JPH04333293A - 電歪効果素子 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電歪効果素子に関し、特
にケース入りの電歪効果素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電歪効果素子について、先ず、樹
脂外装型の電歪効果素子について述べる。なお、本発明
でいう樹脂外装型電歪効果素子とは、外装される前の電
歪効果素子上に、液体状または粉体状の樹脂を浸漬，塗
布，印刷あるいは粉体塗装などの方法によって付着させ
乾燥・硬化させたもののみならず、熱収縮チューブやプ
ラスチックフィルムなどのように有形に加工された樹脂
を用いて電歪効果素子を覆ったものも含むものとする。

【０００３】図５は樹脂外装型の電歪効果素子の断面図
である。図５を参照すると、この電歪効果素子は、厚さ
約０．１ｍｍの電歪効果を示す電歪材１と厚さ約１０μ
ｍの内部電極２とが交互に積層されている。内部電極２
が露出している一対の側面には絶縁層３が設けられてい
る。この絶縁層３はガラスなどからなっており、内部電
極２の端面を一層おきにしかも左右それぞれの側面では
互い違いになるように絶縁している。この側面上の絶縁
されていない内部電極の端面は、一層おきに外部電極４
に電気的に接続されている。外部電極４は銀ペーストを
焼成して形成される。このような構造にすると、それぞ
れの内部電極２は、２つの櫛の歯を噛み合せたように一
層おきに同電位となる。そして、２つの外部電極４には
んだ５で接続されたリード線６に外部から電圧を印加す
ると、電歪材１を挟んで向い合う内部電極同志が互いに
対向電極として働いて、図５中に矢印で示す方向にミク
ロンオーダーの変位が発生する。例えば、長さ２０ｍｍ
の電歪効果素子では、１５０Ｖの電圧を印加すると約２
０ミクロンの変位が発生する。すなわち、この電歪効果
素子では実用的な変位を発生するために、電歪材１一層
あたりに１５０Ｖ／０．１ｍｍ（１５０００Ｖ／ｃｍ）
という非常に高い電界を掛ける。

【０００４】このような電歪効果素子は通常、図５に示
すように、上下の両端面以外は全てエポキシ樹脂７で覆
われており、外部電極４，絶縁層３および内部電極２の
端面が外気と直接接触しないようになっている。これは
、この電歪効果素子は、動作する時には内部電極間に１
５０００Ｖ／ｃｍにもおよぶ高電界が掛かるのであるが
、側面には内部電極２が０．１ｍｍ間隔で露出する構造
であるため、この側面に水分やイオン性の汚染物質が付
着・侵入することにより絶縁性が低下してしまうことが
あるからである。エポキシ樹脂７は、この絶縁低下を防
ぐためのものである。しかし通常、エポキシ樹脂をはじ
めとする樹脂では水分や汚染物質の侵入を完全には防止
することが困難であり、電歪効果素子の開発当初と比較
すれば信頼性が大幅（約１桁）に向上してきたとは言え
、一般の電子部品に比べるとこの構造の電歪効果素子の
信頼性はまだ不十分である。

【０００５】次に、このような樹脂外装型電歪効果素子
の欠点を改善するための一つの方法として、図６に示す
ような、外気を完全に遮断する完全気密型の金属ケース
入り電歪効果素子が実用化されている。図６を参照する
と、この金属ケース入り電歪効果素子は、特願昭６３ー
２７９７７２明細書に記載されているように、エポキシ
樹脂で外装され金属ベローズケース８に収納された電歪
効果素子９の両端面の一方に金属部材１０が接着されて
いる。この金属部材１０にはハーメチック端子１１が設
けられている。また電歪効果素子９の他方の端面には金
属部材１２が接着されている。そして、ベローズケース
８と金属部材１０および金属部材１２とは溶接などで気
密に接着され全体が気密構造になっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】次に、上述した従来の
電歪効果素子の問題点について述べる。先ず、樹脂外装
型電歪効果素子では、 ■外部からの湿気（水分）や汚染物質の付着・侵入に対
する防護が十分でなく、使用される雰囲気によっては信
頼性が不十分である。 ■外装のためのエポキシ樹脂は、外形寸法のばらつきが
大きいので、電歪効果素子自身としては、側面方向に対
する位置の基準になる面を持っていないことに　　なる
。 このため電歪効果素子をセットする場所への位置決め（
センター出し）　　やハンドリングの自動化が困難であ
る。 ■外力、特に側面への抗折力に対して強度が十分ではな
い。 ■上下２つの端面が、電歪材であるセラミックが露出し
た構造であるため、変位を受け取る相手側の部材との接
続方法や接続材料が限定される。という欠点がある。

【０００７】一方、完全気密型の金属ケース入り電歪効
果素子は、 ■樹脂外装型電歪効果素子に比べて外形が大幅に大きく
なってしまう。 ■ケースへの組み立て工程が複雑で精緻であるためコス
トが大幅に増加する。 ■ベローズケースやハーメチック端子付き金属部材など
の複雑で高価な部品が必要であり、コストを下げること
は容易でない。 という欠点を持っている。

【０００８】本発明は、上記のような従来の電歪効果素
子の欠点に鑑みてなされたものであって、従来の完全気
密型の金属ケース入り電歪効果素子よりも小型で低コス
トであり、しかも樹脂外装型電歪効果素子に比べて、使
用環境に対する信頼性および外力に対する耐性に優れ、
セットする場合に変位を受け取る相手側と容易に接続す
ることができ取り扱いが簡単な電歪効果素子を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電歪効果素子は
、無外装型および樹脂外装型のいずれか一方の型の電歪
効果素子が筒状のケースに収納され、前記電歪効果素子
の変位方向に垂直な２つの端面のそれぞれに蓋部材が固
着され、前記蓋部材のいずれか一方が前記ケースに固着
されていることを特徴とする。

【００１０】

【実施例】次に本発明の最適な実施例について説明する
。図１（ａ）は、本発明の第１の実施例による電歪効果
素子の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面
図である。

【００１１】図１（ａ）および（ｂ）を参照すると、本
実施例では、樹脂外装された電歪効果素子９が円筒状の
ステンレス製金属ケース１３に挿入されている。金属ケ
ース１３は、図６に示す従来の金属ケース入り電歪効果
素子とは異なってベローズ構造ではない。電歪効果素子
９の両端面には、厚さ５ｍｍのステンレス製円盤状の上
金具１４と厚さ約５ｍｍのステンレス製円盤状の下金具
１５とが接着剤で接着されている。下金具１５には左右
に、リード線６が貫通する穴１６が設けられている。そ
して、この下金具１５と金属ケース１３とはスポット溶
接により固着されている。一方、上金具１４と金属ケー
ス１３とは、上金具１４が金属ケース１３の内側の面を
案内にして摺動し、電歪効果素子９が発生する変位およ
び力を他の物に伝えることができる構造になっている。

【００１２】本実施例は、下記のような利点を持ってい
る。 ■従来の完全気密型金属ケース入り電歪効果素子に比べ
て小型にすることができる。本実施例では、従来のベロ
ーズケースに対して直円筒状の金属ケース１３　　を用
いているので、ベローズ構造にするための折り返し（往
復）のスペースを　　必要としないからである。 ■従来の完全気密型金属ケース入り電歪効果素子に比べ
て低コストで作ることができる。本実施例では、図６に
示す従来のベローズケース８やハーメチック端　　子付
きの金属部材１０などのような複雑で高価な部材を使用
する必要がないか　　らである。また製造工法について
いえば、従来、上下の金属部材１２および１　　０とベ
ローズケース８との接合には完全気密性を保せるために
、例えばシーム　　溶接などにより全周に亘って溶接を
施していたが、本実施例では、下金具１５　　と金属ケ
ース１３との接合はスポット溶接のような簡易な溶接で
すむし、上金　　具１４と金属ケース１３とは溶接する
必要がない。 更に、電歪効果素子９のリ　　ード線を外部に導出する
には、従来、ハーメチック端子１１の内側部分に電歪　
　効果素子９からのリード線を接続する工程が必要であ
ったのに対して、本実施　　例では、下金具１５に設け
られた穴１６にリード線６を通すだけでよい。この　　
ようなことから、本実施例の組み立て工程は従来のもの
に比べて大幅に簡素化　　され、組み立てのためのコス
トが低くてすむ。 ■従来の樹脂外装型電歪効果素子に比べて耐環境性が良
好で信頼性が高い。本実施例では、上金具１４，下金具
１５および金属ケース１３によって外気を遮断　　でき
るからである。また外力が電歪効果素子９に直接加わら
ないので、外部か　　らの機械的衝撃に対しても強い。

【００１３】更に、変位発生面となる上金具１４および
下金具１５が金属製であり、従来はセラミックであった
のに比べると加工が容易であるので、変位を伝達される
相手の部材との接合（変位伝達）方法は接着剤などよる
方法に限らず、ねじ止めやはめ合いなどの多様な方法を
選択することができる。

【００１４】しかも、金属ケースの加工精度は外装樹脂
の仕上り寸法に較べてずっと良いので、この金属ケース
の側面を位置の基準にすることができ、セットの際の位
置決めが非常に簡単になる。

【００１５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図２は、本発明の第２の実施例による電歪効果素
子の断面図である。

【００１６】図２を参照すると、本実施例が図１に示す
第１の実施例と異なるのは、上金具１７の部分である。 本実施例における上金具１７は厚さ５ｍｍのＳＫ材（焼
入れ硬度ＨＲＣ５８以上）で作られ、円周上にはＯリン
グ１８を保持するＶ溝が設けられている。下金具１５も
上金具１７と同じくＳＫ材で作られている。本実施例で
は、上金具１７と金属ケース１３とはＯリング１８でシ
ールされており、電歪効果素子９が発生する変位および
力はＯリング１８が変形することにより外部に伝達され
る。本実施例によれば、第１の実施例に較べて対環境性
がより向上した電歪効果素子を提供することができる。 なお、本実施例では、Ｏリング１８は上金具１７にのみ
設けたものについて説明したが、Ｏリングを下金具１５
にも設けることによって対環境性を更に良くすることが
できる。

【００１７】次に本発明の第３の実施例について述べる
。図３（ａ）は本発明の第３の実施例による電歪効果素
子の断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の平面図
である。

【００１８】図３（ａ）および（ｂ）を参照すると、本
実施例が第１の実施例と異なるのは上金具１９および下
金具２０の部分である。本実施例では、上金具１９には
円錐状の突起が設けられている。この円錐は高さが３ｍ
ｍ，底面の直径が６ｍｍである。更に下金具２０には円
錐状のくぼみが設けられている。このくぼみは深さが２
ｍｍである。本実施例による電歪効果素子を変位を受取
る側の部材に取り付ける場合、第１の実施例や第２の実
施例が相手の部材と面で接触するのとは異なって、点で
接触する。従って本実施例によれば、取り付けの際に内
部の電歪効果素子９に曲げの力やねじりの力が掛かりに
くく、電歪効果素子９が損傷しにくくなる。

【００１９】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図４は本発明の第４の実施例による電歪効果素子
の断面図である。図４を参照すると、本実施例が図３に
示す第３の実施例と異なるのは、上金具２１の部分であ
る。本実施例の上金具２１は円周上にＯリング１８を保
持するＶ溝が設けられている。本実施例では、上金具２
１と金属ケース１３とはＯリング１８でシールされてお
り、電歪効果素子９が発生する変位および力はＯリング
１８が変形することにより外部に伝達される。本実施例
によれば、第３の実施例に較べて対環境性がより向上し
た電歪効果素子を提供することができる。なお、本実施
例では、Ｏリング１８は上金具２１にのみ設けたものに
ついて説明したが、Ｏリングを下金具２０にも設けるこ
とによって対環境性を更に良くすることができる。

【００２０】なお、以上の第１の実施例から第４の実施
例においては、金属ケース，上金具および下金具の材質
としてステンレスまたはＳＫ材を用いた例について説明
したが、これらはそれぞれ他の金属やセラミックあるい
は高強度高弾性の有機高分子材料（いわゆるエンジニア
リングプラスチック類）を用いても実施例と同様の効果
を得ることができる。

【００２１】更にケースと蓋部材（実施例においては金
属ケースと下金具）とを固着した後に、ケースと蓋部材
との間に、例えばシリコン樹脂などようなシール材を充
填して、ケース内の密封性を上述の実施例よりも更に高
めることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
無外装または樹脂外装の電歪効果素子をケースに収納し
、変位方向の両端面に蓋部材を固着して一方の蓋部材と
ケースとを固定することにより、従来の完全気密型の金
属ケース入り電歪効果素子よりも小型で低コストであり
、しかも樹脂外装型電歪効果素子に比べて、使用環境に
対する信頼性および外力に対する耐性に優れ、セットす
る場合に接続する相手側の部材と容易に接続することが
でき取り扱いが簡単な電歪効果素子を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例による電歪効果素子の断
面図および平面図である。

【図２】本発明の第２の実施例による電歪効果素子の断
面図である。

【図３】本発明の第３の実施例による電歪効果素子の断
面図および平面図である。

【図４】本発明の第４の実施例による電歪効果素子の断
面図である。

【図５】従来の樹脂外装型電歪効果素子の断面図である
。

【図６】従来の完全気密型金属ケース入り電歪効果素子
の断面図である。

【符号の説明】

１　　　　電歪材 ２　　　　内部電極 ３　　　　絶縁層 ４　　　　外部電極 ５　　　　はんだ ６　　　　リード線 ７　　　　エポキシ樹脂 ８　　　　ベローズケース ９　　　　電歪効果素子 １０，１２　　　　金属部材 １１　　　　ハーメチック端子 １３　　　　金属ケース １４，１７，１９，２１　　　　上金具１５，２０　　
　　下金具 １６　　　　穴 １８　　　　Ｏリング

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　無外装型および樹脂外装型のいずれか
   一方の型の電歪効果素子が筒状のケースに収納され、前
   記電歪効果素子の変位方向に垂直な２つの端面のそれぞ
   れに蓋部材が固着され、前記蓋部材のいずれか一方が前
   記ケースに固着されていることを特徴とする電歪効果素
   子
2. 【請求項２】　　前記蓋部材の少なくとも一方が前記
   ケースと弾性を有するシール材でシールされていること
   を特徴とする請求項１記載の電歪効果素子。
3. 【請求項３】　　前記蓋部材の少なくとも一方が、素子
   接着面と反対の側の面に円錐状の突起および円錐状のく
   ぼみのいずれか一つを有することを特徴とする請求項１
   または請求項２記載の電歪効果素子。
4. 【請求項４】　　一方の蓋部材が素子接着面と反対側の
   面に円錐状の突起を有し、他方の蓋部材が素子接着面と
   反対側の面に円錐状のくぼみを有することを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の電歪効果素子。