(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、
前記駆動腕の表面に設けられた励振電極と、
前記検出腕の表面に設けられた検出電極と、
を有し、
前記駆動腕及び前記検出腕のうち前記駆動腕のみが、腕の延在方向に並べられた複数の凹部を少なくとも一の面に有しており、
前記励振電極は、前記複数の凹部の配置範囲に亘って設けられているとともに前記複数の凹部の内部表面に設けられている
センサ素子。
【請求項２】
前記検出腕は、当該検出腕の延在方向に長い貫通孔を有している
請求項１に記載のセンサ素子。
【請求項３】
前記複数の凹部は、複数列で前記駆動腕の延在方向に並べられている
請求項１又は２に記載のセンサ素子。
【請求項４】
前記複数の凹部は、少なくとも３列で、行列状に配列されている
請求項３に記載のセンサ素子。
【請求項５】
前記複数の凹部それぞれの深さは、１μｍ以上である
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
【請求項６】
基部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、
前記駆動腕の表面に設けられた励振電極と、
前記検出腕の表面に設けられた検出電極と、
を有し、
前記駆動腕の一の面には、複数の凹部が形成され、
前記励振電極は、前記複数の凹部の配置範囲に亘って設けられているとともに前記複数の凹部の内部表面に設けられ、
４本以上の偶数本のみの前記駆動腕が、所定の対称軸に平行に延び、前記対称軸の側方に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
２本以上の偶数本のみの前記検出腕が、前記駆動腕とは反対方向に延び、前記駆動腕の並び方向に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、
前記励振電極として、
前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられた複数の第１励振電極と、
前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられ、前記複数の第１励振電極との間に電圧が印加されることにより、前記偶数の駆動腕を前記並び方向に励振可能な複数の第２励振電極と、
を有し、
線対称の一方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極は互いに接続されており、
線対称の前記一方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極、及び、線対称の前記他方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極は互いに接続されている
センサ素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ素子と、
前記励振電極に電圧を印加して前記駆動腕を励振する励振回路と、
前記検出電極からの電気信号を検出する検出回路と、
を有した角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ素子、角速度センサ及びセンサ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
角速度センサ（そのセンサ素子）として、いわゆる圧電振動式のものが知られている（例えば特許文献１）。このセンサにおいては、圧電体に交流電圧を印加して圧電体を励振する。この励振されている圧電体が回転されると、回転速度（角速度）に応じた大きさで、励振方向と直交する方向にコリオリの力が生じ、このコリオリの力によっても圧電体は振動する。そして、このコリオリの力に起因する圧電体の変形に応じて生じる電気信号を検出することにより、圧電体の角速度を検出することができる。
【０００３】
圧電体は、具体的には、例えば、基部と、基部から延びる駆動腕及び検出腕とを有している。駆動腕の表面には、駆動腕に交流電圧を印加して駆動腕を励振するための励振電極が設けられ、検出腕の表面には、コリオリの力によって検出腕にて生じた電気信号を検出するための検出電極が設けられている。
【０００４】
特許文献１は、センサ素子が小型化されたときに等価直列抵抗が大きくなることを抑制するために、駆動腕の上下面それぞれに駆動腕に沿って延びる凹溝を形成し（駆動腕の断面をＨ型とし）、その凹溝の内部に励振電極を設けることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２０４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された技術以外にも、等価直列抵抗を小さくできる技術が提案され、技術の豊富化が図られることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るセンサ素子は、基部と、前記基部から延びる駆動腕及び検出腕と、を有する圧電体と、前記駆動腕の表面に設けられた励振電極と、前記検出腕の表面に設けられた検出電極と、を有し、前記駆動腕の一の面には、複数の凹部が形成され、前記励振電極は、前記複数の凹部の配置範囲に亘って設けられているとともに前記複数の凹部の内部表面に設けられている。
【０００８】
好適には、前記複数の凹部は、前記駆動腕の延在方向に並べられている。
【０００９】
好適には、前記複数の凹部は、複数列で前記駆動腕の延在方向に並べられている。
【００１０】
好適には、前記複数の凹部それぞれの深さは、１μｍ以上である。
【００１１】
好適には、４本以上の偶数本のみの前記駆動腕が、所定の対称軸に平行に延び、前記対称軸の側方に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、２本以上の偶数本のみの前記検出腕が、前記駆動腕とは反対方向に延び、前記駆動腕の並び方向に並べられ、前記対称軸に対して線対称に配置されており、前記励振電極として、前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられた複数の前記第１励振電極と、前記偶数本の駆動腕間で互いに同一の位置に設けられ、前記複数の第１励振電極との間に電圧が印加されることにより、前記偶数の駆動腕を前記並び方向に励振可能な複数の第２励振電極と、を有し、線対称の一方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極は互いに接続されており、線対称の前記一方側の複数の駆動腕における複数の第２励振電極、及び、線対称の前記他方側の複数の駆動腕における複数の第１励振電極は互いに接続されている。
【００１２】
本発明の一態様に係る角速度センサは、上記のセンサ素子と、前記励振電極に電圧を印加して前記駆動腕を励振する励振回路と、前記検出電極からの電気信号を検出する検出回路と、を有している。
【００１３】
本発明の一態様に係るセンサ素子の製造方法は、マスクの第１開口を介して圧電体をエッチングして貫通孔を形成することにより、基部並びに前記基部から延びる駆動腕及び検出腕を形成するエッチングステップと、前記エッチングステップにより形成された前記駆動腕の表面に励振電極を形成する成膜ステップと、を有し、前記マスクは、前記駆動腕となる部分と重なり、前記第１開口よりも径が小さい複数の第２開口を有し、前記エッチングステップでは、前記第１開口を介した前記圧電体のエッチングと同時に、前記第２開口を介して前記駆動腕となる部分をエッチングすることにより、前記駆動腕に複数の凹部を形成し、前記成膜ステップでは、前記複数の凹部に亘って、且つ、前記複数の凹部の内部表面に前記励振電極を成膜する。
【発明の効果】
【００１４】
上記の構成によれば、角速度センサ及びセンサ素子を衝撃に強くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るセンサ素子の圧電体を示す斜視図。
【図２】図１の圧電体上の電極配置を説明するための模式的な斜視図。
【図３】図１の圧電体の一の駆動腕を示す平面図。
【図４】図４（ａ）は図１のIVａ−IVａ線における断面図、図４（ｂ）は図１のIVｂ−IVｂ線における断面図。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は駆動腕及び検出腕における電位等を説明する模式図。
【図６】図６（ａ）は全駆動腕のｘ軸方向における励振を説明するための模式図、図６（ｂ）は全駆動腕及び全検出腕のｚ軸方向における振動を説明するための模式図。
【図７】図１のセンサ素子の配線の一例を示す模式的な斜視図。
【図８】図８（ａ）〜図８（ｄ）は図１のセンサ素子の製造方法を説明する模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の図面は、模式的なものである。従って、細部は省略されることがあり、また、寸法比率等は現実のものと必ずしも一致しない。
【００１７】
また、各図には、説明の便宜のために、直交座標系ｘｙｚを付している。なお、直交座標系ｘｙｚは、センサ素子（圧電体）の形状に基づいて定義されている。すなわち、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸及び光軸を示すとは限らない。
【００１８】
同一又は類似する構成については、「第１駆動腕１１Ａ」、「第２駆動腕１１Ｂ」のように、同一名称に対して互いに異なる番号及びアルファベットを付して呼称することがあり、また、この場合において、単に「駆動腕１１」といい、これらを区別しないことがある。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係るセンサ素子１の圧電体３を示す斜視図である。図２は、圧電体３上の電極配置を説明するためのセンサ素子１の斜視図である。図２において、圧電体３は、一部が省略されることなどにより、図１よりも模式的に示されている。
【００２０】
センサ素子１は、例えば、ｙ軸回りの角速度を検出する角速度センサ１０１を構成するものである。角速度センサ１０１は、圧電振動式のものであり、センサ素子１は、ｘ軸方向に励振され、ｚ軸方向にコリオリの力が生じるように構成されている。具体的には、以下のとおりである。
【００２１】
センサ素子１は、圧電体３と、圧電体３に電圧を印加するための第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂ（図２）と、圧電体３に生じた電気信号を取り出すための第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂ（図２）とを有している。
【００２２】
圧電体３は、その全体が一体的に形成されている。圧電体３は、単結晶であってもよいし、多結晶であってもよい。また、圧電体３の材料は適宜に選択されてよく、例えば、水晶（ＳｉＯ２）、ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、ＰＺＴである。
【００２３】
圧電体３において、電気軸乃至は分極軸（以下、両者を代表して分極軸のみに言及することがある。）は、ｘ軸に一致するように設定されている。なお、分極軸は、所定の範囲（例えば１５°以内）でｘ軸に対して傾斜していてもよい。また、圧電体３が単結晶である場合において、機械軸及び光軸は、適宜な方向とされてよいが、例えば、機械軸はｙ軸方向、光軸はｚ軸方向とされている。
【００２４】
圧電体３は、ｘ軸方向に延びる基部９と、基部９からｙ軸方向の正側又は負側に延びる各種の腕（１０Ａ〜１０Ｄ（図１）、１１Ａ〜１１Ｄ、並びに、１３Ａ及び１３Ｂ）とを有している。
【００２５】
第１駆動腕１１Ａ〜第４駆動腕１１Ｄは、電圧（電界）が印加されることによってｘ軸方向（以下、「励振方向」ということがある。）に励振される部分である。第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、コリオリの力によってｚ軸方向（以下、「検出方向」ということがある。）に振動され、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。基部９は、これら駆動腕１１及び検出腕１３を支持する部分である。第１実装腕１０Ａ〜第４実装腕１０Ｄは、基部９を支持する部分である。これらの位置及び形状等は、例えば、以下のように設定されている。
【００２６】
圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされており、また、例えば、ｙ軸方向に延びる中心線ＣＬ０（図１）に対して線対称の形状に形成されている。
【００２７】
基部９は、例えば、概ね直方体状とされている。基部９の３軸方向の寸法比率は適宜に設定されてよい。例えば、基部９は、ｘ軸方向の大きさ＞ｙ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさに設定されている。すなわち、基部９は、ｘ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。なお、例えば、ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさ≧ｙ軸方向の大きさとされてもよい。
【００２８】
４本の実装腕１０は、基部９の両端部９ａからｙ軸方向の両側に延びている。換言すれば、４本の実装腕１０は、駆動腕１１及び検出腕１３のｘ軸方向の外側にてこれらの腕に並列に延びている。４本の実装腕１０は、例えば、ｘ軸方向及びｙ軸方向のいずれにおいても線対称の配置及び形状となるように設けられている。実装腕１０の具体的形状は適宜に設定されてよい。例えば、実装腕１０は、概略矩形の板状に形成されている。
【００２９】
実装腕１０の先端部のｚ軸方向の正側又は負側（本実施形態では正側）の面には、第１パッド１５Ａ〜第４パッド１５Ｄ（模式図である図２において基部９の４隅に示す。なお、本実施形態とは異なり、実装腕１０を設けずに、図２のようにパッド１５を設けてもよい。）が設けられている。パッド１５は、不図示の実装基体（例えばプリント配線基板）に設けられたパッドに対向し、当該パッドに対して半田乃至は導電性接着剤からなるバンプにより接着される。これにより、センサ素子１と実装基体との電気的な接続がなされ、また、センサ素子１（圧電体３）は、駆動腕１１及び検出腕１３が振動可能な状態で支持される。
【００３０】
なお、基部９及び実装腕１０は、駆動腕１１及び検出腕１３等を揺動可能に支持する支持部８を構成している。
【００３１】
複数の駆動腕１１は、互いに同一方向（ｙ軸方向の正側）に互いに並列に（平行に）延びており、その先端は自由端とされている。駆動腕１１の数は、偶数（本実施形態では４）である。偶数本の駆動腕１１は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の駆動腕１１は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して線対称とされている。すなわち、第１駆動腕１１Ａと第４駆動腕１１Ｄとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされ、第２駆動腕１１Ｂと第３駆動腕１１Ｃとは、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称の配置及び形状とされている。
【００３２】
後述するように、中心線ＣＬ０の一方側の複数の駆動腕１１（１１Ａ及び１１Ｂ）は、共に同一側へ湾曲するように振動するから、全体として一つの仮想駆動腕を構成する。同様に、中心線ＣＬ０の他方側の複数の駆動腕１１（１１Ｃ及び１１Ｄ）は、全体として一つの仮想駆動腕を構成する。上述のような線対称の形状及び配置の結果、２本の仮想駆動腕は、振動に係る特性が互いに線対称である。換言すれば、中心線ＣＬ０に対して互いに対称に横方向の正負を定義すれば、両者の振動に係る特性は互いに同一であり、固有振動数等も互いに同一である。
【００３３】
駆動腕１１の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、駆動腕１１は、いわゆるハンマ形状とされている。すなわち、駆動腕１１は、基部９から延びる本体部１１ｃと、その先端に位置し、本体部１１ｃよりも幅（ｘ方向）が広い幅広部１１ｄとを有している。
【００３４】
本体部１１ｃは、例えば、概略、ｙ軸方向を長手方向とする直方体状とされている。幅広部１１ｄは、例えば、幅方向（ｘ方向）の一方のみに広がっており、また、その広がる方向は、隣接する駆動腕１１同士において互いに逆側である。これにより、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいては、互いに隣接する２つの駆動腕１１（１１Ａ及び１１Ｂ、又は、１１Ｃ及び１１Ｄ）の本体部１１ｃを互いに近付けることができる。なお、幅広部は、両側に広がるように形成されてもよいし、全く設けられなくてもよい。
【００３５】
本体部１１ｃの幅（ｘ軸方向）が大きくなると、駆動腕１１の励振方向（ｘ軸方向）における固有振動数は高くなり、本体部１１ｃの長さ（質量）又は幅広部１１ｄの質量が大きくなると、駆動腕１１の励振方向における固有振動数は低くなる。従って、駆動腕１１の各種の寸法は、励振させたい周波数に応じて設定される。なお、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数とｚ軸方向の固有振動数とは等しくされることが好ましい。
【００３６】
複数の検出腕１３は、複数の駆動腕１１の延びる方向とは反対方向（ｙ軸方向の負側）に互いに並列に（平行に）延びており、その先端は自由端とされている。検出腕１３の数は、偶数（本実施形態では２）であり、また、例えば、駆動腕１１の数よりも少ない。偶数本の検出腕１３は、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称に配置されている。また、偶数本の検出腕１３は、その形状も、中心線ＣＬ０に対して互いに線対称とされている。
【００３７】
従って、駆動腕１１と同様に、中心線ＣＬ０の一方側と他方側とで、検出腕１３の振動特性は、互いに対称である。換言すれば、中心線ＣＬ０に対して互いに対称に横方向の正負を定義すれば、両者の振動に係る特性は互いに同一であり、固有振動数等も互いに同一である。
【００３８】
検出腕１３の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、検出腕１３は、駆動腕１１と同様に、いわゆるハンマ形状とされている。すなわち、検出腕１３は、基部９から延びる本体部１３ｃと、その先端に位置し、本体部１３ｃよりも幅（ｘ方向）が広い幅広部１３ｄとを有している。
【００３９】
本体部１３ｃの概略形状は、直方体とされている。この直方体においては、例えば、ｙ軸方向の大きさ＞ｘ軸方向の大きさ＞ｚ軸方向の大きさである。すなわち、本体部１３ｃは、ｙ軸方向を長手方向とし、ｚ軸方向を厚み方向とする概ね長方形の板状とされている。従って、検出腕１３は、相対的に、励振方向（ｘ軸方向）には振動しにくく、検出方向（ｚ軸方向）に振動しやすくなっている。
【００４０】
また、例えば、検出腕１３の本体部１３ｃは、当該本体部１３ｃをｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる１又は複数（本実施形態では複数）の貫通溝１３ａ（図４（ｂ）も参照）が形成された形状とされている。別の観点では、本体部１３ｃは、基部９からｙ軸方向に延び、ｘ軸方向に並べられ、先端が互いに固定された複数の分割腕１３ｂを有している。分割腕１３ｂ（貫通溝１３ａ）のｘｚ断面の形状は例えば概略矩形である。貫通溝１３ａの根元側端部は、好ましくは基部９に到達している。
【００４１】
検出腕１３の幅広部１３ｄは、例えば、検出腕１３の中心線に対して線対称の形状となるように、幅方向（ｘ方向）の両側に広がっている。なお、検出腕の幅広部は、一方にのみ広がるように形成されてもよいし（特に本実施形態とは異なり検出腕の本数が４本以上の場合）、全く設けられなくてもよい。
【００４２】
駆動腕１１と同様に、検出腕１３の各種の寸法は、検出腕１３の固有振動数を規定することから、コリオリの力による振動の方向であるｚ軸方向の固有振動数が適宜なものとなるように設定される。なお、当該固有振動数は、駆動腕１１のｘ軸方向の固有振動数と等しくされる（離調周波数が小さくされる）ことが好ましい。
【００４３】
駆動腕１１のｘ軸方向の位置と検出腕１３のｘ軸方向の位置との相対関係は、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの振動によって第１検出腕１３Ａを振動させ、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの振動によって第２検出腕１３Ｂを振動させることが可能に適宜に設定されている。
【００４４】
例えば、第１駆動腕１１Ａと第２駆動腕１１Ｂとの中間位置を通るこれらの腕に平行な線（不図示）と、第１検出腕１３Ａの中心線（不図示）とは一致している。同様に、第３駆動腕１１Ｃと第４駆動腕１１Ｄとの中間位置を通るこれらの腕に平行な線（不図示）と、第２検出腕１３Ｂの中心線（不図示）とは一致している。ただし、これらはずれていてもよい。
【００４５】
なお、各腕の中心線は、例えば、本体部のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線である。また、中心線ＣＬ０の一方側又は他方側の複数の腕（仮想腕）全体としての中心線を定義することもできる。例えば、第１駆動腕１１Ａの本体部１１ｃ及び第２駆動腕１１Ｂの本体部１１ｃの全体のｘｚ断面の重心をｙ軸方向に連ねた線を、中心線ＣＬ０の一方側の駆動腕１１全体（仮想駆動腕）の中心線と定義できる。
【００４６】
上記のように複数の腕全体としての中心線を定義すると、本実施形態では、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数の駆動腕１１の全体としての中心線（不図示）と、１以上の検出腕１３の中心線（不図示）とが一致していると捉えることができる。この概念は、駆動腕及び検出腕の本数が本実施形態とは異なる場合にも適用できる。例えば、１本の検出腕１３に対応する駆動腕１１の数が３本の場合に、３本の駆動腕全体の中心線を考え、この中心線を検出腕１３の中心線と一致させてよい。また、例えば、３本の駆動腕１１と２本の検出腕１３とが対応している場合に、３本の駆動腕１１全体の中心線と、２本の検出腕全体の中心線とを一致させてよい。
【００４７】
中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、２本の駆動腕１１間の距離（例えば、中心間距離：各駆動腕１１の中心線同士の距離）は適宜に設定される。
【００４８】
本実施形態では、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、その全体としてのｘ軸方向の外側面（第１駆動腕１１Ａのｘ軸方向の負側の面及び第２駆動腕１１Ｂのｘ軸方向の正側の面）が、第１検出腕１３Ａのｘ軸方向の外側面に一致するように配置されている。第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄも同様である。これにより、検出腕１３の幅方向（ｘ軸方向）全体に振動を伝達させやすくなる。また、駆動腕１１の配置範囲は検出腕１３の配置範囲に収まり、圧電体３が小型化される。ただし、駆動腕１１間の距離は、本実施形態よりも短くされたり、長くされたりしてもよい。
【００４９】
また、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、互いに隣接する駆動腕１１同士の中心間距離は、例えば、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する駆動腕１１同士の中心間距離よりも短くされている。これにより、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側又は他方側において隣接する駆動腕１１間の相互影響は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する駆動腕１１間の相互影響よりも大きい。ただし、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおける駆動腕１１同士の中心間距離が中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する駆動腕１１同士の中心間距離よりも長くてもよい。
【００５０】
また、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおいて、複数本（本実施形態では２本）の駆動腕１１の中心間距離は、検出腕１３同士の中心間距離よりも短くされている。これにより、中心線ＣＬ０の一方側及び他方側のそれぞれにおける、２本の駆動腕１１間の相互影響は、中心線ＣＬ０を挟んで互いに隣接する２本の検出腕１３間の相互影響よりも大きい。ただし、中心線ＣＬ０に対するｘ軸方向の一方側及び他方側のそれぞれにおける駆動腕１１間の中心間距離は、検出腕１３間の中心間距離よりも長くてもよい。
【００５１】
図３は、一の駆動腕１１を拡大して示す平面図である。
【００５２】
駆動腕１１のｚ軸方向（駆動腕１１の延在方向及び並び方向に直交する方向）に面する表面には、複数の凹部１１ａが形成されている。なお、図３は、ｚ軸方向の正側を示す平面図であるが、ｚ軸方向の負側も同様に、複数の凹部１１ａが形成されている。
【００５３】
複数の凹部１１ａは、例えば、複数列（本実施形態では３列）で、駆動腕１１の延在方向（ｙ軸方向）に配列されている。複数の凹部１１ａのｙ軸方向のピッチは、例えば、一定である。凹部１１ａの列同士の距離（ｘ軸方向）は、例えば、一定である。凹部１１ａの列は、例えば、ｙ軸方向の位置が互いに一致している（複数の凹部１１ａは行列状に配置されている）。複数の凹部１１ａの形状及び大きさは、例えば、互いに同一である。各凹部１１ａの開口面の形状は、多角形、円形、楕円等の適宜な形状とされてよく、図３では矩形を例示している。各凹部１１ａの立体形状は、錐体のように底面側のｘｙ断面の面積が小さくなる形状であってもよいし、ｘｙ断面の面積が深さ方向において一定又は大きくなる形状であってもよい。本実施形態では、錐体を例示する（図４（ａ）参照）。
【００５４】
凹部１１ａの各種寸法は適宜に設定されてよい。例えば、凹部１１ａの深さは、１μｍ以上であり、より好ましくは、４μｍ以上である。なお、この深さは、比較的小型の水晶片の一般的な表面粗さ（例えばｎｍオーダー）に比較して明らかに大きい。また、凹部１１ａの深さの上限は、駆動腕１１のｚ軸方向の両面の凹部１１ａが互いに連通されない大きさであり、例えば、駆動腕１１の厚さの半分未満である。なお、両面の凹部１１ａの位置が平面視において互いにずれていれば、凹部１１ａの深さを駆動腕１１の厚さの半分以上とすることも可能である。
【００５５】
図４（ａ）は、図１のIVａ−IVａ線における断面図である。図４（ａ）においては、第４駆動腕１１Ｄの断面を示しているが、他の駆動腕１１の断面も同様である。
【００５６】
図２、図３及び図４（ａ）に示すように、励振電極５は、駆動腕１１の表面に形成された層状電極である。励振電極５は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、第１励振電極５Ａは、各駆動腕１１において、ｚ軸方向の正側の面及びｚ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。これらの面には、上述のように複数の凹部１１ａが形成されており、各面において、第１励振電極５Ａは、複数の凹部１１ａに亘って設けられるとともに、複数の凹部１１ａの内部表面（例えば底面及び内壁面）に設けられている。また、第２励振電極５Ｂは、各駆動腕１１において、ｘ軸方向の正側の面及びｘ軸方向の負側の面にそれぞれ設けられている。
【００５８】
２つの第１励振電極５Ａ及び２つの第２励振電極５Ｂは、例えば、駆動腕１１の各面を概ね覆うように設けられている。ただし、第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂは、互いに短絡しないように、少なくとも一方（本実施形態では第１励振電極５Ａ）が各面よりも幅方向において小さく形成されている。
【００５９】
各駆動腕１１において、２つの第１励振電極５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第１励振電極５Ａは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。また、各駆動腕１１において、２つの第２励振電極５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの第２励振電極５Ｂは、圧電体３上の配線等により互いに接続されている。
【００６０】
なお、励振電極５の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、一の駆動腕１１の第１励振電極５Ａと、他の駆動腕１１の第１励振電極５Ａとは同電位とは限らない。
【００６１】
図４（ｂ）は、図１のIVｂ−IVｂ線における断面図である。図４（ｂ）においては、第２検出腕１３Ｂの一部の分割腕１３ｂの断面を示しているが、第２検出腕１３Ｂの他の分割腕１３ｂ、及び、第１検出腕１３Ａの分割腕１３ｂの断面も同様である。
【００６２】
図２及び図４（ｂ）に示すように、検出電極７は、検出腕１３（分割腕１３ｂ）の表面に形成された層状電極である。検出電極７は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属によって形成されている。
【００６３】
検出電極７は、各分割腕１３ｂに設けられている。すなわち、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけでなく、複数の貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。
【００６４】
より具体的には、第１検出電極７Ａは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域にそれぞれ設けられている。第２検出電極７Ｂは、各分割腕１３ｂにおいて、ｘ軸方向の負側の面のうちのｚ軸方向の負側の領域、及び、ｘ軸方向の正側の面のうちのｚ軸方向の正側の領域にそれぞれ設けられている。分割腕１３ｂの各面において、第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂは、互いに短絡しないように適宜な間隔を空けて、分割腕１３ｂに沿って延びている。
【００６５】
各検出腕１３において、複数の第１検出電極７Ａは、例えば、圧電体３上の配線等により接続されている。各検出腕１３において、複数の第２検出電極７Ｂは、例えば、圧電体３上の配線等により接続されている。
【００６６】
なお、励振電極５と同様に、検出電極７の付加符号Ａ、Ｂは、直交座標系ｘｙｚに基づいて付されている。従って、例えば、後述するように、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと、第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとは、（本実施形態では）接続されない。
【００６７】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、角速度センサ１０１は、励振電極５に電圧を印加する励振回路１０３と、検出電極７からの電気信号を検出する検出回路１０５とを有している。
【００６８】
励振回路１０３は、例えば、発振回路や増幅器を含んで構成されており、所定の周波数の交流電圧を第１励振電極５Ａと第２励振電極５Ｂとの間に印加する。なお、周波数は、角速度センサ１０１内にて予め定められていてもよいし、外部の機器等から指定されてもよい。
【００６９】
検出回路１０５は、例えば、増幅器や検波回路を含んで構成されており、第１検出電極７Ａと第２検出電極７Ｂとの電位差を検出し、その検出結果に応じた電気信号を外部の機器等に出力する。より具体的には、例えば、上記の電位差は、交流電圧として検出され、検出回路１０５は、検出した交流電圧の振幅に応じた信号を出力する。この振幅に基づいてｙ軸回りの角速度が特定される。また、検出回路１０５は、励振回路１０３の印加電圧と検出した電気信号との位相差に応じた信号を出力する。この位相差に基づいてｙ軸回りの回転の向きが特定される。
【００７０】
なお、励振回路１０３及び検出回路１０５は、全体として制御回路１０７を構成している。制御回路１０７は、例えば、チップＩＣによって構成されており、センサ素子１が実装される回路基板又は適宜な形状の実装基体に実装されている。
【００７１】
（動作説明）
図５（ａ）は、駆動腕１１における電位等を説明する図であり、図４（ａ）に対応する模式図である。図５（ｂ）は、検出腕１３における電位等を説明する図であり、図４（ｂ）に対応する模式図である。
【００７２】
第１励振電極５Ａに正の電位が付与され、第２励振電極５Ｂに負の電位（又は基準電位）が付与されると、同図において矢印で示すような電界が生じる。一方、分極軸は、ｘ軸方向に一致している。従って、電界のｘ軸方向の成分に着目すると、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは一致し、他方側部分においては電界の向きと分極軸の向きは逆になる。
【００７３】
その結果、駆動腕１１のうちｘ軸方向の一方側部分はｙ軸方向において収縮し、他方側部分はｙ軸方向において伸長する。そして、駆動腕１１は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕１１は逆方向に湾曲する。このような原理により、交流電圧が第１励振電極５Ａ及び第２励振電極５Ｂに印加されると、駆動腕１１はｘ軸方向において振動する。
【００７４】
センサ素子１がｙ軸回りに回転されると、ｘ軸方向において振動している駆動腕１１には、慣性力の一つである、その角速度に応じた大きさのコリオリの力が加わる。その結果、駆動腕１１はｚ軸方向において振動する。駆動腕１１及び検出腕１３は基部９によって連結され、互いに力の相互作用を及ぼすから、検出腕１３は、ｚ軸方向において、駆動腕１１とは逆位相で振動する（駆動腕１１の湾曲方向とは逆方向に湾曲する。）。
【００７５】
検出腕１３がｚ軸方向に湾曲すると、図５（ｂ）において矢印で示すように、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。電界の向きは、ｘ軸（電極軸）方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。また、電界の向きは、電極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側又は負側）とで決定される。この電圧（電界）が第１検出電極７Ａ及び第２検出電極７Ｂに出力される。検出腕１３がｚ軸方向に振動すると、電圧は交流電圧として検出される。
【００７６】
ここで、上述のように、検出腕１３には複数の貫通溝１３ａが形成されており、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の正側及び負側の面だけでなく、その貫通溝１３ａの内壁面にも設けられている。従って、検出電極７は、検出腕１３のｘ軸方向の外側面だけに設けられている場合に比較して、全体としての面積が大きくなっている。その結果、検出腕１３において生じる電荷を効率的に電気信号として取り出すことができる。
【００７７】
図６（ａ）は、４本の駆動腕１１のｘ軸方向における励振を説明するための模式的な平面図である。
【００７８】
第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、励振方向（ｘ軸方向）において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａの第１励振電極５Ａと第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａとは接続され、第１駆動腕１１Ａの第２励振電極５Ｂと第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂとは接続され、これらの第１励振電極５Ａと、第２励振電極５Ｂとの間に交流電圧が印加される。
【００７９】
同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、励振方向において同一側へ共に変形するように互いに同一の位相で励振される。この励振も、上記と同様に、２本の駆動腕１１間において、第１励振電極５Ａ同士が接続され、第２励振電極５Ｂ同士が接続されることなどにより実現されてよい。
【００８０】
第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、励振方向において互いに逆側へ変形するように互いに逆の位相（１８０°ずれた位相）で励振される。例えば、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂとが接続され（第１の電極群）、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａとが接続され（第２の電極群）、第１の電極群と第２の電極群との間に交流電圧が印加される。
【００８１】
なお、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、ｘ軸方向において逆位相で振動していることから、圧電体３全体としては、これらグループのｘ軸方向の力は互いに打ち消し合う。
【００８２】
図６（ｂ）は、４本の駆動腕１１及び２本の検出腕１３のｚ軸方向における振動を説明するための模式的な斜視図である。より具体的には、図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したように駆動腕１１が湾曲している圧電体３が、中心線ＣＬ０回り（ｙ軸回り）に矢印ｙ５で示す方向へ回転した場合における、駆動腕１１及び検出腕１３の湾曲状態を示す斜視図である。
【００８３】
第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）の同一側に配置されている。また、両駆動腕１１は、図５（ａ）に示したように、その半径方向（励振方向、ｘ軸方向）において共に外側又は内側へ湾曲するように励振される。従って、両駆動腕１１においてコリオリの力の向きは互いに同一である。その結果、図６（ｂ）に示すように、両駆動腕１１はｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。同様に、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄは、コリオリの力によって、ｚ軸方向において同一側へ共に湾曲するように振動する。
【００８４】
第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂのグループと、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄのグループとは、回転中心（中心線ＣＬ０）に対して、その半径方向（ｘ軸方向）において互いに逆側に配置されており、ひいては、回転によるｚ軸方向の移動の向きは互いに逆である。また、図６（ａ）に示したように、一方のグループが半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するとき、他方のグループも半径方向において外側（又は内側）へ湾曲するように、両グループは励振される。従って、両グループにおいてコリオリの力の向きは互いに逆となる。その結果、図６（ｂ）に示すように、両グループはｚ軸方向において互いに逆側へ湾曲するように振動する。
【００８５】
駆動腕１１及び検出腕１３は、基部９によって連結されている。従って、駆動腕１１の振動は、基部９を介して検出腕１３に伝達され、検出腕１３も振動する。具体的には、第１検出腕１３Ａは、ｚ軸方向において第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂとは逆側へ湾曲するように振動する。また、第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄとは逆側へ湾曲するように振動する。
【００８６】
第１検出腕１３Ａ及び第２検出腕１３Ｂは、ｚ軸方向において互いに逆側に湾曲するように振動する。従って、両者は、ｘ軸方向の一方側部分（又は他方側部分）において生じる電圧がｚ軸方向において互いに逆向きである。従って、例えば、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａと第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂとが接続され、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂと第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａとが接続されることにより、両検出腕１３において生じた電気信号は加算される。
【００８７】
（配線の一例）
上記の動作説明においては、複数の励振電極５及び複数の検出電極７の接続関係について言及した。この接続関係を実現する配線の一例を図７に示す。
【００８８】
図７は、センサ素子１の斜視図である。ただし、この図は、配線を視認しやすいようにセンサ素子１を図２よりも更に模式的に示している。例えば、圧電体３の形状は単純化されて示され、また、各種の電極は小さく示されている。
【００８９】
この例において、第１パッド１５Ａ及び第２パッド１５Ｂは、複数の励振電極５に印加される電圧が入力されるパッドである。また、第３パッド１５Ｃ及び第４パッド１５Ｄは、複数の検出電極７からの信号を出力するためのパッドである。
【００９０】
第１パッド１５Ａからは、第１配線１７Ａが延びている。第１配線１７Ａは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第１励振電極５Ａ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第２励振電極５Ｂに接続されている。また、第２パッド１５Ｂからは、第２配線１７Ｂが延びている。第２配線１７Ｂは、第１駆動腕１１Ａ及び第２駆動腕１１Ｂの第２励振電極５Ｂ、並びに、第３駆動腕１１Ｃ及び第４駆動腕１１Ｄの第１励振電極５Ａに接続されている。
【００９１】
第３パッド１５Ｃからは、第３配線１７Ｃが延びている。第３配線１７Ｃは、第１検出腕１３Ａの第１検出電極７Ａ及び第２検出腕１３Ｂの第２検出電極７Ｂに接続されている。また、第４パッド１５Ｄからは、第４配線１７Ｄが延びている。第４配線１７Ｄは、第１検出腕１３Ａの第２検出電極７Ｂ及び第２検出腕１３Ｂの第１検出電極７Ａに接続されている。
【００９２】
配線１７は、互いに交差しないように、基部９の４面及び各種の腕部の根元側部分及び先端側部分の４面等に適宜に配置され、また、適宜に分岐又は合流している。
【００９３】
なお、図７に示す配線は、あくまで一例であり、他の種々のパターンによって、動作説明において言及した電極の接続関係が実現されてよい。４本の実装腕１０と、その上に設けられる４種のパッド１５（図７では便宜上、基部９の２つの端部９ａ上に示している。）との組み合わせも変更されてよい。配線１７は、絶縁体を介して互いに立体交差するように設けられてもよい。
【００９４】
（センサ素子の製造方法）
図８（ａ）〜図８（ｄ）は、センサ素子１の製造方法の要部を示す模式図である。図８（ａ）、図８（ｂ）及び図８（ｄ）は、図４（ａ）に示す断面図よりも広い範囲を示し、図８（ｃ）は、図８（ｂ）の領域VIIIｃの拡大図である。
【００９５】
まず、図８（ａ）に示すように、圧電体３となる圧電基板１５１を用意する。圧電基板１５１は、例えば、センサ素子１が多数個取りされる母基材（ウェハ）である。また、圧電基板１５１の両主面に、圧電基板１５１をエッチングするためのエッチングマスク１５３を配置する。エッチングマスク１５３の材料及び形成方法（フォトリソグラフィーの利用等）は、公知のものと同様でよい。また、圧電基板１５１の上下方向の厚みは、例えば、１００μｍ〜４００μｍとなっている。
【００９６】
エッチングマスク１５３は、圧電基板１５１がエッチングされる領域に開口する（一の圧電体３につき）１以上の第１開口１５３ａ及び複数の第２開口１５３ｂを有している。第１開口１５３ａは、圧電体３となる部分の周囲をエッチングして圧電体３の外縁を形成するためのものであり、基本的に、圧電体３となるべき部分と重ならない領域に開口している。第２開口１５３ｂは、複数の凹部１１ａを形成するためのものであり、その形状及び大きさは、例えば、形成されるべき複数の凹部１１ａの開口面の形状及び大きさと概略同等とされている。
【００９７】
第２開口１５３ｂの径は、比較的小さく設定されている。例えば、第２開口１５３ｂの径は、第１開口１５３ａの径よりも小さい。なお、径の比較は、例えば、第２開口１５３ｂの最大径と、第１開口１５３ａの最小径とによってなされてよい。ただし、最小径は、面取り等のために縮径している特殊な部分を除く。また、径の比較は、例えば、全ての方向について、同一方向の径同士で比較されてもよい。
【００９８】
次に、図８（ｂ）に示すように、エッチングマスク１５３を介して圧電基板１５１をエッチングする（エッチングステップ）。エッチングは、残渣が低減されるように比較的長い時間（例えば１０時間）に亘って行われる。なお、エッチングに利用される薬液等は公知のものと同様とされてよい。
【００９９】
圧電基板１５１が両面から第１開口１５３ａを介してエッチングされていくと、その両面に形成された凹部はやがてつながり、貫通孔（貫通溝）が形成される。これにより、基部９、駆動腕１１、検出腕１３及び実装腕１０が形成される。なお、エッチングの時点では、圧電体３の外縁が完全に形成されていなくてもよい。例えば、圧電体３の一部は、圧電基板１５１の枠状に残った部分に接続されていてよい。
【０１００】
また、第２開口１５３ｂを介したエッチングにより、複数の凹部１１ａが形成される。ただし、両面に形成された凹部１１ａは互いにつながらず、貫通孔は形成されない。具体的には、以下のとおりである。
【０１０１】
図８（ｃ）に示すように、第２開口１５３ｂを介して圧電基板１５１の主面のエッチングが進むと、水晶のエッチングに対する異方性によって、例えば、第１結晶面３ｓ及び第２結晶面３ｔが現れる。第１結晶面３ｓ及び第２結晶面３ｔは、結晶格子の幾何学的規則性に起因して光軸、電気軸及び機械軸に対して水晶に固有の角度で形成される面である。なお、便宜上、ｘｚ断面で、且つ、単純な形状で説明しているが、実際には、適宜な方向に面する３以上の結晶面が現われてよい。
【０１０２】
図８（ｃ）において実線で示すように、エッチングの初期においては、断面視において、第１結晶面３ｓ及び第２結晶面３ｔを脚とする台形状に凹部が形成される。その後、エッチングが更に進むと、点線及び矢印で示すように、台形の脚が延びるようにエッチングが進む。そして、脚同士が互いに接すると、エッチングの速度は急激に低下する（別の観点では、基本的にエッチングは停止する。）。
【０１０３】
第２開口１５３ｂの径（凹部１１ａの開口面の径）は、上記のようにエッチングの進行が停止するときの凹部１１ａの深さが比較的浅くなるように（例えば駆動腕１１の厚さの半分未満となるように）、比較的小さく設定されている。一方、第１開口１５３ａの径は、例えば、上記のようなエッチングの停止が生じる前に、両面の凹部が連通されて貫通孔が形成されるように比較的大きく設定されている。
【０１０４】
従って、第１開口１５３ａを介したエッチングによって圧電体３の周囲部分には貫通孔が形成され、その一方で、第２開口１５３ｂを介したエッチングでは駆動腕１１には、貫通孔ではなく、凹部１１ａが形成される。
【０１０５】
なお、第１開口１５３ａ及び第２開口１５３ｂの具体的な寸法は、圧電基板１５１の厚み、これらの開口の形状、及び、水晶のカット角（エッチングによって現れる結晶面）等に応じて適宜に設定されてよい。長時間に亘るエッチングにおいては、図８（ｃ）において２点鎖線で示すように、エッチングマスク１５３の真下の領域がエッチングされる（アンダーカットが生じる）こともある。また、第１結晶面３ｓ及び第２結晶面３ｔもエッチングされ、他の結晶面が現れることもある。第２開口１５３ｂ及び第１開口１５３ａの形状及び径は、このような事情も考慮した上で設定されてもよい。例えば、第１開口１５３ａは、ｘ軸と平行な向きの大きさが４０〜７０μｍとなっている。第２開口１５３ｂは、ｘ軸と平行な向きの大きさが２〜５μｍとなっており、ｙ軸と平行な向きの大きさが５〜２０μｍとなっている。
【０１０６】
エッチングが完了すると、エッチングマスク１５３は除去される。
【０１０７】
その後、図８（ｄ）に示すように、第１励振電極５Ａが形成される部分に開口が形成された成膜用マスク１５５を形成し、その開口を介して導電材料を成膜する（成膜ステップ）。これにより、第１励振電極５Ａを形成する。成膜用マスク１５５の開口は、複数の凹部１１ａに亘る広さを有しており、第１励振電極５Ａは、複数の凹部１１ａに亘って設けられるとともに複数の凹部１１ａの内部表面に設けられる。第１励振電極５Ａが形成されると、成膜用マスク１５５は除去される。
【０１０８】
なお、成膜用マスク１５５の材料及び形成方法、成膜用マスク１５５を介した成膜方法等は公知の方法と同様でよい。特に図示しないが、第１励振電極５Ａの成膜の前、後又は同時に、第１励振電極５Ａと同様にして、第２励振電極５Ｂ及び検出電極７も成膜される。
【０１０９】
以上のとおり、本実施形態では、センサ素子１は、圧電体３と、圧電体３の駆動腕１１の表面に設けられた励振電極５と、検出腕１３の表面に設けられた検出電極７と、を有している。駆動腕１１の一の面（例えばｚ軸方向の正側の面）には複数の凹部１１ａが形成されている。第１励振電極５Ａは、複数の凹部１１ａの配置範囲に亘って設けられているとともに複数の凹部１１ａの内部表面に設けられている。
【０１１０】
従って、例えば、複数の凹部１１ａが形成されない場合に比較して、第１励振電極５Ａの電極面積が確保される。その結果、例えば、等価直列抵抗値を小さくすることができる。等価直列抵抗値を小さくすることにより、例えば、駆動腕１１に対して電圧を印加し始めてから駆動腕１１の振動が安定化するまでの時間（起動時間）が短くなる。起動時間が短くなることにより、例えば、必要に応じて角速度センサを起動する運用が可能となる。
【０１１１】
また、本実施形態では、複数の凹部１１ａは、駆動腕１１の延在方向に並べられている。
【０１１２】
従って、例えば、駆動腕１１のうちの凹部１１ａ間の部分は、第１励振電極５Ａのうちの各凹部１１ａの壁面に形成された部分に挟まれる。その結果、例えば、凹部１１ａに挟まれた部分に第１励振電極５Ａから第２励振電極５Ｂへの電界が形成されやすくなる。また、例えば、凹部１１ａは、長尺の駆動腕１１に沿って延びる形状ではないことから、その最大径が小さくされる。その結果、例えば、長時間のエッチングによって凹部１１ａが貫通孔とされるおそれが低減される。
【０１１３】
また、本実施形態では、複数の凹部１１ａは、複数列で駆動腕１１の延在方向に並べられている。
【０１１４】
従って、上記の電極面積の増大の効果、凹部１１ａ間における電界形成の容易化、及び、凹部１１ａが貫通孔とされるおそれの低減の効果等が一層奏される。
【０１１５】
また、本実施形態では、複数の凹部１１ａそれぞれの深さは、１μｍ以上である。
【０１１６】
従って、複数の凹部１１ａが設けられている表面は、水晶片の一般的な表面粗さ（例えば、ｎｍオーダー）と比較し明らかに大きくなっている。このため、第１励振電極５Ａの電極面積をより大きくすることができる。この結果、例えば、等価直列抵抗値をより小さくすることが可能となり、駆動腕１１に対して電圧を印加し始めてから駆動腕１１の振動が安定するまでの時間（起動時間）を短くすることができる。
【０１１７】
また、本実施形態では、４本以上の偶数本のみの駆動腕１１が、所定の対称軸（中心線ＣＬ０）に平行に延び、中心線ＣＬ０の側方に並べられ、中心線ＣＬ０に対して線対称に配置されている。また、２本以上の偶数本のみの検出腕１３が、駆動腕１１とは反対方向に延び、駆動腕１１の並び方向（ｘ軸方向）に並べられ、中心線ＣＬ０に対して線対称に配置されている。励振回路１０３は、線対称の一方側の複数の駆動腕（１１Ａ及び１１Ｂ）がｘ軸方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の他方側の複数の駆動腕（１１Ｃ及び１１Ｄ）がｘ軸方向において互いに同一側へ共に変形するようにこれら駆動腕１１を互いに同一の位相で励振し、線対称の一方側の複数の駆動腕（１１Ａ及び１１Ｂ）と、線対称の他方側の複数の駆動腕（１１Ｃ及び１１Ｄ）とが、ｘ軸方向において互いに逆側に変形するように、線対称の一方側の複数の駆動腕１１と線対称の他方側の複数の駆動腕１１とを互いに逆の位相で励振する。別の観点では、センサ素子１は、偶数本の駆動腕１１間で互いに同一の位置に設けられた複数の第１励振電極５Ａと、偶数本の駆動腕１１間で互いに同一の位置に設けられ、複数の第１励振電極５Ａとの間に電圧が印加されることにより、偶数の駆動腕１１をその並び方向に励振可能な複数の第２励振電極５Ｂと、を有し、線対称の一方側の複数の駆動腕１１における複数の第１励振電極５Ａ、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕１１における複数の第２励振電極５Ｂは互いに接続されており、線対称の一方側の複数の駆動腕１１における複数の第２励振電極５Ｂ、及び、線対称の他方側の複数の駆動腕１１における複数の第１励振電極５Ａは互いに接続されている。
【０１１８】
上記のような構成においては、さらに起動時間を短くすることができる（例えば、２０ｍｓ〜５０ｍｓ）。この起動時間が短くなる理由としては、例えば、以下の事項が考えられる。駆動腕１１の本数が比較的多く設けられ、ひいては、駆動腕１１同士が比較的近くに配置されることから、複数の駆動腕１１は振動に関して相互影響が比較的大きい（独立に振動し難い）。その結果、唸りが早期に収束する。また、並列に電圧印加がなされる駆動腕１１の本数が比較的多くされることから、全体としての抵抗値（共振インピーダンス、Ｒ１、ＣＩ）が低下する。起動時間は抵抗値に依存するから、抵抗値の低下によって起動時間が短くなる。また、複数の駆動腕１１は、線対称に配置され、線対称の一方側と他方側とで互いに逆方向に湾曲するように振動されるから、基部９の中央が振動の節となる。換言すれば、比較的多く設けられた駆動腕１１に対して振動の節が共通化される。その結果、複数の駆動腕１１が独立に振動することが抑制され、振動が早期に安定する。
【０１１９】
また、本実施形態では、センサ素子１の製造方法は、エッチングマスク１５３の第１開口１５３ａを介して圧電基板１５１（圧電体）をエッチングして貫通孔を形成することにより、基部９並びに基部９から延びる駆動腕１１及び検出腕１３を形成するエッチングステップ（図８（ａ）及び図８（ｂ））と、エッチングステップにより形成された駆動腕１１の表面に励振電極５を形成する成膜ステップ（図８（ｄ））と、を有している。エッチングマスク１５３は、駆動腕１１となる部分と重なり、第１開口１５３ａよりも径が小さい複数の第２開口１５３ｂを有する。エッチングステップでは、第１開口１５３ａを介した圧電基板１５１のエッチングと同時に、第２開口１５３ｂを介して駆動腕１１となる部分をエッチングすることにより、駆動腕１１に複数の凹部１１ａを形成する。成膜ステップでは、複数の凹部１１ａに亘って、且つ、複数の凹部１１ａの内部表面に第１励振電極５Ａを成膜する。
【０１２０】
従って、例えば、上述の種々の効果を奏する凹部１１ａを駆動腕１１等の外縁の形成と同時に形成することができる。その結果、例えば、製造コストが削減される。
【０１２１】
本発明は、以上の実施形態に限定されず、種々の態様で実施されてよい。
【０１２２】
本発明の駆動腕に設けられる複数の凹部は、駆動腕及び検出腕を有するあらゆる角速度センサに適用可能である。従って、角速度センサの基本構成（例えば、駆動腕及び検出腕の本数、位置及び形状、並びに、電極の位置及び接続関係）は、実施形態に例示したものに限定されない。例えば、角速度センサは、実施形態と同様に、ｙ軸方向の互いに逆側に延びる１以上の駆動腕及び１以上の検出腕を含む圧電体を有し、実施形態とは異なり、ｘ軸又はｚ軸の回転を検出するように電極及び回路が構成されたものであってもよい。また、例えば、角速度センサは、ｙ軸方向の同一側に延びる１以上の駆動腕及び１以上の検出腕を含む圧電体を有し、ｘ軸回り、ｙ軸回り又はｚ軸回りの回転を検出するように電極及び回路が構成されたものであってもよい。駆動腕及び検出腕の一方が他方に対して傾斜するものであってもよい。駆動腕及び検出腕の本数も適宜に設定されてよい。
【０１２３】
複数の凹部の数、配置、形状及び大きさも適宜に設定されてよい。例えば、複数の凹部は、ランダムに分散されて配置されてもよいし、１列、又は、３列以外の複数列で駆動腕の延在方向に配列されてもよいし、駆動腕の幅方向にのみ配列されてもよいし、隣り合う列同士で位置が互いに違いとなるように（千鳥状に）配列されてもよいし、ピッチが変化してもよい。また、複数の凹部は、形状、開口面積及び／又は深さが互いに異なっていてもよい。
【０１２４】
実施形態では、駆動腕に凹部が形成されたが、駆動腕に代えて又は加えて検出腕に凹部が形成されてもよい。
【０１２５】
複数の凹部の形成方法は、貫通孔を形成するエッチングと同時にエッチングを行うものに限定されない。例えば、貫通孔を形成するエッチングとは別に凹部を形成するエッチングが行われてもよいし、切削乃至はレーザ加工が行われてもよい。
【符号の説明】
【０１２６】
１…センサ素子、３…圧電体、５Ａ…第１励振電極、５Ｂ…第２励振電極、７Ａ…第１検出電極、７Ｂ…第２検出電極、９…基部、１１Ａ…第１駆動腕、１１Ｂ…第２駆動腕、１１Ｃ…第３駆動腕、１１Ｄ…第４駆動腕、１１ａ…凹部、１３Ａ…第１検出腕、１３Ｂ…第２検出腕、１０１…角速度センサ、１０３…励振回路、１０５…検出回路、ＣＬ０…中心線（対称軸）。
【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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