KR20060041805A

KR20060041805A - 정전형 액츄에이터

Info

Publication number: KR20060041805A
Application number: KR1020050011173A
Authority: KR
Inventors: 마사야 타무라
Original assignee: 가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
Priority date: 2004-02-13
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-05-12
Also published as: KR100699140B1; US20050179338A1; EP1564878A2; JP2005227591A; EP1564878A3

Abstract

정전형 액츄에이터는 실질적으로 U자 형태인 지지빔이 배열되는 기판을 포함하여 가동체가 Y축 방향에서 변위 가능하게 한다. 그리고, 가동체는 전극 사이에서 정전력에 의해 초기 위치에서 전환 위치로 변위된다. 가동체가 초기 위치에 있을 때, 지지빔은 지지빔의 암부가 서로 비평행이 되게 배열되고, 가동체가 전환 위치 근방에서 크게 변위될 때, 암부는 서로 실질적으로 평행하도록 X축 방향으로 연장된다. 따라서, 지지빔의 X축 방향에서 탄성 상수가 증가되기 때문에, 가동체가 변위되고 일탈로 인한 단락이 방지될 때, 횡방향 위치 이탈이 일어나고, 그 결과 가동체는 안정적으로 크게 변위된다．

정전형 액츄에이터, 가동체, 광스위치 장치, 정전력, 암, 봉상체, 탄성, 전극, 지지빔

Description

정전형 액츄에이터 {Electrostatic actuator}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 광스위치(switch) 장치를 나타내는 정면도이다.

도 2는 광스위치 장치를 도 １의 선 Ⅱ-Ⅱ방향에서 도시한 종단면도이다.

도 3은 도 １의 지지빔 등을 나타내는 부분 확대도이다.

도 4는 가동체와 미러(mirror)부가 초기 위치에서 전환 위치로 구동된 상태를 나타내는 스위치 장치의 정면도이다.

도 5는 가동체가 전환 위치에서 변위한 것에 의해 지지빔이 휨 변형한 상태를 나타내는 도 ４의 부분 확대도이다.

도 6은 가동체의 변위량과 지지빔의 용수철 상수의 비율 관계를 나타내는 특성 선도이다.

도 7은 비교예의 정전형 액츄에이터를 도 ３과 동일한 위치에서 도시한 부분 확대도이다.

도 8은 본 발명의 제 ２ 실시예에 따른 광스위치 장치를 도 ３과 동일한 위치에서 도시한 부분 확대도이다

도 9는 도 ８의 지지빔이 휨 변형한 상태를 나타내는 부분 확대도이다.

도 10은 본 발명의 제 ３ 실시예에 따른 광스위치 장치를 나타내는 정면도이 다.

도 11은 본 발명의 제 3 실시예의 가동체와 미러부가 초기 위치에서 전환 위치로 구동된 상태를 도시한 정면도이다.

도 12는 본 발명의 변형예에 따른 광스위치 장치를 도 3과 동일한 위치에서 도시한 부분 확대도이다.

본 발명은，예를 들면 기판상에 배치한 가동체를 전극간의 정전력에 의해 구동하는데 적합하게 사용되는 정전형 액츄에이터(actuator)에 관한 것이다. 일반적으로，정전형 액츄에이터는，예를 들면 광스위치(switch), 빛 셔터(shutter), 빛 감쇠기(attenuator) 등의 광통신용 부품이나, 각속도 센서(sensor), 공진기등에 사용되고 있다(예를 들면, 미국 특허 6,229,640호 참조).

이런 종류의 종래 기술에 의한 정전형 액츄에이터는, 저저항 실리콘 재료에 에칭(etching) 가공을 행하여 형성되고, 기판과 그 기판상에 간극을 두고 배치된 봉상의 가동체와 기판과 가동체의 사이에 휨 변형이 가능하게 설치된 복수의 지지빔 및 가동체를 정전력에 의하여 Ｙ축 방향으로 구동한 구동부를 따라 구성된다.

여기에서, 가동체는 서로 직교한 Ｘ축, Ｙ축 방향 중 Ｙ축 방향으로 연장된 형태를 이루고 있다．또한, 각 지지빔은 탄성력 있는 가늘고 긴 봉상체로 형성되고, 가동체의 Ｘ축 방향의 양측에 배치되어 있다．그리고, 지지빔은 그 일단측의 기판에 접속되고, 타단측이 가동체에 접속됨과 동시에 가동체를 기판에서 이격된 상태에서 Ｙ축 방향으로 변위 가능하게 지지한다.

또한, 구동부는 기판에 설치된 빗형 고정 전극과 가동체에 설치되고, 그 고정 전극과 Ｘ축 방향으로 간격을 두고 결합된 빗형 가동 전극을 따라 구성된다．그리고, 고정 전극과 가동 전극과의 사이에 전압을 인가하지 않을 때, 가동체가 자유 상태(비변형상태)인 지지빔에 의하여 초기 위치로 유지된다．또한, 고정 전극과 가동 전극과의 사이에 전압을 인가할 때, 이러한 전극간에 정전력이 발생하고, 각 지지빔이 휨 변형하는 것에 의해, 가동체가 Ｙ축 방향으로 변위하여 소정의 전환 위치까지 구동된다．

이것으로 광스위치 등에 적용된 정전형 액츄에이터에서 가동체에 형성된 다른 적합한 장치와 미러부는 초기 위치와 전환 위치 사이에서 변위되고, 광로(optical path)는 광로의 안쪽과 바깥쪽으로 미러부를 가동함으로써 스위칭된다.

그런데 종래 기술에서, 가동체가 초기 위치와 전환 위치의 사이에서 변위한 때의 변위량을 가능한한 크게 설정하고, 정전형 액츄에이터가 적용된 장치의 성능이나 신뢰성을 높일 필요가 있다．즉, 광스위치등에 있어서 가동체(거울부)를 광의 구경보다 크게 변위시키고 전환 동작을 확실하게 행할 필요가 있기 때문에 가동체의 변위량을, 예를 들어 ５０μｍ 이상의 큰 값으로 설정해야 할 필요가 있다.

그러나, 단지 가동체의 변위량을 크게 하는 경우에, 가동체가 변위할 때, 변위 방향과 수직 횡방향(Ｘ축 방향)에 대한 위치 이탈과 치우침 등이 생기기 쉽고, 액츄에이터의 동작이 불안정하게 된다．이 때문에, 종래 기술에서 가동체의 변위량을 증대시키는 것은 한계가 있고, 액츄에이터의 신뢰성을 유지하면서 충분한 변위량을 실현하는 것이 어렵다．

특히, 구동부로서 빗형 전극을 이용하는 경우 고정측과 가동측의 전극이 미소 간격을 두고 결합하게 된다. 이와 같은 액츄에이터에서 가동체가 횡방향에서 약간 위치를 이탈하는 것으로도 고정측과 가동측의 전극이 접촉하여 단락하고, 가동체의 변위량을 무리하게 크게 설정하면 액츄에이터가 작동 불량으로 될 우려가 있다．

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 감안하여 이루어진 것으로서 본 발명의 목적은 가동체를 크고 안정적으로 변위시킬 수 있고, 그 횡방향의 위치 이탈 등을 방지할 수 있고, 가동체의 변위량을 충분히 확보하면서 신뢰성을 향상할 수 있도록 한 정전형 액츄에이터를 제공하는 것에 있다．

본 발명은 기판, X축 방향에 수직인 Y축 방향에서 가동하는 기판에 설치된 가동체, 휨 변형으로써 기판과 가동체 사이에 구성된 복수의 지지빔, 가동체를 지지하고 가동체의 X축 방향에서 양면에 위치해서 가동체가 Y축 방향으로 변위 가능한 지지빔 및 정전력으로 Y축 방향에 가동체를 구동함으로써 초기 위치에서 전환 위치로 가동체를 변위시키는 구동 수단(driver)을 구비한 정전형 액츄에이터를 제공한다.

각 지지빔은 실질적으로 U자 형태가 됨으로써 휘어지는 암부에 연결되기 위 한 연결부와 Y축 방향 사이의 공간을 가지고, X축 방향으로 연장함으로써 배열된 두개의 암부를 구성한다. 각 지지빔의 암부는, 가동체가 초기 위치에 있을 때, X축 방향으로 비평형이 되고, 가동체가 전환 위치쪽으로 가동될 때, 실질적으로 평행하게 연장한다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 지지빔의 각 암부는 Y축 방향에서 그 사이의 공간을 가지고, X축 방향으로 연장하는 복수의 봉상체를 구성한다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 연결부의 X축 방향의 너비 값은 각 암부의 Y축 방향의 너비 값보다 더 크게 구성된다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 연결부의 X축 방향의 너비 값은 각 봉상체의 Y축 방향의 너비 값보다 더 크게 구성된다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 지지빔의 암부는 일단측은 기판에 접속되고 타단측이 연결부에 접속되는 기판측 암부 및 Y축 방향에서 기판면 암부로부터 떨어진 위치에서 일단측은 기판에 접속되고 타단측이 연결부에 접속되는 가동체측 암부를 구성한다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 구동 수단은 빗 형태로 X축 방향에서 그 사이의 공간을 갖고 Y축 방향으로 연장된 복수의 전극판 및 가동체가 제공되고 고정 전극의 전극판으로 결합된 복수의 전극판으로 구성된 가동전극을 구성하고, 전극판은 고정 전극과 가동 전극 사이에서 정전력의 발생과 빗 형태로 구성된다.

여기에서, 본 발명의 실시예에 따른 정전형 액츄에이터는 도면을 참조하여 자세히 하기될 것이다.

도 1 내지 도 6은, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 정전형 액츄에이터를 광스위치 장치로 사용된 경우를 보여준다.

도면에서, 참조번호 １은 광스위치 장치, 참조번호 ２는 광스위치 장치(１)의 베이스(base)로 된 기판을 나타낸다. 예를 들어, 기판(２)은 밀리미터(mm)정도의 사각형 크기를 갖고 각각 직교하는 X축과 Y축으로 수평하게 연장된 유리판으로 만들어진다.

하기 되어질 기판(２)의 윗면에 있는 가동체(3), 미러부(4), 지지빔 고정부(5), 지지빔(6), 고정 전극(10), 가동 전극(11) 및 다른 요소들은 에칭 가공을 위한 낮은 저항을 갖는 실리콘 재료로 형성된다.

참조번호 3은 도 1과 2에 도시된 기판(2)에 제공된 가동체를 나타내고, 가동체(3)은 좁고 긴 봉 형태로 형성되고, Y축 방향으로 연장된다. 또한, 가동체(3)는 지지빔(6)으로 지지되어서, 가동체(3)는 Y축 방향에 배치 가능하게 되고, 미러부(4)와 가동체(11)와 함께 기판(2)에서 떨어진 곳에 유지된다.

참조번호 4는 가동체(3)의 끝에 제공된 미러부를 나타내고, 미러부(4)는 하기될 광학 장치(12)의 광로를 거쳐 진퇴함으로써 배치된다. 광로는 변화되어서, 발광부(12A, 12B)로부터 발사된 빛이 반사되거나 통과된다. 또한, 미러부(4)의 표면은 거울이 되어서, 금속막이 도금, 증발, 스퍼터링(sputtering) 또는 다른 안정된 방법으로 형성된다.

도 1에 도시한 바와 같이, 고정 전극(10)과 가동 전극(11) 사이에 전압이 인 가되지 않을 때, 미러부(4)는 지지빔(6)의 탄성력으로 초기 위치에서 가동체(3)과 함께 유지된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 고정 전극(10)과 가동 전극(11) 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 가동체(3)는 고정 전극(10)과 가동 전극(11) 사이의 정전력으로 Y축 방향으로 가동된다. 따라서, 가동체(3), 미러부(4) 및 가동 전극(11)은 초기 위치에서 전환 위치로 변위되고, 광학 장치(12)의 광로는 미러부(4)로 전환된다. 이 경우에, 가동체(3)가 초기 위치와 전환 위치 사이에서 변위되는 변위량이 최대 변위량 L이 될 때, 최대 변위량 L은 약 60μm로 설정된다.

참조번호 ５는 기판(２)위에 돌출된 ４개의 지지빔 고정부를 나타낸다. 두 지지빔 고정부(5)는 가동체(3)의 X축 방향으로 각 면에 배치되고, Y축 방향으로 각 면에 또한 구분된다. 하기될 지지빔(6)의 기판측 암부(7)는 지지빔 고정부(5)에 접속된다.

참조번호 6은 4개의 기판(2)과 가동체(3) 사이에서 휨 변형 가능하게 설치된 지지빔을 나타낸다. 두 지지빔(6)은 서로 대칭인 위치에서 가동체(3)의 X축 방향에서 각 면에 배치된다. 지지빔은 또한 서로 구별되고 이 위치에서 가동체(3)를 지지하는 Y축 방향의 두 면에 배치되어서, 가동체(3)는 Y축 방향으로 변위될 수 있다.

여기에서, 각 지지빔(6)은 실질적으로 U자 형태(직사각형)가 되고, X축 방향으로 연장되고 Y축 방향에서 서로 구분되어 배치되는 기판측 암부(7)와 가동체측 암부(8) 및 이 암부(7, 8)에 접속된 연결부(9)를 포함함으로써 휘어지는 가늘고 긴 봉상체이다.

이 경우에, 기판측 암부(７)의 일단측은 지지빔 고정부(５)를 통해 기판(２)에 접속되고, 타단측은 연결부(９)에 접속된다．또한, 가동체측 암부(８)의 일단측은 가동체(３)에 접속되고, 타단측은 기판측 암부(７)로부터 Ｙ축 방향에서 구분된 위치에서 연결부(９)에 접속된다．연결부(９)는 실질적으로 직사각형이고, 암부(７, ８)의 타단측에 배치되어, Ｙ축 방향으로 연장된다.

도 ３에 도시된 바와 같이, 가동체(3)가 초기 위치에 있을 때, 지지빔(6)은 휨 변형이 되지 않는 자유 상태로 유지되고, 그런 자유 상태에서, 암부(7, 8)의 타단측은 실질적으로 닫힌 U자 형태가 된다. 이 때, 암부(７, 8)는 Ｘ축 방향으로 연장되고 Ｙ축 방향으로 기울어진다. 암부(7, 8)는 타단측(연결부측;9)보다 Ｘ축 방향에서 일단측(가동체측;3)에서 서로 더 가까워지고, 서로 비평행하게 된다. 즉, 일단측에서 암부(７, ８) 사이의 Ｙ축 방향으로의 거리 d는 타단측에서 거리 D보다 더 짧다(Ｄ＞ｄ).

또한, 도５에 도시된 바와 같이, 가동체(３)가 전환 위치로 가동될 때, 지지빔(6)은 Ｙ축 방향으로 휨 변형하여서 암부(７, ８)는 일단측에서 열리게됨으로써 변위된다．가동체(３)가 전환 위치로 가까워짐으로써 크게 변위될 때, 암부(７, ８)는 연장되어서 가동체(３)의 변위 방향(Ｙ축 방향)에 실질적으로 수직하는 횡방향(Ｘ축 방향)에서 서로 실질적으로 평행이 된다．

이 결과, 지지빔(６)에서, Ｘ축 방향의 탄성 상수 kx와 Ｙ축 방향의 탄성 상수 ky의 비율(kx/ky)이 증가하고, 지지빔(６)의 횡방향(X축 방향)에서 강성이 증가한다. 이 방법으로, 본 실시예에서, 심지어 가동체(３)이 크게 변위하더라도, 횡방 향의 위치 이탈의 발생은 지지빔(６)으로 방지할 수 있고, 따라서 가동체(３)의 최대 변위량 Ｌ을 충분히 큰 값으로 설정할 수 있다．

다음에, 가동체(３)의 구동 수단이 기술된다. 참조번호 10은 기판(２)에 설치된 ３개의 고정 전극을 나타낸다. 도 １에 도시된 바와 같이, 각 고정 전극(10)은 빗형 전극으로 형성되고, 고정 전극(10)은 가동체(３)를 사이에 끼움으로써 배치되고, Ｘ축 방향의 두 면에 대칭된다. 또한, Y축 방향에서 구분된 고정 전극(10)은 두 위치에 배치된다. 각 고정 전극(10)은 Ｘ축 방향에서 그 사이 공간을 가지고 Ｙ축 방향으로 연장되는 복수의 전극판(10Ａ)를 포함한다.

참조번호 11은 가동체(３)에서 고정 전극(10)에 대향한 위치에 제공된 ３개의 가동 전극을 나타낸다. 각 가동 전극(11)은 고정 전극(10)과 함께 구동 수단을 구성하고, 고정 전극(10)의 전극판(10Ａ)과 결합한 복수의 전극판(11Ａ)를 포함한다．

고정 전극(10)과 가동 전극(11)사이에 전압이 인가될 때, Y축 방향에서 정전력은 전극판(10A, 11A)의 사이에서 발생된다. Ｙ축 방향의 두 위치에서 가동체(3)의 두 면으로부터 가동체(3)에 정전력을 부가함으로써, 가동체(３)는 초기 위치에서 전환 위치로 잘 변위된다.

참조번호 12는 기판(２)에 설치된 광학 장치를 나타내고, 그 광학 장치(12)는 발광부(12A, 12B)와 광파이버(optical fiber;도시하지 않음)에 연결된 수광부(12C, 12D)를 포함한다. 가동체(３)가 초기 위치에 있을 때, 광로는 미러부(4)를 통해서 발광부(12A)와 수광부(12C)의 사이 및 발광부(12B)와 수광부(12D)의 사이에 각각 설치된다．또한, 가동체(３)가 전환 위치에 있을 때, 광로는 미러부(４)의 외측에서 발광부(12A)와 수광부(12D)의 사이 및 발광부(12B)와 수광부(12C)의 사이에 각각 광로가 각각 설치되고, 따라서 광로가 전환된다．

본 실시예에 따라서 광스위치 장치(１)는 상기 기술된 구조를 갖고, 다음에 그 작동에 관하여 하기한다．

먼저, 고정 전극(10)과 가동 전극(11)의 사이에 전압을 인가할 때, 이 사이에 발생되는 정전력은 Y축 방향으로 지지빔(6)의 탄성력에 대향하여 가동체(3)를 구동한다. 따라서, 각 지지빔이 휨 변형하는 동안 가동체(3)가 초기 위치에서 전환 위치로 변위되기 때문에, 미러부(４)는 광학 장치(12)의 광로로부터 역류하고, 광로는 전환된다. 또한, 전압 인가가 정지될때, 가동체(３)는 지지빔(6)의 탄성력으로 초기 위치로 복귀하고, 그 결과 미러부(４)는 광로로 가동되고, 광로는 초기 상태로 복귀한다．

이제, 도 ６을 참조하여, 가동체(３)의 변위량과 지지빔(６)의 형태와의 관계가 기술된다.

먼저, 가동체(3)가 빗형 전극(10, 11)으로 가동될 때, 변위 방향에서 정전력 뿐만 아니라, 전극판(10A, 11A)의 수치 에러 및 다른 요소로 야기된 횡방향에서 정전력도 가동체(３)에 적용된다. 특히, 가동체(３)의 변위량을 증가하기 위해서, 전극(10, 11) 사이에 인가한 전압이 증가할 때, 횡방향에서 정전력은 증가하고, 지지빔(6)의 X축 방향에서 탄성력에 비교하여 무시할 수 없게 된다. 이 결과로, 가동체(３)가 횡방향에서 위치 이탈할 때, 전극판(10A, 11A)은 서로 접촉되고 단락되며, 가동체(3)은 변위가 불가능하게 된다．

이와 같은 상태를 피하기 위해서, 본 실시예에서, 가동체(３)가 초기 위치에 있을 때, 지지빔(６)의 암부(７, ８)는 비평행 상태가 되고, 가동체(３)가 전환 위치로 될 때, 서로 실질적으로 평행하게 됨으로써 암부(7, 8)가 구성된다．이 구성으로, Y축 방향에서 탄성 상수 ky와 지지빔(６)의 Ｘ축 방향의 탄성 상수 kx의 비율(kx/ky)은 가동체(３)의 Ｙ축 방향의 변위량ｙ에 따라서 도６의 실선으로 나타내는 특성 선(13)을 따라 변화한다.

이 방법으로 본 실시예에서, 가동체(３)가 더 변위될수록 암부(7, 8)는 변위 방향에 더 수직인 상태로 된다. 따라서, 가동체(３)가 0에서 약60μｍ의 긴 거리에 걸쳐 변위될 때, 횡방향 이탈은 증가된 강성으로 최소화된다.

이 때문에, 횡방향에서 여분의 정전력이 증가하더라도，지지빔(６)의 탄성 상수 kx는 증가되고, 횡방향의 강성도 증가된다. 따라서 지지빔(６)이 가동체(３)의 변위 방향에서 원활히 휨 변형하는 동안, 횡방향 위치 이탈은 증가된 강성으로 최소화된다．

다음에, 도 ７을 참조하여, 정전형 액츄에이터(100)는 본 실시예와 비교한 비교예이다. 이 경우, 가동체(101)가 초기 위치에 있을 때, 도 ７의 실선으로 나타나는 것과 같이, 암부(103, 104)가 변형되지 않는 실질적으로 U자 형태로 유지되고, 가동체(101)가 변위될 때, 점선으로 나타난 것과 같이, 암부(103, 104)는 휨 변형하여서 암부(103, 104)가 열리게된다. 이 비교예에서, 가동체(101)의 변위량과 지지빔(102)의 탄성 상수의 비율 관계는 도 ６의 점선으로 나타나는 특성 선(14)로 도시된다.

이 특성 선(14)으로부터 종래 기술(미국 특허 No. 6,229,640)과 비슷하게 가동체(101)가 더 변위할수록, 지지빔(102)은 더 기울어지고, 지지빔(102)의 탄성 상수의 비율(kx/ky)은 감소한다．따라서, 비교예의 구성에서, 20에서 약30μｍ 정도의 변위량이라도 가동체(101)는 횡방향의 위치 이탈 때문에 변위가 불가능하게될 것이다.

대조적으로, 본 실시예에서, 특성 선(13)의 피크（peak）치로부터 알 수 있듯이, 가동체(３)의 최대 변위량 Ｌ이 약 60μｍ 정도로 크게 되더라도, 변위량 y가 0에서 60μm로 변화할 때, 충분히 크게 되어 지지빔(６)의 탄성 상수의 비율(kx/ky)이 유지되고, 가동체(３)를 안정적으로 구동할 수 있는 것을 확인할 수 있다.

본 실시예에 따라서, 가동체(３)가 초기 위치에 있을 때, 지지빔(６)의 암부(７, ８)는 비평행으로 유지되고, 가동체(３)가 전환 위치로 구동될 때, 암부(７, ８)는 서로 실질적으로 평행하게 연장된다．

이 방법으로, 가동체(３)가 초기 위치의 근방에 있을 때, 전극(10, 11)의 전극판(10A, 11A)의 대향 면적과 가동체(３)에 부가된 횡방향 정전력이 비교적 작기때문에, 비록 지지빔(６)의 암부(７, ８)이 비평행이더라도 가동체(3)는 Ｙ축 방향으로 안정적으로 구동될 수 있다．

또한, 가동체(３)가 전환 위치의 근방까지 크게 변위될 때, 암부(7, 8)는 가동체(３)의 변위 방향과 실질적으로 직교한 Ｘ축 방향에 따라 서로 실질적으로 평 행하게 연장되고, 지지빔(６)의 Ｘ축 방향의 탄성 상수 kx는 Ｙ축 방향의 탄성 상수 ky와 비교함으로써 증가된다.

이 결과로써, 가동체(３)의 변위 방향으로 원활히 휨 변형이 이루어지는 동안, 지지빔(6)은 증가된 강성때문에 가동체(３)의 횡방향의 위치 이탈을 최소화한다．이 경우에, 가동체(3)는 Y축 방향의 위치에서 ４ 개의 지지빔(６)과 Ｘ축 방향의 두 면으로 잘 지지되고, 가동체(３)는 보다 안정된 방법으로 직선적으로 구동된다.

따라서, 가동체(３)의 최대 변위량 Ｌ을 크게 설정하더라도, 가동체(3)는 초기 위치와 전환 위치의 사이에서 안정적으로 변위되고, 가동체(３)의 충분한 변위량이 확보되는 동안, 신뢰성이 높은 광스위치 장치(１)가 실현된다．

또한, 빗형 고정 전극(10)과 가동 전극(11)이 구동 장치를 설명하기 때문에, 전극(10, 11)의 크기는, 전극들 사이의 충분한 대향 면적을 유지하는 동안, 감소될 수 있고, 그 결과로 가동체(３)는 지지빔(6)으로 제한되고, 미소한 간격으로 서로 대향한 전극(10, 11)사이의 단락을 피하게된다.

다음에, 도 ８ 및 ９는 본 발명의 제２ 실시예를 도시한다. 본 실시예는 복수의 봉상체로 구성된 지지빔의 암부를 포함한다. 또한, 본 실시예에서, 제 １ 실시예와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 붙이고, 그 설명은 생략된다.

참조번호 21은 광스위치 장치를 나타낸다. 광스위치 장치(21)는 기판(２), 가동체(3), 지지빔 고정부(５), 가동 전극(11), 하기될 지지빔(22), 미러부, 고정 전극(도시하지 않음) 등을 포함한다．

참조번호 22는 가동체(３)를 지지하는 ４ 개의 지지빔을 나타내고, 가동체(3)는 Y축 방향으로 변위될 수 있고, 제 １ 실시예와 실질적으로 마찬가지로, 각 지지빔(22)은 지지빔 고정부(５)에 접속된 일단측을 포함하는 암부(23), 가동체(3)에 접속된 타단측을 포함하는 암부(24) 및 두 암부(23, 24)를 연결하는 연결부(25)를 포함한다．

기판측 암부(23)는 ２개의 봉상체(23A)를 포함한다. 가늘고 긴 봉상체(23Ａ)는 축 방향으로 연장하고, Ｙ축 방향과 Y축 방향에서 너비 W1의 사이 공간을 갖는다. 그리고, 봉상체(23Ａ)의 일단측은 지지빔 고정부(5)에서 Y축 방향의 다른 위치에 접속되고, 타단측은 각각 연결부(25)의 다른 위치에 접속된다.

기판측 암부(24)로써 실질적으로 같은 방법으로, 가동체측 암부(24)는 Y축 방향에서 너비 W2를 갖는 두개의 봉상체(24A)를 포함한다.

그리고, 연결부(25)는 지지빔(22)의 X축 방향에서 강성을 증가함으로써 봉상체의 너비값 W1, W2보다 더 큰 너비값 W3을 갖는다(W3>W1, W3>W2).

따라서, 본 실시예에서 또한, 제 1 실시예와 실질적으로 같은 작용 효과를 얻게된다. 특히 본 실시예에서, 지지빔(22)의 암부(23)는 복수의 봉상체(23Ａ)를 구성하고，암부(24)는 복수의 봉상체(24Ａ)를 구성한다.

따라서, 암부(23)에서, 봉상체(23Ａ)는 Ｙ축 방향과 다른 위치에서 연결부(25)에 접속되고, 연결부(25)는 복수의 위치에서 암부(23)에 접속되기 때문에, 이 연결 포인트에서 강성은 증가된다. 또, 연결부(25)와 암부(24)가 봉상체(24Ａ)에 해당하는 복수의 위치에 접속되기 때문에, 접속 포인트의 강성이 증가된다．

따라서, 지지빔(22)이 휨 변형할 때, 도 ９의 점선으로 도시된 바와 같이, 연결부(25)를 구부러지게하는 변위가 최소화되고, 그 결과, 모든 X축 방향에서 지지빔(22)의 강성이 증가된다.

또한, 연결부(25)의 너비 값 Ｗ3이 암부(23, 24)의 봉상체(23A, 24A)의 너비 값Ｗ1, Ｗ2보다 크기 때문에, 연결부(25)의 강성이 증가되고, 그 탄성은 최소화된다. 이 방법으로, 지지빔(22)이 휨 변형될 때, 연결부(25)는 Ｘ축 방향으로 휨 변형하는 것이 최소화되고, 지지빔(22)의 Ｘ축 방향에서 탄성 상수 kx가 증가된다. 따라서, 가동체(３)의 횡방향 위치 이탈은 신뢰성있고 확실하게 방지된다.

다음에, 도 10 및 11은 본 발명의 제３ 실시예를 도시한다. 본 실시예는 실질적으로 U자 형태가 되고, 가동체(3)가 초기 위치에 있을 때 열리도록 구성된 지지빔이 포함되도록 구성한 것이다. 또한, 본 실시예에서, 제１ 실시예와 동일한 구성 요소에 동일한 부호를 부여하여 그 설명이 생략된다．

참조번호 31은 광스위치 장치를 나타낸다. 제１ 실예와 실질적으로 같은 방법으로, 광스위치 장치(31)는 기판(2), 가동체(3), 미러부(４), 지지빔 고정부(5), 고정 전극(10), 가동 전극(11'), 하기될 지지빔(32) 등으로 구성된다．또한, 광스위치 장치(31)에서, 초기 위치와 전환 위치가 제 １ 실시예와 비교하여 역으로 설정된다. 초기 위치는 제 １의 실시예에서 전환 위치에 해당하고, 전환 위치는 제１ 실시예에서 초기 위치에 해당한다．

참조번호 32는 가동체(３)를 지지하는 4 개의 지지빔을 나타내고, 가동체(3)는 Ｙ축 방향에 변위 가능하게되고, 제１ 실시예와 실질적으로 같은 방법으로 각 지지빔(32)은 지지빔 고정부(５)에 접속된 일단측을 갖는 기판측 암부(33), X축 방향으로 연장하고 Y축 방향에서 기판측 암부(33)으로부터 멀리 떨어진 가동체(３)에 접속된 일단측을 갖는 가동체측 암부(34) 및 두 암부(33, 34)에 접속한 연결부(35)를 포함한다．

그러나, 도 10에 도시된 바와 같이, 가동체(3)가 초기 위치에 있을때, 지지빔(32)은 암부(33, 34)의 일단측이 실질적으로 열린 U자 형태가 되게 구성되어서, 이 때는 자유 상태가 된다．이때, 암부(33, 34)는 서로 비평행이 되어서, 암부(33, 34)는 한 면(연결부측;35)보다 다른 면(가동체측;3)에서 더 크게 구분된다.

또한，도 11에 도시된 바와 같이, 가동체(３)가 전환 위치로 구동될 때, 지지빔(32)은 Ｙ축 방향에서 휨 변형하고, 따라서 암부(33, 34)의 일단측은 서로 더 가까이 변위된다. 그리고, 가동체(３)가 전환 위치의 근방에서 크게 변위될 때, 암부(33, 34)는 X축 방향에서 서로 실질적으로 평행하게 연장된다.

따라서, 본 실시예에서 또한, 제１ 실시예와 실질적으로 동일한 작용 효과를 얻게된다. 특히 본 실시예에서, 가동체(3)가 초기 위치에 있을 때, 지지빔(31)은 암부(33, 34)의 일단측이 열린 U자 형태로 구성되었기 때문에, 지지빔(32)의 휨 변형량이 크게 설정되는 경우에, 암부(33, 34)의 일단측에서 공간은 초기 위치에서 넓어지게 된다. 그리고, 지지빔(32)의 형태가 초기 위치에서 암부(33, 34) 사이에서 간섭을 피하기위해 제한되어지지 않기 때문에, 설계의 자유가 증가된다.

또한, 제１ 실시예에서, 지지빔(６)은 실질적으로 동일한 너비 값을 갖는 암부(７, ８)와 연결부(９)를 포함한다．그러나, 본 발명은 이것에 제한하지 않고 도 12에 도시한 변형예로도 구성된다．

이 경우에서, 지지빔(6')은 제 １ 실시예와 실질적으로 같은 방법으로 기판측 암부(7'), 가동체측 암부(８') 및 연결부(９')를 포함하더라도, 연결부(9')의 X축 방향에서의 너비 값 W6은 암부(７', ８')의 Ｙ축 방향에서 너비 값 Ｗ4, Ｗ5 와 비교하여 더 크다.(Ｗ6＞Ｗ4, Ｗ6＞W5). 이 변형예에서, 제２ 실시예와 실질적으로 같은 방법으로 연결부(９')의 Ｘ축 방향에서 휨 변형하는 것은 최소화되고, 지지빔(６')의 Ｘ축 방향에서 강성은 증가된다．

또한, 각 실시예에서, 지지빔(6, 22, 32)중의 두 가지는 가동체(3)의 X축 방향에서 두 면에 제공된다. 그러나, 본 발명은 이것에 제한되지 않고, 지지빔은 하나 또는 복수의 3개 또는 그 이상의 가동체(３)로써 배열될 수 있다.

또한, 제 2 실시예에서, 지지빔(22)의 암부(23, 24)를 각각 ２개의 봉상체(23A, 24A)를 포함한다．그러나, 본 발명은 이것에 한하지 않고, 지지빔의 암부는 각각 ３개 또는 그 이상의 봉상체를 포함할 수 있다.

또한, 실시예에서, 정전형 액츄에이터가 광스위치 장치(1, 21, 31)로 사용된 경우가 예로써 기술된다．그러나, 본 발명은 이것에 제한하지 않고, 빛 셔터, 빛 감쇠기, 각속도 센서, 공진기 및 다른 적합한 장치를 갖는 다른 광통신용 부품이 사용될 수 있다.

따라서, 본 실시예는 이에 한정되는 것이 아니고, 이하에 기재되는 청구항에 기재된 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 본 고안과 균등한 범위내에서 수정될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라서, 가동체가 초기 위치에서 전환 위치로 변위될 때, 지지빔은 휨 변형된다. 이 경우에서, 가동체가 초기 위치 근방에서 가동될 때, 가동체에 부가된 횡방향(X축 방향)에서 정전력이 비교적 적기 때문에, 지지빔의 암부가 비평행이더라도, 가동체는 Y축 방향으로 안정하게 가동될 수 있다. 또한, 가동체가 크게 변위될 때, 지지빔의 암부는 가동체의 변위 방향(Y축 방향)에 수직인 X축 방향에 따라 실질적으로 평행하게 연장된다. 따라서, 지지빔이 가동체의 변위 방향에 실질적으로 수직이 되기 때문에, 지지빔의 X축 방향에서 탄성 상수는 Y축 방향에서 탄성 상수와 비교해서 증가된다.

이 결과로써, 가동체가 크게 변위될 때, 심지어 비대칭 정전력이 횡방향（Ｘ축 방향）으로 증가되더라도, 지지빔의 횡방향에서 강성은 증가된다. 따라서 지지빔이 가동체의 변위 방향에서 휘어지는 동안, 가동체의 횡방향 위치 이탈은 높은 강성때문에 최소화된다. 따라서, 가동체의 변위량을 크게 설정할지라도, 가동체는 초기 위치와 전환 위치 사이에서 안정적으로 변위될 수 있고, 가동체의 변위량은 액츄에이터의 신뢰도가 향상되는 동안 충분히 실현된다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 지지빔의 각 암부는 복수의 봉상체를 포함하고, 그 봉상체는 Ｙ축 방향의 다른 위치에서 연결부와 접속된다. 이 방법으로, 연결부는 복수의 위치에서 암부와 접속되고, 이러한 접속 포인트에서 강성은 증가된다, 따라서, 지지빔이 휨 변형될 때, 연결부가 암부의 일단측에서 Ｘ축 방향으로 비틀어지는 변위는 최소화되고, 전체로써 지지빔 Ｘ축 방향에서 강성은 증가된다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 연결부의 너비 값은 암부의 너비 값보다 더 크게 설정되고, 연결부의 강성은 증가되고, 탄성은 최소화된다.따라서, 지지빔이 휨 변형될 때, 연결부가 Ｘ축 방향에서 휨 변형하는 것은 최소화되고, 그 결과로써, 지지빔의 Ｘ축 방향에서 탄성 상수는 증가된다．

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 연결부의 너비 값이 암부의 각 봉상체의 너비 값보다 더 크기 때문에, 연결부의 X축 방향에서 휨 변형하는 것은 연결부의 강성을 증가함으로써 최소화되고, 지지빔의 X축 방향에서 탄성 상수는 증가된다.

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 지지빔은 실질적으로 U자 형태로써 기판측 암부, 가동체측 암부 및 연결부를 포함하고, 지지빔은 기판과 가동체의 사이에 접속된다．

또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서, 각 전극의 크기가 빗형 고정 및 가동 전극을 사용함으로써 감소되는 동안, 충분한 대향 면적이 전극들 사이에 유지되고, 가동체는 큰 정전력으로인해 효율적으로 가동된다．가동체의 횡방향 위치 이탈이 방지되기 때문에, 작은 간격을 갖는 대향하는 전극간의 단락이 방지된다.

Claims

기판;

상기 기판에 배치되고 Ｘ축 방향에 실질적으로 수직인 Ｙ축 방향으로 가동될 수 있는 가동체;

휨 변형함으로써 상기 기판과 상기 가동체 사이에 설치되고, 상기 가동체의 X축에서 두 면에 위치하며 상기 가동체를 지지하여 상기 가동체가 상기 Y축 방향으로 변위가능하게 되는 복수의 지지빔; 및

정전력을 통해 Y축 방향으로 상기 가동체를 가동함으로써 초기 위치에서 전환 위치로 상기 가동체를 변위시키는 구동 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터(actuator)에 있어서,

상기 각 지지빔은 Y축 방향의 사이 간격으로 X축 방향에서 연장됨으로써 배치된 두 개의 암부와 실질적으로 U자 형태로 휘어지는 암부를 연결하는 연결부를 포함하고,

상기 각 지지빔의 암부는, 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때, 상기 암부가 Ｘ축 방향에서 비평형 상태가 되고, 상기 가동체가 상기 구동 수단에 의해 상기 전환 위치로 구동될 때, 암부는 실질적으로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 지지빔의 각 암부는 서로 Ｙ축 방향의 사이 간격을 가지고 상기 Ｘ축 방향으로 연장하는 복수의 봉상체를 포함하고, 상기 봉상체는 상기 Ｙ축 방향의 다른 위치에서 상기 연결부와 접속되는 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 연결부의 Ｘ축 방향에서 너비 값은 상기 각 암부의 Ｙ축 방향에서 너비 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
제 2항에 있어서, 상기 연결부의 Ｘ축 방향에서 너비 값은 상기 각 봉상체의 Ｙ축 방향에서 너비 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 지지빔의 상기 암부는 일단측이 상기 기판에 접속되고 타단측이 상기 연결부에 접속된 기판측 암부와, 일단측이 상기 가동체에 접속되고 타단측이 Y축 방향에서 상기 기판측 암부로부터 떨어진 위치에서 상기 연결부에 접속된 가동체측 암부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 구동 수단은 빗 형태로써 Ｘ축 방향에서 사이 간격을 가지고 Ｙ축 방향으로 연장하는 복수의 전극판을 갖고 상기 기판에 제공된 고정 전극과, 가동체에 제공되고 상기 고정 전극의 전극판과 결합된 복수의 전극판을 갖고 빗 형태로써 사이 간격을 갖는 가동 전극을 포함하고, 정전력은 상기 가동 전극과 상기 고정 전극 사이에서 발생되는 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 연결부는 Y축 방향으로 연장하고, 두 암부 중 하나에 연결된 일단측과 다른 하나에 연결된 타단측을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전형 액츄에이터.
기판;

상기 기판에 배치되고 X축 방향에 실질적으로 수직인 Y축 방향으로 가동될 수 있는 가동체;

휨 변형함으로써 상기 기판과 상기 가동체 사이에 설치되고, 상기 가동체의 상기 X축 방향에서 두 면에 위치하고 가동체를 지지하는 하여서 가동체가 상기 Y축 방향으로 변위가능하게 되는 복수의 지지빔;

정전력을 통해 Y축 방향으로 상기 가동체를 가동함으로써 초기 위치에서 전환 위치로 상기 가동체를 변위시키는 구동 수단;및

상기 가동체의 끝에 설치된 미러부;를 구성하는 광스위치 장치에 있어서,

상기 각 지지빔은 Y축 방향의 사이 간격으로 X축 방향에서 연장됨으로써 배치된 두 개의 암부와 실질적으로 U자 형태로 휘어지는 암부를 연결하는 연결부를 포함하고,

상기 각 지지빔의 암부는, 상기 가동체가 초기 위치에 있을 때, 상기 암부가 Ｘ축 방향에서 비평형 상태가 되고, 상기 가동체가 상기 구동 수단에 의해 전환 위치로 구동될 때, 암부는 실질적으로 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 광스위 치 장치
제 8항에 있어서, 상기 기판에 제공된 광학 장치를 더 포함하고 광로로 빛을 발하고, 상기 미러부가 광로를 거쳐 가동되어 상기 광로가 초기 위치에서 상기 미러부에 의해 반사되고 상기 광로가 전환 위치로 반사되지 않는 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 9항에 있어서, 상기 광학 장치가 적어도 두 개의 발광부와 적어도 두 개의 수광부를 포함하고, 상기 가동체가 초기 위치에 있을때 배열되는 광로는 적어도 두 개의 발광부 중 하나와 적어도 두 개의 수광부중 하나 사이에서 제공되고, 상기 가동체가 전환 위치에 있을 때 광로는 적어도 두 개의 발광부 중 상기 하나와 적어도 두 개의 수광부 중 다른 하나 사이에서 제공되는 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 8항에 있어서, 상기 지지빔의 각 암부는 X축 방향으로 연장하고 Y축 방향에서 사이 간격을 갖는 복수의 봉상체를 포함하고, 상기 봉상체는 Y축 방향에서 다른 위치에 상기 연결부와 연결되는 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 8항에 있어서, 상기 연결부의 X축 방향에서 너비 값은 상기 각 암부의 Y축 방향에서 너비 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 11항에 있어서, 상기 연결부의 X축 방향에서 너비 값은 상기 각 봉상체의 Y축 방향에서 너비 값보다 더 큰 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 8항에 있어서, 상기 지지빔의 암부는 일단측이 상기 기판에 연결되고 타단측이 연결부에 연결된 기판측 암부와, 일단측이 상기 가동체에 연결되고 타단측이 Y축 방향에서 기판측 암부로부터 떨어진 위치에서 연결부에 연결된 가동체측 암부를 포함하는 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 8항에 있어서, 상기 구동 수단은 Y축 방향으로 연장한 복수의 전극판을 갖고 빗 형태로써 X축 방향의 사이 간격을 갖고, 기판에 제공되는 고정전극과, 상기 가동체에 제공된 복수의 전극판을 갖고 빗 형태로써 사이 간격을 갖는 상기 고정 전극의 전극판과 결합되는 가동체를 포함하고, 정전력이 상기 가동 전극과 상기 고정 전극 사이에서 발생되는 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.
제 8항에 있어서, 상기 연결부는 상기 Y축 방향으로 연장하고, 두 암부의 하나에 연결된 일단측과 상기 두 암부의 다른 하나에 연결된 타단측을 포함하는 것을 특징으로 하는 광스위치 장치.