JP6906618B2 - センサ素子および角速度センサ - Google Patents

Description

本開示は、角速度の検出に供されるセンサ素子および当該センサ素子を含む角速度センサに関する。

角速度センサとして、振動式のジャイロスコープが知られている（例えば特許文献１または２）。このような角速度センサは、例えば、基部および基部から延びる１以上の腕部を含む振動体を有している。腕部が励振されている状態で、振動体が回転されると、回転速度（角速度）に応じた大きさで、励振方向および回転軸に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腕部は振動する。そして、このコリオリの力に起因する腕部の変形に応じて生じる電気信号を検出することにより、角速度を検出することができる。

特許文献１では、基部および複数の腕部が圧電体により一体形成されている。また、圧電体からなる腕部の表面には電極が設けられており、これにより、腕部は励振可能とされ、または腕部の変形に応じた信号が検出可能とされている。また、特許文献１では、基部は、当該基部とともに圧電体によって一体形成された腕状部位によって支持されている。

特許文献２では、基部および複数の腕部がシリコンにより一体形成されている。また、腕部の表面には、圧電体と、電極とが積層されており、これにより、腕部は励振可能とされ、または腕部の変形に応じた信号が検出可能とされている。特許文献２では、基部は、当該基部とともにシリコンによって一体形成された枠状部位によって支持されている。

特開２０１５−１４１１８４号公報 特開２００３−１８５４４１号公報

本開示の一態様に係るセンサ素子は、平面視において、圧電体と、複数の電極と、を有している。前記圧電体は、基部ならびに当該基部から延び出ている１以上の腕部を含んでいる。前記複数の電極は、前記腕部の表面に位置している。前記圧電体は、平面視において、前記基部および前記１以上の腕部を囲んでおり、前記基部が架け渡されている枠部をさらに含んでいる。

本開示の一態様に係る角速度センサは、上記のセンサ素子と、前記複数の電極の一部に電圧を印加する駆動回路と、前記複数の電極の他の一部からの信号を検出する検出回路と、を有している。

第１実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す斜視図である。 図１のセンサ素子の要部構成を示す平面図である。 図３（ａ）は図２のIIIａ−IIIａ線における断面図であり、図３（ｂ）は図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。 第２実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す平面図である。 図４のＶ−Ｖ線における断面図である。 図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）および図６（ｄ）は図４のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 第３実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す断面図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は図７のセンサ素子の作用を説明するための模式図である。 第４実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す平面図である。 第５実施形態に係るセンサ素子の要部構成を示す平面図である。

以下、図面を参照して本開示に係る実施形態について説明する。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。また、複数の図面相互の寸法比率も必ずしも一致しない。

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。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軸およびｚ軸は、結晶の電気軸、機械軸および光軸を示すとは限らない。センサ素子は、いずれの方向が上方または下方として使用されてもよいものであるが、以下では、便宜上、ｚ軸方向の正側を上方として、上面または下面等の用語を用いることがある。また、単に平面視という場合、特に断りがない限り、ｚ軸方向に見ることをいうものとする。

同一または類似する構成については、「駆動腕１３Ａ」、「駆動腕１３Ｂ」のように、互いに異なるアルファベットの付加符号を付すことがあり、また、この場合において、単に「駆動腕１３」といい、これらを区別しないことがある。

第２実施形態以降において、既に説明された実施形態の構成と共通または類似する構成について、既に説明された実施形態の構成に付した符号を用い、また、図示および／または説明を省略することがある。既に説明された実施形態の構成と対応（類似）する構成については、既に説明された実施形態の構成と異なる符号を付した場合においても、特に断りがない点は、既に説明された実施形態の構成と同様とされてよい。

＜第１実施形態＞
（センサ素子の全体構成）
図１は、本開示の第１実施形態に係る角速度センサ５１（符号は図３（ａ））のセンサ素子１の要部構成を示す斜視図である。図２は、センサ素子１の要部構成を示す平面図である。図２は、図１よりも導体層（５Ａ等）の図示を省略している。

本実施形態に係る角速度センサ５１は、後述する枠部１７を除いて、特許文献１に記載の角速度センサと同様とされてよい。従って、第１実施形態の説明においては、枠部１７以外の構成について、細部の説明を省略することがある。

センサ素子１は、ｙ軸回りの角速度を検出するためのものであり、ｘ軸方向に励振され、ｙ軸回りに回転されることによって、その角速度に応じた大きさのコリオリ力がｚ軸方向に生じるように構成されている。具体的には、例えば、以下のとおりである。

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励振電極５Ａおよび励振電極５Ｂ（図１）と、圧電体３に生じた電気信号を取り出すための検出電極７Ａ（図１）および検出電極７Ｂ（図１）と、センサ素子１を不図示の実装基体（例えばパッケージの一部または回路基板）に実装するためのパッド９とを有している。

励振電極５および検出電極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、後述するように、一の励振電極５Ａと、他の励振電極５Ａとは同電位とは限らない。励振電極５Ｂ、検出電極７Ａおよび７Ｂについても同様である。

励振電極５、検出電極７、パッド９およびこれらを接続する配線１９（図３（ａ）および図３（ｂ））は、圧電体３の表面に設けられた導体層によって構成されている。その材料は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ等の適宜な金属である。これらの導体層は、互いに異なる材料からなる層が積層されて構成されていても構わない。

（圧電体）
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（ＳｉＯ_２）、ＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＰＺＴである。

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。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、機械軸および光軸は、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。

圧電体３は、例えば、全体として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされている。また、圧電体３は、例えば、概略、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状に形成されている。また、圧電体３は、例えば、基部１１と、基部１１から延び出ている駆動腕１３（１３Ａ〜１３Ｄ）および検出腕１５（１５Ａおよび１５Ｂ）と、これらを囲む枠部１７とを含んでいる。

１対の駆動腕１３は、電圧（電界）が印加されることによって励振される部分である。検出腕１５は、コリオリの力によって振動し、角速度に応じた電気信号を生成する部分である。基部１１は、駆動腕１３および検出腕１５の支持、および駆動腕１３から検出腕１５への振動の伝達に寄与する部分である。枠部１７は、基部１１の支持に寄与する部分であり、本実施形態では、不図示の実装基体へセンサ素子１を実装することにも寄与する。

基部１１は、例えば、ｘ軸方向に延びており、枠部１７に架け渡されている。複数の駆動腕１３は、互いに同一方向（ｙ軸方向の正側）に互いに並列に（例えば平行に）延びており、その先端は自由端とされている。駆動腕１３の数は、偶数（本実施形態では４）である。複数の検出腕１５は、複数の駆動腕１３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（例えば平行に）延びており、その先端は自由端とされている。検出腕１５の数は、偶数（本実施形態では２）である。

各検出腕１５は、当該検出腕１５をｚ軸方向に貫通し、ｙ軸方向に延びる１または複数（図示の例では３）の貫通溝（符号省略）が形成された形状とされている。別の観点では、各検出腕１５は、互いに並列に延びる複数（図示の例では４）の分割腕１５ａを有している。検出腕１５が複数の分割腕１５ａを有していることにより、例えば、後述の説明から理解されるように、検出電極７の配置数を増やして検出感度を向上させることができる。

（圧電体の枠部）
枠部１７は、基部１１、駆動腕１３および検出腕１５を囲む環状である。環状は、例えば、概略矩形であり、枠部１７は、ｙ軸方向に延び、ｘ軸方向において互いに対向する１対の第１延在部１７ａと、ｘ軸方向に延び、１対の第１延在部１７ａの端部同士を接続する１対の第２延在部１７ｂとを有している。基部１１は、１対の第１延在部１７ａに架け渡されており、また、例えば、第１延在部１７ａの長さ方向の概ね中央に位置している。

枠部１７の大きさは適宜に設定されてよい。例えば、枠部１７は、角速度の検出のための振動等によって駆動腕１３および検出腕１５と当接しないようにこれらの腕から適宜な距離で離されつつ、極力小さくされてよい。第１延在部１７ａは、例えば、第２延在部１７ｂよりも長い。ただし、両者の長さは同等とされてもよいし、長短の関係が図示の例とは逆とされてもよい。

枠部１７（第１延在部１７ａおよび第２延在部１７ｂそれぞれ）の横断面の形状は、例えば、枠部１７の全長に亘って概略矩形であり、枠部１７の厚さ（ｚ軸方向）は、例えば、枠部１７の全長に亘って一定である。

枠部１７の幅は、例えば、枠部１７の位置に応じて変化している。例えば、第１延在部１７ａは、一部において幅が狭くなっている。より詳細には、例えば、第１延在部１７ａは、基部１１との接続位置と、第２延在部１７ｂとの接続位置との間に、第１延在部１７ａの他の部分よりも幅（ｘ軸方向）が狭くなっている幅狭部１７ｃを有している。幅狭部１７ｃは、例えば、枠部１７の外面に凹部が形成されることによって構成されている。ただし、枠部１７の内面に凹部が形成されることによって幅狭部１７ｃが構成されてもよい。

第１延在部１７ａの幅狭部１７ｃ以外の部分の幅は、第２延在部１７ｂの幅（ｙ軸方向）よりも広くてもよいし、同等でもよいし、狭くてもよい。図示の例では、前者は後者よりも若干広くなっている。

（パッド）
パッド９は、例えば、枠部１７のｚ軸方向の正側または負側（本実施形態では負側）の面に設けられている。４つのパッド９の平面視における位置は適宜に設定されてよい。例えば、４つのパッド９は、枠部１７の４隅に位置している。パッド９は、例えば、不図示の実装基体に設けられたパッドに対向し、その実装基体の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１３および検出腕１５が振動可能な状態で支持される。

（励振電極）
図３（ａ）は、図２のIIIａ−IIIａ線における断面図である。

励振電極５（紙面右側の駆動腕１３Ｄに符号を付す）は、駆動腕１３の表面に形成された層状導体である。励振電極５Ａおよび５Ｂのうち励振電極５Ａは、各駆動腕１３において、上面および下面（ｚ軸方向の正側および負側の面）にそれぞれ設けられている。一方、励振電極５Ａおよび５Ｂのうち励振電極５Ｂは、各駆動腕１３において、側面（ｘ軸方向の正側および負側の面）にそれぞれ設けられている。

２つの励振電極５Ａおよび２つの励振電極５Ｂは、例えば、駆動腕１３の各面（先端の拡幅部分を除く）の大部分を覆うように設けられている（図１および図２も参照）。ただし、励振電極５Ａおよび励振電極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。また、駆動腕１３の根元側および先端側の一部も、励振電極５の非配置位置とされてよい。

各駆動腕１３において、２つの励振電極５Ａは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの励振電極５Ａは、圧電体３上の配線１９により互いに接続されている。また、各駆動腕１３において、２つの励振電極５Ｂは、例えば互いに同電位とされる。例えば、２つの励振電極５Ｂは、圧電体３上の配線１９により互いに接続されている。

このような励振電極５の配置および接続関係において、励振電極５Ａと励振電極５Ｂとの間に電圧を印加すると、例えば、駆動腕１３においては、上面から１対の側面（ｘ軸方向の両側）に向かう電界および下面から１対の側面に向かう電界が生じる。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１３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。

その結果、駆動腕１３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１３は、バイメタルのようにｘ軸方向の一方側へ湾曲する。励振電極５Ａおよび５Ｂに印加される電圧が逆にされると、駆動腕１３は逆方向に湾曲する。交流電圧が励振電極５Ａおよび５Ｂに印加されると、駆動腕１３はｘ軸方向において振動する。

特に図示しないが、駆動腕１３の上面および／または下面に、駆動腕１３の長手方向に沿って延びる１以上の凹溝（当該凹溝は複数の凹部が駆動腕１３の長手方向に配列されて構成されてもよい）が設けられ、励振電極５Ａは、この凹溝内に亘って設けられてもよい。この場合、励振電極５Ａと励振電極５Ｂとが凹溝の壁部を挟んでｘ軸方向において対向することになり、励振の効率が向上する。

互いに隣接する２本の駆動腕１３（駆動腕１３Ａおよび１３Ｂの２本、または駆動腕１３Ｃおよび１３Ｄの２本）の間においては、励振電極５Ａ同士が同電位とされ、励振電極５Ｂ同士が同電位とされる。同電位とされるべき励振電極５同士は、例えば、圧電体３上の配線１９によって接続されている。

このような接続関係において励振電極５Ａと励振電極５Ｂとの間に交流電圧を印加すると、互いに隣接する２本の駆動腕１３は、互いに同一の位相の電圧が印加されることになり、ｘ軸方向において互いに同一の向きに撓み変形するように振動する。互いに隣接する２本の駆動腕１３は、１本の駆動腕を分割したものに相当すると捉えられてよい。

図１および図２に示すように、互いに隣接する２本の駆動腕１３は、根元部分が一体化されている。換言すれば、平面視において、互いに隣接する２本の駆動腕１３の間の、これら駆動腕１３の先端側（＋ｙ側）に面する面は、当該２本の駆動腕１３の外側（基部１１の＋ｙ側の面）よりも高くなっている。これにより、２本の駆動腕１３は、共に振動しやすくなっている。この構造は、特許文献１では開示されていない。

図３（ａ）に戻って、線対称に配置された１対の駆動腕１３（駆動腕１３Ａおよび１３Ｄからなる１対、または駆動腕１３Ｂおよび１３Ｃからなる１対）においては、励振電極５Ａと励振電極５Ｂとが同電位とされる。同電位とされるべき励振電極５同士は、例えば、圧電体３上の配線１９によって接続されている。

このような接続関係において励振電極５Ａと励振電極５Ｂとの間に交流電圧を印加すると、線対称に配置された１対の駆動腕１３は、互いに逆の位相の電圧が印加されることになり、ｘ軸方向において互いに逆向きに（線対称に）撓み変形するように振動する。

（検出電極）
図３（ｂ）は、図２のIIIｂ−IIIｂ線における断面図である。

検出電極７（紙面右側の分割腕１５ａに符号を付す）は、検出腕１５（分割腕１５ａ）の表面に形成された層状導体である。検出電極７は、各分割腕１５ａに設けられている。

より具体的には、検出電極７Ａは、各分割腕１５ａにおいて、ｘ軸方向の負側に面する面のうちのｚ軸方向の正側（例えば当該面の中央よりも正側）の領域、およびｘ軸方向の正側に面する面のうちのｚ軸方向の負側（例えば当該面の中央よりも負側）の領域にそれぞれ設けられている。検出電極７Ｂは、検出腕１５において、ｘ軸方向の負側に面する面のうちのｚ軸方向の負側（例えば当該面の中央よりも負側）の領域、およびｘ軸方向の正側に面する面のうちのｚ軸方向の正側（例えば当該面の中央よりも正側）の領域にそれぞれ設けられている。

分割腕１５ａの各側面において、検出電極７Ａおよび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１５ａに沿って延びている。検出電極７は、分割腕１５ａの概ね全長に亘って延びている。２つの検出電極７Ａ同士は、例えば、圧電体３上の配線１９により接続されている。また、２つの検出電極７Ｂ同士は、例えば、圧電体３上の配線１９により接続されている。

このような検出電極７の配置および接続関係において、分割腕１５ａがｚ軸方向に撓み変形すると、例えば、ｚ軸方向に平行な電界が生じる。すなわち、分割腕１５ａの各側面においては、検出電極７Ａと検出電極７Ｂとの間に電圧が生じる。電界の向きは、分極軸の向きと、湾曲の向き（ｚ軸方向の正側または負側）とで決定され、ｘ軸方向の正側部分と負側部分とで互いに逆である。この電圧（電界）が検出電極７Ａおよび検出電極７Ｂに出力される。分割腕１５ａ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。電界は、上記のようにｚ軸方向に平行な電界が支配的であってもよいし、ｘ軸方向に平行で、ｚ軸方向の正側部分と負側部分とで互いに逆向きな電界の割合が大きくてもよい。いずれにせよ、分割腕１５ａのｚ軸方向への撓み変形に応じた電圧が検出電極７Ａと検出電極７Ｂとの間に生じる。

各検出腕１５の、複数の分割腕１５ａの間においては、検出電極７Ａ同士が接続され、検出電極７Ｂ同士が接続される。当該接続は、例えば、圧電体３上の配線１９によってなされる。このような接続関係においては、複数の分割腕１５ａがｚ軸方向において互いに同一側に曲がるように撓み変形すると、複数の分割腕１５ａにおいて検出された信号が加算される。

２つの検出腕１５の間においては、検出電極７Ａと検出電極７Ｂとが接続される。当該接続は、例えば、圧電体３上の配線１９によってなされる。このような接続関係においては、２つの検出腕１５がｚ軸方向において互いに逆側に曲がるように撓み変形すると、２つの検出腕１５において検出された信号が加算される。

（配線）
複数の配線１９は、上述したように励振電極５および検出電極７を接続している。また、複数の配線１９は、電位の観点から２組に分けられた励振電極５と、電位の観点から２組に分けられた検出電極７との合計４組の電極と、４つのパッド９とをそれぞれ接続している。複数の配線１９は、圧電体３の種々の部分の上面、下面および／または側面において適宜に配されることによって、その全体が圧電体３の表面に設けられる態様で、互いに短絡することなく、上述した接続を実現可能である。ただし、圧電体３上に位置する配線１９の上に絶縁層を設け、その上に他の配線１９を設けることによって、立体配線部が形成されても構わない。

（駆動回路および検出回路）
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、角速度センサ５１は、励振電極５に電圧を印加する駆動回路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。

駆動回路１０３は、例えば、発振回路および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励振電極５Ａと励振電極５Ｂとの間に印加する。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。

検出回路１０５は、例えば、増幅器および検波回路を含んで構成されており、検出電極７Ａと検出電極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角速度が特定される。また、検出回路１０５は、駆動回路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回転の向きが特定される。

駆動回路１０３および検出回路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（Integrated Circuit）によって構成されており、センサ素子１が実装される実装基体に実装され、ひいては、複数のパッド９に電気的に接続されている。

（センサ素子の動作説明）
上述のように、駆動腕１３Ａおよび１３Ｂのグループと、駆動腕１３Ｃおよび１３Ｄのグループとは、励振方向（ｘ軸方向）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。

この状態で、センサ素子１がｙ軸回りに回転されると、駆動腕１３は、励振方向（ｘ軸方向）と回転軸方向（ｙ軸方向）とに直交する方向（ｚ軸方向）にコリオリの力を受ける。これにより、駆動腕１３は、ｚ軸方向に振動する。また、駆動腕１３Ａおよび１３Ｂのグループと、駆動腕１３Ｃおよび１３Ｄのグループとは、互いに逆の位相で励振されていることから、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。

駆動腕１３および検出腕１５は、基部１１によって連結されている。従って、駆動腕１３の振動は、基部１１を介して検出腕１５に伝達され、検出腕１５も振動する。具体的には、検出腕１５Ａは、ｚ軸方向において駆動腕１３Ａおよび１３Ｂとは逆側へ湾曲するように振動する。また、検出腕１５Ｂは、ｚ軸方向において駆動腕１３Ｃおよび１３Ｄとは逆側へ湾曲するように振動する。すなわち、検出腕１５Ａおよび１５Ｂ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、複数の検出電極７の接続関係の説明で述べたように、両検出腕１５において生じた電気信号は加算される。

以上のとおり、本実施形態のセンサ素子１は、平面視において、基部１１ならびに基部１１から延び出ている腕部（駆動腕１３および検出腕１５）を含んでいる圧電体３と、駆動腕１３の表面に位置している複数の励振電極５と、検出腕１５の表面に位置している複数の検出電極７と、を有している。圧電体３は、平面視において、基部１１、駆動腕１３および検出腕１５を囲んでおり、基部１１が架け渡されている枠部１７をさらに含んでいる。

従って、例えば、第２延在部１７ｂが無い場合（枠部１７に代えて１対の腕状の実装部が設けられている場合）に比較して、第１延在部１７ａの振動が低減される。また、例えば、パッド９と不図示の実装基体とを接合する接合材の硬さが第１延在部１７ａの振動の周波数に及ぼす影響が低減される。その結果、検出精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、枠部１７は、ｘ軸方向において互いに対向し、前記基部が架け渡される１対の第１延在部１７ａを含む。１対の第１延在部１７ａそれぞれは、一部（幅狭部１７ｃ）においてｘ軸方向の幅が狭くなっている。

従って、例えば、駆動腕１３（もしくは検出腕１５）または枠部１７の振動が幅狭部１７ｃにおいて吸収される。その結果、例えば、両者の振動が結合し、駆動腕１３および／または検出腕１５に意図しない振動が生じるおそれが低減される。ひいては、検出精度が向上する。また、例えば、外部からの衝撃が幅狭部１７ｃにおいて吸収され、基部１１、駆動腕１３および検出腕１５が衝撃から保護される。

＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係るセンサ素子２０１の要部構成を示す平面図である。ただし、この図では、センサ素子２０１の表面に設けられる導電層の図示は基本的に省略されている。

センサ素子２０１は、第１実施形態のセンサ素子１と同様に、圧電体２０３の腕部に励振電極５および検出電極７が設けられた構成であり、また、圧電体２０３は、基部２１１が架け渡される枠部２１７を有している。従って、例えば、第１実施形態と同様の効果が奏される。

ただし、センサ素子２０１は、大きく２つの点で、センサ素子１と相違する。第１に、センサ素子２０１は、圧電体の振動の態様および角速度が検出される回転軸がセンサ素子１と相違する。第２に、センサ素子２０１は、不図示の実装基体に対する実装態様がセンサ素子１と相違する。以下では、まず、第１の相違点について説明し、次に、第２の相違点について説明する。

（新規な振動態様に係る構成）
センサ素子２０１は、例えば、ｘ軸回りの角速度を検出する圧電振動式の角速度センサ２５１（符号は図５）を構成するものである。センサ素子２０１においても、第１実施形態と同様に、圧電体２０３が励振され、コリオリの力に起因する電気信号（例えば電圧または電荷）が検出されることによって角速度が検出される。ただし、センサ素子２０１は、従来にない新規な振動の態様を実現す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。

（圧電体の形状）
圧電体２０３の材料および分極軸の方向（分極軸と直交座標系ｘｙｚとの相対関係）は、第１実施形態の圧電体３と同様でよい。また、圧電体２０３は、圧電体３と同様に、全体（後述する脚部２２１を含む）として厚さ（ｚ軸方向）が一定にされてよい。

圧電体２０３は、例えば、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状に形成されている。また、圧電体２０３は、例えば、ｘ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称の形状に形成されている。

圧電体２０３は、枠部２１７内に、ｘ軸に平行な不図示の対称軸を挟んで線対称に配置された２つのユニット２０４（２０４Ａおよび２０４Ｂ）を有している。各ユニット２０４は、例えば、基部２１１（２１１Ａまたは２１１Ｂ）と、基部２１１から延びている少なくとも１対（図示の例では２対）の駆動腕２１３（２１３Ａ〜２１３Ｈ）ならびに検出腕２１５（２１５Ａまたは２１５Ｂ）とを有している。

ユニット２０４は、１つのみで、本実施形態に係る新規な振動態様による角速度の検出方法を実現可能である。図示の例では、圧電体２０３は、２つのユニット２０４を有していることから、例えば、両者の信号を加算することにより、検出感度を向上させることが可能となっている。

基部２１１は、第１実施形態と同様に、枠部２１７（１対の第１延在部２１７ａ）に架け渡されている。基部２１１は、例えば、ｘ軸に平行に直線状に延びている。基部２１１の横断面の形状は、例えば、全長に亘って概ね一定であり、また、概ね矩形である。基部２１１の幅（ｙ軸方向）および厚さ（ｚ軸方向）は、いずれが他方よりも大きくてもよい。

基部２１１の各種寸法は適宜に設定されてよい。基部２１１は、後述するように、平面視において撓み変形することが予定されている。従って、基部２１１の幅は、比較的小さくされてよい。例えば、基部２１１の幅は、枠部２１７の幅（最大幅または最小幅）以下とされてよい。また、例えば、基部２１１の幅は、基部２１１の厚さの２倍以下、または１倍以下とされてよい。また、例えば、基部２１１の長さおよび幅は、平面視における撓み変形の固有振動数が、駆動腕２１３の、電圧印加によって励振される方向における固有振動数、および／または検出腕２１５の、コリオリの力によって振動する方向における固有振動数に近づくように調整されてよい。

特に図示しないが、平面視において、基部２１１の両端（駆動腕２１３の配置位置よりも外側の部分）をＬ字、Ω字またはＳ字に形成してもよい。すなわち、基部２１１は、両端にｘ軸に交差する部分を含んでいてもよい。このようにすることにより、基部２１１を長くして、基部２１１を撓みやすくすることができる。

駆動腕２１３は、基部２１１からｙ軸方向に延びており、その先端は自由端とされている。各ユニット２０４において、駆動腕２１３は、対を成すように偶数本で設けられている。換言すれば、圧電体２０３は、ｘ軸方向に互いに離れた位置にて互いに並列（例えば平行）に延びている（少なくとも）１対の駆動腕２１３を含んでいる。１対の駆動腕１３は、例えば、基部２１１の中央を通り、ｙ軸に平行な不図示の対称軸に対して線対称に設けられている。

後述するように（図６（ａ）および図６（ｂ））、１対の駆動腕２１３は、ｘ軸方向の励振によって基部２１１を平面視において撓み変形（振動）させることが意図されている。従って、例えば、１対の駆動腕２１３の基部２１１に対するｘ軸方向の位置は、１対の駆動腕２１３の振動によって基部２１１の撓み変形が大きくなるように適宜に設定されてよい。例えば、基部２１１のｘ軸方向における長さを３等分したときに、１対の駆動腕２１３は、両側の領域にそれぞれ位置している。

駆動腕２１３の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、駆動腕２１３は、概略、長尺の直方体状とされている。第１実施形態の説明において、駆動腕１３の上面および／または下面に凹溝が形成されてもよいことを述べたが、駆動腕２１３についても同様に、凹溝が設けられてもよい。また、駆動腕２１３は、先端側部分において幅（ｘ軸方向）が広くなるハンマ形状とされてもよい（第１実施形態の駆動腕１３参照）。対を成す２本の駆動腕２１３は、例えば、概略、互いに線対称の形状および大きさとされている。従って、両者の振動特性は互いに同等である。

駆動腕２１３は、後述するように、ｘ軸方向において励振される。従って、駆動腕２１３は、その幅（ｘ軸方向）が大きくなると、励振方向（ｘ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、励振方向における固有振動数は低くなる。駆動腕２１３の各種の寸法は、例えば、駆動腕２１３の励振方向における固有振動数が励振させたい周波数に近くなるように設定される。

検出腕２１５は、基部２１１からｙ軸方向に延びており、その先端は自由端とされている。また、検出腕２１５は、対を成す駆動腕２１３の間において、駆動腕２１３に対して並列（例えば平行）に延びている。検出腕２１５は、例えば、基部２１１のｘ軸方向中央に位置し、および／または対を成す駆動腕２１３の間の中央に位置している。

検出腕２１５の具体的形状等は適宜に設定されてよい。例えば、検出腕２１５は、先端側部分において幅（ｘ軸方向）が広くなるハンマ形状とされている。ただし、検出腕２１５は、横断面の形状が全長に亘って概略一定とされてもよい。また、本実施形態では、検出腕２１５は、第１実施形態の分割腕１５ａを有していない。ただし、分割腕１５ａが設けられてもよい。また、特に図示しないが、検出腕２１５は、基部２１１からｙ軸へ延び出る第１部分と、第１部分の先端かつ側方に接続され、基部２１１側へ延び、先端が自由端とされている第２部分とを有して構成されていてもよい（折り返す形状を含んでいてもよい。）。

検出腕２１５は、後述するように、本実施形態においては、コリオリの力によってｚ軸方向に振動する。従って、検出腕２１５は、その厚さ（ｚ軸方向）が大きくなると、振動方向（ｚ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、振動方向における固有振動数は低くなる。検出腕２１５の各種の寸法は、例えば、検出腕２１５の振動方向における固有振動数が、駆動腕２１３の励振方向における固有振動数に近くなるように設定される。検出腕２１５の長さは、例えば、駆動腕２１３の長さと同等である。ただし、両者は異なっていてもよい。

（励振電極、検出電極および配線）
図５は、図４のＶ−Ｖ線における断面図である。この図では、ユニット２０４Ａの断面図を示しているが、ユニット２０４Ｂの断面図も同様である。

各駆動腕２１３における励振電極５の構成および配置は、第１実施形態と同様である。従って、励振電極５Ａおよび５Ｂに交流電圧が印加されることによって、駆動腕２１３は、ｘ軸方向に振動する。ユニット２０４Ａおよび２０４Ｂは、駆動腕２１３が延びる方向が互いに逆側であるが、いずれにおいても、励振電極５の付加符号Ａは、駆動腕２１３の上面または下面に対応し、励振電極５の付加符号Ｂは、駆動腕２１３の側面に対応するものとする。

各検出腕２１５における検出電極７の構成および配置は、分割腕１５ａ毎に検出電極７が設けられていない点を除いては、第１実施形態と同様である。従って、検出電極７Ａおよび７Ｂによって、検出腕２１５のｚ軸方向の振動によって生じる信号が検出される。ユニット２０４Ａおよび２０４Ｂは、検出腕２１５が延びる方向が互いに逆側であるが、いずれにおいても、検出電極７の付加符号Ａは、−ｘの側面の＋ｚの領域および＋ｘの側面の−ｚの領域に対応し、検出電極７の付加符号Ｂは、−ｘの側面の−ｚの領域および＋ｘの側面の＋ｚの領域に対応するものとする。

各ユニット２０４において、２対の駆動腕２１３における複数の励振電極５の電位（別の観点では接続関係）も、第１実施形態と同様である。従って、各ユニット２０４における２対の駆動腕２１３は、第１実施形態と同様に励振される。

２つのユニット２０４に関しては、検出腕２１５に対してｘ軸方向の同一側に位置する駆動腕２１３間（７Ａ、７Ｂ、７Ｅおよび７Ｆ間、または７Ｃ、７Ｄ、７Ｇおよび７Ｈ間）において、励振電極５Ａ同士が同一の電位とされ、励振電極５Ｂ同士が同一の電位とされる。同電位となるべき励振電極５同士は、例えば、圧電体２０３上の複数の配線１９によって互いに接続されている。従って、２つのユニット２０４において、複数の駆動腕２１３は、互いに同一の位相で検出腕２１５側へ近接または離反する。

また、２つのユニット２０４の検出腕２１５間においては、検出電極７Ａと検出電極７Ｂとが同一の電位とされる。同電位となるべき検出電極７同士は、例えば、圧電体２０３上の複数の配線１９によって互いに接続されている。従って、２つの検出腕２１５がｚ軸方向の互いに逆側に撓んだときに、両者において生じた信号が加算される。

上記のように電位の観点から２組に分けられた励振電極５と、電位の観点から２組に分けられた検出電極７との合計４組の電極群は、圧電体２０３上の複数の配線１９によって、４つのパッド９と接続されている。

（角速度センサの動作）
図６（ａ）および図６（ｂ）は、圧電体２０３の励振を説明するための模式的な平面図である。両図は、励振電極５に印加されている交流電圧の位相が互いに１８０°ずれている。この図では、枠部２１７およびその外側部分は、第１延在部２１７ａの一部のみが示されている。

上述のように、各ユニット２０４において、少なくとも１対（本実施形態では２対）の駆動腕２１３は、励振電極５に交流電圧が印加されることによってｘ軸方向において互いに逆向きに変形するように互いに逆の位相で励振される。

このとき、図６（ａ）に示すように、対を成す駆動腕２１３が互いにｘ軸方向の外側（対を成す駆動腕２１３が互いに離れる側）に撓むと、その曲げモーメントが基部２１１に伝わり、基部２１１はｙ軸方向の外側（２０４Ａにおいては＋ｙ側、２０４Ｂにおいては−ｙ側）へ撓む。その結果、検出腕２１５がｙ軸方向の外側へ変位する。

逆に、図６（ｂ）に示すように、対を成す駆動腕２１３が互いにｘ軸方向の内側（対を成す駆動腕２１３が互いに近づく側）に撓むと、その曲げモーメントが基部２１１に伝わり、基部２１１はｙ軸方向の内側へ変位する。その結果、検出腕２１５がｙ軸方向の内側へ変位する。

従って、対を成す駆動腕２１３が励振されることによって、検出腕２１５がｙ軸方向において振動することになる。また、２つのユニット２０４間において、複数の駆動腕２１３は、互いに同一の位相で励振されているから、２つの検出腕２１５は、ｙ軸方向の互いに逆側に変位するように振動する。

図６（ｃ）および図６（ｄ）は、コリオリの力による検出腕２１５の振動を説明するための模式的な斜視図である。図６（ｃ）および図６（ｄ）は、図６（ａ）および図６（ｂ）の状態に対応している。この図では、駆動腕２１３および基部２１１の変形については図示が省略されている。

図６（ａ）および図６（ｂ）のように圧電体３が振動している状態で、センサ素子２０１がｘ軸回りに回転されると、検出腕２１５は、ｙ軸方向に振動（変位）していることから、コリオリの力によって回転軸（ｘ軸）と振動方向（ｙ軸）とに直交する方向（ｚ軸方向）において振動（変形）する。この変形によって生じる信号（例えば電圧）は、上述のように検出電極７によって取り出される。コリオリの力（ひいては検出される信号の電圧）は、角速度が大きいほど大きくなる。これにより、角速度が検出される。

また、２つの検出腕２１５は、ｙ軸方向において互いに逆側に変位する位相で振動しているから、ｘ軸回りの回転方向に対して同一側にコリオリの力を受ける。別の観点では、２つの検出腕２１５は、ｚ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。そして、上述のように２つの検出腕２１５間においては、検出電極７Ａと検出電極７Ｂとが接続されているから、２つの検出腕２１５において生じた信号は加算される。

以上のとおり、本実施形態では、基部２１１は、直交座標系ｘｙｚのｘ軸方向において枠部２１７に架け渡されている。基部２１１から延び出る腕部は、ｘ軸方向に互いに離れた位置にてｙ軸方向に互いに並列に延びている（少なくとも）１対の駆動腕２１３と、ｘ軸方向において１対の駆動腕２１３の間の中央となる位置においてｙ軸方向に延びている検出腕２１５とを含んでいる。複数の励振電極５は、１対の駆動腕２１３をｘ軸方向に励振する電圧を印加可能な配置で設けられている。複数の検出電極７は、検出腕２１５のｚ軸方向の振動によって生じる信号を検出可能な配置で設けられている。複数の配線１９は、１対の駆動腕２１３がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように複数の励振電極５から１対の駆動腕２１３に互いに逆の位相が印加されるように複数の励振電極５を接続している。

従って、１対の駆動腕２１３の励振によって基部２１１を湾曲（振動）させ、検出腕２１５を変位（振動）させ、この変位している検出腕２１５に作用するコリオリの力によって角速度を検出するという新たな振動態様による検出が可能になる。

第１実施形態では、励振されている駆動腕１３にコリオリの力を作用させて振動させ、このコリオリの力による振動を検出腕１５に伝達した。本実施形態では、第１実施形態に比較して、検出腕２１５に直接的にコリオリの力が作用する。その結果、例えば、検出感度が向上する。

また、比較例として、例えば、駆動腕の振動方向（ｘ軸方向）と同一方向において検出腕を曲げ変形（振動）させておき、この振動している検出腕にコリオリの力を作用させる態様が挙げられる。本実施形態は、そのような態様とは検出腕の振動方向が異なり、前述の比較例では角速度を検出できなかった回転軸（ｘ軸）について角速度を検出することが可能となる。

本実施形態の基部２１１は、例えば、その撓み変形によって検出腕２１５を変位させやすいように設計されるから、その全長に亘って振動が生じやすい構成とされる蓋然性が高い。その結果、例えば、センサ素子１の角速度の検出精度は、基部２１１を支持する部分（枠部２１７）の剛性の影響を受けやすい。一方、第１実施形態の説明で述べたように、基部２１１を支持する構成として枠部２１７を採用することによって、例えば、枠部２１７において生じる不要振動が抑制されたり、パッド９の実装基体への接合のばらつきが第１延在部２１７ａの振動に及ぼす影響が低減される。従って、例えば、枠部２１７によって検出精度が向上する効果が有効に奏される。

第１実施形態または上述の比較例において、ｘ軸方向に互いに逆側に曲がるように逆位相で駆動される１対の駆動腕が設けられる場合、１対の駆動腕の中央に検出腕が位置することはない。そのようにすると、１対の駆動腕の振動（励振によるもの、またはコリオリの力によるもの）は検出腕の位置で互いに釣り合い、駆動腕の振動方向に検出腕を振動させる原理が成り立たないからである。

互いに逆側に曲がるように逆位相で駆動される１対の駆動腕の中央に検出腕が位置する従来技術は存在する。しかし、そのような従来技術においては、基部の両端に駆動腕が配置され、また、基部の両端が振動可能になっている。すなわち、基部が枠部に架け渡されることはない。

（実装構造）
図４に戻り、第１実施形態との他の相違点である実装構造について説明する。

第１実施形態では、パッド９は、枠部１７に設けられ、枠部１７は、不図示の実装基体に接合される部分を担った。これに対して、本実施形態では、パッド９は、枠部２１７に設けられておらず、実装基体に接合される部分を担っていない。具体的には、以下のとおりである。

圧電体２０３は、平面視において枠部２１７からその外側へ延び出ている複数（図示の例では４本）の脚部２２１を有している。そして、その先端にパッド９が設けられている。従って、枠部２１７は、脚部２２１によって弾性的に支持されることになる。

脚部２２１の枠部２１７に対する接続位置、脚部２２１の形状、脚部２２１の先端の枠部２１７に対する位置、脚部２２１の各種の寸法等は適宜に設定されてよい。図示の例では、以下のように設定されている。

４つの脚部２２１は、例えば、１対の第２延在部２１７ｂそれぞれの中央位置から、２本ずつ延び出ている。各第２延在部２１７ｂから延び出る２つの脚部２２１は、第２延在部２１７ｂから延び出る部分が共通化されている。ただし、そのような共通化はなされなくてもよい。

各第２延在部２１７ｂから延び出た２つの脚部２２１は、例えば、互いに逆方向に枠部２１７の外周に沿って延びている。具体的には、例えば、各脚部２２１は、第２延在部２１７ｂの半分程度に沿って延びた後、第１延在部２１７ａの半分程度に沿って延びている。このように、脚部２２１は、枠部２１７の外周の少なくとも一部に沿って延びる部分を含んでいる。

各脚部２２１は、例えば、上記のように枠部２１７の外周に沿って延びた後、折り返して（１８０°方向転換して）延びている。具体的には、例えば、脚部２２１は、第１延在部２１７ａに沿って延びて第１延在部２１７ａの中央付近に到達した後に、枠部２１７に対してさらに外側に位置をずらし、これまでとは逆方向に第１延在部２１７ａに沿って延びている。

脚部２２１の先端は、例えば、第１延在部２１７ａの側方、かつ第１延在部２１７ａの中央から外側に離れた位置に位置している。従って、４つの脚部２２１の先端は、矩形の頂点を構成するように配置されている。図示の例では、脚部２２１の先端は、圧電体２０３のｙ軸方向の端部（図示の例では脚部２２１の第２延在部２１７ｂに沿って延びている部分）よりも内側に位置しているが、圧電体２０３のｙ軸方向の端部に位置してもよい。

脚部２２１の幅は、一定であってもよいし、長さ方向の位置に応じて変化してもよい。また、脚部２２１の幅は、枠部２１７の幅（最大幅または最小幅）に対して大きくてもよいし、同等でもよいし、小さくてもよい。図示の例では、脚部２２１の少なくとも一部の幅は、枠部２１７の最大幅よりも小さく、枠部２１７の最小幅以下である。また、脚部２２１の先端は、例えば、他の部分に比較して幅広にされている。

複数の脚部２２１は、枠部２１７からその外側に突出する突部２２３（図示の例では２つの脚部２２１の根元の共通化された部分）と、突部２２３に接続され、パッド９が設けられる実装部２２５とによって構成されていると捉えられてもよい。そして、実装部２２５は、複数の脚部（ただし、脚部２２１から突部２２３を除いた部分）を含んでいると捉えられてよい。

枠部２１７の形状は、概略、第１実施形態の枠部１７の形状と同様である。ただし、枠部２１７は、各辺（第１延在部２１７ａおよび第２延在部２１７ｂ）の長さ方向において幅が変化する位置が第１実施形態と相違してもよい。図示の例では、第１延在部２１７ａは、基部２１１との接続位置において、第１延在部２１７ａの他の部分よりも幅（ｘ軸方向）が狭くなっている幅狭部２１７ｃを有している。幅狭部２１７ｃは、例えば、枠部２１７の内面に凹部が形成されることによって構成されている。これにより、枠部２１７の外面に凹部が形成されることによって幅狭部２１７ｃが構成される場合（そのようにされてもよい）に比較して、基部２１１は長くなっている。第１実施形態と同様に、第１延在部２１７ａの幅狭部２１７ｃ以外の部分の幅は、第２延在部２１７ｂの幅（ｙ軸方向）よりも広くてもよいし、同等でもよいし、狭くてもよい。

以上のとおり、本実施形態では、圧電体２０３は、平面視において枠部２１７からその外側に延び出ており、複数のパッド９が設けられている複数の脚部２２１を有している。

従って、枠部２１７は、枠部２１７にパッド９が設けられる場合に比較して、複数の脚部２２１によって弾性的に支持されることになる。その結果、例えば、センサ素子１と、センサ素子１が実装される実装基体との間に熱膨張差が生じても、脚部２２１の変形によって熱膨張差が吸収され、実装基体から枠部２１７へ伝えられる熱応力が緩和される。ひいては、温度変化によってセンサ素子１の特性が変化するおそれが低減される。

また、本実施形態では、複数の脚部２２１の少なくとも１つ（本実施形態では全部）は、枠部２１７とパッド９との間に、枠部２１７の外周の少なくとも一部に沿って延びる部分を含んでいる。また、複数の脚部２２１の少なくとも１つ（本実施形態では全部）は、枠部２１７とパッド９との間に、折り返して延びる部分を含んでいる。

従って、センサ素子１の小型化を図りつつ、脚部２２１の長さを確保して、熱応力を緩和する効果を向上させることができる。

本実施形態では、複数の脚部２２１は、それぞれ１つのパッド９を有している。ただし、１つの脚部２２１に複数のパッド９が設けられてもよい。また、本実施形態では、複数の脚部２２１に設けられた複数のパッド９は、いずれも電極（５または７）に接続されている。ただし、いずれの電極にも接続されておらず、脚部２２１の接合のみを目的としたダミーのパッドが設けられてもよい。

＜第３実施形態＞
（角速度センサの構成）
図７は、第３実施形態に係る角速度センサ３５１のセンサ素子３０１の要部構成を示す断面図である。

角速度センサ３５１は、概略、第２実施形態に係る角速度センサ２５１と同様の構成とされている。ただし、角速度センサ２５１がｘ軸回りの回転を検出するものであったのに対して、角速度センサ３５１は、ｚ軸回りの回転を検出するものとされている。具体的には、以下のとおりである。

センサ素子３０１は、圧電体２０３、複数の励振電極５、複数の検出電極３０７（３０７Ａおよび３０７Ｂ）、複数のパッド９（ここでは不図示）および複数の配線１９を有している。これらの符号から理解されるように、複数の検出電極３０７（これに関わる配線１９）を除いては、センサ素子３０１の基本的な構成は、概ね、第２実施形態のセンサ素子２０１と同様とされてよい。

従って、図４は、センサ素子３０１の圧電体２０３およびパッド９を示す平面図として捉えられてよい。また、図７は、図４のＶ−Ｖ線に対応している。

ただし、本実施形態においては、検出腕２１５は、第２実施形態とは異なり、コリオリの力によってｘ軸方向に振動することが意図されている。このような相違に基づいて、具体的な寸法は、第２実施形態と異なっていてよい。

例えば、検出腕２１５は、その幅（ｘ軸方向）が大きくなると、振動方向（ｘ軸方向）における固有振動数が高くなり、その長さ（別の観点では質量）が大きくなると、振動方向における固有振動数は低くなる。検出腕２１５の各種の寸法は、例えば、検出腕２１５の振動方向における固有振動数が、駆動腕２１３の励振方向における固有振動数に近くなるように設定される。

検出電極３０７Ａおよび３０７Ｂは、検出腕２１５のｘ軸方向の曲げ変形によって生じる信号を取り出すものであるので、例えば、駆動腕２１３をｘ軸方向に励振させるための励振電極５Ａおよび５Ｂと同様の構成とされる。従って、第１または第２実施形態における励振電極５についての説明は、励振電極５を検出電極３０７に読み替えて、検出電極３０７についての説明としてよい。各検出腕２１５における１対の検出電極３０７Ａ同士の接続、および１対の検出電極３０７Ｂ同士の接続についても同様である。

２本の検出腕２１５間においては、検出電極３０７Ａと検出電極３０７Ｂとが接続される。従って、２本の検出腕２１５がｘ軸方向において互いに逆側に曲がるときに、検出腕２１５で生じた信号が加算される。検出電極３０７の接続は、例えば、圧電体２０３上の複数の配線１９によりなされる。

第２実施形態においては、検出腕２１５に上面および下面を貫通するスリット（別の観点では複数の分割腕１５ａ）が設けられてよいことについて言及した。第３実施形態においては、検出腕２１５は、駆動腕２１３と同様に、その上面および／または下面に凹溝が設けられてよい。

（角速度センサの動作）
第３実施形態における圧電体２０３の励振は、第２実施形態におけるものと同様である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、第３実施形態における圧電体２０３の励振状態を示している図として捉えられてよい。従って、検出腕２１５を挟んで対を成す駆動腕２１３はｘ軸方向において互いに近接および離反するように振動し、検出腕２１５は、基部２１１の撓み変形によってｙ軸方向において変位（振動）する。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、コリオリの力による検出腕２１５の振動を説明するための模式的な平面図である。図８（ａ）および図８（ｂ）は、図６（ａ）および図６（ｂ）の状態に対応している。

図６（ａ）および図６（ｂ）のように圧電体２０３が振動している状態で、センサ素子１がｚ軸回りに回転されると、検出腕２１５は、ｙ軸方向に振動（変位）していることから、コリオリの力によって回転軸（ｚ軸）と振動方向（ｙ軸）とに直交する方向（ｘ軸方向）において振動（変形）する。この変形によって生じる信号（例えば電圧）は、検出電極３０７によって取り出されて検出回路１０５に入力される。コリオリの力（ひいては検出される信号の電圧）は、角速度が大きいほど大きくなる。これにより、角速度が検出される。

また、２つの検出腕２１５は、ｙ軸方向において互いに逆側に変位する位相で振動しているから、ｚ軸回りの回転方向に対して同一側にコリオリの力を受ける。別の観点では、２つの検出腕２１５は、ｘ軸方向において互いに逆側へ曲がるように振動する。そして、２つの検出腕２１５間においては、検出電極３０７Ａと検出電極３０７Ｂとが接続されているから、２つの検出腕２１５において生じた信号は加算される。

以上のとおり、本実施形態においても、第２実施形態と同様に、圧電体２０３は、枠部２１７に架け渡される基部２１１と、基部２１１から並列に延びる（少なくとも）１対の駆動腕２１３と、１対の駆動腕２１３の間の中央に位置する検出腕２１５とを含んでいる。複数の励振電極５および複数の配線１９は、１対の駆動腕２１３を互いに逆位相で振動可能に設けられている。また、複数の検出電極３０７は、検出腕２１５のｘ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で設けられている。

従って、第１実施形態と同様の効果が奏される。例えば、基部２１１の撓みによって検出腕２１５をｙ軸方向へ変位させる新たな振動態様による検出が可能になる。その結果、例えば、検出腕２１５に直接にコリオリの力が作用し、検出感度の向上が期待される。また、例えば、駆動腕の振動方向（ｘ軸方向）と同一方向において検出腕を曲げ変形（振動）させておき、この振動している検出腕にコリオリの力を作用させる比較例では角速度を検出できなかった軸（ｚ軸）について角速度を検出することが可能となる。

＜第４実施形態＞
図９は、第４実施形態に係るセンサ素子４０１の要部構成を示す平面図である。

センサ素子４０１は、例えば、第１実施形態のセンサ素子１と同様の原理によってｙ軸回りの角速度を検出するものである。具体的には、センサ素子４０１の圧電体４０３は、センサ素子１の圧電体３（基部１１、駆動腕１３、検出腕１５および枠部１７）を含み、また、ここでは不図示であるが、センサ素子１と同様の励振電極５、検出電極７およびこれら電極同士を接続する複数の配線１９を有している。

ただし、センサ素子４０１は、不図示の実装基体に対する実装態様がセンサ素子１と相違する。具体的には、センサ素子４０１の圧電体４０３は、平面視において枠部１７からその外側に突出する突部４２３と、突部４２３の先端に接続されている実装部４２５とを有しており、実装部４２５に複数のパッド９が設けられている。すなわち、本実施形態では、第２実施形態と同様に、枠部１７が不図示の実装基体に接合される部位を担うのではなく、その外側に設けられた実装部４２５が実装基体に接合される部位を担う。

突部４２３の枠部１７に対する接続位置、突部４２３の形状、実装部４２５の形状およびパッド９の位置等は適宜に設定されてよい。図示の例では、以下のとおりである。圧電体４０３の厚さは、例えば、他の実施形態と同様に、その全体（突部４２３および実装部４２５を含む）に亘って概ね一定とされてよい。

突部４２３は、１対の第２延在部１７ｂの一方の中央から突出している。突部３２３は、例えば、一定の幅で突出している。突部３２３の幅は、枠部１７（第１延在部１７ａまたは第２延在部１７ｂ）の幅よりも大きくてもよいし、同等でもよいし、小さくてもよい。図示の例では、突部４２３の幅は、枠部１７の幅よりも広くされている。

実装部４２５の形状は、枠部１７を囲む枠状とされている。その具体的な形状は、例えば、枠部１７と同様に、矩形とされている。別の観点では、実装部４２５は、枠部１７の外周に沿って延びる形状である。実装部４２５は、枠部１７と相似形であってもよいし、相似形でなくてもよい。また、実装部４２５の内周面と枠部１７の外周面との距離（幅狭部１７ｃを形成する凹部の影響を除く）は、一定であってもよいし、一定でなくてもよい。実装部４２５の幅（４辺の幅）は、一定であってもよいし、変化してもよい。図示の例では、実装部４２５は、長辺が短辺よりも幅広にされている。また、実装部４２５の幅は、枠部１７の幅よりも大きくてもよいし、同等でもよいし、小さくてもよい。図示の例では、実装部４２５の幅は、枠部１７の幅よりも広くされている。

以上のとおり、圧電体４０３は、平面視において枠部１７からその外側に突出する突部４２３と、突部４２３の先端に接続されており、複数のパッド９が設けられている実装部４２５と、を含んでいる。

従って、例えば、センサ素子１が実装される不図示の実装基体と、圧電体４０３との間に熱応力が生じても、その熱応力が枠部１７に作用する位置を突部４２３の位置によって調整することができる。例えば、突部４２３を第２延在部１７ｂの中央から突出させて、第１延在部１７ａの中央に接続されている基部１１から突部４２３を極力離すことができる。別の観点では、突部４２３および実装部４２５を設けずに、第２延在部１７ｂの中央にパッド９を設けた場合に比較して、応力の作用は同様にしつつ、圧電体４０３を安定して支持できる４位置にパッド９を配置できる

また、本実施形態では、全てのパッド９が実装部４２５に設けられており、実装部４２５と枠部１７とを接続する突部４２３は、１つである。

従って、例えば、実装部４２５がｘ軸方向またはｙ軸方向に伸長または短縮されたとしても、枠部１７は、基本的にｘ軸方向またはｙ軸方向の位置が変化するだけである。すなわち、実装部４２５の応力は、殆ど枠部１７に伝わらない。従って、例えば、実装部４２５と不図示の実装基体との間で熱応力が生じても、当該熱応力は枠部１７には伝わりにくい。

また、本実施形態では、実装部４２５は、枠部１７を囲む枠状である。従って、圧電体４０３が大型化することを抑制しつつ、センサ素子１の安定した支持が可能になる。

＜第５実施形態＞
図１０は、第５実施形態に係るセンサ素子５０１の要部構成を示す平面図である。

センサ素子５０１は、第４実施形態のセンサ素子４０１に対して、圧電体５０３の突部４２３が２つとされている点のみが相違する。２つの突部４２３のそれぞれの位置、および／または相対位置は、適宜に設定されてよい。図示の例では、２つの突部４２３は、枠部１７に対して互いに逆の位置（２回対称の位置）に設けられている。

本実施形態においても、第４実施形態と同様の効果が奏される。例えば、２つの突部４２３を結ぶ直線に直交する方向（図示の例ではｘ軸方向）において実装部４２５が伸長または短縮しても、枠部１７は基本的にｘ軸方向の位置が変化するだけである。従って、例えば、枠部１７と不図示の実装基体との間の熱応力が緩和される。

また、本実施形態では、枠部１７の保持は２点保持であることから、１点保持の第４実施形態に比較して、例えば、枠部１７を安定して保持することができる。また、励振電極５および検出電極７と、４つのパッド９とを接続する（少なくとも）４本の配線１９は、第１実施形態では１つの突部４２３を通過する必要があるが、本実施形態では２本ずつ２つの突部４２３を通過することができる。その結果、例えば、配線構造の簡素化、および／または配線１９の幅広化（または突部４２３の幅狭化）が容易になる。第４実施形態は、第５実施形態に比較して、例えば、熱応力緩和の効果が高い。

以上の第１〜第５実施形態において、駆動腕１３（１３Ａ〜１３Ｄ）および２１３（２１３Ａ〜２１３Ｈ）ならびに検出腕１５（１５Ａおよび１５Ｂ）および２１５（２１５Ａおよび２１５Ｂ）それぞれは、腕部の一例である。励振電極５（５Ａおよび５Ｂ）ならびに検出電極７（７Ａおよび７Ｂ）および３０７（３０７Ａおよび３０７Ｂ）それぞれは電極の一例である。

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。

パッドが設けられる枠部（第１実施形態）、枠部および脚部の組み合わせ（第２または第３実施形態）、枠部、突部および実装部の組み合わせ（第４または第５実施形態）は、種々の振動態様の圧電振動式角速度センサに適用可能である。例えば、第２または第３実施形態の新たな振動態様の構成に、パッドが設けられた枠部（第１実施形態）、または枠部、突部および実装部の組み合わせ（第４または第５実施形態）が適用されてもよい。また、第１実施形態の振動態様のための構成に、枠部および脚部の組み合わせ（第２または第３実施形態）が適用されてもよい。その他、例えば、１対の駆動腕と１対の検出腕とが基部から並列に延びるもの、１本の駆動腕と１本の検出腕とが基部から並列に延びるもの（音叉型のもの）など、実施形態以外の種々の振動態様の構成に、枠部等が適用されてよい。

枠部の形状は、矩形に限定されず、曲線を含む形状であってもよいし、矩形以外の多角形であってもよい。枠部の外周に位置する、脚部（第２または第３実施形態参照）または枠状の実装部（第４または第５実施形態参照）についても同様である。枠部の一部において幅を狭くするために枠部の内周面または外周面に設けられる凹部は、実施形態に図示した形状よりも切り込み（溝またはスリット）に近い形状とされてもよい。また、枠部の上面または下面に凹部が形成されて、振動および／または衝撃を吸収する部分が形成されてもよい。基部の枠部に対する接続位置は、枠部の長手方向中央に限定されない。当該接続位置は、枠部内の圧電体の形状等に応じて適宜に設定されてよく、枠部に対して所定方向に偏っていてもよい。

第２または第３実施形態の新たな振動態様において、２つのユニットが設けられず、１つのユニットのみが設けられてもよい。また、２つのユニットは、実施形態とは逆に、駆動腕が延び出る側が互いに対向するように配置されたり、互いに逆の位相で励振されたりしてもよい。２つのユニットのうち一方が第２実施形態のようにｘ軸回りの角速度の検出に供され、他方が第３実施形態のようにｚ軸回りの角速度の検出に供されてもよい。

第２または第３実施形態の新たな振動態様を実現する各ユニットにおいて、（少なくとも）１対の駆動腕と、検出腕とは、同一方向に（並列に）延びている必要はない。例えば、ｙ軸方向の一方側に延びる１対の駆動腕に対して、ｙ軸方向の他方側に延びる１本の検出腕が設けられてもよい。

第２または第３実施形態の新たな振動態様において、１本の基部から延びる駆動腕の本数と検出腕の本数との組み合わせは適宜である。例えば、１対の駆動腕に対して、ｙ軸方向の正側に延びる検出腕と、ｙ軸方向の負側に延びる検出腕とが設けられてもよい。また、１対の駆動腕の間に、互いに並列に延びる２本以上の検出腕を設けることも可能である。

また、例えば、１本の基部から互いに逆側に延びる２対の駆動腕を設けてもよい。この場合、＋ｙ側に延びる１対の駆動腕と、−ｙ側に延びる１対の駆動腕とは、互いにｘ軸方向において逆側に振動するように（例えば＋ｙ側の１対の駆動腕が互いに離反するときは−ｙ側の１対の駆動腕は互いに近接するように）励振される。これにより、２対の駆動腕からのモーメントが１本の基部に加算される。

第２実施形態（図４）の説明では、脚部２２１が、突部２２３と、実装部２２５とによって構成されていると捉えられてよいことに言及した。また、第４および第５実施形態（図９および図１０）では、突部４２３と、枠状の実装部４２５とを例示した。いずれにせよ、突部として、直方体状のものが例示された。ただし、突部の形状は、直方体状に限定されず、例えば、比較的細長い形状でもよいし、屈曲部を有していてもよい。この場合、例えば、応力を緩和する効果が向上する。

上記の説明では、第２実施形態の脚部２２１のうち根元の直方体部分を突部２２３として捉えた。ただし、突部は、枠部から突出する部分であればよいし、実装部は、突部の先端に接続されて複数のパッドが設けられる部分であればよい。従って、突部と枠部との境界は、適宜に判断されてよい。例えば、図４の脚部２２１は、屈曲した突部を有していると捉えられても構わない。

センサ素子または角速度センサは、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の一部として構成されてよい。この場合において、ＭＥＭＳの基板上にセンサ素子を構成する圧電体が実装されてもよいし、ＭＥＭＳの基板が圧電体によって構成されており、その一部によってセンサ素子の圧電体が構成されてもよい。

１…センサ素子、３…圧電体、５…励振電極（電極）、７…検出電極（電極）、１１…基部、１３…駆動腕（腕部）、１５…検出腕（腕部）、１７…枠部。

Claims (12)

1. 平面視において、基部と、当該基部から延び出ている１以上の腕部と、前記基部および前記１以上の腕部を囲んでおり、前記基部が架け渡されている枠部を含んでいる圧電体と、
   前記腕部の表面に位置している複数の電極と、
   前記圧電体の表面に位置しており、前記複数の電極と接続されている複数のパッドと、
   を有しており、
   前記圧電体は、平面視において前記枠部の外側に位置し、前記複数のパッドが設けられている実装部をさらに含んでいる、
   センサ素子。
2. 前記圧電体の表面に位置する複数の配線をさらに有しており、
   前記基部は、直交座標系ｘｙｚのｘ軸方向において前記枠部に架け渡されており、
   前記１以上の腕部は、
   ｘ軸方向に互いに離れた位置にてｙ軸方向に互いに並列に延びている１対の駆動腕と、
   ｘ軸方向において前記１対の駆動腕の間の中央となる位置においてｙ軸方向に延びている検出腕と、を含んでおり、
   前記複数の電極は、
   前記１対の駆動腕をｘ軸方向に励振する電圧を印加可能な配置で設けられている複数の励振電極と、
   前記検出腕のｘ軸方向またはｚ軸方向の振動によって生じる信号を検出可能な配置で設けられている複数の検出電極と、を含んでおり、
   前記複数の配線は、前記１対の駆動腕がｘ軸方向において互いに逆側へ曲がって振動するように前記複数の励振電極から前記１対の駆動腕に互いに逆の位相が印加されるように前記複数の励振電極を接続している
   請求項１に記載のセンサ素子。
3. 前記複数の検出電極は、前記検出腕のｚ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で設けられている
   請求項２に記載のセンサ素子。
4. 前記複数の検出電極は、前記検出腕のｘ軸方向における曲げ変形により生じる信号を検出可能な配置で設けられている
   請求項２に記載のセンサ素子。
5. 前記圧電体は、平面視において前記枠部からその外側に延び出ている複数の脚部をさらに含んでおり、
   前記実装部は、前記脚部の前記枠部との接続部とは異なる先に位置している
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
6. 前記複数の脚部の少なくとも１つは、前記枠部と前記パッドとの間に、前記枠部の外周の少なくとも一部に沿って延びる部分を含んでいる
   請求項５に記載のセンサ素子。
7. 前記複数の脚部の少なくとも１つは、前記枠部と前記パッドとの間に、折り返して延びる部分を含んでいる
   請求項４または５に記載のセンサ素子。
8. 前記圧電体は、平面視において前記枠部からその外側に突出する突部をさらに含んでおり、
   前記実装部は前記突部の先端に接続されている
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ素子。
9. 前記複数のパッド全てが前記実装部に設けられており、
   前記実装部と前記枠部とを接続する前記突部は、１つまたは２つである
   請求項８に記載のセンサ素子。
10. 前記実装部は、前記枠部を囲む枠状である
    請求項８または９に記載のセンサ素子。
11. 前記枠部は、ｘ軸方向において互いに対向し、前記基部が架け渡される１対の延在部を含み、
    前記１対の延在部それぞれは、一部においてｘ軸方向の幅が狭くなっている
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセンサ素子。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセンサ素子と、
    前記複数の電極の一部に電圧を印加する駆動回路と、
    前記複数の電極の他の一部からの信号を検出する検出回路と、
    を有している角速度センサ。

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