JPH07107597A - 電気音響変換器用のエレクトレット組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 隔膜電極の座屈及び波うちを防止し、温度及
び湿度変動及び経年変化の効果を補償し、かつ製造、組
立てが比較的簡単な新規の改良された電気音響変換器用
エレクトレット組立体を提供することである。 【構成】 電気音響補聴変換器、マイクロフォンあるい
は音響再生器用の小型エレクトレット組立体２０は薄
形、可撓性の平板状隔膜２１と平板状背板２２とを有
し、隔膜及び背板は、エレクトレット電極を構成する、
２個の電極の一方は他方に対する所定の差動電圧にま
で、永久的に充電され、２個の電極は、離隔固定して、
互いにほぼ平行状に変換器内に取りつけられる。電極間
の差動電圧により、隔膜２１の中心部が背板の方へ引っ
張られ、隔膜２１を緊張し、かつ強固にする。隔膜用の
装備部材２３、２４により隔膜２１の平面内での隔膜２
１のリムの運動は許容されるが隔膜２１の平面（及び背
板）に対し垂直な隔膜２１のリムの運動は阻止されるの
で隔膜２１は座屈することがない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気音響変換器用のエ
レクトレット組立体に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロフォンで使用されるエレクトレ
ットの隔膜は、隔膜に衝突する音波信号に応答して振動
する。この振動は、隔膜と背板との間の間隔を変化させ
る。隔膜と背板は、エレクトレットの電極から成ってい
る。一方の電極は、静電的に充電され、電極間に差動電
圧が発生される。隔膜の運動によって形成される電極間
の容量のために生ずる振動によりエレクトレットは、衝
突する音響信号を表わす電気信号をを発生することがで
きる。音響再生器の場合、この過程は、逆に作用する。
エレクトレットの隔膜及び背板電極間に与えらえれる電
気信号により、隔膜が振動して音響信号が発生する。

【０００３】エレクトレット変換器の大きさは極めて小
形にすることができ、従がって、しばしば、聴取補助手
段、特に、耳用の補聴器として、用いられて来た。補聴
器、特にマイクロフォン用のエレクトレット変換器の最
大寸法は、０．１２５インチ程度であってよい。明らか
に聴取補助器は、二種類のエレクトレット変換器を組み
入れることができる。つまり、エレクトレットマイクロ
フォンは、音響信号を電気信号に変換するために、用い
られ、電気信号は、次いで増幅され、使用者の聴管内に
送られる音響信号に再変換するために、エレクトレット
音響再生器（“受信器”と呼ばれることが多い）に送ら
れる。

【０００４】しかし、聴取補助器は、いかなる種類の電
気音響変換器に対しても、明確に悪環境を提供する。温
度及び湿度条件は、実質的に変化する。経年変化は実質
的に、どの変換器に対しても影響を及ぼす。特に、エレ
クトレットでは、隔膜と背板電極との間の差動電圧は、
１年以上の間、安定しているが、ある一定期間を通じて
低水準へと衰える。エレクトレットの部品の機械的特
性、特に、隔膜の機械的寸法は時間と共に変化する。

【０００５】マイクロフォンあるいは音響再生器におい
て、効果的に作動させるために、感知しうる剛性が所望
されるので、通常は、エレクトレットの隔膜を機械的に
予備加工している。隔膜がしなやかすぎる場合、これ
は、もう一方の電極に対して倒伏することになる。殆ん
どのエレクトレット組立体の場合、従来の方法によれ
ば、隔膜のリムあるいは周囲を強固に固定することが必
要であるので、緊張状態を維持することが出来る。２、
３の従来形の構造は、特殊化された隔膜構造を有してお
り、これは、カールソンその他の米国特許第３，７４
０，４９６号及びシーヤの米国特許第４，４１８，２４
６号に開示されるように、隔膜を予備加圧する必要がな
い。しかしながら、これらの特殊化された隔膜構造は、
隔膜のリムあるいは中心部に、通常は、一形状又は別形
状の波形又は突出部を有している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エレクトレットにおい
て、隔膜及び背板との間の静電的に充電された差動電圧
により、隔膜は、背板の方へ向かい引っ張られることに
なる。その結果生ずる隔膜の極めて微少な変形により、
これを強固にするようになされており、隔膜を機械的に
緊張させる必要を最小にしあるいは取り除きさえする効
果を用いることができる。しかし、差動電圧が、更に増
加することにより、変換器の性能には実質的に致命的な
状態で、隔膜は座屈し、波うちあるいは倒伏しさえす
る。

【０００７】従って、本発明の主な目的は、特に、隔膜
電極を緊張させるため、エレクトレット電極間の差動電
圧を用いるが、隔膜の可能性のある座屈及び波うちを防
止する補聴用の新規の改良された電気音響変換器用エレ
クトレット組立体を提供することにある。

【０００８】本発明の別の目的は、温度及び湿度の変動
及び経年変化の効果を少なくとも部分的に補償し、且つ
製造し、組み立てるのが比較的簡単な新規の改良された
エレクトレット組立体で提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】従って、本発明による電
気音響変換器用のエレクトレット組立体は、その第１の
電極から成る薄形の、可撓性平板状隔膜と、その第２の
電極から成る平板状背板とから成っており、第１の電極
は他方の電極に対する差動電圧に充電されている。該組
立体は更に、隔膜を背板に対して、ほぼ平行状に離隔固
定するための隔膜装着手段から成っており、差動電圧に
より、隔膜の中心部は、背板の方へ向かって引っ張ら
れ、かくて、隔膜の中心部が緊張され、強固にされる。
隔膜装着手段により、隔膜の平面上で隔膜のリムの限定
的な半径方向運動が可能となるが隔膜の平面に対して垂
直方向の運動は阻止される。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明により構成されたエレクトレ
ット組立体２０用の基本的な構成要素を示す。エレクト
レット組立体２０は薄形で、可撓性の平板状隔膜２１を
有している。図示の好ましい構成の隔膜２１は、円形状
であるが、矩形あるいは他の形状の隔膜も使用すること
ができる。隔膜は、金属あるいは他の導電性物質の薄形
の可撓性板から成ってもよい。隔膜は、商標名マイヤー
及び他の商標名の下に、一般的に入手可能なポリエチレ
ン テレフタレートのような靱性のある強力な樹脂の合
成フィルム、つまり、薄形の導電性フィルムが、樹脂フ
ィルムの一面あるいは両面上に、真空／あるいは蒸気蒸
着されている、合成フィルムとして構成されることが多
い。隔膜２１は、永久的に静電的に充電されうる。この
場合、これは、エレクトレットの充電電極として、機能
するので、通常は、それ程充電されない。

【００１１】エレクトレット組立体２０の他方の電極
は、背板２２であり、図１に示すように、円形状をして
いる。隔膜２１が、充電電極の場合、背板２２は単に、
金属板である。しかし、背板２２は、隔膜２１に対面す
るその表面上を薄い絶縁層あるいは絶縁被覆でおおわれ
る。このような被覆を施こされると、背板２２は、エレ
クトレット組立体２０の静電充電された電極となること
が多い。商標名テフロンで一般的に入手可能なフッ素樹
脂のような種々の樹脂は、背板２２がエレクトレットの
充電電極となるべき場合に利用される静電充電を長期間
の間、維持することができる。

【００１２】エレクトレット組立体２０には、二個の他
の構成要素２３及び２４がある。図示の構成では、これ
らの装着部材２３及び２４の各外径は、隔膜２１の外径
に対応している。これは、エレクトレットの作動に対す
る必須の条件ではない。好ましくは、装着リング２３及
び２４は、組立体の他の要素より大きいあるいは小さい
外径を有していてもよい。リング２３及び２４の内径
は、同じであるのが好ましい。これにより、隔膜２１の
中心部分２５の外側境界が画定される。エレクトレット
２０の組み立て形式で、構成要素は各図１〜図４に図示
するように、底部から上部へと、背板２２、装着部材２
４、隔膜２１、及び装着部材２３の順序で積み重ねられ
る。

【００１３】前述の如く、エレクトレット組立体２０に
関して、顕著なるあるいは新規のことがらは何もない。
これはエレクトレットの通常の方法で作用する。かく
て、マイクロフォンでは隔膜２１の中心部分２５に突き
当たる音響信号によって、隔膜は、その平面に対して垂
直方向に振動あるいは移動される。隔膜のそれぞれのこ
のような運動によって、エレクトレットの２個の電極、
隔膜２１及び背板２２の間の容量が変化する。これらの
２個の電極に接続される電気的回路（図示せず）は衝突
する音響信号を表わす電気的信号を発生する。

【００１４】エレクトレット２０も、逆の機能を果たす
ことができる。かくて、電気的回路は、隔膜２１及び背
板２２より成る電極に接続することができる。外部回路
は図示していない。この回路より、電極に供給される異
なった電気的信号により、隔膜２１は、前後に振動し、
音響信号を発生する。かくして、エレクトレット２０
は、音響再生器あるいはスピーカとしての機能を果た
す。この一般的な形式のエレクトレットは、補聴器に通
常は用いられる。これは、増幅回路により、エレクトレ
ット音響再生器又は“受信器”に接続されるエレクトレ
ットマイクロフォンを有してもよい。

【００１５】エレクトレット隔膜２１のような平板、あ
るいは平らな円板は、図２に示すように円形開口にかか
るように、取りつけることができる。更に、これは、差
動電圧にもとずいた背板に対する静電引力、通常は、隔
膜及び背板間の永久静電充電により、保持され且つ強固
にされる。この一般的な状態は図５に図示されている。
ここでは、隔膜２１の中心部分２５は背板２２に向かっ
て引きつけられるように示されている。隔膜のたわみ
は、エレクトレットの電極２１及び２２間の静電充電差
によるものである。しかし、電圧が高くなると、その高
電圧が定常状態の電圧差あるいはエレクトレットの電極
に与えられる信号によって表わされようが、中心開口の
外側の隔膜２１の周辺部分あるいはリム２６は、座屈し
がちである。この結果、図５に全体的に示されるよう
に、隔膜に、波が形成される。隔膜の波により、空気
が、そのリムの周囲を通ることができる。これは、マイ
クロフォンあるいは音響再生器としてのエレクトレット
の性能にとっては、重大である。更に、電極、つまり隔
膜２１及び背板２２間の充電差の増加により最終的に
は、隔膜が倒伏して、背板と接触することになる。これ
らの状態では、エレクトレット２０は、もはや機能を果
たさなくなる。

【００１６】エレクトレットの構成２０は、隔膜２１の
周囲部分の、その平面に対して垂直方向の運動を制限
し、隔膜のその平面に平行な運動は許容することによっ
て、エレクトレット電極２１及び２２間の静電充電差に
より生ずる補強現象を利用するようになされている。エ
レクトレット２０ではこれは、図示されていない外部構
造体により達成される。この構造体により、隔膜２１の
リムの周囲の座屈を防止するに充分な締付力が与えられ
これによって、わずかな半径方向の運動を阻止すること
なく、隔膜の平面に対して垂直な運動を受けとめること
ができる。このようにして、隔膜の平面における多少の
運動を許容しても、隔膜２１のリム部分２６の座屈は生
じない。

【００１７】隔膜２１を示す図６を参照すると、点線２
５Ａにより、中心部２５の外側境界が示される。エレク
トレット電極の充電により、隔膜の中心部が、矢印Ｔに
よって示すように、点Ｐに向かい、引かれ始めると、隔
膜は外側つまりリム部分２６から材料を引込めることに
より、それが必要とする（図３及び図４を比較）余分な
材料を得ようとする。この外側材料の中心Ｐへと向かう
運動は抑制される。というのは、周囲のファイバ２７
が、隔膜の中心部に向かって移動した場合、必要と思わ
れる新らしい周囲２８に対して大きすぎるからである。
かくて、隔膜のリム部分２６は、圧縮され、これによ
り、隔膜材料の中心へと向かう移動が阻止される。一
方、隔膜２１の中心部分２５は、大体において、緊張状
態にある。包含される力のベクトルは実質的に互いに垂
直状にあり、隔膜２１内に共存することが出来、隔膜の
各半径に沿った相対的大きさが変化する。圧縮力が、隔
膜の外縁部近傍の限界値を越えると、隔膜のリムは、防
止されなければ座屈する。しかし、支持開口２５Ａの外
側の表面に対し垂直ないかなる運動も抑制し且つ阻止す
ることにより、エレクトレット組立体２０の全体的な構
造で隔膜の中心部分２５が座屈レベルに達する前に、実
質的に高圧縮力を形成することができる。このようにし
て効果的な変換作用を維持しつつ、隔膜２１の中心部２
５に高度の内部張力が得られる。隔膜の平面に平行な運
動を許容しつつ、隔膜の平面に垂直な運動に関し、その
リム２６の周囲で隔膜を抑制することにより、環境要因
による膨張収縮は防止されない。

【００１８】図７は、隔膜２１及び隔膜のリム部分２６
に係合する２個の締付部材２３及び２４とを拡大して示
す。これらの要素が、充電背板を有するエレクトレット
組立体内に設置されると、図８に示す状態が得られる。
中心部２５は、背板の方へ引っ張られ、この例では、隔
膜の下側にあると思われる。隔膜のリム部分２６の外縁
部は隔膜の平面に平行な位置で、横方向に移動しうる。
（図７及び図８を比較）。これによって、隔膜の中心部
２５は、球の浅い部分に近い形状で強化することができ
る。この結果を達成するために、図７及び図８におい
て、矢印Ｃにより示すように、部材２３及び２４間に、
多少の締付圧力を加えるべきである。この圧力は、前述
のように、隔膜の平面に平行なその非常に制限された運
動を防止することなく、隔膜のリム部分２６が座屈しな
いようにするに充分な程度のものでなければならない。

【００１９】図９及び図１０は前述のように、エレクト
レットの締付リング及び隔膜部分用に用いられる別の構
成を示す。隔膜２１は変化していない。締付部材２３及
び２４は図示するように前記構成でのものと同じであ
る。しかし、この例では、薄い外側リング３１が主締付
リング２３及び２４の間に介設されている。リング３１
は、隔膜２１よりやや厚い。例えば、隔膜２１が、全体
で約０．００００６インチの厚さを有する場合、リング
３１は全体で約０．００００８インチの厚さを有する。
これにより、装着部材２３及び２４間に、隔膜２１のリ
ム２６用の多少の隙間が、提供される。この構成によれ
ば、隔膜の平面に平行な方向の制限された運動を許容し
つつ隔膜はその平面に対する垂直方向の多少の運動も阻
止される。この状態は、図９及び図１０に示される。図
９において、その平面形状から、隔膜の中心部２５を引
っ張ろうとする静電界はないものとする。一方、図１０
は、球の部分形状への制限されたたわみを示す。これ
は、装置のこの部分が完全なエレクトレットに含まれて
いる場合に形成される。

【００２０】図１１〜図１３は、隔膜２１に関して所望
の効果を達成するために用いられる他の構成である。こ
の例では、２個の外側締付部材あるいはリング１２３及
び１２４の各角部１２９は、締付部材１２３上に薄い角
突出部１２９、及び締付部材１２４上に類似の突出部１
３１を与えるために、めっきされる。締付部材１２３の
ための形状は図１２及び図１３に極めて詳しく示す。一
般的に、締付部材１２３の角部のスペーサあるいはパッ
ド１２９は、０．００００４インチ程度の厚さを有して
もよい。この厚さの金層のような金属層は、所望のスペ
ーサあるいはパッドを形成するために溶着することがで
きる。従がって２個のパッド１２９及び１３１は、隔膜
２１用の仮の厚さ０．００００６インチに比較して０．
００００８インチの所望の合計厚さにまで合計される。
かくて、図１１〜図１３に図示する構成は前述の構成の
ものと同じ作動を提供し、隔膜２１の運動を、隔膜の平
面に対して実質的に平行な方向に限定し、この平面に垂
直な方向の隔膜２１の運動を防止するので、座屈が防が
れる。パッド１２９及び１３１の効果も、装着部材１２
３及び１２４を型打ちあるいは浮出しすることにより、
実現することができる。

【００２１】図１４は、本発明により構成されたエレク
トレットを含有するマイクロフォン２２０の一部を示
す。マイクロフォン２２０は、通常は金属製で、音響口
２１１を有する外胴又はハウジング２１０を有する。図
示のマイクロフォンでは、これは音響入口である。受信
器あるいは“スピーカ”では、これは音響出力口であ
る。ハウジング２１０は、更に、マイクロフォン内に音
響室を画定するやや大型の部分２１１を有する。

【００２２】マイクロフォン２２０のエレクトレットの
構成は一般的に前述の構成と一致する。このエレクトレ
ットは、２個の支持部材２２３及び２２４の間にとりつ
けられ、背板２２２に面した隔膜２２１を有する。図示
の構成では、背板２２２は、静電充電された誘電物質か
ら成る外部被覆あるいはフィルム２２７を担持する。つ
まり、背板は、この例では、エレクトレットの充電部材
である。背板２２２と、その被覆２２７は絶縁体支持部
材２２５に取り付けられ、マイクロフォン用の作動回路
を形成する導体２２８に電気的に接続される。締め付け
リング２２６及びエラストマースペーサ２２９は、図１
４に示すように、マイクロフォン２２０用の内部構造を
完成させる。締付けリング２２６は、図示のように、マ
イクロフォンの他の要素を適切な位置に維持するため
に、用いられるので、隔膜２２１は、図示するように垂
直方向の運動に関して、抑制される。しかし、図９及び
図１０に示す構成に、大体類似した構成を用いて、部材
２２３及び２２４間に、隔膜が装着される開口により、
隔膜は、その平面に平行な方向に移動することができ
る。

【００２３】図１４に示すように、マイクロフォン２２
０のエレクトレット部分の作動は、実質的に、図１〜図
４に関して上述したものに、特に、図９及び図１０ある
いは、又、図１１〜図１３に示す方法で変形される如
く、対応している。従がって、マイクロフォンの作動特
徴について更に述べることは不必要と思われる。

【００２４】本発明のエレクトレットの構成では隔膜と
背板との間の静電充電（差動電圧）が隔膜を緊張させる
ために用いられるので他の緊張手段は通常は必要ない。
全ての例において、エレクトレットは、その平面での隔
膜のリムを半径方向に移動させることができる装着部材
２３、２４及び１２３、１２４及び２２３、２２４のよ
うな装着手段を含有している。しかし、同時に、装着部
材は、座屈及び波立ちが効果的に防止されるように、隔
膜の平面に対し、垂直方向の隔膜の運動を抑制又は阻止
する。エレクトレットの部材の形状は重大な問題ではな
い。これらは、図１〜図６に示すように丸くても、図１
２に示すように矩形であってもよい。六角形のような他
の形状は、組み立てを容易にするため、あるいは他の目
的のために所望ならば、用いることができる。いずれに
しても、本発明の改良されたエレクトレット組立体の構
成は、温度及び湿度の変動の効果及び経年変化をも少な
くとも一部分補償する。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によるエレ
クトレット組立体によれば、隔膜電極を緊張させるため
に、エレクトレット電極間の差動電圧を利用し、更に、
隔膜の起りうる座屈及び波立ちを防止することができ
る。又、本発明によるエレクトレット組立体によれば、
温度及び湿度変動及び経年変化の効果を少なくとも、一
部分補償することができ、且つその製造及び組立ては比
較的簡単で経済的となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による電気音響変換器用のエ
レクトレット組立体の構成要素の分解斜視図である。

【図２】図１の構成要素を用いたエレクトレット組立体
の斜視図である。

【図３】図２の組立体の理想的な断面図である。

【図４】図３に類似した、そしてエレクトレット組立体
の作動状態を最もよく示す断面図である。

【図５】図１−４の組立体に生ずる状態を説明するため
に用いられるエレクトレット隔膜の単純な図である。

【図６】図１−４の組立体に生ずる状態を説明するため
に用いられるエレクトレット隔膜の単純な図である。

【図７】図１−４のエレクトレット組立体用の隔膜取付
部材の一構成を拡大して示す詳細な図である。

【図８】図１−４のエレクトレット組立体用の隔膜取付
部材の一構成を拡大して示す詳細な図である。

【図９】隔膜の取付部材の別の実施例を示す図７及び図
８に類似した詳細な図である。

【図１０】隔膜の取付部材の別の実施例を示す図７及び
図８に類似した詳細な図である。

【図１１】隔膜取付部材の他の実施例を示す図７に類似
した詳細な図である。

【図１２】図１１の一装着部材を縮小して示す平面図で
ある。

【図１３】図１２の装着部材の一角部の詳細な斜視図で
ある。

【図１４】本発明により構成されたエレクトレット組立
体と共に形成されたマイクロフォンの一部を示す詳細な
断面図である。

【符号の説明】

２０ エレクトレット組立体 ２１ 隔膜 ２２ 背板 ２３、２４ 装着部材 ２５ 中心部分 ２６ リム １２９、１３１ パッド １２３、１２４ 装着部材 ２２０ マイクロフォン ２１０ ハウジング ２１１ 音響口 ２２１ 隔膜 ２２２ 背板 ２２３、２２４ 支持部材 ２２８ 導体 ２２６ 締付リング ２２９ エラストマースペーサ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気音響変換器用のエレクトレット組立
   体において、 エレクトレット組立体の第１の電極から成る薄形で可撓
   性平板状の隔膜と；エレクトレット組立体用の第２の電
   極から成る平板状の背板と；隔膜を背板に対して離隔さ
   せて、ほぼ平行に固定して取り付けるための隔膜装着手
   段とを具備し、 一方の電極は他方の電極に対して所定の差動電圧で充電
   されており、 該差動電圧により、隔膜の中心部分が背板の方へ引っ張
   られることによって、隔膜の中心部分が緊張されかつ強
   固にされ、 該隔膜装着手段は、隔膜の平面内における隔膜のリムの
   半径方向への限定的な移動を可能としかつ隔膜の平面に
   垂直な隔膜のリムの運動を妨げることを特徴とするエレ
   クトレット組立体。
2. 【請求項２】 一方のエレクトレット電極は、他方の電
   極に対して差動電圧を生じるように永久的に充電される
   誘電物質の層から成っていることを特徴とする請求項１
   のエレクトレット組立体。
3. 【請求項３】 前記装着手段が、隔膜の対向側部に係合
   する第１及び第２の装着手段を有していることを特徴と
   する請求項１のエレクトレット組立体。
4. 【請求項４】 前記装着部材は、隔膜と背板との間の差
   動電圧により、緊張して保持される隔膜の中心部分を画
   定する整合中心開口を有していることを特徴とする請求
   項３のエレクトレット組立体。
5. 【請求項５】 前記隔膜装着手段は、隔膜の平面に対し
   て垂直の運動を、隔膜のリムにさせず、しかし、該平面
   に平行な運動は許容するに充分な軽い締付け力を保持す
   るために、装着部材と係合する締め付け手段を有してい
   ることを特徴とする請求項３のエレクトレット組立体。
6. 【請求項６】 隔膜の周囲に、装着部材間の装着空間を
   維持するための、装着部材間に配設された、隔膜のリム
   の厚さより極わずかだけ大きい間隔手段を有することを
   特徴とする請求項３のエレクトレット組立体。
7. 【請求項７】 前記間隔手段が、独立の間隔部材である
   ことを特徴とする請求項６のエレクトレット組立体。
8. 【請求項８】 前記間隔手段が少なくとも一装着部材の
   一体的な部分であることを特徴とする請求項６のエレク
   トレット組立体。
9. 【請求項９】 前記間隔部材が、隔膜の両側の装着部材
   の一体的な部分であることを特徴とする請求項６のエレ
   クトレット組立体。
10. 【請求項１０】 一方の電極は、実質的に他方の電極よ
    り小さいことを特徴とする請求項１のエレクトレット組
    立体。
11. 【請求項１１】 前記背板は、電極より小さく、隔膜に
    面した誘電層より成り、この背板は電極間に差動電圧を
    提供するよう永久的に充電されていることを特徴とする
    請求項１０のエレクトレット組立体。