(57)【要約】【課題】エレクトレット誘電体膜の表面電位を成極電圧として用いる音響用静電型変換器において、エレクトレット誘電体膜の表面電位のバラツキによる振動板の部分吸着を簡単な手法によって確実に防止する。【解決手段】所定の間隔をもって対向的に配置された振動板と固定極とを含み、そのいずれか一方の対向面側にエレクトレット誘電体膜を有する音響用静電型変換器において、エレクトレット誘電体膜２２の表面を複数のセグメント領域２２Ｂに分割し、その各セグメント領域２２Ｂに分極化処理手段により所定の表面電位を付与する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をもって対向的に配置された振動板と固定極とを含み、そのいずれか一方の対向面側にエレクトレット誘電体膜を有する音響用静電型変換器において、
上記エレクトレット誘電体膜は、その表面が複数のセグメント領域に分割されており、上記各セグメント領域に分極化処理手段により所定の表面電位が付与されていることを特徴とする音響用静電型変換器。
【請求項２】
上記エレクトレット誘電体膜の表面電位が最も高い最大表面電位領域の面積をＳａ，上記セグメント領域の面積をＳｂとして、Ｓｂ＜Ｓａであることを特徴とする請求項１に記載の音響用静電型変換器。
【請求項３】
上記エレクトレット誘電体膜は、上記固定極側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の音響用静電型変換器。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響用静電型変換器を備えたコンデンサマイクロホン。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の音響用静電型変換器を備えたコンデンサヘッドホン。
【請求項６】
振動板と対向する面にエレクトレット誘電体膜を有する固定極の製造方法において、
上記エレクトレット誘電体膜上に、その表面を複数のセグメント領域に分割する金属マスクを配置し、上記金属マスクおよび上記固定極をともに接地した状態で、上記エレクトレット誘電体膜をコロナ放電により分極化処理して、上記各セグメント領域に所定の表面電位を付与することを特徴とする固定極の製造方法。
【請求項７】
振動板と対向する面にエレクトレット誘電体膜を有する固定極の製造方法において、
上記エレクトレット誘電体膜を全面にわたってコロナ放電により分極化処理した後、その帯電面をアルコール除電により複数のセグメント領域に分割することを特徴とする固定極の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトレット誘電体膜の表面電位を成極電圧として用いる音響用静電型変換器に関し、さらに詳しく言えば、エレクトレット誘電体膜の表面電位のバラツキによる振動板の部分吸着を防止する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エレクトレット誘電体膜（以下、単に「エレクトレット」と言うことがある。）を用いた音響−電気／電気−音響変換器には、コンデンサマイクロホンとコンデンサヘッドホンとがある。これらの変換器によれば、エレクトレットの表面電位を成極電圧として用いることから、ＤＣ／ＤＣコンバータ等の成極電源が不要であり、変換器の回路構成を簡素化できる、という利点がある。
【０００３】
エレクトレット材には、ＦＥＰ（４フッ化エチレンと６フッ化プロピレンの共重合体）やＳｉＯ２等がある。エレクトレット材は、直流の高電圧が印加されると分極化し、電圧除去後においても、分極化が残存する特性を有している。
【０００４】
分極化処理（エレクトレット化処理）には、通常、負コロナ放電が用いられる。エレクトレットの表面電位の部分的なバラツキを軽減するため、制御グリッドを持つスコロトロン等が用いられるが、エレクトレットの表面電位は、エレクトレット材の表面状態や荷電状況等によって部分的にバラツキが発生する。
【０００５】
指向性コンデンサマイクロホンについて言えば、低音域の周波数応答を確保するため、振動板の張力を低く設計するようにしている。そのため、振動板は固定極側に吸着されやすく、吸着安定度を超えると、振動板が静電吸引力にて固定極に吸着する。
【０００６】
この点を考慮して、マイクロホンの設計においては、上記静電吸引力による振動板の吸着が保存環境や使用環境によって発生しないように吸着安定度μを設定する。吸着安定度μは、次式によって表される。
【０００７】
μ＝Ａ×ｓ０×（ｄｂ３／Ｅｂ２）
（式中、Ａは真空の誘電率，振動板の有効面積，振動板と固定極間の距離を含む比例定数、ｓ０は振動板のスチフネス、ｄｂは振動板と固定極との間の電極間距離、Ｅｂは固定極の表面電圧（成極電圧）である。）
【０００８】
振動板のスチフネスｓ０および電極間距離ｄｂは、製品に求められる指向周波数応答に応じて決められる。したがって、成極電圧Ｅｂを振動板が固定極に吸着しない範囲で、最大にすることにより、良好な指向周波数応答で感度の高い指向性コンデンサマイクロホンを作製することができる。
【０００９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ等により固定極に成極電圧を印加するコンデンサマイクロホンでは、その成極電圧が吸着限界に到達すると、振動板が円形膜の場合、まず、その中央部分が固定極に吸着され、成極電圧を増大させるに伴って、吸着面積が周辺部分に向かって広がる。
【００１０】
しかしながら、エレクトレットを用いる場合には、上記したように、その表面電位にバラツキがあることから、最初に吸着される部分が中央とは限らない。エレクトレットが吸着限界付近の表面電位を持つ場合、その表面電位のバラツキは、局所的な部分吸着を発生させる原因となる。
【００１１】
エレクトレットの表面電位が高められ吸着限界を超えると、最初に吸着された部分が中心となって、それに隣接する次に表面電位が高い部分で吸着が発生するように、吸着面積が漸次広がる現象を呈する。この最初の部分吸着を防ぐと、エレクトレットの有効表面電位が高電位状態に維持されるため、感度をより高くすることができる。
【００１２】
振動板の固定極への吸着を防止するため、特許文献１には、固定極の中央部分の表面電位を周辺部分よりも低くすることが提案されている。また、特許文献２では、固定極の中央部分をエレクトレット不存在領域とすることが提案されている。
【００１３】
しかしながら、特許文献１，２のいずれにしても、エレクトレットの表面電位のバラツキによる中央部分以外での局所的な部分吸着に対しては有効ではない。また、特許文献１では、固定極の中央部分と周辺部分とで表面電位を異ならせるようにしているため、エレクトレットの分極化処理を、固定極の中央部分と周辺部分とで、コロナ放電の電圧を変えて２工程に分けて行うことになり、生産性がよくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１５３３９５号公報
【特許文献２】特開２００５−０４５４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明の課題は、エレクトレット誘電体膜の表面電位を成極電圧として用いる音響用静電型変換器において、エレクトレット誘電体膜の表面電位のバラツキによる振動板の部分吸着を簡単な手法によって確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記課題を解決するため、本発明は、所定の間隔をもって対向的に配置された振動板と固定極とを含み、そのいずれか一方の対向面側にエレクトレット誘電体膜を有する音響用静電型変換器において、上記エレクトレット誘電体膜は、その表面が複数のセグメント領域に分割されており、上記各セグメント領域に分極化処理手段により所定の表面電位が付与されていることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明は、上記エレクトレット誘電体膜の表面電位が最も高い最大表面電位領域の面積をＳａ，上記セグメント領域の面積をＳｂとして、Ｓｂ＜Ｓａであることを特徴としている。
【００１８】
上記エレクトレット誘電体膜は、振動板側に設けられてもよいが、本発明の音響用静電型変換器は、上記エレクトレット誘電体膜が、上記固定極側に配置されているバックエレクトレット型であることが好ましい。
【００１９】
本発明には、上記音響用静電型変換器を備えたコンデンサマイクロホンと、コンデンサヘッドホンとが含まれる。
【００２０】
さらに、本発明には、振動板と対向する面にエレクトレット誘電体膜を有する固定極を製造する第１および第２の２つの製造方法が含まれ、その第１の製造方法は、上記エレクトレット誘電体膜上に、その表面を複数のセグメント領域に分割する金属マスクを配置し、上記金属マスクおよび上記固定極をともに接地した状態で、上記エレクトレット誘電体膜をコロナ放電により分極化処理して、上記各セグメント領域に所定の表面電位を付与することを特徴としている。
【００２１】
また、第２の製造方法は、上記エレクトレット誘電体膜を全面にわたってコロナ放電により分極化処理した後、その帯電面をアルコール除電により複数のセグメント領域に分割することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、エレクトレット誘電体膜が、複数のセグメント領域に分割されていることにより、振動板側には、各セグメント領域に対向して疑似的に区画された小面積で変位量が小さな複数のサブ振動領域が含まれ、その各サブ振動領域ごとに静電吸引力が作用するようになるため、エレクトレット誘電体膜の表面電位にバラツキがあったとしても、その高電位部分に向けて振動板が歪んで引き寄せられることがなく、振動板全体としてはマクロ的に見てほぼ平板状を維持することから、振動板が固定極側に部分吸着するおそれは殆どない。
【００２３】
また、各セグメント領域の面積Ｓｂを最大表面電位領域の面積Ｓａよりも小面積（Ｓｂ＜Ｓａ）とすることにより、これに応じて振動板の各サブ振動領域の面積Ｓｃ（≒Ｓｂ）も最大表面電位領域の面積Ｓａよりも小さくなるため、最大表面電位領域での振動板の最初の部分吸着が防止されることになる。したがって、エレクトレットの有効表面電位が高電位状態に維持され、コンデンサマイクロホンの場合、感度をより高くすることができる。
【００２４】
また、本発明の製造方法によれば、エレクトレット誘電体膜の各セグメント領域に対して、同時にコロナ放電による分極化処理を施せばよく、各セグメント領域に意図的に異なる表面電位を与える必要がないため、効率よくエレクトレット誘電体膜を有する固定極を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る音響用静電変換器を示す断面図。
【図２】上記音響用静電変換器に含まれている固定極の（ａ）平面図，（ｂ）そのＡ−Ａ線に沿った一部拡大断面図。
【図３】エレクトレット誘電体膜の表面電位のバラツキにより生じる最大表面電位領域を示す模式図。
【図４】セグメント領域形成用の金属マスクの一例を示す平面図。
【図５】上記金属マスクを用いてエレクトレット誘電体膜をコロナ放電により分極化処理する状態を示す概略図。
【図６】（ａ）分極化処理されたセグメント領域を有する固定極を示す平面図，（ｂ）セグメント領域における双極子の配向状態を示す拡大断面図。
【図７】固定極と振動板とを対向させて本発明の作用を説明するための模式的な断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
次に、図１ないし図７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はない。
【００２７】
まず、図１を参照して、この実施形態に係る音響用静電変換器１０は、双指向性コンデンサマイクロホン用として設計された静電変換器で、合成樹脂製で円盤状に形成された絶縁座１２と、その両側に配置される一対のコンデンサユニット１１Ｌ，１１Ｒとを備えている。図１において、右側のコンデンサユニット１１Ｒは分解されているが、コンデンサユニット１１Ｌ，１１Ｒは同一構成である。
【００２８】
コンデンサユニット１１Ｌ，１１Ｒはともに、固定極２０と、電気絶縁性のスペーサリング４０を介して固定極２０と対向的に配置される振動板３０とを備えている。振動板３０は、例えばＰＥＴ（Ｐｏｌｙ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の合成樹脂の薄膜フィルムからなり、所定の張力を付与された状態でダイアフラムリング３１に張設されている。
【００２９】
絶縁座１２には、コンデンサユニット１１Ｌ，１１Ｒ間を音響的に接続するための連通孔１１ａが穿設されており、また、固定極２０にも、音孔（音を通す孔）２０ａが穿設されている。連通孔１１ａおよび音孔２０ａの数は任意に決められてよい。
【００３０】
この実施形態に係る音響用静電変換器１０は、バックエレクトレット型で、図２（ａ），（ｂ）に示すように、固定極２０は、金属電極板２１の振動板３０と対向する面側にエレクトレット誘電体膜２２を一体に備えている。
【００３１】
エレクトレット誘電体膜２２には、ＦＥＰ（４フッ化エチレンと６フッ化プロピレンの共重合体）やＳｉＯ２等が用いられ、通常、その分極化処理（エレクトレット化処理）には、コロナ放電が適用されるが、エレクトレットの表面電位は、エレクトレット材の表面状態や荷電状況等によって部分的にバラツキが発生する。
【００３２】
エレクトレットの表面電位が局所的に高く、振動板に対する吸着限界を超えると、まず、その高電位部分から吸着がはじまり、それに隣接する次に表面電位が高い部分で吸着が発生するように、吸着面積が数珠つながり的に漸次広がる現象を呈する。
【００３３】
したがって、表面電位がもっとも高い部分（最大表面電位領域）で最初に発生する部分吸着を阻止することが、この音響用静電型変換器１０の性能を維持するうえで、重要となるが、先にも説明したように、この最大表面電位領域２２Ａは、必ずしも固定極２０の中央部分で発生するとは限らない。
【００３４】
その一例として、図３に、分極化処理によってエレクトレット誘電体膜２２に付与された表面電位のうち、表面電位が最も高い最大表面電位領域２２Ａが、固定極２０の中心部分から周辺部分側に偏って発生した状態を示す。
【００３５】
なお、エレクトレット誘電体膜の部分電荷およびその面積は、例えば特許第４６６３５３２号（特開２００７−１９４７７４号公報）に記載されているエレクトレット誘電体膜の表面電圧測定方法により測定することができる。
【００３６】
このように、表面電位が最も高い最大表面電位領域２２Ａが、固定極２０のどの部分に発生するのか分からないため、本発明では、図６（ａ）に示すように、エレクトレット誘電体膜２２の表面を複数のセグメント領域２２Ｂに分割する。
【００３７】
そのため、この実施形態では、図４に示すような金属マスク５０を用いて、エレクトレット誘電体膜２２の表面を各セグメント領域２２Ｂに分割する。
【００３８】
この実施形態において、金属マスク５０は、アルミニウム等の厚さ０．１〜０．５ｍｍの金属板を、プレス加工により、中央に円形状のブランク部５０ａを有し、その周りに扇台形状の８個のブランク部５０ｂを有するスポーク車輪状に打ち抜くことにより形成されている。金属マスク５０の外径は、エレクトレット誘電体膜２２と同径であることが好ましい。
【００３９】
エレクトレット誘電体膜２２を分極化（エレクトレット化）するにあたっては、図５に示すように、金属マスク５０をエレクトレット誘電体膜２２上に密着するように配置するとともに、金属マスク５０と電極板２１とを接地した状態で、放電ワイヤ６１を有する負コロナ放電装置６０により、直流の高電圧を印加する。
【００４０】
これにより、図６（ａ）に示すように、金属マスク５０の各ブランク部５０ａ，５０ｂに対応するエレクトレット誘電体膜２２の各部分が、負に帯電されたセグメント領域２２Ｂとなる。
【００４１】
すなわち、上記分極化処理により、各セグメント領域２２Ｂに存在する双極子のうちのマイナス側が、図６（ａ）に示すように、エレクトレット誘電体膜２２の表面に沿って揃えられるように配向されることから、各セグメント領域２２Ｂに所定の負の表面電位が付与される。
【００４２】
なお、図４に示す金属マスク５０が骨格として備えるハブ部分５１ａ，スポーク部分５１ｂおよびリム部分５１ｃにて覆われる各領域（各セグメント領域２２Ｂの間と、エレクトレット誘電体膜２２の周縁部分）は、分極化されない非帯電領域（非分極化領域）２２Ｃとして残される。
【００４３】
振動板３０を固定極２０と対向させた状態を図７に示すが、本発明では、エレクトレット誘電体膜２２が複数のセグメント領域２２Ｂに分割されているため、これに伴って、振動板３０の有効振動領域（ダイアフラムリング３１にて囲まれたメインの全振動領域）には、各セグメント領域２２Ｂに対向して疑似的に区画された複数のサブ振動領域３０ａが含まれる。
【００４４】
このサブ振動領域３０ａは、振動板３０の有効振動領域（メインの全振動領域）よりも小面積であることから、図７に鎖線で示すように、振動板３０の全面が静電吸引される場合よりも変位量が小さい。
【００４５】
しかも、分割されたセグメント領域２２から、それに対応するサブ振動領域３０ａに静電吸引力が作用するようになるため、エレクトレット誘電体膜２２の表面電位にバラツキがあったとしても、その高電位部分に向けて振動板３０が歪んで引き寄せられることがなく、振動板全体としてはマクロ的に見てほぼ平板状を維持することから、振動板３０が固定極２０側に部分吸着するおそれは殆どない。
【００４６】
本発明の好ましい実施形態においては、エレクトレット誘電体膜２２の最大表面電位領域２２Ａの面積をＳａとし、各セグメント領域２２Ｂの面積をＳｂとして、Ｓｂ＜Ｓａとなるように分割する。
【００４７】
この場合における最大表面電位領域２２Ａの面積Ｓａは、経験値から求められる値もしくは予測値であってよい。また、各セグメント領域２２Ｂの面積Ｓｂは、ほぼ均等（ほぼ同一）であることが好ましいが、不等であってもよい。
【００４８】
これによれば、振動板３０の各サブ振動領域３０ａの面積Ｓｃ（≒Ｓｂ）も最大表面電位領域２２Ａの面積Ｓａよりも小さくなるため、最大表面電位領域２２Ａでの振動板３０の最初の部分吸着を防止することができる。
【００４９】
上記実施形態では、エレクトレット誘電体膜２２を９個のセグメント領域２２Ｂに分割しているが、２分割以上であれば、本発明に含まれる。また、分割の態様は、等分割、不等分割のいずれでもよく、同心円状に分割されてもよい。
【００５０】
また、上記実施形態では、金属マスク５０を用いて、分極化処理時にエレクトレット誘電体膜２２を複数のセグメント領域に分割するようにしているが、別の手法として、エレクトレット誘電体膜２２を全面にわたってコロナ放電により分極化処理した後、その帯電面をアルコール除電により複数のセグメント領域に分割することもできる。
【００５１】
その一例として、上記スポーク車輪状の金属マスク５０のハブ部分５１ａ，スポーク部分５１ｂおよびリム部分５１ｃに、例えば静電植毛により短繊維で吸液性を有するフロックを設け、そのフロックにアルコール類を含ませて、分極化したエレクトレット誘電体膜２２上に配置することによっても、図６（ａ）に示すのと同様に、エレクトレット誘電体膜２２を複数のセグメント領域に分割することができる。
【００５２】
上記実施形態に係る音響用静電型変換器１０は、一対のコンデンサユニット１１Ｌ，１１Ｒを有する双指向性双指向性コンデンサマイクロホン用として設計されているが、本発明の音響用静電型変換器は、コンデンサユニットを片側だけとした単一指向性コンデンサマイクロホンや特定の指向性を持たない無指向性のコンデンサマイクロホン等の音響−電気変換器に限られず、この他に電気−音響変換器としてのコンデンサヘッドホンにも適用可能である。また、振動板側にエレクトレット誘電体膜を有する膜エレクトレット型であってもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０  音響用静電型変換器
２０  固定極
２１  電極板
２２  エレクトレット誘電体膜
２２Ａ  最大表面電位領域
２２Ｂ  セグメント領域
３０  振動板
３０ａ  サブ振動領域
５０  金属マスク
６０  コロナ放電装置
６１  放電ワイヤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2015073215.tif 000007
【図６】
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【図７】
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