JP2004349927A - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】背極を金属材料でカップ状に形成したエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、感度とＳＮ比を向上させる。
【解決手段】金属材料によりカップ状に形成した背極の筒部の周面に、周方向に等間隔に少なくとも３個以上の突起１８Ｂを設け、この突起の突出頂面をカプセルの円筒部の内壁面に当接させる構造とし、背極１８の筒部１８Ａとカプセル１１の内壁との間に空隙Ｇを形成し、この空隙Ｇの形成によって背極の筒部をカプセル１１の内壁から離し、これらの間に発生する浮遊容量の値を小さくし、感度の向上を達する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに関し、特に背極をカップ形状としたエレクトレットコンデンサマイクロホンの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、先に背極をカップ形状に形成し、従来は背極ホルダで支持していた背極を、背極と筒部とによって一体化した構造のエレクトレットコンデンサマイクロホンを提案した（特許文献１）。
図８を用いて、その先に提案したエレクトレットコンデンサマイクロホンの構造を簡単に説明する。図８において、１１はカプセルを示す。カプセル１１は金属材料で形成され、円筒部の一端面に前面板１２が一体形成される。前面板１２には中心孔１３が形成され、この中心孔１３を通じて音がカプセル１１内に導入される。
１５は振動膜リングを示す。この振動膜リング１５は導電性材料で形成され、一方の面が前面板１２の内面に接触し、他方の面に振動膜１６が張り付けられる。振動膜１６も導電性の膜で形成され、音圧に応じて振動する構造とされる。
１７は、絶縁材料で形成されたリング状の絶縁スペーサを示す。この絶縁スペーサ１７の厚みにより振動膜１６と背極１８との間の間隔を所定値に維持する。
【０００３】
背極１８は金属材料で形成されたカップ状背極によって構成される。つまり、カップ状の筒部１８Ａの一方の開口端を閉塞板で塞ぎ、この閉塞板で背極１８を構成する。背極１８と筒部１８Ａの外周面にはエレクトレット誘電体膜１９が被着形成される。背極１８には複数個の背極孔２７を形成し、振動膜１６と背極１８との間の空隙部分を背室２８に連通させ、振動膜１６を自由に振動可能な状態に維持させる。
筒部１８Ａの開口端面は配線基板４２で塞がれる。配線基板４２には背室２８側の面に、インピーダンス変換器を構成するＩＣ素子５０が実装され、このＩＣ素子５０を通じて電気信号が取り出される。
【０００４】
図９にインピーダンス変換器を構成するＩＣ素子５０の回路構造の一例を示す。インピーダンス変換器は電界効果トランジスタ５４と、抵抗器５５及び５６とによって構成される。電界効果トランジスタ５４のゲート５３に背極１８が電気的に接続され、共通電位点（カプセル１１）に振動膜１６が電気的に接続される。図８に示した接触片５８は背極１８をゲート５３に電気的に接続するための配線導体を示す。
また、カップ状の背極１８と絶縁スペーサ１７を一体化した構造のエレクトレットコンデンサマイクロホンも提案されている（特許文献２）。この特許文献２で提案されたエレクトレットコンデンサマイクロホンはカップ状の背極の面にスペーサを一体に形成し、部品数を少なくし組立て工数を低減する効果を得ている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第３３７５２８４号明細書
【特許文献２】
実開平６−２８９９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８を用いて説明したように、特許文献１で提案したカップ状の背極１８を用いたエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、組立てが簡素化できる利点が得られる反面、背極１８を支持する筒部１８Ａがカプセル１１の内壁面にエレクトレット誘電体膜１９の厚み分の間隔で近接して配置されるため、筒部１８Ａとカプセル１１との間に形成される浮遊容量ＣＰの容量値（静電容量）が大きくなり、この浮遊容量ＣＰが図９に示すように、背極１８と振動膜１６との間に形成される静電容量に並列接続されるため、この浮遊容量ＣＰの存在により背極１８と振動膜１６との間で発生する電圧信号が減衰され、マイクロホンの感度を低下させる不都合が生じる。
また、特許文献２で提案されたエレクトレットコンデンサマイクロホンは、カップ状の背極の全体を導電性樹脂材で成形している。従って背極はこの導電性樹脂材を通じてインピーダンス変換器に接続されるため、図９に示した回路で説明すれば、背極１８と電界効果トランジスタ５４のゲート５３との間に比較的大きい抵抗値の抵抗（導電性樹脂材の抵抗）が挿入され、ＳＮ比が悪くなる不都合が生じる。
【０００７】
この発明の目的は、カップ状の背極を用いて構成したエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、筒部１８Ａとカプセル１１との間に発生する浮遊容量を小さくし、感度の高い、またＳＮ比のよいエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供しようとするものである。
また、この発明では背極１８とインピーダンス変換器を構成する電界効果トランジスタのゲートとの間に抵抗が挿入されることがなく、従ってＳＮ比の良いエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１では、金属材料により成形され円筒部とこの円筒部の一端面に前面板を具備したカプセルと、このカプセルの前面板の内面に一方の面が接触し、他方の面に振動膜が貼り付けられた振動膜リングと、金属材料により形成され、筒部とこの筒部の一端面を塞ぐ閉塞板で形成された背極とを有し、この背極及び筒部の外表面にエレクトレット誘電体膜が被着されたカップ状背極と、このカップ状背極に形成された背極と振動膜との間に介挿され、背極と振動膜との間の間隔を所定値に維持する絶縁スペーサと、カップ状背極の筒部の開口端部がインピーダンス変換器を搭載した面に当接し、他方の面がカプセルの開口面に露出して配置された配線基板とを具備して構成されたエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、カップ状背極の筒部の周面に周方向に等角間隔に少なくとも３個以上の突起を設け、この突起の突出外面をカプセルの円筒部の内壁面に当接させる構造としたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提案する。
【０００９】
この発明の請求項２では、金属材料により成形され円筒部とこの円筒部の一端面に前面板を具備したカプセルと、このカプセルの前面板の内面に一方の面が接触し、他方の面に振動膜が貼り付けられた振動膜リングと、金属材料により形成され、筒部とこの筒部の一端面を塞ぐ閉塞板で形成された背極とを有し、この背極及び筒部の外表面にエレクトレット誘電体膜が被着されたカップ状背極と、このカップ状背極に形成された背極と振動膜との間に介挿され、背極と振動膜との間の間隔を所定値に維持する絶縁スペーサと、カップ状背極の筒部の開口端部がインピーダンス変換器を搭載した面に当接し、他方の面がカプセルの開口面に露出して配置された配線基板とを具備して構成されたエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、カップ状背極に形成した背極の外周縁にリング状に絶縁スペーサを被着形成し、カップ状背極と絶縁スペーサとを一体化した構造としたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提案する。
【００１０】
この発明の請求項３では、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ホンにおいて、カップ状背極に形成した背極に少なくも２個以上の背極孔を設けたエレクトレットコンデンサマイクロホンを提案する。
この発明の請求項４では、請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、カップ状背極の筒部の開口端部は配線基板に形成した円弧状の配線導体に接触するエレクトレットコンデンサマイクロホンを提案する。
【００１１】
作用
この発明によれば背極を構成する筒部の周面に外向きに複数の突起を形成し、この突起の突出面をカプセルの内壁面に当接させる構造としたから、突起以外の筒部の周面はカプセルの内壁面から引き離される。この結果、カプセルと背極の筒部との間に形成される浮遊容量値を小さくすることができ、それにより感度の向上を達することができる。
また、この発明では背極と筒部とを金属材料で一体に成形するから背極と電界効果トランジスタのゲートとの間は金属材料で電気的に接続される。従って、背極と電界効果トランジスタのゲートとの間の抵抗値を小さくできるため、ＳＮ比のよいエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１乃至図３にこの発明の一実施例を示す。図１乃至図３において、図８と対応する部分には同一符号を付し、その重複説明は省略するが、図１に示すようにカプセル１１は金属材料でカップ状に形成されており、振動膜リング１５はカプセル１１の前面板１２の内面に接触され、他方の面に振動膜１６が貼り付けられており、背極１８は金属材料で例えば洋白で形成され、筒部１８Ａの一方の開口端を閉塞した閉塞板で構成される。これらの背極１８と筒部１８Ａの外周面にはエレクトレット誘電体膜１９が被着形成される。更に、背極１８と振動膜１６との間には絶縁スペーサ１７が介挿されており、振動膜１６と背極１８との間の空隙を絶縁スペーサ１７によって所定値に維持する構造は図８を用いて説明したのと同じである。
【００１３】
この発明の特徴とする構造は、背極１８と一体成形した筒部１８Ａの周面に周方向に等角間隔に少なくとも３個以上の突起１８Ｂを形成した点である。図２及び図３に示す実施例では筒部１８Ａの周面に３個の突起１８Ｂを形成した場合を示す。これらの突起１８Ｂの突出面の突出量は各突起１８Ｂの突出面が丁度カプセル１１の内壁面に当接する突出量とされ、突起１８Ｂの突出面がカプセル１１の内壁面に当接することにより、背極１８の中心がカプセル１１の中空部分の中心位置に合致してガタツキなく支持される。
突起１８Ｂを設けたことにより、図２に示すところより明らかなようにカップ状背極の筒部１８Ａの外周面とカプセル１１の内壁面との間に空隙Ｇが形成される。この空隙Ｇが形成されることによりカプセル１１と筒部１８Ａとの間に形成される浮遊空量ＣＰ（図９参照）の値を小さくすることができる。この結果として振動膜１６が振動することによって振動膜１６と背極１８との間に発生する電圧信号（エレクトレット誘電体膜１９が発生する静電気の変動成分）の減衰量を小さくすることができ、これによりＳＮ比のよい音声信号を得ることができる。
【００１４】
更に、空隙Ｇが形成されることにより、背極１８をＩＣ素子５０のゲートに接続する配線導体を図４に示すように、筒部１８Ａの開口端に接する円弧状配線導体５９とすることができ、背極１８とＩＣ素子５０との間の電気的な接続状態を安定化することができる。
つまり、図８を用いて説明した構造によれば、筒部１８Ａの外周面はカプセル１１の内壁面に近接して配置される。このために、図８で示す構造で筒部１８Ａの開口端に接触させる配線導体を円弧状に形成すると、その配線導体はカプセル１１の内壁面にも接触してしまうため、円形に形成することはできない。このために図８で示す例では配線基板４２の直径方向に形成した接触片５８のみで筒部１８Ａと接触させている。この接続方法によれば接触片５８と筒部１８Ａとの接触面積が小さいため、接触の信頼性が低い欠点が生じる。
これに対し、この発明によれば円弧状配線導体５９を形成することができるから筒部１８Ａとゲート５３との間の接続の信頼性を高めることができる。尚、図４に示した実施例では円弧状配線導体５９を円形に形成した場合を示したが、円形に限らず一部が切り欠けた形状でもよい。
【００１５】
尚、この発明によれば筒部１８Ａの直径が平均して小さくなることにより、背室２８の内容積が小さくなり、背室２８の内容積が小さくなることによりマイクロホンの感度が低下する不都合が生じるが、現実には突起１８Ｂを形成した開口端部分が図５に示すように多少めくり上がり、配線基板４２との間にスキ間Ｓが発生するため、このスキ間Ｓを通じて背室２８の容積に空隙Ｇの部分の容積が加わるため、実質的に感度の低下は見られない。
因みに、図８で説明したエレクトレットコンデンサマイクロホンと、本発明によるエレクトレットコンデンサマイクロホンの周波数特性を図６に示す。図６において、曲線Ａは本発明によるエレクトレットコンデンサマイクロホンの周波数特性、曲線Ｂは図８に示した構造のエレクトレットコンデンサマイクロホンの周波数特性を示す。図６から明らかなように、この発明によるエレクトレットコンデンサマイクロホンは従来品より約２〜３ｄＢ程度感度が向上した。またＳＮ比を測定したところ、従来品は６２．０ｄＢであったが、本発明によるエレクトレットコンデンサマイクロホンは６４．０ｄＢで約２ｄＢ程度ＳＮ比が向上したことを確認した。
【００１６】
図７はこの発明の変形実施例を示す。この実施例ではカップ状の背極１８と一体に絶縁スペーサ１７をインサート成形した場合を示す。つまり、エレクトレット誘電導体膜１９が被着されたアルミ薄板を絞り加工してカップ状に形成し、このカップ状の背極１８の外周に例えば液晶ポリマーまたはポリ塩化ビニルで絶縁スペーサ１７とインサート形成により一体に形成する。
背極１８と絶縁スペーサ１７とを一体化することにより、実質的に、背極１８と、背極ホルダと、ゲートリングと、絶縁スペーサ１７とを一体化したことになり、組立工数が減り組立コストを低減することができる。また組立時のミスが少なくなる利点もある。更に一体型で製作するので部品間のバラツキが小さくなり、感度の揃った製品を提供することができる利点も得られる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の図１乃至図５に示した実施例によればカプセル１１と背極１８との間に発生する浮遊容量値を図８に示した構造のエレクトレットマイクロホンより小さくできるため、図８に示した構造のエレクトレットコンデンサマイクロホンと比較して感度の向上及び、ＳＮ比の向上を達することができる。
【００１８】
更に、この発明では背極１８を金属材料で形成した筒部１８Ａを介してＩＣ素子５０のゲート５３に電気的に接続する構造としたから、特許文献２に開示されたエレクトレットマイクロホンと比較して背極１８とゲート５３との間に介挿される抵抗値を小さくすることができる。この点で、特許文献２の構造のエレクトレットコンデンサマイクロホンよりＳＮ比のよいエレクトレットコンデンサマイクロホンを得ることができる。
また、この発明の図７に示した実施例によれば部品数を低減することができるため、組立が容易となり、また特性が揃ったエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例を説明するための断面図。
【図２】図１に示したＡ−Ａ線上の断面図。
【図３】この発明の要部の構造を説明するための斜視図。
【図４】この発明に用いる配線基板の特徴を説明するための平面図。
【図５】この発明の要部の動作を説明するための側面図。
【図６】この発明によるエレクトレットコンデンサマイクロホンと従来品の周波数特性を説明するためのグラフ。
【図７】この発明の変形実施例を説明するための一部を断面とした斜視図。
【図８】従来の技術を説明するための断面図。
【図９】図８に示した構造のエレクトレットコンデンサマイクロホンの電気的な構造を説明するための接続図。
【符号の説明】
１１ カプセル ２７ 背極孔
１２ 前面板 ２８ 背室
１３ 中心孔 ４２ 配線基板
１５ 振動膜リング ５０ ＩＣ素子
１６ 振動膜 ５１ 出力端子
１７ 絶縁スペーサ ５２ アース端子
１８ 背極 ５３ ゲート
１８Ａ 筒部 ５８ 接触片
１８Ｂ 突起 Ｇ 空隙
１９ エレクトレット誘電体膜

Claims (4)

1. 金属材料により成形され円筒部とこの円筒部の一端面に前面板を具備したカプセルと、このカプセルの上記前面板の内面に一方の面が接触し、他方の面に振動膜が貼り付けられた振動膜リングと、金属材料により形成され、筒部とこの筒部の一端面を塞ぐ閉塞板で形成された背極とを有しこの背極及び上記筒部の外表面にエレクトレット誘電体膜が被着されたカップ状背極と、このカップ状背極に形成された背極と上記振動膜との間に介挿され上記背極と振動膜との間の間隔を所定値に維持する絶縁スペーサと、上記カップ状背極の上記筒部の開口端部がインピーダンス変換器を搭載した面に当接し、他方の面が上記カプセルの開口面に露出して配置された配線基板とを具備して構成されたエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記カップ状背極の上記筒部の周面に周方向に等角間隔に少なくとも３個以上の突起を設け、この突起の突出外面を上記カプセルの円筒部の内壁面に当接させる構造としたことを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 金属材料により成形され円筒部とこの円筒部の一端面に前面板を具備したカプセルと、このカプセルの上記前面板の内面に一方の面が接触し、他方の面に振動膜が貼り付けられた振動膜リングと、金属材料により形成され、筒部とこの筒部の一端面を塞ぐ閉塞板で形成された背極とを有しこの背極及び上記筒部の外表面にエレクトレット誘電体膜が被着されたカップ状背極と、このカップ状背極に形成された背極と上記振動膜との間に介挿され上記背極と振動膜との間の間隔を所定値に維持する絶縁スペーサと、上記カップ状背極の上記筒部の開口端部がインピーダンス変換器を搭載した面に当接し、他方の面が上記カプセルの開口面に露出して配置された配線基板とを具備して構成されたエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記カップ状背極に形成した背極の外周縁にリング状に上記絶縁スペーサを被着形成し、上記カップ状背極と絶縁スペーサとを一体化した構造としたことを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 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ホンにおいて、上記カップ状背極に形成した背極に少なく２個以上の背極孔を設けたことを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、上記カップ状背極の筒部の開口端部は上記配線基板に形成した円弧状配線導体に接触す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ホン。

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