JPS61108300A - ピエゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は音響圧を電圧に変換する電気音響変換器に関す
る。さらに詳細には本発明は、ポリマー製のピエゾ電気
振動部材によっ−ＣＣ音圧圧電圧に変換するマイクロフ
ォンに関する。

例えば、１９８１年８月１１日に出願され、第２．５１
１゜５７０号として公開されたフランス特許由順に記載
の電気音響変換器の如く、この種の電気音響変換器の種
々のモデルが知られている。

このフランス特許出願に記載の電気音響変換器は、少な
くとも１つの内面部を有し、その両面がインピーダンス
整合回路に接続された電極で被覆された弾性構造体を使
用している。この電気音響変換器は独創的な発想に基づ
き、高性能を有する。

しかしながら、この公知技術の電気音響変換器は、仕較
的多くの部品を必要とし、その組立が複雑なのでこの種
の電気音響変換器の高能率且つ低価格の大量生産に好ま
しくない。

このような問題を解決する１つの提案として、１１８：
１年３月７日に出願されたフランス特許出願第１１：１
．！１３６９７号には、振動部材を固定し、内側および
夕１側の電気的接続をなし、遮蔽を行うと同時にｒ；　
Ｙ４ｊ’、内口波および湿気および粉塵からの保護をな
す小数の部材から構成された電気音響変換器が開示され
ている。しかしながら、このフランス特許に記載の電気
音響変換器は、電気的絶縁をなし且つ精確な取りつけを
行うため、その変換器の等級によっては複雑な形状の絶
縁ジャケットを必要とする。この絶縁ジャケットを精確
に取りつけると、この伸の電気音響変換器の製造原価が
高くなる。

本発明の目的は、上記の如き従来技術の問題点を解決す
ることにあり、さらに詳細には、絶縁性ジャケットを必
要とせず、振動部材の取りつけ、その電気的接続および
音響内口波を簡易な構造で行うことのできる電気音響変
換器を提供することにある。

従って、本発明に従うと、ピエゾ電気ダイヤフラムを有
する電気音響変換器であって、少なくともその１面で音
響圧を受け且つ両面が電極に被覆されたピエゾ電気ダイ
ヤフラムと、該電極に接続された電気回路を有するプリ
ント回路と、該ピエゾ電気ダイヤフラム右よび該電気回
路を包囲し目つ該電気音響変換器の前面に対応する底部
が孔明き壁部をなす管状体のケースとを備え、さらに、
該ケースと共働して該ピエゾ電気ダイヤフラムを取付け
るスペーサを備え、該プリント回路は該ケースの背面で
該電気音響変換器を閉止し且つ該スペーサを固定し、該
ケースおよび該スペーサにより電気的接続がなされ、さ
らに該スペーサは、その環状の大径の底部で該ピエゾ電
気ダイヤフラムを該ケースの肩部に当接させて該スペー
サの取付けを確実とし１−１つその小径の底部が該プリ
ント回路の中央部分に固定されている中空の鐘状体であ
ることを１冒ｔｔとするピエゾ電気ダイヤフラムを有す
る電気音ヤ；：′廓換器が提供される。

本発明のその他の特徴および効果は、以下の添イ・１の
図面を参照して行う説明により明瞭となろう。

以下の記載ではマイクロフォンカプセルを例にとり本発
明を説明するが、本発明は、こうした構造のマイクロフ
ォン以外にも、例えばピエゾ電気ダイヤフラムがフラッ
トであるか否にかかわらず、さらに、ポリマーか鉱物製
であるかにかかわらず、さらに挟持されているか、ある
いは、他の固定半没により保持されているかにかかわら
ず、適用でき、それらも本発明の技術範囲に属すること
は勿論である。本発明はさらに、発信器として作動する
変換器にも適用可能である。

マイクロフォンカプセルまたはイヤーフオンは一般にそ
れに作用する音響圧により変形可能で、その周縁部が、
それを包囲し且つ支持する少なくとも１つの四槽な部材
に取りつけられているピエゾ電気ダイヤフラムを有する
。このピエゾ電気ダイヤフラムは、音響圧の作用により
変形し、電極を備えた両面の電位差が生じる。この電位
差が増幅されて変換器の出力信号となる。現在用いられ
ているピエゾ電気ダイヤフラムは一般に、二弗化ビニリ
デン（ＰＶＰ２）の如きピエゾ電気ポリマーまたはコポ
リマーの箔から形成される。この箔の周縁部が、変換器
のケースの上方部分に取りつけられ、ケースの下方部分
は前部増幅器を有するプリント回路によって閉鎖されて
いる。音響緩衝手段によって周波数応答を矯正してダイ
ヤフラムの第１の自然モードによる共振ピークを回避す
る。

第１図は、従来技術のマイクロホンの中央断面図である
。そのマイクロホンの作動部は、ピエゾ電気ダイヤフラ
ムｌで形成され、そのピエゾ電気ダイヤフラムｌの上面
と下面とには、電極として作用する金属化部分を有する
。ピエゾ電気ダイヤフラムｌは、固定部として機能する
ボディ２とスペーサ３の間でその周辺部がクランプされ
ている。

それらボディ２とスペーサ３は、金属で作られ、ダイヤ
フラノ・の電極と両面印刷回路４との間の電気的接続を
Ｉｊ、えている。ボディ２は、マイクロホンの」二面部
と側面部とをなし、印刷回路板４がマイクロホンの底部
を成している。その印刷回路板４の内面には、前置増幅
器を構成する電気回路５が形成され、印刷回路板の外面
には、図示していないが、マイクロホンと接続ケーブル
とを接続するためのピンが設けられている。ダイヤフラ
ムの」二側電極とボディ２と印刷回路板４の外面とは、
第１の等電位面を形成し、ダイヤフラム及び電気回路５
を静電遮蔽している。ダイヤフラムの下側電極とスペー
サ３と印刷回路板４の内面とは、第２の等電位面を形成
している。更に、環状のジャケット６が、スペーサ３に
対してボディ２を電気的に絶縁している。

第１図に示すように、ボディ２及びスペーサ３は、ダイ
ヤフラノ・の両側の空胴を形成するに効果できであり、
また、マイクロホンのレスポンス曲線を調整するために
音響素子を組み合わせるためのオリフィスが壁に形成さ
れるにも都合がよい。

その音響素子は、ボディ２の壁７に実現され、孔８が形
成され、また、スペーサ３の壁１０には孔９が設けられ
ている。

そのようなマイクロホンの組立は、マイクロホン全体が
回転対称にできていることにより容易になっている。従
って、マイクロホンを構成する様々な部品を相対的な位
置付けは、それら同心関係に重ねることにより実現でき
る。ボディ２は、最初、点線で示すように筒状の下部を
有している。

そして、その組立の順序は以下のようである。まず最初
、ボディに環状絶縁性ジャケット６を挿入して、ダイヤ
フラム　１とスペーサ３との中心位置付けができるよう
にする。その後、回路が１！’Ｊ、に゛１′田付けされ
ている印刷回路板４を、その回路がマイクロホンの内側
に位置するように、組み込む。

そして、ボディ２を印刷回路板４のダ面側に曲げること
により、積層された部品を嵌め込み口つクランプする。

更に、マイクロホンの感度を高めるためには、凹状ドー
ムまたは凸状ドームを形成するようにダイヤフラムが湾
曲している必要があることが知られている。この例の場
合、感度の温度依存性がほとんどないようにするための
空胴−直径比に従って削算され予め設定された斜面を有
するように傾斜が付けられている。

ボディ２の側部とスペーサ３はマイクロホンの高さの大
部分にわたって同軸である。その同軸関係のためには、
低誘電率の材料で作られた絶縁性ジャケット６が必要で
ある。そして、この材料の選択によって、ボディとスペ
ーサとの間の寄生容量が低減できる。更に、ボディとス
ペーサとの間の寄生容量を減少するように、絶縁ジャケ
ットに四部をし形成することも可能であるが、それは、
ジャケットの構造を複雑にすると共にマイクロホンの価
格を増大させる。

−１−述したように、本発明による音響変換器は、絶縁
性ジャケットを使用していない。しかし、そのように絶
縁性ジャケットを使用しないことにより、ボディ及びス
ペーサの電気的絶縁の問題と、必要な性能を得るために
十分な電気的絶縁性、音響緩衝性及び温度変動の許容限
界をマイクロホンが有することができるためのスペーサ
の形状の問題が生じる。

第２図は、本発明によるマイクロホンの第１実施例を示
している。なお、第２図は、中央断面図である。図示の
マイクロホンは、ピエゾ電気ダイヤフラム２０のほかに
、３つの主要部品を備えている。すなわち、ケースを形
成すると共に設置電極をなす金属ボディ２１と、スペー
サを形成すると共に、入射音によってダイヤフラムに誘
起される電気信号を伝送するための金属キャップ２２と
、ケースの底をなす印刷回路板２３とである。

ダイヤフラムは、その２つの主面が金属化されて、電極
を構成している。そして、その電極の一方は、ケース２
１に接触しており、他方の電極は、キャップ２２に接触
している。スペーサすなわちキャップ２２は、ダイヤフ
ラムに接触すに大きな基部と、印刷回路板に接触する小
さな基部とを有している。また、スペーサすなわちキャ
ップ２２は、ボディ２１の側面とキャップ自体との間に
、小さな寄生容用で十分な電気絶縁を与えるに足りる空
間ができるように混斗状に形成されている。ボディが印
刷回路板側に折り曲げられた後に、キャップが、印刷回
路板のマイクロホンの対称軸上に載置されてるようにし
て、ボディの肩２１１　と印刷回路板との間にキャップ
がクランプされて、キャップは取りつけられる。そして
、そのキャップの印刷回路板への固定は、例えばほぞ・
溝穴になされている。

はぞ２２２　と溝２３０　とは、マイクロホンの全体の
対称性に適合するように、円筒形にすることができる。

温度変動の影響下では、スペーサ２２は、膨張したり収
縮したりするが、ダイヤフラムに対してストレスを作用
させる原因となる場合がある。その問題を解消するため
に、例えば、凹曲線と凸曲線とがするような変曲を少な
くとも１つ有するような輪郭にスペーサの壁部を形成し
てしもよい。

その場合、温度変化による機械的なストレスは、その変
曲領域に主に現れる。スペーサの壁の成る位置には、孔
２２１を更に形成してもよい。その孔の数、分布、大き
さにより、音響変換器の周波数ｌど レスポンスを修正する音響フィルタを２つの空間２４及
び２９の間に形成する。同様に、ボディの前部にも、孔
２１０が形成され、ダイヤフラムの前部により画定され
る空胴３０とｔＥ＆働してらう１−）の音響フィルタが
形１戊される。更に、マイクロホン内部に塵や水気が侵
入しないようにマイクロホンの前面部に保護膜乃至は薄
布３１を張り付けると効果的である。電気絶縁性を改善
するために、図面に破線で示しばつ可撓性で絶縁性の材
料で作られた環状のクッション２８を、ボディとキャッ
プの最も接近している部分の間に置いてもよい。

図示の出力端子２５は、両面印刷回路板２３に差し込ま
れ、一方が印刷回路板の内側面に接続され、他方が印刷
回路板の外側面に接続されている。その印刷回路板２３
の内面には、前置増幅器の回路素子、基本的には、数メ
ガオームの抵抗２６と、２トランジスタ式のダーリント
ン回路または電界効果トランジスタからなるトランジス
タ回路チップキャリア２７とが載置されている。

周知のように、ダイヤフラム２０は、音響変換器の感度
を高めるように、組立の前または後に、湾曲形状を持つ
ようにすることが好ましい。そして、ダイヤフラムの１
ワさは、ダイヤフラムの作動空間を決定するダイヤフラ
１１の所与の直径において最大の感度が円られるように
決定される。また、肩２１１　とスペーサ２２のその対
向面とは、望ましい角度でダイヤフラノ・を間に挟み込
むように円錐支持面を形成するよう傾斜している。そし
て、それらＪｒｉ　２１１　とスペーサ２２の対向部を
鋭角に機械加工することにより、ダイヤフラムは適所に
位置付けることができる。

ダイヤフラム、ボディ及び印刷回路板により画定される
空間は、閉空間である。その空間内に封じ込まれる空気
の圧力の上昇を避けるために、静圧均衡化のための漏れ
を設ける必要がある。そして、印刷回路板に貫通孔を設
ける代わりに、印刷回路板側に折り曲げられたボディの
クランプ封止を壊して、放射方向の毛細漏洩路すなわち
ベントを設けることも可能である。例えば、印刷回路板
の両面をエツチングして、印刷回路板の銅層の厚さの空
気通路を形成してもよい。そのようにして、マイクロホ
ンの後部空間は、外気に通じる。そして、毛細漏洩路は
、低周波でのマイクロホンのレスポンスを乱すことのな
い十分に高い音響インピーダンスを持つことができる。

キャップを絶縁性材料から構成し、その一部を金属化し
て（例えば、ダイヤフラムに接触するリングを設けまた
印刷回路板に接触する接触領域を設けて）、ダイヤフラ
ムと印刷回路板との間の電気的接続を確保するように変
更するこも可能である。この場合、孔２２１を金属化す
ることにより電気接続をすることもできる。また、この
変形例の場合、ボディとスペ、−サとの間の寄生容量を
減少できる効果がある。なお、この変形例では、クッシ
ョン２８を省略できる。

本発明による音響変換器は、第１図に示す襲来の音響変
換器と均等な電気音響特性を有している。

しかし、構成素子の数は１つ少ない。すなわち、絶縁性
ジャケットがない。更に、レスポンス曲線を成形するた
めの、特に、基本共鳴を抑制するための音響素子が簡略
化される。

１１１３図は、本発明によるマイクロホンの第２実Ｊｉ
ｆ！ｉ例の中央断面図である。このマイクロホンは、ス
ペーサの形状と印刷回路板への支持形式とが第２図に示
すマイクロホンと異なっている。この実施例でのスペー
サは、２つの部品から構成されている。ボディ４１は、
第２図のものと同一であり、その前面部には、貫通孔４
１０が設けられ、保護薄布５１が覆われている。また、
ボディは、ダイヤフラムを支持するための肩４１１を有
しており、第１実施例と同様に、ダイヤフラムの両主面
は金属化されて電極を構成している。そして、それら電
極の一方は、ケースすなわちボディ４１に接触し、他方
はスペーサすなわちキャップ４２に接触している。

第１実施例と同様に、前置増幅器の構成素子４６及び４
７を載置している両面印刷回路板４３側にボディを折り
曲げらることにより、ケースは閉じられている。図示の
一方の出力端子４５は、印刷回路板４３に差し込まれて
いる。

このマイクロホンは、付加部材すなわち支持部材５２を
設けている点で、第２図の実施例と異なっている。その
支持部材５２は、印刷回路板の回転対称軸上に取り付け
た金属部から構成され、スペーサの下部を構成している
。支持部材５２は、キャップ４２の上に載り、そのキャ
ップは、ダイヤフラムの周辺部に載っている。キャップ
と支持部材５２とは、導電材料で作られているので、ダ
イヤフラノ・と印刷回路板とが電気接続されている。更
に、マイクロホンの組立を容易にするように、キャップ
４２の中央は、支持部材５２の頂部と嵌合する四部４２
２を有している。貫通孔４２１　が、音響フィルタを形
成するようにキャップに形成されている。キャップの凹
部４２２は、キャップの温度変動によるダイヤフラムに
対するストレスの悪１ｉ［１’を減少するに効果である
。このマイクロホンは次のようにして組立られる。印刷
回路板に電気要素４６及び４７が半田付けされ、更に、
支持部材５２が例えば半田付けまたはクリンプにより固
定される。そして、様々な構成素子が、ダイヤフラノ８
、キャップ、支持部材付き印刷回路板の順序でボディ４
１内に重ねられる。そのダイヤフラムは、肩４１１　に
対して自動的に中央に位置付けられる。その後、ボディ
の縁を印刷回路板側に折り曲げると、全体が一緒にクラ
ンプされる。

第１実施例と同様に、キャップ４２は、金属で作られて
もよく、または、誘電材料で作られて、一部を金属化し
て電気的接続と寄生容量の低減の両方を実現するように
してもよい。

変形例として、キャップ４２の中央に円形の孔を設けて
もよい。その場合、支持部材５２は、その支持部材がキ
ャップの中央孔に嵌り込むような寸法のピラミッド状の
先端を設けて、ダイヤフラムに対してキャップを押しつ
ける゛ようにしてもよい。

この場合、キャップの内側と外側との間に空気漏洩路が
できるので、孔４２１　は最早必要ない。

本発明の第１の実施例のマイクロフォンカプセルの特徴
および電気音響特性はつぎの通りである。

本体の外径は１１ｍｍ、ダイヤプラムの取りつけ角度は
約７度、肩部の水平方向に対する鋭角は４５度、本体お
よびスペーサはアルミニウム合金であり、ダイヤフラム
は１２０μｍの厚さの二弗化ビニリデン（ＰＶＰ２）で
あり、プリアンプの入力抵抗はｌＯメガオームであり、
前面に直径０．３ｍｍの孔が３つあり、スペーサは無孔
である。従って、ダイヤフラムのアクチブキャパシティ
は４２１Ｆであり、寄生キャパシティはは２借手さい。

第４図は上記のカプセルの応答曲線を示す。縦軸は、基
点を任意に選んだときの感度Ｓをデシベルの単位で示す
。横軸は、対数尺のＨｚの単位で示した周波数である。

この特性曲線は参照番号６１で示している。１０００１
１ｚでの感度は１μＶ／Ｐａである。

さらに、曲線６１および６２でフランス郵政局で決めた
ゲージを図示する。

本発明に従うと、一般的に認められた基準、特にフラン
スでの現行の基準を満足する特性のマイクロフォンカプ
セルを低価格で且つ大量に生産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術のマイクロフォンカプセルの断面図で
あり、 第２図および第３図はそれぞれ本発明の実施例に基づく
マイクロフォンカプセルの断面図であり、第４図は本発
明のマイクロフォンカプセルの特性を示すグラフである
。 （主な参照番号） １．２０．４０・・ピエゾ電気ダイヤフラム２・・ボデ
ィ　　　　３・・スペーサ ４．２３．４３・・印刷回路板 ５・・電気回路 ６・・環状ジャケット ２１．４１・・金属ボディ ２２．４２・・金属キャップ ２１１・・ボディの肩 ５２・・支持部材

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピエゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変換器
   であって、少なくともその１面で音響圧を受け且つ両面
   が電極に被覆されたピエゾ電気ダイヤフラムと、該電極
   に接続された電気回路を有するプリント回路と、該ピエ
   ゾ電気ダイヤフラムおよび該電気回路を包囲し且つ該電
   気音響変換器の前面に対応する底部が孔明き壁部をなす
   管状体のケースとを備え、さらに、該ケースと共働して
   該ピエゾ電気ダイヤフラムを取付けるスペーサを備え、
   該プリント回路は該ケースの背面で該電気音響変換器を
   閉止し且つ該スペーサを固定し、該ケースおよび該スペ
   ーサにより電気的接続がなされ、さらに該スペーサは、
   その環状の大径の底部で該ピエゾ電気ダイヤフラムを該
   ケースの肩部に当接させて該スペーサの取付けを確実と
   し且つその小径の底部が該プリント回路の中央部分に固
   定されている中空の鐘状体であることを特徴とするピエ
   ゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変換器。
2. （２）該スペーサは漏斗状カップであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のピエゾ電気ダイヤフラム
   を有する電気音響変換器。
3. （３）該スペーサはカップ部分および支持部分とを備え
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のピエゾ
   電気ダイヤフラムを有する電気音響変換器。
4. （４）該ピエゾ電気ダイヤフラムは膨出形状であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のピエゾ電気ダ
   イヤフラムを有する電気音響変換器。
5. （５）該ピエゾ電気ダイヤフラムの該膨出部が該スペー
   サと該ケースとの間に挟持されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第４項記載のピエゾ電気ダイヤフラムを
   有する電気音響変換器。
6. （６）該ピエゾ電気ダイヤフラムは鋭角をなして挟持さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の
   ピエゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変換器。
7. （７）該スペーサは誘電材料から構成され、金属化する
   ことにより該ピエゾ電気ダイヤフラムと該プリント回路
   との電気接続をなすことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のピエゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変
   換器。
8. （８）該プリント回路はその両面の圧力を同じにするた
   めの通気孔を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のピエゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変
   換器。
9. （９）該ケースと該スペーサとの間に絶縁性クッション
   が配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のピエゾ電気ダイヤフラムを有する電気音響変換
   器。
10. （１０）該スペーサの壁部が少なくとも１つの反曲点を
    有して温度変化による応力を最小としていることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載のピエゾ電気ダイヤフ
    ラムを有する電気音響変換器。