JP2005244834A - マイクロホンユニットの実装構造及びそれを備えた電子機器、マイクロホンユニットの実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 小型化されたマイクロホンユニットの感度を向上させることができるマイクロホンユニットの実装構造及びそれを備えた電子機器、マイクロホンユニットの実装方法を提供すること。
【解決手段】 マイクロホンユニット３は、ケース６の内壁と振動膜９と内部基板１３とよって囲まれた第１音響空間Ａと、ゴムブート２２と内部基板１３と実装基板４とによって囲まれた第２音響空間Ｂとが形成された状態で実装基板４上に実装されている。第１音響空間Ａ及び第２音響空間Ｂは、内部基板１３に形成された内部基板貫通孔１８によって連通されており、そのうちの第２音響空間Ｂは、ゴムブート２２が実装基板４と隙間なく接触していることによって外部空間Ｇと隔絶されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロホンユニットの実装構造及びそれを備えた電子機器、マイクロホンユニットの実装方法に関する。

エレクトレットコンデンサ型のマイクロホンユニットは、携帯電話やヘッドセット等の電子機器に搭載され、一般に、筒状のケース内に、スペーサを介して対向するダイヤフラム（振動膜）と背電極板とからなるコンデンサ部と、ＦＥＴ（電解効果トランジスタ）等の変換素子を実装する基板とが収容された構成となっている（例えば、特許文献１参照）。このようなマイクロホンユニットは、携帯電話を始めとする電子機器における近年の小型化傾向に伴い、より狭いスペースであっても電子機器内に搭載できるよう小型化が図られている。
特開２００２-１４２２９５号公報

しかしながら、マイクロホンユニットを小型化すると、それに伴って、ダイヤフラムの径やＦＥＴのゲイン、コンデンサ部の容量なども小さくなるため感度の低下を招いていた。

本発明は、上記従来技術の有する問題に鑑みてなされたものであり、小型化されたマイクロホンユニットの感度を向上させることができるマイクロホンユニットの実装構造及びそれを備えた電子機器、マイクロホンユニットの実装方法を提供することを目的とする。

本発明のマイクロホンユニットの実装構造は、エレクトレットコンデンサ型のマイクロホンユニットを収納する筒状部材と、該筒状部材内におけるマイクロホンユニットを作動させるための素子を有する第１貫通孔付きの内部基板に接続された接続端子と、接続端子を電気的に接続可能な実装基板とを有し、筒状部材の開口が閉鎖されるようにして、マイクロホンユニットを実装基板に実装したときに、マイクロホンユニットの内部基板を挟んで、第１貫通孔を通じて連通する第１及び第２音響空間とが形成されることを特徴とするものである。

本発明によれば、内部基板に形成された第１貫通孔によって第１音響空間と連通された第２音響空間が形成されるため、その分、第１音響空間のみである場合に比べ、空気室（キャビティ）の容積が大きくなる。したがって、振動膜の振幅が大きくなり感度が向上する。

実装基板は、第２貫通孔を有し、第２音響空間は、外部空間と第２貫通孔を通じて連通されるようになっていてもよい。これにより、マイクロホンユニットは、実装基板側から集音することができるため、例えば、携帯電話などに適用した際に、実装基板に対してバッテリが配置される側と同一の側に 配置することが可能となる。このため、薄型化が望まれる実装基板の裏面側（マイクロホンユニットが実装されない側）の省スペース化が図れる。

この場合、マイクロホンユニットは、筒状部材内における、底部に孔を有する孔付きケース内に設けられており、孔付きケースの孔と筒状部材の他方の開口とを連通する密閉空間が形成されていることが好ましい。これにより、空気室の容量が大きくなり、感度がより向上される。

接続端子は、コイルバネにより構成され、実装基板に対し圧接された状態となっているのが好ましい。これにより、例えば、マイクロホンユニットを、接続端子に接続される接続導体部が同心円状に複数配列（bull’s-eye配置）された実装基板に実装可能となり、接続端子の方向性を考慮する必要がなくなるため、マイクロホンユニットの実装を容易に行うことができる。また、例えば、電子機器のケーシングによって実装基板に対し圧接した状態で狭持することによって、接着剤を用いることなくマイクロホンユニットを実装することができる。

本発明の電子機器は、上記のマイクロホンユニットの実装構造を備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、小型化した場合であっても、マイクロホンユニットの感度が良好な電子機器を実現することができる。

本発明のマイクロホンユニットの実装方法は、エレクトレットコンデンサ型のマイクロホンユニットを収納する筒状部材と、該筒状部材内におけるマイクロホンユニットを作動させるための素子を有する貫通孔付きの内部基板に接続された接続端子と、接続端子を電気的に接続可能な実装基板とを有し、筒状部材の開口が閉鎖されるようにして、マイクロホンユニットを実装基板に実装し、マイクロホンユニットの内部基板を挟んで、貫通孔を通じて連通する第１及び第２音響空間とを形成することを特徴とするものである。

本発明によれば、空気室の容積が大きくなるため、振動膜の振幅が大きくなり、マイクロホンユニットの感度を向上させることができる。

本発明によれば、小型化されたマイクロホンユニットの感度を向上させることができるマイクロホンユニットの実装構造及びそれを備えた電子機器、マイクロホンユニットの実装方法を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。なお、以下の実施形態では、マイクロホンユニットの実装構造を備えた電子機器として、携帯電話を例に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るマイクロホンユニットの実装構造を備えた携帯電話の部分断面図である。同図において、携帯電話１は、ケーシング２内に、マイクロホンユニット３と、そのマイクロホンユニット３が実装された実装基板４と、バッテリ５とを有している。

マイクロホンユニット３は、実装基板４とケーシング２の内壁面とによって狭持されており、実装基板４に対して圧接された状態で実装されている。ケーシング２は、マイクロホンユニット３の後述する音孔８に対応する部位に（ほぼ同心軸で）音孔１７が形成されており、外部空間からの音Ｓが音孔１７を通じて進入し、音孔８に導かれるようになっている。

バッテリ５は、実装基板４に対してマイクロホンユニット３の反対側における、実装基板４とケーシング２との間の領域に収容されている。

ここで、マイクロホンユニット３の構成について説明する。

マイクロホンユニット３は、電気音響変換を行うマイクロホンユニット２０と、このマイクロホンユニット２０と実装基板４とを電気的に接続するための接続端子２１と、マイクロホンユニット２０を収納するゴムブート（筒状部材）２２とを有している。

マイクロホンユニット２０は、ケース６を有している。このケース６は、一端に前面板として用いられる壁面部（底部）７を有すると共に、他端が開口した円筒状の金属製（たとえば、ステンレス鋼等）の部材からなり、プレス加工により壁面部７（前面板）を有した円筒状に形成されている。

ケース６の壁面部７には、所定形状（たとえば、円形状）の音孔８が形成されており、集音孔となっている。ケース６内には、振動膜（ダイヤフラム）９、スペーサ１０、背電極板１１、絶縁性ブッシュ１２、内部基板１３が主に収容されて配設されている。

振動膜９は、厚みが１．５μｍ程度のＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）フィルムからなり、略円板形状を呈した金属製（たとえば、リン青銅等）の部材からなる振動膜フレーム（図示せず）に張り付けられている。振動膜９の振動膜フレームに接着される側の面にはＡｕが蒸着されている。なお、振動膜９の中央部には、マイクロホンユニット３の内外の気圧調整用の図示しないベントホール（貫通孔）が設けられている。

背電極板１１は、振動膜９の後方側、すなわち振動膜９よりもケース６の開口（他端）側に配設されている。背電極板１１は、例えば、略正方形状を呈した板厚０．１５ｍｍ程度の金属製（たとえば、ステンレス鋼等）の部材からなり、一方の面にエレクトレット１４が熱融着（ラミネート）されている。エレクトレット１４は、ＦＥＰ（Fluorinated Ethylene Propylene）フィルムからなる。

また、背電極板１１は、エレクトレット１４が熱融着されている側の面が振動膜９と対向するように配設される。背電極板１１は、その外径がケース６の内径よりもやや小さい値に設定されている。そして、この背電極板１１の中央部には、直径０．８ｍｍ程度の円柱状の孔が形成されている。この孔は、背電極板１１の両側の空間を連通させる背圧調整孔としての機能も果たしている。

背電極板１１は、構成する母材にエレクトレット１４が熱融着された状態で略三角形状に打ち抜き加工を施すことにより形成される。打ち抜き加工を施して背電極板１１を形成した後に、エレクトレット１４は、所定の表面電荷（たとえば、−３６０Ｖ程度）となるようにコロナ放電等により分極処理が施されている。

背電極板１１と振動膜９との間にはスペーサ１０が配設されている。このスペーサ１０は、ステンレス鋼等からなり、その厚さは２５μｍ程度に設定されている。これにより、振動膜９と背電極板１１（エレクトレット１４）とは、スペーサ１０を介して所定の間隔（２５μｍ程度）を有して配設されることになる。これら振動膜９と背電極板１１とによりコンデンサ部が形成されることになる。

絶縁性ブッシュ１２は、絶縁性を有する合成樹脂製の円筒状部材であって、その外径はケース６の内径とほぼ同じ値に設定されており、その内径は背電極板１１の外径とほぼ同じ値に設定されている。そして、この絶縁性ブッシュ１２の内周側に、背電極板１１及びコンタクトスプリング２３が配置されるようになっている。その際、背電極板１１は、コンタクトスプリング２３によりスペーサ１０へ向けて弾性的に押圧されるようになっている。

コンタクトスプリング２３は、ドーナツ状の平面部材で構成された底部とリング状の円筒部とにより構成される円筒キャップ部材であり、ＳＵＳ等の金属により形成され、内部基板１３上の接続部と背電極板１１とを電気的に接続するための導通部材である。

コンタクトスプリング２３には、底部を切り起こした板バネである切り起こし板バネが底部の円周上に３個均等に配置されている。この各切り起こし板バネの外周側には、背電極板１１と接触するための直線的に切り起こされたストレート部がそれぞれ存在する。また、このストレート部は、底部から切り起こし板バネを切り起こした根本部分の折り目である切り起こし元部と平行になるように設けられている。

内部基板１３は、その表面に、振動膜９と背電極板１１との間（コンデンサ部）の静電容量の変化を電気インピーダンスに変換するインピーダンス変換器としてのＪＦＥＴ（Junction Field-Effect Transistor）チップ１５、ノイズコンデンサ１６が実装、配設されている。その他、バリスタなどが実装される場合もある。また、内部基板１３の表面における、ＪＦＥＴチップ１５、ノイズコンデンサ１６が実装されていない部位には、所定の形状、大きさを有する内部基板貫通孔１８が形成されている。

接続端子２１は、図２に示されるように、内周側に配設される第１の接続端子２４と、第１の接続端子２４の外周側に所定の間隔を有して同心状に配設される第２の接続端子２５とを含んでいる。第１の接続端子２４及び第２の接続端子２５は、コイルバネにより構成されている。このように接続端子２１をコイルバネとすることにより、例えば、接続端子２１に接続される接続導体部が同心円状に複数配列された実装基板に実装することが可能となる。したがって、接続端子２１の方向性を考慮する必要がなくなるため、マイクロホンユニット３の実装が容易になる。

ゴムブート２２は、シリコーンゴム、エラストマー等からなり、マイクロホンユニット２０を防振支持するためのものである。ゴムブート２２は、マイクロホンユニット２０のケース６の側面を覆った状態でマイクロホンユニット２０を収納するようになっている。

以上のようなマイクロホンユニット３を実装する場合は、接続端子２１を実装基板４上の図示しない接続導体部に押し当てた状態で、ケーシング２によって押圧し（図１に示す矢印Ｐの方向へ押圧）、接続端子を実装基板４に対し圧接する。そして、マイクロホンユニット３を、ケーシング２と実装基板４とによって狭持した状態に保持することより、実装が完了する。これにより、バネの付勢力により実装基板４の面方向への移動を抑制することができるため、接着剤を用いなくとも実装状態を安定させることができる。なお、ゴムブート２２は、実装基板４に押し付け、マイクロホンユニット２０における音孔８とその周辺部を除いた部分をほぼ完全に覆い、実装基板４との隙間がない状態にする。

このようにしてマイクロホンユニット３を実装すると、ケーシング２の中に、ケース６の内壁と振動膜９と内部基板１３とよって囲まれた第１音響空間Ａと、ゴムブート２２、内部基板１３及び実装基板４に囲まれた第２音響空間Ｂとが形成された構造が得られる。

図３は、第１音響空間Ａ及び第２音響空間Ｂを認識しやすくするため、両空間Ａ，Ｂのみを斜線で示した概略図である。図３に示すように、第１音響空間Ａ及び第２音響空間Ｂは、ケーシング２内において、内部基板１３の内部基板貫通孔１８によって連通した１つの空間となり、第２音響空間Ｂは、ゴムブート２２が実装基板４と隙間なく接触していることによって外部空間Ｇと隔絶されている。これにより、第１音響空間に加えて、ケース６の外側に位置する第２音響空間Ｂも空気室として活用することが可能となる。このため、エアダンパー効果を低減でき、振動膜９の振幅を大きくすることができ、同じサイズのマイクロホンユニット３であっても、感度を向上させることができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係るマイクロホンユニットの実装構造を備えた携帯電話の部分断面図である。本実施形態に係る実装構造では、マイクロホンユニット３の実装位置が、第１実施形態に係る実装構造での実装位置とは反対となっている点が異なっていると共に、マイクロホンユニット３における音を取り込む方向が反対となっている。なお、本実施形態におけるマイクロホンユニットは、第１実施形態のものと同様であるため、構成を始めとする詳細な説明は省略する。

図４において、携帯電話１は、ケーシング２内に、マイクロホンユニット３と、該マイクロホンユニット３が実装された実装基板４と、バッテリ５とを有している。

マイクロホンユニット３は、実装基板４とケーシング２の内壁面とによって狭持されており、実装基板４に対して圧接された状態で実装されている。実装基板４には、マイクロホンユニット３の内部基板貫通孔１８にほぼ対応する位置に（ほぼ同心軸で）実装基板貫通孔１９が形成されている。

実装基板４に対してマイクロホンユニット３の反対側に位置するケーシング２には、実装基板貫通孔１９とほぼ同心軸の孔２７が形成されている。実装基板４とケーシング２との間における実装基板貫通孔１９及び孔２７が形成された部分には、ゴム等により形成されたシール部材２８が介在されており、このシール部材２８には、実装基板貫通孔１９及び孔２７とほぼ同心軸の孔３０が形成されている。これにより、外部空間からの音Ｓは、孔２７から取り込まれ、孔３０，実装基板貫通孔１９を順に通過してマイクロホンユニット３に導かれるようになっている。

バッテリ５は、実装基板４に対してマイクロホンユニット３と同じ側における、実装基板４とケーシング２との間の領域に収容されている。

このようなマイクロホンユニット３を実装する場合は、上記実施形態１と同様にして行われる。そして、本実施形態における実装構造では、上記第１実施形態と同様に、ケース６の内壁と振動膜９と内部基板１３とよって囲まれた第１音響空間Ａと、ゴムブート２２と内部基板１３と実装基板４とによって囲まれた第２音響空間Ｂとが形成される。これにより、空気室が、第１音響空間Ａと第２音響空間Ｂとを合わせた大容量のものとなるため、振動膜９の振幅を大きくすることができ、感度を向上させることができる。

また、本実施形態では、マイクロホンユニット３の固定に際し、ケーシング２に断面Ｕ字状の凹部３２を設け、該凹部３２によって、マイクロホンユニット３の開口部３１を覆い、振動膜９とケース６とゴムブート２２とケーシング２の凹部３２とによって、外部空間Ｇと隔絶された第３音響空間（密閉空間）Ｃを形成している。なお、本実施形態おける開口３１は、上記第１実施形態における音孔８に相当するものである。

図５は、第３音響空間Ｃのみを斜線で示した概略図である。図５に示すように、第３音響空間Ｃは、振動膜９とケース６とゴムブート２２とケーシング２の凹部３２とによって、外部空間Ｇと隔絶されている。このため、第３音響空間Ｃも空気室として機能し、その分マイクロホンユニット３の容量が大きくなる。これにより、振動膜９の振幅が大きくなり、感度がより向上される。なお、上記第１実施形態において、ケーシング２に凹部３２を形成して実装基板４と凹部３２とによる第３音響空間Ｃを構成すると共に、実装基板４に実装基板貫通孔１９を形成することによって、第２音響空間Ｂと第３音響空間Ｃとを連通させてもよい。これにより、上記第１実施形態において、第１音響空間Ａと第２音響空間Ｂと第３音響空間Ｃとを合わせた大容量の空気室が実現できるため、より感度を向上させることができる。

ところで、電子機器のなかでもとりわけ携帯電話にあっては、操作ボタンや液晶、バッテリなどに優先的にスペースが割かれてしまうため、マイクやスピーカの設置（搭載）スペースは狭くなってしまう。さらに、近年の携帯電話の小型化に伴い、マイクやスピーカの設置（搭載）スペースは、益々狭くなっているのが現状である。

本発明は、小型化した場合のマイクの感度を向上させるだけではなく、スペースが小さすぎて通常の設置場所に設置できないという問題を解決しようとするところから始まっている。そして、本発明者等は、この問題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、図４に示すような、マイクの裏側から音を取る構造とすることによって、これまでスペースがありながら音が取れないという理由により設置できなかった場所に、マイクを設置することを可能とした。

携帯電話は、裏面側（液晶画面や操作ボタンとは反対側）にバッテリを搭載するようになっているのが一般的である。本発明の第２実施形態に係るマイクロホンユニットの実装構造によれば、双指向性型のマイクロホンユニットが、実装基板側のみから集音する無指向性のものとなり、裏面側への設置が可能となる。このような実装構造は、表側（実装基板に対してバッテリの反対側）にマイクを設ける必要がないため、省スペース化が図れ、携帯電話をより薄型化することが可能となる。

以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、電子機器として携帯電話を例に説明したが、ヘッドセット等を始めとする様々な電子機器に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係るマイクロホンユニットの実装構造を備えた携帯電話の部分断面図である。 図１に示すマイクロホンユニットを端子電極側から見た斜視図である。 第１音響空間及び第２音響空間のみを斜線で示した概略図である。 本発明の第２実施形態に係るマイクロホンユニットの実装構造を備えた携帯電話の部分断面図である。 第３音響空間のみを斜線で示した概略図である。

符号の説明

１…携帯電話（電子機器）、２…ケーシング、３…マイクロホンユニット、４…実装基板、５…バッテリ、６…ケース、７…壁面部、８…音孔、９…振動膜、１１…背電極板、１３…内部基板、１８…内部基板貫通孔（第１貫通孔）、１９…実装基板貫通孔（第２貫通孔）、２０…マイクロホンユニット、２１…接続端子、２２…ゴムブート（筒状部材）、３１…開口部、Ａ，Ｂ，Ｃ…音響空間、Ｇ…外部空間。

Claims (6)

1. エレクトレットコンデンサ型のマイクロホンユニットを収納する筒状部材と、
   該筒状部材内における前記マイクロホンユニットを作動させるための素子を有する第１貫通孔付きの内部基板に接続された接続端子と、
   前記接続端子を電気的に接続可能な実装基板とを有し、
   前記筒状部材の開口が閉鎖されるようにして、前記マイクロホンユニットを前記実装基板に実装したときに、前記マイクロホンユニットの前記内部基板を挟んで、前記第１貫通孔を通じて連通する第１及び第２音響空間とが形成されることを特徴とするマイクロホンユニットの実装構造。
2. 前記実装基板は、第２貫通孔を有し、
   前記第２音響空間は、外部空間と前記第２貫通孔を通じて連通されることを特徴とする請求項１記載のマイクロホンユニットの実装構造。
3. 前記マイクロホンユニットは、前記筒状部材内における、底部に孔を有する孔付きケース内に設けられており、
   前記孔付きケースの孔と前記筒状部材の他方の開口とを連通する密閉空間が形成されていることを特徴とする請求項２記載のマイクロホンユニットの実装構造。
4. 前記接続端子は、コイルバネにより構成され、前記実装基板に対し圧接された状態となっていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一項記載のマイクロホンユニットの実装構造。
5. 請求項１〜４いずれか一項記載のマイクロホンユニットの実装構造を備えることを特徴とする電子機器。
6. エレクトレットコンデンサ型のマイクロホンユニットを収納する筒状部材と、
   該筒状部材内における前記マイクロホンユニットを作動させるための素子を有する貫通孔付きの内部基板に接続された接続端子と、
   前記接続端子を電気的に接続可能な実装基板とを有し、
   前記筒状部材の開口が閉鎖されるようにして、前記マイクロホンユニットを前記実装基板に実装し、前記マイクロホンユニットの前記内部基板を挟んで、前記貫通孔を通じて連通する第１及び第２音響空間とを形成することを特徴とするマイクロホンユニットの実装方法。

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