圧電振動片および物理量検出装置
【課題】ＷＴ型圧電振動片における駆動アーム、支持アーム、および検出アームのうちの少なくとも１つの折れ防止を図ることのできる圧電振動片を提供する。
【解決手段】基部１２と、基部１２を基準として反対方向へ延設された一対の検出アーム１４（１４ａ，１４ｂ）と、基部１２を基準として検出アーム１４と直交する方向へ延設された一対の支持アーム１８（１８ａ，１８ｂ）と、延設された支持アーム１８のそれぞれから、検出アーム１４に平行に延設された対を成す駆動アーム２４（２４ａ〜２４ｄ）とを有する圧電振動片１０であって、支持アーム１８に、先端面４６を駆動アーム２４へ向けて延設される第１の突起部４０を設け、第１の突起部４０の先端面４６と駆動アーム２４との間には、駆動アーム２４の振動変位以上で、駆動アーム２４が屈曲した際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする。
【解決手段】基部１２と、基部１２を基準として反対方向へ延設された一対の検出アーム１４（１４ａ，１４ｂ）と、基部１２を基準として検出アーム１４と直交する方向へ延設された一対の支持アーム１８（１８ａ，１８ｂ）と、延設された支持アーム１８のそれぞれから、検出アーム１４に平行に延設された対を成す駆動アーム２４（２４ａ〜２４ｄ）とを有する圧電振動片１０であって、支持アーム１８に、先端面４６を駆動アーム２４へ向けて延設される第１の突起部４０を設け、第１の突起部４０の先端面４６と駆動アーム２４との間には、駆動アーム２４の振動変位以上で、駆動アーム２４が屈曲した際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片およびこの圧電振動片を搭載した物理量検出装置に係り、特にいわゆるＷＴ型と称される形態を有する圧電振動片、および物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４に示すように、基部２と一対の検出アーム３、および検出アーム３と直交する方向へ延設された一対の支持アーム４のそれぞれから検出アーム３に平行に延設された対を成す駆動アーム５とを有し、ＷＴ型と称される圧電振動片１が知られている。
【０００３】
このような構成の圧電振動片１は主に、角速度や加速度といった物理量を検出するセンサーの検出用素子片として用いられており、例えば特許文献１、特許文献２、及び特許文献３等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９４４５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００３４号公報
【特許文献３】特開２００６−３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成の圧電振動片１はパッケージに実装される際、ＴＡＢ基板等における可撓性を有するインナーリードにより基部２が支持され、全体としてはパッケージ底面から浮いた状態で支持されることとなる。
【０００６】
このような状態で支持される圧電振動片１は、パッケージに対して外部から衝撃が加えられた際、支持状態に無い箇所、すなわち検出アーム３や支持アーム４、及び駆動アーム５が、支持部である基部２や、交差部６を基点として大きく変形することとなる。
【０００７】
水晶等の圧電効果部材により構成される圧電振動片１には、塑性変形領域が殆ど無く、変形が弾性限界を超えた段階で破断する。このため、外部衝撃を受けた圧電振動片１には、駆動アーム５や支持アーム４、あるいは検出アーム３が、その接続箇所（基部２や交差部６）の根元から折れるといった現象が生ずることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、前記基部を基準として反対方向へ延設された一対の検出アームと、前記基部を基準として前記検出アームと直交する方向へ延設された一対の支持アームと、延設された前記支持アームのそれぞれから、前記検出アームに平行に延設された対を成す駆動アームとを有する圧電振動片であって、前記支持アームに、先端面を前記駆動アームへ向けて延設される第１の突起部を設け、前記第１の突起部の前記先端面と前記駆動アームとの間には、前記駆動アームの振動変位以上で、前記駆動アームが屈曲した際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【０００９】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、駆動アームが屈曲した際、当該駆動アームの屈曲が弾性限界を超える前に第１の突起部における先端面を駆動アームに接触させることができる。このため、駆動アームの励振を妨げる事無く、駆動アームの折れ防止を図ることが可能となる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の圧電振動片であって、前記第１の突起部は、前記支持アームに接続された基端部と、前記基端部から前記駆動アームへ向けて延設される先端部から構成されることを特徴とする圧電振動片。
【００１１】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、第１の突起部をいわゆるカギ型に構成することができる。このため、基端部を基点として多少の撓み性を持たせることが可能となり、駆動アームが第１の突起部の先端面に接触した際の衝撃を緩和することができる。よって、接触時の衝撃による欠けや割れを防止することができる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載の圧電振動片であって、前記基端部には、可撓性を向上させる波状部を設けたことを特徴とする圧電振動片。
このような特徴を有する圧電振動片によれば、基端部の可撓性を向上させることができ、先端面と駆動アームとの接触時の衝撃緩和効果を高めることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例２に記載の圧電振動片であって、前記基端部には、可撓性を向上させるための溝を設けたことを特徴とする圧電振動片。
このような特徴を有する圧電振動片によっても、基端部の可撓性を向上させることができ、先端面と駆動アームとの接触時の衝撃緩和効果を高めることができる。
【００１４】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記第１の突起部の先端面に、前記駆動アームを前記突起部に接触させた際の接触面に沿った傾斜角を持たせたことを特徴とする圧電振動片。
【００１５】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、駆動アームと先端面との接触を面接触とすることができる。よって、点接触や線接触に比べ、接触時に生ずる応力を分散させることが可能となる。このため、接触時の集中応力により接触部に欠けや割れが生ずるといった事態を避けることが可能となる。
【００１６】
［適用例６］適用例１乃至適用例５のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記第１の突起部の先端面の幅を、前記駆動アームにおける前記第１の突起部接触面に配された励振電極の幅よりも狭くしたことを特徴とする圧電振動片。
【００１７】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、駆動アームと先端面との接触により励振電極が傷ついたとしても、励振電極が断線する虞がなくなる。このため、製品としての信頼性を向上させることが可能となる。
【００１８】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記基部に、前記先端面を前記支持アームへ向けて延設される第２の突起部を設け、前記第２の突起部の前記先端面と前記支持アームとの間には、前記支持アームの駆動変位以上で、前記支持アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【００１９】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、支持アームが屈曲した際、当該支持アームの屈曲が弾性限界を超える前に第２の突起部における先端面を支持アームに接触させることができる。このため、駆動アームの折れ防止を図る他に、支持アームの通常の揺動を妨げる事無く、衝撃印加時等の激しい屈曲に対する支持アームの折れの防止を図ることが可能となる。
【００２０】
［適用例８］適用例１乃至適用例７のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記基部に、前記先端面を前記検出アームへ向けて延設される第３の突起部を設け、前記第３の突起部の前記先端面と前記検出アームとの間には、前記検出アームの駆動変位以上で、前記検出アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【００２１】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、検出アームが屈曲した際、当該検出アームの屈曲が弾性限界を超える前に第３の突起部における先端面を検出アームに接触させることができる。このため、駆動アームや支持アームの折れ防止を図る他に、検出アームの振動を妨げる事無く、衝撃印加時等の激しい屈曲に対する検出アームの折れの防止を図ることが可能となる。
【００２２】
［適用例９］適用例１乃至適用例８のいずれかに記載の圧電振動片を搭載したことを特徴とする物理量検出装置。
このような特徴を有する物理量検出装置によれば、落下や衝突等の大きな衝撃等が付与された場合であっても、駆動アームが折れてしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図２】圧電振動片における駆動アームと検出アームの断面構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る圧電振動片の駆動アームと検出アームに対して溝を形成した場合の例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る圧電振動片の駆動アームの断面と、第１の突起部の先端部の形状を示す図である。
【図６】第１の突起部における第１の応用形態を示す図である。
【図７】第１の突起部における第２の応用形態を示す図である。
【図８】第１の突起部における第３の応用形態を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図１１】第５の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図１２】物理量検出装置の構成を示す側断面図である。
【図１３】物理量検出装置に収容される支持基板の構成を示す図である。
【図１４】従来のＷＴ型圧電振動片の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の圧電振動片および物理量検出装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、第１の実施形態に係る圧電振動片について、図１、図２を参照して説明する。なお図１において図１（Ａ）は圧電振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）における部分拡大図である。また図２において図２（Ａ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示し、図２（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【００２５】
本実施形態に係る圧電振動片１０は、基部１２と、検出アーム１４（１４ａ，１４ｂ）、支持アーム１８（１８ａ，１８ｂ）、および駆動アーム２４（２４ａ〜２４ｄ）を基本として構成される。構成部材としては、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等、圧電効果を奏する種々の部材を挙げることができるが、本実施形態では構成部材を水晶とした場合の例を挙げて説明する。
【００２６】
基部１２は、圧電振動片１０の中心に位置する被支持部であり、図１に示す例では、その平面形状が略矩形となるように形成されている。
検出アーム１４は、圧電振動片１０を搭載するジャイロセンサーや加速度センサー等の物理量検出センサーに印加された角速度や加速度を検出し、電気信号として出力する作用を担う。検出アーム１４は、基部１２を基点として、結晶軸における＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向の双方に延設された一対のアームである。検出アーム１４には、検出電極３４，３６と錘１６（１６ａ，１６ｂ）が備えられている。検出電極３４，３６は、角速度や加速度を印加された際の検出アーム１４の屈曲によって生じた電圧を電気信号として伝達するための電極である。検出電極３４，３６は、図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を図２（Ｂ）に示すように、断面矩形状の検出アーム１４において、Ｘ軸方向とＺ軸方向に位置する２対の面に備えられて、対を成す面と同電位の電圧を検出可能となるように配置される。錘１６は、検出アーム１４が振動する際の共振周波数を調整するための重み付けの役割を担う。
【００２７】
支持アーム１８は、詳細を後述する駆動アーム２４を支えるためのアームである。支持アーム１８は、基部１２を基点として、詳細を上述した検出アーム１４と直交する方向に一対設けられる。すなわち支持アーム１８は、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向の双方に延設されている。支持アーム１８には、図示しない引出し電極が配されている。なお支持アーム１８の先端には、詳細を後述する駆動アーム２４を延設する際の基点となる交差部２２（２２ａ，２２ｂ）が設けられている。また交差部２２には、支持アーム１８の延設方向と同一方向に、突出部２０ａ，２０ｂが設けられている。
【００２８】
駆動アーム２４は、上述した２つの支持アーム１８のそれぞれにおける先端側から、上述した検出アーム１４に平行に延設される対を成すアームである。すなわち駆動アーム２４は、各支持アーム１８の先端に設けられた交差部２２から、この交差部２２を基点として＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向のそれぞれへ延設されている。駆動アーム２４には、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を図２（Ａ）に示すように励振電極３４，３６と錘２６（２６ａ〜２６ｄ）が備えられている。励振電極３４，３６は、駆動アーム２４に対して電圧を印加することで駆動アーム２４を屈曲させ、駆動アーム２４による発振を生じさせるための電極である。駆動アーム２４も検出アーム１４と同様に、その断面は矩形とされており、励振電極３４，３６は対をなす面に同電位の電圧を印加することができるように配置される。錘２６は、駆動アーム２４を励振させる際の共振周波数を調整するための重み付けの役割を担う。
【００２９】
本実施形態に係る圧電振動片１０は支持アーム１８と突出部２０に、先端面４６を駆動アーム２４に向けるように延設される第１の突起部４０を備えている。第１の突起部４０は、支持アーム１８に接続された基端部４２（４２ａ，４２ｂ）と、基端部４２を基点として駆動アーム２４に先端を向ける先端部４４（４４ａ，４４ｂ）から成る。第１の突起部４０の基端部４２は、支持アーム１８と突出部２０のそれぞれに、＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向に延設される。先端部４４は、支持アーム１８から延設された基端部４２ａを基点とするものと、突出部２０から延設された基端部４２ｂを基点とするものとで、その延設方向が異なる。支持アーム１８から延設された基端部４２ａを基点とする先端部４４ａは、＋Ｘ軸方向に延設される。一方、突出部２０から延設された基端部４２ｂを基点とする先端部４４ｂは、−Ｘ軸方向に延設される。このような配置形態とすることで、交差部２２を基点として延設された駆動アーム２４の側面（Ｘ軸方向を向いた面）に、第１の突起部４０の先端部４４における先端面４６がそれぞれ対向することとなる。
【００３０】
先端面４６と駆動アーム２４との隙間は、駆動アーム２４の振動変位量以上で、駆動アーム２４が屈曲した際に弾性限界となる変位量未満とする。このような構成とすることで、第１の突起部４０が駆動アーム２４の励振を妨げることが無く、駆動アーム２４が塑性変形に至る前、すなわち駆動アーム２４が折れる前に、第１の突起部４０の先端面４６を駆動アーム２４の側面に接触させることができる。第１の突起部４０と接触した駆動アーム２４は、屈曲方向の力が第１の突起部４０によって受け止められることとなり、それ以上の屈曲が抑制される。このため、駆動アーム２４の破断を防止することが可能となる。
【００３１】
ここで第１の突起部４０の先端面４６には、傾斜面を持たせることが望ましい。具体的には、駆動アーム２４が屈曲し、第１の突起部４０の先端面４６に接触する際の駆動アーム２４側面の傾斜に沿った傾斜角θを持たせるようにすると良い。このような構成とすることで、第１の突起部４０の先端と駆動アーム２４の側面との接触を面接触とすることが可能となる。これにより、両者の接触が点接触や線接触となり、集中応力が生ずることにより接触部において破断や欠けが生ずるといった事態を避けることができる。
【００３２】
駆動アーム２４は検出アーム１４に比べて長いため、外部衝撃によって折れが生ずる確率が高い。このため、駆動アーム２４の基端部である交差部２０の周囲に上記のような第１の突起部４０を設けることは、駆動アーム２４の折れを防止する効果が大きい。
【００３３】
このような構成の圧電振動片１０は、所定のカット角（例えばＸカットと呼ばれるカット角）に従って切り出された水晶素板に対してマスクを形成し、水晶のエッチングを行い、形状が形成される。この際、第１の突起部４０の形状形成も同時に行う。
【００３４】
エッチングによる形状形成終了後、検出電極３０，３２や駆動電極３４，３６を構成するための金属膜を形成する。金属膜形成後、検出電極３０，３２、駆動電極３４，３６、および引出し電極等の各種電極形状に合わせて形成したマスクを用い、金属膜のエッチングを行うことで圧電振動片１０が形成される。
【００３５】
上記のような構成の圧電振動片１０によれば、外部衝撃の印加による駆動アーム２４の折れを防止することができる。また、製造工程においては、第１の突起部４０を形成するために特別な工程を必要とせず、従来の製造工程において形状形成のためのマスクの形態を変更するだけで対応することができる。さらに第１の突起部４０は、従来エッチングにより削っていた部分に設けられるため無駄が無く、基礎となる水晶素板が大型化することも無い。このため、１つのウェハーからバッチ処理により形成可能な圧電振動片１０の数が減少する事も無い。
【００３６】
上記実施形態では、検出アーム１４、駆動アーム２４の断面形状は矩形である旨記載した。しかしながら、検出アーム１４、駆動アーム２４にはそれぞれ、図３に示すような溝１５，２５を設ける構成としても良い。ここで、図３において、図３（Ａ）は圧電振動片の平面図であり、図３（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面、図３（Ｃ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面をそれぞれ示す。
【００３７】
溝１５，２５は、検出アーム１４、駆動アーム２４におけるＺ軸方向に位置する面に凹部を形成することで構成される。このような溝１５，２５を形成することにより、検出アーム１４、駆動アーム２４の断面形状は、いわゆるＨ型を構成することとなる。検出アーム１４や駆動アーム２４の断面にＨ型断面を採用し、溝１５，２５に検出電極３０，３２や励振電極３４，３６を配置する構成とすることで、検出感度や振動特性の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
次に、第２の実施形態に係る圧電振動片について、図４、図５を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片は、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。なお、図４において図４（Ａ）は圧電振動片の平面図であり、図４（Ｂ）は同図（Ａ）における部分拡大図である。また、図５は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【００３９】
本実施形態に係る圧電振動片１０ａは、第１の突起部４０における先端部４４の先端面４６の幅を、駆動アーム２４の側面に配された励振電極３６の幅よりも狭くするために、先端部４４に切欠き４７を設けた点を特徴としている。このような構成とすることにより、外部衝撃が印加されたことにより駆動アーム２４が屈曲し、駆動アーム２４の側面が第１の突起部４０の先端面４６に接触した際、接触時の衝撃により接触部分に配された励振電極３６が傷つけられたとしても、励振電極３６の断線を防止することができることとなる。
【００４０】
このような構成の圧電振動片１０ａを形成する場合、第１の突起部４０における先端面４６の幅の削り込み、すなわち切欠き４７の形成は、検出アーム１４や駆動アーム２４に対する溝１５，２５の形成と同時に行うことが望ましい。切欠き４７の形成を検出アーム１４や駆動アーム２４の溝１５，２５の形成と同時に行うことによれば、先端面４６の幅を調整するための工程を増やす必要性が無くなるからである。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様である。
【００４１】
次に、上記第１、第２の実施形態に係る圧電振動片における第１の突起部の応用形態について、図６〜図８を参照して説明する。
まず、第１の突起部の第１の応用形態について、図６を参照して説明する。本応用形態に係る第１の突起部４０は、基端部４２の一部に波状部４３を形成している。このような構成とすることにより、支持アーム１８、あるいは突出部２０から先端部４４までの距離を変えること無く、基端部を構成する部材の長さを長くすることができる。これにより、先端部４４を逃がす方向に対する第１の突起部４０の実質的な撓み量、撓み易さを増すことができる。よって、駆動アーム２４が屈曲し、第１の突起部４０の先端面４６に接触した際の衝撃を逃がすことができる。すなわち、基端部４２にいわゆるバネ性を持たせることができるのである。なお、基端部４２の長さを単純に（ストレート構造で）長くして第１の突起部４０の撓み量増加を図る場合、第１の突起部４０自体が圧電振動片を構成するアームのような形態となってしまい、振動特性に影響を与えることとなってしまう可能性がある。
【００４２】
次に、第１の突起部の第２の応用形態について、図７を参照して説明する。本応用形態に係る第１の突起部４０も、その実質的な撓み量、撓み易さを向上させるという点では同じである。その構成は、基端部４２におけるＺ軸方向の面に溝４１を形成するというものである。このような構成とした場合であっても、矩形断面を有していた基端部の断面二次モーメントは減少するため、基端部４２の曲げ易さが増加する。よって、上記応用形態と同様に、駆動アーム２４が屈曲し、第１の突起部４０の先端面４６に接触した際の衝撃を逃がすことができるようになる。
【００４３】
なお、基端部４２における溝４１の形成は、駆動アーム２４や、検出アーム１４における溝２５，１５の形成と同時に行うようにすると良い。溝４１を形成するための工程を別途設ける必要が無くなるからである。
【００４４】
次に、第１の突起部の第３の応用形態について、図８を参照して説明する。本応用形態に係る第１の突起部４０ａは、上述した種々の第１の突起部４０とは異なり、支持アーム１８および突出部２０から駆動アーム２４へ向けて斜めに延設されるストレート構造の突起部である。このような形態の第１の突起部４０ａであっても、上述した種々の第１の突起部４０と同様な効果を得ることができる。
【００４５】
次に、第３の実施形態に係る圧電振動片について、図９を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片も、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４６】
本実施形態に係る圧電振動片１０ｂでは、上記実施形態において支持アーム１８に設けていた第１の突起部を、基部１２から支持アーム１８に沿って延設されたストレート構造の第１の突起部４０ｂとした点を特徴としている。このような形態とした場合であっても、上述した実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４７】
次に、第４の実施形態に係る圧電振動片について、図１０を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片も、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４８】
本実施形態に係る圧電振動片１０ｃでは、基部１２に、先端面を支持アーム１８へ向けて延設された第２の突起部５０を設けた点を特徴としている。このような構成により、外部衝撃等により支持アームが屈曲した場合であっても、その撓みを抑制することができ、支持アームが根元（基部１２との接合部）から折れてしまうことを防止することができる。
【００４９】
なお、第２の突起部５０の先端面と支持アーム１８との間には、支持アーム１８の駆動変位以上で、支持アーム１８が撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けるようにする。また、第２の突起部５０の形態については、第１の突起部と同様に、基端部と先端部から成る構造としても良いし、図８に示したようにストレート構造としても良い。いずれの場合であっても、ストッパーとしての役割を果たすからである。
【００５０】
このような構成の圧電振動片１０ｃによれば、駆動アーム２４の折れを防止することができる他、駆動アーム２４を支える支持アームの折れも防止することが可能となる。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様である。
【００５１】
次に、第５の実施形態に係る圧電振動片について、図１１を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片も、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００５２】
本実施形態に係る圧電振動片１０ｄでは、基部１２に、第２の突起部５０に加え、第３の突起部６０を設けた点を特徴としている。第３の突起部６０は、先端面を検出アーム１４へ向けた突起部であり、検出アーム１４の折れ防止を図る。第３の突起部６０の形態としては、上述した第２の突起部５０と同様に、基端部と先端部から成るものでも良いし、ストレート構造のものでも良い。なお、第３の突起部６０の先端面と検出アーム１４との間には、検出アーム１４の駆動変位以上で、検出アーム１４が撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けるようにする。
【００５３】
このような構成の圧電振動片１０ｄによれば、駆動アーム２４、支持アーム１８の折れ防止に加え、検出アーム１８の折れ防止も図ることができる。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様である。
【００５４】
次に、本発明の物理量検出装置について図１２を参照して説明する。本実施形態に係る物理量検出装置７０は、上記それぞれの実施形態に係る圧電振動片１０（１０ａ〜１０ｄ）と支持基板８０、ＩＣ９４、パッケージ７２、およびリッド９０を基本として構成される。なお、図１２はジャイロセンサーの側断面を示す図である。圧電振動片１０は、角速度を検出する役割を担う。
【００５５】
支持基板８０は、詳細を後述するパッケージ７２の底面７４、あるいは段部７６，７８から圧電振動片１０を浮かせた状態で支持する役割を担う。その構成としては図１３に示すように、可撓性を有する導電性のワイヤ（インナーリード）８６（８６ａ〜８６ｆ）と、当該インナーリード８６を被覆する絶縁性の樹脂フィルム８２とより構成される。支持基板８０の中心付近の樹脂フィルム８２には開口部８４が設けられ、インナーリード８６が剥き出しにされている。開口部８４に位置するインナーリード８６は、圧電振動片１０を浮かせた状態で支持するために、支持基板８０の主面に対して圧電振動片１０を配置する側へオフセットさせるように屈曲している。ここで、オフセットさせたインナーリード８６の先端（一端）が、圧電振動片１０の入出力電極（不図示）に接続される接続端子となる。また、各インナーリード８６の他端は、詳細を後述するパッケージ７２の段差部７８に配された内部接続端子（不図示）と接続される接続端子となる。
【００５６】
ＩＣ９４は、上述した圧電振動片１０の駆動アーム２４ａ〜２４ｄを制御すると共に、圧電振動片１０の検出アーム１４ａ，１４ｂによって得られた信号を検出する役割等を担う集積回路である。なお、ＩＣ９４は、パッケージ７２の底面７４に対して接着剤９６等を介して搭載される。また、能動面に形成された接続パッド（不図示）とパッケージ７２の段部７６に配された内部接続端子（不図示）は、金属ワイヤ７７を介して電気的に接続される。
【００５７】
パッケージ７２は、上述した圧電振動片１０と支持基板８０、及びＩＣ９４を収容する箱体である。パッケージ７２の内側には、段部７６，７８、および底面７４から構成される階段状のキャビティ９９が形成されている。なお、構成部材としては絶縁性を有するセラミックス等とすると良い。
【００５８】
パッケージ７２の底面７４、及び段部７６，７８には、上述した支持基板８０やＩＣ９４を実装するための内部接続端子（不図示）が設けられている。また、パッケージ７２の外部底面（裏面）には、外部接続端子（不図示）が設けられている。なお上述した内部接続端子と外部接続端子とは、図示しないスルーホール等により、電気的に接続されている。
【００５９】
リッド９０は、上述したパッケージ７２の開口部を封止する蓋体である。一般的には構成部材として、パッケージ７２と線膨張係数の近似する金属（合金：例えばコバール）やガラス（例えばソーダガラス）等が用いられる。パッケージ７２とリッド９０の接合に関しては接続部材９２として、リッド９０を金属とした場合にはコバール等の低融点金属が、リッド９０をガラスとした場合には低融点ガラスが、それぞれ用いられる。
【００６０】
上記のような構成要素を有する物理量検出装置７０は、パッケージ７２の底面７４に接着剤９６を塗布し、ＩＣ９４を搭載する。ＩＣ９４を搭載した後、金属ワイヤ７７を介したワイヤボンディングを行い、パッケージ７２の内部実装端子との電気的な接続を図る。
【００６１】
次に、バンプ９７を介して支持基板８０のインナーリード８６を圧電振動片１０に接合する。圧電振動片１０を接合した後、パッケージ７２の段部７８に設けた内部実装端子に導電性接着剤９８を塗布し、支持基板８０を実装する。このような構成とすることで、圧電振動片１０はインナーリード８６により弾性的に支持されることとなる。
【００６２】
なお、支持基板８０のインナーリード８６に対する圧電振動片１０の搭載方法は、バンプ９７を介した超音波ボンディングの他、スポット溶接や導電性接着剤、ハンダ付け等であっても良い。また、支持基板のパッケージ段差部に対する実装も同様に、バンプを介した接合等であっても良い。
【００６３】
支持基板８０を実装した後、パッケージ７２の開口部にリッド９０を接合する。リッド９０の接合は、シームリングを用いたシーム溶接や、低融点ガラスを用いた溶着により行えば良い。なおリッド９０の接合は真空雰囲気中で行い、パッケージ７２の内部空間を真空とする。圧電振動片１０の励振を妨げないようにするためである。
【００６４】
このような構成の物理量検出装置７０によれば、圧電振動片１０の駆動アーム２４や支持アーム１８、あるいは検出アーム１４等が、衝撃等により折れることを防止することができる。よって、物理量検出装置７０として信頼性の高いものとすることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０………圧電振動片、１２………基部、１４（１４ａ，１４ｂ）………検出アーム、１６（１６ａ，１６ｂ）………錘、１８（１８ａ，１８ｂ）………支持アーム、２０（２０ａ，２０ｂ）………突出部、２２（２２ａ，２２ｂ）………交差部、２４（２４ａ〜２４ｄ）………駆動アーム、２６（２６ａ〜２６ｄ）………錘、３０，３２………検出電極、３４，３６………励振電極、４０………第１の突起部、４２（４２ａ，４２ｂ）………基端部、４４（４４ａ，４４ｂ）………先端部、４６………先端面。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電振動片およびこの圧電振動片を搭載した物理量検出装置に係り、特にいわゆるＷＴ型と称される形態を有する圧電振動片、および物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１４に示すように、基部２と一対の検出アーム３、および検出アーム３と直交する方向へ延設された一対の支持アーム４のそれぞれから検出アーム３に平行に延設された対を成す駆動アーム５とを有し、ＷＴ型と称される圧電振動片１が知られている。
【０００３】
このような構成の圧電振動片１は主に、角速度や加速度といった物理量を検出するセンサーの検出用素子片として用いられており、例えば特許文献１、特許文献２、及び特許文献３等に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２９４４５０号公報
【特許文献２】特開２００５−１００３４号公報
【特許文献３】特開２００６−３３３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような構成の圧電振動片１はパッケージに実装される際、ＴＡＢ基板等における可撓性を有するインナーリードにより基部２が支持され、全体としてはパッケージ底面から浮いた状態で支持されることとなる。
【０００６】
このような状態で支持される圧電振動片１は、パッケージに対して外部から衝撃が加えられた際、支持状態に無い箇所、すなわち検出アーム３や支持アーム４、及び駆動アーム５が、支持部である基部２や、交差部６を基点として大きく変形することとなる。
【０００７】
水晶等の圧電効果部材により構成される圧電振動片１には、塑性変形領域が殆ど無く、変形が弾性限界を超えた段階で破断する。このため、外部衝撃を受けた圧電振動片１には、駆動アーム５や支持アーム４、あるいは検出アーム３が、その接続箇所（基部２や交差部６）の根元から折れるといった現象が生ずることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基部と、前記基部を基準として反対方向へ延設された一対の検出アームと、前記基部を基準として前記検出アームと直交する方向へ延設された一対の支持アームと、延設された前記支持アームのそれぞれから、前記検出アームに平行に延設された対を成す駆動アームとを有する圧電振動片であって、前記支持アームに、先端面を前記駆動アームへ向けて延設される第１の突起部を設け、前記第１の突起部の前記先端面と前記駆動アームとの間には、前記駆動アームの振動変位以上で、前記駆動アームが屈曲した際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【０００９】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、駆動アームが屈曲した際、当該駆動アームの屈曲が弾性限界を超える前に第１の突起部における先端面を駆動アームに接触させることができる。このため、駆動アームの励振を妨げる事無く、駆動アームの折れ防止を図ることが可能となる。
【００１０】
［適用例２］適用例１に記載の圧電振動片であって、前記第１の突起部は、前記支持アームに接続された基端部と、前記基端部から前記駆動アームへ向けて延設される先端部から構成されることを特徴とする圧電振動片。
【００１１】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、第１の突起部をいわゆるカギ型に構成することができる。このため、基端部を基点として多少の撓み性を持たせることが可能となり、駆動アームが第１の突起部の先端面に接触した際の衝撃を緩和することができる。よって、接触時の衝撃による欠けや割れを防止することができる。
【００１２】
［適用例３］適用例２に記載の圧電振動片であって、前記基端部には、可撓性を向上させる波状部を設けたことを特徴とする圧電振動片。
このような特徴を有する圧電振動片によれば、基端部の可撓性を向上させることができ、先端面と駆動アームとの接触時の衝撃緩和効果を高めることができる。
【００１３】
［適用例４］適用例２に記載の圧電振動片であって、前記基端部には、可撓性を向上させるための溝を設けたことを特徴とする圧電振動片。
このような特徴を有する圧電振動片によっても、基端部の可撓性を向上させることができ、先端面と駆動アームとの接触時の衝撃緩和効果を高めることができる。
【００１４】
［適用例５］適用例１乃至適用例４のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記第１の突起部の先端面に、前記駆動アームを前記突起部に接触させた際の接触面に沿った傾斜角を持たせたことを特徴とする圧電振動片。
【００１５】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、駆動アームと先端面との接触を面接触とすることができる。よって、点接触や線接触に比べ、接触時に生ずる応力を分散させることが可能となる。このため、接触時の集中応力により接触部に欠けや割れが生ずるといった事態を避けることが可能となる。
【００１６】
［適用例６］適用例１乃至適用例５のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記第１の突起部の先端面の幅を、前記駆動アームにおける前記第１の突起部接触面に配された励振電極の幅よりも狭くしたことを特徴とする圧電振動片。
【００１７】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、駆動アームと先端面との接触により励振電極が傷ついたとしても、励振電極が断線する虞がなくなる。このため、製品としての信頼性を向上させることが可能となる。
【００１８】
［適用例７］適用例１乃至適用例６のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記基部に、前記先端面を前記支持アームへ向けて延設される第２の突起部を設け、前記第２の突起部の前記先端面と前記支持アームとの間には、前記支持アームの駆動変位以上で、前記支持アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【００１９】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、支持アームが屈曲した際、当該支持アームの屈曲が弾性限界を超える前に第２の突起部における先端面を支持アームに接触させることができる。このため、駆動アームの折れ防止を図る他に、支持アームの通常の揺動を妨げる事無く、衝撃印加時等の激しい屈曲に対する支持アームの折れの防止を図ることが可能となる。
【００２０】
［適用例８］適用例１乃至適用例７のいずれかに記載の圧電振動片であって、前記基部に、前記先端面を前記検出アームへ向けて延設される第３の突起部を設け、前記第３の突起部の前記先端面と前記検出アームとの間には、前記検出アームの駆動変位以上で、前記検出アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【００２１】
このような特徴を有する圧電振動片によれば、検出アームが屈曲した際、当該検出アームの屈曲が弾性限界を超える前に第３の突起部における先端面を検出アームに接触させることができる。このため、駆動アームや支持アームの折れ防止を図る他に、検出アームの振動を妨げる事無く、衝撃印加時等の激しい屈曲に対する検出アームの折れの防止を図ることが可能となる。
【００２２】
［適用例９］適用例１乃至適用例８のいずれかに記載の圧電振動片を搭載したことを特徴とする物理量検出装置。
このような特徴を有する物理量検出装置によれば、落下や衝突等の大きな衝撃等が付与された場合であっても、駆動アームが折れてしまうことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図２】圧電振動片における駆動アームと検出アームの断面構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る圧電振動片の駆動アームと検出アームに対して溝を形成した場合の例を示す図である。
【図４】第２の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図５】第２の実施形態に係る圧電振動片の駆動アームの断面と、第１の突起部の先端部の形状を示す図である。
【図６】第１の突起部における第１の応用形態を示す図である。
【図７】第１の突起部における第２の応用形態を示す図である。
【図８】第１の突起部における第３の応用形態を示す図である。
【図９】第３の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図１１】第５の実施形態に係る圧電振動片の構成を示す図である。
【図１２】物理量検出装置の構成を示す側断面図である。
【図１３】物理量検出装置に収容される支持基板の構成を示す図である。
【図１４】従来のＷＴ型圧電振動片の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の圧電振動片および物理量検出装置に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、第１の実施形態に係る圧電振動片について、図１、図２を参照して説明する。なお図１において図１（Ａ）は圧電振動片の平面図であり、図１（Ｂ）は同図（Ａ）における部分拡大図である。また図２において図２（Ａ）は図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示し、図２（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す。
【００２５】
本実施形態に係る圧電振動片１０は、基部１２と、検出アーム１４（１４ａ，１４ｂ）、支持アーム１８（１８ａ，１８ｂ）、および駆動アーム２４（２４ａ〜２４ｄ）を基本として構成される。構成部材としては、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等、圧電効果を奏する種々の部材を挙げることができるが、本実施形態では構成部材を水晶とした場合の例を挙げて説明する。
【００２６】
基部１２は、圧電振動片１０の中心に位置する被支持部であり、図１に示す例では、その平面形状が略矩形となるように形成されている。
検出アーム１４は、圧電振動片１０を搭載するジャイロセンサーや加速度センサー等の物理量検出センサーに印加された角速度や加速度を検出し、電気信号として出力する作用を担う。検出アーム１４は、基部１２を基点として、結晶軸における＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向の双方に延設された一対のアームである。検出アーム１４には、検出電極３４，３６と錘１６（１６ａ，１６ｂ）が備えられている。検出電極３４，３６は、角速度や加速度を印加された際の検出アーム１４の屈曲によって生じた電圧を電気信号として伝達するための電極である。検出電極３４，３６は、図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面を図２（Ｂ）に示すように、断面矩形状の検出アーム１４において、Ｘ軸方向とＺ軸方向に位置する２対の面に備えられて、対を成す面と同電位の電圧を検出可能となるように配置される。錘１６は、検出アーム１４が振動する際の共振周波数を調整するための重み付けの役割を担う。
【００２７】
支持アーム１８は、詳細を後述する駆動アーム２４を支えるためのアームである。支持アーム１８は、基部１２を基点として、詳細を上述した検出アーム１４と直交する方向に一対設けられる。すなわち支持アーム１８は、＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向の双方に延設されている。支持アーム１８には、図示しない引出し電極が配されている。なお支持アーム１８の先端には、詳細を後述する駆動アーム２４を延設する際の基点となる交差部２２（２２ａ，２２ｂ）が設けられている。また交差部２２には、支持アーム１８の延設方向と同一方向に、突出部２０ａ，２０ｂが設けられている。
【００２８】
駆動アーム２４は、上述した２つの支持アーム１８のそれぞれにおける先端側から、上述した検出アーム１４に平行に延設される対を成すアームである。すなわち駆動アーム２４は、各支持アーム１８の先端に設けられた交差部２２から、この交差部２２を基点として＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向のそれぞれへ延設されている。駆動アーム２４には、図１（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を図２（Ａ）に示すように励振電極３４，３６と錘２６（２６ａ〜２６ｄ）が備えられている。励振電極３４，３６は、駆動アーム２４に対して電圧を印加することで駆動アーム２４を屈曲させ、駆動アーム２４による発振を生じさせるための電極である。駆動アーム２４も検出アーム１４と同様に、その断面は矩形とされており、励振電極３４，３６は対をなす面に同電位の電圧を印加することができるように配置される。錘２６は、駆動アーム２４を励振させる際の共振周波数を調整するための重み付けの役割を担う。
【００２９】
本実施形態に係る圧電振動片１０は支持アーム１８と突出部２０に、先端面４６を駆動アーム２４に向けるように延設される第１の突起部４０を備えている。第１の突起部４０は、支持アーム１８に接続された基端部４２（４２ａ，４２ｂ）と、基端部４２を基点として駆動アーム２４に先端を向ける先端部４４（４４ａ，４４ｂ）から成る。第１の突起部４０の基端部４２は、支持アーム１８と突出部２０のそれぞれに、＋Ｙ軸方向と−Ｙ軸方向に延設される。先端部４４は、支持アーム１８から延設された基端部４２ａを基点とするものと、突出部２０から延設された基端部４２ｂを基点とするものとで、その延設方向が異なる。支持アーム１８から延設された基端部４２ａを基点とする先端部４４ａは、＋Ｘ軸方向に延設される。一方、突出部２０から延設された基端部４２ｂを基点とする先端部４４ｂは、−Ｘ軸方向に延設される。このような配置形態とすることで、交差部２２を基点として延設された駆動アーム２４の側面（Ｘ軸方向を向いた面）に、第１の突起部４０の先端部４４における先端面４６がそれぞれ対向することとなる。
【００３０】
先端面４６と駆動アーム２４との隙間は、駆動アーム２４の振動変位量以上で、駆動アーム２４が屈曲した際に弾性限界となる変位量未満とする。このような構成とすることで、第１の突起部４０が駆動アーム２４の励振を妨げることが無く、駆動アーム２４が塑性変形に至る前、すなわち駆動アーム２４が折れる前に、第１の突起部４０の先端面４６を駆動アーム２４の側面に接触させることができる。第１の突起部４０と接触した駆動アーム２４は、屈曲方向の力が第１の突起部４０によって受け止められることとなり、それ以上の屈曲が抑制される。このため、駆動アーム２４の破断を防止することが可能となる。
【００３１】
ここで第１の突起部４０の先端面４６には、傾斜面を持たせることが望ましい。具体的には、駆動アーム２４が屈曲し、第１の突起部４０の先端面４６に接触する際の駆動アーム２４側面の傾斜に沿った傾斜角θを持たせるようにすると良い。このような構成とすることで、第１の突起部４０の先端と駆動アーム２４の側面との接触を面接触とすることが可能となる。これにより、両者の接触が点接触や線接触となり、集中応力が生ずることにより接触部において破断や欠けが生ずるといった事態を避けることができる。
【００３２】
駆動アーム２４は検出アーム１４に比べて長いため、外部衝撃によって折れが生ずる確率が高い。このため、駆動アーム２４の基端部である交差部２０の周囲に上記のような第１の突起部４０を設けることは、駆動アーム２４の折れを防止する効果が大きい。
【００３３】
このような構成の圧電振動片１０は、所定のカット角（例えばＸカットと呼ばれるカット角）に従って切り出された水晶素板に対してマスクを形成し、水晶のエッチングを行い、形状が形成される。この際、第１の突起部４０の形状形成も同時に行う。
【００３４】
エッチングによる形状形成終了後、検出電極３０，３２や駆動電極３４，３６を構成するための金属膜を形成する。金属膜形成後、検出電極３０，３２、駆動電極３４，３６、および引出し電極等の各種電極形状に合わせて形成したマスクを用い、金属膜のエッチングを行うことで圧電振動片１０が形成される。
【００３５】
上記のような構成の圧電振動片１０によれば、外部衝撃の印加による駆動アーム２４の折れを防止することができる。また、製造工程においては、第１の突起部４０を形成するために特別な工程を必要とせず、従来の製造工程において形状形成のためのマスクの形態を変更するだけで対応することができる。さらに第１の突起部４０は、従来エッチングにより削っていた部分に設けられるため無駄が無く、基礎となる水晶素板が大型化することも無い。このため、１つのウェハーからバッチ処理により形成可能な圧電振動片１０の数が減少する事も無い。
【００３６】
上記実施形態では、検出アーム１４、駆動アーム２４の断面形状は矩形である旨記載した。しかしながら、検出アーム１４、駆動アーム２４にはそれぞれ、図３に示すような溝１５，２５を設ける構成としても良い。ここで、図３において、図３（Ａ）は圧電振動片の平面図であり、図３（Ｂ）は同図（Ａ）におけるＡ−Ａ断面、図３（Ｃ）は同図（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面をそれぞれ示す。
【００３７】
溝１５，２５は、検出アーム１４、駆動アーム２４におけるＺ軸方向に位置する面に凹部を形成することで構成される。このような溝１５，２５を形成することにより、検出アーム１４、駆動アーム２４の断面形状は、いわゆるＨ型を構成することとなる。検出アーム１４や駆動アーム２４の断面にＨ型断面を採用し、溝１５，２５に検出電極３０，３２や励振電極３４，３６を配置する構成とすることで、検出感度や振動特性の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
次に、第２の実施形態に係る圧電振動片について、図４、図５を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片は、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。なお、図４において図４（Ａ）は圧電振動片の平面図であり、図４（Ｂ）は同図（Ａ）における部分拡大図である。また、図５は、図４（Ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【００３９】
本実施形態に係る圧電振動片１０ａは、第１の突起部４０における先端部４４の先端面４６の幅を、駆動アーム２４の側面に配された励振電極３６の幅よりも狭くするために、先端部４４に切欠き４７を設けた点を特徴としている。このような構成とすることにより、外部衝撃が印加されたことにより駆動アーム２４が屈曲し、駆動アーム２４の側面が第１の突起部４０の先端面４６に接触した際、接触時の衝撃により接触部分に配された励振電極３６が傷つけられたとしても、励振電極３６の断線を防止することができることとなる。
【００４０】
このような構成の圧電振動片１０ａを形成する場合、第１の突起部４０における先端面４６の幅の削り込み、すなわち切欠き４７の形成は、検出アーム１４や駆動アーム２４に対する溝１５，２５の形成と同時に行うことが望ましい。切欠き４７の形成を検出アーム１４や駆動アーム２４の溝１５，２５の形成と同時に行うことによれば、先端面４６の幅を調整するための工程を増やす必要性が無くなるからである。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様である。
【００４１】
次に、上記第１、第２の実施形態に係る圧電振動片における第１の突起部の応用形態について、図６〜図８を参照して説明する。
まず、第１の突起部の第１の応用形態について、図６を参照して説明する。本応用形態に係る第１の突起部４０は、基端部４２の一部に波状部４３を形成している。このような構成とすることにより、支持アーム１８、あるいは突出部２０から先端部４４までの距離を変えること無く、基端部を構成する部材の長さを長くすることができる。これにより、先端部４４を逃がす方向に対する第１の突起部４０の実質的な撓み量、撓み易さを増すことができる。よって、駆動アーム２４が屈曲し、第１の突起部４０の先端面４６に接触した際の衝撃を逃がすことができる。すなわち、基端部４２にいわゆるバネ性を持たせることができるのである。なお、基端部４２の長さを単純に（ストレート構造で）長くして第１の突起部４０の撓み量増加を図る場合、第１の突起部４０自体が圧電振動片を構成するアームのような形態となってしまい、振動特性に影響を与えることとなってしまう可能性がある。
【００４２】
次に、第１の突起部の第２の応用形態について、図７を参照して説明する。本応用形態に係る第１の突起部４０も、その実質的な撓み量、撓み易さを向上させるという点では同じである。その構成は、基端部４２におけるＺ軸方向の面に溝４１を形成するというものである。このような構成とした場合であっても、矩形断面を有していた基端部の断面二次モーメントは減少するため、基端部４２の曲げ易さが増加する。よって、上記応用形態と同様に、駆動アーム２４が屈曲し、第１の突起部４０の先端面４６に接触した際の衝撃を逃がすことができるようになる。
【００４３】
なお、基端部４２における溝４１の形成は、駆動アーム２４や、検出アーム１４における溝２５，１５の形成と同時に行うようにすると良い。溝４１を形成するための工程を別途設ける必要が無くなるからである。
【００４４】
次に、第１の突起部の第３の応用形態について、図８を参照して説明する。本応用形態に係る第１の突起部４０ａは、上述した種々の第１の突起部４０とは異なり、支持アーム１８および突出部２０から駆動アーム２４へ向けて斜めに延設されるストレート構造の突起部である。このような形態の第１の突起部４０ａであっても、上述した種々の第１の突起部４０と同様な効果を得ることができる。
【００４５】
次に、第３の実施形態に係る圧電振動片について、図９を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片も、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４６】
本実施形態に係る圧電振動片１０ｂでは、上記実施形態において支持アーム１８に設けていた第１の突起部を、基部１２から支持アーム１８に沿って延設されたストレート構造の第１の突起部４０ｂとした点を特徴としている。このような形態とした場合であっても、上述した実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００４７】
次に、第４の実施形態に係る圧電振動片について、図１０を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片も、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００４８】
本実施形態に係る圧電振動片１０ｃでは、基部１２に、先端面を支持アーム１８へ向けて延設された第２の突起部５０を設けた点を特徴としている。このような構成により、外部衝撃等により支持アームが屈曲した場合であっても、その撓みを抑制することができ、支持アームが根元（基部１２との接合部）から折れてしまうことを防止することができる。
【００４９】
なお、第２の突起部５０の先端面と支持アーム１８との間には、支持アーム１８の駆動変位以上で、支持アーム１８が撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けるようにする。また、第２の突起部５０の形態については、第１の突起部と同様に、基端部と先端部から成る構造としても良いし、図８に示したようにストレート構造としても良い。いずれの場合であっても、ストッパーとしての役割を果たすからである。
【００５０】
このような構成の圧電振動片１０ｃによれば、駆動アーム２４の折れを防止することができる他、駆動アーム２４を支える支持アームの折れも防止することが可能となる。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様である。
【００５１】
次に、第５の実施形態に係る圧電振動片について、図１１を参照して説明する。なお、本実施形態に係る圧電振動片も、その殆どの構成を上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様としている。よって、その構成を同一とする箇所には図面に同一符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
【００５２】
本実施形態に係る圧電振動片１０ｄでは、基部１２に、第２の突起部５０に加え、第３の突起部６０を設けた点を特徴としている。第３の突起部６０は、先端面を検出アーム１４へ向けた突起部であり、検出アーム１４の折れ防止を図る。第３の突起部６０の形態としては、上述した第２の突起部５０と同様に、基端部と先端部から成るものでも良いし、ストレート構造のものでも良い。なお、第３の突起部６０の先端面と検出アーム１４との間には、検出アーム１４の駆動変位以上で、検出アーム１４が撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けるようにする。
【００５３】
このような構成の圧電振動片１０ｄによれば、駆動アーム２４、支持アーム１８の折れ防止に加え、検出アーム１８の折れ防止も図ることができる。なお、その他の構成、作用、効果については、上述した第１の実施形態に係る圧電振動片と同様である。
【００５４】
次に、本発明の物理量検出装置について図１２を参照して説明する。本実施形態に係る物理量検出装置７０は、上記それぞれの実施形態に係る圧電振動片１０（１０ａ〜１０ｄ）と支持基板８０、ＩＣ９４、パッケージ７２、およびリッド９０を基本として構成される。なお、図１２はジャイロセンサーの側断面を示す図である。圧電振動片１０は、角速度を検出する役割を担う。
【００５５】
支持基板８０は、詳細を後述するパッケージ７２の底面７４、あるいは段部７６，７８から圧電振動片１０を浮かせた状態で支持する役割を担う。その構成としては図１３に示すように、可撓性を有する導電性のワイヤ（インナーリード）８６（８６ａ〜８６ｆ）と、当該インナーリード８６を被覆する絶縁性の樹脂フィルム８２とより構成される。支持基板８０の中心付近の樹脂フィルム８２には開口部８４が設けられ、インナーリード８６が剥き出しにされている。開口部８４に位置するインナーリード８６は、圧電振動片１０を浮かせた状態で支持するために、支持基板８０の主面に対して圧電振動片１０を配置する側へオフセットさせるように屈曲している。ここで、オフセットさせたインナーリード８６の先端（一端）が、圧電振動片１０の入出力電極（不図示）に接続される接続端子となる。また、各インナーリード８６の他端は、詳細を後述するパッケージ７２の段差部７８に配された内部接続端子（不図示）と接続される接続端子となる。
【００５６】
ＩＣ９４は、上述した圧電振動片１０の駆動アーム２４ａ〜２４ｄを制御すると共に、圧電振動片１０の検出アーム１４ａ，１４ｂによって得られた信号を検出する役割等を担う集積回路である。なお、ＩＣ９４は、パッケージ７２の底面７４に対して接着剤９６等を介して搭載される。また、能動面に形成された接続パッド（不図示）とパッケージ７２の段部７６に配された内部接続端子（不図示）は、金属ワイヤ７７を介して電気的に接続される。
【００５７】
パッケージ７２は、上述した圧電振動片１０と支持基板８０、及びＩＣ９４を収容する箱体である。パッケージ７２の内側には、段部７６，７８、および底面７４から構成される階段状のキャビティ９９が形成されている。なお、構成部材としては絶縁性を有するセラミックス等とすると良い。
【００５８】
パッケージ７２の底面７４、及び段部７６，７８には、上述した支持基板８０やＩＣ９４を実装するための内部接続端子（不図示）が設けられている。また、パッケージ７２の外部底面（裏面）には、外部接続端子（不図示）が設けられている。なお上述した内部接続端子と外部接続端子とは、図示しないスルーホール等により、電気的に接続されている。
【００５９】
リッド９０は、上述したパッケージ７２の開口部を封止する蓋体である。一般的には構成部材として、パッケージ７２と線膨張係数の近似する金属（合金：例えばコバール）やガラス（例えばソーダガラス）等が用いられる。パッケージ７２とリッド９０の接合に関しては接続部材９２として、リッド９０を金属とした場合にはコバール等の低融点金属が、リッド９０をガラスとした場合には低融点ガラスが、それぞれ用いられる。
【００６０】
上記のような構成要素を有する物理量検出装置７０は、パッケージ７２の底面７４に接着剤９６を塗布し、ＩＣ９４を搭載する。ＩＣ９４を搭載した後、金属ワイヤ７７を介したワイヤボンディングを行い、パッケージ７２の内部実装端子との電気的な接続を図る。
【００６１】
次に、バンプ９７を介して支持基板８０のインナーリード８６を圧電振動片１０に接合する。圧電振動片１０を接合した後、パッケージ７２の段部７８に設けた内部実装端子に導電性接着剤９８を塗布し、支持基板８０を実装する。このような構成とすることで、圧電振動片１０はインナーリード８６により弾性的に支持されることとなる。
【００６２】
なお、支持基板８０のインナーリード８６に対する圧電振動片１０の搭載方法は、バンプ９７を介した超音波ボンディングの他、スポット溶接や導電性接着剤、ハンダ付け等であっても良い。また、支持基板のパッケージ段差部に対する実装も同様に、バンプを介した接合等であっても良い。
【００６３】
支持基板８０を実装した後、パッケージ７２の開口部にリッド９０を接合する。リッド９０の接合は、シームリングを用いたシーム溶接や、低融点ガラスを用いた溶着により行えば良い。なおリッド９０の接合は真空雰囲気中で行い、パッケージ７２の内部空間を真空とする。圧電振動片１０の励振を妨げないようにするためである。
【００６４】
このような構成の物理量検出装置７０によれば、圧電振動片１０の駆動アーム２４や支持アーム１８、あるいは検出アーム１４等が、衝撃等により折れることを防止することができる。よって、物理量検出装置７０として信頼性の高いものとすることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１０………圧電振動片、１２………基部、１４（１４ａ，１４ｂ）………検出アーム、１６（１６ａ，１６ｂ）………錘、１８（１８ａ，１８ｂ）………支持アーム、２０（２０ａ，２０ｂ）………突出部、２２（２２ａ，２２ｂ）………交差部、２４（２４ａ〜２４ｄ）………駆動アーム、２６（２６ａ〜２６ｄ）………錘、３０，３２………検出電極、３４，３６………励振電極、４０………第１の突起部、４２（４２ａ，４２ｂ）………基端部、４４（４４ａ，４４ｂ）………先端部、４６………先端面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部を基準として反対方向へ延設された一対の検出アームと、前記基部を基準として前記検出アームと直交する方向へ延設された一対の支持アームと、延設された前記支持アームのそれぞれから、前記検出アームに平行に延設された対を成す駆動アームとを有する圧電振動片であって、
前記支持アームに、先端面を前記駆動アームへ向けて延設される第１の突起部を設け、
前記第１の突起部の前記先端面と前記駆動アームとの間には、前記駆動アームの振動変位以上で、前記駆動アームが屈曲した際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片であって、
前記第１の突起部は、前記支持アームに接続された基端部と、前記基端部から前記駆動アームへ向けて延設される先端部から構成されることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電振動片であって、
前記基端部には、可撓性を向上させる波状部を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項２に記載の圧電振動片であって、
前記基端部には、可撓性を向上させるための溝を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記第１の突起部の先端面に、前記駆動アームを前記突起部に接触させた際の接触面に沿った傾斜角を持たせたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記第１の突起部の先端面の幅を、前記駆動アームにおける前記第１の突起部接触面に配された励振電極の幅よりも狭くしたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記基部に、前記先端面を前記支持アームへ向けて延設される第２の突起部を設け、
前記第２の突起部の前記先端面と前記支持アームとの間には、前記支持アームの駆動変位以上で、前記支持アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記基部に、前記先端面を前記検出アームへ向けて延設される第３の突起部を設け、
前記第３の突起部の前記先端面と前記検出アームとの間には、前記検出アームの駆動変位以上で、前記検出アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧電振動片を搭載したことを特徴とする物理量検出装置。
【請求項１】
基部と、前記基部を基準として反対方向へ延設された一対の検出アームと、前記基部を基準として前記検出アームと直交する方向へ延設された一対の支持アームと、延設された前記支持アームのそれぞれから、前記検出アームに平行に延設された対を成す駆動アームとを有する圧電振動片であって、
前記支持アームに、先端面を前記駆動アームへ向けて延設される第１の突起部を設け、
前記第１の突起部の前記先端面と前記駆動アームとの間には、前記駆動アームの振動変位以上で、前記駆動アームが屈曲した際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電振動片であって、
前記第１の突起部は、前記支持アームに接続された基端部と、前記基端部から前記駆動アームへ向けて延設される先端部から構成されることを特徴とする圧電振動片。
【請求項３】
請求項２に記載の圧電振動片であって、
前記基端部には、可撓性を向上させる波状部を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項４】
請求項２に記載の圧電振動片であって、
前記基端部には、可撓性を向上させるための溝を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記第１の突起部の先端面に、前記駆動アームを前記突起部に接触させた際の接触面に沿った傾斜角を持たせたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記第１の突起部の先端面の幅を、前記駆動アームにおける前記第１の突起部接触面に配された励振電極の幅よりも狭くしたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記基部に、前記先端面を前記支持アームへ向けて延設される第２の突起部を設け、
前記第２の突起部の前記先端面と前記支持アームとの間には、前記支持アームの駆動変位以上で、前記支持アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の圧電振動片であって、
前記基部に、前記先端面を前記検出アームへ向けて延設される第３の突起部を設け、
前記第３の突起部の前記先端面と前記検出アームとの間には、前記検出アームの駆動変位以上で、前記検出アームが撓んだ際の弾性限界となる変位未満の隙間を設けたことを特徴とする圧電振動片。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の圧電振動片を搭載したことを特徴とする物理量検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１４】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１６９４５７（Ｐ２０１０−１６９４５７Ａ）
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０５４６（Ｐ２００９−１０５４６）
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月５日（２０１０．８．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２１日（２００９．１．２１）
【出願人】（０００００３１０４）エプソントヨコム株式会社 (1,528)
【Ｆターム（参考）】
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