JP2012049798A - コンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホン - Google Patents

Abstract

【課題】 感度および低音域の周波数応答と、Ｓ／Ｎ比とを向上させることのできるコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンを提供する。
【解決手段】 振動板１４と、振動板１４に隙間をおいて対向配置され、振動板との間でコンデンサを構成する固定極１６と、固定極１６の周囲に一方の端部が嵌合する円筒状の円筒電極１８と、電子部品が搭載されるとともに、円筒電極１８の固定極１６との嵌合部とは反対側の端部に当接し円筒電極と電気的に接続される回路基板１９と、がユニットケース１２内に組み込まれたコンデンサマイクロホンユニット１０。ユニットケース１２の内周面と円筒電極１８の外周面との間に中空の絶縁空気室２０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンデンサマイクロホンの感度とＳ／Ｎ比を向上させることのできるコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンに関するものである。

コンデンサマイクロホンは、特許文献１に記載されているように、音波により振動する振動板と固定極（「背極」とも呼ばれる）とをスペーサを介して対向配置し、振動板の振動によって静電容量が変化する一種のコンデンサを構成するコンデンサマイクロホンユニットを備える。このコンデンサマイクロホンユニットは、上記振動板と固定極とを含む内蔵部品がユニットケース内に組み込まれることによって構成されている。

図３および図４はいずれも従来のコンデンサマイクロホンユニット１０の例を示す断面図であり、図３は絶縁座が円筒形をしているもの、図４は絶縁座がその上端部において内径が拡大した部分を有しているものを示している。

コンデンサマイクロホンユニット１０は、ユニットケース１２内に、振動板保持部材１３に保持された振動板１４、スペーサ１５、固定極１６、絶縁座１７、円筒電極１８、およびＦＥＴ１９ａ等の電気部品が搭載された回路基板１９がこの順に嵌め込まれて構成されている。ユニットケース１２内に嵌めこまれたこれらの内蔵部品は、ユニットケース１２の開放端部１２ａが内方に折り曲げられることで、回路基板１９がユニットケース１２の底部１２ｂに向かって押圧された状態でユニットケース１２内部に固定されている。

このように構成されているコンデンサマイクロホンユニット１０では、相対向する振動板１４と固定極１６との間でコンデンサが形成されている。振動板１４が音波を受けて振動すると、振動板１４と固定極１６との間隙が変動し、上記コンデンサの静電容量が変動する。この静電容量の変化が、電圧の変化による音声信号として出力される。

特開２００８−０９８８５１号公報

ここで、絶縁座１７は、固定極１６とユニットケース１２との間の絶縁を確保するとともに、コンデンサマイクロホンユニット１０内に嵌めこまれている各部品の半径方向の位置を規定することで、部品間の偏心を防止している。

しかし、上述したようにユニットケース１２の開放端部１２ａが折り曲げられた後は、回路基板１９、円筒電極１８、固定極１６、スペーサ１５、振動板１４、振動板保持部材１３およびユニットケース１２の底部１２ｂに加わっている上記押圧力により上記各内蔵部品の位置が規定されるとともに、固定極１６とユニットケース１２との絶縁が確立されるため、絶縁座１７は不要なものとなる。

また、絶縁座１７はポリカーボネイトやＡＢＳ等の樹脂材料で作成されている。これらの樹脂材料は、一般的に体積抵抗率が極めて高い材料であるが、周辺に存在する空気中の湿度が上昇すると表面抵抗率が低下する。そのため、固定極１６とユニットケース１２との間の、絶縁座１７の表面に沿った最短距離（沿面距離）が短いと、湿度の増加によって絶縁座１７の表面に漏洩電流が流れ、雑音が発生する。なお、空気により絶縁されている場合には、このような漏洩電流は発生しない。

また、コンデンサマイクロホンは、振動板の前後面に加わる圧力差に応じて振動板が振動する。振動板後部（固定極側）の空気室の体積が大きければ大きいほど、振動板の振動によって生じる背圧が軽減されるため、振動板が振動しやすくなり、コンデンサマイクロホンの感度および低音域における周波数応答が向上する。しかし、絶縁座１７が存在することで空気室の体積が小さくなる場合には、振動板が振動しにくくなるため、コンデンサマイクロホンの感度および低音域における周波数応答が低下してしまう。絶縁座１７を無くしてこれに相当する体積分を空気室の容積とすることができれば、同一外形のコンデンサマイクロホンユニットであっても感度とＳ／Ｎ比および低音域における周波数応答を向上させることができる。

また、固定極１６およびＦＥＴ１９ａのゲートを接続する円筒電極１８と、円筒電極１８を囲む絶縁座１７とが同心円である場合、プラスチックの比誘電率が２〜３であることから、比誘電率が約１である空気で絶縁した場合と比較すると、コンデンサマイクロホンユニットは、比誘電率倍のストレー容量（浮遊容量）を持つことになる。このストレー容量により、コンデンサマイクロホンの感度が低下してしまう。

そこで、本発明は、絶縁座を用いないことで漏洩電流の発生を防止するとともに、空気室の容積を大きくし、ストレー容量の増加を抑えることで、感度とＳ／Ｎ比を向上させることのできるコンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

（１）本発明は、振動板と、振動板に隙間をおいて対向配置され、振動板との間でコンデンサを構成する固定極と、固定極の周囲に一方の端部が嵌合する円筒状の円筒電極と、電子部品が搭載されるとともに、円筒電極の固定極との嵌合部とは反対側の端部に当接し円筒電極と電気的に接続される回路基板と、がユニットケース内に組み込まれたコンデンサマイクロホンユニットにおいて、ユニットケースの内周面と円筒電極の外周面との間に中空の絶縁空気室が形成されていることを最も主要な特徴とする。

本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットは、絶縁空気室によりユニットケースと円筒電極との間の絶縁を行うため、漏洩電流の発生を防止することができるとともに、絶縁座を省くことでストレー容量の増加を抑えることができるため、コンデンサマイクロホンユニットの感度とＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明においては特に限定されないが、円筒電極の一方の端部には内径が拡大して段差部が設けられ、この段差部に固定極が嵌合していることが好ましい。

円筒電極の段差部に固定極が嵌合することで、絶縁座を用いることなく固定極を径方向に位置決めすることができる。

また、本発明においては特に限定されないが、円筒電極と回路基板とがクリームはんだにより接合され、クリームはんだのはんだ付けパターンは回路基板上に円形に設けられていることが好ましい。

クリームはんだのはんだ付けパターンを円形に設けるとともに、このパターン上に円筒電極を載置して加熱し、はんだを融解させることで、絶縁座を用いることなく、クリームはんだの表面張力によるセルフセンタリング効果により円筒電極を位置決めすることができる。

また、本発明においては特に限定されないが、円筒電極に絶縁空気室と連通する孔が設けられていることが好ましい。

円筒電極に絶縁空気室と連通する孔を設けることで、振動板後部の空気室と絶縁空気室とが連通し、空気室の体積が増加する。そのため、振動板が振動し易くなり、コンデンサマイクロホンユニットの感度を向上させることができる。

（２）本発明はまた、マイクロホンケース内にコンデンサマイクロホンユニットを組み込んだコンデンサマイクロホンであって、コンデンサマイクロホンユニットは上述したコンデンサマイクロホンユニットであることを主要な特徴とする。

コンデンサマイクロホンにおいて用いられるコンデンサマイクロホンユニットを上述した本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットとすることで、コンデンサマイクロホンの感度とＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明によれば、絶縁座を不要にすることにより漏洩電流の発生を防止するとともに、振動板の背面側の空気室の容積を大きくすることができ、また、ストレー容量を低減することができるため、コンデンサマイクロホンユニットおよびコンデンサマイクロホンの感度とＳ／Ｎ比を向上させることができる。

本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの実施例を示す断面図である。 本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの変形例を示す断面図である。 図１および図２に示す実施例中の回路基板上に塗布されるはんだ付けパターンを示す平面図である。 従来のコンデンサマイクロホンユニットの例を示す断面図である。 従来のコンデンサマイクロホンユニットの別の例を示す断面図である。

＜コンデンサマイクロホンユニット＞
以下、本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。なお、図１および図２において、従来のコンデンサマイクロホンユニットと同一の部品あるいは構成部分については、同一の符号を付してある。

図１に示すように、コンデンサマイクロホンユニット１０は、有底の円筒形のユニットケース１２内に、振動板保持部材１３に保持された振動板１４、スペーサ１５、固定極１６、円筒電極１８、およびＦＥＴ１９ａ等の電気部品が搭載された回路基板１９がこの順に嵌め込まれて構成されている。

ユニットケース１２は、底部１２ｂに相当する部分が前側になっていて、この底部１２ｂにはユニット内部に音声を導き入れるための複数の孔が形成されている。ユニットケース１２内には、このユニットケース１１の底部１２ｂに最も近い位置に、リング状の振動板保持部材１３と、外周縁部が振動板保持部材１３の一端面に適宜の張力をもって固着された振動板１４が配置されている。振動板１４は例えば樹脂性の薄膜からなり、音波を受けることによって振動する。

また、固定極１６が、リング状の部材であるスペーサ１５を介して、振動板１４に対向配置されている。振動板１４と固定極１６との間にはスペーサ１５の厚さに相当する隙間が形成されている。振動板１４と固定極１６の少なくとも一方には、これらの対向面にエレクトレット素子すなわち半永久的に電荷を蓄えた高分子化合物による薄層が形成されていて、振動板１４と固定極１６で一種のコンデンサを構成している。そして、ユニットケース１２に形成された孔から導き入れられる音声にしたがって振動板１４が振動するのに伴い、コンデンサの静電容量が変化し、静電容量の変化が音声信号として出力されるようになっている。

円筒電極１８は円筒状に形成された中空の導電性の部材である。円筒電極１８の図１における上方の端部には、内径が拡大したフランジ状の段差部１８ａが設けられている。固定極１６はこの段差部１８ａに嵌合することで、径方向に位置決めされるとともに、円筒電極１８と電気的に導通している。

また、円筒電極１８の段差部１８ａが形成されていない方の端部は、回路基板１９にクリームはんだ２４を用いて電気的に導通しつつ接合されている。回路基板上に形成されるクリームはんだが塗布されるはんだ付けパターン２１は、図３に示すように円形となっている。ユニットケース１２内に各構成部品が位置決めされて固定された後は、上記円形のはんだ付けパターン２１は、振動板１４、固定極１６および回路基板１９の円形の平面形状に対して同心円となる。

ユニットケース１２内に嵌めこまれた各内蔵部品は、ユニットケース１２の開放端部１２ａが内方に折り曲げられることでユニットケース１２の底部１２ｂに向かって押圧され固定されている。具体的には、折り曲げられた開放端部１２ａから回路基板１９に加わる押圧力が、円筒電極１８、固定極１６、スペーサ１５、振動板１４および振動板保持部材１３へと順に伝わることで、これらの内蔵部品がユニットケース１２の底部１２ｂへと押しつけられて、ユニットケース１２内部において固定されている。

また、ユニットケース１２内部であって、円筒電極１８の外周面とユニットケース１２の内周面の間には、絶縁空気室２０が形成されている。この絶縁空気室２０により円筒電極１８とユニットケース１２との絶縁が行われている。

上述した本実施例に係るコンデンサマイクロホンユニット１０によると、円筒電極１８とユニットケース１２との絶縁が絶縁空気室２０により行われていることで、漏洩電流の発生を防止することができるとともに、絶縁座を省くことでストレー容量を低減することができるため、コンデンサマイクロホンユニットの感度とＳ／Ｎ比を向上させることができる。

なお、図１に示すコンデンサマイクロホンユニット１０では振動板１４後部の空気室と絶縁空気室２０とが隔離されているが、本発明においてはこれに限らず、図２に示すように、円筒電極１８に連通孔２２を設けて、振動板１４後部の空気室と絶縁空気室２０とを連通させてもよい。これにより振動板１４の背面側の空気室の体積が増加し、振動板の前後面に加わる圧力の差によって振動板が振動し易くなり、コンデンサマイクロホンユニットの感度および低音域の周波数応答を向上させることができる。

＜コンデンサマイクロホンユニットの製造方法＞
次に、本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの製造方法の実施例について、図１乃至図３を用いて説明する。

図３に示すように、回路基板１９上にＦＥＴ１９ａ等の電子部品を搭載するためのはんだ付けパターン２３と、円筒電極１８と接合するためのはんだ付けパターン２１とが予め形成されている。上記はんだ付けパターン２１の上に、クリームはんだ２４を塗布する。

次に、チップマウンター等により、クリームはんだ２４が塗布された回路基板１９のはんだ付けパターン２１、２３上に、各電子部品と円筒電極１８とが載置される。このとき、円筒電極１８は、段差部１８ａが形成されている端部とは反対側の端部が回路基板１９と当接するように載置される。

次に、各電子部品と円筒電極１８とが載置された回路基板１９が、リフロー炉を用いて加熱される。この加熱は、クリームはんだ２１、２３の融点以上であって、各電子部品が熱により破損しない程度の温度で行われる。

回路基板１９上に載置された円筒電極１８に対しては、融解したクリームはんだ２１の表面張力により、円形のはんだ付けパターン２１に倣って位置決めされるセルフアライメント効果が働く。これは、融解したクリームはんだ２４の表面張力が、クリームはんだ２４がはんだ付けパターン２１に倣いかつ円筒電極１８の周囲に偏りなく分布するように働くことで、円筒電極１８の位置が円形のはんだ付けパターン２１に対して同心円となる位置に修正される現象である。

このように、はんだ付けパターン２１を円形に設けるとともに、このパターン上にクリームはんだ２４を塗布し、円筒電極１８を載置し加熱することで、絶縁座を用いることなく、クリームはんだ２４の表面張力によるセルフセンタリング効果により円筒電極１８を位置決めすることができる。

次に、円筒電極１８および電子部品が載置された回路基板１９を冷却し、クリームはんだ２４を固化させて回路基板１９に円筒電極１８および電子部品を固着させる。

なお、本実施例においては回路基板１９上における円筒電極１８の位置決めを、クリームはんだ２４の融解によるセルフセンタリング効果により行ったが、本発明においてはこれに限らず、治具を用いて位置決めを行うようにしてもよい。

次に、ユニットケース１２の開放端部１２ａから、振動板保持部材１３およびそれに保持された振動板１４、スペーサ１５、固定極１６、円筒電極１８およびＦＥＴ１９ａ等の電気部品が搭載された回路基板１９が順に嵌め込まれる。このとき、固定極１６は、ユニットケース１２内への嵌め込みの前に円筒電極１８の段差部１８ａに嵌め込まれ、円筒電極１８に対して位置決めされた状態となる。また、回路基板１９は、搭載された円筒電極１８の段差部１８ａをユニットケース１２の底部１２ｂに向けた姿勢で、ユニットケース１２内に嵌め込まれる。

こうしてユニットケース１２内に各部品が嵌め込まれるが、振動板保持部材１３およびそれに保持された振動板１４とスペーサ１５とは、ユニットケース１２の内周面に当接することより、径方向への位置決めがされる。また、回路基板１９およびこれに固定された電子部品と円筒電極１８とは、回路基板１９がユニットケース１２の内周面に当接することにより径方向の位置決めがされる。

次に、上記各部品が組み込まれたユニットケース１２の開放端部１２ａが、全周にわたり回路基板１９を押圧するように内方に向けて折り曲げられる。これにより、各内蔵部品がユニットケース１２の底部１２ｂに向けて押圧、固定されて、コンデンサマイクロホンユニット１０が完成する。完成したコンデンサマイクロホンユニット１０は、図１に示すように、ユニットケース１２内に、振動板保持部材１３に保持された振動板１４、スペーサ１５、固定極１６、円筒電極１８、およびＦＥＴ１９ａ等の電気部品が搭載された回路基板１９がこの順に嵌め込まれて構成されている。

また、ユニットケース１２の内部には、円筒電極１８の外周面とユニットケース１２の内周面との間に、絶縁空気室２０が形成されている。この絶縁空気室２０により円筒電極１８とユニットケース１２との絶縁が行われている。

本発明に係るコンデンサマイクロホンユニットの製造方法により製造されたコンデンサマイクロホンユニットは、絶縁空気室によりユニットケースと円筒電極との間の絶縁を行うため、漏洩電流の発生を防止することができるとともに、絶縁座を省くことでストレー容量の増加を抑えることができるため、コンデンサマイクロホンユニットの感度および低音域の周波数応答と、Ｓ／Ｎ比とを向上させることができる。

＜コンデンサマイクロホン＞
上述した各実施例に係るコンデンサマイクロホンユニットをマイクロホンケース内に組み込むことによって、コンデンサマイクロホンユニットを構成することができる。このコンデンサマイクロホンによれば、絶縁空気室によりユニットケースと円筒電極との間の絶縁を行うため、漏洩電流の発生を防止することができるとともに、絶縁座を省くことでストレー容量の増加を抑えることができるため、コンデンサマイクロホンの感度および低音域の周波数応答と、Ｓ／Ｎ比とを向上させることができる。

１０ コンデンサマイクロホンユニット
１２ ユニットケース
１２ａ 開放端部
１２ｂ 底部
１３ 振動板保持部材
１４ 振動板
１５ スペーサ
１６ 固定極
１７ 絶縁座
１８ 円筒電極
１８ａ 段差部
１９ 回路基板
１９ａ ＦＥＴ
２０ 絶縁空気室
２１ はんだ付けパターン
２２ 連通孔
２３ はんだ付けパターン
２４ クリームはんだ

Claims (5)

1. 振動板と、
   前記振動板に隙間をおいて対向配置され、前記振動板との間でコンデンサを構成する固定極と、
   前記固定極の周囲に一方の端部が嵌合する円筒状の円筒電極と、
   電子部品が搭載されるとともに、前記円筒電極の前記固定極との嵌合部とは反対側の端部に当接し前記円筒電極と電気的に接続される回路基板と、
   がユニットケース内に組み込まれたコンデンサマイクロホンユニットにおいて、
   前記ユニットケースの内周面と前記円筒電極の外周面との間に中空の絶縁空気室が形成されているコンデンサマイクロホンユニット。
2. 前記円筒電極の一方の端部には内径が拡大して段差部が設けられ、この段差部に前記固定極が嵌合している請求項１記載のコンデンサマイクロホンユニット。
3. 前記円筒電極と前記回路基板とがクリームはんだにより接合され、前記クリームはんだのはんだ付けパターンは前記回路基板上に円形に設けられている請求項１または２記載のコンデンサマイクロホンユニット。
4. 前記円筒電極に前記絶縁空気室と連通する孔が設けられている請求項１乃至３のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンユニット。
5. マイクロホンケース内にコンデンサマイクロホンユニットを組み込んだコンデンサマイクロホンであって、前記コンデンサマイクロホンユニットは請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサマイクロホンユニットであるコンデンサマイクロホン。

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