JP2019095368A

JP2019095368A - 圧電素子、圧電デバイスおよび圧電素子の製造方法

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Publication number: JP2019095368A
Application number: JP2017226662A
Authority: JP
Inventors: 宗高副島; Munetaka Soejima; 義之川口; Yoshiyuki Kawaguchi; 林　弘志; Hiroshi Hayashi; 弘志林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-11-27
Filing date: 2017-11-27
Publication date: 2019-06-20
Anticipated expiration: 2037-11-27
Also published as: JP6987623B2

Abstract

【課題】電極と配線とを好適に導通できる圧電素子を提供する。【解決手段】センサ素子１は、圧電体３と、励振電極１５Ａおよび１５Ｂと、複数の配線１９とを有している。圧電体３は、上面視において基部５および当該基部５から延び出ている駆動腕７を含んでいる。駆動腕７の上面には駆動腕７に沿って延びる凹溝３１が形成されている。励振電極１５Ａは、凹溝３１の内面に位置している。複数の配線１９は、励振電極１５にそれぞれ接続されている。駆動腕７は、凹溝３１の非配置領域を凹溝３１の基部５側から凹溝３１の長さの途中まで凹溝３１の幅の一部に拡張する拡張部３３を有している。複数の配線１９は、基部５の上面から拡張部３３の上面に延び、拡張部３３の上面と凹溝３１との幅方向における境界を介して励振電極１５Ａに接続されている配線１９Ａを含んでいる。【選択図】図２

Description

本開示は、圧電素子、当該圧電素子を含む圧電デバイス、および圧電素子の製造方法に関する。

圧電素子として、基部および基部から延びる腕部を含む圧電体を有し、腕部が振動するものが知られている（例えば特許文献１または２）。このような圧電素子は、例えば、角速度センサ（ジャイロスコープ）、振動子または発振器に利用されている。この圧電素子の腕部には、例えば、上面および下面に設けられた１対の第１電極と、両側の側面に設けられた１対の第２電極とが設けられる。第１電極および第２電極は、例えば、腕部に電圧を印加することに利用される。このような腕部において、その上面および下面に腕部に沿って延びる凹溝が形成されることがある。凹溝の形成により、第１電極のうちの凹溝の内壁面に形成された部分が第２電極と対向する。これにより、例えば、励振の効率が向上する。

特開２０１２−３９６６７号公報特開２０１５−２０６６９１号公報

電極と配線とを好適に導通できる圧電素子、圧電デバイスおよび圧電素子の製造方法が提供されることが望まれる。

本開示の一態様に係る圧電素子は、上面視において基部および当該基部から延び出ている腕部を含んでおり、前記腕部の上面に前記腕部に沿って延びる凹溝を有している圧電体と、前記凹溝の内面に位置している第１電極と、前記腕部の側面に位置している第２電極と、前記第１電極または前記第２電極にそれぞれ接続されている複数の配線と、を有しており、前記腕部は、前記凹溝の非配置領域を前記凹溝の基部側から前記凹溝の長さの途中まで前記凹溝の幅の一部に拡張する拡張部を有しており、前記複数の配線は、前記基部の上面から前記拡張部の上面に延び、前記拡張部の上面と前記凹溝との幅方向における境界を介して前記第１電極に接続されている配線を含んでいる。

一例において、前記拡張部が前記基部側から前記凹溝内に前記腕部に平行に突出している。

一例において、前記拡張部が前記凹溝の側方から前記凹溝側へ広がっている。

一例において、前記拡張部が前記凹溝の側方両側の縁部から離れた位置にて、前記基部側から前記凹溝内に突出している。

一例において、前記圧電体が水晶であり、前記腕部が延びる方向のＹ軸に対する角度が５°以内であり、前記腕部の幅方向のＸ軸に対する角度が５°以内である。

一例において、前記腕部が延びる方向の、前記腕部の先端側の前記凹溝の端部から前記拡張部の手前までの範囲においては、前記第１電極は、前記腕部の上面のうち前記凹溝の内面のみに位置している。

本開示の一態様に係る圧電デバイスは、上記の圧電素子と、前記第１電極および前記第２電極に対する電圧の印加、または前記第１電極および前記第２電極からの信号の検出を行う制御回路と、を有している。

本開示の一態様に係る圧電素子の製造方法は、圧電体に対してエッチングを行い、基部と、上面視において前記基部から延び出ている腕部と、前記腕部の上面にて前記腕部に沿って延びている凹溝とを形成するエッチング工程と、前記圧電体の表面に導体を成膜して、前記凹溝の内面に位置している第１電極と、前記腕部の側面に位置している第２電極と、前記第１電極または前記第２電極にそれぞれ接続されている複数の配線とを形成する導体層形成工程と、を有しており、前記エッチング工程では、前記凹溝の非配置領域を前記凹溝の基部側から前記凹溝の長さの途中まで前記凹溝の幅の一部に拡張する拡張部を形成し、前記導体層形成工程では、前記複数の配線の一部として、前記基部の上面から前記拡張部の上面に延び、前記拡張部の上面と前記凹溝との幅方向における境界を介して前記第１電極に接続されている配線を形成する。

一例において、前記圧電体を前記腕部に平行な軸回りに回転させつつ前記導体を成膜する。

上記の構成または手順によれば、電極と配線とを好適に導通できる。

第１実施形態に係るセンサ素子の概略形状を示す斜視図である。図１の領域IIを拡大して示す斜視図である。図３（ａ）は図２のIIIａ−IIIａ線における断面図であり、図３（ｂ）は図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。図１のIV−IV線における断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）は図１のセンサ素子の駆動腕の根本の構成を示す図である。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）および図６（ｄ）は図１のセンサ素子の動作を説明するための模式図である。図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）、図７（ｄ）および図７（ｅ）は図１のセンサ素子の製造方法を説明する断面図である。第２実施形態に係るセンサ素子の一部の構成を示す斜視図である。図９（ａ）、図９（ｂ）および図９（ｃ）は図８のセンサ素子の駆動腕の根本の構成を示す図である。図１０（ａ）、図１０（ｂ）、図１０（ｃ）および図１０（ｄ）は種々の変形例を示す平面図である。

以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。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、複数の図面相互の寸法比率も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。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軸およびｚ軸は、結晶の電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）および光軸（Ｚ軸）を示すとは限らない。センサ素子は、いずれの方向が上方または下方として使用されてもよいものであるが、以下では、便宜上、ｚ軸方向の正側を上方として、上面または下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視という場合、特に断りがない限り、ｚ軸方向に見ることをいうものとする。

同一または類似する構成については、「ユニット２Ａ」、「ユニット２Ｂ」のように、互いに異なるアルファベットの付加符号を付すことがあり、また、この場合において、単に「ユニット２」といい、これらを区別しないことがある。

第２実施形態以降において、先に説明された実施形態の構成と共通または類似する構成について、先に説明された実施形態の構成に付した符号を用い、また、図示や説明を省略することがある。なお、先に説明された実施形態の構成と対応（類似）する構成については、先に説明された実施形態の構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、先に説明された実施形態の構成と同様とされてよい。

＜第１実施形態＞
（センサ素子の概要）
図１は、第１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。ただし、この図では、センサ素子１の表面に設けられる導体層の図示は基本的に省略されている。

センサ素子１は、例えば、ｘ軸回りの角速度を検出する圧電振動式の角速度センサ５１（符号は図３（ｂ）および図４）を構成するものである。

センサ素子１は、例えば、互いに同様の構成を有するユニット２Ａおよび２Ｂを有している。２つのユニット２は、それぞれ角速度に応じた電気信号（例えば電圧、電流および／または電荷。以下、電圧を例に取ることがある。）を生成可能であり、両者の信号は足し合わされる。なお、センサ素子は、１つのユニット２のみを含んで構成されてもよい。２つのユニット２は、ｘ軸に平行な不図示の対称軸に対して、基本的に、線対称（および／またはｚ軸に平行な不図示の対称軸回りに１８０°回転対称）の構成（寸法等も含む）とされている。

なお、以下では、便宜上、２つのユニット２を代表してユニット２Ａについて説明することがある。また、この際、ユニット２Ａの構成要素の符号の後に、対応するユニット２Ｂの構成要素の符号を括弧で括って付すことがある。

センサ素子１は、圧電体３を有している。圧電体３に電圧が印加されて圧電体３が振動している状態で、圧電体３が回転されると、コリオリの力による振動が圧電体３に生じる。このコリオリの力による振動によって生じる電圧を検出することによって角速度が検出される。

（圧電体の全体形状）
圧電体３は、例えば、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いし、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またはシリコンである。

圧電体３において、電気軸（Ｘ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５°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（Ｙ軸）および光軸（Ｚ軸）は、適宜な方向とされてよいが、例えば、Ｙ軸はｙ軸に一致し、Ｚ軸はｚ軸に一致している。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、所定の範囲（例えば５°以内）でｘ軸、ｙ軸およびｚ軸に対して傾斜していてもよい。

圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされている。また、圧電体３は、例えば、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状に形成されている。また、例えば、圧電体３は、ｘ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称（および／またはｚ軸に平行な対称軸回りに１８０°回転対称）に形成されている。

圧電体３は、例えば、ユニット２Ａ（２Ｂ）において、基部５Ａ（５Ｂ）と、基部５Ａ（５Ｂ）から延びている４本の駆動腕７Ａ〜７Ｄ（７Ｅ〜７Ｈ）および検出腕９Ａ（９Ｂ）とを有している。また、圧電体３は、基部５Ａおよび５Ｂを支持している１対の実装部１１を有している。基部５、駆動腕７、検出腕９および実装部１１は、例えば、ｘｙ平面に平行な同一平面内において延びている。

駆動腕７は、電圧（電界）が印加されることによって励振される部分である。検出腕９は、コリオリの力によって振動し、角速度に応じた電気信号（例えば電圧）を生成する部分である。基部５は、駆動腕７および検出腕９の支持、および駆動腕７から検出腕９への振動の伝達に寄与する部分である。実装部１１は、不図示の実装基体（例えばパッケージの一部または回路基板）にセンサ素子１を実装することに寄与する部分である。

（基部）
基部５は、例えば、両端がｘ軸方向において互いに離れている長尺形状を有している。具体的には、例えば、基部５は、ｘ軸方向に直線状に延びている。基部５の両端は、１対の実装部１１によって支持される被支持部５ａとなっている。従って、基部５は、両端が支持された梁のように撓み変形が可能となっている。

基部５の断面形状は、例えば、概ね矩形である。基部５の幅（ｙ軸方向）および厚さ（ｚ軸方向）は、いずれが他方よりも大きくてもよい。ただし、基部５は、後述するように、平面視において撓み変形することが予定されている。従って、基部５の幅は、比較的小さくされてよい。例えば、基部５の幅は、基部５の厚さの２倍以下、または１倍以下とされてよい。また、例えば、基部５の長さおよび幅は、撓み変形の固有振動数が、駆動腕７の、電圧印加によって励振される方向における固有振動数、および／または検出腕９の、コリオリの力によって振動する方向における固有振動数に近づくように調整されてよい。

（駆動腕）
駆動腕７は、基部５からｙ軸方向に延びており、その先端は自由端とされている。従って、駆動腕７は、片持ち梁のように撓み変形が可能となっている。ユニット２Ａ（２Ｂ）において、駆動腕７Ａおよび７Ｄ（７Ｅおよび７Ｈ）は、対を成しており、ｘ軸方向に互いに離れた位置にて互いに並列（例えば平行）に延びている。同様に、駆動腕７Ｂおよび７Ｃ（７Ｆおよび７Ｇ）は、対を成しており、ｘ軸方向に互いに離れた位置にて互いに並列（例えば平行）に延びている。対を成す２本の駆動腕７は、例えば、１対の被支持部５ａの間の中央を通り、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称に設けられている。

対を成す２本の駆動腕７は、例えば、概ね、互いに線対称の形状および大きさを有しており、両者の振動特性は互いに同等である。また、互いに隣り合う２本の駆動腕７同士（７Ａおよび７Ｂの２本、７Ｃおよび７Ｄの２本、７Ｅおよび７Ｆの２本ならびに７Ｇおよび７Ｈの２本）は、例えば、概ね、互いに同一の形状および大きさを有しており、両者の振動特性は互いに同等である。

駆動腕７の形状は、例えば、概略、長尺の直方体状である。特に図示しないが、駆動腕７は、先端側部分において幅（ｘ軸方向）が広くなるハンマ形状とされていてもよい。

駆動腕７は、後述するように、ｘ軸方向において励振される。従って、駆動腕７は、その幅（ｘ軸方向）が大きくなると、励振方向（ｘ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、励振方向における固有振動数は低くなる。駆動腕７の各種の寸法は、例えば、駆動腕７の励振方向における固有振動数が励振させたい周波数に近くなるように設定される。

（検出腕）
検出腕９Ａ（９Ｂ）は、基部５Ａ（５Ｂ）から延びている第１腕２１Ａおよび２１Ｂ（２１Ｃおよび２１Ｄ）と、これら第１腕２１の先端側かつ側方から基部５Ａ（５Ｂ）側へ延びている第２腕２３Ａ（２３Ｂ）とを有している。第２腕２３の先端は、基部５に連結されておらず、自由端となっている。従って、検出腕９において、第１腕２１は、基部５を固定端側、先端側を自由端側として撓み変形可能であり、また、第２腕２３は、第１腕２１と連結される側を固定端側、基部５側を自由端側として撓み変形可能である。なお、第１腕２１の先端側は、例えば、第１腕２１の長さ方向の中央よりも先端側を指す。第１腕２１および第２腕２３は、例えば、ｘｙ平面に平行な同一平面内において延びている。

各ユニット２において、第１腕２１は、例えば、ｘ軸方向において１対の駆動腕７の間となる位置において基部５からｙ軸方向に延びている。また、第１腕２１は、例えば、１対の駆動腕７が延びる側と同一側に延びている。別の観点では、第１腕２１は、１対の駆動腕７と並列（例えば平行）に延びている。１対の第１腕２１Ａおよび２１Ｂ（２１Ｃおよび２１Ｄ）は、例えば、１対の被支持部５ａの間の中央を通り、ｙ軸に平行な対称軸に線対称に設けられている。１対の第１腕２１は、例えば、互いに線対称の位置および形状とされている。第１腕２１の長さは、例えば、駆動腕７の長さと同程度である。

各ユニット２において、第２腕２３は、例えば、１対の第１腕２１の間にてｙ軸方向に延びており、ひいては、第１腕２１と並列（例えば平行）に延びている。第２腕２３は、例えば、その端部が第１腕２１の先端部と連結されている。具体的には、第１腕２１および第２腕２３の互いに対向する側面同士間にはこれらの腕と同一の厚さ（ｚ軸方向）を有する連結部（符号省略）が介在している。第２腕２３の長さは、例えば、駆動腕７および第１腕２１の長さから、第２腕２３と基部５との間の隙間を差し引いた長さである。

第１腕２１および第２腕２３の形状は、例えば、概略、長尺の直方体状である。なお、特に図示しないが、第１腕２１または第２腕２３は、先端側において幅（ｘ軸方向）が広くなるハンマ形状とされていてもよい。

また、図示の例では、第１腕２１および第２腕２３は、ｚ軸方向に貫通し、各腕に沿って延びる１以上の貫通溝（符号省略）を有している。別の観点では、第１腕２１および第２腕２３それぞれは、互いに並列に延び、根元および先端において互いに連結されている複数の分割腕２５を有している。第１腕２１および第２腕２３それぞれにおける分割腕２５の本数、幅、および間隔は、適宜に設定されてよい。

検出腕９（第１腕２１および第２腕２３）は、後述するように、本実施形態においては、コリオリの力によってｚ軸方向に振動する。従って、検出腕９は、その厚さ（ｚ軸方向）が大きくなると、振動方向（ｚ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、励振方向における固有振動数は低くなる。検出腕９の各種の寸法は、例えば、検出腕９の振動方向における固有振動数が、駆動腕７の励振方向における固有振動数に近くなるように設定されてよい。

（実装部）
１対の実装部１１は、例えば、ｙ軸方向を長手方向とする形状に形成されている。より具体的には、例えば、実装部１１は、ｚ軸方向を厚み方向とする、平面形状が矩形の板状である。実装部１１の幅（ｘ軸方向）は、例えば、基部５の幅（ｙ軸方向）、駆動腕７の幅（ｘ軸方向）、検出腕９（そのうちの第１腕２１または第２腕２３）の幅（ｘ軸方向）よりも広い。従って、実装部１１は、他の部位（５、７、２１および２３）に比較して平面視において撓み変形（振動）し難くなっている。ただし、実装部１１は、一部または全部において、他の部位（５、７、２１または２３）に比較して幅が狭くされていてもよい。実装部１１の長さは、適宜に設定されてよい。

１対の実装部１１の下面には、少なくとも４つのパッド１３が設けられている。パッド１３は、不図示の実装基体に設けられたパッドに対向し、その実装基体の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、基部５、駆動腕７および検出腕９は、実装基体から浮いた状態で支持され、振動可能となる。なお、基部５は、１対の駆動腕７よりもｘ軸方向の両側の部分（被支持部５ａ）において実装部１１を介してパッド１３に支持されることになる。４つのパッド１３は、例えば、１対の実装部１１の両端に設けられている。

（センサ素子の導体）
図２は、図１の領域IIを拡大して示す斜視図である。この図においては、導体にハッチングを付している。

センサ素子１は、圧電体３の表面等に設けられる導体として、上記のパッド１３の他、駆動腕７に電圧を印加するための励振電極１５Ａおよび１５Ｂと、検出腕９（分割腕２５）に生じた信号を取り出すための検出電極１７Ａおよび１７Ｂと、これらの電極に接続される複数の配線１９（１９Ａ）とを有している。これらの導体は、例えば、圧電体３の表面に形成された導体層によって構成されている。導体層の材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ等の金属である。

なお、図２は、１本の駆動腕７のみを示しているが、他の駆動腕７の形状および他の駆動腕７に設けられる励振電極１５の構成も図示のものと同様（線対称を含む）である。また、図２は、１本の第１腕２１の２本の分割腕２５についてのみ検出電極１７を示しているが、他の第１腕２１および第２腕２３の分割腕２５に設けられる検出電極１７も図示のものと同様である。

また、励振電極１５および検出電極１７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、後述するように、一の駆動腕７の励振電極１５Ａと、他の駆動腕７の励振電極１５Ａとは同電位とは限らない。励振電極１５Ｂ、検出電極１７Ａおよび１７Ｂについても同様である。

（励振電極）
図３（ａ）は、図２のIIIａ−IIIａ線における断面図である。図３（ｂ）は、図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。

図２、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、励振電極１５Ａは、各駆動腕７において、上面および下面（ｚ軸方向の両側に面する１対の面）それぞれに設けられている。また、励振電極１５Ｂは、各駆動腕７において、１対の側面（ｘ軸方向の両側に面する１対の面）それぞれに設けられている。

なお、ユニット２Ａと２Ｂとでは、駆動腕７が延びる方向が互いに異なるが、いずれにおいても、励振電極１５の付加符号Ａは、駆動腕７の上下面に対応し、励振電極１５の付加符号Ｂは、駆動腕７の側面に対応するものとする。

各駆動腕７の上下左右の各面において、励振電極１５は、例えば、各面の大部分を覆うように形成されている。ただし、励振電極１５Ａおよび１５Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では励振電極１５Ａ）が各面よりも幅方向において小さく形成されている。また、駆動腕７の根元側および先端側の一部も、励振電極１５の非配置位置とされてよい。

各駆動腕７において、２つの励振電極１５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの励振電極１５Ａは、配線１９により互いに接続されている。また、各駆動腕７において、２つの励振電極１５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの励振電極１５Ｂは、配線１９により互いに接続されている。

このような励振電極１５の配置および接続関係において、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に電圧を印加すると、例えば、駆動腕７においては、上面から１対の側面（ｘ軸方向の両側）に向かう電界および下面から１対の側面に向かう電界が生じる。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７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７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７は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。励振電極１５Ａおよび１５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕７は逆方向に湾曲する。このような原理により、交流電圧が励振電極１５Ａおよび１５Ｂに印加されると、駆動腕７はｘ軸方向において振動する。

（検出電極）
図４は、図１のIV−IV線における断面図である。

図２および図４に示すように、検出電極１７Ａは、第１腕２１および第２腕２３の複数の分割腕２５それぞれにおいて、ｘ軸方向の負側に面する面のうちのｚ軸方向の正側（例えば当該面の中央よりも正側）の領域、およびｘ軸方向の正側に面する面のうちのｚ軸方向の負側（例えば当該面の中央よりも負側）の領域にそれぞれ設けられている。検出電極１７Ｂは、第１腕２１および第２腕２３の複数の分割腕２５それぞれにおいて、ｘ軸方向の負側に面する面のうちのｚ軸方向の負側（例えば当該面の中央よりも負側）の領域、およびｘ軸方向の正側に面する面のうちのｚ軸方向の正側（例えば当該面の中央よりも正側）の領域にそれぞれ設けられている。

なお、検出腕９Ａおよび９Ｂは、基部５から延びる方向が互いに異なり、また、第１腕２１および第２腕２３は固定端から自由端への方向が互いに異なるが、いずれにおいても、検出電極１７の付加符号Ａは、−ｘの側面の＋ｚの領域および＋ｘの側面の−ｚの領域に対応し、検出電極１７の付加符号Ｂは、−ｘの側面の−ｚの領域および＋ｘの側面の＋ｚの領域に対応するものとする。

分割腕２５の各側面において、検出電極１７Ａおよび１７Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、分割腕２５に沿って延びている。各分割腕２５において、検出電極１７Ａ同士は接続され、検出電極１７Ｂ同士は接続されている。接続は、例えば、複数の配線１９によってなされている。

このような検出電極１７の配置および接続関係において、分割腕２５がｚ軸方向に撓み変形すると、例えば、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。すなわち、分割腕２５の各側面においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとの間に電圧が生じる。電界の向きは、分極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側または負側）とで決定され、ｘ軸方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。この電圧（電界）が検出電極１７Ａおよび検出電極１７Ｂに出力される。分割腕２５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。なお、電界は、上記のようにｚ軸方向に平行な電界が支配的であってもよいし、ｘ軸方向に平行で、ｚ軸方向の正側部分と負側部分とで互いに逆向きな電界の割合が大きくてもよい。いずれにせよ、分割腕２５のｚ軸方向への撓み変形に応じた電圧が検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとの間に生じる。

第１腕２１および第２腕２３のそれぞれの、複数の分割腕２５間においては、検出電極１７Ａ同士が接続され、検出電極１７Ｂ同士が接続されている。接続は、例えば、複数の配線１９によってなされている。従って、第１腕２１および第２腕２３のそれぞれにおいて、複数の分割腕２５の検出信号は加算される。すなわち、貫通溝を形成して分割腕２５それぞれに複数の検出電極１７を形成することによって、貫通溝が形成されない場合に比較して感度が向上している。

（配線）
配線１９は、例えば、励振電極１５同士の接続および検出電極１７同士の接続を担っている。また、配線１９は、電位の観点から２組に分けられた励振電極１５、および電位の観点から２組に分けられた検出電極１７の合計４組の電極と、４つのパッド１３とを別々に接続している。

複数の配線１９は、圧電体３の種々の部分の上面、下面および／または側面において適宜に配されることによって、その全体が圧電体３の表面に設けられる態様で、互いに短絡することなく、上述した接続を実現可能である。ただし、圧電体３上に位置する配線１９の上を絶縁層を介して他の配線１９が交差する、立体配線部が形成されても構わない。

（駆動回路および検出回路）
図３（ｂ）に示すように、角速度センサ５１は、励振電極１５に電圧を印加する駆動回路１０３を有している。駆動回路１０３は、例えば、４つのパッド１３のうち２つを介して励振電極１５に接続されている。駆動回路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各駆動腕７の励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ５１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。

図４に示すように、角速度センサ５１は、検出電極１７からの電気信号を検出する検出回路１０５を有している。検出回路１０５は、例えば、４つのパッド１３のうち２つを介して検出電極１７に接続されている。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、各腕における検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂ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角速度が特定される。また、検出回路１０５は、駆動回路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回転の向き（正負）が特定される。

なお、駆動回路１０３および検出回路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、チップ型のＩＣ（Integrated Circuit）によって構成されており、センサ素子１が実装される、回路基板または適宜な形状の実装基体に実装されている。

（駆動腕の凹溝）
図２、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、各駆動腕７の上面および下面それぞれには、１本の凹溝３１が形成されている。なお、以下では、駆動腕７の表面について説明するとき、ｚ軸方向の正負に関わらずに、凹溝３１が開口する側の面を上面として説明することがある。

凹溝３１は、駆動腕７に沿って延びている。凹溝３１の内面は、凹溝３１（駆動腕７）の幅方向（ｘ軸方向）の両側に、幅方向において互いに対向する１対の内壁面３１ａを有している。励振電極１５Ａは、凹溝３１の内面に少なくとも一部（本実施形態では全部）が位置している。より詳細には、励振電極１５Ａは、１対の内壁面３１ａの概ね全面を覆っている。

従って、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとは、ｘ軸方向に互いに対向する部分を有することになる。その結果、例えば、両電極によってｘ軸方向の電界が形成されやすくなり、励振の効率が向上する。

図示の例では、ｙ軸方向に見て、凹溝３１の内面は２つの内壁面３１ａによって構成されており（２つの内壁面３１ａが互いに交差しており）、底面（例えばｚ軸に概ね直交する面）を有していない。ただし、凹溝３１の内面は、底面として概念できる部分を含んでいてもよい。

本実施形態の説明では、基本的に（後述する拡張部の影響を受ける部分を除いて）、１つの内壁面３１ａを１つの平面によって図示する。ただし、内壁面３１ａは、２以上の平面から構成されたり、曲面を含んで構成されたりしてもよい。圧電体３が水晶等の単結晶からなる場合において、内壁面３１ａは、その少なくとも一部が結晶面から構成されてよい。

内壁面３１ａは、ｙ軸方向に見て、法線（不図示）がｚ軸に対してｘ軸側へ交差している。ｙ軸方向に見て、内壁面３１ａの法線と、ｚ軸とが成す角度は適宜に設定されてよく、図示の例では、９０°未満である。ただし、当該角度は、９０°であってもよい（内壁面３１ａはｚ軸に平行であってもよい。）。また、当該角度は、１対の内壁面３１ａ間で異なっていてもよい。

凹溝３１の幅（平面視における幅。内壁面３１ａの上縁の位置における幅。以下、同様。）は、例えば、基本的に（例えば後述する拡張部の影響を受ける部分を除いて）、凹溝３１の全長に亘って一定である。別の観点では、駆動腕７の上下面のうちの凹溝３１の非配置領域であって、凹溝３１の両側に位置する部分（領域７ａ）の幅は、基本的に、凹溝３１の全長に亘って一定である。なお、凹溝３１は、基部５とは反対側の端部において、細くされるなどしていてもよい。

（拡張部）
図５（ａ）は、導体層を省略して駆動腕７の根本を示す斜視図である。図５（ｂ）は、導体層を省略して駆動腕７の根本を示す平面図である。図５（ｃ）は、駆動腕７の根元をその上面の導体層とともに示す平面図である。

図２、図３（ａ）、図３（ｂ）および図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、駆動腕７は、凹溝３１の非配置領域を拡張する拡張部３３を有している。なお、図５（ａ）および図５（ｂ）では、拡張部３３と、他の部分との境界の一部を点線で示している。以下において、拡張部３３の形状および寸法の説明は、特に断りがない限り、駆動腕７の上下面におけるものを基準とする。例えば、拡張部３３から凹溝３１側へ広がる裾野（内壁面３１ａ）は、拡張部３３には含まれない。

拡張部３３は、凹溝３１の非配置領域を凹溝３１の基部５側から凹溝３１の長さの途中まで凹溝３１の幅の一部に拡張している。なお、このようにいう場合、例えば、凹溝３１において、基部５側の端部の幅は、当該端部よりも駆動腕７の先端側に位置する部分（端部以外の全部または一部）の幅に比較して狭くなっている。別の表現では、例えば、凹溝３１の非配置領域の上面が駆動腕７の幅に占める割合は、凹溝３１の端部において、当該端部よりも駆動腕７の先端側に位置する部分（端部以外の全部または一部）に比較して大きくなっている。

拡張部３３の数、位置および形状は適宜に設定されてよい。例えば、拡張部３３は、１つの凹溝３１の側方両側に２つ設けられている。各拡張部３３は、凹溝３１の基部５側の端面から凹溝３１内に突出している。その突出方向は、例えば、駆動腕７（凹溝３１）に平行である。別の観点では、拡張部３３は、凹溝３１の端部において凹溝３１の側方両側から凹溝３１内に張り出している。そして、凹溝３１との境界（拡張部３３の上面と凹溝３１の内壁面３１ａとが成す稜線）は、駆動腕７に平行である。拡張部３３の基部５とは反対側の先端は、例えば、先端ほど凹溝３１の外側に位置するように細くなっている。

拡張部３３の寸法も適宜に設定されてよい。例えば、各拡張部３３は、長さ（ｙ軸方向）が幅（ｘ軸方向）よりも大きい。また、例えば、各拡張部３３の幅（長さ方向において幅が異なる場合は例えば最大値または平均値。以下、同様。）は、凹溝３１の幅の５％以上、および／または駆動腕７の幅の３％以上である。また、拡張部３３が１つのみまたは複数で設けられている場合において、その幅の合計は、例えば、凹溝３１の幅の５０％以下、および／または駆動腕７の幅の４０％以下である。また、例えば、各拡張部３３の幅は、１μｍ以上または５μｍ以上である。拡張部３３の長さは、例えば、凹溝３１の長さの３０％以下または１０％以下である。拡張部３３の長さは、凹溝３１の幅よりも小さくてもよいし、同等でもよいし、長くてもよい。なお、拡張部３３の長さおよび幅は、圧電体３の加工誤差よりも大きい。

図２に示すように、凹溝３１の内面は、例えば、拡張部３３によって幅が減じられた部分において若干高くなっている。ただし、凹溝３１の内面は、凹溝３１の長さ全体に亘って同等の深さに形成されてもよい。

（拡張部周囲の導体）
複数の配線１９のうち、基部５から駆動腕７へ延びて励振電極１５Ａに接続されるものを配線１９Ａとする。なお、配線１９は、例えば、励振電極１５Ａと他の励振電極１５とを接続するものであってもよいし、励振電極１５Ａとパッド１３とを接続するものであってもよい。

配線１９Ａは、例えば、基部５の上面から拡張部３３の上面へ延びている。そして、配線１９Ａは、拡張部３３の上面と凹溝３１との幅方向（ｘ軸方向）における境界を介して励振電極１５Ａに接続されている。

なお、上記の説明からも理解されるように、本開示の説明においては、ｙ軸方向における拡張部３３の位置から基部５側（拡張部３３の位置含む）、かつ凹溝３１の非配置領域に位置する導体は配線１９Ａであるものとする。すなわち、凹溝３１内の導体は、拡張部３３の側方（２つの拡張部３３の間）に位置する部分も含めて励振電極１５であるものとする。

配線１９Ａは、例えば、基部５から一定の幅で凹溝３１に向かってｙ軸方向に延びている。その幅は、例えば、凹溝３１の幅以上かつ駆動腕７の幅以下であり、図示の例では凹溝３１の幅と同等である。そして、配線１９Ａは、拡張部３３の全体に亘って広がっている。

別の観点では、平面視において、凹溝３１の幅以上かつ駆動腕７の幅以下の幅の導体が基部５の上面から駆動腕７の上面（凹溝３１を含む）に亘って延びている。そして、拡張部３３の上面の配線１９Ａと、凹溝３１内の励振電極１５Ａとは、例えば、拡張部３３と凹溝３１との稜線全体に亘って接続されている。なお、凹溝３１の基部５側の端面（ｙ軸方向に面する面）において、導体は成膜されていてもよいし、成膜されていなくてもよい。

（圧電体の励振および励振電極の接続関係）
図６（ａ）および図６（ｂ）は、圧電体３の励振を説明するための模式的な平面図である。

図６（ａ）および図６（ｂ）は、励振電極１５に印加されている交流電圧の位相が互いに１８０°ずれている。上述のように、駆動腕７は、励振電極１５に交流電圧が印加されることによってｘ軸方向において励振される。

各ユニット２において、検出腕９を挟んで対を成す２本の駆動腕７（７Ａおよび７Ｄの２本、７Ｂおよび７Ｃの２本、７Ｅおよび７Ｈの２本ならびに７Ｆおよび７Ｇの２本）は、互いに逆側に曲がるように励振される。このような励振を実現するために、検出腕９を挟んで対を成す２本の駆動腕７間においては、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとが同電位とされている。同電位とされるべき励振電極１５同士は、例えば、配線１９によって接続されている。

また、各ユニット２において、互いに隣り合う２本の駆動腕７（７Ａおよび７Ｂの２本、７Ｃおよび７Ｄの２本、７Ｅおよび７Ｆの２本ならびに７Ｇおよび７Ｈの２本）は、互いに同一側に曲がるように励振される。このような励振を実現するために、互いに隣り合う２本の駆動腕７間においては、励振電極１５Ａ同士が同電位とされ、励振電極１５Ｂ同士が同電位とされている。同電位とされるべき励振電極１５同士は、例えば、配線１９によって接続されている。

２つのユニット２において、複数の駆動腕７はｘ軸方向に関して同様に励振される。すなわち、検出腕９に対してｘ軸方向の同一側に位置する４本の駆動腕７（７Ａ、７Ｂ、７Ｅおよび７Ｆの４本ならびに７Ｃ、７Ｄ、７Ｇおよび７Ｈの４本）は、ｘ軸方向において互いに同一側に曲がるように励振される。このような励振を実現するために、検出腕９に対してｘ軸方向の同一側に位置する駆動腕７間においては、励振電極１５Ａ同士が同一の電位とされ、励振電極１５Ｂ同士が同一の電位とされる。同電位とされるべき励振電極１５同士は、例えば、配線１９によって接続されている。

各ユニット２において、図６（ａ）に示すように、検出腕９に対して−ｘ側の駆動腕７と、検出腕９に対して＋ｘ側の駆動腕７とが互いに離れるように（ｘ軸方向の外側へ）撓むと、その曲げモーメントが基部５に伝わり、基部５は検出腕９が延び出る側（ユニット２Ａでは＋ｙ側、ユニット２Ｂでは−ｙ側）へ撓む。その結果、検出腕９が先端側へ変位する。逆に、図６（ｂ）に示すように、−ｘ側の駆動腕７と、＋ｘ側の駆動腕７とが互いに近づくように（ｘ軸方向の内側へ）撓むと、その曲げモーメントが基部５に伝わり、基部５は検出腕９が延び出る側とは反対側（ユニット２Ａでは−ｙ側、ユニット２Ｂでは＋ｙ側）へ変位する。その結果、検出腕９が根本側へ変位する。

従って、１対の駆動腕７がｘ軸方向に励振されることによって、検出腕９がｙ軸方向において振動（変位）することになる。

（角速度の検出および検出電極の接続関係）
図６（ｃ）および図６（ｄ）は、コリオリの力による検出腕９の振動を説明するための模式的な斜視図である。ただし、これらの図では、駆動腕７および基部５の変形については図示が省略されている。

図６（ｃ）および図６（ｄ）は、図６（ａ）および図６（ｂ）の状態に対応している。図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して説明した振動が生じている状態で、センサ素子１がｘ軸回りに回転されると、検出腕９は、ｙ軸方向に振動（変位）していることから、回転軸（ｘ軸）と振動方向（ｙ軸方向）とに直交する方向（ｚ軸方向）においてコリオリの力を受けて振動（変形）する。

より具体的には、各ユニット２において、第２腕２３は、矢印ｙ１で示すコリオリの力の方向へ曲がるように撓み変形する。また、このような撓み変形を第２腕２３に生じさせる曲げモーメントは、矢印ｙ２で示すように第２腕２３と第１腕２１との連結部を介して第１腕２１に伝わり、第１腕２１にコリオリの力の方向とは反対側へ曲がる撓み変形を生じさせるように第１腕２１に作用する。従って、第１腕２１と第２腕２３とはｚ軸方向において互いに逆側に撓み変形することになる。

各ユニット２において、第１腕２１および第２腕２３それぞれのｚ軸方向への撓み変形によって生じる電気信号は、検出電極１７によって取り出される。そして、第１腕２１および第２腕２３において生じた電気信号は加算される。

このような加算を実現するために、各ユニット２において、第１腕２１と第２腕２３との間では、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとが接続されている。また、各ユニット２において、２つの第１腕２１間においては、検出電極１７Ａ同士が接続され、検出電極１７Ｂ同士が接続されている。接続は、例えば、複数の配線１９によってなされている。

２つのユニット２間においては、検出腕９Ａおよび９Ｂは、ｙ軸方向において互いに逆側へ変位する位相で振動しているから、ｘ軸回りの回転方向に対して同一側にコリオリの力を受ける。別の観点では、検出腕９Ａおよび９Ｂは、ｚ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。そして、２つの検出腕９によって取り出された信号は、加算される。

このような加算を実現するために、検出腕９Ａと検出腕９Ｂとの間では、一方の検出腕９に係る第１腕２１の検出電極１７Ａと他方の検出腕９に係る第１腕２１の検出電極１７Ｂとが接続され、一方の検出腕９に係る第２腕２３の検出電極１７Ａと他方の検出腕９に係る第２腕２３の検出電極１７Ｂとが接続されている。接続は、例えば、複数の配線１９によってなされている。

（センサ素子の製造方法）
図７（ａ）〜図７（ｅ）は、センサ素子１の製造方法を説明する断面図であり、図３（ｂ）の断面に対応している。

センサ素子１の製造方法は、概して言えば、エッチングによって圧電体３の各部（５、７、９および１１）を形成するエッチング工程（図７（ａ）および図７（ｂ））と、エッチングされた圧電体３の表面に導体（１３、１５、１７および１９）を形成する導体層形成工程（図７（ｃ）〜図７（ｅ））とを有している。具体的には、例えば、以下のとおりである。

まず、図７（ａ）に示すように、圧電体３が多数個取りされるウェハ３５の両面にマスク３７を形成する。マスク３７は、例えば、ウェハ３５のうち圧電体３の各部（５、７、９および１１）となる部分に重なる部分を有している。換言すれば、マスク３７は、ウェハ３５のうち圧電体３となる領域の外側の領域に重なる開口を有している。

ただし、マスク３７は、駆動腕７となる部分については、凹溝３１の非配置領域となる部分にのみ重なっている。すなわち、マスク３７は、凹溝３１となる部分の上に開口３７ａを有している。特に図示しないが、マスク３７は、検出腕９の貫通溝となる部分の上にも開口を有している。

次に、図７（ｂ）に示すように、マスク３７が形成されたウェハ３５を薬液に浸して、ウェハ３５の両面からエッチングを行う。これにより、ウェハ３５の両面に凹部が形成され、さらには両面の凹部同士が結合されて貫通孔となり、圧電体３の外縁が形成される。開口３７ａは、マスク３７の他の開口（圧電体３の外縁を形成する開口）に比較して小さいことから、開口３７ａでは、上記他の開口に比較してエッチングが進まない。その結果、開口３７ａ下の凹部は両主面間で結合されず、凹溝３１が形成される。

なお、特に図示しないが、開口３７ａは、駆動腕７の長手方向で複数の開口に分割されていてもよい。これにより、１つの開口の面積が小さくされ、さらにエッチングが進まないようにされる。この場合、凹溝３１も長手方向において分割されるが、本開示の説明では、この長手方向に分割された凹溝３１も１本であるものとする。

また、この段階において、圧電体３は、捨て代を介した連結によってウェハ状態が維持されていてもよいし、個片化されてもよい。圧電体のエッチングは、ウェットエッチングでもよいし、ドライエッチングでもよい。圧電体３が単結晶である場合においては、エッチングによって現れた結晶面が凹溝３１の内面の少なくとも一部とされてよい。

次に、図７（ｃ）に示すように、マスク３７を除去し、圧電体３の上下面に導体のパターニング用のマスク３９を形成する。マスク３９は、圧電体３の上下面のうち、導体が形成されない領域に重なっている。換言すれば、マスク３９は、圧電体３の上下面のうち、導体が形成される領域に開口を有している。図７（ｃ）では、励振電極１５Ａと、拡張部３３上の配線１９Ａとが形成される領域に重なる開口３９ａが図示されている。また、圧電体３の外周面（駆動腕７の側面等）は、マスクが形成されずに露出されている。

次に、図７（ｄ）に示すように、スパッタリング等の薄膜形成法によって導体を形成する。このとき、導体となる材料は、例えば、矢印ｙ５で示すように、一定の方向に移動して圧電体３に付着する。一方、圧電体３は、例えば、矢印ｙ６で示すように、その材料の移動方向に上面の法線を一致させた向きを中心として、ｙ軸に平行な軸回りに所定の角度範囲で、連続的または間欠的に回転される（傾斜される。）。同様の操作は、圧電体３の下面についても行われる。

その結果、図７（ｅ）に示すように、圧電体３の上下面のマスク３９の非配置位置、および圧電体３の外周面（駆動腕７の側面等）に導体が形成される。図７（ｅ）では、導体のうち、励振電極１５Ａおよび１５Ｂ、ならびに拡張部３３上の配線１９Ａが図示されている。なお、分割腕２５については、例えば、隣の分割腕２５および検出腕９の側方に位置するダミー腕（例えばウェハの枠から延びている）等に分割腕２５の側面に向かう材料が遮られ、分割腕２５の側面のうち、圧電体３の上面側の一部および圧電体３の下面側の一部に検出電極１７が形成される。その後、特に図示しないが、マスク３９は除去される。

以上のとおり、本実施形態では、センサ素子１は、圧電体３と、励振電極１５Ａおよび１５Ｂと、複数の配線１９とを有している。圧電体３は、上面視において基部５および当該基部５から延び出ている駆動腕７を含んでいる。駆動腕７の上面には駆動腕７に沿って延びる凹溝３１が形成されている。励振電極１５Ａは、凹溝３１の内面に位置している。励振電極１５Ｂは、駆動腕７の側面に位置している。複数の配線１９は、励振電極１５にそれぞれ接続されている。駆動腕７は、凹溝３１の非配置領域を凹溝３１の基部５側から凹溝３１の長さの途中まで凹溝３１の幅の一部に拡張する拡張部３３を有している。複数の配線１９は、基部５の上面から拡張部３３の上面に延び、拡張部３３の上面と凹溝３１との幅方向における境界（稜線）を介して励振電極１５Ａに接続されている配線１９Ａを含んでいる。

従って、例えば、凹溝３１の基部５側の端面に加えて、または代えて、凹溝３１の側方にて励振電極１５Ａと配線１９Ａとを接続することができる。これにより、両者の導通の信頼性を向上させることができる。別の観点では、例えば、両者の導通の態様の自由度を向上させることができる。

ここで、例えば、圧電体３のエッチングに対する異方性によって、凹溝３１の基部５側の端面は、基部５の上面に対する傾斜角が急峻になり、その一方で、凹溝３１の内壁面３１ａの基部５の上面に対する傾斜角は緩やかになることがある。例えば、圧電体３が水晶であり、駆動腕７が延びる方向（ｙ軸方向）のＹ軸に対する角度が５°以内であり、駆動腕７の幅方向（ｘ軸方向）のＸ軸に対する角度が５°以内である場合には、そのような形状になりやすい。そのような場合においては、例えば、圧電体３の上方から導体となる材料を飛ばして成膜したときに、凹溝３１の基部５側の端面よりも、内壁面３１ａの方が、導体が成膜されやすい。従って、励振電極１５Ａと配線１９Ａとの導通の信頼性を向上させる効果が向上する。

また、例えば、本実施形態の説明で例示したように、導体の成膜においては、ｙ軸に平行な軸回りに回転される一方で、ｘ軸に平行な軸回りに回転されないことがある。これは、例えば、ｙ軸方向に延びる駆動腕７および／または検出腕９（本実施形態では双方）の側面（ｘ軸に面する面）に電極（１５Ｂまたは１７）が形成される一方で、ｙ軸に面する面には電極が形成されないことからである。このような場合においては、圧電体３の上方から導体となる材料を飛ばして成膜したときに、凹溝３１の基部５側の端面よりも、内壁面３１ａの方が、導体が成膜されやすい。従って、励振電極１５Ａと配線１９Ａとの導通の信頼性を向上させる効果が向上する。

また、例えば、凹溝３１の基部５側の端面を介して励振電極１５Ａと配線１９Ａとを導通させる場合は、その導通部分の幅は凹溝３１の幅以下に限定される。一方、凹溝３１の内壁面３１ａを介して励振電極１５Ａと配線１９Ａとを導通させる場合は、凹溝３１の長さは凹溝３１の幅よりも大きいことから、凹溝３１の幅以下に限定されることはない。すなわち、設計の自由度が高い。

さらに、拡張部３３を形成し、拡張部３３と凹溝３１との間で導通させていることから、例えば、配線１９Ａの幅（ｘ軸方向）を十分に確保することができる。その結果、例えば、導通不良または配線抵抗の増加が生じるおそれを低減できる。別の観点では、拡張部３３を形成していることから、拡張部３３よりも駆動腕７の先端側において、凹溝３１の幅を極力大きくすることができる。すなわち、凹溝３１の両側の壁部を極力薄くすることができる。その結果、例えば、駆動腕７の振動特性が向上する。

また、本実施形態では、拡張部３３が基部５側から凹溝３１内に駆動腕７に平行に突出している。

従って、例えば、上記の励振電極１５Ａと配線１９Ａとの導通の信頼性を向上させる効果が向上する。具体的には、例えば、ｙ軸に平行な回転軸回りに圧電体３を回転させたときに、内壁面３１ａのうち拡張部３３に隣接する領域を導体の材料が飛んでくる方向に向けることが容易化される。また、例えば、凹溝３１に先細り形状が形成されないから、後述する変形例（図１０（ｃ）または図１０（ｄ））に比較して、凹溝３１を形成するエッチングを凹溝３１の端部まで行うことが容易である。

また、本実施形態では、拡張部３３が凹溝３１の側方から凹溝３１側へ広がっている。

従って、例えば、後述する第２実施形態（図８）に比較すると、凹溝３１が拡張部３３によって幅方向に分割されず、凹溝３１の拡張部３３に隣接する部分の幅が大きくされる。その結果、例えば、当該隣接する部分の一方の内壁面３１ａに励振電極１５Ａを成膜するときに、励振電極１５Ａとなる材料が他方の壁部に遮られてしまうおそれが低減される。ひいては、凹溝３１の深くまで励振電極１５Ａを成膜しやすくなる。

また、本実施形態では、駆動腕７が延びる方向（ｙ軸方向）の、駆動腕７の先端側の凹溝３１の端部から拡張部３３の手前までの範囲においては、励振電極１５Ａは、駆動腕７の上面のうち、凹溝３１の内面のみに位置している。

すなわち、凹溝３１の側方両側の凹溝３１の非配置領域（領域７ａおよび拡張部３３）は、拡張部３３を除いて、励振電極１５Ａの非配置領域となっている。別の観点では、駆動腕７の上面の両側縁部付近は、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとを短絡させないために励振電極１５Ａの非配置領域とされるところ、当該励振電極１５Ａの非配置領域まで、凹溝３１が幅広に形成されている。このような構造は、上記のように拡張部３３を形成して配線１９Ａの面積を確保したことによって実現が容易化されており、また、振動特性の向上の効果を奏する。

＜第２実施形態＞
図８は、第２実施形態に係るセンサ素子２０１の一部を示す斜視図である。図９（ａ）〜図９（ｃ）はセンサ素子２０１の一部を示す図であり、第１実施形態の図５（ａ）〜図５（ｃ）に対応している。

第２実施形態のセンサ素子２０１は、基本的には、拡張部の形状のみが第１実施形態と相違する。ただし、拡張部の形状の相違に伴って、凹溝３１、励振電極１５Ａおよび配線１９Ａ（これらの符号はそのまま用いる。）の形状も第１実施形態と相違する。

センサ素子２０１（圧電体２０３）の駆動腕２０７において、拡張部２３３は、第１実施形態の拡張部３３と同様に、凹溝３１の非配置領域を凹溝３１の基部５側から凹溝３１の長さの途中まで凹溝３１の幅の一部に拡張している。

ただし、拡張部２３３は、拡張部３３とは異なり、凹溝３１の側方両側の縁部（上縁）から離れた位置にて、基部５側から凹溝３１内に突出している。なお、凹溝３１の側方の縁部は、凹溝３１の開口の幅方向の縁部であり、凹溝３１の内壁面３１ａと駆動腕２０７の上面のうちの凹溝３１の非配置領域との稜線である。

拡張部２３３の数、位置および形状は適宜に設定されてよい。例えば、拡張部２３３の数は、１つの凹溝３１に対して１つである。また、例えば、拡張部２３３は、凹溝３１の幅方向の中央に位置している。拡張部２３３の突出方向は、例えば、駆動腕７（ｙ軸方向）に平行である。別の観点では、拡張部２３３と凹溝３１との境界（拡張部２３３の上面と凹溝３１の内壁面３１ａとが成す稜線）は、駆動腕７に平行である。拡張部３３の基部５とは反対側の先端は、適宜な形状とされてよい。拡張部２３３の寸法も適宜に設定されてよい。第１実施形態で述べた拡張部３３の寸法についての説明は、第２実施形態の拡張部３３の寸法に関する説明とされてよい。

凹溝３１の内面は、例えば、拡張部２３３によって分割された部分において若干高くなっている。ただし、当該部分の深さは、他の部分の深さと同等とされてもよい。また、拡張部２３３が新たな壁部として構成されていることから、当該部分においては、内壁面は４面構成されている。すなわち、凹溝３１全体の両側の２つの内壁面３１ａと、拡張部２３３の両側（凹溝３１の内側）の２つの内壁面３１ｂとが構成されている。

励振電極１５Ａおよび配線１９Ａを構成する導体は、例えば、第１実施形態と同様に、凹溝３１の幅と同等の幅で、基部５の上面から駆動腕２０７の上面へ延びている。そして、駆動腕２０７の上面に位置する部分のうち、凹溝３１の内面に位置する部分は励振電極１５Ａとなっており、拡張部２３３の上面および凹溝３１よりも基部５側に位置する部分は配線１９Ａとなっている。配線１９Ａと励振電極１５Ａとは、拡張部２３３の上面と凹溝３１の内壁面３１ａとの境界（稜線）を介して接続されており、また、例えば、拡張部２３３の側方両側で接続されている。

以上の構成を有するセンサ素子２０１の製造方法は、圧電体２０３をエッチングするときのマスクの具体的な形状（拡張部２３３に対応する部分）を除いては、第１実施形態のセンサ素子１の製造方法と同様とされてよい。

以上の実施形態においても、駆動腕２０７は、凹溝３１の非配置領域を凹溝３１の基部５側から凹溝３１の長さの途中まで凹溝３１の幅の一部に拡張する拡張部２３３を有している。また、複数の配線１９は、基部５の上面から拡張部２３３の上面に延び、拡張部２３３の上面と凹溝３１との幅方向における境界（稜線）を介して励振電極１５Ａに接続されている配線１９Ａを含んでいる。従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、励振電極１５Ａと配線１９Ａとを好適に導通できる。

また、本実施形態では、拡張部２３３が凹溝３１の側方両側の縁部から離れた位置にて、基部５側から凹溝３１内に突出している。

従って、例えば、第１実施形態では、１つの拡張部３３は、その側方片側において配線１９Ａと励振電極１５Ａとを導通させていたのに対して、１つの拡張部２３３は、その側方両側において配線１９Ａと励振電極１５Ａとを導通させることができる。その結果、例えば、配線１９Ａと励振電極１５Ａの導通を効率的に行うことができる。また、例えば、第１実施形態に比較して、凹溝３１の基部５側の端部における励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの対向距離を短くしやすい。

＜変形例＞
図１０（ａ）〜図１０（ｄ）は、種々の変形例に係る駆動腕の根元部分を示す平面図であり、第１実施形態の図５（ｂ）に相当する。これらの図では、拡張部と他の部分との境界の一部に点線を付している。

図１０（ａ）に示す駆動腕３０１は、第１実施形態の拡張部３３を有している。ただし、この変形例では、凹溝３１の側方の一方側にのみ拡張部３３が設けられている。このように、拡張部３３は、一つのみ設けられてもよい。

なお、圧電体の材料の種類および結晶軸の方向によっては、凹溝３１の両側の１対の内壁面において、一方が他方よりも傾斜が緩やかな場合がある。このような場合において、傾斜が緩やかな方だけに、拡張部３３が形成され、当該傾斜が緩やかな内壁面における導通をさらに向上させてもよいし、逆に、傾斜が急峻な方だけに拡張部３３が形成され、導通が途切れるおそれを低減してもよい。

図１０（ｂ）に示す駆動腕３０３は、第２実施形態の拡張部２３３を有している。ただし、この変形例では、拡張部２３３は、２つ設けられている。このように、拡張部２３３は、２以上で設けられてもよいし、凹溝３１の幅方向の中央に位置していなくてもよい。

図１０（ｃ）に示す駆動腕３０５は、第１実施形態と同様に、凹溝３１の側方から凹溝側へ広がっている拡張部３０７を有している。ただし、拡張部３０７は、駆動腕３０５の先端側（紙面左側）ほど細くなる形状とされている。これにより、拡張部３０７と凹溝３１との幅方向における境界は、幅方向に直交しておらず、幅方向に傾斜している。

別の観点では、これまでの拡張部は、平面視において凹溝３１に凹部を形成していた（凹溝３１の形状を数学でいう非凸集合にしていた）のに対して、この変形例では、凹溝３１は拡張部３０７の存在によっても凸多角形（凸集合）である。また、拡張部３０７は、これまでの拡張部とは異なり、凹溝３１内に突出しているという表現は馴染まない。

このような拡張部３０７も、これまでの拡張部と同様に、凹溝３１の非配置領域を凹溝３１の基部５側から凹溝３１の長さの途中まで凹溝３１の幅の一部に拡張していると言える。そして、これまでの拡張部と同様に、例えば、励振電極１５Ａと配線１９Ａとの導通に寄与する。

なお、図示の例では、２つの拡張部３０７の基部５側の幅の合計は、凹溝３１の幅と同等となっているが、これよりも小さくてもよい。また、図示の例では、拡張部３０７は、凹溝３１の両側に設けられているが、図１０（ａ）と同様に、側方の一方側にのみ設けられてもよい。この場合において、拡張部の基部５側の幅は、凹溝３１の幅と同等であってもよい（凹溝３１の基部５側の端面は、ｘ軸に対してｙ軸方向の一方側に傾斜する形状とされてもよい。）。

図１０（ｄ）に示す駆動腕３０９は、第２実施形態と同様に、凹溝３１の側方両側の縁部から離れた位置にて基部５側から凹溝３１内へ突出している拡張部３１１を有している。ただし、拡張部３１１は、駆動腕３０５の先端側（紙面左側）ほど細くなる形状とされている。また、拡張部３１１の基部５側の幅は、例えば、凹溝３１の幅と同等とされている。このような形状であっても、これまでの拡張部と同様の作用が奏される。

なお、以上の実施形態および変形例において、センサ素子１および２０１は、それぞれ圧電素子の一例である。角速度センサ５１は、圧電デバイスの一例である。駆動腕７、２０７、３０１、３０３、３０５および３０９は、それぞれ腕部の一例である。励振電極１５Ａは第１電極の一例である。励振電極１５Ｂは第２電極の一例である。

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。

圧電素子または圧電デバイスは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一部として構成されてよい。この場合において、ＭＥＭＳの基板上に圧電素子を構成する圧電体が実装されてもよいし、ＭＥＭＳの基板が圧電体によって構成されており、その一部によって圧電素子の圧電体が構成されてもよい。

圧電デバイスは、角速度センサに限定されない。また、圧電素子は、センサ素子に限定されない。例えば、圧電デバイスは、発振信号を生成するものであってもよく、具体的には、水晶振動子等の圧電振動子または水晶発振器等の圧電発振器であってもよい。圧電素子は、これらの振動子または発振器に利用される振動素子であってよい。例えば、振動素子は、音叉型のものである。

圧電デバイスが発振信号を生成するものであってもよいことからも明らかなように、腕部は、駆動腕と概念されるものに限定されない。また、圧電デバイスが角速度センサの場合においても、腕部は、駆動腕に限定されないし、第１電極および第２電極は励振電極に限定されない。

例えば、角速度センサのセンサ素子として、角速度の大きさに応じた変形量で分極軸（電気軸）方向に振動する検出腕を有するものが知られている。このような検出腕は、例えば、実施形態の駆動腕と同様に、上下面に１対の検出電極が設けられ。両側の側面に他の１対の検出電極が設けられ、これにより電気信号が検出される。腕部ならびに第１電極および第２電極は、このような検出腕ならびに当該検出腕に設けられる検出電極であってもよい。この場合、制御回路は、第１電極および第２電極から信号を検出する。また、例えば、腕部は、駆動腕と検出腕とを兼ねるものであってもよい。例えば、腕部の長さ方向の互いに異なる位置に励振電極と検出電極とが設けられてもよい。

角速度センサは、実施形態に開示した態様に係るものに限定されず、公知の種々の態様のものとされてよい。例えば、角速度センサは、ｘ軸（腕部に交差する軸、分極軸）回りの回転を検出するものに限定されず、ｙ軸回りまたはｚ軸回りの回転を検出するものであってもよい。また、例えば、角速度センサは、１本の駆動腕と１本の検出腕とが互いに並列に延び、ｙ軸回りの回転を検出する音叉型のものであってもよい。また、例えば、角速度センサは、互いに並列に延びて対を成す駆動腕がｘ軸方向において互いに同一側に曲がるように振動するものであってもよい。また、実施形態と同様に、互いに並列に延びて対を成す駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側に曲がるように振動するものでありながら、ｙ軸回りの回転によって検出腕がｚ軸方向に振動するものであってもよい。

第１電極（凹溝）、腕部の上下面の双方に設けられている必要は無く、一方のみに設けられていてもよい。また、第２電極は、腕部の両側の側面に設けられている必要は無く、一方のみに設けられていてもよい。凹溝の本数は、１本の腕部に対して１本に限定されず、１本の腕部に２本以上設けられてもよい。この場合に、各凹溝に拡張部が設けられてもよいし、一部の凹溝に拡張部が設けられてもよい。

実施形態において開示した角速度センサの振動態様は、新規なものである。この新たな振動態様の角速度センサは、ｚ軸回りの回転を検出することにも利用可能である。この場合、検出腕は、ｚ軸回りの回転によってｘ軸方向に振動する。この振動を検出する複数の検出電極の配置は、実施形態の励振電極と同様である。この場合の検出腕に凹溝および拡張部が設けられ、複数の検出電極が第１電極および第２電極とされてもよい。

また、この新たな振動態様の角速度センサにおいて、２つのユニットが設けられず、１つのユニットのみが設けられてもよい。また、２つのユニットは、実施形態とは逆に、駆動腕が延び出る側が互いに対向するように配置されたり、互いに逆の位相で励振されたりしてもよい。２つのユニットのうち一方がｘ軸回りの角速度の検出に供され、他方がｚ軸回りの角速度の検出に供されてもよい。

また、この新たな振動態様を実現する各ユニットにおいて、（少なくとも）１対の駆動腕と、（少なくとも１本の）検出腕とは、同一方向に（並列に）延びている必要はない。例えば、ｙ軸方向の一方側に延びる１対の駆動腕に対して、ｙ軸方向の他方側に延びる１本の検出腕が設けられてもよい。

また、新たな振動態様において、１本の基部から延びる駆動腕の本数と検出腕の本数との組み合わせは適宜である。例えば、１対の駆動腕に対して、ｙ軸方向の正側に延びる検出腕と、ｙ軸方向の負側に延びる検出腕とが設けられてもよい。また、１対の駆動腕の間に、互いに並列に延びる２本以上の検出腕を設けることも可能である。

また、例えば、１本の基部から互いに逆側に延びる２対の駆動腕を設けてもよい。この場合、＋ｙ側に延びる１対の駆動腕と、−ｙ側に延びる１対の駆動腕とは、互いにｘ軸方向において逆側に振動するように（例えば＋ｙ側の１対の駆動腕が互いに離反するときは−ｙ側の１対の駆動腕は互いに近接するように）励振される。これにより、２対の駆動腕からのモーメントが１本の基部に加算される。

新たな振動態様において、検出腕は、第１腕および第２腕を有するものに限定されず、第１腕のみを有していてもよい。また、１本の第１腕の両側に１対の第２腕が連結されてもよい。また、検出腕は、複数の分割腕から構成されるものに限定されない。新たな振動態様において、実装部は、矩形等の環状に形成されてもよい。

１…センサ素子（圧電素子）、３…圧電体、５…基部、７…駆動腕（腕部）、１５Ａ…励振電極（第１電極）、１５Ｂ…励振電極（第２電極）、１９…配線、３１…凹溝、３３…拡張部。

Claims

上面視において基部および当該基部から延び出ている腕部を含んでおり、前記腕部の上面に前記腕部に沿って延びる凹溝を有している圧電体と、
前記凹溝の内面に位置している第１電極と、
前記腕部の側面に位置している第２電極と、
前記第１電極または前記第２電極にそれぞれ接続されている複数の配線と、
を有しており、
前記腕部は、前記凹溝の非配置領域を前記凹溝の基部側から前記凹溝の長さの途中まで前記凹溝の幅の一部に拡張する拡張部を有しており、
前記複数の配線は、前記基部の上面から前記拡張部の上面に延び、前記拡張部の上面と前記凹溝との幅方向における境界を介して前記第１電極に接続されている配線を含んでいる
圧電素子。
前記拡張部が前記基部側から前記凹溝内に前記腕部に平行に突出している
請求項１に記載の圧電素子。
前記拡張部が前記凹溝の側方から前記凹溝側へ広がっている
請求項１または２に記載の圧電素子。
前記拡張部が前記凹溝の側方両側の縁部から離れた位置にて、前記基部側から前記凹溝内に突出している
請求項１または２に記載の圧電素子。
前記圧電体が水晶であり、
前記腕部が延びる方向のＹ軸に対する角度が５°以内であり、
前記腕部の幅方向のＸ軸に対する角度が５°以内である
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電素子。
前記腕部が延びる方向の、前記腕部の先端側の前記凹溝の端部から前記拡張部の手前までの範囲においては、前記第１電極は、前記腕部の上面のうち前記凹溝の内面のみに位置している
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電素子。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電素子と、
前記第１電極および前記第２電極に対する電圧の印加、または前記第１電極および前記第２電極からの信号の検出を行う制御回路と、
を有している圧電デバイス。
圧電体に対してエッチングを行い、基部と、上面視において前記基部から延び出ている腕部と、前記腕部の上面にて前記腕部に沿って延びている凹溝とを形成するエッチング工程と、
前記圧電体の表面に導体を成膜して、前記凹溝の内面に位置している第１電極と、前記腕部の側面に位置している第２電極と、前記第１電極または前記第２電極にそれぞれ接続されている複数の配線とを形成する導体層形成工程と、
を有しており、
前記エッチング工程では、前記凹溝の非配置領域を前記凹溝の基部側から前記凹溝の長さの途中まで前記凹溝の幅の一部に拡張する拡張部を形成し、
前記導体層形成工程では、前記複数の配線の一部として、前記基部の上面から前記拡張部の上面に延び、前記拡張部の上面と前記凹溝との幅方向における境界を介して前記第１電極に接続されている配線を形成する
圧電素子の製造方法。
前記圧電体を前記腕部に平行な軸回りに回転させつつ前記導体を成膜する
請求項８に記載の圧電素子の製造方法。