JP6450059B1 - センサ素子および角速度センサ - Google Patents

Abstract

センサ素子の圧電体は、基部からｙ軸方向に延びている駆動腕および検出腕を有している。複数の励振電極は、駆動腕をｘ軸方向に振動させることが可能な配置で駆動腕に位置している。複数の検出電極は、検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で検出腕に位置している。圧電体は、駆動腕がｘ軸方向に振動したときに駆動腕に捩り変形を生じさせる異方性を有している。駆動腕が＋ｘ側に曲がったときの捩り変形の向きは、基部の検出腕との連結位置がｚ軸方向の一方側へ変位する基部の撓みを生じさせる向きである。駆動腕のｙ軸方向に直交する断面の形状は、＋ｘ側かつｚ軸方向の他方側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状である。

Description

本開示は、センサ素子および当該センサ素子を含む角速度センサに関する。

角速度センサとして、圧電体の振動を利用する圧電振動式のものが知られている（例えば特許文献１および２）。圧電体は、例えば、水晶からなり、基部と、基部から延びる駆動腕および検出腕を有している。駆動腕は、交流電圧が印加されて振動する。この状態で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、振動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検出腕が振動する。この検出腕の振動に応じて生じる電気信号を検出することにより、角速度が検出される。

特許文献１では、矩形の一の対角線の両側の角部を切り欠いた形状の横断面を有する駆動腕を他の対角線方向に振動させるセンサ素子が開示されている。特許文献２では、センサ素子の圧電体をエッチングによって成形した場合に、駆動腕の根元におけるエッチングの残渣によって、駆動腕が意図した振動方向に対して斜めに振動してしまうおそれがあることが開示されている。

特開２０１３−１９０３０５号公報 特開２０１６−１３３４２８号公報

本開示の一態様に係るセンサ素子は、圧電体と、複数の励振電極と、複数の検出電極とを有している。前記圧電体は、基部と、前記基部から直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向に延びている駆動腕および検出腕と、を有しており、単結晶により構成されている。前記複数の励振電極は、前記駆動腕をｘ軸方向に振動させることが可能な配置で前記駆動腕に位置している。前記複数の検出電極は、前記検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で前記検出腕に位置している。前記圧電体は、前記駆動腕がｘ軸方向に振動したときに前記駆動腕に捩り変形の振動を生じさせる、結晶方位に対する異方性を有している。前記駆動腕が＋ｘ側に曲がったときの前記捩り変形の向きは、前記基部の前記検出腕との連結位置がｚ軸方向の一方側へ変位する前記基部の撓みを生じさせる向きである。前記駆動腕のｙ軸方向に直交する断面の形状は、＋ｘ側かつｚ軸方向の他方側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状である。

本開示の角速度センサは、上記のセンサ素子と、前記複数の励振電極に電圧を印加する駆動回路と、前記複数の検出電極からの信号を検出する検出回路と、を有している。

本開示の第１実施形態に係るセンサ素子の圧電体を示す斜視図である。 図２（ａ）は図１のセンサ素子の一部を拡大して示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。 図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）および図３（ｄ）は図１のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｃ）は駆動腕の切欠き部の作用の一例を説明するための模式図である。 図５（ａ）および図５（ｂ）はセンサ素子の製造方法の例を説明するための断面図である。 第２実施形態に係るセンサ素子の構成を示す平面図である。 図６のVII−VII線における断面図である。 図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）および図８（ｄ）は図６のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 第３実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す斜視図である。 第４実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本開示に係る実施形態を説明する。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、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。

同一又は類似する構成については、「駆動腕７Ａ」、「駆動腕７Ｂ」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「駆動腕７」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、既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、既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。既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、既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、特に断りがない事項は、既に説明された実施形態の構成と同様である。

＜第１実施形態＞
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電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２（ｂ））を構成するものである。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。具体的には、以下のとおりである。

（圧電体の概略形状）
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、例えば、単結晶である。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（lead zirconate titanate）またはシリコンである。以下では、水晶の場合を例に取る。

圧電体３（水晶片）において、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸は、例えば、概ね、電気軸（Ｘ軸）、機械軸（Ｙ軸）および光軸（Ｚ軸）に一致している。ただし、これらは所定の範囲で傾斜していてもよい。例えば、ｘ軸のＸ軸に対する傾斜角、ｙ軸のＹ軸に対する傾斜角およびｚ軸のＺ軸に対する傾斜角は、それぞれ−１０°以上１０°以下である。

圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされている。また、圧電体３の概略形状（例えば後述する切欠き部７ｃは除く）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。

圧電体３は、例えば、基部５と、基部５から延びている１対の駆動腕７Ａおよび７Ｂならびに検出腕９と、基部５を支持している１対の実装部１１とを有している。

１対の駆動腕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）へセンサ素子１を実装することに寄与する部分である。

基部５は、例えば、ｘ軸方向に直線状に延びる長尺状とされている。その両端は、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の横断面（ｙｚ断面）の形状は、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。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、ｙ軸方向への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。１対の駆動腕７は、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。１対の駆動腕７は、例えば、１対の被支持部５ａの間の中央を通る、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。また、１対の駆動腕７は、１対の被支持部５ａから離れた位置にて基部５と接続されている。

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９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、検出腕９は、片持ち梁のように撓み変形が可能となっている。また、検出腕９は、１対の駆動腕７の間において、１対の駆動腕７に対して並列（例えば平行）に延びている。検出腕９は、例えば、１対の被支持部５ａの間の中央に位置し、および／または１対の駆動腕７の間の中央に位置している。

検出腕９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る。検出腕９の長さは、例えば、駆動腕７の長さと同等である。ただし、両者は異なっていてもよい。

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。実装部１１の長さ、幅および厚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、センサ素子１（圧電体３）は、駆動腕７および検出腕９が振動可能な状態で支持される。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。

（駆動腕および検出腕の横断面の形状）
図２（ａ）は、センサ素子１の一部を拡大して示す斜視図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）のIIｂ−IIｂ線における断面図である。

駆動腕７の横断面（ｘｚ断面。以下、駆動腕７について単に断面という場合は横断面を指す。）の形状は、例えば、その長手方向に亘って概ね一定である。駆動腕７の断面形状は、例えば、図２（ｂ）に示すように、概略、矩形の角部の１つを切り欠いた形状とされている（切欠き部７ｃが設けられている。）。図２（ａ）では、参考までに、駆動腕７Ａについて、切欠き部７ｃが設けられていない場合の形状も２点鎖線で示している。

上記のように切欠き部７ｃを設けると、駆動腕７は、切り欠かれていない２つの角度を結ぶ対角線の方向における曲げ剛性に比較して、切り欠かれた角部を通る対角線の方向の曲げ剛性が小さくなる。その結果、例えば、駆動腕７をｘ軸方向に振動させる力を加えると、振動方向は、ｘ軸に対して、切り欠かれた角部を通る対角線に沿う側へ傾斜する。

より具体的には、例えば、検出腕９に対して−ｘ側に位置している駆動腕７Ａにおいては、＋ｘ側かつ＋ｚ側の角部が切り欠かれている。また、検出腕９に対して＋ｘ側に位置している駆動腕７Ｂにおいては、＋ｘ側かつ−ｚ側の角部が切り欠かれている。

曲げ剛性に着目して別の表現をすれば、検出腕９に対して−ｘ側に位置している駆動腕７Ａにおいては、＋ｘ側（検出腕側）かつ＋ｚ側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつ−ｚ側への曲げ剛性よりも小さくされている。また、検出腕９に対して＋ｘ側に位置している駆動腕７Ｂにおいては、−ｘ側（検出腕側）かつ＋ｚ側への曲げ剛性が、−ｘ側かつ−ｚ側への曲げ剛性よりも小さくされている。すなわち、２つの駆動腕７において、検出腕側かつ＋ｚ側の曲げ剛性が相対的に小さくされている。

駆動腕７Ａにおいて、＋ｘ側かつ＋ｚ側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつ−ｚ側への曲げ剛性よりも小さいか否かは、例えば、駆動腕７Ａのｘｚ断面において、ｚ軸に対して左回りに４５°で傾斜する軸に関する断面２次モーメントが、ｚ軸に対して右回りに４５°で傾斜する軸に関する断面２次モーメントよりも小さいか否かで判断してよい。同様に、駆動腕７Ｂにおいて、−ｘ側かつ＋ｚ側への曲げ剛性が、−ｘ側かつ−ｚ側への曲げ剛性よりも小さいか否かは、例えば、ｚ軸に対して右回りに４５°で傾斜する軸に関する断面２次モーメントが、ｚ軸に対して左回りに４５°で傾斜する軸に関する断面２次モーメントよりも小さいか否かで判断してよい。

切欠き部７ｃの形状および大きさは適宜なものとされてよい。図示の例では、切欠き部７ｃは、概略、上面または下面に交差するｚ軸に概ね平行な面（符号省略）と、この面に傾斜しており、駆動腕７の＋ｘ側の側面のうちの切り欠かれていない領域に交差する面（符号省略）とによって構成されている。また、図２（ｂ）では、駆動腕７の切り欠かれている側面に若干の突起（符号省略。以下の図面では省略）も形成されている。切欠き部７ｃを構成する面は、例えば、後述するエッチングによって現れる結晶面によって構成されている。

検出腕９の横断面（ｘｚ断面。以下、検出腕９について単に断面という場合は横断面を指す。）の形状は、例えば、その長手方向に亘って概ね一定である。検出腕９の断面形状は、例えば、図２（ｂ）に示すように、概略、矩形である。

（励振電極、検出電極および配線）
センサ素子１は、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、これらを接続する複数の配線１９とを有している。これらは、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。

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についても同様である。検出腕９が複数本設けられる態様（後述する実施形態）において、検出電極１７Ａおよび１７Ｂについても同様である。

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。励振電極１５の配置に関して、切欠き部７ｃを構成する面は、例えば、図示の例のように、側面の一部として扱われてよい（励振電極１５Ｂが設けられてよい。）。ただし、切欠き部７ｃは、その形状および／または大きさによっては、その一部又は全部が、上面または下面の一部として扱われたり（励振電極１５Ａが設けられたり）、上面、下面および側面のいずれにも属さないものとして扱われたり（いずれの励振電極１５も設けられなかったり）してよい。

後述する実施形態においては、基部５からｙ軸方向の負側に延びる駆動腕７が設けられることがある。そのような駆動腕７においても、励振電極１５の付加符号Ａは、上面および下面に対応し、励振電極１５の付加符号Ｂは、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（電気軸）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。

１対の駆動腕７においては、駆動腕７Ａの励振電極１５Ａと駆動腕７Ｂの励振電極１５Ｂとが同電位とされ、駆動腕７Ａの励振電極１５Ｂと駆動腕７Ｂの励振電極１５Ａとが同電位とされる。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。

従って、このような接続関係において励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に交流電圧を印加すると、１対の駆動腕７は、互いに逆の位相の電圧が印加されることになり、ｘ軸方向において互いに逆向きに撓み変形するように振動する。

検出電極１７Ａは、検出腕９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、検出腕９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。

後述する実施形態においては、基部５からｙ軸方向の負側に延びる検出腕９が設けられることがある。そのような検出腕９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。

検出腕９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、検出腕９に沿って延びている。２つの検出電極１７Ａ同士は、例えば、配線１９により接続されている。また、２つの検出電極１７Ｂ同士は、例えば、配線１９により接続されている。

このような検出電極１７の配置および接続関係において、検出腕９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、検出腕９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軸方向の正側又は負側）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。検出腕９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。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、検出腕９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。

複数の配線１９は、上述したように複数の励振電極１５を互いに接続し、複数の検出電極１７を互いに接続している。また、複数の配線１９は、電位の観点から２組に分けられた励振電極１５と、電位の観点から２組に分けられた検出電極１７との合計４組の電極と、４つのパッド１３とを接続している。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の上に絶縁層を設け、その上に他の配線１９を設けることによって、立体配線部が形成されても構わない。

図２（ｂ）に示すように、センサ素子１を含む角速度センサ５１は、例えば、励振電極１５に電圧を印加する駆動回路１０３と、検出電極１７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。

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励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとの間に印加する。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。

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、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が特定される。

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又は適宜な形状の実装基体に実装されている。

（角速度センサの基本動作）
図３（ａ）および図３（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。両図は、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７Ａおよび７Ｂは、励振電極１５に交流電圧が印加されることによってｘ軸方向において互いに逆向きに変形するように互いに逆の位相で励振される。

このとき、図３（ａ）に示すように、１対の駆動腕７が互いにｘ軸方向の外側（１対の駆動腕が互いに離れる側）に撓むと、その曲げモーメントが基部５に伝わり、基部５はｙ軸方向の正側へ撓む。その結果、検出腕９がｙ軸方向の正側へ変位する。

逆に、図３（ｂ）に示すように、１対の駆動腕７が互いにｘ軸方向の内側（１対の駆動腕が互いに近づく側）に撓むと、その曲げモーメントが基部５に伝わり、基部５はｙ軸方向の負側へ変位する。その結果、検出腕９がｙ軸方向の負側へ変位する。

従って、１対の駆動腕７が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することになる。

図３（ｃ）および図３（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。図３（ｃ）および図３（ｄ）は、図３（ａ）および図３（ｂ）の状態に対応している。

図３（ａ）および図３（ｂ）を参照して説明したように圧電体３が振動している状態で、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、コリオリの力によって回転軸（ｘ軸）と振動方向（ｙ軸）とに直交する方向（ｚ軸方向）において振動（変形）する。この変形によって生じる信号（電圧）は、上述のように検出電極１７によって取り出される。コリオリの力（ひいては検出される信号の電圧）は、角速度が大きいほど大きくなる。これにより、角速度が検出される。

（不要振動の発生と低減）
図４（ａ）は、比較例（ただし、従来技術ではなく新規なものである。）に係る１対の駆動腕１５７Ａおよび１５７Ｂならびに検出腕９の動作を説明するための模式的な断面図である。便宜上、断面のハッチングは省略し、励振電極１５および検出電極１７等の図示は省略している。

比較例は、切欠き部７ｃが設けられていないことを除いては、基本的に実施形態と同様である。このような比較例において、励振電極１５によって駆動腕１５７に電圧が印加され、矢印ｙ１で示すように、１対の駆動腕１５７が検出腕９側に撓み変形したとする。このとき、矢印ｙ２で示すように、駆動腕１５７の結晶方位に対する異方性に起因して、駆動腕１５７に捩り変形が生じる。捩り変形は、より具体的には、図示の例では、駆動腕１５７の検出腕９側の側面が−ｚ側に変位するものである。異方性は、例えば、逆圧電効果および／または材料強度に現れている。

図４（ｂ）は、図４（ａ）の捩り変形が検出腕９に及ぼす影響を説明するための模式図である。

駆動腕１５７に捩り変形（図４（ａ）と同様に矢印ｙ２で示す）を生じさせるモーメントは、基部５に撓み変形を生じさせる。具体的には、図示の例では、捩り変形が駆動腕１５７の検出腕９側の側面を−ｚ側へ変位させるようなものであることに応じて、基部５は、矢印ｙ３で示すように、駆動腕１５７側に対して検出腕９側が−ｚ側に相対的に変位するような撓み変形を生じる。別の観点では、１対の駆動腕１５７の捩り変形が、１対の駆動腕１５７の内側の面を−ｚ側へ変位させるようなものであることに応じて、基部５は、１対の駆動腕１５７間（中央側）が−ｚ側に相対的に変位するような撓みを生じる。

そして、基部５の撓みによって基部５と検出腕９との連結部分が−ｚ側に相対的に変位すると、矢印ｙ４で示すように、検出腕９は、前記変位とバランスするように前記変位とは逆側（＋ｚ側）に撓み変形する。

このように、駆動腕１５７においては、意図しない捩り変形（矢印ｙ２）が生じ、これに起因して検出腕９がｚ軸方向に撓み変形する。すなわち、コリオリの力とは無関係に検出腕９がｚ軸方向に撓み変形することになる。ひいては、検出結果に誤差が生じる。

図４（ｃ）は、実施形態に係る１対の駆動腕７および検出腕９の動作を説明するための図４（ａ）と同様の模式的な断面図である。

図４（ａ）と同様に、励振電極１５によって駆動腕７に電圧を印加して駆動腕７を検出腕９側に撓み変形させたとする。このとき、既に述べたように、駆動腕７の断面形状は、検出腕９側かつ＋ｚ側への曲げ剛性が、検出腕９側かつ−ｚ側への曲げ剛性よりも小さい形状であることから、駆動腕７は、矢印ｙ５で示すように、ｘ軸に平行ではなく、＋ｚ側へ傾斜する方向へ撓み変形する。

このとき、検出腕９は、駆動腕７の変位のｚ軸方向成分とバランスするように、矢印ｙ６で示すように、駆動腕７がｚ軸方向に関して撓む側とは逆側（−ｚ側）に撓もうとする。その結果、図４（ｂ）の矢印ｙ４で示す撓み変形は、図４（ｃ）の矢印ｙ６で示す撓み変形によって、その一部または全部が打ち消される。ひいては、検出誤差が低減される。

上記では、駆動腕７が検出腕９側に撓む場合を例に取ったが、駆動腕７が検出腕９とは反対側に撓む場合も、種々の方向が逆であることを除いて、上記と同様である。具体的には、まず、駆動腕７が検出腕９とは反対側に撓む場合、駆動腕７の検出腕９側の側面が＋ｚ側に変位する捩り変形が生じる。そして、基部５は、＋ｚ側に撓み、検出腕９は、−ｚ側に撓もうとする。一方、駆動腕７は、その断面形状に起因して、ｘ軸に平行ではなく、−ｚ側に傾斜する方向へ撓み、検出腕９は、＋ｚ側に撓もうとする。その結果、検出腕９は、駆動腕７の捩り変形に起因する撓み変形の一部または全部が、駆動腕７の斜め振動に起因する撓み変形によって打ち消される。

（センサ素子の製造方法）
センサ素子１の製造方法は、圧電体３の形状を実現するための具体的な事項を除いて、公知の種々の方法と同様でよい。例えば、まず、圧電体３が多数個取りされるウェハに対してエッチングを行って基部５、駆動腕７、検出腕９および実装部１１を形成する。、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。その後、マスクを介して金属層を形成することにより、又は金属層を形成した後にマスクを介してエッチングを行うことにより、パッド１３、励振電極１５、検出電極１７および配線１９が形成される。

図５（ａ）および図５（ｂ）は、圧電体３をウェットエッチングで成形する方法の例を説明するための模式的な断面図である。

まず、図５（ａ）に示すように、圧電体３が多数個取りされるウェハ３１の両面にマスク３３を形成する。マスク３３は、ウェハ３１のうち圧電体３の各部（基部５、駆動腕７、検出腕９および実装部１１）となる部分に重なる領域を有している。

駆動腕７となる部分においては、上下面のうち切欠き７ｃが設けられない側に重なる第１領域３３ｅと、上下面のうち切欠き部７ｃが設けられる側に重なる第２領域３３ｆとが形成される。第２領域３３ｆは、第１領域３３ｅに対して、切欠き部７ｃの幅（ｘ軸方向）に応じた大きさで、切欠き部７ｃが形成される側の縁部が切り欠かれた形状とされている。圧電体３の他の部分においては、上面のマスク３３の形状と、下面のマスク３３の形状とは同様の形状とされてよい。

そして、マスク３３が形成されたウェハ３１を薬液に浸して、ウェハ３１の両面からエッチングを行う。このとき、第２領域３３ｆが第１領域３３ｅよりも小さいことに起因して、駆動腕７においては、第２領域３３ｆ側が第１領域３３ｅ側よりも側面がエッチングされる。その結果、切欠き部７ｃが形成される。

ここで、圧電体３が水晶である場合、電気軸の正側（＋Ｘ側）のエッチング速度は、電気軸の負側（−Ｘ側）のエッチング速度に比較して遅い。一方、既に述べたように、ｘ軸は、Ｘ軸に概ね一致している。従って、駆動腕７の＋ｘ側に切欠き部７ｃを形成することによって、例えば、長時間のエッチングによって検出腕９等における残渣を少なくしつつ、駆動腕７に第１領域３３ｅおよび第２領域３３ｆの幅の相違に基づく段差（切欠き部７ｃ）を残すことができる。

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、複数の励振電極１５と、複数の検出電極１７とを有している。圧電体３は、基部５と、基部５からｙ軸方向に延びている駆動腕７および検出腕９と、を有しており、単結晶により構成されている。複数の励振電極１５は、駆動腕７をｘ軸方向に振動させることが可能な配置で駆動腕７に位置している。複数の検出電極１７は、検出腕９のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で検出腕９に位置している。圧電体３は、駆動腕７がｘ軸方向に振動したときに駆動腕７に捩り変形を生じさせる、結晶方位に対する異方性を有している。駆動腕７が＋ｘ側に曲がったときの捩り変形の向きは、基部５の検出腕９との連結位置がｚ軸方向の一方側（駆動腕７Ａにとっては−ｚ側、駆動腕７Ｂにとっては＋ｚ側）へ変位する基部５の撓みを生じさせる向きである。駆動腕７のｙ軸方向に直交する断面の形状は、＋ｘ側かつｚ軸方向の他方側（駆動腕７Ａにとっては＋ｚ側、駆動腕７Ｂにとっては−ｚ側）への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状である。

従って、駆動腕７に捩り変形が生じると、図４（ｂ）を参照して説明したように、基部５のうちの検出腕９との連結部分がｚ軸方向に変位することになり、ひいては、検出腕９にｚ軸方向の不要振動が生じることになる。しかし、図４（ｃ）を参照して説明したように、検出腕９の不要振動の一部または全部は、駆動腕７の斜め振動によって打ち消される。その結果、センサ素子１の精度が向上する。本願発明者のシミュレーション計算では、１０ｍｍ未満のサイズのセンサ素子１において、０．５μｍの幅（ｘ軸方向）で切欠き部７ｃを設けることによって、不要振動による９×１０^−１３Ｃ程度の電荷を略打ち消すことができた。

また、本実施形態では、駆動腕７と検出腕９とはｘ軸方向の位置が互いに異なっている。駆動腕７が＋ｘ側に曲がったときの捩り変形の向きは、駆動腕７のｘ軸方向における検出腕９側の側面がｚ軸方向の前記一方側へ向かう向きである。

駆動腕７と検出腕９とのｘ軸方向の位置が互いに異なっている場合においては、駆動腕７の捩り変形に起因する基部５に生じる撓みにより、基部５と検出腕９との連結位置におけるｚ軸方向の変位が生じやすく、ひいては、検出腕９の不要振動を生じやすい。従って、切欠き部７ｃの効果が有効である。

また、本実施形態では、１対の駆動腕７は、検出腕９に対してｘ軸方向の両側に位置している。１対の駆動腕７の一方に位置している複数の励振電極１５と、１対の駆動腕７の他方に位置している複数の励振電極１５とが、１対の駆動腕７がｘ軸方向において互いに逆側に曲がる振動を生じることが可能に互いに接続されている。

従って、例えば、図３（ａ）〜図３（ｄ）を参照して説明したように、１対の駆動腕７の励振によって基部５をｙ軸方向に湾曲（振動）させ、これにより検出腕９をｙ軸方向に変位（振動）させ、この変位している検出腕９に作用するコリオリの力によって角速度を検出するという新たな動作原理による検出が可能になる。この動作原理では、例えば、検出腕９に直接的にコリオリの力が作用するので、駆動腕に作用したコリオリの力を検出腕に伝える動作原理のものに比較して検出感度が向上する。

このような新たな動作原理においては、基部５は、湾曲が生じやすいように、その曲げ剛性および支持構造が設計される。その結果、本実施形態のセンサ素子１においては、他の動作原理のセンサ素子に比較して、駆動腕７の捩り変形が基部５の湾曲に及ぼす影響が相対的に大きい。従って、切欠き部７ｃによる効果は、本実施形態において特に有効に奏されることになる。

また、本実施形態では、１対の駆動腕７は、いずれもｘ軸方向の一方側および他方側の側面のうち、ｘ軸方向の一方側（本実施形態では＋ｘ側）のみが切り欠かれた形状である。

従って、例えば、図５（ｂ）を参照して説明したように、ｘ軸方向の一方側（＋ｘ側）のエッチング速度が他方側（−ｘ側）のエッチング速度よりも遅い場合において、十分なエッチング時間によって残渣を少なくしつつ、切欠き部７ｃを実現することができる。通常は、１対の駆動腕７は線対称の形状に形成されるところ、本実施形態は、これに反する構成となっている。

＜第２実施形態＞
（センサ素子）
図６は、第２実施形態に係るセンサ素子２０１の構成を示す平面図である。ただし、この図では、センサ素子２０１の表面に設けられる導電層の図示は基本的に省略されている。

センサ素子２０１の圧電体２０３は、まず、第１実施形態の圧電体３を２つ組み合わせたような形状となっている。すなわち、圧電体２０３は、２つのユニット２０４Ａおよび２０４Ｂを有しており、各ユニット２０４は、基部５（５Ａおよび５Ｂ）、基部５からｙ軸方向に互いに並列に延びる少なくとも１対（本実施形態では２対）の駆動腕７（７Ｃ〜７Ｊ）および検出腕２０９（２０９Ａおよび２０９Ｂ）を有している。

２つのユニット２０４は、駆動腕７および検出腕２０９が延びる方向とは反対側同士を対向させるように配置され、共通の１対の実装部１１に支持されている。２つのユニット２０４間の距離は、例えば、基部５Ａおよび５Ｂが互いに接触しないように適宜に設定されてよい。２つのユニット２０４同士は、例えば、同一の形状および大きさ（ｘ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状および大きさ）である。

（駆動腕）
第１実施形態の圧電体３は、１本の基部５に対して１対の駆動腕７を有していたところ、圧電体２０３のユニット２０４は、１本の基部５に対して２対の駆動腕７を有している。後述するように（図８（ａ）および図８（ｂ））、互いに隣接する２本の駆動腕７同士（７Ｃおよび７Ｄの２本、７Ｅおよび７Ｆの２本、７Ｇおよび７Ｈの２本、ならびに７Ｉおよび７Ｊの２本）は、互いにｘ軸方向の同一側へ共に曲がるように同一の位相で電圧が印加される。従って、互いに隣接する２本の駆動腕７は、第１実施形態の１本の駆動腕７に相当すると捉えられてよい。このように第１実施形態の駆動腕７を２本に分割することによって、例えば、駆動腕７の長さを短くしても駆動腕７全体としての質量を確保することができ、ひいては、小型化と検出感度の向上とを両立できる。

−ｘ側の駆動腕７において示すように、各駆動腕７には、第１実施形態と同様に、切欠き部７ｃが設けられている。ユニット２０４Ａにおいて、切欠き部７ｃの駆動腕７における位置は、第１実施形態の圧電体３と同様である。ユニット２０４Ｂの駆動腕７は、第１実施形態の圧電体３と駆動腕７が延びる方向が逆方向である（ｙ軸方向の正負が逆である。）。一方、駆動腕７の捩り変形は、結晶方位によって規定される異方性に起因している。従って、＋ｙ側に見たときに、切欠き部７ｃの駆動腕７における位置は、ユニット２０４Ｂと圧電体３（またはユニット２０４Ａ）とで同様である。

互いに隣接する２本の駆動腕７の構成は、例えば、互いに同一である。ただし、互いに異なっていてもよい。例えば、図示の例では、互いに隣接する２本の駆動腕７の双方において切欠き部７ｃを設けているが、いずれか一方のみに切欠き部７ｃが設けられてもよい。切欠き部７ｃを除いて、圧電体２０３は、例えば、不図示の対称軸（検出腕９）に対して線対称の形状であり、複数の駆動腕７の形状および配置も線対称である。

（検出腕）
検出腕２０９の全体としての位置および形状は、第１実施形態の検出腕９と同様と言える。すなわち、検出腕２０９は、少なくとも１対の駆動腕７の間に位置しており、基部５からｙ軸方向に延びている。

ただし、検出腕２０９は、基部５から延びている第１腕２２１（２２１Ａおよび２２１Ｂ）と、第１腕２２１の先端側かつ側方から基部５側へ延びている第２腕２２３とを有している。第２腕２２３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。１対の第１腕２２１は、圧電体２０３の不図示の中心線に対して線対称の形状であり、その間に第２腕２２３が位置している。第１腕２２１および第２腕２２３の各種の寸法および両者の間の大小関係等は適宜に設定されてよい。

特に図示しないが、１本の第１腕２２１が圧電体２０３の中心線上において基部５から延び、そのｘ軸方向両側において１対の第２腕２２３が第１腕２２１の先端から基部５へ延びていてもよい。

また、検出腕２０９は、ｚ軸方向に貫通し、検出腕２０９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、検出腕２０９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２２４を有している。本実施形態のように検出腕２０９が第１腕２２１および第２腕２２３を有している態様においては、第１腕２２１および第２腕２２３のいずれに貫通溝が設けられてもよく、図示の例では、双方に設けられている。

分割腕２２４の本数および寸法は、適宜に設定されてよい。図示の例では、各第１腕２２１は、２本の分割腕２２４によって構成され、第２腕２２３は、３本の分割腕２２４によって構成されている。

（励振電極、検出電極および配線）
特に図示しないが、各駆動腕７においては、例えば、第１実施形態の駆動腕７と同様に、２つの励振電極１５Ａおよび２つの励振電極１５Ｂが設けられている。

互いに隣接する２本の駆動腕７は、第１実施形態の１本の駆動腕７に相当し、互いに同一位相で電圧が印加されるものであるから、この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る。

各ユニット２０４において、検出腕２０９を挟んで線対称に配置される２本の駆動腕７は、第１実施形態の１対の駆動腕７に相当するから、この２本の駆動腕７間においては、励振電極１５Ａと励振電極１５Ｂとが同電位とされる。

２つのユニット２０４に着目すると、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（７Ｃ、７Ｄ、７Ｇおよび７Ｈ、または７Ｅ、７Ｆ、７Ｉおよび７Ｊ）において、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。従って、複数の励振電極１５に交流電圧が印加されると、検出腕２０９に対してｘ軸方向の同一側に位置する駆動腕７は、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。

同電位となるべき励振電極１５同士は、例えば、配線１９によって互いに接続されている。そして、２組に分けられた全ての励振電極１５は、配線１９を介して４つのパッド１３のうち２つに接続され、ひいては、駆動回路１０３に接続されている。

図７は、図６のVII−VII線における断面図である。

検出腕２０９においては、例えば、第１腕２２１および第２腕２２３それぞれに検出電極１７が設けられている。また、これら各腕（２２１、２２３）においては、複数の分割腕２２４それぞれに検出電極１７が設けられている。

各分割腕２２４における検出電極１７の配置は、第１実施形態と同様である。すなわち、最も紙面左側の分割腕２２４に符号を付して示すように、検出電極１７Ａは、各分割腕２２４において、−ｘの側面の＋ｚの領域および＋ｘの側面の−ｚの領域に設けられている。検出電極１７Ｂは、各分割腕２２４において、−ｘの側面の−ｚの領域および＋ｘの側面の＋ｚの領域に設けられている。

各分割腕２２４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。従って、第１実施形態の検出腕９と同様に、分割腕２２４がｚ軸方向に撓むと、検出電極１７Ａおよび１７Ｂによって分割腕２２４の撓み量に応じた信号が取り出される。

第１腕２２１および第２腕２２３それぞれにおいては、複数の分割腕２２４間において、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。従って、各腕（２２１および２２３）がｚ方向に撓むと、各腕においては、複数の分割腕２２４の検出信号が加算される。分割腕２２４は、第１実施形態等の他の実施形態に適用されてもよい。

各検出腕２０９において、第１腕２２１と第２腕２２３との間においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとが接続されている。従って、第１腕２２１および第２腕２２３は、ｚ軸方向において互いに逆側に曲がるように撓み変形したときに、互いの検出信号が加算される。

２本の第１腕２２１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。本実施形態とは異なり、１本の第１腕２２１の両側に２本の第２腕２２３を設けた場合においては、２本の第２腕２２３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。

検出腕２０９Ａと検出腕２０９Ｂとの間においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとが接続される。このような接続関係においては、検出腕２０９Ａおよび２０９Ｂがｚ軸方向の互いに逆側にコリオリの力を受けて撓み変形するときに、両者において生じる信号が加算される。

複数の検出電極１７の接続は、例えば、配線１９によってなされている。２組に分けられた全ての検出電極１７は、配線１９によって４つのパッド１３のうち２つに接続され、ひいては、検出回路１０５に接続されている。

（角速度センサの動作）
図８（ａ）および図８（ｂ）は、圧電体２０３の励振状態を示す模式的な平面図であり、第１実施形態の図３（ａ）および図３（ｂ）に対応している。

各ユニット２０４における励振は、第１実施形態における圧電体３の励振と基本的に同様である。ただし、既述のように、各ユニット２０４においては、互いに隣接する２本の駆動腕７は、互いに同一側に共に曲がるように同一の位相で電圧が印加され、圧電体３の１本の駆動腕７に相当する。

２つのユニット２０４に着目すると、上記のように検出腕９に対してｘ軸方向の同一側（正側または負側）に位置する駆動腕７において、励振電極１５Ａ同士が接続され、励振電極１５Ｂ同士が接続されているから、当該同一側に位置する駆動腕７同士は、同一の位相で電圧が印加され、ｘ軸方向の同一側に曲がる。従って、基部５Ａおよび５Ｂは、互いに逆側へ撓む。また、検出腕２０９Ａおよび２０９Ｂは、互いに逆側へ変位する。

図８（ｃ）および図８（ｄ）は、センサ素子２０１における、コリオリの力による検出腕２０９の振動を説明するための模式的な斜視図であり、図８（ａ）および図８（ｂ）の状態に対応している。第１実施形態の図３（ｃ）および図３（ｄ）と同様に、ここでは基部５および駆動腕７の変形は図示を省略している。

図８（ａ）および図８（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２０１がｘ軸回りに回転されると、各ユニット２０４において、検出腕２０９は、第１実施形態と同様に、ｚ軸方向にコリオリの力を受ける。

その結果、第２腕２２３は、矢印ｙ１１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２２３に生じさせる曲げモーメントは、矢印ｙ１２で示すように第１腕２２１に伝わり、第１腕２２１を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２２１に作用する。従って、第１腕２２１と第２腕２２３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。

第１腕２２１および第２腕２２３それぞれにおけるｚ軸方向における撓み変形によって生じる信号（電圧）は、検出電極１７によって取り出される。そして、第１腕２２１および第２腕２２３において生じた信号は加算される。

検出腕２０９Ａおよび２０９Ｂ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２０９Ａおよび２０９Ｂは、ｚ軸方向において互いに逆側にコリオリの力を受ける。そして、２つの検出腕２０９において生じた信号は加算される。

以上の第２実施形態においても、駆動腕７が＋ｘ側に曲がったときの捩り変形の向きは、基部の検出腕２０９との連結位置がｚ軸方向の一方側（駆動腕７Ｃ、７Ｄ、７Ｇおよび７Ｈにとっては−ｚ側、他の駆動腕７にとっては＋ｚ側）へ変位する基部５の撓みを生じさせるモーメントを生じる向きである。そして、駆動腕７のｙ軸方向に直交する断面の形状は、＋ｘ側かつｚ軸方向の他方側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状である。

従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、駆動腕７の捩り変形に起因する検出腕２０９の不要振動の一部または全部を駆動腕７の斜め振動によって打ち消すことができる。

また、本実施形態では、第１実施形態の圧電体３に相当するユニット２０４を２つ設けたり、第１実施形態において１本の駆動腕７が設けられた位置に２本の駆動腕７を設けたり、検出腕２０９を複数の分割腕２２４によって構成したり、検出腕２０９を第１腕２２１および第２腕２２３によって構成したりしている。これにより、例えば、センサ素子２０１の小型化と検出感度の向上とを両立させることができる。

＜第３実施形態＞
図９は、第３実施形態に係るセンサ素子３０１の要部構成を示す斜視図である。この図では、センサ素子３０１の圧電体３０３のみを示し、励振電極１５および検出電極１７等の図示は省略している。

圧電体３０３は、基部３０５と、基部３０５からｙ軸方向に互いに並列に延びる１対の駆動腕７Ｋおよび７Ｌと、１対の駆動腕７Ｋおよび７Ｌの外側において基部３０５からｙ軸方向に互いに並列に延びる１対の検出腕９Ｋおよび９Ｌとを有している。

駆動腕７および検出腕９の構成は、基本的には、第１実施形態のものと同様でよい。ただし、切欠き部７ｃの位置は、第１実施形態と異なっている。具体的には、駆動腕７Ｋが駆動腕７Ａに、駆動腕７Ｌが駆動腕７Ｂに対応すると考えると、切欠き部７ｃのｚ軸方向の位置は、第１実施形態とは逆になっている。別の観点では、切欠き部７ｃの位置は、駆動腕７Ｋと駆動腕７Ｂとで同じであり、駆動腕７Ｌと駆動腕７Ａとで同じである。後述する動作から理解されるように、切欠き部７ｃの位置設定の基本的な考え方は、第１実施形態と同様である。

駆動腕７および検出腕９において、励振電極１５および検出電極１７の配置は、第１実施形態と同様である。また、１対の駆動腕７間における励振電極１５の接続関係も第１実施形態と同様である。１対の検出腕９間においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとが接続されている。すなわち、１対の検出腕９がｚ軸方向において互いに逆側に撓むと、両者の信号は加算される。

基部３０５の形状および寸法は適宜に設定されてよく、例えば、第１実施形態に比較して、ｘ軸方向の長さに対するｙ軸方向の長さが長く設定されている。この基部３０５のｚ軸に直交する面には、センサ素子３０１を不図示の実装基体に実装するための不図示のパッドが形成されていてよい。第１実施形態のように、１対の実装部１１が設けられ、その先端にパッドが設けられてもよい。

このような構成において、１対の駆動腕７は、励振電極１５によって電圧が印加されることによって、矢印ｙ１５で示すように、ｘ軸方向に互いに逆側に撓むように振動する。その結果、駆動腕７Ｋに隣接する検出腕９Ｋは、駆動腕７Ｋの変位とバランスするように駆動腕７Ｋと逆の位相でｘ軸方向に撓むように振動する。駆動腕７Ｌおよび検出腕９Ｌにおいても同様である。

この状態で、矢印ｙ１６で示すように、センサ素子３０１がｙ軸回りに回転すると、１対の検出腕９にはｚ軸方向のコリオリの力が作用する。そして、１対の検出腕９は、ｚ軸方向において互いに逆側に撓むように振動する。この撓みによって生じた信号は、検出電極１７によって取り出される。

このような構成においても、駆動腕７の捩り変形によって、基部３０５のｚ軸方向への撓み変形が生じ得る。具体的には、第１実施形態と同様に、１対の駆動腕７が内側に曲がるときには、基部３０５は、中央側が−ｚ側に変位する方向に撓む。ひいては、検出腕９に不要振動が生じる。ただし、検出腕９は、第１実施形態とは逆に、１対の駆動腕７の外側に位置しているので、不要振動の方向（位相）は、第１実施形態とは逆である。

そして、第１実施形態と同様の切欠き部７ｃが、第１実施形態とはｚ軸方向の位置を逆にして設けられていることから、駆動腕７の斜め振動によって捩り変形による不要振動の一部または全部が打ち消される。

第１実施形態において述べたように、駆動腕７が＋ｘ側に曲がったときの捩り変形の向きが、基部３０５の検出腕９との連結位置がｚ軸方向の一方側へ変位する基部３０５の撓みを生じさせるモーメントを生じる向きである場合に、駆動腕７のｙ軸方向に直交する断面の形状が、＋ｘ側かつｚ軸方向の他方側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状であるとき、不要振動の一部または全部を打ち消すことができる。

第３実施形態では、上記のような関係は、まず、駆動腕７Ｋと検出腕９Ｋとの間、駆動腕７Ｌと検出腕９Ｌとの間において成り立っている。駆動腕７が１本である場合を仮定すると、当該駆動腕７と検出腕９Ｌとの間または当該駆動腕７と検出腕９Ｋとの間では、上記の関係が成り立たない。しかし、１対の駆動腕７が逆位相で振動されていることによって、駆動腕７Ｋと検出腕９Ｌとの間、駆動腕７Ｌと検出腕９Ｋとの間でも、上記の関係が成り立っている。

＜第４実施形態＞
図１０は、第４実施形態に係るセンサ素子４０１の要部構成を示す斜視図である。この図では、センサ素子４０１の圧電体４０３のみを示し、励振電極１５および検出電極１７等の図示は省略している。

圧電体４０３は、基部４０５と、基部４０５からｙ軸方向に互いに並列に延びる１対の駆動腕７Ｋおよび７Ｌと、基部３０５からｙ軸方向に互いに並列に延びる１対の検出腕９Ｋおよび９Ｌとを有している。１対の駆動腕７の延びる方向と、１対の検出腕９の延びる方向とは、互いに逆側である。別の観点では、駆動腕７と検出腕９とは互いに並列に延びているのではなく、互いに直列に延びている。駆動腕７および検出腕９自体の構成は、第３実施形態のものと同様でよい。

駆動腕７および検出腕９において、励振電極１５および検出電極１７の配置は、第１実施形態と同様である。また、１対の駆動腕７間における励振電極１５の接続関係も第１実施形態と同様である。１対の検出腕９間においては、検出電極１７Ａと検出電極１７Ｂとが接続されている。すなわち、１対の検出腕９がｚ軸方向において互いに逆側に撓むと、両者の信号は加算される。

基部４０５の形状および寸法は適宜に設定されてよく、例えば、第１実施形態に比較して、ｘ軸方向の長さに対するｙ軸方向の長さが長く設定されている。この基部４０５のｚ軸に直交する面には、センサ素子３０１を不図示の基板に実装するための不図示のパッドが形成されていてよい。第１実施形態のように、センサ素子３０１は、１対の実装部１１が設けられ、その先端にパッドが設けられてもよい。

このような構成において、１対の駆動腕７は、励振電極１５によって電圧が印加されることによって、矢印ｙ２１で示すように、ｘ軸方向に互いに逆側に撓むように振動する。この状態で矢印ｙ２２で示すように、センサ素子４０１がｙ軸回りに回転すると、１対の駆動腕７にはｚ軸方向のコリオリの力が作用する。その結果、１対の駆動腕７は、ｚ軸方向において互いに逆側に撓むように振動する。検出腕９Ａは、矢印ｙ２３で示すように、駆動腕７Ａの変位とバランスするように駆動腕７Ａとはｚ軸方向の逆側に撓むように振動する。検出腕９Ｂおよび駆動腕７Ｂにおいても同様である。すなわち、１対の検出腕９は、ｚ軸方向において互いに逆側に撓むように振動する。この撓みによって生じた信号は、検出電極１７によって取り出される。

このような構成においても、１対の駆動腕７の捩り変形によって、基部４０５においては、第１実施形態と同様に、中央部がｚ軸方向に相対的に変位する撓み変形が生じ得る。検出腕９は、基部４０５の両側に位置しているから、検出腕９におけるｚ軸方向の不要振動の位相は第３実施形態と同様である。そして、切欠き部７ｃが設けられていることによって、駆動腕７の斜め振動によって捩り変形に起因する不要振動の一部または全部を打ち消すことができる。

本開示に係る技術は、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。

圧電体は、水晶に限定されないし、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸（換言すれば結晶方位）と、圧電体の形状（駆動腕および検出腕の延びる方向等）との相対関係も実施形態に例示したものに限定されない。駆動腕をｘ軸方向（振動方向）に振動させたときに捩り変形が生じ得る材料等であればよい。

駆動腕および検出腕の配置、本数および動作態様は、実施形態として例示したものに限定されない。センサ素子は、駆動腕をｘ軸方向（振動方向）に振動させ、検出腕のｚ軸方向（ｚ軸方向）における振動によって角速度に応じた信号を出力するものであればよい。例えば、駆動腕は、１本のみ設けられてもよいし、１対の駆動腕は、互いに同位相で振動してもよい。

圧電体の各部の形状も種々のものとされてよい。例えば、駆動腕および／または検出腕は、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。また、駆動腕は、上面および／または下面に、駆動腕の長手方向に沿って延びる１以上の凹溝（当該凹溝は複数の凹部が駆動腕の長手方向に配列されて構成されてもよい）が設けられていてもよい。この場合、上面および／または下面に設けられる励振電極（１５Ａ）は、例えば、凹溝内に亘って設けられ、側面の励振電極（１５Ｂ）と対向する。

駆動腕の断面形状は、矩形の１つの角部を切り欠いた形状に限定されない。例えば、曲げ剛性を高くしたい方向に凸部を設けてもよいし、曲げ剛性を弱くしたい対角線方向の２つの角部を切り欠いてもよい。

駆動腕を斜め振動させるための駆動腕の断面形状（例えば切欠き部が設けられた断面形状）は、駆動腕の全長に亘って形成されている必要はなく、駆動腕の長さ方向の一部においてのみ設けられていてもよい。

例えば、駆動腕の根元側の一部にのみ切欠き部を設けてもよい。この場合、例えば、駆動腕の断面２次モーメントが駆動腕の振動に及ぼす影響は駆動腕の根元側ほど大きくなるから、斜め振動を大きくしつつも、駆動腕の質量を確保したり、逆圧電効果の対称性を確保したりすることができる。

また、例えば、駆動腕の断面形状は、駆動腕の全長の１／４以上または１／２以上に亘って、駆動腕に斜め振動を生じさせる形状となっていてよい。この場合、例えば、斜め振動を生じさせる効果を十分に生じさせることができる。上記の全長の１／４以上または１／２以上の範囲は、例えば、励振電極の先端よりも根元側に確保される。

１…センサ素子、３…圧電体、５…基部、７…駆動腕、９…検出腕、１５…励振電極、１７…検出電極。

Claims (8)

1. 基部と、前記基部から直交座標系ｘｙｚのｙ軸方向に延びている駆動腕および検出腕と、を有しており、単結晶により構成されている圧電体と、
   前記駆動腕をｘ軸方向に振動させることが可能な配置で前記駆動腕に位置している複数の励振電極と、
   前記検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で前記検出腕に位置している複数の検出電極と、
   を有しており、
   前記圧電体は、前記駆動腕がｘ軸方向に振動したときに前記駆動腕に捩り変形の振動を生じさせる、結晶方位に対する異方性を有しており、
   前記駆動腕が＋ｘ側に曲がったときの前記捩り変形の向きは、前記基部の前記検出腕との連結位置がｚ軸方向の一方側へ変位する前記基部の撓みを生じさせる向きであり、
   前記駆動腕のｙ軸方向に直交する断面の形状は、＋ｘ側かつｚ軸方向の他方側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状である
   センサ素子。
2. 前記駆動腕と前記検出腕とはｘ軸方向の位置が互いに異なっており、
   前記駆動腕が＋ｘ側に曲がったときの前記捩り変形の向きは、前記駆動腕のｘ軸方向における前記検出腕側の側面がｚ軸方向の前記一方側へ向かう向きである
   請求項１に記載のセンサ素子。
3. １対の前記駆動腕が前記検出腕に対してｘ軸方向の両側に位置しており、
   前記１対の駆動腕の一方に位置している前記複数の励振電極と、前記１対の駆動腕の他方に位置している前記複数の励振電極とが、前記１対の駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側に曲がる振動を生じることが可能に互いに接続されている
   請求項２に記載のセンサ素子。
4. 前記１対の駆動腕は、いずれもｘ軸方向の一方側および他方側の側面のうち、ｘ軸方向の前記一方側のみが切り欠かれた形状である
   請求項３に記載のセンサ素子。
5. 前記圧電体は、水晶であり、
   ｘ軸は、電気軸であるＸ軸に対する傾斜角が−１０°以上１０°以下であり、
   ｙ軸は、機械軸であるＹ軸に対する傾斜角が−１０°以上１０°以下であり、
   ｚ軸は、光軸であるＺ軸に対する傾斜角が−１０°以上１０°以下であり、
   ｚ軸方向の前記一方側は、Ｚ軸の負側に対応する側である
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
6. 前記駆動腕は、Ｘ軸の正側および負側の側面のうち正側の側面のみが切り欠かれた形状である
   請求項５に記載のセンサ素子。
7. 前記駆動腕は、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記他方側への曲げ剛性が、＋ｘ側かつｚ軸方向の前記一方側への曲げ剛性よりも小さくなる形状を、当該駆動腕の全長の１／４以上に亘って有している
   請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ素子。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ素子と、
   前記複数の励振電極に電圧を印加する駆動回路と、
   前記複数の検出電極からの信号を検出する検出回路と、
   を有している角速度センサ。

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