(57)【要約】【課題】等価回路抵抗の小さいジャイロ素子、このジャイロ素子の製造方法、このジャイロ素子を用いたジャイロセンサー、電子機器、および移動体を提供する。【解決手段】本発明のジャイロ素子１００は、基部１と、基部１から延出している駆動振動腕２ａ，２ｂと、基部１から延出している検出振動腕３ａ，３ｂと、を備え、検出振動腕３ａ，３ｂは、表面３ｃ，３ｇと、表面３ｃ，３ｇの反対側の裏面３ｄ，３ｆと、に溝（５８ａ，５８ｂ）が設けられ、表面３ｃ，３ｇと裏面３ｄ，３ｆとを接続する側面３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋと、溝（５８ａ，５８ｂ）の内部と、に検出電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを有し、溝（５８ａ，５８ｂ）の幅は、検出振動腕３ａ，３ｂの幅に対し５％〜４０％を含み、溝（５８ａ，５８ｂ）の深さは、検出振動腕３ａ，３ｂの厚みに対し２３％〜４９％を含むことを特徴とする。【選択図】図３
2016090252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基部と、
前記基部から延出している駆動振動腕と、
前記基部から延出している検出振動腕と、を備え、
前記検出振動腕は、表面と、前記表面の反対側の裏面と、に溝が設けられ、
前記表面と前記裏面とを接続する側面と、前記溝の内部と、に検出電極を有し、
前記溝の幅は、前記検出振動腕の幅に対し５％〜４０％を含み、前記溝の深さは、前記検出振動腕の厚みに対し２３％〜４９％を含むことを特徴とするジャイロ素子。
【請求項２】
請求項１に記載のジャイロ素子において、
前記検出振動腕を有するジャイロ素子の大気圧雰囲気での等価回路抵抗は２ＭΩ未満であることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項３】
請求項１に記載のジャイロ素子において、
前記検出振動腕を有するジャイロ素子の大気圧雰囲気での等価回路抵抗は１ＭΩ未満であることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のジャイロ素子において、
前記側面に設けられた前記検出電極は、少なくとも２分割されていることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のジャイロ素子において、
前記溝の前記内部に設けられた前記検出電極は、少なくとも２分割されていることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のジャイロ素子において、
前記駆動振動腕は、前記基部の一端から延出し、前記検出振動腕は、前記基部の前記一端とは反対側の他端から延出していることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のジャイロ素子において、
前記基部から延出し、前記駆動振動腕又は前記検出振動腕を挟むように位置する一対の調整用振動腕を備えていることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のジャイロ素子において、
前記駆動振動腕、前記検出振動腕、および前記調整用振動腕の少なくとも一つの、前記基部と接続する一端と反対側の他端側に、幅広部が設けられていることを特徴とするジャイロ素子。
【請求項９】
基部と、
前記基部から延出している駆動振動腕と、
前記基部から延出している検出振動腕と、を備え、
前記検出振動腕は、表面と、前記表面の反対側の裏面と、に溝が設けられ、
前記表面と前記裏面とを接続する側面と、前記溝の内部と、に検出電極を有するジャイロ素子の製造方法であって、
前記溝の幅は、前記検出振動腕の幅に対し５％〜４０％を含み、前記溝の深さは、前記検出振動腕の厚みに対し２３％〜４９％を含むように前記検出振動腕の外形形状を形成する外形形成工程を有していることを特徴とするジャイロ素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のジャイロ素子と、
少なくとも前記振動腕を励振させる駆動回路を含む電子部品と、
前記ジャイロ素子および前記電子部品の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えていることを特徴とするジャイロセンサー。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のジャイロ素子を備えていることを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のジャイロ素子を備えていることを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジャイロ素子、ジャイロ素子の製造方法、ジャイロ素子を用いたジャイロセンサー、電子機器、および移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体制御や自車位置検出、あるいはデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの振動制御補正機能（所謂手ぶれ補正）などに、ジャイロ素子を用いたジャイロセンサーなどが広く利用されている。ジャイロセンサーは、ジャイロ素子により、物体の揺れや回転などの振動によってジャイロ素子の一部に発生する電気信号を角速度として検出し、回転角を算出することによって物体の変位を求める。
【０００３】
近年、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの携帯用デジタル機器の小型化、機能の高集積化に伴い、ジャイロセンサーヘの更なる小型化の要求も高まってきた。しかしながら、ジャイロセンサーの小型化を図る上で、ジャイロ素子の加工精度、組み立て精度のばらつきの相対的な増加に対し効率の良い補正手段を考える必要が生じている。これらのばらつきは、ジャイロ素子の駆動と検出モードの共振周波数差のばらつきに影響を与え、ジャイロセンサーの感度のばらつきに影響を与えていた。そのため、特許文献１に記載の圧電振動ジャイロ（ジャイロセンサー）では、振動子（ジャイロ素子）に調整用電極を設け、駆動と検出モードの共振周波数をモニタリングしながら調整用電極をレーザー加工などでトリミングすることで、駆動と検出モードの共振周波数差のばらつきを抑え、検出感度のばらつきを低減していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１７４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の圧電振動ジャイロ（ジャイロセンサー）では、低コスト化を図るために、振動子（ジャイロ素子）が複数形成された大型ウェハー状態で、各振動子（ジャイロ素子）の駆動と検出モードの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングし調整した後に、良品のみをパッケージに実装しようとすると、等価直列抵抗（ＣＩ：クリスタルインピーダンス）の高い検出モードにおいて、その共振周波数が発振回路やネットワークアナライザーなどによりモニタリングできないため共振周波数を調整することができず、駆動と検出モードの共振周波数差のばらつきを低減することが困難であった。そのため、大気圧雰囲気でも発振回路やネットワークアナライザーなどにより共振周波数のモニタリングを可能とするために、検出モードの等価直列抵抗を２ＭΩ未満とする必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］本適用例に係るジャイロ素子は、基部と、前記基部から延出している駆動振動腕と、前記基部から延出している検出振動腕と、を備え、前記検出振動腕は、表面と、前記表面の反対側の裏面と、に溝が設けられ、前記表面と前記裏面とを接続する側面と、前記溝の内部と、に検出電極を有し、前記溝の幅は、前記検出振動腕の幅に対し５％〜４０％を含み、前記溝の深さは、前記検出振動腕の厚みに対し２３％〜４９％を含むことを特徴とする。
【０００８】
本適用例によれば、検出振動腕に設けられた溝が、溝の幅を検出振動腕の幅に対し５％〜４０％とし、溝の深さを検出振動腕の厚みに対し２３％〜４９％とすることで、検出振動腕における振動効率を向上させ、大気圧雰囲気においても発振回路やネットワークアナライザーなどにより共振周波数をモニタリング可能な２ＭΩ未満の等価直列抵抗とすることができる。そのため、ジャイロ素子が複数形成された大型ウェハー状態で、ジャイロ素子の駆動と検出モードの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングし調整した後に、良品のジャイロ素子のみをパッケージに実装できるため、歩留まりが低減しジャイロセンサーの低コスト化を図ることができる。
【０００９】
［適用例２］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記検出振動腕を有するジャイロ素子の大気圧雰囲気での等価直列抵抗は２ＭΩ未満であることが好ましい。
【００１０】
本適用例によれば、大気圧雰囲気において、発振回路やネットワークアナライザーなどにより検出振動腕の共振周波数をモニタリングすることが可能となるため、ジャイロ素子の駆動と検出モードの共振周波数差の調整ができるため、検出感度のばらつきを低減し、高精度で低コストのジャイロセンサーを得ることができる。
【００１１】
［適用例３］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記検出振動腕を有するジャイロ素子の大気圧雰囲気での等価直列抵抗は１ＭΩ未満であることが好ましい。
【００１２】
本適用例によれば、大気圧雰囲気において、発振回路やネットワークアナライザーなどにより検出振動腕の共振周波数をモニタリングすることが可能となるため、ジャイロ素子の駆動と検出モードの共振周波数差の調整ができるため、検出感度のばらつきをより低減し、より高精度でより低コストのジャイロセンサーを得ることができる。
【００１３】
［適用例４］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記側面に設けられた前記検出電極は、で少なくとも２分割されていることが好ましい。
【００１４】
本適用例によれば、検出振動腕の側面に設けられた検出電極を厚み方向に対して２分割することで、コリオリ力によって生じる厚み方向を変位方向とする屈曲振動の電界を効率良く検出することができるので、高い検出感度を有するジャイロ素子を得ることができる。
【００１５】
［適用例５］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記溝の前記内部に設けられた前記検出電極は、少なくとも２分割されていることが好ましい。
【００１６】
本適用例によれば、検出振動腕の溝内部に設けられた検出電極を溝幅方向に対して２分割することで、コリオリ力によって生じる厚み方向を変位方向とする屈曲振動の電界を効率良く検出することができるので、高い検出感度を有するジャイロ素子を得ることができる。
【００１７】
［適用例６］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記駆動振動腕は、前記基部の一端から延出し、前記検出振動腕は、前記基部の前記一端とは反対側の他端から延出していることを特徴とする。
【００１８】
本適用例によれば、駆動振動腕と検出振動腕とが、基部の同一軸方向の両端部からそれぞれ延伸されているので、駆動系と検出系が分離されることから、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、角速度の検出感度を安定させることができる。
【００１９】
［適用例７］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記基部から延出し、前記検出振動腕又は前記駆動振動腕を内側に挟むように位置する一対の調整用振動腕を備えていることが好ましい。
【００２０】
本適用例によれば、前述の適用例に加えて、漏れ出力を調整するための調整用振動腕が設けられていることにより、振動漏れ出力によって検出振動腕に発生する電荷を調整用振動腕で発生する電荷でキャンセルすることができる。
【００２１】
［適用例８］上記適用例に記載のジャイロ素子において、前記駆動振動腕、前記検出振動腕、および前記調整用振動腕の少なくとも一つの、前記基部と接続する一端と反対側の他端側に、幅広部が設けられていることが好ましい。
【００２２】
本適用例によれば、駆動振動腕、検出振動腕、および調整用振動腕の長さの増大を抑えながら所定の駆動振動や検出振動を得るとともに、漏れ振動を抑制するための調整範囲が広くとれるので、より小型で高感度な特性を有するジャイロ素子を提供することができる。
【００２３】
［適用例９］本適用例に係るジャイロ素子の製造方法は、基部と、前記基部から延出している駆動振動腕と、前記基部から延出している検出振動腕と、を備え、前記検出振動腕は、表面と、前記表面の反対側の裏面と、に溝が設けられ、前記表面と前記裏面とを接続する側面と、前記溝の内部と、に検出電極を有するジャイロ素子の製造方法であって、前記溝の幅は、前記検出振動腕の幅に対し５％〜４０％を含み、前記溝の深さは、前記検出振動腕の厚みに対し２３％〜４９％を含むように前記検出振動腕の外形形状を形成する外形形成工程を有していることを特徴とする。
【００２４】
本適用例によれば、検出振動腕に設けられた溝を、溝の幅を検出振動腕の幅に対し５％〜４０％とし、溝の深さを検出振動腕の厚みに対し２３％〜４９％とする外形形状に加工することで、検出振動腕における振動効率を向上させ、大気圧雰囲気においても発振回路やネットワークアナライザーなどにより共振周波数をモニタリング可能な２ＭΩ未満の等価直列抵抗を有するジャイロ素子を製造することができる。そのため、ジャイロ素子が複数形成された大型ウェハー状態で、ジャイロ素子の駆動と検出モードの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングし調整した後に、良品のジャイロ素子のみをパッケージに実装できるため、歩留まりが低減しジャイロセンサーの低コスト化を図ることができる。
【００２５】
［適用例１０］本適用例に係るジャイロセンサーは、上記適用例のいずれか一例に記載のジャイロ素子と、少なくとも前記振動腕を励振させる駆動回路を含む電子部品と、前記ジャイロ素子および前記電子部品の少なくとも一方を収容しているパッケージと、を備えている。
【００２６】
本適用例によれば、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有するジャイロ素子を備えたジャイロセンサーを得ることができる。加えて、上記構成のようなパッケージタイプのジャイロセンサーは、小型化・薄型化に有利であるとともに耐衝撃性を高くすることができる。
【００２７】
［適用例１１］本適用例に係る電子機器は、上記適用例のいずれか一例に記載のジャイロ素子を備えている。
【００２８】
本適用例によれば、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有するジャイロ素子を備えているので、低コストの電子機器を提供することができる。また、漏れ出力を抑制する調整が施された高感度のジャイロ素子を備えているので、高機能で安定した特性を有する電子機器を提供することができる。
【００２９】
［適用例１２］本適用例に係る移動体は、上記適用例のいずれか一例に記載のジャイロ素子を備えている。
【００３０】
本適用例によれば、上記適用例のいずれか一例に記載の効果を有するジャイロ素子を備えているので、低コストの移動体を提供することができる。また、漏れ出力を抑制する調整が施された高感度のジャイロ素子を備えているので、高機能で安定した特性を有する移動体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るジャイロ素子の一例としてのＨ型ジャイロ素子の構造を示す概略平面図。
【図２】第１実施形態に係るジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、（ａ）は図１中のＢ−Ｂ線の概略断面図、（ｂ）は図１中のＡ−Ａ線の概略断面図。
【図３】第１実施形態に係るジャイロ素子の検出振動腕の断面構造を説明する概略断面図。
【図４】第１実施形態に係るジャイロ素子の検出振動腕の寸法比（ｗ１／ｗ）とＣＩ値との相関を示すグラフ。
【図５】第１実施形態に係るジャイロ素子の検出振動腕の寸法比（ｔ１／ｔ）とＣＩ値との相関を示すグラフ。
【図６】本発明の第２実施形態に係るジャイロ素子の一例としての調整用振動腕を有するＨ型ジャイロ素子の構造を示す概略平面図。
【図７】本発明の第３実施形態に係るジャイロ素子の一例としてのダブルＴ型ジャイロ素子の構造を示す概略平面図。
【図８】実施形態に係るジャイロ素子の製造工程の概略を示すフローチャート。
【図９】実施形態に係るジャイロ素子を備えるジャイロセンサーの概略構成を示す正断面図。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、実施形態に係るジャイロ素子を備える電子機器の一例を示す斜視図。
【図１１】実施形態に係るジャイロ素子を備える移動体としての自動車を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材の尺度を実際とは異ならせている。また、図１〜図３、図６、および図７では、説明の便宜上、互いに直交する３軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、その図示した矢印の先端側を「＋側」、基端側を「−側」としている。また、以下の説明では、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」と言い、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」と言い、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」と言う。
【００３３】
＜ジャイロ素子＞
（第１実施形態）
先ず、第１実施形態に係るジャイロ素子の概略構成について、図１および図２を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るジャイロ素子の一例としてのＨ型ジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。図２は、第１実施形態に係るジャイロ素子の電極構成を説明する図であり、図２（ａ）は図１中のＢ−Ｂ線の概略断面図、図２（ｂ）は図１中のＡ−Ａ線の概略断面図である。なお、図１においては、説明の便宜上、駆動電極や検出電極などの電極を省略している。
【００３４】
ジャイロ素子１００は、図１に示すように、基部１と、駆動振動腕２ａ，２ｂと、検出振動腕３ａ，３ｂと、を有している。なお、ジャイロ素子１００は、基部１の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂは、基部１の一端から、Ｙ軸方向に互いに略平行に延びる一対の角柱状の振動体である。ジャイロ素子１００を構成する基部１、駆動振動腕２ａ，２ｂ、および検出振動腕３ａ，３ｂは、水晶が基材として用いられ、フォトリソグラフィー法およびフッ素系溶液などによるウェットエッチング法やフッ素系ガスなどによるドライエッチング法により一体で形成されている。
【００３５】
本実施形態のジャイロ素子１００では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸および光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。本実施形態では、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚さｔを有した所謂水晶Ｚ板を基材として用いた例を説明する。なお、ここでいう所定の厚さｔは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。また、ジャイロ素子１００を形成する平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸およびＺ軸についても同様である。
【００３６】
ジャイロ素子１００は、中心部分に位置する略矩形状の基部１と、基部１のＹ軸方向の端部１ａ，１ｂのうち一方の端部（図中−Ｙ軸方向の端部）１ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延伸された一対の駆動振動腕２ａ，２ｂと、基部１の他方の端部（図中＋Ｙ軸方向の端部）１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕３ａ，３ｂと、を有している。このように、基部１の両端部１ａ，１ｂから、一対の駆動振動腕２ａ，２ｂと、一対の検出振動腕３ａ，３ｂとが、それぞれ同軸方向に延伸されている。
【００３７】
このような形状から、本実施形態に係るジャイロ素子１００は、Ｈ型ジャイロ素子と呼ばれることがある。Ｈ型のジャイロ素子１００は、駆動振動腕２ａ，２ｂと検出振動腕３ａ，３ｂとが、基部１の同一軸方向の両端部１ａ，１ｂからそれぞれ延伸されているので、駆動系と検出系が分離される。ジャイロ素子１００は、このように駆動系と検出系が分離されることにより、駆動系と検出系の電極間あるいは配線間の静電結合が低減され、検出感度が安定するという特徴を有する。なお、第１実施形態ではＨ型のジャイロ素子１００を例に駆動振動腕および検出振動腕を各々２本ずつ設けているが、振動腕の本数は１本であっても３本以上であっても良い。また、１本の振動腕に後述する駆動電極と検出電極を形成しても良い。
【００３８】
Ｈ型のジャイロ素子１００は、一対の駆動振動腕２ａ，２ｂを面内方向（＋Ｘ軸方向と−Ｘ軸方向）に振動させた状態で、Ｙ軸回りに角速度ωが加わると、駆動振動腕２ａ，２ｂにコリオリ力が発生し、駆動振動腕２ａ，２ｂが面内方向と交差する面外方向（＋Ｚ軸方向と−Ｚ軸方向）に、互いに逆方向に屈曲振動する。そして、検出振動腕３ａ，３ｂは、駆動振動腕２ａ，２ｂの面外方向の屈曲振動に共振して、同じく面外方向に屈曲振動する。この時、圧電効果により検出振動腕３ａ，３ｂに設けられている検出電極に電荷が発生する。ジャイロ素子１００は、この電荷を検出することによりジャイロ素子１００に加わる角速度ωを検出することができる。
【００３９】
基部１から延伸された一対の駆動振動腕２ａ，２ｂは、図２（ｂ）に示すように、表面２ｃ，２ｇと、表面２ｃ，２ｇと反対側に設けられた裏面２ｄ，２ｈと、表面２ｃ，２ｇと裏面２ｄ，２ｈとを接続する側面２ｅ，２ｆ，２ｋ，２ｊと、を備えている。
【００４０】
また、駆動振動腕２ａ，２ｂの基部１と接続する一端と反対側の他端側の先端部には、駆動振動腕２ａ，２ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部４ａ，４ｂが設けられている（図１参照）。このように、駆動振動腕２ａ，２ｂに、錘部４ａ，４ｂが設けられていることにより、駆動振動腕２ａ，２ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の駆動振動を得ることができるため、ジャイロ素子１００を小型化することが可能となる。なお、駆動振動腕２ａ，２ｂには、駆動振動腕２ａ，２ｂを駆動させるための電極が設けられているが、電極の構成については後述する。
【００４１】
基部１から延伸された一対の検出振動腕３ａ，３ｂには、図２（ａ）に示すように、表面３ｃ，３ｇと、表面３ｃ，３ｇと反対側に設けられた裏面３ｄ，３ｆと、表面３ｃ，３ｇと裏面３ｄ，３ｆとを接続する側面３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋと、を備えている。
【００４２】
また、検出振動腕３ａ，３ｂには、検出振動腕３ａ，３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って溝としての有底の凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。検出振動腕３ａ，３ｂに溝としての凹部５８ａ，５８ｂを設けることにより、屈曲振動によって発生する熱が拡散（熱伝導）し難くなり、熱弾性損失を抑制することができるので、検出感度を向上させることができる。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、図２（ａ）に示すように、表面３ｃ，３ｇおよび裏面３ｄ，３ｆの両面側から掘り込まれている構成であるが、表面３ｃ，３ｇあるいは裏面３ｄ，３ｆの一方の面から掘込まれた構成でもよい。
【００４３】
更に、検出振動腕３ａ，３ｂの基部１と接続する一端と反対側の他端側の先端部には、検出振動腕３ａ，３ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部５ａ，５ｂが設けられている（図１参照）。このように、検出振動腕３ａ，３ｂにおいても、錘部５ａ，５ｂが設けられていることにより、検出振動腕３ａ，３ｂの長さ（Ｙ軸方向の寸法）の増大を抑えながら所定の検出振動を得ることができるため、ジャイロ素子１００を小型化することが可能となる。
【００４４】
基部１の中央は、ジャイロ素子１００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子１００の外形は、重心を通るＹ軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子１００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子１００の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子１００の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウェットエッチング又はドライエッチング）により形成することができる。なお、ジャイロ素子１００は、１枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。
【００４５】
次に、ジャイロ素子１００の電極配置の一実施形態について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、検出振動腕３ａ，３ｂの図１に示すＢ−Ｂ線における概略断面である。図２（ｂ）は、駆動振動腕２ａ，２ｂの図１に示すＡ−Ａ線における概略断面である。
【００４６】
先ず、検出振動腕３ａ，３ｂに形成され、検出振動腕３ａ，３ｂが振動することによって基材である水晶に発生する歪みを検出する検出電極について説明する。図２（ａ）に示すように、検出振動腕３ａ，３ｂには、前述したように、凹部５８ａ，５８ｂが設けられている。本実施形態における凹部５８ａ，５８ｂは、表面３ｃ，３ｇおよび裏面３ｄ，３ｆの両面側に設けられている。
【００４７】
検出振動腕３ａには、側面３ｈに、検出振動腕３ａの厚み方向（Ｚ軸方向）の略中央に有って検出振動腕３ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられた電極分割部３ｍなどによって２分割された、表面３ｃ側の第１検出電極２１ａと裏面３ｄ側の第２検出電極２２ｂとが設けられている。第１検出電極２１ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極２２ａが設けられ、第２検出電極２２ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極２１ｂが設けられている。
【００４８】
また、側面３ｈとは反対側の側面３ｉに、検出振動腕３ａの厚み方向の略中央に有って検出振動腕３ａの延伸方向に沿って設けられた電極分割部３ｎなどによって２分割された、表面３ｃ側の第２検出電極２２ａと裏面３ｄ側の第１検出電極２１ｂとが設けられている。第２検出電極２２ａと対向する凹部５８ａの内側面には、第１検出電極２１ａが設けられ、第１検出電極２１ｂと対向する凹部５８ａの内側面には、第２検出電極２２ｂが設けられている。
【００４９】
更に、第１検出電極２１ａと第２検出電極２２ａとは、検出振動腕３ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ａの内部で、且つ凹部５８ａの底面に設けられた電極分割部３ｐなどによって２分割され、第２検出電極２２ｂと第１検出電極２１ｂとは、検出振動腕３ａの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ａの内部で、且つ凹部５８ａの底面に設けられた電極分割部３ｑなどによって２分割されている。
【００５０】
そして、第１検出電極２１ａと第１検出電極２１ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ａの先端部などを経由して電気的に接続されている。第２検出電極２２ａと第２検出電極２２ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ａの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、検出振動腕３ａの先端近傍まで延設されている。また、第１検出電極２１ａ，２１ｂおよび第２検出電極２２ａ，２２ｂは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。
【００５１】
同様に、検出振動腕３ｂには、側面３ｊに、検出振動腕３ｂの厚み方向（Ｚ軸方向）の略中央に有って検出振動腕３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って設けられた電極分割部３ｒなどによって２分割された、表面３ｇ側の第２検出電極３１ａと裏面３ｆ側の第１検出電極３２ｂとが設けられている。第２検出電極３１ａと対向する凹部５８ｂの内側面には、第１検出電極３２ａが設けられ、第１検出電極３２ｂと対向する凹部５８ｂの内側面には、第２検出電極３１ｂが設けられている。
【００５２】
また、側面３ｊとは反対側の側面３ｋに、検出振動腕３ｂの厚み方向の略中央に有って検出振動腕３ｂの延伸方向に沿って設けられた電極分割部３ｓなどによって２分割された、表面３ｇ側の第１検出電極３２ａと裏面３ｆ側の第２検出電極３１ｂとが設けられている。第１検出電極３２ａと対向する凹部５８ｂの内側面には、第２検出電極３１ａが設けられ、第２検出電極３１ｂと対向する凹部５８ｂの内側面には、第１検出電極３２ｂが設けられている。
【００５３】
更に、第２検出電極３１ａと第１検出電極３２ａとは、検出振動腕３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ｂの内部で、且つ凹部５８ｂの底面に設けられた電極分割部３ｘなどによって２分割され、第１検出電極３２ｂと第２検出電極３１ｂとは、検出振動腕３ｂの延伸方向（Ｙ軸方向）に沿って凹部５８ｂの内部で、且つ凹部５８ｂの底面に設けられた電極分割部３ｙなどによって２分割されている。
【００５４】
そして、第２検出電極３１ａと第２検出電極３１ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ｂの先端部などを経由して電気的に接続されている。第１検出電極３２ａと第１検出電極３２ｂとは、図示しないが、検出振動腕３ｂの先端部などを経由して電気的に接続されている。なお、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、検出振動腕３ｂの先端近傍まで延設されている。また、第２検出電極３１ａ，３１ｂおよび第１検出電極３２ａ，３２ｂは、図示しない配線を介して図示しない外部接続パッドに、それぞれが電気的に接続されている。
【００５５】
検出振動腕３ａにおいては、第１検出電極２１ａと第１検出電極２１ｂとは同電位となるように接続され、第２検出電極２２ａと第２検出電極２２ｂとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕３ａの振動によって生じる歪みが、第１検出電極２１ａ，２１ｂと第２検出電極２２ａ，２２ｂとの電極間の電位差を検出することにより検出される。同様に、検出振動腕３ｂにおいては、第１検出電極３２ａと第１検出電極３２ｂとは同電位となるように接続され、第２検出電極３１ａと第２検出電極３１ｂとは同電位となるように接続されている。これにより、検出振動腕３ｂの振動によって生じる歪みが、第１検出電極３２ａ，３２ｂと第２検出電極３１ａ，３１ｂとの電極間の電位差を検出することにより検出される。
【００５６】
次に、駆動振動腕２ａ，２ｂに設けられた、駆動振動腕２ａ，２ｂを駆動させるための駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃについて説明する。図２（ｂ）に示すように、駆動振動腕２ａの表面（一方の主面）２ｃには駆動電極１１ａが、および裏面（他方の主面）２ｄには駆動電極１１ｂが、錘部４ａ（図１参照）までの間に形成されている。また、駆動振動腕２ａの一方の側面２ｅ、および他方の側面２ｆには駆動電極１２ｃが、駆動振動腕２ａの錘部４ａ（図１参照）までの間に形成されている。同様に、駆動振動腕２ｂの表面（一方の主面）２ｇには駆動電極１２ａが、および裏面（他方の主面）２ｈには駆動電極１２ｂが、錘部４ｂ（図１参照）までの間に形成されている。また、駆動振動腕２ｂの一方の側面２ｊ、および他方の側面２ｋには駆動電極１１ｃが、駆動振動腕２ｂの錘部４ｂ（図１参照）までの間に形成されている。
【００５７】
駆動振動腕２ａ，２ｂに形成された駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、駆動振動腕２ａ，２ｂを介して対向配置される駆動電極間において同電位となるように配置される。また、図示しないが、駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃが、接続される第１固定部に形成された接続パッド、および駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃが接続される第２固定部に形成された接続パッドを通して、駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃと駆動電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃとの間に電位差を交互に与えることにより駆動振動腕２ａ，２ｂは、駆動振動腕２ａと駆動振動腕２ｂとがＸ軸方向に沿って互いに逆方向へ変位する屈曲運動を繰り返し、所定の周波数で屈曲振動する。
【００５８】
上述した駆動電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃおよび検出電極２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ，３２ａ，３２ｂを構成する材料は、特に限定されず、導電性を有し、薄膜形成が可能であればよい。具体的な構成としては、例えば、金（Ａｕ）、金合金、白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銀（Ａｇ）、銀合金、クロム（Ｃｒ）、クロム合金、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、タングステン（Ｗ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、コバルト（Ｃｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等の金属材料、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の導電材料により形成することができる。
【００５９】
次に、第１実施形態に係るジャイロ素子１００の検出振動腕３ａ，３ｂに設けられた溝としての凹部５８ａ，５８ｂの寸法比とＣＩ値（等価直列抵抗）との相関について、図３〜図５を参照して説明する。
図３は、第１実施形態に係るジャイロ素子の検出振動腕の断面構造を説明する概略断面図である。図４は、第１実施形態に係るジャイロ素子の検出振動腕の寸法比（ｗ１／ｗ）とＣＩ値との相関を示すグラフである。図５は、第１実施形態に係るジャイロ素子の検出振動腕の寸法比（ｔ１／ｔ）とＣＩ値との相関を示すグラフである。図４において、横軸は検出振動腕の寸法比（ｗ１／ｗ）を、縦軸は大気圧雰囲気における検出振動腕のＣＩ値を示し、寸法比（ｗ１／ｗ）における溝の幅（Ｘ軸方向の長さ）ｗ１とは、図３に示す溝としての凹部５８ａ，５８ｂを構成する壁６０ａ，６０ｂの幅（Ｘ軸方向の長さ）ｗ１のことをいう。また、図５において、横軸は検出振動腕の寸法比（ｔ１／ｔ）を、縦軸は大気圧雰囲気における検出振動腕のＣＩ値を示す。
【００６０】
検出振動腕３ａ，３ｂの寸法比（ｗ１／ｗ）と検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値との相関は、図４に示すように、寸法比（ｗ１／ｗ）が大きくなるのに伴い、ＣＩ値は増加する傾向を示し、寸法比（ｗ１／ｗ）が５％ではＣＩ値が０．５ＭΩ、寸法比（ｗ１／ｗ）が４０％ではＣＩ値が１．８ＭΩである。この結果より、大気圧雰囲気において、励振可能なＣＩ値である２ＭΩ以下を満足するのは、１０％の安全率を考慮すると寸法比（ｗ１／ｗ）が４０％以下であるのが好ましい。
【００６１】
また、寸法比（ｗ１／ｗ）が５％未満の場合には、例えば検出振動腕３ａ，３ｂの幅（Ｘ軸方向の長さ）ｗを１００μｍとすると、溝としての凹部５８ａ，５８ｂを構成する壁６０ａ，６０ｂの幅（Ｘ軸方向の長さ）ｗ１が５μｍ未満となり、製造が極めて難しくなりジャイロ素子１００を形成できない虞がある。
【００６２】
従って、大気圧雰囲気において、ジャイロ素子１００の検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を２ＭΩ未満とし、且つ製造可能とするためには、寸法比（ｗ１／ｗ）を５％〜４０％とすることが好ましい。また、ジャイロ素子１００の検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を１ＭΩ未満とし、且つ製造可能とするためには、寸法比（ｗ１／ｗ）を５％〜１５％とすることがより好ましい。
【００６３】
次に、検出振動腕３ａ，３ｂの寸法比（ｔ１／ｔ）と検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値との相関は、図５に示すように、寸法比（ｔ１／ｔ）が大きくなるのに伴い、ＣＩ値は減少する傾向を示し、寸法比（ｔ１／ｔ）が２３％ではＣＩ値が１．８ＭΩ、寸法比（ｔ１／ｔ）が４９％ではＣＩ値が０．３ＭΩである。この結果より、大気圧雰囲気において、励振可能なＣＩ値である２ＭΩ以下を満足するのは、１０％の安全率を考慮すると寸法比（ｔ１／ｔ）が２３％以上であるのが好ましい。ここで、寸法比（ｔ１／ｔ）における溝の深さ（Ｚ軸方向の長さ）ｔ１は、図３に示す溝としての凹部５８ａ，５８ｂを構成する最も深い位置の長さを表している。製造上、ｔ１の長さが一定でないことがあるが、一番深いところをｔ１とする。
【００６４】
また、寸法比（ｔ１／ｔ）が４９％より大きい場合には、例えば検出振動腕３ａ，３ｂの厚み（Ｘ軸方向の長さ）ｔを１００μｍとすると、凹部５８ａ，５８ｂの深さｔ１がそれぞれ１μｍ以下となり製造が極めて難しくなり凹部５８ａ，５８ｂを形成できなくなる虞がある。
【００６５】
従って、大気圧雰囲気において、ジャイロ素子１００の検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を２ＭΩ未満とし、且つ製造可能とするためには、寸法比（ｔ１／ｔ）を２３％〜４９％とすることが好ましい。また、検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を１ＭΩ未満とし、且つ製造可能とするためには、寸法比（ｔ１／ｔ）を３０％〜４９％とすることがより好ましい。
【００６６】
以上の結果、検出振動腕３ａ，３ｂに設けられている溝としての凹部５８ａ，５８ｂにおいて、寸法比（ｗ１／ｗ）は５％〜４０％とし、寸法比（ｔ１／ｔ）は２３％〜４９％とすることで、検出振動腕３ａ，３ｂにおける振動効率を向上させ、ジャイロ素子１００における検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を大気圧雰囲気において、２ＭΩ未満とする（ｔ１／ｔ）と（ｗ１／ｗ）の組み合わせの条件を得ることができる。そのため、ジャイロ素子１００が複数形成された大型ウェハー状態でも、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングすることができ、調整することが可能となり、検出感度のばらつきの小さいジャイロ素子１００を得ることができる。
【００６７】
更に、寸法比（ｗ１／ｗ）は５％〜１５％とし、寸法比（ｔ１／ｔ）は３０％〜４９％とすることで、ジャイロ素子１００における検出振動腕３ａ，３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を大気圧雰囲気において、１ＭΩ未満とすることができる。そのため、大気圧雰囲気において、発振回路やネットワークアナライザーなどにより駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂの共振周波数をモニタリングすることができ、調整することが可能となり、検出感度のばらつきのより小さいジャイロ素子１００を得ることができる。
【００６８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るジャイロ素子３００について、図６を参照して説明する。
図６は、本発明の第２実施形態に係るジャイロ素子の一例としての調整用振動腕を有するＨ型ジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。なお、図６においては、説明の便宜上、駆動電極や検出電極などの電極を省略している。
【００６９】
第２実施形態に係るジャイロ素子３００は、図６に示すように、基材（主要部分を構成する材料）を加工することにより一体に形成された基部３０１と、基部３０１のＹ軸方向の端部３０１ａ，３０１ｂのうち一方の端部３０１ｂから、並行するようにＹ軸に沿って延伸された一対の駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂと、基部３０１の他方の端部３０１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の検出振動腕３０３ａ，３０３ｂと、基部３０１の他方の端部３０１ａからＹ軸に沿って並行するように延伸された一対の調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂと、を有している。また、基部３０１から延出する第１連結部３０５ａ、および第１連結部３０５ａに連結する第１支持部３０５ｂと、基部３０１から第１連結部３０５ａと反対方向に延出する第２連結部３０６ａ、および第２連結部３０６ａに連結する第２支持部３０６ｂと、が設けられている。更に、第１支持部３０５ｂおよび第２支持部３０６ｂは、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂの側で一体的に繋って、固定枠部３０７を構成している。そして、ジャイロ素子３００は、固定枠部３０７の所定の位置で、図示しないパッケージ等の基板に固定される。なお、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂの先端部には錘部３５２ａ，３５２ｂが設けられており、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの先端部には錘部３５３ａ，３５３ｂが設けられている。
【００７０】
本実施形態のジャイロ素子３００では、基材として圧電体材料である水晶を用いた例について説明する。ジャイロ素子３００をなす基材は、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。Ｚ軸は、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。所定の厚みは、振動周波数、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。
【００７１】
更に、ジャイロ素子３００には、図６に示すように、水晶の結晶Ｘ軸（電気軸）と交差する方向に検出振動腕３０３ａ，３０３ｂと並行させて且つ検出振動腕３０３ａ，３０３ｂを内側に挟むように、基部３０１の他方の端部３０１ａから延伸された一対の調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂが設けられている。即ち、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂは、Ｙ軸に沿って＋Ｙ軸方向に延伸され、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂと所定の間隔を空けて内側に挟むように位置し、且つ並行するように設けられている。
【００７２】
なお、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂは、チューニングアームと呼ばれることもある。このような調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂが設けられていることにより、漏れ出力を調整することが可能となる。換言すれば、駆動振動が漏れる（伝播する）、所謂振動漏れ出力で発生する検出振動腕の電荷量をこの調整用振動腕に発生する電荷量でキャンセルすることができる。
【００７３】
また、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂは、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂよりも全長が短く形成されている。これにより、漏れ出力を調整するための調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂの振動が、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂと検出振動腕３０３ａ，３０３ｂによるジャイロ素子３００の主要な振動を阻害することがないので、ジャイロ素子３００の振動特性が安定するとともに、ジャイロ素子３００の小型化にも有利となる。
【００７４】
更に、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂの基部３０１と接続する一端と反対側の他端側の先端部には、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂより幅が広い（Ｘ軸方向の寸法が大きい）略矩形状の幅広部としての錘部３５４ａ，３５４ｂが設けられている。このように、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂの先端部に錘部３５４ａ，３５４ｂを設けることにより、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂにおける質量変化を顕著にさせることができ、ジャイロ素子３００の高感度化に寄与する効果を更に向上させることができる。
【００７５】
基部３０１の中央は、ジャイロ素子３００の重心とすることができる。そして、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は、互いに直交し、重心を通るものとする。ジャイロ素子３００の外形は、重心を通るＹ軸方向の仮想の中心線に対して線対称とすることができる。これにより、ジャイロ素子３００の外形はバランスのよいものとなり、ジャイロ素子３００の特性が安定して、検出感度が向上するので好ましい。このようなジャイロ素子３００の外形形状は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウェットエッチング又はドライエッチング）により形成することができる。なお、ジャイロ素子３００は、１枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。
【００７６】
次に、調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂに設けられた電極について説明する。図示しないが、調整用振動腕３０４ａには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また、調整用振動腕３０４ａの両側面のそれぞれには、同電位である他の調整用電極が形成されている。同様に、調整用振動腕３０４ｂには、表裏面に同電位の調整用電極が形成されている。また、調整用振動腕３０４ｂの両側面には、同電位である他の調整用電極が形成されている。
【００７７】
なお、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂに形成されている電極の構成は、第１実施形態で説明した電極構成と同様であるので、本実施形態での説明は省略する。
【００７８】
上述したジャイロ素子３００では、前述の第１実施形態のジャイロ素子１００と同様に、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂに設けられている溝としての有底の凹部３５８ａ，３５８ｂにおいて、寸法比（ｗ１／ｗ）は５％〜４０％とすることが好ましく、寸法比（ｔ１／ｔ）は２３％〜４９％とすることが好ましい。このようにすることにより、例えばジャイロ素子３００における検出振動腕３０３ａ，３０３ｂのＣＩ値（等価直列抵抗）を２ＭΩ未満とすることができる。そのため、ジャイロ素子３００が複数形成された大型ウェハー状態でも、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂおよび検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングすることができ、調整することが可能となり、検出感度のばらつきの小さいジャイロ素子３００を得ることができる。
【００７９】
なお、上記第３実施形態に係るジャイロ素子３００の説明では、基部１の一方端に、一対の検出振動腕３ａ，３ｂと、検出振動腕３０３ａ，３０３ｂを挟む一対の調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂと、が設けられ、他方端に一対の駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂが設けられている例を用いたが、この構成に限らない。例えば、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂと調整用振動腕３０４ａ，３０４ｂとが、基部の同じ端から同方向に延出されている形態でもよい。
【００８０】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係るジャイロ素子４００について、図７を参照して説明する。
図７は、本発明の第３実施形態に係るジャイロ素子の一例としてのダブルＴ型ジャイロ素子の構造を示す概略平面図である。なお、ジャイロ素子４００には、検出信号電極、検出信号配線、検出信号端子、検出接地電極、検出接地配線、検出接地端子、駆動信号電極、駆動信号配線、駆動信号端子、駆動接地電極、駆動接地配線および駆動接地端子などが設けられているが、図７においては省略している。
【００８１】
第３実施形態に係るジャイロ素子４００は、Ｚ軸回りの角速度を検出する「面外検出型」のセンサー素子であって、図示しないが、基材と、基材の表面に設けられている複数の電極、配線および端子とで構成されている。ジャイロ素子４００は、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウムなどの圧電材料で構成することができるが、これらの中でも、水晶で構成するのが好ましい。これにより、優れた振動特性（周波数特性）を発揮することのできるジャイロ素子４００が得られる。
【００８２】
このようなジャイロ素子４００は、所謂ダブルＴ型をなす振動体４と、振動体４を支持する支持部としての第１支持部５１および第２支持部５２と、振動体４と第１支持部５１および第２支持部５２とを連結する第１梁６１、第２梁６２、第３梁６３および第４梁６４とを有している。
【００８３】
振動体４は、ＸＹ平面に拡がりを有し、Ｚ軸方向に厚みを有している。このような振動体４は、中央に位置する基部４１と、基部４１からＹ軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第１検出振動腕４２１、第２検出振動腕４２２と、基部４１からＸ軸方向に沿って両側に延出している基部４１の第１連結腕４３１と、基部４１の第２連結腕４３２と、基部４１の第１連結腕４３１の先端部からＹ軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第１駆動振動腕４４１、および第２駆動振動腕４４２と、基部４１の第２連結腕４３２の先端部からＹ軸方向に沿って両側に延出している振動腕としての第３駆動振動腕４４３、および第４駆動振動腕４４４と、を有している。なお、基部４１の第１連結腕４３１および基部４１の第２連結腕４３２は基部の一部として扱う。
【００８４】
第１、第２検出振動腕４２１，４２２および第１、第２、第３、第４駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４の基部４１、第１連結腕４３１、および第２連結腕４３２と接続する一端と反対側の他端側の先端部には、それぞれ、基端側よりも幅の大きい幅広部としての略四角形の錘部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８が設けられている。このような錘部４２５，４２６，４４５，４４６，４４７，４４８を設けることでジャイロ素子４００の角速度の検出感度が向上する。
【００８５】
第１検出振動腕４２１には、溝としての有底の凹部４５８が設けられ、第２検出振動腕４２２には、溝としての有底の凹部４５９が設けられている。凹部４５８，４５９は、表面および裏面の両面側から堀込まれている。なお、凹部は、表面あるいは裏面のいずれか一方の面から掘込まれた構成でもよい。
【００８６】
また、第１、第２支持部５１，５２は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って延在しており、これら第１、第２支持部５１，５２の間に振動体４が位置している。言い換えれば、第１、第２支持部５１，５２は、振動体４を介してＹ軸方向に沿って対向するように配置されている。第１支持部５１は、第１梁６１、および第２梁６２を介して基部４１と連結されており、第２支持部５２は、第３梁６３、および第４梁６４を介して基部４１と連結されている。
【００８７】
第１梁６１は、第１検出振動腕４２１と第１駆動振動腕４４１との間を通って第１支持部５１と基部４１を連結し、第２梁６２は、第１検出振動腕４２１と第３駆動振動腕４４３との間を通って第１支持部５１と基部４１を連結し、第３梁６３は、第２検出振動腕４２２と第２駆動振動腕４４２との間を通って第２支持部５２と基部４１を連結し、第４梁６４は、第２検出振動腕４２２と第４駆動振動腕４４４との間を通って第２支持部５２と基部４１を連結している。
【００８８】
第１梁６１〜第４梁６４は、それぞれ、Ｘ軸方向に沿って往復しながらＹ軸方向に沿って延びる蛇行部を有する細長い形状で形成されているので、あらゆる方向に弾性を有している。そのため、外部から衝撃が加えられても、各梁６１，６２，６３，６４で衝撃を吸収する作用を有するので、これに起因する検出ノイズを低減又は抑制することができる。
【００８９】
このような構成のジャイロ素子４００は、次のようにしてＺ軸回りの角速度ωを検出する。ジャイロ素子４００は、角速度ωが加わらない状態において、駆動信号電極（図示せず）および駆動接地電極（図示せず）の間に電界が生じると、各駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４がＸ軸方向に屈曲振動を行う。このとき、第１、第２駆動振動腕４４１，４４２と、第３、第４駆動振動腕４４３，４４４とは、中心点（重心）を通るＹＺ平面に関して面対称の振動を行っているため、基部４１と、基部４１の第１、第２連結腕４３１，４３２と、第１、第２検出振動腕４２１，４２２とは、ほとんど振動しない。
【００９０】
この駆動振動を行っている状態にて、ジャイロ素子４００にＺ軸回りに角速度ωが加わると、駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４および基部４１の連結腕４３１，４３２にＹ軸方向のコリオリの力が働き、このＹ軸方向の振動に呼応して、Ｘ軸方向の検出振動が励起される。そして、この振動により発生した検出振動腕４２１，４２２の歪みを検出信号として検出することによって角速度ωが求められる。
【００９１】
上述したジャイロ素子４００では、前述の第１実施形態のジャイロ素子１００と同様に、検出振動腕４２１，４２２に設けられている溝としての有底の凹部４５８，４５９において、寸法比（ｗ１／ｗ）は５％〜４０％とすることが好ましく、寸法比（ｔ１／ｔ）は２３％〜４９％とすることが好ましい。このようにすることにより、例えばジャイロ素子４００における検出振動腕４２１，４２２のＣＩ値（等価直列抵抗）を２ＭΩ未満とすることができる。そのため、ジャイロ素子４００が複数形成された大型ウェハー状態でも、駆動振動腕４４１，４４２，４４３，４４４および検出振動腕４２１，４２２の共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングすることができ、調整することが可能となり、検出感度のばらつきの小さいジャイロ素子４００を得ることができる。
【００９２】
＜ジャイロ素子の製造方法＞
次に、ジャイロ素子１００，３００，４００の製造方法について、図８を参照して、外形形成工程と電極形成工程を中心に概略を説明する。
図８は、実施形態に係るジャイロ素子の製造工程の概略を示す工程フローチャートである。本説明では、第１実施形態に係るＨ型のジャイロ素子１００を例に説明する。従って、説明中に登場する構成部位あるいは符号などについては、図１と同じものを用いている。
【００９３】
ジャイロ素子１００の製造方法においては、水晶Ｚ板基板を形成する基板準備工程Ｓ１０２と、ジャイロ素子１００の外形形状を形成する外形形成工程Ｓ１０４と、基板の露出面に電極膜を形成する電極膜形成工程Ｓ１０６と、電極膜を所定の形状に分割するためのレジストを露光する露光工程Ｓ１０８と、電極を形成する電極分割工程Ｓ１１０と、を含んでいる。
【００９４】
まず、基板準備工程Ｓ１０２では、水晶結晶軸において直交するＸ軸およびＹ軸で規定される平面に沿って切り出された所謂水晶Ｚ板の基板に、例えば研磨加工などの加工を行い、Ｚ板の水晶基板を用意する。
【００９５】
次に、外形形成工程Ｓ１０４では、基板準備工程Ｓ１０２にて用意された水晶基板に、金属膜などにより所定のマスキングを行った後、フッ素系水溶液などによるウェットエッチング法やフッ素系ガスなどによるドライエッチング法を用いて、ジャイロ素子１００の検出振動腕３ａ，３ｂに設けられた溝（５８ａ，５８ｂ）を、溝（５８ａ，５８ｂ）の幅ｗ１を検出振動腕３ａ，３ｂの幅ｗに対し５％〜４０％とし、溝（５８ａ，５８ｂ）の深さｔ１を検出振動腕３ａ，３ｂの厚みｔに対し２３％〜４９％とする外形形状を形成する。
【００９６】
次に、電極膜形成工程Ｓ１０６では、ジャイロ素子１００の外形形状が形成された水晶基板の露出面の全面に、スパッタリング法などによって金属膜を形成する。この金属膜が、後にそれぞれの電極となる。
【００９７】
次に、露光工程Ｓ１０８では、金属膜の表面にフォトレジスト層を形成する。その後、電極を形成しない部分に相当する部分のフォトレジスト層に光を照射する露光処理および現像処理を行い、露光された部分のフォトレジスト層を除去する。この露光工程Ｓ１０８において、検出振動腕３ａ，３ｂの側面３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋに電極分割部３ｍ，３ｎ，３ｒ，３ｓを設ける。また、検出振動腕３ａ，３ｂの凹部５８ａ，５８ｂに電極分割部３ｐ，３ｑ，３ｘ，３ｙを設ける。
【００９８】
次に、電極分割工程Ｓ１１０では、残ったフォトレジスト層をマスクとして、フォトレジスト層が除去された部分に対応する金属膜をウェットエッチング法などによって除去することによって金属膜を分割する。この分割によって、それぞれの電極（電極パターン）を形成する。そして、残ったフォトレジスト層を剥離させれば、ジャイロ素子１００の電極を形成することができる。以上の工程で、ジャイロ素子１００を形成することができる。
【００９９】
上述したジャイロ素子１００の製造工程により、検出振動腕３ａ，３ｂに設けられた溝（５８ａ，５８ｂ）を、溝（５８ａ，５８ｂ）の幅ｗ１を検出振動腕３ａ，３ｂの幅ｗに対し５％〜４０％とし、溝（５８ａ，５８ｂ）の深さｔ１を検出振動腕３ａ，３ｂの厚みｔに対し２３％〜４９％とする外形形状に加工することで、検出振動腕３ａ，３ｂにおける振動効率を向上させることができる。そのため、大気圧雰囲気においても発振回路やネットワークアナライザーなどにより共振周波数をモニタリング可能な２ＭΩ未満のＣＩ値（等価直列抵抗）を有するジャイロ素子１００を製造することができる。
【０１００】
更に、ジャイロ素子１００が複数形成された大型ウェハー状態で、駆動振動腕２ａ，２ｂおよび検出振動腕３ａ，３ｂの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングすることができ、調整することが可能となり、検出感度のばらつきの小さいジャイロ素子１００を得ることができる。
【０１０１】
＜ジャイロセンサー＞
次に、第２実施形態に係るジャイロ素子３００を備えたジャイロセンサー５００について、図９を参照して説明する。
図９は、実施形態に係るジャイロ素子を備えるジャイロセンサーの概略構成を示す正断面図である。
【０１０２】
ジャイロセンサー５００は、図９に示すように、パッケージ５１０の凹部に、ジャイロ素子３００と、電子部品としての半導体装置５２０と、を収容し、パッケージ５１０の開口部を蓋体５３０により密閉し、内部を気密に保持されている。パッケージ５１０は、図９に示すように、平板状の第１基板５１１と、第１基板５１１上に、枠状の第２基板５１２、第３基板５１３、第４基板５１４、を順に積層、固着して形成され、半導体装置５２０とジャイロ素子３００とが収容される凹部が形成される。基板５１１，５１２，５１３，５１４は、例えばセラミックスなどにより形成される。
【０１０３】
第１基板５１１は、凹部側の半導体装置５２０が搭載される電子部品搭載面５１１ａには、半導体装置５２０が載置され固定されるダイパッド５１５が設けられている。半導体装置５２０はダイパッド５１５上に、例えば、ろう材（ダイアタッチ材）５４０によって接着され、固定されている。
【０１０４】
半導体装置５２０は、ジャイロ素子３００を駆動振動させるための励振手段としての駆動回路と、角速度が加わったときにジャイロ素子３００に生じる検出振動を検出する検出手段としての検出回路と、を有する。具体的には、半導体装置５２０が有する駆動回路は、ジャイロ素子３００の一対の駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂ（図６参照）にそれぞれ形成された駆動電極（図示せず）に駆動信号を供給する。また、半導体装置５２０が有する検出回路は、ジャイロ素子３００の一対の検出振動腕３０３ａ，３０３ｂ（図６参照）にそれぞれ形成された検出電極（図示せず）に生じる検出信号を増幅させて増幅信号を生成し、該増幅信号に基づいてジャイロセンサー５００に加わった回転角速度を検出する。
【０１０５】
第２基板５１２は、ダイパッド５１５上に搭載される半導体装置５２０が収容可能な大きさの開口を有する枠状の形状に形成されている。第３基板５１３は、第２基板５１２の開口より広い開口を有する枠状の形状に形成され、第２基板５１２上に積層され、固着される。そして第２基板５１２に第３基板５１３が積層されて第３基板５１３の開口の内側に現れる第２基板面５１２ａには、半導体装置５２０の図示しない電極パッドと電気的に接続するボンディングワイヤーＢＷが接続される複数のＩＣ接続端子５１２ｂが形成されている。
【０１０６】
そして、半導体装置５２０の図示しない電極パッドとパッケージ５１０に設けられたＩＣ接続端子５１２ｂとが、ワイヤーボンディング法を用いて電気的に接続されている。すなわち、半導体装置５２０に設けられた複数の電極パッドと、パッケージ５１０の対応するＩＣ接続端子５１２ｂとが、ボンディングワイヤーＢＷにより接続されている。また、ＩＣ接続端子５１２ｂのいずれかは、パッケージ５１０の図示しない内部配線により、第１基板５１１の外部底面５１１ｂに設けられた複数の外部接続端子５１１ｃに電気的に接続されている。
【０１０７】
第３基板５１３上には、第３基板５１３の開口より広い開口を有する第４基板５１４が積層され、固着されている。そして、第３基板５１３に第４基板５１４が積層されて第４基板５１４の開口の内側に現れる第３基板面５１３ａには、ジャイロ素子３００に形成された接続パッド（図示せず）と接続される複数のジャイロ素子接続端子５１３ｂが形成されている。
【０１０８】
ジャイロ素子接続端子５１３ｂは、パッケージ５１０の図示しない内部配線によってＩＣ接続端子５１２ｂのいずれかと電気的に接続されている。ジャイロ素子３００は、第３基板面５１３ａにジャイロ素子３００の第１支持部３０５ｂ、第２支持部３０６ｂ（図６参照）を、接続パッドとジャイロ素子接続端子５１３ｂとに位置を合わせて載置され、導電性接着剤５５０によって接着固定される。
【０１０９】
更に、第４基板５１４の開口の上面に蓋体５３０が配置され、パッケージ５１０の開口を封止し、パッケージ５１０の内部が気密封止され、ジャイロセンサー５００が得られる。蓋体５３０は、例えば、４２アロイ（鉄にニッケルが４２％含有された合金）やコバール（鉄、ニッケルおよびコバルトの合金）等の金属、セラミックス、あるいはガラスなどを用いて形成することができる。例えば、金属により蓋体５３０を形成した場合には、コバール合金などを矩形環状に型抜きして形成されたシールリング５６０を介してシーム溶接することによりパッケージ５１０と接合される。パッケージ５１０および蓋体５３０によって形成される凹部空間は、ジャイロ素子３００が動作するための空間となるため、減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気に密閉・封止することが好ましい。
【０１１０】
ジャイロセンサー５００によれば、大気圧雰囲気で検出振動腕のＣＩ値（等価直列抵抗）が２ＭΩ未満であるジャイロ素子３００を備えているため、ジャイロ素子３００が複数形成された大型ウェハー状態で、駆動振動腕３０２ａ，３０２ｂや検出振動腕３０３ａ，３０３ｂの共振周波数を大気圧雰囲気でモニタリングし調整した後に、良品のジャイロ素子３００のみをパッケージ５１０に実装できるため、歩留まりが向上しジャイロセンサー５００の低コスト化を図ることができる。また、上記構成のようなパッケージタイプのジャイロセンサー５００は、小型化・薄型化に有利であるとともに耐衝撃性を高くすることができる。
【０１１１】
＜電子機器＞
次に、図１０を参照して、前述の実施形態に係るジャイロ素子１００を備えた電子機器について説明する。なお、以下の説明では、ジャイロ素子１００を用いた例について説明する。図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は、実施形態に係るジャイロ素子１００を備える電子機器の一例を示す斜視図である。
【０１１２】
図１０（ａ）は、電子機器としてのデジタルビデオカメラ１０００にジャイロ素子１００を適用した例を示す。デジタルビデオカメラ１０００は、受像部１１００、操作部１２００、音声入力部１３００、および表示ユニット１４００を備えている。このようなデジタルビデオカメラ１０００に、上述の実施形態のジャイロ素子１００を搭載する手ぶれ補正機能を具備させることができる。
【０１１３】
図１０（ｂ）は、電子機器としての携帯電話機２０００にジャイロ素子１００を適用した例を示す。図１０（ｂ）に示す携帯電話機２０００は、複数の操作ボタン２１００およびスクロールボタン２２００、並びに表示ユニット２３００を備える。スクロールボタン２２００を操作することによって、表示ユニット２３００に表示される画面がスクロールされる。
【０１１４】
図１０（ｃ）は、電子機器としての情報携帯端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）３０００にジャイロ素子１００を適用した例を示す。図１０（ｃ）に示すＰＤＡ３０００は、複数の操作ボタン３１００および電源スイッチ３２００、並びに表示ユニット３３００を備える。電源スイッチ３２００を操作すると、住所録やスケジュール帳といった各種の情報が表示ユニット３３００に表示される。
【０１１５】
このような携帯電話機２０００やＰＤＡ３０００に、上述の実施形態のジャイロ素子１００を搭載することにより、様々な機能を付与することができる。例えば、図１０（ｂ）の携帯電話機２０００に、図示しないカメラ機能を付与した場合に、上記のデジタルビデオカメラ１０００と同様に、手振れ補正を行うことができる。また、図１０（ｂ）の携帯電話機２０００や、図１０（ｃ）のＰＤＡ３０００に、ＧＰＳ（Global Positioning System）として広く知られる汎地球測位システムを具備した場合に、上述の実施形態のジャイロ素子１００を搭載することにより、ＧＰＳによって、携帯電話機２０００やＰＤＡ３０００の位置や姿勢を認識させることができる。
【０１１６】
なお、本発明の実施形態に係るジャイロ素子１００は、図１０（ａ）のデジタルビデオカメラ１０００、図１０（ｂ）の携帯電話機２０００、および図１０（ｃ）の情報携帯端末３０００の他にも、例えば、インクジェット式吐出装置（例えばインクジェットプリンター）、ラップトップ型パーソナルコンピューター、テレビ、ビデオカメラ、ビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーター等の電子機器に適用することができる。
【０１１７】
＜移動体＞
次に、前述の実施形態に係るジャイロ素子１００を備えた移動体について説明する。
図１１は、実施形態に係るジャイロ素子を備える移動体の一例としての自動車を概略的に示す斜視図である。
自動車４０００には実施形態に係るジャイロ素子１００が搭載されている。例えば、同図に示すように、移動体としての自動車４０００には、ジャイロ素子１００を内蔵してタイヤなどを制御する電子制御ユニット４０１０が車体に搭載されている。また、ジャイロ素子１００は、他にもキーレスエントリー、イモビライザー、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、アンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ：Antilock Brake System）、エアバック、タイヤ・プレッシャー・モニタリング・システム（ＴＰＭＳ：Tire Pressure Monitoring System）、エンジンコントロール、ハイブリッド自動車や電気自動車の電池モニター、車体姿勢制御システム、等の電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）に広く適用できる。
【０１１８】
以上、実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。例えば、上記実施形態では、ジャイロ素子１００，３００，４００の形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ホウ酸リチウム（Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7）、ランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいは圧電セラミックスなどを用いることができる。
【０１１９】
また、圧電体材料以外の材料を用いてジャイロ素子１００，３００，４００を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いてジャイロ素子１００，３００，４００を形成することもできる。また、ジャイロ素子１００，３００，４００の振動（駆動）方式は圧電駆動に限らない。圧電基板を用いた圧電駆動型のもの以外に、静電気力を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などのジャイロ素子１００，３００，４００においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１…基部、１ａ，１ｂ…基部の一端としての端部、２ａ，２ｂ…駆動振動腕、２ｃ，２ｇ…表面、２ｄ，２ｈ…裏面、２ｅ，２ｆ，２ｊ，２ｋ…側面、３ａ，３ｂ…検出振動腕、３ｃ，３ｇ…表面、３ｄ，３ｆ…裏面、３ｈ，３ｉ，３ｊ，３ｋ…側面、３ｍ，３ｎ，３ｐ，３ｑ，３ｒ，３ｓ，３ｘ，３ｙ…電極分割部、４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂ…錘部、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…駆動電極、２１ａ，２１ｂ，３２ａ，３２ｂ…検出電極としての第１検出電極、２２ａ，２２ｂ，３１ａ，３１ｂ…検出電極としての第２検出電極、５８ａ，５８ｂ…溝としての凹部、６０ａ，６０ｂ…壁、１００，３００，４００…ジャイロ素子、５００…ジャイロセンサー、１０００…電子機器としてのデジタルビデオカメラ、２０００…電子機器としての携帯電話機、３０００…電子機器としての情報携帯端末（ＰＤＡ）、４０００…移動体としての自動車。
【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】
2016090252.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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