(57)【要約】      （修正有）【課題】残留歪の多少に拘らず作用端と固定電極間の距離が一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供する。【解決手段】第１のアクチュエータ１の固定端１１は基板に固定し、他端１２は第２のアクチュエータの一端２１に接続されて、端折り返し梁構造とする。この端折り返し梁構造の圧電駆動アクチュエータを２個平行に線対称に配置し、作用端２２、４２付近で接続した構造を有している。【選択図】図１
2008005642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
第１の下部電極と、前記第１の下部電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第２の下部電極と、前記第２の下部電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極とを有する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの他端と、前記第１のアクチュエータの他端に対向する、前記第２のアクチュエータの一端とを接続する第１の接続部と、
前記第２のアクチュエータに対して前記第１のアクチュエータと反対側に、前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第３の下部電極と、前記第３の下部電極上に形成された第３の圧電膜と、前記第３の圧電膜上に形成された第３の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第３のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとの間に前記第３のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第４の下部電極と、前記第４の下部電極上に形成された第４の圧電膜と、前記第４の圧電膜上に形成された第４の上部電極と、を有する第４のアクチュエータと、
前記第３のアクチュエータの他端と、前記第３のアクチュエータの他端に対向する、前記第４のアクチュエータの一端とを接続する第２の接続部と、
前記第２のアクチュエータの他端と前記第４のアクチュエータの他端とを接続する第３の接続部と、
前記基板上に、前記第２および第４のアクチュエータの他端に対向して形成された固定電極と、
を備え、
前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと、前記第３のアクチュエータおよび前記第４のアクチュエータとは、前記第２のアクチュエータと第４のアクチュエータとの間の中心線に対して実質的に対称となるように配置されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項２】
前記第３の接続部は、前記第２および第４の下部電極に接続された第５の下部電極と、前記第５の下部電極と絶縁されて前記第５の下部電極上に形成された第５の上部電極とを備えていることを特徴とする請求項１記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項３】
前記第３のアクチュエータの一端は、前記第１のアクチュエータの一端を通りかつ前記第１のアクチュエータの延在する方向と実質的に直交する直線上に位置し、
前記第１のアクチュエータの長さと前記第３のアクチュエータの長さは実質的に等しくかつ前記第１のアクチュエータの幅と前記第３のアクチュエータの幅は実質的に等しく、
前記第２のアクチュエータの長さと前記第４のアクチュエータの長さは実質的に等しくかつ前記第２のアクチュエータの幅と前記第４のアクチュエータの幅は実質的に等しいことを特徴とする請求項１または２記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１の接続部は、前記第１および第２の下部電極に接続された第６の下部電極を備え、
前記第２の接続部は、前記第３および第４の下部電極に接続された第７の下部電極を備え、
前記第１および第２の上部電極は絶縁され、前記第３および第４の上部電極は絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項５】
前記第１の接続部は、前記第１および第２の上部電極に接続された第６の上部電極を備え、
前記第２の接続部は、前記第３および第４の下部電極に接続された第７の下部電極を備え、
前記第１および第２の下部電極は絶縁され、前記第３および第４の上部電極は絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項６】
前記第１および第２の下部電極は絶縁され、前記第３および第４の下部電極は絶縁され、前記第１および第２の上部電極は絶縁され、前記第３および第４の上部電極は絶縁され、
前記第１の下部電極と前記第２の上部電極は接続され、前記第２の下部電極と前記第１の上部電極は接続され、前記第３の下部電極と前記第４の上部電極は接続され、前記第４の下部電極と前記第３の上部電極は接続されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項７】
前記固定電極は、前記第２のアクチュエータの他端に対向するように形成された第１の固定電極と、前記第４のアクチュエータの他端に対向するように形成され前記第１の固定電極と絶縁された第２の固定電極とを備えていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項８】
基板と、
第１の下部電極と、前記第１の下部電極上に形成された第１の下部圧電膜と、前記第１の下部圧電膜上に形成された第１の中間電極と、前記第１の中間電極上に形成された第１の上部圧電膜と、前記第１の上部圧電膜上に形成された第１の上部電極とを有し、一端が前記基板に固定された第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第２の下部電極と、前記第２の下部電極上に形成された第２の下部圧電膜と、前記第２の下部圧電膜上に形成された第２の中間電極と、前記第２の中間電極上に形成された第２の上部圧電膜と、前記第２の上部圧電膜上に形成された第２の上部電極と、を有する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの他端と、前記第１のアクチュエータの他端に対向する、前記第２のアクチュエータの一端とを接続する第１の接続部と、
前記第２のアクチュエータに対して前記第１のアクチュエータと反対側に、前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第３の下部電極と、前記第３の下部電極上に形成された第３の下部圧電膜と、前記第３の下部圧電膜上に形成された第３の中間電極と、前記第３の中間電極上に形成された第３の上部圧電膜と、前記第３の上部圧電膜上に形成された第３の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第３のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとの間に前記第３のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第４の下部電極と、前記第４の下部電極上に形成された第４の下部圧電膜と、前記第４の下部圧電膜上に形成された第４の中間電極と、前記第４の中間電極上に形成された第４の上部圧電膜と、前記第４の上部圧電膜上に形成された第４の上部電極とを有する第４のアクチュエータと、
前記第３のアクチュエータの他端と、前記第３のアクチュエータの他端に対向する、前記第４のアクチュエータの一端とを接続する第２の接続部と、
前記第２のアクチュエータの他端と前記第４のアクチュエータの他端とを接続する第３の接続部と、
前記基板上に、前記第２および第４のアクチュエータの他端に対向して形成された固定電極と、
を備え、
前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと、前記第３のアクチュエータおよび前記第４のアクチュエータとは、前記第２のアクチュエータと第４のアクチュエータとの間の中心線に対して実質的に対称となるように配置されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項９】
前記第３の接続部は、前記第２および第４の下部電極に接続された第５の下部電極と、前記第５の下部電極と絶縁されて前記第５の下部電極上に形成された第５の中間電極と、前記第５の下部電極および前記第５の中間電極と絶縁されて前記第５の中間電極上に形成された第５の上部電極を備えていることを特徴とする請求項８記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第３のアクチュエータの一端は、前記第１のアクチュエータの一端を通りかつ前記第１のアクチュエータの延在する方向と実質的に直交する直線上に位置し、
前記第１のアクチュエータの長さと前記第３のアクチュエータの長さは実質的に等しくかつ前記第１のアクチュエータの幅と前記第３のアクチュエータの幅は実質的に等しく、
前記第２のアクチュエータの長さと前記第４のアクチュエータの長さは実質的に等しくかつ前記第２のアクチュエータの幅と前記第４のアクチュエータの幅は実質的に等しいことを特徴とする請求項８または９記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１の接続部は、前記第１および第２の下部電極に接続された第６の下部電極と、前記第６の下部電極と絶縁されかつ前記第１および第２の上部電極に接続された第６の上部電極とを備え、
前記第２の接続部は、前記第３および第４の下部電極に接続された第７の下部電極と、前記第７の下部電極と絶縁されかつ前記第３および第４の上部電極に接続された第６の上部電極とを備え、
前記第１および第２の中間電極は絶縁され、前記第３および第４の中間電極は絶縁されていることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１２】
前記固定電極は、前記第２のアクチュエータの他端に対向するように形成された第１の固定電極と、前記第４のアクチュエータの他端に対向するように形成され前記第１の固定電極と絶縁された第２の固定電極とを備えていることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１３】
基板と、
第１の下部電極と、前記第１の下部電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極とを有し、一端が前記基板に固定された第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第２の下部電極と、前記第２の下部電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極と、を有する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの他端と、前記第１のアクチュエータの他端に対向する、前記第２のアクチュエータの一端とを接続する第１の接続部と、
前記第２のアクチュエータに対して前記第１のアクチュエータと反対側に、前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第３の下部電極と、前記第３の下部電極上に形成された第３の圧電膜と、前記第３の圧電膜上に形成された第３の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第３のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとの間に前記第３のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第４の下部電極と、前記第４の下部電極上に形成された第４の圧電膜と、前記第４の圧電膜上に形成された第４の上部電極と、を有する第４のアクチュエータと、
前記第３のアクチュエータの他端と、前記第３のアクチュエータの他端に対向する、前記第４のアクチュエータの一端とを接続する第２の接続部と、
前記第２のアクチュエータと前記第４のアクチュエータとの対向する側部を接続する第３の接続部と、
前記基板上に、前記第２および第４のアクチュエータの他端に対向して形成された固定電極と、
を備え、
前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと、前記第３のアクチュエータおよび前記第４のアクチュエータとは、前記第２のアクチュエータと第４のアクチュエータとの間の中心線に対して実質的に対称となるように配置されていることを特徴とする圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１４】
前記第３の接続部は、前記第２および第４の下部電極に接続された第５の下部電極と、前記第５の下部電極上に形成された第５の圧電膜とを備えていることを特徴とする請求項１３記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１５】
前記第３のアクチュエータの一端は、前記第１のアクチュエータの一端を通りかつ前記第１のアクチュエータの延在する方向と実質的に直交する直線上に位置し、
前記第１のアクチュエータの長さと前記第３のアクチュエータの長さは実質的に等しくかつ前記第１のアクチュエータの幅と前記第３のアクチュエータの幅は実質的に等しく、
前記第２のアクチュエータの長さと前記第４のアクチュエータの長さは実質的に等しくかつ前記第２のアクチュエータの幅と前記第４のアクチュエータの幅は実質的に等しいことを特徴とする請求項１３または１４記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１６】
前記第１の接続部は、前記第１および第２の下部電極に接続された第６の下部電極を備え、
前記第２の接続部は、前記第３および第４の下部電極に接続された第７の下部電極を備え、
前記第１および第２の上部電極は絶縁され、前記第３および第４の上部電極は絶縁されていることを特徴とする請求項１３乃至１５のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１７】
前記固定電極は、前記第２のアクチュエータの他端に対向するように形成された第１の固定電極と、前記第４のアクチュエータの他端に対向するように形成され前記第１の固定電極と絶縁された第２の固定電極とを備えていることを特徴とする請求項１３乃至１６のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１８】
前記圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは可変キャパシタであることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項１９】
前記圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータはスイッチであることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、ＭＥＭＳ(Micro-electro-mechanical System)技術で作成するアクチュエータを使用した可変キャパシタやスイッチが注目を集めている。すなわち、基板上の空中に支持された梁に可動電極を、対向する基板上に固定電極を作成し、梁を静電力、熱応力、電磁力、圧電力などで駆動して、可動電極と固定電極の間の距離を変化させることによって可変キャパシタやスイッチを構成するものである。
【０００３】
このうち、特に可動梁の駆動力として圧電逆作用を使用したものは、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、また誘電体として空気あるいはガスを使用しているので非常に大きいＱ値が得られるなど多くの利点がある。
【０００４】
またこれらの可変キャパシタ構造をそのまま使用して、可動電極と固定電極をごく薄い誘電体膜を隔てて接触させる（キャパシティブ型）、あるいは電極同士を直接接触させること（ＤＣ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技術で作成したスイッチは、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。
【０００５】
しかしながら、圧電駆動機構を使用したＭＥＭＳ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膜を含む、長く薄い梁構造を有する。このため、梁を構成する材料の僅かな残留応力の有無で上下に反るという問題が深刻である。したがって、可変容量の電圧印加前後の容量値を設計通りに作成することや、スイッチの駆動電圧を一定値に保つことなどが非常に困難である。
【０００６】
すなわち、圧電駆動アクチュエータの作動端における移動可能な変位の大きさは、圧電膜に印加される電界をＥ、電歪定数をd31、アクチュエータの長さをＬ、厚みをｔとすると、次式で近似される。
電歪効果による変位  〜  E・d31・L2・ｔ-1      ・・・    （１）
【０００７】
一方、成膜時の圧電膜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は、残留歪をεrとすると、次式で近似される。
残留歪による反り    〜  εr・L2・ｔ-1      ・・・    （２）
【０００８】
（１）式と（２）式を比較すれば分かるように、両者は良く似た関係にあり、アクチュエータの長さの２乗に比例し、厚さに反比例する。すなわち、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を長くするまたは厚さを薄くすると、それに応じて反りの量も大きくなってしまう。したがって、反りに対して圧電駆動範囲を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なく、電歪効果により生じる歪の絶対値E・d31に対して、残留歪の絶対値εrを小さくするしか手がないことになる。
【０００９】
電歪効果が大きい圧電膜材料として知られるＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）においては、良質の膜質を得るには室温で成膜して６００℃程度でアニールする必要があるが、アニールにより体積収縮が生じるので残留歪は必然的に大きくなってしまう。
【００１０】
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時の残留歪の比較的精密な制御が可能な圧電膜材料であるＡｌＮ（窒化アルミニウム）やＺｎＯ（酸化亜鉛）は電歪効果がＰＺＴに比較して１桁以上小さい。
【００１１】
したがって、電歪効果が大きい材料は残留歪制御が困難であり、残留歪の制御が比較的易しい材料は電歪効果が小さいという、相反する問題を抱えている。このことが、圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの工学的な応用を妨げている最大の問題点の一つになっている。
【００１２】
本発明者らは、この問題に対処するため、折返し構造を持つ圧電駆動アクチュエータを既に考案している（特許文献１参照）。この折返し構造の圧電駆動アクチュエータにおいては、一端が基板に固定され、他端が接続端となり、一対の電極膜に挟まれた圧電膜を有する第１の梁と、一端が接続端とし、この接続端から第１の梁と逆方向に延伸し、他端が作用端となる第１の梁と基本的に同一の構造および寸法を持つ第２の梁と、上記作用端に対向して基板上に設置された固定電極を持っている。すなわち、同一構造・形状の２本の梁を平行に設置して端部同士を接続した折返し構造にすることにより、成膜時の残留歪により梁に反りが生じた場合でも２本の梁が同様に反るためにキャンセルすることが可能になる。したがって圧電駆動アクチュエータの作用端と基板に固定された固定端の距離がほぼ一定に保たれ、安定な動作が可能になると期待された。
【特許文献１】特開２００６−８７２３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、本発明者らによりその後試作検討を繰り返した結果、単純な折返し構造、あるいは両側に２本の往路梁を持ち、中央に１本の帰路梁を持つような折返し構造においては、作用端での残留応力による反りが折り返し端の反りの１／１０程度に低減することが可能であるが、それ以下に抑制することは依然として困難であることが判明した。簡単に言うと、梁の反りは固定端を中心にして放物面状に反るため、アクチュエータの長さ方向（梁の延在方向）の反りは折り返し構造によりキャンセルされるが、アクチュエータの横方向の反りが存在し、キャンセルされないためである。
【００１４】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであって、残留歪の多少に拘らず作用端と固定電極間の距離が一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の第１の態様による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、
基板と、
第１の下部電極と、前記第１の下部電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第２の下部電極と、前記第２の下部電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極とを有する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの他端と、前記第１のアクチュエータの他端に対向する、前記第２のアクチュエータの一端とを接続する第１の接続部と、
前記第２のアクチュエータに対して前記第１のアクチュエータと反対側に、前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第３の下部電極と、前記第３の下部電極上に形成された第３の圧電膜と、前記第３の圧電膜上に形成された第３の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第３のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとの間に前記第３のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第４の下部電極と、前記第４の下部電極上に形成された第４の圧電膜と、前記第４の圧電膜上に形成された第４の上部電極と、を有する第４のアクチュエータと、
前記第３のアクチュエータの他端と、前記第３のアクチュエータの他端に対向する、前記第４のアクチュエータの一端とを接続する第２の接続部と、
前記第２のアクチュエータの他端と前記第４のアクチュエータの他端とを接続する第３の接続部と、
前記基板上に、前記第２および第４のアクチュエータの他端に対向して形成された固定電極と、
を備え、
前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと、前記第３のアクチュエータおよび前記第４のアクチュエータとは、前記第２のアクチュエータと第４のアクチュエータとの間の中心線に対して実質的に対称となるように配置されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２の態様による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、
基板と、
第１の下部電極と、前記第１の下部電極上に形成された第１の下部圧電膜と、前記第１の下部圧電膜上に形成された第１の中間電極と、前記第１の中間電極上に形成された第１の上部圧電膜と、前記第１の上部圧電膜上に形成された第１の上部電極とを有し、一端が前記基板に固定された第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第２の下部電極と、前記第２の下部電極上に形成された第２の下部圧電膜と、前記第２の下部圧電膜上に形成された第２の中間電極と、前記第２の中間電極上に形成された第２の上部圧電膜と、前記第２の上部圧電膜上に形成された第２の上部電極と、を有する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの他端と、前記第１のアクチュエータの他端に対向する、前記第２のアクチュエータの一端とを接続する第１の接続部と、
前記第２のアクチュエータに対して前記第１のアクチュエータと反対側に、前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第３の下部電極と、前記第３の下部電極上に形成された第３の下部圧電膜と、前記第３の下部圧電膜上に形成された第３の中間電極と、前記第３の中間電極上に形成された第３の上部圧電膜と、前記第３の上部圧電膜上に形成された第３の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第３のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとの間に前記第３のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第４の下部電極と、前記第４の下部電極上に形成された第４の下部圧電膜と、前記第４の下部圧電膜上に形成された第４の中間電極と、前記第４の中間電極上に形成された第４の上部圧電膜と、前記第４の上部圧電膜上に形成された第４の上部電極とを有する第４のアクチュエータと、
前記第３のアクチュエータの他端と、前記第３のアクチュエータの他端に対向する、前記第４のアクチュエータの一端とを接続する第２の接続部と、
前記第２のアクチュエータの他端と前記第４のアクチュエータの他端とを接続する第３の接続部と、
前記基板上に、前記第２および第４のアクチュエータの他端に対向して形成された固定電極と、
を備え、
前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと、前記第３のアクチュエータおよび前記第４のアクチュエータとは、前記第２のアクチュエータと第４のアクチュエータとの間の中心線に対して実質的に対称となるように配置されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第３の態様による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、
基板と、
第１の下部電極と、前記第１の下部電極上に形成された第１の圧電膜と、前記第１の圧電膜上に形成された第１の上部電極とを有し、一端が前記基板に固定された第１のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第２の下部電極と、前記第２の下部電極上に形成された第２の圧電膜と、前記第２の圧電膜上に形成された第２の上部電極と、を有する第２のアクチュエータと、
前記第１のアクチュエータの他端と、前記第１のアクチュエータの他端に対向する、前記第２のアクチュエータの一端とを接続する第１の接続部と、
前記第２のアクチュエータに対して前記第１のアクチュエータと反対側に、前記第１のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第３の下部電極と、前記第３の下部電極上に形成された第３の圧電膜と、前記第３の圧電膜上に形成された第３の上部電極とを有し、一端が前記基板上に固定された第３のアクチュエータと、
前記第２のアクチュエータと前記第３のアクチュエータとの間に前記第３のアクチュエータと並行して前記基板上に配置され、第４の下部電極と、前記第４の下部電極上に形成された第４の圧電膜と、前記第４の圧電膜上に形成された第４の上部電極と、を有する第４のアクチュエータと、
前記第３のアクチュエータの他端と、前記第３のアクチュエータの他端に対向する、前記第４のアクチュエータの一端とを接続する第２の接続部と、
前記第２のアクチュエータと前記第４のアクチュエータとの対向する側部を接続する第３の接続部と、
前記基板上に、前記第２および第４のアクチュエータの他端に対向して形成された固定電極と、
を備え、
前記第１のアクチュエータおよび前記第２のアクチュエータと、前記第３のアクチュエータおよび前記第４のアクチュエータとは、前記第２のアクチュエータと第４のアクチュエータとの間の中心線に対して実質的に対称となるように配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを図１乃至図５を参照して説明する。本実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、可変キャパシタであって、図１に示すように、第１乃至第４のアクチュエータ（梁）１，２，３，４を備えている。第２乃至第４のアクチュエータ２，３，４は第１のアクチュエータ１に平行に設けられ、それぞれ第１のアクチュエータ１と同じ長さ（アクチュエータの延在する方向（長手方向）の寸法）を有している。第１のアクチュエータ１の一端は固定端１１であり、アンカー７１を通して基板６に固定されている。第１のアクチュエータの他端（接続端）１２は、第１の接続部８１により第２のアクチュエータ２の一端２１に接続されている。第２のアクチュエータの他端は作用端２２であり、可動電極が設けられている。また、第３のアクチュエータ３の一端は固定端３１であり、アンカー７２を通して基板６に固定されている。第３のアクチュエータの他端（接続端）３２は、第２の接続部８２により第４のアクチュエータ４の一端４１に接続されている。第４のアクチュエータ４の他端は作用端４２であり、可動電極が設けられている。さらに第２のアクチュエータ２の作用端２２と第４のアクチュエータ４の作用端４２は第３の接続部８３により接続されている。
【００２１】
なお、本実施形態においては、固定端３１は、固定端１１を通りかつ第１のアクチュエータ１の延在する方向と実質的に直交する直線上に位置し、第１のアクチュエータ１の長さ（延在する方向のサイズ）と第３のアクチュエータ３の長さは実質的に等しくかつ第１のアクチュエータの幅（延在する方向と直交する方向のサイズ）と第３のアクチュエータ３の幅は実質的に等しく、第２のアクチュエータ２の長さと第４のアクチュエータ４の長さは実質的に等しくかつ第２のアクチュエータ２の幅と第４のアクチュエータ４の幅は実質的に等しい。
【００２２】
図２に示すように、第１のアクチュエータ１は下部電極１３、圧電膜１５、上部電極１４、および支持膜１６が順に積層されたユニモルフ構造を有している。また図３に示すように、第２のアクチュエータ２も下部電極２３、圧電膜２５、上部電極２４、支持膜２６が順に積層されたユニモルフ構造を有している。下部電極２３は下部電極１３と同層であり、圧電膜２５は圧電膜１５と同層であり、上部電極２４は上部電極１４と同層となっている。また、図示していないが、第３のアクチュエータ３は第１のアクチュエータ１と全く同じ構造を有し、第４のアクチュエータ４は第２のアクチュエータ２と全く同じ構造を有している。すなわち、第３および第４のアクチュエータのそれぞれは、下部電極１３、圧電膜１５、および上部電極１４と、それぞれ同層となる下部電極、圧電膜、および上部電極を備えている。また、基板６上には、作用端２２および作用端４２に対向して固定電極５および短絡防止用の誘電体膜５１が形成されている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、第１のアクチュエータ１および第２のアクチュエータ２と、第３のアクチュエータ３および第４のアクチュエータ４とは、第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４との間の中心線１００に対して線対称となるように配置されている。また、各アクチュエータのサイズの一例として、図１に示す第１および第３のアクチュエータ１，３のそれぞれの固定端からそれぞれの接続端１２，３２までの長さａが４４０μｍ、第１および第３のアクチュエータ１，３の幅ｂが８０μｍ、第１および第２の接続部８１、８２の長さｃが４０μｍ、第３の接続部８３の長さｄが４０μｍ、第２および第４のアクチュエータ２，４の幅ｅが８０μｍ、第１のアクチュエータ１と第２のアクチュエータ２との間の距離（間隔）ｆすなわち第３のアクチュエータ３と第４のアクチュエータ４との間の距離ｆがそれぞれ１０μｍ、第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４との間の距離ｇが８０μｍである。
【００２４】
成膜時に上下非対称な残留歪が生じた場合は、第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４に残留歪の大きさに応じて反りが生じる。しかしながらアクチュエータの長手方向について考えると、第１のアクチュエータ１の反りと第２のアクチュエータ２の反りがキャンセルされ、第３のアクチュエータ３の反りと第４のアクチュエータ４の反りがキャンセルされる。またアクチュエータの横方向について考えると、第１のアクチュエータ１と第２のアクチュエータ２が第１の接続部８１で接続され、第３のアクチュエータ３と第４のアクチュエータ４が第２の接続部８２で接続され、さらに第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４が第３の接続部８３により接続されている構造を本実施形態は有しているので、横方向の反りもキャンセルされ、作用端２２および作用端４２は固定端１１および固定端３１とほぼ同じ高さに保持することが可能になる。
【００２５】
一方、本実施形態においては、図４に示すように、第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４の下部電極１３，２３，３３，４３は接続されているのに対し、図５に示すように、第１のアクチュエータ１の上部電極１４と第２のアクチュエータ２の上部電極２４は電気的に分離（絶縁）されており、第３のアクチュエータ３の上部電極３４と第４のアクチュエータ４の上部電極４４は電気的に分離（絶縁）されている。したがって、第１および第２の接続部８１、８２は、図示していないが、第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４とは異なり、下部電極１３と同層となる下部電極と、圧電膜１５と同層となる圧電膜とが積層された構造を有している。なお、圧電膜上には支持膜が形成されていてもよいし、圧電膜の代わりに支持膜のみが下部電極上に積層されていてもよい。また、第３の接続部８３は第２および第４のアクチュエータ２，４と同じように、下部電極、圧電膜、上部電極、および支持膜が順に積層されたユニモルフ構造を有している。すなわち、第３の接続部８３は、下部電極１３、圧電膜１５、上部電極１４、および支持膜１６とそれぞれ同層となる下部電極、圧電膜、上部電極、および支持膜を備えている。
【００２６】
このような構成としたことにより、本実施形態においては、第１のアクチュエータ１の上下電極１４、１３間および第３のアクチュエータ３の上下電極３４、３３間に駆動電圧を印加することにより第１および第３のアクチュエータ１、３のみに電歪効果により屈曲を生じ、第２あるいは第４のアクチュエータ２，４は屈曲が生じないで第１および第３のアクチュエータ１，３に追随して移動し、作用端２２，４２において電歪効果による変位を生じることができる。
【００２７】
なお、本実施形態は可変キャパシタであったが、固定電極５上の誘電体膜５１を除去すればスイッチとして用いることができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００２９】
（第１変形例）
次に、第１実施形態の第１変形例による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを説明する。本変形例の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、第１実施形態とは、第１乃至第４のアクチュエータの下部電極および上部電極の接続形態が異なっており、結果として各アクチュエータの動作形態が異なる。
【００３０】
本変形例においては図６に示すように、第１のアクチュエータ１の下部電極１３は第２のアクチュエータ２の下部電極２３と絶縁されており、第２乃至第４のアクチュエータ２，３，４の下部電極２３，３３，４３は接続されている。また、図７に示すように、第３のアクチュエータ３の上部電極３４は第４のアクチュエータ４の上部電極４４と絶縁されており、第１、第２および第４のアクチュエータ１，２，４の上部電極１４，２４，４４は接続されている。したがって、図１に示す接続部８１は下部電極を持たないが上部電極１４と同層となる上部電極を有し、接続部８２は下部電極１３と同層となる下部電極を有するが上部電極を持たず、接続部８３は下部電極１３と同層となる下部電極と、上部電極１４と同層となる上部電極を有し、各アクチュエータと同じ構成となっている。
【００３１】
第１のアクチュエータ１の下部電極１３および上部電極１４に第１の駆動電位を印加し、第３のアクチュエータ３の下部電極３３および上部電極３４に、第１の駆動電位と異なる第２の駆動電位を印加することにより、第１あるいは第３のアクチュエータは屈曲を生じないで固定され、第２および第４のアクチュエータ２，４の上下電極間にのみ電圧差が生じて電歪効果により屈曲を生じ、作用端において電歪効果による変位を生じることができる。
【００３２】
第１実施形態と第１変形例とを比較すると、ともに２本のアクチュエータに屈曲が生じ、作用端の変位量もほぼ同じであるが、第１実施形態においては第１乃至第４のアクチュエータの全てが変位するのに対し、第１変形例では第２および第４のアクチュエータのみに変位を生じ、変位する質量が小さいのでより高速にアクチュエーション動作をすることが可能である。
【００３３】
なお、本変形例は可変キャパシタであったが、固定電極５上の誘電体膜５１を除去すればスイッチとして用いることができる。
【００３４】
本変形例も第１実施形態と同様に、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００３５】
（第２変形例）
次に、第１実施形態の第３変形例による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを、図８を参照して説明する。本変形例の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、図１に示す第１実施形態において、固定電極５を第１の固定電極５３と第２の固定電極５４に分けた構成となっている。
【００３６】
本変形例においては、圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータが可変キャパシタである場合（固定電極５３、５４上に誘電体膜が設けられている場合）は、第１の固定電極５３と第２のアクチュエータ２の作用端２２の間に第１の可変キャパシタが形成され、第２の固定電極５４と第４のアクチュエータ４の作用端４２の間に第２の可変キャパシタが形成される。高周波信号は、第１の固定電極５３、第１の可変キャパシタ、第２のアクチュエータの作用端２２、第４のアクチュエータの作用端４２、第２の可変キャパシタ、第２の固定電極５４の順に流れる。また、本変形例の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータがスイッチである場合（固定電極５３、５４上に誘電体膜が設けられていない場合）は、第１の固定電極５３と第２のアクチュエータ２の作用端２２の間に第１のスイッチが形成され、第２の固定電極５４と第４のアクチュエータ４の作用端４２の間に第２のスイッチが形成される。高周波信号の流れは可変キャパシタの場合と同様である。
【００３７】
図１に示す第１実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータにおいては、高周波信号が固定端１１から第１のアクチュエータ１および第２のアクチュエータ２を通り、作用端２２を経て固定端５に達するため、第１のアクチュエータ１および第２のアクチュエータ２の電極の抵抗が直列抵抗として加わってしまうという問題点がある。これに対し、本変形例の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータにおいては、上述したように高周波信号のパスが短く、直列抵抗の値を小さくできるという長所がある。
【００３８】
一方、本変形例において可変キャパシタの場合を考えると、高周波信号のパスには約半分の面積を持つ可変キャパシタが２個直列に形成されているため、容量値は１／４以下になるという短所がある。またスイッチの場合でも直列に接続された２個のスイッチを通過するため、スイッチの接触抵抗が２倍以上になるという短所がある。
【００３９】
本変形例も第１実施形態と同様に、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００４０】
なお、本変形例を第１変形例、後述する第３変形例、第２および第３実施形態にも適用することができる。
【００４１】
（第３変形例）
次に、第１実施形態の第３変形例による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを図９および図１０を参照して説明する。
【００４２】
本変形例の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、第１実施形態とは、第１乃至第４のアクチュエータの下部電極および上部電極の接続形態が異なっており、結果として各アクチュエータの動作形態が異なる。
【００４３】
本変形例においては図９に示すように、第１のアクチュエータ１の下部電極１３は第２のアクチュエータ２の下部電極２３と絶縁されており、第３のアクチュエータ３の下部電極３３と第４のアクチュエータ４の下部電極は絶縁され、第２のアクチュエータ２の下部電極２３と第４のアクチュエータ４の下部電極４３は接続されている。また、図１０に示すように、第１のアクチュエータ１の上部電極１４は第２のアクチュエータ２の上部電極２４と絶縁されており、第３のアクチュエータ３の上部電極３４と第４のアクチュエータ４の上部電極４４は絶縁され、第２のアクチュエータ２の上部電極２４と第４のアクチュエータ４の上部電極４４は接続されている。したがって、図１に示す接続部８１、８２は絶縁された下部電極と、絶縁された上部電極をそれぞれ有している。また、接続部８３は下部電極２３と下部電極４３を接続し下部電極２３および下部電極４３と同層となる下部電極と、上部電極２４と上部電極４４を接続し上部電極２４および上部電極４４と同層となる上部電極とを有しており、各アクチュエータと同じ構成となっている。
【００４４】
また、ビア９１により第１のアクチュエータ１の下部電極１３と第２のアクチュエータ２の上部電極２４が接続されており、ビア９２により第２のアクチュエータ２の下部電極２３と第１のアクチュエータ１の上部電極１４が接続されており、ビア９３により第４のアクチュエータ４の下部電極４３と第３のアクチュエータ３の上部電極３４が接続されており、ビア９４により第３のアクチュエータ３の下部電極３３と第４のアクチュエータ４の上部電極４４が接続されている。
【００４５】
したがって、第１のアクチュエータ１の下部電極１３と上部電極１４との間と、第３のアクチュエータ３の下部電極３３と上部電極３４との間に同じ極性の駆動電圧が印加され、また第２のアクチュエータ２の下部電極２３と上部電極２４との間と、第４のアクチュエータ４の下部電極４３と上部電極４４との間に逆極性の駆動電圧が印加され、第１および第２のアクチュエータ１，２が同方向に、第３および第４のアクチュエータ３，４が逆方向に屈曲することにより、作用端において第１実施形態に比較して電歪効果によるおよそ２倍の変位を生じることになる。
【００４６】
なお、本変形例は可変キャパシタであったが、図３に示す固定電極５上の誘電体膜５１を除去すればスイッチとして用いることができる。
【００４７】
本変形例も第１実施形態と同様に、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００４８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを説明する。本実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、第１実施形態とは、第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４の配置は同じであるが、各アクチュエータの構成が異なっている。本変形例の第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４は、支持膜を持たず、下部、中間、上部の３層の電極と下部および上部の２層の圧電膜を有し、いわゆるバイモルフ構造を有している。
【００４９】
図１１に示すように、第１のアクチュエータ１は下部電極１３、下部圧電膜１５、中間電極１７、上部圧電膜１８、上部電極１４が順に積層された積層構造を有している。また図１２に示すように、第２のアクチュエータ２は、下部電極１３と同層となる下部電極２３、下部圧電膜１５と同層となる下部圧電膜２５、中間電極２７と同層となる中間電極２７、上部圧電膜１８と同層となる上部圧電膜２８、上部電極１４と同層となる上部電極２４が順に積層された積層構造を有している。また、図示していないが、第３のアクチュエータ３は第１のアクチュエータ１と全く同じ構造を持ち、第４のアクチュエータ４は第２のアクチュエータ２と全く同じ構造を持つ。すなわち、第３および第４のアクチュエータのそれぞれは、下部電極１３、下部圧電膜１５、中間電極１７、上部圧電膜１８、および上部電極１４とそれぞれ同層となる下部電極、下部圧電膜、中間電極、上部圧電膜、および上部電極を備えている。
【００５０】
一方、図１３に示すように、第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４の下部電極１３，２３，３３，４３は接続されている。また、図１４に示すように、第１のアクチュエータ１の中間電極１７と第２のアクチュエータ２の中間電極２７は絶縁され、第３のアクチュエータ３の中間電極３７と第４のアクチュエータ４の中間電極４７は絶縁され、中間電極２７と中間電極４７は接続されている。また図１５に示すように、第１乃至第４のアクチュエータの上部電極１４、２４、３４、４４は接続されている。したがって、図１に示す接続部８１，８２は、下部電極および上部電極は有するが中間電極を持たない構造となっており、また、接続部８３は下部電極、中間電極、および上部電極を備えており、各アクチュエータと同じ構造となっている。
【００５１】
このような構成において、第１のアクチュエータ１の下部電極１３と中間電極１７との間、中間電極１７と上部電極１４との間にそれぞれ逆向きの駆動電圧を印加するとともに、第３のアクチュエータ３の下部電極３３と中間電極３７との間、および中間電極３７と上部電極３４との間にそれぞれ逆向きの駆動電圧を印加する。ここで、下部電極１３と中間電極１７との間の電圧の極性と、下部電極３３と中間電極３７との間の電圧の極性は同じであり、中間電極１７と上部電極１４との間の電圧の極性と、中間電極３７と上部電極３４との間の電圧の極性は同じである。
【００５２】
これにより、第１のアクチュエータ１の下部圧電膜１５が収縮（あるいは伸長）し、上部圧電膜１８が伸長（あるいは収縮）するために、第１のアクチュエータ１に屈曲が生じるとともに、第３のアクチュエータ３の下部圧電膜３５が収縮（あるいは伸長）し、上部圧電膜３８が伸長（あるいは収縮）するために、第３のアクチュエータ３に屈曲が生じ、第１実施形態と同様に動作する。すなわち、第１および第３のアクチュエータ１，３にのみに電歪効果により屈曲が生じ、第２あるいは第４のアクチュエータ２，４は屈曲を生じないが第１および第３のアクチュエータに追従して移動し、作用端において電歪効果による変位を生じることになる。
【００５３】
なお、本実施形態は可変キャパシタであったが、固定電極５上の誘電体膜５１を除去すればスイッチとして用いることができる。
【００５４】
したがって、本実施形態も第１実施形態と同様に、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００５５】
なお、第１実施形態と第２実施形態とを比較すると、第１実施形態におけるユニモルフアクチュエータに比較して第２実施形態のバイモルフアクチュエータではほぼ２倍の変位量が期待できるが、積層枚数が多くなるという短所もある。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを図１６乃至図１９を参照して説明する。
【００５７】
本実施形態の圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータは、可変キャパシタであって、第１乃至第４のアクチュエータ１，２，３，４を備えている。第２乃至第４のアクチュエータ２，３，４は第１のアクチュエータ１に平行に設けられ、それぞれ第１のアクチュエータ１と同じ長さ（アクチュエータの延在する方向（長手方向）の寸法）を有している。第１のアクチュエータ１の一端は固定端１１であり、アンカー７１を通して基板６に固定されている。第１のアクチュエータの他端（接続端）１２は、第１の接続部８１により第２のアクチュエータ２の一端２１に接続されている。第２のアクチュエータ２の他端２２は第１の作用端であり、可動電極が設けられている。また、第３のアクチュエータ３の一端は固定端３１であり、アンカー７２を通して基板６に固定されている。第３のアクチュエータの他端（接続端）３２は、第２の接続部８２により第４のアクチュエータ４の一端４１に接続されている。第４のアクチュエータ４の他端４２は第２の作用端であり、可動電極が設けられている。さらに第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４は第３の接続部８４により接続されている。
【００５８】
また、固定端３１は、固定端１１を通りかつ第１のアクチュエータ１の延在する方向と実質的に直交する直線上に位置している。前記第１のアクチュエータの幅と前記第３のアクチュエータの幅は実質的に等しく、前記第２のアクチュエータの幅と前記第４のアクチュエータの幅は実質的に等しい。
【００５９】
図１７に示すように、第１のアクチュエータ１は下部電極１３、圧電膜１５、上部電極１４、支持膜１６が順に積層されたユニモルフ構造を有している。また第２のアクチュエータ２は、下部電極１３と同層となる下部電極２３、圧電膜１５と同層となる圧電膜２５、上部電極１４と同層となる上部電極２４、支持膜１６と同層となる支持膜２６が順に積層されたユニモルフ構造を有している。第３のアクチュエータ３は第１のアクチュエータ１と全く同じ構造を有し、第４のアクチュエータ４は第２のアクチュエータ２と全く同じ構造を有している。すなわち、第３および第４のアクチュエータはそれぞれ、下部電極１３、圧電膜１５、上部電極１４、および支持膜１６とそれぞれ同層となる下部電極、圧電膜、上部電極、支持膜を備えている。
【００６０】
また、第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４は、対向する側部が第３の接続部８４で接続されている。第３の接続部８４は、下部電極２３、４３と同層となる下部電極８５と、圧電膜２５、４５と同層となる圧電膜８６の２層からなっており、各アクチュエータの本体の４層構造と比較すると薄く、剛性が小さい。基板６上には、第１の作用端２２および第２の作用端４２に対向して固定電極５および短絡防止用の誘電膜５１が形成されている。
【００６１】
なお、本実施形態においては、第１のアクチュエータ１および第２のアクチュエータ２と、第３のアクチュエータ３および第４のアクチュエータ４とは、第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４との間の中心線１００に対して線対称となるように配置されている。また、各アクチュエータのサイズの一例として、図１に示す第１および第３のアクチュエータ１，３のそれぞれの固定端からそれぞれの接続端１２，３２までの長さａが４８０μｍ、第１および第３のアクチュエータ１，３の幅ｂが９０μｍ、第１および第２の接続部８１、８２の長さｃが８０μｍ、第２および第４のアクチュエータ２，４の長さｄが５６０μｍ、第２および第４のアクチュエータ２，４の幅ｅが７０μｍ、第１のアクチュエータ１と第２のアクチュエータ２との間の距離（間隔）ｆおよび第３のアクチュエータ３と第４のアクチュエータ４との間の距離ｆがそれぞれ２０μｍ、第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４との間の距離ｇが４０μｍである。
【００６２】
成膜時に上下非対称な残留歪が生じた場合は、第１乃至第４のアクチュエータに残留歪の大きさに応じて反りが生じる。しかしながらアクチュエータの長手方向を考えると、第１のアクチュエータ１の反りと第２のアクチュエータ２の反りがキャンセルされ、第３のアクチュエータ３の反りと第４のアクチュエータ４の反りがキャンセルされる。またアクチュエータの横方向には、第１のアクチュエータ１と第２のアクチュエータ２が第１の接続部８１で接続され、第３のアクチュエータ３と第４のアクチュエータ４が第２の接続部８２で接続され、さらに第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４が剛性の小さな第３の接続部８４により接続されているので、横方向の反りもキャンセルされ、作用端２２および作用端４２は固定端１１および固定端３１とほぼ同じ高さに保持することが可能になる。
【００６３】
また、本実施形態においては、図１８に示すように、第１乃至第４のアクチュエータの下部電極１３，２３，３３，４３は接続されているのに対し、図１９に示すように、第１乃至第４のアクチュエータの上部電極１４、２４，３４，４４はそれぞれ絶縁されている。すなわち、第３の接続部８４の下部電極８５は、下部電極２３と下部電極４３とを接続している。
【００６４】
本実施形態において、第１のアクチュエータの上下電極間および第３のアクチュエータの上下電極間に駆動電圧を印加することにより第１および第３のアクチュエータのみに電歪効果により屈曲を生じ、第２あるいは第４のアクチュエータは屈曲を生じず、第１および第３のアクチュエータに追随して移動し、作用端において電歪効果による変位を生じることができる。なお、図１６に示す接続部８１、８２は、下部電極を有するが上部電極を有さない構成となっている。
【００６５】
なお、本実施形態は可変キャパシタであったが、図１７に示す固定電極５上の誘電体膜５１を除去すればスイッチとして用いることができる。
【００６６】
以上説明したように、本実施形態によれば、作用端と固定電極間の距離が残留歪の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【００６７】
第１実施形態と第３実施形態を比較すると第２のアクチュエータ２と第４のアクチュエータ４とを接続するための接続部の構造が異なっているが、アクチュエータとしての作用や、反りの抑制効果はほぼ同等であり、どちらの構造を採用しても良く、また両方の接続部の構造を併用することも可能である。
【００６８】
以上詳述したように本発明の各実施形態によれば、作用端と基板間の距離が残留応力の多少に拘らず一定に保たれ、再現性や信頼性の優れた機構を有する圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの平面図。
【図２】図１に示す切断線Ａ−Ａ’で切断した第１実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの断面図。
【図３】図１に示す切断線Ｂ−Ｂ’ で切断した第１実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの断面図。
【図４】第１実施形態に係る下部電極の平面図。
【図５】第１実施形態に係る上部電極の平面図。
【図６】第１実施形態の第１変形例に係る下部電極の平面図。
【図７】第１実施形態の第１変形例に係る上部電極の平面図。
【図８】第１実施形態の第２変形例による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの平面図。
【図９】第１実施形態の第３変形例に係る下部電極の平面図。
【図１０】第３変形例に係る上部電極の平面図。
【図１１】本発明の第２実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータのＡ−Ａ’断面図。
【図１２】第２実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータのＢ−Ｂ’断面図。
【図１３】第２実施形態に係る下部電極の平面図。
【図１４】第２実施形態に係る中間電極の平面図。
【図１５】第２実施形態に係る上部電極の平面図。
【図１６】本発明の第３実施形態による圧電駆動型ＭＥＭＳアクチュエータの平面図。
【図１７】図１６に示す切断線Ｃ−Ｃ’で切断した場合の第３実施形態の断面図。
【図１８】第３実施形態に係る下部電極の平面図。
【図１９】第３実施形態に係る上部電極の平面図。
【符号の説明】
【００７０】
１  第１のアクチュエータ
２  第２のアクチュエータ
３  第３のアクチュエータ
４  第４のアクチュエータ
５  固定電極
６  基板
１１  固定端
１２  接続端
１３  下部電極
１４  上部電極
１５  圧電膜（下部圧電膜）
１７  中間電極
１８  上部圧電膜
２１  接続端
２２  作用端
２３  下部電極
２４  上部電極
２５  圧電膜（下部圧電膜）
２７  中間電極
２８  上部圧電膜
３１  固定端
３２  接続端
３３  下部電極
３４  上部電極
３５  圧電膜
３７  中間電極
４１  接続端
４２  作用端
４３  下部電極
４４  上部電極
４５  圧電膜
４７  中間電極
５１  誘電体膜
５３  固定電極
５４  固定電極
８１  接続部
８２  接続部
８３  接続部
１００  中間線
【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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【図７】
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【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】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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