DE2757099C3

DE2757099C3 - Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung

Info

Publication number: DE2757099C3
Application number: DE2757099A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Obara; Tohru Sasaki
Original assignee: Kureha Corp
Current assignee: Kureha Corp
Priority date: 1976-12-28
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1980-09-11
Also published as: JPS5831427Y2; DE2757099A1; DE2757099B2; FR2376523A1; GB1592416A; FR2376523B1; JPS5394083U

Description

Die Erfindung betrifft eine hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie, die aus einer Einheit aus zwei elastischen Lagen und einem dazwischenliegenden, hochmolekularen, piezoelektrischen Film, dessen beide Oberflächen mit Elektroden und von den Elektroden ausgehenden Zuleitungsdrähten verseher sind, besteht.

Es ist bekannt, daß polarisiertes Polyfluorvinyliden und Polyfluorvinyl piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Das geht beispielsweise aus der DE-OS 2147 892 hervor, die sich mit einem Verfahren zur Herstellung derartiger polymerer Folien befaßt.

Es gibt bereits die verschiedensten elektroakustischen Wandler oder Tastenfelder mit derartigen hochmolekularen, piezoelektrischen Filmen. Die meisten elektroakustischen Wandler und Tastenfelder mit hochmolekularen, piezoelektrischen Filmen nutzen die Eigenschaft dieser Filme aus, wegen 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« ι verbessern. Ein piezoelektrisches, hochmolekulares Material besitzt jedoch in der Regel eine hohe Kristallinität und einen relativ hohen Young'schcn 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.

Die in dem DE-GM 19 51 219 beschriebene piezoelektrische Anordnung, die als Relais verwendet wird, zeigt ebenfalls die oben genannten Nachteile. Diese werden auch nicht in dem angestrebten Ausmaße durch eine hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung der eingangs beschriebenen Art behoben, deren Besonderheit in einer Einheit aus zwei elastischen Lagen und einem dazwischenliegenden, hochmolekularen, piezoelektrischen Film besteht. Eine solche Anordnung geht aus der DE-OS 21 59 861 hervor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile üblicher bekannter hochmolekularer Anordnungen eine freistehende und starke Schläge aushaltende hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Young'sche Elastizitätsmodul der elastischen Lagen geringer ist als der Young'sche Elastizitätsmodul des hochmolekularen piezoelektrischen Films und daß die Dicke der elastischen Lagen die Dicke des hochmolekularen piezoelektrischen Films übersteigt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Ausführungsform einer hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung:

F i g. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemaßc hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung, die als Tastbercich in einem elektronischen Musikinstrument Verwendung finden kann;

Fig. 3a eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung, die als Zähler oder Wahler zum Einsatz gebracht werden kann, und

Fig. 3b eine schemalische Darstellung einer erfindungsgemäßen hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung, die als .Steucrschaltercinheit benutzt werden kann.

Die in Fig. 1 als eine Ausführungsform einer hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnung gemäß der Erfindung dargestellte Anordnung enthält einen Polyfluorvinylidcnfilm 1, dem durch Polarisation piezoelektrische Eigenschaften verliehen worden sind. Durch V.ikuumbedampfen, Aufplattieren oder Beschichten sind auf beide Seiten des Films 1 Elektroden 2 und 2' aus beispielsweise Aluminium, Gold, Silber, Nickel oder Chrom aufgebracht worden. Auf den Elektroden 2 und 2' befinden sich (unter Bildung einer Einheit) relativ dicke elastische Lagen 3 und 3' aus beispielsweise Kautschuk oder einem Polyurcihanschaumsioff eines Young'schcn Elastizitätsmoduls, der geringer ist als der Young'sche Elastizitätsmodul des piezoelektrischen Films. Von den Elektroden 2 und 2' gehen drahtförniigc Zufuhrlcitungen 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.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung 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'schen Elastizitätsmoduls hergestellt. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß die Dicke oder Stärke der elastischen Lage(n) größer ist als die Dicke des hochmolukularen, piezoelektrischen Films. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sollte jedoch die Dicke so gewählt werden, daß die Elastitzität, errechnet aus dem Produkt des Young'schen Elastizitätsmoduls und der Dicke, größer als die Elastizität des hochmolekularen, piezoelektrischen Films ist. Dadurch werden dessen Selbsttrageeigenschaften verbessert. Es braucht an sich 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 elastische" 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'schen Elastizitätsmoduls bedeckt. Wenn folglich die Anordnung A auf eine flache Unterlage B gelegt wird (F i g. 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 3« niedrigen Young'schen Modul aufweisende Lage eine kautschukartige Elastizität aufweist. Dabei entsteht zwischen den auf den beiden Seiten des Films 1 vorgesehenen Elektroden 2 und 2' eine Pie/oelektriztlät. Wenn folglich an die Elektroden 2 und 2' Zufuhrdrähte 4 und 4' angeschlossen sind, erhalt man entsprechend der Größe des auf den Film appli/ierten Drucks ein elektrisches Signal. Somit kann also eine erfindungsgeniäße Anordnung entsprechend dem beschriebenen Prinzip als Taster in einem elektronischen Musikinstrument zum Einsai/ gelangen. Wenn in einem solchen Falle auf die Anordnung A oder den Taster eine Marke Schlagwirkung ausgeübt wird, wird der Schlag-Ion 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 wiederholter Einwirkung starker Schläge kaum bzw. nie beschädigt.

Infolge Mitverwendung der elastischen Lagen sind die Freisieheigenschaften 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 ist, daß ein von einem Förderband D fortbewegter fester Körper £mit einem unteren Ende der Anordnung A in Berührung gebracht wird (vgl. Fig. 3a). Bei einer solchen Vorrichtung kann die Anzahl der Zeilpunkte, in denen 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 A isvvahl von Gegenständen aufgrund ihrer Abmessungen.

Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßcn Anordnung ist in F 1 g. 3b dargestellt. Hierix" wird ein Pulver F in gegebener Dicke mittels eines Förderbandes fortbewegt. Über dem Förderband sind in zwei verschiedenen Abständen zwei piezoelektrische Anordnungen A\ und A:derart vorgesehen,daß eine der piezoclektrischen Anordnungen .-\ und .4_: mit dem Pulver Fin Berührung steht, die andere jedoch mit dem Pulver nicht in Berührung gelangen kann. Bei dieser Vorrichtung können die piezoelektrischen Anordnungen als Steuerschallereinheit zur Steuerung der Pulverdicke dienen.

Der Polstcrungscffcki der auf beiden Seiten des Films befindlichen elastischen Lagen und die verbesserten Freisteheigenschailen und Elast izitätserholungseigenschaften ermöglichen bei hochmolekularen, piezoelektrischen Anordnungen gemäß der Erfindung eine bessere Ausnutzung hochmolekularer, piezoelektrischer Filme. Zusätzlich zeichnen sich die piezoelektrischen Anordnungen gemäß der Erfindung durch eine verbesserte Abriebfestigkeit aus.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung zur Umwandlung mechanischer in elektrische Energie, die aus einer Einheit aus zwei elastischen Lagen und einem dazwischenliegenden, hochmolekularen, piezoelektrischen Film, dessen beide Oberflächen mit Elektroden und von den Elektroden ausgehenden Zuleitungsdrähten versehen sind, besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Young'sche Elastizitätsmodul der elastischen Lagen (3,3') geringer ist als der Young'sche Elastizitätsmodul des hochmolekularen piezoelektrischen Films (1) und daß die Dicke der elastischen Lagen (3, 3') die Dicke des hochmolekularen piezoelektrischen Films (1) übersteigt.

2. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne:, daß die Elastizität der elastischen Lagen (3, 3'), definier« durch das Produkt aus Young'schem Elastizilätsmodul und Dicke, größer ist als die Elastizität des hochmolekularen, piezoelektrischen Films (1).

3. Hochmolekulare, piezoelektrische Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Lagen (3,3') aus Naturkauischuk, künstlichem Kautschuk, Silikonkautschuk. Fluorkautschuk, einem Äthylen/I'ropylen-Kauischuk, einem Polyurethanschaumstoff, einem aufgeschäumten Kautschuk und/oder einem aufgeschäumten Kunststoff bestehen.