JP2880578B2 - セラミック製振動板とその製造法 - Google Patents
セラミック製振動板とその製造法Info
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- JP2880578B2 JP2880578B2 JP2406148A JP40614890A JP2880578B2 JP 2880578 B2 JP2880578 B2 JP 2880578B2 JP 2406148 A JP2406148 A JP 2406148A JP 40614890 A JP40614890 A JP 40614890A JP 2880578 B2 JP2880578 B2 JP 2880578B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スピーカーやマイクロ
ホン等の音響機器用振動板として用いられるセラミック
製振動板とその製造方法に関する。
ホン等の音響機器用振動板として用いられるセラミック
製振動板とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来よりスピーカーやマイクロホン等の
音響機器用振動板として炭化珪素や酸化アルミニウム等
のセラミック製のものを用いたものがあり、金属製の振
動板と較べて、縦波の伝播速度が大きい特性を有するも
のである。
音響機器用振動板として炭化珪素や酸化アルミニウム等
のセラミック製のものを用いたものがあり、金属製の振
動板と較べて、縦波の伝播速度が大きい特性を有するも
のである。
【０００３】しかしながら、セラミック材料自体は音響
機器用振動板用材料として優れた特性を有するダイアモ
ンドよりヤング率が小さいため縦波の伝播速度が小さく
振動特性に劣るという欠点を有する。
機器用振動板用材料として優れた特性を有するダイアモ
ンドよりヤング率が小さいため縦波の伝播速度が小さく
振動特性に劣るという欠点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明において解決す
べき課題は、かかるセラミック製振動板の欠点、とく
に、ヤング率が小さい点を解消して、縦波の伝播速度を
大きくするという要求を満足する音響機器用の振動板を
安価に製造する手段を見出すことにある。
べき課題は、かかるセラミック製振動板の欠点、とく
に、ヤング率が小さい点を解消して、縦波の伝播速度を
大きくするという要求を満足する音響機器用の振動板を
安価に製造する手段を見出すことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、セラミック板
表面下に０．００１μｍ以上の厚みのイオン注入による
残留圧縮応力層を形成してなるセラミック製振動板であ
り、セラミック板表面下に加速電圧１ｋＶ〜１０ＭＶ、
イオン照射量１×１０ 13 〜１×１０ 19 イオン／ｃｍ 2 の
条件でイオン照射を施し、セラミック板表面内にイオン
注入による残留圧縮応力層を形成することによって製造
できる。
表面下に０．００１μｍ以上の厚みのイオン注入による
残留圧縮応力層を形成してなるセラミック製振動板であ
り、セラミック板表面下に加速電圧１ｋＶ〜１０ＭＶ、
イオン照射量１×１０ 13 〜１×１０ 19 イオン／ｃｍ 2 の
条件でイオン照射を施し、セラミック板表面内にイオン
注入による残留圧縮応力層を形成することによって製造
できる。
【０００６】振動板を形成するセラミックスとしては任
意のものが使用できるが、Ｖ＝（Ｅ／ρ）1/2 （Ｖ：音
速，Ｅ：ヤング率，ρ：密度）の関係があるので、密度
が小さく、ヤング率が大きい材料が良く、ダイアモンド
なみの音速を実現するためには、密度は５より小さいも
のがよく、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、サ
イアロン、酸化アルミニウム等が最も好ましい。
意のものが使用できるが、Ｖ＝（Ｅ／ρ）1/2 （Ｖ：音
速，Ｅ：ヤング率，ρ：密度）の関係があるので、密度
が小さく、ヤング率が大きい材料が良く、ダイアモンド
なみの音速を実現するためには、密度は５より小さいも
のがよく、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、サ
イアロン、酸化アルミニウム等が最も好ましい。
【０００７】高エネルギーイオンを照射する手段として
は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の不活性
元素、硼素、窒素、燐、酸素等の非金属元素、アルミニ
ウム、チタニウム、クロム等の金属元素のイオンが、常
温で気体であったり、気化させやすいものであったり、
容易に加速させやすい点から都合がよく、イオンの加速
電圧が１ｋＶより小さいと注入深さが浅く、圧縮応力が
内部に十分伝わらず、ヤング率が向上する程の影響はな
く、１ｋＶ以上の加速電圧が必要で、１０ＭＶより大き
くなると熱的影響により曲げ強度等の機械的強度が低下
するので加速電圧としては１ｋＶ〜１０ＭＶの加速電圧
が適当である。さらに、イオン照射量が１×１０13イオ
ン／ｃｍ2 より少ないと、ヤング率の向上が見られな
い。また、１×1019イオン／ｃｍ2 より大きいと表面が
アモルファス化してきてヤング率は大きくならなくなる
ので、イオンの照射量としては、１×１０13〜１×１０
19イオン／ｃｍ2 が好ましい。そして残留圧縮応力層
は、振動板の片面に形成されていてもヤング率は大きく
なるが、両面に形成されているとヤング率は著しく向上
するので、振動板の両面にイオンを照射した方が好まし
い。
は、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の不活性
元素、硼素、窒素、燐、酸素等の非金属元素、アルミニ
ウム、チタニウム、クロム等の金属元素のイオンが、常
温で気体であったり、気化させやすいものであったり、
容易に加速させやすい点から都合がよく、イオンの加速
電圧が１ｋＶより小さいと注入深さが浅く、圧縮応力が
内部に十分伝わらず、ヤング率が向上する程の影響はな
く、１ｋＶ以上の加速電圧が必要で、１０ＭＶより大き
くなると熱的影響により曲げ強度等の機械的強度が低下
するので加速電圧としては１ｋＶ〜１０ＭＶの加速電圧
が適当である。さらに、イオン照射量が１×１０13イオ
ン／ｃｍ2 より少ないと、ヤング率の向上が見られな
い。また、１×1019イオン／ｃｍ2 より大きいと表面が
アモルファス化してきてヤング率は大きくならなくなる
ので、イオンの照射量としては、１×１０13〜１×１０
19イオン／ｃｍ2 が好ましい。そして残留圧縮応力層
は、振動板の片面に形成されていてもヤング率は大きく
なるが、両面に形成されているとヤング率は著しく向上
するので、振動板の両面にイオンを照射した方が好まし
い。
【０００８】セラミックスとしては、任意のセラミック
ス材が使用できるが、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ
ニウム、サイアロンまたは酸化アルミニウムを主成分と
するものが、化学的にも安定で機械的強度も十分で、且
つ、密度が比較的に小さいのでダイアモンドなみに音速
を高めるのには好適な材料である。また振動によって破
壊されてしまうようなポーラスな素材は不適当であり、
無気孔で緻密な組織を有する必要があるので特に気相化
学蒸着によって形成された基体が都合がよい。
ス材が使用できるが、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミ
ニウム、サイアロンまたは酸化アルミニウムを主成分と
するものが、化学的にも安定で機械的強度も十分で、且
つ、密度が比較的に小さいのでダイアモンドなみに音速
を高めるのには好適な材料である。また振動によって破
壊されてしまうようなポーラスな素材は不適当であり、
無気孔で緻密な組織を有する必要があるので特に気相化
学蒸着によって形成された基体が都合がよい。
【０００９】イオン照射によるイオン注入層の厚みは
０．００１μｍより薄いと残留圧縮応力層の形成による
ヤング率の増加が見られないので、０．００１μｍ以上
なければならない。
０．００１μｍより薄いと残留圧縮応力層の形成による
ヤング率の増加が見られないので、０．００１μｍ以上
なければならない。
【００１０】他に熱処理等によってセラミック振動板表
面に圧縮応力層を設けることが考えられるが、この方法
はセラミック基板自体の強度を低下させるので好ましく
ない。
面に圧縮応力層を設けることが考えられるが、この方法
はセラミック基板自体の強度を低下させるので好ましく
ない。
【００１１】
【作用】セラミックス表面に高エネルギーイオンを照射
することによって、セラミックス表面に圧縮応力を有す
る層が形成され、これが表面のヤング率をダイヤモンド
皮膜程度に高めることができる。
することによって、セラミックス表面に圧縮応力を有す
る層が形成され、これが表面のヤング率をダイヤモンド
皮膜程度に高めることができる。
【００１２】従来のセラミック製振動板は一般に金属製
の振動板より縦波の速度が大きいが、曲げ強度や耐衝撃
性に劣る欠点がある。これに対し、本発明の高エネルギ
ーイオンを注入した表面改質層を有するものは、高エネ
ルギーイオンの注入により、内部にも格子の歪みが伝播
し、表面だけでなく内部にも圧縮応力が働くようになる
と、曲げ強度や破壊靭性も向上する。そのため、本発明
の振動板は、従来のものより振幅が大きい振動や、高周
波数の振動や振動エネルギーが大きい振動に対しても応
答し、破壊することなく比較的低音から高音域の振動に
対応できる。
の振動板より縦波の速度が大きいが、曲げ強度や耐衝撃
性に劣る欠点がある。これに対し、本発明の高エネルギ
ーイオンを注入した表面改質層を有するものは、高エネ
ルギーイオンの注入により、内部にも格子の歪みが伝播
し、表面だけでなく内部にも圧縮応力が働くようになる
と、曲げ強度や破壊靭性も向上する。そのため、本発明
の振動板は、従来のものより振幅が大きい振動や、高周
波数の振動や振動エネルギーが大きい振動に対しても応
答し、破壊することなく比較的低音から高音域の振動に
対応できる。
【００１３】また、高エネルギーイオンの注入量を多く
すると、セラミック製振動板表面の加工等でできた疵
（破壊起点となる）が消失もしくは縮小し、または表面
のアモルファス化もしくは半アモルファス化による粒界
の消失または減少により、破壊靭性と曲げ強度を高める
ことができ、注入量を適当に選択すれば、高強度で縦波
の伝播速度が大きいセラミック製振動板を得ることがで
きる。そして、高エネルギーイオンを注入して改質した
表面層は緻密な組織をしており、振動エネルギー損失を
少なくする役目がある。
すると、セラミック製振動板表面の加工等でできた疵
（破壊起点となる）が消失もしくは縮小し、または表面
のアモルファス化もしくは半アモルファス化による粒界
の消失または減少により、破壊靭性と曲げ強度を高める
ことができ、注入量を適当に選択すれば、高強度で縦波
の伝播速度が大きいセラミック製振動板を得ることがで
きる。そして、高エネルギーイオンを注入して改質した
表面層は緻密な組織をしており、振動エネルギー損失を
少なくする役目がある。
【００１４】
【実施例】カーボン基体の表面にＣＶＤ法で代表的に炭
化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素をそれぞれ３０μ
ｍの厚さに被覆し、カーボンを約１０００℃の温度で電
気炉で酸化してカーボン基体を酸化除去し、表面に残っ
た灰分を超音波振動を与えながら混酸により除去し、直
径３０ｍｍの凸面状の振動板をそれぞれ１００個製作し
た。
化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素をそれぞれ３０μ
ｍの厚さに被覆し、カーボンを約１０００℃の温度で電
気炉で酸化してカーボン基体を酸化除去し、表面に残っ
た灰分を超音波振動を与えながら混酸により除去し、直
径３０ｍｍの凸面状の振動板をそれぞれ１００個製作し
た。
【００１５】得られた振動板の表面にイオン照射装置を
用いて、窒素イオンを１×１０12〜１×１０19Ｎ+ ／ｃ
ｍ2 照射した。イオン照射中は試料温度が１００℃以下
になるようにした。１００℃以下にした理由は１００℃
を超えると熱的影響で曲げ強度が低下したり、変態等に
よる強度の低下が起こるからである。なお、ビーム電流
は０．１ｍＡにして一定とした。
用いて、窒素イオンを１×１０12〜１×１０19Ｎ+ ／ｃ
ｍ2 照射した。イオン照射中は試料温度が１００℃以下
になるようにした。１００℃以下にした理由は１００℃
を超えると熱的影響で曲げ強度が低下したり、変態等に
よる強度の低下が起こるからである。なお、ビーム電流
は０．１ｍＡにして一定とした。
【００１６】このようにして得られた表面に圧縮残留応
力層を有するセラミック製振動板と従来のセラミック製
振動板 (同一形状、同ロット素材) を音速とそのヤング
率について比較した結果を表１, 表２, 表３に示す。
力層を有するセラミック製振動板と従来のセラミック製
振動板 (同一形状、同ロット素材) を音速とそのヤング
率について比較した結果を表１, 表２, 表３に示す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】
【表３】
【００２０】この結果をみると、本発明の振動板は従来
のものよりヤング率で５１〜９６％増加しており、音速
をみると２３〜４１％増加した結果となり、本発明の振
動板がいかに音速が速いものであるかわかる。また、こ
の表からわかるように、窒素イオンの照射によって密度
は増加せず、逆に若干の体積の膨張により密度が低下す
る傾向にあり、本発明のセラミック振動板表面に残留圧
縮応力層を有するセラミック振動板を得る方法として考
えると、イオンの注入によりセラミック振動板内部に圧
縮ひずみを形成する方法が形成されたひずみは熱や振動
等機械的応力が働くことによって消滅しないので、振動
板として極めて有効である。
のものよりヤング率で５１〜９６％増加しており、音速
をみると２３〜４１％増加した結果となり、本発明の振
動板がいかに音速が速いものであるかわかる。また、こ
の表からわかるように、窒素イオンの照射によって密度
は増加せず、逆に若干の体積の膨張により密度が低下す
る傾向にあり、本発明のセラミック振動板表面に残留圧
縮応力層を有するセラミック振動板を得る方法として考
えると、イオンの注入によりセラミック振動板内部に圧
縮ひずみを形成する方法が形成されたひずみは熱や振動
等機械的応力が働くことによって消滅しないので、振動
板として極めて有効である。
【００２１】また、イオンの照射方向を変えて種々の実
験を試みたが、照射方向に関係なく音速を大きくする効
果があった。
験を試みたが、照射方向に関係なく音速を大きくする効
果があった。
【００２２】なお、本発明の効果はこの実施例により限
定されるものではなく、イオン照射条件により物理的特
性を向上させることが可能である。
定されるものではなく、イオン照射条件により物理的特
性を向上させることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏すること
ができる。 （１）ダイヤモンド膜並の特性を有する振動板を安価に
製造できる。 （２）得られた振動板は経時変化を生じることがなく、
耐久性に優れている。
ができる。 （１）ダイヤモンド膜並の特性を有する振動板を安価に
製造できる。 （２）得られた振動板は経時変化を生じることがなく、
耐久性に優れている。
Claims (2)
- 【請求項１】 セラミック板表面下に０．００１μｍ以
上の厚みのイオン注入による残留圧縮応力層を形成して
なるセラミック製振動板。 - 【請求項２】 セラミック板表面下に加速電圧１ｋＶ〜
１０ＭＶ、イオン照射量１×１０13〜１×１０19イオン
／ｃｍ2の条件でイオン照射を施し、セラミック板表面
内にイオン注入による残留圧縮応力層を形成するセラミ
ック製振動板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406148A JP2880578B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | セラミック製振動板とその製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406148A JP2880578B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | セラミック製振動板とその製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04223698A JPH04223698A (ja) | 1992-08-13 |
| JP2880578B2 true JP2880578B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=18515767
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2406148A Expired - Lifetime JP2880578B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | セラミック製振動板とその製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2880578B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001348274A (ja) * | 2000-06-01 | 2001-12-18 | Bridgestone Corp | 炭化ケイ素焼結体 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59222568A (ja) * | 1983-05-30 | 1984-12-14 | Mitsubishi Electric Corp | 金属振動板の製造方法 |
| JPS61244195A (ja) * | 1985-04-22 | 1986-10-30 | Kenwood Corp | 音響用振動板 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP2406148A patent/JP2880578B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04223698A (ja) | 1992-08-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19981222 |