JP2007306216A - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】寄生容量の発生を低減して、高感度化を図ることができるコンデンサマイクロホンの提供。
【解決手段】ケース部１の内部に、エレクトレット部材１４を装備した固定電極３と振動膜電極２とを備えるコンデンサ部４と、振動膜電極２の振動により生じるコンデンサ部４の静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路５を装備した基板６と、コンデンサ部４と基板６との間に配置してコンデンサ部４と基板６とを電気的に導通させるリング状のゲートリング７とを有し、ゲートリング７は、平面視において、ゲートリング７の外側部とケース部１との間の距離をゲートリング７の周方向において異ならせる形状としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケース部の内部に、エレクトレット部材を装備した固定電極と振動膜電極とを備えるコンデンサ部と、前記振動膜電極の振動により生じる前記コンデンサ部の静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路を装備した基板と、前記コンデンサ部と前記基板との間に配置して前記コンデンサ部と前記基板とを電気的に導通させるリング状のゲートリングとを有するエレクトレットコンデンサマイクロホンに関する。

上記のようなエレクトレットコンデンサマイクロホンは、入力される音によって振動膜電極が振動してコンデンサ部の静電容量が変化し、変換回路がそのコンデンサ部の静電容量の変化に応じた電気信号を出力することにより、入力された音に応じた電気信号を出力するものである。

図７及び図８に基づいて、従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンについて説明する。図７は横断面図であり、図８は縦断面図である。
従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、金属製のケース部１０８の内部に、振動膜電極１００、スペーサ１０１及びエレクトレット部材１０２を装備した固定電極１０３を備えるコンデンサ部１０４と、振動膜電極１００の振動により生じるコンデンサ部１０４の静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路１０５を装備した基板１０６と、コンデンサ部１０４と基板１０６とを電気的に導通するリング状のゲートリング１０７とを設けており、コンデンサ部１０４、基板１０６及びゲートリング１０７を覆う絶縁筒体１０９とを有する（例えば、特許文献１参照。）。
そして、このエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、図７に示すように、ケース部１０８の平面視における形状を円形状とし且つゲートリング１０７の平面視における形状を円形状としている。

特開２００１−８２９３号公報

このようなコンデンサマイクロホンでは、コンデンサ部の静電容量の他に、導電性部材同士の相互作用によって寄生容量が発生する。そして、エレクトレットコンデンサマイクロホンの等価回路図である図９に示すように、入力信号Ｖｉｎはコンデンサ部の静電容量である振動系容量Ｃｍと寄生容量Ｃｐとで分圧されるので、変換回路１０５に入力する入力信号は、寄生容量Ｃｐが大きくなるほど減衰することになる。したがって、コンデンサマイクロホンの高感度化を図るためには、寄生容量の低減を図ることが求められる。

前記寄生容量として、ゲートリングと金属製のケース部との間で発生する寄生容量が考えられる。この寄生容量は、平面視においてゲートリングの外側部と金属製のケース部との間の距離が短くなるほど大きくなる。
上記特許文献１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、図７に示すように、ケース部１０８の平面視における形状を円形状とし且つゲートリング１０７の平面視における形状を円形状としているので、ゲートリング１０７の外側部とケース部１０８との間の距離Ｐは、ゲートリング１０７の周方向の全周にわたって均一であり、その距離Ｐは短い。したがって、寄生容量の発生量が大きくなり、コンデンサマイクロホンの高感度化を図れない虞がある。

また、上記特許文献１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホンでは、ゲートリング１０７の平面視における形状はゲートリング１０７の周方向の全周に亘って一定幅を有する円形のリング状であるので、ゲートリング１０７の周方向の全周に亘ってゲートリング１０７と基板１０６とが一様に接触することになり、ゲートリング１０７と基板１０６に形成される金属パターンとの接触面積が大きくなる。したがって、ゲートリング１０７と基板１０６との間で発生する寄生容量が大きくなる虞がある。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、寄生容量の低減を図り、高感度化を実現できるコンデンサマイクロホンを提供する点にある。

この目的を達成するために、本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンの特徴構成は、ケース部の内部に、エレクトレット部材を装備した固定電極と振動膜電極とを備えるコンデンサ部と、前記振動膜電極の振動により生じる前記コンデンサ部の静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路を装備した基板と、前記コンデンサ部と前記基板との間に配置して前記コンデンサ部と前記基板とを電気的に導通させるリング状のゲートリングとを有するエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、前記ゲートリングは、平面視において、前記ゲートリングの外側部と前記ケース部との間の距離を前記ゲートリングの周方向において異ならせる形状としている点にある。

平面視においてゲートリングの形状をゲートリングの外側部とケース部との間の距離をゲートリングの周方向において異ならせる形状とすることにより、ゲートリングの周方向においてゲートリングの外側部とケース部との間の距離が短い箇所と長い箇所とを設ける。ゲートリングの外側部とケース部との間の距離が長い箇所では、その距離が長いことによって、ゲートリングとケース部との間で発生する寄生容量の低減を図ることができる。そして、ゲートリングの周方向の全周に亘ってゲートリングの外側部とケース部との間の距離を長くするのではなく、ゲートリングの外側部とケース部との間の距離が短い箇所を設けることにより、ケース部の平面視におけるサイズを極力小型にできる。そして、ゲートリングの外側部とケース部との間の距離を短くして、ゲートリングの外側部にケース部の内側部に当接することもできる。このゲートリングとケース部との当接によって、ゲートリングの水平方向での位置決めを行ったり、ケース部の強度を向上することができる。
また、ゲートリングの外側部とケース部との間の距離が長い箇所では、ゲートリングの外側部とケース部との間に空間を設けることができる。つまり、ゲートリングを幅狭にして、基板に対向するゲートリングの面積を小さくできる。したがって、ゲートリングと基板との間で発生する寄生容量の低減を図ることができる。
以上のことから、平面視におけるサイズの小型化を図りながら、寄生容量の低減により高感度化を実現できるコンデンサマイクロホンを提供できるに至った。

本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンの別の特徴構成は、前記ゲートリングは、平面視において、円形状又は矩形状のリング部分とそのリング部分の周方向に間隔を隔てて前記リング部分から外方側に突出する複数の突出部分とを有する形状としている点にある。

リング部分の周方向において、突出部分を設ける箇所がゲートリングの外側部とケース部との間の距離が短い箇所となり、突出部分を設けない箇所がゲートリングの外側部とケース部との間の距離が長い箇所となる。したがって、ゲートリングをリング部分と突出部分とからなる単純な構成としながら、寄生容量の低減を図ることができる。そして、例えば、突出部分の数を極力少なくする、或いは、突出部分の突出量を極力大きくすることにより、寄生容量の低減をより一層図ることができる。

本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンの別の特徴構成は、前記振動膜電極が、振動膜とその振動膜を支持するリング状の枠体とから構成し、前記枠体は、平面視において、前記枠体の外側部と前記ケース部との間の距離を前記枠体の周方向において異ならせる形状としている点にある。

平面視において枠体の形状を枠体の外側部とケース部との間の距離を枠体の周方向において異ならせる形状とすることにより、枠体の周方向において枠体の外側部とケース部との間の距離が短い箇所と長い箇所とを設ける。枠体の外側部とケース部との間の距離が長い箇所では、その距離が長いことによって、枠体とケース部との間で発生する寄生容量の低減を図ることができる。そして、枠体の周方向の全周にわたって枠体の外側部とケース部との間の距離を長くするのではなく、枠体の外側部とケース部との間の距離が短い箇所を設けることにより、ケース部の平面視におけるサイズを極力小型にできる。
また、枠体の外側部とケース部との間の距離が長い箇所では、枠体の外側部とケース部との間に空間を設けることができる。つまり、枠体を幅狭にできる。したがって、枠体と上下方向において接触する他の導電性部材との接触面積を小さくすることができ、寄生容量の低減を図ることができる。

本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンの別の特徴構成は、前記枠体は、平面視において、円形状又は矩形状の枠体用リング部分とその枠体用リング部分の周方向に間隔を隔てて前記枠体用リング部分から外方側に突出する複数の枠体用突出部分とを有する形状としている点にある。

枠体用リング部分の周方向において、枠体用突出部分を設ける箇所が枠体の外側部とケース部との間の距離が短い箇所となり、枠体用突出部分を設ける箇所が枠体の外側部とケース部との間の距離が長い箇所となる。したがって、枠体を枠体用リング部分と枠体用突出部分とからなる単純な構成としながら、寄生容量の低減を図ることができる。そして、枠体用突出部分の数を極力少なくする、或いは、枠体用突出部分の突出量を極力大きくすることにより、寄生容量の低減をより一層図ることができる。

本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施形態について図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
まず、第１実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンについて説明する。
このエレクトレットコンデンサマイクロホンは、図１及び図２に示すように、金属製のケース部１の内部に、振動膜電極としての振動板２と固定電極としての背極板３とを備えるコンデンサ部４と、振動板２の振動により生じるコンデンサ部４の静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路５を装備した基板６と、コンデンサ部４と基板６との間に配置してコンデンサ部４と基板６とを電気的に導通させるリング状のゲートリング７を有している。
前記ケース部１とコンデンサ部４との間に導電性の前室調整リング８を設け、ケース部１の内側面に絶縁体膜９を設けている。そして、絶縁体膜９は、前室調整リング８、振動板２、背極板３、ゲートリング７、基板６を覆うように設けてあり、これらの各部品とケース部１との間を電気的に絶縁している。

前記ケース部１は、上下方向の一方側を閉塞し且つ他方側を開放した凹状に形成してあり、平面視において円形状に形成している。そして、上下方向においてケース部１の閉塞側から、前室調整リング８、背極板３、スペーサ１１、振動板２、ゲートリング７、基板６の順にケース部１の内部に配置している。また、ケース部１の開放端部を内側に折り曲げて、基板６にてケース１の内部空間を閉塞している。ケース部１の上下方向の一方側である閉塞部分には音孔１０を形成している。

前記コンデンサ部４は、振動板２、リング状のスペーサ１１及び背極板３を重ね合わせて形成している。そして、コンデンサ部４は、振動板２、スペーサ１１、背極板３の順に重ね合わせて、振動板２と背極板３との間にスペーサ１１による空間を設けてコンデンサとして形成している。

前記振動板２は、導電性の振動膜１２と、その振動膜１２を支持するリング状の導電性の枠体１３とから構成している。そして、振動板２は、ゲートリング７により基板６に電気的に導通されている。
前記枠体１３は、平面視において、枠体１３の外側部とケース部１との間の距離を枠体１３の周方向において異ならせる形状としている。そして、枠体１３は、平面視において、円形状の枠体用リング部分１３ａとその枠体用リング部分１３ａの周方向に一定間隔を隔てて枠体用リング部分１３ａから外方側に突出する３つの枠体用突出部分１３ｂとを有する形状としている。
前記枠体用リング部分１３ａは、平面視において、ケース部１よりも小さい径を有する形状にしている。そして、枠体用突出部分１３ｂの外端部は、平面視において、ケース部１の内面部に沿う円弧状に形成してあり、その外端部がケース部１の内面部に設けられた絶縁体膜９に当接する。

前記背極板３は、振動膜１２と対向するようにエレクトレット部材１４を装備し、背極板３及びエレクトレット部材１４を貫通する複数の貫通孔１５が形成されている。そして、この背極板３は、図示は省略するが、スルーホールにより基板６に電気的に導通されている。

前記基板６は、例えば、電気的に絶縁する絶縁部材にて形成してあり、金属配線パターンが形成されている。そして、変換回路５は、その金属配線パターンに接続する状態で基板６に備えられている。前記変換回路５は、アナログ信号又はデジタル信号を出力可能なインピーダンス変換器（ＩＣ）にて構成している。

前記ゲートリング７は、平面視において、ゲートリング７の外側部とケース部１との間の距離をゲートリング７の周方向において異ならせる形状としている。そして、ゲートリング７は、平面視において、円形状のリング部分７ａとそのリング部分７ａの周方向に一定間隔を隔ててリング部分７ａから外方側に突出する３つの突出部分７ｂとを有する形状としている。
前記リング部分７ａは、平面視において、ケース部１よりも小さい径を有する形状にしている。そして、突出部分７ｂの外端部は、平面視において、ケース部１の内面部に沿う円弧状に形成してあり、その外端部がケース部１の内面部に当接する。

このように、ゲートリング７をリング部分７ａと突出部分７ｂとを有する形状とすることにより、ゲートリング７とケース部１との間で発生する寄生容量及びゲートリング７と基板６との間で発生する寄生容量の低減を図っている。
説明すると、図２及び図３に示すように、ゲートリング７とケース部１との間では、ゲートリング７の周方向において、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間の距離が短い近接箇所Ｒ１と、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間の距離が長い離間箇所Ｒ２とを設けている。そして、ゲートリング７の周方向において、近接箇所Ｒ１は突出部分７ｂを設けた箇所となり、離間箇所Ｒ２は突出部分７ｂを設けていない箇所となる。
前記離間箇所Ｒ２では、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間の距離が大きいことによって、ゲートリング７とケース部１との間で発生する寄生容量を小さくしている。しかも、離間箇所Ｒ２では、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間に空間を設けて空気層を形成できることによって、寄生容量の発生量を小さくしている。さらに、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間に空間を設け、ゲートリング７の径方向の幅を狭くすることで、基板６に対向するゲートリング７の表面積を小さくしてある。その結果、ゲートリング７と基板６との間で発生する寄生容量を小さくしている。また、近接箇所Ｒ１では、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間の距離が短いことにより、ケース部１の平面視におけるサイズを小型にしている。そして、近接箇所Ｒ１では、ゲートリング７の径方向の幅を広くすることにより、ゲートリング７自体の強度を向上すると共に、ゲートリング７の上下に位置する基板６とコンデンサ部４とを安定して接触させることができるようにしている。

前記寄生容量は、振動板２の枠体１３とケース部１との間でも発生する。そこで、枠体１３を枠体用リング部分１３ａと枠体用突出部分１３ｂとを有する形状として、ゲートリング７と同様な形状とすることにより、枠体１３とケース部１との間で発生する寄生容量の低減を図っている。
説明すると、枠体１３は、図１に示すように、ゲートリング７及び枠体１３の周方向において、枠体用突出部分１３ｂをゲートリング７の突出部分７ｂと重複する状態で配置してある。つまり、ゲートリング７及び枠体１３の周方向において、突出部分７ｂを設ける箇所と枠体用突出部分１３ｂを設ける箇所とが同じ箇所となる。したがって、図３におけるゲートリング７と同様に、枠体１３とケース部１との間には、枠体１３の周方向において、枠体１３の外側部とケース部１の内側部との間の距離が短い近接箇所と、枠体１３の外側部とケース部１の内側部との間の距離が長い離間箇所とを設けて、枠体１３とケース部１との間で発生する寄生容量の低減を図っている。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンについて説明する。この第２実施形態は、上記第１実施形態において、ゲートリング７及び枠体１３の周方向におけるゲートリング７の突出部分７ｂと枠体１３の枠体用突出部分１３ｂとの位置関係を異ならせている。
図４に示すように、ゲートリング７及び枠体１３の周方向において、枠体１３の枠体用突出部分１３ｂを隣接する突出部分７ｂの間に配置させる状態で、ゲートリング７と枠体１３とを設けている。

〔第３実施形態〕
次に、第３実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンについて説明する。この第３実施形態は、上記第１実施形態において、ゲートリング７及び枠体１３の形状を異ならせている。
図５及び図６に示すように、ゲートリング７及び枠体１３を平面視において正六角形に形成している。この場合、図６に示すように、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間に、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間の距離が短い近接箇所Ｒ３と、ゲートリング７の外側部とケース部１の内側部との間の距離が長い離間箇所Ｒ４とを設けて、寄生容量の低減を図っている。また、枠体１３の外側部とケース部１の内側部との間にも、ゲートリング７と同様に、近接箇所と離間箇所とを設けて、寄生容量の低減を図っている。

図５及び図６に示すものでは、ゲートリング７と枠体１３が、ゲートリング７及び枠体１３の周方向において、ゲートリング７の角部と枠体１３の角部とを重複する状態で配置してあるが、上記第２実施形態の如く、ゲートリング７及び枠体１３の周方向において、枠体１３の角部をゲートリング７の隣接する角部の間に配置させる状態で、ゲートリング７と枠体１３とを設けることもできる。

〔別実施形態〕
（１）上記第１〜第３実施形態では、平面視におけるゲートリング７の形状として、リング部分７ａと突出部分７ｂとを有する形状や正六角形を例示したが、ゲートリング７の外側部とケース部１との間の距離をゲートリング７の周方向に異ならせる形状であればよく、正五角形などその他各種の形状を適応することができる。

（２）上記第１〜第３実施形態では、平面視における枠体１３の形状として、枠体用リング部分１３ａと枠体用突出部分１３ｂとを有する形状や正六角形をとしたが、枠体１３の外側部とケース部１との間の距離を枠体１３の周方向に異ならせる形状であればよく、正五角形などその他各種の形状を適応することができる。

（３）上記第１〜第３実施形態では、平面視においてゲートリング７と枠体１３とを同様の形状としているが、ゲートリング７と枠体１３とを異なる形状とすることもできる。例えば、上記第１実施形態の如く、ゲートリング７をリング部分７ａと突出部分７ｂとを有する形状とし、且つ、上記第３実施形態の如く、枠体１３を正六角形とすることもできる。

（４）上記第１〜第３実施形態では、ゲートリング７に加え、平面視において枠体１３を枠体１３の外側部とケース部１との間の距離を枠体１３の周方向に異ならせる形状としているが、平面視において枠体１３を枠体１３の外側部とケース部１との間の距離を一定とする形状とすることもできる。

（５）上記第１〜第３実施形態では、平面視においてケース部１を円形状として例示しているが、平面視においてケース部１を矩形状とすることもできる。この場合には、第１実施形態において、ゲートリング７のリング部分７ａを矩形状とし、且つ、枠体１３の枠体用リング部分１３ａを矩形状とすると好適である。

（６）上記第１実施形態では、ゲートリング７に突出部分７ｂを３つ設け、枠体１３に枠体用突出部分１３ｂを３つ設けているが、突出部分７ｂ及び枠体用突出部分１３ｂを設ける位置及び数については適宜変更が可能である。

（７）上記第１〜第３実施形態では、本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンとして、音孔１０側から見て、背極板３及びエレクトレット部材１４を振動板２よりも前面側に配置した構造を例示したが、音孔１０側から見て、背極板３及びエレクトレット部材１４を振動板２よりも後面側に配置するバックタイプ構造や、その他ホイルタイプ構造とすることもできる。

第１実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンの分解斜視図 第１実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンの縦断面図 第１実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンの横断面図 第２実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンの分解斜視図 第３実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンの要部拡大図 第３実施形態のエレクトレットコンデンサマイクロホンの横断面図 従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの横断面図 従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの縦断面図 エレクトレットコンデンサマイクロホンの等価回路図

符号の説明

１ ケース部
２ 振動電極（振動板）
３ 固定電極（背極板）
４ コンデンサ部
５ 変換回路
６ 基板
７ ゲートリング
７ａ リング部分
７ｂ 突出部分
１４ エレクトレット部材
１２ 振動膜
１３ 枠体
１３ａ 枠体用リング部分
１３ｂ 枠体用突出部分

Claims (4)

1. ケース部の内部に、
   エレクトレット部材を装備した固定電極と振動膜電極とを備えるコンデンサ部と、
   前記振動膜電極の振動により生じる前記コンデンサ部の静電容量の変化を電気信号に変換して出力する変換回路を装備した基板と、
   前記コンデンサ部と前記基板との間に配置して前記コンデンサ部と前記基板とを電気的に導通させるリング状のゲートリングとを有するエレクトレットコンデンサマイクロホンであって、
   前記ゲートリングは、平面視において、前記ゲートリングの外側部と前記ケース部との間の距離を前記ゲートリングの周方向において異ならせる形状としているエレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 前記ゲートリングは、平面視において、円形状又は矩形状のリング部分とそのリング部分の周方向に間隔を隔てて前記リング部分から外方側に突出する複数の突出部分とを有する形状としている請求項１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. 前記振動膜電極が、振動膜とその振動膜を支持するリング状の枠体とから構成し、
   前記枠体は、平面視において、前記枠体の外側部と前記ケース部との間の距離を前記枠体の周方向において異ならせる形状としている請求項１又は２に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 前記枠体は、平面視において、円形状又は矩形状の枠体用リング部分とその枠体用リング部分の周方向に間隔を隔てて前記枠体用リング部分から外方側に突出する複数の枠体用突出部分とを有する形状としている請求項３に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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