JP4122664B2

JP4122664B2 - 音響振動板の製造方法

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Publication number: JP4122664B2
Application number: JP32726099A
Authority: JP
Inventors: 芳雄大橋; 勝瓜生
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2008-07-23
Anticipated expiration: 2019-11-17
Also published as: JP2001145199A; DE10057087A1; US6364966B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スピーカー装置等に用いられる音響振動板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スピーカー等に使用される音響振動板として、体積密度が小さく弾性率が大きい等の優れた特性を有することから、金属チタンが普及している。ところで近年、音響振動板の音響特性をさらに向上させるために、金属チタンよりも優れた特性を有する酸化チタンを金属チタンの表面に被膜してなる音響振動板が提案されている。
【０００３】
例えば、特開昭５１−１２１３０号公報に示されるように、金属チタンの表面に、酸素を含むアルゴン雰囲気中にて酸化チタン（ＴｉＯ₂）層を形成したスピーカ用振動板が提案されている。また、特開平２−１５２３９９号公報に示されるように、陽極酸化法にて、金属チタンの表面に酸化チタン層を２０ｎｍ〜２００ｎｍ又は１μｍ以上の膜厚に形成したスピーカの振動板が提案されている。上述のような、金属チタンの表面に酸化チタン層が形成されてなる音響振動板は、金属チタンのみからなる音響振動板と比較して、さらに剛性が大きく、優れた音響特性を有するものとなる。
【０００４】
また、金属チタン以外に、ＳｉＣ等のセラミックを用いた音響振動板が提案されている。ＳｉＣ等のセラミックからなる音響振動板は、金属チタンと同様に、剛性が大きく優れた音響特性を有している。このような振動板を作製する方法として、ＣＶＤ法等にてＳｉＣ等のセラミックを振動板形状に堆積させる方法、黒鉛と樹脂とを混合して振動板形状に成型後焼結させることにより全体をセラミック化する方法等が考案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような、金属チタンの表面に酸化チタン層を形成されてなる振動板は、基材である金属チタンの厚さに比較すると、酸化チタン層の厚さが非常に薄く構成されている。このため、酸化チタン本来の優れた特性から予想されるほど、振動板の音響特性は向上していなかった。
【０００６】
また、ＳｉＣ等のセラミックを堆積させることにより振動板を作製する手法は、ＣＶＤ装置等の高価な薄膜作製装置を必要とする。このような薄膜作製装置は、大量の振動板を一度に処理できないため、生産性に劣り、振動板の製造コストを上昇させてしまう。また、黒鉛と樹脂とを混合してセラミック化させて振動板を作製する手法は、複雑な形状の振動板を作製することが困難であった。
【０００７】
そこで本発明はこのような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、例えばスピーカに用いたときに高音域の再生特性が良好な音響振動板を、低コストにて、且つ複雑な形状に作製することが可能な音響振動板の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明にかかる音響振動板の製造方法は、金属チタンを音響振動板形状に成型してチタン振動板を得る成型工程と、上記成型されたチタン振動板を酸素を含む気体中で熱処理して、上記チタン振動板の全体が酸化チタンとなるようにセラミック化するセラミック化工程とを有し、全体が酸化チタンからなる音響振動板を得ることを特徴とする。
【０００９】
上述したような本発明にかかる音響振動板の製造方法では、成型工程にて加工性に優れた金属チタンを音響振動板形状とし、チタン振動板を作製する。次に、セラミック化工程にて熱処理を行うことにより、チタン振動板全体が酸化チタンとされるため、体積密度が小さく弾性率の大きい音響振動板を所望の形状に作製することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる音響振動板の製造方法の具体的な実施の形態について説明する。
【００１１】
この手法は、例えば図１に示すような、最外周に鍔を有する略円盤形状であり、全体が酸化チタン（ＴｉＯ₂）からなる音響振動板１を製造するものである。酸化チタンは、金属チタンよりもさらに体積密度が小さく弾性率が大きいという優れた特性を有している。
【００１２】
そして、上記のような音響振動板１は、つぎに示すようにして製造される。
【００１３】
先ず、金属チタンを所定の音響振動板形状に成型して、金属チタンからなるチタン振動板を形成する。
【００１４】
金属チタンを音響振動板形状に成型する手法としては、例えばプレス加工等が挙げられる。金属チタンは優れた加工性を有するため、音響振動板として複雑な形状を要求される場合であっても、容易に所望の形状に成型することが可能である。なお、図１にて略円盤状であり、中央部がドーム状である音響振動板１を示したが、音響振動板の形状は、使用目的に応じて、例えば略矩形状、略楕円形状等、いかなる形状であっても構わない。
【００１５】
次に、所望の形状に成型したチタン振動板（以下、単にチタン振動板という。）に熱処理を行うため、熱処理装置の炉内にチタン振動板を据え、熱処理条件を調整する。
【００１６】
ところで、上記熱処理は、酸素を含む不活性ガス雰囲気中、酸素と水蒸気とを含む不活性ガス雰囲気中、酸素を含む窒素ガス雰囲気中、酸素と水蒸気とを含む窒素ガス雰囲気中、酸素雰囲気中、水蒸気を含む酸素雰囲気中、オゾンガス雰囲気中、水蒸気を含む不活性ガス雰囲気中、水蒸気を含む窒素ガス雰囲気中、大気中等の条件下で行うことができる。
【００１７】
大気中条件とする場合には、例えば図２に示されるような、チタン振動板を入れる炉２と、炉２を加熱するヒータ３と、大気の出入りを行う通気口４とを有する構成の熱処理装置を用いることができる。このとき、炉２内は密閉されていても、外部と大気の出入りがあっても良い。
【００１８】
また、酸素、酸素を含む不活性ガス、酸素を含む窒素ガス又はオゾンガス（以下、まとめて酸素を含む気体と称する。）雰囲気条件とする場合には、例えば図３に示されるような、チタン振動板を入れる炉２と、炉２を加熱するヒータ３と、酸素を含む気体を貯蔵するタンク５と、酸素を含む気体の供給量を調節するバルブ６と、酸素を含む気体を排気する排気口７とを有する構成の熱処理装置を用いることができる。
【００１９】
このような熱処理装置の炉２内にチタン振動板を据えた後、バルブ６を解放し、タンク５内から炉２へ酸素を含む気体を供給し、炉２内の空気を酸素を含む気体にて置換する。なお、炉２内の空気を酸素を含む気体にて置換した後、酸素を含む気体を炉２内へ供給し続けても、止めても構わない。
【００２０】
また、酸素と水蒸気とを含む不活性ガス、酸素と水蒸気とを含む窒素ガス、水蒸気を含む酸素、水蒸気を含む不活性ガス又は水蒸気を含む窒素ガス（以下、まとめて水蒸気を含む気体と称する。）雰囲気条件とする場合には、例えば図４に示されるような、チタン振動板を入れる炉２と、炉２を加熱するヒータ３と、気体を貯蔵するタンク５と、酸素を含む気体の供給量を調節するバルブ６と、タンク５から供給された気体を水蒸気を含む気体とするバブラー８と、水蒸気を含む気体を排気する排気口７とを有する構成の熱処理装置を用いることができる。この熱処理装置においては、タンク５に貯蔵された気体をバブラー８にて水中を通すことにより、これらの気体に容易に水蒸気を含ませることができる。
【００２１】
このような熱処理装置の炉２内にチタン振動板を据えた後、バルブ６を解放し、タンク５からバブラー８を経て炉２へ水蒸気を含む気体を供給し、炉２内の空気を水蒸気を含む気体で置換する。なお、炉２内の空気を水蒸気を含む気体にて置換した後、水蒸気を含む気体を炉２内へ供給し続けても、止めても構わない。
【００２２】
次に、ヒータ３を加熱し、炉２内の温度を熱処理に必要な温度まで上昇させる。炉２内の温度の昇温速度は、チタン振動板が歪んだり、破損しないように適宜調節することが好ましい。
【００２３】
次に、炉２内を所定の温度で保持してチタン振動板に熱処理を行う。これにより、チタン振動板は全体がセラミック化され、酸化チタンとなる。
【００２４】
ここで、上記熱処理は、チタンの変態温度である８８０℃以上で行うことが好ましい。チタンの変態温度以上で熱処理を行うことにより、電子顕微鏡にて観察可能な大きさの、多数の空孔が形成された酸化チタンが生じる。このような酸化チタンは、体積密度が小さく弾性率が大きくなり、優れた剛性を有するものとなる。チタン振動板の熱処理温度を８８０℃未満すると、体積密度の低下及び弾性率の増大が不十分であり、酸化チタン本来の優れた剛性を示さない酸化チタンを生じる虞がある。
【００２５】
最後に、熱処理終了後、炉２内を冷却し、全体が酸化チタンからなる音響振動板１が作製される。熱処理終了後の冷却は、音響振動板１が歪んだり、破損しなければ、自然冷却であっても冷却水等を用いた強制冷却であっても構わない。
【００２６】
この音響振動板１は、全体が酸化チタンからなるため、酸化チタン本来の優れた特性が十分に現れ、例えばスピーカに用いたときに、特に高音域での再生特性に優れたものとなる。
【００２７】
酸化チタンは、音響振動板材料として極めて優れた特性を有するが、複雑な形状を成型することが困難である。しかしながら、本手法では、加工性に優れた金属チタンを予め音響振動板形状に成型した後、これをセラミック化して、酸化チタンとする。ずなわち、全体が酸化チタンからなる複雑な形状の音響振動板１を容易に成型することが可能となる。また、ＣＶＤ装置等の高価な薄膜形成装置を用いることなく、同時に大量のセラミック化が可能であるため、全体が酸化チタンからなる音響振動板１を低コストにて作製することが可能となる。
【００２８】
【実施例】
本発明にかかる音響振動板の製造方法を用いて、音響振動板を作製した。
【００２９】
サンプル１
先ず、金属チタンからなるチタン振動板として、厚さ２０μｍのものと厚さ３０μｍのものとの２種類を用意した。これらのチタン振動板は、熱処理工程後に所望の音響振動板形状となるように成型した。また、２種類のチタン振動板の他に、測定用に、厚さ２０μｍの短冊状の金属チタンを用意した。
【００３０】
次に、これら２種類のチタン振動板及び短冊状金属チタンを、図２に示すような熱処理装置の炉内に据え、炉内の温度を上昇させた。このとき、炉内は密閉されていても、外部と大気の出入りがあっても良い。炉内の温度は、２５℃から金属チタンの変態温度以上である９００℃まで、１時間３０分を要して昇温した。
【００３１】
次に、チタン振動板の全体が酸化チタンとなるまで、炉内を９００℃に保持し、チタン振動板に熱処理を行った。なお、厚さ２０μｍのチタン振動板は３０分以上、厚さ３０μｍのチタン振動板は６０分以上の保持時間を要した。
【００３２】
最後に、炉を自然冷却させて、全体が酸化チタンからなるサンプル１の音響振動板及び短冊状酸化チタンを得た。
【００３３】
得られた音響振動板及び短冊状酸化チタンの色は黄白色であった。また、音響振動板のＸ線回折の結果を図５に示す。熱処理により生じた物質は、観測された回折ピークより、ルチル型の酸化チタンであることがわかった。
【００３４】
また、熱処理前のチタン振動板において、中心のドーム部にてＳＲ１４．７ｍｍ、内径１７．５ｍｍであったものが、熱処理後の音響振動板においては、内径が１７．７ｍｍに変化した。
【００３５】
サンプル２
熱処理を行う際、図３に示すような熱処理装置を用い、炉内を酸素を含んだ気体雰囲気としたこと以外は、サンプル１と同様にして音響振動板及び短冊状酸化チタンを作製した。なお、得られた音響振動板及び短冊状酸化チタンの色は、サンプル１と同じく、黄白色であった。
【００３６】
サンプル３
熱処理を行う際、図４に示すような熱処理装置を用い、炉内を水蒸気を含んだ気体雰囲気としたこと以外は、サンプル１と同様にして音響振動板及び短冊状酸化チタンを作製した。なお、得られた音響振動板及び短冊状酸化チタンの色は、サンプル１と同じく、黄白色であった。
【００３７】
サンプル４
熱処理を行う際、炉内の温度を８５０℃にて保持して熱処理を行ったこと以外は、サンプル１と同様にして音響振動板及び短冊状酸化チタンを作製した。なお、得られた音響振動板及び短冊状酸化チタンの色は灰色であった。
【００３８】
＜特性評価＞
以上のようにして作製された音響振動板を用いてスピーカユニットを作製し、その音圧の周波数特性を測定した。比較として、熱処理前のチタン振動板を用いてスピーカユニットを作製し、その音圧の周波数特性を測定した結果を、図６（ａ）に示す。サンプル１の音響振動板を用いてスピーカユニットを作製し、その音圧の周波数特性を測定した結果を、図６（ｂ）に示す。図６から明らかなように、熱処理後の音響振動板をスピーカユニットに用いることで、１００ｋＨｚという高音域まで再生することが可能となったことがわかる。
【００３９】
次に、得られたサンプル１〜サンプル４の短冊状酸化チタン及び熱処理前の短冊状金属チタンについて、厚さ、体積密度、弾性率及び縦弾性波の伝搬速度を評価した。測定した結果を、表１に示す。なお、サンプル２及びサンプル３の測定結果は、サンプル１の測定結果とほぼ同じであったため、表１への記載を省略する。
【００４０】
【表１】

【００４１】
表１からも明らかなように、サンプル１は、熱処理前サンプルと比較して、厚さは約２倍となったが、体積密度が小さくなり、弾性率が２倍以上大きくなり、且つ縦弾性波の伝搬速度も著しく向上した。このように、金属チタンの変態温度以上にて熱処理を行ったために、サンプル１は酸化チタン本来の優れた特性を示した。
【００４２】
一方サンプル４は、体積密度、弾性率及び縦弾性波の伝搬速度の何れにおいても、サンプル１の特性と比較して劣っていた。すなわち、金属チタンの変態温度を下回る８５０℃にて熱処理を行ったために、サンプル４は酸化チタン本来の優れた特性を獲得できなかったことがわかる。
【００４３】
なお、サンプル１〜サンプル３の中では、大気中にて熱処理を行ったサンプル１の音響振動板を、最も低コストにて作製することができた。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明からも明らかなように、本発明によれば、優れた加工性を有する金属チタンの状態で音響振動板形状に成型するため、複雑な形状の音響振動板を容易に作製できる。また、体積密度が小さく弾性率が大きい等、優れた特性を有する酸化チタンからなる音響振動板を、高価な薄膜形成装置等を用いることなく低コストで製造することができる。
【００４５】
また、全体が酸化チタンからなる音響振動板を用いたスピーカは高音域まで再生特性の良好なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる音響振動板の製造方法により製造される音響振動板の要部断面斜視図である。
【図２】熱処理装置の一例を示す模式図である。
【図３】熱処理装置の他の例を示す模式図である。
【図４】熱処理装置の他の例を示す模式図である。
【図５】本発明にかかる音響振動板の製造方法により製造された音響振動板の、Ｘ線回折パターンを示す図である。
【図６】（ａ）は、熱処理前のチタン振動板を用いて作製されたスピーカユニットの、音圧の周波数特性を示す特性図であり、（ｂ）は、サンプル１の音響振動板を用いて作製されたスピーカユニットの、音圧の周波数特性を示す特性図である。
【符号の説明】
１音響振動板

Claims

金属チタンを音響振動板形状に成型してチタン振動板を得る成型工程と、
上記成型されたチタン振動板を酸素を含む気体中で熱処理して、上記チタン振動板の全体が酸化チタンとなるようにセラミック化するセラミック化工程とを有し、全体が酸化チタンからなる音響振動板を得ることを特徴とする音響振動板の製造方法。
上記セラミック化工程において、上記熱処理は８８０℃以上で行われることを特徴とする請求項１記載の音響振動板の製造方法。
全体が酸化チタンからなる音響振動板を用いたことを特徴とするスピーカ。