JPH04211598A - スピーカー用振動板とその製造方法 - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は高音域で優れた音響特
性を有するスピーカー用振動板に関する。 【０００２】 【従来の技術】音響用スピーカーには各種の方式が用い
られているが、その中でもダイナミック型スピーカーが
最も多く用いられている。この型式は磁束の中で動く可
動コイルに接続した振動板で電気信号を音声に変換する
原理のものである。スピーカーは低音用、中音用、高音
用というように、いくつかの周波数域の異なるものが併
用される。それぞれ寸法が異なり、振動板に要求される
特性も異なる。振動板として最も広く用いられている材
料は紙である。これは安価、軽量であり適当な材料では
あるが、剛性が低いために数百ヘルツ以上では正確な変
換が難しくなる。これを改善するため振動板材料が種々
検討されている。 【０００３】振動板材料のヤング率をＥ、密度をρとし
た時、Ｅ／ρの大きい材料ほど高音域での変換特性が優
れている。つまりヤング率が大きく密度の小さいものほ
ど高音特性が良いのである。例えば紙に代わるものとし
てＢｅが提案されている。これのＥ／ρは、５０×１０
１０ｄｙｎ・ｃｍ／ｇであって優れたものである。とこ
ろがＢｅは毒性が強く製造工程に於いて毒性を回避する
ための十分な配慮がなされなければならない。また加工
性が悪い。またＴｉも振動板として提案されている。こ
れはしかし密度が大きいためＥ／ρが小さい。 【０００４】特公昭５７−２９９１９号はシリコンＳｉ
を振動板として提案している。これのＥ／ρは５０×１
０１０ｄｙｎ・ｃｍ／ｇ程度であり内部損失も０．０１
２と大きい。またシリコンにボロンＢを合金化してＳｉ
Ｂ合金の振動板、或はシリコンに炭素を合金化したシリ
コンカーバイド合金ＳｉＣの振動板も提案している。こ
れらのＥ／ρは１４０×１０１０ｄｙｎ・ｃｍ／ｇ程度
に達するとしている。これらはシリコンの密度ρが小さ
い（ρ＝２．３ｇ／ｃｍ３　）事を利用しているのであ
る。 しかし、Ｓｉ、ＳｉＢ、ＳｉＣの振動板もＥ／ρがなお
小さく充分な高音特性が得られない。　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　【０００５】特公昭５５−３３２３７号は
炭素イオンのイオンビ−ム蒸着法によって得られるダイ
ヤモンド型炭素成形物膜を振動板としたものを提案して
いる。これはＥ／ρを大きくするためにダイヤモンド状
炭素を用いるのである。Ａｌ、Ｔｉ、プラスチックを基
体として、これを−４０Ｖの負電位にし、１０−５〜１
０−６Ｔｏｒｒの高真空中で、カーボン電極をアルゴン
で叩く事によって生ずる炭素イオンＣ＋　をイオンビ−
ムとして基体に当て、基体上に炭素膜を堆積させるもの
である。しかしこれは導電性のある多孔質の炭素膜しか
できず、ダイヤモンドではなくグラファイトを主成分と
する非晶質の炭素膜と考えられる。 【０００６】ダイヤモンドのＥ／ρは高く、３００×１
０１０ｄｙｎ・ｃｍ／ｇ　　に達する。ダイヤモンドで
スピーカー用振動板ができれば、高音特性の優れたもの
になるはずである。ところが、スピーカー用振動板は２
０μｍ　とか５０μｍ　というように薄い板でなければ
ならない。しかも直径が２０〜３０ｍｍφというように
かなりの広さを要する。天然に産するダイヤモンド粒を
原料としてこのように広く薄い板を作ることはもちろん
できない。 【０００７】 【課題を解決するための手段】本発明のスピーカー用振
動板は化学的気相合成法によって作られたダイヤモンド
のみからなりスピーカー用振動板の形状に加工されたも
のであることを特徴とする。 【０００８】 【作用】製造方法の概要を述べると、スピーカー用振動
板の形状に加工したＳｉよりなる基体、或はスピーカー
用振動板の形状に加工した金属の上にＳｉを被覆した基
体を、真空チャンバ内に置き、基体を加熱して炭化水素
を含む原料ガスを流しながら化学的気相合成法によって
基体の上にダイヤモンド膜を成長させ、基体とダイヤモ
ンド膜を冷却して真空チャンバより取り出し、基体を溶
解除去して、振動板形状のダイヤモンド膜を得る。 【０００９】振動板は半球殻（ドーム状）であるので、
このようなドーム状にした基体を用い、この上にダイヤ
モンド膜を成長させなければならない。基体は全体をシ
リコンＳｉで作ったものか或は、金属をドーム状に加工
しこの表面にＳｉを被覆したものとする。もちろん全体
をＳｉで作ったものが最も良い。図１は基体の形状の例
を示す。これは全体がＳｉ多結晶でできていて例えば外
径が２５．５ｍｍ、高さが７ｍｍである。一般にド−ム
基体の外径は２０〜３０ｍｍで、高さは５〜１０ｍｍ程
度である。 【００１０】このような基体を化学的気相合成装置（Ｃ
ＶＤ）の中に入れてダイヤモンド膜のコーティングをす
るのである。図２は工程図を示している。まず基体を用
意する。これは図１のように全体がＳｉであっても良い
し、図６のように金属の上にＳｉを付けたものであって
も良い。 【００１１】次にこれをＣＶＤ装置の中で加熱し、炭素
と水素を含む原料ガスを導き何らかの方法でガスを励起
して加熱した基体の上にダイヤモンド膜を被覆するので
ある。これはかなりの膜厚がなければならず２０μｍ　
〜１００μｍ　程度の膜厚が必要である。これがあまり
に薄いと剛性が足らず自らの形状を維持できない。あま
りに厚いと高音特性が却って悪くなるしコスト高になっ
てしまう。所定の厚さに達するとダイヤモンドの成長を
中止する。つまり原料ガスの供給を停止し、基体の加熱
温度を徐々に下げてゆく。室温になってからＣＶＤ装置
を開き、基体を取り出す。そして適当な薬品により基体
であるＳｉまたは金属とＳｉを溶解除去する。するとド
ーム状のダイヤモンド膜が残る。これがダイヤモンド単
体振動板である。 【００１２】基体をＳｉとする理由は次の通りである。 Ｓｉ以外の金属を基体とすると、ダイヤモンド膜との熱
膨張率の差が大きいため欠陥密度が極めて多くなるとい
うことである。そして基体を溶解除去した時にダイヤモ
ンド膜がバラバラに分解してしまうこともある。これで
は使いものにならない。ダイヤモンドの成長は８５０〜
１０００℃の高温で行うが、成膜後冷却して常温に下げ
なければいけない。多くの金属は熱膨張率が大きい。冷
却の過程でダイヤモンドに強い圧縮応力が発生する。こ
の応力のため温度を下げるとダイヤモンド膜に多くのク
ラック、割れ目が縦横に生じ甚だしい場合ダイヤモンド
が分解してしまう。 【００１３】ダイヤモンドの線膨張率は極めて小さく常
温（２０℃）で１×１０−６Ｋ−１、１３８０℃で５．
８×１０−６Ｋ−１であり温度とともに増加している。 Ｓｉの線膨張率も十分に小さく常温で２．５×１０−６
Ｋ−１、５３０℃で４×１０−６Ｋ−１程度である。例
えば１０００℃から２０℃へ冷却したとすると、この過
程でのＳｉとダイヤモンドの線膨張率の差は、他の組み
合わせに於ける場合よりずっと小さい。従って、基体全
体をＳｉ或は基体表面をＳｉとすると、徐冷過程でのダ
イヤモンドの表面に生ずる圧縮応力が小さくなり、クラ
ック、割れ、欠陥が生ずる確率も減少するのである。 【００１４】化学的気相合成法（ＣＶＤ）としては、■
フィラメントＣＶＤ法 ■マイクロ波プラズマＣＶＤ法 ■熱プラズマＣＶＤ法 を用いる事ができる。フィラメントＣＶＤ法はＷ、Ｔａ
などのフィラメントに電流を通して熱電子を発生させ、
これによって原料ガスを励起するものである。マイクロ
波プラズマＣＶＤ法は２．４５ＧＨｚのマイクロ波を誘
電体窓を通して真空チャンバ内へ導き、電子をマイクロ
波の周波数で振動させ中性原子、分子を電子によって叩
きこれをプラズマ化するものである。熱プラズマＣＶＤ
法は、ノズルを電極にしておき正負の電圧を印加して、
ノズルへ原料ガスを流すことによってア−ク放電を起こ
させてこれをプラズマとするものである。 【００１５】 【　　実　　施　　例　　】［実施例１］多結晶シリコ
ンを切削によってスピーカー振動板形状に加工した。こ
の表面に公知のマイクロ波プラズマＣＶＤ法によって厚
さ２５μｍ　のダイヤモンド膜を形成した。その後常温
にしてシリコン基体を弗酸と硝酸の混合液によって溶解
した。こうして２５μｍ　厚さのダイヤモンド振動板を
得た。この振動板の高音共振周波数は６５，０００Ｈｚ
であった。同じ形状のＢｅの振動板の高音共振周波数は
２８，０００Ｈｚであり、Ａｌ２　Ｏ３　の高音共振周
波数は３５，０００Ｈｚである。本発明のダイヤモンド
振動板の高音特性が極めて優れているということが分か
る。 【００１６】［実施例２］Ｍｏを切削してスピーカー用
振動板形状に加工した。その表面にＳｉ、Ｔｉ、Ｗをそ
れぞれ１μｍ　の厚さで蒸着し３種類の基体を作った。 Ｍｏだけで蒸着層のないサンプルとこれら３種類の基体
を合わせて４種類のサンプルについて、公知のマイクロ
波プラズマＣＶＤ法でダイヤモンド膜を１０μｍ　の厚
さに被覆した。これを冷却しそのままの状態で欠陥密度
を測定した。この後、塩酸、弗酸、硝酸の混合液によっ
てＭｏ基体を除去した。ＭｏとＳｉ、Ｔｉ、Ｗなどの薄
膜が溶解しダイヤモンドだけが残った。あるものはドー
ム状の形状を維持できたが、あるものはバラバラに分解
してしまった。この結果を表１に示す。 【００１７】 【表１】 【００１８】この結果から、基体上にＳｉを蒸着してダ
イヤモンド膜を形成たものは欠陥も少なく、基体を溶解
除去した後の状態も健全であり、スピーカー用振動板と
して優れていることが分かる。 【００１９】［実施例３］公知のフィラメントＣＶＤ装
置によってダイヤモンドをドーム状基体の上へ成長させ
た。図３にフィラメントＣＶＤ装置の概略構成を示す。 真空チャンバ１の中に冷却支持台２が設けられる。これ
には冷却水３が通されている。冷却支持台２の上に基体
４が戴置される。基体４の上にはフィラメント５が水平
に張られていて、両端を電極６、６によって支持されて
いる。外部の電源７から、電極６、６を経てフィラメン
ト５に電流が流される。原料ガスが上方のガス導入口８
から真空チャンバ１の中へ流入する。フィラメント５が
加熱されて、熱電子が発生しこれが原料ガスをプラズマ
化する。基体はフィラメント５の輻射熱によって加熱さ
れ昇温する。排ガスは真空排気口９から排除される。工
程は図３に示す通りである。 【００２０】基体としてはドーム状に加工されたＳｉ多
結晶を基体として用いた。図１にこれを示すが、球をひ
とつの小円（中心を通らない円）で切り取ったような半
球に近い形である。直径が２５．５ｍｍφで、底面から
上頂点までの高さは７ｍｍである。このドーム状Ｓｉ基
体の表面には＃６００のダイヤモンドパウダーにより傷
つけ処理した。 【００２１】このドーム状Ｓｉ基体４を十分に冷却され
た支持台２の上に設置した。真空チャンバ１の内部を十
分な高真空に排気する。この後、真空チャンバ１の中へ
原料ガス導入口８から、水素ガス１００ｓｃｃｍ　　、
メタンガス２０ｓｃｃｍを送り込み、圧力が５０Ｔｏｒ
ｒになるように保持した。フィラメント５はタングステ
ンＷであり、これが２，１００℃になるよう通電した。 フィラメントの輻射熱によってＳｉ基体が加熱され気相
成長に適した温度になる。フィラメントから熱電子が放
出されるのでこれによりメタンガスが励起されて、正イ
オン、中性のラジカル（活性種）と電子とよりなるプラ
ズマとなる。これがＳｉ基体上で気相反応しダイヤモン
ド多結晶が成長してゆく。 【００２２】所定の厚みのダイヤモンド膜ができると原
料ガスの供給を停止し、基体の温度を徐々に下げる。常
温になってから、Ｓｉ基体を取り出し、弗酸と硝酸とを
１：１で混合した溶液に漬けてＳｉ基体のみを溶解除去
した。ダイヤモンドは溶けないからドーム状のダイヤモ
ンドが残った。このドーム状のダイヤモンドは６０ｍｇ
の重さがあった。 【００２３】これをスピーカー用の振動板として音響特
性を測定した。図４に周波数音圧特性を示す。比較のた
め同じ形状厚みのＴｉスピーカー用振動板の音響特性を
同じ条件で測定し図５にその結果を示している。いずれ
も横軸は周波数（Ｈｚ）で、縦軸は音圧レベル（ｄＢ）
である。　　本発明になるダイヤモンド振動板は２０，
０００Ｈｚ以上でも十分な音圧レベルがあり、高音共振
周波数が７０，０００Ｈｚである事が分かる。７０，０
００Ｈｚ（７０ｋＨｚ　）の高音まで再生する事ができ
る。 ところがＴｉの振動板では共振周波数が１７，０００Ｈ
ｚであり、２５，０００Ｈｚ以上の高音は十分な強度で
再生できないという事が分かる。 【００２４】［実施例４］基体をＳｉコーティングした
Ｍｏとして、実施例３と同じ条件でダイヤモンド膜を作
った。フィラメントＣＶＤ装置を用いた。基体は外径３
０．５ｍｍ、高さ７．５ｍｍの半球状に加工されたＭｏ
の上に、スパッタリングによってＳｉを５，０００Å（
０．５μｍ　）被覆したものである。図６に断面図を示
す。そして＃６００のダイヤモンドパウダーによってド
ーム状基体の表面に傷つけ処理を行った。これを図３の
装置に設置し実施例３と同じ条件でダイヤモンド膜を成
長させた。冷却後外部に取り出し基体を溶解した。王水
（塩酸：硝酸＝３：１）によってまずＭｏを溶解する。 この後、１：１弗硝酸によってＳｉを溶解除去する。こ
うして重さ６０ｍｇのダイヤモンド単体振動板を得た。 この振動板の音響特性を測定した。実施例３と同じく高
音域での再生能力が大幅に改善されていることが分かっ
た。 【００２５】［実施例５］合成条件や基体の材質を変え
てダイヤモンド膜の成長を行った。これは基体の材質が
どのようにダイヤモンド膜に影響するかということを主
に調べるものである。ここではフィラメントＣＶＤ法と
、マイクロ波プラズマＣＶＤ法とを用いた。図７にマイ
クロ波プラズマＣＶＤ装置の概略図を示す。非金属の（
例えば石英）真空チャンバ１１の中に支持台１２によっ
て基体１３が戴置されている。ガス導入口１４から原料
ガスが導入され、真空排気口１５から排気される。支持
台１２の中にはヒータ（図示せず）があり基体１３を適
当な温度に加熱する。真空チャンバ１１の側方にはマグ
ネトロン１６がある。ここから２．４５ＧＨｚのマイク
ロ波が発生し、導波管１７の中を伝搬する。反対側には
導体の板を進退自在に保持するプランジャ−１８がある
。導波管１７の実効長がプランジャ−１８によって決ま
り、この中に最低次モード（或はそれに近いモード）の
定在波を立てるようにしている。原料ガス中の電子がマ
イクロ波によって振動するのでこれがガスを励起してプ
ラズマ１９とする。 【００２６】試料はＮＯ．１からＮＯ．７まである。基
体はＮＯ．１がＳｉのみ、ＮＯ．２はＳｉ／Ｍｏ（Ｍｏ
の上にＳｉをコート）、ＮＯ．３はＳｉ／Ｗ、ＮＯ．４
はＳｉのみ、ＮＯ．５はＭｏのみ、ＮＯ．６はＭｏのみ
、ＮＯ．７はＷのみである。原料ガスは水素とメタンで
ある。圧力を４０〜８０Ｔｏｒｒの間に維持する。そし
て基体を溶解除去する時の割れの発生の有無を調べた。 さらにＮＯ．３の試料についてはラマン分光スペクトル
を調べ第８図に分光スペクトルを示す。ＮＯ．２、ＮＯ
．３のＳｉコーティング層の厚みは５０００Å（０．５
μｍ　）である。表２にこの実験の結果を示す。 【００２７】 【表２】 【００２８】本発明の方法による試料ＮＯ．１〜ＮＯ．
４ではドーム状の良好なダイヤモンド振動板が作製でき
ている。これらはいずれも基体がＳｉであるか、基体表
面がＳｉであるものである。これに対して比較例とした
ＮＯ．５〜ＮＯ．７はいずれもＳｉでない基体を用いて
いる。これらはダイヤモンドコーティング中にクラック
が発生していたり、コーティング終了時ダイヤモンド膜
にクラックが発生するものがあった。そして基体を溶解
した時ＮＯ．５〜ＮＯ．７の全てのサンプルが割れてし
まい、振動板とすることができなかった。このようなこ
とから、基体は全体がＳｉであるか、または表面がＳｉ
によって覆われているものでなければならないという事
が分かる。 【００２９】図８は試料ＮＯ．３のラマン分光スペクト
ルである。横軸が波数（ｃｍ−１）　、縦軸が強度であ
る。 １３３３ｃｍ−１に鋭いピークがあるが、これは結晶質
ダイヤモンドから出る信号であり、結晶質ダイヤモンド
が多く存在することが分かる。非晶質炭素からの信号は
この波数範囲に広く分布しているのでもしも非晶質炭素
が多いと１３３３ｃｍ−１のピークが低く、その他の部
分が広く盛り上がったスペクトルとなる。これが殆どな
いことから、非晶質炭素が殆どない結晶質ダイヤモンド
で構成された試料であることが明らかになる。 【００３０】 【発明の効果】本発明によれば高品質のダイヤモンド単
体のみからなるスピーカー用振動板を提供する事ができ
る。ダイヤモンドはＥ／ρが、Ｂｅ、Ｔｉ、Ａｌ２　Ｏ
３　などよりも格段に大きく高音特性に優れた振動板と
することができ、８０ｋＨｚ（８０，０００Ｈｚ）の高
音も歪みなく再生できる。優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のダイヤモンド振動板を製造するのに用
いるＳｉ基体の正面図。

【図２】本発明のダイヤモンド振動板を製造する際の工
程図。

【図３】本発明のダイヤモンド振動板を製造するために
用いるフィラメントＣＶＤ装置の概略構成図。

【図４】本発明の方法によって製作したダイヤモンド振
動板の周波数音圧特性図。

【図５】公知のチタン振動板の周波数音圧特性図。

【図６】金属の基材にＳｉを被覆してなる基体の断面図
。

【図７】本発明で用いるマイクロ波プラズマＣＶＤ装置
の概略構成図。

【図８】本発明の方法で製作したダイヤモンド振動板の
ラマン分光スペクトル図。

【符号の説明】

１　　真空チャンバ ２　　冷却支持台 ３　　冷却水 ４　　基体 ５　　フィラメント ６　　電極 ７　　電源 ８　　ガス導入口 ９　　真空排気口 １０　　圧力計 １１　　真空チャンバ １２　　支持台 １３　　基体 １４　　ガス導入口 １５　　真空排気口 １６　　マグネトロン １７　　導波管 １８　　プランジャー １９　　プラズマ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　化学的気相合成法によって作られダイ
   ヤモンドのみよりなりスピーカー用振動板の形状を備え
   たことを特徴とするスピ−カ−用振動板。