JP2007507188A - マイクロフォンコンポーネントおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、身体音捕捉用に生体に接触させるための、多くのタイプのエンクロージャ内で使用できる、マイクロフォンコンポーネントに関する。しかしながら、圧電式屈曲振動板素子（３、５、６）がマイクロフォン素子として有用であるのは、電気的接触作成の方法がその機械的特性に影響を与えないときのみであることは既知である。本発明により開発されたマイクロフォンコンポーネントは、頑丈であり、かつ廉価な製造に適合する。これは、圧電式屈曲振動板素子と電気的インターフェース素子との間に置かれる特殊層を備える積層構成において達成される。

Description

本発明は、圧電式屈曲振動板素子および信号インターフェース素子を備えるマイクロフォンコンポーネントに関する。

空気伝搬音用のマイクロフォンは、通常、保護格子のあるハウジングで囲んで保護する。

これにより、上記構造のマイクロフォンを身体音の捕捉のため使用するとき、皮膚の振動を振動板に伝播する際に困難を生じる。これは、従来から知られている方法のマイクロフォン構造の多くを、この用途に適用できない理由の１つである。そこで、本発明の目的は、人または動物の身体音の捕捉に特に適したマイクロフォンコンポーネントを提供することである。

マイクロフォンは、通常、長寿命を有する高価な変換器と見なされる。外科手術等の、殺菌を必要とする使い捨て用途に使用する場合は、マイクロフォンを使い捨てスリーブで囲み、使用後、そのスリーブを処分することにより解決するのが通常である。しかしながら、この方法では、手術助手は、もっと急を要する事柄に注意を払う必要がありうる時に、小さなものを取扱うことが必要となる。従って、使い捨てマイクロフォンに関する需要があり、これが本発明のさらなる目的である。

マイクロフォンは、通常、その変換素子が、曲げを受けたとき電気出力を発生する複合振動板であると知られている。これは、圧電式屈曲振動板と呼ばれてきた形態で達成してもよい。圧電式屈曲振動板は、実際、極めて薄い圧電層であって、その片側は、通常、金属振動板に接合され、対向する面上に金属層が堆積している。金属振動板の径は圧電層の径より大きい。この積層板は、振動板が内側および外側に曲げられるとき、金属振動板と堆積金属との間に電圧差を生じることにより、圧電層内に生じる剪断応力に反応する。

普通、屈曲振動板素子に対する接続は、金属振動板に対するスポット溶接または半田付けおよび金属層に対する半田付けにより行う。特に、屈曲振動板素子を圧電ブザーとして使用する用途においては、そうである。屈曲振動板素子を入力装置として使用するときは、回路内に電気的ノイズ信号が入らないことが極めて重要で、これは接続導線を一緒に非常に近接して維持することによってのみ達成できる。さらに、高インピーダンス圧電素子自体は、ファラデーケージで囲まなければならない。使い捨てまたは１回限り使用のユニットを有することが重要な用途においては、このようなユニットの製造は、サイクルタイムのできるだけ短い大量生産でなければならない。このような事情の下では、半田付け、規定長さへの切断、絶縁、および接続線の他端のインターフェース導線への接続等の作業は、極めて時間のかかる作業とみなされる筈で、また、この従来の製造方法では、導線の近接性を維持することは確実ではない。このようなマイクロフォンコンポーネントの製造に関する効率の良い方法を提供することは、本発明のさらなる目的である。

広範囲の用途のために、圧電式屈曲振動板素子と信号インターフェース素子を備えるマイクロフォンコンポーネントが、確かに不可欠な部分であることが分かった。このマイクロフォンコンポーネントは、多数のハウジング内に置いてよく、完成マイクロフォンの安定性と感度を損なうことなく感応素子を保護する多数の手段を有してよい。

上述の目的は、本発明によるマイクロフォンコンポーネントにより実現される。そのマイクロフォンコンポーネントの特色は、信号インターフェース素子が、圧電式屈曲振動板素子の剛性より低い剛性を有するフレキシブルプリント回路であること、および信号インターフェース素子と圧電式屈曲振動板素子との間の電気的および機械的接続を、電気抵抗が圧電式屈曲振動板素子の出力抵抗に比較して極めて微小で、剛性が信号インターフェース素子の剛性より低い上に、信号インターフェース素子と圧電式屈曲振動板素子とを互いに接合することができる材料により行うことである。このプリント回路は、金属振動板と金属化部との双方にアクセスしている圧電式屈曲振動板素子の側に接している。また、金属振動板は接地しており、接地はその周辺全体で生じるので、圧電素子は、事実上ファラデーケージ内部にある。導線は、両面フレキシブルプリント回路の両側が好適なので、密に隣接させながら振動板素子から取出す。

その結果、屈曲振動板素子が、必要な信号インターフェース素子から著しい影響を受けることなく、変換器として働くことのできる構造が達成される。詳細には、電気的接続が同時に蝶番に類似した特性を示す機械的接続でもあるので、屈曲振動板素子の曲げを妨害しない。

必要に応じて、電気的および機械的接続は、中央接続素子およびリング形接続素子を、信号インターフェース素子および圧電式屈曲振動板素子との間に半田付けし、両接続素子は曲げ力を伝達できないようにすることにより、取得してもよい。

圧電式屈曲振動板素子は高インピーダンス素子なので、接続における約１００オーム迄の直列抵抗は容易に吸収する。この理由で、プリント回路と圧電式屈曲振動板素子の適切な箇所との間の接続は導電テープを用いて確立することは実現可能であると判断した。従来は、これは接触面積に相当する切り抜きの形態であっただろうが、本発明においては、異方性導電テープを使用する。この異方性導電テープは、厚さに沿ってのみ導電性なので、その電気的性能を損なうことなく、圧電式屈曲振動板素子の全面を覆うことができ、その結果、振動板素子の音響性能を実際に改善できる。従って、好適実施形態においては、電気的および機械的接続は、異方性導電ポリマー層を用いて取得する。このようなポリマー層は、装着兼接触テープの形態で、または適用後硬化できる分散形態で知られている。このような異方性ポリマーは、ポリマーマトリックスから構成され、ポリマーマトリックス内には金属化ガラス球等の導電性微小球体が事実上浮いている。使用するとき、このタイプの層の厚さは一般に球体の直径しかないが、球体間の距離は一般に球体の直径の約１０倍である。これが、事実上、この一方向性導電層の異方性特徴を提供するものである。

フレキシブルプリント回路と異方性導電テープまたはセメントを使用することの複合効果は、ＥＭＣシールディングの理由と同時に機械的均質性の理由により、古典的な接続方法より好ましい。電気的接触を維持するのに必要な力を均一に加えることにより、センサ全体に機械的応力が等しく分散されることを確実にし、それが音響歪みの制御を助け、最適な機械的堅牢性を確実にする。

上述の素子から構成されるマイクロフォンコンポーネントに、追加特性を提供する追加の素子を供給してもよいと判断した。例えば、マイクロフォンコンポーネントは、適切なハウジング内にマイクロフォンコンポーネントを入れる前に、硬い面に対して固定するものを用意してもよく、またはそれと共に既にはめ込まれている保護素子を用意してもよい。これによって、さらに有利な実施形態が確認された。

マイクロフォンコンポーネントの感度を維持しながら、それを硬い面に固定するのに有利な実施形態は、その側面のうち少なくとも１つに弾性層を設ける点に特色がある。両側にこのようなクッション型の層を設けることは、マイクロフォンコンポーネントをハウジング内に固定する際の助けになる。

マイクロフォンコンポーネントに、圧電層の割れを引き起こすことのある尖った物体に対する保護を設けるために、さらなる実施形態は、機械的保護前面が圧電式屈曲振動板素子と同一径の弾性円盤であり、前記円盤と前記圧電式屈曲振動板素子との間の支持層が弾性層を備える点で特色がある。

弾性円盤は、同時に堅い円盤であることが好ましい。そうすると、驚いたことには、円盤が目に見えて凹む程度に物体の角に衝突しても、圧電式屈曲振動板素子に亀裂が入ることはない。これは、支持弾性材の力分散特性に起因する。支持弾性材は発泡材であることが好ましい。

本発明によるマイクロフォンコンポーネントは、マイクロフォンコンポーネントの寸法にみあった搬送筺体内の任意の空洞内に置いてよい。マイクロフォンコンポーネントを孔の中のリングの形状をした段差により支持するという動作原理によるけれども、圧電式屈曲振動板素子の裏側に弾性材を設けることにより、簡単な、（円形素子の場合）円筒形空洞の中で機能することも可能になる。

本発明の優位な実施形態において、プリント回路はさらにインピーダンス変換半導体コンポーネントを有する。これは、信号線が電気的ノイズの影響を受けにくくなることを意味する。小型の集積回路であってよい半導体コンポーネントには、重信回路により電力を供給してよい。

本発明の考えの優位な拡張は、数個の圧電式屈曲振動板素子を異方性テープおよびフレキシブルプリント回路から構成される１つの同一の構造体により接続する点に特色がある。このプリント回路は個別の信号接続および必要に応じて個別のインピーダンス変換器を設ける。これにより、とりわけ、どの瞬間においても最良の信号受信器の多様な受信型選択を使用することできるようになる。

本発明を、図面を参照して詳細に記述する。

図１に、マイクロフォンコンポーネントの素子を示す。図示の実施形態は、圧電層の金属化面６を囲む裸の金属振動板５を示す圧電式屈曲振動板素子３を含む。この上に、異方導電性接着テープ４を置き、これが素子３の２つの「端子」５と６をインターフェース素子８に接続する。インターフェース素子８は、図２から明らかなように、フレキシブル両面プリント回路の形態である。これは周辺導電部分７および中央導電部分９を有し、それらが円形異方性テープ４を用いてプリント回路基板の面に垂直に接触する。リング７は電気的接地を構成し、これは、振動板３の金属前面も接地電位であることを意味する。リング７に対する電気的接続は、フレキシブルプリント回路内の２つのメッキスルーホール７’および７”を用いて確立され、インターフェース素子８の円形部分の裏側は完全に金属化して電気接地水準にある。これは、圧電素子が接地電位にある金属で完全にシールドされていることを意味する。中央導電部分９から出る導体１０が、圧電素子と短絡することを避けるため、薄い絶縁層ｉを２つのメッキスルーホール７’と７”間の領域に設ける。

インターフェース素子８の接地面からの接続は導体１２により構成される。導体１２は、フレキシブルプリント回路ストリップの全幅を占め、接続における接地面を構成し、信号導体１０よりずっと幅が広いので、導体部分９に接続される裏側にある信号導体１０をシールドする。ストリップの端において、２つの接続は、図２に１２および１３として示すように、フレキシブルプリント回路の同一面上に持ち込まれる。

図３は、本発明による、異方性導電ポリマー層を使用してマイクロフォンコンポーネントの組立体における電気的および機械的接触を確立する原理を示す。図面は、原理のみを示すので、寸法は比率通りではない。ポリマーは、接着テープの形態で導電粒子ｐが分散したｍで表されるマトリックスの形態であってもよく、硬化性マトリックスであってもよい。この層は、金属振動板５と導体７と同様に堆積金属６と導体９との間にも接触を確立するよう、フレキシブルプリント回路基板８と圧電式屈曲振動板素子３との間に置く。接触は、層の接着特性を利用して、電気的および機械的の双方である。圧電素子上の堆積金属は、点線で示すように、端ｅまでは達していないので、部分６と５との間には高さの差がある。この高さの差により、異方性が機能することが確実になり、かつ、圧電素子の２つの側面が個別にインターフェース素子に接続されることが確実になる。リング７は、導電粒子ｐを用いて圧電式屈曲振動板素子３の周辺の大部分に沿って接触する。このため、インターフェース素子８と圧電式屈曲振動板素子３との間にある空隙はいずれも、接地レベルにある導体材料により満たされ、それにより妨害電気信号の侵入が除去される。

図４において、本発明の別の実施形態によるマイクロフォンコンポーネントの素子を、内部にマイクロフォンコンポーネントを設置するハウジングと切り離して示す。ハウジング内への設置としては、マイクロフォンコンポーネントの前面をハウジングの周辺前面と同一平面上に置くのが好適である。便宜上、組立方法を記述しながら本実施形態を説明する。全素子は円形で、組立前に準備する。発泡パッド１は、両面接着テープ２に接着し、このテープ２は圧電式屈曲振動板素子３の全金属側（図４参照）に発泡パッド１を付着させる。両面が接着性である異方性導電テープ４は、圧電式屈曲振動板素子３の、圧電層の金属化面６を囲む裸の金属振動板５を示す側に接続を確立する。小型円形プリント回路８上に形成される導電リング７（図５参照）は、異方性導電テープを介して金属振動板に接続し、金属化面も同様にプリント回路上の中央に置かれた導電パッド９（図５参照）に接続する。本実施形態において、このパッドは、プリント回路の絶縁材にある穴を通して反対側にメッキし、そのパッドの反対側では、タブ上の印刷導体１０が、信号を円形素子からある程度離れている端子１１に伝える。同様に、導電リング７は、印刷導体１０の反対側に正確に対向するように置かれた（図４参照）、端子１３に達する印刷導体１２を有する。この方法で、圧電式屈曲振動板素子に対する電気的接触を確立したので、金属振動板５に連絡する導体１２は、接地と見なされる。２つの導体ストリップ間が密に近付いていることは、ＥＭＣを確実にする。同様の実施形態においては、プリント回路が片面で、接地は、中央に置かれた導電パッドを囲むガードリングとして形成され、ストリップ上の中央導体の両側で下に導かれる。

片面接着の発泡パッド１４を、プリント回路８の裏側に置き、両面接着テープ１５によりステンレス振動板１６を発泡パッド１４に接着する。そのステンレス綱は、典型的には１５０μｍの厚さを有し、外面を形成する。記述する実施形態の目的が使い捨てマイクロフォンコンポーネントの提供であることに留意し、ハウジング内の空洞に２つの方法で取付けてもよい。その方法の１つは、最も内側の発泡パッド１に、剥離紙で保護された接着テープを設け、その剥離紙を剥がして、マイクロフォンコンポーネントを空洞内に置き、その底に押し付けることである。別の方法は、保護ステンレス振動板１６を径方向に横切って置いた安全ピンのようなクリップを設けることである。マイクロフォンコンポーネントを交換するときは、クリップを開き、プリント回路ストリップを引っ張って使用済みコンポーネントを取出し、新しい殺菌済みコンポーネントを空洞内に置いて、クリップを閉じる。この種のクリップは保護ステンレス振動板１６を接地させ、それにより圧電式屈曲振動板素子の遮蔽を改善する。

示した実施形態の両方において、フレキシブルプリント回路基盤に対しマイクロフォンコンポーネントの円形部分のちょうど外側に前置増幅器を設置することは簡単である。増幅器と信号導線の双方をフレキシブルプリント回路の反対側にある幅広の接地ストリップ１２によりシールドするために、増幅器は導体ストリップ１０を備える側に半田付けするのが好適である。このような増幅器は、一般的にファントム電源となり、出力は低インピーダンスとなろう。しかしながら、高インピーダンス部分をシールドしている限り、マイクロフォンコンポーネントのストリップ部の大部分に多心接続を用いることに問題はない。これは、直流接続も同様に問題なく電源に使用できることを意味する。

全素子を予め製造しておくと、１体のマイクロフォンコンポーネントへの組立は、自動組立に極めて良く適合する。基本的に、素子は（同心になるように合わせて）センタリングして正しく組立てられる任意の順序で積み重ね、各種接着コンポーネント間の接合を確実にするため所定の力を用いてプレスすることにより、簡単な積み重ねを完了することができる。

特定の実施形態に関する前記の記述は、本発明の一般的性質を完全に明らかにするので、当業者は、現有知識を適用することにより、過度の試みをせずに、一般概念から逸脱することなく、これらの特定の実施形態を各種用途に合わせて容易に変更または適合化することができるので、適合化および変更は開示実施形態の等価物の意味および範囲の中にあると理解されるべきであり、理解されるよう意図している。ここに採用する表現および用語は、記述を目的としており限定を目的としてはいないことは理解しなければならない。各種の開示機能を実行するための手段、材料およびステップは、本発明から逸脱することなく各種の形態を取ってもよい。

本発明の１実施形態によるマイクロフォンコンポーネントを背面から見た分解図である。 同一実施形態を前面から見た分解図である。 異方性ポリマーを用いるインターフェイシングの原理を説明する図である。 本発明の別の実施形態によるマイクロフォンコンポーネントを前面から見た分解図である。 本発明の同一の実施形態によるマイクロフォンコンポーネントを背面から見た分解図である。

Claims (18)

1. 少なくとも１つの圧電式屈曲振動板素子（３）、および導体（１０、１２）を備える信号インターフェース素子を備えるマイクロフォンコンポーネントであって、
   前記信号インターフェース素子は、前記圧電式屈曲振動板素子（３）の剛性より低い剛性を有するフレキシブルプリント回路（８）であり、および
   前記信号インターフェース素子（８）と前記圧電式屈曲振動板素子（３）との間の電気的および機械的接続は、その電気抵抗が前記圧電式屈曲振動板素子（３）の出力抵抗に比較して極めて微小で、その剛性が前記信号インターフェース素子（８）の剛性より低く、かつ前記信号インターフェース素子（８）と前記圧電式屈曲振動板素子（３）とを互いに接合することも出来る材料を用いて作成されていること
   を特徴とするマイクロフォンコンポーネント。
2. 前記機械的および電気的な接続材料は、異方性導電ポリマーであること
   を特徴とする請求項１に記載のマイクロフォンコンポーネント。
3. 前記異方性導電ポリマーは、異方性導電接着テープの形態であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロフォンコンポーネント。
4. 前記異方性導電ポリマーは、硬化性分散の導電粒子の形態であることを特徴とする請求項２に記載のマイクロフォンコンポーネント。
5. 前記信号インターフェース素子（８）を、前記圧電式屈曲振動板素子（３）上の端子領域（５、６）に対応するパターンの導電接着テープを用いて、前記圧電式屈曲振動板素子（３）に接続することを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォンコンポーネント。
6. 少なくとも１つの支持弾性層（２；１４）を前記組立体（３、４、８）の両側にさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォンコンポーネント。
7. 機械的保護前面（１６）を、前記支持弾性層（２；１４）の外側に設けることを特徴とする請求項６に記載のマイクロフォンコンポーネント。
8. 前記機械的保護前面は、基本的に前記圧電式屈曲振動板素子（３）と同一寸法の弾性円盤（１６）であることを特徴とする請求項７に記載のマイクロフォンコンポーネント。
9. 前記弾性円盤（１６）を、バネに類似した特性を有する金属円盤として作成することを特徴とする請求項７に記載のマイクロフォンコンポーネント。
10. 前記弾性層（１４）は、エラストマー発泡体であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロフォンコンポーネント。
11. マイクロフォンコンポーネントを空洞内に取り付ける前に除去すべき除去可能な覆いで保護された接着層とともに供給される発泡パッド（１）を用いて、マイクロフォンコンポーネントが空洞内に着脱可能に適合されていることを特徴とする請求項１に記載の前記マイクロフォンコンポーネント。
12. 前記プリント回路は、１つ又は複数のインピーダンス変換コンポーネントを圧電式屈曲振動板素子（３）の近傍に有していることを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォンコンポーネント。
13. 複数の圧電式屈曲振動板素子（３）を備え、その素子は、個々に１つの同一プリント回路（８）上の端子（７、９）に接続されることを特徴とする請求項１に記載のマイクロフォンコンポーネント。
14. 前記弾性金属円盤（１６）を横切るクリップであって、同時に前記円盤に対する電気的接地接続を確立するクリップを用いて、マイクロフォンコンポーネントを空洞内に着脱可能に固定するよう適合させることを特徴とする請求項９に記載のマイクロフォンコンポーネント。
15. 前記素子は、円形で同心であることを特徴とする先行請求項のいずれかに記載のマイクロフォンコンポーネント。
16. 先行請求項のいずれかに記載のマイクロフォンコンポーネントの製造方法であって、
    ａ）シート材料から打ち抜くことにより異方性テープ素子を提供するステップと、
    ｂ）前記異方性テープ素子（４）をプリント回路（８）にセンタリングするステップと、
    ｃ）圧電式屈曲振動板素子（３）を異方性テープ素子（４）にセンタリングし、前記圧電式屈曲振動板素子（３）の両電極（５、６）に対し電気的接触を確立するステップと、
    ｄ）必要な場合は組立体を硬化させるステップと
    を備えたことを特徴とする前記方法。
17. 請求項１０に記載のマイクロフォンコンポーネントの製造方法であって、
    ａ）シート材から打ち抜くことにより発泡体およびテープ素子を提供するステップと、
    ｂ）両面接着テープ素子（１５）を金属円盤（１６）にセンタリングするステップと、
    ｃ）発泡体素子（１４）を両面接着テープ素子（１５）にセンタリングするステップと、
    ｄ）プリント回路（８）を発泡体素子（１４）にセンタリングし、導体（１０）を発泡体素子（１４）に向けるステップと、
    ｅ）異方性テープ素子（４）をプリント回路（８）にセンタリングするステップと、
    ｆ）圧電式屈曲振動板素子（３）を異方性テープ素子（４）にセンタリングし、前記圧電式屈曲振動板素子（３）の両電極（５、６）に対する電気的接触を確立するステップと、
    ｇ）両面接着テープ素子（２）を圧電式屈曲振動板素子（３）の金属背面にセンタリングするステップと、
    ｈ）発泡体素子（１）を両面接着テープ素子（２）にセンタリングするステップと
    を備えたことを特徴とする前記方法。
18. ステップｂ）−ｈ）を逆の順序でおこなうことを特徴とする請求項１１と同様の方法。
    

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