JP4014886B2 - コンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、エレクトレット型のコンデンサマイクロホンに関するものであり、特に、コンデンサ部とインピーダンス変換素子を並列に配置した薄型のエレクトレット型コンデンサマイクロホンの品質の安定化を図るための構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、マイクロホンの一形式として、エレクトレット型のコンデンサマイクロホンが知られている。
【０００３】
このエレクトレット型のコンデンサマイクロホンは、一端が音孔用開口部を有する端面壁で構成されるとともに他端が開放された筒状のケース内に、スペーサを介して対向する振動板と背極板とからなるコンデンサ部と、このコンデンサ部の静電容量の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子（能動素子）を実装する基板とが収容された構成となっている。また、例えば特開平１０−９８７９６号公報に開示されているように、コンデンサ部とインピーダンス変換素子を並列に配置し、薄型化を図るための構成のものも存在する。
【０００４】
このような構成においては、外装は円形であっても、内部ではコンデンサ部とインピーダンス変換素子を並列に配置するため、円形のコンデンサ部が外装部に対し偏心した位置に収容されることが多い。このような構成のものでも、組立に際しては、従来のコンデンサ部とインピーダンス変換素子が直列に配置されるものと同様に外装を基板裏側でかしめ止めにより組立るものがほとんどであった。
【０００５】
また、このエレクトレット型のコンデンサマイクロホンは、小型に構成することが比較的容易であるが、これを近年薄型化が進んでいる携帯電話機等に搭載して使用する場合には、単に小型化するだけでなく、できるだけ薄型化することが望まれる。例えば、現在では外径６ｍｍ、高さ１．２〜１．８ｍｍ程度のサイズが主流となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の並列配置のエレクトレット型のコンデンサマイクロホンの場合、直列配置のものと同様のかしめ止めを行おうとすると、コンデンサ部が偏心した位置に収容される為、内部配置がかしめ圧を受ける面で均等でないため、局部的に大きな力が加わり、内部破損のおそれや、製品毎にかしめ圧が違ってしまい、製品にバラツキがでてしまう等の問題があった。
また、近年の薄型傾向により、コンデンサ部と基板とを結ぶ接続部材の高さが低くなり、リング等で形成された接続部材の場合には、たわみ等が減ってしまうため、かしめの際により大きな力がコンデンサ部に掛かってしまい、内部破損や接続部材が干渉することによる基板パターンの切断等の問題があった。
【０００７】
本願発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、薄型で、さらに製品の安定したエレクトレット型のコンデンサマイクロホンを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願発明は、コンデンサ部とインピーダンス変換素子との導通部に皿ばねを利用しあるいは、導通部の一部に回路退避部設けることにより、上記目的達成を図るようにしたものである。
【０００９】
すなわち、本願発明に係るコンデンサマイクロホンは、音等による振動を静電容量変化に変換するためのダイヤフラムとバックプレートを含むコンデンサ部と、上記コンデンサ部で変換した静電容量変化を電気信号に変換するためのインピーダンス変換素子を含む回路基板と、上記コンデンサ部と上記回路基板とを電気的に接続するための導通部と、を備えるコンデンサマイクロホンにおいて、上記導通部が皿ばねにより形成され、上記皿ばねは、上記コンデンサ部との接触部である上部の径が上記回路基板との接触部である下部の径より狭まっている切頭円錐筒形状に形成されていることを特徴とするものである。また、上記導通部は、上記回路基板上の特定の回路パターンとの接触を防止するための回路退避部を有することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本願発明に係るコンデンサマイクロホンの上記回路退避部は、上記導通部の一部に欠落部を設けることにより構成されたことを特徴とするものである。また、上記導通部は、上記回路基板上に位置決めするための位置決め部を有することを特徴とするものである。
【００１１】
上記「コンデンサマイクロホン」は、振動板にエレクトレットの機能が付与されたホイルエレクトレット型のコンデンサマイクロホンであってもよいし、背極板にエレクトレットの機能が付与されたバックエレクトレット型のコンデンサマイクロホンであってもよい。また、カバー側にエレクトレットの機能を付与し、振動板をマイクロホン内側に配置した、フロントエレクトレット型のコンデンサマイクロホンであってもよい。
【００１２】
上記「インピーダンス変換素子」は、コンデンサ部の静電容量の変化を電気インピーダンスに変換することが可能なものであれば、特定の素子に限定されるものではなく、例えばＪＦＥＴ（接合形ＦＥＴ）等が採用可能である。
【００１３】
【発明の作用効果】
上記構成に示すように、本願発明に係るコンデンサマイクロホンは、バックプレートと回路基板の接続を行う導通部にコンデンサ部との接触部である上部の径が上記回路基板との接触部である下部の径より狭まっている切頭円錐筒形状に形成された皿ばねを用いることにより、ケースをかしめる際のかしめ圧を上記皿ばねにより受けることができるため、バックプレートや回路基板等の破損を防止することが可能になる。また、上記皿ばねを利用することにより、コイルばね等を利用するのに比べ、より薄型化がはかれる。したがって本願発明によれば、エレクトレット型のコンデンサマイクロホンにおいて、薄型化を図り、さらに製造歩留まりの向上を図ることができる。
【００１４】
また、導通部に、回路基板上の特定の回路パターンとの接触を防止するための回路退避部を有することにより、回路基板上に、導通部の外側と内側の導通を行う回路パターンを、導通部との無用な接触無く形成できる。
【００１５】
また、回路退避部を導通部の一部に欠落部を設けることにより形成することにより、回路基板上の特定の回路パターンに導通部が接触し、導通してしまうことがないのはもちろんのこと、回路パターンを導通部で切断してしまうことも防止することができる。これにより、製品の歩留まりの向上及び信頼性の向上に貢献できる。
【００１６】
また、導通部には、回路基板上に位置決めするための位置決め部があり、常に所望の位置に導通部を配置及び固定できるため、導通部が回転することがないので、回転摩擦による回路パターンの切断の心配がない。さらに、回路退避部も所望の位置に配置できるため、特定の回路パターンとの接触を確実に防止することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて、本願発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１は、本願発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホンを上向きに配置した状態で示す斜視図であり、図６はコンデンサマイクロホンを下向きに配置した状態で示す斜視図である。また、図２は、図１のII-II 線断面図であり、図３は、図２のIII-III 線断面図である。さらに、図４は、ＪＦＥＴボードを詳細した平面図であり、図５は、皿ばねを示す斜視図である。
【００１９】
これらの図に示すように、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０は、外径が６．０ｍｍ程度のエレクトレット型の小型マイクロホンであって、上下方向に延びる背の低い円筒状のケース１２内に、絶縁ブッシュ２０を配し、その内側に、振動板サブアッシー１４、スペーサ１６、バックプレートである背極板１８および皿ばね２２が、上からこの順序で収容されて、さらにＪＦＥＴボード２４（基板）により封止されている。
【００２０】
ケース１２は、その上端（一端）が内径０．３ｍｍ程度の複数の音孔３０を有する端面壁１２ａで構成されるとともに、下端（他端）が開放された金属製（例えばアルミニウム製）の部材であって、プレス成形等により形成されている。そして、このケース１２は、該ケース１２内に上記各部品を収容した状態で、その開放端部１２bがＪＦＥＴボード２４の外周縁部に全周にわたってかしめ固定されている。
【００２１】
このケース１２の上端には、音孔３０を保護するように、フィルター１１が貼り付けられており、これにより、コンデンサマイクロホン１０内部への、誇りや水滴の進入を防いでいる。
【００２２】
このケース１２には、その上端にコンデンサマイクロホン１０の内外の気圧を調整するためのベント溝が形成されている。このベント溝の幅は０．２ｍｍ程度、深さ０．０２ｍｍ程度に設定されている。
【００２３】
振動板サブアッシー１４（ダイヤフラム）は、薄い円板状の振動膜２６と、この振動膜２６を固定支持するリング状の支持フレーム２８とからなっている。支持フレーム２８による振動膜２６の固定支持は、振動膜２６の上面を支持フレーム２８の下面に、導電性接着剤等にて接着固定することにより行われており、これにより支持フレーム２８と振動膜２６とが電気的に接続されている。
【００２４】
振動膜２６は、厚みが１．５μｍ程度のＰＥＴ(Polyethylene Terephthalate）フィルムの上面に、例えばニッケル(Ｎｉ)等の金属蒸着膜が形成されてなり、その外径は絶縁ブッシュ２０の内径（３．８ｍｍ程度）よりもやや小さい値（３．７ｍｍ程度）に設定されている。
【００２５】
一方、支持フレーム２８は、金属製（例えばステンレス製）であって、振動膜２６と略同じ外径を有するとともに２．７ｍｍ程度の内径を有している。なお、振動板サブアッシー１４がケース１２内に収容された状態では、振動膜２６の金属蒸着膜が支持フレーム２８を介してケース１２と、後述する押圧力により圧接されているため、電気的に接続されることとなる。
【００２６】
スペーサ１６は、振動板サブアッシー１４の外形と略同じ外径を有するフレーム状の部材であって、板厚２５μｍ程度の円形の樹脂フィルムＰＥＴの中央部にプレス等により大きな開口部１６ａが形成されてなっている。
【００２７】
背極板１８(バックプレート)は、背極板本体１８０と、この背極板本体１８０の上面に形成されたエレクトレット１８２と、この背極板本体１８０及びエレクトレット１８２に形成された複数の開口部１８８と、からなっている。
【００２８】
背極板本体１８０は、その外形形状が略十字形状の板厚０．１５ｍｍ程度の金属板（例えばステンレス鋼板）からなっている。
【００２９】
一方、エレクトレット１８２は、厚みが２５μｍ程度のＦＥＰ（Fluorinated Ethylene Propylene）フィルムからなっている。
【００３０】
開口部１８８は、等間隔に4個形成されている。この開口部１８８により、 振動膜２６と背極板１８の背面空間とを連通することができ、振動板サブアッシー１４と背極板１８の間で形成される薄流体層の抵抗成分を減少させ、高周波域（５KHz以上帯域）の周波数応答性の改善に役立っている。また、設計段階において、開口部１８８の大きさ等を調節することにより、高周波域の周波数応答性の調整をすることも可能である。
【００３１】
そして背極板１８は、あらかじめフィルム状のエレクトレット１８２を熱融着(ラミネート)させ、背極板本体１８０を構成することとなる金属板の表面にプレスやエッチング等により、開口部１８８が形成されると同時に、外形が略十字形状に形成される。
【００３２】
その後、エレクトレット１８２に成極処理を施して所定の表面電位（例えば−３００Ｖ程度）となるように設定される。この背極板１８は、絶縁ブッシュ２０内に収容されるようになっている。
【００３３】
ケース１２内においては、背極板１８と振動膜２６とがスペーサ１６を介してその板厚である２５μｍ程度の間隔をおいて対向し、これによりコンデンサ部Ｃを構成するようになっている。
【００３４】
絶縁ブッシュ２０は、ケース１２の内径と略同じ外径を有し、その内側の一端部(外形の円の内側に偏心して配置された位置)にコンデンサ部を収容する円形の気室２０ａ及び、その他端にJFETチップ３４を収容する気室２０ｂ及び、ノイズフィルタ３８を収容する気室２０cを有する形状であり、弾性を有する合成樹脂（例えばＡＢＳ樹脂 ）あるいはエラストマで構成されている。この絶縁ブッシュ２０の肉厚は、振動板サブアッシー１４、スペーサ１６、背極板１８、皿ばね２２が内在できる厚さ(０．５ｍｍ程度)に設定されている。
【００３５】
この、気室２０ｃ及び気室２０ｂは、背極板１８の開口部１８８と連通させることにより、背圧音響空間としても利用可能である。
またこの絶縁ブッシュ２０には、皿ばね２２の位置決めを行う嵌合部２０ｄが設けられている。
【００３６】
弾性体である皿ばね２２は、SUS等の金属製により形成され、上部(背極板１８との接触部)の直径が下部の直径より狭まっている皿ばねであり、ＪＦＥＴボード２４上の接続部(導電パターン３６)と背極板１８とを電気的に接続するものである。また、皿ばね２２を使用することにより、組み立てた際に振動板サブアッシー１４やスペーサ１６、背極板１８等をケース１２に押圧力を働かせながら固定することが可能になる上、皿ばね２２が、組立の際のかしめ圧を吸収することができるため、振動板サブアッシー１４やスペーサ１６、背極板１８等への必要以上のかしめ圧の荷重を吸収でき、組立時の破損を防止することができる。
【００３７】
皿ばね２２の下部には、回路退避の為の欠落部である切り欠き部２２ａ及び切り起こし部２２ｂが、各２ヶ所９０゜毎に交互に形成されている。この切り欠き部２２ａは、円周方向に0.2mm、高さ方向に0.15mm切り欠かれている。この切り欠き部２２ａは、円周方向に導電パターン３６の幅よりも0.3mm程度余裕を持って切り欠かれている。
この切り欠き部２２ａは、後述する導電パターン３６のドレイン電極Ｄと接触しないように、パターンをまたぐように配置される。また導電パターン３６を切り欠き部２２ａによりまたぐため、導電パターン３６を切断することも同時に回避している。
【００３８】
切り起こし部２２ｂは、円周方向に0.2mm、高さ方向に0.15mm切り起こされて、さらに直径方向に0.3mm程度はみ出るように、突起２２ｃが設けられている。
この突起２２ｃを、絶縁ブッシュ２０の嵌合部２０ｄに位置決めすることにより、導電パターン３６のドレイン電極Ｄをまたぐような位置に、皿ばね２２を配置することが可能となり、また、円形の皿ばね２２の回転を防止することも可能になる。
【００３９】
ＪＦＥＴボード２４は、円形のボード本体３２に、ＪＦＥＴ（Junction Field-Effect Transistor）チップ３４と、携帯電話等の通信機器の搬送波ノイズをカットするためのチップコンデンサ等によるノイズフィルタ３８とが実装されてなっている。
ボード本体３２は、ケース１２の内径と略同じ外径を有しており、その上下両面には所定の導電パターン３６が形成されている。
ボード本体３２の下面の導電パターン３６は、ブルズアイ形状になっており、中心部に円形のパターンが、その周囲にリング状のパターンが形成されており、
ボード本体３２の上面の導電パターン３６とスルーホール４０を介して、接続されている。
【００４０】
ＪＦＥＴチップ３４は、振動膜２６と背極板１８との間の静電容量（すなわちコンデンサ部Ｃの静電容量）の変化を電気インピーダンス変換するインピーダンス変換素子であって、ボード本体３２の上面に形成された導電パターン３６上に実装されている。
【００４１】
導電パターン３６には、ＪＦＥＴチップ３４のドレイン電極、ソース電極及びゲート電極に各々電気的に接続され各々に対応しているドレイン電極Ｄ、ソース電極Ｓ及びゲート電極Ｇが形成されており、導電パターン３６のドレイン電極Ｄとソース電極Ｓの間には、ノイズフィルタ３８が実装されている。また、ドレイン電極Ｄは、ボード本体３２の中心部に延出され、スルーホール４０によりボード本体３２の下面(ＪＦＥＴチップ３４実装面の裏面)の導電パターン３６のドレイン電極Ｄと電気的に接続している。
【００４２】
ソース電極Ｓは、スルーホール４０によりボード本体３２の下面の導電パターン３６のソース電極Ｓと電気的に接続しており、導電パターン３６のソース電極Ｓは、ケース１２をかしめた際に、開放端部１２ｂと確実に電気的に接続されるようにリング状に形成されている。
また、ＪＦＥＴチップ３４のゲート電極は、導電パターン３６のゲート電極Ｇより皿ばね２２を介して背極板１８に電気的に接続されている。
【００４３】
次に、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０の組付方法を説明する。
【００４４】
このコンデンサマイクロホン１０の組付けは、まずケース１２を下向きに配置して（端面壁１２ａが下になるように配置して）、このケース１２内に、絶縁ブッシュ２０を内装し、そして振動板サブアッシー１４、スペーサ１６、背極板１８、皿ばね２２およびＪＦＥＴボード２４を、この順序で上方から挿入した後、ケース１２の開放端部１２bをかしめることにより行われる。
【００４５】
すなわち、まず、絶縁ブッシュ２０をケース１２内に嵌合挿入する。そして、振動板サブアッシー１４およびスペーサ１６、背極板１８を順次ケース１２内に挿入する。さらに、皿ばね２２を背極板１８の下面側に配設する。この際、皿ばね２２の突起２２ｃを絶縁ブッシュ２０の嵌合部２０ｄに位置決めすることにより、切り欠き部２２aが、導電パターン３６のドレイン電極Ｄ上に配置されるため、パターンに接触したりあるいは、パターンを切断するおそれが無く配置できる。
【００４６】
その後、ＪＦＥＴボード２４をケース１２内に挿入する。この際、ＪＦＥＴチップ３４が絶縁ブッシュ２０の気室２０ｂにはまるように、ＪＦＥＴボード２４を配置することにより、位置決めを行うことができる。
また、ＪＦＥＴチップ３４のゲート電極と接続される導電パターン３６のゲート電極Ｇには、後述するように皿ばね２２の押圧力が働くように接触される。
【００４７】
最後に、ケース１２の開放端部１２bを、ＪＦＥＴボード２４のボード本体３２の外周縁部に、全周にわたってかしめ固定する。このかしめ固定は、図示しないかしめ治具によりケース１２の開放端部１２bを上方から加圧して該開放端部１２bを内周側へ折り曲げることにより行われるが、その際の加圧力はボード本体３２を介して絶縁ブッシュ２０に作用する。これにより背極板１８をケース１２と電気的に絶縁した状態でケース１２に対して位置決めする。またこれにより、絶縁ブッシュ２０とケース１２、ＪＦＥＴボード２４との間のシール性を確保して、振動板サブアッシー１４とＪＦＥＴボード２４とで画成される空間の気密性を高める。
【００４８】
コンデンサマイクロホン１０の組付けが完了した状態において、スペーサ１６とＪＦＥＴボード２４のボード本体３２との間隔は、絶縁ブッシュ２０の高さによって規定され、その値は０．７ｍｍ程度となり、コンデンサマイクロホン１０の全高は１．０ｍｍ程度となる。また、皿ばね２２の弾性変形量は絶縁ブッシュ２０の高さによって規定され、背極板１８等の押圧量も絶縁ブッシュ２０の高さによって規定される。
【００４９】
以上詳述したように、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０は、背極板１８とＪＦＥＴボード２４の接続に皿ばね２２を用いることにより、ケース１２をかしめる際のかしめ圧を皿ばね２２により受けることができるため、背極板１８やＪＦＥＴボード２４等の破損を防止することが可能になり、歩留まりが向上する。また、皿ばね２２を利用することにより、コイルばね等を利用するのに比べ、より薄型化がはかれるためマイクロホン全体としての薄型化にも貢献できる。
【００５０】
しかも本実施形態においては、皿ばね２２の下部には、欠落部である切り欠き部２２ａ及び切り起こし部２２ｂが存在するため、これをＪＦＥＴボード２４上の導電パターン３６のうち、接触させたくない導電パターン３６を跨ぐことができ、無用な接触を防止することが可能な上、導電パターン３６を傷つけることがないため、断線を防止することができる。これにより、製品の歩留まりの向上及び信頼性の向上に貢献できる。
【００５１】
なお、本実施形態に係るコンデンサマイクロホン１０の皿ばね２２は、切り欠き部２２ａを形成することにより特定の接触させたくない導電パターン３６を回避する構造としたが、これに限定されるものではなく、皿ばね２２の下部に絶縁部を設けて対応しても接触を防ぐことは可能である。また、切り起こし部２２ｂにより導電パターン３６を跨ぐようにしても良い。また、皿ばねは本実施形態において使用したものだけでなく、Ｃ型皿ばね等も使用できる。
さらに、皿ばね２２の代わりにＣ型リング状部材(リングの一部が切断され欠落している部材)等でもよく、導電パターン３６を跨ぐような構成のものであれば、特定の回路パターンとの接触を防止する上で、適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の一実施形態に係るコンデンサマイクロホンを上向きに配置した状態で示す斜視図
【図２】図１のII-II 線断面図
【図３】図２のIII-III 線断面図
【図４】上記コンデンサマイクロホンの基板を示す平面図
【図５】上記コンデンサマイクロホンの皿ばねを示す斜視図
【図６】上記コンデンサマイクロホンを下向きに配置した状態で示す斜視図
【符号の説明】
１０ コンデンサマイクロホン
１１ フィルター
１２ ケース
１２ａ 端面壁
１２ｂ 開放端部
１２c 内周面
１４ 振動板サブアッシー
１６ スペーサ
１６ａ 開口部
１８ 背極板
１８０ 背極板本体
１８２ エレクトレット
１８８ 開口部
２０ 絶縁ブッシュ
２０a、２０ｂ、２０ｃ 気室
２０ｄ 嵌合部
２２ 皿ばね
２２ａ 切り欠き部
２２ｂ 切り起こし部
２２c 突起
２４ ＪＦＥＴボード（基板）
２６ 振動膜
２８ 支持フレーム
３０ 音孔
３２ ボード本体
３４ ＪＦＥＴチップ
３６ 導電パターン
３８ ノイズフィルタ
４０ スルーホール
Ｃ コンデンサ部
Ｄ ドレイン電極
Ｇ ゲート電極
Ｓ ソース電極

Claims (4)

1. 音等による振動を静電容量変化に変換するためのダイヤフラムとバックプレートを含むコンデンサ部と、
   上記コンデンサ部で変換した静電容量変化を電気信号に変換するためのインピーダンス変換素子を含む回路基板と、
   上記コンデンサ部と上記回路基板とを電気的に接続するための導通部と、
   を備えるコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記導通部が皿ばねにより形成され、
   上記皿ばねは、上記コンデンサ部との接触部である上部の径が上記回路基板との接触部である下部の径より狭まっている切頭円錐筒形状に形成されていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。
2. 上記導通部は、上記回路基板上の特定の回路パターンとの接触を防止するための回路退避部を有す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ホン。
3. 上記回路退避部は、上記導通部の一部に欠落部を設けることにより構成されたことを特徴とする請求項２に記載のコンデンサマイクロホン。
4. 上記導通部は、上記回路基板上に位置決めするための位置決め部を有することを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のコンデンサマイクロホン。

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