JP2005074912A - 軽重積層材および軽重積層材を用いた部品 - Google Patents

Abstract

【課題】機械的強度などの物理的特性の優れた高比重層と、高比重層よりも軽量な低比重層とを積層して全体として低比重となる軽重積層材、ならびに軽重積層材を用いてなる部品の提供。
【解決手段】低比重層２４と高比重層２３とを積層してなる軽重積層材２０であって、軽重積層材２０の少なくとも１つの接合面を、接合されるそれぞれの面を活性化処理して当接し、重ね合わせて積層接合して軽重積層材２０を製造する。またこの軽重積層材２０を用いてスピーカ用途などに適用される振動板などの部品をプレス加工などの種々の加工により製造する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、低比重層と高比重層とを積層してなる軽重積層材、および軽重積層材を用いてなる部品に関する。

近年、電子部品の軽量化・薄型化・小型化・省エネルギー化が急速に進展してきている。これにともなって、例えばスピーカ部品の軽量化も進んでおり、振動板なども高度化することが求められてきている。なお特許文献１には、金属板に金属薄膜を形成した後、あるいは金属薄膜を形成するとともに金属箔を積層する方法が開示されており、また特許文献２には、過剰な熱や圧力を加えることなく金属板同士を接合する方法が開示されている。

本出願に関する先行技術文献情報として次のものがある。
特開２００２−１２７２９８号公報 特開平１−２２４１８４号公報

本発明は、高比重層と低比重層とを積層してなる軽重積層材、および軽重積層材を用いてなる部品を提供することを課題とする。

前記課題に対する第１の解決手段として本発明の軽重積層材は、高比重層と低比重層とを積層してなる軽重積層材であって、軽重積層材の少なくとも１つの接合面が、接合されるそれぞれの面を活性化処理して当接し、重ね合わせて積層接合してなる構成とした。あるいは前記軽重積層材の少なくとも一部に、低比重層の両側を高比重層で挟んでなる構造を有する構成とした。好ましくは、前記高比重層が鉄−ニッケル系合金層からなり、前記低比重層がアルミニウム層またはアルミニウム合金層からなる構成とした。
前記課題に対する第２の解決手段として本発明の部品は、低比重層と高比重層とを積層してなる軽重積層材を用いてなる構成とした。好ましくはスピーカ用途に適用される構成とした。

本発明の軽重積層材や部品では、接合部に合金層などの用途上好ましくない層を形成させることが抑制できるため各層の機械的強度や導電性などの物理特性を維持することが可能であり、曲げ加工やプレス加工などの機械加工性や、エッチング加工におけるエッチング性の低下問題などが発生しない。このため本発明の軽重積層材や部品は、振動板などのスピーカ用途部品などに有用である。４２アロイ層のみからなる振動板よりも、４２アロイ層とアルミニウム層からなる振動板の方が、軽量化を図れ慣性モーメントを小さくすることが可能であるため、振動特性に優れ、音質改善などに効果がある。従来、厚みが５０μｍの４２アロイ層の単体が使用されていたが、厚み３０μｍの４２アロイ層の両面に、それぞれ厚み１０μｍのアルミニウム箔を積層した場合、４２アロイ層の厚みが従来の４０％となり、高価な４２アロイ層が少なくて済み、コストダウンの効果は大である。

以下に、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の軽重積層材の一実施形態を示す概略断面図であり、高比重層２３と低比重層２４とを積層した例を示している。図２は、本発明の軽重積層材の他の一実施形態を示す概略断面図であり、低比重層２４の両側を高比重層２３で挟んだ構造の例を示している。

高比重層２３の材質としては、軽重積層材を製造可能な素材で、低比重層よりも高比重であれば特にその種類は限定されず、軽重積層材の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金や、これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体などのうち低比重層よりも高比重のものである。軽重積層材の用途が、振動板などのスピーカ用途部品などであれば、高比重層２３としては、４２アロイ（４２％Ｎｉ、残部Ｆｅ）などを鉄ニッケル系合金層として用いることができる。

高比重層２３の厚みは、軽重積層材を製造可能であれば特に限定はされず、軽重積層材の用途により適宜選定して用いることができる。例えば、１〜１０００μｍであることが好ましい。１μｍ未満では充分な機械的強度を保持することが難しくなり、１０００μｍを超えると重くなりすぎる。より好ましくは、５〜５０μｍである。なお高比重層２３は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、板材にめっきや蒸着などによる膜材を予め積層したものであってもよいし、クラッド材などの積層体でもよいし、積層体に拡散処理などを施したものであってもよい。

低比重層２４の材質としては、軽重積層材を製造可能な素材で、高比重層よりも低比重であれば特にその種類は限定されず、軽重積層材の用途により適宜選択して用いることができる。例えば、常温で固体である金属や、これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金や、これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体などのうち高比重層よりも低比重のものである。低比重層の材質としては、アルミニウムまたはアルミニウム合金を用いることができる。アルミニウム合金としては、ＪＩＳに規定の１０００系、３０００系などを適用することができる。軽重積層材の用途が、振動板などのスピーカ用途部品などであれば、低比重層２４としては、ＪＩＳ規定の１０５０アルミニウムなどのアルミニウム合金などをアルミニウム層として用いることができる。

低比重層２４の厚みは、軽重積層材を製造可能であれば特に限定はされず、軽重積層材の用途により適宜選定して用いることができる。低比重層２４は、例えば１〜１０００μｍであることが好ましい。１μｍ未満では板材としての製造が難しくなり、１０００μｍを超えると重くなりすぎる。より好ましくは、５〜５０μｍである。なお低比重層２４は、電解箔や圧延箔などの板材であってもよいし、板材にめっきや蒸着などによる膜材を予め積層したものであってもよいし、クラッド材などの積層体でもよいし、積層体に拡散処理などを施したものであってもよい。

高比重層は低比重層よりも高比重であり、低比重層は高比重層よりも低比重である。材質の組み合わせとしては、例えば、高比重層が４２アロイ、低比重層が１０５０アルミニウムのなどである。また比重としては、例えば、高比重層の比重範囲が５〜１５、低比重層の比重範囲が１〜４の組み合わせなどであっても良く、高比重層の比重範囲が７〜１０、低比重層の比重範囲が１．５〜３の組み合わせなどであっても良い。軽重積層材は、高比重層のみの単一材と比較して、機械強度などの物理特性を維持しつつ全体としての比重を小さくしたり全体としての重量を軽くすることができ、慣性モーメントを下げるなどの効果がある。また低比重層に、高比重層よりも軽量構造の材料を用いることもできる。すなわち材質としては高比重であっても、例えば発砲構造、ハニカム構造、中空構造などを採ることによって軽量にすることが可能である。

常温で固体である金属とは、例えば、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕなどである。これらの金属のうち少なくとも１種類を含む合金には、例えば、ＪＩＳに規定の合金なども含むことができ、合金鋼やステンレス鋼の他にも、Ｃｕ系合金では、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅、丹銅、黄銅、快削黄銅、すず入り黄銅、アドミラルティ黄銅、ネーバル黄銅、アルミニウム青銅、白銅など、Ａｌ系合金では、１０００系、２０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系など、Ｎｉ系合金では、常炭素ニッケル、低炭素ニッケル、ニッケル−銅合金、ニッケル−銅−アルミニウム−チタン合金、ニッケル−モリブデン合金、ニッケル−モリブデン−クロム合金、ニッケル−クロム−鉄−モリブデン−銅合金、ニッケル−クロム−モリブデン−鉄合金などがある。これらの金属や合金を少なくとも１層有する積層体とは、例えば、クラッド材、メッキ材、蒸着膜材などであり、金属間化合物などの合金層も含むことができる。

図１に示す軽重積層材２０の活性化接合法を用いた製造方法について説明する。図３に示すように、真空槽５２内において、巻き戻しリール６２に設置された高比重層２３の接合予定面側を、活性化処理装置７０で活性化処理する。同様にして巻き戻しリール６４に設置された低比重層２４の接合予定面側を、活性化処理装置８０で活性化処理する。

活性化処理は、以下のようにして実施する。すなわち、真空槽５２内に装填された高比重層２３および低比重層２４をそれぞれアース接地された一方の電極Ａと接触させ、絶縁支持された他の電極Ｂとの間に、１０〜１×１０^−３Ｐａの極低圧不活性ガス雰囲気中で、１〜５０ＭＨｚの交流を印加してグロー放電を行わせ、グロー放電によって生じたプラズマ中に露出される電極Ａと接触した高比重層２３、および低比重層２４のそれぞれの接合予定面側の面積が、補助電極などの手法を用いることなどにより実効的に電極Ｂの面積の１／３以下となるようにスパッタエッチング処理する。不活性ガスとしては、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトンなどやこれらを含む混合体を適用することができる。好ましくはアルゴンである。なお不活性ガス圧力が１×１０^−３Ｐａ未満では安定したグロー放電が行いにくく高速エッチングが困難であり、１０Ｐａを超えると活性化処理効率が低下する。印加する交流は、１ＭＨｚ未満では安定したグロー放電を維持するのが難しく連続エッチングが困難であり、５０ＭＨｚを超えると発振し易く電力の供給系が複雑となり好ましくない。また、効率よくエッチングするためには電極Ａと接触した高比重層２３および低比重層２４のそれぞれの面積を実効的に電極Ｂの面積より小さくする必要があり、実効的に１／３以下とすることにより充分な効率でエッチング可能となる。

その後、活性化処理された高比重層２３と低比重層２４を積層接合する。積層接合は、高比重層２３、低比重層２４の接合予定面側が対向するようにして両者を当接して重ね合わせ圧接ユニット６０で冷間圧接を施すことによって達成される。この際の積層接合は低温度で可能であり、高比重層２３、低比重層２４ならびに接合部に組織変化や合金層の形成などといった悪影響を軽減または排除することが可能である。Ｔを高比重層２３、低比重層２４の温度（℃）とするとき、０℃＜Ｔ＜３００℃で良好な圧接状態が得られる。０℃以下では特別な冷却装置が必要となり、３００℃以上では組織変化などの悪影響が生じてくるため好ましくない。また圧延率Ｒ（％）は、０．０１％≦Ｒ≦３０％であることが好ましい。０．０１％未満では充分な接合強度が得られず、３０％を超えると変形が大きくなり加工上好ましくない。より好ましくは、０．１％≦Ｒ≦３％である。さらに好ましくは、１％＜Ｒ≦３％である。

このように積層接合することにより、所要の層厚みを有する２層構造の軽重積層材２０を形成することができ、巻き取りロール６６に巻き取られる。さらに必要により所定の大きさに切り出して、図１に示すような軽重積層材２０を製造することができる。この軽重積層材２０は、接合時の圧延率を小さく抑えることができるので残留応力を少なくすることができ、層間に合金層特に金属間化合物などの難加工性層の形成を抑制することができため、プレス加工やエッチング加工などの加工性に優れている。またこのようにして製造された軽重積層材２０に、必要により残留応力の除去または低減などのために問題が生じない範囲で熱処理を施してもよいし、さらに半田めっきなどの膜材などを積層してもよい。

図２に示す３層の軽重積層材２２は、上記説明において低比重層２４の代わりに軽重積層材２０を用いることにより製造することができる。３層の軽重積層材はこの他にも低比重層２４−高比重層２３−低比重層２４の構成も可能である。またより多層の軽重積層材は、上記説明において高比重層２３および／または低比重層２４の一方または双方を軽重積層材とすることにより製造することができる。このとき、図３に示す積層材製造装置を多段構成にしてもよいし、３層の材料をそれぞれ片面もしくは両面に活性処理を施して３層一括の圧接接合を施してもよい。

軽重積層材の製造にはバッチ処理を用いることができる。すなわち真空槽内に予め所定の大きさに切り出された高比重層、低比重層を複数装填して活性化処理装置に搬送して垂直または水平など適切な位置に処理すべき面を対向または並置した状態などで設置または把持して固定して活性化処理を行い、さらに高比重層、低比重層を保持する装置が圧接装置を兼ねる場合には活性化処理後に設置または把持したまま圧接し、高比重層、低比重層を保持する装置が圧接装置を兼ねない場合にはプレス装置などの圧接装置に搬送して圧接を行うことにより達成される。なお活性化処理は、高比重層、低比重層を絶縁支持された一方の電極Ａとし、アース接地された他の電極Ｂとの間で行うことが好ましい。

本発明の部品は、低比重層と高比重層とを積層してなる軽重積層材を用いてなるものであり、軽重積層材にエッチング加工やプレス加工などの加工を施したもの、軽重積層材の一部を除去したもの、さらにこれらに樹脂などで被覆あるいは固定したものや、軽重積層材を接着剤などを用いて高分子や金属、合金などからなる基材や基板に積層したものなどである。例えば、高比重層にＮｉ、低比重層にＡｌを主体とする材料を用いた場合に、これらの層が合金化した場合にはＮｉＡｌなどの金属間化合物を構成して加工が難しくなるが、合金形成をしていない積層状態で成形加工などを施した後熱拡散させ金属間化合物を形成させることが可能である。

本発明の軽重積層材や部品では、接合部に合金層などの用途上好ましくない層を形成させることが抑制できるため各層の機械的強度や導電性などの物理特性を維持することが可能であり、曲げ加工やプレス加工などの機械加工性や、エッチング加工におけるエッチング性の低下問題などが発生しない。このため本発明の軽重積層材や部品は、振動板などのスピーカ用途部品などに有用である。４２アロイ層のみからなる振動板よりも、４２アロイ層とアルミニウム層からなる振動板の方が、軽量化を図れ慣性モーメントを小さくすることが可能であるため、振動特性に優れ、音質改善などに効果がある。従来、厚みが５０μｍの４２アロイ層の単体が使用されていたが、厚み３０μｍの４２アロイ層の両面に、それぞれ厚み１０μｍのアルミニウム箔を積層した場合、４２アロイ層の厚みが従来の４０％となり、高価な４２アロイ層が少なくて済み、コストダウンの効果は大である。

以下に、実施例を図面に基づいて説明する。高比重層２３として厚み１０μｍの４２アロイの圧延箔を用い、低比重層２４として厚み５０μｍのアルミニウム箔を用いて、軽重積層材製造装置５０にセットし、真空槽５２内の活性化処理ユニット７０および８０でスパッタエッチング法によりそれぞれ活性化処理し、圧延ユニット６０で圧接して積層接合して２層構造の軽重積層材２０を製造した。さらにこの軽重積層材２０と、高比重層２３として厚み１０μｍの４２アロイの圧延箔を用いて、同様にして４２アロイ／アルミニウム／４２アロイの３層構造の軽重積層材２２を製造した。次に軽重積層材２２にプレス加工を施して振動板部品を製造した。

以上説明したように、本発明の軽重積層材は低比重層と高比重層とを積層してなるものであり、本発明の部品は軽重積層材を用いてなるものである。このためスピーカ用途部品などに好適である。

本発明の軽重積層材の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の軽重積層材の他の一実施形態を示す概略断面図である。 本発明の軽重積層材の製造に用いる装置の一実施形態を示す概略断面図である。

符号の説明

２０ 軽重積層材
２２ 軽重積層材
２３ 高比重層
２４ 低比重層
５０ 軽重積層材製造装置
５２ 真空槽
５４ 真空ポンプ
６０ 圧接ユニット
６２ 巻き戻しリール
６４ 巻き戻しリール
６６ 巻き取りロール
７０ 活性化処理装置
７２ 電極ロール
７４ 電極
８０ 活性化処理装置
８２ 電極ロール
８４ 電極
Ａ 電極Ａ
Ｂ 電極Ｂ

Claims (5)

1. 低比重層と高比重層とを積層してなる軽重積層材であって、軽重積層材の少なくとも１つの接合面が、接合されるそれぞれの面を活性化処理して当接し、重ね合わせて積層接合してなることを特徴とする軽重積層材。
2. 前記軽重積層材の少なくとも一部に、低比重層の両側を高比重層で挟んでなる構造を有することを特徴とする請求項１に記載の軽重積層材。
3. 前記高比重層が鉄−ニッケル系合金層からなり、前記低比重層がアルミニウム層またはアルミニウム合金層からなることを特徴とする請求項１または２に記載の軽重積層材。
4. 低比重層と高比重層とを積層してなる軽重積層材を用いてなることを特徴とする部品。
5. 前記部品が、スピーカ用途に適用されることを特徴とする請求項４に記載の部品。
   

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