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