JP4810661B2 - 機械電気変換素子及びその製造方法 - Google Patents

機械電気変換素子及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4810661B2
JP4810661B2 JP2006124251A JP2006124251A JP4810661B2 JP 4810661 B2 JP4810661 B2 JP 4810661B2 JP 2006124251 A JP2006124251 A JP 2006124251A JP 2006124251 A JP2006124251 A JP 2006124251A JP 4810661 B2 JP4810661 B2 JP 4810661B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
polarization plate
dielectric polarization
back electrode
electromechanical transducer
dielectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2006124251A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2007298297A (ja
Inventor
健介 蔭山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saitama University NUC
Original Assignee
Saitama University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saitama University NUC filed Critical Saitama University NUC
Priority to JP2006124251A priority Critical patent/JP4810661B2/ja
Priority to EP07742476.0A priority patent/EP2019298A4/en
Priority to PCT/JP2007/059041 priority patent/WO2007125985A1/ja
Priority to US12/298,428 priority patent/US8265287B2/en
Publication of JP2007298297A publication Critical patent/JP2007298297A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4810661B2 publication Critical patent/JP4810661B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R19/00—Electrostatic transducers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
    • G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/42—Piezoelectric device making

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electrostatic, Electromagnetic, Magneto- Strictive, And Variable-Resistance Transducers (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、電気音響変換素子等の、機械的振動を電気信号に変換する機械電気変換素子及びその製造方法に関する。
ポリカーボネートなどのある種の高分子化合物は、外部から高い電界を加えると、表面に誘導された電荷が、半永久的に保持されるという性質がある。ヘヴィサイトは、このような半永久的に電荷が保持された状態になっている材料を、「エレクトレット」と名付けた。振動板と一体のコイル（ボイスコイル）が磁界の中で動く構造のダイナミックマイクロフォンに対し、エレクトレットコンデンサマイクロフォン（ＥＣＭ）は、振動板に近接して平行に、エレクトレットが配置されている。そして、振動板が音で振動するとエレクトレットとの距離が変動するので、エレクトレットの帯電状況が変化して音信号を電気の変動として取り出すことができる。しかしこの信号は非常に小さいので、マイクロフォンユニットに内蔵された電界効果トランジスタで増幅するようになっている。
ＥＣＭの性能を向上させるためには、高分子フィルムのエレクトレット量（分極量）を増加させることが必要であるが、コロナ放電を使用して高分子をエレクトレット化する手法では，残留分極量は３０μＣ／ｍ2程度が限界となっている。又、ＥＣＭの電極間の空間は極めて清浄であることが求められるため、ＥＣＭの製造はクリーンルームのような清浄な環境で行われる必要がある。
一方，強誘電材料は，上記のエレクトレットフィルムより1万倍以上もの残留分極を有する材料が存在する。しかし，エレクトレットとして使用するためには、表面に吸着した荷電粒子の影響を取り除く必要がある等の問題がある。
上記のように、従来のＥＣＭの製造はクリーンルームのような清浄な環境で行われる必要があり、製造コストが割高になる難点を有していた。更に、コロナ放電により空間電荷を保持させて製造したエレクトレットフィルムは，長期間使用すると空間電荷の移動が無視できなくなり分極量が劣化するため，動作の安定性や、エレクトレットとして使用する高分子フィルムの耐熱性に問題があった。更に、高分子フィルムのエレクトレット量（分極量）が小さいため、増幅器等を内蔵することが必須であり、小型化にも問題があった。
一方，非常に高い残留分極量を有する強誘電材料をエレクトレットとして使用するためには、表面に吸着した荷電粒子の影響がを除去しなければならない問題があった。
上記問題を鑑み、本発明は、製造コストが低く、耐熱性が高く、小型化が容易で、且つ動作の安定性の高い機械電気変換素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の態様は、（イ）平坦な振動面を有する導電体からなる振動子と、（ロ）振動面に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で定義される強誘電体からなる誘電分極板と、（ハ）第２主面に接合された背面電極と、（ニ）振動面の変位に伴い、誘電分極板に誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段とを備える機械電気変換素子であることを特徴とする。ここで、「強誘電体」について少し説明する。「誘電体」とは、物質に電界を加えると正電荷はマイナス方向に、負電荷はプラス方向に引かれて分極を生じる電気的絶縁体のことである。この誘電体において、結晶構造が対称中心を持たず（＝非対称な構造を有する）、イオンが変位して分極を生じた物質が「圧電体」と呼ばれる。これらの圧電体の中で、永久双極子を有し、配向分極を生じるものが焦電体と呼ばれる。更に、これらの焦電体において永久双極子が外部電界によって人工的に反転させることが出来る物質が「強誘電体」と呼ばれる。したがって、強誘電体は、焦電性、圧電性、誘電性を示す。したがって、「強誘電体」の上位概念を階層的に示せば：
誘電体＞圧電体＞焦電体＞強誘電体
のようになる。
従来エレクトレットとして使用されている高分子フィルムは、コロナ放電により空間電荷を注入するタイプで，圧電体に含まれ一部は焦電体でもある。しかし、強誘電体ではない。「強誘電体」の定義は以下の通りである：
（ａ）外から電界を与えなくても、自発的に分極（自発分極）している誘電体である。
（ｂ）外から強い電界を与えると自発分極が反転するヒステリシス特性を有する。
（ｃ）非極性相となるキュリー温度（キュリー点）が存在する。
本発明の態様に係る機械電気変換素子に用いる強誘電体は、主として強誘電体セラミックスの単結晶若しくは多結晶であり、キュリー温度を有する一部の結晶性高分子も含まれる。
強誘電体セラミックスとしては、以下のようなペロブスカイト型化合物、タングステンブロンズ構造化合物、ビスマス系層状構造化合物、ウルツ鉱（ウルツァイト型）構造結晶、酸化亜鉛、水晶、ロッシェル塩（ＮａＫ（Ｃ４Ｈ４Ｏ６）・４Ｈ２Ｏ）が、採用可能である：
Ｉ．ペロブスカイト型化合物
Ｉ−１．チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）
残留分極０．２Ｃ／ｍ2
ＰｂＴｉＯ3薄膜（水熱合成）：残留分極１Ｃ／ｍ2
キュリー温度は４９０℃付近
Ｉ−２．チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）
残留分極０．１５〜０．７Ｃ／ｍ2（組成により複雑に変化する）
キュリー温度は組成により複雑に変化するが、概ね１３０〜４００℃であ
る。例えば、Ｐｂ0.3（ＴｉＯ3）0.7−Ｐｂ0.7（ＺｒＯ3）0.3では、残留分
極０．４Ｃ／ｍ2，キュリー温度３００℃であり、Ｐｂ0.5（ＴｉＯ3）−
０．５Ｐｂ0.5（ＺｒＯ3）では、残留分極０．５Ｃ／ｍ2，キュリー温度３
５０℃である。
Ｉ−３．ランタンドープジルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）
Ｉ−４．チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）
キュリー温度は１３０℃付近
Ｉ−５．ニオブ酸リチウム（ＬＩＮｂＯ3）
キュリー温度は１２１０℃
II．タングステンブロンズ構造化合物
II−１．メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ2Ｏ6）
キュリー温度は５７０℃付近
II−２．タングステン酸ビスマス（Ｂｉ2ＷＯ6）
キュリー温度９４０℃，残留分極０．０２Ｃ／ｍ2
III．ビスマス系層状構造化合物
ビスマス・ランタン・チタン酸化物（ＢＬＴ）（残留分極０．１５Ｃ／ｍ2），
Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12（残留分極０．４Ｃ／ｍ2），ＣａＢｉ4Ｔｉ4Ｏ15（残留分極
０．２５Ｃ／ｍ2）
IV．ウルツ鉱（ウルツァイト型）構造結晶
Ｖ．酸化亜鉛（ＺｎＯ）
VI．水晶（ＳｉＯ2）
キュリー温度は５７３℃付近
VII．ロッシェル塩（ＮａＫ（Ｃ4Ｈ4Ｏ6）・４Ｈ2Ｏ）
一方、「キュリー温度を有する一部の結晶性高分子」としては、以下のようなフッ素系高分子強誘電体等が採用可能である：
I.ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）
II．フッ化ビニリデン・三フッ化ビニリデン共重合体単結晶
残留分極０．１１Ｃ／ｍ2，キュリー温度は１２０℃付近
III．ＶＤＦオリゴマー
残留分極．１３Ｃ／ｍ2
IV．ジヒドロキシ−ｐ−ベンゾキノン類（クロラニル酸）
残留分極８ｍＣ／ｍ2
本発明の他の態様は、（イ）平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で定義される強誘電体からなる誘電分極板の第２主面に背面電極を接合する工程と、（ロ）誘電分極板を、脱分極温度からキュリー温度の間の除電温度まで加熱し、誘電分極板の表面に帯電していた電荷を除去する工程と、（ハ）平坦な振動面を有する導電体からなる振動子を用意し、振動面に第１主面が対向するようにして、誘電分極板及び背面電極を、除電温度において、振動子と共に導電性のケースに収納し、振動子と誘電分極板間の空間を密閉する工程と、（ニ）振動子と誘電分極板間の空間を密閉後、誘電分極板を室温に戻す工程とを含む機械電気変換素子の製造方法であることを特徴とする。ここで、「脱分極温度(depolarization temperature)」とは、強誘電体（より一般的には圧電体）の分極が急激に減少し始める温度の事をいう。強誘電体（圧電体）の分極完全に消滅する温度は「キュリー温度」であるが、現実の工業的応用においては、「何℃で分極が大幅に消滅するか」という点で、キュリー温度よりも重要視されている。脱分極温度の多くは、摂氏でキュリー温度の４０〜８０％の範囲にある。脱分極温度はふつう、分極した試料をゆっくりと加熱しながら、焦電電流を測定していくと、残留分極が消滅する際に急激に大量の電流が流れる温度が観察される事から、この温度をもって脱分極温度とする事が多い。例えば、以下の表１に例示するように、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ3）のキュリー温度は１３０℃付近であるが、脱分極温度８０℃である。又、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）のキュリー温度は４９０℃付近であるが、脱分極温度３００℃である。チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ0.5（ＴｉＯ3）0.5−Ｐｂ0.5（ＺｒＯ3）0.5）のキュリー温度３５０℃であるが、脱分極温度は、１９０℃である。
Figure 0004810661
したがって、より多くの脱分極温度は、摂氏でキュリー温度の５０〜７０％の範囲にあり、更により多くは、摂氏でキュリー温度の５５〜６５％の範囲にあると言える。「脱分極温度からキュリー温度の間の除電温度」であるので、除電温度の上限は、キュリー温度である。キュリー温度に近づくほど残留分極の減少が大きくなるため、材料によっては、除電温度をキュリー温度ギリギリまで設定することもありうる。しかし、実用上の観点からは、キュリー温度より１０℃〜２０℃程度低い温度に除電温度を設定しても、脱分極温度以上であれば、十分に効果が期待できる。プロセスの低温下という意味では、キュリー温度より２０℃程度低い温度の範囲内に除電温度を設定しても、脱分極温度以上である限り、十分に本発明の効果が期待できる。
本発明によれば、製造コストが低く、耐熱性が高く、小型化が容易で、且つ動作の安定性の高い機械電気変換素子及びその製造方法を提供できる。
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第６の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。又、第１〜第６の実施の形態で例示的に記述した各層の厚さや寸法等も限定的に解釈すべきではなく、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものであり、特に、以下において式（１）〜（３）等で示される設計指針と要求される特性や仕様に応じて、種々の値に決定されることが可能であることに留意すべきである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
又、以下に示す第１及び第２の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、振動板１４の振動面に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で定義され、分極方向を揃えた誘電分極板１３と、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と、振動板１４と背面電極１２間に、振動面の変位に伴い誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段（２１，９）とを備えるマイクロフォンカプセルである。無負荷時には、誘電分極板１３の第１主面は、振動板１４の振動面に平行に対向している。ここで、誘導電荷測定手段（２１，９）は、背面電極１２に接続された増幅器（ＦＥＴ）２１と、増幅器（ＦＥＴ）２１に接続された出力回路９を備える。出力回路９は、一方の端子を接地した直流電源Ｅと、この直流電源Ｅと増幅器（ＦＥＴ）２１との間に接続された出力抵抗Ｒと、出力抵抗Ｒと増幅器（ＦＥＴ）２１との接続ノードに一方の電極を接続し、他方の電極を出力端子とする結合容量Ｃを備える。誘導電荷測定手段（２１，９）の出力端子となる結合容量Ｃの出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路によりマイクロフォンに接続される通信装置や記録装置に必要な信号処理がなされる。本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子の誘導電荷測定手段（２１，９）は、背面電極１２と振動板１４間の電位を増幅器（ＦＥＴ）２１で増幅することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、誘電分極板１３に誘導される電荷を測定している。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図１に示すマイクロフォンカプセルの振動板１４、誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ半径３〜４０ｍｍの円板形状である。図１に示すように、円板状の誘電分極板１３及び背面電極１２は、絶縁体のスペーサリング１７と円筒状の絶縁体からなるホルダ１６との間に挟み込まれている。スペーサリング１７の上端面には、円板状の振動板１４の周辺部が接続されている。即ち、スペーサリング１７は、互いに平行に対向する振動板１４と誘電分極板１３との間隔を規定している。誘電分極板１３の厚さは例えば２０〜４００μｍ程度、背面電極１２の厚さは例えば１０〜１００μｍ程度、振動板１４の厚さは例えば１０〜１００μｍ程度に選定することができるが、振動板１４、誘電分極板１３及び背面電極１２の具体的な厚さや半径は、後述する式（１）〜（３）に示される設計指針と要求される性能や仕様に応じて決定されるものである。
ホルダ１６の下端面には、配線用開口を有する金属製円板からなる底板１５が接続され、底板１５、ホルダ１６、スペーサリング１７及び振動板１４が、導電性（金属製）のケース１１に収納されてマイクロフォンカプセルを構成している。導電性（金属製）のケース１１と底板１５とは、ハンダ１５１，１５２で接続され、底板１５とＦＥＴ２１からの接地配線も底板１５の配線用開口において、ハンダ１５３で接続されている。ＦＥＴ２１は、背面電極１２の中央部近傍に融着されたハンダ１２２を介して、背面電極１２に電気的に接続されている。背面電極１２及び誘電分極板１３には、背面電極１２及び誘電分極板１３を貫通する貫通孔１３１，１３２が設けられているが、貫通孔１３１，１３２は、誘電分極板１３と振動板１４とのギャップ空間に、（必要に応じて）絶縁性の高い気体（絶縁ガス）を封入できるように、ハンダ１２１，１２３を用いて封じられている。絶縁ガスとしては、窒素，六フッ化硫黄などが採用可能である。絶縁ガスの他、シリコーンオイルなど絶縁流体を誘電分極板１３と振動板１４とのギャップ空間を満たしても、絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する誘電分極板１３の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。絶縁ガスや絶縁流体を満たす代わりに、誘電分極板１３と振動板１４とのギャップ空間を真空状態としても、感度を向上させることができる。
なお、振動板１４、誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ円板形状である必要はなく、楕円形、矩形等他の幾何学的形状でも構わないし、この場合、導電性（金属製）のケース１１等他の部材も、振動板１４、誘電分極板１３及び背面電極１２の幾何学的形状に適合するように設計されることは勿論である。
本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）においては、残留分極量の大きい強誘電体を誘電分極板１３として使用している点が、従来の高分子フィルムをエレクトレットとして用いたマイクロフォンカプセルとは、異なる点である。強誘電体の残留分極量は、従来エレクトレットとして使用されている高分子フィルム（最大５０μＣ／ｍ２程度）より大幅に大きい。従来エレクトレットとして使用されている高分子フィルムは、コロナ放電により空間電荷を注入するタイプで、強誘電体の上位概念に位置する圧電体に含まれ、一部は焦電体でもある。
第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の誘電分極板１３に用いる強誘電体としては、既に「課題を解決するための手段」の欄で述べたような、強誘電体セラミックスの単結晶若しくは多結晶、又は、キュリー温度を有する一部の結晶性高分子等が採用可能である。
＜機械電気変換素子の設計＞
従来のＥＣＭカプセルに用いられるエレクトレットは、コロナ放電により空間電荷を注入するタイプで，圧電体に含まれ一部は焦電体でもある。しかし、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の誘電分極板１３では、圧電特性ではなく強誘電体としての、残留分極が高いことが求められる。そのため、従来のＥＣＭカプセルとは設計指針が異なる。
図２に示すように、振動板１４の厚さをｔv，振動板１４と誘電分極板１３とのギャップの間隔をｔg，誘電分極板１３の厚さをｔe，振動板１４及び誘電分極板１３の半径をｒとした場合、コンデンサ回路の式と梁の撓みの式を用いることにより、単位音圧あたりの出力ν（Ｖ／Ｐａ）は、以下の式で与えられる：
ν＝（Ｅmax/４σmax）・（εeｔg+εgｔe）/εe ・・・・・（１）
ここで、εeは誘電分極板１３の誘電率、εgはギャップを満たす媒体の誘電率、Ｅmaxは絶縁破壊強度（Ｖ／ｍ）、σmaxは最大許容音圧である。このとき、ギャップの間隔ｔgは、以下の値となるように設計される。
ｔg＝(２ａσmax/Ｓ)・(ｒ4/ｔv 3)−(εg/εe)ｔe ・・・・・（２）
ここで、Ｓは振動板の弾性率、ａは形状係数である。又、このとき必要な残留分極Ｐr（Ｃ／ｍ2）は、以下の値となる。
Ｐr＝(Ｅmax/２)・(εeｔg+εgｔe )/ｔe ・・・・・（３）
厚さ１ｍｍ以内の超小型マイクロフォンカプセルの設計例を表２に示す。
Figure 0004810661
表２に示すように、誘電分極板１３の厚さｔe＝２００μｍ，ギャップの間隔ｔg＝２６７μｍ，振動板１４の厚さｔv＝２０μｍ（ｔe＋ｔg＋ｔvの合計が５００μｍ以下）で，ν＝１６．７Ｖ／Ｐａと飛躍的に大きな単位音圧あたりの出力を得ることが可能である。このとき必要とされる残留分極量Ｐrは０．０５９Ｃ／ｍ2であり、強誘電セラミックスの大半がこれを大幅に超える残留分極量Ｐrを有する。
＜マイクロフォンカプセルの製造方法＞
図３を用いて、本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法を説明する。なお、以下に述べる機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
（イ）前駆体としての円板状の誘電分極板１３のグリーン体（粉末成形体）を用意し、誘電分極板１３を貫通する貫通孔１３１，１３２を開口する。このグリーン体を焼結して強誘電セラミックス焼結体を得るとともに，焼結時にこの誘電分極板１３の両面に円板状の金属板を焼き付ける。その後、分極処理を施す。金属板（焼き付け電極）は片側だけを背面電極１２として残す。又は、最初から背面電極１２となる片側のみに金属板（焼き付け電極）を取り付けて分極処理を施す。なお、背面電極１２となる片側の金属板（焼き付け電極）には、誘電分極板１３に設けられた貫通孔１３１，１３２に連続する開口部を焼き付け前、若しくは焼き付け後に設けておく。そして、片側に背面電極（焼き付け電極）１２が付いた円形の誘電分極板１３を、図３（ａ）に示すように、金属基板３１の上に乗せる。
（ロ）そして、誘電分極板１３の脱分極温度からキュリー温度の間に予め設定された除電温度（例えばＰＺＴの場合は、１５０℃程度〜３００℃程度）まで、誘電分極板１３を加熱し、図３（ｂ）に示すように、誘電分極板１３の残留分極を低下させ、表面電荷を除去する。この際、背面電極１２の中央部近傍に、融点が加熱温度と同程度、若しくは、加熱温度より少し融点が低いハンダ１２２を融着する。後述する本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の感度回復方法のように、再加熱により感度回復をする場合は、高融点ハンダ等、融点が誘電分極板１３のキュリー温度と同程度、若しくは、キュリー温度より高めの値のものを選ぶのが好ましい（この時点で、ＦＥＴ２１に接続する配線を、高融点ハンダを介して、背面電極１２に接続しておいても良い。）
（ハ）円板状の金属（導電体）からなる振動板１４の周辺に絶縁体のスペーサリング１７を接続した構造物を用意し、その上に、誘電分極板１３を取り付ける。更に、図３（ｃ）に示すように、誘電分極板１３及び背面電極１２を挟み込むように、円筒状の絶縁体からなるホルダ１６を接続する。この際、必要に応じて絶縁性の高い気体（絶縁ガス）を、誘電分極板１３と振動板１４のギャップ空間に送り込む。この状態では、貫通孔１３１，１３２は、空気又は絶縁ガスの流路になっている。
（ニ）その後、誘電分極板１３を常温に冷却し、図３（ｄ）に示すように、ハンダ１２１，１２３を用いて、貫通孔１３１，１３２を塞ぎ、振動板１４と誘電分極板１３の間を気密に密閉する（後述する本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子の感度回復方法のように、再加熱により感度回復をする場合は、ハンダ１２１，１２３には、高融点ハンダ等、融点が誘電分極板１３のキュリー温度と同程度、若しくは、キュリー温度より高めの値のものを選び、誘電分極板１３を常温に冷却する前に、ハンダ１２１，１２３を用いて、貫通孔１３１，１３２を塞いだ後、常温に冷却するのが好ましい。）。更に、ハンダ１２２を介して、ＦＥＴ２１などの電子部品を接続し、ホルダ１６の上端に、配線用開口を有する金属製円板からなる底板１５を接続し、これを図３（ｄ）に示すように、導電性（金属製）のケース１１に収納する（後述する本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子の感度回復方法のように、再加熱により感度回復をする場合は、ＦＥＴ２１などの電子部品には、２００℃程度〜３００℃程度の温度に耐えられるものを選定するのが、好ましい。）。導電性（金属製）のケース１１と底板１５とをハンダ１５１，１５２で接続し、底板１５とＦＥＴ２１からの接地配線も底板１５の配線用開口において、ハンダ１５３で接続すれば、図１に示すようなマイクロフォンカプセルが完成する。
以上のように、誘電分極板１３は分極方向が揃っていても、その表面は荷電粒子を吸着しているため、そのままでは、第１の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルに使用することはできない。しかし、強誘電体はキュリー温度近傍まで加熱すると、自発分極量が大幅に低下する。そのため、背面電極１２とともに強誘電体からなる誘電分極板１３を、高々、キュリー温度より１０℃程度低い除電温度まで加熱すると、容易に表面電荷を除去することが可能である。このように、誘電分極板１３の分極量を大きく低減させ、誘電分極板１３の上面を接地して表面に吸着していた荷電粒子の影響を除去する。そして、振動板１４とケースに誘電分極板１３を組み込み冷却する。すると、誘電分極板１３の分極が加熱前の状態に戻るため、電極間に高い電界が生じる。電界の大きさは誘電分極板１３の分極特性と厚さ、電極間距離によるが、ｋＶ／ｍｍ以上の電界を生じさせることが容易に可能である。
キュリー温度に近づくほど自発分極が低下するので，キュリー温度から１０〜２０℃低い除電温度まで加熱することが望ましいが、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）のような残留分極が大きい強誘電体は、自発分極の低下がわずかでも本発明の効果を得ることができるので，脱分極温度以上であれば、もっと低い除電温度までの加熱で構わない。例えば、Ｐｂ0.3（ＴｉＯ3）0.7−Ｐｂ0.7（ＺｒＯ3）0.3の残留分極は、室温では０．４Ｃ／ｍ2であるが、１００℃では０．２５Ｃ／ｍ2であり、２００℃で０．２Ｃ／ｍ2であり、２５０℃で０．１Ｃ／ｍ2である。
ＰＺＴを誘電分極板１３として用いて製造した第１の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルＡ，Ｂと従来技術（市販のＥＣＭカプセル）との特性の比較を表２に示す。１００〜１０００Ｈｚにおける従来技術に対する出力比の測定では、従来技術と第１の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルＡ，Ｂとで、入力音圧、増幅アンプは同一条件としている。
Figure 0004810661
表３において、マイクロフォンカプセルＡ，Ｂは、上述した図３（ｂ）に示す段階での製造工程では、空気中で、加熱温度は２００℃としている。振動板１４の厚さｔv＝２０μｍのマイクロフォンカプセルＢでは、１００〜１０００Ｈｚにおいて、従来技術に対する出力比３２ｄＢであり、大幅に感度が向上したマイクロフォンカプセルが得られたことが分かる。マイクロフォンカプセルＢの残留分極は最大１２ｍＣ／ｍ2であり、ＰＺＴの残留分極はこれより桁違いに大きいため，もっと低い除電温度でも同様な性能を得ることが可能と考えられる。
振動板１４の厚さｔv＝１００μｍのマイクロフォンカプセルＡでも、１００〜１０００Ｈｚにおいて、従来技術に対する出力比８ｄＢであり、感度が向上していることが分かる。マイクロフォンカプセルＡの残留分極は最大４．５ｍＣ／ｍ2であり、この場合でも、ＰＺＴの残留分極はこれより桁違いに大きいことが分かる。
但し、マイクロフォンカプセルＡ，Ｂは、クリーンベンチやクリーンルームを使用せず、清浄空気中で製造していないため、絶縁破壊強度は低い可能性があるので、クリーンベンチやクリーンルーム中で製造した場合は、更に感度の高いマイクロフォンカプセルの製造が可能である。
表３に示したマイクロフォンカプセルＢの出力特性から分かるように、振動板１４や誘電分極板１３の形状・寸法等を含めて、マイクロフォンカプセルを適切に設計すれば、Ｖオーダーの出力を得ることが可能であり、図４に示す変形例のように、図１に示した構造における増幅器（ＦＥＴ）２１及び出力回路９を省略可能である。図４に示すマイクロフォンカプセルの構造では、背面電極１２の中央に、ハンダ１２２で接続された出力用リード（配線）が、「振動面の変位に伴い誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段」に相当する。即ち、図４に示す第１の実施の形態の変形例に係るマイクロフォンカプセルの構造では、背面電極１２と振動板１４間の電位を直接出力することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、誘電分極板１３に誘導される電荷を測定している。出力用リード（配線）の出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路によりマイクロフォンに接続される通信装置や記録装置に必要な信号処理がなされる。図４に示す第１の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子によれば、無電源のマイクロフォンカプセルを製造することもでき、増幅器（ＦＥＴ）２１や出力回路９が不要となるので、小型化が容易で、製造コストも低減できる。
＜低コスト環境における製造＞
電極間の空間に不純物が浮遊していると、それが帯電して、放電を引き起こす。これを防ぐために、クリーンベンチ、クリーンルームや真空中などの清浄雰囲気で製造を行うことが、感度特性の向上には望ましいことは上述した通りである。
しかし、一方で、誘電分極板１３は浮遊している荷電粒子を吸着する特性を利用して、低コストでの製造することもできる。例えば、誘電分極板１３表面がポーラスな状態であれば、図３（ｄ）の段階で、冷却すると、誘電分極板１３の分極の増大により電極間中の荷電粒子は誘電分極板１３中に吸着される。これにより電極に影響を及ぼす誘電分極板１３の分極量は減少するが、誘電分極板１３の分極特性と厚さ、電極間距離を適切に設計すれば、それでもなお電極間に高い電界を保持することが可能である。このため、クリーンルーム設備等の清浄空気中以外の環境でも、製造可能であり、設備投資を考慮すれば、低コストでの製造も可能となる。
＜耐熱性が高い＞
従来のＥＣＭのエレクトレットとして使用されている高分子フィルムは、温度が上昇すると分極量が低下し元に戻ることはなく、感度が低下する。しかし、強誘電体は、キュリー温度まで温度が上昇しない限り温度上昇により自発分極量が一時的に低下しても、温度が室温に下がると自発分極量は元に戻るので、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子の耐熱性は高く、感度の低下がない。又、温度上昇時は、強誘電体の自発分極量の低下に伴い感度は一時的に低下しているが、製造時に加熱した温度近傍まで使用可能であるため、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子の耐熱性は高い。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態に係る機械電気変換素子で説明した通り、強誘電体は従来のＥＣＭカプセルに用いられていたエレクトレットフィルムと比較して残留分極量が大幅に大きいため、振動子（振動板）１４と誘電分極板１３との間に高い電界が生じる。電界の大きさは誘電分極板１３の分極特性と厚さ、電極間距離によるが、ｋＶ／ｍｍ以上の電界を生じさせることも可能であり、この場合、金属電極である振動子１４から放電が生じる場合もある。振動板１４と誘電分極板１３との間で放電が生じてしまえば、誘電分極板１３の表面が再びある程度帯電する。そのため、強誘電体の優れた分極特性が充分に発揮できない。これを防ぐために、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子では、振動板１４と誘電分極板１３との間のギャップ空間に絶縁ガスや絶縁流体を満たして絶縁破壊強度を増し、放電が生じにくくしていた。
本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子においては、図５に示すように、振動板１４の誘電分極板１３に対向する面（振動面）に、絶縁コート膜３２を形成し、絶縁コーティングを行っている点が、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子と異なる特徴である。図５に示すように、振動板１４に、絶縁コート膜３２を形成することにより、放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量を低減でき、マイクロフォンカプセルの感度を向上させることができる。
即ち、図５に示すように、本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、振動板１４の振動面にコーティングした絶縁コート膜３２と、絶縁コート膜３２に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた誘電分極板１３と、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と、振動面の変位に伴い誘電分極板１３に誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段（２１，９）とを備えるマイクロフォンカプセルである。無負荷時には、誘電分極板１３の第１主面は、絶縁コート膜３２に平行に対向している。
ここで、誘導電荷測定手段（２１，９）は、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に、背面電極１２に接続された増幅器（ＦＥＴ）２１と、増幅器（ＦＥＴ）２１に接続された出力回路９を備えるが、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子で説明したように、増幅器（ＦＥＴ）２１や出力回路９は省略可能である。誘導電荷測定手段（２１，９）の出力端子となる結合容量Ｃの出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路によりマイクロフォンに接続される通信装置や記録装置に必要な信号処理がなされる。本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子の誘導電荷測定手段（２１，９）は、背面電極１２と振動板１４間の電位を増幅器（ＦＥＴ）２１で増幅することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、誘電分極板１３に誘導される電荷を測定している。
「絶縁コート膜３２」としては、例えば、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）などの高分子膜や石英などのガラス膜等、コーティングすると絶縁破壊強度を増すことができる材料が採用可能である。そして、振動板１４、絶縁コート膜３２、誘電分極板１３、背面電極１２及び増幅器（ＦＥＴ）２１が導電性（金属製）のケース１０に収納されている。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図５に示すマイクロフォンカプセルの振動板１４、絶縁コート膜３２、誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ円板形状である。又、図５の断面図では図示を省略しているが、図１に示したと同様に、円板状の誘電分極板１３及び背面電極１２を、絶縁体からなるスペーサリング１７と円筒状の絶縁体からなるホルダ１６との間に挟み込むようにしても良い。この場合は、図１に示したと同様に、スペーサリング１７の上端面には、円板状の振動板１４の周辺部が接続されているようにしても良く、ホルダ１６の下端面には、配線用開口を有する金属製円板からなる底板１５が接続されるような構造でも良い。
勿論、誘電分極板１３と絶縁コート膜３２とのギャップ空間に、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に絶縁ガスや絶縁流体を満たせば、更に絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する誘電分極板１３の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。絶縁ガスや絶縁流体を満たす代わりに、誘電分極板１３と絶縁コート膜３２とのギャップ空間を真空状態としても、感度を向上させることができる。
第２の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の誘電分極板１３には、主として強誘電体セラミックス単結晶又は強誘電体セラミックス多結晶，一部の結晶性高分子等が採用可能である等、他の構成や特徴等は、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）によれば、振動板１４の振動面に絶縁コート膜３２をコーティングするとにより、振動板１４と誘電分極板１３間での放電が生じにくくなり、絶縁破壊強度を増すことができるので、強誘電体の優れた分極特性が充分に発揮できる。このため、放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量を低減でき、マイクロフォンカプセルの感度を向上させることができる。
図６を用いて、本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法を説明する。なお、以下に述べる機械電気変換素子の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
（イ）第１の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、焼結等により、円形の誘電分極板１３を、図６（ａ）に示すように、円形の背面電極１２の上に金属学的に接合する。誘電分極板１３の厚さは、上述の式（１）〜（３）を用いて説明した設計指針を考慮して決定されるが、例えば、２０〜４００μｍ程度にすれば良い。背面電極１２の厚さは例えば１０〜１００μｍ程度の範囲で選定すれば良い。このままでは、誘電分極板１３は分極方向が揃っていても、その表面は、図６（ａ）に示すように、荷電粒子を吸着しているため、第２の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルに使用することはできない。そこで、第１の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、脱分極温度とキュリー温度の間で予め設定した除電温度（例えばＰＺＴの場合は、２００℃程度〜３００℃程度）に誘電分極板１３を加熱，図６（ｂ）に示すように、誘電分極板１３の残留分極を低下させる。図６（ｂ）に示す状態では、未だ、誘電分極板１３の表面には表面電荷が残留しているので、更に、図６（ｃ）に示すように、誘電分極板１３を加熱した状態で、誘電分極板１３の表面の表面電荷を除去（除電）する。
（ロ）一方、厚さ１０〜１００μｍの金属（導電体）の上に、厚さ５〜１５０μｍ程度の絶縁膜をコートした構造物を用意する。この構造物を、誘電分極板１３と同一半径となるように、ワイヤソーやダイアモンドブレード等で切り出し、振動板１４と、この振動板１４に接合した絶縁コート膜３２からなる円板を用意する（振動板１４の厚さは、上述の式（１）〜（３）を用いて説明した設計指針を考慮して決定される。）。例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を絶縁コート膜３２としてコートするのであれば、エアガン塗装のように金属板に吹きつけても良く、ＰＴＦＥシート等の高分子フィルムを金属板に貼り付けても良い。その他、エアレスガン塗装、流動浸漬法、静電塗装法、ディピング法、溶射法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の種々の方法で、金属板の上に、所望の種々の絶縁膜をコートすることが可能である。そして、背面電極１２が接合した誘電分極板１３を加熱したまま（ＰＺＴの場合では、２００℃程度〜３００℃程度の高温状態のまま）、図６（ｄ）に示すように、絶縁コート膜３２の接合した振動板１４と、増幅器（ＦＥＴ）２１と共に、導電性（金属製）のケース１０の内部に組み込む。
（ハ）その後、常温に冷却すれば、図６（ｅ）に示すように、分極状態が戻る。なお、図６（ｄ）に示す段階で、図３（ｃ）に示すように、絶縁コート膜３２の接合した振動板１４の側を下にして、絶縁コート膜３２の周辺に絶縁体のスペーサリング１７を接続し、その上に、第２主面に背面電極１２が接合された誘電分極板１３を取り付け、誘電分極板１３及び背面電極１２を、スペーサリング１７とホルダ１６とで挟み込むようにし、導電性（金属製）のケース１０の内部に組み込んでも良い。こうすれば、導電性（金属製）のケース１０を常温に冷却した後、熱に弱い増幅器（ＦＥＴ）２１を組み込むことが可能となる。但し、後述する本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子の感度回復方法のように、再加熱により感度回復をする場合は、ＦＥＴ２１などの電子部品には、２００℃程度〜３００℃程度の温度に耐えられるものを選定するので、図６（ｄ）に示すように、絶縁コート膜３２の接合した振動板１４と、増幅器（ＦＥＴ）２１と共に、高温状態で、導電性（金属製）のケース１０の内部に組み込んだ後、常温に冷却すれば良い。
（第３の実施の形態）
第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子で説明した通り、振動板１４と誘電分極板１３との間で放電が生じてしまえば、誘電分極板１３の表面が、ある程度、再帯電するので、強誘電体の優れた分極特性が充分に発揮できない。これを防ぐために、第２の実施の形態に係る機械電気変換素子では、図５に示すように、振動板１４の誘電分極板１３に対向する面（振動面）に、絶縁コート膜３２を形成し、絶縁コーティングを行っていたが、図７に示すように、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成しても良い。即ち、図７に示すように、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成することにより、放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量を低減でき、マイクロフォンカプセルの感度を向上させることができる。
具体的に説明すれば、図７に示す通り、本発明の第３の実施の形態に係る機械電気変換素子は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、振動板１４に対向した平坦な主面を有する絶縁コート膜３３と、絶縁コート膜３３に接合した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で挟まれ、分極方向を揃えた誘電分極板１３と、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と、振動面の変位に伴い誘電分極板１３に誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段（２１，９）とを備えるマイクロフォンカプセルである。無負荷時には、絶縁コート膜３３は、振動板１４の振動面に平行に対向している。
ここで、誘導電荷測定手段（２１，９）は、第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に、背面電極１２に接続された増幅器（ＦＥＴ）２１と、増幅器（ＦＥＴ）２１に接続された出力回路９を備えるが、第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子で説明したように、増幅器（ＦＥＴ）２１や出力回路９は省略可能である。誘導電荷測定手段（２１，９）の出力端子となる結合容量Ｃの出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路によりマイクロフォンに接続される通信装置や記録装置に必要な信号処理がなされる。本発明の第３の実施の形態に係る機械電気変換素子の誘導電荷測定手段（２１，９）は、背面電極１２と振動板１４間の電位を増幅器（ＦＥＴ）２１で増幅することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、誘電分極板１３に誘導される電荷を測定している。
「絶縁コート膜３３」としては、第２の実施の形態に係る機械電気変換素子で例示したようなＰＴＦＥなどの高分子膜や石英などのガラス膜等、コーティングすると絶縁破壊強度を増すことができる材料が採用可能である。そして、振動板１４、絶縁コート膜３３、誘電分極板１３、背面電極１２及び増幅器（ＦＥＴ）２１が導電性（金属製）のケース１０に収納されている。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図７に示すマイクロフォンカプセルの振動板１４、絶縁コート膜３３、誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ円板形状である。又、図７の断面図では図示を省略しているが、図１に示したと同様に、円板状の絶縁コート膜３３、誘電分極板１３及び背面電極１２を、絶縁体からなるスペーサリング１７と円筒状の絶縁体からなるホルダ１６との間に挟み込むようにしても良い。
勿論、振動板１４と絶縁コート膜３３とのギャップ空間に、第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に絶縁ガスや絶縁流体を満たせば、更に絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する誘電分極板１３の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。絶縁ガスや絶縁流体を満たす代わりに、振動板１４と絶縁コート膜３３とのギャップ空間を真空状態としても、感度を向上させることができる。
第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の誘電分極板１３には、主として強誘電体セラミックス単結晶又は強誘電体セラミックス多結晶，一部の結晶性高分子等が採用可能である等、他の構成や特徴等は、第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
本発明の第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）によれば、誘電分極板１３の第１主面に絶縁コート膜３３をコーティングするとにより、振動板１４と誘電分極板１３間での放電が生じにくくなり、絶縁破壊強度を増すことができるので、強誘電体の優れた分極特性が充分に発揮できる。このため、放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量を低減でき、マイクロフォンカプセルの感度を向上させることができる。
図８を用いて、本発明の第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法を説明する。なお、以下に述べる機械電気変換素子の製造方法は、一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により、実現可能であることは勿論である。
（イ）第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、焼結等により、円形の誘電分極板１３を、図８（ａ）に示すように、円形の背面電極１２の上に金属学的に接合する。更に、第１及び第２の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、脱分極温度とキュリー温度の間で予め設定した誘電分極板１３の除電温度まで誘電分極板１３を加熱し、図８（ｂ）に示すように、誘電分極板１３の残留分極を低下させる。更に、図８（ｃ）に示すように、誘電分極板１３を加熱した状態で、誘電分極板１３の表面の表面電荷を除去（除電）する。
（ロ）更に、除電温度に誘電分極板１３を加熱した状態で、誘電分極板１３の表面（第１主面）に、図８（ｄ）に示すように、厚さ１〜２０μｍ程度の絶縁コート膜３３をコートする。コーティングは、第２の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、エアガン塗装、エアレスガン塗装、流動浸漬法、静電塗装法、ディピング法、溶射法、プラズマＣＶＤ法、スパッタリング法等の種々の方法が採用可能である。第２主面に背面電極１２が接合され、第１主面に絶縁コート膜３３がコートされた誘電分極板１３を、加熱した温度を維持して（ＰＺＴの場合では、２００℃程度〜３００℃程度の高温状態のまま）、図８（ｅ）に示すように、振動板１４及び増幅器（ＦＥＴ）２１と共に、導電性（金属製）のケース１０の内部に組み込む。
（ハ）その後、常温に冷却すれば、図８（ｆ）に示すように、分極状態が戻る。なお、図８（ｅ）に示す段階で、図３（ｃ）に示すように、振動板１４の側を下にして、振動板１４の周辺に絶縁体のスペーサリング１７を接続し、その上に、第２主面に背面電極１２が接合され、第１主面に絶縁コート膜３３がコートされた誘電分極板１３を取り付け、背面電極１２、誘電分極板１３及び絶縁コート膜３３を、スペーサリング１７とホルダ１６とで挟み込むようにし、導電性（金属製）のケース１０の内部に組み込んでも良い。こうすれば、導電性（金属製）のケース１０を常温に冷却した後、熱に弱い増幅器（ＦＥＴ）２１を組み込むことが可能となる。
＜第３の実施の形態の変形例＞
振動板１４と誘電分極板１３との間の放電を防ぐために、第２の実施の形態に係る機械電気変換素子では、図５に示すように、振動板１４の誘電分極板１３に対向する面（振動面）に、絶縁コート膜３２を形成し、第３の実施の形態に係る機械電気変換素子では、図７に示すように、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成した。しかし、図９に示すように、図５に示す構造と図７に示す構造とを組み合わせ、振動板１４側に絶縁コート膜３２を、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成することにより、意図しない放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量を更に低減でき、マイクロフォンカプセルの感度を、より一層向上させることができる。
具体的に説明すれば、図９に示す通り、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、振動板１４の振動面にコーティングした絶縁コート膜３２と、絶縁コート膜３２に対向した平坦な主面を有する絶縁コート膜３３と、絶縁コート膜３３に接合した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面で挟まれ、分極方向を揃えた誘電分極板１３と、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と、振動面の変位に伴い誘電分極板１３に誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段（２１，９）とを備えるマイクロフォンカプセルである。ここで、誘導電荷測定手段（２１，９）は、背面電極１２に接続された増幅器（ＦＥＴ）２１と、増幅器（ＦＥＴ）２１に接続された出力回路９を備えるが、増幅器（ＦＥＴ）２１や出力回路９は省略可能である。「絶縁コート膜３３」としては、第２及び第３の実施の形態に係る機械電気変換素子で例示したようなＰＴＦＥなどの高分子膜や石英などのガラス膜等、コーティングすると絶縁破壊強度を増すことができる材料が採用可能である。そして、振動板１４、絶縁コート膜３２、絶縁コート膜３３、誘電分極板１３、背面電極１２及び増幅器（ＦＥＴ）２１が導電性（金属製）のケース１０に収納されている。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図９に示すマイクロフォンカプセルの振動板１４、絶縁コート膜３２、絶縁コート膜３３、誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ円板形状である。又、図９の断面図では図示を省略しているが、図１に示したと同様に、円板状の絶縁コート膜３３、誘電分極板１３及び背面電極１２を、絶縁体からなるスペーサリング１７と円筒状の絶縁体からなるホルダ１６との間に挟み込むようにしても良い。
勿論、絶縁コート膜３２と絶縁コート膜３３とのギャップ空間に、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に絶縁ガスや絶縁流体を満たせば、更に絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する誘電分極板１３の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。
第３の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の誘電分極板１３には、主として強誘電体セラミックス単結晶又は強誘電体セラミックス多結晶，一部の結晶性高分子等が採用可能である等、他の構成や特徴等は、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
本発明の第３の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）によれば、振動板１４の振動面に絶縁コート膜３２を、誘電分極板１３の第１主面に絶縁コート膜３３を共にーティングするとにより、振動板１４と誘電分極板１３間での放電が生じにくくなり、絶縁破壊強度を更に、増すことができるので、強誘電体の優れた分極特性が、より一層、充分に発揮できる。このため、放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量をより一層、低減でき、マイクロフォンカプセルの感度をより一層、向上させることができる。
本発明の第３の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法は、図６及び図８に示した、第２及び第３の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法を組み合わせれば容易に実現できるので、重複した説明を省略する。
（第４の実施の形態）
既に、第１の実施の形態で説明した通り、本発明に係る機械電気変換素子の耐熱性は高い。更に、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子で説明した通り、誘電分極板１３の表面に付着した電荷量が増加すると感度は低下する。しかし、この状態で再びキュリー温度近傍に加熱すると、誘電分極板１３を構成する強誘電体内部の分極が大幅に減少するため、表面電荷が発生する電界が支配的となる。すると逆向きの放電を起こして、電界が絶縁破壊強度以下となるまで表面電荷は逆側の電極に吸収されていく。この結果、再加熱することにより強誘電体表面に付着した電荷を減らすことができ、マイクロフォンカプセルの感度が再び向上する。
このとき、機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）を構成する部材の熱膨張係数差を利用して加熱時に、振動板１４と誘電分極板１３とのギャップが狭くなる、又は振動板１４と誘電分極板１３とが互いに接触するように設計できれば、より多くの表面電荷を、誘電分極板１３の表面から除去することが可能となる。
本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子においては、図１０に示すように、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と導電性（金属製）のケース１０の底面との間に、高膨張率の樹脂層１８が挟むことにより、再加熱することにより強誘電体表面に付着した電荷を減らすことができ、マイクロフォンカプセルの感度を向上させることができる。
即ち、図１０に示すように、本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、振動板１４に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた誘電分極板１３と、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と、背面電極１２の下に挿入され、中央に配線用貫通孔を有する円柱状の樹脂層１８とを備えるマイクロフォンカプセルである。無負荷時には、誘電分極板１３の第１主面は、振動板１４の振動面に平行に対向している。ここで、振動板１４、誘電分極板１３、背面電極１２及び樹脂層１８は、導電性（金属製）のケース１０に収納されている。
例えば、ＰＴＦＥの２５〜２５０℃における線膨張率は１．７×１０-4／℃であるので、厚さ５００μｍのＰＴＦＥを樹脂層１８として２５０℃に加熱すると、約２１μｍ分、振動板１４と誘電分極板１３とのギャップの間隔が縮まる。樹脂層１８に好適な樹脂としては、線膨張率２．０×１０-4／℃のシリコーン樹脂、線膨張率１．８×１０-4／℃のエポキシ樹脂、１．３×１０-4／℃のポリイミド樹脂、１．１×１０-4／℃のポリアミド樹脂、等の樹脂が好適である。
また，樹脂層１８は，形状記憶合金を使用することも可能である。例えば，NiTi合金は回復温度100℃，回復量8%を示す。また，Ti-Zr-Ni合金, Zr-Ni-Co合金は，回復温度を100℃以上にすることが可能である。これらの形状記憶合金は，動作温度は低いものの大きな変形を得ることが可能である。
第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子で説明したように、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子に用いていた増幅器（ＦＥＴ）２１や出力回路９は、第４の実施の形態に係る機械電気変換素子では省略している。図１０に示す構造では、背面電極１２の中央に、高融点ハンダ等で接続された出力用リード（配線）が、「振動面の変位に伴い誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段」に相当する。図１０に示す第４の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルの構造では、背面電極１２と振動板１４間の電位を直接出力することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、誘電分極板１３に誘導される電荷を測定している。出力用リード（配線）の出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路によりマイクロフォンに接続される通信装置や記録装置に必要な信号処理がなされる。しかしながら、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に、増幅器（ＦＥＴ）２１及び出力回路９を用いて、誘導電荷測定手段を構成しても構わない。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図１０に示すマイクロフォンカプセルの振動板１４、誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ円板形状である。
勿論、誘電分極板１３と振動板１４とのギャップ空間に、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に絶縁ガスや絶縁流体を満たせば、更に絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する誘電分極板１３の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。更に、振動板１４と誘電分極板１３との間の放電を防ぐために、第２の実施の形態に係る機械電気変換素子のように、振動板１４の誘電分極板１３に対向する面（振動面）に、絶縁コート膜３２を形成しても良く、第３の実施の形態に係る機械電気変換素子のように、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成しても良い。更に、図９に示したと同様に、第２及び第３の実施の形態に係る機械電気変換素子の構造を互いに組み合わせ、振動板１４側に絶縁コート膜３２を、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成すれば、意図しない放電により誘電分極板１３の表面に付着する電荷量を更に低減でき、マイクロフォンカプセルの感度を、より一層向上させることができる。
第４の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の誘電分極板１３には、主として強誘電体セラミックス単結晶又は強誘電体セラミックス多結晶，一部の結晶性高分子等が採用可能である等、他の構成や特徴等は、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
図１１を用いて、本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の感度回復方法を説明する。
（イ）第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、焼結等により、厚さ２０〜４００μｍの円形の誘電分極板１３を厚さ０〜１００μｍで円形の背面電極１２の上に金属学的に接合する。更に、厚さ１０〜１００μｍの金属（導電体）からなる振動板１４を、誘電分極板１３と同一半径となるように、厚さ０．１〜５ｍｍの樹脂層１８を、誘電分極板１３の半径よりも少し小さめとなるように切り出す。樹脂層１８の中央には、配線用貫通孔を設ける。背面電極１２の中央に、高融点ハンダ等で出力用リード（配線）を接続する。高融点ハンダの融点は、誘電分極板１３のキュリー温度より高めの値のものを選ぶ。そして、樹脂層１８の中央の配線用貫通孔を介して、出力用リード（配線）を、図１０のように、導電性（金属製）のケース１０の底面中央の穴に導くようにして、振動板１４、誘電分極板１３、背面電極１２及び樹脂層１８を導電性（金属製）のケース１０に収納する。この際、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子の製造方法と同様に、脱分極温度とキュリー温度の間で予め設定した誘電分極板１３の除電温度まで誘電分極板１３を加熱し、誘電分極板１３の表面の表面電荷を除去（除電）して、誘電分極板１３を加熱したまま、導電性（金属製）のケース１０の内部に組み込み、図１０に示すマイクロフォンカプセルが完成する。
（ロ）さて、完成したマイクロフォンカプセルの使用中、過大な音圧により、振動板１４と誘電分極板１３とのギャップ中で放電、又は振動板１４と誘電分極板１３とが接触する等の事態が生じて、誘電分極板１３の表面が、図１１（ａ）に示すように、帯電し、感度が低下したとする。第４の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルの感度回復方法では、この場合、マイクロフォンカプセルを、予め設定した誘電分極板１３の除電温度に再加熱する。マイクロフォンカプセルを再加熱すると、誘電分極板１３の残留分極が低下すると同時に、図１１（ｂ）に示すように、樹脂層１８が膨張し、振動板１４と誘電分極板１３とのギャップの間隔が減少し、振動板１４と誘電分極板１３とのギャップ中で放電し、誘電分極板１３の表面の電荷が減少する。
（ハ）その後、常温に冷却すれば、図１１（ｃ）に示すように、樹脂層１８が収縮し、振動板１４と誘電分極板１３とのギャップの間隔が増大し、分極状態が戻る。
このようにして、第４の実施の形態に係るマイクロフォンカプセルの感度回復方法によれば、一度何らかの原因で低下したマイクロフォンカプセルの感度を復活させることができる。
（第５の実施の形態）
第１〜第４の実施の形態においては、マイクロフォンカプセルについて説明したが、本発明の機械電気変換素子は、マイクロフォンカプセルに限定されるものではなく、機械的振動を検出する種々のセンサとしても適用可能である。本発明の第５の実施の形態においては、そのような種々の機械的振動を検出するセンサの一例として、アコースティック・エミッション（音響の放出）を検出するアコースティック・エミッション（ＡＥ）センサについて説明する。ＡＥとは、固体が変形或いは破壊するときに発生する音を弾性波として放出する現象のことであり、ＡＥの測定対象が平面で導電性を有していれば、振動板無しで、この弾性波を本発明の第５の実施の形態に係る機械電気変換素子によって検出し、非破壊的に評価することが可能である。
即ち、図１２に示すように、本発明の第５の実施の形態に係る機械電気変換素子は、平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（測定対象物）６１と、測定対象物６１に対向した平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた誘電分極板１３と、誘電分極板１３の第２主面に接合された背面電極１２と、背面電極１２の上に配置入され、中央に配線用貫通孔を有する円柱状の樹脂層４６と、測定対象物６１に下部端面（開口端部）を接し、且つ誘電分極板１３、背面電極１２及び樹脂層４６とを収納する導電性（金属製）のケース４５を備えるＡＥセンサである。無負荷時には、誘電分極板１３の第１主面は、測定対象物６１の振動面に平行に対向している。図１２に示すＡＥセンサの構造では、背面電極１２の中央に接続された出力用リード（配線）が、測定対象物６１の「振動面の変位に伴い誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段」に相当する。出力用リード（配線）の出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路によりＡＥセンサに必要な信号処理がなされる。図１２に示す第５の実施の形態に係るＡＥセンサの構造では、背面電極１２と測定対象物６１間の電位を直接出力することにより、測定対象物６１の振動面の変位に伴い、誘電分極板１３に誘導される電荷を測定している。
導電性（金属製）のケース４５には、ＡＥセンサの組み立て時に開口され、ＡＥセンサとしての使用時（動作時）には封止されている穴４５１が設けられている。図１２に示す第５の実施の形態に係るＡＥセンサは、組み立て時に穴４５１を開口した状態で加熱すると、背面電極１２の上面の樹脂層４６の熱膨張により誘電分極板１３が測定対象物６１に接触し、表面電荷が除電される。その後冷却した後に穴４５１を塞ぐ。しかし、高真空中での計測の場合は、真空雰囲気中に設置した後，加熱するだけで穴４５１を塞ぐ必要はない。
第５の実施の形態に係るＡＥセンサによれば、感度を落とさずに誘電分極板１３と測定対象物６１との間を絶縁できるので，腐食の心配もない。特に，真空中での計測では、真空の絶縁破壊強度が高いために優れた感度を得ることが可能である。
第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子に用いていた増幅器（ＦＥＴ）２１や出力回路９は、第５の実施の形態に係る機械電気変換素子では省略しているが、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に、増幅器（ＦＥＴ）２１及び出力回路９を用いて「誘導電荷測定手段」を構成しても構わない。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図１２に示すＡＥセンサの誘電分極板１３及び背面電極１２はそれぞれ円板形状である。
ＡＥは破壊に至るはるか以前から、小さな変形や微小クラックの発生・進展に伴って発生するので、図１２に示した状態で、測定対象物６１に負荷をかけ、それによるＡＥの発生挙動を捉えることで、測定対象物６１の欠陥や破壊を発見・予知を、リアルタイムで観測できる。したがって、第５の実施の形態に係るＡＥセンサは、種々の製品の検査や試験、構造物の安全監視、新材料開発などに応用できる。
勿論、誘電分極板１３と測定対象物６１とのギャップ空間に、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に絶縁ガスや絶縁流体を満たせば、更に絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する誘電分極板１３の表面の電荷量を低減でき、感度が向上する。更に、測定対象物６１と誘電分極板１３との間の放電を防ぐために、第３の実施の形態に係る機械電気変換素子のように、誘電分極板１３側に絶縁コート膜３３を形成しても良い。
第５の実施の形態に係る機械電気変換素子（ＡＥセンサ）の誘電分極板１３には、主として強誘電体セラミックス単結晶又は強誘電体セラミックス多結晶，一部の結晶性高分子等が採用可能である等、他の構成や特徴等は、第１〜第４の実施の形態に係る機械電気変換素子と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
（第６の実施の形態）
第５の実施の形態においてＡＥセンサについて説明したように、本発明の機械電気変換素子は、第１〜第４の実施の形態において説明したマイクロフォンカプセルに限定されるものではなく、機械的振動を検出する種々のセンサとしても適用可能である。本発明の第６の実施の形態においては、そのような種々の機械的振動を検出するセンサの一例として、加速度センサについて説明する。
即ち、図１３に示すように、本発明の第６の実施の形態に係る機械電気変換素子は、導電性（金属製）のケース４５と、ケース４５の中央部に重りとして懸架され、両面に平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、重りとしての振動板１４の左面に対向し、平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた第１誘電分極板１３ａと、第１誘電分極板１３ａの第２主面に接合された第１背面電極１２ａと、第１背面電極１２ａの左に配置入された円柱状の第１樹脂層４１と、重りとしての振動板１４の右面に対向し、平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた第２誘電分極板１３ｂと、第２誘電分極板１３ｂの第２主面に接合された第２背面電極１２ｂと、第２背面電極１２ｂの右に配置入された円柱状の第２樹脂層４２とを備える加速度センサである。即ち、導電性（金属製）のケース４５の内部に、振動板１４、第１誘電分極板１３ａ，第２誘電分極板１３ｂ、第１背面電極１２ａ，第２背面電極１２ｂ、第１樹脂層４１，第２樹脂層４２とが収納されている。無負荷時には、第１誘電分極板１３ａの第１主面は、振動板１４の左面（振動面）に平行に対向し、第２誘電分極板１３ｂの第１主面は、振動板１４の右面（振動面）に平行に対向している。
図１３に示すように、第１誘電分極板１３ａと第２誘電分極板１３ｂとは同じ方向に分極しているが，振動板１４から見ると第１誘電分極板１３ａと第２誘電分極板１３ｂの分極方向は逆向きであるので，振動板１４の左右の振動に対して同一の極性を出力する。例えば，振動板１４が左方向へ変位すれば振動板１４が誘電分極板１３ａに近づくため背面電極１２ａから正の出力が得られる。このとき振動板１４は，誘電分極板１３ｂから遠ざかるが，振動板１４から見ると誘電分極板１３ｂの分極方向は誘電分極板１３ａと逆方向であるため，背面電極１３ｂからも正の出力が得られることになる。このように第１誘電分極板１３ａと第２誘電分極板１３ｂは，同一の極性を出力するので、第１誘電分極板１３ａ及び第２誘電分極板１３ｂからの出力は、それぞれ、第１背面電極１２ａ及び第２背面電極１２ｂを介したのち、集合され、同一の増幅器５１に入力される。図１３に示す第６の実施の形態に係る機械電気変換素子では、増幅器５１が、「振動面の変位に伴い誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段」として機能する。増幅器５１の出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路により加速度センサに必要な信号処理がなされる。図１３に示す第６の実施の形態に係る加速度センサの構造では、増幅器５１で第１背面電極１２ａと振動板１４間及び第２背面電極１２ｂと振動板１４間の電位を重畳して増幅することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、第１誘電分極板１３ａと第２誘電分極板１３ｂに誘導される電荷を測定している。
平面図や鳥瞰図の図示を省略しているが、図１３に示す加速度センサの振動板１４、第１誘電分極板１３ａ，第２誘電分極板１３ｂ、第１背面電極１２ａ及び第２背面電極１２ｂはそれぞれ円板形状である。
勿論、第１誘電分極板１３ａと振動板１４とのギャップ空間及び第２誘電分極板１３ｂと振動板１４とのギャップ空間に、第１〜第３の実施の形態に係る機械電気変換素子と同様に絶縁ガスや絶縁流体を満たせば、更に絶縁破壊強度が増し、放電が生じにくくなる。その結果、放電により付着する第１誘電分極板１３ａ，第２誘電分極板１３ｂの表面の電荷量を低減でき、感度が向左する。更に、振動板１４と第１誘電分極板１３ａ，第２誘電分極板１３ｂとの間の放電を防ぐために、第２の実施の形態に係る機械電気変換素子のように、振動板１４の左右の両面に絶縁コート膜３２を形成しても良く、或いは、第３の実施の形態に係る機械電気変換素子のように、第１誘電分極板１３ａ，第２誘電分極板１３ｂ側に絶縁コート膜３３をそれぞれ形成しても良い。
第６の実施の形態に係る機械電気変換素子（加速度センサ）の第１誘電分極板１３ａ，第２誘電分極板１３ｂには、主として強誘電体セラミックス単結晶又は強誘電体セラミックス多結晶，一部の結晶性高分子等が採用可能である等、他の構成や特徴等は、第１〜第５の実施の形態に係る機械電気変換素子と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
従来の加速度センサは圧電素子に負荷を与えるため、素子が損傷する恐れがあるが、第６の実施の形態に係る機械電気変換素子（加速度センサ）によれば、加速度の発生により振動するのは中央部にある振動板１４のみであり、第１誘電分極板１３ａ及び第２誘電分極板１３ｂは、負荷をほとんど受けないため耐久性が向上する。
＜第６の実施の形態の変形例＞
図１４に示すように、本発明の第６の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子は、導電性（金属製）のケース４５と、ケース４５の中央部に重りとして懸架され、両面に平坦な振動面を有する導電体からなる振動子（振動板）１４と、重りとしての振動板１４の左面に対向し、平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた第１誘電分極板１３ａと、第１誘電分極板１３ａの第２主面に接合された第１背面電極１２ａと、第１背面電極１２ａの左に配置入された円柱状の第１樹脂層４１と、重りとしての振動板１４の右面に対向し、平坦な第１主面及びこの第１主面に平行に対向する第２主面に挟まれ、分極方向を揃えた第２誘電分極板１３ｂと、第２誘電分極板１３ｂの第２主面に接合された第２背面電極１２ｂと、第２背面電極１２ｂの右に配置入された円柱状の第２樹脂層４２とを備える加速度センサである点では、図１３に示した第５の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子と同様である。
しかし、図１４に示すように、第１誘電分極板１３ａと第２誘電分極板１３ｂとは反対の極性に分極対しているので、第１誘電分極板１３ａ及び第２誘電分極板１３ｂからの出力は、それぞれ、第１背面電極１２ａ及び第２背面電極１２ｂを介して差動増幅器５２の非反転入力端子（＋端子）及び反転入力端子（−端子）にそれぞれに入力され、差動増幅される点が、図１３に示した第５の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子と異なる特徴である。図１４に示す第６の実施の形態に係る機械電気変換素子では、差動増幅器５２が、「振動面の変位に伴い誘導される電荷を測定する誘導電荷測定手段」として機能する。差動増幅器５２の出力端子には、外部回路（図示省略）が接続され、外部回路により加速度センサに必要な信号処理がなされる。図１４に示す第６の実施の形態の変形例に係る加速度センサの構造では、差動増幅器５２で第１背面電極１２ａと振動板１４間及び第２背面電極１２ｂと振動板１４間の電位を差動増幅することにより、振動板１４の振動面の変位に伴い、第１誘電分極板１３ａと第２誘電分極板１３ｂに誘導される電荷を測定している。
他は、図１３に示した第６の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子と実質的に同様であるので、重複した説明を省略する。
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は第１〜第６の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面は本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な態様や代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
例えば、第１〜第６の実施の形態においては、室温で分極量が最大となる誘電分極板１３を使用した場合で例示的に説明したが、第１の実施の形態において説明したように、ペロブスカイト型化合物のような３元系若しくは４元系以上の化合物からなる混晶の強誘電体は、その組成を制御することにより、分極量が最大となる温度を変化させることが可能である。したがって、第１〜第６の実施の形態で説明した機械電気変換素子とは逆に、加熱・冷却により荷電粒子を吸着させるようにしても良い。例えば、２００℃近辺で分極量が最大となるように設計した強誘電体を背面電極１２に取り付けてから２００℃に加熱して荷電粒子を吸着させ、機械電気変換素子を組み上げて室温まで冷却すれば、誘電分極板１３の分極は消失する。したがって、室温で、誘電分極板１３の表面の荷電粒子が除電された状態で、振動子の振動による電極間の帯電状態を測定するようにすることも可能である。
特に、キュリー温度の高い強誘電体を用いて、キュリー温度近傍まで加熱して製造すれば、キュリー温度近傍までの高温でも使用可能であるので、耐熱性の高い機械電気変換素子を提供できる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な態様や実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子の設計パラメータを説明する模式的な断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法を説明する模式的な工程断面図である。 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法を説明する模式的な工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の製造方法を説明する模式的な工程断面図である。 本発明の第３の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る機械電気変換素子（マイクロフォンカプセル）の感度回復方法を説明する模式的な工程断面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る機械電気変換素子（ＡＥセンサ）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る機械電気変換素子（加速度センサ）の概略構成を説明する模式的な断面図である。 本発明の第６の実施の形態の変形例に係る機械電気変換素子（加速度センサ）の概略構成を説明する模式的な断面図である。
符号の説明
１０，１１，４５…ケース
１２…背面電極
１２ａ…第１背面電極
１２ｂ…第２背面電極
１３…誘電分極板
１３ａ…第１誘電分極板
１３ｂ…第２誘電分極板
１４…振動子（振動板）
１５…底板
１６…ホルダ
１７…スペーサリング
１８…樹脂層
２１…増幅器（ＦＥＴ）
３１…金属基板
３２…絶縁コート膜
３３…絶縁コート膜
４１…第１樹脂層
４２…第２樹脂層
４６…樹脂層
５１…増幅器
５２…差動増幅器
６１…測定対象物
１２１，１２２，１２３，１５１，１５２，１５３…ハンダ
１３１，１３２…貫通孔
４５１…穴

Claims (10)

  1. 平坦な振動面を有する導電体からなる振動子と、
    前記振動面に対向した平坦な第１主面及び該第１主面に平行に対向する第２主面で定義される強誘電体からなる誘電分極板と、
    前記第２主面に接合された背面電極と、
    前記振動子と前記背面電極との間の電位を測定し、該測定された前記電位を換算して、前記振動面の変位に伴い、前記誘電分極板に誘導される電荷を導出する誘導電荷測定手段
    とを備えることを特徴とする機械電気変換素子。
  2. 前記強誘電体は、強誘電体の単結晶若しくは多結晶、又は結晶性高分子のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の機械電気変換素子。
  3. 前記強誘電体セラミックスは、ペロブスカイト型化合物、タングステンブロンズ構造化合物、ビスマス系層状構造化合物、ウルツ鉱構造結晶、酸化亜鉛、水晶、ロッシェル塩、のいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の機械電気変換素子。
  4. 前記振動面に絶縁コート膜を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の機械電気変換素子。
  5. 前記第１主面に絶縁コート膜を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の機械電気変換素子。
  6. 前記振動子、前記誘電分極板及び前記背面電極が導電性のケースに収納されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の機械電気変換素子。
  7. 前記誘電分極板及び前記背面電極が導電性のケースに収納され、
    前記振動子は、アコースティック・エミッションを行う測定対象物であり、
    前記ケースの開口端部が前記測定対象物に接していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の機械電気変換素子。
  8. 前記背面電極と前記ケースの間に樹脂層が挿入されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の機械電気変換素子。
  9. 前記振動子の対向する２面の中心面を鏡像面とし、
    該鏡像面に関し、前記誘電分極板と鏡像関係になる第２誘電分極板と、
    該鏡像面に関し、前記背面電極と鏡像関係になる第２背面電極
    とを更に備え、前記誘導電荷測定手段は、前記誘電分極板と前記第２誘電分極板に誘導される電荷を測定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の機械電気変換素子。
  10. 平坦な第１主面及び該第１主面に平行に対向する第２主面で定義される強誘電体からなる誘電分極板の前記第２主面に背面電極を接合する工程と、
    前記誘電分極板を、脱分極温度からキュリー温度の間の除電温度まで加熱し、前記誘電分極板の表面に帯電していた電荷を除去する工程と、
    平坦な振動面を有する導電体からなる振動子を用意し、前記振動面に前記第１主面が対向するようにして、前記誘電分極板及び前記背面電極を、前記除電温度において、前記振動子と共に導電性のケースに収納し、前記振動子と前記誘電分極板間の空間を密閉する工程と、
    前記振動子と前記誘電分極板間の空間を密閉後、前記誘電分極板を室温に戻す工程
    とを含むことを特徴とする機械電気変換素子の製造方法。
JP2006124251A 2006-04-27 2006-04-27 機械電気変換素子及びその製造方法 Active JP4810661B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006124251A JP4810661B2 (ja) 2006-04-27 2006-04-27 機械電気変換素子及びその製造方法
EP07742476.0A EP2019298A4 (en) 2006-04-27 2007-04-26 DEVICE FOR CONVERTING MECHANICAL IN ELECTRICAL AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
PCT/JP2007/059041 WO2007125985A1 (ja) 2006-04-27 2007-04-26 機械電気変換素子及びその製造方法
US12/298,428 US8265287B2 (en) 2006-04-27 2007-04-26 Electro-mechanical transducer and manufacturing method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006124251A JP4810661B2 (ja) 2006-04-27 2006-04-27 機械電気変換素子及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007298297A JP2007298297A (ja) 2007-11-15
JP4810661B2 true JP4810661B2 (ja) 2011-11-09

Family

ID=38655510

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006124251A Active JP4810661B2 (ja) 2006-04-27 2006-04-27 機械電気変換素子及びその製造方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8265287B2 (ja)
EP (1) EP2019298A4 (ja)
JP (1) JP4810661B2 (ja)
WO (1) WO2007125985A1 (ja)

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7858975B2 (en) * 2007-03-12 2010-12-28 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Organic field effect transistor systems and methods
JP5305304B2 (ja) * 2008-04-07 2013-10-02 国立大学法人埼玉大学 機械電気変換素子、機械電気変換装置及びその製造方法
JP4594995B2 (ja) * 2008-04-16 2010-12-08 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 超音波トランスデューサ及び電子機器
JP5386241B2 (ja) * 2009-06-16 2014-01-15 株式会社オーディオテクニカ コンデンサマイクロホンユニット
JP2012044747A (ja) * 2010-08-17 2012-03-01 Seiko Epson Corp 静電誘導発電デバイス
JP5844741B2 (ja) * 2010-11-25 2016-01-20 日本碍子株式会社 静電誘導型機械電気変換素子
US9241227B2 (en) * 2011-01-06 2016-01-19 Bose Corporation Transducer with integrated sensor
KR101781551B1 (ko) * 2011-07-20 2017-09-27 삼성전자주식회사 전기에너지 발생 소자 및 그 구동방법
JP5626907B2 (ja) * 2011-09-13 2014-11-19 ホシデン株式会社 エレクトレットコンデンサ型発音体
US8984752B2 (en) * 2012-06-06 2015-03-24 Xerox Corporation Printhead fabrication using additive manufacturing techniques
JP6232047B2 (ja) 2013-03-19 2017-11-22 仙台スマートマシーンズ株式会社 静電誘導型の振動発電装置及びその製造方法
US9181080B2 (en) 2013-06-28 2015-11-10 Infineon Technologies Ag MEMS microphone with low pressure region between diaphragm and counter electrode
KR101704516B1 (ko) * 2015-03-10 2017-02-10 주식회사 하이덴 실리콘 콘덴서 마이크로폰용 인서트 도전링
JP6515408B2 (ja) * 2015-07-17 2019-05-22 新日本無線株式会社 Ｍｅｍｓ素子
JP6581294B2 (ja) * 2015-09-04 2019-09-25 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェＫｏｎｉｎｋｌｉｊｋｅ Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｎ．Ｖ． 電力発生デバイス及び電力発生方法
US9828237B2 (en) * 2016-03-10 2017-11-28 Infineon Technologies Ag MEMS device and MEMS vacuum microphone
US10180445B2 (en) 2016-06-08 2019-01-15 Honeywell International Inc. Reducing bias in an accelerometer via current adjustment
CN112189347B (zh) * 2018-05-18 2022-10-04 美商楼氏电子有限公司 麦克风组件和形成麦克风组件的方法
US11573257B2 (en) 2019-06-20 2023-02-07 The Boeing Company Systems and methods for acoustically detecting dielectric breakdown and partial discharge events in electrical devices
KR20210021223A (ko) * 2019-08-16 2021-02-25 삼성디스플레이 주식회사 음향 발생 장치를 갖는 회로 보드와 그를 포함하는 표시 장치

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2327136A (en) * 1940-08-03 1943-08-17 Sonotone Corp Hearing aid microphone
JPS5220851B1 (ja) * 1969-12-11 1977-06-07
DE2315767C3 (de) * 1973-03-29 1975-09-11 Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Körpers
JPS5650408B2 (ja) * 1973-07-05 1981-11-28
GB8728509D0 (en) * 1987-12-05 1988-01-13 Rolls Royce Plc Acoustic emission transducer
DE60011349T2 (de) * 1999-07-08 2005-06-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma Kondensator-mikrofongerät und Verbindungsvorrichtung
US6661897B2 (en) * 1999-10-28 2003-12-09 Clive Smith Transducer for sensing body sounds
JP2003204088A (ja) * 2001-09-27 2003-07-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 強誘電体薄膜構成体とそれを用いた応用素子、及び、強誘電体薄膜構成体の製造方法
JP2004135223A (ja) * 2002-10-15 2004-04-30 Hosiden Corp コンデンサマイクロホン及びその製造方法
KR100675026B1 (ko) * 2003-11-05 2007-01-29 주식회사 비에스이 메인 ｐｃｂ에 콘덴서 마이크로폰을 실장하는 방법
JP2005340961A (ja) * 2004-05-24 2005-12-08 Matsushita Electric Works Ltd 音波受信装置
JP4358697B2 (ja) * 2004-07-22 2009-11-04 スター精密株式会社 エレクトレットコンデンサマイクロホンの製造方法
JP4746291B2 (ja) * 2004-08-05 2011-08-10 オリンパス株式会社 静電容量型超音波振動子、及びその製造方法
JP4195884B2 (ja) * 2005-02-17 2008-12-17 Ｎｅｌクリスタル株式会社 酸化物強誘電体結晶の処理方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2019298A4 (en) 2016-03-02
WO2007125985A1 (ja) 2007-11-08
US8265287B2 (en) 2012-09-11
US20090202083A1 (en) 2009-08-13
JP2007298297A (ja) 2007-11-15
EP2019298A1 (en) 2009-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4810661B2 (ja) 機械電気変換素子及びその製造方法
US11665968B2 (en) Piezoelectric MEMS microphone
CN101981718B (zh) 压电薄膜及其制造方法、角速度传感器和角速度的测定方法、压电发电元件和发电方法
US4443729A (en) Piezoceramic bender element having an electrode arrangement suppressing signal development in mount region
US5471721A (en) Method for making monolithic prestressed ceramic devices
US8375793B2 (en) Accelerometer for high temperature applications
JP5707323B2 (ja) 圧電型ｍｅｍｓマイクロフォン
Gerhard-Multhaupt et al. Porous PTFE space-charge electrets for piezoelectric applications
US20130032906A1 (en) Ferroelectric device
KR101903420B1 (ko) 마이크로폰 및 이의 제조 방법
JP2010232971A (ja) マイクロホン装置並びにその調整装置及び調整方法
JP5702125B2 (ja) 静電誘導型変換素子
JPH10209517A (ja) 圧電素子
JP2005347364A (ja) 伸縮可能な圧電素子
JP6934746B2 (ja) 圧電膜を有する積層基板、圧電膜を有する素子および圧電膜を有する積層基板の製造方法
Debéda et al. One step densification of printed multilayers by SPS: Towards new piezoelectric energy harvester MEMS
Hishinuma et al. Recent progress on development of sputtered PZT film at FUJIFILM
JP2009170631A (ja) 圧電素子とその製造方法およびこれを用いた圧電応用デバイス
JPH11322424A (ja) 圧電材料並びにそれを用いた圧電振動子、発音体、音声検出器、アクチュエータ及び圧電トランス
Vucheva et al. Comparison of the piezoelectric properties of single-layer and bilayer structures with thin films of PZT and ZnO in dynamic mode
JP2008064479A (ja) 振動体及びそれを用いた振動ジャイロ
Kageyama et al. Fabrication and evaluation of electret condenser microphone using poled ferroelectric ceramics
JPH11330578A (ja) 圧電素子並びにそれを用いた圧電振動子、発音体、圧電アクチュエータ、超音波探触子及び圧電トランス
JP2005278121A (ja) 圧電素子およびこれを用いた圧電部品
Lee et al. High-sensitive MEMS acoustic sensor using PMN-PT single-crystal diaphragm

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090316

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110510

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110705

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110726

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150