JPS63160500A - 静電変換方式による電気音響的または電気機械的変換器 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、音響エネルギーを電気エネルギーへ及び／ま
たはその遊の変換を行なう静電変換方式による電気音響
的又は電気機械的変換器、例エバスピーカ、ヘッドホン
、マイクロホン、又は７Ｊｎ速匿センサであって、変換
に関与する靜・電界を有し、この靜゛成界により振動膜
に吸引力が及ぼされる電気音響的または電気機械的変換
器に関する。

従来の孜術 この種の静電型変換器には定常の電界が形成されており
、この戒界が静止状態におる振ＩＪｔＪＪ膜に靜′ＩＩ
Ｌ吸引力を及ぼす。この場合、゛電界から膜全面に作用
する力と、膜の弾性により生じるその膜のばね力との間
に平衡状態が生じる。この平衡状態では、膜は対向電極
に向っての片側のたわみ状態にまで達する。その際に作
用する電界を丁度次のような強さとする。即ち、非常に
高い、またパルス状の１圧が発生しても、音場内で振動
する膜がその膜に対向する対向・成極に接触しない程度
の踵さとする。それにより、膜が固定の対向電極に常時
接触係合してしまうことが回避される。

変換器の感度は電界の強さに比例する。従って例えば、
静電型音響変換器に対する送信器側で成立つ関係式はＦ
（ω）＝Ｃ−Ｅ−ｕ、（ω）であり、受信器側で成立つ
関係式はＵ（ω）＝Ｃ−Ｗ−Ｘ（ω）となる。ここでＦ
は力、Ｃは容量、Ｅは電界の強さ、Ｘは膜の伸び、Ｕは
変換器に印加される′電圧、又はマイクロホンとしての
変換器から送出される電圧を表わす。従って靜・成型変
換器の従来の実施例では常に、膜からその対向電極まで
の距離と−界の強さとの間で兼ね合いのよい状態を見出
す攻協点が図られていた。

発明が解決しようとする問題点 本発明の課題は、電界の強さに限界があることに起因す
る変換器の欠点を回避することである。即ち、膜から対
向電極までの距離は変化せｒに、変換器の成極電圧ひい
ては電界の強さを従来許容された値の何倍にも高めるこ
とができ、しかもそれにより静電吸引力が優勢になった
結果として、膜が対向電極に接触したり、さらには膜が
対向電極に接触係合してしまったりすることのない静電
型変換器を提供することである。

問題点を解決するための手段 上述の課題は本発明により、変換器の膜上にも対向電極
とにも永久磁石を設け、吸引力を郡部的又は完全に補償
する反作用力を発生させることにより解決される。本発
明による手段即ち、変換には関与しない磁界を用いて前
記のような反作用力を膜に及はし、よって膜が定常の電
界によってはもはやその膜の静止位置外にまったく変位
せしめられないようにするという反作用力の強さに相応
して元の電界の強さを何倍にも高めることができる※本
発明による手段なしには従来、成極電圧を所定の値を超
えてさらに高めることはできなかった。何故ならば、膜
と対向電極との間の音響的理由によって定められる距離
では、膜が対向電極に接触係合してしまうまで接近する
ことを回避できなかったからである。電界の強さを直線
的に拡大する本発明の手段により変換器の感度が上昇す
るという利点の他、電界の強さが上昇すると共に電気出
力信号の非線形ひずみが反比例して減少するという別の
利点ももたらされた。２つの利点は音響発信器にも音響
受信器にもあてはまる。

本発明による実施例では、２つの磁石のうちの１つが、
膜の全表面に配置された薄い永久磁石材料の層から成る
。このような永久磁石材料層は、現在の技術水準で容易
に膜に流すことができ、膜の機械的振動特性が極端に変
化することはない。その際特に、層の厚さが数μｍの領
域に留まるよう留意して、それによる膜質量の増加は許
容限度内に収まるようにするとよい。

この永久磁石材料層は、磁化を行なった後層厚方向にＮ
極−８極の極性分布配置を有する。それにより対向して
配設された、超方向の極性分布配装置を有する磁石に反
発する力を及ぼす。そのためには例えば、ＩＷ１電型変
換器の膜に対向する対向電極上に、膜の層と同じ性質を
Ｍする永久磁石材料層を施すか、または対向電極のｉり
径よりも小さな直径の小型永久磁石を取付ける。

本発明の別の実施例では、永久磁石材料層が膜の表面の
一部しか覆っておらず、膜縁部の円形リング状部分には
仮覆されていない。経験から、靜゛屯型廿譬受値器の周
波数の筒い変換（伝達）領域では膜の全狭面のうち、膜
縁部から内−りに向いたリング状領域のみが音場からの
励振によって振動することがわかっている。従って本発
明を適用する場合、永久磁石材料層を膜懺面の円形内部
に？ｆｆ１Ｊ限すると好適でりる。それにより特別な使
用目的のだめには膜の付刀目的質量貝何を最小に１で減
少することができる。こうすると膜の振ｆＩＩｈ荷性は
被着した層によってははとんど影響を受けない。その他
の本発明により達成される効果はすべて上述の手段によ
っても得られる。

実施例 以下本発明を図面に基づき詳細に説明する。

音響発生器または音響受信器とすることのできる静電型
変換器の本発明による基本的構成が第１図に示されてい
る。固定した対向電極１に対向し、かつ平行的に距離を
置いて機械的振動系が振動膜２の形で設げられている。

当該縁部にて固定された膜２が電気的絶縁体３によって
対向電極１から絶縁して設けられている。電池４から抵
抗Ｒを介して成極電圧Ｕ０が対向電極１と表面が導電性
の膜２とに印加され、それにより２つの電極面１，２間
に電界の強さＥを有する静電界が発生する。音響発生器
（スピーカ）に供給されるか、又は音響受信器（マイク
ロホン）によりその電極にて形成される電気的交流信号
は一定の直ｆｉ’ｌｔ圧Ｕｏに重畳されており、変成器
５によりこの直流から分離される。対向電極１の開口部
６は音響的目的で設けられている。定常の静電界Ｅは、
この電界を形成する電極１．２に次式の関係に基づく力
Ｆｅｌを及ぼす。

Ｆｅ１＝７−ａ−Ｚ２−ｈ ここでＡは電極面積である。それにより振動膜２はその
対向電極により吸引される。・或極關の距離と絶縁度か
ら定められるブレークダウン電圧と、及び膜２の十分に
小さく保たなければならない最大許容たわみ（そのよう
に十分小さく保つ必要があるのは振動状態でも対向電極
１に膜２が接触するのを回避するためである）との双方
により電界の強さＥが制限される。本発明により、静電
吸引力Ｆｅｄを補償する力Ｆ’ｍａｇが次のようにして
作用を及ぼす。即ち、膜２上にも対向電極１上にも、電
極表面を覆う永久磁石材料から成る層を被着することに
より作用を及ぼす。膜２上に被着された永久磁石材料層
８は、対向電極１上に被着された永久磁石材料層７に対
し電気的に反対方向に極性づけられている。

２つの層１．８の間に定常の磁界■が存在し、この磁界
により２つの層を反発させる力Ｆｌａｇが維持される。

力の強さは、Ｆ　−よ・、ｐＨ２・Ａでｎａｇ　　　２ ある。ここでＡは永久磁石材料層の面積。

磁界から発生し、膜２に対し反発的に作用する力Ｆｍよ
け次のような大きさに選定する。即ち、元来備わってい
る、成極電圧Ｕｏによる電界の強をＥを従来値の何倍に
も高めることができるような大きさに選定する。当該値
を多重倍することに相応して、ｆ換器の感度は上昇し、
ひずみ率（クリルファクタ）は低下する。

静′ＩＩＩ型音響受信器（コンデンサマイクロホン）に
対する基本的実施例が第２図に示されている。

ケーシング９には絶縁層１０によりこのケーシングとは
別個に、膜１１と固定された対向′Ｆｔ極１２とが設け
られており、その除膜１１は絶縁リング１３により対向
・電極１２に対し平行的に距離を置いて保持される。膜
１１も対向電極にも共に永久磁石材料層１４．１５を有
する。対向・成極１２には音臀的理由から穴及び／又は
スリット１６が設けられている。第２図の細部が第６図
に拡大した縮尺で示されている。２つの層１４と１５の
磁化は相互に逆の磁気的極性をゼするように行なわれ、
それだより模１１と対向電極１２との間に反発する力が
生じる。この反発力は既に述べたように、膜１１と対向
電極１２との間で作用する定常の靜を吸引力に対し平衡
状態に１ｄかれ、それにより本発明による作用効果が得
られる。

本発明による別の実施例が第４図に示されている。対向
電極１７上に通常被着される永久磁石材料層の代りに、
対向電極１７の中心部には小さく薄い、円板状の永久磁
石１８が設けられており、この永久磁石が永久磁石材料
層２０に対し、正しく配置された極性に相応して反発す
る力を及ｔスす。対向電極１７の開口部若しくは穴部及
び／又はスリン）１１は音響的理由から心安である。上
述の構成においても靜゛−力は、膜２１が対向電極に対
したわまないように磁力と平衡状態に置かれる。本発明
による効果は上述の構成により容易に得られる。

第５図には本発明による別の実施例が示されている。こ
の場合、対向電極２２の中心部に被着された永久磁石２
３は磁力を膜２４の部分領域にのみ及ぼす。何故ならば
、膜２４上に被着された永久磁石材料層２５も同様に非
常に薄い円形状の円板の形に構成されているからである
。

それにより襖縁部の円形リング状の部分２６は被着され
ないままとなる。このような実施例は靜・成型変換器の
特別な適用事例において膜の振動特性に関して有利であ
る。付加的に施される質量を特に小さく保つことができ
、それにより膜の固有共共振に及ぼす付加的質量の影響
を小さく保つことができる。経験から、変換領域の周波
数が非常に高い場合には膜の一部領域のみが振動し、そ
の中心部は静止状態に留まることがわかっているので、
この種の実施例は振動の機械的特性の点で有利である。

さらに、第６図に示した実施例は、電気愼械的変換方式
に従って動作するに換器である。どこで電気変換器は加
速度センサとして使用される。そのために加速度センサ
の膜２Ｔは慣性質量体２８から作用を受ける。この慣性
質量体は図示の実施例では比重の高い質量を有する流動
体から成る。しかしこの慣性質量は必ずしも流動体から
形成する必要はなく、比重の高い質量を有する任意の材
料から形成することもできる。図示の実施例においても
、膜２Ｔ上に永久磁石材料から成る層２９が被着さＫて
いる。音響的理由から開口部３１の設けられた対向電極
３０の中心部には、小さな永久磁石３２が配設されてい
る。

磁石３２と永久磁石材料層２９の極性はやはり逆に付さ
れ、それにより膜２Ｔと対向電極３０との間の静電吸引
力に対し、相応の反発する力が発生する。装置全体はケ
ーシング３３により取囲まれており、ケーシングは蓋板
３４と底板３５とにより封止されている。底板３５は付
加的に７−ル物質３６によりシールされている。

発明の効果 本発明によυ静電型変換器において、振動膜が対向電極
に接触したりすることなく電界の強さを従来の何倍にも
高めることができる。それにより変換器の感度は上昇し
、ひずみ率が低減される。

【図面の簡単な説明】

第１図は静電型変換器の基本的構成図、′ｓ２図は静電
型音響受信器の基本的実施例の断面図、第６図は第２図
の細部断面図、第４図と第５図は本発明による、別の基
本的実施例の断面図、第６図は電気機械的音響発生器の
基本的構成図である。 １・・・対向電極、２・・・振動膜、３・・・絶縁体、
４・・・電源、５・・・変成器、６・・・開口部、７．
８・・・永久磁石材料層、９・・・ケーシング、１０・
・・絶縁層、１１・・・膜、１２・・・対向電極、１３
・・・絶縁リング、１４．１５・・・永久磁石材料層、
１６・・・開口部、１γ・・・対向電極、１８・・・永
久磁石、１９・・・スリット、２０・・・永久磁石材料
層、２１・・・膜、２２・・・対向電極、２３・・・永
久磁石、２４・・・膜、２５・・・永久磁石材料層、２
６・・・膜のリング状部分、２１・・・膜、２８・・・
慣性質量体、２９・・・永久磁石材料層、３０・・・対
向゛電極、３１・・・開口部、３２・・・永久磁石、３
３・・・ケーシング、３４・・・蓋板、３５・・・底板
、３６・・・シール物質１　　　、、、、、対向電極　
　　　　　　　　　　　１０　　　、、、、、絶縁層２
　　、、、、、膜　　　　　　　　　　１１　、、．０
．！ｌ！３　　・・・・・絶縁体　　　　　　　　　　
　　　１２　　、、、、、対同電極醜 部分

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、音響エネルギーを電気エネルギーへ及び／又はその
   逆の変換を行なう、静電変換方式による電気音響的また
   は電気機械的変換器であつて、変換に関与する静電界を
   有し、該静電界により振動膜に吸引力が及ぼされる電気
   音響的または電気機械的変換器において、変換器の膜（
   ２）上にも対向電極（１）上にも永久磁石が設けられて
   いて、吸引力を部分的にまたは完全に補償する反作用力
   が発生することを特徴とする電気音響的または電気機械
   的変換器。 ２、２つの磁石のうちの１つが膜（１１）の全表面に配
   設された薄い永久磁石材料の層（１４）から成る特許請
   求の範囲第１項記載の電気音響的または電機機械的変換
   器。 ３、永久磁石材料の層（２５）は膜（２４）の表面の一
   部のみを覆い、膜縁部の円形リング状部分（２６）には
   被覆されていない特許請求の範囲第１項記載の電気音響
   的または電気機械的変換器。