JP2007037069A - 耐湿型エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 水分、水蒸気等の環境下で機能、性能の劣化しないエレクトレットコンデンサマイクロホンの実現
【解決手段】 マイクロホンの前面保護面布にＰＴＦＥを主成分とする撥水コーティングを施し、かつ筺体の一部を、水素イオン導電性の固体電解質膜とし、その両側に多孔性電極を設け、エレクトレットマイクロホン用前置増幅器の電源側から抵抗器とコンデンサからなる低域濾波器を経由して得る電圧をこの多孔性電極に接続する
【選択図】 図２

Description

本発明は、水滴を含む湿気に強いエレクトレット型コンデンサマイクロホンの構造にかかわるものである

公開特許公報２００２−３３２４１ 公開特許公報２００１−１４８８９７ 日本音響学会誌 Ｖｏｌ．２８，ｐｐ４６０ １９７２

到来音の圧力波によって振動する導電性振動膜とこれに平行して設置された固定電極の間の静電容量の変化を電気信号として取り出すコンデンサマイクロホンは、例えば非特許文献１等で明らかなごとく、電極と前置増幅器の間の電気的インピーダンスは、低いものでも数メグオーム、高いものでは数十ギガオームと、一般の電子回路に比してもきわめて高いものである（非特許文献１） したがってこの部分が静圧平衡用のキャピラリースリット等を経由して浸入する水分、湿気等の影響を受けると、特性の劣化、雑音の増加等使用上の不便をこうむることが多かった
とりわけ近年多用されているエレクトレット型の場合は、エレクトレット層に着電されて成極電圧を構成している電荷が、水分によって放電消滅し、マイクロホンの機能が大幅に損なわれると言う問題があり、これを解決することが永年の課題であった
そのため、特許文献１、２等のような対策が考案されてきたが、これらは水滴には効果があるが、気体として浸入し、内部で結露する水蒸気には無力であり、気体たる湿気の浸入を阻止する方策が要望されていた
なお、一般のコンデンサマイクロホンではこれらの問題は乾燥作業によって回復可能であるが、エレクトレットの電荷消滅は回復不可能であり、特に深刻であるため、本願ではエレクトレット型に絞って記述してあるが、一般のコンデンサマイクロホンにおいても、前述のとおり水分は大敵であるため、同様に効果をもたらすものである

本発明はこのようなエレクトレットコンデンサマイクロホンの弱点を補強するために、マイクロホン前面に防水風防を装着すると共に、マイクロホン筺体の内部の水蒸気成分を常に筺体外に排出する機能を付与することによって解決せんとするものである
以下にその内容を記述する

図１はエレクトレットコンデンサマイクロホンの代表的構造を断面図として示したものである 図１において１０は風、塵埃等の侵入を防ぐための保護面布、１１は振動膜で少なくとも１面は導電性である １２は固定電極であって、振動膜との間に存在する空気層による振動膜に対する制動作用を適正値に調整するための制動調整孔１７を有している またその振動膜との対向面には、フロロエチレンプロピレンフィルム等に電着されたエレクトレット層２４が設置されている １３は絶縁体であって、振動膜と固定電極を電気的に絶縁しつつ相互の位置関係を適正に保持する機能を併せ持っている １４は前置増幅器であって、振動膜と固定電極によって形成されている静電容量が振動膜の振動によって変化し、これがエレクトレットの電荷による表面電位の変化となって生ずる信号を増幅し、インピーダンスを変換して外部と接続する機能を有する １５は筺体であって、全体を機構的に収容保持すると共に、電気的にシールドするもので、１６なる音孔を有する この際、外部に気圧変動を内部と平行せしめるための静圧平衡溝１８が設けられている １９は出力兼電源端子、２０は筺体底板で該端子、前置増幅器等が固着されている
このようにコンデンサマイクロホンは、保管あるいは使用時の、気圧の変動による性能劣化を防ぐ目的で静圧調整用の細隙が設けられていて、これを経由して、水分あるいは水蒸気が内部に浸入するのである

本発明の実施例を図２に示す 図２において１０−２０および２４は図１と同様である
ここに新たに保護面布１０の上に、ＰＴＦＥ を主成分とする撥水材９をコーティングし、水滴の浸入を防ぐと共に、別に２１なる除湿素子、すなわち水素イオン導電性を有する固体電解質膜、例えばデュポン社製の商品名ナフィオン等を設置し、その両面には多孔性の電極２３を装着し、その電極の一方は接地し他方は前置増幅器の電源から、抵抗器ならびにコンデンサよりなる低域濾波器２２を経由して接続して得る直流電圧によって
Ｈ_２Ｏ → ２Ｈ^＋＋（１／２）Ｏ_２＋２ｅ⁻
なる反応を生成せしめ、筺体内部の水分を排出するのである
低域濾波器は、例えば図４に示すような簡単な回路で十分である ここに３１は前置増幅器の電源部分、例えば電界効果トランジスタのドレーンに接続され、３２は除湿素子に接続される ３３は接地線であり、３４は抵抗器例えば１ＭΩ、３５はコンデンサ例えば１μＦであれば約０．１５Ｈｚ以上の信号は遮断され、音響信号にはなんら影響を与えることなく除湿機能を持たしめることが出来る
この際、筺体内部の容積は多くても０．３立方センチメートル程度であり、これに対応する電力は微少であるため、電源として特別に準備する必要がないのが特徴である これら２つの手段を併用することにより、水滴はもとより、気化された水蒸気にも対処できる

本発明を実施することにより、従来湿度に弱いとされてきたエレクトレットコンデンサマイクロホンが、例えば雨中などの過酷な使用条件下で安全に使用できるようになり、用途の拡大、使用の利便性の増加等、計り知れない効果がもたらされる
なお、エレクトレットコンデンサマイクロホンの静圧平衡機能は、マイクロホンとしての周波数特性を低音域まで確保する必要上、きわめて細い通気路すなわち、流入抵抗と内部容積で決まる時定数は１秒程度以上であり、水分そのものが流入してもその流入速度はおそく、本発明になる方法によって十分対処できる

すでに図２において実施例を示したが、図３に他の実施例を示す
図３における符号はすべて図２と同様である この実施例では、図２における固定電極１２がとり除かれ、したがって制動調整孔１７も存在しない またエレクトレット層は、筺体前面の内側に設置されており、代わって振動膜が筺体から電気的に絶縁されている また音孔１６は制動調整孔を兼ねている
作用効果は前述の実施例と同一である

本発明は、主として携帯電話等、音声通信用のマイクロホンでの利用を意図したものであるが、計測、制御用たとえば屋外ロボット等にも適用できることは勿論である

図１は本発明を適用しようとするコンデンサマイクロホンの従来の構造の代表例を断面図にて示したものである

図２は図１の従来例に本発明を実施したもので、符号１１乃至２０は、図１と共通である

図３は他の実施例であって、筺体の一部を固定電極と兼用して設置側とし、振動膜を絶縁して信号側とした場合の実施例である

図４は本発明に用いる低域濾波器の構成例である

符号の説明

９：ＰＴＦＥを主成分とする撥水材コーティング
１０：マイクロホン保護面布
１１：振動膜
１２：固定電極
１３：絶縁体
１４：前置増幅器
１５：筺体
１６：音孔
１７：制動調整孔
１８：静圧平衡溝
１９：出力兼電源端子
２０：筺体底板
２１：除湿素子
２２：電源分離回路
２３：多孔性電極
２４：エレクトレット層

Claims (1)

1. 筺体前面の音響波導入のための音孔の外側に、ＰＴＦＥを主成分とする撥水材をコーティングした不織布等のダストカバーを装着するか、または筺体前面の音響波導入孔に直接コーティングするなどの水滴進入防止機能を備え、かつ筺体の一部を、水素イオン導電性の固体電解質膜の各面にそれぞれ多孔性電極を有する除湿素子によって形成し、この除湿素子に、外部から前置増幅器に供給される電源から抵抗器およびコンデンサによって構成される低域濾波器によって抽出される直流電圧を加える構造を有することを特徴とする防水耐湿型エレクトレットコンデンサマイクロホン

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