JP2015224893A - 角速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ノイズの発生を抑制した圧電素子を用いた角速度センサを提供すること。
【解決手段】圧電素子は、圧電体膜６ｂと圧電体膜６ｂの一方の面に設けられた第１の電極膜６ａと圧電体膜６ｂの他方の面に設けられた第２の電極膜６ｃとが積層構造をなし、第１の電極膜６ａの外輪郭及び第２の電極膜６ｃの外輪郭は、圧電体膜６ｂの外輪郭より積層方向から見て外側に位置し、圧電体膜６ｂには有機樹脂膜６ｄが接触し、ノイズの発生が抑制される。
【選択図】図４

Description

本発明は、圧電素子を用いた角速度センサに関するものである。

一般に、車両などの移動体の姿勢制御に用いられる角速度センサには、アルファベットのＨ型形状のもの、さらには柱状の形状のもの、音叉形状のものなど様々な形状のものが知られている。

これらの角速度センサは、基部と駆動電極部と検出電極部から構成されている。基部の上面には外部への入出力取り出し用の電極部が設けられている。入出力取り出し用の電極部は、駆動電極部、検出電極部のそれぞれと電極配線や電極パッドにより接続されている。各電極部は、圧電体膜を有する圧電素子が備えられている。圧電素子の上部電極と下部電極に挟まれた圧電体膜は圧電特性を有するものであり、電圧を印加すると歪みを生じ、また機械的に歪みを生じさせると電位を生じるものである。この性質を利用して角速度センサの駆動電極部を励振させる。このような角速度センサに角速度が加わると、コリオリの力により駆動電極部が歪まされ、これにより検出電極部に電位が生じる。この電位を検知することによって、角速度センサに与えられた角速度を検出することができる。なお、角速度センサは、台座等に実装された後、ワイヤーボンディング等により外部回路と接続され、処理回路であるＩＣとともにパッケージされて角速度センサとなる。

このような角速度センサに用いられる圧電素子として、例えば特許文献１では、第１電極（下部電極）が設けられた圧電体の第１面（下面）を、第２電極（上部電極）が設けられた圧電体の第２面（上面）を第１面（下面）に投影した輪郭よりも外側に輪郭を有する形状とし、第１電極（下部電極）が第１面（下面）の輪郭と同じか大きい形状とし、第２電極（上部電極）が第２面（上面）の輪郭と同じか小さい形状とすることで、圧電素子の共振性能を低下させることなく、電極間のショートを効果的に防止する圧電素子が提案されている。

特開２０１０−１３５５９５号公報

上下の電極の設計は、短絡防止あるいは密着性の観点から、圧電体の輪郭と同じか小さい形状とすることが提案されてきた。しかし、本発明者らの検討によれば、従来技術の設計を実施しても、変位を示す信号にノイズが重畳されることが分かった。
本発明者らの検討によれば、上下の電極もまた振動子として機能する場合がある。振動子としての電極は、上述の駆動電極部とは異なるモードで振動する場合がある。その結果、コリオリの力による駆動電極部の歪みとは異なる変形が圧電体膜に加えられる。この結果、圧電体膜は検出目的以外の振動に起因する電気信号を発し、それがノイズの原因となると考えられる。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、ノイズの発生を抑制した圧電素子を用いた角速度センサを提供することを目的とする。

上述の課題を解決するため、本発明に係る角速度センサは、圧電素子が固定された駆動腕を有する角速度センサであって、前記圧電素子は、圧電体膜と、前記圧電体膜の一方の面側に設けられた第１の電極膜と、前記圧電体膜の他方の面側に設けられた第２の電極膜と、を備え、前記駆動腕の長手方向及び前記圧電体膜の厚み方向の双方に垂直な方向を、幅方向とした場合、前記第１の電極膜の幅方向の寸法Ｌａ、前記第２の電極膜の幅方向の寸法Ｌｃ、前記圧電体膜の幅方向の寸法Ｌｂは、以下の関係を満たすことを特徴とする。
（１）Ｌｃ×０．９５≦Ｌａ≦Ｌｃ×１．０５
（２）Ｌｂ＜Ｌａ
（３）Ｌｂ＜Ｌｃ

この角速度センサによれば、ＬａとＬｃが略等しいので、圧電素子が調和した振動を行い、また、ＬｂがＬａ及びＬｃよりも小さいので、電極を介して圧電体膜に確実且つ均一に電圧が印加されるため、圧電素子の振動に起因して検出信号に混入するノイズを抑制することができる。なお、検出信号は、駆動腕に設けられた上記の圧電素子から取り出すこともできるし、駆動腕に機械的に結合した検出腕に設けられた圧電素子から取り出すことも可能である。

また、本発明に係る角速度センサは、前記圧電素子が、少なくとも、（１）前記圧電体膜の長手方向及び厚み方向の双方を含む平面に沿った側面、（２）前記圧電体膜よりも幅方向の外側に位置する前記第２の電極膜の表面領域であって、前記第１の電極膜に対向する領域、及び、（３）前記圧電体膜よりも幅方向の外側に位置する前記第１の電極膜の表面領域であって、前記第２の電極膜に対向する領域に接するように設けられた有機樹脂膜をさらに備えていることを特徴とする。

この角速度センサによれば、圧電素子が有機樹脂膜で被覆されていることにより、側方に突出した電極膜の部分の振動が抑制され、振動が安定することになる。したがって、検出信号にノイズが含まれるのを抑制することができる。

本発明によれば、ノイズの発生を抑制した圧電素子及びそれを用いた角速度センサを提供することができる。

本実施形態に係る角速度センサを示す斜視図である。 本実施形態に係る角速度センサを示す上面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う角速度センサ１の構成を示す模式切断図である。 圧電振動体の縦断面構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る角速度センサ１の構成を説明する。図１は、本実施形態に係る角速度センサを示す斜視図である。図２は、本実施形態に係る角速度センサを示す上面図である（圧電素子は上部の電極膜６ｃ以外を省略して示す）。

角速度センサ１は、図１及び図２に示されるように、基部５と、基部５から一定の方向に平行に延びる一対の駆動腕３，３と、一対の駆動腕３，３の延在方向とは異なる方向に平行に延びる一対の検出腕３Ａ，３Ａを備えている。これら基部５、一対の駆動腕３、３、一対の検出腕３Ａ，３Ａはシリコン（Ｓｉ）からなる基板２にエッチング加工を施して一体的に形成される。

駆動腕３，３は、基部５にその一端が連結され、図示Ｙ方向（長手方向）に延在する片持ち梁からなる。すなわち、本実施形態では、２本の駆動腕３，３が基部５に連結され、略並行に配置されている。このように各駆動腕３，３は、その一端のみが基部５に連結され、他端が自由端となっている。駆動腕３，３は、自由端となっている端部を図示Ｘ方向に振動させることが可能となっている。各駆動腕３，３は、その腕上に圧電素子６が形成されており、圧電素子６は圧電体膜を電極膜で挟んでなる駆動電極部を有しており、これは駆動電極として機能する。

検出腕３Ａ，３Ａは、基部５にその一端が連結され、図示Ｙ方向に延在する片持ち梁からなる。すなわち、本実施形態では、２本の検出腕３Ａが基部５に連結され、略並行に配置されている。このように各検出腕３Ａ，３Ａは、その一端のみが基部５に連結され、他端が自由端となっている。検出腕３Ａ，３Ａは、自由端となっている端部を図示Ｚ方向に振動させることが可能となっている。各検出腕３Ａ，３Ａは、その腕上に圧電素子６Ａが形成されており、圧電素子６Ａは圧電体膜を電極膜で挟んでなる検出電極部を有しており、この検出電極部が検出電極として機能する。ここで、駆動腕３，３と検出腕３Ａ，３Ａは、基部５を挟んで反対方向に延びている。つまり、本実施形態における角速度センサ１は、いわゆるＨ型形状を呈している。なお、圧電素子６のＹ方向長は、駆動腕３のＹ方向長の３０％以上６０％以下であることが好ましい。この場合、容量成分を必要最低限にするためＳ／Ｎ比が向上するという効果がある。圧電素子６ＡのＹ方向長は、検出腕３ＡのＹ方向長の３０％以上６０％以下であることが好ましい。この場合、容量成分を必要最低限にするためＳ／Ｎ比が向上するという効果がある。

基部５は、角速度センサ１の中央に位置し、略矩形形状を呈している。基部５は、一方の主面上に入出力信号取り出し用の基部電極部１５を有しており、他方の主面がパッケージ（図示しない）と接続される固着部となる。

基部電極部１５は、上部電極用パッド部８、８Ａと下部電極用パッド部１４を有する。本実施形態では、４つの上部電極用パッド部８，８，８Ａ，８Ａと１つの下部電極用パッド部１４から構成されている。

上部電極用パッド部８，８は、基部５の一方の主面上であって、駆動腕３，３との連結部分近傍に設けられ、配線Ｗ（図２参照）を介して駆動電極部に電気的に接続されている。より具体的には、上部電極用パッド部８、８は、駆動電極部を構成する圧電素子６の第２の電極膜６ｃ（図３参照）に電気的に接続されている。上部電極用パッド部８Ａ，８Ａは、基部５の一方の主面上であって、検出腕３Ａ，３Ａとの連結部分近傍に設けられ、配線Ｗを介して検出電極部に電気的に接続されている。より具体的には、上部電極用パッド部８Ａ、８Ａは、検出電極部を構成する圧電素子６Ａの第２の電極膜６ｃ（図３参照）に電気的に接続されている。また、上部電極用パッド部８、８Ａは、外部の電気回路（図示しない）にも接続されている。この外部の電気回路との接続方法としては、例えばワイヤーボンディングにより接続する方法が挙げられる。

下部電極用パッド部１４は、基部５の略中央に設けられている。下部電極用パッド部１４は、駆動電極部及び検出電極部にそれぞれ電気的に接続されている。より具体的には、下部電極用パッド部１４は、駆動電極部及び検出電極部を構成する圧電素子６、６Ａの第１の電極膜６ａ（図３参照）に電気的に接続されている。また、下部電極用パッド部１４は、外部の電気回路（図示しない）にも接続されている。この外部の電気回路との接続方法としては、例えばワイヤーボンディングにより接続する方法が挙げられる。

ここで、角速度センサ１が角速度を検出するメカニズムについて説明する。基部電極部１５を介して２本の駆動腕３、３の駆動電極部を構成する圧電素子６に交流電圧を印加して、駆動電極部を有する２本の駆動腕３、３を励振させる。このとき、２本の駆動腕３、３のそれぞれの駆動電極部を構成する圧電素子６に印加する電圧の位相を１８０°ずらすことによって２本の駆動腕３、３が図示Ｘ方向（駆動振動方向）に開閉するように振動することとなる。すなわち、一方の駆動腕３が一方に傾いているときには、他方の駆動腕３を反対方向へ傾けるような振動の状態とする。このような振動を行っているときに角速度センサ１を駆動腕３、３の延在方向に平行な軸周りに角速度運動をさせると、コリオリの力により駆動腕３、３が上下方向に歪まされ、図示Ｚ方向（検出振動方向）の振動が発生する。この振動が基部５を介して検出腕３Ａ，３Ａに伝達すると、検出腕３Ａ，３Ａにも図示Ｚ方向（検出振動方向）の振動が発生する。この振動により、検出電極部を構成する圧電素子６Ａに電位が生じ、この電位を検出信号として基部電極部１５を介して検知することで、角速度センサ１に与えられた角速度を検出することができる。

続いて、図３を参照して、本実施形態に係る角速度センサ１の駆動電極部及び検出電極部を構成する圧電素子６の構成について詳細に説明する。図３は、図１におけるＡ−Ａ線に沿う角速度センサ１の構成を示す模式切断図である。駆動腕３及び検出腕３Ａの構造は同一であるため、図３では駆動腕の構造のみを説明する。

圧電素子６は、第１の電極膜６ａ、圧電体膜６ｂ、第２の電極膜６ｃ、有機樹脂膜６ｄを有する。具体的には、基板２の上に第１の電極膜６ａ、圧電体膜６ｂ、第２の電極膜６ｃがこの順で積層構造をなしている。すなわち、第１の電極膜６ａが下部電極に相当し、第２の電極膜６ｃが上部電極に相当する。

圧電体膜６ｂは、第１の電極膜６ａ上に成膜されている。この圧電体膜６ｂは、例えば一般式ＡＢＯ₃で表されるペロブスカイト型複合酸化物である。ここで、Ａとして、カルシウム（Ｃａ）、バリウム（Ｂａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、鉛（Ｐｂ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、リチウム（Ｌｉ）、ランタン（Ｌａ）及びカドミウム（Ｃｄ）から選ばれた少なくとも１種を含むと好ましく、Ｂとして、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）及びニオブ（Ｎｂ）から選ばれた少なくとも１種を含むと好ましい。具体的には、圧電体膜６ｂの材質として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛−ＰＺＴ系（ＰＭＮ−ＰＺＴ）、ニッケルニオブ酸鉛−ＰＺＴ系（ＰＭＮ−ＰＺＴ）、マグネシウムニオブ酸鉛−ＰＴ系（ＰＭＮ−ＰＴ）、又はニッケルニオブ酸鉛−ＰＴ系（ＰＭＮ−ＰＴ）などが好適である。これらの中では、優れた圧電特性を示すチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）が好ましい。圧電体膜として、ＫＮＮ（カリウム・ニオブ・ナトリウム）などを用いることもできる。

第１の電極膜６ａは、基板２上に成膜されている。すなわち、基板２と圧電体膜６ｂの一方の面との間に設けられている。この第１の電極膜６ａの外輪郭は、圧電体膜６ｂの外輪郭より積層方向から見て外側に位置している。第１の電極膜６ａの材質としては、圧電体膜６ｂの結晶配向制御等に適した導電性材質であればよく、特に限定されるものではないが、例えば白金（Ｐｔ）、イリジウム（Ｉｒ）、パラジウム（Ｐｄ）などが好適である。その他、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられ、またそれらを組み合わせて積層しても良い。

第２の電極膜６ｃは、圧電体膜６ｂ上に成膜されている。すなわち、圧電体膜６ｂの他方の面に設けられている。この第２の電極膜６ｃの外輪郭は、圧電体膜６ｂの外輪郭より積層方向から見て外側に位置している。第２の電極膜６ｃの材質としては、圧電体膜６ｂの結晶配向制御等に適した導電性材質であればよく、特に限定されるものではないが、例えば白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、アルミニウム合金などが好適である。その他、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）等が挙げられ、またそれらを組み合わせて積層しても良い。なお、これら第１の電極膜６ａ、圧電体膜６ｂ、第２の電極膜６ｃの各膜は、真空蒸着法やスパッタリング法によって形成することができる。

有機樹脂膜６ｄは、圧電体膜６ｂの側面及び第１の電極膜６ａと第２の電極膜６ｃの積層方向に対向する面であって圧電体膜６ｂの外輪郭より外側に位置する表面を覆うように設けられている。具体的には、有機樹脂膜６ｄは、第１の電極膜６ａの側面全体及び上面（第２の電極膜６ｃとの対向面）の一部と圧電体膜６ｂの側面全体と第２の電極膜６ｃの下面（第１の電極膜６ａとの対向面）の一部を覆っている。すなわち、第２の電極膜６ｃの側面及び上面（第１の電極膜６ａとの対向面と反対側の面）は有機樹脂膜６ｄによって覆われていないこととなる。このように有機樹脂膜６ｄが第２の電極膜６ｃの上面を覆っていないことから、圧電素子６の厚みが大きくなることが抑制される。その結果、圧電素子６の厚みが大きくなることによって、角速度センサ１の駆動腕３、３および検出腕３Ａ，３Ａの検出振動方向の剛性が大きくなり、検出振動レベルが低下してセンサとしての感度が低下することを防止することができる。有機樹脂膜６ｄの材質としては、絶縁保護部材として用いられる材料であれば特に限定されるものではないが、例えばポリイミド樹脂等が挙げられる。この有機樹脂膜６ｄはスピンコート法によって形成することができる。

次に、上述した構成を備える角速度センサ１の製造方法について説明する。

まず、シリコンからなる円盤状のウェハである基板２を準備する。続いて、基板２の上に２つの駆動電極部を構成する圧電素子６と２つの検出電極部を構成する圧電素子６Ａを形成する。各圧電素子は、例えば基板２の上に白金（Ｐｔ）からなる導電膜を真空蒸着法やスパッタにより所望の膜厚で成膜することにより下部電極に相当する第１の電極膜６ａが形成され、この第１の電極膜６ａの上にチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜６ｂをスパッタにより所望の膜厚で成膜され、さらにこの圧電体膜６ｂの上に白金（Ｐｔ）からなる導電膜をスパッタにより所望の膜厚で成膜することにより上部電極に相当する第２の電極膜６ｃが形成される。

続いて、成膜された各薄膜をフォトリソグラフィー、エッチングにより所望の駆動電極部及び検出電極部のパターン形状に加工する。ここで、各圧電素子６は、第１の電極膜６ａの外輪郭及び第２の電極膜６ｃの外輪郭が圧電体膜１６の外輪郭より積層方向から見て外側に位置するように形成する。また、有機樹脂膜６ｄとなるポリイミド樹脂をスピンコート法により塗布して形成される。この有機樹脂膜６ｄは、圧電体膜６ｂの側面及び第１の電極膜６ａと第２の電極膜６ｃの積層方向に対向する面であって圧電体膜６ｂの外輪郭より外側に位置する表面を覆うように形成される。

続いて、各薄膜が成膜され、パターン形状に加工された基板２をシリコンエッチング及びダイシングにて素子形状に個片化する。こうして、角速度センサ１が得られる。

以上のように、本実施形態に係る角速度センサ１は、角速度センサ１の駆動電極部及び検出電極部を構成する圧電素子６，６Ａの第１の電極膜６ａの外輪郭及び第２の電極膜６ｃの外輪郭が圧電体膜６ｂの外輪郭より積層方向から見て外側に位置している。このため、抵抗率が低下し消費電力を低減させることができる。ここで、電極膜の抵抗率を下げる方法として電極膜の厚みを大きくすることが考えられる。しかしながら、電極膜の厚みを大きくすると圧電素子６の厚みも大きくなることから、角速度センサの駆動腕および検出腕の検出振動方向の剛性が大きくなり、検出振動レベルが低下してセンサとしての感度が低下してしまうという観点から好ましくない。一方、本実施形態に係る角速度センサ１では、圧電素子６の第１の電極膜６ａの外輪郭及び第２の電極膜６ｃの外輪郭が圧電体膜６ｂの外輪郭より積層方向から見て外側に位置する構造により電極膜の抵抗率を下げているため、センサとしての感度の低下を防止することができる。

また、本実施形態に係る角速度センサ１は、圧電体膜６ｂの側面及び第１の電極膜６ａと第２の電極膜６ｃの積層方向に対向する面であって圧電体膜６ｂの外輪郭より外側に位置する表面を覆うように設けられた有機樹脂膜６ｄをさらに備えている。この場合、第２の電極膜６ｃが圧電体膜６ｂと有機樹脂膜６ｄの双方に接することとなり、第２の電極膜６ｃの密着面積が拡がることから、圧電体膜６ｂとの剥がれを防止することができる。

圧電素子６（６Ａ）の構造について、図４を参照して、更に説明する。上述の角速度センサは、圧電素子が固定された駆動腕及び検出腕を有している。これらの圧電素子は、圧電体膜６ｂと、圧電体膜６ｂの一方の面側に設けられた第１の電極膜６ａと、圧電体膜６ｂの他方の面側に設けられた第２の電極膜６ｃを備え、駆動腕の長手方向（Ｙ）及び圧電体膜６ｂの厚み方向（Ｚ）の双方に垂直な方向（Ｘ）を、幅方向とする。第１の電極膜６ａの幅方向の寸法Ｌａ、第２の電極膜６ｃの幅方向の寸法Ｌｃ、圧電体膜６ｂの幅方向の寸法Ｌｂは、以下の関係を有している。
（１）Ｌｃ×０．９５≦Ｌａ≦Ｌｃ×１．０５
（２）Ｌｂ＜Ｌａ
（３）Ｌｂ＜Ｌｃ

この角速度センサによれば、ＬａとＬｃが略等しい（誤差５％とする）ので、圧電素子が調和した振動を行い、また、ＬｂがＬａ及びＬｃよりも小さいので、電極を介して圧電体膜に確実且つ均一に電圧が印加されるため、圧電素子の振動に起因して検出信号に混入するノイズを抑制することができる。なお、検出信号は、駆動腕に設けられた上記の圧電素子から取り出すこともできるし、駆動腕に機械的に結合した検出腕に設けられた圧電素子から取り出すことも可能である。

また、上記圧電素子の有機樹脂膜６ｄは、少なくとも、（１）圧電体膜６ｂの長手方向（Ｙ）及び厚み方向（Ｚ）の双方を含む平面に沿った側面、（２）圧電体膜６ｂよりも幅方向の外側に位置する第２の電極膜６ｃの表面領域であって、第１の電極膜６ａに対向する領域Ｒｃ、及び、（３）圧電体膜６ｂよりも幅方向の外側に位置する第１の電極膜６ａの表面領域であって、第２の電極膜６ｃに対向する領域Ｒａに接するように設けられている。

この角速度センサによれば、圧電素子が有機樹脂膜６ｄで被覆されていることにより、側方に突出した電極膜の部分の振動が抑制され、振動が安定することになる。したがって、検出信号にノイズが含まれるのを抑制することができる。

以上、説明したように、上記圧電素子は、圧電体膜と、圧電体膜の一方の面側に設けられた第１の電極膜と、圧電体膜の他方の面側に設けられた第２の電極膜とを有し、第１の電極膜の外輪郭及び第２の電極膜の外輪郭は、圧電体膜を介した投影面が略同一となるよう積層されていることを特徴とする。本発明の圧電素子によれば、略同一形状の２以上の電極膜により圧電体膜を挟み込む形態となる。電極膜が同一の形状であれば、形状の際に起因する振動のゆがみが抑制される。したがって駆動電極部の振動に対して電極膜に起因する異常振動が重畳することがなくなり、駆動電極部の振動のみに起因する変形が圧電体膜に加えられる。この結果、電極膜に起因するノイズは抑制され、角速度の正確な測定が可能となる。

また、上述の圧電素子の第１の電極膜及び第２の電極膜の外輪郭が、圧電体膜の外輪郭より積層方向から見て外側に位置することが好ましい。上述の圧電素子において第１及び第２の電極膜の外輪郭が圧電体膜の外輪郭より大きいため、駆動電極部（６ａ〜６ｃからなる積層体）の振動は第１及び第２の電極膜を介し電極膜の異常振動を含むことなく圧電体膜の前面に加えられる。このため、ノイズの抑制効果という観点からはさらに好ましい。

上述の圧電素子は、圧電体膜の側面及び第１の電極膜と第２の電極膜の積層方向に対向する面であって圧電体膜の外輪郭より外側に位置する表面を覆うように設けられた有機樹脂膜（絶縁膜）をさらに備えていることが好ましい。この場合、第１及び第２の電極膜に駆動電極部以外から印加される振動を抑制することができるため、ノイズの抑制効果という観点からはさらに好ましい。

上述の角速度センサは、上記圧電素子を含んでおり、ノイズの発生を抑制した角速度センサを得ることができる。

なお、上記の角速度センサを作製した。

各実施例の実験条件は、以下の通りである。
（実施例１）
まず、シリコンからなる素子基板上にバッファ層として厚さ約１５ｎｍの酸化ジルコニウム膜、シード層として厚さ約４０ｎｍの酸化イットリウム膜、下部電極層として厚さ約５０ｎｍの白金膜を約１０００℃に基板加熱を行いながら真空蒸着法にて成膜した。このようにすることで、白金膜は（１００）面に優先配向した膜となる。さらに、下部電極層の厚みを確保するため、スパッタ法にて厚さ約１５０ｎｍの白金膜を成膜した後、連続して圧電層として厚さ約２０００ｎｍのチタン酸ジルコン酸鉛（以下ＰＺＴと記す）膜を同様にスパッタ法にて成膜した。このときの基板加熱温度は約７００℃で行い、ＰＺＴ膜は（００１）に優先配向した膜となる。

次に、感光性のフォトレジストを全面に塗布し乾燥した後、圧電層のパターン形状に形成したフォトマスク越しにフォトレジストを露光、現像し、フォトレジストのマスクパターンを形成した。そして、ドライエッチングにより圧電層のパターニングを行った。パターニングを圧電層がドライエッチングされる深さまで行った後、フォトレジストを剥離した。次に、感光性のフォトレジストを全面に塗布し乾燥した後、下部電極層のパターン形状に形成したフォトマスク越しにフォトレジストを露光、現像し、フォトレジストのマスクパターンを形成した。そして、ドライエッチングにより下部電極層からシード層までのパターニングを行った。パターニングをシード層がドライエッチングされる深さまで行った後、フォトレジストを剥離した。次に、感光性のフォトレジストを全面に塗布し乾燥した後、上部電極層のパターン形状に形成したフォトマスク越しにフォトレジストを露光、現像し、フォトレジストのマスクパターンを形成した。そして、密着層として厚さ約１０ｎｍのクロム膜、上部電極層２Ｅとして厚さ約２００ｎｍの金膜を無加熱のスパッタ法により全面に成膜した後、リフトオフ法にてフォトレジスト部分を剥離した。得られた圧電部を各層の平面サイズを測長顕微鏡で測定したところ、上部電極層が１５０．５×５５２μｍ、圧電層が１５０×５５０μｍ、下部電極層が１５２×５５２μｍであった。

圧電部を形成した後、素子基板の厚み調整を行った。厚み調整では、素子基板の圧電部が形成された面と反対の面を研削し、素子基板を１５０μｍの厚みとした。厚み調整の後、回路パターンを形成して角速度センサを得た。

（実施例２）
パターニング工程において、上部電極層を１５２×５５２μｍ、圧電層を１５０×５５０μｍ、下部電極層を１５２×５５２μｍとした以外は、実施例１と同様の方法で角速度センサを得た。

（実施例３）
パターニング工程において、ドライエッチングにて下部電極層を形成した後、有機樹脂膜６ｄとなる感光性ポリイミド樹脂を全面に塗布し乾燥した後、所望のパターン形状に形成したフォトマスク越しにポリイミドを露光、現像し、ポリイミドを形成した以外は、実施例２と同様の方法で角速度センサを得た。

（比較例）
上部電極層を１４８×５４８μｍ、圧電層を１５０×５５０μｍ、下部電極層を１５２×５５２μｍとした以外は、実施例１と同様の方法で角速度センサを得た。

（Ｓ／Ｎ比の評価）
実施例及び比較例の振動ジャイロ素子のＳ／Ｎ比を測定した。ここで、Ｓ／Ｎ比とは信号Ｓ（Ｓｉｇｎａｌ）とノイズＮ（Ｎｏｉｓｅ）との比であり、振動ジャイロ素子が回転したときに検出電極に発生する角速度信号Ｓと、振動ジャイロ素子が回転していないときに、主に駆動腕の振動が検出腕に伝達して検出電極に発生するノイズＮとの比のことを言う。振動ジャイロ素子のＳ／Ｎ比の測定は次のようにして行った。まず、振動ジャイロ素子の駆動腕を自励発信回路により振動させる。駆動腕の振動が基部を介して検出腕に伝達し、検出電極にノイズ電圧が発生する。このノイズ電圧を、検出回路を介してマルチメーターによって検出した。次に、図１における図示Ｙ軸周りの回転運動をターンテーブル（図示しない）により評価ボード２００に固定された振動ジャイロ素子に与えた。そうすると駆動腕にコリオリ力による図１における図示Ｚ軸方向に発生する振動が基部を介して検出腕に伝達される。そして、検出腕に図示Ｚ軸方向の振動が発生するので検出電極を介して角速度信号をマルチメーターによって検出した。この検出した角速度信号ＳとノイズＮの比であるＳ／Ｎ比を記録しプロットした結果を図５に示す。なお、Ｓ／Ｎ比の評価については、実施例に係る製造方法で作製した振動ジャイロ素子と比較例に係る製造方法で作製した振動ジャイロ素子をそれぞれ２つ用意した。また、比較例に係る製造方法で作製した振動ジャイロ素子は、チッピング抑制のため振動部を含めた素子の断面をボッシュ法によるエッチング加工をした際に台形になる条件で行った。

（Ｓ／Ｎ比の評価結果）
比較例のＳ／Ｎ比は１．５×１０^−３、実施例１のＳ／Ｎ比は２．０×１０^−３、実施例２のＳ／Ｎ比は２．３×１０^−３、実施例３のＳ／Ｎ比は２．５×１０^−３であった。実施例１、実施例２、実施例３のＳ／Ｎ比は、比較例と比較して優れており、検出信号のＳ／Ｎ比が改善した。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施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様々な変更が可能である。また上述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに上述した構成要素は適宜組み合わせることができる。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

例えば、本実施形態において、角速度センサ１はＨ型形状のものを説明したがこれに限られず、柱状の形状のもの、音叉形状のもの等様々な形状の角速度センサに適用可能である。いずれの形状の角速度センサであっても、駆動電極部及び検出電極部が本実施形態に係る圧電素子６、６Ａの構成を備えていればノイズの発生を抑制させることができる。

本発明に係る圧電素子を有する角速度センサは、自動車、カーナビゲーション、手ぶれ防止カメラ等の物質の回転による角速度を検出する用途に利用できる。

１…角速度センサ、２…基板、３…駆動腕、３Ａ…検出腕、５…基部、６…圧電素子、１５…基部電極部、Ｗ…配線、６ａ…第１の電極膜（下部電極）、６ｂ…圧電体膜、６ｃ…第２の電極膜（上部電極）、６ｄ…有機樹脂膜。

Claims (2)

1. 圧電素子が固定された駆動腕を有する角速度センサであって、
   前記圧電素子は、
   圧電体膜と、
   前記圧電体膜の一方の面側に設けられた第１の電極膜と、
   前記圧電体膜の他方の面側に設けられた第２の電極膜と、
   を備え、
   前記駆動腕の長手方向及び前記圧電体膜の厚み方向の双方に垂直な方向を、幅方向とした場合、
   前記第１の電極膜の幅方向の寸法Ｌａ、前記第２の電極膜の幅方向の寸法Ｌｃ、前記圧電体膜の幅方向の寸法Ｌｂは、
   以下の関係：
   Ｌｃ×０．９５≦Ｌａ≦Ｌｃ×１．０５、
   Ｌｂ＜Ｌａ、
   Ｌｂ＜Ｌｃ、
   を満たすことを特徴とする角速度センサ。
2. 前記圧電素子は、
   少なくとも、
   前記圧電体膜の長手方向及び厚み方向の双方を含む平面に沿った側面、
   前記圧電体膜よりも幅方向の外側に位置する前記第２の電極膜の表面領域であって、前記第１の電極膜に対向する領域、及び、
   前記圧電体膜よりも幅方向の外側に位置する前記第１の電極膜の表面領域であって、前記第２の電極膜に対向する領域、
   に接するように設けられた有機樹脂膜をさらに備えている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の角速度センサ。

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