(57)【要約】【課題】温度変化や残留応力に起因する反りの影響を抑制することが可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】  支持部１６ａ、１６ｂにおいて基板上に支持され、支持部１６ａ、１６ｂから離間した一端を第１の可動端１２、支持部１６ａ、１６ｂに関して第１の可動端１２とは反対方向の他端を第２の可動端１４とする可動梁１０と、(ロ)  支持部１６ａ、１６ｂと第２の可動端１４の間において、可動梁１０に一端を接続され、他端を基板に固定された第１の駆動梁４４ａと、（ハ）支持部１６ａ、１６ｂと第１の可動端１２の間において、可動梁１０に一端を接続され、他端を基板に固定された第２の駆動梁４４ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部において基板上に支持され、前記支持部から離間した一端を第１の可動端、前記支持部に関して前記第１の可動端とは反対方向の他端を第２の可動端とする可動梁と、
前記支持部と前記第２の可動端において、前記可動梁に一端を接続され、他端を前記基板に固定された第１の駆動梁と、
前記支持部と前記第１の可動端の間において、前記可動梁に一端を接続され、他端を前記基板に固定された第２の駆動梁
とを備えることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１及び第２の駆動梁のそれぞれが、圧電膜と、前記圧電膜を挟む下部電極及び上部電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記可動梁における、前記第１又は第２の駆動梁の接続部分から前記支持部までの領域のばね定数が、前記第１又は第２の駆動梁のばね定数よりも３倍を越えて大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアクチュエータにおいて、前記可動梁の前記第１の可動端側に備えられた可動電極と、
前記可動電極と対向するように前記基板の上に配置された固定電極
とを備えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記可動梁における、前記第２の駆動梁の接続部分から前記可動電極の手前までの領域の実効的な幅が、前記第１又は第２の駆動梁の接続部分から前記支持部までの領域の幅より狭いことを特徴とする請求項４に記載のＭＥＭＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，圧電薄膜を用いた圧電駆動機構を有するアクチュエータに関し、特に圧電アクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術で作製されたアクチュエータを使用するバリアブルキャッパシタやマイクロスイッチ等の高周波（ＲＦ）ＭＥＭＳ装置が検討されている。ＭＥＭＳ技術を適用したバリアブルキャッパシタやマイクロスイッチは、基板上の空中で一端が支持されたアクチュエータの梁に設けられた可動電極、及びアクチュエータに対向する基板表面上に設けられた固定電極を備える。アクチュエータは、梁を静電力、熱応力、電磁力、圧電力等で駆動して屈曲変位させ、可動電極と固定電極の間の距離を変化させる。圧電アクチュエータを用いたバリアブルキャッパシタ及びマイクロスイッチが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。圧電薄膜を用いた圧電アクチュエータは、低電圧で駆動でき、なおかつ消費電力が小さいという利点をもつ。このため、圧電アクチュエータを有するＲＦ−ＭＥＭＳ装置は、携帯電話等のモバイル機器への搭載に適している。
【０００３】
圧電アクチュエータは、圧電膜を挟んで下部電極及び上部電極が積層された梁の構造を有している。下部及び上部電極間に電圧を印加して圧電膜を収縮あるいは伸張させると、梁に反りが生じる。梁の反りによる変位を利用することにより、バリアブルキャッパシタやマイクロスイッチとして動作させる。圧電アクチュエータを使用する場合は、意図した圧電膜の伸縮以外の要因で梁が反らないようにする必要がある。しかし、多層膜を有する梁の構造では、種々の要因で反りが生じる。例えば、多層膜のそれぞれの膜の熱膨張係数が異なるため、温度が変化した場合に梁が反る。また、多層膜のそれぞれの膜を成膜する際、成膜方法や各膜の材質に依存して、それぞれの膜には異なった応力が生じる。それぞれの膜の膜応力によるモーメントの総和がゼロでない場合、梁が反る。
【０００４】
熱膨張係数の違いによる梁の反りを防ぐには、熱膨張係数が積層方向で対称となるように膜を積層すればよい。しかし、ユニモルフ型の圧電アクチュエータの場合、圧電効果による反りを生じさせるために膜の種類や膜厚が積層方向で非対称となっている。したがって、熱膨張係数を上下対称にするのは困難である。
【０００５】
一方、残留応力による反りを減らすには、多層膜の応力によるモーメントの総和が所定の値以下になるよう、多層膜の構造、及びそれぞれの膜の膜厚を調整すればよい。また、成膜時の多層膜の膜厚ばらつきについても、考慮する必要がある。ＲＦ−ＭＥＭＳ装置で使用される典型的な圧電アクチュエータの場合、梁の長さは１００μｍ程度であり、圧電効果による変位量は数μｍである。このような寸法の圧電アクチュエータで、残留応力による反り量を０．１μｍ以下に抑えるには、膜厚ばらつきを１％以内にする必要がある。要求される膜厚ばらつき量は、通常の半導体製造工程で生じる膜厚ばらつき量よりも小さな値である。要求される膜厚ばらつき量を実現するためには、特殊な成膜装置や工程管理が必要となる。また、膜厚ばらつきだけでなく、反りに関係する他の要因、例えば、ヤング率や膜応力の値も制御する必要がある。このように、圧電アクチュエータ製造においては、多くの要因を制御しなければならず、最終製品のコストが増大する。
【特許文献１】特開２００４−６５８８号公報
【特許文献２】米国特許第６３５９３７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は，温度変化や残留応力に起因する反りの影響を抑制することが可能なアクチュエータ及びＭＥＭＳ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、（イ）支持部において基板上に支持され、支持部から離間した一端を第１の可動端、支持部に関して第１の可動端とは反対方向の他端を第２の可動端とする可動梁と、(ロ)  第２の可動端に一端を接続され、他端を基板に固定された第１の駆動梁と、（ハ）支持部と第１の可動端の間において、可動梁に一端を接続され、他端を基板に固定された第２の駆動梁とを備えることを特徴とするアクチュエータが提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、（イ）支持部において基板上に支持され、支持部から離間した一端を第１の可動端、支持部に関して第１の可動端とは反対方向の他端を第２の可動端とする可動梁と、支持部と第２の可動端の間において、可動梁に一端を接続され、他端を基板に固定された第１の駆動梁と、支持部と第１の可動端の間において、可動梁に一端を接続され、他端を基板に固定された第２の駆動梁とを備えるアクチュエータにおいて、（ロ）可動梁の第１の可動端側に備えられた可動電極と、（ハ）可動電極と対向するように基板の上に配置された固定電極とを備えることを特徴とするＭＥＭＳ装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、温度変化や残留応力に起因する反りの影響を抑制することが可能なアクチュエータ及びＭＥＭＳ装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一の部分には同一の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１１】
本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置としてのバリアブルキャパシタは、図１に示すように、可動電極２６を有するアクチュエータと、固定電極３６とを備える。アクチュエータは、可動梁１０、第１の駆動梁４４ａ、第２の駆動梁４４ｂ、第３の駆動梁４４ｃ、第４の駆動梁４４ｄ等を備える。
【００１２】
可動梁１０は、図２〜図４に示すように、支持膜１８の支持部１６ａ、１６ｂにおいて基板３０表面に設けられた下地膜３２に対向するように空隙２８を介して支持される。支持部１６ａ、１６ｂから離間した作用部２０側の可動梁１０の一端を第１の可動端１２とする。また、支持部１６ａ、１６ｂに関して、第１の可動端１２とは反対方向の可動梁１０の他端を第２の可動端１４とする。作用部２０には、可動電極２６が支持膜１８上に配置される。作用部２０は、基板３０上に対向して配置された固定電極に対して変位可能である。可動梁１０の接続部２２から第２の可動端１４の間には、補強膜２４が支持膜１８上に配置される。可動梁１０の長手方向に直交する方向で対向する支持部１６ａ、１６ｂが、下地膜３２表面に設けられた絶縁膜３４上に固定される。
【００１３】
第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃは、支持部１６ａ、１６ｂに関して作用部２０の反対側の位置の第２の可動端１４の近傍に配置される。図５に示すように、第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃの一端側の駆動端部４８ａ、４８ｃが、可動梁１０に接続され、他端側の固定端部４６ａ、４６ｃが、絶縁膜３４に固定される。第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃは、圧電膜５２ａ、５２ｃと、圧電膜５２ａ、５２ｃを挟む下部電極５０ａ、５０ｃ及び上部電極５４ａ、５４ｃとを含む。第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃを駆動するために、下部電極５０ａ、５０ｃ及び上部電極５４ａ、５４ｃ間に駆動電圧Ｖａが、印加される。
【００１４】
第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄは、支持部１６ａ、１６ｂを通る線を中心線として支持部１６ａ、１６ｂに関して第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃと対称に配置される。図６に示すように、第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄの一端側の駆動端部４８ｂ、４８ｄが、可動梁１０に接続され、他端側の固定端部４６ｂ、４６ｄが、絶縁膜３４に固定される。第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄは、圧電膜５２ｂ、５２ｄと、圧電膜５２ｂ、５２ｄを挟む下部電極５０ｂ、５０ｄ及び上部電極５４ｂ、５４ｄとを含む。第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄを駆動するために、下部電極５０ｂ、５０ｄ及び上部電極５４ｂ、５４ｄ間に駆動電圧Ｖｂが、印加される。
【００１５】
可動梁１０の支持部１６ａ、１６ｂから、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの駆動端部４８ａ〜４８ｄまでのそれぞれの距離はＬ1で、ほぼ等しくしてある。支持部１６ａ、１６ｂから、第１の可動端までの距離は、Ｌ2である。可動梁１０の幅は、Ｗ1である。第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの駆動端部４８ａ〜４８ｄから、固定端部４６ａ〜４６ｄまでのそれぞれの距離はＬpで、ほぼ等しくしてある。第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの幅はＷpで、ほぼ等しくしてある。
【００１６】
固定電極３６は、図７に示すように、下地膜３２表面に設けられた第１の導電膜３８ａ及び第２の導電膜３８ｂを備える。第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂは、可動電極２６と空隙２８を介して対向する。実施の形態の説明に用いるバリアブルキャパシタは、第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂと可動電極２６との間で直列に接続された容量Ｃv1、Ｃv2を用いる。容量Ｃv1、Ｃv2は、固定電極３６と可動電極２６との間の距離の変化に対応して変化する。
【００１７】
例えば、基板３０には、絶縁性のガラス基板やシリコン（Ｓｉ）等の半導体基板等が用いられる。下地膜３２には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の絶縁膜が用いられる。支持膜１８、絶縁膜３４には、ＳｉＯ2や窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）等の絶縁膜が用いられる。また、可動電極２６、第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂ、下部電極５０ａ〜５０ｄ、及び上部電極５４ａ〜５４ｄ等の電極材料として、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、イリジウム（Ｉｒ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等の低抵抗の金属であることが望ましい。圧電膜５２ａ〜５２ｄとして、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢＴＯ）等の圧電体が用いられる。また、補強膜２４として、可動電極２６と同様の金属が用いられる。しかし、補強膜２４としては、絶縁体や半導体等であってもよい。
【００１８】
実施の形態に係るアクチュエータでは、図５及び図６に示したように、第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃに駆動電圧Ｖａが印加される。第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄには、駆動電圧Ｖｂが印加される。例えば、駆動電圧Ｖａ、Ｖｂとして、初期状態ではＶ0、屈曲状態では（Ｖ0＋Ｖ1）及び（Ｖ0−Ｖ1）が用いられる。駆動電圧がＶ0では、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄが反らずに水平状態となる。駆動電圧が（Ｖ0＋Ｖ1）では、固定端部４６ａ〜４６ｄで絶縁膜３４に固定された第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの駆動端部４８ａ〜４８ｄは、基板３０に向かって屈曲し下地膜３２と接触する。また、駆動電圧が（Ｖ0−Ｖ1）では、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの駆動端部４８ａ〜４８ｄは、基板３０から離れるように屈曲する。
【００１９】
駆動電圧Ｖａを（Ｖ0＋Ｖ1）として、第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃを基板３０に向かって屈曲させる。同時に、駆動電圧Ｖｂを（Ｖ0−Ｖ1）として、第２及び第４の駆動梁４４ａ、４４ｃを基板３０から離れるように屈曲させる。その結果、図８に示すように、支持部１６ａ、１６ｂを中心として、可動電極２６が固定電極３６から離れ、第２の可動端１４が下地膜３２と接触する。このように、第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂ間の容量結合が最小となる。
【００２０】
駆動電圧Ｖａを（Ｖ0−Ｖ1）として、第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃを基板３０から離れるように屈曲させる。同時に、駆動電圧Ｖｂを（Ｖ0＋Ｖ1）として、第２及び第４の駆動梁４４ａ、４４ｃを基板３０に向かって屈曲させる。その結果、図９に示すように、支持部１６ａ、１６ｂを中心として、可動電極２６下の支持膜１８が固定電極３６と接触する。このように、第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂ間の容量結合が最大となる。
【００２１】
電圧Ｖ0、Ｖ1は、例えばＶ0＝０Ｖ、Ｖ1＝３Ｖとする。あるいは、Ｖ0＝１．５Ｖ、Ｖ1＝１．５Ｖとしてもよい。なお、電圧Ｖａ、Ｖｂは上部電極と下部電極の間の電位差である。下部電極を接地電位（０Ｖ）とした場合、Ｖａ、Ｖｂは上部電極の電圧そのものであるが、下部電極は接地以外の電圧としてもかまわない。例えば、Ｖ0＝０Ｖ、Ｖ1＝３Ｖの場合、屈曲状態のＶａは上部電極に３Ｖ、下部電極に０Ｖを印加して実現し、Ｖｂは上部電極に０Ｖ、下部電極に３Ｖを印加して実現してもよい。このような印加方法は、負の電圧が使えないシステムでも採用できる。
【００２２】
実施の形態に係るバリアブルキャパシタでは、アクチュエータの可動梁１０を支持部１６ａ、１６ｂを支点としてシーソー状に動作させることにより、可動電極２６及び固定電極３６間の容量をデジタル的に可変できる。また、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄに印加する駆動電圧をアナログ的に制御すれば、可動電極２６及び固定電極３６間の容量を連続的に可変させることも可能である。
【００２３】
実施の形態に係るアクチュエータでは、可動梁１０を反りにくくするために、支持膜１８上に補強膜２４が設けられる。動作環境の温度変化や、膜厚ばらつき及び膜応力等から生じる残留応力等に因って第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄを上下方向に反らせる力が働く。可動梁１０が反りにくいため、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの反り量が抑制される。したがって、作用部２０及び固定電極３６間距離の変動量が抑制される。また、実施の形態に係るアクチュエータでは、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの変位量を直接的には利用しない。第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃの変位量と、第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄとの相対的な変位量を利用している。そのため、温度変化や残留応力による反りの影響を抑制することが可能となる。
【００２４】
第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄに生じる反りの影響について、具体的に説明する。例えば、図１０に示すように、可動梁１０の支持部１６ｂで支持された可動梁１０が、第２の駆動梁４４ｂ（図示省略）及び第４の駆動梁４４ｄの反りの影響で、駆動端部４８ｄにおいて反り量ΔＺ1、第１の可動端１２において反り量ΔＺ2で屈曲する。駆動端部４８ｄが開放された状態における第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄの反り量をΔＺpとする。反り量ΔＺ1は、可動梁１０と、駆動端部４８ｄで可動梁１０に接続された第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄとのばねのつりあいの関係から、次のように求まる。
【００２５】
ΔZ1 = {2・kp/(k1 + 2・kp)}・ΔZp      （１）
ここで、ｋ1は、支持部１６ｂと駆動端部４８ｄ間の支持膜１８及び補強膜２４を有する可動梁１０の実効的なばね定数である。ｋpは、第２の駆動梁４４ｂの実効的なばね定数である。第４の駆動梁４４ｄも同じばね定数を有する。
【００２６】
また、反り量ΔＺ1及びΔＺ2の間には、次の関係が成り立つ。
【００２７】
ΔZ2 < {(L1 + L2)/L1}2・ΔZ1      （２）
式（１）、式（２）より、次の関係が成り立つとき、ΔＺ2＜ΔＺpとなる。
【００２８】
{(L1 + L2)/L1}2・{2・kp/(k1 + 2・kp)} < 1      （３）
即ち、式(３)が成り立つとき、第４の駆動梁４４ｄと同様の構造の圧電アクチュエータに比べ、可動梁１０の反りが低減できる。
【００２９】
例えば、Ｌ1＝Ｌ2の場合は、式（３）より次の関係が得られる。
【００３０】
k1 > 6・kp      （４）
例えば、支持膜１８及び補強膜２４の多層膜の実効的なヤング率をＥ1、厚さをｔ1とする。また、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄの支持膜１８、下部電極５０ａ〜５０ｄ、圧電膜５２ａ〜５２ｄ、及び上部電極５４ａ〜５４ｄ等の多層膜の実効的なヤング率をＥp、厚さをｔpとする。ばね定数ｋ1、ｋpは、次のように表される。
【００３１】
k1 = (1/4)・E1・W1・(t1/L1)3      （５）
kp = (1/4)・Ep・Wp・(tp/Lp)3      （６）
式(５)及び式(６)を式(４)に代入すると、次の関係が得られる。
【００３２】
E1・W1・(t1/L1)3 > 6・Ep・Wp・(tp/Lp)3      （７）
式（７）に基づいて、可動梁１０の支持膜１８及び補強膜２４の構造および材料を決めればよい。
【００３３】
また、図９に示したように、可動電極２６下の支持膜１８を固定電極３６と隙間なく接触させて、第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂ間の容量結合を最大にする。可動梁１０における第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄの駆動端部４８ｂ、４８ｄから可動電極２６の手前までの領域、即ち接続部２２には、補強膜２４、あるいは可動電極２６がなく、屈曲しやすい。例えば、接続部２２のばね定数ｋ2を、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄのばね定数ｋpよりも小さくすることが望ましい。例えば、ばね定数ｋ2が、ばね定数ｋpの１／２以下となるよう、支持膜１８の材料定数、及び接続部２２の寸法を決めればよい。
【００３４】
また、図１１及び図１２に示すように、可動梁１０の接続部２２ａに開口部２１を設けることが望ましい。接続部２２ａの支持膜１８の実効的な幅が狭くなり、接続部２２ａのばね定数ｋ2を低減することができる。その結果、容易に作用部２０を固定電極３６と隙間なく一様に接触させることが可能となる。なお、接続部２２ａのばね定数ｋ2を低減するために、開口部２１の代わりに、接続部に溝を設けても良い。また、接続部に切込みを入れて接続部での可動梁１０の幅を細くしても良い。
【００３５】
また、膜厚ばらつきは基板３０の面内や成膜ロット間で生じる。しかし、基板３０面内で可動梁１０の寸法程度の微小な領域内では、膜厚はほぼ一定とみなすことができる。したがって、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄ間では膜厚ばらつきによる残留応力の変化はほとんどない。同様に、膜応力、ヤング率等も可動梁１０の寸法程度の領域内ではほぼ一定である。このように、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄ間では、反り量の変化がほとんどなく、可動梁１０の作用部２０の変位量を高精度に制御することができる。
【００３６】
また、支持膜１８が十分硬く、支持膜１８のばね定数が式(４)を満足する場合、図１３に示すように、補強膜無しの可動梁１０ａを用いてもよい。可動梁１０ａは、開口部２１が設けられた接続部２２ａを有する。接続部２２ａの支持膜１８の実効的な幅を狭くすることにより、接続部２２ａのばね定数を低減して作用部２０を固定電極３６と隙間なく一様に接触させることができる。
【００３７】
また、可動梁１０は、温度変化で反らないように、支持膜１８と補強膜２４の熱膨張係数を同程度にすることが望ましい。支持膜１８と補強膜２４の熱膨張係数が大きく異なる場合は、図１４に示すように、補強膜２４上に支持膜１８と同じ材質の補償膜６０を設けた可動梁１０ｂを用いればよい。また、作用部２０ａの可動電極２６上にも補償膜６０を設ける。可動梁１０ｂでは、熱膨張係数が補強膜２４の上下方向で対称となり、環境の温度変化に起因する反りを抑制することができる。
【００３８】
（第１の変形例）
本発明の実施の形態の第１の変形例に係るアクチュエータを用いるバリアブルキャパシタは、図１５に示すように、一端に作用部２０を有する可動梁１０ｃを備える。可動梁１０ｃは、補強膜２４及び可動電極２６を有する支持膜１８を備える。補強膜２４は、作用部２０に配置された可動電極２６と接続部２２ａを挟んで対向するように配置される。接続部２２ａには、開口部２１が設けられる。
【００３９】
可動梁１０ｃには、作用部２０から離間した位置に支持部１６ｃが設けられる。可動梁１０ｃの他端側に接続された第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃ１と、接続部２２ａ側に接続された第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄとは、支持部１６ｃの中心線に関して対称に配置される。可動梁１０ｃの直交方向で対向する支持部１６ｃの端部間の下には、図１６及び図１７に示すように、基板３０表面の下地膜３２上に設けられた絶縁膜３４ａが配置される。
【００４０】
実施の形態の第１の変形例に係るアクチュエータは、可動梁１０ｃの支持部１６ｃの下に絶縁膜３４ａが配置される点が、実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００４１】
実施の形態の第１の変形例では、可動梁１０ｃが支持部１６ｃ下に配置された絶縁膜３４ａで支持される。そのため、基板３０に対して上下方向での可動梁１０ｃの位置変動を防止することができる。その結果、作用部２０の固定電極３６に対する押し付け力が増大する。
【００４２】
（第２の変形例）
本発明の実施の形態の第２の変形例に係るアクチュエータを用いるバリアブルキャパシタは、図１８に示すように、一端に作用部２０を有する可動梁１０ｄを備える。可動梁１０ｄは、補強膜２４及び可動電極２６を有する支持膜１８を備える。
【００４３】
可動梁１０ｄには、作用部２０から離間した位置に支持部１６ａ、１６ｂ、１６ｄが設けられる。可動梁１０ｄは、支持部１６ｄを挟んで隣接する領域で、ばね定数が小さい。例えば、可動梁１０ｄの補強膜２４に、支持部１６ｄを含むように開口部６２が配置される。また、支持膜１８に、開口部６２の中で支持部１６ｄを挟んで対向するように開口部６４ａ、６４ｂが配置される。支持部１６ａ、１６ｂ、１６ｄの下には、図１９及び図２０に示すように、基板３０表面の下地膜３２上に設けられた絶縁膜３４、３４ｂが配置される。
【００４４】
実施の形態の第２の変形例に係るアクチュエータは、絶縁膜３４ｂ上の支持部１６ｄを含むように設けた開口部６２の中に支持部１６ｄを挟んで対向するように開口部６４ａ、６４ｂが配置される点が、実施の形態及び実施の形態の第１の変形例と異なる。他の構成は、実施の形態及び実施の形態の第１の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００４５】
実施の形態の第２の変形例では、可動梁１０ｄが、支持部１６ａ、１６ｂの両端部の下に配置された絶縁膜３４、及び支持部１６ｄ下に配置された絶縁膜３４ｂで支持される。そのため、基板３０に対して上下方向での可動梁１０ｄの位置変動を防止することができる。また、開口部６２、６４ａ、６４ｂを設けることにより、支持部１６ｄの近傍の可動梁１０ｄのばね定数が小さくなる。その結果、可動梁１０ｄを容易に屈曲させることが可能となる。
【００４６】
（第３の変形例）
本発明の実施の形態の第３の変形例に係るアクチュエータを用いるバリアブルキャパシタは、図２１に示すように、一端に作用部２０を有する可動梁１０ｅを備える。固定端部４６ａ、４６ｂで絶縁膜３４上に固定された第１及び第２の駆動梁４４ａ、４４ｂが駆動端部４８ａ、４８ｂで可動梁１０ｅに接続されている。
【００４７】
実施の形態の第３の変形例に係るアクチュエータは、可動梁１０ｅに、第１及び第２の駆動梁４４ａ、４４ｂが配置される点が、実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００４８】
実施の形態の第３の変形例では、可動梁１０ｅの片側に配置された第１及び第２の駆動梁４４ａ、４４ｂで駆動される。したがって、構造が簡略され製造歩留まりの向上が可能となる。また、アクチュエータ、あるいはバリアブルキャパシタの占有面積を低減することができ製品コストの低減が可能となる。
【００４９】
なお、実施の形態の第３の変形例では、第１もしくは第２の駆動梁４４ａ、４４ｂのばね定数をｋp'とするとき、式（４）に対応する不等式は、
k1 > 3・kp'      （８）
となる。
【００５０】
（第４の変形例）
本発明の実施の形態の第４の変形例に係るアクチュエータを用いるバリアブルキャパシタは、図２２に示すように、可動梁１０に駆動端部４８ｅ〜４８ｈで接続される第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄが、可動梁１０に沿って並行に配置される。例えば、第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃが、駆動端部４８ｅ、４８ｇに関して支持部１６ａ、１６ｂの反対側に配置される。第２及び第４の駆動梁４４ｂ、４４ｄが、駆動端部４８ｆ、４８ｈに関して支持部１６ａ、１６ｂの反対側に配置される。
【００５１】
実施の形態の第４の変形例に係るアクチュエータは、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄが、可動梁１０に沿って並行に配置される点が、実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００５２】
実施の形態の第４の変形例では、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄが、可動梁１０に沿って並行に配置されているため、アクチュエータ、あるいはバリアブルキャパシタの占有面積を低減することができ製品コストの低減が可能となる。
【００５３】
なお、図２３に示すように、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄを、それぞれ駆動端部４８ｉ〜４８ｌに関して支持部１６ａ、１６ｂ側に配置しても良い。この場合、占有面積は更に低減する。また、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄを任意の方向に沿って配置してもよい。
【００５４】
（第５の変形例）
本発明の実施の形態の第５の変形例に係るアクチュエータを用いるバリアブルキャパシタは、図２４に示すように、図１１に示したアクチュエータの一対を、作用部２０を共通にして作用部２０の両側に配置したものである。例えば、可動梁１０及び第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄに対して、可動梁１１０及び第１〜第４の駆動梁１４４ａ〜１４４ｄが作用部２０を挟んで対向している。
【００５５】
可動梁１０の支持部１６及び接続部２２ａに対して、可動梁１１０の支持部１１６及び接続部１２２ａが対向している。接続部２２ａの開口部２１に対向して、接続部１２２ａには、開口部１２１が配置される。固定端部１４６ａ〜１４６ｄで絶縁膜３４に固定された第１〜第４の駆動梁１４４ａ〜１４４ｄが、それぞれ駆動端部１４８ａ〜４８ｄで可動梁１１０に接続されている。
【００５６】
実施の形態の第５の変形例に係るアクチュエータは、作用部２０を共通にして第１及び第２のアクチュエータを線対称に配置している点が、実施の形態と異なる。他の構成は、実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００５７】
実施の形態の第５の変形例では、作用部２０は、対向する可動梁１０、１１０の動作により、変位する。したがって、アクチュエータの駆動力が２倍になるため、作用部２０の変位量は、より安定に再現性良く制御できる。
【００５８】
なお、図２４では、可動梁１０及び第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄと、可動梁１１０及び第１〜第４の駆動梁１４４ａ〜１４４ｄとが、作用部２０に関して対称に配置されている。しかし、作用部２０を共通にして、可動梁１０及び第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄと、可動梁１１０及び第１〜第４の駆動梁１４４ａ〜１４４ｄとを、非対称に配置してもよい。
【００５９】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００６０】
本発明の実施の形態では、ＭＥＭＳ装置としてバリアブルキャパシタを用いて説明した。しかし、実施の形態に係るアクチュエータは、マイクロスイッチにも適用できる。例えば、マイクロスイッチは、図２５に示すように、可動電極２６ａを有するアクチュエータと、固定電極３６とを備える。可動電極２６ａは、可動梁１０の作用部２０ｂに配置される。図２６に示すように、可動電極２６ａは、支持膜１８を貫通して固定電極３６の第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂと空隙２８を介して対向するように設けられる。作用部２０が変位して固定電極３６に接触すると、可動電極２６ａを介して第１及び第２の導電膜３８ａ、３８ｂが導通する。
【００６１】
また、図２７に示すように、可動梁１０を共通にして、作用部２０ｂと対向する作用部２０ｃを配置して、単極双投（ＳＰＤＴ）スイッチに適用することもできる。作用部２０ｃは、第１及び第３の駆動梁４４ａ、４４ｃ側に接続部２２ｂを介して可動梁１０に設けられる。接続部２２ｂには、開口部２１ａが設けられる。作用部２０ｃには、可動電極２６ｂが配置される。作用部２０ｂの可動電極２６ａは、固定電極３６ａと対向する。作用部２０ｃの可動電極２６ｂは、固定電極３６ｂと対向する。固定電極３６ａには、第１の導電膜３８ｃ（ポート２)及び第２の導電膜３８ｅ（ポート１）が対向して設けられる。固定電極３６ｂには、共通の第２の導電膜３８ｅに対向する第１の導電膜３８ｄ(ポート３)が設けられる。
【００６２】
可動梁１０は、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄにより支持部１６を支点としてシーソー状に動作する。例えば、ポート１に与えられた入力信号は、作用部２０ｂの可動電極２６ａが固定電極３６ａと接触すればポート２に伝達される。また、入力信号は、作用部２０ｃの可動電極２６ｂが固定電極３６ｂと接触すればポート３に伝達される。このように、ポート１の入力信号を、ポート２及びポート３に切り替えて出力することができる。
【００６３】
また、 本発明の実施の形態においては、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄとして、ユニモルフ構造の駆動梁が用いられている。しかし、駆動梁として、バイモルフ構造を用いてもよい。例えば、図２８に示すように、バイモルフ構造の駆動梁２４４が、支持膜１８上に設けられる。駆動梁２４４には、下部電極２５０及び上部電極２５４で挟まれた第１の圧電膜２５２ａ、２５２ｂの間に中間電極２５３が設けられる。駆動梁２４４の中間電極２５３を共通電位として、下部電極２５０及び上部電極２５４に駆動電圧が印加される。例えば、第１の圧電膜２５２ａが収縮する場合、第２の圧電膜２５２ｂは伸張する。その結果、駆動梁２４４が基板３０に向かって屈曲する。逆に、第１の圧電膜２５２ａが伸張する場合、第２の圧電膜２５２ｂは収縮する。このように、バイモルフ構造の駆動梁２４４を、第１〜第４の駆動梁４４ａ〜４４ｄに適用することが可能である。
【００６４】
また、駆動梁の駆動方式として、圧電効果でなく熱膨張による梁の収縮を利用して駆動する方式を採用してもよい。この場合、駆動梁は、例えばバイメタル的な構造にし、電流によるジュール熱で熱膨張を起こす。
【００６５】
このように、本発明はここでは記載していないさまざまな実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の実施の形態に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２】図１のＭＥＭＳ装置のＡ−Ａ断面の一例を示す概略図である。
【図３】図１のＭＥＭＳ装置のＢ−Ｂ断面の一例を示す概略図である。
【図４】図１のＭＥＭＳ装置のＣ−Ｃ断面の一例を示す概略図である。
【図５】図１のＭＥＭＳ装置のＤ−Ｄ断面の一例を示す概略図である
【図６】図１のＭＥＭＳ装置のＥ−Ｅ断面の一例を示す概略図である。
【図７】図１のＭＥＭＳ装置のＦ−Ｆ断面の一例を示す概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの動作の一例を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの動作の他の例を示す概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るアクチュエータの反りの一例を示す概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の他の例を示す平面概略図である。
【図１２】図１１のＭＥＭＳ装置のＧ−Ｇ断面の一例を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の他の例を示す平面概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の他の例を示す平面概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態の第１の変形例に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図１６】図１５のＭＥＭＳ装置のＨ−Ｈ断面の一例を示す概略図である。
【図１７】図１５のＭＥＭＳ装置のＩ−Ｉ断面の一例を示す概略図である。
【図１８】本発明の実施の形態の第２の変形例に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図１９】図１８のＭＥＭＳ装置のＪ−Ｊ断面の一例を示す概略図である。
【図２０】図１８のＭＥＭＳ装置のＫ−Ｋ断面の一例を示す概略図である。
【図２１】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２２】本発明の実施の形態の第４の変形例に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２３】本発明の実施の形態の第４の変形例に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の他の例を示す平面概略図である。
【図２４】本発明の実施の形態の第５の変形例に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２５】本発明のその他の実施の形態に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２６】図２５のＭＥＭＳ装置のＬ−Ｌ断面の一例を示す概略図である。
【図２７】本発明のその他の実施の形態に係るアクチュエータを用いたＭＥＭＳ装置の他の例を示す平面概略図である。
【図２８】本発明のその他の実施の形態に係る駆動梁の一例を示す平面概略図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０、１０ａ〜１０ｅ…可動梁
１２…第１の可動端
１４…第２の可動端
１６ａ〜１６ｄ…支持部
２０、２０ａ〜２０ｃ…作用部
２１、２１ａ、６２、６４ａ、６４ｂ…開口部
２２、２２ａ、２２ｂ…接続部
２４…補強膜
２６、２６ａ、２６ｂ…可動電極
３４、３４ａ、３４ｂ…絶縁膜
３６、３６ａ…固定電極
３８ａ、３８ｃ…第１の導電膜
３８ｂ…第２の導電膜
４４ａ…第１の駆動梁
４４ｂ…第２の駆動梁
４４ｃ…第３の駆動梁
４４ｄ…第４の駆動梁
４６ａ〜４６ｄ…固定端部
４８ａ〜４８ｄ…駆動端部
【図１】
2006281418.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006281418.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2006281418.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006281418.tif 000017
【図１６】
2006281418.tif 000018
【図１７】
2006281418.tif 000019
【図１８】
2006281418.tif 000020
【図１９】
2006281418.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
2006281418.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2006281418.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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