(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板と、
前記振動板に対向して配置された固定極と、
前記固定極の前記振動板と対向する側に部分的に配置された誘電体と、
を備え、
前記固定極は凹みを備えていて、前記誘電体は前記凹みに配置されている、
コンデンサ型トランスデューサ。
【請求項２】
前記誘電体は、前記振動板と前記固定極との間に配置されている、請求項１記載のコンデンサ型トランスデューサ。
【請求項３】
エレクトレット層をさらに有し、
前記エレクトレット層は振動板と固定極との間にある、請求項１又は２記載のコンデンサ型トランスデューサ。
【請求項４】
前記誘電体は、前記振動板の端部に対応する位置に配置されている、請求項１乃至３のいずれかに記載のコンデンサ型トランスデューサ。
【請求項５】
前記誘電体は、前記振動板の中心に対して対称な位置に複数配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載のコンデンサ型トランスデューサ。
【請求項６】
前記振動板は円形である、請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサ型トランスデューサ。
【請求項７】
前記振動板はリング状である、請求項１乃至５のいずれかに記載のコンデンサ型トランスデューサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンデンサ型トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
振動板と固定極間の静電容量の変化により振動を電気信号に変換する、コンデンサ型（静電容量型）トランスデューサであるエレクトレットコンデンサマイクロホンユニットが知られている。コンデンサマイクロホンユニットは、振動板を低次のモードで振動させると、振動板の共振周波数の倍数において大きな感度低下が発生する。そのため、収音する必要のある周波数帯域が振動板の共振周波数以下となるように振動板を設計することが一般的である。
【０００３】
さらに、ハイレゾリューション（以下、「ハイレゾ」ともいう。）オーディオと呼ばれる高解像度の音源が求められている。従来、ＣＤに録音されていた音源の周波数の最大値が２２．０５ｋＨｚであったのに対し、ハイレゾリューションオーディオでは、４０ｋＨｚ以上の周波数で録音・再生できることが求められている。そのため、ハイレゾリューションオーディオに対応したマイクロホンは、４０ｋＨｚ以上の周波数の音も収音できる必要がある。しかし、振動板の張力の性質上、共振周波数が４０ｋＨｚ以上の振動板を作成することは困難である。従来のコンデンサマイクロホンユニットを小型にすることで共振周波数を高くすることはできるが、駆動力が小さくなるため、出力信号が小さくなる。したがって、従来のマイクロホンでは、十分なＳ／Ｎ比を得ることができない。
【０００４】
そこで、振動板の共振周波数の倍数における感度低下を軽減し、高周波数帯域まで安定して収音することができるコンデンサマイクロホンユニットが必要とされている。
【０００５】
これまでにも、例えば、エレクトレット層の表面電荷を中央部が周辺部より小さくなる分布に形成したエレクトレットコンデンサ形トランスデューサが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、円形の振動板の２次共振モードにおける節間の腹の部分に沿って、円形サブ振動板の外周部が接合部により接合されているスピーカが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
振動板が平行した複数の桶状湾曲面で構成され、振動板の接合部に圧電素子が取り付けられている圧電型スピーカが開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許公告昭６２−３９８８０号公報
【特許文献２】特開２００７−２８１６６９号公報
【特許文献３】特開平９−２１５０９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、振動板の共振周波数の倍数における感度低下の少ないコンデンサ型トランスデューサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかるコンデンサ型トランスデューサは、振動板と、振動板に対向して配置される固定極と、固定極の振動板と対向する側に部分的に配置されている誘電体と、を備え、固定極は凹みを備えていて、誘電体は前記凹みに配置されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、振動板の共振周波数の倍数における感度低下を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの実施の形態を示す、縦断面図である。
【図２】上記コンデンサマイクロホンユニットが備える振動板と固定極の間の横断面図である。
【図３】本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの別の実施の形態を示す、振動板と固定極の間の横断面図である。
【図４】本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットのさらに別の実施の形態を示す、振動板と固定極の間の横断面図である。
【図５】本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニットの別の実施の形態を示す縦断面図である。
【図６】上記振動板と上記固定極の間の拡大断面図である。
【図７】図１に示すコンデンサマイクロホンユニットの周波数と感度の関係を示すグラフである。
【図８】従来のコンデンサマイクロホンユニットの縦断面図である。
【図９】上記従来のコンデンサマイクロホンユニットが備えるコンデンサ型トランスデューサの、振動板と固定極の間の横断面図である。
【図１０】図８に示すコンデンサマイクロホンユニットの周波数と感度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明にかかるコンデンサマイクロホンユニット（以下、「本ユニット」という。）の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。コンデンサマイクロホンユニットは、コンデンサ型（静電容量型）トランスデューサの例である。
【００１３】
●本ユニット（１）●
図１および図２に示すように、本ユニット１は、エレクトレットコンデンサマイクロホンユニットの例であって、振動板２、固定極３、誘電体４、振動板保持リング５、エレクトレット層６およびスペーサー７を備える。
【００１４】
振動板２は略円形で、適宜の張力が与えられた状態で、外周縁部がスペーサー７の一方の面に固着されている。振動板保持リング５は、厚さを持つリング状の部材である。振動板保持リング５の他方の面は、ケースに当接している。スペーサー７があることにより、振動板２と固定極３の間に、振動板保持リング７の厚さに相当する微小な隙間の空洞８が設けられる。
【００１５】
固定極３は、略円形で、振動板２との間に隙間を空けて対向して配置されている。固定極３の振動板２との対向面には、エレクトレット層６が形成されている。エレクトレット層６は、強い電界を加えることで半永久的に帯電する部材で構成されている。エレクトレット層６は、例えばＦＥＰなどの高分子材料で構成されている。
【００１６】
振動板２は外部からの音波を受けて振動する。振動板２の振動により、振動板２とエレクトレット層６の間の静電容量が変化する。この変化は、インピーダンス変換器を介して電気信号として本ユニット１の出力端子から出力される。図２に示すように、固定極３は、複数の音孔３１を有する。
【００１７】
図２に示すように、固定極３には凹み３２があり、誘電体４が凹み３２に嵌まっている。これは、振動板２と固定極３の間に、誘電体４が部分的に配置されるように構成している。また、誘電体４は、固定極３とエレクトレット層６に当接している。言い換えれば、本ユニット１は、振動板２およびエレクトレット層６の間に誘電体４が配置されていない第１領域と、誘電体４が配置されている第２領域とを備える。
【００１８】
誘電体４は、ポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標）ともいう。）や有機ポリマー系の、誘電率の低い物質である。誘電体４は、振動板２の中心に対して対称な位置に複数配置されている。第２領域において、固定極３とエレクトレット層６はコンデンサを形成している。
【００１９】
図３に示すように、振動板２および固定極３の形状は、リング状であってもよい。リング状の振動板２の中央部は、支持体９により支持されている。
【００２０】
図４に示すように、誘電体４は、振動板２の端部より内側に配置されていてもよい。誘電体を固定極３の端部より内側に配置することにより、後述する振動方程式が当てはまらなくなる。このとき、振動板２の境界条件が一様でなくなり、振動の節点が振動板２の形状に沿った円形状をとらなくなる。そのため、共振鋭度が低下し、振動板２の振動モードも一様でなくなる。誘電体４は、振動板２および固定極３の間に複数配置されていてもよいし、１つであってもよい。また、誘電体４は、振動板２の中心に対して対称な位置に配置される構成に限られない。誘電体４は、本ユニット１の周波数応答を変化させるために、適宜配置される。
【００２１】
図５に示すように、誘電体４の振動板２に対向する面と反対側の面は、開放されていてもよい。言い換えれば、固定極３は誘電体４の上記面に隣接していなくてもよい。誘電体４がある部分におけるコンデンサの静電容量は理論上０になり、従来とは異なる周波数応答の本ユニット１を得ることができる。また、固定極３の形状を単純にすることができる。
【００２２】
●誘電体４と周波数応答の関係
図８および図９に示すような従来のコンデンサマイクロホンユニット１０１について説明する。コンデンサマイクロホンユニット１０１は、振動板１０２、固定極１０３および振動板保持リング１０５を備える。固定極１０３の振動板１０２との対向面には、この対向面全面にエレクトレット層１０６が形成されている。振動板１０２および固定極１０３により形成されるコンデンサの静電容量は一様である。
【００２３】
誘電体４が配置されていないコンデンサマイクロホンにおける振動板１０２は、一様な張力で張られた円形の膜と考えることができる。このとき、振動板１０２の挙動は式１に示す２次元の振動方程式により求めることができる。
【００２４】
（式１）
0006439158.tif 000002
【００２５】
ｒ、θおよびｚは、膜の中心位置を基準にした円筒座標系である。ｃは波動の伝搬速度、ｔは時間である。この振動方程式は、膜が膜の半径ａの位置において振動板保持リング１０５に固定されていることから境界条件を得ることにより、解くことができる。すなわち、共振周波数が存在する。
【００２６】
共振周波数を有する膜は、円形膜の中心を通る節直径および節円を有する。節直径および節円により、膜の周波数応答が周波数に応じて変化する。したがって、共振周波数を有する膜は、フラットな周波数特性を得ることができない。そのため、通常の場合、所望の周波数帯域から共振周波数を外した設計、または音響抵抗により共振のピークを抑えた設計が行われる。このように、従来のトランスデューサは周波数特性が平坦になるように設計されていた。  
【００２７】
図１０は、振動板１０２の周波数応答を示す。共振周波数ｆ１１および共振周波数ｆ１２において、大きく感度が低下している。一方、共振周波数ｆ１１と共振周波数ｆ１２の中間の周波数ｆ２と、周波数ｆ２の半分の周波数ｆ１および２倍の周波数ｆ３においては感度が高い。
【００２８】
●誘電体４と振動板２にかかる張力の関係
２枚の電極により形成されるコンデンサの静電容量Ｃは、Ｃ＝ε×Ｓ／ｄで表される。εは２枚の電極間の誘電率、Ｓは２枚の電極の対向部分の面積、ｄは２枚の電極間距離である。
【００２９】
図６を用いて、本発明の前記実施例の第１領域における単位面積ｓあたりの静電容量Ｃ１について説明する。第１領域において、誘電率は、振動板２およびエレクトレット層６の間の空洞の誘電率ε１である。電極間距離は、振動板２とエレクトレット層６の対向面の距離、すなわち空洞の幅ｄ１である。したがって、静電容量Ｃ１は、Ｃ１＝ε１×ｓ／ｄ１で表される。
【００３０】
次に、第２領域における単位面積ｓあたりの静電容量Ｃ２について説明する。静電容量Ｃ２は、直列接続された２つのコンデンサとして計算できる。振動板２とエレクトレット層６の間の単位面積ｓあたりの静電容量Ｃ２１は、Ｃ１と同一である。固定極３とエレクトレット層６の間の単位面積ｓあたりの静電容量Ｃ２２を決定する要因の１つである誘電率は、誘電体４の誘電率ε２である。電極間距離は誘電体の厚さｄ２である。したがって、静電容量Ｃ２２は、Ｃ２２＝ε２×ｓ／ｄ２で表される。
【００３１】
したがって、静電容量Ｃ２１のコンデンサと静電容量Ｃ２２のコンデンサを直列接続して構成されたコンデンサの静電容量Ｃ２は、静電容量Ｃ１よりも小さい。また、誘電体４の誘電率が低いほど、静電容量Ｃ２は小さい。
【００３２】
振動板２および固定極３により形成されるコンデンサの電極間電圧Ｖは、Ｖ＝Ｑ／Ｃで表される。Ｑは、エレクトレット層６に帯電している電荷である。本実施の形態において、Ｑは一定である。したがって、第２領域の電圧Ｖ２は、第１領域の電圧Ｖ１に比べて大きい。したがって、第１領域における振動板２および固定極３の静電吸引力は、第２領域における振動板２および固定極３の静電吸引力に比べて大きい。このように、本実施の形態における振動板２にかかる張力は一様ではない。
【００３３】
本ユニット１は、振動板２にかかる張力が一様でないため、上述の２次元の振動方程式および境界条件は当てはまらず、共振鋭度（Ｑ値）が低下する。そのため、共振周波数のピークを抑えることができる。したがって、図７に示すように、従来例として示した図９のグラフに比べて共振周波数ｆ１１、ｆ１２における感度の低下が軽減される。
【００３４】
このように、誘電体４を振動板２および固定極３の間に部分的に配置することにより、振動板２の挙動を変化させ、所望の周波数応答を有するコンデンサマイクロホンユニットを得ることができる。
【００３５】
誘電体４は、振動板２の端部に配置されていてもよい。この構成により、振動方程式の境界条件が得られなくなるため、固有の周波数による節線および節円を生じない。すなわち、共振周波数の倍数における感度低下を軽減することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態においては、コンデンサマイクロホンユニットについて説明したが、本発明はコンデンサ型スピーカなどにも適用可能である。また、エレクトレットを用いたコンデンサマイクロホンについて説明したが、ＤＣバイアスコンデンサマイクロホンユニットにおいても同様の効果を有する。
【００３７】
以上説明した実施の形態によれば、誘電体が振動板と固定極との間に部分的に配置されている構成により、振動板の共振周波数の倍数における感度低下を軽減することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１        コンデンサマイクロホンユニット
２        振動板
３        固定極
４        誘電体
【図１】
0006439158.tif 000003
【図２】
0006439158.tif 000004
【図３】
0006439158.tif 000005
【図４】
0006439158.tif 000006
【図５】
0006439158.tif 000007
【図６】
0006439158.tif 000008
【図７】
0006439158.tif 000009
【図８】
0006439158.tif 000010
【図９】
0006439158.tif 000011
【図１０】
0006439158.tif 000012