JPS6048118B2

JPS6048118B2 - 高分子圧電フィルムの分極装置

Info

Publication number: JPS6048118B2
Application number: JP55151840A
Authority: JP
Inventors: 照生小林; 一正山元; 孝司武田; 憲明原
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-10-28
Filing date: 1980-10-28
Publication date: 1985-10-25
Also published as: JPS5775474A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はポリフッ化ビニリデンフィルム（ＰＶＦ２フ
ィルム）等の高分子圧電フィルムを連続的に分極するこ
とができる高分子圧電フィルムの分極装置を提供するも
のてある。

高分子圧電フィルムの分極法については従来より数多
く提案されている。

例えば、一軸延伸されたＰＶＦ２フィルムの両面に電極
を蒸着し、この電極間に高電圧を印加する方法、蒸着電
極の替りに金属板２枚でフィルムをサンドイッチして高
電圧を印加する方法、電子線、コロナ放電で分極する方
法などがある。蒸着電極を用いる方法は、セル、曹
一、Ｌ、、、゛一゛言ｉ＋ιＬＬ＋、、゛−ーイ＊
Ｌふ入〒に９；ヨーれ一で覆う用途には向いているが
、電極を分極前に形成しなければならない点、複雑な電
極構成、大面積などができない点、連続分極ができない
点などの欠点があつた。第２の金属板によるサンドイッ
チ法は、フィルムに１ケ所でも欠陥があり、そこが放電
で破れると全面積が分極できなくなる欠点があり、また
、金属板を完全に平面に保たないと電界強度にむらがで
き、圧電率が均一にならず、さらに連続分極も困難であ
つた。電子線を用いる方法は主にエレクトレット製造に
用いられているが、真空系を必要とするため大面積の連
続分極は実用上、難カルい。コロナ放電を用いる方法も
現在、エレクトレットの製造に利用されている。これは
、高電圧が印加されるタングステン細線とアースされた
金属覆とからなるコロナハウスでコロナ放電を生じさせ
、発生した電荷を高電圧て反発し、コロナハウス開口部
と対向した位置にあるアースされた金属平板に向つて雨
の如く降らせ、このアースされた金属平板上に密着させ
たフィルム上に上記電荷が乗り分極されるものである。
この方法も、発生した電荷だけでは分極が不充分て圧電
率が低い欠点があり、また連続分極が困難であり、更に
フィルムに欠陥がある場合、分極中は大容量のコンデン
サを形成しているのと同じであるから、欠陥箇所が破壊
した場合、金属平板中に蓄えられていた電荷が一気にフ
ィルム上面上に溢れ、大きな面積が破損する欠点があり
、さらに一度破損すると、コロナ放電が発生し難くなり
、また発生した電荷が破損箇所を通じて、逃げるため分
極が充分にできない欠点があつた。本発明は上記従来の
欠点を除去し、大面積でしかも連続的に高分子圧電フィ
ルムを分極することができる分極装置を提供するもので
ある。本発明の分極装置によれば特に高分子圧電フィル
ムの用途が広がり、マイクロホン、超音波送受信機用セ
ンサなど小面積のもののだけでなく、キーボードスイッ
チのような複雑な回路構造のものを一枚の圧電フィルム
上に形成するような装置等に適用できるものである。特
にこのような場合欠陥のない均一な圧電率を持つた大面
積の高分子圧電フィルムが必要となる。以下に本発明の
一実施例について説明する。第１図において、１はフィ
ルム供給ロールであり、このロール１よソー軸延伸した
ＰＶＦ２フィルム４０が供給される。

２，３，４，５はフィルムの送り速度を決める機構、６
，７は高電圧発生装置であり、この高電圧発生装置６，
７で各々異符号の電圧を発生する。

８〜１５は保護抵抗、１６〜２３は高電圧印加手段であ
る。

２４〜２７は恒温槽３２からの熱気の漏れを防止するた
めの、電気絶縁体からなる断熱材である。

２８は恒温槽３２内に設けられた熱電対、２９はヒータ
、３０は恒温槽３２内の空気を攪拌するファン用モータ
、３１は温度コントローラである。

３３，３４はフィルム欠陥検出手段であり、上記高電圧
印加手段１９，２３、フィルム４０を介して電流が流れ
た場合、保護抵抗１５で電圧降下が生じる。

この電圧を検出し増幅器３３に導き、設定した閾値以上
の電圧降下が生じた時、マーキング手段３４によりフィ
ルム４０に印をつける。フィルムの送り速度と、高電圧
印加手段２３とマーキング手段３４との間の距離を予め
測定することにより、フィルム上の欠陥位置を知ること
ができる。増幅器３３にフィルム送り速度と同期した遅
延回路を設けることも可能である。前記高電圧印加手段
１６〜２３は第１図に示すように、恒温槽３２の内外に
設けてある恒温槽３２外のフィルム供給側に高電圧印加
手段１６，２０を設け、恒温槽３２外のフィルム巻取り
側に高電圧印加手段１９，２３を設けている。

一方、恒温槽内には、１７，１８，２１，２２の２対の
高電圧印加手段を設けている。これら高電圧印加手段は
、フィルムの送り速度によつても分極時間を一定に保つ
ため、送り速度が速い時は、恒温槽は大きくなり、高電
圧印加手段も、恒温槽内外とも増やすことができる。こ
のように本実施例においては、複数対の高電圧印加手段
を恒温槽３２の内外に設けフィルムが室温にある時から
分極を始・め、高温の恒温槽内、冷却部分ても終始分極
するものであり、このように分極することにより、より
安定した分極状態が得られる。印加する電圧は例えば、
第１図においてフィルム４０の上側の高電圧印加手段１
６〜１９にプラス電圧を印加した時、フィルム４０の下
側の高電圧印加手段２０〜２３にはマイナス電圧を印加
する。装置全体はアースに接地する。３５〜３８はフィ
ルム巻取り機構、３９は巻取りリール、４０はＰＶＦ２
フィルム等の高分子圧電フィルムである。

また、フィルム゛供給リール１に未延伸の高分子圧電フ
ィルムを装備し、フィルムの送り速度を巻取り速度の１
ノ２〜１１５にし、延伸と分極とを同時に行なうことも
可能である。第２図、第３図は上記高電圧印加手段１６
〜２３の詳細図である。

第２図、第３図において４１，４９は絶縁体であり、こ
の絶縁体４１，４９により金属細線と断面コ字状の金属
板４５を支持している。なお、絶縁体４１，４９の材質
としては熱変形温度が高く絶縁抵抗が大きいものが良く
、例えば、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイ
ドなどの樹脂、又はセラミックなどが良い。金属細線４
３，４４は、腐食に耐えるタングステン細線が適当であ
る。断面コ字状の金属板４５は導電性で強度がある程度
あれば材質は問わない。本実施例では普通の鉄板を用い
た。この金属板４５は、直接高電圧発生器６，７には接
続されておらず、電気的には絶縁されているが、金属細
線４３，４４に高電圧が印加されると、電荷を発生し、
その一部が金属板４５にトラップされ、金属板４５の電
位は上昇し、金属細線４３，４４への印加電圧と同程度
になる。また金属板４５は導電体であるため電荷は均一
に分布する。金属板４５にある程度電荷がトラップされ
るとその電位で逆に、新たに発生する電荷は静電気によ
り反発されるため、結局、発生する電荷は、断面コ字状
の金属板４５の開口部に集中的に流れる。この方向には
フィルム４０があり、更には反対符号の高電圧が印加さ
れた高電圧印加手段が対向している。これら一対の高電
圧印加手段から放出された電荷は、各々逆符号であるか
ら、お互いに吸引し、フィルム４０上に固定される。こ
の電荷と一対の高電圧印加手段間の電界とによりフィル
ム４０中の双極子が移動し、分極できるものである。以
上のように、金属板４５を電気的に浮かし、断面コ字状
にすることは、電荷を均一にフィルム上に分布させるの
に重要である。第２図において、４２，４８は金属細線
４３，４４を絶縁体４１，４９に固定する固定具、４６
，４７は金属細線４３，４４に張力を与えるバネである
。第４図は、フィルム欠陥検出手段の電気回路の１例を
示している。

分極操作は高圧電率を得るため、絶縁破壊電圧近くの高
電圧が印加される。フィルム中にはピンホール、異物等
が存在し破壊電圧が低下し、放電によつてフィルムに穴
があくこ−とはある程度は避けられない。しかし、フィ
ルムの欠陥を見過し、機器に組込まれ後不良品であるこ
とが判明するのではむだになる。事前に欠陥部分が明確
になればフィルムの利用効率も向上する。この放電穴を
検出するのがフィルム欠陥検出手段である。第４図にお
いて５０はフィルム欠陥検出用抵抗、５１は検出レベル
を設定する半固定抵抗、５２はトランジスタ５３の保護
用ダイオード、６０はホトアイソレータで回路６７と回
路６８を電気的に絶縁している。６５はマーキング手段
３４のソレノイドである。

動作はフィルムに欠陥がない時は、一対の高電圧印加手
段１９と２３間に流れる電流は極めて微少で、検出抵抗
５０での降下電圧は小さく、トランジスタ５３，５７，
６３は０ＦＦ状態で、ソレノイド６５にも電流は流れな
い。次にフィルムに欠陥があつた場合、検出抵抗５０を
流れる電流が増大し、検出設定値を越えるとトランジス
タ５３，５７は０Ｎ状態になり、ホトダイオードが発光
し、ホトトランジスタが０Ｎ１トランジスタ６３も０Ｎ
となり、ソレノイド６５に電流が流れ、マーキング手段
３４によりフィルム上に目印を付ける。第４図において
は高電圧発生器７は負電圧発生器の例であるが、高電圧
発生器７が正電圧の場合、第４図中の方向性素子の向き
は逆となる。第５図は、上記マーキング手段の１例を示
している。

６９は支持台、６５は前記ソレノイド、７０は可動鉄片
、７１は復帰バネ、７２はインク容器である。

第５図に示すマーキング手段の動作は、フィルムに欠陥
がある時のみソレノイド６５に電流が流れ、可動鉄片７
０を引きつけ、フィルム４０上にインク容器７２からの
インクで印をつけるものである。欠陥検出位置とマーキ
ング位置とは差があるが、両者間の間隔を予め測定して
おくことにより、欠陥位置を知ることができる。次に上
記分極装置を用いた分極方法の条件等について具体的に
説明する。予めＰＶＦ２フィルム４０を一軸延伸し、ほ
とんどＢ型結晶のみとした後、このフィルム４０を供給
リール１に装着する。

延伸フィルム４０の厚さを約３０７１７７！、一対の高
電圧印加手段間の間隔を１０１正負高電圧発生器６，７
から正負各々６．７５ＫＶを発生させ印加する。

フィルム４０は送り速度と巻取り速度をほぼ同一にし、
恒温槽３２中を約２紛で通過するように設定する。恒温
槽３２の温度は約８０゜Ｃとする。これによつて、圧電
定数Ｄ３ｌ＝２５〜３０×１０−１２ＣＩＮのものが得
られる。フィルム４０の厚さと一対の高電圧印加手段の
間隔は、印加電圧に影響する。間隔は０．５〜２ＣＩｒ
Ｌが適当であり印加電圧は±６ＫＶ〜±７．５ＫＶ１分
極時間は１０〜３吟、分極温度は７０〜１００℃が適当
である。また上記分極装置に未延伸フィルムを装着し、
１巻取り速度を送り速度の２〜５倍に設定し、他の条件
は上記例と同一にして延伸と同時に分極を行うこともで
きる。

例えば、末延伸ＰＶＦ２フィルム厚さ１０−を３倍に延
伸し同時に分極した時、圧電定数Ｄ３ｌ＝２７×１０−
１２ＣＩＮを得た。本発明は上記のような構成であり、
恒温槽内外に相対向する高電圧印加手段を設け、高分子
圧電フィルムをこの高電圧印加手段間を通過させて分極
するものであり、安定した分極状態が得られるものであ
る。また断面コ字状の金属板内に金属細）線を配置した
構造の高電圧印加手段を使用した場合には、断面コ字状
の金属板の開口部より電荷が均一に放出されるため、フ
ィルムの均一な分極が可能となるものである。また本発
明によれば、大面積て任意の形状の電極を形成できる高
分子圧電フィルムが可能となるものである。また、上記
実施例のように、フィルム欠陥検出を行ないマーキング
を付す場合には、欠陥部を避けて利用でき、高分子圧電
フィルムの利用効率が高くなる利点を有するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における高分子圧電フィルム
の分極装置の概略図、第２図は同装置の電圧印加手段の
下面図、第３図は同電圧印加手段の断面図、第４図は同
装置の要部の電気回路図、第５図は同装置のマーキング
装置の側面図である。１・・・・・フィルム供給ロール、６，７・・・・・・
高電圧発生装置、１６〜２３・・・・・高電圧印加手段
、２９・・・・ヒータ、３２・・・・・・恒温槽、３４
・・・・・・マーキング手段、３９・・・・巻取りリー
ル、４０・・・・・・高分子圧電フィルム、４１・・
・絶縁体、４２・・・固定具、４３，４４・・・・・
金属細線、４５・・・・金属板、４６，４７・・・・・
・バネ、４８・・・・固定具、４９・・絶縁体。

Claims

【特許請求の範囲】

１高分子圧電フィルムを送給するフィルム送給手段と
、送給されたフィルムを加熱する加熱手段と、断面コ字
状の金属板内に一対の金属細線を絶縁保持して構成され
、かつ前記加熱手段の内部および外部に上記高分子圧電
フィルムを介して対向配置された複数対の電圧印加手段
と、この電圧印加手段に高電圧を印加する高電圧発生手
段と、上記複数対の電圧印加手段の内の一対の電圧印加
手段に流れる電流を検出し、上記高分子圧電フィルムに
マーキングを施すマーキング手段とを具備してなる高分
子圧電フィルムの分極装置。