Pre-stress를 이용한 대변형 벤더형 압전 작동기 연구

Abstract

본 논문에서는 대변형 압전 작동기 개발을 위해 다양한 성능 실험을 수행하였으며 그 결과를 이용하여 변위 증폭을 위한 설계 메커니즘을 제안하였다. 먼저 unimorph 압전 작동기의 이론을 이용하여 unimorph 압전 작동기를 제작하여 성능 실험을 수행하였다. PZT 5A3과 알루미늄 스틸, 구리, 알루미늄 등의 다양한 substrate 물질을 사용하여 압전 작동기를 제작하였다. 압전재료에 대한 substrate 물질의 두께비와 탄성계수비는 높은 성능을 내기 위한 중요한 매개 변수이다. 작동기의 크기가 주어지면 최대 성능을 내기 위한 두 비 사이의 최적 비율은 오직 하나만이 존재한다. 제작된 압전 작동기의 성능 실험 결과는 해석을 통한 결과와 거의 일치하였다. 다음으로 압전 계수를 측정하였다. 참고문헌들을 살펴보면 압전재료에 인장응력을 가하면 더 높은 압전계수를 얻을 수 있다. 실험적으로 높은 인장응력에서 압전계수가 증가함을 확인할 수 있었다. 마지막으로 이 결과들을 이용하여 압축력의 pre-load가 가해진 단일 unimorph 압전 작동기 시스템을 제작하였다. 이 압전 작동기 시스템은 최적화된 두께비를 가지며 용수철을 이용하여 압전층에 인장응력이 존재하도록 하여 더 향상된 변위 성능을 얻을 수 있다.