振動片、ジャイロセンサー及び電子機器
【課題】角速度などの物理量の検出精度を向上させることが可能な振動片、この振動片を備えたジャイロセンサー及び電子機器の提供。
【解決手段】センサー素子１は、互いに直交するＹ軸方向とＸ軸方向とにより規定される平面に沿った主面１０ａ，１０ｂを有する平板状の基部１０と、基部１０からＹ軸方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂと、基部１０を挟んで駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの反対側に、基部１０からＹ軸方向に沿って延設された一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂと、を備え、基部１０のＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする。
【解決手段】センサー素子１は、互いに直交するＹ軸方向とＸ軸方向とにより規定される平面に沿った主面１０ａ，１０ｂを有する平板状の基部１０と、基部１０からＹ軸方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂと、基部１０を挟んで駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの反対側に、基部１０からＹ軸方向に沿って延設された一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂと、を備え、基部１０のＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動片、この振動片を備えたジャイロセンサー及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角速度などの物理量を検出する際に用いられる振動片としては、連結片（以下、基部という）と、基部の両端にて上方に延設された一対の励振用振動片（以下、駆動用振動腕という）と、基部の両端にて下方に延設された一対の検出用振動片（以下、検出用振動腕という）と、を備え、平面形状がＨ型をした振動体（以下、振動片という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この振動片は、各振動腕の延設方向回りに角速度が加わったときに、一対の検出用振動腕が厚さ方向において互いに逆方向（逆相）に振動することにより、各電気信号（各検出信号）の差信号（差分）が大きくなり、角速度の検出精度が良好になるとされている。
また、この振動片は、一対の駆動用振動腕の振動に起因した角速度が加わらない状態における一対の検出用振動腕の厚さ方向の不要振動（以下、漏れ振動という）が、互いに同方向（同相）且つ同程度の振動となることにより、各電気信号（各漏れ信号）の差分が殆どなくなり、漏れ振動による角速度の検出精度への悪影響を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２９４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記振動片は、製造時の形状ばらつき（例えば、水晶を用いた場合のエッチング異方性や、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング時のマスクの位置ずれなどに起因する形状ばらつき）により、一対の検出用振動腕が完全な同一形状に形成されないことがある。
これにより、上記振動片は、漏れ振動が同相であっても漏れ振動の程度（例えば、振幅）が各検出用振動腕で異なったり、漏れ振動が同相ではなく逆相となったりする場合がある。
これらにより、上記振動片は、角速度が加わらない状態における各漏れ信号の差分が大きくなり、この大きくなった差分が、角速度が加わった状態における各検出信号の本来の差分に上乗せされることから、角速度の検出精度が悪化するという問題がある。
【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】
［適用例１］本適用例にかかる振動片は、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向に平行な平面に沿った主面を有する平板状の基部と、前記基部から前記第１方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕と、前記基部を挟んで前記駆動用振動腕の反対側に、前記基部から前記第１方向とは反対の方向に沿って延設された一対の検出用振動腕と、を備え、前記基部の前記第１方向の長さをＬ１、一対の前記駆動用振動腕の前記第１方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、振動片は、基部の第１方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕の第１方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることから、一対の駆動用振動腕の振動に起因した、例えば、角速度などの物理量が加わらない状態における一対の検出用振動腕の漏れ振動を抑制することができる。
この結果、振動片は、例えば、角速度などの物理量の検出精度を向上させることができる。
なお、上記数式は、発明者らのシミュレーションによる漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【０００９】
［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることが好ましい。
【００１０】
これによれば、振動片は、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることから、一対の駆動用振動腕の振動に起因した、例えば、角速度などの物理量が加わらない状態における一対の検出用振動腕の漏れ振動を更に抑制することができる。
なお、この数式は、発明者らのシミュレーションを用いた漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、一対の前記駆動用振動腕及び前記検出用振動腕の先端から前記第１方向及び前記第１方向とは反対の方向に沿って延設され、前記第２方向の幅が各前記振動腕の前記先端における前記第２方向の幅よりも広い質量部を備えていることが好ましい。
【００１２】
これによれば、振動片は、一対の駆動用振動腕及び検出用振動腕の先端から延設された質量部を備えていることから、質量部の質量効果によって各振動腕を長くすることなく、角速度などの物理量の検出に適した比較的低周波数で振動させることができる。
この結果、振動片は、基部の第１方向のサイズアップに対して、各振動腕の第１方向の長さを抑制することにより、全体として大型化を抑制することが可能となる。
【００１３】
［適用例４］本適用例にかかるジャイロセンサーは、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、本構成のジャイロセンサーは、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映されたジャイロセンサーを提供することができる。
【００１５】
［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態のセンサー素子の概略構成を示す模式平面図。
【図２】センサー素子の動作に関わる模式回路図。
【図３】センサー素子の動作について説明する模式斜視図であり、（ａ）は駆動振動状態を示す斜視図、（ｂ）は角速度が加わった状態における検出振動状態を示す斜視図。
【図４】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図５】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図６】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図７】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図８】第２実施形態のジャイロセンサーの概略構成を示す模式断面図。
【図９】第３実施形態の携帯電話を示す模式斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
最初に、振動片の一例としてのセンサー素子について説明する。
図１は、第１実施形態のセンサー素子の概略構成を示す模式平面図である。なお、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
【００２０】
図１に示すように、センサー素子１は、第１方向としてのプラスＹ軸方向及びプラスＹ軸方向と直交する第２方向としてのプラスＸ軸方向に平行な平面（ＸＹ平面）に沿った主面１０ａ，１０ｂを有する矩形平板状の基部１０と、基部１０のプラスＹ側の縁からプラスＹ軸方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂと、基部１０を挟んで一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの反対側に、基部１０のマイナスＹ側からマイナスＹ軸方向に沿って延設された一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂと、を備えている。
ここで、センサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されている。
【００２１】
センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂのそれぞれの先端からプラスＹ軸方向及びマイナスＹ軸方向に沿って延設され、プラスＸ軸方向の幅が駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂの先端におけるプラスＸ軸方向の幅よりも広い質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを備えている。
【００２２】
センサー素子１は、圧電材料である水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。
そして、センサー素子１は、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚さを有している。なお、所定の厚さは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
【００２３】
また、センサー素子１を構成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、平板は、Ｘ軸を中心に０度から７度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。これは、Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。
センサー素子１は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成されている。なお、センサー素子１は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
なお、センサー素子１は、図示しないが、平面視において、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの基部１０との接続部分、質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂとの接続部分には、応力緩和の観点から、曲線部を設けることが好ましい。
【００２４】
ここで、センサー素子１の動作について説明する。
図２は、センサー素子の動作に関わる模式回路図である。図３は、センサー素子の動作について説明する模式斜視図である。図３（ａ）は、駆動振動状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示す斜視図である。
【００２５】
図２、図３（ａ）に示すように、角速度が加わらない状態において、センサー素子１の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの図示しない駆動用電極に発振源１５から交流電圧の駆動信号が印加されることにより、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、Ｘ軸方向（主面１０ａに沿った方向）に屈曲振動する（面内振動ともいう）。
詳述すると、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、Ｘ軸方向において、図３（ａ）で黒矢印、白矢印で示すように、互いに離れる方向と、互いに近づく方向との屈曲振動を交互に繰り返す。つまり、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、互いに逆方向（逆相）に所定の周波数で屈曲振動している。本実施形態では、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、約１００ｋＨｚで屈曲振動している。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、この駆動振動状態で、センサー素子１にＹ軸回りの角速度ωが加わると（センサー素子１がＹ軸回りに回転すると）、センサー素子１の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂには、コリオリ力が作用し、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂがＺ軸方向（主面１０ａに直交する方向）に屈曲振動する（面外振動、ウオークモード振動ともいう）。
センサー素子１は、この駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの面外振動に対して、検出用振動腕１２ａ，１２ｂが面外振動モードで共振し、Ｚ軸方向に屈曲振動する。
詳述すると、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂは、Ｚ軸方向において、図３（ｂ）で黒矢印、白矢印で示すように、互いに逆方向（逆相）に駆動振動の周波数に等しい約１００ｋＨｚで屈曲振動する。なお、Ｚ軸方向の屈曲振動の振幅は、コリオリ力の大きさに応じて変化する。
【００２７】
図２に示すように、センサー素子１は、この検出用振動腕１２ａ，１２ｂの図示しない検出用電極に生じる検出用振動腕１２ａの電気信号（電圧）と、検出用振動腕１２ｂの電気信号（電圧）との差分を、取り出し回路１６で検出信号として取り出し、この検出信号によって角速度を検出する構成となっている。なお、この検出信号の大きさは、コリオリ力の大きさに応じて変化する。
この際、検出用振動腕１２ａと検出用振動腕１２ｂとでは、振動方向が互いに逆であることから、例えば、検出用振動腕１２ａに生じる電圧が＋電位のときに、検出用振動腕１２ｂに生じる電圧は−電位となり、検出用振動腕１２ａに生じる電圧が−電位のときに、検出用振動腕１２ｂに生じる電圧は＋電位となり、相対的に両者の電位差（差分）は大きくなる。
そして、センサー素子１は、前述した角速度が加わらない状態における検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動（Ｚ軸方向を主体とした不要振動）を抑制できれば、漏れ振動に起因して生じる電気信号である漏れ信号が検出信号に上乗せされることなく、角速度の検出精度を向上させることができることとなる。
【００２８】
検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動は、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動における振動成分のうち、面外振動成分（Ｚ軸方向の振動成分）が、平板状であることによりＺ軸方向の剛性が弱い基部１０を介して検出用振動腕１２ａ，１２ｂに伝播し、検出用振動腕１２ａ，１２ｂを面外振動モードで励振して、Ｚ軸方向に振動させているために生じると考えられる。
なお、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動における振動成分に、面外振動成分が存在するのは、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのＸ軸方向に沿った断面形状が、水晶のエッチング異方性、エッチング時のマスクの位置ずれなどにより完全な矩形形状に形成されないことや、駆動信号の印加により生じる電界の強度が、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの部位（水晶結晶軸に対する向きの違い）によって微妙に異なることなどに起因する。
【００２９】
これを踏まえて、本実施形態では、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるようにセンサー素子１を形成することにより、検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動を格段に低減（抑制）する効果を得ることができた。なお、上記数式は、発明者らのシミュレーションによる漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【００３０】
ここで、センサー素子１における検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動の低減効果について図を用いて詳述する。
図４は、基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図４では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸がＬ１／Ｌ２＝０．５を基準としたときの検出用振動腕の漏れ振動の程度を示す。なお、Ｌ１／Ｌ２＝０．５は従来のセンサー素子における平均的な設定値である。
【００３１】
図４に示すように、センサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を１．２以上にすると、Ｌ１／Ｌ２＝０．５（従来構成）と比較して、漏れ振動の程度が１／１０以下になり、Ｌ１／Ｌ２を２．４以上にすると漏れ振動の程度が１／１００以下になり、Ｌ１／Ｌ２を３．６以上にすると漏れ振動の程度が１／１０００以下になる。以降、センサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を大きくするに連れて漏れ振動の程度が小さくなるが、小型化対応や量産製造対応などの観点から、Ｌ１／Ｌ２を４．２以下にすることが現実的と考えられる。
なお、漏れ振動が低減する要因としては、基部１０のプラスＹ軸方向の長さが長くなることにより、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動における面外振動成分の、基部１０を介した検出用振動腕１２ａ，１２ｂへの伝播が弱くなるためと考えられる。
【００３２】
ここで、センサー素子１の基部１０のプラスＹ軸方向の長さを長くすることによる検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度への影響について説明する。
図５は、基部のＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図５では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸が検出用振動腕の検出感度（ｐｐｍ／ｄｐｓ）を示す（値が大きいほど感度が高い）。
図５に示すように、センサー素子１の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度は、Ｌ１／Ｌ２が従来構成（Ｌ１／Ｌ２＝０．５）より大きくなっても低下しないことが分かる（却って、Ｌ１／Ｌ２が大きくなるに連れて検出感度が向上している）。
【００３３】
上述したように、第１実施形態のセンサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されている。
このことから、センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動に起因した、角速度が加わらない状態における一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動を、従来構成と比較して格段に抑制（低減）することができる。この際、センサー素子１は、検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度を低下させることがない。
この結果、センサー素子１は、角速度の検出感度を低下させることなく検出精度を向上させることができる。
【００３４】
また、センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの先端から延設された質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを備えていることから、質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの質量効果によって駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂを長くすることなく、角速度の検出に適した比較的低周波数（ここでは、約１００ｋＨｚ）で振動させることができる。
この結果、センサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向のサイズアップに対して、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂのプラスＹ軸方向の長さを抑制することにより、全体として大型化を抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、センサー素子１は、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動を、約５０ｋＨｚとしてもよい。このとき、センサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されていることが好ましい。なお、上記数式は、発明者らのシミュレーションによる漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【００３６】
ここで、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときの、センサー素子１における漏れ振動の低減効果について図を用いて説明する。
図６は、基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図６では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸がＬ１／Ｌ２＝０．５を基準としたときの検出用振動腕の漏れ振動の程度を示す。
【００３７】
図６に示すように、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を１．３５以上にすると、Ｌ１／Ｌ２＝０．５（従来構成）と比較して、漏れ振動の程度が１／１０以下になり、Ｌ１／Ｌ２を２．１２以上にすると漏れ振動の程度が１／１００以下になり、Ｌ１／Ｌ２を２．９６以上にすると漏れ振動の程度が１／１０００以下になる。以降、センサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を大きくするに連れて漏れ振動の程度が小さくなるが、小型化対応や量産製造対応などの観点から、Ｌ１／Ｌ２を４．２以下にすることが現実的と考えられる。
【００３８】
ここで、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１の基部１０のプラスＹ軸方向の長さを長くすることによる検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度への影響について説明する。
図７は、基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図７では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸が検出用振動腕の検出感度（ｐｐｍ／ｄｐｓ）を示す（値が大きいほど感度が高い）。
図７に示すように、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度は、Ｌ１／Ｌ２が従来構成（Ｌ１／Ｌ２＝０．５）より大きくなっても低下しないことが分かる（却って、Ｌ１／Ｌ２が大きくなるに連れて検出感度が向上している）。
【００３９】
上述したように、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されている。
このことから、センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動に起因した、角速度が加わらない状態における一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動を、従来構成と比較して格段に抑制（低減）することができる。この際、センサー素子１は、検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度を低下させることがない。
この結果、センサー素子１は、角速度の検出感度を低下させることなく検出精度を向上させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、上記第１実施形態で述べたセンサー素子を備えているジャイロセンサーの一例について説明する。
【００４１】
図８は、第２実施形態のジャイロセンサーの概略構成を示す模式断面図である。なお、図８は、Ｙ軸方向に沿って各駆動用振動腕間及び各検出用振動腕間を切断したときの断面図である。また、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図８に示すように、ジャイロセンサー５は、センサー素子１と、センサー素子１を駆動制御するＩＣチップ２０と、センサー素子１及びＩＣチップ２０を収納するパッケージ３０とを備えている。
【００４２】
パッケージ３０は、平面形状が略矩形で凹部を有するパッケージベース３１と、パッケージベース３１の凹部を覆う平板状のリッド（蓋体）３２と、を備え、略直方体形状に形成されている。
パッケージベース３１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコン（高抵抗シリコン）などが用いられている。
リッド３２には、パッケージベース３１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。
【００４３】
ＩＣチップ２０は、センサー素子１の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂを駆動振動させる駆動回路（発振源１５、図２参照）、検出用振動腕１２ａ，１２ｂ間の電位差を検出信号として取り出す取り出し回路１６（図２参照）、この検出信号によってＹ軸回りの角速度を検出する検出回路などを備えていることが好ましい。ＩＣチップ２０は、パッケージベース３１の凹部の内底面３３に、例えば、図示しない接続パッド面を下にしてフリップチップボンディングにより接合されている。
【００４４】
センサー素子１は、パッケージベース３１の、凹部の内底面３３に固定されたＩＣチップ２０を取り囲むように形成された段差部３４上に固定された略枠状の基板４０に支持されている。
基板４０は、ポリイミドなどの樹脂からなる基板本体４１と、基板本体４１の段差部３４側に積層されたＣｕなどの金属箔からなるタブテープ４２と、を備えている。
基板４０は、ＩＣチップ２０の上方（リッド３２側）に位置する開口部分の縁から、中央部に向かって斜め上方に折り曲げられた複数の帯状のタブテープ４２が延設されている。タブテープ４２の先端は、センサー素子１の基部１０に設けられている図示しない電極パッドに、バンプなどの接合部材を介して電気的に接続されている。
これにより、センサー素子１は、基板４０によって水平に（ＸＹ平面に沿って）支持されている。なお、基部１０の電極パッドは、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂの図示しない駆動用電極及び検出用電極と電気的に接続されている。
【００４５】
基板４０（タブテープ４２）は、パッケージベース３１内の図示しない内部配線によりＩＣチップ２０及びパッケージベース３１の外底面３５に設けられた外部端子３６と電気的に接続されている。
ジャイロセンサー５は、センサー素子１が基板４０に支持された状態で、パッケージベース３１の開口部がリッド３２により覆われ、パッケージベース３１とリッド３２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材３７で接合されることにより、パッケージ３０内が気密に封止されている。
なお、気密に封止されたパッケージ３０内は、減圧された真空状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
【００４６】
ジャイロセンサー５は、外部端子３６を介して外部から電源や入力信号が供給され、ＩＣチップ２０からの駆動信号によりセンサー素子１が所定の周波数で屈曲振動することによって、Ｙ軸回りに印加された角速度の検出を行い、角速度の検出結果を外部端子３６から外部へ出力する。
【００４７】
上述したように、第２実施形態のジャイロセンサー５は、センサー素子１を備えたことから、センサー素子１の奏する効果が反映されて角速度の検出感度を低下させることなく検出精度が向上したジャイロセンサーを提供することができる。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、上述したセンサー素子を備えている電子機器として、携帯電話を一例に挙げて説明する。
図９は、第３実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
携帯電話７００は、第１実施形態のセンサー素子１を備えた携帯電話である。
図９に示す携帯電話７００は、上述したセンサー素子１を、例えば、ジャイロセンサーなどのセンサーデバイスの主要構成要素として用い、更に液晶表示装置７０１、複数の操作ボタン７０２、受話口７０３、及び送話口７０４を備えて構成されている。なお、携帯電話の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプの形態でもよい。
【００４９】
上述したセンサー素子は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などに搭載されるセンサーデバイスの主要構成要素として好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態で説明した効果が反映された電子機器を提供することができる。
【００５０】
なお、振動片の材料としては、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、またはシリコン（Ｓｉ）などの半導体でもよい。
また、屈曲振動の駆動方法は、圧電体の圧電効果によるものの他に、クーロン力による静電駆動であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…振動片としてのセンサー素子、５…ジャイロセンサー、１０…基部、１０ａ，１０ｂ…主面、１１ａ，１１ｂ…駆動用振動腕、１２ａ，１２ｂ…検出用振動腕、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…質量部、１５…発振源、１６…取り出し回路、２０…ＩＣチップ、３０…パッケージ、３１…パッケージベース、３２…リッド、３３…内底面、３４…段差部、３５…外底面、３６…外部端子、３７…接合部材、４０…基板、４１…基板本体、４２…タブテープ、７００…電子機器としての携帯電話、７０１…液晶表示装置、７０２…操作ボタン、７０３…受話口、７０４…送話口。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動片、この振動片を備えたジャイロセンサー及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、角速度などの物理量を検出する際に用いられる振動片としては、連結片（以下、基部という）と、基部の両端にて上方に延設された一対の励振用振動片（以下、駆動用振動腕という）と、基部の両端にて下方に延設された一対の検出用振動片（以下、検出用振動腕という）と、を備え、平面形状がＨ型をした振動体（以下、振動片という）が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この振動片は、各振動腕の延設方向回りに角速度が加わったときに、一対の検出用振動腕が厚さ方向において互いに逆方向（逆相）に振動することにより、各電気信号（各検出信号）の差信号（差分）が大きくなり、角速度の検出精度が良好になるとされている。
また、この振動片は、一対の駆動用振動腕の振動に起因した角速度が加わらない状態における一対の検出用振動腕の厚さ方向の不要振動（以下、漏れ振動という）が、互いに同方向（同相）且つ同程度の振動となることにより、各電気信号（各漏れ信号）の差分が殆どなくなり、漏れ振動による角速度の検出精度への悪影響を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２９４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記振動片は、製造時の形状ばらつき（例えば、水晶を用いた場合のエッチング異方性や、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング時のマスクの位置ずれなどに起因する形状ばらつき）により、一対の検出用振動腕が完全な同一形状に形成されないことがある。
これにより、上記振動片は、漏れ振動が同相であっても漏れ振動の程度（例えば、振幅）が各検出用振動腕で異なったり、漏れ振動が同相ではなく逆相となったりする場合がある。
これらにより、上記振動片は、角速度が加わらない状態における各漏れ信号の差分が大きくなり、この大きくなった差分が、角速度が加わった状態における各検出信号の本来の差分に上乗せされることから、角速度の検出精度が悪化するという問題がある。
【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】
［適用例１］本適用例にかかる振動片は、第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向に平行な平面に沿った主面を有する平板状の基部と、前記基部から前記第１方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕と、前記基部を挟んで前記駆動用振動腕の反対側に、前記基部から前記第１方向とは反対の方向に沿って延設された一対の検出用振動腕と、を備え、前記基部の前記第１方向の長さをＬ１、一対の前記駆動用振動腕の前記第１方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする。
【０００８】
これによれば、振動片は、基部の第１方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕の第１方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることから、一対の駆動用振動腕の振動に起因した、例えば、角速度などの物理量が加わらない状態における一対の検出用振動腕の漏れ振動を抑制することができる。
この結果、振動片は、例えば、角速度などの物理量の検出精度を向上させることができる。
なお、上記数式は、発明者らのシミュレーションによる漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【０００９】
［適用例２］上記適用例にかかる振動片において、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることが好ましい。
【００１０】
これによれば、振動片は、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることから、一対の駆動用振動腕の振動に起因した、例えば、角速度などの物理量が加わらない状態における一対の検出用振動腕の漏れ振動を更に抑制することができる。
なお、この数式は、発明者らのシミュレーションを用いた漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【００１１】
［適用例３］上記適用例にかかる振動片において、一対の前記駆動用振動腕及び前記検出用振動腕の先端から前記第１方向及び前記第１方向とは反対の方向に沿って延設され、前記第２方向の幅が各前記振動腕の前記先端における前記第２方向の幅よりも広い質量部を備えていることが好ましい。
【００１２】
これによれば、振動片は、一対の駆動用振動腕及び検出用振動腕の先端から延設された質量部を備えていることから、質量部の質量効果によって各振動腕を長くすることなく、角速度などの物理量の検出に適した比較的低周波数で振動させることができる。
この結果、振動片は、基部の第１方向のサイズアップに対して、各振動腕の第１方向の長さを抑制することにより、全体として大型化を抑制することが可能となる。
【００１３】
［適用例４］本適用例にかかるジャイロセンサーは、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする。
【００１４】
これによれば、本構成のジャイロセンサーは、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映されたジャイロセンサーを提供することができる。
【００１５】
［適用例５］本適用例にかかる電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることを特徴とする。
【００１６】
これによれば、本構成の電子機器は、上記適用例のいずれかに記載の振動片を備えていることから、上記適用例のいずれかに記載の効果が反映された電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態のセンサー素子の概略構成を示す模式平面図。
【図２】センサー素子の動作に関わる模式回路図。
【図３】センサー素子の動作について説明する模式斜視図であり、（ａ）は駆動振動状態を示す斜視図、（ｂ）は角速度が加わった状態における検出振動状態を示す斜視図。
【図４】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図５】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図６】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図７】基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフ。
【図８】第２実施形態のジャイロセンサーの概略構成を示す模式断面図。
【図９】第３実施形態の携帯電話を示す模式斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１実施形態）
最初に、振動片の一例としてのセンサー素子について説明する。
図１は、第１実施形態のセンサー素子の概略構成を示す模式平面図である。なお、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
【００２０】
図１に示すように、センサー素子１は、第１方向としてのプラスＹ軸方向及びプラスＹ軸方向と直交する第２方向としてのプラスＸ軸方向に平行な平面（ＸＹ平面）に沿った主面１０ａ，１０ｂを有する矩形平板状の基部１０と、基部１０のプラスＹ側の縁からプラスＹ軸方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂと、基部１０を挟んで一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの反対側に、基部１０のマイナスＹ側からマイナスＹ軸方向に沿って延設された一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂと、を備えている。
ここで、センサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されている。
【００２１】
センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂのそれぞれの先端からプラスＹ軸方向及びマイナスＹ軸方向に沿って延設され、プラスＸ軸方向の幅が駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂの先端におけるプラスＸ軸方向の幅よりも広い質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを備えている。
【００２２】
センサー素子１は、圧電材料である水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。
そして、センサー素子１は、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚さを有している。なお、所定の厚さは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
【００２３】
また、センサー素子１を構成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、平板は、Ｘ軸を中心に０度から７度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。これは、Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。
センサー素子１は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウエットエッチングまたはドライエッチング）により形成されている。なお、センサー素子１は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。
なお、センサー素子１は、図示しないが、平面視において、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの基部１０との接続部分、質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂとの接続部分には、応力緩和の観点から、曲線部を設けることが好ましい。
【００２４】
ここで、センサー素子１の動作について説明する。
図２は、センサー素子の動作に関わる模式回路図である。図３は、センサー素子の動作について説明する模式斜視図である。図３（ａ）は、駆動振動状態を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示す斜視図である。
【００２５】
図２、図３（ａ）に示すように、角速度が加わらない状態において、センサー素子１の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの図示しない駆動用電極に発振源１５から交流電圧の駆動信号が印加されることにより、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、Ｘ軸方向（主面１０ａに沿った方向）に屈曲振動する（面内振動ともいう）。
詳述すると、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、Ｘ軸方向において、図３（ａ）で黒矢印、白矢印で示すように、互いに離れる方向と、互いに近づく方向との屈曲振動を交互に繰り返す。つまり、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、互いに逆方向（逆相）に所定の周波数で屈曲振動している。本実施形態では、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂは、約１００ｋＨｚで屈曲振動している。
【００２６】
次に、図３（ｂ）に示すように、この駆動振動状態で、センサー素子１にＹ軸回りの角速度ωが加わると（センサー素子１がＹ軸回りに回転すると）、センサー素子１の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂには、コリオリ力が作用し、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂがＺ軸方向（主面１０ａに直交する方向）に屈曲振動する（面外振動、ウオークモード振動ともいう）。
センサー素子１は、この駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの面外振動に対して、検出用振動腕１２ａ，１２ｂが面外振動モードで共振し、Ｚ軸方向に屈曲振動する。
詳述すると、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂは、Ｚ軸方向において、図３（ｂ）で黒矢印、白矢印で示すように、互いに逆方向（逆相）に駆動振動の周波数に等しい約１００ｋＨｚで屈曲振動する。なお、Ｚ軸方向の屈曲振動の振幅は、コリオリ力の大きさに応じて変化する。
【００２７】
図２に示すように、センサー素子１は、この検出用振動腕１２ａ，１２ｂの図示しない検出用電極に生じる検出用振動腕１２ａの電気信号（電圧）と、検出用振動腕１２ｂの電気信号（電圧）との差分を、取り出し回路１６で検出信号として取り出し、この検出信号によって角速度を検出する構成となっている。なお、この検出信号の大きさは、コリオリ力の大きさに応じて変化する。
この際、検出用振動腕１２ａと検出用振動腕１２ｂとでは、振動方向が互いに逆であることから、例えば、検出用振動腕１２ａに生じる電圧が＋電位のときに、検出用振動腕１２ｂに生じる電圧は−電位となり、検出用振動腕１２ａに生じる電圧が−電位のときに、検出用振動腕１２ｂに生じる電圧は＋電位となり、相対的に両者の電位差（差分）は大きくなる。
そして、センサー素子１は、前述した角速度が加わらない状態における検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動（Ｚ軸方向を主体とした不要振動）を抑制できれば、漏れ振動に起因して生じる電気信号である漏れ信号が検出信号に上乗せされることなく、角速度の検出精度を向上させることができることとなる。
【００２８】
検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動は、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動における振動成分のうち、面外振動成分（Ｚ軸方向の振動成分）が、平板状であることによりＺ軸方向の剛性が弱い基部１０を介して検出用振動腕１２ａ，１２ｂに伝播し、検出用振動腕１２ａ，１２ｂを面外振動モードで励振して、Ｚ軸方向に振動させているために生じると考えられる。
なお、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動における振動成分に、面外振動成分が存在するのは、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのＸ軸方向に沿った断面形状が、水晶のエッチング異方性、エッチング時のマスクの位置ずれなどにより完全な矩形形状に形成されないことや、駆動信号の印加により生じる電界の強度が、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの部位（水晶結晶軸に対する向きの違い）によって微妙に異なることなどに起因する。
【００２９】
これを踏まえて、本実施形態では、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるようにセンサー素子１を形成することにより、検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動を格段に低減（抑制）する効果を得ることができた。なお、上記数式は、発明者らのシミュレーションによる漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【００３０】
ここで、センサー素子１における検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動の低減効果について図を用いて詳述する。
図４は、基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図４では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸がＬ１／Ｌ２＝０．５を基準としたときの検出用振動腕の漏れ振動の程度を示す。なお、Ｌ１／Ｌ２＝０．５は従来のセンサー素子における平均的な設定値である。
【００３１】
図４に示すように、センサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を１．２以上にすると、Ｌ１／Ｌ２＝０．５（従来構成）と比較して、漏れ振動の程度が１／１０以下になり、Ｌ１／Ｌ２を２．４以上にすると漏れ振動の程度が１／１００以下になり、Ｌ１／Ｌ２を３．６以上にすると漏れ振動の程度が１／１０００以下になる。以降、センサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を大きくするに連れて漏れ振動の程度が小さくなるが、小型化対応や量産製造対応などの観点から、Ｌ１／Ｌ２を４．２以下にすることが現実的と考えられる。
なお、漏れ振動が低減する要因としては、基部１０のプラスＹ軸方向の長さが長くなることにより、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動における面外振動成分の、基部１０を介した検出用振動腕１２ａ，１２ｂへの伝播が弱くなるためと考えられる。
【００３２】
ここで、センサー素子１の基部１０のプラスＹ軸方向の長さを長くすることによる検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度への影響について説明する。
図５は、基部のＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図５では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸が検出用振動腕の検出感度（ｐｐｍ／ｄｐｓ）を示す（値が大きいほど感度が高い）。
図５に示すように、センサー素子１の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度は、Ｌ１／Ｌ２が従来構成（Ｌ１／Ｌ２＝０．５）より大きくなっても低下しないことが分かる（却って、Ｌ１／Ｌ２が大きくなるに連れて検出感度が向上している）。
【００３３】
上述したように、第１実施形態のセンサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されている。
このことから、センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動に起因した、角速度が加わらない状態における一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動を、従来構成と比較して格段に抑制（低減）することができる。この際、センサー素子１は、検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度を低下させることがない。
この結果、センサー素子１は、角速度の検出感度を低下させることなく検出精度を向上させることができる。
【００３４】
また、センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの先端から延設された質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを備えていることから、質量部１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂの質量効果によって駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂを長くすることなく、角速度の検出に適した比較的低周波数（ここでは、約１００ｋＨｚ）で振動させることができる。
この結果、センサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向のサイズアップに対して、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂのプラスＹ軸方向の長さを抑制することにより、全体として大型化を抑制することが可能となる。
【００３５】
なお、センサー素子１は、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動を、約５０ｋＨｚとしてもよい。このとき、センサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されていることが好ましい。なお、上記数式は、発明者らのシミュレーションによる漏れ振動の解析結果から得られた知見に基づくものである。
【００３６】
ここで、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときの、センサー素子１における漏れ振動の低減効果について図を用いて説明する。
図６は、基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の漏れ振動の程度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図６では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸がＬ１／Ｌ２＝０．５を基準としたときの検出用振動腕の漏れ振動の程度を示す。
【００３７】
図６に示すように、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を１．３５以上にすると、Ｌ１／Ｌ２＝０．５（従来構成）と比較して、漏れ振動の程度が１／１０以下になり、Ｌ１／Ｌ２を２．１２以上にすると漏れ振動の程度が１／１００以下になり、Ｌ１／Ｌ２を２．９６以上にすると漏れ振動の程度が１／１０００以下になる。以降、センサー素子１は、Ｌ１／Ｌ２を大きくするに連れて漏れ振動の程度が小さくなるが、小型化対応や量産製造対応などの観点から、Ｌ１／Ｌ２を４．２以下にすることが現実的と考えられる。
【００３８】
ここで、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１の基部１０のプラスＹ軸方向の長さを長くすることによる検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度への影響について説明する。
図７は、基部のプラスＹ軸方向の長さと駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さとの比と、検出用振動腕の検出感度との関係をシミュレーションにより解析した結果を表したグラフである。図７では、横軸が基部のプラスＹ軸方向の長さＬ１と駆動用振動腕のプラスＹ軸方向の長さＬ２との比（Ｌ１／Ｌ２）を示し、縦軸が検出用振動腕の検出感度（ｐｐｍ／ｄｐｓ）を示す（値が大きいほど感度が高い）。
図７に示すように、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度は、Ｌ１／Ｌ２が従来構成（Ｌ１／Ｌ２＝０．５）より大きくなっても低下しないことが分かる（却って、Ｌ１／Ｌ２が大きくなるに連れて検出感度が向上している）。
【００３９】
上述したように、駆動振動を約５０ｋＨｚとしたときのセンサー素子１は、基部１０のプラスＹ軸方向の長さをＬ１、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂのプラスＹ軸方向の長さをＬ２としたときに、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、となるように形成されている。
このことから、センサー素子１は、一対の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂの駆動振動に起因した、角速度が加わらない状態における一対の検出用振動腕１２ａ，１２ｂの漏れ振動を、従来構成と比較して格段に抑制（低減）することができる。この際、センサー素子１は、検出用振動腕１２ａ，１２ｂの検出感度を低下させることがない。
この結果、センサー素子１は、角速度の検出感度を低下させることなく検出精度を向上させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、上記第１実施形態で述べたセンサー素子を備えているジャイロセンサーの一例について説明する。
【００４１】
図８は、第２実施形態のジャイロセンサーの概略構成を示す模式断面図である。なお、図８は、Ｙ軸方向に沿って各駆動用振動腕間及び各検出用振動腕間を切断したときの断面図である。また、分かり易くするために、各構成要素の寸法比率は実際と異なる。
図８に示すように、ジャイロセンサー５は、センサー素子１と、センサー素子１を駆動制御するＩＣチップ２０と、センサー素子１及びＩＣチップ２０を収納するパッケージ３０とを備えている。
【００４２】
パッケージ３０は、平面形状が略矩形で凹部を有するパッケージベース３１と、パッケージベース３１の凹部を覆う平板状のリッド（蓋体）３２と、を備え、略直方体形状に形成されている。
パッケージベース３１には、セラミックグリーンシートを成形して積層し焼成した酸化アルミニウム質焼結体、水晶、ガラス、シリコン（高抵抗シリコン）などが用いられている。
リッド３２には、パッケージベース３１と同材料、または、コバール、４２アロイ、ステンレス鋼などの金属が用いられている。
【００４３】
ＩＣチップ２０は、センサー素子１の駆動用振動腕１１ａ，１１ｂを駆動振動させる駆動回路（発振源１５、図２参照）、検出用振動腕１２ａ，１２ｂ間の電位差を検出信号として取り出す取り出し回路１６（図２参照）、この検出信号によってＹ軸回りの角速度を検出する検出回路などを備えていることが好ましい。ＩＣチップ２０は、パッケージベース３１の凹部の内底面３３に、例えば、図示しない接続パッド面を下にしてフリップチップボンディングにより接合されている。
【００４４】
センサー素子１は、パッケージベース３１の、凹部の内底面３３に固定されたＩＣチップ２０を取り囲むように形成された段差部３４上に固定された略枠状の基板４０に支持されている。
基板４０は、ポリイミドなどの樹脂からなる基板本体４１と、基板本体４１の段差部３４側に積層されたＣｕなどの金属箔からなるタブテープ４２と、を備えている。
基板４０は、ＩＣチップ２０の上方（リッド３２側）に位置する開口部分の縁から、中央部に向かって斜め上方に折り曲げられた複数の帯状のタブテープ４２が延設されている。タブテープ４２の先端は、センサー素子１の基部１０に設けられている図示しない電極パッドに、バンプなどの接合部材を介して電気的に接続されている。
これにより、センサー素子１は、基板４０によって水平に（ＸＹ平面に沿って）支持されている。なお、基部１０の電極パッドは、駆動用振動腕１１ａ，１１ｂ及び検出用振動腕１２ａ，１２ｂの図示しない駆動用電極及び検出用電極と電気的に接続されている。
【００４５】
基板４０（タブテープ４２）は、パッケージベース３１内の図示しない内部配線によりＩＣチップ２０及びパッケージベース３１の外底面３５に設けられた外部端子３６と電気的に接続されている。
ジャイロセンサー５は、センサー素子１が基板４０に支持された状態で、パッケージベース３１の開口部がリッド３２により覆われ、パッケージベース３１とリッド３２とがシームリング、低融点ガラス、接着剤などの接合部材３７で接合されることにより、パッケージ３０内が気密に封止されている。
なお、気密に封止されたパッケージ３０内は、減圧された真空状態（真空度の高い状態）または窒素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性ガスが充填された状態となっている。
【００４６】
ジャイロセンサー５は、外部端子３６を介して外部から電源や入力信号が供給され、ＩＣチップ２０からの駆動信号によりセンサー素子１が所定の周波数で屈曲振動することによって、Ｙ軸回りに印加された角速度の検出を行い、角速度の検出結果を外部端子３６から外部へ出力する。
【００４７】
上述したように、第２実施形態のジャイロセンサー５は、センサー素子１を備えたことから、センサー素子１の奏する効果が反映されて角速度の検出感度を低下させることなく検出精度が向上したジャイロセンサーを提供することができる。
【００４８】
（第３実施形態）
次に、上述したセンサー素子を備えている電子機器として、携帯電話を一例に挙げて説明する。
図９は、第３実施形態の携帯電話を示す模式斜視図である。
携帯電話７００は、第１実施形態のセンサー素子１を備えた携帯電話である。
図９に示す携帯電話７００は、上述したセンサー素子１を、例えば、ジャイロセンサーなどのセンサーデバイスの主要構成要素として用い、更に液晶表示装置７０１、複数の操作ボタン７０２、受話口７０３、及び送話口７０４を備えて構成されている。なお、携帯電話の形態は、図示のタイプに限定されるものではなく、いわゆるスマートフォンタイプの形態でもよい。
【００４９】
上述したセンサー素子は、上記携帯電話に限らず、電子ブック、パーソナルコンピューター、テレビ、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、ページャー、電子手帳、電卓、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などに搭載されるセンサーデバイスの主要構成要素として好適に用いることができ、いずれの場合にも上記実施形態で説明した効果が反映された電子機器を提供することができる。
【００５０】
なお、振動片の材料としては、水晶に限定されるものではなく、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの圧電体、またはシリコン（Ｓｉ）などの半導体でもよい。
また、屈曲振動の駆動方法は、圧電体の圧電効果によるものの他に、クーロン力による静電駆動であってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…振動片としてのセンサー素子、５…ジャイロセンサー、１０…基部、１０ａ，１０ｂ…主面、１１ａ，１１ｂ…駆動用振動腕、１２ａ，１２ｂ…検出用振動腕、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…質量部、１５…発振源、１６…取り出し回路、２０…ＩＣチップ、３０…パッケージ、３１…パッケージベース、３２…リッド、３３…内底面、３４…段差部、３５…外底面、３６…外部端子、３７…接合部材、４０…基板、４１…基板本体、４２…タブテープ、７００…電子機器としての携帯電話、７０１…液晶表示装置、７０２…操作ボタン、７０３…受話口、７０４…送話口。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向に平行な平面に沿った主面を有する平板状の基部と、
前記基部から前記第１方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕と、
前記基部を挟んで前記駆動用振動腕の反対側に、前記基部から前記第１方向とは反対の方向に沿って延設された一対の検出用振動腕と、を備え、
前記基部の前記第１方向の長さをＬ１、一対の前記駆動用振動腕の前記第１方向の長さをＬ２としたときに、
１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片において、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動片において、一対の前記駆動用振動腕及び前記検出用振動腕の先端から前記第１方向及び前記第１方向とは反対の方向に沿って延設され、前記第２方向の幅が各前記振動腕の前記先端における前記第２方向の幅よりも広い質量部を備えていることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とするジャイロセンサー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一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１】
第１方向及び前記第１方向と直交する第２方向に平行な平面に沿った主面を有する平板状の基部と、
前記基部から前記第１方向に沿って延設された一対の駆動用振動腕と、
前記基部を挟んで前記駆動用振動腕の反対側に、前記基部から前記第１方向とは反対の方向に沿って延設された一対の検出用振動腕と、を備え、
前記基部の前記第１方向の長さをＬ１、一対の前記駆動用振動腕の前記第１方向の長さをＬ２としたときに、
１．２≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする振動片。
【請求項２】
請求項１に記載の振動片において、１．３５≦Ｌ１／Ｌ２≦４．２、であることを特徴とする振動片。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の振動片において、一対の前記駆動用振動腕及び前記検出用振動腕の先端から前記第１方向及び前記第１方向とは反対の方向に沿って延設され、前記第２方向の幅が各前記振動腕の前記先端における前記第２方向の幅よりも広い質量部を備えていることを特徴とする振動片。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の振動片を備えていることを特徴とするジャイロセンサー。
【請求項５】
請求項１ないし請求項３のいずれか一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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−１０４６６２（Ｐ２０１３−１０４６６２Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４６１９６（Ｐ２０１１−２４６１９６）
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１０日（２０１１．１１．１０）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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