JP2016085192A - 振動素子、電子デバイス、電子機器および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低下させた振動素子を提供すること。【解決手段】振動素子としてのジャイロ素子１００は、電圧が印加され駆動する駆動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂと、駆動振動腕２ａ，２ｂに生じるコリオリ力の影響に応じて電荷が生じる検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂと、を備え、前記コリオリ力が生じていない状態で、検出振動腕３ａ，３ｂで検出される電荷量は、駆動振動腕２ａ，２ｂに発生する電荷量の０％を超え０．１％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、電子デバイス、電子機器および移動体に関する。

従来から、例えば、水晶などの圧電体の圧電現象を利用して振動腕を屈曲振動させる振動素子が知られていた。水晶を用いた振動素子は、周波数温度特性に優れていることより、各種の通信機器や電子機器の基準周波数源、発信源として広く用いられている。また、車両における車体制御、カーナビゲーションシステムの自車位置検出、デジタルカメラ、ビデオカメラおよび携帯電話の振動制御補正（いわゆる手振れ補正）などを行う電子機器にはジャイロセンサーが使用され、屈曲振動する振動素子はジャイロセンサーの角速度を検出する素子として用いられている。
これらの電子機器の小型化に伴い、振動素子にも小型化が求められている。振動素子を小型化すると、振動素子を形成する際の加工精度が相対的に大きくなる。例えば、振動腕を有する振動素子では、振動腕の形状が非対称になると主振動による面内方向の変位と、もれ振動による面内方向と交差する面外方向の変位と、を有する斜め振動が生じてしまう。この斜め振動を除去する方法として、特許文献１に記載されているように、振動腕と基部との間の結合領域に形成された金属膜（調整膜）をレーザーでトリミングする屈曲振動片の製造方法が知られていた。

特開２０１３−９２２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の屈曲振動片の製造方法を用いてジャイロ素子の斜め振動を完全に除去しようとするとジャイロ素子の歩留りが著しく低下してしまう。また、ジャイロ素子を個別にトリミングする工程の負荷も増加するためジャイロ素子の製造コストが上昇してしまうという課題があった。

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］本適用例に係る振動素子は、電圧が印加され駆動する駆動部と、前記駆動部に生じるコリオリ力の影響に応じて電荷が生じる検出部と、を備え、前記コリオリ力が生じていない状態で、前記検出部で検出される電荷量は、前記駆動部に発生する電荷量の０％を超え０．１％以下であることを特徴とする。

本適用例によれば、振動素子に加わった角速度は、駆動部の駆動方向と交差するする方向に生じたコリオリ力に応じて検出部に現れる電荷をチャージアンプにより検出して処理することで求められる。駆動部は、その断面形状の非対称性などにより、主振動である面内方向の変位と、漏れ振動による面内方向と交差する面外方向の変位と、を有する斜め振動を生じる。この漏れ振動による変位によって振動素子に角速度が加わっていない状態においても検出部から電荷が検出され、その電荷と角速度が加わることで生じる電荷との電荷量がチャージアンプの許容入力を超えて入力されるとチャージアンプが飽和状態となり、振動素子に加わる角速度が検出できなくなってしまう。このチャージアンプの飽和と電荷量との関係を求めたところ、振動素子は、駆動電極に電圧を印加させることで駆動電極に生じる電荷量に対し、角速度の加わっていない状態において検出電極で検出される電荷量の割合が０．１％以下までであればチャージアンプが飽和せずに角速度を検出できることがわかった。これより、ジャイロセンサーに用いる振動素子としては、振動素子の面外方向の変位を必要以上に抑える必要がなくなり、振動素子の歩留り向上と振動素子のトリミングに要する負荷の軽減とがなされ、振動素子の製造コストを低下させることができる。

［適用例２］上記適用例に記載の振動素子は、基部を有し、前記駆動部は、前記基部の一方の端部から延出し、前記検出部は、前記基部の前記一方の端部とは前記基部を境にして反対側の他方の端部から延出していること、が好ましい。

本適用例によれば、振動素子は、基部の一方の端部から延出している駆動部と、基部の一方の端部とは前記基部を境にして反対側の他方の端部から延出している検出部を備えた所謂Ｈ型と呼ばれる構成の振動素子である。Ｈ型の構成は、駆動系と検出系とが分離されているので、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、角速度の検出感度を安定させることができる。

［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記検出部は、前記基部から延出し、前記検出部または前記駆動部を挟むように位置している調整部を含んでいること、が好ましい。

本適用例によれば、振動素子は、漏れ振動で生じる検出部の発生電荷を、トリミングにより調整部で電荷量を調整することができる。

［適用例４］上記適用例に記載の振動素子は、基部と、前記基部から両側に延出している連結部と、を有し、前記検出部は、前記基部から前記連結部の延出方向と交差する方向に沿って前記連結部を境とした両側に延出し、前記駆動部は、前記連結部の前記基部の側と反対側の先端部から前記検出部の延出方向に沿って両側に延出していること、が好ましい。

本適用例によれば、振動素子は、基部の両側に延出している二つの連結部と、基部から連結部の延出方向と交差する方向に沿って前記連結部を境とした両側に延出している二つの検出部と、連結部の基部の側と反対側の先端から検出部の延出方向に沿って両側に延出している四つの駆動部と、を備えた所謂ダブルＴ型と呼ばれる構成をなしている。ダブルＴ型の構成は、駆動系と検出系とが点対称で分離されているので、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合がさらに低減され、角速度の検出感度をさらに安定させることができる。

［適用例５］上記適用例に記載の振動素子において、前記駆動部、前記検出部、および前記調整部の少なくとも一つの、前記基部の一端側とは反対側の他端側に、錘部が設けられていること、が好ましい。

本適用例によれば、駆動部、検出部、および調整部の少なくとも一つの、基部の一端側とは反対側の他端側には、錘部が設けられているので、駆動部、検出部、および調整部の長さの増大を抑えながら所定の駆動振動や検出振動を得るとともに、漏れ振動を抑制するための調整範囲が広くとれるので、より小型で高感度な特性を有する振動素子を提供することができる。

［適用例６］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例に記載の振動素子と、少なくとも前記駆動部を励振させる駆動回路を含む電子部品と、前記振動素子および前記電子部品の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えていること、を特徴とする。

本適用例によれば、電子デバイスは低コストの振動素子を備えているので、低コストの電子デバイスを提供することができる。

［適用例７］本適用例に係る電子機器は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、電子機器は低コストの振動素子を備えているので、低コストの電子機器を提供することができる。

［適用例８］本適用例に係る移動体は、上記適用例に記載の振動素子を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、移動体は低コストの振動素子を備えているので、低コストの移動体を提供することができる。

実施形態１に係る振動素子の一例としてのジャイロ素子の概略を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図。 ジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図。 （ａ）は駆動部の断面形状を示す断面図、（ｂ），（ｃ）は駆動部の斜め振動を示す模式断面図。 ジャイロ素子からの出力信号を処理する一例としての検出回路。 （ａ）は駆動振動腕の駆動振動の概略を示す図、（ｂ）はジャイロ素子に加わる角速度の概略を示す図、（ｃ）は漏れ振動がない場合の出力信号の概略を示す図、（ｄ）は漏れ振動がある場合の出力信号の概略を示す図。 ジャイロ素子から出力される電荷と角速度の検出との関係を示す図。 実施形態２に係る振動素子の一例としてのダブルＴ型ジャイロ素子の概略を示す図。 実施形態３に係る振動素子の一例としてのジャイロ素子を模式的に示す平面図。 （ａ）は図８のＥ−Ｅ線での断面図、（ｂ）は図８のＦ−Ｆ線での断面図。 本発明に係る電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーの概略構成を示す正断面図。 （ａ）〜（ｃ）は振動素子を備える電子機器の一例を示す斜視図。 振動素子を備える移動体としての自動車を示す斜視図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、図１〜３、図７〜９では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。

（実施形態１）
＜ジャイロ素子−１＞
まず、実施形態１に係る振動素子としてのジャイロ素子について、図１および図２を参照して説明する。図１（ａ）はジャイロ素子を模式的に示す斜視図、図１（ｂ）はジャイロ素子を模式的に示す平面図である。図２は、ジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、図２（ａ）は図１（ｂ）におけるＡ−Ａ線での断面図、図２（ｂ）は図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ線での断面図である。

図１（ａ）に示すように、実施形態１に係るジャイロ素子１００は、電圧が印加され駆動する駆動部と、駆動部に生じるコリオリ力の影響に応じて電荷が生じる検出部と、を備えている。詳しくは、ジャイロ素子１００は、基材（主要部分を構成する材料）を加工することにより一体に形成された基部１と、駆動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂと、調整部としての調整用振動腕４ａ，４ｂとを有している。更に、基部１から延出する第１連結部５ａ、および第１連結部５ａに連結する第１支持部５ｂと、基部１から第１連結部５ａと反対方向に延出する第２連結部６ａ、および第２連結部６ａに連結する第２支持部６ｂと、が設けられている。さらに、第１支持部５ｂおよび第２支持部６ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂの側で一体的に繋って、固定枠部７を構成している。そして、ジャイロ素子１００は、固定枠部７の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。

本実施形態のジャイロ素子１００では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚さを有した所謂水晶Ｚ板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚さは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。また、ジャイロ素子１００を形成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。

ジャイロ素子１００は、中心部分に位置する略矩形状の基部１と、基部１のＹ軸方向の端部１ａ，１ｂのうち一方の端部（図中（−）Ｙ方向の端部）１ｂから並行するようにＹ軸に沿って延出している一対の駆動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂと、基部１の一方の端部１ｂとは基部１を境にして反対側の他方の端部（図中（＋）Ｙ方向の端部）１ａからＹ軸に沿って並行するように延出している一対の検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂと、を有している。このように、基部１の両端部１ａ，１ｂから、一対の駆動振動腕２ａ，２ｂと、一対の検出振動腕３ａ，３ｂとが、それぞれ同軸方向に延出している。このような形状から、本実施形態に係るジャイロ素子１００は、Ｈ型ジャイロ素子と呼ばれることがある。Ｈ型のジャイロ素子１００は、駆動振動腕２ａ，２ｂと検出振動腕３ａ，３ｂとが、基部１の同一軸方向の両端部１ａ，１ｂからそれぞれ延出しているので、駆動系と検出系が分離される。ジャイロ素子１００は、このように駆動系と検出系が分離されることにより、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、検出感度が安定するという特徴を有する。なお、実施形態１ではＨ型ジャイロ素子を例に駆動振動腕および検出振動腕を各々２本ずつ設けているが、振動腕の本数は１本であっても３本以上であっても良い。また、１本の振動腕に後述する駆動電極と検出電極を形成しても良い。

Ｈ型のジャイロ素子１００は、一対の駆動振動腕２ａ，２ｂを面内方向（＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向）に振動させた状態で、Ｙ軸回りに角速度ωが加わると、駆動振動腕２ａ，２ｂにコリオリ力が発生し、駆動振動腕２ａ，２ｂが面内方向と交差する面外方向（＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向）に、互いに逆方向に屈曲振動する。そして、検出振動腕３ａ，３ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂの面外方向の屈曲振動に共振して、同じく面外方向に屈曲振動する。この時、圧電効果により検出振動腕３ａ，３ｂに設けられている検出電極に電荷が発生する。ジャイロ素子１００は、この電荷を検出することによりジャイロ素子１００に加わる角速度ωを検出することができる。

基部１から延出している駆動部としての一対の駆動振動腕２ａ，２ｂは、図２に示すように、表面２ｃ，２ｇと、表面２ｃ，２ｇと反対側に設けられた裏面２ｄ，２ｈと、表面２ｃ，２ｇと裏面２ｄ，２ｈとを接続する側面２ｅ，２ｆ，２ｋ，２ｊと、を備えている。また、駆動振動腕２ａ，２ｂの基部１の一端側とは反対側の他端側には、駆動振動腕２ａ，２ｂよりも幅の広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の錘部５２ａ，５２ｂが設けられている（図１参照）。このように、駆動振動腕２ａ，２ｂに、錘部５２ａ，５２ｂが設けられていることにより、駆動振動腕２ａ，２ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の駆動振動を得ることができるため、ジャイロ素子を小型化することが可能となる。なお、駆動振動腕２ａ，２ｂには、駆動振動腕２ａ，２ｂを駆動させるための電極が設けられているが、電極の構成については後述する。

基部１から延出している一対の検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂには、表面３ｃ，３ｇと、表面３ｃ，３ｇと反対側に設けられた裏面３ｄ，３ｆと、表面３ｃ，３ｇと裏面３ｄ，３ｆとを接続する側面３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋと、を備えている。
さらに、検出振動腕３ａ，３ｂの基部１の一端側とは反対側の他端側には、検出振動腕３ａ，３ｂよりも幅の広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の錘部５３ａ，５３ｂが設けられている（図１参照）。このように、検出振動腕３ａ，３ｂにおいても、錘部５３ａ，５３ｂが設けられていることにより、検出振動腕３ａ，３ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の検出振動を得ることができるため、ジャイロ素子を小型化することが可能となる。また、一対の検出振動腕３ａ，３ｂには、凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、図２に示すように表面３ｃ，３ｇおよび裏面３ｄ，３ｆの両面側から掘り込まれている構成であるが、表面３ｃ，３ｇあるいは裏面３ｄ，３ｆの一方の面から掘り込まれた構成でもよい。

さらに、ジャイロ素子１００には、図１に示すように、水晶の結晶Ｘ軸（電気軸）と交差する方向に検出振動腕３ａ，３ｂと並行させてかつ検出振動腕３ａ，３ｂを挟むように、基部１から延出している一対の調整部としての調整用振動腕４ａ，４ｂが設けられている。即ち、調整用振動腕４ａ，４ｂは、Ｙ軸に沿って（＋）Ｙ軸方向に延出し、検出振動腕３ａ，３ｂと所定の間隔を空けて内側に挟むように位置し、かつ並行するように設けられている。なお、調整用振動腕４ａ，４ｂは、チューニングアームと呼ばれることもある。このような調整用振動腕４ａ，４ｂが設けられていることにより、漏れ出力を調整することが可能となる。換言すれば、駆動振動が漏れる（伝播する）、所謂振動漏れ出力によって検出振動腕３ａ，３ｂに発生する電荷を調整用振動腕４ａ，４ｂで発生する電荷でキャンセルすることができる。

また、調整用振動腕４ａ，４ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕４ａ，４ｂの振動が、駆動振動腕２ａ，２ｂと検出振動腕３ａ，３ｂによるジャイロ素子１００の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子１００の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子１００の小型化にも有利となる。

さらに、調整用振動腕４ａ，４ｂの基部１の一端側とは反対側の他端側には、調整用振動腕４ａ，４ｂよりも幅の広い（Ｘ軸方向の長さが長い）略矩形状の錘部５４ａ，５４ｂが設けられている。このように、調整用振動腕４ａ，４ｂの先端部に錘部５４ａ，５４ｂを設けることにより、調整用振動腕４ａ，４ｂにおける質量変化を顕著にさせることができ、ジャイロ素子１００の高感度化に寄与する効果をさらに向上させることができる。

基部１の中央は、ジャイロ素子１００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子１００の外形は、重心を通るＹ軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子１００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子１００の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子１００の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）により形成することができる。なお、ジャイロ素子１００は、１枚の水晶ウエハーから複数個取りすることが可能である。

次に、ジャイロ素子１００の電極配置の一実施形態について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、検出振動腕３ａ，３ｂの図１（ｂ）に示すＡ−Ａ部における断面を示し、図２（ｂ）は、駆動振動腕２ａ，２ｂの図１（ｂ）に示すＢ−Ｂ部における断面を示している。

まず、検出振動腕３ａ，３ｂに形成され、検出振動腕３ａ，３ｂが振動することによって基材である水晶に発生する歪みを検出する検出電極について説明する。図１（ａ）に示すように、検出振動腕３ａ，３ｂには、前述したように、凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、表面３ｃ，３ｇおよび裏面３ｄ，３ｆの両面側に設けられている。

検出振動腕３ａには、側面３ｈに、検出振動腕３ａの厚み方向（Ｚ軸方向）の略中央に有って検出振動腕３ａの延出方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられた電極分割部３ｍによって分割された、表面３ｃ側の第１検出電極２１ａと裏面３ｄ側の第２検出電極２２ｂとが設けられている。さらに、第１検出電極２１ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極２２ａが設けられ、第２検出電極２２ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極２１ｂが設けられている。また、側面３ｈとは反対側の側面３ｉに、検出振動腕３ａの厚み方向の略中央に有って検出振動腕３ａの延出方向に沿って設けられた電極分割部３ｎによって分割された、表面３ｃ側の第２検出電極２２ａと裏面３ｄ側の第１検出電極２１ｂとが設けられている。さらに、第２検出電極２２ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極２１ａが設けられ、第１検出電極２１ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極２２ｂが設けられている。

そして、第１検出電極２１ａと第１検出電極２１ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ａの先端部などを経由して電気的に接続されている。第２検出電極２２ａと第２検出電極２２ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ａの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、検出振動腕３ａの先端近傍まで延設されている。また、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。また、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、調整用振動腕４ａ（図１参照）に形成された図示しない調整用電極にも電気的に接続されている。

同様に、検出振動腕３ｂには、側面３ｊに、検出振動腕３ｂの厚み方向（Ｚ軸方向）の略中央に有って検出振動腕３ｂの延出方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられた電極分割部３ｒによって分割された、表面３ｇ側の第２検出電極３１ａと裏面３ｆ側の第１検出電極３２ｂとが設けられている。さらに、第２検出電極３１ａと対向する凹部５８ｂの内側面には、第１検出電極３２ａが設けられ、第１検出電極３２ｂと対向する凹部５８ｂの内側面には、第２検出電極３１ｂが設けられている。また、側面３ｊとは反対側の側面３ｋに、検出振動腕３ｂの厚み方向の略中央に有って検出振動腕３ｂの延出方向に沿って設けられた電極分割部３ｓによって分割された、表面３ｇ側の第１検出電極３２ａと裏面３ｆ側の第２検出電極３１ｂとが設けられている。さらに、第１検出電極３２ａと対向する凹部５８ｂの内側面には、第２検出電極３１ａが設けられ、第２検出電極３１ｂと対向する凹部５８ｂの内側面には、第１検出電極３２ｂが設けられている。

そして、第２検出電極３１ａと第２検出電極３１ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ｂの先端部などを経由して電気的に接続されている。第１検出電極３２ａと第１検出電極３２ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ｂの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、検出振動腕３ｂの先端近傍まで延設されている。また、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。また、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、調整用振動腕４ｂ（図１参照）に形成された図示しない調整用電極にも電気的に接続されている。

検出振動腕３ａにおいては、第１検出電極２１ａと第１検出電極２１ｂとは同電位となるように接続され、第２検出電極２２ａと第２検出電極２２ｂとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕３ａの振動によって生じる歪みが、第１検出電極２１ａ，２１ｂと第２検出電極２２ａ，２２ｂの電極間の電位差を検出することにより検出される。同様に、検出振動腕３ｂにおいては、第１検出電極３２ａと第１検出電極３２ｂとは同電位となるように接続され、第２検出電極３１ａと第２検出電極３１ｂとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕３ｂの振動によって生じる歪みが、第１検出電極３２ａ，３２ｂと第２検出電極３１ａ，３１ｂの電極間の電位差を検出することにより検出される。

次に、駆動振動腕２ａ，２ｂに設けられた、駆動振動腕２ａ，２ｂを駆動させるための駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃについて説明する。図２（ｂ）に示すように、駆動振動腕２ａの表面（一方の主面）２ｃには駆動電極１１ａが、および裏面（他方の主面）２ｄには駆動電極１１ｂが、錘部５２ａ（図１参照）までの間に形成されている。また、駆動振動腕２ａの一方の側面２ｅ、および他方の側面２ｆには駆動電極１２ｃが、駆動振動腕２ａの錘部５２ａ（図１参照）までの間に形成されている。同様に、駆動振動腕２ｂの表面（一方の主面）２ｇには駆動電極１２ａが、および裏面（他方の主面）２ｈには駆動電極１２ｂが、錘部５２ｂ（図１参照）までの間に形成されている。また、駆動振動腕２ｂの一方の側面２ｊ、および他方の側面２ｋには駆動電極１１ｃが、駆動振動腕２ｂの錘部５２ｂ（図１参照）までの間に形成されている。

駆動振動腕２ａ，２ｂに形成された駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、駆動振動腕２ａ，２ｂを介して対向配置される駆動電極間において同電位となるように配置される。また、図示しないが、駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、接続される第１固定部に形成された接続パッド、および駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃが接続される第２固定部に形成された接続パッドを通して駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃと駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの間に電位差を交互に与えることにより駆動振動腕２ａ，２ｂは、いわゆる音叉振動が励振される。

次に、調整用振動腕４ａ，４ｂに設けられた電極について説明する。図示しないが、調整用振動腕４ａには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また調整用振動腕４ａの両側面のそれぞれには、同電位である他の調整用電極が形成されている。同様に、調整用振動腕４ｂには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また調整用振動腕４ｂの両側面には、同電位である他の調整用電極が形成されている。

なお、上述した駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、第１検出電極２１ａ，２１ｂ，３２ａ，３２ｂ、および第２検出電極２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ、および調整用電極の構成は、特に限定されず、導電性を有し、薄膜形成が可能であればよい。具体的な構成としては、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）等の導電材料により形成することができる。

次に、振動素子としてのジャイロ素子１００の漏れ振動について、駆動振動腕２ａを用いて説明する。図３（ａ）は、駆動部の断面形状を示す断面図、（ｂ），（ｃ）は、駆動部の斜め振動を示す模式断面図である。
図３に示すように、駆動振動腕２ａのＸＺ平面に平行に切断した時、その断面形状は、ジャイロ素子１００の外形を形成する際、製造工程における加工のばらつきなどにより、中心線ＣＬに対して非対称になることがある。詳しくは、駆動振動腕２ａの断面は、表面２ｃで形成される第１の辺と、裏面２ｄで形成される第２の辺とが、Ｘ軸方向に沿って互いに逆方向にズレを生じた平行四辺形をなしている。

駆動振動腕２ａの駆動電極１１ａ，１１ｂと駆動電極１２ｃと（図２参照）に交流電圧を印加して駆動振動腕２ａに屈曲振動を励起させた時（駆動モード時）、駆動振動腕２ａの基部１（図１参照）とは反対側の先端が、その位置を変えることを変位という。図３（ａ）に示した形状の駆動振動腕２ａを屈曲振動させた場合、駆動振動腕２ａは主振動によるＸ軸方向（面内方向）の変位と、漏れ振動によるＺ軸方向（面外方向）の変位と、を有する斜め振動を生じる。斜め振動は、二つの振動形態を有する。図３（ｂ）に示す第１の振動形態は、駆動振動腕２ａが＋Ｘ軸方向に振れた際に＋Ｚ軸方向に漏れ振動を生じさせるように振れ、−Ｘ軸方向に振れた際に−Ｚ軸方向に振れるといった形態である。また、図３（ｃ）に示す第２の振動形態は、駆動振動腕２ａが＋Ｘ軸方向に振れた際に−Ｚ軸方向に漏れ振動を生じさせるように振れ、−Ｘ軸方向に振れた際に＋Ｚ軸方向に振れるといった振動形態である。

漏れ振動による面外方向の変位によってジャイロ素子１００に角速度が加わっていない（駆動部としての駆動振動腕２ａ，３ｂにコリオリ力が生じていない）状態においても、検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂは、駆動部の面外方向の漏れ振動（変位）に共振して面外方向に屈曲する振動により、電荷を検出してしまう。

次に、図４を参照して、ジャイロ素子１００に加わった角速度の検出回路２００について説明する。図４は、ジャイロ素子からの出力信号を処理する一例としての検出回路である。
検出回路２００は、検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂ、チャージアンプ２１０ａ，２１０ｂ、差動アンプ２２０、ＡＣアンプ２３０、同期検波回路２４０、ＬＰＦ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ ｆｉｌｔｅｒ）２５０、可変ゲインアンプ２６０を含み構成されている。

ジャイロ素子１００に角速度が加わると、駆動振動腕２ａ，２ｂにコリオリ力が発生して、検出振動腕３ａと検出振動腕３ｂとに角速度に応じた極性の異なる出力信号が出力される。検出振動腕３ａ，３ｂから出力された出力信号は、それぞれチャージアンプ２１０ａ、２１０ｂによって増幅し、差動アンプ２２０に出力する。

差動アンプ２２０は、検出振動腕３ａと検出振動腕３ｂとからの出力信号の差動増幅信号を、ＡＣアンプ２３０を介して同期検波回路２４０に出力する。同期検波回路２４０では、差動アンプ２２０からＡＣアンプ２３０を介して入力された差動増幅信号を駆動回路（図示せず）からの出力信号を基準として位相検波する。同期検波回路２４０からの出力信号は、ＬＰＦ２５０を介して平滑化され、可変ゲインアンプ２６０で増幅後に出力される。これにより、Ｙ軸回りの角速度ωを数値として得ることができる。

次に、図５を参照して、ジャイロ素子から出力される出力信号について説明する。
図５（ａ）は、駆動振動腕２ａ，２ｂの駆動振動を示す図、図５（ｂ）は、ジャイロ素子１００に加わる角速度の概略を示す図、図５（ｃ）は、漏れ振動がない場合の出力信号の概略を示す図、図５（ｄ）は、漏れ振動がある場合の出力信号の概略を示す図である。図５（ａ）〜（ｄ）の横軸は時間を表し、図５（ａ）の縦軸は振幅を表し、図５（ｂ）の縦軸は角速度を表し、図５（ｃ）（ｄ）の縦軸は出力電圧を表す。

駆動振動腕２ａの駆動電極１１ａ，１１ｂと駆動電極１２ｃと（図２参照）、および駆動振動腕２ｂの駆動電極１２ａ，１２ｂと駆動電極１１ｃと、に交流電圧を印加した時、駆動振動腕２ａ，２ｂは、所定の周波数でＸ軸方向に一定の振幅で振動する駆動振動を生じる。図５（ａ）に駆動振動の概略波形を示す。
図５（ｂ）は、ジャイロ素子１００のＹ軸回りに加えられる角速度を示している。
図５（ｃ）は、漏れ振動によるＺ軸方向の変位がない場合に、検出振動腕３ａまたは検出振動腕３ｂから出力される出力信号を示している。図５（ｃ）に示すように、漏れ振動がない場合には、角速度が加わらない領域では電圧が出力されない。角速度が加わっている領域では、角速度に駆動振動の波形が重畳された電圧が出力される。

図５（ｄ）は、漏れ振動によるＺ軸方向の変位がある場合に、検出振動腕３ａまたは検出振動腕３ｂから出力される出力信号を示している。図５（ｄ）に示すように、漏れ振動がある場合には、角速度が加わらない領域においても漏れ振動により一定の電圧が生じている。角速度が加わっている領域では、漏れ振動により生じた電圧に対して、図５（ｃ）に示した漏れ振動がない場合に出力される電圧が重畳された電圧が出力される。

図５（ｄ）の仮想線Ｃは、図４に示したチャージアンプ２１０ａ，２１０ｂの許容入力値を示している。漏れ振動が大きくなると、角速度が加わっていない領域での出力電圧が大きくなり、これに角速度により出力される電圧が重畳されて、チャージアンプ２１０ａ，２１０ｂの許容入力値を超えると、チャージアンプ２１０ａ，２１０ｂが飽和状態となり、ジャイロ素子１００に加わる角速度を検出できなくなる。したがって、斜め振動の大きいジャイロ素子１００は、個別にトリミングして漏れ振動（Ｚ軸方向の変位）を抑える必要があった。

図６は、ジャイロ素子１００から出力される電荷と角速度の検出との関係を示す図である。図６に記載の電荷量比は、駆動振動腕２ａ，２ｂ（図１参照）にコリオリ力が生じていない状態、換言すると、ジャイロ素子１００のＹ軸回りに角速度が加えられていない状態において、検出部としての検出振動腕３ａ，３ｂで検出される電荷量を、駆動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂに発生する電荷量で除した値をパーセント（％）で表している。角速度の検出は、ジャイロ素子１００のＹ軸回りに角速度が加えられた時、検出振動腕３ａ，３ｂからの出力信号でチャージアンプ２１０ａ，２１０ｂが飽和せずに角速度が検出されたか否かを示している。なお、駆動振動腕２ａ，２ｂに発生する電荷は、駆動振動腕２ａ，２ｂに検出電極（図示せず）を設けることで検出することができる。

図６に示すように、図４に示した検出回路２００において、電荷量比０．１％以下のジャイロ素子１００を使用することでチャージアンプ２１０ａ，２１０ｂを飽和させることなく角速度を検出することができる。ジャイロセンサーに用いる振動素子（ジャイロ素子１００）としては、電荷比０．１％以下まで許容されること、駆動振動腕２ａ，２ｂの漏れ振動を完全に除去する（電荷比を０％にする）必要がないことを見出した。これにより、駆動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂの漏れ振動による面外方向（Ｚ軸方向）の変位を必要以上に抑える必要がなくなり、ジャイロ素子１００の歩留りを向上させ、ジャイロ素子１００のトリミングに要する負荷を軽減させることができる。

なお、上記実施形態１に係るジャイロ素子１００の説明では、基部１の一方端に、一対の検出振動腕３ａ，３ｂと、検出振動腕３ａ，３ｂを挟む一対の調整用振動腕４ａ，４ｂと、が設けられ、他方端に一対の駆動振動腕２ａ，２ｂが設けられている例を用いたが、この構成に限らない。例えば、駆動振動腕と調整用振動腕とが、基部の同じ端から同方向に延出されている形態でもよい。
また、本実施形態では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例を説明したが、これに限定するものではない。例えば、基材にシリコンを主成分とした材料を用いてジャイロ素子の外形を形成し、駆動部または検出部として、駆動電極または検出電極に挟まれた圧電体を備えた、所謂圧電薄膜型のジャイロ素子であってもよい。

以上述べたように、本実施形態１に係る振動素子としてのジャイロ素子１００によれば、以下の効果を得ることができる。
コリオリ力が生じていない状態で、ジャイロ素子１００の検出振動腕３ａ，３ｂで検出される電荷を、駆動振動腕２ａ，２ｂに発生する電荷の０％を超え０．１％以下にすることで、ジャイロ素子１００は、ジャイロセンサーの振動素子として用いることができる。これにより、駆動部としての駆動振動腕２ａ，２ｂの漏れ振動による面外方向（Ｚ軸方向）の変位を必要以上に抑える必要がなくなり、ジャイロ素子１００の歩留り向上と、ジャイロ素子１００のトリミングに要する負荷を軽減させることができる。したがって、製造コストを低下させたジャイロ素子１００を提供することができる。

（実施形態２）
＜ジャイロ素子−２＞
次に、図７を参照して、実施形態２に係る振動素子としてのジャイロ素子４００について説明する。
図７は、実施形態２に係るジャイロ素子の概略構成を模式的に示し、ジャイロ素子を＋側のＺ軸方向から見た平面図である。なお、ジャイロ素子４００には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、図７においては省略している。

実施形態２に係るジャイロ素子４００は、Ｚ軸まわりの角速度を検出する「面外軸検出型」のセンサー素子であって、図示しないが、基材と、基材の表面に設けられている複数の電極、配線および端子とで構成されている。ジャイロ素子４００は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で構成することができるが、これらの中でも、水晶で構成するのが好ましい。これにより、優れた振動特性（周波数特性）を発揮することのできるジャイロ素子４００が得られる。

このようなジャイロ素子４００は、いわゆるダブルＴ型をなす振動体４０４と、振動体４０４を支持する第１支持部４５１および第２支持部４５２と、振動体４０４と第１支持部４５１および第２支持部４５２とを連結する第１梁４６１、第２梁４６２、第３梁４６３および第４梁４６４とを有している。

振動体４０４は、ＸＹ平面に拡がりを有し、Ｚ軸方向に厚みを有している。このような振動体４０４は、中央に位置する基部４４０と、基部４４０からＸ軸方向に沿って両側に延出している連結部としての第１連結腕４３１、第２連結腕４３２と、基部４４０からＹ軸方向に沿って両側に延出している検出部としての第１検出振動腕４２１、第２検出振動腕４２２と、第１連結腕４３１の先端部からＹ軸方向に沿って両側に延出している駆動部としての第１駆動振動腕４４１、第２駆動振動腕４４２と、第２連結腕４３２の先端部からＹ軸方向に沿って両側に延出している駆動部としての第３駆動振動腕４４３、第４駆動振動腕４４４と、を有している。第１、第２検出振動腕４２１，４２２および第１、第２、第３、第４駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４の基部４４０の一端側とは反対側の他端側には、それぞれ、基端側よりも幅の大きい略四角形の錘部（ハンマーヘッド）４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８が設けられている。このような錘部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８を設けることでジャイロ素子４００の角速度の検出感度が向上する。

第１検出振動腕４２１には、有底の凹部４５８が設けられ、第２検出振動腕４２２には、有底の凹部４５９が設けられている。凹部４５８，４５９は、表面および裏面の両面側から掘り込まれている。なお、凹部は、表面あるいは裏面のいずれか一方の面から掘り込まれた構成でもよい。

また、第１、第２支持部４５１，４５２は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って延在しており、これら第１、第２支持部４５１，４５２の間に振動体４０４が位置している。言い換えれば、第１、第２支持部４５１，４５２は、振動体４０４を介してＹ軸方向に沿って対向するように配置されている。第１支持部４５１は、第１梁４６１、および第２梁４６２を介して基部４４０と連結されており、第２支持部４５２は、第３梁４６３、および第４梁４６４を介して基部４４０と連結されている。

第１梁４６１は、第１検出振動腕４２１と第１駆動振動腕４４１との間を通って第１支持部４５１と基部４４０を連結している。第２梁４６２は、第１検出振動腕４２１と第３駆動振動腕４４３との間を通って第１支持部４５１と基部４４０を連結している。第３梁４６３は、第２検出振動腕４２２と第２駆動振動腕４４２との間を通って第２支持部４５２と基部４４０を連結している。第４梁４６４は、第２検出振動腕４２２と第４駆動振動腕４４４との間を通って第２支持部４５２と基部４４０を連結している。

第１梁４６１〜第４梁４６４は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部を有する細長い形状で形成されているので、あらゆる方向に弾性を有している。そのため、外部から衝撃が加えられても、各梁４６１，４６２，４６３，４６４で衝撃を吸収する作用を有するので、これに起因する検出ノイズを低減または抑制することができる。

このような構成のジャイロ素子４００は、次のようにしてＺ軸まわりの角速度ωを検出する。ジャイロ素子４００の駆動振動は、角速度ωが加わらない状態において、駆動信号電極（図示せず）および駆動接地電極（図示せず）の間に電界が生じると、各駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４がＸ軸方向に屈曲振動を行う。このとき、第１、第２駆動振動腕４４１，４４２と、第３、第４駆動振動腕４４３，４４４とは、中心点（重心）を通るＹＺ平面に関して面対称の振動を行っているため、基部４４０と、第１、第２連結腕４３１，４３２と、第１、第２検出振動腕４２１，４２２とは、ほとんど振動しない。

この駆動振動を行っている状態にて、ジャイロ素子４００にＺ軸まわりに角速度ωが加わると、駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４および連結腕４３１，４３２にＹ軸方向のコリオリの力が働き、このＹ軸方向の振動に呼応して、Ｘ軸方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した検出振動腕４２１，４２２の歪みを検出信号として検出することによって角速度ωが求められる。

ジャイロ素子４００は、前述の実施形態１のジャイロ素子１００と同様に、コリオリ力が生じていない状態で、ジャイロ素子４００の第１検出振動腕４２１、第２検出振動腕４２２で検出される電荷を、各駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４に発生する電荷の０％を超え０．１％以下にすることで、ジャイロ素子４００は、ジャイロセンサーの振動素子として用いることができる。これにより、駆動部としての各駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４の漏れ振動による面外方向（Ｚ軸方向）の変位を必要以上に抑える必要がなくなり、ジャイロ素子４００の歩留り向上と、ジャイロ素子４００のトリミングに要する負荷を軽減させることができる。したがって、製造コストを低下させたジャイロ素子４００を提供することができる。

なお、実施形態３に係るジャイロ素子４００では、第１検出振動腕４２１および第２検出振動腕４２２に、凹部４５８，４５９が設けられている構成で説明したが、これに限らず、凹部４５８，４５９が設けられていない構成でもよい。

（実施形態３）
＜ジャイロ素子−３＞
次に、図８を参照して、ジャイロ素子６００について説明する。図８は、実施形態３に係る振動素子の一例としてのジャイロ素子６００を模式的に示す平面図である。図９（ａ）は図８のＥ−Ｅ線での断面図、図９（ｂ）は図８のＦ−Ｆ線での断面図である。

図８および図９に示すように、ジャイロ素子６００は、基体６１０、振動体６２０、弾性支持体６３０、駆動部６４０、を含んでいる。ジャイロ素子６００は、基体６１０に設けられた凹部６１４と間隙を介して振動体６２０が設けられている。振動体６２０は、基体６１０の第１面６１１に（基体６１０上に）設けられた固定部６１７に弾性支持体６３０を介して支持されている。
ジャイロ素子６００は、振動体６２０の検出部６５０においてＹ軸まわりの角速度を検出するジャイロ素子（静電容量型ＭＥＭＳジャイロ素子）である。
なお、便宜上、図８では、基体６１０を透視して図示している。また、基体６１０の振動体６２０が設けられる基面である第１面６１１（図９参照）の法線方向から見ること、即ち基体６１０に支持されている振動体６２０を上方から見ることを、以下、「平面視」という。

基体６１０は、図９に示すように、第１面６１１と、第１面６１１と反対側の第２面６１１ｂと、を有している。第１面６１１には、凹部６１４が設けられている。凹部６１４の上方には、間隙を介して、振動体６２０（検出部６５０、および支持部６１２）、弾性支持体６３０、および駆動部６４０（駆動用可動電極部６４１、および駆動用固定電極部６４２）が設けられている。凹部６１４によって、振動体６２０、弾性支持体６３０、および駆動部６４０の一部（駆動用可動電極部６４１）は、基体６１０に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。基体６１０の材質としては、例えば、ガラス、シリコンを用いることができる。
本実施形態の凹部６１４の平面形状（Ｚ軸方向から見たときの形状）は、長方形であるが、特に限定されない。凹部６１４は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって形成される。

基体６１０は、図９に示すように振動体６２０の形態に応じて、第１面６１１に適宜設けられる固定部６１７を有している。固定部６１７は、振動体６２０を支持する弾性支持体６３０の一端６１５が固定（接合）され、弾性支持体６３０を介して振動体６２０を支持する部分である。
図８および図９に示すように、弾性支持体６３０の一端６１５（固定部６１７）は、Ｘ軸方向において振動体６２０を挟むように配置されていてもよい。また、弾性支持体６３０の一端６１５は、Ｙ軸方向において振動体６２０を挟むように配置されていてもよい。即ち、弾性支持体６３０の一端６１５は、２か所、あるいは４か所設けられていてもよい。

固定部６１７の第１面６１１（基体６１０）と、弾性支持体６３０、駆動用固定電極部６４２などと、の固定（接合）方法は、特に限定されないが、例えば、基体６１０の材質がガラスであり、振動体６２０等の材質がシリコンである場合は、陽極接合を適用することができる。

振動体６２０は、基体６１０の第１面６１１に（基体６１０上に）弾性支持体６３０を介して支持されている。振動体６２０は、検出部６５０、および検出部６５０と接続された支持部６１２を有している。振動体６２０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。振動体６２０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって加工することにより形成される。

振動体６２０は、弾性支持体６３０の一端６１５によって弾性支持体６３０を介して固定部６１７に支持されており、基体６１０と離間して配置されている。より具体的には、基体６１０に形成された凹部６１４の上方に間隙を介して、振動体６２０が設けられている。振動体６２０は、後述する検出部６５０を囲むフレーム状の形状（枠状）の支持部６１２を有している。振動体６２０は、図示しない中心線（Ｘ軸に沿った直線、あるいはＹ軸に沿った直線）に対して、対称となる形状であってもよい。

弾性支持体６３０は、Ｘ軸方向に振動体６２０を変位し得るように構成されている。より具体的には、弾性支持体６３０は、弾性支持体６３０の一端６１５から振動体６２０までＸ軸に沿う方向に延出し、Ｙ軸方向に往復しながらＸ軸方向に延出する形状を有している。弾性支持体６３０の一端６１５は、固定部６１７（基体６１０の第１面６１１）に接合（固定）されている。また、弾性支持体６３０の他端は、振動体６２０の支持部６１２に接続されている。本実施形態では、弾性支持体６３０は、振動体６２０をＸ軸方向において挟むように、４つ設けられている。

弾性支持体６３０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。弾性支持体６３０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体６２０と共に一体的に加工することにより形成される。

検出部６５０は、平面視で、振動体６２０の支持部６１２の内側（振動体６２０の中心側）に設けられている。換言すれば、検出部６５０は、支持部６１２に対して、後述する駆動部６４０の配置側と反対側に設けられている。
検出部６５０は、可動電極としての第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と、第１フラップ板６５１と接続された第１梁部６５２と、第２フラップ板６５３と接続された第２梁部６５４と、検出用固定電極６５５と、を有している。第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３は、前述のように、シリコンに、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されている。

第１フラップ板６５１は、第１梁部６５２のＸ軸方向の中央部分に位置する接続部で第１梁部６５２と接続されている。第１梁部６５２は、支持部６１２の内のＸ軸に沿った一方の延在部分に沿って設けられ、支持部６１２の内の、Ｙ軸に沿って延在し、互いに対向する二つの延在部分に両端が接続されている。第１フラップ板６５１の第１梁部６５２と接続されている端と反対側の端は、自由端となっている。第１フラップ板６５１は、第１梁部６５２を回転軸としてＺ軸方向に搖動することができる。

また、第２フラップ板６５３は、第２梁部６５４のＸ軸方向の中央部分に位置する接続部で第２梁部６５４と接続されている。第２梁部６５４は、第１梁部６５２側（＋Ｙ軸方向）に位置する一方の支持部６１２の延在部分と、検出部６５０を挟んだ反対側（−Ｙ軸方向）に位置する他方の支持部６１２の延在部分に沿って設けられている。
第２梁部６５４は、支持部６１２のＹ軸方向に沿って対向する二つの延在部分の内側に、両端が接続されている。第２フラップ板６５３の第２梁部６５４と接続されている端と反対側の端は、自由端となっている。第２フラップ板６５３は、第２梁部６５４を回転軸としてＺ軸方向に搖動することができる。第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３のそれぞれの自由端は、Ｙ軸方向の内側を向くように配置され、間隙を有して対向するように設けられている。

検出用固定電極６５５は、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と間隙を有して対向し、平面視で第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３の配置された領域に略重なるように設けられている。検出用固定電極６５５は、基体６１０の第１面６１１に設けられた凹部６１４の底面６１３に設けられている。

基体６１０の凹部６１４の底面６１３に設けられている検出用固定電極６５５は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの透明電極材料をスパッタリング法などによって成膜し、フォトリソグラフィー法、エッチング法などでパターニングされることによって形成される。なお、検出用固定電極６５５は、透明電極材料に限らず、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）等の金属材料を用いることができる。また、基体６１０がシリコンのような半導体材料においては、駆動用固定電極部６４２との間に、絶縁層を有していることが好ましい。絶縁層としては、例えばＳｉＯ₂（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）などを用いることができる。

駆動部６４０は、振動体６２０を励振することができる機構を有する。なお、駆動部６４０の構成および数は、振動体６２０を励振することができる限り、特に限定されない。例えば、駆動部６４０は、振動体６２０に直接設けられていてもよい。駆動部６４０は、図８に示すように、振動体６２０（支持部６１２）のＹ軸方向の外側に接続された駆動用可動電極部６４１と、基体６１０に駆動用可動電極部６４１と所定の距離を介して対向配置された駆動用固定電極部６４２から構成されている。なお、駆動部６４０は、振動体６２０に直接接続せずに静電力等によって振動体６２０を励振する機構を有し、振動体６２０の外側に配置されていてもよい。

駆動用可動電極部６４１は、振動体６２０に接続されて複数設けられていてもよい。図示の例では、駆動用可動電極部６４１は、振動体６２０から＋Ｙ軸方向（または−Ｙ軸方向）に延出している幹部と、該幹部から＋Ｘ軸方向および−Ｘ軸方向に延出している複数の枝部と、を有する櫛歯状電極に設けられている。

駆動用固定電極部６４２は、駆動用可動電極部６４１の外側に配置されている。駆動用固定電極部６４２は、基体６１０の第１面６１１に接合（固定）されている。図示の例では、駆動用固定電極部６４２は複数設けられ、駆動用可動電極部６４１を介して対向配置されている。駆動用可動電極部６４１が櫛歯状の形状を有する場合、駆動用固定電極部６４２の形状は、駆動用可動電極部６４１に対応した櫛歯状電極であってもよい。

駆動部６４０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。駆動部６４０は、例えば、シリコン基板（図示せず）を、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって振動体６２０と共に一体的に加工することにより形成される。

このような構成のジャイロ素子６００は、次のようにしてＹ軸まわりの角速度ωを検出する。
ジャイロ素子６００の駆動振動は、角速度ωが加わらない状態において、支持部６１２に接続された駆動部６４０における駆動用固定電極部６４２と駆動用可動電極部６４１との間に生じる静電力により、振動体６２０がＸ軸に沿って往復振動（運動）を行う。より具体的には、駆動用固定電極部６４２と駆動用可動電極部６４１との間に交番電圧を印加する。これにより、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３などを含む振動体６２０を、所定の周波数で、Ｘ軸に沿って振動させることができる。

ジャイロ素子６００が駆動振動している状態で、Ｙ軸回りの角速度ωを受けるとＺ軸方向のコリオリ力が生じ、振動体６２０（第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３）はＺ軸方向に振動する。このＺ軸方向の振動により生じる容量変化を検出することで、角速度を算出することができる。具体的には、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３にＤＣ電圧を印加した状態で、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３がＺ軸方向に振動（搖動）すると、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と検出用固定電極６５５との間の距離が変化し、第１フラップ板６５１および第２フラップ板６５３と検出用固定電極６５５との間の静電容量が変化する。その容量変化を検出用固定電極６５５の電流変化として検出することによって角速度ωを求めることができる。

次に、振動素子としてのジャイロ素子６００の漏れ振動について説明する。
ジャイロ素子６００の振動体６２０などを含むシリコン構造体の形状は、例えばドライエッチング加工において加工誤差を生じるなどして、本来は正方形あるいは長方形になるべき断面形状が、図３（ａ）と同様に平行四辺形等に形成されてしまうことがある。この状態で、駆動部６４０に交流電圧を印加して、駆動振動を励起させた時、駆動部６４０は、主振動によるＸ軸方向（面内方向）の変位と、漏れ振動によるＺ軸方向（面外方向）の変位と、を有する斜め振動を生じてしまう。この斜め振動が検出部６５０に伝わり、検出部６５０が角速度を検出する振動方向であるＺ軸方向に振動してしまうと、角速度が生じていないにもかかわらず検出部６５０が角速度を検出してしまったり、検出した角速度に誤差を生じてしまったりする。

ジャイロ素子６００は、前述の実施形態１のジャイロ素子１００と同様に、コリオリ力が生じていない状態で、ジャイロ素子６００の検出部６５０で検出される電荷を、各駆動部６４０に発生する電荷の０％を超え０．１％以下にすることで、ジャイロ素子６００は、ジャイロセンサーの振動素子として用いることができる。これにより、各駆動部６４０の漏れ振動による面外方向（Ｚ軸方向）の変位を必要以上に抑える必要がなくなり、ジャイロ素子６００の歩留り向上と、ジャイロ素子６００のトリミングに要する負荷を軽減させることができる。したがって、製造コストを低下させたジャイロ素子６００を提供することができる。

（電子デバイスとしてのジャイロセンサー）
次に、実施形態１に係るジャイロ素子１００を備えた電子デバイスとしてのジャイロセンサー５００について、図１０を参照して説明する。図１０は、電子デバイスの一例としてのジャイロセンサーの概略構成を示す正断面図である。

図１０に示すように、ジャイロセンサー５００は、パッケージ５１０の凹部に、ジャイロ素子１００と、電子部品としての半導体装置５２０と、を収容し、パッケージ５１０の開口部を蓋体５３０により密閉し、内部を気密に保持されている。パッケージ５１０は、平板上の第１基板５１１と、第１基板５１１上に、枠状の第２基板５１２、第３基板５１３、第４基板５１４、を順に積層、固着して形成され、半導体装置５２０とジャイロ素子１００とが収容される凹部が形成される。基板５１１，５１２，５１３，５１４は、例えばセラミックスなどにより形成される。

第１基板５１１は、凹部側の半導体装置５２０が搭載される電子部品搭載面５１１ａには、半導体装置５２０が載置され固定されるダイパッド５１５が設けられている。半導体装置５２０はダイパッド５１５上に、例えば、ろう材（ダイアタッチ材）５４０によって接着され、固定されている。

半導体装置５２０は、ジャイロ素子１００を駆動振動させるための励振手段としての駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ素子１００に生じる検出振動を検出する検出手段としての検出回路と、を有する。具体的には、半導体装置５２０が有する駆動回路は、ジャイロ素子１００の一対の駆動振動腕２ａ，２ｂ（図１参照）にそれぞれ形成された駆動電極１１ａ，１１ｂ，１２ｃおよび駆動電極１１ｃ，１２ａ，１２ｂ（図２参照）に駆動信号を供給する。また、半導体装置５２０が有する検出回路は、ジャイロ素子１００の一対の検出振動腕３ａ，３ｂにそれぞれ形成された第１検出電極２１ａ，２１ｂ、第２検出電極２２ａ，２２ｂおよび第２検出電極３１ａ，３１ｂ、第１検出電極３２ａ，３２ｂ（図２参照）に生じる検出信号を増幅させて増幅信号を生成し、該増幅信号に基づいてジャイロセンサー５００に加わった回転角速度を検出する。

第２基板５１２は、ダイパッド５１５上に搭載される半導体装置５２０が収容可能な大きさの開口を有する枠状の形状に形成されている。第３基板５１３は、第２基板５１２の開口より広い開口を有する枠状の形状に形成され、第２基板５１２上に積層され、固着される。そして第２基板５１２に第３基板５１３が積層されて第３基板５１３の開口の内側に現れる第２基板面５１２ａには、半導体装置５２０の図示しない電極パッドと電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷが接続される複数のＩＣ接続端子５１２ｂが形成されている。そして、半導体装置５２０の図示しない電極パッドとパッケージ５１０に設けられたＩＣ接続端子５１２ｂとが、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、半導体装置５２０に設けられた複数の電極パッドと、パッケージ５１０の対応するＩＣ接続端子５１２ｂとが、ボンディングワイヤーＢＷにより接続されている。また、ＩＣ接続端子５１２ｂのいずれかは、パッケージ５１０の図示しない内部配線により、第１基板５１１の外部底面５１１ｂに設けられた複数の外部接続端子５１１ｃに電気的に接続されている。

第３基板５１３上には、第３基板５１３の開口より広い開口を有する第４基板５１４が積層され、固着されている。そして、第３基板５１３に第４基板５１４が積層されて第４基板５１４の開口の内側に現れる第３基板面５１３ａには、ジャイロ素子１００に形成された接続パッド（図示せず）と接続される複数のジャイロ素子接続端子５１３ｂが形成されている。ジャイロ素子接続端子５１３ｂは、パッケージ５１０の図示しない内部配線によってＩＣ接続端子５１２ｂのいずれかと電気的に接続されている。ジャイロ素子１００は、第３基板面５１３ａにジャイロ素子１００の第１支持部５ｂ、第２支持部６ｂ（図１参照）を、接続パッドとジャイロ素子接続端子５１３ｂとに位置を合わせて載置され、導電性接着剤５５０によって接着固定される。

更に、第４基板５１４の開口の上面に蓋体５３０が配置され、パッケージ５１０の開口を封止し、パッケージ５１０の内部が気密封止され、ジャイロセンサー５００が得られる。蓋体５３０は、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いて形成することができる。例えば、金属により蓋体５３０を形成した場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング５６０を介してシーム溶接することによりパッケージ５１０と接合される。パッケージ５１０および蓋体５３０によって形成される凹部空間は、ジャイロ素子１００が動作するための空間となるため、減圧空間または不活性ガス雰囲気に密閉・封止することが好ましい。

電子デバイスとしてのジャイロセンサー５００は、コストを低下させ、所望の検出感度を有するジャイロ素子１００を備えているため、所定の検出感度を備えたジャイロセンサー５００を低コストで提供することができる。また、上記構成のようなパッケージタイプのジャイロセンサー５００は、小型化・薄型化に有利であるとともに耐衝撃性を高くすることができる。

なお、本発明に係る振動素子を適用可能な電子デバイスとしては、ジャイロセンサー５００の他にも、例えば、パッケージ内に振動素子を収納したタイミングデバイスとしての振動子、またはパッケージ内に振動素子および振動素子を振動させる機能を少なくとも備えた回路素子を収納したタイミングデバイスとしての発振器などがある。

（電子機器）
次に、図１１を参照して、前述の実施形態に係る振動素子を備えた電子機器について説明する。なお、以下の説明では、振動素子の一例としてジャイロ素子１００を用いた例について説明する。図１１（ａ）〜図１１（ｃ）は、ジャイロ素子１００を備える電子機器の一例を示す斜視図である。

図１１（ａ）は、電子機器としてのデジタルビデオカメラ１０００にジャイロ素子１００を適用した例を示す。デジタルビデオカメラ１０００は、受像部１１００、操作部１２００、音声入力部１３００、及び表示ユニット１４００を備えている。このようなデジタルビデオカメラ１０００に、上述の実施形態のジャイロ素子１００を搭載する手ぶれ補正機能を具備させることができる。

図１１（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機２０００にジャイロ素子１００を適用した例を示す。図１１（ｂ）に示す携帯電話機２０００は、複数の操作ボタン２１００及びスクロールボタン２２００、並びに表示ユニット２３００を備える。スクロールボタン２２００を操作することによって、表示ユニット２３００に表示される画面がスクロールされる。

図１１（ｃ）は、電子機器としての情報携帯端末（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）３０００にジャイロ素子１００を適用した例を示す。図１１（ｃ）に示すＰＤＡ３０００は、複数の操作ボタン３１００及び電源スイッチ３２００、並びに表示ユニット３３００を備える。電源スイッチ３２００を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット３３００に表示される。

このような携帯電話機２０００やＰＤＡ３０００に、上述の実施形態のジャイロ素子１００を搭載することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、図１１（ｂ）の携帯電話機２０００に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、上記のデジタルビデオカメラ１０００と同様に、手振れ補正を行うことができる。また、図１１（ｂ）の携帯電話機２０００や、図１１（ｃ）のＰＤＡ３０００に、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）として広く知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上述の実施形態のジャイロ素子１００を搭載することにより、ＧＰＳによって、携帯電話機２０００やＰＤＡ３０００の位置や姿勢を認識させることができる。

なお、本発明の実施形態に係るジャイロ素子１００を一例とする振動素子は、図１１（ａ）のデジタルビデオカメラ１０００、図１１（ｂ）の携帯電話機、および図１１（ｃ）の情報携帯端末の他にも、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、ページャー、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）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。

（移動体）
次に、前述の実施形態に係る振動素子を備えた移動体について説明する。なお、以下の説明では、振動素子の一例としてジャイロ素子１００を用いた例について説明する。図１２は移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。自動車１５００には実施形態３に係るジャイロ素子１００が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車１５００には、ジャイロ素子１００を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット１５１０が車体に搭載されている。また、ジャイロ素子１００は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Ｔｉｒｅ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）に広く適用できる。

以上、実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態および変形例では、振動素子あるいは振動素子としてのジャイロ素子の形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。また、圧電体材料以外の材料を用いて振動素子を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いて振動素子を形成することもできる。また、振動素子の振動（駆動）方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動素子においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。

１，４４０…基部、１ａ，１ｂ…端部、２ａ，２ｂ…駆動部としての駆動振動腕、３ａ，３ｂ…検出部としての検出振動腕、４ａ，４ｂ…調整部としての調整用振動腕、５ａ…第１連結部、６ａ…第２連結部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…駆動電極、２１ａ，２１ｂ，３２ａ，３２ｂ…第１検出電極、２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ…第２検出電極、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ，５４ａ，５４ｂ，４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８…錘部、１００…振動素子としてのＨ型ジャイロ素子、２００…検出回路、２１０ａ，２１０ｂ…チャージアンプ、２２０…差動アンプ、２３０…ＡＣアンプ、２４０…同期検波回路、２５０…ＬＰＦ、２６０…可変ゲインアンプ、４００…振動素子としてのダブルＴ型ジャイロ素子、４０４，６２０…振動体、４２１…第１検出振動腕、４２２…第２検出振動腕、４３１…第１連結腕、４３２…第２連結腕、４４１…第１駆動振動腕、４４２…第２駆動振動腕、４４３…第３駆動振動腕、４４４…第４駆動振動腕、５００…電子デバイスとしてのジャイロセンサー、５１０…パッケージ、５２０…半導体装置、６００…振動素子としての静電容量型ＭＥＭＳジャイロ素子、６４０…駆動部、６５０…検出部、１０００…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、１５００…移動体としての自動車、２０００…電子機器としての携帯電話機、３０００…電子機器としての情報携帯端末（ＰＤＡ）。

Claims (8)

1. 電圧が印加され駆動する駆動部と、
   前記駆動部に生じるコリオリ力の影響に応じて電荷が生じる検出部と、を備え、
   前記コリオリ力が生じていない状態で、前記検出部で検出される電荷量は、前記駆動部に発生する電荷量の０％を超え０．１％以下であることを特徴とする振動素子。
2. 基部を有し、
   前記駆動部は、前記基部の一方の端部から延出し、
   前記検出部は、前記基部の前記一方の端部とは前記基部を境にして反対側の他方の端部から延出していること、を特徴とする請求項１に記載の振動素子。
3. 前記検出部は、前記基部から延出し、前記検出部または前記駆動部を挟むように位置している調整部を含んでいること、を特徴とする請求項２に記載の振動素子。
4. 基部と、
   前記基部から両側に延出している連結部と、を有し、
   前記検出部は、前記基部から前記連結部の延出方向と交差する方向に沿って前記連結部を境とした両側に延出し、
   前記駆動部は、前記連結部の前記基部の側と反対側の先端部から前記検出部の延出方向に沿って両側に延出していること、を特徴とする請求項１に記載の振動素子。
5. 前記駆動部、前記検出部、および前記調整部の少なくとも一つの、前記基部の一端側とは反対側の他端側に、錘部が設けられていること、を特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の振動素子。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振動素子と、
   少なくとも前記駆動部を励振させる駆動回路を含む電子部品と、
   前記振動素子および前記電子部品の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えていること、を特徴とする電子デバイス。
7. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振動素子を備えていること、を特徴とする電子機器。
8. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の振動素子を備えていること、を特徴とする移動体。

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