KR100363247B1 - 진동구조물및그것의고유진동수제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극; 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서, 상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록 상기 이동 전극 또는 상기 유효 강성 제어용 전극이 소정의 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 진동 구조물 및, 그것의 고유 진동수 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 진동 구조물은 관성체의 변위에 따라 진동계에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화하므로 인가 전압의 변경만으로 고유 진동수를 제어할 수 있는 장점이 있다.

Description

진동 구조물 및 그것의 고유 진동수 제어 방법
본 발명은 진동 구조물 및 진동 구조물의 고유 진동수 제어 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 구동 전극 또는 유효 강성 제어용 전극을 소정의 형상으로 형성함으로써 관성체의 변위에 따라 진동계에 발생하는 전기력을 선형적으로 변화하게 하고, 인가 전압에 따라 고유 진동수를 제어할 수 있는 진동 구조물 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
진동 구조물은 최근에 그 용도가 매우 다양해졌다. 진동 구조물이 사용되는제품으로서는 자이로스코프, 가속도계등과 같은 센서 및 액튜에이터등을 들 수 있다. 이와 같은 진동 구조물의 적용예들 중에서 자이로스코프는 이미 오래전부터 미사일이나 선박, 항공기등에서 항법장치의 핵심 부품으로 사용되어왔다. 그러나, 종래 군사용 또는 항공기용으로 사용되는 자이로스코프는 수만개의 부품이 정밀 가공 및 조립 공정 등을 통하여 제작되므로 정밀한 성능을 얻을 수 있지만, 제작비용이 많이 들고 부피가 큰 대형의 구조를 지니게 되므로 일반 산업용이나 민생용 가전 제품에 적용되기에는 적합하지 못한 것이었다. 민수용으로 사용되는 자이로스코프는 자동차의 가속도 및 각속도를 검출하는 항법 장치나 고배율 캠코더의 손떨림을 검출하여 이를 보정하는 장치에 적용될 수 있다. 또한 의료 장비나 산업용 계측기등에도 진동구조물을 내장한 센서가 이용된다.
제 1(가) 도는 진동계를 단순화하여 나타낸 것으로서, 진동 구조물(10)은 지지단(13)에 지지된 스프링(12)과 관성체(11)를 구비한다. 진동 구조물의 자유도 (degree of freedom)가 다중의 것일 경우에는 제1(가) 도에 도시된 진동 구조물이 여러개 연결된 진동계로서 등가화하여 나타낼 수 있다. 이러한 기존의 진동 구조물 (10)은 관성체(11)의 질량(m)과 스프링의 강성(k)이 일정하므로 제 1(나) 도에 도시된 바와 같은 일정한 고유 진동수를 지닌다. 따라서 위와 같은 진동 구조물을 이용한 센서나 액튜에이터는 제작후에 진동계의 고유 진동수를 임의로 변경하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한 진동 구조물의 제작시에 있어서도 고유 진동수를 제어하려면 미국 특허 제 4,107,349 호에 개시된 바와 같이 은과 같은 금속체를 증착시키는 방법을 사용할 수 있으나, 이는 증착 공정 자체가 곤란할뿐만 아니라 진동계를제작한 후에 별도의 고유 진동수 제어를 위한 공정이 필요하다는 단점이 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 하나의 해결책으로서 본원인이 안출한 바에 따르면, 진동계에 별도의 유효 강성 제어용 전극과 전원 공급 수단을 마련하고 상기 유효 강성 제어용 전극에 인가되는 전압을 변화시켜서 고유 진동수를 제어할 수 있다. 이것은 진동계의 관성체를 이동 전극으로 하고, 이것과 진동계의 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극 사이에 전압을 인가하여 전기력을 발생시킴으로써 진동계의 고유 진동수를 제어할 수 있도록 한 것이다. 진동계의 고유 진동수는 전압의 크기를 변경함으로써 증가되거나 감소시킬 수 있다.
유효 강성 제어용 전극에 의한 진동계의 고유 진동수 제어는 관성체의 진동 변위가 매우 미소하다는 전제로부터 출발한다. 실질적으로 진동계에 가해지는 탄성력은 일정한 기울기를 지니는 선형 함수로 나타낼 수 있는 반면에, 유효 강성 제어용 전극에 의해 진동계에 가해지는 전기력은 관성체의 변위에 대해 비선형 함수로 표시된다. 이것은 진동계에 가해지는 전기력이 관성체로 이루어지는 이동 전극과 유효 강성 제어용 전극 사이에서 발생하기 때문에, 이동 전극의 진동 변위에 따라 전기력의 크기가 변화하기 때문이다. 따라서 진동 운동의 변위가 미소하다는 전제를 수용할 수 있는 진동계에서는 전압의 크기만을 조절함으로써 고유 진동수 제어가 가능하지만, 진동 운동의 변위가 이러한 전제 조건을 수용할 수 없을 정도로 큰 경우에는 고유 진동수 제어가 불가능해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 관성체의 진동 변위에 따라 선형의 전기력이 발생할 수 있도록 소정 형상의 유효 강성 제어용 전극 또는 이동 전극을 구비한 진동 구조물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 관성체의 진동 변위에 따라 선형의 전기력이 발생할 수 있도록 진동계에 구비된 유효 강성 제어용 전극 또는 이동 전극을 소정의 형상으로 형성하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 소정 형상의 유효 강성 제어용 전극 또는 이동 전극을 구비한 액튜에이터를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극; 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서, 상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록 상기 이동 전극 또는 상기 유효 강성 제어용 전극이 소정의 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 진동 구조물이 제공된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상호삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극은 지지단으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와 곡선부의 종료 지점으로부터 전극 단부까지 연장된 직선부를 지니고, 상기 이동 전극으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극의 직선부까지의 거리를 s0, 상기 지지단에서 상기 이동 전극으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극까지의 거리를 s1이라 할때, 상기 관성체의 변위 x 와 상기 이동 전극으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극까지의 거리 s가의 식이 성립되도록 상기 유효 강성 제어용 전극이 형성된다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 전극은 반경이 ri인 봉형이고 상기 유효 강성 제어용 전극은 단면이 링의 형태인 중공형 원통형이며, 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상기 이동 전극이 상기 유효 강성 제어용 전극내에 삽입 운동이 가능하며, 관성체의 변위를 x라 하고, 유효 강성 제어용 전극의 중공 내표면 반경과 이동 전극의 외표면 반경(ri) 사이의 차이를 s 라 할때, 유효 강성 제어용 전극의 전체 길이를 x1, 유효 강성 제어용 전극의 단부에서 유효 강성 제어용 전극의 중공형 내표면 반경과 이동 전극의 외표면 반경 사이의 차이를 s0, 지지단에서 유효 강성 제어용 전극의 중공형 내표면 반경과 이동 전극의 외표면 반경 사이의 차이를 s1이라 하면,
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라서 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극은 길이가 동일하며, 상기 이동 전극은 그 단부를 연결한 선이 직선이며, 가장 길이가 긴 전극의 길이 방향에 대해서 선대칭의 형상을 지닌다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극은 평판형으로서 평판의 수직 방향에서 소정의 거리로 상호 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 관성체 또는 이동 전극의 변위에 따라 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 형성한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극이 겹쳐지는 부분이 이등변 삼각형을 형성한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 관성체는 슬릿이 형성된 평판형이며, 상기 유효 강성 제어용 전극도 평판형으로서 상기 관성체의 평판에 수직인 방향으로 소정의 거리로 상호 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 관성체와 상기 유효 강성 제어용 전극이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 형성한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 관성체는 슬릿이 형성된 평판형이며, 상기 유효 강성 제어용 전극도 평판형으로서 상기 관성체의 평판에 수직인 방향으로 소정의 거리로 상호 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 관성체의 슬릿과 상기 유효 강성 제어용 전극이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 형성한다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 전극은 그 단부가 삼각형인 평판형이며 다수개의 이동 전극이 평판의 수직 방향으로 소정의 거리로 평행하게 이격된 상태로 상기 관성체에 부착되고, 상기 유효 강성 제어용 전극도 평판형으로서다수개의 유효 강성 제어용 전극이 평판의 수직 방향으로 소정의 거리로 평행하게 이격된 상태로 고정되며, 상기 각각의 이동 전극은 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상기 유효 강성 제어용 전극의 사이에 삽입된다.
본 발명에 따르면, 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극; 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물의 고유 진동수 제어 방법에 있어서, 상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록 상기 이동 전극 또는 상기 유효 강성 제어용 전극이 소정의 형상을 지니도록 함으로써, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 인가되는 전압의 변화에 의해 고유 진동수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진동 구조물의 고유 진동수 제어 방법이 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물을 하나 이상 포함하는 센서 장치에 있어서, 상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록 상기 이동 전극 또는 상기 유효 강성 제어용 전극이 소정의 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 센서 장치가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극; 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물을 하나 이상 포함하는 액튜에이터에 있어서, 상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록 상기 이동 전극 또는 상기 유효 강성 제어용 전극이 소정의 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 액튜에이터가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지단에 일 단부가 지지된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체를 가진시키거나 또는 상기 관성체의 진동 운동을 검지할 수 있는 가진 수단; 상기 관성체의 일측에 핑거의 형태로 형성된 이동 전극; 상기 이동 전극 사이에 삽입될 수 있도록 핑거의 형태로 형성된 유효 강성 제어용 전극; 및, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전압을 인가할 수 있는 전원 공급 수단;을 구비하고, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생되는 전기력이 상기 관성체의 변위에 따라 선형적으로 변화하도록 상기 이동 전극 또는 상기 유효 강성 제어용 전극이 소정의 형상으로 형성된 액튜에이터가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지지단에 일 단부가 지지된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 평판형 관성체; 상기 관성체를 가진시키거나 또는 상기 관성체의 진동 운동을 검지할 수 있는 가진 수단; 상기 관성체에 형성된 하나 이상의 슬릿; 상기 평판형 관성체의 평면으로터 수직 방향으로 소정의 거리로 이격되어 상호 평행하게 하나 이상 배치된 평판형의 유효 강성 제어용 전극; 및, 상기 관성체와 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 소정의 전압을 인가할 수 있는 전원 공급 수단을 구비하고, 상기 관성체와 상기 유효 강성 제어용 전극이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형인 것을 특징으로 하는 액튜에이터가 제공된다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 지지단에 일 단부가 지지된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 회전 진동 운동하는 원형의 평판 관성체; 상기 관성체를 가진시키거나 또는 상기 관성체의 진동운동을 검지할 수 있는 가진 수단; 상기 관성체의 직경 방향으로 형성된 슬릿; 상기 관성체의 평면으로부터 수직 방향으로 소정의 거리로 이격되어 상호 평행하게 하나 이상 배치된 유효 강성 제어용 전극을 구비하고, 상기 슬릿과 상기 유효 강성 제어용 전극이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 액튜에이터가 제공된다.
이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.
제 2(가) 도는 본 발명에 따라서 진동계에 가해지는 전기력이 선형이 되도록 유효 강성 제어용 전극을 소정의 형상으로 형성한 진동 구조물이다. 관성체(23)는 지지단(21)에 지지된 탄성 부재(22)에서 발생하는 탄성력에 의해 X-Z 평면상에서 X 방향으로 운동하며, 관성체(23)에는 이동 전극(28)이 핑거(finger)로서 일체로 형성되어 있다. 관성체(23)에 전기력을 가할 수 있도록 지지단(21)에 유효 강성 제어용 전극(24)이 고정되어 있으며, 유효 강성 제어용 전극(24)도 핑거(finger)의 형태로 형성된다. 본 발명의 특징에 따르면, 상기 유효 강성 제어용 전극 또는 이동 전극은 소정의 형태를 지니며, 이것은 이후에 보다 상세히 설명될 것이다. 이동 전극(28)의 핑거는 유효 강성 제어용 전극(24)의 핑거 사이에 소정의 거리를 두고 삽입된다. 전원 공급 장치(27)는 상기 유효 강성 제어용 전극(24)과 이동 전극(28)에 전압을 인가한다. 관성체(28)에는 탄성 부재(22)에 의한 탄성력 이외에 전극들에 의한 전기력이 작용한다.
제 2(나) 도는 제 2(가) 도에 도시된 유효 강성 제어용 전극(24)과 이동 전극(28)을 일부 확대 도시한 평면도이다. 유효 강성 제어용 전극(24)은 지지단(21)으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와, 그로부터 단부까지 연장된 직선부를 지닌다. 이동 전극(28)과 유효 강성 제어용 전극(24)의 곡선부 사이의 거리는 변수인 s 로서 나타낼 수 있으며, 이동 전극(28)의 측면과 유효 강성 제어용 전극(24)의 직선부 사이의 거리는 s0로서 표시할 수 있다. 유효 강성 제어용 전극(24)과 이동 전극(28)사이의 거리(s)는 관성체(23)의 변위( x)에 대한 함수로서 나타낼 수 있다. 즉, 유효 강성 제어용 전극(24)의 곡선부와 이동 전극 사이의 거리를 함수로 나타내면,
위 식에서 s1은 지지단(21)에서 유효 강성 제어용 전극(24)과 이동 전극(28) 사이의 거리이다. 이동 전극(28)이 미소 거리(dx) 로 이동하였을때 전극 사이에서 정전 용량(dc)의 증가 및 그에 따른 정전 용량 변화율(dc/dx)는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
위 식에서 ε 은 이동 전극과 유효 강성 제어용 전극의 핑거 사이공간의 유전율이며, t 는 핑거의 Y 방향 길이를 나타낸다. 따라서 상기 두 전극 사이에 작용하는 전기력은 V 를 전원 장치에서 공급되는 전압이라 할때 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위 식에서 알 수 있는 바와 같이 이동 전극과 유효 강성 제어용 전극 사이의 정전력은 관성체의 변위(x)에 비례하여 커지므로 전압이 일정할때 전기력은 거리에 대하여 선형이 된다. 제 2(다) 도에 도시된 것은 제 2(가) 도에 도시된 진동계의 관성체(23)가 변위(x)를 일으킬때 발생하는 전기력과 탄성력을 그래프로 도시한 것으로서, 전기력(29)과 탄성력(30)은 소정의 기울기를1 지닌 직선이며 전기력과 탄성력은 일정한 위치(31)에서 평형을 이룬다. 제 2(다) 도에서, 탄성력(30)의 기울기로부터 전기력(29)의 기울기를 뺀 것을 전체 진동계의 유효 강성으로 볼 수 있으며, 유효 강성(k eff )은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
위 식에서 알 수 있는 바와 같이 진동계의 유효 강성은 전압의 제곱에 비례하며, 전압이 일정하면 유효 강성도 일정하다. 이러한 진동계는 제 2(라) 도에 도시된 바와 같이 등가 유효 강성(k eff )을 지니는 단진동 구조물로 나타낼 수 있다. 이 진동계의 고유 진동수는 다음과 같으며 이를 이용하면 전압으로 고유 진동수를 제어할 수 있다.
제 3 도는 유효 강성 제어용 전극 및 이동 전극의 형상이 원통형 및 원통에 삽입되는 봉형으로 형성된 진동계의 실시예이다. 관성체(36)는 탄성 부재(38)에 의해 지지단(32)에 지지되어 있으며, 관성체(36)에는 봉형의 이동 전극(35)이 일체로 형성되어 있다. 이동 전극(35)은 반경이 ri인 원형 단면을 지닌다. 유효 강성 제어용 전극(33)은 지지단(32)에 일 단부가 고정되어 있으며, 이동 전극(35)이 삽입될 수 있는 중공을 지닌다. 유효 강성 제어용 전극은 단면이 원형의 고리 형태를 지니며, 고리의 직경은 전극의 길이 방향에 따라 변화한다. 이것은 전극 사이에 발생하는 전기력이 관성체의 변위에 따라 선형적으로 변화할 수 있도록 하기 위한 것이다. 제 3 도에서 관성체의 변위를 x 라 하고, 유효 강성 제어용 전극(33)의 중공 내표면의 반경과 이동 전극(35)의 외표면 반경(ri) 사이의 차이를 s 라 할때, 유효 강성 제어용 전극(33)의 전체 길이를 x1, 유효 강성 제어용 전극(33)의 단부(34)에서 유효 강성 제어용 전극(33)의 내측 직경과 이동 전극(35)의 외측 직경 사이의차이를 s0, 지지단(32)에서 유효 강성 제어용 전극(33)의 내측 직경과 이동 전극(35)의 외측 직경 사이의 차이를 s1이라 하면, 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
위 식으로부터 상기 제 2(가) 도에 도시된 진동계에서 도출되었던 것과 동일한 결과에 도달할 수 있다. 즉, 원통형 전극과 위와 같은 식을 충족하는 중공 내표면을 구비하는 진동계에서도 관성체의 변위에 따라 전기력이 선형으로 변화하며, 따라서 전원 공급 장치(37)에 의해 유효 강성 전극에 대한 인가 전압의 변화만으로 진동계의 고유 진동수를 조절할 수 있다. 제 3 도에 도시된 진동계의 유효 강성은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
제 4 도는 관성체의 변위에 따라 전기력이 선형적으로 변화하는 진동계의 다른 실시예이다. 관성체(41)는 탄성 부재(48)에 의해 지지단(47)에 지지되어 있으며, 관성체(41)에는 핑거형의 이동 전극(42 내지 45)이 일체로 형성되어 있다. 이동 전극은 길이가 가장 긴 전극(42)의 단부로부터 가장 작은 것(45)의 단부를 연결한 선이 일직선을 이룬다. 이동 전극(42)과 관성체(41)가 교차하는 지점을 기준으로 하고, 이동 전극의 길이를 변수 1 이라 하고, 관성체(41)의 길이 방향을 y 축방향으로 하고, 길이가 가장 짧은 이동 전극(45)의 길이를 b 라 하면, 이동 전극의단부를 연결하는 선의 기울기를 a 라 할때, 1= ay + b 의 관계가 성립한다. 또한 핑거 사이의 피치가 p 이면, 인접한 핑거 사이의 길이의 차이는 ap 로 나타낼 수 있다. 예를 들면 전극(45)의 길이는 b이고, 전극(44)의 길이는 b+ap 이다.
유효 강성 제어용 전극(46)은 지지단(47)에 지지되어 있으며, 동일한 길이를 지닌 핑거형이다. 유효 강성 제어용 전극(46)의 핑거와 이동 전극(42 내지 45)의 핑거는 상호 맞물려 있다. 이러한 진동계에 작용하는 전기력은 핑거가 몇개 맞물려 있는가에만 관계되며, 핑거사이의 거리를 s, 핑거의 두께를 t, 전원 공급 장치(49)에 의해 가해지는 전압이 V 라고 했을때에 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
진동계의 유효 강성은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
위 식으로부터 알 수 있는 바로서, 제 4 도에 도시된 진동계의 유효 강성은 관성체(41)의 수평 방향 운동과는 무관하며, 전기력은 관성체의 변위에 대해 선형적으로 변화되므로 인가 전압을 달리함으로써 고유 진동수를 제어할 수 있다. 또한 이동 전극의 길이를 동일하게 하고 유효 강성 제어용 전극(46)의 길이를 선형적으로 변화시키는 경우에도 유사한 결과에 도달할 수 있다.
제 5(가) 도는 관성체의 변위에 따라 전기력이 선형적으로 변화될 수 있는 진동계의 다른 실시예를 도시한 것이다. 지지단(51)에 탄성부재(52)에 의해 지지된 관성체 또는 이동 전극(53)은 사각형의 평판 형태이며, 지지단에 고정된 유효 강성제어용 전극(54)은 삼각형의 평판 부분을 지닌다. 전원 공급 장치(55)는 상기 이동 전극(53)과 유효 강성 제어용 전극(54) 사이에 전압을 인가하여 전기력이 발생하게 한다. 관성체 또는 이동 전극(53)은 유효 강성 재어용 전극(54)의 삼각형 부분안에서만 X 축 방향 변위를 일으킨다.
제 5(나) 도에 도시된 바와 같이, 겹쳐지는 면적(56)은 이동 전극(53)의 X 축 방향 변위에 대해 선형으로 변하며, 유효 강성 제어용 전극(54)의 삼각형 부분의 꼭지점을 평면 좌표계의 원점으로 하고, 삼각형의 한변의 기울기를 a, 유효 강성 제어용 전극(54)과 이동 전극(53) 사이의 Z 축 방향 거리를 h 라고 하면, 전원 공급 장치(55)에 의해 전압 V 가 가해질때 X 축 방향으로 작용하는 전기력은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
또한 제 5(가) 도에 도시된 진동계의 유효 강성은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위 식으로부터 알 수 있는 바와 같이 진동계에 작용하는 전기력은 이동 전극의 변위에 대하여 선형적으로 변화하므로, 인가 전압의 변화만으로 고유 진동수의 제어가 이루어질 수 있다.
제 6(가) 도 및 제 6(나) 도는 제 5(가) 도에 도시된 진동 구조물을 변형시킨 다른 실시예를 도시한다. 제 6(가) 도를 참조하면, 관성체(63)의 양 단은 지지단(61)에 대하여 탄성 부재(62)로 지지되며, 관성체(63)에는 하나 이상의 슬릿(64)이 형성되어 있다. 관성체(63)의 평면은 유효 강성 제어용 전극(65)이 고정된 평면으로부터 소정의 거리로 이격된 상태이다. 유효 강성 제어용 전극(65)은 삼각형이 한변을 접한 상태로 형성된 사각형의 형태를 지닌다. 삼각형은 이등변 삼각형인 것이 바람직스러우며, 이등변 삼각형의 밑변이 서로 접하여 사각형을 이루는 것이 바람직스럽다. 전원 공급 장치(66)는 유효 강성 제어용 전극(65)과 관성체(63) 사이에 전압을 인가한다.
위와 같은 형태의 진동 구조물에서 관성체(63)의 진동 운동이 발생할 경우에는 관성체(63)에 형성된 슬릿(64)때문에 유효 강성 제어용 전극(65)과 관성체(63)가 서로 겹치는 부분이 점선으로 표시된 삼각형의 형태를 유지한다. 따라서 진동계에 작용하는 전기력은 관성체(63)의 변위에 따라서 선형으로 변화한다.
제 6(나) 도에 도시된 실시예도 제 6(가) 도에 도시된 것과 유사하지만 이 경우는 유효 강성 제어용 전극(75)의 삼각형 부분이 슬릿(74)과 겹쳐진다. 이와 같은 경우에도 진동계에 가해지는 전기력은 관성체의 x 방향 변위에 대해 선형으로 변화한다. 제 6(나) 도에서 관성체(73)의 양단은 지지단(71)에 대하여 탄성 부재(72)로 지지되며, 관성체(73)에는 하나 이상의 슬릿(74)이 형성되어 있다. 관성체(73)의 평면은 유효 강성 제어용 전극(75)으로부터 소정의 거리로 이격된 상태이며, 전원 공급 장치(76)는 유효 강성 제어용 전극(75)과 관성체(73) 사이에 전압을 인가한다.
제 7 도에 도시된 실시예도 제 5 도 실시예를 변형한 것이다. 관성체(83)는탄성 부재(82)에 의해 지지단(81)에 고정되며 동일한 길이의 평판형 이동 전극(84)이 다수개 부착되어 있다. 이동 전극(84)의 단부는 삼각형이며, 2 등변 삼각형인 것이 바람직스럽다. 다른 지지단(81)에는 동일한 길이를 지니는 유효 강성 제어용 전극(85)이 다수개 고정되어 있으며, 유효 강성 제어용 전극(85)도 평판형으로서 관성체의 진동 운동에 따라 상기 이동 전극 사이에 삽입될 수 있다. 이동 전극 관성체(83)의 변위는 단부에 형성된 삼각형 부분만이 유효 강성 제어용 전극(85)에 겹쳐질 수 있도록 제한되는 것이 바람직스럽다. 전원 공급 장치(87)는 유효 강성 제어용 전극(85)과 이동 전극(84) 사이에 전압을 인가한다.
제 8 도에 도시된 것은 상기에 설명된 진동 구조물의 다양한 실시예들을 일반화하여 나타낸 진동 구조물의 구성도이다. 이러한 진동계는 지지단(101)에 지지된 탄성 부재(102)와, 그것의 일단에 고정된 관성체 또는 이동 전극(103)과, 다른 지지단(101)에 고정된 유효 강성 제어용 전극(105)과, 진동계에 전기력이 발생할 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치(104)를 구비한다. 이동 전극(103) 또는 유효 강성 제어용 전극(105)은 진동계에 발생하는 전기력이 관성체의 변위에 따라서 선형적으로 변화할 수 있도록 소정의 형상으로 만들어져야만 한다. 이동 전극과 유효 강성 제어용 전극 사이의 정전 용량을 c 라 하고, C=αs2+βs+r 라고 하면, 두 전극 사이에 작용하는 전기력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
위 식에서 dc/ds 는 전극 사이의 정전 용량 감도이고, s 는 두 전극의 상대적인 움직임에 따른 거리이며, V 는 인가 전압이다. 위 식에서 알 수 있는 바와 같이 전기력은 인가 전압(V)이 일정할때 전극사이의 거리(s)에 대해서 선형적으로 변화한다.
이러한 진동계의 유효 강성은 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.
상기 식으로부터 진동계의 유효 강성은 인가 전압(V)에 따라서 변화하므로, 진동계의 고유 진동수는 인가 전압의 크기를 달리함으로써 제어할 수 있다. 특히 제 2(가) 도 내지 제 8 도에 도시된 실시예들에서는 주로 유효 강성 제어용 전극을 소정의 형상으로 가공함으로써 전기력이 관성체의 변위에 선형으로 변화하였으나, 이와는 달리 이동 전극을 소정의 형상으로 만들어도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제 9 도 내지 제 11 도에는 본 발명에 따라서 전압으로 진동계의 공진 주파수를 제어할 수 있는 액튜에이터의 실시예가 도시되어 있다. 이러한 진동계는 여러 방향으로 진동하는 진동 구조물의 고유 진동수 제어에도 이용될 수 있으며, 공진형 센서에서도 이용이 가능하다. 이러한 진동 구조물들은 실리콘 기판위에 박막 기술 (thin film technology)을 이용하여 제작된다.
제 9 도에 도시된 것은 액튜에이터(309)의 개략적인 평면도로서, 지지단 (111)에 지지된 탄성 부재(112)의 다른 단부에는 관성체(113)가 매달려 있다. 관성체(113)는 상기 탄성 부재(112)에 의해 기판으로부터 소정 간격으로 공중에 매달려 있는 상태를 유지한다. 관성체(113)에는 구동 전극(114)과 이동 전극(117)이 핑거의 형태로 형성되어 있으며, 관성체(113)는 가진 장치에 의해 평면 운동을 할 수 있다. 가진 장치는 가진부(115)에 형성된 가진 전극(116)을 구비하며, 가진 전극 (116)은 핑거의 형태로서 관성체(113)에 형성된 핑거형 구동 전극(114)의 사이사이에 삽입되어 있다. 가진 전극(116)과 구동 전극(114) 사이에 인가된 전압은 전기력을 발생시켜 관성체(113)를 평면상으로 진동 운동시킨다. 가진 전극(116)과 구동 전극(114) 사이에 발생하는 전기력은 관성체(111)의 변위에 무관하게 일정하다. 이것은 제 2(가) 도의 실시예로부터 유도된 식인에서 s0=s1인 경우에 해당한다. 상기 가진 전극(116)과 구동 전극(114)은 관성체(113)의 평면 진동 운동 상태를 검지하는 검지수단으로서 상호 대체적으로 사용될 수 있다.
유효 강성 제어용 전극(118)은 지지단에 고정되며, 각각의 유효 강성 제어용 전극의 형상은 제 2(가) 도에 도시된 유효 강성 제어용 전극과 유사하다. 유효 강성 제어용 전극(118)도 핑거형으로서 관성체(113)의 이동 전극(117) 사이에 삽입된다. 전원 공급 장치(120)는 유효 강성 제어용 전극(118)과 이동 전극(117) 사이에 전원을 공급하여 전기력을 발생시킨다. 유효 강성 제어용 전극(118)이 소정의 형상으로 제작되므로 관성체(113)의 변위에 따라서 그 사이에 가해지는 전기력은 선형으로 변화한다.
제 10 도는 제 5 도 및 제 6 도에 도시된 진동 구조물을 적용한 액튜에이터 (310)의 실시예이다. 관성체(132)는 탄성 부재(139)에 의해 지지단(131)에 지지되어 기판으로부터 소정의 거리로 공중에 떠있는 상태이다. 관성체(132)의 양측에는 구동 전극(134)이 핑거의 형태로 형성되어 있으며, 지지단(135)에 핑거 형태로 형성된 가진 전극(136)과 삽입된다. 구동 전극(134)과 가진 전극(136) 사이에 인가되는 전압은 관성체(132)를 X 축 방향으로 평면 운동시킨다. 구동 전극(134)과 가진 전극(136)은 관성체(132)의 평면 운동을 검지하는 검지 수단으로서 대체적으로 사용될 수 있다.
관성체(132)에는 슬릿(133)이 형성되어 있으며, 슬릿(133)의 하부에는 유효 강성 제어용 전극(137)이 기판에 고정되어 있다. 상기에서 제 6(가) 도를 참고하여 설명된 바와 같이, 유효 강성 제어용 전극(137)은 삼각형의 밑변을 접해서 형성된 사각형이며, 상기 삼각형은 이등변 삼각형인 것이 바람직스럽다. 전원 공급 장치 (138)에 의해서 관성체(132)와 유효 강성 제어용 전극(137) 사이에 전원이 공급되며, 전기력이 발생한다. 관성체(132)가 X 축 방향으로 진동 운동할때 관성체(132)와 유효 강성 제어용 전극(137)이 겹쳐지는 부분은 항상 삼각형이 된다.
제 11 도는 관성체가 회전 진동 운동을 하는 경우를 개시하는 실시예를 도시한 평면도이다. 관성체(153)는 원형이며 탄성 부재(152)에 의해 원주면을 따라 90 도의 간격으로 지지단(151)에 지지되어 있으며, 관성체는 기판으로부터 소정의 간격으로 공중에 떠있는 상태이다. 도시되지 아니한 가진 수단에 의해 관성체(153)는 회전 진동 운동한다. 관성체(153)에는 슬릿(154)이 형성되어 있으며, 슬릿(154)의 하부에는 유효 강성 제어용 전극(155)이 기판에 고정되어 있다. 전원 공급 장치 (157)는 관성체(153)와 유효 강성 제어용 전극(155) 사이에 전압을 인가한다.
도시된 실시예에서 슬릿(154)은 관성체(153)의 중심을 기준으로 180도 간격으로 형성되어 있다. 슬릿(154)의 하부에 배치된 유효 강성 제어용 전극(155)도 삼각형의 밑변을 서로 접하는 사각형의 형태를 지니며, 관성체(153)가 회전 진동할때 관성체와 유효 강성 제어용 전극(155)이 겹치는 부분은 삼각형을 이룬다.
본 발명에 따른 진동 구조물은 액튜에이터 이외에도 다양한 범위에 걸쳐 적용예를 지니며, 예를 들면 센서 장치나 가속도계 또는 자이로스코프등에 적용할 수 있다. 위에서 누차 설명된 바와 같이, 진동 구조물의 이동 전극 또는 유효 강성 제어용 전극은 소정의 형상으로 가공되며, 그 사이에 발생하는 전기력은 관성체의 변위에 따라서 선형적으로 변화하게 된다. 따라서 진동계의 유효 강성은 관성체에 변위에 무관하며 단지 인가 전압을 변화시킴으로써 진동계의 고유 진동수를 제어하는 것이 가능해진다. 이러한 진동 구조물을 구비하는 센서, 액튜에이터, 가속도계등은 감도나 작동 범위를 사용자가 임의로 변경시킬 수 있다. 특히 자이로스코프의 경우와 같이 2 축 진동 구조물에 있어서는 어느 한 축의 고유 진동수를 다른 축의 고유 진동수에 일치시키는 진동수 제어가 진동 구조물 자체를 변경시키지 않고 단지 인가 전압의 변경에 의해서만 가능해지므로 매우 용이하다는 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예들만을 가지고 설명되었으나, 당해 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자들은 그로부터 다양한 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구의 범위에 의해서 정해져야만 할 것이다.
제 1(가) 도는 단순 진동계의 구성도.
제 1(나) 도는 제 1(가) 도에 도시된 진동 구조물의 고유 진동수에 대한 그래프.
제 2(가) 도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 2(나) 도는 제 2(가) 도의 일부에 대한 평면도.
제 2(다) 도는 제 2(가) 도의 진동 구조물에서 관성체의 변위에 따른 탄성력 및 전기력에 대한 그래프.
제 2(라) 도는 제 2(가) 도에 대한 등가 진동계의 구성도.
제 3 도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 4 도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 5(가) 도는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 5(나) 도는 제 5(가) 도의 진동 구조물의 일부에 대한 평면도.
제 6(가) 도는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 6(나) 도는 본 발명의 제 6 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 7 도는 본 발명의 제 7 실시예에 따른 진동 구조물의 구성도.
제 8 도는 본 발명에 따른 진동 구조물을 일반화하여 표시한 구성도.
제 9 도는 본 발명의 진동 구조물을 구비한 액튜에이터의 제 1 실시예에 따른 구성도.
제 10 도는 본 발명의 진동 구조물을 구비한 액튜에이터의 제 2 실시예에 따른 구성도.
제 11 도는 본 발명의 진동 구조물을 구비한 회전형 액튜에이터의 구성도.
* 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 *
11. 관성체 12. 탄성 부재
13. 지지단 22. 탄성 부재
23. 관성체 24. 유효 강성 제어용 전극
28. 이동 전극 33. 유효 강성 제어용 전극
35. 이동 전극 36. 관성체

Claims (14)

  1. 지지단(21)에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(28); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(24); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록, 상기 이동 전극(28)과 상기 유효 강성 제어용 전극(24)은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극(24)은 지지단(21)으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와 곡선부의 종료 지점으로부터 전극 단부까지 연장된 직선부를 지니고, 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)의 직선부까지의 거리를 s0, 상기 지지단(21)에서 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)까지의 거리를 s1이라 할때, 상기 관성체(23)의 변위 x 와 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극까지의 거리 s가의 식이 성립되도록 상기 유효 강성 제어용 전극(24)이 형성된 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  2. 지지단(32)에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(35); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(33); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록, 상기 이동 전극(35)은 반경이 ri인 봉형이고 상기 유효 강성 제어용 전극(33)은 단면이 링의 형태인 중공형 원통형이며, 상기 관성체(36)의 진동 운동에 따라 상기 이동 전극(35)이 상기 유효 강성 제어용 전극(33)내에 삽입 운동이 가능하며, 관성체의 변위를 x 라 하고, 유효 강성 제어용 전극(33)의 중공 내표면 반경과 이동 전극(35)의 외표면 반경(ri) 사이의 차이를 s 라 할때, 유효 강성 제어용 전극(33)의 전체 길이를 x1, 유효 강성 제어용 전극(33)의 단부(34)에서 유효 강성 제어용 전극(33)의 중공형 내표면 반경과 이동 전극(35)의 외표면 반경 사이의 차이를 s0, 지지단(32)에서 유효 강성 제어용 전극(33)의 중공형 내표면 반경과 이동 전극(35)의 외표면 반경 사이의 차이를 s1이라 하면,의 식을 충족하는 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  3. 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(41); 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(42 내지 45); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(46);
    상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록,
    상기 이동 전극(42 내지 45)과 상기 유효 강성 제어용 전극(46)은 핑거형으로서 상기 관성체(41)의 진동 운동에 따라서 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극(46)은 길이가 동일하며, 상기 이동 전극(42 내지 45)은 그 단부를 연결한 선이 직선이며, 가장 길이가 긴 전극(42)의 길이 방향에 대해서 선대칭의 형상을 지닌 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  4. 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(53); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(54); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록, 상기 이동 전극(53)과 상기 유효 강성 제어용 전극(54)은 평판형으로서 평판의 수직 방향에서 소정의 거리로 상호 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 관성체 또는 이동 전극(53)의 변위에 따라 상기 이동 전극(53)과 상기 유효 강성 제어용 전극(54)이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 상기 이동 전극(53)과 상기 유효 강성 제어용 전극(54)이 겹쳐지는 부분이 이등변 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  6. 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(63); 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(65); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록,
    상기 관성체(63)는 슬릿(64)이 형성된 평판형이며, 상기 유효 강성 제어용 전극(65)도 평판형으로서 상기 관성체(63)의 평판에 수직인 방향으로 소정의 거리로 상호 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 관성체(63)와 상기 유효 강성 제어용전극(65)이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  7. 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(73); 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(75); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극(75) 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록,
    상기 관성체(73)는 슬릿(74)이 형성된 평판형이며, 상기 유효 강성 제어용 전극(75)도 평판형으로서 상기 관성체(73)의 평판에 수직인 방향으로 소정의 거리로 상호 이격되어 평행하게 배치되며, 상기 관성체(73)의 슬릿(74)과 상기 유효 강성 제어용 전극(75)이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  8. 지지단에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(83); 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(84); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(85); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물에 있어서,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있도록,
    상기 이동 전극(84)은 그 단부가 삼각형인 평판형이며 다수개의 이동 전극 (84)이 평판의 수직 방향으로 소정의 거리로 평행하게 이격된 상태로 상기 관성체 (83)에 부착되고, 상기 유효 강성 제어용 전극(85)도 평판형으로서 다수개의 유효 강성 제어용 전극이 평판의 수직 방향으로 소정의 거리로 평행하게 이격된 상태로 고정되며, 상기 각각의 이동 전극(84)은 상기 관성체(83)의 진동 운동에 따라 상기 유효 강성 제어용 전극(85)의 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 진동 구조물.
  9. 지지단(21)에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체; 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(28); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(24); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물의 고유 진동수 제어 방법에 있어서,
    상기 이동 전극(28)과 상기 유효 강성 제어용 전극(24)은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극 (24)은 지지단(21)으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와 곡선부의 종료 지점으로부터 전극 단부까지 연장된 직선부를 지니고, 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)의 직선부까지의 거리를 s0, 상기 지지단(21)에서 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)까지의 거리를 s1이라 할때, 상기 관성체(23)의 변위 x와 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극까지의 거리 s가의 식이 성립되도록 상기 유효 강성 제어용 전극(24)이 형성됨으로써,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화되어, 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 인가되는 전압의 변화에 의해 고유 진동수를 제어하는 것을 특징으로 하는 진동 구조물의 고유 진동수 제어 방법.
  10. 지지단(21)에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(23); 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극(28); 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(24); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물을 하나 이상 포함하는 센서 장치에 있어서,
    상기 이동 전극(28)과 상기 유효 강성 제어용 전극(24)은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극 (24)은 지지단(21)으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와 곡선부의 종료 지점으로부터 전극 단부까지 연장된 직선부를 지니고, 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)의 직선부까지의 거리를 s0, 상기 지지단(21)에서 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)까지의 거리를 s1이라 할때, 상기 관성체(23)의 변위 x와 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극가지의 거리 s가의 식이 성립되도록 상기 유효 강성 제어용 전극(24)이 형성됨으로써,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 센서 장치.
  11. 지지단(21)에 일단이 고정된 탄성 부재; 상기 탄성 부재의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(23); 상기 관성체와 일체로 형성된 이동 전극; 지지단에 고정된 유효 강성 제어용 전극(24); 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 전기력을 발생시킬 수 있도록 전압을 인가하는 전원 공급 장치;를 구비한 진동 구조물을 하나이상 포함하는 액튜에이터에 있어서,
    상기 이동 전극(28)과 상기 유효 강성 제어용 전극(24)은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극 (24)은 지지단(21)으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와 곡선부의 종료 지점으로부터 전극 단부까지 연장된 직선부를 지니고, 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)의 직선부까지의 거리를 s0, 상기 지지단(21)에서 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(24)까지의 거리를 s1이라 할때, 상기 관성체(23)의 변위 x와 상기 이동 전극(28)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극까지의 거리 s가의 식이 성립되도록 상기 유효 강성 제어용 전극(24)이 형성됨으로써,
    상기 관성체의 변위에 대하여 상기 이동 전극과 상기 유효 강성 제어용 전극 사이에 발생하는 전기력이 선형적으로 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  12. 지지단(111)에 일 단부가 지지된 탄성 부재(112);
    상기 탄성 부재(112)의 탄성력에 의해 진동 운동하는 관성체(113);
    상기 관성체(113)를 가진시키거나 또는 상기 관성체(113)의 진동운동을 검지할 수 있는 가진 수단(114,116);
    상기 관성체(113)의 일측에 핑거의 형태로 형성된 이동 전극(117) ;
    상기 이동 전극(117) 사이에 삽입될 수 있도록 핑거의 형태로 형성된 유효 강성 제어용 전극(118); 및,
    상기 이동 전극(117)과 상기 유효 강성 제어용 전극(118) 사이에 전압을 인가할 수 있는 전원 공급 수단(120);을 구비하고,
    상기 이동 전극(117)과 상기 유효 강성 제어용 전극(118) 사이에 발생되는 전기력이 상기 관성체(113)의 변위에 따라 선형적으로 변화하도록 상기 이동 전극(117)과 상기 유효 강성 제어용 전극(118)은 핑거형으로서 상기 관성체의 진동 운동에 따라 상호 삽입될 수 있으며, 상기 유효 강성 제어용 전극(118)은 일단으로부터 x1의 길이로 연장된 곡선부와 곡선부의 종료 지점으로부터 전극 단부까지 연장된 직선부를 지니고, 상기 이동 전극(117)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(118)의 직선부까지의 거리를 s0, 상기 일단에서 상기 이동 전극(117)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극(118)까지의 거리를 s1이라 할때, 상기 관성체(113)의 변위 x와 상기 이동 전극(117)으로부터 상기 유효 강성 제어용 전극까지의 거리 s가의 식이 성립되도록 상기 유효 강성 제어용 전극(118)이 형성된 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  13. 지지단(31)에 일 단부가 지지된 탄성 부재(139);
    상기 탄성 부재(139)의 탄성력에 의해 진동 운동하는 평판형 관성체(132);
    상기 관성체(132)를 가진시키거나 또는 상기 관성체(132)의 진동운동을 검지할 수 있는 가진 수단(134,136);
    상기 관성체(132)에 형성된 하나 이상의 슬릿(133);
    상기 평판형 관성체(132)의 평면으로터 수직 방향으로 소정의 거리로 이격되어 상호 평행하게 하나 이상 배치된 평판형의 유효 강성 제어용 전극(137); 및,
    상기 관성체(132)와 상기 유효 강성 제어용 전극(137) 사이에 소정의 전압을 인가할 수 있는 전원 공급 수단(138)을 구비하고,
    상기 관성체(132)와 상기 유효 강성 제어용 전극(137)이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형인 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
  14. 지지단(151)에 일 단부가 지지된 탄성 부재(152);
    상기 탄성 부재(152)의 탄성력에 의해 회전 진동 운동하는 원형의 평판 관성체(153);
    상기 관성체(153)를 가진시키거나 또는 상기 관성체(132)의 진동 운동을 검지할 수 있는 가진 수단;
    상기 관성체(153)의 직경 방향으로 형성된 슬릿(154);
    상기 관성체(153)의 평면으로부터 수직 방향으로 소정의 거리로 이격되어 상호 평행하게 하나 이상 배치된 유효 강성 제어용 전극(155)을 구비하고,
    상기 슬릿(154)과 상기 유효 강성 제어용 전극(155)이 겹쳐지는 부분이 항상 삼각형을 이루는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
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