JPS6229887B2

JPS6229887B2 -

Info

Publication number: JPS6229887B2
Application number: JP55090497A
Authority: JP
Inventors: Eruzu Ronarudo; Antonii Osariban Maikeru
Original assignee: Post Office
Current assignee: Post Office
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1980-07-02
Publication date: 1987-06-29
Also published as: US4348711A; DE3063102D1; ATE3344T1; EP0022630A1; CA1150816A; EP0022630B1; JPS5635405A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はエレクトレツト薄膜に残留静電分極を
植えつける方法および装置に関する。

本明細書で「エレクトレツト薄膜」とは誘電体
により形成された薄膜であつて、その薄膜の膜厚
方向に電界を印加すると、その薄膜に静電分極が
生じ、その電界を取除いた後もなお残留静電分極
を保つ性質を利用するための薄膜をいう。本明細
書で「エレクトレツト薄膜の帯電」とは、エレク
トレツト薄膜に電界を印加し、この薄膜に残留静
電分極を引き起こさせることを言う。

エレクトレツト薄膜は、主としてマイクロホン
の音響電気変換用の素子として利用される。

エレクトレツト薄膜の帯電方法として、薄膜の
両面に強度の大きい電界が印加されるように、高
い電圧の加えられた電極間に薄膜を通過させる方
法が知られている。この方法によりエレクトレツ
ト薄膜を帯電させるには、一般に高温で電界の印
加を行うことが必要である。これを改良する方法
として、常温でもエレクトレツト薄膜を帯電させ
る方法が英国特許出願第34018／78号（1979年２
月28日公開第2002961号）に開示された。この方
法は、ナイフエツジ状の電極に沿つて、帯状のエ
レクトレツト薄膜を通過させるもので、ナイフエ
ツジに電界が集中することにより、常温でもエレ
クトレツト薄膜を帯電させることができる。

発明者らはこの技術を詳しく研究したところ、
上述の従来方法にいくつかの欠点を発見した。そ
の第一は、上述の従来方法によると、電極に印加
する電圧を一定に保持していても、エレクトレツ
ト電極の帯電は一様に行われず、ムラが生じるこ
とである。またその第二は、帯状の薄膜を連続的
にナイフエツジ状の電極に沿つて、一様に通過さ
せても、その幅方向で同程度の帯電が行われず、
残留静電分極に差が生じることである。

かりに、このような従来方法によるエレクトレ
ツト薄膜を切断して素子とし、マイクロホンを製
造すると、帯電のムラによつてマイクロホンの感
度に相違が出て、製品にバラツキが生じるため、
製品分留りが悪くなる、あるいは検査コストが高
くなる等の不都合を招くことになる。

本発明はこれを改良するもので、常温でもムラ
のないエレクトレツト薄膜の帯電を行うことので
きる方法および装置を提供することを目的とす
る。

本発明は、エレクトレツト薄膜に次第に強度の
大きい電界を印加して所望のエレクトレツト薄膜
の帯電を行う方法を特徴とする。

発明者らの研究によれば、上述の従来方法によ
り生じるムラは、主として製造工程で偶発的に薄
膜表面に発生する静電気によるものと考えられ
る。上述の従来方法では、エレクトレツト薄膜の
特定の一部分のみに着目して考えると、この部分
がナイフエツジ状の電極を通過するのは極く短い
時間の一度のみであり、その前にこの部分に静電
気が発生していると、電極から受ける電界の効果
に差が生じることになる。電界を次第に高くし、
しかも繰返し印加すると、かりにエレクトレツト
薄膜上に静電気が発生していても、次第にその影
響は、周囲の帯電状態に稀釈されて一様化し、最
終的には所望の一様な帯電状態に達することがで
きる。

実験の結果、これらの静電気の影響を除くに
は、電界を次第に強くしながら３回以上印加する
ことがよいことがわかる。本発明の実施例ではこ
れが５回であつて、相当程度に一様化されること
がわかつた。

別の実験の結果によれば、電界の印加は上述の
ように不連続にしかも次第に強くなるように行う
のではなく、連続的に増大させて所望の水準に達
するようにしても、なおその効果があることがわ
かつた。

これを工業的に実施するには、連続的処理を行
うことがよい。この場合は、複数の電極を配列し
ておき、これに順次絶対値の大きい電圧を印加
し、この電極の間にエレクトレツト薄膜を通過さ
せるように構成する。電界を連続的に変化させる
場合には、表面が抵抗体である長さのある素子を
利用し、その一端が他端より高い電圧になるよう
に電圧を印加し、この素子の表面に沿つて、上記
他端から一端の方向に、エレクトレツト薄膜を移
動させるように構成する。

他の方法としては、電極が１個あるいは少数個
であつても、これを繰り返して使用し、繰り返し
の都度印加する電圧を上昇させるようにすること
もできる。

発明者らの実験的検討によれば、エレクトレツ
ト薄膜の厚さ方向に印加する最終的な電界の強さ
は約30ないし約100MV／ｍが好ましい値であつ
た。これは薄膜の厚さが12.5μｍのとき、約375
ないし約1250Vに相当する。

電界を与えるための電極は、導電性ローラであ
ることが好ましい。

エレクトレツト薄膜は帯電前にその片面に導電
性膜あるいは金属膜を形成しておき、この導電性
膜あるいは金属膜に導電性ローラを接触させて、
これを利用して電界を与える方法が好ましい。こ
のとき、この導電性膜あるいは金属膜に接触させ
るローラは、接地電位であることが取扱い上便利
である。

エレクトレツト薄膜は、ポリテトラフロロエチ
レン（商品名「FEP）テフロン」として市販さ
れている。）、またはポリカーボネイト（商品名
「マイラー（RTM）」として市販されている。）が
好ましいが、その他の残留静電分極の性質を有す
る任意の誘電体薄膜を使用することができる。

本発明の別の態様はエレクトレツト薄膜の帯電
装置である。この装置は、帯状のエレクトレツト薄膜の通過する通路を定
める手段と、この薄膜の一方の面に接触する複数の電極と、この薄膜の他方の面に接触する電気的接触手段
と、上記複数の電極とこの電気的接触手段との間に
上記通路の薄膜の通過方向に従つて次第に絶対値
の大きい電圧を順次印加するように構成された電
圧供給手段とを備えたことを特徴とする。

この複数の電極は３個以上であつて、薄膜の通
過方向に従つて次第に強い電界を形成するように
構成されることが好ましい。各電極は１個の電圧
分圧回路の各分圧点に接続されることが好まし
い。

エレクトレツト薄膜の通路の両端には巻枠を備
えることが好ましい。終端側の巻枠を駆動し、始
端側の巻枠にブレーキを作用させ、通路を通過す
る薄膜に適度の張力を与える構造が好ましい。

この通路の終端近傍には、電気測定プローブを
配置し、これにより薄膜の処理状況を連続的に監
視する構造が好ましい。

次に実施例図面を用いて説明する。

第１図は本発明実施例装置の要部構造図であ
る。

巻枠１を始端として、導電性ローラ２，３，
４，５および６、導電性ローラ７、ガイドローラ
９、および終端の巻枠１０により、エレクトレツ
ト薄膜１１の通路が形成されている。導電性ロー
ラは接地電位に接続され、その対向位置に測定プ
ローブ８が備えられている。これらの装置は、気
密な箱（図示せず。）に収納され、その気密な箱
には過装置を通じて、塵を含まない清浄な空気
が注入されている。

帯状のFEPテフロン（商品名）の薄膜１１は
巻枠１に巻かれ、この巻枠１が図の矢印の方向に
回転して、薄膜１１を繰り出す。この薄膜１１の
片面（図の参照数字１２）には、アルミニウム膜
面が形成されている。この膜面１２は巻枠１では
内側になつて巻込まれている。この薄膜１１は導
電性ローラ２，３，４，５および６に接触しなが
ら図のように通路を通過し、さらに導電性ローラ
７、ガイドローラ９を経て、終端の巻枠１０に巻
取られる。

電源Ｖと接地Ｅとの間には、抵抗器R₁，R₂，
R₃，R₄およびR₅が直列に接続されて分圧回路を
構成し、その各接続点に導電性ローラ２，３，４
および５がそれぞれ接続されている。導電性ロー
ラ６は、電源Ｖに直接接続される。各抵抗定数の
一例を示すと、抵抗器R₁は40MΩで、抵抗器
R₂，R₃，R₄およびR₅は、それぞれ10MΩであ
る。従つてローラ２，３，４および５の各電圧
は、電源電圧Ｖに対して、1/2、5/8、3/4および
7/8となる。

薄膜１１の処理は連続的に行われ、雰囲気は常
温である。巻枠１０がモータ（図外）により駆動
され、巻枠１は電動ブレーキ（図外）によりブレ
ーキ制御されて、通路にある薄膜１１の張力が調
節される。巻枠１０の駆動速度は操作員により制
御される。薄膜１１はローラ２，３，４，５およ
び６に接して弧を描く。ローラ７はアルミニウム
膜面１２に接触して、この膜面１２の全域にわた
り接地電位を与える。

この薄膜１１の帯電状況は、電気プローブ８に
より監視する。電気プローブ８は薄膜１１の全幅
にわたつて表面電位を走査検出する。この表面電
位が一様であることは、薄膜１１の帯電が一様で
あることを表示する。薄膜１１が巻枠１０に巻取
られると、アルミニウム膜面１２の裏面に発生す
る静電気は、隣接する層のアルミニウム膜面１２
と接触して接地される。

第１図に示す装置を用いて、12.5μｍ厚のエレ
クトレツト薄膜について試験を行つた。第２Ａ図
は本発明実施例により電源電圧Ｖを変化させたと
きのエレクトレツト薄膜の帯電状態を示す。第２
Ｂ図は比較例であつて、ナイフエツジ電極による
従来例方法の同様試験結果である。第２Ａ図およ
び第２Ｂ図とも、横軸に電源電圧Ｖをとり、縦軸
に帯電状態（残留静電分極）をボルトで示す。第
２Ａ図および第３Ａ図に垂直破線で示す範囲は、
帯電状態のバラツキを示す。この測定結果から理
解できるように、本発明の方法によれば、ナイフ
エツジ電極による従来例方法によるものと比べ
て、分布が小さく集中し、帯電状態が一様である
ことが理解できる。

この点をさらに詳しく第３Ａ図および第３Ｂ図
により示す。この図は縦軸に帯電状態（残留静電
分極）をボルトで示し、横軸にこの測定を行つた
エレクトレツト薄膜の幅方向の距離を示す。第３
Ａ図は本発明実施例によるもので、第１図に示す
装置により、電源電圧を−800Vとして、厚さ
12.5μｍ、幅75mmのエレクトレツト薄膜に対する
測定結果である。第３Ｂ図は１個のナイフエツジ
電極を用い、この電極電圧を同様に−800Vと
し、同様のエレクトレツト薄膜に対する測定結果
である。この両図を比較することにより、本発明
の方法が均一な帯電状態を形成するために優れて
いることが理解できる。

上述の方法または装置によれば、エレクトレツ
ト薄膜に一様な帯電状態（残留静電分極）を与え
ることができ、製造過程で発生する偶発的な静電
気の影響、あるいは薄膜の厚さの変化による影響
を除去することができる。

ローラを電極として使用することにより、薄膜
と電極との接触が確実になるとともに、装置を通
過する薄膜にしわを発生させることを防止でき
る。

上記例は薄膜として12.5μｍ厚、75mm幅のもの
について述べたが、他のサイズの薄膜について同
様に実施することができる。

薄膜の片面に金属膜面が形成されていれば、こ
れを利用して安定な電界を印加することができる
が、金属膜面は必ずしも必要でない。片面に金属
膜面がないときには、電圧の印加されたローラの
対向位置に、それぞれ接地されたローラを配置す
ればよい。

金属膜面の金属はアルミニウムの他各種金属ま
たは合金を利用することができる。金属膜面の代
りに導電性塗料を用いることもできる。

エレクトレツト薄膜の通路に一連のローラを配
置し、これに順次高い電圧を与える構成に代え
て、電圧が通路に沿つて次第に上昇する構成とす
ることもできる。これは、２個の導電性ローラの
間に、抵抗体のベルトを掛け渡し、このベルトに
エレクトレツト薄膜を接触させながら、ローラを
回転させることにより実現できる。このとき、２
個の導電性ローラの間に薄膜の進行方向に従つ
て、次第に強い電界が印加されるように電圧を与
えておく。

本発明の方法は１組または少数組の電極によつ
ても実施することができる。この場合は、エレク
トレツト薄膜を繰り返して同一の電極間に通過さ
せ、その繰り返しの都度この電極に印加する電圧
を上昇させればよい。

上記例は室温において実施可能であり、この点
が本発明の特長の一つであるが、さらに他の条件
を必要とするとき、雰囲気の温度を高くまたは低
く制御して実施することもできる。

以上述べたように、本発明によれば、常温でも
ムラのないエレクトレツト薄膜の帯電を行うこと
ができる。特に、本発明では被帯電エレクトレツ
ト薄膜に複数回の電界印加を行い、しかも回を重
ねる毎に次第に大きい電界を印加するので、工程
の途中で予期せずに発生した静電気による帯電ム
ラが、電界印加の回数を重ねるにしたがつて希釈
されて一様な帯電状態を達成することができる。
本発明では、同一の電界を繰り返し印加する従来
方法にくらべて帯電ムラを希釈する効果が著しく
大きい。本発明の方法または装置により製造され
たエレクトレツト薄膜を電気音響変換素子として
使用するマイクロホンは、感度その他の特性が均
一であり、製造分留りが高く、製造コストが安く
なる優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例装置の要部構成図。第２
Ａ図および第２Ｂ図はエレクトレツト薄膜の帯電
状態試験結果を示す図。横軸は電極電圧、縦軸は
帯電状態を示す。第２Ａ図は本発明実施例、第２
Ｂ図は従来例による比較例。第３Ａ図および第３
Ｂ図はエレクトレツト薄膜の帯電状態試験結果を
示す図、横軸は薄膜の幅方向の距離、縦軸は帯電
状態を示す。第３Ａ図は本発明実施例、第３Ｂ図
は従来例による比較例。１……巻枠、２，３，４，５，６，７……導電
性ローラ、８……電気測定プローブ、９……ガイ
ドローラ、１０……巻枠、１１……エレクトレツ
ト薄膜、１２……金属膜面の形成された面。

Claims

【特許請求の範囲】１エレクトレツト薄膜に複数回にわたり直流電
界を印加してそのエレクトレツト薄膜を帯電させ
る方法において、回数を重ねるにしたがつて印加する電界の強度
を増大させることを特徴とするエレクトレツト薄
膜の帯電方法。２回数が３以上である特許請求の範囲第１項に
記載のエレクトレツト薄膜の帯電方法。３回数が５以上である特許請求の範囲第２項に
記載のエレクトレツト薄膜の帯電方法。４帯状に形成された被帯電エレクトレツト薄膜
をその長手方向に移動させ、位置が静止し直流電
圧を印加した電極にそのエレクトレツト薄膜を接
触させながら通過させることによりそのエレクト
レツト薄膜を帯電させる方法において、上記電極は移動方向に沿つて複数個を配置し、その複数の電極に印加する電圧を移動方向にし
たがつて次第に高く設定することを特徴とするエレクトレツト薄膜の帯電方
法。５被帯電エレクトレツト薄膜は片面に金属膜面
が形成されたものを用い、この金属膜面に接触させる電極は複数の電極に
対して共通に１個または少数個を設けた特許請求の範囲第４項に記載のエレクトレツト
薄膜の帯電方法。６帯状に形成された被帯電エレクトレツト薄膜
が巻き取られた第一の巻枠と、この第一の巻枠から引き出された被帯電エレク
トレツト薄膜に接触する電極と、この電極に直流電圧を印加する電圧供給手段
と、上記電極に接触したエレクトレツト薄膜を巻き
取る第二の巻枠と、この第二の巻枠を巻き取り方向に回転させる手
段とを備えたエレクトレツト薄膜の帯電装置におい
て、上記電極はエレクトレツト薄膜の移動方向に沿
つて複数個が配置され、上記電圧供給手段は、この複数個の電極に対し
て上記第一の巻枠に近い位置のものほど低く上記
第二の巻枠に近い位置のものほど高い異なる電圧
を印加する回路手段を含むことを特徴とするエレクトレツト薄膜の帯電装
置。７被帯電エレクトレツト薄膜は片面に金属膜面
が形成されたものであり、複数の電極について一方の極性の電極はこの金
属膜面に接触する構造であり、この一方の極性の電極は上記複数の電極につい
て共通に１個または少数個が設けられた特許請求の範囲第６項に記載のエレクトレツト
薄膜の帯電装置。８一方の極性は接地電位である特許請求の範囲
第７項に記載のエレクトレツト薄膜の帯電装置。９電極が導電性のローラである特許請求の範囲
第６項に記載のエレクトレツト薄膜の帯電装置。１０回路手段は分圧回路を含み、複数の電極に
この分圧回路の各分圧電圧が接続された特許請求
の範囲第６項に記載のエレクトレツト薄膜の帯電
装置。１１各電極に印加される電圧は、エレクトレツ
ト薄膜に印加される電界に換算して30ないし
100MV／ｍである特許請求の範囲第６項に記載
のエレクトレツト薄膜の帯電装置。