(57)【要約】【課題】優れた振動バランスを有する振動素子、振動子、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】振動素子１は、基部２１と、基部２１に接続され、振動方向に並んで配置された４本の振動腕２２、２３、２４、２５と、を有している。振動腕２２〜２５のうち、並び方向の両端に位置する振動腕（第１振動腕）２２、２５の幅をＷ１とし、振動腕２２、２５の間に位置する振動腕（第２振動腕）２３、２４の幅をＷ２としたとき、Ｗ１＞Ｗ２なる関係を満足する。【選択図】図１
2016178588.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に接続され、振動方向に並んで配置された少なくとも３本の振動腕と、を有し、
前記３本の振動腕のうち、並び方向の両端に位置する振動腕を第１振動腕とし、前記第１振動腕の間に位置する振動腕を第２振動腕としたとき、
前記第１振動腕の前記振動方向の幅は、前記第２振動腕の前記振動方向の幅よりも大きいことを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記第１振動腕の前記振動方向への振幅をＡ１とし、
前記第２振動腕の前記振動方向への振幅をＡ２としたとき、
０．５７Ａ１≦Ａ２≦Ａ１
なる関係を満足する請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記第１振動腕の前記幅をＷ１とし、
前記第２振動腕の前記幅をＷ２とし、
前記基部の長さをＬ１としたとき、
【数１】
2016178588.tif 000007
なる関係を満足する請求項１または２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記第１振動腕の長さは、前記第２振動腕の長さよりも小さい請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記第１振動腕および前記第２振動腕は、それぞれ、先端部に錘部を有し、
前記第１振動腕の前記錘部は、前記第２振動腕の前記錘部よりも質量が小さい請求項１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２振動腕を少なくとも２本有し、
１本の前記第１振動腕と１本の前記第２振動腕とで第１振動系を構成し、
他の１本の前記第１振動腕と他の１本の前記第２振動腕とで第２振動系を構成し、
前記第１振動系では、前記第１振動腕と前記第２振動腕とが、前記振動方向に同相で屈曲振動し、
前記第２振動系では、前記第１振動腕と前記第２振動腕とが、前記振動方向に同相で、かつ、前記第１振動系とは逆相で屈曲振動する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記第１振動系および前記第２振動系では、それぞれ、前記第１振動腕と前記第２振動腕とが、前記振動方向に同相で、かつ、前記基部の厚さ方向に逆相で屈曲振動する請求項６に記載の振動素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を備えることを特徴とする振動子。
【請求項９】
請求項１ないし７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電子機器。
【請求項１０】
請求項１ないし７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ものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、振動素子として、特許文献１のような構成が知られている。特許文献１に記載の振動素子は、基部および３本の振動腕を有し、両端部に位置する２本の振動腕と中央部に位置する１本の振動腕をＺ軸逆相モードで振動させる構成となっている。ここで、仮に、３本の振動腕をＸ軸方向に振動させるように構成した場合、両端部に位置する２本の振動腕と、中央部に位置する１本の振動腕とで振幅が異なってしまい、振動バランスの悪い振動素子となってしまう。なお、振幅が異なる原因としては、両端部に位置する２本の振動腕と中央部に位置する振動腕とで、基部との接続部の剛性が異なることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１０５０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、優れた振動バランスを有する振動素子、振動子、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】
【０００５】
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。
【０００６】
［適用例１］
本適用例の振動素子は、基部と、
前記基部に接続され、振動方向に並んで配置された少なくとも３本の振動腕と、を有し、
前記３本の振動腕のうち、並び方向の両端に位置する振動腕を第１振動腕とし、前記第１振動腕の間に位置する振動腕を第２振動腕としたとき、
前記第１振動腕の前記振動方向の幅は、前記第２振動腕の前記振動方向の幅よりも大きいことを特徴とする。
これにより、第１振動腕と第２振動腕の振幅の差が小さくなる。そのため、振動バランスが向上し、振動特性に優れる振動素子となる。
【０００７】
［適用例２］
本適用例の振動素子では、前記第１振動腕の前記振動方向への振幅をＡ１とし、
前記第２振動腕の前記振動方向への振幅をＡ２としたとき、
０．５７Ａ１≦Ａ２≦Ａ１
なる関係を満足することが好ましい。
これにより、振動バランスを向上させることができる。
【０００８】
［適用例３］
本適用例の振動素子では、前記第１振動腕の前記幅をＷ１とし、
前記第２振動腕の前記幅をＷ２とし、
前記基部の長さをＬ１としたとき、
【数１】
2016178588.tif 000003
なる関係を満足することが好ましい。
これにより、振動バランスを向上させることができる。
【０００９】
［適用例４］
本適用例の振動素子では、前記第１振動腕の長さは、前記第２振動腕の長さよりも小さいことが好ましい。
これにより、振動バランスを向上させることができる。
【００１０】
［適用例５］
本適用例の振動素子では、前記第１振動腕および前記第２振動腕は、それぞれ、先端部に錘部を有し、
前記第１振動腕の前記錘部は、前記第２振動腕の前記錘部よりも質量が小さいことが好ましい。
これにより、振動バランスを向上させることができる。
【００１１】
［適用例６］
本適用例の振動素子では、前記第２振動腕を少なくとも２本有し、
１本の前記第１振動腕と１本の前記第２振動腕とで第１振動系を構成し、
他の１本の前記第１振動腕と他の１本の前記第２振動腕とで第２振動系を構成し、
前記第１振動系では、前記第１振動腕と前記第２振動腕とが、前記振動方向に同相で屈曲振動し、
前記第２振動系では、前記第１振動腕と前記第２振動腕とが、前記振動方向に同相で、かつ、前記第１振動系とは逆相で屈曲振動することが好ましい。
これにより、振動漏れを低減することができる。
【００１２】
［適用例７］
本適用例の振動素子では、前記第１振動系および前記第２振動系では、それぞれ、前記第１振動腕と前記第２振動腕とが、前記振動方向に同相で、かつ、前記基部の厚さ方向に逆相で屈曲振動することが好ましい。
これにより、振動漏れを低減することができる。
【００１３】
［適用例８］
本適用例の振動子は、上記適用例の振動素子と、
前記振動素子を収容するパッケージと、を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動子となる。
【００１４】
［適用例９］
本適用例の電子機器は、上記適用例の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。
【００１５】
［適用例１０］
本適用例の移動体は、上記適用例の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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の振動素子の第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す振動素子の駆動状態を示す図である。
【図４】振動腕の幅とＣＩ値の関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す振動素子の駆動状態を示す図である。
【図６】振幅とＣＩ値の関係を示すグラフである。
【図７】基部の長さと振動腕の幅の相関関係を示すグラフである。
【図８】本発明の振動素子の第２実施形態を示す平面図である。
【図９】本発明の振動素子の第３実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明の振動素子の第４実施形態を示す平面図である。
【図１１】本発明の振動素子の第５実施形態を示す平面図である。
【図１２】図１１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１３】（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１４】（ａ）が駆動振動モード時の検出信号を示す図、（ｂ）が検出振動モード時の検出信号を示す図である。
【図１５】本発明の振動子（角速度検出デバイス）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１６】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１７】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。
【図１８】本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳ等も含む）の構成を示す斜視図である。
【図１９】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。
【図２０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
１．振動素子
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の振動素子の第１実施形態を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１に示す振動素子の駆動状態を示す図である。図４は、振動腕の幅とＣＩ値の関係を示すグラフである。図５は、図１に示す振動素子の駆動状態を示す図である。図６は、振幅とＣＩ値の関係を示すグラフである。図７は、基部の長さと振動腕の幅の相関関係を示すグラフである。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。
【００１９】
図１に示す振動素子１は、振動基板２と、振動基板２の表面に形成された駆動信号電極７１および駆動接地電極７２と、駆動信号端子５１および駆動接地端子５２と、質量調整膜４１と、を有している。
【００２０】
振動基板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（ＬｉＴａＯ３）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ２Ｂ４Ｏ７）、ランガサイト（Ｌａ３Ｇａ５ＳｉＯ１４）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、振動基板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、振動基板２を水晶で構成した場合について説明する。また、振動基板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。
【００２１】
図１に示すように、振動基板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、振動基板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軸が振動基板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軸を振動基板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。
【００２２】
このような振動基板２は、基部２１と、基部２１の＋Ｙ軸側の端部から＋Ｙ軸側へ延出する４本の振動腕２２、２３、２４、２５と、を有している。
【００２３】
基部２１は、振動腕２２、２３、２４、２５を支持している。また、基部２１は、ＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸方向に厚さを有する平板状をなしている。そして、基部２１において振動素子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および駆動接地端子５２がＸ軸方向に並んで設けられている。
【００２４】
振動腕２２、２３、２４、２５は、Ｘ軸方向に並んで設けられ、それぞれ、基部２１から＋Ｙ軸側へ延出している。また、振動腕（第１振動腕）２２、２５は、基部２１の両端部に位置し、これら振動腕２２、２５の間に振動腕（第２振動腕）２３、２４が位置している。また、平面視で、振動腕２２、２５の外側の辺２２ａ、２５ａと基部２１の両端の辺２１ａとがほぼ一直線上に位置している。
【００２５】
振動素子１では、このような振動腕２２〜２５のうち、＋Ｘ軸側に位置する２本の振動腕２２、２３で第１振動系２０Ａが構成され、−Ｘ軸側に位置する２本の振動腕２４、２５で第２振動系２０Ｂが構成されている。
【００２６】
また、図２に示すように、これら振動腕２２、２３、２４、２５の横断面形状は、略平行四辺形となっている。また、振動腕２２、２４の横断面形状である平行四辺形と、振動腕２３、２５の横断面形状である平行四辺形とは、互いに反対側へ傾いており、ＹＺ平面に対して対称となっている。
【００２７】
また、振動腕２２、２３、２４、２５の先端部にはそれぞれ質量調整膜４１が設けられている。例えば、必要に応じて質量調整膜４１の一部を除去したり、質量調整膜４１上にさらに質量を設けたりして、質量を変化させることで、振動腕２２、２３、２４、２５の周波数や振幅を調整することができる。このような質量調整膜４１は、金属膜で構成されている。
【００２８】
また、振動腕２２、２３、２４、２５上には、駆動信号電極７１および駆動接地電極７２が配置されている。駆動信号電極７１は、振動腕２２、２３の両主面（上下面）および振動腕２４、２５の両側面に配置されており、駆動接地電極７２は、振動腕２２、２３の両側面および振動腕２４、２５の両主面（上下面）に配置されている。また、各駆動信号電極７１は、図示しない配線を介して駆動信号端子５１に電気的に接続されており、各駆動接地電極７２は、図示しない配線を介して駆動接地端子５２に電気的に接続されている。
【００２９】
そのため、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７１および駆動接地電極７２間に交番電圧を印加すると、振動腕２２〜２５は、図３に示すように屈曲振動する。すなわち、振動腕２２、２３は、Ｘ軸同相モードで屈曲振動し、振動腕２４、２５は、Ｘ軸同相モードで、かつ、振動腕２２、２３とはＸ軸逆相モードで屈曲振動する。なお、前述したように、振動腕２２、２３、２４、２５の横断面形状が平行四辺形であるため、振動腕２２、２３、２４、２５のＸ軸方向の振動バランスが崩れ、振動腕２２、２３、２４、２５は、それぞれ、Ｚ軸方向の振動成分を含みながらＸ軸方向に振動する。具体的には、振動腕２２、２５は、Ｚ軸同相モードで屈曲振動し、振動腕２３、２４は、Ｚ軸同相モードで、かつ、振動腕２２、２５とはＺ軸逆相モードで屈曲振動する。
【００３０】
このような振動によれば、振動腕２２、２３と振動腕２４、２５とによってＸ軸方向の振動がキャンセルされ、振動腕２２、２５と振動腕２３、２４によってＺ軸方向の振動がキャンセルされる。そのため、振動漏れの少ない振動素子１となる。
【００３１】
上述したように、振動腕２２〜２５をＺ軸方向にも振動させる構成とすることで、振動基板２を形成する際のマスクずれの影響を小さくすることができる。すなわち、振動基板２の外形形状は、水晶基板の上面および下面にそれぞれ振動基板２の平面視形状に対応したマスクを形成し、これらマスクを介してウエットエッチングを行うことで得られるが、装置の精度上、一方のマスクが他方のマスクに対してＸ軸方向にずれて形成されることがよくある。
【００３２】
ここで、振動腕２２〜２５をＸ軸方向にだけ振動させる振動素子を形成しようとした場合、上記のようなマスクずれが発生すると、振動腕２２〜２５の横断面形状がくずれ、Ｚ軸方向にも振動する振動素子となってしまう。そのため、マスクずれが生じると、振動特性が著しく低下してしまう。これに対して、初めから、振動腕２２〜２５をＺ軸方向にも振動させる振動素子を形成しようとすれば、マスクずれが生じようが生じまいが、Ｚ軸方向にも振動する振動素子が得られる。このようなことから、本実施形態によれば、マスクずれの影響を小さくすることができる。なお、マスクずれが生じると、振動腕２２〜２５のＺ軸方向の振幅にずれが生じ、Ｚ軸方向の振動を十分にキャンセルできなくなる場合がある。その場合には、例えば、質量調整膜４１の一部を除去することで振動腕２２〜２５の質量を調整し、振動腕２２〜２５の振幅を揃えればよい。
【００３３】
また、図１に示すように、振動素子１では、振動腕２２、２５の幅（Ｘ軸方向の長さ）Ｗ１を、振動腕２３、２４の幅（Ｘ軸方向の長さ）Ｗ２よりも大きく設計している。すなわち、Ｗ１＞Ｗ２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、振動腕２２、２５を振動腕２３、２４よりもＸ軸方向に屈曲させ難くすることができる。
【００３４】
前述したように、振動腕２２、２５は、基部２１の両端部に接続され、振動腕２３、２４は、基部２１の中央部に接続されているため、振動腕２２、２５の基部２１との接続部の剛性が、振動腕２３、２４の基部２１との接続部の剛性よりも低くなる。そのため、仮に、振動腕２２、２５と振動腕２３、２４が同じ幅（Ｗ１＝Ｗ２）であると、第１振動系２０Ａにおいては、振動腕２２の方が振動腕２３よりもＸ軸方向に屈曲し易くなり（振動腕２２、２３で固有周波数が大きくずれてしまい）、振動腕２２と振動腕２３とでＸ軸方向の振幅に大きな差が生じてしまう。同様に、第２振動系２０Ｂにおいては、振動腕２５の方が振動腕２４よりもＸ軸方向に屈曲し易くなり（振動腕２５、２４で固有周波数が大きくずれてしまい）、振動腕２５と振動腕２４とでＸ軸方向の振幅に大きな差が生じてしまう。これにより、ＣＩ（クリスタルインピーダンス）値が上昇し、発振し難くなる等の振動特性の悪化を招く。
【００３５】
そこで、本実施形態では、前述したように、Ｗ１＞Ｗ２なる関係とし、振動腕２２、２５を振動腕２３、２４よりもＸ軸方向に屈曲し難くすることで、振動腕２２と振動腕２３のＸ軸方向の振幅の差（固有周波数の差）、および、振動腕２５と振動腕２４のＸ軸方向の振幅の差（固有周波数の差）を、それぞれ、小さくしている。これにより、振動腕２２、２３の振動バランスおよび振動腕２５、２４の振動バランスが向上し、ＣＩ値が低下する。そのため、振動特性に優れた振動素子１となる。
【００３６】
ここで、Ｗ１、Ｗ２の関係としては、Ｗ１＞Ｗ２なる関係の中でも、１．０４≦Ｗ１／Ｗ２≦１．１０なる関係を満足することが好ましい。下記の表１は、Ｗ１／Ｗ２とＣＩ値の関係を示す表であり、ＣＩ値は、最も低いＣＩ値を「１．００」として基準化した値である。また、図４は、表１をグラフ化したものである。表１および図４から分かるように、上記関係を満足することでＣＩ値を低く（最小値から約１．１以下に）抑えることができる。
【００３７】
【表１】
2016178588.tif 000004
【００３８】
また、図５に示すように、振動腕２２のＸ軸方向の振幅をＡ１とし、振動腕２３のＸ軸方向の振幅をＡ２としたとき、本実施形態の振動素子１では、Ａ１＝Ａ２なる関係を満足している。これにより、振動バランスが特に優れたものとなり、ＣＩ値の低い振動素子１となる。
【００３９】
なお、Ａ１、Ａ２の関係としては、Ａ１＝Ａ２なる関係を満足していなくてもよく、０．５≦Ａ１／Ａ２≦１．７５なる関係を満足するのが好ましく、０．７≦Ａ１／Ａ２≦１．５なる関係を満足するのがより好ましく、０．９≦Ａ１／Ａ２≦１．２５なる関係を満足することがさらに好ましい。下記の表２は、Ａ１／Ａ２とＣＩ値の関係を示す表であり、ＣＩ値は、最も低いＣＩ値を「１．００」として基準化した値である。また、図６は、表２をグラフ化したものである。表２および図６から分かるように、０．５≦Ａ１／Ａ２≦１．７５なる関係を満足することでＣＩ値を約１．１以下とすることができ、０．７≦Ａ１／Ａ２≦１．５なる関係を満足することでＣＩ値を約１．０５以下とすることができ、０．９≦Ａ１／Ａ２≦１．２５なる関係を満足することでＣＩ値を約１．０３以下とすることができる。そのため、上記管関係を満足することで、ＣＩ値を低く抑えることができる。
【００４０】
【表２】
2016178588.tif 000005
【００４１】
次に、幅Ｗ１と、幅Ｗ２と、基部２１の長さ（Ｙ軸方向の長さ）Ｌ１の関係について説明する。図７は、横軸をＷ２／Ｌ１（＝ｘ）とし、各Ｗ２／Ｌ１としたときにＣＩ値が最も低くなるＷ１、Ｗ２の比［（Ｗ１−Ｗ２）／Ｗ２］（＝ｙ）をプロットしたグラフである。このグラフを近似すると、ｙ＝０．１４ｘ１／２で表される。そして、最小値からのＣＩ値の上昇を１割程度許容するとすれば、Ｗ１、Ｗ２、Ｌ１は、下記式（１）を満足することが好ましい。
【００４２】
【数２】
2016178588.tif 000006
【００４３】
これにより、ＣＩ値を低く抑えることができる。
なお、Ｗ２／Ｌ１としては、特に限定されないが、設計上、０．１以上、０．４以下程度であることが好ましい。
以上、振動素子１について説明した。
【００４４】
本実施形態では、振動基板２の構成材料として水晶（圧電体材料）を用いているが、振動基板２の構成材料としては、これに限定されず、例えば、非圧電体材料を用いることもできる。ただし、この場合には、圧電効果によって、振動腕２２〜２５を屈曲振動させることができないため、振動腕２２〜２５に圧電素子等を配置し、この圧電素子の伸縮を利用して、振動腕２２〜２５を振動させればよい。なお、振動基板２を構成する非圧電体材料としては、例えば、シリコン、石英等が挙げられる。特に、シリコンで振動基板２を構成すると、優れた振動特性を有する振動基板２を比較的安価に実現することができる。また、公知の微細加工技術を用いて、エッチングにより高い寸法精度で振動基板２を形成することができる。
【００４５】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の振動素子の第２実施形態を示す平面図である。
【００４６】
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。
【００４７】
第２実施形態は、両端部に位置する振動腕（第１振動腕）と中央部に位置する振動腕（第２振動腕）の長さ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。
【００４８】
図８に示すように、本実施形態の振動素子１では、振動腕２２、２５の長さ（延在方向の長さ）Ｌ２が、振動腕２３、２４の長さ（延在方向の長さ）Ｌ３よりも短くなっている。すなわち、Ｌ２＜Ｌ３なる関係を満足している。このように、振動腕２２、２５を振動腕２３、２４よりも短くすることで、振動腕２２、２５の振幅を振動腕２３、２４の振幅よりも小さくすることができる。そのため、振動腕２２と振動腕２３のＸ軸方向の振幅の差（固有周波数の差）、および、振動腕２５と振動腕２４のＸ軸方向の振幅の差（固有周波数の差）を、それぞれ、小さくすることができる。これにより、ＣＩ値が低下し、振動特性に優れた振動素子１となる。
【００４９】
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。
【００５０】
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の振動素子の第３実施形態を示す平面図である。
【００５１】
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。
【００５２】
第３実施形態は、各振動腕にハンマーヘッド（錘部）が設けられていること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図９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。
【００５３】
図９に示すように、本実施形態の振動素子１では、各振動腕２２、２３、２４、２５の先端部にハンマーヘッド（錘部）２２１、２３１、２４１、２５１が設けられており、これらハンマーヘッド２２１、２３１、２４１、２５１に質量調整膜４１が設けられている。そして、ハンマーヘッド２２１、２５１の質量が、ハンマーヘッド２３１、２４１の質量よりも小さくなっている。このような関係とすることで、振動腕２２、２５の振幅を振動腕２３、２４の振幅よりも小さくすることができる。そのため、振動腕２２と振動腕２３のＸ軸方向の振幅の差（固有周波数の差）、および、振動腕２５と振動腕２４のＸ軸方向の振幅の差（固有周波数の差）を、それぞれ、小さくすることができる。これにより、ＣＩ値が低下し、振動特性に優れた振動素子１となる。
【００５４】
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。
【００５５】
＜第４実施形態＞
図１０は、本発明の振動素子の第４実施形態を示す平面図である。
【００５６】
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】
第４実施形態は、基部の構成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１０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。
【００５８】
図１０に示すように、本実施形態の振動素子１では、基部２１が、振動腕２２よりも＋Ｘ軸方向に延びており、振動腕２５よりも−Ｘ軸方向に延びている。このような場合、＋Ｘ軸方向への突出長さＬ４が、振動腕２２の幅Ｗ１の２倍以下程度であれば、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。−Ｘ軸側の突出長さＬ４についても同様である。
【００５９】
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。
【００６０】
＜第５実施形態＞
図１１は、本発明の振動素子の第５実施形態を示す平面図である。図１２は、図１１中のＢ−Ｂ線断面図である。図１３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１４は、（ａ）が駆動振動モード時の検出信号を示す図、（ｂ）が検出振動モード時の検出信号を示す図である。
【００６１】
以下、第５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。
【００６２】
第５実施形態は、振動素子を角速度検出素子として用いること以外は、前述した第１実施形態と同様である。なお、図１１ないし図１４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。
【００６３】
本実施形態の振動素子１では、振動基板２が各種非圧電体材料で構成されている。振動基板２を構成する非圧電体材料としては、例えば、シリコン、石英等が挙げられる。特に、振動基板２を構成する非圧電体材料としてはシリコンが好ましい。シリコンで振動基板２を構成すると、優れた振動特性を有する振動基板２を比較的安価に実現することができる。また、公知の微細加工技術を用いて、エッチングにより高い寸法精度で振動基板２を形成することができる。そのため、以下では、説明の便宜上、振動基板２をシリコンで構成した場合について説明する。
【００６４】
図１１に示すように、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Ｘ軸方向に並んで設けられている。
【００６５】
また、振動腕２２の上面には１対の駆動用圧電素子３１、３２と、検出用圧電素子６１と、が設けられている。駆動用圧電素子３１、３２は、振動腕２２の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子６１は、これら駆動用圧電素子３１、３２の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。このような駆動用圧電素子３１、３２をＹ軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕２２をＸ軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子６１は、振動腕２２のＺ軸方向の振動に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
【００６６】
また、振動腕２３の上面には１対の駆動用圧電素子３３、３４と、検出用圧電素子６２と、が設けられている。駆動用圧電素子３３、３４は、振動腕２３の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子６２は、これら駆動用圧電素子３３、３４の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。このような駆動用圧電素子３３、３４をＹ軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕２３をＸ軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子６２は、振動腕２３のＺ軸方向の振動に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
【００６７】
また、振動腕２４の上面には１対の駆動用圧電素子３５、３６と、検出用圧電素子６３と、が設けられている。駆動用圧電素子３５、３６は、振動腕２４の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子６３は、これら駆動用圧電素子３５、３６の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。このような駆動用圧電素子３５、３６をＹ軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕２４をＸ軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子６３は、振動腕２４のＺ軸方向の振動に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
【００６８】
また、振動腕２５の上面には１対の駆動用圧電素子３７、３８と、検出用圧電素子６４と、が設けられている。駆動用圧電素子３７、３８は、振動腕２５の幅方向に離間して上面の両端部に配置されており、検出用圧電素子６４は、これら駆動用圧電素子３７、３８の間であって上面の幅方向中央部に配置されている。このような駆動用圧電素子３７、３８をＹ軸方向に逆相で伸縮させることで、振動腕２５をＸ軸方向に屈曲振動させることができる。一方、検出用圧電素子６４は、振動腕２５のＺ軸方向の振動に応じて伸縮し、当該伸縮に応じた電荷を発生する。
【００６９】
検出用圧電素子６１、６２、６３、６４は、互いに同様の構成である。検出用圧電素子６１、６２、６３、６４は、図１２に示すように、検出信号電極６１１、６２１、６３１、６４１と、検出信号電極６１１、６２１、６３１、６４１と対向配置されている検出接地電極６１２、６２２、６３２、６４２と、検出信号電極６１１、６２１、６３１、６４１および検出接地電極６１２、６２２、６３２、６４２の間に配置されている圧電体層６１３、６２３、６３３、６４３と、を有している。
【００７０】
また、検出用圧電素子６１、６２は、それぞれ、検出信号電極６１１、６２１を振動腕２２、２３側に向けて配置されている。反対に、検出用圧電素子６３、６４は、それぞれ、検出接地電極６３２、６４２を振動腕２４、２５側に向けて配置されている。また、検出信号電極６１１〜６４１は、それぞれ、図示しない配線を介して検出信号端子５３に接続されており、検出接地電極６１２〜６４２は、それぞれ、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。
【００７１】
また、駆動用圧電素子３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８は、互いに同様の構成である。図１２に示すように、駆動用圧電素子３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８は、駆動信号電極３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１、３８１と、駆動信号電極３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１、３８１と対向配置された駆動接地電極３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２、３７２、３８２と、駆動信号電極３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１、３８１および駆動接地電極３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２、３７２、３８２の間に配置された圧電体層３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３、３８３と、を有している。
【００７２】
また、図１２に示すように、駆動用圧電素子３１、３３、３６、３８は、駆動信号電極３１１、３３１、３６１、３８１を振動腕２２、２３、２４、２５側に向けて配置されており、反対に、駆動用圧電素子３２、３４、３５、３７は、駆動接地電極３２２、３４２、３５２、３７２を振動腕２２、２３、２４、２５側に向けて配置されている。また、駆動信号電極３１１〜３８１は、図示しない配線を介して駆動信号端子５１に接続されており、駆動接地電極３１２〜３８２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。
【００７３】
そのため、駆動信号端子５１および駆動接地端子５２を介して各駆動用圧電素子３１〜３８に交番電圧を印加すると、図１３（ａ）に示すように、前述した第１実施形態と同じようにして振動腕２２〜２５を屈曲振動させることができる（この振動モードを「駆動振動モード」とも言う）。このような駆動振動モードでは、図１４（ａ）に示すように、検出用圧電素子６１、６３から発生する電荷Ｑ６１、Ｑ６３と検出用圧電素子６２、６４から発生する電荷Ｑ６２、Ｑ６４とが逆相となるため、これらがキャンセルされ、検出信号端子５３および検出接地端子５４間から取り出される検出信号ＳＳがほぼ０となる。
【００７４】
そして、このような駆動振動モードの状態で、振動素子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１３（ｂ）に示すような検出振動モードが新たに励振される。具体的には、振動腕２２、２３がＺ軸同相モードで振動し、振動腕２４、２５がＺ軸同相モードでかつ振動腕２２、２３とはＺ軸逆相モードで振動する。このような検出振動モードが励振されると、図１４（ｂ）に示すように、検出用圧電素子６１、６２、６３、６４から互いに同相の電荷Ｑ６１、Ｑ６２、Ｑ６３、Ｑ６４が発生し、これら電荷Ｑ６１、Ｑ６２、Ｑ６３、Ｑ６４を足し合わせた検出信号ＳＳが検出信号端子５３および検出接地端子５４間から取り出される。そして、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。
【００７５】
このような構成では、駆動振動モード時の検出信号ＳＳをほぼ０とすることができるため、ノイズの発生が低減され、角速度ωｙの検出精度を高めることができる。さらに、４つの検出用圧電素子６１、６２、６３、６４から発生した電荷Ｑ６１、Ｑ６２、Ｑ６３、Ｑ６４を足し合わせたものが検出信号ＳＳとなるため、検出信号ＳＳの強度を大きくすることができ、その分、角速度ωｙの検出精度を高めることができる。また、駆動振動モード時および検出振動モード時において、振動腕２２、２３、２４、２５のＸ軸方向およびＺ軸方向の振動をキャンセルすることができるため、振動素子１の振動漏れを低減することができ、角速度ωｙの検出精度がさらに向上する。
【００７６】
２．振動子
次に、前述した第５実施形態の振動素子１を用いた振動子（角速度検出デバイス）について説明する。
【００７７】
図１５は、本発明の振動子（角速度検出デバイス）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。
【００７８】
図１５に示すように、角速度検出デバイス（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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貫通電極（ビア）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。
【００８２】
振動素子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。
【００８３】
３．ジャイロセンサー
次に、前述した第５実施形態の振動素子１を備えるジャイロセンサーについて説明する。
【００８４】
図１６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１６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１６では、接続端子８３１のみを図示している）。このような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や、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。
【００８５】
４．電子機器
次いで、振動素子１を備える電子機器について、図１７〜図１９に基づき、詳細に説明する。
【００８６】
図１７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。
【００８７】
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。
【００８８】
図１８は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（スマートフォン、ＰＨＳ等も含む）の構成を示す斜視図である。
【００８９】
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。
【００９０】
図１９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。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。
【００９１】
デジタルスチールカメラ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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
また、このデジタルスチールカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
【００９５】
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）として機能する振動素子１が内蔵されている。
【００９６】
以上のような電子機器は、振動素子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。
【００９７】
なお、本発明の電子機器は、図１７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１８の携帯電話機、図１９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、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。
【００９８】
４．移動体
次いで、振動素子１を備える移動体について、図２０に基づき、詳細に説明する。
図２０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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
また、前述した実施形態では、振動素子が４本の振動腕を有する構成について説明したが、振動腕の数としては、３本以上であれば特に限定されない。
【符号の説明】
【０１０２】
１……振動素子
１０……角速度検出デバイス
１００……ジャイロセンサー
２……振動基板
２０Ａ……第１振動系
２０Ｂ……第２振動系
２１……基部
２１ａ……辺
２２……振動腕
２２ａ……辺
２２１……ハンマーヘッド
２３……振動腕
２３１……ハンマーヘッド
２４……振動腕
２４１……ハンマーヘッド
２５……振動腕
２５ａ……辺
２５１……ハンマーヘッド
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８……駆動用圧電素子
３１１、３２１、３３１、３４１、３５１、３６１、３７１、３８１……駆動信号電極
３１２、３２２、３３２、３４２、３５２、３６２、３７２、３８２……駆動接地電極
３１３、３２３、３３３、３４３、３５３、３６３、３７３、３８３……圧電体層
４１……質量調整膜
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
６１、６２、６３、６４……検出用圧電素子
６１１、６２１、６３１、６４１……検出信号電極
６１２、６２２、６３２、６４２……検出接地電極
６１３、６２３、６３３、６４３……圧電体層
７１……駆動信号電極
７２……駆動接地電極
８……パッケージ
８１……ベース
８１１……凹部
８２……リッド
８３１、８３２、８３３、８３４……接続端子
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
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
Ａ１、Ａ２……振幅
Ｑ６１、Ｑ６２、Ｑ６３、Ｑ６４……電荷
ＳＳ……検出信号
ωｙ……角速度
Ｗ１、Ｗ２……幅
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４……長さ
【図１】
2016178588.tif 000008
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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