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KR930009631B1 - 마이크로폰 구조물 및 그 제조방법 - Google Patents

마이크로폰 구조물 및 그 제조방법 Download PDF

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KR930009631B1
KR930009631B1 KR1019900006749A KR900006749A KR930009631B1 KR 930009631 B1 KR930009631 B1 KR 930009631B1 KR 1019900006749 A KR1019900006749 A KR 1019900006749A KR 900006749 A KR900006749 A KR 900006749A KR 930009631 B1 KR930009631 B1 KR 930009631B1
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magnet
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forming
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브리안 터어도 티모시
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피이비 일렉트로닉스 코포레이션
하트리 디. 피이비
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Abstract

내용 없음.

Description

마이크로폰 구조물 및 그 제조방법
제 1 도는 청명을 위한 중앙 패치가 생략된 본 발명의 진동판에 대한 평면도.
제 2 도는 중앙 패치가 있는 진동판의 평면도.
제 3 도는 음성 코일이 정 위치에 부착된 최종 형태의 진동판에 횡단면도.
제 4 도는 자석 조립체의 횡단면도.
제 5 도는 조립된 마이크로폰의 횡단면도.
제 6 도는 하우징의 평면도.
제 7 도는 중앙 패치 구조물의 분해 상세도.
＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 환상 외부 고정 테두리 플랜지 12 : 환상 반토로이달부(semitorroidal)
16 : 스트럭 플루트(struck flute)부 18 : 중앙 돔부
22 : 차단 저면 23 : 음성 코일
24 : 외주 테두리 30 : 고투과성 강제(steel) 컵
34 : 네오디뮴-철-붕소(Neodymium - Iron - Boron) 자석
36 : 고투과성 극편
본 발명은 동적(dynamic) 또는 가동 코일형의 마이크로폰 및 그 제조방법에 관한 것이다.
종래의 마이크로폰에는 AINiCo 자석 구조물 및 소면적 또는 소직경 진동판을 사용하여 왔다. 진동판의 면적이 작은 것이 유리한데 그 까닭은 진동판과 이 진동판에 부착된 음성코일의 질량이 작아져 마이크로폰이 스퓨어리어스(spurious) 소음을 발생시킬 수 있는 운용 또는 충격에 비교적 영향을 받지 않기 때문이다. 동시에 소직경의 음성 코일은 자기 감자(self - demagnetization)의 심각한 효과를 피하도록 높이 대 지름의 비가 커야(즉, 원통형) AINiCo 자석에 접합하게 된다. 불행하게도 또한 AINiCo 자석 디자인은 음성 코일 간극 내에서 선속 밀도(flux density)가 작아 이들 종래의 마이크로폰들은 콘덴서 디자인과 같은 현대적 마이크로폰과 비교하여 음향감도에서 뒤떨어진다. 비록 음향감도를 향상시키기 위해 AINiCo 자석의 직경을 증가시킬지라도, 증가된 자석에 따라 마이크로폰의 크기가 증가되어, 진동판 및 음성코일의 크기증가로 인해 질량 또한 증가되며, 게다가 진동판의 증가된 직경을 보강 또는 보상하기 위해 질량이 증가되므로 마이크로폰은 비실제적으로 된다.
그리하여, 진동판 및 자기회로의 특징은 서로 밀접한 관계로 작동되는 것으로, 만일 그들의 음향감도 개선만으로 동적 마이크로폰의 효과에 있어서 상호 배제되지 않은 부분이 있다면 서로 모순이 되어 관여된 그들의 운용 또는 충격감도를 감소시킨다. 마이크로폰 진동판의 주기능은 음향압파용 수신장치로 작동하고 또한 상기 자기 공기간극내의 음성 코일의 경우에 있어서는 부착된 변환기에서 물리적 힘 또는 운동으로 파동을 변환시키는 것이다. 진동판은 피스톤처럼 동작하도록 주면의 평면에서 충분한 강성(stiffness)을 지녀야하고, 반면에 진동판 주면에 법선 방향에서 진동판의 테두리를 지지하는 장치는 법선방향에서 진동판이 쉽게 이동할 수 있도록 가능한 유연해야 한다. 동시에, 음성 코일의 방사상(radial) 운동을 방지하고 공기 간극의 측 내에서만 진동판 이동하도록 하기위해서 진동판과 그 테두리 장착부는 비교적 방사로 견고해야 한다. 또한 진동판고 그 테두리 장착부는 전 가동계(whole moving system)의 총 질량을 고려하여 처리되어진 음향파의 주파수 및 진폭에서 코일을 측방향으로 그의 중간 위치에 되돌릴 수 있을 만큼 충분히 탄성적이어야만 한다.
금속망층을 가진 진동판 박막의 사용을 포함한 조립기술이 사용된 동전형태(즉, 직경대 높이의 비가 높은 것)의 내오디뮴-철-붕소 자석 및 자석을 수용할 수 있는 정도의 직경을 가진 음성 코일과 결합된다면, 낮은 충격치 또는 운용감도치와 증가된 음향감도를 갖는 개선된 동적 마이크로폰의 제조가 가능하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 자석과 그리고 금속망층에 의해 강화된 경량의 진동판을 수용하는 큰 내부직경의 음성코일과 결합된 동전 모양의 네오디뮴-철- 붕소 자석을 사용한 개선된 동적 마이크로폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 환상 반 토로이달(semitorroidal annulus)에 의해 둘러싸인 진동판 박막(diaphragm laminate)의 돔 층(domed layer)의 구성요소로서 세선 금속 망(thin- wire-metal mesh)을 합체하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 큰 직경 및 작은 높이(직경 : 높이는 최소한 약 10 : 1)의 음성 코일을 지탱하는 세선 금속망층과 합체하는 다층 돔 중앙부를 가진 진동판과 결합된 동전형 또는 웨이퍼형 영구자석을 사용한 개선된 동적 마이크로폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 자석의 지름보다 약간 더 큰 지름을 가진 음성코일과 결합된 최소한 약 7 : 1의 지름대 높이의 비를 가진 네오디뮴-철-붕소 영구자석을 사용하고, 음성코일을 지탱하는 진동판의 중앙부가 세선 금속망층이 합체된 돔형에 의해 강화되어진 개선된 동적 마이크로폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 바로 앞의 목적에 따라서 상기 돔형이 진동판의 전 면적 중 약 40%을 둘러싼 개선된 동적 마이크로폰을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도면을 참조하여 본 발명의 구조를 상세히 설명하기 전에, 본 발명의 제조방법에 대해 기술할 것이다. 이 방법은 소성 접착제(SCOTCH-GRIP 1099-L 니트릴 고무 기재 접착제와 같은 3M으로 부터 이용 가능한 접착제)가 한면상에 뿌려진 합성 수지 재료에 얇은 막으로 된 예비 박막을 건조시켜 만들고, 그리고 건식접착제와 대면하여 접촉하고 철망상에 이용된 접착제로 얇은 필름을 열 다림질(ironing)하여 건식 접착제에 고정시킨 세선 금속망판을 만드는 단계를 포함한다. 이 예비 박막은 스탬핑으로 원형 중앙 패치로 절단하고, 각 중앙 패치는 부분적으로 최종형태로, 가열하지 않고 가소적으로(plastically) 변형된다. 더 큰 원형체는 합성 수지재의 분리된 얇은 막으로 부터 압입된다. 부분 변형된 패치는 더큰 원형체를 패치의 중앙에 정확히 위치시키게 한다. 그 결과 부분 변형된 중앙 패치의 망 측부가 더 큰 원형체상의 중앙에 끼워맞춰진 다층 구조물이 된다. 다음 다층 구조물은 접착제가 망을 통과하여 중앙 패치의 합성 수지층을 더큰 원형체의 합성 수지층에 결합시키기 위해 경화하는 동안(망을 관통하여 포착 결합하는 동안)열 및 소성 변형에 의해 최종 진동판 형태로 형성시키는 하단수 다이와 상단 암 다이 사이에서 열과 압력을 받는다.
음성 코일은 다층 형태로 감겨져 있고 그러한 와이어 상의 폴리 비닐부터 랄코팅을 하여 이 형태를 접착한다. 음성코일의 직경은 원형 패치의 직경 보다 약간 작다. 음성 코일은 코일층의 짝수로 감겨져 있어, 코일선의 대향단들(opposite ends)에서의 두개의 리이드(lead)는 코일 높이의 동일 단에 있게되므로 망에 접촉한 면의 대향 면에 가까이 혹은 대향하여 놓여질 수 있고 종래방식으로 출력 회로에 최종 연결되도록 자유롭게 외부 방사상으로 신장될 수 있다. 그러나 미세한 리이들은 음성 코일이 제 위치에 부착된 후 납땜되기전에 견고히 고정되도록 더큰 원형체의 외주 테두리부에 국부적으로 고착될 수 있다.
제 1 도에는, 진동판의 최종 형태가 나타나 있다. 여기서는 명료함을 위해 위에 눕혀진 중앙 패치가 생략되어 있다. 도시된 바와 같이, 최종 진동판은 장착된 진동판 조립체에 의한 환상 외부 고정 테두리 플랜지(10)와, 환상반 토로이달부(12)와, 상방으로 외접하여 차단하는 스트럭 플루트부(16)를 가진 차단,감압 링지역(14)과, 마지막으로 중앙 돔부(18)를 갖고 있다. 상기에서 주지되었듯이 더 큰 원형체의 얇은 막은 합성 수지 재료로 만들어지고 바람직하게는 제너럴 일렉트릭사에서 시판중인 ULTEM 1000(수정되지 않은)으로 부터 제조된, 특별한 신장 및 굴곡강도를 갖는 폴리에테르 이미드 수지가 좋다. 얇은 막은 그 두께가 약 0.0005인치인 것이 좋고, 도시된 최종 형태가 되도록 열과 압력하에서 가늘게 잡아들인다. 영역 10, 14, 16 및 18은 압력에 견디어 결과적으로 최고로 가늘게 늘어진다, 중앙 패치와 음성코일은 제 1 도에 도시되어 있지 않으나 중앙 패치는 중앙 돔부(18)상에 가로 눕혀져 있으며, 음성 코일은 차단,감압 링 영역(14)과 동심이고 바로 밑에 있다. 음성 코일로 부터의 2개의 리이드는 진동판 및 부분에서는 점선이고 진동판 너머로 돌출한 곳에서는 실선인 선(20)으로 표시되어 있다. 음성 코일을 진동판 조립체(제 3 도에 도시)의 차단 저면(22)에 고착시키기 위해 사용된 접착제는 LOCTITE을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 PRISM 403으로 알려진 순간 접착제가 좋다.
제 2 도 및 3 도에는 최종 진동판의 평면도 및 단면도가 도시되어 있다. 상기한 것처럼, 더 큰 원형체는 더 작은 미리 변형된 원형 패치상에서 표시 위치내에 먼저 놓여진다. 상기 일치를 위해서는, 먼저 더 작은 원형체가 소성적으로 변형되어 (단지 압력으로) 플루트(16) 및 차단 감압링 지역(14)의 대략적 형상을 갖는다. 그 다음 원형 패치 구조물은 더 큰 원형부와 일치되고 다층 구조물은 수 다이 및 암 다이 사이에서 최종 변형되어 음성 코일(23)이 제 3 도에 나타난 위치에 고착되기 전에 제1~3도에 나타난 최종 형태로 변형된다.
즉, 제 2 도에 도시된 원형 패치(명료하게 하기 위해 제 1 도에서는 생략되었음)의 외주 테두리(24)는 플루트(16)와 차단,감압 링지역(14)의 경계선과 동측이나 이들 경계선 바깥에 놓여있다. 최종 형태로 만들고 난 후에 중앙 패치는 원형 패치의 집적체(integrated body ; 18')가 제 1 도의 중앙 돔부(18)와 동시에 형성되어 일체 되듯이 제 1 도에 기술된 부분(14,16)으로 변하여 형성된 플루트(16') 및 압축구(14')를 차단한다. 제 3 도에서는 돔형 중앙 패치(18')와 중앙돔부(18)가 이때 일체되기 때문에 단일 두께로 보인다. 음성 코일을 뺀 진동판은 쉽게 조정될 수 있으며 음성 코일은 차단 저면(22)과 그리고 테두리 플랜지(10)의 저면에 고착된 리이드(20)와 동심위치에 고착될 수 있다.
자석 조립체는 제 4 도에 나타나 있다. 이것은 네오디뮴-철-붕소 자석(34)을 수용하는 상부 리세스(32)를 가진 고투과성 강제컵(high permeability steel cup ; 30)과 고 투과성 극편(36)으로 구성되어 있다. 상기 컵(30)과 극편(36)은 1215강으로 만들어진다. 환상 공기 간극(38)은 작은 방사 간격(보통 0.045인치)을 가진 음성 코일(23)을 수용하고, 컵리세스(32)의 내부 지름은 전형적인 마이크로폰에서 약 0.765인치이다. 이러한 전형적인 마이크로폰에서, 자석(34)은 지름이 0.670인치이고, 두께 또는 높이는 0.100인치이다. 컵(30) 및 곡편(36)은 물론이고 이 자석에는 도시된 바와 같이 중앙 관통 구멍이 나 있다. 또한 음성 코일은 4개의 코일층에서 구리선으로 약 350회 감겨져 있으며, 구리선 크기는 폴리비닐부티랄 약정(bond)으로 50AWG이다.
제 5 도는 조립된 마이크로폰을 나타낸다. 자석 조립체의 컵(30)은 하우징(42)의 바닥 리세스(40)와 그리고 돌출부(44)에 대향하는 바닥내에 수용된다. 커버(46)는 외주면을 따라 하우징 면(50)에 대향하는 더 큰 원형체의 테두리(10)를 죄는 내부 선반(48)을 가지고 있고, 하우징 커버의 상부벽(52)은 진동판의 운동을 위해 간격을 형성하고 압력파가 진동판에 충돌하도록 링 구멍(54)이 구비되어 있다. 평형 위치에서, 진동판 조립체는 외주 테두리(10)에서만 지지구조물에 의해 끼워맞춰짐으로써 진동판이 표면에 수직되는 양 방향에서 자유롭게 구부러진다. 하우징(42)에는 납땜을 위해서 음성 코일 리이드(20)를 수용하기 위한, 90°떨어진 수직 리세스쌍이 구비되어 있다. 다른 하우징 부분은 필요 또는 소망함에 따라 구비될 수 있다. 제 6 도는 하우징(42)의 평면도이다.
마이크로폰에 대한 공개를 위하여, 제 7 도는 스템 또는 절단된 중앙 패치로 부터 예비판의 파열방식을 상세히 나타내었다. 도시된 바와같이, 예비판은 합성 수지 재료 ULTEM 1000의 얇은 필름(60)으로 구성되어 있으며 분사 도포 접착제(spray-applied adhesive) SCOTCH-GRIP 1099-L(약 0.001인치 두께)이 도면부호 62에 나타나 있고, 마지막으로 금속 철망 재료가 도면 부호 64에 나타나 있다. 이 재료는 0.0012 인치의 지름과 40인치의 롤 나비를 가진 50망 스테인레스 강선이며 보통 정전 차폐용으로 사용되며 스위스 회사 TETKO INC에서 시판되고 있다. 상기에서 주지한 바와 같이, 1099-L 접착제를 도포하여 공기 건조한 ULTEM 1000 재료는 망 재료위에 열 다림질시킴으로써 예비판은 합성 수지 재료에 고정된다.
영구 자석의 지름 대 높이 비는 보통 약 7 : 1이며 음성 코일에 대한 이 비는 보통 약 10 : 1이다. 자기감자가 조절 인자가 되기 전에 네오디뮴-철-붕소 자석의 실제 하한가로서 자석의 두께 또는 높이가 0.100인치가 되면, 자석과 음성 코일의 규정비는, 음성 코일의 내부 지름이 자석의 외부 지름보다 조금 더 커야(보통 0.045인치)만 한다는 것을 고려하면, 음성 코일의 두께 높이가 자석의 약 70%, 즉, 0.070인치가 되는 상황에 이르게 된다.
마지막으로 여기서 명시된 특수 재료 및 바람직한 구조와 규모에 따르면, 철망이 보강된 중앙 돔이 진동판 전체면적의 약 40%가 되어야 한다는 것이 주지되어야 한다. 상기와 같은 진동판과 음성 코일의 총합 질량을 유지하여 본 발명의 목적에 부합하는 충분한 강성(stiffening)을 얻으므로써 현대의 콘덴서형 마이크로폰 디자인과의 기능에서 경쟁되는 동적 마이크로폰을 달성할 수 있다.

Claims (11)

  1. 고 신장 및 고 굽힘 강도의 얇은 합성 수지 판 재료로 된 진동판체를 형성하는 단계, 얇은 합성 수지 재료와 세선 금속망의 다층 중앙부를 형성하는 단계, 상기 진동판쳬의 중심에 상기 중앙부를 접촉시켜서 이들이 상기 중앙부의 오목한 측부상에서 상기 진동판체와 돔형을 이루도록 양자를 변형시키면서 일체화시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 세선 금속망이 상기 진동판체와 대면하여 접촉하는 것을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 일체화된 진동판의 돔형 영역의 지름과 같은 지름을 갖는 음성 코일을 형성하는 단계와, 상기 음성 코일을 상기 돔형 영역과 외접되게 상기 진동판체의 얇은 합성 수지 재료에 붙이는 단계와 지름대 높이비가 큰 영구자석을 형성하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 영구 자석이 네오디뮴-철-붕소인 것을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  5. 지름대 높이비가 큰 영구 자석을 형성하는 단계, 고신장 및 고 굽힘 강도의 얇은 합성 수지판 재료로된 진동판체를 형성하는 단계, 얇은 합성 수지 재료와 세선 금속망의 다층 중앙부를 형성하는 단계, 상기 진동판체의 중심에 상기 중앙부를 접촉시켜서 이들이 상기 중앙부의 오목한 측부상에서 상기 진동판체와 돔형을 이루도록 양자를 변형시키면서 일체화시키는 단계, 상기 중앙부가 상기 진동판체의 전 영역의 1/2보다 작게되고, 상기 자석의 것 보다 더 큰 지름 대 높이비와 지름을 갖는 음성 코일을 형성하는 단계, 상기 돔형 영역에 외접되게 그리고 볼록한 측부상에 상기 음성 코일을 붙이는 단계, 상기 음성 코일이 상기 자석을 둘러싸도록 위치시키는 단계, 상기 진동판의 외주를 상기 자석에 대하여 고정시키는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 자석이 그의 더 큰 면에서 남북 극을 나타내고, 음성코일을 부분적으로 수용하는 공기 간극을 남기도록 상기 자석을 고 투과성 재료로 부분적으로 둘러싸는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 자석의 지름 대 높이 비가 7 : 1이고, 음성 코일의 지름 대 높이비가 10 : 1임을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 제조방법.
  8. 진동판의 법선 평면에서 자유로이 진동할 수 있게 하는 주변 부착부와 돔형 중앙부를 갖는 진동판과, 중앙부의 오목한 측부상에서 상기 중앙부와 외접하여 부착된 환상 음성 코일과, 그리고 상기 음성 코일내에 배치된 고정된 영구자석의 결합으로 이루어져 있고, 상기 자석이 네오디뮴-철-붕소 조성물로서 디스크 형상이 되고, 상기 음성 코일은 자신의 두께보다 수배 더 큰 내부 지름을 갖고, 상기 자석의 두께는 상기 음성 코일의 두께보다 더 크게됨을 특징으로 하는 동적 마이크로폰 구조물.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 중앙부에 의해 둘러싸인 영역이 상기 진동판 전체 영역의 40%인 것을 특징으로 하는 마이크로폰 구조물.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 자석의 지름 대 높이 비가 7 : 1 또는 7 : 1이상인 것을 특징으로 하는 마이크로폰 구조물.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 음성 코일의 지름 대 높이비가 10 : 1 인 것을 특징으로 하는 마이크로폰 구조물.
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