(57)【要約】      （修正有）【課題】振動体の質量バランスの改善量を確保できる角速度センサ素子を提供する。【解決手段】第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に第１の凹部３６ａ、第２の凹部４６ａ、第３の凹部５６ａおよび第４の凹部６０ａを設ける構成とした。振動体に比較して質量の大きな錘部の質量を調整することとなり、角速度センサ素子のＺ軸方向の質量バランスの改善量が大きくなるため、振動体がＸ軸方向に正確に振動駆動できる。【選択図】図１
2015078844.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部と、この固定部に一端が接続されるとともに上面に少なくとも１つの検出電極および少なくとも１つの駆動電極を設けた振動体と、この振動体の他端と接続された錘部とを備え、前記錘部における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けた角速度センサ素子。
【請求項２】
錘部にＰＺＴ薄膜からなる圧電層を設けた請求項１記載の角速度センサ素子。
【請求項３】
固定部と、この固定部に一端が接続されるとともに上面に少なくとも１つのＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出するＹ軸検出振動体と、このＹ軸検出振動体の他端と一端を接続された捩れ延出部と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設けた駆動振動体と、一端を駆動振動体の他端に接続されるとともに駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出するＺ軸検出振動体と、このＺ軸検出振動体の他端と接続された錘部とを備え、前記錘部にＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極およびＺ軸検出振動体におけるＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けた角速度センサ素子。
【請求項４】
第１の固定部と、この第１の固定部の一端に一端が接続されるとともに上面に第１のＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第１のＹ軸検出振動体と、前記第１の固定部の他端に一端が接続されるとともに上面に第２のＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第２のＹ軸検出振動体と、前記第１のＹ軸検出振動体の他端と前記第２のＹ軸検出振動体の他端とに両端を接続された捩れ延出部と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設けた第１の駆動振動体と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設け、かつ前記第１の駆動振動体と並設された第２の駆動振動体と、一端を前記第１の駆動振動体の他端に接続されるとともに第１の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第１のＺ軸検出振動体と、この第１のＺ軸検出振動体の他端と接続された第１の錘部と、一端を前記第２の駆動振動体の他端に接続されるとともに第２の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第２のＺ軸検出振動体と、この第２のＺ軸検出振動体の他端と接続された第２の錘部とを備え、前記第１の錘部に第１のＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極および第１のＺ軸検出振動体におけるＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上でかつ、Ｙ軸中心線上から偏倚した箇所に第１の凹部を設けるとともに、前記第２の錘部に第２のＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極およびＺ軸検出振動体における第２のＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上でかつ、前記第１の凹部を設けた箇所とＹ軸中心線に対して線対称の位置に第２の凹部を設けた角速度センサ素子。
【請求項５】
前記第１の固定部と捩れ延出部に対して対向する位置に設けた第２の固定部と、この第２の固定部の一端に一端が接続されるとともに上面にＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第３のＹ軸検出振動体と、前記第２の固定部の他端に一端が接続されるとともに上面にＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第４のＹ軸検出振動体と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設けた第３の駆動振動体と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設け、かつ前記第３の駆動振動体と並設された第４の駆動振動体と、一端を前記第３の駆動振動体の他端に接続されるとともに第３の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第３のＺ軸検出振動体と、この第３のＺ軸検出振動体の他端と接続された第３の錘部と、一端を前記第４の駆動振動体の他端に接続されるとともに第４の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第４のＺ軸検出振動体と、この第４のＺ軸検出振動体の他端と接続された第４の錘部とを備え、前記第１の錘部にＸ軸中心線上から偏倚した箇所に第１の凹部を設けるとともに、前記第４の錘部に前記第１の凹部を設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第４の凹部を設け、かつ、前記第２の錘部にＸ軸中心線上から偏倚した箇所に第２の凹部を設け、さらに、前記第３の錘部に、前記第２の凹部を設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第３の凹部を設ける構成とした請求項４記載の角速度センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種電子機器に用いられる角速度センサに使用される角速度センサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の角速度センサ素子は図４に示すような構成となっていた。この図４において、１はＳｉからなる固定部である。２はＳｉからなる第１の振動体で、この第１の振動体２は一端を前記固定部１に接続されるとともに、表面に一対のＰＺＴからなる駆動圧電電極３を設け、かつこの一対の駆動圧電電極３の間に位置して、ＰＺＴからなる検出圧電電極４を設けている。また、前記第１の振動体２の表面には、第１の凹部５を設けている。６はＳｉからなる第２の振動体で、この第２の振動体６は一端を前記固定部１に接続されるとともに、表面に一対の駆動圧電電極７を設け、かつこの一対の駆動圧電電極７の間に位置して、検出圧電電極８を設けている。また、前記第２の振動体６の表面には、第２の凹部９を設けている。そして、前記第１の振動体２における第１の凹部５および第２の振動体６における第２の凹部９はＹ軸中心線に対して同一側に偏倚しており、非対称の位置に設けられている。
【０００３】
以上のように構成された従来の角速度センサ素子について、次にその動作を説明する。
【０００４】
第１の振動体２における駆動圧電電極３および第２の振動体６における第２の駆動圧電電極７に交流電圧を印加することにより、駆動方向に速度Ｖで駆動振動する。そして、この第１の振動体２および第２の振動体６が駆動振動している状態において、角速度センサ素子を設けた平面と垂直な方向であるＺ軸を中心軸として角速度ωで回転すると、第１の振動体２および第２の振動体６にＦ＝２ｍｖ×ωのコリオリ力が発生する。そして、このコリオリ力により第１の振動体２における検出圧電電極４および第２の振動体６における検出圧電電極８から角速度に応じた出力信号を出力するものであった。
【０００５】
ここで、角速度センサ素子における第１の振動体２および第２の振動体６の表裏の質量バランスが悪いため、第１の振動体２および第２の振動体６がＸ軸方向に振動駆動する際に、Ｚ軸方向にも変位してしまう場合を考える。
【０００６】
従来の角速度センサ素子においては、第１の振動体２の表側に第１の凹部５を設けるとともに、第２の振動体６の表側に第２の凹部９を設けたため、比重が高い駆動圧電電極３、検出圧電電極４、駆動圧電電極７および検出圧電電極８を設けた側の質量を除去することができることとなる。これにより、第１の振動体２および第２の振動体６の表裏のバランスが良くなるから、Ｘ軸方向に正確に振動駆動するものであった。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−３３７８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来の構成においては、第１の振動体２の表側に第１の凹部５を設けるとともに、第２の振動体６の表側に第２の凹部９を設けたため、質量が比較的小さい第１の振動体２および第２の振動体６の質量バランスを改善することとなり、その結果、質量バランスの改善量が小さくなってしまうという課題を有していた。
【００１０】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、振動体の質量バランスの改善量を確保できる角速度センサ素子を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【００１２】
本発明の請求項１に記載の発明は、固定部と、この固定部に一端が接続されるとともに上面に少なくとも１つの検出電極および少なくとも１つの駆動電極を設けた振動体と、この振動体の他端と接続された錘部とを備え、前記錘部における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けたもので、この構成によれば、錘部における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けたため、振動体に比較して質量の大きな錘部の質量を調整することとなる。これにより、角速度センサ素子のＺ軸方向の質量バランスの改善量が大きくなるから、振動体がＸ軸方向に正確に振動駆動するという作用効果を有するものである。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は特に、錘部にＰＺＴ薄膜からなる圧電層を設けたもので、この構成によれば、錘部にＰＺＴ薄膜からなる圧電層を設けたため、ＰＺＴはＳｉよりも約３倍比重が大きいから、さらに、角速度センサ素子の質量の改善量が大きくなるという作用効果を有するものである。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、固定部と、この固定部に一端が接続されるとともに上面に少なくとも１つのＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出するＹ軸検出振動体と、このＹ軸検出振動体の他端と一端を接続された捩れ延出部と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設けた駆動振動体と、一端を駆動振動体の他端に接続されるとともに駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出するＺ軸検出振動体と、このＺ軸検出振動体の他端と接続された錘部とを備え、前記錘部にＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極およびＺ軸検出振動体におけるＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けたもので、この構成によれば、錘部にＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極およびＺ軸検出振動体におけるＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けたため、Ｙ軸検出振動体、駆動振動体およびＺ軸検出振動体に比較して質量の大きな錘部の質量を調整することとなる。これにより、角速度センサ素子のＺ軸方向の質量バランスの改善量が大きくなるから、Ｙ軸検出振動体、駆動振動体およびＺ軸検出振動体がＸ軸方向に正確に振動駆動するという作用効果を有するものである。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の発明は、第１の固定部と、この第１の固定部の一端に一端が接続されるとともに上面に第１のＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第１のＹ軸検出振動体と、前記第１の固定部の他端に一端が接続されるとともに上面に第２のＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第２のＹ軸検出振動体と、前記第１のＹ軸検出振動体の他端と前記第２のＹ軸検出振動体の他端とに両端を接続された捩れ延出部と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設けた第１の駆動振動体と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設け、かつ前記第１の駆動振動体と並設された第２の駆動振動体と、一端を前記第１の駆動振動体の他端に接続されるとともに第１の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第１のＺ軸検出振動体と、この第１のＺ軸検出振動体の他端と接続された第１の錘部と、一端を前記第２の駆動振動体の他端に接続されるとともに第２の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第２のＺ軸検出振動体と、この第２のＺ軸検出振動体の他端と接続された第２の錘部とを備え、前記第１の錘部に第１のＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極および第１のＺ軸検出振動体におけるＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上でかつ、Ｙ軸中心線上から偏倚した箇所に第１の凹部を設けるとともに、前記第２の錘部に第２のＹ軸検出振動体におけるＹ軸検出圧電電極およびＺ軸検出振動体における第２のＺ軸検出圧電電極を設けた側と同一平面上でかつ、前記第１の凹部を設けた箇所とＹ軸中心線に対して線対称の位置に第２の凹部を設けたもので、この構成によれば、第１の凹部を設けた箇所とＹ軸中心線に対して線対称の位置に第２の凹部を設けたため、第１のＹ軸検出振動体、捩れ延出部、第１の駆動振動体、第１のＺ軸検出振動体、および第１の錘部と、第２のＹ軸検出振動体、捩れ延出部、第２の駆動振動体、第２のＺ軸検出振動体、および第２の錘部とのＹ軸中心線に対する質量バランスが改善できることとなる。これにより、第１の錘部と第２の錘部とがＹ軸中心線に対して左右均等にバランス良く振動駆動できるという作用効果を有するものである。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記第１の固定部と捩れ延出部に対して対向する位置に設けた第２の固定部と、この第２の固定部の一端に一端が接続されるとともに上面にＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第３のＹ軸検出振動体と、前記第２の固定部の他端に一端が接続されるとともに上面にＹ軸検出圧電電極を設けたＹ軸方向の角速度を検出する第４のＹ軸検出振動体と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設けた第３の駆動振動体と、一端を前記捩れ延出部と接続されるとともに、捩れ延出部から垂直な方向に延出されかつ上面に少なくとも１つの駆動圧電電極を設け、かつ前記第３の駆動振動体と並設された第４の駆動振動体と、一端を前記第３の駆動振動体の他端に接続されるとともに第３の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第３のＺ軸検出振動体と、この第３のＺ軸検出振動体の他端と接続された第３の錘部と、一端を前記第４の駆動振動体の他端に接続されるとともに第４の駆動振動体の延出方向と垂直な方向に延出され、さらに上面に少なくとも１つのＺ軸検出圧電電極を設けたＺ軸方向の角速度を検出する第４のＺ軸検出振動体と、この第４のＺ軸検出振動体の他端と接続された第４の錘部とを備え、前記第１の錘部にＸ軸中心線上から偏倚した箇所に第１の凹部を設けるとともに、前記第４の錘部に前記第１の凹部を設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第４の凹部を設け、かつ、前記第２の錘部にＸ軸中心線上から偏倚した箇所に第２の凹部を設け、さらに、前記第３の錘部に、前記第２の凹部を設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第３の凹部を設けたため、第１のＹ軸検出振動体、捩れ延出部、第１の駆動振動体、第１のＺ軸検出振動体、および第１の錘部と、第４のＹ軸検出振動体、捩れ延出部、第４の駆動振動体、第４のＺ軸検出振動体、および第４の錘部とのＸ軸中心線に対する質量バランスが改善できるとともに、第２のＹ軸検出振動体、捩れ延出部、第２の駆動振動体、第２のＺ軸検出振動体、および第２の錘部と、第３のＹ軸検出振動体、捩れ延出部、第３の駆動振動体、第３のＺ軸検出振動体、および第３の錘部とのＸ軸中心線に対する質量バランスが改善できる。その結果、第１の錘部と第４の錘部とがＸ軸中心線に対して左右均等にバランス良く振動駆動できるとともに、第２の錘部と第３の錘部とがＸ軸中心線に対して左右均等にバランス良く振動駆動できるという作用効果を有するものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の角速度センサ素子は、固定部と、この固定部に一端が接続されるとともに上面に少なくとも１つの検出電極および少なくとも１つの駆動電極を設けた振動体と、この振動体の他端と接続された錘部とを備え、前記錘部における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けたもので、この構成によれば、錘部における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に凹部を設けたため、振動体に比較して質量の大きな錘部の質量を調整することとなる。これにより、角速度センサ素子のＺ軸方向の質量バランスの改善量が大きくなるから、振動体がＸ軸方向に正確に振動駆動する角速度センサ素子を提供することができるという効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態における角速度センサ素子の上面図
【図２】同角速度センサ素子における駆動圧電電極、Ｙ軸検出圧電電極、Ｚ軸検出圧電電極およびモニター圧電電極の側断面図
【図３】本発明の一実施の形態における角速度センサ素子の組立工程図
【図４】従来の角速度センサ素子の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態における角速度センサ素子について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は本発明の一実施の形態における角速度センサ素子の上面図、図２は同角速度センサ素子における駆動圧電電極、Ｙ軸検出圧電電極、Ｚ軸検出圧電電極およびモニター圧電電極の側断面図である。
【００２１】
図１、図２において、２１はＳｉからなる第１の固定部で、この第１の固定部２１の上面には一対の駆動電極ランド２２、１つのＹ方向検出電極ランド２３、４つのＺ方向検出電極ランド２４、ＧＮＤ電極ランド２５およびモニター電極ランド２６を設けている。２７はＳｉからなる第１のＹ軸検出振動体で、この第１のＹ軸検出振動体２７は一端を第１の固定部２１の一端と接続されるとともに、上面にＹ軸検出圧電電極２８を設けており、このＹ軸検出圧電電極２８はＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２９と、この共通ＧＮＤ電極２９の上面に設けられたＰＺＴ薄膜からなる圧電層３０とにより構成されている。３１はＳｉからなる第２のＹ軸検出振動体で、この第２のＹ軸検出振動体３１は一端を第１の固定部２１の他端と接続されるとともに、上面にＹ軸検出圧電電極２８を設けている。３２は捩れ延出部で、この捩れ延出部３２は前記第１のＹ軸検出振動体２７の他端と、第２のＹ軸検出振動体３１の他端とを連接している。３３は第１の駆動振動体で、この第１の駆動振動体３３は前記捩れ延出部３２から垂直な方向に延出されるとともに、上面に一対の駆動圧電電極３３ａを設けており、この駆動圧電電極３３ａはＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２９と、この共通ＧＮＤ電極２９の上面に設けられたＰＺＴ薄膜からなる圧電層３０とにより構成されている。３４は第１のＺ軸検出振動体で、この第１のＺ軸検出振動体３４は前記第１の駆動振動体３３の他端に、第１の駆動振動体３３の延出方向と垂直な方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。また、前記第１のＺ軸検出振動体３４の上面には、Ｚ軸検出圧電電極３５を設けており、このＺ軸検出圧電電極３５はＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２９と、この共通ＧＮＤ電極２９の上面に設けられたＰＺＴ薄膜からなる圧電層３０とにより構成されている。３６は第１の錘部で、この第１の錘部３６は、前記第１のＺ軸検出振動体３４の他端に接続されるとともに、一対の又部３７を設けており、この又部３７の各々を前記第１のＺ軸検出振動体３４の他端の両側に配設するように設けている。そして、この第１の錘部３６には、第１のＹ軸検出振動体２７におけるＹ軸検出圧電電極２８および第１のＺ軸検出振動体３４におけるＺ軸検出圧電電極３５を設けた側と同一平面上でかつ、Ｙ軸中心線上から５００μｍ±１５μｍ偏倚した箇所にＸ軸方向の長さ２５０μｍ、Ｙ軸方向の長さ１５０μｍ、深さ３０μｍの第１の凹部３６ａを設けている。３８は第２の駆動振動体で、この第２の駆動振動体３８は捩れ延出部３２から垂直な方向に前記第１の駆動振動体３３と平行に延出されるとともに、上面に一対の駆動圧電電極３３ａを設けている。３９は第２のＺ軸検出振動体で、この第２のＺ軸検出振動体３９は前記第２の駆動振動体３８の他端に、第２の駆動振動体３８の延出方向と垂直な方向でかつ、前記第１のＺ軸検出振動体３４と反対の方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。４０は第２の錘部で、この第２の錘部４０は前記第２のＺ軸検出振動体３９の他端に接続されている。そして、この第２の錘部４０には、第２のＹ軸検出振動体３１におけるＹ軸検出圧電電極２８および第２のＺ軸検出振動体３９におけるＺ軸検出圧電電極３５を設けた側と同一平面上でかつ、前記第１の凹部３６ａを設けた箇所とＹ軸中心線に対して線対称の位置に第２の凹部４０ａを設けている。４１はＳｉからなる第２の固定部で、この第２の固定部４１は前記捩れ延出部３２に対して対向する位置に設けるとともに、この第２の固定部４１の上面には一対の駆動電極ランド４２、１つのＹ方向検出電極ランド４３、４つのＺ方向検出電極ランド４４、ＧＮＤ電極ランド４５およびモニター電極ランド４６を設けている。４７はＳｉからなる第３のＹ軸検出振動体で、この第３のＹ軸検出振動体４７は一端を第２の固定部４１の一端と接続されるとともに、上面にＹ軸検出圧電電極２８を設けている。５１はＳｉからなる第４のＹ軸検出振動体で、この第４のＹ軸検出振動体５１は一端を第２の固定部４１の他端と接続されるとともに、上面にＹ軸検出圧電電極２８を設けている。そして、第３のＹ軸検出振動体４７の他端と、第４のＹ軸検出振動体５１の他端とは前記捩れ延出部３２に接続されている。５２は第３の駆動振動体で、この第３の駆動振動体５２は前記捩れ延出部３２から前記第２の駆動振動体３８と反対方向でかつ捩れ延出部３２と垂直な方向に延出されるとともに、上面に一対の駆動圧電電極３３ａを設けている。この駆動圧電電極３３ａはＰｔとＴｉの合金薄膜からなる共通ＧＮＤ電極２９と、この共通ＧＮＤ電極２９の上面に設けられたＰＺＴ薄膜からなる圧電層３０とにより構成されている。５４は第３のＺ軸検出振動体で、この第３のＺ軸検出振動体５４は前記第３の駆動振動体５２の他端に、第３の駆動振動体５２の延出方向と垂直な方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。また、前記第３のＺ軸検出振動体５４の上面には、Ｚ軸検出圧電電極３５を設けている。５６は第３の錘部で、この第３の錘部５６は、前記第３のＺ軸検出振動体５４の他端に接続されている。そして、前記第２の錘部４０にＸ軸中心線上から３５０±１５μｍ偏倚した箇所に第２の凹部４０ａを設けるとともに、前記第４の錘部６０に第４のＹ軸検出振動体５１におけるＹ軸検出圧電電極２８および第４のＺ軸検出振動体５９におけるＺ軸検出圧電電極３５を設けた側と同一平面上でかつ、前記第２の凹部４０ａを設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第３の凹部５６ａを設ける構成とした。５８は第４の駆動振動体で、この第４の駆動振動体５８は捩れ延出部３２から垂直な方向に前記第３の駆動振動体５２と平行に延出されるとともに、上面に一対の駆動圧電電極３３ａを設けている。５９は第４のＺ軸検出振動体で、この第４のＺ軸検出振動体５９は前記第４の駆動振動体５８の他端に、第４の駆動振動体５８の延出方向と垂直な方向でかつ、前記第３のＺ軸検出振動体５４と反対の方向に延出されるとともに、Ｌ字形状に略中央を折り曲げられている。６０は第４の錘部で、この第４の錘部６０は前記第４のＺ軸検出振動体５９の他端に接続されている。そして、前記第１の駆動振動体３３、第２の駆動振動体３８、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８と捩れ延出部３２との接続箇所の近傍の上面には、各々、モニター圧電電極６１を設け��いる。そしてまた、前記第１の固定部２１における駆動電極ランド２２は、第１の駆動振動体３３および第２の駆動振動体３８における駆動圧電電極３３ａと配線パターン６２により電気的に接続されるとともに、Ｙ方向検出電極ランド２３は配線パターン６２により、第１のＹ軸検出振動体２７および第２のＹ軸検出振動体３１におけるＹ軸検出圧電電極２８と電気的に接続されている。さらに、第１の固定部２１におけるＺ方向検出電極ランド２４は、第１のＺ軸検出振動体３４および第２のＺ軸検出振動体３９におけるＺ軸検出圧電電極３５と配線パターン６２により電気的に接続されるとともに、モニター電極ランド２６は、第１の駆動振動体３３および第２の駆動振動体３８におけるモニター圧電電極６１と配線パターン６２により電気的に接続されている。さらに、前記第２の固定部４１における駆動電極ランド４２は、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８における駆動圧電電極３３ａと配線パターン６２により電気的に接続されるとともに、Ｙ方向検出電極ランド４３は配線パターン６２により、第３のＹ軸検出振動体４７および第４のＹ軸検出振動体５１におけるＹ軸検出圧電電極２８と電気的に接続されている。さらに、第２の固定部４１におけるＺ方向検出電極ランド４４は、第３のＺ軸検出振動体５４および第４のＺ軸検出振動体５９におけるＺ軸検出圧電電極３５と配線パターン６２により電気的に接続されるとともに、モニター電極ランド４６は、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８におけるモニター圧電電極６１と配線パターン６２により電気的に接続されている。
【００２２】
以上のように構成された本発明の一実施の形態における角速度センサ素子について、次にその組立方法を説明する。
【００２３】
まず、図３（ａ）に示すように、予め上面に駆動電極ランド２２、４２、Ｙ方向検出電極ランド２３、４３、Ｚ方向検出電極ランド２４、４４、モニター電極ランド２６、４６、ＧＮＤ電極ランド２５、４５、Ｙ軸検出圧電電極２８、駆動圧電電極３３ａ、Ｚ軸検出圧電電極３５、モニター圧電電極６１および配線パターン６２を形成したウェハ６３を準備する。
【００２４】
次に、スピンコートによりウェハ６３の上面に、例えば、アルミ、チタン、酸化シリコン、窒化シリコン等のレジスト膜６４を塗布した後、図３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィーにより、レジスト膜６４を所定形状にパターンニングする。
【００２５】
次に、前記ウェハ６３をドライエッチング装置（図示せず）にセットした後、ＳＦ6等のフッ素系ガスを導入することにより、図３（ｃ）に示すように、Ｓｉからなるウェハ６３のレジスト膜６４を設けた部分以外をエッチングして溝６５を形成する。
【００２６】
次に、図３（ｄ）に示すように、前記レジスト膜６４の上面に、バックグラインド時にウェハ６３の上面を保護する機能を有する粘着剤層（図示せず）を設けたフィルム６６を貼り、その後、ウェハ６３の上下を逆さまにして、ウェハ６３の上面側に設けたフィルム６６をチャックテーブル（図示せず）に固定する。
【００２７】
次に、図３（ｅ）に示すように、バックグラインドホイール６７を回転させることにより、ウェハ６３の裏面を研削する。
【００２８】
次に、ＵＶを照射することにより、フィルム６６の粘着力を低減させてレジスト膜６４の上面から前記フィルム６６を剥離した後、前記レジスト膜６４を除去するとともに、前記ウェハ６３から個片の角速度センサ素子を取り出す。
【００２９】
最後に、第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０における第１の凹部３６ａ、第２の凹部４０ａ、第３の凹部５６ａおよび第４の凹部６０ａに位置して、レーザーを照射することにより、ＰＺＴからなる圧電層およびＳｉを除去する。
【００３０】
以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における角速度センサ素子について、次にその動作を説明する。
【００３１】
第１の固定部２１における駆動電極ランド２２および第２の固定部４１における駆動電極ランド４２に交流電圧を印加することにより、配線パターン６２を介して、第１の駆動振動体３３、第２の駆動振動体３８、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８における駆動圧電電極３３ａの分極の方向と同じ方向の場合には駆動圧電電極３３ａに引張応力が発生し、一方、反対の方向の場合には、圧縮応力が発生する。そうすると、交流電圧の位相に応じて、第１の駆動振動体３３、第２の駆動振動体３８、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８がＸ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。この駆動振動は第１のＺ軸検出振動体３４、第２のＺ軸検出振動体３９、第３のＺ軸検出振動体５４および第４のＺ軸検出振動体５９を介して第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０に伝わり、第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０がＸ軸方向に速度Ｖで駆動振動する。
【００３２】
ここで、まず、角速度センサ素子にＺ軸方向回りの角速度が発生する場合を考える。
【００３３】
第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０がコリオリ力により、Ｙ軸方向に振動駆動する。
【００３４】
そうすると、第１のＺ軸検出振動体３４、第２のＺ軸検出振動体３９、第３のＺ軸検出振動体５４および第４のＺ軸検出振動体５９における第１の駆動振動体３３、第２の駆動振動体３８、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８から垂直な方向に延出された箇所がＹ軸方向に振動駆動する。そして、角速度に応じた電荷がＺ軸検出圧電電極３５に発生する。さらに、第１のＺ軸検出振動体３４、第２のＺ軸検出振動体３９、第３のＺ軸検出振動体５４および第４のＺ軸検出振動体５９のＬ字形状に折り曲げられた先端側は、前述のＹ軸方向振動駆動に伴い、Ｘ軸方向に撓み振動する。したがって、この撓み振動により発生する電荷が、Ｚ軸検出圧電電極３５に加算して発生し、Ｚ軸回りの角速度を検出することが出来るものである。
【００３５】
次に、角速度センサ素子にＹ軸方向回りの角速度が発生する場合を考える。
【００３６】
その場合には、第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０がコリオリ力により、Ｚ軸方向に振動駆動する。そうすると、第１のＺ軸検出振動体３４、第２のＺ軸検出振動体３９、第３のＺ軸検出振動体５４および第４のＺ軸検出振動体５９と、第１の駆動振動体３３、第２の駆動振動体３８、第３の駆動振動体５２および第４の駆動振動体５８を介して、捩れ延出部３２に捩り力が加わり、第１のＹ軸検出振動体２７、第２のＹ軸検出振動体３１、第３のＹ軸検出振動体４７および第４のＹ軸検出振動体５１がＺ方向に振動駆動する。そして、Ｙ軸検出圧電電極２８に電荷が発生し、Ｙ軸回りの角速度を検出することが出来るものである。
【００３７】
ここで、角速度センサ素子における第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０をＸ軸方向に振動駆動させるとき、角速度センサ素子の製造のバラツキにより、第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０がＺ方向に振動する場合を考えると、本発明の一実施の形態における角速度センサ素子においては、第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０における振動体の検出電極および駆動電極を設けた側と同一平面上に第１の凹部３６ａ、第２の凹部４０ａ、第３の凹部５６ａおよび第４の凹部６０ａを設けたため、振動体に比較して質量の大きな第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０の質量を調整することとなる。これにより、角速度センサ素子のＺ軸方向の質量バランスの改善量が大きくなるから、振動体がＸ軸方向に正確に振動駆動するという作用効果を有するものである。
【００３８】
また、角速度センサ素子の製造バラツキにより、角速度センサ素子に角速度が付加されていない状態においても、第１の錘部３６、第２の錘部４０、第３の錘部５６および第４の錘部６０がＹ軸方向に変位する場合を考えると、本発明の一実施の形態における角速度センサ素子においては、第１の凹部３６ａを設けた箇所とＹ軸中心線に対して線対称の位置に第２の凹部４０ａを設けたため、第１のＹ軸検出振動体２７、捩れ延出部３２、第１の駆動振動体３３、第１のＺ軸検出振動体３４、および第１の錘部３６と、第２のＹ軸検出振動体３１、捩れ延出部３２、第２の駆動振動体３８、第２のＺ軸検出振動体３９、および第２の錘部４０とのＹ軸中心線に対する質量バランスが改善できることとなる。これにより、第１の錘部３６と第２の錘部４０とがＹ軸中心線に対して左右均等にバランス良く振動駆動できるという作用効果を有するものである。
【００３９】
さらに、本発明の一実施の形態における角速度センサ素子においては、前記第１の錘部３６にＸ軸中心線上から偏倚した箇所に第１の凹部３６ａを設けるとともに、前記第４の錘部６０に前記第１の凹部３６ａを設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第４の凹部６０ａを設け、かつ、前記第２の錘部４０にＸ軸中心線上から偏倚した箇所に第２の凹部４０ａを設け、さらに、前記第３の錘部５６に、前記第２の凹部４０ａを設けた箇所とＸ軸中心線に対して線対称の位置に第３の凹部５６ａを設けたため、第１のＹ軸検出振動体２７、捩れ延出部３２、第１の駆動振動体３３、第１のＺ軸検出振動体３４、および第１の錘部３６と、第４のＹ軸検出振動体５１、捩れ延出部３２、第４の駆動振動体５８、第４のＺ軸検出振動体５９、および第４の錘部６０とのＸ軸中心線に対する質量バランスが改善できるとともに、第２のＹ軸検出振動体３１、捩れ延出部３２、第２の駆動振動体３８、第２のＺ軸検出振動体３９、および第２の錘部４０と、第３のＹ軸検出振動体４７、捩れ延出部３２、第３の駆動振動体５２、第３のＺ軸検出振動体５４、および第３の錘部５６とのＸ軸中心線に対する質量バランスが改善できる。その結果、第１の錘部３６と第４の錘部６０とがＸ軸中心線に対して左右均等にバランス良く振動駆動できるとともに、第２の錘部４０と第３の錘部５６とがＸ軸中心線に対して左右均等にバランス良く振動駆動できるという作用効果を有するものである。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る角速度センサ素子は、振動体の質量バランスの改善量を確保できる角速度センサ素子を提供することが出来るという効果を有するものであり、特に各種電子機器に用いられる角速度センサに使用される角速度センサ素子として有用なものである。
【符号の説明】
【００４１】
２１  第１の固定部
２７  第１のＹ軸検出振動体
２８  Ｙ軸検出圧電電極
３１  第２のＹ軸検出振動体
３２  捩れ延出部
３３  第１の駆動振動体
３３ａ  駆動圧電電極
３４  第１のＺ軸検出振動体
３５  Ｚ軸検出圧電電極
３６  第１の錘部
３６ａ  第１の凹部
３８  第２の駆動振動体
３９  第２のＺ軸検出振動体
４０  第２の錘部
４０ａ  第２の凹部
４１  第２の固定部
４７  第３のＹ軸検出振動体
５１  第４のＹ軸検出振動体
５２  第３の駆動振動体
５４  第３のＺ軸検出振動体
５６  第３の錘部
５６ａ  第３の凹部
５９  第４のＺ軸検出振動体
６０  第４の錘部
６０ａ  第４の凹部
【図１】
2015078844.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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