(57)【要約】【課題】基体を小さくした場合であっても、素子の感度を高くすることの可能な角速度センサ素子を提供する。【解決手段】ケース４のセンサ素子支持部５１の上面に固定される固定部２０と、固定部２０の両側に連結されると共にセンサ素子支持部５１の上面と平行な面に沿って延在する上検出腕２１および下検出腕２２と、上検出腕２１を間にして固定部２０に連結されると共に上検出腕２１の延在方向に延在する一対の上振動腕２３とを備える。上検出腕２１には一対の圧電素子２１Ａ，２１Ｂがはみ出して設けられ、下検出腕２２には一対の圧電素子２２Ａ，２２Ｂがはみ出して設けられ、上振動腕２３には一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂがはみ出して設けられている。【選択図】図３
2008249490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一の方向に延在する基体と、
前記基体上に形成されると共に、前記基体の延在方向と交差する方向に配列された複数の圧電素子と
を備え、
前記各圧電素子により形成される配列の、前記基体の延在方向と直交する方向の幅は、前記基体のうち前記基体の延在方向と直交する方向の幅よりも広い
ことを特徴とする角速度センサ素子。
【請求項２】
前記各圧電素子は、下部電極、圧電体および上部電極を前記基体側からこの順に含み、
前記各圧電素子により形成される配列において、前記下部電極、前記圧電体および前記上部電極のうち少なくとも前記下部電極および前記圧電体の、前記基体の延在方向と直交する方向の幅が、前記基体のうち前記基体の延在方向と直交する方向の幅よりも広い
ことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ素子。
【請求項３】
前記各圧電素子は、互いに一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角速度センサ素子。
【請求項４】
前記各圧電素子は、前記基体と一体に形成されている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角速度センサ素子。
【請求項５】
前記各圧電素子は、前記基体と貼り合わされている
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の角速度センサ素子。
【請求項６】
前記各圧電素子は、前記基体の中心線を対称軸として線対称に配列されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の角速度センサ素子。
【請求項７】
前記基体は、前記各圧電素子との対向部分において、前記基体の延在方向と直交する方向にくびれを有する
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の角速度センサ素子。
【請求項８】
角速度センサ素子および集積回路素子を備えた角速度センサ装置であって、
前記角速度センサ素子は、
第１の方向に延在する第１基体と、
前記第１基体上に形成されると共に、前記第１の方向と交差する方向に配列された複数の第１圧電素子と
を有し、
前記各第１圧電素子により形成される第１配列の、前記第１の方向と直交する方向の幅は、前記第１基体のうち前記第１の方向と直交する方向の幅よりも広く、
前記集積回路素子は、前記各第１圧電素子から出力される検出信号を受信する
ことを特徴とする角速度センサ装置。
【請求項９】
前記角速度センサ素子は、
前記第１の基体と直接または間接的に連結されると共に、第２の方向に延在する第２基体と、
前記第２基体上に形成されると共に、前記第２の方向と交差する方向に配列された複数の第２圧電素子と、
を有し、
前記各第２圧電素子により形成される第２配列の、前記第２の方向と直交する方向の幅は、前記第２基体のうち前記第２の方向と直交する方向の幅よりも広く、
前記集積回路素子は、前記各第２圧電素子に駆動信号を送信する
ことを特徴とする請求項８に記載の角速度センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の角速度を検出する角速度センサ素子およびそれを備えた角速度センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
物体の角速度を検出する素子として、コリオリ力を利用した角速度センサ素子が一般的に知られている（特許文献１〜５参照）。このコリオリ力は振動する質量体（基体）に回転が加わったときに発生するものであり、このコリオリ力に起因して発生する振動を検知することにより、物体の角速度を検出することができる。
【０００３】
角速度センサ素子において、基体を振動させたり、振動を検知する手段として、一般的に圧電素子が利用されている。この圧電素子は、典型的には、圧電体を一対の電極でサンドイッチした積層構造となっており、２つの圧電素子が、基体の表面に、圧電素子の延伸方向（収縮方向）と直交する方向に並列配置されている。これにより、一方の圧電素子を延伸させ、他方の圧電素子を収縮させることにより、基体を圧電素子の配列方向に撓ませ、振動させることができ、また、基体がコリオリ力に起因して撓んだときには、その撓みによって圧電素子に電圧が発生するので、この電圧から得られる検出信号を計測することにより物体の角速度を検出できるようになっている（特許文献６参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２２７７１９号公報
【特許文献２】特開平８−１２８８３３号公報
【特許文献３】特開２００４−３３３４６０号公報
【特許文献４】特許第３６９４１６０号
【特許文献５】特開２００５−１０６４８１号公報
【特許文献６】特開２００３−２２７７１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、角速度センサ素子は、船舶、航空機、ロケット等の姿勢を自律制御する技術に使用されているが、最近では、カーナビゲーションシステム、デジタルカメラ、ビデオカメラ、携帯電話等の小型の電子機器にも搭載されるようになってきている。それに伴い、角速度センサ素子の更なる小型化が要請されている。
【０００６】
角速度センサ素子を小型化する方法として、占有率の大きな基体を小さくすることが考えられるが、基体を小さくすると、基体を振動させたときの振幅も小さくなるので、検出信号が小さくなり、素子の感度が低下する虞がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、基体を小さくした場合であっても、素子の感度を高くすることの可能な角速度センサ素子およびそれを備えた角速度センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の角速度センサ素子は、一の方向に延在する基体と、基体上に形成されると共に、基体の延在方向と交差する方向に配列された複数の圧電素子とを備えたものである。ここで、各圧電素子により形成される配列の、基体の延在方向と直交する方向の幅（以下、単に「配列の横幅」と称する。）は、基体のうち基体の延在方向と直交する方向の幅（以下、単に「基体の横幅」と称する。）よりも広くなっている。
【０００９】
本発明の角速度センサ素子では、基体上に形成された各圧電素子により形成される配列の横幅が基体の横幅よりも広くなっている。つまり、圧電素子の一部が基体からはみ出している。これにより、基体が歪んだときに、圧電素子のうち基体からはみ出した部分は基体よりも大きく歪む。
【００１０】
ここで、上記角速度センサ素子において、各圧電素子を、下部電極、圧電体および上部電極を前記基体側からこの順に含んで形成し、さらに、各圧電素子により形成される配列において、下部電極、圧電体および上部電極のうち少なくとも下部電極および圧電体の幅を基体の幅よりも広くすることが可能である。なお、圧電素子には、上記した下部電極、圧電体および上部電極以外の層が含まれていてもよく、例えば、下部電極の下（基体と下部電極との間）に、基体の材料と下部電極の材料とが互いに反応するのを抑制したり、または基体と下部電極との密着性を高める下地層などが設けられていてもよい。
【００１１】
また、各圧電素子を、互いに一体に形成したり、基体と一体に形成したり、もしくは基体と貼り合わせて形成することも可能である。また、各圧電素子を、基体の中心線を対称軸として線対称に配列することが可能である。また、基体の各圧電素子との対向部分において、基体の延在方向と直交する方向にくびれを設けることが可能である。
【００１２】
また、本発明の角速度センサ装置は、角速度センサ素子と、集積回路素子とを備えている。ここで、角速度センサ素子は、第１の方向に延在する第１基体と、第１基体上に形成されると共に、第１の方向と交差する方向に配列された複数の第１圧電素子とを有しており、各第１圧電素子により形成される第１配列の、第１の方向と直交する方向の幅（以下、単に「第１配列の横幅」と称する。）が、第１基体のうち第１の方向と直交する方向の幅（以下、単に「第１基体の横幅」と称する。）よりも広くなっている。また、集積回路素子は、各第１圧電素子から出力される検出信号を受信するようになっている。
【００１３】
本発明の角速度センサ装置では、第１基体上に形成された各第１圧電素子により形成される第１配列の横幅が第１基体の横幅よりも広くなっている。つまり、第１圧電素子の一部が第１基体からはみ出している。これにより、第１基体が歪んだときに、第１圧電素子のうち第１基体からはみ出した部分は第１基体よりも大きく歪む。
【００１４】
また、角速度センサ素子が、第１の基体と直接または間接的に連結されると共に、第２の方向に延在する第２基体と、第２基体上に形成されると共に、第２の方向と交差する方向に配列された複数の第２圧電素子とを有し、各第２圧電素子により形成される第２配列の、第２の方向と直交する方向の幅を、第２基体のうち第２の方向と直交する方向の幅よりも広くし、かつ、集積回路素子に、各第２圧電素子に駆動信号を送信する機能をさらに付与することが可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の角速度センサ素子によれば、基体上に形成された各圧電素子により形成される配列の横幅を基体の横幅よりも広くなるようにしたので、基体が歪んだときに、圧電素子のうち基体からはみ出した部分を基体よりも大きく歪ませることができる。これにより、基体上に形成された各圧電素子により形成される配列の横幅を基体の横幅と等しくした場合と比べて、圧電素子に大きな電圧を発生させることができる。その結果、素子の感度を高くすることができる。
【００１６】
本発明の角速度センサ装置によれば、第１基体上に形成された各第１圧電素子により形成される第１配列の横幅を第１基体の横幅よりも広くなるようにしたので、第１基体が歪んだときに、第１圧電素子のうち第１基体からはみ出した部分を第１基体よりも大きく歪ませることができる。これにより、第１基体上に形成された各第１圧電素子により形成される第１配列の横幅が第１基体の横幅と等しい場合と比べて、第１圧電素子に大きな電圧を発生させることができる。その結果、素子の感度を高くすることができる。
【００１７】
また、角速度センサ素子が、第１の基体と直接または間接的に連結されると共に、第２の方向に延在する第２基体と、第２基体上に形成されると共に、第２の方向と交差する方向に配列された複数の第２圧電素子とを有し、各第２圧電素子により形成される第２配列の、第２の方向と直交する方向の幅を、第２基体のうち第２の方向と直交する方向の幅よりも広くし、かつ、集積回路素子に、各第２圧電素子に駆動信号を送信する機能をさらに付与した場合にも、上記と同様、より少ない電力で第２基体を振動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本発明の一実施の形態に係る角速度センサ装置１の構成について以下に説明する。図１は本実施の形態に係る角速度センサ装置１の内部構成を分解して表す斜視図であり、図２は角速度センサ装置１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成を表す断面図である。
【００２０】
この角速度センサ装置１は、例えば、互いに重ね合わされたケース４および中蓋部５により形成される内部空間Ｇ１（図２参照）に角速度センサ素子２を配置し、さらに、互いに重ね合わされたケース４および上蓋部６により形成される内部空間Ｇ２（図２参照）に集積回路素子３を配置したものである。
【００２１】
集積回路素子３は、後述するように、角速度センサ素子２の各駆動腕に設けられた各圧電素子に駆動信号を送信すると共に、角速度センサ素子２の各検出腕に設けられた各圧電素子から出力される検出信号を受信するためのものである。ケース４は、例えば複数のセラミック薄板を積層して形成されており、角速度センサ素子２および集積回路素子３を収容することの可能な階段状の窪みを有している。また、中蓋部５および上蓋部６は、例えばケース４と同様のセラミック材料により形成されている。
【００２２】
図１に示したように、ケース４の窪みの最も深いところに環状の集積回路支持部４１が形成されており、この集積回路支持部４１上に集積回路素子３が配置されている。また、この集積回路支持部４１の周囲であって、かつ集積回路支持部４１よりも浅いところに環状の中蓋部支持部４２が形成されており、この中蓋部支持部４２上に中蓋部５が両持梁状に配置されている。さらに、この中蓋部５の中央部にセンサ素子支持部５１（支持面）が形成されており、このセンサ素子支持部５１上に角速度センサ素子２が配置されている。また、中蓋部支持部４２の周囲であって、かつ窪みの外縁をなす環状の上蓋部支持部４３が形成されており、この上蓋部支持部４３と上蓋部６とがケース４の窪みを外部から密閉し、内部空間Ｇ２（図２参照）を形成するように互いに重ね合わされている。
【００２３】
角速度センサ素子２は、図１および図２に示したように、中蓋部５のセンサ素子支持部５１を含む面と平行な面内に沿って形成されたものである。つまり、この角速度センサ素子２は、いわゆる横置き型の素子である。
【００２４】
図３は角速度センサ素子２の上面構成の一例を表す平面図であり、図４は図３のＢ−Ｂ、Ｃ−ＣおよびＤ−Ｄ矢視方向の断面構成の一例をまとめて１つに表した断面図である。この角速度センサ素子２は、センサ素子支持部５１に固定された固定部２０と、固定部２０の両側（図３では紙面の上側および下側）にそれぞれ連結された上検出腕２１（基体）および下検出腕２２（基体）と、上検出腕２１を間にして固定部２０に連結された一対の上駆動腕２３（基体）とを有している。
【００２５】
ここで、上検出腕２１および上駆動腕２３のそれぞれの名称に含まれる「上」とは、固定部２０の中心を対称軸として図３における紙面の上側を指すために便宜的に用いられたものであり、高さ方向を指すものではない。また、下検出腕２２の名称に含まれる「下」とは、固定部２０の中心を対称軸として図３における紙面の下側を指すために便宜的に用いられたものであり、高さ方向を指すものではない。
【００２６】
また、以下において、「左右対称」と称した場合についても、紙面における左右方向の対称性を指すために便宜的に用いられたものである。なお、本明細書において、「左右」とは、上検出腕２１の延在方向と直交する方向を指している。また、「左右対称」とは、上検出腕２１を対称軸として線対称となっていることを指している。
【００２７】
固定部２０は、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３を内部空間Ｇ２の中空に保持するためのものであり、例えば、図２に示したように、固定部２０の底部がケース４のセンサ素子支持部５１の上面と接している。
【００２８】
なお、角速度センサ素子２は、固定部２０の底部において、センサ素子支持部５１に直接固定される構成に限られるものではない。例えば、固定部２０の両端に連結された一対の矩形状の固定梁部と、一対の固定梁部のそれぞれの端部に連結された一対の矩形状の固定端部とを設け、中蓋部５を取り除き、各固定端部の底部をケース４の中蓋部支持部４２の上面に固定するようにしてもよい。また、固定部２０は、図１、図３に例示した形状および大きさに限られるものではなく、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３を中空に保持することが可能であればどのような形状および大きさであってもよい。
【００２９】
上検出腕２１および下検出腕２２は、一対の上駆動腕２３に働いたコリオリ力によって発生した固定部２０の歪みが当該上検出腕２１および下検出腕２２に伝達されてきたときに、この歪みの大きさに応じた振動を発生させるためのものである。上検出腕２１は、固定部２０の一の側面に連結されており、センサ素子支持部５１を含む面と平行な面内に延在すると共に固定部２０から遠ざかる方向に延在して形成されている。他方、下検出腕２２は、固定部２０の上検出腕２１とは反対側の他の側面に連結されており、センサ素子支持部５１を含む面と平行な面内に延在すると共に固定部２０から遠ざかる方向に延在して形成されている。
【００３０】
なお、上検出腕２１および下検出腕２２は、互いに平行な方向に延在していることが好ましいが、互いに所定の角度で交差する方向に延在していてもよい。また、上検出腕２１および下検出腕２２は、固定部２０を通り上検出腕２１の延在方向と直交する直線を対称軸として線対称に延在して形成されていることが好ましいが、そのように形成されていなくてもよい。
【００３１】
上駆動腕２３は、角速度センサ装置１の搭載された物体がセンサ素子支持部５１を含む面と直交する方向（図３では紙面の垂直方向）を回転軸とする回転運動を行っているときに、この上駆動腕２３にコリオリ力を生じさせるためのものである。各上駆動腕２３は、固定部２０のうち上検出腕２１の連結された側面に連結されており、センサ素子支持部５１を含む面と平行な面内に延在すると共に固定部２０から遠ざかる方向に延在して形成されている。
【００３２】
なお、各上駆動腕２３は、各上駆動腕２３および上検出腕２１が同時に振動しているときに互いに衝突することの無い程度に上検出腕２１から離れて配置されている。また、各上駆動腕２３は、互いに平行な方向に延在していることが好ましいが、互いに所定の角度で交差する方向に延在していてもよい。また、各上駆動腕２３は、上検出腕２１を対称軸として線対称（左右対称）に延在して形成されていることが好ましいが、そのように形成されていなくてもよい。また、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３が、互いに平行な方向に延在していることが好ましいが、互いに所定の角度で交差する方向に延在していてもよい。
【００３３】
ここで、固定部２０、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３はそれぞれ、例えば、共通の材料（例えばシリコン）からなり、ウェハをパターニングすることにより一括形成することが可能である。
【００３４】
上検出腕２１の表面には、上検出腕２１の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２１Ａ，２１Ｂが形成されている。これら一対の圧電素子２１Ａ，２１Ｂは、上検出腕２１がケース４のセンサ素子支持部５１を含む面と平行な面に沿って振動したときに、その振動を検出するためのものであり、上検出腕２１の延在方向と交差する方向に配置されていることが好ましい。また、各圧電素子２１Ａ，２１Ｂは、上検出腕２１の中心線ＣＬを対称軸として線対称に配列されていることが好ましい。
【００３５】
また、下検出腕２２の表面には、下検出腕２２の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２２Ａ，２２Ｂが形成されている。これら一対の圧電素子２２Ａ，２２Ｂは、上記した圧電素子２１Ａ，２１Ｂと同様、下検出腕２２がケース４のセンサ素子支持部４１を含む面と平行な面に沿って振動したときに、その振動を検出するためのものであり、下検出腕２２の延在方向と交差する方向に配置されていることが好ましい。また、各圧電素子２２Ａ，２２Ｂは、下検出腕２２の中心線ＣＬを対称軸として線対称に配列されていることが好ましい。
【００３６】
また、各上駆動腕２３の表面には、各上駆動腕２３の延在方向と平行な方向に延在する一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂが形成されている。これら一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂは、各上駆動腕２３をケース４のセンサ素子支持部５１を含む面と平行な面に沿って振動させるためのものであり、上駆動腕２３の延在方向と交差する方向に配置されていることが好ましい。また、各圧電素子２３Ａ，２３Ｂは、上駆動腕２３の中心線ＣＬを対称軸として線対称に配列されていることが好ましい。
【００３７】
各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａは、例えば、図４に示したように、上検出腕２１、下検出腕２２または上駆動腕２３上に、下地層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１と、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２と、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３と、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４とをこの順に積層して形成されたものである。他方、各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂは、例えば、図４に示したように、上検出腕２１、下検出腕２２または上駆動腕２３上に、下地層２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１と、下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２と、圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３と、上部電極２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４とをこの順に積層して形成されたものである。つまり、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａと、各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂとは、互いに別体に形成されている。
【００３８】
ここで、例えば、図４に示したように、圧電素子２１Ａおよび圧電素子２１Ｂにより形成される配列の、上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１１が、上検出腕２１のうち上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１よりも広くなっている。同様に、圧電素子２２Ａおよび圧電素子２２Ｂにより形成される配列の、下検出腕２２の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１２が、下検出腕２２のうち下検出腕２２の延在方向と直交する方向の幅Ｗ２よりも広くなっている。また、圧電素子２３Ａおよび圧電素子２３Ｂにより形成される配列の、上駆動腕２３の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１３が、上駆動腕２３のうち上駆動腕２３の延在方向と直交する方向の幅Ｗ３よりも広くなっている。
【００３９】
また、これらを言い換えると、例えば、図４に示したように、圧電素子２１Ａの外側（圧電素子２１Ｂとは反対側）の端面Ｓ２１Ａが上検出腕２１の端面Ｓ２１Ｌよりもはみ出しており、かつ、圧電素子２１Ｂの外側（圧電素子２１Ａとは反対側）の端面Ｓ２１Ｂが上検出腕２１の端面Ｓ２１Ｒよりもはみ出している。同様に、圧電素子２２Ａの外側（圧電素子２２Ｂとは反対側）の端面Ｓ２２Ａが上検出腕２１の端面Ｓ２１Ｌよりもはみ出しており、かつ、圧電素子２２Ｂの外側（圧電素子２２Ａとは反対側）の端面Ｓ２２Ｂが上検出腕２１の端面Ｓ２１Ｒよりもはみ出している。また、圧電素子２３Ａの外側（圧電素子２３Ｂとは反対側）の端面Ｓ２３Ａが上検出腕２１の端面Ｓ２１Ｌよりもはみ出しており、かつ、圧電素子２３Ｂの外側（圧電素子２３Ａとは反対側）の端面Ｓ２３Ｂが上検出腕２１の端面Ｓ２１Ｒよりもはみ出している。
【００４０】
なお、図４では、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂの幅が積層方向に一定となっている場合、具体的には、下地層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１と、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ３と、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３と、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４とが互いに等しい幅を有しており、かつ、上検出腕２１、下検出腕２２または上駆動腕２３上に、下地層２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１と、下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２と、圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３と、上部電極２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４とが互いに等しい幅を有している場合について例示していたが、各層の幅が異なっていてもよい。
【００４１】
例えば、図５に示したように、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４の端面Ｓ２１Ａ４、Ｓ２２Ａ４、Ｓ２３Ａ４が、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３および下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２の端面Ｓ２１Ａ３，Ｓ２２Ａ３，Ｓ２３Ａ３，Ｓ２１Ａ２，Ｓ２２Ａ２，Ｓ２３Ａ２から後退した位置となるように、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４の形状、位置または大きさなどを調整すると共に、上部電極２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４の端面Ｓ２１Ｂ４、Ｓ２２Ｂ４、Ｓ２３Ｂ４が、圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３および下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２の端面Ｓ２１Ｂ３，Ｓ２２Ｂ３，Ｓ２３Ｂ３，Ｓ２１Ｂ２，Ｓ２２Ｂ２，Ｓ２３Ｂ２から後退した位置となるように、上部電極２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４の形状、位置または大きさなどを調整してもよい。
【００４２】
つまり、各圧電素子２１Ａ，２１Ｂにより形成される配列において、下部電極２１Ａ２，２１Ｂ２、圧電体２１Ａ３，２１Ｂ３および上部電極２１Ａ４，２１Ｂ４のうち少なくとも下部電極２１Ａ２，２１Ｂ２および圧電体２１Ａ３，２１Ｂ３の幅が、上検出腕２１の幅よりも広くなっていればよい。同様に、各圧電素子２２Ａ，２２Ｂにより形成される配列において、下部電極２２Ａ２，２２Ｂ２、圧電体２２Ａ３，２２Ｂ３および上部電極２２Ａ４，２２Ｂ４のうち少なくとも下部電極２２Ａ２，２２Ｂ２および圧電体２２Ａ３，２２Ｂ３の幅が、下検出腕２２の幅よりも広くなっていればよい。また、圧電素子２３Ａ，２３Ｂにより形成される配列において、下部電極２３Ａ２，２３Ｂ２、圧電体２３Ａ３，２３Ｂ３および上部電極２３Ａ４，２３Ｂ４のうち少なくとも下部電極２３Ａ２，２３Ｂ２および圧電体２３Ａ３，２３Ｂ３の幅が、上駆動腕２３の幅よりも広くなっていればよい。
【００４３】
なお、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂの内側の端面（隣接する圧電素子との対向面）は平坦面となっていてもよいし、凸凹していてもよい。また、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂの内側の端面の一部が隣接する圧電素子との対向面と連結され、互いに隣接する圧電素子同士が一体化されていてもよい。
【００４４】
例えば、図６、図７に示したように、下地層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１と下地層２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１とを共通の下地層２１−１、２２−１、２３−１で形成し、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２と下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２とを共通の下部電極２１−２、２２−２、２３−２で形成し、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３と圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３とを共通の圧電体２１−３、２２−３、２３−３で形成し、その他の層（上部電極）を別個に形成してもよい。
【００４５】
また、例えば、図８、図９に示したように、下地層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１と下地層２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１とを共通の下地層２１−１、２２−１、２３−１で形成し、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２と下部電極２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２とを共通の下部電極２１−２、２２−２、２３−２で形成し、その他の層（圧電体、上部電極）を別個に形成してもよい。
【００４６】
また、例えば、図１０、図１１に示したように、圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３と圧電体２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３とを共通の圧電体２１−３、２２−３、２３−３で形成し、その他の層（下地層、下部電極、上部電極）を別個に形成してもよい。
【００４７】
ここで、下地層２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１、２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１，２１−１，２２−１および２３−１は、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２、２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２，２２−２および２３−２の材料との反応（例えば合金化）を抑制したり、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３と、下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２、２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２，２２−２および２３−２との密着性を向上させるためのものであり、例えばＺｒＯ２膜およびＹ２Ｏ３膜の多層膜や、ＳｉＯ２などの絶縁膜、例えば密着性の高いＴｉ（チタン）などからなる。下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２、２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２，２２−２および２３−２は、例えばＰｔ（１００）配向膜からなる。
【００４８】
圧電体２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３、２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３，２１−３，２２−３および２３−３は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）を含んで形成されている。また、上部電極２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４、２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４および下部電極２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２，２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２、２２−２、２３−２は、例えばＰｔ（１００）配向膜からなる。
【００４９】
なお、一般的な半導体プロセスを用いることにより、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂを上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３と一体に形成することが可能である。また、例えば、図１２に示したように、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂを、例えばエポキシ樹脂等からなる接着層２４を介して、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３に張り合わせることが可能である。
【００５０】
次に、図１３（Ａ），（Ｂ）〜図１５（Ａ），（Ｂ）を参照して、角速度センサ素子２の製造方法の一例について説明する。
【００５１】
ここで、固定部２０、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３は同一の方法により一括して形成することが可能であり、また、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂについても、同一の方法により一括して形成することが可能であることから、以下では、説明を簡略化するために、角速度センサ素子２の一部である上検出腕２１および圧電素子２１Ａ，２１Ｂの製造方法についてのみ説明する。また、以下では、圧電素子２１Ａ，２１Ｂを一体化して形成する場合（図６のケース）について説明する。なお、図１３（Ａ），（Ｂ）〜図１５（Ａ），（Ｂ）は、各製造工程における断面構成を表したものである。
【００５２】
まず、一般的な半導体プロセスを用いて、上検出腕２１を切り出すこととなるシリコンウェハＳＷ上に、下地層１２１−１と、下部電極１２１−２と、圧電体１２１−３と、上部電極１２１−４をこの順に積層する（図１３（Ａ））。なお、下地層１２１−１、下部電極１２１−２、圧電体１２１−３および上部電極１２１−４は、下地層２１−１、下部電極２１−２、圧電体２１−３および上部電極２１−４が形成される前段階の状態の層であり、下地層２１−１、下部電極２１−２、圧電体２１−３および上部電極２１−４と同様の材料により構成されたものである。
【００５３】
次に、上部電極１２１−４上に、上部電極２１Ａ４，２１Ｂ４を形成することとなる領域以外の領域に開口を有するレジスト層Ｒ１を形成し（図１３（Ｂ））、その後、上部電極１２１−４を選択的にエッチングする。これにより、上部電極２１Ａ４，２１Ｂ４が形成される（図１４（Ａ））。
【００５４】
次に、レジスト層Ｒ１を除去したのち、圧電素子２１Ａ，２１Ｂを形成することとなる領域以外の領域に開口を有するレジスト層Ｒ２を新たに形成する（図１４（Ｂ））。続いて、圧電体１２１−３、下部電極１２１−２および下地層１２１−１を選択的にエッチングする。これにより、圧電素子２１Ａ，２１Ｂが形成される（図１５（Ａ））。
【００５５】
次に、レジスト層Ｒ２を残した状態で、シリコン専用のプロセスを用いて、シリコンウェハＳＷを選択的にエッチングし（図１５（Ｂ））、最終的には、シリコンウェハＳＷから上検出腕２１を切り出す。このとき、シリコンウェハＳＷのうち圧電素子２１Ａ，２１Ｂの直下の部分がサイドエッチングされる。これにより、圧電素子２１Ａおよび圧電素子２１Ｂにより形成される配列の、上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１１が、上検出腕２１のうち上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１よりも広くなる（図６参照）。このようにして、本実施の形態の上検出腕２１および圧電素子２１Ａ，２１Ｂが形成される。
【００５６】
このような構成を備えた角速度センサ装置１では、角速度センサ装置１の搭載された物体が回転運動をしていない場合に、例えば、圧電素子２３Ａ，２３Ｂを用いて一対の上駆動腕２３を駆動したときには、図１６に示したように、一対の上駆動腕２３が上駆動腕２３の延在方向と交差する方向ａに主に振動する。
【００５７】
このとき、例えば、図１７に示したように、角速度センサ装置１の搭載された物体がセンサ素子支持部５１を含む面と直交する方向を回転軸とする回転運動ｒを開始すると、コリオリ力ｆが一対の上駆動腕２３にそれぞれ反対向きに働き、上検出腕２１および下検出腕２２が上検出腕２１の延在方向と交差する方向ｂおよび下検出腕２２の延在方向と交差する方向ｃに左右非対称に振動し始める。これにより、このときの上検出腕２１の振動に応じた検出信号を圧電素子２１Ａ，２１Ｂから取り出すと共に、下検出腕２２の振動に応じた検出信号を圧電素子２２Ａ，２２Ｂから取り出すことにより、角速度を検出することができる。
【００５８】
ところで、本実施の形態では、下検出腕２２が上検出腕２１および一対の上駆動腕２３のそれぞれの延在方向とは反対側に延在して形成されているので、上記のようにして角速度を検出している場合、または角速度センサ装置１の搭載された物体が停止もしくは等速運動をしている場合に、図１８に示したように、横方向から加速度ｄを受けたときには、上検出腕２１および下検出腕２２が同じ方向に変位し、上検出腕２１および下検出腕２２には上検出腕２１の延在方向と交差する方向ｂおよび下検出腕２２の延在方向と交差する方向ｃに同位相の振動が発生する。そのため、圧電素子２１Ａ，２１Ｂから取り出される検出信号と、圧電素子２２Ａ，２２Ｂから取り出される検出信号との差をとることにより、横方向の加速度による振動の出力を相殺し、ノイズを低減することができる。このように、横置き型でありながら、コリオリ力に起因して発生する振動と、横方向から受けた加速度によって生じる振動とを区別することができるので、横方向の加速度の影響をほとんどなくすることができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、図４〜図１０に例示したように、上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３上に形成された各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂにより形成される配列の横幅Ｗ１１，Ｗ１２，Ｗ１３が上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３の横幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３よりも広くなっている。つまり、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂの一部が上検出腕２１、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３からはみ出している。これにより、上検出腕２１および下検出腕２２がコリオリ力に起因してひずんだときに、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂのうち上検出腕２１および下検出腕２２からはみ出した部分は上検出腕２１および下検出腕２２よりも大きくひずむので、各圧電素子２１Ａ，２１Ｂにより形成される配列または各圧電素子２２Ａ，２２Ｂにより形成される配列の横幅を上検出腕２１または下検出腕２２の横幅と等しくした場合と比べて、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂに大きな電圧を発生させることができる。その結果、素子の感度を高くすることができる。
【００６０】
また、集積回路素子３から圧電素子２３Ａ，２３Ｂに駆動信号を送信するときに、上駆動腕２３上に形成された各圧電素子２３Ａ，２３Ｂにより形成される配列の横幅が上駆動腕２３の横幅と等しい場合と比べて、上駆動腕２３をより少ない力、つまりより少ない電力で振動させることができる。
【００６１】
また、一対の圧電素子２３Ａ，２３Ｂを、上駆動腕２３の中心線ＣＬを対称軸として線対称に延在して形成した場合には、左右対称の駆動振動が発生し易くなるので、一対の上駆動腕２３を駆動する駆動回路を簡略化することができると共に、上検出腕２１および下検出腕２２の不要振動を低減することができる。
【００６２】
また、一対の圧電素子２１Ａ，２１Ｂと、一対の圧電素子２２Ａ，２２Ｂとを、固定部２０を通り上検出腕２１の延在方向と直交する直線を対称軸として線対称に延在して形成した場合には、横方向の加速度による振動と角速度による振動とが区別し易くなるので、角速度の検出精度が向上する。
【００６３】
以上、実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は、これらの実施の形態等に限定されず、種々変形可能である。
【００６４】
例えば、上記実施の形態では、上検出腕２１および下検出腕２２および一対の上駆動腕２３のいずれにおいても、延在方向と直交する方向の幅が延在方向の位置によらず均一になっていたが、例えば、図１９に示したように、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２３Ａおよび各圧電素子２１Ｂ，２２Ｂ，２３Ｂとの対向部分において、下検出腕２２および一対の上駆動腕２３の延在方向と直交する方向にくびれ２１Ｃ，２２Ｃ，２３Ｃを有していてもよい。これにより、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂを大きくしなくても、上検出腕２１および下検出腕２２および一対の上駆動腕２３からはみ出させることができるので、素子の感度を上げることができる。また、上駆動腕２３上に形成された各圧電素子２３Ａ，２３Ｂにより形成される配列の横幅が上駆動腕２３の横幅と等しい場合と比べて、上駆動腕２３をより少ない力、つまり、より少ない電力で振動させることができる。
【００６５】
また、上検出腕２１のうち上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１や、下検出腕２２のうち下検出腕２２の延在方向と直交する方向の幅Ｗ２、上駆動腕２３のうち上駆動腕２３の延在方向と直交する方向の幅Ｗ３を狭くすることにより、その結果として、圧電素子２１Ａおよび圧電素子２１Ｂにより形成される配列の、上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１１が、上検出腕２１のうち上検出腕２１の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１よりも広くなったり、圧電素子２２Ａおよび圧電素子２２Ｂにより形成される配列の、下検出腕２２の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１２が、下検出腕２２のうち下検出腕２２の延在方向と直交する方向の幅Ｗ２よりも広くなったり、圧電素子２３Ａおよび圧電素子２３Ｂにより形成される配列の、上駆動腕２３の延在方向と直交する方向の幅Ｗ１３が、上駆動腕２３のうち上駆動腕２３の延在方向と直交する方向の幅Ｗ３よりも広くなるようにしてもよい。これにより、各圧電素子２１Ａ，２２Ａ，２１Ｂ，２２Ｂを大きくしなくても、素子の感度を上げることができる。また、上駆動腕２３上に形成された各圧電素子２３Ａ，２３Ｂにより形成される配列の横幅が上駆動腕２３の横幅と等しい場合と比べて、上駆動腕２３をより少ない力、つまりより少ない電力で振動させることができる。
【００６６】
また、上記実施の形態では、本発明をいわゆる横置き型の角速度センサ素子に適用する場合を例示して説明していたが、いわゆる縦置き型の角速度センサ素子に対しても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る角速度センサ装置の分解斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向の断面構成図である。
【図３】図１の角速度センサ素子の上面構成図である。
【図４】図３の角速度センサ素子のＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ矢視方向の断面構成図である。
【図５】図４の一変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図６】図４の他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図７】図４のその他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図８】図４の更にその他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図９】図４の更にその他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図１０】図４の更にその他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図１１】図４の更にその他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図１２】図４の更にその他の変形例に係る角速度センサ素子の断面構成図である。
【図１３】図１の角速度センサ素子の製造方法について説明するための断面構成図である。
【図１４】図１３に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図１５】図１４に続く工程について説明するための断面構成図である。
【図１６】図１の角速度センサ素子に回転運動が印加されていないときの動作を説明するための上面構成図である。
【図１７】図１の角速度センサ素子に回転運動が印加されているときの動作を説明するための上面構成図である。
【図１８】図１の角速度センサ素子に横方向からの加速度が印加されているときの動作を説明するための上面構成図である。
【図１９】図１の一変形例に係る角速度センサ素子の上面構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…角速度センサ装置、２…角速度センサ素子、３…集積回路素子、４…ケース、５…中蓋部、６…上蓋部、２０…固定部、２１…上検出腕、２１Ａ，２１Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ…圧電素子、２２…下検出腕、２３…上駆動腕、２１Ａ１，２２Ａ１，２３Ａ１，２１Ｂ１，２２Ｂ１，２３Ｂ１，２１−１，２２−１，２３−１…下地層、２１Ａ２，２２Ａ２，２３Ａ２，２１Ｂ２，２２Ｂ２，２３Ｂ２，２１−２，２２−２，２３−２…下部電極、２１Ａ３，２２Ａ３，２３Ａ３，２１Ｂ３，２２Ｂ３，２３Ｂ３，２１−３，２２−３，２３−３…圧電体、２１Ａ４，２２Ａ４，２３Ａ４，２１Ｂ４，２２Ｂ４，２３Ｂ４…上部電極、２３Ｃ…くびれ、２４…接着層、４１…センサ素子支持部、４２…集積回路支持部、４３…上蓋部支持部、ａ，ｂ，ｃ…振動方向、ｆ…コリオリ力、Ｇ１，Ｇ２…内部空間、ｒ…回転運動方向。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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