KR100263762B1 - 차폐막이 형성된 정전방식 마이크로 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정전방식 마이크로 액츄에이터에 관한 것으로, 고정자(10) 및 이동자(20)의 각각의 빗형상체(12)(22)의 사이에 기저전극(70)과 전기적으로 연결된 전압 차폐막(50)을 구비하고, 이 전압 차폐막(50)은 그 양단에 형성한 앵커(62) 또는 그 길이방향으로 형성한 앵커(64)에 의해 지지됨에 따라, 앵커(40)가 이동자(20)와 연결된 스프링(30)을 지지하고, 고정자(10) 및 이동자(20)에 전원을 공급하는 상태에서, 전압 차폐막(50)이 이동자(20)와 같은 전압이 되어 정전기력이 발생되지 않게 되어 트랜스버스 포스의 발생을 방지하여 큰 발생력을 얻는 효과를 가진다.

Description

차폐막이 형성된 정전방식 마이크로 액츄에이터

본 발명은 정전방식 마이크로 액츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차폐막을 구비하여 큰 발생력을 얻을 수 있는 정전방식 마이크로 액츄에이터에 관한 것이다.

통상적으로 마이크로 액츄에이터는 크게 전자기장방식의 일렉트로마그네틱 마이크로 액츄에이터(Electromagnetic microactuator)와, 정전방식의 일렉트로스테틱 마이크로 액츄에이터(Electorstatic microactuator)로 나누어지는 바, 정전력에 의해 구동되는 초소형의 빗살형 일렉트로스테틱 마이크로 액츄에이터는 2개의 전극을 미소한 갭 간격으로 대향시키는 단순한 구조로서 마이크로 머시닝으로 만들기 쉽고, 치수를 작게 하면 표면에 작용하는 힘인 정전력이 중력 등에 비해 지배적인 힘이 되기 때문에 미소변위생성능력을 가지므로 초정밀위치제어를 구현할 수 있어서, 하드디스크 드라이브(hard disk drive)의 헤드, 마이크로 포지셔너(micro positioner)등과 같은 극히 정밀한 위치제어가 요구되는 시스템에 가장 널리 사용될 수 있다.

이러한 마이크로 엑츄에이터는 예를 들어, 컴퓨터의 보조기억장치로서, 내부의 스핀들모터에 의해 고속으로 회전하는 디스크의 트랙에 기록된 데이터를 기록 또는 독출하기 위한 자기헤드(magnetic head)를 구비하는 하드디스크 드라이브의 분야에서 강력히 요망되는 것으로, 현재의 기억용량이 1 GB/ in² 정도에서는 필요없지만, 향후 2000년경에 가능할 것으로 예상하는 10 GB/ in² 정도의 기억용량을 요하는 경우에는 반드시 필요한 것이 된다.

도 1은 일반적인 정전방식 마이크로 액츄에이터를 도시한 것으로써, 도시된 바와 같이, 정전방식 마이크로 액츄에이터는, 좌우 양측에 각각 복수개의 빗형상체(12)를 가지는 한쌍의 고정자(10)가 상호 소정 이격된 거리를 두고 대향되게 고정설치된다. 전술한 한쌍의 고정자(10)의 복수개의 빗형상체(12)의 각각에는 복수개의 핑거(14)가 상방으로 돌출하고 있다. 이와 같은 고정자(10)의 빗형상체(12)사이에는 복수개의 핑거(24)가 하방으로 돌출되어 있는 복수개의 빗형상체(22)를 가지는 이동자(20)가 왕복운동이 가능하게 설치된다. 즉, 고정자(10)의 핑거(14)는 이동자(20)의 핑거(24)은 통상 수 μm에서 수십 μm정도 오버랩되어 있다.

한편, 소정의 탄성계수를 갖는 스프링(30)이 한쌍의 이동자(20)의 좌우에 각각 부착되고, 이 스프링(30)을 지지하고 전원을 공급하는 앵커(40)가 한쌍의 이동자(20)의 상하에 부착된다.

앵커(40)로부터 이동자(20)의 상하에 각각 전압이 인가되면, 고정자(10)와 이동자(20)사이의 전위차에 의해 이동자(20)가 탄력있게 이동된다.

그러나, 이와 같이 구성된 정전방식 마이크로 액츄에이터의 정전력을 크게 하기 위해서는 단위 면적당의 핑거의 개수를 크게해야 하지만, 단위면적당 핑거의 개수를 증가시키기 위해서 면적효율을 높이게 되면, 도 2로부터 잘 알수 있는 바와 같이, 핑거와 핑거사이에 발생하는 힘F(x)에 소위 발생력을 감소시키는 음의 부호를 가지는 트랜스버스 포스(transverse force)F(t)가 발생되는 것으로, 다음과 같이 계산된다.

F=F(x)+F(t)

=

여기서, n은 핑거의 수이고, n_b 는 빗형상체의 수이고, ε_o 는 공기중에서의 유전상수로 8.854× 10^-12 인 물질상수이고, V는 전압이고, t는 핑거의 두께이고, g는 고정자의 핑거와 이동자의 핑거의 각 측면사이의 갭이고, y는 이동 변위이고, g₂는 이동자 빗형상체의 바닥면부터 고정자 빗형상체의 바닥면까지의 갭이고, l_b는 고정자 빗형상체의 폭길이이다.

이와 같이 종래의 정전방식 마이크로 액츄에이터는 핑거의 개수를 증가시키기 위하여 면적효율을 높였을 때 음의 부호를 가지는 트랜스버스 포스에 의해서 발생되는 정전력이 감소되는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 그 목적은 이동자와 고정자가 서로 가깝게 되었을 때 발생하는 트랜스버스 포스를 방지하기 위하여 차폐막을 형성하여 큰 발생력을 얻을 수 있는 정전방식 마이크로 액츄에이터를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 정전방식 마이크로 액츄에이터는 각각 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n 개의 핑거가 형성되어, 상호 소정 이격된 거리를 두고 대향되게 고정설치된 한쌍의 고정자와, 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n 개의 핑거가 형성되어, 상기 한쌍의 고정자의 핑거사이에서 선형적으로 상하 왕복운동이 가능하게 설치된 이동자와, 소정의 탄성계수를 가지고, 상기 이동자에 부착된 스프링과, 상기 고정자 및 이동자에 전원을 공급하고, 상기 스프링을 지지하는 앵커로 이루어진 정전방식 마이크로 액츄에이터에 있어서, 상기 고정자 및 이동자의 각각의 빗형상체사이에 전압 차폐막이 형성되어 트랜스버스 포스의 발생을 방지하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 정전방식 마이크로 액츄에이터의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 2는 도 1의 고정자 및 이동자에 형성된 스트레이트형 핑거를 확대하여 나타낸 상세도이고,

도 3은 본 발명에 따라 차폐막이 형성된 정전방식 마이크로 액츄에이터의 구성을 나타내는 개략도이고,

도 4는 도 3의 차폐막의 설치예를 나타내는 개략도이고,

도 5는 도 3의 차폐막의 다른 설치예를 나타내는 개략도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 ; 고정자 12,22 ; 빗형상체

14,24 ; 핑거 20 ; 이동자

30 ; 스프링 40 ; 앵커

50 ; 전압 차폐막 62, 64 ; 앵커

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면에 의해 본 발명에 따른 정전방식 마이크로 액츄에이터를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따라 차폐막이 형성된 정전방식 마이크로 액츄에이터의 구성을 나타내고, 도 4는 도 3의 차폐막의 설치예를 나타내며, 도 5는 도 3의 차폐막의 다른 설치예를 나타내고 있다.

도 3에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 정전방식 마이크로 액츄에이터는 고정자 및 이동자의 각각의 빗형상체사이에 전압 차폐막이 형성되어 트랜스버스 포스의 발생을 방지하는 것이외에는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 마찬가지로, 상호 소정 이격된 거리를 두고 대향되게 고정설치된 한쌍의 고정자(10)가 각각 복수개의 빗형상체(12)를 가지고, 각 빗형상체(12)마다 n 개의 핑거(34)가 형성되어 있고, 이동자(20)는 복수개의 빗형상체(22)를 가지고, 각 빗형상체(22)마다 n 개의 핑거(44)가 형성되어, 상기 한쌍의 고정자(10)의 핑거(12)사이에서 왕복운동이 가능하게 설치되어 있고, 소정의 탄성계수를 가진 스프링(30)이 상기 이동자(20)에 부착되며, 이 스프링(30)은 상기 고정자(10) 및 이동자(20)에 앵커(40)로 지지되어 있다.

본 발명의 정전방식 마이크로 액츄에이터는 고정자(10) 및 이동자(20)의 각각의 빗형상체(12)(22)의 사이에 전압 차폐막(50)이 설치된다. 바람직하게는 이 전압 차폐막(50)은 이동자(20)의 빗형상체(22)에 더 가깝게 설치된다. 이는, 전압 차폐막(50)에 인가되는 전압은 이동자(20)의 빗형상체(22)에 인가되는 전압과 동일하지만, 고정자(10)의 빗형상체(12)에 인가되는 전압과 다르므로, 전압 차폐막(50)이 고정자(10)의 빗형상체(12)에 가깝게 설치되면, 악형향을 미치기 때문이다.

이와 같은 전압 차폐막(50)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 그 양단에 부착된 앵커(62)에 의해 지지될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 그 길이방향으로 부착된 앵커(64)에 의해 지지되어도 좋다.

본 발명의 전압 차폐막(50)은 기저 전극(70)과 전기적으로 연결되는 것이 바람직하다

이와 같이 구성된 본 발명의 정전방식 마이크로 액츄에이터는 전압 차폐막(50)이 기저전극(도시하지 않음)과 전기적으로 연결되어 있고, 앵커(40)가 이동자(20)와 연결된 스프링(30)을 지지하고, 고정자(10) 및 이동자(20)에 전원을 공급하므로, 전압 차폐막(50)이 이동자(20)와 같은 전압이 되어 정전기력이 발생되지 않게 된다. 따라서, 상술한 트랜스버스 포스가 발생하지 않게 되며, 같은 전압이 되면, V = 0이 되어서 트랜스버스 포스 F(t)가 0이 된다.

또한, 고정자(10)와 전압 차폐막(50)과의 사이에서 정전기력이 발생하게 되지만, 고정자(10)와 같이 차폐막(50)도 앵커(62)또는 (64)에 의해 고정되어 움직이지 않게되므로, 핑거에 의해 발생하는 마이크로 액츄에이터의 발생력에는 영향을 주지 않게 된다.

이상과 같이 개시된 실시예는 단지 예시적 의미일 뿐 제한적 의미를 갖는 것은 아니며 청구범위와 균등한 의미를 갖는 모든 변형예들 또한 본 발명의 범주내에 포함될 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 정전방식 마이크로 액츄에이터에 의하면, 고정자 및 이동자의 각각의 빗형상체의 사이에 전압 차폐막이 형성되어 있으므로, 트랜스버스 포스가 발생하지 않게 되므로, 큰 발생력을 얻게되는 효과를 가진다.

Claims (5)

1. 각각 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n 개의 핑거가 형성되어, 상호 소정 이격된 거리를 두고 대향되게 고정설치된 한쌍의 고정자와, 복수개의 빗형상체를 가지고, 각 빗형상체마다 n 개의 핑거가 형성되어, 상기 한쌍의 고정자의 핑거사이에서 상하 왕복운동이 가능하게 설치된 이동자와, 소정의 탄성계수를 가지고, 상기 이동자에 부착된 스프링과, 상기 고정자 및 이동자에 전원을 공급하고, 상기 스프링을 지지하는 앵커로 이루어진 정전방식 마이크로 액츄에이터에 있어서,

   상기 고정자 및 이동자의 각각의 빗형상체사이에 전압 차폐막이 형성되어 트랜스버스 포스의 발생을 방지하는 것을 특징으로 하는 정전방식 마이크로 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압 차폐막은 기저 전극과 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 정전방식 마이크로 액츄에이터.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 전압 차폐막의 양단에 앵커가 형성된 것을 특징으로 하는 정전방식 마이크로 액츄에이터.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 전압 차폐막은 그 길이방향으로 앵커가 형성된 것을 특징으로 하는 정전방식 마이크로 액츄에이터.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 전압 차폐막은 상기 이동자의 빗형상체에 더 가깝게 설치되는 것을 특징으로 하는 정전방식 마이크로 액츄에이터.

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