JP2002186075A - 防水型電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】水あるいは好湿性雑菌の侵入を防止したコンデ
ンサマイクロホンの提供 【解決手段】分子量約８０００のＰＴＦＥ（ポリテトラ
フロロエチレン）粉末を重量分率で８０±１０％、フッ
カビニリデンを１８±５％、パーフルオロエーテルを２
±１％混合したものを酢酸ブチルで希釈し、ボールミル
で攪拌したもの、または同じく分子量約８０００のＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）粉末を重量分率で７
９±１０％、フッカビニリデンを１８±５％、パーフル
オロエーテルを２±１％、光触媒アナターゼ型二酸化チ
タン微粒子混合したものを酢酸ブチルで希釈し、ボール
ミルで攪拌したものを撥水材あるいはそれと兼用する防
汚材として、マイクロホンの音孔前面あるいは背面ある
いは両者の外側に設置した有孔板、不織布、金属網など
の透音性材料をコーティングするこれらの透音性材料の
開口部に平均半径は、その透音性材料と、マイクロホン
振動膜との間の空間の体積の立方根の１．５％以上で、
かつ２ミリメートル以下である

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、防水性、抗菌防汚性の
優れたコンデンサ マイクロホンを提供し、これにより
通信機器、音響装置、計測装置およびシステムに利用さ
れその利便性を高めるためのものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロホンは防水性に欠け、た
とえば携帯型の通信機器ではやむを得ず防水性にやや優
れた大型で重量が大でかつ鉄粉等の磁性塵埃を吸着しや
すい動電型マイクロホンを用いるか、もしくは小型軽量
で磁性等の影響のないコンデンサマイクロホンを用いる
場合には、水濡れ禁止などの使用上の厳しい制限が必要
であった。さらに従来のマイクロホンは音孔付近におい
て、呼気または唾等による水が付着しやすいところか
ら、雑菌や汚れが発生しやすく衛生面での改良が望まれ
てきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】コンデンサマイクロホ
ンは導電性振動膜、電極間の電気抵抗が約１，０００メ
グオーム以上になるよう設計製作されているため水に弱
く、特にエレクトレット化されたものは水によって電荷
が著しく減少し、機能が著しく劣化する。エレクトレッ
ト化されていない直流バイアス方式の物でも、この高絶
縁部に水分が付着すると雑音あるいは特性劣化の原因と
なる．このため、膜、電極付近に水が到来しないようい
ろいろな方法が考えられてきたが、決定的に効果的なも
のはなかった。 さらに従来のマイクロホンは発声者の
口に近いところで使用されることが多いため、呼気、唾
などによる水分の付着が多く，そのために、雑菌や汚れ
が発生しやすく、その改良が望まれてきたが有効な解決
策が見いだされるには至っていなかった。 これらのこ
とが課題であった

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、振動膜とこ
れと並行して絶縁されて設けられた固定電極を主たる構
成要素とするコンデンサマイクロホンにおいて、振動膜
に音響波を導入するために設けられる有孔板あるいは織
物、金網、不職布等の透音性材料（以下有孔板等）の開
口部の内壁面および前面に、水に対する接触角が１００
度以上であるＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）粒
子分散複合材料やシランカップリング剤等の高撥水材料
でコーティングした有孔板等を設置することにより、水
の付着そのものを阻止することを可能にした。さらに光
触媒二酸化チタン微粒子を高撥水材料に添加し、抗菌・
汚れ防止性を付与した抗菌防汚高撥水材料をコーティン
グした有孔板等を設置することにより、上記の課題の一
つである抗菌性にすぐれた器材を実現した。ここにおい
て、有孔板等の開口部が大きい場合には、全体としての
撥水性が少なくなることは当然理解される．一方この開
口部が狭い場合、マイクロホン本来の機能である音響信
号の検出が阻害される。このことも容易に理解される。
本発明ではこの両者の矛盾を解決し優れた性能のマイク
ロホンを提供しようとするものである

【０００５】

【構成と作用】材料が撥水性を有するか否かは材料の上
に水滴をたらし、図１に示すがごとく、材料と水滴がな
す角度すなわち接触角によって評価される。図１におい
て、１１は水滴、１２は評価対象の板材、１３は接触角
である．本発明の請求項において接触角の値を１００度
以上としたのはこれより少ない接触角をしめす材料では
水滴の付着を阻止するには十分といえないからである。
この高い接触角を有する材料では表面エネルギーが小さ
く、水との相互作用も少ないことから水の付着を阻止す
る作用が現れる．本発明においては、かかる材料を以っ
て撥水材と称するものである．本発明の基本構成の概念
図を図２に示す図２の２１は上に述べた有孔板等であ
る．２２はマイクロホンの振動膜で、その背面には固定
電極等の電気音響変換部分がありそれを音響信号入射面
から見たもので、２１有孔板等とほぼ平行して設置され
た例である．勿論、有孔板等は図示のごとき平面である
必要はなく、半球状でも、４角形でも差し支えないこれ
を断面としてあらわせば図３のようになる．図３におい
て３１は有孔板等、３２はマイクロホンの振動膜、３３
は支持体、３４はこれらによって形成される空間であ
る。さて、有孔板等の外部から音響信号が空気の波動と
して到来した場合、有孔板等の開口部を経由して、マイ
クロホンの振動膜に到達し、これを励起する．この際．
有孔板等の開口部は、空気の質量と粘性のために機械的
抵抗と慣性を示す．また有孔板等とマイクロホンの振動
膜の間に形成される空間は、機械的コンプライアンスと
して作用するこれらを、電気回路に置き換えて表示すれ
ば、図４のようになる 図４において、４１は有孔板等
の開口部が呈する等価質量、４２は同じく等価抵抗、４
３は有孔板等とマイクロホンの振動膜の間に形成される
空間の呈する等価コンプライアンス、４４は外側から見
たマイクロホン振動膜の等価インピーダンスである．ま
た４５はこの回路に外部から印加される信号の入力端子
で、有孔板等の受音面に相当する．これらの関係に付い
てはたとえば文献（２）、（３）などに詳細に記述され
ているとおりである．この等価回路において明らかなと
おり、回路左端の入力端子４５から一定に大きさの入力
が加えられたとき、有孔板等を透過してマイクロホンの
振動膜面上に到達する信号の大きさは等価抵抗４１と等
価コンプライアンス４３との大きさの関係で決まる遮断
周波数以上で徐々に減衰して行く。この場合、有孔板等
の厚さが薄いので等価質量は無視される。この関係を図
５に示す。図５において５１は有孔板等の透過率または
マイクロホンの振動膜面上に到達する音圧（いずれも相
対値の対数）、５２は周波数（対数表示）５３は等価抵
抗４２と等価コンプライアンス４３との大きさの関係で
決まる遮断周波数である。ここで、前述の文献（２）、
（３）に詳述されているとおり、等価抵抗は有孔板等の
開口部の各々の部分の平均半径２乗に逆比例して大きく
なり、撥水性能を上げるために、開口部の大きさを小さ
くすると、音響電気変換の特性が劣化する実験によれ
ば、等価コンプライアンスすなわち、有孔板等とマイク
ロホンの振動膜の間に形成される空間の大きさが、たと
えば１０立方ミリメートル、これは半径５ミリメートル
の円形振動膜（すなはち約７８．５平方ミリメートル）
の前方約０．１２ミリメートルのところに平行に有孔板
等のひとつとして、線径０．１ミリメートル、線間隔
０．１５ミリメートルのステンレス製の金網を設置した
場合、遮断周波数９，５００ヘルツとなり、一般の通信
用マイクロホンとして十分な性能が得られかつ撥水性能
も日常生活程度の浸水を防御できることが確認されてい
る但し、有孔板等がたとえば半球状に加工されている場
合、この金網では、撥水性能はえられるものの、電気音
響性能は劣る．これらのことは、以下のような数値を以
って定義できる電気音響性能は、有孔板等とマイクロホ
ンの振動膜の間に形成される空間の大きさの立方根の
１．５％以上であれば、用途によって実用化できる。ま
た撥水性能は、有孔板等の開口部の平均半径が２ミリメ
ートル以下であれば、軽微な防水から、高性能の防水に
耐える撥水性能が得られる。電気音響特性と、撥水性能
との組み合わせは、用途によって上記の範囲において実
現する

【０００６】

【実施例１】図６に本発明の１実施例を示す．図６にお
いて６１は本発明で使用する撥水剤、６２は上に述べた
条件を満たす有孔板でこの場合は孔径が０．５ミリメー
トルであった、６３は振動膜で少なくとも一面は導電性
を有するもの、６４は導電性電極であって、振動膜との
対向面がエレクトレット材料で被覆されているものを含
む、６５はインピーダンス変換用プリアンプ、６６は出
力信号端子、６７はマイクロホンハウジング、６８は絶
縁体、６９は音孔である． また図７は本発明による処
理を施さない従来品の例を示す．図７において７３は振
動膜で少なくとも一面は導電性を有するもの、７４は導
電性電極であって、振動膜との対向面がエレクトレット
材料で被覆されているものを含む、７５はインピーダン
ス変換用プリアンプ、７６は出力信号端子、７７はマイ
クロホンハウジング、７８は絶縁体、７９は音孔であ
る．本発明で使用する撥水剤としては、分子量約８００
０のＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）粉末を重量
分率で８０±１０％、フッカビニリデンを１８±５％、
パーフルオロエーテルを２±１％混合したものを酢酸ブ
チルで希釈し、ボールミルで攪拌したもの、あるいはフ
ッ素系シランカップリング剤である。これを有穴板にス
プレーコーティングした。この有穴板と同じ材質のサン
プルに同様なスプレーコーティングを行い、乾燥後、水
滴をこのサンプルの上に垂らし接触角を測定したところ
前者の場合は１６０乃至は１７０度の高い接触角、また
フッ素系シランカップリング剤の場合でも１４０乃至は
１６０度を示し、サンプルおよび有孔板の表面がが高い
撥水性を有していることを確認した。この有孔板を、振
動膜とこれと並行して絶縁されて設けられた固定電極を
主たる構成要素とするコンデンサマイクロホンにおい
て、振動膜に音響波を導入するために設けられる音孔の
前面に設置し、電気音響変換器を組み立てた。この電気
音響変換器を、撥水処理をほどこさない有孔板をもちい
た従来品，たとえば図６の電気音響変換器と同じ場所に
置き、相対湿度９０％、温度７０℃にて２時間、相対湿
度１％、温度−３０℃にて２時間をＩサイクルとする加
湿試験を２００時間繰り返したところ、従来型電気音響
変換器では有穴板に水分が付着し、通信性能の劣化が認
められたが、本発明を施した電気音響変換器では、なん
らの劣化も認められなかった。また試験として、ＪＩＳ
Ｃ−０９２０に定められている防雨試験を実施したとこ
ろ、本文記載の処理を行ったものは劣化が認められなか
った

【０００７】

【実施例２】図８に第２の実施例を示す．図８において
８１は本発明で使用する撥水剤をコーティングした音響
透過性の不織布で、その平均開口半径は約０．１５ミリ
メートルである、８２は有孔板、８３は振動膜で少なく
とも一面は導電性を有するもの、８４は導電性電極であ
って、振動膜との対向面がエレクトレット材料で被覆さ
れているものを含む、８５はインピーダンス変換用プリ
アンプ、８６は出力信号端子、８７はマイクロホンハウ
ジング、８８は絶縁体、８９は音孔である．．実施例１
と同様の撥水材を音響透過性の不織布にスプレーコーテ
ィングした。この音響透過性の不織布と同じ材質のサン
プルに同様なスプレーコーティングを行い、乾燥後、水
滴をこのサンプルの上に垂らし接触角を測定したところ
１５０−１５５度の高い接触角を示し、サンプルおよび
音響透過性の不織布の表面がが高い撥水性を有している
ことを確認した。この音響透過性の不織布を、振動膜と
これと並行して絶縁されて設けられた固定電極を主たる
構成要素とするコンデンサマイクロホンにおいて、振動
膜に音響波を導入するために設けられる音孔の前面に、
に設置し、電気音響変換器を組み立てた。この電気音響
変換器を、撥水処理をほどこさない有孔板をもちいた従
来品の電気音響変換器と同じ場所に置き、相対湿度９０
％、温度７０℃にて２時間、相対湿度１％、温度−３０
℃にて２時間をＩサイクルとする加湿試験を２００時間
繰り返したところ、従来型電気音響変換器では音響透過
性の不織布に水分が付着し、通信性能の劣化が認められ
たが、本発明による電気音響変換器では、なんらの劣化
も認められなかった。また試験として、ＪＩＳＣ−０９
２０に定められている防雨試験を実施したところ、本文
記載の処理を行ったものは劣化が認められなかった

【０００８】

【実施例３】次に第３の実施例について述べる．なお本
例においては使用する撥水材の構成成分が相違するのみ
であるため、図面が前述の図６，７と同様でありその記
載を省略する．、実施例１および２における撥水材の代
わりに、分子量約８０００のＰＴＦＥ（ポリテトラフロ
ロエチレン）粉末を重量分率で７９±１０％、フッカビ
ニリデンを１８±５％、パーフルオロエーテルを２±１
％、光触媒二酸化チタン微粒子混合したものを酢酸ブチ
ルで希釈し、ボールミルで攪拌したものを撥水材兼防汚
材としてこれを音響透過性の不織布にスプレーコーティ
ングした。この音響透過性の不織布と同じ材質のサンプ
ルに同様なスプレーコーティングを行い、乾燥後、水滴
をこのサンプルの上に垂らし接触角を測定したところ１
５３度の高い接触角を示し、サンプルおよび音響透過性
の不織布の表面がが高い撥水性を有していることを確認
した。さらに、この音響透過性でかつ撥水性を有する光
触媒二酸化チタン含有不織布と光触媒二酸化チタン非含
有不織布とに、サラダオイルを０．１ｍｇ／ｃｍ^２とな
るよう塗布し、両不織布に蛍光灯の光を３時間照射した
ところ、光触媒二酸化チタン含有不織布上のサラダオイ
ル量は、光触媒二酸化チタン非含有不織布上のサラダオ
イル量の１／３０であり、防汚性を確認した。この音響
透過性でかつ撥水性、防汚性を有する光触媒二酸化チタ
ン含有不織布を、振動膜とこれと並行して絶縁されて設
けられた固定電極を主たる構成要素とするコンデンサマ
イクロホンにおいて、振動膜に音響波を導入するために
設けられる音孔の前面に、に設置し、電気音響変換器を
組み立てた。この電気音響変換器を、撥水処理をほどこ
さない不織布をもちいた従来品の電気音響変換器と同じ
場所に置き、相対湿度９０％、温度７０℃にて２時間、
相対湿度１％、温度−３０℃にて２時間をＩサイクルと
する加湿試験を２００時間繰り返したところ、従来型電
気音響変換器では音響透過性の不織布に水分が付着し、
通信性能の劣化が認められたが、本発明の電気音響変換
器では、なんらの劣化も認められなかった。また試験と
して、ＪＩＳＣ−０９２０に定められている防雨試験を
実施したところ、本文記載の処理を行ったものは劣化が
認められなかった

【０００９】

【実施例４】図９に第４の実施例を示す．図９において
９１は本発明で使用する撥水剤、９２は有孔板、９３は
振動膜で少なくとも一面は導電性を有するもの、９４は
導電性電極であって、振動膜との対向面がエレクトレッ
ト材料で被覆されているものを含む、９５はインピーダ
ンス変換用プリアンプ、９６は出力信号端子、９７はマ
イクロホンハウジング、９８は絶縁体、９９は音孔であ
る．この実施例では、マイクロホンの背面にも音孔を設
け、この音孔からも音響波を導入して、電極に設けられ
た透過孔を経由して振動膜に到達せしめることによって
前面から導入される音響はとの位相ならびに振幅の合成
によるいわゆる指向性の形成された指向性マイクロホン
に適用した物である．本実施例のごとく、背面にも開口
部が存在すればそれが水分の侵入をもたらして障害の原
因となるが、本発明の処理によってこの障害を排除する
ことができる

【００１０】

【発明の効果】振動膜とこれと並行して絶縁されて設け
られた固定電極を主たる構成要素とするコンデンサマイ
クロホンにおいて、振動膜に音響波を導入するために設
けられる音孔、不織布、金網等であって、その開口部の
平均半径が、有孔板等とマイクロホンの振動膜の間に形
成される空間の大きさの立方根の１．５％以上で、かつ
この有孔板等の開口部の平均半径が２ミリメートル以下
の部材の外面に、水に対する接触角が１００度以上であ
るＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）粒子分散複合
材料等の高撥水材料でコーティングした有孔板、不織布
または金網等を設置することにより、水付着に起因する
劣化のない電気音響変換器を実現した。さらに光触媒二
酸化チタンの作用を利用して水のみならず、防汚性や抗
菌性に優れた電気音響変換器の実現を可能にした。なお
本願書においては混乱を避けるため、電気音響変換機と
してマイクロホンについて記述しているが、発音体たと
えばスピーカなどにも同様に適用できることは容易に理
解されうるものである

【図面の簡単な説明】

【図１】接触角の定義

【図２】本発明の基本概念図

【図３】本発明の基本概念図の断面図

【図４】本発明の主要部分の電気的等価回路

【図５】本発明の主要部分の音響電気変換の周波数特性

【図６】本発明の１実施例

【図７】本発明のを実施する以前の例

【図８】本発明の他の実施例

【図９】本発明の他の実施例

【符号の説明】

１１：水滴、１２：評価対象の板材、１３：接触角 ２１：は上に述べた有孔板等．２２：はマイクロホンの
振動膜 ３１：有孔板等、３２：マイクロホンの振動膜、３３：
支持体、３４：：これらによって形成される空間 ４１：有孔板等の開口部が呈する等価質量、４２：同じ
く等価抵抗、４３：有孔板等とマイクロホンの振動膜の
間に形成される空間の呈する等価コンプライアンス、４
４：外側から見たマイクロホン振動膜の等価インピーダ
ンス ４５：この回路に外部から印加される信号の入力
端子 ５１：有孔板等の透過率またはマイクロホンの振動膜面
上に到達する音圧（いずれも相対値の対数）、５２：：
周波数（対数表示）５３：等価抵抗４２と等価コンプラ
イアンス４３との大きさの関係で決まる遮断周波数 ６１：本発明で使用する撥水剤、６２：有孔板、６３：
振動膜で少なくとも一面は導電性を有するもの、６４：
導電性電極であって、振動膜との対向面がエレクトレッ
ト材料で被覆されているものを含む、６５：インピーダ
ンス変換用プリアンプ、６６：出力信号端子、６７：マ
イクロホンハウジング、６８：絶縁体、６９：音孔． ７２：有孔板、７３：振動膜で少なくとも一面は導電性
を有するもの、７４：導電性電極であって、振動膜との
対向面がエレクトレット材料で被覆されているものを含
む、７５：インピーダンス変換用プリアンプ、７６：出
力信号端子、７７：マイクロホンハウジング、７８：絶
縁体、７９：音孔 ８１：本発明で使用する撥水剤をコーティングした不織
布、８２：有孔板、８３：振動膜で少なくとも一面は導
電性を有するもの、８４：導電性電極であって、振動膜
との対向面がエレクトレット材料で被覆されているもの
を含む、８５：インピーダンス変換用プリアンプ、８
６：出力信号端子、８７：マイクロホンハウジング、８
８：絶縁体、８９：音孔 ９１：本発明で使用する撥水
剤、９２：有孔板、９３：振動膜で少なくとも一面は導
電性を有するもの、９４：導電性電極であって、振動膜
との対向面がエレクトレット材料で被覆されているもの
を含む、９５：インピーダンス変換用プリアンプ、９
６：出力信号端子、９７：マイクロホンハウジング、９
８：絶縁体、９９：音孔

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】振動膜とこれと並行して絶縁されて設けら
   れた固定電極を主たる構成要素とするコンデンサマイク
   ロホンにおいて、振動膜に音響波を導入するために設け
   られる音孔の前面に、水に対する接触角が１００度以上
   であるＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）粒子分散
   複合材料やシランカップリング剤等の高撥水材料でコー
   ティングした有孔板あるいは織物、金網、不職布等の透
   音性材料（以下有孔板等）を設置し、この有孔板等の開
   口部の平均半径が、有孔板等と、マイクロホンの振動膜
   によってはさまれる空間の体積の３乗根の１．５％以上
   で、かつ２ミリメートル以下であることを特徴とする電
   気音響変換器
2. 【請求項２】請求項１において、振動膜または固定電極
   の対向面のいずれかに、フッ素樹脂または２酸化シリコ
   ンなどの有機または無機の誘電体を付着させ、これに永
   久電荷を与えて形成したいわゆるエレクトレットを形成
   してなる電気音響変換器
3. 【請求項３】請求項１または請求項２においてマイクロ
   ホン背面に設けられた気圧平衡用の間隙および音響指向
   性を形成するための音孔にたいして、その前面に水に対
   する接触角が１００度以上であるＰＴＦＥ（ポリテトラ
   フロロエチレン）粒子分散複合材料やシランカップリン
   グ剤等の高撥水材料でコーティングした有孔板等を設置
   したことを特徴とする電気音響変換器
4. 【請求項４】請求項１−３において振動膜に音響波を導
   入するために設けられる音孔または気圧平衡用の間隙お
   よび音響指向性を形成するための音孔の外面および孔内
   面に高撥水材料をコーティングしたことを特徴とする電
   気音響変換器
5. 【請求項５】請求項１−４において高撥水材料に光触媒
   二酸化チタン微粒子を添加して抗菌・汚れ防止性を付与
   した抗菌防汚高撥水材料をコーティングしたものを装着
   することを特徴とする電気音響変換器