JP2006115008A - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

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Abstract

【課題】 エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、導電部材による背面電極板の支持を安定的に行えるようにした上で、浮遊容量の発生に起因する感度低下を最小限に抑える。
【解決手段】 回路基板24の上面に形成された導電層44Dと背面電極板18とを電気的に接続する導電部材20を、背面電極板18と回路基板24と間において背面電極板18を弾性的に押圧するように配置する。この導電部材20は、背面電極板18の略中心位置において、先端部20aが導電層44Dに当接する中央突起部20Aと、この中央突起部20Aの基端部を同心状に囲むように形成され、背面電極板18の外周縁部に当接する外周環状部20Bと、この外周環状部20Bと中央突起部20Aとを連結する3本の弾性アーム部20Cとからなる構成とする。これにより、導電部材20において金属ケース12に近接した位置に配置される部分の割合を最小限に抑える。
【選択図】 図1

Description

本願発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホンに関するものであり、特に、その回路基板の表面に形成された導電層と背面電極板とを電気的に接続する導電部材の構成に関するものである。
一般に、エレクトレットコンデンサマイクロホンは、振動膜と背面電極板とが対向配置されてなるコンデンサ構造部と、このコンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、このインピーダンス変換素子を実装する回路基板と、この回路基板の表面に形成された導電層と上記背面電極板とを電気的に接続する導電部材とが、筒状の金属ケースに収容された構成となっている。
そして、多くのエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいては、例えば「特許文献1」に記載されているように、背面電極板と回路基板とが略平行に対向配置されており、これら背面電極板と回路基板との間において導電部材が背面電極板を弾性的に押圧する構成となっている。そしてこれにより、エレクトレットコンデンサマイクロホンの組付性を損なうことなく、背面電極板と導電層との導通を図るようになっている。
その際、上記「特許文献1」に記載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は、その導電部材として、背面電極板の外周縁部に当接するように配置されたコイルバネが用いられており、これにより背面電極板の支持を安定的に行うことができるようにしている。
特開2003−199196号公報
しかしながら、上記「特許文献1」に記載されたエレクトレットコンデンサマイクロホンは、その導電部材を構成するコイルバネが金属ケースの外周壁に近接した位置に配置されているので、このコイルバネと金属ケースとの間に浮遊容量(すなわち、コンデンサ構造部にチャージされている静電容量以外の不要な静電容量)が発生してしまい、これによりエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度が低下してしまう、という問題がある。
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、導電部材による背面電極板の支持を安定的に行うことができる構成とした上で、浮遊容量の発生に起因する感度低下を最小限に抑えることができる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を目的とするものである。
本願発明は、導電部材の構成に工夫を施すことにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
すなわち、本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、
振動膜と背面電極板とが対向配置されてなるコンデンサ構造部と、このコンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、このインピーダンス変換素子を実装する回路基板と、この回路基板の表面に形成された導電層と上記背面電極板とを電気的に接続する導電部材と、これらコンデンサ構造部、回路基板および導電部材を収容する筒状の金属ケースと、を備えてなるエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
上記背面電極板と上記回路基板とが略平行に対向配置されており、
上記導電部材が、これら背面電極板と回路基板との間において上記背面電極板を弾性的に押圧するように配置されており、
この導電部材が、上記背面電極板の略中心位置において上記導電層に先端部が当接する中央突起部と、この中央突起部の基端部を同心状に囲むように形成され、上記背面電極板の外周縁部に当接する外周環状部と、この外周環状部と上記中央突起部とを連結する複数の弾性アーム部とからなる、ことを特徴とするものである。
本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、振動膜にエレクトレット層が形成されたホイルエレクトレット型のエレクトレットコンデンサマイクロホンであってもよいし、背極板にエレクトレット層が形成されたバックエレクトレット型のエレクトレットコンデンサマイクロホンであってもよい。
上記「インピーダンス変換素子」は、コンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換することが可能なものであれば、特定の素子に限定されるものではなく、例えば接合型あるいはMOS型の電界効果トランジスタ等が採用可能である。
上記「導電部材」は、その中央突起部と外周環状部と複数の弾性アーム部とが一体で形成されたものであってもよいし、その一部が別体で形成されたものであってもよい。
上記「中央突起部」は、その先端部が背面電極板の略中心位置において導電層に当接するように構成されたものであれば、その具体的な形状や大きさ等は特に限定されるものではない。
上記「外周環状部」は、背面電極板の外周縁部に当接し得るように構成されたものであれば、円環状に形成されていることは必ずしも必要ではなく、それ以外の形状(例えば楕円環状や矩形環状等)に形成されていてもよい。
上記各「弾性アーム部」は、外周環状部と中央突起部とを連結するように形成され、かつ弾性変形し得るように構成されたものであれば、その具体的な形状や大きさ、あるいはその配置や本数等は特に限定されるものではない。
上記構成に示すように、本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、その回路基板の表面に形成された導電層と背面電極板とを電気的に接続する導電部材が、背面電極板と回路基板との間において背面電極板を弾性的に押圧するように配置されているが、この導電部材は、背面電極板の略中心位置において先端部が導電層に当接する中央突起部と、この中央突起部の基端部を同心状に囲むように形成され、背面電極板の外周縁部に当接する外周環状部と、この外周環状部と中央突起部とを連結する複数の弾性アーム部とからなっているので、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、この導電部材は、その外周環状部において背面電極板の外周縁部に当接するようになっているので、この導電部材による背面電極板の支持を安定的に行うことができる。
また、この導電部材における外周環状部以外の中央突起部および複数の弾性アーム部は、金属ケースの外周壁から十分離れた位置に配置されることとなるので、この導電部材において金属ケースに近接した位置に配置される部分の割合を最小限に抑えることができる。そしてこれにより、エレクトレットコンデンサマイクロホンを、その導電部材と金属ケースとの間に浮遊容量が発生しにくい構成にして、その感度低下を最小限に抑えることができる。
このように本願発明によれば、導電部材による背面電極板の支持を安定的に行うことができる構成とした上で、浮遊容量の発生に起因するエレクトレットコンデンサマイクロホンの感度低下を最小限に抑えることができる。
しかも、本願発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいては、導電部材の中央突起部の周囲に環状空間を確保することができるので、回路基板に実装されるインピーダンス変換素子やその他の電子部品のレイアウト自由度を高めることができる。
上記構成において、導電部材の各弾性アーム部を、中央突起部を中心にして略渦巻状に延びるように形成すれば、そのバネ定数を小さい値に設定することができるので、背面電極板に対する外周環状部の押圧力を比較的小さい値に抑えることができるとともに、この押圧力を全周にわたって略均一に分布させることができる。そしてこれにより、導電部材による背面電極板の支持を一層安定的に行うことができ、かつ、背面電極板のエレクトレット層が不用意に潰れてしまうのを未然に防止することができる。したがって、エレクトレット層の変形に起因する感度特性の変化が生じてしまうのを未然に防止することができる。
上記構成において、中央突起部の具体的な形状が特に限定されないことは上述したとおりであるが、これをコップ状に形成すれば、その先端部における導電層との当接を比較的広い範囲にわたって行うことができるので、導電部材と導電層との導通を確実に行うことができ、これによりノイズを発生させにくくすることができる。
また、このように中央突起部をコップ状に形成することにより、導電部材を金属板のプレス加工品として一体で形成することも可能となる。そして、このように導電部材を金属板のプレス加工品として一体で形成することにより、導電部材を安価に製造することができる。
上記構成において、導電層を、中央突起部の先端部と対向する位置に形成された環状部を有する構成とすれば、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、導電層の面積を大きくすれば、この導電層と中央突起部の先端部との当接を比較的広い範囲にわたって行うことができる反面、この導電層と回路基板の裏面に外部との導通電極等として形成される導電層との間に浮遊容量が発生してしまうこととなる。そこで、上記導電層として、中央突起部の先端部と対向する位置に形成された環状部を有する構成とすれば、導電層の面積が不必要に大きくならないようにした上で、この導電層と中央突起部の先端部との当接が比較的広い範囲にわたって行われるようにすることができる。そしてこれにより、浮遊容量の発生を効果的に抑制した上で、導電部材と導電層との導通を確実に行うことができる。
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
図1は、本願発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン10を上向きに配置した状態で示す側断面図であり、図2は、図1のII-II 線断面図である。
これらの図に示すように、このエレクトレットコンデンサマイクロホン10は、外径が4mm程度の小型マイクロホンであって、円筒状の金属ケース12内に、振動膜サブアッセンブリ14、スペーサ16、背面電極板18、導電部材20、絶縁ブッシュ22および回路基板24が収容されてなっている。
金属ケース12は、金属板(例えばアルミニウム板)をプレス加工することにより円筒状に形成されている。そして、この金属ケース12は、その上端壁の中央部に音孔12aが形成されており、また、その外周壁の開放下端部12bにおいて回路基板24にカシメ固定されている。
振動膜サブアッセンブリ14は、円形の振動膜26が金属製の支持リング28の下面に張設固定されてなり、その外径は金属ケース12の内径と略同一の値に設定されている。振動膜26は、厚みが1.5μm程度の高分子フィルムの上面に金属蒸着膜が形成されてなっている。
スペーサ16は、金属ケース12の内径と略同じ外径を有する金属製の薄板リングで構成されており、その厚みは25μm程度に設定されている。
背面電極板18は、電極板本体18Aと、この電極板本体18Aの上面に配置されたエレクトレット層18Bとからなり、その中央部に貫通孔18aが形成されている。その際、電極板本体18Aは、板厚が0.15mm程度の金属板からなり、絶縁ブッシュ22の内径と略同じ外径を有している。また、エレクトレット層18Bは、電極板本体18Aの上面に形成された膜厚12.5μm程度の絶縁膜に、所定のチャージ電圧で分極処理を施すことによって生成されており、これにより所定の表面電位が付与されている。
そして、金属ケース12内においては、エレクトレット層18Bと振動膜26とがスペーサ16を介して所定の微小間隔をおいて対向配置されており、これによりコンデンサ構造部Cを構成するようになっている。
絶縁ブッシュ22は、金属ケース12の内径と略同じ外径を有する円筒状の絶縁部材であって、その上端面がスペーサ16に当接するとともに、その下端面が回路基板24に当接している。そして、この絶縁ブッシュ22の内周側に、背面電極板18および導電部材20が配置されるようになっている。その際、背面電極板18は、後述するように導電部材20によりスペーサ16へ向けて弾性的に押圧されるようになっている。
回路基板24は、金属ケース12の内径と略同じ外径を有しており、背面電極板18と平行に配置されている。この回路基板24の上面には、インピーダンス変換素子34と、3つのコンデンサ36、38、40とが実装されている。
図3および4は、回路基板24を示す平面図および底面図である。
これらの図にも示すように、回路基板24は、基板本体42と、この基板本体42の上面に所定のパターンで形成された4つの導電層44A、44B、44C、44Dと、この基板本体42の下面に、外部との導通電極として形成された3つの導電層44E、44F、44Gと、この基板本体42の上面に、各導電層44A、44B、44C、44Dを部分的に露出させた状態で、これらを覆うように形成された絶縁層46とからなっている。
その際、導電層44A、44B、44Cは、スルーホール部44a、44b、44cを介して導電層44E、44F、44Gと各々導通している。また、導電層44Dは、回路基板24の中央部において円環状に形成された環状部44dを有しており、この環状部44dにおいて導電部材20と導通している。
インピーダンス変換素子34は、電源端子34aと出力端子34bとアース端子34cとゲート端子34dとを備えた電界効果トランジスタであって、その各端子34a、34b、34c、34dは各導電層46A、46B、46C、46Dにハンダ付けにより導通固定されている。また、各コンデンサ36、38、40は、いずれも導電層44B、44Cにハンダ付けにより導通固定されている。
図5は、導電部材20を単品で示す斜視図である。
同図にも示すように、この導電部材20は、コップ状に形成された中央突起部20Aと、この中央突起部20Aの基端部(すなわち上端部)を同心状に囲む外周環状部20Bと、この外周環状部20Bと中央突起部20Aとを連結する3本の弾性アーム部20Cとからなっている。その際、外周環状部20Bは、円環状に形成されており、3本の弾性アーム部20Cは、外周環状部20Bよりも一段低い位置において同一平面上に形成されている。
この導電部材20は、バネ性を有する金属板(例えば板厚60〜70μm程度のリン青銅板)のプレス加工品として、その中央突起部20A、外周環状部20Bおよび3本の弾性アーム部20Cが一体で形成されている。この導電部材20の外径は、絶縁ブッシュ22の内径と略同じ値に設定されており、また、この導電部材20の高さは、背面電極板18の下面と回路基板24の上面との間隔よりもやや大きい値に設定されている。
そして、この導電部材20は、背面電極板18と回路基板24との間に配置された状態で、その中央突起部20Aの先端部(すなわち下端部)20aが回路基板24の導電層44Dの環状部44dに当接するとともに、その外周環状部20Bが背面電極板18の電極板本体18Aの外周縁部に当接し、かつ、その3本の弾性アーム部20Cが撓み変形して背面電極板18を弾性的に押圧するようになっている。
その際、中央突起部20の先端部20aは平面状に形成されているので、この先端部20aと導電層44Dの環状部44dとの当接は、該環状部44dに沿った円環状の面接触によって行われるようになっている。
各弾性アーム部20Cは、中央突起部20Aを中心にして略渦巻状に延びるように形成されている。そしてこれにより、各弾性アーム部20Cをできるだけ長尺に形成し、そのバネ定数を十分小さい値に設定するようになっている。これら各弾性アーム部20Cは、周方向に等間隔をおいて同一形状で形成されている。
これら3本の弾性アーム部20Cは、金属板をプレス加工する際、その3箇所に略L字形の長孔20bを打ち抜くことによって形成されるようになっている。これら各長孔20bの幅は、中央突起部20Aの先端部20aの外径よりも小さい値に設定されており、これにより、製造された複数の導電部材20相互間において、導電部材20の中央突起部20Aが他の導電部材20の長孔20bに入り込まないようにしている。
以上詳述したように、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン10は、その回路基板24の上面に形成された導電層44Dと背面電極板18とを電気的に接続する導電部材20が、背面電極板18と回路基板24との間において背面電極板18を弾性的に押圧するように配置されているが、この導電部材20は、背面電極板18の略中心位置において先端部20aが導電層44Dに当接する中央突起部20Aと、この中央突起部20Aの基端部を同心状に囲むように形成され、背面電極板18の外周縁部に当接する外周環状部20Bと、この外周環状部20Bと中央突起部20Aとを連結する3本の弾性アーム部20Cとからなっているので、次のような作用効果を得ることができる。
すなわち、この導電部材20は、その外周環状部20Bにおいて背面電極板18の外周縁部に当接するようになっているので、この導電部材20による背面電極板18の支持を安定的に行うことができる。
また、この導電部材20における外周環状部20B以外の中央突起部20Aおよび3本の弾性アーム部20Cは、金属ケース12の外周壁から十分離れた位置に配置されることとなるので、この導電部材20において金属ケース12に近接した位置に配置される部分の割合を最小限に抑えることができる。そしてこれにより、エレクトレットコンデンサマイクロホン10を、その導電部材20と金属ケース12との間に浮遊容量が発生しにくい構成にして、その感度低下を最小限に抑えることができる。
このように本実施形態によれば、導電部材20による背面電極板18の支持を安定的に行うことができる構成とした上で、浮遊容量の発生に起因するエレクトレットコンデンサマイクロホン10の感度低下を最小限に抑えることができる。
しかも、本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン10においては、導電部材20の中央突起部20Aの周囲に環状空間を確保することができるので、回路基板24に実装されるインピーダンス変換素子34および3つのコンデンサ36、38、40のレイアウト自由度を高めることができる。
特に本実施形態においては、導電部材20の各弾性アーム部20Cが、中央突起部20Aを中心にして略渦巻状に延びるように形成されているので、そのバネ定数を小さい値に設定することができ、これにより背面電極板18に対する外周環状部20Bの押圧力を比較的小さい値に抑えることができるとともに、この押圧力を全周にわたって略均一に分布させることができる。そしてこれにより、導電部材20による背面電極板18の支持を一層安定的に行うことができ、かつ、背面電極板18のエレクトレット層18Bが不用意に潰れてしまうのを未然に防止することができる。したがって、エレクトレット層18Bの変形に起因する感度特性の変化が生じてしまうのを未然に防止することができる。
また本実施形態においては、導電部材20の中央突起部20Aがコップ状に形成されているので、その先端部20aにおける導電層44Dとの当接を比較的広い範囲にわたって行うことができ、これにより導電部材20と導電層44Dとの導通を確実に行うことができる。そしてこれによりノイズを発生させにくくすることができる。
しかも、このように中央突起部20Aがコップ状に形成されていることにより、本実施形態のように導電部材20を金属板のプレス加工品として一体で形成することも可能となる。そして、このように導電部材20を金属板のプレス加工品として一体で形成することにより、導電部材20を安価に製造することができる。
さらに本実施形態においては、導電層44Dが、中央突起部20Aの先端部20aと対向する位置に形成された環状部44dを有しているので、導電層44Dの面積が不必要に大きくならないようにした上で、この導電層44Dと中央突起部20Aの先端部20aとの当接が比較的広い範囲にわたって行われるようにすることができる。そしてこれにより、浮遊容量の発生を効果的に抑制した上で、導電部材20と導電層44Dとの導通を確実に行うことができる。
本実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン10においては、その導電部材20に突起片や切欠き部が全く存在しないので、その製造工程において複数の導電部材20が相互に絡まってしまうのを未然に防止することができる。なお、この導電部材20には中央突起部20Aおよび3つの長孔20bが存在するが、これら各長孔20bの幅は中央突起部20Aの先端部20aの外径よりも小さい値に設定されているので、導電部材20の中央突起部20Aが他の導電部材20の長孔20bに入り込んでしまうのを未然に防止することができる。
上記実施形態においては、導電部材20が3本の弾性アーム部20Cを備えているものとして説明したが、弾性アーム部20Cを2本あるいは4本以上備えた構成とすることももちろん可能である。
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
図6は、本変形例に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン110を示す側断面図である。
同図に示すように、このエレクトレットコンデンサマイクロホン110も、その基本的な構成は上記実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホン10と同様であるが、その導電部材120の構成が上記実施形態の場合と異なっている。
すなわち、上記実施形態の導電部材20が金属板のプレス加工品として一体で形成されているのに対して、本変形例の導電部材120は、その一部が別部材で構成されている。
具体的には、この導電部材120は、その外周環状部120Bおよび3本の弾性アーム部120Cが金属板のプレス加工品として構成されているが、その中央突起部120Aは金属柱として別部材で構成されている。そして、この導電部材120においては、その3本の弾性アーム部120Cの中心部に形成された貫通孔120bに、その中央突起部120Aの上端部120cが挿入された状態で、該中心部にカシメ固定されている。
中央突起部120Aは円柱状に形成されており、その先端部120aは円形平面として構成されている。そして、この中央突起部120Aの先端部20aと導電層44Dの環状部44dとの当接は、該環状部44dに沿った円環状の面接触によって行われるようになっている。
本変形例の構成を採用した場合においても、上記実施形態の場合と同様、導電部材120による背面電極板18の支持を安定的に行うことができる構成とした上で、浮遊容量の発生に起因するエレクトレットコンデンサマイクロホン110の感度低下を最小限に抑えることができる。
また、本変形例の導電部材120は、その中央突起部120Aとその外周環状部120Bおよび3本の弾性アーム部120Cとが別部材で構成されているので、上記実施形態の導電部材20のように中央突起部20Aを深絞り加工によってカップ状に形成する必要をなくすことができ、これにより導電部材120の製造を容易に行うことができる。
なお、本変形例においては、中央突起部120Aの上端部120cが貫通孔120bに挿入された状態で3本の弾性アーム部120Cの中心部にカシメ固定されているものとして説明したが、これ以外の固定構造を採用することも可能である。例えば、中央突起部120Aを3本の弾性アーム部120Cの中心部に溶接やろう付け等により接合して導電部材120を構成するようにしてもよいし、あるいは、中央突起部120Aをネジ部材により構成し、これを貫通孔120bにねじ込むことにより導電部材120を構成するようにしてもよい。
本願発明の一実施形態に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンを上向きに配置した状態で示す側断面図 図1のII-II 線断面図 上記エレクトレットコンデンサマイクロホンの回路基板を示す平面図 上記回路基板を示す底面図 上記エレクトレットコンデンサマイクロホンの導電部材を単品で示す斜視図 上記実施形態の変形例を示す、図1と同様の図
符号の説明
10、110 エレクトレットコンデンサマイクロホン
12 金属ケース
12a 音孔
12b 開放下端部
14 振動膜サブアッセンブリ
16 スペーサ
18 背面電極板
18A 電極板本体
18B エレクトレット層
18a 貫通孔
20、120 導電部材
20A、120A 中央突起部
20B、120B 外周環状部
20C、120C 弾性アーム部
20a、120a 先端部
20b 長孔
22 絶縁ブッシュ
24 回路基板
26 振動膜
28 支持リング
34 インピーダンス変換素子
34a 電源端子
34b 出力端子
34c アース端子
34d ゲート端子
36、38、40 コンデンサ
42 基板本体
44A、44B、44C、44D、44E、44F、44G 導電層
44a、44b、44c スルーホール部
44d 環状部
46 絶縁層
120b 貫通孔
120c 上端部
C コンデンサ構造部

Claims (5)

  1. 振動膜と背面電極板とが対向配置されてなるコンデンサ構造部と、このコンデンサ構造部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子と、このインピーダンス変換素子を実装する回路基板と、この回路基板の表面に形成された導電層と上記背面電極板とを電気的に接続する導電部材と、これらコンデンサ構造部、回路基板および導電部材を収容する筒状の金属ケースと、を備えてなるエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、
    上記背面電極板と上記回路基板とが略平行に対向配置されており、
    上記導電部材が、これら背面電極板と回路基板との間において上記背面電極板を弾性的に押圧するように配置されており、
    この導電部材が、上記背面電極板の略中心位置において上記導電層に先端部が当接する中央突起部と、この中央突起部の基端部を同心状に囲むように形成され、上記背面電極板の外周縁部に当接する外周環状部と、この外周環状部と上記中央突起部とを連結する複数の弾性アーム部とからなる、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。
  2. 上記各弾性アーム部が、上記中央突起部を中心にして略渦巻状に延びるように形成されている、ことを特徴とする請求項1記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
  3. 上記中央突起部が、コップ状に形成されている、ことを特徴とする請求項1または2記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
  4. 上記導電部材が、金属板のプレス加工品として一体で形成されている、ことを特徴とする請求項3記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
  5. 上記導電層が、上記中央突起部の先端部と対向する位置に形成された環状部を有している、ことを特徴とする請求項1〜4いずれか記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
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