(57)【要約】      （修正有）【課題】エレクトレット誘電体膜の表面電圧をより正確に測定できるようにする。【解決手段】エレクトレット誘電体膜１１の表面電圧を測定するにあたって、振動発生手段３４にて駆動される表面が平滑な測定電極３７と、インピーダンス変換器４１を介して測定電極に接続される信号測定手段と、固定極１０に対する参照電極２０と、参照電極２０に直流電圧を印加する直流電圧源２１と、直流電圧を測定する電圧測定手段とを含み、エレクトレット誘電体膜１１と参照電極２０とを、測定電極３７に対して表面積および高さを同一として並置し、振動発生手段３４により測定電極３７を振動させるとともに、直流電圧源より参照電極２０にエレクトレット誘電体膜１１の帯電電荷とは逆極性である所定の直流電圧を印加し、電圧測定手段２２にて信号測定手段４２の読値が最小となる直流電圧を測定し、その逆極性の電圧値をもってエレクトレット誘電体膜１１の表面電圧とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極化処理されたエレクトレット誘電体膜を有するエレクトレットコンデンサマイクロホン用固定極を被測定固定極として、上記エレクトレット誘電体膜の表面電圧を測定するエレクトレットの表面電圧測定方法において、
振動発生手段にて駆動される表面が平滑な測定電極と、インピーダンス変換器を介して上記測定電極に接続される信号測定手段と、上記被測定固定極に対する参照電極と、上記参照電極に直流電圧を印加する直流電圧源と、上記直流電圧を測定する電圧測定手段とを含み、
上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と上記参照電極とを、上記測定電極に対して表面積および高さを同一として並置し、上記振動発生手段により上記測定電極を所定の周波数および振幅で振動させるとともに、上記直流電圧源より上記参照電極に上記エレクトレット誘電体膜の帯電電荷とは逆極性である所定の直流電圧を印加し、上記電圧測定手段にて上記信号測定手段の測定値が最小となる上記直流電圧を測定することを特徴とするエレクトレットの表面電圧測定方法。
【請求項２】
上記振動発生手段に発振器により駆動される圧電素子を用いることを特徴とする請求項１に記載のエレクトレットの表面電圧測定方法。
【請求項３】
少なくとも測定中は上記被測定固定極を接地に接続することを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトレットの表面電圧測定方法。
【請求項４】
非測定中は上記参照電極を接地に接続することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエレクトレットの表面電圧測定方法。
【請求項５】
上記参照電極に上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と同一の表面積を有する電極を用いることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエレクトレットの表面電圧測定方法。
【請求項６】
分極化処理されたエレクトレット誘電体膜を有するエレクトレットコンデンサマイクロホン用固定極を被測定固定極として、上記エレクトレット誘電体膜の表面電圧を測定するエレクトレットの表面電圧測定装置において、
上記被測定固定極に対する参照電極と、上記被測定固定極と上記参照電極とが並置される大きさを有する表面が平滑な測定電極と、上記測定電極を所定の周波数および振幅にて振動させる振動発生手段と、インピーダンス変換器を介して上記測定電極に接続される信号測定手段と、上記参照電極に上記エレクトレット誘電体膜の帯電電荷とは逆極性である直流電圧を印加する可変直流電圧源と、上記直流電圧を測定する電圧測定手段と、上記測定電極に対して上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と上記参照電極とを同一表面積および同一高さをとして並置する電気絶縁材からなる支持筐体とを備えていることを特徴とするエレクトレットの表面電圧測定装置。
【請求項７】
上記振動発生手段が発振器により駆動される圧電素子よりなることを特徴とする請求項６に記載のエレクトレットの表面電圧測定装置。
【請求項８】
上記インピーダンス変換器としてＦＥＴが用いられることを特徴とする請求項６または７に記載のエレクトレットの表面電圧測定装置。
【請求項９】
上記被測定固定極を接地に接続する接地端子を備えていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項に記載のエレクトレットの表面電圧測定装置。
【請求項１０】
上記参照電極を上記可変直流電圧源と接地のいずれかに選択的に接続する切り替えスイッチを備えていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項に記載のエレクトレットの表面電圧測定装置。
【請求項１１】
上記支持筐体には上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と上記参照電極の各一部分を同一表面積として上記測定電極に対向させるための２つの開口部が設けられていることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１項に記載のエレクトレットの表面電圧測定装置。
【請求項１２】
上記各開口部は上記エレクトレット誘電体膜の有効電極面とほぼ同じ大きさであることを特徴とする請求項１１に記載のエレクトレットの表面電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレットコンデンサマイクロホン用固定極に設けられているエレクトレットの表面電圧測定方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、エレクトレットの表面電圧を表面電圧計によることなく、また、周囲の外乱に影響されることなく適正に測定可能とする技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットでは、固定極もしくは振動板のいずれかにエレクトレット誘電体膜を備え、そのエレクトレット誘電体膜をエレクトレット化処理（分極化処理）することにより成極電圧を得ている。
【０００３】
そのため、ＤＣ−ＣＤコンバーターなどの成極電源が不要であり、マイクロホンの電子回路を簡単にできる利点がある。また、エレクトレット誘電体膜自身が電気絶縁材料であることから、成極電圧の漏洩による雑音が発生しないという利点もある。
【０００４】
エレクトレット誘電体膜には、例えばＦＥＰ（Ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）などが用いられる。この種のエレクトレット材は、例えばコロナ放電などにより直流の高電圧が印加されると分極化し、その電圧除去後においても分極化が残存するという特異な性質を有している。通常は、帯電電荷の寿命性の観点からマイスに帯電される。
【０００５】
他方において、エレクトレット材を用いることの欠点は、直流高電圧を印加してエレクトレット化するにあたり、その表面電圧を制御することが比較的困難であるため、エージングを適切に行う必要がある。
【０００６】
また、往々にしてエレクトレットの表面電圧にバラツキが生じやすく、固定極側にエレクトレット誘電体膜を設けるバックエレクトレット型の場合、振動板が部分的に吸着されることがある。
【０００７】
とりわけ、スタジオ収音などに使用されるマイクロホンには、高い性能が求められることから、エージングなどによる表面電圧の調整には細心の注意が必要とされ、また、表面電圧のバラツキは深刻な問題となる。
【０００８】
また、バックエレクトレット型、膜エレクトレット型のいずれ場合においても、エレクトレットの表面電圧が全体的に高い場合には、振動板が固定極側に引き寄せられて変位する。このバイアス的な変位によって静電容量が高くなり、これに伴って等価的に表面電圧が高くなったことと同様に感度が上昇する一方で、吸着に対しての安定度が低くなる。
【０００９】
エレクトレットの表面電圧は、市販されている非接触方式の例えば振動容量型の表面電圧計で測定することができる。通常、この種の表面電圧計は、距離による誤差が少なくなるように設計されているが、振動板と固定極とを組み立てた状態で、その表面電圧が適正かどうかまでは測定することができない。
【００１０】
そこで、特許文献１には、いずれか一方がエレクトレット化処理されている振動板と固定極とをスペーサを介して対向的に配置して、実際にマイクロホンとして動作する状態とし、発振器によりパワーアンプを介して所定の周波数でスピーカを駆動して振動板に音波を与え、これによって生ずる静電容量の変化をインピーダンス変換器にて測定信号として取り出して、エレクトレットの表面電圧を測定することが提案されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−１７４１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１に記載された発明では、スピーカにより振動板に音波を与えて振動板を振動させるようにしていることから、周囲雑音が紛れ込むと測定誤差になりかねない。したがって、周囲雑音が紛れ込まない作業環境が必要とされ、これが測定上の負担になる。
【００１３】
したがって、本発明の課題は、振動板と固定極とを擬似的に組み合わせた状態で、周囲雑音等の影響を受けることなく、固定極側のエレクトレット誘電体膜の表面電圧をより正確に測定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明は、分極化処理されたエレクトレット誘電体膜を有するエレクトレットコンデンサマイクロホン用固定極を被測定固定極として、上記エレクトレット誘電体膜の表面電圧を測定するエレクトレットの表面電圧測定方法において、振動発生手段にて駆動される表面が平滑な測定電極と、インピーダンス変換器を介して上記測定電極に接続される信号測定手段（例えばレベルメータ）と、上記被測定固定極に対する参照電極と、上記参照電極に直流電圧を印加する直流電圧源と、上記直流電圧を測定する電圧測定手段（例えば電圧計）とを含み、上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と上記参照電極とを、上記測定電極に対して表面積および高さを同一として並置し、上記振動発生手段により上記測定電極を所定の周波数および振幅で振動させるとともに、上記直流電圧源より上記参照電極に上記エレクトレット誘電体膜の帯電電荷とは逆極性である所定の直流電圧を印加し、上記電圧測定手段にて上記信号測定手段の読値が最小となる上記直流電圧を測定することを特徴としている。
【００１５】
本発明の好ましい態様によれば、上記振動発生手段に発振器により駆動される圧電素子が用いられる。
【００１６】
また、少なくとも測定中は上記被測定固定極が接地に接続され、非測定中は上記参照電極が接地に接続される。また、上記参照電極に上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と同一の表面積を有する電極が用いられる。
【００１７】
他方において、本発明には、分極化処理されたエレクトレット誘電体膜を有するエレクトレットコンデンサマイクロホン用固定極を被測定固定極として、上記エレクトレット誘電体膜の表面電圧を測定するエレクトレットの表面電圧測定装置において、上記被測定固定極に対する参照電極と、上記被測定固定極と上記参照電極とが並置される大きさを有する表面が平滑な測定電極と、上記測定電極を所定の周波数および振幅にて振動させる振動発生手段と、インピーダンス変換器を介して上記測定電極に接続される信号測定手段（例えばレベルメータ）と、上記参照電極に上記エレクトレット誘電体膜の帯電電荷とは逆極性である直流電圧を印加する可変直流電圧源と、上記直流電圧を測定する電圧測定手段（例えば電圧計）と、上記測定電極に対して上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と上記参照電極とを同一表面積および同一高さをとして並置する電気絶縁材からなる支持筐体とを備えていることを特徴とするエレクトレットの表面電圧測定装置も含まれる。
【００１８】
上記エレクトレットの表面電圧測定装置において、上記振動発生手段には発振器により駆動される圧電素子が好ましく採用される。
【００１９】
また、上記インピーダンス変換器として、コンデンサマイクロホンと同様に、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が用いられてよい。
【００２０】
また、上記被測定固定極を接地に接続する接地端子を備えており、少なくとも測定中は上記被測定固定極は接地に接続される。
【００２１】
また、上記参照電極を上記可変直流電圧源と接地のいずれかに選択的に接続する切り替えスイッチを備え、非測定時には上記参照電極は接地に接続される。
【００２２】
また、好ましくは、上記支持筐体には上記被測定固定極の上記エレクトレット誘電体膜と上記参照電極の各一部分を同一表面積として上記測定電極に対向させるための２つの開口部が設けられる。上記各開口部は上記エレクトレット誘電体膜の有効電極面とほぼ同じ大きさであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明において、被測定固定極のエレクトレット誘電体膜と参照電極とを測定電極に対して表面積および高さを同一として並置すると、エレクトレット誘電体膜と対向する測定電極の表面にエレクトレット誘電体膜の帯電電荷（通常はマイナス電荷）とは逆極性の電荷（プラス電荷）が誘起され、振動発生手段により測定電極を振動させると、測定電極が擬似的に振動板となり、コンデンサマイクロホンと同様に、その信号がインピーダンス変換器を介して信号測定手段（例えばレベルメータ）に与えられ、この状態で直流電圧源より参照電極にエレクトレット誘電体膜の帯電電荷とは逆極性（プラス）である所定の直流電圧を印加すると、参照電極に対向する測定電極の表面にエレクトレット誘電体膜の帯電電荷と同極性の電荷（マイナス電荷）が誘起され、これにより測定電極の表面にはプラス電荷とマイナス電荷とが混在し、印加される直流電圧を可変として両電荷が中和されると、信号測定手段（例えばレベルメータ）の読値が最小（理想的にはゼロ）となり、そのときの直流電圧値を電圧測定手段（例えば電圧計）で測定すれば、その直流電圧値の逆極性値がエレクトレット誘電体膜の表面電圧となる。
【００２４】
したがって、本発明によれば、振動板と固定極とを擬似的に組み合わせた状態（実際の使用状態に近い態様）で、周囲雑音等の影響を受けることなく、固定極側のエレクトレット誘電体膜の表面電圧をより正確に測定することができる。
【００２５】
また、主たる構成部品として、振動発生手段（好ましくは圧電素子）と、インピーダンス変換器（好ましくはコンデンサマイクロホン用のＦＥＴ）およびレベルメータと、直流電源と、参照電極とを用いればよく、いずれも特殊な部品でないため、測定装置を安価に構築することができる。
【００２６】
また、例えばエレクトレット誘電体膜や測定電極の測定系に帯電電荷の漏洩が発生すると、参照電極に対する印加電圧に対して測定値が大きくドリフトするため、それに対する処置（例えば、電極の清掃等）を適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、図１により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものでない。図１は本発明によるエレクトレットの表面電圧測定装置の構成を概略的に示す模式図である。
【００２８】
図１に示すように、この表面電圧測定装置は、一方の面にエレクトレット誘電体膜１１を有するエレクトレットコンデンサマイクロホン用固定極１０を被測定固定極として、参照電極２０を用いてエレクトレット誘電体膜１１の表面電圧を測定する。なお、エレクトレット誘電体膜１１は分極化処理にてマイナスに帯電されているものとする。図示しないが、この表面電圧測定装置は、測定時に固定極１０を接地するための接地端子を備えている。
【００２９】
参照電極２０には、好ましくはエレクトレット誘電体膜１１と同一の表面積を有する電極が用いられる。測定時には、参照電極２０に所定の直流電圧が印加される。そのため、この表面電圧測定装置は、測定電源系として、スイッチ２３を介して参照電極２０に接続される出力電圧可変の直流電圧源２１と、その出力電圧を測定する電圧計（電圧測定手段）２２とを備える。
【００３０】
また、この表面電圧測定装置は、測定時に固定極１０と参照電極２０とを並置するための支持筐体３０を備える。支持筐体３０は、合成樹脂もしくはセラミックなどの電気絶縁材よりなる。
【００３１】
筐体３０内には、所定の間隔をもって高さが等しい支柱３２，３２が立設されている。支柱３２，３２の上端間には、金属板よりなる振動板３３が掛け渡されている。振動板３３の下面側には、振動発生手段としての圧電素子３４が設けられている。
【００３２】
圧電素子３４の下面には、圧電素子３４に対する一方の駆動電極３５が添設されている。この実施形態では、振動板３３を圧電素子３４に対する他方の駆動電極に兼用し、振動板３３と駆動電極３５との間に発振器（オシレータ）３８が接続される。この実施形態では、振動板３３側が接地されているが、駆動電極３５側が接地されてもよい。
【００３３】
振動板３３の上面には、電気絶縁材３６を介して測定電極３７が設けられている。測定電極３７は、固定極１０と参照電極２０とを併せた表面積よりも大きな表面積を有し、その表面は平滑であることが好ましい。
【００３４】
支持筐体３０の上面には、図１に示すように、固定極１０と参照電極２０とがそれらが非接触として並置されるが、固定極１０のエレクトレット誘電体膜１１と参照電極２０とを同一表面積として測定電極３７と対向させるため、支持筐体の上面には、同一径である２つの開口部３１ａ，３１ａが穿設されている。
【００３５】
これにより、固定極１０と参照電極２０とを支持筐体３０の上面で開口部３１ａ，３１ａに位置させて載置することにより、固定極１０のエレクトレット誘電体膜１１と参照電極２０とが、測定電極３７に対して同一表面積，同一高さとして対向することになる。なお、開口部３１ａ，３１ａは、エレクトレット誘電体膜１１の有効電極面に対応する大きさであることが好ましい。
【００３６】
また、この表面電圧測定装置は、信号測定系として、測定電極３７にインピーダンス変換器４１を介して接続されるレベルメータ（信号測定手段）４２を備える。インピーダンス変換器４１には、高入力インピーダンスのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が好ましく用いられ、コンデンサマイクロホンのインピーダンス変換回路で代用することもできる。
【００３７】
なお、上記測定電源系に含まれるスイッチ２３は、直流電圧電源２１と接続される活接点２３ａと接地接点２３ｂとを有し、この実施形態において、接地接点２３ｂは振動板３３を介して接地に接続されている。
【００３８】
本発明によれば、一例として、次のようにして固定極１０のエレクトレット誘電体膜１１の表面電圧が測定される。
【００３９】
まず、スイッチ２３を接地接点２３ｂ側に切り替えて参照電極２０を接地し、また、固定極１０を接地した状態で、固定極１０と参照電極２０とを、それぞれ支持筐体３０の上面にある開口部３１ａ，３１ａ上に載置して、固定極１０のエレクトレット誘電体膜１１を測定電極３７と対向させる。
【００４０】
これにより、測定電極３７のエレクトレット誘電体膜１１と対向している部分の表面にプラス電荷が誘起され、測定電極３７に外部から直流電圧（対接地間）が加えられたのと等価になる（直流電圧バイアス）。なお、固定極１０は接地されているため、固定極自身の電位は変化しない。
【００４１】
ここで、発振器３８より圧電素子３４に所定周波数，所定振幅の駆動信号を与えて圧電素子３４を動作させて測定電極３７を振動させる。これにより、固定極１０と測定電極３７との間の静電容量が変化し、コンデンサマイクロホンの動作原理にしたがってインピーダンス変換器４１から発振器３８の周波数と振幅に応じた電気信号が出力され、これに応じてレベルメータは所定の読値を示す。
【００４２】
次に、スイッチ２３を活接点２３ａ側に切り替えて、直流電圧源２１より参照電極２０にプラス（対接地）の所定電圧を印加する。これにより、測定電極３７の参照電極２０と対向している部分の表面にマイナス電荷が誘起され、先に誘起されている測定電極３７上のプラス電荷が次第に中和される。
【００４３】
このようにして、プラス電荷の中和が進行すると、あたかも上記直流電圧バイアスが低くなったようになり、完全に中和した状態では、インピーダンス変換器４１の出力がなくなるため、レベルメータ４２の読値が最小（理想的にはゼロ）になる。
【００４４】
このときの参照電極２０に印加される直流電圧の逆極性の電圧が、エレクトレット誘電体膜１１の表面電圧に等しい。
【００４５】
したがって、レベルメータ４２を見ながら、参照電極２０に印加する直流電圧を低電圧から高電圧に向けてスイープしていき、レベルメータ４２の読値が最小を示したときの直流電圧を電圧計２２で測定することにより、その測定電圧の逆極性電圧をもってエレクトレット誘電体膜１１の表面電圧とすることができる。
【００４６】
なお、測定後にスイッチ２３を接地接点２３ｂ側に切り替えて、参照電極２０を接地に接続することにより、参照電極２０の電荷が放電されるため、次の測定を行ううえで支障は生じない。
【００４７】
以上説明したように、本発明によれば、振動板と固定極とを擬似的に組み合わせた状態（実際の使用状態に近い態様）で、周囲雑音等の影響を受けることなく、固定極側のエレクトレット誘電体膜の表面電圧をより正確に測定することができる。
【００４８】
また、主たる構成部品として、振動発生手段（好ましくは圧電素子）と、インピーダンス変換器（好ましくはコンデンサマイクロホン用のＦＥＴ）およびレベルメータと、直流電源と、参照電極とを用いればよく、いずれも特殊な部品でないため、測定装置を安価に構築することができる。
【００４９】
また、例えばエレクトレット誘電体膜や測定電極の測定系に帯電電荷の漏洩が発生すると、参照電極に対する印加電圧に対して測定値が大きくドリフトするため、それに対する処置（例えば、電極の清掃等）を適切に行うことができる。
【００５０】
なお、支持筐体３０に形成されている２つの開口部３１ａ，３１ａが同径であることにより、固定極１０と参照電極２０の測定電極３７に対する表面積（対向面積）が同じになるため、必ずしも固定極１０と参照電極２０とが同一形状である必要はない。
【００５１】
また、例えばマイクロコンピュータなどの制御部を用意し、自動制御方式とすることもできる。
【００５２】
すなわち、インピーダンス変換器の出力をＡ／Ｄ変換して、そのデジタル信号を上記レベルメータ４２の最小値に相当する閾値が設定されたコンパレータに入力するとともに、電圧計２２の出力をＡ／Ｄ変換してデジタル信号として得るようにし、制御部にて、コンパレータの出力が出された時点の直流電圧を読み、その逆極性の電圧値をエレクトレット誘電体膜の表面電圧としてディスプレイなどに表示させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明によるエレクトレットの表面電圧測定装置の構成を概略的に示す模式図。
【符号の説明】
【００５４】
１０  固定極
１１  エレクトレット誘電体膜
２０  参照電極
２１  直流電圧原
２２  電圧計（電圧測定手段）
２３  スイッチ
３０  支持筐体
３１ａ  開口部
３３  振動板
３４  圧電素子
３７  測定電極
４１  インピーダンス変換器
４２  レベルメータ（信号測定手段）
【図１】
2010010870.tif 000003