JPS6411000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インピーダンス変成器を含む電子回
路に接続した少なくとも１つのコンデンサエレク
トレツト（electret）素子を備え、前記エレクト
レツト素子が少なくとも１つの電極を配置した誘
電性ポリマー材料の少なくとも１つのはくを有す
ることを特徴とする音響振動を電気振動に及びこ
れと逆に変換するための装置に関するものであ
る。

かかる装置は米国特許第3300585号明細書から
既知である。この明細書はポリマー材料のエレク
トレツトはくのダイヤフラムが孔あきの平らなバ
ツク電極に接着している如きエレクトレツトマイ
クロホンについて記載している。ハウジング内で
取付板をマイクロホンの後部に定着し、この板は
インピーダンス変成器の形の電子回路を備えてお
り、これに続けて単一のマイクロホン増幅器を備
えている。

かかるマイクロホンは特に電子回路が集積回路
であれば非常に小さくかつコンパクトな形に作り
得ることが知られている。

しかしこのマイクロホンは、多数のはんだ接続
部をもつ電子回路と電極とを個々に電気接続する
必要があるため、エレクトレツトマイクロホン素
子の電気接続が厄介であるという欠点をもつ。

本発明の目的は少数のはんだ接続部を用いて電
子回路と電極との間の電気接続を簡単にすること
にある。この目的を達成するため本発明は、はく
の一部分がエレクトレツトマイクロホン素子の範
囲外に延び出ており、集積半導体装置の形の電子
回路をはくの前記延び出た部分上に配置し、電極
ははく上に配置した導体を介して半導体装置の１
つの端子に電気的に接続される点に特徴を有す
る。

本発明の構成によれば、少数のはんだ接続部を
用いて電子回路と電極との間の電気接続を簡単に
することができ、エレクトレツトマイクロホン素
子との電気接続が簡単になる効果がある。

集積半導体装置は一般にベース、例えばセラミ
ツク板又はカプトン（kapton）はく上に取付け
る。この装置の接続（結合）はこの目的でこのベ
ース上に特に設けたプリント配線との直接接続で
ある。前記はくをベースとして使用すればこのは
くをバツク電極用のベースとして又はダイヤフラ
ムとして直接使用できる効果がある。

例えばエレクトレツトダイヤフラムの量産で
は、ほぼ0.2ミクロンの非常に薄い金属層を電極
としてエレクトレツトはく上に配置する。製造
中、集積半導体装置はこのはく上に取付けられな
ければならず、一方では前記電極を含む特別の印
刷回路を設けなければならないことは明らかであ
る。

本発明による一実施例では、前記はくは支持体
上に配置され、前記電極、即ち少なくともその平
らな表面部分はエレクトレツトマイクロホン素子
のバツク電極を構成し、前記電極ははくのダイヤ
フラム側上に配置される。バツク電極は有底セル
を交互に逆にしたハニカム状構造をなし、ベース
をこのハニカム状構造の板で構成して、この中に
はくをしつかりと嵌着している。バツク電極はこ
のとき事実上複数の平らな表面部分からなる。両
実施例に於いて、各平らな表面部分はシルクスク
リーニングにより付される絶縁チキソトロピー
（thixotropic）ペイントの突出部７をもつ。前記
バツク電極３，６と協働するダイヤフラム４は前
記突出部７に接触する（第４ａ図参照）。このシ
ルクスクリーニング法を使用すれば非常に高い精
度での量産が可能になる。

第一実施例では、金属層は複数の分離した表面
部分に分割され、１つの中心の平らな表面部分は
バツク電極として働き、この電極と電気的に絶縁
された周囲部分はダイヤフラムへの電気接続用と
して使われ、これらの中心と周囲の表面部分は両
方ともはく上に配置した導体を経て半導体装置に
接続される。

かかるバツク電極は突出部間に複数の孔２７を
もち、本発明による装置の音響作用を促進するよ
うになしている。（第８図参照）。これらの孔は２
つの理由から設けられる。第一には、バツク電極
２３とはく上のそれ以外の電導層との間を電気絶
縁することができる。第二には、ダイヤフラムと
バツク電極の間の凹所８，２６による音響が結合
して、変換器の振動数特性を良くする。

この場合、使用するはくがもしエレクトレツト
材料からなるものであれば、はくと前記はく上に
配置するバツク電極の順序は逆にして、はくはダ
イヤフラムとバツク電極間に配置されるようにな
すべきである。このときダイヤフラムは単一金属
板、例えばアルミニウムからなる。別法として、
ダイヤフラムは非エレクトレツト材料のポリマー
はくからなり、この上に非常に薄い金属電極を配
置する。

もし、はくが、バツク電極用のベースとして使
用するときに非エレクトレツト材料から作られる
ならば、ダイヤフラムは明らかにエレクトレツト
はくからなり、このはく上には非常に薄い金属電
極を配置している。

本発明の複数の装置が使用されるならば、これ
はすべてエレクトレツトマイクロホン素子の直列
又は並列接続により１つの集積半導体装置に接続
することができる。前記半導体装置はこのとき多
少とも中心に配置され、はくの部分により取囲ま
れ、各はく部分はバツク電極用のベースの機能か
又はダイヤフラムの機能の何れかを果たす。

本発明による２個の装置をこのように配置する
ことにより、優れた性能の騒音無しマイクロホン
の組立体を得ることができ、これは例えば磁気テ
ープ装置の如き、音波の再生及び又は記録装置に
備えるのに特に適している。

かかるマイクロホン組立体は次の特徴を有す
る、即ちエレクトレツトマイクロホン素子は対称
的にお互いに平行にコンデンサマイクロホンとし
て配置され、隔壁により音響的に絶縁され、ダイ
ヤフラムとバツク電極の両者ははく上に配置した
導体を経て集積半導体装置と電気的に相互接続さ
れかつそれとの接続部を構成しており、又前記は
くは隔壁の回りに折り曲げられ、半導体装置は隔
壁の側壁の位置に配置している点に特徴を有す
る。

該隔壁は前述のハニカム状構造のベースから成
る。

好適実施例は、隔壁がコネクタピンを構成し、
エレクトレツトマイクロホン素子はコネクタピン
とコネクタピンの下部に部分的に延びるはくの上
部に配置され、一方コネクタピンの若干の表面部
分は薄い金属層を備え、これはコネクタ接点とし
て働く点に特徴を有する。

上述のマイクロホン組立体は非常に小さい寸法
に作ることができ、このことは例えば“ビハイン
ド−ザ−イヤー”補聴器に取付けるためには特に
重要である。

本発明を要約すれば下記の如くなる。

本発明装置は、電子回路に接続される少なくと
も１つのコンデンサエレクトレツト素子を備えた
音波を電波に及びその逆に変換するための装置に
於いて、インピーダンス変成器を備え、前記エレ
クトレツト素子は少なくとも１つの電極を配置し
た誘電性ポリマー材料の少なくとも１つのはくを
備えており、前記はくの一部分は前記エレクトレ
ツト素子の範囲外に延び出ており、集積半導体装
置の形の電子回路がはくのこの部分上に配置され
ており一方前記電極ははく上に配置した導体を経
て前記半導体装置の端子の１つに電気的に接続し
ている。

前記はくは導体と電極の特定のパターンを有
し、これに集積半導体装置を接続している。

組立体は複数のトランスジユーサが得られるよ
うにして折曲げることができる。かかるマイクロ
ホン組合せ体はコネクタピンとして構成すること
ができる。以下、本発明を図に基づき詳述する。

第１図乃至第４図、第４ａ図は本発明による非
常に小さな装置を示し、これは補聴器、特に“ビ
ハインド−ザーイヤー”形式の補聴器に組み合わ
せるのに極めて適している。かかる補聴器は三日
月形をなし、非常に小さな寸法をもつ。これに用
いるトランスジユーサ、即ちマイクロホンとレシ
ーバはそれ故非常に小さな寸法をもたねばならな
い。第１〜４，４ａ図に示す装置はマイクロホン
とレシーバの両方に使用できる。最大外寸法は５
mmである。

支持体１の両側には同じマイクロホン（又はレ
シーバ）素子２を取付ける。前記支持体は有底セ
ルを交互に逆にしたハニカム状構造のアルミニウ
ムシートから成る。

これらのマイクロホン素子は夫々バツク電極
（第二電極）３とダイヤフラム（振動板）４によ
り構成する。

100ミクロン厚さのカプトン（kapton）はく５
は１側面に0.2ミクロン厚さの電極層６を備える。
支持体１は規則正しいハニカム状構造のパターン
をもつ。カプトンはく５はこのハニカム状構造の
パターン上にしつかりと嵌着しており、支持体１
の両側で、外側に電極層６を配置させて嵌着して
いる。両電極層はカプトンはくにより互に電気的
に絶縁されている。電極層６を備えたカプトンは
く５からなる各マイクロホン素子２は凹所（有底
セル）即ちボリユーム８を介在させた10個の平面
部分をもつ。電極層６は平らな表面部分３₁上に
バツク電極３を形成する。

マイクロホン素子２がもつ平らな表面部分３₁
は各々１つの突出部７をもち、これは中心に配置
し、絶縁性チキソトロピーペイントから成る。そ
の寸法は横断面が0.1mmで、高さが25ミクロンで
ある。

ダイヤフラム４はマイクロホン素子２のバツク
電極６に、即ち事実上突出部７に載つている。

このダイヤフラム４は外側に0.2ミクロンの金
属電極（第一電極）４ａをもつエレクトレツトポ
リマー材料のはく４ｂから成る。このエレクトレ
ツトはくの厚さは20ミクロンである。

かくして、２個のマイクロホン素子２が形成さ
れ、凹所（ボリユーム）８が平らな表面部分間に
介在せしめられる（第２図）。凹所（ボリユーム）
８は４個の隣接した素子の平らな表面部分と、こ
れらの平らな表面部分の上に張られたダイヤフラ
ム４とによつて形成される。凹所は両マイクロホ
ン素子２の支持体１から成る隔壁によつて互に音
響的に絶縁される。凹所８はダイヤフラム４の背
後に位置する。使用中ダイヤフラムの振動はダイ
ヤフラムの背後にある凹所（ボリユーム）の影響
を受けるため、変換器の振動数特性に影響を与え
る。これは密閉型拡声器箱の凹所がこの箱内の拡
声器の振動数特性に影響を与えるのと同様であ
る。変換器の一側（第２図の上側）の素子２とダ
イヤフラムが一方のマイクロホン素子を成し、変
換器の他側（第２図の下側）の素子２とダイヤフ
ラムが他方のマイクロホン素子を成す。

第２図のマイクロホンに達した音波は２個のマ
イクロホン素子に位相の一致した電気信号を発生
させる。この場合圧縮期（半周期）の音波が両方
のマイクロホン素子と協働するダイヤフラム４を
凹所８に押し込む（第２図の上側ダイヤフラムを
凹所内に押下げ、下側ダイヤフラムを凹所内に押
上げる）。このため両方のマイクロホン素子の信
号が合計されて、倍加された電気信号となる。し
かし機械的振動が起つた場合、即ち第２図に示す
変換器が急に下に動くか又は上に動いた場合、例
えば下に動いた場合には上側ダイヤフラムは相対
的に凹所８の外方へ、即ち上方へ移動すると共に
下側ダイヤフラムも相対的に凹所８内へ上方に移
動する。これは２個のマイクロホン素子の電気信
号の位相が逆になつて合計されるため互いに打消
れる結果となり、マイクロホンの出力端子の信号
がゼロになることを意味する。従つてこのマイク
ロホンは機械的振動を感じない。

第３図は電極層６を上に備えたカプトンはく５
の展開図を示す。

カプトンはくは或るパターンに従つた薄い電極
層（暗く着色した部分）を備え、このパターンは
実質的に３個の部分からなり、即ち２個の大きな
実質的に同じ面積をもち、これらの面積部分はバ
ツク電極３として働き、又これらは線Ａ−ＡとＢ
−Ｂの間の幅の狭い中央部分により分離されてお
り、この中央部分は集積半導体装置１０を取付け
るのに役立つものである。半導体装置は多数の印
刷導体１３に接続され、そのうちの導体１１はバ
ツク電極への接続を行なう。

ハニカム状配列のバツク電極の平らな表面部分
には前述の如くシルクスクリーニングにより付さ
れる絶縁チキソトロピーペイントからなる突出部
７をもつ。

このように処理したカプトンはく５は折曲げ軸
線Ａ−ＡとＢ−Ｂに従つて支持体１上に折曲げて
嵌合させる（第２図）。

支持体１の一側面９上に集積半導体装置１０を
配置し、この装置は電極層を備えたカプトンはく
５上に取付ける。

最大寸法が0.6mmである半導体装置はインピー
ダンス変成器を含み、この変成器は前記装置のイ
ンピーダンスを減少させ、そのためそれはマイク
ロホン増幅器、場合によつては増幅素子への接続
に適している。

第４図は半導体装置１０を一側面に取付ける方
法を図示するものである。

本発明の他の実施例は第５〜９図に示す。この
実施例のコネクタピンの形をなすマイクロホン装
置は磁気テープ機器の如き再生機器に結合するの
に役立つ。

磁気テープ機器の駆動系のモータは機械的振動
を生じてノイズを発生する。従つて前述の第２図
に示す２個のマイクロホン素子を対称的に配置し
た変換器の原理を利用して、２個のマイクロホン
素子を対称的に配置した構造を備えて、両マイク
ロホン素子の出力信号の位相を逆となして、相互
に打消すようになして、ノズルを消滅させること
ができる。

第５〜９図のマイクロホン装置は隔壁２０を含
み、これは平らなコネクタピンの形をなす。

向合う平らな側面には２個の静電マイクロホン
素子２１，２２を配置する。

これらの素子はコネクタピン（隔壁）２０の上
部に配置する。各素子はダイヤフラム２４とバツ
ク電極（第二電極）２３から成る。

バツク電極２３はカプトンはく５₁上に配置し
た薄い金属層６₁から成る。

ダイヤフラム２４はエレクトレツトポリマー材
料の長方形はくと、その外側の薄い金属の電極
（第一電極）を備える。ダイヤフラムは周囲に薄
い銅のフレーム２９を接着される。

バツク電極２３は４個の規則正しく配置した突
出部２５を備え、これらの突出部は絶縁性チキソ
トロピーペイントから成る。

ダイヤフラム２４はこれらの突出部２５に接し
て配置される。各マイクロホン素子２１，２２の
音響作用のためには、長方形凹所２６が各バツク
電極２３の下の隔壁２０に形成される（第７図）。
更に、金属層６₁とカプトンはく５₁は孔２７を有
し、それ故ダイヤフラム２４とバツク電極２３間
の非常に薄い空気間〓が凹所２６と連通し、こう
してダイヤフラムは凹所２６により形成さた空間
部と音響的に協働し、マイクロホン素子の振動数
リスポンスは前記空間部によつて決まる。２個の
バツク電極２３はカプトンはく５₁上のその他の
即ち周囲の金属層６₂から電気的に絶縁される。

カプトンはく上には集積半導体装置２８が取付
けられ、この装置は電気的に相互接続された両バ
ツク電極２３に電気的に接続され、又はく上の周
囲部分の金属層６₂と、銅フレーム２９を経て、
これと電気接続されたダイヤフラム２４の電極に
接続される（第８，９図参照）。２個のマイクロ
ホン素子２１と２２は適切に相互結合して、望ま
しい音波の場合には同じ位相で同調して駆動（励
振）されて出力信号を倍加させるが、望ましくな
い機械的振動の場合には互いに逆の位相となつて
駆動されてその出力信号を互いに打消すようにな
す。

組立てはカプトンはくから始め、このはくは印
刷回路と電極の特定のパターンを備えているもの
である。該電極はバツク電極の範囲外へ延び出
る。カプトンはくは線Ｃ−Ｃと線Ｄ−Ｄに沿つて
切られる。カプトンはくの全幅は事実上コネクタ
ピンを成す隔壁２０の長さに一致する。

これに先立つて、孔２７が形成され、一方突出
部２５はシルクスクリーニング法により作られ
る。

線Ａ−ＡとＢ−Ｂは折曲げ線であり、これらの
線に沿つてカプトンはくは隔壁２０に添うように
コ状に折曲げられ、引続きそれに接着される。

ダイヤフラム２４を嵌着した後、部分３０と３
１を含む銅の締付けブラケツトがマイクロホン素
子上に嵌着され、部分３０は２個の折曲げ線Ｅ−
Ｅに従つて部分３１上にそれを囲むように折曲げ
られる。

この締付けブラケツトは凹部３２を備え、この
凹部は半導体装置２８を受入れる。更に締付けブ
ラケツト部分３０，３１は接触突起部３３をも
ち、この突起部はカプトンはくの接触面の１つに
突当たり、このためこのはくはダイヤフラム２４
の電極に電気的に接続する。

第１０図はこの騒音補償型のマイクロホン組立
体の振動数特性曲線を示す。

これらの曲線では、縦座標はdBで表した感度、
横座標はHzで表した振動数を示している。

曲線３４は第２図に示す２個のマイクロホン素
子をもつマイクロホン組立体の通常の振動数特性
曲線である。曲線３６は上記マイクロホン素子に
音響信号を与えない場合の振動数特性曲線であ
る。この場合の出力はマイクロホン組立体の機械
的振動により生じたものである。曲線３５は上記
マイクロホン組立体の２個のマイクロホン素子の
うちの１個のマイクロホン素子のみについての、
曲線３６の場合と同様の振動数特性曲線である。
即ち曲線３４はマイクロホン組立体の振動数リス
ポンス曲線であり、50乃至15000Hzの実質的に平
らな形状をもつている。

曲線３５と３６はいわゆる騒音特性を示す。曲
線３５は上記の如く１個のマイクロホン素子、即
ち非補償型のものについて示し、一方曲線３６は
補償型の、騒音無しマイクロホン組立体、即ち２
個のマイクロホン素子をもつものについて示す。
これらの曲線はほぼ8dBの平均減少値が得られる
ことを示す。騒音特性曲線３５，３６についての
測定は2000Hzまで実施された。

若干の代表的寸法は次の如くである：コネクタ
ピンの長さ10mm、厚さ1.5mm、カプトンはくの長
さ8.3mm、直径5.1mm、カプトンはくの厚さ300ミ
クロン、ダイヤフラムの厚さ12ミクロン。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図、第４ａ図は本発明のハニカ
ム状構造の装置で、騒音無しマイクロホン組立体
として役立つものを夫々示す図で、そのうち第１
図は平面図、第２図は横断面図、第３図は折曲げ
ていないはくのバツク電極を示す図、第４図は細
部の横断面図、第４ａ図は第２図に示す装置の一
部の詳細断面図、第５図乃至第１０図は本発明に
よる騒音無しマイクロホン組立体に関する図で、
コネクタピンを構成するものを示し、そのうち第
５図と第６図は支持体の側面図、第７図は支持体
の横断面図、第８図は電極層中に配置した２個の
装置のバツク電極をもつ折曲げていないはくを示
す図、第９図は分解図、第１０図は周波数リスポ
ンス曲線図である。 １……支持体、２……マイクロホン素子、３…
…バツク電極又は第二電極、３₁……平らな表面
部分、４……ダイヤフラム又は振動板、４ａ……
第一電極、４ｂ……エレクトレツトポリマー材料
のはく、５，５₁……カプトンはく、６，６₁，６
_２……電極層又は金属層、７……突出部、８……
凹所、１０……集積半導体装置、２０……隔壁、
２１，２２……マイクロホン素子、２３……バツ
ク電極、２４……ダイヤフラム、２５……突出
部、２６……長方形凹所、２９……銅フレーム、
３０，３１……締付けブラケツト、３２……凹
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 音響振動を電気振動に及びその逆に変換する
   ための変換装置であつて、少なくとも１つのコン
   デンサエレクトレツト素子２を備え、前記エレク
   トレツト素子がダイヤフラム４、このダイヤフラ
   ム上に配置した第一の電極４ａ及びバツク電極と
   して作用する第二の電極３からなり、第一と第二
   の両電極が集積半導体装置１０に電気接続してお
   り、前記エレクトレツト素子が金属層６を被着し
   た誘電性ポリマー材料の少なくとも１つのはく５
   を備えて成る変換装置に於いて、前記はく５の一
   部分がエレクトレツト素子の範囲外に延び出てお
   り、集積半導体装置１０を前記延び出たはく部分
   に配置し、金属層６を前記はく上に配置した導体
   １１によつて前記半導体装置の一端子に電気接続
   したことを特徴とする変換装置。 ２ エレクトレツト素子２の内側にあるはく部分
   がエレクトレツト素子のダイヤフラム４として作
   用することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の装置。 ３ 金属層６を被着したはく５はエレクトレツト
   材料から成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の装置。 ４ ダイヤフラム４として作用するはくはエレク
   トレツト材料から成ることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項記載の装置。 ５ 金属層６はエレクトレツト素子２の範囲内に
   ある限りエレクトレツト素子の前記バツク電極３
   として作用し、このバツク電極ははく５のダイヤ
   フラム４に向いた側にあり、前記はく５は支持体
   １上に配置したことを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の装置。 ６ 支持体１は前記はく５をしつかり嵌着させる
   ハニカム形状の板からなることを特徴とする特許
   請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 金属層６が複数の分離した表面部分２３，６
   _２に分けられており、１つの中心の平らな表面部
   分２３がバツク電極として作用し、この電極２３
   と電気的に絶縁された周囲の表面部分６₂はダイ
   ヤフラム２４中に配置した前記第一電極２４，２
   ９に電気接続する作用をなし、前記中心表面部分
   ２３と周囲表面部分６₂は各々はく５₁上に配置し
   た個別の導体を経て半導体装置２８に接続される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の装
   置。 ８ 各平らな表面部分３₁上に絶縁性チキソトロ
   ピーペイントの１つ又はそれ以上の突出部７がシ
   ルクスクリーニングにより形成されており、ダイ
   ヤフラム４は前記突出部に突当つていることを特
   徴とする特許請求の範囲第５項から第７項の何れ
   か１項に記載の装置。 ９ 第二のコンデンサエレクトレツト素子２２を
   含み、そのバツク電極２３は誘電性ポリマー材料
   のはく５₁上に配置した金属層６₁により形成し、
   このはくは支持体２０上に配置されかつ前記第二
   のエレクトレツト素子の範囲外に延び出ており、
   両エレクトレツト素子２１，２２はお互いに面対
   称状に平行に配置すると共に隔壁２０によつて音
   響的に絶縁しており、前記隔壁は前記２つのコン
   デンサエレクトレツト素子の支持体として作用
   し、両エレクトレツト素子のはく５₁は誘電性ポ
   リマー材料の単一のはくからなり、前記単一のは
   くが隔壁２０のまわりに折曲げられ、第一エレク
   トレツト素子２１の第一電極２４と第二電極２３
   が第二エレクトレツト素子２２の第一電極２４と
   第二電極２３に夫々電気接続されることを特徴と
   する特許請求の範囲第３項から第７項の何れか１
   項に記載の装置。 １０ 隔壁２０がコネクタピンの形をなし、エレ
   クトレツト素子２１，２２がコネクタピンの上部
   と、コネクタピンの下部に部分的に延在している
   単一はく５₁の上に配置されると共にその若干の
   表面部分にコネクタ接点として作用する薄い金属
   層を備えていることを特徴とする特許請求の範囲
   第９項記載の装置。