DE2556077A1 - Verfahren zum aufspannen eines piezoelektrischen elements auf einem rahmen - Google Patents

Verfahren zum aufspannen eines piezoelektrischen elements auf einem rahmen

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DE2556077A1 DE19752556077 DE2556077A DE2556077A1 DE 2556077 A1 DE2556077 A1 DE 2556077A1 DE 19752556077 DE19752556077 DE 19752556077 DE 2556077 A DE2556077 A DE 2556077A DE 2556077 A1 DE2556077 A1 DE 2556077A1
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Description

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER
DIPt-ING.
H. KINKELDEY
DR-INa
W. STOCKMAIR
OR-ING. - AeE ICALTECH)
K. SCHUMANN
P. H, JAKOB
DlPl-- ING
(5. BEZOLD
DfI RER NAT · DtPL-CHEM.
MÜNCHEN E. K. WEIL
LINDAU
8 MÜNCHEN 22
MAXIMILIANSTRASSE 43
12. Dez. 1975
P 9930
KUREHA KOGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA.
No. 1-8, Horidome-cho, Nihonbashi, Chuo-ku, Tokyo, Japan
Verfahren zum Aufspannen eines piezoelektrischen Elements
auf einen Rahmen
Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Aufspannen eines hochmolekularen piezoelektrischen Elementes auf einen Rahmen bzw. ein Rahmengerüst. ·
Es ist bekannt, daß ein Film mit einem hohen Molekulargewicht, der starke piezoelektrische Eigenschaften aufweist, durch Polarisieren eines Materials mit einem hohen Molekulargewicht, wie Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid und dgl., unter einem hohen Gleichstromfeld hergestellt werden kann. Diese piezoelektrischen Filme mit einem hohen Molekulargewicht weisen zahlreiche vorteilhafte charakteristische Merkmale auf, die mit konventionellen anorganischen piezoelektrischen
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telefon {O8fl)aaaasa telex 05-29380 Telegramme monapat
Substanzen nicht erzielt werden konnten. Eines der wichtigsten Merkmale dieser Elemente "besteht darin, daß sie weich und filmförmig sind und leicht so hergestellt werden können, daß sie eine große Oberfläche aufweisen. Diese Filme eignen sich daher besonders gut für die Verwendung als vibrierende Filme in Tonühertragungsvorrichtungen, wie Kopfhörern, Lautsprechern und dgl., sowie versehiedenen Arten von Übertragungssystemen (Wandlern), Tastaturen (Tastenfeldern) und dgl.
Wenn*ein piezoelektrischer Film mit einem hohen Molekulargewicht auf einem der oben genannten Anwendungsgebiete eingesetzt wird, ist es üblich, den Film auf ein Rahmengerüst aufzuspannen und ihn daran zu befestigen. Es ist jedoch sehr schwierig, einen weichen Film auf ein Rahmengerüst aufzuspannen. Da beispielsweise ein piezoelektrischer Film mit einem hohen Molekulargewicht einer Dicke von etwa 1 bis 20 Mikron, wie er als vibrierender Film in Kopfhörern verwendet wird, extrem weich ist, weil er so dünn ist, hat er keine selbsttragenden Eigenschaften und es entstehen daher schon bei Einwirken geringer äußerer Kräfte Krümmungen, Falten und dgl. Daher können, wenn ein solcher dünner Film auf ein Rahmengerüst aufgespannt werden soll, leicht Falten oder lokale Erschlaffungen durch eine geringfügige Ungleichmäßigkeit der Spannung gebildet werden. Bei Ion-.Übertragungsvorrichtungen ist es jedoch erforderlich, daß der vibrierende Film gleichmäßig gespannt ist; die vorstehend erwähnten Falten und Erschlaffungen beeinträchtigen die Leistung der Übertragungsvorrichtung beträchtlich.
Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, wenn der piezoelektrische Film mit einem hohen Molekulargewicht auf ein Rahmengerüst aufgespannt wird. Ein Verfahren besteht beispielsweise darin, daß man zuerst den Sand des piezoelektrischen Filmes mit dem hohen Molekulargewicht mittels einer Einspannvorrichtung, die größer ist als das Rahmengerüst, festklammert, die Einspannvorrichtung und den
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Film so aufeinander einstellt, daß eine gleichmäßige Spannung ohne Faltenbildung oder Erschlaffungen erhalten wird, und schließlich den Film auf den Rahmenkörper aufzieht (aufklebt). Ein solches Verfahren ist jedoch offensichtlich nicht sehr wirkungsvoll·
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein wirksameres Verfahren zum Aufspannen eines piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht auf einen Rahmen anzugeben, bei dem keine Faltenbildung auftritt.
TJm die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten beim Aufspannen eines piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht auf ein Rahmengerüst auszuschalten, wurden nun verschiedene Arten von Untersuchungen durchgeführt und dabei wurde gefunden, daß dieses Verfahren dadurch wesentlich erleichtert werden kann, daß man an einer Oberfläche des piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht vorher einen (Drägerf ilm (Unterlagenfilm) befestigt, der dicker ist als der piezoelektrische Film.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Aufspannen eines piezoelektrischen Elementes, das aus einem dünnen piezoelektrischen Film mit einem hohen Molekulargewicht und auf beiden Seiten desselben angeordneten dünnen Elektroden besteht, auf einen Rahmen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß.man
a) einen Trägerf ilm, der dicker ist als das piezoelektrische Eliement,.an einer der Elektroden befestigt unter Bildung eines aus dem piezoelektrischen Element und dem Trägerfilm bestehenden Schichtkörpers,
b) an der freiliegenden »Oberfläche der gegenüberliegenden dünnen Elektrode einen Rahmen befestigt und
c) den Trägerfilm entfernt.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 bis 3 Querschnittsansichten der aufeinanderfolgenden Stufen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von piezoelektrischen Elementen mit einem hohen Molekulargewicht, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf ein Rahmengerüst aufgespannt werden, und
Fig. 'M- ein Beispiel eines Verfahrens zum Äuflaminieren einer langgestreckten Element folie auf ein Trägermaterial.
In Fig. 1 ist ein Trägerfilm 3 mit einer größeren Dicke als der piezoelektrische Film 1 mit einem hohen Molekulargewicht auf eine Oberfläche des Films 1 aufgelegt und daran befestigt. Der piezoelektrische Film weist auf seinen beiden Oberflächen dünne. Elektroden 2 und 2' ,auf. Der so hergestellte Schichtkörper wird von dem dicken Trägerfilm getragen und ist dadurch selbsttragend und weist eine höhere Beständigkeit gegen äußere Kräfte auf. Deshalb entstehen keine Falten oder dgl. und der Film bleibt beim Fixieren mit Einspanneinrichtungen oder dgl. praktisch eben, ohne daß eine Zugspannung angewendet wird.
Dann wird, wie in der Fig. 2 dargestellt, ein Rahmengerüst (Rahmenkörper) 4· auf die freiliegende Elektrodenoberfläche 2 des Schichtkörpers aufgelegt und mittels eines Klebstoffes 5 oder dgl. daran befestigt.
Danach wird der Trägerfilm, wie in der Fig. 3 dargestellt, entfernt. Trotz der Einfachheit des Verfahrens treten keine Ungleichmäßigkeit en, wie z.B. Falten oder dgl., auf. Selbst; wenn eine große Anzahl von Elementen hergestellt werden soll, ist die Streuung (Dispersion) der Produkte, vorausgesetzt, ; daß der piezoelektrische Film mit hohem Molekulargewicht und der irägerfilm gleichmäßig aneinander befestigt sind, gering
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aufgrund der Tatsache, daß überall die gleiche Zugspannung auf das auf den Rahmenkörper aufgespannte Element einwirkt, so daß die Ausbeute (Produktion) der Produkte stark verbessert werden kann.
Der erfindungsgemäß verwendete Trägerfilm ist vorzugsweise steifer als der piezoelektrische JiIm mit einem hohen Molekulargewicht und er hat in der Regel eine ausreichende Wirkung, wenn er dicker ist als der piezoelektrische Film mit hohem Molekulargewicht. Das für den Trägerfilm verwendbare Material unterliegt keinen' speziellen Beschränkungen, vorzugsweise werden jedoch Materialien mit hohem Molekulargewicht, wie Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylchlorid, Polyester, Polypropylen oder dgl. verwendet; bezüglich der oberen Grenze der Dicke des Trägerfilms bestehen ebenfalls keine Beschränkungen, er hat jedoch vorzugsweise eine Dicke von 300 Mikron oder weniger, insbesondere eine Dicke zwischen 20 und 200 Mikron. Der piezoelektrische Film und der Trägerfilm müssen in einen innigen Kontakt miteinander gebracht werden und sie müssen erforderlichenfalls leicht voneinander trennbar sein. Ein Verfahren zur Erzielung der zuletzt genannten Eigenschaft besteht darin, daß man eine oder beide Grenzflächen vor dem Verbinden dieser Oberflächen miteinander mit einer Flüssigkeit, wie Wasser oder Öl, befeuchtet. Glücklicherweise werden Filme mit einem hohen Molekulargewicht besonders leicht elektrostatisch aufgeladen, so daß eine ausreichende Haftung durch elektrostatische Anziehung schon dadurch erzielt werden kann, daß man beide Filme aufeinanderlegt. Es wurde aber auch experimentell gefunden, daß eine ausreichende Haftung schon dadurch erzielt werden kann, daß man beide Filme aufeinanderlegt und die dazwischen vorhandene Luft durch Pressen mit einer Walze oder dgl. gründlich entfernt. Dieses Verfahren ist noch wirksamer, wenn es im Vakuum durchgeführt wird.
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Das zuletzt genannte Verfahren eignet sich außerordentlich gut für die Behandlung eines langgestreckten Filmelementes, wie es in Fig. 4· dargestellt ist. Das piezoelektrische. Filmelement A, das um eine Spule 5 gewickelt ist, und der Trägerfilm 3, der um eine Spule 7 gewickelt ist, werden von ihren jeweiligen Spulen abgewickelt und zwischen Druckwalzen 8 und hindurchgeführt, wodurch sie unter Druck miteinander in Eontakt gebracht werden. Die dabei erhaltene Schichtfolie B wird auf eine weitere Spule 10 aufgewickelt. In diesem Falle braucht der Druck, der Zivischen den Druckwalzen 8 und 9 herrscht, nicht sehr groß zu sein. Ein Druck, bei dem kein Luftspalt zwischen den Walzen vo'rliegt, hat sich als für diesen Zweck ausreichend erwiesen. Die Druckwalzen 8 und 9 können aber auch v/eggelassen werden, weil beide Filme notwendigerweise unter Druck miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn sie unter Zugspannung auf die Spule 10 aufgewickelt werden.
Das Laminierungsverfahren kann ferner vor der Polarisation der piezoelektrischen Elementfolie und auch vor der Metallisierung (Aufbringung einer Metallschicht) einer Oberfläche der Element folie durchgeführt werden. So können beispielsweise die Elementfolie, die auf einer oder auf beiden Seiten metallisiert worden ist, und der Trägerfilm aufeinandergelegt werden. Der Trägerfilm steht dabei natürlich mit einer metallisierten Oberfläche der Elementfolie in Kontakt. Wenn nur eine Oberfläche vorher metallisiert worden ist, muß die andere Oberfläche nach dem Laminieren metallisiert werden. Die auf ein- ' andergelegten Filme werden dann auf eine Spule aufgewickelt und die Polarisation wird unter Verwendung der metallisierten Oberflächen als Elektroden durchgeführt. In diesem Falle kann die Bildung von Falten und dgl. während der Polarisation vermieden werden. Beim Polarisieren der aufgewickelten Folie entsteht kein Kurzschluß zwischen den Elektroden, weil die einander gegenüberliegenden Oberflächen der Elektroden auch im ' aufgewickelten Zustand nicht miteinander in Kontakt kommen.
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Der auf diese Weise polarisierte piezoelektrische Film mit hohem Molekulargewicht steht in innigem. Kontakt mit dem Trägerfilm und kann daher erfindungsgemäß verwendet werden·
Wie ohen angegeben, besteht das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß ein piezoelektrisches Element mit einem hohen Molekulargewicht, das auf einen Rahmenkörper (ein !Rahmengerüst) aufgespannt ist, wie oben angegeben, nach einem extrem einfachen Verfahren hergestellt werden kann, dessen technische Vorteile für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich sind·
Die Erfindung wurde zwar vorstehend unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen näher erläutert, es ist oeeoch für den Fachmann selbstverständlich, daß sie darauf keineswegs beschränkt ist, sondern daß diese in vielerlei Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne daß dadurch der Eahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird·
. Patentansprüche:
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Claims (1)

  1. Patent ansprüche
    Verfahren zum Aufspannen eines piezoelektrischen Ele— mentes, aas aus einem dünnen piezoelektrischen Film mit einem hohen Molekulargewicht und auf beiden Seiten desselben angeordneten dünnen Elektroden besteht, auf einen Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) einen Trägerfilm, der dicker ist als das piezoelektrische Element, an den Elektroden befestigt unter Bildung eines aus dem piezoelektrischen Element und dem Trägerfilm bestehenden Schichtkörpers,
    b) an der freiliegenden Oberfläche der gegenüberliegenden dünnen Elektrode einen 'Rahmen befestigt und
    c) den Trägerfilm entfernt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägerfilm einen PiIm verwendet, der steifer ist als das piezoelektrische Element.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägerfilm einen Film aus einem Material mit einem hohen Molekulargewicht verwendet.
    4,- Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine der miteinander zu. verbindenden Oberflächen anfeuchtet und anschließend diese Oberflächen miteinander vereinigt. . .
    5o Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche A bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das piezoelektrische Element und den Trägerfilm elektrostatisch auflädt, so daß sie aufgrund : der statischen Elektrizität aneinander haften. . :
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    .- 9 -■
    6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 "bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß man das piezoelektrische Element und den Trägerfilm unter Anwendung von Druck aufeinanderlegt, um die dazwischen "befindliche Luft herauszupressen, wobei man letzteres im wesentlichen im. Vakuum durchführt.
    7· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Befestigen des Trägerfilms an dem piezoelektrischen Element ein langgestrecktes piezoelektrisches Element und einen langgestreckten Trägerfilm gleichzeitig durch ein Druckwälzenpaar führt und den dabei erhaltenen Schichtkörper auf einer Spule aufnimmt.
    8. Verfahren zum Aufbringen eines dünnen, piezoelektrischen. Films mit einem hohen Molekulargewicht auf. einen Rahmen, dadurch gekennzeichnet, daß man
    a) auf eine Oberfläche eines Films mit einem höhen Molekulargewicht, der anschließend in einen piezoelektrischen Film überführt werden soll, eine erste dünne Elektrode aufbringt,
    b) auf die gegenüberliegende zweite Oberfläche dieses Films eine zweite dünne Elektrode aufbringt,.
    c) an der freiliegenden Oberfläche der ersten Elektrode einen Trägerfilm, der dicker ist als der Film, befestigt unter Bildung eines Schichtkörpers,·
    d) anschließend den Film durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und der zweiten Elektrode polarisiert unter Bildung eines piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht,
    e) danach an der. freiliegenden Oberfläche der zweiten dünnen Elektrode einen Rahmen befestigt und
    f) den Trägerfilm entfernt.
    9· Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite dünne Elektrode vor. dem Befestigen des Trägerfilms aufbringt. ■ .
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    10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die zweite dünne Elektrode nach dem Befestigen des TrägerfiJbis aufbringt.
    11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8' bis
    10, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Befestigen des Träger films den langgestreckten Film mit den darauf befindlichen Elektroden und den langgestreckten Trägerfilm gleichzeitig durch ein Druckwalzenpaar führt und den dabei erhaltenen Schichtkörper auf eine Spule aufnimmt.
    12. Verfahren nach mindestens'einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polarisation durchführt, während sich der Schichtkörper auf der Spule befindet.
    13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägerfilm einen Film verwendet, der steifer ist als das piezoelektrische Element.
    Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8-bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägerfilm einen Film aus einem Material mit einem hohen Molekulargewicht verwendet.
    15· Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine der miteinander zu verbindenden Oberflächen anfeuchtet und diese Oberflächen anschließend miteinander in Kontakt bringt·
    16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man das piezoelektrische Element und den Trägerfilm elektrostatisch auflädt, so daß sie aufgrund der statischen Elektrizität aneinander haften.
    §09845/0641
DE19752556077 1974-12-13 1975-12-12 Verfahren zum aufspannen eines piezoelektrischen elements auf einen rahmen Granted DE2556077B2 (de)

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GB1525136A (en) 1978-09-20
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