DE2757099A1 - Hochmolekulare, piezoelektrische anordnung - Google Patents

Hochmolekulare, piezoelektrische anordnung

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Description

Henkel, Kern, Feiler &■ Hänze' Patentanwälte
Möhlstraße37 Kureha Kagaku Kogyo D-eooo München 80
Kabushiki Kaisha TeL 089/982085-87
m .4 _ T____ Telex: 0529802 hnkl d
Tokio, Japan Telegramme:ellipsoid Hochmolekulare, piezoelektrische
Die Erfindung betrifft eine hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung, insbesondere eine hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie, bei der über auf beiden Seiten eines hochmolekularen, piezoelektrischen Films ausgebildeten Elektroden zwei relativ dicke elastische Lagen vorgesehen sind, wobei die elastischen Lagen derart eine Einheit bilden, daß die Anordnung freistehend ist und starke Schläge auszuhalten vermag.
Es ist bekannt, daß polarisiertes Polyfluorvinyliden und Polyfluorvlnyl piezoelektrische Eigenschaften aufweisen.
So gibt es bereits die verschiedensten elektroakustischer! Wandler oder Tastenfelder mit derartigen hochmolekularen, piezoelektrischen Filmen. Die meisten elektroakustischer! Wandler und Tastenfelder mit hochmolekularen, piezoelektrischen Filmen nutzen die Eigenschaft dieser Filme aus, we-
Dr.F/rm
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-A-
gen ihrer geringen Dicke und Flexibilität bereits durch Applikation einer sehr geringen Belastung ohne weiteres deformiert oder zum Schwingen gebracht zu werden.
Gerade diese Eigenschaften verhindern aber, daß der jeweilige dünne hochmolekulare Film freistehend ist. Darüber hinaus kann die durch die Applikation einer Belastung verursachte Schwingung des Films eine (Lärm-) Störung in dem entstehenden elektrischen Signal hervorrufen. Folglich ist die Eigenschaft des dünnen hochmolekularen Films, frei schwingen zu können, nicht immer von Vorteil, d.h. sie kann von Fall zu Fall sogar von Nachteil sein. Wenn man die Dicke des Films erhöht, lassen sich die "Freisteheigenschaften" verbessern. Ein piezoelektrisches, hochmolekulares Material besitzt jedoch in der Regel eine hohe Kristallinität und einen relativ hohen Young'sehen Elastizitätsmodul. Wenn man also die Dicke oder Stärke des piezoelektrischen, hochmolekularen Materials erhöht, nimmt die Biegsamkeit einer einen solchen Film enthaltenden piezoelektrischen Anordnung ab. Darüber hinaus erhöht sich auch die Schwingung bei Applikation einer Belastung.
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile üblicher bekannter hochmolekularer Anordnungen eine freistehende und starke Schläge aushaltende hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zu schaffen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie, bei welcher ein hochmolekularer, piezoelektrischer Film mit daran befindlichen Elektroden zwischen zwei elastische Lagen, deren Dicke bzw. deren Young'scher Elastizitätsmodul größer bzw. geitiger sind als die entspre-
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chenden Parameter des piezoelektrischen Films, gelegt wird.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung, die als Tastbereich in einem elektronischen Musikinstrument Verwendung finden kann;
Fig.3a eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung, die als Zähler oder Wähler zum Einsatz gebracht werden kann, und
Fig.3b eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung, die als Steuerschaltereinheit benutzt werden kann.
Die in Figur 1 als eine Ausführungsform einer hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung dargestellte Anordnung enthält einen Polyfluorvinylidenfilm 1, dem durch Polarisation piezoelektrische Eigenschaften verliehen worden sind. Durch Vakuumbedampfen, Aufplattieren oder Beschichten sind auf beide Seiten des Films 1 Elektroden 2 und 2* aus beispielsweise Aluminium, Gold, Silber, Nikkei oder Chrom aufgebracht worden. Auf den Elektroden 2 und 2* befinden sich (unter Bildung einer Einheit) relativ dicke
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elastische Lagen 3 und 3' aus beispielsweise Kautschuk oder einem Polyurethanschaumstoff eines Young'sehen Elastizitätsmoduls, der geringer ist als der Young»sehe Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Films. Von den Elektroden 2 und 2' gehen drahtförmige Zufuhrleitungen 4 und 4' aus. Die elastischen Lagen sind an dem piezoelektrischen Film üblicherweise mittels eines Klebstoffs befestigt. Wenn jedoch die Elektroden auf dem piezoelektrischen Film mittels eines elektrisch leitenden Anstrichs oder Klebstoffs ausgebildet sind, können die elastischen Lagen auch über die Haftwirkung dieser Elektroden an dem piezoelektrischen Film "befestigt" werden.
Vorzugsweise werden die elastischen Lagen aus Kautschuk, z.B. natürlich vorkommendem oder synthetischem Kautschuk, einem Silikonkautschuk, einem Fluorkautschuk, einem Äthylen/Propylen-Kautschuk, einem Polyurethanschaumstoff, einem aufgeschäumten Kautschuk oder einem aufgeschäumten Kunststoff niedrigen Young'sehen Elastizitätsmoduls hergestellt. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß die Dicke oder Stärke der elastischen Lage(n) größer ist als die Dicke des hochmolekularen, piezoelektrischen Films. Vorzugsweise sollte jedoch die Dicke so gewählt werden, daß die Elastizität, erre duiet aus dem Produkt des Young'sehen Elastizitätsmoduls und der Dicke, größer ist als die Elastizität des hochmolekularen, piezoelektrischen Films. Es braucht nicht eigens erwähnt zu werden, daß man die Dicke oder Stärke der elastischen Lage(n) je nach dem Gebrauchszweck in geeigneter Weise wählen kann. Es ist jedoch auch möglich, die beiden elastischen Lagen aus unterschiedlichen Materialien und in unterschiedlicher Dicke herzustellen.
Die beiden Oberflächen der piezoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung sind mit den Lagen eines niedrigen Young'sehen
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Elastizitätsmoduls bedeckt. Wenn folglich die Anordnung A auf eine flache Unterlage B gelegt wird (Figur 2) und auf das Ganze ein Druck P, wie er beim Drücken einer Klaviertaste ausgeübt wird, einwirken gelassen wird, wird der piezoelektrische Film 1 etwas deformiert, da die einen niedrigen Young'sehen Modul aufweisende Lage eine kautschukartige Elastizität aufweist. Dabei entsteht zwischen den auf den beiden Seiten des Films 1 vorgesehenen Elektroden 2 und 2· eine Piezoelektrizität. Wenn folglich an die Elektroden 2 und 2* Zufuhrdrähte 4 und 4· angeschlossen sind, erhält man entsprechend der Größe des auf den Film applizierten Drucks ein elektrisches Signal. Somit kann also eine erfindungsgemäße Anordnung entsprechend dem beschriebenen Prinzip als Taster in einem elektronischen Musikinstrument zum Eineatz gelangen. Wenn in einem solchen Falle auf die Anordnung A oder den Taster eine starke Schlagwirkung ausgeübt wird, wird der Schlagton durch die Lagen 3 und 3' absorbiert. Infolgedessen entstehen kaum auf eine solche Schlageinwirkung zurückzuführende Lärmstörungen. Da schließlich der piezoelektrische Film durch die elastischen Lagen verstärkt ist, wird er selbst bei wiederholterEinwirkung starker Schläge kaum bzw. nie beschädigt.
Infolge Mitverwendung der elastischen Lagen sind die Freisteheigenschaften und die elastischen Erholungseigenschaften einer erfindungsgemäßen Anordnung verbessert. Dies gestattet die Verwendung der Anordnung beispielsweise in Fällen, in denen ein oberes Ende der piezoelektrischen Anordnung A starr an einem Halter C derart befestigt 1st, daß ein von einem Förderband D fortbewegter fester Körper E mit einem unteren Ende der Anordnung A in Berührung gebracht wird (vgl. Figur 3a). Bei einer solchen Vorrichtung
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kann die Anzahl der Zeitpunkte, die die piezoelektrische Anordnung abgelenkt wird, oder das Ausmaß der Verstellung der Anordnung A ermittelt bzw. bestimmt werden. Folglich eignet sich also eine Anordnung gemäß der Erfindung in der zuletzt geschilderten Ausführungsform als Zähler zum Zählen der Anzahl von Gegenständen oder als Wählvorrichtung zur Auswahl von Gegenständen aufgrund ihrer Abmessungen.
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist in Figur 3b dargestellt. Hierbei wird ein Pulver F in gegebener Dicke mittels eines Förderbandes fortbewegt. Über dem Förderband sind in zwei verschiedenen Abständen zwei piezoelektrische Anordnungen A1 und Ap derart vorgesehen, daß eine der piezoelektrischen Anordnungen A1 und A2 mit dem Pulver F in Berührung steht, die andere jedoch mit dem Pulver nicht in Berührung gelangen kann. Bei dieser Vorrichtung können die piezoelektrischen Anordnungen als Steuerschaltereinheit zur Steuerung der Pulverdicke dienen.
Der Polsterungseffekt der auf beiden Seiten des Films befindlichen elastischen Lagen und die verbesserten Freisteheigenschaften und Elastizitätserholungseigenschaften ermöglichen bei hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnungen gemäß der Erfindung eine bessere Ausnutzung hochmolekularer, piezoelektrischer Filme.
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Claims (5)

  1. Patentanspruch
    Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zur Itawandlung mechanischer in elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Einheit aus zwei elastischen Lagen (3, 3') und einem dazwischenliegenden, hochmolekularen, piezoelektrischen Film (1), dessen beide Oberflächen mit Elektroden (2, 21) und von den Elektroden (2, 21) ausgehenden Zuleitungsdrähten (4, 4·) versehen sind, besteht.
  2. 2. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch
    1, dadurch gekennzeichnet, daß der Young'sehe Elastizitätsmodul der elastischen Lagen geringer ist als der Young'sehe Elastizitätsmodul des hochmolekularen piezoelektrischen Films und daß die Dicke der elastischen Lagen die Dicke des hochmolekularen piezoelektrischen Films übersteigt.
  3. 3. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch
    2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Lagen aus Naturkautschuk, künstlichem Kautschuk, Silikon-
    kautschuk, Fluorkautschuk, einem Äthylen/Propylen-Kautschuk, einem Polyurethanichaumstoff, einem aufgeschäumten Kautschuk und/oder einem aufgeschäumten Kunststoff bestehen.
  4. 4. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastizität der elastischen Lagen, definiert durch das Produkt aus Young 'schein Elastizitätsmodul und Dicke, größer ist als die Elastizität des hochmolekularen, piezoelektrischen Films.
  5. 5. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Lagen aus Naturkautschuk, künstlichem Kautschuk, Silikonkautschuk, Fluorkautschuk, einem Äthylen/Propylen-Kautschuk, einem Polyurethanschaumstoff, einem aufgeschäumten Kautschuk und/oder einem aufgeschäumten Kunststoff bestehen.
DE2757099A 1976-12-28 1977-12-21 Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung Expired DE2757099C3 (de)

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