JPS5841000A - 分極された固体誘電体を含むコンデンサ形電気音響変換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気的に分極された固体誘電体を含むコンデ
ンサ形の振動構造体に音圧が直接作用するようなマイク
ロホン及びハイドロホンに係る。

電気分極され九固体誘電体を使用するコンデンサ！イク
ｐホンは通常、電極で被覆された１つ以上の誘電薄膜に
よって形成される。入射音圧によって誘発された弾性ひ
ずみ０結果生じる機械的引張応力又は圧縮応力に応じた
電荷が、圧電効果又は電荷過剰によって生成される。線
形変換効果を得る九めには、誘導される電荷が入射音圧
菱正確に対応して変化しなければならない。平坦膜を使
用する場合、圧力を作用させるとｌｊ［で固定され走膜
の面積増加によって生じ念伸び応力のみによるひずみ抵
抗が存在する恵め、膜が・童イモルフ構造であるとき以
外は振幅の線形レスデンスを得ることができない。即ち
、均質薄膜の場合には、スラストが薄膜のいずれの面に
作用するかに関わり無く、平面外部への薄膜の変形によ
って伸び応力が生じる。この欠点を克服するためには、
均質薄膜を包囲体形に形成し音圧の作用下で伸縮せしめ
て交番応力が生じるように構成し得る。しかし乍ら薄膜
をこのように形成する場合にも、特に形状の経時的安定
性に関して欠点が残っており、このことは電気音響的特
性に対しても影響を与える。

マイクロホンの振動構造体の機械的コンブライアンスは
、共振同波数を決定し従って定レベルで再現される同波
数帯の上限を決定するので、マイクロホンの動作に影響
を与える。無指向性マイクロホンの場合ＫＦｉ、膜の裏
面が音圧を受けないように′＃Ｉ＃成する必要があり、
このために、１漠を剛性ケース内に取付は膜によって所
定量の空気を圧縮しておく。前記量の空気の存在によっ
て振動構造体の剛性は強化されるが、ひずみ応力の一部
が変換特性を失った謀質中に蓄積されるので、膜のみが
音圧抵抗手段である場合よりもマイクロホンの感度が低
下する。膜が・極度に可撓性であるとき、膜面積が大き
いとき及び圧縮空気容Ｍが減縮されているときは、膜に
対するエアクッションの作用が大きい。

更に、面積の大きい可撓性膜は一般に薄い。従って、こ
のような＠に電極を配設して形成されたコンデンサは高
い電気容量を有する。静電法則によれば帯電コンデンサ
の電位差は、！レートにより担持された電荷に比例し、
容量に反比例する。

薄ＷＸ−イクロホンによって送出される無負荷電圧は比
較的低く、電圧の増幅及び妨害電場の有効な連断が必要
である。

圧電気現象に関しては多数の研究がなされており、公知
の如く三階テンノルによって定義され材料が中心対称構
造を持たないことを示す固有圧電気（ＩｎｔｒＩｎｓ量
ｅ　Ｐｌ＊１ｏｅｌ＊＠ｌｒｉ＊ｉｔｙ　）と同時に、
曲げ圧電気（ｐ（ａｘＩｏｎ　Ｐｉ＊ｉｅ＠１＊ａｔｒ
ｌ＠口ｙ）が存在することが判明している。曲げ圧電気
によって誘導される電気分極は、四階テンノルの圧電率
に′よって決定され、ひずみを生じた材料内部に応力勾
配が存在するときに生じる。固有圧電気と対照的に曲げ
圧電気は、予め機棹的応力を受けた材料の電気的又は構
造的異方性とは関係がない。

巨視的な誘導電気分極を誘引する構造的欠陥を生じきせ
るのは不均質応力と考えられるからである。しかし乍ら
実験によれば、材料が極性の電気的異方性又は電荷過剰
による電気的異方性を受容し光ときに、曲げ圧電気の発
生が実質的に増加する仁とが判明し念。

曲げ圧電気の検出及び測定は当業界に不可欠な要素であ
り、このことは１雑誌＠Ｊａｐａｎ　Ｊ、　ＡＰＬ。

ＰＨＹ８．１！５巻（１９７６）、１１号、　２２３９
−２２４０（−ジ”に収載の！ＩＲＩＧＩＲ他による論
文１碩ンデイングーーエゾエレクトリシテイ・イン・Ｉ
リビニリデンフルオリド（ｉｌＩＮＤＩＮＧ　’ｍ、Ｚ
ＯＥＬＥＣＴＢＩＣ−ＩＴＹ　Ｉ）ｉ　ＰＯＬＹ　ＶＩ
ＮＹＩＪＤＩＮＩ　ＦＬＵＯＲＩＤｆｆｉ）”に明記さ
れている。

本発明の目的は、同体分極誘電体を有するコンデンサ形
マイクロホン構造体に曲げ圧電気を作用させることによ
り、従来の欠点を除去することである。

より詳細には本発明は、少くとも２個の集電極と、固体
誘電体から形成されており入射音圧の作用を受ける振動
構造体と、前記撮動構造体の端部を固着し六サポートと
を含んでおり、前記集電極が前記撮動構造体によって担
持されており且つ２個の出力端子の夫々に接続されて成
る分極された固体誘電体を備え九コンデンサ形電気音響
変換器を提供する。本発明によれば前記の型の変換器に
於いて、振動構造体がグレート状の平担構造体の形状を
有しており、前記グレートは、プレートの彎曲する間に
グレートの中央層が有意なひずみを、生じないように十
分な厚みを有する。

添付図面に示す以下の記載より、本発明が更に十分に理
解されよう。

ＪＩＥ１＃１ＡＦｉ、周縁２で固定され九２個の弾性構
造体に夫々対応する中線断面り、ｂを示すｅａＫ示す構
造体は厚みｅ、の平坦プレート１であＬ　ｂに示す構造
体ｔｉ町よりかなり薄い厚み＠２の平坦膜３である。

これらの構造体が互いに等しい中径Ｒを有しており且り
同じ音圧ｐを受けると仮定する。この場合、デレー）１
の変形後の形状４のたわみΔ２．は厚み・、よシ小さい
が膜３の変形後の形状５のたわみΔｚ２は・２よυかな
ｐ大きいことが理解されよう。

ζこで、圧力に対する機櫨的強度に関しても考慮する必
要がある。即ち、ｐが増加するとプレートの如く作用す
るであろう。

本発明の範囲では、音圧を直接受ける変形性グレートが
使用されるので膜とプレートとの定義に関する前記の如
き不確定性を考慮しなくてもよい。

マイクロホンの受信素子の許容音圧の最高値は、２・１
０−’　／母スカルに設定され九可聴しきい値よシ１２
　Ｓ　ａｍ高いレベルの音の強さに対応する。即ち。

最大圧力は約３５／ぐスカルである。高さｈ及び牛径翼
の円形固定グレートが圧力ｐを受は九とき、グレート中
心の九わみＷは、低彎曲性プレートの・ 近似理論によって、式 ％式％（） で示され、この式の成立条件として」＜、０．１　　で
なければならない。

次に、所与の弾性材料に於いて比−の最大限界り 値を決定し得る。

例えば、比較的剛性の小さｂ材料、例えば弾性率Ｅ＝３
．５　１０　Ｎ、ｍ　　及びポアノン比ν＝０．３を有
するポリ弗化ビニリデン（１”／Ｆ２）の場合、圧カー
）−３５Ｐａで比−く１００が決定される。

一 従って、中径Ｒ＝１０１１１の円形固定構造体ζま、厚
みｂが少くとも１００声ｍに等しい場合に、低彎曲性規
準に適合し得る。ＰＺＴタイグの圧電セライック材Ｆｉ
ｐｖｒ２よシ２０倍も剛性なので、同じ規準によれば最
小厚みを残着の薄さＫすることができる。しかし乍ら、
ＰＺＴセラｉツクの透磁率はＰＶＦ２セツ電ツクの１０
０倍であり、このため、他の全部が等しいとセラミック
マイクロホン力グセルの無負荷電圧が一倍尺なることに
留意しなけ００ ればならない。

圧電セラミック及び本質的に圧電性の結晶はむしろ、■
ぜの音圧又は超可聴周波数の音圧のマイクロホン検出に
適する。

以下の圧電効果の分析によって、分極された材料の内部
での弾性ひずみ応力を考察し、音圧によって生成された
応力から表面での誘導電荷密度を算出し、これらの電荷
密度が電極に収集される状態を理解し得る。

弾性ひずみ応力に関する考察に於いては、低彎曲性に基
りた分子ｉｌＩ規準を使用した場合にもグレー。

トと膜とは明らかに別個の概念を有する。弾性構造体の
ひずみ応力は、複数項即ち伸び応力、曲げ応力及び剪断
応力に分解される。ひずみ応力全体をＷで示し、伸び応
力のみに対応する部分をＷ、ｒが１よシ邊かに大きい値
を有するであろう。これＦｉ、音圧に対するグレートの
抵抗に於いて伸び応力の占める割合が極めて小さいから
である。逆に第１図の（ｂ）　Ｋ示す構造に於いては−
１たわみΔｚ２が−Ｗ 厚み・２に近付くと比−一」は１に近付き、１［５Ｗ！ がｍ＠に薄くなるとこの値は０に近付く、これは膜が曲
げ剛性を持九なくなるからである。

平坦グレートと平坦膜との相違を示す別の手段として、
膜の場合には、交番する音圧の存在下で膜に作用するス
ラストが逆転しても伸び応力の符号が変化しないことを
指摘することができる。他方、応力Ｗ　−Ｗ、に対応す
る別の応力の符号は交番する応力に応じて変化する。そ
の結果として、入射音圧に対する弾性抵抗中での種々の
機械的応力の割合を決定する電気音響変換効果の線形性
が増減する。

圧電気は、異なる２つの形状即ち固有圧電気と曲げ圧電
気との形状で生じる。固有圧電気とけ、ひずみを受は穴
材料が中心対称性でないダルーデの結晶体と同様の特性
を有することを意味する。

これは例えば、分極された？υ弗化ビニリデンの如き極
性ポリマー材料で見られる。他方、曲げ圧電気はいかな
る誘電体にも存在し得る。何故なら、機械的応力勾配の
存在中での双極子モーメントの形成によって曲げ圧電気
が生じるからである。材料が電気的にノダイアスされて
いるときは現われる曲げ圧電気の強度がかなり増加する
。前記の如き・苛イアスは、過剰帯電（エレクトレット
）によるか又は微視的規模の極性位相の生成によって与
えられる。

ｆＪＩ１１２図は、２種の圧電気を互いに相殺する念め
の実験デ・譬イスを示す、該デバイスは、例えば、軸２
に平行に分極されなポリ弗化ビニリデンから成る柱状断
面のビーム６を含む、該、ビームの１端はアンカ２によ
って担持されており、該−一ムの他端に軸ＺＫ平行な力
ｒを作用古せて該ビームの彎曲を生起し得る。ビームの
長軸ＯＸは軸ＯＹ及び軸Ｏ２と共に三個の矩形を含む三
面体を形成している。かつこ内の数字は、結晶学での慣
用に従うこれらの軸の指称である。軸ｚＫ画直なビーム
６０両面は夫々、コンデンサを形成する電極７及び８を
担持している。これらの電極は夫々、端子９．１０に接
続されており、これらの端子９と１０との間に′賦圧Ｖ
が生じる・ビームの直角断面１３に於ける応力状態が、
中心Ｏの三角形分布１２によって示される。この三角形
は曲げ応力の分布を示す、固定ビーム６の長さはしてあ
り、電極ｌＡ７゜８Ｆｉ、変数横座標Ｘ　−−１上に配
置されている。

電極７，８を担持するビーム６０両面は夫々、ｚ＝ｈ及
びｚ−一りを有して）シ、これらの幅はｂに等しい。

ビーム６の座標ｘ、ｙ、ｚｏカレントポイントＣに於い
て、応力テンソルの非零成分は、式で示される０式中の
Ｘ、は、ビームの２倍の高さ２ｈに亘る平均０の分布１
２を示し％Ｘ５は分布１１を示す。ビー７−０２倍の高
さ２ｈＫ亘る分布１１の平均３［５は必然的に一２ｂｈ
に等しい、力Ｖがビームの軸に自直なので軸Ｏｘに沿っ
た伸び応力は存在しない、横座［、＝−１で面積Ｓの電
極７．８に誘導される電荷（１，電荷密度 に対応する。

項４３１ｉ８　　は固有圧電気に対する電荷密度を示す
、該圧電気に対する誘導分極Ｐ　ｉ　１１テンソル式％
式％ で示されることａ公知であ夛、式中の”ｌｊｋは三階テ
ンソルに属する圧電率を示す。

Ｘ 項　　’ｓ１．ｓ　（、ｉ’　）、ｘ−Ｌ　　　は電極
Ｏ横座標の関数として変化してお）、曲げ圧電気に対す
る電荷密度を示す、該圧電気に対する誘導分極ｈ′がテ
ンソル式 ％式％ で示されることは公知であり、式中のｆｓｊｋｌＦｉ四
階テンンルに属する圧電率を示し、ｘＬは４番目の座標
を示す。座標の個数は３であるから、曲げ圧電気を示す
テンソルは８１＠の圧電率を含んでおり、いかなる誘導
材料の場合に４１．辷れもの圧電率の全部が０にはなら
ない、第２図の測定デバイスによれば２種の圧電気は互
いに容易に相殺され得る。

例として、曲げ圧電率の３つの測定値を以下に示す。

前記より、絶縁材から形成されており不拘一応力状襲の
いかなる構造体も、該構造体に作用した応力の測定値た
る電気信号を電極間に送出し得ることが理解されよう。

第２図の彎曲ビームは、第１図のグレート１に於とがで
きる。

第３図は、曲げ応力のみを受けている静止状態のプレー
トの基本体積（立体）　＋ｌｘ、ｄｙ、ｄｍを示す。

厚み・の立体ｔｓＦｉＨｏ高さに中立層１６を有する。

中立層の表面は、静止状態とひずみ状態との間で変化し
ない、前記の如く仮定すると、中立１―から距離２だけ
鐘関し大高さａＸＯ層１４に於いて、彎曲グレートが受
は九自率Ｉ　及びβアによって銹導され九弾性応力の値
を測定し得る。

第３図の立体の平衡を示すことにより、横断方向に負荷
されｆ５ｆレートの低彎曲性を決定する微分方程式を公
知の数学的証明に従って得ることができる。

低彎曲性珊論は第４図から更に十分に理解されよう。第
４図は、局ＩＢＫ均一な曲げ偶力Ｍが作用した平坦円形
ｌレートのひずみを示す。ひずみは、牛１！を謔の球形
のスカルキャッグ形で生じる。弧人Ｂの長さはプレート
の直＠ｚ＆に勢しく、最も高位の点ｒｉ＋わみ−に相当
する。この場合、中線のひずみが全く存在しないと仮定
している。この場合、同門短縮が最大である円形たわみ
の半径ａ、を算出し得る。、この半径の値は ＠　、　！　、＃―φ但しφ萼＾ これは第３図の中央層１６の伸びの上限を示す。

・　　　　ａｌ この値を、−・−に等しい面のレベルでの伸びに２　　
ρ 比較しなければならない。

低彎曲性とは、プレートの機の高さに位置する中央層の
伸びが種々の面の曲げ伸、びに対して無視し得る大きさ
であることを意味する。即ち６くくαであることを意味
する。

実際には上限は、前述の如くδ＜０．１１！に設定され
ている。

分極され光固体誘電体を含むコンテンを形マイクロホン
０ＩＩＡ度測定に関する理論は極めて複雑であり本明細
書に於いてそＯ全容を説明することはできない。しかし
乍ら、第Ｓ図の特定具体例によりその概要を説明し得る
。第５図は、円形平坦グレート１を示す。該プレートは
、同様に平坦な周辺アンカ２に固定されている。電極７
．８ｔｊ、グレート１の半径Ｒの自由面を完全に被覆し
ている。

軸２を回転軸とするｔｌＥ５ＨＯ中線断面図に於いて１
、　　非変形状態のグレートの中央層は真直な鎖線で示
されている。音圧によって、均一分布の横断方向ヌラス
トが作用すると、ｌレートは第５図に破線で示した曲げ
ポイントを有するカーブに沿って変形する。中央層のカ
レントｌインドＰ。ｔｔｐ、に移動し、プレートの中心
でのたわみＷｏは、式で示される。

中心から距離Ｔを隔てた点での変位Ｗは式％式％ 第６図の正規化ダイヤグラムは、横座標に２量うメータ
β＝−を示し、縦座標に正規化目盛を示す。

曲線１７Ｆｉ、上記の式で定義した変位ＷＯＷ　　の法
則をρの関数として示す。

誘導電荷部分を計算するためには、変形したｌレート中
に存在する機械的応力Ｘｒ及びＸｌを知るの値を示して
おり式中には式 Ｘ６は、円柱座標系（θ、ｒ、ｘ）に於ける１１辺応力
である。

第６図の曲線ＩＩは Ｏ値を示しており、　ｘ、ｔｉ中線応力である。

低彎曲性を仮定した丸めに中央層の両側で応力が２に従
って直線状に増加することを確認することは重要である
。

解されよう。

円柱座標（Ｉｔ、ｒ、ｓ）の関数喪る応力Ｘ及びＸ＃を
知択次に、固有圧電気及び曲げ圧電気によって誘導され
４分極を各層毎に計算することが必要である。ｚＫ沿っ
て積分し、次Ｋｆレートの面上に表面電荷密度を配置し
、更に’１ｌｉ７．８の全範囲に亘って表面電荷密度を
積分して、音圧にょヤ誘導され走線電荷を算出する。

これらの計算を収載する必！！はないと思われる。

要するに、比較的面倒なこれらの計算の結果より、固有
圧電気による誘導電荷部分と曲げ圧電気による誘導電荷
部分とが全体としてＯになることが判明した。

この驚くべき結果、即ち、横断方向に分極された均一材
料から成シ両面が電極で完全に被覆されておシ平坦アン
カに固定された円聯平坦！レートは、音圧０作用を受け
る圧電変換器としての感度が実質的に０であるという結
果は実験によシＮ認された。

しかし乍ら、計算の続行に伴なって、グレートの面上で
誘導される電荷はラジアル方向の位置と共に符号を変換
し、全体として０になるのは面の領斌内での＋及び−の
電荷が完全な補償の生じる位置に存在するときであるこ
とが判明した。

前記の考察によれば、低彎曲性グレート形状を使用する
と実際には使用可能な感度が存在する・即ち、実際には
、電極によシ収集された電荷が完全に消去されるのを阻
止する構造上の不整が存在する０例えばグレートの僅か
な坐屈、アンカへの不完全な固定又は構造的むら＃は夫
々、有効感度を得るための７アクターとなり得る。

（以下余白） このような固有感度は膜形マイクロホンシステムと同等
であるが、グレート形マイクロホンの利点として、小型
密閉ケースに結合し得ること及び作動の線形性にすぐれ
ていることが挙げられる。

面を完全に被覆する電極を有する固定された変換器グレ
ートに於いてかなシの感度増即ち利得が可能であること
が判明し光・この利得は、非平坦アンカによってグレー
トの計画的彎曲を生じさせることによシ得られるｅアン
カによって与えられたプレートの彎曲形又は起伏形によ
って応力状態が変化し、これにより２種の圧電気が正確
に現れる可能性が生じる。

しかし乍ら、前記の如き処置が音譬感度の増加を得るた
めＯ唯一≠の方法ではない。

第７図に示す本発明のｉイクロホンカグセルの中線断面
図に於いて、振動板は固定されていない。

この具体例によれば、両面が電極７．８で完全に被覆さ
れたプレートｌは固定されず支持されるのる支持面は、
音圧ｐによって彎曲し九！レートの固着点に曲げ偶力を
生じない、第７図に破線で示すひずみの形状は情一点を
持たない単なる彎曲形状を有する。従って機械的応力の
状態は第６図の状態からは極めて異なっているが、まだ
曲げ抵抗によって支配されている。電極７及び８によっ
て収集される電荷は全体として互いに完全には相殺しな
いので！イクロホンカプセルの感度は実質的に増加する
。

単なる支持状態を達成するために、第７図の断面に於い
てはケース２１の底部が環状カラーを含んでお〕、プレ
ートアセンブリ１，７．８を相持する央部を備えた支持
面２２が前記カラーに形成されている。ケース２１の底
部に嵌着される内側リンダ２０の内部に備えられた圧縮
性絶縁材から成るシール２３によって、前記アセンブリ
が支持面２２に押圧される。グレート１が振動すると、
プレート同辺は支持面の刃先状頂端に関して回動する。

従って固着点での曲げ偶力は全く生じない。

この回動によってシール２３の支持面は揺動させられる
。しかし乍ら、抵抗偶力の発生を阻止するために前記シ
ール２３は、Ｉリマ−フオーム又はエラストマーフオー
ムから形成される。電極７との接点を構成すべく該シー
ルが導電性であってもよい、電４１７はケースの金属部
２０．２１に接続されたアース電極の機能を果しており
、電極８は支持面２２の近傍で終結している。ケースの
部分２１．２２を絶縁材によって製造し第１４図に示す
如く外側金属ケースに嵌込んで静電シールドを形成する
ことも勿論可能である。

第７図のデバイスに関する感度の強化は、主としてケー
スに対する振動板の取付方法に基く、第７図のひずみと
第５図のひずみとの形状を比較すると、曲率反転を有す
るアンカの近傍でリングを無視するならば、両者が同様
の変化を示すことが理解されよう。

前記より更に、固定円形プレートを完全に被覆する電極
上で曲げ圧電気によυ誘導される電荷Ｑ。

Ｏ定義が得られることは当然である。

骸電荷は、式 ％式％ 応力Ｘｒ及びＸθは比ｐ−７の関数として次式（ａ）又
は（ｂ）で示される。

値Ｋに関して杜、第６図に基いて前記に説明した。

これらの式によ枚誘導電荷Ｑ、を示すことがでをる。

式（ｂ）の場合、 であり、これを式 ％式％ 式（＆）の場合、 ・・・・−・（ａ） と示すことができ、 のときに（ｌ−２ρ２）の符号変化が生じる。

式（＠）は、グレートが平坦アンカによって固定されて
いるときは なので誘導電荷げＯになることを示す。

ングが半径Ｒの内１１１１円によって収集されたｔｌｔ
ｆｌＦｒに等し一大亀さ０反対符号０電荷を収集するこ
とを示す。

前記によれば、電極７又は８のいずれか１個を半径ｄの
円形切れ目に沿って分割゛すると第５図のディイスに警
いてもかな）の感度増即ち利得が得られるであろう。

ζＯ変形が第８図の部分断面斜視図で示されている・ケ
ース２１の底部とカラー２０とは平坦グレー）ｌを挟持
する平坦アンカを形成している。

電極２７はプレート１の外向色の面を完全に被覆してい
る。プレート１の内面は２個の同心電極２６．２Ｉを担
持している・中心電極は、前述の値−ｄＫ近い値の半径
を有する円板２５である。１８辺電極２６はｄに近い値
の内径を有するリングである。２個の電極２５と２，６
とを隔てる円形切れ目は半径−の位置、即ちプレー）１
の非固定領域に関して中心から７０−の位置に設けられ
ている。

電極２７を参照電極とする場合、電極２５及び２６の夫
々により送出されるマイクロホン電圧拡互いに反対の符
号を有しており、互に接合された電極２５と２６とが送
出する電圧よシも大きい。

電極が送出した賦圧と使用する丸めの種々の方法が可能
である。最も簡単な方法としてはプレート１の内面に電
極２５．２６のいずれか１個のみを設ける。この場合に
は、１個の入力インピーダンス整合回路が適尚であ石。

送出される無負荷電圧をマ及び音圧をｐで示す電極間容
量であ１．４．は、電極Ｑ、の式（ｄ）を積分範囲０と
ｉとの間で積分して算出した収集電荷である。

即ち、 分極されたＩす＾化ビニリデングレートを使用した場合
を例にと如、前記の電圧感度を算出する。

第１共振周波数が３　ｋ）ｉｍとなるようにＲとｂとの
値を決定する。即ちＲｓｘ７．５ｍ及びｂ＝−２４０イ
クロンである。得られる感Ｗｌｌ　Ｗ　１　ｄｌ、々ａ
である。

、中心電極２５及び環状電極２６の双方に於いて電極間
容量が等しいので、いずれの電極を用いても同じ感度が
得られる。言う迄もなく電極２７は、電極２５．２６の
誘導電荷収集領域に向き合う領域外に壕で伸びる必要は
ない・ しかし乍ら電極２５と２６とを出力端子として使用すゐ
と！イクロホンカグ七ルの感度を倍加し得る。この場合
、電極２７はプレートｌを完全に被覆している。更に電
極２丁はフロートしているので外部静電誘導から有効に
保腰されなければならない。第９図の電気回路は、２個
の絶縁Ｐ−）形ユニポーラトランジスタＴ、、Ｔ、を含
む作動増幅器に対するこの場合の接続方法を示す、トラ
ンジスタＴ、、Ｔ２のソースは、極２９を共通極とする
対称電力源の負極３０に接続されている。トランジスタ
Ｔ、のドレインは電力源の正極２８に直結しておす、ト
ランジスタτ、のドレインは負荷抵抗器Ｒ４を介して正
極２８に接続されている。抵抗器Ｒ１の端子に増幅電圧
が現われる。電極２５及び２６は夫々、トランジスタＴ
２及びＴ、のｒ−）に被続されている。差分回路である
から電極２７を結線３１を介して共通極２９に接続して
も差支えない。勿論、別の増幅回路及び／又はインピー
ダンス整合回Ｍ＜）使用も可能である。例えばパイイー
２トランジスタを用いた回路が可能である。低制波側の
レスポンスの限界は能動＝ングンサ２５，２７又は２６
．２７に並列接続された高値抵抗器を介して得られる。

該抵抗器はプレート１に集積されていてもよいが、より
好ましくは、プレートｌを構成する誘電体に導電性を与
えて抵抗器を形成する。

前記の具体例では、振動板が中心からケースとの固着点
まで均一に分極されていると仮定した。

しかし乍ら、所与の応力によって誘導される電荷の振幅
及び符号は、過剰電荷に依存するが又は振動板形成誘電
体中に常時生じている双瘉子分極に依存する。従って、
このファクタを利用して、第５図に示す如き平坦アンカ
を備えるプレートのマイクロホン感度を増加し得る。

第１０図は、不均一に分極されたグレートｌを使用した
マイクロホンカプセルの中線断面図である。＃グレート
ｌの両面は、中心がらケース３４の平坦アンカに亘って
電１ｉ１７及び８で被接されている・ｄより大きい半径
を有するリング内に生じる双極子分極Ｐは、ｄ以下の半
径を有する中心円板内に生じる分極ｄと反対の向きを有
してお）、ＰとＰ′とは等しい０種々の曲げ圧電気部分
を積分範囲（ｏ、ｍ）及び（ｉ（、Ｒ）で積分すると、
電荷が互いに相殺されずに累加されることが理解されよ
う。この場合に送出される電圧マは、やはり本発明の範
囲に含まれる２種の分極の一方のみが存在するときにマ
イクロホンカプセルが供給し得る電圧よりも大きい。し
かし乍ら、電極２７と電ｆｉｉ！２５．２６のいずれか
との間で第９図のカプセルが供給する電圧の２倍にはな
らない、他の要素が全て尋しい場合、第１０図のカプセ
ルが与える雪、気的インピーダンスは第８図の場合の１
／４であり、このことは、増幅回路の励起が無負荷輩圧
の増加によってでなく短絡電流によって行なわれるとき
に有効であろう。留意すべきは、定肪導電荷を有する短
絡電流が音響周波数の比例関数であり入力に低インピー
ダンス及び出力に高インピーダンスを有する電流増幅器
を使用するときはレスポンス曲線を修正するために出力
に容量性負荷を配設しなければならないことである。

半径ｄを用いて分極領域から電極領域を隔てるる。この
値から若干ずれても感度増即ち利得が得られる・一般に
、誘電体の分極がグレートの一部分にのみ存在するとき
は、分極された領域からはみ出さない電極を使用するの
が有利である。従来の電極間分極グロセス又は保持リン
グによるコロナ効果によって局部的分極を容易に得るこ
とができる。

半径方向に不均一性を与える方法は、マイクロホン感度
を良くするための１つの例である・第１１図は、圧電気
的に不活性の層３５と、層３ｓと等しい弾性を有してお
り層３５に接着された圧電気的に活性の層３４と、を含
む積層振動板の部分断面図である。曲げ応力のダイヤグ
ラムは、中央１１１３６上に頂点を有する三角形の形状
を維持しているが、層３４中に存在する応力のみが表面
誘導電荷の増加を誘引する。従って、固有圧電気部分４
０でなく、骸部分に曲げ圧電気部分が加算される。

第１２図は、圧電気的に不活性の層３８と、該層に接着
されており該層よシ大きいコンブライアンスを有する圧
゛電気的に活性の層３４と、を含む積層振動板の部分断
面図である。応力ダイヤグラム３９に示す如く層３８の
たわみは層３４のかなり均一な伸びを生起する。

＠１１図及び第１２図に示す積層グレート、並びに２よ
）多い層を含む積層プレートを形成するために接着処庖
を実施す為、第１１図のプレートは、例えば２つのＰＶ
Ｆ　２層から形成され、１つの層だけが電気的に分極さ
れている。第１２図の積層は、例えば分極されたＰＶＦ
、層３４を剛度の大暑い金属板３８に接着又は接合させ
て形成され得る。この場合、金属板は電極として機能す
る。

第１１図及び第１２図に示す如く厚み方向で一部のみが
分極された振動板の使用に代えて、第１３図のグレート
４０の如きモノリシックプレートを形成してもよい、ｌ
１４１の上方で低く線４１の下方でより高い値になる導
′ｗＬ率曲線４２を軸重に沿って生成すると、縁４１Ｋ
ｌｉなる領域で電界の相殺が可能である。従って、該プ
レートは厚み方向全体で圧電気的に活性であるが導電率
の増補によって部分的に不活性化される。乙のようなプ
レートは、総厚みの一部分に限定された深度まで材料を
ドーピングして得られる。このために電子衝撃テクノ田
シイを使用し得る。これにょ）、数１０　ｋ＠Ｖのエネ
ルイで数１（ｌクロンの深度までポリマー材料中に浸透
し得る。溶媒に支持されたアルカリ金属イオンを拡散ざ
讐て導電率グロフィルを得ることも可能である。

第ｔ［ｉｔ、電話用マイクロホンカプセルの中線断面図
である。

平坦撮動板１は、金属力ｄ−４４の平坦縁部と同じく金
属製のケース４５の底部とによって形成される周辺アン
カに締付けられている。カバー４４の側の！レートｌの
面は電極７で完全に被覆されている０％電極は、金属ケ
ーシング４３が低迷まれたアセンブリの末端でケースに
アースされている。カバー４４の底部には、音を透過す
るグリッドを形成する開孔４８が設けられている。力・
々−の内面は、同じく音を透過する繊維製ライニング４
７でＪＡ彊すされている。カバー４４とプレート１とは
、嬉１の音響空胴４６を形成してい゛る。

第２の音響架側は、開孔５０を備えた内壁を有するケー
ス４５の底部の上方凹部によって形成されている。ケー
ス４５の底部の下方凹部はグリント回路板５４と共に第
３の音替空胴５３を形成している。第２音曽空胴と第３
音響空胴とを遅進させる開孔５０は、繊維製減衰）奇ツ
ド４９によって閉りさ・れている。グレートｌの下面は
環状電極８を担持しており、電極８は、グレー）１の中
心によシ担持された増幅回路５１に電気接続されている
。

プリント回路５４によシ担持された給電回路５５は破線
で示す結線によって回路５１に接続されている。プリン
ト回路５４によシ担持された出力端子５６もまた、イン
ピーダンス整合回路５１に接続されている。グレートｌ
の開孔を導電性ペーストて閉１することによシミ極７と
８との間に漏れ抵抗器５２が形成される。この抵抗器は
、低周波側での電気音響レスポンスを制限すぺ〈機能す
る。

減滅手段４７．４９はプレートｌの共振周＃ｊＬ数の減
衰を銹引する。

言う迄もなく、平坦振動板の感度を改良し得る種々の手
段の組合せ使用が可能である。第１４図に関する説明よ
ハ平坦プレートは比較的製造し易く且つ組立部品を単純
な形状に維持して電子票子を高度に集積し得るととが理
解されよう、を気音響的特性値の経時的安定度は顕著で
あ〕マイクロホンカプセルの小型化によって電気音醤的
性能は全く侵害されない、第１４図のデバイスは特に、
−グレートの片面に音圧を受容する圧力マイクロホンを
示す、しかし乍ら、騒がしい環境で近傍の音源を有利に
捕捉するために特に有効な圧力傾度マイクロホンに適用
することも可能である。

繭記の如きマイクロホンを水中に沈めるとすぐれた水中
マイクロホンを形成することがａｍされよう、水負荷に
よって共振周波数が低下する。ｋに、プレートをポリ弗
化ビニリデンのみから形成せずその；Ｉリマーのいずれ
かから形成すること４可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は弾性構造体の中線断面図、第２図は２種の圧電
気を測定するための実験デバイスの説明図、第３図はプ
レートの基本体積の説明図、＃ｇ４図は低彎曲性理論を
示すためのプレートの説明図、第５図はコンデンサ形マ
イクロホンの中細断面図、＠６図は正規化ダイヤグラム
、承７図は、本発明のマイクロホンの第１具体例の中線
断面図、第８図は、本発明のマイクロホンの第２具体例
の一部断面斜視図、第９図は、増幅回路の配線図、第中
線断面図、第１１図は、本発明による振動板マイクロホ
ンの構造の詳細図、第１２図は本発明の別の具体例によ
る振動板マイクロホンの構造の詳細図、Ｐ、１３図は、
本発明の更に別の具体例による振動板マイクロホンの構
造の詳細図１第１４図は、集積インピーダンスアダプタ
回路を備えたマイクロホンの断面図である。 １・・・プレート、２・・・アンカ、３・・・幌、６・
・・ビーム、７．８・・・電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）分極された固体誘電体を含むコンデンサ形電気音
   響変４Ａ器であり、少くとも２個の集電極と、固体誘電
   体から形成されており入射音圧の作用を受ける振動構造
   体と、前記振動構造体の縁端を固着し九す４−トと、を
   含んでおり、前記電極が前記振動構造体により担持され
   ２個の出力端子に夫夫接続されており、前記振動構造体
   が、グレートの形状の平坦構造体であシ、前記ｌレート
   は、前記グレートが彎曲している間に中央層の有意なひ
   ずみか生じないように十分な厚みを有していることを特
   徴とする分極された固体誘電体を含むコンデンを形電気
   音響変換器。 （２）　　＃紀プレートの縁端を前記サポートに接続す
   る固着手段が、前記プレートが前記入射音圧の作用によ
   って交互に彎曲するときに前記グレートを自−に回動さ
   せ得ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   変換器。 （３）　　前記グレー）０支持面が尖った突出部を含ん
   でおシ、プレートの縁端が前記突出部の頂端で自由に回
   動し得ることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の変換器。 （４）　　前記プレートの縁端が、前記す４−Ｆ内に設
   けられており平坦面を有する受容凹部内に締付けられて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の変
   換器。 （５）前記グレートが、全面に握って不均一な電気分極
   を有することを特徴とする特許請求の範囲ＩＩＩ項Ｋｓ
   ｉ１５載Ｏ変換器。 （６）前記プレートの中心領域が電気分極を有してお〕
   、前記分極の符号は、前記グレートの縁端と前記中心領
   域との間に伸びる領域に存在する鑞気分極に対して反対
   の符号であることを特徴とする特許請求の範囲第５項に
   記載の変換器。 （７）前記グレートの電気分極がグレート面に画直な方
   向で不均一であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の変換器。 （８）前記グレートが、互いに接着され大食くとも２Ｉ
   ＩＯ重なり合う層から形成され九積層構造を有しており
   、前記層の１つが分極され走置電体から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第７項のいずれかに記
   載の変換器。 （９）　　前記層の別の１つが金属から成ることを特徴
   とする特許請求の範囲第８項に記載の変換器。 叫　前記層の別の１つが分極されない同じ誘電体から成
   ることを特徴とする特＃！Ｆ＃ｌＩ求の範囲第８項に記
   載の変換器。 αル　前記グレートの導電率が不均一であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の変換器。 （ロ）前記電極が前記グレートの面を夫々被覆している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第１１項の
   いずれかに記載の変換器。 （至）前記電極の少くとも１個が前記グレートの片面を
   部分的に被覆していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の変換器。 α◆　前記電極が前記グレートの片面に位置しており、
   前記グレートの別の面は対極によシ被覆されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載の変換器。 （至）前記グレートが固定された円形プレートであり、
   前記電極は、前記グレートの非固定部分の中径ａの０．
   ７倍に近い半径を有する円によって限定されるグレート
   面部分を被覆していることを特徴とする特許請求の範囲
   第１３項に記載の変換器。 榊　前記電極が電子増幅回路の差入力に接続されている
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項に記載の女換
   器。 （財）前記グレートが前記電極に接続され良電子増幅回
   路を担持していることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載の変換器。 （１樽　　前記グレートの片面が音圧を受容し得ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の変換器。 （ロ）前記グレートの両面が音圧を受容し得ることを特
   徴とする特許請求の範囲８１１１項に記載の変換器。 に）前記プレートの分極が双極性であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載の変換器。 Ｑや　　前記グレートの分極が電荷過剰によって形成さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の変
   換器。 （２）前記グレートが一ν弗化ビニリデン又はそのコぼ
   りマーの１種から製造されることを特徴とする特許請求
   の範囲第２０項に記載の変換器。 （２）レスｌンスが、前記電極を互いに接続する抵抗に
   よって低周波側で制限されることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の変換器。 勾　前記抵抗が前記プレート内に集積されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第２３項に記載の変換器。