JP2022118886A - マイクロホンユニット - Google Patents

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Tsutomu Matsushita
博之 原野
Hiroyuki Harano
竜二 粟村
Ryuji Awamura
賢介 中西
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Abstract

【課題】車載用ＩＰ（Ｋ）試験の最高レベルＩＰＸ９Ｋに対応し、小型かつ低コストなマイクロホンユニットを提供する。【解決手段】上面と下面が開口した筒形状のケースと、厚さ０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下、硬度１００ＨＶ以上、耐力７０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ２以上であって、ケースの下面の開口部を塞ぐようにケースの下面に固着された金属製の防水膜と、ケース内に配置された基板と、基板に実装されたマイクロホンと、ケースの上面の開口部を封止する封止部材を含む。【選択図】図２

Description

本発明はマイクロホンユニットに関する。
防水機構を有するマイクロホンの従来例として特許文献１がある。特許文献１のマイクロホンは、振動板と、内部を半球面もしくは放物曲面もしくは円錐面状に加工した筐体と、音圧を電気信号へ変換する音響変換器と、音響変換器から電気信号を外部へ伝送する配線とを有し、音響変換器の音圧入力面が、筐体内部の半球面もしくは放物曲面もしくは円錐面の底面部分に配置されるとともに、振動板と筐体および筐体と配線が水の浸入を防ぐ防水機構を有する。
国際公開第２０１５／０５６４４３号
従来の防水機構は、車載用ＩＰ（Ｋ）試験にある最高レベルＩＰＸ９Ｋ（ＩＳＯ２０６５３、ＪＩＳＤ５０２０）の耐水試験に耐える性能を備えるものは多くなかった。またそのような性能を満たすマイクロホンを小型かつ低コストで実現する方法も知られていなかった。
そこで本発明では、車載用ＩＰ（Ｋ）試験の最高レベルＩＰＸ９Ｋに対応し、小型かつ低コストなマイクロホンユニットを提供することを目的とする。
本発明のマイクロホンユニットは、上面と下面が開口した筒形状のケースと、厚さ０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下、硬度１００ＨＶ以上、耐力７０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ２以上であって、ケースの下面の開口部を塞ぐようにケースの下面に固着された金属製の防水膜と、ケース内に配置された基板と、基板に実装されたマイクロホンと、ケースの上面の開口部を封止する封止部材を含む。
本発明によれば、車載用ＩＰ（Ｋ）試験の最高レベルＩＰＸ９Ｋに対応し、小型かつ低コストなマイクロホンユニットを実現できる。
実施例１、変形例１のマイクロホンユニットの平面図。 実施例１のマイクロホンユニットの図１の２－２切断線と矢印が示す投影方向に基づく断面図。 基板の底面図。 変形例１のマイクロホンユニットの図１の２－２切断線と矢印が示す投影方向に基づく断面図。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
以下、図１、図２を参照して実施例１のマイクロホンユニットの構造を説明する。図２に示すように、本実施例のマイクロホンユニット１は、上面と下面が開口した筒形状のケース１１と、ケース１１の下面の開口部を塞ぐようにケース１１の下面に固着された金属製の防水膜１２と、基板１４と防水膜１２に挟持される導電性材料のスペーサ１３と、ケース１１内に配置された基板１４と、基板１４に実装されたマイクロホン１５と、ケース１１の上面の開口部を封止する封止部材１６を含む。基板１４には、孔１４５が、封止部材１６には孔１６５が形成されている。基板１４には、特性調整用の電子回路として増幅回路、フィルタ回路、イコライザ回路が実装されている。本実施例では、ＭＥＭＳマイクを想定しているが、これをＥＣＭやダイナミックマイクに置き換えることができる。ＥＣＭやダイナミックマイクを使用する場合には耐熱温度が変わるため、その点に注意して設計する必要がある。
ケース１１は、高水圧（例えば１０ＭＰａ）に耐えうる素材であって、振動膜との素材の相性の良い素材を選別する。例えばＳＵＳケースなどでよい。ケース１１の厚さ（図のｔ１）は、０．２ｍｍ～３．０ｍｍ程度とすれば好適である。
防水膜１２の素材として、空気透過度がなく、バネ性があり、押されて変形しても元の形状に戻る素材が好適であり、腐食しにくい金属の薄膜、例えばＳＵＳ膜でよい。これにより、耐水性、防水性が向上する。防水膜１２を樹脂製の薄膜としても同様の性能を実現できる。
さらに防水膜１２を、厚さ（図のｔ２）０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下、硬度１００ＨＶ以上、耐力７０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ２以上とすることで、車載用ＩＰ（Ｋ）試験の最高レベルＩＰＸ９Ｋを満たす防水構造を実現できる。付加的な条件として、伸び：１０％以上を加えてもよい。これにより、本実施例のマイクロホンユニット１は、高圧洗浄にも耐える防水構造を実現できるため、車外マイクとして使用可能である。
防水膜１２は、スポット溶接またはシーム溶接によりケース１１の下面に固着させればよい。また、防水膜１２は、接着剤、強力な両面粘着テープによりケース１１の下面に接合させてもよい。防水膜１２とケース１１の結合を強固に行うことにより、高水圧（例えば１０ＭＰａ）下であっても結合部が破損しない。
基板１４と防水膜１２との距離は、感度調節のためのパラメータであって、構造、振動径によっても最適な値が変動する。例えば防水膜１２（ＳＵＳ膜）の膜厚：３０μｍ、外径：Φ１４（振動径：Φ１２）の場合、基板１４と防水膜１２の距離は０．０１ｍｍ～０．５ｍｍとすれば好適である。本実施例では、スペーサ１３の高さ（図のｔ３）を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下として基板１４と防水膜１２との間に空隙を設け、基板１４と防水膜１２との距離を０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下とした。
また基板１４と防水膜１２との距離を調整することで、高水圧（例えば１０ＭＰａ）下であっても基板１４で防水膜１２を支える構造となり、防水膜１２の耐力限界を超えにくく、防水膜１２の復元時間を短縮することができる。
マイクロホンユニット１の径を小さくし、防水膜１２の膜厚をより薄くすることにより、さらに小型化することも可能である。
基板１４とケース１１とを接合する際には、弾性の高い接着剤やキャップなどの構造で上から押さえて接合してもよい。防水膜１２のバネ性と基板１４の固定方法（弾性の高い接着剤を使用する方法）により、１０５°Ｃ～－４０°Ｃの温度下で起こる気圧変動に対応できる。
図３に示すように、基板１４の底面の外縁にＧＮＤパターン１４７を設け、ＧＮＤパターン１４７とスペーサ１３（導電性材料）とを接触（接続）することにより、ケース１１や防水膜１２をシールドとして使用することができ、静電気や電磁ノイズへの耐性が向上する。
＜変形例１＞
図４に示すように、ケース１１の下端の内周に設けられた溝１１１に、ワッシャ１７とともに防水膜１２を圧入して嵌め合わせる（加締める）ことにより、防水膜１２を固着させてもよい。実施例１のようにスポット溶接またはシーム溶接により固着するか、本変形例のように、ワッシャ１７とともに加締めることにより、１０Ｍｐａの圧力、水中下での水圧にも耐える構造となる。
＜実施例１、変形例１のマイクロホンユニットの使用用途＞
実施例１、変形例１のマイクロホンユニットは、例えば以下のような物品に使用できる。
１）防水マイク、屋外マイク、車外マイク
２）自動販売機（音声認識マイク）
３）防犯カメラ
４）玄関ドア（音声認識マイク、インターホンなど）
５）車両後退警報ブザー制御用マイク
６）キーレス開錠／施錠用アンサーバック音制御用マイク
７）重機、ロボットの故障検知

Claims (7)

  1. 上面と下面が開口した筒形状のケースと、
    厚さ０．０１ｍｍ以上０．０５ｍｍ以下、硬度１００ＨＶ以上、耐力７０Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さ３５０Ｎ／ｍｍ２以上であって、前記ケースの下面の開口部を塞ぐように前記ケースの下面に固着された金属製の防水膜と、
    前記ケース内に配置された基板と、
    前記基板に実装されたマイクロホンと、
    前記ケースの上面の開口部を封止する封止部材を含む
    マイクロホンユニット。
  2. 請求項１に記載のマイクロホンユニットであって、
    前記基板と前記防水膜との距離が０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下となるように、前記基板と前記防水膜との間に空隙を設けた
    マイクロホンユニット。
  3. 請求項２に記載のマイクロホンユニットであって、
    前記基板と前記防水膜に挟持され、前記基板のＧＮＤに接続される導電性材料のスペーサを含む
    マイクロホンユニット。
  4. 請求項１から３の何れかに記載のマイクロホンユニットであって、
    スポット溶接により前記防水膜を前記ケースの下面に固着させた
    マイクロホンユニット。
  5. 請求項１から３の何れかに記載のマイクロホンユニットであって、
    シーム溶接により前記防水膜を前記ケースの下面に固着させた
    マイクロホンユニット。
  6. 請求項１から３の何れかに記載のマイクロホンユニットであって、
    前記防水膜を前記ケースの下端の内周に設けられた溝に嵌め合わせることにより固着させた
    マイクロホンユニット。
  7. 請求項１から６の何れかに記載のマイクロホンユニットであって、
    前記基板に電子回路として増幅回路、フィルタ回路、イコライザ回路を実装した
    マイクロホンユニット。
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