Brevet FR2364544A1 — publié le 19780407

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un transducteur piézo-électrique muni d'une membrane formée par une feuille en polymère piézo-électrique, cette membrane étant fixée par son bord dans un support incurvé et en forme de cadre mais reposant pour le reste librement dans ce support. La membrane en question est donc supportée dans le support exclusivement par son bord, rendu solidaire de ce support. Par l'expression "support incurvé", il y a lieu d'e tendre que le bord de fixation du support ne se situe pas dans un plan horizontal. La membrane même a de ce fait une surface incurvée dont le degré de courbure conduit â une certaine raideur de la membrane, ce que lton considère souhaitable dans des buts acoustiques. Un procédé du genre en question est décrit dans le brevet allemand n0 2 508 556. Suivant ce procédé, la fixation de la feuille dans un cadre incurvé a lieu par voie mécanique, par exemple à l'aide d'une colle. Le plus souvent, ltélaboration de la feuille résulte du fait d'établir dans celle-ci une certaine contrainte mécanique dans le but de donner la surface désirée à la partie de feuille reposant librement, ctest-à-dire sans être supportée, dans le cadre. La contrainte qui résulte d'un étirage de la feuille conduit à des difficultés lors du montage de la feuille dans le cadre. Il n'est pas exclu que la feuille s'ondule, ce qui a comme conséquence de rendre inacceptable le comportement acoustique de la feuille, tandis que par ailleurs la répartition irrégulière de la contrainte dans la feuille risque de fissurer celle-ci, Pour éliminer l'ondulation de la feuille, celle-ci devait être allongée davantage, ce qui augmente le risque de fissuration de la feuille. La pratique a permis de constater notamment que ce procédé n'est pas satisfaisant si la courbure de la surface de la feuille doit rester la mtme au cours de la durée de vie de la feuille que l'on ne sort jamais de son cadre. Pour résoudre le problème cité ci-dessus, le brevet français N 2294550 mis à la disposition du public préconise ltemploi d'une deuxième feuille temporaire, que l'on place sous la première et que l'on enlève plus tard. La présente invention indique une solution tout-àfait différente pour résoudre le problème en question, et est remarquable en ce que l'on part d'une feuille étirée qui, après sa fixation dans le support, est chauffée uniformément jusqu'à une température à laquelle la membrane se rétrécit de façon à acquérir une surface incurvée exempte d'ondulation, ladite température étant inférieure à celle à laquelle se perdent les propriétés piézo-électriques du polymère. Dans le présent exposé, par l'expression "feuille étirée, il y a lieu d'entendre une feuille qui, sous l'influence de contraintes mécaniques, est étirée jusqu'au-delà de la limite d'élasticité du matériau qui la forme. A cette occasion, après étirage, la longueur de la feuille peut être plus que doublée. Par cet étirage qui souvent a lieu en présence d'une chauffe simultanée, la constante piézo-électrique du polymère acquiert la valeur désirée en présence d'un champ de prépo larisation. Cette constante piézo-électrique domine dans la direction suivant laquelle étirage a eu lieu. L'invention met à profit l'effet connu que des feuilles étirées, réalisées en polymères, se rétrécissent sous l'influence de la chaleur. Si l'on part de polymère soumis à étirage on trouve que sous lteffet d'une chauffe, ceux-ci ont fortement tendance à se rétrécir dans une direction qui est opposée à la direction d'étirage. Ce retrait provoque une variation de longueur dans l'ordre de quelques pour-cent En raison de ce que la feuille est serrée dans le support incurvé, le retrait en question a comme conséquence que la feuille se tend, et en plus, les contraintes mécaniques qui se produisent dans la feuille sont réparties uniformément, (ce qui signifie que le risque de fissuration devient minimal), tandis que lesdites contraintes se produisent précisément dans la direction suivant laquelle domine l'effet piézo-électrique et que l'on obtient le comportement acoustique désiré de la feuille. L'invention repose sur la découverte que le retrait en question peut encore avoir tout juste lieu à une température à laquelle les propriétés piézo-électriques du matériau formant la feuille sont conservées. Pour un matériau tel que le fluorure de polyvinyli dène, la température en question se situe en 7000 et 900C. La vitesse caractérisant la chauffe ne joue dans ce cas aucun rle, à condition que la chauffe soit uniforme. Ce qui par contre joue un rle est la température que l'on pratique et de laquelle dépend le retrait et, partant, la mesure dans laquelle la feuille est tendue. La variation de la longueur de la feuille par suite du retrait est suffisamment grande pour permettre l'obtention de pratiquement toute surface incurvée désirée exempte d'ondulation. Il est dans ce cas possible de donner a la membrane piézoélectrique des surfaces à minimum d'énergie qui peuvent affecter de nombreuses formes et qui sont appelées surfaces de "pellicule de savon". La variation de dimension par suite du retrait est en outre réduite au point qu'également des feuilles piézo-électriques qui au préalable ont été munies d'électrodes situées de part et d'autre d'une telle feuille sont utilisables pour le procédé conforme à l'invention. Les couches métalliques des électrodes, ces couches ayant généralement une épaisseur de quelques microns, n'influencent d'aucune façon le retrait de la membrane. La description suivante, en regard des dessins annexés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention part être réalisée Les figures I et 2 montrent des membranes à surface incurvée qui reposent dans un cadre incurvé et qui peuvent titre obtenues par le procédé conforme à l'invention. La figure 3 illustre schématiquement le traitement thermique auquel on soumet ce genre de membranes conformes à l'invention. La figure 4 est un diagramme qui illustre la variation du coefficient piézo-électrique d'une feuille piézo-électrique en fonction de la température. La figure 5 est un diagramme qui illustre le retrait d'une telle feuille en fonction de la température. La figure l montre une membrane réalisée conformément à l'invention et montée dans son cadre. La membrane I est formée par une feuille en fluorure de polyvinylidene, cette ma tière pouvant acquérir des propriétés piézo-électriques après avoir subi un traitement spécial. A cet effet, la feuille est d'abord étirée, notamment de façon à acquérir une déformation permanente, la matira de la feuille ayant donc subi une charge au-delà de sa limite d'élasticité. Lorsque cet étirage a lieu dans un champ électrique qui agit perpendiculairement à la direction d'étirage, alors qu'en plus la feuille a été portée à une température adéquate, par exemple 90 C, on constate que dans la direction d'étirage, la matière est devenue piézo-électrique. C'est seulement par son bord que la membrane l est fixée dans un cadre rigide pratiquement rectangulaire 2. Au préalable, la membrane peut autre munie d'électrodes, déposés par exemple par évaporation d'une couche métallique adéquate, par exemple une couche d'aluminium. On a pu constater qu'une telle couche continue d'adhérer convenablement à la feuille malgré les opérations à laquelle la feuille est ensuite soumise. Le cadre 2 présente une certaine incurvation. Les côtés de chaque paire de côtés opposés du cadre sont incurvés de la même façon. La paire de catés 3 est incurvée vers le haut, la paire de côtés 4 étant incurvée vers le bas. La fixation de la membrane 1 dans le cadre 2 a lieu de la façon suivante. D'abord à l'aide d'une colle, la feuille découpée sur mesure est collée sur les côtés 3 et 4 du cadre. Dans la matière formant la feuille, il n'existe à cette occasion aucune contrain#te mécanique ou tout au plus une très faible contrainte mécanique. La membrane approche alors grosso modo la forme désirée, définie par les courbures des côtés 3 et 4 du cadre. A cette occasion, il est impossible d'éviter lton- dulation de la feuille en la formation de pli(s) dans celle-ci. La colle étant seche, la membrane est soumise à un traitement thermique qui a lieu à une température comprise entre 700C et 90 C. Par suite de cette chauffe, la feuille se rétrécit dans la direction opposée à la direction d'étirage originale, ce qui fait disparattre l'ondulation de la feuille, la membrane étant ainsi tendue convenablement dans le cadre. Dans ces conditions, la membrane acquiert les forme et raideur requises pour les buts acoustiques dans lesquels la membrane est utilisée, la contrainte mécanique résultant dudit retrait donnant lieu également à une certaine contraction dans la direction transversale, de sorte que la membrane acquiert la forme d'une "surface de sellez bien tendue. La figure 2 représente une autre membrane, posée dans un cadre plus ou moins circulaire. Dans ce cas également, certaines parties du bord du cadre en question sont incurvées, notamment les parties de bord opposées 11, 12 qui sont incurvées vers le haut, et les parties de bord opposées 13, 14 qui sont incurvées vers le bas. Etant soumis au traitement thermique décrit ci-dessus, la membrane répondant à la figure 2 acquiert également une "surface de selle" bien-tendue. La figure 3 illustre schématiquement la façon dont une membrane qui vient d'être collée dans son cadre et qui est réalisée en polymère étiré, est placée entre des organes émettant de la chaleur. La chaleur est rayonnée de façon uniforme et transférée à la feuille. En même temps, à l'aide des électrodes, on applique un champ électrique qui, combiné avec le traitement thermique, conduit aux propriétés piézo-électriques désirées de la feuille. Dans cet exemple, en mettant en oeuvre un même traitement thermique, on obtient donc que la feuille se rétrécit de façon désirée et acquiert en même temps ses propriétés piézoélectriques. De cette façon, on a obtenu une feuille en fluorure de polyvinylidène dont l'épaisseur est égale à 25P et dont la longueur a été augmentée de 320 %. Ensuite, la feuille a été placée dans un champ de polarisation élec#trique de 500 kV/cm durant 15 minutes & la température de 800C, ce qui a eu comme résultat de donner à la feuille des propriétés piézo-électriques des plus élevées. Ensuite, les feuilles fabriquées de la sorte ont été soumises aux températures respectives 800C, 900C, îoo0c, 1100C et 1250C, cette température étant maintenue chaque fois durant environ huit minutes. La variation du coefficient piézo-électrique d31 et le retrait sont donnés en fonction de la température par les diagrammes constituant les figures 4 et 5. Sur la figure 4, le long de l'axe des ordonnées, on a porté les valeurs du coefficient piézo-électrique d31, exprimé en pC/N, tandis que sur la figure 5, on a porté le long du même axe le retrait, exprimé en pour-cent, alors que sur les deux figures 4, 5, l'axe des abscisses est celui des températures, en degrés Celsius. La figure 4 montre clairement qu'entre les températures 700C et 900C, le coefficient piézo-électrique d31 varie peu, tandis que selon la figure 4, le retrait dans ladite plage de températures s'identifie à quelques pour-cent, ce qui est suffisant pour tendre convenablement la feuille pour lui donner la forme en selle requise. REVENDICATIONS : l. Procédé pour fabriquer un transducteur piézo-électrique muni d'une membrane formée par une feuille en polymère piézo-électrique cette membrane étant fixée par son bord dans un support incurvé et en forme de cadre mais reposant pour le reste librement dans ce support, caractérisé en ce que l'on part d'une feuille étirée qui, après sa fixation dans le support, est chauffée uniformément jusqu'# une température à laquelle la membrane se rétrécit de façon à acquérir une surface incurvée exempte d'ondulation, ladite température étant inférieure à celle à laquelle se perdent les propriétés piézo-électriques du polymère. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au préalable, les deux faces de la membrane ont été déjà munies d'une électrode. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au cours du traitement thermique par lequel la membrane se rétrécit de façon à acquérir la forme désirée, la membrane acquiert ou conserve également les propriétés piézo-électriques désirées sous l'influence d'un champ électrique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, mis en oeuvre pour une feuille en fluorure de polyvinylidène, caractérisé en ce que la chauffe a lieu à une température située entre 700C et 900 C. 5. Transducteur, en particulier haut-parleur, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Transducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que par le procédé mis en oeuvre, la membrane acquiert une surface en forme de selle.