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CN104935289A - 振动元件、陀螺仪传感器元件、电子器件、电子设备和移动体 - Google Patents

振动元件、陀螺仪传感器元件、电子器件、电子设备和移动体 Download PDF

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CN104935289A
CN104935289A CN201510119149.6A CN201510119149A CN104935289A CN 104935289 A CN104935289 A CN 104935289A CN 201510119149 A CN201510119149 A CN 201510119149A CN 104935289 A CN104935289 A CN 104935289A
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市川史生
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Abstract

振动元件、陀螺仪传感器元件、电子器件、电子设备和移动体。为了得到小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件，振动元件具有基部以及驱动臂，该驱动臂从基部延伸，设置有贯通孔，其中，驱动臂沿着面内方向振动，并交替地具有面内方向的宽度较大的多个宽幅部以及面内方向的宽度较小的多个窄幅部，贯通孔设置在宽幅部。

Description

振动元件、陀螺仪传感器元件、电子器件、电子设备和移动体
技术领域
本发明涉及振动元件、陀螺仪传感器元件、电子器件、电子设备以及移动体。
背景技术
一直以来，振动元件及陀螺仪传感器元件被用于便携电话、数字照相机等电子设备以及汽车等移动体。随着这些电子设备和移动体的高性能化的请求，对振动元件及陀螺仪传感器元件也要求低阻抗化以及提高检测灵敏度。例如，专利文献1示出了在驱动臂部中设置有贯通槽和加强贯通槽的刚性加强部的结构的振动片。此外，在专利文献2中示出了在激励用驱动臂部中排列有多个贯通孔的结构的惯性传感器。已知通过这些结构，提高了驱动臂的刚性，在驱动臂的侧面和与该侧面相对的贯通槽或贯通孔的侧面形成激励用电极，由此，成为能够降低阻抗(CI值、串联等效电阻)的振动片以及惯性传感器。
专利文献1：日本特开2002-261576号公报
专利文献2：日本特开2006-208261号公报
但是，近年来，振动元件及陀螺仪传感器元件的小型化在发展，驱动臂的宽度也显著变小。为了降低元件的阻抗而设置的贯通孔也变小，存在难以设置开口面积较大的贯通孔的问题。相反地，可考虑扩大驱动臂的宽度尺寸来扩大贯通孔。但是，在设驱动臂的宽度为W、驱动臂的长度为L的情况下，驱动臂的振动频率f必须满足
f∝W/L2·····式1
的关系。因此，驱动臂的宽度越大，则驱动臂的长度必须越长，存在驱动臂的外形尺寸变大的问题。即，难以提供小型且阻抗低的振动元件、陀螺仪传感器元件。
发明内容
本发明正是为了解决上述课题中的至少一部分而完成的，可作为以下方式或应用例来实现。
[应用例1]
本应用例的振动元件的特征在于具有：基部；以及驱动臂，其从所述基部延伸，设置有贯通孔，所述驱动臂分别具有多个宽度大的宽幅部和宽度比所述宽幅部小的窄幅部，所述宽幅部和所述窄幅部交替配置，所述贯通孔设置在与所述宽幅部重合的位置。
根据本应用例，振动元件具有驱动臂，该驱动臂在俯视时从基部平行地延伸，可在面内方向上振动。在驱动臂上，从基部朝向驱动臂的末端，交替地具有面内方向的宽度较大的宽幅部和面内方向的宽度较小的窄幅部，在宽幅部中，设置有用于减小阻抗的贯通孔。在宽幅部中，能够形成开口面积较大的贯通孔。但是，在为了形成开口面积较大的贯通孔而在以规定频率振动的振动元件的驱动臂中设置有宽幅部的情况下，振动元件的振动频率比规定频率上升。为了降低因宽幅部而上升的振动频率，例如，需要加长驱动臂的长度，振动元件的外形尺寸大。因此，在本应用例的振动元件的驱动臂中，设置有窄幅部。由此，能够利用窄幅部抑制宽幅部导致的振动频率的上升。因此，能够提供小型化、生产效率高且低阻抗的振动元件。
[应用例2]
在上述应用例所述的振动元件中，所述驱动臂具有倾斜部，该倾斜部的面内方向的宽度从所述驱动臂的所述宽幅部朝所述窄幅部逐渐缩小。
根据本应用例，驱动臂在宽幅部与窄幅部之间具有倾斜部，该倾斜部从宽幅部朝向窄幅部而使面内方向的宽度逐渐缩小。由此，能够提高驱动臂的刚性。
[应用例3]
在上述应用例所述的振动元件中，所述窄幅部的所述面内方向的宽度优选为所述宽幅部的88％以上且99％以下。
根据本应用例，在驱动臂中，设置有宽幅部和具有宽幅部的99％以下的宽度的窄幅部。窄幅部能够降低因设置宽幅部而变得比规定频率高的振动频率。但是，如果设置非常窄的窄幅部，则导致驱动臂的刚性下降、阻抗上升。因此，本应用例的振动元件在驱动臂中设置有具有宽幅部的88％以上的宽度的窄幅部。由此，能够实现低阻抗的振动元件。因此，能够提供小型化且低阻抗的振动元件。
[应用例4]
在上述应用例所述的振动元件中，在俯视所述驱动臂时，所述贯通孔优选为使长方形的至少一个角部变圆的形状，其中，该长方形以所述驱动臂的延伸方向为长边。
根据本应用例，在驱动臂中设置有贯通孔，在俯视时，该贯通孔呈使长方形的至少一个角部变圆的形状，其中，所述长方形以驱动臂的延伸方向为长边。通过使长方形的贯通孔的角部变圆，驱动臂的刚性提高。换言之，通过使角部变圆，能够在驱动臂中形成沿驱动臂的延伸方向伸长的贯通孔。
[应用例5]
本应用例的陀螺仪传感器元件的特征在于具有上述应用例所述的振动元件作为驱动臂，该陀螺仪传感器元件具有检测臂，该检测臂从与所述驱动臂相反一侧的所述基部延伸，检测与所述面内方向交叉的面外方向上的振动。
根据本应用例，陀螺仪传感器元件具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件作为驱动臂。因此，能够提供小型化、生产效率高且驱动臂的驱动效率高的陀螺仪传感器元件。
[应用例6]
在上述应用例所述的陀螺仪传感器元件中，优选的是，在俯视所述检测臂时，在所述检测臂中，从所述检测臂的所述基部侧朝向所述检测臂的末端方向设置有长方形的贯通孔。
根据本应用例，在陀螺仪传感器元件的检测臂中，设置有用于降低阻抗的贯通孔。因此，能够提供小型化、生产效率高且检测灵敏度高的陀螺仪传感器元件。
[应用例7]
本应用例的电子器件的特征在于具有上述应用例所述的振动元件或陀螺仪传感器元件。
根据本应用例，能够提供具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件或陀螺仪传感器元件的电子器件。
[应用例8]
本应用例的电子设备的特征在于具有上述应用例所述的振动元件或陀螺仪传感器元件。
根据本应用例能够提供具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件或陀螺仪传感器元件的电子设备。
[应用例9]
本应用例的移动体的特征在于具有上述应用例所述的振动元件或陀螺仪传感器元件。
根据本应用例能够提供具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件或陀螺仪传感器元件的移动体。
附图说明
图1是示出实施方式1的振动元件的概略结构的示意性俯视图以及侧视图。
图2是图1中的A-A线处的剖视图。
图3是示出窄幅部/宽幅部与振动频率、以及窄幅部/宽幅部与阻抗之间的关系的曲线图。
图4是示出作为具有振动元件的电子器件的音叉型振子的概略剖视图。
图5是示出作为具有振动元件的电子器件的石英振荡器的概略剖视图。
图6是示出实施方式2的陀螺仪传感器元件的概略结构的示意性俯视图以及侧视图。
图7是图6中的B-B线处的剖视图。
图8是示出作为具有陀螺仪传感器元件的电子器件的陀螺装置的概略剖视图。
图9是示出作为具有振动元件或陀螺仪传感器元件的电子设备的移动型(或笔记本型)的个人计算机的结构的立体图。
图10是示出作为具有振动元件或陀螺仪传感器元件的电子设备的移动电话的立体图。
图11是示出作为具有振动元件或陀螺仪传感器元件的电子设备的数字照相机的立体图。
图12是示出作为具有振动元件或陀螺仪传感器元件的移动体的汽车的立体图。
标号说明
1振动元件；10基部；20、30驱动臂；22、32宽幅部；24a、24b、34a、34b倾斜部；26、36窄幅部；28、38、348、358贯通孔；42第1驱动电极；44第2驱动电极；100音叉型振子；110、210；410封装主体；112、412支承台；120盖体；140固定部件；150密封部；200石英振荡器；230、450IC芯片；270引线；300陀螺仪传感器元件；340、350检测臂；362第1检测电极；364第2检测电极；400陀螺装置；420极片用载带；430基板主体；440基板；1100个人计算机；1200移动电话；1300数字照相机；1500汽车。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式说明。此外，在以下的各图中，为了设为能够识别各层及各部件的程度的大小，使各层及各部件的尺度与实际不同。
(实施方式1)
＜振动元件＞
图1的(a)是示出实施方式1的振动元件的概略结构的示意性俯视图。图1的(b)是侧视图。图2是图1中的A-A线处的剖视图。在图1、图2、以及后述的图6、图7、图8中，为了便于说明，图示出X轴、Y轴以及Z轴作为相互垂直的3轴，将该图示的箭头的末端侧记作“+侧”，将基端侧记作“-侧”。此外，在以下的说明中，将与X轴平行的方向称作“X轴方向”，将与Y轴平行的方向称作“Y轴方向”，将与Z轴平行的方向称作“Z轴方向”。
首先，使用图1和图2，对实施方式1的振动元件的概略结构进行说明。
如图1所示，振动元件1由基部10和从基部10延伸的一对驱动臂20、30等构成。具体而言，振动元件1具有棱柱状的一对驱动臂20、30，驱动臂20、30从大致矩形平板状的基部10的+Y侧的一端起，在Y轴方向上大致彼此平行地延伸。构成振动元件1的基部10和驱动臂20、30一体地形成，使用石英作为基材。此外，本实施方式1的振动元件1利用光刻法以及基于氟类气体等的干式蚀刻法形成。
石英具有被称作电轴的X轴、被称作机械轴的Y轴以及被称作光学轴的Z轴。形成振动元件1的基材沿着由在石英晶轴上垂直的X轴以及Y轴规定的平面切出，加工成平板状，在与平面垂直的Z轴方向上具有规定的厚度。关于Z轴，可以使用以X轴为中心，以0度～2度的范围旋转而切出的轴。规定的厚度可根据振动频率、外形尺寸、加工性等而适当设定。
驱动臂20具有：X轴方向的宽度W1较大的宽幅部22；X轴方向的宽度W2较小的窄幅部26；以及倾斜部24a、24b，它们的X轴方向的宽度从宽幅部22朝窄幅部26逐渐缩小。在驱动臂20上，从基部10的+X侧朝驱动臂20的末端方向，依次反复形成有宽幅部22、倾斜部24a、窄幅部26、倾斜部24b，设置有四个宽幅部22。通过在宽幅部22和窄幅部26之间设置倾斜部24a或倾斜部24b，能够提高驱动臂20的刚性。
在驱动臂20的与宽幅部22重合的位置设置有朝Z轴方向开口的贯通孔28。通过在驱动臂20中设置宽幅部22，能够在X轴方向设置开口较大的贯通孔28。贯通孔28呈使以Y轴方向为长边的长方形的角部变圆而得到的圆角长方形。通过沿着倾斜部24a、24b配置圆角长方形的圆角部，能够在Y轴方向设置开口较大的贯通孔28。
驱动臂30具有：X轴方向的宽度W1较大的宽幅部32；X轴方向的宽度W2较小的窄幅部36；以及倾斜部34a、34b，它们的X轴方向的宽度从宽幅部32朝窄幅部36逐渐缩小。在驱动臂30中，从基部10的+X侧朝驱动臂30的末端方向，依次反复形成有宽幅部32、倾斜部34a、窄幅部36、倾斜部34b，设置有四个宽幅部32。通过在宽幅部32和窄幅部36之间设置倾斜部34a或倾斜部34b，能够提高驱动臂30的刚性。
在驱动臂30的与宽幅部32重合的位置设置有朝Z轴方向开口的贯通孔38。通过在驱动臂30中设置宽幅部32，能够在X轴方向设置开口较大的贯通孔38。贯通孔38呈使以Y轴方向为长边的长方形的角部变圆而得到的圆角长方形。通过沿着倾斜部34a、34b配置圆角长方形的圆角部，能够在Y轴方向设置开口较大的贯通孔38。
在驱动臂20、30的宽幅部22、32中，能够在X轴方向以及Y轴方向设置开口面积较大的贯通孔28、38，能够抑制以干式蚀刻法形成振动元件1时的微负载效应导致的蚀刻率的下降以及由此导致的生产效率的下降。
在为了形成开口面积较大的贯通孔28、38而在以规定频率振动的振动元件1的驱动臂20、30上设置宽幅部22、32的情况下，振动元件1的振动频率比规定频率上升。以往，为了降低振动元件1的振动频率，需要使驱动臂20、30的Y轴方向的长度变长，这导致振动元件1的外形尺寸的增大。因此，在本实施方式中，在振动元件1的驱动臂20、30中，设置有用于降低振动频率的窄幅部26、36。由此，能够利用窄幅部26、36抑制宽幅部22、32导致的振动频率的上升。
此外，对在与宽幅部22、32重合的位置设置圆角长方形的贯通孔28、38的情况进行了说明，但不限于该形状。例如，贯通孔28、38可以是使长方形的至少一个角部变圆而得到的形状、利用多边形形成圆角部而得到的形状、椭圆形状等。
图2是图1中的A-A线处的剖视图。
如图2所示，在驱动臂20的X轴方向的两个外侧面形成有第1驱动电极42。在设置在驱动臂20的与宽幅部22重合的位置的贯通孔28的X轴方向的两个内侧面形成有第2驱动电极44。
在驱动臂30的X轴方向的两个外侧面形成有第2驱动电极44。在设置在驱动臂30的与宽幅部32重合的位置的贯通孔38的X轴方向的两个内侧面形成有第1驱动电极42。
在对第1驱动电极42和第2驱动电极44施加相位相差180度的交流电压时，振动元件1的驱动臂20和驱动臂30沿着面内方向(XY平面方向)反复进行彼此朝相反方向位移的弯曲运动，从而在规定的频率下弯曲振动。
如上所述，在驱动臂20、30中设置有贯通孔28、38，由此，能够在贯通孔28、38的内侧面和驱动臂20、30的外侧面配置第1驱动电极42或第2驱动电极44。由此，能够在第1驱动电极42和第2驱动电极44之间有效地产生电场，从而得到低阻抗的振动元件1。
第1驱动电极42、第2驱动电极44的结构没有特别限定，可以由金(Au)、金合金、白金(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、铜(Cu)、钼(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料、氧化铟锡(ITO)等导电材料形成。
图3是示出窄幅部/宽幅部与振动频率、以及窄幅部/宽幅部与阻抗之间的关系的曲线图。
图3的(a)示出窄幅部/宽幅部与振动频率之间的关系。
图3的(a)的横轴以宽幅部22、32的X轴方向的宽度W1为基准，以比率(百分比)示出窄幅部26、36的X轴方向的宽度W2。
图3的(a)的纵轴以窄幅部26、36的X轴方向的宽度W2与宽幅部22、32的X轴方向的宽度W1相同的情况下(不存在窄幅部26、36的情况下)的振动频率f0为基准，以基准化频率表示设置有窄幅部26、36时的振动频率f。
图3的(a)所示的曲线图表示使振动元件1的窄幅部26、36的宽度W2相对于宽幅部22、32的宽度W1变小的情况下的振动频率f的变化。如该曲线图所示，即使使窄幅部26、36的宽度W2稍微缩小到宽幅部22、32的宽度W1的99％，也能够确认使振动元件1的振动频率f下降的效果。窄幅部26、36能够使因宽幅部22、32而上升的振动频率下降，其中，所述宽幅部22、32是为了在X轴方向设置开口面积较大的贯通孔28、38而在驱动臂20、30中设置的。
图3的(b)示出窄幅部/宽幅部与阻抗之间的关系。
图3的(b)的横轴以宽幅部22、32的X轴方向的宽度W1为基准，以比率(百分比)示出窄幅部26、36的X轴方向的宽度W2。
图3的(b)的纵轴以窄幅部26、36的X轴方向的宽度W2与宽幅部22、32的X轴方向的宽度W1相同(不存在窄幅部26、36的情况下)且没有设置贯通孔28、38的情况下的阻抗R10为基准，以基准化阻抗表示设置有窄幅部26、36和贯通孔28、38时的阻抗R1。
在图3的(b)中，点α表示未在驱动臂20、30中设置窄幅部26、36、以及贯通孔28、38时的基准阻抗R10(1.0)，曲线β表示在驱动臂20、30中设置有贯通孔28、38且使振动元件1的窄幅部26、36的宽度W2相对于宽幅部22、32的宽度W1变小的情况下的阻抗R1的变化。
如曲线β所示，振动元件1的阻抗R1因缩小窄幅部26、36的宽度而上升。但是，在本实施方式的振动元件1中，设置有用于降低阻抗R1的贯通孔28、38。通过将窄幅部26、36的宽度W2设为宽幅部22、32的宽度W1的88％以上，由此，相对于发明人设为目标的基准阻抗R10，能够实现50％以下这样的低阻抗的振动元件1。
此外，在本实施方式中，对振动元件1使用石英作为基材的情况进行了说明，但不限于此。振动元件1除了可以使用石英以外，还可以使用钽酸锂、铌酸锂等压电单晶体、锆钛酸铅等压电陶瓷等压电材料或硅半导体材料形成。
如上所述，根据本实施方式1的振动元件1，可得到以下的效果。
本实施方式的振动元件1具有两个驱动臂20、30，在从+Z轴方向俯视时，这两个驱动臂20、30从基部10的+Y侧起，与+Y轴方向平行地延伸，能够沿着面内方向(XY面内方向)振动。驱动臂20、30具有宽幅部22、32、窄幅部26、36和倾斜部24a、24b、34a、34b。宽幅部22、32中设置的开口面积较大的贯通孔28、38降低振动元件1的阻抗，并能够抑制微负载效应导致的蚀刻率的下降以及由此导致的生产效率的下降。窄幅部26、36能够降低宽幅部22、32导致的振动频率的上升，而不会增大振动元件1的外形尺寸。因此，能够提供小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件1。
＜电子器件-1＞
接下来，对作为应用了本发明的振动元件1的电子器件的音叉型振子进行说明。图4是示出具有本发明的振动元件1的音叉型振子100的概略剖视图。
音叉型振子100具有振动元件1、为了收纳振动元件1而形成为矩形的箱状的封装主体110以及盖体120。关于振动元件1，使振动元件1的基部10经由导电性粘合剂等固定部件140粘接支承于在由陶瓷等形成的封装主体110中形成的支承台112上。此外，在支承台112的表面，形成有布线(未图示)，振动元件1的第1驱动电极42、第2驱动电极44以及布线经由固定部件140进行电连接。音叉型振子100向振动元件1施加电压，由此作为振子发挥作用。
该固定部件140优选为具有弹性的材料。作为具有弹性的固定部件140，已知有以硅为基材的粘结剂等。在封装主体110的上部开口，设置有密封部150，使封装主体110与盖体120经由密封部150密封。此外，收纳振动元件1的封装主体110的腔体160是氮等惰性气体气氛或减压气氛。
如上所述，根据音叉型振子100，能够提供具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件1的电子器件。
＜电子器件-2＞
接下来，对作为应用了本发明的振动元件1的电子器件的石英振荡器进行说明。图5是示出具有本发明的振动元件1的石英振荡器200的概略剖视图。
在图5所示的石英振荡器200中，在上述音叉型振子100的振动元件1的下方配置有IC芯片230。此外，对于与音叉型振子100(电子器件-1)相同的结构部位，标注相同编号并省略重复说明。
石英振荡器200具有振动元件1、IC芯片230、封装主体210以及盖体120，其中，封装主体210形成为用于收纳振动元件1和IC芯片230的矩形的箱状。在封装主体210的底面设置有收纳IC芯片230的腔体，经由固定部件140，将IC芯片230粘接在腔体内。在封装主体210的底面形成有布线(未图示)，IC芯片230和布线通过Au(金)等的引线270进行电连接。在振动元件1振动时，将该振动输入到IC芯片230，然后取出规定的频率信号，由此，石英振荡器200作为振荡器发挥作用。
如上所述，根据石英振荡器200，能够提供具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件1的电子器件。
(实施方式2)
＜陀螺仪传感器元件＞
图6的(a)是示出实施方式2的陀螺仪传感器元件的概略结构的示意性俯视图。图6的(b)是侧视图。图7是图6中的B-B线处的剖视图。
首先，使用图6和图7，对实施方式2的陀螺仪传感器元件的概略结构进行说明。此外，本实施方式的陀螺仪传感器元件具有与在实施方式1中记述的振动元件1相同结构的驱动臂20、30。对于与振动元件1相同的结构部位，标注相同编号并省略重复说明。
如图6所示，陀螺仪传感器元件300由基部10、从基部10延伸的一对驱动臂20、30、以及从与驱动臂20、30相反一侧的基部10延伸的一对检测臂340、350等构成。具体而言，陀螺仪传感器元件300具有：从大致矩形平板状的基部10的+Y侧的一端朝+Y轴方向大致彼此平行地延伸的棱柱状的一对驱动臂20、30；以及从基部10的-Y侧的一端朝-Y轴方向大致彼此平行地延伸的棱柱状的一对检测臂340、350。
在检测臂340中，从检测臂340的基部10侧朝检测臂340的末端侧(-Y侧)设置有在Z轴方向开口的贯通孔348。贯通孔348呈使以Y轴方向为长边的长方形的角部变圆而得到的圆角长方形。
在检测臂350中，从检测臂350的基部10侧朝检测臂350的末端侧(-Y侧)设置有在Z轴方向开口的贯通孔358。贯通孔358呈使以Y轴方向为长边的长方形的角部变圆而得到的圆角长方形。
此外，对在检测臂340、350中设置圆角长方形的贯通孔348、358的情况进行了说明，但不限于该形状。例如，贯通孔348、358可以是使长方形、长方形的至少一个角部变圆而得到的形状、由多边形形成圆角部而得到的形状、椭圆形状等。
在驱动臂20、30中，为了防止微负载效应导致的蚀刻率的下降而设置有宽幅部22、32，在宽幅部22、32中设置有开口面积较大的贯通孔28、38。驱动臂20、30中设置的宽幅部22、32导致振动频率的上升，驱动臂20、30的面内方向的面内振动频率与检测臂340、350的面外方向的面外振动频率产生频率差，使得后述的角速度ω的检测灵敏度下降。以往，为了使它们频率一致，已知有使驱动臂20、30的长度变长的方法，但这导致振动元件1的外形尺寸的增大。此外，存在使检测臂340、350的厚度(Z轴方向)变厚的方法，但这导致生产效率和加工精度的下降。因此，在本实施方式中，在驱动臂20、30中设置有用于降低振动频率的窄幅部26、36。由此，能够使驱动臂20、30的面内方向的面内振动频率与检测臂340、350的面外方向的面外振动频率成为大致相同的频率。
图7是图6中的B-B线处的剖视图。
如图7所示，在检测臂340的+X轴方向的外侧面，在外侧面的+Z侧形成有第1检测电极362，在外侧面的-Z侧形成有第2检测电极364。在检测臂340的-X轴方向的外侧面，在外侧面的+Z侧形成有第2检测电极364，在外侧面的-Z侧形成有第1检测电极362。
在检测臂340中设置的贯通孔348的+X轴方向的内侧面，在内侧面的+Z侧形成有第2检测电极364，在内侧面的-Z侧形成有第1检测电极362。在检测臂340中设置的贯通孔348的-X轴方向的内侧面，在内侧面的+Z侧形成有第1检测电极362，在内侧面的-Z侧形成有第2检测电极364。
在检测臂350的+X轴方向的外侧面，在外侧面的+Z侧形成有第2检测电极364，在外侧面的-Z侧形成有第1检测电极362。在检测臂350的-X轴方向的外侧面，在外侧面的+Z侧形成有第1检测电极362，在外侧面的-Z侧形成有第2检测电极364。
在检测臂350中设置的贯通孔358的+X轴方向的内侧面，在内侧面的+Z侧形成有第1检测电极362，在内侧面的-Z侧形成有第2检测电极364。在检测臂350中设置的贯通孔358的-X轴方向的内侧面，在内侧面的+Z侧形成有第2检测电极364，在内侧面的-Z侧形成有第1检测电极362。
接下来，对施加于陀螺仪传感器元件300的角速度的检测进行说明。
在对驱动臂20、30的第1驱动电极42和第2驱动电极44施加相位相差180度的交流电压时，振动元件1的驱动臂20和驱动臂30沿着面内方向(XY平面方向)，进行彼此朝相反方向位移的弯曲振动(驱动模式)。在本实施方式的陀螺仪传感器元件300中，使用了阻抗较低的驱动臂20、30，因此，能够高效地进行弯曲振动。在该驱动模式的状态下，在绕Y轴施加角速度ω时，在驱动臂20、30中产生科里奥利力，驱动臂20、30朝与面内方向交叉的面外方向(+Z轴方向和-Z轴方向)彼此朝相反方向弯曲振动。
检测臂340、350与驱动臂20、30的面外方向的弯曲振动共振，从而同样地在面外方向上，彼此朝相反方向弯曲振动。此时，由于压电效应，在第1检测电极362、第2检测电极364之间产生电荷。陀螺仪传感器元件300通过检测该电荷，能够检测施加于陀螺仪传感器元件300的角速度ω。
在检测臂340、350中，设置有贯通孔348、358，可以在检测臂340、350的外侧面和贯通孔348、358的内侧面配置第1检测电极362以及第2检测电极364。由此，能够在第1检测电极362和第2检测电极364之间有效地产生电荷，因此，得到检测灵敏度高的陀螺仪传感器元件300。
如上所述，根据本实施方式2的陀螺仪传感器元件300，能够得到以下的效果。
本实施方式的陀螺仪传感器元件300具有：两个驱动臂20、30，在从+Z轴方向俯视时，这两个驱动臂20、30从基部10的+Y侧朝+Y轴方向平行地延伸，沿着面内方向(XY面内方向)振动；以及检测臂340、350，它们从基部10的-Y侧朝-Y轴方向平行地延伸，检测与面内方向交叉的面外方向的振动。驱动臂20、30具有宽幅部22、32、窄幅部26、36和倾斜部24a、24b、34a、34b。通过在宽幅部22、32中设置开口面积较大的贯通孔28、38，能够减小振动元件1的阻抗并能够抑制微负载效应导致的蚀刻率的下降以及由此导致的生产效率的下降。窄幅部26、36能够消除因设置宽幅部22、32而产生的驱动臂20、30的振动频率与检测臂340、350的振动频率之间的频率差，而不会增大驱动臂20、30的长度以及检测臂340、350的厚度。因此，能够提供小型化、生产效率高且阻抗低的陀螺仪传感器元件300。
＜电子器件-3＞
接下来，对作为应用了本发明的陀螺仪传感器元件300的电子器件的陀螺装置进行说明。图8是示出具有本发明的陀螺仪传感器元件300的陀螺装置400的概略剖视图。此外，对于与音叉型振子100(电子器件-1)相同的结构部位，标注相同编号并省略重复说明。
如图8所示，陀螺装置400具有陀螺仪传感器元件300、IC芯片450、封装主体410以及盖体120，其中，封装主体410形成为用于收纳陀螺仪传感器元件300和IC芯片450的矩形的箱状。在由陶瓷等形成的封装主体410的底面上，经由粘结剂等固定部件140粘接支承有IC芯片450，且IC芯片450通过Au(金)等引线270与在封装主体410上形成的布线(未图示)电连接。IC芯片450包含驱动陀螺仪传感器元件300的驱动电路、和输出施加于陀螺仪传感器元件300的角速度ω的检测电路。
陀螺仪传感器元件300支承在大致框状的基板440上，该基板440固定在以包围IC芯片450的方式形成在封装主体410中的支承台412上。基板440具有由聚酰亚胺等树脂构成的基板主体430以及由Cu(铜)等金属箔构成的极片用载带(tab tape)420，其中，极片用载带420层叠在支承台412上。基板440延伸设置有多个带状的极片用载带420，该极片用载带420从支承台412的边缘朝中央部向斜上方弯曲。极片用载带420的末端经由凸点等接合部件与在陀螺仪传感器元件300的基部10形成的布线(未图示)电连接。由此，陀螺仪传感器元件300被基板440支承为与XY平面平行。
陀螺装置400基于来自IC芯片450的驱动信号，使陀螺仪传感器元件300以规定的频率沿着面内方向振动，绕Y轴施加角速度ω，由此在面外方向上振动。利用IC芯片450检测因该面外方向的振动而产生的电荷，由此作为陀螺仪传感器发挥作用。
如上所述，根据陀螺装置400，能够提供具有小型化、生产效率高且阻抗低的振动元件1的电子器件。
＜电子设备＞
接下来，使用图9～图12，对具有本发明实施方式的振动元件1、音叉型振子100、石英振荡器200、陀螺仪传感器元件300或陀螺装置400的电子设备进行说明。此外，在说明中，示出了使用振动元件1的例子。
图9是示出作为具有本发明一个实施方式的振动元件1的电子设备的移动型(或笔记本型)的个人计算机1100的结构的概略立体图。在该图中，个人计算机1100由具有键盘1102的主体部1104以及具有显示部1000的显示单元1106构成，显示单元1106通过铰链构造部以能够转动的方式支承在主体部1104上。在这样的个人计算机1100中内置有用于输出基准信号的振动元件1。
图10是示出作为具有本发明一个实施方式的振动元件1的电子设备的移动电话1200(也包括PHS)的结构的概略立体图。在该图中，移动电话机1200具有多个操作按钮1202、接听口1204以及通话口1206，在操作按钮1202与接听口1204之间配置有显示部1000。在这样的移动电话1200中，内置有用于输出基准信号的振动元件1。
图11是示出作为具有本发明一个实施方式的振动元件1的电子设备的数字照相机1300的结构的概略立体图。另外，在该图中，还简单地示出与外部设备之间的连接。这里，现有的胶卷照相机是通过被摄体的光像对银盐胶片进行感光，与此相对，数字照相机1300通过CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)等摄像元件对被摄体的光像进行光电转换，生成摄像信号(图像信号)。
在数字照相机1300中的壳体(机身)1302的背面设置有显示部1000，构成为根据CCD的摄像信号进行显示，显示部1000作为将被摄体显示为电子图像的取景器发挥功能。并且，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)设置有包含光学镜头(摄像光学系统)以及CCD等的受光单元1304。
当摄影者确认在显示部1000中显示的被摄体像并按下快门按钮1306时，该时刻的CCD的摄像信号被传输到存储器1308内并进行存储。并且，在该数字照相机1300中，在壳体1302的侧面设置有视频信号输出端子1312以及数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要，使视频信号输出端子1312与电视监视器1430连接，使数据通信用的输入输出端子1314与个人计算机1440连接。而且，构成为通过规定的操作，将存储在存储器1308中的摄像信号输出到电视监视器1430或个人计算机1440。在这样的数字照相机1300中，内置有用于输出基准信号的振动元件1。
此外，本发明的一个实施方式的振动元件1除了可以应用于图9的个人计算机1100(移动型个人计算机)、图10的移动电话1200、图11的数字照相机1300以外，例如，还可以应用于喷墨式排出装置(例如喷墨打印机)、膝上型个人计算机、电视机、摄像机、录像机、车载导航装置、寻呼机、电子记事本(也包含通信功能的)、电子词典、计算器、电子游戏设备、文字处理器、工作站、视频电话、防盗用电视监视器、电子双筒望远镜、POS终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖计、心电图计测装置、超声波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测定设备、计量仪器类(例如车辆、飞机、船舶的计量仪器类)、飞行模拟器等电子设备。
＜移动体＞
图12是概略地示出作为移动体的一例的汽车的立体图。在汽车1500中安装有本发明的振动元件1。例如，如该图所示，在作为移动体的汽车1500中，在车体上安装有电子控制单元1510，该电子控制单元1510内置有振动元件1，控制轮胎等。此外，振动元件1还可以广泛应用于无钥匙进入系统、防盗系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、气囊、轮胎压力监视系统(TPMS：Tire PressureMonitoring System)、发动机控制、混合动力汽车或电动汽车的电池显示器、车体姿态控制系统等的电子控制单元(ECU：electronic control unit)。

Claims (19)

1.一种振动元件，其特征在于，该振动元件具有：
基部；以及
驱动臂，其从所述基部延伸，设置有贯通孔，
所述驱动臂分别具有多个宽度大的宽幅部和宽度比所述宽幅部小的窄幅部，
所述宽幅部和所述窄幅部交替配置，
所述贯通孔设置在与所述宽幅部重合的位置。
2.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述驱动臂具有倾斜部，该倾斜部的面内方向的宽度从所述驱动臂的所述宽幅部朝所述窄幅部逐渐缩小。
3.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
所述窄幅部的宽度为所述宽幅部的88％以上且99％以下。
4.根据权利要求2所述的振动元件，其特征在于，
所述窄幅部的宽度为所述宽幅部的88％以上且99％以下。
5.根据权利要求1所述的振动元件，其特征在于，
在从所述贯通孔的贯通方向观察所述驱动臂时，所述贯通孔呈使大致长方形的至少一个角部变圆而得到的形状。
6.根据权利要求2所述的振动元件，其特征在于，
在从所述贯通孔的贯通方向观察所述驱动臂时，所述贯通孔呈使大致长方形的至少一个角部变圆而得到的形状，其中，所述大致长方形以所述驱动臂的延伸方向为长边。
7.根据权利要求3所述的振动元件，其特征在于，
在从所述贯通孔的贯通方向观察所述驱动臂时，所述贯通孔呈使大致长方形的至少一个角部变圆而得到的形状，其中，所述大致长方形以所述驱动臂的延伸方向为长边。
8.根据权利要求4所述的振动元件，其特征在于，
在从所述贯通孔的贯通方向观察所述驱动臂时，所述贯通孔呈使大致长方形的至少一个角部变圆而得到的形状，其中，所述大致长方形以所述驱动臂的延伸方向为长边。
9.一种陀螺仪传感器元件，其特征在于，
该陀螺仪传感器元件具有：
权利要求1所述的振动元件的驱动臂；以及
检测臂，其从与所述驱动臂延伸的所述基部侧相反一侧的所述基部延伸，检测与所述驱动臂的振动方向交叉的方向上的振动。
10.一种陀螺仪传感器元件，其特征在于，
该陀螺仪传感器元件具有：
权利要求2所述的振动元件的驱动臂；以及
检测臂，其从与所述驱动臂延伸的所述基部侧相反一侧的所述基部延伸，检测所述面内方向和与所述驱动臂的振动方向交叉的面外方向的振动。
11.一种陀螺仪传感器元件，其特征在于，
该陀螺仪传感器元件具有：
权利要求3所述的振动元件的驱动臂；以及
检测臂，其从与所述驱动臂延伸的所述基部侧相反一侧的所述基部延伸，检测与所述驱动臂的振动方向交叉的方向的振动。
12.一种陀螺仪传感器元件，其特征在于，
该陀螺仪传感器元件具有：
权利要求4所述的振动元件的驱动臂；以及
检测臂，其从与所述驱动臂延伸的所述基部侧相反一侧的所述基部延伸，检测与所述驱动臂的振动方向交叉的方向上的振动。
13.根据权利要求9所述的陀螺仪传感器元件，其特征在于，
在从所述检测臂的所述振动方向观察时，在所述检测臂中，从所述检测臂的所述基部侧朝所述检测臂的末端方向设置有大致长方形的贯通孔。
14.一种电子器件，其特征在于，其具有权利要求1所述的振动元件或权利要求9所述的陀螺仪传感器元件。
15.一种电子器件，其特征在于，其具有权利要求2所述的振动元件或权利要求10所述的陀螺仪传感器元件。
16.一种电子设备，其特征在于，其具有权利要求1所述的振动元件或权利要求9所述的陀螺仪传感器元件。
17.一种电子设备，其特征在于，其具有权利要求2所述的振动元件或权利要求10所述的陀螺仪传感器元件。
18.一种移动体，其特征在于，其具有权利要求1所述的振动元件或权利要求9所述的陀螺仪传感器元件。
19.一种移动体，其特征在于，其具有权利要求2所述的振动元件或权利要求10所述的陀螺仪传感器元件。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014119106A1 (ja) * 2013-01-29 2014-08-07 株式会社村田製作所 音叉型水晶振動子
JP6766644B2 (ja) * 2016-12-28 2020-10-14 セイコーエプソン株式会社 センサー素子、物理量センサー、電子機器および移動体
JP6886646B2 (ja) * 2017-05-25 2021-06-16 株式会社村田製作所 共振子及び共振装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3973742B2 (ja) 1997-07-04 2007-09-12 日本碍子株式会社 振動型ジャイロスコープ
JP3900846B2 (ja) 2001-03-02 2007-04-04 セイコーエプソン株式会社 音叉型水晶振動片、振動子、発振器及び携帯用電話装置
JP2003060482A (ja) * 2001-08-10 2003-02-28 River Eletec Kk 音叉型水晶振動片
JP4667858B2 (ja) 2004-12-28 2011-04-13 京セラキンセキ株式会社 慣性センサ素子
JP2006208261A (ja) * 2005-01-31 2006-08-10 Kyocera Kinseki Corp 慣性センサ素子
JP2008209389A (ja) * 2006-10-13 2008-09-11 Seiko Epson Corp 加速度センサ
JP2008113098A (ja) * 2006-10-28 2008-05-15 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 音叉型圧電振動片
JP2010193133A (ja) * 2009-02-18 2010-09-02 Epson Toyocom Corp 屈曲振動片および屈曲振動子
JP2012142666A (ja) 2010-12-28 2012-07-26 Seiko Epson Corp 振動デバイスおよび電子機器
US20110227451A1 (en) 2010-03-18 2011-09-22 Seiko Epson Corporation Resonator body, resonator device, and electronic device
JP2012029023A (ja) * 2010-07-23 2012-02-09 Seiko Epson Corp 屈曲振動片、振動ジャイロ素子、および電子機器

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