(57)【要約】【課題】圧電体層に絶縁破壊が起きても、周囲への伝搬を阻止して、圧電体層の機能損失を最小限にすることができる圧電式アクチュエータを提供する。【解決手段】光偏向器１のカンチレバー２３は、縦長の平板状に形成され、厚み方向に下から上に順にＳｉ層３５、下側電極層３７、圧電体層３８及び上側電極層３９基板層、下側電極層、圧電体層、及び上側電極層を有する。上側電極層３９は、面方向に分離された複数の電極部分４３と、面方向に隣接する電極部分４３同士を接続する接続線４４とから構成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形 の平板状に形成され、厚み方向に下から上に順に基板層、下側電極層、圧電体層、及び上側電極層が形成されている圧電式アクチュエータであって、
前記上側電極層は、面方向に分離された複数の電極部分と、面方向に隣接する前記電極部分同士を接続する接続線とから構成されていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
前記上側電極層は、面方向の縦横のいずれの方向にも複数の前記電極部分に分離され、
各電極部分は、該いずれの方向にも隣接する電極部分に前記接続線を介して接続されていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
各電極部分は、大きさ及び形状が同一とされていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
前記上側電極層は、前記圧電体層より融点の高い材料から形成されていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
前記圧電体層は、面方向に分離して各電極部分の直下ごとに形成された複数の圧電体部分から構成されていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
各電極部分と各接続線は、同一の材料により形成されていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
各接続線は、規定値以上の通電流により断線するヒューズ機能を備えることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
前記上側電極層の上に、横方向 に単一の電極部分の内側に収まる横幅で縦方向に延在する給電層を備え、
前記給電層は、下側に一列で並ぶ前記電極部分の配列において飛び飛びの前記電極部分に接続されていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【請求項９】
請求項８に記載の圧電式アクチュエータにおいて、
前記給電層は、縦方向の一端側からの給電を、縦方向の他端側に結合されている別の圧電式アクチュエータに配電する給電線を兼ねていることを特徴とする圧電式アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光偏向器等に装備される圧電式アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の光偏向器に装備される圧電式アクチュエータを開示する。該圧電式アクチュエータは、矩形の平板状に形成され、厚み方向に下から上に順に基板層、下側電極層、圧電体層、及び上側電極層が形成されている。
【０００３】
圧電式アクチュエータでは、圧電体層にボイドやクラックが含まれていたり、圧電体層内に異物（コンタミ）が混入していたり、さらに、圧電体層の表面に細かい窪みや突起が形成されていたりすることがある。このような圧電体層の欠陥は、例えば１０Ｖ／μｍ以上の電界（印加電圧）を圧電体層に印加する圧電式アクチュエータにおいて圧電体層の絶縁破壊につながり易くなる。
【０００４】
特許文献１の圧電式アクチュエータでは、圧電体層の絶縁破壊が圧電体の柱状結晶に沿って生じ易いことに着目し、下側電極層と上側電極層との中間に導電性薄膜を配置し、導電性薄膜の下側と上側とに分けて圧電体層の柱状結晶を段階的に形成する。これにより、下側電極層−上側電極層間では、１つの柱状結晶が連続することなく、導電性薄膜の下と上で不連続な２つの柱状結晶になるので、圧電体層の絶縁破壊が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−２１９６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、独自の構成により、圧電体層に絶縁破壊が起きても、周囲への伝搬を阻止して、圧電体層の機能損失を最小限にすることができる圧電式アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の圧電式アクチュエータは、
矩形の平板状に形成され、厚み方向に下から上に順に基板層、下側電極層、圧電体層、及び上側電極層が形成されている圧電式アクチュエータであって、
前記上側電極層は、面方向に分離された複数の電極部分と、面方向に隣接する前記電極部分同士を接続する接続線とから構成されていることを特徴とする。
【０００８】
圧電式アクチュエータにおける圧電体層の最初の絶縁破壊は、面方向には、圧電体層の欠陥部位が存在する面方向位置に起こり易く、絶縁破壊時には、該面方向位置を厚み方向に貫く大電流が生じる。この時、大電流は、該面方向位置の近辺の周囲にも漏れるので、該周囲も絶縁破壊して、絶縁破壊が、面方向に次々に連鎖、伝搬して、面方向に一気に広がる傾向がある。
【０００９】
本発明によれば、上側電極層は、面方向に複数の電極部分に分離されているので、もし、絶縁破壊が生じて、上側電極層−下側電極層間に大電流が流れて、該大電流が、面方向に最初の絶縁破壊位置からその周囲に次々に伝搬したとしても、面方向の伝搬範囲は、圧電体層の絶縁破壊箇所の直上の電極部分に留められる。この結果、圧電体層に絶縁破壊が起きても、周囲への伝搬を阻止して、圧電体層の機能損失を最小限にすることができる。
【００１０】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、
前記上側電極層は、面方向の縦横のいずれの方向にも複数の前記電極部分に分離され、
各電極部分は、該いずれの方向にも隣接する電極部分に前記接続線を介して接続されていることが好ましい。
【００１１】
各電極部分は、印加電圧の供給方向に上流側に隣りの電極部分から接続線を介して駆動電圧（圧電体層の印加電圧差）を供給される。したがって、もし、複数の電極部分への分離が、面方向の縦横のいずれか一方の方向のみとすると、面方向への絶縁破壊の広がりは抑えることができても、その後の使用再開時に、絶縁破壊の起きた電極部分より給電方向の下流側の電極部分への給電が断たれてしまう、
【００１２】
これに対し、この構成によれば、上側電極層は、縦横のいずれの方向にも複数の電極部分に分離されているので、絶縁破壊の起きた電極部分より給電方向の下流側にある電極部分は、絶縁破壊の起きなかった複数の電極部分から構成される経路で給電を受けることができる。
【００１３】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、各電極部分は、大きさ及び形状が同一とされていることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、上側電極層の構造を簡単化することができる。なお、電極部分の大きさ及び形状を面方向位置に応じて異なるものにすることも可能である。
【００１５】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、前記上側電極層は、前記圧電体層より融点の高い材料から形成されていることが好ましい。
【００１６】
絶縁破壊時の大電流により上側電極層の材料が溶融すると、溶けた材料が、絶縁破壊により生じた圧電体層内の亀裂に流れ込んだり、圧電体層に浸透したりすることがある。これは、上側電極層と下側電極層との短絡経路を形成するので、絶縁破壊後の圧電式アクチュエータの使用再開を困難にさせる。
【００１７】
これに対し、この構成によれば、絶縁破壊時には、圧電体層が先に溶断されるので、電極部分の溶融による上側電極層と下側電極層との短絡は防止される。
【００１８】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、前記圧電体層は、面方向に分離して各電極部分の直下ごとに形成された複数の圧電体部分から構成されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、圧電体層も面方向に複数の圧電体部分に分離されている。これにより、絶縁破壊時に大電流が圧電体層において面方向に伝搬することが抑制される。
【００２０】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、各電極部分と各接続線は、同一の材料により形成されていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、上側電極層の製造を簡単にすることができる。
【００２２】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、各接続線は、規定値以上の通電流により断線するヒューズ機能を備えることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、圧電体層の絶縁破壊時では、接続線が断線して、圧電体層において絶縁破壊が生じた箇所の直上の電極部分への給電が防止される。これにより、上側電極層−下側電極層間の短絡を瞬時に終了させることができる。
【００２４】
本発明の圧電式アクチュエータは、前記上側電極層の上に、横方向に単一の電極部分の内側に収まる横幅で縦方向に延在する給電層を備え、前記給電層は、下側に一列で並ぶ前記電極部分の配列において飛び飛びの前記電極部分に接続されていることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、上側電極層の縦方向に分布して配置された複数の電極部分は、給電層から縦方向に適切な間隔で給電される。これにより、上側電極層において縦方向の電圧降下を抑制することができる。また、給電層の横幅は、電極部分の横幅より短く、かつ給電層は、横方向に、複数の電極部分に重なることなく、単一の電極部分の内側に収まっている。したがって、給電層が接続している電極部分が、その直下の圧電体層の絶縁破壊のために、大電流が流れても、給電層を介して横方向に隣接する電極部分へ大電流の波及することが防止される。さらに、給電層は、縦方向に飛び飛びで電極部分に接続されている。したがって、給電層が接続している電極部分が、その直下の圧電体層の絶縁破壊のために、大電流が流れても、給電層を介して縦方向に隣接する電極部分へ大電流の波及することが防止される。
【００２６】
本発明の圧電式アクチュエータにおいて、前記給電層は、縦方向の一端側からの給電を、縦方向の他端側に結合されている別の圧電式アクチュエータに配電する給電線を兼ねていることが好ましい。
【００２７】
複数の圧電式アクチュエータを直列に結合して、使用することがある。この場合、各圧電式アクチュエータは、駆動電圧を下流側に供給する給電線が必要になる。これに対し、この構成によれば、該給電線を電極部分への配電に利用することができるので、構造が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】光偏向器の正面図。
【図２】比較例のカンチレバーに関し、図２Ａは該カンチレバーの平面図、図２Ｂは図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線断面図。
【図３】光偏向器のカンチレバーの一例のカンチレバーに関し、図３Ａは該カンチレバーの平面図、図３Ｂは図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線断面図。
【図４】カンチレバーのその他の実施形態に関し、図４Ａ−図４Ｃは、それぞれ別の実施形態を示す図。
【図５】図３のカンチレバーの圧電体層に代えて別の圧電体層を備えるカンチレバーの構造に関し、図５Ａは該カンチレバーの平面図、図５Ｂは図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】給電層付きのカンチレバーに関し、図６Ａはカンチレバーの平面図、図６Ｂは図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
（光偏向器／構成）
図１は、光偏向器１の正面図である。光偏向器１は、ＭＥＭＳとして製造される。なお、平板状の光偏向器１に対し、ミラー部２の反射面が視認できる側を「正面」、その反対側を「背面」ということにする。
【００３０】
以下、光偏向器１について上下左右というとき、光偏向器１の正面視での上下左右をいうものとする。光偏向器１の構成の把握の便宜のため、図１等に三軸直交座標を定義している。原点Ｏは、ミラー部２の中心に設定している。Ｚ軸は、光偏向器１の厚み方向に対応している。Ｘ軸及びＹ軸は、左右方向及び上下方向に対応している。Ｚ軸は、背面から正面に向かう向きとされる。Ｘ軸は、左から右に向かう向きとされる。Ｙ軸は、下から上に向かう向きとされる。以下、光偏向器１の構成は、ミラー部２の静止状態、すなわちミラー部２の反射面の法線がＺ軸に一致している状態で説明する。
【００３１】
光偏向器１は、ミラー部２、内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂ、可動支持部としての可動枠４、外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂ、及び固定枠６を備える。固定枠６は、正面視で横長の矩形となっている。固定枠６の長辺及び短辺は、それぞれＸ軸及びＹ軸に平行である。
【００３２】
図１において、軸線Ｌｘ，Ｌｙは、ミラー部２が往復回動（正逆転）する２つの軸線である。軸線Ｌｘ，Ｌｙは、ミラー部２の中心（原点Ｏ）において直交する。内側圧電式アクチュエータ３は、駆動部（図示せず）から第１駆動電圧を供給されて、ミラー部２を軸線Ｌｙの回りに第１周波数（例：３０ｋＨｚ）で往復回動させる。外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂは、駆動部から第２駆動電圧を供給されて、ミラー部２を軸線Ｌｘの回りに第２周波数（例：６０Ｈｚ）で往復回動させる。
【００３３】
内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂは、圧電構造付きのカンチレバーから構成され、正面視においてＹ軸に対して左右対称の構造になっている。内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂは、Ｙ軸方向の両端部において相互に結合し、全体では、ミラー部２を包囲するＹ軸方向に縦長の楕円環を構成する。可動枠４は、内外周がＹ軸方向に縦長の楕円輪郭の環状枠として形成され、内周側において内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂから構成される楕円環を包囲する。
【００３４】
トーションバー２１ａ，２１ｂは、ミラー部２からＹ軸に沿って上下に直線状に突出し、中間部において内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂの結合部に結合し、突出端において可動枠４の内周に結合する。軸線Ｌｙは、トーションバー２１ａ，２１ｂの中心線に一致する。
【００３５】
外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂは、矩形の固定枠６の内周側でかつＸ軸方向に可動枠４に対して左右対称に配設される。外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂの各々は、ミアンダ配列で直列に結合している複数のカンチレバー２３から構成される。カンチレバー２３も、内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂのカンチレバー（符号無し）と同様に、圧電構造付きとなっている。なお、各カンチレバー２３は、単独で圧電式アクチュエータとして使用可能である。
【００３６】
具体的には、各カンチレバー２３は、長手方向をＹ軸方向に揃えて、Ｘ軸方向に一列に配列される。複数のカンチレバー２３は、折り返し部（符号無し）を介して縦方向（Ｙ軸方向）の端部において横方向（Ｘ軸方向）に左隣り又は右隣りのカンチレバー２３に結合している。
【００３７】
外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂの各々においてＸ軸方向の両端のカンチレバー２３は、長さが中間のカンチレバー２３の半分となっており、Ｙ軸上で固定枠６及び可動枠４にそれぞれ結合している。固定枠６に結合しているカンチレバー２３の端部は、外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂの基端部を構成し、可動枠４に結合しているカンチレバー２３の端部は、外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂの先端部を構成する。
【００３８】
電極パッド１６ａ，１６ｂは、固定枠６の短辺部の表面に複数ずつ配設されている。電極パッド１６ａは、光偏向器１の内部配線を介して光偏向器１の左半部の内側圧電式アクチュエータ３ａ及び外側圧電式アクチュエータ５ａに接続されている。電極パッド１６ｂは、光偏向器１の内部配線を介して光偏向器１の右半部の内側圧電式アクチュエータ３ｂ及び外側圧電式アクチュエータ５ｂに接続されている。
【００３９】
（光偏向器／作用）
光偏向器１の作用について説明する。なお、以下、内側圧電式アクチュエータ３ａ，３ｂを特に区別しないときは、「内側圧電式アクチュエータ３」と総称する。外側圧電式アクチュエータ５ａ，５ｂを特に区別しないときは、「外側圧電式アクチュエータ５」と総称する。電極パッド１６ａ，１６ｂを特に区別しないときは、「電極パッド１６」と総称する。
【００４０】
光偏向器１は、二次元スキャナとして、映像器や車両用前照灯等に装備される。光偏向器１は、パッケージ内に収納されて、光偏向器１の電極パッド１６とパッケージの端子とは、ボンディングワイヤ（図示せず）により接続されている。内側圧電式アクチュエータ３及び外側圧電式アクチュエータ５には、それらの圧電体層６０（図３）に電極パッド１６から駆動電圧が供給される。
【００４１】
図示していない光源（例：半導体レーザ光源）からの光（例：レーザ光）が、光偏向器１のミラー部２の中心（三軸座標系の原点Ｏ）に入射する。
【００４２】
外側圧電式アクチュエータ５は、電極パッド１６からの駆動電圧により作動して、可動枠４をＸ軸の回りに第２周波数で往復回動させる。この結果、ミラー部２は、軸線Ｌｘの回りを第２周波数で往復回動する。なお、軸線ＬｘとＸ軸とは、一致しない。ミラー部２は、後述するように、軸線Ｌｙの回りに往復回動しているので、軸線Ｌｘも、軸線Ｌｙの往復回動に伴い、変動するからである。これに対して、Ｘ軸は、固定枠６に対して静止している。
【００４３】
外側圧電式アクチュエータ５の作動について詳説する。各外側圧電式アクチュエータ５は、ミアンダ配列の複数のカンチレバー２３から成る。外側圧電式アクチュエータ５の基端側（固定枠６側）から先端側（可動枠４側）との結合端の方に順番にカンチレバー２３に番号を付けると、奇数番のカンチレバー２３と偶数番のカンチレバー２３とは、同一周波数の逆位相の駆動電圧が供給され、湾曲変形の凸側の向きが逆になるように、変形する。
【００４４】
この結果、ミアンダ配列を構成する各カンチレバー２３は、外側圧電式アクチュエータ５の作動時に、Ｘ軸方向に隣接するもの同士で逆向きに湾曲する。この時、各カンチレバー２３の基端部に対する先端部の相対回転量の蓄積量が、軸線Ｌｘの回りの外側圧電式アクチュエータ５に対する内側圧電式アクチュエータ３の回転量（捻じれ量）となる。
【００４５】
一方、内側圧電式アクチュエータ３は、電極パッド１６からの第１駆動電圧によりトーションバー２１をその中心軸線としての軸線Ｌｙの回りに第１周波数で往復回動させる。第１周波数は、高い周波数を確保するために、軸線Ｌｙの回りのミラー部２の共振周波数に設定される。なお、軸線Ｌｘの回りのミラー部２の往復回動の周波数である第２周波数は、非共振周波数に設定される。
【００４６】
こうして、ミラー部２は、軸線Ｌｙの回りに共振周波数で往復回動しつつ、軸線Ｌｘの回りに非共振周波数で往復回動する。この結果、ミラー部２は、正面視で、左右には共振周波数で、上下には非共振周波数で首振りする。
【００４７】
なお、ミラー部２の反射面の法線がＺ軸に一致したときのみ、軸線ＬｘはＸ軸に一致し、軸線ＬｙはＹ軸に一致する。図示しない光源からの光は、ミラー部２の中心で反射して、その時々の軸線Ｌｘ，Ｌｙの回りの回動角に対応する方向に走査光として出射する。
【００４８】
（比較例の圧電式アクチュエータ）
図２は、比較例のカンチレバー１２３に関する。カンチレバー１２３は、カンチレバー２３と対比させて、カンチレバー２３の特徴を明確にするために、示している。図２Ａはカンチレバー１２３の平面図、図２Ｂは図２Ａの２Ｂ−２Ｂ線断面図である。
【００４９】
なお、平面図とは、圧電式アクチュエータをその積層方向（平板状の圧電式アクチュエータの厚み方向）の上方から見たものであり、図１の光偏向器１の正面視で圧電式アクチュエータを見たものに相当する。
【００５０】
カンチレバー１２３は、下部の基板部３０と、上部の圧電構造部３１との積層構造から成る。基板層としての基板部３０は、Ｓｉ（ケイ素）層３５の１層のみから構成される。Ｓｉ層３５は、半導体の製造で周知のＳＯＩ（Silicon on Insulator）板の表面Ｓｉ層である。周知のように、ＳｉＯ２（二酸化ケイ素）層を間に挟んで、上側の表面Ｓｉ層と下側の裏面Ｓｉ層との３層の積層構造を有している。圧電構造部３１がＳＯＩ板の表面側（上側）に製造された後、ＳＯＩ板は裏面側（下側）からエッチングされて、下側の裏面Ｓｉ層及び中間のＳｉＯ２層は除去され、完成時のカンチレバー１２３では、表面Ｓｉ層としてのＳｉ層３５の１層のみが残っている。Ｓｉ層３５の厚み（Ｚ軸方向の寸法）は、例えば５０μｍである。
【００５１】
圧電構造部３１は、下から上の順に下側電極層３７、圧電体層３８及び上側電極層３９に積層された積層構造を有している。圧電体層３８の材料は、例えばＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）である。ＰＺＴの成膜方法は、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical-apor-eposition）法がある。さらに、ＰＬＤ（Pulse Laser-eposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法、ＣＳＤ（Chemical Solution-eposition）法、ゾルゲル法もある。圧電体層３８の形成過程では、ＰＺＴの連続的な柱状結晶が下側電極層３７の上に向かって徐々に成長していく。
【００５２】
カンチレバー１２３では、上側電極層３９は、平板状のカンチレバー１２３の面方向に連続している。なお、カンチレバー１２３の横方向及び縦方向は、面方向内の２方向である。
【００５３】
カンチレバー１２３は、それを装備する光偏向器１の作動中、光偏向器１の外部の駆動電圧部から第１及び第２駆動電圧を固定枠６に供給される。固定枠６に供給された第１及び第２駆動電圧は、光偏向器１の内部配線を経て内側圧電式アクチュエータ３及び外側圧電式アクチュエータ５の下側電極層３７−上側電極層３９間に導かれる。そして、内側圧電式アクチュエータ３及び外側圧電式アクチュエータ５の各圧電式アクチュエータの圧電体層３８の両面間に印加電圧として印加される。圧電体層３８は、印加電圧に応じて縦方向に伸縮する。これに伴い、基板部３０が厚み方向に撓み、カンチレバー１２３の縦方向の先端部は、基端部に対して厚み方向に相対変位する。
【００５４】
カンチレバー１２３では、圧電体層３８の絶縁破壊が問題になる。絶縁破壊は、カンチレバー１２３のように、駆動周波数（前述の第２周波数）は低くて構わないものの、大きな撓み量を確保するために、１０Ｖ／μｍ以上の高電界を圧電体層３８の両面間に印加しなければならない外側圧電式アクチュエータ５のカンチレバー２３に起こり易い。すなわち、内側圧電式アクチュエータ３の圧電体層より高い印加電圧が付与される圧電体層３８を有する外側圧電式アクチュエータ５の方に絶縁破壊が起こり易い。
【００５５】
すでに従来技術の問題点として述べたが、圧電体層３８の絶縁破壊時の大電流が最初の絶縁破壊箇所（以下、「トリガ位置Ｄｔ」という。）から面方向に次々に伝搬し、最終的に、面方向に広がった絶縁破壊が生じ易い。その場合、外側圧電式アクチュエータ５の全面的な使用不能になってしまう。これに対し、実施形態の光偏向器１では、圧電体層３８の絶縁破壊が構造欠陥等のために起きることが避けられないものの、起きたとしても、カンチレバー２３の限定された面方向部位での機能不全に抑える。
【００５６】
（第１実施形態）
図３は、光偏向器１のカンチレバー２３の一例のカンチレバー２３ａに関し、図３Ａはカンチレバー２３ａの平面図、図３Ｂは図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線断面図である。
【００５７】
カンチレバー２３ａにおいて、カンチレバー１２３の構造要素と同一の構造要素については、カンチレバー１２３の構造要素に付けた符号と同一の符号で指示する。カンチレバー１２３とカンチレバー２３ａとは、圧電構造部３１の構造について相違がある。その他の構造については、カンチレバー１２３とカンチレバー２３ａとは同一である。したがって、カンチレバー２３ａについては、圧電構造部３１の構成を中心に説明する。
【００５８】
カンチレバー２３ａの圧電構造部３１は、Ｘ軸−Ｙ軸の２軸の平面方向としての面方向に分離された複数の電極部分４３と、面方向に隣接する電極部分４３同士を接続する接続線４４とから構成されている。
【００５９】
カンチレバー２３ａの上側電極層３９におけるこれら複数の電極部分４３及び複数の接続線４４の形成は、カンチレバー１２３の分離前の平板連続層の圧電体層３８（図２）を上側からエッチングすることにより形成される。したがって、この例では、電極部分４３及び複数の接続線４４の厚みは、カンチレバー１２３の分離前の平板連続層の圧電体層３８の厚みを維持する。各接続線４４は、十分な細幅となるように、各接続線４４の幅方向両側を削られる。
【００６０】
典型的には、電極部分４３と接続線４４とは、同一材料により形成される。接続線４４ の材料を電極部分４３の材料より融点の低い材料とし、後述のヒューズ機能（絶縁破壊発生時の接続線４４の溶断）を高めることもできる。
【００６１】
各電極部分４３は、平面視で正方形に形成されている。接続線４４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に隣接する電極部分４３の向かい合う辺の中点間を延在している。図３（Ａ）において隣接する電極部分４３の間の隙間に示した黒線が接続線４４を示しており、各接続線４４は、両端の電極部分４３同士を接続している。 
【００６２】
カンチレバー２３ａの作用について説明する。最初の絶縁破壊では、カンチレバー１２３と同様に、トリガ位置ＤｔをＺ軸方向に貫く大電流が下側電極層３７−上側電極層３９間に生じる。該大電流は、面方向の１箇所としてのトリガ位置Ｄｔだけでなく、面方向にトリガ位置Ｄｔに接触する周囲にも、流れる。
【００６３】
この結果、カンチレバー１２３ａの場合と同様に、絶縁破壊は、面方向にトリガ位置Ｄｔを中心に伝搬しようとする。しかしながら、この大電流の面方向の広がりは、面方向にトリガ位置Ｄｔを含む面方向範囲の１つの電極部分４３に限定される。この結果、圧電体層３８の絶縁破壊は、面方向にトリガ位置Ｄｔを含む１つの電極部分４３の面方向範囲内に留められる。
【００６４】
こうして、カンチレバー２３ａは、絶縁破壊は、圧電体層３８のボイド等の欠陥のために生じることはあっても、全面的な機能破壊は回避される。
【００６５】
接続線４４のヒューズ機能について説明する。接続線４４は、平面視で細幅に形成される。圧電体層３８の絶縁破壊時には、トリガ位置Ｄｔの直上の電極部分４３（以下、「トリガ電極部分４３」という。）に対し、周囲から接続線４４を介して集中的に流れ込む。したがって、トリガ位置Ｄｔのトリガ電極部分４３から延び出ている各接続線４４（以下、「トリガ接続線４４」という。）には、規定値以上の通電流が流れる。また、圧電体層３８の大電流による絶縁破壊時には、トリガ位置Ｄｔに高熱が生じる。こうして、規定値以上の通電流による発熱と又はトリガ位置Ｄｔから伝搬された高熱とにより、トリガ接続線４４は瞬時に溶断する。
【００６６】
この結果、トリガ電極部分４３は、電流の供給を絶たれ、圧電体層３８の絶縁破壊は、瞬時に終了する。すなわち、圧電体層３８における面方向への絶縁破壊の伝搬は抑制される。
【００６７】
各電極部分４３は、縦横のいずれの方向にも隣接する電極部分４３に接続線４４を介して接続されている。したがって、各電極部分４３は、隣接する電極部分４３がトリガ電極部分４３のために該トリガ電極部分４３との接続線４４を介する接続が途絶えても、他の隣接する非トリガ電極部分４３との接続線４４を介して駆動電圧の供給を受けることができる。
【００６８】
（その他の実施形態）
図４は、カンチレバー２３のその他の実施形態に関し、図４Ａ−図４Ｃは、カンチレバー２３ｂ〜２３ｄを示している。カンチレバー２３ｂ〜２３ｄについては、縦断面図は省略し、平面図のみを示す。カンチレバー２３ａとの相違点についてのみ説明する。なお、以降、カンチレバー２３ａ〜２３ｆ（カンチレバー２３ｅ，２３ｆは図５及び図６に図示）を特に区別しないときは、「カンチレバー２３」と総称する。
【００６９】
図４Ａのカンチレバー２３ｂでは、カンチレバー２３の接続線４４に代えて、接続線４５が設けられる。接続線４４（図３Ａ）は、面方向に隣り合う電極部分４３同士で、向かい合わせになっている辺の中点間を接続していた。これに対し、カンチレバー２３ｂの接続線４５は、接続線４４は、面方向に隣り合う電極部分４３同士で、向かい合わせになっている頂点間を接続している。図４Ａでは、各接続線４４は、４つの電極部分４３の頂点部により画定された十字路に配設されて、該十字路に臨む４つの頂点部をまとめて接続している。
を接続している。 
【００７０】
図４Ｂのカンチレバー２３ｃでは、電極部分４８及び接続線４９が、それぞれカンチレバー２３ａ（図３Ａ）の電極部分４３及び接続線４４の代わりに形成される。電極部分４８は、平面視が正三角形になっている。接続線４９は、面方向に隣り同士でかつ辺を向かい合わせている２つの電極部分４８の各対において、向かい合わせている辺の中点間を接続している。電極部分４８の細密充填を得るために、各対の電極部分４８は、平面視で菱形を形成している。
【００７１】
図４Ｃのカンチレバー２３ｄでは、電極部分５３及び接続線５４が、それぞれカンチレバー２３ａ（図３Ａ）の電極部分４３及び接続線４４の代わりに形成される。電極部分５３は、平面視が正六角形になっている。接続線５４は、面方向に隣り同士でかつ辺を向かい合わせている２つの電極部分５３の各対において、向かい合わせている辺の中点間を接続している。電極部分４８の細密充填を得るために、中心がＹ軸方向に同一位置に並ぶ複数の電極部分５３から成る各群は、Ｙ軸方向に隣接する群に対してＸ軸方向に１／２ピッチずれている。なお、１ピッチとは、Ｘ軸方向の１つの電極部分５３の寸法としての横幅をいう。
【００７２】
（圧電体層の別の構造）
図５は、カンチレバー２３ａの圧電体層３８に代えて圧電体層６０を備えるカンチレバー２３ｅの構造に関し、図５Ａはカンチレバー２３ｅの平面図、図５Ｂは図５Ａの５Ｂ−５Ｂ線に沿う断面図である。カンチレバー２３ｅの構成のうち、カンチレバー２３ａの構成との相違点についてのみ説明する。
【００７３】
カンチレバー２３ｅでは、圧電体層６０は、面方向に分離して各電極部分４３の直下ごとに形成された複数の圧電体部分６１から構成されている。すなわち、カンチレバー２３ｅでは、上側電極層３９だけでなく、圧電体層６０も面方向に分離される。
【００７４】
電極部分４３と圧電体部分６１とは、面方向に同一位置にあるもの同士が（厚み方向の）対を構成する。各対の電極部分４３と圧電体部分６１とは、厚み方向に一体である。こうして、各対は、面方向内の縦横のいずれの方向にも分離しているとともに、面方向に隣接する対は、該いずれの方向にも隣接する複数の上側電極層３９に接続線４４を介して接続されている。
【００７５】
この結果、絶縁破壊開始時の大電流の面方向広がりは、Ｚ軸方向に上側電極層３９の範囲だけでなく、圧電体層６０の範囲も防止される。したがって、面方向への絶縁破壊の伝搬を確実に防止することができる。
【００７６】
（給電層）
図６は、給電層６６付きのカンチレバー２３ｆに関し、図６Ａはカンチレバー２３ｆの平面図、図６Ｂは図６Ａの６Ｂ−６Ｂ線に沿う断面図である。カンチレバー２３ｆの構成のうち、図２Ｂのカンチレバー２３ａとの相違点についてのみ説明する。
【００７７】
カンチレバー２３ｆの圧電構造部３１は、カンチレバー２３ａの圧電構造部３１に対し、上側電極層３９の上側に、さらに下から順に絶縁層６５及び給電層６６の２層が積層されている。図６Ａの平面図では、内部構造を透視するために、絶縁層６５は図示を省略している。絶縁層６５は、上側電極層３９の表面（上面）を全面的に覆っている。
【００７８】
給電層６６は、Ｘ軸方向に単一の電極部分４３の内側に収まる横幅でＹ軸方向に延在している。給電層６６は、下側にＹ軸方向に一列で並ぶ電極部分４３の配列（以下、「給電列７１」という。）において飛び飛びの電極部分４３に接続されている。
【００７９】
以下、カンチレバー２３（カンチレバー２３ａ〜２３ｆの総称）では、上側電極層３９の電極部分４３に共通（同一電位）の駆動電圧が供給されなければならない。しかるに、接続線４４は、細幅であるので、抵抗が大きい。したがって、給電方向（電極パッド１６に近い基端部側としての一端側から遠い先端部側としての他端側）に電圧降下が生じ、給電方向に下流側の電極部分４３に供給される駆動電圧が低下してしまう。
【００８０】
光偏向器１の外側圧電式アクチュエータ５は、ミアンダ配列の複数（２以上）のカンチレバー２３に対して基端部側から順番に番号を付けると、奇数番号のカンチレバー２３と偶数番号のカンチレバー２３とでは、逆位相の駆動電圧を供給する必要がある。したがって、番号の小さいカンチレバー２３では、番号の大きいカンチレバー２３へ駆動電圧を配電する給電線の配線が必須となる。給電層６６は、この配線を兼ねている。
【００８１】
カンチレバー２３ｆでは、上側電極層３９の縦方向に分布して配置された複数の電極部分４３は、給電層６６から縦方向に適切な間隔（ビア６９の縦方向間隔）で給電されている。給電層６６は、接続線４４に対して十分な幅を有しているので、給電層６６に接続されている電極部分４３（以下、「直接接続電極部分４３」という。）は、給電列７１に沿って電圧降下していない同一の駆動電圧が供給される。また、給電層６６とは直接接続されていない電極部分４３（以下、「間接接続電極部分４３」という。）は、直接給電電極部分４３からｎ（ｎ≧０）個以上の間接給電電極部分４３を経て最も近い１つ又は２つの直接給電電極部分４３からの駆動電圧を供給される。そして、ｎの最大値は、十分に小さく設定されるので、間接給電電極部分４３における駆動電圧の低下はわずかとなる。こうして、カンチレバー２３ｆにおいて、すべての電極部分４３に対して、電圧降下のない駆動電圧を供給することができる。
【００８２】
カンチレバー２３ｆでは、給電層６６の横幅が電極部分４３の横幅より短くされ、かつ給電層６６をＸ軸方向に単一の電極部分４３の内側に収められている。この結果、直接接続電極部分４３が、トリガ電極部分４３となったとき、該直接接続電極部分４３に大電流が流れても、給電層６６を介して圧電式アクチュエータ方向に隣接する間接接続電極部分４３へ大電流の波及することが防止される。
【００８３】
カンチレバー２３ｆでは、また、給電層６６が、縦方向に飛び飛びで給電列７１の電極部分４３に接続されている。これにより、給電層６６が接続している直接接続電極部分４３が、トリガ電極部分４３となって、大電流が直接接続電極部分４３に流れても、給電層６６を介して給電列７１における隣接する電極部分４３へ大電流の波及することが防止される。
【００８４】
（数値例）
カンチレバー１２３では、圧電体層３８のほぼ表面全体を覆うように 上側電極層３９が１つの平面体層で形成されていたのに対し、カンチレバー２３では、上側電極層３９は、面方向に分離された複数の電極部分４３，４８又は５３（以下、「電極部分４３等」という。）に分離され、電極部分４３等の合計面積が、圧電体層３８に印加電圧を印加する面積となる。電極部分４３等は、圧電体層３８の絶縁破壊時、カンチレバー２３における最小の絶縁破壊単位となって、カンチレバー２３における絶縁破壊を１つの電極部分４３等内に留めることができる。このため、電極部分４３等の寸法は、小さい方が好ましい。例えば、個々の電極部分４３等の面積は、上側電極層３９を形成する領域全体の面積又は圧電体層３８全体の面積 の１０％以下にする。
【００８５】
上側電極層３９を形成する領域全体の面積を５ｍｍ２とした場合、平面視が正方形である各電極部分４３は、１００μｍ×１００μｍとする。これは、電極部分４３の面積／上側電極層３９の全体面積≒０．２％を意味する。この数値に設定することにより、カンチレバー２３において、１つの電極部分４３等の相当する圧電体層３８が機能不全になっても、カンチレバー２３全体での使用は、支障なく行えることが保証される。
【００８６】
面方向に隣接する電極部分４３等間の間隙（例：接続線４４の長さ）は、小さい方が好ましい。しかしながら、安定的なリソグラフィープロセスを行うためには、該間隙の寸法は、現時点の技術では、面方向に隣接する電極部分４３等は、面方向に少なくとも５μｍ以上離間される。このため、電極部分４３等の合計面積が上側電極層３９を形成する領域全体の面積の６０％以上（以下、「上部電極被覆率」という。）を確保するためには、平面視が正方形の電極部分４３又は正三角形の電極部分４８では、一辺の長さが２０μｍ以上となるようにするのが好ましい。平面視が正六角形の電極部分５３となっているカンチレバー２３ｄにおいて、同一の上部電極被覆率を確保する場合、正六角形の一辺は１２μｍ以上とすることが好ましい。
【００８７】
接続線４４，４５，４８，５４（以下、「接続線４４等」という。）は、それらが接続されている一方の電極部分４３等の直下の圧電体層３８の部位に絶縁破壊が起きた際に、集中電流に因る発熱で溶断されることを前述した。このためは、接続線４４等の幅は、２０μｍ以下とすることが好ましい。接続線４４等に、規定値以上の通電により断線するヒューズ機能を付与することにより、絶縁破壊時には瞬時に絶縁破壊電流を停止して、絶縁破壊による圧電体層３８の損壊を抑制することができる。
【００８８】
上側電極層３９の材料は、圧電体層３８の材料より融点が高いことが好ましい。逆に、上側電極層３９の材料は、圧電体層３８の材料より融点が低ければ、圧電破壊時に、絶縁破壊により生じた圧電体層３８の亀裂に上側電極層３９の溶融した材料が流れ込み、下側電極層３７−上側電極層３９を短絡状態にする危険があるからである。これを回避するためには、上側電極層３９の厚みを厚くし過ぎることは好ましくない。したがって、上側電極層３９、その材料の融点が圧電体層３８を構成する材料の融点よりも高い材料系で薄膜に構成することが好ましい。具体的には、例えば、上側電極層３９の材料は、Ｐｔ、Ｔｉ又はＩｒとされ、上側電極層３９の層厚は、２００ｎｍ以下で形成される。
【００８９】
給電層６６の横幅は、なるべく小さくすることが好ましい。例えば、給電層６６の横幅／電極部分４３の横幅は、１／３以下、さらに望ましくは１／１０以下に設定される。しかしながら、ヒューズ機能を付与された接続線４４等よりは十分に広い。
【００９０】
（変形例）
カンチレバー２３ａでは、上側電極層３９は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれの方向にも複数の接続線４４に分離しているが、本発明では、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれ一方の方向のみの分離であってもよいとする。
【００９１】
図３〜図６では、外側圧電式アクチュエータ５のカンチレバー２３について説明しているが、カンチレバー２３における圧電体層３８の分離構造は、外側圧電式アクチュエータ５のような矩形の平板状の圧電式アクチュエータに限定されない。本発明の圧電式アクチュエータは、内側圧電式アクチュエータ３のような平面視が湾曲形（例：楕円）の平板状の圧電式アクチュエータにも適用可能である。曲線形の平板状の圧電式アクチュエータでは、縦方向は、圧電式アクチュエータの長く延在している方向（例：楕円輪郭線の延在する方向）となる。また、幅方向が横方向となる。
【００９２】
実施形態では、上側電極層３９の電極部分の細密構造として、平面視が正方形、正三角形又は正六角形を例示した。本発明は、それ以外の形状での細密構造を採用することもできる。
【００９３】
実施形態では、カンチレバー１２３の分離前の平板連続層の圧電体層３８の厚みＨａに対し、電極部分４３等の電極部分の厚みＨｂ及び接続線４４等の接続線の厚みＨｃは、Ｈａ＝Ｈｂ＝Ｈｃとなっている。本発明では、絶縁破壊時の接続線のヒューズ機能が確保されれば、Ｈａ＝Ｈｂ＞Ｈｃであってもよい。また、Ｈｂ＞Ｈｃとする場合には、接続線の幅を適当に増大して、接続線のヒューズ機能を確保することができる。
【符号の説明】
【００９４】
５・・・外側圧電式アクチュエータ、６・・・固定枠、２３・・・カンチレバー、３０・・・基板部、３１・・・圧電構造部、３５・・・Ｓｉ層（基板層）、３７・・・下側電極層、３８，５０・・・圧電体層、３９・・・上側電極層、４３，４８，５３・・・電極部分、４４，４５，４９，５４・・・接続線、５０・・・圧電体層、５１・・・圧電体部分、５６・・・給電層、６１・・・給電列。
【図１】
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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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