KR840001445B1 - 엘렉트릿의 제조방법 - Google Patents

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Description

엘렉트릿의 제조방법

제1도는 본발명 방법을 설명하기 위한 단면도,

제2도 및 제3도는 본발명 방법에 사용하는 가압변형치구의 구조예를 표시하는 저면도 및 측면도,

제4도는 본발명 방법을 설명하는 공정도,

제5도 내지 제8도는 본발명 방법에 의하여 얻은 엘렉트릿의 특성예를 표시하는 곡선도,

제9도는 엘렉트릿의 열자극전류 측정장치의 구성 개략도,

제10도는 엘렉트릿의 열자극전류 스펙트르를 표시하는 곡선도,

제11도는 엘렉트릿의 사용한 정전형 헤드폰의 구성개략도이다.

본발명은 엘렉트릿(electret)의 제조방법에 관한 것이다. 엘렉트릿이란, 자발분극(自發分極)을 가지지 않은 유전물(誘電體) 물질에 영구적으로 접속하는 전기적분극을 부여시킨 것을 특징으로 하는 물질로서 정의되어 있다.

주지하는 바와같이, 엘렉트릿에는 압전성이나 집전성(集電性)을 이용할 수 있는 엘렉트릿과, 정적계(靜電界)를 이용할 수 있는 엘렉트릿이 있어서, 특히 정전계를 이용할 수 있는 엘렉트릿은, 정전형(靜電型) 마이크로폰이나 정전형 헤드폰등의 성극전압원(成極電壓)으로서 사용되고 있고, 그밖에도 정전형전기-기계변환, 기계-전기변환동작을 필요로하는 대부분의 기기에 사용이 가능하며, 이용가치가 높은 것이다.

정전형전기-기계변환기나 정전형기계-전기변환기의 변환효율은, 성극전압이 높을수록 높게 얻을 수 있는 것으로서, 이들기기에 사용하기 위한 엘렉트릿에는, 엘렉트릿의 전압이 높은 것과 1개 1개의 엘렉트릿의 전압치(値)가 서로 같다고 하는 것이, 기기의 성능과 품질의 균일성을 높이는데에 필요한 것으로 되어 있었다.

또한, 엘렉트릿 전압의 수명은, 엘렉트릿을 사용한 기기의 실용수명을 직접결정한다고 하는 것으로서, 균일하고 오랜 수명을 가지고 있다고 하는것도 중요한 요건이다.

이와같은 엘렉트릿을 얻는 방법으로서는 종래부터 (1) 열 엘렉트릿화(化)방법, (2) 엘렉트로ㆍ엘렉트릿화 방법, (3) 메카노(mechano). 엘렉트릿화 방법, (4) 호트 (hot). 엘렉트릿화 방법, (5) 래디오ㆍ엘렉트릿화 방법, (6) 마그넷ㆍ엘렉트릿화 방법등의 기본적 엘렉트릿화 방법과, 이들방법을 조합한 수많은 엘렉트릿화 방법이 시도되고 있다.

예를들면 열 엘렉트릿화 방법이나 엘렉트로ㆍ엘렉트릿화 방법은, 분극도 혹은 전하량을 제어하기 쉽고, 나아가서는 엘렉트릿 전압치를 제어하기 쉽기 때문에 공업상 이용되고 있으나, 안정성, 수명등의 점에서 실용상 충분한것은 아니었다.

또한 안정성, 수명등을 개량하기 위하여 요철면(凹凸面)을 가지는 유전체표면을 엘렉트릿화 시키는 것도 일본국 특공소 51-15599 등으로 시도되고 있으나, 실용상 아주 충분한 선능을 얻을 수는 없었다.

또한 이들 엘렉트릿화 방법에 있어서는, 엘렉트릿화 시에, 엘렉트릿 표면에 불안정한 대전(帶電)성분을 함유하기 때문에, 예를들면 일본국 특개 47-43999호나, 등 특공소 50-19360호에 표시한 것과 같은 안정화 처리가 불가결한 공정으로 되어 있었다.

본발명은 상기한 점에 비추어서, 안정화처리 공정을 거치는 일없이 균일한 엘렉트릿 전압치와 엘렉트릿 전압수명을 가지는 엘렉트릿을 용이하게 얻을수가 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본발명 방법은 엘렉트릿화용 유전성물질표면에 소성변형을 부여하여 연신영역(延伸領域) 및 압축영역을 형성시키는 엘렉트릿의 제조방법이고, 또 상기 연신영역 및 압축영역을 형성시키는 공정으로서, 다수의 요철을 가지는 가압변형치구(加壓變形治具)를 엘렉트릿화용 유전성물질표면에 압접 및 박리시키는 엘렉트릿의 제조방법이다.

즉 본발명 방법에 있어서는, 제1도 (a) (b)에 단면적으로 표시한 것과 같이, 엘렉트릿화용 유전성물질 (1)표면에, 예를들면 (2)에 표시한것과 같은 다수의 요철을 가지는 가압변형치구를 압접 및 박리시켜서 연신영역(A) 및 압축영역(B)를 분산형성시킨다. 이때에 상기 연신영역(A) 및 압축영역(B)에 극히 안정된 전하가 유지된다고 하는 것을 발견한 것이다.

또한 이 안정된 전하를 발생하는 대전기구(帶電機構)는, 연신영역(A) 및 압축영역(B)를 형성시킬때의 엘렉트릿화용 유전성물질(1)과 가압변형치구(2)와의 마찰, 박리 및 엘렉트릿화용 유전성물질의 분자구조의 배열상태가 국부적으로 변하는 것에 기인하는 것으로 생각된다.

본발명 방법에 사용되는 엘렉트릿화용 유전성물질로서는 4불화에틸렌-6불화프로필렌 공중합체(이하 FEP 테플론이라 한다), 폴리 4불화에틸렌, 폴리피어플루오로 알콕시등을 들 수 있고, 또 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리불화비닐리덴 등의 표면에 FEP 테플론, 폴리 4불화에틸렌 등을 피복형성시킨 적층물을 사용할수도 있다. 또 가압변형치구는, 상기 엘렉트릿화용 유전성물질과 대전서열이 다른 물질로서 형성된 것이면 되고, 실용상 표면이 도금등에 의하여 피복된 금형(金型)을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 가압변형치구표면의 형성재료를 적절히 선택하는 것에 의해서 용이하게 엘렉트릿 전압을 제어할수가 있다.

또한 상기 가압성형치구표면에 마련되는 다수의 요철로서는, 예를들면 제2도에 저면도 및 측면도로서 표시하는 것과 같은 대형상돌기(台形狀突起) (3) 혹은 제3도(a)에 표시하는 것과 같은 원추대형상(丹錐台形狀)돌기(3') 등을 들수있고, 압접에 의하여 연신영역 및 압축영역을 가지는 소성변형을 형성시킬수 있는 형상이면 상기 이외의 각주(角柱) (제3도(b)), 반구(半球) (제3도(c)), 반타원구 (제3도(d)), 나선(螺線) (제3도(e)) 동심원 (제3도(f)) 등을 적절히 선택할 수 있다.

다음에 본 발명방법에 있어서의 요철의 분산밀도, 압접의 인가압력 및 엘렉트릿화용 유전성물질의 두께의 변화에 대한 엘렉트릿 표면전위에의 영향을 조사한다.

먼저제4도(a)에 표시하는 것과 같이, 알루미늄 기판 (4)표면에 FEP테플론으로 된 엘렉트릿화용 유전성 물질(1)을 마련하고, 다음에 제4도(b)에 표시하는 것과 같이, 제2도와 같은 형상의 가압변형치구(2)를 엘렉트릿화용 유전성물질 (1)표면에 압접 및 박리시키고, 제4도(c)에 표시하는 것과 같이 연신영역 및 압축 영역을 가지는 엘렉트릿을 제조한다.

여기에서 가압변형치구 (2)표면에 마련된 돌기의 분산밀도의 변화에 대한 엘렉트릿 표면 전위를 조사하였든바 제5도에 표시하는 것과 같은 결과를 얻을수 있었다.

또 상기와 동일한 방법을 사용하여, 가압변형치구압접의 인가압력 및 엘렉트릿화용 유전체물질의 두께의 변화에 대한 엘렉트릿 표면전위의 관계를 제6도 및 제7도에 표시한다.

또한 제5도의 측정에 있어서는 요철의 분산밀도 이외의 것을 동일조건으로 하고, 제6도의 측정에 있어서가 인는압력 이외의 것을 동일조건으로 하고, 또 제7도의 측정에 있어서는 엘렉트릿화용 유전체물질의 두께이외의 것을 동일조건으로 하였다.

이결과, 엘렉트릿화용 유전성물질 표면에 연신영역 및 압축영역을 가지는 소성변형을 형성시킬수 있는 범위에 있어서는, 요철의 분산밀도가 높을수록(즉 연신영역 및 압축영역이 증가할수록), 인가압력이 높을수록 엘렉트릿화용 유전성물질의 두께가 두꺼울수록, 엘렉트릿의 표면전위가 향상하는 것이 명백하다.

또 상기 요철의 분산밀도, 인가압력 및 엘렉트릿화용 유전성물질의 두께는, 요구되는 엘렉트릿 표면전위 엘렉트릿화용 유전성물질의 종류등에 의하여 적절히 선택되지만, 예를들면 FEP테플론을 사용하여 전기음향 변환기용의 엘렉트릿(엘렉트릿 표면전위 ｜200｜∼｜1500｜V)을 제조할 경우에는 실용상, 요철의 분산밀도를 2000∼7500개/cm, 인가압력을 10∼75kg/㎠, 엘렉트릿화용 유전성물질의 두께를 50μm∼150μm의 범위로 하고, 필요에 따라 상기조건을 적절히 조합하여서 선택하는 것이 바람직하다.

예를들면 표면전위 500∼1000V의 헤드폰용 엘렉트릿의 경우에는 제2도와 같은 가압변형치구를 사용하여, 요철의 분산밀도를 5500∼6000개/㎠, 인가압력 30∼60kg/㎠, 엘렉트릿화용 유전성물질(FEP테플론)의 두께 50∼100μm으로하고, 표면전위 200∼600V의 마이크로폰용 엘렉트릿의 경우는 분산밀도 5500∼6000/㎠, 인가압력 10∼30kg/㎠, 엘렉트릿화용 유전성물질(FEP테플론)의 두께 50∼100μm으로하고, 또 표면전위 300∼800V의 카아트리지용 엘렉트릿의 경우에는 분산밀도 2000∼3000개/㎠, 인가압력 20∼60kg/㎠, 엘렉트릿화용 유전성물질(FEP테플론)의 두께 100∼150μm으로 하는 것이 바람직하다.

또한 실용상 엘렉트릿화용 유전성물질의 종류등에 의해서 압접할때의 압접속도, 엘렉트릿화용 유전성물질의 가열조건 등을 본발명의 요지를 이탈하지 않는 범위에서 적절히 선택할수도 있다.

다음에 본발명방법에 의해서 얻어지는 FEP테플론으로된 엘렉트릿(실시예)과, 미리 부분용융 제거나 절사 제거등의 방법에 의하여 연신영역 및 압축영역을 형성시키는 일없이 표면에 요철을 마련한 엘렉트릿화용 유전성물질에 종래의 열엘렉트릿법을 베풀어서 얻은 상기 본 발명방법에 의하여 얻은 엘렉트릿과 동일한 표면전위를 가지는 엘렉트릿(비교예)에 대해서 수명을 비교하여서 제8도에 표시한다.

또한 실시예로서는, FEP테플론으로 된 75μm두께의 엘렉트릿화용 유전성물질에 제2도에 표시하는 것과 같은 가압변형치구(요철분산밀도 7000개/㎠)를 40kg/㎠으로 압접하여, 박리시킨것을 사용하고, 또 비교예로서는 FEP테플론을 용융에 의하여 상기실시예에 의하여 얻은 엘렉트릿과 동일형상의 것을 제작하고 코로나 방전에 의하여 동일한 표면전위를 가지게한 엘렉트릿을 사용하였다. 또 수명은 초기전위가 -3dB 감쇠할때 까지의 시간 (년(年))으로 표시한다.

또한 제8도중 곡선 a는 실시예를, 또 곡선 b는 비교예를 각각표시 한다. 이 결과 본 발명방법에 의하여 얻어진 엘렉트릿에서는 수명이이 대폭적으로 향상되고 안정성에 뛰어나 있다고 하는 것이 확인되었다. 또 제8도중 곡선 c는 가압변형치구로서 제3도(b) 또는 (c)를 사용하고, 상기 실시예와 동일한 표면전위를 얻었을 경우의 수명을 표시한다.

본 발명방법은 상기와 같이 엘트렉릿화용 유전성물질 표면에 연신영역 및 압축영역을 형성시키는 소성변형을 부여하는 것에 의해서 생겨난 전하 이외에 별도의 수단을 사용하여 새로운 전하를 부여하여도 유효하고, 압접과 박리에 의해서 생긴 전하를 제거한 후 별도의 수단에 의해서 새로운 전하를 부여하여도 본 발명의 효과를 얻을 수 있고, 또 압접박리공정중 상기 다수의 요철을 가지는 금속제의 가압변형 치구와, 엘렉트릿의 도전성성기판에 전압을 인가하여도 본발명의 효과를 얻을수 있는 것이다.

예를들면, 제9도에 표시하는 것과 같이 요철을 마련하지 않은 FEP테플론 필름(10)을 엘렉트릿화후, 캡톤 름(폴리이미드필름 Dupont사 상품명) (11)을 올려놓고, 전극(12)와 전극(13)을 전기적으로 접속시키고, 정속(定速)으로 승온시키면서 단락회로에 흐르는 전류를 측정하면 제10도에 표시하는 곡선-의 열자극 전류 스펙트르가 얻어지고, 다시 금속제의 가압변형치구를 압접시켜서 다수의 요철을 마련한 본 발명방법에 의한 엘렉트릿의 열자극전류 스펙트르는 곡선-b와 같이 된다.

또한(50)은 기록계를 표시한다. 또한, 열자극전류 스펙트르 측정후(즉 본 발명방법에 의하여 얻은 전하를 제거한후에) 재차 엘렉트릭ㆍ엘렉트릿화에 의하여 엘렉트릿을 얻어, 열자극 전류를 측정하면, 곡선-c가 얻어진다. 즉, 제10도는 같은 표면전위를 가지는 엘렉트릿이라도 함유되는 전하의 안전성은 다르다는 것을 표시하는 것이다.

본 발명의 다른 중요한 실시효과로서, 엘렉트릿의 평탄도(平坦度)를 향상시키는데에도 유효하게 기여한다고 하는 것이다. 현재, 엘렉트릿의 주된용도로서 정전형 마이크로폰이나 정전헤드폰을 들 수 있으나, 예를들면, 정전형 헤드폰에 사용할 경우, 제11도에서 표시하는 것과 같이, 엘렉트릿(10)의 표면에서 진동전극(14)까지의 거리는 전기-음향변환효율을 높이기 위하여 될수있는대로 단축시키는 것이 좋으니, 엘렉트릿(10)과 진동전극(14)가 헤드폰 사용상태에서 접촉할 경우에는, 현저하게 헤드폰의 특성이 악화됨과 동시에 헤드폰이 손상될 염려가 있기 때문에, 균일한 평탄도를 가지는 엘렉트릿이 사용된다.

본 발명방법에 있어서는 가압변형치구의 평탄도가 높으면 고압력으로 압접시킬 때에 엠보스가공을 한것과 동일한 효과를 가지며, 평탄도가 높은 엘렉트릿을 얻을수있고, 이것을 제11도에서 표시한 것과 같이 사용하는 것에 의해서 안정된 정전형전기-음향변환기를 얻을수 있다.

또한 도면중(15)는 스페이서를, (16)은 고정극(도전성기판)을, (17)은 트랜스를, (18)은 신호원을 각각 표시한다.

이상과 같이 본 발명방법을 사용하는 것에 의하여 종래 불가결하였든 안정화 처리를 시키는 일없이 극히 안정된 전하를 가지는 엘렉트릿을 얻을수가 있고, 엘렉트릿을 얻을 수가 있고, 엘렉트릿의 수명을 대폭적으로 연장시킬 수가 있다. 또 제조공정에 있어서도 엘렉트릿화용 유전성물질을 가압변형치구로서 압접 및 박리하는 것만으로서 소요의 엘렉트릿을 얻을수 있기 때문에, 공정의 간략화에 의하여 양산성이 향상된다. 또 엘렉트릿 표면의 전하분포도 가압변형치구 표면의 요철의 분산밀도에 의하여 용이하게 제어할수가 있고 균일한 표면전위를 가지는 엘렉트릿을 용이하게 얻을수 있다.

또한 엘렉트릿의 표면전위자체도 엘렉트릿화용 유전성물질, 가압변형치구, 안가압력등에 의하여 용이하게 제어할 수 있다.

Claims (1)

1. 다수의 凹凸을 가지는 가압변형치구를 엘렉트릿화용 유전성물질에 압접 및 박리시키고, 연신영역 및 압축영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 엘렉트릿의 제조방법.

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