(57)【要約】【課題】変位量を再現性良く高精度で制御可能な圧電駆動アクチュエータを用いるマイクロメカニカルデバイスを提供する。【解決手段】  第１の圧電膜２６、第１の圧電膜２６を挟む第１の下部電極２２及び第１の上部電極３２を有し、基板１０上に固定された固定端４４から接続端５２まで延在する第１の梁４０と、接続端５２において第１の圧電膜２６に接続された第２の圧電膜２８、第２の圧電膜２８を挟む第２の下部電極２４及び第２の上部電極３４を有し、接続端５２から作用端４８まで延在する第２の梁４２と、作用端４８に対向して基板１０の表面に配置された固定電極１６とを備え、固定端４４及び作用端４８のそれぞれの中心間距離が、作用端４８から接続端５２までの距離よりも短い。【選択図】図１
2006087231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の圧電膜、該第１の圧電膜を挟む第１の下部電極及び第１の上部電極を有し、基板上に固定された固定端から接続端まで延在する第１の梁と、
前記接続端において前記第１の圧電膜に接続された第２の圧電膜、該第２の圧電膜を挟む第２の下部電極及び第２の上部電極を有し、前記接続端から作用端まで延在する第２の梁と、
前記作用端に対向して前記基板の表面に配置された固定電極
とを備え、前記固定端及び前記作用端の中心間距離が、前記作用端から前記接続端までの距離よりも短いことを特徴とするマイクロメカニカルデバイス。
【請求項２】
前記第１及び第２の上部電極間、又は前記第１及び第２の下部電極間の少なくともいずれかが、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項３】
前記第１の上部電極及び前記第２の下部電極間と、前記第１の下部電極及び前記第２の上部電極間とがそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項４】
前記接続端において前記第２の圧電膜に接続された第３の圧電膜、該第３の圧電膜を挟む第３の下部電極及び第３の上部電極を有し、前記接続端から他の固定端まで延在する第３の梁を、更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項５】
前記第３及び第２の上部電極間、又は前記第３及び第２の下部電極間の少なくともいずれかが、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項６】
前記第３の上部電極及び前記第２の下部電極間と、前記第３の下部電極及び前記第２の上部電極間とがそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項４に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項７】
前記第１、第２及び第３の下部電極及び前記第１、第２及び第３の上部電極のそれぞれが、前記第１、第２及び第３の梁の複数の区分により、前記複数の区分に対応して複数に分割されることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項８】
一対の前記第１、第２及び第３の梁が、前記作用端を通る線を中心線として前記作用端に関して線対称になるように、前記中心線の両側に延在することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項９】
前記第１及び第３の梁が、他の接続端で折り返されて前記接続端まで延在することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【請求項１０】
前記第１及び第２の梁が、前記固定端から前記作用端までリング状に設けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のマイクロメカニカルデバイス。
【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、特に圧電駆動アクチュエータを用いたマイクロメカニカルデバイスに関する。
【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が注目を集めている。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る。圧電薄膜を用いたアクチュエータにより、自由端に取り付けられた軸を回転させているものがある（例えば、特許文献1参照。）。
【０００３】
また、アクチュエータを使用するバリキャップやスイッチ等のマイクロメカニカルデバイスが検討されている。ＭＥＭＳ技術を適用したバリキャップやスイッチは、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、可動電極と固定電極の間の距離を変化させる。
【０００４】
特に、可動梁の駆動力として逆圧電効果や電歪効果を用いる圧電駆動アクチュエータを有するバリキャップは、可動電極と固定電極の間隔を連続的に大きく変化できるので、容量変化率を大きくとることができる。また、誘電体として可動電極及び固定電極間の空気あるいはガスを用いるので、非常に大きいＱ値が得られる等多くの利点がある。
【０００５】
また、バリキャップ構造をそのまま適用して、可動電極及び固定電極をごく薄い誘電膜を隔てて接触させたり（キャパシティブ型）、あるいは可動電極及び固定電極を直接接触させること（ＤＣ接触型）でスイッチとして機能させることも可能である。このようなＭＥＭＳ技術で作製したスイッチは、半導体スイッチに比較して、低いオン抵抗とオフ時の高い絶縁分離特性を兼ね備えているため、やはり非常に注目されている。
【０００６】
しかし、圧電駆動アクチュエータは、空中に支持され、上下電極に挟まれた圧電層を含む、長く薄い梁構造を有する。このため、圧電層の材料の僅かな残留応力で梁が上下に反るという問題が深刻である。したがって、バリキャップの電圧印加前後の容量値を設計どおりに調整することや、スイッチの駆動電圧を一定値に設定すること等が非常に困難である。
【０００７】
例えば、圧電駆動アクチュエータの可動電極が設けられた作用端において、逆圧電効果による屈曲可能な変位量Ｄは、圧電膜に印加される電界をＥ、圧電膜の圧電歪定数をｄ31、アクチュエータの長さ及び厚さをＬ及びｔとすると、次式で近似される。
【０００８】
D 〜 E・d31・L2・ｔ-1    （１）
一方、成膜時の圧電層等に生じる残留歪により引き起こされる圧電駆動アクチュエータの反りＤｗは、残留歪をＳｒとすると、次式で近似される。
【０００９】
Dw 〜 Sr・L2・ｔ-1    （２）
式（１）と式（２）を比較すれば分かるように、圧電駆動アクチュエータの長さＬ及び厚さｔに関して両者は同様の関係にあり、圧電駆動アクチュエータの長さＬの２乗に比例し、厚さｔに反比例する。例えば、圧電駆動アクチュエータの駆動範囲を広げるため、アクチュエータの長さＬを長くしたり、厚さｔを薄くすると、それに応じて反りＤｗの量も大きくなってしまう。したがって、圧電駆動範囲を反りより大きくするためには、アクチュエータの幾何学的な工夫は殆ど効果が無く、逆圧電効果により生じる圧電歪（Ｅ・ｄ31）の絶対値に対して、残留歪Ｓｒの絶対値を小さくするしか方法がないことになる。
【００１０】
逆圧電効果が大きい圧電膜として知られるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）においては、良質の膜質を得るには室温で成膜した後６００℃程度でアニールする必要がある。アニールにより体積収縮が生じるので、ＰＺＴ圧電膜の残留歪は必然的に大きくなってしまう。逆に、室温付近で成膜が可能であり、成膜条件によって成膜残留応力の比較的精密な制御が可能な圧電膜である窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等では、逆圧電効果がＰＺＴに比較して１桁以上小さい。
【００１１】
圧電駆動アクチュエータの圧電膜の圧電歪を増加させるために逆圧電効果が大きい圧電材料を用いると、残留歪の制御が困難となり反りの抑制ができない。また、圧電膜の残留歪の制御が比較的易しい圧電材料は逆圧電効果が小さく、アクチュエータの反りと比べて圧電駆動範囲を十分大きくできない。このような問題点により、圧電駆動アクチュエータの工学的応用が妨げられている。圧電駆動アクチュエータの構造上の大きな問題点、すなわち厚さが薄く長い構造に起因して、僅かな残留応力によって大きく反ってしまい、バリキャップの容量を一定に作成したり、スイッチの駆動電圧を一定に保ったりすることが困難である。
【特許文献１】特開２００３−１８１８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は，圧電膜の残留歪に起因する反りを抑制して、圧電駆動の変位量を再現性良く高精度で制御可能な圧電駆動アクチュエータを備えるマイクロメカニカルデバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、（イ）第１の圧電膜、第１の圧電膜を挟む第１の下部電極及び第１の上部電極を有し、基板上に固定された固定端から接続端まで延在する第１の梁と、（ロ）接続端において第１の圧電膜に接続された第２の圧電膜、第２の圧電膜を挟む第２の下部電極及び第２の上部電極を有し、接続端から作用端まで延在する第２の梁と、（ハ）作用端に対向して基板の表面に配置された固定電極とを備え、固定端及び作用端のそれぞれの中心間距離が、作用端から接続端までの距離よりも短いことを特徴とするマイクロメカニカルデバイスが提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、圧電膜の残留歪に起因する反りを抑制して、圧電駆動の変位量を再現性良く高精度で制御可能な圧電駆動アクチュエータを備えるマイクロメカニカルデバイス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】
【００１５】
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、同一または類似の部分には同一または類似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。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータはバリキャップ等のマイクロメカニカルデバイスに用いるもので、図１に示すように、第１の梁４０及び第２の梁４２を備える。第１の梁４０は、基板１０上のアンカー２０に固定された固定部４６の固定端４４から接続部５４の接続端５２まで延在する。第２の梁４２は、接続端５２から作用部５０の作用端４８まで、固定端４４側の方向に第１の梁４０と並んで延在する。また、誘電膜１４で覆われた導体１２ａ、１２ｂを有する固定電極１６が、作用部５０に対向する基板１０の表面に設けられる。固定端４４及び作用端４８は、隣接して設置されている。図２に示すように、第１及び第２の梁４０、４２間の梁間距離Ｌｔは、固定端４４及び作用端４８のそれぞれの中心間の直線距離である。また、梁長Ｌｂは、作用端４８から接続端５２までの直線距離である。梁間距離Ｌｔは、梁長Ｌｂよりも短くされる。
【００１７】
第１の梁４０は、図３に示すように、第１の圧電膜２６、第１の圧電膜２６の基板１０に対向する表面に設けられた第１の下部電極２２、第１の圧電膜２６を挟んで第１の下部電極２２に対向する第１の上部電極３２、及び第１の上部電極３２上に設けられた第１の支持膜３６を有する。第２の梁４２は、図４に示すように、第２の圧電膜２８、第２の圧電膜２８の基板１０に対向する表面に設けられた第２の下部電極２４、第２の圧電膜２８を挟んで第２の下部電極２４に対向する第２の上部電極３４、及び第２の上部電極３４上に設けられた第２の支持膜３８を有する。第１及び第２の梁４０、４２は、非対称バイモルフ構造ないしはユニモルフ構造である。なお、第１及び第２の梁４０、４２の第１及び第２の圧電膜２６、２８は、接続部５４を介して接続される。第１及び第２の圧電膜２６、２８、及び接続部５４は、分極方向が同一の連続した圧電体層である。
【００１８】
例えば、基板１０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。アンカー２０には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）等の絶縁膜が用いられる。第１及び第２の支持膜３６、３８、誘電膜１４には、ＳｉＯ2や窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）等の絶縁膜が用いられる。また、第１及び第２の下部電極２２、２４、第１及び第２の上部電極３２、３４、及び導体１２ａ、１２ｂ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）等の低抵抗で加工が容易な金属であることが望ましい。また、第１及び第２の圧電膜２６、２８、及び接続部５４の圧電体として、ＡｌＮやＺｎＯ等のウルツ鉱型の結晶が安定で望ましい。また、ＰＺＴやチタン酸バリウム（ＢＴＯ）等のペロブスカイト系強誘電体も使用することができる。
【００１９】
本発明の実施の形態の説明に用いるバリキャップは、図５に示すように、導体１２ａ、１２ｂと第２の下部電極２４との間の容量Ｃvar1、Ｃvar2を用いる。図６に示すように、導体１２ａ、１２ｂに接続された端子１８ａ、１８ｂ間で容量Ｃvar1、Ｃvar2が直列に接続される。容量Ｃvar1、Ｃvar2は、固定電極１６と可動電極である第２の下部電極２４との間の距離の変化に対応して変化する。
【００２０】
圧電駆動アクチュエータの第１の梁４０の第１の下部電極２２及び第１の上部電極３２間に電圧が印加されると、圧電効果により第１の圧電膜２６が歪んで伸縮する。第１の上部電極３２上に設けられた第１の支持膜３６は圧電効果を示さないため、第１の圧電膜２６の伸縮により第１の梁４０が基板１０表面に垂直な方向に変位する。以下の説明において、第１の下部電極２２に対して第１の上部電極３２に正極性及び負極性の電圧が印加される場合、第１の圧電膜２６に引張応力及び圧縮応力がそれぞれ発生するとする。例えば、引張応力により第１の圧電膜２６が伸びると、第１の梁４０は基板１０表面から離れる方向に屈曲する。一方、圧縮応力により第１の圧電膜２６が縮むと、第１の梁４０は基板１０表面に向かって屈曲する。
【００２１】
通常、第１及び第２の梁４０、４２の第１及び第２の圧電膜２６、２８には、成膜時の残留歪による反りが生じる。式（２）に示したように、残留歪に起因する圧電駆動アクチュエータの反りの量は、アクチュエータの長さの２乗に比例する。圧電駆動アクチュエータの第１及び第２の梁４０、４２は、３次元的に考えると、基板１０に対する固定部４６を中心とする放物面に沿って反る。そこで、図１に示したように、圧電駆動アクチュエータを第１及び第２の梁４０、４２により形成するとともに折り返し構造を導入する。その結果、固定端４４と作用端４８を近接して設置することができる。第１及び第２の梁４０、４２はそれぞれ、梁長Ｌｂの２乗に比例して反る。しかし、梁間距離Ｌｔは梁長Ｌｂより短いため、残留歪に起因する作用端４８の反りを軽減することが可能になる。
【００２２】
また、第１及び第２の梁４０、４２は、同様の積層構造を有している。したがって、積層構造の成膜時に上下非対称な残留歪が生じた場合でも、第１の梁４０の反りが、折り返された第２の梁４２の反りで相殺される。その結果、固定端４４と作用端４８に生じる反りによる変位を非常に小さく抑制することが可能である。
【００２３】
また、式（１）に示したように、圧電駆動アクチュエータの作用端の可動範囲は、アクチュエータの長さの２乗に比例する。図１に示した折り返し構造の圧電駆動アクチュエータでは、実効的なアクチュエータの長さは固定端４４及び作用端４８間の梁間距離Ｌｔとなる。したがって、通常の圧電駆動アクチュエータのように上部電極及び下部電極のそれぞれが第１及び第２の梁に渡り分離されずに形成される場合、作用端の可動範囲は梁間距離Ｌｔが短くなればなるほど小さくなる。第１の梁４０の屈曲による変位が、折り返された第２の梁４２の屈曲による変位で相殺される。
【００２４】
本発明の実施の形態では、第１及び第２の下部電極２２、２４は互いに絶縁されている。同様に、第１及び第２の上部電極３２、３４も互いに絶縁されている。例えば、第１の下部電極２２及び第１の上部電極３２間に駆動電圧を印加すると、第１の圧電膜２６に発生する圧電歪により第１の梁４０が屈曲する。しかし、第２の圧電膜２８には駆動電圧が印加されないので圧電歪が発生せず、第２の梁４２は屈曲しない。
【００２５】
例えば、第１及び第２の圧電膜２６、２８の残留歪が無視できる程度に小さい場合、図７に示すように、駆動電圧を印加しない初期状態では、第１及び第２の梁４０、４２は反りが極めて小さく、ほぼ直線状である。図１に示した第１の下部電極２２に対して第１の上部電極３２に正極性の駆動電圧を印加すると、固定端４４で支持された第１の梁４０が放物線状に屈曲する。第２の梁４２は、直線状のままである。その結果、固定端４４に対して、接続端５２が上方に変位するのに対し、作用端４８は下方に変位量Ｄｂで変位する。接続端５２の変位量と同様に、作用端４８の変位量Ｄｂもまた、式（１）で表わされる。したがって、作用端４８の変位を、第１の梁４０に印加される駆動電圧により再現性良く高精度で制御することが可能となる。
【００２６】
第１及び第２の圧電膜２６、２８の残留歪が無視できない場合、例えば図８に示すように、駆動電圧を印加しない初期状態で、第１及び第２の梁４０、４２が放物線状に上方に反りＤｗで変位する。初期状態では、作用端４８は、固定端４４に対してほぼ同一の高さに位置する。図１に示した第１の下部電極２２に対して第１の上部電極３２に正極性の駆動電圧を印加すると、固定端４４で支持された第１の梁４０が更に放物線状に屈曲する。第２の梁４２は、初期状態のままである。その結果、固定端４４に対して、接続端５２が上方に変位するのに対し、作用端４８は下方に変位量Ｄｂで変位する。接続端５２の変位量と同様に、作用端４８の変位量Ｄｂもまた、式（１）で表わされる。したがって、第１及び第２の梁４０、４２が残留歪により初期状態で反っていても、作用端４８の変位を、第１の梁４０に印加される駆動電圧により再現性良く高精度で制御することが可能となる。
【００２７】
本発明の実施の形態では、第１及び第２の梁４０、４２の基板１０表面に垂直方向の構造、材料、及び厚さ等が製造誤差の範囲で同一としてある。第１及び第２の梁４０、４２の積層構造が同一であれば、残留歪による反りを折り返し構造により相殺することが可能になる。しかし、第１及び第２の梁４０、４２の積層構造が異なっていてもよい。例えば、基板１０表面に水平な軸に関する第１及び第２の梁４０、４２の単位幅あたりの断面２次モーメントの差が２０％以内、望ましくは５％以内であばよい。断面２次モーメントの差が２０％以内であれば、固定端４４に対する作用端４８の反りが可動範囲の２０％以内となり、駆動電圧制御の許容範囲以内である。
【００２８】
また、基板１０表面に平行な横方向に関しては、第１及び第２の梁４０、４２の断面が矩形状であることが望ましい。断面が矩形状であれば、第１及び第２の梁４０、４２の残留歪がほぼ同様となる。しかし、横方向断面が矩形ではない場合でも、第１及び第２の梁４０、４２のそれぞれの断面の側面が相似形であればよいことは勿論である。
【００２９】
また、第１及び第２の梁４０、４２のそれぞれの梁長は、ほぼ同一として説明しているが、異なっていてもかまわない。第１及び第２の梁４０、４２において、作用端４８と接続端５２間の梁長に対して、固定端４４と作用端４８間の梁間距離の比が、１以下、望ましくは１／３以下であれば残留歪による反りの相殺の効果が得られる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータを用いるバリキャップの製造方法を、図９〜図１６に示す平面図及び工程断面図を用いて説明する。ここで、説明に使用する工程断面図には、図９に示すＤ−Ｄ線に相当する断面が示されている。
【００３１】
（イ）例えば、プラズマ化学気相成長法（プラズマＣＶＤ）等により、絶縁性ガラス基板等の基板１０表面にＳｉＯ2膜等の絶縁膜が約１μｍの厚さで堆積される。図９および図１０に示すように、堆積した絶縁膜をフォトリソグラフィ及びエッチング等により選択的に除去して、アンカー２０が形成される。リフトオフプロセス等により、Ａｕ等の金属膜を真空蒸着法等により約２００ｎｍの厚さで選択的に堆積して、導体膜１２ａ、１２ｂが形成される。更に、プラズマＣＶＤ等を用いて約５ｎｍの厚さで堆積したＳｉＯ2膜等の絶縁膜をフォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により選択的に除去して、誘電膜１４が形成される。
【００３２】
（ロ）プラズマＣＶＤ等により、基板１０の表面に、例えば燐ガラス（ＰＳＧ）等の絶縁膜が、アンカー２０、誘電膜１４、及び導体膜１２ａ等を埋め込むように堆積される。図１１に示すように、化学機械研磨法（ＣＭＰ）により、アンカー２０の表面が露出するように絶縁膜の平坦化を行い、犠牲層６０が形成される。誘電膜１４、及び導体膜１２ａ等は、犠牲層６０により覆われる。
【００３３】
（ハ）図１２に示すように、リフトオフプロセス等により、Ａｕ等の金属膜を真空蒸着法等により約２００ｎｍの厚さで選択的に堆積して、犠牲層６０上に延在するように第１及び第２の下部電極２２、２４が形成される。第１の下部電極２２の一端は、アンカー２０上に設けられる。第２の下部電極２４の一端は、誘電膜１４の上部に設けられる。
【００３４】
（ニ）スパッタリング等により、第１及び第２の下部電極２２、２４が形成された犠牲層６０上に、例えば六方晶系のｃ軸配向したＡｌＮ等の圧電膜が約５００ｎｍの厚さで成膜される。図１３に示すように、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより圧電膜を選択的に除去して、第１及び第２の下部電極２２、２４上にそれぞれ第１及び第２の圧電膜２６、２８が形成される。
【００３５】
（ホ）図１４に示すように、リフトオフプロセス等により、真空蒸着法等により約２００ｎｍの厚さで堆積したＡｕ等の金属膜を選択的に堆積して、第１及び第２の圧電膜２６、２８上に第１及び第２の上部電極３２、３４が形成される。
【００３６】
（ヘ）ＣＶＤ等により、第１及び第２の上部電極３２、３４が形成された犠牲層６０上に、多結晶Ｓｉ（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜等が堆積される。図１５に示すように、フォトリソグラフィ及びＲＩＥにより、第１及び第２の上部電極３２、３４上にそれぞれ第１及び第２の支持膜３６、３８が形成される。
【００３７】
（ト）その後、フッ酸（ＨＦ）系のエッチング液を用いてウェットエッチングが行われる。ｐｏｌｙ−Ｓｉ、Ａｕ、あるいはＡｌＮ等の材料は、ＨＦで溶解されない。また、犠牲層６０に用いたＰＳＧのエッチング速度は、アンカー２０のＳｉＯ2膜に比べ１０倍以上速い。したがって、ウェットエッチングにより犠牲層６０が選択的に除去されて、図１６に示すように、アンカー２０で固定端４４が固定された第１の梁４０、及び作用端４８が導体膜１２ａ及び誘電膜１４に対向する第２の梁４２が形成される。このようにして、図１に示した本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータを用いたバリキャップが製造される。
【００３８】
製造された第１及び第２の梁４０、４２は共に、長さが３００μｍ、幅が４０μｍ、厚さが１．９μｍである。アンカー２０は、４０μｍ×４０μｍ角で、厚さが１μｍである。なお、第１及び第２の圧電膜２６、２８は、同時に成膜されるため、分極方向が同一となる。
【００３９】
バリキャップの形状が、レーザ顕微鏡により測定されている。第１及び第２の梁４０、４２は、残留応力により接続端５２が基板１０から約１５．８μｍの高さまで反っている。一方、作用端４８での第２の下部電極２４の下面は基板１０表面から１．２μｍであり、アンカー２０の厚さに非常に近い。本発明の実施の形態では、第１及び第２の梁４０、４２は、同一製造プロセスで形成されるため、積層構造を成膜の面内ばらつきの範囲内で製造することができる。したがって、第１及び第２の梁４０、４２の残留歪による反りを抑制することが可能となる。
【００４０】
圧電駆動アクチュエータの第１の上部電極３２と第１の下部電極２２間に０〜３Ｖの駆動電圧を印加して、バリキャップの固定電極１６の導体膜１２ａ、１２ｂに接続された端子間で容量を測定している。その結果、最小容量が０．２２ｐＦ、最大容量が５１ｐＦで、２５０倍の非常に大きな可変幅が連続して得られている。
【００４１】
なお、本発明の実施の形態では、犠牲層６０としてＰＳＧを用いている。しかし、犠牲層６０の材料は限定されない。例えば、アンカー２０、第１及び第２の梁４０、４２等に用いる材料に対して、選択エッチングが可能な無機材料、金属材料、あるいは有機材料等が使用可能である。
【００４２】
また、本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータをバリキャップに用いた例を説明している。圧電駆動アクチュエータは、バリキャップ以外にも、例えばスイッチ等のマイクロメカニカルデバイスに適用できる。例えば、図１に示した同じ構造で、作用端４８の第２の下部電極２４を固定電極１６の誘電膜１４と接触させることによりキャパシティブ型スイッチとして用いることができる。また、誘電膜１４を除去した構造で、ＤＣ接触型スイッチとして用いることもできる。
【００４３】
更に、本発明の実施の形態では、固定電極１６に二つの導体膜１２ａ、１２ｂが用いられている。例えば、図１７に示すように、固定電極１６に単体の導体膜１２を用いてもよい。第１及び第２の下部電極２２、２４は接続部５４の圧電膜３０下の下部電極２３を介して接続されている。バリキャップ、あるいはスイッチとして用いる場合、固定電極１６の導体膜１２と固定部４６の第１の下部電極２２間の容量の変化、あるいは接触を検知すればよい。このように、第１及び第２の下部電極２２、２４が接続されて、バリキャップあるいはスイッチの一方の電極として用いられる。しかし、第１及び第２の上部電極３２、３４は分離されているため、第２の圧電膜２８には電界が印加されず、第２の梁４２は初期状態のままに保持される。したがって、第２の梁４２の作用端４８の変位を、第１の梁４０に印加される駆動電圧により再現性良く高精度で制御することが可能となる。
【００４４】
（第１の変形例）
本発明の実施の形態の第１の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図１８に示すように、第１の梁４０、第２の梁４２、及び第３の梁４１を備える。第３の梁４１は、第２の梁４２を挟んで第１の梁４０に対向するように位置される。第３の梁４１は、基板１０上のアンカー２０ａに固定された固定部４７の固定端４５から接続部５４ａの接続端５２まで延在する。作用端４８は、固定端４４、４５の間に隣接して配置される。図１９に示すように、第２及び第３の梁４２、４１間の梁間距離Ｌｔａは、第１及び第２の梁４０、４２間の梁間距離Ｌｔと製造誤差の範囲で同一としている。梁間距離Ｌｔは、梁長Ｌｂよりも短くされる。
【００４５】
第３の梁４１は、図１８に示すように、第３の下部電極２１、第３の下部電極２１上に設けられた第３の圧電膜２５、第３の圧電膜２５上に設けられた第３の上部電極３１、及び第３の上部電極３１上に設けられた第３の支持膜３５を有する。第１、第２及び第３の圧電膜２６、２８、及び２５は、接続部５４、５４ａを介して接続される。第１、第２及び第３の圧電膜２６、２８、２５、及び接続部５４、５４ａは、連続した圧電体層である。
【００４６】
第１の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、第３の梁４１を備える点が、本発明の実施の形態と異なる。他の構成は、本発明の実施の形態と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００４７】
第１の変形例では、図２０に示すように、第２の梁４２の第２の下部電極２４が可動電極として機能する。例えば、第１及び第３の下部電極２２、２１を共通電位として、第１及び第３の上部電極３２、３１に正極性の駆動電圧が印加される。正極性の駆動電圧の印加により、第１及び第３の梁４０、４１が放物線状に上方に屈曲する。一方、第２の梁４２は直線状のままであり、作用端４８が下方の基板１０の方向に変位する。第１及び第３の梁４０、４１の間に挟んで第２の梁４２が配置されている。したがって、圧電駆動により作用部５０の第２の下部電極２４を基板１０上の固定電極１６に接触させる場合、第１、第２及び第３の梁４０、４２、４１の接続部５４にかかるねじり応力を大幅に軽減することができる。その結果、作用部５０の固定電極１６に対する押し付け力が増大する。
【００４８】
第１の変形例に係る圧電駆動アクチュエータをバリキャップに使用する場合は、最大容量値の増大が可能となる。また、ＤＣ接触型スイッチに使用する場合は、接触抵抗低減などに有利である。また、第１の変形例では、固定端２０、２０ａで固定された固定端４４、４５の間に作用端４８が位置しているため、作用端４８における反りの影響を更に低減することが可能になる。
【００４９】
（第２の変形例）
本発明の実施の形態の第２の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図２１に示すように、第１の梁４０、第２の梁４２、及び第３の梁４１を備える。第１及び第２の圧電膜２６、２８は、接続部５４の圧電膜３０を介して接続される。圧電膜３０下には、下部電極２３が設けられる。第１及び第３の圧電膜２６、２５は、接続部５４ａの圧電膜３０ａを介して接続される。圧電膜３０ａ下には、下部電極３３が設けられる。第２及び第３の支持膜３８、３５は、上部電極３３上の支持膜３７を介して接続される。また、第２の梁４２の作用部５０ａにおいて、第２の下部電極２４、第２の上部電極３４、及び第２の支持膜３８からそれぞれ分離された可動電極２４ａ、３４ａ、及び可動支持膜３８ａが設けられる。
【００５０】
第１及び第２の下部電極２２、２４は、図２２に示すように、下部電極２３を介して接続されている。第３の下部電極２１は、第１及び第２の下部電極２２、２４から分離している。第２及び第３の上部電極３４、３１は、図２３に示すように、上部電極３３を介して接続されている。第１の上部電極３２は、第２及び第３の上部電極３４、３１から分離している。
【００５１】
第２の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、第１及び第２の下部電極２２、２４が接続され、且つ、第２及び第３の上部電極３４、３１が接続される点が、第１の変形例と異なる。他の構成は、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。
【００５２】
第２の変形例では、第３の下部電極２１及び第３の上部電極３１を共通電位として、第１の下部電極２２及び第１の上部電極３２に正極性の駆動電圧が印加される。したがって、固定端４４、４５に接続された第１及び第３の梁４０、４１は屈曲しない。一方、第２の上部電極３４及び第２の下部電極２４のぞれぞれに共通電位及び正極性の駆動電圧が印加され、第２の梁４２が下方に屈曲する。このように、第２の梁４２のみが屈曲変位するので、変位部の質量が小さくなり、動作速度が増大する。したがって、圧電駆動アクチュエータの高速動作を実現することが可能となる。
【００５３】
なお、第２の変形例では、第２の梁４２の第２の下部電極２４及び第２の上部電極３４にＤＣ電圧が印加されるので、作用部５０ａの可動電極２４ａ、３４ａが切り離されてフローティング電極とされている。
【００５４】
（第３の変形例）
本発明の実施の形態の第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図２４に示すように、第１の梁４０、第２の梁４２、及び第３の梁４１を備える。第１及び第３の梁４０、４１が、接続部５４ｂで接続されている。図２５に示すように、第２の圧電膜２８が、接続部５４ｂの圧電膜３０ｂに接続されている。また、プラグ５６、５８が、支持膜３８、３７ｂの下側に埋め込まれて設けられる。
【００５５】
第１及び第３の下部電極２２、２１は、図２６に示すように、下部電極２３ｂを介して接続されている。第２の下部電極２４は、第１及び第３の下部電極２２、２１から分離している。可動電極２４ａは、第２の下部電極２４から分離している。第１及び第３の上部電極３２、３１は、図２７に示すように、上部電極３３ｂを介して接続されている。第２の上部電極３４は、第１及び第３の上部電極３２、３１から分離している。可動電極３４ａは、第２の上部電極３４から分離している。
【００５６】
プラグ５６、５８は、図２８に示すように、接続部５４ｂの圧電膜３０ｂに設けられたビアホールに埋め込まれたＡｕ等の金属により形成される。プラグ５６は、第２の梁４２の第２の上部電極３４と、接続部５４ｂの下部電極２３ｂとを接続する。また、プラグ５８は、第２の下部電極２４と、接続部５４ｂの上部電極３３ｂとを接続する。したがって、第２の下部電極２４が、第１及び第３の上部電極３２、３１に接続され、第２の上部電極３４が、第１及び第３の下部電極２２、２１に接続される。
【００５７】
第２の梁４２の作用部５０ａは、図２９に示すように、基板１０の表面に設けられた固定電極１６と対向している。作用部５０ａには、固定電極１６側の可動電極２４ａ上に第２の圧電膜２８、可動電極３４ａ、及び可動支持膜３８ａが積層されている。
【００５８】
第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、第２の下部電極２４が第１及び第３の上部電極３２、３１に接続され、且つ、第２の上部電極３４が第１及び第３の下部電極２２、２１に接続される点が、第１及び第２の変形例と異なる。他の構成は、第１及び第２の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００５９】
第３の変形例では、第１の下部電極２２及び第３の下部電極２１を共通電位として、第１の上部電極３２及び第３の上部電極３１に正極性の駆動電圧が印加される。その結果、固定端４４、４５に接続された第１及び第３の梁４０、４１が、例えば基板１０に対して上方に屈曲する。一方、第２の上部電極３４及び第２の下部電極２４のぞれぞれに共通電位及び正極性の駆動電圧が印加されるため、第２の梁４２が下方に屈曲する。したがって、第１及び第３の梁４０、４１の圧電駆動による屈曲変位と、第２の梁４２による圧電駆動の屈曲変位が足しあわされ、作用端４８で約２倍の変位が得られる。このように、第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータによれば、圧電駆動の変位を増大させることが可能となる。
【００６０】
（第４の変形例）
本発明の実施の形態の第４の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図３０に示すように、第１区分１４０ａと第２区分１４０ｂを有する第１の梁４０ａ、第１区分１４２ａと第２区分１４２ｂを有する第２の梁４２ａ、及び第１区分１４１ａと第２区分１４２ｂを有する第３の梁４１ａを備える。第１及び第３の梁４０ａ、４１ａが、接続部１５４ｂで接続されている。第２の圧電膜２８が、接続部１５４ｂの圧電膜３０ｂに接続されている。第１〜第３の梁４０ａ、４２ａ、４１ａの区分されたそれぞれの表面には、第１の支持膜１３６ａ、１３６ｂ、第２の支持膜１３８ａ、１３８ｂ、及び第３の支持膜１３５ａ、１３５ｂが設けられている。第１区分１４０ａ、１４２ａ、１４１ａ及び第２区分１４０ｂ、１４２ｂ、１４１ｂは、第１〜第３の梁４０ａ、４２ａ、４１ａのそれぞれのほぼ中央位置で区分されている。
【００６１】
また、プラグ５６、５８が、第２の支持膜１３８ｂ及び支持膜１３７ｂの下側に埋め込まれて設けられる。プラグ５８ａ及び５６ａが、第１の梁４０ａの第１区分１４０ａ及び第２区分１４０ｂに設けられる。プラグ５８ｂ及び５６ｂが、第３の梁４１ａの第１区分１４１ａ及び第２区分１４１ｂに設けられる。プラグ５６ｃ及び５８ｃが、第２の梁４２ａの第１区分１４２ａ及び第２区分１４２ｂに設けられる。
【００６２】
第１〜第３の梁４０ａ、４２ａ、４１ａの第１〜第３の下部電極１２２、１２４、１２１のそれぞれは、図３１に示すように、第１分割部１２２ａ、１２４ａ、１２１ａ、及び第２分割部１２２ｂ、１２４ｂ、１２１ｂにそれぞれ分割されている。第１及び第３の下部電極１２２、１２１の第２分割部１２２ｂ、１２１ｂは、下部電極１２３ｂを介して接続されている。第２の下部電極１２４は、第１及び第３の下部電極１２２、１２１から分離している。可動電極２４ａは、第２の下部電極１２４から分離している。
【００６３】
また、第１〜第３の上部電極１３２、１３４、１３１のそれぞれは、図３２に示すように、第１分割部１３２ａ、１３４ａ、１３１ａ、及び第２分割部１３２ｂ、１３４ｂ、１３１ｂにそれぞれ分割されている。第１及び第３の上部電極１３２、１３１の第２分割部１３２ｂ、１３１ｂは、上部電極１３３ｂを介して接続されている。第２の上部電極１３４は、第１及び第３の上部電極１３２、１３１から分離している。可動電極３４ａは、第２の上部電極１３４から分離している。
【００６４】
プラグ５６、５８は、図３３に示すように、接続部１５４ｂの圧電膜３０ｂに設けられたビアホールに埋め込まれたＡｕ等の金属により形成される。プラグ５６は、第２の梁４２ａの第２の上部電極１３４の第２分割部１３４ｂと、接続部１５４ｂの下部電極１２３ｂとを接続する。また、プラグ５８は、第２の下部電極１２４の第２分割部１２４ｂと、接続部１５４ｂの上部電極１３３ｂとを接続する。したがって、第２の下部電極１２４の第２分割部１２４ｂが、第１及び第３の上部電極１３２、１３１の第２分割部１３２ｂ、１３１ｂに接続される。また、第２の上部電極１３４の第２分割部１３４ｂが、第１及び第３の下部電極１２２、１２１の第２分割部１２２ｂ、１２１ｂに接続される。
【００６５】
図３４に示すように、プラグ５６ａは、第１の下部電極１２２の第１分割部１２２ａと第１の上部電極１３２の第２分割部１３２ｂとを接続する。プラグ５８ａは、第１の下部電極１２２の第２分割部１２２ｂと第１の上部電極１３２の第１分割部１３２ａとを接続する。プラグ５６ｂは、第３の下部電極１２１の第１分割部１２１ａと第３の上部電極１３１の第２分割部１３１ｂとを接続する。プラグ５８ｂは、第３の下部電極１２１の第２分割部１２１ｂと第３の上部電極１３１の第１分割部１３１ａとを接続する。また、プラグ５６ｃは、第２の下部電極１２４の第２分割部１２４ｂと第２の上部電極１３４の第１分割部１３４ａとを接続する。プラグ５８ｃは、第２の下部電極１２４の第１分割部１２４ａと第２の上部電極１３４の第２分割部１３４ｂとを接続する。
【００６６】
第４の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、第１〜第３の下部電極１２２、１２４、１２１、及び第１〜第３の上部電極１３２、１３４、１３１のそれぞれがに分割されている点が、第３の変形例と異なる。他の構成は、第３の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００６７】
第４の変形例では、第１及び第３の下部電極１２２、１２１の第１分割部１２２ａ、１２１ａを共通電位として、第１及び第３の上部電極１３２、１３１の第１分割部１３２ａ、１３１ａに負極性の駆動電圧が印加される。したがって、第１及び第３の上部電極１３２、１３１の第２分割部１３２ｂ、１３１ｂ、第２の下部電極１２４の第２分割部１２４ｂ、並びに第２の上部電極１３４の第１分割部１３４ａが共通電位となる。第１及び第３の下部電極１２２、１２１の第２分割部１２２ｂ、１２１ｂ、第２の上部電極１３４の第２分割部１３４ｂ、並びに第２の下部電極１２４の第１分割部１２４ａが負極性電位となる。
【００６８】
その結果、固定端４４、４５に接続された第１及び第３の梁４０ａ、４１ａの第１区分１４０ａ、１４１ａが、例えば基板１０に向かって傾きが増加するように屈曲する。第１及び第３の梁４０ａ、４１ａの第２区分１４０ｂ、１４１ｂは、基板１０に対して平行になるように屈曲する。また、第２の梁４２ａでは、第２区分が基板１０に向かって傾きが増加するように屈曲し、第１区分１４２ａが基板１０に対して平行になるように屈曲する。
【００６９】
第１区分１４０ａ、１４２ａ、１４１ａ及び第２区分１４０ｂ、１４２ｂ、１４１ｂは、ほぼ同じ長さである。したがって、第１〜第３の梁４０ａ、４２ａ、４１ａは、接続端５２で屈曲の傾きが基板１０とほぼ平行となる。同様に、第２の梁４２ａは、作用端４８で屈曲の傾きが基板１０とほぼ平行となる。このように、第４の変形例に係る圧電駆動アクチュエータによれば、可動電極２４ａ面を基板１０上の固定電極１６面に対してほぼ平行に変位させることができ、バリキャップとして望ましい容量変化特性を実現することが可能となる。
【００７０】
（第５の変形例）
本発明の実施の形態の第５の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図３５に示すように、図３０に示した圧電駆動アクチュエータを、作用部５０ｂを共通にして２個線対称に配置したものである。第１のアクチュエータ１００ａを固定するアンカー２０、２０ａに対して、第２のアクチュエータ１００ｂを固定するアンカー１２０、１２０ａが固定電極１６ａを挟んで対向している。アンカー２０、２０ａ上の第１及び第３の梁４０ａ、４１ａの固定端４４、４５に対して、アンカー１２０、１２０ａ上の第１及び第３の梁４０ｂ、４１ｂの固定端４４ａ、４５ａが対向している。第１のアクチュエータ１００ａの第２の梁４２ａの作用端４８に対して、第２のアクチュエータ１００ｂの第２の梁４２ｂの作用端４８ａが作用部５０ｂを介して接続されている。第１〜第３の梁４０ｂ、４２ｂ、４１ｂのそれぞれは、第１区分１４０ｃ、１４２ｃ、１４１ｃ、及び第２区分１４０ｄ、１４２ｄ、１４１ｄを有する。第１及び第３の梁４０ｂ、４１ｂが、接続端５２ａで接続されている。
【００７１】
接続部１５４ｃの下部及び上部電極と第２の梁４２ｂの上部及び下部電極とを接続するプラグ１５６、１５８が、接続部１５４ｃに設けられる。プラグ１５８ａ、１５６ａが、第１の梁４０ｂの第１及び第２区分１４０ｃ、１４０ｄに設けられる。プラグ１５８ｂ、１５６ｂが、第３の梁４１ｂの第１及び第２区分１４１ｃ、１４１ｄに設けられる。プラグ１５６ｃ、５８ｃが、第２の梁４２ｂの第１及び第２区分１４２ｃ、１４２ｄに設けられる。
【００７２】
第５の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、作用部５０ｂを共通にして第１及び第２のアクチュエータ１００ａ、１００ｂを線対称に配置している点が、第４の変形例と異なる。他の構成は、第４の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００７３】
第５の変形例では、図３６に示すように、固定端４４、４５、及び固定端４４ａ、４５ａで固定された第１及び第３の梁４０ａ、４０ｂ、４１ａ、４１ｂと、接続端５２、５２ａから折り返されて作用部５０ｂに接続される第２の梁４２ａ、４２ｂとが配置されたパンタグラフ型の両持ち梁構造を有する。パンタグラフ型アクチュエータにより、作用部５０ｂの変位量Ｄｂは、より安定に再現性良く制御できる。また、パンタグラフ型アクチュエータでは、駆動力が２倍になるため、特にＤＣ接触型スイッチとして使用したときに好適な押し付け力を得ることが可能になる。
【００７４】
（第６の変形例）
本発明の実施の形態の第６の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図３７に示すように、第１及び第３の梁４０ａ、４１ａから接続端２５２で折り返されて延在する第４及び第５の梁２４０、２４１を有する。第４の梁２４０は、第１及び第２の梁４０ａ、４２ａの間に並んで配置され、第５の梁２４１は、第２及び第３の梁４０ａ、４１ａの間に並んで配置されている。第１及び第３の梁４０ａ、４１ａは、固定端４４、４５に対向する接続端２５２を含む接続部２５４ａで接続されている。第４及び第５の梁２４０、２４１は、接続部２５４ａから折り返されて、固定端４４、４５、及び作用端４８を越えて接続端２５２と対向する他の接続端５２まで延在する。第４及び第５の梁２４０、２４１は、接続部２５４ｂで接続される。第２の梁４２ａは、接続端５２で折り返されるように延在する。固定端４４、４５及び作用端４８間の梁間距離Ｌｔは、接続端５２及び作用端４８間の梁長Ｌｂより短く、好ましくは梁長Ｌｂの１／３以下にしてある。
【００７５】
第１の梁４０ａの第２区分１４０ｂの下部及び上部電極と第４の梁２４０の第１区分２４０ａの上部及び下部電極とを接続するプラグ５６ｄ、５８ｄが、接続部２５４ａに設けられる。プラグ５８ｅ、５６ｅが、第４の梁２４０の第１及び第２区分２４０ａ、２４０ｂに設けられる。また、第３の梁４１ａの第２区分１４１ｂの下部及び上部電極と第５の梁２４１の第１区分２４１ａの上部及び下部電極とを接続するプラグ５６ｆ、５８ｆが、接続部２５４ａに設けられる。プラグ５８ｇ、５６ｇが、第５の梁２４１の第１及び第２区分２４１ａ、２４１ｂに設けられる。第２の梁４２ａの第１区分１４２ａの下部及び上部電極と第５の梁２４１の第１区分２４１ａの上部及び下部電極とを接続するプラグ５６、５８が、接続部２５４ｂに設けられる。プラグ５８ｃ、５６ｃが、第５の梁２４１の第１及び第２区分２４１ａ、２４１ｂに設けられる。
【００７６】
第６の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、第１あるいは第３の梁４０ａ、４１ａが接続端２５２、５２でそれぞれ２度折り返されて第２の梁４２ａに接続される点が、第４の変形例と異なる。他の構成は、第４の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００７７】
第６の変形例では、図３８に示すように、固定端４４、４５と作用端４８の変位量Ｄｂは、第１あるいは第３の梁４０ａ、４１ａの変位量の４倍に増大させることができる。したがって、バリキャップの容量変化を増加させることが可能となる。
【００７８】
（第７の変形例）
本発明の実施の形態の第７の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図３９に示すように、Ｃリング状に配列された第１の梁４０ｂ及び第２の梁４２ｂを備える。第１の梁４０ｂの固定端４４と第２の梁４２ｂの作用端４８が梁間距離Ｌｔで隣接して配置されている。なお、Ｃリングの第１及び第２の梁４０ｂ、４２ｂの区分位置と、作用部５０ｃとの距離が梁長Ｌｂとされる。
【００７９】
図４０に示すように、第１の梁４０ｂの固定端４４が、アンカー２０上に固定される。第２の梁４２ｂの作用端４８を含む作用部５０ｃは、第２の圧電膜２８を挟んで対向する可動電極２４ａ、３４ａと可動支持膜３８ａを有する。プラグ５６、５８は、図４１に示すように、第１及び第２の梁４０ｂ、４２ｂの区分位置の接続端３５２の近傍で圧電膜２６、２８に設けられたビアホールに埋め込まれた金属等により形成される。プラグ５６は、第２の梁４２ｂの第２の上部電極３４と、第１の梁４０ｂの第１の下部電極２２とを接続する。また、プラグ５８は、第２の梁４２ｂの第２の下部電極２４と、第１の梁４０ｂの第１の上部電極３２とを接続する。したがって、第２の下部電極２４が、第１及び第３の上部電極３２、３１に接続され、第２の上部電極３４が、第１及び第３の下部電極２２、２１に接続される。
【００８０】
第７の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、第１及び２の梁４０ｂ、４２ｂをＣリング状に接続している点が、第３の変形例と異なる。他の構成は、第３の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００８１】
第７の変形例に係る圧電駆動アクチュエータにおいても、Ｃリング状のアクチュエータ全体がほぼ一様の断面構造を有している。したがって、成膜時に上下非対称な残留歪が生じた場合でも、反りが相殺される。その結果、固定端４４と作用端４８に生じる反りを抑制することができる。
【００８２】
第１の下部電極２２に対して第１の上部電極３２に正極性の駆動電圧を印加すると、図４２に示すように、固定端４４で支持された第１の梁４０ｂが上方に向かって屈曲する。第２の梁４２ｂは、接続端３５２から逆に下方に向かって屈曲する。その結果、固定端４４に対して、作用端４８が下方に変位量Ｄｂで変位する。したがって、作用端４８の変位を、第１の梁４０に印加される駆動電圧により再現性良く高精度で制御することが可能となる。第７の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、高周波領域ではインダクタとして動作させることができる。リング状の電極に、圧電駆動のためのＤＣ電圧に重畳させて高周波信号を通すことにより、バリキャップあるいはスイッチにインダクタを併せ持つマイクロメカニカルデバイスとして機能させることが可能になる。
【００８３】
（第８の変形例）
本発明の実施の形態の第８の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図４３に示すように、Ｃリング状の圧電駆動アクチュエータを、作用部５０ｄを共通にして２個点対称に配置したものである。第１のアクチュエータ１００ｃを固定するアンカー２０に対して、第２のアクチュエータ１００ｄを固定するアンカー２０ａが作用部５０ｄの下方に配置された固定電極（図示省略）を挟んで対向している。第１のアクチュエータ１００ｃの第１及び第２の梁４０ｃ、４２ｃのそれぞれは、固定端４４及び作用端４８から接続端３５２ａまでリング状に配置された第１区分１４０ｃ、１４２ｃ、第２区分１４０ｄ、１４２ｄ、第３区分１４０ｅ、１４２ｅ、及び第４区分１４０ｆ、１４２ｆを有する。第２のアクチュエータ１００ｄの第１及び第２の梁４０ｄ、４２ｄのそれぞれは、固定端４４ａ及び作用端４８ａから接続端３５２ｂまでリング状に配置された第１区分１４０ｇ、１４２ｇ、第２区分１４０ｈ、１４２ｈ、第３区分１４０ｉ、１４２ｉ、及び第４区分１４０ｊ、１４２ｊを有する。第１のアクチュエータ１００ｃの第２の梁４２ｃの作用端４８に対して、第２のアクチュエータ１００ｄの第２の梁４２ｄの作用端４８ａが作用部５０ｄを介して接続されている。
【００８４】
第８の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、作用部５０ｄを共通にして、複数の区分を有する第１及び第２のアクチュエータ１００ｃ、１００ｄを作用部５０ｄに関して点対称に配置している点が、第５及び第７の変形例と異なる。他の構成は、第５及び第７の変形例と同様であるので、重複する記載は省略する。
【００８５】
第８の変形例では、図３６に示した第５の変形例と同様に、固定端４４、４４ａで固定された第１の梁４０ｃ、４０ｄと、Ｃリング状に折り返されて作用部５０ｄに接続される第２の梁４２ｃ、４２ｄとが配置された眼鏡型の両持ち梁構造を有する。眼鏡型アクチュエータにより、作用部５０ｄの変位量は、安定に再現性良く制御できる。また、眼鏡型アクチュエータでは、駆動力が２倍になるため、特にＤＣ接触型スイッチとして使用したときに好適な押し付け力を得ることが可能になる。
【００８６】
（第９の変形例）
本発明の実施の形態の第９の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、図４４に示すように、接続端４５２を有するリング状の接続部４５４に、リングの中心部から放射状に延在する複数のアクチュエータが接続されている。例えば、第１のアクチュエータは、アンカー４２０ａで固定端４４４ａが固定され、接続部４５４まで延在する第１の梁４４０ａ、及び接続部４５４から折り返され、作用部４５０に接続される作用端４４８ａを有する第２の梁４４２ａを備える。第２〜４のアクチュエータのそれぞれも同様に、アンカー４２０ｂ〜４２０ｄで固定端４４４ｂ〜４４４ｄが固定され、接続部４５４まで延在する第１の梁４４０ｂ〜４４０ｄ、及び接続部４５４から折り返され、作用部４５０に接続される作用端４４８ｂ〜４４８ｄを有する第２の梁４４２ｂ〜４４２ｄを備える。
【００８７】
第９の変形例に係る圧電駆動アクチュエータは、作用部４５０を共通にして、複数のアクチュエータをリング状の接続部４５４に接続している点が、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。
【００８８】
第９の変形例では、第１〜第４のアクチュエータが、作用部４５０を中心としてリング状の接続部４５４を１周するように接続されている。第１及び第２の梁４４０ａ〜４４０ｄ、４４２ａ〜４４２ｄのそれぞれは圧電駆動により、接続端４５２が基板面に対して垂直方向に変位するように屈曲される。固定端４４４ａ〜４４４ｄは、作用端４４８ａ〜４４８ｄに近接して配置されている。また、固定端４４４ａ〜４４４ｄは、作用部４５０を囲むように配置されている。更に、複数のアクチュエータを用いているため、駆動力を増大させることができる。その結果、作用部４５０の変位量を、より安定に再現性良く制御することが可能となる。
【００８９】
（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。
【００９０】
本発明の実施の形態では、１度乃至は２度の折り返しを有する圧電駆動アクチュエータが用いられている。しかし、折り返しの数は限定されず、２度以上の複数回折り返されてもよい。また、圧電駆動アクチュエータの各梁の区分数も限定されなず、２区分以上の複数の区分を設けてもよい。
【００９１】
また、 本発明の実施の形態においては、ユニモルフ構造の圧電駆動アクチュエータが用いられている。しかし、圧電駆動アクチュエータとして、バイモルフ構造を用いてもよい。例えば、図４５に示すように、倍モル構造を有する圧電駆動アクチュエータは、第１の梁４０ｅ及び第２の梁４２ｅを備える。第１の梁４０ｅは、基板１０上のアンカー２０に固定された固定端４４から接続部５４の接続端５２まで延在する。第２の梁４２ｅは、接続端５２から作用端４８まで、固定端４４側の方向に第１の梁４０ｅと並んで延在する。また、誘電膜１４で覆われた導体１２ａ、１２ｂを有する固定電極１６が、作用端４８に対向する基板１０の表面に設けられる。
【００９２】
第１の梁４０ｅには、図４６に示すように、第１の下部電極２２及び第１の上部電極３２で挟まれた第１の圧電膜２６ａ、２６ｂの間に第１の中間電極８２が設けられている。第２の梁４２ｅには、図４７に示すように、第２の下部電極２４及び第２の上部電極３４で挟まれた第２の圧電膜２８ａ、２８ｂの間に第２の中間電極８４が設けられている。第１及び第２の圧電膜２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂは、同一方向に分極するように成膜されている。
【００９３】
第１の梁４０ｅの第１の中間電極８２を共通電位として、例えば、第１の下部電極２２に負極性の駆動電圧を、第１の上部電極３２に正極性の駆動電圧を印加する。第１の圧電膜２６ａには、圧縮応力が作用し、第１の圧電膜２６ｂには引張応力が作用する。その結果、第１の梁４０ｅが基板１０から上方に向かって屈曲する。第２の梁４２ｅは、第１の梁４０ｅとは電気的に絶縁されているので、駆動電圧が印加されず初期状態のままである。したがって、第１及び第２の圧電膜２６ａ、２６ｂ、２８ａ、２８ｂの残留歪の有無に関わらず、第２の梁４２ｅの作用端４８を固定電極１６に向かって変位させることが可能となる。
【００９４】
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】
【００９５】
【図１】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図３】図２の圧電駆動アクチュエータのＡ−Ａ断面の一例を示す概略図である
【図４】図２の圧電駆動アクチュエータのＢ−Ｂ断面の一例を示す概略図である。
【図５】図２の圧電駆動アクチュエータのＣ−Ｃ断面の一例を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータを用いるバリキャップの等価回路の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの圧電駆動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圧電駆動アクチュエータの圧電駆動の他の例を示す概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るの圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その１）である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その２）である。
【図１２】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その３）である。
【図１３】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その４）である。
【図１４】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その５）である。
【図１５】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その６）である。
【図１６】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの製造方法の一例を示す工程断面図（その７）である。
【図１７】本発明の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの他の例を示す斜視図である。
【図１８】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図１９】本発明の実施の形態の第１の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図２０】図１９の圧電駆動アクチュエータのＥ−Ｅ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２の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの下部電極の一例を示す斜視図である。
【図２３】本発明の実施の形態の第２の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの上部電極の一例を示す斜視図である。
【図２４】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す斜視図である。
【図２５】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図２６】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの下部電極の一例を示す斜視図である。
【図２７】本発明の実施の形態の第３の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの上部電極の一例を示す斜視図である。
【図２８】図２５の圧電駆動アクチュエータのＦ−Ｆ断面の一例を示す概略図である。
【図２９】図２５の圧電駆動アクチュエータのＧ−Ｇ断面の一例を示す概略図である。
【図３０】本発明の実施の形態の第４の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図３１】本発明の実施の形態の第４の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの下部電極の一例を示す斜視図である。
【図３２】本発明の実施の形態の第４の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの上部電極の一例を示す斜視図である。
【図３３】図３０の圧電駆動アクチュエータのＨ−Ｈ断面の一例を示す概略図である。
【図３４】図３０の圧電駆動アクチュエータのＩ−Ｉ断面の一例を示す概略図である。
【図３５】本発明の実施の形態の第５の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図３６】本発明の実施の形態の第５の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの圧電駆動の一例を示す概略図である。
【図３７】本発明の実施の形態の第６の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図３８】本発明の実施の形態の第６の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの圧電駆動の一例を示す概略図である。
【図３９】本発明の実施の形態の第７の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図４０】図３９の圧電駆動アクチュエータのＪ−Ｊ断面の一例を示す概略図である。
【図４１】図３９の圧電駆動アクチュエータのＫ−Ｋ断面の一例を示す概略図である。
【図４２】本発明の実施の形態の第７の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの圧電駆動の一例を示す概略図である。
【図４３】本発明の実施の形態の第８の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図４４】本発明の実施の形態の第９の変形例に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図４５】本発明のその他の実施の形態に係る圧電駆動アクチュエータの一例を示す平面概略図である。
【図４６】図４４の圧電駆動アクチュエータのＬ−Ｌ断面の一例を示す概略図である。
【図４７】図４４の圧電駆動アクチュエータのＭ−Ｍ断面の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００９６】
１０  基板
１２ａ、１２ｂ  導体膜
１４  誘電膜
１６  固定電極
２０  アンカー
２２  第１の下部電極
２４  第２の下部電極
２６  第１の圧電膜
２８  第２の圧電膜
３２  第１の上部電極
３４  第２の上部電極
３６  第１の支持膜
３８  第２の支持膜
４０  第１の梁
４２  第２の梁
４４  固定端
４８  作用端
５２  接続端
５４  接続部
【図１】
2006087231.tif 000003
【図２】
2006087231.tif 000004
【図３】
2006087231.tif 000005
【図４】
2006087231.tif 000006
【図５】
2006087231.tif 000007
【図６】
2006087231.tif 000008
【図７】
2006087231.tif 000009
【図８】
2006087231.tif 000010
【図９】
2006087231.tif 000011
【図１０】
2006087231.tif 000012
【図１１】
2006087231.tif 000013
【図１２】
2006087231.tif 000014
【図１３】
2006087231.tif 000015
【図１４】
2006087231.tif 000016
【図１５】
2006087231.tif 000017
【図１６】
2006087231.tif 000018
【図１７】
2006087231.tif 000019
【図１８】
2006087231.tif 000020
【図１９】
2006087231.tif 000021
【図２０】
2006087231.tif 000022
【図２１】
2006087231.tif 000023
【図２２】
2006087231.tif 000024
【図２３】
2006087231.tif 000025
【図２４】
2006087231.tif 000026
【図２５】
2006087231.tif 000027
【図２６】
2006087231.tif 000028
【図２７】
2006087231.tif 000029
【図２８】
2006087231.tif 000030
【図２９】
2006087231.tif 000031
【図３０】
2006087231.tif 000032
【図３１】
2006087231.tif 000033
【図３２】
2006087231.tif 000034
【図３３】
2006087231.tif 000035
【図３４】
2006087231.tif 000036
【図３５】
2006087231.tif 000037
【図３６】
2006087231.tif 000038
【図３７】
2006087231.tif 000039
【図３８】
2006087231.tif 000040
【図３９】
2006087231.tif 000041
【図４０】
2006087231.tif 000042
【図４１】
2006087231.tif 000043
【図４２】
2006087231.tif 000044
【図４３】
2006087231.tif 000045
【図４４】
2006087231.tif 000046
【図４５】
2006087231.tif 000047
【図４６】
2006087231.tif 000048
【図４７】
2006087231.tif 000049