Piezoelectric actuators can be good replacements of electric motors to excite touch screen of a mobile device owing to small volume and low power consumption. One problem to be solved yet for real application is lager excitation force than available currently. More efficient excitation by a piezoelectric actuator could be achieved by operating at one of resonance frequencies of the system, which must also be as close as possible to frequency range where index finger is most sensitive and increasing transmission force at that frequency.
In this thesis, a feasibility study will be made for analysis of current state of the art and improvement of performance. Dynamic models are derived for the piezoelectric actuator and an adhesive viscoelastic layer, which connect the exciter to the screen. The adhesive layer is modeled as distributed stiffness by considering its geometric shape relative to the piezoelectric exciter. Then, equations of motion for the piezoelectric exciter and the adhesive layer are derived using Hamilton’s principle. In order to verify the equations of motion, theoretical results will be compared with FEM results. Based on this verified model, dynamic characteristics of the exciter will be designed to maximize the force transmitted onto the screen structure per unit voltage input.
압전 구동기는 소형화가 가능하고 소비 전력이 적은 장점을 가지고 있어, 지금까지의 진동모터를 대신하여 휴대폰의 접촉화면을 가진하기 위한 좋은 방안이 된다. 그러나 구동기에 의한 가진력이 작아 실 적용에 있어 문제가 되기 때문에, 지금보다 큰 가진력을 발생시키는 것이 요구된다. 압전 구동기에 의한 큰 가진력은 압전 구동기의 공진주파수로 가진하여 공진현상을 이용함으로써 달성할 수 있다. 이 때의 공진 주파수는 화면에서 접촉감을 느끼는 검지가 가장 민감하게 반응하는 주파수 성분으로 설계하는 것이 바람직하겠으며, 그 주파수에서 화면으로 전달되는 힘도 증가하게 된다. 본 논문에서는 우선 압전 구동기의 거동을 해석하고 진동 성능을 개선하기 위한 예비실험을 수행하고, 압전 구동기와 구동기를 화면 구조물에 부착하기 위해 사용된 점탄성 접착제로 구성된 부분계에 대한 동적 모형을 수립한다. 접착층은 압전구동기에 해한 상대적인 형상 정보를 고려하여 단위길이당의 분포강성으로 모형화한다. 그 후, 압전 구동기와 접착층에 대해 해밀턴의 정리를 적용하여 운동방정식을 유도한다. 그리고 운동방정식의 검증을 위해 이론적으로 계산한 결과와 상용유한요소해석 프로그램을 이용하여 얻을 결과를 비교한다. 검증된 모형을 바탕으로 단위입력전압이 입력될 때 화면 구조물로 전달되는 힘을 최대화하기 위해 압전 구조물의 동특성을 설계한다.
