KR840001503B1

KR840001503B1 - A process for manufacturing trasducer using at least one polymer film and a device for implementing said process

Info

Publication number: KR840001503B1
Application number: KR1019810000660A
Authority: KR
Inventors: 피소에띠 위뀌; 쁘띠 빠트릭; 메노레 필립쁘; 미세롱 프랑스와; 라비네 삐에르
Original assignee: 똥송-쎄 에스 에프; 프랑스와 떼리에르
Priority date: 1981-02-28
Filing date: 1981-02-28
Publication date: 1984-09-28
Also published as: KR830005733A

Abstract

Two strips of a bimorphous polymer material are covered on the outer faces with matallisations which are deposited as a solution or by a compression moulding process. An intermediate electrode is located between the two strips and one end of the assembly is cast into a fixed base. This intermediate electrode is made of the same polymer material and is made conducting by the inclusion of an apporpriate material such as carbon. This allows it to make good adherence to the strips during assembly. A mnimum amt. of adhesive is used during lamination and it must have a Young modulus close to that of the polymer.

Description

Manufacturing method of electromechanical transducer using polymer film

제1도는 신장을 받는 금속화물의 전기 저항을 측정하기 위한 장치의 사시도.1 is a perspective view of an apparatus for measuring the electrical resistance of an elongated metallization.

제2도 및 3도는 설명을 위한 도표.2 and 3 are diagrams for explanation.

제4도는 발명의 방법에 의해 얻어진 변환기의 상부단면도.4 is a top sectional view of a transducer obtained by the method of the invention.

제5도는 형성될 구조의 단면도.5 is a cross-sectional view of the structure to be formed.

제6도는 본 발명에 따른 성형장치의 부분 단면도.6 is a partial cross-sectional view of a molding apparatus according to the present invention.

제7도는 제6도의 펀치의 다른 실시예의 단면도.7 is a cross-sectional view of another embodiment of the punch of FIG.

제8도는 제6도의 펀치의 또 다른 실시예의 종단면도.8 is a longitudinal sectional view of yet another embodiment of the punch of FIG.

본 발명은 전극들이 설치된 중합체필름을 갖는 적어도 하나 이상의 능동 소자를 포함하는 마이크로폰, 이어폰, 확성기, 에코그래피(echography)용 탐침, 수중청음기 등등과 같은 변환기의 제조에 관한 것으로 특히 하나 이상의 중합체 필름들이 반구형, 원추형, 등등과 같은 자체 지지구조체를 얻도록 열성형, 또는 전자성형에 의해 형성되는 변환기의 제조 방법에 관한 것이다. 이러한 성형들은 성형후에 면들이 금속화되는 단순 또는 복합구조체로 부터 일반적으로 얻어지는 비전개면들과 상응하게 된다. 예로, 평필름의 성형중에 구형스컬 캡(skull cap)의 형태를 갖는 자체 지지돌기를 얻도록, 성형이 중합체의 상당한 신장을 야기시키는 경우에는, 기계적인 비등방성이 획득되어, 획득된 성형이 중합체의 가열공정을 포함하는 후속적인 금속화 및 극성화공정중에 수축되는 경향이 있게 된다.The present invention relates to the manufacture of transducers, such as microphones, earphones, loudspeakers, echographers, hydrophones and the like, comprising at least one active element having a polymer film with electrodes installed, in particular one or more polymer films being hemispherical. A method of manufacturing a transducer formed by thermoforming or electroforming to obtain its own support structure such as, cone, etc. These moldings correspond to non-developed surfaces generally obtained from simple or composite structures in which the surfaces are metallized after molding. For example, if the molding causes significant stretching of the polymer so as to obtain a self supporting protrusion in the form of a spherical skull cap during molding of the flat film, mechanical anisotropy is obtained so that the obtained molding is polymer There is a tendency to shrink during subsequent metallization and polarization processes, including the heating process.

이러한 단점들을 해소하기 위하여, 모든 공정에서 획득되는 형이 변하지 않게 하기 위해 여러 주형들이 사용되나, 이것은 제조설비를 복잡하게 한다.To alleviate these drawbacks, several molds are used to ensure that the mold obtained in every process does not change, but this complicates the manufacturing facility.

성형된 중합체구조체가 능동영역에 인접되어 있는 전극들로 각자의 면들상에 제공되어야할때 이러한 전극들을 에워싸는 영역들을 차폐하는데에 문제가 발생된다. 실제로, 복잡한 성형의 구조체는 샤도우 영역(sha-wdow zone)으로 인해 차폐패턴이 비틀리게 돌출되게 하며, 마스크시에 허용할 수 없는 전극불연속성이 유발된다.Problems arise in shielding the areas surrounding these electrodes when the molded polymer structure is to be provided on its faces with electrodes adjacent to the active area. In fact, complex shaped structures cause the shielding pattern to twist outwardly due to the shadow zone, leading to unacceptable electrode discontinuities in the mask.

이러한 문제점들을 해결하기 위해, 본 발명은 이미 금속화물들이 피복된 평필름의 성형공정을 제공한다. 그러면 성형공정은 신장, 가열 그리고 전극극성화 활동들과 조합되며, 반면에 성형될 평구조상에 금속화물들을 미리 인가시키는 인가공정은 전극들의 정확한 한계를 단순화 시킨다. 적용될 이러한 방법을 위해, 금속화물들의 신장은 전극들 및 그들의 연결부들에서 틈새(gab)를 발생시키지 않아야하며, 성형후의 잔류신장은 자체지지구조체의 기계적인 불안정성을 발생시키지 않아야만 한다.In order to solve these problems, the present invention provides a process for forming a flat film already coated with metallizations. The forming process is then combined with stretching, heating and electrode polarization activities, while the application process of pre-applying the metallizations on the flat structure to be shaped simplifies the exact limits of the electrodes. For this method to be applied, the elongation of the metallizations should not create gabs in the electrodes and their connections, and the residual elongation after molding should not produce mechanical instability of the self supporting structure.

본 발명은 획득되는 구조체가 자체 지지되며 비전개적 이도록 성형되는 적어도 하나이상의 중합체필름을 사용하는 전자 기계적인 변환기를 제조하기 위한 방법을 제공하는데, 이 구조체를 그들 양면상에 전극들을 제공하여, 이러한 전극들을 형성하도록 의도된 유사한 금속화물을 가지는 이 필름을 포함하는 평구조의 두 면들을 제공하며 금속화물에 전기 극성화 전압을 인가함에 의해 이 구조체를 성형하는 것을 포함한다. 상기 성형공정은 상기 구조체에 의해 지탱되는 금속화물들의 표면을 영구적으로 증가시키는 기계적인 응력의 작용하에서 획득된다.The present invention provides a method for manufacturing an electromechanical transducer using at least one polymer film that is obtained such that the resulting structure is self-supported and shaped non-development, which provides the electrodes on both sides of the structure, such an electrode. Providing two sides of a flat structure comprising this film having a similar metallization intended to form them and forming the structure by applying an electrical polarization voltage to the metallization. The forming process is obtained under the action of mechanical stresses which permanently increase the surface of the metallizations carried by the structure.

본 발명은 또한, 성형되어질, 평편한 구역을 펀치와 함께 면로 수직으로 정열되게끔 중합체구조의 주위를 고정시키는 장치와 연관된 편차를 포함하며 상기 제조 공정을 실행하는 장치를 제공하는데, 상기 장치에 있어서 중합체 구조체의 전기극성화는 성형중에 상기 평편한 구역에 내재되는 금속화물과, 펀치 그리고 주변고정장치들간에 확립되는 전기 연결에 의해 제공된다.The present invention also provides an apparatus for carrying out the manufacturing process comprising a deviation associated with a device for fixing the periphery of the polymer structure such that the flat area to be shaped is aligned vertically in the plane with the punch. Electropolarization of the polymer structure is provided by the metallization inherent in the flat zone during molding and by the electrical connection established between the punch and peripheral fixtures.

본 발명의 성형처리는 두개의 금속층들에 의해 에워싸여진 적어도 하나 이상의 중합체필름을 포함하는 어떠한 얇은 판구조에 적용된다.The molding process of the present invention is applied to any thin plate structure comprising at least one polymer film surrounded by two metal layers.

중합체 필름에 영구적인 전기비등방성을 발생시킴으로써 선형 및 역전 가능한 전자기계적인 변환기 효과가 야기될 것이다.Creating permanent electro-anisotropy in the polymer film will result in linear and invertible electromechanical transducer effects.

이러한 비등방성은 매우 강한 횡전장의 존재시에 긴 분자 연쇄들의 비극성지향에 의해 또는 과도한 충전발생에 의해 획득될 수 있다.This anisotropy can be obtained by nonpolar orientation of long molecular chains in the presence of a very strong transverse field or by excessive charge generation.

비극성지향의 기술에 의해 비닐라이덴 폴리플루오라이드(Vinylidene polyflouride)(PVF₂)와 에틸렌 폴리테트라플루오라이드(ethylene polytetrafluoride)(PVF₂-PTFE)의 공중합체와 같은 극성공중합체들에서는 물론이고 비닐라이덴폴리플루오라이드(PVF₂), 비닐폴리플루오라이드(PVF) 그리고 비닐폴로라이드(PVC)와 같은 극성단중합체들에서 압전 효과가 야기될 수 있다.Non-polar oriented technology allows vinylidene poly as well as polar copolymers such as copolymers of vinylidene polyflouride (PVF ₂ ) and ethylene polytetrafluoride (PVF ₂ -PTFE). Piezoelectric effects can be caused in polar homopolymers such as fluoride (PVF ₂ ), vinylpolyfluoride (PVF) and vinyl fluoride (PVC).

메틸렌 폴리테트라플루오라이드와 같은 중합체에 과도한 충전을 유발시키게 하는 기술은 강렬한 전장의 가열시에 사용한다. 그러면, 변환기 효과는 작동을 이루게 하는 정전기력으로 부터 야기되며 또한 유발된 과도한 충전의 선형화작용으로부터 야기된다. 동질이상구조체는 굽힘에 의해 변형을 이룰수 있도록 두개의 필름들을 서로 접착시키게 함으로써 형성되게 된다.Techniques that cause excessive filling in polymers such as methylene polytetrafluoride are used in intense electrical field heating. The transducer effect then results from the electrostatic forces that make it work, and also from the linearization of the excessive charges caused. A homogeneous structure is formed by adhering two films together so that they can be deformed by bending.

이후의 설명을 단순화하기 위해, 본 발명의 구조체는 열증착에 의해 두면이 금속화되는 PVF₂와 같은 극성 중합체의 필름을 포함하는 제한되지 않는 실예로 고찰된다.To simplify the following description, the structure of the present invention is contemplated as a non-limiting example that includes a film of polar polymer, such as PVF ₂ , which is metallized on both sides by thermal deposition.

제1도에 도시된 장치는 가소성변형중에 그들의 접착력 및 전도성을 보유하는 금속화물의 성질을 나타내기 위해 양면이 금속화된 중합체필름을 신장시키도록 작용한다. 제1도의 장치는 밀판(14)에 의해 전기절연된 고정지지체(4)가 설치된 축 XX를 가진 각 주형 작업대(1)를 포함한다. 이동지지체(2)는 작업대(1)를 따라 미끄러지도록 되어 있다. 두개의 고정판(3및 5)들이 지지체(2및 4)들과 각각 연동하여 직사각형의 인장시료의 단부들을 견고하게 고정시킨다.The device shown in FIG. 1 acts to stretch the metallized polymer film on both sides to exhibit the properties of the metallized that retain their adhesion and conductivity during plastic deformation. The apparatus of FIG. 1 comprises each mold work platform 1 with an axis XX provided with a stationary support 4 electrically insulated by a compact plate 14. The movable support 2 slides along the worktable 1. Two fixing plates 3 and 5 cooperate with the supports 2 and 4, respectively, to firmly fix the ends of the rectangular tensile sample.

상기 인장시료는 양면에 유사한 금속화물(6및 8)들이 접착되어있는 중합체물질로 된 필름(7)에 위해 형성된다. 금속화물(8)의 전기저항을 측정하도록 전도체인 지지체(2및 4)들 사이에 전기저항계(9)가 접속된다.The tensile sample is formed for a film 7 of polymeric material having similar metallizations 6 and 8 bonded to both sides. An ohmmeter 9 is connected between the supports 2 and 4 as conductors to measure the electrical resistance of the metallization 8.

인장시험의 초기에 구조체들인 필름(7)및 금속화물(6및 8)은 단순히 팽팽하게 유지되며, 저항계(9)는 ℓ만큼 이격된 두개의 평행한 접촉선들 사이의 금속화물(8)의 초기저항측장치 R을 공급한다. 측정된 저항의 증가치 ΔR와 상응하는 신장치 Δℓ를 유발시키도록 지지체(2및 4)들에 분리력 F들이 인가된다. 신장치 Δℓ를 불연속치들까지 증가시키게 함으로써, 그에 각각 상응하는 금속화물(8)의 전기저항 증가치 ΔR이 표시된다.At the beginning of the tensile test the structures 7 and metallizations 6 and 8 are simply kept taut, and the ohmmeter 9 is at the beginning of the metallization 8 between two parallel contact lines spaced by l. Supply the resistor side device R. Separation forces F are applied to the supports 2 and 4 to cause the new device ΔL corresponding to the measured increase in resistance ΔR. By increasing the new device [Delta] l to discontinuous values, the corresponding increase in the electrical resistance [Delta] R of the metallization 8 respectively is displayed.

제2도에는, 서로 다른 두 금속화물(6및 8)들에 대한 신장율

와 저항증가율

간의 관계를 나타내는 도면이 도시되어 있다. 곡선(11)은 500내지 600Å의 두께를 갖는 금층의 증착에 의해 30Å의 두께를 갖는 크 크롬층필름(7)의 각각의 면상에 증착되어 형성된 금속화물의 경우에서의 신장율

에 대한 저항변화율

의 관계를 나타낸다. 점선으로 도시된 곡선(12)은 1500Å의 두께를 갖는 알루미늄층의 열증착에 의해 필름(7)의 각각의 면에 형성된 금속화물의 경우에 관한 것이다.2 shows the elongation for two different metals 6 and 8

And resistance growth rate

A diagram illustrating the relationship between is shown. The curve 11 shows the elongation in the case of a metallized product formed by depositing on each surface of the chromium layer film 7 having a thickness of 30 의해 by the deposition of a gold layer having a thickness of 500 to 600 Å.

Change rate of resistance against

Indicates a relationship. The curve 12 shown by the dotted line relates to the case of metallization formed on each side of the film 7 by thermal deposition of an aluminum layer having a thickness of 1500 kPa.

신장율이 작을 때, 곡선(11및 12)들의 기울기는 점(

)과 점(

)을 통과하는 직선에 따른 다는 것을 알수 있다. 이러한 신장율에서, 금속화물의 저항변화는 측정전류에 대한 통로부분의 역전 가능한 수축으로부터 초래되며 이러한 전류에 의해 추정되는 경로의 탄성신장으로부터 초래된다는 것을 고려할 수 있다.When the elongation is small, the slopes of the

curves

11 and 12 are points (

) And dots (

You can see that it follows a straight line through. At this elongation, it can be considered that the change in resistance of the metallization results from the reversible shrinkage of the passage portion with respect to the measured current and from the elastic extension of the path estimated by this current.

신장율이 높을 때, 곡선(11및 12)들은 위쪽으로 곡선을 이루므로써 직선(10)으로부터 분리되는데, 이것은

의 함수인

의 더욱 급속한 증가를 나타낸다. 이러한 더욱 급속한 증가는 얇은 필름들의 작용을 의해 특징이되는 저항율 9의 증가와 그리고 금속층을 형성하는 원소입자들간의 미세한 균열들의 성형에 의해 설명될 수 있다.When the elongation is high, the

curves

11 and 12 curve upwards and are separated from the straight line 10, which is

Function of

More rapid increase. This more rapid increase can be explained by the increase in resistivity 9 which is characterized by the action of thin films and the formation of fine cracks between the elemental particles forming the metal layer.

설명한 실험에서, 필름(7)은 25μm의 두께를 가지며 장치 전체는 100℃의 온도까지 상승되는 항온제어된 봉입물에 위치된다. 이 온도는 PVF₂의 성형이 통상적으로 수행되는 온도이다. 주목할만한 것은 관찰되는 측정 전류의 어떠한 갑작스런 중단없이 100%의 신장율을 넘어서까지 인장시험이 계속될 수도 있다는 것이다. 한편, 금속화물의 접착성은 양호하게 유지되며, 신장된 구조체는 하중이 제거된후에도 그의 형태를 보유하게 된다.In the experiments described, the film 7 has a thickness of 25 μm and the whole device is placed in a thermostatic enclosure that is raised to a temperature of 100 ° C. This temperature is the temperature at which shaping of PVF ₂ is usually carried out. It is noteworthy that the tensile test may continue beyond 100% elongation without any abrupt interruption of the observed measurement current. On the other hand, the adhesion of the metallized remains good, and the elongated structure retains its shape even after the load is removed.

제2도에 주어진 결과를 갖는 인장시험은 축 XX를 따른 단일 방향의 신장에 관한 것이다. 신장이 이 축상에서 이루어지는 경우에 성형가능성을 평가하기 위해, 제1도의 구조체의 신장은 먼저 축 XX를 따라 실행되었으며, 그 뒤에 축 YY를 따라 실행되었다. 두 인장시험중에, 구조체들인 필름(7)및 금속화물(6및 5)은 제거되어, 그 평면상에서 90°회전된 뒤에 다시 고정된다.The tensile test with the results given in FIG. 2 relates to stretching in a single direction along the axis XX. In order to evaluate the moldability in the case where the stretching is on this axis, the stretching of the structure of FIG. 1 was first performed along axis XX and then along axis YY. During both tensile tests, the structures, film 7 and metallizations 6 and 5, are removed and rotated 90 ° on their planes and then fixed again.

제3도는 제2도와 유사한 관계곡선을 도시하는데, 상대적인 증가의 변화 법칙은 신장율

의 함수로써 저항율

이다. 저항변화율

은 신장율

와 함수관계를 갖는다. 곡선(12)은 XX방향의 첫번째 신장과 상응하며 점선곡선(13)은 YY방향에 따른 두번째 인장시험에 관련된다. 이들 곡선들은 실험상의 오차를 제외하면 겹쳐질 수 있다. 그것으로부터, 이 축신장을 포함하는 성형이 매우 확대된 범위의 신장율에서 고찰될 수 있다는 것이 추론될 것이다. 전기 저항의 증가는 적당하게 유지되어 결과적으로 유전체물질에서 유발되는 전장을 사용하는 변환장치의 영역내에 있게 된다.Figure 3 shows a relation curve similar to that of Figure 2, where the law of change of relative increase is

Resistivity as a function of

to be. Resistance change rate

Silver elongation

Has a functional relationship with Curve 12 corresponds to the first elongation in the XX direction and dotted line 13 relates to the second tensile test along the YY direction. These curves can overlap except for experimental errors. From it, it will be inferred that moldings comprising this shaft extension can be considered at a very enlarged range of elongation. The increase in electrical resistance remains moderate and consequently lies within the area of the inverter using the electric field induced by the dielectric material.

제4도는 금속화물(6및 8)들이 제공된 얇은 중합체 필름(7)을 포함하는 구형의 스컬형태를 갖는 압전(piezo-electric) 변환소자를 도시한다. 제5도는 제4도의 변환소자를 성형하기 위한 초기 구조체를 도시한다. 과도한 섬광에 의한 전기적인 절연파괴를 방지하기위해 유전체 디스크인 필름(7)은 금속화몰(6및 8)이상으로 연장되어 있다. 실제로, 성형중에, 중합체필름은 약 1MV/cm의 강도를 갖는 전기 극성화전장을 받게 된다. 금속화물(6및 8)들 사이에 인가될 전압은 단지 25μm의 금속화물들간의 거리에 대하여 수천볼트에 도달할 수도 있을 것이다.4 shows a piezo-electric converter having a spherical skull form comprising a thin polymer film 7 provided with metallizations 6 and 8. FIG. 5 shows an initial structure for forming the conversion element of FIG. To prevent electrical breakdown due to excessive flashing, the film 7, which is a dielectric disk, extends beyond the metallization moles 6 and 8. In fact, during molding, the polymer film is subjected to an electrical polarization field having a strength of about 1 MV / cm. The voltage to be applied between the metallizations 6 and 8 may reach thousands of volts for the distance between the metallizations of only 25 μm.

제4도의 경우에, 구형스컬캡의 높이는 70mm의 바닥에서 직경이 15mm로 된다. 제도의 평편한 금속화물들은 둘레가 고정부재에 접속될수 있게끔 약간 더큰 직경을 갑는다. 이 경우에, 평균인측신장율은 금속화물들이 파쇄되기전에 지탱될 수 있는 율보다 적은 11%까지로 된다.In the case of FIG. 4, the height of the spherical skull cap is 15 mm in diameter at the bottom of 70 mm. The flat metals of the draft wear a slightly larger diameter so that the perimeter can be connected to the holding member. In this case, the average tensile elongation is up to 11%, which is less than the rate that metals can sustain before being crushed.

제5도에 도시된 소자를 형성시키기 위해 제6도에 도시된 장치가 사용된다.The apparatus shown in FIG. 6 is used to form the element shown in FIG.

이 장치는 컬럼(column)(17)들에 의해 상부대(16)에 결속된 저부(15)를 포함한다. 미끄럼링(18)은 저부(15)로 부터 적당한 높이에서 컬럼(17)상에 고정될 것이다. 상부대(16)는 입구관(21)을 갖는 유압실린더 및 피스톤 장치(20)의 피스톤(19)이 통과하는 중심공을 포함한다. 피스톤(19)의 하단부는 하면이 펀치(23)에 장착되어 있는 속이빈 원통형 몸체(22)로 형성되어 있다. 펀치(23)는 중심공이 형성되어 있는 볼트(24)에 의해 속이빈 몸체(22)에 고착된다. 펀치(23)는 열전달을 방지하도록 열절연부재(25)에 의해 속이빈 몸체(22)로부터 열절연되며, 볼트(24)는 에틸렌폴리테트라플루오라이드로 제작된다. 속이빈 몸체(22)의 하면에는 열절연 부재(25)에 형성된 두개의 구멍들을 통해 환상챔버(annular chamber)(28)와 연결되는 두개의 단부편(26및 27)들이 제공된다. 펀치(23)는 좋은 열전도금속으로부터 제조되며, 윤이 나는 그의 하면(29)는 평평한 금속화물(6및 5)과 필름(7)에 가압되게끔 요구되는 비개발형 형태에 상응한다. 열전쌍(30)은 펀치(23)와 온도를 측정하도록 작용하며, 볼트(24)의 중심공을 통과하는 전기적 접속체들에 의해 밀리볼트메터(31)에 연결된다. 펀치(23)의 가열은 예를들어 환상 챔버(28)내를 흐르는 고온공기와 같은 열전달유체에 의해 이루어진다. 이것을 위해, 가열원(32)이 채널(channel)(33및 34)들에 의해 단부편(26및 27)들과 연결된다. 펀치(23)의 가열 또는 냉각을 위해 교대로 고온 또는 저온 공기가 흐르게 될 것이다. 제6도에는 도시되지 않았지만, 몸체(22)와 펀치(23)간에는 전기적 접속체가 이루어진다. 극성화전압발생기(35)는 속이빈 몸체(22)에 연결되고 결과적으로 펀치(23)에 연결되는 접지단자를 갖는다.The device comprises a bottom 15 which is bound to the top 16 by columns 17. The sliding ring 18 will be fixed on the column 17 at a suitable height from the bottom 15. The upper stand 16 includes a hydraulic cylinder having an inlet pipe 21 and a center hole through which the piston 19 of the piston device 20 passes. The lower end of the piston 19 is formed of a hollow cylindrical body 22 having a lower surface mounted to the punch 23. The punch 23 is fixed to the hollow body 22 by the bolt 24 in which the center hole is formed. The punch 23 is thermally insulated from the hollow body 22 by the heat insulating member 25 to prevent heat transfer, and the bolt 24 is made of ethylene polytetrafluoride. The lower surface of the hollow body 22 is provided with two end pieces 26 and 27 which are connected with an annular chamber 28 through two holes formed in the heat insulating member 25. The punch 23 is made from a good thermally conductive metal and its polished lower surface 29 corresponds to an undeveloped form that is required to be pressed against the flat metallizations 6 and 5 and the film 7. The thermocouple 30 acts to measure the temperature with the punch 23 and is connected to the millivolt meter 31 by electrical connections passing through the center hole of the bolt 24. The punch 23 is heated by a heat transfer fluid such as, for example, hot air flowing through the annular chamber 28. For this purpose, the heating source 32 is connected with the end pieces 26 and 27 by channels 33 and 34. Hot or cold air will flow alternately for heating or cooling the punch 23. Although not shown in FIG. 6, an electrical connection is made between the body 22 and the punch 23. The polarization voltage generator 35 has a ground terminal connected to the hollow body 22 and consequently to the punch 23.

형성될 구조 금속화물(6및 8)과 필름(7)의 둘레를 고정시키기 위한 장치는 저부(15)위에 안착되어 있는 절연밑판부재(36)를 포함한다. 밑판부재(36)는 펀치(23)가 저부 활동부분을 수용하기에 충분히 깊은 공동부(38)를 에워싸는 원통형측벽을 갖는 금속컵(37)을 지탱시킨다. 컵(37)의 측벽의 내측플랜지에는 직사각형의 단면을 갖는 여러개의 동심홈들을 갖도록 상면이 가공되어 있는 금속링(39)이 제공된다. 예로서, 링(39)의 홈들은 0.5mm의 피치와, 0.3mm의 폭 그리고 0.2mm의 깊이를 갖는다. 컵(37)의 원통형벽의 외측플랜지는 금속화물(6및 8)과 필름(7)을 위한 보유링(40)을 수용할 수 있게끔 되어 있다. 이 보유링(40)은 절연물질로 제조되며 금속화물(6및 8)과 필름(7)의 접혀진 테두리들을 제위치에 보유시키도록 작용한다. 보유링(40)의 상면은 원통형의 중앙홈(41)을 포함한다. 컵(37)위에는 고정링(42)이 제공된다. 상기링(42)은 스프링(43)에 의해 링(18)쪽으로 당겨지게 된다. 링(42)의 하면을 완전히 덮는 플랜지(45)를 갖는 절연라이너(liner)(44)와 함께 내측으로 정돈된다. 라이너(44)의 내측플랜지는 링(39)와 동일한 형태의 전도링(46)이 제공된다. 링(46및 39)들은 형성될 구조의 금속화물(6및 8)들에 대한 고정죠오(jaw)및 연결 탭으로 작용한다. 형성될 구조체의 고정은 링(18)내의 피스톤 및 실린더 장치(47)에 의해 가해지는 가압력에 의해 제공된다. 이들 장치(47)들은 링(42)을 컵(37)에 근접시키게 한다. 중심설정은 원형 홈(41)과 개합되는 원형보스(boss)(48)에 의해 제공된다. 링(46)은 전기적 접속체(49)에 의해, 발생기(35)에 전기적으로 연결된다. 링(39)은 적기적 접속체(50)에 의해, 금속컵(37)을 통해 발생기(35)에 전기적으로 연결된다. 공동부(38)및 형성될 구조체의 하면은 유체정압적인 역압력을 받게 된다. 이것을 위해 컵(37)에는 단부편(51)이 제공된다. 압력 유체 발생기(i2)는 적당한 채널들을 통해 단부편(51및 21)들과 피스톤및 실린더 장치(47)들에 압력유체를 공급한다. 링(18), 라이너(44) 그리고 동공부(38)들은 펀치가 금속화물(6및 8)과 필름(7)의 완전한 형성을 위해 충분히 아랫쪽으로 멀리 이동할 수 있게끔 할 수 있는 개구를 형성한다.The device for fixing the circumferences of the structural metallizations 6 and 8 and the film 7 to be formed includes an insulating base member 36 seated on the bottom 15. The base member 36 supports a metal cup 37 having a cylindrical side wall that encloses the cavity 38 deep enough for the punch 23 to receive the bottom active portion. The inner flange of the side wall of the cup 37 is provided with a metal ring 39 whose top surface is machined to have several concentric grooves having a rectangular cross section. By way of example, the grooves of the ring 39 have a pitch of 0.5 mm, a width of 0.3 mm and a depth of 0.2 mm. The outer flange of the cylindrical wall of the cup 37 is adapted to receive the retaining rings 40 for the metallizations 6 and 8 and the film 7. The retaining ring 40 is made of an insulating material and acts to hold the folded edges of the metallizations 6 and 8 and the film 7 in place. The upper surface of the retaining ring 40 includes a cylindrical central groove 41. A fixing ring 42 is provided on the cup 37. The ring 42 is pulled toward the ring 18 by a spring 43. It is trimmed inward with an insulator liner 44 having a flange 45 which completely covers the lower surface of the ring 42. The inner flange of the liner 44 is provided with a conductive ring 46 of the same type as the ring 39. The rings 46 and 39 act as jaws and connecting tabs for the metallizations 6 and 8 of the structure to be formed. The fixing of the structure to be formed is provided by the pressing force exerted by the piston and cylinder arrangement 47 in the ring 18. These devices 47 bring the ring 42 close to the cup 37. The centering is provided by a circular boss 48 which is integrated with the circular groove 41. The ring 46 is electrically connected to the generator 35 by an electrical contact 49. The ring 39 is electrically connected to the generator 35 via the metal cup 37 by a timely connection 50. The cavity 38 and the lower surface of the structure to be formed are subjected to hydrostatic back pressure. For this purpose the cup 37 is provided with an end piece 51. The pressure fluid generator i2 supplies pressure fluid to the end pieces 51 and 21 and the piston and cylinder arrangements 47 through suitable channels. The ring 18, liner 44 and pupils 38 form an opening that allows the punch to move far enough downward for complete formation of the metallizations 6 and 8 and the film 7.

제6도의 장치의 작동을 설명하기 위해서는, 무엇보다도 먼저 예로 45°의 반개방각을 갖는 구형의 스킬캡의 펀칭에 의한 성형이 설명될 것이다. 작동의 개시시에 펀치(23)및 링(18)은 상승된다. 펀치(23)는 예로 100℃정도의 성형에 요구되는 온도까지 상승된다. 가열은 환상쳄버(28)와 공급원(32)사이에서의 열전달유체(공기, 물, 글리콜 등등)의 흐름으로 이루어진다. 온도는 열전쌍(20)및 전압계(31)에 의해 제어된다. 링(42)이 상승됨으로써, 컵(37)에 대한 출입이 쉬워지게 된다. 보유링(40)이 상승된 후에, 제5도에 도시된 평평한 구조체는 링(39)위에 정확히 중심설정되어 그의 연부들은 접혀지게 되고 링(40)이 다시 위치되게 되며 오리피스(Orifice)(51)이 개방된다. 링(18)은 소정의 위치까지 하강하여 컬럼(17)상에 고정된다. 피스톤 및 실린더장치(47)를 작동시킴으로써, 금속화물(6및 8)과 필름(7)의 견고한 고정이 링(39및 46)간에 제공되며, 상기 링들은 금속화물(6및 8)들과 전기 연결을 이룬다. 피스톤 및 실린더장치(20)를 작동시킴으로써, 펀치(23)는 필름(7)의 금속화물(8)과 접촉될때까지 하강하게 된다. 그리하여, 필름(7)은 펀치에 의해 방출되는 열에 의해 가열된다. 열평형 상태에 도달하면, 극성화전압이 접속체(50)에 인가되어 펀치(23)의 서행하강에 의해 성형이 시작된다. 예로, 하강속도는 분당 2mm로 된다. 이 하강은 형성될 구조의 전체크기가 펀치의 블록면과 일치될 때 중단된다. 극성화전압은 약 20분 동안계속되며, 스위치가 차단되기전에 펀치는 열성형된 구조체를 실온까지 냉각시킨다. 이제는 펀치를 상승시키는 것과 주변상의 고정과 보유링(40)을 제거시킴으로써 열성형된 구조체를 방출시키는 것만이 남게 된다. 성형은 펀치에 의한 열성헝 및 극성화전압에 의해 전자 성형에 의해 이루어진다.In order to explain the operation of the apparatus of FIG. 6, first of all, molding by punching a spherical skill cap having a half-open angle of 45 ° will first be described. At the start of operation the punch 23 and the ring 18 are raised. The punch 23 is raised to a temperature required for forming, for example, about 100 ° C. Heating consists of a flow of heat transfer fluid (air, water, glycol, etc.) between the annular chamber 28 and the source 32. The temperature is controlled by thermocouple 20 and voltmeter 31. As the ring 42 is raised, entry and exit to the cup 37 becomes easy. After the retaining ring 40 is raised, the flat structure shown in FIG. 5 is exactly centered on the ring 39 so that its edges are folded and the ring 40 is repositioned and the orifice 51 Is opened. The ring 18 is lowered to a predetermined position and fixed on the column 17. By actuating the piston and cylinder arrangement 47, a rigid fixation of the metallizations 6 and 8 and the film 7 is provided between the rings 39 and 46, which rings are in electrical communication with the metallizations 6 and 8. Make a connection. By operating the piston and cylinder device 20, the punch 23 is lowered until it comes into contact with the metallization 8 of the film 7. Thus, the film 7 is heated by the heat released by the punch. When the thermal equilibrium state is reached, the polarization voltage is applied to the connecting body 50 and molding starts by the slow lowering of the punch 23. For example, the descent rate is 2 mm per minute. This drop is stopped when the overall size of the structure to be formed coincides with the block surface of the punch. The polarization voltage continues for about 20 minutes, and the punch cools the thermoformed structure to room temperature before the switch is shut off. All that remains now is to release the thermoformed structure by raising the punch and removing the retaining ring 40 on the periphery. Molding is carried out by electronic forming by thermal punching with a punch and polarization voltage.

제7도에는, 유압 p의 작용하에서 구조체의 형성을 성취시키기 위한 펀치(23)의 단면도가 도시되어 있다. 펀치(23)의 저부면, 즉 오목면(53)은 오목하게 되어 있으며, 극은 형성될 필름과 오목면(53)사이에 존재하는 공기를 빠져나가게 하는 작은오리피스(54)에 의해 제공된다. 작동은 펀치가 금속화물(6)과 접촉할 때까지는 동일하게 진행된다. 그때에 펀치가 금속화물(6)과 접촉하게 되면, 공급원(52)에 의해 공급되는 유체정압은 공동부(38)에 작용하게 된다. 사용되는 유체는 액체 또는 기체가 될수 있는데, 그의 역할은 제7도의 구조체를 오목면(53)과 일치시키게 하는 것이다.7 shows a cross section of a punch 23 for achieving formation of a structure under the action of hydraulic pressure p. The bottom surface of the punch 23, ie the concave surface 53, is concave, and the pole is provided by a small orifice 54 which allows the air present between the film to be formed and the concave surface 53 to escape. The operation proceeds the same until the punch is in contact with the metallization 6. When the punch comes into contact with the metallization 6 at that time, the hydrostatic pressure supplied by the supply source 52 acts on the cavity 38. The fluid used can be liquid or gas, whose role is to bring the structure of FIG. 7 into line with the concave surface 53.

필름의 가열은 펀치의 환상 쳄버(28)내를 흐르는 역전달유체에 의해 다시 가열되나, 공동부(35)내에 방사열 공급원을 위치시키는 것도 가능하다.The heating of the film is again heated by the reverse transfer fluid flowing in the annular chamber 28 of the punch, but it is also possible to locate the radiant heat source in the cavity 35.

성형온도에 도달하면, 극성화전장이 인가되며 성형 유체가 수 바(bar)정도의 압력하에서 오리피스(51)를 통해 주입된다. 20분의 가열 후에, 필름은 전장하에서 냉각되며 압력 p는 0까지 감소될 것이다.When the molding temperature is reached, a polarizing electric field is applied and the molding fluid is injected through the orifice 51 under a pressure of a few bars. After 20 minutes of heating, the film will cool under full length and the pressure p will decrease to zero.

이러한 방법의 오리피스(51)를 주위공기와 연통시키게 하는 공정과, 필름 및 오목면(53)사이에 존재하는 공기를 오리피스(55)를 통해 인출시키게 하는 공정등으로 구성된다. 압력 p는 1바의 값까지 제한되는데, 그러한 압력으로는 제4에 도시된 아아치형을 충분히 형성시킬 수 있다.The orifice 51 of this method is made to communicate with surrounding air, the process which makes the air which exists between the film and the concave surface 53 to be drawn out through the orifice 55, etc. The pressure p is limited to a value of 1 bar, and such pressure can sufficiently form the arch form shown in the fourth.

요구되는 성형이 블록부 및 오목부들을 모두 가질때는 이미 설명한 두가지의 작업형이 조합될 것이다.When the required molding has both block and recesses, the two working forms already described will be combined.

이러한 경우는 특히 원주형 주름을 가지는 아아치형이 제조될때 발생된다. 그에 적합한 펀치성형이 제8도에 도시되어 있는데, 상기 펀치는 주변에 두개의 오목부(124및 125)들을 갖는다. 일반적인 성형은 펀칭에 의해 획득된다. 이러한 펀칭후에, 필름은 액체 또는 기체상의 유체에 의해 공동부(38)에 가해지는 유압력의 작용하에서 오목부(124및 125)가 형성될 것이다. 전술한 성형방법들에 있어서, 펀치(23)는 교대로 가열 및 냉각되며 제조시간이 길어진다.This case occurs especially when the arch form having columnar folds is produced. A suitable punch forming is shown in FIG. 8, which has two recesses 124 and 125 around it. Normal molding is obtained by punching. After such punching, the film will form recesses 124 and 125 under the action of hydraulic forces applied to the cavity 38 by liquid or gaseous fluid. In the above-described forming methods, the punches 23 are alternately heated and cooled and the manufacturing time is long.

또한, 펀치를 일정온도로 유지시킬 때 좋은 곁과가 획득될 수도 있을 것이다. 이것을 해열, 형성될 구조체의 상부금속화물은 형성될 구조체와 펀치가 접촉한다는 사실과는 무관하게 극성화전압을 중합체필름에 인가시키게 하는 접속체(49)에 의해 발생기(35)와 연결된다. 성형이 완료되면, 공동부(38)의 압력이 감소되며 펀치가 상승되어, 전장하에서의 냉각이 보장된다. 획득된성형은 압력의 감소로 보유되며 필름과 펀치의 분리가 조장된다. 이러한 분리는 성형되는 구조체의 냉각중에 극성화전장의 스위칭오프를 초래시키지 않는다.Also, a good side will be obtained when the punch is kept at a constant temperature. This is dissociated, and the upper metallization of the structure to be formed is connected to the generator 35 by a connector 49 which allows the polarizing voltage to be applied to the polymer film irrespective of the fact that the structure to be formed is in contact with the punch. When molding is complete, the pressure in the cavity 38 is reduced and the punch is raised to ensure cooling under full length. Molding obtained is retained at a reduced pressure and encourages separation of the film and punch. This separation does not cause a switching off of the polarization field during cooling of the structure to be molded.

성형될 제5도 구조의 제조 방법은 중합체필름의 각각의 면들에 대한 금속화물의 성형공정을 포함한다. 이 금속화물들은 진공하에서 두 단계의 열증착에 의해 획득되게 된다. 온도조건들은, 거울과 같이 작용하는 제1층의 면전에서 제2층에 대하여 상이하다. 그리하여, 성형특성들은 중합체 필름의 양면에 대해 정확히 동일하지는 않는다.The manufacturing method of the FIG. 5 structure to be formed includes a process of forming a metallization on each side of the polymer film. These metallizations are obtained by two steps of thermal evaporation under vacuum. The temperature conditions are different for the second layer in the presence of the first layer acting like a mirror. Thus, the molding properties are not exactly the same for both sides of the polymer film.

실제로, 제2장소에 형성된 금속화물이 펀치를 향하여 회전되게끔 배치될때, 성형된 구조체의 의관의 결함이 없게 된다는 것을 알수 있다.In fact, it can be seen that when the metallization formed in the second place is arranged to rotate toward the punch, there is no defect in the pseudo structure of the molded structure.

더욱 합리적인 제품을 만들기 위해, 링(39및 46)사이에 삽입된 중합체 필름의 스트립이 사용된다. 펀치의 하강중에, 링의 고정 및 구조체의 절단은 편평한 구조체를 미리 절단시킬 필요없이 또한 링(40)에 의해 하나를 제위치에 유지시킬 필요없이 수행된다. 링(39및 46)사이에 위치되기전에 스트립은 일정한 피치로 서로 이격되는 금속화물들을 마스크시킴으로써 수용된다. 형성된 각각의 구조체들은 스트립접속점들로 보유될 수도 있는데, 상기 스트립접속점들은 그들로부터 하중의 제거를 조정하며 후속적으로 파괴된다. 이러한 적용으로, 연속적이며 자동적인 제조가 생각될 것이다. 구조체를 가열시키기 위한 수단은 예로 컵(37)또는 펀치(23)의 벽에 가열저항을 내재시킴으로써 보강되거나 대치될수 있다. 연전달 유체 또한 컵(37)내에서 흐르도록될 것이다. 펀칭공정의 경우에, 공동부(38)는 열전단유체에 충전되거나 또 다른 유체에 의해 가열될 것이다. 이러한 충진유체는 만약 전도체로되어 있다면 구조체와의 전기적 연결을 제공할 수 있을 것이다.To make a more rational product, a strip of polymer film inserted between the rings 39 and 46 is used. During the lowering of the punch, the fixation of the ring and the cutting of the structure are carried out without having to cut the flat structure in advance and also without having to hold one in place by the ring 40. Before being positioned between the rings 39 and 46, the strip is received by masking metallized metals that are spaced from one another at a constant pitch. Each of the formed structures may be retained with strip junctions, which strip and subsequently break down, adjusting the removal of the load from them. With this application, continuous and automatic manufacturing will be conceived. Means for heating the structure can be reinforced or replaced, for example by embedding a heating resistance in the wall of the cup 37 or punch 23. The transfer fluid will also be allowed to flow in the cup 37. In the case of a punching process, the cavity 38 will be filled with a thermal shear fluid or heated by another fluid. Such a filling fluid could provide an electrical connection with the structure if it was a conductor.

Claims

In the process of providing similar metallizations 6, 8 intended to form electrodes on both sides of a flat structure comprising a polymer film 7 to produce an electromechanical transducer using at least one polymer film to be molded. In the case where the structure is to be self-supporting and non-development, the process of shaping the structure by applying a polarization voltage 35 to the metallization 6, 8, and the forming process includes a bidirectional stretching process. A method of manufacturing an electromechanical transducer using at least one polymer film, characterized in that it is under the action of a mechanical stress which permanently increases the surface of the metallization (6,8) provided by the structure.