JP2010044005A - 圧電振動子、圧電デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能で耐衝撃性に優れたジャイロ振動子を提供する。
【解決手段】一対の駆動アーム１４と、前記一対の駆動アーム１４同士を連結する連結アーム１６と、前記連結アーム１６の中央部に接続される検出アーム１８とを有するジャイロ振動片１２と、電極リード５０ａ〜５０ｆと、前記電極リードに積層された可撓性支持基材（第１可撓性支持基材５２、第２可撓性支持基材５４）と、を有し、前記可撓性支持基材には、前記ジャイロ振動片１２の外形に倣った形状のザグリ（第２貫通孔５４ａ）と、前記ザグリ内を貫通する貫通孔（第１貫通孔５２ａ）が形成され、前記電極リード５０ａ〜５０ｆは、前記貫通孔から前記ザグリ側に引き出され、前記ジャイロ振動片１２は、前記ザグリ内に配置され、前記電極リード５０ａ〜５０ｆに接続して保持されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジャイロ振動片などの圧電振動片を有する圧電振動子、及び前記圧電振動子を搭載した圧電デバイスに関する。

近年、車両における車体制御やカーナビゲーションシステム、またデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの高機能化がますます進んできているのに伴って、それらの機器の位置制御機能や振動制御機能などの充実への要求も高まってきている。このなかにあって、圧電振動片を有する圧電デバイスとしての振動ジャイロセンサ（以下ジャイロセンサと呼ぶ）が注目されている。ジャイロセンサは、水晶などの圧電性単結晶物からなるジャイロ振動片により、ジャイロセンサ搭載物の振動補正量を求め導くのに供する装置であり、前記した電子機器の高機能化に有効なものとなるが、ジャイロ振動片は、落下等の衝撃により振動特性の劣化や破損を起こす可能性があることが問題であった。

この問題を解決するジャイロセンサの従来技術としては以下のものがある。図１２は第１の従来技術に係るジャイロセンサの模式図である。図１２（ａ）はジャイロセンサの全体図、図１２（ｂ）は図１２（ａ）の部分詳細図である。図１２に係るジャイロセンサ１１０は、例えば、４角柱状の振動子１１２を含む。振動子１１２は圧電セラミックからなる２枚の圧電体基板を上下に張り合わせた振動体を含み、振動体の下面に電極を形成したものである。この振動子１１２は、正弦波信号などの駆動信号を印加すれば、その長手方向における両端部から少しだけ内側の２つの部分（保持された部分）を２つのノード部分として屈曲振動するとともに、コリオリ力により角速度に応じた検知信号を発生するものである。

振動子１１２の上面及び下面には、２つのノード部分に対応する４箇所の位置に、４つの支持部材１２０の直線状の中央部１２２が取り付けられる。それによって、振動子１１２は、４つの支持部材１２０で上下方向から挟持され支持される。また、これらの支持部材１２０の中央部１２２は、振動子１１２の電極に接続される。それによって、これらの支持部材１２０は、振動子１１２に駆動信号を与えるとともに、振動子１１２から検知信号を得るための導電線となる。支持部材１２０の中央部１２２の両側には、それぞれ、振動子１１２の振動の閉じ込め効果を得るために略Ｚ字状の中間部１２４を介して直線状の端部１２６を形成される。

４つの支持部材１２０の両方の端部１２６は、例えば合成樹脂からなる４角枠上の固定部材１３０に固定される。固定部材１３０には、６つのブロック状の突出部１３２が、振動子１１２の長手方向における一端部、中央部、及び他端部の両側に配置されるようにして形成されている。また、図示していないが、支持部材１２０の端部１２６は固定部材１３０を貫通して、回路基板１４０に接続される。

固定部材１３０の上には、回路基板１４０が取り付けられる。回路基板１４０には、振動子１１２を駆動する駆動信号を発生するための駆動回路や振動回路や振動子１１２の検知信号から角速度を検出するための検出回路などの回路が搭載されている。この回路基板１４０の回路には、支持部材１２０の端部１２６が接続される。固定部材１３０は、筐体としての、ハーメチックケース１５０の金属製のベース１５２上に、クッション材１５４を介して固定される。ベース１５２には、４つの端子１５６が貫通して取り付けられる。これらの端子１５６は、回路基板１４０の回路に接続される。さらにベース１５２の上には、ハーメチックケース１５０の金属製のキャップ１５８が、回路基板１４０、固定部材
１３０、振動子１１２などを覆うようにして取り付けられる。このジャイロセンサ１１０では、振動子１１２と固定部材１３０との間に間隙が設けられている。

以上の構成により、ジャイロセンサ１１０は、外部からの衝撃をクッション材により吸収するとともに、振動子１１２を支持部材１３２に当接させ、振動子１１２は上述の間隙以上の大きさの過大な変位の発生を抑制して支持部材１２０の塑性変形や振動子１１２の破壊を防止している

しかし、上記構成におけるジャイロセンサ１１０は、外部からの衝撃を緩和する構成要素（クッション材１５４）と、過大な変位の発生を抑制する構成要素（固定部材１３０）とが別となるため、小型化には不利である。また振動片１１２は振動片１１２の重心位置からずれた位置で保持され、また駆動箇所と検出箇所とが一致するため、温度ドリフトが大きいといった問題があった。

これを解決するため、以下のようなジャイロセンサが提案されている（特許文献１参照）。図１３に第２の従来技術に係るジャイロセンサを示す。図１３（ａ）は平面視した模式図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１３に示すように、ジャイロセンサ２０１は、水晶からなる圧電振動片としてのジャイロ振動片２１０と、ジャイロ振動片２１０を支持して且つ電気的に接続するのに供する複数の電極リード２０６ａ〜２０６ｆと複数の電極リード２０６ａ〜２０６ｆの一方端部を支持する支持基材２１５とを有する支持基材としてのＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板２０４と、前記ジャイロ振動片２１０が支持されたＴＡＢ基板２０４を収納するパッケージ２０２の収納容器であるパッケージ本体２０２ａと、このパッケージ本体２０２ａの上面開口を天板として封鎖しているパッケージ筐体２０２ｂとから構成されている。

ジャイロ振動片２１０は、一対の駆動アーム２１１、２１２と、一対の駆動アーム２１１、２１２を連結する連結アーム２１４Ａ、２１４Ｂと、連結アーム２１４Ａ、２１４Ｂの中央部に形成された支持板部２１５と、支持板部２１５に接続された検出アーム２１３からなる。さらに支持板部２１５の下面には金（Ａｕ）などからなるバンプ電極２１６ａ〜２１６ｆが形成され、これらがそれぞれ電極リード２０６ａ〜２０６ｆに接続される。

ジャイロ振動片２１０において、一対の駆動アーム２１１、２１２は外部からの駆動回路により中心線Ｐ２を挟んで左右対称に振動するが、検出アーム２２６は駆動アーム２１１、２１２の振動の対称性により角速度検出時以外はほとんど振動しないので、温度ドリフトが抑制される。

ＴＡＢ基板２０４は、ポリイミドなどの可撓性樹脂からなる支持基材２０５と電極リード２０６ａ〜２０６ｆとの積層構造を有する。電極リード２０６ａ〜２０６ｆは、支持基材２０５上に前記接着剤層によって保持されながら開口穴２０７の中心線ｐ１側に向かって延出させた、いわゆるオーバーハング構造にて形成されている。よって、電極リード２０６ａ〜２０６ｆは開口穴２０７内部で開口穴２０７を通り抜ける方向に折り曲げられ、水平に折り曲げられた電極リード２０６ａ〜２０６ｆの先端は、それぞれバンプ電極２１６ａ〜２１６ｆに接続される。したがってジャイロ振動片２１０は、支持基材２０５と接触しないように空隙Ｔを形成しながら、電極リード２０６ａ〜２０６ｆによって支持される。一方、電極リード２０６ａ〜２０６ｆの他端はパッケージ２０２外部に電気的に接続する接続端子２０３に銀ペーストなどの導電性接着剤２６０により固着される。

このような構成により、可撓性樹脂である支持基材２０５が外部からの衝撃を緩和するとともに、支持基材２０５はパッケージ２０２内部に配置されるため、ジャイロセンサ２０１全体の小型化が可能となる。
特開２００６−２８４３７３号公報

しかしながら、特許文献１の発明において、パッケージ２０２内部に配置されたＴＡＢ基板２０４は可撓性があるため、外部からの衝撃を緩和するが、その可撓性によりジャイロ振動片２１０にかえって大きな変位をあたえることになり、その大きな変位によりジャイロ振動片２１０が変形・破損し、パッケージに衝突して変形・破損する虞があるという問題が発生する。

そこで、本発明は上記問題点に着目し、小型化を実現しつつ、外部からの衝撃を吸収し、ジャイロ振動片に代表される圧電振動片の衝撃による大きな変位を防止する圧電振動子を提供することを目的とする。

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、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］先端が持ち上げられた電極リードと、一対の駆動アームと、前記一対の駆動アーム同士を連結する連結アームと、前記連結アームの中央部に接続される検出アームとを有し、前記電極リードの先端上面に接続して保持された圧電振動片と、前記圧電振動片の外形に倣った形状に型抜きされ、前記型抜きされた領域に、前記圧電振動片が遊嵌されている可撓性支持基材と、を有し、前記可撓性支持基材は、前記電極リード上に接続されたことを特徴とする圧電振動子。

上記構成により、可撓性支持基材が電極リード、及び圧電振動片を保持することになる。圧電振動片は駆動時において、駆動アームの先端領域が最も大きく振動し、角速度検出時において、駆動アーム及び検出アームの先端領域が最も大きく振動する。しかし、外部からの衝撃があった場合において、可撓性支持基材がその衝撃を吸収するため圧電振動片に衝突による衝撃が及ぶことは無い。一方、可撓性支持基材はその可撓性ゆえにジャイロ振動片１２を大きく変位させる力を与えることになる。しかし、圧電振動片は、圧電振動片の外形に倣った形状に型抜きされた可撓性支持基材に遊嵌されているため、その最も大きく変位する先端領域と可撓性支持基材とが当接することにより、圧電振動片に大きな変位を与えることはなく、圧電振動片の変形・破損を防止できる。さらに外部からの衝撃を緩和する構成要素と圧電振動片の変位を抑制する構成要素とが一体となるため、小型化が可能な圧電振動子となる。

［適用例２］一対の駆動アームと、前記一対の駆動アーム同士を連結する連結アームと、前記連結アームの中央部に接続される検出アームとを有する圧電振動片と、前記圧電振動片を保持する電極リードと、前記電極リードに積層された第１可撓性支持基材と、第２可撓性支持基材と、を有し、前記第１可撓性支持基材には、第１貫通孔が形成され、前記第２可撓性支持基材には、前記圧電振動片の外形に倣って型抜きされた第２貫通孔が形成され、前記第２可撓性支持基材は、前記第２貫通孔と前記第１貫通孔とが重なるように前記第１可撓性支持基材に積層され、前記電極リードは、前記第１貫通孔から前記第２貫通孔側に引き出され、前記圧電振動子は、前記第２貫通孔内に遊嵌され、前記電極リードに接続して保持されたことを特徴とする圧電振動子。

上記構成により、適用例１に係る圧電振動子を可撓性支持基材の積層構造により形成するため、製造が容易となりコストダウンを図ることができる。
［適用例３］前記電極リードは、前記連結アームの中央部に接続されることを特徴とする適用例１または２に記載の圧電振動子。

これにより、電極リードと圧電振動片との接続位置が圧電振動子の重心位置に集中するため、圧電振動片はバランスのよい安定姿勢で保持される。また圧電振動子の駆動アームからの駆動振動が相殺される中央部にて電極リードが圧電振動子を保持するため、電極リード側に駆動アームからの前記駆動振動が吸収され、それにより中央部にて前記駆動振動の相殺が阻害されることにより検出アーム側に不要な振動を発生させることを防止して、圧電振動子の検出精度を向上させることができる。

［適用例４］前記第２可撓性支持基材上には、リッドとなる第３可撓性支持基材が積層されたことを特徴とする適用例２または３に記載の圧電振動子。
これにより、圧電振動子全体が可撓性支持基材により囲まれるため、圧電振動子の水平方向の変位のみならず、垂直方向の変位も抑制するので、あらゆる方向からの変位を抑制して、圧電振動子の変形・破損を防止することができる。

［適用例５］前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔と同一形状を有することを特徴とする適用例２乃至４のいずれか１例に記載の圧電振動子。
これにより、第１可撓性支持基材と、第２可撓性支持基材とが同一形状となるため、部品点数を減らしコストダウンを図ることができる。また圧電振動片は第１貫通孔内にも配置されることとなるが、第１可撓性基材が圧電振動片程度の厚みを有していれば、第２可撓性支持基材は必要とせず、さらなるコストダウンを図ることができる。

［適用例６］パッケージ内に、適用例１乃至５のいずれか１例に記載の圧電振動子を組み込んだことを特徴とする圧電デバイス。
これにより、外部からの衝撃によっても、圧電振動片はパッケージに当接することはないので、小型化が可能で耐衝撃性に優れた圧電デバイスとなる。

以下、本発明に係る圧電振動子及び圧電デバイスを図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。なお、図１乃至図１１においては、共通の直交座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を用いるものとする。

第１実施形態に係る圧電振動子であるジャイロ振動子１０を図１に、ジャイロ振動子１０を構成するジャイロ振動片を図２に、図２のＡ−Ａ線断面図を図３（ａ）に、図２のＢ−Ｂ線断面図を図３（ｂ）に、ジャイロ振動子１０を搭載した圧電デバイスであるジャイロセンサを図４に示す。第１実施形態に係る圧電振動子であるジャイロ振動子１０は、圧電振動片であるジャイロ振動片１２、電極リード５０ａ〜５０ｆ、第１可撓性支持基材５２、第２可撓性支持基材５４を有する。ジャイロ振動子１０は中心線Ｐ１及び中心線Ｐ２を軸として対称な形状を有する。

図２に示すように、ジャイロ振動片１２は、水晶、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム等の圧電材料から形成されている。ジャイロ振動片１２は、平行に配置された一対の駆動アーム１４と、前記一対の駆動アーム１４を連結する連結アーム１６と、前記連結アーム１６の中央部に形成された支持板部２０と、支持板部２０に接続され一直線上に並ぶ一対の検出アーム１８とからなり、それぞれ同一平面上に形成されている。そしてジャイロ振動片１２は、中心線Ｐ１及び中心線Ｐ２を軸として対称な形状をしている。すなわち、駆動アーム１４が支持板部２０を挟んで対称であり、検出アーム１８も支持板部２０を挟んで対称な形状であり、支持板部２０が重心位置Ｇとなる。

駆動アーム１４は固有の共振周波数により、駆動アーム１４と連結アーム１６との接続位置１４ａを中心として屈曲振動を行うものである。駆動アーム１４の先端には錘となるハンマーヘッド２２が形成されている。一方、前記接続位置１４ａ近傍の根元領域１４ｂは、駆動アームの最も曲げ応力の掛かる部分（逆圧電効果が最も強く発揮される部分）であるが、図２を平面視して上下の方向から溝２４が形成されている（図３（ａ）参照）。さらに、この溝２４を覆うように第１励振電極２６が配設され、前記根元領域１４ｂであって図１を平面視して左右の方向から溝２４を挟み込むように第２励振電極２８が配設されており、両者は互いに短絡しないように配置されている。そして第１励振電極２６及び第２励振電極２８は外部にある発振回路（不図示）に接続され、第１励振電極２６及び第２励振電極２８は発振回路からの交流信号を受け、駆動アーム１４は固有の共振周波数で振動する。このとき第１励振電極２６の溝２４の側面領域と第２励振電極２８との間は距離が短いため、その間に大きな電界を発生させ、逆圧電効果を高め、駆動アーム１４を効率よく振幅させることができる。また溝２４は駆動アーム１４の最も曲げ応力の掛かる根元領域１４ｂに形成されているため、根元領域１４ｂの剛性を弱め、曲げやすくしており、さらに駆動アーム１４の先端に錘となるハンマーヘッド２２が配設されるため、駆動アーム１４を短く設計しても駆動アーム１４が振動しやすくなっている。

検出アーム１８は、ジャイロ振動子１０がＺ軸回りの角速度を受けると、連結アーム１６に発生する振動と同一の周波数で振動するものである。検出アーム１８の先端には錘となるハンマーヘッド３０が形成されている。一方、検出アーム１８と支持板部２０との接続位置近傍の検出アームの根元領域１８ａは、検出アームの最も曲げ応力が掛かる部分（圧電効果が最も強く発揮される部分）であるが、前記根元部分には駆動アーム１４と同様に溝３２が形成されている（図３（ｂ）参照）。さらに、この溝３２を覆うように第３励振電極３４が配設され、前記根元領域１８ａであって図１を平面視して左右の方向から溝３２を挟み込むように第４励振電極３６が配設されており、両者は互いに短絡しないように配置されている。そして第３励振電極３４及び第４励振電極３６は外部にある角速度検出回路（不図示）に接続され、第３励振電極３４及び第４励振電極３６は検出アーム１８の振動によって発生する交流信号を角速度検出回路（不図示）に出力する。このとき第３励振電極３４の溝３２の側面領域と第４励振電極３６との間は距離が短いため、その間に大きな電界を発生させ、圧電効果を高め、振幅する検出アーム１８から効率よく交流信号を検出することができる。また溝３２は検出アーム１８の最も曲げ応力の掛かる根元領域１８ａに形成されているため、根元領域１８ａの剛性を弱め、曲げやすくしてコリオリ力の検出感度を高めることができ、さらに検出アーム１８の先端に錘となるハンマーヘッド３０が配設されるため、検出アーム１８を短く設計しても検出アーム１８が振動しやすくなっている。なおハンマーヘッド２２、３０には錘となる錘金属膜３８を配設してレーザ光で適宜剥ぎ取ることにより駆動アーム１４及び検出アーム１８の共振周波数の調整を行うことができる。

支持板部２０はジャイロ振動片１２の中心に位置し、ジャイロ振動片１２の中心対称性から支持板部２０の中心がジャイロ振動片１２の重心位置Ｇと一致する。また支持板部２０の下面には引出し電極４０ａ〜４０ｆ（本実施形態では６個）が重心Ｇを中止として点対称となる位置に配設されている。この引出し電極４０ａ〜４０ｆは、それぞれ第１励振電極２６（２個）、第２励振電極２８（２個）、第３励振電極３４（１個）、及び第４励振電極３６（１個）と接続されている（引出し電極４０ａ〜４０ｆの第１励振電極２６乃至第４励振電極３６とを接続する領域は図示せず）。

ジャイロ振動片１２は、製造小型化に有利なフォトリソグラフィー技法とエッチング技法と（以下、両者を併せてフォトリソ・エッチング加工と称す）を用いて形成することが好適である。

ジャイロ振動片１２をフォトリソ・エッチング加工により形成する場合、図５、図６に示すように、［１］材料となる母基板４２を用意し、母基板４２の表面にポジ型のフォトレジスト４４を塗布する、［２］ジャイロ振動片１２の外形形状に対応したフォトマスク４６を塗布されたフォトレジスト４４上に配置し、［３］露光して前記フォトレジスト４４を感光させる、［４］現像を行い感光したフォトレジスト４４ａを除去する、［５］母基板４２が露出した領域を貫通するまでエッチングすることによりジャイロ振動片１２の外形を形成する、［６］駆動アーム１４及び検出アーム１８に形成される溝２４、３２に対応したフォトマスク４８をフォトレジスト４４上に配置し（裏面も同様）、［７］露光して前記フォトレジスト４４を感光させる、［８］現像を行い感光したフォトレジスト４４ｂを除去して、ジャイロ振動片１２において露出した領域を所定の深さになるまでエッチングすることにより溝２４、３２を形成する、［９］フォトレジスト４４を剥離する、というように工程［１］〜［９］なるプロセスを経ることになる。さらにジャイロ振動片１２に第１励振電極２６、第２励振電極２８、第３励振電極３４、第４励振電極３６、引出し電極４０ａ〜４０ｆ、錘金属膜３８を配設する場合は、各電極膜に対応したマスクでジャイロ振動片１２を覆い、スパッタ等でＡｕ、Ｃｒ、Ａｌ等の金属原子をジャイロ振動片１２において露出した部分に蒸着させ、マスクを除去すればよい。

ここで、ジャイロ振動片１２の動作を図７を用いて説明する。ジャイロ振動片１２において、図７（ａ）に示すように、無加速度における駆動振動は、一対の駆動アーム１４が、それぞれ矢印Ａ方向に振動する屈曲振動であって、実線で示す駆動姿態と、二点鎖線で示す振動状態を固有の共振周波数で繰り返している。このとき、一対の駆動アーム１４は、連結アーム１６との接続位置１４ａを支点とし、重心位置Ｇを通るＹ軸を挟んで線対称な振動を行っているので、連結アーム１６、及び検出アーム１８は、ほとんど振動しない。

一方、図７（ｂ）に示すように、角速度を受けた場合に発生する検出振動は、実線で示す振動形態と、二点鎖線で示す振動形態を、前記駆動振動の周波数で繰り返している。検出振動は、ジャイロ振動片１２にＺ軸回りの回転角速度ωが加わったとき、一対の駆動アーム１４に矢印Ｂで示す方向のコリオリ力が働くことによって発生する。

このことにより、一対の駆動アーム１４、及びこれに接続する連結アーム１６が矢印Ｂで示す振動を行う。矢印Ｂで示した振動は、重心位置Ｇに対して周方向の振動である。また、同時に、検出アーム１８は、矢印Ｃに示すように、矢印Ｂの振動に呼応して矢印Ｂとは周方向反対向きの振動を行う。この検出アーム１８による検出振動により発生する電気信号を検出することにより、前記コリオリ力の大きさを知得し、これによりジャイロ振動片１２に加えられた回転角速度ωの大きさを認識する。

図８に示すように、電極リード５０ａ〜５０ｆ及び第１可撓性支持基材５２は積層構造を形成し、この積層構造はいわゆるＴＡＢ（Ｔａｐｅ Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｂｏｎｄｉｎｇ）基板として知られているものである。前記積層構造は、一面に図示しない接着剤層を有し、ポリイミドなどの可撓性樹脂からなる第１可撓性支持基材５２に、プレス加工によって第１貫通孔５２ａ（形状は矩形でも円形でもよい）を形成し、前記接着剤層に銅箔などの電極用金属箔を張り合わせたのち、フォトリソグラフィー・エッチング加工により電極リード５０ａ〜５０ｆ等の電極パターンを形成したものである。従って、電極リード５０ａ〜５０ｆ（本実施形態では６個）は、第１可撓性支持基材５２に前記接着剤層を介して保持されながら第１貫通孔５２ａに向かって延出させた、いわゆるオーバーハング構造にて形成されている。電極リード５０ａ〜５０ｆは、それぞれ一端がジャイロ振動片１２の引出し電極４０ａ〜４０ｆに接続され、他端は後述のパッケージ５８の内壁に接着された導電性接着剤６０に固着される。

図９に示すように、第２可撓性支持基材５４は、第１可撓性支持基材５２と同一材料で形成され、プレス加工により、ジャイロ振動片１２の外形に倣った形状に型抜きされた第２貫通孔５４ａが形成されている。第２貫通孔５４ａの形状はジャイロ振動片１２の外形に倣っているが、その大きさはジャイロ振動片１２よりも大きく設計されている。そして第２可撓性支持基材５４は、第２貫通孔５４ａと第１貫通孔５２ａとが重なるように、すなわち、第２貫通孔５４ａが第１貫通孔５２ａと対向する配置で第１可撓性支持基材５２に接着剤等により積層される。ジャイロ振動片１２は、この第２貫通孔内５４ａで第２貫通孔５４ａの形状とジャイロ振動片１２の外形とを整合させ、嵌めこむように配置される。なお、ジャイロ振動子１２の駆動アーム１４と検出アーム１８の先端領域は外部からの衝撃により最も大きな変位を受ける部分であるが、第２貫通孔５４ａは、この先端領域の外形に倣った形状を維持し、かつジャイロ振動片１２を嵌めこみ可能な形状を有する限りどのような形状でもよい。また第２可撓性支持基材５４はジャイロ振動片１２の厚みよりも厚くしておくことが望ましい。

図１、図４に示すように、電極リード５０ａ〜５０ｆは第１貫通孔５２ａに引き出された形となっているが、第１貫通孔５２ａの縁の部分で第２貫通孔５４ａ側に折り曲げられ、さらに電極リード５０ａ〜５０ｆの先端部５１ａ〜５１ｆを第１可撓性支持基材と平行になるように折り曲げられている。そして先端部５１ａ〜５１ｆは、第１貫通孔５２ａの上端より上に配置され、それぞれジャイロ振動片１２の支持板部２０の下部にある引出し電極４０ａ〜４０ｆと対向する関係となる。そして、引出し電極４０ａ〜４０ｆと電極リード５０ａ〜５０ｆの先端部５１ａ〜５１ｆとが、フリップチップボンディング等により接続されることで、ジャイロ振動片１２は電極リード５０ａ〜５０ｆに保持される。

ここでジャイロ振動片１２の下端は先端部５１ａ〜５１ｆにより第１可撓性支持基材５２の上端より上の位置で浮いた態様で保持されるため、第１可撓性支持基材５２とは当接しない。またジャイロ振動片１２はジャイロ振動片１２の外形を拡大した形状の第２貫通孔５４ａ内に配置されているため、ジャイロ振動片１２は第２貫通孔５４ａにも当接していない。また電極リード５０ａ〜５０ｆの先端部５１ａ〜５１ｆは、連結アーム１６の中央部に形成された支持板部２０を保持する。これにより、電極リード５０とジャイロ振動片１２との接続位置がジャイロ振動片１２の重心位置Ｇに集中するため、ジャイロ振動片１２はバランスのよい安定姿勢で保持される。またジャイロ振動片１２の駆動アーム１４からの駆動振動が相殺される支持板部２０（中央部）にて電極リード５０ａ〜５０ｆがジャイロ振動片１２を保持するため、電極リード５０側に駆動アーム１４からの前記駆動振動が吸収され、それにより支持板部２０（中央部）にて前記駆動振動の相殺が阻害されることにより検出アーム１８側に不要な振動を発生させることを防止して、ジャイロ振動子１０の検出精度を向上させることができる。

また、ジャイロ振動子１０を端的に見ると、先端（先端部５１ａ〜５１ｆ）が持ち上げられた電極リード５０ａ〜５０ｆと、一対の駆動アーム１４と、前記一対の駆動アーム１４同士を連結する連結アーム１６と、前記連結アームの中央部（支持板部２０）に接続される検出アーム１８とを有し、前記電極リードの先端上面に接続して保持されたジャイロ振動片１２と、前記ジャイロ振動片１２の外形に倣った形状に型抜きされ、前記型抜きされた領域に、前記圧電振動片１２が遊嵌されている可撓性支持基材（第１可撓性支持基材５２、第２可撓性支持基材５４）と、を有し、前記可撓性支持基材は、前記電極リード５０ａ〜５０ｆ上に接続された構成と見ることができる。ここで「遊嵌」とは、遊びをもった状態で嵌めることをいい、嵌め込む対象と嵌め込む相手との間に互いに動くことのできる隙間を有して嵌合する態様をいう。

図４に示すように、圧電デバイスであるジャイロセンサ５６は、セラミック等で形成され、内部が真空封止されたパッケージ５８、上述のジャイロ振動子１０により構成される
。ジャイロ振動子１０の下端にある電極リード５０ａ〜５０ｆは銀ペーストなどの導電性接着剤６０により固着されている。また前記導電性接着剤６０のパッケージ５８との接続位置には貫通電極（不図示）が配設され、貫通電極（不図示）はパッケージ５８内部とパッケージ５８下面にある外部電極（不図示）と電気的に接続される。また外部電極（不図示）は発振回路（不図示）、及び角速度検出回路（不図示）と電気的に接続される。

上記構成により、ジャイロ振動子１０において、第１可撓性支持基材５２、及び第２可撓性支持基材５４が電極リード５０ａ〜５０ｆ、及びジャイロ振動片１２を保持することになる。ジャイロ振動片１２は駆動時において、駆動アーム１４の先端領域が最も大きく振動し、角速度検出時において、駆動アーム１４及び検出アーム１８の先端領域が最も大きく振動する。そしてパッケージ５８外部からの衝撃があった場合において、ジャイロ振動片１２を保持する可撓性支持基材（第１可撓性支持基材５２、第２可撓性支持基材５４）がその衝撃を吸収するためジャイロ振動片１２に衝突による衝撃が及ぶことは無い。一方、可撓性支持基材はその可撓性ゆえにジャイロ振動片１２を大きく変位させる力を与えることになる。このとき上述の先端領域が最も大きく変位しようとする。しかし、ジャイロ振動片１２は、ジャイロ振動片１２の外形に倣った形状の第２可撓性支持基材５４（ザグリ）の内部に配置されているため、その最も大きく変位する先端領域と第２可撓性支持基材５４（ザグリ）の内壁とが当接することにより、ジャイロ振動片１２に大きな変位を与えることはなく、ジャイロ振動片１２の変形・破損を防止できる。さらに外部からの衝撃を緩和する構成要素（第１可撓性支持基材５２、第２可撓性支持基材５４）とジャイロ振動片１２の変位を抑制する構成要素（第２可撓性支持基材５４）とが一体となるため、小型化が可能なジャイロ振動子１０となり、これを実装したジャイロセンサ５６も小型化を図ることができる。

第２実施形態に係るジャイロ振動子７０、及びこれを搭載したジャイロセンサ７２を図１０に示す。第２実施形態に係るジャイロ振動子７０は、基本的には第１実施形態に係るジャイロセンサ５６に搭載されるジャイロ振動子１２の構成と共通するが、ジャイロ振動子７０を構成する第２可撓性支持基材５４の上にさらにリッドとなる第３可撓性支持基材７４が積層された構成となっている。よってジャイロ振動片１２はＸＹ方向のみならずＺ方向も可撓性樹脂に囲まれることになる。よって、ジャイロ振動片１２の水平方向の変位のみならず、垂直方向の変位も抑制するので、あらゆる方向からの変位を抑制して、ジャイロ振動子７０の変形・破損を防止することができる。

第３実施形態に係るジャイロ振動子８０、及びこれを搭載したジャイロセンサ８２を図１１に示す。第３実施形態に係るジャイロ振動子８０は、基本的には第１実施形態に係るジャイロ振動子１０に類似するが、第１可撓性支持基材８４に形成された第１貫通孔８４ａの形状が、第２可撓性支持基材５４に形成された第２貫通孔５４ａの形状と同一となっている。すなわちジャイロ振動片１２の外形に倣った形状の貫通孔（第２貫通孔５４ａ）が、第１可撓性支持基材８４及び、第１可撓性支持基材８４に積層された第２可撓性支持基材５４を貫通する形態となる。このとき電極リード５０ａ〜５０ｆは第１実施形態及び第２実施形態の場合とは異なり、第１貫通孔８４ａを貫通する方向に折り込む必要はない。これにより、第１可撓性支持基材８４と、第２可撓性支持基材５４とが同一形状となるため、部品点数を減らしコストダウンを図ることができる。またジャイロ振動片１２は第１貫通孔８４ａ及び第２貫通孔５４ａ内に配置されることとなるが、第１可撓性基材８４がジャイロ振動片１２程度の厚みを有していれば、第２可撓性支持基材５４は必要とせず、さらなるコストダウンを図ることができる。なお、第３実施形態の構成は、第２実施形態とは構造的に干渉しないので、第３実施形態と第２実施形態とを組み合わせることができる。すなわち、第３実施形態に係るジャイロ振動子８０の第２可撓性支持基材５４（第２可撓性支持基材５４を用いない場合は第１可撓性支持基材８４）にリッドとなる第３可撓性支持基材７４を積層することができる。

第1実施形態に係るジャイロ振動子の模式図である。 第１実施形態に係るジャイロ振動片の模式図である。 図１のＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。 第１実施形態に係るジャイロセンサの模式図である。 第１実施形態を構成するジャイロ振動片の製造工程の前段を示す模式図である。 第１実施形態を構成するジャイロ振動片の製造工程の後段を示す模式図である。 第１実施形態を構成するジャイロ振動片の動作を示す模式図である。 第１実施形態を構成するＴＡＢ基板の模式図である。 第１実施形態を構成する第２可撓性支持基材の模式図である。 第２実施形態に係るジャイロ振動子、ジャイロセンサの模式図である。 第３実施形態に係るジャイロ振動子、ジャイロセンサの模式図である。 第１の従来技術に係るジャイロセンサの模式図である。 第２の従来技術に係るジャイロセンサの模式図である。

符号の説明

１０………ジャイロ振動子、１２………ジャイロ振動片、１４………駆動アーム、１６………連結アーム、１８………検出アーム、２０………支持板部、２２………ハンマーヘッド、２４………溝、２６………第１励振電極、２８………第２励振電極、３０………ハンマーヘッド、３２………溝、３４………第３励振電極、３６………第４励振電極、３８………錘金属膜、４０ａ〜４０ｆ………引出し電極、４２………母基板、４４………フォトレジスト、４６………フォトマスク、４８………フォトマスク、５０ａ〜５０ｆ………電極リード、５２………第１可撓性支持基材、５２ａ………第１貫通孔、５４………第２可撓性支持基材、５４ａ………第２貫通孔、５６………ジャイロセンサ、５８………パッケージ、６０………導電性接着剤、７０………ジャイロ振動子、７２………ジャイロセンサ、７４………第３可撓性支持基材、８０………ジャイロ振動子、８２………ジャイロセンサ、８４………第１可撓性支持基材、１１０………ジャイロセンサ、１１２………振動子、１２０………支持部材、１２２………中央部、１２４………中間部、１２６………端部、１３０………固定部材、１４０………回路基板、１５０………ハーメチックケース、１５２………ベース、１５４………クッション材、１５６………端子、１５８………キャップ、２０１………ジャイロセンサ、２０２………パッケージ、２０３………接続端子、２０４………ＴＡＢ基板、２０５………支持基材、２０６ａ〜２０６ｆ………電極リード、２１０………ジャイロ振動片、２１１………駆動アーム、２１２………駆動アーム、２１３………検出アーム、２１４Ａ………連結アーム、２１４Ｂ………連結アーム、２１５………支持板部、２１６ａ〜２１６ｆ………バンプ電極、２６０………導電性接着剤。

Claims (6)

1. 先端が持ち上げられた電極リードと、
   一対の駆動アームと、前記一対の駆動アーム同士を連結する連結アームと、前記連結アームの中央部に接続される検出アームとを有し、前記電極リードの先端上面に接続して保持された圧電振動片と、
   前記圧電振動片の外形に倣った形状に型抜きされ、前記型抜きされた領域に、前記圧電振動片が遊嵌されている可撓性支持基材と、を有し、
   前記可撓性支持基材は、前記電極リード上に接続されたことを特徴とする圧電振動子。
2. 一対の駆動アームと、前記一対の駆動アーム同士を連結する連結アームと、前記連結アームの中央部に接続される検出アームとを有する圧電振動片と、
   前記圧電振動片を保持する電極リードと、
   前記電極リードに積層された第１可撓性支持基材と、
   第２可撓性支持基材と、を有し、
   前記第１可撓性支持基材には、第１貫通孔が形成され、
   前記第２可撓性支持基材には、前記圧電振動片の外形に倣って型抜きされた第２貫通孔が形成され、
   前記第２可撓性支持基材は、前記第２貫通孔と前記第１貫通孔とが重なるように前記第１可撓性支持基材に積層され、
   前記電極リードは、前記第１貫通孔から前記第２貫通孔側に引き出され、
   前記圧電振動子は、前記第２貫通孔内に遊嵌され、前記電極リードに接続して保持されたことを特徴とする圧電振動子。
3. 前記電極リードは、前記連結アームの中央部に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の圧電振動子。
4. 前記第２可撓性支持基材上には、リッドとなる第３可撓性支持基材が積層されたことを特徴とする請求項２または３に記載の圧電振動子。
5. 前記第１貫通孔は、前記第２貫通孔と同一形状を有することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の圧電振動子。
6. パッケージ内に、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の圧電振動子を組み込んだことを特徴とする圧電デバイス。