(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延出し、上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の振動腕と、
前記振動腕の前記左右側面にそれぞれ設けられている電極と、を備え、
前記振動腕の少なくとも一方の前記側面の前記電極が、その厚さ方向に分離されている第１電極と第２電極とからなり、
前記振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、前記第１電極とそれに対応する前記振動腕の他方の前記側面の前記電極との間に発生する電界の向きと、前記第２電極とそれに対応する前記振動腕の他方の前記側面の前記電極との間に発生する電界の向きとが互いに逆向きになるように、前記各電極が設けられ、
前記振動腕が、前記一方の側面と前記上面又は下面との間に形成されている段差部を有し、前記段差部が、前記一方の側面に交わる段差面と、前記上面又は下面に交わる段差側面とからなり、前記第１電極と第２電極とが、前記段差面の電極膜が形成されていない部分により分離して、前記一方の側面と前記段差側面とに形成されており、
前記振動腕が、前記上面又は下面に凹設されている長手方向の溝を有し、前記長手方向溝の一方の内側面に形成されている第５電極と他方の内側面に形成されている第６電極とを有し、前記第５電極と前記第６電極とが、前記長手方向溝の底面の電極膜が形成されていない部分により分離され、
前記振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、前記第５電極とそれに対応する前記振動腕の左側面の前記電極との間に発生する電界の向きが、前記第６電極とそれに対応する前記振動腕の右側面の前記電極との間に発生する電界の向きとは互いに同じ向きになり、前記長手方向溝を設けていない前記下面側又は上面側において前記左側面の前記電極と前記右側面の前記電極との間に発生する電界の向きとは逆向きになるように、前記各電極が設けられていることを特徴とする屈曲振動片。
【請求項２】
前記振動腕の前記他方の側面の前記電極が、その厚さ方向に分離されている第３電極と第４電極とからなり、
前記振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、前記第１電極とそれに対応する前記第３電極との間に発生する電界の向きと、前記第２電極とそれに対応する前記第４電極との間に発生する電界の向きとが互いに逆向きになるように、前記各電極が設けられ、
前記振動腕が、前記他方の側面と前記上面又は下面との間に形成されている第２の段差部を更に有し、前記第２の段差部が、前記他方の側面に交わる第２の段差面と、前記上面又は下面に交わる第２の段差側面とからなり、前記第３電極と第４電極とが、前記第２の段差面の電極膜が形成されていない部分により分離して、前記他方の側面と前記第２の段差側面とに形成されていることを特徴とする請求項１記載の屈曲振動片。
【請求項３】
前記段差部が複数の段差からなることを特徴とする請求項１または２に記載の屈曲振動片。
【請求項４】
前記振動腕が、その上下面に垂直な方向に沿う前記屈曲振動を、該振動腕に設けられている前記電極から出力される電気信号として検出するための検出用振動腕であり、
前記基部から前記検出用振動腕の延出方向に沿って延長する駆動用振動腕と、前記駆動用振動腕をその上下面に平行な方向に沿って屈曲振動させるように、前記駆動用振動腕に設けられている駆動電極とを更に有す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屈曲振動片。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の屈曲振動片を製造する方法であって、
ウエハから前記屈曲振動片の外形を有する振動素子片を加工する過程と、
前記振動素子片の表面に電極膜を被着させかつその上にフォトレジスト膜を形成する過程と、
振動素子片の前記上面、下面及び段差面の前記フォトレジスト膜を上面側及び下面側から露光してパターニングする過程と、
前記パターニングにより露出した前記電極膜の部分をエッチングにより除去して、前記振動腕の側面にその厚さ方向に分離している前記電極を形成する過程と、
残存する前記フォトレジスト膜を除去する過程と、を含むことを特徴とする屈曲振動片の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の屈曲振動片を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は屈曲振動片及びその製造方法に関する。更に本発明は、この屈曲振動片を用いた様々な電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、携帯電話、ヘッドマウントディスプレイ等の各種電子機器には、角速度、角加速度、加速度、力等の物理量を検出するために、屈曲振動片を用いた圧電振動ジャイロ等のセンサーが広く使用されている。圧電振動ジャイロ用の屈曲振動片として、互いに平行な駆動用振動腕と検出用振動腕とを備える音叉型屈曲振動片が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。
【０００３】
一般に音叉型屈曲振動片において、駆動用振動腕の励振電極に交流電圧を印加すると、両振動腕は振動片の平面内で屈曲振動する。この状態で屈曲振動片が前記振動腕の延長方向の周りに回転運動すると、コリオリ力が発生して、両振動腕は振動片の平面に垂直な方向に屈曲振動する。これにより検出用振動腕の検出電極間に発生する電圧を、屈曲振動片の前記回転運動の角加速度等に対応した電気信号として検出する。
【０００４】
検出用振動腕は、その上下面ではなく、左右側面に検出電極を設けることによって、屈曲振動片の前記回転運動により発生する電圧を高感度に検出できることが知られている（例えば、特許文献２，３を参照）。図１１は、このような従来の音叉型屈曲振動片の典型例を示している。音叉型屈曲振動片１は、矩形の基部２から平行に延長する駆動用振動腕３と検出用振動腕４とを備える。駆動用振動腕３は上下面及び左右側面にそれぞれ駆動電極５ａ〜５ｄを有し、交流電圧を印加して、隣接する前記駆動電極間で電界を交互に逆向きに発生させると、前記両振動腕はＸ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。検出用振動腕４は左右側面にそれぞれ２つの検出電極６ａ，７ａ及び６ｂ，７ｂを、その厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置する。両振動腕３、４がＸ軸方向に屈曲振動している状態で、屈曲振動片１がＹ軸方向の周りに回転運動すると、前記両振動腕はＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。これにより検出用振動腕４内に発生する電界は、左右側面で対向する検出電極６ａと６ｂ、７ａと７ｂ間で効率良く、より大きな電圧として検出できるので、高感度が得られる。
【０００５】
一般に屈曲振動片の前記電極は、フォトリソグラフィー技術を利用したウエットエッチングにより電極膜をパターニングすることによって形成される。図１２は、図１１の屈曲振動片１において、検出用振動腕４の側面に検出電極６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂを形成する過程を例示している。先ず、水晶等のウエハをフォトエッチングして屈曲振動片１の外形を加工して素子片を形成し、その表面に電極膜８を被着させ、その上にフォトレジスト膜９を塗布する。この素子片の上面にフォトマスク１０を直接接触させるコンタクト方式で配置する（図１２（Ａ））。
【０００６】
フォトマスク１０には、フォトレジスト膜９の露光したい領域に対応する開口部１１ａ〜１１ｃが設けられている。フォトレジスト膜９の上面略全面の領域９ａは、紫外光を開口部１１ａを通して上方から垂直に照射し、左右側面の厚み方向中央付近の領域９ｂ，９ｃは、開口部１１ｂ，１１ｃを通して斜め上方から照射する。次に前記素子片の下面にフォトマスク１０を同じくコンタクト方式で配置し、同様にフォトレジスト膜９の下面略全面の領域９ｄと左右側面の領域９ｂ，９ｃとを露光する。
【０００７】
次に、フォトレジスト膜９を現像し、露光した前記領域を除去してレジストパターン１２を形成し、電極膜８を露出させる（図１２（Ｂ））。露出した電極膜部分をウエットエッチングにより除去し、水晶面を露出させる（図１２（Ｃ））。最後に、残存するレジストパターン１２を完全に除去すると、検出用振動腕４の側面に厚さ方向に分離した検出電極６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂが形成される（図１２（Ｄ））。
【０００８】
また、厚み方向のエッチングレートが幅方向よりも高い圧電材料のウエハを用いることにより、検出用振動腕の側面に厚み方向に分割した検出電極を形成する圧電振動片の製造方法が知られている（例えば、特許文献４を参照）。この方法では、振動用振動腕の側面中央に長手方向の突条が残るように、圧電振動片をウエットエッチングで外形加工しかつ電極膜を被着し、その上に形成したフォトレジスト膜を上方及び下方から垂直に同時に露光しかつ現像して、振動用振動腕上下面及び突条先端に電極膜が露出するようにパターニングし、露出した電極膜部分をエッチングすることによって、検出用振動腕の側面に厚み方向に分割した検出電極を形成する。
【０００９】
更に、水晶板に振動子の外形を両面から、その厚みを一部残すようにエッチングして溝を形成しかつその側面に電極膜を形成した後、該溝のエッチング残りの部分を機械的に折って、個々の振動子を分離させると同時に、その際に溝に残存する突起によって厚み方向に分離させた電極を形成する方法が知られている（例えば、特許文献５を参照）。また、前記溝のエッチング残りの部分を再エッチングで除去することにより、同様に電極を厚み方向に分割させる方法が知られている（例えば、特許文献６を参照）。
【００１０】
圧電振動ジャイロ用の屈曲振動片としては、前記音叉型以外に、様々な構造のものが提案されている。例えば、基部から平行に延長する１対の駆動用振動腕と、該基部から平行に駆動用振動腕とは逆向きに延長する１対の検出用振動腕とを備える所謂Ｈ型即ち両側音叉型の屈曲振動片が知られている（例えば、特許文献２，３，７を参照）。また、基部から平行に延長する３本又はそれ以上の振動腕を備える多脚型の屈曲振動片が知られている（例えば、特許文献８を参照）。
【００１１】
また、上述したように検出用振動腕の左右側面にそれぞれ配置した検出電極に加えて、検出用振動腕の上下面にその長手方向に沿ってそれぞれ溝を形成し、各溝の左右内側面にそれぞれ検出電極を配置した屈曲振動片が知られている（例えば、特許文献７を参照）。このように検出電極を配置することによって、振動片の左右方向に対向する検出電極間の距離が小さくなるので、対向電極間に発生する電圧をより効率良く検出でき、更に感度が向上する。
【００１２】
屈曲振動片の駆動用振動腕も、その上下面にその長手方向に沿ってそれぞれ溝を形成し、その内面に上面側及び下面側の駆動電極を配置することによって、対向する左右側面の駆動電極との間で電界を上下面に対して平行に発生させ、電界効率を向上させてＱ値を高め、ＣＩ値を低く抑制することができる（例えば、特許文献９を参照）。特許文献９によれば、駆動用振動腕の長手方向溝は、その上面又は下面に、段差部（上面又は下面の内側面）と中面部とを有する段差として形成することができる。溝内に配置される上面側及び下面側の駆動電極は、段差の段差部と中面部とに連なるように形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開平９−１４９７３号公報
【特許文献２】特開２００２−３４０５５９号公報
【特許文献３】特開２００７−９３４００号公報
【特許文献４】特許第４０１０２１８号公報
【特許文献５】特開平８−１８３７１号公報
【特許文献６】特開平８−１６２８７４号公報
【特許文献７】特開２００４−１２５４５８号公報
【特許文献８】特開２００６−２６２２８９号公報
【特許文献９】特開２００９−１８９０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図１２に関連して上述したように、検出腕の側面に検出電極を厚さ方向に分割するために、紫外光をフォトレジスト膜に斜めに照射してパターニングする従来の方法は、フォトマスクの開口部とフォトレジスト膜の露光領域間の距離が大きくなるので、露光光に回折が生じる。そのため、解像度が低く、パターン精度が悪くなる虞がある。その結果、電極膜のウエットエッチングはサイドエッチング量が大きくなり易く、検出電極を高精度にパターニングすることが困難で、製造上不良率が高くなる。特に微細な電極パターンの形成が困難なため、屈曲振動片の小型化が妨げられる。更に、コンタクト方式の露光は、屈曲振動片を上下片面ずつ露光しなければならないので、製造工程が複雑になり、フォトマスクの寿命も短くなる。また、露光光を斜めに照射するためには、特殊な露光機が必要である。これらの結果、製造コストが高くなるという問題がある。
【００１５】
また、厚み方向のエッチングレートが幅方向よりも高い圧電材料のウエハを用いる上記特許文献４記載の従来方法は、フォトレジスト膜の露光がコンタクト方式ではなく、振動腕の上方及び下方から垂直に同時に露光できるので、製造工程がより簡単であり、一般的な露光機を使用できるので有利である。しかしながら、使用可能な圧電材料や結晶配向が制限されるという問題がある。
【００１６】
上記特許文献５記載の従来方法は、溝のエッチング残りの部分を折るために追加の工程や特殊な治具が必要である。そのために作業が複雑化し、製造コストを増大させるという問題がある。また、エッチング残りの部分を折る際に、水晶の破片が水晶振動子に付着して振動特性を変化させたり、隣接する他の水晶振動子や治具と接触して電極膜を損傷し、不良品の発生及び歩留まりの低下を招く虞がある。更に、折る位置を正確に制御できないので、振動腕の側面に残存する突起の大きさが不均一になり、振動腕のバランスが損なわれて不要な振動を発生させ、振動特性を低下させる虞がある。
【００１７】
上記特許文献６の従来方法も、エッチング残りの部分を再エッチングで完全に除去するために追加の工程が必要で、同様に作業が複雑化し、製造コストを増大させるという問題がある。また、エッチング残りの部分を再エッチングする際に、水晶の結晶異方性で振動腕の側面にオーバエッチングによる凹みが形成されたり、エッチング残りの部分の上に形成したレジスト膜及び電極膜を除去する際に発生する電極材料が電極に再付着する虞がある。
【００１８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その少なくとも１つの問題点を解決することを目的としている。本発明の目的は、使用する材料やその結晶配向性に制限されることなく、振動腕の側面に厚さ方向に分離される電極を、一般的な露光機を用いてパターニングする従来のフォトエッチングを利用して高精度に形成することができる屈曲振動片を提供することにある。また、本発明の目的は、そのように振動腕の側面に厚さ方向に分離された電極を有する屈曲振動片において、小型化の要求にも容易に対応できるようにすることにある。特に本発明の屈曲振動片は、圧電振動ジャイロ等のセンサー素子に適用した場合に、小型化しても、検出用振動腕に発生する電荷を効率良く検出して高感度を達成し得ることを目的とする。
【００１９】
本発明の別の目的は、このような屈曲振動片を簡単にかつ低コストで実現し得る屈曲振動片の製造方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の更に別の目的は、このような屈曲振動片を備えたセンサー素子等のデバイス、特にこのような高感度なセンサー素子を搭載することにより、高性能で製造コストの低減及び小型化が可能な電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
本発明のある形態に係る屈曲振動片は、基部と、前記基部から延出し、上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の振動腕と、前記振動腕の前記左右側面にそれぞれ設けられている電極と、を備え、前記振動腕の少なくとも一方の前記側面の前記電極が、その厚さ方向に分離されている第１電極と第２電極とからなり、前記振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、前記第１電極とそれに対応する前記振動腕の他方の前記側面の前記電極との間に発生する電界の向きと、前記第２電極とそれに対応する前記振動腕の他方の前記側面の前記電極との間に発生する電界の向きとが互いに逆向きになるように、前記各電極が設けられ、前記振動腕が、前記一方の側面と前記上面又は下面との間に形成されている段差部を有し、前記段差部が、前記一方の側面に交わる段差面と、前記上面又は下面に交わる段差側面とからなり、前記第１電極と第２電極とが、前記段差面の電極膜が形成されていない部分により分離して、前記一方の側面と前記段差側面とに形成されており、前記振動腕が、前記上面又は下面に凹設されている長手方向の溝を有し、前記長手方向溝の一方の内側面に形成されている第５電極と他方の内側面に形成されている第６電極とを有し、前記第５電極と前記第６電極とが、前記長手方向溝の底面の電極膜が形成されていない部分により分離され、前記振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、前記第５電極とそれに対応する前記振動腕の左側面の前記電極との間に発生する電界の向きが、前記第６電極とそれに対応する前記振動腕の右側面の前記電極との間に発生する電界の向きとは互いに同じ向きになり、前記長手方向溝を設けていない前記下面側又は上面側において前記左側面の前記電極と前記右側面の前記電極との間に発生する電界の向きとは逆向きになるように、前記各電極が設けられていることを特徴とする。
本発明のある形態に係る屈曲振動片は、上記屈曲振動片において、前記振動腕の前記他方の側面の前記電極が、その厚さ方向に分離されている第３電極と第４電極とからなり、前記振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、前記第１電極とそれに対応する前記第３電極との間に発生する電界の向きと、前記第２電極とそれに対応する前記第４電極との間に発生する電界の向きとが互いに逆向きになるように、前記各電極が設けられ、前記振動腕が、前記他方の側面と前記上面又は下面との間に形成されている第２の段差部を更に有し、前記第２の段差部が、前記他方の側面に交わる第２の段差面と、前記上面又は下面に交わる第２の段差側面とからなり、前記第３電極と第４電極とが、前記第２の段差面の電極膜が形成されていない部分により分離して、前記他方の側面と前記第２の段差側面とに形成されていることを特徴とする。
本発明のある形態に係る屈曲振動片は、上記屈曲振動片において、前記段差部が複数の段差からなることを特徴とする。
本発明のある形態に係る屈曲振動片は、上記屈曲振動片において、前記振動腕が、その上下面に垂直な方向に沿う前記屈曲振動を、該振動腕に設けられている前記電極から出力される電気信号として検出するための検出用振動腕であり、前記基部から前記検出用振動腕の延出方向に沿って延長する駆動用振動腕と、前記駆動用振動腕をその上下面に平行な方向に沿って屈曲振動させるように、前記駆動用振動腕に設けられている駆動電極とを更に有することを特徴とする。
本発明のある形態に係る屈曲振動片の製造方法は、上記屈曲振動片を製造する方法であって、ウエハから前記屈曲振動片の外形を有する振動素子片を加工する過程と、前記振動素子片の表面に電極膜を被着させかつその上にフォトレジスト膜を形成する過程と、振動素子片の前記上面、下面及び段差面の前記フォトレジスト膜を上面側及び下面側から露光してパターニングする過程と、前記パターニングにより露出した前記電極膜の部分をエッチングにより除去して、前記振動腕の側面にその厚さ方向に分離している前記電極を形成する過程と、残存する前記フォトレジスト膜を除去する過程と、を含むことを特徴とする。
本発明のある形態に係る電子機器は、上記屈曲振動片を備えることを特徴とする。
本発明の屈曲振動片は、上記目的を達成するために、基部と、該基部から延出し、上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の振動腕と、該振動腕の左右側面にそれぞれ設けられている電極とを備え、
振動腕の少なくとも一方の側面の電極が、その厚さ方向に分離されている第１電極と第２電極とからなり、
振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、第１電極とそれに対応する該振動腕の他方の側面の電極との間に発生する電界の向きと、第２電極とそれに対応する該他方の側面の電極との間に発生する電界の向きとが互いに逆向きになるように、前記各電極が設けられ、
振動腕が、一方の側面と上面又は下面との間に形成されている段差部を有し、該段差部が、一方の側面に交わる段差面と、上面又は下面に交わる段差側面とからなり、第１電極と第２電極とが、段差面の電極膜が形成されていない部分により分離して、一方の側面と段差側面とに形成されていることを特徴とする。
【００２２】
このように振動腕の段差部を形成しかつ少なくとも部分的に電極膜の無い段差面を設けるという比較的簡単な構成によって、振動腕の側面にその厚さ方向に分離している電極を容易に形成することができる。全面的に又は部分的に電極膜の無い段差面は、従来のフォトエッチングを利用し、一般的な露光機を用いた露光により比較的簡単に、高精度にパターニングすることができる。
【００２３】
更に、段差側面の電極とこれに対応する側面の電極間の距離が、従来の左右側面間の距離よりも小さくなるので、電極間の静電容量が従来よりも増大する。従って、本発明の屈曲振動片を、例えば圧電振動ジャイロ等のセンサー素子に適用した場合、電極間で発生する電荷を効率良く検出できるので、高い感度が得られる。また、本発明の振動腕を駆動用振動腕に適用した場合には、機械電気変換効率が良く、高いＱ値かつ低いＣＩ値の優れた屈曲振動片が得られる。従って、高性能かつ高品質で小型化可能な屈曲振動片を実現することができる。
【００２４】
或る実施例では、振動腕の他方の側面の電極が、その厚さ方向に分離されている第３電極と第４電極とからなり、
振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、第１電極とそれに対応する第３電極との間に発生する電界の向きと、第２電極とそれに対応する第４電極との間に発生する電界の向きとが互いに逆向きになるように、前記各電極が設けられ、
振動腕が、他方の側面と上面又は下面との間に形成されている第２の段差部を更に有し、第２の段差部が、他方の側面に交わる第２の段差面と、上面又は下面に交わる第２の段差側面とからなり、第３電極と第４電極とが、第２の段差面の電極膜が形成されていない部分により分離して、他方の側面と第２の段差側面とに形成されている。
【００２５】
このように振動腕の左右両側面に段差部を設けることによって、振動腕は、面外方向にバランス良く屈曲振動を行うことができる。更に、第１電極とそれに対応する第３電極間の距離、及び第２電極とそれに対応する第４電極間の距離が、従来の左右側面間の距離よりも小さくなり、電極間の静電容量が従来よりも更に増大する。従って、この屈曲振動片を圧電振動ジャイロ等のセンサー素子に適用した場合には、振動腕の屈曲振動により発生する電荷をより効率良く検出できるので、より高感度が得られる。
【００２６】
別の実施例では、振動腕が、その上面又は下面に凹設されている長手方向の溝を有し、該長手方向溝の一方の内側面に形成されている第５電極と他方の内側面に形成されている第６電極とを有し、第５電極と第６電極とが、長手方向溝の底面の電極膜が形成されていない部分で分離され、
振動腕がその上下面に垂直な方向に沿って屈曲振動する際に、第５電極とそれに対応する振動腕の左側面の電極との間に発生する電界の向きが、第６電極とそれに対応する振動腕の右側面の電極との間に発生する電界の向きとは互いに同じ向きになり、長手方向溝を設けていない下面側又は上面側において左側面の電極と右側面の電極との間に発生する電界の向きとは逆向きになるように、前記各電極が設けられている。
【００２７】
このように左右側面間の長手方向溝の各内側面に電極を追加することによって、対応する電極間の距離をいずれも小さくすることができ、電極間の静電容量が従来よりも更に増大する。従って、振動腕の屈曲振動により発生する電荷を更に効率良く検出でき、より一層高感度なセンサー素子が得られる。
【００２８】
更に別の実施例によれば、振動腕の段差部が複数の段差から構成されるので、それら複数の段差の段差側面を選択して電極を形成することによって、それに対応する側面の電極との距離及び静電容量を使用条件に応じて調整することができる。更に、振動腕がよりバランス良く屈曲振動し得るように、その断面形状を設計することができる。
【００２９】
また別の実施例では、振動腕が、その上下面に垂直な方向に沿う屈曲振動を、該振動腕に設けられている電極から出力される電気信号として検出するための検出用振動腕であり、基部から検出用振動腕の延出方向に沿って延長する駆動用振動腕と、該駆動用振動腕をその上下面に平行な方向に沿って屈曲振動させるように駆動用振動腕に設けられている駆動電極とを更に有することにより、音叉型の屈曲振動片が得られる。
【００３０】
本発明の別の側面によれば、上述した本発明の屈曲振動片を製造する方法であって、
ウエハから屈曲振動片の外形を有する振動素子片を加工する過程と、
振動素子片の表面に電極膜を被着させ、その上にフォトレジスト膜を形成する過程と、
振動素子片の上面、下面及び段差面のフォトレジスト膜を上面側及び下面側から露光してパターニングする過程と、
該パターニングにより露出した電極膜の部分をエッチングにより除去して、振動腕の側面にその厚さ方向に分離した電極を形成する過程と、
残存するフォトレジスト膜を除去する過程とを含む方法が提供される。
【００３１】
このように従来のフォトエッチング技術を利用し、一般的な露光機を用いた上面及び下面からの露光によって高精度にパターニングすることによって、検出用振動腕の側面に厚さ方向に分離した電極を形成することができる。従来技術のような斜め露光による電極膜のパターニングを必要としないので、本発明の屈曲振動片を比較的簡単にかつ低コストで製造することができる。
【００３２】
本発明の更に別の側面によれば、上述した本発明の屈曲振動片を備えることによって、高性能で小型化可能な電子機器を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ）図は本発明の第１実施例による屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのＩ−Ｉ線における駆動用振動腕の断面図、（Ｃ）図は同じく検出腕の断面図。
【図２】（Ａ）図は本発明の第２実施例による屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのII−II線における検出用振動腕の断面図。
【図３】（Ａ）図は本発明の第３実施例による屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのIII−III線における検出用振動腕の断面図。
【図４】（Ａ）図は本発明の第４実施例による屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのIV−IV線における検出用振動腕の断面図。
【図５】（Ａ）図は本発明の第５実施例による屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのＶ−Ｖ線における検出用振動腕の断面図。
【図６】（Ａ）図は本発明の第６実施例による屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのVI−VI線における検出用振動腕の断面図。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）図は第３実施例の屈曲振動片の検出用振動腕に検出電極をパターニングする過程を順に示す工程図。
【図８】本発明を適用した別の音叉型屈曲振動片を示す概略平面図。
【図９】本発明を適用した両側音叉型屈曲振動片を示す概略平面図。
【図１０】本発明を適用した三脚型屈曲振動片を示す概略平面図。
【図１１】（Ａ）図は従来の音叉型屈曲振動片の概略平面図、（Ｂ）図はそのXI−XI線における駆動用振動腕の断面図、（Ｃ）図は同じく検出用振動腕の断面図。
【図１２】（Ａ）〜（Ｄ）図は図１１の従来の屈曲振動片の検出用振動腕に検出電極をパターニングする過程を順に示す工程図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。尚、添付図面において、同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付して示す。
【００３５】
図１は、例えば角速度センサーに使用される圧電振動ジャイロ用の、本発明の第１実施例による音叉型屈曲振動片を概略的に示している。音叉型屈曲振動片２１は、矩形の基部２２と、該基部から延長する駆動用振動腕２３と、該駆動用振動腕に沿って前記基部から延長する検出用振動腕２４とを備える。駆動用振動腕２３及び検出用振動腕２４は、それぞれ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形をなし、互いに平行に配置されている。音叉型屈曲振動片２１は、水晶又は他の圧電材料から一体に加工される。
【００３６】
駆動用振動腕２３は、図１（Ｂ）に示すように、その上下各面に形成された長手方向の溝２５を有する。各長手方向溝２５の内面にはそれぞれ第１駆動電極２６ａが設けられ、駆動用振動腕２３の左右各側面にはそれぞれ第２駆動電極２６ｂが設けられ、これらが互いに電気的に接続されて駆動用振動腕３を屈曲振動させる駆動電極を構成している。
【００３７】
検出用振動腕２４には、図１（Ｃ）に示すように、上向きの第１段差部２７が上面２４ａと右側面２４ｄとの間に、下向きの第２段差部２８が下面２４ｂと左側面２４ｃとの間に設けられている。第１段差部２７は、右側面２４ｄに交わる上向きの段差面２７ａと、前記上面に交わる右向きの段差側面２７ｂとを有する。第２段差部２８は、左側面に交わる下向きの段差面２８ａと、前記下面に交わる左向きの段差側面２８ｂとを有する。第１及び第２段差部２７，２８は、振動腕断面においてその中心軸に関して対称に、同じ寸法に形成される。
【００３８】
検出用振動腕２４の左右側面２４ｃ，２４ｄ及び段差側面２７ｂ，２８ｂには、第１〜第４検出電極２９ａ〜２９ｄが設けられ、その面外方向の屈曲振動を検出するための検出電極を構成している。左側面２４ｃの第１検出電極２９ａと段差側面２８ｂの第２検出電極２９ｂとは、電極膜を形成していない段差面２８ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。同様に、段差側面２７ｂの第３検出電極２９ｃと右側面２４ｄの第４検出電極２９ｄとは、電極膜を形成していない段差面２７ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。尚、図中段差面２７ａ，２８ａは、全面的に電極膜が形成されていないが、部分的にのみ電極膜が形成されていない場合も、同様に前記第１、第２検出電極、及び第３、第４検出電極を分離させることができる。
【００３９】
前記第１及び第２段差部の電極膜を形成していない段差面２７ａ，２８ａは、振動腕表面に形成した電極膜をフォトエッチングによりパターニングする際に、垂直に露光光を照射できるので、特殊な装置や手法を用いることなく、一般的な露光機を用いた両面露光が可能である。そのため、微細なパターンであっても比較的容易にかつ高精度に転写することができる。従って、製造上不良率を小さくして歩留まりを向上させ、製造コストを低減できると共に、屈曲振動片の小型化にも十分に対応することができる。
【００４０】
前記駆動電極に所定の交流電圧を印加すると、隣接する第１、第２駆動電極２６ａ、２６ｂ間で電界が、図１（Ｂ）に実線及び破線の矢印で示すようにＸ軸方向に交互に逆向きに発生する。これにより、駆動用振動腕２３は上下面と同じＸＹ面内で屈曲振動する。検出用振動腕２４は、駆動用振動腕２３とのバランスを取るように、同じくＸＹ面内で駆動用振動腕２３と互いに逆向きに屈曲振動する。
【００４１】
この状態で、屈曲振動片２１がＹ軸周りに即ち前記振動腕の延長方向の周りに回転すると、駆動用振動腕２３の振動方向と直交する向きに即ち上下面に対して垂直なＺ軸方向にコリオリ力が作用する。これにより、駆動用振動腕２３と検出用振動腕２４は、Ｚ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕２４には、Ｘ軸方向の電界が、図１（Ｃ）に実線及び破線の矢印で示すように、左側面２４ｃの第１検出電極２９ａと対応する段差側面２７ｂの第３検出電極２９ｃとの間に、段差側面２８ｂの第２検出電極２９ｂと対応する右側面２４ｄの第４検出電極２９ｄとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ互いに逆向きに発生する。これによりＸ軸方向に発生する電荷を前記検出電極から電圧信号として取り出すことによって、屈曲振動片２１の前記回転の角速度が検出される。
【００４２】
このように一方の側面の検出電極に対応する検出電極を前記段差側面に設けることにより、左右に即ちＸ軸方向に対応する前記検出電極間の距離が従来よりも小さくなるので、その静電容量が増大する。従って、検出用振動腕２４の面外方向の屈曲振動により前記検出電極間に発生した電荷を効率良く検出でき、高感度が得られる。
【００４３】
本実施例では、第１及び第２段差２７，２８が同じ寸法にかつ対称に形成されているので、屈曲振動片２１が面外方向にバランス良く屈曲振動を行う。更に、Ｘ軸方向に対応する２組の前記検出電極同士の間隔が一致する。即ち、上面側の第１検出電極２９ａと第３検出電極２９ｃとの間隔と、下面側の第２検出電極２９ｂと第４検出電極２９ｄとの間隔が同じである。そのため、屈曲振動片２１の上面側と下面側とで検出した電圧信号がバランスよく出力される。
【００４４】
また、屈曲振動片２１の上面側の第１、第３検出電極２９ａ，２９ｃ間の出力と下面側の第２、第４検出電極２９ｂ，２９ｄ間の出力との差動を取ることによって、不要なノイズをキャンセルすることができる。例えば、検出用振動腕２４が軸線方向即ちＹ軸方向に伸縮した場合、それにより発生し得る不要な信号を除去することができる。これにより、より高精度な発生電荷の検出が可能になる。
【００４５】
別の実施例では、一方の側面側、例えば左側面側の第１検出電極２９ａと第２検出電極２９ｂを接地電極にすることができる。この場合、反対側の第３検出電極２９ｃと第４検出電極２９ｄとから、互いに異極の電圧信号が出力される。このように構成することによって、検出用振動腕２４の上面側と下面側間で出力の差動を容易に取ることができ、また前記検出電極から引き出される配線構造を簡略化できる。
【００４６】
図２は、本発明の第２実施例による音叉型屈曲振動片を概略的に示している。第２実施例の音叉型屈曲振動片３１は、第１実施例と同様に、矩形の基部３２と、該基部から互いに平行に延長しかつそれぞれ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の駆動用振動腕３３及び検出用振動腕３４とを備える。駆動用振動腕３３は、第１実施例の駆動用振動腕２３と同じ構成を有するので、説明を省略する。
【００４７】
検出用振動腕３４には、図２（Ｂ）に示すように、上向きの第１段差部３５が上面３４ａと左側面３４ｃとの間に、下向きの第２段差部３６が下面３４ｂと右側面３４ｄとの間に設けられている。第１段差部３５は、左側面３４ｃに交わる上向きの段差面３５ａと、上面３４ａに交わる左向きの段差側面３５ｂとを有する。第２段差部３６は、右側面３４ｄに交わる下向きの段差面３６ａと、下面３４ｂに交わる右向きの段差側面３６ｂとを有する。
【００４８】
第１及び第２段差部３５，３６は、第１実施例と同様に、振動腕断面においてその中心軸に関して対称に、同じ寸法に形成される。本実施例では、第１及び第２段差部３５，３６が第１実施例よりも浅くかつ幅広に形成される。従って、各段差側面３５ｂ，３６ｂとそれぞれ対向する左右側面３４ｃ，３４ｄ間の距離が第１実施例よりも小さく、各段差側面３５ｂ，３６ｂの高さが第１実施例よりも低い。
【００４９】
検出用振動腕３４の左右側面３４ｃ，３４ｄ及び段差側面３５ｂ，３６ｂには、第１〜第４検出電極３７ａ〜３７ｄが設けられ、その面外方向の屈曲振動を検出するための検出電極を構成している。段差側面３５ｂの第１検出電極３７ａと左側面３４ｃの第２検出電極３７ｂとは、電極膜を形成していない段差面３５ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。同様に、右側面３４ｄの第３検出電極３７ｃと段差側面３６ｂの第４検出電極３７ｄとは、電極膜を形成していない段差面３６ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。尚、図中段差面３５ａ，３６ａは、全面的に電極膜が形成されていないが、部分的にのみ電極膜が形成されていない場合も、同様に前記第１、第２検出電極、及び第３、第４検出電極を分離させることができる。
【００５０】
所定の交流電圧を印加して駆動用振動腕３３と検出用振動腕３４とをＸＹ面内で互いに逆向きに屈曲振動させた状態で、屈曲振動片３１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、前記両振動腕はＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕３４には、Ｘ軸方向の電界が、図２（Ｂ）に実線及び破線の矢印で示すように、段差側面３５ｂの第１検出電極３７ａと対応する右側面３４ｄの第３検出電極３７ｃとの間に、段差側面３６ｂの第４検出電極３７ｄと対応する左側面３４ｃの第２検出電極３７ｂとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ互いに逆向きに発生する。これによりＸ軸方向に発生する電荷が、前記検出電極から電圧信号として取り出される。
【００５１】
別の実施例では、一方の側面側、例えば左側面側の第１検出電極３７ａと第２検出電極３７ｂを接地電極にすることができる。この場合、反対側の第３検出電極３７ｃと第４検出電極３７ｄとから、互いに異極の電圧信号が出力される。このように構成することによって、検出用振動腕３４の上面側と下面側間で出力の差動を容易に取ることができ、また前記検出電極から引き出される配線構造を簡略化できる。
【００５２】
本実施例は、第１実施例よりも、左右に即ちＸ軸方向に対応する前記検出電極間の距離が小さくなるので、その静電容量が更に増大する。従って、検出用振動腕３４の面外方向の屈曲振動により前記検出電極間に発生した電荷をより効率良く検出でき、より高感度が得られる。その他の利点は、第１実施例と同じであるので、説明を省略する。
【００５３】
図３は、本発明の第３実施例による音叉型屈曲振動片を概略的に示している。第３実施例の音叉型屈曲振動片４１は、第１実施例と同様に、矩形の基部４２と、該基部から互いに平行に延長しかつそれぞれ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の駆動用振動腕４３及び検出用振動腕４４とを備える。駆動用振動腕４３は、第１実施例の駆動用振動腕２３と同じ構成を有するので、説明を省略する。
【００５４】
検出用振動腕４４には、図３（Ｂ）に示すように、下向きの第１段差部４５が下面４４ｂと左側面４４ｃとの間に、下向きの第２段差部４６が前記下面と右側面４４ｄとの間に設けられている。第１段差部４５は、左側面４４ｃに交わる下向きの段差面４５ａと、下面４４ｂに交わる左向きの段差側面４５ｂとを有する。第２段差部４６は、右側面４４ｄに交わる下向きの段差面４６ａと、前記下面に交わる右向きの段差側面４６ｂとを有する。検出用振動腕４４は更に、上面４４ａに形成された長手方向の溝４７を有する。長手方向溝４７は、前記上面にそれぞれ交わる左右の溝内側面４７ａ，４７ｂと、前記溝内側面間の底面４７ｃとを有する。
【００５５】
第１、第２段差部４５，４６及び長手方向溝４７は、振動腕断面において上下方向の中心軸に関して対称に配置される。従って、屈曲振動片４１は、バランス良く面外方向に屈曲振動し、不要な振動を発生し難い利点がある。
【００５６】
検出用振動腕４４の左右側面４４ｃ，４４ｄ及び段差側面４５ｂ，４６ｂには、第１〜第４検出電極４８ａ〜４８ｄが設けられ、長手方向溝４７の溝内側面４７ａ，４７ｂには、第５，第６検出電極４８ｅ，４８ｆが設けられ、その面外方向の屈曲振動を検出するための検出電極を構成している。左側面４４ｃの第１検出電極４８ａと段差側面４５ｂの第２検出電極４８ｂとは、電極膜を形成していない段差面４５ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。同様に、右側面４４ｄの第３検出電極４８ｃと段差側面４６ｂの第４検出電極４８ｄとは、電極膜を形成していない段差面４６ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。長手方向溝４７内の第５検出電極４８ｅと第６検出電極４８ｆとは、電極膜を形成していない前記溝の底面４７ｃにより、振動腕の幅方向に分離して互いに異極となるように配置される。尚、図中段差面４５ａ，４６ａは、全面的に電極膜が形成されていないが、部分的にのみ電極膜が形成されていない場合も、同様に前記第１、第２検出電極、及び第３、第４検出電極を分離させることができる。
【００５７】
所定の交流電圧を印加して駆動用振動腕４３と検出用振動腕４４とをＸＹ面内で互いに逆向きに屈曲振動させた状態で、屈曲振動片４１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、前記両振動腕はＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕４４の上面側には、Ｘ軸方向の電界が、図３（Ｂ）に実線及び破線の矢印で示すように、左側面４４ｃの第１検出電極４８ａと対応する左内側面４７ａの第５検出電極４８ｅとの間に、右内側面４７ｂの第６検出電極４８ｆと対応する右側面４４ｄの第３検出電極４８ｃとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ互いに同じ向きに発生する。検出用振動腕４４の下面側では、Ｘ軸方向の電界が、段差側面４５ｂの第２検出電極４８ｂと対応する段差側面４６ｂの第４検出電極４８ｄとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ前記上面側のＸ軸方向の電界とは逆向きに発生する。これによりＸ軸方向に発生する電荷が、前記検出電極から電圧信号として取り出される。
【００５８】
別の実施例では、一方の側面側、例えば左側面側の第１検出電極４８ａと第２検出電極４８ｂ、及び前記長手方向溝の右内側面４７ｂの第６検出電極４８ｆを接地電極にすることができる。この場合、第３検出電極４８ｃ及び第５検出電極４８ｅと第４検出電極４８ｄとから、互いに異極の電圧信号が出力される。このように構成することによって、検出用振動腕４４の上面側と下面側間で出力の差動を容易に取ることができる。
【００５９】
本実施例は、検出用振動腕４４の上面側において、前記検出電極間の静電容量が第２実施例の略２倍になるので、発生した電荷をより効率良く検出でき、より一層高い感度が得られる。その他の利点は、第１実施例と同じであるので、説明を省略する。
【００６０】
図４は、本発明の第４実施例による音叉型屈曲振動片を概略的に示している。第４実施例の音叉型屈曲振動片５１は、第１実施例と同様に、矩形の基部５２と、該基部から互いに平行に延長しかつそれぞれ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の駆動用振動腕５３及び検出用振動腕５４とを備える。駆動用振動腕５３は、第１実施例の駆動用振動腕２３と同じ構成を有するので、説明を省略する。
【００６１】
検出用振動腕５４には、図４（Ｂ）に示すように、上向きの第１段差部５５が上面５４ａと左側面５４ｃとの間に、下向きの第２段差部５６が下面５４ｂと右側面５４ｄとの間に設けられている。第１段差部５５は、上下に連続する２つの段差から構成される。前記２つの段差は、それぞれ上向きの段差面５５ａ１，５５ａ２と右向きの段差側面５５ｂ１，５５ｂ２とを有する。上側の段差側面５５ｂ１は上面５４ａと交わり、下側の段差面５５ａ２は右側面５４ｄと交わり、上側の段差面５５ａ１は下側の段差側面５５ｂ２と交わっている。第２段差部５６は、左側面５４ｃに交わる下向きの段差面５６ａと、前記下面に交わる左向きの段差側面５６ｂとを有する。これにより、前記検出用振動腕がよりバランス良く屈曲振動し得るように、その断面形状を設計することができる。
【００６２】
検出用振動腕５４の左右側面５４ｃ，５４ｄ及び段差側面５５ｂ１，５６ｂには、第１〜第４検出電極５７ａ〜５７ｄが設けられ、その面外方向の屈曲振動を検出するための検出電極を構成している。左側面５４ｃの第１検出電極５７ａと段差側面５６ｂの第２検出電極３７ｂとは、電極膜を形成していない段差面５６ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。同様に、段差側面５５ｂ１の第３検出電極５７ｃと右側面３４ｄの第４検出電極５７ｄとは、電極膜を形成していない段差面５５ａ１，５５ａ２により、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。尚、図中段差面５５ａ１，５５ａ２，５６ａは、全面的に電極膜が形成されていないが、部分的にのみ電極膜が形成されていない場合も、同様に前記第１、第２検出電極、及び第３、第４検出電極を分離させることができる。
【００６３】
所定の交流電圧を印加して駆動用振動腕５３と検出用振動腕５４とをＸＹ面内で互いに逆向きに屈曲振動させた状態で、屈曲振動片５１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、前記両振動腕はＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕５４には、Ｘ軸方向の電界が、図４（Ｂ）に実線及び破線の矢印で示すように、左側面５４ｃの第１検出電極５７ａと対応する段差側面５５ｂ１の第３検出電極５７ｃとの間に、段差側面５６ｂの第２検出電極５７ｂと対応する右側面５４ｄの第４検出電極５７ｄとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ互いに逆向きに発生する。これによりＸ軸方向に発生する電荷が、前記検出電極から電圧信号として取り出される。
【００６４】
別の実施例では、第３検出電極５７ｃを、上側の段差側面５５ｂ１でなく、下側の段差側面５５ｂ２に設けることができる。また、第１段差部５５の上側及び下側の段差側面５５ｂ１，５５ｂ２双方に検出電極を設けることができる。このようにして、左側面の第１検出電極５７ａと対応する検出電極間の距離及び静電容量を使用条件に応じて調整することができる。
【００６５】
また、別の実施例では、一方の側面側、例えば左側面側の第１検出電極５７ａと第２検出電極５７ｂを接地電極にすることができる。この場合、反対側の第３検出電極５７ｃと第４検出電極５７ｄとから、互いに異極の電圧信号が出力される。このように構成することによって、検出用振動腕５４の上面側と下面側間で出力の差動を容易に取ることができ、また前記検出電極から引き出される配線構造を簡略化できる。
【００６６】
前記第１段差部の上側の段差と下側の段差とは、必ずしも連続して設ける必要が無い。例えば、別の実施例では、上側の段差と下側の段差とを傾斜面で繋ぐことができる。更に別の実施例では、前記第１段差部を３つ以上の段差で構成することもできる。
【００６７】
本実施例は、上面側において、左右に即ちＸ軸方向に対応する前記検出電極間の距離が第１実施例よりも小さくなるので、その静電容量が更に増大する。従って、検出用振動腕５４の面外方向の屈曲振動により前記検出電極間に発生した電荷をより効率良く検出でき、より高感度が得られる。その他の利点は、第１実施例と同じであるので、説明を省略する。
【００６８】
図５は、本発明の第５実施例による音叉型屈曲振動片を概略的に示している。第５実施例の音叉型屈曲振動片６１は、第１実施例と同様に、矩形の基部６２と、該基部から互いに平行に延長しかつそれぞれ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の駆動用振動腕６３及び検出用振動腕６４とを備える。駆動用振動腕６３は、第１実施例の駆動用振動腕２３と同じ構成を有するので、説明を省略する。
【００６９】
検出用振動腕６４には、図５（Ｂ）に示すように、上向きの第１段差部６５及び第２段差部６６が上面６４ａと左側面６４ｃとの間及び右側面６４ｄとの間にそれぞれ設けられている。第１及び第２段差部６５，６６は、それぞれ左右側面６４ｃ，６４ｄに交わる上向きの段差面６５ａ，６６ａと、前記上面にそれぞれ交わる左右の段差側面６５ｂ，６６ｂとを有する。前記第１、第２段差部は、振動腕断面において上下方向の中心軸に関して対称に配置される。従って、屈曲振動片６１は、バランス良く面外方向に屈曲振動し、不要な振動を発生し難い利点がある。
【００７０】
検出用振動腕６４の左右側面６４ｃ，６４ｄ及び段差側面６５ｂ，６６ｂには、第１〜第４検出電極６７ａ〜６７ｄが設けられ、その面外方向の屈曲振動を検出するための検出電極を構成している。段差側面６５ｂの第１検出電極６７ａと左側面６４ｃの第２検出電極６７ｂとは、電極膜を形成していない段差面６５ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。同様に、段差側面６６ｂの第３検出電極６７ｃと右側面６４ｄの第４検出電極６７ｄとは、電極膜を形成していない段差面６６ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。尚、図中段差面６５ａ，６６ａは、全面的に電極膜が形成されていないが、部分的にのみ電極膜が形成されていない場合も、同様に前記第１、第２検出電極、及び第３、第４検出電極を分離させることができる。
【００７１】
所定の交流電圧を印加して駆動用振動腕６３と検出用振動腕６４とをＸＹ面内で互いに逆向きに屈曲振動させた状態で、屈曲振動片６１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、前記両振動腕はＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕６４には、Ｘ軸方向の電界が、図５（Ｂ）に実線及び破線の矢印で示すように、段差側面６５ｂの第１検出電極６７ａと対応する段差側面６６ｂの第３検出電極６７ｃとの間に、左側面６４ｃの第２検出電極６７ｂと対応する右側面６４ｄの第４検出電極６７ｄとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ互いに逆向きに発生する。これによりＸ軸方向に発生する電荷が、前記検出電極から電圧信号として取り出される。
【００７２】
別の実施例では、一方の側面側、例えば左側面側の第１検出電極６７ａと第２検出電極６７ｂを接地電極にすることができる。この場合、反対側の第３検出電極６７ｃと第４検出電極６７ｄとから、互いに異極の電圧信号が出力される。このように構成することによって、検出用振動腕６４の上面側と下面側間で出力の差動を容易に取ることができ、また前記検出電極から引き出される配線構造を簡略化できる。
【００７３】
本実施例は、上記第１実施例の利点に加えて、第１及び第２段差部６５，６６が検出用振動腕６４の上面にのみ形成されるので、屈曲振動片６１の外形加工が、工数を少なくでき、容易になる。更に、厚さ方向に分離した前記検出電極を検出用振動腕６４にパターニングする際に、上面側からの露光のみで済むので、製造上有利である。
【００７４】
図６は、本発明の第６実施例による音叉型屈曲振動片を概略的に示している。第６実施例の音叉型屈曲振動片７１は、第１実施例と同様に、矩形の基部７２と、該基部から互いに平行に延長しかつそれぞれ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の駆動用振動腕７３及び検出用振動腕７４とを備える。駆動用振動腕７３は、第１実施例の駆動用振動腕２３と同じ構成を有するので、説明を省略する。
【００７５】
検出用振動腕７４には、図６（Ｂ）に示すように、上向きの段差部７５が上面７４ａと右側面７４ｄとの間に設けられている。段差部７５は、右側面７４ｄに交わる上向きの段差面７５ａと、前記上面に交わる右向きの段差側面７５ｂとを有する。
【００７６】
前記検出用振動腕の左右側面７４ｃ，７４ｄ及び段差側面７５ｂには、第１〜第３検出電極７６ａ〜７６ｃが設けられ、その面外方向の屈曲振動を検出するための検出電極を構成している。段差側面７５ｂの第２検出電極７６ｂと右側面７４ｄの第３検出電極７６ｃとは、電極膜を形成していない段差面７５ａにより、振動腕の厚さ方向に分離して互いに異極となるように配置される。尚、図中段差面７５ａは、全面的に電極膜が形成されていないが、部分的にのみ電極膜が形成されていない場合も、同様に前記第２、第３検出電極を分離させることができる。
【００７７】
所定の交流電圧を印加して駆動用振動腕７３と検出用振動腕７４とをＸＹ面内で互いに逆向きに屈曲振動させた状態で、屈曲振動片７１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、前記両振動腕はＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕７４には、Ｘ軸方向の電界が、図６（Ｂ）に実線及び破線の矢印で示すように、左側面７４ｃの第１検出電極７６ａと対応する段差側面７５ｂの第２検出電極７６ｂとの間に、前記第１検出電極と対応する右側面７４ｄの第３検出電極７６ｃとの間に、それぞれ交互に逆向きにかつ互いに逆向きに発生する。これによりＸ軸方向に発生する電荷が、前記検出電極から電圧信号として取り出される。
【００７８】
別の実施例では、前記左側面の第１検出電極７６ａを接地電極にすることができる。この場合、反対側の第２検出電極７６ｂと第３検出電極７６ｃとから、互いに異極の電圧信号が出力される。このように構成することによって、検出用振動腕７４の上面側と下面側間で出力の差動を容易に取ることができる。
【００７９】
本実施例は、上記第５実施例の利点に加えて、形成される段差部が１つだけであり、屈曲振動片７１の外形加工が工数を少なくでき、容易になる。更に検出電極の数が３つだけであるので、その配線構造を簡素化することができる。
【００８０】
上記各実施例の屈曲振動片は、従来のフォトエッチングにより、一般的な露光機を用いた上面及び下面からの同時露光によって高精度にパターニングすることによって、検出用振動腕の側面に厚さ方向に分離した電極を形成することができる。図７は、かかる従来のフォトエッチング技術を用いて、第３実施例の音叉型屈曲振動片４１の検出用振動腕４３に前記検出電極をパターニングする工程の好適な実施例を示している。
【００８１】
先ず、水晶等のウエハをフォトエッチングして、屈曲振動片４１の外形を有する振動素子片を形成する。図７（Ａ）に示すように、第１，第２段差部４５，４６及び長手方向溝４７を加工した前記振動素子片の検出用振動腕８１の全面に電極膜８２を被着しかつその上にフォトレジスト膜８３を塗布する。検出用振動腕８１の上方及び下方にそれぞれ投影レンズ８４ａ，８４ｂを配置し、その更に上方及び下方にそれぞれフォトマスク８５ａ，８５ｂを配置する。各フォトマスク８５ａ，８５ｂには、露光したいフォトレジスト膜８３の領域８３ａ〜８３ｆに対応する開口部８６ａ〜８６ｆが設けられている。次に、一般的な露光機を用いて、上面側及び下面側から同時に紫外光を前記投影レンズを通して垂直に照射する。別の実施例では、紫外光を同時ではなく、上面側及び下面側の片側ずつから照射して、前記露光を行うことができる。
【００８２】
次に、フォトレジスト膜８３を現像し、露光した領域８３ａ〜８３ｆを除去してレジストパターン８７を形成し、電極膜８２を露出させる（図７（Ｂ））。電極膜８２の露出部分をウエットエッチングにより除去し、水晶面を露出させる（図７（Ｃ））。最後に、残存するレジストパターン８７を完全に除去すると、電極膜の無い段差面４５ａにより厚さ方向に分離した左側面４４ｃの第１検出電極４８ａと段差側面４５ｂの第２検出電極４８ｂ、電極膜の無い段差面４６ａにより厚さ方向に分離した右側面４４ｄの第３検出電極４８ｃと段差側面４６ｂの第４検出電極４８ｄ、及び、長手方向溝４７内に電極膜の無い底面４７ｃにより幅方向に分離した第５検出電極４８ｅと第６検出電極４８ｆが形成される（図７（Ｄ））。
【００８３】
尚、添付図面において、上記各実施例の前記段差面及び段差側面は、それぞれ前記上下面又は左右側面に対して平行又は垂直に記載されている。しかしながら、本実施例のように水晶等の単結晶材料から屈曲振動片を形成した場合にはその結晶異方性によって、又は他の理由によって、前記段差面及び段差側面が必ずしも前記上下面又は左右側面に対して平行又は垂直に形成されないことに注意すべきである。
【００８４】
本発明の屈曲振動片は、上記各実施例の音叉型以外の様々な構造の屈曲振動片について、同様に適用することができる。図８は、本発明を適用した別の音叉型屈曲振動片を概略的に示している。この音叉型屈曲振動片９１は、矩形の基部９２と、該基部から平行に延長しかつ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の１対の振動腕９３，９４とを備える。
【００８５】
各振動腕９３，９４は、その延長方向に分割された先端側の駆動部９３ａ，９４ａと、基端側の検出部９３ｂ，９４ｂとを有する。前記各駆動部は、第１実施例の屈曲振動片２１の駆動用振動腕２３と同様に構成され、同様の駆動電極を有する。前記各検出部は、上述した第１〜第６実施例の検出用振動腕のいずれかと同様に構成され、同様の検出電極を有する。
【００８６】
両振動腕９３，９４は、駆動部９３ａ，９４ａの駆動電極に所定の交流電圧を印加することによって、その上下面と同じＸＹ面内で互いに接近離反する向きに屈曲振動する。この状態で屈曲振動片９１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、前記両振動腕は、その上下面に垂直なＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、両検出部９３ｂ，９４ｂの検出電極から出力される電圧信号を検出することによって、屈曲振動片９１の前記回転の角速度を高感度に得ることができる。
【００８７】
図９は、本発明を適用した双音叉型屈曲振動片を概略的に示している。双音叉型屈曲振動片１０１は、矩形の基部１０２と、該基部から平行に延長しかつ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の１対の駆動用振動腕１０３，１０３と、前記基部から前記検出用振動腕とは反対向きに平行に延長しかつ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の１対の検出用振動腕１０４，１０４とを有する。
【００８８】
駆動用振動腕１０３，１０３は、第１実施例の屈曲振動片２１の駆動用振動腕２３と同様に構成され、同様の駆動電極を有する。検出用振動腕１０４，１０４は、上述した第１〜第６実施例の検出用振動腕のいずれかと同様に構成され、同様の検出電極を有する。
【００８９】
駆動用振動腕１０３，１０３は、その駆動電極に所定の交流電圧を印加することによって、その上下面と同じＸＹ面内で互いに接近離反する向きに屈曲振動する。この状態で屈曲振動片１０１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、駆動用振動腕１０３，１０３及び検出用振動腕１０４，１０４は、それぞれ上下面に垂直なＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、前記両検出用振動腕の検出電極から出力される電圧信号を検出することによって、屈曲振動片１０１の前記回転の角速度を高感度に得ることができる。
【００９０】
図１０は、本発明を適用した三脚型屈曲振動片を概略的に示している。三脚型屈曲振動片１１１は、矩形の基部１１２と、該基部から平行に延長しかつ上面、下面及び左右側面を有する断面多角形の３本の振動腕１１３〜１１５とを備える。
【００９１】
本実施例では、左右両端の振動腕１１３，１１５が駆動用振動腕であり、上述した第１〜第６実施例の駆動用振動腕のいずれかと同様に構成され、同様の駆動電極を有する。中央の振動腕１１４は検出用振動腕であり、上述した第１〜第６実施例の検出用振動腕のいずれかと同様に構成され、同様の検出電極を有する。別の実施例では、左右いずれかの振動腕１１３，１１５を検出用振動腕とし、残りの２本の振動腕を駆動用振動腕にすることもできる。
【００９２】
駆動用振動腕１１３，１１５は、その駆動電極に所定の交流電圧を印加することによって、その上下面と同じＸＹ面内で互いに接近離反する向きに屈曲振動する。この状態で屈曲振動片１１１がＹ軸周りに回転すると、コリオリ力の作用により、全部の振動腕１１３〜１１５は、それぞれ上下面に垂直なＺ軸方向に互いに逆向きに屈曲振動する。このとき、検出用振動腕１１４の検出電極から出力される電圧信号を検出することによって、屈曲振動片１１１の前記回転の角速度を高感度に得ることができる。
【００９３】
また、本実施例は、４本以上の振動腕を有する多脚型屈曲振動片についても、同様に適用することができる。
【００９４】
また、本発明によれば、上記各実施例の検出用振動腕の断面形状及び電極構造を駆動用振動腕に適用することができる。この場合、機械電気変換効率が良く、高いＱ値かつ低いＣＩ値の優れた屈曲振動片が得られる。
【００９５】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、その技術的範囲内で様々な変形又は変更を加えて実施することができる。例えば、本発明の屈曲振動片は、角速度以外に、角加速度、加速度、力等の物理量を検出するためのセンサー素子に適用することができる。また、本発明の屈曲振動片は、水晶以外に、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料から形成することができる。更に本発明の屈曲振動片は、これをセンサー素子として搭載することにより、デジタルスチールカメラ、ビデオカメラ、ナビゲーション装置、車体姿勢検出装置、ポインティングデバイス、ゲームコントローラー、携帯電話、ヘッドマウントディスプレイ等の電子機器に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００９６】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，９１…音叉型屈曲振動片、２，２２，３２，４２，５２，６２，７２，９２，１０２，１１２…基部、３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，１０３，１１３，１１５…駆動用振動腕、４，２４，３４，４４，５４，６４，７４，８１，１０４，１１４…検出用振動腕、５ａ〜５ｄ…駆動電極、６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂ…検出電極、８，８２…電極膜、９，８３…フォトレジスト膜、９ａ〜９ｄ，８３ａ〜８３ｆ…領域、１０，８５ａ，８５ｂ…フォトマスク、１１ａ〜１１ｃ，８６ａ〜８６ｆ…開口部、１２…レジストパターン、２４ａ，３４ａ，４４ａ，５４ａ，６４ａ，７４ａ…上面、２４ｂ，３４ｂ，４４ｂ，５４ｂ，６４ｂ，７４ｂ…下面、２４ｃ，３４ｃ，４４ｃ，５４ｃ，６４ｃ，７４ｃ…左側面、２４ｄ，３４ｄ，４４ｄ，５４ｄ，６４ｄ，７４ｄ…右側面、２５…長手方向溝、２６ａ…第１駆動電極、２６ｂ…第２駆動電極、２７，３５，４５，５５，６５，７５…第１段差部、２８，３６，４６，５６，６６，７６…第２段差部、２７ａ，２８ａ，３５ａ，３６ａ，４５ａ，４６ａ，５５ａ１，５５ａ２，６５ａ，６６ａ，７５ａ…段差面、２７ｂ，２８ｂ，３５ｂ，３６ｂ，４５ｂ，４６ｂ，５５ｂ１，５５ｂ２，６５ｂ，６６ｂ，７５ｂ…段差側面、２９ａ〜２９ｄ，３７ａ〜３７ｄ，５７ａ〜５７ｄ，６７ａ〜６７ｄ…第１〜第４検出電極、４７…長手方向溝、４７ａ，４７ｂ…溝内側面、４８ａ〜４８ｆ…第１〜第６検出電極、７５…段差部、７６ａ〜７６ｃ…第１〜第３検出電極、８４ａ，８４ｂ…投影レンズ、９３，９４…振動腕、９３ａ，９４ａ…駆動部、９３ｂ，９４ｂ…検出部、１０１…双音叉型屈曲振動片、１１１…三脚型屈曲振動片。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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