JP2018157347A

JP2018157347A - Vibration transducer

Info

Publication number: JP2018157347A
Application number: JP2017051886A
Authority: JP
Inventors: 智矢宮田; Tomoya Miyata
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2018-10-04
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: JP6907620B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vibration transducer which is less affected by ambient temperature.SOLUTION: A vibration transducer 1 includes: a sheet-like piezoelectric element 2; and a thermal effect element 3 for adjusting the temperature of the piezoelectric element. In the vibration transducer, it is preferable that the thermal effect element faces at least one side of the piezoelectric element. The vibration transducer may further include a temperature sensor. The vibration transducer may be a heating element for heating the piezoelectric element in a non-contact manner by the thermal effect element.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、振動トランスデューサに関する。 The present invention relates to a vibration transducer.

例えばスピーカー、マイクロフォン等、振動を電気信号に変換又は電気信号を振動に変換する振動トランスデューサが広く利用されている。このような振動トランスデューサの中で、膜状の圧電体を用いて振動と電気信号との間の変換を行うものが知られている（例えば特開２００３−３０４５９５号公報参照）。 For example, vibration transducers that convert vibrations into electrical signals or convert electrical signals into vibrations such as speakers and microphones are widely used. Among such vibration transducers, one that converts between vibration and an electrical signal using a film-like piezoelectric body is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-304595).

圧電体は、温度によってその特性が一定ではない。このため、前記公報に記載されるように圧電体を用いた振動トランスデューサは、環境温度によって利得が変化したり、出力される振動又は電気信号の波形が歪んだりするおそれがある。具体的には、振動トランスデューサを用いたマイクロフォンを気温が氷点の屋外で使用した場合に、マイクロフォンの感度が低下するといった不都合が生じ得る。 The characteristics of the piezoelectric body are not constant depending on the temperature. For this reason, as described in the above publication, a vibration transducer using a piezoelectric body may change its gain depending on the environmental temperature, or the output vibration or the waveform of an electric signal may be distorted. Specifically, when a microphone using a vibration transducer is used outdoors where the temperature is at a freezing point, there may be a disadvantage that the sensitivity of the microphone is lowered.

特開２００３−３０４５９５号公報JP 2003-304595 A

前記不都合に鑑みて、本発明は、環境温度による影響が小さい振動トランスデューサを提供することを課題とする。 In view of the above disadvantages, an object of the present invention is to provide a vibration transducer that is less affected by environmental temperature.

前記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る振動トランスデューサは、シート状の圧電素子と、前記圧電素子の温度を調節する熱効果素子とを備える。 A vibration transducer according to an aspect of the present invention made to solve the above-described problem includes a sheet-like piezoelectric element and a thermal effect element that adjusts the temperature of the piezoelectric element.

当該振動トランスデューサは、圧電素子の温度を調節する熱効果素子を備えるため、環境温度に拘わらず圧電素子の温度を一定の範囲内に保持することができる。これにより、当該振動トランスデューサは、環境温度による影響が小さく、利得が略一定で、比較的リニアな出力が得られる。 Since the vibration transducer includes a thermal effect element that adjusts the temperature of the piezoelectric element, the temperature of the piezoelectric element can be maintained within a certain range regardless of the environmental temperature. As a result, the vibration transducer is less affected by the environmental temperature, has a substantially constant gain, and provides a relatively linear output.

当該振動トランスデューサにおいて、前記熱効果素子が前記圧電素子の少なくとも一面に面していることが好ましい。この構成によれば、前記熱効果素子が前記圧電素子の面に対して接触又は対向するよう配置されていることで、圧電素子の温度を比較的効率よく調節することができる。このため、例えば当該振動トランスデューサを屋内から屋外に移動する場合等の環境温度の急激な変化に対しても出力特性の変化を効果的に抑制することができる。 In the vibration transducer, it is preferable that the thermal effect element faces at least one surface of the piezoelectric element. According to this configuration, the temperature of the piezoelectric element can be adjusted relatively efficiently by arranging the thermal effect element so as to contact or face the surface of the piezoelectric element. For this reason, for example, it is possible to effectively suppress the change in the output characteristics even when the vibration transducer is moved from the indoor to the outdoor, for example, when the environmental temperature is suddenly changed.

当該振動トランスデューサは、温度センサをさらに備えることが好ましい。この構成によれば、圧電素子の温度を正確に把握して、出力特性の安定性をより向上できる。 The vibration transducer preferably further includes a temperature sensor. According to this configuration, it is possible to accurately grasp the temperature of the piezoelectric element and further improve the stability of the output characteristics.

当該振動トランスデューサにおいて、前記熱効果素子が前記圧電素子を非接触で加熱する発熱素子であってもよい。この構成によれば、熱効果素子が圧電素子による信号変換を阻害しないので、比較的リニアで高利得の出力が得られる。また、発熱素子よって圧電素子を非接触で加熱することで圧電素子を比較的ムラなく加熱することができるので、出力のリニアリティをより向上できる。 In the vibration transducer, the heat effect element may be a heating element that heats the piezoelectric element in a non-contact manner. According to this configuration, since the thermal effect element does not hinder signal conversion by the piezoelectric element, a relatively linear and high gain output can be obtained. Further, since the piezoelectric element can be heated relatively uniformly by heating the piezoelectric element in a non-contact manner by the heating element, the output linearity can be further improved.

以上のように、本発明の振動トランスデューサは、環境温度による影響が小さい。 As described above, the vibration transducer of the present invention is less affected by the environmental temperature.

本発明の一実施形態の振動トランスデューサを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the vibration transducer of one Embodiment of this invention. 図１の振動トランスデューサの模式的平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of the vibration transducer in FIG. 1. 本発明の図１とは異なる実施形態の振動トランスデューサを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the vibration transducer of embodiment different from FIG. 1 of this invention. 本発明の図１及び図３とは異なる実施形態の振動トランスデューサを示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the vibration transducer of embodiment different from FIG.1 and FIG.3 of this invention. 本発明の図１、図３及び図４とは異なる実施形態の振動トランスデューサを示す模式的断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a vibration transducer according to an embodiment different from FIGS. 1, 3, and 4 of the present invention.

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.

［第一実施形態］
図１及び図２に本発明の第一実施形態に係る振動トランスデューサ１を示す。当該振動トランスデューサ１は、環状の支持体Ｓによって裏面外周部が保持されており、表面に入射する音波振動を電気信号に変換するマイクロフォン又は電気信号を音波振動に変換して表面側に出射するスピーカーとして使用することができる。なお、「音波振動」とは、可聴域の振動に限られず、非可聴域の低周波振動や超音波振動であってもよい。 [First embodiment]
1 and 2 show a vibration transducer 1 according to a first embodiment of the present invention. The vibration transducer 1 has a back surface outer periphery held by an annular support S, and a microphone that converts sound wave vibration incident on the surface into an electric signal or a speaker that converts the electric signal into sound wave vibration and emits it to the surface side. Can be used as The “sonic vibration” is not limited to vibration in the audible range, and may be low-frequency vibration or ultrasonic vibration in the non-audible range.

当該振動トランスデューサ１は、シート状の圧電素子２と、この圧電素子２の温度を調節する熱効果素子３とを備える。 The vibration transducer 1 includes a sheet-like piezoelectric element 2 and a heat effect element 3 that adjusts the temperature of the piezoelectric element 2.

本実施形態の振動トランスデューサ１において、熱効果素子３は、圧電素子２の裏面に面するよう配置されている。より詳しくは、熱効果素子３は、圧電素子２の裏面側に絶縁膜４を介して積層されている。 In the vibration transducer 1 of the present embodiment, the thermal effect element 3 is disposed so as to face the back surface of the piezoelectric element 2. More specifically, the thermal effect element 3 is laminated on the back surface side of the piezoelectric element 2 via an insulating film 4.

＜圧電素子＞
圧電素子２は、シート状乃至膜状の圧電体５と、この圧電体の表裏に積層されるシート状乃至膜状の一対の電極６，７とを有する。 <Piezoelectric element>
The piezoelectric element 2 includes a sheet-like or film-like piezoelectric body 5 and a pair of sheet-like or film-like electrodes 6, 7 laminated on the front and back of the piezoelectric body.

（圧電体）
圧電体５は、圧力を電圧に変換する圧電材料から形成することができる。この圧電体５を形成する圧電材料としては、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等の無機材料であってもよいが、可撓性を有する高分子圧電材料であることが好ましい。 (Piezoelectric)
The piezoelectric body 5 can be formed from a piezoelectric material that converts pressure into voltage. The piezoelectric material forming the piezoelectric body 5 may be an inorganic material such as lead zirconate titanate, but is preferably a flexible polymer piezoelectric material.

前記高分子圧電材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデン−３フッ化エチレン共重合体（Ｐ（ＶＤＦ／ＴｒＦＥ））、シアン化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体（Ｐ（ＶＤＣＮ／ＶＡｃ））等を挙げることができる。 Examples of the polymer piezoelectric material include polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-trifluoride ethylene copolymer (P (VDF / TrFE)), and vinylidene cyanide-vinyl acetate copolymer (P (VDCN / VAc)) and the like.

また、圧電体５として、圧電特性を有しない例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等に多数の扁平な気孔を形成し、例えばコロナ放電等によって扁平な気孔の対向面を分極して帯電させることによって圧電特性を付与したものを使用することもできる。 In addition, as the piezoelectric body 5, a large number of flat pores are formed in, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polypropylene (PP), polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), etc., which do not have piezoelectric characteristics, for example, corona discharge It is also possible to use a material which has piezoelectric properties by polarizing and charging the opposed surfaces of the flat pores.

圧電体５の平均厚さの下限としては、１０μｍが好ましく、５０μｍがより好ましい。一方、圧電体５の平均厚さの上限としては、５００μｍが好ましく、２００μｍがより好ましい。圧電体５の平均厚さが前記下限に満たない場合、圧電体５の強度が不十分となるおそれがある。逆に、圧電体５の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電体５の変形能が小さくなることで当該振動トランスデューサ１の利得が不十分となるおそれがある。 As a minimum of average thickness of piezoelectric material 5, 10 micrometers is preferred and 50 micrometers is more preferred. On the other hand, the upper limit of the average thickness of the piezoelectric body 5 is preferably 500 μm, and more preferably 200 μm. When the average thickness of the piezoelectric body 5 is less than the lower limit, the strength of the piezoelectric body 5 may be insufficient. On the other hand, when the average thickness of the piezoelectric body 5 exceeds the upper limit, the deformability of the piezoelectric body 5 may be reduced, and the gain of the vibration transducer 1 may be insufficient.

（電極）
電極６，７は、圧電体５の両面に積層され、圧電体５の表裏の電位差を検出又は圧電体５の表裏に電位差を与えるために用いられる。このため、電極６，７には、電気信号を出力又は入力するための配線（不図示）が接続される。 (electrode)
The electrodes 6 and 7 are laminated on both surfaces of the piezoelectric body 5 and are used to detect a potential difference between the front and back of the piezoelectric body 5 or to apply a potential difference to the front and back of the piezoelectric body 5. For this reason, wirings (not shown) for outputting or inputting electric signals are connected to the electrodes 6 and 7.

電極６，７の材質としては、導電性を有するものであればよく、例えばアルミニウム、銅、ニッケル等の金属や、カーボン等を挙げることができる。 Any material may be used for the electrodes 6 and 7 as long as it has conductivity, and examples thereof include metals such as aluminum, copper, and nickel, and carbon.

電極６，７の平均厚さとしては、特に限定されず、積層方法にもよるが、例えば０．１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。電極６，７の平均厚さが前記下限に満たない場合、電極６，７の強度が不十分となるおそれがある。逆に、電極６，７の平均厚さが前記上限を超える場合、圧電体５への振動の伝達を阻害するおそれがある。 The average thickness of the electrodes 6 and 7 is not particularly limited and may be, for example, 0.1 μm or more and 30 μm or less, although it depends on the lamination method. If the average thickness of the electrodes 6 and 7 is less than the lower limit, the strength of the electrodes 6 and 7 may be insufficient. On the contrary, when the average thickness of the electrodes 6 and 7 exceeds the upper limit, there is a possibility that the transmission of vibrations to the piezoelectric body 5 may be hindered.

電極６，７の圧電体５への積層方法としては、特に限定されず、例えば金属の蒸着、カーボン導電インクの印刷、銀ペーストの塗布乾燥等が挙げられる。 The method for laminating the electrodes 6 and 7 on the piezoelectric body 5 is not particularly limited, and examples thereof include metal vapor deposition, printing of carbon conductive ink, and coating and drying of silver paste.

＜熱効果素子＞
本実施形態における熱効果素子３としては、発熱素子が用いられている。具体的には、熱効果素子３は、発熱抵抗体とすることができ、温度に応じて抵抗値が変化することで温度を一定の範囲内に保つことができる自己制御型ヒータとしてもよい。 <Thermal effect element>
As the heat effect element 3 in the present embodiment, a heating element is used. Specifically, the thermal effect element 3 may be a heating resistor, and may be a self-control heater that can keep the temperature within a certain range by changing the resistance value according to the temperature.

このように、熱効果素子３として発熱素子を用いる場合、圧電素子２の目標温度範囲を想定される環境温度の上限以上とすることで、圧電素子２の温度を目標温度範囲内に保持することができる。 As described above, when a heating element is used as the thermal effect element 3, the temperature of the piezoelectric element 2 is maintained within the target temperature range by setting the target temperature range of the piezoelectric element 2 to be equal to or higher than the upper limit of the assumed environmental temperature. Can do.

具体例として、熱効果素子３は、図２に示すように、蛇行する線状に形成された発熱抵抗体とすることができる。このような発熱抵抗体は、例えばカーボンペースト等を印刷して形成される印刷抵抗とすることができる。 As a specific example, the heat effect element 3 can be a heating resistor formed in a meandering line as shown in FIG. Such a heating resistor can be a printing resistor formed by printing carbon paste or the like, for example.

この熱効果素子３には、熱効果素子３を発熱させる電力を供給するための配線（不図示）が接続される。 The heat effect element 3 is connected to wiring (not shown) for supplying electric power for generating heat from the heat effect element 3.

＜絶縁膜＞
絶縁膜４としては、圧電素子２と熱効果素子３とを電気的に絶縁できるものであればよく、例えばプリント基板用カバーレイ、ソルダレジスト等を用いることができる。 <Insulating film>
The insulating film 4 may be any film that can electrically insulate the piezoelectric element 2 and the thermal effect element 3 from each other. For example, a printed circuit board coverlay, a solder resist, or the like can be used.

＜利点＞
当該振動トランスデューサ１は、圧電素子２の温度を調節する熱効果素子３を備えるため、環境温度に拘わらず圧電素子２の温度を一定の範囲内に保持することができる。これにより、当該振動トランスデューサ１は、環境温度が変化しても、利得が略一定で比較的リニアな出力が得られる。 <Advantages>
Since the vibration transducer 1 includes the thermal effect element 3 that adjusts the temperature of the piezoelectric element 2, the temperature of the piezoelectric element 2 can be maintained within a certain range regardless of the environmental temperature. As a result, the vibration transducer 1 can obtain a relatively linear output with a substantially constant gain even when the environmental temperature changes.

［第二実施形態］
図３に本発明の第二実施形態に係る振動トランスデューサ１ａを示す。当該振動トランスデューサ１ａは、環状の支持体Ｓによって裏面外周部が保持されており、表面に入射する音波振動を電気信号に変換するマイクロフォン又は電気信号を音波振動に変換して表面側に出射するスピーカーとして使用することができる。 [Second Embodiment]
FIG. 3 shows a vibration transducer 1a according to the second embodiment of the present invention. The vibration transducer 1a has a back surface outer peripheral portion held by an annular support S, and a microphone that converts sound wave vibration incident on the surface into an electric signal or a speaker that converts the electric signal into sound wave vibration and emits it to the surface side. Can be used as

本実施形態の振動トランスデューサ１ａは、シート状の圧電素子２と、この圧電素子２の温度を調節する熱効果素子３ａとを備える。図３の振動トランスデューサ１ａにおける圧電素子２の構成は、図１の振動トランスデューサ１における圧電素子２の構成と同様とすることができる。このため、図３の振動トランスデューサ１ａについて、図１の振動トランスデューサ１と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。 The vibration transducer 1a of this embodiment includes a sheet-like piezoelectric element 2 and a heat effect element 3a that adjusts the temperature of the piezoelectric element 2. The configuration of the piezoelectric element 2 in the vibration transducer 1a of FIG. 3 can be the same as the configuration of the piezoelectric element 2 in the vibration transducer 1 of FIG. For this reason, in the vibration transducer 1a of FIG. 3, the same components as those of the vibration transducer 1 of FIG.

＜熱効果素子＞
本実施形態における熱効果素子３ａとしては、圧電素子２の裏面の外縁近傍領域に積層される発熱素子が用いられている。具体的には、熱効果素子３ａとしては、例えば円環板状のモールドヒータ等を使用することができる。モールドヒータ等の絶縁性の被覆を有する熱効果素子３ａを用いることで、圧電素子２の電極７に直接熱効果素子３ａを積層することができる。 <Thermal effect element>
As the heat effect element 3a in the present embodiment, a heating element stacked in the vicinity of the outer edge of the back surface of the piezoelectric element 2 is used. Specifically, as the thermal effect element 3a, for example, an annular plate-shaped mold heater or the like can be used. By using the thermal effect element 3 a having an insulating coating such as a mold heater, the thermal effect element 3 a can be directly laminated on the electrode 7 of the piezoelectric element 2.

＜利点＞
当該振動トランスデューサ１ａは、圧電素子２の温度を調節する熱効果素子３ａが、圧電素子２の外周近傍領域にのみ積層されているため、圧電素子２の中央部が比較的自由に撓むことができる。このため、当該振動トランスデューサ１ａは、環境温度が変化しても利得が略一定で比較的リニアな出力が得られると共に、比較的大きな利得が得られる。 <Advantages>
In the vibration transducer 1a, since the thermal effect element 3a for adjusting the temperature of the piezoelectric element 2 is laminated only in the vicinity of the outer periphery of the piezoelectric element 2, the central portion of the piezoelectric element 2 can be bent relatively freely. it can. For this reason, the vibration transducer 1a can obtain a relatively linear output with a substantially constant gain even when the environmental temperature changes, and a relatively large gain.

［第三実施形態］
図４に本発明の第三実施形態に係る振動トランスデューサ１ｂを示す。当該振動トランスデューサ１ｂは、表面に入射する音波振動を電気信号に変換するマイクロフォン又は電気信号を音波振動に変換して表面側に出射するスピーカーとして使用することができる。 [Third embodiment]
FIG. 4 shows a vibration transducer 1b according to the third embodiment of the present invention. The vibration transducer 1b can be used as a microphone that converts sound wave vibration incident on the surface into an electric signal or a speaker that converts an electric signal into sound wave vibration and emits it to the surface side.

本実施形態の振動トランスデューサ１ｂは、シート状の圧電素子２と、この圧電素子２の温度を調節する熱効果素子３ｂと、圧電素子２の温度を検出する温度センサ８と、温度センサ８の出力に基づいて熱効果素子３ｂの出力を調節する制御回路９とを備える。また、本実施形態の振動トランスデューサ１ｂは、熱効果素子３ｂ及び制御回路９を実装したプリント基板１０と、圧電素子２及びプリント基板１０間に介在して圧電素子２及びプリント基板１０間の間隔を定めるスペーサ１１とをさらに備える。 The vibration transducer 1b of the present embodiment includes a sheet-like piezoelectric element 2, a heat effect element 3b that adjusts the temperature of the piezoelectric element 2, a temperature sensor 8 that detects the temperature of the piezoelectric element 2, and an output of the temperature sensor 8. And a control circuit 9 for adjusting the output of the thermal effect element 3b based on the above. In addition, the vibration transducer 1b according to the present embodiment includes a printed circuit board 10 on which the thermal effect element 3b and the control circuit 9 are mounted, and a gap between the piezoelectric element 2 and the printed circuit board 10 interposed between the piezoelectric element 2 and the printed circuit board 10. And a spacer 11 to be defined.

本実施形態の振動トランスデューサ１ｂは、プリント基板１０を不図示の支持体に固定して使用することができる。 The vibration transducer 1b of this embodiment can be used with the printed circuit board 10 fixed to a support (not shown).

図４の振動トランスデューサ１ｂにおける圧電素子２の構成は、図１の振動トランスデューサ１における圧電素子２の構成と同様とすることができる。このため、図４の振動トランスデューサ１ｂについて、図１の振動トランスデューサ１と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。 The configuration of the piezoelectric element 2 in the vibration transducer 1b in FIG. 4 can be the same as the configuration of the piezoelectric element 2 in the vibration transducer 1 in FIG. Therefore, in the vibration transducer 1b of FIG. 4, the same components as those of the vibration transducer 1 of FIG.

＜熱効果素子＞
本実施形態における熱効果素子３ｂは、圧電素子２を非接触で加熱する発熱素子である。このような発熱素子としては、例えばニクロム線ヒータ、白熱電球、赤外線発光ダイオード等を用いることができる。当該振動トランスデューサ１ｂは、１又は複数の熱効果素子３ｂを有していてもよい。 <Thermal effect element>
The thermal effect element 3b in the present embodiment is a heating element that heats the piezoelectric element 2 in a non-contact manner. As such a heating element, for example, a nichrome wire heater, an incandescent bulb, an infrared light emitting diode, or the like can be used. The vibration transducer 1b may include one or a plurality of heat effect elements 3b.

このように、熱効果素子３ｂが圧電素子２を非接触で加熱することで、圧電素子２のお温度を略一定に保持して温度変化による圧電素子２の利得の変化を抑制すると共に、圧電素子２の温度ムラを抑制して圧電素子２の出力特性を比較的リニアに維持することができる。 As described above, the thermal effect element 3b heats the piezoelectric element 2 in a non-contact manner, thereby keeping the temperature of the piezoelectric element 2 substantially constant and suppressing a change in the gain of the piezoelectric element 2 due to a temperature change. The temperature unevenness of the element 2 can be suppressed and the output characteristics of the piezoelectric element 2 can be kept relatively linear.

＜温度センサ＞
温度センサ８は、圧電素子２の雰囲気温度を検出してもよいが、圧電素子２の温度を検出するよう圧電素子２に付設されることが好ましい。また、温度センサ８は、出力信号を制御回路９に入力できるよう、制御回路９と配線によって接続される。 <Temperature sensor>
The temperature sensor 8 may detect the ambient temperature of the piezoelectric element 2, but is preferably attached to the piezoelectric element 2 so as to detect the temperature of the piezoelectric element 2. The temperature sensor 8 is connected to the control circuit 9 by wiring so that an output signal can be input to the control circuit 9.

温度センサ８としては、例えば熱電対、サーミスタ等を用いることができる。また、温度センサ８は、圧電素子２の変形を阻害しないよう、微小且つ軽量のものを使用することが好ましい。 As the temperature sensor 8, for example, a thermocouple, a thermistor, or the like can be used. The temperature sensor 8 is preferably a minute and light weight so as not to hinder the deformation of the piezoelectric element 2.

＜制御回路＞
制御回路９は、温度センサ８による検出温度が予め設定される範囲内となるよう、熱効果素子３ｂに入力される電流を制御する。 <Control circuit>
The control circuit 9 controls the current input to the heat effect element 3b so that the temperature detected by the temperature sensor 8 falls within a preset range.

制御回路９は、ＩＣによって構成されてもよく、プリント基板１０の配線パターンと実装部品とによって構成されてもよい。 The control circuit 9 may be configured by an IC, or may be configured by a wiring pattern of the printed board 10 and a mounting component.

制御回路９による制御方法は、例えば比例制御、オンオフ制御、ＰＩＤ制御等が挙げられるが、比較的構成が簡単な比例制御又はオンオフ制御が好適に採用される。 Examples of the control method by the control circuit 9 include proportional control, on / off control, and PID control. Proportional control or on / off control with a relatively simple configuration is preferably employed.

＜プリント基板＞
プリント基板１０は、絶縁性の基材層と、この基材層の表面に形成される導電パターンとを有する。このプリント基板１０は、熱効果素子３ｂを圧電素子２に対向して保持すると共に、熱効果素子３ｂに電流を印加するための電路を提供する。 <Printed circuit board>
The printed circuit board 10 has an insulating base material layer and a conductive pattern formed on the surface of the base material layer. The printed circuit board 10 holds the heat effect element 3b opposite to the piezoelectric element 2 and provides an electric path for applying a current to the heat effect element 3b.

プリント基板１０の基材層の材質としては、熱容量及び熱伝導率が小さいものが好ましく、具体的には、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂、例えば紙エポキシ等の複合材料などを挙げることができる。 The material of the base material layer of the printed circuit board 10 is preferably a material having a small heat capacity and thermal conductivity. Specifically, for example, a resin such as polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, a composite material such as paper epoxy, etc. Can do.

プリント基板１０の導電パターンの材質としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金等の金属を挙げることができる。 Examples of the material for the conductive pattern of the printed circuit board 10 include metals such as copper, nickel, aluminum, and gold.

＜スペーサ＞
スペーサ１１は、熱効果素子３ｂの上方に圧電素子２を保持する。具体的には、スペーサ１１は、円環板状乃至短い円筒状に形成され、圧電素子２の裏面の外縁近傍領域を保持する。 <Spacer>
The spacer 11 holds the piezoelectric element 2 above the thermal effect element 3b. Specifically, the spacer 11 is formed in an annular plate shape or a short cylindrical shape, and holds a region near the outer edge of the back surface of the piezoelectric element 2.

スペーサ１１の材質としては、熱容量及び熱伝導率が比較的小さいものが好ましく、例えばポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド等の樹脂、例えばセラミックス等の無機物など用いることができる。また、スペーサ１１は、熱容量及び熱伝導率をより小さくできるよう、多孔性の材料から形成されてもよい。 The spacer 11 is preferably made of a material having a relatively small heat capacity and thermal conductivity. For example, a resin such as polyolefin, polyester, or polyamide, or an inorganic material such as ceramic can be used. The spacer 11 may be formed of a porous material so that the heat capacity and the thermal conductivity can be further reduced.

＜利点＞
当該振動トランスデューサ１ｂは、熱効果素子３ｂが圧電素子２を非接触で加熱することで、温度変化による利得の変化を抑制すると共に、圧電素子２の温度ムラを抑制して圧電素子２の出力特性を比較的リニアに維持することができる。 <Advantages>
In the vibration transducer 1b, the thermal effect element 3b heats the piezoelectric element 2 in a non-contact manner, thereby suppressing a change in gain due to a temperature change and suppressing temperature unevenness of the piezoelectric element 2 to output characteristics of the piezoelectric element 2. Can be kept relatively linear.

［第四実施形態］
図５に本発明の第四実施形態に係る振動トランスデューサ１ｃを示す。当該振動トランスデューサ１ｃは、表面に入射する音波振動を電気信号に変換するマイクロフォン又は電気信号を音波振動に変換して表面側に出射するスピーカーとして使用することができる。 [Fourth embodiment]
FIG. 5 shows a vibration transducer 1c according to the fourth embodiment of the present invention. The vibration transducer 1c can be used as a microphone that converts a sound wave vibration incident on the surface into an electric signal or a speaker that converts the electric signal into a sound wave vibration and emits it to the surface side.

本実施形態の振動トランスデューサ１ｃは、シート状の圧電素子２と、この圧電素子２の裏面に積層されるプリント基板１２と、このプリント基板１２の裏面側に実装される第１熱効果素子１３、第２熱効果素子１４、温度センサ８及び制御回路９とを備える。当該振動トランスデューサ１ｃは、１又は複数の第１熱効果素子１３と１又は複数の第２熱効果素子１４とを有してもよく、平面視で複数の第１熱効果素子１３と複数の第２熱効果素子１４とが偏りなく分散して配置されていることが好ましい。 The vibration transducer 1c of the present embodiment includes a sheet-like piezoelectric element 2, a printed circuit board 12 stacked on the back surface of the piezoelectric element 2, and a first thermal effect element 13 mounted on the back surface side of the printed circuit board 12. A second heat effect element 14, a temperature sensor 8, and a control circuit 9 are provided. The vibration transducer 1c may include one or more first heat effect elements 13 and one or more second heat effect elements 14, and the plurality of first heat effect elements 13 and the plurality of first heat effect elements 13 in a plan view. It is preferable that the two heat effect elements 14 are arranged so as to be distributed without any deviation.

図５の振動トランスデューサ１ｃにおける圧電素子２、温度センサ８及び制御回路９の構成は、図１の振動トランスデューサ１における圧電素子２、温度センサ８及び制御回路９の構成と同様とすることができる。このため、図５の振動トランスデューサ１ｃについて、図１の振動トランスデューサ１と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。 The configurations of the piezoelectric element 2, the temperature sensor 8, and the control circuit 9 in the vibration transducer 1c in FIG. 5 can be the same as the configurations of the piezoelectric element 2, the temperature sensor 8, and the control circuit 9 in the vibration transducer 1 in FIG. For this reason, in the vibration transducer 1c of FIG. 5, the same components as those of the vibration transducer 1 of FIG.

＜プリント基板＞
プリント基板１２は、絶縁性及び熱伝導性を有する基材層と、この基材層の裏面に形成される導電パターンとを有する。また、絶縁性基板の熱容量を比較的大きくすることによって、圧電素子２の温度変化を緩やかにすることができる。 <Printed circuit board>
The printed circuit board 12 has a base material layer having insulating properties and thermal conductivity, and a conductive pattern formed on the back surface of the base material layer. Moreover, the temperature change of the piezoelectric element 2 can be moderated by making the heat capacity of the insulating substrate relatively large.

本実施形態の振動トランスデューサ１ｃにおいて、プリント基板１２の温度は、圧電素子２の温度と同視することができる。換言すると、本実施形態の振動トランスデューサ１ｃにおいて、第１熱効果素子１３、第２熱効果素子１４及び温度センサ８は、プリント基板１２を介して圧電素子２と熱を授受する。 In the vibration transducer 1c of this embodiment, the temperature of the printed circuit board 12 can be regarded as the temperature of the piezoelectric element 2. In other words, in the vibration transducer 1 c of this embodiment, the first thermal effect element 13, the second thermal effect element 14, and the temperature sensor 8 exchange heat with the piezoelectric element 2 via the printed circuit board 12.

プリント基板１２の基材層としては、例えば薄い樹脂フィルム、熱伝導性フィラーを含む樹脂シート、金属系材料板等を用いることができる。 As a base material layer of the printed circuit board 12, for example, a thin resin film, a resin sheet containing a thermally conductive filler, a metal material plate, or the like can be used.

プリント基板１２の基材層は、圧電素子２の曲げを阻害しないよう十分な可撓性を有するものとしてもよく、圧電素子２の裏面の変形を防止するよう十分な剛性を有するものとしてもよい。プリント基板１２の基材層が可撓性を有する場合、圧電素子２は曲げ歪みを検出する。一方、プリント基板１２の基材層が剛性を有する場合、圧電素子２は厚さ方向の圧縮歪みを検出する。 The base material layer of the printed circuit board 12 may have sufficient flexibility so as not to inhibit the bending of the piezoelectric element 2, and may have sufficient rigidity so as to prevent deformation of the back surface of the piezoelectric element 2. . When the base material layer of the printed circuit board 12 has flexibility, the piezoelectric element 2 detects bending strain. On the other hand, when the base material layer of the printed circuit board 12 has rigidity, the piezoelectric element 2 detects compressive strain in the thickness direction.

プリント基板１２の導電パターンの材質としては、例えば銅、ニッケル、アルミニウム、金等の金属を挙げることができる。 Examples of the material of the conductive pattern of the printed circuit board 12 include metals such as copper, nickel, aluminum, and gold.

＜第１熱効果素子＞
本実施形態の振動トランスデューサ１ｃにおいて、第１熱効果素子１３は、例えば発熱抵抗体等の発熱素子である。この第１熱効果素子１３は、プリント基板１２を加熱することによって圧電素子２の温度を上昇させる。 <First thermal effect element>
In the vibration transducer 1c of the present embodiment, the first thermal effect element 13 is a heating element such as a heating resistor. The first heat effect element 13 raises the temperature of the piezoelectric element 2 by heating the printed circuit board 12.

＜第２熱効果素子＞
本実施形態の振動トランスデューサ１ｃにおいて、第２熱効果素子１４は、例えばペルチェ素子等の吸熱素子（表面側の熱を奪って裏面側に放出する素子）である。この第２熱効果素子１４は、プリント基板１２を冷却することによって圧電素子２の温度を低下させる。 <Second thermal effect element>
In the vibration transducer 1c of the present embodiment, the second thermal effect element 14 is a heat absorbing element such as a Peltier element (an element that takes heat on the front side and releases it to the back side). The second heat effect element 14 lowers the temperature of the piezoelectric element 2 by cooling the printed circuit board 12.

第２熱効果素子１４を構成するペルチェ素子としては、プリント基板１２の導電パターン上にｐ型半導体及びｎ型半導体のブロックを平面視で並べて形成し、プリント基板１２側でｎ型半導体からｐ型半導体に電流が流れるように接続したものとすることができる。第２熱効果素子１４は、ｐ型半導体及びｎ型半導体のブロックが多数配列されたアレイ構造を有してもよい。 As the Peltier element constituting the second thermal effect element 14, a p-type semiconductor and an n-type semiconductor block are arranged side by side in a plan view on the conductive pattern of the printed board 12, and the n-type semiconductor is changed to the p-type on the printed board 12 side. The semiconductor may be connected so that current flows. The second thermal effect element 14 may have an array structure in which a large number of blocks of p-type semiconductor and n-type semiconductor are arranged.

＜利点＞
本実施形態の振動トランスデューサ１ｃは、発熱素子である第１熱効果素子１３と、吸熱素子である第２熱効果素子１４とを備えるため、圧電素子２の温度を任意の温度帯に保持することができる。また、当該振動トランスデューサ１ｃは、環境温度が通常の温度帯である場合には第１熱効果素子１３及び第２熱効果素子１４を使用せず、環境温度が特に低い場合にのみ第１熱効果素子１３を使用し、環境温度が特に高い場合にのみ第２熱効果素子１４を使用することでエネルギー消費を抑制することができる。 <Advantages>
Since the vibration transducer 1c of the present embodiment includes the first heat effect element 13 that is a heat generating element and the second heat effect element 14 that is a heat absorption element, the temperature of the piezoelectric element 2 is maintained in an arbitrary temperature range. Can do. The vibration transducer 1c does not use the first thermal effect element 13 and the second thermal effect element 14 when the environmental temperature is in a normal temperature range, and only when the environmental temperature is particularly low. Energy consumption can be suppressed by using the second thermal effect element 14 only when the element 13 is used and the environmental temperature is particularly high.

［その他の実施形態］
前記実施形態は、本発明の構成を限定するものではない。従って、前記実施形態は、本明細書の記載及び技術常識に基づいて前記実施形態各部の構成要素の省略、置換又は追加が可能であり、それらは全て本発明の範囲に属するものと解釈されるべきである。 [Other Embodiments]
The said embodiment does not limit the structure of this invention. Therefore, in the above-described embodiment, components of each part of the above-described embodiment can be omitted, replaced, or added based on the description and common general knowledge of the present specification, and they are all interpreted as belonging to the scope of the invention. Should.

当該振動トランスデューサにおいて、熱効果素子や温度センサが圧電素子の表面側に配置されていてもよい。 In the vibration transducer, the heat effect element and the temperature sensor may be arranged on the surface side of the piezoelectric element.

当該振動トランスデューサにおいて、発熱素子の平面パターンは例えばストライプ状、メッシュ状等、任意の形状とすることができる。 In the vibration transducer, the planar pattern of the heating elements can be an arbitrary shape such as a stripe shape or a mesh shape.

当該振動トランスデューサは、物体表面に接触して配置され、物体の振動を検出する振動センサや、電気信号を振動に変換して物体を加振する加振デバイスとして使用してもよい。また、当該振動トランスデューサは、生体の表面に密接して配置され、生体内部の振動を検出するものに用いてもよい。例えば人、動物等の生体の表面に密接して配置され、生体内部の振動を検出するために用いることができる。その際、振動トランスデューサが生体の温度の影響を受けるおそれがあるため、生体内部の振動を検出しやすい温度となるように当該振動トランスデューサの温度の調整を行うようにすればよい。 The vibration transducer may be used as a vibration sensor that is disposed in contact with an object surface and detects vibration of the object, or a vibration device that converts an electric signal into vibration to vibrate the object. In addition, the vibration transducer may be used in a device that is arranged in close contact with the surface of a living body and detects vibration inside the living body. For example, it is placed in close contact with the surface of a living body such as a human or animal, and can be used to detect vibrations inside the living body. At this time, since the vibration transducer may be affected by the temperature of the living body, the temperature of the vibration transducer may be adjusted so that the vibration inside the living body is easily detected.

本発明に係る振動トランスデューサは、マイクロフォンに特に好適に利用することができる。 The vibration transducer according to the present invention can be particularly suitably used for a microphone.

１，１ａ，１ｂ，１ｃ振動トランスデューサ
２圧電素子
３，３ａ，３ｂ熱効果素子
４絶縁膜
５圧電体
６，７電極
８温度センサ
９制御回路
１０，１２プリント基板
１１スペーサ
１３第１熱効果素子
１４第２熱効果素子 1, 1a, 1b, 1c Vibration transducer 2 Piezoelectric element 3, 3a, 3b Thermal effect element 4 Insulating film 5 Piezoelectric body 6, 7 Electrode 8 Temperature sensor 9 Control circuit 10, 12 Printed circuit board 11 Spacer 13 First thermal effect element 14 Second thermal effect element

Claims

A sheet-like piezoelectric element;
A vibration transducer comprising: a heat effect element that adjusts a temperature of the piezoelectric element.

The vibration transducer according to claim 1, wherein the thermal effect element faces at least one surface of the piezoelectric element.

The vibration transducer according to claim 1, further comprising a temperature sensor.

The vibration transducer according to claim 1, wherein the heat effect element is a heat generating element that heats the piezoelectric element in a non-contact manner.