JPS5821996B2 - 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ンプカート０リツジのカン
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、 ５■ 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Ｏ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、かつ内部摩擦が大きいもので
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、５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０をもつ振動板用材料の開発を目的とした研究が近年
次第に行な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／ρ５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に大きな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し入従って、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でいるのが現状である
。

本発明者等は、上述のような観点から軽量にして、高剛
性及び高弾性にしで、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でも密着性の良好な
チタンポライド層及びボロン層を中間層としで介在させ
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（ＯＶＤ法）により行なえばその密着性はきわめ
で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、下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
物蒸気および水素を主成分として含有した混合ガスを導
入して分解反応を起させることによって、第２層として
のチタンポライド層およびボロン層からなる中間層を１
〜５μｍの層厚で上記下層上に被覆し、 この後、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、 の何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１〜５μｍのチタンポライド層とボロン層からなる
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。

この発明においで、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ＯＶＤ法により炭
化ボロンを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、２０
μｍ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、第２層（以下中間層という）としで、チタンポラ
イド層およびボロン層を第１層と第３層（以下上層とい
う）との間に介在させたのは、下層を構成するチタンま
たはチタン合金と上層の炭化ボロンが直接反応しで厚い
反応ゾーンを形成することを抑制するためである。

以下、上記中間層の下層への被覆方法についで説明する
。

まず、下層を被覆した下地金属基体である軟鋼ブロック
を熱分解反応炉に装入し、三塩化ボロンと水素を主成分
とする混合ガスを前記熱分解反応炉に導入して分解反応
させる。

この際、下地金属温度を７００〜１３００℃とし、全体
のガス流量を３００〜５００ＣＣ／ ｍｉｎとし、Ｈ２
／ＢＣｌ３のモル分率比を１．５〜５０と変えて蒸着試
験を行なったところ、下地金属温度としては９００〜１
１００℃Ｈ２／ＢＣ１！３としては２５〜３０が最適条
件であることがわかった。

このような条件下では下層に蒸着したボロンが下地金属
と反応して、薄いチタンポライドの中間化合物層を形成
する。

前記チタンポライド層は、熱膨張係数が５．５Ｘ１０−
’／℃と炭化ボロンまたはボロンの熱膨張係数に近ぐま
た下層のチタンまたはチタン合金との密着性も良く、中
間層としての望ましい性質を備えでいる。

前記チタンポライド層の厚さは、ボロン層の１／１０以
下が良い。

なお、前記ボロン層は、このボロン層上に上層としての
炭化ボロンを被覆する際に、前記炭化ボロンとの密着性
の向上を図ると共に前記炭化ボロン層を緻密にする効果
がある。

前記中間層の厚さとしでは、最大５μｍもあれば充分で
ある。

しかし、１μｍ未満になると中間層としての機能を充分
果さないので中間層の厚さの範囲は。

１〜５μｍが望ましい。

さらに、振動板全体のヤング率を向上させるために上層
として中間層上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、他方、
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
への下層の被覆は、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（ＯＶＤ法〕により行なっても良い。

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ノ１０ゲン化物、
またはＢ２Ｏ，２Ｈ６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
としで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
しで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、 ＢＣｌ３十ＣＨ４＋Ｈ２→Ｂ、０ 十ＨＯ／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せたが、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
及びカス流量等に影響されンるが、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３００〜５００
ＱＣ／ ｍｉｎ 、 ＢＣｌ２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；＜シ
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、炭素濃度は０．０７５〜０．１３モルの間に入
るようにするのがよい。

まｉ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１１０
０℃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４０１１ｇ１φ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
ブロックの表面に、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１，２を製造した。

なお、前記軟鋼ブッククへの下層の被覆は、真空蒸着法
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以外はマ
スキングを施しでおき、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いた。

また比較の目的で第１表に示される成分（チインおよび
チタン合金）および層厚の比較振動板１２を製造した。

米 このようにして得られた本発明被覆振動板１゜２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で大きいヤング率
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で、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ｌ〜５μｍのチタンポライド層およびボロン層から
   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、 ついで下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
   蒸気および水素を主成分として含有した混合ガスを導入
   して分解反応を起させることによって、第２層としての
   チタンポライド層およびボロン層からなる中間層を１〜
   ５１ｋｎの層厚で上記層上に被覆し、 この後、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、 の何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５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。