(57)【要約】      （修正有）【課題】駆動用振動腕の励振が容易な半導体基板に圧電体と電極とを積層し微細加工して形成した振動素子と、その振動素子を備える電子デバイス、電子機器および移動体を提供する。【解決手段】振動素子１は基部１０と、基部１０から延出している支持腕１２ａ、１２ｂと、支持腕から支持腕の延出方向と交差する方向に延出している駆動用振動腕１４ａ、１４ｂと、駆動用振動腕に設けられ、第１の電極層５０ａ、第２の電極層５２ａおよび第１の電極層と第２の電極層との間に設けられている第１の圧電体層６０ａを有し、第１の電極層５０ａは駆動用振動腕１４ａ側に配置されている駆動部３２ａと、駆動用振動腕に設けられ、第３の電極層５０ｂ、第４の電極層５２ｂおよび第３の電極層と第４の電極層との間に設けられている第２の圧電体層６０ｂを有し、第３の電極層は駆動用振動腕１４ａ側に配置されているモニター部３０ａと、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延出している支持腕と、
前記支持腕から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している駆動用振動腕と、
前記駆動用振動腕に設けられ、第１の電極層、第２の電極層および前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられている第１の圧電体層を有し、前記第１の電極層は前記駆動用振動腕側に配置されている駆動部と、
前記駆動用振動腕に設けられ、第３の電極層、第４の電極層および前記第３の電極層と前記第４の電極層との間に設けられている第２の圧電体層を有し、前記第３の電極層は前記駆動用振動腕側に配置されているモニター部と、
を備えていることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記駆動部と前記モニター部は、前記駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを有し、
前記駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動素子。
【請求項４】
駆動用振動腕の平面視において、前記モニター部は、前記駆動部よりも基部側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記駆動用振動腕において、前記モニター部は、前記支持腕と交差する一方の側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の振動素子。
【請求項６】
前記モニター部は、前記駆動用振動腕の平面視において、前記第１の駆動部と前記第２の駆動部との間に設けられ、且つ前記モニター部の幅方向に対する中心線と、前記駆動用振動腕の幅方向に対する中心線とが交差しないことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項７】
前記基部から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している検出用振動腕を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項８】
前記基部には、前記駆動部および前記モニター部と電気的に接続されている端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の振動素子と、
回路素子と、
を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１０】
請求項１乃至８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。
【請求項１１】
請求項１乃至８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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来から、角速度センサーは、船舶、航空機、ロケットなどの姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、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）などに用いられている。これら電子機器の小型化に伴い、角速度センサーの小型化および低背化（薄型化）が要求されている。
【０００３】
これに対し、駆動用振動腕と検出用振動腕を有する角速度センサー用の振動素子を、圧電材料の機械加工やエッチング加工によって形成する製造方法で小型化を図っていたが、近年、更なる小型化に対応するために、特許文献１では、単結晶シリコンなどの半導体基板に圧電体と電極とを積層後、微細加工することにより振動素子を形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１５６８３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、半導体基板に圧電体と電極とを積層し微細加工して形成した振動素子は、静電容量が大きく、且つインピーダンスが高いため、駆動用振動腕の屈曲振動を励振させることが非常に難しいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［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支持腕と、前記支持腕から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している駆動用振動腕と、前記駆動用振動腕に設けられ、第１の電極層、第２の電極層および前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられている第１の圧電体層を有し、前記第１の電極層は前記駆動用振動腕側に配置されている駆動部と、前記駆動用振動腕に設けられ、第３の電極層、第４の電極層および前記第３の電極層と前記第４の電極層との間に設けられている第２の圧電体層を有し、前記第３の電極層は前記駆動用振動腕側に配置されているモニター部と、を備えていることを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、第１の電極層と第２の電極層との間に第１の圧電体層を有する駆動部は、静電容量が大きく、且つインピーダンスが高いため、駆動用振動腕の屈曲振動を駆動し難い。そのため、駆動用振動腕上にモニター部を設けることで、モニター部で発生した駆動用振動腕の屈曲振動の振幅に応じた電荷を増幅しモニター電圧として駆動回路に印加することができるので、屈曲振動を駆動するのに十分な一定電圧が供給され、駆動用振動腕の屈曲振動を安定に駆動することができるという効果がある。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載の振動素子において、前記駆動部と前記モニター部は、前記駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本適用例によれば、駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで駆動部とモニター部を設けることで、駆動部が伸縮して駆動した駆動用振動腕の長手方向と交差する方向に変位を有する屈曲振動が駆動したときに、モニター部に駆動部と逆位相で伸縮することによる振動の振幅に応じた電荷を発生させ、駆動回路にモニター電圧を印加するができるので、屈曲振動を駆動するのに十分な一定電圧が供給され、駆動用振動腕の屈曲振動を安定に駆動することができるという効果がある。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載の振動素子において、前記駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを有し、前記駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本適用例によれば、駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで第１の駆動部と第２の駆動部とを設けることで、第１の駆動部と第２の駆動部とを逆位相で伸縮させることが可能となり、インピーダンスを大幅に低減することができるため、駆動用振動腕の屈曲振動を容易に駆動することができるという効果がある。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載の振動素子において、駆動用振動腕の平面視において、前記モニター部は、前記駆動部よりも基部側に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本適用例によれば、駆動用振動腕上に設けられたモニター部と駆動部において、モニター部が駆動部よりも基部側に位置することで、モニター部と接続端子部との接続配線を断線することなく、駆動用振動腕の長手方向に十分な長さを有する駆動部を形成することができるので、インピーダンスを劣化することがなくなり、駆動用振動腕の屈曲振動を容易に駆動することができるという効果がある。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載の振動素子において、前記駆動用振動腕において、前記モニター部は、前記支持腕と交差する一方の側に設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本適用例によれば、モニター部を駆動用振動腕が支持腕と交差する一方の側に設けることで、駆動部と接続端子部との接続配線を断線することなく、駆動用振動腕の長手方向に十分な長さを有する駆動部を形成することができるので、インピーダンスを劣化することがなくなり、駆動用振動腕の屈曲振動を容易に駆動することができるという効果がある。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の振動素子において、前記モニター部は、前記駆動用振動腕の平面視において、前記第１の駆動部と前記第２の駆動部との間に設けられ、且つ前記モニター部の幅方向に対する中心線と、前記駆動用振動腕の幅方向に対する中心線とが交差しないことを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、駆動用振動腕の長手方向と交差する方向に変位を有する屈曲振動が駆動する駆動用振動腕において、モニター部の幅方向に対する中心線が駆動用振動腕の幅方向に対する中心線と並行して配置することで、駆動用振動腕の幅方向に対する中心線部分が伸縮により発生する電荷が相殺することを回避し、モニター電圧を得ることができる。そのため、駆動回路にモニター電圧を印加するができ、屈曲振動を駆動するのに十分な電圧が供給され、駆動用振動腕の屈曲振動を安定に駆動することができるという効果がある。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載の振動素子において、前記基部から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している検出用振動腕を備えていることを特徴とする。
【００２０】
本適用例によれば、基部から延出している支持腕から支持腕の延出方向と交差する方向に延出している駆動用振動腕を有する振動素子に、基部から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している検出用振動腕を備えた構造とすることで、振動素子に角速度ωが加わった場合、コリオリ力が働き、検出用振動腕に屈曲振動が励振され、電荷が生じるので、その電荷に基づいて、振動素子に加わった角速度ωを求めることができるという効果がある。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載の振動素子において、前記基部には、前記駆動部および前記モニター部と電気的に接続されている端子が設けられていることを特徴とする。
【００２２】
本適用例によれば、振動素子の基部に、駆動部やモニター部と電気的に接続されている端子が設けることで、駆動用振動腕と検出用振動腕の屈曲振動を阻害することなく、電気的に、且つ機械的にパッケージなどの実装端子へ接合することができるという効果がある。
【００２３】
［適用例９］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、回路素子と、を備えていることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、振動素子の駆動用振動腕を安定して駆動できる電子デバイスが得られるという効果がある。
【００２５】
［適用例１０］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。
【００２６】
本適用例によれば、駆動用振動腕を安定して駆動できる振動素子を備えた電子機器が構成できるという効果がある。
【００２７】
［適用例１１］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。
【００２８】
本適用例によれば、駆動用振動腕を安定して駆動できる振動素子を備えた移動体が構成できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＡ−Ａ断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る振動素子の図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図と回路構成を示す概略図。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る振動素子の変形例を示す図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、（ａ）は変形例１を示す断面図、（ｂ）は変形例２を示す断面図、（ｃ）は変形例３を示す断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線断面図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例１の構造を示す平面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例２の構造を示す平面図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例３の構造を示す平面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例４の構造を示す平面図。
【図９】本発明の振動素子を備える電子デバイスの構造を示した概略図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線断面図。
【図１０】本発明の振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図。
【図１１】本発明の振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図。
【図１２】本発明の振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図。
【図１３】本発明の振動素子を備える移動体としての自動車の構成を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（振動素子）
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動素子の図１におけるＢ−Ｂ線断面図と回路構成を示す概略図である。ここで、図１および後述する図２〜図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。
なお、本発明の実施形態に係る振動素子として、角速度センサーに用いられるダブルＴ型と呼ばれる構造の振動素子を一例として説明する。
【００３２】
図１に示す振動素子１は、基部１０と、基部１０から延出した２つの支持腕１２ａ，１２ｂと、モニター部３０ａ，３０ｂと駆動部３２ａ，３２ｂとが配置された２つの駆動用振動腕１４ａ，１４ｂと、検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが配置された２つの検出用振動腕１６ａ，１６ｂと、を備えた基板８で構成されている。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、支持腕１２ａはＸ軸方向の−側へ、支持腕１２ｂはＸ軸方向の＋側へ、それぞれ延出している。
また、２つの駆動用振動腕１４ａ，１４ｂは、略矩形であり、それぞれ支持腕１２ａ，１２ｂから支持腕１２ａ，１２ｂの延出方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に延出し、駆動用振動腕１４ａの中央部が支持腕１２ａの基部１０と接合した側と反対側（Ｘ軸方向の−側）の先端部で接合している。また、駆動用振動腕１４ｂの中央部が支持腕１２ｂの基部１０と接合した側と反対側（Ｘ軸方向の＋側）の先端部で接合している。
更に、２つの検出用振動腕１６ａ，１６ｂは、略矩形であり、それぞれ長手方向の端部が基部１０と接合し、支持腕１２ａ，１２ｂの延出方向と交差する方向（Ｙ軸方向）に延出している。検出用振動腕１６ａはＹ軸方向の−側へ、検出用振動腕１６ｂはＹ軸方向の＋側へ、それぞれ延出している。
【００３４】
駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの長手方向の両先端部には、それぞれ、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの幅より大きい幅を有する錘部１８ａ，１８ｂ，１８ｅ，１８ｆが設けられている。同様に、検出用振動腕１６ａ，１６ｂの基部１０と接合している側の反対側の先端部には、それぞれ、検出用振動腕１６ａ，１６ｂの幅より大きい幅を有する錘部１８ｃ，１８ｄが設けられている。このような錘部を設けることにより、振動周波数を低下させ振動腕の長さを短くすることができるため、振動素子１の小型化が図れる。また、振動腕の先端部の質量が増し多くの電荷を発生させることができるため、角速度センサー素子としての検出感度を向上させることができる。なお、錘部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆは必要に応じて設ければよく、無くても構わない。
【００３５】
次に、モニター部３０ａ，３０ｂと駆動部３２ａ，３２ｂについて説明する。なお、駆動部とは、駆動用振動腕を支持腕の延出する方向（Ｘ軸方向）に変位を有する屈曲振動を振動させるための圧電体素子であり、モニター部は、駆動部による駆動用振動腕の振動を起動させるための圧電体素子である。
モニター部３０ａ，３０ｂと駆動部３２ａ，３２ｂとは、それぞれ、Ｙ軸方向を長辺方向とする略矩形であり、前述した振動素子１の駆動用振動腕１４ａ，１４ｂ上に設けられている。また、モニター部３０ａ，３０ｂと駆動部３２ａ，３２ｂとは、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの幅方向に互いに間隔を隔てて並び、モニター部３０ａ，３０ｂは、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの幅方向（Ｘ軸方向）において、基部１０の配置された側に設けられている。
【００３６】
モニター部３０ａ，３０ｂは、図１（ａ）に示すように、支持腕１２ａ，１２ｂと接合している駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの中心部から基部１０の検出用振動腕１６ａが接合された側の方向（Ｙ軸方向）に延出して設けられている。また、駆動用振動腕１４ａ上に設けられたモニター部３０ａと駆動用振動腕１４ｂ上に設けられたモニター部３０ｂとは、支持腕１２ａ，１２ｂと基部１０との上に設けられた配線部４４により接続されている。更に、基部１０上に設けられた接続端子部３６とも基部１０上に設けられた配線部４４により接続されている。
【００３７】
駆動部３２ａ，３２ｂは、支持腕１２ａ，１２ｂと接合している駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの中央部から両方向（Ｙ軸の＋側および−側方向）に延出して設けられている。また、駆動用振動腕１４ａ上に設けられた駆動部３２ａと駆動用振動腕１４ｂ上に設けられた駆動部３２ｂとは、支持腕１２ａ，１２ｂと基部１０上に設けられた配線部４６により接続されている。更に、基部１０上に設けられた接続端子部３８とも基部１０上に設けられた配線部４６により接続されている。
【００３８】
次に、駆動部３２ａ，３２ｂとモニター部３０ａ，３０ｂの積層構成について説明する。
図１（ｂ）に示すように、駆動部３２ａは、駆動用振動腕１４ａ上に第１の電極層５０ａ、第２の電極層５２ａおよび第１の圧電体層６０ａを含み構成されている。第１の圧電体層６０ａは、第１の電極層５０ａと第２の電極層５２ａとの間に設けられ、第１の電極層５０ａは駆動用振動腕１４ａ側に配置されている。
また、モニター部３０ａも同様に、駆動用振動腕１４ａ上に第３の電極層５０ｂ、第４の電極層５２ｂおよび第２の圧電体層６０ｂを含み構成されている。第２の圧電体層６０ｂは、第３の電極層５０ｂと第４の電極層５２ｂとの間に設けられ、第３の電極層５０ｂは駆動用振動腕１４ａ側に配置されている。
【００３９】
なお、駆動部３２ａとモニター部３０ａとを構成する第１の電極層５０ａと第３の電極層５０ｂ、第２の電極層５２ａと第４の電極層５２ｂおよび第１の圧電体層６０ａと第２の圧電体層６０ｂは、それぞれ、同一の電極層や圧電体層をフォトリソグラフィ技術により形成されたものなので、以降では、第１の電極層５０、第２の電極層５２および圧電体層６０として説明する。
【００４０】
従って、駆動部３２ａ，３２ｂとモニター部３０ａ，３０ｂ以外の検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ、配線部４４，４６および接続端子部３６，３８，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄについても、同様に、圧電体層６０が第１の電極層５０と第２の電極層５２との間に設けられ、第１の電極層５０が振動腕や基部などを有する基板８側に配置されている。
【００４１】
次に、検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄについて説明する。なお、検出部は、検出用振動腕の支持腕の延出する方向に変位を有する屈曲振動により、電荷を発生させるための圧電体素子である。
検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、それぞれ、Ｙ軸方向を長辺方向とする略矩形であり、振動素子１の検出用振動腕１６ａ，１６ｂ上に設けられている。また、検出部３４ａ，３４ｂは、検出用振動腕１６ａの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに間隔を隔てて並んで設けられ、検出部３４ｃ，３４ｄは、検出用振動腕１６ｂの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに間隔を隔てて並んで設けられている。
【００４２】
検出部３４ａは、基部１０上に設けられた接続端子部４０ａと接続され、検出用振動腕１６ａの先端部に結合した錘部１８ｃ方向（Ｙ軸の−側方向）へ延出して設けられている。
検出部３４ｂは、基部１０上に設けられた接続端子部４０ｂと接続され、検出用振動腕１６ａの先端部に結合した錘部１８ｃ方向（Ｙ軸の−側方向）へ延出して設けられている。
検出部３４ｃは、基部１０上に設けられた接続端子部４０ｃと接続され、検出用振動腕１６ｂの先端部に結合した錘部１８ｄ方向（Ｙ軸の＋側方向）へ延出して設けられている。
検出部３４ｄは、基部１０上に設けられた接続端子部４０ｄと接続され、検出用振動腕１６ｂの先端部に結合した錘部１８ｄ方向（Ｙ軸の＋側方向）へ延出して設けられている。
【００４３】
また、検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの積層構成は、モニター部３０ａ，３０ｂや駆動部３２ａ，３２ｂと同様に、第１の電極層５０、第２の電極層５２および圧電体層６０を含む構成で形成されている。なお、前述した配線部４４，４６や接続端子部３６，３８，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄについても、同様な積層構成で形成されている。
【００４４】
なお、第２の電極層５２は、圧電体層６０と同様の配置構成であり、支持腕１２ａ，１２ｂや基部１０上に設けられた配線部４４，４６により、モニター部３０ａ，３０ｂ、駆動部３２ａ，３２ｂおよび検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄが接続端子部３６，３８，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに電気的に接続されている。しかし、第１の電極層５０は、基部１０上に設けられた配線部４８により、６つの接続端子部３６，３８，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄとグランド端子となる接続端子部４２ａ，４２ｂとが電気的に接続されている。また、本実施形態では、６つの接続端子部３６，３８，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが電気的に接続されているグランド端子となる接続端子部４２ａ，４２ｂは２つであるが１つでも構わない。
【００４５】
ここで、本発明の第１の実施形態に係る振動素子１である、角速度センサー素子の振動動作について説明する。
駆動用振動腕１４ａ，１４ｂ上に設けられた駆動部３２ａ，３２ｂは、第１の電極層５０と第２の電極層５２との間に電圧が印加されると、圧電体層６０にＺ軸方向の電界が生じ、圧電体層６０がＹ軸方向に伸張または収縮する。駆動部３２ａ，３２ｂは、図１（ａ）に示すように、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの幅方向（Ｘ軸方向）において、基部１０の配置された側と反対側に設けられている。そのため、通電により駆動部３２ａ，３２ｂがＹ軸方向に伸縮すると、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの基部１０の配置された側と反対側が伸縮し、Ｘ軸方向に変位を有する屈曲振動が発生する。また、駆動用振動腕１４ａと駆動用振動腕１４ｂとは互いに接近・離間するように屈曲振動（駆動振動）する。
【００４６】
また、検出用振動腕１６ａ，１６ｂに設けられた検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄは、検出用振動腕１６ａ，１６ｂのＸ軸方向に変位を有する屈曲振動により、圧電体層６０がＹ軸方向に伸張または収縮され、圧電体層６０にＺ軸方向の電界が生じ、第１の電極層５０と第２の電極層５２との間に電荷を出力するように構成されている。このような検出部３４ａ，３４ｂは、それぞれ、検出用振動腕１６aの振動（Ｘ軸方向での屈曲振動）に伴って電荷を出力する。同様に、検出部３４ｃ，３４ｄは、それぞれ、検出用振動腕１６ｂの振動（Ｘ軸方向での屈曲振動）に伴って電荷を出力する。
【００４７】
なお、検出部３４ａ，３４ｂは、検出用振動腕１６ａの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに間隔を隔てて並んで設けられ、それぞれの電極を正負の構成にされている。そのため、検出用振動腕１６ａのＸ軸方向に変位する屈曲振動（いわゆる面内振動）が生じると、検出部３４ａが伸張した場合は検出部３４ｂが収縮し、検出部３４ａが収縮した場合は検出部３４ｂが伸張する。同様に、検出部３４ｃ，３４ｄは、検出用振動腕１６ｂの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに間隔を隔てて並んで設けられ、それぞれの電極を正負の構成にされている。そのため、検出用振動腕１６ｂのＸ軸方向に変位する屈曲振動（いわゆる面内振動）が生じると、検出部３４ｃが伸張した場合は検出部３４ｄが収縮し、検出部３４ｃが収縮した場合は検出部３４ｄが伸張する。
【００４８】
角速度センサー素子である振動素子１に角速度ωが加わっていない場合、駆動用振動腕１４ａと駆動用振動腕１４ｂとは、振動素子１の重心Ｇ（図示せず）を通るＹＺ平面に対し面対称の振動を行っているため、基部１０および検出用振動腕１６ａ，１６ｂはほとんど振動しない。
このように駆動用振動腕１４ａ，１４ｂを駆動振動させた状態で、振動素子１にその重心Ｇを通る法線まわりの角速度ωが加わると、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂには、それぞれ、コリオリ力が働く。これにより、支持腕１２ａ，１２ｂがＹ軸方向に屈曲振動し、これに伴いこの屈曲振動により発生するモーメントを打ち消すように、検出用振動腕１６ａ，１６ｂのＸ軸方向の屈曲振動（検出振動）が励振される。
【００４９】
そして、検出用振動腕１６ａの屈曲振動によって検出部３４ａ，３４ｂに生じた電荷が接続端子部４０ａ，４０ｂから出力される。また、検出用振動腕１６ｂの屈曲振動によって検出部３４ｃ，３４ｄに生じた電荷が接続端子部４０ｃ，４０ｄから出力される。
このように接続端子部４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから出力された電荷に基づいて、振動素子１に加わった角速度ωを求めることができる。
【００５０】
次に、振動素子を駆動するための駆動回路と角速度ωを検出するための検出回路について説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動素子の図１（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図と回路構成を示す概略図である。
振動素子１の駆動用振動腕１４ａ，１４ｂを駆動するための駆動回路部９０は、オペアンプ７０ａ、コンデンサーや抵抗器などの電子部品７２ａ、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）７４および駆動部３２ａを駆動するための駆動回路７６を含み構成されている。
【００５１】
駆動回路７６から駆動用振動腕１４ａ上に設けられた駆動部３２ａの第１の電極層５０と第２の電極層５２とに電圧が印加されることで、圧電体層６０にＺ軸方向の電界が生じ、圧電体層６０がＹ軸方向に伸張または収縮し、駆動用振動腕１４ａがＸ軸方向に変位を有する屈曲振動が発生する。それに伴い、モニター部３０ａは駆動部３２ａが伸張した場合に収縮し、駆動部３２ａが収縮した場合に伸張する。そのため、モニター部３０ａの圧電体層６０にＺ軸方向の電界が生じ、第１の電極層５０と第２の電極層５２とに駆動用振動腕１４ａの屈曲振動の振幅に応じた電荷が発生する。
【００５２】
その後、発生した電荷は、第１の電極層５０はグランドに接地しているため、第２の電極層５２から駆動回路部９０のオペアンプ７０ａと電子部品７２ａにより構成されたチャージアンプ（電流・電圧変換回路）へ入力され、増幅した後にモニター電圧として出力される。そして、屈曲振動の振幅に応じたモニター電圧はＡＧＣ７４で一定電圧となり、駆動回路７６へ印加され、その後、駆動回路７６からモニター電圧に応じた一定電圧が駆動部３２ａの第１の電極層５０と第２の電極層５２とに印加されることにより、安定した屈曲振動を駆動することができる。従って、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂ上にモニター部３０ａ，３０ｂを設けることは、駆動部３２ａ，３２ｂに屈曲振動を駆動するのに十分な一定電圧を供給することができ、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの屈曲振動を安定に駆動することができるという効果がある。
【００５３】
振動素子１の検出用振動腕１６ａ，１６ｂに生じた電荷を検出するための検出回路部９２は、オペアンプ７０ｂ，７０ｃ、コンデンサーや抵抗器などの電子部品７２ｂ，７２ｃ、差動増幅器７８、同期検波回路８０およびＬＰＦ（Low Pass Filter）８２を含み構成されている。
振動素子１に角速度ωが加わることで、検出用振動腕１６ａ上に設けられた検出部３４ａ，３４ｂから発生した電荷は、オペアンプ７０ｂ，７０ｃとコンデンサーや抵抗器などの電子部品７２ｂ，７２ｃとで構成された２つのチャージアンプによりそれぞれ増幅され、差動増幅器７８において２つの検出部３４ａ，３４ｂから発生した電荷が加算される。その後、同期検波回路８０で直流成分に変換され、ＬＰＦ８２により高周波数のノイズ成分が除去されることで、振動素子１に加わった角速度ωに比例した直流成分を検出することができる。
【００５４】
以上、振動素子１の構造、動作原理および駆動・検出回路について説明したが、次に、振動素子１を構成する材料について説明する。
振動素子１を構成する基板８の材料としては、例えば、シリコン、石英およびガラスなどが挙げられる。特に、シリコンは、優れた振動特性を有する振動素子１を比較的安価に実現することができ、また、公知の微細加工技術（フォトリソグラフィ技術）を用いてエッチングにより高い寸法精度で振動素子１を形成することができるので好ましい。
【００５５】
第１の電極層５０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）などの金属材料や、ＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明電極材料により形成することができる。
【００５６】
中でも、第１の電極層５０の構成材料としては、金を主材料とする金属（金、金合金）または白金を用いるのが好ましく、金を主材料とする金属（特に金）を用いるのがより好ましい。
特に、金は導電性に優れ（電気抵抗が小さく）酸化に対する耐性に優れているため、電極材料として好適である。また、金は白金に比べエッチングにより容易にパターニングすることができる。更に、第１の電極層５０を金または金合金で構成することにより、圧電体層６０の配向性を高めることもできる。
【００５７】
また、第１の電極層５０の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１〜３００ｎｍ程度であるのが好ましく、１０〜２００ｎｍであるのがより好ましい。これにより、第１の電極層５０が駆動部３２ａ，３２ｂの駆動特性や駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの振動特性に悪影響を与えるのを防止しつつ、前述したような第１の電極層５０の導電性を優れたものとすることができる。
【００５８】
圧電体層６０の構成材料（圧電体材料）としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、ニオブ酸カリウム（ＫＮｂＯ3）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）などが挙げられる。
【００５９】
中でも、圧電体層６０の構成材料としては、ＰＺＴを用いるのが好ましい。ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）は、ｃ軸配向性に優れ、低インピーダンス化が図れる。そのため、ＰＺＴを主材料として圧電体層６０を構成することにより、振動素子１のＣＩ値を低減することができる。また、これらの材料は、反応性スパッタリング法により成膜することができる。
【００６０】
また、圧電体層６０の平均厚さは、５０〜３０００ｎｍであるのが好ましく、２００〜２０００ｎｍであるのがより好ましい。これにより、圧電体層６０が駆動用振動腕１４ａ，１４ｂや検出用振動腕１６ａ，１６ｂの振動特性に悪影響を与えるのを防止しつつ、駆動部３２ａ，３２ｂの駆動特性や検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの検出特性を優れたものとすることができる。
【００６１】
第２の電極層５２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）などの金属材料やＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明電極材料により形成することができる。
【００６２】
また、第２の電極層５２の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１〜３００ｎｍ程度であるのが好ましく、１０〜２００ｎｍであるのがより好ましい。これにより、第２の電極層５２が駆動部３２ａ，３２ｂの駆動特性や駆動用振動腕１４ａ，１４ｂの振動特性に悪影響を与えるのを防止しつつ、第２の電極層５２の導電性を優れたものとすることができる。
【００６３】
なお、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂと第１の電極層５０との間や圧電体層６０と第２の電極層５２との間に下地層を設けても構わない。下地層を設けることで、第１の電極層５０が駆動用振動腕１４ａ，１４ｂから剥離するのを、また、第２の電極層５２が圧電体層６０から剥離するのを防止することができる。
下地層は、例えば、Ｔｉ、Ｃｒなどで構成され、また、下地層の平均厚さは、特に限定されないが、例えば、１〜３００ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００６４】
更に、圧電体層６０と第２の電極層５２との間や圧電体層６０と前述した下地層との間に絶縁体層（絶縁性の保護層）を設けても構わない。絶縁体層は、圧電体層６０を保護するとともに、第１の電極層５０と第２の電極層５２との間の短絡を防止する機能を有するためである。絶縁体層は、例えば、ＳｉＯ2（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）などで構成され、絶縁体層の平均厚さは、特に限定されないが、５０〜５００ｎｍであるのが好ましい。絶縁体層の厚さが前記下限値未満であると、前述したような短絡を防止する効果が小さくなる傾向となり、一方、絶縁体層の厚さが前記上限値を超えると、モニター部、駆動部３２ａ，３２および検出部３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄの特性に悪影響を与える虞があるためである。
【００６５】
次に、本発明の第１の実施形態に係る振動素子の圧電体と電極との構成における変形例１〜変形例３について説明する。
図３は、本発明の第１の実施形態に係る振動素子の圧電体と電極との構成における変形例を示す図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図３（ａ）は変形例１を示す断面図、図３（ｂ）は変形例２を示す断面図および図３（ｃ）は変形例３を示す断面図である。
以下、変形例１、２および３では、前述した図１の実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。なお、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
【００６６】
＜変形例１＞
変形例１の振動素子２ａは、図３（ａ）に示すように、第１実施形態の振動素子１に比べ、第１の電極層５０と圧電体層６０とにモニター部３０ａや駆動部３２ａのパターンが形成されていない点が異なっている。第１の電極層５０と圧電体層６０とにモニター部３０ａや駆動部３２ａのパターンが形成されていなくても、第１の電極層５０と第２の電極層５２との間に電圧が印加され、圧電体層６０にＺ軸方向の電界が生じるのは、第１の電極層５０、圧電体層６０および第２の電極層５２が重なり合っている部分のみであるため、駆動用振動腕１４ａを駆動する上で問題はない。また、第１の電極層５０と圧電体層６０とにエッチングによるパターニングを省くことで、加工時間を短縮し、製造コストの低下が図れるという効果がある。
【００６７】
＜変形例２＞
変形例２の振動素子２ｂは、図３（ｂ）に示すように、第１実施形態の振動素子１に比べ、第１の電極層５０にモニター部３０ａや駆動部３２ａのパターンが形成されていない点が異なっている。第１の電極層５０にモニター部３０ａや駆動部３２ａのパターンが形成されていなくても、第１の電極層５０と第２の電極層５２との間に電圧が印加され、圧電体層６０にＺ軸方向の電界が生じるのは、第１の電極層５０、圧電体層６０および第２の電極層５２が重なり合っている部分のみであるため、駆動用振動腕１４ａを駆動する上で問題はない。また、第１の電極層５０にエッチングによるパターニングを省くことで、加工時間を短縮し、製造コストの低下が図れるという効果がある。
【００６８】
＜変形例３＞
変形例３の振動素子２ｃは、図３（ｃ）に示すように、第１実施形態の振動素子１に比べ、基板である駆動用振動腕１４ａの一部までモニター部３０ａや駆動部３２ａのパターンが形成されている点が異なっている。駆動用振動腕１４ａにモニター部３０ａや駆動部３２ａのパターンを形成することで、モニター部３０ａや駆動部３２ａで励振する振動エネルギーがモニター部３０ａや駆動部３２ａがパターニングされた部分に閉じ込められ、振動エネルギーの漏洩を低減できるので、インピーダンスの低い振動素子２ｃが得られるという効果がある。
【００６９】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施形態に係る振動素子の構造を示す概略図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
以下、第２の実施形態の振動素子１ａについて、前述した第１実施形態の振動素子１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００７０】
第２実施形態の振動素子１ａは、図４に示すように、基板８ａの外形形状は、第１実施形態の振動素子１の基板８の外形形状と同等であるが、駆動部１３２ａ，１３２ｂ，２３２ａ，２３２ｂやモニター部１３０ａ，１３０ｂの構成が異なる。
駆動部１３２ａ，１３２ｂ，２３２ａ，２３２ｂは、支持腕１１２ａ，１１２ｂと接合している駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂの中央部から両方向（Ｙ軸の＋側および−側方向）に延出して設けられている。また、駆動用振動腕１１４ａ上の駆動部１３２ａ，２３２ａは、駆動用振動腕１１４ａの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに間隔を隔てて並んで設けられ、駆動用振動腕１１４ｂ上の駆動部１３２ｂ，２３２ｂは、駆動用振動腕１１４ｂの幅方向（Ｘ軸方向）に互いに間隔を隔てて並んで設けられている。更に、２つの駆動部２３２ａ，１３２ｂは、それぞれ駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上の基部１１０の配置された側に設けられている。
【００７１】
なお、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上に、駆動部１３２ａ，１３２ｂ，２３２ａ，２３２ｂをそれぞれ２つ並んで設けることにより、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂの屈曲振動の駆動力を向上させ、インピーダンスを大幅に低減することができるため、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂの屈曲振動を容易に駆動することができるという効果がある。
【００７２】
駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上に備えられた２つの駆動部１３２ａ，２３２ｂは、図４（ａ）に示すように、支持腕１１２ａ，１１２ｂと基部１１０上に設けられた配線部１４６ａと、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上に設けられたモニター部１３０ａ，１３０ｂや駆動部２３２ａ，１３２ｂとの短絡を防止するために設けられた絶縁部材１６２ａ，１６２ｂの上に形成された接続電極１５４ａ，１５４ｂと、により接続されている。
【００７３】
また、同様に、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上に備えられた２つの駆動部２３２ａ，１３２ｂは、支持腕１１２ａ，１１２ｂと基部１１０上に設けられた配線部１４６ｂと、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上に設けられたモニター部１３０ａ，１３０ｄとの短絡を防止するために設けられた絶縁部材１６４ａ，１６４ｂの上に形成された接続電極１５６ａ，１５６ｂと、により接続されている。
【００７４】
更に、駆動部１３２ａ，２３２ｂは、配線部１４６ａにより、基部１１０上に設けられた接続端子部１３８に接続され、駆動部２３２ａ，１３２ｂは、配線部１４６ｂにより、基部１１０上に設けられた接続端子部２３８に接続されている。よって、接続端子部１３８，２３８を通じて、図２に示す駆動回路７６から駆動部１３２ａ，１３２ｂ，２３２ａ，２３２ｂに電圧を印加することで、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂを屈曲振動させることができる。
【００７５】
モニター部１３０ａ，１３０ｂは、駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂの幅方向（Ｘ軸方向）において、基部１０の配置された側で、且つ支持腕１１２ａ，１１２ｂと接合している駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上の中央部から両方向（Ｙ軸の＋側および−側方向）に延出して設けられている。
【００７６】
駆動用振動腕１１４ａ，１１４ｂ上に設けられたモニター部１３０ａ，１３０ｂは、支持腕１１２ａ，１１２ｂと基部１１０上に設けられた配線部１４４により接続され、更に、基部１１０上に設けられた配線部１４６ｂとの短絡を防止するために設けられた絶縁部材１６６ａの上に形成された接続電極１５８ａにより接続端子部１３６と接続されている。
【００７７】
また、基部１１０上に設けられた接続端子部１４２は、第１の電極層１５０ａにより形成されており、第１の電極層１５０ａによる配線部１４８により、２つの駆動用の接続端子部１３６，１３８と４つの検出用の接続端子部とに電気的に接続されている。
【００７８】
なお、短絡を防止するために形成された絶縁部材１６２ａと電気的な接続を図る接続電極１５４ａの構造は、図４（ｂ）に示すように、駆動用振動腕１１４ａと支持腕１１２ａとに設けられた第１の電極層１５０ａ、圧電体層１６０および第２の電極層１５０ｂの上に積層して形成されている。
絶縁部材１６２ａ，１６４ａ，１６６ａは、例えば、ＳｉＯ2（酸化ケイ素）、ＡｌＮ（窒化アルミ）、ＳｉＮ（窒化ケイ素）などで構成され、絶縁部材１６２ａ，１６４ａ，１６６ａの平均厚さは、それぞれ、特に限定されないが、５０〜５００ｎｍであるのが好ましい。
【００７９】
更に、絶縁部材１６２ａ，１６４ａ，１６６ａ上に形成された接続電極１５４ａ，１５６ａ，１５８ａ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）などの金属材料やＩＴＯ、ＺｎＯなどの透明電極材料により形成することができ、特に限定されないが、例えば、第２の電極層１５２ａと同じ材料が好ましい。また、接続電極１５４ａ，１５６ａ，１５８ａの平均厚さは、例えば、１〜３００ｎｍ程度であるのが好ましい。
【００８０】
次に、本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例１〜変形例４について説明する。なお、図５〜図８において、図４（ａ）の駆動用振動腕１１４ａに相当する部分についてのみ示しているが、駆動用振動腕１１４ｂに相当する部分は、基部１１０のＸ軸方向の中心線（図示せず）に対し線対称の構成となっている。
＜変形例１＞
図５は本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例１の構造を示す平面図である。
以下、変形例１の振動素子３ａでは、前述した第２の実施形態の振動素子１ａとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８１】
変形例１の振動素子３ａは、第２実施形態の振動素子１ａに比べ、駆動用振動腕４１４の上に形成された駆動部４３２ａがモニター部４３０との短絡を防止するための絶縁部材４６２上に形成された接続電極４５４により支持腕４１２の上に形成された配線部４４６ａと接続されている点は同じであるが、配線部４４４と接続されているモニター部４３０が支持腕４１２と接合している駆動用振動腕４１４上の中央部からＹ軸方向の＋側に延出している点が異なっている。そのため、駆動用振動腕４１４の支持腕４１２側に設けられた駆動部４３２ｂは、配線部４４６ｂと絶縁部材の形成や接続電極の形成を必要とせずに接続することができる。
【００８２】
このような構成により、駆動部４３２ｂと配線部４４６ｂとの接続において絶縁部材の形成や接続電極の形成不良による短絡を防止することができ、振動素子３ａの不良を低減できるという効果がある。
【００８３】
＜変形例２＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例２について説明する。
図６は本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例２の構造を示す平面図である。
以下、変形例２の振動素子３ｂでは、前述した第２の実施形態の振動素子１ａとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８４】
変形例２の振動素子３ｂは、第２実施形態の振動素子１ａに比べ、駆動用振動腕５１４の上に形成された駆動部５３２ａがモニター部５３０や駆動部５３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材５６２上に形成された接続電極５５４により支持腕５１２の上に形成された配線部５４６ａと接続されている点は同じである。しかし、モニター部５３０が駆動用振動腕５１４上の幅方向（Ｘ軸方向）の中心線（図示せず）側に設けられている点と、駆動部５３２ｂが配線部５４６ｂと直接接続されている点と、モニター部５３０が駆動部５３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材５６２上に形成された接続電極５５６により配線部５４４と接続されている点と、が異なっている。
【００８５】
このような構成により、駆動部５３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材５６２の幅方向（Ｙ軸方向）を大きくすることができるため、駆動部５３２ａやモニター部５３０と駆動部５３２ｂやモニター部５３０との短絡を防止することができ、振動素子３ｂの不良を低減できるという効果がある。
【００８６】
＜変形例３＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例３について説明する。
図７は本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例３の構造を示す平面図である。
以下、変形例３の振動素子３ｃではについて、前述した第２の実施形態の振動素子１ａとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００８７】
変形例３の振動素子３ｃは、第２実施形態の振動素子１ａに比べ、駆動用振動腕６１４の上に形成された駆動部６３２ａがモニター部６３０や駆動部６３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材６６２上に形成された接続電極６５４により支持腕６１２の上に形成された配線部６４６ａと接続されている点は同じである。しかし、モニター部６３０が駆動用振動腕６１４上の幅方向（Ｘ軸方向）の中心線（図示せず）に対し、支持腕６１２と反対側に設けられている点と、駆動部６３２ｂが配線部６４６ｂと直接接続されている点と、モニター部６３０が駆動部６３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材６６２上に形成された接続電極６５６により配線部６４４と接続されている点と、が異なっている。
【００８８】
このような構成により、駆動部６３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材６６２の幅方向（Ｙ軸方向）を大きくすることができるため、駆動部６３２ａやモニター部６３０と駆動部６３２ｂやモニター部６３０との短絡を防止することができ、振動素子３ｃの不良を低減できるという効果がある。
【００８９】
＜変形例４＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例４について説明する。
図８は本発明の第２の実施形態に係る振動素子の変形例４の構造を示す平面図である。
以下、変形例４の振動素子３ｄでは、前述した第２の実施形態の振動素子１ａとの相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【００９０】
変形例４の振動素子３ｄは、第２実施形態の振動素子１ａに比べ、駆動用振動腕７１４の上に形成された駆動部７３２ａがモニター部７３０ａ，７３０ｂや駆動部７３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材７６２上に形成された接続電極７５４により支持腕７１２の上に形成された配線部７４６ａと接続されている点は同じである。しかし、２つのモニター部７３０ａ，７３０ｂが駆動用振動腕７１４上の中央部から両方向（Ｙ軸の＋側および−側方向）に設けられ、２つのモニター部７３０ａ，７３０ｂが駆動用振動腕７１４上に設けられた配線部７４８により接続されている点と、駆動部７３２ｂが配線部７４６ｂと直接接続されている点と、２つのモニター部７３０ａ，７３０ｂを接続している配線部７４８が駆動部７３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材７６２上に形成された接続電極７５６により配線部７４４と接続されている点と、駆動部７３２ａ，７３２ｂのＸ軸方向の幅が均一に形成されている点と、が異なっている。
【００９１】
このような構成により、駆動部７２３ａ，７３２ｂのＸ軸方向の幅が均一に形成されているため、駆動力が向上し、インピーダンスを低減することができるため、駆動用振動腕７１４の屈曲振動を容易に駆動することができるという効果がある。また、駆動部７３２ｂとの短絡を防止するための絶縁部材７６２の幅方向（Ｙ軸方向）を大きくすることができるため、駆動部７３２ａやモニター部７３０ａ，７３０ｂと駆動部７３２ｂやモニター部７３０ａ，７３０ｂとの短絡を防止することができ、振動素子３ｄの不良を低減することができるという効果がある。
【００９２】
（電子デバイス）
次に、本発明の振動素子を適用した電子デバイス（角速度センサー）について説明する。
図９は、本発明の振動素子を備える電子デバイスの構造を示した概略図であり、図９（ａ）は平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。なお、図９（ａ）において、電子デバイスの内部の構成を説明する便宜上、蓋体を取り外した状態を図示している。また、第１の実施形態の振動素子１を用いて説明しているが、第２の実施形態の振動素子１ａや変形例で示した振動素子２ａ，２ｂ，２ｃ，３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄであっても構わない。
電子デバイス５は、図９（ａ）に示すように、振動素子１、ＩＣチップ１７０、振動素子１とＩＣチップ１７０とを収容するために矩形の箱状に形成されているパッケージ本体１５０、および蓋体１５４、とを含み構成されている。なお、振動素子１とＩＣチップ１７０とを収容するパッケージ本体１５０のキャビティー１８０内は窒素などの不活性気体雰囲気あるいは減圧雰囲気となっている。
【００９３】
パッケージ本体１５０は、図９（ｂ）に示すように、第１の基板１５１、第２の基板１５２および第３の基板１５３を積層して形成されている。実装端子１５７は、第１の基板１５１の外部底面に複数形成されている。また、第１の基板１５１の上面の所定の位置にはＩＣチップ１７０を実装するために、貫通電極や層間配線（図示せず）を介して、実装端子１５７と電気的に導通する複数の接続電極１７２が設けられている。
【００９４】
第２の基板１５２は、中央部が除去された環状体であり、ＩＣチップ１７０を収容するキャビティー１８０が形成されている。また、第２の基板１５２の上面の所定の位置には振動素子１を実装するために、貫通電極や層間配線（図示せず）を介して、接続電極１７２や実装端子１５７と電気的に導通する複数の接続電極１５６が設けられている。
【００９５】
第３の基板１５３は、中央部が除去された環状体であり、振動素子１を収容するキャビティー１８０が形成されている。また、第３の基板１５３の上面には蓋体１５４を接合することによってキャビティー１８０内を気密封止するための、シームリング１５５が設けられている。
【００９６】
振動素子１は、駆動部や検出部の形成された側をパッケージ本体１５０側に向け、基部１０に設けられた接続端子部３６，３８，４０ａ〜４０ｄ，４２ａ，４２ｂと、支持基板１５９と非導電性の接合部材（図示せず）によって接合されたリードフレーム１６０ａ〜１６０ｈのパッケージ本体１５０の中央部に配置された一方の端部と、がそれぞれ一致するように配置され、金属あるいは半田などからなるバンプなどの接合部材１６１を介して接合されている。また、リードフレーム１６０ａ〜１６０ｈの他方の端部は、導電性接着剤などの導電性の接合部材１５８を介して第２の基板１５２に設けられた接続電極１５６に接合され、機械的な接合を図るとともに電気的な接続もされている。
【００９７】
一方、ＩＣチップ１７０は、金属あるいは半田などからなるバンプやろう材あるいは導電性接着剤などの接合部材１７１を介して第１の基板１５１の上面に設けられた接続電極１７２に接合され、機械的な接合を図るとともに電気的な接続もされている。更に、ＩＣチップ１７０の周辺のキャビティー１８０部に樹脂材料などを充填し、ＩＣチップ１７０を固定しても構わない。
【００９８】
なお、ＩＣチップ１７０は、振動素子１の駆動を制御するための駆動回路部９０（図２参照）や検出を制御するための検出回路部９２（図２参照）を有しており、このＩＣチップ１７０によって、振動素子１に加わった角速度ωに比例した直流成分を出力し、角速度ωを検出することができる。
【００９９】
以上、説明したパッケージ本体１５０の、第１の基板１５１、第２の基板１５２および第３の基板１５３は、絶縁性を有する材料で構成されている。このような材料としては、特に限定されず、例えば、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、炭化物系セラミックスなどの各種セラミックスを用いることができる。また、パッケージ本体１５０に設けられた各電極、端子あるいはそれらを電気的に接続する配線パターンや層内配線パターンなどは、一般的に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの金属材料を絶縁材料上にスクリーン印刷して焼成し、その上にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）などのめっきを施すことにより形成されている。
【０１００】
蓋体１５４は、ガラス、セラミック、金属などを用いることができる。なお、蓋体１５４の材料として、光を通過する材料、例えば、ホウケイ酸ガラスなどを用いると、パッケージ本体１５０を封止後に、外部からレーザー光を介して振動素子１の錘部１８ａ〜１８ｆに形成された電極（図示せず）などを一部蒸散させることにより、質量削減方式による駆動用振動腕１４ａ，１４ｂや検出用振動腕１６ａ，１６ｂの周波数調整を行うことができる。よって、駆動用振動腕１４ａ，１４ｂや検出用振動腕１６ａ，１６ｂの周波数を所望の周波数にすることができるため、角速度センサー素子としての検出精度をより向上させることができるという効果がある。
【０１０１】
（電子機器）
次いで、本発明の振動素子を適用した電子機器の一例について、図１０〜図１２に基づき、詳細に説明する。
図１０は、本発明の振動素子を備える電子機器としてのモバイル型（又はノート型）のパーソナルコンピューターの構成を示す斜視図である。この図において、パーソナルコンピューター１１００は、キーボード１１０２を備えた本体部１１０４と、表示部１００を備えた表示ユニット１１０６とにより構成され、表示ユニット１１０６は、本体部１１０４に対しヒンジ構造部を介して回動可能に支持されている。このようなパーソナルコンピューター１１００には、角速度センサーとして機能する振動素子１が内蔵されている。
【０１０２】
図１１は、本発明の振動素子を備える電子機器としての携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６を備え、操作ボタン１２０２と受話口１２０４との間には、表示部１００が配置されている。このような携帯電話機１２００には、角速度センサーとして機能する振動素子１が内蔵されている。
【０１０３】
図１２は、本発明の振動素子を備える電子機器としてのデジタルカメラの構成を示す斜視図である。尚、この図には、外部機器との接続についても簡易的に示されている。ここで、通常のカメラは、被写体の光像により銀塩写真フィルムを感光するのに対し、デジタルカメラ１３００は、被写体の光像をＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子により光電変換して撮像信号（画像信号）を生成する。
デジタルカメラ１３００におけるケース（ボディー）１３０２の背面には、表示部１００が設けられ、ＣＣＤによる撮像信号に基づいて表示を行う構成になっており、表示部１００は、被写体を電子画像として表示するファインダーとして機能する。また、ケース１３０２の正面側（図中裏面側）には、光学レンズ（撮像光学系）やＣＣＤなどを含む受光ユニット１３０４が設けられている。
【０１０４】
撮影者が表示部１００に表示された被写体像を確認し、シャッターボタン１３０６を押下すると、その時点におけるＣＣＤの撮像信号が、メモリー１３０８に転送・格納される。また、このデジタルカメラ１３００においては、ケース１３０２の側面に、ビデオ信号出力端子１３１２と、データ通信用の入出力端子１３１４とが設けられている。そして、図示されるように、ビデオ信号出力端子１３１２にはテレビモニター１４３０が、データ通信用の入出力端子１３１４にはパーソナルコンピューター（ＰＣ）１４４０が、それぞれ必要に応じて接続される。更に、所定の操作により、メモリー１３０８に格納された撮像信号が、テレビモニター１４３０や、パーソナルコンピューター１４４０に出力される構成になっている。このようなデジタルカメラ１３００には、角速度センサーとして機能する振動素子１が内蔵されている。
【０１０５】
なお、本発明の振動素子を備える電子機器は、図１０のパーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、図１１の携帯電話機、図１２のデジタルカメラの他にも、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）、フライトシュミレーターなどに適用することができる。
【０１０６】
（移動体）
図１３は、本発明の振動素子を備える移動体の自動車１５００を概略的に示す斜視図である。この図において、タイヤを制御する電子制御ユニット１５１０に角速度センサーとして機能する振動素子１が内蔵されている。
自動車１５００には、本発明に係る振動素子が搭載されており、例えば、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などの電子制御ユニット（ＥＣＵ：electronic control unit）１５１０に広く適用できる。
【０１０７】
以上、本発明の振動素子、振動デバイス、電子機器および移動体の実施形態について、図面に基づいて説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１…振動素子、５…電子デバイス、８…基板、１０…基部、１２ａ，１２ｂ…支持腕、１４ａ，１４ｂ…駆動用振動腕、１６ａ，１６ｂ…検出用振動腕、１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ…錘部、３０ａ，３０ｂ…モニター部、３２ａ，３２ｂ…駆動部、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ…検出部、３６，３８，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，４２ａ，４２ｂ…接続端子部、４４，４６，４８…配線部、５０…第１の電極層、５２…第２の電極層、６０…圧電体層、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ…オペアンプ、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ…電子部品、７４…ＡＧＣ、７６…駆動回路、７８…差動増幅器、８０…同期検波回路、８２…ＬＰＦ、９０…駆動回路部、９２…検出回路部、１００…表示部、１５０…パッケージ本体、１５１…第１の基板、１５２…第２の基板、１５３…第３の基板、１５４…蓋体、１５５…シームリング、１５６…接続電極、１５７…実装端子、１５８…接合部材、１５９…支持基板、１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃ，１６０ｄ，１６０ｅ，１６０ｆ，１６０ｇ，１６０ｈ…リードフレーム、１６１…接合部材、１６２ａ，１６４ａ，１６６ａ…絶縁部材、１７０…ＩＣチップ、１７１…接合部材、１７２…接続電極、１８０…キャビティー、１１００…パーソナルコンピューター，１１０２…キーボード、１１０４…本体部、１１０６…表示ユニット、１２００…携帯電話機、１２０２…操作ボタン、１２０４…受話口、１２０６…送話口、１３００…デジタルカメラ、１３０２…ケース、１３０４…受光ユニット、１３０６…シャッターボタン、１３０８…メモリー、１３１２…ビデオ信号出力端子、１３１４…入出力端子、１４３０…テレビモニター、１４４０…パーソナルコンピューター、１５００…自動車、１５１０…電子制御ユニット。
【図１】
2014202616.tif 000003
【図２】
2014202616.tif 000004
【図３】
2014202616.tif 000005
【図４】
2014202616.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014202616.tif 000009
【図８】
2014202616.tif 000010
【図９】
2014202616.tif 000011
【図１０】
2014202616.tif 000012
【図１１】
2014202616.tif 000013
【図１２】
2014202616.tif 000014
【図１３】
2014202616.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月31日(2014.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延出している支持腕と、
前記支持腕から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している駆動用振動腕と、
前記駆動用振動腕に設けられており、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられている第１の圧電体層と、を有する第１の積層構造体を備える駆動部と、
前記駆動用振動腕に設けられており、第３の電極層と、第４の電極層と、前記第３の電極層と前記第４の電極層との間に設けられている第２の圧電体層と、を有する第２の積層構造体を備え、前記駆動用振動腕の振動に応じた電荷を発生するモニター部と、
を備えていることを特徴とする振動素子。
【請求項２】
前記駆動部と前記モニター部は、前記駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで設けられていることを特徴とする請求項１に記載の振動素子。
【請求項３】
前記駆動部は、第１の駆動部と第２の駆動部とを有し、
前記第１の駆動部と前記第２の駆動部とは、前記駆動用振動腕の幅方向に互いに間隔を隔てて並んで設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の振動素子。
【請求項４】
前記駆動用振動腕の平面視において、前記モニター部は、前記駆動部よりも前記基部側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項５】
前記駆動用振動腕において、前記モニター部は、前記支持腕と交差する一方の側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の振動素子。
【請求項６】
前記モニター部は、前記駆動用振動腕の平面視において、前記第１の駆動部と前記第２の駆動部との間に設けられ、且つ前記モニター部の幅方向に対する中心線と、前記駆動用振動腕の幅方向に対する中心線とが一致しないことを特徴とする請求項３に記載の振動素子。
【請求項７】
前記基部から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している検出用振動腕を備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項８】
前記基部には、前記駆動部および前記モニター部と電気的に接続されている端子が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の振動素子。
【請求項９】
互いに直交する３本の仮想軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、
前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで規定されるＸＹ平面に沿って延出し、少なくとも前記Ｘ軸方向に振動する駆動用振動腕と、
前記ＸＹ平面に沿って延出し、前記Ｚ軸を軸とする角速度が加わったとき、前記ＸＹ平面に沿うように変位する検出用振動腕と、
を備え、
前記駆動用振動腕に、前記振動に応じた電荷を発生するモニター部が設けられていることを特徴とする振動素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の振動素子と、
回路素子と、
を備えていることを特徴とする電子デバイス。
【請求項１１】
請求項１乃至９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。
【請求項１２】
請求項１乃至９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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
［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支持腕と、前記支持腕から前記支持腕の延出方向と交差する方向に延出している駆動用振動腕と、前記駆動用振動腕に設けられており、第１の電極層と、第２の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられている第１の圧電体層と、を有する第１の積層構造体を備える駆動部と、前記駆動用振動腕に設けられており、第３の電極層と、第４の電極層と、前記第３の電極層と前記第４の電極層との間に設けられている第２の圧電体層と、を有する第２の積層構造体を備え、前記駆動用振動腕の振動に応じた電荷を発生するモニター部と、を備えていることを特徴とする。また、本適用例に係る振動素子は、互いに直交する３本の仮想軸を、それぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸としたときに、前記Ｘ軸と前記Ｙ軸とで規定されるＸＹ平面に沿って延出し、少なくとも前記Ｘ軸方向に振動する駆動用振動腕と、前記ＸＹ平面に沿って延出し、前記Ｚ軸を軸とする角速度が加わったとき、前記ＸＹ平面に沿うように変位する検出用振動腕と、を備え、前記駆動用振動腕に、前記振動に応じた電荷を発生するモニター部が設けられていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載の振動素子において、前記モニター部は、前記駆動用振
動腕の平面視において、前記第１の駆動部と前記第２の駆動部との間に設けられ、且つ前
記モニター部の幅方向に対する中心線と、前記駆動用振動腕の幅方向に対する中心線とが
一致しないことを特徴とする。