JPS6356100A - スピ−カ−用振動板及びその製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、周波数特性の優れたスピーカー用振動板及び
その製造方法に関し、特に高い剛性を有し、しかも軽量
化に優れたスピーカー用振動板及びその製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） スピーカー用振動板、特に高パワーの機械的振動に耐え
るスピーカー用振動板として、耐熱処理等を施した紙質
または布質のものか従来より使用されてきている。この
ような紙質または布質のスピーカー用振動板は、軽量て
ありまた高性濠てはあるか、耐熱処理を施しであるとは
いえ紙質または布質であるため耐熱温度に限度かあり、
また高パワーの機械的振動に対しても限度かある。

以上のような実状に対処するために開発されたオーディ
オスピーカー用振動板が特開昭５６−４２４９６号公報
において提案されている。この公報において提案された
オーディオスピーカー用振動板は、 「粉末状、　Ｍ＆ｍ状もしくは針状セラミックを主成分
とし、ｌ＃＃熱性樹脂で形成した成形体から成ることを
特徴とするオーディオスピーカー用振動板」、 「セラミックを織布状又は多孔体状に焼結させた焼結体
から成ることを特徴とするオーディオスピーカー用振動
板」。

「セラミックと全屈の粉末をｌｌｌ、を熱性樹１危て多
孔体に、形成したことを特徴とするオーディオスピーカ
ー用振動板」、あるいは 「セラミックと金属？多孔複合体に焼結させたことを特
徴とするオーディオスピーカー用振動板」 である。

ところか、この特開昭５６−４２４９６号公報において
提案されているオーディオスピーカー用振動板は、セラ
ミックの強度（剛性）を利用するとともに、セラミック
を多孔質体とすることによって軽量化を達成したもので
はあるか、次のような欠点を有している。すなわち、 ■セラミック粒子より多孔質体を形成したものは、それ
自身すでに剛性か低下しており、気孔内に樹脂を充填し
たとしても全体の剛性は余り向上しない。

■換言すれば、このセラミック製スピーカー用振動板は
軽量ではあるか、その剛性は樹脂の剛性に支配され、セ
ラミック自身の剛性を十分発揮させることができない。

■このようなセラミック製スピーカー用振動板を形成す
る場合に、当該セラミックは焼成収縮するか、このよう
な焼成収縮に伴なう寸法ムラ、歪、ねじり等を回避して
０．５ｍｍ以下の薄膜を形成することは極めて困難であ
る。

本願の発明者は、以４−の欠点を解決すべく鋭意研究し
た結果、炭化珪素、炭素及び珪素からなる焼結体か上述
した欠点を解決しながらこの種のスピーカー用振動板を
形成するのに適していることを新規に知見し、未発ＩＪ
１を完成したのである。

（発明が解決しようとする問題点） 本願発明はＬ記のような経緯からなされたもので、その
解決しようとする問題点は、従来のセラミック製スピー
カー用振動板の剛性の欠如であり、またこの種のセラミ
ック製スピーカー用振動板を形成する場合の困難性であ
る。

そして、本願発ｔｙｌの［１的とするところは、極めて
薄いものでありかつ高強度を有し、しかも優れた高周波
数特性を有するスピーカー用振動板を提供することにあ
る。また、本願発明の他の目的は、このような特性を有
するスピーカー用振動板を簡単かつ確実に！ｌＪ造する
ことのてきる方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段及び作ｍ　）以上の問題
点を解決するために第一の発ｉ］か採った手段は、 「主として三次元網目構造を有する多孔質炭化珪粛と、
前肥多孔質炭化珪十によって形成される空間に相当する
部分に充填された炭素及び金属珪素の反応によって形成
された炭化珪素とからなるスピーカー用振動板」 である。

すなわち、本発明に係るスピーカー用振動板は、炭化珪
素、炭素及び全屈珪、）ミな材料として構成された焼結
体であり、従来のこの種のセラミック振動板のように、
樹脂類等によって結合させたものではない。つまり、こ
の発明に係るセラミック振動板の強度は、主として炭化
珪素によって規定されたものなのである。

また、このスピーカー用振動板にあっては、−次焼成し
た炭化珪素焼結体の開放気孔内に炭素及び金属珪素を含
浸して二次焼成したものである必要かある。その理由は
、この種のスピーカー用振動板にあっては焼成収縮に伴
なう寸法ムラ、歪、ねじり等を回避する必要があるから
であり、上記のように二回焼成することにより、これら
の寸法ムラ、歪、ねじり等の回避を実現できるかうであ
る。このように、−次焼成した炭化珪素焼結体の開放気
孔内に炭素及び金属珪素を含浸するために、−次焼成に
よって形成された炭化珪素は、完成後の含有量として少
なくとも４０％であることか必要である。

さらに、この焼結体の気孔率が２０容積％以下であるこ
とか必要である。その理由は、焼結体の気孔率が２０容
桔％を越すと、この種のスピーカー用振動板に必要とさ
れる強度がなくなるからてあり、中でも１０％以下であ
ることか好ましい。

また、未発１１に係るスピーカー用振動板は、その金属
珪素および遊離炭素の含有量の未反応部分の合計がｌＯ
容容積量以下ある必要かある。その理由は、金属珪素お
よび遊離″Ｊに素の未反応部分の含有量の合計がｌＯ容
積％より多いと、この種のスピーカー用振動板に必要と
される強度が不足するからである。

以上のように構成した未発Ｉｊ＋に係るスピーカー用振
動板にあっては、炭化珪素、炭素及び金属珪素を材料と
して構成された焼結体であり、しかもその主体が炭化珪
素であるため、その密度は２．５〜３．２ｇ／ｃｍ’と
比較的軽帛二なものとなっている。また、このスピーカ
ー用振動板は、そのヤング率が２　Ｘ　１０　’ｋｇ／
ｍｍ’以ｌ二、平均曲げ強度か４０ｋｇｆ／ｍｍ’以」
−であるものとすることかてきるから、優れた高周波数
特性を有するものてある。さらに、このスピーカー用振
動板は、その平均曲げ強度か４０ｋｇｆ／ｍｒｎ’以上
であるものとすることによって高強度を有したものとす
ることかできるから、０．２〜０．０５＋ｍｍの極めて
薄いものとすることか可使となっているのである。

そして、このようなスピーカー用振動板を製造するため
に採った方法としての手段は、ｒ次の（ａ）〜（ｄ）の
工程からなることを特徴とするスピーカー用振動板の製
造方法。

（ａ）遊離炭素含有量か１０％以下、遊離シリカ含有量
か５重量％以下であって、平均粒径が１０ｇｍ以下の炭
化珪素粉末を所望の形状の生成形体に成形する工程。

（ｂ）前記生成形体を耐熱性の容器内に挿入し、１５０
０〜２２００℃の温度範囲内で焼成し、多孔質の一次焼
結体とする工程； （ｃ）前記−次焼結体に炭素質物質を含浸した後、９０
０〜２２００℃の温度に加熱し、炭素質物質を炭素化し
、炭素・炭化珪素複合体とする工程： （ｄ）前記（ｃ）工程で得られた炭素・珪素複合体を１
５００〜２２００℃に維持し、炭：）珪、に複合体の気
孔中に珪素を充填させた少、１〜１５時間保持して炭素
及び珪素を反応焼結する工程。」 である。

未発ＩＪＪの（ａ）工程では平均粒径か１０蒋ｍ以ドの
主として炭化珪素粉末であることが必要である。

その理由は、１０４ｍよりも大きいと一次焼結時に炭化
珪素結品間での原子の移動及び蒸発−凝縮か起こりにく
く、炭化珪素結品間の結１）強度か低くなる傾向がある
ためてあり、炭化珪素の結晶量強度を高めるためには、
平均粒径か３ＡＬｍであることがより好適である。

また、炭化珪素粉末のうち、β型変化珪素の含有量か少
くとも６０重量％てあり残部かα型結晶あるいは非晶質
炭化珪素であることが好ましい。その理由は、β型結晶
は低温合成型の結晶であり、比較的低温度で再結品化か
生じ、高い結合強度を有する炭化珪素結晶体を得ること
かできるからである。なかてもβ型炭化珪素の含有量は
８０重量％以、ｈであることかより好適である。

（ａ）−、［程て使用される炭化珪素粉末中の遊離炭素
含有量はＩ　Ｏ？　、＋Ｈ：ｉ％％以下あることか必要
である。この理由は、炭化珪素粉末中の遊離炭素は極め
て安定であり、金属シリコンとの反応性に乏しくて、焼
結体中に遊は炭素の形態で残存し易く、高い強１■を有
する炭化珪素結晶を得にくいためてあり、特に遊離炭素
の含有量は５屯に％以下であることかより好適である。

一方、（ａ）　工程に用いられる）Ｒ化珪素焼結体に含
まれる遊かシリカの含有量は５毛量％以下であることが
必要である。この理由は、′Ｍ３Ｍリカは一部接触する
牲が炭素と反応し炭化珪素結晶な形成するか、大部分は
、揮発して、炭化珪素結晶の表面を覆い、炭化珪素結晶
同志の結合を著しく低いものとするためであり、なかで
も′Ｍ敲フシリカ含有−冒±２重量％以下であることか
好ましい。

次いて、（ａ）工程で得られた形成体は（ｂ）工程にお
いて、１５００〜２２００℃の温度で一次焼結する。

この理由は、１５００℃よりも低い温度で焼結しても炭
化珪素結晶の結合は生じに＜＜、高い強度を有する）に
化珪素焼結体とすることか困難となる。−方、２２００
　’Ｃよりも高い温度で−・次焼結すると、炭化珪素結
晶の一部かα型の炭化珪Ｊ：に転移し、大型の結晶とな
るため、ｌＯｐＬｍ以Ｆの炭化珪素結晶とすることか困
難てあり、しかも高強度の焼結体をｆＵることか困難で
あるためである。なかＣも。

１７００℃〜２１００℃の温度で一次焼結することがよ
り好ましい。

この（ｂ）工程て得られた多孔質）に化珪素焼結体は気
孔率が：ｌＯ〜６０　ｖｏ１％で１０〜３０ｋｇ１１ｍ
　ｍ’の極めて強度の高い焼結体である。

次いで（ｃ）工程では（ｂ）工程て得られた一次焼結体
に炭素質物質を含浸することか必要である。

この炭素質物質としては、たとえばフルフラール樹脂、
フェノール樹脂、リグニンスルホン＃塩、ポリビニルア
ルコール、コンスターチ、糖類、コールタールピッチ、
アルギン酸塩のような各種有機物質あるいはカーボンブ
ラック、アセチレンブラックのような熱分解炭素を有利
に使用することができる。

モして含浸方法としては、分散液、未重合物を真空、加
圧含浸する通常の方法て含浸することかてきる。

次いて、（ｂ）工程ては（ｃ）工程で作成した含浸体を
５００〜２１００℃の間で炭素化することが必要である
。このように炭素化の温度範囲を設ける理由は、前記工
程て含浸した炭素は５００℃より低温熱分解時において
極めて小さい粒子てあり溶融シリコンどの反応性に富ん
ではいるか、：、’ｊ、　ｆ、度か高いために、−次焼
結体の気孔を■１塞し、溶融シリコンの多孔体内部への
浸透を妨げる傾向があるためてあり、　５００℃以上の
温度とすることによりそれらの熱分解炭素を結晶化させ
比較的大きな炭素粒子とし、シリコンの浸透を容易にす
ることかできる。一方、２１００℃よりも高い温度にす
ると、（ｂ）工程と同様の理由て高い強度を有する多孔
質体か得られなくなるためである。なかでも、１２００
〜２１００℃とすることかより好適である。

本発明によれば、前記（（：）工程により得られる炭素
・炭化珪素複合体に含有される炭素を（ｂ）工程により
得られる一次焼結体の気孔容積に対して０．６〜１３ｇ
／ｃｍ″の割合て存在せしめることが好ましい。その理
由は、炭素の一次焼結体の気孔容積に対する割合が０．
６ｇ／ｃｍ″より少ないと、（ｂ）工程で得られる焼結
体にＭｇ！シリコンが多く残留し、高密度を得ることか
困難であり、１．：１ｇ／ａｍ’よりも多いと、逆に遊
蕩炭素が残留し、高密度、高強度を得られないからであ
る。

なお、このようなＭ　Ｈ７Ｒ素の含有量とするために、
（ｃ）工程を複数回すり返すことかできることは言うま
でもない。

次いて、（ｄ）工程ては、（ｃ）工程でＩＪられた炭素
・炭化珪素複合体を１５００〜２２００’Ｃに維持し、
炭素・炭化珪素複合体の気孔中にシリコンを充填させた
後、　１〜１５時間保持することか必要である。

温度範囲を設ける理由は、ｔｓｏｏ℃よりも低い温度で
あると、含浸したＭＥ　Ｈ’ｒＲ素とシリコンか十分に
反応せず、また、工程（ｂ）で−次焼結した炭化珪素結
晶と反応生成した炭化珪素結晶か十分に結合せず高い強
度を有することかできなくなる傾向かあるためであり、
２２００℃よりも高い温度とすると、炭化珪素結晶の粗
大粒子化か生じ、強度が低下する傾向かあるためてあり
、なかても１９００〜２２００℃であることかより好ま
しい。一方、　１〜１５時間その温度を保持する理由は
、１時間よりも少ないと反応が十分反応せず、炭化珪素
結晶間の結合も弱い傾向かあるためてあり、１５時間よ
りも長いと、炭化珪素結晶の粗大化か生じるためである
。

この（ａ）〜（ｄ）工程によって製造された炭化珪素焼
結体からなるスピーカー用振動板は、炭化珪素結晶の平
均粒径か１０．ｕ、ｍ以下で少くとも３．０　ｇ／ばの
高い密度を有する焼結体てあり、常温における曲げ強度
は、４０〜８０　ｋｇｆ／　ｍｒｒｆてあり、１５００
℃の高温でも３０〜５０ｋｇｆ／　ｍｒｎ’の高強度で
あるスピーカー用振動板を製造することかてきる。

また、本発明に係るスピーカー用徐動板は、次の方法に
よっても製造することかできる。すなわち。

「次の（イ）〜（ハ）の工程からなることを特徴とする
スピーカー用振動板の製造方法。

（イ）遊＋２ｉ炭素含有量か１０％以下、′Ｍ離シリカ
含有量か５重ψ％以下であって、平均粒径が１０鉢ｍ以
下の炭化珪素粉末と、炭素質物質を混合し、これらを所
望の形状の生成形体に成形する工程： （ロ）前記生成形体を耐熱性の容器内に挿入し、５００
〜２１００℃の温度範囲内で焼成することにより前記炭
素質物質を炭化し、多孔質の炭素・炭化珪素複合体から
なる一次焼結体とする工程： （ハ）この（ロ）工程で得られた炭素・炭化珪素複合体
を１５００〜２２００℃に維持し、炭素・炭化珪素複合
体の気孔中に珪素を充填させた後、ｌ〜１５蒔間保持し
て炭素及び珪素を反応焼結する工程。」 である。

この二番目の方法か一番目に示した方法と基本的に異な
る点は、−次焼成によって炭化珪麦賀焼結体を形成する
際に、既に炭素を含んだものとすることにある。この方
法にあっては、純粋炭素を必要とはするものの、必要と
されるスピーカー用振動板を少ない工程で５８！造する
ことがてきるものである。すなわち、第一の方法にあっ
ては炭素源を炭化する工程か必要てあったが、この第二
の方法にあっては、この炭素質物質を炭化する固定を省
略することがてきるものである。この方法においても、
第一の方法と同様な性質を有するスピーカー用振動板を
更に容易に製造することかできるのである。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例） 実施例１ 出発原料として使用した炭化珪素粉末は９５重量％がβ
型結晶よりなり、０．２９重ψ％の遊蕩炭素、ｏ、１７
ｙ−ｒ２％の′Ｍ芝クシリカ０１ＰＰｉの鉄、：ｌＰＰ
ｍのアルミニウムを主として含有し、　０．２８μｍの
平均粒径を有していた。

前記炭化珪素粉末１００重清部に対し、ポリビニルアル
コール５重量部、水３００屯量部を配合し、ボールミル
中で５時間混合した後乾繰した。

この乾浄混合物を適Ｘ５採取し、顆粒化した後、金属製
押し型を用いて：ｌ［１００ｋｇ／ｃｒｒｒ’の圧力で
成形した。この生成形体の寸法は２５０曹肩×２５０麿
閤×３０−■で、密度は２．０ｇ／ｃｒｒｆ　（気孔率
３８ｖｏ１％）であった。

前記生成形体を黒鉛製ルツボに装入し、タンマン型焼成
炉を使用して１気圧の主としてアルゴンガス雰囲気中で
焼成した。昇温過程は４５０℃／時間で２０００℃まて
昇温し、最高温度２０００℃で１時間保持した。この焼
結体のモ均曲は強度は１８．５ｋｇ　／ｍｒｒｒ’と極
めて高い値を示した。

次いでこの焼結体にフェノールレシン（炭化率４０ｗｔ
％）を真空含浸し、屹燥した後、１５００℃の不活性雰
囲気中て炭素化］ノだ。同様な操作を再度碌り返すこと
によって、前記−次焼結体の気孔中に占める遊離炭素の
割合は、０．８４　ｇ／ｃｒｎ’てあった。

この含浸体を２０５０℃て溶融シリコン中に浸積し、約
３時間保持した。

得られた焼結体の密度は：１．１６ｇ／ｃｍ’てあり、
平均粒径３弘ｍの炭化珪素粉末からなる焼結体であった
。この焼結体の曲げ強度は常温において５２ｋｇｆ／　
ｍｒｒｒ’てあり、１５００℃において４８ｋｇｆ／ｍ
ｒｒｒ’の高いものであった。

（発ＩＩの効果） 以上詳述した通り、本発明に係るスピーカー用振動板に
あっては、上記実施例にて例示した如く、 「七として三次元１劉目構造を有する多孔質炭化珪素と
、前記多孔質炭化珪素によって形成される空間に相当す
る部分に充填された炭素及び全屈珪素の反応によって形
成された）５化珪素とからなること」 にその構成上の特徴かあり、これにより、耐熱性に優れ
しかも高強度を有していることは勿論のこと、醗れた周
波ａ特性を有したスピーカー用振動板を提供することか
できる。

また、このような優れた特性を有するスピーカー用振動
板を製造する方法として。

［次の（ａ）〜（ｄ）の工程からなることを特徴とする
スピーカー用振動板の製造方法。

（ａ）遊離）５素含右州か１０％以下、ｉａ２離シリカ
含有量か５重に％以下であって、平均粒径か１０μｍ以
下の炭化珪素粉末を所望の形状の生成形体に成形する工
程： （ｂ）前記生成形体を耐熱性の容器内に挿入し、１５０
０〜２２００℃の温度範囲内で焼成し、多孔質の一次焼
結体とする工程； （（−）前記−次焼結体に炭素質物質を含浸した後、９
００〜２２００　’Ｃの温度に加熱し、炭素質物質を炭
素化し、炭素・炭化珪素複合体とする工程： （ｄ）前記（ｃ）工程で得られた炭素・ｊ、マ化珪素複
合体を１５００〜２２００℃に維持し、炭素・炭化珪素
複合体の企む孔中にｆト、更を充崩させた後、１−１５
時間保持して炭素及び珪素を反応焼結する工程。」 あるいは、 ［次の（イ）〜（ハ）の工程からなることを特徴とする
スピーカー用振動板の製造方法。

（イ）遊＃炭素含有ち）が１０％以下、遊敲シリカ含有
驕が５重要１％以下であって、平均粒径か１０ルｍ以下
の炭化珪素粉末と、炭素質物質を混合し、これらを所望
の形状の生成形体に成形する工程； （ロ）前記生成形体を耐熱性の容器内に挿入し、５００
〜２１００℃の温度範囲内て焼成することにより前記炭
素質物質を炭化し、多孔質の炭素・炭化珪素複合体から
なる一次焼結体とする工程； （ハ）この（ロ）工程で得られた炭素・炭化珪素複合体
を１５００〜２２００℃に誰持し、炭素・炭化珪素複合
体の気孔中に珪素を充填させた後、１〜１５時間保持し
て炭素及び珪３ζを反応焼結する工程」 のいずれかの方法を採用すれば、−に記のような特性を
有するスピーカー用振動板を確実かつ容易に製造するこ
とができるのである。

以　　　　　−ト

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）、主として三次元網目構造を有する多孔質炭化珪素
   と、前記多孔質炭化珪素によって形成される空間に相当
   する部分に充填された炭素及び金属珪素の反応によって
   形成された炭化珪素とからなるスピーカー用振動板。 ２）、前記多孔質炭化珪素によって形成される空間は、
   多孔質炭化珪素の全容積の６０容積％以下である特許請
   求の範囲第１項記載のスピーカー用振動板。 ３）、前記スピーカー用振動板は、金属珪素および遊離
   炭素の未反応部分の含有量の合計が１０容積％以下であ
   る特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載のスピーカ
   ー用振動板。 ４）、前記スピーカー用振動板は、気孔率が２０容積％
   以下である特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに
   記載のスピーカー用振動板。 ５）、前記スピーカー用振動板は、ヤング率が２×１０
   ＾４ｋｇ／ｍｍ＾２上、平均曲げ強度が４０ｋｇｆ／ｍ
   ｍ＾２である特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれか
   に記載のスピーカー用振動板。 ６）、次の（ａ）〜（ｄ）の工程からなることを特徴と
   するスピーカー用振動板の製造方法。 （ａ）遊離炭素含有量が１０％以下、遊離シリカ含有量
   が５重量％以下であって、平均粒径が１０μｍ以下の炭
   化珪素粉末を所望の形状の生成形体に成形する工程； （ｂ）前記生成形体を耐熱性の容器内に挿入し、１５０
   ０〜２２００℃の温度範囲内で焼成し、多孔質の一次焼
   結体とする工程； （ｃ）前記一次焼結体に炭素質物質を含浸した後、９０
   ０〜２２００℃の温度に加熱し、炭素質物質を炭素化し
   、炭素・炭化珪素複合体とする工程； （ｄ）前記（ｃ）工程で得られた炭素・炭化珪素複合体
   を１５００〜２２００℃に維持し、炭素・炭化珪素複合
   体の気孔中に珪素を充填させた後、１〜１５時間保持し
   て炭素及び珪素を反応焼結する工程。 ７）、次の（イ）〜（ハ）の工程からなることを特徴と
   するスピーカー用振動板の製造方法。 （イ）遊離炭素含有量が１０％以下、遊離シリカ含有量
   が５重量％以下であって、平均粒径が１０μｍ以下の炭
   化珪素粉末と、炭素質物質となるものとを混合し、これ
   らを所望の形状の生成形体に成形する工程； （ロ）前記生成形体を耐熱性の容器内に挿入し、５００
   〜２１００℃の温度範囲内で焼成することにより前記炭
   素質物質を炭化し、多孔質の炭素・炭化珪素複合体から
   なる一次焼結体とする工程； （ハ）この（ロ）工程で得られた炭素・炭化珪素複合体
   を１５００〜２２００℃に維持し、炭素・炭化珪素複合
   体の気孔中に珪素を充填させた後、１〜１５時間保持し
   て炭素及び珪素を反応焼結する工程。