KR101912858B1 - 연성회로기판 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 서로 나란하게 형성되는 제1면 및 제2면을 구비하는 FPCB 코어부; 상기 제1면에 설치되고, 적어도 일 부분이 제1방향으로 서로 이격되도록 형성되는 제1부분을 구비하는 제1전극; 및 상기 제2면의 적어도 일부를 덮도록 설치되는 제2전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2전극에 제어 전압이 인가됨에 따라, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에서 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 발생된 정전기력에 의해 상기 FPCB 코어부의 굽힘 운동이 가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 액추에이터를 제공한다.

Description

연성회로기판 액추에이터{FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD ACTUATOR}

본 발명은 연성회로기판 액추에이터에 관한 것인데, 더욱 상세하게는 복수의 전극 사이에 발생하는 정전기력에 의해 굽힘 운동을 가능하게 하는 연성회로기판 액추에이터에 관한 것이다.

최근, 전자제품은 갈수록 슬림화, 경량화, 소형화 되고, 디스플레이를 포함하는 휴대용 전자제품의 사용이 급증하는데, 이러한 추세를 따라 회로기판분야에서는 FPCB(연성회로기판;Flexible , Printed Circuit Board)의 제조가 활발하게 이루어지고 있다.

FPCB는 내열성 및 내곡성, 내약품성이 강하며, 열에 강하므로, 모든 전자제품의 핵심부품으로서 카메라, 컴퓨터 및 주변기기, 모바일 폰, 비디오 및 오디오 기기, 캠코더, 프린터, DVD, 박막트랜지스터 LCD(TFT LCD), 위성장비, 군사장비 및 의료장비 등에서 널리 사용된다.

특히, FPCB는 대략 0.1mm 정도의 얇은 두께의 재질로 이루어짐으로써 미세 패턴 형성이 쉽고 굴곡성·유연성이 뛰어나 휴대용 전자기기에 가장 활발하게 사용되고 있는데, 휴대폰을 비롯한 휴대용 전자기기는 그 사용량이 급증하면서 수많은 수요자의 취향에 부합하도록 다양한 크기와 형태로 제조되고 있으며, 이에 따라 FPCB도 그 크기와 형태가 다양하게 제조되고 있다.

최근에는, 진동 발생 및 촉감피드백 디바이스에 적용 가능하고, 회로 및 액추에이터를 한몸으로 만들 수 있는 로봇 등에 대한 관심이 높으며, 특히 연성회로기판을 이용한 액추에이터를 구현해 낼 수 있는 장치에 대한 개발이 요구된다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 하나의 FPCB 구조에 설치된 전극 사이에서 발생되는 정전기력에 의해 움직일 수 있는 액추에이터를 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 연성회로기판 액추에이터는 서로 나란하게 형성되는 제1면 및 제2면을 구비하는 FPCB 코어부; 상기 제1면에 설치되고, 적어도 일 부분이 제1방향으로 서로 이격되도록 형성되는 제1부분을 구비하는 제1전극; 및 상기 제2면의 적어도 일부를 덮도록 설치되는 제2전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2전극에 제어 전압이 인가됨에 따라, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에서 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 발생된 정전기력에 의해 상기 FPCB 코어부의 굽힘 운동이 가능하도록 이루어진다.

상기 상기 제1전극은, 상기 제1부분 사이를 전기적으로 연결 가능하게 하도록 서로 이격된 상기 제1부분에 사이에 형성되는 제2부분을 더 구비할 수 있다.

상기 제2부분은 상기 제1부분의 일 단 및 다른 일 단 사이의 중앙 부분을 서로 연결하도록 상기 제1방향으로 배치될 수 있다.

상기 제2부분은 상기 제1부분 사이 각각에서 서로 마주하는 상기 제1부분의 일 단 및 서로 마주하는 상기 제1부분의 다른 일 단 중 하나를 각각 연결할 수 있다.

상기 제1면 및 제2면 각각은 서로 반대편을 향하는 상기 FPCB 코어부의 두 면일 수 있다.

상기 제2전극은 상기 제2면 전체를 덮도록 설치될 수 있다.

상기 제1 및 제2전극은 서로 다른 극성을 가질 수 있다.

본 발명의 연성회로기판 액추에이터는 제1부분의 일부분이 서로 이격되도록 형성되어서, 제1전극 및 제2전극 사이의 정전기력에 의해 발생된 굽힘 응력에 의해 움직일 수 있다.

또한, 본 발명의 연성회로기판 액추에이터는 비대칭 구조를 이루는 제1 및 제2전극 사이에서 정전기력을 발생시켜서 동적 구조를 형성한다.

또한, 본 발명의 연성회로기판 액추에이터는 추가적인 물질의 사용 없이 현재 사용되는 FPCB 위에 전극형태를 추가하여 액츄에이션이 가능하므로 제조 공정상의 장점을 가질수 있다.

한편, FPCB를 액추에이터로서 사용함을 통해 회로와 액추에이터가 일체화된 형태가 가능하고 이를 통해 진동 및 촉감 장치 구현할 수 있으며, 특히 소프트 로보틱스 개발 분야에서 소형 경량화를 가능하게 할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 연성회로기판 액추에이터의 사시도.
도 1b는 본 발명의 연성회로기판 액추에이터를 위에서 바라본 평면도.
도 1c는 본 발명의 연성회로기판 액추에이터를 아래에서 바라본 저면도.
도 2a는 도 1b에서의 A-A' 부분의 단면도.
도 2b는 도 2a에서 제1 및 제2전극 사이의 정전기력을 도시한 개념도.
도 3a는 외팔보로 형성된 연성회로기판 액추에이터의 동작을 도시하는 개념도.
도 3b는 고정보로 형성된 연성회로기판 액추에이터의 동작을 도시하는 개념도.
도 4는 다른 형상의 제1전극이 설치된 연성회로기판 액추에이터의 예를 도시하는 평면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일·유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1a 내지 도 2a를 참조하면, 본 발명의 연성회로기판 액추에이터(100)는 FPCB 코어부(10), 제1 및 제2전극(20a, 30)을 포함한다.

FPCB 코어부(10)는 제1 및 제2면(11, 13)을 구비한다. 제1면(11) 및 제2면(13)은 서로 나란하게 형성된다. 일예로, 제1 및 제2면(11, 13)은 반대편을 향하는 서로 나란한 두 면일 수 있다. 도 1a 내지 1c를 참조하면 제1 및 제2면(11, 13)은 FPCB 코어부(10)의 상면 및 하면일 수 있는데, 서로 반대편을 향하도록 이루어진다. 본 발명에서, FPCB 코어부(10)는 FPCB 코어판일 수 있다.

제1전극(20a)은 FPCB 코어부(10)의 제1면(11)에 설치된다. 또한, 제1전극(20a)은 제1부분(21a)을 구비하는데, 제1부분(21a)은 적어도 일 부분이 제1방향으로 서로 이격되도록 형성된다. 제1부분(21a)은 전도체의 물질로 이루어질 수 있다.

본 발명에서 제1전극(20a)의 제1부분(21a)은 제1방향으로 서로 이격되는데, 제1전극(20a)은 각각의 제1부분(21a)이 제1방향과 교차하는 방향으로 배치된다. 일예로, 제1부분(21a) 각각은 제1방향에 수직이 되도록 배치될 수 있다. 본 발명에서의 제1방향은 제1부분(21a)이 서로 이격되는 방향으로서, 도 1b에서는 상하 방향이고, 도 2a에서는 좌우 방향일 수 있다.

제1전극(20a)은 제2부분(23a)을 더 구비할 수 있다. 제2부분(23a)은, 제1부분(21a) 사이를 연결 가능하게 하도록 제1부분(21a)에 연결될 수 있다. 제2부분(23a)은 전도체의 물질로 이루어질 수 있다. 제2부분(23a)은 제1방향과 나란한 방향으로 배치될 수 있는데, 예를 들면, 각각의 제1부분(21a)은 제1부분(21a)의 일 단 및 다른 일 단 사이의 중앙 부분을 연결하도록 이루어질 수 있다. 도 1b를 참조하면, 제2부분(23a)은 제1부분(21a)의 일 단 및 다른 일 단 사이의 중앙 부분을 연결하도록 상하 방향으로 배치되어서, 제1부분(21a)이 제2부분(23a)을 사이에 두고 서로 대칭되도록 형성되는 예가 도시된다.

전술한 바와 같이, 제1전극(20a)의 제1부분(21a)은 적어도 일 부분이 제1방향으로 서로 이격되고, 제2부분(23a)은 제1부분(21a) 사이를 연결 가능하게 하도록 제1부분(21a)에 연결되어 있어서 빗살구조(comb structure)를 형성하게 된다.

도 1c 및 도 2a를 참조하면, 제2전극(30)은 FPCB 코어부(10)의 제2면(13)에 설치된다. 도 1c에는 제2전극(30)이 제2면(13)의 일부에 설치되는 예가 도시되나, 이와는 다르게 제2전극(30)은 제2면(13) 전체를 덮도록 설치될 수도 있다.

즉, 제1전극(20a)은 적어도 일부가 서로 이격되는 제1부분(21a)을 구비하도록 이루어지고, 제2부분(23a)은 제2면(13)에 설치되어서, 제1 및 제2전극(20a, 30)은 FPCB 코어부(10)의 제1 및 제2면(11, 13)에 비대칭 구조로 배치된다. 이로 인해, 제1 및 제2전극(20a, 30) 사이에서 정전기력이 생성되어 FPCB 코어부(10)를 굽힘 운동 가능하게 하는 것이다.

제1 및 제2전극(20a, 30)은 서로 다른 극성일 수 있다. 예를 들면, 제1전극(20a)은 (+)극이고, 제2전극(30)은 (-)극일 수 있다. 또한, 제1 및 제2전극(20a, 30)은 각각 전원에 전기적으로 연결 가능하며, 전원으로부터 제공되는 제어 전압이 인가됨에 따라, 제1 및 제2전극(20a, 30) 사이에서 제2방향으로 정전기력이 발생하게 된다.

이로 인해, 하나의 FPCB 코어부(10) 내에서 제2방향으로 정전기력을 발생시킬 수 있게 되어서, FPCB 코어부(10)는 제2방향으로 굽힘 응력을 받게되어, 굽힘 운동하게 된다. 한편, 본 발명에서 제2방향은 제1방향과 교차하는 방향이다. 일예로, 제2방향은 도 2a 내지 도 3b에서 상하방향일 수 있다.

도 2b에는 제1전극(20a)의 제1부분(21a) 및 제2전극(30) 사이에서 정전기력이 발생한 예가 도시되며, 도 3a 및 도 3b에서와 같이, 연성회로기판 액추에이터(100)는 굽힘 운동할 수 있다.

도 3a에는 일 단이 고정된 외팔보로 형성된 연성회로기판 액추에이터(100)의 예가 도시된다. 도 3a에서 FPCB 코어부(10)는 제1 및 제2전극(20a, 30) 사이에서 발생된 정전기력에 의해 하방향으로 굽힘 응력을 받게 되었는데, FPCB 코어부(10)의 우측 자유단에서 최대 처짐이 발생하였다.

또한, 도 3b에는 양 단이 고정된 고정보로 형성된 연성회로기판 액추에이터(100)의 예가 도시되는데, FPCB 코어부(10)는 제1 및 제2전극(20a, 30) 사이에서 발생된 정전기력에 의해 하방향으로 굽힘 응력을 받아 양 단 사이의 중앙 부분에서 최대 처짐이 발생하였다.

도 4를 참조하면, 도 1a에서 도시된 제1전극(20a)과 다른 형상의 제1전극(20b)의 예가 도시된다.

제1전극(20b)의 제2부분(23b)은 상기 제1부분(21b) 사이 각각에서 서로 마주하는 상기 제1부분(21b)의 일 단 및 서로 마주하는 상기 제1부분(21b)의 다른 일 단 중 하나를 각각 연결하도록 이루어진다. 도 4에는 좌측의 서로 인접한 제1부분의 일 단이 제2부분에 의해 연결되고, 우측의 서로 인접한 제1부분의 다른 일 단이 제2부분에 의해 연결되고, 이러한 형상이 연속적으로 구비되어, 제1전극(20b)은 ㄹ자 형태가 복수 회 연결된 형상일 수 있다.

도 4에서 도시되는 제1전극(20b)은 도 1a에서 도시된 제1전극(20a)과 마찬가지로 적어도 일 부분이 제1방향으로 서로 이격되고, 제2부분(23b)은 제1부분(21b) 사이를 연결 가능하게 하도록 제1부분(21b)에 연결되는 구조를 형성하게 된다.

본 발명의 다른 실시예의 연성회로기판 액추에이터(100)는 제1전극(20b)이 다른 형상으로 이루어지는 점 이외에는 도 1a 및 도 1b 등에서 서술한 연성회로기판 액추에이터(100)와 같은 구성으로 이루어지며, 따라서 이에 대한 상세한 서술은 생략하기로 한다.

본 발명의 연성회로기판 액추에이터(100)는 진동 발생 및 촉감피드백 디바이스에 적용 가능하다. 또한, 본 발명의 연성회로기판 액추에이터(100)는 회로와 액추에이터를 한 몸(One-body)으로 만든 로봇의 구현 또한 가능하다.

이상에서 설명한 연성회로기판 액추에이터(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100:연성회로기판 액추에이터
10:FPCB 코어부 11:제1면 13:제2면
20a,20b:제1전극 21a,21b:제1부분 23a,23b:제2부분
30:제2전극

Claims (7)

1. 서로 나란하게 형성되어 이격되는 제1면 및 제2면을 구비하는 FPCB 코어부;
   상기 제1면에 설치되고, 적어도 일 부분이 제1방향으로 서로 이격되도록 형성되는 제1부분을 구비하는 제1전극; 및
   상기 제2면의 적어도 일부를 덮도록 설치되는 제2전극을 포함하고,
   상기 제1 및 제2전극에 제어 전압이 인가됨에 따라, 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에서 상기 제1방향과 교차하는 제2방향으로 발생된 정전기력에 의해 상기 FPCB 코어부의 굽힘 운동이 가능하도록 이루어지고,
   상기 제1전극은, 상기 제1부분 사이를 전기적으로 연결 가능하게 하도록 서로 이격된 상기 제1부분에 사이에 형성되는 제2부분을 더 구비하고,
   상기 제2부분은 상기 제1부분 사이 각각에서 서로 마주하는 상기 제1부분의 일 단 및 서로 마주하는 상기 제1부분의 다른 일 단 중 하나를 각각 연결하는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 액추에이터.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1면 및 제2면 각각은 서로 반대편을 향하는 상기 FPCB 코어부의 두 면인 것을 특징으로 하는 연성회로기판 액추에이터.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2전극은 상기 제2면 전체를 덮도록 설치되는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 액추에이터.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2전극은 서로 다른 극성을 가지도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연성회로기판 액추에이터.

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