(57)【要約】      （修正有）【課題】二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）の製造方法であって、規定されたフェロエレクトレット空隙構造を形成でき、大規模な商業生産においても、簡単かつ低コストで実施できる、製造方法を提供する。【解決手段】空隙を有する二層又は多層フェロエレクトレット３の製造方法は、Ａ）除去方法により、１つ以上のクリアランス４ａをポリマーフィルム要素１の少なくとも１つの表面側に導入し、Ｂ）工程Ａ）で形成されたクリアランス４ａを含むポリマーフィルム要素１の表面側に、第１カバー２を適用し、Ｃ）ポリマーフィルム要素１とカバー２を接合して、空隙を形成しつつクリアランス４ａを閉鎖して、ポリマーフィルム複合体３を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空隙(5)を有する二層又は多層フェロエレクトレット(3)（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）の製造方法であって、
Ａ）除去方法により、１つ以上のクリアランス(4a)をポリマーフィルム要素(1)の少なくとも１つの表面側に導入する工程、
Ｂ）工程Ａ）で形成されたクリアランス(4)を含むポリマーフィルム要素(1)の表面側に、第１カバー(2)を適用する工程、
Ｃ）ポリマーフィルム要素(1)とカバー(2)を接合して、空隙(5)を形成しつつクリアランス(4)を閉鎖して、ポリマーフィルム複合体(3)を形成する工程
を特徴とする製造方法。
【請求項２】
工程Ａ）でのクリアランス(4a)の導入を、エッチング、平削り、研削及び／又はフライス削りにより行う、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
更に、工程Ａ１）においてカバー(2)の表面側に１つ又はそれ以上のクリアランス(4b)を導入する、請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
カバー(2)の表面側のクリアランス(4b)及びポリマーフィルム要素(1)の表面側のクリアランス(4a)は、少なくとも部分的に重なって、従って、共通の空隙(5)を形成するように配置される、請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
ポリマーフィルム要素(1)及び／又はカバー(2)は、相互に接合された少なくとも第１及び第２ポリマーフィルム(1a, 1b)、(2a, 2b)を含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
工程Ａ）におけるポリマーフィルム要素(1, 1a)の表面側へのクリアランス(4a)の導入及び／又は工程Ａ１）におけるカバー(2)の表面側へのクリアランス(4b)の導入を、第２ポリマーフィルム(1b, 2b)に達するまで貫通するように行う、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
工程Ｃ）における二層又は多層フェロエレクトレット(3)の形成のためのポリマーフィルム要素(1)及びカバー(2)の接合を、積層、接着結合、留め具留め、クランプ締め、ネジ留め、リベット留め又は溶接により行う、請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
二層又は多層フェロエレクトレット(3)の外向き表面への電極(6)の適用を、工程Ｄ）での空隙(5)の内表面への帯電の前及び／又は後に行う、請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
工程Ａ）、Ｂ）、Ｃ）及び／又はＤ）を、連続オープンリール法により行う、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
工程Ｃ）で形成された二層又は多層フェロエレクトレット(3)のエッジの封止を、更なる工程Ｅ）として、工程Ｄ）での空隙(5)の内表面への帯電の前及び／又は後に行うことを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１１】
二層又は多層フェロエレクトレット(3)の空隙(5)への気体の充填を、工程Ｄ）の分極の前の更なる工程Ｆ）において行うことを含む、請求項１に記載の製造方法。
【請求項１２】
・クリアランス(4a)を含む少なくとも１つの表面側を有する、少なくとも第１のポリマーフィルム要素(1)、及び
・少なくとも第１のカバー(2)
を含んでなり、
該カバー(2)は、クリアランス(4a)を含むポリマーフィルム要素(1)の第１表面側に配置され、
クリアランス(4a)は、カバー(2)により閉鎖されて、空隙(5)が形成された、
空隙を有する二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）。
【請求項１３】
請求項１に記載の製造方法により製造された二層又は多層フェロエレクトレット。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載された二層又は多層フェロエレクトレットを含み、ポリマーフィルム要素及び／又はカバーは、相互に接合された少なくとも２つのポリマーフィルムを含むことを特徴とする、圧電素子。
【請求項１５】
センサ、アクチュエータ又は発電素子である、請求項１４に記載の圧電素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空隙を持つ二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）の製造方法、及びそのような製造方法により製造された二層又は多層フェロエレクトレットに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧電材料は、機械的圧力を線形的に電圧信号に変えることができる。逆に、圧電材料に加えられた電場を、変換器の形状の変化に変換することができる。圧電材料は、多くの用途において、これまでも動的部品として組み込まれている。このような用途には、例えば、キーボード又はタッチパッド用構造圧力センサ、加速センサ、マイク、拡声器、医用工学、海洋工学又は材料試験における用途のための超音波変換器がある。WO 2006/053528 には、例えば、ポリマーフィルムを含んでなる圧電素子に基づく電子音響変換器が記載されている。
【０００３】
近年、フェロエレクトレットとして知られている、新しい種類の圧電性ポリマーが、次第に研究対象となってきている。フェロエレクトレットは、ピエゾエレクトレットとしても知られている。フェロエレクトレットは、電荷を長時間保持できる空隙構造を有するポリマー材料からなる。これまで知られているフェロエレクトレットは、例えば、セル状空隙構造を有し、発泡ポリマーフィルムとして、あるいはポリマーフィルム又はポリマー織物を含む多層系として、形成されている。電荷が空隙の様々な表面にそれらの極性に応じて分布されるなら、各帯電空隙は電気双極子に相当する。そして、空隙が変形されると、双極子の大きさに変化が生じ、外部電極間に電流が流れることになる。フェロエレクトレットは、他の圧電材料に匹敵する圧電活性を示し得る。
【０００４】
US 4,654,546 には、フェロエレクトレットフィルムの前駆材料としてのポリプロピレン発泡フィルムを製造する方法が記載されている。その方法では、充填材粒子がポリマーフィルムに添加される。充填材としては、例えば、二酸化チタンが使用される。押出後、ポリプロピレンフィルムを二軸延伸すると、フィルム内部には充填材粒子の周囲に小さい空隙が形成される。この方法は、他のポリマーに応用することもできる。例えば、シクロオレフィンコポリマー（COC）及びシクロオレフィンポリマー（COP）からのフェロエレクトレットフィルムの製造は、Eetta Saarimaeki, Mika Paajanen, Ann-Mari Savijaervi, and Hannu Minkkinen, Michael Wegener, Olena Voronina, Robert Schulze, Werner Wirges and Reimund Gerhard-Multhaupt "Novel Heat Durable Electromechanical Film: Processing for Electromechanical and Electret Applications", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 13, 963-972 (October 2006) に記載されている。発泡ポリマーフィルムは、広い気泡サイズ分布が生じるという欠点を有する。その結果、全ての気泡が、後の帯電工程において均一に帯電されるということはない。
【０００５】
閉塞（独立気泡）外層及び多孔質又は穿孔中間層を含む多層系は、近年、種々の刊行物に記載されている。これら刊行物には、Z. Hu and H. von Seggern, "Air-breakdown charging mechanism of fibrous polytetrafluoroethylene films", Journal of Applied Physics, Vol. 98, paper 014108, 2005 及び "Breakdown-induced polarization buildup in porous fluoropolymer sandwiches: A thermally stable piezoelectret", Journal of Applied Physics, Vol. 99, paper 024102, 2006、更に、H. C. Basso, R.A.P. Altafilm, R.A.C. Altafilm, A. Mellinger, Peng Fang, W. Wirges and R. Gerhard "Three-layer ferroelectrets from perforated Teflon-PTFE films fused between two homogeneous Teflon-FEP films" IEEE, 2007 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 1-4244-1482-2/07, 453-456 (2007) 及び Jinfeng Huang, Xiaoqing Zhang, Zhongfu Xia and Xuewen Wang "Piezoelectrets from laminated sandwiches of porous polytetrafluoroethylene films and nonporous fluoroethylenepropylene films" Journal of Applied Physics, Vol. 103, paper 084111, 2008 が含まれる。多孔質又は穿孔中間層を有する層系は、多くの場合、上記の系より大きい圧電定数を有する。
【０００６】
少なくとも３つのFEP及びPTFE層を交互に積み重ねたポリマー層に金属格子を押しつけることによりポリマー層を構造化することは、X. Zhang, J. Hillenbrand and G. M. Sessler, "Thermally stable fluorocarbon ferroelectrets with high piezoelectric coefficient", Applied Physics A, Vol. 84, pp. 139-142, 2006 及び "Ferroelectrets with improved thermal stability made from fused fluorocarbon layers", Journal of Applied Physics, Vol. 101, paper 054114, 2007, 並びに Xiaoqing Zhang, Jinfeng Huang and Zhongfu Xia "Piezoelectric activity and thermal stability of cellular fluorocarbon films" PHYSICA SCRIPTA Vol. T129 pp. 274-277, 2007 に記載されている。FEPの融点を越える温度とPTFEの融点未満の温度との間にある温度で格子により層を圧接することは、ポリマー層が、格子構造に従って相互に接続され、格子の筋の間に長方形基本領域を有するドーム状又は気泡状空隙が形成されるという効果が生まれる。しかしながら、このような方法では、均一な空隙の形成が、特に層の数が増すにつれて、複雑に制御することによってのみ可能であるので、フェロエレクトレットの特性が変化することになる。
【０００７】
格子を使用して気泡状空隙を形成する別の方法が、R. A. C. Altafim, H. C. Basso, R. A. P. Altafim, L. Lima, C. V. De Aquino, L. Gonalves Neto 及び R. Gerhard-Multhaupt により、"Piezoelectrets from thermo-formed bubble structures of fluoropolymer-electret films", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 13, No. 5, pp. 979-985, 2006 に記載されている。この方法では、相互に重ねられた２つのテフロン-FEPフィルムが金属格子と上方円筒金属部品との間に配置される。この構造物を、減圧にするための開口を有する下方円筒金属部品に対して、金属格子により押しつける。FEPフィルムは、上方金属部品により加熱され、下のフィルムは格子の開口に引きつけられ、対応する空隙が、下方金属部品に加えられた減圧により形成される。ポリマー多層複合体に空隙を形成するために格子を使用する記載の方法は、複雑で、大規模製造に移行するのは困難である。
【０００８】
均一な大きさ及び構造を有するチューブ状空隙を持つフェロエレクトレットの有利で簡単な製造方法が、R. A. P. Altafim, X. Qiu, W. Wirges, R. Gerhard, R. A. C. Altafim, H. C. Basso, W. Jenninger and J. Wagner により、論文 "Template-based fluoroethylenepropylene piezoelectrets with tubular channels for transducer applications", Journal of Applied Physics, 106, 014106, 2009 に記載されている。記載の方法の場合、最初に、２枚のFEPフィルム及びその間に配置されたPTFEマスクフィルムのサンドイッチ配置が作られる。PTFEフィルムは、レーザ融除により、予め構造化されている。重ねたフィルムを積層し、FEPフィルムを相互に接続し、続いて、マスクフィルムを除去し、すなわち引き抜いて、空隙を露出させる。従って、FEPフィルムは、スタンピングにより製造され、すなわち、FEPフィルムの構造は、後に除去されるPTFEフィルムにより、印（模様）として、形成される。この場合、FEPフィルムの材料は除去されない。この方法の欠点は、PTFEフィルムが、引き抜かれる際に、引き裂かれ、あるいは引きちぎられることさえあることである。このことにより、PTFEフィルムの完全な除去がより困難になり、不可能にさえなる。PTFEフィルムがFEPフィルム積層体中に残存すると、積層体をフェロエレクトレットとして使用することが、限定的にしか可能でなくなり、あるいは全く不可能になる。更に、この方法では、スタンピングの後にしかPTFEフィルムを引き抜くことができないから、FEPフィルムは非常に限られた程度でしか構造化されない。開放され及び／又は長い構造しか、スタンプできない。この方法では、面積最適化閉鎖構造のスタンピングは不可能である。Gerhard et al. (2007 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 453〜456頁) は論文 "Three-layer ferroelectrets form perforated TeflonTM-PTFE films fused between two homogeneous TeflonTM-FEP films" において、機械的又はレーザドリルにより貫通した複数の均一クリアランスが形成されたポリテトラフルオロエチレンフィルムを２つの均一フルオロエチレン-プロピレンフィルムの間に配置した三層フェロエレクトレットの製造を記載している。しかしながら、この方法では、３層以上の層を有するフェロエレクトレットしか製造できない。三層フェロエレクトレットに比べて、品質を落とすことなくより簡単にかつ経済的に製造することができる二層のみを有するフェロエレクトレットを製造することは、記載されておらず、また、この方法では不可能である。更に、２つのFEP層間のPTFEから製造された、穿孔中間層を有するすなわち貫通クリアランスが供給された三層フェロエレクトレットの製造しか開示されておらず、他の材料の三層フェロエレクトレットの製造は開示されていない。このことは、とりわけPTFE及びFEPは他の材料より高価であるので、材料の選択が制限されることを意味する。更にまた、フッ素化物質は廃棄に問題があり、焼却すると有毒物質を生成するので、通例、フッ素化物質は使用しないようにされる。四層、五層又はそれ以上のフェロエレクトレットの製造も開示されていない。しかしながら、そのようなフェロエレクトレットは、個々の層のクリアランスを様々に形成できるので、空隙形状の可能性が増す。
【０００９】
WO 2009/018130 は、セラミック構造要素を有する圧電層構造の製造を開示している。このような構造の製造は、固体セラミックを加工しなければならず、あるいはキャスト、成形及び焼成法により製造を行わなければならないので、非常に手間がかかる。また、いずれの方法も、時間がかかり、かつエネルギーを大量に消費する。
【００１０】
フェロエレクトレットに対する関心が、商業用途において、例えばセンサ、アクチュエータ及び発電機システムにおいて、増している。商業規模での製造方法の適用には、費用対効果が極めて重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】WO 2006/053528
【特許文献２】US 4,654,546
【特許文献３】WO 2009/018130
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Eetta Saarimaeki, Mika Paajanen, Ann-Mari Savijaervi, and Hannu Minkkinen, Michael Wegener, Olena Voronina, Robert Schulze, Werner Wirges and Reimund Gerhard-Multhaupt "Novel Heat Durable Electromechanical Film: Processing for Electromechanical and Electret Applications", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation 13, 963-972 (October 2006)
【非特許文献２】Z. Hu and H. von Seggern, "Air-breakdown charging mechanism of fibrous polytetrafluoroethylene films", Journal of Applied Physics, Vol. 98, paper 014108, 2005
【非特許文献３】Z. Hu and H. von Seggern, "Breakdown-induced polarization buildup in porous fluoropolymer sandwiches: A thermally stable piezoelectret", Journal of Applied Physics, Vol. 99, paper 024102, 2006
【非特許文献４】H. C. Basso, R.A.P. Altafilm, R.A.C. Altafilm, A. Mellinger, Peng Fang, W. Wirges and R. Gerhard "Three-layer ferroelectrets from perforated Teflon-PTFE films fused between two homogeneous Teflon-FEP films" IEEE, 2007 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 1-4244-1482-2/07, 453-456 (2007)
【非特許文献５】Jinfeng Huang, Xiaoqing Zhang, Zhongfu Xia and Xuewen Wang "Piezoelectrets from laminated sandwiches of porous polytetrafluoroethylene films and nonporous fluoroethylenepropylene films" Journal of Applied Physics, Vol. 103, paper 084111, 2008
【非特許文献６】X. Zhang, J. Hillenbrand and G. M. Sessler, "Thermally stable fluorocarbon ferroelectrets with high piezoelectric coefficient", Applied Physics A, Vol. 84, pp. 139-142, 2006
【非特許文献７】X. Zhang, J. Hillenbrand and G. M. Sessler, "Ferroelectrets with improved thermal stability made from fused fluorocarbon layers", Journal of Applied Physics, Vol. 101, paper 054114, 2007
【非特許文献８】Xiaoqing Zhang, Jinfeng Huang and Zhongfu Xia "Piezoelectric activity and thermal stability of cellular fluorocarbon films" PHYSICA SCRIPTA Vol. T129 pp. 274-277, 2007
【非特許文献９】H. C. Basso, R. A. P. Altafim, L. Lima, C. V. De Aquino, L. Gonalves Neto and R. Gerhard-Multhaupt, "Piezoelectrets from thermo-formed bubble structures of fluoropolymer-electret films", IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, Vol. 13, No. 5, pp. 979-985, 2006
【非特許文献９】R. A. P. Altafim, X. Qiu, W. Wirges, R. Gerhard, R. A. C. Altafim, H. C. Basso, W. Jenninger and J. Wagner, "Template-based fluoroethylenepropylene piezoelectrets with tubular channels for transducer applications", Journal of Applied Physics, 106, 014106, 2009
【非特許文献１０】Gerhard et al., "Three-layer ferroelectrets form perforated TeflonTM-PTFE films fused between two homogeneous TeflonTM-FEP films" (2007 Annual Report Conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena, 453〜456頁)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで、本発明は、先行技術の欠点を克服し、二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）の製造方法であって、規定されたフェロエレクトレット空隙構造を形成でき、大規模な商業生産においても、簡単かつ低コストで実施できる、製造方法を提供するという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的は、請求項１に記載された、二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）の製造方法、及び請求項１２に記載された、この本発明の方法により製造された二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）により達成される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の二層フェロエレクトレットの形成を示す図である。
【図２】図２は、クリアランスを有するカバーを含む本発明の二層フェロエレクトレットの形成を示す図である。
【図３ａ】図３ａは、結合された２つのポリマーフィルムを含む本発明のポリマーフィルム要素の模式的断面図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａに示したポリマーフィルム要素１及び連続カバー２を含む本発明の三層フェロエレクトレットの模式的断面図である。
【図３ｃ】図３ｃは、帯電工程及び電極６ａ及び６ｂの取り付け後の、図３ｂに示した三層フェロエレクトレットの模式的断面図である。
【図４】図４は、相互に重ね合わせた３つの本発明の多層フェロエレクトレット、すなわち、相互に重ね合わせた３つの本発明の多層フェロエレクトレットの積層体を有する、本発明に従った電気機械変換器の模式的断面図である。
【図５ａ】図５ａは、本発明に従ったポリマーフィルム要素及び／又はカバーにおけるクリアランスの可能な形状の１つの平面図である。
【図５ｂ】図５ｂは、本発明に従ったポリマーフィルム要素及び／又はカバーにおけるクリアランスの可能な形状の１つの平面図である。
【図５ｃ】図５ｃは、本発明に従ったポリマーフィルム要素及び／又はカバーにおけるクリアランスの可能な形状の１つの平面図である。
【図５ｄ】図５ｄは、本発明に従ったポリマーフィルム要素及び／又はカバーにおけるクリアランスの可能な形状の１つの平面図である。
【図５ｅ】図５ｅは、本発明に従ったポリマーフィルム要素及び／又はカバーにおけるクリアランスの可能な形状の１つの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明によれば、空隙を有する二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）の製造方法が提供され、該方法は、以下の工程を含む：
Ａ）除去方法により、１つ以上のクリアランスをポリマーフィルム要素の少なくとも１つの表面側に導入し、
Ｂ）工程Ａ）で形成されたクリアランスを含むポリマーフィルム要素の表面側に、第１カバーを適用し、
Ｃ）ポリマーフィルム要素と第１カバーを接合して、空隙を形成しつつクリアランスを閉鎖して、二層又は多層フェロエレクトレットを形成する。
空隙は、所定の構造を有するので、画定する（輪郭を決める）とも言われる。
【００１７】
本発明によれば、カバーとは、空隙を形成しながら、第１のポリマーフィルムの第１表面にあるクリアランスを閉鎖し、同時に、クリアランスを有しない外方向に向いた連続表面が製造される二層又は多層フェロエレクトレットにおける別の表面を形成する、ポリマーフィルム又はポリマーフィルム複合体を意味するものと理解される。
【００１８】
本発明の目的にとって、「二層及び多層フェロエレクトレット」に関連した「本発明による（よれば）」とは、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く二層又は多層フェロエレクトレットを常に意味する。
【００１９】
多層フェロエレクトレットとは、フェロエレクトレットが、３層、４層、５層、６層、７層、８層、９層又はそれ以上の数の層（ポリマーフィルム要素）、好ましくはクリアランスを有する１層、２層、３層、４層、５層、６層、７層、８層を有することを意味する。特に、クリアランスを有する２層、３層、４層、５層又はそれ以上の数の層を有するフェロエレクトレットは、個々の層のクリアランスを異なる構成にすることができるので、空隙の構造に多くの可能性を与える。クリアランスは、層を穿孔していてもしていなくてもよい。２つの層のクリアランスが向かい合っている場合、これらの層の間に穿孔されていない層を導入するのが望ましく、導入する層は、クリアランスを有していなくても、あるいは一方の側又は両方の側にクリアランスを有していてもよい。
【００２０】
二層エレクトレットは、相対的に簡単かつ低コストで製造できるという利点を有しており、二層エレクトレットは、除去物を有する１層及び２層の両方を有することができる。
【００２１】
換言すると、本発明により製造された二層フェロエレクトレットは、２つのポリマー層の間に形成された空隙を含む。この場合のポリマーフィルム要素及びカバーの相互に向かい合う表面は、空隙間で接合される。本発明によれば、空隙の形状及び寸法は、予め厳密に設定され、規定された方法により、提示される。工程Ａ）における少なくとも１つのポリマーフィルム要素の少なくとも１つの表面におけるポリマー物質の除去及びその結果としてのクリアランスの形成は、本発明により製造される二層又は多層フェロエレクトレットにおける画定された空隙の形成にとって、本発明の方法ではとりわけ重要である。
【００２２】
クリアランスは、有利なことに、本発明の方法によって多くの異なる形状で形成することができる。クリアランスの形状は、円形断面を有する円筒形に限定されない。加えて、本発明の方法によれば、種々の形状に形成されたクリアランスを組み合わせることも可能である。このようにして、一方では、形成される空隙の全体の空隙容積を、有利に最大化できる。他方では、本発明の方法により製造された二層又は多層フェロエレクトレット及び電気機械変換器の電気機械的、特に圧電特性を、クリアランスの形状、配列及び／又は分布を選択することにより、変化させることができる。
【００２３】
最も簡単な場合、本願発明では、カバーは、全くクリアランスを持たない連続ポリマーフィルムであってよく、ポリマーフィルム要素は、ポリマーフィルムであってよい。カバーをポリマーフィルムのクリアランスを含む第１表面側に適用すると、空隙を有する本発明の二層エレクトレットを製造することができる。
【００２４】
原則として、ポリマーフィルム要素及びカバーに使用されるポリマーフィルムは、除去の方法によりクリアランスを導入でき、ポリマーフィルムを接合でき、空隙を形成でき、さらに、空隙において分極過程を可能にし、帯電工程後にポリマーフィルム内に形成された電荷層を分離するのに適したプラスチック材料から製造することができる。
【００２５】
本発明の二層又は多層フェロエレクトレットに使用するポリマーフィルムは、同じ又は異なるポリマー物質、例えば、ポリカーボネート、パーフッ素化又は部分フッ素化ポリマー及びコポリマー（例えば、PTFE、フルオロエチレンプロピレン（FEP）、パーフルオロアルコキシエチレン（PFE））、ポリエステル（例えば、ポリエチレンテレフタレート（PET）又はポリエチレンナフタレート（PEN））、シクロオレフィンポリマー、シクロオレフィンコポリマー、ポリアミド、特にポリエーテルイミド、ポリエーテル、ポリメチルメタクリレート及びポリプロピレン又はポリマーブレンドの群から選択することができる。このような物質を使用して、良好な又は非常に良好な圧電特性を得ることができる。本発明によれば、物質の広範な選択により、特定の用途に適合することも可能になる。しかしながら、本発明では、三層フェロエレクトレットの場合、２つのFEP層の間の穿孔されたPTFE製中間層を使用しない。これは、他のポリマーに比べて、PTFE及びFEPは高価だからである。更に、フッ素化物質は廃棄に問題があり、焼却すると有毒物質を生成するので、通例、フッ素化物質は使用しないようにされる。
【００２６】
各場合に、ポリマーフィルムは、好ましくは１０μm以上、５００μm以下、特に好ましくは１５μm以上、３００μm以下の厚さを有する。二層又は多層フェロエレクトレットにおける種々のポリマーフィルムの厚さ、換言すると層の厚さは、同一であっても、異なっていてもよい。ポリマーフィルムの特に適した厚さは、有利には、ポリマー物質に依存して、所望用途ごとに、選択される。実際に重要なことは、本発明の方法の工程Ｃ）において形成される空隙が潰れないことである。すなわち、より硬いポリマー物質は、より弾性のポリマー物質よりも、薄くできる。
【００２７】
ポリマーフィルムは、フィルムシート、又はとりわけ大規模生産の場合には、有利にはフィルムウェブとして、成形され、工程Ｂ）において、一方の上に他方が配置され、工程Ｃ）において、空隙を形成しながら相互に接合される。この場合、フィルムシートは、長方形、正多角形又は非正多角形、円形、例えば、真円形、楕円形、長円形のような形状を有し、一方が他方の上に配置されるフィルムは、一方が他方の上に配置される領域では、同じ基礎形状を有する。基本的に、基礎形状は、特定の用途に適合するようにされる。
【００２８】
本発明の工程Ｄ）では、反対の電荷を持つ空隙の内表面の帯電及び分極のための確立された既知方法を、有利に使用することができる。空隙の反対側の分極は、例えば、コロナ放電又はプラズマ法により実施することができる。大規模には、コロナ放電を有利に使用することができる。
【００２９】
工程Ａ）で行われるポリマーフィルムでの除去及びクリアランスの形成並びに工程Ｂ）での少なくとも１つのカバーの接合により、正確に設定された空隙を、提供された方法により規定した様式で、創製・製造することができる。従って、有利なことに、本発明の方法を用いて、異なる共鳴振動数、例えば不均一気泡の結果として発泡フェロエレクトレットフィルムの場合に制御されていない様式で生じるような共鳴振動数を、回避することができる。これとは対照的に、本発明によれば、異なる形状の空隙を創製し、それにより、製造されたポリマーフィルム複合体の領域ごとに異なる性質、例えば圧電能を与えることさえ可能である。
【００３０】
本発明の方法の一態様では、工程Ａ）における第１ポリマーフィルムの少なくとも１つの表面での除去、その結果としての該表面へのクリアランスの導入は、レーザ融除又はエッチングにより行うことができる。同等に好ましいのは、平削り、フライス削り又は研削のような除去方法をクリアランスの形成に使用することである。上記のクリアランス形成方法により、次の工程Ｂ）においてカバーを適用することにより形成される空隙の形状及び寸法は共に、ほぼ自由に選択することができ、フィルム材料及びその性質並びに各フィルムの厚さに応じて、それぞれの用途における所望の機械的及び電気的要求特性に合わせることができる。本発明では、適切ならば、異なる除去方法を用いて、ポリマーフィルムに同じクリアランスを導入することもできる。
【００３１】
本発明の方法の一態様では、１つ又はそれ以上のクリアランスを、工程Ａ）においてカバーの表面側に導入することができる。この場合、クリアランスの導入は、例えば、レーザ融除、エッチング、平削り、フライス削り及び／又は研削により、同等に行うことができる。ポリマーフィルム要素のクリアランスを有する第１表面側へのカバーの適用は、本発明によれば、例えば、相互に向き合わせたポリマーフィルム要素の表面側のクリアランス及びカバーが、全体に又は部分的に重なりあって、クリアランスが少なくとも１つの共通空隙を形成できるように、行い得る。例えば、この場合、ポリマーフィルム要素のクリアランスを有する表面側及びカバーは、合同な形状であり得る。しかしながら、ポリマーフィルム要素の表面側にあるクリアランス及びカバーは、両者が重なり合わないように特別に配置することもでき、この場合、空隙の２つの層は、ポリマーフィルム要素及びカバーを接合することにより、創出することができる。この場合には、２つの層の空隙は、相互に補い合う（オフセット）ように配置される。
【００３２】
ポリマーフィルム要素及びカバーに使用されるポリマーフィルムは、例えば、１０μm以上、８００μm以下の厚さを有し、形成されたクリアランスは、１０μm以上、５００μm以下の深さ及び１０μm以上、５０００μm以下の幅を有する。好ましくは、空隙は、１０μm以上、２５０μm以下の高さ及び５０μm以上、３０００μm以下の幅を有する。特に好ましくは、空隙は、１００μm以上、２０００μm以下の幅を有する。この場合、フィルム特性と形成された空隙の形状及び寸法の組み合わせは、隔てられたフィルム部分が使用に遭遇するどのような状況でも触れあわないように、選択される。記載した除去方法は、自動化でき、適切なら、連続方法として実施することもできるという利点も有する。
【００３３】
本発明により製造された二層又は多層フェロエレクトレットでは、ポリマーフィルムの厚さが１０μm以上、５００μm以下であるなら、空隙は、例えば、１０μm以上、５００μm以下の高さを有する。高さとは、特に、空隙の断面の高さを意味する。特に好ましくは、空隙は、１０μm以上、２５０μm以下の高さを有し得る。
【００３４】
空隙は、本発明の方法により、非常に様々な形状に形成することができる。従って、空隙の形状は、バブル状、円筒状、ポリマーフィルムの層の方向に垂直な円形又は矩形断面を有するチューブ又はチャンネル状に限定されない。加えて、本発明の方法によれば、種々の形状に形成された空隙を組み合わせることも可能である。このようにして、一方では、形成された空隙の全体の空間容積を、有利に最大化できる。他方、本発明の方法により製造された二層又は多層フェロエレクトレット及び電気機械変換器の電気機械的性質、特に圧電特性を、空隙の形状、寸法及び外形、空隙の数、配置及び／又は分布を選択することにより、適応させることができる。
【００３５】
空隙は、かなり狭い領域、例えば、線（曲線又は直線、単線又は交差線、幾何学的図形の輪郭線（例えば、円）又は十字架の輪郭線）、又はより広い面積の図形（例えば、長方形、円形、十字架形）を持つ形状に形成できる。空隙の形状及び寸法は、好ましくは、ポリマーフィルムが、空隙の中に延びる層に垂直に接触できず、及び／又は完成後の全体の空隙容積ができるだけ大きくなるように、設定される。言い換えると、特に、分極により発生した正電荷及び負電荷が空隙の内表面に接触しないようにされる。
【００３６】
空隙は、ポリマーフィルムの層方向に平行で、実質的に円形、例えば真円形、楕円形又は長円形、多角形、例えば三角形、長方形、台形、菱形、五角形、六角形、とりわけハニカム形、十字形、星形、部分円形部分多角形、例えばＳ字形の断面から選択される断面を有する形状に形成することができる。複数の本発明の二層又は多層フェロエレクトレットが積み重ねられる場合、すなわち、積層体を形成する場合、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットのそれぞれの空隙は、積層体中の他の本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの空隙と、同じ又は異なる形態を有していてよい。これには、形状、寸法及び外形のみならず、空隙の数、配置及び／又は分布も含まれる。
【００３７】
有利なことに、本発明の二層又は多層フェロエレクトレット内の空隙は、弾性率を低下させ、形成された空隙内での分極過程を可能にするために、製造される本発明の二層又は多層フェロエレクトレットをその厚み方向により柔らかくすることができる。
【００３８】
本発明の方法の範囲内で、二層又は多層フェロエレクトレット中の空隙は、均一な分布状態だけでなく、不均一な分布状態にも、形成することができる。特に、製造される本発明の二層又は多層フェロエレクトレット又はそれらの積層体の応用分野に依存して、空隙を、明らかに局所的に分散した不均一分散状態で形成することも有利であることがある。
【００３９】
本発明の方法の一態様において、ポリマーフィルム要素及び／又はカバーは、少なくとも、相互に接合された第１及び第２ポリマーフィルムを含み、工程Ａ）においてポリマーフィルム要素の表面側にクリアランスを導入することができ、及び／又は工程Ａ１）においてカバーの表面側へのクリアランスの導入を第２ポリマーフィルムの範囲まで貫通するように行うことができる。換言すると、クリアランスは、ポリマー物質の除去により、接合した次のポリマーフィルムの接合面の範囲まで貫通するように、導入することができる。このようにして、空隙の高さをより正確に設定でき、従って、特に均一な空隙を簡単に創製することができる。
【００４０】
工程Ｃ）における本発明の二層又は多層フェロエレクトレットを形成するためのポリマーフィルムの接合は、本発明では、例えば、積層、接着結合、留め具留め（clasping）、クランプ締め、ネジ留め、リベット留め若しくは溶接、特にレーザ溶接、超音波溶接又は振動溶接により、行うことができる。
【００４１】
積層によるポリマーフィルムの接合は、特に、加圧下において熱的に、及び／又は超音波により、及び／又は紫外線又は赤外線の照射により、行うことができる。その結果、有利なことに、ポリマーフィルムの材料の選択の幅がさらに増す。この場合、積層の条件は、好都合には、フィルム層が接合され、同時に、クリアランスが供給されたポリマーフィルム要素の構造が大部分保存され、従って、空隙の寸法安定性及び規定された形状が確保されるように、選択される。積層の前に、構造化されたポリマーフィルム要素の材料及び／又はカバーの材料は、完全に固化してよく、例えば、完全に乾燥及び／又は完全に架橋し、並びに／若しくは完全に硬化及び／又は完全に結晶化してよい。その結果、本発明の方法により創製された空隙を有する本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの寸法安定性を改善することができる。
【００４２】
別の態様では、ポリマーフィルムは、積層に加え、接着結合により相互に接合され得る。接着結合は、例えばアクリレート接着剤を使用して、行うことができる。その結果、ポリマーフィルムの機械的接合は、補強され、改善される。
【００４３】
接着結合を用いた工程Ｃ）でのポリマーフィルムの接合は、例えばアクリレート接着剤を用いて実施できる。あるいは、同じ材料のポリマーフィルムを接合する場合、ポリマーフィルム材料の良溶媒又は溶媒混合物をフィルムの一方又は両方に適用し、次いで、フィルムを一体にプレスし、溶媒を蒸発させることにより、接合することもできる。例えば、塩化メチレンを用いてポリカーボネートを接着結合することができる。接合に溶媒を使用することの利点は、熱負荷が生じず、特に、熱成形性ポリマー物質の場合、寸法安定性を増すことができ、形成される空隙の崩壊を回避することができる。
【００４４】
本発明の方法の別の態様において、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの外表面への電極の適用は、工程Ｄ）での空隙の内表面への帯電の前及び／又は後に、行うことができる。この為に、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットでは、外向きの２つのポリマーフィルム表面は、クリアランスを持たない連続表面であり得る。外表面への電極の適用は、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの少なくとも一部の領域、特に、外向き表面に、導電性表面コーティングを供給することを意味すると理解される。電極は、好ましくは、使用したポリマーフィルムの連続表面上、換言すれは、クリアランスを持たない表面上に、配置される。
【００４５】
本発明によれば、二層又は多層フェロエレクトレットの外表面に電極を供給した後、電圧を印加して、直接帯電させることができる。電極の供給の前に、空隙の反対側の帯電を、例えばコロナ放電により、実現することができる。コロナ処理は、有利なことに、大規模でも十分に使用することができる。本発明によれば、まず、１つの表面に導電性表面コーティングを供給し、次いで、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットを帯電し、最後に、反対側の外表面に第２電極を供給することも、可能である。
【００４６】
言い換えると、本発明により製造された二層又は多層フェロエレクトレットは、ポリマーフィルムの外向き表面の上に、少なくとも部分的に導電性コーティングを有することができる。このような導電性領域は、電極として使用することができる。この場合、導電性コーティング、すなわち電極は、二次元的及び／又は構造的に、適用される。構造化導電性コーティングは、例えば帯状又はグリッド状に、形成することができる。その結果、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、さらに影響を受け、特定の用途に適合させることができる。
【００４７】
選択される電極材料は、当業者に既知の導電性材料であってよい。本発明によれば、金属、合金、導電性オリゴマー又はポリマー（例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール）、導電性酸化物（例えば、ITOのような混合酸化物）、又は導電性充填材を含むポリマーなどが、導電性材料として考慮される。金属、導電性炭素材料、例えばカーボンブラック、カーボンナノチューブ（CNT）、又は導電性オリゴマー又はポリマーが、導電性充填材を含むポリマーの充填材として考慮される。この場合、ポリマー中の充填材含有量は、導電性充填材が連続した導電経路を形成するように、浸透閾値より上にある。
【００４８】
電極は、それ自体既知の方法、例えば、導電層上での、表面の金属化、スパッタリング、蒸着、化学蒸着（CVD）、印刷、ナイフ塗布、スピンコーティング、接着結合、又は、導電性プラスチック材料からの噴霧電極により形成された形状で、実現し得る。この場合、電極は、例えばストライプ状又はグリッド状の構造化形態であってよい。例えば、本発明によれば、電極は、電気機械変換器として、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットが能動領域及び受動領域を有するように、構造化することもできる。とりわけ、電極は、特にセンサモードにおいて、信号が局所的に分離されるように検波され、及び／又は、特にアクチュエータモードにおいて、能動領域が特定の方法で活性化され得るように、構造化することができる。これは、例えば、能動領域に電極を供給し、一方、受動領域は電極を有さないようにすることで、達成できる。
【００４９】
本発明は、また、同じ極性の導電層、すなわち電極を有する２つ又はそれ以上の二層又は多層フェロエレクトレットを結合する可能性を包含する。換言すると、２つの本発明の二層又は多層フェロエレクトレット間に、外表面上の２つの電極に接続することができる中間電極を形成することができる。その結果、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、直列につなぐことができ、達成できる圧電効果を二倍にし、あるいは何倍にも増大させることができる。
【００５０】
好ましくは、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、２つの電極を含む。３つ以上の電極を有する本発明の電気機械変換器は、好ましくは本発明により製造された複数の二層又は多層フェロエレクトレットを含む積層構造（スタック）であり得る。
【００５１】
本発明の方法の別の改良例では、工程Ａ）、Ｂ）、Ｃ）及び／又はＤ）を、連続オープンリール法で実施することができる。従って、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの製造は、少なくとも部分的に連続法として、好ましくはオープンリール法として、有利に実施することができる。この方法は、工業的に大規模で方法を実施する場合に有利である。製造方法の少なくともいくつかの工程を自動化することは、方法を簡単にし、空隙を有する本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの低コスト生産を可能にする。本発明によれば、有利なことに、方法の全工程を自動化することが可能である。
【００５２】
他の改良例では、工程Ｃ）で形成された本発明の二層又は多層フェロエレクトレットのエッジの封止を、更なる工程Ｅ）において、工程Ｄ）へ送られる前又は後に、行い得る。続いて、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットのエッジは、例えば高湿度大気又は水中のような攻撃的環境における利用の際の環境の影響からエッジを密封して保護するために、有利に封止される。
【００５３】
本発明の別の態様では、形成した空隙に気体を充填することができる。気体は、例えば、純窒素（N２）、酸化窒素（N２O）又は六フッ化硫黄（SF６）である。気体充填により、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの場合、分極により、非常に高い圧電定数でさえ達成することができる。
【００５４】
本発明の方法及びその種々の改良例の重要な利点は、広い範囲で物質に依存せず、その結果、応用の可能性が非常に広いことである。
【００５５】
更に、本発明は、
・クリアランスを含む少なくとも１つの表面側を有する、少なくとも第１のポリマーフィルム要素、及び
・少なくとも第１のカバー
を含んでなり、
該カバーは、クリアランスを含む第１ポリマーフィルム要素の第１表面側に配置され、
クリアランスは、カバーにより閉鎖されて、空隙が形成された、
空隙を有する二層又は多層フェロエレクトレット（ただし、穿孔されたPTFE製中間層を２つのFEP層間に有する三層フェロエレクトレットを除く）にも関する。
【００５６】
本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、好ましくは、先に記載した本発明の方法により、製造される。
【００５７】
本発明では、製造方法の種々の改良例及び得られる本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、適切な場合、相互に組み合わせて、採用される。そのような本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、スタック状に重ね合わされたポリマーフィルムと、少なくとも２つのポリマーフィルム間の空隙を含む。この場合、ポリマーフィルムは、空隙の間で相互に結合される。本発明によれば、有利なことに、空隙の形状及び大きさは、非常に正確に予め規定されて、形成することができる。
【００５８】
本発明の１つの態様において、ポリマーフィルム要素及び／又はカバーは、本発明によれば、相互に結合された少なくとも２つのポリマーフィルムを含んでいてよい。その結果、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットの多様性が更に増す。空隙の全体の高さ及び数、又は空隙を有する層の数は、ポリマーフィルムの選択された数、並びにポリマーフィルム要素及びカバー中のクリアランスを有する又は有しないポリマーフィルムの選択された順序に基づいて、定めることができる。本発明のポリマーフィルムにおいて、例えば、２つ、３つ又はそれ以上のポリマーフィルムを、適切な場合には空隙をフィルム間に存在させつつ、相互に重ね合わせて結合することもできる。例えば、クリアランスを有するポリマーフィルムと連続ポリマーフィルムとを、ポリマーフィルム要素の積層体中で、交互に重ね合わせることもできる。
【００５９】
本発明はまた、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットを含む圧電素子にも関する。特に好ましくは、圧電素子は、センサ、アクチュエータ又は発電素子である。有利なことに、本発明は、電気機械分野及び電子音響分野、特に機械的振動からのエネルギーの発生（エネルギー取得）、音響、超音波、医療診断、超音波顕微鏡、機械センサ技術、特に圧縮、応力及び／又は歪みセンサ技術、ロボット工学及び／又は通信技術の分野における、非常に多種多様な用途において、実現することができる。このような用途の代表的な例は、圧力センサ、電子音響変換器、マイク、拡声器、振動変換器、光偏向器、膜、ガラス光ファイバ用変調器、焦電検出器、コンデンサ及び制御システム並びに「インテリジェント」フロアである。圧電素子と比べ、本発明のポリマー系二層又は多層フェロエレクトレットは、柔軟で変形可能であり、脆くなく、非常に広い面積、すなわち平方メートルの範囲で製造することができるという利点を有する。更に、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットは、カスタム化できる、すなわち、例えば共鳴振動数並びに機械的、電気的及び圧電特性を広い範囲で設定できるという利点も有する。加えて、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットを製造する方法、例えばオープンリール法又は押出成形は、圧電セラミックの製造方法に比べて複雑ではない。
【００６０】
更に、本発明は、本発明の二層又は多層フェロエレクトレットを製造するための装置にも関する。換言すると、本発明は、本発明の製造方法を実施するための装置にも関しており、該装置は、ポリマーフィルム要素及び／又はカバーの少なくとも１つの表面にクリアランスを導入するために、ポリマー物質を除去するための手段を含む。この手段は、例えば、フライスヘッド、かんな又はレーザのような装置である。
【００６１】
まとめると、本発明によれば、大規模でも簡単にかつ低コストで実施することができる空隙を有する二層又は多層フェロエレクトレットの製造方法が提供される。本発明の製造方法により製造された二層又は多層フェロエレクトレットは、正確に規定された空隙構造を有する非常に多数の層を含むように製造することもできる。断面構造並びに空隙の寸法調節、形状及び大きさ、層の並び及び層の数の可変調節性、更に、使用するポリマーフィルムの材料の広い選択性により、本発明で製造される二層又は多層フェロエレクトレットは、対応する応用分野に非常によく合わせて設計することができる。
【００６２】
添付の図面は、本発明をより詳細に説明するためのものであり、本発明は、図示され記載された態様に限定されるものではない。
【００６３】
図１は、本発明に従ってカバー２をポリマーフィルム要素１に適用する工程、すなわち、本発明に従って二層フェロエレクトレット３を製造する方法の工程Ｂ）を模式的に示す。図示した態様では、ポリマーフィルム要素１は、１つの表面側にクリアランス４ａを有するポリマーフィルムである。カバー２は、クリアランス４ｂを有さない完全連続ポリマーフィルムとして構成され、本発明に従ってポリマー物質を除去することによりクリアランス４ａが形成されたポリマーフィルム１の表面側に配置されている。ポリマーフィルム要素１及びカバー２は、それらの基礎領域で同じ形状であってよく、平坦に仕上がるように相互に重ね合わされる。示した態様では、クリアランス４ａ、及びクラランス４ａとカバー２とから形成された空隙５は、ポリマーフィルム要素１及びカバー２の層の走行方向に対して垂直方向及び平行方向で長方形断面を有していてよい。形成されたポリマーフィルム複合体３の弾性率を小さくし、空隙での分極プロセスを可能にするために、形成されたポリマーフィルム複合体３内の空隙５は、製造される本発明の二層フェロエレクトレットを、その厚み方向（すなわち、ポリマーフィルム要素１及びカバー２の層の走行方向に対して垂直方向）で、より柔軟にすることができる。２つのポリマーフィルム１及び２の結合は、本発明では、例えば、積層、接着結合、留め具留め、クランプ締め、ネジ留め、リベット留め又は溶接により、行うことができる。
【００６４】
図１と同様、図２は、本発明に従って二層フェロエレクトレット３を製造する方法の工程Ｂ）を示す。図示した態様では、同じく、ポリマーフィルム要素１は、１つの表面側にクリアランス４ａを有するポリマーフィルムである。図示した本発明の構成では、カバー２の１つの表面側にクリアランス４ｂが形成されている。クリアランス４ａ及び４ｂのそれぞれは、レーザ融除、エッチング、平削り、フライス削り及び／又は研削のような除去方法により、ポリマーフィルムの表面側に導入される。クリアランス４ａ，４ｂは、本発明によれば、同じ又は異なる形状、サイズ及び分布で形成され得る。図示した態様では、カバー２及びポリマーフィルム要素１は、クリアランス４ａ及び４ｂを有する表面側どうしが向き合うような合同な形態に配置され、本発明の二層フェロエレクトレット３においてクリアランス４ａ及び４ｂが重なり合って、共同して空隙５を形成する。この場合、空隙５の高さは、有利なことに、ポリマーフィルム厚さが同じであっても、クリアランスを有さない連続カバーを使用した場合に比べて明らかに大きくなる。クリアランス４ｂを有するカバー２を選択することにより、形成される空隙の高さは、非常に広い範囲で有利に選択することができ、適切な場合、特定の用途に適合させることができる。
【００６５】
図３ａは、２つのポリマーフィルム１ａ及び１ｂから形成することができるポリマーフィルム要素の断面図である。２つのポリマーフィルム１ａ及び１ｂの結合は、例えば積層又は接着結合により、行うことができる。本発明によれば、クリアランス４ａは、レーザ融除、エッチング、平削り、フライス削り及び／又は研削のような除去方法により、ポリマーフィルム１ａに導入される。図示したポリマーフィルム要素１では、クリアランス４ａは、第２ポリマーフィルム１ｂまで貫通して、ポリマーフィルム１ａに導入されている。ポリマーフィルム１ａ及び１ｂの境界面までのポリマー物質の除去により、空隙の高さをより正確に設定でき、その結果、より均一な空隙を形成することができる。
【００６６】
図３ｂは、図３ａに示したポリマーフィルム要素１と連続カバー２を含む、本発明の３層フェロエレクトレット３の断面図である。クリアランス４ａはカバー２により封鎖され、空隙５の層が形成される。空隙の層とは、本発明では、同じポリマーフィルム層の中に形成することができるような層を意味するものと理解される。形成された本発明の三層フェロエレクトレット内の空隙は、有利なことに、弾性率を低下させ、形成された空隙内での分極過程を可能にするために、本発明に従って製造される三層フェロエレクトレットを、その厚さ方向（すなわち、ポリマーフィルム１ａ，１ｂ及び２の走行方向に対して垂直な方向）で、より柔らかくすることができる。
【００６７】
図３ｃは、帯電工程及び電極６ａ及び６ｂの取り付け後の、図３ｂに示した本発明の三層フェロエレクトレットの模式的断面図である。帯電は、例えば、摩擦帯電、電子線照射、電極への電圧の印加又はコロナ放電により、実施することができる。特に、帯電は、２電極コロナ配列により実施し得る。この場合、ニードル電圧は、少なくとも２０ｋＶ、例えば少なくとも２５ｋＶ、特に少なくとも３０ｋＶである。帯電時間は、この場合、少なくとも０秒超、例えば少なくとも３０秒、特に少なくとも１分である。連続ポリマーフィルム１ｂ及びカバー２は、それぞれ電極６ｂ，６ａに接触している。電極６ｂ，６ａは、電極層として、クリアランスからなる空隙５が形成されたポリマーフィルム１ａとは反対の側で、ポリマーフィルム１ｂ及びカバー２にそれぞれ形成されている。
【００６８】
図４は、相互に重ね合わせた、図３ｃに示したような本発明の三層フェロエレクトレットを有する、本発明に従った電気機械変換器の模式的断面図である。各三層フェロエレクトレットは、それぞれが一体となってポリマーフィルム要素１を形成している連続ポリマーフィルム１１ａ、１１ｂ、１１ｃ及びクリアランスを有するポリマーフィルム１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、第３の連続ポリマーフィルム２０ａ、２０ｂ、２０ｃの形のカバーとを含んでいる。図４は、別の配列の２つの隣接した連続ポリマーフィルム１１ａ，２０ｂ；１１ｂ，２０ｃが、同じ分極で帯電されており、従って同じ電極１６ａｂ；１６ｂｃに接触できることを示している。加えて、図４は、電極１６ａ，１６ａｂ，１６ｂｃ，１６ｃを、電圧／電流−測定／供給／貯蔵装置１７に接続できることも示している。
【００６９】
図５ａ〜５ｅは、ポリマーフィルム要素１及び／又はカバー３におけるクリアランス４の種々の形状を示す平面図であり、従って、ポリマーフィルム１及び／又は２の層の走行方向を横切る方向の空隙５の基底領域の可能な形状を示している。図示した構造は、例えば、レーザ融除、平削り、フライス削り及び／又は研削、及び／又は化学エッチングのような除去方法により、作成することができる。基本的に、除去は、形状がポジ形又はネガ型として、すなわち、窪み又は突起として、ポリマーフィルム１及び２に作成するように、行うことができる。図示したクリアランス４の形態及び配置は、単なる例であり、本発明がこれらに限定されることはない。図５ａ〜５ｅでは、図面全体を明確にするために、参照符号は１つのクリアランスにのみ付されている。
【００７０】
図５ａは、円形の基底領域を有するクリアランス４を有するポリマーフィルム１の平面図である。図５ａに示しているように、クリアランス４は、複数のクリアランス４として形成することができる。
【００７１】
図５ｂは、長く伸びた長方形の基底領域を有するクリアランス４を有するポリマーフィルム１の平面図である。
【００７２】
図５ｃは、十字形の基底領域を有するクリアランス４を有するポリマーフィルム１の平面図である。
【００７３】
図５ｄは、円形の基底領域４を有するクリアランス４と菱形の基底領域４’を有するクリアランス４’を有するポリマーフィルムを図示している。図５ｄは、円形４のクリアランス及び菱形４’のクリアランスが均一に分布していることを示しており、これにより、全体の空隙容積を有利に増大することができる。
【００７４】
図５ｅは、ハニカム形状の基底領域を有する窪みを持つクリアランス４を有するポリマーフィルム１を図示している。図５ｅは、ハニカム形状断面領域を持つクリアランスに基づく配列も、全体の空隙容積を有利に増大できることを示している。
【符号の説明】
【００７５】
１  ポリマーフィルム要素
２  カバー
３  フェロエレクトレット
４ａ，４ｂ  クリアランス
５  空隙
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ  連続ポリマーフィルム
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  ポリマーフィルム
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  （カバーの）連続ポリマーフィルム
１６ａ，１６ａｂ，１６ｂｃ，１６ｃ  電極
【図１】
2011109095.tif 000003
【図２】
2011109095.tif 000004
【図３ａ】
2011109095.tif 000005
【図３ｂ】
2011109095.tif 000006
【図３ｃ】
2011109095.tif 000007
【図４】
2011109095.tif 000008
【図５ａ】
2011109095.tif 000009
【図５ｂ】
2011109095.tif 000010
【図５ｃ】
2011109095.tif 000011
【図５ｄ】
2011109095.tif 000012
【図５ｅ】
2011109095.tif 000013
【外国語明細書】
2011109095.tif 000014
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