JP5437157B2 - エレクトレットコンデンサマイクロホン - Google Patents

Description

本発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホン、詳しくは、構成部材の構造を工夫することによって、小型にしても良好な周波数特性、感度などの性能を得ることができるようにしたエレクトレットコンデンサマイクロホンに関するものである。

コンデンサマイクロホンは、音波を受けて振動する振動板と、この振動板と僅かな間隙をおいて対向する固定極を主要な構成部品として備えている。振動板と固定極はコンデンサを構成していて、振動板が音波を受けて振動すると、コンデンサの容量が変化するので、このコンデンサの容量変化を例えば電圧の変化として出力するように構成することによりコンデンサマイクロホンを得ることができる。コンデンサマイクロホンは構造を工夫することにより各種の指向性を持たせることができる。

エレクトレットコンデンサマイクロホンにおいては、振動板は、合成樹脂の薄膜からなりその一方の面には金属の蒸着膜が形成されている。また、バックエレクトレット型の場合には、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設けられており、膜エレクトレット型の場合には、振動板にエレクトレット誘電体膜が適用される。

図４乃至図６は、従来のコンデンサマイクロホンの例を示すもので、特許文献１に記載されているコンデンサマイクロホンと実質的に同じものである。図４乃至図６において、コンデンサマイクロホンは、マイクロホンカプセル部１０と、マイクロホンケース２０とを含み、マイクロホンカプセル部１０と、マイクロホンケース２０は結合雄ねじリング３０の介在のもとに互いに着脱可能になっている。マイクロホンカプセル部１０は真鍮などの金属からなる円筒状のカプセルケース１１を備えている。カプセルケース１１の前面には前方音響端子１１１が形成され、カプセルケース１１の周面の後端側には後方音響端子１１２が形成されている。前方音響端子１１１はスリット状の開口からなる。後方音響端子１１２は円形の孔で複数個が周方向に等間隔で配置されている。

マイクロホンケース２０は真鍮などの金属製の円筒体からなり、その内部にはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ２１１を有する回路基板２１が収納されている。マイクロホンケース２０の後端部には適宜のクランプ部材あるいはケーブルブッシュによってマイクロホンケーブル２３が固定されている。カプセルケース１１の後端開口部の内周面には結合雄ねじリング３０と螺合する雌ねじ１１４が形成されており、マイクロホンケース２０の前面開口部内周面にも、結合雄ねじリング３０と螺合する雌ねじ２０４が形成されている。

カプセルケース１１内には、その後端開口部から、振動板１２、スペーサ１２２、固定極１３およびその支持体１４、絶縁スリーブ１６がこの順序で挿入され、さらに、後方音響端子１１２用のサイドメッシュ１７が装着されている。サイドメッシュ１７は後方音響端子１１２からごみや異物の侵入を阻止する網状の部材で、音響抵抗材としては作用しない。振動板１２は、片面に例えば金属蒸着膜を有する合成樹脂薄膜からなり、所定の張力が付与された状態で例えば真鍮製の支持リング１２１に固着され、支持リング１２１を介してカプセルケース１１内に収納されている。カプセルケース１１内には支持リング１２１を位置決めするための段差部１１３が形成されている。

固定極１３として、例えばアルミニウム板にフッ化エチレン樹脂（ＦＥＰ）などからなる厚さ２５μｍ程度のエレクトレット材を貼付けたエレクトレットボードを用いる場合は、自己成極性であることから、成極電源は不要であるが、成極電源を必要とする金属製の板を用いる場合もある。固定極１３には適宜数の透孔が設けられている。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１２は、合成樹脂の薄膜からなりその一方の面には金属の蒸着膜が形成されている。また、バックエレクトレット型の場合には、固定極１３の表面（振動板との対向面）にエレクトレット誘電体膜が設けられており、膜エレクトレット型の場合には、振動板１２にエレクトレット誘電体膜が適用される。

支持体１４は、固定極１３の周縁部を支持することができる大径円筒部１４１と、これよりも小径であって支持体１４の後端側に同軸的に連続して一体に形成された小径円筒部１４２を含む円筒体からなる。大径円筒部１４１内に、音響抵抗材１５１がダンパー１５２とともに収納されている。音響抵抗材１５１は、例えば目の細かな網状の素材からなる。ダンパー１５２は音響抵抗材１５１を大径円筒部１４１内の底面に押圧して固定するもので、通気性を有するスポンジなどが用いられる。

小径円筒部１４２は、マイクロホンカプセル部１０とマイクロホンケース２０とを結合したときにＦＥＴ２１１のゲート電極と接触し得る長さを有している。大径円筒部１４１と小径円筒部１４２の内周は連通しており、小径円筒部１４２には後方音響端子１１２からの音が入り込む複数個の音導孔１４３が穿たれている。これにより、後方音響端子１１２からの音は、音導孔１４３から小径円筒部１４２内に入り、大径円筒部１４１および固定極１３に図示しない透孔を通って振動板１２の背面側に導かれ、その途中で音響抵抗材１５１による音響抵抗を受ける。

後部の音響抵抗材１５１からの音漏れ、すなわち音響抵抗材１５１を通らないで振動板１２の背面側に至る音の流れは、もっぱら支持体１４の大径円筒部１４１と小径円筒部１４２の内周側の段差部１４４（図６参照）を伝わって大径円筒部１４１の径方向に発生する。上記単一指向性マイクロホンの例によれば、大径円筒部１４１と小径円筒部１４２を同軸的に前後に配置しているため、マイクロホンカプセル部１０が限られた口径であっても、段差部１４４の面積を大きくして、この段差部１４４と音響抵抗材１５１との接触面積を十分に確保することができる。これにより、大径円筒部１４１の内径は設計上許される範囲でできるだけ大きくし、小径円筒部１４２の内径は設計上許される範囲でできるだけ小さくして、後部音響端子１１２から振動板１２に至るまでの音響抵抗のばらつきを抑え、指向周波数応答、感度およびＳ／Ｎ比にばらつきの少ない小口径のコンデンサマイクロホンを得ることができる。

単一指向性コンデンサマイクロホンでは、単一指向性を得るために固定極１３の後ろ側に音響容量（空気室）と音響抵抗を備えている。音響容量（空気室）は、一般に固定極１３を保持する絶縁座で作り、絶縁座の後部の開口に音響抵抗を取り付けることで単一指向性を得るための音響回路を構成している。また、固定極１３から信号を取り出すための引き出し電極が設けられる。従来例では、小口径の単一指向性コンデンサマイクロホンを実現するために、大径円筒部１４１と小径円筒部１４２を有する支持体１４を導電性材料で形成し、この支持体１４を固定極１３とＦＥＴ２１１を電気的に接続する電極引き出し部材とするとともに、小径円筒部１４２の周壁に孔を形成してこれを後部音響端子１４３とし、さらに、支持体１４内を音響容量（空気室）としている。このようなコンデンサマイクロホンの構造は、自己成極性であって成極電源のいらないエレクトレットコンデンサマイクロホンに用いられている。

上述のような構成の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１２と固定極１３で形成される上述のコンデンサの容量に対し、音により動かない振動板１２の外周部と固定電極１３とでできる浮遊容量がある。この浮遊容量が大きいと、感度低下、歪みの増大などエレクトレットコンデンサマイクロホンの音響性能に影響する問題がある。また、この浮遊容量の影響は、小型のエレクトレットコンデンサマイクロホンであるほど大きくなる。さらに、特許文献１に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホンは、固定極１３を支持体１４が押圧する構造となっており、組み立ての際などに、支持体１４により固定極１３に想定以上の力が働くと、上述したコンデンサの容量に変化が生じてしまい、周波数特性、感度などの性能に不具合が生じるという欠点がある。

特許第４１１００６８号公報

そこで本発明は、ここまで説明してきた従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンをさらに改良し、電極引き出し部材に空気室を設けてこれを音響容量とするとともに、浮遊容量の大きさの影響を受けにくく、組み立ての際あるいはエレクトレットコンデンサマイクロホンの外部からの圧力で固定極などに力が働いて、周波数特性、感度などの性能に不具合が生じることを防止することができるエレクトレットコンデンサマイクロホンを提供することを目的とする。

本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンは、音波を受けて振動する振動板と、この振動板に対向して配置され振動板とともにコンデンサを構成する固定極と、固定極の振動板との対向面とは反対側の面と電気回路構成部材とを電気的に接続する電極引き出し部材とを含むマイクロホンカプセル部を備え、電極引き出し部材は、導電性材料であって有底の筒形に形成され、固定極には振動板と固定極との間の空気室と電極引き出し部材で形成される空気室を連通させる孔が形成され、固定極は、引き出し部材に形成された肩に固定されることにより電極引き出し部材の内部が音響容量となる空気室を形成していることを最も主要な特徴とする。

本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンによれば、固定極は、電極引き出し部材に形成された肩に固定されることにより電極引き出し部材の内部が音響容量となる空気室を形成することができるとともに、エレクトレットコンデンサマイクロホンのコンデンサ部分の浮遊容量を小さくして感度低下、歪みの増大などの音響性能の低下を防止することができ、組み立ての際など、外部からの圧力で固定極に大きな力が働いて音響性能に不具合が生じることを防止することができる。

本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施例を示す縦断面図である。 上記実施例のエレクトレットマイクロホンカプセル部を示す縦断面図である。 上記実施例の電極引き出し部材と固定極の部分を示す縦断面図である。 従来のエレクトレットコンデンサマイクロホンの例を示す縦断面図である。 上記従来例のエレクトレットマイクロホンカプセル部とエレクトレットマイクロホンケースを分離した状態で示す縦断面図である。 上記従来例のマイクロホンカプセル部を示す分解縦断面図である。

以下、本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施例を、図１乃至図３を参照しながら説明する。図４乃至図６に示す従来例の構成部材あるいは構成部分と実質同一の構成部材あるいは構成部分には共通の符号を付している。

図１乃至図３に示すエレクトレットコンデンサマイクロホンの実施例は、マイクロホンカプセル部１０と、マイクロホンケース２０とを含み、マイクロホンカプセル部１０と、マイクロホンケース２０は結合雄ねじリング３０の介在のもとに互いに着脱可能になっている。マイクロホンカプセル部１０は真鍮などの金属からなる円筒状のカプセルケース１１を備えている。カプセルケース１１の前面には前方音響端子１１１が形成され、カプセルケース１１の周面の後端寄りの位置には後方音響端子１１２が形成されている。前方音響端子１１１はスリット状の開口からなる。後方音響端子１１２は円形の孔で複数個が周方向に等間隔で配置されている。

本発明に係るエレクトレットコンデンサマイクロホンの特徴は、図２、図３に示している電極引き出し部材５０と、絶縁体１６と、固定極１３の構成にある。即ち、電極引き出し部材５０は、導電性材料であって有底の筒形に形成され、固定極１３には振動板１２と固定極１３１との間の空気室と電極引き出し部材５０で形成される空気室５３を連通させる孔１３１が形成され、固定極１３は、電極引き出し部材５０の大径円筒部５１の開放端内周縁部に全周にわたって形成された肩５０ａに固定されることにより電極引き出し部材５０の内部が音響容量となる空気室５３を形成している。前方音響端子１１１は、図１のように振動板１２から距離を持って離れていてもよく、図２のようにより近傍にあってもよい。

マイクロホンケース２０は真鍮などの金属製の円筒体からなり、その内部にはインピーダンス変換器としてのＦＥＴ２１１を有する回路基板２１が収納されている。ＦＥＴ２１１、回路基板２１を含む電気的な構成部材を、本明細書では電気回路構成部材という。マイクロホンケース２０の後端部には適宜のクランプ部材あるいはケーブルブッシュによってマイクロホンケーブル２３が固定されている。マイクロホンケーブル２３の各ケーブルは、電気回路構成部材の所定位置に接続されている。カプセルケース１１の後端開口部の内周面には結合雄ねじリング３０の前半部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじ１１４が形成されており、マイクロホンケース２０の前面開口部内周面にも、結合雄ねじリング３０の後半部に形成された雄ねじと螺合する雌ねじ２０４が形成されている。

図１で示すように、カプセルケース１１内には、その後端開口部から、振動板１２、固定極１３およびこの固定極１３の支持体としても機能する電極引き出し部材５０、絶縁スリーブ１６などからなる内蔵部品が挿入されている。さらに、円筒状をしている絶縁スリーブ１６の後方から、押圧リング１８がカプセルケース１１の内周に形成されている雌ねじにねじ込まれ、押圧リング１８が絶縁スリーブ１６を適宜の押圧力で押圧することにより、上記内蔵部品がカプセルケース１１内に位置決めされて固定されている。カプセルケース１１内には、押圧リング１８の後ろからサイドメッシュ１７が装着され、サイドメッシュ１７は後方音響端子１１２をカプセルケース１１の内周面側から覆っている。サイドメッシュ１７は後方音響端子１１２からごみや異物の侵入を阻止する網状の部材で、音響抵抗材としては作用しない。振動板１２は、片面に例えば金属蒸着膜を有する合成樹脂薄膜からなり、所定の張力が付与された状態で例えば真鍮などの素材からなる支持リング１２１に固着され、支持リング１２１を介してカプセルケース１１内に収納されている。カプセルケース１１内には支持リング１２１を位置決めするための段差部１１３が形成されている。

固定極１３として、例えばアルミニウム板にフッ化エチレン樹脂（ＦＥＰ）などからなる厚さ２５μｍ程度のエレクトレット材を貼付けたエレクトレットボードを用いる場合は、自己成極性であることから、成極電源は不要であるが、成極電源を必要とする金属製の板を用いる場合もある。固定極１３には適宜の数の透孔１３１が設けられている。

図１のように、電極引き出し部材５０は、マイクロホンカプセル部１０に配置されてマイクロホンカプセル部１０がマイクロホンケース２０に結合される。そして、電極引き出し部材５０を介して固定極１３と電気回路構成部材とが電気的に接続されている。マイクロホンカプセル部１０は、カプセルケース１１内に振動板１２と固定極１３と電極引き出し部材５０を含む内蔵部品が組み込まれることによって構成されている。

図２、図３において、電極引き出し部材５０は、固定極１３の周縁部を支持することができる肩５０ａを有する大径円筒部５１と、これよりも小径であって電極引き出し部材５０の後端側に同軸的に連続して一体に形成された小径円筒部５２を含む円筒体からなる。固定極１３は、大径円筒部５１の開放端の周縁部内側全周に設けられた肩５０ａに固定されている。このことにより、上述のように、固定極１３と電極引き出し部材５０は、音響容量となる空気室５３を形成している。電極引き出し部材５０は、大径円筒部５１と小径円筒部５２との境界の外周に、半径方向に広がる顎状の段差部５５を有している。段差部５５は、絶縁スリーブ１６の内向きフランジ１６１で押さえられている。円筒状をしている絶縁スリーブ１６の振動板１２側の端部は、その周縁に凸部１６ａを備えている。凸部１６ａは、振動板１２の外周を支持している。また、固定極１３は、絶縁スリーブ１６と略同中心軸上に振動板１２と向かい合うように配置されている。凸部１６ａは、固定極１３と振動板１２との隙間を形成するために突出寸法が決められている。大径円筒部５１の外周と絶縁スリーブ１６の内周面は、インサート成形により密着している。すなわち、絶縁スリーブ１６は、電極引き出し部材５０にインサート成形によって一体に結合され、大径円筒部５１の外周とカプセルケース１１の内周面との間に絶縁スリーブ１６が介在している。絶縁スリーブ１６に固定極１３を固定する方法としては、上述のものに限らず適宜のものが選択できる。例えば、固定極１３を電極引き出し部材５０に接着、圧入、カシメなどの適宜の方法で固定した後に、振動板１２と固定極１３が所定の間隔になるように、接着、圧入、カシメなどによって絶縁スリーブ１６に固定する。大径円筒部５１の外周には、絶縁スリーブ１６に固定されやすいように、凹部５０ｂが設けられている。また、絶縁スリーブ１６には、凹部５０ｂに合わせてその内周面に凸部１６ｂが設けられている。

このように構成することにより、固定極１３と、振動板１２との間に一定の間隔をスペーサなどを用いる必要性がなくなり、固定極１３と、振動板１２との対向面がすべて有効容量となり、浮遊容量を小さくすることができる。そのため、エレクトレットコンデンサマイクロホンの感度低下、歪みの増大などの音響性能の低下を防止することができる。また、固定極１３に組み立て時などに直接圧力がかかることがないため、エレクトレットコンデンサマイクロホン本体の組み立ての際など、外部からの圧力で固定極１３に力が働いて音響性能に不具合が生じることを防止することができる。また、振動板１２と、固定極１３の間にスペーサを用いる必要性がないため部品点数および組み立て工数が少なくなり、製造のコストを低減することもできる。

図１で示すように、電極引き出し部材５０の大径円筒部５１と小径円筒部５２の内周は連通して空気室５３を形成しており、押圧リング１８の後端から後方に電極引き出し部材５０の小径円筒部５２の後半部分が露呈している。小径円筒部５２は、マイクロホンカプセル部１０とマイクロホンケース２０とを結合したときにＦＥＴ２１１のゲート電極と接触し得る長さを有している。電極引き出し部材５０は、上記のように、導電性材料であり、筒形に形成されることにより音響容量となる空気室５３を形成している。固定極１３には、振動板１２と固定極１３とで形成される空気室と、固定極１３と電極引き出し部材５０で形成される空気室５３とを連通させる孔１３１が形成されている。

なお、電極引き出し部材５０は、固定極１３と電気回路構成部材とを電気的に接続するものであって、上記電気回路構成部材とは、図示の実施例のようにインピーダンス変換器としてのＦＥＴ２１１に限らず、例えば、回路基板２１の所定の回路パターンである場合もあり得る。

本発明にかかるエレクトレットコンデンサマイクロホンの特徴である電極引き出し部材と、絶縁スリーブと、固定極の構成は、無指向性コンデンサマイクロホンだけでなく、例えば電極引き出し部材の後部の孔を設けることで単一指向性コンデンサマイクロホンに応用することもできる。また、本発明にかかる上述の特徴をエレクトレットコンデンサマイクロホンに限らず、他のコンデンサマイクロホンに用いてもよい。

１０ コンデンサマイクロホンカプセル
１１ カプセルケース
１２ 振動板
１３ 固定極
１６ 絶縁スリーブ
２０ マイクロホンケース
３０ 結合雄ねじリング
５０ 電極引き出し部材
５０ａ 肩
５１ 大径円筒部
５２ 小径円筒部
５３ 空気室

Claims (6)

1. 音波を受けて振動する振動板と、この振動板に対向して配置され上記振動板とともにコンデンサを構成する固定極と、上記固定極の上記振動板との対向面とは反対側の面と電気回路構成部材とを電気的に接続する電極引き出し部材とを含むマイクロホンカプセル部を備え、
   上記電極引き出し部材は、導電性材料であって有底の筒形に形成され、
   上記固定極には上記振動板と上記固定極との間の空気室と上記電極引き出し部材で形成される空気室を連通させる孔が形成され、
   上記固定極は、上記電極引き出し部材に形成された肩に固定されることにより上記電極引き出し部材の内部が音響容量となる空気室を形成していることを特徴とするエレクトレットコンデンサマイクロホン。
2. 電極引き出し部材は、マイクロホンカプセル部に配置されていて、マイクロホンカプセル部がマイクロホンケースに結合されることにより電極引き出し部材を介して固定極と電気回路構成部材が電気的に接続されている請求項１記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
3. マイクロホンカプセル部は、カプセルケース内に振動板と固定極と電極引き出し部材を含む内蔵部品が組み込まれることによって構成されている請求項１または２に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
4. 電極引き出し部材は、大径円筒部と小径円筒部が連続した一体成形品で、大径円筒部の外周とカプセルケースの内周面との間に絶縁スリーブが介在している請求項１乃至３のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
5. 固定極は、大径円筒部の開放端の内側に設けられた肩に固定されている請求項４に記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。
6. 大径円筒部の外周と絶縁スリーブの内周面は、インサート成形により密着している請求項１乃至５のいずれかに記載のエレクトレットコンデンサマイクロホン。

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