(57)【要約】【課題】  寄生容量を低減し、本来必要な静電容量を増大させて感度を向上し高Ｓ／Ｎを得る。【解決手段】  振動膜３に重なるように固定電極６ｆの大きさが振動膜３の大きさと略等しく形成されると共に、固定電極６ｆの周囲にホルダ７に保持される複数個の支持片６ｓを一体に形成した。振動膜３と固定電極６ｆとの間に印加される電圧による吸引力が作用した場合、振動膜３と固定電極６ｆとが接触する部分の固定電極６ｆに開口６ｘを有して振動膜３と固定電極６ｆとの間隔を保つ。固定電極６ｆに振動膜３と固定電極６ｆとの間の静電容量変化に影響を及ぼさない程度の微細孔６ｈを備えた。ゲートパターン９は、ゲートリング８と複数箇所にて交わる細線からなる閉路パターンである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カプセル内に振動膜が内部に張られた振動膜リングと上記振動膜に対向して配置された固定電極とこの固定電極を保持するホルダと上記固定電極に接続されたゲートリングとこのゲートリングに接続されたゲートパターンが形成された基板とからなる内蔵部品を有し上記カプセルの端部によって上記基板をかしめて上記内蔵部品を固定し、上記振動膜と固定電極との静電容量の変化を上記ゲートリング及びゲートパターンを介して電圧信号としてインピーダンス変換部に入力し上記振動膜の振動に相応する出力を得る静電型電気音響変換器において、
上記振動膜に重なるように上記固定電極の大きさが上記振動膜の大きさと略等しく形成されると共に、上記固定電極の周囲に上記ホルダに保持される複数個の支持片を一体に形成したことを特徴とする静電型電気音響変換器。
【請求項２】
カプセル内に振動膜が内部に張られた振動膜リングと上記振動膜に対向して配置された固定電極とこの固定電極を保持するホルダと上記固定電極に接続されたゲートリングとこのゲートリングに接続されたゲートパターンが形成された基板とからなる内蔵部品を有し上記カプセルの端部によって上記基板をかしめて上記内蔵部品を固定し、上記振動膜と固定電極との静電容量の変化を上記ゲートリング及びゲートパターンを介して電圧信号としてインピーダンス変換部に入力し上記振動膜の振動に相応する出力を得る静電型電気音響変換器において、
上記振動膜と上記固定電極との間に印加される電圧による吸引力が作用した場合、上記振動膜と上記固定電極とが接触する部分の上記固定電極に開口を有して上記振動膜と上記固定電極との間隔を保つことを特徴とする静電型電気音響変換器。
【請求項３】
カプセル内に振動膜が内部に張られた振動膜リングと上記振動膜に対向して配置された固定電極とこの固定電極を保持するホルダと上記固定電極に接続されたゲートリングとこのゲートリングに接続されたゲートパターンが形成された基板とからなる内蔵部品を有し上記カプセルの端部によって上記基板をかしめて上記内蔵部品を固定し、上記振動膜と固定電極との静電容量の変化を上記ゲートリング及びゲートパターンを介して電圧信号としてインピーダンス変換部に入力し上記振動膜の振動に相応する出力を得る静電型電気音響変換器において、
上記固定電極に上記振動膜と上記固定電極との間の静電容量変化の取得に影響を及ぼさない程度の微細孔を備えたことを特徴とする静電型電気音響変換器。
【請求項４】
カプセル内に振動膜が内部に張られた振動膜リングと上記振動膜に対向して配置された固定電極とこの固定電極を保持するホルダと上記固定電極に接続されたゲートリングとこのゲートリングに接続されたゲートパターンが形成された基板とからなる内蔵部品を有し上記カプセルの端部によって上記基板をかしめて上記内蔵部品を固定し、上記振動膜と固定電極との静電容量の変化を上記ゲートリング及びゲートパターンを介して電圧信号としてインピーダンス変換部に入力し上記振動膜の振動に相応する出力を得る静電型電気音響変換器において、
上記ゲートパターンは、上記ゲートリングと複数箇所にて交わる細線からなる閉路パターンであることを特徴とする静電型電気音響変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感度を向上させたコンデンサマイクロホン等、高感度特性を備えた静電型電気音響変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばコンデンサマイクロホン（以下コンデンサマイクロホンを総称してマイクロホンともいう）を例に取ると、このマイクロホンでは、コンデンサによる静電容量の変化を電圧変化として取り出しインピーダンス変換して出力を得ることが行われる。図８は、従来のマイクロホンの一例の断面を示しており、前面に音孔１を有するカプセル２を有し、このカプセル２内に音圧により振動する振動膜３が張られた振動膜リング４、スペーサ５、背極６、ホルダ７及びゲートリング８、ゲートパターン９や接地パターン１２等の導体パターンが被着形成され回路素子１０が搭載された基板１１が内蔵され、この基板１１をカプセル２の端部にてかしめ、これら内蔵する部品を固定する構造を示す。なお基板１１の外部には、出力端子や接地端子などの端子部１３が備えられる。この場合、マイクロホンの感度を左右する要因としては、振動膜３のスティフネス（振動し難さあるいは振動し易さ）、振動膜３と背極６との静電容量、寄生容量、高域あるいは低域の音圧振動を捕捉するための前室あるいは背室の容量、振動膜３と背極６との間に加わる電圧（バイアス）の大小、等があるが、このうち感度を向上させる要因として大事なことは、振動膜３と背極６との間の静電容量の増加、ならびに寄生容量の低減である。
【０００３】
図９は、図８の一部を平面から見たもので、背極６が配置された状態でこの背極６に重なる振動膜３及び振動膜リング４の位置関係を示している。ここでは、背極６の外周囲が振動膜リング４と一部重なり、ハッチングは、振動膜リング４内部に張られた振動膜３と背極６との重複部分であり、内部の４個の孔は背極６に形成された通気孔１４である構造となっている。この場合、背極６と振動膜リング４との重なりによる容量は、出力信号に関係する背極６と振動膜３とからなる静電容量とは無関係の寄生容量である。このような寄生容量は、マイクロホンの至る所に存在し、問題となる寄生容量は、主に背極６と振動膜リング８との寄生容量、ならびに基板１１上に形成されたゲートパタ−ン９と接地パターン１２との寄生容量である。
【０００４】
図１０は、マイクロホンの一例の等価回路を示す。すなわち、振動膜３と背極６との静電容量Ｃ０による電圧変化が回路素子１０の一部であるＦＥＴ１０ａのゲートに加えられ、インピーダンス変換されて出力を得るものである。また、ＦＥＴ１０ａの出力側はコンデンサＣを備えた雑音除去フィルタを構成する。ところが、この図１０に示すように容量変化に伴う電圧変化として入力されるＦＥＴ１０ａのゲートには、図８（ｂ）にも例示するように振動膜３と背極６との本来必要な静電容量Ｃ０のほか、背極６と振動膜リング８との寄生容量Ｃ１、ならびに基板１１上に形成されたゲートパタ−ン９と接地パターン１２との寄生容量Ｃ１が存在することになる。この寄生容量Ｃ１は、本来必要な静電容量Ｃ０に加わるバイアス電圧を分圧することになり、この寄生容量Ｃ１があるために所望の大きさの静電容量Ｃ０の変化が得られにくく、ＦＥＴ１０ａからの出力信号としては減衰してしまう。
【特許文献１】特開２００３−２０９８９９号公報
【特許文献２】特開２００３−３４８６９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、カプセルに内蔵された振動膜リングと背極との間のスペーサを周方向に等間隔のスペーサ片を配置して、無効静電容量を減少させて良好なＳ／Ｎを得る技術が開示されている。また、特許文献２は、振動膜の振動部分のみに電極膜を被着形成して浮遊容量を減少させ感度を向上させる技術が開示されている。
従来、このように寄生容量Ｃ１を減少する方策が種々提案されているが、寄生容量Ｃ１を十分に低減することあるいは本来の出力信号に係わる必要な静電容量Ｃ０を大きくすること、についての技術的な改良は未だ途中である。
【０００６】
本発明は、上述の問題に鑑み発明されたもので、寄生容量を低減し、本来必要な静電容量を増大させて感度を向上させ高Ｓ／Ｎを得るようにした静電型電気音響変換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成する本発明は、  カプセル内に振動膜が内部に張られた振動膜リングと上記振動膜に対向して配置された固定電極とこの固定電極を保持するホルダと上記固定電極に接続されたゲートリングとこのゲートリングに接続されたゲートパターンが形成された基板とからなる内蔵部品を有し上記カプセルの端部によって上記基板をかしめて上記内蔵部品を固定し、上記振動膜と固定電極との静電容量の変化を上記ゲートリング及びゲートパターンを介して電圧信号としてインピーダンス変換部に入力し上記振動膜の振動に相応する出力を得る静電型電気音響変換器において、上記振動膜に重なるように上記固定電極の大きさが上記振動膜の大きさと略等しく形成されると共に、上記固定電極の周囲に上記ホルダに保持される複数個の支持片を一体に形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、寄生容量を生じさせる振動膜リングに重なる部分の背極を支持片以外除く構成としたことにより、寄生容量そのものを大幅に減少させることができ、感度を向上させ信号の増大により高Ｓ／Ｎを得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明の静電型電気音響変換器の実施形態について説明する。なお以下の図において図８と同一部分には同符号を付し、必要がなければその説明を省略する。
〔第1実施形態〕
図１は、第１実施形態であるエレクトレットコンデンサマイクロホンを示すものである。この実施形態では、背極６の前面側にエレクトレット１５を被覆したいわゆるバックエレクトレットタイプを示すが、いわゆるフロントエレクトレットタイプも適用可能である。この図１においては、背極６を除いて図８と同様な断面構成を有し、背極６を図２に示すような構成にすることによって、背極６と振動膜リング４との寄生容量を低減するものであり、更に図３にも示すようにゲートリング８と接触する基板１１上に形成されたゲートパターン９を細線化することでゲートパターン９と接地パターン１２との寄生容量を低減するものである。
【００１０】
図２（ａ）は、振動膜リング４に対する背極６の配置状態の平面を示す。この図２では、背極６として円形の背極板を周方向に均等に３箇所切り欠いた形状を有し、この切り欠いた形状の振動膜リング４に重なる部分は、支持片６ｓとなっている。また、この支持片６ｓ以外の部分は、振動膜３と略同じ面積の固定電極６ｆ（図２のハッチング部分）を有している。この結果、振動膜リング４との背極６の重なる部分（投影部分）は３箇所の支持片６ｓのみとなり、寄生容量は、この支持片６ｓに当たる部分のみにて発生することとなり、寄生容量は大幅に減少する。
【００１１】
図２（ａ）に示す構成は、支持片６ｓの周方向長さに対して切り欠き部分の周方向長さを若干長くした構造であるが、寄生容量を更に少なくするためには、切り欠き部分を周方向に更に長く切り欠くことによりこの支持片６ｓの周方向長さを更に短くすれば実現することができる。このため、支持片６ｓの周方向長さを極端に短くし例えば支持片６ｓを棒のように構成すれば、寄生容量は非常にわずかとなる。しかしながら、カプセル２の端部でのかしめ力の発生に伴い、構造上ゲートリング８が基板１１を介して背極６を振動膜３側に突き上げることとなり、この突き上げ力によって固定電極６ｆに対して支持片６ｓが変形し欠陥を生ずることとなるので、このかしめによる突き上げ力に対して変形しない強度を有する長さの支持片６ｓが必要になる。したがって、この支持片６ｓの周方向長さは、かしめ力に耐える範囲内で周方向にできるだけ短くするのが寄生容量低減のために好ましい。
【００１２】
図２（ｂ）は、支持片６ｓを周方向に４個均等に配置した構造例を示す。この図２（ｂ）に示すケースは、支持片６ｓの数を図２（ａ）の場合よりも多くしているが、この図２（ｂ）に示す例でもかしめ力に耐える範囲内で支持片６ｓの周方向長さをなるべく短く形成するのが、寄生容量低減のためには好ましいことは言うまでもない。
こうして、支持片６ｓによって従来よりも寄生容量は大幅に減少し、しかも支持片６ｓの数を多くしたり周方向長さを長く加減すれば、寄生容量の低減は抑えられる代わり大きなかしめ力にも対抗することができるのに対し、支持片６ｓの数を少なくしたり周方向長さを短く加減すれば、寄生容量は極めて減少するがかしめ力に対向しにくくなる。したがって、かしめ力に応じて支持片６ｓの数や周方向長さを替えることで、寄生容量を減少させることで、できる限りの寄生容量の減少を図ることができる。なお、背極６の支持片６ｓ以外の切り欠き部分は、径方向に振動膜リング４のみならず振動膜３の対向部分にも及んでいる。これは、振動膜リング４近くの振動膜３は、振動膜３の中央に比べ音圧に伴う振動に寄与しにくくよって静電容量変化を取り出しにくく、他方この切り欠き部分により振動膜３及び背極６間の空気の流通が可能になり振動膜３の音圧に応じた振動を促す機能をもたせたものである。
【００１３】
この結果、振動膜３とほぼ同じ大きさの固定電極６ｆを有する背極６にあって固定電極６ｆと一体に複数の支持片６ｓを形成し、この支持片６ｓをかしめ力に対する強度に耐える限度にてその周方向長さをできるだけ短くすることで、寄生容量を極端に低減することができる。
図３は、図１に示すマイクロホンの分解斜視図である。この図３に示すようにカプセル２内に上から順に、振動膜３が張られた振動膜リング４、スペーサ５、図２（ｂ）に例示する背極６、ホルダ７、ホルダ７内に配置されて上端が背極６と接触するゲートリング８、このゲートリング８の下端と接触するゲートパターン９及び回路素子１０更には外部の接地パターン１２及び端子部１３を備えた基板１１が配置される。ここにおいて、背極６と振動膜３及び振動膜リング４との関係は、図２（ｂ）に示すように背極６の支持片６ｓが振動膜リング４と重なり、背極６の固定電極６ｆが振動膜３と重なるようになっている。
【００１４】
また、基板１１上に例えばメッキにより形成されたゲートパターン９は、例えば０．１５ｍｍの線幅を有して図３のように正６角形状に形成されている。この正６角形状としたのは、ゲートリング８が基板１１の正常位置にあるとき６本の細線（６本の辺（線分））に接触し、ゲートリング８が基板１１上をわずかに移動した（ずれた）場合でも、細線からなるゲートパターン９の複数箇所をゲートリング８の下端に接触させるためである。したがって、ゲートリング８が基板１１上の移動（ずれ）範囲内で最もずれた状態でも、正６角形状の複数箇所にてゲートパターン９のどこかに接触するように頂角及び辺（線分）が決定されここでは正６角形のゲートパターン９が形成される。なお、本実施形態では、図３のように正６角形状にゲートパターン９を形成したが、ゲートリング８の移動（ずれ）範囲内に形成された正多角形を含む多角形でもよく、ゲートパターン９の頂角及び辺（線分）の複数箇所のどこかに接触することを条件として種々の形状が考えられる。さらには、多角形でなくとも、例えばゲートリング８の移動範囲にてジグザグの細線をつなげてゲートパターン９を形成するようにしてもよい。こうして、ゲートリング８の移動範囲内で細線からなる閉路パターンを形成することによって、このゲートパターン９と接地パターン１２との寄生容量を低減させることができる。因みに従来では、図８にて図示するようにゲートパターン９は、一例としてゲートリング８の幅に合わせて０．６５ｍｍ程の幅のリング状に形成されている。
〔第２実施形態〕
上述の説明は、寄生容量の低減について述べたのであるが、マイクロホンの感度向上のためには振動膜３と背極６とからなる静電容量自体を増大させることも重要である。この静電容量増大のためには、振動膜３と背極６とを可能な限り接近させることが効果的であり、従来では振動膜３の中央と背極６との空隙が２５μｍ〜３０μｍであったが、現在本発明者によって約半分１２．５μｍの空隙寸法まで縮められている。この場合、空隙はコンデンサマイクロホンにあって振動膜３と背極６との間に加えられる電圧によって吸引力が働いてもかつ音圧による振動が加わっても振動膜３の中央と背極６とが接触しないことが条件となるので、この空隙の短縮は静電容量の増大も含めて画期的なことではある。
【００１５】
ところが、この空隙の短縮は、振動膜３と背極６との空間を縮めることになり、振動膜３の動き易さを損なう。この実施形態では、図４に示すように背極６に略均等に微細孔６ｈを形成し、この微細孔６ｈを空気流通口として機能させたものである。この多数の微細孔６ｈは、振動膜３と背極６とによって構成されるコンデンサの静電容量変化の取得に影響を及ぼさない程度の大きさを有し、例えば０．２ｍｍ以下の径を有する微細孔である。ここで、背極６に微細孔とはいえ多数の孔をあける以上、面積に比例する静電容量値としては若干でも減少するのであるが、振動膜３と背極６との接近による静電容量の増大に比べきわめてわずかの減少であり、音圧に伴う静電容量変化としてコンデンサからは十分なる電圧変化が得られれば良いという観点から、０．２ｍｍ径を得たものである。したがって、例えば微細孔６ｈの大きさひとつを取ってみても、例えば０．２ｍｍ以下の孔であれば静電容量変化の取得に影響を及ぼさない程度としてその大きさの限度を得ることができる。図４（ａ）（ｂ）は、背極６を切り欠いて支持片６ｓを形成した図２の例を用いて図示したものである。しかし、微細孔６ｈを形成する本実施形態は、静電容量を増大するように前述の空隙を短縮し微細孔を開けることであり、背極を切り欠かない図９に示す例についても適用することができる。なおこの場合、図９の通気孔１４がある場合も微細孔のみで通気孔１４をなくした構造の双方が考えられる。
〔第３実施形態〕
図５は、更に他の実施形態を示し、この実施形態では、第２実施形態に基づいて更に振動膜３と背極６とを近づけて静電容量を増大させたものである。すなわち、振動膜３と背極６とを接近させてゆくと、振動膜３の中央と背極６とが接触することになる。この接触部分の背極６に開口６ｘを開けて背極６と振動膜３にわずかな空隙を持たせることにより、振動膜３と背極６とを接近させたものである。振動膜３を振動膜リング４に音圧によって振動可能に一定の張力にて張られるが、振動膜３が弛む部分は振動膜リング４の中央である。したがって、この振動膜３の弛む部分について背極６に接触する部分を見越して開口６ｘを形成することにより、振動膜３を背極６に接触させないできわめて接近させることができる。なお、図５に示すように振動膜リング４の中央に当たる背極６に開口６ｘを形成するのであるが、この開口６ｘは通気孔ともなり得る。しかし、この開口６ｘは、振動膜３を背極６に接近させて静電容量を増大させる機能を有する関係上、静電容量を減少させるほどの大きな径の開口には形成されない。
【００１６】
図５（ａ）（ｂ）は、背極６を切り欠いて支持片６ｓを形成した図２の例を用いて図示したものである。しかし、開口６ｘを形成する本実施形態は、静電容量を増大するように空隙を短縮することであり、背極６を切り欠かない図９に示す例についても適用することができる。
これまでの説明は、コンデンサマイクロホンのうちエレクトレットを備えた構造のマイクロホンについて述べてきた。しかし、前述の振動膜３及び背極６の構造は、いわゆるバイアス型のコンデンサマイクロホンについても適用することができる。図６は、振動膜３にバイアスリング１６を介してバイアス電圧をかける構造のマイクロホンを例示するものである。また、背極６にバイアス電圧をかける構造のものについては図６中バイアスリング１６、カプセル内部に張られた絶縁体膜１７は不要になり、ゲートリング８を介してバイアス電圧が背極６にかけられる。また、図７は、このバイアス型のコンデンサマイクロホンについて基板１１上に形成されたゲートパターンを図示したものである。この図７中基板１１に搭載される回路素子１０には、ＦＥＴ及び二つのコンデンサＣのほかバイアスＩＣならびに高周波カットコンデンサＣｃを含む。こうして、バイアス型コンデンサマイクロホンについても前記第１、第２、第３実施形態を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態のマイクロホンの断面図である。
【図２】振動膜リングと背極との位置関係図である。
【図３】第１実施形態の分解構成図である。
【図４】第２実施形態の振動膜リングと背極との位置関係図である。
【図５】第３実施形態の振動膜リングと背極との位置関係図である。
【図６】バイアス型コンデンサマイクロホンの一例の断面図である。
【図７】ゲートパターンを例示する基板の斜視図である。
【図８】従来説明のためのマイクロホンの断面図である。
【図９】従来の振動膜リングと背極との位置関係図である。
【図１０】マイクロホンの一例の等価回路図である。
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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