特許 6029345 小型音響センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6029345

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】小型音響センサ

(51)【国際特許分類】

   H04R 19/04 20060101AFI20161114BHJP

   H04R 19/01 20060101ALI20161114BHJP

【ＦＩ】

   H04R19/04

   H04R19/01

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-139853(P2012-139853)

(22)【出願日】2012年6月21日

(65)【公開番号】特開2013-31164(P2013-31164A)

(43)【公開日】2013年2月7日

【審査請求日】2015年5月29日

(31)【優先権主張番号】特願2011-140972(P2011-140972)

(32)【優先日】2011年6月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】390005050

【氏名又は名称】東邦化成株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000040

【氏名又は名称】特許業務法人池内・佐藤アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】川戸 進

(72)【発明者】

【氏名】塚本 忠和

【審査官】 冨澤 直樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０００−０５０３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０４４０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１９１４６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｒ １９／００−１９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属材料からなるカップ状の背極と、
前記カップ状の背極の外側表面上に形成されたエレクトレット誘電体膜とを含み、
前記カップ状の背極の外側表面及び内側表面に、陽極酸化処理又は化成処理により絶縁層が形成されていることを特徴とする小型音響センサ。

【請求項2】

前記金属材料は、アルミニウム、チタン、又はマグネシウムである請求項１に記載の小型音響センサ。

【請求項3】

前記陽極酸化処理は、アルマイト処理である請求項１に記載の小型音響センサ。

【請求項4】

前記化成処理は、ベーマイト処理である請求項１に記載の小型音響センサ。

【請求項5】

前記絶縁層の厚みは、１μｍ〜５μｍである請求項１〜４のいずれか１項に記載の小型音響センサ。

【請求項6】

前記エレクトレット誘電体膜は、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、又はテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテルからなるフィルムをエレクトレット化したものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の小型音響センサ。

【請求項7】

前記エレクトレット誘電体膜の厚みは、１０μｍ〜５０μｍである請求項１〜６のいずれか１項に記載の小型音響センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、小型音響センサに関する。

【背景技術】

【0002】

携帯電話やデジタルカメラ等の電子機器に搭載される小型音響センサは、直径が３〜１０ｍｍ、厚さが１ｍｍ程度の微小なものであり、構成部品である支持リング、振動膜、スペーサ、背極等も非常に微小なものばかりであるため、組み立て作業において様々なトラブルを発生することがある。

【0003】

そこで、組み立て作業を容易なものとするため、例えば、特許文献１では、背極をカップ状に成型し、そのカップ状の背極の外側表面にエレクトレット誘電体膜を形成する構成を採用した小型音響センサが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０００−５０３９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記特許文献１で提案されているカップ状の背極は、次のようにして作製される。まず、背極板の一主面上にテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）フィルムを形成し、ＦＥＰフィルムが外側になるように背極板に絞り加工を施してカップ状に成型する。そして、ＦＥＰフィルムに電子ビーム又はコロナ放電を照射して、ＦＥＰフィルムをエレクトレット化する。このようにして、外側表面にエレクトレット誘電体膜が形成されたカップ状の背極が得られる。

【0006】

しかしながら、背極板とＦＥＰフィルムとの接着性が十分ではない場合、背極板をカップ状に成型する際に、背極板の変形にＦＥＰフィルムが追随せず、最終的に得られるエレクトレット誘電体膜がカップ状背極から剥がれることにより、回路としてショートが発生するという問題があった。

【0007】

本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、信頼性に優れた小型音響センサを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の小型音響センサは、金属材料からなるカップ状の背極と、上記カップ状の背極の外側表面上に形成されたエレクトレット誘電体膜とを有し、上記カップ状の背極の外側表面及び内側表面に、陽極酸化処理又は化成処理により絶縁層が形成されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、信頼性に優れた小型音響センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の小型音響センサの一例を示す概略断面図である。

【図2】本発明の小型音響センサの他の例を示す概略断面図である。

【図3】本発明の小型音響センサの平面視形状の一例を示す図である。

【図4】本発明の小型音響センサの平面視形状の他の例を示す図である。

【図5】本発明の小型音響センサの平面視形状の他の例を示す図である。

【図6】本発明の小型音響センサの平面視形状の他の例を示す図である。

【図7】本発明の小型音響センサの平面視形状の他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の小型音響センサは、金属材料からなるカップ状の背極と、上記カップ状の背極の外側表面上に形成されたエレクトレット誘電体膜とを有し、上記カップ状の背極の少なくとも外側表面に、陽極酸化処理又は化成処理により絶縁層が形成されていることを特徴とする。これにより、カップ状背極の外側表面には絶縁層が形成されるため、エレクトレット誘電体膜が剥がれることにより、回路としてショートが発生するという問題を回避でき、信頼性に優れた小型音響センサを実現可能である。また、絶縁層は、陽極酸化処理又は化成処理により背極自体を酸化させることにより形成されるため、カップ状背極の厚みが陽極酸化処理又は化成処理の前後で変化せず、小型音響センサのさらなる小型化の要求にも対応できる。

【0012】

以下に本発明の小型音響センサについて図１及び図３を参照しながら説明する。図１は、本発明の小型音響センサの一例を示す概略断面図である。図３は、本発明の小型音響センサの平面視形状の一例を示す図である。

【0013】

図１に示す本発明の小型音響センサは、カプセル１１、支持リング１５、振動膜１６、スペーサ１７、背極１８、配線基板１４を有する。

【0014】

上記カプセル１１は、アルミニウム等の金属部材よりなり、一方の端面が閉塞された有底筒状をしている。カプセル１１の閉塞された側の端面（以下、天面という）１２の中央部には、音波が通過する音孔１３が形成されている。このカプセル１１内に、天面１２側から順に、支持リング１５、振動膜１６、スペーサ１７、背極１８、配線基板１４を収容した後、後端をかしめて全体を固定することにより、図１に示す小型音響センサが得られる。なお、本明細書では音孔１３が１つである場合について説明するが、複数であってもよい。

【0015】

また、上記カプセル１１は、図３に示すように円状の平面視形状を有する。なお、カプセル１１の平面視形状は、図３に示す円状に限定されず、例えば、図４に示す楕円状、図５に示す正方形状、図６に示す長方形状、図７に示すひし形状であってもよい。

【0016】

上記支持リング１５は、金属材料からなる。金属材料としては、真鍮やステンレス等が挙げられる。支持リング１５の大きさや形状は、振動膜１６を支持できるものであれば特に限定されない。支持リング１５としては、カプセル１１の平面視形状が図３に示す円状である場合、例えば、平面視したときに外径が３ｍｍ〜１０ｍｍで内径が２ｍｍ〜９ｍｍのリング状のものを使用でき、厚みは、作製しようとする小型音響センサの大きさ（厚み）に応じて任意に設定できる。なお、上記リング状の支持リング１５は、平面視したときの外形が円状であるが、支持リング１５を平面視したときの外形は、円状に限定されず、楕円状、正方形状、長方形状、ひし形状等が挙げられ、上記カプセル１１の平面視形状に応じて適宜選択すればよい。

【0017】

上記振動膜１６は、音波によって振動する。この振動膜１６には、耐熱性を有し、強度の高い高分子フィルムを用いることができる。具体的な材質としては、例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。また、振動膜１６としては、カプセル１１の平面視形状が図３に示す円状である場合、例えば、直径が３ｍｍ〜１０ｍｍの円状の平面視形状を有し、かつ、厚みが２μｍ〜４μｍの円盤状のものを使用できる。なお、振動膜１６の平面視形状は、円状に限定されず、楕円状、正方形状、長方形状、ひし形状等が挙げられ、上記カプセル１１の平面視形状に応じて適宜選択すればよい。

【0018】

上記スペーサ１７は、絶縁材料からなる。絶縁材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、熱硬化性ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の絶縁材料が挙げられる。スペーサ１７の大きさや形状は、特に限定されない。スペーサ１７としては、カプセル１１の平面視形状が図３に示す円状である場合、例えば、平面視したときに外径が３ｍｍ〜１０ｍｍで内径が２ｍｍ〜９ｍｍのリング状のものを使用でき、厚みは、例えば、２０μｍ〜３０μｍと設定できる。なお、上記リング状のスペーサ１７は、平面視したときの外形が円状であるが、スペーサ１７を平面視したときの外形は、円状に限定されず、楕円状、正方形状、長方形状、ひし形状等が挙げられ、上記カプセル１１の平面視形状に応じて適宜選択すればよい。

【0019】

上記背極１８は、振動膜１６と共にコンデンサを形成し、音声信号を電流に変換する。この背極１８は、金属材料からなり、厚みは、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍである。背極１８の形状は、上記カプセル１１と同じ形状であればよく、図１では、有底筒状（カップ状）であり、以下、背極１８をカップ状背極という。また、カップ状背極１８の平面視形状は、カプセル１１の平面視形状が図３に示す円状である場合、円状である。なお、カップ状背極１８の平面視形状は、円状に限定されず、楕円状、正方形状、長方形状、ひし形状等が挙げられ、上記カプセル１１の平面視形状に応じて適宜選択すればよい。

【0020】

上記カップ状背極１８の外側表面には、陽極酸化処理又は化成処理により生成された酸化皮膜である絶縁層１８ａが形成されている。ここで、陽極酸化処理とは、電解液中に金属材料を入れ、これを陽極として弱い電流を流すことにより、該金属材料の表面を酸化させて酸化皮膜を生成する処理であり、具体例としては、アルマイト処理等が挙げられる。また、化成処理とは、電解をせずに、酸化剤を用いて化学的に金属材料の表面を酸化させて酸化皮膜を生成する処理であり、具体例としては、ベーマイト処理、リン酸塩処理、クロム酸塩処理等が挙げられる。これらの処理は、処理対象となる金属材料の種類に応じて適宜選択される。例えば、金属材料がアルミニウムである場合、アルマイト処理を施すことによって、アルミニウム表面に酸化皮膜を生成させることができる。通常、アルミニウムは、大気中の酸素と結合して自然に表面に薄い酸化皮膜（厚み：約０．００５３μｍ）を生成するが、アルマイト処理によって人工的に生成された酸化皮膜は、厚みが１μｍ以上と厚く強固である。

【0021】

上記絶縁層１８ａの厚みは、１μｍ〜５μｍであることが好ましく、より好ましくは３μｍ〜５μｍである。絶縁層の厚みが薄くなりすぎると、割れが生じたり、陽極酸化処理又は化成処理のムラが発生したりして、回路としてショートするといった問題が生じる。一方、絶縁層の厚みが厚くなりすぎると、割れやヒビが生じやすく、回路としてショートするといった問題が生じる。

【0022】

上記カップ状背極１８を構成する金属材料としては、アルミニウム、チタン、マグネシウム等が挙げられるが、アルミニウムが特に好ましい。アルミニウムは、絞り加工性に優れているからである。

【0023】

上記カップ状背極１８の外側表面上には、エレクトレット誘電体膜１９が形成されている。小型音響センサの薄型化のためには、エレクトレット誘電体膜１９の厚みは５０μｍ以下が好ましい。ただし、厚みが薄くなりすぎると、エレクトレット誘電体膜１９の形成が困難になるため、１０μｍ以上が好ましい。

【0024】

上記エレクトレット誘電体膜１９を構成するエレクトレット用材料としては、例えば、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル（ＭＦＡ）等が挙げられる。

【0025】

ここで、エレクトレット誘電体膜１９が形成されたカップ状背極１８の作製方法を説明する。まず、基板の一主面に陽極酸化処理又は化成処理を施し、絶縁層を形成する。次いで、基板の絶縁層形成面上に、エレクトレット用材料からなるフィルムを熱融着させる。次いで、エレクトレット用材料からなるフィルムが外側になるように基板に絞り加工を施してカップ状に成型する。その後、エレクトレット用材料からなるフィルムに電子ビーム又はコロナ放電を照射することで、エレクトレット用材料からなるフィルムがエレクトレット化してエレクトレット誘電体膜になる。このようにして、本発明に用いるカップ状背極１８が得られる。

【0026】

また、上記エレクトレット誘電体膜１９が形成されたカップ状背極１８の天面に複数の背極孔２０を形成することで、音を振動膜１６に伝達しやすくなる。

【0027】

上記配線基板１４の一主面（図１において上面）上には、ＩＣ素子２２、ゲート２５、接触片２１が配置され、他方の主面（図１において下面）上には、出力端子２３、アース端子２４が配置されている。ゲート２５は、接触片２１を介してカップ状背極１８と電気的に接続している。

【0028】

なお、図１では、カップ状背極１８の外側表面にのみ絶縁層１８ａを設けた場合について示しているが、カップ状背極１８の内側表面にも陽極酸化処理又は化成処理を施して絶縁層を設けてもよい。図２に、カップ状背極１８の両表面に絶縁層を設けた場合の小型音響センサの概略断面図を示す。図２において、図１と同一構成要素については同一符号を付している。図２に示す小型音響センサの場合、カップ状背極１８の内側表面にも陽極酸化処理又は化成処理により絶縁層１８ｂが形成されているため、ＩＣ素子２２とカップ状背極１８との距離を近づけても接触不良が起こらず、小型音響センサのさらなる薄型化が可能となる。なお、絶縁層１８ｂの厚みも、上記絶縁層１８ａと同様の範囲が好ましい。

【実施例】

【0029】

以下、実施例に基づいて本発明の小型音響センサの効果について詳細に説明する。

【0030】

（実施例１）
まず、厚みが０．２ｍｍの基板（ここでは、アルミニウム薄板）を用意し、このアルミニウム薄板の一主面に陽極酸化処理としてのアルマイト処理を施し、絶縁層であるアルマイト層を形成した。アルマイト層の厚みは３μｍであった。ここで、上記アルマイト処理は、アルミニウムを陽極とし、硫酸電解液中で電気分解をして化学反応により酸化皮膜を形成させた後、水蒸気による封孔処理を行うことにより、アルマイト層を形成した。また、アルマイト層の厚みは、日本工業規格（ＪＩＳ）８６８０に規定される、うず電流式非破壊測定方法を用いて測定した。

【0031】

次に、上記アルミニウム薄板のアルマイト層形成面上に厚さ２５μｍのＦＥＰフィルムを熱融着させた。次に、ＦＥＰフィルムが外側になるようにアルミニウム薄板に絞り加工を施してカップ状に成型した。次に、ＦＥＰフィルムに電子ビームを照射することで、外側表面上にエレクトレット誘電体膜が形成されたカップ状背極を得た。このカップ状背極を用いて図１に示す小型音響センサを作製した。

【0032】

（実施例２）
絶縁層であるアルマイト層の厚みを１μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にしてカップ状背極を作製し、このカップ状背極を用いて小型音響センサを作製した。

【0033】

（実施例３）
絶縁層であるアルマイト層の厚みを５μｍに変更したこと以外は、実施例１と同様にしてカップ状背極を作製し、このカップ状背極を用いて小型音響センサを作製した。

【0034】

（実施例４）
カップ状背極の外側表面及び内側表面に絶縁層であるアルマイト層（厚み：３μｍ）を形成したこと以外は、実施例１と同様にしてカップ状背極を作製し、このカップ状背極を用いて小型音響センサを作製した。

【0035】

（比較例１）
カップ状背極の外側表面に絶縁層であるアルマイト層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にしてカップ状背極を作製し、このカップ状背極を用いて小型音響センサを作製した。

【0036】

（比較例２）
カップ状背極として黄銅を用いたこと、及びカップ状背極の外側表面に絶縁層を形成しなかったこと以外は、実施例１と同様にして小型音響センサを作製した。

【0037】

（比較例３）
ＦＥＰフィルムを用いなかったこと以外は、実施例１と同様にして小型音響センサを作製した。

【0038】

次に、上記実施例１〜４及び上記比較例１〜３の小型音響センサの電気絶縁性、接着性、絞り加工性の評価を以下のようにして行った。

【0039】

電気絶縁性の評価は、カップ状背極をカプセル内に収容した後、カプセル外側とカップ状背極の内側にテスター用端子を接触させ、通電の有無を確認することにより行った。通電した場合は×、通電しなかった場合は○と評価した。

【0040】

基板とエレクトレット誘電体膜との接着性の評価は、ＪＩＳ Ｋ６８９４ ８．６に準拠した剥離試験（１８０度剥離試験）を行った後、目視でエレクトレット誘電体膜の剥離の有無を確認することにより行った。エレクトレット誘電体膜の剥離が一箇所以上見られた場合は×、剥離が全く見られなかった場合は○と評価した。なお、比較例３は、ＦＥＰフィルムを用いていないため、つまり、エレクトレット誘電体膜を有さないため、接着性の評価は行っていない。

【0041】

絞り加工性の評価は、カップ状背極の開放端部、つまり、カップ状背極の配線基板１４（図１）と接する部分において、損傷、エレクトレット誘電体膜の剥離等の有無や、平坦性を目視で観察することにより行った。損傷、剥離等が一箇所以上見られた場合や平坦性が不十分であった場合は×、損傷、剥離等が全く見られず、かつ、平坦性が良好であった場合は○と評価した。

【0042】

【表1】

【0043】

表１から、少なくともカップ状背極の外側表面に絶縁層が形成されている実施例１〜４の小型音響センサは、カップ状背極の外側表面に絶縁層が形成されていない比較例１〜２に比べて、電気絶縁性、接着性、絞り加工性のいずれもが良好であることが分かる。

【0044】

また、エレクトレット誘電体膜を有さないが、カップ状背極の外側表面に絶縁層が形成されている比較例３の小型音響センサは、電気絶縁性及び絞り加工性は良好であったことから、カップ状背極の外側表面に絶縁層を設けることで、電気絶縁性及び絞り加工性を向上できることが分かる。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明の小型音響センサは、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄｉｇｉｔａｌ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の幅広い電子機器に利用可能である。

【符号の説明】

【0046】

１１ カプセル
１２ 天面
１３ 音孔
１４ 配線基板
１５ 支持リング
１６ 振動膜
１７ スペーサ
１８ 背極（カップ状背極）
１８ａ、１８ｂ 絶縁層
１９ エレクトレット誘電体膜
２０ 背極孔
２１ 接触片
２２ ＩＣ素子
２３ 出力端子
２４ アース端子
２５ ゲート

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】