JP2014240789A - 圧電デバイス及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】目的とする共振モードでの安定した発振を実現することができる圧電デバイス及びこれを備えた電子機器を提供する。【解決手段】本技術の一形態に係る圧電デバイスは、振動子と、圧電駆動部と、第１の圧電検出部とを具備する。上記圧電駆動部は、上記振動子を第１の面に平行な面内で振動させることが可能に構成される。上記第１の圧電検出部は、上記振動子の上記第１の面に平行な面内における振動を検出することが可能に構成される。【選択図】図１

Description

本技術は、例えば発振デバイスや振動型ジャイロセンサ等に適用される圧電デバイス及びこれを備えた電子機器に関する。

民生用の角速度センサとして、振動型のジャイロセンサが広く用いられている。振動型ジャイロセンサは、振動子を所定の周波数で振動させておき、振動子に生じるコリオリ力を圧電素子などで検出することによって角速度を検出する。上記ジャイロセンサは、例えば、ビデオカメラ、バーチャルリアリティ装置、カーナビゲーションシステムなどの電子機器に搭載され、それぞれ手振れ検知、動作検知、方向検知などのセンサとして活用されている。

例えば下記特許文献１には、環状のフレームと、上記フレームを所定の面内において振動させる駆動部と、角速度を検出する検出部とを備えた角速度センサが記載されている。上記フレームは、相互に対向する第１の梁の組と、第１の梁の組と直交し相互に対向する第２の梁の組とを有する。上記駆動部は、各梁に設けられた複数の圧電素子で構成され、第１及び第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、一方の組が離間したときに他方の組が近接する振動モードで上記フレームを上記所定の面内において振動させる。上記検出部は、上記フレームの上記所定の面内における変形量に基づいて当該所定の面に垂直な軸回りの角速度を検出することが可能な圧電素子で構成される。

圧電膜を駆動部に用いる圧電デバイスは、典型的には、圧電膜が電圧の印加方向に直交する方向へ伸縮する圧電特性が利用される。例えば特許文献１に記載の角速度センサにおいて、上記駆動部及び検出部は、下部電極層と圧電材料層と上部電極層との積層構造を有し、それぞれフレームの同一表面上に配置される。

特許第４８５８６６２号公報

近年、例えば、圧電素子で駆動部及び検出部が構成されるジャイロセンサにおいては、目的以外の共振モードでも発振してしまうことがあり、このため目的とする共振モードで安定して発振させることができず、角速度の検出精度を向上させることが困難であった。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、目的とする共振モードでの安定した発振を実現することができる圧電デバイス及びこれを備えた電子機器を提供することにある。

上記目的を達成するため、本技術の一形態に係る圧電デバイスは、振動子と、圧電駆動部と、第１の圧電検出部とを具備する。
上記振動子は、第１の面と、第１の溝部と、第２の溝部とを有する。上記第１の溝部は、第１の軸方向に沿って上記第１の面に形成される。上記第２の溝部は、上記第１の面に上記第１の溝部と平行に形成される。
上記圧電駆動部は、第１の電極対と、第１の圧電体とを有する。上記第１の電極対は、上記第１の溝部内に配置され、上記第１の軸方向と直交し上記第１の面に平行な第２の軸方向に相互に対向する。上記第１の圧電体は、上記第１の電極対の間に配置される。上記圧電駆動部は、上記第１の電極対間への電圧印加により上記振動子を上記第１の面に平行な面内で振動させることが可能に構成される。
上記第１の圧電検出部は、第２の電極対と、第２の圧電体とを有する。上記第２の電極対は、上記第２の溝部内に配置され、上記第２の軸方向に相互に対向する。上記第２の圧電体は、上記第２の電極対の間に配置される。上記第１の圧電検出部は、上記振動子の上記第１の面に平行な面内における振動を検出することが可能に構成される。

上記圧電デバイスにおいては、第１の電極対から第１の圧電体への電圧印加方向と振動子の励振方向とが一致するように構成されている。これにより振動子を第１の面に平行な面内で安定に発振させることができるとともに、当該面内での振動子の振動を第１の圧電検出部によって高精度に検出することができる。

上記振動子は、上記第１の軸方向及び上記第２の軸方向にそれぞれ直交する第３の軸方向に上記第１の面と対向する第２の面をさらに有し、上記第１の溝部は、上記第１の面から上記第２の面に達する深さで形成されてもよい。この場合、上記第１の溝部の両側面部は、上記第１の圧電駆動部で被覆される。
これにより第１の面内方向以外の方向への振動子の発振を抑制することができ、第１の面内方向への安定した発振を実現することができる。

上記振動子は、上記第１の軸方向に延在し、上記第２の軸方向に配列された複数本のアーム部を有してもよい。上記圧電駆動部及び上記第１の圧電検出部はそれぞれ、上記複数本のアーム部のうち少なくとも１つのアーム部に設けられる。
圧電駆動部及び第１の圧電検出部は、それぞれ同一のアーム部に設けられてもよいし、それぞれ異なるアーム部に設けられてもよい。

上記複数本のアーム部は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有してもよい。この場合、上記圧電駆動部は、上記第１のアーム部及び上記第２のアーム部にそれぞれ設けられ、上記第１のアーム部及び上記第２のアーム部を上記第１の面内において相互に逆位相で振動させることが可能に構成される。
これにより、例えば、第１の軸回りの角速度を検出するための振動子を構成することができる。

上記振動子は、第１の梁の組と、第２の梁の組と、複数の接続部とを含むフレーム体を有してもよい。上記第１の梁の組は、上記第１の軸方向に延在し上記第２の軸方向に相互に対向する。上記第２の梁の組は、上記第２の軸方向に延在し上記第１の軸方向に相互に対向する。上記複数の接続部は、上記第１の梁と上記第２の梁との間を接続する。
この場合、上記圧電駆動部は、上記第１の梁の組及び上記第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、上記一方の組が離間したときに上記他方の組が近接する振動モードで上記フレーム体が振動するように、上記第１の梁及び上記第２の梁のうち少なくとも１つの梁に設けられる。
これにより、例えば、第１の面に垂直な軸回りの角速度を検出するための振動子を構成することができる。

上記圧電デバイスは、支持部と、連結部と、電極構造体とをさらに具備してもよい。
上記支持部は、上記振動子を支持する。上記連結部は、上記振動子と上記支持部との間を弾性的に連結する。上記電極構造体は、上記連結部に設けられ、上記第１の面に平行な面内における上記支持部に対する上記振動子の相対移動を静電的に検出することが可能に構成される。
これにより、電極構造体の静電容量の変化に基づいて振動子に作用する上記面内方向の加速度を検出することができる。

上記圧電デバイスは、第２の圧電検出部をさらに具備してもよい。
上記第２の圧電検出部は、上記第１の面に配置され、上記第１の面に垂直な面内における上記振動子の振動を検出することが可能に構成される。
これにより、第２の圧電検出部によって振動子の軸回りに作用する角速度を検出することができる。

上記第１の溝部は、相互に平行に配列された複数の溝部で構成されてもよい。この場合、上記第１の電極対は、上記複数の溝部内にそれぞれ配置され相互に並列的に電気接続された複数組の電極対で構成される。上記第１の圧電体は、上記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される。
あるいは、上記第１の電極対は、上記第１の溝部内にそれそれぞれ配置され相互に並列的に電気接続された複数組の電極対で構成されてもよい。この場合、上記第１の圧電体は、上記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される。
これにより圧電駆動部の駆動力を向上させることができる。

上記第２の溝部は、相互に平行に配列された複数の溝部で構成されてもよい。上記第２の電極対は、上記複数の溝部内にそれぞれ配置され相互に直列的に電気接続された複数組の電極対で構成される。上記第２の圧電体は、上記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される。
あるいは、上記第２の電極対は、上記第２の溝部内にそれぞれ配置され相互に直列的に電気接続された複数組の電極対で構成されてもよい。この場合、上記第２の圧電体は、上記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される。
これにより第１の圧電検出部の検出電圧を向上させることができる。

本技術の一形態に係る電子機器は、圧電デバイスを具備する。上記圧電デバイスは、振動子と、圧電駆動部と、第１の圧電検出部とを有する。
上記振動子は、第１の面と、第１の溝部と、第２の溝部とを有する。上記第１の溝部は、第１の軸方向に沿って上記第１の面に形成される。上記第２の溝部は、上記第１の面に上記第１の溝部と平行に形成される。
上記圧電駆動部は、第１の電極対と、第１の圧電体とを有する。上記第１の電極対は、上記第１の溝部内に配置され、上記第１の軸方向と直交し上記第１の面に平行な第２の軸方向に相互に対向する。上記第１の圧電体は、上記第１の電極対の間に配置される。上記圧電駆動部は、上記第１の電極対間への電圧印加により上記振動子を上記第１の面に平行な面内で振動させることが可能に構成される。
上記第１の圧電検出部は、第２の電極対と、第２の圧電体とを有する。上記第２の電極対は、上記第２の溝部内に配置され、上記第２の軸方向に相互に対向する。上記第２の圧電体は、上記第２の電極対の間に配置される。上記第１の圧電検出部は、上記振動子の上記第１の面に平行な面内における振動を検出することが可能に構成される。

以上のように、本技術によれば、目的とする共振モードでの安定した発振を実現することができる。

本技術の第１の実施形態に係る圧電デバイスの構成を示す概略斜視図である。 上記第１の実施形態に係る圧電デバイスにおける圧電駆動部の構成を示すアーム部の要部断面図である。 上記第１の実施形態に係る圧電デバイスにおける圧電検出部の構成を示すアーム部の要部断面図である。 ｄ３１モードで駆動する圧電体の動作例を説明する図である。 上記第１の実施形態に係る圧電デバイスの典型的な動作例を示す要部斜視図である。 比較例に係る発振子の構成例を示す要部斜視図及び断面図である。 上記第１の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を説明する要部の工程断面図である。 本技術の第２の実施形態に係る圧電デバイスの概略斜視図及びその要部断面図である。 上記第２の実施形態に係る圧電デバイスの製造方法を説明する要部の工程断面図である。 本技術の第３の実施形態に係る圧電デバイスの構成を模式的に示す平面図である。 上記第３の実施形態に係る圧電デバイスの断面図である。 上記第３の実施形態に係る圧電デバイスの動作例を示す概略平面図である。 上記第３の実施形態に係る圧電デバイスの他の動作例を説明する要部の概略斜視図である。 本技術の第４の実施形態に係る圧電デバイスの構成を模式的に示す平面図である。 上記第４の実施形態に係る圧電デバイスの要部断面図である。 本技術の第５の実施形態に係る圧電デバイスにおける圧電駆動部の構成を示す要部平面図及びその等価回路図である。 上記第５の実施形態に係る圧電デバイスにおける圧電検出部の構成を示す要部平面図及びその等価回路図である。 上記第５の実施形態に係る圧電デバイスにおける圧電検出部の他の構成を示す要部平面図及びその等価回路図である。 上記第５の実施形態に係る圧電検出部の分極方法を説明する要部の工程平面図である。 上記圧電駆動部及び圧電検出部のその他の構成例を示す要部断面図である。 図２０Ｂに示す構造の製造方法を説明する工程断面図である。 図２０Ｃに示す構造の製造方法を説明する工程断面図である。 図２０Ｄに示す構造の製造方法を説明する工程断面図である。 本技術の第６の実施形態に係る圧電デバイスの構成を示す概略斜視図である。 上記第６の実施形態に係る圧電デバイスの入出力特性例を示す図である。 上記第３の実施形態に係る圧電デバイスの構成の変形例を示す概略平面図である。 上記圧電駆動部及び圧電検出部の構造の変形例を示す要部断面図である。 上記第５の実施形態に係る圧電駆動部及び圧電検出部の組み合わせ例を示す振動子の要部平面図である。 本技術の他の実施形態に係る圧電デバイスの概略斜視図である。 図２９におけるＡ１部の拡大断面図である。

本技術の一実施形態に係る圧電デバイスは、振動子と、圧電駆動部と、第１の圧電検出部とを具備する。
上記振動子は、第１の面と、第１の溝部と、第２の溝部とを有する。上記第１の溝部は、第１の軸方向に沿って上記第１の面に形成される。上記第２の溝部は、上記第１の面に上記第１の溝部と平行に形成される。
上記圧電駆動部は、第１の電極対と、第１の圧電体とを有する。上記第１の電極対は、上記第１の溝部内に配置され、上記第１の軸方向と直交し上記第１の面に平行な第２の軸方向に相互に対向する。上記第１の圧電体は、上記第１の電極対の間に配置される。上記圧電駆動部は、上記第１の電極対間への電圧印加により上記振動子を上記第１の面に平行な面内で振動させることが可能に構成される。
上記第１の圧電検出部は、第２の電極対と、第２の圧電体とを有する。上記第２の電極対は、上記第２の溝部内に配置され、上記第２の軸方向に相互に対向する。上記第２の圧電体は、上記第２の電極対の間に配置される。上記第１の圧電検出部は、上記振動子の上記第１の面に平行な面内における振動を検出することが可能に構成される。

以下、本技術に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本技術の第１の実施形態に係る圧電デバイスの構成を示す概略斜視図である。図においてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、相互に直交する３軸方向を示している。

［圧電デバイスの全体構成］
本実施形態の圧電デバイス１００は、基部１１０と、振動子１２０と、圧電駆動部１３１，１３２と、圧電検出部１４０（第１の圧電検出部）とを有する。圧電デバイス１００は、振動子１２０をＸ軸方向に沿って所定の共振周波数で発振させる発振デバイスとして構成され、例えばコンピュータ等の電子機器におけるクロック信号源として適用される。

基部１１０及び振動子１２０は相互に一体的に固定されており、例えば非圧電性材料である単結晶シリコン基板を図示する形状に微細加工することで形成される。基部１１０の一方の面（裏面）には、電子機器に搭載される回路基板ＣＢ上のランド部と電気的・機械的に接続される外部端子（図示略）が設けられている。基部１１０は、連結部１１１を介して振動子１２０を振動可能に支持する。

振動子１２０は、Ｙ軸方向に延在し、Ｘ軸方向に配列された複数本のアーム部を有する。本実施形態において振動子１２０は、第１のアーム部１２１と第２のアーム部１２２とを有する音叉型の振動子として構成される。第１のアーム部１２１及び第２のアーム部１２２はそれぞれＹ軸方向に延在し、Ｘ軸方向に所定の間隔をおいて配列されている。

振動子１２０は、Ｚ軸方向に相互に対向する（Ｘ軸及びＹ軸方向に平行な）表面１２０ａ（第１の面）及び裏面１２０ｂ（第２の面）を有する。本実施形態では、振動子１２０の表面１２０ａは基部１１０の表面と同一の平面で形成され、振動子１２０の裏面１２０ｂは基部１１０の裏面と同一の平面で形成される。

［圧電駆動部］
圧電駆動部１３１，１３２は、振動子１２０（第１及び第２のアーム部１２１，１２２）をＸＹ平面内で振動させることが可能に構成される。本実施形態において圧電駆動部１３１，１３２は、各アーム部１２１，１２２に設けられるが、少なくとも１つのアーム部に設けられていればよい。

圧電駆動部１３１は第１のアーム部１２１に設けられ、圧電駆動部１３２は第２のアーム部１２２に設けられる。圧電駆動部１３１，１３２はそれぞれ同一の構成を有し、第１の圧電素子１３ａと第２の圧電素子１３ｂとを含む。

図２は、圧電駆動部１３１の構成を示す第１のアーム部１２１の要部断面図である。第１の圧電素子１３ａは、第１のアーム部１２１の表面１２０ａに形成された溝部Ｔ１１（第１の溝部）の内部に配置され、第２の圧電素子１３ｂは、第１のアーム部１２１の表面１２０ａに形成された溝部Ｔ１２（第１の溝部）の内部に配置される。

溝部Ｔ１１，Ｔ１２はそれぞれ、Ｙ軸方向に沿って第１のアーム部１２１の表面１２０ａに形成される。溝部Ｔ１１，Ｔ１２のＸ軸方向に沿った幅寸法、Ｙ軸方向に沿った長さ方向及びＺ軸方向に沿った深さ寸法はそれぞれ同一とされ、それらの大きさは特に限定されず、振動条件等に応じて適宜設定可能である。本実施形態において溝部Ｔ１１，Ｔ１２は、第１のアーム部１２１の先端部から基部１１０に向かって所定の長さで形成されるとともに、第１のアーム部１２１の表面１２０ａから裏面１２０ｂに達する深さで形成される。

図２に示すように、第１の圧電素子１３ａは、一対の電極Ｅ１（第１の電極対）と、圧電層Ｐ１（第１の圧電体）との積層構造を有する。

一対の電極Ｅ１は、溝部Ｔ１１の内部に配置され、Ｘ軸方向に相互に対向する。各々の電極Ｅ１は、溝部Ｔ１１の各々の側面に絶縁膜Ｓ１を介して取り付けられる。圧電層Ｐ１は、一対の電極Ｅ１の間に配置される。圧電層Ｐ１は、ＹＺ平面に平行でありＹ軸方向に長手の２つの主面を有し、一方の主面は一方の電極Ｅ１に固定され、他方の主面は他方の電極Ｅ１に固定される。これにより溝部Ｔ１１の両側面は、第１の圧電素子１３ａによって被覆される。

第２の圧電素子１３ｂもまた、第１の圧電素子１３ａと同様に構成され、Ｘ軸方向に相互に対向する一対の電極Ｅ１と、電極Ｅ１間に配置された圧電層Ｐ１との積層構造を有する。これにより溝部Ｔ１２の両側面は、第２の圧電素子１３ｂによって被覆される。

一方、第２のアーム部１２２に設けられる圧電駆動部１３２も、上述と同様に構成される。すなわち図１に示すように、第２のアーム部１２２の表面１２０ａにはＹ軸方向に沿って２つの溝部Ｔ１１，Ｔ１２が形成されており、これら溝部Ｔ１１，Ｔ１２の内部に第１の圧電素子１３ａ及び第２の圧電素子１３ｂがそれぞれ配置される。

図１に示すように、第１及び第２の圧電駆動部１３１，１３２において、第１の圧電素子１３ａは、各アーム部１２１，１２２の軸心位置よりも内縁側に配置され、第２の圧電素子１３ｂは、各アーム部１２１，１２２の軸心位置よりも外縁側に配置される。

電極Ｅ１は、典型的には、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属材料で構成される。圧電層Ｐ１は、典型的には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されるが、これ以外にも、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＫＮｂＯ₃（ニオブ酸カリウム）、Ｂｉ（Ｚｒ／Ｔｉ）Ｏ₃（チタン酸ジルコン酸ビスマス）のほか、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）（フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのコポリマ）等の有機強誘電体で構成されてもよい。絶縁膜Ｓ１は、典型的にはシリコン酸化膜で構成されるが、これ以外にもシリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜（アルミナ）等で構成されてもよい。

圧電駆動部１３１，１３２は、圧電層Ｐ１の逆圧電効果により振動子１２０（第１及び第２のアーム部１２１，１２２）をその表面１２０ａと平行な平面（ＸＹ平面）内で振動させることが可能に構成される。第１及び第２の圧電素子１３ａ，１３ｂは、例えば回路基板ＣＢ上に搭載された図示しない自励発振回路に接続される。自励発振回路は、例えば移相回路、ＡＧＣ（オートゲインコントローラ）等を含み、圧電検出部１４０からの検出信号に基づいて圧電駆動部１３１，１３２へ供給される駆動信号を生成する。

本実施形態では、第１の圧電素子１３ａと第２の圧電素子１３ｂとに相互に逆位相の交流電圧が印加されることで、第１の圧電素子１３ａの圧電層Ｐ１と第２の圧電素子１３ｂの圧電層Ｐ１とが相互に逆位相で伸縮する。これにより両アーム部１２１，１２２が相互に逆方向に発振される（図５Ａ，Ｂ）。

［圧電検出部］
圧電検出部１４０は、ＸＹ平面内における振動子１２０（第１及び第２のアーム部１２１，１２２）の振動を検出することが可能に構成される。本実施形態において圧電検出部１４０は、各アーム部１２１，１２２に設けられるが、少なくとも１つのアーム部に設けられていればよい。

圧電検出部１４０は、振動子１２０の表面１２０ａに形成された一対の溝部Ｔ１３（第２の溝部）及びこれらを連結する溝部Ｔ１４の内部に配置される。

図１に示すように、一対の溝部Ｔ１３は、Ｙ軸方向に沿って第１のアーム部１２１及び第２のアーム部１２２の表面１２０ａにそれぞれ同一の長さで形成される。本実施形態では、一対の溝部Ｔ１３は、各アーム部１２１，１２２の長さ方向中央部から基部１１０に向かって延びる。溝部Ｔ１４は、これら溝部Ｔ１３の基部１１０側終端を連結するようにＸ軸方向に沿って形成される。なお溝部Ｔ１４は、必要に応じて省略されてもよい。

溝部Ｔ１３，Ｔ１４はそれぞれ同一の幅、深さで形成され、本実施形態では、溝部Ｔ１１，Ｔ１２と同様に振動子１２０の表面１２０ａから裏面１２０ｂに到達する深さで溝部Ｔ１３，Ｔ１４が形成される。

図３は、圧電検出部１４０の構成を示す第１のアーム部１２１の要部断面図である。圧電検出部１４０は、一対の電極Ｅ２（第２の電極対）と、圧電層Ｐ２（第２の圧電体）との積層構造を有する。

一対の電極Ｅ２は、溝部Ｔ１３，Ｔ１４の内部に配置され、溝部Ｔ１３の内部においてはＸ軸方向に相互に対向し、溝部Ｔ１４の内部においてはＹ軸方向に相互に対向する。各電極Ｅ２は、溝部Ｔ１３，Ｔ１４各々の側面に絶縁膜Ｓ２を介して取り付けられる。圧電層Ｐ２は、一対の電極Ｅ２の間に配置される。圧電層Ｐ２は、溝部Ｔ１３の内部においてはＹＺ平面に平行でありＹ軸方向に長手の２つの主面を有し、溝部Ｔ１４の内部においてはＸＺ平面に平行でありＸ軸方向に長手の２つの主面を有する。圧電層Ｐ２の一方の主面は一方の電極Ｅ２に固定され、他方の主面は他方の電極Ｅ２に固定される。これにより溝部Ｔ１３，Ｔ１４の両側面は、圧電検出部１４０によって被覆される。

電極Ｅ２は、典型的には、Ｔｉ（チタン）、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）、Ａｕ（金）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）等の金属材料で構成される。圧電層Ｐ２は、典型的には、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）で構成されるが、これ以外にも、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＫＮｂＯ₃（ニオブ酸カリウム）、Ｂｉ（Ｚｒ／Ｔｉ）Ｏ₃（チタン酸ジルコン酸ビスマス）のほか、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ）（フッ化ビニリデンと三フッ化エチレンのコポリマ）等の有機強誘電体で構成されてもよい。絶縁膜Ｓ２は、典型的にはシリコン酸化膜で構成されるが、これ以外にもシリコン窒化膜、アルミニウム酸化膜（アルミナ）等で構成されてもよい。

圧電検出部１４０は、圧電層Ｐ２の圧電効果により生じる電位差を一対の電極Ｅ２を介して検出することで、振動子１２０（第１及び第２のアーム部１２１，１２２）の振動を検出することが可能に構成される。圧電検出部１４０は、例えば回路基板ＣＢ上に搭載された上記自励発振回路に接続され、当該自励発振回路へ圧電検出部１４０の検出信号が出力される。

本実施形態では、第１及び第２のアーム部１２１，１２２が相互に逆方向に励振されるとともに、圧電検出部１４０が各アーム部１２１，１２２に共通に構成される。これにより１つの圧電検出部１４０によって両アーム部１２１，１２２の変形量の総和に相当する電位を検出することが可能となる。

なお図示せずとも、基部１１０及び振動子１２０の表面１２０ａあるいは裏面１２０ｂには、振動子１２０に設けられた圧電駆動部１３１，１３２及び圧電検出部１４０と回路基板ＣＢとをそれぞれ電気的に接続する配線パターンが形成されている。

［圧電層］
圧電駆動部１３１，１３２における圧電層Ｐ１は、電圧の印加方向に分極処理が施されており、これにより電圧印加方向に対して直交する方向に伸縮する。一方、圧電検出部１４０における圧電層Ｐ２は、その面内方向に作用する伸縮応力を電極Ｅ２間の電位信号に変換する。このような圧電特性の性能指数として代表的なものは圧電定数ｄ３１であり、上記のような圧電層の駆動モードは「ｄ３１モード」として知られる。

図４Ａ，Ｂは、このような圧電特性を有する圧電層の動作例を説明する図である。図中黒矢印は応力方向、白矢印は電圧印加方向を示している。

一対の電極Ｅ間に挟まれた圧電層Ｐは、その厚み方向へ電圧が印加されることで上記厚み方向に直交する面内方向に応力を発生させる。応力の向きは、圧電層Ｐに印加される電場の向きで決まる。典型的には、一方の電極Ｅが基準電位（例えばグランド電位）に接続される。そして他方の電極Ｅに、例えば＋極性の電圧が印加されると圧電層Ｐには面内方向に伸びるような引張り応力が発生し、−極性の電圧が印加されると圧電層Ｐには面内方向に縮むように圧縮応力が発生する。したがって当該他方の電極Ｅに交流電圧が印加されることで、圧電層Ｐの面内には周期的な伸縮応力が発生する。

圧電層Ｐが一軸方向に長辺を有する短冊形状に形成されている場合、圧電層Ｐの伸縮応力は主としてその長辺方向に作用する。本実施形態においても第１及び第２の圧電素子１３ａ，１３ｂは、各アーム部１２１，１２２の延在方向に長辺を有する短冊形状に形成されており、圧電層Ｐ１の膜面が各アーム部１２１，１２２の振動方向に直交するように配置されている。このため、圧電層Ｐ１の伸縮応力は、各アーム部１２１，１２２の長手方向に制限される。

［圧電デバイスの典型的な動作］
図５Ａ，Ｂは、本実施形態の圧電デバイス１００の典型的な動作例を示す要部斜視図である。

圧電デバイス１００は、回路基板ＣＢ上の自励発振回路から圧電駆動部１３１，１３２へ所定周波数の交流電圧が印加されることで、振動子１２０（第１のアーム部１２１及び第２のアーム部１２２）をＸＹ平面内において振動させる。振動子１２０の発振周波数はアーム部１２１，１２２の固有振動数に基づいて設定されており、これにより振動子１２０は当該固有振動数で共振する発振子として機能する。

本実施形態では上述のように、圧電駆動部１３１，１３２各々の第１の圧電素子１３ａ及び第２の圧電素子１３ｂに相互に逆位相の駆動信号が入力される。このため第１の圧電素子１３ａと第２の圧電素子１３ｂは、各々の圧電層Ｐ１の伸縮動作が逆となる。したがって第１の圧電素子１３ａがＹ軸方向に縮み、かつ第２の圧電素子１３ｂがＹ軸方向に伸びることで両アーム部１２１，１２２は相互に近接する方向へ変形する（図５Ａ）。反対に、第１の圧電素子１３ａがＹ軸方向に伸び、かつ第２の圧電素子１３ｂがＹ軸方向に縮むことで両アーム部１２１，１２２は相互に離間する方向へ変形する（図５Ｂ）。

圧電検出部１４０は、振動子１２０の振動状態に応じた検出信号を上記自励発振回路へ出力する。自励発振回路は圧電検出部１４０からの検出信号に基づいて駆動信号を生成し、圧電駆動部１３１，１３２へ出力する。これにより振動子１２０はその固有振動周波数で自励発振をおこなう。

本実施形態の圧電デバイス１００においては、圧電駆動部１３１，１３２の圧電層Ｐ１への電圧印加方向と振動子１２０の励振方向とが一致するように構成されている。これにより振動子１２０をＸＹ平面内で安定に発振させることができるとともに、ＸＹ平面内での振動子の振動を圧電検出部１４０によって高精度に検出することができる。

以下、本実施形態の上記作用を比較例に係る発振子の構造と比較して説明する。

図６Ａは比較例に係る発振子１５０の構成例を示す要部斜視図である。発振子１５０は、第１及び第２のアーム部１６１，１６２を含む振動子１６０をＸＹ平面内で発振させる駆動部として、各アーム部１６１，１６２の表面１６０ａの外縁側に各々配置された一対の圧電駆動部１７１，１７２を有する。

圧電駆動部１７１，１７２はそれぞれ同一の構成を有し、一対の電極Ｅ３と、一対の電極Ｅ３間に配置された圧電層Ｐ３との積層構造を有する。図６Ｂは、圧電駆動部１７１の構成を示す第１のアーム部１６１の要部断面図である。圧電駆動部１７１，１７２は、Ｙ軸方向に長辺を有する短冊状に形成され、第１及び第２のアーム部１６１，１６２の表面１６０ａに配置される。圧電層Ｐ３は一対の電極Ｅ３を介してＺ軸方向に交流電圧が印加されることで、図６Ａにおいて黒矢印方向で示すＹ軸方向に伸縮するように構成される。

図６Ａ，Ｂに示す発振子１５０においては、各アーム部１６１，１６２をＸＹ平面内で振動させるために、圧電駆動部１７１，１７２が各アーム部１６１，１６２の外縁側に沿って配置されている。これにより各アーム部１６１，１６２は、図中白矢印で示すように、Ｘ軸方向に相互に近接する方向への変形と相互に離間する方向への変形とを交互に繰り返すことが可能となるが、これらの変形と同時にＸＹ平面に垂直な方向（Ｚ軸方向）への振動も誘発され、結果的にこれらの合成方向となる斜め方向に励振される。

上述のように比較例に係る発振子１５０においては、圧電層Ｐ３の膜面が振動子１２０の励振方向に平行に配置されているため、目的とするＸ軸方向への振動モードだけでなく、目的としないＺ軸方向への振動モードも発現してしまう。したがって比較例に係る発振子１５０においては、目的とする振動方向に沿った共振モードで安定に発振させることが難しかった。また安定動作をさせるために発振回路などに工夫が必要となり、これにより回路規模が大きくなるという問題もあった。

さらに比較例に係る発振子１５０において、振動子１６０の振動を検出する圧電検出部は、典型的には、検出用の圧電層をその膜面が振動子１６０の表面に平行に配置される。このため、各アーム部１６１，１６２のＸ軸方向への振動だけでなく、Ｘ軸方向の振動をも検出してしまうため、ＸＹ平面内における振動子１６０の変位に対しての十分な検出信号をとりにくいという問題がある。

これに対して本実施形態の圧電デバイス１００においては、圧電駆動部１３１，１３２各々の圧電層Ｐ１の膜面が目的とする振動子１２０の振動方向（Ｘ軸方向）に直交するように配置されている。このため本実施形態によれば、振動子１２０のＺ軸方向への不要な固有振動モードでの発振を制限でき、振動子１２０のＸＹ平面内での安定した発振動作を実現することができる。また、圧電検出部１４０によってＸＹ平面内における各アーム部１２１，１２２の変位に対しての十分な信号が得られ、これにより検出精度を向上させることができる。

［圧電デバイスの製造方法］
次に、本実施形態の圧電デバイス１００の製造方法について説明する。圧電デバイス１００は、ＭＥＭＳ技術を用いて作製される。図７Ａ〜Ｄは、圧電デバイス１００の製造方法の説明図であって、圧電駆動部１３１の作製工程を示している。

図７Ａは、絶縁膜Ｓ１、電極Ｅ１及び圧電層Ｐ１の形成工程を示している。本実施形態の圧電デバイス１００は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用いて作製される。典型的には、２枚の単結晶シリコン基板Ｌ１，Ｌ２をシリコン酸化膜からなる中間層Ｌ３を介して貼り合わせたＳＯＩ基板が構成される。そして一方のシリコン基板Ｌ１に図示しないレジストマスクを介してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を施すことでアーム部１２１，１２２の形成領域内に溝部Ｔ１１，Ｔ１２が形成される。この場合、中間層Ｌ３は、エッチングストッパ層として機能する。

溝部Ｔ１１，Ｔ１２の形成後、溝部Ｔ１１，Ｔ１２の両側面を被覆する絶縁膜Ｓ１が形成される。絶縁膜Ｓ１は、シリコン基板Ｌ１の熱酸化膜であってもよいし、ＣＶＤ法、スパッタ法等で成膜されてもよい。溝部Ｔ１１，Ｔ１２の底部を被覆する一部の絶縁膜Ｓ１は、エッチングにより除去される。次に、電極Ｅ１を構成する金属膜がスパッタ法、めっき法等によって成膜される。溝部Ｔ１１，Ｔ１２の底部を被覆する一部の金属膜は、ドライエッチングなどの異方性エッチングにより除去される。

続いて圧電層Ｐ１がスパッタ法、ＰＬＤ（パルスレーザアブレーション）法、ゾルゲル法等によって成膜される。圧電層Ｐ１は、溝部Ｔ１１，Ｔ１２の内部に充填されるように形成されるが、これに限られない。シリコン基板Ｌ１上の絶縁膜Ｓ１、金属膜（電極Ｅ１）及び圧電層Ｐ１はこの順番で積層された後、所定形状にパターニングされる。

次に図７Ｂに示すように、シリコン基板Ｌ１上の溝部Ｔ１１，Ｔ１２以外の領域を被覆する圧電層Ｐ１を除去する。この工程ではＣＭＰ法やエッチバック法等の適宜の平坦化手法が採用可能である。このとき溝部Ｔ１１の一側面と溝部Ｔ１２の一側面とを相互に連結するように絶縁膜Ｓ１及び電極Ｅ１が形成される。

続いて図７Ｃに示すように、シリコン基板Ｌ１に図示しないレジストマスクを介してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を施すことで、圧電デバイス１００の外形とアーム部１２１，１２２が形成される。この場合も、中間層Ｌ３は、エッチングストッパ層として機能する。そして図７Ｄに示すように、シリコン基板Ｌ１からシリコン基板Ｌ２と中間層Ｌ３とを除去することで、圧電駆動部１３１を構成する第１及び第２の圧電素子１３ａ，１３ｂが作製される。

第２のアーム部１２２に設けられる圧電駆動部１３２もまた、上述と同様の工程を経て作製される。典型的には、圧電駆動部１３１，１３２は同一工程で作製される。また圧電検出部１４０もまた、圧電駆動部１３１，１３２と同様の工程を経て製造される。この場合も、圧電検出部１４０は、圧電駆動部１３１，１３２と同一の材料を用いて圧電駆動部１３１，１３２の作製と同時に作製可能である。

＜第２の実施形態＞
図８は、本技術の第２の実施形態に係る圧電デバイスの概略斜視図及びその要部断面図である。以下、第１の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については同様の符号を付しその説明を省略または簡略化する。

本実施形態の圧電デバイス２００は、振動型ジャイロセンサ（角速度センサ）として構成され、例えばカメラやカーナビゲーションシステム等の電子機器における手振れ補正用センサあるいは方向検知センサとして適用される。

本実施形態の圧電デバイス２００は、第１及び第２のアーム部１２１，１２２の表面１２０ａに第２の圧電検出部１４１，１４２がそれぞれ配置されている。第２の圧電検出部１４１，１４２は、表面１２０ａに垂直な面（ＹＺ平面）内における各アーム部１２１，１２２の振動を検出することが可能に構成される。

第２の圧電検出部１４１，１４２はそれぞれ同一の構成を有しており、下部電極層Ｅ４１（第１の電極層）と圧電層Ｐ４と上部電極層（第２の電極層）Ｅ４２との積層体で構成される。第２の圧電検出部１４１，１４２は、Ｙ軸方向に長辺を有する短冊形状に形成され、圧電層の膜面が振動子１２０の表面１２０ａに平行に形成される。

下部電極層Ｅ４１は、各アーム部１２１，１２２の表面１２０ａに配置される。本実施形態では、アーム部１２１，１２２が半導体材料（単結晶シリコン）で構成されているため、下部電極層Ｅ４１は絶縁層Ｓ４を介して表面１２０ａに配置される。上部電極層Ｅ４２は、表面１２０ａとは垂直な方向（Ｚ軸方向）に下部電極層Ｅ４１と対向する。圧電層Ｐ４は、下部電極層Ｅ４１と上部電極層Ｅ４２との間に配置される。

圧電層Ｐ４は、Ｚ軸方向に分極処理が施されており、Ｙ軸方向に沿った圧縮応力あるいは引張り応力を受けることで電極層Ｅ４１，４２の間に所定の電位差を生じさせる。例えば、アーム部１２１，１２２のいずれかが＋Ｚ方向に変形したときは圧電層Ｐ４がＹ軸方向に縮み、−Ｚ方向に変形したときは圧電層Ｐ４がＹ軸方向に伸びる。電極層Ｅ４１，Ｅ４２間の電位の極性は、圧電層Ｐ４のＹ軸方向に沿った伸縮方向で定まる。電極層Ｅ４１，Ｅ４２は、回路基板ＣＢ上の角速度検出回路（図示略）に電気的に接続される。典型的には、電極層Ｅ４１、Ｅ４２の一方が基準電位（例えばグランド電位あるいは所定のオフセット電位）に接続される。

電極層Ｅ４１，Ｅ４２は、例えば、圧電駆動部１３１，１３２における電極Ｅ１あるいは第１の圧電検出部１４０における電極Ｅ２と同一の材料で構成される。圧電層Ｐ４もまた、例えば、圧電駆動部１３１，１３２における圧電層Ｐ１あるいは第１の圧電検出部１４０における圧電層Ｐ２と同一の材料で構成される。

本実施形態において第２の圧電検出部１４１，１４２は、各アーム部１２１，１２２の軸心に沿って表面１２０ａに配置される。第２の圧電検出部１４１，１４２のＹ軸方向に沿った長さ（長辺の長さ）は特に限定されず、各アーム部１２１，１２２のＺ軸方向に沿った変位を検出できる長さであればよい。

以上のように構成される本実施形態の圧電デバイス２００においては、上述の第１の実施形態と同様に、圧電駆動部１３１，１３２及び第１の圧電検出部１４０により各アーム部１２１，１２２がＸＹ平面内において自励発振する。この状態において振動子１２０にそのＹ軸回りの角速度が作用すると、各アーム部１２１，１２２はコリオリ力によりＺ軸方向に変形し、その変形量に応じた電圧信号が第２の圧電検出部１４１，１４２から上記角速度検出回路へ出力される。これにより圧電デバイス２００に作用するＹ軸回りの角速度が検出される。

本実施形態によれば、各アーム部１２１，１２２のＸＹ平面内における安定した発振動作を実現することができるため、各アーム部１２１，１２２に作用するＺ軸方向に沿ったコリオリ力、すなわちＹ軸回りの角速度の検出精度を高めることができる。

図９Ａ〜Ｄは、圧電デバイス２００の製造方法の説明図であって、圧電駆動部１３１及び第２の圧電検出部１４１の作製工程を示している。第２の圧電検出部１４１は、圧電駆動部１３１の作製過程で作製される。

本実施形態では、図９Ａに示すように電極Ｅ１を構成する金属膜の一部が下部電極層Ｅ４１として構成され、上部電極層Ｅ４２が圧電層Ｐ１の上に成膜される。各層をパターニングした後、図９Ｂに示すように圧電層Ｐ１が一部を除いてエッチングされることで、圧電層Ｐ４が形成される。電極Ｅ１を構成する金属膜は、電極Ｅ１の形成領域と下部電極層Ｅ４１の形成領域とを区画するように絶縁分離される。その後、図９Ｃに示すようにアーム部１２１，１２２の形状加工が施され、さらに図９Ｄに示すようにシリコン基板Ｌ２及び中間層Ｌ３が除去される。

第２のアーム部１２２に設けられる第２の圧電検出部１４２もまた、上述と同様の工程を経て作製される。典型的には、第２の圧電駆動部１４１，１４２は同一工程で作製される。

＜第３の実施形態＞
図１０は、本技術の第３の実施形態に係る圧電デバイスの構成を模式的に示す平面図であり、図１１はその断面図である。

本実施形態の圧電デバイス３００は、振動型ジャイロセンサ（角速度センサ）として構成され、例えばカメラやカーナビゲーションシステム等の電子機器における手振れ補正用センサあるいは方向検知センサとして適用される。

［振動子］
本実施形態の圧電デバイス３００は、振動子３２０を有し、振動子３２０は、環状のフレーム体３３０と、複数の振り子部３４０とを有する。

フレーム体３３０は、ａ軸方向に横方向、ｂ軸方向に縦方向、ｃ軸方向に厚み方向を有する。一方、図１０において、ａ軸に平行な軸方向にＹ軸が設定され、ｂ軸に平行な方向にＸ軸が設定される。Ｚ軸方向は、ｃ軸方向と平行な軸方向である。

フレーム体３３０の各辺は、振動梁として機能し、ａ軸方向に相互に平行に延在する第１の梁３１ａ，３１ｂの組と、ａ軸方向に直交するｂ軸方向に、相互に平行に延在する第２の梁３２ａ，３２ｂの組とを含む。第１及び第２の梁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂは、それぞれ同一の長さ、幅及び厚みを有しており、フレーム体３３０の外観は、中空の正方形状を有している。

フレーム体３３０の四隅に相当する部位には、第１の梁３１ａ，３１ｂと第２の梁３２ａ，３２ｂとの間を接続する接続部３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄがそれぞれ形成されている。第１の梁３１ａ，３１ｂ及び第２の梁３２ａ，３２ｂの両端は、接続部３３ａ〜３３ｄによってそれぞれ支持される。フレーム体３３０は、接続部３３ａ〜３３ｄに形成された複数の支持部３４を介して、図示しない回路基板に対してＸＹ平面内において振動可能に固定されている。

複数の振り子部３４０は、第１の振り子部４１ａ，４１ｂと、第２の振り子部４２ａ，４２ｂとを有する。第１の振り子部４１ａ，４１ｂは、相互に対角関係にある１組の接続部３３ａ，３３ｃにそれぞれ形成されており、その対角線方向に沿ってフレーム体３３０の内側に延在している。第２の振り子部４２ａ，４２ｂは、相互に対角関係にある他の１組の接続部３３ｂ，３３ｄにそれぞれ形成されており、その対角線方向に沿ってフレーム体３３０の内側に延在している。第１及び第２の振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのそれぞれの一端は、接続部３３ａ〜３３ｄに固定され、それぞれの他端は自由端とされ、フレーム体３３０の中央付近に配置された振動錘として機能する。また、接続部３３ａ〜３３ｄに固定される一端と他端との間を、それぞれアーム部Ｍとする。

第１の梁３１ａ，３１ｂ、第２の梁３２ａ，３２ｂ、接続部３３ａ〜３３ｄ、第１の振り子部４１ａ，４１ｂ、第２の振り子部４２ａ，４２ｂ及び複数の支持部３４は、それぞれ一体的に形成されており、例えば非圧電性材料である単結晶シリコン基板を微細加工することで作製される。

［圧電駆動部］
圧電デバイス３００は、フレーム体３３０を振動させる駆動部として、第１の梁３１ａ，３１ｂにそれぞれａ軸方向に沿って設けられた第１の圧電駆動部３５１と、第２の梁３２ａ，３２ｂにそれぞれｂ軸方向に沿って設けられた第２の圧電駆動部３５２とを有する。図１０においては、理解を容易にするため、第１及び第２の圧電駆動部３５１，３５２をそれぞれ異なる種類のハッチングで示す。

第１及び第２の圧電駆動部３５１，３５２は、第１の実施形態において説明した第１及び第２の圧電素子１３ａ，１３ｂ（図２）と同様に構成され、一対の電極と当該一対の電極間に配置された圧電層との積層構造を有する。本実施形態において第１の圧電駆動部３５１は、ａ軸方向に長辺を有する短冊状に形成され、その圧電層の膜面がｂ軸方向に直交するように、第１の梁３１ａ，３１ｂに配置される。第２の圧電駆動部３５２は、ｂ軸方向に長辺を有する短冊形状を有し、その圧電層の膜面がａ軸方向に直交するように、第２の梁３２ａ，３２ｂに配置される（図１１）。

第１及び第２の圧電駆動部３５１，３５２はそれぞれ同一の構成を有し、そのｃ軸方向に沿った幅寸法がフレーム体３３０のｃ軸方向に沿った厚み寸法と同一の大きさに形成される。第１の圧電駆動部３５１は、第１の梁３１ａ，３１ｂの表面にａ軸方向に沿って形成された溝部内に配置され、第２の圧電駆動部３５２は、第２の梁３２ａ，３２ｂの表面にｂ軸方向に沿って形成された溝部内に配置される。上記各溝部は、各梁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂの軸心位置よりもフレーム体３３０の外周側に設けられる。

第１及び第２の圧電駆動部３５１，３５２はそれぞれ自励発振回路（図示略）に接続され、相互に逆位相の交流電圧が印加されるように構成される。第１及び第２の圧電駆動部３５１，３５２は、入力電圧の極性に応じて長辺方向に伸縮し、その変形の駆動力で梁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを振動させる。変形の方向は、入力電圧の極性で制御される。第１及び第２の圧電駆動部３５１，３５２は、第１の梁３１ａ，３１ｂの組及び第２の梁３２ａ，３２ｂの組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、一方の組が離間したときに他方の組が近接する振動モードでフレーム体３３０をＸＹ平面内で振動させる。

［第１の圧電検出部］
圧電デバイス３００は、フレーム体３３０のＸＹ平面内における振動を検出するための第１の圧電検出部３６１をさらに有する。本実施形態において第１の圧電検出部３６１は第２の梁３２ａ，３２ｂにそれぞれ設けられる。

第１の圧電検出部３６１は、第１の実施形態において説明した圧電検出部１４０（図３）と同様に構成され、一対の電極と当該一対の電極間に配置された圧電層との積層構造を有する。本実施形態において第１の圧電検出部３６１はそれぞれ、ｂ軸方向に長辺を有する短冊状に形成され、その圧電層の膜面がａ軸方向に直交するように、第２の梁３２ａ，３２ｂに配置される（図１１）。

第１の圧電検出部３６１はそれぞれ同一の構成を有し、そのｃ軸方向に沿った幅寸法がフレーム体３３０のｃ軸方向に沿った厚み寸法と同一の大きさに形成される。第１の圧電検出部３６１は、第２の梁３２ａ，３２ｂの表面にｂ軸方向に沿って形成された溝部内にそれぞれ配置される。上記各溝部は、第２の梁３２ａ，３２ｂの軸心位置よりもフレーム体３３０の内周側に設けられる。

第１の圧電検出部３６１はそれぞれ自励発振回路（図示略）に接続され、第２の梁３２ａ，３２ｂのａ軸方向に沿った変位量に対応する電気信号を上記自励発振回路へ出力する。上記自励発振回路は、第１の圧電検出部３６１の出力に基づいて、圧電駆動部３５１，３５２へ供給する駆動信号を生成する。これによりＸＹ平面内におけるフレーム体３３０の安定した自励発振を実現することができる。

圧電デバイス３００は、第１の角速度検出部３６２ａ，３６２ｂ，３６２ｃ，３６２ｄを有する。第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄは、フレーム体３３０の接続部３３ａ〜３３ｄにそれぞれ設けられ、フレーム体３３０の内周縁部に沿ってほぼ直角に屈曲した形状を有している。第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄは、上記振動モードで振動するフレーム体３３０に作用するＺ軸回りの角速度を検出可能に構成される。

第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄは、第１の圧電検出部３６１と同様に、一対の電極と当該一対の電極間に配置された圧電層との積層構造を有する。本実施形態において第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄはそれぞれ、ａ軸及びｂ軸方向に長辺を有する短冊状に形成され、その圧電層の膜面がｂ軸及びａ軸方向に直交するように、接続部３３ａ〜３３ｄに配置される。

第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄはそれぞれ同一の構成を有し、そのｃ軸方向に沿った幅寸法がフレーム体３３０のｃ軸方向に沿った厚み寸法と同一の大きさに形成される。第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄは、接続部３３ａ〜３３ｄの表面に形成された溝部内にそれぞれ配置される。上記各溝部は、第１の梁３１ａ，３１ｂ及び第２の梁３２ａ，３２ｂの軸心位置よりもフレーム体３３０の内周側に設けられる。

第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄはそれぞれ角速度検出回路（図示略）に接続され、接続部３３ａ〜３３ｄのＸＹ平面内における歪みを検出する。図１２は、Ｚ軸回りに角速度が作用したフレーム体３３０のある瞬間におけるフレーム体３３０の変形の様子を概略的に示す平面図である。なお説明を分かりやすくするため、フレーム体３３０の形状及び変形の様子はやや誇張して示している。

図１２に示すように、上記振動モードで基本振動をするフレーム体３３０にＺ軸を中心とする時計回り方向の角速度が作用すると、フレーム体３３０内の各点（梁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂ、振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ）には、Ｚ軸と直交するＸＹ平面内において、上記各点のその瞬間における移動方向（振動方向）と時計回り方向へ９０度をなす方向に当該角速度の大きさに比例したコリオリ力が発生する。すなわち、コリオリ力の向きは、図１２に示すように当該コリオリ力が作用する点の上記瞬間における振動の方向によって決まる。これにより、フレーム体３３０は、正方形状から概略平行四辺形状となるように、ＸＹ平面内において、ひしゃげられる（歪む）。

なお、図１２は、Ｚ軸を中心として時計まわりに所定の角速度が作用したときの様子を示している。なお、角速度の向きが反対（反時計まわり）の場合は、各点に作用するコリオリ力の向きも反対となる。

第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄは、角速度が生じたときの接続部３３ａ〜３３ｂの変形量及び変形方向に応じた電気信号を上記角速度検出回路へ出力する。上記角速度検出回路は、第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄの検出信号に基づいて、Ｚ軸回りの角速度の大きさ及び方向を検出する。

第１の圧電検出部３６１は、第２の梁３２ａ，３２ｂに各々設けられたが、これに限られず、いずれか一方の梁にのみ設けられてもよい。また、第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄにおいてもフレーム体３３０の振動状態を検出することができるため、第１の圧電検出部３６１の機能を第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄで実現することも可能である。

［第２の圧電検出部］
圧電デバイス３００は、第２の角速度検出部３７１ａ，３７１ｂ，３７２ａ，３７２ｂ（第２の圧電検出部）を有する。第２の角速度検出部３７１ａ，３７１ｂ，３７２ａ，３７２ｂは、振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの各アーム部Ｍに設けられ、上記振動モードで振動するフレーム体３３０に作用するＸ軸及びＹ軸回りの角速度を検出可能に構成される。

第２の角速度検出部３７１ａ，３７１ｂ，３７２ａ，３７２ｂは、第２の実施形態において説明した第２の圧電検出部１４１（図８）と同様に構成され、一対の電極と当該一対の電極間に配置された圧電層との積層構造を有する。本実施形態において第２の角速度検出部３７１ａ，３７１ｂ，３７２ａ，３７２ｂはそれぞれアーム部Ｍの長手方向に長辺を有する短冊状に形成され、その圧電層の膜面がｃ軸方向に直交するように、各アーム部Ｍの表面に配置される。

第１の角速度検出部３６２ａ〜３６２ｄはそれぞれ上記角速度検出回路に接続され、振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂのｃ軸方向に沿った変形を検出する。図１３Ａは、フレーム体３３０にＸ軸回りの角速度が作用したときの振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの振動形態を説明する概略斜視図である。一方、図１３Ｂは、フレーム体３３０にＹ軸回りの角速度が作用したときの振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂの振動形態を説明する概略斜視図である。

上記振動モードで基本振動をするフレーム体３３０にＸ軸まわりの角速度が作用すると、図１３Ａに示すように各振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力Ｆ１がそれぞれ発生する。これにより、Ｘ軸方向に隣接する一方の振り子部４１ａ及び振り子部４２ｂの組は、コリオリ力Ｆ１によりＺ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が第２の角速度検出部３７１ａ，３７２ｂによって各々検出される。また、Ｘ軸方向に隣接する他方の振り子部４２ａ，４１ｂの組は、コリオリ力Ｆ１によりＺ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が第２の角速度検出部３７２ａ，３７１ｂによって各々検出される。

一方、上記基本振動をするフレーム体３３０にＹ軸まわりの角速度が作用すると、図１３Ｂに示すように各振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂにその瞬間での振動方向と直交する方向のコリオリ力Ｆ２がそれぞれ発生する。これにより、Ｙ軸方向に隣接する一方の振り子部４１ａ及び振り子部４２ａの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の負の方向へ変形し、それらの変形量が第２の角速度検出部３７１ａ，３７２ａによって各々検出される。また、Ｙ軸方向に隣接する他方の振り子部４１ｂ，４２ｂの組は、コリオリ力Ｆ２によりＺ軸の正の方向へ変形し、それらの変形量が第２の角速度検出部３７１ｂ，３７２ｂによって各々検出される。

Ｘ軸及びＹ軸に各々斜めに交差する方向の軸まわりに角速度が生じた場合にも上述と同様な原理で角速度が検出される。すなわち、各振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、当該角速度のＸ方向成分及びＹ方向成分に応じたコリオリ力によって変形し、それらの変形量が第２の角速度検出部３７１ａ，３７１ｂ，３７２ａ，３７２ｂによって各々検出される。上記角速度検出回路は、これら第２の角速度検出部の出力に基づいて、Ｘ軸まわりの角速度及びＹ軸まわりの角速度をそれぞれ抽出する。これにより、ＸＹ平面に平行な任意の軸まわりの角速度を検出することができる。

＜第４の実施形態＞
図１４は、本技術の第４の実施形態に係る圧電デバイスの構成を模式的に示す平面図であり、図１５はその要部の断面図である。

本実施形態の圧電デバイス４００は、振動型ジャイロセンサ（角速度センサ）及び加速度センサとして構成され、例えばカメラやカーナビゲーションシステム等の電子機器における手振れ補正用センサあるいは方向検知センサとして適用される。

圧電デバイス４００は、振動子４２０と、振動子４２０を支持する支持部４１０と、振動子４２０と支持部４１０との間を弾性的に連結する連結部４３０とを有する。

振動子４２０は、第３の実施形態において説明したフレーム体３３０と同一の構成を有する。フレーム体３３０に設けられる振り子部、圧電駆動部、圧電検出部、角速度検出部等の構成及び機能は上述の第３の実施形態と同様であるため、ここではそれらの説明を省略する。

支持部４１０は、フレーム体３３０の外周を囲むように形成され、図示しない回路基板に電気的・機械的に接続される。支持部４１０は、連結部４３０とともに振動子４２０と一体的に形成され、例えば非圧電性材料である単結晶シリコン基板を微細加工することで作製される。

連結部４３０は、フレーム体３３０の四隅（接続部３３ａ〜３３ｄ）にそれぞれ設けられる。各々の連結部４３０は、接続部３３ａ〜３３ｄと支持部４１０の内周部との間に複数の屈曲部を有する。上記複数の屈曲部は、Ｙ軸方向に反転する第１の屈曲部４３１と、Ｘ軸方向に反転する第２の屈曲部４３２とを有する。第１の屈曲部４３１は、支持部４１０に対する振動子４２０のＸ軸方向への弾性変形を許容し、第２の屈曲部４３２は、支持部４１０に対する振動子４２０のＹ軸方向への弾性変形を許容する。

圧電デバイス４００は、第１の加速度センサ４４１と、第２の加速度センサ４４２とをさらに有する。第１の加速度センサ４４１は、振動子４２０に作用するＸ軸方向に沿った加速度を検出し、第２の加速度センサ４４２は、振動子４２０に作用するＹ軸方向に沿った加速度を検出する。

第１の加速度センサ４４１は、第１の屈曲部４３１にそれぞれ設けられ、Ｘ軸方向に相互に対向する一対の電極構造体ＥＳ１を含む。同様に、第２の加速度センサ４４２は、第２の屈曲部４３２にそれぞれ設けられ、Ｙ軸方向に相互に対向する一対の電極構造体ＥＳ２を含む。これら電極構造体ＥＳ１，ＥＳ２は、ＸＹ平面内における支持部４１０に対する振動子４２０の相対移動を静電的に検出することが可能に構成される。

電極構造体ＥＳ１は、第１の屈曲部４３１のＸ軸方向に相互に対向する２つの側面にそれぞれ設けられている。一方、電極構造体ＥＳ２は、第２の屈曲部４３２のＹ軸方向に相互に対向する２つの側面にそれぞれ設けられている。図１５に第２の屈曲部４３２に設けられた電極構造体ＥＳ２の断面構造を示す。

電極構造体４４１，４４２は、例えば、圧電駆動部や圧電検出部の作製工程と同時に形成される。この際、電極構造体４４１，４４２の下地として形成される絶縁膜Ｓ１には、圧電駆動部３５１，３５２等における絶縁膜Ｓ１と同一材料を用いることができ、電極構造体ＥＳ１，ＥＳ２には、圧電駆動部３５１，３５２等における電極Ｅ１と同一の金属材料を用いることができる。また、圧電駆動部３５１，３５２等における圧電層Ｐ１の形成工程では、電極構造体ＥＳ１，ＥＳ２の間隙に圧電材料が充填されることを避けるため、当該間隙にレジスト材料等のような後工程で除去可能な材料があらかじめ充填されればよい。

第１及び第２の加速度センサ４４２は、図示しない加速度検出回路に接続される。上記加速度検出回路は、上記角速度検出回路の中に組み込まれていてもよい。本実施形態の圧電デバイス４００によれば、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸回りの角速度だけでなく、Ｘ軸及びＹ軸方向に沿った加速度をも検出することができる。

＜第５の実施形態＞
次に、本技術の第５の実施形態について説明する。本実施形態では、圧電駆動部及び／又は圧電検出部の構造が上述の各実施形態と異なる。以下に説明する圧電駆動部及び圧電検出部の構成例は、上述の第１〜第４の実施形態にも同様に適用可能である。

（第１の構成例）
図１６Ａは、圧電駆動部５３１の構造を示す振動子５２１の要部平面図であり、図１６Ｂは、圧電駆動部５３１の等価回路図である。なお図１６Ａにおいては理解を容易にするため、圧電駆動部５３１の構成要素にハッチングを付加している。

本実施形態の圧電駆動部５３１は、相互に並列接続された複数（本例では４組）の圧電素子５３１ａで構成されている。すなわち圧電駆動部５３１は、相互に並列的に電気接続された複数組の電極対Ｅ５１と、これら電極対Ｅ５１の間にそれぞれ配置された複数の圧電体Ｐ５１とを有する。振動子５２１は、第１及び第２の実施形態におけるアーム部１２１，１２２、あるいは第３及び第４の実施形態における梁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂに相当する。

各々の圧電素子５３１ａは、各組の電極対Ｅ５１と圧電体Ｐ５１とで構成され、振動子５２１の表面にＹ軸方向に相互に平行に形成された複数の溝部Ｔ５１にそれぞれ埋め込まれている。各圧電体Ｐ５１は、Ｙ軸方向に長辺を有する短冊形状の圧電薄膜で構成され、その膜面が振動子５２１の振動方向（Ｘ軸方向）に直交している。振動子５２１の表面には、各圧電素子５３１ａを並列接続するための配線Ｗ５１が形成されている。

本実施形態によれば、並列接続された複数の圧電素子５３１ａで圧電駆動部５３１が構成されているため、単一の圧電素子で振動子を駆動する場合と比較して、その変位量を倍増させることができる。すなわち本例では、圧電駆動部５３１が４組の圧電素子５３１ａで構成されているため、単一の圧電素子で振動子を駆動する場合と比較して、その変位量を４倍にすることができる。

圧電素子５３１ａの組数は上述の例に限られず、設計に応じてその組数を増減することができる。また本実施形態によれば、レーザビーム等で配線Ｗ５１を適宜の位置で断線することで、圧電素子５３１ａの実質的な組数を３組以下に変更することができる。圧電素子５３１ａの実質的な組数を２組としたときの一例を図１６Ｃに示す。

また本構成例によれば、圧電駆動部による駆動量を離散的に変更することができる。さらに駆動特性のバラツキを後処理によって容易に調整することが可能となる。

各圧電素子５３１ａは、配線Ｗ５１を介して各圧電体Ｐ５２に分極電圧を印加することで、各圧電体Ｐ５２の分極処理が行われる。

また、上記構成（図１６）は圧電駆動部だけに限られず、圧電検出部の構成として採用されてもよい。

（第２の構成例）
図１７Ａは、圧電検出部５４１の構造を示す振動子５２２の要部平面図であり、図１７Ｂは、圧電検出部５４１の等価回路図である。なお図１７Ａにおいては理解を容易にするため、圧電検出部５４１の構成要素にハッチングを付加している。

本実施形態の圧電検出部５４１は、相互に直列接続された複数（本例では４組）の圧電素子５４１ａで構成されている。すなわち圧電検出部５４１は、相互に直列的に電気接続された複数組の電極対Ｅ５２と、これら電極対Ｅ５２の間にそれぞれ配置された複数の圧電体Ｐ５２とを有する。振動子５２２は、第１及び第２の実施形態におけるアーム部１２１，１２２、あるいは第３及び第４の実施形態における梁３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂに相当する。

各々の圧電素子５４１ａは、各組の電極対Ｅ５２と圧電体Ｐ５２とで構成され、振動子５２２の表面にＹ軸方向に相互に平行に形成された複数の溝部Ｔ５２にそれぞれ埋め込まれている。各圧電体Ｐ５２は、Ｙ軸方向に長辺を有する短冊形状の圧電薄膜で構成され、その膜面が振動子５２２の振動方向（Ｘ軸方向）に直交している。振動子５２２の表面には、各圧電素子５４１ａを直列接続するための配線Ｗ５２が形成されている。

本実施形態によれば、直列接続された複数の圧電素子５４１ａで圧電検出部５４１が構成されているため、単一の圧電素子で振動子の変位を検出する場合と比較して、その検出電圧を倍増させることができる。すなわち本例では、圧電検出部５４１が４組の圧電素子５４１ａで構成されているため、単一の圧電素子で振動子の変位を検出する場合と比較して、その検出電圧を４倍にすることができる。

圧電素子５４１ａの組数は上述の例に限られず、設計に応じてその組数を増減することができる。また図１８Ａに示すように、振動子５２２の表面に各圧電素子５４１ａを並列接続するための配線Ｗ５３があらかじめ形成されてもよい。この場合、レーザビーム等で配線Ｗ５３を適宜の位置で断線することで、圧電素子５４１ａの実質的な組数を３組以下に変更することができる。圧電素子５４１ａの実質的な組数を３組としたときの一例を図１８Ｂに示す。

また本構成例によれば、圧電検出部による検出量を離散的に変更することができる。さらに検出特性のバラツキを後処理によって容易に調整することが可能となる。

図１９Ａ〜Ｃは、圧電検出部５４１の分極方法を説明する工程図及びその等価回路をそれぞれ示している。

振動子５２２へ複数の圧電素子５４１ａを形成後、図１９Ａに示すように各圧電素子５４１ａを並列的に電気接続するための配線Ｗ５２ａ，Ｗ５２ｂが振動子５２２の表面にそれぞれ形成される。この状態で各圧電素子５４１ａの圧電体Ｐ５２の分極処理が行われる。これにより直列接続時と比較して低電圧で分極処理を実行することができる。次に図１９Ｂに示すように、配線Ｗ５２ａ，Ｗ５２ｂが振動子５２２の表面から選択的に除去される。配線Ｗ５２ａ，Ｗ５２ｂの除去は例えばウェットエッチング法によって行うことができる。この場合、配線Ｗ５２ａ，Ｗ５２ｂは、例えば電極Ｅ５２よりもエッチング選択性の高い金属材料で構成される。最後に図１９Ｃに示すように各圧電素子５４１ａを直列的に接続するための配線Ｗ５２を振動子５２２の表面に形成することで、図１７Ａに示した圧電検出部５４１が作製される。

（第３の構成例）
図２０Ａ〜Ｄは、圧電検出部の幾つかの構造例を模式的に示す要部断面図である。

図２０Ａに示す圧電検出部５４３は、振動子５２３の表面から裏面に到達する深さで形成された溝部Ｔ５３の両側面に絶縁膜Ｓ５３を介して形成された一対の電極Ｅ５３と、これら電極Ｅ５３の間に配置された圧電体Ｐ５３との積層構造を有する。当該圧電検出部５４３は、第１の実施形態において説明した圧電検出部１４０（図３）と同様の構造を有する。

一方、図２０Ｂ〜Ｄは、一つの溝部Ｔ５３の内部に複数組の圧電素子が構成された例を示している。このような構成においても、上記第２の構成例（図１７）と同様の作用効果を得ることができる。

図２０Ｂに示す圧電検出部５４４は、相互に直列的に電気接続された複数組の電極対Ｅ５３，Ｅ５４と、これら電極対Ｅ５３，Ｅ５４の間にそれぞれ配置された複数の圧電体Ｐ５４とを有する。圧電検出部５４４は、溝部Ｔ５３内に相互に直列接続された２つの圧電素子５４４ａを有する。

図２１Ａ〜Ｄは、圧電検出部５４４の製造方法を説明する要部の工程断面図である。電極Ｅ５３の形成工程までは、第１の実施形態において説明した電極Ｅ１の形成工程（図７Ａ）と同様である。

図２１Ａに示すように、電極Ｅ５３の形成後、圧電体Ｐ５４を構成する圧電薄膜を成膜する。当該圧電薄膜は、溝部Ｔ５３を埋め尽くさない程度に電極Ｅ５３を被覆する。次に図２１Ｂに示すように、溝部Ｔ５３の底部を被覆する圧電薄膜を除去した後、電極Ｅ５４を構成する金属薄膜を成膜する。当該金属薄膜は、溝部Ｔ５３を埋め尽くさない程度に圧電体Ｐ５４を被覆する。続いて、図２１Ｃに示すように溝部Ｔ５３の内部に絶縁材料Ｓ５４が充填される。絶縁材料Ｓ５４は、電極Ｅ５４の保護膜として形成されるが、必要に応じて省略されてもよい。そして図２１Ｄに示すように、基板Ｌ１の表面に残存する圧電薄膜を平坦化処理により除去した後、シリコン基板Ｌ２及び中間層Ｌ３を除去することで、圧電検出部５４４が作製される。

図２０Ｃに示す圧電検出部５４５は、相互に直列的に電気接続された複数組の電極対Ｅ５３，Ｅ５５と、これら電極対Ｅ５３，Ｅ５５の間にそれぞれ配置された複数の圧電体Ｐ５４とを有する。圧電検出部５４５は、溝部Ｔ５３内に相互に直列接続された２つの圧電素子５４５ａを有する。

図２２Ａ〜Ｄは、圧電検出部５４５の製造方法を説明する要部の工程断面図である。圧電体Ｐ５４の形成（図２２Ａ，Ｂ）までは圧電検出部５４４の製造工程と同様であるのでその説明は省略する。本例では、電極Ｅ５５を構成する金属材料で溝部Ｔ５３が充填される（図２２Ｃ）。その後、上述と同様の後工程を実施することで、圧電検出部５４５が作製される（図２２Ｄ）。

図２０Ｄに示す圧電検出部５４６は、複数組の電極対Ｅ５３，Ｅ５６と、これら電極対Ｅ５３，Ｅ５６の間にそれぞれ配置された複数の圧電体Ｐ５４とを有する。圧電検出部５４５は、溝部Ｔ５３内に相互に対向配置された２つの圧電素子５４６ａを有する。本例では、各圧電素子５４６ａは相互に電気的には接続されておらず、各々を相互に並列接続可能に構成される。なお両圧電素子５４６ａの間には絶縁材料が充填されてもよい。

図２３Ａ〜Ｄは、圧電検出部５４６の製造方法を説明する要部の工程断面図である。圧電体Ｐ５４の形成（図２３Ａ）までは圧電検出部５４４の製造工程と同様であるのでその説明は省略する。本例では、電極Ｅ５６を構成する金属薄膜を成膜した後、溝部Ｔ５３の底部を被覆する上記金属薄膜がエッチングにより除去される（図２３Ｂ，Ｃ）。その後、上述と同様の後工程を実施することで、圧電検出部５４６が作製される（図２３Ｄ）。

＜第６の実施形態＞
図２４は本技術の第６の実施形態に係る圧電デバイスの概略斜視図である。本実施形態の圧電デバイス６００は、バンドパスフィルタとして構成され、例えば携帯電話機等の電子機器におけるフィルタ素子に適用される。

本実施形態の圧電デバイス６００は、基部６１０と、振動子６２０とを有する。振動子６２０は、Ｙ軸方向に延びる複数本（本例では４本）のアーム部６２１，６２２，６２３，６２４を有し、各アーム部６２１〜６２４は、Ｘ軸方向に間隔をおいて配列されている。各アーム部６２１〜６２４は、Ｙ軸方向に沿った長さ寸法がそれぞれ同一の大きさに形成され、その一端は基部６１０に振動可能に固定され、他端は自由端とされている。

各アーム部６２１〜６２４のＸ軸方向に沿った幅寸法は相互に異なっており、これにより各アーム部６２１〜６２４は、それぞれ異なる固有振動数で振動可能に構成される。なお幅寸法だけでなく、Ｙ軸方向に沿った長さ寸法やＺ軸方向に沿った厚み寸法を相互に異ならせることで、各々が相互に異なる固有振動数を有するように構成されてもよい。

各アーム部６２１〜６２４は、アーム部６２１〜６２４をＸＹ平面内で発振させるための複数の圧電駆動部６３０を有する。

複数の圧電駆動部６３０は、第１の実施形態において説明した第１及び第２の圧電素子１３ａ，１３ｂ（図２）と同様に構成され、一対の電極と当該一対の電極間に配置された圧電層との積層構造を有する。本実施形態において複数の圧電駆動部６３０は、Ｙ軸方向に長辺を有する短冊状に形成され、その圧電層の膜面がＸ軸方向に直交するように、各アーム部６２１〜６２４にそれぞれ配置される。

複数の圧電駆動部６３０はそれぞれ同一の構成を有し、そのＺ軸方向に沿った幅寸法が各アーム部６２１〜６２４のＺ軸方向に沿った厚み寸法と同一の大きさに形成される。複数の圧電駆動部６３０は、各アーム部６２１〜６２４の表面にＺ軸方向に沿って形成された溝部内にそれぞれ配置される。上記各溝部は、各アーム部６２１〜６２４の軸心位置よりも一方側に偏った位置に設けられる。

圧電検出部６４０は、アーム部６２１〜６２４のＸＹ平面内における振動を検出するための複数の圧電検出部６４０をさらに有する。

複数の圧電検出部６４０は、第１の実施形態において説明した圧電検出部１４０（図３）と同様に構成され、一対の電極と当該一対の電極間に配置された圧電層との積層構造を有する。本実施形態において複数の圧電検出部６４０は、Ｙ軸方向に長辺を有する短冊状に形成され、その圧電層の膜面がＸ軸方向に直交するように、各アーム部６２１〜６２４にそれぞれ配置される。

複数の圧電検出部６４０はそれぞれ同一の構成を有し、そのＸ軸方向に沿った幅寸法が各アーム部６２１〜６２４のＺ軸方向に沿った厚み寸法と同一の大きさに形成される。複数の圧電検出部６４０は、各アーム部６２１〜６２４の表面にＺ軸方向に沿って形成された溝部内にそれぞれ配置される。上記各溝部は、各アーム部６２１〜６２４の軸心位置よりも圧電駆動部６３０とは反対側に偏った位置に設けられる。

以上のように構成される本実施形態の圧電デバイス６００においては、各アーム部６２１〜６２４の圧電駆動部６３０に対して共通の入力信号（高周波信号）が入力される。圧電駆動部６３０は、上記入力信号を駆動信号としてＹ軸方向に伸縮して各アーム部６２１〜６２４を励振させ、アーム部６２１〜６２４毎に圧電検出部６４０によってそれらの変位に対応する検出信号が出力される。

例えば図２５に示すように、各圧電駆動部６３０に入力される駆動信号が各アーム部６２１〜６２４の固有振動数ｆ２１〜ｆ２４を含む帯域の高周波信号である場合、各圧電検出部６４０から出力される検出信号は、それらを平滑化した合成信号が出力される。したがって上記構成により、圧電デバイス６００を平滑フィルタあるいはバンドパスフィルタとして機能させることができる。

なお上記構成の圧電デバイス６００において、圧電駆動部６３０を省略した構造のものを音場に設置することで、音源による空気の振動に共振を利用したフィルタ素子を構成することができる。

以上、本技術の実施形態について説明したが、本技術は上述の実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば以上の第１の実施形態では、圧電駆動部１３１，１３２は各アーム部１２１，１２２にそれぞれ設けられたが、圧電駆動部は、何れか一方のアーム部だけに設けられてもよい。また圧電駆動部１３１，１３２はそれぞれ２つの圧電素子１３ａ，１３ｂで構成されたが、圧電素子１３ａ，１３ｂはいずれか一方だけでもよい。また以上の第１及び第２の実施形態では２本のアーム部で振動子が構成されたが、アーム部の数はこれに限られず、１本あるいは３本以上であってもよい。

また以上の第３の実施形態では、振動子３２０の各振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂはそれぞれ接続部３３ａ〜３３ｄからフレーム体３３０の内方側へ向けて突出形成された。これに限られず、図２６に示すように、各振り子部４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂは、接続部３３ａ〜３３ｄからフレーム体３３０の外方側へ向けて突出形成されてもよい。また以上の第３の実施形態では、振動子３２０がフレーム体３３０と複数の振り子部３４０とを有する構成とされたが、フレーム体３３０のみで構成されてもよい。

また以上の各実施形態では、振動子の表面に形成され圧電駆動部および圧電検出部が配置される溝部は、その両側面が振動方向に直交する平面となるように形成されたが、これに限られず、例えば図２７に示すように溝部Ｔの両側面はテーパ状に形成されてもよい。また、溝部Ｔの両側面を覆う絶縁膜Ｓや電極Ｅもまたテーパ状に形成されてもよい。さらに圧電体Ｐは溝部Ｔ内に完全に充填されていなくてもよい。

また以上の第５の実施形態において説明した圧電駆動部および圧電検出部の各構成例は、それぞれ単独で用いられる場合に限られず、共通の振動子に各々が同時に用いられてもよい。図２８Ａ〜Ｃにそれらの一例を各々示す。

図２８Ａに示す圧電デバイスは、振動子１２３をＸ軸方向に駆動する圧電駆動部Ｄ１と、振動子１２３のＺ軸方向の変位を検出する垂直変位検出部Ｖ１と、振動子のＸ軸方向の変位を検出する水平変位検出部Ｈ１とを有する。圧電駆動部Ｄ１及び水平変位検出部Ｈ１は、第１の実施形態において説明した圧電駆動部１３１，１３２及び第１の圧電検出部１４０と同様に振動子１２３の内部に埋め込まれ、垂直変位検出部Ｖ１は第２の実施形態において説明した第２の圧電検出部１４１と同様に振動子１２３の表面に配置される。垂直変位検出部Ｖ１は、Ｙ軸方向に延びる振動子１２３の軸心上に配置され、圧電駆動部Ｄ１及び水平変位検出部Ｈ１は、その両側にそれぞれ設けられる。

図２８Ｂ，Ｃに示す圧電デバイスはそれぞれ、振動子１２３の軸心に沿って配置された水平変位検出部Ｈ１と、その両側に配置された圧電駆動部Ｄ１，Ｄ２とを有する。圧電駆動部Ｄ２は、圧電駆動部Ｄ１と同様に構成される。

さらに本技術の一実施形態に係る圧電デバイスは、エナジーハーベスティング素子として構成することも可能である。図２６はその概略斜視図である。

当該圧電デバイス７００は、基部（基部）に対して振動可能に支持されたアーム部７２０と、アーム部７２０の先端に設けられた錘部７２１とを有する。図２７は図２６におけるＡ１部の拡大断面図である。アーム部７２０には錘部７２１のＸ軸方向への変位を検出するための第１の圧電検出部７４１と、錘部７２１のＺ軸方向への変位を検出するための第２の圧電検出部７４２とが設けられる。第１の圧電検出部７４１は、アーム部７２０の軸心に関して対称な位置にそれぞれ設けられ、第２の圧電検出部７４２はアーム部７２０の表面及び裏面にそれぞれ配置される。これにより錘部７２１の振動エネルギーから圧電検出部７４１，７４２を介して電気エネルギーを得ることができる。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。
（１）第１の面と、第１の軸方向に沿って前記第１の面に形成された第１の溝部と、前記第１の面に前記第１の溝部と平行に形成された第２の溝部とを有する振動子と、
前記第１の溝部内に配置され前記第１の軸方向と直交し前記第１の面に平行な第２の軸方向に相互に対向する第１の電極対と、前記第１の電極対の間に配置された第１の圧電体とを有し、前記第１の電極対間への電圧印加により前記振動子を前記第１の面に平行な面内で振動させることが可能な圧電駆動部と、
前記第２の溝部内に配置され前記第２の軸方向に相互に対向する第２の電極対と、前記第２の電極対の間に配置された第２の圧電体とを有し、前記第１の面に平行な面内における前記振動子の振動を検出することが可能な第１の圧電検出部と
を具備する圧電デバイス。
（２）上記（１）に記載の圧電デバイスであって、
前記振動子は、前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向にそれぞれ直交する第３の軸方向に前記第１の面と対向する第２の面をさらに有し、
前記第１の溝部は、前記第１の面から前記第２の面に達する深さで形成され、
前記第１の溝部の両側面部は、前記第１の圧電駆動部で被覆される
圧電デバイス。
（３）上記（１）又は（２）に記載の圧電デバイスであって、
前記振動子は、前記第１の軸方向に延在し、前記第２の軸方向に配列された複数本のアーム部を有し、
前記圧電駆動部及び前記第１の圧電検出部はそれぞれ、前記複数本のアーム部のうち少なくとも１つのアーム部に設けられる
圧電デバイス。
（４）上記（３）に記載の圧電デバイスであって、
前記複数本のアーム部は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
前記圧電駆動部は、前記第１のアーム部及び前記第２のアーム部にそれぞれ設けられ、前記第１のアーム部及び前記第２のアーム部を前記第１の面内において相互に逆位相で振動させることが可能に構成される
圧電デバイス。
（５）上記（１）〜（４）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記振動子は、前記第１の軸方向に延在し前記第２の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、前記第２の軸方向に延在し前記第１の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、前記第１の梁と前記第２の梁との間を接続する複数の接続部とを含むフレーム体を有し、
前記圧電駆動部は、前記第１の梁の組及び前記第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、前記一方の組が離間したときに前記他方の組が近接する振動モードで前記フレーム体が振動するように、前記第１の梁及び前記第２の梁のうち少なくとも１つの梁に設けられる
圧電デバイス。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記振動子を支持する支持部と、
前記振動子と前記支持部との間を弾性的に連結する連結部と、
前記連結部に設けられ、前記第１の面に平行な面内における前記支持部に対する前記振動子の相対移動を静電的に検出することが可能な電極構造体とをさらに具備する
圧電デバイス。
（７）上記（１）〜（６）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記第１の面に配置され、前記第１の面に垂直な面内における前記振動子の振動を検出することが可能な第２の圧電検出部をさらに具備する
圧電デバイス。
（８）上記（７）に記載の圧電デバイスであって、
前記第２の圧電検出部は、
前記第１の面に配置された第１の電極層と、
前記第１の面とは垂直な方向に前記第１の電極層と対向する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置された圧電層とを有する
圧電デバイス。
（９）上記（１）から（８）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記第１の溝部は、相互に平行に配列された複数の溝部で構成され、
前記第１の電極対は、前記複数の溝部内にそれぞれ配置され相互に並列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
前記第１の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
圧電デバイス。
（１０）上記（１）から（８）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記第１の電極対は、前記第１の溝部内にそれそれぞれ配置され相互に並列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
前記第１の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
圧電デバイス。
（１１）上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記第２の溝部は、相互に平行に配列された複数の溝部で構成され、
前記第２の電極対は、前記複数の溝部内にそれぞれ配置され相互に直列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
前記第２の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
圧電デバイス。
（１２）上記（１）から（１０）のいずれか１つに記載の圧電デバイスであって、
前記第２の電極対は、前記第２の溝部内にそれぞれ配置され相互に直列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
前記第２の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
圧電デバイス。

１００，２００，３００，４００，６００…圧電デバイス
１２０，３２０，４２０…振動子
１３１，１３２，１４１，１４２，１７１，１７２、３５１，３５２，５３１，６３０…圧電駆動部
１４０，３６１，５４１，６４０…圧電検出部
１４２，３６２ａ〜３６２ｄ…第２の圧電検出部
３３０…フレーム体
Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４，Ｔ５１…溝部

Claims (13)

1. 第１の面と、第１の軸方向に沿って前記第１の面に形成された第１の溝部と、前記第１の面に前記第１の溝部と平行に形成された第２の溝部とを有する振動子と、
   前記第１の溝部内に配置され前記第１の軸方向と直交し前記第１の面に平行な第２の軸方向に相互に対向する第１の電極対と、前記第１の電極対の間に配置された第１の圧電体とを有し、前記第１の電極対間への電圧印加により前記振動子を前記第１の面に平行な面内で振動させることが可能な圧電駆動部と、
   前記第２の溝部内に配置され前記第２の軸方向に相互に対向する第２の電極対と、前記第２の電極対の間に配置された第２の圧電体とを有し、前記第１の面に平行な面内における前記振動子の振動を検出することが可能な第１の圧電検出部と
   を具備する圧電デバイス。
2. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記振動子は、前記第１の軸方向及び前記第２の軸方向にそれぞれ直交する第３の軸方向に前記第１の面と対向する第２の面をさらに有し、
   前記第１の溝部は、前記第１の面から前記第２の面に達する深さで形成され、
   前記第１の溝部の両側面部は、前記第１の圧電駆動部で被覆される
   圧電デバイス。
3. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記振動子は、前記第１の軸方向に延在し、前記第２の軸方向に配列された複数本のアーム部を有し、
   前記圧電駆動部及び前記第１の圧電検出部はそれぞれ、前記複数本のアーム部のうち少なくとも１つのアーム部に設けられる
   圧電デバイス。
4. 請求項３に記載の圧電デバイスであって、
   前記複数本のアーム部は、第１のアーム部と第２のアーム部とを有し、
   前記圧電駆動部は、前記第１のアーム部及び前記第２のアーム部にそれぞれ設けられ、前記第１のアーム部及び前記第２のアーム部を前記第１の面内において相互に逆位相で振動させることが可能に構成される
   圧電デバイス。
5. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記振動子は、前記第１の軸方向に延在し前記第２の軸方向に相互に対向する第１の梁の組と、前記第２の軸方向に延在し前記第１の軸方向に相互に対向する第２の梁の組と、前記第１の梁と前記第２の梁との間を接続する複数の接続部とを含むフレーム体を有し、
   前記圧電駆動部は、前記第１の梁の組及び前記第２の梁の組のうち一方の組が近接したときに他方の組が離間し、前記一方の組が離間したときに前記他方の組が近接する振動モードで前記フレーム体が振動するように、前記第１の梁及び前記第２の梁のうち少なくとも１つの梁に設けられる
   圧電デバイス。
6. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記振動子を支持する支持部と、
   前記振動子と前記支持部との間を弾性的に連結する連結部と、
   前記連結部に設けられ、前記第１の面に平行な面内における前記支持部に対する前記振動子の相対移動を静電的に検出することが可能な電極構造体とをさらに具備する
   圧電デバイス。
7. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記第１の面に配置され、前記第１の面に垂直な面内における前記振動子の振動を検出することが可能な第２の圧電検出部をさらに具備する
   圧電デバイス。
8. 請求項７に記載の圧電デバイスであって、
   前記第２の圧電検出部は、
   前記第１の面に配置された第１の電極層と、
   前記第１の面とは垂直な方向に前記第１の電極層と対向する第２の電極層と、
   前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に配置された圧電層とを有する
   圧電デバイス。
9. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
   前記第１の溝部は、相互に平行に配列された複数の溝部で構成され、
   前記第１の電極対は、前記複数の溝部内にそれぞれ配置され相互に並列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
   前記第１の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
   圧電デバイス。
10. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
    前記第１の電極対は、前記第１の溝部内にそれそれぞれ配置され相互に並列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
    前記第１の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
    圧電デバイス。
11. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
    前記第２の溝部は、相互に平行に配列された複数の溝部で構成され、
    前記第２の電極対は、前記複数の溝部内にそれぞれ配置され相互に直列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
    前記第２の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
    圧電デバイス。
12. 請求項１に記載の圧電デバイスであって、
    前記第２の電極対は、前記第２の溝部内にそれぞれ配置され相互に直列的に電気接続された複数組の電極対で構成され、
    前記第２の圧電体は、前記複数組の電極対の間にそれぞれ配置された複数の圧電体で構成される
    圧電デバイス。
13. 第１の面と、第１の軸方向に沿って前記第１の面に形成された第１の溝部と、前記第１の面に前記第１の溝部と平行に形成された第２の溝部とを有する振動子と、
    前記第１の溝部内に配置され前記第１の軸方向と直交し前記第１の面に平行な第２の軸方向に相互に対向する第１の電極対と、前記第１の電極対の間に配置された第１の圧電体とを有し、前記第１の電極対間への電圧印加により前記振動子を前記第１の面に平行な面内で振動させることが可能な圧電駆動部と、
    前記第２の溝部内に配置され前記第２の軸方向に相互に対向する第２の電極対と、前記第２の電極対の間に配置された第２の圧電体とを有し、前記振動子の前記第１の面に平行な面内の振動を検出することが可能な第１の圧電検出部と
    を有する圧電デバイス
    を具備する電子機器。

Images