JP2013192013A - 振動素子、振動デバイスおよび電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた振動特性を発揮することのできる振動素子を提供すること、また、この振動素子を備える信頼性に優れた振動デバイスおよび電子機器を提供すること。
【解決手段】振動素子２は、基部４と、基部４からｙ軸方向に延出し、ｘ軸方向に並んで設けられた３つ振動腕５、６、７とを有している。振動腕５、６は、ｚ軸方向およびｘ軸方向の両方向成分を有する方向に屈曲振動（斜め振動）する。振動腕７は、ｚ軸方向に屈曲振動し、振動腕５、６の振動によって発生するｚ軸方向の振動を相殺する。
【選択図】図２

Description

本発明は、振動素子、振動デバイスおよび電子機器に関するものである。

水晶発振器等の振動デバイスとしては、複数の振動腕を備える音叉型の振動素子を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
例えば、特許文献１に記載の振動デバイスは、Ｚ軸方向に厚みを有する基部と、Ｘ軸方向に並んで設けられ、基部からＹ軸方向に延出する２つの振動腕とを有する振動素子を有し、各振動腕には、電極が形成されている。このような振動デバイスでは、駆動腕に形成された電極に電圧を印加することにより、２つの駆動腕をＸ軸方向に面内振動させる。
ここで、振動素子は、例えば水晶で構成された板状の基板を所望の形状に加工することにより形成することができる。具体的には、水晶基板の両面に、振動素子の平面視形状に対応するマスクを形成し、これらマスクを介して水晶基板をエッチングすることにより振動素子を得ることができる。

しかしながら、マスクの形成精度には限界があり、種々の原因により、一方のマスクに対して他方のマスクが水晶基板の面方向にずれて形成されてしまうことがある。このような場合、各駆動腕の形状（断面形状）が所望形状と一致せず、さらには、左右の対称性を失うため、駆動腕をＸ軸方向に屈曲振動させる際に、Ｘ軸方向以外の方向、具体的にはＺ軸方向への屈曲振動が発生する。その結果、駆動腕の振動バランスが崩れ、振動を効率的に相殺することが困難となり、振動漏れが大きくなるという問題が発生する。

特開２０１１-２１６９２４号公報

本発明の目的は、振動腕の振動バランスを取ることにより振動漏れを抑制し、優れた振動特性を発揮することのできる振動素子を提供すること、また、この振動素子を備える信頼性に優れた振動デバイスおよび電子機器を提供することにある。

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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
［適用例１］
本発明の振動素子は、互いに直交する３つの軸を第１軸、第２軸および第３軸とし、
前記第１軸と前記第２軸とを含む第１面上に設けられた少なくとも３本以上の振動腕と、
前記振動腕の一端を接続する基部と、を備え、
前記振動腕は、前記第１面内の振動成分及び前記第３軸の方向の振動成分を有する少なくとも２本以上の第１振動腕と、前記第１振動腕の前記第３軸の方向の振動成分を相殺する少なくとも一本の第２振動腕により構成されることを特徴とする。
これにより、振動バランスに優れ、優れた振動特性を発揮することのできる振動素子を提供することができる。

［適用例２］
本発明の振動素子では、前記第１振動腕の前記第１面内の振動成分は、前記第１振動腕同士で相殺されることが好ましい。
これにより、振動素子の構成を簡単なものとすることができる。
［適用例３］
本発明の振動素子では、前記第１振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動することが好ましい。
これにより、よりバランスよく振動腕を振動させることができる。

［適用例４］
本発明の振動素子では、前記振動腕の各々は、前記第１軸に沿って配置され、且つ、前記第２軸に沿って基部から延出し、
前記第１振動腕の各々は両端に配置されていることが好ましい。
これにより、よりバランスよく振動腕を振動させることができる。

［適用例５］
本発明の振動素子では、前記第１振動腕の横断面形状は、前記第１振動腕の幅方向の中心線に対し非対称である部分を含むことが好ましい。
これにより、より確実に、第１振動腕を斜め振動させることができる。
［適用例６］
本発明の振動素子では、前記第１振動腕の横断面形状は、前記第１振動腕の幅方向の中心線および厚さ方向の中心線に対し非対称である部分を含むことが好ましい。
これにより、簡単な構成で、より確実に、第１振動腕を斜め振動させることができる。

［適用例７］
本発明の振動素子では、前記振動腕の横断面形状は、平行四辺形であることが好ましい。
これにより、簡単な構成で、より確実に、第１振動腕を斜め振動させることができる。
［適用例８］
本発明の振動素子では、前記第２振動腕は、少なくとも２本設けられ、
前記第２振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動することが好ましい。
これにより、振動特性がより向上する。

［適用例９］
本発明の振動デバイスは、本発明の振動素子と、
前記振動素子を収納したパッケージと、を備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた発振器等の振動デバイスを提供することができる。
［適用例１０］
本発明の電子機器は、本発明の振動素子を備えたことを特徴とする。
これにより、信頼性に優れた携帯電話、パーソナルコンピューター、デジタルカメラ等の電子機器を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。 図１に示す振動デバイスに備えられた振動素子を示す上面図である。 図２中のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示す振動素子の動作を説明するための断面図である。 図２に示す振動素子の変形例を示す断面図である。 振動素子の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の断面図である。 図７に示す振動素子の変形例を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。 図９中のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第４実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。 図１１中のＣ−Ｃ線断面図である。 図１１中のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第５実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。 本発明の第６実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。 本発明の第７実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。 本発明の第８実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の断面図である。 本発明の第９実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子（調整腕）の断面図である。 本発明の第１０実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子（調整腕）の断面図である。 本発明の振動素子を備える電子機器（ノート型パーソナルコンピュータ）である。 本発明の振動素子を備える電子機器（携帯電話機）である。 本発明の振動素子を備える電子機器（ディジタルスチルカメラ）である。 図２に示す振動素子の振動腕の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の振動素子、振動デバイスおよび電子機器を添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図、図２は、図１に示す振動デバイスに備えられた振動素子を示す上面図、図３は、図２中のＡ‐Ａ線断面図、図４は、図２に示す振動素子の動作を説明するための断面図、図５は、図２に示す振動素子の変形例を示す断面図、図６は、振動素子の製造方法を説明するための断面図である。なお、各図では、説明の便宜上、互いに直交する３つの軸としてＸ軸（第１方向）、Ｙ軸（第２方向）およびＺ軸（第３方向）を図示している。また、以下では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向（第１方向）」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向（第２方向）」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向（第３方向）」とも言う。また、以下では、Ｘ軸とＹ軸とで規定される平面を「ＸＹ」平面とも言い、Ｙ軸とＺ軸とで規定される平面を「ＹＺ平面」とも言い、Ｘ軸とＺ軸とで規定される平面を「ＸＺ平面」とも言う。また、以下の説明では、説明の便宜上、図１中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１に示す振動デバイス１は、振動素子２と、この振動素子２を収納するパッケージ９とを有する。以下、振動デバイス１を構成する各部を順次詳細に説明する。

１．振動素子
まず、振動素子２について説明する。
図２に示すように、振動素子２は、３脚音叉型の振動素子である。また、本実施形態の振動素子２は、所定の周波数（共振周波数）で振動する電気信号を発生させるための振動子として用いられる。
このような振動素子２は、基部４および基部４から延出する３本の振動腕５、６、７により構成された圧電体基板３と、この圧電体基板３上に形成された複数の電極とを有している。

圧電体基板３は、圧電体材料で構成されており、このような圧電体材料としては、例えば、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ホウ酸リチウム、チタン酸バリウム等が挙げられる。特に、圧電体基板３を構成する圧電体材料としては水晶が好ましい。水晶（Ｚカット板など）で圧電体基板３を構成すると、圧電体基板３の振動特性（特に周波数温度特性）を優れたものとすることができる。また、エッチングにより高い寸法精度で圧電体基板３を形成することができる。なお、圧電体基板３は必ずしも圧電性を有しなくても良く、例えばシリコン基板を用い圧電膜を用いて振動腕５、６、７を振動させても良い。

１−１．基部
基部４は、ＸＹ平面に広がりを有し、Ｚ軸方向に厚さを有する板状をなしている。また、基部４は、振動腕５、６、７と等しい厚さとなるように形成されている。このような基部４には、３つの振動腕５、６、７が接続されている。
これら振動腕５、６、７のうち、振動腕（第１振動腕）５、６は、振動素子２を駆動するための駆動腕として機能し、振動腕（第２振動腕）７は、振動腕５、６のＺ方向の振動を相殺するための調整腕として機能する。なお、以下では説明の便宜上、振動腕５および駆動腕６をそれぞれ「駆動腕５」および「駆動腕６」と言い、振動腕７を「調整腕７」とも言う。

駆動腕５、６は、基部４のＸ軸方向での両端部に接続され、調整腕７は、基部４のＸ軸方向での中央部に接続されている。これら３つの振動腕５〜７は、互いに平行となるように基部４からそれぞれＹ軸方向に延出して設けられている。また、３つの振動腕５〜７は、等間隔でＸ軸方向に並んで離間配置されている。また、３つの振動腕５〜７は、それぞれ、長手形状をなし、その端部が固定端となり、先端部が自由端となる。

１−２．駆動腕
駆動腕（第１振動腕）５は、Ｙ軸方向に延在している。このような駆動腕５は、略平行四辺形の横断面形状を有している。具体的には、駆動腕５は、ＸＹ平面で構成された上面（第１面）５１１と、ＸＹ平面で構成されるとともに上面５１１に対してＸ軸方向一方側（調整腕７側）にずれた下面（第２面）５１２と、ＸＹ平面およびＹＺ平面の両平面に対してＹ軸まわりに傾斜した平面で構成され、上面５１１と下面５１２とを連結する一対の側面５１３、５１４とを有している。

このような形状とすることにより、駆動腕５は、そのＸ軸方向の中心線Ｌ１およびＺ軸方向の中心線Ｌ２に対しＹ軸方向の断面形状が非対称となる。そのため、後述するように、駆動腕５を電気的にＸ軸方向（面内方向）に振動させると、この振動によりＺ軸方向（面外方向）の振動が新たに励起され、結果として、駆動腕５をＸ軸方向およびＺ軸方向の両方向成分を有する方向、言い換えればＸ軸およびＺ軸の両軸に対して傾斜した方向に、屈曲振動（以下、単に「斜め振動」とも言う。）させることができる。
なお、駆動腕５は、下面５１２の一部が上面５１１に対してＺ軸方向に重なり合っているのが好ましい。

このような駆動腕５には、一対の第１駆動電極８４と一対の第２駆動電極８５とが形成されている。具体的には、第１駆動電極８４の一方は、上面５１１に形成されており、他方は、下面５１２に形成されている。また、第２駆動電極８５の一方は、側面５１３に形成されており、他方は、側面５１４に形成されている。これら第１駆動電極８４と第２駆動電極との間に交番電圧を印加することにより、駆動腕５を斜め振動させることができる。

このような第１、第２駆動電極８４、８５の構成としては、特に限定されず、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料により形成することができる。

中でも、第１、第２駆動電極８４、８５の構成材料としては、金を主材料とする金属（金、金合金）、白金を用いるのが好ましく、金を主材料とする金属（特に金）を用いるのがより好ましい。Ａｕは、導電性に優れ（電気抵抗が小さく）、酸化に対する耐性に優れているため、電極材料として好適である。また、ＡｕはＰｔに比しエッチングにより容易にパターニングすることができる。

なお、例えば、第１、第２駆動電極８４、８５を金で構成し、圧電体基板３を水晶で構成した場合、これらの密着性が低い。そのため、このような場合、第１、第２駆動電極８４、８５と圧電体基板３との間には、Ｔｉ、Ｃｒ等で構成された下地層を設けるのが好ましい。これにより、下地層と駆動腕５との密着性、および、下地層と第１、第２駆動電極８４、８５との密着性をそれぞれ優れたものとすることができる。その結果、第１、第２駆動電極８４、８５が駆動腕５から剥離するのを防止し、振動素子２の信頼性を優れたものとすることができる。

１−３．駆動腕
駆動腕６は、ＹＺ平面に関して駆動腕５と対称的に形成されている以外は、駆動腕５と同様の構成（形状）である。したがって、駆動腕６の構成については、その説明を省略する。
このような駆動腕６には、一対の第１駆動電極８４と一対の第２駆動電極８５とが形成されている。具体的には、第１駆動電極８４の一方は、側面６１３に形成されており、他方は、側面６１４に形成されている。また、第２駆動電極８５の一方は、上面６１１に形成されており、他方は、下面６１２に形成されている。

１−４．調整腕
調整腕７は、その長手方向の全域にわたって、厚さ（Ｚ軸方向の長さ）および幅（Ｘ軸方向の長さ）が一定となっている。このような調整腕７は、駆動腕６、７の振動に合わせて振動する。
このような振動素子２は、次のようにして駆動する。

電源９００から、第１駆動電極８４および第２駆動電極８５間に交番電圧を印加すると、駆動腕５、６は、それぞれ、二等分点Ｐと交わる中心線Ｌ１、Ｌ２に関して非対称な横断面形状を有しているため、Ｙ軸、Ｚ軸に対して傾斜した方向に振動する（すなわち斜め振動する）。調整腕７は、このような駆動腕５、６の屈曲振動と同時に、Ｚ軸方向に、かつ駆動腕５、６のＺ軸方向の振動とは反対方向に屈曲振動する。

このような振動においては、駆動腕５、６は、ＹＺ平面に関して対称的に振動するため、駆動腕５の屈曲振動のうちのＸ軸方向成分の振動と、振動腕６の屈曲振動のうちのＸ軸方向成分の振動とが釣り合って相殺（キャンセル）される。そのため、調整腕７には、Ｘ軸方向の振動が伝達されず、調整腕７は、Ｘ軸方向にほとんど振動しない。また、駆動腕５、６と調整腕７とがＺ軸方向の反対側に屈曲振動するため、駆動腕５、６の屈曲振動のうちのＺ軸方向成分の振動と、調整腕７のＺ軸方向の振動とが釣り合って相殺（キャンセル）される。そのため、振動素子２によれば、効果的に、振動漏れを防止することができる。

特に、本実施形態では、斜め振動する２つの駆動腕５、６が基部４の両端部に位置しているため、面外方向および面内方向ともにバランシングされる（バランスよく駆動することができる）ので、より安定して駆動腕５、６および調整腕７を振動させることができる。そのため、振動漏れをより効果的に防止することができる。また、振動素子２では、調整腕７を有しているため、駆動腕５、６、のＺ軸方向の振動（並進運度）が自動的に相殺されるため、回転モーメントも相殺されて小さくなる。

また、振動素子２では、駆動腕５、６を斜め振動させるように圧電体基板３を製造する。具体的には、図６（ａ）に示すように、まず、圧電体基板３を形成するための基板３Ａを用意する。次に、図６（ｂ）に示すように、基板３Ａの上面および下面に圧電体基板３の平面視形状に対応したマスクＭ１、Ｍ２を形成する。次に、図６（ｃ）に示すように、マスクＭ１、Ｍ２を介して基板３Ａをエッチングした後、マスクＭ１、Ｍ２を除去することにより、圧電体基板３を形成することができる。

ここで、従来では、マスクＭ１、Ｍ２のアライメントずれ（マスクＭ１、Ｍ２のうちの一方が他方に対してＸ軸方向にずれる現象）が生じると、Ｘ軸方向にのみ振動させる振動腕にＺ軸方向の不要な振動が含まれることとなり、これが著しい振動特性の悪化を招いていた。しかしながら、振動素子２では、駆動腕５、６がＸ軸方向の振動とＺ軸方向の振動とを含み、かつ調整腕７が駆動腕５、６のＺ軸方向の振動成分を相殺するようにＺ軸方向に振動するように設計されているため、仮に、前述のようなマスクＭ１、Ｍ２のアライメントずれが生じても、調整腕７によって駆動腕５、６のＸ軸方向およびＹ軸方向の振動（並進運動）をある程度相殺され、それに伴って回転モーメントもある程度相殺される。そのため、マスクずれによる振動特性の低下を従来と比較して小さくすることができる。そのため、振動素子２の検出能力の低下を抑制することができるとともに、振動素子２の製造の歩留まりが向上する。

なお、本実施形態では、調整腕７には駆動電極を設けず、駆動腕５、６の振動につられて調整腕７が振動する構成について説明したが、調整腕７に駆動電極を設けて、駆動電極に電圧を印加することにより調整腕７をＺ軸方向に振動させてもよい。このような場合の調整腕７上の電極配置は、図５に示すように、両側面に、第１駆動電極８４と第２駆動電極８５とがＺ軸方向に離間して設けられており、かつ、第１駆動電極８４と第２駆動電極８５がＸ軸方向に対向するような配置となる。

２．パッケージ
次に、振動素子２を収容・固定するパッケージ９について説明する。
図１に示すように、パッケージ９は、板状のベース基板９１と、枠状の枠部材９２と、板状の蓋部材９３とを有している。ベース基板９１、枠部材９２および蓋部材９３は、下側から上側へこの順で積層されている。ベース基板９１と枠部材９２とは、後述のセラミック材料等で形成されており、互いに一体に焼成されることで接合されている。枠部材９２と蓋部材９３は、接着剤あるいはろう材等により接合されている。そして、パッケージ９は、ベース基板９１、枠部材９２および蓋部材９３で画成された内部空間Ｓに、振動素子２を収納している。なお、パッケージ９内には、振動素子２の他、振動素子２を駆動する電子部品（発振回路）等を収納することもできる。

なお、ベース基板９１の構成材料としては、絶縁性（非導電性）を有しているものが好ましく、例えば、各種ガラス、酸化物セラミックス、窒化物セラミックス、炭化物系セラミックス等の各種セラミックス材料、ポリイミド等の各種樹脂材料などを用いることができる。
また、枠部材９２および蓋部材９３の構成材料としては、例えば、ベース基板９１と同様の構成材料、Ａｌ、Ｃｕのような各種金属材料、各種ガラス材料等を用いることができる。

このベース基板９１の上面には、固定材９６を介して、前述した振動素子２が固定されている。この固定材９６は、例えば、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系等の接着剤で構成されている。このような固定材９６は、未硬化（未固化）の接着剤をベース基板９１上に塗布し、さらに、この接着剤上に振動素子２を載置した後、その接着剤を硬化または固化させることにより形成される。これにより、振動素子２がベース基板９１に確実に固定される。
なお、この固定は、導電性粒子を含有するエポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系等の導電性接着剤を用いて行ってもよい。

＜第２実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第２実施形態について説明する。
図７は、本発明の第２実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の断面図、図８は、図７に示す振動素子の変形例を示す断面図である。
以下、第２実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第２実施形態は、振動素子の構成、具体的には駆動腕を振動させる方法が異なる以外は、第１実施形態とほぼ同様である。なお、図７では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。また、図７は、図２のＡ−Ａ線断面図に相当する断面図である。

図７に示すように、本実施形態の振動素子２では、駆動腕５の上面に圧電体素子２３が形成されており、駆動腕６の上面に圧電体素子２４が形成されている。これら圧電体素子２３、２４は、通電により伸縮して駆動腕５、６を斜め振動させる機能を有する。このように、圧電体素子２３、２４を用いて駆動腕５、６を振動させる場合には、圧電体基板３を例えばシリコン基板で構成することができる。

圧電体素子２３は、駆動腕５上に、第１電極層２３１、圧電体層（圧電薄膜）２３２、第２電極層２３３がこの順で積層されて構成されている。同様に、圧電体素子２４は、駆動腕６上に、第１電極層２４１、圧電体層（圧電薄膜）２４２、第２電極層２４３がこの順で積層されて構成されている。なお、圧電体素子２３、２４は、互いに同様の構成であるため、以下では、圧電体素子２３について代表して説明する。

第１、第２電極層２３１、２３３の構成材料としては、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料を用いることができる。

圧電体層２３２の構成材料としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ_３）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ_２Ｂ_４Ｏ_７）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）等が挙げられるが、ＡＩＮ、ＺｎＯを用いることができる。

このような構成では、電源９００によって第１電極層２３１、２４１と、第２電極層２３３、２４３との間に電圧を印加すると、各圧電体素子２３、２４がＹ軸方向に伸長または収縮し、ある一定の周波数（共振周波数）で駆動腕５、６がＺ軸方向に屈曲振動する。このとき、駆動腕５、６には、Ｚ軸方向の振動によってその形状に起因したＸ軸方向の新たな屈曲振動が励起され、これにより、駆動腕５、６は、Ｘ軸方向への屈曲振動とＺ軸方向への屈曲振動とが合成させることにより斜め振動するが、駆動腕５、６の断面形状がＸＹ平面および及びＹＺ平面に関して非対称であるため、Ｚ軸およびＸ軸に対して傾斜した方向に振動する（すなわち斜め振動する）。また、駆動腕５、６は、ＺＹ平面に関して対称的に屈曲振動する。

一方の調整腕７は、このような駆動腕５、６の屈曲振動と同時に、Ｚ軸方向に、かつ駆動腕５、６のＺ軸方向の振動とは反対方向に屈曲振動する。これにより、前述した第１実施形態と同様に、振動漏れを効果的に防止することができる。
なお、本実施形態では、圧電体素子２３、２４が駆動腕５、６の上面５１１、６１１に設けられているが、圧電体素子２３、２４の配置は、特に限定されない。例えば、図８に示すように、圧電体素子２３を駆動腕５の調整腕７側の側面５１３に形成し、圧電体素子２４を振動腕６の調整腕７側の側面６１３に形成してもよい。このような構成として、前述と同様にして電圧を印加することにより、駆動腕５、６を斜め振動させることができる。

ここで、駆動腕５、６は、面内（Ｘ軸方向）にも面外（Ｚ軸方向）にも振動させることができる。この時、駆動方向と振動方向が近い程低インピーダンスとなるので、駆動方向を選択することができる。すなわち、よりＺ軸に近い方向に振動させる場合には図７、よりＸ軸方向に近い方向に振動させる場合には図８の方が低インピーダンスとなる。
本実施形態では、調整腕７に圧電体素子を設けず、駆動腕５、６の振動につられて調整腕７が振動する構成について説明したが、調整腕７に圧電体素子を設けて、圧電体素子の伸縮によって調整腕７をＺ軸方向に振動させてもよい。

＜第３実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第３実施形態について説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図、図１０は、図９中のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図９および図１０では、説明の便宜上、電極等の図示を省略している。

以下、第３実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第３実施形態は、振動素子の構成（振動腕の数）が異なる以外は、第１実施形態とほぼ同様である。なお、図９および図１０では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図９に示すように、本実施形態の振動素子２は、駆動腕５、６の間に２つの調整腕７、８を有している。また、駆動腕５には圧電体素子２３が、駆動腕６には圧電体素子２４が設けられている。
図１０に示すように、振動腕５、６は、それぞれ、斜め振動する。これら振動腕５、６は、ＹＺ平面に関して面対称に屈曲振動するため、駆動腕５のＸ軸方向成分の振動と、駆動腕６のＸ軸方向成分の振動とが相殺される。一方、調整腕７、８は、Ｚ軸方向であって駆動腕５、６の振動方向と反対側へ屈曲振動する。これにより、駆動腕５、６のＺ軸方向成分の振動と、調整腕７、８のＺ軸方向の振動とが相殺される。

このように、本実施形態の振動素子２によれば、４つの振動腕５、６、７、８により生じる漏れ振動を相殺することができ、振動漏れを防止することができる。その結果、優れた振動特性を発揮することができる。また、例えば、第１実施形態のような振動腕が３つの構成と比較して、得られる信号強度が高くなる。
このような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第４実施形態について説明する。
図１１は、本発明の第４実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図、図１２および図１３は、図１１中のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図１１、図１２および図１３では、説明の便宜上、電極等の図示を省略している。

以下、第４実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
第４実施形態は、振動素子の構成（調整腕の振動方向）が異なる以外は、第３実施形態とほぼ同様である。なお、図１１、図１２および図１３では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。

図１１に示すように、本実施形態の振動素子２では、調整腕７、８を駆動腕５、６と同様に斜め振動させる。そのため、調整腕７、８は、振動腕５、６と同様に略平行四辺形の横断面形状をなす非対称部を構成している。駆動腕６と調整腕７は、互いに同じ形状（横断面形状）をなし、駆動腕５と調整腕８は、互いに同じ形状をなしている。また、駆動腕６と調整腕８と、駆動腕５と調整腕７は、ＹＺ平面に関して対称となる形状をなしている。
このような振動素子２では、駆動腕５、６の振動モードによって、図１２のように振動する場合と、図１３のように振動する場合とがある。

図１２では、調整腕７、８は、駆動腕５、６の振動方向と反対方向に屈曲振動する。振動腕５、６がそれぞれ外斜め上側に屈曲振動すると、調整腕７、８がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動し、駆動腕５、６がそれぞれ内斜め下側に屈曲振動すると、調整腕７、８がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動する。
また、図１３では、調整腕７、８は、駆動腕５、６の振動方向と反対方向に屈曲振動する。振動腕５、６がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動すると、調整腕７、８がそれぞれ外斜め上側に屈曲振動し、駆動腕５、６がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動すると、調整腕７、８がそれぞれ内斜め下側に屈曲振動する。なお、図示していないが、振動腕５、６がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動すると、調整腕７、８がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動し、駆動腕５、６がそれぞれ内斜め上側に屈曲振動すると、調整腕７、８がそれぞれ外斜め下側に屈曲振動する形態でもよい。

これにより、駆動腕５、６の振動と調整腕７、８の振動とが相殺され、振動漏れを防止することができる。このような構成では、全ての振動腕５、６、７、８を斜め振動させるため、例えば、調整腕７、８をＺ軸方向に屈曲振動させる前述した第３実施形態と比較して、振動バランスに優れている。
このような第４実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第５実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第５実施形態について説明する。
図１４は、本発明の第５実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。なお、図１４では、説明の便宜上、電極および圧電体素子の図示を省略している。
以下、第５実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第５実施形態は、振動素子の構成（振動腕の配置）が異なる以外は、第３実施形態とほぼ同様である。なお、図１４では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１４に示すように、本実施形態の振動素子２では、調整腕７、８が両端に位置し、駆動腕５、６が調整腕７、８の間に設けられている。
このような第５実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第６実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第６実施形態について説明する。
図１５は、本発明の第６実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。なお、図１５では、説明の便宜上、電極および圧電体素子の図示を省略している。
以下、第６実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第６実施形態は、振動素子の構成（第１振動腕の延在方向）が異なる以外は、第３実施形態とほぼ同様である。なお、図１５では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１５に示すように、本実施形態の振動素子２では、駆動腕５、６がＹ軸方向およびＸ軸方向に交わる方向に延在し、互いにＹＺ平面に関して対称的に設けられている。
このような第６実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第７実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第７実施形態について説明する。
図１６は、本発明の第７実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の平面図である。
以下、第７実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第７実施形態は、振動素子の構成（基部の構成）が異なる以外は、第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１６では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。なお、図１６では、説明の便宜上、圧電体素子の図示を省略している。
本実施形態の振動素子２では、基部４が本体４８と、本体４８の両側からＸ軸方向に延出する一対の固定腕４９１、４９２とで構成されている。そして、固定腕４９１の先端部に駆動腕５が接続されており、固定腕４９２の先端部に駆動腕６が接続されている。
このような第７実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第８実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第８実施形態について説明する。
図１７は、本発明の第８実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子の断面図である。なお、図１７では、説明の便宜上、電極等の図示を省略している。
第８実施形態は、各振動腕の振動方向が異なる以外は、第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１７では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１７に示すように、本実施形態の振動素子２では、駆動腕５、６は、Ｚ軸方向の同じ側へ、かつ、ＹＺ平面に関して非対称に振動する。そのため、駆動腕５の屈曲振動のうちのＸ軸方向成分の振動と、振動腕６の屈曲振動のうちのＸ軸方向成分の振動と相殺（キャンセル）されない。

一方、調整腕７は、駆動腕５、６の屈曲振動と同時に、駆動腕５、６のＺ軸方向の振動とは反対方向に屈曲振動し、Ｚ軸方向の振動をキャンセルする。ここで、前述したように、駆動腕５、６のＸ軸方向の振動成分がキャンセルされていないため、この際、調整腕７は、Ｘ軸方向にも振動する。これにより、Ｘ軸方向の振動成分をキャンセルことができる。

このように、３つの振動腕５、６、７が、これらの振動成分（ベクトル）の和（合ベクトル）が０（ゼロ）となるように振動することにより、振動素子２の振動漏れを防止することができる。
このような第８実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第９実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第９実施形態について説明する。
図１８は、本発明の第９実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子（調整腕）の断面図である。
以下、第９実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第９実施形態は、振動素子をジャイロ素子として用いること以外は、第１実施形態とほぼ同様である。なお、図１８では、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１８に示すように、振動素子２の調整腕（検出腕）７には、角速度を検出するための第１〜第４検出電極８６ａ、８６ｂ、８６ｃ、８６ｄが形成されている。第１検出電極８６ａは、調整腕７の上面に形成されており、第２検出電極８６ｂは、調整腕７の下面に形成されており、第３検出電極８６ｃは、調整腕７の一方の側面に形成されており、第４検出電極８６ｄは、調整腕７の他方の側面に形成されている。

これら各検出電極８６ａ〜８６ｄの構成としては、特に限定されず、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料により形成することができる。

前述した第１実施形態と同様にして各振動腕５、６、７を屈曲振動させている状態にて、振動素子２にＹ軸まわりの角速度ωが加わった場合には、調整腕７にコリオリ力が作用し、調整腕７にＸ軸方向の新たな振動Ａが励起される。そして、この新たな振動Ａにより発生した調整腕７のＸ軸方向への歪みを第１〜第４検出電極８６ａ〜８６ｄによって検出することにより、Ｙ軸まわりの角速度ωが求められる。

このように、振動素子２をジャイロ素子として用いる場合には、Ｘ軸方向の振動と、Ｚ軸方向の振動とを分離することができるため、精度よく角速度ωを検出することができる。なお、チューニングによってＸ軸方向の振動をほぼ０（ゼロ）とすることができ、この場合には、より精度が高くなる。
なお、本実施形態では、各振動腕５、６、７の先端部に錘部（ハンマーヘッド）を形成してもよい。
このような第９実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

＜第１０実施形態＞
次に、本発明の振動デバイスの第１０実施形態について説明する。
図１９は、本発明の第１０実施形態に係る振動デバイスが備える振動素子（調整腕）の断面図である。
以下、第１０実施形態について、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

第１０実施形態は、振動素子をジャイロ素子として用いること以外は、第２実施形態とほぼ同様である。なお、図１９では、前述した実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
図１９に示すように、振動素子２の調整腕（検出腕）７の上面には、角速度を検出するための２つの圧電体素子２５、２６がＸ軸方向に並んで形成されている。圧電体素子２５は、第１電極層２５１、圧電体層２５２、第２電極層２５３がこの順で積層されて構成されている。また、圧電体素子２６は、第１電極層２６１、圧電体層２６２、第２電極層２６３がこの順で積層されて構成されている。また、圧電体層２５２、２６２は、一体的に形成されている。なお、圧電体層２５２、２６２は、一体的に形成しなくてもよい。

前述した第２実施形態と同様にして各振動腕５、６、７を屈曲振動させている状態にて、振動素子２にＹ軸まわりの角速度ωが加わった場合には、各振動腕５、６、７にそれぞれ新たな振動（図１８中の矢印方向の振動）が励起される。そして、この新たな振動により発生した調整腕７のＸ軸方向への歪みを２つの圧電体素子２５、２６によって検出することにより、Ｙ軸まわりの角速度ωが求められる。

なお、本実施形態において、調整腕７を駆動させる場合には、圧電体素子２５、２６の間に、駆動用の圧電体素子を形成すればよい。また、圧電体素子２５、２６にかえて、前述した第９実施形態で説明したような検出電極を設けてもよい。
このような第１０実施形態によっても前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

以上、本発明の振動素子を備える振動デバイス（本発明の振動デバイス）について説明した。
上述した実施形態では、振動素子を振動子として用いる場合について説明したが、振動素子を角速度検出素子として用いることができる。この場合、例えば、前述した第１実施形態の場合には、調整腕（検出腕）７に角速度検出用の検出電極を形成する。そして、駆動腕５、６と調整腕７とを前述したように屈曲振動させ、この状態にて、振動素子２にＹ軸まわりの角速度が加わった場合には、調整腕７にコリオリ力が作用し、調整腕７にＸ軸方向の新たな振動が励起される。そして、この新たな振動により発生した調整腕７のＸ軸方向への歪みを前記検出電極によって検出することにより、Ｙ軸まわりの角速度ωが求められる。

次に、本発明の振動素子を備える電子機器について、図２０〜図２２に基づき、詳細に説明する。
図２０は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したモバイル型（またはノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。
このようなパーソナルコンピューター１１００には、フィルター、共振器、基準クロック等として機能する振動デバイス１が内蔵されている。

図２１は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。
このような携帯電話機１２００には、フィルター、共振器等として機能する振動デバイス１が内蔵されている。

図２２は、本発明の振動素子を備える電子機器を適用したディジタルスチルカメラの構成を示す斜視図である。なお、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。
ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、ディジタルスチルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。

ディジタルスチルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部は、被写体を電子画像として表示するファインダとして機能する。
また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
撮影者が表示部に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリ１３０８に転送・格納される。

また、このディジタルスチルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。さらに、所定の操作により、メモリ１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。
このようなディジタルスチルカメラ１３００には、フィルター、共振器等として機能する振動デバイス１が内蔵されている。

なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図２０のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図２１の携帯電話機、図２２のディジタルスチルカメラの他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシュミレーター等に適用することができる。

以上、本発明の振動素子、振動デバイスおよび電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成（特徴）を組み合わせたものであってもよい。
また、前述した実施形態では、斜め振動させる振動腕の横断面形状が略平行四辺形の形態について説明したが、横断面形状としては、中心線Ｌ１、Ｌ２に関して非対称であればこれに限定されない。変形例としては、例えば、図２３（ａ）〜（ｄ）に示すような形状が挙げられる。
また、本発明の振動素子に発振回路を接続することにより、例えば、水晶発振器（ＳＰＸＯ）、電圧制御水晶発振器（ＶＣＸＯ）、温度補償水晶発振器（ＴＣＸＯ）、恒温槽付水晶発振器（ＯＣＸＯ）等の圧電発振器の他、ジャイロセンサー等の振動デバイスに適用することができる。

Ｍ１、Ｍ２…マスク Ｌ１、Ｌ２……中心線 １…振動デバイス ２…振動素子 ２３、２４、２５、２６…圧電体素子 ２３１、２４１、２５１、２６１…第１電極層 ２３２、２４２、２５２、２６２…圧電体層 ２３３、２４３、２５３、２６３……第２電極層 ３…圧電体基板 ３Ａ…基板 ４…基部 ４８…本体 ４９１、４９２…固定腕 ５…駆動腕 ５１１…上面 ５１２…下面 ５１３…側面 ５１４…側面 ６…駆動腕 ６１１…上面 ６１２…下面 ６１３…側面 ６１４…側面 ７、８…調整腕 ８４…第１駆動電極 ８５…第２駆動電極 ８６ａ…第１検出電極 ８６ｂ…第２検出電極 ８６ｃ…第３検出電極 ８６ｄ…第４検出電極 ９…パッケージ ９１…ベース基板 ９２…枠部材 ９３…蓋部材 ９６…固定材 ９００…電源 １００‥‥表示部 １１００‥‥パーソナルコンピューター １１０２‥‥キーボード １１０４‥‥本体部 １１０６‥‥表示ユニット １２００‥‥携帯電話機 １２０２‥‥操作ボタン １２０４‥‥受話口 １２０６‥‥送話口 １３００‥‥ディジタルスチルカメラ １３０２‥‥ケース １３０４‥‥受光ユニット １３０６‥‥シャッターボタン １３０８‥‥メモリ １３１２‥‥ビデオ信号出力端子 １３１４‥‥入出力端子 １４３０‥‥テレビモニター １４４０‥‥パーソナルコンピューター Ｓ‥‥内部空間

Claims (10)

1. 互いに直交する３つの軸を第１軸、第２軸および第３軸とし、
   前記第１軸と前記第２軸とを含む第１面上に設けられた少なくとも３本以上の振動腕と、
   前記振動腕の一端を接続する基部と、を備え、
   前記振動腕は、前記第１面内の振動成分及び前記第３軸の方向の振動成分を有する少なくとも２本以上の第１振動腕と、前記第１振動腕の前記第３軸の方向の振動成分を相殺する少なくとも一本の第２振動腕により構成されることを特徴とする振動素子。
2. 前記第１振動腕の前記第１面内の振動成分は、前記第１振動腕同士で相殺される請求項１に記載の振動素子。
3. 前記第１振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動する請求項１または２に記載の振動素子。
4. 前記振動腕の各々は、前記第１軸に沿って配置され、且つ、前記第２軸に沿って基部から延出し、
   前記第１振動腕の各々は両端に配置されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の振動素子。
5. 前記第１振動腕の横断面形状は、前記第１振動腕の幅方向の中心線に対し非対称である部分を含む請求項１ないし４のいずれか一項に記載の振動素子。
6. 前記第１振動腕の横断面形状は、前記第１振動腕の幅方向の中心線および厚さ方向の中心線に対し非対称である部分を含む請求項１ないし４のいずれか一項に記載の振動素子。
7. 前記振動腕の横断面形状は、平行四辺形である請求項５または６に記載の振動素子。
8. 前記第２振動腕は、少なくとも２本設けられ、
   前記第２振動腕同士は、互いに対称に屈曲振動する請求項１ないし７のいずれか一項に記載の振動素子。
9. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の振動素子と、
   前記振動素子を収納したパッケージと、を備えたことを特徴とする振動デバイス。
10. 請求項１ないし８のいずれか一項に記載の振動素子を備えたことを特徴とする電子機器。

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