JP2007194795A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】金属製の振動板を採用しても製造効率を低下させず且つコストアップも緩和できるコンデンサマイクロホンを提供する。
【解決手段】エレクトレットコンデンサを構成するための振動板は、１次電着層による振動膜（１１）と、前記振動膜上の周縁に形成された２次電着層による振動板枠（１２）及び補強枠（１３）とを有し、振動膜と前記振動板枠及び補強枠とは、組成の異なる金属から成り、一体的に電鋳形成され、前記振動板枠は前記振動膜をその張力に抗して支持する。振動膜に金属膜を用いるから、温湿度変化に対して感度及び周波数特性が安定なマイクロホンを実現できる。電鋳にて一体に形成されるから、金属振動膜に張力を加えて振動板リングに貼り合わせようとする場合のような手間がなく、均一な特性の振動板の量産が容易になる。前記補強枠はその枠内の振動膜の歪みを軽減するから、振動板枠の歪みが振動膜全体に伝わり難くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンに関し、特に、コンデンサを構成する振動板の形成に電鋳を用いたコンデンサマイクロホンに関する。

従来コンデンサマイクロホンの振動板には、ポリエステルやフッ素樹脂フィルムに一面に金属膜を蒸着させた薄い振動膜を、張力を加えた状態で金属等の固い振動板リングに貼り付けたものを使用してきた。このような高分子フィルムの振動板は、比較的容易に大量生産が可能で、且つ安価に作れることより大いに普及してきた。特許文献１には振動膜にポリエステルフィルムを用いたコンデンサマイクロホンについて記載がある。特許文献２には振動膜と背電極とのギャップを規定するリングのエッジを電鋳を用いて形成することについて記載がある。

特開２００３−１５３３９２号公報 特開平１１−８８９８８号公報

コンデンサマイクロホンの感度、周波数特性を決定するためには、振動膜の特性が重要な役割を果たす。一般に高分子フィルムは温度湿度に対して変化が大きく、感度、周波数特性の温湿度変化に安定なマイクロホンの実現のための妨げになっていた。近年携帯用電子機器の普及に伴って、マイクロホンの使用される環境も車載など高温高湿な場所に置かれる場合が多くなってきた為、こうした高分子フィルムの温度湿度特性の改善、或いは高分子に変わる温湿度特性に優れる振動板を実現することの必要性が本発明者によって見出された。温度湿度の変化に強いフィルム材は金属が一番に挙げられるが、振動膜と振動板リングとを接着剤で貼り合わせて、一定の張力を保った金属振動板を製作するには生産性よく製造できないためコストを引き上げる要因になる。本発明者は、振動膜と振動板リングとを一体的に製造して、振動膜に張力を与えることについて検討した。また、振動膜と振動板リングとを金属で一体化すると、従来の高分子フィルムの振動板より、振動膜がマイクロホンの製造工程でのカシメ等、外力の影響を受けて歪み易くことが明らかにされた。

本発明の目的は、温度湿度特性に優れた振動板を採用したコンデンサマイクロホンを提供することにある。

本発明の別の目的は、金属製の振動膜を用いても外力の影響による歪みを受け難くすることができるコンデンサマイクロホンを提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、コンデンサマイクロホンはコンデンサを構成するための振動板（４）を有する。前記振動板は、１次電着層による振動膜（１１）と、前記振動膜上の周縁に形成された２次電着層による振動板枠（１２）とを有し、前記振動膜と前記振動板枠とは、組成の異なる金属から成り、一体的に電鋳形成され、前記振動板枠は前記振動膜をその張力に抗して支持する。

振動膜に金属膜を用いるから、高分子フィルムの振動膜より温度湿度に対する特性変化が小さく、感度、周波数特性の温湿度変化に安定なマイクロホンを実現することができる。さらに振動膜と振動板枠は組成の異なる金属から成り、電鋳にて一体に形成されるから、前記振動板枠は前記振動膜に張力を作用し若しくは振動膜に張力を発生させることができる。組成が異なるとは、金属性分それ自体が相違する場合はもとより、電着金属密度の相違であってもよい。この組成の相違に基づいて前記張力が生まれる。金属振動膜に張力を加えて振動板リングに貼り合わせようとする場合の手間がなく、均一な特性の振動板の量産が容易になる。

本発明の一つの具体的な形態として、前記振動膜は前記振動板枠よりも軟質であり、前記振動膜はニッケルを含み、前記振動板枠はニッケルと、クロム又はコバルトとを含む。振動板枠と振動膜はニッケルに代表される同じ金属を含むことにより電鋳による一体化が容易になる。

本発明の別の具体的な形態として、前記振動板枠の内側の前記振動膜上に振動膜と一体的に電鋳形成された補強枠（１３）を更に有する。前記補強枠はその枠内の振動膜の歪みを軽減する。これにより、振動板枠の歪みが振動膜全体に伝わり難くなる。したがって、コンデンサマイクロホンの組み立てに際して振動板枠に比較的大きな外力が作用されて歪んでも、それによる振動膜の歪みを緩和することができる。振動板枠の歪みの影響を受け易い金属振動膜を採用しても、コンデンサマイクロホンの製造効率は低下せず且つコストアップにもならない。

本発明の更に別の具体的な形態として、前記補強枠は前記２次電着層により形成される。振動板の製造が容易になる。

前記補強枠は空間を介して振動板枠から離間される。例えば、前記振動板枠は環状を有し、前記補強枠は前記振動板枠と同心の外環枠（１３Ａ）を一部に有する。これにより、前記振動板枠の歪による振動膜の歪みの緩和効果が大きくなる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、温度湿度特性に優れた振動板を採用したコンデンサマイクロホンを実現することができる。

また、金属製の振動膜を用いても外力の影響による歪みを受け難くすることができる。

図１には本発明に係るコンデンサマイクロホンの一例が部分軸断面にて示される。同図に示されるコンデンサマイクロホン１は、特に制限されないが、横断面円形のボタン型のマイクロホン用ケーシング２を有し、その筒内には、音波通過開口３に面してコンデンサの一極を成す振動板４と、間隙をもって前記振動板４の対極（コンデンサの他極）を成す背電極５と、マイクロホン用回路基板６とが設けられている。前記振動板４は、振動膜１１と、前記振動膜１１上の周縁に形成された振動板枠１２と、振動板枠１２の内側で前記振動膜上１１に形成された補強枠１３とを有し、夫々電鋳により一体的に形成されている。振動膜１１と背電極５との間には絶縁性スペーサ７が配置される。前記背電極５は、絶縁性チャンバー８の内側段差部分に概略同心状態に嵌合固定される。絶縁性チャンバー８の内側には導電性の接触リング９が挿入され、導電性接触リング９はマイクロホン用回路基板６及び背電極５に接する。前記ケーシング２の他端開口部は内側に折り曲げられ、折り曲げられた周縁部が前記マイクロホン用回路基板６を導電性接触リング９に向けて押圧固定している。

前記振動膜１１と背電極５はコンデンサを構成して、電気音響変換を行なう。この例では、特に制限されないが、背電極５にエレクトレット帯電可能な高分子膜が形成されている。コンデンサはエレクトレットコンデンサに限定されない。前記マイクロホン用回路基板６は、そのエレクトレットコンデンサに臨む一面に、出力インピーダンス変換に利用される電界効果トランジスタなどの回路素子が搭載される。前記マイクロホン用回路基板６の他面にはインピーダンス変換された電気音響信号を出力する外部接続電極（図示せず）が形成されている。

前記背電極５とマイクロホン用回路基板６上の所定の導電パターンとの接続は前記導電性接触リング９を介して行われる。前記振動膜１１とマイクロホン用回路基板６上の所定の導電パターンとの接続は前記振動板枠１２からケーシング２の周面を通ってその周端縁部のか締め付け部分に至る経路で行われる。

図２は振動板３の一部切欠き斜視図である。振動膜１１は例えば１次電着層により厚さ２μｍで円形に電鋳形成される。前記振動膜１１上の周縁に形成された振動板枠１２は例えば２次電着層により厚さ１０μｍで環状に電鋳形成される。補強枠１３は例えば振動板枠１２と同様に２次電着層により厚さ１０μｍで電鋳形成され、外環枠１３Ａとその内側のリブ１３Ｂとを有する。外環枠１３Ａは振動板枠１２から離間され、間には空間が設けられている。

前記振動膜１１を構成する第１電着層と前記振動板枠１２及び補強枠を構成する第２電着層は異なる組成の金属から成る。例えば第１電着層はニッケル、第２電着層はニッケルコバルト又はニッケルクロムである。金属性分の異なる振動膜１１と振動板枠１２とを電鋳にて一体的に形成することにより、前記振動板枠は前記振動膜に張力を作用し若しくは振動膜１１に張力を発生させることができる。金属性分が異なれば、電鋳による成形処理環境温度と常温との相違による熱膨張状態の差が張力を生む。また、前組成の相違は電着層互間での電着金属密度の差であってもよく、金属密度の差は応力歪み状態に相違を生ずるから、その後の熱処理と残留応力の除去等の処理を経ることによって振動膜に張力を作用させ若しくは張力を発生させることが可能になる。

振動膜１１に金属膜を用いるから、高分子フィルムの振動膜よりも温度湿度に対する特性変化が小さく、感度、周波数特性の温湿度変化に安定なマイクロホンを実現することができる。さらに、前記振動板枠１２は前記振動膜１１に張力を作用することができるから、金属振動膜に張力を加えて振動板リングに貼り合わせようとする場合の手間がなく、均一な特性の振動板の量産が容易になる。

振動膜１１は全体で振動することになるが、補強枠１３は振動板枠１２の歪みによって振動膜１１が歪むのを抑制する機能を備える。補強枠を設けた構成においては、振動板枠１２と補強枠１３との間に位置する振動膜１１の部位１１Ａは振動板枠１２よりも軟らかいこと、補強枠１３はその下の振動膜１１の部位１１Ｂよりも固いことが望ましい。この条件を満足する一つの態様として、電鋳で形成される振動膜１１の金属組成と、電鋳で形成される振動板枠１２及び補強枠１３を構成する金属組成とを相違させ、前者を後者よりも軟質とすれば良い。

補強枠１３の平面形状は今まで説明した図３に限らず、図４、図５に代表的に示された別の形状を適宜採用することができる。振動板枠の変形に起因する振動膜の歪抑制という観点によれば、前述と同様に外環枠１３Ａと共にその内側にリブ１３Ｂを形成するのがよい。

ここで、電鋳による振動板４の製造方法を説明する。図６乃至図１６には図２の振動板を電鋳にて形成する主な製造過程を順を追って示す。振動板４は後の工程で取扱い易いように、２個以上連結されているものとする。

導電性を有するステンレス製の母型２０の表面に、ニッケルを電着して、ニッケル零次電着層２１を電鋳形成したうえで、該ニッケル零次電着層２１上に銅を電着して、銅層２２を電鋳形成する（図６）。次に、銅層２２の表面にフォトレジスト層２３を形成する。次いで、このフォトレジスト層２３の上に、振動膜１１、周辺支持体３３および連結部３４に対応する透光孔を有するパターンフィルム２４を密着させる（図７）。この後、紫外光ランプ２５で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を溶解除去することにより、図８に示すごとく、１次パターンレジスト２６を銅層２２上に形成する。この後、図９に示すごとく、１次パターンレジスト２６のない銅層２２上に、ニッケルを電着させることにより、振動膜１１、周辺支持体３３および連結部３４となる１次電着層２７を電鋳形成する。

次に、図１０に示すごとく、１次電着層２７および１次パターンレジスト２６を覆うように、フォトレジスト層２８を形成したうえで、このフォトレジスト層２８の上に、振動板枠１３及び補強枠１３に対応する透光孔を有するパターンフィルム２９を密着し、紫外光ランプ２５で紫外線光を照射して露光を行い、現像、乾燥の各処理を行って、未露光部分を融解除去する。これにより図１１に示すごとく、振動板枠１２および補強枠１３を形成するための２次パターンレジスト３０が１次電着層２７上に形成される。次に、２次パターンレジスト３０のレジスト体のない１次電着層２７上に、ニッケルコバルトを電鋳して、図１２に示されるように振動板枠１２および補強枠１３となる２次電着層３１を形成した。これにて、ニッケル製の１次電着層２７と、ニッケルコバルト製の２次電着層３０とを一体的に電鋳形成してなる電着金属体が得られる。

この後、２次パターンレジスト３０を溶解除去し（図１３）、さらに、母型２０とニッケル零次電着層２１を剥離除去し（図１４）、次に、銅層２２を溶解除去する(図１５)。これにて、隣り合う振動板４どうしが、連結部によって接合された電鋳成型物が得られる。最後に、図１６に示すごとく、連結部３４の切断部を切断して、各振動板４を単一部品化すればよい。これにてより、図２に示すごとく、ニッケル製の振動膜１１と、ニッケルコバルト製の振動板枠１２及び補強枠１３が不離一体的に電鋳形成された、有底筒状の振動板４が得られる。

このように形成された振動板４において、一定の張力を保った振動膜１１の形成は、上記製造過程の中で、１次電着層２７の応力を圧縮小（圧縮応力を小さく）、２次電着層３０の応力を圧縮大（圧縮応力を大きく）となるような条件で電鋳形成されたものを、更に形成後に熱処理により、振動板の残留応力を取り除くことでニッケル膜から成る振動膜１１に適当な張力をもたせることができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、１次電着層はニッケルに限定されず、２次電着層はニッケルコバルトやニッケルクロムに限定されない。振動膜と振動板枠は成分が同じであっても電着密度を相違させて組成が異なるようにしても良いし、また、金属性分と電着密度の双方を相違させても良い。更に、その他の手段を講じて両者の組成を相違させるようにしてもよい。また、補強枠は振動板枠とは別の３次電着層にて形成することも可能である。振動板枠に対して振動膜に一定の張力を与えるには、電鋳による成形後の熱処理、或いは振動板枠に対するリング径を僅かに拡大させる塑性変形処理を用いることも可能であり、張力を与える方法には限定されない。特に図示はしないが、補強枠１３枠を設けずに振動板枠１１と張力を有する振動膜１１を電鋳にて形成した振動板４を採用することも可能である。

本発明に係るコンデンサマイクロホンを例示する断面図である。 振動板の一部切欠き斜視図である。 図２の振動板の平面図である 補強枠に別の形状を採用した振動板の平面図である。 補強枠に更に別の形状を採用した振動板の平面図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。 振動板を電鋳にて形成する製造過程における更に次の一つの状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ コンデンサマイクロホン
２ マイクロホン用ケーシング
４ 振動板
５ 背電極
７ 絶縁性スペーサ７
８ 絶縁性チャンバー
９ 導電性接触リング
１１ 振動膜
１２ 振動板枠
１３ 補強枠
１３Ａ 外環枠
１３Ｂ リブ
２０ ステンレス製の母型
２１ ニッケル零次電着層
２２ 銅層
２７ １次電着層
３１ ２次電着層

Claims (6)

1. コンデンサを構成するための振動板を有し、
   前記振動板は、１次電着層による振動膜と、前記振動膜上の周縁に形成された２次電着層による振動板枠とを有し、前記振動膜と前記振動板枠とは、組成の異なる金属から成り、一体的に電鋳形成され、前記振動板枠は前記振動膜をその張力に抗して支持するコンデンサマイクロホン。
2. 前記振動膜は前記振動板枠よりも軟質であり、前記振動膜はニッケルを含み、前記振動板枠はニッケルと、クロム又はコバルトと含む請求項1記載のマイクロホン。
3. 前記振動板枠の内側の前記振動膜上に振動膜と一体的に電鋳形成された補強枠を更に有し、前記補強枠はその枠内の振動膜の歪みを軽減する請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記補強枠は前記２次電着層により形成された請求項３記載のコンデンサマイクロホン。
5. 前記補強枠は空間を介して振動板枠から離間される請求項５記載のコンデンサマイクロホン。
6. 前記振動板枠は環状を有し、前記補強枠は前記振動板枠と同心の外環枠を一部に有する請求項５記載のコンデンサマイクロホン。

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