(57)【要約】【課題】Ｑ値の調整精度に優れる振動片、振動デバイス、電子機器および移動体を提供することにある。【解決手段】振動片１は、基部２１と、基部２１に接続されている検出腕２２１と、検出腕２２１に配置されている第１検出信号電極３３および第２検出信号電極３４と、基部２１に接続されており、検出腕２２１と結合して振動する調整腕２５１、２５２と、を備え、調整腕２５１、２５２の長さは、検出腕２２１の長さよりも小さく、調整腕２５１、２５２の幅は、検出腕２２１の幅よりも小さく、検出腕２２１のＱ値をＱ１とし、調整腕２５１、２５２のＱ値をＱ２としたとき、Ｑ１＞Ｑ２の関係を満足する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部に接続されている第１振動腕と、
前記第１振動腕に配置されている信号電極と、
前記基部に接続されており、前記第１振動腕と結合して振動する第２振動腕と、
を備え、
前記第２振動腕の長さは、前記第１振動腕の長さよりも小さく、
前記第２振動腕の幅は、前記第１振動腕の幅よりも小さく、
前記第１振動腕のＱ値と前記第２振動腕のＱ値とが異なっていることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片であって、
前記第１振動腕のＱ値をＱ１とし、
前記第２振動腕のＱ値をＱ２としたとき、
Ｑ１＞Ｑ２の関係を満足する振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の振動片であって、
Ｑ１／５＞Ｑ２の関係を満足する振動片。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動片であって、
前記基部に接続され、駆動振動する駆動部を有し、
前記第１振動腕は、印加された物理量に応じて検出振動し、
前記信号電極は、前記検出信号により生じる検出信号を取得する電極である振動片。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動片であって、
２つの前記第２振動腕を備え、
前記２つの第２振動腕の間に前記第１振動腕が配置されている振動片。
【請求項６】
請求項１に記載の振動片であって、
前記第１振動腕のＱ値をＱ１とし、
前記第２振動腕のＱ値をＱ２としたとき、
Ｑ１＜Ｑ２の関係を満足する振動片。
【請求項７】
請求項６に記載の振動片であって、
５・Ｑ１＜Ｑ２の関係を満足する振動片。
【請求項８】
請求項６または７に記載の振動片であって、
２つの前記第１振動腕を有し、
前記２つの第１振動腕は、互いに逆相で振動する振動片。
【請求項９】
請求項６ないし８のいずれか１項に記載の振動片であって、
２つの前記第２振動腕を有し、
前記２つの第２振動腕は、互いに逆相で振動する振動片。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載の振動片であって、
前記信号電極は、前記第２振動腕に配置されていない振動片。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の振動片と、
前記振動片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振動デバイス。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の振動片と、
前記振動片に接続されている回路と、を備えていることを特徴とする振動デバイス。
【請求項１３】
請求項１ないし１０のいずれか１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。
【請求項１４】
請求項１ないし１０のいずれか１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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動片、振動デバイス、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、ジャイロセンサー素子（振動片）として、特許文献１に記載の構成が知られている。特許文献１に記載のジャイロセンサー素子は、基部と、基部からＹ軸方向両側に延出する一対の検出腕と、基部からＸ軸方向両側に延出する一対の連結腕と、一方の連結腕の先端部からＹ軸方向両側に延出する一対の駆動腕と、他方の連結腕の先端部からＹ軸方向両側に延出する一対の駆動腕と、を有している。また、特許文献１のジャイロセンサー素子では、駆動腕の上面および下面に溝部を設けると共に、駆動腕の屈曲振動周波数をｆとし、駆動腕の緩和振動周波数をｆｍとしたとき、ｆ／ｆｍ＞１の範囲を満足することで、Ｑ値を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−６３１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、振動特性や検出信号の電気的特性を確保しなければならないため、駆動腕の形状を変更するときの制約が大きく、Ｑ値を所定値に調整することが困難である。すなわち、駆動腕の構造の改善ではＱ値を適切に制御することが難しい。
【０００５】
本発明の目的は、Ｑ値の調整精度に優れる振動片、振動デバイス、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、上記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。
【０００７】
本適用例にかかる振動片は、基部と、
前記基部に接続されている第１振動腕と、
前記第１振動腕に配置されている信号電極と、
前記基部に接続されており、前記第１振動腕と結合して振動する第２振動腕と、
を備え、
前記第２振動腕の長さは、前記第１振動腕の長さよりも小さく、
前記第２振動腕の幅は、前記第１振動腕の幅よりも小さく、
前記第１振動腕のＱ値と前記第２振動腕のＱ値とが異なっていることを特徴とする。
これにより、第２振動腕によって第１振動腕のＱ値を調整することができるため、第１振動腕の設計を大きく変更することなく、Ｑ値の調整を行うことができる。そのため、Ｑ値の調整精度に優れる振動片となる。
【０００８】
上述の適用例において、前記第１振動腕のＱ値をＱ１とし、
前記第２振動腕のＱ値をＱ２としたとき、
Ｑ１＞Ｑ２の関係を満足することが好ましい。
これにより、第１振動腕の振動モードのＱ値を下げる方向に調整することができる。
【０００９】
上述の適用例において、Ｑ１／５＞Ｑ２の関係を満足することが好ましい。
これにより、第１振動腕の振動モードのＱ値を下げる方向に調整することができる。
【００１０】
上述の適用例において、前記基部に接続され、駆動振動する駆動部を有し、
前記第１振動腕は、印加された物理量に応じて検出振動し、
前記信号電極は、前記検出信号により生じる検出信号を取得する電極であることが好ましい。
これにより、検出振動モードのＱ値を下げる方向に調整することができる。そのため、外乱による検出モードの励振を低減することができる。
【００１１】
上述の適用例において、２つの前記第２振動腕を備え、
前記２つの第２振動腕の間に前記第１振動腕が配置されていることが好ましい。
これにより、第１振動腕の振動を第２振動腕に結合させ易くなると共に、第１振動腕および第２振動腕を全体としてバランスよく振動させることができる。
【００１２】
上述の適用例において、前記第１振動腕のＱ値をＱ１とし、
前記第２振動腕のＱ値をＱ２としたとき、
Ｑ１＜Ｑ２の関係を満足することが好ましい。
これにより、第１振動腕の振動モードのＱ値を高める方向に調整することができる。
【００１３】
上述の適用例において、５・Ｑ１＜Ｑ２の関係を満足することが好ましい。
これにより、第１振動腕の振動モードのＱ値を高める方向に調整することができる。
【００１４】
上述の適用例において、２つの前記第１振動腕を有し、
前記２つの第１振動腕は、互いに逆相で振動することが好ましい。
これにより、２つの第１振動腕をバランスよく振動させることができる。
【００１５】
上述の適用例において、２つの前記第２振動腕を有し、
前記２つの第２振動腕は、互いに逆相で振動することが好ましい。
これにより、２つの第２振動腕をバランスよく振動させることができる。
【００１６】
上述の適用例において、前記信号電極は、前記第２振動腕に配置されていないことが好ましい。
これにより、例えば、第２振動腕に信号が印加されたり、第２振動腕から信号が取り出されたりすることを防止することができる。
【００１７】
本適用例にかかる振動デバイスは、上述の振動片と、
前記振動片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。
これにより、信頼性の高い振動デバイスが得られる。
【００１８】
本適用例にかかる振動デバイスは、上述の振動片と、
前記振動片に接続されている回路と、を備えていることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い振動デバイスが得られる。
【００１９】
本適用例にかかる電子機器は、上述の振動片を備えてい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。
【００２０】
本適用例にかかる移動体は、上述の振動片を備えてい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】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る振動片の斜視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１中のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】駆動振動モードを示す模式図である。
【図５】Ｙ軸検出振動モードを示す模式図である。
【図６】Ｚ軸検出振動モードを示す模式図である。
【図７】Ｑ値とｆｄ／ｆ１の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の第２実施形態に係る振動片の斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る振動片の斜視図である。
【図１０】図９中のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１１】図９に示す振動片の振動状態を示す模式図である。
【図１２】Ｑ値とｆｒ／ｆ４の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４実施形態に係る振動片の斜視図である。
【図１４】図１３に示す振動片の駆動状態を示す模式図である。
【図１５】本発明の振動デバイスを適用した物理量検出装置の断面図である。
【図１６】図１５に示す物理量検出装置のブロック図である。
【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（ＰＨＳ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を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の振動片、振動デバイス、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。
【００２３】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る物理量検出振動片について説明する。
【００２４】
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動片の斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面図である。図３は、図１中のＢ−Ｂ線断面図である。図４は、駆動振動モードを示す模式図である。図５は、Ｙ軸検出振動モードを示す模式図である。図６は、Ｚ軸検出振動モードを示す模式図である。図７は、Ｑ値とｆｄ／ｆ１の関係を示すグラフである。なお、以下では、説明の便宜上、水晶の結晶軸をＸ軸（電気軸）、Ｙ軸（機械軸）およびＺ軸（光軸）とし、Ｘ軸に沿った方向を「Ｘ軸方向」とも言い、Ｙ軸に沿った方向を「Ｙ軸方向」とも言い、Ｚ軸に沿った方向を「Ｚ軸方向」とも言う。また、＋Ｚ軸側を「上」とも言い、−Ｚ軸側を「下」とも言う。
【００２５】
図１に示す振動片１は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚと、Ｙ軸まわりの角速度ωｙと、を独立して検出することのできる角速度検出振動片である。このような振動片１は、振動体２と、振動体２に配置された信号電極と、を有する。
【００２６】
振動体２は、水晶で構成されている。また、振動体２は、水晶の結晶軸であるＸ軸およびＹ軸で規定されるＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸方向に厚みを有する板状をなしている。すなわち、振動体２は、Ｚカット水晶板をパターニングすることで形成されている。ただし、水晶のカット角については、目的を達成することができる限り特に限定されず、例えば、振動体２の厚さ方向に対してＺ軸が若干ずれていてもよい。
【００２７】
また、振動体２の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等の水晶以外の圧電体材料を用いてもよい。
【００２８】
このような振動体２は、基部２１と、基部２１からＹ軸方向両側に向けて延出する検出腕（第１振動腕）２２１、２２２と、基部２１からＸ軸方向両側に向けて延出する連結腕２３１、２３２と、連結腕２３１の先端部からＹ軸方向両側に向けて延出する駆動腕（駆動部）２４１、２４２と、連結腕２３２の先端部からＹ軸方向両側に向けて延出する駆動腕（駆動部）２４３、２４４と、基部２１から＋Ｙ軸方向に向けて延出する一対の調整腕（第２振動腕）２５１、２５２と、基部２１から−Ｙ軸方向に向けて延出する一対の調整腕（第２振動腕）２５３、２５４と、を有している。このような構成によれば、腕２２１、２２２、２４１〜２４４、２５１〜２５４をバランスよく配置され、振動片１をバランスよく振動させることができる。そのため、振動漏れを低減することができる。
【００２９】
検出腕２２１は、腕部２２１Ａと、腕部２２１Ａの先端側に位置し、腕部２２１Ａよりも広い幅の広幅部（ハンマーヘッド部）２２１Ｂと、を有している。また、図２に示すように、腕部２２１Ａの上面にはＹ軸方向に延びる溝部２２１１が形成されており、腕部２２１Ａの下面にはＹ軸方向に延びる溝部２２１２が形成されている。そのため、腕部２２１Ａは、Ｈ型の横断面形状を有している。
【００３０】
検出腕２２２は、腕部２２２Ａと、腕部２２２Ａの先端側に位置し、腕部２２２Ａよりも広い幅の広幅部（ハンマーヘッド部）２２２Ｂと、を有している。また、図３に示すように、腕部２２２Ａの上面にはＹ軸方向に延びる溝部２２２１が形成されており、腕部２２２Ａの下面にはＹ軸方向に延びる溝部２２２２が形成されている。そのため、腕部２２２Ａは、Ｈ型の横断面形状を有している。
【００３１】
これら検出腕２２１、２２２は、基部２１を挟んで両側に設けられており、基部２１の重心を通りＸ軸に沿った軸Ｊｘに対して対称的に配置されている。このような配置とすることで、後述するように、検出腕２２１、２２２の振動方向の組み合わせの異なりを利用して、角速度ωｙおよび角速度ωｚを独立して検出することが可能となる。
【００３２】
駆動腕２４１は、腕部２４１Ａと、腕部２４１Ａの先端側に位置し、腕部２４１Ａよりも広い幅の広幅部（ハンマーヘッド部）２４１Ｂと、を有している。また、図２に示すように、腕部２４１Ａの上面にはＹ軸方向に延びる溝部２４１１が形成されており、腕部２４１Ａの下面にはＹ軸方向に延びる溝部２４１２が形成されている。また、溝部２４１１の−Ｘ軸側には、腕部２４１Ａの上面と側面とを接続する段差部２４１３が形成されており、溝部２４１２の＋Ｘ軸側には、腕部２４１Ａの下面と側面とを接続する段差部２４１４が形成されている。
【００３３】
駆動腕２４２は、腕部２４２Ａと、腕部２４２Ａの先端側に位置し、腕部２４２Ａよりも広い幅の広幅部（ハンマーヘッド部）２４２Ｂと、を有している。また、図３に示すように、腕部２４２Ａの上面にはＹ軸方向に延びる溝部２４２１が形成されており、腕部２４２Ａの下面にはＹ軸方向に延びる溝部２４２２が形成されている。また、溝部２４２１の−Ｘ軸側には、腕部２４２Ａの上面と側面とを接続する段差部２４２３が形成されており、溝部２４２２の＋Ｘ軸側には、腕部２４２Ａの下面と側面とを接続する段差部２４２４が形成されている。
【００３４】
駆動腕２４３は、腕部２４３Ａと、腕部２４３Ａの先端側に位置し、腕部２４３Ａよりも広い幅の広幅部（ハンマーヘッド部）２４３Ｂと、を有している。また、図２に示すように、腕部２４３Ａの上面にはＹ軸方向に延びる溝部２４３１が形成されており、腕部２４３Ａの下面にはＹ軸方向に延びる溝部２４３２が形成されている。また、溝部２４３１の＋Ｘ軸側には、腕部２４３Ａの上面と側面とを接続する段差部２４３３が形成されており、溝部２４１２の−Ｘ軸側には、腕部２４３Ａの下面と側面とを接続する段差部２４３４が形成されている。
【００３５】
駆動腕２４４は、腕部２４４Ａと、腕部２４４Ａの先端側に位置し、腕部２４４Ａよりも広い幅の広幅部（ハンマーヘッド部）２４４Ｂと、を有している。また、図３に示すように、腕部２４４Ａの上面にはＹ軸方向に延びる溝部２４４１が形成されており、腕部２４４Ａの下面にはＹ軸方向に延びる溝部２４４２が形成されている。また、溝部２４４１の＋Ｘ軸側には、腕部２４４Ａの上面と側面とを接続する段差部２４４３が形成されており、溝部２４４２の−Ｘ軸側には、腕部２４４Ａの下面と側面とを接続する段差部２４４４が形成されている。
【００３６】
これら駆動腕２４１〜２４４のうち、駆動腕２４１、２４３と駆動腕２４２、２４４とは、軸Ｊｘに対して対称的に配置されており、駆動腕２４１、２４２と駆動腕２４３、２４４とは重心を通りＹ軸に沿った軸Ｊｙに対して対称的に配置されている。また、駆動腕２４１〜２４４は、Ｘ軸方向の腕の中心線ＬｘおよびＺ軸方向の中心線Ｌｚの両線に関して非対称な横断面形状を有している。このような形状とすることで、後述するように、駆動振動モードにおいて、駆動腕２４１〜２４４をＸ軸成分とＺ軸成分とを含む斜め方向に振動させることができる。
【００３７】
調整腕２５１、２５２、２５３、２５４は、検出腕２２１、２２２の後述する検出振動モードのＱ値を調整するための腕である。調整腕２５１、２５２は、図１および図２に示すように、検出腕２２１を間に挟んで配置され、検出腕２２１の振動と結合して振動する。このように、２本の調整腕２５１、２５２の間に検出腕２２１を配置することで、対称性が生まれて、検出腕２２１および調整腕２５１、２５２をバランスよく振動させることができる。一方、調整腕２５２、２５３は、図１および図３に示すように、検出腕２２２を間に挟んで配置されており、検出腕２２２の振動と結合して振動する。このように、２本の調整腕２５３、２５４の間に検出腕２２２を配置することで、対称性が生まれて、検出腕２２２および調整腕２５３、２５４をバランスよく振動させることができる。
【００３８】
また、調整腕２５１〜２５４は、全域で幅Ｗ１がほぼ等しく、その幅Ｗ１は、検出腕２２１、２２２の腕部２２１Ａ、２２２Ａの幅Ｗ２よりも小さい。また、調整腕２５１〜２５４の長さＬ１は、検出腕２２１、２２２の長さＬ２よりも短い。このように、調整腕２５１〜２５４を検出腕２２１、２２２よりも小さくすることで、振動片１の大型化を低減することができる。このような調整腕２５１、２５２、２５３、２５４の機能については、後に詳述する。
【００３９】
次に、振動体２に配置された信号電極について説明する。振動体２に配置された信号電極は、図１ないし図３に示すように、駆動信号電極３１と、駆動接地電極３２と、第１検出信号電極３３と、第２検出信号電極３４と、第３検出信号電極３５と、第４検出信号電極３６と、を有している。
【００４０】
駆動信号電極３１は、駆動腕２４１の上面および下面（溝部２４１１、２４１２内）と、駆動腕２４２の上面および下面（溝部２４２１、２４２２内）と、駆動腕２４３の両側面と、駆動腕２４４の両側面と、に配置されている。このような駆動信号電極３１は、駆動腕２４１〜２４４を駆動振動させるための駆動信号（電圧）を印加するための電極である。
【００４１】
駆動接地電極３２は、駆動腕２４１の両側面と、駆動腕２４２の両側面と、駆動腕２４３の上面および下面（溝部２４３１、２４３２内）と、駆動腕２４４の上面および下面（溝部２４４１、２４４２内）と、に配置されている。このような駆動接地電極３２は、駆動信号電極３１に対してグランド（基準電位）となる電極である。
【００４２】
第１検出信号電極３３は、検出腕２２１の上面および下面（溝部２２１１、２２１２内）に配置されている。このような第１検出信号電極３３は、角速度が加わることで発生するコリオリ力に基づいた第１検出信号Ｓ１を取得するための電極である。
【００４３】
第２検出信号電極３４は、検出腕２２１の両側面に配置されている。このような第２検出信号電極３４は、角速度が加わることで発生するコリオリ力に基づいた第２検出信号Ｓ２を取得するための電極である。
【００４４】
第３検出信号電極３５は、検出腕２２２の上面および下面（溝部２２２１、２２２２内）に配置されている。このような第３検出信号電極３５は、角速度が加わることで発生するコリオリ力に基づいた第３検出信号Ｓ３を取得するための電極である。
【００４５】
第４検出信号電極３６は、検出腕２２２の両側面に配置されている。このような第４検出信号電極３６は、角速度が加わることで発生するコリオリ力に基づいた第４検出信号Ｓ４を取得するための電極である。
【００４６】
このような信号電極（駆動信号電極３１、駆動接地電極３２、第１〜第４検出信号電極３３〜３６）は、調整腕２５１〜２５４には配置されていない。すなわち、調整腕２５１〜２５４は、駆動腕２４１〜２４４のように駆動振動もしなければ、検出腕２２１、２２２のようにコリオリ力に基づいた検出信号も取り出さない。言い換えると、調整腕２５１〜２５４は、駆動にも寄与しなければ、検出にも寄与せず、ただ、検出振動モードのＱ値を調整するために用いられる振動腕である。
【００４７】
以上、振動片１の構成について簡単に説明した。このような振動片１は、次のようにしてＹ軸まわりの角速度ωｙおよびＺ軸まわりの角速度ωｚを検出することができる。
【００４８】
まず、駆動信号電極３１および駆動接地電極３２間に駆動信号を印加すると、駆動腕２４１〜２４４が、図４に示すような駆動振動モードで振動する。具体的には、駆動腕２４１〜２４４は、それぞれ、Ｘ軸方向成分およびＺ軸方向成分を含んで斜め振動する。これは、駆動信号を印加すると、逆圧電効果によって駆動腕２４１〜２４４がそれぞれＸ軸方向に屈曲振動しようとするが、前述した駆動腕２４１〜２４４の横断面形状（中心線Ｌｘ、Ｌｚに対して非対称な形状）に起因してＺ軸方向の振動成分が発生し、結果として、Ｘ軸方向成分およびＺ軸方向成分を含んだ斜め方向に振動することになるためである。
【００４９】
駆動振動モードで駆動している状態で、振動片１にＹ軸まわりの角速度ωｙが加わると、図５に示すようなＹ軸検出振動モードが新たに励振される。このＹ軸検出振動モードでは、駆動腕２４１〜２４４にコリオリの力が作用して矢印Ａに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応するように、検出腕２２１、２２２が矢印Ｂに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。さらには、検出腕２２１の屈曲振動に結合して調整腕２５１、２５２が矢印Ｃに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動し、検出腕２２２の屈曲振動に結合して調整腕２５３、２５４が矢印Ｃに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。このようなＹ軸検出モードの振動によって検出腕２２１、２２２に発生した電荷を第１〜第４検出信号電極３３〜３６から第１〜第４検出信号Ｓ１〜Ｓ４として取り出し、この信号に基づいて角速度ωｙを検出することができる。
【００５０】
一方、駆動振動モードで駆動している状態で、振動片１にＺ軸まわりの角速度ωｚが加わると、図６に示すようなＺ軸検出振動モードが新たに励振される。このＺ軸検出振動モードでは、駆動腕２４１〜２４４にコリオリの力が作用して矢印Ｄに示す方向の振動が励振され、この振動に呼応するように、検出腕２２１、２２２が矢印Ｅに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。さらには、検出腕２２１の屈曲振動に結合して調整腕２５１、２５２が矢印Ｆに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動し、検出腕２２２の屈曲振動に結合して調整腕２５３、２５４が矢印Ｆに示す方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。このような振動によって検出腕２２１、２２２に発生した電荷を第１〜第４検出信号電極３３〜３６から第１〜第４検出信号Ｓ１〜Ｓ４として取り出し、この信号に基づいて角速度ωｚを検出することができる。
【００５１】
なお、検出振動モード（Ｙ軸検出振動モードおよびＺ軸検出振動モード）において、調整腕２５１〜２５４が検出腕２２１、２２２の振動と結合し易いように、調整腕２５１〜２５４の屈曲振動周波数を検出腕２２１、２２２の屈曲振動周波数とほぼ等しく設定することが好ましい。
【００５２】
ここで、角速度ωｙが加わったときは、図５に示すように、検出腕２２１、２２２がＸ軸方向に同相で屈曲振動する。これに対して、角速度ωｚが加わったときは、図６に示すように、検出腕２２１、２２２がＸ軸方向に逆相で屈曲振動する。振動片１は、このような検出腕２２１、２２２の振動方向の組み合わせの異なりを利用して、角速度ωｙおよび角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。以下、このことについて詳細に説明する。
【００５３】
振動片１に角速度ωｙが加わると、前述したように、検出腕２２１、２２２がＸ軸方向に同相で屈曲振動する。このときに発生する第２、第４検出信号Ｓ２、Ｓ４は、第１、第３検出信号Ｓ１、Ｓ３と逆相の信号となる。そのため、検出信号Ｓ１〜Ｓ４の強度が等しいと仮定すれば、角速度ωｙが加わることにより発生する第１検出信号Ｓ１＝＋Ｓｙとすると、第２検出信号Ｓ２＝−Ｓｙとなり、第３検出信号Ｓ３＝＋Ｓｙとなり、第４検出信号Ｓ４＝−Ｓｙとなる。
【００５４】
一方、振動片１に角速度ωｚが加わると、前述したように、検出腕２２１、２２２がＸ軸方向に逆相で屈曲振動する。このときに発生する第２、第３検出信号Ｓ２、Ｓ３は、第１、第４検出信号Ｓ１、Ｓ４と逆相の信号となる。そのため、検出信号Ｓ１〜Ｓ４の強度が等しいと仮定すれば、角速度ωｚが加わることにより発生する第１検出信号Ｓ１＝＋Ｓｚとすると、第２検出信号Ｓ２＝−Ｓｚとなり、第３検出信号Ｓ３＝−Ｓｚとなり、第４検出信号Ｓ４＝＋Ｓｚとなる。
【００５５】
そのため、振動片１にＹ軸方向およびＺ軸方向の両方向成分を有する軸（すなわち、Ｙ軸およびＺ軸の両軸に対して傾斜した軸）まわりの角速度ωｙｚが加わることにより発生する第１検出信号Ｓ１＝＋Ｓｙ＋Ｓｚとすると、第２検出信号Ｓ２＝−Ｓｙ−Ｓｚであり、第３検出信号Ｓ３＝＋Ｓｙ−Ｓｚであり、第４検出信号Ｓ４＝−Ｓｙ＋Ｓｚである。
【００５６】
このような検出信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を互いに加減することにより、角速度ωｙｚから角速度ωｙと角速度ωｚとを分離することができ、角速度ωｙと角速度ωｚとを独立して検出することができる。
【００５７】
具体的には、検出腕２２１について、（Ｓ１−Ｓ２）の演算を行うことで（＋Ｓｙ＋Ｓｚ）−（−Ｓｙ−Ｓｚ）＝２（Ｓｙ＋Ｓｚ）となり、検出腕２２１から得られる検出信号が倍増する。同様に、検出腕２２２について、（Ｓ３−Ｓ４）の演算を行うことで（＋Ｓｙ−Ｓｚ）−（−Ｓｙ＋Ｓｚ）＝２（Ｓｙ−Ｓｚ）となり、検出腕２２１から得られる検出信号が倍増する。
【００５８】
そして、（Ｓ１−Ｓ２）＋（Ｓ３−Ｓ４）の演算を行うことで、２（Ｓｙ＋Ｓｚ）＋２（Ｓｙ−Ｓｚ）＝４Ｓｙとなり、角速度ωｙに起因する信号Ｓｙを分離することができる。これにより、角速度ωｙが求まる。反対に、（Ｓ１−Ｓ２）−（Ｓ３−Ｓ４）の演算を行うことで、２（Ｓｙ＋Ｓｚ）−２（Ｓｙ−Ｓｚ）＝４Ｓｚとなり、角速度ωｚに起因する信号Ｓｚを分離することができる。これにより、角速度ωｚが求まる。このように、振動片１によれば、角速度ωｙおよび角速度ωｚをそれぞれ独立して検出することができる。特に、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２を用いて検出腕２２１から得られる信号を倍増させ、第３、第４検出信号Ｓ３、Ｓ４を用いて検出腕２２２から得られる信号を倍増させているため、角速度ωｙおよび角速度ωｚの検出感度が向上する。
以上、角速度ωｙおよび角速度ωｚの検出方法について説明した。
【００５９】
このような振動片１では、駆動振動モードを励振させ易くするために、駆動振動モードのＱ値を十分に高くすることが好ましい。一方、角速度ωｙおよび角速度ωｚをより精度よく検出するために、検出振動モード（Ｙ軸検出振動モードおよびＺ軸検出振動モード）のＱ値を十分に低くすることが好ましい。これは、検出振動モードのＱ値が高いと、例えば、検出振動モードの周波数（検出腕２２１、２２２の屈曲振動周波数）や離調周波数（駆動振動モードの周波数と検出振動モードの周波数との差）とほぼ等しい周波数の外乱を受けたときに、検出振動モードが容易に励振されてしまい、これがノイズとなって角速度ωｙ、ωｚの検出精度を低下させてしまうためである。
【００６０】
具体的な一例を挙げて説明すると、例えば、振動片１がカーナビゲーション装置に組み込まれている場合には、様々な外乱を受けるため、そのような外乱が離調周波数と一致してしまうことがある。すると、その外乱によって検出振動モードが励振されて、ノイズ成分が大きくなってしまい、角速度ωｙ、ωｚの検出精度が低下してしまう。
【００６１】
そこで、振動片１では、調整腕２５１〜２５４を配置して、検出振動モードのＱ値を調整腕２５１〜２５４がない場合よりも低下させている。以下、このことについて詳細に説明する。なお、検出腕２２１と組をなす調整腕２５１、２５２と、検出腕２２２と組をなす調整腕２５３、２５４と、が互いに同様の構成であるため、以下では、調整腕２５１、２５２について代表して説明し、調整腕２５３、２５４については、その説明を省略する。
【００６２】
検出腕２２１のＱ値をＱ１とし、調整腕２５１、２５２のＱ値をＱ２としたとき、Ｑ１とＱ２とは、互いに異なっており、本実施形態では、Ｑ１＞Ｑ２なる関係を満足している。言い換えると、調整腕２５１、２５２の熱弾性損失が、検出腕２２１の熱弾性損失よりも大きい。このように、検出振動モードの際に検出腕２２１と結合して振動する調整腕２５１、２５２のＱ値Ｑ２を検出腕２２１のＱ値Ｑ１よりも低くすることで、調整腕２５１、２５２を有さない場合と比較して、検出振動モードのＱ値を低くすることができる。そのため、上述したような外乱による検出振動モードの誤励振が低減され、角速度ωｙ、ωｚの検出精度が高まる。
【００６３】
ここで、前記「熱弾性損失」について簡単に説明すると、腕２２１、２５１、２５２がＸ軸方向に屈曲振動すると、一方の側面が収縮すると他方の側面が伸張し、反対に、一方の側面が伸張すると他方の側面が収縮する。すると、収縮する側面側の温度は上昇し、伸張する側面側の温度は下降するため、両側面の間つまり腕２２１、２５１、２５２の内部に温度差が発生する。このような温度差から生じる熱移動（熱伝導）によって振動エネルギーの損失が発生し、このエネルギーの損失を熱弾性損失と言う。
【００６４】
Ｑ１、Ｑ２の関係は、前述したＱ１＞Ｑ２の関係を満足していれば、特に限定されないが、さらに、Ｑ１／５＞Ｑ２なる関係を満足していることが好ましい。このような関係を満足することで、上述した外乱による検出振動モードの誤励振がさらに低減され、角速度ωｙ、ωｚの検出精度がさらに高まる。なお、Ｑ１、Ｑ２の具体的な数値としては、特に限定されないが、例えば、Ｑ１を１００００程度とし、Ｑ２を１０００程度とすることができる。これにより、検出振動モードのＱ値が上記効果を発揮するのにより適した値となる。
【００６５】
ここで、振動腕の熱固有周波数をｆ０とすれば、熱固有周波数ｆ０は、ｆ０＝（π・ｋ）／（２・ρ・Ｃｐ・ｔ２）……（１）で求めることができる。なお、式（１）中のπは円周率、ｋは振動腕の振動方向の熱伝導率、ρは振動腕の質量密度、Ｃｐは振動腕の熱容量、ｔは振動腕の振動方向の幅である。そして、これらｋ、ρ、Ｃｐに振動腕の材料そのもの（すなわち水晶）の定数を入力（代入）することで、振動腕の熱固有周波数ｆ０を求めることができる。
【００６６】
式（１）中のｔを調整腕２５１、２５２の振動方向の幅Ｗ１（Ｘ軸方向の幅）としたときの熱固有周波数ｆ０をｆ１とし、検出振動モードの周波数をｆｄとしたときの、Ｑ値Ｑ２のｆｄ／ｆ１依存性を図７のグラフに示す。同図において、ｆｄ／ｆ１＜１の領域を等温的領域とも言い、この等温的領域ではｆｄ／ｆ１が小さくなるにつれてＱ値Ｑ２が高くなる。これは、ｆｄが低くなるに連れて前述のような腕内の温度差が生じ難くなるためである。したがって、ｆｄ／ｆ１を０（零）に限りなく近づけた際の極限では、等温準静操作となって、熱弾性損失は限りなく０（零）に接近する。一方、ｆｄ／ｆ１＞１の領域を断熱的領域とも言い、この断熱的領域ではｆｄ／ｆ１が大きくなるにつれてＱ値Ｑ２が高くなる。これは、ｆｄが高くなるに連れて、各側面の温度上昇・温度降下の切り替わりが高速となり、前述のような熱移動が生じる時間がなくなるためである。したがって、ｆｄ／ｆ１を限りなく大きくした際の極限では、断熱操作となって、熱弾性損失は限りなく０（零）に接近する。そして、ｆｄ／ｆ１＝１のとき（等温的領域と断熱的領域の境界部にあるとき）に、Ｑ値Ｑ２が最も小さくなる。そのため、Ｑ値Ｑ２を十分に小さくし、検出振動モードのＱ値を効果的に低下させるためには、０．１＜ｆｄ／ｆ１＜１０なる関係を満足することが好ましく、０．５＜ｆｄ／ｆ１＜５なる関係を満足することがより好ましい。
【００６７】
０．１＜ｆｄ／ｆ１＜１０なる関係を満足する場合の調整腕２５１の幅Ｗ１の具体的な寸法について一例を挙げて説明する。調整腕２５１は、水晶で構成されているため、Ｋ＝１０、ρ＝２６００、Ｃｐ＝７５０である。そして、ｆｄ＝１２０ｋＨｚとすると、１２ｋＨｚ＜ｆ１＜１２００ｋＨｚとなり、２．６μｍ＜Ｗ１＜２６μｍとなる。
【００６８】
また、式（１）中のｔを検出腕２２１（腕部２２１Ａ）の振動方向の幅Ｗ２（Ｘ軸方向の幅）としたときの熱固有周波数ｆ０をｆ２とし、検出振動モードの周波数をｆｄとしたとき、ｆｄ／ｆ２が断熱的領域（ｆｄ／ｆ２＞１の領域）にあることが好ましい。これにより、例えば、ｆｄ／ｆ２が等温的領域（ｆｄ／ｆ２＜１の領域）にある場合と比較して、同じＱ値Ｑ１を有する場合の検出振動モードの周波数ｆｄを高くすることができ、その分、腕部２２１Ａの幅Ｗ２を大きくすることができる。そのため、検出腕２２１および第１、第２検出信号電極３３、３４の形成が容易となる。
【００６９】
また、式（１）中のｔを駆動腕２４１（腕部２４１Ａ）の振動方向の幅Ｗ３（Ｘ軸方向の幅）としたときの熱固有周波数ｆ０をｆ３とし、検出振動モードの周波数をｆｄとしたとき、１＜ｆｄ／ｆ１＜ｆｄ／ｆ３なる関係を満足するか、または、ｆｄ／ｆ３＜ｆｄ／ｆ１＜１なる関係を満足することが好ましい。このような範囲を満足することによっても、検出振動モードのＱ値を十分に低下させることができる。
【００７０】
以上、本実施形態の振動片１について説明した。このような振動片１によれば、調整腕２５１〜２５４によって検出振動モードのＱ値を調整することができるため、検出振動モードのＱ値の調整が容易となる。また、検出腕２２１、２２２の形状等で、検出振動モードのＱ値を調整しなくてもよくなるため、検出腕２２１、２２２の設計の自由度が高まる。また、調整腕２５１〜２５４は、駆動振動モードにおいて、駆動腕２４１〜２４４の振動と結合しない。そのため、調整腕２５１〜２５４が駆動振動モードのＱ値を下げることはなく、駆動振動モードのＱ値を高く維持することができる。
【００７１】
なお、本実施形態では、調整腕２５１〜２５４がそれぞれＹ軸方向に延出し、検出腕２２１、２２２と平行に配置されているが、調整腕２５１〜２５４の延出方向としては、調整腕２５１〜２５４を検出腕２２１、２２２の振動と結合して振動させることができれば、特に限定されず、Ｙ軸に対して傾斜した方向に延在していてもよい。
【００７２】
また、本実施形態では、検出腕２２１、２２２に第２、第４検出信号電極３４、３６が配置されており、第２、第４検出信号電極３４、３６から第２、第４検出信号Ｓ２、Ｓ４を取得しているが、第２検出信号電極３４に替えて、第１検出信号電極３３に対してグランド（基準電位）となる第１検出接地電極を配置し、第４検出信号電極３６に替えて、第３検出信号電極３５に対してグランド（基準電位）となる第２検出接地電極を配置してもよい。この場合は、第１、第３検出信号Ｓ１、Ｓ３によって角速度ωｙ、ωｚを検出すればよい。
【００７３】
また、本実施形態では、駆動腕２４１〜２４４がＸ軸成分およびＺ軸成分を含んだ斜め方向に振動する構成となっているが、駆動腕２４１〜２４４から段差部２４１３、２４１４、２４２３、２４２４、２４３３、２４３４、２４４３、２４４４を省略して、駆動腕２４１〜２４４をＸ軸方向に振動させてもよい。この場合は、Ｚ軸まわりの角速度ωｚのみを検出可能な振動片１となる。
【００７４】
＜第２実施形態＞
図８は、本発明の第２実施形態に係る振動片の斜視図である。
【００７５】
以下、第２実施形態の振動片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。
【００７６】
第２実施形態の振動片は、主に、調整腕の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動片と同様である。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。
【００７７】
本実施形態の振動片１では、図８に示すように、調整腕２５１〜２５４に金属膜で構成された被覆膜３９が配置されている。このような被覆膜３９は、熱伝導性に優れているため、調整腕２５１〜２５４内の熱移動を促進させ、調整腕２５１〜２５４の熱弾性損失を増大させることができ、その分、調整腕２５１〜２５４のＱ値をより低くすることができる。そのため、検出振動モードのＱ値をより低くすることができる。
【００７８】
このような被覆膜３９は、信号電極と一括形成することができる。すなわち、振動体２の表面に金属膜を成膜し、この金属膜をフォトリソグラフィー技法およびエッチング技法を用いてパターニングすることで、信号電極と被覆膜３９とを一括で形成することができる。なお、被覆膜３９は、例えば、駆動信号電極３１、駆動接地電極３２、第１〜第４検出信号電極３３〜３６のいずれかと繋がっていてもよい。いずれかと繋がっていても、対となる電極が配置されていないため、調整腕２５１〜２５４は、駆動腕２４１〜２４４のように駆動振動もしなければ、検出腕２２１、２２２のようにコリオリ力に基づいた検出信号も取り出さないためである。
【００７９】
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。
【００８０】
＜第３実施形態＞
図９は、本発明の第３実施形態に係る振動片の斜視図である。図１０は、図９中のＣ−Ｃ線断面図である。図１１は、図９に示す振動片の振動状態を示す模式図である。図１２は、Ｑ値とｆｒ／ｆ４の関係を示すグラフである。
【００８１】
以下、第３実施形態の振動片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。
【００８２】
図９に示す振動片４は、前述した第１実施形態の振動片１のような物理量を検出するための振動片ではなく、例えば、発振器に用いられる振動片である。
【００８３】
このような振動片４は、振動体５と、振動体５に配置された信号電極と、を有する。振動体５は、Ｚカット水晶板をパターニングすることで形成されている。ただし、水晶のカット角については、目的を達成することができる限り特に限定されず、例えば、振動体５の厚さ方向に対してＺ軸が若干ずれていてもよい。また、振動体５の構成材料としては、水晶に限定されず、例えば、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等の水晶以外の圧電体材料を用いてもよい。
【００８４】
このような振動体５は、基部５１と、基部５１から＋Ｙ軸方向に向けて延出する一対の振動腕（第１振動腕）５２１、５２２と、基部５１から＋Ｙ軸方向に向けて延出する一対の調整腕（第２振動腕）５３１、５３２と、を有している。これら４本の腕５２１、５２２、５３１、５３２は、Ｘ軸方向に並んで配置されており、調整腕５３１、５３２の間に、振動腕５２１、５２２が配置されている。このような構成によれば、腕５２１、５２２、５３１、５３２をバランスよく配置することができるため、振動体２をバランスよく振動させることができる。
【００８５】
また、図１０に示すように、振動腕５２１の上面にはＹ軸方向に延びる溝部５２１１が形成され、振動腕５２１の下面にはＹ軸方向に延びる溝部５２１２が形成されている。同様に、振動腕５２２の上面にはＹ軸方向に延びる溝部５２２１が形成され、振動腕５２２の下面にはＹ軸方向に延びる溝部５２２２が形成されている。
【００８６】
調整腕５３１、５３２は、振動片４のＱ値を調整するための腕である。調整腕５３１、５３２は、振動腕５２１、５２２を間に挟んで配置されており、振動腕５２１、５２２の振動と結合して振動する。
【００８７】
また、調整腕５３１、５３２は、全域で幅Ｗ４がほぼ等しく、その幅Ｗ４は、振動腕５２１、５２２の幅Ｗ５よりも小さい。また、調整腕５３１、５３２の長さＬ４は、振動腕５２１、５２２の長さＬ５よりも短い。このように、調整腕５３１、５３２を振動腕５２１、５２２よりも小さくすることで、振動片４の大型化を低減することができる。
【００８８】
次に、振動体５に配置された信号電極について説明する。振動体５に配置された信号電極は、図１０に示すように、駆動信号電極６１と、駆動接地電極６２と、を有している。
【００８９】
駆動信号電極６１は、振動腕５２１の上面および下面（溝部５２１１、５２１２内）と、振動腕５２２の両側面と、に配置されている。このような駆動信号電極６１は、振動腕５２１、５２２を駆動振動させるための駆動信号を印加するための電極である。
【００９０】
駆動接地電極６２は、振動腕５２１の両側面と、振動腕５２２の上面および下面（溝部５２２１、５２２２内）と、に配置されている。このような駆動接地電極６２は、駆動信号電極６１に対してグランド（基準電位）となる電極である。
【００９１】
このような信号電極（駆動信号電極６１、駆動接地電極６２）は、調整腕５３１、５３２には配置されていない。すなわち、調整腕５３１、５３２は、振動腕５２１、５２２のように駆動振動せず、ただ、振動片４のＱ値を調整するために用いられる振動腕である。
【００９２】
そして、駆動信号電極６１に駆動信号を印加すると、振動腕５２１、５２２が、図１１に示すように振動する。具体的には、振動腕５２１、５２２は、それぞれ、Ｘ軸方向に互いに逆相で屈曲振動する。さらに、この振動腕５２１、５２２の振動と結合して、調整腕５３１、５３２がＸ軸方向に互いに逆相で屈曲振動する。このような振動によれば、振動のバランスがよく、振動漏れを低減することができる。なお、調整腕５３１、５３２が振動腕５２１、５２２の振動と結合し易いように、調整腕５３１、５３２の屈曲振動周波数を振動腕５２１、５２２の屈曲振動周波数とほぼ等しく設定することが好ましい。
【００９３】
このような振動片４では、振動腕５２１、５２２を励振させ易くするために、振動片４のＱ値を十分に高くすることが好ましい。そこで、振動片４では、調整腕５３１、５３２を配置して、振動片４のＱ値を調整腕５３１、５３２がない場合よりも上昇させている。以下、このことについて詳細に説明する。
【００９４】
振動腕５２１、５２２のＱ値をＱ１とし、調整腕５３１、５３２のＱ値をＱ２としたとき、Ｑ１とＱ２とは、互いに異なっており、本実施形態では、Ｑ１＜Ｑ２なる関係を満足している。このように、振動腕５２１、５２２と結合して振動する調整腕５３１、５３２のＱ値Ｑ２を振動腕５２１、５２２のＱ値Ｑ１よりも高くすることで、調整腕５３１、５２２を有さない場合と比較して、振動片４のＱ値を高くすることができる。そのため、駆動振動モードを励振させ易くなる。
【００９５】
Ｑ１、Ｑ２の関係は、前述したＱ１＜Ｑ２の関係を満足していれば、特に限定されないが、さらに、５・Ｑ１＜Ｑ２なる関係を満足していることが好ましい。このような関係を満足することで、振動片４をより励振させ易くなる。なお、Ｑ１、Ｑ２の具体的な数値としては、特に限定されないが、例えば、Ｑ１を３００００程度とし、Ｑ２を１０００００程度とすることができる。
【００９６】
ここで、前述の第１実施形態で述べたように、振動腕の熱固有周波数ｆ０は、式（１）で求めることができる。そして、式（１）中のｔを調整腕５３１、５３２の振動方向の幅Ｗ４（Ｘ軸方向の幅）としたときの熱固有周波数ｆ０をｆ４とし、振動片４の発振周波数をｆｒとしたときの、Ｑ値Ｑ２のｆｒ／ｆ４依存性を図１２のグラフに示す。Ｑ値Ｑ２を十分に大きくし、振動片４のＱ値を効果的に高めるためには、等温的領域においては、ｆｒ／ｆ４＜０．１なる関係を満足することが好ましく、ｆｒ／ｆ４＜０．０１なる関係を満足ことがより好ましい。また、断熱的領域においては、ｆｒ／ｆ４＞１０なる関係を満足することが好ましく、ｆｒ／ｆ４＞１００なる関係を満足することがより好ましい。ただし、等温的領域にある方が調整腕５３１、５３２を小さくすることができるため、等温的領域を用いることが特に好ましい。
【００９７】
ｆｒ／ｆ４＜０．１なる関係を満足する場合の調整腕５３１、５３２の幅Ｗ４の具体的な寸法について一例を挙げて説明する。調整腕５３１、５３２は、水晶で構成されているため、Ｋ＝１０、ρ＝２６００、Ｃｐ＝７５０である。そして、ｆｒ＝３２ｋＨｚとすると、ｆ４＜３２０ｋＨｚとなり、Ｗ４＜５μｍとなる。
【００９８】
また、式（１）中のｔを振動腕５２１、５２２の幅Ｗ５（Ｘ軸方向の幅）としたときの熱固有周波数ｆ０をｆ５とし、発振周波数をｆｒとしたとき、ｆｒ／ｆ４＜ｆｒ／ｆ５＜１なる関係を満足することが好ましい。このような範囲を満足することによっても、駆動振動モードのＱ値を十分に高めることができる。
【００９９】
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。
【０１００】
＜第４実施形態＞
図１３は、本発明の第４実施形態に係る振動片の斜視図である。図１４は、図１３に示す振動片の駆動状態を示す模式図である。なお、以下では、説明の便宜上、互いに直交する３軸をｘ軸、ｙ軸およびｚ軸とし、ｘ軸に沿った方向を「ｘ軸方向」とも言い、ｙ軸に沿った方向を「ｙ軸方向」とも言い、ｚ軸に沿った方向を「ｚ軸方向」とも言う。また、＋ｚ軸側を「上」とも言い、−ｚ軸側を「下」とも言う。
【０１０１】
以下、第４実施形態の振動片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。
【０１０２】
図１３に示す振動片７は、シリコンで構成された振動体８と、振動体８に配置された圧電素子と、を有する。また、振動体８は、基部８１と、基部８１から＋ｙ軸方向に向けて延出する一対の振動腕（第１振動腕）８２１、８２２と、基部８１から＋ｙ軸方向に向けて延出する一対の調整腕（第２振動腕）８３１、８３２と、を有している。これら４本の腕８２１、８２２、８３１、８３２は、ｘ軸方向に並んで配置されており、調整腕８３１、８３２の間に、振動腕８２１、８２２が配置されている。
【０１０３】
調整腕８３１、８３２は、振動片７のＱ値を調整するための腕である。調整腕８３１、８３２は、振動腕８２１、８２２を間に挟んで配置されており、振動腕８２１、８２２の振動と結合して振動する。また、調整腕８３１、８３２は、全域で幅Ｗ６がほぼ等しく、その幅Ｗ６は、振動腕８２１、８２２の幅Ｗ７よりも小さい。また、調整腕８３１、８３２の長さＬ６は、振動腕８２１、８２２の長さＬ７よりも短い。このように、調整腕８３１、８３２を振動腕８２１、８２２よりも小さくすることで、振動片７の大型化を低減することができる。
【０１０４】
圧電素子は、振動腕８２１の上面にｘ軸方向に並んで配置された一対の圧電素子９１、９２と、振動腕８２２の上面にｘ軸方向に並んで配置された一対の圧電素子９３、９４と、を有している。これら圧電素子９１〜９４は、圧電体を一対の電極で挟み込んだ構成となっており、ｙ軸方向に伸縮可能となっている。
【０１０５】
そのため、圧電素子９１、９４を伸長させつつ、圧電素子９２、９３を収縮させる状態と、圧電素子９１、９４を収縮させつつ、圧電素子９２、９３を伸長させる状態と、を繰り返すように、圧電素子９１〜９４に駆動電圧を印加することで、図１４に示すように、振動腕８２１、８２２がｘ軸方向に互いに逆相で屈曲振動する。さらに、この振動腕８２１、８２２の振動と結合して、調整腕８３１、８３２がＸ軸方向に互いに逆相で屈曲振動する。
【０１０６】
このような振動片７では、上記の屈曲振動を励振させ易くするために、振動片７のＱ値を十分に高くすることが好ましい。そこで、振動片７では、調整腕８３１、８３２を配置して、振動片７のＱ値を調整腕８３１、８３２がない場合よりも上昇させている。
【０１０７】
振動腕８２１、８２２のＱ値をＱ１とし、調整腕８３１、８３２のＱ値をＱ２としたとき、Ｑ１とＱ２とは、互いに異なっており、本実施形態では、Ｑ１＜Ｑ２なる関係を満足している。これにより、調整腕８３１、８２２を有さない場合と比較して、振動片７のＱ値を高くすることができる。なお、Ｑ１とＱ２の関係は、上述した第３実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
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。
【０１０９】
［振動デバイス］
次に、本発明の振動片を備える振動デバイスについて説明する。
【０１１０】
図１５は、本発明の振動デバイスを適用した物理量検出装置の断面図である。図１６は、図１５に示す物理量検出装置のブロック図である。
【０１１１】
本実施形態の物理量検出装置１００は、角速度を検出することのできる物理量検出装置である。このような物理量検出装置１００は、図１５に示すように、振動片１と、ＩＣ１３０と、振動片１およびＩＣ１３０を収容するパッケージ１０と、を有している。パッケージ１０は、キャビティ状のベース１１と、ベース１１の開口を塞ぐリッド１２と、を有し、これらの内側に振動片１およびＩＣ１３０を収容する気密空間が形成されている。そして、この気密空間内においてＩＣ１３０がベース１１に固定され、振動片１が導電性接着材を介してＩＣ１３０に固定かつ電気的に接続されている。
【０１１２】
ＩＣ１３０は、図１６に示すように、振動片１を駆動振動させるための駆動回路１１０と、角速度が加わったときに振動片１の検出振動を検出するための検出回路１２０と、を有している。なお、駆動回路１１０および検出回路１２０は、本実施形態のように１チップのＩＣ１３０で実現されていてもよいし、それぞれ別個のＩＣチップで実現されていてもよい。
【０１１３】
駆動回路１１０は、Ｉ／Ｖ変換回路（電流電圧変換回路）１１１と、ＡＣ増幅回路１１２と、振幅調整回路１１３と、を有する。駆動回路１１０は、振動片１の駆動信号電極３１に駆動腕２４１〜２４４を駆動させる信号を出力し、かつ振動片１の駆動接地電極３２から出力される信号が入力される回路である。
【０１１４】
振動片１の駆動腕２４１〜２４４が振動すると、圧電効果に基づく交流電流が駆動接地電極３２から出力され、Ｉ／Ｖ変換回路１１１に入力される。Ｉ／Ｖ変換回路１１１は、入力された交流電流を駆動腕２４１〜２４４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１１１から出力された交流電圧信号は、ＡＣ増幅回路１１２に入力される。ＡＣ増幅回路１１２は、入力された交流電圧信号を増幅して出力する。
【０１１５】
ＡＣ増幅回路１１２から出力された交流電圧信号は、振幅調整回路１１３に入力される。振幅調整回路１１３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片１の駆動信号電極３１に出力する。この駆動信号電極３１に入力される交流電圧信号（駆動信号）により駆動腕２４１〜２４４が駆動振動モードで振動する。
【０１１６】
検出回路１２０は、チャージアンプ１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄと、減算処理回路１２２、１２３と、Ｙ軸角速度検出部１２４と、Ｚ軸角速度検出部１２５と、を有する。検出回路１２０は、振動片１の第１〜第４検出信号電極３３〜３６からそれぞれ出力される信号に基づいて、角速度ωｙおよび角速度ωｚを検出する回路である。
【０１１７】
チャージアンプ１２１ａ（第１の電流・電圧変換部）は、演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成されており、演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、検出腕２２１の第２検出信号電極３４から出力された第２検出信号Ｓ２が入力され、この演算増幅器の非反転入力端子（＋端子）は基準電位に固定される。チャージアンプ１２１ａは、演算増幅器に入力された検出信号を交流電圧信号に変換する。
【０１１８】
チャージアンプ１２１ｂ（第２の電流・電圧変換部）は、演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成されており、演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、検出腕２２１の第１検出信号電極３３から出力された第１検出信号Ｓ１が入力され、この演算増幅器の非反転入力端子（＋端子）は基準電位に固定される。チャージアンプ１２１ｂは、演算増幅器に入力された検出信号を交流電圧信号に変換する。
なお、第１、第２検出信号Ｓ１、Ｓ２は、電気的特性が逆である。
【０１１９】
チャージアンプ１２１ａの出力信号とチャージアンプ１２１ｂの出力信号は、減算処理回路（差動増幅回路）１２２に入力される。減算処理回路１２２は、振動片１の出力信号を差動増幅する差動増幅部として機能し、チャージアンプ１２１ａの出力信号とチャージアンプ１２１ｂの出力信号との電位差を増幅（差動増幅）した信号を出力する。減算処理回路１２２の出力信号Ｓ’は、Ｙ軸角速度検出部１２４およびＺ軸角速度検出部１２５に入力される。
【０１２０】
チャージアンプ１２１ｃ（第３の電流・電圧変換部）は、演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成されており、演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、検出腕２２２の第３検出信号電極３５から出力された第３検出信号Ｓ３が入力され、この演算増幅器の非反転入力端子（＋端子）は基準電位に固定される。チャージアンプ１２１ｃは、演算増幅器に入力された検出信号を交流電圧信号に変換する。
【０１２１】
チャージアンプ１２１ｄ（第４の電流・電圧変換部）は、演算増幅器と帰還抵抗と帰還容量を備えて構成されており、演算増幅器の反転入力端子（−端子）には、検出腕２２２の第４検出信号電極３６から出力された第４検出信号Ｓ４が入力され、この演算増幅器の非反転入力端子（＋端子）は基準電位に固定される。チャージアンプ１２１ｄは、演算増幅器に入力された検出信号を交流電圧信号に変換する。
なお、第３、第４検出信号Ｓ３、Ｓ４は、電気的特性が逆である。
【０１２２】
チャージアンプ１２１ｃの出力信号とチャージアンプ１２１ｄの出力信号は、減算処理回路（差動増幅回路）１２３に入力される。減算処理回路１２３は、振動片１の出力信号を差動増幅する差動増幅部として機能し、チャージアンプ１２１ｃの出力信号とチャージアンプ１２１ｄの出力信号との電位差を増幅（差動増幅）した信号を出力する。減算処理回路１２３の出力信号Ｓ”は、Ｙ軸角速度検出部１２４およびＺ軸角速度検出部１２５に入力される。
【０１２３】
Ｙ軸角速度検出部１２４は、加算処理回路１２４１と、ＡＣ増幅回路１２４２と、同期検波回路１２４３と、平滑回路１２４４と、可変増幅回路１２４５と、フィルター回路１２４６と、を有する。
【０１２４】
減算処理回路１２２の出力信号Ｓ’と減算処理回路１２３の出力信号Ｓ”は、加算処理回路１２４１に入力される。加算処理回路１２４１は、振動片１の出力信号を加算して増幅する加算増幅部として機能し、減算処理回路１２２の出力信号Ｓ’と減算処理回路１２３の出力信号Ｓ”との電位を加算し、増幅した信号を出力する。加算処理回路１２４１の出力信号は、ＡＣ増幅回路１２４２に入力される。
【０１２５】
ＡＣ増幅回路１２４２は、ＡＣ信号を増幅するＡＣ増幅部として機能し、加算処理回路１２４１の出力信号を増幅した信号を出力する。ＡＣ増幅回路１２４２の出力信号は、同期検波回路１２４３に入力される。同期検波回路１２４３は、駆動回路１１０のＡＣ増幅回路１１２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路１１２の出力信号を同期検波することによりＹ軸まわりの角速度成分を抽出する。
【０１２６】
同期検波回路１２４３で抽出されたＹ軸まわりの角速度成分の信号は、平滑回路１２４４で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路１２４５に入力される。可変増幅回路１２４５は、平滑回路１２４４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１２４５で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路１２４６に入力される。
【０１２７】
フィルター回路１２４６は、可変増幅回路１２４５の出力信号からセンサー帯域外の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）、Ｙ軸まわりの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出力する。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。
【０１２８】
Ｚ軸角速度検出部１２５は、減算処理回路１２５１と、ＡＣ増幅回路１２５２と、同期検波回路１２５３と、平滑回路１２５４と、可変増幅回路１２５５と、フィルター回路１２５６と、を有する。
【０１２９】
減算処理回路１２２の出力信号Ｓ’と減算処理回路１２３の出力信号Ｓ”は、減算処理回路１２５１に入力される。減算処理回路１２５１は、振動片１の出力信号を差動増幅する差動増幅部として機能し、減算処理回路１２２の出力信号Ｓ’と減算処理回路１２３の出力信号Ｓ”との電位差を増幅（差動増幅）した信号を出力する。減算処理回路１２５１の出力信号は、ＡＣ増幅回路１２５２に入力される。
【０１３０】
ＡＣ増幅回路１２５２は、ＡＣ信号を増幅するＡＣ増幅部として機能し、減算処理回路１２５１の出力信号を増幅した信号を出力する。ＡＣ増幅回路１２５２の出力信号は、同期検波回路１２５３に入力される。同期検波回路１２５３は、駆動回路１１０のＡＣ増幅回路１１２が出力する交流電圧信号を基に、ＡＣ増幅回路１２５２の出力信号を同期検波することによりＺ軸まわりの角速度成分を抽出する。
【０１３１】
同期検波回路１２５３で抽出されたＺ軸まわりの角速度成分の信号は、平滑回路１２５４で直流電圧信号に平滑化され、可変増幅回路１２５５に入力される。可変増幅回路１２５５は、平滑回路１２５４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１２５５で増幅（または減衰）された信号は、フィルター回路１２５６に入力される。
【０１３２】
フィルター回路１２５６は、可変増幅回路１２５５の出力信号からセンサー帯域外の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）、Ｚ軸まわりの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出力する。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。
【０１３３】
このような物理量検出装置１００は、振動片１を備えているので、優れた信頼性を有している。
【０１３４】
なお、本発明の振動デバイスは、図１６の物理量検出装置に限定されず、例えば、振動片４と、振動片４を発振させる発振回路と、を有している発振器であってもよい。
【０１３５】
［電子機器］
次に、本発明の振動片を備える電子機器について説明する。
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。
【０１３６】
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、振動片１が内蔵されている。
【０１３７】
図１８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。
【０１３８】
この図において、携帯電話機１２００は、アンテナ（図示せず）、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、振動片１が内蔵されている。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。そして、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を押すと、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、例えば、手振れ補正に用いられる振動片１が内蔵されている。
このような電子機器は、振動片１を備えているので、優れた信頼性を有している。
【０１４１】
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、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、時計（スマートウォッチを含む）、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）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ＨＭＤ（ヘッドマウントディスプレイ）等のウェアラブル端末、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダ、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、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニタ、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等に適用することができる。
【０１４２】
［移動体］
次に、本発明の振動片を備える移動体について説明する。
図２０は、本発明の移動体を適用した自動車を示す斜視図である。
【０１４３】
図２０に示すように、自動車１５００には振動片１が内蔵されており、例えば、振動片１によって車体１５０１の姿勢を検出することができる。振動片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（ドローンを含む）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、振動片１が組み込まれる。
【０１４４】
以上、本発明の振動片、振動デバイス、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。
【符号の説明】
【０１４５】
１…振動片、１０…パッケージ、１１…ベース、１２…リッド、２…振動体、２１…基部、２２１、２２２…検出腕、２２１Ａ、２２２Ａ…腕部、２２１Ｂ、２２２Ｂ…広幅部、２２１１、２２１２、２２２１、２２２２…溝部、２３１、２３２…連結腕、２４１、２４２、２４３、２４４…駆動腕、２４１Ａ、２４２Ａ、２４３Ａ、２４４Ａ…腕部、２４１Ｂ、２４２Ｂ、２４３Ｂ、２４４Ｂ…広幅部、２４１１、２４１２、２４２１、２４２２、２４３１、２４３２、２４４１、２４４２…溝部、２４１３、２４１４、２４２３、２４２４、２４３３、２４３４、２４４３、２４４４…段差部、２５１、２５２、２５３、２５４…調整腕、３１…駆動信号電極、３２…駆動接地電極、３３…第１検出信号電極、３４…第２検出信号電極、３５…第３検出信号電極、３６…第４検出信号電極、３９…被覆膜、４…振動片、５…振動体、５１…基部、５２１、５２２…振動腕、５２１１、５２１２、５２２１、５２２２…溝部、５３１、５３２…調整腕、６１…駆動信号電極、６２…駆動接地電極、７…振動片、８…振動体、８１…基部、８２１、８２２…振動腕、８３１、８３２…調整腕、９１、９２、９３、９４…圧電素子、１００…物理量検出装置、１１０…駆動回路、１１１…Ｉ／Ｖ変換回路、１１２…ＡＣ増幅回路、１１３…振幅調整回路、１２０…検出回路、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ…チャージアンプ、１２２、１２３…減算処理回路、１２４…Ｙ軸角速度検出部、１２４１…加算処理回路、１２４２…ＡＣ増幅回路、１２４３…同期検波回路、１２４４…平滑回路、１２４５…可変増幅回路、１２４６…フィルター回路、１２５…Ｚ軸角速度検出部、１２５１…減算処理回路、１２５２…ＡＣ増幅回路、１２５３…同期検波回路、１２５４…平滑回路、１２５５…可変増幅回路、１２５６…フィルター回路、１３０…ＩＣ、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、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ…矢印、Ｊｘ、Ｊｙ…軸、Ｌｘ、Ｌｚ…中心線、Ｓ’、Ｓ”…出力信号、Ｓ１…第１検出信号、Ｓ２…第２検出信号、Ｓ３…第３検出信号、Ｓ４…第４検出信号、ωｙ、ωｙｚ、ωｚ…角速度
【図１】
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【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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