０】
１、２、３…圧電振動素子、４…振動ジャイロ素子、５…圧電振動子、６…圧電発振器、１０、４０、６０…圧電基板、１２、４２、６１…基部、１２ａ、４２ａ…基部本体、１２ｂ、４２ａ…Ｌ字状支持部、１２ｃ、４２ｃ…逆Ｌ字状支持部、１２ｄ、４２ｄ…連結部、１５ａ、１５ｂ、４５ａ、４５ｂ…振動腕、１７ａ、１７ｂ、４７ａ、４７ｂ…溝部、２０、２０ａ、２０ｂ…錘部、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｐ…周波数調整用スリット、３０、３２、３４、３６、５０ａ、５０ｂ、５２ａ、５２ｂ、５４ａ、５４ｂ、５６ａ、５６ｂ…励振電極、５８ａ、５８ｂ…リード電極、５９ａ、５９ｂ…パッド電極、６５ａ、６５ｂ…連結腕、６２ａ、６２ｂ…検出用振動腕、６７ａ、６７ｂ、７０ａ、７０ｂ…駆動用振動腕、１２０、１２０ａ…パッケージ本体、１２１、１２２、１２３…基板、１２４…シールリング、１２５…実装端子、１２６…導体、１２７…素子搭載パッド、１２８…貫通孔、１２８ａ…充填材、１３０…導電性接着剤、１３５…蓋部材、１３５ａ…窓部材、１２９…ＩＣ部品搭載パッド、１３６…金属バンプ、１３８…ＩＣ部品、Ｂ…振動中心線、Ｇ…重心
【図１】
2012120014.tif 000003
【図２】
2012120014.tif 000004
【図３】
2012120014.tif 000005
【図４】
2012120014.tif 000006
【図５】
2012120014.tif 000007
【図６】
2012120014.tif 000008
【図７】
2012120014.tif 000009
【図８】
2012120014.tif 000010
【図９】
2012120014.tif 000011
【図１０】
2012120014.tif 000012
【図１１】
2012120014.tif 000013
【図１２】
2012120014.tif 000014
【図１３】
2012120014.tif 000015
【図１４】
2012120014.tif 000016
【図１５】
2012120014.tif 000017