(57)【要約】【課題】変位量を再現性良く高精度で制御可能なＭＥＭＳ装置を提供する。【解決手段】  基板１０上に固定された第１固定端６０から、基板１０から離間した第１接続端６２間で延伸する第１梁４０ａと、第１接続端６２から第１梁４０ａに沿って折り返され、基板１０から離間した第１作用端６４まで延伸する第２梁４０ｂとを有する第１圧電アクチュエータと、第１固定端６０から離間して基板１０上に固定された第２固定端７０から、基板１０から離間した第２接続端７２まで延伸する第３梁４２ａと、第２接続端７２から第３梁４２ａに沿って折り返され、基板１０から離間した第２作用端７４まで延伸する第４梁４２ｂとを有する第２圧電アクチュエータとを備え、第１及び第２作用端６４、７４が基板１０の表面に垂直な方向において互いに対向して配置される。【選択図】図１
2008079461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１梁、前記第１梁と離間して平行に延伸する第２梁、前記第１及び第２梁のそれぞれの端部を互いに接続する第１接続端を備え、前記第１梁の他方の端部を第１固定端として基板に固定し、前記第２梁の他方の端部を第１作用端とする第１圧電アクチュエータと、
前記第１梁と離間した第３梁、前記第３梁と離間して平行に延伸する第４梁、前記第３及び第４梁のそれぞれの端部を互いに接続する第２接続端を備え、前記第４梁の他方の端部を第２作用端として、前記基板に垂直方向において、前記第１作用端に対向配置し、前記第３梁の他方の端部を第２固定端として前記基板に固定した第２圧電アクチュエータ
とを備えることを特徴とするＭＥＭＳ装置。
【請求項２】
前記第１梁が、第１下部電極、該第１下部電極上の第１下部圧電膜、該第１下部圧電膜上の第１中間電極、該第１中間電極上の第１上部圧電膜、及び該第１上部圧電膜上の第１上部電極を備え、
前記第２梁が、第２下部電極、該第２下部電極上の第２下部圧電膜、該第２下部圧電膜上の第２中間電極、該第２中間電極上の第２上部圧電膜、及び該第２上部圧電膜上の第２上部電極を備え、
前記第３梁が、第３下部電極、該第３下部電極上の第３下部圧電膜、該第３下部圧電膜上の第３中間電極、該第３中間電極上の第３上部圧電膜、及び該第３上部圧電膜上の第３上部電極を備え、
前記第４梁が、第４下部電極、該第４下部電極上の第４下部圧電膜、該第４下部圧電膜上の第４中間電極、該第４中間電極上の第４上部圧電膜、及び該第４上部圧電膜上の第４上部電極を備えることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項３】
前記第１固定端及び前記第１作用端の中心間距離が、前記第１固定端から前記第１接続端までの距離よりも短く、前記第２固定端及び前記第２作用端の中心間距離が、前記第２固定端から前記第２接続端までの距離よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項４】
前記第１梁と前記第３梁とが同一直線上に延伸し、前記第１及び第２固定端が、前記基板表面に平行な面において互いに対向して配置さ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ＭＥＭＳ装置。
【請求項５】
前記第１梁と前記第３梁とが、前記基板表面に平行な面において互いに直交する方向に延伸することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項６】
前記第１圧電アクチュエータが、前記第１接続端を一方の端部とし、他方の端部を第３固定端として前記基板に固定され、前記第２梁を挟んで前記第１梁と対向配置された第５梁を更に備え、
前記第２圧電アクチュエータが、前記第２接続端を一方の端とし、他方の端を第４固定端として前記基板上に固定され、前記第４梁を挟んで前記第３梁と対向配置された第６梁を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項７】
前記第５梁が、第５下部電極、該第５下部電極上の第５下部圧電膜、該第５下部圧電膜上の第５中間電極、該第５中間電極上の第５上部圧電膜、及び該第５上部圧電膜上の第５上部電極を備え、
前記第６梁が、第６下部電極、該第６下部電極上の第６下部圧電膜、該第６下部圧電膜上の第６中間電極、該第６中間電極上の第６上部圧電膜、及び該第６上部圧電膜上の第６上部電極を備えることを特徴とする請求項６に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項８】
前記第１接続端において、前記第１及び第２下部電極が電気的に接続され、前記第５下部電極が絶縁され、前記第１中間電極が絶縁され、前記第２及び第５中間電極が電気的に接続され、前記第１及び第２上部電極が電気的に接続され、及び前記第５上部電極が絶縁され、
前記第２接続端において、前記第３及び第４下部電極が電気的に接続され、前記第６下部電極が絶縁され、前記第３中間電極が絶縁され、前記第４及び第６中間電極が電気的に接続され、前記第３及び第４上部電極が電気的に接続され、及び前記第６上部電極が絶縁されることを特徴とする請求項７に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９】
一対の前記第１、第２及び第５梁が、前記第１作用端を通る線を第１中心線として前記第１作用端に関して線対称になるように、前記第１中心線の両側に延伸し、一対の前記第３、第４及び第６梁が、前記第２作用端を通る線を第２中心線として前記第２作用端に関して線対称になるように、前記第２中心線の両側に延伸することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０】
前記第１接続端において、前記第１及び第２下部電極が電気的に接続され、第１及び第２中間電極が絶縁され、及び前記第１及び第２上部電極が電気的に接続され、前記第２接続端において、前記第３及び第４下部電極が電気的に接続され、前記第３及び第４中間電極が絶縁され、及び前記第３及び第４上部電極が電気的に接続されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１１】
前記第１固定端から前記第１接続端の距離、及び前記第２固定端から前記第２接続端の距離が等しく、前記第１接続端から前記第１作用端の距離、及び前記第２接続端から前記第２作用端の間の距離が等しいことを特徴とする請求項１０に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１２】
前記第１及び第２固定端が、前記基板表面に平行な面において前記第１及び第２作用端が対向する領域を挟んで配置されることを特徴とする請求項１０又は１１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１３】
前記第１梁と前記第３梁とが、前記基板表面に平行な面において互いに直交する方向に延伸することを特徴とする請求項１０又は１１に記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１４】
前記第１梁が、第１下部電極、該第１下部電極上の第１圧電膜、該第１圧電膜上の第１上部電極を備え、
前記第２梁が、第２下部電極、該第２下部電極上の第２圧電膜、該第２圧電膜上の第２上部電極を備え、
前記第３梁が、第３下部電極、該第３下部電極上の第３圧電膜、該第３圧電膜上の第３上部電極を備え、
前記第４梁が、第４下部電極、該第４下部電極上の第４圧電膜、該第４圧電膜上の第４上部電極を備えることを特徴とする請求項１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。また、バリキャップやスイッチ等のアクチュエータを使用するＭＥＭＳ装置が検討されている。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。
【０００３】
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アクチュエータを有するＭＥＭＳ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。
【０００４】
また、ＭＥＭＳ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。
【０００５】
しかし、圧電アクチュエータは、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、ＭＥＭＳ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、ＭＥＭＳ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。
【０００６】
例えば、圧電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、電歪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。
【０００７】
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。
【０００８】
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、電歪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。
【０００９】
電歪効果が大きい圧電を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、電歪効果がＰＺＴに比較して１桁以上小さい。
【００１０】
圧電アクチュエータの圧電膜の圧電歪を増加させるために電歪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電歪効果が小さく、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、圧電アクチュエータの工学的応用が妨げられている。圧電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、ＭＥＭＳバリキャップの容量を一定に作成したり、ＭＥＭＳ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。
【００１１】
発明者らは、圧電アクチュエータの残留応力による反りを低減するための方策として、折返し型梁構造を持つアクチュエータを提案している（例えば、特許文献１参照）。折返し型梁構造の圧電アクチュエータでは、固定端で固定された第１の梁に対して形状および寸法が同一の第２の梁を折り返すことにより、第２の梁の作用端を固定端の近傍に形成している。このようにして、第１の梁と第２の梁の反りをキャンセルすることが可能になる。さらに、第１の梁ないしは第２の梁のどちらか一方に駆動電圧を印加するか、あるいは両者に逆極性の駆動電圧を印加することにより、圧電作用による駆動変位はキャンセルされず、充分な駆動範囲を確保することができる。
【００１２】
発明者らの提案に基づき、圧電アクチュエータの設計試作が行われている。その結果、梁が延伸する縦方向の反りは非常によくキャンセルされるが、固定端と作用端が対向する横方向の距離に起因する反りが残ることが判明している。この横方向の反りは、圧電アクチュエータの長さと幅の比に依存するが、試作した範囲では、圧電アクチュエータの折り返し点の最大の反りの１０％程度である。
【００１３】
圧電アクチュエータの横方向の反りは、圧電アクチュエータの駆動範囲に近い。そのため、圧電駆動の変位量を再現性良く高精度で制御することが困難となる。このように、圧電アクチュエータの残留応力に起因する横方向の反りにより、圧電アクチュエータを用いるＭＥＭＳ装置の製造歩留まりや装置性能が劣化してしまう。
【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】
【００１４】
本発明は，残留応力に起因する反りを制御して、駆動変位量を再現性良く高精度で制御可能なアクチュエータを備えるＭＥＭＳ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の態様によれば、（イ）第１梁、第１梁と離間して平行に延伸する第２梁、第１及び第２梁のそれぞれの端部を互いに接続する第１接続端を備え、第１梁の他方の端部を第１固定端として基板に固定し、第２梁の他方の端部を第１作用端とする第１圧電アクチュエータと、（ロ）第１梁と離間した第３梁、第３梁と離間して平行に延伸する第４梁、第３及び第４梁のそれぞれの端部を互いに接続する第２接続端を備え、第４梁の他方の端部を第２作用端として、基板に垂直方向において、第１作用端に対向配置し、第３梁の他方の端部を第２固定端として基板に固定した第２圧電アクチュエータ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】
【００１６】
本発明によれば、残留応力に起因する反りを制御して、駆動変位量を再現性良く高精度で制御可能なアクチュエータを備える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】
【００１７】
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。
【００１８】
本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置は、図１に示すように、第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）及び第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ）を備える。第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）は、第１梁４０ａ及び第２梁４０ｂを備える。第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ）は、第３梁４２ａ及び第４梁４２ｂを備える。
【００１９】
第１梁４０ａは、基板１０上のアンカー１２に固定される。第１梁４０ａにおいて、固定された一方の端を第１固定端６０とし、基板１０から離間した他方の端を第１接続端６２とする。第２梁４０ｂは、第１接続端６２から第１梁４０ａと離間して平行に延伸する。第２梁４０ｂにおいて、第１接続端６２を一方の端とし、基板１０から離間した他方の端を第１作用端６４とする。
【００２０】
第３梁４２ａは、基板１０上のアンカー１２に固定される。第３梁４２ａにおいて、第１固定端６０から離間して固定された一方の端を第２固定端７０とし、基板１０から離間した他方の端を第２接続端７２とする。第４梁４２ｂは、第２接続端７２から第３梁４２ａと離間して平行に延伸する。第４梁４２ｂにおいて、第２接続端７２を一方の端とし、基板１０から離間した他方の端を第２作用端７４とする。
【００２１】
第１及び第２固定端６０、７０は、アンカー１２上で基板１０表面に平行な面において互いに対向して配置される。第１梁４０ａと第３梁４２ａとは、同一直線上に延伸する。第２固定端７０から第２接続端７２に向かう方向と、第１固定端６０から第１接続端６２に向かう方向とは、互いに異なる。第１作用端６４と第１可動端６３の間に設けられた第１作用部５８、及び第２作用端７４と第２可動端７３の間に設けられた第２作用部５０が、基板１０の表面に垂直な方向において互いに対向して配置される。
【００２２】
図２に示すように、第１及び第２梁４０ａ、４０ｂは、第１接続端６２において第１接続部６６を介して接続される。第３及び第４梁４２ａ、４２ｂは、第２接続端７２において第２接続部７６を介して接続される。
【００２３】
第１梁４０ａの梁長Ｌ１ａは、第１固定端６０から第１接続端６２の距離である。第２梁４０ｂの梁長Ｌ１ｂは、第１接続端６２から第１作用端６４の距離である。第３梁４２ａの梁長Ｌ２ａは、第２固定端７０から第２接続端７２の距離である。第４梁４２ｂの梁長Ｌ２ｂは、第２接続端７２から第２作用端７４の距離である。第１及び第２梁４０ａ、４０ｂ間の梁間距離Ｌ１ｔは、第１固定端６０及び第１作用端６４それぞれの中心間の距離である。第３及び第４梁４２ａ、４２ｂ間の梁間距離Ｌ２ｔは、第２固定端７０及び第２作用端７４それぞれの中心間の直線距離である。
【００２４】
第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）は、第１及び第２作用端６４、７４が対向して配置される点を除けば、第１及び第２固定端６０、７０に関して線対称で、同一形状である。梁長Ｌ１ａとＬ２ａは等しく、梁長Ｌ１ｂとＬ２ｂは等しい。また、梁間距離Ｌ１ｔとＬ２ｔも等しい。梁間距離Ｌ１ｔ、Ｌｔ２は、梁長Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂよりも短くされる。
【００２５】
通常、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）には、図１に示したように、残留応力による反りが生じる。説明を簡単にするため、圧電アクチュエータの断面図等においては反りを省略して示す。
【００２６】
図３及び図４に示すように、第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂは、バイモルフ構造である。第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）において、第１梁４０ａが駆動梁で、第２梁４０ｂが可動梁である。第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ）において、第３梁４２ａが駆動梁で、第４梁４２ｂが可動梁である。
【００２７】
第１梁４０ａは、第１下部電極２０ａ、第１下部電極２０ａ上の第１下部圧電膜２２ａ、第１下部圧電膜２２ａ上の第１中間電極２４ａ、第１中間電極２４ａ上の第１上部圧電膜２６ａ、及び第１上部圧電膜２６ａ上の第１上部電極２８ａを備える。第２梁４０ｂは、第２下部電極２０ｂ、第２下部電極２０ｂ上の第２下部圧電膜２２ｂ、第２下部圧電膜２２ｂ上の第２中間電極２４ｂ、第２中間電極２４ｂ上の第２上部圧電膜２６ｂ、及び第２上部圧電膜２６ｂ上の第２上部電極２８ｂを備える。
【００２８】
また、第３梁４２ａは、第３下部電極３０ａ、第３下部電極３０ａ上の第３下部圧電膜３２ａ、第３下部圧電膜３２ａ上の第３中間電極３４ａ、第３中間電極３４ａ上の第３上部圧電膜３６ａ、及び第３上部圧電膜３６ａ上の第３上部電極３８ａを備える。第４梁４２ｂは、第４下部電極３０ｂ、第４下部電極３０ｂ上の第４下部圧電膜３２ｂ、第４下部圧電膜３２ｂ上の第４中間電極３４ｂ、第４中間電極３４ｂ上の第４上部圧電膜３６ｂ、及び第４上部圧電膜３６ｂ上の第４上部電極３８ｂを備える。
【００２９】
図５に示すように、第１及び第２梁４０ａ、４０ｂの第１及び第２下部電極２０ａ、２０ｂ、第１及び第２下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、第１及び第２上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、並びに、第１及び第２上部電極２８ａ、２８ｂは、それぞれ第１接続部６６で接続される。また、図６に示すように、第３及び第４梁４２ａ、４２ｂの第３及び第４下部電極３０ａ、３０ｂ、第３及び第４下部圧電膜３２ａ、３２ｂ、第３及び第４上部圧電膜３６ａ、３６ｂ、並びに、第３及び第４上部電極３８ａ、３８ｂは、それぞれ第２接続部７６で接続される。
【００３０】
第１及び第２下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、並びに第１及び第２上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、第３及び第４下部圧電膜３２ａ、３２ｂ、並びに、第３及び第４上部圧電膜３６ａ、３６ｂは、それぞれ連続した圧電体層である。第１〜第４下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、及び第１〜第４上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂは、分極方向が同一である。
【００３１】
図７に示すように、第１及び第３下部電極２０ａ、３０ａは、第１及び第２固定端６０、７０が対向するように配置される。第２及び第４下部電極２０ｂ、３０ｂは、第１可動端６３及び第２作用端７４が対向するように配置される。第２作用部５０は、第４下部電極３０ｂの第２作用端７４に設けられる。第１接続端６２で第１下部電極２０ａに接続された第２下部電極２０ｂは、第１下部電極２０ａよりも短い。第２接続端７２で第３下部電極３０ａに接続された第４下部電極３０ｂは、第３下部電極３０ａよりも長い。
【００３２】
図８に示すように、第１及び第３中間電極２４ａ、３４ａは、第１及び第２固定端６０、７０が対向するように配置される。第２及び第４中間電極２４ｂ、３４ｂは、第１可動端６３及び第２可動端７３が対向するように配置される。第１及び第２中間電極２４ａ、２４ｂは、電気的に絶縁されるように分離されている。第２中間電極２４ｂは、第１中間電極２４ａよりも短い。第３及び第４中間電極３４ａ、３４ｂは、電気的に絶縁されるように分離されている。第４中間電極３４ｂは、第３中間電極３４ａよりも短い。
【００３３】
図９に示すように、第１及び第３上部電極２８ａ、３８ａは、第１及び第２固定端６０、７０が対向するように配置される。第２及び第４上部電極２８ｂ、３８ｂは、第１作用端６４及び第２可動端７３が対向するように配置される。第１作用部５８は、第２上部電極２８ｂの第１作用端６４に設けられる。第１接続端６２で第１上部電極２８ａに接続された第２上部電極２８ｂは、第１上部電極２８ａよりも長い。第２接続端７２で第３上部電極３８ａに接続された第４上部電極３８ｂは、第３上部電極３０ａよりも短い。
【００３４】
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１２には、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）等の絶縁膜が用いられる。また、第１〜第４下部電極２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ、第１〜第４中間電極２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂ、第１〜第４上部電極２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂ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〜第４下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ、第１〜第４上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ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。
【００３５】
本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置をバリキャップとして用いる場合、図４に示すように、第１及び第２作用部５８、５０の間の容量Ｃvarが用いられる。容量Ｃvarは、第１及び第２作用部５８、５０の間の距離の変化に対応して変化する。
【００３６】
通常、圧電アクチュエータには、圧電膜の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。圧電アクチュエータは、３次元的に考えると、基板に対する固定部を中心とする放物面に沿って反る。
【００３７】
実施の形態では、図１及び図２に示したように、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）のそれぞれを第１及び第２梁４０ａ、４０ｂ、並びに第３及び第４梁４２ａ、４２ｂ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、第１固定端６０と第１作用端６４、及び、第２固定端７０と第２作用端７４をそれぞれ近接して設置することができる。第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂはそれぞれ、梁長Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂの２乗に比例して反る。しかし、梁間距離Ｌ１ｔ、Ｌ２ｔは梁長Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ２ａ、Ｌ２ｂより短いため、残留歪に起因する第１及び第２作用端６４、７４の反りを軽減することが可能になる。
【００３８】
また、第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ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及び第３梁４０ａ、４２ａの反りが、それぞれ折り返された第２及び第４梁４０ｂ、４２ｂの反りで相殺される。その結果、第１及び第２固定端６０、７０に対して第１及び第２作用端６４、７４のそれぞれに生じる反りによる変位をある程度小さく抑制することが可能である。
【００３９】
更に、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）の形状は、対称な形状であり、同一寸法で形成されている。そのため、梁間距離Ｌ１ｔ、Ｌ２ｔに対応して生じる幅方向の反りも第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）において同一である。その結果、第１作用端６４の第１作用部５８と第２作用端７４の第２作用部５０の間隔は反りの影響を受けずに一定に保たれる。
【００４０】
例えば、図１０及び図１１に示すように、第１及び第２梁４０ａ、４０ｂは、駆動電圧を印加しない初期状態で、放物線状に上方に反りＤｗで変位する。第３及び第４梁４２ａ、４２ｂも、駆動電圧を印加しない初期状態で、放物線状に上方に反りＤｗで変位する。初期状態では、第１及び第２作用端６４、７４は、第１及び第２固定端６０、７０に対してほぼ同一の高さに位置する。
【００４１】
図３に示すように、第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）において、第１梁４０ａの第１中間電極２４ａを共通電位として、第１下部電極２０ａ及び第１上部電極２８ａに負極性の駆動電圧を印加する。第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ）において、第３梁４２ａの第３中間電極３４ａを共通電位として、第３下部電極３０ａ及び第３上部電極３８ａに正極性の駆動電圧を印加する。
【００４２】
図１０に示すように、第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）においては、第１下部圧電膜２２ａに圧縮応力が作用し、第１上部圧電膜２６ａには引張応力が作用する。その結果、第１固定端６０で支持された第１梁４０ａが初期状態から更に放物線状に上方に向かって変位量Ｄａで屈曲する。第２梁４０ｂでは、第２中間電極２４ｂが電気的に絶縁されているので、第２下部圧電膜２２ｂ及び第２上部圧電膜２６ｂに駆動電圧が印加されず初期状態のままである。その結果、第１固定端６０に対して、第１接続端６２が上方に変位量Ｄａで変位するのに対し、第１作用端６４は下方に変位量Ｄｂで変位する。
【００４３】
図１１に示すように、第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ）においては、第３下部圧電膜３２ａに引張応力が作用し、第３上部圧電膜３６ａには圧縮応力が作用する。その結果、第２固定端７０で支持された第３梁４２ａが初期状態から下方に向かって変位量Ｄａで屈曲する。第４梁４２ｂでは、第４中間電極３４ｂが電気的に絶縁されているので、第４下部圧電膜３２ｂと第４上部圧電膜３６ｂの間が同電位となり初期状態のままである。その結果、第２固定端７０に対して、第２接続端７２が下方に変位量Ｄａで変位するのに対し、第２作用端７４は上方に変位量Ｄｂで変位する。
【００４４】
このように、第１及び第２下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、並びに第１及び第２上部圧電膜２６ａ、２６ｂの残留歪の有無に関わらず、第２梁４０ｂの第１作用端６４の第１作用部５８を下方に向かって変位させることができる。また、第３及び第４下部圧電膜３２ａ、３２ｂ、並びに第３及び第４上部圧電膜３６ａ、３６ｂの残留歪の有無に関わらず、第４梁４２ｂの第２作用端７４の第２作用部５０を上方に向かって変位させることができる。したがって、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）が残留歪により初期状態で反っていても、第１及び第２作用端６４、７４間の間隔を、第１及び第３梁４０ａ、４２ａに印加す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。
【００４５】
なお、実施の形態では、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）を同時に駆動して第１及び第２作用端６４、７４間の間隔を制御している。しかし、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）の一方だけを駆動してもよい。例えば、固定された第２作用端７４に対して、第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）だけを駆動して第１作用端６４を変位させ、第１及び第２作用端６４、７４間の間隔を制御することができる。
【００４６】
また、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）のそれぞれの駆動梁である第１及び第３梁４０ａ、４２ａでは、共通電位の中間電極に対して一様な駆動電圧が印加される。しかし、駆動梁の下部電極及び上部電極を区分して極性が固定端と接続端の途中で反転するように駆動電圧を下部電極及び上部電極に印加してもよい。この場合、圧電アクチュエータを、Ｓ字状に屈曲させることができる。
【００４７】
また、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）の第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂのそれぞれは、直線的な平面形状である。しかし、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、（４２ａ、４２ｂ）として、Ｃリング等の任意の形状の圧電アクチュエータを用いてもよい。例えば、Ｃリング状の圧電アクチュエータの場合、Ｃリングの中間点を接続端とすればよい。
【００４８】
次に、本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法を、図１２〜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１２に示すＥ−Ｅ線に相当する断面が示されている。
【００４９】
（イ）図１２及び図１３に示すように、化学気相成長法（ＣＶＤ）、フォトリソグラフィ及び反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により、絶縁性ガラス基板等の基板１０表面にＳｉＯ２膜等のアンカー１２が形成される。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１２等を埋め込むように堆積される。化学機械研磨法（ＣＭＰ）により、アンカー１２の表面が露出するように絶縁膜の平坦化を行い、犠牲層１００が形成される。
【００５０】
（ロ）図１４に示すように、フォトリソグラフィ、真空蒸着等により、厚さが約２００ｎｍのＡｕ等の第１〜第４下部電極２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂが犠牲層１００上に延伸するように形成される。第１及び第３下部電極２０ａ、３０ａの一端は、アンカー１２上に設けられる。窒素（Ｎ２）雰囲気における反応性スパッタリング等により、第１〜第４下部電極２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂが形成された犠牲層１００上に、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。フォトリソグラフィ及びＲＩＥ等により圧電膜を選択的に除去して、第１〜第４下部電極２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ上にそれぞれ第１〜第４下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂが形成される。
【００５１】
フォトリソグラフィ及び真空蒸着等により、厚さが約２００ｎｍのＡｕ等の第１〜第４下部圧電膜膜２２ａ、２２ｂ、３２ａ、３２ｂ上にそれぞれ第１〜第４中間電極２４ａ、２４ｂ、３４ａ、３４ｂが形成される。第１及び第２中間電極２４ａ、２４ｂは、第１接続部６６(図示省略)で電気的に絶縁される。第３及び第４中間電極３４ａ、３４ｂは、第２接続部７６で電気的に絶縁される。反応性スパッタリング、フォトリソグラフィ及びＲＩＥ等により、厚さが約５００ｎｍのｃ軸配向したＡｌＮ等の第１〜第４上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂが第１〜第４下部電極２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ上にそれぞれ形成される。なお、第４下部電極３０ｂの第２作用端７４に設けられた第２作用部５０が露出するように第４下部圧電膜３２ｂ、第４中間電極３４ｂ、及び第４上部圧電膜３６ｂがパターニングされる。
【００５２】
（ハ）図１５に示すように、プラズマＣＶＤ等により、犠牲層１００の表面に、ＰＳＧ等の絶縁膜が、第１〜第４上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂ等を埋め込むように堆積される。ＣＭＰにより、第１〜第４上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂの表面が露出するように絶縁膜の平坦化を行い、犠牲層１０２が形成される。フォトリソグラフィ及び真空蒸着等により、露出した第１〜第４上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、３６ａ、３６ｂの表面上に、厚さが約２００ｎｍのＡｕ等の第１〜第４上部電極２８ａ、２８ｂ、３８ａ、３８ｂが形成される。第２上部電極２８ｂの第１作用端６４に設けられた第１作用部５８が、犠牲層１０２を挟んで第２作用部５０と対向するように形成される。
【００５３】
（ニ）図１６に示すように、フッ酸（ＨＦ）溶液を用いるウェットエッチング等により、犠牲層１００、１０２を選択的に除去する。このようにして、図１に示した実施の形態に係るＭＥＭＳ装置が製造される。
【００５４】
製造されたＭＥＭＳ装置が、バリキャップとして用いられる。第１圧電アクチュエータ(４０ａ、４０ｂ)において、第１中間電極２４ａを共通電位として第１下部電極２０ａ及び第１上部電極２８ａに−０〜３Ｖの駆動電圧を印加する。第２圧電アクチュエータ(４２ａ、４２ｂ)において、第３中間電極３４ａを共通電位として第３下部電極３０ａ及び第３上部電極３８ａに＋０〜３Ｖの駆動電圧を印加する。このようにして、バリキャップの第１及び第２作用部５８、５０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０．１４ｐＦ、最大容量が５．３３ｐＦで、非常に大きな容量変化が得られている。
【００５５】
なお、実施の形態では、犠牲層１００、１０２としてＰＳＧを用いている。しかし、犠牲層１００の材料は限定されない。例えば、基板１０、アンカー１２、第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂ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。
【００５６】
また、実施の形態では、金属膜の第１及び第２作用部５８、５０をバリキャップの電極として用いている。誤動作で第１及び第２作用部５８、５０が接触することを防止するため、第１及び第２作用部５８、５０の間に誘電膜を挿入してもよい。例えば、図１７に示すように、誘電膜として、第４下部圧電膜３２ｂを用いることができる。あるいは、誘電膜として、第２上部圧電膜２６ｂを用いてもよい。
【００５７】
更に、実施の形態に係るＭＥＭＳ装置として圧電アクチュエータを用いたバリキャップを例に説明している。圧電アクチュエータは、バリキャップ以外にも、例えばマイクロスイッチ等に適用できる。例えば、図１に示した同じ構造で、第１及び第２作用部５８、５０を接触させることによりＤＣ接触型スイッチとして用いることができる。また、図１７に示した構造で、キャパシティブ型スイッチとして用いることもできる。
【００５８】
例えば、図１に示した構造のマイクロスイッチで、第１圧電アクチュエータ(４０ａ、４０ｂ)において、第１中間電極２４ａを共通電位として第１下部電極２０ａ及び第１上部電極２８ａに負極性の駆動電圧を印加する。第２圧電アクチュエータ(４２ａ、４２ｂ)において、第３中間電極３４ａを共通電位として第３下部電極３０ａ及び第３上部電極３８ａに正極性の駆動電圧を印加する。このようにして、マイクロスイッチの第１及び第２作用部５８、５０間で接触抵抗を測定している。その結果、駆動電圧が約３Ｖで第１及び第２作用部５８、５０が接触し、約１．２Ωの接触抵抗が得られている。
【００５９】
（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ＭＥＭＳ装置は、図１８〜図２１に示すように、第１固定端６０がアンカー１２ａに固定された第１梁４０ａ、第１接続端６２で第１梁４０ａに接続され、第１作用端６４に第１作用部５８を有する第２梁４０ｂ、第２固定端７０がアンカー１２ｂに固定された第３梁４２ａ、及び第２接続端７２で第３梁４２ａに接続され、第２作用端７４に第１作用部５８と対向する第２作用部５０を有する第２梁４０ｂを備える。第１及び第２固定端６０、７０が、基板１０表面に平行な面において第１及び第２作用端６４、７４が互いに対向する領域を挟んで配置される。
【００６０】
実施の形態の第１の変形例に係るＭＥＭＳ装置は、第１及び第２固定端６０、７０が第１及び第２作用部５８、５０を挟んで互いに対向して配置される点が、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。
【００６１】
実施の形態の第１の変形例では、第１固定端６０を固定するアンカー１２ａと第２固定端７０を固定するアンカー１２ｂが独立して設けられる。したがって、第１及び第２固定端６０、７０それぞれの固定位置を調整することができる。そのため、第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂの配置の設計自由度を増大させることができる。
【００６２】
例えば、図１８に示したように、第１及び第２作用部５８、５０を重ね合わせることができるように対向させる場合でも、第１〜第４梁４０ａ、４０ｂ、４２ａ、４２ｂそれぞれの梁長を同じにすることが可能となる。その結果、梁長の相違に起因する第１及び第２作用端６４、７４近傍の反りを軽減することができる。
【００６３】
また、第１及び第２圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ）、(４２ａ、４２ｂ)を、直交するように配置してもよい。図２２に示すように、アンカー１２ａに固定された第１固定端６０とアンカー１２ｂに固定された第２固定端７０とが、直交するように配置される。第２及び第４梁４０ｂ、４２ｂが、互いに対向する第１及び第２作用部５８、５０において交差するように配置される。この場合、アンカー１２ａ、１２ｂを隣接して配置することができるため、ＭＥＭＳ装置の信号線を同一方向に引き出すことが可能となる。
【００６４】
（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ＭＥＭＳ装置は、図２３〜図２６に示すように、第１圧電アクチュエータ(４０ａ、４０ｂ、４０ｃ)、及び第２圧電アクチュエータ(４２ａ、４２ｂ、４２ｃ)を備える。第１圧電アクチュエータ(４０ａ、４０ｂ、４０ｃ)は、第１梁４０ａ、第２梁４０ｂ、及び第５梁４０ｃを含む。第２圧電アクチュエータ(４２ａ、４２ｂ、４２ｃ)は、第３梁４２ａ、第４梁４２ｂ、及び第６梁４２ｃを含む。第５及び第６梁４０ｃ、４２ｃは、第２及び第４梁４０ｂ、４２ｂに関して第１及び第３梁４０ａ、４２ａと同一形状で対称に配置される。
【００６５】
第５梁４０ｃは、第２梁４０ｂを挟んで第１梁４０ａに対向するように配置される。第５梁４０ｃは、基板１０上のアンカー１２ｂに固定された第３固定端６０ａから第１接続端６２まで延伸する。第５梁４０ｃは、第１接続端６２で第１接続部６６ａを介して第２梁４０ｂに接続される。
【００６６】
第６梁４２ｃは、第４梁４２ｂを挟んで第３梁４２ａに対向するように配置される。第５梁４２ｃは、基板１０上のアンカー１２ｂに固定された第４固定端７０ａから第２接続端７２まで延伸する。第６梁４２ｃは、第２接続端７２で第２接続部７６ａを介して第４梁４２ｂに接続される。
【００６７】
基板１０表面に垂直な方向で互いに対向する第１及び第２作用部５８、５０が、第１及び第２固定端６０、７０と第３及び第４固定端６０ａ、７０ａとの間に隣接して配置される。第５及び第６梁４０ｃ、４２ｃと第２及び第４梁４０ｂ、４２ｂとの間の梁間距離は、第１及び第２梁４０ａ、４２ａと第２及び第４梁４０ｂ、４２ｂとの間の梁間距離と製造誤差の範囲で同一としている。梁間距離は、第２又は第４梁４０ｂ、４２ｂの梁長よりも短くされる。
【００６８】
第５梁４０ｃは、第５下部電極２０ｃ、第５下部電極２０ｃ上の第５下部圧電膜２２ｃ、第５下部圧電膜２２ｃ上の第５中間電極２４ｃ、第５中間電極２４ｃ上の第５上部圧電膜２６ｃ、及び第５上部圧電膜２６ｃ上の第５上部電極２８ｃを備える。また、第６梁４２ｃは、第６下部電極３０ｃ、第６下部電極３０ｃ上の第６下部圧電膜３２ｃ、第６下部圧電膜３２ｃ上の第６中間電極３４ｃ、第６中間電極３４ｃ上の第６上部圧電膜３６ｃ、及び第６上部圧電膜３６ｃ上の第６上部電極３８ｃを備える。
【００６９】
第１及び第５下部電極２０ａ、２０ｃは、第１接続部６６、６６ａにおいて第２下部電極２０ｂと電気的に接続される。第１及び第５中間電極２４ａ、２４ｃは、第１接続部６６、６６ａにおいて第２中間電極２４ｂと電気的に絶縁される。第１及び第５上部電極２８ａ、２８ｃは、第１接続部６６、６６ａにおいて第２上部電極２８ｂと電気的に接続される。
【００７０】
第３及び第６下部電極３０ａ、３０ｃは、第２接続部７６、７６ａにおいて第４下部電極３０ｂと電気的に接続される。第３及び第６中間電極３４ａ、３４ｃは、第２接続部７６、７６ａにおいて第４中間電極３４ｂと電気的に絶縁される。第３及び第６上部電極３８ａ、３８ｃは、第２接続部７６、７６ａにおいて第４上部電極３８ｂと電気的に接続される。
【００７１】
第１、第２及び第５下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、第１、第２及び第５上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、第３、第４及び第６下部圧電膜３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、並びに、第３、第４及び第６上部圧電膜３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、それぞれ連続した圧電体層である。第１〜第６下部圧電膜２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び第１〜第６上部圧電膜２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、３６ａ、３６ｂ、３６ｃは、分極方向が同一である。
【００７２】
実施の形態の第２の変形例に係るＭＥＭＳ装置は、第５及び第６梁４０ｃ、４２ｃを備える点が、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。
【００７３】
実施の形態の第２の変形例では、図２４及び図２６に示すように、第１及び第５中間電極２４ａ、２４ｃを共通電位として第１下部電極２０ａ、第１上部電極２８ａ、第５下部電極２０ｃ、及び第５上部電極２８ｃのそれぞれに負極性の駆動電圧が印加される。負極性の駆動電圧の印加により、第１及び第５梁４０ａ、４０ｃが初期状態から放物線状に上方に屈曲する。一方、第２梁４０ｂは初期状態のままであり、第１作用端６４が下方の基板１０の方向に変位する。
【００７４】
また、第３及び第６中間電極３４ａ、３４ｃを共通電位として、第３下部電極３０ａ、第３上部電極３８ａ、第６下部電極３０ｃ、第６上部電極３８ｃのそれぞれ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３及び第６梁４２ａ、４２ｃが初期状態から放物線状に下方に屈曲する。一方、第４梁４２ｂは初期状態のままであり、第２作用端７４が基板１０から離間するように変位する。
【００７５】
第２梁４０ｂは、第１及び第５梁４０ａ、４０ｃの間に挟まれて配置されている。また、第４梁４２ｂは、第３及び第６梁４２ａ、４２ｃの間に挟まれて配置されている。したがって、圧電駆動により第１及び第２作用部５８、５０の間隔を制御する場合、第１及び第２接続端６２、７２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、第１及び第２作用部５８、５０の駆動力が増大する。
【００７６】
例えば、実施の形態の第２の変形例に係るＭＥＭＳ装置をバリキャップに適用する場合は、再現性よく容量を変化させることが可能となる。また、ＤＣ接触型スイッチに使用する場合は、押し付け力の増大により、接触抵抗低減などに有利である。また、実施の形態の第２の変形例では、第１及び第２固定端６０、７０と第３及び第４固定端６０ａ、７０ａとの間に第１及び第２作用端６４、７４が位置しているため、第１及び第２作用端６４、７４における反りの影響を更に低減することが可能になる。
【００７７】
なお、上記説明では、第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）の駆動梁として、第１及び第５梁４０ａ、４０ｃが用いられ、第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）の駆動梁として、第３及び第６梁４２ａ、４２ｃが用いられている。しかし、第２及び第４梁４０ｂ、４２ｂを駆動梁としてもよい。
【００７８】
例えば、第１及び第２下部電極２０ａ、２０ｂを電気的に接続し、第５下部電極２０ｃを電気的に絶縁する。第２及び第５中間電極２４ｂ、２４ｃを電気的に接続し、第１中間電極２４ａを電気的に絶縁する。第１及び第２上部電極２８ａ、２８ｂを電気的に接続し、第５上部電極２８ｃを電気的に絶縁する。
【００７９】
また、第３及び第４下部電極３０ａ、３０ｂを電気的に接続し、第６下部電極３０ｃを電気的に絶縁する。第４及び第６中間電極３４ｂ、３４ｃを電気的に接続し、第３中間電極３４ａを電気的に絶縁する。第３及び第４上部電極３８ａ、３８ｂを電気的に接続し、第６上部電極３８ｃを電気的に絶縁する。
【００８０】
第１梁４０ａの電極（２０ａ、２４ａ、２８ａ）及び第６梁４２ｃの電極（３０ｃ、３４ｃ、３８ｃ）に正極性の駆動電圧を、第５梁４０ｃの電極（２０ｃ、２４ｃ、２８ｃ）及び第３梁４２ａの電極（３０ａ、３４ａ、３８ａ）に負極性の駆動電圧を印加する。第１、第３、第５及び第６梁４０ａ、４２ａ、４０ｃ、４２ｃのそれぞれの電極間は同電位となり初期状態を維持する。第２梁４０ｂにおいては、第２中間電極２４ｂに負極性、第２下部電極２０ｂ及び第２上部電極２８ｂに正極性の駆動電圧が印加される。第４梁４２ｂにおいては、第４中間電極３４ｂに正極性、第４下部電極３０ｂ及び第４上部電極３８ｂに負極性の駆動電圧が印加される。したがって、第２梁４０ｂが、第１接続端６２を支持点として下方に屈曲する。また、第４梁４２ｂが、第２接続端７２を支持点として上方に屈曲する。その結果、第１及び第２作用部５８、５０の間隔を変化させることができる。
【００８１】
（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ＭＥＭＳ装置は、図２７に示すように、第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）、第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）、第３圧電アクチュエータ（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）、及び第４圧電アクチュエータ（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）を備える。第１圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）は、第１接続部６６ｂ、６６ｃで接続された第１梁４０ａ、第２梁４０ｂ及び第５梁４０ｃを備える。第２圧電アクチュエータ（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）は、第２接続部７６ｂ、７６ｃで接続された第３梁４２ａ、第４梁４２ｂ及び第６梁４２ｃを備える。第３圧電アクチュエータ（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）は、第１接続部６６ｄ、６６ｅで接続された第１梁４４ａ、第２梁４４ｂ及び第５梁４４ｃを備える。第４圧電アクチュエータ（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）は、第２接続部７６ｄ、７６ｅで接続された第３梁４６ａ、第４梁４６ｂ及び第６梁４６ｃを備える。第１〜第４圧電アクチュエータ（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）、（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）、（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）、（４６ａ、４６ｂ、４６ｃ）は、基板１０表面に平行な面において互いに直交するように十字状に配置される。
【００８２】
第１梁４０ａは、基板１０上のアンカー１２ｄに固定された第１固定端６０ｂから、第１接続端６２ａまで延伸する。第２梁４０ｂは、第１接続端６２ａから第１梁４０ａに沿って折り返され、第１作用端６４まで延伸する。第５梁４０ｃはアンカー１２ｅに固定された第３固定端６０ｃから第１接続端６２ａまで延伸する。
【００８３】
第１梁４４ａは、アンカー１２ｇに固定された第１固定端６０ｄから、第１接続端６２ｂまで延伸する。第２梁４４ｂは、第１接続端６２ｂから第１梁４４ａに沿って折り返され、第１作用端６４まで延伸する。第５梁４４ｃはアンカー１２ｆに固定された第３固定端６０ｅから第１接続端６２ｂまで延伸する。
【００８４】
第３梁４２ａは、アンカー１２ｄに固定された第２固定端７０ｂから、第２接続端７２ａまで延伸する。第４梁４２ｂは、第２接続端７２ａから第３梁４２ａに沿って折り返され、第２作用端７４まで延伸する。第６梁４２ｃはアンカー１２ｇに固定された第４固定端７０ｃから第２接続端７２ａまで延伸する。
【００８５】
第３梁４６ａは、アンカー１２ｅに固定された第２固定端７０ｄから、第２接続端７２ｂまで延伸する。第４梁４６ｂは、第２接続端７２ｂから第３梁４６ａに沿って折り返され、第２作用端７４まで延伸する。第６梁４６ｃはアンカー１２ｆに固定された第４固定端７０ｅから第２接続端７２ｂまで延伸する。
【００８６】
第１作用部５８は、第１作用端６４を共通にして第１作用端６４の両側の第２梁４０ｂ、４４ｂに設けられる。第１作用部５８に対向する第２作用部５０は、第２作用端７４を共通にして第２作用端７４の両側の第４梁４２ｂ、４６ｂに設けられる。
【００８７】
一対の第１、第２及び第５梁４０ａ、４０ｂ、４０ｃが、第１作用端６４を通る線を中心線として第１作用端６４に関して一対の第１、第２及び第５梁４４ａ、４４ｂ、４４ｃと線対称になるように配置される。また、一対の第３、第４及び第６梁４２ａ、４２ｂ、４２ｃが、第２作用端７４を通る線を中心線として第２作用端７４に関して一対の第３、第４及び第６梁４６ａ、４６ｂ、４６ｃと線対称になるように配置される。
【００８８】
図２８〜図３１に示すように、第１、第２、第５梁４４ａ、４４ｂ、４４ｃは、それぞれ第１、第２、第５梁４０ａ、４０ｂ、４０ｃと同様の構造である。第１梁４４ａは、第１下部電極２０ｄ、第１下部圧電膜２２ｄ、第１中間電極２４ｄ、第１上部圧電膜２６ｄ、及び第１上部電極２８ｄを備える。第２梁４４ｂは、第２下部電極２０ｅ、第２下部圧電膜２２ｅ、第２中間電極２４ｅ、第２上部圧電膜２６ｅ、及び第２上部電極２８ｅを備える。第５梁４４ｃは、第５下部電極２０ｆ、第２下部圧電膜２２ｆ、第２中間電極２４ｆ、第２上部圧電膜２６ｆ、及び第２上部電極２８ｆを備える。
【００８９】
また、第３、第４、第６梁４６ａ、４６ｂ、４６ｃは、それぞれ第３、第４、第６梁４２ａ、４２ｂ、４２ｃと同様の構造である。第３梁４６ａは、第３下部電極３０ｄ、第３下部圧電膜３２ｄ、第３中間電極３４ｄ、第３上部圧電膜３６ｄ、及び第３上部電極３８ｄを備える。第４梁４６ａは、第４下部電極３０ｅ、第４下部圧電膜３２ｅ、第４中間電極３４ｅ、第４上部圧電膜３６e、及び第４上部電極３８ｅを備える。第６梁４６ｃは、第６下部電極３０ｆ、第６下部圧電膜３２ｆ、第６中間電極３４ｆ、第６上部圧電膜３６ｆ、及び第６上部電極３８ｆを備える。
【００９０】
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、第１及び第２作用端６４、７４を共通にして、互いに直交する第１及び第２圧電アクチュエータをそれぞれ線対称に配置して両持ち構造としてい点が、第２の変形例と異なる。他の構成は、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。
【００９１】
例えば、図３２に示すように、第１接続端６２ａにおいて、第１及び第２下部電極２０ａ、２０ｂが電気的に接続され、第５下部電極２０ｃが電気的に絶縁される。第１接続端６２ｂにおいて、第１及び第２下部電極２０ｄ、２０ｅが電気的に接続され、第５下部電極２０ｆが電気的に絶縁される。第２接続端７２ａにおいて、第３及び第４下部電極３０ａ、３０ｂが電気的に接続され、第６下部電極３０ｃが絶縁される。第２接続端７２ｂにおいて、第３及び第４下部電極３０ｄ、３０ｅが電気的に接続され、第６下部電極３０ｆが絶縁される。第４下部電極３０ｂ及び３０ｅは、第２作用部５０を介して接続される。
【００９２】
図３３に示すように、第１接続端６２ａにおいて、第１中間電極２４ａが電気的に絶縁され、第２及び第５中間電極２４ｂ、２４ｃが電気的に接続される。第１接続端６２ｂにおいて、第１中間電極２４ｄが電気的に絶縁され、第２及び第５中間電極２４ｅ、２４ｆが電気的に接続される。第２接続端７２ａにおいて、第３中間電極３４ａが電気的に絶縁され、第４及び第６中間電極３４ｂ、３４ｃが電気的に接続される。第２接続端７２ｂにおいて、第１中間電極３４ｄが電気的に絶縁され、第２及び第５中間電極３４ｅ、３４ｆが電気的に接続される。
【００９３】
図３４に示すように、第１接続端６２ａにおいて、第１及び第２上部電極２８ａ、２８ｂが電気的に接続され、第５上部電極２８ｃが電気的に絶縁される。第１接続端６２ｂにおいて、第１及び第２上部電極２８ｄ、２８ｅが電気的に接続され、第５上部電極２８ｆが電気的に絶縁される。第２接続端７２ａにおいて、第３及び第４上部電極３８ａ、３８ｂが電気的に接続され、第６上部電極３８ｃが絶縁される。第２接続端７２ｂにおいて、第３及び第４上部電極３８ｄ、３８ｅが電気的に接続され、第６上部電極３８ｆが絶縁される。第２上部電極２８ｂ及び２８ｅは、第１作用部５８を介して接続される。
【００９４】
実施の形態の第３の変形例では、図２８に示すように、第３下部電極３０ａ、第３中間電極３４ａ、及び第３上部電極３８ａに負極性、並びに、第１下部電極２０ａ、２０ｄ、第１中間電極２４ａ、２４ｄ、第１上部電極２８ａ、２８ｄ、第６下部電極３０ｃ、第６中間電極３４ｃ、及び第６上部電極３８ｃに正極性の駆動電圧が印加される。また、図２９に示すように、第５下部電極２０ｃ、２０ｆ、第５中間電極２４ｃ、２４ｆ、第５上部電極２８ｃ、２８ｆ、第３下部電極３０ｄ、第３中間電極３４ｄ、及び第３上部電極３８ｄに負極性、並びに、第６下部電極３０ｆ、第６中間電極３４ｆ、及び第６上部電極３８ｆに正極性の駆動電圧が印加される。
【００９５】
このようにして、第１作用部５８を介して接続された第２梁４０ｂ、４４ｂ、及び第２作用部５０を介して接続された第４梁４２ｂ、４６ｂが駆動梁として動作する。第２梁４０ｂ、４４ｂが、第１接続端６２ａ、６２ｂを支持点として下方に屈曲する。また、第４梁４２ｂ、４６ｂが、第２接続端７２ａ、７２ｂを支持点として上方に屈曲する。その結果、第１及び第２作用部５８、５０の間隔を変化させることができる。
【００９６】
実施の形態の第３の変形例では、第２梁４０ｂ、４４ｂは、第１及び第５梁４０ａ、４４ａ、４０ｃ、４４ｃの間に挟まれて配置されている。また、第４梁４２ｂ、４６ｂは、第３及び第６梁４２ａ、４６ａ、４２ｃ、４６ｃの間に挟まれて配置されている。したがって、圧電駆動により第１及び第２作用部５８、５０の間隔を制御する場合、第１及び第２接続端６２ａ、６２ｂ、７２ａ、７２ｂ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、第１及び第２作用部５８、５０の駆動力が増大する。
【００９７】
なお、上記説明では、第２及び第４梁４０ｂ、４４ｂ、４２ｂ、４６ｂを駆動梁とする構成が用いられている。しかし、第１〜第６梁４０ａ〜４０ｃ、４２ａ〜４２ｃ、４４ａ〜４４ｃ、４６ａ〜４６ｃの各電極の接続を変えて、第１、第５、第３、及び第６梁４０ａ、４４ａ、４０ｃ、４４ｃ、４２ａ、４２ｃ、４６ａ、４６ｃを駆動梁としてもよい。この場合、第５及び第６梁４０ｃ、４４ｃ、４２ｃ、４６ｃを省略した構成であってもよい。
【００９８】
（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。
【００９９】
本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置においては、バイモルフ構造の圧電アクチュエータが用いられている。しかし、圧電アクチュエータとして、非対称バイモルフ構造ないしはユニモルフ構造を用いてもよい。例えば、図３５に示すように、ユニモルフ構造の第１及び第２圧電アクチュエータが用いられる。第１圧電アクチュエータは、第１梁４０Ａ、及び第２梁４０Ｂを備える。第２圧電アクチュエータは、第３梁４２Ａ、及び第４梁４２Ｂを備える。
【０１００】
第１梁４０Ａは、基板１０上のアンカー１２に固定された第１固定端６０から第１接続端６２まで延伸する。第２梁４０Ｂは、第１接続端６２から第１作用端６４まで第１梁４０Ａと離間して平行に延伸する。第１及び第２梁４０Ａ、４０Ｂは第１接続部６６で接続される。第３梁４２Ａは、アンカー１２に固定された第２固定端７０から第２接続端７２まで延伸する。第４梁４２Ｂは、第２接続端７２から第２作用端７４まで第３梁４２Ａと離間して平行に延伸する。第３及び第４梁４２Ａ、４２Ｂは第２接続部７６で接続される。第１作用端６４の第１作用部５８と、第２作用端７４の第２作用部５０は、互いに対向するように設けられる。
【０１０１】
図３６に示すように、第１梁４０Ａは、第１下部電極２０ａ、第１下部電極２０ａ上の第１圧電膜２２ａ、第１圧電膜２２ａ上の第１上部電極２８ａ、及び第１上部電極２８ａ上の第１支持膜２９ａを備える。第３梁４２Ａは、第３下部電極３０ａ、第３下部電極３０ａ上の第３圧電膜３２ａ、第３圧電膜３２ａ上の第３上部電極３８ａ、及び第３上部電極３８ａ上の第３支持膜３９ａを備える。
【０１０２】
図３７に示すように、第２梁４０Ｂは、第２下部電極２０ｂ、第２下部電極２０ｂ上の第２圧電膜２２ｂ、第２圧電膜２２ｂ上の第２上部電極２８ｂ、及び第２上部電極２８ｂ上の第２支持膜２９ｂを備える。第４梁４２Ｂは、第４下部電極３０ｂ、第４下部電極３０ｂ上の第４圧電膜３２ｂ、第４圧電膜３２ｂ上の第４上部電極３８ｂ、第４上部電極３８ｂ上の第４支持膜３９ｂを備える。
【０１０３】
第１及び第２下部電極２０ａ、２０ｂは、第１接続部６６で絶縁されるように分離される。第１及び第２上部電極２８ａ、２８ｂは、第１接続部６６で電気的に接続される。第３及び第４下部電極３０ａ、３０ｂは、第２接続部７６で電気的に接続される。第３及び第４上部電極３８ａ、３８ｂは、第２接続部７６で電気的に絶縁されるように分離される。第１及び第２圧電膜２２ａ、２２ｂは第１接続部６６で接続された連続した圧電体層である。第３及び第４圧電膜３２ａ、３２ｂは第２接続部７６で接続された連続した圧電体層である。
【０１０４】
第１〜第４支持膜２９ａ、２９ｂ、３９ａ、３９ｂには、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等の絶縁膜が用いられる。第１及び第３梁４０Ａ、４２Ａの第１及び第３下部電極２０ａ、３０ａと、第１及び第３上部電極２８ａ、３８ａとの間に駆動電圧が印加されると、圧電効果により第１及び第３圧電膜２２ａ、３２ａがそれぞれ歪んで伸縮する。第１及び第３上部電極２８ａ、３８ａ上に設けられた第１及び第３支持膜２９ａ、３９ａは圧電効果を示さない。また、第２及び第４梁４０Ｂ、４２Ｂには、駆動電圧が印加されない。したがって、第１及び第３梁４０Ａ、４２Ａにより駆動されて、第１及び第２作用部５８、５０を基板１０表面に垂直な方向に変位させることが可能となる。
【０１０５】
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】
【０１０６】
【図１】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置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ＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図３】図２のＭＥＭＳ装置のＡ−Ａ断面の一例を示す概略図である
【図４】図２のＭＥＭＳ装置のＢ−Ｂ断面の一例を示す概略図である。
【図５】図２のＭＥＭＳ装置のＣ−Ｃ断面の一例を示す概略図である。
【図６】図２のＭＥＭＳ装置のＤ−Ｄ断面の一例を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の下部電極の一例を示す平面概略図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の中間電極の一例を示す平面概略図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の上部電極の一例を示す平面概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の第１圧電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１１】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の第２圧電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１２】本発明の実施の形態に係るのＭＥＭＳ装置の製造方法の一例を示す平面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その１）である。
【図１４】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その２）である。
【図１５】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その３）である。
【図１６】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の製造方法の一例を示す工程断面図（その４）である。
【図１７】本発明の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の他の例を示す断面概略図である。
【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Ｆ−Ｆ断面の一例を示す概略図である。
【図２０】図１８のＭＥＭＳ装置のＧ−Ｇ断面の一例を示す概略図である。
【図２１】図１８のＭＥＭＳ装置のＨ−Ｈ断面の一例を示す概略図である。
【図２２】本発明の実施の形態の第１の変形例に係るＭＥＭＳ装置の他の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２の変形例に係るＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２４】図２３のＭＥＭＳ装置のＩ−Ｉ断面の一例を示す概略図である。
【図２５】図２３のＭＥＭＳ装置のＪ−Ｊ断面の一例を示す概略図である。
【図２６】図２３のＭＥＭＳ装置のＫ−Ｋ断面の一例を示す概略図である。
【図２７】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図２８】図２７のＭＥＭＳ装置のＬ−Ｌ断面の一例を示す概略図である。
【図２９】図２７のＭＥＭＳ装置のＭ−Ｍ断面の一例を示す概略図である。
【図３０】図２７のＭＥＭＳ装置のＮ−Ｎ断面の一例を示す概略図である。
【図３１】図２７のＭＥＭＳ装置のＯ−Ｏ断面の一例を示す概略図である。
【図３２】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るＭＥＭＳ装置の下部電極の一例を示す平面概略図である。
【図３３】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るＭＥＭＳ装置の中間電極の一例を示す平面概略図である。
【図３４】本発明の実施の形態の第３の変形例に係るＭＥＭＳ装置の上部電極の一例を示す平面概略図である。
【図３５】本発明のその他の実施の形態に係るＭＥＭＳ装置の一例を示す平面概略図である。
【図３６】図３５の圧電アクチュエータのＰ−Ｐ断面の一例を示す概略図である。
【図３７】図３５の圧電アクチュエータのＱ−Ｑ断面の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１０…基板
１２…アンカー
２０ａ…第１下部電極
２０ｂ…第２下部電極
２２ａ…第１下部圧電膜
２２ｂ…第２下部圧電膜
２４ａ…第１中間電極
２４ｂ…第２中間電極
２６ａ…第１上部圧電膜
２６ｂ…第２上部圧電膜
２８ａ…第１上部電極
２８ｂ…第２上部電極
３０ａ…第３下部電極
３０ｂ…第４下部電極
３２ａ…第３下部圧電膜
３２ｂ…第４下部圧電膜
３４ａ…第３中間電極
３４ｂ…第４中間電極
３６ａ…第３上部圧電膜
３６ｂ…第４上部圧電膜
３８ａ…第３上部電極
３８ｂ…第４上部電極
４０ａ…第１梁
４０ｂ…第２梁
４２ａ…第３梁
４２ｂ…第４梁
６０…第１固定端
６２…第１接続端
６４…第１作用端
７０…第２固定端
７２…第２接続端
７４…第２作用端
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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