JP2006203749A - Electrostatic type electroacoustic transducer, condenser microphone using the same, and manufacturing method of electrostatic type electroacoustic transducer - Google Patents
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本発明は、製作工程の合理化を図るとともに、部材の変形や位置ずれを低減することができる静電型電気音響変換器、これを用いたコンデンサーマイクロホンおよび静電型電気音響変換器の製造方法に関するもので、特に、静電型電気音響変換器の固定極に特徴を有するものである。 The present invention relates to an electrostatic electroacoustic transducer capable of rationalizing a manufacturing process and reducing deformation and displacement of a member, a condenser microphone using the same, and a method of manufacturing an electrostatic electroacoustic transducer. In particular, it is characterized by the fixed pole of the electrostatic electroacoustic transducer.
静電型電気音響変換器を用いた装置、器具ないしは道具としてコンデンサーマイクロホンがある。上記静電型電気音響変換器は、固定極板と固定リングが一体化された固定極と、この固定極に間隙を置いて対向させて配置された振動板を有し、音波に応じて振動板が振動したときの上記間隙の変化を電気信号に変換するものである。コンデンサーマイクロホンユニットは上記静電型電気音響変換器の振動板あるいは固定極のいずれかに成極電圧を加え、振動板と固定極との間隙が変化することによって発生する静電容量の変化を電圧の変化として出力する。この出力電圧は上記振動板に当たる音波に対応しており、これによって電気音響変換されることになる。コンデンサーマイクロホンでは、上記静電型電気音響変換器がコンデンサーマイクロホンユニットを構成している。このコンデンサーマイクロホンユニットは振動板が受けた音波を静電容量の変化として電気信号に変換し出力するため、電気的にはインピーダンスが高い。そこで、コンデンサーマイクロホンユニットの出力側に、FET(電界効果トランジスタ)などの能動素子を有してなるインピーダンス変換器が接続される。 There is a condenser microphone as a device, instrument or tool using an electrostatic electroacoustic transducer. The electrostatic electroacoustic transducer has a fixed pole in which a fixed pole plate and a fixed ring are integrated, and a diaphragm arranged to face the fixed pole with a gap, and vibrates according to sound waves. The change in the gap when the plate vibrates is converted into an electrical signal. The condenser microphone unit applies a polarization voltage to either the diaphragm or the fixed pole of the electrostatic electroacoustic transducer, and changes the capacitance generated by the change in the gap between the diaphragm and the fixed pole. Output as a change in. This output voltage corresponds to the sound wave that strikes the diaphragm, and is thus subjected to electroacoustic conversion. In the condenser microphone, the electrostatic electroacoustic transducer constitutes a condenser microphone unit. Since this condenser microphone unit converts the sound wave received by the diaphragm into an electric signal as a change in capacitance and outputs it, it has a high impedance. Therefore, an impedance converter having an active element such as an FET (field effect transistor) is connected to the output side of the condenser microphone unit.
上記静電型電気音響変換器の固定極と振動板の間には静電容量が生じているが、この静電容量には、振動板の変位によって変化する有効静電容量と、振動板が変位しても変化しない無効静電容量がある。無効静電容量にはまた、電気音響変換に寄与しない浮遊容量も含まれる。図4はこれらの静電容量の等価回路で、固定極と振動板からなる静電型電気音響変換部1の出力に対し直列に有効静電容量が接続され、この直列接続に対し並列に無効静電容量が接続された形になる。したがって、有効静電容量と無効静電容量の値が同じであれば、電気音響変換部1で変換された出力は半分に低下する。すなわち、感度が半分になることになるから、無効静電容量を極力小さくすることが好ましい。 Capacitance is generated between the fixed electrode and the diaphragm of the electrostatic electroacoustic transducer. The electrostatic capacity is changed by the displacement of the diaphragm and the diaphragm is displaced. There is an invalid capacitance that does not change. The reactive capacitance also includes stray capacitance that does not contribute to electroacoustic conversion. FIG. 4 is an equivalent circuit of these capacitances, in which an effective capacitance is connected in series to the output of the electrostatic electroacoustic transducer 1 composed of a fixed pole and a diaphragm, and ineffective in parallel to this series connection. Capacitance is connected. Therefore, if the values of the effective capacitance and the invalid capacitance are the same, the output converted by the electroacoustic conversion unit 1 is reduced to half. That is, since the sensitivity is halved, it is preferable to make the invalid capacitance as small as possible.
無効静電容量を小さくするための先行技術として、複数の独立気泡を有する合成樹脂材料すなわち比誘電率が低い材料でスペーサを構成することにより浮遊容量を小さくしたことを特徴とするコンデンサーマイクロホンが知られている(例えば、特許文献1参照)。また、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なるエレクトレットコンデンサーマイクロホンにおいて、上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、かつ上記音響孔の少なくとも一部を上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するコンデンサーマイクロホンが知られている(例えば、特許文献2参照)。 As a prior art for reducing the reactive capacitance, a condenser microphone is known which has a stray capacitance reduced by forming a spacer with a synthetic resin material having a plurality of closed cells, that is, a material having a low relative dielectric constant. (For example, refer to Patent Document 1). Further, in the electret condenser microphone in which a back electrode substrate having an electret layer formed on a back electrode and a vibration film unit having a vibration film fixed to a support frame are laminated via a spacer, the back electrode substrate is an insulating substrate. A back electrode, an electret layer, and an acoustic hole are formed on the top, and at least a part of the acoustic hole is provided outside the formation region of the back electrode, thereby generating stray capacitance and loss capacity. A condenser microphone for preventing this is known (see, for example, Patent Document 2).
上記有効静電容量と無効静電容量について、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。図5において、符号2は静電型電気音響変換器の一部を構成する円板状の固定極を、符号3は静電型電気音響変換器の一部を構成する振動板を示す。振動板3は固定極2の片面側に対向させて配置されるが、振動板3と固定極2との間に所定幅の間隙6を保つために、振動板3と固定極2との間にスペーサ4が介在している。換言すれば、スペーサ4の厚さ寸法と同じ幅の上記間隙6が形成されている。スペーサ4は、外径が固定極2の外径と同じリング状の部材である。振動板3は、スペーサ4との対向面とは反対側の面の外周縁部が振動板リング5に適宜の張力を与えられて貼り付けられ、平坦面をなしている。振動板リング5の半径方向の幅はスペーサ4の半径方向の幅と同じで、振動板3が間に介在した状態でスペーサ4に振動板リング5が重ねられて固着されている。したがって、固定極2、スペーサ4、振動板3、振動板リング5がこの順に重ねられてこれらが一体に固着されている。固定極2には、音波を受けた振動板3が音波に忠実に振動することができるように、振動板3が振動したとき生じる空気の流れを円滑に行わせるための貫通孔が適宜数形成されている。
The effective capacitance and the invalid capacitance will be described more specifically with reference to the drawings. In FIG. 5,
振動板3の材質としては、例えば、金属箔が用いられ、あるいは金属を真空蒸着法などによって蒸着したプラスチックフィルムが用いられる。上記金属箔としては、チタン、ニッケル、ニッケル合金などの材質が用いられる。上記蒸着によって形成される金属としては、金、ニッケル、ニッケル合金などの材質が用いられ、プラスチックフィルムとしては、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PPS(ポリフェニレンサルファイト)、PEN(ポリエチレンナフタレート)などの材質が用いられる。
As a material of the
振動板3と固定極2相互間には、上記金属箔あるいはプラスチックフィルムに形成された金属膜を挟み込んで適切な間隔が保たれて機械的に固定されている。前記有効静電容量は、図5(b)に示すように、振動板3が振動することができる直径bの範囲が固定極2と対向することによって生じる静電容量である。スペーサ4と振動板リング5で抑えられる振動板3の幅bで示す外周縁部は音波を受けても振動することができないので、固定極2と対向することによって生じる静電容量は無効静電容量である。前述のように、マイクロホンの感度を向上させるには、有効静電容量を大きくすることが必要であり、そのためには振動板3と固定極2との間隔を狭めて間隙6を小さくすることが必要である。また、振動板3が音波を受けて振動するとき、振動板3が固定極2に接触すると、マイクロホンとしての性能の劣化、放電による雑音の発生などの不具合を生じるので、振動板3と固定極2が対向する面が接触しないように、両者の対向面は平坦である必要がある。振動板3は、前述のように適切な張力を持たせて振動板リング5に貼り付けることによって平坦面を保っている。固定極2の振動板3との対向面を平坦面にするには、平面研磨する必要がある。
A metal film formed on the metal foil or the plastic film is sandwiched between the
上記のように、固定極2は有効静電容量として寄与する部分と、無効静電容量となる部分がある。そのため、固定極2は電気的に二つの部分に、すなわち有効静電容量として寄与する部分と無効静電容量となる部分に分ける必要がある。図6に示す例がそれで、固定極2は、固定極板21と、固定極板21の外周に位置する固定リング22と、固定極板21と固定リング22との間に介在してこれらを電気的に絶縁して結合する絶縁部23を有してなる。固定極板21と固定リング22は機械的に強固に結合される必要があるため、固定極板21の外周面と固定リング22の内周面に断面V字状の周溝を形成し、これら内外の周溝が対向して形成されるリング状の隙間に熱可塑性のプラスチック、例えば、ポリカーボネイト(PC)が注入されて固化され、この熱可塑性プラスチックが絶縁部23を構成している。こうして作製された固定極2は平面研磨工程に付され、少なくとも振動板3との対向面側の平面度が高められ、そのあと、前述のようにスペーサ4の介在のもとに振動板3が適切な間隔をおいて固着される。
As described above, the fixed
上記固定極板21と固定リング22を絶縁して結合するための加工工程は次のとおりである。固定極板21と固定リング22を切削加工あるいはプレス加工など適宜の加工法で作製し、次に冶具などを用いて固定極板21と固定リング22を適切な位置に仮固定し、固定極板21と固定リング22の間に生じているリング状の隙間に溶融した上記プラスチック材料を注入し、冷却させて固化させる。固定極板21と固定リング22を結合したあとの両者の密着性を良好に保つために、固定極板21と固定リング22およびこれらを仮固定するための冶具も、プラスチック材料の温度に合わせて加熱し冷却する。
The processing steps for insulating and coupling the
ところが、上記のように固定極板21と固定リング22を絶縁して結合する工程において、固定極板21と固定リング22および冶具を加熱し冷却することにより、固定極板21、固定リング22、絶縁部23および冶具がそれぞれの潜膨張係数に応じて膨張収縮する。このことによって、固定極板21と固定リング22の変形や位置ずれを生じやすい、という問題がある。また、加熱、冷却に時間を要するため、加工効率が悪い、という問題もある。
However, in the step of insulating and coupling the fixed
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、固定極板と固定リングを、絶縁部を介して一体化することによって作製される固定極の構成および製造工程を工夫することにより、加工工程での加熱、冷却を不要にし、もって、固定極を構成する固定極板と固定リングの変形、位置ずれをなくすことができるとともに、加工効率を高めることができ、加えて、無効静電容量を小さくして感度を高めることができる静電型電気音響変換器、これを用いたコンデンサーマイクロホンおよび静電型電気音響変換器の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a conventional problem, and has a structure and a manufacturing process of a fixed pole manufactured by integrating a fixed pole plate and a fixed ring through an insulating portion. By devising it, heating and cooling in the machining process are not required, so that deformation and misalignment of the fixed pole plate and fixing ring constituting the fixed pole can be eliminated, and processing efficiency can be increased. Thus, it is an object of the present invention to provide an electrostatic electroacoustic transducer capable of increasing the sensitivity by reducing the ineffective capacitance, a condenser microphone using the same, and a method for manufacturing the electrostatic electroacoustic transducer.
本発明は、固定極と、この固定極に間隙をおいて対向配置された振動板とを有し、振動板あるいは固定極のいずれかに成極電圧を加えてなる静電型電気音響変換器であって、上記固定極は、固定極板と、この固定極板の外周側に位置する固定リングと、これら固定極板と固定リングの間に介在してこれらを一体に結合する絶縁部とを有してなり、上記絶縁部は紫外線硬化樹脂であることを最も主要な特徴とする。 The present invention relates to an electrostatic electroacoustic transducer having a fixed pole and a diaphragm disposed opposite to the fixed pole with a gap, and applying a polarization voltage to either the diaphragm or the fixed pole. The fixed pole includes a fixed pole plate, a fixed ring located on the outer peripheral side of the fixed pole plate, and an insulating portion that is interposed between the fixed pole plate and the fixed ring and integrally couples them. The insulating part is characterized by being an ultraviolet curable resin.
固定極は、固定極板と、この固定極板の外周側に位置する固定リングと、これら固定極板と固定リングの間に介在してこれらを一体に結合する絶縁部とを有してなり、絶縁部は紫外線硬化樹脂からなるため、固定極の作製工程では、紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して樹脂を固化させればよく、加熱、冷却工程は不要である。よって、加熱、冷却による固定極板と固定リングの変形、位置ずれがなく、定極板と固定リングの密着性も良好である。加熱、冷却に要する時間も不要で、固定極作製工程の時間的な短縮化を図ることができる。 The fixed pole includes a fixed pole plate, a fixed ring located on the outer peripheral side of the fixed pole plate, and an insulating portion that is interposed between the fixed pole plate and the fixed ring and integrally couples them. Since the insulating portion is made of an ultraviolet curable resin, in the process of manufacturing the fixed electrode, the ultraviolet curable resin may be irradiated with ultraviolet rays to solidify the resin, and heating and cooling steps are unnecessary. Therefore, the fixed electrode plate and the fixing ring are not deformed or displaced by heating and cooling, and the adhesion between the constant electrode plate and the fixing ring is good. The time required for heating and cooling is also unnecessary, and the time required for producing the fixed electrode can be shortened.
以下、本発明にかかる静電型電気音響変換器、これを用いたコンデンサーマイクロホンおよび静電型電気音響変換器の製造方法の実施例を、図面を参照しながら説明する。
図1、図2において、符号30は静電型電気音響変換器の一部を構成する円板状の固定極を示す。この固定極30には、振動板が適切な間隙をおいて対向配置されるが、振動板の構成は図6について説明した静電型電気音響変換器の例と同様であるから、図1、図2には振動板の描写は省略されている。振動板は固定極30の片面側に対向させて配置される。振動板と固定極30との間に所定幅の間隙を保つために、振動板と固定極30との間にスペーサが介在している。換言すれば、スペーサの厚さ寸法と同じ幅の間隙が振動板と固定極30との間に形成されている。
Embodiments of an electrostatic electroacoustic transducer according to the present invention, a condenser microphone using the same, and a method for manufacturing the electrostatic electroacoustic transducer will be described below with reference to the drawings.
1 and 2, reference numeral 30 denotes a disk-shaped fixed pole that constitutes a part of the electrostatic electroacoustic transducer. A diaphragm is disposed opposite to the fixed pole 30 with an appropriate gap. Since the structure of the diaphragm is the same as the example of the electrostatic electroacoustic transducer described with reference to FIG. The depiction of the diaphragm is omitted in FIG. The diaphragm is arranged to face one side of the fixed pole 30. In order to maintain a gap having a predetermined width between the diaphragm and the fixed pole 30, a spacer is interposed between the diaphragm and the fixed pole 30. In other words, a gap having the same width as the thickness dimension of the spacer is formed between the diaphragm and the fixed pole 30.
固定極30は、固定極板31と、固定極板31の外周に位置する固定リング32と、固定極板31と固定リング32との間に介在してこれらを電気的に絶縁して結合する絶縁部33を有してなる。固定極板31と固定リング32は機械的に強固に結合される必要があるため、固定極板31の外周面と固定リング32の内周面に断面V字状の周溝を形成し、これら内外の周溝が対向して形成されるリング状の隙間に樹脂が塗布されて固化され、この樹脂が絶縁部33を構成している。こうして作製された固定極30は平面研磨工程に付され、少なくとも前記振動板との対向面側の平面度が高められ、そのあと、前述のようにスペーサの介在のもとに振動板が適切な間隔をおいて固着される。上記絶縁部33を構成する樹脂として、紫外線硬化樹脂を用いる。
The fixed electrode 30 is interposed between the fixed
固定極30の製造工程の例を図3に示す。以下、図1ないし図3を参照しながら、固定極30の製造工程の例を説明する。固定極板31と固定リング32を冶具40に位置決めしてセットし仮固定する。冶具40は、固定極板31を位置決めするためのピン42を有している。固定極板31は、これに対向する振動板が音波を受けて振動するとき、固定極板31と振動板との間の空間に空気が円滑に出入りして振動板の振動が円滑に行われるように、複数の貫通孔が形成されている。これらの貫通孔のうち固定極板31の中心に形成された貫通孔34に上記ピン42が嵌ることによって固定極板31が位置決めされるようになっている。冶具40はまた上面が陥没していて、この陥没した部分に固定極板31と固定リング32が落ち込むようになっている。そして、上記陥没部分の周壁41は固定リング32の外周面と同一径になっていて、この周壁41の面に沿って固定リング32を落とし込むことによって固定リング32が位置決めされるようになっている。このようにして、固定リング32が位置決めされ、上記ピン42によって固定極板31が位置決めされることにより、固定極板31と固定リング32の相対位置も自動的に決定されることになる。このようにして固定極板31と固定リング32が冶具40に仮固定される。なお、固定極板31と固定リング32が動かないように、必要に応じて押さえ手段などを付加してもよい。
An example of the manufacturing process of the fixed electrode 30 is shown in FIG. Hereinafter, an example of a manufacturing process of the fixed electrode 30 will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The fixed
上記仮固定した状態で、固定極板31の外周面と固定リング32の内周面との間に生じているリング状の隙間に紫外線硬化樹脂を塗布する。本実施例では、紫外線硬化樹脂の例として、株式会社スリーボンド製の「3041N」を用いた。固定極板31と固定リング32は機械的に強固に結合される必要があるため、固定極板31の外周面と固定リング32の内周面に断面V字状の周溝を形成し、これら内外の周溝が対向して形成されるリング状の隙間に紫外線硬化樹脂を塗布して、上記周溝を含めて隙間全体を紫外線硬化樹脂で埋める。次に、紫外線硬化樹脂に紫外線(UV)を照射し、紫外線硬化樹脂を硬化させて絶縁部33を形成する。絶縁部33は、固定極板31と固定リング32を電気的に絶縁するとともに、固定極板31と固定リング32を機械的に強固に結合している。このようにして固定極組立体が作製されるので、これを冶具40から取り外し、固定極組立体の平面研磨工程に付する。平面研磨工程では、少なくとも前記振動板との対向面を、凹凸がないように精度よく平滑になるように研磨する。こうして固定極30の製造工程が完了する。
In the temporarily fixed state, an ultraviolet curable resin is applied to the ring-shaped gap generated between the outer peripheral surface of the fixed
完成した固定極30には、固定リング32の一面側にスペーサを介して振動板を固着する。上記スペーサ、振動板の構成は、図5、図6によって説明した従来例の構成と同じでよく、振動板と固定極30の固定極板31との間には、上記スペーサの厚さに対応した所定の間隙が形成される。上記振動板と固定極30の一方に成極電圧が印加され、振動板が音波を受けて振動することによって振動板と固定極30の固定極板31との間隔が変化して静電容量が変化し、音波に対応した電気信号に変換される。したがって、固定極30と振動板などを含む構成部分は、静電型電気音響変換器を構成している。
A diaphragm is fixed to the completed fixed pole 30 via a spacer on one surface side of the fixed
上記静電型電気音響変換器によれば、固定極30は、固定極板31と、この固定極板31の外周側に位置する固定リング32と、これら固定極板31と固定リング32の間に介在してこれらを一体に結合する絶縁部33とを有してなり、絶縁部33は紫外線硬化樹脂であることから、固定極30の製造工程においては上記紫外線硬化樹脂に紫外線を照射して硬化させればよく、加熱する必要はない。したがって、冷却する必要もない。よって、加熱、冷却による温度変動もなく、温度変動による固定極板31と固定リング32の変形、位置ずれもなく、精度の高い固定極30を得ることができる。固定極30の精度を高くすることができれば、固定極30と振動板との間隔を狭くしても両者が接触することもなく、感度を高めることができる。また、固定極30は固定極板31と固定リング32を有し、固定極板31と固定リング32が絶縁部33によって電気的に分離されているため、固定極板31の部分のみを振動板との関係で静電容量を生じる部分とすることができ、無効静電容量を大幅に低減することができ、この点からも感度を高めることができる。
According to the electrostatic electroacoustic transducer, the fixed electrode 30 includes the fixed
以上のように構成された静電型電気音響変換器は、コンデンサーマイクロホンのマイクロホンユニットとして使用することができる。マイクロホンケース内に上記静電型電気音響変換器をコンデンサーマイクロホンユニットとして組み込み、また、インピーダンス変換器、コネクタなどを組み込むことによって、コンデンサーマイクロホンを構成することができる。上記実施例にかかる静電型電気音響変換器は上記のように感度を高めることができるため、これをマイクロホンユニットとして使用したコンデンサーマイクロホンも、感度を高めることができる。 The electrostatic electroacoustic transducer configured as described above can be used as a microphone unit of a condenser microphone. A condenser microphone can be configured by incorporating the electrostatic electroacoustic transducer in the microphone case as a condenser microphone unit and incorporating an impedance converter, a connector, and the like. Since the electrostatic electroacoustic transducer according to the above embodiment can increase the sensitivity as described above, the condenser microphone using this as a microphone unit can also increase the sensitivity.
30 固定極
31 固定極板
32 固定リング
33 絶縁部
40 冶具
30
Claims (5)
上記固定極は、固定極板と、この固定極板の外周側に位置する固定リングと、これら固定極板と固定リングの間に介在してこれらを一体に結合する絶縁部とを有してなり、
上記絶縁部は紫外線硬化樹脂であることを特徴とする静電型電気音響変換器。 An electrostatic electroacoustic transducer having a fixed pole and a diaphragm disposed opposite to the fixed pole with a gap, and applying a polarization voltage to either the diaphragm or the fixed pole,
The fixed pole includes a fixed pole plate, a fixed ring located on the outer peripheral side of the fixed pole plate, and an insulating portion that is interposed between the fixed pole plate and the fixed ring and integrally couples them. Become
The electrostatic electroacoustic transducer according to claim 1, wherein the insulating part is an ultraviolet curable resin.
上記固定極板と固定リングを位置決めして仮固定し、
固定極板と固定リングの間に紫外線硬化樹脂を塗布し、
この紫外線硬化樹脂に紫外線を照射し硬化させて絶縁部を形成するとともに固定極板と固定リングを一体に結合させて固定極を作製し、
上記固定極に振動板を対向配置することを特徴とする静電型電気音響変換器の製造方法。 A fixed pole having a fixed pole plate, a fixed ring positioned on the outer peripheral side of the fixed pole plate, and an insulating portion that is interposed between the fixed pole plate and the fixed ring and integrally couples them; A method of manufacturing an electrostatic electroacoustic transducer having a diaphragm disposed opposite to each other with a gap between the electrodes, and applying a polarization voltage to either the diaphragm or the fixed pole,
Position and temporarily fix the fixed electrode plate and fixing ring,
Apply UV curable resin between the fixed plate and the fixed ring,
This ultraviolet curable resin is irradiated with ultraviolet rays and cured to form an insulating portion, and a fixed electrode plate and a fixed ring are integrally bonded to produce a fixed electrode,
A method of manufacturing an electrostatic electroacoustic transducer, wherein a diaphragm is disposed opposite to the fixed pole.
A condenser microphone in which the electrostatic electroacoustic transducer according to claim 1 is incorporated as a condenser microphone unit.
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