JP3491227B2 - 静電型電気音響変換器 - Google Patents

静電型電気音響変換器

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義昭 大林
護 安田
真一 佐伯
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G7/00Capacitors in which the capacitance is varied by non-mechanical means; Processes of their manufacture
    • H01G7/02Electrets, i.e. having a permanently-polarised dielectric

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  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構造が簡単であっ
て、優れた広帯域周波数特性と、優れた耐熱性を有し、
超小型化にも対応できる静電型のマイクロフォン等の音
響変換器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、マイクロフォン等の音響変換器に
は、古典的な振動によるカーボン粒子の粗密によって生
じる電気抵抗を検出するカーボン型のマイクロフォン
や、磁場の中の可動コイルの音波による振動により発生
する電流を検出するダイナミック型マイクロフォンや、
この可動コイルに交流を流して音を発生させるダイナミ
ック型スピーカーや、この可動コイルの代わりに直接音
圧を受けるリボンを使用したリボン型の音響変換器や、
ロッシェル塩等の圧電現象を利用したクリスタル型の音
響変換器等があったが、これらは、構造が複雑だった
り、周波数特性が充分でなかったり、周波数特性がよく
ても感度が悪かったりして、構造が簡単で充分な性能を
有するものがなかった。それに対して、静電型の音響変
換器は、コンデンサーの一方の電極を音圧によって振動
する可動電極として、音をコンデンサーの静電容量の変
化として検出するものであり、簡単な構造で、それなり
に、周波数特性もよく、感度もよいものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述の静電型の音響変
換器において、一方の電極の金属板を音圧によって振動
させ、その静電容量の変化を検出ようとしても、これま
での金属板では、それなりの厚さがあり、充分な感度が
得られなかった。また、感度を高めるため、展延性の高
い金属の薄膜を使用することも考えられるが、展延性の
高い金属は、一般に剛性が低く変形し易く、また、高価
になるので、一般には使用することは困難であった。そ
こで、静電型音響変換器では、一般に音圧で振動する可
動電極として、ポリエステルフィルム等の合成高分子フ
ィルムを担体とした振動板と、その後面に配置された電
極板としての背極板とからなり、更に、この背極板の振
動板側の表面にエレクトレット層を形成させたエレクト
レットコンデンサーマイクロホンや、その他のコンデン
サー型の音響変換器が市場に出るようになった。
【0004】しかしながら、ポリエステルフィルム等の
合成高分子フィルムを使用した音響変換器では、音圧に
対して精度よく振動させるため適正な張力で張ることが
必要になり、例えば、マイクロフォンを組み立てる時
に、一応の張力で張られた合成高分子フィルムの張力
を、それに圧接する支持リングのねじによる締めつけに
より、調整する等の特別の操作を必要とし、また、例え
ば、特開昭57−173300号公報に開示されたよう
に、一応の張力で張られた合成高分子フィルムに、支持
リングを圧接し、フィルムの張力が適正な値になった時
に接着剤に接着する等の複雑な構造になっていた。更
に、ポリエステルフィルム等は、耐熱性が低く、音響変
換器の組み立ての際の配線等のハンダ付け等の熱による
影響を受けるおそれがあった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前述の課題
を解決するため、アルミニウム薄板からなる支持体に電
着、無電解鍍金、蒸着、又は、スパッタリングによりニ
ッケル薄膜層を形成させた後、支持体を水酸化ナトリウ
ム水溶液で溶解し除去することにより製造された厚さ1
〜3μmのニッケル薄膜を振動板として使用したことを
特徴とする静電型電気音響変換器(以下「第1発明」と
いう)と、アルミニウム薄板からなる支持体に電着、無
電解鍍金、蒸着、又は、スパッタリングによりニッケル
薄膜層を形成させた後、支持体を水酸化ナトリウム水溶
液で溶解し除去することにより製造された厚さ1〜3μ
mのニッケル薄膜を振動板として使用したことを特徴と
する静電型マイクロフォン(以下「第2発明」という)
とを提供する。
【0006】 第1発明及び第2発明において、振動板
に厚さ1〜3μmのニッケル薄膜を使用している。一般
に、展延性の高い金属として、金、銀、アルミニウム、
錫等があげられており、これらを箔にした金箔、銀箔、
アルミニウム箔、錫箔等はよく知られている。しかし、
これらの展延性の高い金属は、一般に剛性が低く、非常
に薄い膜にすると、衝撃的な音圧等によって、永久変形
するおそれがある。本発明では、このような展延性の高
い金属を避け、薄膜にしても充分な剛性を有する非展延
性金属を使用している。このような非展延性金属には、
ニッケル、クロム、チタン等をあげることができる。ま
た、このような非展延性金属薄膜であっても、その厚さ
が、0.5μm未満であると、衝撃的な音圧等に対する
強度が充分でなく、また、5μmを超えると、感度があ
まり良くならない。
【0007】 第1発明及び第2発明において、振動板
として使用される厚さ1〜3μmのニッケル薄膜は、特
開2000−265267号公報(特願平11−109
892号明細書、特許第3245742号公報)に記載
されている方法により製造されたものである。即ち、ア
ルミニウムの薄板からなる支持体の表面に、電着、無電
解鍍金、蒸着、又は、スパッタリングにより、水酸化ナ
トリウム水溶液に溶解しない金属の薄膜層を形成させ
後、アルミニウムの薄板からなる支持体を水酸化ナトリ
ウム水溶液で溶解し除去することを特徴とする厚さ1〜
5μmの金属薄膜の製造方法により製造されたものであ
る。第1発明及び第2発明では、この特開2000−2
65267号に係わる発明における水酸化ナトリウム水
溶液に溶解しない金属の薄膜であり、また、前述の非展
延性金属の薄膜であって、この製造方法を使用して容易
に製造できるものとして、厚さ1〜3μmのニッケル薄
膜を使用している。
【0008】 第1発明における静電型電気音響変換器
は、マイクロフォンのような音波を電気振動に変換する
音響電波変換器、及び、スピーカーのような電気振動を
音波に変化する電気音響変換器の双方を意味する。第2
発明は、この静電型電気音響変換器をマイクロフォンに
限定したものである。このマイクロフォンは、現在広く
使用されているエレクトレットコンデンサーマイクロフ
ォンだけでなく、広義のコンデンサーマイクロフォンを
含む。また、普通の電話の受話器や広い会場で使用され
るマイクロフォンを含む。特に、本発明に係わる静電型
電気音響変換器は小型化に対応できるので、携帯電話器
や、更に小さいマイクロフォンにも使用できる。
【0009】 このように、静電型電気音響変換器の振
動板に、厚さ1〜3μmのニッケル薄膜を使用すると、
ポリエステルフィルムを使用した場合に比べて、製造が
簡単になるだけでなく、優れた広帯域周波数特性が得ら
れる。更に、耐熱性が飛躍的に向上するので、リフロー
タイプが可能になる。
【0010】
【発明の実施の形態】1.非展延性金属薄膜 非展延性金属薄膜として、ニッケル薄膜(株式会社マテ
リアルデザイン製「ECM用特殊振動板」)を使用し
た。図1は、このECM用特殊振動板の断面図である。
この図で、1はECM用特殊振動板、2はニッケル薄
膜、3は固定リング、4は導電性接着剤である。ニッケ
ル薄膜2は、厚さが2μmで、固定リング3に、導電性
接着剤4で接着され支持されている。固定リング3は、
ステンレススチール製で、厚さ0.5mm、外径8.6
mm、内径6.3mmの円環状をしている。
【0011】2.共振周波数の比較試験 図2は、共振周波数の測定ユニットの組み立て説明図で
ある。この図で、1ないし4は、図1と同様に、それぞ
れ、ECM用特殊振動板、ニッケル薄膜、固定リング、
導電性接着剤を示し、5は測定ユニット、6は固定電極
ホルダー、7は絶縁スペーサー、8は固定筒、9は固定
電極、10はねじを示す。固定電極ホルダー6の先端部
に、固定電極9が電気的に絶縁されて設けられており、
固定電極ホルダー6の外径は約8.8mmで、その外周
のねじ10によって、固定筒8の中にねじ込むことがで
きるようになっている。測定ユニットの組み立ては、固
定電極ホルダー6の先端に、絶縁スペーサー7を載せ、
その先に、固定リング3を先にしてECM用特殊振動板
1を載せて、一緒に固定筒の中にねじ込むことによって
行われる。
【0012】図3は、共振周波数の測定方法の説明図で
ある。この図で、1ないし9は、図1及び図2と同一の
ものを示し、11はアース、12は荷電導線、13はレ
ーザードップラー振動計を示す。この図のように、測定
ユニット5を配置して、荷電導線12から交流信号を送
って、ニッケル薄膜2を加振し、その共振周波数をレー
ザードップラー振動計により測定した。一方、比較のた
めに、ニッケル薄膜2の代わりに、厚さ2μmのポリエ
ステルフィルムを用い、接着面を広くとるために内径を
3.6mmにして固定具に接着した他は、ニッケル薄膜
の場合と同様にして、その共振周波数を測定した。その
結果を表1に示した。なお、この表の共振周波数の単位
は、KHzである。
【0013】
【表1】
【0014】表1に見られるように、ポリエステルフィ
ルムに比較して、ニッケル薄膜は、明らかに共振周波数
が高くなっており、その高周波特性が改善され、優れた
広帯域周波数特性を有することが裏付けられている。
【0015】3.マイクロフォンの実施例 図4は、本発明の静電型マイクロフォンに係わるエレク
トレットコンデンサーマイクロホンの一つの実施例に関
する説明図である。この図で、1ないし9は、図1及び
図2と同一のものを示し、14はエレクトレットコンデ
ンサーマイクロホン、15はカプセル、16は外覆クロ
ス、17は開口部、18は導電性リング、19は背極
板、20はエレクトレット、21はホルダー、22はI
C、23はプリント基盤を示す。外部の音が、この静電
型マイクロフォン14の外覆クロス16を通過し、開口
部17からニッケル薄膜2に到達して、ニケッル薄膜2
を振動させると、ニッケル薄膜2と背極板19の上面に
設けられたエレクトレット20とで構成されるコンデン
サーの静電容量が変化する。その変化をIC22で処理
して電気信号としてプリント基盤23に送り、音信号と
して処理される。
【0016】
【発明の効果】本発明に係わる静電型電気音響変換器
は、前述のような構成であるので、従来のエレクトレッ
トコンデンサーマイクホン等の静電型電気音響変換器に
比べて、構造が簡単であって、優れた広帯域周波数特性
と、優れた耐熱性とを有し、マイクロフォン等の音響変
換器の性能を飛躍的に向上させることができ、また、超
小型化にも対応できるものであるので、情報関連機器の
品質の向上と価格の低廉化を通して、国民の生活の向上
と産業の発展に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に使用したECM用特殊振動板の断面図
である。
【図2】共振周波数の測定ユニットの組み立て説明図で
ある。
【図3】共振周波数の測定方法の説明図である。
【図4】本発明に係わる静電型マイクロフォンの一つの
実施例に関する説明図である。
【符号の説明】
1…ECM用特殊振動板 2…ニッケル薄膜 3…固定リング 4…導電性接着剤 5…測定ユニット 6…固定電極ホルダー 7…絶縁スペーサー 8…固定筒 9…固定電極 10…ねじ 11…アース 12…荷電導線 13…レーザードップラー振動計 14…エレクトレットコンデンサーマイクロホン 15…カプセル 16…外覆クロス 17…開口部 18…電導性リング 19…背極板 20…エレクトレット 21…ホルダー 22…IC 23…プリント基盤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 護 大阪府八尾市北久宝寺1丁目4番33号ホ シデン株式会社 (72)発明者 佐伯 真一 大阪府八尾市北久宝寺1丁目4番33号ホ シデン株式会社 (72)発明者 宮倉 隆志 大阪府八尾市北久宝寺1丁目4番33号ホ シデン株式会社 (56)参考文献 特開 平10−234097(JP,A) 特開 昭63−217800(JP,A) 特開 平6−86398(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アルミニウム薄板からなる支持体に電着、
    無電解鍍金、蒸着、又は、スパッタリングによりニッケ
    ル薄膜層を形成させた後、支持体を水酸化ナトリウム水
    溶液で溶解し除去することにより製造された厚さ1〜3
    μmのニッケル薄膜を振動板として使用したことを特徴
    とする静電型電気音響変換器
  2. 【請求項2】アルミニウム薄板からなる支持体に電着、
    無電解鍍金、蒸着、又は、スパッタリングによりニッケ
    ル薄膜層を形成させた後、支持体を水酸化ナトリウム水
    溶液で溶解し除去することにより製造された厚さ1〜3
    μmのニッケル薄膜を振動板として使用したことを特徴
    とする静電型マイクロフォン
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