KR100425776B1 - 마이크로 엑츄에이터 - Google Patents

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    • G02B6/3584—Mechanical details of the actuation mechanism associated with the moving element or mounting mechanism details constructional details of an associated actuator having a MEMS construction, i.e. constructed using semiconductor technology such as etching

Abstract

본 발명은 마이크로 엑츄에이터에 관한 것으로, 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과; 상기 제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과; 상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 구동부(130)와; 상기 구동부(130)의 양측에 형성되며, 상기 기판(200)에 고정된 제 1과 2 전극들(121,122)로 구성된다.
따라서, 본 발명은 부품을 단순화하여 제조공정을 간단히 하고, 제조 경비를 줄일 수 있으며, 정밀하게 구동시킬 수 있어, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 발생한다.

Description

마이크로 엑츄에이터{Micro actuator}
본 발명은 마이크로 엑츄에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극사이에 유전율이 큰 구동부를 구비하여, 인가된 전압으로 발생되는 위치에너지의 차를 이용하여 이동 변위를 발생시킴으로써, 부품을 단순화하여 제조공정을 간단히 하고, 제조 경비를 줄일 수 있으며, 정밀하게 구동시킬 수 있어, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 마이크로 엑츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로 엑츄에이터(Micro actuator)는 마이크로전자기계식 시스템들(Micro Electro Mechanical System, MEMS)의 일종으로 변위에 의하여 저장 매체인 미디엄(Medium)에 정보를 기록하거나, 저장 매체에 기록된 정보를 판독을 수행할 수 있다.
그리고, 마이크로 엑츄에이터의 선단에는 광학 미러 또는 마이크로 그리퍼(Gripper)가 형성되어, X,Y 방향으로 구동되는 마이크로 엑츄에이터에 의해서, 광 반사 및 부품을 잡고 조작할 수 있게 되어 정보통신 및 의료 산업의 핵심 구동장치로 이용되고 있다.
이러한, 마이크로 엑츄에이터는 프로젝션 텔레비전의 화상표시장치, 스캐너, 복사기 및 팩시밀리 등에 적용되고 있으며, 특히, 최근에는 광통신이 빠르게 발전되면서, 하나의 광파이버로부터 다른 광파이버로 광을 스위칭하는 광 스위치에 응용되고 있다.
도 1은 일반적인 마이크로 엑츄에이터로 광을 스위칭하는 구성도로써, 마이크로 엑츄에이터(25)가 동작되지 않은 상태에서는 마이크로 엑츄에이터(25)에 연결된 미러(26)는 제 1 광을 반사하여, 제 1 광섬유(27)로 전송한다.
그러나, 마이크로 엑츄에이터(25)가 동작되어, 미러(26)가 전진 이동한 경우에는, 미러(26)는 제 2 광을 반사하여, 제 2 광섬유(28)로 전송하게 되므로, 마이크로 엑츄에이터의 이동 변위로 광을 선택적으로 반사시켜 전송시킬 수 있게 된다.
도 2는 종래의 마이크로 엑츄에이터로 광을 스위칭하는 구성도로써, 제 1 엑츄에이터(41)는 구동되질 않아서, 제 3 광섬유(51)의 광이 제 4 광섬유(52)로 전달되고, 제 2 엑츄에이터(42)는 구동되어 제 5 광섬유(53)에서 제 6 광섬유(54)로 전달되는 광을 차단 및 반사시켜, 제 7 광섬유(55)로 전송함으로써, 광 스위칭 역할을 수행한다.
그런데, 종래의 마이크로 엑츄에이터는 복잡한 부품 결합으로 제조공정이 복잡할 뿐만 아니라, 이 복잡한 부품에 의하여 일정한 변위가 발생되지 않아, 정밀하게 구동시킬 수 없는 단점이 있었다.
이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전극사이에 유전율이 큰 구동부를 구비하여, 인가된 전압으로 발생되는 위치에너지의 차를 이용하여 이동 변위를 발생시킴으로써, 부품을 단순화하여 제조공정을 간단히 하고, 제조 경비를 줄일 수 있으며, 정밀하게 구동시킬 수 있어, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 마이크로 엑츄에이터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 양태(樣態)는, 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과;
상기 제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과;
상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 구동부(130)와;
상기 구동부(130)의 양측에 형성되며, 상기 기판(200)에 고정된 제 1과 2 전극들(121,122)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 엑츄에이터가 제공된다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 다른 양태(樣態)는, 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과; 상기제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과;
상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 전극들(121,122)과;
상기 제 1과 2 전극들(121,122) 사이에 위치되어, 기판(200)에 고정되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 고정부(140)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 엑츄에이터가 제공된다.
도 1은 일반적인 마이크로 엑츄에이터로 광을 스위칭하는 구성도이다.
도 2는 종래의 마이크로 엑츄에이터로 광을 스위칭하는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 강유전체를 이용한 마이크로 엑츄에이터의 평면도이다.
도 4는 도 3의 마이크로 엑츄에이터가 구동되는 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 한 쌍의 전극들 사이에 구동부가 형성된 개략적인 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 강유전체를 이용한 마이크로 엑츄에이터의 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 강유전체를 이용한 마이크로 엑츄에이터의 개략적인 평면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
25,41,42 : 마이크로 엑츄에이터 26 : 미러
27 : 제 1 광섬유 28 : 제 2 광섬유
51 : 제 3 광섬유 52 : 제 4 광섬유
53 : 제 5 광섬유 54 : 제 6 광섬유
55 : 제 7 광섬유 101,102 : 제 1, 2 지지부
111,112 : 제 1, 2 탄성부 121,122 : 제 1, 2 전극
130 : 구동부 140 : 고정부
141,142 : 제 1, 2 유전막 150 : 전원
200 : 기판
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 강유전체를 이용한 마이크로 엑츄에이터의 평면도로써, 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과; 상기 제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과; 상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 구동부(130)와; 상기 구동부(130)의 양측에 형성되며, 상기 기판(200)에 고정된 제 1과 2 전극들(121,122)로 구성된다.
이렇게 구성된 마이크로 엑츄에이터는 전원(150)에서 상기 제 1과 2 전극들(121,122)로 전압이 인가되면, 상기 제 1과 2 전극들(121,122)의 사이에 구동부(130)가 존재하지 않는 영역(131)의 진공 유전율(??0)보다 큰 유전율(K)을 갖는 구동부(130)에는 하기 (1)식에 의하여, 힘(Fx)이 발생하게되고, 구동부(130)는 발생된 힘(Fx)에 의하여 X방향(제 1과 2 전극들의 외측방향)으로 이동하게 된다.
따라서, 본 발명의 마이크로 엑츄에이터는 이동 변위를 발생시키는 구동기 역할을 수행한다.
Fx= 1/2(K-1)??0x (h/d)V2----------------- (1)
여기서, 도 5를 참조하여, h는 구동부(130)의 높이이고, d는 구동부의 두께, 즉, 전극과 전극 사이 거리(구동부와 전극 사이의 공차를 제외한 전극과 전극 사이 거리)이다.
그리고, 제 1과 2 전극들(121,122)에 전압의 인가를 중지하면, 상기 구동부(130)는 제 1과 2 탄성부들(111,112)의 복원력에 의해 최초의 위치로 돌아온다.
따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 구동부(130)의 선단에 미러(150)를 장착하면, 구동부(130)의 변위로 인하여, 미러(150) 역시, 변위(a)가 발생되므로, 광 스위치의 역할을 수행하게 된다.
이러한 구동부에서 이동 변위가 발생되는 원리는, 전압이 인가된 상태에서 유전체가 전극 사이에 많이 들어와 있는 것이 전극 사이에 조금 들어와 있는 것보다 위치에너지가 높기 때문에 바깥쪽으로 유전체가 밀려나는 힘을 받게 됨으로써,구동부에서 이동 변위가 발생된다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 강유전체를 이용한 마이크로 엑츄에이터의 개략적인 평면도로써, 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과; 상기 제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과; 상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 전극들(121,122)과; 상기 제 1과 2 전극들(121,122) 사이에 위치되어, 기판(200)에 고정되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 고정부(140)로 구성된다.
이렇게 구성된 제 2 실시예에서는, 제 1과 2 전극들(121,122)에 전압이 인가되면, 고정부(140)의 유전율로 인하여, 제 1과 2 전극들(121,122)은 위치에너지가 변화되어 Y방향으로 이동하게 된다.
따라서, 제 1과 2 전극들(121,122)은 마이크로 엑츄에이터의 구동기의 역할을 수행하게 된다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 강유전체를 이용한 마이크로 엑츄에이터의 개략적인 평면도로써, 제 2 실시예와는 구성이 동일하나, 제 1과 2 전극들(121,122) 사이에 있는 고정부(140)의 일부를 유전율이 상대적으로 큰 제 1 유전막(141)으로 구성하고, 상기 제 1 유전막(141)이 형성된 일부를 제외한 나머지 부분을 상기 제 1 유전막(141)보다 유전율이 작은 제 2 유전막(142)으로 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 실시예에서도, 제 2 실시예와 동일하게 상기 제 1과 2 전극들(121,122)에 전압이 인가되면, 상기 제 1과 2 전극들(121,122)이 Y방향으로 이동하는 변위가 발생한다.
물론, 본 발명의 제 1 실시예의 도 3의 구동부(130)에도 유전율이 큰 유전막과 작은 유전막이 결합하여 일체로 형성하여 적용시킬 수 있다.
이상 전술된 본 발명의 마이크로 엑츄에이터는 인가되는 전압을 세분화하여, 구동부 또는 전극들의 이동변위를 정밀하게 측정하여 데이터 베이스화함으로써, 이 데이터 베이스를 이용하여 마이크로 엑츄에이터의 이동 변위를 제어할 수 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 부품을 단순화시켜 제조공정을 간단히 하여, 제조 경비를 줄일 수 있으며, 정밀하게 구동시킬 수 있어, 소자의 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (4)

  1. 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과; 상기 제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과;
    상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 구동부(130)와;
    상기 구동부(130)의 양측에 형성되며, 상기 기판(200)에 고정된 제 1과 2 전극들(121,122)로 구성된 것을 특징으로 마이크로 엑츄에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부(130)는 유전율이 큰 유전막과 작은 유전막이 결합되어 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 엑츄에이터.
  3. 상호 일정거리 이격되어 기판(200)에 고정된 제 1과 2 지지부들(101,102)과; 상기 제 1과 2 지지부들(101,102)에 각각 연결되며, 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 탄성부들(111,112)과;
    상기 제 1과 2 탄성부들(111,112)에 각각 연결되어 기판(200)으로부터 부상된 제 1과 2 전극들(121,122)과;
    상기 제 1과 2 전극들(121,122) 사이에 위치되어, 기판(200)에 고정되고, 진공 유전율보다 큰 유전율을 갖는 고정부(140)로 구성된 것을 특징으로 하는 마이크로 엑츄에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부(130)는 유전율이 큰 유전막과 작은 유전막이 결합되어 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로 엑츄에이터.
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