DE2556077B2 - Verfahren zum aufspannen eines piezoelektrischen elements auf einen rahmen - Google Patents

Verfahren zum aufspannen eines piezoelektrischen elements auf einen rahmen

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DE2556077B2
DE2556077B2 DE19752556077 DE2556077A DE2556077B2 DE 2556077 B2 DE2556077 B2 DE 2556077B2 DE 19752556077 DE19752556077 DE 19752556077 DE 2556077 A DE2556077 A DE 2556077A DE 2556077 B2 DE2556077 B2 DE 2556077B2
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Naohiro; Obara Hiroshi; Iwaki Fukushima Muarayama (Japan)
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Kureha Kagaku Kogyo KX., Tokio
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufspannen eines hochmolekularen piezoelektrischen Elementes auf einen Rahmen bzw. ein Rahmengerüst.
Es ist .ms Japanese Journal of Applied Physics VoI 8, S. 975--Γ/6, 1969 (H. Kawai), bekannt, daß ein Film mit eine.n hohen Molekulargewicht, der starke piezoelektrische Eigenschaften aufweist, durch Polarisieren eines Materials mit einem hohen Molekulargewicht, wie Polyviny idenfluorid. Polyvinylfluorid u. dgl, unter einem hohen Gleichstromfeld hergestellt werden kann. Diese F'ezoe'e'ctr'schen Filme mit einem hohen Molekulargewicht weisen zahlreiche vorteilhafte cha-
.15 rakteristisehe Merkmale auf, die mit konventionellen anorganischen piezoelektrischen 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 Tonübertragungsvorrichtungen, wie Kopfhörern, Lautsprechern u. dgl. sowie verschiedene Arien von Übertragungssystemen (Wandlern), Tastaturen (Tastenfeldern) u. dgl.
Wenn ein piezoelektrischer Film mit einem hohen Molekulargewicht auf einem der obengenannten 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 vib'ierender 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 u. dgl. Daher können, wenn ein solcher dünner Film auf ein Rahmengerüst aufgespannt
do werden soll, leicht Falten oder lokale Erschlaffungen durch eine geringfügige Ungleichmäßigkeit der Spannung gebildet werden. Bei Tonübertragungsvorrichtungen ist es jedoch erforderlich, daß der vibrierende Film gleichmäßig gespannt ist; die vorstehend erwähnten
<>s Falten und Erschlaffungen beeinträchtigen die Leistung der Übertragungsvorrichtung beträchtlich.
Um einen solchen Nachteil zu vermeiden, sind Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, wenn der piezoelek-
trische Film mit einem hohen Molekulargewicht auf ein Rahmengerüst aufgespannt wird. Ein Verfahren besteht beispielsweise darin, daß man zuerst den Rand des piezoelektrischen Filmes mit dem hohen Molekulargewicht mittels einer Einspannvorrichtung, die größer ist als das Rahmengerüst, festklammert, die Einspannvorrichtung und den Film so aufeinander einstellt, daß eine gleichmäßige Spannung ohne Faltenbildung oder Erschlaffungen erhalten wird, und schließlich den Film auf de Rahmenkörper aufzieht (aufklebt). Ein solches ,,, Verfahren ist jedoch offensichtlich nicht sehr wirkungsvoll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein wirksameres Verfahren zum Aufspannen eines piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht i, auf einen Rahmen anzugeben, bei dem keine Faltenbildung auftritt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß
■i) ein Trägerfilm, der dicker ist als das piezoelektri- " sehe Element, an einer der Elektroden unter Bildung eines aus dem piezoelektrischen Element und dem Trägerfilm bestehenden Schichtkörper befestigt wird,
b) an der freiliegenden Oberfläche der gegenüberlie- '" genden dünnen Elektrode ein Rahmen befestigt wird und
c) der Trägerfilm entfernt wird.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme v. auf die 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 erfin- ; dungsgemäßen Verfahren auf ein Rahmengerüst aufgespannt werden, und
Fig.4 ein Beispiel eines Verfahrens zum Auflaminieren einer langgestreckten Elementfolie 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 od.dgl. und der Film bleibt beim Fixieren mit s Eiiispanneinrichtungen od. dgl. praktisch eben, ol.ne 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 ν und mittels eines Klebstoffes 5 od. dgl. daran befestigt.
Danach wird der Trägerfilm, wie in der Fig. 3 dargestellt, entfernt. Trotz der Einfachheit des Verfahrens treten keine Ungleichmäßigkeiten, wie z. B. Falten od. dgl., auf. Selbst wenn eine große Anzahl von <·. Elementen hergestellt werden soll, ist die Streuung der Produkte, vorausgesetzt, daß der piezoelektrische Film mit hohem Molekulargewicht und der Trägerfilm gleichmäßig aneinander befestigt sind, gering .uifgrund der Tatsache, daß überall die gleiche Zugspannung auf das auf den Rahmenkörper aufgespannte Element einwirkt, so daß die Ausbeute der Produkte stark verbessert werden kann.
Der erfindungsgemäß verwendete Trägerfilm ist vorzugsweise steifer als der piezoelektrische Film mit einem hohen Molekulargewicht und er hat in der Regel eine ausreichende Wirkung, wenn er dicker ist als der piezoelektrische Film mit hohem Molekulargewichu Das für den Trägerfilm verwendbare Material unterliegt keinen speziellen Beschränkungen, vorzugsweise werden jedoch Materialien mit hoherrv Molekulargewicht, wie Polyvinylidenfluorid, Polyvinylfluorid, Polyvinylchlorid. Polyester, Polypropylen od. 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 od. dgl. gründlich entfernt. Dieses Verfahren ist noch wirksamer, wenn es im Vakuum durchgeführt wird.
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 6 gewickelt ist, und der Trägerfilm 3. der um eine Spule 7 gewickelt ist, werden von ihren jeweiligen Spulen abgewickelt und zwischen Druckwalzen 8 und 9 hindurchgeführt, wodurch sie unter Druck miteinander in Kontakt gebracht werden. Die dabei erhaltene Schichtfolie B wird auf eine weitere Spule 10 aufgewickelt. In diesem Falle braucht der Druck, der zwischen den Druckwalzen 8 und 9 herrscht, nicht sehr groß zu sein Ein Druck, bei dem kein Luftspalt zwischen den Walzen vorliegt, hat sich als für diesen Zweck ausreichend erwiesen. Die Druckwalzen 8 und 9 können aber auch weggelassen 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 Elementfolie durchgeführt werden. So können beispielsweise die Flementfolie, die auf einer oder auf beiden Seiten metallisiert worden ist, und derTrägcrfilm aufeinandergelegt werden. Der Trägerfilm steht dabei natürlich mit einer metallisierten Oberfläche der Elementfolic in Kontakt. Wenn nur eine Oberfläche vorher metallisiert worden ist. muß die andere Oberfläche nach dem Lanimieren metallisiert werden. Die aufeinandergelegten 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 u.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.
Der auf diese Weise polarisierte piezoelektrische
Film mit hohem Molekulargewicht steht in innigem
Kontakt mit dem Trägerfilm und kann daher erfindungsgemäß verwendet werden.
Wie oben angegeben, besteht das charakteristische Merkmal der vorliegenden Erfindung darin, daß ein piezoelektrisches, Element mit einem hohen Molekulargewicht, das auf einen Rahmenkörper aufgespannt ist, wie oben angegeben, nach einem extrem einfachen Verfahren hergestellt werden kann, dessen technische Vorteile für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:
1. 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, dadurch gekennzeichnet, daß
a) ein Trägerfilm (3), der dicker ist als das piezoelektrische Element (1), an den Elektroden (2,2') unter Bildung eines aus dem piezoelektrischen Element und dem Trägerfilm bestehenden Schichtkörpers befestigt wird,
b) an der freiliegenden Oberfläche der gegenüberliegenden dünnen Elektrode (2) ein Rahmen (4) befestigt wird und
c) der Trägei film (3) entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Trägerfilm (3) einen Film verwendet, der steifer ist als das piezoelektrische Element.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch
fekennzeichnet, daß man als Trägerfilm (3) einen ilm aus einem Material mit einem hohen Molekulargewicht verwendet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens eine (der miteinander zu verbindenden Oberflächen anfeuchtet und anschließend diese Oberflächen miteinander vereinigt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man das piezoelektrische Element (1) und den Trägerfilm (3) elektrostatisch auflädt, so daß sie aufgrund der statischen Elektrizität aneinander haften.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Element (I) und der Trägerfilm (3) unter Anwendung von Druck aufeinandergelegt werden, um die dazwischen befindliche Luft herauszupressen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammendrücken des piezoelektrischen Elements (1) und des Trägerfilms (3) im Vakuum durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Befestigen des Trägerfilms (3) an dem piezoelektrischen Element (1) ein langgestrecktes piezoelektrisches Element (A)und ein langgestreckter Trägerfilm (3) gleichzeitig durch ein Druckwalzenpaar (8,9) geführt werden lind der dabei erhaltene Schichtkörper (B) auf eine Spule (10) gewickelt wird.
9. Verfahren zum Aufbringen eines dünnen piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht auf einen Rahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei auf eine Oberfläche eines dünnen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht, eine erste dünne Elektrode und auf die gegenüberliegende zweite Oberfläche des Filmes eine zweite dünne Elektrode aufgebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Bildung des Schichtkörpers entsprechend Schritt a) der dünne Film (1) durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der ersten und der zweiten Elektrode (2, 2') unter Bildung eines piezoelektrischen Filmes mit einem hohen Molekulargewicht polarisiert wird, und daß
danach die Schritte b) und c) ausgeführt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite dünne Elektrode (2) nach dem Befestigen des Trägerfilms (3) an der die erste Elektrode (2*) tragenden Seite des dünnen Filmes auf den dünnen Film aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Schichtkörpers ein langgestreckter dünner Film (1) auf den die erste und die zweite Elektrode (2, 2') aufgebracht sind und ein langgestreckter Trägerfilm (3) gleichzeitig durch ein Druckwalzenpaar (8, 9) geführt werden, und der dabei erhaltene Schichtkörper (3/auf eine Spule (10) aufgewickelt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisation durchgeführt wird, während sich der Schichtkörper (B) auf der Spule (10) befindet
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