JP2003125495A - エレクトレットコンデンサマイクロフォン - Google Patents

エレクトレットコンデンサマイクロフォン

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JP2003125495A
JP2003125495A JP2001311973A JP2001311973A JP2003125495A JP 2003125495 A JP2003125495 A JP 2003125495A JP 2001311973 A JP2001311973 A JP 2001311973A JP 2001311973 A JP2001311973 A JP 2001311973A JP 2003125495 A JP2003125495 A JP 2003125495A
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Akihisa Tanabe
陽久 田辺
Keiji Watanabe
啓二 渡辺
Torahoshi Takayama
虎星 高山
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    • H04R19/00—Electrostatic transducers

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  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のエレクトレットコンデンサマイクロフ
ォンでは背極電極と振動膜の非動作領域とによる浮遊容
量や、音響孔による損失容量の発生を防止して検出感度
を高めることが困難であった。 【解決手段】 背極電極上にエレクトレット層を形成し
た背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニッ
トとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコ
ンデンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板は絶縁
基板上に背極電極とエレクトレット層と音響孔とを形成
した構成であり、かつ前記音響孔の少なくとも一部を前
記背極電極の形成領域の外側に設けることで、浮遊容量
や損失容量の発生を防止した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明はセラミックや樹脂等の絶
縁材を基板材として構成したエレクトレットコンデンサ
マイクロフォンに関し、特にマイクロフォン部の浮遊容
量を減少させることで、検出感度を高めることが可能な
エレクトレットコンデンサマイクロフォンに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のエレクトレットコンデンサマイク
ロフォンは特開２０００−５０３９３号に開示されてお
り、以下図４〜図６により説明する。図４は第１の従来
例を示すエレクトレットコンデンサマイクロフォンの断
面図であり、３１０は金属性の背極電極、３２０は前記
背極電極３１０の上面に膜形成されたエレクトレット
層、３１１は前記背極電極３１０とエレクトレット層３
２０とを貫通して形成された音響孔であり、前記背極電
極３１０とエレクトレット層３２０とにより背極基板３
３０が構成されている。そして前記背極基板３３０の製
造方法は背極電極となる大型の金属板の全面にエレクト
レット層を形成し、これを必要なサイズに切断するとと
もに、前記音響孔３１１を抜き加工して背極基板３３０
としている。
【０００３】３４０は導電性の振動膜、３５０は前記振
動膜３４０に固着された金属製の支持枠であり、前記振
動膜３４０と支持枠３５０とにより振動膜ユニット３６
０が構成されている。そして前記背極基板３３０と振動
膜ユニット３６０とをスペーサ３７０を介して積層配置
することによりマイクロフォンが構成される。４００は
ホルダー、４１０は回路基板でありこの回路基板４１０
には前記マイクロフォンの検出信号を処理するための電
子エレメント４２０が実装されている。５００は全体を
包み込んで電気的及び機械的に保護する金属製のケース
である。
【０００４】上記構成を有するエレクトレットコンデン
サマイクロフォンの動作は、表面に導電膜を有する振動
膜３４０と、表面にエレクトレット層３２０が形成され
た背極電極３１０とがスペーサ３７０を挟んでコンデン
サを形成する。そして前記ケース５００の開口より加え
られる空気の振動により前記振動膜３４０が変位する
と、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、こ
の電気信号が回路基板４１０に導かれ、電子エレメント
４２０で処理された後に回路基板４１０の裏面に導出さ
れた出力電極４３０，４４０より出力される。そして前
記音響孔３１１の存在によって振動膜３４０の動作がス
ムーズに成り、音響特性が確保される。
【０００５】図５は第２の従来例を示すセラミックを主
材料として構成したエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンの断面図、図６は図５に示すエレクトレットコン
デンサマイクロフォンを構成するケース部の分解斜視図
である。図５に示すエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンは音響変換を行うマイクロフォン部１００と、こ
のマイクロフォン部１００を収納するケース部２００と
を備えており、前記ケース部２００は絶縁性部材から成
る回路基板２１０と、この回路基板２１０の縁部に積層
して取り付けられた４つの枠体、即ち第１の枠体２２
０，第２の枠体２３０，第３の枠体２０、第４の枠体２
５０と上面側を覆う蓋体２６０を有している。
【０００６】前記ケース部２００を構成する各部材は回
路基板２１０、第１の枠体２２０，第２の枠体２３０，
第３の枠体２４０はいずれもセラミックにより構成さ
れ、図５に斜線で示すごとく導電膜による電極が形成さ
れており、これらの電極によってエレメントの実装や相
互間の接続がおこなわれる。又第４の枠体２５０は後述
するごとく、振動板との接続のために金属材により構成
されている。
【０００７】図５に示すごとく、第１の枠体２２０，第
２の枠体２３０、第３の枠体２４０、第４の枠体２５０
は何れも同じ外形形状を有するが、内径は第１の枠体２
２０，第２の枠体２３０に対して、第３の枠体２４０の
方が大きく、さらに第３の枠体２４０よりも第４の枠体
２５０の方が大きくなっている。この結果、各枠体の内
径形状の差によって第２の枠体２３０の上部には後述す
る背極基板を搭載するための第１段部２３０ａが形成さ
れ、さらに第３の枠体２４０の上部には後述する振動膜
ユニットを搭載するための第２段部２４０ａが形成され
る。
【０００８】次にマイクロフォン部１００は背極電極１
１０と、この背極電極１１０の表面に形成されたエレク
トレット層１２０と、前記背極電極１１０とエレクトレ
ット層１２０とを貫通して形成された音響孔１１１と、
リング状の導電性の振動膜枠１３０に貼着された振動膜
１４０と、この振動膜１４０と背極電極１１０との間に
介在される下側スペーサ１５０と、前記振動膜１４０と
前記蓋体２６０との間に介在される上側スペーサ１６０
とを有している。そして図６に示すごとく絶縁材である
セラミックによって構成された回路基板２１０と、前記
３つの枠体、即ち第１の枠体２２０，第２の枠体２３
０，第３の枠体２４０には各々接続電極が形成されてい
る。
【０００９】次に図５によりエレクトレットコンデンサ
マイクロフォンの組み立て手順を説明する。まず半導体
素子等の電気エレメント１７０を実装した前記回路基板
２１０の縁部に前記第１の枠体２２０，第２の枠体２３
０，第３の枠体２４０、第４の枠体２５０を積層して取
り付ける。次に前記第２の枠体２３０の上部に形成され
た第１段部２３０ａに背極電極１１０をエレクトレット
層１２０が上方を向くように搭載する。さらに第３の枠
体２４０の上部に形成された第２段部２４０ａに前記振
動膜１４０を前記下側スペーサ１５０と上側スペーサ１
６０とを介在させて搭載する。さらに上方より前記蓋体
２６０を嵌め込むことにより、前記振動膜１４０と背極
１１０とがケース２００に位置決め固定せれてエレクト
レットコンデンサマイクロフォンが完成する。
【００１０】上記構成を有するエレクトレットコンデン
サマイクロフォンの動作は、表面に導電膜を有する振動
膜１４０と、表面にエレクトレット層１２０が形成され
た背極１１０とが下側スペーサ１５０を挟んでコンデン
サを形成する。そして前記蓋体２６０の開口より加えら
れる空気の振動により前記振動膜１４０が変位すると、
前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、この電
気信号が各枠体に形成された接続電極（図６に開示）を
通して回路基板２１０に導かれ、電子エレメント１７０
で処理された後に回路基板２１０の裏面の設けられた出
力電極より出力される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】前記図４に示す第１従
来例のエレクトレットコンデンサマイクロフォンは、背
極基板３３０に直接スペーサ３７０を載置して振動板３
４０を位置決めしているため、背極電極３１０と振動板
３４０との間隔を精度良く保つことが容易である。しか
し、前記背極電極３１０と振動板３４０との面積が略同
じサイズであるため、背極電極３１０と振動板３４０と
によって形成される容量（コンデンサ）は前記振動膜３
４０の動作可能領域３４０ａによって形成される有効容
量から前記音響孔３１１によって失われる容量を引いた
容量と、振動膜３４０が支持枠３５０によって拘束され
た非動作領域３４０ｂによって形成される浮遊容量との
合成容量となる。
【００１２】すなわち、前記マイクロフォン３００の感
度が背極電極３１０と振動板３４０とによって形成され
る全容量と、前記振動膜３４０の動作可能領域３４０ａ
によって形成される有効容量との比によって決まること
を考慮すると、前記振動膜３４０の非動作領域３４０ｂ
によって形成される浮遊容量と前記音響孔３１１によっ
て失われる損失容量とが多いほどマイクロフォン３００
としての感度が低下するという問題がある。すなわち前
記浮遊容量は分母を大きくするものであり、前記損失容
量は分子を小さくするためである。
【００１３】次に図５に示す第２従来例のエレクトレッ
トコンデンサマイクロフォンは、ケース部２００を構成
するセラミック製の第２の枠体２３０，第３の枠体２４
０、第４の枠体２５０を積層して取り付け、前記第２の
枠体２３０の上部に形成された第１段部２３０ａに背極
電極１１０を載置し、さらに第３の枠体２４０の上部に
形成された第２段部２４０ａに前記振動膜１４０を前記
下側スペーサ１５０と上側スペーサ１６０とを介在させ
て載置する構成となっている。
【００１４】上記第２従来例のエレクトレットコンデン
サマイクロフォンの構成においては、第１段部２３０ａ
と第２段部２４０ａとの位置をずらすとともに前記背極
電極１１０のサイズを小さくすることにより、前記振動
膜１４０の動作可能領域にのみ前記背極電極１１０が対
抗しているため、前記振動膜１４０と前記背極電極１１
０によって形成されるコンデンサは前記音響孔１１１に
よって失われる損失容量を除いてすべて有効容量とな
り、前記マイクロフォン部１００としての感度を高く保
つことができる。すなわち、図４に示す第１実施例のエ
レクトレットコンデンサマイクロフォンに比べて、損失
容量は同じだが、浮遊容量が減少した分だけマイクロフ
ォン部１００としての感度を高くすることが出来る。
【００１５】すなわち、上記第２従来例のエレクトレッ
トコンデンサマイクロフォンは感度的には良好な結果を
得ることが可能だが、しかし前記マイクロフォン部１０
０を構成する背極基板１１０は第２の枠体２３０に位置
決めされ、前記振動膜１４０は第３の枠体２４０に位置
決めされ構成となる。このことは前記マイクロフォン部
１００を構成する背極基板１１０と振動膜１４０が別々
のケース部材に位置決めされる結果となるため、前記第
２の枠体２３０や第３の枠体２４０の加工精度及び組み
立て制度のバラツキにより、前記背極基板１１０と振動
膜１４０との間隔を精度良く保つことができないという
問題がある。
【００１６】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
マイクロフォンとしての感度を高くすることが出来、ま
た背極電極と振動膜との間隔を精度良く保つことが可能
なエレクトレットコンデンサマイクロフォンを提供する
ことを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、背極電極上にエレクトレット層を形成した背
極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニットと
をスペーサを介して積層して成るエレクトレットコンデ
ンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板は絶縁基板
上に背極電極とエレクトレット層と音響孔とを形成した
構成であり、かつ前記音響孔の少なくとも一部が前記背
極電極の形成領域の外側に設けられていることを特徴と
する。
【００１８】また、前記音響孔が前記背極電極の境界領
域に形成されていることを特徴とする。
【００１９】さらに、前記背極電極の面積が前記振動膜
ユニットにおける支持枠の内側の面積より小さいことを
特徴とする。
【００２０】さらに、前記背極基板の上面が矩形形状を
有するとともに、前記背極電極とエレクトレット層とが
前記背極基板の上面に円形形状に形成されており、前記
音響孔は前記背極電極の形成領域の外側で前記背極基板
のコーナー部に対応した位置に形成されていることを特
徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は本発明におけるエレクトレ
ットコンデンサマイクロフォンの実施の形態の断面図、
図２はは図１に示すエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【００２２】図２において、２は回路基板であり、前記
回路基板２は絶縁基板により構成され、エレメントを実
装する為の電極２ａと接続電極２ｂと出力電極２ｃとが
膜形成されている。３は背極基板であり、前記背極基板
３は絶縁基板３ａの上面側に電極膜による背極電極４が
形成され、また前記背極電極４の上面にエレクトレット
層５が膜形成されるとともに、前記背極電極４とエレク
トレット層５の外側に前記絶縁基板３ａを貫通する音響
孔１５が形成されている。
【００２３】なお、この実施の形態においては前記背極
基板３の上面が矩形形状を有するとともに、前記背極電
極４とエレクトレット層５とが前記背極基板３の上面に
円形形状に形成されており、前記音響孔１５は前記背極
電極４の形成領域の外側で前記背極基板３のコーナー部
に対応した位置に形成することにより、前記背極基板３
の上面の面積を効率よく使用している。また６はスペー
サである。
【００２４】７は振動膜ユニットであり、前記振動膜ユ
ニット７は絶縁基板より成る振動膜支持枠８の下面側に
膜形成された振動膜取り付け電極９に導電性の振動膜１
０が固着されることにより一体化されている。又１６は
金属製のシールドケースである。
【００２５】次に図１によりエレクトレットコンデンサ
マイクロフォン１の構成を説明する。前記電極２ａに集
積回路１１等のエレメントを実装した回路基板２に、背
極基板３、スペーサ６、振動膜ユニット７を積層し、接
着材等により固着一体化したものがシールドケース１６
でケーシングされている。
【００２６】上記構成を有するエレクトレットコンデン
サマイクロフォン１の動作は、表面に導電膜を有する振
動膜１０と、表面にエレクトレット層５が形成された背
極電極４とがスペーサ６を挟んでコンデンサを形成す
る。そして空気の振動により前記振動膜１０が変位する
と、前記コンデンサがこの変位を電気信号に変換し、こ
の電気信号が振動膜取り付け電極９から各接続電極（図
示は省略）を介して回路基板２に導かれ、集積回路１１
で処理された後に回路基板２の裏面の設けられた出力電
極２ｃより出力される。そして前記音響孔１５の存在に
よって振動膜１０の動作がスムーズに成り、音響特性が
確保される。
【００２７】上記構成において、背極電極３を構成する
絶縁基板３ａの上面中央部には前記振動膜ユニット７を
構成する振動膜１０の動作可能範囲（振動膜１０の振動
膜支持枠８によって拘束されていない範囲）の面積より
少し狭い面積の背極電極４及びエレクトレット層５が形
成されており、さらに前記絶縁基板３ａの背極電極４及
びエレクトレット層５が形成されている領域の外側（背
極電極４とスペーサ７との間）に音響孔１５が設けられ
ている。
【００２８】この結果、上記エレクトレットコンデンサ
マイクロフォン１における容量の形成は、背極電極４と
振動膜１０とが対向する部分に形成される有効容量のみ
となり、図４に示す従来例のように振動膜１０の非動作
領域によって形成される浮遊容量や前記音響孔１５によ
って失われる損失容量が存在しなく成るため、極めて高
い感度特性を得ることができる。
【００２９】図３は本発明の第２の実施の形態を示す背
極基板３０の斜視図であり、図２に示す背極基板３と異
なるところは、前記絶縁基板３ａに形成された音響孔１
５が前記背極電極４の境界領域に形成されていることで
ある。この場合、前記音響孔１５が背極電極４の一部に
重なる分だけ損失容量が存在することになるが、この損
失容量による感度特性の僅かな減少に変えて、音響孔１
５が振動膜１０の中央側に寄ることでの音響特性の向上
が期待できる。
【００３０】又、上記構成においては、背極基板３は断
面コ字状に成形された絶縁基板３ａの表面に背極電極４
を膜形成し、さらに背極電極４上にエレクトレット層５
を膜形成して一体化されており、さらに振動膜ユニット
７も絶縁基板より成る振動膜支持枠８に導電性の振動膜
１０が固着されることにより一体化されているので、基
本的構成が回路基板２、背極基板３、振動膜ユニット７
の３体に簡素化された構成となっている。
【００３１】さらに上記構成においては、前記背極電極
４と振動膜１０とが１つの絶縁基板３ａに対して位置決
めされることで背極電極４と振動膜１０との間隔を精度
良く保つことが出来る。
【００３２】さらに、前記回路基板２の底面や背極基板
３の側面がケースを兼ねる構成となっているため、小
型、薄型化が可能となる。また、前記回路基板２、背極
基板３、振動膜支持枠８の３部材に用いる絶縁基板の材
質は各々任意に選択することが可能だが、前記３部材に
同一材質の絶縁基板を用いることによって全体の熱膨張
係数を合せることが可能となり、温度変化に伴う音響特
性の劣化を防止することが出来る。
【００３３】本発明における絶縁基板としては形状加工
が容易で、かつスルーホールを含め電極膜によるパター
ン形成が可能な材料であることが必要であり、例えばセ
ラミックや樹脂材料が適している。また、小型、薄型化
のためには材質的に剛性の高いことが望ましく、この点
においてセラミックは良好な材料であり、セラミック基
板を用いることで良好な結果を得る事ができた。また樹
脂材料では剛性を高めるためにガラス繊維を含有させる
ことが望ましく、ガラス入りエポキシ樹脂を使用した結
果良好な結果を得る事が出来た。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば背極
基板上の背極電極の形成領域の外側に音響孔の一部を設
けることで、マイクロフォンとしての感度を高くするこ
とが出来、また絶縁基板に背極電極を膜形成するととも
に、振動膜を支持するスペーサを位置決めしたことで背
極電極と振動膜との間隔を精度良く保つことが可能と成
った。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエレクトレットコンデンサマイクロフ
ォンの実施の形態の断面図である。
【図２】図１のエレクトレットコンデンサマイクロフォ
ンを構成する各エレメントの分解斜視図である。
【図３】本発明の第２実施の形態の背極基板の斜視図で
ある。
【図４】従来のエレクトレットコンデンサマイクロフォ
ンの断面図である。
【図５】従来のエレクトレットコンデンサマイクロフォ
ンの断面図である。
【図６】図５に示すエレクトレットコンデンサマイクロ
フォンを構成するケース部の分解斜視図である。
【符号の説明】
１ エレクトレットコンデンサマイクロフォン ２、２１０，４１０ 回路基板 ３、３３０ 背極基板 ４、１１０，３１０ 背極電極 ５、１２０、３２０ エレクトレット層 ６、３７０ スペーサ ７、３６０ 振動膜ユニット １０、１４０，３４０ 振動膜 １５、１１１、３１１ 音響孔
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 啓二 山梨県富士吉田市上暮地１丁目23番１号 株式会社シチズン電子内 (72)発明者 高山 虎星 東京都町田市成瀬2206番地 株式会社オー ディオテクニカ内 Ｆターム(参考） 5D021 CC03 CC08 CC18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 背極電極上にエレクトレット層を形成し
    た背極基板と、支持枠に振動膜を固着した振動膜ユニッ
    トとをスペーサを介して積層して成るエレクトレットコ
    ンデンサマイクロフォンにおいて、前記背極基板は絶縁
    基板上に背極電極とエレクトレット層と音響孔とを形成
    した構成であり、かつ前記音響孔の少なくとも一部が前
    記背極電極の形成領域の外側に設けられていることを特
    徴とするエレクトレットコンデンサマイクロフォン。
  2. 【請求項２】 前記音響孔が前記背極電極の境界領域に
    形成されている請求項１記載のエレクトレットコンデン
    サマイクロフォン。
  3. 【請求項３】 前記背極電極の面積が前記振動膜ユニッ
    トにおける振動膜の動作可能面積と略等しい大きさであ
    る請求項１又は２記載のエレクトレットコンデンサマイ
    クロフォン。
  4. 【請求項４】 前記背極電極の面積が前記振動膜ユニッ
    トにおける支持枠の内側の面積より小さいことを特徴と
    する請求項１又は２記載のエレクトレットコンデンサマ
    イクロフォン。
  5. 【請求項５】 前記背極基板の上面が矩形形状を有する
    とともに、前記背極電極とエレクトレット層とが前記背
    極基板の上面に円形形状に形成されており、前記音響孔
    は前記背極電極の形成領域の外側で前記背極基板のコー
    ナー部に対応した位置に形成されている請求項１記載の
    エレクトレットコンデンサマイクロフォン。
  6. 【請求項６】 前記背極基板を構成する絶縁基板がセラ
    ミック基板である請求項１〜５のいずれか１項記載のエ
    レクトレットコンデンサマイクロフォン。
  7. 【請求項７】 前記背極基板を構成する絶縁基板が樹脂
    基板である請求項１〜５のいずれか１項記載のエレクト
    レットコンデンサマイクロフォン。
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