JPS5821998B2 - 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ン物理特
性としでは、 ■ 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１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
材料としで、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ｉ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・ではア
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に大きなＥ／ρをもつ振動板材
料が求められでいる。

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１従って、これらの理由によりべ
ＩＪ ＩＪ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値を備えた
振動板をコスト安く得べく、Ｅ／ρがベリリウムより大
きく、製造上毒性を伴わないボロンに着目し研究を行な
った結果、 （１）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、チタンまたはチタン合金層とボロ
ン層との間に中間層として周期表の５８族および６ａ族
金族、並びにハフニウムのうちの１種からなる金属層を
介在させでやれば、前記チタンまたはチタン合金とボロ
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ボロン層の形成をＯＶＤ法（
化学的蒸着法）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、 ついで上記下層上に、ＯＶＤ法または物理的蒸着法（以
下ＰＶＤ法という）によって第２層としての周期表の５
ａ族および６ａ族金属、並びにハフニウムのうちの１種
からなる中間層を０．１〜２μｍの層厚で形成し、 このように下層および中間層を形成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と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３
層としてのボロンからなる上層を５〜３０μｍの層厚で
上記中間層上に形成し、 しかる後、前記下地金属基体を溶解除去することから構
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
４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、及びＯＶＤ法によりボロン
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、５μ
ｍ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、第２層（以下中間層という）として、周期表の５
ａ族および６ａ族金属、並びにハフニウムのうちの１種
からなる金属層を下層と第３層（以下上層という）との
間に介在させたのは、以下の理由に基づくものである。

すなわち、上記中間層として要求される条件としては、 ■ 熱膨張係数が上層としてのボロンと下層としてのチ
タンまたはチタン合金と大差がなく、界面近傍でクラッ
クや剥離が生じないこと。

■ 上層と下層との間の反応が過度に進行しで、好まし
くない特性をもつ反応生成物層ができないこと。

などが挙げられる。

上記■に関しては、ボロンの熱膨張係数が６．５〜８．
２Ｘ１０ ’７Ｇでチタンまたはチタン合金の熱膨張
係数が８．４〜１０．４ Ｘ １０ ’／’Ｃであるの
で、これらの値に近いことが望ましい。

また、上記■に関しては、ＯＶＤ法によってボロンを蒸
着する温度（後述するように９００〜１１００℃）で中
間層と上層としてのボロン、または中間層と下層として
のチタンまたはチタン合金との間に反応が過度に進行し
ないこと、すなわち、中間層が上層と下層の間の反応の
障壁になることが望ましい。

上述のことから中間層として、周期表の５ａ族および６
ａ族金属、並びにハフニウムのウチの１種からなる金属
を用いたのである。

以下これらについで更に詳しく説明する。

すなわち、周期表の５ａ族および６ａ族金属、並びにハ
フニウムは、何れも高い融点をもち、耐火性金属として
知られており、その熱膨張係数も５〜１０ Ｘ １０
’／℃をもち、ボロンの熱膨張係数に比較的近い。

さらに、これらの金属からなる中間層上に、上層を形成
する場合、前記中間層と上層としてのボロン層の間には
薄いポライド層が形成され、このポライド層が前記中間
層と上層との密着性改善に役立つでいる。

一方、下層としてのチタンまたはチタン合金に対しては
、上記の中間層を形成する金属によっては、１００％近
い熱膨張係数の差を生じるものがある。

しかし、前記下層への蒸着方法、あるいは蒸着後の冷却
条件をきめ細かく検討することによって、熱膨張係数の
差に由来する好ましくないクランク発生を防止すること
ができる。

前述したように、上記中間層としての金属は何れも融点
が高いため、上層としてのボロン層あるいは下層として
のチタンまたはチタン合金層との間の拡散反応はある程
度起るが、その進行は一般に遅く、したがって中間層と
しての機能、すなわち密着性向上、上下層間の拡散反応
の抑制を充分に果し得るのである。

また、前述のように、一般に振動板としでは軽量である
ことが望まれるので、この点から中間層をあまり厚くす
ることは許されず２μｍ以下にする必要がある。

一方、あまり薄過ぎると中間層としての機能を充分果し
得ないので０．１μｍの層厚は最低必要である。

これらのことから、上記中間層の厚さの好ましい範囲を
、０．１〜２μｍとしたのである。

さらに、振動板全体のヤング率を向上させるために上層
として中間層上に形成するボロンの厚さは、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、５＃
１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。

次に、表面に下層としてのチタンまたはチタン合金を形
成した下地金属基体への周期表の５ａ族および６ａ族金
属、並びにハフニウムのうちの１種からなる中間層の形
成は、スパッタリング、イオンブレーティングなどのＰ
ＶＤ法により比較的低い温度で前記下層上に蒸着させる
か、金属塩化物の熱分解反応を利用したＯＶＤ法により
行なうことができる。

このようにして、上記下層に中間層としての周期表５ａ
族および６ａ族金属、並びにハフニウムのうちの１種か
らなる金属層が形成されたら、この被覆下地金属基体を
熱分解反応炉に装入し、前記熱分解反応炉内に、三塩化
ボロン等のボロンのハロゲン化物蒸気と水素を主成分と
して含有した混合ガスを導入して分解反応を起させる。

これによって、第３層としてのボロン層からなる上層を
５〜３０μｍの層厚で上記中間層上に形成してやれば良
い。

なお、この場合蒸着条件としては、下地金属基体の温度
を９００〜１１００°Ｃ１Ｈ２／ＢＣｌ３の割合を２５
〜３０とするのが良い。

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４０履φ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１〜３を製造した。

なお、前記軟鋼ブロックへの下層の形成は、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形成はス
パッタリング法で、また、前記中間層への上層の形成は
、ＯＶＤ法により行なった。

この場合、ボロンの形成が必要な表面部以外はマスキン
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いた。

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１〜３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
合せで示した。

第１表に示されるように、本発明の複層振動板は、比較
振動板に比しで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０．１〜２Ａ１ｍの周期表の５３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５〜３０Ａｎのボロンからなる第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の層厚で形成し、 ついで上記下層上に、化学的蒸着法または物理的蒸着法
   によって第２層としての周期表の５ａ族および６ａ族金
   属、並びにハフニウムのうちの１種からなる中間層を０
   ．１〜２μｍの層厚で形成し、このように下層および中
   間層を形成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と
   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３層としてのボロンからな
   る上層を５〜３０μｍの層厚で上記中間層上に形成し、 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。