KR100306262B1

KR100306262B1 - 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법 및 전하 충전장치

Info

Publication number: KR100306262B1
Application number: KR1019990040432A
Authority: KR
Inventors: 김종규
Original assignee: 이중국; 주식회사 원일커뮤닉스
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2001-11-02
Also published as: CN1289219A; EP1085783A2; KR20000000129A; JP2001112091A; TW490986B

Abstract

본 발명은 코로나 방전과 이온주입으로 콘덴서 마이크로폰에 내장되는 진동판(배극판), 즉 양면에 전도성 물질이 증착된 고분자 물질의 박막 필름 내에 전하를 충전할 수 있도록 한 것이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법 및 전하 충전장치는, 고분자 물질의 박막 필름에 전도성 물질이 증착되어 구성된 진동판의 표면에 전하를 충전하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법에 있어서, 양이온 발생장치로부터 공급되는 양이온과 음이온 발생장치로부터 공급되는 음이온을 고압이 가해질 경로에 공급하여 해당 공간을 도전성 매질의 공기층으로 형성한 후 고압에 의한 코로나 방전으로 발생된 전하를 상기 진동판(배극판)에 주입하여 상기 고분자 물질의 박막 필름 내에 전기 2중층을 형성함을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 의하면 콘덴서 마이크로폰용 진동판에 주입되는 전하의 손실을 줄여 전하의 충전효율을 높일 수 있으며, 대기중의 온도나 습도 및 먼지 등에 관계없이 충전시간을 단축하여 자동화를 구현할 수 있다.

Description

콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법 및 전하 충전장치{An electric charge charging method and an electric charge charging equipment of diaphragm for condenser microphone}

본 발명은 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법 및 전하 충전장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 코로나 방전과 이온주입으로 콘덴서 마이크로폰에 내장되는 진동판(배극판), 즉 양측에 전도성 물질이 증착된 고분자 물질의 박막 필름 내에 전하를 충전할 수 있도록 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법 및 전하 충전장치에 관한 것이다.

통상적으로 극성 콘덴서 마이크로폰은 극성전압으로 수백 볼트(volt)의 직류 외부 공급전원이 요구되지만, 무극성 콘덴서 마이크로폰은 전하 축적특성이 우수한 고분자 필름에 전도성 물질을 증착하여 진동판(배극판)으로사용하거나 고분자 필름을 배극판에 접착하여 전하를 축적시킴으로써 외부 공급전원을 가지지 않아도 되는 특성이 있다.

이러한 무극성 콘덴서 마이크로폰, 즉 공기중의 파동인 음파를 받아서 전기신호로 변환하는 마이크로폰은 도1에 도시한 것처럼, 음파를 받는 부분, 즉 고분자 물질의 박막 필름에 알미늄, 니켈, 은, 금 등의 전도성 물질이 증착되어 있는 진동판(101)과, 상기 진동판(101)과 소정거리 이격되게 설치되어 음을 전기신호로 변환하는 배극판(102:back plate, polar plate)과, 미도시된 후단의 증폭기가 요구하는 입력 임피이던스(impedance)를 정합시키기 위한 FET(Field Effect Transistor) 등으로 구성되어 있다. 이 진동판(101)과 배극판(102) 및 FET(103)는 내부에 베이스(104)가 충진된 케이스(105)에 의해 고정되어 있으며, FET(103)의 드레인과 소오스 단자는 외부로 노출되게 설치되어 있다.

이러한 콘덴서 마이크로폰의 진동판 혹은 배극판에 전하를 충전하는 방법은 도2에 도시한 것처럼, 고압 발생장치(1)의 음극단자를 진동판 모듈(5)의 하단에 연결하고, 고압 발생장치(1)의 양극단자에 연결된 고압 침봉을 진동판 모듈(5)의 상단으로부터 소정거리 이격되도록 설치한다.

그리고 나서, 고압 발생장치(1)로부터 출력되는 고압을 공급하게 되면, 진동판 모듈(5)의 양단에 전계가 형성되면서 코로나 방전으로 진동판 모듈(5), 즉 진동판(배극판)에 전하가 주입되어 도5에서와 같이 2중 구조의 전기층이 형성된다.

그러나, 대기중의 습도나 온도 및 먼지 등에 의해 코르나 방전으로 발생되어 진동판에 주입되는 전하가 손실될 뿐만 아니라 전하가 진동판의 전면에 고르게 주입되지 못하는 결점이 있다. 즉, 대기중의 습도나 온도, 먼지 등의 영향으로 전하를 진동판에 고르게 충전할 수 없을 뿐만 아니라 사용되는 전압이 고압이고 충전시간이 길어 진동판에 전하를 충전하기 위한 충전장치가 자동화되지 못하는 결점이 있다.

본 발명의 목적은, 코로나 방전으로 콘덴서 마이크로폰용 진동판에 주입되는 전하의 손실을 줄여 전하의 충전효율을 높일 수 있도록 하는 한편 대기중의 온도나 습도 및 먼지 등으로 인한 충전시간에 구애받지 않고 충전장치의 자동화를 구현할 수 있도록 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법 및 전하 충전장치를 제공함에 있다.

도1은 일반적인 콘덴서 마이크로폰의 구조를 나타내는 단면도이다.

도2는 종래 콘덴서 마이크로폰의 진동판에 전하를 충전하는 충전장치를 나타내는 개략도이다.

도3은 본 발명에서 콘덴서 마이크로폰의 진동판(배극판)에 전하를 충전하기 위한 충전장치를 나타내는 개략도이다.

도4a, b, c, d는 도3에서의 고압 발생장치와 이온 발생장치를 상세하게 나타내는 개략도이다.

도5는 본 발명에서 코르나 방전 및 이온주입에 의한 충전으로 고분자 물질 내에 전하가 충전된 상태를 나타내는 개략도이다.

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※

1, 10 : 고압 발생장치 2 : 음이온 발생장치

3 : 양이온 발생장치 4 : 메쉬

5 : 진동판 모듈 6 : 접지선

7 : 고압 침봉 8 : 전도성 물질층

9 : 고분자 물질층(2중 구조물) 11, 17, 32, 47 : 파워 서플라이

12, 18, 23, 35, 39, 48 : 가변 조절기

13, 49 : OSC 14 : 스위칭회로

15, 30, 45, 51 : 트랜스 16, 52, 31, 46 : 멀티 승압정류기

19, 34 : AVC 20, 33 : 출력 전류조절기

21, 38 : 기준전압 22, 36 : VCO

24, 37 : AFC 25, 40 : 반전버퍼

26, 28, 42, 43 : 필터 27, 41 : 비반전버퍼

29, 44 : 푸쉬 풀 스위칭회로

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법은, 고분자 물질의 박막 필름에 전도성 물질이 증착되어 구성된 진동판의 표면에 전하를 충전하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법에 있어서, 양이온 발생장치로부터 공급되는 양이온과 음이온 발생장치로부터 공급되는 음이온을 고압이 가해질 경로에 공급하여 해당 공간을 도전성 매질의 공기층으로 형성한 후 고압에 의한 코로나 방전으로 발생된 전하를 상기 진동판에 주입하여 상기 고분자 물질의 박막 필름 내에 전기 2중층을 형성함을 특징으로 한다.

여기서, 상기 진동판(배극판)으로 사용되는 고분자 물질의 박막 필름으로는 FEP(CF₃CF, CF₂: tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer)필름을 사용할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치는, 고분자 물질의 박막 필름에 전도성 물질이 증착되어 구성된 진동판의 표면에 전하를 충전하도록 구성된 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치에 있어서, 양이온을 고압이 가해지는 경로에 공급하여 도전성 매질의 공기층을 형성하게 되는 양이온 발생장치; 음이온을 고압이 가해지는 경로에 공급하여 도전성 매질의 공기층을 형성하게 되는 음이온 발생장치; 및 상기 고분자 물질의 박막 필름 내에 전기 2중층을 형성하기 위한 코로나 방전이 발생되도록 상기 도전성 매질의 공기층을 통하여 고압을 공급하는 고압 발생장치;가 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서는 상하로 관통된 다수개의 홀이 형성되어 있으며 고압 발생장치로부터 공급되는 고압을 조절하여 상기 진동판에 공급되는 전하량을 조절할 수 있도록 되어 있는 메쉬(Mesh);가 더 구비될 수있을 것이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 예시도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치는 도3에 도시한 것처럼, 고압 발생장치(1)의 양극단자에 연결된 고압침봉(7)이 진동판 모듈(5)과 소정거리 이격되도록 진동판 모듈(5)의 상단에 설치되어 있고, 이 고압 발생장치(1)의 음극단자가 진동판 모듈(5)의 하단에 접속되어 있다. 즉, 고압 발생장치(1)의 양극과 음극이 진동판 모듈(5)을 사이에 두고 서로 대향되게 설치되어 있다.

그리고, 음이온 발생장치(2)와 양이온 발생장치(3)의 일측은 진동판 모듈(5)의 상단에 음이온과 양이온을 공급할 수 있도록 고압 발생장치(1)의 양극단자에 접속된 고압침봉(7)에 근접되게 설치되어 있으며, 진동판 모듈(5)의 상단, 즉 진동판 모듈(5)과 고압 발생장치(1)의 양극단자에 접속된 고압침봉(7) 사이에는 소정의 직경을 갖는 다수개의 홀이 형성된 메쉬(4)가 내입되어 있으며, 이 메쉬(4)에는 고압 발생장치(10)가 연결되어 진동판 모듈(5)의 진동판에 주입되는 전하량을 조절하도록 되어 있다.

도면중 미설명부호 6은 접지선이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 동작을 설명하기에 앞서 진동판 및 배극판에 대하여 설명한다.

콘덴서 마이크로폰 중 음을 받아 들이는 부분인 진동판은 음압 변화를기계적인 진동으로 변환하는 데, 이는 진공속에서 얇은 고분자 물질(FEP(CF₃CF, CF₂: tetrafluoroethylene-hexafluoroethylene copolymer))의 필름 소재에 알미늄, 니켈, 은, 금 등이 증착되어 이루어진다.

이 진동판의 소재인 고분자 물질은 유발색을 가지는 결정성(結晶性) 열가형성 수지로서 헥사플로오르에틸렌(hexafluoroethylene)이 약 15%∼25% 정도 함유되어 있으며 융점이 260℃∼290℃이다.

진동판이나 배극판을 구성하는 고분자 물질의 박막 필름, 즉 FEP 필름은 양단에 전압을 가했을 때 가해진 만큼의 전하를 유지하는 특성을 갖는다. 즉, 고분자의 절연물을 필름형태로 하여 양면을 전극 사이에 두고 고전압을 가하면 절연물의 내부에는 강한 전계가 발생하여 물질의 분자는 도4에서와 같이 (+)측 전극에는 (-)의 전하가, (-)측 전극에는 (+)의 전하가 나타난다.

이것은 물질 내에 균등하게 나타나는 데, 이 층을 전기2중층, 즉 분극이라 한다. 이 분극상태는 일반적인 물질에서는 가해지는 전압이 '0'이 되면 원래의 상태로 되돌아 가지만, 고분자 유기화합물인 FEP 필름은 전압이 가해져 분극이 일어난 후 전압이 '0'으로 떨어져도 자화된 자석과 같이 전계를 계속해서 유지하는 특성을 갖는다.

그리고, 고압침봉(7)과 메쉬(4)에 고압을 공급하는 고압 발생장치(1)(10)는 도4a 및 도4d에서와 같이, 파워 서플라이(Power Supply)(11)(47)에 공급된전원(DC 18V)은 가변 조절기(12)(48)의 조작에 따라 그 레벨이 조절된 후 OSC(Oscillator)(13)(39)에 의해 소정 주파수를 갖는 발진주파수로 발진되어 스위칭회로(14)(50)에 공급된다.

이렇게 발진된 교류전원은 스위칭회로(14)(50)와 트랜스(trans)(15)(51)에 의해 2단계에 거쳐 고압의 교류전원으로 승압된 후 다시 멀티 승압정류기(16)(52)에 의해 고압의 직류전원(-10KV)(+10KV)으로 변환되어 고압침봉(7)과 메쉬(4)에 각각 공급된다.

또한, 전하를 보다 효율적으로 충전하기 위하여 음이온과 양이온을 공급하는 음이온 발생장치(2)와 양이온 발생장치(3)의 동작을 도4b, 도4c에 의해 살펴본다.

먼저, 가변 조절기(18)(35)로 푸쉬 풀 스위칭회로(Push Pull Switching Circuit) (29)(44)에 공급되는 전원을 조절하면, AVC(Automatic Voltage Control Circuit)(19)(34)와 출력 전류조절기(20)(33)의 구동으로 파워 서플라이(17)(32)에 인가되는 전원(DC 36V)의 전류와 전압이 조절되어 푸쉬 풀 스위칭회로(29)(44)에 공급된다.

또한, 전원(DC 18V)이 인가되는 VCO(Voltge Contril Oscillator)(22)(36)는 가변 조절기(23)(39)의 조절에 의해 기준전압(21)(38)으로부터 인가되는 전압에 따라 소정의 발진주파수를 발진하여 AFC(Automatic Frequency Control Circuit)(24)(37)에 인가한다. 이어서, AFC(24)(37)는 이 발진주파수의 주파수를 조절하여 반전버퍼(25)(40)와 비반전버퍼(27)(41)에 각각 인가하여 반전 및 비반전된 된 후 필터(26)(42)(28)(43)에 각각 인가되도록 한다.

이렇게 필터(26)(42)(28)(43)에 의해 필터링된 발진주파수가 인가되면, 푸쉬 풀 스위칭회로(29)(44)는 인가된 발진주파수에 의해 출력 전류조절기(20)(33), 즉 파워 서플라이(17)(32)로부터 출력되는 전원을 교류전원으로 1차 승압하여 트랜스(30)(45)에 공급한다.

그리고, 트랜스(30)(45)에 의해 2차 승압된 교류전원은 멀티 승압정류기(31)(46)에 의해 직류전원(-2KV)(-10KV)으로 변환되어 음이온과 양이온을 발생시키기 위한 전원으로 공급된다.

이러한 특성을 갖는 FEP 필름, 즉 진동판(배극판)에 전하를 충전하는 과정을 보면, 음이온 발생장치(2)와 양이온 발생장치(3)에서 생성되는 음이온과 양이온을 고압의 진행경로에 공급하여 합성시킴으로써 대기, 즉 고압 발생장치(1)의 고압침봉(7)과 진동판 모듈(5) 사이를 도전성 매질의 공기층으로 형성한다.

여기서, 양이온 혹은 음이온은 공기를 정화시키는 공기정화기나 정전기를 제거하는 데 사용되는 데, 이는 전계효과를 이용하여 FEP 필름의 표면에 전하를 충전하는 용도로 사용할 경우 매우 유용하다.

이러한 양이온 혹은 음이온은 전해질 성분의 하나로서, 전하를 짊어지고 전류와 반대방향으로 이동하는 성질을 갖으며, 이 이온이 운반하는 전자의 수 SO₄ ², OH^-, Cl^-를 가지고 그 양을 나타내게 된다.

또한, 이온은 원자의 가장 바깥 궤도에서 전자수가 정상 상태보다 적거나 많을 때 음 또는 양이온으로 표시한다. 이것은 전기적으로 중성이 아니며 전자가 부족한 때는 양전하를 띄므로 양이온이라 하고, 전자가 과다한 때는 음전하를 띄므로 음이온이라 하며, 이러한 전자수의 양을 조절하고, FEP 필름의 결정구조와 가속전압을 조절하여 공기 속을 통과할 때 이루어지는 연속적인 막 형성으로 전위를 얻을 수 있는 것이다.

이렇게 음이온 발생장치(2)와 양이온 발생장치(3)로부터 공급되는 음이온과 양이온을 합성하여 고압 발생장치(1)로부터 공급되는 고압의 진행경로, 즉 고압 발생장치(1)의 양극단자에 접속된 고압침봉(7)과 진동판 모듈(5) 사이에 도전성 매질의 공기층을 형성한 후 고압 발생장치(1)로부터 공급되는 고압을 진동판 모듈(5)에 가함으로써 진동판 모듈(5), 즉 FEP 필름으로 이루어진 진동판의 표면에 도5에서와 같이 전하를 충전할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 고압의 진행경로, 즉 고압 발생장치(1)의 양극단자에 연결된 고압침봉(7)과 진동판 모듈(5) 사이에 소정의 직경을 갖는 다수개의 홀이 형성된 메쉬(4)를 내입시켜 진동판 모듈(5)의 진동판에 주입되는 전하량을 조절할 수 있다. 즉, 메쉬(4)에 형성된 홀의 직경이나 고압 발생장치(10)로부터 메쉬(4)에 공급되는 고압을 조절하여 진동판 모듈(5)의 진동판에 주입되는 전하량을 임의로 조절할 수 있는 것이다.

이에 따라 진동판에 충전된 전하를 반영구적으로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 전하의 충전시간을 단축하여 순간적으로 충전함으로써 충전장치의자동화를 실현할 수 있으며, 이로써 높은 수율로 양질의 제품을 생산할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 의하면 공기중 온도 및 습도의 변화에도 불구하고 진동판에 충전되는 전하의 충전량을 안정적으로 유지할 수 있으며, 진동판의 전면에 거친 충전으로 충전산포도를 안정적으로 유지할 수 있으며, 과방전에 대한 진동판, 즉 FEP의 표면이 손상되는 것을 줄일 수 있어, 결과적으로는 진동판의 수율 분포도가 안정되어 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 코로나 방전으로 콘덴서 마이크로폰용 진동판에 주입되는 전하의 손실을 줄여 전하의 충전효율을 높일 수 있도록 하는 한편 충전시간을 단축하여 충전장치의 자동화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술 사상 범위내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims

고분자 물질의 박막 필름에 전도성 물질이 증착되어 구성된 진동판의 표면에 전하를 충전하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법에 있어서,

양이온 발생장치로부터 공급되는 양이온과 음이온 발생장치로부터 공급되는 음이온을 고압이 가해질 경로에 공급하여 해당 공간을 도전성 매질의 공기층으로 형성한 후 고압에 의한 코로나 방전으로 발생된 전하를 주입하여 상기 고분자 물질의 박막 필름 내에 전기 2중층을 형성함을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법.
제1항에 있어서,

상기 고분자 물질의 박막 필름은, FEP(CF₃CF, CF₂: tetrafluoroethylene- hexafluoroethylene copolymer)필름임을 특징으로 하는 상기 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전방법.
고분자 물질의 박막 필름에 전도성 물질이 증착되어 구성된 진동판의 표면에 전하를 충전하도록 구성된 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치에 있어서,

양이온을 고압이 가해지는 경로에 공급하여 도전성 매질의 공기층을 형성하게 되는 양이온 발생장치;

음이온을 고압이 가해지는 경로에 공급하여 도전성 매질의 공기층을 형성하게 되는 음이온 발생장치; 및

상기 고분자 물질의 박막 필름 내에 전기 2중층을 형성하기 위한 코로나 방전이 발생되도록 상기 도전성 매질의 공기층을 통하여 고압을 공급하는 고압 발생장치;

가 구비되는 것을 특징으로 하는 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치.
제3항에 있어서,

상기 고분자 물질의 박막 필름은, FEP(CF₃CF, CF₂: tetrafluoroethylene- hexafluoroethylene copolymer)필름임을 특징으로 하는 상기 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치.
제3항에 있어서,

상하로 관통된 다수개의 홀이 형성되어 있으며 고압 발생장치로부터 공급되는 고압을 조절하여 상기 진동판에 공급되는 전하량을 조절할 수 있도록 되어 있는 메쉬;

가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 상기 콘덴서 마이크로폰용 진동판의 전하 충전장치.