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문제 정의
- 기존에는 수직 구동형 관성 스위치에 관한 성능 모델을 개발하고[7] 실험 결과와 비교하여 일치하는 것을 확인하였으나 모델에 대한 검증과 심충 분석이 이루어지지 않아 성능 모델을 설계 보완에 반영하기 어려웠다. 그러나 본 연구에서는 성능 모델을 통한 시뮬레이션을 통하여 설계변수의 영향성 및 제작 공차의 관리 등에 대하여 검토하였다. 특히 MEMS 제작 공정의 한계로 인하여 작동 규격을 만족시키기 어려운 설계변수인 스프링 폴에 대해서는 2배로 증가시켰을 경우 규격을 만족하는 것을 확인하고 설계 보완요소를 제안하였다.
- 본 연구에서는 유도무기 추진기관의 점화안전장치에 적용 가능한 수평 구동형 MEMS 관성 스위치를 설계하였다[6]. 유도무기의 성능 향상을 위하여 부품의 경량화 및 소형화가 요구되는데 점화안전장치용 MEMS 스위치는 이러한 요구에 부합하는 정밀 가공품이다.
- 그러나 설계 변수의 민감도를 모사해본 결과 스프링 폭의 편차에 따라 스위치 동작 가속도가 규격 한계치를 벗어나는 것을 발견하였다. 이를 보완하기 위해 스프링 폭을 두 배로 늘렸을 때 동작 가속도 성능이 규격을 만족하는 것을 확인함으로써 설계보완을 제안하였다.
가설 설정
- 7과 같다. 이 세 가지 경우는 실제로 MEMS 스위치가 적용되는 시스템에서 발생할 수 있는 가속도 프로파일을 가정한 것이다. 관성 질량의 움직임에 따라 스위칭 접점의 간격이 가까워지고 이 때 발생하는 정전기력은 Fig.
- 8에 나타난 바와 같이 스위칭이 이루어지는 시점에 급격하게 증가하였다가 감소하는 것으로 나타났다. 접점 간격이 가까워짐에 따라 정전기력이 무한대로 발산하는 것을 방지하기 위하여 일정거리(수 nm)에 도달하면 정전기력이 발생하지 않는 것으로 가정하고 계산하였다. 케이스에 따라 정정기력의 최대값이 차이를 보이는 이유는 계산 시 시간 스텝을 1 마이크로초로 제한한 것에 기인한 것으로 판단된다.
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