JP2015141184A - 角速度センサ、センサ素子及びセンサ素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】起動時間を短くすることが可能な角速度センサを提供する。【解決手段】複数の駆動腕１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１１Ｄは、４本で且つｙ軸方向に延びる中心線に対して線対称に配置されている。複数の検出腕１３Ａ、１３Ｂは、２本で且つ中心線に対して線対称に配置されている。励振回路は、線対称の一方側の第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂが励振方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の他方側の第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄが励振方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、線対称の一方側の第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂと、線対称の他方側の第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄとが、励振方向において互いに逆側に変形するようにこれらを互いに逆の位相で励振する。【選択図】図１

Description

本発明は、角速度センサ、センサ素子及びセンサ素子の製造方法に関する。

角速度センサとして、いわゆる圧電振動式のものが知られている。このセンサにおいては、圧電体に交流電圧を印加して圧電体を励振する。この励振されている圧電体が回転されると、回転速度（角速度）に応じた大きさで、励振方向と直交する方向にコリオリの力が生じ、このコリオリの力によっても圧電体は振動する。そして、このコリオリの力に起因する圧電体の変形に応じて生じる電気信号を検出することにより、圧電体の角速度を検出することができる。このような角速度センサの圧電体の形状や圧電体の振動のモード等について種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１では、圧電体は、基部と、基部から互いに並列に延びる２本の駆動腕と、基部から駆動腕とは反対側へ互いに並列に延びる２本の検出腕とを有している。２本の駆動腕は、交流電圧が印加され、その並び方向において互いに逆側へ変形するように励振される。駆動腕に平行な回転軸の回りに圧電体が回転されると、２本の駆動腕の振動が伝達される２本の検出腕は、コリオリの力によって、角速度に応じた大きさで、その並び方向及び延在方向に直交する方向に振動する。この振動は、２本の検出腕において電気信号に変換される。

特開２０１１−１４１２６６号公報

実際の製品においては、駆動腕に対する電圧の印加を開始してから、駆動腕の振動が安定し、ひいては、検出精度が安定するまでには時間（起動時間）を要する。例えば、特許文献１のように２本の駆動腕を有する圧電体においては、加工誤差に起因して２本の駆動腕の固有振動数が互いに若干異なり、その結果、唸りが生じることから、唸りが収まるまでの時間が必要である。起動時間の長さは、例えば、１５０ｍｓ〜３００ｍｓである。

起動時間が長いと、種々の不都合を生じる。例えば、角速度センサの検出値に基づいて移動機器のフィードバック制御を行う場合において、その制御の必要が生じたときに即座に適切な制御を開始できない。又は、制御の必要が生じる前に予め角速度センサを起動しておかなければならない。

従って、起動時間を短くすることが可能な角速度センサ、センサ素子及びセンサ素子の製造方法が提供されることが望ましい。

本発明の一態様に係る角速度センサは、基部と、前記基部から所定の延在方向の一方側へ延び、前記延在方向に交差する並び方向に並べられた複数の駆動腕と、前記基部から前記延在方向の他方側へ延び、前記並び方向に並べられた複数の検出腕と、を有する圧電体と、前記複数の駆動腕に電圧を印加して前記複数の駆動腕を前記並び方向に励振する励振回路と、前記延在方向及び前記並び方向に交差する検出方向における前記複数の検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、を有し、前記複数の駆動腕は、４本以上の偶数本で、且つ、前記延在方向に延びる所定の対称軸に対して線対称に配置されており、前記複数の検出腕は、２本以上の偶数本で、且つ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、前記励振回路は、線対称の一方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、線対称の他方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、線対称の前記一方側の複数の駆動腕と、線対称の前記他方側の複数の駆動腕とが、前記並び方向において互いに逆側に変形するように、線対称の前記一方側の複数の駆動腕と線対称の前記他方側の複数の駆動腕とに互いに逆の位相で励振する。

好適には、前記複数の駆動腕の本数は、前記複数の検出腕の本数よりも多い。

好適には、線対称の前記一方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離、及び、線対称の前記他方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離は、前記対称軸を挟んで互いに隣接する検出腕同士の中心間距離よりも短い。

好適には、前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離は、線対称の前記一方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離、及び、線対称の前記他方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離よりも長い。

好適には、前記複数の駆動腕の本数は、前記複数の検出腕の本数よりも多く、線対称の前記一方側の複数の駆動腕全体の中心線と、線対称の前記一方側の１又は複数の検出腕全体の中心線とは一致し、線対称の前記他方側の複数の駆動腕全体の中心線と、線対称の前記他方側の１又は複数の検出腕全体の中心線とは一致する。

好適には、前記複数の駆動腕の本数は、前記複数の検出腕の本数よりも多く、前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離は、前記対称軸を挟んで互いに隣接する検出腕同士の中心間距離以上の長さである。

好適には、前記複数の検出腕それぞれには、前記検出方向に面する面に、前記延在方向に延びる溝が形成されており、前記複数の検出腕それぞれにおいて、前記溝の内壁面及び当該内壁面と反対側に面する外側面には、前記検出回路に接続される検出電極が設けられている。

好適には、絶縁基体と、絶縁基体に設けられたパッドと、を有する実装基体を更に有し、前記基部の両端部は、前記並び方向において全ての駆動腕及び全ての検出腕よりも外側に位置しており、前記圧電体は、前記基部の両端部にて前記パッドに接着されている。

好適には、絶縁基体と、絶縁基体に設けられたパッドと、を有する実装基体を更に有し、前記基部のうち両端部は、前記複数の駆動腕の並び方向において全ての駆動腕及び全ての検出腕よりも外側に位置しており、前記圧電体は、前記基部の両端部から、前記複数の駆動腕が延びる側及び前記複数の検出腕が延びる側に延びる４本の実装腕を有し、当該４本の実装腕の先端部にて前記パッドに接着されている。

本発明の一態様に係るセンサ素子は、基部と、前記基部から所定の延在方向の一方側へ延び、前記延在方向に交差する並び方向に並べられた複数の駆動腕と、前記基部から前記延在方向の他方側へ延び、前記並び方向に並べられた複数の検出腕と、を有する圧電体と、前記複数の駆動腕において、当該複数の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられた第１励振電極と、前記複数の駆動腕において、当該複数の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられ、前記複数の第１励振電極との間に電圧が印加されることにより、前記複数の駆動腕を前記並び方向に励振可能に配置された第２励振電極と、前記延在方向及び前記並び方向に交差する検出方向における前記複数の検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された複数の検出電極と、を有し、前記複数の駆動腕は、４本以上の偶数本で、且つ、前記延在方向に延びる所定の対称軸に対して線対称に配置されており、前記複数の検出腕は、２本以上の偶数本で、且つ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、線対称の一方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極は互いに接続されており、線対称の前記一方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極、及び、線対称の前記他方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極は互いに接続されている。

本発明の一態様に係るセンサ素子の製造方法は、圧電体をエッチングして、基部と、前記基部から所定の延在方向の一方側へ延び、前記延在方向に交差する並び方向に並べられた複数の駆動腕と、前記基部から前記延在方向の他方側へ延び、前記並び方向に並べられた複数の検出腕と、を形成するエッチング工程と、前記エッチング工程の後、前記圧電体上にレジストからなる所定のパターンのマスクを形成するマスク形成工程と、前記マスクの上から前記圧電体上に導電膜を形成する導電膜形成工程と、前記マスク及び前記導電膜のうち前記マスク上の部分を除去して、前記圧電体上に励振電極、検出電極及び配線を形成する除去工程と、を有し、前記エッチング工程では、前記複数の駆動腕を、４本以上の偶数本で、且つ、前記延在方向に延びる所定の対称軸に対して線対称の位置に形成し、前記複数の検出腕を、２本以上の偶数本で、且つ、前記対称軸に対して線対称の位置に形成し、前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離を、線対称の一方側の複数の駆動腕における互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離よりも長くし、前記マスク形成工程では、前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕の間に、前記マスクを支持する支持部材が位置する。

上記の構成によれば、起動時間を短くすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るセンサ素子の構成を示す斜視図。 図１のセンサ素子の平面図。 図３（ａ）は図２のIIIａ−IIIａ線における断面図、図３（ｂ）は図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は駆動腕及び検出腕における電位等を説明する模式図。 図５（ａ）は全駆動腕のｘ軸方向における励振を説明するための模式図、図５（ｂ）は全駆動腕及び全検出腕のｚ軸方向における振動を説明するための模式図。 図１のセンサ素子の配線の一例を示す模式的な斜視図。 図１のセンサ素子の実装構造の一例を示す断面図。 本発明の第２の実施形態に係るセンサ素子の構成を示す斜視図。 図８のセンサ素子の平面図。 図８のセンサ素子の製造方法を説明する断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。

また、各図には、説明の便宜のために、直交座標系ｘｙｚを付している。なお、直交座標系ｘｙｚは、センサ素子（圧電体）の形状に基づいて定義されている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸及び光軸を示すとは限らない。

同一又は類似する構成については、「第１駆動腕１１Ａ」、「第２駆動腕１１Ｂ」のように、同一名称に対して互いに異なる番号及びアルファベットを付して呼称することがあり、また、この場合において、単に「駆動腕１１」といい、これらを区別しないことがある。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るセンサ素子１の構成を示す斜視図である。図２は、センサ素子１の平面図である。

センサ素子１は、例えば、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０１を構成するものである。角速度センサ１０１は、圧電振動式のものであり、センサ素子１は、ｘ軸方向に励振され、ｚ軸方向にコリオリの力が生じるように構成されている。具体的には、以下のとおりである。

センサ素子１は、圧電体３と、圧電体３に電圧を印加するための第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂ（図１）と、圧電体３に生じた電気信号を取り出すための第１検出電極７Ａ（図１）及び第２検出電極７Ｂ（図１）とを有している。

圧電体３は、その全体が一体的に形成されている。圧電体３は、単結晶であってもよし、多結晶であってもよい。また、圧電体３の材料は適宜に選択されてよく、例えば、水晶（ＳｉＯ_２）、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＰＺＴである。

圧電体３において、電気軸乃至は分極軸（以下、両者を代表して分極軸のみに言及することがある。）は、ｘ軸に一致するように設定されている。なお、分極軸は、所定の範囲（例えば１５°以内）でｘ軸に対して傾斜していてもよい。また、圧電体３が単結晶である場合において、機械軸及び光軸は、適宜な方向とされてよいが、例えば、機械軸はｙ軸方向、光軸はｚ軸方向とされている。

圧電体３は、ｘ軸方向に延びる基部９と、基部９からｙ軸方向の正側へ延びる第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄと、基部９からｙ軸方向の負側へ延びる第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂとを有している。

駆動腕１１は、電圧（電界）が印加されることによってｘ軸方向（以下、「励振方向」ということがある。）に励振される部分である。検出腕１３は、コリオリの力によってｚ軸方向（以下、「検出方向」ということがある。）に振動され、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。基部９は、これら駆動腕１１及び検出腕１３を支持する部分である。これらの位置及び形状等は、例えば、以下のように設定されている。

圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされており、また、例えば、ｙ軸方向に延びる中心線ＣＬ０（図２）に対して線対称の形状に形成されている。

基部９は、例えば、概ね直方体状とされている。基部９の３軸方向の寸法比率は適宜に設定されてよい。例えば、基部９は、ｘ軸方向の大きさ＞ｙ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさに設定されている。すなわち、基部９は、ｘ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。なお、例えば、ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさ≧ｙ軸方向の大きさとされてもよい。

基部９の両端部９ａは、ｘ軸方向において、全ての駆動腕１１及び全ての検出腕１３よりも外側に位置している。なお、逆説的であるが、本実施形態において端部９ａの範囲は、例えば、全ての駆動腕１１及び全ての検出腕１３からｘ軸方向において外側へ突出している部分である。両端部９ａのｚ軸方向の正側又は負側（本実施形態では正側）には、励振電極５及び検出電極７と接続された第１パッド１５Ａ〜第４パッド１５Ｄが設けられている。このパッド１５は、後述する実装基体に設けられたパッドに対向し、当該パッドに対して半田乃至は導電性接着剤からなるバンプにより接着される。これにより、センサ素子１と実装基体との電気的な接続がなされ、また、センサ素子１（圧電体３）は、駆動腕１１及び検出腕１３が振動可能な状態で支持される。

複数の駆動腕１１は、互いに同一方向（ｙ軸方向の正側）に互いに並列に（平行に）延びている。駆動腕１１の数は、偶数（本実施形態では４）である。偶数本の駆動腕１１は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の駆動腕１１は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して線対称とされている。すなわち、第１駆動腕１１Ａと第４駆動腕１１Ｄとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされ、第２駆動腕１１Ｂと第３駆動腕１１Ｃとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされている。また、例えば、これら全ての駆動腕１１の形状は、互いに同一とされている。従って、（基部９の影響を無視すれば）全ての駆動腕１１の励振方向（ｘ軸方向）等の固有振動数は互いに同一である。

駆動腕１１の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、駆動腕１１は、ｙ軸方向を長手方向とする直方体において、ｚ軸方向の正側及び負側の面にｙ軸方向に延びる凹溝１１ａ（図３（ａ）も参照）が形成された形状とされている。凹溝１１ａの断面形状は例えば矩形である。駆動腕１１のｘｚ断面の形状及び寸法は、例えば、駆動腕１１の長手方向（ｙ軸方向）の全体に亘って一定である。

駆動腕１１が励振方向（ｘ軸方向）に大きくなると励振方向における固有振動数は高くなり、駆動腕１１が延在方向（ｙ軸方向）に大きくなると励振方向における固有振動数は低くなる。従って、駆動腕１１の幅（ｘ軸方向）及び長さ（ｙ軸方向）の寸法比率は、励振させたい周波数に応じて設定される。なお、ｘｚ断面の形状及び寸法は、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数とｚ軸方向の固有振動数とが等しくなるように設定されることが好ましい。

複数の検出腕１３は、複数の駆動腕１１の延びる方向とは反対方向（ｙ軸方向の負側）に互いに並列に（平行に）延びている。検出腕１３の数は、偶数（本実施形態では２）であり、また、例えば、駆動腕１１の数よりも少ない。偶数本の検出腕１３は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の検出腕１３は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称とされている。この２本の検出腕１３の検出方向（ｚ軸方向）等における固有振動数は互いに同一である。

検出腕１３の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、検出腕１３の概略形状は、直方体とされている。この直方体においては、例えば、ｙ軸方向の大きさ＞ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさである。すなわち、検出腕１３は、ｙ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。従って、検出腕１３は、相対的に、励振方向（ｘ軸方向）には振動しにくく、検出方向（ｚ軸方向）に振動しやすくなっている。

また、例えば、検出腕１３は、当該検出腕１３をｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる１又は複数（本実施形態では複数）の貫通溝１３ａ（図３（ｂ）も参照）が形成された形状とされている。別の観点では、検出腕１３は、基部９からｙ軸方向に延び、ｘ軸方向に並べられ、先端が互いに固定された複数の分割腕１３ｂを有している。分割腕１３ｂ（貫通溝１３ａ）のｘｚ断面の形状は例えば矩形である。貫通溝１３ａの根元側端部は、好ましくは基部９に到達している。

駆動腕１１のｘ軸方向の位置と検出腕１３のｘ軸方向の位置との相対関係は、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの振動によって第１検出腕１３Ａを振動させ、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの振動によって第２検出腕１３Ｂを振動させることが可能に適宜に設定されている。

例えば、図２に示すように、第１駆動腕１１Ａと第２駆動腕１１Ｂとの中間位置を通る線（ＣＬ１）と、第１検出腕１３Ａの中心線ＣＬ１３Ａとは一致している。同様に、第３駆動腕１１Ｃと第４駆動腕１１Ｄとの中間位置を通る線（ＣＬ２）と、第２検出腕１３Ｂの中心線ＣＬ１３Ｂとは一致している。

なお、各腕の中心線は、例えば、ｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線である。例えば、中心線ＣＬ１３Ａは、第１検出腕１３Ａのｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線である。また、複数の腕全体としての中心線を定義することもできる。例えば、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの全体のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線を中心線ＣＬ１と定義できる。

上記のように複数の腕全体としての中心線を定義すると、本実施形態では、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの全体としての中心線ＣＬ１と、第１検出腕１３Ａの中心線ＣＬ１３Ａとが一致し、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの全体としての中心線ＣＬ２と、第２検出腕１３Ｂの中心線ＣＬ１３Ｂとが一致していると捉えることができる。

駆動腕及び検出腕の本数が本実施形態とは異なる場合も、本実施形態と同様に、中心線同士を一致させてよい。例えば、１本の検出腕１３に対応する駆動腕１１の数が３本の場合に、３本の駆動腕全体の中心線を考え、この中心線を検出腕１３の中心線と一致させてよい。また、例えば、３本の駆動腕１１と２本の検出腕１３とが対応している場合に、３本の駆動腕１１全体の中心線と、２本の検出腕全体の中心線とを一致させてよい。

中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、２本の駆動腕１１間の距離（例えば図２に示す中心間距離Ｄ１）は適宜に設定される。なお、中心間距離は、中心線間の距離である。

本実施形態では、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、その全体としてのｘ軸方向の外側面（第１駆動腕１１Ａのｘ軸方向の負側の面及び第２駆動腕１１Ｂのｘ軸方向の正側の面）が、第１検出腕１３Ａのｘ軸方向の外側面に一致するように配置されている。第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄも同様である。これにより、検出腕１３の幅方向（ｘ軸方向）全体に振動を伝達させやすくなる。また、駆動腕１１の配置範囲は検出腕１３の配置範囲に収まり、圧電体３が小型化される。もちろん、駆動腕１１間の距離は、本実施形態よりも短くされるなどしてもよい。

また、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数本（本実施形態では２本）の駆動腕１１の中心間距離Ｄ１は、検出腕１３同士の中心間距離Ｄ２（図２）よりも短くされている。すなわち、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおける、２本の駆動腕１１間の相互影響は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する２本の検出腕１３間の相互影響よりも大きい。

図３（ａ）は、図２のIIIａ−IIIａ線における断面図である。図３（ａ）においては、第４駆動腕１１Ｄの断面を示しているが、他の駆動腕１１の断面も同様である。

図１、図２及び図３（ａ）に示すように、励振電極５は、駆動腕１１の表面に形成された層状電極である。励振電極５は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。

図３（ａ）に示すように、第１励振電極５Ａは、各駆動腕１１において、ｚ軸方向の正側の面及びｚ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。これらの面には、上述のように凹溝１１ａが形成されており、各面において、第１励振電極５Ａは、凹溝１１ａの底面及び２つの内壁面を覆っている。また、第２励振電極５Ｂは、各駆動腕１１において、ｘ軸方向の正側の面及びｘ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。

２つの第１励振電極５Ａ及び２つの第２励振電極５Ｂは、例えば、駆動腕１１の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では第１励振電極５Ａ）が各面よりも幅方向において小さく形成されている。

各駆動腕１１において、２つの第１励振電極５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第１励振電極５Ａは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。また、各駆動腕１１において、２つの第２励振電極５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第２励振電極５Ｂは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。

なお、励振電極５の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、一の駆動腕１１の第１励振電極５Ａと、他の駆動腕１１の第１励振電極５Ａとは同電位とは限らない。

図３（ｂ）は、図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。図３（ｂ）においては、第２検出腕１３Ｂの一部の分割腕１３ｂの断面を示しているが、第２検出腕１３Ｂの他の分割腕１３ｂ、及び、第１検出腕１３Ａの分割腕１３ｂの断面も同様である。

図１、図２及び図３（ｂ）に示すように、検出電極７は、検出腕１３（分割腕１３ｂ）の表面に形成された層状電極である。検出電極７は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。

検出電極７は、各分割腕１３ｂに設けられている。すなわち、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけでなく、複数の貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。

より具体的には、第１検出電極７Ａは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域にそれぞれ設けられている。第２検出電極７Ｂは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域にそれぞれ設けられている。第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、分割腕１３ｂに沿って延びている。

各検出腕１３において、複数の第１検出電極７Ａは、例えば、圧電体３上の配線等により接続されている。各検出腕１３において、複数の第２検出電極７Ｂは、例えば、圧電体３上の配線等により接続されている。

なお、励振電極５と同様に、検出電極７の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと、第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとは、（本実施形態では）接続されない。

図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、角速度センサ１０１は、励振電極５に電圧を印加する励振回路１０３と、検出電極７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。

励振回路１０３は、例えば、発振回路や増幅器を含んで構成されており、所定の周波数の交流電圧を第１励振電極５Ａと第２励振電極５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ１０１内にて予め定められていてもよいし、外部の機器等から指定されてもよい。

検出回路１０５は、例えば、増幅器や検波回路を含んで構成されており、第１検出電極７Ａと第２検出電極７Ｂとの電位差を検出し、その検出結果に応じた電気信号を外部の機器等に出力する。より具体的には、例えば、上記の電位差は、交流電圧として検出され、検出回路１０５は、検出した交流電圧の振幅に応じた信号を出力する。この振幅に基づいてｙ軸回りの角速度が特定される。また、検出回路１０５は、励振回路１０３の印加電圧と検出した電気信号との位相差に応じた信号を出力する。この位相差に基づいてｙ軸回りの回転の向きが特定される。

なお、励振回路１０３及び検出回路１０５は、全体として制御回路１０７を構成している。制御回路１０７は、例えば、チップＩＣによって構成されており、センサ素子１が実装される回路基板又は適宜な形状の実装基体に実装されている。

（動作説明）
図４（ａ）は、駆動腕１１における電位等を説明する図であり、図３（ａ）に対応する模式図である。図４（ｂ）は、検出腕１３における電位等を説明する図であり、図３（ｂ）に対応する模式図である。

第１励振電極５Ａに正の電位が付与され、第２励振電極に負の電位（又は基準電位）が付与されると、同図において矢印で示すような電界が生じる。一方、分極軸は、ｘ軸方向に一致している。従って、電界のｘ軸方向の成分に着目すると、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは一致し、他方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは逆になる。

その結果、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分はｙ軸方向において収縮し、他方側部分はｙ軸方向において伸長する。そして、駆動腕１１は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕１１は逆方向に湾曲する。このような原理により、交流電圧が第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加されると、駆動腕１１はｘ軸方向において振動する。

ここで、上述のように、第１励振電極５Ａが設けられる駆動腕１１のｚ軸方向の正側及び負側の面には、凹溝１１ａが形成されている。従って、第１励振電極５Ａは、ｘ軸方向において第２励振電極５Ｂと対向する部分（凹溝１１ａの内壁に位置する部分）を有することになり、また、全体として面積が大きくなる。その結果、駆動腕１１内におけるｘ軸方向の電界の強さを大きくし、効率的に駆動腕１１を振動させることができる。

センサ素子１がｙ軸回りに回転されると、ｘ軸方向において振動している駆動腕１１には、慣性力の一つである、その角速度に応じた大きさのコリオリの力が加わる。その結果、駆動腕１１はｚ軸方向において振動する。駆動腕１１及び検出腕１３は基部９によって連結され、互いに力の相互作用を及ぼすから、検出腕１３は、ｚ軸方向において、駆動腕１１とは逆位相で振動する（駆動腕１１の湾曲方向とは逆方向に湾曲する。）。

検出腕１３がｚ軸方向に湾曲すると、図４（ｂ）において矢印で示すように、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。電界の向きは、ｘ軸（電極軸）方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。また、電界の向きは、電極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側又は負側）とで決定される。この電圧（電界）が第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂに出力される。検出腕１３がｚ軸方向に振動すると、電圧は交流電圧として検出される。

ここで、上述のように、検出腕１３には複数の貫通溝１３ａが形成されており、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の正側及び負側の面だけでなく、その貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。従って、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけに設けられている場合に比較して、全体としての面積が大きくなっている。その結果、検出腕１３において生じる電荷を効率的に電気信号として取り出すことができる。

図５（ａ）は、４本の駆動腕１１のｘ軸方向における励振を説明するための模式的な平面図である。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、励振方向（ｘ軸方向）において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａと第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａとは接続され、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂと第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂとは接続され、これらの第１励振電極５Ａと、第２励振電極５Ｂとの間に交流電圧が印加される。

同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、励振方向において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。この励振も、上記と同様に、２本の駆動腕１１間において、第１励振電極５Ａ同士が接続され、第２励振電極５Ｂ同士が接続されることなどにより実現されてよい。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、励振方向において互いに逆側へ変形するように互いに逆の位相（１８０°ずれた位相）で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂとが接続され（第１の電極群）、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａとが接続され（第２の電極群）、第１の電極群と第２の電極群との間に交流電圧が印加される。

なお、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、ｘ軸方向において逆位相で振動していることから、圧電体３全体としては、これらグループのｘ軸方向の力は互いに打ち消し合う。

図５（ｂ）は、４本の駆動腕１１及び２本の検出腕１３のｚ軸方向における振動を説明するための模式的な斜視図である。より具体的には、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示したように駆動腕１１が湾曲している圧電体３が、中心線ＣＬ０回り（ｙ軸回り）に矢印ｙ５で示す方向へ回転した場合における、駆動腕１１及び検出腕１３の湾曲状態を示す斜視図である。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）の同一側に配置されている。また、両駆動腕１１は、図５（ａ）に示したように、その半径方向（励振方向、ｘ軸方向）において共に外側又は内側へ湾曲するように励振される。従って、両駆動腕１１においてコリオリの力の向きは互いに同一である。その結果、図５（ｂ）に示すように、両駆動腕１１はｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、コリオリの力によって、ｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。

第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）において互いに逆側に配置されており、ひいては、回転によるｚ軸方向の移動の向きは互いに逆である。また、図５（ａ）に示したように、一方のグループが半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するとき、他方のグループも半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するように、両グループは励振される。従って、両グループにおいてコリオリの力の向きは互いに逆となる。その結果、図５（ｂ）に示すように、両グループはｚ軸方向において互いに逆側へ湾曲するように振動する。

駆動腕１１及び検出腕１３は、基部９によって連結されている。従って、駆動腕１１の振動は、基部９を介して検出腕１３に伝達され、検出腕１３も振動する。具体的には、第１検出腕１３Ａは、ｚ軸方向において第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂとは逆側へ湾曲するように振動する。また、第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄとは逆側へ湾曲するように振動する。

第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において互いに逆側に湾曲するように振動する。従って、両者は、ｚ軸方向の一方側部分（又は他方側部分）において生じる電圧がｘ軸方向において互いに逆向きである。従って、例えば、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂとが接続され、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂと第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとが接続されることにより、両検出腕１３において生じた電気信号は加算される。

（配線の一例）
上記の動作説明においては、複数の励振電極５及び複数の検出電極７の接続関係について言及した。この接続関係を実現する配線の一例を図６に示す。

図６は、センサ素子１の斜視図である。ただし、この図は、配線を視認しやすいようにセンサ素子１を模式的に示している。例えば、圧電体３の形状は単純化されて示され、また、各種の電極は小さく示されている。

この例において、第１パッド１５Ａ及び第２パッド１５Ｂは、複数の励振電極５に印加される電圧が入力されるパッドである。また、第３パッド１５Ｃ及び第４パッド１５Ｄは、複数の検出電極７からの信号を出力するためのパッドである。

第１パッド１５Ａからは、第１配線１７Ａが延びている。第１配線１７Ａは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂに接続されている。また、第２パッド１５Ｂからは、第２配線１７Ｂが延びている。第２配線１７Ｂは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａに接続されている。

第３パッド１５Ｃからは、第３配線１７Ｃが延びている。第３配線１７Ｃは、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａ及び第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂに接続されている。また、第４パッド１５Ｄからは、第４配線１７Ｄが延びている。第４配線１７Ｄは、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂ及び第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａに接続されている。

配線１７は、互いに交差しないように、基部９の４面及び各種の腕部の根元側部分及び先端側部分の４面等に適宜に配置され、また、適宜に分岐又は合流している。

なお、図６に示す配線は、あくまで一例であり、他の種々のパターンによって、動作説明において言及した電極の接続関係が実現されてよい。基部９の２つの端部９ａと、４種のパッド１５との組み合わせも変更されてよい。配線１７は、絶縁体を介して互いに立体交差するように設けられてもよい。

（実装構造の一例）
図７は、センサ素子１の実装構造の一例を示す図であり、図２のVII−VII線に対応する断面図である。

角速度センサ１０１は、例えば、センサ素子１の他、センサ素子１が実装される回路基板１０９と、回路基板１０９に実装されるＩＣ１１１とを有している。

回路基板１０９は、例えば、リジッド式のプリント配線板により構成されており、絶縁基板１１２（絶縁基体）と、絶縁基板１１２の主面に設けられた複数のパッド１１３とを有している。なお、特に図示しないが、回路基板１０９は、この他に、パッド１１３同士を接続する配線等を有している。

センサ素子１は、パッド１５とパッド１１３とが半田等からなるバンプ１１５により接着されることによって、回路基板１０９に実装される。センサ素子１と回路基板１０９との間は、バンプ１１５並びにパッド１５及び１１３の厚みで隙間が形成されている。従って、駆動腕１１及び検出腕１３はｚ軸方向に回路基板１０９に衝突することなく振動可能である。

ＩＣ１１１は、例えば、既に述べた励振回路１０３及び検出回路１０５等を有している。ＩＣ１１１は、例えば、センサ素子１と同様に、バンプ１１５によりパッド１１３に接着されて実装される。ＩＣ１１１とセンサ素子１とは回路基板１０９を介して接続されている。

以上のとおり、本実施形態では、角速度センサ１０１は、圧電体３と、圧電体３の複数の駆動腕１１に電圧を印加して複数の駆動腕１１をその並び方向（ｘ軸方向、励振方向）に励振する励振回路１０３と、延在方向（ｙ軸方向）及び並び方向（ｘ軸方向）に交差する検出方向（ｚ軸方向）における複数の検出腕１３の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。複数の駆動腕１１は、４本以上の偶数本で、且つ、延在方向（ｙ軸方向）に延びる対称軸（中心線ＣＬ０）に対して線対称に配置されている。複数の検出腕１３は、２本以上の偶数本で、且つ、対称軸（中心線ＣＬ０）に対して線対称に配置されている。励振回路１０３は、線対称の一方側の複数の駆動腕（第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂ）が励振方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の他方側の複数の駆動腕（第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄ）が励振方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の一方側の複数の駆動腕（１１Ａ及び１１Ｂ）と、線対称の他方側の複数の駆動腕（１１Ｃ及び１１Ｄ）とが、励振方向において互いに逆側に変形するように、線対称の一方側の複数の駆動腕と線対称の他方側の複数の駆動腕とを互いに逆の位相で励振する。

従って、例えば、起動時間が２０ｍｓ〜５０ｍｓとなり従来と比較して短くなる。この起動時間が短くなる理由としては、例えば、以下の事項が考えられる。駆動腕１１の本数が比較的多く設けられ、ひいては、駆動腕１１同士が比較的近くに配置されることから、複数の駆動腕１１は振動に関して相互影響が比較的大きい（独立に振動し難い）。その結果、唸りが早期に収束する。また、並列に電圧印加がなされる駆動腕１１の本数が比較的多くされることから、全体としての抵抗値（共振インピーダンス、Ｒ１、ＣＩ）が低下する。起動時間は抵抗値に依存するから、抵抗値の低下によって起動時間が短くなる。また、複数の駆動腕１１は、線対称に配置され、線対称の一方側と他方側とで互いに逆方向に湾曲するように振動されるから、基部９の中央が振動の節となる。換言すれば、比較的多く設けられた駆動腕１１に対して振動の節が共通化される。その結果、複数の駆動腕１１が独立に振動することが抑制され、振動が早期に安定する。

また、起動時間の短縮以外にも種々の効果が奏される。例えば、角速度センサ１０１では、駆動腕１１の数が多くされ、ひいては、駆動腕１１全体としての質量が大きくされることから、駆動腕１１に作用するコリオリの力が大きくなる。その結果、角速度センサ１０１の感度が向上する。また、駆動腕１１の数を増やして質量を大きくすることから、駆動腕１１を大型化して駆動腕１１の質量を大きくする場合に比較して、センサ素子１の小型化が期待される。

また、本実施形態では、複数の駆動腕１１の本数は、複数の検出腕１３の本数よりも多い。従って、例えば、検出腕１３に対する駆動腕１１の質量を大きくしつつ、小型化を図ることができる。その結果、感度向上が期待される。

また、本実施形態では、線対称の一方側において互いに隣接する駆動腕１１（１１Ａ及び１１Ｂ）同士の中心間距離Ｄ１、及び、線対称の他方側において互いに隣接する駆動腕１１（１１Ｃ及び１１Ｄ）同士の中心間距離Ｄ１は、対称軸（中心線ＣＬ０）を挟んで互いに隣接する検出腕１３（１３Ａ及び１３Ｂ）同士の中心間距離Ｄ２よりも短い。

従って、例えば、既に述べたように、線対称の一方側及び他方側それぞれにおける複数の駆動腕１１同士の振動に関する相互影響は、対称軸を挟んで互いに隣接する検出腕１３同士の振動に関する相互影響よりも大きい。その結果、線対称の一方側及び他方側それぞれにおいて、複数の駆動腕１１の振動のばらつきが収束しやすくなり、ひいては、起動時間が短くなる。

また、本実施形態では、複数の駆動腕１１の本数は、複数の検出腕１３の本数よりも多い。一方で、線対称の一方側の複数の駆動腕１１全体の中心線ＣＬ１と、線対称の一方側の１又は複数の検出腕１３全体（本実施形態では１本の検出腕１３）の中心線ＣＬ１３Ａとは一致する。線対称の他方側においても同様である。

従って、例えば、複数の駆動腕１１の本数を検出腕１３の本数よりも多くしたことによる上述した効果を得つつ、駆動腕１１と検出腕１３との相互影響を大きくし、駆動腕１１の振動を検出腕１３に適切に伝達することができる。その結果、例えば、検出感度の向上が期待される。

また、本実施形態では、複数の検出腕１３それぞれには、検出方向（ｚ軸方向）に面する面に、延在方向（ｙ軸方向）に延びる貫通溝１３ａが形成されている。複数の検出腕１３それぞれにおいて、貫通溝１３ａの内壁面及び当該内壁面とは反対側に面する外側面には、検出回路１０５に接続される検出電極７が設けられている。

従って、既に述べたように、検出腕１３において生じた電荷を効率的に出力信号として出力することができる。そして、駆動腕１１の本数の増加等による感度向上の効果と相俟って、全体として小型且つ高感度の角速度センサ１０１が実現される。

また、本実施形態では、角速度センサ１０１は、絶縁基体（絶縁基板１１２）と、絶縁基体に設けられたパッド１１３とを有する実装基体（回路基板１０９）とを有している。基部９の両端部９ａは、駆動腕１１及び検出腕１３の並び方向（ｘ軸方向）において全ての駆動腕１１及び全ての検出腕１３よりも外側に位置している。圧電体３は、基部９の両端部９ａにてパッド１１３に接着されている。

従って、例えば、まず、圧電体３の支持のための部分が、駆動腕１１等と一体的に形成されることになり、構成が簡素である。また、例えば、基部９の内部側が固定される場合に比較して、基部９の変形が阻害されにくいから、駆動腕１１及び検出腕１３の振動が容易化される。その結果、感度の向上が期待される。

＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態に係るセンサ素子２０１の構成を示す斜視図である。図９は、センサ素子２０１の平面図である。

センサ素子２０１の構成の概要は、第１の実施形態のセンサ素子１の構成の概要と同様である。すなわち、センサ素子２０１は、第１の実施形態のセンサ素子１と同様に、圧電体２０３と、励振電極５と、検出電極７とを有している。また、圧電体２０３は、第１の実施形態の圧電体３と同様に、基部２０９と、複数（４本）の駆動腕２１１と、複数（２本）の検出腕２１３とを有し、中心線ＣＬ０に対して線対称の形状とされている。

センサ素子２０１の動作の概要も、第１の実施形態のセンサ素子２０１の動作の概要と同様である。すなわち、第１駆動腕２１１Ａ及び第２駆動腕２１１Ｂは同一位相でｘ軸方向に励振され、第３駆動腕２１１Ｃ及び第４駆動腕２１１Ｄは同一位相でｘ軸方向に励振される。第１駆動腕２１１Ａ及び第２駆動腕２１１Ｂのグループと、第３駆動腕２１１Ｃ及び第４駆動腕２１１Ｄのグループとは逆位相で励振される。そして、圧電体２０３がｙ軸回りに回転されると、駆動腕２１１及び検出腕２１３はコリオリの力によってｚ軸方向に振動する。

以下では、主として、第２の実施形態の、第１の実施形態との相違部分について説明する。

図９に示すように、第２の実施形態においては、対称軸（中心線ＣＬ０）を挟んで互いに隣接する駆動腕２１１（２１１Ｂ及び２１１Ｃ）同士の中心間距離Ｄ３は、線対称の一方側及び他方側のそれぞれにおいて互いに隣接する駆動腕２１１同士の中心間距離Ｄ１よりも長い。

このような構成により、例えば、線対称の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、駆動腕１１同士の相互影響を大きくすることができる。その結果、振動が早期に安定し、起動時間が短くなることが期待される。

また、中心間距離Ｄ３が小さい場合、対称軸（中心線ＣＬ０）を挟んで互いに隣接する第２駆動腕２１１Ｂ及び第３駆動腕２１１Ｃの振幅は小さくなる。その結果、線対称の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、駆動腕２１１同士の振幅にばらつきが生じる。例えば、第２駆動腕２１１Ｂの振幅は、第１駆動腕２１１Ａの振幅よりも小さくなる。その結果、例えば、起動時間が長くなるおそれがある。しかし、上記のように中心間距離Ｄ３を比較的長くすることによって、そのような不都合を解消できる。

また、第２の実施形態では、複数の駆動腕２１１の本数は、複数の検出腕２１３の本数よりも多く、対称軸（中心線ＣＬ０）を挟んで互いに隣接する駆動腕２１１（２１１Ｂ及び２１１Ｃ）同士の中心間距離Ｄ３は、対称軸を挟んで互いに隣接する検出腕２１３同士の中心間距離Ｄ２以上の長さ（図９ではＤ３＝Ｄ２）である。

すなわち、上述した中心間距離Ｄ１との比較とは別の観点でも、中心間距離Ｄ３は比較的長くされている。従って、例えば、上述したように、対称軸の一方側及び他方側それぞれにおいて、駆動腕２１１間における振幅のばらつきを抑制することができ、ひいては、起動時間の短縮が期待される。

なお、このように中心間距離Ｄ３を大きくしたとしても、駆動腕２１１の振動を検出腕２１３に効率的に伝達する観点から、中心間距離Ｄ３の基準となる第２駆動腕２１１Ｂは、その中心線ＣＬ１１Ｂがｘ軸方向において第１検出腕２１３Ａの幅の範囲内に収まっていることが好ましい。より好ましくは、図９に示すように、中心線ＣＬ１１Ｂは第１検出腕２１３Ａの中心線ＣＬ１３Ａと一致する。第３駆動腕２１１Ｃについても同様に、その中心線ＣＬ１１Ｃはｘ軸方向において第２検出腕２１３Ｂの幅の範囲内に収まっていることが好ましく、より好ましくは、図９に示すように、中心線ＣＬ１１Ｃは第２検出腕２１３Ｂの中心線ＣＬ１３Ｂと一致する。

また、第２の実施形態では、駆動腕２１１及び検出腕２１３は、根元から先端まで一定の幅ではなく、先端に幅広となる部分を有している。すなわち、駆動腕２１１及び検出腕２１３は、ハンマー形状とされている。従って、駆動腕２１１及び検出腕２１３の質量をその先端において確保することができるから、圧電体２０３を小型化することができる。

また、第２の実施形態では、駆動腕２１１のｚ軸方向の正側及び負側の面には凹溝が形成されておらず、これらの面は平坦である。従って、構成が簡素であり、製造コストが削減される。

また、第２の実施形態では、センサ素子２０１は、センサ素子２０１を実装基体（例えば図７の回路基板１０９）に実装するための第１実装腕２１９Ａ〜第４実装腕２１９Ｄを有している。具体的には、以下のとおりである。

基部２０９の両端部２０９ａは、第１の実施形態の基部９の両端部９ａと同様に、全ての駆動腕２１１及び全ての検出腕２１３よりもｘ軸方向の外側に位置している。４本の実装腕２１９は、基部２０９の両端部２０９ａからｙ軸方向の両側に延びている。すなわち、４本の実装腕２１９は、全ての駆動腕２１１及び全ての検出腕２１３のｘ軸方向の外側に位置し、駆動腕２１１及び検出腕２１３に並列に延びている。そして、４本の実装腕２１９の先端は圧電体２０３の４隅に位置している。

第１実装腕２１９Ａ及び第３実装腕２１９Ｃは、例えば、中心線ＣＬ０を対称軸として、その配置及び形状が互いに線対称になるように形成されている。同様に、第２実装腕２１９Ｂ及び第４実装腕２１９Ｄは、例えば、中心線ＣＬ０を対称軸として、その配置及び形状が互いに線対称になるように形成されている。第１実装腕２１９Ａ及び第３実装腕２１９Ｃと、第２実装腕２１９Ｂ及び第４実装腕２１９Ｄとは、例えば、基部２０９のｘ軸方向に延びる中心線（不図示）を対称軸として、その配置及び形状が互いに線対称になるように形成されている。

実装腕２１９の先端部のｚ軸方向の正側又は負側（本実施形態では正側）の面には、第１パッド２１５Ａ〜第４パッド２１５Ｄが設けられている。パッド２１５は、第１の実施形態のパッド１５と同様に、バンプ１１５（図７）を介して実装基体（例えば回路基板１０９）パッド１１３と接続される。これにより、センサ素子２０１と実装基体との電気的な接続がなされ、また、圧電体２０３は、駆動腕２１１及び検出腕２１３が振動可能な状態で支持される。なお、実装腕２１９の先端部の範囲は、例えば、実装腕２１９の先端面から実装腕２１９の長さの２／５まで又は１／３までの範囲である。

実装腕２１９の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、実装腕２１９は、ｘｚ断面の形状が長手方向に亘って一定とされ、また、当該ｘｚ断面は矩形である。また、例えば、実装腕２１９の幅（乃至は断面積）は、駆動腕２１１及び検出腕２１３の幅（乃至は断面積）以上とされている。また、例えば、実装腕２１９の長さは、駆動腕２１１及び検出腕２１３の長さと同等とされている。

以上のように、実装腕２１９にてセンサ素子１を固定することにより、まず、第１の実施形態において基部９の両端部９ａにてセンサ素子１を固定したことによって奏された効果と同様の効果が奏される。例えば、圧電体２０３の支持のための部分が、駆動腕２１１等と一体的に形成されることになり、構成が簡素である。また、例えば、基部２０９の内部側が固定される場合に比較して、基部２０９の変形が阻害されにくいから、駆動腕２１１及び検出腕２１３の振動が容易化される。

さらに、本実施形態においては、実装腕２１９が設けられることにより、第１の実施形態では奏されない効果が奏される。例えば、固定される部分（実装腕２１９の先端部）が駆動腕２１１及び検出腕２１３から比較的離れているから、駆動腕２１１及び検出腕２１３の振動が固定される部分に伝わりにくい。その結果、例えば、接着剤からなるバンプ１１５が経時変化によって劣化しても、実装腕２１９が実装基体から離れてしまうことが抑制される。すなわち、角速度センサの寿命を長くすることができる。また、例えば、固定される部分が４方に且つ比較的離れて位置していることから、センサ素子２０１を実装基体に対して平行に配置しやすくなる。その結果、角速度の検出精度が向上する。

なお、センサ素子２０１における配線構造は、第１の実施形態のセンサ素子１における配線構造と概ね同様でよい。例えば、図６に例示した配線構造を採用可能である。ただし、センサ素子２０１においては、パッド２１５が実装腕２１９の先端部に位置しており、これに応じて配線は長くされる（実装腕２１９に沿って延びる部分が設けられる。）。

（センサ素子の製造方法）
第１の実施形態のセンサ素子１及び第２の実施形態のセンサ素子２０１は、いずれも、公知のセンサ素子の製造方法によって作製されてよい。ただし、センサ素子２０１においては、中心間距離Ｄ３が比較的長く、ひいては、第２駆動腕２１１Ｂと第３駆動腕２１１Ｃとの間の隙間が大きいことから、以下に説明する製造方法を採用してもよい。

図１０（ａ）〜図１０（ｆ）は、センサ素子２０１の製造方法の要部を示す模式図であり、図９のＸ−Ｘ線に対応する断面図である。

まず、図１０（ａ）に示すように、圧電体２０３となる圧電基板２０２を用意する。圧電基板２０２は、例えば、センサ素子２０１が多数個取りされる母基材（ウェハ）である。

次に、図１０（ｂ）に示すように、圧電基板２０２をエッチングし、基部２０９、駆動腕２１１、検出腕２１３及び実装腕２１９を形成する（エッチング工程）。ただし、この時点では、各種電極、パッド及び配線が配置される表面が形成されればよい。例えば、複数の駆動腕２１１の先端部分が互いに繋がっていたり、圧電基板２０２内において互いに隣接する圧電体２０３同士が繋がっていたりしてもよい。

また、この時点では、圧電基板２０２のエッチングによって、第２駆動腕２１１Ｂと第３駆動腕２１１Ｃとの間に、支持腕２２１が形成されている。支持腕２２１の幅は、後述する支持作用が奏されるように適宜に設定されてよい。支持腕２２１の長さは、例えば、第１励振電極５Ａが形成される長さに亘る長さであり、例えば、駆動腕２１１と同等の長さである。支持腕２２１は、基部２０９及び／又は駆動腕２１１の先端同士を繋ぐ部分に支持されている。

次に、図１０（ｃ）に示すように、第１励振電極５Ａ等が形成される部分に開口が形成されたマスク２２３を形成する（マスク形成工程）。具体的には、例えば、レジストからなるフィルムを圧電体２０３に貼り付け、そのフィルムを露光及び現像によってパターニングし、これによりマスク２２３を形成する。マスク２２３は、駆動腕２１１上及び支持腕２２１上に位置するとともに、これらの間の隙間の上にも位置している。

次に、図１０（ｄ）に示すように、導電膜２２５を形成する（導電膜形成工程）。導電膜２２５は、マスク２２３上及び圧電体２０３のうちマスク２２３から露出した部分に亘って形成される。

次に、図１０（ｅ）に示すように、適宜な溶剤を用いることなどによって、マスク２２３及びマスク２２３上の導電膜２２５を除去する（除去工程）。これにより、第１励振電極５Ａ等が形成される。

その後、図１０（ｆ）に示すように、適宜な時期に、エッチング等によって支持腕２２１を除去する。これにより、センサ素子２０１が作製される。

以上のとおり、図１０に例示した製造方法においては、第２駆動腕２１１Ｂと第３駆動腕２１１Ｃとの間に一時的に支持部材（支持腕２２１）を配置し、支持腕２２１によってマスク２２３を支持する。従って、第２駆動腕２１１Ｂと第３駆動腕２１１Ｃとの間の比較的広い隙間においてマスク２２３が撓んだり破断したりすることが抑制される。なお、支持腕２２１は、圧電基板２０２とは別個の部材であってもよい。

本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。

第１の実施形態及び第２の実施形態は適宜に組み合わされてよい。例えば、第１の実施形態の駆動腕の溝は第２の実施形態の駆動腕に設けられてもよいし、第２の実施形態の駆動腕のハンマ形状は第１の実施液体の駆動腕に適用されてもよいし、第１の実施形態において実装腕が設けられてもよいし、第２の実施形態において実装腕が省略されてもよい。

検出腕及び駆動腕の本数は、実施形態に例示したものに限定されない。例えば、駆動腕の本数は、４本ではなく、６本であってもよい。また、例えば、検出腕の本数は、駆動腕の本数と同数であってもよい。

センサ素子を実装基体に固定する部分は、圧電体に一体的に形成されなくてもよい。例えば、実装基体に板ばねからなる端子を設け、当該端子によってセンサ素子を支持してもよい。また、実装腕が設けられる場合において、実装腕は、駆動腕及び検出腕に平行でなくてもよく、例えば、駆動腕及び検出腕に対して圧電体の外側へ傾斜して延びていてもよい。センサ素子の実装基体への固定と、センサ素子と実装基体との電気的な接続とは別個になされてもよい。例えば、基部又は実装腕を実装基体に固定しつつ、ボンディングワイヤによってセンサ素子と実装基体とを電気的に接続してもよい。

駆動腕の凹溝は、検出腕の貫通溝のように、先端の手前まで延びる貫通溝とされてもよい。この場合であっても、駆動腕はバイメタルのように振動可能である。また、検出腕の貫通溝は凹溝とされてもよい。この場合、駆動腕の凹溝のようにｚ軸方向の両面に凹溝を形成して各凹溝の内壁面に検出電極を設けてもよいし、ｚ軸方向の一方の面に深い凹溝を形成してその内壁面に検出電極を設けてもよい。

本発明は、必ずしも起動時間の短縮の効果を奏することができなくてもよい。本発明の構成は、起動時間の短縮以外にも、種々の効果を奏することができ、ひいては、技術的意義が見い出されることができる。例えば、既に述べたように、本発明は、感度の向上の効果を奏することができる。

本願からは、実装腕に着目した以下の別発明を抽出可能である。

絶縁基体と、絶縁基体に設けられたパッドと、を有する実装基体と、
圧電体と、前記圧電体に設けられた励振電極と、前記圧電体に設けられた検出電極とを有し、前記実装基体に実装されたセンサ素子と、
を有し、
前記圧電体は、
基部と、
前記基部から所定の延在方向において延び、前記励振電極が設けられる１又は複数の駆動腕と、
前記基部から前記延在方向において延びる１又は複数の検出腕と、
前記基部のうち全ての前記駆動腕及び全ての前記検出腕の両側外側となる部位から前記延在方向の一方側及び他方側に延びる４本の実装腕と、を有し、
前記圧電体は前記実装腕の先端部にて前記パッドに接着されている
角速度センサ。

上記の別発明においては、駆動腕と検出腕とは延在方向の互いに逆側に延びている必要は無いし、駆動腕及び検出腕それぞれは１本でもよいし、複数の駆動腕又は複数の検出腕が設けられた場合にこれらは線対称に配置されなくてもよい。振動のモードも適宜に設定されてよい。

１…センサ素子、３…圧電体、９…基部、１１Ａ…第１駆動腕、１１Ｂ…第２駆動腕、１１Ｃ…第３駆動腕、１１Ｄ…第４駆動腕、１３Ａ…第１検出腕、１３Ｂ…第２検出腕、１０１…角速度センサ、１０３…励振回路、１０５…検出回路、ＣＬ０…中心線（対称軸）。

Claims (11)

1. 基部と、前記基部から所定の延在方向の一方側へ延び、前記延在方向に交差する並び方向に並べられた複数の駆動腕と、前記基部から前記延在方向の他方側へ延び、前記並び方向に並べられた複数の検出腕と、を有する圧電体と、
   前記複数の駆動腕に電圧を印加して前記複数の駆動腕を前記並び方向に励振する励振回路と、
   前記延在方向及び前記並び方向に交差する検出方向における前記複数の検出腕の振動によって生じる電気信号を検出する検出回路と、
   を有し、
   前記複数の駆動腕は、４本以上の偶数本で、且つ、前記延在方向に延びる所定の対称軸に対して線対称に配置されており、
   前記複数の検出腕は、２本以上の偶数本で、且つ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
   前記励振回路は、
   線対称の一方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、
   線対称の他方側の複数の駆動腕が前記並び方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕を互いに同一の位相で励振し、
   線対称の前記一方側の複数の駆動腕と、線対称の前記他方側の複数の駆動腕とが、前記並び方向において互いに逆側に変形するように、線対称の前記一方側の複数の駆動腕と線対称の前記他方側の複数の駆動腕とに互いに逆の位相で励振する
   角速度センサ。
2. 前記複数の駆動腕の本数は、前記複数の検出腕の本数よりも多い
   請求項１に記載の角速度センサ。
3. 線対称の前記一方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離、及び、線対称の前記他方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離は、前記対称軸を挟んで互いに隣接する検出腕同士の中心間距離よりも短い
   請求項１又は２に記載の角速度センサ。
4. 前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離は、線対称の前記一方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離、及び、線対称の前記他方側において互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離よりも長い
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の角速度センサ。
5. 前記複数の駆動腕の本数は、前記複数の検出腕の本数よりも多く、
   線対称の前記一方側の複数の駆動腕全体の中心線と、線対称の前記一方側の１又は複数の検出腕全体の中心線とは一致し、線対称の前記他方側の複数の駆動腕全体の中心線と、線対称の前記他方側の１又は複数の検出腕全体の中心線とは一致する
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の角速度センサ。
6. 前記複数の駆動腕の本数は、前記複数の検出腕の本数よりも多く、
   前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離は、前記対称軸を挟んで互いに隣接する検出腕同士の中心間距離以上の長さである
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の角速度センサ。
7. 前記複数の検出腕それぞれには、前記検出方向に面する面に、前記延在方向に延びる溝が形成されており、
   前記複数の検出腕それぞれにおいて、前記溝の内壁面及び当該内壁面と反対側に面する外側面には、前記検出回路に接続される検出電極が設けられている
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の角速度センサ。
8. 絶縁基体と、絶縁基体に設けられたパッドと、を有する実装基体を更に有し、
   前記基部の両端部は、前記並び方向において全ての駆動腕及び全ての検出腕よりも外側に位置しており、
   前記圧電体は、前記基部の両端部にて前記パッドに接着されている
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の角速度センサ。
9. 絶縁基体と、絶縁基体に設けられたパッドと、を有する実装基体を更に有し、
   前記基部のうち両端部は、前記複数の駆動腕の並び方向において全ての駆動腕及び全ての検出腕よりも外側に位置しており、
   前記圧電体は、前記基部の両端部から、前記複数の駆動腕が延びる側及び前記複数の検出腕が延びる側に延びる４本の実装腕を有し、当該４本の実装腕の先端部にて前記パッドに接着されている
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の角速度センサ。
10. 基部と、前記基部から所定の延在方向の一方側へ延び、前記延在方向に交差する並び方向に並べられた複数の駆動腕と、前記基部から前記延在方向の他方側へ延び、前記並び方向に並べられた複数の検出腕と、を有する圧電体と、
    前記複数の駆動腕において、当該複数の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられた第１励振電極と、
    前記複数の駆動腕において、当該複数の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられ、前記複数の第１励振電極との間に電圧が印加されることにより、前記複数の駆動腕を前記並び方向に励振可能に配置された第２励振電極と、
    前記延在方向及び前記並び方向に交差する検出方向における前記複数の検出腕の振動によって生じる電気信号を検出可能に配置された複数の検出電極と、
    を有し、
    前記複数の駆動腕は、４本以上の偶数本で、且つ、前記延在方向に延びる所定の対称軸に対して線対称に配置されており、
    前記複数の検出腕は、２本以上の偶数本で、且つ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
    線対称の一方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極は互いに接続されており、
    線対称の前記一方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極、及び、線対称の前記他方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極は互いに接続されている
    センサ素子。
11. 圧電体をエッチングして、基部と、前記基部から所定の延在方向の一方側へ延び、前記延在方向に交差する並び方向に並べられた複数の駆動腕と、前記基部から前記延在方向の他方側へ延び、前記並び方向に並べられた複数の検出腕と、を形成するエッチング工程と、
    前記エッチング工程の後、前記圧電体上にレジストからなる所定のパターンのマスクを形成するマスク形成工程と、
    前記マスクの上から前記圧電体上に導電膜を形成する導電膜形成工程と、
    前記マスク及び前記導電膜のうち前記マスク上の部分を除去して、前記圧電体上に励振電極、検出電極及び配線を形成する除去工程と、
    を有し、
    前記エッチング工程では、
    前記複数の駆動腕を、４本以上の偶数本で、且つ、前記延在方向に延びる所定の対称軸に対して線対称の位置に形成し、
    前記複数の検出腕を、２本以上の偶数本で、且つ、前記対称軸に対して線対称の位置に形成し、
    前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離を、線対称の一方側の複数の駆動腕における互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における互いに隣接する駆動腕同士の中心間距離よりも長くし、
    前記マスク形成工程では、前記対称軸を挟んで互いに隣接する駆動腕の間に、前記マスクを支持する支持部材が位置する
    センサ素子の製造方法。

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