(57)【要約】【課題】圧電アクチュエータの信頼性を向上する。【解決手段】支持部１１と、支持部１１に接続され、支持部１１を支点として振動する振動部１２と、振動部１２に設けられた圧電機能膜１３と、を備えている。圧電機能膜１３は、振動部１２上に設けられた下部電極層１４と、下部電極層１４上に設けられた圧電体層１５と、圧電体層１５上に設けられた上部電極層１６と、を有する。圧電体層１５は、下部電極層１４と上部電極層１６との間の膜厚がそれぞれ異なる複数の領域を有する。これにより本発明は、圧電アクチュエータ１００の信頼性を向上できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部と、
前記支持部に接続され、前記支持部を支点として振動する振動部と、
前記振動部に設けられた圧電機能膜と、を備え、
前記圧電機能膜は、前記振動部上に設けられた下部電極層と、
前記下部電極層上に設けられた圧電体層と、
前記圧電体層上に設けられた上部電極層と、を有し、
前記圧電体層は、前記下部電極層と前記上部電極層との間の膜厚がそれぞれ異なる複数の領域を有する、圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記複数の領域は、少なくとも第一の領域と、第二の領域と、を有し、
前記第一の領域は、前記第二の領域よりも前記振動部と前記支持部との接続部分に近く、
前記第一の領域の前記圧電体層の膜厚は、前記第二の領域の前記圧電体層の膜厚よりも小さい、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記複数の領域のうち、前記振動部と前記支持部との接続部分に近い領域の圧電体層ほど、厚みが小さい、請求項２に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記上部電極層は、前記複数の領域に対応する複数の小電極層に分割され、
前記複数の小電極層のうち、少なくとも二つの小電極層へ印加される駆動電圧は、互いに異なる、請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記圧電体層の厚みを１μｍ以上とした請求項１に記載の圧電アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は圧電アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の圧電アクチュエータは、例えばインクジェットプリンタのインクジェットヘッドに配置されている。圧電アクチュエータは、インクジェットヘッドに保持したインクへ圧力を付与し、インクを吐出させる。
【０００３】
圧電アクチュエータは、支持体と、支持体に支持された振動部と、振動部上に形成されている下部電極と、下部電極上に形成されている圧電体層と、圧電体層上に下部電極と対向するように形成されている上部電極と、を備えている。
【０００４】
圧電体層の端部は、検車面となっている。これにより、圧電体層の応力集中を抑制できる。上部電極は、圧電体層の中央部分であって、厚みの大きい平坦な部分の上に配置されている。
【０００５】
この従来技術に近似する例として、下記の特許文献１、２が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１９１５３号公報
【特許文献２】特開２０００−０８５１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の圧電アクチュエータでは、信頼性を高めようとすると、駆動効率が低下することがある。
【０００８】
その理由は、圧電体層の端部に傾斜面を構成すると、圧電体層の応力集中を抑制できる一方で、上部電極は、圧電体層の中央部分に形成され、上部電極の集積度が低下するからである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の圧電アクチュエータは、支持部と、支持部に接続され、支持部を支点として振動する振動部と、振動部に設けられた圧電機能膜と、を備えている。圧電機能膜は、振動部上に設けられた下部電極層と、下部電極層上に設けられた圧電体層と、圧電体層上に設けられた上部電極層と、を有する。圧電体層は、下部電極層と上部電極層との間の膜厚がそれぞれ異なる複数の領域を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の圧電アクチュエータは、信頼性を向上するとともに、駆動効率を向上できる。その理由は、応力が集中する領域の圧電機能膜の厚みを小さくできるとともに、上部電極層の面積を維持できるからである。したがって、高い信頼性を維持しながら、圧電アクチュエータの駆動効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態１における圧電アクチュエータの上面図である。
【図２】実施形態１における圧電アクチュエータの断面図である（図１の２−２断面）。
【図３】圧電機能膜が破壊する時の圧電体層の厚みとミーゼス応力との関係を示す図である。
【図４】実施形態２における圧電アクチュエータの上面図である。
【図５】実施形態２における圧電アクチュエータの断面図である（図４の５−５断面）。
【図６】実施形態３における光学反射素子の上面図である。
【図７】実施形態３における光学反射素子の断面図である（図６の７−７断面）。
【図８】実施形態４における光学反射素子の斜視図である。
【図９】実施形態４における光学反射素子の断面図である（図８の９−９断面）。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に説明する実施形態は、本発明の一例である。本発明は、下記実施形態１〜４に限定されない。これらの実施形態以外であっても、本発明における技術的思想を逸脱しない範囲であれば、種々の変更が可能である。
【００１３】
（１．実施形態１）
（１−１．構成）
以下、実施形態１の圧電アクチュエータ１００について説明する。
【００１４】
図１は、実施形態１の圧電アクチュエータ１００の上面図である。図２は、図１の２−
２方向から見た圧電アクチュエータ１００の断面図である。図１の紙面上において、左右
方向をＸ軸方向とし、上下方向をＹ軸方向とする。この圧電アクチュエータ１００は、例
えばスイッチに用いられる。
【００１５】
圧電アクチュエータ１００は、支持部１１と、振動部１２と、振動部１２を撓み振動させるための圧電機能膜１３と、を備えている。
【００１６】
支持部１１の形状は、内部が空洞の枠形である。支持部１１は、振動部１２の撓み振動の支点となる。すなわち振動部１２は、この支持部１１に拘束された状態で先端側が変位する。この支持部１１は、位置が固定されているが、可動でもよい。支持部１１上には、外部電極パッド１８、１９と、配線２０と、が設けられている。支持部１１の材料は、シリコンである。
【００１７】
振動部１２の形状は、Ｘ軸方向を長手方向とする平板状である。振動部１２は、支持部１１よりも厚みが小さい。振動部１２の一端は、支持部１１に固定されている。振動部１２の他端は、自由端である。すなわち振動部１２は、片持ち梁構造である。振動部１２の材料は、シリコンである。
【００１８】
図２に示すように、圧電機能膜１３は、振動部１２上に設けられている。圧電機能膜１３は、振動部１２上に設けられた下部電極層１４と、下部電極層１４上に設けられた圧電体層１５と、圧電体層１５上に設けられた上部電極層１６と、を有する。下部電極層１４は、図１に示す外部電極パッド１９と電気的に接続されている。上部電極層１６は、図１に示す配線２０を介して外部電極パッド１８と電気的に接続されている。下部電極層１４の材料は、白金である。圧電体層１５の材料は、チタン酸ジルコン酸鉛（以下、ＰＺＴという）である。上部電極層１６の材料は、金である。これらの材料は一例であり、適宜その他の材料に変更可能である。
【００１９】
以下、圧電機能膜１３の構成について、詳細に説明する。
【００２０】
圧電体層１５は、支持部１１と振動部１２との接続部分からの距離に応じて、第一の領域１５１から第三の領域１５３まで、三つの領域に区分けされている。実施形態１では、第一の領域１５１が最も支持部１１と振動部１２との接続部分に近く、第二の領域１５２、第三の領域１５３、の順に接続部分から離れている。これらの領域の圧電体層１５は、下部電極層１４と上部電極層１６との間の厚みが、それぞれ異なる。実施形態１では、第一の領域１５１の圧電体層１５の厚みが最も小さく、第二の領域１５２、第三の領域１５３、と支持部１１から離れる程、段階的に厚みが大きくなる。
【００２１】
上部電極層１６は、圧電体層１５の第一の領域１５１から第三の領域１５３に対応して、三つの小電極層に分割されている。すなわち、圧電体層１５のそれぞれの領域上に、異なる小電極層が配置されている。第一の領域１５１の圧電体層１５上には、第一の小電極層１６１が配置されている。第二の領域１５２の圧電体層１５上には、第二の小電極層１６２が配置されている。第三の領域１５３の圧電体層１５上には、第三の小電極層１６３が配置されている。第一の小電極層１６１、第二の小電極層１６２、第三の小電極層１６３は、それぞれ互いに絶縁されている。第一の小電極層１６１、第二の小電極層１６２、第三の小電極層１６３は、それぞれ異なる外部電極パッド１８に接続されている
（１−２．製造方法）
以下、実施形態１の圧電アクチュエータ１００の製造方法について、説明する。
【００２２】
まず、シリコン基板を準備する。
【００２３】
次に、シリコン基板上に、スパッタや蒸着、印刷によって、下部電極層１４となる白金膜を形成する。
【００２４】
その後、スパッタや蒸着、印刷によって、圧電体層１５となるＰＺＴ膜を形成する。この時、一旦、第一の領域１５１の圧電体層１５の厚みに合わせて、ＰＺＴ膜の全体を薄く形成する。そしてその後、第二の領域１５２および第三の領域１５３に相当する部分にのみ、ＰＺＴ膜を積層し、厚みを大きくする。その後第三の領域１５３に相当する領域にのみ、ＰＺＴ膜を更に積層する。このようにして、複数の領域を有する圧電体層１５を形成する。
【００２５】
なお、圧電体層１５を形成する方法は、この方法に限定されない。例えば、一旦、第三の領域１５３の圧電体層１５の厚みに合わせて、ＰＺＴ膜の全体を厚く形成する。その後、第一の領域１５１および第二の領域１５２に相当する部分のみ、ＰＺＴ膜をエッチングなどで薄くする。そして第一の領域１５１に相当する部分のみ、更にＰＺＴ膜を薄くする。このようにして、複数の領域を有する圧電体層１５を形成してもよい。
【００２６】
次にスパッタや蒸着、印刷によって、上部電極層１６と、外部電極パッド１８、１９、と、配線２０となる金膜を形成する。金膜は、第一の小電極層１６１と、第二の小電極層１６２と、第三の小電極層１６３と、が、互いに絶縁されるように、マスクを用いて形成する。
【００２７】
その後、白金膜と、ＰＺＴ膜と、金膜と、を、フォトリソ技術を用いてパターニングし、圧電機能膜１３を形成する。
【００２８】
そしてさらにシリコン基板をエッチングして、余分な部分を除去し、支持部１１と、振動部１２と、を形成する。
【００２９】
なお、実施形態１では、支持部１１と振動部１２の材料を、シリコンとしたが、その他ステンレス鋼などの金属や樹脂でもよい。導電性の材料を用いる場合は、下部電極層１４を形成する面に、絶縁層を設ければよい。さらに複数の材料を混合してもよく、あるいは複数の基材を積層してもよい。
【００３０】
以上により、実施形態１の圧電アクチュエータ１００を形成できる。
【００３１】
（１−３．動作）
以下、実施形態１の圧電アクチュエータ１００の動作について、説明する。
【００３２】
下部電極層１４を、接地状態にする。
【００３３】
上部電極層１６のそれぞれの小電極層（第一の小電極層１６１〜第三の小電極層１６３）毎に、所定の周波数の駆動電圧を印加する。それぞれの小電極層へ印加される駆動電圧は、互いに異なる。実施形態１では、支持部１１と振動部１２との接続部分に最も近い第一の小電極層１６１には、最も小さい電圧を印加する。そして支持部１１と振動部１２との接続部分からの距離が大きくなるほど、印加する電圧を増大している。振動部１２の自由端側に最も近い第三の小電極層１６３には、最も大きい電圧を印加する。
【００３４】
圧電体層１５は、下部電極層１４と上部電極層１６との間に電位差が生ずると、逆圧電効果によって伸縮する。そして振動部１２が上に凸または下に凸に反り返り、振動部１２の厚み方向に撓み振動する。
【００３５】
ここで、振動部１２の撓み振動の支点となる支持部１１の近傍では、振動部１２の変位が拘束され、応力集中が生じやすい。一方、振動部１２の自由端側、すなわち支持部１１と離れている領域では、変位が拘束されにくく、大きく変位する。したがって、実施形態１の圧電アクチュエータ１００では、振動部１２の自由端側が大きく上下に振動する。
【００３６】
さらに、実施形態１では、第三の小電極層１６３に印加する電圧は、最も大きい。したがって、振動部１２の自由端側は更に大きく上下に振動する。
【００３７】
（１−４．効果等）
実施形態１の圧電アクチュエータ１００は、信頼性を向上できるとともに、駆動効率も向上できる。その理由について、以下に説明する。
【００３８】
図３は、圧電機能膜１３が破壊する時の、圧電体層１５の厚み（ＰＺＴ厚み）とミーゼス応力（Ｍｉｓｅｓ  Ｓｔｒｅｓｓ）との関係を示す。圧電機能膜１３の破壊とは、圧電体層１５が剥離したり、圧電体層１５にクラックが発生したりする事を指す。図３から、圧電体層１５が薄いほど、ミーゼス応力が大きくなり、圧電機能膜１３が破壊されにくくなることが分かる。これは、圧電体層１５が薄いと、脆性材料内に含まれる欠陥密度が低下すると考えられるからである。
【００３９】
そして実施形態１の圧電アクチュエータ１００は、応力負荷の掛かりやすい第一の領域１５１において、第二の領域１５２および第三の領域１５３よりも圧電体層１５全体を薄くしている。すなわち、第一の領域１５１の圧電体層１５の、下部電極層１４と上部電極層１６との間の膜厚は、第二の領域１５２および第三の領域１５３の圧電体層１５の、下部電極層１４と上部電極層１６との間の膜厚よりも小さい。そして第一の小電極層１６１は、振動部１２上において、第一の領域１５１の圧電体層１５の上面の略全体に配置されているため、上部電極層１６の面積を維持することができる。その結果、高い信頼性を維持しながら、圧電アクチュエータ１００の駆動効率を向上できる。
【００４０】
さらに実施形態１では、小電極層毎に、印加する駆動電圧を異ならせている。したがって、圧電体層１５の厚みに応じて、耐圧が得られる駆動電圧を印加すればよい。その結果、振動部１２を効率よく変位させることができる。
【００４１】
なお、実施形態１では、支持部１１と振動部１２との接続部分に最も近い第一の領域１５１の圧電体層１５に、最も応力集中が起こりやすい。したがって、第一の領域１５１の圧電体層１５を最も薄くしたが、圧電体層１５を薄くする領域は、この形態に制限されない。圧電アクチュエータ１００の構造上、あるいは使用環境によって、応力集中の起こる場所が実施形態１と異なる場合は、その領域の圧電体層１５を、他の領域よりも薄くすればよい。
【００４２】
また実施形態１では、第一の領域１５１〜第三の領域１５３の全て領域において厚みをそれぞれ異ならせたが、必要に応じて同じ厚みの領域があってもよい。
【００４３】
さらに、実施形態１では、上部電極層１６の小電極層毎に印加する駆動電圧を異ならせたが、駆動電圧を同じ電圧にしてもよい。この場合は、複数の小電極層間を絶縁する必要はない。また実施形態１のように、全ての小電極層への印加電圧を異ならせてもよいが、必要に応じて同じ駆動電圧を印加する小電極層があってもよい。
【００４４】
また、圧電体層１５の厚みをより小さく設定する上で、圧電体層１５の厚みの下限を１μｍ以上とすることが好ましい。その理由は、上述した圧電体層１５を生成する過程において、膜内に残留するパーティクルの大きさが１μｍ未満であることから、圧電体層１５の厚みを１μｍ以上とすることで上部電極層１６と下部電極層１４のパーティクルによる短絡を抑制できる。
【００４５】
（２．実施形態２）
以下、図４、図５を用いて、実施形態２の圧電アクチュエータ１０１について説明する。図４は、圧電アクチュエータ１０１の上面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ方向から見た圧電アクチュエータ１０１の断面図である。実施形態１の圧電アクチュエータ１００の振動部１２は、片持ち梁構造であるが、実施形態２の圧電アクチュエータ１０１の振動部２２は、外周全体が支持部２１に固定された構造である。
【００４６】
（２−１．構成）
以下、実施形態２の圧電アクチュエータ１０１の構成について、説明する。
圧電アクチュエータ１０１は、支持部２１と、振動部２２と、圧電機能膜２３と、を備えている。
【００４７】
振動部２２は、支持部２１よりも薄く、外周全体は支持部２１に固定されている。
【００４８】
圧電機能膜２３は、振動部２２上に設けられている。圧電機能膜２３は、下部電極層２４と、圧電体層２５と、上部電極層２６と、を有する。
【００４９】
圧電体層２５は、第一の領域２５１と、第二の領域２５２と、第三の領域２５３と、第四の領域２５４と、の四つの領域を有する。これらの領域は、第四の領域２５４を中心に、同心円状に区分けされている。第一の領域２５１は、支持部２１と振動部２２との接続部分からの距離が最も小さく、第二の領域２５２、第三の領域２５３、第四の領域２５４、の順に接続部分から離れている。この四つの領域のうち、第一の領域２５１の圧電体層２５の膜厚は、最も小さい。すなわち、第一の領域２５１の圧電体層２５の、下部電極層２４と上部電極層２６との間の膜厚は、その他の領域の下部電極層２４と上部電極層２６との間の膜厚よりも小さい。そして第二の領域２５２、第三の領域２５３、第四の領域２５４の順に、圧電体層２５の厚みが大きくなっている。
【００５０】
上部電極層２６は、圧電体層２５上に形成されている。上部電極層２６は、圧電体層２５上において、分割されていない。
【００５１】
（２−２．効果）
実施形態２の圧電アクチュエータ１０１は、実施形態１の圧電アクチュエータ１００と同様に、信頼性を向上できるとともに、駆動効率も向上できる。その理由は、支持部２１と振動部２２との接続部分に近く、応力負荷の掛かりやすい第一の領域２５１において、圧電体層２５全体を薄くしているからである。そして上部電極層２６は、振動部２２上でおいて、第一の領域２５１の圧電体層２５の上面の略全体に配置されているため、上部電極層２６の面積を維持できる。その結果、高い信頼性を維持しながら、圧電アクチュエータ１０１の駆動効率を向上できる。
【００５２】
なお、実施形態２のように、上部電極層２６は分割されていなくてもよい。この場合は、いずれの領域の圧電体層２５においても、同じ電圧の駆動信号が入力される。
【００５３】
その他実施形態１と同様の構成および効果については、説明を省略する。
【００５４】
（３．実施形態３）
以下、図６、図７を用いて圧電アクチュエータの一応用例である、光学反射素子１０２について説明する。図６は、光学反射素子１０２の上面図である。図７は、図６の７−７断面から見た光学反射素子１０２の断面図である。以下、図６の紙面上における水平方向をＸ軸方向とし、垂直方向をＹ軸方向として説明する。
【００５５】
（３−１．構成）
以下、実施形態３の光学反射素子１０２の構成について、説明する。この光学反射素子１０２は、枠体３１と、一対の駆動部３２Ａ、３２Ｂと、可動部３７と、を備えている。
【００５６】
枠体３１の形状は、内部に空間を有する枠形状である。
【００５７】
一対の駆動部３２Ａ、３２Ｂは、いずれも枠体３１の内部の空間内に配置されている。一対の駆動部３２Ａ、３２Ｂは、光学反射素子１０２の中心を通り、Ｘ軸に平行な直線に対し、線対称の関係にある。
【００５８】
一方の駆動部３２Ａは、一対の振動部３２１ａ、３２１ｂと、連結部３２２ａと、を有している。振動部３２１ａ、３２１ｂの形状は、それぞれＸ軸方向を長手方向とする平板状である。一対の振動部３２１ａ、３２１ｂは、光学反射素子１０２の中心を通り、Ｙ軸に平行な直線に対し、線対称の関係にある。振動部３２１ａ、３２１ｂの外側の端部は、それぞれ枠体３１に固定されている。振動部３２１ａ、３２１ｂの内側の端部は、連結部３２２ａの一端と接続されている。連結部３２２ａの形状は、Ｙ軸方向を長手方向とする平板状である。連結部３２２ａの他端は、可動部３７と接続されている。図７に示すように、振動部３２１ａ、３２１ｂ上には、それぞれ圧電機能膜３３が設けられている。
【００５９】
他方の駆動部３２Ｂも同様に、一対の振動部３２１ｃ、３２１ｄと、連結部３２２ｂと、を有している。振動部３２１ｃ、３２１ｄの形状は、Ｘ軸方向を長手方向とする平板状である。一対の振動部３２１ｃ、３２１ｄは、光学反射素子１０２の中心を通り、Ｙ軸に平行な直線に対し、線対称の関係にある。振動部３２１ｃ、３２１ｄの外側の端部は、それぞれ枠体３１に固定されている。振動部３２１ｃ、３２１ｄの内側の端部は、連結部３２２ｂの一端と接続されている。連結部３２２ｂの形状は、Ｙ軸方向を長手方向とする平板状である。連結部３２２ｂの他端は、可動部３７と接続されている。駆動部３２Ａと同様に、駆動部３２Ｂの振動部３２１ｃ、３２１ｄ上には、それぞれ圧電機能膜３３が設けられている。
【００６０】
可動部３７の形状は、扁平な円形状である。可動部３７上には、反射部３８が設けられている。反射部３８の材料は、例えば金である。材料は金以外でもよく、例えば白金や銀など、反射率の高い金属材料である。
【００６１】
実施形態３の光学反射素子１０２において、枠体３１は、振動部３２１ａ〜３２１ｄの撓み振動の支点となる。また、連結部３２２ａ、３２２ｂも、振動部３２１ａ〜３２１ｄの撓み振動が不連続となる点であり、振動部３２１ａ〜３２１ｄの見かけ上の支点となる。したがって、枠体３１および連結部３２２ａ、３２２ｂは、振動部３２１ａ〜３２１ｄの支持部として機能する。
【００６２】
以下、圧電機能膜３３の構成について、詳細に説明する。
【００６３】
圧電機能膜３３は、下部電極層３４と、圧電体層３５と、上部電極層３６と、を有する。それぞれの材料は、実施形態１と同様である。
【００６４】
図７に示すように、圧電体層３５は、支持部に相当する枠体３１と振動部３２１ａ、３２１ｂとの接続部分からの距離、および連結部３２２ａと振動部３２１ａ、３２１ｂとの接続部分からの距離に応じて、第一の領域３５１から第十の領域３６０まで、十の領域に区分けされている。実施形態３では、第一の領域３５１と第十の領域３６０と、が最も枠体３１に近い。また第五の領域３５５と第六の領域３５６が、最も連結部３２２ａに近い。第一の領域３５１と、第十の領域３６０と、第五の領域３５５と、第六の領域３５６の圧電体層３５の厚みは、十の領域のうちで、最も小さい。一方で、第三の領域３５３および第八の領域３５８は、振動部３２１ａ、３２１ｂのそれぞれの中央に配置され、支持部である枠体３１と連結部３２２ａから最も離れている。そして第三の領域３５３および第八の領域３５８の圧電体層３５の厚みは、十の領域のうちで、最も大きい。
【００６５】
上部電極層３６は、連結部３２２ａ上、すなわち第五の領域３５５と第六の領域３５６上で、振動部３２１ａ側と振動部３２１ｂ側とに分断されている。
【００６６】
振動部３２１ｃ、３２１ｄ上にも、光学反射素子１０２の中心を通りＸ軸に平行な直線に対し、振動部３２１ａ、３２１ｂ上の圧電機能膜３３と線対称な関係となる圧電機能膜３３が配置されている。この圧電機能膜３３も、十の領域に区分けされている。また上部電極層３６は、振動部３２１ｃ上と振動部３２１ｄ上との間で分断されている。
【００６７】
（３−２．動作）
以下、実施形態３の光学反射素子１０２の動作について説明する。
【００６８】
まず、駆動部３２Ａの動作について、説明する。下部電極層３４および上部電極層３６に所定の電位差を与えると、圧電体層３５の逆圧電効果によって振動部３２１ａ、３２１ｂは厚み方向に曲げ変位を起こす。ここで実施形態３では、振動部３２１ａ上の圧電機能膜３３と振動部３２１ｂ上の圧電機能膜３３とに逆位相の電圧を印加する。これにより振動部３２１ａ、３２１ｂは逆方向へ変位し、連結部３２２ａは、回動軸を中心に回動する。回動軸は、光学反射素子１０２の中心を通りＹ軸に平行である。
【００６９】
駆動部３２Ｂも同様に、振動部３２１ｃ上に配置された圧電機能膜３３と振動部３２１ｄ上に配置された圧電機能膜３３とに逆位相の電圧を印加する。これにより連結部３２２ｂは、回動軸を中心に回動する。回動軸は、光学反射素子１０２の中心を通りＹ軸に平行である。なお、振動部３２１ａ上の圧電機能膜３３と、振動部３２１ｃ上の圧電機能膜３３と、には同位相の電圧を印加する。また振動部３２１ｂ上の圧電機能膜３３と、振動部３２１ｄ上の圧電機能膜３３と、には同位相の電圧を印加する。
【００７０】
連結部３２２ａ、３２２ｂの回動に伴い、可動部３７および反射部３８も回動軸を中心に回動する。回動する反射部３８に光線を照射すると、反射光を走査できる。
【００７１】
なお、振動部３２１ａ〜３２１ｄの撓み振動の支点となる枠体３１および連結部３２２ａ、３２２ｂの近傍では、変位が拘束され、圧電体層３５に応力集中が生じやすい。一方、振動部３２１ａ〜３２１ｄのそれぞれの中央部分は、変位が拘束されにくく、大きく変位する。
【００７２】
（３−３．効果）
実施形態３の光学反射素子１０２は、信頼性を向上できるとともに、駆動効率も向上できる。その理由は、応力負荷の掛かりやすい第一の領域３５１、第五の領域３５５、第六の領域３５６、第十の領域３６０において、圧電体層３５全体を薄くしているからである。そして上部電極層３６は、振動部３２１ａ〜３２１ｄの駆動領域上において、第一の領域３５１から第五の領域３５５、第六の領域３５６から第十の領域３６０の圧電体層３５の上面の略全体に配置されている。したがって、上部電極層３６の面積を維持することができる。その結果、高い信頼性を維持しながら、光学反射素子１０２の駆動効率を向上できる。
【００７３】
なお、実施形態３においても、実施形態１と同様に、上部電極層３６を圧電体層３５の領域に応じて小電極層に分割し、小電極層毎に、印加する駆動電圧を異ならせてもよい。
【００７４】
その他、実施形態１、２と同様の説明は省略する。
【００７５】
（４．実施形態４）
以下に、図８、図９を用いて、実施形態３の光学反射素子１０２と異なる構造の光学反射素子１０３について説明する。この光学反射素子１０３も、圧電アクチュエータの一応用例である。図８は、光学反射素子１０３の斜視図である。図９は、図８の９−９方向から見た光学反射素子１０３の断面図である。図８の紙面上において、説明の便宜のため、Ｘ軸方向とＹ軸方向を示している。Ｘ軸とＹ軸とは直交する。以下に実施形態４の光学反射素子１０３について説明する。
【００７６】
（４−１．構成）
以下、実施形態４の光学反射素子１０３の構成について、説明する。この光学反射素子１０３は、枠体４１と、一対の駆動部４２Ａ、４２Ｂと、可動部４７と、を備えている。
【００７７】
枠体４１の形状は、内部に空間を有する枠形状である。
【００７８】
一対の駆動部４２Ａ、４２Ｂは、いずれも枠体４１の内部の空間内に配置されている。一対の駆動部４２Ａ、４２Ｂは、光学反射素子１０３の中心を通り、Ｘ軸に平行な直線に対し、線対称に配置されている。
【００７９】
一方の駆動部４２Ａは、複数の振動部４２１ａと、複数の連結部４２２ａと、を有する。複数の振動部４２１ａは、Ｙ軸方向に平行に配列されている。複数の振動部４２１ａのそれぞれの形状は、Ｘ軸に平行な直線状である。連結部４２２ａは、隣接する振動部４２１ａ間を連結する。また連結部４２２ａは、最も外側の振動部４２１ａを枠体４１に接続する。さらに連結部４２２ａは、最も内側の振動部４２１ａを可動部４７に接続する。図９に示すように、複数の振動部４２１ａ上には、それぞれ圧電機能膜４３が設けられている。
【００８０】
他方の駆動部４２Ｂも同様に、複数の振動部４２１ｂと、複数の連結部４２２ｂと、を有する。複数の振動部４２１ｂは、Ｙ軸方向に平行に配列されている。複数の振動部４２１ｂのそれぞれの形状は、Ｘ軸に平行な直線状である。連結部４２２ｂは、隣接する振動部４２１ｂ間を連結する。また連結部４２２ｂは、最も外側の振動部４２１ｂを枠体４１に接続する。また連結部４２２ｂは、最も内側の振動部４２１ｂを可動部４７に接続する。振動部４２１ｂ上には、それぞれ図９と同様の圧電機能膜４３が設けられている。
【００８１】
可動部４７の形状は、扁平な矩形状である。可動部４７上には、反射部４８が設けられている。反射部４８の材料は、実施形態３の反射部３８の材料と同じである。
【００８２】
実施形態４の光学反射素子１０３において、連結部４２２ａ、４２２ｂは、振動部４２１ａ、４２１ｂの撓み振動の見かけ上の支点となる。したがって、連結部４２２ａ、４２２ｂは、振動部４２１ａ、４２１ｂの支持部として機能する。
【００８３】
以下、圧電機能膜４３の構成について、詳細に説明する。
【００８４】
圧電機能膜４３は、下部電極層４４と、圧電体層４５と、上部電極層４６と、を有する。それぞれの材料は、実施形態１と同様である。
【００８５】
一つの振動部４２１ａ上において、圧電体層４５は、振動部４２１ａと連結部４２２ａとの接続部分からの距離に応じて、第一の領域４５１から第七の領域４５７まで、七つの領域に区分けされている。実施形態４では、第一の領域４５１および第七の領域４５７が最も連結部４２２ａに近い。そして第一の領域４５１および第七の領域４５７の圧電体層４５の厚みは、最も小さい。一方で、振動部４２１ａの中央に行くほど支持部となる連結部４２２ａから離れる。そして振動部４２１ａの中央に配置された第四の領域４５４の圧電体層４５の厚みは、最も大きい。
【００８６】
振動部４２１ｂ上の圧電体層４５の厚みも、振動部４２１ａ上の圧電体層４５の厚みと同様に、七つの領域に区分けされている。そして第一の領域４５１および第七の領域４５７の圧電体層４５の厚みは、最も小さい。また第四の領域４５４の圧電体層４５の厚みは、最も大きい。
【００８７】
（４−２．動作）
以下、実施形態４の光学反射素子１０３の動作について説明する。
【００８８】
まず、駆動部４２Ａの動作について、説明する。互いに隣接する振動部４２１ａ上に設けられた圧電機能膜４３に、逆位相の電圧を印加する。これにより振動部４２１ａは、隣接する振動部４２１ａと逆方向に変位する。したがって、振動部４２１ａの数が増す毎に、振動部４２１ａの変位が蓄積し、駆動部４２Ａは、全体として、回動軸を中心に回動する。回動軸は、光学反射素子１０３の中心を通りＹ軸に平行な直線である。
【００８９】
駆動部４２Ｂも同様に、互いに隣接する圧電機能膜４３に逆位相の電圧を印加する。これにより振動部４２１ｂの変位が蓄積し、駆動部４２Ｂは、全体として回動軸を中心に回動する。なお、振動部４２１ａと４２１ｂとにおいて、光学反射素子１０３の中心を通りＸ軸に平行な直線に対し、線対称の位置にある振動部４２１ａ、４２１ｂには、同位相の電圧を印加する。
【００９０】
駆動部４２Ａ、４２Ｂの回動に伴い、可動部４７および反射部４８も回動軸を中心に回動する。回動する反射部４８に光線を照射すると、反射光を走査できる。
【００９１】
なお、振動部４２１ａ、４２１ｂの撓み振動の支点となる連結部４２２ａ、４２２ｂの近傍では、変位が拘束され、応力集中が生じやすい。一方、振動部４２１ａ、４２１ｂの中央部分は、変位が拘束されにくく、大きく変位する。
【００９２】
（４−３．効果）
実施形態４の光学反射素子１０３は、信頼性を向上できるとともに、駆動効率も向上できる。その理由は、応力負荷の掛かりやすい第一の領域４５１および第七の領域４５７において、圧電体層４５全体を薄くしているからである。そして上部電極層４６は、振動部４２１ａ、４２１ｂ上において、圧電体層４５の上面の略全体に配置されている。したがって、上部電極層４６の面積を維持することができる。その結果、高い信頼性を維持しながら光学反射素子１０３の駆動効率を向上できる。
【００９３】
なお、実施形態４においても、実施形態１と同様に、上部電極層４６を圧電体層４５の領域に応じて小電極層に分割してもよい。そして小電極層毎に、印加する駆動電圧を異ならせてもよい。
【００９４】
その他、実施形態１〜３と同様の説明は省略する。
【００９５】
なお、上記実施形態１〜４において、「平行」とは、略平行、すなわち実質的に平行な関係を含む。また「垂直」とは、略垂直、すなわち実質的に垂直な関係を含む。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
圧電アクチュエータの信頼性および駆動効率を向上できる。この圧電アクチュエータは、例えば車載用のヘッドアップディスプレイなどに用いられる光学反射素子に応用できる。
【符号の説明】
【００９７】
１００、１０１  圧電アクチュエータ
１０２、１０３  光学反射素子
１１、２１  支持部
１２、２２  振動部
１３、２３、３３、４３  圧電機能膜
１４、２４、３４、４４  下部電極層
１５、２５、３５、４５  圧電体層
１６、２６、３６、４６  上部電極層
１５１、２５１、３５１、４５１  第一の領域
１５２、２５２、３５２、４５２  第二の領域
１５３、２５３、３５３、４５３  第三の領域
２５４、３５４、４５４  第四の領域
３５５、４５５  第五の領域
３５６、４５６  第六の領域
３５７、４５７  第七の領域
３５８  第八の領域
３５９  第九の領域
１６１  第一の小電極層
１６２  第二の小電極層
１６３  第三の小電極層
１８、１９  外部電極パッド
２０  配線
３１、４１  枠体
３２Ａ、３２Ｂ、４２Ａ、４２Ｂ  駆動部
３２１ａ、３２１ｂ、３２１ｃ、３２１ｄ、４２１ａ、４２１ｂ  振動部
３２２ａ、３２２ｂ、４２２ａ、４２２ｂ  連結部
３７、４７  可動部
３８、４８  反射部
【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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