JP2008035045A - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】外部から加わった熱による各種特性の劣化を抑制できるとともに、浮遊容量に基因する感度、Ｓ／Ｎ比等の各種特性の悪化を抑制でき、しかも、製造し易いコンデンサマイクロホンを提供する。
【解決手段】バックプレート２０は、一対の円形部２０ａがくびれた形状の連結部２０ｂにより連結された形状に形成され、各円形部２０ａの周縁の一部はスペーサ１８に当接されるとともに、連結部２０ｂの周縁はスペーサ１８の孔１８ａに対応して配置されている。このため、バックプレート２０の周縁全体をスペーサ１８に当接させる構成に比較して、バックプレート２０とスペーサ１８との接触面積が減少する。
【選択図】図２

Description

この発明は、携帯電話、ビデオカメラ、パーソナルコンピュータ等の機器に用いられるコンデンサマイクロホンに関するものである。

従来、この種のコンデンサマイクロホンとしては、例えば特許文献１において開示されるものがある。このコンデンサマイクロホンにおいては、振動膜保持体に張設された振動膜に対し、エレクトレット層を有するバックプレートがスペーサを介して対向配置されている。そして、振動膜とバックプレートとによってコンデンサ部が構成されている。図７に示すように、このバックプレート５０は、円形の本体部５１の周縁に複数の突起部５２が形成された構成を備えている。そして、各突起部５２がスペーサに押し付けられるようになっている。このような構成によれば、スペーサとバックプレート５０との接触面積が小さくなるため、リフロー半田付け時の熱が振動膜側からバックプレート５０側へ伝達されにくくなり、バックプレート５０のエレクトレット層の劣化を抑制できる。しかも、スペーサとバックプレート５０との接触面積が小さいために、スペーサとバックプレート５０との接触部分に生じる浮遊容量が低減されて、コンデンサ部の有効な容量に対する浮遊容量の割合が減少する。このため、浮遊容量に基因する感度、Ｓ／Ｎ比等の各種特性の悪化が抑えられるとされている。
特開昭５９−２８７９９号公報

ところで、コンデンサマイクロホンには小型化が要求されており、バックプレートには、一層の小径化が要求されている。ところが、上記特許文献１に記載されたバックプレート５０は、円形の本体部５１の周縁に複数の突起部５２を形成した複雑な構成となっている。このため、板材を打ち抜いてバックプレート５０を製造する打ち抜き型は、複雑で、かつ、精密な構造のものが必要となる。

また、コンデンサマイクロホンの組立時において、バックプレート５０の突起部５２が損傷されやすい。この結果、組み付けられたバックプレート５０の保持状態が不安定となり、振動膜とバックプレート５０との間隔が設定値からずれて感度やＳ／Ｎ比等の特性の悪化を招く問題がある。

この発明の目的とするところは、外部から加わった熱による各種特性の劣化を抑制できるとともに、浮遊容量に基因する感度やＳ／Ｎ比等の各種特性の悪化を抑制でき、しかも、製造し易いコンデンサマイクロホンを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、筐体内に、同筐体の音孔に対向する振動膜と、その振動膜に対してスペーサを介して対向配置されたバックプレートとを収容したコンデンサマイクロホンにおいて、前記バックプレートを、少なくとも一対の円形部が連結された形状に形成し、前記円形部の周縁の少なくとも一部を前記スペーサに当接させるとともに、前記円形部間の連結部分の周縁を同スペーサに形成された孔に対応して配置したことを特徴とする。ここで、「円形部」とは、外方へ膨らんだ略円形の形状を意味する。

この発明においては、バックプレートの周縁全体をスペーサに当接させる構成に比較して、バックプレートとスペーサとの接触面積が減少する。従って、振動膜側とバックプレートとの間の熱の伝達を抑制できるため、熱による支障の発生を抑制できる。また、バックプレートと振動膜との接触部分に生じる浮遊容量が減少するため、コンデンサ部の浮遊容量に基因する感度、Ｓ／Ｎ比等の各種特性の悪化を抑制できる。しかも、バックプレートは、一対の円形部を連結した単純な形状であるため、簡単な構造の打ち抜き型を用いて板材から打ち抜くことができる。また、バックプレートを筐体に組み付けるときに、バックプレートを損傷させにくい。従って、製造し易いコンデンサマイクロホンとすることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明に加えて、前記バックプレートは、前記連結部分においてくびれた形状に形成されていることを特徴とする。
この発明においては、バックプレートの連結部分がくびれているため、スペーサの孔の形状を複雑にしなくても、連結部分を、スペーサの孔内に配置できる。このため、スペーサの形状を単純にすることができ、スペーサを製造し易くなるとともに、組み付けに伴うスペーサの損傷を有効に防止できる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明に加えて、前記スペーサは、楕円形の孔を備えていることを特徴とする。
この発明においては、スペーサの孔が単純な楕円形であるため、その製造が容易となる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明に加えて、前記バックプレートは、高分子フィルムよりなるエレクトレット膜を背極に貼着して構成されていることを特徴とする。

この発明においては、高分子フィルムよりなるエレクトレット膜を背極に貼着して構成されたバックプレートを有するバックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンにおいて、上記請求項１〜請求項３に記載の発明の効果を得ることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記振動膜は、前記スペーサに張設されていることを特徴とする。
この発明においては、振動膜をスペーサに張設して構成されたコンデンサマイクロホンにおいて、上記請求項１〜請求項４に記載の発明の効果を得ることができる。

この発明によれば、外部から加わった熱による各種特性の劣化を抑制できるとともに、浮遊容量に基因する感度、Ｓ／Ｎ比等の各種特性の悪化を抑制でき、しかも、製造し易いコンデンサマイクロホンを提供することができる。

（第１実施形態）
次に、この発明を、エレクトレット型のコンデンサマイクロホンに具体化した第１実施形態について図１〜図４を用いて説明する。

図１及び図３に示すように、コンデンサマイクロホン１０の筐体１１は、平板状の回路基板１２と、四角枠状の筐体基枠１３と、平板状のトップ基板１４とを積層して、接着剤により一体に固定した構造となっている。回路基板１２、筐体基枠１３及びトップ基板１４は、エポキシ樹脂、液晶ポリマー、セラミック等の電気絶縁体により構成されている。

図３及び図４に示すように、前記回路基板１２の上下両面には、銅よりなる導電パターン１２ａ，１２ｂが形成されている。両導電パターン１２ａ，１２ｂは互いに電気接続されるとともに、下面側の導電パターン１２ｂはアース端子とされている。そして、回路基板１２上には、筐体１１内に設けられたインピーダンス変換回路を構成する電界効果トランジスタ１５やキャパシタ１６等の電装部品が実装されている。前記筐体基枠１３には、一対の円形部がくびれ部分を介して連結された略瓢箪形状の収容孔１３ａが形成されている。そして、筐体基枠１３の収容孔１３ａ内には、前記電界効果トランジスタ１５やキャパシタ１６等の電装部品が収容配置されている。筐体基枠１３の上下両面及び外側面には、銅よりなるとともに互いに電気接続された導電パターン１３ｂ，１３ｃ，１３ｄが形成され、下面側の導電パターン１３ｃは、前記導電パターン１２ａに当接して電気接続されている。筐体基枠１３において、収容孔１３ａのくびれ部分と対応する位置には、内周面上に形成された導電層１３ｅを介して導電パターン１３ｂ，１３ｃを電気接続するスルーホール１３ｆが形成されている。前記トップ基板１４の上下両面には、銅よりなる導電パターン１４ａ，１４ｂが形成されている。トップ基板１４の中央部には、複数の音孔１７が全体として環状をなすように形成されている。

前記筐体基枠１３とトップ基板１４との間には、金属板よりなるスペーサ１８が挟持固定され、このスペーサ１８には、楕円形の孔１８ａが透設されている。なお、スペーサ１８は、例えばステンレス鋼板、チタニウム等により形成される。スペーサ１８の上面には、高分子フィルムよりなる振動膜１９が接着により張設されており、その振動膜１９の上面には導電層１９ａが形成されている。高分子フィルムは例えばＰＴＦＥ（polytetrafluoroethylene ；ポリテトラフルオロエチレン）からなり、前記導電層１９ａは例えば金蒸着により形成されている。

筐体基枠１３内において、振動膜１９の下面にはスペーサ１８を介してバックプレート２０が対向配置されている。このバックプレート２０は、前記収容孔１３ａに対応する略瓢箪形状に形成され、導電性金属板よりなる背極２１の上面に、高分子フィルムよりなるエレクトレット膜２２が貼着されて構成されている。背極２１は例えばステンレス鋼板よりなり、エレクトレット膜２２は、コロナ放電等により分極処理されたＰＴＦＥよりなる。すなわち、この実施形態のコンデンサマイクロホン１０は、固定電極としての背極２１にエレクトレット膜２２を設けたバックエレクトレット型である。

バックプレート２０は、図４に示すように、一対の円形部２０ａがくびれた形状の連結部２０ｂを介して連結された形状に形成され、前記筐体基枠１３の収容孔１３ａ内に対し、その外周面と収容孔１３ａの内周面との間に隙間Ｐ（図３に図示）を設けた状態で収容されている。また、バックプレート２０は、図２に示すように、各円形部２０ａの周縁の一部においてスペーサ１８に当接し、連結部２０ｂの周縁がスペーサ１８の孔１８ａに対応して配置される。より詳しくは、バックプレート２０は、各円形部２０ａの２箇所（網かけ部）ずつにおいてスペーサ１８に当接されている。また、バックプレート２０の中央部には、前記振動膜１９の振動による空気移動を許容するための貫通孔２０ｃが形成されている。

図３に示すように、前記筐体基枠１３内において、バックプレート２０と回路基板１２との間には、バネ材よりなる保持部材２３が圧縮状態で介装され、この保持部材２３の弾性力によりバックプレート２０が振動膜１９の反対側からスペーサ１８の下面と当接する方向に加圧されている。これにより、振動膜１９とバックプレート２０との間に所定の間隔が保持されて、それらの間に所定の容量を確保したコンデンサ部が形成されている。前記保持部材２３は、ステンレス鋼板の表裏両面に金メッキを施してなる板材を打ち抜き成形することにより形成され、ほぼ四角環状の枠部２３ａと、その枠部２３ａの四隅から下部両側方に向かって斜めに突出する４つの脚部２３ｂとを備えている。そして、保持部材２３は、枠部２３ａの上面をバックプレート２０の下面に当接させるとともに、各脚部２３ｂの下端を回路基板１２上の導電パターン１２ａに当接させる。従って、バックプレート２０の背極２１は、保持部材２３を介して回路基板１２上のインピーダンス変換回路に電気的に接続されている。

図４に示すように、前記トップ基板１４には、内周面上に形成された導電層２４ａを介して両導電パターン１４ａ，１４ｂを電気接続する複数のスルーホール２４が形成されている。また、振動膜１９には、スルーホール２４に対応する孔２５が形成されるとともに、スペーサ１８には、孔２５に対応する孔２６が形成されている。図３に示すように、スルーホール２４及び両孔２５，２６内には導電性樹脂２７が充填され、この導電性樹脂２７によって導電部２８が形成されている。そして、トップ基板１４の両導電パターン１４ａ，１４ｂは、スルーホール２４の導電層２４ａと、導電部２８とを介して筐体基枠１３の導電パターン１３ｂ〜１３ｄに電気接続され、振動膜１９の導電層１９ａ、及び、スペーサ１８は、導電部２８を介して導電パターン１３ｂ〜１３ｄに電気接続されている。従って、トップ基板１４の両導電パターン１４ａ，１４ｂ、筐体基枠１３の導電パターン１３ｂ〜１３ｄ、及び、回路基板１２の両導電パターン１２ａ，１２ｂにより、コンデンサ部及びインピーダンス変換回路を覆う電磁シールドが構成されている。さらに、前記スルーホール１３ｆも、電磁シールド機能を発揮する。

なお、前記スルーホール１３ｆ内には、導電性樹脂２７が充填されていてもよい。また、導電層１３ｅが形成されていない状態のスルーホール１３ｆに導電性樹脂２７が充填されていてもよい。スルーホール１３ｆに導電層１３ｅが形成されるとともに導電性樹脂２７が充填されていれば、回路基板１２の導電パターン１２ａ，１２ｂと、トップ基板１４の導電パターン１４ａ，１４ｂとの導通性が向上するとともに筐体１１のシールド性等が向上する。さらに、スルーホール１３ｆ内の導電層１３ｅや導電性樹脂２７によって筐体基枠１３の熱容量が増大し、筐体基枠１３内への熱の侵入が抑制される。

さて、音源からの音波がトップ基板１４の各音孔１７を介して振動膜１９に至ると、その振動膜１９は音波の周波数、振幅及び波形に応じて振動される。そして、振動膜１９の振動に伴って振動膜１９とバックプレート２０との間隔が設定値に対して変化し、コンデンサのキャパシタンスが変化する。このキャパシタンスの変化は、インピーダンス変換回路により電圧信号に変換されて出力される。

以上のように作動するこの実施形態のコンデンサマイクロホン１０は、以下の効果を発揮する。
（１） バックプレート２０を、一対の円形部２０ａが連結された形状に形成し、各円形部２０ａの周縁の一部をスペーサ１８に当接させるとともに、両円形部２０ａの連結部分の周縁をスペーサ１８の孔１８ａに対応して配置した。このため、バックプレート２０の周縁全体をスペーサ１８に当接させる構成に比較して、バックプレート２０とスペーサ１８との接触面積が減少する。よって、リフロー半田付け等により音孔１７から筐体１１内に侵入した熱は、振動膜１９からのバックプレート２０への伝達が抑制される。従って、エレクトレット膜２２の分極状態が良好に維持されるため、感度、Ｓ／Ｎ比等の各種特性の悪化を抑制できる。

（２） バックプレート２０とスペーサ１８との間に生じる浮遊容量が減少するため、浮遊容量に基因する感度、Ｓ／Ｎ比等の各種特性の悪化を抑制できる。
（３） バックプレート２０を、円形部２０ａを連結部２０ｂにより連結した単純な形状としたため、簡単な構造の打ち抜き型を用いて板材から打ち抜くことができる。また、バックプレート２０を筐体１１に組み付けるときに、バックプレート２０は損傷されにくい。従って、製造し易いコンデンサマイクロホン１０とすることができる。

（４） 筐体基枠１３の収容孔１３ａは、一対の円形部をくびれ部分を介して連結した形状であるため、そのくびれ部分と対応する位置に、導電層１３ｅを介して上下両面の導電パターン１３ｂ，１３ｃを電気接続するスルーホール１３ｆを形成することができる。このスルーホール１３ｆの導電層１３ｅの剛性により、例えばエポキシ樹脂からなる筐体基枠１３の剛性を向上させることができる。また、導電層１３ｅにより、筐体基枠１３の電磁シールド性を向上させるとともに、筐体１１内への熱の侵入を抑制することができる。

（５） 筐体基枠１３の収容孔１３ａの内周面と、バックプレート２０の外周面との間に隙間Ｐを設けたため、バックプレート２０の組み付け時において、バックプレート２０の外周縁が筐体基枠１３の収容孔１３ａの内周面に干渉することが防止される。従って、バックプレート２０が、収容孔１３ａの内周面に接触して干渉することにより斜めになった状態で筐体基枠１３の収容孔１３ａに組み付けられることはなく、組み付け不良の発生を防止できる。

また、隙間Ｐにより、リフロー半田付け時の温度上昇に伴うバックプレート２０の伸張が許容され、バックプレート２０と筐体１１との干渉を防止できる。従って、この干渉に起因するバックプレート２０の変形を防止し、振動膜１９とバックプレート２０との間隔を良好に維持して感度やＳ／Ｎ比等の各種特性の劣化を防止できる。

（第２実施形態）
次に、この発明を具体化した第２実施形態について図５及び図６を用いて説明する。この実施形態の構成は、前記第１実施形態の構成と基本的に同じであるが、各構成部材の構成は、第１実施形態において対応する構成部材の構成と少しずつ異なっている。従って、各構成部材の異なる点について説明する。

図５に示すように、前記トップ基板１４には、その中央部から偏った位置に１つの音孔１７が形成されている。スペーサ１８は、八角形の枠状に形成され、八角形の孔１８ａを備えている。スペーサ１８の上面に張設された振動膜１９には、その下面に導電層１９ａが形成され、その導電層１９ａは、スペーサ１８の上面に当接されている。振動膜１９の四隅周縁には、振動膜１９の上面側に折り返された折り返し部１９ｂが形成されている。導電層１９ａは、各折り返し部１９ｂにおいてトップ基板１４の導電パターン１４ｂに当接されている。従って、トップ基板１４の導電パターン１４ａ，１４ｂは、導電層１９ａ及びスペーサ１８を介して筐体基枠１３の導電パターン１３ｂ〜１３ｄに電気接続されている。バックプレート２０は、全体として略長円状をなし、一対の略円形部２０ａを連結するとともに、両円形部２０ａ間に平行な辺２０ｄを設けた形状に形成されている。そして、バックプレート２０は、図６に示すように、各円形部２０ａの周縁の一部（網かけ部）においてスペーサ１８に当接するとともに、両円形部２０ａの連結部２０ｂの周縁をスペーサ１８の孔１８ａに対応して配置するように形成されている。

以上のように構成されたこの実施形態は、前記第１実施形態と同様に作動する。
また、この実施形態のコンデンサマイクロホン１０は、前記第１実施形態の（１）〜（３），（５）に記載の効果を発揮する。

（変形例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 第２実施形態において、図６に二点鎖線で示すように、バックプレート２０の幅をスペーサ１８の孔１８ａの幅よりも狭くするとともに、バックプレート２０の長手方向における両端部の周縁をスペーサ１８に当接させるように構成する。

・ 第１，２実施形態において、バックプレート２０を、３つ以上の円形部２０ａが連結された形状に形成するとともに、筐体基枠１３の収容孔１３ａの形状、及び、スペーサ１８の孔１８ａの形状をバックプレート２０の形状に対応させる。そして、各円形部２０ａの周縁の一部をスペーサ１８に当接させるとともに、各円形部２０ａの連結部分の周縁をスペーサ１８の孔１８ａに対応させて配置する。

・ この発明を、バックプレート２０にエレクトレット膜２２を設ける代わりに、振動膜１９をエレクトレット膜としたホイルエレクトレット型のコンデンサマイクロホンに具体化する。

・ この発明を、エレクトレット膜２２を備えず、外部のチャージポンプ回路によってバックプレート２０と振動膜１９との間に電圧が印可されるチャージポンプ型のコンデンサマイクロホンに具体化する。

第１実施形態のコンデンサマイクロホンを示す斜視図。 バックプレートとスペーサとの関係を示す平面図。 コンデンサマイクロホンを示す縦断面図。 コンデンサマイクロホンを示す分解斜視図。 第２実施形態のコンデンサマイクロホンを示す分解斜視図。 バックプレートとスペーサとの関係を示す平面図。 従来のコンデンサマイクロホンにおけるバックプレートとスペーサとの関係を示す平面図。

符号の説明

１０…コンデンサマイクロホン、１１…筐体、１７…音孔、１８…スペーサ、１８ａ…孔、１９…振動膜、２０…バックプレート、２０ａ…円形部、２０ｂ…連結部、２１…背極、２２…エレクトレット膜。

Claims (5)

1. 筐体内に、同筐体の音孔に対向する振動膜と、その振動膜に対してスペーサを介して対向配置されたバックプレートとを収容したコンデンサマイクロホンにおいて、
   前記バックプレートを、少なくとも一対の円形部が連結された形状に形成し、
   前記円形部の周縁の少なくとも一部を前記スペーサに当接させるとともに、前記円形部間の連結部分の周縁を同スペーサに形成された孔に対応して配置したことを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 前記バックプレートは、前記連結部分においてくびれた形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンデンサマイクロホン。
3. 前記スペーサは、楕円形の孔を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 前記バックプレートは、高分子フィルムよりなるエレクトレット膜を背極に貼着して構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。
5. 前記振動膜は、前記スペーサに張設されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のコンデンサマイクロホン。

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