JPS5821995B2 - 音響変換器用複層振動板およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、スピーカー、マイクロホン用振動板、ある
いはレコード再生用ピックアップカートリッジのカンチ
レバー等に用いられる音響変換器用複層振動板及びその
製造法に関するものである。

一般に、上記音響変換器用振動板に要求される物理特性
としては、 ■、軽量であること、 ■、高剛性で高弾性であること、 ■、鋭い共振を示さないこと、 などが挙げられる。

とくに高音スピーカー用振動板としては、高周波域まで
平滑な周波数特性を示すことが要求される。

このような要求特性を満足するには、振動板を構成する
材料として、ヤング率Ｅが大きく、比重ρが小さい、す
なわちＥ／ρが大きく、かつ内部摩擦が太きいものでな
ければならないが、これら全ての性質を悉く満足する材
料を開発することは至難のわざである。

しかし、鋭い共振を避けることができなくてもＥ／ρを
充分に大きくとればかなり高周波域まで平滑な周波数特
性が得られるので、むしろ高いＥ／ρをもつ材料を使用
すべきであると考えられる。

したがって、Ｅ／ρを重要な特性と考え、高いＥ／ρ特
性をもつ振動板用材料の開発を目的とした研究が近年次
第に行われるようになってきた。

一方、通常金属系スピーカー用振動板材料としてはアル
ミニウムまたはチタン等の金属系材料が使用されている
が、これらの材料は何れもＥ／ρが比較的低く、従って
、前述したように、剛性の大きな金属系材料でかつ前記
金属系材料よりも格段大きなＥ／ρをもつ振動板材料が
求められている。

最近、Ｅ／ρが極めて大きいべＩＪ ＩＪウム振動板が
開発され、使用され始めているが、周知のようにこの材
料は毒性が著しく強く、取扱いが難しい材料であり、公
害防止用の設備を必要とするなどのことから高価なもの
にならざるを得ない。

従って、これらの理由によりベリリウムのように毒性を
もたず、しかもＥ／ρの大きな振動板材料の開発が強く
要望されているのが現状である。

本発明者等は、上述のような緩効から軽量にして、高剛
性及び高弾性にして、すなわち、高いＥ／ρ値を備え、
しかも低コストな振動板を得るべく、あらゆる材料中で
Ｅ／ρが最大である炭化ボロンに着目し、この炭化ボロ
ンを使用して振動板を製造すべく研究を行なった結果、 （１）炭化ボロンのみでは脆く、強度が不足するので、
大入力用スピーカーの振動板として使用することは困難
であるが、靭性に富むチタンまたはチタン合金を併用す
れば、前記炭化ボロンのもつ強度不足が解消できること
。

（２）シかし、チタンまたはチタン合金と炭化ボロンと
は密着性が比較的低く、このような低い密着性では十分
な強度向上は望めないが、これらチタンまたはチタン合
金および炭化ボロンのいずれに対してひ密着性の良好な
周期表の５ａ族および６ａ族金属、並びにハフニウムの
うちの１種を中間層として介在させてやれば前記チタン
またはチタン合金と炭化ボロンとの密着性が著しく向上
すること。

（３）上記中間層に対する炭化ボロン層の被覆を化学的
蒸着法（ＣＶＤ法）により行なえばその密着性はきわめ
て高いものとなること。

以上（１）〜（３）項に示される知見を得たのである。

この発明は、上記知見に基づきなされたものであって、
主要工程を所定の表面形状をもった下地金属基体の表面
に、通常の方法によってまず第１層としてのチタンまた
はチタン合金からなる下層を５〜２０μｍの層厚で被覆
し、 ついで同様に通常の方法によって第２層としての周期表
の５ａおよび６ａ族金属、並びにハフニウムのうちの１
種からなる中間層を０．１〜２μｍの層厚で被覆し、 このように下層および中間層を被覆した下地金属基体を
熱分解反応炉内に装入し、前記熱分解反応炉内に、 ボロンのハロゲン化物蒸気、炭化水素、および水素を主
成分として含有した混合ガスか、カーボレインおよび不
活性ガスを主成分として含有した混合ガス、 のいずれかを導入して分解反応を起させることによって
第３層としての炭化ボロンからなる上層を５〜３０μｍ
の層厚で上記中間層上に被覆し、しかる後前記下地金属
基体を溶解除去することで構成することによって、 層厚５〜２０μｍのチタンまたはチタン合金からなる第
１層と、 層厚０．１〜２μｍの周期表５ｉ族または６ａ族金属、
並びにハフニウムのうらの１種からなる中間層としての
第２層と、 層厚５〜３０μｍの炭化ボロンからなる第３層とで構成
した音響変換器用複層振動板を製造することに特徴を有
するものである。

この発明において、第１層（以下下層という）としてチ
タンまたはチタン合金を用いた理由は、これらの金属は
強靭かつ低密度であること、およびＣＶＤ法により炭化
ボロン蒸着する際の温度上昇に耐え得るからであり、前
記下層の厚さを５〜２０μｍの範囲に限定した理由は、
５μｍ未満では必要な靭性が得られず、一方、２０μｍ
を越えると積層振動板全体のヤング率が低くなるからで
ある。

また、振動板全体のヤング率を向上させるために第３層
（以下上層という）に被覆する炭化ボロンの厚さは、で
きるだけ厚くする方が良いが、軽量でなければならない
との制約から３０μｍを越えることは好ましくなく、一
方、５μｍ未満では振動板として充分高いＥ／ρが得ら
れないので、その範囲を５〜３０μｍとした。

ところで、下地金属基体としての例えば軟鋼ブロックへ
の下層及び第２層（以下中間層という）の被覆には、真
空蒸着法、スパッタリング法の他に、イオンブレーティ
ング法により行なっても良く、これらの所謂物理的蒸着
法（ＰＶＤ法）以外にも、化学的蒸着法（ＣＶＤ法）に
より行なっても良い。

中間層として、周期表の５３および６ａ族金属並びにハ
フニウムのような耐火性金属を下層と上層との間に介在
させたのは、下層を構成するチタンあるいはチタン合金
と上層の炭化ボロンが直接反応して厚い反応ゾーンを形
成することを抑制するためである。

しかし、前記中間層の熱膨張係数が炭化ボロンの熱膨張
係数と著しく相違する場合には、界面近傍にクラックが
発生したり、あるいは炭化ボロンが剥離したりするので
好ましくない。

これ等の理由により、中間層としては、熱膨張係数が炭
化ボロンの熱膨張係数に比較的近く、かつ高融点である
ために拡散反応の障壁となり得る５ａ族、６ａ族または
ハフニウムからなる耐火性金属が適している。

そして、前記中間層の厚さを０．１〜２μｍに限定した
理由は、０．１μｍ未満だと中間層としての機能を果さ
ず、他方２μｍを越えると振動板の全体重量が増すから
である。

なお前記上層、中間層及び下層の厚さは、製造すべき振
動板のＥ／ρをどの程度の値にするか、また振動板全体
の重量を何グラムにとどめるかによって自動的に決定さ
れるものである。

一方、前記上層としての炭化ボロンのＣＶＤ法の被覆に
は、公知の方法を用いることができる。

すなわち、三塩化ボロン等のボロンのハロゲン化物、ま
たはＢ４Ｃ２Ｈ６等のカーボレインを蒸発せしめ、これ
を夫々炭化水素と水素の混合ガスあるいは不活性ガスと
共に加熱反応炉に導き、分解反応により炭化ボロンを形
成させる。

この際、蒸着温度は、どんなボロン化合物塩を出発原料
として用いるかにより異なるが、例えば、カーボレイン
を使用する場合には、蒸着温度は４００〜１０００°Ｃ
と比較的低くすることができる。

以下、上層を構成する炭化ボロンの被覆態様を、原料と
してとくに三塩化ボロンを使用した場合について具体的
に説明する。

このときの反応式は、 ＢＣｌ３＋ＣＨ４＋Ｈ２→Ｂ、Ｃ＋Ｈ（Ｊ’となる。

ここでは、炭化反応に関与する炭素の供給源と。

なる炭化水素としてメタンをもって代表さもたが、これ
に限られるものではなく、飽和、不飽和の脂肪酸、芳香
族及び脂環族の何れを用いても良く、必要に応じて炭素
数、使用量などを選択決定することができる。

炭化ボロンの蒸着速度は下地金属・基体の温度、蒸着温
度及びガス流量等に影響されるが、中でも前記温度の影
響が最も大きい。

蒸着条件としては、全体のガス流量を３００〜５００Ｃ
ｅ／嫡、ＢＣｌ３のモル分率を０．４５、下地金属基体
の温度を７００〜１３００℃を選んだ。

ここで、メタンガス（炭化水素）のモル分率を高くし過
ぎると、炭化ボロン層の炭素濃度が高くなり、この結果
、炭化ボロン以外にフリー炭素も共存するようになるの
で、結果的にヤング率の低下を招き好ましくない。

従って、炭化濃度は０．０７５〜０．１３モルの間に入
るようにするのがよい。

また、下地金属基体の温度をあまり高くすると、炭化ボ
ロン層と中間層との間の反応が過度に進行し、これまた
好ましくないので、下層および中間層を被覆した下地金
属基体の温度の上限は、１２００℃好ましくは１１００
℃にすべきである。

なお、あまり前記下地金属基体の温度が低いと、蒸着炭
化ボロンの結晶化が妨げられ、結果的に特性の低下をも
たらすので、前記下地金属基体の温度の下限は８００℃
好ましくは９００℃にするのが良い。

次に、この発明を実施例により説明する。

下地金属基体として直径４０１ｎｒＩＬφの軟鋼ブロッ
クを用意し、この軟鋼ブロックの表面を製造すべきスピ
ーカー用振動板の形状に一致するように加工し、前記軟
鋼ブ田ンクの表面に、それぞれ第１表に示される成分お
よび層厚の上層、中間層、下層で構成された複層を形成
し、ついで前記軟鋼ブロックを溶解除去することによっ
て本発明複層振動板１〜５を製造した。

なお、前記軟鋼ブロックへの下層の被覆は、イオンブレ
ーティング法で行ない、前記下層への中間層の被覆は、
スパッタリング法で、また、前記中間層への上層の被覆
は、ＣＶＤ法により行なった。

この場合炭化ボロンによる被覆の必要な表面部具外はマ
スキングを施しておき、後で軟鋼ブロックを酸で溶解す
るのに便利なようにしておきたい。

また比較の目的で第１表に示される成分（チタンおよび
チタン合金）および層厚の比較振動板１゜２を製造した
。

このようにして得られた本発明被覆振動板１〜５と比較
振動板１．２の特性を測定し、この測定結果を第１表に
合せて示した。

第１表に示されるように、本発明の複層振動板は、比較
振動板に比して小さい密度及びきわめて大きいヤング率
をもち、したがって著しく高いＥ／ρ値をもつことが明
らかである。

上述のように、この発明によれば音響変換器用振動板に
要求される軽量にして、高剛性及び高弾性を備え、かつ
高周波域まで平滑な周波数特性を示す音響変換器用振動
板を低コストで製造できるのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 層厚５〜２０μｍのチタンまたはチタン合金からな
   る第１層と、 層厚０．１〜２μｍの周期表の５ａ族および６ａ族金属
   、並びにハフニウムのうちの１種からなる中間層として
   の第２層と、 層厚５〜３０μｍの炭化ボロンからなる第３層とで構成
   されたことを特徴とする音響変換器用複層振動板。 ２ 所定の表面形状をもった下地金属基体の表面に、通
   常の方法によってまず第１層としてのチタンまたはチタ
   ン合金からなる下層を５〜２０μｍの層厚で被覆し、 ついで同様に通常の方法によって第２層としての周規表
   の５ａ族および６ａ族金属、並びにハフニウムのうち１
   種からなる中間層を０．１〜２μｍの層厚で被覆し、 このようにして下層および中間層を被覆した下地金属基
   体を熱分解反応炉内に装入し、前記熱分解反応炉内に、 ボロンのハロゲン化物蒸気、炭化水素、および水素を主
   成分として含有した混合ガスか、カーボレインおよび不
   活性ガスを主成分として含有した混合ガス、 のいずれかを導入して分解反応を起させることによって
   第３層としての炭化ボロンからなる上層を５〜３０μｍ
   の層厚で上記中間層下に被覆し、しかる後前記下地金属
   基体を溶解除去することからなる主要工程で構成される
   ことを特徴とする音響変換器用複層振動板の製造法。