JP2007178248A

JP2007178248A - 慣性センサ素子

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Publication number: JP2007178248A
Application number: JP2005376746A
Authority: JP
Inventors: Ryota Kawai; 良太河合
Original assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Current assignee: Kyocera Crystal Device Corp
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2005-12-28
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-28
Also published as: JP5486757B2

Abstract

【課題】振動漏れを減少させ、精度の良い角速度の検出を行う。
【解決手段】三回対称の圧電材料からエッチングによって素子外形が形成されるＨ型構造の慣性センサ素子で、軸線方向がＸ１軸と平行となる基部１０と、軸線方向が基部１０と直交する方向で基部１０から延出する２つ一対の検出脚部２０と、軸線方向が基部１０と直交する方向であって検出脚部２０とは反対側に基部１０から延出する２つ一対の励振脚部３０と、各励振脚部３０の基部１０側に向く端側において基部１０に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部４０と、を備え、エッチングで得られるテーパ部４０において、基部１０の＋Ｘ方向を向く辺４１における拡幅開始位置Ｐ１と、基部１０の＋Ｘ方向を向く辺４１とは反対側の辺４２に形成される残渣Ｎの基部１０から離れる先端４３の位置とが、基部１０の軸線方向と平行となる直線Ｌ１上に位置することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体の位置状態を検出する慣性センサ素子に関する。

従来から慣性センサ素子には様々な種類があるが、各種装置に組み込むために薄く小型にし、かつ軽量にするという要求を満たすものとして、例えば、振動型の角速度センサがある。
この振動型の慣性センサは、四角柱を振動させて回転に伴って働くコリオリの力を検出するものである。
また、従来から、慣性センサ素子には、Ｈ型構造、音叉型構造、音片構造、三脚音叉構造などが採用されている。

ここで、Ｈ型構造の慣性センサ素子を例に説明すると、Ｈ型構造の慣性センサ素子は、基部と、断面が短形形状であって、基部から平行に延出する４本の脚部とから構成されている。また、基部を境に一方の脚部、つまり、基部より上部の脚部には当該脚部を屈曲振動させるために電圧を印加する励振電極が備えられ、基部を境に他方の脚部、つまり、基部よりも下部の脚部には基部より上側の脚部が振動するとともにＹ軸廻りの角速度が加わることにより生じるコリオリの力によって発生した電荷を検出する検出電極が備えられている。
この電荷を検出電極によって検出することにより、角速度の大きさと向きを知ることができる。

また、慣性センサ素子が水晶で構成されている場合を例に説明すると、従来の慣性センサ素子を形成している水晶ウェハは、Ｚ板水晶ウェハ（Ｚ軸に垂直に切り出されたウェハ）を用いている。このように形成した慣性センサ素子を励振させるために、電気軸（Ｘ軸）方向に平行な方向の電界（Ｅ_１）を励振電極を介して外部より印加し、機械軸（Ｙ軸）方向に平行な歪（Ｓ_２）を得ることによって、ＸＹ平面内で屈曲振動をする（例えば、特許文献１参照）。

また、水晶を用いた慣性センサ素子を外形形成するためには、酸性フッ化アンモニウム、フッ化水素酸の水溶液を用いてエッチングをおこなうが、エッチングの異方性により、エッチング残さが生じる。
特開２００４−３０１７３４号公報

従来の慣性センサ素子は逆圧電効果で励振振動をさせる。
ここで、圧電基本式のｅ形式を示す。
［Ｔ］＝［ｃ^Ｅ］［Ｓ］−［ｅ］^ｔ［Ｅ］・・・（１）
（ｃ^Ｅ：弾性スチフネス定数、Ｓ：歪、ｅ：圧電応力定数、Ｅ：電界）
この（１）式に示す圧電基本式のｅ形式より、励振振動させる際には、外力として歪は加えないので圧電基本式のｅ形式は、（２）式となる。
［Ｔ］＝−［ｅ］^ｔ［Ｅ］・・・（２）
このとき、電界成分は電気軸（Ｘ軸）方向に平行な方向であるので、Ｅ_２（Ｙ軸方向）＝Ｅ_３（Ｚ軸方向）＝０となる。［Ｅ］はＥ_１（Ｘ軸方向）成分のみである。［ｅ］に水晶の圧電応力定数を代入し、上記の圧電基本式を計算すると、励振振動の成分以外に、すべり応力Ｔ_４が生じる。応力を歪に変換した場合も同様に、すべり歪Ｓ_４（Ｘ軸方向からＺ軸）が生じる。このため、励振振動をさせると、Ｚ軸方向成分を含んで振動し、これが、振動漏れの原因となる。
なお、歪は、工学的表記法で、Ｓ_１、Ｓ_２、Ｓ_３、Ｓ_４、Ｓ_５、Ｓ_６の要素からなる行列式で現される。

また、慣性センサ素子の外形形成を酸性フッ化アンモニウム、フッ化水素酸の水溶液を用いてエッチングをおこなうと、エッチングの異方性によって、Ｙ軸またはＺ軸に対して非対称にエッチング残さが生じるため、励振振動も振動モードがアンバランスなものとなったり、励振モードと検出モードとが結合しやすくなったりし、角速度が印加されていないときであっても、検出信号が出力される（０点出力が発生する）。そのため、機械的に脚部の一部を切削することで、振動バランスを調整する必要があった。

そこで、本発明は、前記した問題を解決し、振動漏れを減少させ、精度の良い角速度の検出ができる慣性センサ素子を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成されるＨ型構造の慣性センサ素子であって、軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部から延出する２つ一対の検出脚部と、軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記検出脚部とは反対側に前記基部から延出する２つ一対の励振脚部と、前記各励振脚部の前記基部側に向く端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、を備え、前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、又は、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、ことを特徴とする。

また、本発明は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される音叉型構造の慣性センサ素子であって、軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部の一方の端側から延出する検出脚部と、前記検出脚部と向かい合って、前記基部の他方の端側から延出する励振脚部と、前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、を備え、前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、又は、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、ことを特徴とする。

また、本発明は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される三脚音叉型構造の慣性センサ素子であって、軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部の中央から延出する検出脚部と、前記検出脚部と向かい合って、前記基部の両端から延出する励振脚部と、前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、を備え、前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、又は、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、ことを特徴とする慣性センサ素子。

また、本発明は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される略王の字型構造の慣性センサ素子であって、軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部の中央からこの基部を挟んで延出する検出脚部と、前記検出脚部と向かい合って、前記基部の両端からこの基部を挟んで延出する励振脚部と、前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、を備え、前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、又は、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、ことを特徴とする。

また、本発明は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される音片型構造の慣性センサ素子であって、軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部から延出する検出脚部と、前記検出脚部とは反対側に前記基部から延出する励振脚部と、前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、を備え、前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、又は、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、ことを特徴とする。

このような慣性センサ素子によれば、慣性センサ素子を励振振動させる際に、Ｚ軸方向成分の歪を著しく小さくすることができる。そのため、誤検出を防止し、精度の良い角速度の検出ができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施形態」という。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
また、「高さ方向」という場合は、励振脚部又は検出脚部の軸線方向を指すものとする。また、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料を水晶とし、別途、説明する以外は、Ｘ１軸とこれと直角に交わる２つの軸をＹ１軸、Ｚ軸とする。また、厚さは、素子全体で均一となっている場合について説明する。さらに、素子外形にはウェットエッチングの異方性による残渣を含まないものとする。

（第一の実施形態）
図１に示すように、本発明の第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料をウェットエッチングによってＨ型構造となる素子形状に形成しており、図１に示すように、基部１０と、一対の検出脚部２０，２０と、一対の励振脚部３０，３０と、各励振脚部３０の基部１０側の端側に形成されるテーパ部４０とから主に構成されている。

基部１０は、図１に示すように、平面視矩形形状となっており、その長辺側における軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸（本実施形態ではＸ１軸とする）と平行となっている。
なお、基部１０の中央部から支持棒１１が延出し、この支持棒１１の端部に支持部１２が設けられており、図示しないパッケージに慣性センサ素子１０１を接続することができるようになっている。

検出脚部２０は、図１に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｘ１軸と直交するＹ１軸）であってこの基部１０の両端側から延出している。この検出脚部２０には後述する検出用電極（図示せず）が設けられている。

励振脚部３０は、図１に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｙ１軸）であって検出脚部２０，２０とは反対側にこの基部１０から延出している。
この励振脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。
また、この励振脚部３０には後述する励振用電極（図示せず）が設けられている。

テーパ部４０は、図１に示すように、各励振脚部３０の基部１０側に向く端側において該基部１０に近づくにつれて広がるように拡幅している。
具体的には、テーパ部４０は、図２に示すように、ウェットエッチングの異方性によって２段階に拡幅しており、基部１０側における拡幅率は、励振脚部３０の先端側の拡幅率に比べて大きくなっている。例えば、素子外形におけるテーパ部４０の辺４１、４２の向きは、辺４１において、拡幅開始位置Ｐ１から次の拡幅開始位置Ｐ２までの辺の向きがＹ２軸のマイナス方向と直角となる向きとなり、拡幅開始位置Ｐ２から基部１０までの辺の向きがＸ３軸のマイナス方向と直角となる向きとなっている。また、辺４２において、拡幅開始位置Ｐ３から次の拡幅開始位置Ｐ４までの辺の向きがＹ３軸のマイナス方向と直角となる向きとなり、拡幅開始位置Ｐ２から基部１０までの辺の向きがＸ２軸のプラス方向と直角となる向きとなっている。

また、前記に示すテーパ部４０は、図２に示すように、基部１０の＋Ｘ方向を向くこのテーパ部４０の辺４１における拡幅開始位置をＰ１、拡幅率が大きくなる基部１０側の次の拡幅開始位置をＰ２とし、基部１０の＋Ｘ方向を向く辺４１とは反対側の辺４２における拡幅開始位置をＰ３、拡幅率が大きくなる基部１０側の次の拡幅開始位置をＰ４とすると、辺４１における拡幅開始位置Ｐ１と、辺４２に形成される残渣Ｎの基部１０から離れる先端４３の位置ＰＮとは、基部１０の軸線方向と平行となる直線Ｌ１上に位置している。つまり、ウェットエッチングによって辺４２に形成される残渣Ｎの基部１０から離れる側の先端が辺４２における拡幅開始位置Ｐ３と重なるように形成される。

これにより、慣性センサ素子１０１の残渣Ｎを含めた全体の形状において、振動バランスが良好な形状となる。また、素子の形成においても、残渣Ｎの除去や整形を行う必要がないので、生産性を向上させることもできる。
また、励振脚部をＸ１軸とＹ１軸とを含む平面（以下、「Ｘ１−Ｙ１平面」という。）で１次屈曲振動モードにて励振振動させる際、Ｚ軸方向成分の振動が伝播しないため、Ｙ軸周りに角速度が加わっていない状態であっても誤検出することなく、精度の良い角速度の検出ができる。

また、図３及び図４に示すように、辺４１における拡幅開始位置Ｐ１を辺４２に形成される残渣Ｎの基部１０から離れる側の先端ＰＮの位置よりも基部１０から離れる方向に位置させた慣性センサ素子１０１´としてもよい。
具体的には、辺４１における拡幅開始位置Ｐ１は、辺４２に形成される残渣Ｎの基部１０から離れる側の先端ＰＮ（辺４２ににおける拡幅開始位置Ｐ３）が位置する基部１０の軸線方向と平行となる直線Ｌ２（図４参照）の近傍に位置するのが良い。
このようにしても、振動バランスは大きく崩れることなく、良好な振動を得ることができる。

例えば、図３〜図５に示すように、Ｔ１点における２つの励振脚部３０，３０の励振時のＺ軸方向の振動変位の差と、Ｔ２点における２つの検出脚部２０，２０の励振時のＺ軸方向の振動変位の差と、Ｔ３点における２つの検出脚部２０，２０の励振時のＺ軸方向の振動変位の差と、を比較して振動バランスの検討を行った。
ここで、素子形状を、Ｘ１軸方向の全長（基部１０のＸ１軸方向の長さ）を１ｍｍ、Ｙ１軸方向の全長を３．６ｍｍ、励振脚部３０の長さを１．２ｍｍ、検出脚部２０の長さを１．６ｍｍ、基部１０の長さを０．２ｍｍとする。
その結果、辺４１における拡幅開始位置Ｐ１と辺４２に形成される残渣Ｎの基部１０から離れる側の先端ＰＮの位置との高さ方向の距離の差ΔＬが７．６〜８μｍ程度（図５参照）となったところでＺ軸方向成分の振動（振動漏れ）が小さくなり、これよりも距離の差ΔＬの値が大きくなると、振動バランスが悪くなり、Ｚ軸方向成分の振動（振動漏れ）が大きくなっていることが確認できた。

なお、この慣性センサ素子１０１（１０１´）において、検出脚部２０，２０に形成される検出用電極と、励振脚部に形成される励振用電極とにより、Ｘ１−Ｙ１平面内の１次屈曲振動の状態（以下、「励振時」という。）でＹ１軸周りの回転角速度Ωが加わると、励振脚部３０にコリオリの力がＺ軸方向に作用してＺ軸方向成分の振動が生じる。すると、検出脚部２０にも振動が生じ、検出脚部３０に設けられた検出用電極により角速度の向きと大きさとを検出することができる。

（第二の実施形態）
次に、図６に示す本発明の第二の実施形態に係る慣性センサ素子１０２について説明する。
本発明の第二の実施形態に係る慣性センサ素子１０２は、音叉構造となっている点で第一の実施形態と異なる。

図６（ａ）に示す慣性センサ素子１０２は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料をウェットエッチングによって音叉構造となる素子形状に形成しており、図６（ａ）に示すように、基部１０と、検出脚部２０と、励振脚部３０と、各励振脚部３０の基部１０側の端側に形成されるテーパ部４０とから主に構成されている。

検出脚部２０は、図６（ａ）に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｘ１軸と直交するＹ１軸）であってこの基部１０の一方の端側から延出している。この検出脚部２０には検出用電極（図示せず）が設けられている。
この検出脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。

励振脚部３０は、図４に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｙ１軸）であって検出脚部２０と向かい合うようにこの基部１０の他方の端側から延出している。
この励振脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。
また、この励振脚部３０には励振用電極（図示せず）が設けられている。

テーパ部４０は、第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１のテーパ部４０（図２参照）と同様の構成となっている。
また、変形例として慣性センサ素子１０２´のテーパ部４０の形状（図６（ｂ）参照）を第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１´のテーパ部４０（図４参照）と同様の構成としても良い。

これにより、慣性センサ素子１０２（１０２´）の残渣Ｎを含めた全体の形状において、振動バランスが良好な形状となる。また、素子の形成においても、残渣Ｎの除去や整形を行う必要がないので、生産性を向上させることもできる。
また、励振脚部３０をＸ１軸とＹ１軸とを含む平面（以下、「Ｘ１−Ｙ１平面」という。）で１次屈曲振動モードにて励振振動させる際、Ｚ軸方向成分の振動が伝播しないため、Ｙ軸周りに角速度が加わっていない状態であっても誤検出することなく、精度の良い角速度の検出ができる。

（第三の実施形態）
次に、図７に示す本発明の第三の実施形態に係る慣性センサ素子１０３について説明する。図７（ａ）に示すように、本発明の第三の実施形態に係る慣性センサ素子１０３は、三脚音叉構造となっている点で第一の実施形態と異なる。

この慣性センサ素子１０３は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料をウェットエッチングによって三脚音叉構造となる素子形状に形成しており、図７（ａ）に示すように、基部１０と、検出脚部２０と、一対の励振脚部３０，３０と、各励振脚部３０の基部１０側の端側に形成されるテーパ部４０とから主に構成されている。

検出脚部２０は、図７（ａ）に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｘ１軸と直交するＹ１軸）であってこの基部１０の中央部から延出している。この検出脚部２０には検出用電極（図示せず）が設けられている。
また、この検出脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。

励振脚部３０は、図７（ａ）に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｙ１軸）であって検出脚部２０と向かい合うようにこの基部１０の両端側から延出している。
この励振脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。
また、この励振脚部３０には励振用電極（図示せず）が設けられている。

テーパ部４０は、第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１のテーパ部４０（図２参照）と同様の構成となっている。
また、変形例として慣性センサ素子１０３´のテーパ部４０の形状（図７（ｂ）参照）を第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１´のテーパ部４０（図４参照）と同様の構成としても良い。

したがって、慣性センサ素子１０３（１０３´）の残渣Ｎを含めた全体の形状において、振動バランスが良好な形状となる。また、素子の形成においても、残渣Ｎの除去や整形を行う必要がないので、生産性を向上させることもできる。
また、励振脚部３０をＸ１軸とＹ１軸とを含む平面（以下、「Ｘ１−Ｙ１平面」という。）で１次屈曲振動モードにて励振振動させる際、Ｚ軸方向成分の振動が伝播しないため、Ｚ軸周りに角速度が加わっていない状態であっても誤検出することなく、精度の良い角速度の検出ができる。

（第四の実施形態）
次に、図８に示す本発明の第四の実施形態に係る慣性センサ素子１０４について説明する。本発明の第四の実施形態に係る慣性センサ素子１０４は、略王の字型構造となっている点で第一の実施形態と異なる。

この慣性センサ素子１０４は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料をウェットエッチングによって略王の字型構造となる素子形状に形成しており、図８（ａ）に示すように、基部１０と、一対の検出脚部２０，２０と、一対二組の励振脚部３０，３０，３０，３０と、各励振脚部３０の基部１０側の端側に形成されるテーパ部４０とから主に構成されている。

検出脚部２０，２０は、図８に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｘ１軸と直交するＹ１軸）であってこの基部１０の中央部から当該基部１０を挟んで延出している。この検出脚部２０には検出用電極（図示せず）が設けられている。
また、この検出脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。

励振脚部３０は、図８に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｙ１軸）であって検出脚部２０と向かい合うようにこの基部１０の両端側から当該基部１０を挟んで延出している。
この励振脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。
また、この励振脚部３０には励振用電極（図示せず）が設けられている。

テーパ部４０は、第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１のテーパ部４０（図２参照）と同様の構成となっている。
また、変形例として慣性センサ素子１０４´のテーパ部４０の形状（図９参照）を第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１´のテーパ部４０（図４参照）と同様の構成としても良い。

したがって、慣性センサ素子１０４（１０４´）の残渣Ｎを含めた全体の形状において、振動バランスが良好な形状となる。また、素子の形成においても、残渣Ｎの除去や整形を行う必要がないので、生産性を向上させることもできる。
また、励振脚部３０をＸ１軸とＹ１軸とを含む平面（以下、「Ｘ１−Ｙ１平面」という。）で１次屈曲振動モードにて励振振動させる際、Ｚ軸方向成分の振動が伝播しないため、Ｚ軸周りに角速度が加わっていない状態であっても誤検出することなく、精度の良い角速度の検出ができる。

（第五の実施形態）
次に、図１０に示す本発明の第五の実施形態に係る慣性センサ素子１０５について説明する。本発明の第五の実施形態に係る慣性センサ素子１０５は、音片構造となっている点で第一の実施形態と異なる。

本発明の第五の実施形態に係る慣性センサ素子１０５は、Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料をウェットエッチングによって音片構造となる素子形状に形成しており、図１０（ａ）に示すように、基部１０と、検出脚部２０と、励振脚部３０と、励振脚部３０の基部１０側の端側に形成されるテーパ部４０とから主に構成されている。

基部１０は、図１０（ａ）に示すように、平面視矩形形状となっており、その長辺側における軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸（本実施形態ではＸ１軸とする）と平行となっている。

検出脚部２０は、図１０（ａ）に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｙ１軸）であってこの基部１０から延出している。この検出脚部２０には検出用電極（図示せず）が設けられている。

励振脚部３０は、図１０（ａ）に示すように、軸線方向が基部１０と直交する方向（Ｙ１軸）であって検出脚部２０とは反対側にこの基部１０から延出している。
この励振脚部３０には、基部１０側に向く端側にテーパ部４０が設けられており、他方の端側からテーパ部４０までは所定の幅で形成されている。
また、この励振脚部３０には励振用電極（図示せず）が設けられている。

テーパ部４０は、第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１のテーパ部４０（図２参照）と同様の構成となっている。
また、変形例として慣性センサ素子１０５´のテーパ部４０の形状（図１０（ｂ）参照）を第一の実施形態に係る慣性センサ素子１０１´のテーパ部４０（図４参照）と同様の構成としても良い。

したがって、慣性センサ素子１０５（１０５´）の残渣Ｎを含めた全体の形状において、振動バランスが良好な形状となる。また、素子の形成においても、残渣Ｎの除去や整形を行う必要がないので、生産性を向上させることもできる。
また、励振脚部３０をＸ１軸とＹ１軸とを含む平面（以下、「Ｘ１−Ｙ１平面」という。）で１次屈曲振動モードにて励振振動させる際、Ｚ軸方向成分の振動が伝播しないため、Ｙ軸周りに角速度が加わっていない状態であっても誤検出することなく、精度の良い角速度の検出ができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、三脚音叉構造や王の字型構造の慣性センサ素子において、基部の中央から延出するのを検出脚部、両端側から延出するのを励振脚部としたが、これに限定されず、基部の中央から励振脚部を延出させ、両端側から検出脚部を延出させた構成としても、同様の効果を奏する。

本発明の第一の実施形態に係る慣性センサ素子の一例を示す図である。図１のＡ部拡大図である。本発明の第一の実施形態に係る慣性センサ素子の変形例の一例を示す図である。図３のＢ部拡大図である。Ｚ方向への動きと変形量との関係を示す図である。（ａ）は本発明の第二の実施形態に係る慣性センサ素子の一例を示す図であり、（ｂ）は本発明の第二の実施形態に係る慣性センサ素子の変形例の一例を示す図である。（ａ）は本発明の第三の実施形態に係る慣性センサ素子の一例を示す図であり、（ｂ）は本発明の第三の実施形態に係る慣性センサ素子の変形例の一例を示す図である。本発明の第四の実施形態に係る慣性センサ素子の一例を示す図である。本発明の第四の実施形態に係る慣性センサ素子の変形例の一例を示す図である。（ａ）は本発明の第五の実施形態に係る慣性センサ素子の一例を示す図であり、（ｂ）は本発明の第五の実施形態に係る慣性センサ素子の変形例の一例を示す図である。

符号の説明

１０１慣性センサ素子
１０基部
２０検出脚部
３０励振腕部
４０テーパ部
４１，４２辺
４３先端
Ｌ１，Ｌ２直線
Ｎ残渣
Ｐ１拡幅開始位置

Claims

Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成されるＨ型構造の慣性センサ素子であって、
軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、
軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部から延出する２つ一対の検出脚部と、
軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記検出脚部とは反対側に前記基部から延出する２つ一対の励振脚部と、
前記各励振脚部の前記基部側に向く端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、
を備え、
前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、
前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、
又は、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、
ことを特徴とする慣性センサ素子。
Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される音叉型構造の慣性センサ素子であって、
軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、
軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部の一方の端側から延出する検出脚部と、
前記検出脚部と向かい合って、前記基部の他方の端側から延出する励振脚部と、
前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、
を備え、
前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、
前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、
又は、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、
ことを特徴とする慣性センサ素子。
Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される三脚音叉型構造の慣性センサ素子であって、
軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、
軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部の中央から延出する検出脚部と、
前記検出脚部と向かい合って、前記基部の両端から延出する励振脚部と、
前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、
を備え、
前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、
前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、
又は、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、
ことを特徴とする慣性センサ素子。
Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される略王の字型構造の慣性センサ素子であって、
軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、
軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部の中央からこの基部を挟んで延出する検出脚部と、
前記検出脚部と向かい合って、前記基部の両端からこの基部を挟んで延出する励振脚部と、
前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、
を備え、
前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、
前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、
又は、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、
ことを特徴とする慣性センサ素子。
Ｘ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸を有する三回対称の圧電材料からウェットエッチングによって素子外形が形成される音片型構造の慣性センサ素子であって、
軸線方向がＸ１軸、Ｘ２軸、Ｘ３軸のうちいずれか１つの軸と平行となる基部と、
軸線方向が前記基部と直交する方向であって前記基部から延出する検出脚部と、
前記検出脚部とは反対側に前記基部から延出する励振脚部と、
前記検出脚部及び前記励振脚部の前記基部側に向く各端側において該基部に近づくにつれて広がるように拡幅するテーパ部と、
を備え、
前記ウェットエッチングで得られる当該テーパ部において、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置と、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置とが、
前記基部の軸線方向と平行となる直線上に位置する、
又は、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺における拡幅開始位置が、
前記基部の＋Ｘ方向を向く辺とは反対側の辺に形成される残渣の前記基部から離れる先端の位置よりも前記基部から離れる方向に位置する、
ことを特徴とする慣性センサ素子。