JPH06276596A - スピ−カ−用振動板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 紙、Ｔｉ、Ｂｅなどのスピ−カ−用振動板は
剛性が低いために高音特性が良くない。Ｅ／ρが高いダ
イヤモンドは気相合成で作ることができるが、靱性に乏
しいので割れたり欠けたりし易く歩留りが低い。また気
相合成で厚いダイヤモンド膜を作ろうとするとコスト高
になってしまう。 【構成】 ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、ＳｉＣ、Ｂ₄ Ｃの
内の少なくともひとつの材料の粒子を、より硬度の低い
材料のマトリックスの中に分散させる。マトリックスは
低硬度であるから靱性があり割れ欠けが起こり難い。歩
留りが高く、長寿命である。また高硬度の粒子を含むの
で剛性が高く高音特性に優れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高音域で優れた音響
特性を持ち比較的安価なスピ−カ−用振動板に係る。音
響機器のスピ−カ−は、低音、中音、高音用など幾つか
の周波数域の異なるスピ−カ−を幾つか組み合わせて用
いる。スピ−カ−用振動板は紙からＴｉなどの金属に進
化してきた。振動材料のヤング率をＥ、密度をρとする
と、音の伝搬速度がＥ／ρによって決まる。これが大き
い程スピ−カ−の高音特性は優れている。

【０００２】Ｅ／ρが高い材料としてＢｅが知られてい
る。Ｂｅを用いたスピ−カ−も作られている。しかしＢ
ｅは毒性の強い材料であるから使用を避けたいものであ
る。ダイヤモンドはＥ／ρの最も大きい材料である。特
に高音用スピ−カ−としては優れたものである。

【０００３】

【従来の技術】ダイヤモンド製のスピ−カ−に関しては
既に多くの提案がなされている。特開昭６１−１２８７
００号はダイヤモンドの振動板に関し、ヤング率と密度
の範囲を規定している。特開平１−１００２７７号は硬
質炭素膜のスピ−カ−用振動板を提案している。これは
炭素膜でありダイヤモンドではない。しかし硬質炭素膜
もかなり大きいＥ／ρを持つ。特開昭６２−１５２２９
９号は型材の上にイオンプレ−ティング法によりダイヤ
モンド状の炭素膜を堆積し後に型材を溶解除去するスピ
−カ−用振動板の製造法を提案している。

【０００４】特公昭５５−３３２３７号はイオンビ−ム
蒸着法によって疑似ダイヤモンド状炭素膜を製造してい
る。特公平４−２３４８０号はド−ム状のシリコン基体
の上にダイヤモンドをＣＶＤ法により堆積させ、基体を
溶解除去してダイヤモンド製のスピ−カ−用振動板を製
造する方法を提案している。

【０００５】特開平３−８５１００号は熱プラズマ溶射
法によりセラミック若しくは金属のパウダ−を基体の上
に堆積させ、さらにその上にダイヤモンド層を形成する
方法を開示している。

【０００６】特開平３−１４５９００号は音響変換能率
を高めるために、３層構造を有するスピ−カ−用振動板
を提案している。１層と３層はダイヤモンド膜であり、
２層もダイヤモンドであるが空隙率の高いダイヤモンド
層であるとしている。空隙の存在により比重を下げＥ／
ρを高くしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】高音を再生するスピ−
カ−用振動板としてＥ／ρを大きくするという視点から
はダイヤモンドが最も好適な材料であることに疑いはな
い。従ってダイヤモンドのスピ−カ−用振動板について
これまで多くの提案がなされている訳である。

【０００８】しかしスピ−カ−用振動板に要求される性
質は単にＥ／ρが高いという事だけでなく、割れないと
か、繰り返し振動により破損しないとかいう要求があ
る。つまり靱性が高くないといけない。さらにスピ−カ
−用振動板は単なる平板ではなく、ド−ム状つまり半球
体である。またダイヤモンドは高価な材料であり単にＥ
／ρが良いからといって簡単に採用できるものではな
い。

【０００９】ダイヤモンドのスピ−カ−用振動板に多く
の提案がなされているが、これらはスピ−カ−用振動板
の幾何学的形状の特異性やコストに対する考察が不十分
であったと本発明者は考える。

【００１０】図１に示すようにスピ−カ−用振動板はド
−ム状の特異な形状をしている。たんなる平板ではな
い。しかも非常な高周波数で強制振動させられる板であ
る。多様なモ−ドで変形する。これに耐えるには充分な
靱性が必要である。従来のスピ−カ−用振動板として用
いられる材料は紙、Ｔｉ、Ｂｅなどであった。これら
は、ヤング率や硬度が低いのでＥ／ρが低く音波の伝搬
特性という点では低い評価を受けている。しかしこれら
従来から採用されている材料は十分な靱性があり割れた
り欠けたりすることはなかった。

【００１１】ダイヤモンドはそうでない。確かにＥ／ρ
は高い。しかしＥが高いのは硬質の材料ということであ
り靱性に劣る。ために機械的な衝撃や繰り返し応力に対
して脆く割れ易い。スピ−カ−用振動板は繰り返し振動
するのであるから単に硬度が高いというのでは不十分で
あり靱性が高くなくてはならない。ダイヤモンド製の振
動板はこの点で技術的に問題がある。さらにコストを下
げなければ実用化が難しい。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明のスピ−カ−用振
動板は、ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、Ｂ₄ Ｃ、ＳｉＣの内
少なくとも１種類の粒子を、それよりも硬度の劣る物質
のマトリックスの中に分散させたものである。つまり本
発明のスピ−カ−用振動板は複合物質よりなり高硬度の
粒子（ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、Ｂ₄ Ｃ、ＳｉＣ）と、
低硬度のマトリックスとよりなり、マトリックスの中に
孤立した高硬度粒子を分散させたものである。ダイヤモ
ンドは天然でも人工でも良い。マトリックス成分は非晶
質炭素、グラファイト、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ樹脂な
どを用いることができる。

【００１３】つまり本発明のスピ−カ−用振動板は、次
の二つの材料を組み合わせたものである。 高硬度分散粒子 ダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、Ｂ₄ Ｃ、
ＳｉＣ 低硬度マトリックス 非晶質炭素、グラファイトの他
に、樹脂、プラスチックス等を指す。樹脂、プラスチッ
クスとは、具体的には、エポキシ樹脂、エチレンテレフ
タレ−ト、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、フェノキ
シ樹脂、ポリカ−ボネ−ト、尿素樹脂、メラミン樹脂、
ポリイミド、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル、ＰＥ
ＴＰ（ポリエチレンテレフタレ−ト）等を指すが、引っ
張り強さが２５ＭＰａ以上のものが好ましい。

【００１４】上記の混合物の単層のものでも良い。さら
に２層構造とし、前記の低硬度マトリックスの中に高硬
度粒子を分散させた第１層の凸面側に、気相合成法によ
り生成したダイヤモンド膜（第２層）を重ねても良い。
これは２層構造で、外層（第２層）をより高硬度、内層
（第１層）をより低硬度の物質で構成している。

【００１５】あるいは３層構造にして、低硬度マトリッ
クスの中に高硬度粒子を分散させて作った膜の両面に気
相合成法により生成したダイヤモンド膜を形成するよう
にしても良い。

【００１６】さらに進んで、低硬度マトリックスの中に
高硬度粒子を分散させた膜Ｂと、気相合成法ダイヤモン
ド膜Ａとを、交互に形成した多層膜としても良い。膜の
面粗度はＲａ５μｍ以下であることが望ましい。これは
高次共振を抑制するためである。

【００１７】

【作用】本発明のスピ−カ−用振動板は、高硬度の粒子
をより低硬度のマトリックスの中に分散させたものであ
るから、充分な靱性がある。ド−ム状という異形の振動
板で、繰り返し高振動数で強制振動しても破れたり割れ
たりしない。ダイヤモンドだけの膜は靱性がないので破
れ易いが本発明のものは靱性があるから長時間の使用に
よっても破れない。それでいて高硬度の粒子が存在して
いるからＥ／ρが尚高く、高音特性が優れている。

【００１８】さらに気相合成法でダイヤモンド膜をつく
るよりもずっと安価である。ダイヤモンドなどの高硬度
の材料は連続膜や大型のものは作り難いから高価である
が、小さい粒子の場合は気相合成の屑や小粒の天然ダイ
ヤモンドなどを使うことができるから安価である。また
粒子を結合するのはマトリックスであり、マトリックス
の形成は容易であるからである。

【００１９】マトリックス成分は分散粒子よりも低硬度
で靱性のある粒子を包含し易いものであればよい。特
に、膜形成が容易である物質が適する。例えば非晶質炭
素、グラファイト、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡなどを用い
ることができる。

【００２０】非晶質炭素やグラファイトの場合は、気相
合成法によりマトリックスを形成することができる。た
とえば、フィラメントＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法、プラズマジェットＣＶＤ法等のＣＶＤ法を用い
ることができる。図３を参照しつつ作製方法を述べる。

【００２１】半円球型の基材（Ｓｉ、Ｍｏ、Ｗ等）を
用意する。スピ−カ−用振動板がド−ム状の形状である
ので、基材も同一の形状を含むものでなければならな
い。凸半円球のものを示しているが、反対に凹半円球の
ものでも良い。基材はＣＶＤ法の高温状態に耐えしかも
後に溶解除去できるものである必要がある。また加工性
のよいものが望ましい。

【００２２】基材の上にダイヤモンド、ｃ−ＢＮ、Ｂ
₄ Ｃ、ＳｉＣのいずれか一つあるいは複数の種類の粒子
を分散させる。これは例えばＣＶＤ法により行うことが
できる。分散粒子の大きさは０．５〜１００μｍ程度が
適する。より好ましくは２〜６０μｍのものが良い。高
音特性を特に大きく改善するためには分散粒子がダイヤ
モンドであるのが良い。しかし使用される用途により他
の材料の方が適することもある。例えば大口径（φ５０
以上）のスピ−カ−用振動板である場合或は中低音域
（１０００Ｈｚ以下）の特性改善には、ｃ−ＢＮ、Ｂ₄
Ｃ、ＳｉＣの方が良い。

【００２３】より硬度の低いマトリックス成分を基材
の上に合成する。非晶質炭素やグラファイトをマトリッ
クスにする場合には、同じＣＶＤ装置で条件を変えてマ
トリックスを生成することもできる。エポキシ樹脂や、
ＰＭＭＡの場合はこれらの材料を基材の上に塗付、吹き
付けるなどの手法によりマトリックスを作ることができ
る。これはより簡便に製造でき安価でしかも靱性に富む
という利点がある。しかし剛性が低いので高音特性は若
干低い。

【００２４】以上で一層構造のスピ−カ−用振動板の
基本的な部分ができる。これは単層構造であるが、２層
構造にするには、この上にさらにダイヤモンドを気相合
成する。こうすると図１１に示すような構造になる。外
側はダイヤモンドのみの剛性の高い層になり、内側（凹
面側）は靱性のあるマトリックスのなかに粒子が分散さ
れた層になる。これが図３の工程図で逆向きの矢印で示
した工程である。３層にするには、初めにダイヤモンド
層を合成し、次に粒子分散マトリックス層を生成し、最
後にダイヤモンド層を合成するようにすれば良い。

【００２５】適当な薬品で基材を溶解除去する。基材
はＳｉ、Ｍｏ、Ｗなどであり金属であるので強い酸によ
り溶解できる。ただし合成した膜を溶解しないような薬
品を選ばなければならない。こうしてド−ム形状の自立
膜を得る。これが本発明のスピ−カ−用振動板である。

【００２６】

【実施例】［実施例１］ 図１に示すようなφ１００の
スピ−カ−用振動板基材のための多結晶Ｓｉを用意し
た。これは多結晶Ｓｉを切削、研削、研磨して半球状に
製作するのである。直径が約５〜１０μｍのダイヤモン
ド粒子と基材とをイソプロピルアルコ−ル中に入れ超音
波振動を加えて均等に分散させこののち静かに沈殿させ
た。これにより基材にダイヤモンド粒子が均等に付着す
る。

【００２７】これを図２に示すような公知のフィラメン
トＣＶＤ装置に入れて基材の上に非晶質炭素膜を気相合
成した。図２において、真空チャンバ１は内部中央に冷
却支持台２を有する。冷却支持台２には冷却水３が通っ
ており、内部から冷却支持台２を冷却できるようになっ
ている。この上にＳｉの基体４を固定している。フィラ
メント５は基体４の上部に対向するように設けられ、２
本の電極６により両端が支持されている。電源７がフィ
ラメントに電流を供給している。

【００２８】真空チャンバ１のガス導入口８から非晶質
炭素膜を合成するための原料ガスが導入される。原料ガ
スは水素ガス、炭素源ガスなどである。フィラメントに
よって、ガスが加熱され気相反応を起こす。反応生成物
が基体４の上に堆積し非晶質炭素膜ができる。排ガスな
どは真空排気口９から排出される。非晶質炭素膜生成条
件は、

【００２９】 水素ガス １０００ｃｃ／ｍｉｎ メタンガス １００ｃｃ／ｍｉｎ フィラメント タングステン（Ｗ） フィラメント温度 ２１００℃ 圧力 １００Ｔｏｒｒ

【００３０】である。これにより合成を行ったのち基体
をＣＶＤ装置から取り外した。先述と同じ方法で再びダ
イヤモンド粒子を基体の上に分散させる。これをＣＶＤ
装置に再びセットして同じ条件で非晶質炭素膜を被覆し
た。こうして非晶質炭素膜中にダイヤモンド粒子が分散
されたド−ム状の膜を得る。基体を１：１の弗硝酸で溶
解除去した。

【００３１】こうしてダイヤモンドと非晶質炭素膜の複
合よりなる自立膜を得る。断面図を図４に示す。硬度の
低いマトリックス成分の中にダイヤモンド粒子が埋め込
まれた構造になっている。ダイヤモンド粒子のマイクロ
ビッカ−ス硬度が９０００Ｈｋであった。マトリックス
の硬度は４０００Ｈｋであった。

【００３２】［実施例２］ 実施例１と同じ基体を用意
し、初めにダイヤモンド膜を５μｍの厚みになるように
ＣＶＤ装置によって合成した。合成条件は次のようであ
る。 水素ガス １０００ｃｃ／ｍｉｎ メタンガス １０ｃｃ／ｍｉｎ フィラメント タングステン （Ｗ） フィラメント温度 ２１５０℃ 圧力 １００Ｔｏｒｒ

【００３３】このあとは実施例と同じようにイソプロピ
ルアルコ−ルにダイヤモンド粒子を入れて分散させ基体
の上に沈殿させる。これを同じＣＶＤ装置に入れて非晶
質炭素膜を形成する。これによりダイヤモンド粒子を分
散した非晶質炭素膜（グラファイトを含む）ができる。
このあとさらにダイヤモンド膜のみを合成した。基体を
溶解除去して、３層構造のド−ム状の膜が得られる。

【００３４】図５に断面図を示す。凹面の表面と凸面の
表面Ａ部がダイヤモンドとなっている。中間が複合膜で
ある。Ａ部のラマンスペクトルを図６に、Ｂ部のラマン
スペクトルを図７に示す。Ａ部は１３３３ｃｍ^-1に強い
ピ−クがありこれがダイヤモンドであることを示す。Ｂ
部は１３３３ｃｍ^-1のピ−クが低くなりノイズに埋まっ
ている。これよりも高い振動数領域のスペクトルが増加
している。非ダイヤモンド成分が多いからである。

【００３５】「実施例３］ 実施例２の工程を数回繰り
返し、断面図が図８のようになるド−ム状のスピ−カ−
用振動板を製作した。これは５層構造であり、１、３、
５層がダイヤモンド膜になっている。２、４層がより厚
いダイヤモンド粒子を分散した炭素膜になっている。

【００３６】［比較例１］ 実施例１においてダイヤモ
ンド粒子を分散させることなく、ＣＶＤ装置により基体
の上に単に炭素膜のみをコ−テイングした。これは一様
なマトリックスの構造物である。

【００３７】［比較例２］ 実施例１において、炭素膜
の合成条件を、 水素ガス １０００ｃｃ／ｍｉｎ メタンガス １０ｃｃ／ｍｉｎ フィラメント タングステン（Ｗ） フィラメント温度 ２１００℃ 圧力 １００Ｔｏｒｒ とした。つまりメタンガスの流量を１／１０にしてその
他は同じにした。これによると基体を溶解除去する時に
合成膜が粉々に割れてしまった。図９にこの状態を示
す。強度のある炭素膜が合成できなかったということで
ある。スピ−カ−用振動板に用いることはできない。

【００３８】次にこれらの実施例１〜３と比較例１のス
ピ−カ−用振動板を実際にスピ−カ−に取り付けて音響
特性を調べた。図１０がその結果を示している。横軸は
音響周波数である。縦軸が音圧レベルである。実施例１
のサンプルは、５０ｋＨｚまで特性が平坦であり、５０
ｋＨｚでピ−クがある。これ以上の周波数では音圧が急
激に減少する。５０ｋＨｚまで充分に使えるということ
である。実施例２は３層構造になっているものである
（図５）がこれは６０ｋＨｚまでの高音を出すことがで
きる。実施例１よりも一層に良好な特性を示す。

【００３９】実施例３は図８のように５層構造になって
いるものである。これはなんと８０ｋＨｚまでの高音を
充分に出すことができる。優れた発明であることが分か
る。これに対して、比較例１のサンプルは２０ｋＨｚ以
上の高周波数の音を出すことができない。これは非晶質
炭素やグラファイトのみの膜である。

【００４０】

【発明の効果】本発明は安価な粒状ダイヤモンドをマト
リックスの中に分散させることにより剛性が高く高音特
性に優れたスピ−カ−用振動板を比較的安価に製造する
ことができる。紙、Ｂｅや、Ｔｉなどのスピ−カ−用振
動板に比較して剛性が大きくて伝搬特性が良い。反対に
ダイヤモンドのみのスピ−カ−用振動板に比較して安価
であるし、φ１００以上の大型の振動をも作ることがで
きる。気相合成ダイヤモンドのみで厚い振動板を作ろう
とすると合成時間が長く掛かり極めて高価なものにな
る。また剛性が大きくて脆くて割れ易く耐久性に乏しい
ことがある。製造中に割れ欠けなどが生じ易くコスト高
になる。

【００４１】本発明のものはダイヤモンド粒子を含みな
がらこれを結合するものはマトリックスであるので、靱
性に富み丈夫で堅牢である。製造途中で割れ欠けなどの
事故も起こらないので歩留りが高い。使用の際は、分散
高硬度粒子のために剛性が高く音波の伝搬が早くて高音
特性が良い。また適度の靱性があるので寿命も長い。粒
状のダイヤモンドは気相合成の副産物や小粒の天然ダイ
ヤモンドとして得られるが、気相合成で連続膜を作るコ
ストに比べると安いものである。その他のｃ−ＢＮや、
ＳｉＣ、Ｂ₄ Ｃなどの高硬度粒子も微細な粒子は連続膜
よりも容易にできるからより安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で用いる基体の一例を示す正面図。

【図２】本発明で炭素膜またはダイヤモンド膜を気相合
成するために用いるフィラメントＣＶＤ装置の概略断
面。

【図３】本発明のスピ−カ−用振動板の製造の工程を示
す図。

【図４】本発明の方法で作製した単層型のスピ−カ−用
振動板の断面図。

【図５】本発明の方法で作製した３層型のスピ−カ−用
振動板の断面図。

【図６】図５の振動板のＡ部のラマンスペクトル図。

【図７】図５の振動板のＢ部のラマンスペクトル図。

【図８】本発明の方法で作製した５層型のスピ−カ−用
振動板の断面図。

【図９】比較例２の方法を示す工程図と膜の割れをしめ
す図。

【図１０】実施例１〜３と、比較例１の周波数音圧特性
を示すグラフ。

【図１１】本発明の方法で製作した２層構造のスピ−カ
−用振動板の断面図。

【符号の説明】

１ 真空チャンバ ２ 冷却支持台 ３ 冷却水 ４ 基体 ５ フィラメント ６ 電極 ７ 電源 ８ ガス導入口 ９ 真空排気口 １０ 圧力計

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高硬度の粒子が、該粒子より低硬度のマ
   トリックスの中に分散されていることを特徴とするスピ
   −カ−用振動板。
2. 【請求項２】 請求項１において、高硬度の粒子が、該
   粒子より低硬度のマトリックスの中に分散されている第
   １層と、第１層の上に堆積された気相合成ダイヤモンド
   である第２層とからなる事を特徴とするスピ−カ−用振
   動板。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、高硬度の粒
   子が、該粒子より低硬度のマトリックスの中に分散され
   ている第１層と、第１層の上に堆積された気相合成ダイ
   ヤモンドである第２層とからなり、半球状であって凸側
   になる第２層のダイヤモンドの面粗度がＲａ：５μｍ以
   下である事を特徴とするスピ−カ−用振動板。
4. 【請求項４】 気相合成ダイヤモンド膜よりなる第１層
   と、第１層の上に形成された高硬度の粒子が、該粒子よ
   り低硬度のマトリックスの中に分散されている第２層
   と、第２層の上に堆積された気相合成ダイヤモンドであ
   る第３層とからなる事を特徴とするスピ−カ−用振動
   板。
5. 【請求項５】 請求項４において、該振動板が半球状で
   あって、凸側になる、第２層もしくは第３層のダイヤモ
   ンドの面粗度がＲａ：５μｍ以下であることを特徴とす
   るスピ−カ−用振動板。
6. 【請求項６】 半球状の振動板形状を持つ基材の上に、
   高硬度の粒子を付着させ、低硬度のマトリックス材を基
   材の上に膜状に形成し、該マトリックス中に高硬度粒子
   を分散して保持し、基材を溶解除去して、マトリックス
   中に高硬度粒子が分散した独立の膜を得ようとしたこと
   を特徴とするスピ−カ−用振動板の製造方法。
7. 【請求項７】 半球状の振動板形状を持つ基材の上に、
   高硬度の粒子を付着させ、低硬度のマトリックス材を基
   材の上に気相合成法によって膜状に形成し、該マトリッ
   クス中に高硬度粒子を分散して保持し、基材を溶解除去
   して、マトリックス中に高硬度粒子を分散した独立の膜
   を得ようとしたことを特徴とするスピ−カ−用振動板の
   製造方法。
8. 【請求項８】 請求項６または７において、該基材がＳ
   ｉ、Ｍｏ、Ｗのいずれかであることを特徴とするスピ−
   カ−振動板の製造方法。
9. 【請求項９】 請求項１、２、３、４、５、６、７また
   は８において、該高硬度粒子が、ダイヤモンド、ｃ−Ｂ
   Ｎ、Ｂ₄ Ｃ、ＳｉＣのなかの少なくとも１種類を含むこ
   とを特徴とするスピ−カ−用振動板。
10. 【請求項１０】 請求項１、２、３、４、５、６、７、
    ８または９において、該低硬度のマトリックス材が、非
    晶質炭素、グラファイト、エポキシ樹脂、ＰＭＭＡ、Ｐ
    ＥＴＰのなかの少なくとも１種類を含むことを特徴とす
    るスピ−カ−用振動板。