JPH0423480B2

JPH0423480B2 -

Info

Publication number: JPH0423480B2
Application number: JP58017139A
Authority: JP
Inventors: Naoharu Fujimori; Akira Doi; Takeshi Yoshioka
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1983-02-03
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1992-04-22
Also published as: JPS59143498A

Description

【発明の詳細な説明】

(イ) 技術分野この発明は高音域で優れた音響特性を有するス
ピーカー用振動板の製造法に関する。 (ロ) 技術の背景音響用スピーカーには各種の方式が用いられて
いるが、その中でもダイナミツク型スピーカーが
最も多く用いられている。この型式は磁束の中で
動く可動コイルに接続した振動板で電気信号を音
声に変換する原理のものである。スピーカーは低音用、中音用、高音用というよ
うにいくつかの周波数域の異なるものが併用され
る。それぞれ寸法が異なり、振動板に要求される
特性も異なる。振動板として最も広く用いられている材料は紙
である。これは安価、軽量であり適当な材料では
あるが、剛性が低いために、数百ヘルツ以上では
正確な変換が難しくなる。これを改善するため振
動板材料が種々検討されている。振動板材料のヤング率をＥ、密度ρとした時、
Ｅ／ρの大きい材料ほど高音域での変換特性が優
れている。つまりヤング率が大きく密度の小さい
ものほど高音特性が良いのである。例えば紙に代わるものとしてBeが提案されて
いる。これのＥ／ρは50×10¹⁰dyncm／ｇであつ
て優れたものである。ところがBeは毒性が強く
製造工程に於いて毒性を回避するための十分な配
慮がなされなければならない。また加工性が悪
い。またTiも振動板として提案されている。これ
はしかし密度が大きいためＥ／ρが小さい。特公昭57−29919号はシリコンSiを振動板とし
て提案している。これのＥ／ρは50×10¹⁰dyn
cm／ｇ程度であり内部損失も0.012と大きい。ま
たシリコンにボロンＢを合金化してSiB合金の振
動板、或はシリコンに炭素を合金化したシリコン
カーバイド合金SiCの振動板も提案している。こ
れらのＥ／ρは140×10¹⁰dyncm／ｇ程度に達する
としている。これらはシリコンの密度ρが小さい
（ρ＝2.3ｍ／cm³）事を利用しているのである。し
かし、Si、SiB、SiCの振動板もＥ／ρがなお小
さく充分な高音特性が得られない。特公昭55−33237号は炭素イオンのイオンビー
ム蒸着法によつて得られるダイヤモンド型炭素成
形物膜を振動板としたものを提案している。これ
はＥ／ρを大きくするためにダイヤモンド型炭素
を用いるというのである。これはAl Ti、プラス
チツクを基体として、これを−40Vの負電位に
し、10^-5〜10^-6Torrの高真空中で、カーボン電
極をアルゴンで叩く事によつて生ずる炭素イオン
C⁺をイオンビームとして基本に当て、基体上に
炭素膜を堆積させるものである。しかしこれは導
電性のある多孔質の炭素膜しかできず、グラフア
イトを主成分とする非晶質の炭素膜と考えられ
る。ダイヤモンドのＥ／ρは高く、300×10¹⁰dyn
cm／ｇに達する。ダイヤモンドでスピーカー用振
動板ができれば、高音特性の優れたものになるは
ずである。ところが、スピーカー用振動板は20μｍとか
50μｍというように薄い板でなければならない。
しかも直径が20〜30mmφというようにかなりの広
さを要する。天然に産するダイヤモンド粒を原料
としてこのように広く薄い板を作ることはもちろ
んできない。 (ハ) 発明の開示本発明のスピーカー用振動板はスピーカー用振
動板の形状に加工したSiよりなる基体、或はスピ
ーカー用振動板の形状に加工した金属の上にSiを
被覆した基体を、真空チヤンバ内に置き、基体を
加熱して炭化水素を含む原料ガスを流しながら化
学的気相合成法によつて基体の上にダイヤモンド
膜を成長させ、基体とダイヤモンド膜を冷却して
真空チヤンバより取り出し、基体を溶解除去し
て、振動板形状のダイヤモンド膜を得ることを特
徴とする。振動板は半球殻（ドーム状）であるので、この
ようなドーム状にした基体を用い、この上にダイ
ヤモンド膜を成長させなければならない。基体は
全体をシリコンSiで作つたものか或は、金属をド
ーム状に加工しこの評にSiを被覆したものとす
る。もちろん全体をSiで作つたものが最も良い。
第２図は基体の形状の例を示す。これは全体がSi
多結晶でできていて、外径が25.5mm、高さが７mm
である。このような基体を化学的気相合成装置（CVD）
の中に入れてダイヤモンド膜のコーテイングをす
るのである。第３図は工程図を示している。まず
基体を用意する。これは第２図のように全体がSi
であつても良いし、第６図のように金属の上にSi
を付けたものであつても良い。次にこれをCVD装置の中で加熱し、炭素と水
素を含む原料ガスを導き何らかの方法でガスを励
起して加熱した基体の上にダイヤモンド膜を被覆
するのである。これはかなりの膜厚がなければな
らず20μｍ〜100μｍ程度の膜厚が必要である。こ
れがあまりに薄いと、剛性が足らず自らの形状を
維持できない。あまりに厚いと高音特性がかえつ
て悪くなるしコスト高になつてしまう。所定の厚さに達するとダイヤモンドの成長を中
止する。つまり原料ガスの供給を停止し、基体の
加熱温度を徐々に下げてゆく。室温になつてから
CVD装置を開き、基体を取り出す。そして適当
な薬品により奇態であるSiまたは金属とSiを溶解
除去する。するとドーム状のダイヤモンド膜が残
る。これがダイヤモンド単体振動板である。基体をSiとする理由は次の通りである。Si以外
の金属を基体とすると、ダイヤモンド膜との熱膨
脹率の差が大きいため欠陥密度が極めて多くなる
ということである。そして基体を溶解除去した時
にダイヤモンド膜がバラバラに分解してしまうこ
ともある。これでは使いものにならない。ダイヤ
モンドの成長は850〜1000℃の高音で行うが、成
膜後冷却して常温に下げなければいけない。多く
の金属は熱膨脹率がダイヤモンドより10倍程度大
きく、熱膨張率の差が大きい。冷却の過程でダイ
ヤモンドに強い圧縮応力が発生する。この応力の
ため温度を下げるとダイヤモンド膜に多くのクラ
ツク、割れ目が生ずる。結晶欠陥も多くなる。基
体を除去すると割れ目が縦横に存在したダイヤモ
ンド膜が分解してしまう。ダイヤモンドの線膨脹率は極めて小さく常温
（20℃）で１×10^-6K^-1、1380℃で5.8×10^-6K^-1で
あり温度とともに増加している。Siの線膨脹率も
十分に小さく常温で2.5×10^-6K^-1、530℃で４×
10^-6K^-1程度である。例えば1000℃から20℃へ冷
却したとすると、この過程でのSiとダイヤモンド
の線膨脹率の差は、他の組み合わせに於ける場合
よりずつと小さい。従つて、基体をSi、基体表面
をSiとすると、徐冷過程でのダイヤモンドの表面
に生ずる圧縮応力が小さくなり、クラツク、割
れ、欠陥が生ずる確率も減少するのである。化学的気相合成法（CVD）としては、フイラメントCVD法マイクロ波プラズマCVD法熱プラズマCVD法を用いる事ができる。フイラメントCVD法はＷ、
Taなどのフイラメントに電流を通して熱電子を
発生させ、これによつて原料ガスを熱励起するも
のである。マイクロ波プラズマCVD法は2.45GHz
のマイクロ波を誘電体窓を通して真空チヤンバ内
へ導き、電子をマイクロ波の周波数で振動させ中
性原子、分子を電子によつて叩きこれをプラズマ
化するものである。熱プラズマCVD法は、ノズ
ルを電極にしておき正負の電圧を印加し、ノズル
へ原料ガスを流すことによつてアーク放電を起こ
させてこをプラズマとするものである。以下実施例によつて説明する。実施例１多結晶シリコンを切削によつてスピーカー用振
動板形状に加工した。この表面に公知のマイクロ
液プラズマCVD法によつて厚さ25μｍのダイヤモ
ンド膜を形成した。その後常温にしてシリコン基
体を弗酸と硝酸の混合液によつて溶解した。こう
して25μｍ厚さのダイヤモンド振動板を得た。この振動板の高温共振周波数は65000Hzであつ
た。同じ形状のBeの振動板の高温共振周波数は
28000Hzであり、Al₂O₃の振動板の高温共振周波
数は35000Hzである。高温特性が極めて優れてい
るということが分かる。実施例２ Moを切削してスピーカー用振動板形状に加工
した。その表面にSi、Ti、Ｗをそれぞれ1μｍの
厚さで蒸着し３種類の基体を作つた。Moだけで
蒸着層のないサンプルとこれら３種類の基体を合
わせて４種類のサンプルについて、公知のマイク
ロ液プラズマCVD法でダイヤモンド膜を10μｍの
厚さに被覆した。これを冷却しそのままの状態で欠陥密度を測定
した。この後、塩酸、弗酸、硝酸の混合液によつて
Mo基体を除去した。MoとSi、Ti、Ｗなどの薄
膜が溶解しダイヤモンドだけが残つた。あるもの
はドーム状の形状を維持できたが、あるものはバ
ラバラに分解してしまつた。この結果を第１表に
示す。

【表】この結果から、基体上にSiを蒸着してダイヤモ
ンド膜を形成したものは欠陥も少なく、基体を溶
解除去した後の状態も健全であり、スピーカー用
振動板として優れていることが分かる。実施例３公知のフイラメントCVD装置によつてダイヤ
モンドをドーム状基体の上へ成長させた。第１図
にフイラメントCVD装置の概略構成を示す。真
空チヤンバ１の中に冷却支持台２が設けられる。
これには冷却水３が通されている。冷却支持台２
の上に基体４が載置される。基体４の上にはフイ
ラメント５が水平に張られていて、両端を電極
６，６によつて支持されている。外部の電源７か
ら、電極６，６を経てフイラメント５に電流が流
される。原料ガスが上方のガス導入口８から真空
チヤンバ１の中へ流入する。フイラメント５が加
熱されて、熱電子が発生しこれが原料ガスをプラ
ズマ化する。基体はフイラメント５の輻射熱によ
つて加熱され昇温する。排ガスは真空排気口９か
ら排除される。工程は第３図に示す通りである。基体としてはドーム状に加工されたSi多結晶を
基体として用いた。第２図にこれを示すが、球を
ひとつの小円（中心を通らない円）で切り取つた
ような半球に近い形である。直径が25.5mmφで、
底面から上頂点までの高さは７mmである。このド
ーム状Si基体の表面に＃600のダイヤモンドパウ
ダーにより傷つけ処理した。このドーム状Si基体４を十分に冷却された支持
台２の上に設置した。真空チヤンバ１の内部を十
分な高真空に排気する。この後真空チヤンバ１の
中へ原料ガス導入口８から、水素ガス100sccm、
メタンガス20sccmを送り込み、圧力が50Torrに
なるように保持した。フイラメント５はタングス
テンＷであり、これが2100℃になるよう通電し
た。フイラメントの輻射熱によつてSi基体が加熱さ
れ気相成長に適した温度になる。勿論適正な基体
温度とするため、炉によつて外部加熱等されても
良い。高温のフイラメントによりメタンガスが励
起、熱解離されて、中性のラジカル（活性種）よ
りなり、水素ガスが活性な原子状の水素となる。
これがSi基体上で気相反応しダイヤモンド多結晶
が成長してゆく。所定の厚みのダイヤモンド膜ができると原料ガ
スの供給を停止し、基体の温度を徐々に下げる。
常温になつてから、Si基体を取り出し、弗酸と硝
酸とを１：１で混合しと溶液に漬けてSi基体のみ
を溶解除去した。ダイヤモンドは溶けないからド
ーム状のダイヤモンドが残つた。このドーム状の
ダイヤモンドは60mgの重さがあつた。これをスピーカー用の振動板として、音響特性
を測定した。第４図に周波数音圧特性を示す。比
較のため同じ形状厚みのTiのスピーカー用振動
板の音響特性を同じ条件で測定し第５図にその結
果を示している。いずれも横軸は周波数（Hz）で、縦軸は音圧レ
ベル（dB）である。本発明になるダイヤモンド振動板は20000Hz以
上でも十分な音圧レベルがあり、高音共振周波数
が70000Hzである事が分かる。70000Hz（70kHz）
の高音まで再生する事ができる。ところがTiの振動板では共振周波数が17000Hz
であり、25000Hz以上の高音は十分な強度で再生
できないという事が分かる。実施例４基体をSiコーテイングしたMoとして、実施例
３と同じ条件でダイヤモンド膜を作つた。フイラ
メントCVD装置を用いた。基体は外径30.5mm、
高さ7.5mmの半球状に加工されたMoの上に、スパ
ツタリングによつてSiを5000Å（0.5μｍ）被覆し
たものである。第６図に断面図を示す。そして
＃600のダイヤモンドパウダーによつてドーム状
基体の表面に傷つけ処理を行つた。これを第１図
の装置に設置し実施例３と同じ条件でダイヤモン
ド膜を成長させた。冷却後外部に取り出し基体を溶解した。これに
は王水（塩酸：硝酸＝３：１）によつてまずMo
を溶解する。この後１：１弗硝酸によつてSiを溶
解除去する。こうして重さ60mgのダイヤモンド単
体振動板を得た。この振動板の音響特性を測定した。実施例３と
同じく高音域での再生能力が大幅に改善されてい
ることが分かつた。実施例５合成条件や基体の材質を変えてダイヤモンド膜
の成長を行つた。これは基体の材質がどのように
ダイヤモンド膜に影響するかということを主に調
べるものである。ここではフイラメントCVD法
と、マイクロ波プラズマCVD法とを用いた。第７図にマイクロ波プラズマCVD装置の概略
図を示す。非金属の（例えば石英）真空チヤンバ
１１の中に支持台１２によつて基体１３が戴置さ
れている。ガス導入口１４から原料ガスが導入さ
れ、真空排気口１５から排気される。支持台１２
の中にはヒータ（図示せず）があり基体１３を適
当な温度に加熱する。真空チヤンバ１１の側方に
はマグネトロン１６がある。ここから2.45GHzの
マイクロ波が発生し、導波管１７の中を伝搬す
る。反対側には導体の板を進退自在に保持するプ
ランジヤ１８がある。導波管１７の実効長がプラ
ンジヤ１８によつて決まり、この中に最低次モー
ド（或はそれに近いモード）の定在波を立てるよ
うにしている。原料ガス中の電子がマイクロ波に
よつて振動するのでこれがガスを励起してプラズ
マ１９とする。試料はNo.１からNo.７まであり基体はNo.１がSiの
み、No.２はSi／Mo（Moの上にSiをコート）、No.３
はSi／Ｗ、No.４はSiのみ、No.５はMoのみ、No.６
はMoのみ、No.７はＷのみである。原料ガスは水
素とメタンである。圧力は40〜80Torrでの間に
維持している。そして基体を溶解除去する時の割れの発生の有
無を調べた。さらにNo.３の試料についてはラマン
分光スペクトルを調べ第８図に分光スペクトルを
示す。No.２、No.３のSiコーテイング層の厚みは
5000Å（0.5μｍ）である。第２表にこの実験の結果を示す。

【表】 ※ ○は割れず、×は割れ
※※ MoまたはWの基体の上に厚み5000ÅのSiを被覆
したものを基材としたもの。
本発明の方法による試料No.１〜No.４ではドーム
状の良好なダイヤモンド振動板が作製できてい
る。これらはいずれも基体がSiであるか、基体表
面がSiであるものである。これに対して比較例としたNo.５〜No.７はいずれ
もSiでない基体を用いている。これらはダイヤモ
ンドコーテイング中にクラツクが発生していた
り、コーテイング終了時ダイヤモンド膜にクラツ
クが発生するものがあつた。そして基体を溶解し
た時No.５〜No.７の全てのサンプルが割れてしま
い、振動板とすることができなかつた。このようなことから、基体は全体がSiである
か、または表面がSiによつて覆われているもので
なければならないという事が分かる。第８図は試料No.３のラマン分光スペクトルであ
る。横軸が波数（cm^-1）、縦軸が強度である。
1333cm^-1に鋭いピークがあるが、これは結晶質ダ
イヤモンドからでる信号であり、結晶質ダイヤモ
ンドが多く存在することが分かる。非晶質炭素か
らの信号はこの波数範囲に広く分布しているので
もしも非晶質炭素が多いと1333cm^-1のピークが低
く、その他の部分が広く盛り上がつたスペクトル
となる。これが殆どないことから、非晶質炭素が
殆どない結晶質ダイヤモンドで構成された試料で
あることが明らかになる。本発明によれば高品質のダイヤモンド単体から
なるスピーカー用振動板を製造する事ができる。
ダイヤモンドはＥ／ρが、Be、Ti、Al₂O₃など
よりも格段に大きく高音特性に優れた振動板とす
ることができ、80kHz（80000Hz）の高音も歪み
なく再生できる優れた発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いるフイラメントCVD装
置の概略構成図。第２図は本発明で用いるSi基体
の正面図。第３図は本発明の工程図。第４図は本
発明の方法によつて製作したダイヤモンド振動板
の周波数音圧特性図。第５図は公知のチタン振動
板の周波数音圧特性図。第６図は金属の基材にSi
を被覆してなる基体の断面図。第７図は本発明で
用いるマイクロ波プラズマCVD装置の概略構成
図。第８図は本発明の方法で製作したダイヤモン
ド振動板のラマン分光スペクトル図。１……真空チヤンバ、２……冷却支持台、３…
…冷却水、４……基体、５……フイラメント、６
……電極、７……電源、８……ガス導入口、９…
…真空排気口、１０……圧力計、１１……真空チ
ヤンバ、１２……支持台、１３……基体、１４…
…ガス導入口、１５……真空排気口、１６……マ
グネトロン、１７……導波管、１８……プランジ
ヤー、１９……プラズマ。

Claims

【特許請求の範囲】

１スピーカー用振動板の形状に加工したSiより
なる基体、或はスピーカー用振動板の形状に加工
した金属の上にSiを被覆した基体を、真空チヤン
バ内に置き、基体を加熱して炭化水素を含む原料
ガスを流しながら化学的気相合成法によつて基体
の上にダイヤモンド膜を成長させ、基体とダイヤ
モンド膜を冷却して真空チヤンバより取り出し、
基体を溶解除去して、振動板形状のダイヤモンド
膜を得ることを特徴とするスピーカー用振動板の
製造法。