JPH0457373A

JPH0457373A - 電歪効果素子

Info

Publication number: JPH0457373A
Application number: JP2169139A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Shirasu; 白須　哲男
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1990-06-27
Publication date: 1992-02-25
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: US5250868A; JP2699619B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電歪縦効果を利用した電歪効果素子に関し、
特に電歪効果素子の外装構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の電歪効果素子は、第７図に示すように、
電歪セラミック材料からなるシートまたは薄板状の電歪
セラミック部材と銀・パラジウム合金を用いた内部電極
導体とが交互に重ね合わされた電歪効果素子体３００と
、内部電極導体を交互に一層おきに電気的に接続するた
めに被着された一対の外部電極導体と、外部電極導体に
電気的に接続されたリード線６００ａ、６００ｂと、素
子の上下面を除くその他の面に外装されたエポキシ樹脂
等の有機高分子膜１３とで構成されていた。

また、耐環境性を向上させるために第８図に示すように
、ハーメチックシール部８ｃ、８ｄを施した外部端子８
ａ、８ｂを含む金属ステム７と金属ケース９を接着剤１
１て電歪効果素子体３の両端面にそれぞれ画定し、かつ
金属ステム７と金属ケース９の接触部９ｂを溶接してシ
ーリングしていた。

〔発明か解決しようとする課題〕

上述した従来の電歪効果素子は、（１）の場合外装に有
機高分子膜が用いられているため、その有機高分子膜の
透湿性、吸湿性等の耐湿性や耐溶薬品性、耐油性の限界
や、有機高分子膜に含有する不純物イオンにより、内部
電極導体間の表面抵抗が下がってスパークを起したり、
内部電極導体中の銀成分によるマイグレーションにより
ショートしたりしていた。

また（２）の場合は、金属ステム７と金属ケース９の素
材として耐蝕性を考慮して一般にはステンレス材が使用
されるが、接着剤１１を加熱して硬化させる時、ステン
レス材（十数ｐｐｍ／’Ｃ）と電歪効果素子体（＃１　
ｐ　ｐ−ｍ／°Ｃ）の線膨張係数の差によるストレスの
ため、電歪効果素子体が割れたり、クラック等の欠陥が
生じたりしていた。

また、室温やそれ以下の雰囲気で本素子を駆動させた場
合も同様のことが起った。

一方、ステンレス材の替わりに線膨張係数の小さいイン
バー材（数ｐｐｍ／℃）やスーパーインバー材（−１ｐ
ｐｍ／”Ｃ）等を使用した場合、先ず加工性が悪くコス
ト高になったり、ハーメチックシール用ガラスの形成が
困難てクラックやリークを起しなり、更に腐食性が大き
かったりして製品の信頼性に多大な悪影響を与えていた
。

本発明の目的は、金属ケースおよび金属ステムと素子体
との線膨張係数の差による素子体の破壊を防止し、加工
性の低下やコスト高を招くことなく、水分、薬品、油、
その他のガス等の素子内部への侵入を阻止できる高信頼
性の電歪効果素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による電歪効果素子は、シート状の電歪セラミッ
ク部材と内部電極導体とが交互に積層された積層焼結体
を含み、この積層焼結体の対向する一対の側面で上記内
部電極導体の一方の端が上記側面において一層おきに絶
縁され、絶縁されていない上記内部電極導体の端部が、
上記側面に設けられた一対の外部電極導体にそれぞれ接
続されている電歪効果素子体と、これを取り囲む、ハー
メチックシール加工した外部端子を含む金属ステムと、
素子の伸縮方向に可撓性を有する金属ケースとからなり
上記金属ステムと金属ケースとの接触部がシール溶接さ
れた電歪効果素子において、上記金属ステムおよび金属
ケースの電歪効果素子体と接する面にそれぞれ面の中央
近辺にスポット溶接を施した、はぼ電歪効果素子体の端
面を覆い、電歪効果素子体の１０倍以下の線膨張係数を
有する金属板を設置して、接着剤を介して電歪効果素子
体と固着してケーシングしている。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。第１図
は本発明の電歪効果素子の第１の実施例の縦断面図、第
２図は本実施例の電歪効果素子の金属ケース９および金
属ステムを取り付ける前の裸の素子の縦断面図、第３図
は本実施例の完成した素子の外観斜視図である。

本実施例の電歪効果素子は、電歪効果素子体３と、電歪
効果素子体３を取り囲む、底部か電歪効果素子体３の数
倍以下の線膨張係数のスポット溶接した金属板１２ａを
有し電歪効果素子体３の一端と接着１１で固着され、電
歪効果素子体３の分極方向に伸縮するように凹凸部９ａ
を有する金属ケース９と、片面が同様に金属板１２ｂを
有し電歪効果素子体３の他端と接着剤１１て固着され、
電歪効果素子体３の外部電極導体にリード線６ａ、６ｂ
を介して電気的に接続され、かつハーメチックシール部
８ｃ、８ｄにより気密化された外部端子８ａ、８ｂを含
み、さらに金属ケース９との接触部９ｂが溶接された平
板状の金属ステム７とからなっている。

次に、本実施例の電歪効果素子の製造方法を説明する。

先ず、例えばニッケル・ニオブ酸鉛ｐｂ（Ｎ　１　’１
５　Ｎ　ｂ　ｙ３）　０３やチタン酸鉛ＰｂＴｉ○３゜
ジルコン酸鉛ＰｂＺｒ○３等を主成分とする電歪材料の
予焼粉末に少量の有機バインダを添加し、この混合物を
有機溶媒中に分散させて泥漿を準備し、この泥漿でスリ
ップキャスティング成膜法等により層厚的１００μｍの
電歪セラミック部材１を形成する。次に、この電歪セラ
ミック部材１の片面に、重量比７：３の銀粉末とパラジ
ウム粉末との混合粉末を主成分とする導体ペーストをス
クリーン印刷等で約１０μｍ被着させて内部電極導体２
を形成して、これを複数積層し積層体を作製した後、約
１１００℃、２時間の条件で焼成した後、側面を切断し
て内部電極２１〜２ｆｉ−１の端面が外部に露出した状
態の角柱状の積層焼結体３０を作成する。次に、この積
層焼結体３０の対向する一対と側面に露出した内部電極
導体２１〜２ｎ−１の端部に該側面において交互に電気
泳動法等によりガラス粉末の塗布およびその焼結を施し
て絶縁層４１〜４ｆｉ−１を形成する。続いて、内部電
極導体２１〜２゜−１を一層おきに電気的に接続するた
めに、銀粉末を主成分とする導電ペーストを印刷塗布し
て焼成することにより、一対の外部電極導体５ａ、５ｂ
を形成する。さらに、外部電極導体５ａ、５ｂと電気的
に接続されたリート線６ａ、６ｂを設置して電歪効果素
子体３を得る。次に、ステンレス等の金属を片開円筒状
に冷間圧延し、さらに液圧押し込み法等により円筒の一
部に凹凸部７ａを設けて可撓性を有した金属ケース９と
、ハーメチックシールされた鉄合金、銅合金ニッケル等
からなる一対の外部端子８ａ、８ｂを有し、金属ケース
９と同等の材料からなる円板状の金属ステム７とで電歪
効果素子体３を取り囲み、電歪効果素子体３と、この両
端面にそれぞれ接する金属ケース９および金属ステム７
との開に、例えばスーパーインバー鋼、インバー鋼、４
２Ｎｉ鋼等の低線膨張係数（本実施例では電歪効果素子
体３の線膨張係数が約１　ｐ　ｐ　ｍ／℃であるので、
５ｐｐｍ／’Ｃ以下のものを使用した。）の電歪効果素
子体３の端面を覆う面積を有する円板状の金属板１２　
ａ　、、　］、　２　ｂを面の中央近辺にそれぞれスポ
ット溶接を施して金属ケース９および金属ステム７に固
定設置させ、さらにエポキシ樹脂等の接着剤１１を介し
て電歪効果素子体３の両端面に固着させる。この時、リ
ード線６ａ、６ｂを外部端子８ａ、８ｂに半田付け、溶
着等でそれぞれ電気的に接続しておく。最後に、内部を
真空加熱処理した後、金属ケース９と金属ステム７の接
触部９ｂをレーサービーム溶接法、エレクトロビーム溶
接法、抵抗溶接法、Ｔ　ｉ　ｇ溶接法等て封止して完成
する。第３図にその外観斜視図を示す。

第４図、第５図は本発明の電歪効果素子の第２の実施例
の電歪効果素子の外装前の構造斜視図および縦断面図で
ある。

本第２の実施例の電歪効果素子は、通称スタック型と呼
ばれるもので、予め円板状に焼成した電歪セラミック部
材１０の両面に内部電極導体２０を表裏が対称になる一
対の余白部２０ａ、２０ｂを残して形成し、第５図に示
すように側面両端に交互に内部電極導体２０が露出しな
い余白部２０ａ、２０ｂをそれぞれそろえて各電歪セラ
ミック部材１０１〜１０．を接着剤等で接着し、円柱状
の積層体３１を形成し、幅が余白部２０ａ。

２０ｂより小さい一対の外部電極導体５０ａ５０ｂを形
成し、それぞれ交互に一層おきに内部電極導体２１〜２
ｎ−１の露出部と電気的に接続する。さらに、外部電極
導体５０ａ、５０ｂと電気的に接続されたリード線６０
ａ、６０ｂを設置してスタック型の電歪効果素子を得る
。これを第１の実施例と同様に低線膨張係数の金属板を
固定した金属ケースと金属ステムとて完全密閉して完成
する。

以上第１図〜第５図に示した電歪効果素子は、電圧供給
部（不図示）がら外部端子８ａ、８ｂに電圧を印加する
と、リード線６ａ、６ｂと外部電極導体５ａ、５ｂおよ
び内部電極導体２１〜２ｏ−１を介して電歪セラミック
部材１□〜１ｏ−１の各々の両端に電圧が印加されて、
金属ステム７側を固定した場合、矢印方向（第３図）に
歪と応力を発生する。

第６図は、パルス電圧１５０Ｖ、１５Ｈｚを印加した耐
湿性の評価結果である。従来樹脂外装品は湿気の影響に
よるスパーク不良やショート不良により１０００時間で
全滅であった。従来金属ケース品（ステンレス材使用）
の場合、上記の不良はなかったが、繰り返しストレスに
よる素子割れや素子クラックにより２０００時間く１億
回）もたなかった。一方、本発明品は、３０００時間（
１，５億回）を超えても不良は発生しておらす、その効
果の大なることが理解できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、電歪効果素子体をこの素
子体の線膨張係数に近い金属板を介して金属ケースと金
属ステムに固定し、これらを完全封止することにより、
金属ケースおよび金属ステムと素子体との線膨張係数の
差による素子体の破壊を防止し、かつ、水分、薬品、油
、その他のガス等の素子内部への侵入を完全に阻止した
超高信頼性の電歪効果素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電歪効果素子の第１の実施例の縦断面
図、第２図は第１の実施例の素子体のみの構造を示す縦
断面図、第３図は第１の実施例の外観斜視図、第４図は
本発明の第２の実施例の電歪効果素子の素子体の構造を
示すｍ造斜視図、第５図は、第４図に示す素子体の縦断
面図、第６図は繰り返し耐湿試験の結果を示すグラフ、
第７図は従来の樹脂外装を施した電歪効果素子の外観斜
視図、第８図は従来の金属ケース外装を施した電歪効果
素子の縦断面図である。１１〜１．、．１０．１０□〜１０．、・・・電歪セラ
ミック部材、２１〜２ｆｉ−＋　、２０．２０ｏ〜２０
゜−１・・・内部電極導体、３．３００・・・電歪効果
素子体、３０・・・積層焼結体、３１・・・積層体、４
１〜４ｏ−１”’絶縁層、５ａ、５ｂ、５０ａ、”ｉｏ
ｂ・＝外部ｔｇｔ導体、６ａ、６ｂ、６０ａ、６０ｂ、
６００ａ、６００ｂ・・・リード線、７・・・金属ステ
ム、８ａ、８ｂ・・・外部端子、８ｃ、８ｄ・・・ハー
メチックシール部、９・・・金属ケース、９ａ・・・凹
凸部、９ｂ・・・接触部、１１・・・接着剤、１２ａ金
属板、１３・・有機高分子膜、２０ａ余白部。１２ｂ　・・・２０ｂ・・・

Claims

【特許請求の範囲】

シート状の電歪セラミック部材と内部電極導体とが交互
に積層された積層焼結体を含み、前記積層焼結体の対向
する一対の側面で、前記内部電極導体の一方の端が前記
側面において一層おきに絶縁され、絶縁されていない前
記内部電極導体の端部が、前記側面に設けられた一対の
外部電極導体にそれぞれ接続されている電歪効果素子体
と、これを取り囲む、ハーメチックシール加工した外部
端子を含む金属ステムと、素子の伸縮方向に可撓性を有
する金属ケースとからなり、前記金属ステムと金属ケー
スとの接触部がシール溶接された電歪効果素子において
、前記金属ステムおよび金属ケースの電歪効果素子体と
接する面に、それぞれ面の中央付近にスポット溶接を施
した、ほぼ電歪効果素子体の端面を覆い、電歪効果素子
体の１０倍以下の線膨張係数を有する金属板を設置して
、接着剤を介して電歪効果素子体と固着したことを特徴
とする電歪効果素子。