(57)【要約】  ミアンダ型振動子は、振動梁と、振動梁上に設けられた圧電アクチュエータとを備える。振動梁は、複数の折り返し部と、複数の折り返し部と交互に配置されて複数の折り返し部に連結される複数の連結部とを有し、連続した複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状を有する。圧電アクチュエータは、振動梁上に設けられた下部電極と、下部電極上に設けられた圧電膜と、圧電膜上に設けられた上部電極とを有する。複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点の近傍または複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点の近傍の少なくとも一方に圧電膜が存在しない不存在領域が設けられている。このミアンダ型振動子は大変位を得ることができる。
2012111332.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の折り返し部と、
前記複数の折り返し部と交互に配置されて前記複数の折り返し部に連結される複数の連結部と、
を有し、連続した複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状の振動梁と、
前記振動梁上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
を有する圧電アクチュエータと、
を備え、
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または前記複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に前記圧電膜が存在しない不存在領域が設けられた、
ミアンダ型振動子。
【請求項２】
前記不存在領域において前記上部電極が存在しない、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項３】
前記複数の折り返し部のそれぞれの外周の近傍に前記圧電膜が形成された形成領域が設けられた、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項４】
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周は曲率を有し、
前記複数の連結部は直線形状を有し、
前記複数の折り返し部と前記複数の連結部とが前記曲率変化点でそれぞれ接続されている、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項５】
前記複数の連結部と前記複数の折り返し部はそれぞれ直角を成して接続されている、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項６】
複数の折り返し部と、
前記複数の折り返し部と交互に配置され前記複数の折り返し部に連結される複数の連結部と、
を有し、連続している複数の折り返し形状から成るミアンダ形状の振動梁と、
前記振動梁上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
を有する圧電アクチュエータと、
を備え、
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または前記複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に前記上部電極が存在しない不存在領域が設けられた、
ミアンダ型振動子。
【請求項７】
前記折り返し部のそれぞれの外周の近傍に前記上部電極が形成された形成領域が設けられた、
請求項６に記載のミアンダ型振動子。
【請求項８】
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周は一定の曲率を有し、
前記複数の連結部は直線形状を有し、
前記複数の折り返し部と前記複数の連結部とがそれぞれ前記曲率変化点で接続されている、
請求項６に記載のミアンダ型振動子。
【請求項９】
前記複数の連結部と前記複数の折り返し部はそれぞれ直角を成して接続されている、
請求項６に記載のミアンダ型振動子。
【請求項１０】
前記複数の連結部の一つおきに前記圧電膜が存在しない領域が設けられている、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のミアンダ型振動子。
【請求項１１】
請求項１０に記載のミアンダ型振動子と、
前記ミアンダ型振動子の一端が接続された固定部と、
前記ミアンダ型振動子によって回動するミラー部と、
を備えた、
光学反射素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のミアンダ型振動子と、
前記ミアンダ型振動子の一端が接続された固定部と、
前記ミアンダ型振動子によって回動するミラー部と、
を備えた、
光学反射素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種圧電アクチュエータや光学反射素子に用いられるミアンダ型振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定部に接続、支持された梁を複数回折り返した、いわゆるミアンダ形状の圧電アクチュエータが知られている。図９は従来の圧電アクチュエータ５の斜視図である。図９において圧電アクチュエータ５はミアンダ形状であり、複数の折り返し部３と、その複数の折り返し部３を連結した複数の連結部４とから構成される梁の上部に形成されている。圧電アクチュエータ５は、絶縁膜と、下部電極と、圧電膜と、上部電極とを有する。下部電極は絶縁膜の上部に設けられている。圧電膜は下部電極の上部に設けられている。上部電極は圧電膜の上部に設けられている。複数の上部電極に互いに逆位相となるように電圧を印加することによって複数の圧電体層が駆動する。【０００３】
図１０は従来の圧電アクチュエータ５の動作を説明する斜視図である。図１０に示すように、複数の圧電体層が駆動し、連結部４をそれぞれ矢印方向に変位させて複数の連結部４を反らせる。圧電アクチュエータ５は、複数の連結部４の変位量がそれぞれ加算されることによってミアンダ形状の一端の大変位を実現する。このような変位を利用したものとしては、例えばレーザー光を走査する光学反射素子などがある。【０００４】
このような従来の圧電アクチュエータを開示するものとして、例えば、特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４０２４０号公報
【発明の概要】
【０００６】
ミアンダ型振動子は、振動梁と、その振動梁上に設けられた圧電アクチュエータとを備える。振動梁は、複数の折り返し部と、複数の連結部とを有し、連続した複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状である。すなわち、複数の折り返し部と複数の連結部とが交互に配置されてミアンダ形状を成している。圧電アクチュエータは、振動梁上に設けられた下部電極と、下部電極上に設けられた圧電膜と、圧電膜上に設けられた上部電極とを有する。複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に圧電膜が存在しない不存在領域が設けられている。
【０００７】
このミアンダ型振動子は大変位を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは実施の形態１におけるミアンダ型振動子の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは実施の形態１における振動梁の部分上面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは実施の形態１の変形例である振動梁の部分上面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは実施の形態１の他の変形例である振動梁の部分上面図である。
【図２】図２は図１Ａに示すミアンダ型振動子の線２−２における断面図である。
【図３】図３は実施の形態１におけるミアンダ型振動子の、折り返し部の内周の中点とその近傍の上部電極を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図４】図４は実施の形態１におけるミアンダ型振動子の折り返し形状の内周の曲率変化点とその近傍の上部電極を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図５】図５は実施の形態１におけるミアンダ型振動子を用いた光学反射素子の斜視図である。
【図６】図６は実施の形態２におけるミアンダ型振動子の、折り返し部の内周の中点とその近傍の圧電膜を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図７】図７は実施の形態２におけるミアンダ型振動子の折り返し形状の内周の曲率変化点とその近傍の圧電膜を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図８】図８は実施の形態３におけるミアンダ型振動子の、隣り合う連結部に対して一つ置きに圧電膜が設けられた構造を説明する拡大斜視図である。
【図９】図９は従来の圧電アクチュエータの斜視図である。
【図１０】図１０は従来の圧電アクチュエータの動作を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０について、図面を用いて説明する。
【００１０】
図１Ａは実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０の斜視図である。実施の形態１において、ミアンダ形状が進行する方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とする。ミアンダ型振動子１０は固定部１１にその一端が接続、支持されている。ミアンダ型振動子１０は、連続している複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状の振動梁１２と、圧電アクチュエータ１７とを有する。圧電アクチュエータ１７はミアンダ形状に振動梁１２上に設けられている。振動梁１２は複数の折り返し部１３と複数の連結部１４とから一体に構成されている。複数の連結部１４は複数の折り返し部１３と交互に配置され、複数の折り返し部１３を連結している。すなわち、折り返し部１３と、折り返し部１３に隣り合う複数の連結部とで折り返し形状をなしている。連結部１４は振動梁１２の図１Ａに示す点線１２Ｌで挟まれた、振動梁１２の直線状の部位である。複数の連結部１４は、それぞれ複数の折り返し部１３を挟んで平行に設けられ、互いに隣り合うように配置されている。
【００１１】
図１Ｂは実施の形態１における振動梁１２の上面図である。図１Ｂにおいて、ミアンダ形状を構成する複数の折り返し形状はそれぞれ内周１２Ａと外周１２Ｂを有する。複数の曲率変化点１２Ｃはそれぞれ折り返し形状の内周１２Ａの曲率が変化する点であり、折り返し部１３と連結部１４とが曲率変化点１２Ｃでそれぞれ接続されている。
【００１２】
複数の折り返し部１３のそれぞれの内周は一定の曲率を有する。連結部１４は直線状であるので、折り返し部１３と連結部１４の境界を示す点線１２Ｌは曲率変化点１２Ｃと一致する。また複数の折り返し部１３のそれぞれの内周は中点１３Ｍを有する。
【００１３】
なお実施の形態１において、折り返し部１３の内周は一定の曲率を有しているがこの構成に限られない。すなわち折り返し部１３の内周は一定の曲率を有していなくてもよく、例えば並列する連結部１４の端部を、図１Ａに示すＹ軸と平行な直線で接続してもよい。また、実施の形態１において連結部１４は直線状であるがこの構成に限られず、湾曲した形状でもよい。
【００１４】
図１Ｃは実施の形態１の変形例である振動梁１１２の部分上面図である。図１Ｃにおいて、変形例である振動梁１１２は複数の折り返し部１１３と、連結部１１４とを有する。折り返し部１１３と、折り返し部１１３と隣り合う連結部とは折り返し形状を成している。折り返し形状の内周はそれぞれ曲率変化点１１２Ｃを有する。折り返し部１１３と連結部１１４との境界である点線１１２Ｌは曲率変化点１１２Ｃと一致する。なお、折り返し部１１３は図１Ｃの曲率変化点１１２Ｃ以外に複数の曲率変化点を有する形状であってもよく、その場合、点線１１２Ｌはいずれの曲率変化点と一致していてもよい。
【００１５】
図１Ｄは実施の形態１の他の変形例である振動梁１１２の部分上面図である。図１Ｄに示されるように、折り返し形状の角の内周または外周はＲ（ｒｏｕｎｄ）形状でなくてもよく、連結部と折り返し部が直角を成していてもよい。図１Ｄにおいて、他の変形例である振動梁１１２は複数の折り返し部１１３と、複数の折り返し部１１３と隣り合う複数の連結部１１４とを有する。折り返し部１１３と、折り返し部１１３と隣り合う連結部とは折り返し形状をなし、それぞれ直角に接続されている。すなわち折り返し形状は０から無限大に変化する曲率変化点１１２Ｃを有している。
【００１６】
以上のような構成であっても本発明を実施することができる。以降では、図１Ｂに示す振動梁１２の形状に代表させて説明する。
【００１７】
次に、ミアンダ型振動子１０を駆動する圧電アクチュエータ１７の構成に関して詳細を説明する。
【００１８】
図２は図１Ａに示すミアンダ型振動子１０の線２−２における断面図である。振動梁１２は、シリコン基板１５とシリコン基板１５上に形成された絶縁膜１８を有する。絶縁膜１８は、例えばシリコン酸化膜などの酸化皮膜で形成される。圧電アクチュエータ１７は絶縁膜１８上に設けられ、ミアンダ型振動子１０はそれぞれ共通のシリコン基板１５を最下層とする。すなわち、シリコン基板１５上に絶縁膜１８が形成され、この絶縁膜１８上に圧電アクチュエータ１７が設けられている。
【００１９】
圧電アクチュエータ１７は、絶縁膜１８上に設けられた下部電極１９と、下部電極１９上に積層された圧電膜２０と、圧電膜２０上に共通に積層された上部電極２１とを有する。下部電極１９と上部電極２１はそれぞれ白金または金などの導体で形成される。圧電膜２０はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１‐ｘ）Ｏ３で、ｘ＝０．５２５）等の圧電材料で形成される。これら下部電極１９と上部電極２１と圧電膜２０とは蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法などによって薄膜化することができる。
【００２０】
下部電極１９および上部電極２１に所定の電位差を与えると、圧電膜２０に所定の電界がかかり、逆圧電効果により圧電膜２０は振動梁１２の上面に対して平行に伸縮動作を起こす。この伸縮動作が圧電アクチュエータ１７の上下振動を生じさせ、それにともなって振動梁１２も上下振動する。これによって複数の連結部１４がそれぞれ変位し、これらの変位量が重畳される。その結果、固定部１１に接続、支持されている振動梁１２の一端に対して、接続、支持されていない振動梁１２の他端が大きく変位する。
【００２１】
なお、連結部１４の幅に余裕がある場合は、複数の連結部１４に正位相と負位相の電圧を印加する上部電極２１を交互に設ければよい。また連結部１４の幅が狭い場合は、圧電膜２０の分極方向を交互に反転させることにより、共通の上部電極２１で複数の連結部１４をそれぞれ逆方向に変位させることで、その変位が重畳され大変位が可能となる。実施の形態１の圧電アクチュエータ１７は上記のどちらの構成としてもよい。
【００２２】
従来のミアンダ型振動子においては、圧電アクチュエータ５の変位を増大させるためには、圧電体に大きな電圧を印加し、ミアンダ形状の連結部の屈曲変位を重畳させる必要がある。その際、振動梁１２に掛かる大きな応力が原因となり、圧電膜上部全面にある電極がストレスマイグレーションを起こし、断線するという課題があった。
【００２３】
特に、連結部の上下振動等によって折り返し部の内周の中点近傍にネジレ応力が掛かり、連結部の曲がり変形等によって曲率変化点近傍に曲げ応力が掛かる。そのため、折り返し部の内周の中点近傍または曲率変化点近傍に設けられた圧電膜または電極には特に大きな応力が掛かることで、ストレスマイグレーションを起こし、断線するという課題があった。
【００２４】
実施の形態１のミアンダ型振動子１０には、複数の折り返し部１３のそれぞれの内周の中点１３Ｍとその近傍、または折り返し形状のそれぞれの内周１２Ａの曲率が変化する曲率変化点１２Ｃとその近傍の少なくとも一方に、上部電極２１が存在しない不存在領域が設けられている。
【００２５】
次に、上部電極２１が存在しない不存在領域が設けられたミアンダ型振動子１０の構成について説明する。なお、実施の形態１において上部電極２１が存在しない不存在領域を上部電極除去領域とする。
【００２６】
図３は実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０の、折り返し部１３の内周の中点１３Ｍとその近傍の上部電極２１を除去した構造を説明する拡大斜視図である。図３を用いて、複数の折り返し部１３の内周のそれぞれの中点１３Ｍとその近傍における上部電極２１の除去に関して詳細を説明する。
【００２７】
図３において、ミアンダ型振動子１０は複数の折り返し部１３の内周のそれぞれの中点１３Ｍとその近傍に、上部電極２１が除去された上部電極除去領域５０が設けられている。図３に示すように、実施の形態１において、折り返し部１３の内周の曲率中心をＸ軸、Ｙ軸で張られる平面の原点とする。半径ｒは折り返し部１３の内周半径であり、半径Ｒは折り返し部１３の外周半径である。点（ｒ，０）を折り返し部１３の内周上の中点１３Ｍとする。上部電極除去領域５０の少なくとも一部は図３に示すＸＹ平面において、
０＜Ｘ≦ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２
−ｒ≦Ｙ≦ｒ                                  （式１）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００２８】
圧電アクチュエータ１７を駆動しミアンダ型振動子１０を振動させると、折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍にはネジレ応力が発生する。上部電極除去領域５０内に上部電極２１が形成された場合には、このネジレ応力が上部電極除去領域５０内の上部電極２１にも大きく掛かる。よって折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍に上部電極２１を形成しない上部電極除去領域５０を設けることで、大きなネジレ応力が上部電極２１に掛かることを防ぐことができる。これにより、折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍における上部電極２１が断線することがなくなる。
【００２９】
なお、本実施の形態１において、折り返し部１３の内周は曲率を有しているが、折り返し部１３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、折り返し部１３の外周を図３に示すＹ軸に平行な直線形状としてもよい。この場合でも原点から折り返し部１３の外周までの距離をＲとして、上部電極除去領域５０の少なくとも一部は式１で表される領域に含まれることが望ましい。
【００３１】
図４は実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０の、複数の折り返し形状のそれぞれの内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍の上部電極２１を除去した構造を説明する拡大斜視図である。図４を用いて複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍における上部電極２１の除去に関して詳細を説明する。
【００３２】
図４において、ミアンダ型振動子１０は複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍に、上部電極２１が除去された上部電極除去領域６０が設けられている。図３と同様に、折り返し部１３の曲率中心を原点、折り返し部１３の内周半径をｒ、折り返し部１３の外周半径をＲとする。さらに原点からの回転角をθ、連結部の長さをＬとする。上部電極除去領域６０内の少なくとも１つの点（Ｘ，Ｙ）は、
−Ｌ／２≦Ｘ≦｛ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２｝・ｓｉｎθ
（０≦θ≦π／４）
ｒ≦Ｙ≦ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２                        （式２）
または、
−Ｌ／２≦Ｘ≦｛ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２｝・ｓｉｎθ
（３π／４≦θ≦π）
−ｒ−（Ｒ−ｒ）／２≦Ｙ≦−ｒ                    （式３）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００３３】
圧電アクチュエータ１７を駆動しミアンダ型振動子１０を振動させると、折り返し部１３と連結部１４の接続部の周辺、すなわち内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍には連結部１４の曲がり変形による曲げ応力が発生する。上部電極除去領域６０内に上部電極２１が形成された場合には、この曲げ応力が上部電極除去領域６０内の上部電極２１に大きく掛かる。よって曲率変化点１２Ｃとその近傍に上部電極２１を形成しない上部電極除去領域６０を設けることで、大きな曲げ応力が上部電極２１に掛かることを防ぐことができる。これにより、内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍における上部電極２１が断線することがなくなる。
【００３４】
なお、本実施の形態１において、折り返し部１３の内周は曲率を有しているが、折り返し部１３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、折り返し部１３の外周は図４に示すＹ軸に平行な直線形状であってもよい。この場合でも原点から折り返し部１３の外周までの距離をＲとして、上部電極除去領域６０の少なくとも一部は式２または式３で表される領域に含まれることが望ましい。
【００３６】
実施の形態１では、複数の折り返し部１３の内周のそれぞれの中点１３Ｍとその近傍において上部電極２１を除去する領域を設けた場合と、複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍において上部電極２１を除去する領域を設けた場合とを別々に説明したが、両方の領域を設けてもよい。
【００３７】
また、上部電極除去領域５０または上部電極除去領域６０を設ける場合には、全ての中点１３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃに設ける必要はなく、複数の中点１３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃうちの一部に設けてもよい。
【００３８】
また、折り返し部１３に上部電極除去領域５０、６０を設けた場合には、折り返し部１３おいて上部電極２１は、外周１２Ｂのより近傍に設けられることが望ましい。
【００３９】
実施の形態１では、上部電極除去領域５０または上部電極除去領域６０を設けることによって上部電極２１の一部を除去するので、従来の上部電極２１を除去しない場合の構造と比べて電極面積が小さくなる。つまり、圧電膜２０に掛かる電界の総和が小さくなるので、圧電アクチュエータ１７の駆動効率が低下してしまう。しかし、上部電極２１を圧電膜２０の上部全面に設けている場合には、大きな応力が上部電極２１に掛かり、ストレスマイグレーションが発生して上部電極２１が断線し駆動不能となる。よって、特に大きな応力が掛かる折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍、または折り返し形状の曲率変化点１２Ｃとその近傍の上部電極２１を除去することは非常に効果的である。
【００４０】
図５は実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０を用いた光学反射素子１００である。図５において光学反射素子１００は、固定枠２２と、一対の第１振動部２５ａ、２５ｂと、回動可能な可動枠２６と、一対の第２振動部２７ａ、２７ｂと、回動可能なミラー部２８とを有する。固定枠２２の内側に一対の第１振動部２５ａ、２５ｂの一端がそれぞれ接続されている。可動枠２６は一対の第１振動部２５ａ、２５ｂのそれぞれの他端と回動可能に接続、支持されている。一対の第２振動部２７ａ、２７ｂは一端が可動枠２６の内側にそれぞれ接続されている。一対の第１振動部２５ａ、２５ｂと一対の第２振動部２７ａ、２７ｂとはそれぞれの回動軸が互いに略直交するように配設されている。ミラー部２８は一対の第２振動部２７ａ、２７ｂのそれぞれの他端と回動可能に接続、支持されている。このような光学反射素子１００において、一対の第１振動部２５ａ、２５ｂまたは一対の第２振動部２７ａ、２７ｂにミアンダ型振動子１０を利用することができる。
【００４１】
図５において、軸Ｓ１はミラー部２８の略中心を通り、一対の第１振動部２５ａ、２５ｂに沿う軸であり、軸Ｓ２はミラー部２８の略中心を通り、一対の第２振動部２７ａ、２７ｂに沿う軸である。可動枠２６はＳ２軸周りに回動し、ミラー部２８はＳ１軸周りに回動する。光学反射素子１００は可動枠２６とミラー部２８を回動させることで、ミラー部２８に照射、反射された光束（光点）を軸Ｓ１、軸Ｓ２方向に走査して、スクリーン上に画像を投影することができる。
【００４２】
なお、上部電極除去領域５０、６０は上部電極２１を形成した後に上部電極２１を除去して設けられることに限定されず、上部電極２１を形成する際に上部電極２１を形成しない上部電極不形成領域として形成してもよい。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成については同一符号を付して説明する。
【００４４】
図６は実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０の、折り返し部２３の内周の中点２３Ｍとその近傍の圧電膜２０を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【００４５】
実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０は、図１に示す実施の形態１のミアンダ型振動子１０の複数の折り返し部１３と複数の連結部１４と圧電アクチュエータ１７の替わりに、複数の折り返し部２３と複数の連結部２４と圧電アクチュエータ３７を有する。すなわち、実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０は、複数の折り返し部１３または複数の連結部１４において上部電極が存在しない領域を有するが、実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０は、複数の折り返し部２３または複数の連結部２４において圧電膜が存在しない領域を有する。実施の形態１と同様である基本的な構成と圧電アクチュエータ３７の駆動原理については、その説明を省略する。
【００４６】
ミアンダ型振動子３０には、複数の折り返し部２３のそれぞれの内周の中点２３Ｍとその近傍または折り返し形状のそれぞれの内周１２Ａの曲率が変化する曲率変化点１２Ｃとその近傍の少なくとも一方に、圧電膜２０が存在しない不存在領域が設けられている。なお、実施の形態２において圧電膜２０が存在しない不存在領域を圧電膜除去領域とする。
【００４７】
図６を用いて、複数の折り返し部２３の内周のそれぞれの中点２３Ｍとその近傍における圧電膜２０の除去に関して詳細を説明する。
【００４８】
振動梁は、曲率を有する複数の折り返し部２３と、複数の折り返し部２３を連結する複数の連結部２４から構成されている。
【００４９】
なお、本実施の形態における折り返し部２３は、曲率を有しているが、例えば並列する連結部２４の端部を、図６に示すＹ軸と平行な直線で接続してもよい。
【００５０】
図６において、折り返し部２３の曲率中心をＸ軸とＹ軸で張られる平面の原点とし、折り返し部２３の内周半径をｒ、折り返し部２３の外周半径をＲとする。点（ｒ、０）を折り返し部２３の内周の中点２３Ｍとする。圧電膜２０が除去される圧電膜除去領域７０の少なくとも１つの点（Ｘ，Ｙ）は、
０＜Ｘ≦Ｒ
−ｒ≦Ｙ≦ｒ                                （式４）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００５１】
圧電アクチュエータ３７を駆動しミアンダ型振動子１０を振動させると、折り返し部２３の中点２３Ｍとその近傍にはネジレ応力が発生する。圧電膜除去領域７０内に圧電膜２０が形成された場合には、このネジレ応力が圧電膜除去領域７０内の圧電膜２０にも大きく掛かる。よって折り返し部２３の中点２３Ｍとその近傍に圧電膜２０を形成しない圧電膜除去領域７０を設けることで、大きなネジレ応力が圧電膜２０に大きく掛かることを防ぐことができる。
【００５２】
圧電膜２０を除去したことにより、圧電膜除去領域７０内にある上部電極２１と下部電極１９が接触しショートしてしまう可能性がある。そこで、圧電膜除去領域７０内に絶縁体２９を設けて上部電極２１を絶縁体２９の上面に形成することで、上部電極２１と下部電極１９とがショートすることを回避することができる。
【００５３】
絶縁体２９は樹脂や酸化膜などの絶縁材料からなる。絶縁体２９は蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法などによって薄膜化することができる。
【００５４】
樹脂は圧電膜２０の剛性より小さいため、絶縁体２９の材料を樹脂にすると、振動板であるシリコン基板１５のネジレ変形により生じる応力を緩和することができる。これによって絶縁体２９の上部にある上部電極２１が受ける応力を小さくすることができ、結果として上部電極２１のストレスマイグレーションを抑制することができるため効果的である。
【００５５】
また、絶縁体２９を設ける領域については、圧電膜除去領域７０全体に設けてもよいが、ネジレ応力の絶縁体２９への影響を小さくするためには、可能な限り折り返し部２３の外周側に設けることが望ましい。特に、絶縁体２９の材料に酸化膜などを用いる場合には、酸化膜自体の膜応力が高いため、可能な限り折り返し部２３の外周側に設けることが望ましい。
【００５６】
なお、実施の形態２において、折り返し部２３の内周が曲率を有しているが、折り返し部２３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
なお、折り返し部２３の外周はＹ軸に平行な直線形状であってもよい。この場合にも、原点から折り返し部２３の外周までの距離をＲとして、圧電膜２０が除去される圧電膜除去領域７０の少なくとも一部は式４で表される範囲に含まれることが望ましい。
【００５８】
図７は、実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０の折り返し形状の内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍の圧電膜２０を除去した構造を説明する拡大斜視図である。図７を用いて複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍における圧電膜２０の除去に関して詳細を説明する。
【００５９】
図７において、ミアンダ型振動子３０は複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍に、圧電膜２０が除去された圧電膜除去領域８０が設けられている。図６と同様に、折り返し部２３の曲率中心を原点、折り返し部２３の内周半径をｒ、折り返し部２３の外周半径をＲとする。さらに原点からの回転角をθ、連結部２４の長さをＬとする。圧電膜除去領域８０内の少なくとも１つの点（Ｘ，Ｙ）は
−Ｌ＜Ｘ≦Ｒ・Ｓｉｎθ
（０≦θ≦π／４）
ｒ≦Ｙ≦ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２                        （式５）
または、
−Ｌ＜Ｘ≦Ｒ・Ｓｉｎθ
（３π／４≦θ≦π）
−ｒ−（Ｒ−ｒ）／２≦Ｙ≦−ｒ                    （式６）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００６０】
圧電アクチュエータ３７を駆動しミアンダ型振動子１０を振動させると、折り返し部２３と連結部２４の接続部の周辺、すなわち内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍には連結部１４の曲がり変形による曲げ応力が発生する。圧電膜除去領域８０内に圧電膜２０が形成された場合には、この曲げ応力が圧電膜除去領域８０内の圧電膜２０に大きく掛る。よって曲率変化点１２Ｃとその近傍に圧電膜２０を形成しない圧電膜除去領域８０を設けることで、大きな曲げ応力が圧電膜２０に掛かることを防ぐことができる。
【００６１】
圧電膜２０を除去したことにより、圧電膜除去領域８０内にある上部電極２１と下部電極１９が接触し、ショートしてしまう可能性がある。そこで、圧電膜２０を除去した圧電膜除去領域８０内に絶縁体２９を設けることで、上部電極２１と下部電極１９のショートを回避することができる。絶縁体２９の材料や好ましい実施形態については既に上述したとおりである。
【００６２】
なお、本実施の形態２において、折り返し部２３の内周が曲率を有しているが、折り返し部２３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、折り返し部２３の外周は図７に示すＹ軸に平行な直線形状であってもよい。この場合にも、原点から折り返し部２３の外周までの距離をＲとして、圧電膜除去領域８０の少なくとも一部は式５または式６で表される範囲に含まれることが望ましい。
【００６４】
実施の形態２では、複数の折り返し部２３の内周のそれぞれの中点２３Ｍとその近傍において圧電膜２０を除去する領域を設けた場合と、複数の折り返し形状のそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍において圧電膜２０を除去する領域を設けた場合とについて別々に説明したが、両方の領域を設けてもよい。
【００６５】
また、上部電極除去領域７０または上部電極除去領域８０を設ける場合には、全ての中点２３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃに設ける必要はなく、複数の中点２３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃうちの一部に設けてもよい。
【００６６】
実施の形態２では、圧電膜除去領域７０または圧電膜除去領域８０を設けることによって圧電膜２０の一部を除去するので、従来の圧電膜２０を除去しない場合の構造と比べて、振動梁１２に伝播する力が小さくなる。そのため、圧電アクチュエータ３７の駆動効率が低下してしまう。しかし、上部電極２１を圧電膜２０の上部全面に設けている場合には、圧電膜２０から大きな応力が上部電極２１に掛かり、ストレスマイグレーションが発生して上部電極２１が断線し駆動不能となる。よって、大きな応力が掛かる領域の圧電膜２０を除去し、絶縁体２９の上部に上部電極２１を設けることは非常に効果的である。
【００６７】
また、ミアンダ型振動子３０は、実施の形態１と同様に図５に示す光学反射素子に利用することができる。
【００６８】
なお、圧電膜除去領域７０、８０は圧電膜２０を形成した後に圧電膜２０を除去して設けられることに限定されず、圧電膜２０を形成する際に圧電膜２０を形成しない圧電膜不形成領域として形成してもよい。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、および実施の形態２と同一の構成については同一符号を付して説明する。
【００７０】
図８は実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０の、隣り合う連結部３４に対して一つ置きに圧電膜２０が設けられた構造を説明する拡大斜視図である。
【００７１】
実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０は、図１に示す実施の形態１のミアンダ型振動子１０の複数の折り返し部１３と複数の連結部１４と圧電アクチュエータ１７の替わりに、複数の折り返し部３３と複数の連結部３４と圧電アクチュエータ４７を有する。すなわち、実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０は、複数の折り返し部１３または複数の連結部１４において上部電極が存在しない領域を有するが、実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０は、複数の連結部３４の１つおきに圧電膜が存在しない領域を有する。実施の形態１と同様である基本的な構成と圧電アクチュエータ４７の駆動原理については、その説明を省略する。ミアンダ型振動子４０には、複数の連結部３４の一つおきに圧電膜２０膜が設けられている。すなわち、複数の連結部３４の一つおきに圧電膜２０膜が除去されている。
【００７２】
図８を用いて、隣り合う連結部３４に対して一つ置きに圧電膜２０が設けられた構造に関して詳細を説明する。
【００７３】
図８において振動梁１２は、曲率を有する複数の折り返し部３３と、複数の折り返し部３３を連結する複数の連結部３４から構成されている。複数の連結部３４は振動梁１２の図８に示す点線１２Ｌで挟まれた、振動梁１２の直線状の部位である。
【００７４】
なお、実施の形態１における折り返し部３３は、曲率を有しているが、例えば図１Ｃのように、並列する連結部３４の端部を図１Ａに示すＹ軸と平行な直線で接続してもよい。
【００７５】
圧電膜２０は、折り返し部３３を挟んで平行に設けられた隣り合う連結部３４に対して一つ置きに配置された構成となっている。このような構成において複数の連結部３４のそれぞれの変位量を重畳させる場合は、複数の連結部３４に対して一つ置きに同位相の電圧を印加すればよい。この場合、圧電膜２０の分極方向は、全て同一方向にしておくことが望ましい。
【００７６】
実施の形態３において、圧電膜２０が配置される連結部３４の構成は、その連結部３４の上部全面に圧電膜２０が設けられる構成とし、折り返し部３３の構成については、実施の形態１または実施の形態２のうち少なくともいずれか一つの構成であることが望ましい。
【００７７】
圧電アクチュエータ４７が駆動されると、折り返し部３３の中点３３Ｍとその近傍にはネジレ応力が発生する。折り返し部３３と連結部３４との接続部、すなわちミアンダ形状の内周１２Ａや外周１２Ｂの曲率変化点１２Ｃとその近傍には、曲げ応力が発生する。このネジレ応力や曲げ応力が、圧電膜２０の上部に設けられる上部電極２１に大きく掛かるので、折り返し部３３の構成については、実施の形態１、または実施の形態２のうち少なくともいずれか一つの構成であることが望ましい。
【００７８】
折り返し部３３と同様に、圧電アクチュエータ４７の曲げ応力によって連結部３４上に形成された上部電極２１には応力がかかり、ストレスマイグレーションが発生する。これによって上部電極２１が断線し、駆動不能となる。
【００７９】
実施の形態３において、平行に設けられた隣り合う複数の連結部３４に対して、圧電膜２０を一つ置きに設けている。すなわち、平行に設けられた隣り合う複数の連結部３４に対して、圧電膜２０を一つ置きに除去した圧電膜除去領域９０を設けている。圧電膜２０が除去された圧電膜除去領域９０においては、上部電極２１と下部電極１９が接触し、ショートしてしまう可能性がある。そこで、圧電膜除去領域９０に絶縁体２９を設けることで、上部電極２１と下部電極１９のショートを回避することができる。
【００８０】
絶縁体２９の材料と特性については実施の形態２と同様である。絶縁体２９を設ける領域については、圧電膜除去領域９０全体に設けてもよいが、ネジレ応力からの影響を小さくするためには、可能な限り折り返し部３３の外周側に設けることが望ましい。特に、酸化膜などの材料を用いる場合には、酸化膜自体の膜応力が高いため、可能な限り折り返し部３３の外周側に設けることが望ましい。
【００８１】
なお、折り返し部３３の外周はＹ軸に平行な直線形状であってもよい。
【００８２】
また、ミアンダ型振動子４０は、実施の形態１と同様に図５に示す構成にすることにより、光学反射素子１００に利用することができる。この場合、ミラー部２８および可動枠２６に隣り合う連結部３４の上部には、圧電膜２０を設けることが望ましい。ミラー部２８および可動枠２６に隣り合う連結部３４に、圧電膜２０を設けない場合、圧電アクチュエータ４７の駆動効率の低下が著しいためである。
【００８３】
なお実施の形態３においては、連結部３４上に圧電膜除去領域９０を設けることによって連結部３４上の上部電極２１のストレスマイグレーションを抑制しているが、この構成に限られない。
【００８４】
例えば連結部３４上において上部電極２１を除去する領域を設けても、圧電膜除去領域９０を設けた場合と同様に上部電極２１のストレスマイグレーションを抑制することができる。また、例えば、連結部３４上において圧電膜除去領域９０と上部電極２１を除去する領域とを共に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
ミアンダ型振動子は、上部電極が断線せず大変位可能な光学反射素子を提供でき、小型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイに利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０，３０，４０    ミアンダ型振動子
１，１１    固定部
１２    振動梁
３，１３，２３，３３    折り返し部
４，１４，２４，３４    連結部
１５    シリコン基板
５，１７，３７，４７    圧電アクチュエータ
１８    絶縁膜
１９    下部電極
２０    圧電膜
２１    上部電極
２２    固定枠
２５ａ，２５ｂ    第１振動部
２６    可動枠
２７ａ，２７ｂ    第２振動部
２８    ミラー部
２９    絶縁体
５０，６０    上部電極除去領域
７０，８０，９０    圧電膜除去領域
ｒ    内周半径
Ｒ    外周半径
【図１Ａ】
2012111332.tif 000003
【図１Ｂ】
2012111332.tif 000004
【図１Ｃ】
2012111332.tif 000005
【図１Ｄ】
2012111332.tif 000006
【図２】
2012111332.tif 000007
【図３】
2012111332.tif 000008
【図４】
2012111332.tif 000009
【図５】
2012111332.tif 000010
【図６】
2012111332.tif 000011
【図７】
2012111332.tif 000012
【図８】
2012111332.tif 000013
【図９】
2012111332.tif 000014
【図１０】
2012111332.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成24年7月11日(2012.7.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の折り返し部と、
前記複数の折り返し部と交互に配置され前記複数の折り返し部に連結される複数の連結部と、
を有し、連続している複数の折り返し形状から成るミアンダ形状の振動梁と、
前記振動梁上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
を有する圧電アクチュエータと、
を備え、
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または前記複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に前記上部電極が存在しない不存在領域が設けられた、
ミアンダ型振動子。
【請求項２】
前記折り返し部のそれぞれの外周の近傍に前記上部電極が形成された形成領域が設けられた、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項３】
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周は一定の曲率を有し、
前記複数の連結部は直線形状を有し、
前記複数の折り返し部と前記複数の連結部とがそれぞれ前記曲率変化点で接続されている、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項４】
前記複数の連結部と前記複数の折り返し部はそれぞれ直角を成して接続されている、
請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項５】
複数の折り返し部と、
前記複数の折り返し部と交互に配置されて前記複数の折り返し部に連結される複数の連結部と、
を有し、連続した複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状の振動梁と、
前記振動梁上に設けられた下部電極と、
前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられた上部電極と、
を有する圧電アクチュエータと、
を備え、
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または前記複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に前記圧電膜が存在しない不存在領域が設けられた、
ミアンダ型振動子。
【請求項６】
前記不存在領域において前記上部電極が存在しない、
請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項７】
前記複数の折り返し部のそれぞれの外周の近傍に前記圧電膜が形成された形成領域が設けられた、
請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項８】
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周は曲率を有し、
前記複数の連結部は直線形状を有し、
前記複数の折り返し部と前記複数の連結部とが前記曲率変化点でそれぞれ接続されている、
請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項９】
前記複数の連結部と前記複数の折り返し部はそれぞれ直角を成して接続されている、
請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項１０】
前記複数の連結部の一つおきに前記圧電膜が存在しない領域が設けられている、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のミアンダ型振動子。
【請求項１１】
請求項１０に記載のミアンダ型振動子と、
前記ミアンダ型振動子の一端が接続された固定部と、
前記ミアンダ型振動子によって回動するミラー部と、
を備えた、
光学反射素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のミアンダ型振動子と、
前記ミアンダ型振動子の一端が接続された固定部と、
前記ミアンダ型振動子によって回動するミラー部と、
を備えた、
光学反射素子。
【手続補正書】
【提出日】平成25年6月20日(2013.6.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種圧電アクチュエータや光学反射素子に用いられるミアンダ型振動子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固定部に接続、支持された梁を複数回折り返した、いわゆるミアンダ形状の圧電アクチュエータが知られている。図９は従来の圧電アクチュエータ５の斜視図である。図９において圧電アクチュエータ５はミアンダ形状であり、複数の折り返し部３と、その複数の折り返し部３を連結した複数の連結部４とから構成される梁の上部に形成されている。圧電アクチュエータ５は、絶縁膜と、下部電極と、圧電膜と、上部電極とを有する。下部電極は絶縁膜の上部に設けられている。圧電膜は下部電極の上部に設けられている。上部電極は圧電膜の上部に設けられている。複数の上部電極に互いに逆位相となるように電圧を印加することによって複数の圧電体層が駆動する。
【０００３】
図１０は従来の圧電アクチュエータ５の動作を説明する斜視図である。図１０に示すように、複数の圧電体層が駆動し、連結部４をそれぞれ矢印方向に変位させて複数の連結部４を反らせる。圧電アクチュエータ５は、複数の連結部４の変位量がそれぞれ加算されることによってミアンダ形状の一端の大変位を実現する。このような変位を利用したものとしては、例えばレーザー光を走査する光学反射素子などがある。
【０００４】
このような従来の圧電アクチュエータを開示するものとして、例えば、特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−０４０２４０号公報
【発明の概要】
【０００６】
ミアンダ型振動子は、振動梁と、その振動梁上に設けられた圧電アクチュエータとを備える。振動梁は、複数の折り返し部と、複数の連結部とを有し、連続した複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状である。すなわち、複数の折り返し部と複数の連結部とが交互に配置されてミアンダ形状を成している。圧電アクチュエータは、振動梁上に設けられた下部電極と、下部電極上に設けられた圧電膜と、圧電膜上に設けられた上部電極とを有する。複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に圧電膜が存在しない不存在領域が設けられている。
【０００７】
このミアンダ型振動子は大変位を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは実施の形態１におけるミアンダ型振動子の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは実施の形態１における振動梁の部分上面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは実施の形態１の変形例である振動梁の部分上面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは実施の形態１の他の変形例である振動梁の部分上面図である。
【図２】図２は図１Ａに示すミアンダ型振動子の線２−２における断面図である。
【図３】図３は実施の形態１におけるミアンダ型振動子の、折り返し部の内周の中点とその近傍の上部電極を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図４】図４は実施の形態１におけるミアンダ型振動子の折り返し形状の内周の曲率変化点とその近傍の上部電極を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図５】図５は実施の形態１におけるミアンダ型振動子を用いた光学反射素子の斜視図である。
【図６】図６は実施の形態２におけるミアンダ型振動子の、折り返し部の内周の中点とその近傍の圧電膜を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図７】図７は実施の形態２におけるミアンダ型振動子の折り返し形状の内周の曲率変化点とその近傍の圧電膜を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【図８】図８は実施の形態３におけるミアンダ型振動子の、隣り合う連結部に対して一つ置きに圧電膜が設けられた構造を説明する拡大斜視図である。
【図９】図９は従来の圧電アクチュエータの斜視図である。
【図１０】図１０は従来の圧電アクチュエータの動作を説明する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０について、図面を用いて説明する。
【００１０】
図１Ａは実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０の斜視図である。実施の形態１において、ミアンダ形状が進行する方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸方向に直交する方向をＸ軸方向とする。ミアンダ型振動子１０は固定部１１にその一端が接続、支持されている。ミアンダ型振動子１０は、連続している複数の折り返し形状から実質的に成るミアンダ形状の振動梁１２と、圧電アクチュエータ１７とを有する。圧電アクチュエータ１７はミアンダ形状に振動梁１２上に設けられている。振動梁１２は複数の折り返し部１３と複数の連結部１４とから一体に構成されている。複数の連結部１４は複数の折り返し部１３と交互に配置され、複数の折り返し部１３を連結している。すなわち、折り返し部１３と、折り返し部１３に隣り合う複数の連結部１４とで折り返し形状をなしている。連結部１４は振動梁１２の図１Ａに示す点線１２Ｌで挟まれた、振動梁１２の直線状の部位である。複数の連結部１４は、それぞれ複数の折り返し部１３を挟んで平行に設けられ、互いに隣り合うように配置されている。
【００１１】
図１Ｂは実施の形態１における振動梁１２の上面図である。図１Ｂにおいて、ミアンダ形状を構成する複数の折り返し形状はそれぞれ内周１２Ａと外周１２Ｂを有する。複数の曲率変化点１２Ｃはそれぞれ折り返し形状の内周１２Ａの曲率が変化する点であり、折り返し部１３と連結部１４とが曲率変化点１２Ｃでそれぞれ接続されている。
【００１２】
複数の折り返し部１３のそれぞれの内周は一定の曲率を有する。連結部１４は直線状であるので、折り返し部１３と連結部１４の境界を示す点線１２Ｌは曲率変化点１２Ｃと一致する。また複数の折り返し部１３のそれぞれの内周は中点１３Ｍを有する。
【００１３】
なお実施の形態１において、折り返し部１３の内周は一定の曲率を有しているがこの構成に限られない。すなわち折り返し部１３の内周は一定の曲率を有していなくてもよく、例えば並列する連結部１４の端部を、図１Ａに示すＹ軸と平行な直線で接続してもよい。また、実施の形態１において連結部１４は直線状であるがこの構成に限られず、湾曲した形状でもよい。
【００１４】
図１Ｃは実施の形態１の変形例である振動梁１１２の部分上面図である。図１Ｃにおいて、変形例である振動梁１１２は複数の折り返し部１１３と、連結部１１４とを有する。折り返し部１１３と、折り返し部１１３と隣り合う連結部１１４とは折り返し形状を成している。折り返し形状の内周はそれぞれ曲率変化点１１２Ｃを有する。折り返し部１１３と連結部１１４との境界である点線１１２Ｌは曲率変化点１１２Ｃと一致する。なお、折り返し部１１３は図１Ｃの曲率変化点１１２Ｃ以外に複数の曲率変化点を有する形状であってもよく、その場合、点線１１２Ｌはいずれの曲率変化点と一致していてもよい。
【００１５】
図１Ｄは実施の形態１の他の変形例である振動梁１１２の部分上面図である。図１Ｄに示されるように、折り返し形状の角の内周または外周はＲ（ｒｏｕｎｄ）形状でなくてもよく、連結部１１４と折り返し部１１３が直角を成していてもよい。図１Ｄにおいて、他の変形例である振動梁１１２は複数の折り返し部１１３と、複数の折り返し部１１３と隣り合う複数の連結部１１４とを有する。折り返し部１１３と、折り返し部１１３と隣り合う連結部１１４とは折り返し形状をなし、それぞれ直角に接続されている。すなわち折り返し形状は０から無限大に変化する曲率変化点１１２Ｃを有している。
【００１６】
以上のような構成であっても本発明を実施することができる。以降では、図１Ｂに示す振動梁１２の形状に代表させて説明する。
【００１７】
次に、ミアンダ型振動子１０を駆動する圧電アクチュエータ１７の構成に関して詳細を説明する。
【００１８】
図２は図１Ａに示すミアンダ型振動子１０の線２−２における断面図である。振動梁１２は、シリコン基板１５とシリコン基板１５上に形成された絶縁膜１８を有する。絶縁膜１８は、例えばシリコン酸化膜などの酸化皮膜で形成される。圧電アクチュエータ１７は絶縁膜１８上に設けられ、ミアンダ型振動子１０はそれぞれ共通のシリコン基板１５を最下層とする。すなわち、シリコン基板１５上に絶縁膜１８が形成され、この絶縁膜１８上に圧電アクチュエータ１７が設けられている。
【００１９】
圧電アクチュエータ１７は、絶縁膜１８上に設けられた下部電極１９と、下部電極１９上に積層された圧電膜２０と、圧電膜２０上に共通に積層された上部電極２１とを有する。下部電極１９と上部電極２１はそれぞれ白金または金などの導体で形成される。圧電膜２０はチタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒx，Ｔｉ1‐x）Ｏ3で、ｘ＝０．５２５）等の圧電材料で形成される。これら下部電極１９と上部電極２１と圧電膜２０とは蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法などによって薄膜化することができる。
【００２０】
下部電極１９および上部電極２１に所定の電位差を与えると、圧電膜２０に所定の電界がかかり、逆圧電効果により圧電膜２０は振動梁１２の上面に対して平行に伸縮動作を起こす。この伸縮動作が圧電アクチュエータ１７の上下振動を生じさせ、それにともなって振動梁１２も上下振動する。これによって複数の連結部１４がそれぞれ変位し、これらの変位量が重畳される。その結果、固定部１１に接続、支持されている振動梁１２の一端に対して、接続、支持されていない振動梁１２の他端が大きく変位する。
【００２１】
なお、連結部１４の幅に余裕がある場合は、複数の連結部１４に正位相と負位相の電圧を印加する上部電極２１を交互に設ければよい。また連結部１４の幅が狭い場合は、圧電膜２０の分極方向を交互に反転させることにより、共通の上部電極２１で複数の連結部１４をそれぞれ逆方向に変位させることで、その変位が重畳され大変位が可能となる。実施の形態１の圧電アクチュエータ１７は上記のどちらの構成としてもよい。
【００２２】
従来のミアンダ型振動子においては、圧電アクチュエータ５の変位を増大させるためには、圧電体に大きな電圧を印加し、ミアンダ形状の連結部の屈曲変位を重畳させる必要がある。その際、振動梁１２に掛かる大きな応力が原因となり、圧電膜上部全面にある電極がストレスマイグレーションを起こし、断線するという課題があった。
【００２３】
特に、連結部の上下振動等によって折り返し部の内周の中点近傍にネジレ応力が掛かり、連結部の曲がり変形等によって曲率変化点近傍に曲げ応力が掛かる。そのため、折り返し部の内周の中点近傍または曲率変化点近傍に設けられた圧電膜または電極には特に大きな応力が掛かることで、ストレスマイグレーションを起こし、断線するという課題があった。
【００２４】
実施の形態１のミアンダ型振動子１０には、複数の折り返し部１３のそれぞれの内周の中点１３Ｍとその近傍、または折り返し形状のそれぞれの内周１２Ａの曲率が変化する曲率変化点１２Ｃとその近傍の少なくとも一方に、上部電極２１が存在しない不存在領域が設けられている。
【００２５】
次に、上部電極２１が存在しない不存在領域が設けられたミアンダ型振動子１０の構成について説明する。なお、実施の形態１において上部電極２１が存在しない不存在領域を上部電極除去領域とする。
【００２６】
図３は実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０の、折り返し部１３の内周の中点１３Ｍとその近傍の上部電極２１を除去した構造を説明する拡大斜視図である。図３を用いて、複数の折り返し部１３の内周のそれぞれの中点１３Ｍとその近傍における上部電極２１の除去に関して詳細を説明する。
【００２７】
図３において、ミアンダ型振動子１０は複数の折り返し部１３の内周のそれぞれの中点１３Ｍとその近傍に、上部電極２１が除去された上部電極除去領域５０が設けられている。図３に示すように、実施の形態１において、折り返し部１３の内周の曲率中心をＸ軸、Ｙ軸で張られる平面の原点とする。半径ｒは折り返し部１３の内周半径であり、半径Ｒは折り返し部１３の外周半径である。点（ｒ，０）を折り返し部１３の内周上の中点１３Ｍとする。上部電極除去領域５０の少なくとも一部は図３に示すＸＹ平面において、
０＜Ｘ≦ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２
−ｒ≦Ｙ≦ｒ                                  （式１）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００２８】
圧電アクチュエータ１７を駆動しミアンダ型振動子１０を振動させると、折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍にはネジレ応力が発生する。上部電極除去領域５０内に上部電極２１が形成された場合には、このネジレ応力が上部電極除去領域５０内の上部電極２１にも大きく掛かる。よって折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍に上部電極２１を形成しない上部電極除去領域５０を設けることで、大きなネジレ応力が上部電極２１に掛かることを防ぐことができる。これにより、折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍における上部電極２１が断線することがなくなる。
【００２９】
なお、本実施の形態１において、折り返し部１３の内周は曲率を有しているが、折り返し部１３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００３０】
また、折り返し部１３の外周を図３に示すＹ軸に平行な直線形状としてもよい。この場合でも原点から折り返し部１３の外周までの距離をＲとして、上部電極除去領域５０の少なくとも一部は式１で表される領域に含まれることが望ましい。
【００３１】
図４は実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０の、複数の折り返し形状のそれぞれの内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍の上部電極２１を除去した構造を説明する拡大斜視図である。図４を用いて複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍における上部電極２１の除去に関して詳細を説明する。
【００３２】
図４において、ミアンダ型振動子１０は複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍に、上部電極２１が除去された上部電極除去領域６０が設けられている。図３と同様に、折り返し部１３の曲率中心を原点、折り返し部１３の内周半径をｒ、折り返し部１３の外周半径をＲとする。さらに原点からの回転角をθ、連結部１４の長さをＬとする。上部電極除去領域６０内の少なくとも１つの点（Ｘ，Ｙ）は、
−Ｌ／２≦Ｘ≦｛ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２｝・ｓｉｎθ
（０≦θ≦π／４）
ｒ≦Ｙ≦ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２                        （式２）
または、
−Ｌ／２≦Ｘ≦｛ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２｝・ｓｉｎθ
（３π／４≦θ≦π）
−ｒ−（Ｒ−ｒ）／２≦Ｙ≦−ｒ                    （式３）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００３３】
圧電アクチュエータ１７を駆動しミアンダ型振動子１０を振動させると、折り返し部１３と連結部１４の接続部の周辺、すなわち内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍には連結部１４の曲がり変形による曲げ応力が発生する。上部電極除去領域６０内に上部電極２１が形成された場合には、この曲げ応力が上部電極除去領域６０内の上部電極２１に大きく掛かる。よって曲率変化点１２Ｃとその近傍に上部電極２１を形成しない上部電極除去領域６０を設けることで、大きな曲げ応力が上部電極２１に掛かることを防ぐことができる。これにより、内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍における上部電極２１が断線することがなくなる。
【００３４】
なお、本実施の形態１において、折り返し部１３の内周は曲率を有しているが、折り返し部１３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００３５】
また、折り返し部１３の外周は図４に示すＹ軸に平行な直線形状であってもよい。この場合でも原点から折り返し部１３の外周までの距離をＲとして、上部電極除去領域６０の少なくとも一部は式２または式３で表される領域に含まれることが望ましい。
【００３６】
実施の形態１では、複数の折り返し部１３の内周のそれぞれの中点１３Ｍとその近傍において上部電極２１を除去する領域を設けた場合と、複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍において上部電極２１を除去する領域を設けた場合とを別々に説明したが、両方の領域を設けてもよい。
【００３７】
また、上部電極除去領域５０または上部電極除去領域６０を設ける場合には、全ての中点１３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃに設ける必要はなく、複数の中点１３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃうちの一部に設けてもよい。
【００３８】
また、折り返し部１３に上部電極除去領域５０、６０を設けた場合には、折り返し部１３おいて上部電極２１は、外周１２Ｂのより近傍に設けられることが望ましい。
【００３９】
実施の形態１では、上部電極除去領域５０または上部電極除去領域６０を設けることによって上部電極２１の一部を除去するので、従来の上部電極２１を除去しない場合の構造と比べて電極面積が小さくなる。つまり、圧電膜２０に掛かる電界の総和が小さくなるので、圧電アクチュエータ１７の駆動効率が低下してしまう。しかし、上部電極２１を圧電膜２０の上部全面に設けている場合には、大きな応力が上部電極２１に掛かり、ストレスマイグレーションが発生して上部電極２１が断線し駆動不能となる。よって、特に大きな応力が掛かる折り返し部１３の中点１３Ｍとその近傍、または折り返し形状の曲率変化点１２Ｃとその近傍の上部電極２１を除去することは非常に効果的である。
【００４０】
図５は実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０を用いた光学反射素子１００である。図５において光学反射素子１００は、固定枠２２と、一対の第１振動部２５ａ、２５ｂと、回動可能な可動枠２６と、一対の第２振動部２７ａ、２７ｂと、回動可能なミラー部２８とを有する。固定枠２２の内側に一対の第１振動部２５ａ、２５ｂの一端がそれぞれ接続されている。可動枠２６は一対の第１振動部２５ａ、２５ｂのそれぞれの他端と回動可能に接続、支持されている。一対の第２振動部２７ａ、２７ｂは一端が可動枠２６の内側にそれぞれ接続されている。一対の第１振動部２５ａ、２５ｂと一対の第２振動部２７ａ、２７ｂとはそれぞれの回動軸が互いに略直交するように配設されている。ミラー部２８は一対の第２振動部２７ａ、２７ｂのそれぞれの他端と回動可能に接続、支持されている。このような光学反射素子１００において、一対の第１振動部２５ａ、２５ｂまたは一対の第２振動部２７ａ、２７ｂにミアンダ型振動子１０を利用することができる。
【００４１】
図５において、軸Ｓ１はミラー部２８の略中心を通り、一対の第１振動部２５ａ、２５ｂに沿う軸であり、軸Ｓ２はミラー部２８の略中心を通り、一対の第２振動部２７ａ、２７ｂに沿う軸である。可動枠２６はＳ２軸周りに回動し、ミラー部２８はＳ１軸周りに回動する。光学反射素子１００は可動枠２６とミラー部２８を回動させることで、ミラー部２８に照射、反射された光束（光点）を軸Ｓ１、軸Ｓ２方向に走査して、スクリーン上に画像を投影することができる。
【００４２】
なお、上部電極除去領域５０、６０は上部電極２１を形成した後に上部電極２１を除去して設けられることに限定されず、上部電極２１を形成する際に上部電極２１を形成しない上部電極不形成領域として形成してもよい。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１と同一の構成については同一符号を付して説明する。
【００４４】
図６は実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０の、折り返し部２３の内周の中点２３Ｍとその近傍の圧電膜２０を除去した構造を説明する拡大斜視図である。
【００４５】
実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０は、図１に示す実施の形態１のミアンダ型振動子１０の複数の折り返し部１３と複数の連結部１４と圧電アクチュエータ１７の替わりに、複数の折り返し部２３と複数の連結部２４と圧電アクチュエータ３７を有する。すなわち、実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０は、複数の折り返し部１３または複数の連結部１４において上部電極が存在しない領域を有するが、実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０は、複数の折り返し部２３または複数の連結部２４において圧電膜が存在しない領域を有する。実施の形態１と同様である基本的な構成と圧電アクチュエータ３７の駆動原理については、その説明を省略する。
【００４６】
ミアンダ型振動子３０には、複数の折り返し部２３のそれぞれの内周の中点２３Ｍとその近傍または折り返し形状のそれぞれの内周１２Ａの曲率が変化する曲率変化点１２Ｃとその近傍の少なくとも一方に、圧電膜２０が存在しない不存在領域が設けられている。なお、実施の形態２において圧電膜２０が存在しない不存在領域を圧電膜除去領域とする。
【００４７】
図６を用いて、複数の折り返し部２３の内周のそれぞれの中点２３Ｍとその近傍における圧電膜２０の除去に関して詳細を説明する。
【００４８】
振動梁は、曲率を有する複数の折り返し部２３と、複数の折り返し部２３を連結する複数の連結部２４から構成されている。
【００４９】
なお、本実施の形態における折り返し部２３は、曲率を有しているが、例えば並列する連結部２４の端部を、図６に示すＹ軸と平行な直線で接続してもよい。
【００５０】
図６において、折り返し部２３の曲率中心をＸ軸とＹ軸で張られる平面の原点とし、折り返し部２３の内周半径をｒ、折り返し部２３の外周半径をＲとする。点（ｒ、０）を折り返し部２３の内周の中点２３Ｍとする。圧電膜２０が除去される圧電膜除去領域７０の少なくとも１つの点（Ｘ，Ｙ）は、
０＜Ｘ≦Ｒ
−ｒ≦Ｙ≦ｒ                                （式４）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００５１】
圧電アクチュエータ３７を駆動しミアンダ型振動子３０を振動させると、折り返し部２３の中点２３Ｍとその近傍にはネジレ応力が発生する。圧電膜除去領域７０内に圧電膜２０が形成された場合には、このネジレ応力が圧電膜除去領域７０内の圧電膜２０にも大きく掛かる。よって折り返し部２３の中点２３Ｍとその近傍に圧電膜２０を形成しない圧電膜除去領域７０を設けることで、大きなネジレ応力が圧電膜２０に大きく掛かることを防ぐことができる。
【００５２】
圧電膜２０を除去したことにより、圧電膜除去領域７０内にある上部電極２１と下部電極１９が接触しショートしてしまう可能性がある。そこで、圧電膜除去領域７０内に絶縁体２９を設けて上部電極２１を絶縁体２９の上面に形成することで、上部電極２１と下部電極１９とがショートすることを回避することができる。
【００５３】
絶縁体２９は樹脂や酸化膜などの絶縁材料からなる。絶縁体２９は蒸着、ゾルゲル、ＣＶＤ、スパッタ法などによって薄膜化することができる。
【００５４】
樹脂は圧電膜２０の剛性より小さいため、絶縁体２９の材料を樹脂にすると、振動板であるシリコン基板１５のネジレ変形により生じる応力を緩和することができる。これによって絶縁体２９の上部にある上部電極２１が受ける応力を小さくすることができ、結果として上部電極２１のストレスマイグレーションを抑制することができるため効果的である。
【００５５】
また、絶縁体２９を設ける領域については、圧電膜除去領域７０全体に設けてもよいが、ネジレ応力の絶縁体２９への影響を小さくするためには、可能な限り折り返し部２３の外周側に設けることが望ましい。特に、絶縁体２９の材料に酸化膜などを用いる場合には、酸化膜自体の膜応力が高いため、可能な限り折り返し部２３の外周側に設けることが望ましい。
【００５６】
なお、実施の形態２において、折り返し部２３の内周が曲率を有しているが、折り返し部２３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００５７】
なお、折り返し部２３の外周はＹ軸に平行な直線形状であってもよい。この場合にも、原点から折り返し部２３の外周までの距離をＲとして、圧電膜２０が除去される圧電膜除去領域７０の少なくとも一部は式４で表される範囲に含まれることが望ましい。
【００５８】
図７は、実施の形態２におけるミアンダ型振動子３０の折り返し形状の内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍の圧電膜２０を除去した構造を説明する拡大斜視図である。図７を用いて複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍における圧電膜２０の除去に関して詳細を説明する。
【００５９】
図７において、ミアンダ型振動子３０は複数の折り返し形状の内周１２Ａのそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍に、圧電膜２０が除去された圧電膜除去領域８０が設けられている。図６と同様に、折り返し部２３の曲率中心を原点、折り返し部２３の内周半径をｒ、折り返し部２３の外周半径をＲとする。さらに原点からの回転角をθ、連結部２４の長さをＬとする。圧電膜除去領域８０内の少なくとも１つの点（Ｘ，Ｙ）は
−Ｌ＜Ｘ≦Ｒ・Ｓｉｎθ
（０≦θ≦π／４）
ｒ≦Ｙ≦ｒ＋（Ｒ−ｒ）／２                        （式５）
または、
−Ｌ＜Ｘ≦Ｒ・Ｓｉｎθ
（３π／４≦θ≦π）
−ｒ−（Ｒ−ｒ）／２≦Ｙ≦−ｒ                    （式６）
で表される領域に含まれることが望ましい。
【００６０】
圧電アクチュエータ３７を駆動しミアンダ型振動子３０を振動させると、折り返し部２３と連結部２４の接続部の周辺、すなわち内周１２Ａの曲率変化点１２Ｃとその近傍には連結部２４の曲がり変形による曲げ応力が発生する。圧電膜除去領域８０内に圧電膜２０が形成された場合には、この曲げ応力が圧電膜除去領域８０内の圧電膜２０に大きく掛る。よって曲率変化点１２Ｃとその近傍に圧電膜２０を形成しない圧電膜除去領域８０を設けることで、大きな曲げ応力が圧電膜２０に掛かることを防ぐことができる。
【００６１】
圧電膜２０を除去したことにより、圧電膜除去領域８０内にある上部電極２１と下部電極１９が接触し、ショートしてしまう可能性がある。そこで、圧電膜２０を除去した圧電膜除去領域８０内に絶縁体２９を設けることで、上部電極２１と下部電極１９のショートを回避することができる。絶縁体２９の材料や好ましい実施形態については既に上述したとおりである。
【００６２】
なお、本実施の形態２において、折り返し部２３の内周が曲率を有しているが、折り返し部２３の内周は直線であっても同様の効果を得ることができる。
【００６３】
また、折り返し部２３の外周は図７に示すＹ軸に平行な直線形状であってもよい。この場合にも、原点から折り返し部２３の外周までの距離をＲとして、圧電膜除去領域８０の少なくとも一部は式５または式６で表される範囲に含まれることが望ましい。
【００６４】
実施の形態２では、複数の折り返し部２３の内周のそれぞれの中点２３Ｍとその近傍において圧電膜２０を除去する領域を設けた場合と、複数の折り返し形状のそれぞれの曲率変化点１２Ｃとその近傍において圧電膜２０を除去する領域を設けた場合とについて別々に説明したが、両方の領域を設けてもよい。
【００６５】
また、上部電極除去領域７０または上部電極除去領域８０を設ける場合には、全ての中点２３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃに設ける必要はなく、複数の中点２３Ｍまたは曲率変化点１２Ｃうちの一部に設けてもよい。
【００６６】
実施の形態２では、圧電膜除去領域７０または圧電膜除去領域８０を設けることによって圧電膜２０の一部を除去するので、従来の圧電膜２０を除去しない場合の構造と比べて、振動梁１２に伝播する力が小さくなる。そのため、圧電アクチュエータ３７の駆動効率が低下してしまう。しかし、上部電極２１を圧電膜２０の上部全面に設けている場合には、圧電膜２０から大きな応力が上部電極２１に掛かり、ストレスマイグレーションが発生して上部電極２１が断線し駆動不能となる。よって、大きな応力が掛かる領域の圧電膜２０を除去し、絶縁体２９の上部に上部電極２１を設けることは非常に効果的である。
【００６７】
また、ミアンダ型振動子３０は、実施の形態１と同様に図５に示す光学反射素子に利用することができる。
【００６８】
なお、圧電膜除去領域７０、８０は圧電膜２０を形成した後に圧電膜２０を除去して設けられることに限定されず、圧電膜２０を形成する際に圧電膜２０を形成しない圧電膜不形成領域として形成してもよい。
【００６９】
（実施の形態３）
実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０について、図面を用いて説明する。なお、実施の形態１、および実施の形態２と同一の構成については同一符号を付して説明する。
【００７０】
図８は実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０の、隣り合う連結部３４に対して一つ置きに圧電膜２０が設けられた構造を説明する拡大斜視図である。
【００７１】
実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０は、図１に示す実施の形態１のミアンダ型振動子１０の複数の折り返し部１３と複数の連結部１４と圧電アクチュエータ１７の替わりに、複数の折り返し部３３と複数の連結部３４と圧電アクチュエータ４７を有する。すなわち、実施の形態１におけるミアンダ型振動子１０は、複数の折り返し部１３または複数の連結部１４において上部電極が存在しない領域を有するが、実施の形態３におけるミアンダ型振動子４０は、複数の連結部３４の１つおきに圧電膜が存在しない領域を有する。実施の形態１と同様である基本的な構成と圧電アクチュエータ４７の駆動原理については、その説明を省略する。ミアンダ型振動子４０には、複数の連結部３４の一つおきに圧電膜２０膜が設けられている。すなわち、複数の連結部３４の一つおきに圧電膜２０膜が除去されている。
【００７２】
図８を用いて、隣り合う連結部３４に対して一つ置きに圧電膜２０が設けられた構造に関して詳細を説明する。
【００７３】
図８において振動梁１２は、曲率を有する複数の折り返し部３３と、複数の折り返し部３３を連結する複数の連結部３４から構成されている。複数の連結部３４は振動梁１２の図８に示す点線１２Ｌで挟まれた、振動梁１２の直線状の部位である。
【００７４】
なお、実施の形態３における折り返し部３３は、曲率を有しているが、例えば図１Ｃのように、並列する連結部３４の端部を図１Ａに示すＹ軸と平行な直線で接続してもよい。
【００７５】
圧電膜２０は、折り返し部３３を挟んで平行に設けられた隣り合う連結部３４に対して一つ置きに配置された構成となっている。このような構成において複数の連結部３４のそれぞれの変位量を重畳させる場合は、複数の連結部３４に対して一つ置きに同位相の電圧を印加すればよい。この場合、圧電膜２０の分極方向は、全て同一方向にしておくことが望ましい。
【００７６】
実施の形態３において、圧電膜２０が配置される連結部３４の構成は、その連結部３４の上部全面に圧電膜２０が設けられる構成とし、折り返し部３３の構成については、実施の形態１または実施の形態２のうち少なくともいずれか一つの構成であることが望ましい。
【００７７】
圧電アクチュエータ４７が駆動されると、折り返し部３３の中点３３Ｍとその近傍にはネジレ応力が発生する。折り返し部３３と連結部３４との接続部、すなわちミアンダ形状の内周１２Ａや外周１２Ｂの曲率変化点１２Ｃとその近傍には、曲げ応力が発生する。このネジレ応力や曲げ応力が、圧電膜２０の上部に設けられる上部電極２１に大きく掛かるので、折り返し部３３の構成については、実施の形態１、または実施の形態２のうち少なくともいずれか一つの構成であることが望ましい。
【００７８】
折り返し部３３と同様に、圧電アクチュエータ４７の曲げ応力によって連結部３４上に形成された上部電極２１には応力がかかり、ストレスマイグレーションが発生する。これによって上部電極２１が断線し、駆動不能となる。
【００７９】
実施の形態３において、平行に設けられた隣り合う複数の連結部３４に対して、圧電膜２０を一つ置きに設けている。すなわち、平行に設けられた隣り合う複数の連結部３４に対して、圧電膜２０を一つ置きに除去した圧電膜除去領域９０を設けている。圧電膜２０が除去された圧電膜除去領域９０においては、上部電極２１と下部電極１９が接触し、ショートしてしまう可能性がある。そこで、圧電膜除去領域９０に絶縁体２９を設けることで、上部電極２１と下部電極１９のショートを回避することができる。
【００８０】
絶縁体２９の材料と特性については実施の形態２と同様である。絶縁体２９を設ける領域については、圧電膜除去領域９０全体に設けてもよいが、ネジレ応力からの影響を小さくするためには、可能な限り折り返し部３３の外周側に設けることが望ましい。特に、酸化膜などの材料を用いる場合には、酸化膜自体の膜応力が高いため、可能な限り折り返し部３３の外周側に設けることが望ましい。
【００８１】
なお、折り返し部３３の外周はＹ軸に平行な直線形状であってもよい。
【００８２】
また、ミアンダ型振動子４０は、実施の形態１と同様に図５に示す構成にすることにより、光学反射素子１００に利用することができる。この場合、ミラー部２８および可動枠２６に隣り合う連結部３４の上部には、圧電膜２０を設けることが望ましい。ミラー部２８および可動枠２６に隣り合う連結部３４に、圧電膜２０を設けない場合、圧電アクチュエータ４７の駆動効率の低下が著しいためである。
【００８３】
なお実施の形態３においては、連結部３４上に圧電膜除去領域９０を設けることによって連結部３４上の上部電極２１のストレスマイグレーションを抑制しているが、この構成に限られない。
【００８４】
例えば連結部３４上において上部電極２１を除去する領域を設けても、圧電膜除去領域９０を設けた場合と同様に上部電極２１のストレスマイグレーションを抑制することができる。また、例えば、連結部３４上において圧電膜除去領域９０と上部電極２１を除去する領域とを共に設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
ミアンダ型振動子は、上部電極が断線せず大変位可能な光学反射素子を提供でき、小型プロジェクタやヘッドマウントディスプレイに利用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０、３０，４０  ミアンダ型振動子
１、１１  固定部
１２  振動梁
３、１３、２３、３３  折り返し部
４、１４、２４、３４  連結部
１５  シリコン基板
５、１７、３７、４７  圧電アクチュエータ
１８  絶縁膜
１９  下部電極
２０  圧電膜
２１  上部電極
２２  固定枠
２５ａ、２５ｂ  第１振動部
２６  可動枠
２７ａ、２７ｂ  第２振動部
２８  ミラー部
２９  絶縁体
５０、６０  上部電極除去領域
７０、８０、９０  圧電膜除去領域
ｒ  内周半径
Ｒ  外周半径
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の折り返し部と、前記複数の折り返し部と交互に配置され前記複数の折り返し部に連結される複数の連結部とを有し、連続した複数の折り返し形状から成るミアンダ形状の振動梁と、
前記振動梁上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、
前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有する圧電アクチュエータと、を備え、
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または前記複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に前記上部電極が存在しない不存在領域が設けられたミアンダ型振動子。
【請求項２】
前記複数の折り返し部のそれぞれの外周の近傍に前記上部電極が形成された形成領域が設けられた請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項３】
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周は曲率を有し、
前記複数の連結部は直線形状を有し、
前記複数の折り返し部と前記複数の連結部とがそれぞれ前記曲率変化点で接続されている請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項４】
前記複数の連結部と前記複数の折り返し部はそれぞれ直角を成して接続されている請求項１に記載のミアンダ型振動子。
【請求項５】
複数の折り返し部と、前記複数の折り返し部と交互に配置され前記複数の折り返し部に連結される複数の連結部とを有し、連続した複数の折り返し形状から成るミアンダ形状の振動梁と、
前記振動梁上に設けられた下部電極と、前記下部電極上に設けられた圧電膜と、前記圧電膜上に設けられた上部電極とを有する圧電アクチュエータと、を備え、
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周の中点とその近傍または前記複数の折り返し形状のそれぞれの内周の曲率が変化する曲率変化点とその近傍の少なくとも一方に前記圧電膜が存在しない不存在領域が設けられたミアンダ型振動子。
【請求項６】
前記不存在領域において前記上部電極が存在しない請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項７】
前記複数の折り返し部のそれぞれの外周の近傍に前記圧電膜が形成された形成領域が設けられた請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項８】
前記複数の折り返し部のそれぞれの内周は曲率を有し、
前記複数の連結部は直線形状を有し、
前記複数の折り返し部と前記複数の連結部とがそれぞれ前記曲率変化点で接続されている請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項９】
前記複数の連結部と前記複数の折り返し部はそれぞれ直角を成して接続されている請求項５に記載のミアンダ型振動子。
【請求項１０】
前記複数の連結部の一つおきに前記圧電膜が存在しない領域が設けられている請求項１から請求項９のいずれかに記載のミアンダ型振動子。
【請求項１１】
請求項１０に記載のミアンダ型振動子と、
前記ミアンダ型振動子の一端が接続された固定部と、
前記ミアンダ型振動子によって回動するミラー部と、を備えた光学反射素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のミアンダ型振動子と、
前記ミアンダ型振動子の一端が接続された固定部と、
前記ミアンダ型振動子によって回動するミラー部と、を備えた光学反射素子。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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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】
2012111332.tif 000025
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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