JP5055203B2 - コンデンサマイクロホン用の振動板およびその製造方法並びにコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、コンデンサマイクロホン用の振動板およびその製造方法並びにコンデンサマイクロホンに関し、さらに詳しく言えば、振動板の低域周波数応答を改善しつつ、固定極に対する吸着安定度を向上させる技術に関するものである。

コンデンサマイクロホンは、支持リング（ダイアフラムリング）に所定の張力をもって張設された振動板と固定極とをスペーサリングを介して対向的に配置してなる静電型の音響電気変換器を備える。

振動板には、熱塑性樹脂フィルム（例えば、厚さ３〜６μｍのポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイド）の片面に金属蒸着した金蒸着膜が用いられる。固定極には、例えばアルミニウムなどの金属製の電極板が用いられるが、エレクトレットコンデンサマイクロホンの場合には、固定極の表面（振動板との対向面）にエレクトレット誘電体膜が一体に設けられる。

エレクトレット誘電体膜は、コロナ放電などにより直流の高電圧が印加されると分極状態となり、印加電圧除去後においても、その分極状態を維持する特異な特性（自己成極性）を有する。

一般に、低域限界を低い周波数に位置させるうえで、支持リングに対して振動板を低い張力で取り付けることが要求される。しかしながら、振動板の背面には固定極が配置され、それらの間にはエレクトレットによる成極電圧が存在するため、振動板に対して静電吸引力が加わり、いわゆる振動板の固定極への吸着という問題が生ずる。

この点を解決するため、特許文献１に記載された発明では、振動板の全域にわたって、凹部の底部から凸部の頂部までの高さが振動板の厚み以上である多数の連続した微細な凹凸を形成するようにしている。

特許文献１に記載された発明によれば、低域の周波数応答を同一とした場合、上記のような凹凸を設けないフラットな振動板に対して、吸着安定度を約２０％程度向上させることができる。このことは、エレクトレットによる成極電圧を約２０％程度高くすることができ、これにより感度を約２ｄＢ高くすることができることを意味する。

特許２６８１２０７号公報

しかしながら、エレクトレットコンデンサマイクロホンでは、固定極の表面のエレクトレットによる外部電界に部分的なバラツキが発生しやすく、その外部電界の高い部分で振動板が吸着されてしまうことがある。

したがって、本発明の課題は、特にエレクトレットコンデンサマイクロホンにおいて、振動板の低域周波数応答を改善しつつ、固定極に対する吸着安定度を向上させることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、熱可塑性樹脂フィルムからなり、一方の面に金属膜を有するコンデンサマイクロホン用の振動板において、周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターンと、周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンとが、それぞれ上記振動板の全域にわたって形成されていることを特徴としている。

本発明において、請求項２に記載されているように、上記第１凹凸パターンと上記第２凹凸パターンの周期の比率が１０以上であることが好ましい。

また、請求項３に記載されているように、 上記第１凹凸パターンは６角形の亀甲模様を呈し、上記第２凹凸パターンはメッシュ材から転写された網目模様を呈していることが好ましい。

本発明には、請求項４に記載されているように、熱可塑性樹脂フィルムからなり、一方の面に金属膜を有するコンデンサマイクロホン用の振動板の製造方法において、加熱手段および冷却手段を有し上記振動板の全域にわたって周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターンを付与する金型と、上記第１凹凸パターンに沿って変形可能であり上記振動板の全域にわたって周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンを付与する柔軟なメッシュ材と、圧搾空気源に接続され上記金型の上方に昇降可能に配置された加圧ポットとを備え、上記金型上に上記メッシュ材を配置して上記メッシュ材上に上記振動板を載置し、上記加熱手段にて上記金型を上記振動板が軟化し得る温度にまで加熱し、上記加圧ポットを下降させて圧搾空気により上記振動板を上記メッシュ材ごと上記金型に押圧して上記振動板に上記第１凹凸パターンと上記第２凹凸パターンとを付与したのち、上記冷却手段により上記金型を所定温度にまで冷却することを特徴とするコンデンサマイクロホン用の振動板の製造方法も含まれる。

また、本発明には、請求項５に記載されているように、支持リングに所定の張力をもって張設された振動板と固定極とをスペーサを介して対向的に配置してなる音響電気変換器を有するコンデンサマイクロホンにおいて、上記振動板として、請求項１による振動板を備えていることを特徴とするコンデンサマイクロホンも含まれる。

本発明によれば、振動板の全域にわたって、周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターン（好ましくは、６角形の亀甲模様）が形成されていることにより、固定極の表面のエレクトレットによる外部電界に部分的なバラツキが生じているとしても、その外部電界の高い部分での部分的な吸着をなくすことができる。

また、振動板の全域にわたって、周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターン（好ましくはメッシュ材から転写された網目模様）が上記第１凹凸パターンに重畳するように形成されていることにより、第２凹凸パターンのみを形成する上記特許文献１に記載された発明に対して、吸着安定度を約１０〜１５％程度向上させることができる。

次に、図１ないし図３により、本発明の実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。図１は本発明による振動板を含むコンデンサマイクロホンの音響電気変換器を示す模式的な断面図、図２は本発明で使用される振動板製造装置の一例を示す模式的な正面図、図３（ａ）は本発明による振動板を示す平面図、図３（ｂ）は振動板の一部分を示す拡大平面図、図３（ｃ）は振動板の一部分を示す拡大断面図である。

まず、図１を参照して、コンデンサマイクロホンの音響電気変換器１０の構成について説明する。この音響電気変換器１０は、基本的な構成として、振動板１１と固定極１５とを備える。

振動板１１には、片面に金蒸着膜（図示省略）が形成された例えば厚さ３〜６μｍ程度の熱可塑性樹脂フィルムが用いられる。熱可塑性樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレートやポリフェニレンサルファイドが挙げられる。

固定極１５は、例えばアルミニウムなどの電極板からなり、エレクトレットコンデンサの場合、固定極１５の表面（振動板１１との対向面）には、ＦＥＰ等からなるエレクトレット誘電体膜（図示省略）が一体的に貼り付けられる。

振動板１１は、金属製の支持リング（ダイアフラムリング）１４に所定のテンションがかけられた状態で張設され、電気絶縁性のスペーサリング１６を介して固定極１５と対向的に配置される。振動板１１と固定極１５とにより一種のコンデンサが形成される。

本発明によると、振動板１１には、周期の長い粗い凹凸１２ａからなる第１凹凸パターン１２と、周期の短い微細な凹凸１３ａからなる第２凹凸パターン１３とが、それぞれ振動板１１の全域にわたって形成されている。

ここで、図３（ｃ）を参照して、第１凹凸パターン１２の周期（１ピッチ）をＴ１とし、第２凹凸パターン１３の周期（１ピッチ）をＴ２とすると、第１凹凸パターン１２の周期Ｔ１は第２凹凸パターン１３の周期Ｔ２よりも長く、好ましくは周期Ｔ１は周期Ｔ２の１０倍以上である。すなわち、凹凸１２ａ，１２ａの間に、１０以上の凹凸１３ａが存在することが好ましい。

また、凹凸の高低差については、第１凹凸パターン１２の凹凸１２ａは、その凹凸の高低差が大きく、すなわち粗く、これに対して、第２凹凸パターン１３の凹凸１３ａは、その凹凸の高低差が小さい、すなわち微細である。

なお、第２凹凸パターン１３の凹凸１３ａは、上記特許文献１に記載された発明と同じく、凹部の底部から凸部の頂部までの高さが振動板の厚み以上である多数の連続した微細な凹凸であることが好ましい。

凹凸１２ａ，凹凸１３ａの凹凸は相対的なもので、例えば図３（ｃ）において、下方（固定極１５側）に向いている部分を凹部とすれば、上方（反固定極１５側）に向いている部分が凸部となる。この実施形態において、第１凹凸パターン１２の周期（１ピッチ）Ｔ１は、隣接する凹部間の距離であり、第２凹凸パターン１３の周期（１ピッチ）Ｔ２は、隣接する凹部間もしくは凸部間の距離である。

図３（ｃ）に示すように、第２凹凸パターン１３の凹凸１３ａは、第１凹凸パターン１２の凹凸１２ａの部分を含めて振動板１１の全域にわたって形成されている。すなわち、第２凹凸パターン１３の凹凸１３ａは、第１凹凸パターン１２の凹凸１２ａの上に重畳するように形成されている。

次に、図２を参照して、振動板製造装置２０について説明する。この振動板製造装置２０は、装置の基本的な枠組みとして、下部基台２１と、下部基台２１の左右に立設された側枠２２，２２と、側枠２２，２２の上端間に下部基台２１と平行に架設された上部基台２３とを備えている。

下部基台２１上には、内部に図示しない冷却水パイプが張り巡らされた冷却手段３１が配置されている。この冷却手段３１上に、スプリング３２を介して支持台３３が昇降可能に設けられている。支持台３３は、その四隅がスプリング３２にて支持されている。

支持台３３の中央部分には開口部が設けられており、この開口部内に成形型（金型）３４が支持されている。成形型３４は金属製（好ましくは真鍮製）で、例えば電気ヒータからなる加熱手段３５を備えている。成形型３４は下降した際、加熱手段３５の電源が切られ、成形型３４の底面が冷却手段３１に接触する。

成形型３４の表面（上面）には、振動板素材（振動板１１のマザー）１１ａに周期の長い連続した粗い第１凹凸パターン１２を付与するためのリブ（凸条）３６がエッチングなどにより作成されている。

この実施形態において、リブ３６は成形型３４の表面に６角形の亀甲模様として形成されている。一例として、日本エッチング社の「サンプル帳の線柄１頁の柄ＮＯ．６」に掲載されている１辺が約１ｍｍの６角形の連続模様であることが好ましいが、他の多角形により形成されてもよい。

成形型３４上には、振動板素材１１ａに周期の短い連続した微細な第２凹凸パターン１３を付与するためのメッシュ材（網体）３７が配置される。メッシュ材３７は、第１凹凸パターン１２を形成するリブ３６に沿って変形し得る柔軟性が必要とされることから、メッシュ材３７にはナイロンメッシュが好ましく採用される。

好適なナイロンメッシュとして、ＮＣＢ工業社製の「ナイロンメッシュＮＯ．Ｓ５０８Ｓ」を例示することができる。なお、この実施形態では、メッシュ材３７は、成形型３４上に着脱自在に配置されるようになっているが、メッシュ材３７を成形型３４に例えば接着材などにより固定してもよい。

上部基台２３上のほぼ中央には、エアーシリンダ４０が搭載されている。エアーシリンダ４０のシリンダロッド４１は、上部基台２３を貫通して下方（下部基台２１側）に延ばされており、その下端には、加圧手段としての加圧ポット５０が取り付けられている。

加圧ポット５０は、下面が開放された加圧室５１を有し、その開放端側には、気密用のＯリング５３が設けられている。加圧ポット５０は、加圧ポンプ（圧搾空気源）Ｐに接続される加圧空気供給口５２を備えている。

次に、振動板の製造方法について説明する。振動板素材（振動板１１のマザー）１１ａには、熱可塑性樹脂フィルム（例えば、厚さ３〜６μｍ程度のポリフェニレンサルファイド；ＰＰＳ）の片面に金の薄膜を蒸着した金蒸着膜を用いる。

まず、成形型３４のリブ３６が形成されている表面にメッシュ材３７を配置し、そのメッシュ材３７上に振動板素材１１ａを載置する。

次に、加熱手段（電気ヒータ）３５に通電し、成形型３４を振動板素材１１ａを成形できる温度（例えば、約１６０℃）にまで上昇させて振動板素材１１ａを軟化させる。この加熱工程中に振動板素材１１ａに皺が発生しないように、図示しない負圧吸着手段により振動板素材１１ａを成形型３４に固定することが好ましい。

その後、エアーシリンダ４０にて加圧ポット５０を下降させ、加圧ポンプＰを起動して加圧室５１から振動板素材１１ａに向けて加圧空気（例えば、空気圧９ｋｇ／ｃｍ^２）を噴出させて、振動板素材１１ａをメッシュ材３７ごと成形型３４上に押圧する。

これにより、振動板素材１１ａに、成形型３４のリブ３６による第１凹凸パターン１２と、メッシュ材３７による第２凹凸パターン１３とが付与される。

加圧ポット５０の下降に伴って加熱手段３５への通電がオフとなり、成形型３４を冷却手段３１に接触させて所定温度（例えば、約５５℃）まで冷却する。しかる後、加圧ポンプＰをオフとしたうえで、エアシリンダ４０を上昇させて振動板素材１１ａをメッシュ材３７から剥離する。

このようにして、本発明によれば、図３（ａ），（ｂ）で示すように、振動板素材１１ａには、成形型３４のリブ３６による１辺が約１ｍｍである６角形の亀甲模様による第１凹凸パターン１２と、メッシュ材３７による微細な網目状の第２凹凸パターン１３とが形成される。

その後、振動板素材１１ａから実際に使用する振動板１１を多面取りする。すなわち、振動板素材１１ａに所定のテンションをかけた状態で、支持リング１４を接着材を介して振動板素材１１ａに取り付け、接着材を硬化させたのち、振動板素材１１ａから振動板１１が貼着された支持リング１４を切り出す。

本発明によれば、上記した構成の振動板１１を用いることにより、低域の周波数応答が改善されるとともに、固定極１５に対する吸着安定度が高められるため、感度の良好なコンデンサマイクロホンが提供される。

本発明による振動板を含むコンデンサマイクロホンの音響電気変換器を示す模式的な断面図。 本発明で使用される振動板製造装置の一例を示す模式的な正面図。 （ａ）は本発明による振動板を示す平面図、（ｂ）は振動板の一部分を示す拡大平面図、（ｃ）は振動板の一部分を示す拡大断面図。

符号の説明

１１ 振動板
１１ａ 振動板素材（振動板のマザー）
１２ 第１凹凸パターン
１３ 第２凹凸パターン
１２ａ，１３ａ 凹凸
１４ 支持リング
１５ 固定極
１６ スペーサリング
２０ 振動板製造装置
３１ 冷却手段
３４ 成形型（金型）
３５ 加熱手段
４０ エアーシリンダ
５０ 加圧ポット
Ｔ１ 第１凹凸パターンの周期
Ｔ２ 第２凹凸パターンの周期
Ｐ ポンプ

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂フィルムからなり、一方の面に金属膜を有するコンデンサマイクロホン用の振動板において、
   周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターンと、周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンとが、それぞれ上記振動板の全域にわたって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用の振動板。
2. 上記第１凹凸パターンと上記第２凹凸パターンの周期の比率が１０以上であ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用の振動板。
3. 上記第１凹凸パターンは６角形の亀甲模様を呈し、上記第２凹凸パターンはメッシュ材から転写された網目模様を呈していることを特徴とする請求項１または２に記載のコンデンサマイクロホン用の振動板。
4. 熱可塑性樹脂フィルムからなり、一方の面に金属膜を有するコンデンサマイクロホン用の振動板の製造方法において、
   加熱手段および冷却手段を有し上記振動板の全域にわたって周期の長い粗い凹凸からなる第１凹凸パターンを付与する金型と、上記第１凹凸パターンに沿って変形可能であり上記振動板の全域にわたって周期の短い微細な凹凸からなる第２凹凸パターンを付与する柔軟なメッシュ材と、圧搾空気源に接続され上記金型の上方に昇降可能に配置された加圧ポットとを備え、
   上記金型上に上記メッシュ材を配置して上記メッシュ材上に上記振動板を載置し、上記加熱手段にて上記金型を上記振動板が軟化し得る温度にまで加熱し、上記加圧ポットを下降させて圧搾空気により上記振動板を上記メッシュ材ごと上記金型に押圧して上記振動板に上記第１凹凸パターンと上記第２凹凸パターンとを付与したのち、上記冷却手段により上記金型を所定温度にまで冷却することを特徴とするコンデンサマイクロホン用の振動板の製造方法。
5. 支持リングに所定の張力をもって張設された振動板と固定極とをスペーサを介して対向的に配置してなる音響電気変換器を有するコンデンサマイクロホンにおいて、
   上記振動板として、請求項１による振動板を備えていることを特徴とするコンデンサマイクロホン。

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