(57)【要約】【課題】どのような方向からの音響振動であっても高感度で感知するマイクロホンを構成する。【解決手段】ケースＡの５つの壁体Ａｗの内面にエレクトレット層Ｅを形成し、夫々の壁体Ａｗに平面的なベース部１と、音孔２が形成された部位を外方に突出させた膨出部３とを形成する。この壁体Ａｗの内面に対向する振動板６を、壁体Ａｗのベース部１に接触させる位置関係で配置してコンデンサ部を構成する。５つ振動板６の振動に伴うコンデンサ部の静電容量の変化を電圧信号として出力する出力チップを有した出力部ＤをケースＡの開放部に挿入し、この開放部をカシメ加工することにより、この出力部Ｄを固定する。【選択図】図２
2011087123.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音孔が穿設されたケースと、このケースの内面に沿って配置した振動板とでコンデンサ部が形成されているコンデンサマイクロホンであって、
前記ケースが、互いに直交する姿勢の３つの壁体を少なくとも備えており、夫々の壁体の内面に沿って前記振動板を配置し、夫々の壁体の内面と、これに対向する前記振動板との少なくとも一方にエレクトレット層を形成することにより複数の前記コンデンサ部を形成し、この複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を併せて電気信号として取り出す出力部を備えているコンデンサマイクロホン。
【請求項２】
前記壁体が、前記ケースを形成するベース部と、前記音孔が形成された部位を前記ベース部から外方に突出する膨出部とで構成されると共に、前記振動板が、振動板ユニットのフレームに支持され、このフレームを前記ベース部に接触させることで、前記振動板と膨出部とを対向させて前記コンデンサ部が構成されている請求項１記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項３】
前記ケースが、６面体から１面を取り除いた形状の５面の前記壁体と、開放部とを有する金属製のカプセル状に構成され、前記出力部が前記開放部を嵌め込み固定される基板で構成されると共に、
前記開放部から前記ケースの内部に前記振動板ユニットを挿入した状態で、この振動板ユニットの振動板と導通するコンタクト端子が、前記フレームのうち前記開放部に対応する端部に形成され、
前記開放部に前記基板が嵌め込み固定された状態で前記コンタクト端子に接触する入力電極が前記基板に形成されている請求項２記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項４】
前記ケースの内部に、５つの振動板の背後側の空間同士を隔絶するセパレータが備えられている請求項３記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する単一のインピーダンス変換手段を備えている請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサマイクロホン。
【請求項６】
前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を格別に電圧信号に変換して出力するようにコンデンサ部の数と同数のインピーダンス変換手段を備えている請求項１〜４のいずれか１項に記載のコンデンサマイクロホン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、音孔が穿設されたケースと、このケースの内面に沿って配置した振動板とでコンデンサ部が形成されているコンデンサマイクロホンに関し、詳しくは、複数の振動板を有するマイクロホンの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のように構成されたコンデンサマイクロホンとして、特許文献１には、背極板を備えている点で本発明のコンデンサ部とは基本的な構造が異なるものであるが、筐体内部に筐体軸線と平行に配置した複数（実施の形態では２枚）の振動板を備え、これに対面する背極板を備え、この背極板に導通するコンタクタを介してアンプユニットに信号を伝える構成が示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、コンデンサマイクロホンには限らないものであるが、多面体の面に対応した位置に勾配圧力マイクロホンを含むカプセルを配置したサウンドフィールドマイクロホンが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４‐４０５８４号公報
【特許文献２】特開２００７‐６４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
音響振動の入力方向に拘わらず音声を高感度で感知するために無指向性のマイクロホンが必要とされることがある。また、マイクロホンは小型であることが好ましい。
【０００６】
このような必要性から特許文献１に示される複数の振動板を、特許文献２のように多面体の表面に対応する位置に配置することも考えられる。しかしながら、特許文献１に記載されるもののように背極板を必要とするものでは小型化を阻害するものとなる。
【０００７】
本発明の目的は、どのような入力方向からの音響振動であっても高感度で感知するマイクロホンを合理的に構成する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴は、音孔が穿設されたケースと、このケースの内面に沿って配置した振動板とでコンデンサ部が形成されているコンデンサマイクロホンであって、
前記ケースが、互いに直交する姿勢の３つの壁体を少なくとも備えており、夫々の壁体の内面に沿って前記振動板を配置し、夫々の壁体の内面と、これに対向する前記振動板との少なくとも一方にエレクトレット層を形成することにより複数の前記コンデンサ部を形成し、この複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を併せて電気信号として取り出す出力部を備えている点にある。
【０００９】
この構成によると、互いに直交する３方向の何れの方向から音響振動が作用する状況でも、何れかの振動板で音声の取得が可能となる。また、このように音響信号がマイクロホンに伝わる際には夫々の振動板に対して音響振動が作用することにより夫々の振動板がともに振動するのが普通であり、この複数の振動板の振動からの信号を併せて出力部から電気信号として取り出すことも可能となる。更に、壁体とこの内面の振動板とでエレクトレット型のコンデンサ部を構成するので、背極板を備えずに済み部品点数の増大を抑制すると同時に小型化も可能となる。その結果、どのような入力方向からの音響振動であっても高感度で感知するマイクロホンが小型に構成された。
【００１０】
本発明は、前記壁体が、前記ケースを形成するベース部と、前記音孔が形成された部位を前記ベース部から外方に突出する膨出部とで構成されると共に、前記振動板が、振動板ユニットのフレームに支持され、このフレームを前記ベース部に接触させることで、前記振動板と膨出部とを対向させて前記コンデンサ部が構成されても良い。
【００１１】
これによると、ケースのベース部に振動板ユニットのフレームを接触させるように振動板ユニットを配置することで、スペーサを備えることなく振動板と壁体との間に隙間を形成でき一層の小型化が実現する。
【００１２】
本発明は、前記ケースが、６面体から１面を取り除いた形状の５面の前記壁体と、開放部とを有する金属製のカプセル状に構成され、前記出力部が前記開放部を嵌め込み固定される基板で構成されると共に、
前記開放部から前記ケースの内部に前記振動板ユニットを挿入した状態で、この振動板ユニットの振動板と導通するコンタクト端子が、前記フレームのうち前記開放部に対応する端部に形成され、
前記開放部に前記基板が嵌め込み固定された状態で前記コンタクト端子に接触する入力電極が前記基板に形成されても良い。
【００１３】
これによると、ケースの内部に振動板ユニットを挿入し、開放部に基板を嵌め込み固定した場合には、振動板ユニットのフレームの端部のコンタクト端子が基板の入力電極に接触することで振動板の振動に起因する静電容量の変化を基板に伝え、この基板において電気信号として取り出すことが可能となる。これにより、特別に配線を接続する等の工程を必要とすることなくマイクロホンの組み立てが可能となる。また、カプセル状のケースの５面に対応した方向から音響振動を取り込むことにより、一層高感度に構成することも可能になる。
【００１４】
本発明は、前記ケースの内部に、５つの振動板の背後側の空間同士を隔絶するセパレータが備えられても良い。
【００１５】
これによると、振動板の振動が、ケース内の空気を介して他の振動板に影響する現象を抑制して、高感度を維持できる。
【００１６】
本発明は、前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を電圧信号に変換して出力する単一のインピーダンス変換手段を備えても良い。
【００１７】
これによると、複数のコンデンサ部の静電容量の変化を、単一のインピーダンス変換手段が併せて電圧信号に変換して出力することになり、部品点数の増大を抑制して構造が単純になる。
【００１８】
本発明は、前記出力部が、複数の前記コンデンサ部の静電容量の変化を格別に電圧信号に変換して出力するようにコンデンサ部の数と同数のインピーダンス変換手段を備えても良い。
【００１９】
これによると、各コンデンサ部の静電容量の変換を、各コンデンサ部に対応するインピーダンス変換手段が格別に電圧信号に変換して出力することになり、例えば、各インピーダンス変換手段のゲインを各コンデンサ部に対応して調整することにより、各コンデンサ部の静電容量のバラツキをなくすことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】マイクロホンの全体を示す全体図である。
【図２】マイクロホンの分解斜視図である。
【図３】マイクロホンの縦断図及び拡大断面図である。
【図４】マイクロホンの横断面図である。
【図５】振動板ユニットの構造を示す斜視図である。
【図６】基板の上面図及び底面図である。
【図７】基板と振動板ユニットとの斜視図
【図８】マイクロホンの電気回路図である。
【図９】マイクロホンの異なる実施形態の電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、正立方体となる６面体から１面を取り除いた形状の５面の壁体Ａｗが一体的に形成されたケースＡと、このケースＡの内部に各壁体Ａｗに対向して備えられる５つの振動板ユニットＢと、ケースＡの内部空間を分割するセパレータＣと、ケースＡの開放部を閉じる出力部Ｄとを備えて多面体型のコンデンサマイクロホン（以下、マイクロホンと略称する）が構成されている。このマイクロホンはどのような姿勢でも使用可能であるが、図１に示す姿勢に従って図面の上側を上側とし、図面の下側を下側（底部）として以下の説明を行う。
【００２２】
このマイクロホンは、ケースＡの内面にエレクトレット層Ｅを形成したフロントエレクトレットタイプに構成され、５面の壁体Ａｗに対応した５つの振動板６の振動に起因するコンデンサ部の静電容量の変化を出力部Ｄに備えたＦＥＴ等の出力チップ２７（インピーダンス変換手段の一例）で電気信号（電圧信号）に変換して出力する。
【００２３】
尚、このマイクロホンは、振動板６にエレクトレット層Ｅを形成したホイルエレクトレットタイプに構成しても良く、取得対象とする音響振動数も人の可聴域を超える低周波域や、超音波域を含むものであっても良い。
【００２４】
〔ケース〕
ケースＡは、図１〜図５に示すように、アルミニウムや銅合金等の良導体で成る金属材料の絞り加工により５面の壁体Ａｗが一体化したカプセル状に構成されている。各壁体Ａｗは、ケースＡの形状を決める平坦なベース部１と、音孔２が形成された部位を外方に突出させた膨出部３とで構成され、各壁体Ａｗの内面には電気分極状態が維持されるエレクトレット層Ｅが形成されている。膨出部３はベース部１と平行姿勢であり、複数の膨出部３の突出量は等しく設定されている。
【００２５】
エレクトレット層Ｅは、ケースＡの内面に対しスパッタリング法、蒸着法、あるいは、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法等の技術によってＳｉＯ２（シリコン酸化膜）を形成し、このＳｉＯ２膜に対してコロナ分極法や電子ビーム分極法によって帯電処理することで形成される。
【００２６】
これ以外に、エレクトレット層Ｅは、高分子フィルムを用いて形成することも可能である。具体的には、板状の金属材料に対してＦＥＰ（ Fluoro Ethylene Propylene）等の高分子フィルムを重ね合わせて加熱圧着して高分子フィルムの被膜を形成する。この後に絞り加工によって前述した５面の壁体Ａｗを一体形成し、更に、音孔２と膨出部３とを形成する。この後、ケースＡの内面の高分子フィルムに電子ビーム分極或いはコロナ放電による分極を行いケースＡの内面にエレクトレット層Ｅを形成することも可能である。
【００２７】
〔振動板ユニット〕
振動板ユニットＢは、ケースＡの壁体Ａｗの内面サイズに等しいサイズの絶縁性の樹脂材料で形成された平坦なフレーム５と、このフレーム５に形成した開口５Ａに弛みのない緊張状態で張設した導電性の金属箔で成る振動板６とを有している。図５に示す如く、５つの振動板ユニットＢは、底部に対応する振動板ユニットＢのフレーム５の４辺に対して他の振動板ユニットＢのフレーム５を折曲げ自在に連結した構造を有している。
【００２８】
夫々のフレーム５には、振動板６に電気的に導通する配線７がプリント配線の技術により形成されている。この配線７は、底部に対応する振動板ユニットＢの周囲の振動板ユニットＢでは底部の振動板ユニットＢから離間する方向に向けて形成され、フレーム端部のコンタクト端子８に電気的に接続している。また、底部に対応する振動板ユニットＢの振動板６に導通する配線７は、この振動板ユニットＢに連結する４つの振動板ユニットＢの１つのフレーム端部に形成した専用のコンタクト端子８に接続している。
【００２９】
このような構造から、底部の振動板ユニットＢを基準として４つの振動板ユニットＢを直角姿勢に折り曲げることにより、５つの振動板ユニットＢの姿勢がケースＡの５つの壁体Ａｗに対応する姿勢に達し、ケースＡに収容することが可能となる。
【００３０】
尚、振動板６は必ずしも金属箔で形成する必要はなく、例えば、高分子樹脂材料で成るフィルムの表面に金属材料等の導電膜を真空蒸着等の技術により形成したものであっても良い。
【００３１】
図面には示していないが、本発明のコンデンサマイクロホンにおいて、前述したホイルエレクトレットタイプに構成する場合には、前述したプラズマＣＶＤ等のプロセスにより振動板６にエレクトレット層Ｅが形成されることになる。
【００３２】
〔セパレータ〕
セパレータＣは、平面視で正方形となる上部壁１１と底部壁１２とを有すると共に、これらの中間位置の複数の縦壁１３を絶縁性の樹脂により一体的に形成した構造を有している。上部壁１１には出力チップ２７を収容する凹状の収容空間１１Ａが形成され、底部壁１２には下部の振動板ユニットＢの振動板６の背部に空間を確保するための凹状の背部空間１２Ａが形成されている。
【００３３】
このセパレータＣは、５つの振動板６の振動が音響的に干渉しないように、５つの振動板６の背部空間を隔絶する機能を有するものであり、夫々には音響振動の伝達は抑制しながら空気の流通を許すように小径の貫通孔１４が穿設されている。
【００３４】
セパレータＣは、５つの振動板ユニットＢに接触することで、５つの振動板ユニットＢを対応する壁体Ａｗの方向に押し出し、各振動板ユニットＢのフレーム５を壁体Ａｗのベース部１の内面に接触させる機能も有している。
【００３５】
〔出力部〕
出力部Ｄは、図６及び図７に示すように、ガラスエポキシ等の絶縁性の基板２０を備え、上面側（外面側）に２つの出力電極２１が形成されると共に、この出力電極２１のうちグランド側に電気的に接続する外部グランド電極２２が上面側に形成されている。基板２０の内面側（底面側）には、前述したコンタクト端子８に接触する５つの入力電極２３と、これらの入力電極２３を電気的に導通させる共通電極２４と、前述した外部グランド電極２２とスルーホールＴを介して電気的に接続する内部グランド電極２５と、電源側（非グランド側）の出力電極２１とスルーホールＴを介して電気的に接続する中間電極２６とが形成されている。
【００３６】
これら出力電極２１と、外部グランド電極２２と、入力電極２３と、共通電極２４と、内部グランド電極２５と、中間電極２６とは銅箔等の良導体が用いられ、これらはプリント配線の技術によって基板２０の両面に形成される。
【００３７】
基板２０の内面側に出力チップ２７（インピーダンス変換手段の一例）を備え、この出力チップ２７の３つの端子を前述した共通電極２４、内部グランド電極２５、中間電極２６夫々にハンダ等を用いて電気的に接続している。尚、この基板２０にはケースＡの内部空間との間で空気の流通を許す小径の貫通孔２８が形成されている。
【００３８】
〔組み立て〕
このようにケースＡと、振動板ユニットＢと、セパレータＣと、出力部Ｄとが構成されることにより、内面にエレクトレット層Ｅが形成されたケースＡの開放部からケースＡの内部に５つの振動板ユニットＢを挿入し、セパレータＣを挿入する。この挿入により振動板ユニットＢのフレーム５は、セパレータＣとケースＡの壁体Ａｗとに挟まれる位置関係となり、振動板ユニットＢのフレーム５が壁体Ａｗのベース部１に密接し、振動板６と膨出部３との間にギャップが形成され、この振動板６と膨出部３とでコンデンサ部が構成される。この後、出力チップ２７が形成された出力部ＤをケースＡの開放部から嵌め込み、ケースＡの開放部をカシメ加工することでマイクロホンの組み立てが完了する。
【００３９】
ケースＡの開放部をカシメ加工することにより、ケースＡの開放部の端面が基板２０の外部グランド電極２２に対して圧接することで導通し、基板２０の入力電極２３がフレーム５のコンタクト端子８に圧接することにより導通する。これにより、ケースＡと外部グランド電極２２、あるいは、コンタクト端子８と入力電極２３等を配線を用いて接続する工程を設けずとも電気系が接続する。
【００４０】
このマイクロホンの電気回路を図８に示している。この電気回路図からも理解できるように５つの振動板６の部位（コンデンサ部）の静電容量の変化を１つの出力チップ２７が電気信号に変換して出力電極２１から出力できる。
【００４１】
このマイクロホンでは、音響振動がマイクロホンで取得される際には、この音響振動が各振動板６に対して略等しく作用し、各コンデンサ部の静電容量が略等しく変化し、出力チップ２７は合成された静電容量の変化を電圧信号に変換する。これにより、極めて広い指向性で音響振動を高感度で取得する性能を得る。
【００４２】
特に、本発明のマイクロホンの異なる実施形態として、１つの出力チップ２７を備えた基板２０に代えて、５つの振動板６に対応する５つの出力チップ２７を備えた基板２０を用いても良い。このように５つの振動板６に対して５つの出力チップ２７を備えたマイクロホンの電気回路を図９に示している。この場合、５つの振動板６に電気的に接続する各コンタクト端子８から静電容量の変化を電圧信号に変換する５つの出力チップ２７を備えるため、各出力チップ２７においてゲインを格別に設定することも可能となり、５つの振動板６の感度のバラツキに対応できる。
【００４３】
このように、本発明のマイクロホンは、単一のケースＡの開放部から内部に５つの振動板６を有した５つの振動板ユニットＢを収容し、この振動板ユニットＢで取り囲まれる空間にセパレータＣを収容し、更に、ケースＡの開放部に出力部Ｄを収容し、ケースＡの開放部の端部を内方に折り曲げる形態でカシメ加工すると云う比較的簡単な組み立てによる製造が可能となる。
【００４４】
また、ケースＡに膨出部３を形成することにより、スペーサ等を備えずとも、膨出部３と振動板６との間にギャップを形成してコンデンサ部を構成できるものしている。更に、振動板ユニットＢに振動板６に対して配線７を介して導通するコンタクト端子８を形成し、出力部Ｄを構成する基板２０にはコンタクト端子８に接続する入力電極２３を形成しておくことで基板２０をケースＡの開放部に嵌め込みカシメ加工によって固定した場合にはコンタクト端子８と入力電極２３とが導通状態に達し組み立てが容易に実現する。
【００４５】
外部からの音響振動は、音孔２からケースＡの膨出部３の内部に伝わり、振動板６を振動させる。特に、５つの振動板６が近接する位置に配置されているので、音響振動が伝わった場合には、５つの振動板６を略等しく振動させることになり、出力部Ｄでは５つのコンデンサ部の静電容量の合成した（併せた）変化を電圧信号として出力することが可能となり高感度に機能させることが可能となる。
【００４６】
また、ケースＡの内面又は振動板６にエレクトレット層Ｅを形成しているので、背極板を備えずに済み、部品点数の低減を実現するだけではなくマイクロホン全体の小型化を実現している。
【００４７】
〔別実施の形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い。
【００４８】
（ａ）複数の振動板のサイズを異ならせる。
このように振動板のサイズを異ならせることにより、振動板毎の共振振動数を異ならせることになり、広い周波数帯において高い感度を得ることが可能となる。
【００４９】
（ｂ）セパレータを用いずにマイクロホンを構成する。
このようにセパレータを用いない場合には、部品点数を低減でき、コストの低減と軽量化が実現する。
【００５０】
（ｃ）ケースが、直方体のように立方体でなく、角柱に構成する。
このような構造を採用することにより、例えば、棒状のケースの端部にマイクロホンを備えることも可能となる。
【００５１】
（ｄ）振動板の数を３つや４つに設定する。
つまり、直方体等のケースの角の３つの面だけに対応する振動板を備えることや、直方体などのケースのうち、ケースを取り囲む４つの面だけに対応する振動板を備えることでマイクロホンを構成することが可能となる。
【００５２】
（ｅ）振動板が張設されるフレームに導電性の金属を用いる。
実施の形態では樹脂製のフレームに配線を形成していたが、インピーダンス変換手段としての出力チップが１つである場合には、フレームを導電性の金属で形成することで複数の振動板と出力チップとを導通させることが可能となり、特別に配線を形成せずに済む。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、広い指向性を得るマイクロホンとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１          ベース部
２          音孔
３          膨出部
５          フレーム
６          振動板
８          コンタクト端子
２３        入力電極
２７        出力部・インピーダンス変換手段（出力チップ）
Ａ          ケース
Ａｗ        壁体
Ｂ          振動板ユニット
Ｃ          セパレータ
Ｄ          出力部
Ｅ          エレクトレット層
【図１】
2011087123.tif 000003
【図２】
2011087123.tif 000004
【図３】
2011087123.tif 000005
【図４】
2011087123.tif 000006
【図５】
2011087123.tif 000007
【図６】
2011087123.tif 000008
【図７】
2011087123.tif 000009
【図８】
2011087123.tif 000010
【図９】
2011087123.tif 000011