JP2016092466A - 振動素子、振動素子の製造方法、電子デバイス、電子機器、および移動体 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな周波数調整を行ってもＣＩ値の上昇率が小さい振動素子、この振動素子の製造方法、この振動素子を用いた電子デバイス、電子機器、および移動体を提供する。
【解決手段】本発明の振動素子１００は、基部１１０と、基部１１０から延出している振動腕１２０，１３０と、振動腕１２０，１３０の基部１１０と反対側の先端部に幅広部１４０，１５０と、を有し、平面視で幅広部１４０，１５０の面積をＳとし、振動腕１２０，１３０の幅をｗとし、振動腕１２０，１３０の厚みをｔとしたとき、０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７となるように形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、振動素子、この振動素子の製造方法、この振動素子を用いた電子デバイス、電子機器、および移動体に関する。

モバイルコンピューターやＩＣカードなどの小型の情報機器や、携帯電話などの移動体通信機器、および車体制御や自車位置検出、あるいはデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの振動制御補正機能（所謂手ぶれ補正）などに、振動素子を用いた振動子やジャイロセンサーなどが広く利用されている。例えば、振動子は、屈曲振動で振動する振動腕を有する振動素子を所定の共振周波数で振動させて得られる出力信号が信号処理のタイミング源として用いられる。また、振動素子をジャイロ素子とするジャイロセンサーは、屈曲振動で振動する振動腕を有するジャイロ素子により、物体の揺れや回転などをジャイロ素子の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求める。

近年、これらの振動素子を用いる電子機器の小型化に伴い、それらに用いられる振動子やジャイロセンサーも小型化が要求されている。そして、振動子やジャイロセンサーが小型化されるにしたがって、振動素子の小型化も必然的に必要となる。そのため、特許文献１では、腕部（振動腕）の先端部に腕部の幅よりも広い腕重り部（幅広部）を設け、腕部の長さの増大を抑えながら所定の振動を得ることができる音叉型水晶振動子（振動素子）が開示されている。

特開昭６４−５８１０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の音叉型水晶振動子（振動素子）では、振動素子の小型化が進むにつれて、腕重り部（幅広部）のサイズを大きくするとＣＩ（クリスタルインピーダンス又は等価直列抵抗）が大きくなるという問題があった。

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、基部と、前記基部から延出している振動腕と、前記振動腕の前記基部と接続する一端側とは反対側の他端側に幅広部と、を有し、平面視で前記幅広部の面積をＳとし、前記振動腕の厚さをｔとし、前記振動腕の幅をｗとしたとき、０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７であることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕に設けられた幅広部の面積Ｓと、振動腕の厚さｔと、振動腕の幅ｗと、を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の関係とすることで、振動素子の小型化を図るために幅広部のサイズを大きくすることに伴うＣＩ値の上昇を低減し、小型の振動素子を提供することができる。また、幅広部の単位面積当たりの周波数調整量を大きくすることができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲が広くとれ、より小型で高安定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２］上記適用例に記載の振動素子において、前記基部の一端から延出している一対の前記振動腕と、前記基部の前記一端とは反対側の他端から延出している一対の検出振動腕と、を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕を駆動用とするジャイロ素子として構成すると、駆動用として機能する振動腕と検出振動腕とが、基部の同一軸方向の両端部からそれぞれ延伸されているので、駆動系と検出系が分離されることから、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、前記基部から延出し、前記振動腕または前記検出振動腕を挟むように位置する一対の調整用振動腕を備えていることを特徴とする。

本適用例によれば、前述の適用例に加えて、漏れ出力を調整するための調整用振動腕が設けられていることにより、振動漏れ出力によって検出振動腕に発生する電荷を調整用振動腕で発生する電荷でキャンセルすることができる。

［適用例４］本適用例に係る振動素子の製造方法は、基部と、前記基部から延出している振動腕と、前記振動腕の前記基部と接続する一端側とは反対側の他端側に幅広部と、を有する振動素子の製造方法であって、平面視で前記幅広部の面積をＳとし、前記振動腕の厚さをｔとし、前記振動腕の幅をｗとしたとき、０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７を含むように前記振動素子の外周形状が形成する外形形成工程を有していることを特徴とする。

本適用例によれば、振動腕に設けられた幅広部の面積Ｓと、振動腕の厚さｔと、振動腕の幅ｗと、を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の関係となるように振動素子の外周形状を加工形成することで、振動素子の小型化を図るために幅広部のサイズを大きくすることに伴うＣＩ値の上昇を低減し、小型の振動素子を提供することができる。また、幅広部のサイズを大きくすることに伴う単位面積当たりの周波数調整量の減少を低減することができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲がとれ、より小型で高安定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５］本適用例に係る電子デバイスは、上記適用例のいずれか一例に記載の振動素子と、少なくとも前記振動腕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、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有する振動素子を備えた電子デバイスを得ることができる。加えて、上記構成のようなパッケージタイプの電子デバイスは、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。

［適用例６］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一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、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有する振動素子を備えているので、高性能な電子機器を提供することができる。

［適用例７］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一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、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有する振動素子を備えているので、高性能な移動体を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る振動素子の概略構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は図１（ａ）中のＡ−Ａ線の断面図。 第１実施形態に係る振動素子の寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）とＣＩ値上昇率との相関を示すグラフ。 第１実施形態に係る振動素子の寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）と周波数調整量との相関を示すグラフ。 本発明の第２実施形態に係る振動素子の一例としてのＨ型ジャイロ素子の概略構成を示す平面図。 第２実施形態に係る振動素子の電極構成を説明する図であり、（ａ）は図４中のＢ−Ｂ線の断面図、（ｂ）は図４中のＣ−Ｃ線の断面図。 本発明の第３実施形態に係る振動素子の一例としての調整用振動腕を有するＨ型ジャイロ素子の概略構成を示す平面図。 本発明の第４実施形態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構成を示す平面図。 本発明の実施形態に係る振動素子の製造工程の概略を示すフローチャート。 本発明の実施形態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、本発明の実施形態に係る振動素子を備える電子機器の一例を示す斜視図。 本発明の実施形態に係る振動素子を備える移動体の一例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、図４〜図７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。

（第１実施形態）
＜振動素子＞
先ず、本発明の第１実施形態に係る振動素子の一例として、音叉型構造の振動素子を挙げ、その概略構成について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る振動素子の概略構成を模式的に示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線での断面図である。

第１実施形態に係る音叉型構造の振動素子１００は、図１に示すように、基部１１０と、基部１１０から＋Ｙ軸方向に延出している一対の振動腕１２０，１３０と、を備えている。基部１１０は、括れ部１１２を介して配置された狭幅部１１１と広幅部１１３とを備えた平板状をなしている。なお、基部１１０は、括れ部１１２が設けられない形状、すなわち略矩形平板状であってもよい。振動腕１２０，１３０は、基部１１０における狭幅部１１１の＋Ｙ側の一端から、Ｙ軸方向に互いに略平行に延びる一対の角柱状の振動体である。

振動腕１２０，１３０の先端部には、振動腕１２０，１３０より幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部１４０，１５０が設けられている。振動腕１２０，１３０に、幅広部１４０，１５０を設ける構成により、振動腕１２０，１３０の長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の周波数で振動することができるため、振動素子１００を小型化することが可能となる。振動素子１００を構成する基部１１０、振動腕１２０，１３０、および幅広部１４０，１５０は、フォトリソグラフィー法およびフッ素系溶液などによるウェットエッチング法やフッ素系ガスなどによるドライエッチング法で基材（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ている。

本実施形態の振動素子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軸および光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。振動素子１００をなす基材は、水晶結晶軸において直交するＸ軸および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軸方向に所定の厚みを有している。Ｚ軸は、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。所定の厚みは、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。

振動腕１２０および振動腕１３０は、Ｘ軸およびＹ軸で規定される平面と直交する面内方向（Ｘ軸方向）に沿って、互いに逆方向に振動する。すなわち、振動腕１２０が＋Ｘ軸方向に向かい変位するときは、振動腕１３０が−Ｘ軸方向に向かい変位し、振動腕１２０が−Ｘ軸方向に向かい変位するときは、振動腕１３０が＋Ｘ軸方向に向かい変位する。

基部１１０から延伸された振動腕１２０および振動腕１３０は、振動方向と直交する方向（Ｚ軸方向）の寸法として、厚みｔをなして形成される。振動腕１２０は、表面１０３ｃと、表面１０３ｃと反対側に設けられた裏面１０３ｄと、表面１０３ｃと裏面１０３ｄとを接続する側面１０３ｈ，１０３ｉと、を備えている。また、振動腕１３０は、表面１０３ｇと、表面１０３ｇと反対側に設けられた裏面１０３ｆと、表面１０３ｇと裏面１０３ｆとを接続する側面１０３ｊ，１０３ｋと、を備えている。

次に、振動素子１００の駆動電極について説明する。振動腕１２０，１３０を駆動させるための駆動電極は、第１駆動電極１２１ａ，１２１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ、および第２駆動電極１２２ａ，１２２ｂ，１３１ａ，１３１ｂを備えている。第１駆動電極１２１ａ，１２１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ、および第２駆動電極１２２ａ，１２２ｂ，１３１ａ，１３１ｂは、振動腕１２０，１３０の付け根から先端部に向かって延伸するように設けられている。

図１（ｂ）に示すように、振動腕１２０の一方の側面１０３ｈには、振動腕１２０の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って第２駆動電極１２２ａが設けられている。また、反対側の側面１０３ｉには、振動腕１２０の延伸方向に沿って第２駆動電極１２２ｂが設けられている。さらに、振動腕１２０の表面１０３ｃには、第１駆動電極１２１ａが設けられ、裏面１０３ｄには、第１駆動電極１２１ｂが設けられている。そして、第１駆動電極１２１ａと第１駆動電極１２１ｂとは、図示しないが、振動腕１２０の先端部などを経由して電気的に接続されている。同様に、第２駆動電極１２２ａと第２駆動電極１２２ｂとは、図示しないが、振動腕１２０の先端部などを経由して電気的に接続されている。また、第１駆動電極１２１ａ，１２１ｂおよび第２駆動電極１２２ａ，１２２ｂ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。

同様に、振動腕１３０の一方の側面１０３ｊには、振動腕１３０の延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って第１駆動電極１３２ａが設けられている。また、反対側の側面１０３ｋには、振動腕１３０の延伸方向に沿って第１駆動電極１３２ｂが設けられている。さらに、振動腕１３０の表面１０３ｇには、第２駆動電極１３１ａが設けられ、裏面１０３ｆには、第２駆動電極１３１ｂが設けられている。そして、第２駆動電極１３１ａと第２駆動電極１３１ｂとは、図示しないが、振動腕１３０の先端部などを経由して電気的に接続されている。同様に、第１駆動電極１３２ａと第１駆動電極１３２ｂとは、図示しないが、振動腕１３０の先端部などを経由して電気的に接続されている。また、第２駆動電極１３１ａ，１３１ｂおよび第１駆動電極１３２ａ，１３２ｂ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。

振動腕１２０においては、第１駆動電極１２１ａと第１駆動電極１２１ｂとは同電位となるように接続され、第２駆動電極１２２ａと第２駆動電極１２２ｂとは同電位となるように接続されている。また、振動腕１３０においては、第２駆動電極１３１ａと第２駆動電極１３１ｂとは同電位となるように接続され、第１駆動電極１３２ａと第１駆動電極１３２ｂとは同電位となるように接続されている。このような構成の駆動電極に、位相が異なる交流電圧を印加すると、振動素子１００は、振動腕１２０と振動腕１３０とが、Ｘ軸方向に沿って互いに逆方向へ変位する屈曲運動を繰り返し、所定の共振周波数で屈曲振動する。

上述した第１駆動電極１２１ａ，１２１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ、および第２駆動電極１２２ａ，１２２ｂ，１３１ａ，１３１ｂ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、第１実施形態に係る振動素子１００の外周形状とＣＩ値および周波数調整量との相関について、図２および図３を参照して説明する。
図２は、第１実施形態に係る振動素子の寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）とＣＩ値上昇率との相関を示すグラフである。図３は、第１実施形態に係る振動素子の寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）と周波数調整量との相関を示すグラフである。なお、図２および図３の横軸は、幅広部１４０，１５０の平面視での面積Ｓ（図１において２点鎖線で囲まれている領域）を振動腕１２０，１３０の厚みｔと幅ｗとを乗算した値で除算したものである。また、図２の縦軸は、振動素子１００の厚み寸法、振動腕１２０，１３０の幅寸法、基部１１０の外形寸法、および共振周波数が同一で、幅広部１４０，１５０が設けられていない振動素子のＣＩ値を基準（０％）とし、幅広部１４０，１５０の面積Ｓを変化させたときの振動素子のＣＩ値の上昇率である。また、図３の縦軸は、振動素子１００の厚み寸法、振動腕１２０，１３０の幅寸法、基部１１０の外形寸法、および共振周波数が同一で、幅広部１４０，１５０が設けられていない振動素子の単位面積当たりの周波数調整量を基準（１．０）とし、幅広部１４０，１５０の面積Ｓを変化させたときの振動素子の単位面積当たりの周波数調整量である。

振動素子１００の寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）とＣＩ値上昇率との相関は、図２に示すように、寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）が大きくなる、つまり、幅広部１４０，１５０の面積Ｓが大きくなるのに伴い、ＣＩ値上昇率は増加する傾向を示し、寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）が８．７ではＣＩ値上昇率が２００％である。ここで、振動素子１００を安定に発振可能とするＣＩの上限値は２ＭΩといわれているので、この上限値（２ＭΩ）を考慮すると、ＣＩ値上昇率の上限は２００％と予想される。そのため、図２より、振動素子１００を安定して発振することができる寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）は、０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜８．７の範囲となる。

次に、振動素子１００の寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）と周波数調整量△ｆ／ｆとの相関は、図３に示すように、寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）が大きくなる、つまり、幅広部１４０，１５０の面積Ｓが大きくなるのに伴い、周波数調整量△ｆ／ｆは減少する傾向を示し、寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）が７では周波数調整量△ｆ／ｆが０．６である。よって、幅広部１４０，１５０を設けた場合の単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆは、幅広部１４０，１５０を設けられていない場合に比べ、約４０％効率が劣化することとなる。ここで、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲として、幅広部１４０，１５０が設けられていない場合の単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆに比べ６０％以上とするには、図３より、寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の範囲とすることが好ましい。

以上の結果、幅広部１４０，１５０を設けた振動素子１００において、寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の範囲とすることで、振動素子１００の小型化を図るために幅広部１４０，１５０のサイズを大きくすることに伴うＣＩ値の上昇を、幅広部１４０，１５０を設けない場合に比べ、２００％以下に低減し、小型の振動素子１００を得ることができる。また、幅広部１４０，１５０のサイズを大きくすることに伴う単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆの減少を、幅広部１４０，１５０を設けない場合に比べ、６０％以上とすることができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲がとれ、より小型で高安定な特性を有する振動素子１００を得ることができる。

なお、振動素子１００においては、振動片として用いる構成の他にも、ジャイロ素子として用いることもできる。この場合は、一対の振動腕１２０，１３０の一方の振動腕を駆動振動腕として用い、他の振動腕を検出振動腕として用い、所定の電極を設ける。

（第２実施形態）
＜ジャイロ素子−１＞
次に、本発明の第２実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子の概略構成について、図４および図５を参照して説明する。図４は、本発明の第２実施形態に係る振動素子の一例としてのＨ型ジャイロ素子の概略構造を示す平面図である。図４は、第２実施形態に係るジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、図５（ａ）は図４におけるＢ−Ｂ線での断面図、図５（ｂ）は図４におけるＣ−Ｃ線での断面図である。なお、図４においては、説明の便宜上、駆動電極や検出電極などの電極を省略している。

第２実施形態に係るジャイロ素子２００は、図４に示すように、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１ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延伸された一対の振動腕としての駆動振動腕２ａ，２ｂと、基部１の他方の端部１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕３ａ，３ｂと、を有している。なお、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂは、基部１の一端からＹ軸方向に互いに略平行に延びる一対の角柱状の振動体である。

駆動振動腕２ａ，２ｂの先端部には、駆動振動腕２ａ，２ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部４ａ，４ｂが設けられている。また、検出振動腕３ａ，３ｂの先端部には、検出振動腕３ａ，３ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部５ａ，５ｂが設けられている。このように、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂにおいて、幅広部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂが設けられていることにより、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の周波数で振動することができるため、ジャイロ素子２００を小型化することが可能となる。

ジャイロ素子２００は、基部１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。ジャイロ素子２００を構成する基部１、駆動振動腕２ａ，２ｂ、検出振動腕３ａ，３ｂ、および幅広部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは、フォトリソグラフィー法およびフッ素系溶液などによるウェットエッチング法やフッ素系ガスなどによるドライエッチング法で基材（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ている。

本実施形態のジャイロ素子２００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軸およ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軸方向に所定の厚みｔ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みｔ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２００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２００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軸方向の端部）１ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延伸された一対の駆動振動腕２ａ，２ｂと、基部１の他方の端部（図中＋Ｙ軸方向の端部）１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕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伸されている。

このような形状から、本実施形態に係るジャイロ素子２００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２００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からそれぞれ延伸されているので、駆動系と検出系が分離される。ジャイロ素子２００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、第２実施形態ではＨ型のジャイロ素子２００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２００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２００は、この電荷を検出することによりジャイロ素子２００に加わる角速度ωを検出することができる。

基部１から延伸された一対の駆動振動腕２ａ，２ｂは、図５（ｂ）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。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から延伸された一対の検出振動腕３ａ，３ｂには、図５（ａ）に示すように、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。なお、検出振動腕３ａ，３ｂには、検出振動腕３ａ，３ｂが振動することによって発生する歪みを検出す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。

また、検出振動腕３ａ，３ｂには、検出振動腕３ａ，３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って有底の凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。検出振動腕３ａ，３ｂに凹部５８ａ，５８ｂを設けることにより、屈曲振動によって発生する熱が拡散（熱伝導）し難くなり、熱弾性損失を抑制することができるので、検出感度を向上させることができる。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、図５（ａ）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の一方の面から掘込まれた構成でもよい。また、凹部５８ａ，５８ｂを設けない構成でもよい。

基部１の中央は、ジャイロ素子２００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２００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２００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子２００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２００の外周形状は、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又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２００は、１枚の水晶ウェ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２００の電極配置の一実施形態について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、検出振動腕３ａ，３ｂの図４に示すＢ−Ｂ線における概略断面である。図５（ｂ）は、駆動振動腕２ａ，２ｂの図４に示すＣ−Ｃ線における概略断面である。

先ず、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５（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の延伸方向（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。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の延伸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。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。

更に、第１検出電極２１ａと第２検出電極２２ａとは、検出振動腕３ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ａの内部で、且つ凹部５８ａの底面に設けられた電極分割部３ｐによって分割され、第２検出電極２２ｂと第１検出電極２１ｂとは、検出振動腕３ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ａの内部で、且つ凹部５８ａの底面に設けられた電極分割部３ｑによって分割されている。

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。

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の延伸方向（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。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の延伸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。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。

更に、第２検出電極３１ａと第１検出電極３２ａとは、検出振動腕３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ｂの内部で、且つ凹部５８ｂの底面に設けられた電極分割部３ｘによって分割され、第１検出電極３２ｂと第２検出電極３１ｂとは、検出振動腕３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ｂの内部で、且つ凹部５８ｂの底面に設けられた電極分割部３ｙによって分割されている。

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。

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と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と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５（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、幅広部４ａ（図４参照）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の幅広部４ａ（図４参照）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、幅広部４ｂ（図４参照）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の幅広部４ｂ（図４参照）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、駆動振動腕２ａと駆動振動腕２ｂとがＸ軸方向に沿って互いに逆方向へ変位する屈曲運動を繰り返し、所定の周波数で屈曲振動する。

上述した各駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび各検出電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを構成する材料は、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。

上述したジャイロ素子２００では、前述の第１実施形態の振動素子１００と同様に、幅広部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂと駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂにおける寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の範囲とする。このような構成とすることにより、ジャイロ素子２００の小型化を図るために幅広部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのサイズを大きくすることに伴う各振動腕のＣＩ値の上昇を低減し、小型のジャイロ素子２００を得ることができる。また、幅広部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂのサイズを大きくすることに伴う単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆの減少を低減することができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲がとれ、より小型で高い検出感度を有するジャイロ素子２００を得ることができる。

なお、上記第２実施形態に係るジャイロ素子２００の説明では、駆動振動腕２ａ，２ｂと検出振動腕３ａ，３ｂとの先端部に幅広部４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ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、検出振動腕３ａ，３ｂには、幅広部５ａ，５ｂを備えていない形態でもよい。

（第３実施形態）
＜ジャイロ素子−２＞
次に、本発明の第３実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第３実施形態に係る振動素子の一例としての調整用振動腕を有するＨ型ジャイロ素子の概略構造を示す平面図である。なお、図６においては、説明の便宜上、駆動電極や検出電極などの電極を省略している。

第３実施形態に係るジャイロ素子３００は、図６に示すように、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３０１と、基部３０１のＹ軸方向の端部３０１ａ，３０１ｂのうち一方の端部３０１ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延伸された一対の振動腕としての駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂと、基部３０１の他方の端部３０１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕３０３ａ，３０３ｂと、基部３０１の他方の端部３０１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂと、を有している。また、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの表裏主面には、Ｙ軸に沿って有底の凹部３５８ａ，３５８ｂが設けられている。検出振動腕３３０ａ，３０３ｂに凹部３５８ａ，３５８ｂを設けることにより、屈曲振動によって発生する熱が拡散（熱伝導）し難くなり、熱弾性損失を抑制することができるので、検出感度を向上させることができる。

駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂの先端部には、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部３５２ａ，３５２ｂが設けられている。また、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの先端部には、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部３５３ａ，３５３ｂが設けられている。このように、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの先端部にそれぞれ幅広部３５２ａ，３５２ｂ，３５３ａ，３５３ｂが設けられていることにより、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の周波数で振動することができるため、ジャイロ素子３００を小型化することが可能となる。

また、基部３０１から延出する第１連結部３０５ａ、および第１連結部３０５ａに連結する第１支持部３０５ｂと、基部３０１から第１連結部３０５ａと反対方向に延出する第２連結部３０６ａ、および第２連結部３０６ａに連結する第２支持部３０６ｂと、が設けられている。更に、第１支持部３０５ｂおよび第２支持部３０６ｂは、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂの側で一体的に繋って、固定枠部３０７を構成している。そして、ジャイロ素子３００は、固定枠部３０７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３００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。ジャイロ素子３００をなす基材は、水晶結晶軸において直交するＸ軸および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軸方向に所定の厚みを有している。Ｚ軸は、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。所定の厚みは、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。

更に、ジャイロ素子３００には、図６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３０３ａ，３０３ｂと並行させて且つ検出振動腕３０３ａ，３０３ｂを挟むように、基部３０１の他方の端部３０１ａから延伸された一対の調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂが設けられている。即ち、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂは、Ｙ軸に沿って＋Ｙ軸方向に延伸され、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂと所定の間隔を空けて挟むように位置し、且つ並行するように設けられている。

なお、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂ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３０４ａ，３０４ｂ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）、所謂振動漏れ出力の抑制や、一対の駆動振動腕および一対の検出振動腕が同一方向に変位する振動であるＴｕｘモード振動などの不要モード振動の抑制が可能となり、ジャイロ素子３００の振動特性を安定させることが可能となる。

また、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂは、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂ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３０４ａ，３０４ｂの振動が、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂと検出振動腕３０３ａ，３０３ｂによるジャイロ素子３００の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子３００の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子３００の小型化にも有利となる。

更に、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂの先端部には、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部３５４ａ，３５４ｂが設けられている。このように、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂの先端部に幅広部３５４ａ，３５４ｂを設けることにより、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂ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３００の高感度化に寄与する効果を更に向上させることができる。

基部３０１の中央は、ジャイロ素子３００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸および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３００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３００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子３００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３００の外周形状は、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又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３００は、１枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。

次に、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂ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３０４ａ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３０４ａ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３０４ｂ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３０４ｂ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、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂに形成されている電極の構成は、第２実施形態で説明した電極構成と同様であるので、本実施形態での説明は省略する。

上述したジャイロ素子３００では、前述の第２実施形態のジャイロ素子２００と同様に、幅広部３５２ａ，３５２ｂ，３５３ａ，３５３ｂ，３５４ａ，３５４ｂ、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂ、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂ、および調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂにおける寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の範囲とする。このような構成とすることにより、ジャイロ素子３００の小型化を図るために幅広部３５２ａ，３５２ｂ，３５３ａ，３５３ｂ，３５４ａ，３５４ｂのサイズを大きくすることに伴う各振動腕のＣＩ値の上昇を低減し、小型のジャイロ素子３００を得ることができる。また、幅広部３５２ａ，３５２ｂ，３５３ａ，３５３ｂ，３５４ａ，３５４ｂのサイズを大きくすることに伴う単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆの減少を低減することができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲がとれ、より小型で高い検出感度を有するジャイロ素子３００を得ることができる。

なお、上記第３実施形態に係るジャイロ素子３００の説明では、基部３０１の他方の端部３０１ａに、一対の検出振動腕３０３ａ，３０３ｂと、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂを挟む一対の調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂと、が設けられ、一方の端部３０１ｂに、一対の駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂ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３０２ａ，３０２ｂと調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂとが、基部３０１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、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂ、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂ、および調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂの先端部に幅広部３５２ａ，３５２ｂ，３５３ａ，３５３ｂ，３５４ａ，３５４ｂ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、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂ又は調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂには、幅広部３５３ａ，３５３ｂ，３５４ａ，３５４ｂを備えていない形態でもよい。

更に、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂに設けられている凹部３５８ａ，３５８ｂは、表裏の主面の両面側から掘り込まれている構成であるが、表面あるいは裏面の一方の面から掘込まれた構成でもよい。また、凹部３５８ａ，３５８ｂを設けない構成でもよい。

（第４実施形態）
＜ジャイロ素子−３＞
次に、本発明の第４実施形態に係る振動素子としてのジャイロ素子について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第４実施形態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構造を示す概略平面図である。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。

第４実施形態に係るジャイロ素子４００は、Ｚ軸回りの角速度を検出する「面外検出型」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、所謂ダブルＴ型をなす振動体４と、振動体４を支持する支持部としての第１支持部５１および第２支持部５２と、振動体４と第１支持部５１および第２支持部５２とを連結する第１梁６１、第２梁６２、第３梁６３および第４梁６４とを有している。

振動体４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４は、中央に位置する基部４１と、基部４１からＹ軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第１検出振動腕４２１、第２検出振動腕４２２と、基部４１からＸ軸方向に沿って両側に延出している基部４１の第１連結腕４３１、基部４１の第２連結腕４３２と、基部４１の第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振動腕としての第１駆動振動腕４４１、および第２駆動振動腕４４２と、基部４１の第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振動腕としての第３駆動振動腕４４３、および第４駆動振動腕４４４と、を有している。なお、基部４１は、第１連結腕４３１、第２連結腕４３２を含んでいる。

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の先端部には、それぞれ、基端側よりも幅の大きい幅広部としての略矩形状の幅広部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８が設けられている。このような幅広部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８を設けることで、各振動腕の長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の周波数で振動することができ、ジャイロ素子４００を小型化することが可能となる。また、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堀込まれている。第１検出振動腕４２１および第２検出振動腕４２２に凹部４５８，４５９を設けることにより、屈曲振動によって発生する熱が拡散（熱伝導）し難くなり、熱弾性損失を抑制することができるので、検出感度を向上させることができる。なお、凹部４５８，４５９は、表面あるいは裏面のいずれか一方の面から掘込まれた構成でもよい。また、凹部４５８，４５９は、設けない構成でもよい。

また、第１、第２支持部５１，５２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５１，５２の間に振動体４が位置している。言い換えれば、第１、第２支持部５１，５２は、振動体４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５１は、第１梁６１、および第２梁６２を介して基部４１と連結されており、第２支持部５２は、第３梁６３、および第４梁６４を介して基部４１と連結されている。

第１梁６１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５１と基部４１を連結し、第２梁６２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５１と基部４１を連結し、第３梁６３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５２と基部４１を連結し、第４梁６４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５２と基部４１を連結している。

第１梁６１〜第４梁６４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６１，６２，６３，６４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又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軸回りの角速度ωを検出する。ジャイロ素子４００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４１と、基部４１の第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軸回りに角速度ωが加わると、駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４および基部４１の連結腕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。

上述したジャイロ素子４００では、前述の第２実施形態のジャイロ素子２００と同様に、幅広部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８、各駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４、および検出振動腕４２１，４２２における寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）を０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の範囲とする。このような構成とすることにより、ジャイロ素子４００の小型化を図るために幅広部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８のサイズを大きくすることに伴う各振動腕のＣＩ値の上昇を低減し、小型のジャイロ素子４００を得ることができる。また、幅広部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８のサイズを大きくすることに伴う単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆの減少を低減することができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲がとれ、より小型で高い検出感度を有するジャイロ素子４００を得ることができる。

なお、上記第４実施形態に係るジャイロ素子４００の説明では、駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４と検出振動腕４２１，４２２との先端部に幅広部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８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、検出振動腕４２１，４２２には、幅広部４２５，４２６を備えていない形態でもよい。

＜振動素子の製造方法＞
次に、振動素子の製造方法について、図８を参照して、外形形成工程と電極形成工程を中心に概略を説明する。図８は、実施形態に係る振動素子の製造工程の概略を示す工程フローチャートである。本説明では、第１実施形態に係る振動素子１００を例に説明する。従って、説明中に登場する構成部位あるいは符号などについては、図１と同じものを用いている。

振動素子１００の製造方法においては、水晶Ｚ板基板を形成する基板準備工程Ｓ１０２と、振動素子１００の外周形状を形成する外形形成工程Ｓ１０４と、基板の露出面に電極膜を形成する電極膜形成工程Ｓ１０６と、電極膜を所定の形状に分割するためのレジストを露光する露光工程Ｓ１０８と、電極を形成する電極分割工程Ｓ１１０と、を含んでいる。

まず、基板準備工程Ｓ１０２では、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出された所謂水晶Ｚ板の基板に、例えば研磨加工などの加工を行い、Ｚ板の水晶基板を用意する。

次に、外形形成工程Ｓ１０４では、基板準備工程Ｓ１０２にて用意された水晶基板に、金属膜などにより所定のマスキングを行う。その後、フッ素系水溶液などによるウェットエッチング法やフッ素系ガスなどによるドライエッチング法を用いて、振動素子１００の外周形状を振動素子１００の振動腕１２０，１３０に設けられた幅広部１４０，１５０の面積Ｓと、振動腕１２０，１３０の厚みｔと、振動腕１２０，１３０の幅ｗと、が０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７の関係となるように外周形状を形成する。

次に、電極膜形成工程Ｓ１０６では、振動素子１００の外周形状が形成された水晶基板の露出面の全面に、スパッタリング法などによって金属膜を形成する。この金属膜が、後にそれぞれの電極となる。

次に、露光工程Ｓ１０８では、金属膜の表面にフォトレジスト層を形成する。その後、電極を形成しない部分に相当する部分のフォトレジスト層に光を照射する露光処理および現像処理を行い、露光された部分のフォトレジスト層を除去する。

次に、電極分割工程Ｓ１１０では、残ったフォトレジスト層をマスクとして、フォトレジスト層が除去された部分に対応する金属膜をウェットエッチング法などによって除去することによって金属膜を分割する。この分割によって、それぞれの電極（電極パターン）を形成する。そして、残ったフォトレジスト層を剥離させれば、振動素子１００の電極を形成することができる。以上の工程で、振動素子１００を形成することができる。

上述した振動素子１００の製造工程により、振動素子１００を幅広部１４０，１５０と振動腕１２０，１３０との寸法比Ｓ／（ｔ×ｗ）が０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７となる外周形状に加工することで、振動素子１００の小型化を図るために幅広部１４０，１５０のサイズを大きくすることに伴う各振動腕のＣＩ値の上昇を、幅広部１４０，１５０を設けない場合に比べ、２００％以下に低減し、小型の振動素子１００を製造することができる。また、幅広部１４０，１５０のサイズを大きくすることに伴う単位面積当たりの周波数調整量△ｆ／ｆの減少を、幅広部１４０，１５０を設けない場合に比べ、６０％以上とすることができるので、漏れ振動を抑制するための周波数調整範囲がとれ、より小型で高安定な特性を有する振動素子１００を製造することができる。

＜電子デバイスとしてのジャイロセンサー＞
次に、前述の実施形態に係る振動素子を備えた電子デバイスとしてのジャイロセンサーについて、図９を参照して説明する。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３００を用いた例について説明する。図９は、本発明の実施形態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である。

ジャイロセンサー５００は、図９に示すように、パッケージ５１０の凹部に、ジャイロ素子３００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、図９に示すように、平板状の第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３００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３００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３００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３００の一対の駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂ（図６参照）にそれぞれ形成された駆動電極（図示せず）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３００の一対の検出振動腕３０３ａ，３０３ｂ（図６参照）にそれぞれ形成された検出電極（図示せず）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３００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３００は、第３基板面５１３ａにジャイロ素子３００の第１支持部３０５ｂ、第２支持部３０６ｂ（図６参照）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３００が動作するための空間となるため、減圧雰囲気又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において、小型化を図るのに伴う各振動腕のＣＩ値の上昇と周波数調整量△ｆ／ｆとを減少した小型のジャイロ素子３００を備えているため、小型で高い検出感度を有するジャイロセンサー５００を得ることができる。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、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、図１０を参照して説明する。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２００を用いた例について説明する。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、本発明の実施形態に係るジャイロ素子２００を備える電子機器の一例を示す斜視図である。

図１０（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２００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、および表示ユニット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２００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１０（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機２０００にジャイロ素子２００を適用した例を示す。図１０（ｂ）に示す携帯電話機２０００は、複数の操作ボタン２１００およ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１０（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２００を適用した例を示す。図１０（ｃ）に示すＰＤＡ３０００は、複数の操作ボタン３１００および電源スイッチ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２００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１０（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１０（ｂ）の携帯電話機２０００や、図１０（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２００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２００は、図１０（ａ）のデジタルビデオカメラ１０００、図１０（ｂ）の携帯電話機２０００、および図１０（ｃ）の情報携帯端末３０００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、図１１を参照して説明する。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２００を用いた例について説明する。図１１は、本発明の実施形態に係るジャイロ素子を備える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４０００には実施形態に係るジャイロ素子２００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４０００には、ジャイロ素子２００を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット４０１０が車体に搭載されている。また、ジャイロ素子２００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：Antilock Brake System）、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、上記実施形態では、振動素子１００やジャイロ素子２００，３００，４００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１００やジャイロ素子２００，３００，４００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１００やジャイロ素子２００，３００，４００を形成することもできる。また、振動素子１００やジャイロ素子２００，３００，４００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１００やジャイロ素子２００，３００，４００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。

１１０…基部、１１１…狭幅部、１１２…括れ部、１１３…広幅部、１２０，１３０…振動腕、１２１ａ，１２１ｂ，１３２ａ，１３２ｂ…駆動電極としての第１駆動電極、１２２ａ，１２２ｂ，１３１ａ，１３１ｂ…駆動電極としての第２駆動電極、１４０，１５０…幅広部、２００…振動素子としてのＨ型ジャイロ素子、３００…振動素子としての調整用振動腕を有するＨ型ジャイロ素子、４００…振動素子としてのダブルＴ型ジャイロ素子、５００…電子デバイスとしてのジャイロセンサー、１０００…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、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）、４０００…移動体としての自動車、Ｓ…幅広部の面積、ｔ…振動腕の厚み、ｗ…振動腕の幅。

Claims (7)

1. 基部と、
   前記基部から延出している振動腕と、
   前記振動腕の前記基部と接続する一端側とは反対側の他端側に幅広部と、を有し、
   平面視で前記幅広部の面積をＳとし、前記振動腕の厚さをｔとし、前記振動腕の幅をｗとしたとき、０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７であることを特徴とする振動素子。
2. 請求項１に記載の振動素子において、
   前記基部の一端から延出している一対の前記振動腕と、
   前記基部の前記一端とは反対側の他端から延出している一対の検出振動腕と、
   を備えていることを特徴とする振動素子。
3. 請求項２に記載の振動素子において、
   前記基部から延出し、前記振動腕または前記検出振動腕を挟むように位置する一対の調整用振動腕を備えていることを特徴とする振動素子。
4. 基部と、
   前記基部から延出している振動腕と、
   前記振動腕の前記基部と接続する一端側とは反対側の他端側に幅広部と、を有する振動素子の製造方法であって、
   平面視で前記幅広部の面積をＳとし、前記振動腕の厚さをｔとし、前記振動腕の幅をｗとしたとき、０＜Ｓ／（ｔ×ｗ）＜７を含むように前記振動素子の外周形状が形成する外形形成工程を有していることを特徴とする振動素子の製造方法。
5. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の振動素子と、
   少なくとも前記振動腕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。
6. 請求項１から請求項３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。
7. 請求項１から請求項３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。

Images