JP2007538435A - コンデンサマイクロフォン - Google Patents

Abstract

本発明は、音波入口孔と、ダイヤフラムと、ダイヤフラムに関連してダイヤフラムに対して小さな間隙で配置された対向電極とを有するマイクロフォンハウジングを備えたコンデンサマイクロフォンに関する。こうしたコンデンサマイクロフォンを、可能な限り最小の寸法で、高い信号ノイズ比を持ち、電気音響パラメータを劣化しないで構築するためには、本発明によれば、マイクロフォンハウジングは、２つのハウジング部を有し、第２ハウジング部は、第１ハウジング部より大きな直径であり、第２ハウジング部は、第１ハウジング部の上にキャップ状またはスリーブ状に配置されており、そして、ダイヤフラムのエッジは、第１ハウジング部のエッジ上で折り曲げられて、第１ハウジング部の外面に固定されることが提案される。

Description

本発明は、音波入口孔と、ダイヤフラムと、ダイヤフラムに関連してダイヤフラムに対して小さな間隙で配置された対向電極とを有するマイクロフォンハウジングを備えたコンデンサマイクロフォンに関する。また本発明は、こうしたコンデンサマイクロフォンを生産するための、対応したプロセスに関する。

毎年、世界中で数億個の小型コンデンサマイクロフォンが生産されている。一般に、これらのマイクロフォンは、積み重ね(stacking)技術を用いて生産される。この場合に用いられるトランスデューサの個々のエレメント、特に、ダイヤフラムが接着されたダイヤフラムリング、スペーサリング、対向(counterpart)電極などが、マイクロフォンハウジング内で単に相互に積み重ねられている。こうした構造は、明らかに簡単であるが、高級マイクロフォン、特に、高級小型マイクロフォンの生産には実際に利用不可能であるという不具合もある。

最初に、積み重ね技術は、電気音響パラメータの意味において比較的高いレベルのばらつき(scatter)を伴う。感度および周波数応答の参照値および参照カーブからの許容偏差は、一般に、±３ｄＢおよびそれ以上の領域にある。経験によれば、これらの寛大な許容誤差であっても、不良品を避けることはできない。その結果は、カプセル（即ち、マイクロフォン）が既に組み立て（一般にフランジ止め）られた後で検知可能であるため、不良品カプセルの部品は使用できない。その場合、労働コストだけでなく追加の材料コストも、最終製品への負担になる。感度および周波数応答に関するばらつきの最も重要な原因は、個々の部品の不揃いである。それは、特に、マイクロフォンハウジングの内面、ダイヤフラムリング、およびダイヤフラムと対向電極との間の空隙のための参照面として機能するエレクトレット(electret)面と関係している。ダイヤフラムのスティフネス(stiffness)は、カプセルの組み立て操作においてダイヤフラムリングの機械的変形に起因して変化して、電気音響パラメータでの変化を引き起こす。

第２に、問題のカプセルは、対向電極とダイヤフラムリングとの間および対向電極とマイクロフォンハウジングとの間の静電容量によって形成される、極めて高い浮遊容量を有する。極めて小さな有効ダイヤフラム面積を持つ小型マイクロフォンでは、浮遊容量は、感度で３ｄＢ〜６ｄＢの損失を生じさせる。

第３に、プラスチックフィルムのスペーサリングは、しばしばバリ(burr)を有する。これは、その公称値に対応していない空隙の原因である。

第４に、ダイヤフラムリングの使用は、振動可能なダイヤフラム面積の減少をもたらす。そして、小型マイクロフォンでの振動可能なダイヤフラム面積は、しばしばカプセルの断面積の半分になり、マイクロフォンのダイナミックレンジでかなりの損失を生じさせる。

米国特許公報ＵＳ２００２／０１５４７９０Ａ１は、ダイヤフラムが、音波入口孔が設けられた保持リングの下面に接着固定されたコンデンサマイクロフォンを開示する。そこでは、コンデンサマイクロフォンの総断面積に対するダイヤフラムの振動可能な面積の比率が、（１．９／２．５）^２＝０．７６^２＝０．５７である（薄いハウジング外壁が０．１ｍｍの範囲であると仮定している）。

ドイツ特許公報ＤＥ３６１６６３８Ｃ２、ＤＥ１００６４３５９Ａ１、ＤＥ３８５２１５６Ｔ２、ＤＥ２４４５６８７Ｂ２、ＤＤ７２０３５も、ダイヤフラムがマイクロフォンハウジングの一部に固定されたコンデンサマイクロフォンを開示する。

知られた解決法では、特に、ダイヤフラムをマイクロフォンハウジングに固定する方法は、ダイヤフラムと対向電極との間の空隙の幅（これは、可能な限り正確な値を維持すべきである）に影響を有するという不具合があることが判明した。例えば、接着剤を用いて固定する場合、接着層の厚さが正確に予測できないために、ダイヤフラムの正確な平面度(flatness)およびダイヤフラムと対向電極との間の空隙の正確な幅を設定することは、ほぼ不可能である。

本発明の目的は、改善したコンデンサマイクロフォンおよび高級小型コンデンサマイクロフォンの生産について改善したプロセスを提供することであり、これにより、上述した不具合が回避され、特に、高い信号ノイズ比が達成できる。さらに、本発明は、振動可能なダイヤフラム面積とコンデンサマイクロフォンの総断面積との関係が、可能な限り良好であり、ダイヤフラムと対向電極または大部分に設けられるエレクトレット層との間の得られる空隙幅が可能な限り正確であることを提供しようとするものである。

本発明によれば、本明細書の最初の部分で説明したようなコンデンサマイクロフォンにおいて、マイクロフォンハウジングは、２つのハウジング部を有し、第２ハウジング部は、第１ハウジング部より大きな直径であり、第２ハウジング部は、第１ハウジング部の上にキャップ状またはスリーブ状に配置されており、そして、ダイヤフラムのエッジは、第１ハウジング部のエッジ上で折り曲げられて、第１ハウジング部の外面に固定されることで、これらの目的が達成される。

対応するプロセスは、請求項１２に記載され、下記のステップを備える。
ａ）対向電極を、対向電極の上面と第１ハウジング部のエッジとの間に軸方向に予め定めた間隔が存在するように、第１ハウジング部に配置する。
ｂ）対向電極に関連したダイヤフラムを、ハウジング部のエッジの上に戴置する。
ｃ）ダイヤフラムのエッジを、第１ハウジング部のエッジ上で折り曲げる。
ｄ）折り曲げられたエッジを、第１ハウジング部の外面で固定する。
ｅ）第２ハウジング部を、キャップまたはスリーブとして、第１ハウジング部の上に配置する。

これに関して、本発明は、提案したマイクロフォンハウジングの第１ハウジング部へのダイヤフラムの直接固定により、通常用いていたダイヤフラムリングの使用が不必要になり、一連の利点をもたらすという理解に基づいている。その結果、マイクロフォンハウジングのほぼ全体の断面積を有効に活用することができ、マイクロフォンハウジングおよびマイクロフォン全体をより小型な構造とすることができる。同時に、この配置はまた、可能な限り最大のダイヤフラム面積が活用されて、自由に振動できるため、より高い信号ノイズ比および改善した電気音響特性を達成できる。

本発明によれば、ダイヤフラムは、第１ハウジング部のエッジ上に置かれて折り曲げられ、第１ハウジング部は、第２ハウジング部に設けられた音波入口孔に対して開いた、ほぼ薄肉チューブ部の形状である。第２ハウジング部は、保護用または装飾用のキャップ状またはスリーブ状で、第１ハウジング部の上にほぼ装着され、適切な場所で接合され、例えば、溶接、接着または半田付けされる。代替として、第２ハウジング部はチューブの形状であり、ハウジングカバーが、ダイヤフラムと第１ハウジング部との接続場所を覆うように、ダイヤフラムの上に配置される。

特に、マイクロ溶接(microwelding)またはマイクロ接着(microadhesive)を用いた改善した技術的に可能な方法により、本発明は、ますます需要が高くなる小型マイクロフォンを生産するために使用できる。

特に、本発明では、ダイヤフラムのマイクロフォンハウジングへの固定が、接着層、溶接層または半田層が空隙幅へ影響を及ぼさない場所で行われるため、空隙幅を正確に維持できる。さらに、これに関して、ダイヤフラムの振動可能な面積を減少させる必要なしで、チューブ部の外周面において、ダイヤフラムを固定するための充分なスペースが存在する。第１および第２ハウジング部の肉厚も、極めて小さくなるように選択できる。

本発明に係るコンデンサマイクロフォンの好ましい構成は、従属請求項に記載している。好ましくは、ダイヤフラムは、第１ハウジング部の外面に直接に溶接または接着される。好ましくは、接着が用いられる。

ある展開では、第１ハウジング部の外面と第２ハウジング部の内面との間に、空隙が設けられる。空隙は、第１ハウジング部の外側に折り曲げられたダイヤフラムをその場所で、例えば、接着により搭載するのに充分なスペースを与える。この場合、折り曲げられたダイヤフラムが折り目を形成し、例えば、その領域で不規則に持ち上がった部分が形成された場合でも、ダイヤフラムと対向電極またはエレクトレット層との間の空隙幅に影響を及ぼさず、第１および第２ハウジング部の間の空隙は、それに対する充分なスペースを与える。

空隙幅は、好ましくは、第２ハウジング部の内面に面する（ダイヤフラムの折り曲げ部分において）ダイヤフラムの導電層と第２ハウジング部の内面との間で導電接続を提供するような寸法である。しかしながら、空隙幅は、ダイヤフラムが充分に良好に位置決め可能で、ダイヤフラムの折り曲げ領域が損傷しないように、大きくすべきである点に留意することになる。代替として、空隙幅は、ダイヤフラムの折り曲げ領域が第２ハウジング部の内面と接触しないような寸法とすることも可能である。そして、ダイヤフラムとハウジングとの間の導電接続は、別の場所、例えば、ハウジングカバーとダイヤフラムとの間で、ダイヤフラムがハウジングカバーと第１ハウジング部との間に挟まれるような場所にて行われる。

本発明の展開では、対向電極は、マイクロフォンハウジングに固定された第１回路基板またはマイクロフォンハウジングに固定された絶縁部分に、配置される。この回路基板は、対向電極および任意に設けられるエレクトレット層のための担体(carrier)として機能する。第１回路基板は、好ましくは、マイクロフォンハウジングに対して直接に固定接続され、好ましくは、接着、溶接または半田付けされる。そして、エレクトレットは、充電される。その後、ダイヤフラムがマイクロフォンハウジングに装着される。この場合、第１回路基板は、所望の空隙が形成されるように、マイクロフォンハウジングに装着される。

マイクロフォンハウジングには、電気接続手段により対向電極に電気接続され、信号処理のための回路配置を有する第２回路基板が装着されることも好ましい。この構成は、最初に、対向電極を持つ第１回路基板が第１ハウジング部に搭載され、そしてダイヤフラム、最後に第２回路基板がマイクロフォンハウジングに搭載されるというように、生産手順の観点から極めて簡単になる。この場合、第１ハウジング部は、第１および第２回路基板の間の距離を調整するためのスペーサエレメントの機能を同時に実行し、別個のスペーサエレメントを省くことが可能になる。

対向電極は、第１回路基板の表面に配置することも可能である。

対向電極の直径は、ダイヤフラムの直径より小さいことも好ましい。この場合、対向電極によって覆われない回路基板表面は、空隙の寸法化のための参照面として機能することができる。

更なる構成では、絶縁部分は、全周囲領域においてマイクロフォンハウジングに接続されておらず、空気の排出フローのために機能する少なくとも１つの間隙が、絶縁部分のエッジとマイクロフォンハウジングの内壁との間に形成されている。これは、外側エッジでのダイヤフラムの振動能力を改善する。

知られたコンデンサマイクロフォンにおいて、ダイヤフラムは、担体層が、例えば、プラスチック材料からなる非導電フィルム層を有するため、導電層部分、例えば、薄い金層部分を持つ担体層の片面にのみ設けられる。この場合、例えば、米国特許公報２００２／０１５４８９０号に開示されているように、導電層が対向電極（これにエレクトレット層が形成可能である）と反対の関係になるように、あるいは、導電層が音波入口孔と反対の関係になるようにして、ダイヤフラムがコンデンサマイクロフォン内に配置される。

導電層が音波入口孔と反対の関係になるようにした設計では、ダイヤフラムの非導電性担体層は、対向電極（またはエレクトレット層）とダイヤフラムの導電層との間に配置され、このことはダイヤフラムの導電層と対向電極（またはエレクトレット層）との間に形成される静電容量に影響を及ぼし、そしてマイクロフォンの音響特性に影響を及ぼすという不具合がある。さらに、この実施形態での導電層は、参照電位にあるハウジングと何とかして導電性で接続しなければならず、これは、一般に、ハウジングリングへ、またはハウジングカバーでの環状の突起への接着によって行われ、この場合、接着剤（充分に良好な導電性を有するものは、良好な接着性を有しない）もまた、その接合の導電性に対して有害な影響を有する。

導電層が対向電極と反対の関係にある第１の構成は、しばしば接触の問題を有する。例えば、非導電性担体層を持つダイヤフラムが、リングに対して接着で固定されている設計構成は、知られている。こうした構成において導電接続を提供するために、側方（導電性）舌部(tongue)がしばしばダイヤフラムに設けられ、これは、リング上方で折り曲げられ、リングと接触して、導電接続を行う。しかしながら、その種の舌部を生産し、正しく位置決めすることは、極めて複雑かつ高価になる。

これらの不具合を解消するために、更なる構成では、ダイヤフラムが両面に導電層を有する。従って、可能ならば接着によるダイヤフラムと第１ハウジング部との間の本発明に係る接続の場合、これは、接着により実施可能であり、ダイヤフラムの導電層の少なくとも１つについて、参照電位にあるハウジング部への、機械的接続から独立した導電接続が達成できる。例えば、接着剤をダイヤフラムの折り曲げエッジの小さな領域だけに設けることができ、ダイヤフラムの残りのエッジ領域は、第１ハウジング部の外面と直接に接触する。さらに、第１および第２ハウジング部の間の空隙についても、ダイヤフラムの折り曲げエッジが第２ハウジング部の内面に接触して、導電接続を提供するようにして、寸法設定が可能である。

明らかに、ダイヤフラムのこうした構成では、追加の静電容量が２つの導電層の間に形成される。しかしながら、この追加の静電容量は、静電容量に対して極めて大きく、これは、ダイヤフラムと対向電極またはエレクトレット層との間のような信号生成の観点から重要であり、コンデンサ電極の音響特性に影響を及ぼさない。
以後、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

コンデンサマイクロフォンの最も重要なパラメータの１つ（信号ノイズ比または等価音圧レベル）は、特に、カプセルの有用容量または浮遊容量、そしてインピーダンストランスデューサの入力容量と雑音特性に依存している。これは、コンデンサマイクロフォンの等価信号回路の回路図を示す図１を参照して説明できる。浮遊容量Ｃ_Ｓｔｒと入力容量Ｃ_Ｉｎの合計と比較して、カプセルの有用容量Ｃ_Ｃが低くなるほど、伝達係数(transmission factor)Ｃ＝Ｕ_Ｓ／Ｅ_Ｓ（但し、Ｅ_Ｓは無負荷モードでのカプセル感度、Ｕ_Ｓは出力信号）が低くなり、信号ノイズ比も劣化する。これに関して、Ｃに対する入力抵抗の影響は、下記の条件（ω_Ｎは動作周波数範囲の最下限である）がコンデンサマイクロフォンの場合に常に満足されていれば、無視できる。

コンデンサマイクロフォンに関する雑音は、入力抵抗の熱雑音、カプセルの分子雑音、およびインピーダンストランスデューサの固有雑音で構成される。最初の２つの成分は、マイクロフォンの信号ノイズ比に関する性状を決定する。これらの成分は、特に、ダイヤフラムについて小さな表面積を持つ小型マイクロフォンの場合に高くなり、分子雑音は、ダイヤフラム半径に反比例する。

図２は、入力抵抗の熱雑音を計算するための等価回路の回路図を示す。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは温度（ケルビン）、Δｆはバンド幅（Ｈｚ）である。この回路から、雑音電圧Ｕ_Ｒについての伝達係数Ｋ_Ｒ＝Ｕ_Ｒ／ｅ（ここで、ｅは抵抗の熱雑音）は、周波数依存であり、静電容量Ｃ_Ｃ，Ｃ_Ｓｔｒ，Ｃ_Ｉｎの減少とともに増加することが判る。

前述の検討は、小型コンデンサマイクロフォンの場合での高い信号ノイズ比は、最大可能自由振動ダイヤフラム表面積でのみ達成できることを示す。

図３は、知られたコンデンサマイクロフォンの断面図を示し、これは、多くの場合、同一または類似の方法で生産される。音波入口孔１１を有するマイクロフォンハウジング１０の内部には、次のエレメント：ダイヤフラムリング１２、ダイヤフラムリング１２に接着で固定されたダイヤフラム１３、スペーサリング１４、エレクトレットフィルム１５、これに接続された対向電極１６、接触リング１７、絶縁部分１８、搭載された回路配置２０（特に、ＩＣ）および接続接点２１を持つ回路基板１９、が設けられる。この場合、ダイヤフラム１３とエレクトレットフィルム１５または対向電極１６との間の空隙２２は、スペーサリング１４によって規定される。トランスデューサの個々のエレメント、即ち、ダイヤフラム１３が接着で固定されたダイヤフラムリング１２およびスペーサリング１４などが、この場合、マイクロフォンハウジング１０内で、積み重ね技術を用いて単に相互に積み重ねられている。

しかしながら、こうした構造は、重大な不具合を有し、こうしたマイクロフォンは、特に、高級マイクロフォン、特に、高級小型マイクロフォンとして適切でない。特に、本明細書の最初の部分で説明したように、使用した積み重ね技術は、電気音響パラメータの意味において比較的高いレベルのばらつきをもたらし、製造時に少なくないレベルの不良品をもたらす。これは、特に、個々の構成部品の不揃い、特に、これらの表面に起因して生ずる。さらに、ダイヤフラム１３のスティフネスは、マイクロフォンの組み立て時に、ダイヤフラムリング１２の機械的変形によって変化することがあり、電気音響パラメータでの変動を生じさせる。

さらに、こうしたマイクロフォンは、高い浮遊容量を有し、有効ダイヤフラム面積が極めて小さい場合、感度において著しい損失をもたらす。さらに、厚さ変動またはしばしば存在するバリのために、スペーサリングは、空隙の意図した値で偏差を生じさせることがある。最後に、ダイヤフラムリング１２の使用は、振動可能であって、しばしば５０％程度まで効率的に使用可能なダイヤフラム表面積のサイズを減少させ、このため、マイクロフォンは、全体でより大きな寸法にしたり、あるいはダイナミックレンジでの相当な損失を許容しなければならない。

知られたエレクトレットカプセル（ＯＢ２２Ｌ、プリモ(Primo)）では、カプセルの直径は６ｍｍで、ダイヤフラムリングの内径は３．７ｍｍであり、振動可能面積としてダイヤフラムの総面積の３８％しか使用できない。

知られたコンデンサマイクロフォンの更なる構成は、図４に断面図で示している。この場合、マイクロフォンハウジング１０は、２つの部分、即ち、第１ハウジング部１０１と、第２ハウジング部１０２とを備え、両方とも同一の内径である。第１回路基板２３は、ダイヤフラム１３に向いた面で薄い対向電極１６を搭載し、エレクトレット層１５（部分的にまたは表面全体に）は第１ハウジング部１０１に固定され、エレクトレット面およびハウジングエッジが、ダイヤフラム１３に向かって所望の空隙２２を形成するようにしている。第１回路基板２３の固定は、例えば、回路基板上の銅リングを、第１ハウジング部１０１に対して溶接スポット２５でマイクロ溶接を行うことによって可能である。さらに、第１回路基板２３には、対向電極１６を、第１回路基板２３の下面での接触領域２６に電気接続するための貫通接触手段２４が設けられる。

さらに、第１ハウジング部１０１の下側領域では、回路配置２０および接点２１を持つ第２回路基板１９が第１ハウジング部１０１に対して搭載固定され、好ましくは、溶接スポットまたは溶接シーム２７において第１ハウジング部１０１に対して溶接される。この回路基板１９の位置は、誘電体スペーサエレメント１８によって決定される。接続エレメント１７は、接触領域２６および貫通接触手段２４とともに、対向電極１６と回路配置２０との間の電気接触を提供している。この場合、接続エレメント１７は、例えば、接触スプリングの形状にすることができる。

本実施形態では、ダイヤフラム１３は、２つのハウジング部１０１，１０２の間に配置され、外側エッジで２つのハウジング部１０１，１０２に溶接されている（溶接シーム２８）。この配置では、２つのハウジング部１０１，１０２は一緒に溶接される。このため、最初に、対向電極１６およびエレクトレット層１５を持つ第１回路基板２３を第１ハウジング部１０１の中に導入して、所望の空隙を付与する。そして、第１回路基板２３は、第１ハウジング部１０１に対して溶接スポット２５で溶接する。その後、ダイヤフラム１３を第１ハウジング部１０１のエッジに置いて、第２ハウジング部１０２をその上に置いて、そして、ダイヤフラム１３を２つのハウジング部１０１，１０２に対して溶接シーム２８で溶接する。最後に、スペーサエレメント１８、接続エレメント１７および第２回路基板１９を第１ハウジング部１０１の中に導入して、固定する。

さらに、この手法では、知られたコンデンサマイクロフォンのダイヤフラムに存在するダイヤフラムリングが完全に省略され、対向電極１６は極めて小さな厚さ（即ち、側方表面が無い）であるため、カプセルの無効(dead)容量が極めて小さい。好ましくは、図示した実施形態の場合のように、対向電極１６は、ダイヤフラム１３より小さな直径とすることができる。これは、振動にほとんど関与せず、不要な無効容量としてのみ機能するダイヤフラム１３の周辺領域がより小さくなるという利点を有する。計算では、この場合、感度の利得が２〜３ｄＢまで上昇可能であることを示した。さらに、回路基板２３の表面の外側エッジ２９は、空隙の寸法設定のための参照面として機能できる。

図５は、２つのハウジング部１０１，１０２の間のダイヤフラムの固定について修正した実施形態を示す。ここでは、ハウジング部１０１，１０２の相互に面したエッジが相補的なプラグ接続の形状であり、両者の間にはダイヤフラム１３のエッジが配置され、外側エッジで溶接操作を行う前の位置で挟持される。この場合、プラグ接続は、当然ながら、図５に示すものと異なる構成でもよい。さらに、ダイヤフラムは、第１ハウジング部１０１の内面に対して、または２つのハウジング部１０１，１０２の間の接続場所に対して、直接に溶接することも可能である。

コンデンサマイクロフォンの更なる実施形態は、図６に示している。この場合、ハウジング１０も２つのハウジング部１０３，１０４を備え、第１ハウジング部１０３は、両端が開放したチューブの形状であり、実際にはトランスデューサ全体を収容している。第２ハウジング部１０４は、実質的に保護用および装飾用のキャップとして機能し、第１ハウジング部１０３に対して溶接シーム３０で溶接される。この構成では、ダイヤフラム１３を第１ハウジング部１０３に固定するための溶接シーム３１が覆われている。

本実施形態でさらに特別な点は、溶接の前に、ダイヤフラム１３が、クランプリング３２によって、第１ハウジング部１０３での対応する溝の中に挟み込まれる点である。特に、ダイヤフラムは、これにより張力付与が可能である。マイクロ溶接操作の際、ハウジング部の最小必要な肉厚は、約０．１５〜０．２ｍｍであるため、第２ハウジング部１０４が第１ハウジング部１０３を外部から覆うように装着される本実施形態では、面積損失が極めて小さい。

本発明に係るコンデンサマイクロフォンの好ましい実施形態は、図７に示す。ハウジングは、２つのハウジング部１０５，１０６を備え、第１ハウジング部１０５は、図６に示した実施形態と同様に、両端で開放したチューブの形状であり、実際にはトランスデューサ全体を収容している。第２ハウジング部１０６は、ハウジングスリーブの形状であり、第１ハウジング部１０５のための実質的に保護用および装飾用の外装部材(cladding)として機能する。上端および下端において、第２ハウジング部１０６は、個々のフランジエッジ３７，３８を有し、一方は、回路基板１９の回りに延びており（フランジエッジ３７）、他方は、ハウジングカバー１０７の中または回りに係合して（フランジエッジ３８）、第２ハウジング部１０６を固定している。

本実施形態において、ダイヤフラム１３は、好ましくは、接着領域３９で第１ハウジング部１０５と接着される。このため、好ましくは、ダイヤフラム１３の組み立ての前に、接着剤を、第１ハウジング部１０５へ接着領域３９に外側から塗布する。そして、ダイヤフラムは、第１ハウジング部１０５の開口に上方から戴置され、ハウジングカバー１０７と、例えば、第１ハウジング部１０５の外径より僅かに大きい内径を持つ更なるスリーブとの間で張力が付与され、そして、ダイヤフラム１３の折り曲げエッジは、接着領域３９で第１ハウジング部１０５の外側に接着するように折り曲げられる。そして、接着領域３９は、第２ハウジング部１０６によって隠される。

代替として、この目的のため、ダイヤフラムが、第１ハウジング部とピン端部との間で張力付与された装置を使用することが可能である。スリーブは、最初に、ピン上に乗って、ダイヤフラムを適所に接着するために下方へ変位する。

図７に図示した実施形態は、ダイヤフラムの上に、ダイヤフラム１３を湿気から保護するための、知られた保護ダイヤフラム３３を有する。さらに、本実施形態では、対向電極１６は、例えば、プラスチック材料を含む絶縁部分３４の上に配置される。回路基板１９への接続ワイヤ３６が、導電性接着剤３５を用いて（または圧力接触スプリングを用いて）絶縁部分３４の中央領域で固定される。

図４と図５に示した実施形態でのようなスペーサエレメント１７は、本実施形態では、ハウジング自体がスペーサエレメントの機能を担うため、必要としない。さらに、ハウジングカバー１０７および保護ダイヤフラム３３は、接合コンポーネント形状とすることができる。

特に、本発明に係る解決法では、ダイヤフラム面積の振動可能な領域が、コンデンサマイクロフォンの直径全体と比べて極めて大きくなる。第１ハウジング部１０５の内径（＝振動可能なダイヤフラム面積のサイズ）が２．８ｍｍ、第１ハウジング部１０５の外径が３ｍｍ、第１および第２ハウジング部１０５，１０６間の空隙の空隙幅が０．０５ｍｍ（約０．００２〜０．００３ｍｍのダイヤフラム厚さにとって充分である）、第２ハウジング部１０６の肉厚が０．１ｍｍである場合、コンデンサマイクロフォンの外径は３．３ｍｍとすることができ、具体的な表面積比率は（２．８／３．３）^２＝０．８５^２＝０．７２となって、知られたコンデンサマイクロフォンの場合より著しく高くなる。

さらに、この場合、接着層は、ダイヤフラム１３と対向電極１６（または、これに形成されるエレクトレット層）との間の空隙幅に影響しないため、これを極めて正確に調整することができる。さらに、接着接合に必要なだけ、第１ハウジング部の外面に多くのスペースを取り出す(take up)ことが可能であり、取り出したスペースは、実際、ダイヤフラムの振動可能な領域のサイズに影響しない。従って、第１ハウジング部１０５の肉厚は、極めて薄く選択することができ、接触問題は存在しない。

好ましくは、絶縁部分３４は、第１ハウジング部１０５内に固定され、例えば、所定の接着場所で、絶縁部分の下面で、絶縁部分３４と第１ハウジング部１０５との間でその周囲に延びる角部に接着剤が導入されるようにしている。

ダイヤフラム１３は、異なる構成とすることができる。導電層が、非導電性の担体層の片面だけ（上側または下側とも可能）または両面に形成される。

導電層をダイヤフラムの上面にのみ形成した場合、参照電位にあるハウジングとの導電接続は、少なくとも、第１ハウジング部とハウジングカバー１０７（より詳細には、ハウジングカバー１０７とともに）との間の挟持場所に確保される。さらに、第１および第２ハウジング部１０５，１０６の間の空隙が極めて小さい場合、ダイヤフラムの折り曲げ部は、外側に向いた導電層とともに、第２ハウジング部１０６に接することができる。

導電層をダイヤフラムの下面にのみ形成した場合、参照電位にあるハウジングとの導電接続は、例えば、回路基板１９上に設けられた接触リングによって確保され、ダイヤフラムの導電層は、第１ハウジング部１０５によって、第２ハウジング部１０６に接続可能な該接触リングと電気接続が可能である。さらに、接着剤は、接着領域３９全体に設けないことが好ましく、ダイヤフラムの折り曲げエッジの内側に向いた導電層は、少なくとも部分的に、第１ハウジング部１０５の外面と直接に（両者間に接着剤無しで）接触する。

導電層をダイヤフラムの上面および下面の両方に形成した場合、上述した可能性あるオプション全てが利用可能である。

コンデンサマイクロフォンの更なる実施形態は、図８に示している。この実施形態では、ダイヤフラム１３は、図４に示した実施形態のように、２つのハウジング部１０１，１０２の間に挿入され、これらに対して溶接シーム２８で溶接される。ここで、第１ハウジング部１０１は、第１ハウジング部１０１を固定するための下側エッジで、フランジエッジ３７を有する。従って、ハウジング自体は、除去可能であるスペーサエレメントの機能を担う。絶縁部分３４および対向電極１６は、好ましくは、単一のプロセスステップで組み立て可能な共通ユニットの形状である。

絶縁部分３４の好ましい構成は、図９に示しており、図９Ａは断面図、図９Ｂは平面図である。図面は、周囲に分散した４つの貫通孔３４２と、導電性接着剤３５を受け入れるために設けられた中心貫通孔３４１とを示している。図９Ｂから、本実施形態では、絶縁部分３４は、円形の外側周辺を有しておらず、外側に延びる部分３４３を複数の場所に有することが判る。これらの外側に延びる部分３４３は、絶縁部分をハウジング内部に固定し、センタリングするために機能する。これらの外側に延びる部分の間では、領域３４４での絶縁部分３４３が、ハウジング内壁に対して直接に支えられておらず、絶縁部分３４とハウジングとの間に間隙が存在している。この間隙は、エッジにおけるダイヤフラムの振動能力を改善する。この領域でのダイヤフラムの振動の際、この構成がより良好な空気の排出フローを確保するからである。

本発明によれば、ダイヤフラムのエッジが第１ハウジング部のエッジで折り曲げられ、そこに外面で固定される限りにおいて、マイクロフォンハウジングまたはマイクロフォンハウジングの一部が、ダイヤフラムを固定するために用いられることが提案される。通常使用され、効率的に利用可能なダイヤフラム面積を減少させるダイヤフラムリング、あるいはダイヤフラムとともに単一面内にある他の固定エレメントの使用は、こうして余分なものになる。本発明により、直径が減少しつつ高い信号ノイズ比、および電気音響パラメータの意味で利得を有する小型コンデンサマイクロフォンを構築することが可能になる

コンデンサマイクロフォンの等価信号回路の回路図を示す。 熱雑音に関する等価信号回路の回路図を示す。 知られたコンデンサマイクロフォンの断面図を示す。 知られたコンデンサマイクロフォンの一実施形態の断面図を示す。 ダイヤフラムとマイクロフォンハウジングとの間の可能な接続構成を示す。 知られたコンデンサマイクロフォンの更なる実施形態の断面図を示す。 本発明に係るコンデンサマイクロフォンの一実施形態の断面図を示す。 コンデンサマイクロフォンの更なる実施形態の断面図を示す。 絶縁部分の有利な構成を示す。

Claims (13)

1. 音波入口孔と、ダイヤフラムと、ダイヤフラムに関連してダイヤフラムに対して小さな間隙で配置された対向電極とを有するマイクロフォンハウジングを備えたコンデンサマイクロフォンであって、
   マイクロフォンハウジングは、２つのハウジング部を有し、第２ハウジング部は、第１ハウジング部より大きな直径であり、第２ハウジング部は、第１ハウジング部の上にキャップ状またはスリーブ状に配置されており、
   ダイヤフラムのエッジは、第１ハウジング部のエッジで折り曲げられて、第１ハウジング部の外面に固定されるようにしたコンデンサマイクロフォン。
2. ダイヤフラムは、第１ハウジング部の外面に溶接または接着されることを特徴とする請求項１記載のコンデンサマイクロフォン。
3. 第１ハウジング部の外面と第２ハウジング部の内面との間に、空隙が設けられることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
4. 空隙は、第１ハウジング部の外面に固定されたダイヤフラムのエッジが、第２ハウジング部の内面と接触するようなサイズであることを特徴とする請求項３記載のコンデンサマイクロフォン。
5. ダイヤフラムの折り曲げたエッジは、第２ハウジング部によって隠れていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
6. 第２ハウジング部は、スリーブ状であり、
   マイクロフォンハウジングは、振動可能なダイヤフラム面積を覆うハウジングカバーをさらに有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
7. 対向電極は、マイクロフォンハウジングに固定された第１回路基板またはマイクロフォンハウジングに固定された絶縁部分に、配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
8. マイクロフォンハウジングには、電気接続手段により対向電極に電気接続され、信号処理のための回路配置を有する第２回路基板が搭載されることを特徴とする請求項７記載のコンデンサマイクロフォン。
9. 対向電極の直径は、ダイヤフラムの直径より小さいことを特徴とする請求項７，８のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
10. 絶縁部分は、全周囲領域においてマイクロフォンハウジングに接続されておらず、空気の排出フローのために機能する少なくとも１つの間隙が、絶縁部分のエッジとマイクロフォンハウジングの内壁との間に形成されていることを特徴とする請求項７〜９のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
11. ダイヤフラムは、両面に導電層が設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のコンデンサマイクロフォン。
12. 音波入口孔を有するマイクロフォンハウジングを備え、マイクロフォンハウジングは、２つのハウジング部を有し、第２ハウジング部は、第１ハウジング部より大きな直径であるコンデンサマイクロフォンの製造方法であって、
    ａ）対向電極を、対向電極の上面と第１ハウジング部のエッジとの間に軸方向に予め定めた間隔が存在するように、第１ハウジング部に配置するステップと、
    ｂ）対向電極に関連したダイヤフラムを、ハウジング部のエッジの上に戴置するステップと、
    ｃ）ダイヤフラムのエッジを、第１ハウジング部のエッジ上で折り曲げるステップと、
    ｄ）折り曲げられたエッジを、第１ハウジング部の外面で固定するステップと、
    ｅ）第２ハウジング部を、キャップまたはスリーブとして、第１ハウジング部の上に配置するステップと、を備える方法。
13. ダイヤフラムのエッジは、第１ハウジング部の外径より僅かに大きな内径を持つスリーブによって折り曲げることを特徴とする請求項１２記載の方法。

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