振动元件、振动装置、电子设备以及移动体的制作方法

振动元件、振动装置、电子设备以及移动体的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种振动元件、振动装置、电子设备以及移动体，所述振动元件能够容易地形成进行倾斜振动的振动臂。振动元件(2)具备：基部(4)；驱动臂(5、6)，其包括第一面(10)以及与第一面(10)处于表背关系的第二面(11)，并且在第一面(10)侧设置有槽部(8a、8b)，驱动臂(5、6)从基部(4)向延伸设置方向延伸设置；驱动部，其包括压电体层(13)并被设置于第二面(11)上，驱动臂(5、6)的与延伸设置方向正交的截面形状包含相对于穿过与延伸设置方向正交的方向上的宽度的中心的假想中心线(P1)而非对称的截面形状。
【专利说明】振动元件、振动装置、电子设备以及移动体

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动元件以及使用了该振动元件的振动装置、电子设备及移动体。

【背景技术】
[0002]近年来，作为被用于电子设备或作为移动体的汽车等中的水晶振荡器，或者被用于角速度传感器等的振动装置中的振动元件，已知有如下的元件。
[0003]例如专利文献I所公开的振动元件为，具备多个振动臂的音叉型的振动元件，并且具有在Z轴方向上具有厚度的基部，和从基部向Y轴方向延伸并在X轴方向上并排设置的两个振动臂，所述振动元件为了提高振动效率而分别在表面以及背面上挖掘出槽部。而且，在各个振动臂(驱动臂)上形成有激励用的电极。在这种振动元件中，通过向被形成于振动臂上的所述电极施加电压，从而使两个振动臂在X轴方向上进行面内振动。
[0004]此外，例如专利文献2所公开的振动元件为，对角速度进行检测的振动元件，且为具备多个振动臂(驱动臂)的音叉型的振动元件。该振动元件具有基部和两个振动臂，所述两个振动臂从基部起以相互并排的方式向Y轴方向延伸，并在X轴方向上并排设置。各个振动臂具有于在Z轴方向上相对置的表面以及背面上分别形成的槽，且各个振动臂的横截面形状呈“S”字状。通过将各个振动臂设为这种形状，从而能够在维持机械性强度的同时抑制Q值的变动。
[0005]如上所述的振动元件能够通过将由例如水晶或者硅等构成的板状的基板加工成所需的形状而形成。具体而言，能够通过在基板的两个面上，形成与振动元件的俯视观察时的形状相对应的掩膜，并隔着这些掩膜而对基板进行蚀刻，从而得到振动元件。
[0006]然而，在上述的专利文献I所记载的振动元件中，需要分别从振动臂(驱动臂)的表面以及背面挖掘出槽。此外，在专利文献2所记载的振动元件中，为了将振动臂(驱动臂)的形状设为“S”字状的横截面，需要在表面以及背面上形成槽。尤其是在如专利文献2所公开的振动元件这样将振动臂设为“S”字状的横截面时，必须较深地形成槽，并且为了振动臂(振动元件)的小型化，必须要抑制槽宽度。如此，在抑制槽的宽度的同时较深地形成槽的加工较为困难，例如会出现形成于表面的槽在背面贯穿，或在侧面开放而使侧面缺损的情况。此外，由于分别从表面以及背面挖掘槽，并且在表面以及背面上形成电极或压电体，因此加工工序变复杂，而且也增加了加工的工时。如此，在现有的振动元件中，具有如下课题，即，在形成具有从表面背面起的槽的振动臂时将耗费很多工时，并且加工较为困难。
[0007]在此，本申请发明人着眼于如下情况，S卩，通过将振动臂的横截面形状设为左右非对称(关于振动臂的作为宽度方向的X轴方向上的中央线非对称)，而使振动臂在合成了 Z轴方向以及X轴方向上的双方的振动分量的方向上进行倾斜振动的情况，而提出使用了该倾斜振动的振动元件。即使在使用了这种倾斜振动的振动元件中，当例如如专利文献I或专利文献2那样从振动臂的表面及背面形成槽时，也如上所述存在耗费很多工时并且加工较为困难的课题。
[0008]专利文献1:日本特开2011-216924号公报
[0009]专利文献2:国际公开第2010/047115号小册子


【发明内容】

[0010]本发明是为了解决上述的课题的至少一部分而完成的发明，并且能够作为以下的方式或应用例而实现。
[0011]应用例I
[0012]本应用例所涉及的振动元件的特征在于，具备:基部；驱动臂，其包括第一面以及与所述第一面处于表背关系的第二面，并且在所述第一面侧设置有凹部，所述驱动臂从所述基部向延伸设置方向延伸设置；驱动部，其被设置在所述第二面上；所述驱动臂的与所述延伸设置方向正交的截面形状包含相对于穿过与所述延伸设置方向正交的方向上的宽度的中心的假想中心线而非对称的截面形状。
[0013]根据本应用例，能够通过简单的加工，而获得具有可进行倾斜振动的驱动臂(振动臂)的振动元件。该倾斜振动是指具有在包括驱动臂的延伸设置方向在内的平面上互相交叉的第一轴以及第二轴，和与这两个轴交叉的第三轴中的至少两个轴方向上的振动分量的振动。通过具有进行倾斜振动的驱动臂，从而能够降低振动泄漏，由此本应用例所涉及的振动元件成为振动特性优良的元件。此外，由于加工简单因此提高了成品率。此外,能够使驱动臂以低阻抗进行倾斜振动。进行详细叙述，构成振动元件的驱动臂的凹部被设置于第一面上。即，由于凹部通过从一个面挖掘而形成，因此能够容易地形成包含相对于假想中心线而非对称的截面形状的凹部。此外，在第一面的背面即第二面上设置有驱动部。因此，根据本结构，能够容易地形成在一个面(第一面)上设置有凹部，且在背面(第二面)上设置有驱动部的驱动臂，从而能够廉价地提供可持续地进行稳定的倾斜振动的振动元件。
[0014]应用例2
[0015]在上述应用例所述的振动元件中，优选为，所述驱动部包括压电体和在与所述延伸设置方向正交的宽度方向上并排设置的多个电极。
[0016]根据本应用例，能够使驱动臂在包括驱动臂的延伸设置方向在内的平面方向上进行振动的、所谓的面内振动的阻抗降低，从而能够容易地获得面内振动。
[0017]应用例3
[0018]在上述应用例所述的振动元件中，优选为，所述凹部沿着所述延伸设置方向而被设置于所述驱动臂上，且未到达所述基部。
[0019]根据本应用例，虽然在施加有来自外部的冲击等的情况下，在驱动臂与基部的连接部上将产生较大的应力，但在本示例的结构中，在与基部连接的连接部上不存在因设置有凹部而产生的驱动臂的截面面积较小的部分。因此，能够获得提高了耐冲击性的振动元件。
[0020]应用例4
[0021]在上述应用例所述的振动元件中，优选为，所述凹部沿着所述延伸设置方向而被设置于所述驱动臂上，且到达所述基部。
[0022]根据本应用例，能够使驱动臂以低阻抗进行倾斜振动。
[0023]应用例5
[0024]在上述应用例所述的振动元件中，优选为，所述凹部为槽部。
[0025]根据本应用例，由于凹部为槽部，且在两侧存在壁部，因此驱动臂的形状较为稳定并且提高了刚性，由此，能够获得驱动臂的更为稳定的振动。
[0026]应用例6
[0027]在上述应用例所述的振动元件中，优选为，具备与所述基部连接的检测臂。
[0028]根据本应用例，通过利用检测臂来对驱动臂所具有的两个轴向上的振动分量的变化进行检测，从而能够检测出绕相互交叉的两个轴中的各个轴的角速度。换言之，能够通过一个振动元件而检测出绕相互交叉的多个轴中的各个轴的角速度。
[0029]应用例7
[0030]在上述应用例所述的振动元件中，优选为，所述驱动臂包括并排设置的第一驱动臂和第二驱动臂，所述第一驱动臂的所述凹部以相对于所述第一驱动臂的所述假想中心线而偏向第一方向的方式被配置，所述第二驱动臂的所述凹部以相对于所述第二驱动臂的所述假想中心线而偏向与所述第一方向相反的方向的方式被配置。
[0031]根据本应用例，第一驱动臂以及第二驱动臂各自的倾斜振动中的宽度方向分量的振动互相成为相反方向，换言之，互相成为反相，从而能够降低振动泄漏。由此，能够获得提高了振动特性的振动元件。
[0032]应用例8
[0033]在上述应用例所记载的振动元件中，优选为，所述驱动臂包括并排设置的第一驱动臂和第二驱动臂，并且具备在所述第一驱动臂与所述第二驱动臂之间从所述基部延伸设置的调节臂。
[0034]根据本应用例，由于第一以及第二驱动臂与调节臂关于Z轴方向而相互向相反方向进行弯曲振动，换言之，由于相互以反相进行弯曲振动，因此第一以及第二驱动臂的弯曲振动中的Z轴方向分量的振动的至少一部分与调节臂的Z轴方向上的振动的至少一部分相互抵消(相消)。因此，能够通过设置调节臂来降低振动泄漏。
[0035]应用例9
[0036]本应用例所涉及的振动装置的特征在于,包括上述应用例中的任一应用例所述的振动元件和收纳有所述振动元件的收纳容器。
[0037]根据本应用例，能够获得可持续地进行稳定的倾斜振动，且能够实现成本降低的振动装置。
[0038]应用例10
[0039]本应用例所涉及的电子设备的特征在于，具备上述应用例中的任一应用例所述的振动元件。
[0040]根据本应用例，由于具备可持续地进行稳定的倾斜振动，且能够实现成本降低的振动元件，因此能够获得实现了更稳定的特性与低成本的电子设备。
[0041]应用例11
[0042]本应用例所涉及的移动体的特征在于，具备上述应用例中的任一应用例所述的振动元件。
[0043]根据本应用例，由于具备了可持续地进行稳定的倾斜振动，且能够实现成本降低的振动元件，因此能够获得实现了更稳定的特性与低成本的移动体。

【专利附图】

【附图说明】
[0044]图1为本发明的第一实施方式所涉及的振动装置的剖视图。
[0045]图2为表示图1所示的振动装置所具备的振动元件的平面图(俯视图)。
[0046]图3 (a)为图2中的A-A线的剖视图，图3 (b)为表示驱动部的改变例的相同的剖视图。
[0047]图4为用于对图2所示的振动元件的动作进行说明的剖视图，图4(a)对应于图3(a)的驱动部，图4(b)对应于图3(b)的驱动部。
[0048]图5为表示图2所示的振动元件的改变例的剖视图。
[0049]图6为本发明的第二实施方式所涉及的振动装置的剖视图。
[0050]图7为表示图6所示的振动装置所具备的作为振动元件的陀螺元件的平面图(俯视图)。
[0051 ]图8 (a)为图7中的B-B线的剖视图，图8 (b)为表示驱动部的改变例的相同的剖视图。
[0052]图9为表示图7所示的陀螺元件的改变例的剖视图。
[0053]图10为用于对图7所示的陀螺元件的动作进行说明的剖视图，图10(a)对应于图8(a)的结构，图10(b)对应于图8(b)的结构。
[0054]图11为表示施加有绕Z轴的角速度时的陀螺元件的振动的俯视图。
[0055]图12为表示施加有绕Y轴的角速度时的陀螺元件的振动的俯视图。
[0056]图13为表示凹部的改变例的剖视图。
[0057]图14为表示作为电子设备的一个示例的便携型的个人计算机的结构的立体图。
[0058]图15为作为电子设备的一个示例的移动电话机的结构的立体图。
[0059]图16为作为电子设备的一个示例的数码照相机的结构的立体图。
[0060]图17为作为移动体的一个示例的汽车的结构的立体图。

【具体实施方式】
[0061]以下，根据附图所示的实施方式来对本发明的振动元件、振动装置、电子设备以及移动体进行详细说明。
[0062]振动装置
[0063]第一实施方式
[0064]使用图1至图5对作为本发明的第一实施方式所涉及的振动装置的振子进行说明。图1为表示本发明的第一实施方式所涉及的振动装置的剖视图，图2为表示图1所示的振动装置所具备的振动元件的平面图(俯视图)，图3(a)为表示驱动部结构的图2中的A-A线剖视图，图3(b)为表示驱动部的改变例的相同的剖视图。此外，图4为用于对图2所示的振动元件的振动臂的动作进行说明的剖视图，图4(a)对应于图3(a)的驱动部的图，图4(b)对应于图3(b)的驱动部的图。此外，图5为表示图2所示的振动元件的改变例的剖视图。另外，在各个图中，为了便于说明，作为相互正交的三个轴，图示了 X轴(第一方向)、Y轴(第二方向)以及Z轴(第三方向)。此外，在下文中，将与X轴平行的方向称为“X轴方向(第一方向)”、与Y轴平行的方向称为“Y轴方向(第二方向)”、与Z轴平行的方向称为“Z轴方向(第三方向)”。此外，在下文中，还将由X轴与Y轴规定的平面称为“XY”平面、由Y轴与Z轴规定的平面称为“YZ平面”、由X轴与Z轴规定的平面称为“XZ平面”。此外，在以下的说明中，为了便于说明，而将图1中的上侧称为“上”、下侧称为“下”。
[0065]如图1所示，作为振动装置的振子I具有振动元件2和对该振动元件2进行收纳的封装件9。封装件9具有由底基板91、框部件92以及盖部件93构成的内部空间S，并且在该内部空间S中收纳有振动元件2。振动元件2通过固定材料96而被连接并固定于底基板91上。振子I具有产生以预定的频率(共振频率)进行振动的电信号的功能。以下，按顺序对构成振子I的各个部位进行详细说明。
[0066]振动元件
[0067]首先，按照图2以及图3(a)来对振动元件2进行说明。如图2所示，振动元件2为三脚音叉型的振动元件。此外,本实施方式的振动元件2能够产生以预定的频率(共振频率)进行振动的电信号。振动元件2具有:在元件基板3上所形成的基部4以及从基部4延伸设置的三个振动臂(驱动臂5、6以及调节臂7);和在该元件基板3上所形成的多个电极。
[0068]元件基板3例如将硅基板作为原材料而被形成。在元件基板3上，设置有包含作为压电体的压电体层13(参照图3(a))的驱动部，并且使用该驱动部而使臂部(驱动臂5、6)进行振动。如此，通过将硅基板等作为元件基板的原材料来使用，从而能够利用蚀刻而以较高的尺寸精度形成元件基板3。另外，元件基板3例如也可以由水晶、钽酸锂、铌酸锂、硼酸锂、钛酸钡等压电体材料构成。即使在该情况下，也能够利用蚀刻而以较高的尺寸精度形成元件基板3。
[0069]基部
[0070]如图2所示，基部4为，在XY平面上具有展宽且在Z轴方向上具有厚度的板状。此夕卜，基部4以成为与振动臂(驱动臂5、6以及调节臂7)大致相等的厚度的方式而被形成。在这种基部4上，连接有三个振动臂。在这些振动臂中，驱动臂5、6作为用于对振动元件进行驱动的驱动用臂而发挥作用，调节臂7作为用于抵消驱动臂5、6的Z方向上的振动的调节用臂而发挥作用。
[0071]调节臂7被配置于基部4的X轴方向上的中央部处，并从基部4的Y轴方向上的端部4a起向Y轴方向延伸。此外，驱动臂5以及驱动臂6以调节臂7位于它们彼此之间的方式而被配置于基部4的X轴方向上的两端侧，并从基部4的Y轴方向上的端部4a起向Y轴方向延伸。驱动臂5、6以及调节臂7以相互并行的方式分别从基部4向Y轴方向延伸设置。此外，驱动臂5、6以及调节臂7以大致等间隔而以在X轴方向上并排的方式被分离配置。此外，驱动臂5、6以及调节臂7分别呈长条形状，且其端部成为固定端，顶端部成为自由端。
[0072]驱动臂
[0073]如图2以及图3(a)所示，驱动臂5成为具有第一面(上表面)10和第二面(下表面)11，且具有连接第一面10与第二面11的侧面20、21的结构，所述第一面10为由XY平面构成的面，所述第二面11为由XY平面构成并且与第一面成为表背关系的面。在驱动臂5上，设置有从第一面10挖掘出的作为凹部的有底的槽部8a。作为槽部8a的基部4 一侧的端部的一端16以未到达基部4的端部4a的方式而被配置。通过如此配置槽部8a的一端16，从而使由于设置槽部8a而产生的驱动臂5的截面面积较小的部分不存在于驱动臂5与基部的连接部分处，由此不会产生驱动臂5与基部4的连接部分处的驱动臂5的强度降低。由此,能够提高振动元件2的耐冲击性。此外，作为槽部8a的顶端部一侧的端部的另一端18被配置于未到达驱动臂5的顶端的位置处，换言之，被配置于与顶端部具有距离的位置处。
[0074]此外，作为本实施方式的另外的方式，也能够将作为槽部8a的基部4 一侧的端部的一端16配置为，到达基部4的端部4a。此外，作为本实施方式的另一种方式，也能够将作为槽部8a的基部4 一侧的端部的一端16配置于基部4上，并将槽部8a的另一端18配置于驱动臂5上，从而以跨及驱动臂5与基部4双方的方式而形成槽部8a。通过如此形成槽部8a，从而使驱动臂5的根侧的变形或基部4的与驱动臂5的连接部分的变形容易产生。其结果为，能够减小驱动臂5的阻抗。
[0075]此外，槽部8a以槽部8a的另一侧的侧壁与侧面21之间的间隔大于槽部8a的一侧的侧壁与侧面20之间的间隔的方式而被配置。即，槽部8a以相对于穿过中心Q的第一假想中心线Pl而偏向调节臂7侧的方式被设置。而且，驱动臂5以包括如下截面形状的方式而被设置，即，相对于穿过驱动臂5的与延伸设置方向(Y轴方向)正交的方向(X轴方向)上的宽度的中心Q的第一假想中心线Pl而非对称的截面形状。换言之，假想中心线Pl为，将驱动臂5的最大宽度二等分的线。即，在驱动臂5的侧面20、21不是如图3(a)所示的平面，而是在侧面20、21上形成有由蚀刻产生的异型形状的毛边(未图示)时，所述假想中心线Pl为将包含该异型形状的驱动臂5的最大宽度二等分的线。此外，驱动臂5的Y轴方向上的截面形状相对于穿过Z轴方向(厚度方向)上的厚度的中心Q的第二假想中心线P2而非对称。换言之，假想中心线P2为，将驱动臂5的最大厚度二等分的线。因此，如后文所述，当使驱动臂5在X轴方向(面内方向)上振动时，通过该振动而新激励出Z轴方向(面外方向)上的振动，其结果为，能够使驱动臂5在如下方向上进行弯曲振动(以下，仅称为“倾斜振动”)，所述方向为，具有X轴方向以及Z轴方向这两个方向分量的方向，换言之,为相对于X轴以及Z轴这两个轴发生了倾斜的方向。
[0076]同样地，驱动臂6成为具有第一面(上表面)10和第二面(下表面)11，且具有连接第一面10与第二面11的侧面22、23的结构，所述第一面10为由XY平面构成的面，所述第二面11为由XY平面构成并且与第一面成为表背关系的面。在驱动臂6上，设置有从第一面10挖掘出的作为凹部的有底的槽部8b。作为槽部8b的基部4 一侧的端部的一端17以未到达基部4的端部4a的方式而被配置。通过如此配置槽部Sb的一端17，从而使由于设置槽部8b而产生的驱动臂6的截面面积较小的部分不存在于驱动臂6与基部4的连接部分处，由此不会产生驱动臂6与基部4的连接部分处的强度降低。由此，能够提高振动元件2的耐冲击性。此外，作为槽部Sb的顶端部一侧的端部的另一端19被配置于未到达驱动臂6的顶端的位置处，换言之，被配置于与顶端部具有距离的位置上。
[0077]此外，作为本实施方式的另外的方式，也能够将作为槽部8b的基部4 一侧的端部的一端17配置为到达基部4的端部4a。此外，作为本实施方式的另一种的方式，也能够将作为槽部8b的基部4侧的端部的一端17配置于基部4上，并将槽部Sb的另一端19配置于驱动臂5上，从而以跨及驱动臂6与基部4双方的方式而形成槽部Sb。通过如此形成槽部8b，从而使驱动臂6的根侧的变形或基部4的与驱动臂6的连接部分的变形容易产生。其结果为，能够减小驱动臂6的阻抗。
[0078]此外，虽然以槽部8a、8b的另一端18、19未到达驱动臂5、6的顶端的位置示例进行了说明，但并不限定于此，槽部8a、8b也可以为到达驱动臂5、6的顶端，从而另一端成为开放端的结构。
[0079]此外，槽部Sb以槽部Sb的另一侧的侧壁与侧面23之间的间隔大于槽部Sb的一侧的侧壁与侧面22之间的间隔的方式而被配置。S卩，槽部Sb以相对于穿过中心Q的第一假想中心线Pl而偏向调节臂7侧的方式被配置。而且，驱动臂6被设置为包括如下截面形状，即，相对于穿过驱动臂6的与延伸设置方向(Y轴方向)正交的方向(X轴方向)上的宽度的中心Q的第一假想中心线Pl而非对称的截面形状。换言之，假想中心线Pl为，将驱动臂6的最大宽度二等分的线。即，在驱动臂6的侧面22、23不是如图3(a)所示的平面，而是在侧面22、23上形成有由蚀刻产生的异型形状的毛边(未图示)时，所述假想中心线Pl为，将包含该异型形状的驱动臂6的最大宽度二等分的线。此外，驱动臂6的Y轴方向上的截面形状相对于穿过Z轴方向上的厚度的中心Q的第二假想中心线P2而非对称。换言之，假想中心线P2为，将驱动臂6的最大厚度二等分的线。因此，如后文所述，当使驱动臂6在X轴方向(面内方向)上振动时，通过该振动而新激励出Z轴方向(面外方向)上的振动，其结果为，能够使驱动臂6在如下方向上进行弯曲振动(以下，仅称为“倾斜振动”)，所述方向为，具有X轴方向以及Z轴方向这两个方向分量的方向，换言之,为相对于X轴以及Z轴这两个轴发生了倾斜的方向。
[0080]如上所述，槽部8a以相对于驱动臂5的假想中心线Pl而偏向一 X轴方向的方式被配置，并且，槽部8b以相对于驱动臂6的假想中心线Pl而偏向与一 X轴方向相反的+X轴方向的方式被配置。作为本实施方式的另外的方式，也可以采用如下方式，即，槽部8a以相对于驱动臂5的假想中心线Pl而偏向+X轴方向的方式被配置，并且，槽部Sb以相对于驱动臂6的假想中心线Pl而偏向与+X轴方向相反的一 X轴方向的方式被配置。另外，上文所述的槽部8a、8b也能够与形成元件基板3同样地，通过蚀刻等的简便的方法且以较高的尺寸精度来形成。
[0081 ] 如图3 (a)所示，在本实施方式的振动元件2中，在与驱动臂5以及驱动臂6的第一面10成为表背关系的第二面11上，设置有包括作为压电体的压电体层13在内的驱动部。驱动部以在驱动臂5以及驱动臂6的各个第二面11上依次层叠第一电极层12、作为压电体的压电体层(压电薄膜)13、第二电极层14的方式而被构成。包括压电体层13的驱动部具有通过被通电而伸缩从而使驱动臂5以及驱动臂6进行倾斜振动的功能。更详细而言，包括压电体层13的驱动部具有如下功能，即，通过在第一电极层12与第二电极层14之间施加交流电压而施加电场，从而压电体层13伸缩而使驱动臂5以及驱动臂6进行倾斜振动。如此，在使用包括压电体层13的驱动部而使驱动臂5以及驱动臂6进行振动的情况下，能够通过例如硅基板来构成元件基板3。
[0082]作为第一电极层12以及第二电极层14的构成材料，例如，能够使用金(Au)、金合金、钼(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、铜(Cu)、钥(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料，氧化锡铟(ITO)等导电材料。
[0083]其中，作为第一电极层12以及第二电极层14的构成材料，优选使用以金为主要材料的金属(金、金合金)、钼，更优选为使用以金为主要材料的金属(特别是金)。由于Au导电性优良(电阻较小)，且对于氧化的耐性优良，因此作为电极材料较为合适。此外，Au与Pt相比能够更容易通过蚀刻而进行图案形成。
[0084]另外，例如，在由金构成第一电极层12以及第二电极层14，从而与元件基板3的紧贴性较低的情况下，优选为，在第一电极层12以及第二电极层14与元件基板3之间，设置由T1、Cr等构成的基底层。由此，能够分别使基底层与驱动臂5、6之间的紧贴性，以及基底层与第一电极层12之间的紧贴性优良。其结果为，能够减少第一电极层12从驱动臂5、6上剥离的情况，从而能够使振动元件2的可靠性优良。
[0085]虽然作为压电体层13的构成材料，能够列举出例如氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、铌酸钾(KNbO3)、四硼酸锂(Li2B4O7)、钛酸钡(BaT13)、PZT (锆钛酸铅)等，但优选使用AIN、ZnO。
[0086]调节臂
[0087]调节臂7在其长边方向(作为延伸设置方向的Y轴方向)的整个区域内，厚度(Z轴方向上的长度)以及宽度(X轴方向上的长度)为固定。这种调节臂7以与驱动臂5以及驱动臂6的振动相对应的方式而振动。
[0088]驱动臂、调节臂的动作
[0089]同时也参照图4(a)来对驱动臂5、6以及调节臂7的动作进行说明。
[0090]在上述的这种结构中，当通过电源而向第一电极层12与第二电极层14之间施加了交流电压时，各个压电体层13将在Y轴方向上伸长或收缩，从而驱动臂5以及驱动臂6以某一固定的频率(共振频率)在Z轴方向上进行弯曲振动。此时，在驱动臂5以及驱动臂6上，由于Z轴方向上的振动而激励出因驱动臂5以及驱动臂6的形状而产生的X轴方向上的新的弯曲振动。虽然因该新的弯曲振动，驱动臂5以及驱动臂6通过合成向X轴方向上的弯曲振动与向Z轴方向上的弯曲振动而进行倾斜振动，但由于驱动臂5以及驱动臂6的截面形状相对于XY平面以及YZ平面而非对称，因此在图4(a)中用箭头标记L1、L2所示的这种相对于Z轴以及X轴发生了倾斜的方向上进行振动(即进行倾斜振动)。此外，驱动臂5以及驱动臂6关于ZY平面而对称地进行弯曲振动。
[0091]一个调节臂7在这种驱动臂5以及驱动臂6的弯曲振动的同时，在图4(a)所示的箭头标记L3的方向即Z轴方向上，且于与驱动臂5以及驱动臂6的Z轴方向上的振动相反的方向上进行弯曲振动。
[0092]在这种振动中，由于驱动臂5以及驱动臂6关于YZ平面而对称地进行振动，因此驱动臂5的弯曲振动之中的X轴方向分量的振动与驱动臂6的弯曲振动之中的X轴方向分量的振动平衡从而被抵消(相消)。因此，在调节臂7上并未被传递X轴方向上的振动，从而调节臂7在X轴方向上几乎不振动。此外，由于驱动臂5以及驱动臂6与调节臂7向Z轴方向上的相反侧上进行弯曲振动，因此驱动臂5以及驱动臂6的弯曲振动之中的Z轴方向分量的振动与调节臂7的Z轴方向分量的振动平衡从而被抵消(相消)。因此，根据振动元件2，能够有效地降低振动泄漏。
[0093]特别是，在本实施方式中，由于进行倾斜振动的两个驱动臂5以及驱动臂6位于基部4的两端部(X轴方向上的两端部附近)处，因此在面外方向(Z轴方向)以及面内方向(X轴方向)上均取得平衡(能够平衡较好地进行驱动)，由此能够更稳定地使驱动臂5、驱动臂6以及调节臂7进行振动。因此，能够更有效地降低振动泄漏。此外，在振动元件2中，由于具有调节臂7，因此能够自动地抵消驱动臂5以及驱动臂6的Z轴方向上的振动(平移运动)，由此转矩也被抵消而变小。
[0094]驱动部的改变例
[0095]另外，虽然在上述中，以图3(a)所示这种在驱动臂5以及驱动臂6的各个第二面11上依次层叠有第一电极层12、作为压电体的压电体层(压电薄膜)13、第二电极层14的驱动部的结构进行了说明，但也可以为图3(b)所示这种驱动部的结构。以下进行详细说明。
[0096]如图3 (b)所示的驱动部在驱动臂5以及驱动臂6的各个第二面11上，依次层叠有被分割为两个的作为第一电极层的第三电极12a以及第四电极12b、作为压电体的压电体层(压电薄膜)13、被分割为两个的作为第二电极层的第五电极14a以及第六电极14b。更详细而言，作为第一电极层的第三电极12a以及第四电极12b在驱动臂5的宽度方向(X轴方向)上并排设置，作为第二电极层的第五电极14a以及第六电极14b在驱动臂5的宽度方向(X轴方向)上并排设置。在这种结构的驱动部中，当通过电源而向包括第三电极12a、压电体层13以及第五电极14a的驱动部与包括第四电极12b、压电体层13以及第六电极14b的驱动部施加交流电压时，与第三电极12a相对应的压电体层13以及与第四电极12b相对应的压电体层13将在Y轴方向上伸长或收缩，从而驱动臂5以及驱动臂6以某一固定的频率(共振频率)在X轴方向上进行弯曲振动。另外，由于驱动臂5以及驱动臂6的截面形状与上述的实施方式相同均为关于XY平面以及YZ平面非对称，因此在如图4 (b)中用箭头标记L4、L5所示的这种相对于Z轴以及X轴而发生了倾斜的方向上进行振动(即进行倾斜振动)。此外，驱动臂5以及驱动臂6关于ZY平面而对称地进行弯曲振动。
[0097]如图4所示，上文所述的驱动臂5以及驱动臂6在面内方向上(X轴方向)以及面外方向(Z轴方向)上均能够进行振动。此时，由于驱动方向与振动方向越近则越成为低阻抗，因此能够选择驱动方向。即，在更靠近Z轴方向的方向上进行振动的情况下，图4(a)的结构成为低阻抗，而在更靠近X轴方向的方向上进行振动的情况下，图4(b)的结构成为低阻抗。
[0098]此外，虽然在上述的实施方式中，对在调节臂7上未设置压电体元件(驱动部)，调节臂7随着驱动臂5以及驱动臂6的振动而振动的结构进行了说明，但也可以在调节臂7上设置压电体元件(驱动部)，从而通过压电体元件的伸缩而使调节臂7在Z轴方向上进行振动。
[0099]此外，虽然在上述的实施方式中，以在驱动臂5、驱动臂6以及调节臂的长边方向上的整个区域内，厚度(Z轴方向上的长度)以及宽度(X轴方向上的长度)为固定的示例进行了说明，但如图5所示，也可以分别在顶端部上设置与驱动臂5相比宽度较宽的宽幅部(锤头)55。另外，在图5中，将驱动臂5作为代表例而进行了图示，在其他的驱动臂或调节臂上设置了宽幅部(锤头)的结构也是相同的。宽幅部55具有开放端55b与基部侧的端部55a。槽部8a的另一端部50b既可以如图5(a)所示那样处于与宽幅部55的基部4(参照图2) —侧的端部55a相比靠开放端55b侧的位置处，即进入宽幅部55内，也可以如图5(b)所示那样处于未到达基部4 一侧的端部55a的位置，即处于驱动臂5之内。
[0100]封装件
[0101]接下来，返回图1，对收纳并固定振动元件2的作为收纳容器的封装件9进行说明。如图1所示，封装件9具有板状的底基板91、框状的框部件92、板状的盖部件93。底基板91、框部件92以及盖部件93依次从下侧向上侧(+Z方向)顺序层叠。底基板91和框部件92由后文叙述的陶瓷材料等形成，并通过相互烧成为一体而被接合在一起。框部件92与盖部件93通过粘合剂或焊接材料等而被接合在一起。而且，封装件9在由底基板91、框部件92以及盖部件93划分形成的内部空间S中，对振动元件2进行收纳。另外，在封装件9内，除了振动元件2之外，还能够收纳对振动元件2进行驱动的电子部件(振荡电路)等。
[0102]另外，作为底基板91的构成材料，优选具有绝缘性(非导电性)的材料，例如能够使用各种玻璃、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物类陶瓷等各种陶瓷材料，聚酰亚胺等各种树脂材料等。
[0103]此外，作为框部件92以及盖部件93的构成材料，例如能够使用与底基板91相同的结构材料，Al、Cu、铁镍钴合金这样的各种金属材料，各种玻璃材料等。
[0104]在该底基板91的上表面上,通过固定材料96而固定有上文所述的振动元件2。该固定材料96例如由环氧树脂类、聚酰亚胺类、硅类等的粘合剂构成。这种固定材料96是通过如下方式而被形成的，即，在底基板91上涂覆未硬化(未固化)的粘合剂，并且在该粘合剂上载置振动元件2之后，使该粘合剂硬化或固化。由此，振动元件2被可靠地固定于底基板91上。另外，该固定也可以使用含有导电性粒子的环氧树脂类、聚酰亚胺类、硅类等的导电性粘合剂来实施。
[0105]以上，根据所说明的第一实施方式，通过蚀刻等的简单的加工便能够获得具有能够进行倾斜振动的驱动臂5、6的振动元件2。如此,通过具有进行倾斜振动的驱动臂5、6，从而成为能够抑制振动泄漏且振动特性优良的振动元件2。此外，由于加工简单因此提高了成品率。此外，在驱动臂5、6的第一面10上设置有作为凹部的槽部8a、8b。S卩，由于槽部8a、8b能够通过从一个面(第一面10)起利用蚀刻等进行挖掘而形成，因此能够容易地形成包括相对于第一假想中心线Pl而非对称的截面形状在内的槽部8a、8b。此外，在第一面10的背面即第二面11上，设置有包括压电体层13的驱动部。第二面11为未设置有槽部8a、8b的平面，从而能够容易地形成驱动部。因此，根据本结构，能够容易地形成在一个面(第一面10)上设置有槽部8a、8b，在背面(第二面11)上设置有驱动部的驱动臂5、6，从而能够廉价地提供一种能够持续地进行稳定的倾斜振动的振动元件2、即振子I。
[0106]第二实施方式
[0107]接下来，对作为本发明的第二实施方式所涉及的振动装置的陀螺传感器进行说明。图6为表示作为本发明的第二实施方式所涉及的振动装置的陀螺传感器的剖视图，图7为表示图6所示的振动装置所具备的作为振动元件的陀螺元件的平面图(俯视图)，图8(a)为图7中的B-B线剖视图，图8(b)为表示驱动部的改变例的相同的剖视图，图9为表示图7所示的陀螺元件的改变例的剖视图。此外，图10为用于对图7所示的陀螺元件的振动臂的动作进行说明的剖视图，图10(a)为对应于图8(a)的驱动部的图，图10(b)为对应于图8(b)的驱动部的图。此外，图11为表示施加了绕Z轴的角速度时的陀螺元件的振动的俯视图，图12为施加了绕Y轴的角速度时的陀螺元件的振动的俯视图。
[0108]另外，以下，以与上文所述的实施方式的不同点为中心对第二实施方式进行说明，并且对相同的事项省略其说明。此外，在下文中，如图1所示那样，将互相正交的三个轴设为X轴(第一轴)、Y轴(第二轴)以及Z轴(第三轴)。此外，将与X轴平行的方向称为“X轴方向”、与Y轴平行的方向称为“Y轴方向”、与Z轴平行的方向称为“Z轴方向”。此外，将由X轴以及Y轴规定的平面称为“XY平面”，由Y轴以及Z轴规定的平面称为“YZ平面”，由Z轴以及X轴规定的平面称为“XZ平面”。
[0109]图6所示的陀螺传感器Ia具有作为振动元件的陀螺元件40和对该陀螺元件40进行收纳的封装件9a。封装件9a具有由底基板91a、框部件92a以及盖部件93a构成的内部空间S，并且在该内部空间中收纳有陀螺元件40。陀螺元件40通过固定材料96a而被连接并固定在底基板91a上。陀螺传感器Ia具有产生以预定的频率(共振频率)进行振动的电信号的功能。陀螺传感器Ia为，能够对绕Z轴的角速度ωζ和绕Y轴的角速度coy进行检测的陀螺传感器。以下，按顺序对构成陀螺传感器Ia的各个部位进行详细说明。
[0110]陀螺元件
[0111]首先，按照图7以及图8 (a)来对陀螺元件40进行说明。如图7所示，陀螺元件40为所谓的双T型的陀螺元件。陀螺元件40具有元件基板70和驱动部，所述驱动部包括被形成于兀件基板70上的多个作为压电体的压电体层63、66。
[0112]元件基板70将例如硅基板作为原材料而被形成。在元件基板70上设置有包括作为压电体的压电体层63、66(参照图8(a))的驱动部以及检测部。而且，使用该驱动部，对作为第一驱动臂的第一驱动臂46以及第三驱动臂48、和作为第二驱动臂的第二驱动臂47以及第四驱动臂49进行驱动，使用检测部，而从第一、第二检测臂42、43取出信号(输出信号)。
[0113]如此，通过将硅基板等作为元件基板70的原材料来使用，从而能够利用蚀刻而以较高的精度形成元件基板70。另外，元件基板70也可以由压电体材料构成。作为压电体材料，例如能够列举出水晶、钽酸锂、铌酸锂、硼酸锂、钛酸钡等。特别是，作为构成元件基板70的压电体材料，优选为水晶。当由水晶构成元件基板70时，能够使元件基板70的振动特性(特别是频率温度特性)优良。此外，能够通过蚀刻而以较高的精度形成元件基板70。
[0114]这种元件基板70在XY平面上具有展宽且在Z轴方向上具有厚度，并且具有中央基部41、第一检测臂42、第二检测臂43、第一连结臂44、第二连结臂45、第一驱动臂46、第二驱动臂47、第三驱动臂48、第四驱动臂49。另外，在以后的说明中，有时以将第一检测臂42、第二检测臂43概括为“第一、第二检测臂42、43”，将第一连结臂44、第二连结臂45概括为“第一、第二连结臂44、45”，将第一驱动臂46、第二驱动臂47、第三驱动臂48、第四驱动臂49概括为“第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49”的方式进行记载。
[0115]在元件基板70的中央部上配置有基部58，所述基部58包括中央基部41和从中央基部41起在X轴方向上相互向相反方向延伸设置的第一连结臂44以及第二连结臂45。此外，第一检测臂42以及第二检测臂43从中央基部41起在Y轴方向上相互向相反方向延伸设置。另外，第一检测臂42以及第二检测臂43可以不必从基部41直接延伸设置，只需与基部41 一体连接即可。此外，第一驱动臂46以及第三驱动臂48从第一连结臂44的顶端部起在Y轴方向上相互向相反方向延伸设置。此外，第二、第四驱动臂47、49从第二连结臂45的顶端部起在Y轴方向上相互向相反方向延伸设置。
[0116]另外，虽然在图示的结构中，第一连结臂44以及第二连结臂45的宽度与中央基部41的宽度相比而变窄，但也可以以与中央基部41相同的宽度而形成从而成为一体。此外，第一、第三驱动臂46、48也可以从第一连结臂44的延伸设置方向的中途延伸出，同样地，第二、第四驱动臂47、49也可以从第二连结臂45的延伸设置方向的中途延伸出。
[0117]检测臂
[0118]第一、第二检测臂42、43以关于与重心(中心)G相交的XZ平面对称的方式而被设置。此外，这些第一、第二检测臂42、43如图8(a)所示呈大致矩形的横截面形状。在第一检测臂42的第二面(下表面)68上，在X轴方向上并排形成有两个检测部。两个检测部包括:第一检测部75，其依次层叠有第一电极层65a、压电体层66、第二电极层67a ;第二检测部76,其依次层叠有第一电极层65b、压电体层66、第二电极层67b。另外,虽然本不例的压电体层66 —体地被形成，但也可以不一体地被形成，而采用分别独立地形成的结构。另夕卜，第二检测部76具有相对于第一检测部75而成为接地的电位。同样地，虽然在第二检测臂43的第二面(下表面)上，在X轴方向上也并排形成有两个检测部，但由于结构相同，因此省略说明。
[0119]在这种结构中，当第一、第二检测臂42、43以通过被施加有角速度以及角速度ω z中的至少一方而被激励的检测模式进行振动时，第一检测部75以及第二检测部76将伸长或收缩。通过该伸长或收缩，从而能够从第一电极层65a与第二电极层67a之间(第一检测部75),以及第一电极层65b与第二电极层67b之间(第二检测部76)将第一、第二检测臂42、43的变形作为信号(输出信号)而取出。
[0120]通过以后文所述的方式对以此方式而从两个检测部取出的信号进行处理，从而能够分别独立地检测出角速度oy以及角速度ωζ。
[0121]另外，通过使用两个检测部，从而能够以简单的结构，更加可靠地将第一、第二检测臂42、43的变形作为信号而取出。
[0122]另外，虽然在图示的结构中，第一检测臂42以及第二检测臂43的截面形状为矩形，但也可以在第一、第二检测臂42、43的上表面以及下表面中的至少一个面上设置槽。
[0123]驱动臂
[0124]接下来对第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49的结构进行说明。另外，第一、第二驱动臂46、47与第三、第四驱动臂48、49以关于与重心(中心)G相交的XZ平面对称的方式被设置。因此，在本说明中，对第一、第二驱动臂46、47进行说明，而省略了第三、第四驱动臂48、49的说明。
[0125]如图7以及图8(a)所不,第一驱动臂46被构成为，具有第一面(上表面)60和第二面(下表面)61，并具有连接第一面60与第二面61的侧面71、72，所述第一面60由XY平面构成，所述第二面61由XY平面构成并且与第一面成为表背关系。在第一驱动臂46上，设置有从第一面60挖掘出的作为凹部的有底的槽部50。作为槽部50的第一连结臂44 一侧的端部的一端50a以未到达第一连结臂44的方式而被配置。通过如此配置槽部50的一端50a,从而由于设置槽部50而产生的第一驱动臂46的截面面积较小的部分不存在于第一驱动臂46与第一连结臂44的连接部分处，由此不会产生第一驱动臂46的强度降低。由此，能够提高陀螺元件40的耐冲击性。此外，作为槽部50的顶端部一侧的端部的另一端50b被配置于未到达第一驱动臂46的顶端的位置处，换言之，被配置于与顶端部具有距离的位置处。
[0126]此外，槽部50以槽部50的另一侧的侧壁与侧面72之间的间隔大于槽部50的一侧的侧壁与侧面71之间的间隔的方式而被配置。S卩，槽部50以相对中心Q而偏向第一检测臂42侧的方式被设置。换言之，第一驱动臂46被设置为包括如下截面形状，即，相对于穿过第一驱动臂46的与延伸设置方向正交的宽度方向上的中心Q的第一假想线Pl而非对称的截面形状。此外，第一驱动臂46的Y轴方向上的截面形状相对于穿过Z轴方向的中心Q的第二假想中心线P2而成为非对称。因此，如后文所述，当使第一驱动臂46在X轴方向(面内方向)上振动时，通过该振动而新激励出Z轴方向(面外方向)上的振动，其结果为，能够使第一驱动臂46在如下方向上进行弯曲振动(以下，仅称为“倾斜振动”)，所述方向为，具有X轴方向以及Z轴方向这两个方向分量的方向，换言之,为相对于X轴以及Z轴这两个轴发生了倾斜的方向。
[0127]同样地，第二驱动臂47被构成为具有第一面(上表面)60和第二面(下表面)61，并具有连接第一面60与第二面61的侧面73、74，所述第一面60由XY平面构成，所述第二面61由XY平面构成并且与第一面成为表背关系。在第二驱动臂47上，设置有从第一面60挖掘出的作为凹部的有底的槽部51。作为槽部51的第二连结臂45 —侧的端部的一端51a以未到达第二连结臂45的方式而被配置。通过如此配置槽部51的一端51a，从而由于设置槽部51而产生的第二驱动臂47的截面面积较小的部分不存在于第二驱动臂47与第二连结臂45的连接部分处，由此不会产生第二驱动臂47的强度降低。由此，能够提高陀螺元件40的耐冲击性。此外，作为槽部51的顶端部一侧的端部的另一端51b被配置于未到达第二驱动臂47的顶端的位置处，换言之，被配置于与顶端部具有距离的位置处。
[0128]另外，虽然以槽部50、51的另一端50b、51b未到达第一驱动臂46、第二驱动臂47的顶端的位置示例进行了说明，但并不限定于此，槽部50、51也可以为到达第一驱动臂46、第二驱动臂47的顶端，从而另一端成为开放端的结构。
[0129]此外，槽部51以槽部51的另一侧的侧壁与侧面74之间的间隔大于槽部51的一侧的侧壁与侧面73之间的间隔的方式而被配置。S卩，槽部51以相对于中心Q而偏向第一检测臂42侧的方式被设置。换言之，第二驱动臂47被设置为包括如下截面形状，即，相对于穿过第二驱动臂47的与延伸设置方向正交的宽度方向上的中心Q的第一假想线而非对称的截面形状。此外，第二驱动臂47的Y轴方向上的截面形状相对于穿过Z轴方向的中心Q的第二假想中心线P2而成为非对称。因此，如后文所述，当使第二驱动臂47在X轴方向(面内方向)上振动时，通过该振动而新激励出Z轴方向(面外方向)上的振动，其结果为，能够使第二驱动臂47在如下方向上进行弯曲振动(以下，仅称为“倾斜振动”)，所述方向为，具有X轴方向以及Z轴方向这两个方向分量的方向，换言之,为相对于X轴以及Z轴这两个轴发生了倾斜的方向。
[0130]如上所述，槽部50、51被配置为，朝向通过第一驱动臂46和第二驱动臂47的厚度方向(Z轴方向)的中心的假想中心线而彼此偏向同一方向。另外，槽部50、51与形成元件基板70相同，能够通过蚀刻等的简便方法且以较高的尺寸精度来形成。
[0131]如图8(a)所示，在本实施方式的陀螺元件40中，在与第一驱动臂46以及第二驱动臂47的第一面60成为表背关系的第二面61上，设置有驱动部，所述驱动部包括作为压电体的压电体层63。驱动部以在第一驱动臂46以及第二驱动臂47各自的第二面61上，依次层叠第一电极层62、作为压电体的压电体层(压电薄膜)63、第二电极层64的方式而被构成。包括压电体层63的驱动部，具有通过被通电而伸缩从而使第一驱动臂46以及第二驱动臂47进行倾斜振动的功能。如此，在使用包括压电体层63的驱动部而使第一驱动臂46以及第二驱动臂47振动的情况下，能够由例如硅基板来构成元件基板70。
[0132]作为第一电极层62以及第二电极层64的构成材料，例如，能够使用金(Au)、金合金、钼(Pt)、铝(Al)、铝合金、银(Ag)、银合金、铬(Cr)、铬合金、铜(Cu)、钥(Mo)、铌(Nb)、钨(W)、铁(Fe)、钛(Ti)、钴(Co)、锌(Zn)、锆(Zr)等金属材料，氧化锡铟(ITO)等导电材料。
[0133]其中，作为第一电极层62以及第二电极层64的构成材料，优选使用以金为主要材料的金属(金、金合金)、钼，更优选为使用以金为主材料的金属(特别是金)。由于Au导电性优良(电阻小)且对于氧化的耐性优良，因此作为电极材料较为合适。此外，Au与Pt相比能够更容易通过蚀刻而进行图案形成。
[0134]另外，例如，在由金构成第一电极层62以及第二电极层64从而与元件基板70的紧贴性较低的情况下，优选为，在第一电极层62以及第二电极层64与元件基板70之间，设置由T1、Cr等构成的基底层。由此，能够分别使基底层与第一驱动臂46以及第二驱动臂47之间的紧贴性，以及基底层与第一电极层62之间的紧贴性优良。其结果为，能够减少第一电极层62从第一驱动臂46以及第二驱动臂47上剥离的情况，从而能够使陀螺元件40的可靠性优良。
[0135]虽然作为压电体层13的构成材料，能够列举出例如氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、钽酸锂(LiTaO3)、铌酸锂(LiNbO3)、铌酸钾(KNbO3)、四硼酸锂(Li2B4O7)、钛酸钡(BaT13)、PZT (锆钛酸铅)等，但优选使用AIN、ZnO。
[0136]驱动部的改变例
[0137]如图8(b)所示的驱动部，在第一驱动臂46以及第二驱动臂47的各个第二面61上，依次层叠有被分割为两个的作为第一电极层的第三电极62a以及第四电极62b、作为压电体的压电体层(压电薄膜)63、被分割为两个的作为第二电极层的第五电极64a以及第六电极64b。在这种结构的驱动部中，当通过电源而向包括第三电极62a、压电体层63以及第五电极64a的驱动部与包括第四电极62b、压电体层63以及第六电极64b的驱动部施加交流电压时，与第三电极62a相对应的压电体层63以及与第四电极62b相对应的压电体层63将在Y轴方向上伸长或收缩，从而第一驱动臂46以及第二驱动臂47以某一固定的频率(共振频率)在X轴方向上进行弯曲振动。另外，由于第一驱动臂46以及第二驱动臂47的截面形状与上述的实施方式相同均为关于XY平面以及YZ平面非对称，因此在如图10(b)中用箭头标记L4、L5所示的这种相对于Z轴以及X轴发生了倾斜的方向上进行振动(即进行倾斜振动)。此外，第一驱动臂46以及第二驱动臂47关于ZY平面对称地进行弯曲振动。
[0138]此外，虽然在上述的实施方式中，以在第一驱动臂46以及第二驱动臂47的长边方向(延伸设置方向即Y轴方向)的整个区域内，厚度(Z轴方向上的长度)以及宽度(X轴方向上的长度)为固定的示例进行了说明，但如图9所示，也可以分别在顶端部上设置与第一驱动臂46以及第二驱动臂47相比为宽度较宽的宽幅部(锤头)55。另外，在图9中，将第一驱动臂46作为代表例而进行了图示。宽幅部55具有开放端55b和第一连结臂44 (参照图7) —侧的端部55a。槽部50的另一端部50b既可以如图9 (a)所示那样位于与宽幅部55的第一连结臂44 一侧的端部55a相比靠开放端55b侧的位置处，即进入宽幅部55内，也可以如图9(b)所示那样位于未到达基部侧的端部55a的位置处，即位于第一驱动臂46之内。另外，也可以为如下结构，即，在第一检测臂42上，也设置相当于上述的宽幅部55的宽幅部。
[0139]如图10所示，上文所述的第一驱动臂46以及第二驱动臂47在面内方向(X轴方向)以及面外方向(Z轴方向)上均能够进行振动。此时，由于驱动方向与振动方向越近则越成为低阻抗，因此能够选择驱动方向。即，在更靠近Z轴方向的方向上进行振动的情况下，图10(a)的结构成为低阻抗，而在更靠近X轴的方向上进行振动的情况下，图10(b)的结构成为低阻抗。
[0140]封装件
[0141]接下来，返回图6，对收纳并固定陀螺元件40的作为收纳容器的封装件9a进行说明。如图6所示，封装件9a具有板状的底基板91a、框状的框部件92a、板状的盖部件93a。底基板9la、框部件92a以及盖部件93a依次从下侧向上侧(+Z方向)被层叠。底基板91a与框部件92a由后文所述的陶瓷材料等形成，并通过相互烧成为一体而被接合在一起。框部件92a与盖部件93a通过粘合剂或焊接材料等而被接合在一起。而且,封装件9a在由底基板91a、框部件92a以及盖部件93a划分形成的内部空间S中，对陀螺元件40进行收纳。另外，在封装件9a内，除了驱动陀螺元件40之外，还能够收纳对陀螺元件40进行驱动的电子部件(振荡电路)等。
[0142]另外，作为底基板91a的构成材料，优选具有绝缘性(非导电性)的材料，例如能够使用各种玻璃、氧化物陶瓷、氮化物陶瓷、碳化物类陶瓷等各种陶瓷材料，聚酰亚胺等各种树脂材料等。
[0143]此外，作为框部件92a以及盖部件93a的构成材料，例如能够使用与底基板91a相同的结构材料，Al、Cu、铁镍钴合金这样的各种金属材料，各种玻璃材料等。
[0144]在该底基板91a的上表面上，通过固定材料96a而固定有上文所述的陀螺元件40。该固定材料96a由例如环氧树脂类、聚酰亚胺类、硅类等的粘合剂构成。这种固定材料96a是通过如下方式而被形成的，即，在底基板91a上涂敷未硬化(未固化)的粘合剂，并且在该粘合剂上载置陀螺元件40之后，使该粘合剂硬化或固化。由此，陀螺元件40被可靠地固定于底基板91a上。另外，该固定也可以使用含有电性粒子的环氧树脂类、聚酰亚胺类、硅类等的导电性粘合剂来实施。
[0145]陀螺传感器的动作
[0146]以上，对陀螺传感器Ia的结构进行了说明。陀螺传感器Ia以如下方式对绕Y轴的角速度以及绕Z轴的角速度ωζ进行检测。虽然在下文中使用图10至图12进行说明，但为了便于说明，在图11以及图12中，省略了各电个极、槽部等的图示。
[0147]当在未施加有角速度的状态下，向包括第三电极62a、第四电极62b以及作为压电体的压电体层(压电薄膜)63在内的驱动部与包括第五电极64a、第六电极64b以及作为压电体的压电体层(压电薄膜)63在内的驱动部之间施加交流电压时，如图10(a)、(b)所示，第一、第二驱动臂46、47以及未图示的第三、第四驱动臂48、49分别由于具有非对称部而进行倾斜振动。此外，该振动成为，第一、第三驱动臂46、48与第二、第四驱动臂47、49(参照图7)关于与重心G相交的YZ平面而面对称的振动。
[0148]此时，如上所述，由于第一、第三驱动臂46、48与第二、第四驱动臂47、49进行关于穿过重心G的YZ平面而面对称的振动，因此第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49的X轴方向上的振动被抵消。因此，第一、第二检测臂42、43在X轴方向上几乎不振动。另一方面，第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49由于彼此朝向Z轴方向上的相同侧而进行振动，因此第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49的Z轴方向上的振动未被抵消。因此，如图10所示，第一、第二检测臂42、43在Z轴方向上且向与第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49相反的方向进行弯曲振动，以取得与第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49之间的平衡。另外，对于第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49的振动方向而言，并不限定于图10所记载的振动方向，例如也可以与图10所记载的振动方向相反。能够根据所需的频率或驱动单元来适当选择振动方向。
[0149]当在该状态下，向陀螺传感器Ia施加绕Z轴的角速度ωζ时，如图11所示，科里奥利力A将起作用，以该科里奥利力A为驱动力而激励出箭头标记B所示的振动(绕Z轴角速度检测振动模式)。此时，在第一、第二检测臂42、43上产生的变形关于X轴为相反方向。此外，该检测振动模式优选为驱动频率的±10%以内的频率。另外，关于该第一、第二检测臂42、43的振动方向，也可以说是第一、第二检测臂42、43在绕Z轴的相同的旋转方向上进行振动。这是因为，第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49通过科里奥利力A的作用而如图11所示那样进行振动，并且由于第一、第二检测臂42、43夹着中央基部41而分别向上侧与下侧延伸，因此第一检测臂42发生与第一、第二驱动臂46、47相对应的变形，第二检测臂43发生与第三、第四驱动臂48、49相对应的变形。
[0150]另一方面，当向陀螺传感器Ia施加绕Y轴的角速度coy时，如图12所示，科里奥利力A将起作用，以该科里奥利力A为驱动力而激励出箭头标记B所示的振动(绕Y轴角速度检测振动模式)。此时，在第一、第二检测臂42、43上产生的变形关于X轴为相同方向。此外，该检测振动模式优选为驱动频率的±10%以内的频率。另外，关于该第一、第二检测臂42、43的振动方向，也可以说是第一、第二检测臂42、43关于X轴而向相同方向进行振动。这是因为，第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49通过科里奥利力A的作用而如图12所示那样进行振动，并且由于在第一、第二检测臂42、43上作用有如下的科里奥利力，因此关于X轴方向而向相同方向进行振动，所述科里奥利力为，关于X轴为同向且与第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49为反向的科里奥利力。
[0151]在陀螺传感器Ia中，能够利用上述的施加有绕Z轴的角速度ω ζ时与施加有绕Y轴的角速度时的第一、第二检测臂42、43的振动方向的不同，而分别独立地对角速度ωζ以及角速度coy进行检测。另外，被设置于第一检测臂42上的检测部为第一检测部75与第二检测部76 (参照图8)，被设置于第二检测臂43上的检测部为第三检测部(未图示)与第四检测部(未图示)。
[0152]进行具体说明，在施加有角速度ω ζ时，从第一检测部75与第二检测部76被取出的信号(电压)Vl为，因角速度ωζ而产生的信号(电压)+Vz，从第三检测部与第四检测部被取出的信号(电压)V2为，因角速度ωζ而产生的信号(电压)一 VZ。BP,Vl = +Vz、V2=—Vz0
[0153]另一方面，在施加有角速度07时，从第一检测部75与第二检测部76被取出的信号Vl为，因角速度ω y而产生的信号+Vy，从第三检测部与第四检测部被取出的信号V2为，因角速度《y而产生的信号+Vy。S卩，Vl =+Vy、V2 =+Vy。另外，信号V1、V2之间符号相同的原因在于，如上所述，变形检测单元被构成为，相对于绕Z轴的角速度而产生不同符号的信号。
[0154]因此，当向陀螺传感器Ia施加绕具有Y轴方向以及Z轴方向这两个方向分量的轴(即，相对于Y轴以及Z轴这两个轴发生了倾斜的轴)的角速度Coyz时，从第一检测部75与第二检测部76被取出的信号Vl为，(+Vy) +(+Vz)，从第三检测部与第四检测部被取出的信号 V2 为，(+Vy) + ( — Vz)。即，Vl = Vy+Vz、V2 = Vy- Vz0
[0155]通过对以此方式取得的信号V1、V2进行相加或相减，从而能够分离角速度Coyz中的绕Y轴的角速度和绕Z轴的角速度ωζ，由此能够分别独立地对角速度COy以及角速度ωζ进行检测。具体而言，成为V1+V2 = 2Vy,从而能够排除因角速度ωζ而产生的信号Vz0由此，求出了绕Y轴的角速度ωγ。相反地，成为Vl — V2 = 2Vz，从而能够排除因角速度产生的信号Vy。由此，求出了绕Z轴的角速度ωζ。根据陀螺传感器la，能够简单地、分别独立地对绕Y轴的角速度Oy以及绕Z轴的角速度ωζ进行检测。
[0156]这种计算能够通过与陀螺传感器Ia连接的未图示的IC芯片等来进行。另外，上文所述的信号“Vz”、“Vy”的符号根据配线的结构而成为相反符号。即，上述“+Vz”变为“一Vz ”、“ 一 Vz ”变为“ +Vz ”，并且也存在“ +Vy ”变为“ 一Vy ”、“ 一 Vy ”变为“ +Vy ”的情况。
[0157]以上，根据所说明的第二实施方式，通过蚀刻等的简单加工便能够获得具有可进行倾斜振动的第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49的陀螺元件40。如此，通过具有进行倾斜振动的第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49，从而能够获可简单地、分别独立地对绕Y轴的角速度ωγ以及绕Z轴的角速度ω ζ进行检测的陀螺元件40。此外，由于在第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49上所设置的槽部50、51、52、53能够通过从一面(第一面10)起利用蚀刻等进行挖掘而形成，因此能够容易地形成包括相对于第一假想中心线Pl而非对称的截面形状的槽部50、51、52、53。如此，由于能够容易地形成槽部50、51、52、53，因此提高了陀螺元件40的加工成品率。此外，在第一面60的背面即第二面61上，设置有包括压电体层63的驱动部。第二面61为未设置有槽部50、51、52、53的平面，从而能够容易地形成驱动部。因此，根据本结构，能够容易地形成在一面(第一面60)上设置有槽部50、51、52、53且在背面(第二面61)上设置有驱动部的第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49，从而能够廉价地提供可持续地进行稳定的倾斜振动的陀螺元件40、即陀螺传感器la。
[0158]参照图13，对凹部的改变例进行说明。虽然在上述的实施方式中，作为凹部，而以从一面(第一面10、60)挖掘，并在一面(第一面10、60)上开口的槽部8a、8b以及槽部50、51、52、53的结构进行了说明，但作为产生倾斜振动的凹部的结构，也可以为如图13所示的结构。图13为，表示凹部的改变例的剖视图。作为改变例的凹部的阶梯部8c为，在驱动臂5的第一面10与调节臂7 —侧的侧面15a双方上开口的有底的阶梯部。阶梯部8c以偏向调节臂7所存在的方向的方式被设置于驱动臂5上。此外，阶梯部8d为，在驱动臂6的第一面10与调节臂7 —侧的侧面15b双方上开口的有底的阶梯部。阶梯部8d以偏向调节臂7所存在的方向的方式被设置于驱动臂6上。
[0159]通过设置这种阶梯部，从而与上文所述的实施方式中的槽部相同，驱动臂5、6的截面形状相对于穿过X轴方向上的中心Q的第一假想中心线与穿过Z轴方向上的中心Q的第二假想中心线而非对称。因此，如后文所述，当使驱动臂5、6在X轴方向(面内方向)上振动时，通过该振动而新激励出Z轴方向(面外方向)上的振动，其结果为，能够使驱动臂5、6在如下方向上进行弯曲振动(以下简称倾斜振动)，所述方向为，具有X轴方向以及Z轴方向这两个方向分量的方向，换言之，为相对于X轴以及Z轴这两个轴发生了倾斜的方向。另外，对于第二实施方式的结构，也能够应用相同的改变例。
[0160]此外，虽然在第一实施方式中以设置有一个调节臂7为示例而进行了说明，但也可以不计调节臂的数量而设置多个调节臂。此外，对于驱动臂5、6而言，其数量也可以为任意数量。
[0161]此外，虽然在实施方式2中，以设置有第一、第二、第三、第四驱动臂46、47、48、49和第一检测臂42以及第二检测臂43的结构进行了说明，但也可以不计驱动臂以及检测臂的数量，而为任意数量。
[0162]电子设备
[0163]接下来，根据图14至图16，对作为本发明的一个实施方式所涉及的振动装置，而应用了使用振动元件2的振子I或使用陀螺元件40的陀螺传感器Ia中的任意一个的电子设备进行详细说明。另外，在说明中，示出了应用陀螺传感器Ia的示例。
[0164]图14为表示作为具备作为本发明的一个实施方式所涉及的电子装置的陀螺传感器Ia的电子设备的、便携型(或笔记本型)的个人计算机的结构的概要的立体图。在该图中，个人计算机1100通过具备键盘1102的主体部1104和具备显示部1101的显示单元1106而被构成，并且显示单元1106以能够通过铰链结构部而相对于主体部1104进行转动的方式被支承。在这种个人计算机1100中内置有陀螺传感器la，所述陀螺传感器Ia具有对角速度进行检测的功能。
[0165]图15为表示作为具备作为本发明的一个实施方式所涉及的电子装置的陀螺传感器Ia的电子设备的、移动电话机(也包括PHS:Personal Handy-phone System,个人移动电话系统)结构的概要的立体图。在该图中，移动电话机1200具备多个的操作按钮1202、听筒1204以及话筒1206，并且在操作按钮1202与听筒1204之间配置有显示部100。在这种移动电话机1200中内置有陀螺传感器la，所述陀螺传感器Ia具有对角速度进行检测的功能。
[0166]图16为表示作为具备作为本发明的一个实施方式所涉及的电子装置的陀螺传感器Ia的电子设备的、数码照相机的结构的概要的立体图。另外，在该图中，还简单地图示了与外部设备之间的连接。在此，现有的胶片相机通过被摄物体的光学图像而使银盐感光胶片感光，与此相对，数码照相机1300则通过CCD (Charge Coupled Device:电荷稱合元件)等的摄像元件对被摄物体的光学图像进行光电转换，从而生成摄像信号(图像信号)。
[0167]在数码照相机1300的壳体(主体)1302的背面上设置有显示部100，并且成为根据由CXD产生的摄像信号而进行显示的结构，显示部100作为将被摄物体显示为电子图像的取景器而发挥作用。此外，在壳体1302的正面侧(图中背面侧)，设置有包括光学镜片(摄像光学系统)与C⑶等在内的受光单元1304。
[0168]当摄影者对被显示在显示部100上的被摄图像进行确认，并按下快门按钮1306时，该时间点的CCD的摄像信号将被传送并存储于存储器1308中。此外，在该数码照相机1300中，在壳体1302的侧面设置有影像信号输出端子1312与数据通信用的输入输出端子1314。而且，如图所示，根据需要，而在影像信号输出端子1312上连接有影像监视器1430，在数据通信用的输入输出端子1314上连接有个人计算机1440。而且，成为如下结构，S卩，通过预定的操作，从而使存储于存储器1308中的摄像信号向影像监视器1430或个人计算机1440输出。在这种数码照相机1300中内置有陀螺传感器la，所述陀螺传感器Ia具有对角速度进行检测的功能。
[0169]另外，作为本发明的一个实施方式所涉及的电子装置的陀螺传感器Ia除了能够应用于图14的个人计算机(便携型个人计算机)、图15的移动电话机、图16的数码照相机中之外，还能够应用于如下的电子设备中，例如，喷墨式喷出装置(例如喷墨打印机)、膝上型个人计算机、电视机、摄像机、录像机、汽车导航装置、寻呼机、电子记事本(也包含附带通信功能的产品)、电子辞典、台式电子计算机、电子游戏机、文字处理器、工作站、可视电话、防盗用视频监控器、电子双筒望远镜、POS (Point of Sale:销售点)终端、医疗设备(例如电子体温计、血压计、血糖仪、心电图计测装置、超音波诊断装置、电子内窥镜)、鱼群探测器、各种测量设备、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。
[0170]移动体
[0171]图17为概要性地表示作为移动体的一个示例的汽车的立体图。在汽车506中搭载有作为本发明所涉及的电子装置的陀螺传感器la。例如，如该图所示，在作为移动体的汽车506中，内置了陀螺传感器Ia并且对轮胎509等进行控制的电子控制元件508被搭载于车身507上。此外，陀螺传感器Ia还能够广泛应用于智能无钥匙进入系统、发动机防盗锁止系统、汽车导航系统、汽车空调、防抱死制动系统(ABS)、安全气囊、轮胎压力监测系统(TPMS:Tire Pressure Monitoring System)、发动机控制器、混合动力汽车或电动汽车的电池监控器、车身姿态控制系统等的电子控制元件(EOT electronic control unit)中。
[0172]符号说明
[0173]L...作为振动装置的振子；la…作为振动装置的陀螺传感器；2…振动元件；3…元件基板；4…基部；5、6…驱动臂(振动臂)；7…调节臂(振动臂)；8a、8b…作为凹部的槽部；8c、8d…作为凹部的阶梯部；9、9a…封装件;10…第一面;11…第二面;12…第一电极层；12a…第三电极；12b…第四电极；13…压电体层；14…第二电极层；14a…第五电极；14b…第六电极；15a、15b…侧面；16、17…槽部的一端；18、19…槽部的另一端;20、21、22、23…驱动臂的侧面；40…作为振动元件的陀螺元件；41…中央基部；42…第一检测臂；43...第二检测臂；44…第一连结臂；45…第二连结臂；46…第一驱动臂；47…第二驱动臂；48...第三驱动臂；49…第四驱动臂；50、51、52、53…作为凹部的槽部；50a、51a、52a、53a…槽部的一端；50b、51b、52b、53b…槽部的另一端；55…宽幅部(锤头);58…基部;60…第一面；61…第二面；62…第一电极层；62a…第三电极；62b…第四电极；63…压电体层；64a…第五电极；64b…第六电极；64…第二电极层；65a、65b…第一电极层；66…压电体层；67a、67b…第二电极层；68…第二面；70…兀件基板；71、72、73、74…驱动臂的侧面；75…第一检测部；76…第二检测部;91、91a…底基板;92、92a…框部件；93、93a…盖部件;96、96a…固定材料；100…显示部；506…作为移动体的汽车；1100...作为电子设备的便携型的个人计算机；1200…作为电子设备的移动电话机；1300…作为电子设备的数码照相机；PL...第一假想中心线；P2…第二假想中心线；S…内部空间；G…重心……中心。
【权利要求】
1.一种振动元件，其特征在于，具备: 基部; 驱动臂，其包括第一面以及与所述第一面处于表背关系的第二面，并且在所述第一面侧设置有凹部，所述驱动臂从所述基部向延伸设置方向延伸设置； 驱动部，其被设置在所述第二面上； 所述驱动臂的与所述延伸设置方向正交的截面形状包含相对于穿过与所述延伸设置方向正交的方向上的宽度的中心的假想中心线而非对称的截面形状。
2.如权利要求1所述的振动元件，其特征在于， 所述驱动部包括压电体和在与所述延伸设置方向正交的宽度方向上并排设置的多个电极。
3.如权利要求1所述的振动元件，其特征在于， 所述凹部沿着所述延伸设置方向而被设置于所述驱动臂上，且未到达所述基部。
4.如权利要求1所述的振动元件，其特征在于， 所述凹部沿着所述延伸设置方向而被设置于所述驱动臂上，且到达所述基部。
5.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件，其特征在于， 所述凹部为槽部。
6.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件，其特征在于， 具备与所述基部连接的检测臂。
7.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件，其特征在于， 所述驱动臂包括并排设置的第一驱动臂和第二驱动臂， 所述第一驱动臂的所述凹部以相对于所述第一驱动臂的所述假想中心线而偏向第一方向的方式被配置， 所述第二驱动臂的所述凹部以相对于所述第二驱动臂的所述假想中心线而偏向与所述第一方向相反的方向的方式被配置。
8.如权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件，其特征在于， 所述驱动臂包括并排设置的第一驱动臂和第二驱动臂， 并且具备在所述第一驱动臂与所述第二驱动臂之间从所述基部延伸设置的调节臂。
9.一种振动装置，其特征在于， 包括权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件和收纳有所述振动元件的收纳容器。
10.一种电子设备，其特征在于， 具备权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件。
11.一种移动体，其特征在于， 具备权利要求1至权利要求4中任一项所述的振动元件。
【文档编号】H03H9/19GK104348444SQ201410390120
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年8月8日 优先权日:2013年8月9日
【发明者】石井昌宏 申请人:精工爱普生株式会社