(57)【要約】【課題】  大きな信号が得られる構造でありながら、構成が簡素かつ小型で、製造も容易な圧電センサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】  圧電センサ１は、圧電材料からなる棒状の駆動部１１と、圧電材料からなる棒状の検出部１２とを備えている。駆動部１１及び検出部１２は、互いに直交した状態で、それぞれの中心同士が固定されている。駆動部１１は、印加された電圧Ｖinによって、分極方向であるｙ方向に屈曲振動する。検出部１２は、駆動部１１が屈曲振動することによって発生するコリオリ力Ｆｃによって、ｙ方向と垂直かつ分極方向であるｚ方向に屈曲振動し、この屈曲振動によって電圧Ｖoutを発生する。【選択図】  図１
2015152305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電材料からなる棒状の駆動部と、
圧電材料からなる棒状の検出部とを備え、
前記駆動部及び前記検出部は互いに固定され、
前記駆動部は、印加された電圧によって分極方向である第一の方向に屈曲振動し、
前記検出部は、前記駆動部が屈曲振動することによって発生するコリオリ力によって分極方向である第二の方向に屈曲振動し、この屈曲振動によって電圧を発生する、
圧電センサ。
【請求項２】
前記駆動部の中心と前記検出部の中心とが互いに固定され、
前記駆動部は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の駆動腕を有し、これらの二本の駆動腕が互いに逆相になるように前記第一の方向に屈曲振動し、
前記検出部は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の検出腕を有し、前記駆動部によって付勢されて前記二本の検出腕が互いに逆相になるように屈曲振動し、この屈曲振動及び当該検出部の回転に起因する前記コリオリ力によって当該二本の検出腕が互いに逆相になるように前記第二の方向に屈曲振動する、
請求項１記載の圧電センサ。
【請求項３】
前記駆動部の中心と前記検出部の中心とが互いに固定され、
前記駆動部は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の駆動腕を有し、これらの二本の駆動腕が互いに逆相又は同相になるように前記第一の方向に屈曲振動し、
前記検出部は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の検出腕を有し、前記駆動部によって付勢されて前記二本の検出腕が互いに同相になるように屈曲振動し、この屈曲振動及び当該検出部の回転に起因する前記コリオリ力によって当該二本の検出腕が互いに同相になるように前記第二の方向に屈曲振動する、
請求項１記載の圧電センサ。
【請求項４】
前記駆動部の中心と前記検出部の中心とが互いに固定され、
前記駆動部は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の駆動腕を有し、これらの二本の駆動腕が互いに同相になるように前記第一の方向に屈曲振動し、この屈曲振動及び当該駆動部の回転に起因する前記コリオリ力によって前記第二の方向に屈曲振動し、
前記検出部は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の検出腕を有し、前記駆動部によって付勢されて前記二本の検出腕が互いに同相になるように前記第二の方向に屈曲振動する、
請求項１記載の圧電センサ。
【請求項５】
前記駆動部及び前記検出部を囲むとともに当該駆動部及び当該検出部の少なくも一方の両端を固定する外枠を更に備え、
前記駆動部は、前記第一の方向にＸ軸を有する第一の水晶片からなり、
前記検出部は、前記第二の方向にＸ軸を有する第二の水晶片からなる、
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の圧電センサ。
【請求項６】
前記検出部は、前記第二の方向に積層されるとともに互いに逆となる分極方向を有する第一層及び第二層を含む、
請求項２乃至４のいずれか一つに記載の圧電センサ。
【請求項７】
前記駆動部及び前記検出部を囲むとともに当該駆動部及び当該検出部の少なくも一方の両端を固定する外枠を更に備え、
前記駆動部は、前記第一の方向にＸ軸を有する第一の水晶片からなり、
前記第一層は、前記第二の方向にＸ軸及び−Ｘ軸のどちらか一方を有する第二の水晶片からなり、
前記第二層は、前記第二の方向にＸ軸及び−Ｘ軸のどちらか他方を有する第三の水晶片からなる、
請求項６記載の圧電センサ。
【請求項８】
請求項５記載の圧電センサを製造する方法であって、
第一のウェハに、前記第一の水晶片と前記外枠とをウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第一工程と、
第二のウェハに、前記第二の水晶片と前記外枠とを前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第二工程と、
前記耐食膜が形成された前記第一及び第二のウェハをそれぞれの厚み方向に貼り合せる第三工程と、
前記貼り合わされた前記第一及び第二のウェハに対し前記ウェットエッチングを施すことにより、前記第一及び第二の水晶片及び前記外枠を形成する第四工程と、
を含む圧電センサの製造方法。
【請求項９】
請求項７載の圧電センサを製造する方法であって、
第一のウェハに、前記第一の水晶片と前記外枠とをウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第一工程と、
第二のウェハに、前記第二の水晶片と前記外枠とを前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第二工程と、
第三のウェハに、前記第三の水晶片と前記外枠とを前記ウェットエッチングにより形成するための耐食膜のパターンを形成する第三工程と、
前記耐食膜が形成された前記第一、第二及び第三のウェハをそれぞれの厚み方向に貼り合せる第四工程と、
前記貼り合わされた前記第一、第二及び第三のウェハに対し前記ウェットエッチングを施すことにより、前記第一、第二及び第三の水晶片及び前記外枠を形成する第五工程と、
を含む圧電センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器などに用いられる圧電センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電センサの一種として角速度センサ、特に音叉型角速度センサが知られている。この音叉型角速度センサは、例えば全体が水晶Ｚ板から形成され、Ｙ軸方向に延びる二本の振動腕を有している。これらの振動腕に所定の駆動電圧を与えると、ＸＹ平面内で各腕が逆相で振動する。このときＹ軸周りの回転が加わると、ＸＹ面内の振動とＹ軸周りの回転とによるコリオリ力が生じ、Ｚ軸方向の振動が加わる。一般的な音叉型角速度センサは、このＺ軸方向の振動を検知し、所定の信号処理を経て角速度を検出する（例えば特許文献１参照）。しかしながら、水晶Ｚ板から形成された音叉型角速度センサの場合、Ｚ軸方向は、水晶の分極方向ではないため、小さな圧電効果しか生じない。したがって、Ｚ軸方向に振動しても、電気的に得られる信号が非常に小さく、これが問題となっていた。
【０００３】
一方、特許文献２には、複合型ジャイロからなる角速度センサが開示されている。この角速度センサは、上記問題を解決するため、駆動用の音叉振動子と検出用の音叉振動子とを分離し、かつ駆動用にはＺ板水晶を用い、検知用にはＸ板水晶を用いている。駆動用と検知用は結合子で結合され、駆動用で発生したコリオリ力が検知用に伝達され、駆動用のＺ軸方向に検知用が振動をする。検知用は、Ｘ板を用いているため、駆動用のＺ軸方向が分極方向になっており、従来と異なり圧電定数が大きく、大きな電気信号を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−１５３４３３号公報（図６等）
【特許文献２】特開平７−２６０４８９号公報（図１等）
【特許文献３】特開２０１１−２１７０３９号公報（図４等）
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】蓮池、富川、「地球の自転によるコリオリ力を利用した圧電振動・速度センサの基礎的検討」、信学技報、社団法人電子情報通信学会、２００２年９月、ＵＳ２０２−５８、ｐ．２３−３０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献２の角速度センサでは、次のような問題があった。
【０００７】
同じ構造の音叉振動子が二個必要であり、構成が複雑化かつ大型化していた。また、漏れ振動を生じないように、結合子を用いて音叉振動子同士を固定することが難しかった。すなわち、製造が困難であった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、大きな信号が得られる構造でありながら、構成が簡素かつ小型で、製造も容易な圧電センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る圧電センサは、
圧電材料からなる棒状の駆動部と、
圧電材料からなる棒状の検出部とを備え、
前記駆動部及び前記検出部は互いに固定され、
前記駆動部は、印加された電圧によって分極方向である第一の方向に屈曲振動し、
前記検出部は、前記駆動部が屈曲振動することによって発生するコリオリ力によって分極方向である第二の方向に屈曲振動し、この屈曲振動によって電圧を発生する、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、検出部がその分極方向の屈曲振動による電圧を発生することにより大きな信号が得られるとともに、駆動部と検出部とを固定することにより、結合子を用いて音叉振動子同士を固定する場合に比べて、構成が簡素かつ小型で製造も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１の圧電センサを示す斜視図である。
【図２】図１の圧電センサの表面を示す平面図（その１）である。
【図３】図１の圧電センサの表面を示す平面図（その２）である。
【図４】図２におけるIV−IV線断面図である。
【図５】図２におけるＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１の圧電センサの動作を説明するための概略図（その１）である。
【図７】実施形態１の製造方法における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図７［Ａ］は上側ウェハ、図７［Ｂ］は中間ウェハ、図７［Ｃ］は下側ウェハである。
【図８】実施形態１の製造方法における第三工程を示す斜視図である。
【図９】実施形態１の製造方法における第四工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。
【図１０】実施形態１の製造方法のその後の工程によって得られるパッケージ組立て後の圧電センサを示す斜視図である。
【図１１】実施形態２の圧電センサを示す斜視図である。
【図１２】図１１の圧電センサの表面を示す平面図（その１）である。
【図１３】図１１の圧電センサの表面を示す平面図（その２）である。
【図１４】図１２におけるXIV−XIV線断面図である。
【図１５】図１５［Ａ］は実施形態１における検出腕の動作を示す断面図であり、図１５［Ｂ］は実施形態２における検出腕の動作を示す断面図である。
【図１６】実施形態２における第二工程及び第三工程を示す平面図であり、図１６［Ａ１］は第二上側ウェハ、図１６［Ａ２］は第一上側ウェハである。
【図１７】実施形態３の圧電センサの表面を示す平面図（その１）である。
【図１８】実施形態３の圧電センサの表面を示す平面図（その２）である。
【図１９】図１７の圧電センサの動作を説明するための概略図（その１）である。
【図２０】図１の圧電センサの動作を説明するための概略図（その２）である。
【図２１】図１７の圧電センサの動作を説明するための概略図（その２）である。
【図２２】移動体が停止している場合における実施形態４の圧電センサの動作を示す概念図であり、図２２［Ａ］は駆動部がｘ方向の速度となるときを示し、図２２［Ｂ］は駆動部が−ｘ方向の速度となるときを示す。
【図２３】移動体が移動している場合における実施形態４の圧電センサの動作を示す概念図であり、図２３［Ａ］は駆動部がｘ方向の速度となるときを示し、図２３［Ｂ］は駆動部が−ｘ方向の速度となるときを示す。
【図２４】実施形態４の圧電センサにおいて検出部から発生する電圧を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（以下「実施形態」という。）について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については同一の符号を用いる。図面に描かれた形状は、当業者が理解しやすいように描かれているため、実際の寸法及び比率とは必ずしも一致していない。
【００１３】
各図において、水晶の結晶軸をＸ，Ｙ，Ｚで示し、三次元座標をｘ，ｙ，ｚで示す。特許請求の範囲に記載の「第一の方向に屈曲振動する」とは、第一の方向への屈曲とその逆方向への屈曲とを交互に繰り返すことをいう。「第二の方向に屈曲振動する」についても同様である。「分極方向」は圧電性及び逆圧電性が生じる方向（電気軸方向）であり、水晶の分極方向はＸ軸方向である。
【００１４】
図１は、実施形態１の圧電センサを示す斜視図である。図２及び図３は、図１の圧電センサの表面を示す平面図である。図４は、図２におけるIV−IV線断面図である。図５は、図２におけるＶ−Ｖ線断面図である。以下、これらの図面に基づき、実施形態１の圧電センサを説明する。
【００１５】
本実施形態１における「ｙ方向」及び「ｚ方向」は、それぞれ特許請求の範囲における「第一の方向」及び「第二の方向」の一例に相当する。本実施形態１における水晶片２１及び水晶片２２は、それぞれ特許請求の範囲における「第一の水晶片」及び「第二の水晶片」の一例に相当する。
【００１６】
まず、図１に基づき、本実施形態１の基本的な構成を説明する。図１では、わかりやすくするために、電極等を省略している。
【００１７】
本実施形態１の圧電センサ１は、圧電材料からなる棒状の駆動部１１と、圧電材料からなる棒状の検出部１２とを備えている。駆動部１１及び検出部１２は、互いに直交した状態で、それぞれの中心同士が固定されている。駆動部１１は、印加された電圧Ｖin（図４）によって、分極方向であるｙ方向に屈曲振動する。検出部１２は、駆動部１１が屈曲振動することによって発生するコリオリ力Ｆｃによって、ｙ方向と垂直かつ分極方向であるｚ方向に屈曲振動し、この屈曲振動によって電圧Ｖout（図５）を発生する。
【００１８】
駆動部１１は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の駆動腕１１ａ，１１ｂを有し、駆動腕１１ａ，１１ｂが互いに逆相になるようにｙ方向に屈曲振動する。検出部１２は、その中心から互いに逆方向に延びる二本の検出腕１２ａ，１２ｂを有し、駆動部１１によって付勢されて検出腕１２ａ，１２ｂが互いに逆相になるように屈曲振動し、この屈曲振動及び検出部１２の回転に起因するコリオリ力Ｆｃによって検出腕１２ａ，１２ｂが互いに逆相になるようにｚ方向に屈曲振動する。
【００１９】
また、圧電センサ１は外枠１５を更に備えている。外枠１５は、駆動部１１及び検出部１２を囲むとともに、駆動部１１の両端を固定する。そして、駆動部１１は、ｙ方向にＸ軸を有する水晶片２１からなる。検出部１２は、ｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２からなる。
【００２０】
外枠１５の四隅の内側には、それぞれ端子接続部１６が形成されている。各端子接続部１６は、それぞれ一つずつ合計四つのビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄを有する。駆動部１１の両端はそれぞれ二つに分岐し、各先端がビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄの部分で端子接続部１６に接合される。外枠１５は、キャビティ１７を介して水晶片２１，２２を囲む。
【００２１】
次に、電極等を書き入れた図２乃至図５を加え、図１乃至図５に基づき圧電センサ１の詳細な構成を説明する。なお、わかりやすくするために、図２では配線を省略し、図３では配線を記入するとともに電極及び配線以外の符号を省略している。
【００２２】
駆動腕１１ａ，１１ｂは、それぞれ棒状かつ直方体状であり、検出部１２との交差部分から互いに反対方向に延設されている。駆動腕１１ａ，１１ｂの長さ方向には、それぞれ溝部１４ａ，１４ｂが設けられている。溝部１４ａ，１４ｂは、駆動腕１１ａの表裏面に二本ずつ及び駆動腕１１ｂの表裏面に二本ずつ、検出部１２との交差部分から駆動腕１１ａ，１１ｂの先端に向って、駆動腕１１ａ，１１ｂの長さ方向と平行に所定の長さで設けられる。なお、溝部１４ａ，１４ｂは、表裏面のどちらか一方にのみ設けてもよく、あるいは一本も設けなくてもよい。
【００２３】
駆動腕１１ａには、水晶片２１を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極３１ａが設けられ、表裏面の溝部１４ａの内側に励振電極３１ｂが設けられる。同様に、駆動腕１１ｂには、水晶片２１を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極３１ｂが設けられ、表裏面の溝部１４ｂの内側に励振電極３１ａが設けられる。したがって、駆動腕１１ａにおいては両側面に設けられた励振電極３１ａと溝部１４ａ内に設けられた励振電極３１ｂとが異極同士となり、駆動腕１１ｂにおいては両側面に設けられた励振電極３１ｂと溝部１４ｂ内に設けられた励振電極３１ａとが異極同士となる。励振電極３１ａと励振電極３１ｂとの間には、交流の電圧Ｖinが印加される。
【００２４】
検出腕１２ａ，１２ｂは、それぞれ棒状かつ直方体状であり、駆動部１１との交差部分から互いに反対方向に延設されている。
【００２５】
検出腕１２ａには、水晶片２２を挟んで対向する平面同士が同極となるように、表裏面に検出電極３１ｃが設けられ、両側面に検出電極３１ｄが設けられる。同様に、検出腕１２ｂには、水晶片２２を挟んで対向する平面同士が同極となるように、表裏面に検出電極３１ｄが設けられ、両側面に検出電極３１ｃが設けられる。したがって、検出腕１２ａにおいては表裏面に設けられた検出電極３１ｃと両側面に設けられた検出電極３１ｄとが異極同士となり、検出腕１２ｂにおいては表裏面に設けられた検出電極３１ｄと両側面に設けられた検出電極３１ｃとが異極同士となる。検出電極３１ｃと検出電極３１ｄとの間からは、交流の電圧Ｖoutが出力される。なお、駆動腕１１ａ，１１ｂと同様に、検出腕１２ａ，１２ｂの両側面に溝部を設け、それらの溝部の内側にそれぞれ検出電極３１ｃ，３１ｄを設けてもよい。
【００２６】
水晶片２１は、駆動部１１とその両端から延びた部分とが一体となってＨ字状をなしている。駆動部１１の両端は外枠１５に固定されている。駆動部１１の両端から延びた部分には、パッド電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄが設けられている。パッド電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄは、ビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄに対応して設けられ、それぞれビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ内の導体を介して外部端子４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ（図１０）と電気的に接続される。
【００２７】
図３に示すように、駆動部１１及び検出部１２の表裏面及び両側面において、電極が形成されていない領域には、電極同士を電気的に接続する配線３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄが設けられている。配線３３ａはパッド電極３２ａと励振電極３１ａとを接続し、配線３３ｂはパッド電極３２ｂと励振電極３１ｂとを接続し、配線３３ｃはパッド電極３２ｃと検出電極３１ｃとを接続し、配線３３ｄはパッド電極３２ｄと検出電極３１ｄとを接続する。図３では結線関係のみを示すが、実際の配線３３ａ，…は、一定の線幅を有し、各面に接している。コンタクトホール３１ｅは、表裏面の励振電極３１ａ同士及び表裏面の励振電極３１ｂを導通させる。
【００２８】
なお、配線３３ａ，…の代わりにボンディングワイヤを用いて、電極同士を接続してもよい。ただし、配線３３ａ，…は電極と同時に形成できるので、配線３３ａ，…を用いた場合は製造工程を簡素化できる。
【００２９】
次に、図１乃至図５に図６を加えて、圧電センサ１の動作について説明する。
【００３０】
駆動腕１１ａ，１１ｂを振動させる場合、パッド電極３２ａ，３２ｂに交流の電圧Ｖinを印加する。印加後のある電気的状態を瞬間的に捉えると、駆動腕１１ａの表裏の溝部１４ａに設けられた励振電極３１ｂはプラス電位となり、駆動腕１１ａの両側面に設けられた励振電極３１ａはマイナス電位となり、プラスからマイナスに電界が生じる。このとき、駆動腕１１ｂの表裏の溝部１４ｂに設けられた励振電極３１ａはマイナス電位となり、駆動腕１１ｂの両側面に設けられた励振電極３１ｂはプラス電位となり、駆動腕１１ａに生じた極性とは反対の極性となり、プラスからマイナスに電界が生じる。この交流の電圧Ｖinで生じた電界によって、駆動腕１１ａ，１１ｂに伸縮現象が生じることにより、互いに逆相となる屈曲振動モードが得られる。
【００３１】
このとき、駆動腕１１ａ，１１ｂの振動は、交差部分を介して検出腕１２ａ，１２ｂへ伝わる。この振動に検出腕１２ａ，１２ｂが共振すると、検出腕１２ａ，１２ｂも振動する。検出腕１２ａ，１２ｂが共振するか否かは、駆動腕１１ａ，１１ｂの振動周波数、検出腕１２ａ，１２ｂの材質、構造及び寸法、駆動部１１に対しての検出腕１２ａ，１２ｂの取り付け位置などによって決まる。
【００３２】
ここで、図１に示すように、屈曲振動によって±ｘ方向へ速度ｖで移動する質量ｍの検出腕１２ａ，１２ｂが、原点Ｏからｙ方向を見てｙ軸を中心に時計回りに角速度Ωで回転したとする。このとき、図６［Ａ］に示すように、−ｘ方向へ速度ｖで移動する検出腕１２ａは−ｚ方向のコリオリ力Ｆｃ（Ｆｃ＝−２ｍΩ×ｖ）を受け、ｘ方向へ速度ｖで移動する検出腕１２ｂはｚ方向のコリオリ力Ｆｃを受ける。逆に、図６［Ｂ］に示すように、ｘ方向へ速度ｖで移動する検出腕１２ａはｚ方向のコリオリ力Ｆｃを受け、−ｘ方向へ速度ｖで移動する検出腕１２ｂは−ｚ方向のコリオリ力Ｆｃを受ける。したがって、検出腕１２ａ，１２ｂは、±ｚ方向のコリオリ力を受けてｚ方向にも互いに逆相で屈曲振動するとともに、ｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２からなるので、圧電効果による電圧Ｖoutを出力する。これにより、電圧Ｖoutの値から角速度Ωの値を求めることができる。なお、このときの検出腕１２ａ，１２ｂの先端は、±ｙ方向から見て楕円を描くようにつまりｘ方向かつｚ方向に振動する。また、検出腕１２ａ，１２ｂがｚ方向に互いに逆相で屈曲振動することにより、検出腕１２ａ，１２ｂに加わる同じ±ｚ方向の加速度の影響は検出腕１２ａ，１２ｂ同士で相殺される。
【００３３】
なお、図５に示す電圧Ｖoutは、検出腕１２ａの出力電圧と検出腕１２ｂの出力電圧とを並列にして得ているが、これらを直列にして得てもよい。図６において、固定端１０１，１０３は、外枠１５に固定された駆動部１１の両端である。接続点１０２は、駆動部１１及び検出部１２の互いに固定された各中心であり、外枠１５には固定されていないので揺動可能である。
【００３４】
次に、圧電センサ１の効果について説明する。
【００３５】
検出部１２がその分極方向（Ｘ軸方向、ｚ方向）の屈曲振動による電圧を発生することにより大きな信号が得られるとともに、駆動部１１と検出部１２とを固定することにより、結合子を用いて音叉振動子同士を固定する場合に比べて、構成が簡素かつ小型で製造も容易である。
【００３６】
次に、圧電センサ１の変形例について説明する。
【００３７】
本実施形態１における検出電極３１ｃ，３１ｄに駆動用の電圧Ｖinを印加すると、検出腕１２ａ，１２ｂが駆動腕として動作し、駆動腕１１ａ，１１ｂが検出腕として動作することにより、励振電極３１ａ，３１ｂから検出用の電圧Ｖoutを出力する圧電センサとなる。
【００３８】
つまり、図６において、駆動部１１のＸ軸方向をｙ方向からｚ方向に変え、検出部１２のＸ軸方向をｚ方向からｘ方向に変え、検出対象となる角速度Ωの方向をｙ方向からｘ方向に変える。このとき、検出電極３１ｃ，３１ｄに電圧Ｖinを印加すると、検出腕１２ａ，１２ｂはｘ方向に互いに逆相で屈曲振動を始める。これに伴い、検出腕１２ａ，１２ｂに固定されている駆動腕１１ａ，１１ｂも、ｙ方向に互いに逆相で屈曲振動を始める。このとき、駆動腕１１ａ，１１ｂがｘ方向を中心に角速度Ωで回転すると、±ｚ方向のコリオリＦｃが駆動腕１１ａ，１１ｂに加わる。したがって、駆動腕１１ａ，１１ｂは、±ｚ方向のコリオリ力を受けてｚ方向に互いに逆相で屈曲振動するとともに、ｚ方向にＸ軸を有するので、圧電効果による電圧Ｖoutを出力する。これにより、電圧Ｖoutの値から角速度Ωの値を求めることができる。
【００３９】
次に、図７乃至図９に基づき、圧電センサ１の製造方法の一例（以下「実施形態１の製造方法」という。）について説明する。
【００４０】
図７は実施形態１の製造方法における第一工程及び第二工程を示す平面図であり、図７［Ａ］は上側ウェハ、図７［Ｂ］は中間ウェハ、図７［Ｃ］は下側ウェハである。図８は、実施形態１の製造方法における第三工程を示す斜視図である。図９は実施形態１の製造方法における第四工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。なお、圧電センサは、わかりやすくするために全ての図面で一個分のみを示すが、実際には一枚のウェハに多数個が形成され、最終工程で一個ずつに分離される。
【００４１】
本実施形態１の製造方法は、次の第一乃至第四工程を含む。以下の説明における水晶片２１，２２、外枠１５、端子接続部１６、キャビティ１７及びビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄは、図１及び図９に記載されている。なお、本実施形態１における中間ウェハ４１及び上側ウェハ４２は、特許請求の範囲における「第一のウェハ」及び「第二のウェハ」の一例に相当する。
【００４２】
第一工程（図７［Ｂ］）：中間ウェハ４１に、水晶片２１をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５１、及び、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５１のパターンを形成する。
【００４３】
第二工程（図７［Ａ］）：上側ウェハ４２に、水晶片２２をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５２、及び、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５２のパターンを形成する。
【００４４】
第三工程（図８）：耐食膜５１，５５１が形成された中間ウェハ４１と耐食膜５２，５５２が形成された上側ウェハ４２とを、それぞれの厚み方向に貼り合せる。
【００４５】
第四工程（図９）：貼り合わされた中間ウェハ４１及び上側ウェハ４２に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片２１，２２及び外枠１５を形成する。
【００４６】
本実施形態１では、次の第五工程（図７［Ｃ］）を更に含む。第五工程（図７［Ｃ］）では、下側ウェハ４０に、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５０のパターンを形成する。そして、第三工程（図８）では、中間ウェハ４１の一方の面を上とし他方の面を下としたとき、中間ウェハ４１の上に上側ウェハ４２を貼り合せ、中間ウェハ４１の下に下側ウェハ４０を貼り合せる。第二工程（図７［Ａ］）で形成する耐食膜５５２のパターンには、端子接続部１６及びビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄをウェットエッチングで形成するための耐食膜のパターンも含まれる。
【００４７】
耐食膜５１，５２，５５０，５５１，５５２は、拡散接合に用いられる接合膜を兼ねている。第三工程では、中間ウェハ４１と上側ウェハ４２とを耐食膜５１，５２，５５１，５５２を介して拡散接合により貼り合せ、中間ウェハ４１と下側ウェハ４０とを耐食膜５５１，５５０を介して拡散接合により貼り合せる。
【００４８】
第一乃至第五工程の順番は、第一、第二及び第五工程→第三工程→第四工程である。ただし、第一、第二及び第五工程は、どのような順番でもよく、同時でもよい。
【００４９】
次に、上記第一乃至第五工程について、更に詳しく説明する。
【００５０】
第一工程（図７［Ｂ］）について説明する。中間ウェハ４１は、Ｚ板と呼ばれる水晶ウェハである。耐食膜５１，５５１のパターンは、中間ウェハ４１の表裏で同じものを形成する。耐食膜５１のパターンと耐食膜５５１のパターンとは、電気的に絶縁するために、耐食膜のエッチング工程で分離される。耐食膜５１のパターンには、図示しないが、溝部１４ａ，１４ｂ（図４）を形成するためのエッチング抑制パターン（例えば特許文献３参照）を形成するためのパターンが含まれている。なお、水晶は、シリコンと酸素で構成される三方晶系の単結晶からなり、成長軸（光軸）をＺ軸とし、これと垂直に稜線を結ぶ三本の軸をＸ軸(電気軸)とし、これと直交する軸をＹ軸(機械軸)として表現される。それらの軸のウェットエッチング中のエッチング速度は、Ｚ＞Ｘ＞Ｙの順となる。
【００５１】
第二工程（図７［Ａ］）について説明する。上側ウェハ４２は、Ｘ板と呼ばれる水晶ウェハである。耐食膜５２、５５２のパターンは上側ウェハ４２の表裏で同じものを形成する。耐食膜５２のパターンと耐食膜５５２のパターンとは、電気的に絶縁するために、分離されている。
【００５２】
第五工程（図７［Ｃ］）について説明する。下側ウェハ４０も、中間ウェハ４１又は上側ウェハ４２と同じ水晶ウェハである。ただし、中間ウェハ４１でのエッチングの進行を表裏で均等にするために、下側ウェハ４０は上側ウェハ４２と同じＸ板を用いることが望ましい。同じ理由により、下側ウェハ４０は上側ウェハ４２よりも厚いＺ板を用いてもよい。なお、下側ウェハ４０は、圧電性が不要であるので、第三工程でエッチングされる材料であればよく、例えばガラス基板などを用いてもよい。耐食膜５５０のパターンは下側ウェハ４０の表裏で同じものを形成する。
【００５３】
第三工程（図８）について説明する。第三工程では、上側ウェハ４２、中間ウェハ４１及び下側ウェハ４０の貼り合せに、原子拡散接合法と呼ばれる拡散接合を用いる。この場合、耐食膜５１，５２，５５０，５５１，５５２として例えばクロムを下地とした金を用い、上側ウェハ４２、中間ウェハ４１及び下側ウェハ４０に対して、所定のアライメントをした後、加熱しながら加圧することにより接合する。その結果、耐食膜５１と耐食膜５２とが接合され、耐食膜５１，５５１と耐食膜５５２とが接合され、耐食膜５５１と耐食膜５５０とが接合される。耐食膜５１，５２，５５０，５５１，５５２のうち接合に用いられた部分の多くは、以後露出することが無いので、ウェットエッチングの耐食膜として用いられない。なお、ウェハの貼り合せ方法としては、拡散接合に代えて、接着剤や陽極酸化などの手法を用いることもできる。
【００５４】
第四工程（図９）について説明する。第四工程では、図８に示す上側ウェハ４２、中間ウェハ４１及び下側ウェハ４０からなる積層体に対して、例えばバッファードフッ酸（ＨＦ＋ＮＨ４Ｆ）を用いてウェットエッチングを施す。これにより、耐食膜５１，５２，５５０，５５２で表裏を覆われていない部分の水晶ウェハが抜け落ち、図９に示すように水晶片２１，２２、外枠１５、端子接続部１６、キャビティ１７及びビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄが形成される。外枠１５は、上側ウェハ４２、中間ウェハ４１及び下側ウェハ４０由来の三層構造からなり、素子搭載部材の枠部となる。中間ウェハ４１由来の水晶片２１の四隅は、上側ウェハ４２由来の端子接続部１６によって固定される。
【００５５】
また、第三工程（図８）と第四工程（図９）の間で、貼り合わされた上側ウェハ４２、中間ウェハ４１及び下側ウェハ４０のうち、上側ウェハ４２及び下側ウェハ４０の少なくとも一方を研磨する工程を含めてもよい。更に、上側ウェハ４２及び下側ウェハ４０の少なくとも一方を消滅するまで研磨し、続いて中間ウェハ４１を研磨するようにしてもよい。この場合、その研磨された面に対して、必要に応じ、第四工程（図９）の前に耐食膜を成膜及びパターニングする。
【００５６】
次に、第四工程（図９）の後の工程について説明する。前述の図２乃至図５は、実施形態１の製造方法によって得られる電極形成後の圧電センサを示す。以下、図９及び図２乃至図５に基づき説明する。
【００５７】
第四工程の後に、露出している耐食膜５１，５２，５５０，５５２（図９）の全部又は一部をエッチングにより除去する。耐食膜の一部除去には、金属膜のパターニングを用いる。金属膜のパターニングとは、例えば、金属膜の全体を電着法やスプレー塗布などによりフォトレジスト膜で覆い、ステッパなどによりフォトレジスト膜を露光し、現像することによりフォトレジスト膜を部分的に残し、残ったフォトレジスト膜をマスクにして金属膜をエッチングにより除去することである。このとき、図９に示す平面及び底面以外の、側面のフォトレジスト膜の露光には、斜め露光などの手法を用いる。
【００５８】
例えば、パッド電極３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ（図２）となる領域の耐食膜５１は、ビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄとの導通を得るために残す必要がある。また、金のエッチングには例えばヨウ素とヨウ化カリウムの混合液を用い、クロムのエッチングには例えば硝酸第二セリウムアンモニウムと過塩素酸の混合液を用いる。
【００５９】
続いて、耐食膜５１，５２，５５０，５５２の全部又は一部が除去された水晶片２１，２２、外枠１５、端子接続部１６及びビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，…の全体に、電極となる金属膜（図示せず）をスパッタリングなどにより成膜する。金属膜は、例えばチタンの上にパラジウム又は金が設けられた二層構造である。その金属膜をパターニングすることにより、電極形成後の圧電センサ１（図２乃至図５）が得られる。
【００６０】
電極形成後の圧電センサ１は、その後の工程でパッケージが組み立てられる。図１０は、実施形態１の製造方法によって得られるパッケージ組立て後の圧電センサを示す斜視図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００６１】
この工程では、電極形成後の圧電センサ１に対して、真空中又は不活性ガス雰囲気中で、下側ウェハ４０の下に素子搭載部材の基板部となる基板部ウェハ４３を貼り合せ、上側ウェハ４２の上に蓋部材となる蓋部材ウェハ４４を貼り合せる。これにより、圧電センサ１は、基板部ウェハ４３と蓋部材ウェハ４４とによって挟持され気密化される。
【００６２】
基板部ウェハ４３及び蓋部材ウェハ４４は矩形平板状である。蓋部材ウェハ４４は、その内側にキャビティ用の凹部（図示せず）を有し、その四隅に外部端子４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄを有する。ビア孔２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄには、例えば銅などからなる埋込み電極（図示せず）が形成される。外部端子４５ａは、ビア孔２５ａの埋込み電極を介して、パッド電極３２ａ（図２）に電気的に接続される。同様に、外部端子４５ｂ，４５ｃ，４５ｄもそれぞれパッド電極３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ（図２）に電気的に接続される。なお、基板部ウェハ４３及び蓋部材ウェハ４４の貼り合せ方法は上側ウェハ４２、中間ウェハ４１及び下側ウェハ４０を貼り合せた方法と異なっていてもよく、基板部ウェハ４３及び蓋部材ウェハ４４の材質もこれらのウェハと同じである必要はない。
【００６３】
最後に、蓋部材ウェハ４４、上側ウェハ４２、中間ウェハ４１、下側ウェハ４０及び基板部ウェハ４３からなる積層体を、ダイシンングなどの手法により一個ずつ分離することで、圧電センサ１が完成する。
【００６４】
次に、本実施形態１の製造方法の作用及び効果について説明する。
【００６５】
（１）水晶ウェハに水晶片及び外枠を形成した後、この水晶ウェハを他のウェハに貼り合せる場合は、強度が弱くなった水晶ウェハを貼り合せのためにハンドリングするので、水晶ウェハの損傷を招くことになる。これに対し、本実施形態１では、その発想を逆転させ、耐食膜５１，５２，５５０，５５１，５５２が形成された中間ウェハ４１、上側ウェハ４２及び下側ウェハ４０を貼り合せた後に、これらの貼り合された中間ウェハ４１、上側ウェハ４２及び下側ウェハ４０にウェットエッチングを施すことにより、水晶片２１，２２及び外枠１５を形成する。そのため、水晶片２１，２２と外枠１５とが一体的に形成された中間ウェハ４１を、貼り合せのためにハンドリングする必要がなくなり、これにより生産性及び歩留まりを向上できる。
【００６６】
（２）換言すると、水晶片２１や外枠１５が形成されて強度が低下した中間ウェハ４１を貼り合せる工程がない。そのため、水晶片２１，２２が形成される中間ウェハ４１を薄くしても、中間ウェハ４１の割れや反りが問題にならず、十分な強度を確保できる。したがって、水晶片２１，２２の厚みの薄い小型の圧電センサ１を実現できる。
【００６７】
（３）下側ウェハ４０を用いた場合は、中間ウェハ４１を上側ウェハ４２とともに表裏から挟んでエッチングできるので、中間ウェハ４１に形成される水晶片２１のエッチングの進行を表裏で均等化できるとともに、基板部ウェハ４３と水晶片２１との空間を確保できるので、基板部ウェハ４３の形状を平板などに単純化できる。
【００６８】
（４）耐食膜５１，５２，５５０，５５１，５５２が拡散接合に用いられる接合膜を兼ねる場合は、拡散接合に用いた接合膜をそのままウェットエッチングのマスクとして用いることができるので、製造工程を簡素化できる。
【００６９】
（５）貼り合せ後の中間ウェハ４１の強度が十分保たれていることから、貼り合せ後に上側ウェハ４２及び下側ウェハ４０の少なくとも一方、又は更に中間ウェハ４１も研磨することにより、圧電センサ１の厚みを薄くすることが可能である。
【００７０】
次に、図１１乃至図１４に基づき、実施形態２の圧電センサについて説明する。
【００７１】
図１１は、実施形態２の圧電センサを示す斜視図である。図１２及び図１３は、図１１の圧電センサの表面を示す平面図である。図１４は、図１２におけるXIV−XIV線断面図である。ただし、図１２では配線を省略し、図１３では配線を記入するとともに電極及び配線以外の符号を省略している。なお、本実施形態２における水晶片２２１及び水晶片２２２は、それぞれ特許請求の範囲における「第二の水晶片」及び「第三の水晶片」の一例に相当する。
【００７２】
本実施形態２の圧電センサ２は、検出腕１２ａ，１２ｂの構造が実施形態１と異なる。図１４に詳しく示すように、検出腕１２ａ，１２ｂはｚ方向に積層されるとともに互いに逆となる分極方向を有する第一層１２１ａ，１２１ｂ及び第二層１２２ａ，１２２ｂを含む。第一層１２１ａ，１２１ｂはｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２１からなり、第二層１２２ａ，１２２ｂは−ｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２２からなる。
【００７３】
図１５［Ａ］は実施形態１における検出腕の動作を示す断面図であり、図１５［Ｂ］は実施形態２における検出腕の動作を示す断面図である。以下、この図面に基づき、実施形態１、２における検出腕の動作を説明する。
【００７４】
図１５［Ａ］に示すように、実施形態１における検出腕１２ａはｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２からなる。そのため、例えばｚ方向の屈曲に対して、水晶片２２の縮む側ではｚ方向に正電荷かつ−ｚ方向に負電荷が生じ、水晶片２２の伸びる側ではｚ方向に負電荷かつ−ｚ方向に正電荷が生じる。したがって、ｚ方向に対向する一対の検出電極３１ｃが正電位となり、ｘ方向に対向する一対の検出電極３１ｄが負電位となるので、検出電極３１ｃ，３１ｄから電圧Ｖoutが取り出せる。ただし、このような分極は微視的な電気双極子が整列することで引き起こされているので、水晶片２２内で電荷が移動することはない。そのため、検出電極３１ｄでは、水晶片２２表面の線状に分布する負電荷しか利用できない。
【００７５】
これに対し、図１５［Ｂ］に示すように、本実施形態２における検出腕１２ａは、ｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２１と、−ｚ方向にＸ軸を有する水晶片２２２とが、ｚ方向に積層された構造からなる。そのため、例えばｚ方向の屈曲に対して、縮む側である水晶片２２２ではｚ方向に負電荷かつ−ｚ方向に正電荷が生じ、伸びる側である水晶片２２１ではｚ方向に負電荷かつ−ｚ方向に正電荷が生じる。したがって、検出電極３１ｃが負電位となり、検出電極３１ｄが正電位となるので、ｚ方向に互いに対向する検出電極３１ｃ，３１ｄのみから電圧Ｖoutが取り出せる。しかも、検出電極３１ｃでは面状に分布する負電荷を利用でき、検出電極３１ｄでも面状に分布する正電荷を利用できる。
【００７６】
次に、圧電センサ２の効果について説明する。
【００７７】
検出腕１２ａ，１２ｂを構成する水晶片２２１，２２２がｚ方向の屈曲振動に対して常に同一方向の電界を発生することにより、ｚ方向に二枚の検出電極３１ｃ，３１ｄを配置するだけで電圧Ｖoutを取り出せるので、配線を簡素化できる。具体的には、本実施形態２では、実施形態１で必要であった、検出腕の両側面の検出電極が不要となる。
【００７８】
また、検出電極３１ｃ，３１ｄでは面状に分布する電荷を利用できるので、圧電センサ２の検出感度及び検出精度を向上できる。なぜなら、圧電センサ２が利用できる電荷量が大きいほど、その検出感度及び検出精度が向上するからである。なお、電圧Ｖoutは入力した電荷量をチャージアンプなどで電圧に変換したものとしてもよい。
【００７９】
次に、図１６及び図７乃至図９に基づき、圧電センサ２の製造方法の一例（以下「実施形態２の製造方法」という。）について説明する。
【００８０】
本実施形態２の製造方法は、図７乃至図９における上側ウェハ４２の代わりに第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２を用いる点のみが実施形態１と異なる。そこで、図７乃至図９を流用して、本実施形態２の製造方法を説明する。図１６は実施形態２の製造方法における第二工程及び第三工程を示す平面図であり、図１６［Ａ１］は第二上側ウェハ、図１６［Ａ２］は第一上側ウェハである。図７は実施形態２の製造方法における第一工程及び第六工程を示す平面図であり、図７［Ｂ］は中間ウェハ、図７［Ｃ］は下側ウェハである。図８は、実施形態２の製造方法における第四工程を示す斜視図である。図９は実施形態２の製造方法における第五工程を示し、図９［Ａ］は平面図、図９［Ｂ］は底面図である。
【００８１】
本実施形態２の製造方法は、次の第一乃至第五工程を含む。以下の説明における水晶片２１，２２１，２２２及び外枠１５は、図１１に記載されている。なお、本実施形態２における中間ウェハ４１、第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２は、それぞれ特許請求の範囲における「第一のウェハ」、「第二のウェハ」及び「第三のウェハ」の一例に相当する。
【００８２】
第一工程（図７［Ｂ］）：中間ウェハ４１に、水晶片２１をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５１、及び、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５１のパターンを形成する。
【００８３】
第二工程（図１６［Ａ２］）：第一上側ウェハ４２１に、水晶片２２１をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５２１、及び、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５２ａのパターンを形成する。
【００８４】
第三工程（図１６［Ａ１］）：第二上側ウェハ４２２に、水晶片２２２をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５２２、及び、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５２ｂのパターンを形成する。
【００８５】
第四工程（図８）：耐食膜５１，５５１が形成された中間ウェハ４１と耐食膜５２１，５５２ａが形成された第一上側ウェハ４２１（一方の面）とをそれぞれの厚み方向に貼り合せ、耐食膜５２１，５５２ａが形成された第一上側ウェハ４２１（他方の面）と耐食膜５２２，５５２ｂが形成された第二上側ウェハ４２２とをそれぞれの厚み方向に貼り合せる。
【００８６】
第五工程（図９）：貼り合わされた中間ウェハ４１、第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２に対しウェットエッチングを施すことにより、水晶片２１，２２１，２２２及び外枠１５を形成する。
【００８７】
本実施形態２では、次の第六工程（図７［Ｃ］）を更に含む。第六工程（図７［Ｃ］）では、下側ウェハ４０に、外枠１５をウェットエッチングにより形成するための耐食膜５５０のパターンを形成する。第二工程（図１６［Ａ１］）及び第三工程（図１６［Ａ２］）で使用する第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２は、どちらもＸ板と呼ばれる水晶ウェハである。だだし、第四工程（図８）では、第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２のＸ軸が互いに逆になるように貼り合せる。
【００８８】
本実施形態２の製造方法は、図７乃至図１０において上側ウェハ４２が第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２に置き換わり、水晶片２２が水晶片２２１，２２２に置き換わった点を除き、実施形態１の製造方法と同様である。
【００８９】
本実施形態２の製造方法によれば、実施形態１の製造方法における上側ウェハ４２を第一上側ウェハ４２１及び第二上側ウェハ４２２に置き換えるだけでよいので、実施形態１の製造方法とほぼ同じ工数で圧電センサ２を製造できる。
【００９０】
本実施形態２のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１のそれらと同様である。
【００９１】
次に、図１、図１７及び図１８に基づき、実施形態３の圧電センサについて説明する。
【００９２】
図１７及び図１８は実施形態３の圧電センサの表面を示す平面図である。図１７では配線を省略し、図１８では配線を記入するとともに電極及び配線以外の符号を省略している。また、実施形態３の圧電センサの外観は図１の圧電センサと同様である。
【００９３】
本実施形態３の圧電センサの特徴を、図１に基づき説明する。実施形態１では、駆動部１１のＸ軸方向がｙ方向であり、検出部１２のＸ軸方向がｚ方向である。これに対し、本実施形態３では、駆動部１１のＸ軸方向がｚ方向であり、検出部１２のＸ軸方向がｘ方向である（図１９）。駆動腕１１ａ，１１ｂは、互いに同相になるようにｚ方向に屈曲振動する。検出腕１２ａ，１２ｂは、駆動腕１１ａ，１１ｂによって付勢されて、互いに同相になるようにｚ方向に屈曲振動し、このｚ方向の屈曲振動（速度ｖ）及び検出腕１２ａ，１２ｂの回転（角速度Ω）に起因するコリオリ力Ｆｃによってｘ方向にも屈曲振動する。
【００９４】
本実施形態３の圧電センサ３は、駆動部１１の及び検出部１２のＸ軸方向に加え、図１７及び図１８に示すように、励振電極３１ａ，３１ｂ及び検出電極３１ｃ，３１ｄの配置が、実施形態１の圧電センサと異なる。
【００９５】
本実施形態３における駆動腕１１ａ，１１ｂの断面は、どちらも図４に示す実施形態１における駆動腕１１ａとほぼ同じである。ただし、電圧Ｖinを±ｚ方向に印加するため、溝部１４ａ，１４ｂは無い。つまり、駆動腕１１ａ，１１ｂには、それぞれ、水晶片２１を挟んで対向する平面同士が同極となるように、両側面に励振電極３１ａが設けられ、表裏面に励振電極３１ｂが設けられる。したがって、駆動腕１１ａ，１１ｂにおいては、それぞれ、両側面に設けられた励振電極３１ａと表裏面に設けられた励振電極３１ｂとが異極同士となる。そして、実施形態１と同様に、励振電極３１ａと励振電極３１ｂとの間には、交流の電圧Ｖinが印加される。
【００９６】
本実施形態３における検出腕１２ａ，１２ｂの断面は、どちらも図５に示す実施形態１における検出腕１２ａと同じである。つまり、検出腕１２ａ，１２ｂには、それぞれ、水晶片２２を挟んで対向する平面同士が同極となるように、表裏面に検出電極３１ｃが設けられ、両側面に検出電極３１ｄが設けられる。したがって、検出腕１２ａ，１２ｂにおいては、それぞれ、表裏面に設けられた検出電極３１ｃと両側面に設けられた検出電極３１ｄとが異極同士となる。そして、実施形態１と同様に、検出電極３１ｃと検出電極３１ｄとの間からは、交流の電圧Ｖoutが出力される。
【００９７】
本実施形態３の製造方法は、水晶ウェハの結晶軸が異なる点、並びに、電極及び配線形成用のフォトマスクが異なる点を除き、実施形態１の製造方法と同様である。
【００９８】
次に、図１、図１７及び図１８に図１９を加えて、圧電センサ３の動作について説明する。
【００９９】
駆動腕１１ａ，１１ｂを振動させる場合、パッド電極３２ａ，３２ｂに交流の電圧Ｖinを印加する。この電圧Ｖinで生じた電界によって、駆動腕１１ａ，１１ｂに伸縮現象が生じることにより、互いに同相となるｚ方向の屈曲振動モードが得られる。
【０１００】
駆動腕１１ａ，１１ｂのｚ方向の振動は、接続点１０２を介して検出腕１２ａ，１２ｂへ伝わる。この振動に検出腕１２ａ，１２ｂが共振すると、検出腕１２ａ，１２ｂもｚ方向に屈曲振動する。検出腕１２ａ，１２ｂが共振するか否かは、駆動腕１１ａ，１１ｂの振動周波数、検出腕１２ａ，１２ｂの材質、構造及び寸法、駆動腕１１ａ，１１ｂに対しての検出腕１２ａ，１２ｂの取り付け位置などによって決まる。
【０１０１】
ここで、図１で説明すると、屈曲振動によって±ｚ方向へ速度ｖで移動する質量ｍの検出腕１２ａ，１２ｂが、原点Ｏからｙ方向を見てｙ軸を中心に時計回りに角速度Ωで回転したとする。このとき、図１９［Ａ］に示すように、−ｚ方向へ速度ｖで移動する検出腕１２ａ，１２ｂはｘ方向のコリオリ力Ｆｃ（Ｆｃ＝−２ｍΩ×ｖ）を受ける。また、図１９［Ｂ］に示すように、ｚ方向へ速度ｖで移動する検出腕１２ａ，１２ｂは−ｘ方向のコリオリ力Ｆｃを受ける。したがって、検出腕１２ａ，１２ｂは、±ｘ方向のコリオリ力を受けてｘ方向にも互いに同相で屈曲振動する。なお、このときの検出腕１２ａ，１２ｂの先端は、±ｙ方向から見て楕円を描くようにつまりｘ方向かつｚ方向に振動する。
【０１０２】
このとき、検出腕１２ａ，１２ｂは、ｘ方向に屈曲振動するとともに、ｘ方向にＸ軸を有する水晶片２２からなるので、圧電効果による電圧Ｖoutを出力する。これにより、電圧Ｖoutの値から角速度Ωの値を求めることができる。
【０１０３】
次に、圧電センサ３の変形例について説明する。
【０１０４】
本実施形態３における検出電極３１ｃ，３１ｄに駆動用の電圧Ｖinを印加すると、検出腕１２ａ，１２ｂが駆動腕として動作し、駆動腕１１ａ，１１ｂが検出腕として動作することにより、励振電極３１ａ，３１ｂから検出用の電圧Ｖoutを出力する圧電センサとなる。
【０１０５】
つまり、本実施形態３において、検出電極３１ｃ，３１ｄに電圧Ｖinを印加すると、検出腕１２ａ，１２ｂはｘ方向に互いに同相で屈曲振動を始める。このとき、検出腕１２ａ，１２ｂが図１９に示す角速度Ωで回転すると、±ｚ方向のコリオリＦｃが検出腕１２ａ，１２ｂに加わる。これに伴い、検出腕１２ａ，１２ｂに固定されている駆動腕１１ａ，１１ｂも、ｚ方向に互いに同相で屈曲振動を始める。したがって、駆動腕１１ａ，１１ｂは、±ｚ方向のコリオリ力を受けてｚ方向に互いに同相で屈曲振動するとともに、ｚ方向にＸ軸を有するので、圧電効果による電圧Ｖoutを出力する。これにより、電圧Ｖoutの値から角速度Ωの値を求めることができる。
【０１０６】
ここで、実施形態１、２の圧電センサの動作を「逆相モード」、実施形態３の圧電センサの動作を「第一同相モード」、実施形態３の変形例の圧電センサの動作を「第二同相モード」と呼ぶことにし、各モードの動作について説明する。以下、駆動部及び駆動腕として動作する検出部１２及び検出腕１２ａ，１２ｂを「駆動部（１２）及び駆動腕（１２ａ，１２ｂ）」とし、検出部及び検出腕として動作する駆動部１１及び駆動腕１１ａ，１１ｂを「検出部（１２）及び検出腕（１２ａ，１２ｂ）」とする。
【０１０７】
逆相モード及び第一同相モードでは、次のように動作する。駆動部１１は、駆動腕１１ａ，１１ｂが互いに逆相又は同相になるように第一の方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。検出部１２は、駆動部１１によって付勢されて検出腕１２ａ，１２ｂが互いに逆相又は同相になるように屈曲振動し、この屈曲振動及び検出部１２の回転に起因するコリオリ力Ｆｃによって検出腕１２ａ，１２ｂが互いに逆相又は同相になるように第二の方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。
【０１０８】
第二同相モードでは、次のように動作する。駆動部（１２）は、駆動腕（１２ａ，１２ｂ）が互いに同相になるように第一の方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動し、この屈曲振動及び駆動部（１２）の回転に起因するコリオリ力Ｆｃによって第二の方向（Ｘ軸方向）に屈曲振動する。検出部（１１）は、駆動部（１２）によって付勢されて検出腕（１２ａ，１２ｂ）が互いに同相になるように第二の方向に屈曲振動する。
【０１０９】
つまり、逆相モード及び第一同相モードでは、駆動部１１が第一の方向に屈曲振動→検出部１２が駆動部１１によって付勢されて屈曲振動→検出部１２がコリオリ力Ｆｃによって第二の方向に屈曲振動（電圧発生）となる。これに対し、第二同相モードでは、駆動部（１２）が第一の方向に屈曲振動→駆動部（１２）がコリオリ力Ｆｃによって第二の方向に屈曲振動→検出部（１１）が駆動部（１２）によって付勢されて第二の方向に屈曲振動（電圧発生）となる。
【０１１０】
この違いは、逆相モード及び第一同相モードでは駆動部１１による第一の方向への屈曲振動が検出部１２の中心を回す又は押すように伝わるため検出部１２が常に屈曲振動するのに対し、第二同相モードでは駆動部（１２）による第一の方向への屈曲振動が検出部（１１）の長手方向を押すように伝わるため検出部（１１）がそれによって屈曲振動しないことに起因する。
【０１１１】
なお、図１９において、検出部（１１）のＸ軸方向をｚ方向からｙ方向に変え、駆動部（１２）のＸ軸方向をｘ方向のままとし、検出対象となる角速度Ωの方向をｙ方向からｚ方向に変えても、第二同相モードによる動作が可能となる（後述の実施形態４参照）。この場合は、検出部（１１）及び駆動部（１２）ともにＺ板から形成できる。
【０１１２】
また、図１９において、駆動部１１のＸ軸方向をｚ方向からｙ方向に変え、検出部１２のＸ軸方向をｘ方向からｚ方向に変え、検出対象となる角速度Ωの方向をｙ方向からｘ方向に変えても、第二同相モードによる動作が可能となる。同様に、図１９において、駆動部１１のＸ軸方向をｚ方向からｙ方向に変え、検出部１２のＸ軸方向をｘ方向のままにし、検出対象となる角速度Ωの方向をｙ方向からｚ方向に変えても、第二同相モードによる動作が可能となる。この場合は、駆動部１１及び検出部１２ともにＺ板から形成できる。
【０１１３】
このように、第二同相モードによれば、駆動部１１の第一の方向（Ｘ軸）と検出部１２の第二の方向（Ｘ軸）との両方をｘｙ平面内に入れる選択が可能となることにより、駆動部１１及び検出部１２をＺ板から形成できるので、製造上の利点がある。その理由は、Ｚ板は、Ｘ板やＹ板などに比べて、成長が速いので安価に製造できるため、及び、ウェットエッチングのレートが大きいので耐食膜パターンどおりに精度良く加工できるためである。
【０１１４】
本実施形態３のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１、２のそれらと同様である。
【０１１５】
次に、図２０に基づき、実施形態１の圧電センサについて補足する。ここでは、駆動腕と検出腕とが共振する理由について、詳しく言及する。
【０１１６】
図２０［Ａ］に示す圧電センサ１では、駆動部１１の両端が固定端１０１，１０３となっており、駆動部１１の中心と検出部１２の中心とが接続点１０２（自由端）で固定されている。説明を簡潔にするために、駆動腕１１ａ，１１ｂ、検出腕１２ａ，１２ｂについて、それぞれの長さのみを考慮する。駆動腕１１ａ，１１ｂの長さはそれぞれＬ０１，Ｌ０２、検出腕１２ａ，１２ｂの長さはどちらもＬ２とする。Ｌ０１は接続点１０２から固定端１０１までの長さであり、Ｌ０２は接続点１０２から固定端１０３までの長さであり、Ｌ２は接続点１０２から検出腕１２ａ，１２ｂのそれぞれの先端までの長さである。
【０１１７】
ここで、図２０［Ｂ］［Ｃ］に示すように、駆動部１１が振動して、駆動部１１及び検出部１２が共振すると、定常波が発生する。図２０［Ｂ］［Ｃ］は、駆動腕１１ａと駆動腕１１ｂとが逆相で共振し、検出腕１２ａと検出腕１２ｂとが逆相で共振することを示す。図２０［Ｂ］［Ｃ］では、位相が０［ｒａｄ］の時の変位を実線で示し、位相がπ［ｒａｄ］の時の変位を破線で示す。
【０１１８】
駆動腕１１ａ，１１ｂが互いに逆相で屈曲振動を始めると、接続点１０２ではｚ軸を中心に回転（回動）する振動が発生する。この振動は、ｚ軸を中心に時計回り及び反時計回りに交互かつ一定角度で回転（回動）する振動である。この振動に検出部１２が共振し、検出部１２が最も大きく屈曲振動を始めるには、図示するように、検出部１２の中心である接続点１０２が駆動部１１の定常波の節に位置する必要がある。なぜなら、接続点１０２が駆動部１１における定常波の腹に位置するならば、検出部１２がｙ方向に振動するだけであるので、検出部１２には屈曲振動が生じないからである。
【０１１９】
検出部１２の両端は自由端であり、駆動部１１の両端は固定端１０１，１０３であるから、図２０［Ｂ］［Ｃ］に示すように、駆動部１１及び検出部１２が共振する場合、次式が成り立つ。ただし、ｍ，ｎは自然数、λ１は駆動部１１の共振波長、λ２は検出部１２の共振波長である。なお、各共振波長は、振動モードや媒質の違いなどによって、必ずしも同じ値にはならない。
【０１２０】
Ｌ０１＝Ｌ０２＝ｍλ１／２
Ｌ２＝（ｎ−１）λ２＋λ２／４
【０１２１】
図２０［Ｂ］はｍ＝２、ｎ＝１の場合であり、図２０［Ｃ］はｍ＝１、ｎ＝１の場合である。
【０１２２】
図示する例では駆動部１１の両端が固定端１０１，１０３となっているが、駆動部１１における定常波の節となる部分（例えば接続点１０２）を固定端とすることにより、駆動部１１の両端を自由端としてもよい。その場合は、駆動部１１の両端が駆動部１１における定常波の腹となることにより、
Ｌ０１＝Ｌ０２＝（ｍ−１）λ１／２＋λ１／４
となる。また、駆動部１１の両端の一方（例えばＬ０１側）を固定端とし他方（すなわちＬ０２側）を自由端としてもよい。その場合は、
Ｌ０１＝ｍλ１／２
Ｌ０２＝（ｍ−１）λ１／２＋λ１／４
となる。
【０１２３】
駆動部１１の両端の少なくとも一方（例えばＬ０２側）を自由端とした場合は、
Ｌ０２＝（ｍ−１）λ１／２＋λ１／４
となることにより、上式にλ／４の項が含まれることから、共振周波数の整数倍（共振波長λの整数分の一）ごとに異なるＬ０２とする必要がある。つまり、Ｌ０２の部分がフィルタとして機能することにより、ただ一つの共振周波数で圧電センサ１を駆動できるので、圧電センサ１の動作を安定化できる。
【０１２４】
一方、駆動部１１の両端を固定端とした場合は、
Ｌ０１＝Ｌ０２＝ｍλ１／２
となることにより、上式にλ／４の項が含まれないことから、共振周波数の整数倍（共振波長λ１の整数分の一）に関係なく同じＬ０１，Ｌ０２を用いることができる。したがって、複数の共振周波数で圧電センサ１を駆動できるので、共振周波数の選択の幅を拡大できる。
【０１２５】
以上の知見から、圧電センサ１について次の構成が導かれる。検出部１２は、駆動部１１における定常波の節の位置であれば、どこに設けてもよい。駆動部１１の両端は、両方とも固定端又は自由端としてもよく、一方を固定端及び他方を自由端としてもよい。駆動部１１は、積層方向（ｚ方向）に垂直な平面内（ｘｙ平面）における屈曲振動を、検出部１２に与えられればよい。そのため、検出部１２と駆動部１１とは、直交させる必要はなく、屈曲振動を妨げる接触を避けられれば平行でもよい。以上、実施形態１の圧電センサ１について説明したが、実施形態１の変形例及び実施形態２の圧電センサについても同様である。
【０１２６】
次に、図２１に基づき、実施形態３の圧電センサについて補足する。ここでは、駆動腕と検出腕とが共振する理由について、詳しく言及する。
【０１２７】
図２１［Ａ］に示す圧電センサ３でも、図２０［Ａ］に示す圧電センサ１と同様に、Ｌ０１，Ｌ０２，Ｌ２が定義される。
【０１２８】
ここで、前述したように駆動腕１１ａ，１１ｂがｚ方向に振動すると、図２１［Ｂ］［Ｃ］に示すように接続点１０２において検出部１２が共振して、定常波が発生する。図２１［Ｂ］［Ｃ］では、駆動腕１１ａと駆動腕１１ｂとが同相で共振し、検出腕１２ａと検出腕１２ｂとが同相で共振する（図１９）ことを示している。図２１［Ｂ］［Ｃ］では、位相が０［ｒａｄ］の時の変位を実線で示し、位相がπ［ｒａｄ］の時の変位を破線で示す。
【０１２９】
駆動腕１１ａ，１１ｂがｚ方向に同相で振動し始めると、接続点１０２でもｚ方向の振動が発生する。この振動に検出部１２が共振し、検出部１２が最も大きく屈曲振動を始めるには、図示するように、接続点１０２が駆動部１１における定常波の腹に位置する必要がある。なぜなら、接続点１０２が駆動部１１における定常波の節に位置するならば、検出部１２はｚ方向に振動しないからである。
【０１３０】
駆動部１１の両端は固定端１０１，１０２であり、検出部１２の先端は自由端であるから、図２１［Ｂ］［Ｃ］に示すように、駆動部１１と検出部１２とが同相で共振する場合、次式が成り立つ。ただし、ｍ，ｎは自然数、λ１は駆動部１１の共振波長、λ２は検出部１２の共振波長である。なお、各共振波長は、振動モードや媒質の違いなどによって、必ずしも同じ値にはならない。
【０１３１】
Ｌ０１＝Ｌ０２＝（ｍ−１）λ１／２＋λ１／４
Ｌ２＝（ｎ−１）λ２＋λ２／４
【０１３２】
図２１［Ｂ］はｍ＝２、ｎ＝１の場合であり、図２１［Ｃ］はｍ＝１、ｎ＝１の場合である。
【０１３３】
図示する例では駆動部１１の両端が固定端１０１，１０３となっているが、駆動部１１における定常波の節となる部分を固定端とすることにより、駆動部１１の両端を自由端としてもよい。その場合は、駆動部１１の両端が駆動部１１における定常波の腹となることにより、
Ｌ０１＝Ｌ０２＝ｍλ／２
となる。また、駆動部１１の両端の一方（例えばＬ０１側）を固定端とし他方（すなわちＬ０２側）を自由端としてもよい。その場合は、
Ｌ０１＝（ｍ−１）λ／２＋λ／４
Ｌ０２＝ｍλ／２
となる。
【０１３４】
駆動部１１の両端の少なくとも一方（例えばＬ０１側）を自由端とした場合は、
Ｌ０１＝（ｍ−１）λ／２＋λ／４
となることにより、上式にλ／４の項が含まれることから、共振周波数の整数倍（共振波長λの整数分の一）ごとに異なるＬ０１とする必要がある。つまり、Ｌ０１の部分がフィルタとして機能することにより、ただ一つの共振周波数で圧電センサ３を駆動できるので、圧電センサ３の動作を安定化できる。
【０１３５】
一方、駆動部１１の両端を固定端とした場合は、
Ｌ０１＝Ｌ０２＝ｍλ／２
となることにより、上式にλ／４の項が含まれないことから、共振周波数の整数倍（共振波長λの整数分の一）に関係なく同じＬ０１，Ｌ０２を用いることができる。したがって、複数の共振周波数で圧電センサ３を駆動できるので、共振周波数の選択の幅を拡大できる。
【０１３６】
以上の知見から、圧電センサ３について次の構成が導かれる。検出部１２は、駆動部１１における定常波の腹の位置であれば、どこに設けてもよい。駆動部１１の両端は、両方とも固定端又は自由端としてもよく、一方を固定端及び他方を自由端としてもよい。駆動部１１は、積層方向（ｚ方向）に平行な平面内（ｘｚ平面）における屈曲振動を、検出部１２に与えられればよい。そのため、検出部１２と駆動部１１とは、直交させる必要はなく、屈曲振動を妨げる接触を避けられれば平行でもよい。以上、実施形態３の圧電センサ３について説明したが、実施形態３の変形例の圧電センサについても同様である。
【０１３７】
次に、実施形態４の圧電センサについて説明する。前述したように、検出部の速度をｖ、検出部の質量をｍ、角速度をΩ、コリオリ力をＦｃとしたとき、Ｆｃ＝−２ｍΩ×ｖで与えられる。ここで、上記各実施形態の圧電センサを速度±Ｖの移動体に搭載し、地球の自転による角速度（一定）を利用すると、Ｆｃ＝−２ｍΩ×（ｖ±Ｖ）となる。この式の右辺では速度Ｖ以外は既知であるから、コリオリ力Ｆｃを検出することにより、速度Ｖを測定することができる。本実施形態４は、実施形態１〜３の圧電センサを速度センサとして用いる一例である。ただし、実施形態１の圧電センサを速度センサとして用いる場合は、両方の検出腕の出力電圧を加えると速度Ｖの成分が相殺されるので、どちらか一方の出力電圧を用いる必要がある。
【０１３８】
図２２及び図２３は、実施形態４の圧電センサの動作を示す概念図である。図２４は、実施形態４の圧電センサにおいて検出部から発生する電圧を示す波形図である。以下、図２２乃至図２４に基づき説明する。
【０１３９】
本実施形態４の圧電センサ４は、移動体（図示せず）に取り付けられ、移動体の速度Ｖを検出する。そして、圧電センサ４は、駆動腕１１ａ，１１ｂを有する駆動部１１と、検出腕１２ａ，１２ｂを有する検出部１２とを備え、前述の第二同相モードで動作する。駆動部１１のＸ軸方向はｘ方向、検出部１２のＸ軸方向はｙ方向である。駆動部１１の両端は自由端、検出部１２の両端は固定端である。
【０１４０】
駆動腕１１ａ，１１ｂのそれぞれの動作原理は、音叉型水晶振動素子の一本の振動腕部と同じである。駆動腕１１ａ，１１ｂは、検出腕１２ａ，１２ｂとの交点を中心として、ｘｙ面内で屈曲振動する。このとき、駆動腕１１ａ，１１ｂは、双方の振動位相が同じになるように屈曲振動するので、地球の自転によるコリオリカを同じ方向及び同じ大きさで受ける。例えば、駆動腕１１ａ，１１ｂがｘ方向の速度になるときは駆動腕１１ａ，１１ｂに−ｙ方向のコリオリ力が働き、逆に駆動腕１１ａ，１１ｂが−ｘ方向の速度になるときは駆動腕１１ａ，１１ｂにｙ方向のコリオリ力が働く。そのため、駆動腕１１ａ，１１ｂの屈曲振動に伴い、駆動腕１１ａ，１１ｂに働くコリオリカに変動が生じることにより、駆動腕１１ａ，１１ｂに連なる検出腕１２ａ，１２ｂにも屈曲振動が生じる。これらの屈曲振動は移動体の速度の影響を受けるので、検出腕１２ａ，１２ｂの圧電効果によって発生する電圧を検出することにより、移動体の速度を検出できる。
【０１４１】
地球の中心から北極点へ向かう地軸をｚ軸とするｘｙｚ軸からなる直交座標系（右手系）を考えたとき、北半球ではｚ方向から見て反時計回りに地球が自転している。圧電センサ４は、移動体に取り付けられ、移動体とともに移動する。移動体は、一定の速度Ｖでｘ方向へ移動する。駆動腕１１ａ，１１ｂは、屈曲振動によりｘ方向に往復する。駆動腕１１ａ，１１ｂの屈曲振動による速度は、正弦波状に変化し、ｘ方向であるときをｖで表し、−ｘ方向であるときを−ｖで表す。駆動腕１１ａ，１１ｂに働くコリオリ力をＦｃとし、Ｆｃ＞０であるときコリオリ力Ｆｃはｙ方向であり、Ｆｃ＜０であるときコリオリ力Ｆｃは−ｙ方向である。駆動腕１１ａ，１１ｂは、同じ構造かつ同じ位相で動作するので、双方の速度±ｖ及びコリオリ力Ｆｃは常に等しい。また、速度とコリオリ力との関係を定める諸係数を簡略化して定数Ｃとする。このような条件下で、圧電センサ４の動作について説明する。
【０１４２】
励振電極（図示せず）に所定の交流電圧Vacを印加すると、駆動腕１１ａ，１１ｂはｘｙ平面内で屈曲振動をする。このとき、駆動腕１１ａ，１１ｂの振動方向が同位相となるように、交流電圧Vacを印加する。
【０１４３】
図２２に基づき、移動体が停止している場合（Ｖ＝０）について説明する。図２２［Ａ］に示すように、駆動腕１１ａ，１１ｂがｘ方向へ振れるとき、駆動腕１１ａ，１１ｂの速度はｖ（ｘ方向）となる。そのため、駆動腕１１ａ，１１ｂが受けるコリオリ力ＦｃはそれぞれＦｃ＝−Ｃｖ（−ｙ方向）となるので、検出腕１２ａ，１２ｂに加わる力は２Ｆｃ＝−２Ｃｖ（−ｙ方向）となる。逆に、図２２［Ｂ］に示すように、駆動腕１１ａ，１１ｂが−ｘ方向へ振れるとき、駆動腕１１ａ，１１ｂの速度は−ｖ（−ｘ方向）となる。そのため、駆動腕１１ａ，１１ｂが受けるコリオリ力ＦｃはそれぞれＦｃ＝Ｃｖ（ｙ方向）となるので、検出腕１２ａ，１２ｂに加わる力は２Ｆｃ＝２Ｃｖ（ｙ方向）となる。したがって、駆動腕１１ａ，１１ｂが屈曲振動によって一往復するたびに、検出腕１２ａ，１２ｂに−ｙ方向の力とｙ方向の力とが交互に一回ずつ加わることにより、検出腕１２ａ，１２ｂから一サイクル分の交流信号が得られる（図２４「Ｖ＝０」）。
【０１４４】
図２３に基づき、移動体がｘ方向へ移動している場合（Ｖ＞０）について説明する。図２３［Ａ］に示すように、駆動腕１１ａ，１１ｂがｘ方向へ振れるとき、駆動腕１１ａ，１１ｂの速度はＶ＋ｖ（ｘ方向）となる。そのため、駆動腕１１ａ，１１ｂが受けるコリオリ力はそれぞれＦｃ＝−Ｃ（Ｖ＋ｖ）（−ｙ方向）となるので、検出腕１２ａ，１２ｂに加わる力は２Ｆｃ＝−２Ｃ（Ｖ＋ｖ）（−ｙ方向）となりＶ＝０の場合よりも大きくなる。逆に、図２３［Ｂ］に示すように、駆動腕１１ａ，１１ｂが−ｘ方向へ振れるとき、駆動腕１１ａ，１１ｂの速度はＶ−ｖ（±ｘ方向）となる。±ｘ方向とは、Ｖ−ｖ＞０であればｘ方向、Ｖ−ｖ＜０であれば−ｘ方向という意味である。したがって、駆動腕１１ａ，１１ｂが受けるコリオリ力はそれぞれＦｃ＝Ｃ（Ｖ−ｖ）（±ｙ方向）となるので、検出腕１２ａ，１２ｂに加わる力は２Ｆｃ＝２Ｃ（Ｖ−ｖ）（±ｙ方向）となりＶ＝０の場合よりも小さくなる。したがって、駆動腕１１ａ，１１ｂが屈曲振動によって一往復するたびに、検出腕１２ａ，１２ｂに−ｙ方向の力とｙ方向の力とが交互に一回ずつ加わることにより、検出腕１２ａ，１２ｂから一サイクル分の交流信号が得られる（図２４「Ｖ＞０」）。
【０１４５】
この交流信号から屈曲振動の速度±ｖによる交流成分を取り除いた直流成分が、移動体の速度Ｖに相当する。図２４で説明すれば、「Ｖ＞０」における出力電圧Voutの平均値と「Ｖ＝０」における出力電圧Voutの平均値との差「Vdc」が、移動体の速度Ｖに相当する。
【０１４６】
次に、本実施形態４の圧電センサ４の効果について説明する。
【０１４７】
本実施形態４の圧電センサ４によれば、圧電効果を有する検出腕１２ａ，１２ｂ及び逆圧電効果を有する駆動腕１１ａ，１１ｂを備え、駆動腕１１ａ，１１ｂに屈曲振動をさせて検出腕１２ａ，１２ｂから交流信号を取り出すことにより、回転機構（例えば非特許文献１参照）を用いることなく、コリオリ力を利用して移動体の速度Ｖを検出できる。そのため、簡素な構成になるので小型化又は軽量化を実現できるとともに、回転用の部品が無いすなわち摩耗する部分が無いので信頼性を向上できる。更に、ｘｙ面内での屈曲振動という平面内の振動モードを利用することから、薄型化も容易である。
【０１４８】
また、駆動腕１１ａが単独で屈曲振動をした場合、例えば駆動腕１１ａと検出腕１２ａ，１２ｂとの交点を中心とする駆動腕１１ａの自重による回転力成分などの、検出腕１２ａ，１２ｂに対してコリオリ力とは無関係のｙ方向の力が働く。駆動腕１１ｂについても同様である。これに対し、本実施形態４では、駆動腕１１ａ，１１ｂが検出腕１２ａ，１２ｂから互いに反対方向に延設され、かつ駆動腕１１ａ，１１ｂが同じ方向に同じ位相で屈曲振動をするので、コリオリ力とは無関係のｙ方向の力は互いに相殺される。そのため、検出腕１２ａ，１２ｂにはコリオリ力のみが作用するので、検出精度の高い速度センサとしての圧電センサ４が得られる。
【０１４９】
地球の自転によるコリオリ力を利用した場合は、自然界にある力をそのまま利用することにより、圧電センサ４への余分なエネルギを供給する必要がないので、構成を簡素化できる。
【０１５０】
地球の自転とは別に圧電センサ４にｚ軸周りの回転が加わっても、検出腕１２ａ，１２ｂから発生する交流信号の振幅が大きくなるだけであるので、移動体の速度Ｖに応じた直流成分には影響がない。
【０１５１】
本実施形態４の圧電センサ４は、ｘ方向の速度成分を検出するものである。そこで、圧電センサ４の向きを変えて他の方向の速度成分を検出するようにしたものを複数用意し、これらを移動体に搭載すれば、多軸の速度センサを容易に実現できる。
【０１５２】
本実施形態４のその他の構成、作用及び効果は、実施形態１〜３のそれらと同様である。
【０１５３】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合せたものも含まれる。
【０１５４】
例えば、本発明は、上記各実施形態では駆動部と検出部との二段重ねの構造としたが、更に駆動部又は検出部を積み上げた三段重ね以上の構造としてもよい。また、駆動部としての動作と検出部としての動作とを切り換えるスイッチを付設してもよい。これらの場合は、複数方向の角速度を検出可能な圧電センサも実現できる。各実施形態の製造方法では、ウェットエッチングについて説明したが、ウェットエッチングの一部又は全部の工程をドライエッチングなどに置き換えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明は、水晶やセラミックスなどの圧電材料からなる圧電センサに利用可能である。
【符号の説明】
【０１５６】
１，２，３，４  圧電センサ
１０１，１０３  固定端
１０２  接続点
１１  駆動部
１１ａ，１１ｂ  駆動腕
１２  検出部
１２ａ，１２ｂ  検出腕
１２１ａ，１２１ｂ  第一層
１２２ａ，１２２ｂ  第二層
１４ａ，１４ｂ  溝部
１５  外枠
１６  端子接続部
１７  キャビティ
２１  水晶片（第一の水晶片）
２２  水晶片（第二の水晶片）
２２１  水晶片（第二の水晶片）
２２２  水晶片（第三の水晶片）
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ  ビア孔
３１ａ，３１ｂ  励振電極
３１ｃ，３１ｄ  検出電極
３１ｅ  コンタクトホール
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ  パッド電極
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ  配線
４０  下側ウェハ
４１  中間ウェハ（第一のウェハ）
４２  上側ウェハ（第二のウェハ）
４２１  第一上側ウェハ（第二のウェハ）
４２２  第二上側ウェハ（第三のウェハ）
４３  基板部ウェハ
４４  蓋部材ウェハ
４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ  外部端子
５１，５２，５２１，５２２，５５０，５５１，５５２，５５２ａ，５５２ｂ  耐食膜
【図１】
2015152305.tif 000003
【図２】
2015152305.tif 000004
【図３】
2015152305.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015152305.tif 000007
【図６】
2015152305.tif 000008
【図７】
2015152305.tif 000009
【図８】
2015152305.tif 000010
【図９】
2015152305.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2015152305.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2015152305.tif 000015
【図１４】
2015152305.tif 000016
【図１５】
2015152305.tif 000017
【図１６】
2015152305.tif 000018
【図１７】
2015152305.tif 000019
【図１８】
2015152305.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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