(57)【要約】【課題】  スピーカーの振動板に用いられるような立体的形状を有するダイヤモンド膜を製造する際に、ダイヤモンド膜を形成させる成形型に工夫を加えることにより、ダイヤモンド膜を量産できるようにする方法を提供する。【解決手段】  ダイヤモンド膜１２の成形型として、このダイヤモンド膜１２の形状に合わせた形状を有する高融点金属材料の薄板１１よりなる成形型を用いる。この成形型の表面上に、化学的気相成長法によりダイヤモンド膜１２を形成し、その後、この成形型の表面上に形成されたダイヤモンド膜１２を前記成形型から分離して、立体的な形状の成型ダイヤモンド膜を得る。【選択図】  図１
2006290687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立体的な形状を有するダイヤモンド膜の製造に用いられ、このダイヤモンド膜の形状に合わせた形状を有する高融点金属材料の薄板よりなる成形型の表面上に、化学的気相成長法によりダイヤモンド膜を形成する工程と、
この成形型の表面上に形成されたダイヤモンド膜を前記成形型から分離して、立体的な形状の成型ダイヤモンド膜を得る工程と
を有することを特徴とする成型ダイヤモンド膜の製造方法。
【請求項２】
前記成形型が、プレス成形により作製されたものであることを特徴とする請求項１記載の成型ダイヤモンド膜の製造方法。
【請求項３】
前記成形型の表面上に、熱応力を緩和する凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の成型ダイヤモンド膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピーカーの振動板等として用いて好適な、成型ダイヤモンド膜の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からスピーカーの振動板として種々の材料が用いられている。スピーカーの振動板には、軽量で、剛性が大きく、伝搬速度が速く、また、内部損失が適度に大きいことなどの特性が求められる。これらの特性は、互いに相反するものもあり、そのため、振動板の用途などに応じて、適切な材料が選ばれて用いられている。
【０００３】
ベリリウムやボロンやチタンなどの金属材料は、紙やプラスチックスに比べて剛性が大きいことから、高音用スピーカーの振動板に好適に用いられている。そして、ダイヤモンドは、剛性が大きく、例えばヤング率Ｅを密度ρで除した値で表される比弾性率（Ｅ／ρ）が特に大きく、しかも伝搬速度が速いことから、スピーカーの振動板に用いた場合に、優れた音質が期待できる。また、ダイヤモンドを振動板に用いることにより、携帯電話などに組み込まれるような小型のスピーカーであっても、良好な音質が期待できる。
【０００４】
しかしながら、ダイヤモンドは、コーン形やドーム形といった立体的な振動板の形状にするのが困難である。そのため、既存のスピーカーの振動板上にダイヤモンドの薄膜を化学的気相成長法（以下、「ＣＶＤ法」ともいう。）やイオンビーム蒸着法等により被覆させた、複合振動板が開発された。しかし、このような複合振動板では、ダイヤモンド自体の優れた特性が十分には発揮し得ない。
【０００５】
また、ダイヤモンドのみの振動板を得るために、スピーカーの振動板の形状に加工された成形型に、イオンビーム蒸着法やＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を形成し、その後、形成されたダイヤモンド膜から成形型を除去又は剥離させることにより、スピーカーの振動板の形状をしたダイヤモンド膜を得る製造方法が開発された。このような方法は、特許文献１及び特許文献２に記載されている。
【０００６】
この特許文献１では、ダイヤモンド膜を形成される基体に、シリコン（Ｓｉ）を用い、このシリコン基体をスピーカーの振動板の形状であるドーム状に切削加工し、真空容器内でＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を形成させ、その後にシリコン基体を、ふっ酸と硝酸との混合液によって溶解することにより除去して、振動板の形状のダイヤモンド膜を得ている。
【０００７】
また、特許文献２では、モリブデン、シリコン、セラミックスのような１０００℃以上の耐熱性を有し、熱伝導率の小さい素材を振動板の形状に形成した基体上に、ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜を形成した後、加熱光線でダイヤモンド膜と基体との接触面を加熱して、ダイヤモンドと基体との熱膨張率との差により基体からダイヤモンド膜を剥離させて、振動板の形状のダイヤモンド膜を得ている。
【特許文献１】特公平４−２３４８０号公報
【特許文献２】特公昭６３−５７３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に開示された製造方法により、ダイヤモンドよりなる振動板が得られ、実際に高級スピーカー用の高音用スピーカーに用いられている。このようなダイヤモンドを振動板に用いているスピーカーは、音質が良く、ユーザーから高い評価を受けている。そのため、スピーカーを製造販売する音響メーカーはダイヤモンド製の振動板を用いてスピーカーを製造することの強い意向があるが、現状では、ダイヤモンド製の振動板を用いたスピーカーは、市場にはほとんど出回っていない。
【０００９】
これは、特許文献１や特許文献２に開示された製造方法では、ダイヤモンド製の振動板を量産することが難しいためである。特に、硬質で加工が難しいシリコンやモリブデンやセラミックスが成形型としての基体に用いられ、このような基体を切削加工することにより振動板の形状を得ていることから、この基体の作製工程が、ダイヤモンド振動膜を量産するための障害の一つになっていた。
【００１０】
また、切削加工された基体上に形成されたダイヤモンド膜をこの基体から分離するために、基体を強酸により溶解させる特許文献１の方法では、この基体が塊状であるために、この塊状の基体を溶解するのに時間を要する。したがって、この点でもダイヤモンド振動膜を量産するための障害の一つになっていた。
【００１１】
更に、基体からダイヤモンド膜を分離するため、基体とダイヤモンド膜との熱膨張率の差を利用する特許文献２の方法では、この基体が特許文献１に開示の基体と同様に塊状であるために、熱膨張率の差に起因する大きな熱応力がダイヤモンド膜に加わる。そのため、ダイヤモンド膜に歪が生じる可能性があり、場合によってはダイヤモンド膜が破損するおそれがあった。
【００１２】
スピーカー用の振動板として優れた特性を有するダイヤモンド膜を用いたスピーカーを、市場の要請に応えて量産するためには、ダイヤモンド膜の成膜速度を高めるばかりでなく、ダイヤモンド膜の量産化技術を確立することが不可欠である。
【００１３】
そこで、本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、ダイヤモンド振動膜の量産化技術の一つとして、ダイヤモンド膜を形成させるのに用いる成形型に工夫を加えることにより、ダイヤモンド膜を製造するときのスループットを向上させることのできる新規な成型ダイヤモンド膜の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法は、立体的な形状を有するダイヤモンド膜の製造に用いられ、このダイヤモンド膜の形状に合わせた形状を有する高融点金属材料の薄板よりなる成形型の表面上に、化学的気相成長法によりダイヤモンド膜を形成する工程と、この成形型の表面上に形成されたダイヤモンド膜を前記成形型から分離して、立体的な形状の成型ダイヤモンド膜を得る工程とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法においては、前記成形型が、プレス成形により作製されたものであることは好ましい。
【００１６】
更に、本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法においては、前記成形型の表面上に、熱応力を緩和する凹凸が形成されているようにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法によれば、ダイヤモンド膜を形成させる成形型に、高融点金属材料の薄板よりなるものを用いていることから、成形型の作製が容易であり、成型ダイヤモンド膜の製造時のスループットを向上させることができる。これにより、成型ダイヤモンド膜を量産することが可能になり、高品位のスピーカーを安価に提供することが可能になる。
【００１８】
特に、成形型がプレス成形により作製されたときには、プレス成形が成形型の量産に適した成形法であることから、成型ダイヤモンド膜の製造時のスループットを容易に向上させることができる。
【００１９】
また、成形型の表面上に、熱応力を緩和する凹凸が形成されていることにより、ダイヤモンド膜に加わる熱応力を緩和して、良好な品質のダイヤモンド膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図面を参照しつつ、本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法をより具体的に説明する。図１は、本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法を時系列的に説明するための成形型及びダイヤモンド膜の断面図である。
【００２１】
本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法は、立体的な形状を有するダイヤモンド膜の製造に用いられ、このダイヤモンド膜の形状に合わせた形状を有する高融点金属材料の薄板よりなる成形型の表面上に、化学的気相成長法によりダイヤモンド膜を形成する工程と、この成形型の表面上に形成されたダイヤモンド膜を前記成形型から分離して、立体的な形状の成型ダイヤモンド膜を得る工程とを有している。
【００２２】
これらの工程において、まず、図１（ａ）に示すように、高融点金属材料の薄板１１を用意する。同図（ａ）に示された薄板１１は、平面形状を有している。この薄板１１は、立体的なダイヤモンド膜をＣＶＤ法により形成させるための成形型となるものであるから、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜形成処理温度である８００〜１０００℃の高温に耐え得るように、高融点の材料であることが必要である。また、薄板１１の表面にダイヤモンド膜を形成することができる材料であることが必要である。さらに、成形型となる立体的な形状をプレス成形することを考えると、プレス成形可能な塑性を有する金属材料であることが必要である。モリブデンやタングステンは、薄板１１に求められるこれらの要件を満たす材料である。
【００２３】
これに対して、シリコンやセラミックスは、塑性を有しないので、プレス成形により成形型を作製することができない。また、アルミニウムやプラスチックスは、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜の形成時の高温で溶融又は炭化し、成形型としての形状を保持し得ない。鉄やニッケルやコバルトは、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜形成時に、グラファイトを形成する触媒作用を有しているので、ダイヤモンド膜を形成しようとしても、表面上にはダイヤモンドが形成されない。そのため、本発明で用いられる成形型には適合しない。
【００２４】
薄板１１の厚みは、特に限定されるものではないが、成形型を量産するという観点からプレス成形加工性を考えると、薄ければ薄いほど好ましい。また、ダイヤモンド膜と熱膨張率の相違に基づく熱応力を考えても、薄板１１は薄いほうが好ましい。更に、薄板１１を溶解させてダイヤモンド膜から除去する場合には、薄板１１の厚みが薄いほうが短時間で除去できる。もっとも、薄板１１は、ＣＶＤ法でダイヤモンド膜を形成させる高温時に、所定の立体的形状を保持し得る強度を有するほどの厚みは有している必要がある。モリブデンやタングステンの薄板の具体的な厚みは、例えば、２００μｍ以下、更には１００μｍ程度〜５０μｍ程度とすることができる。このような厚みのモリブデンやタングステンの薄板は、既存の方法又は既存の方法を改良した方法により作製することができる。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、高融点金属材料の薄板１１を、立体的な形状１１ａに成形する。この立体的な形状１１ａが成形された薄板１１が、ダイヤモンド膜の成形型として用いられる。立体的な形状１１ａを有する薄板１１を得るには、種々の方法があるが、なかでも、プレス成形法は、モリブデンやタングステン等の高融点金属材料の薄板１１を成形するのには、成形が容易で、生産性も高いことから、最も好ましい。プレス成形された薄板１１の立体的形状は、成形型として、この薄板１１上に形成させるダイヤモンド膜の形状に合わせた形状にする。例えば、スピーカーの振動板用のダイヤモンド膜を形成させる場合には、図１（ｂ）に示されるようなコーン形状又はドーム形状とし、直径が３０ｍｍ程度の大きさとすることができる。
【００２６】
本発明のダイヤモンド膜の製造方法においては、前述したようにダイヤモンド膜の成形型として、高融点金属材料の薄板よりなるものを用いていることから、従来公知の技術のような、シリコンを切削加工して作製された塊状の成形型に比べて、成形型を短時間に作製することができる。したがって、成形型の作製がダイヤモンド膜製造の障害となる問題が解消され、ダイヤモンド膜を量産することが可能になる。
【００２７】
特に、プレス成形は平面的な薄板から立体的形状の製品を作製するのに適した加工法であり、また、量産に適した加工法である。したがって、プレス成形によってダイヤモンド膜の成形型を作製することにより、この成形型を容易に、加工精度のばらつきが少なく、かつ生産性高く作製することができ、このことはダイヤモンド膜の量産に貢献する。
【００２８】
また、図２に高融点金属材料の薄板１１の斜視図を示すように、プレス成形により、一枚の高融点金属材料の薄板１１から複数個の成形型を一度に作製することができ、この点でもダイヤモンド膜の成形型を容易に、かつ生産性高く作製することができ、このことはダイヤモンド膜の量産に貢献する。
【００２９】
次に、図１（ｃ）に示すように、立体的な形状に成形された薄板１１よりなる成形型の表面上に、ダイヤモンド膜１２をＣＶＤ法によって形成させる。ＣＶＤ法には、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、プラズマトーチＣＶＤ法など種々の方法があり、本発明に従うダイヤモンド膜の製造においては、公知のＣＶＤ法のいずれも用いることができる。また、ＣＶＤ法でダイヤモンド膜を形成させるときの成膜条件、例えば、加熱温度、圧力、原料ガスの種類などについても、公知の条件を用いることができる。
【００３０】
本発明のダイヤモンド膜の製造方法では、上述のように薄板１１よりなる成形型の表面上にダイヤモンド膜を形成させることから、形成されたダイヤモンド膜に加わる熱応力が小さく、したがって従来よりも良好な品質のダイヤモンド膜を得ることができる。このことを以下に詳述する。ダイヤモンド膜１２は、高融点金属材料の薄板１１よりも熱膨張率が小さい。そのため、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜を形成させる高温環境からダイヤモンド膜形成後の常温環境に移行したとき、薄板１１とダイヤモンド膜１２との間には、この熱膨張率の相違に起因して熱応力が生じる。この熱応力は、界面においてダイヤモンド膜を圧縮する方向に作用し、この熱応力が大きいと、ダイヤモンド膜に歪が生じることがあり、更にはダイヤモンド膜が破損することもある。この熱応力は、ダイヤモンド膜を形成させる材料の剛性が小さいほど小さくなるので、材料の厚みが薄いほど小さくなる。したがって、本発明のダイヤモンド膜の製造方法において、ダイヤモンド膜の成形型として、高融点金属材料の薄板よりなるものを用いることにより、ＣＶＤ法により成形型の表面上にダイヤモンド膜をさせたときに生じる熱応力を、従来の塊状の成形型を用いた場合に比べて緩和することができる。
【００３１】
ＣＶＤ法で形成させるダイヤモンド膜１２の膜厚は、スピーカーの振動板に用いられる場合には、４０〜５０μｍ程度とすることができる。
【００３２】
図１（ｃ）に示した例では、成形型の凸面側の表面にダイヤモンド膜１２を形成されている。これは、ダイヤモンド膜１２を凸面側に形成させたほうが、凹面側に形成させた場合よりも、ダイヤモンド膜１２を薄板１１から容易に分離できるからである。もっとも、ダイヤモンド膜１２を凹面側に形成させてもよく、この場合は分離方法を工夫すればよい。
【００３３】
薄板１１における立体的な形状１１ａ以外の非加工部分は、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜１２の形成時に、立体的な形状１１ａを保持するための補強部材としての機能を有している。しかし、立体的な形状１１ａ自体の強度により、又は他の手段により、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜１２の形成時に、立体的な形状１１ａを保持できる場合には、薄板１１における立体的な形状１１ａ以外の部分を、ＣＶＤ法によるダイヤモンド膜１２の形成前に切除することもできる。他の手段としては、例えば、薄板１１の立体的な形状１１ａ部分を、別途に用意した凸形状の支持部材に被せて、この支持部材により立体的な形状１１ａの形状を保持することがある。
【００３４】
薄板１１が、図２に示したように、複数個の成形型を具備しているときには、ＣＶＤ装置にこの薄板１１を収容して、ダイヤモンド膜を形成させることにより、立体的形状を有する複数個のダイヤモンド膜を一度に成形させることができるので、ダイヤモンド膜１２の量産にいっそう有利である。なお、ＣＶＤ装置の反応容器の大きさが、複数個の成形型を具備している薄板１１を収容できるほど大きくない場合には、複数個のダイヤモンド膜を一度に成形させることはできない。しかし、この場合であっても、ダイヤモンド膜を形成させる前に、薄板１１の切断加工を行って、この薄板１１から成形型を個別に切り離すことにより、順次にダイヤモンド膜を形成させることができるので、従来技術よりも成形型を容易に、かつ生産性高く作製することができるという本発明の利点は生かされる。
【００３５】
図１（ｃ）に示した例では、薄板１１の凸面側表面の全面にわたってダイヤモンド膜１２が形成されているが、薄板１１の立体的形状１１ａの周囲にマスク材を設けて、ダイヤモンド膜１２を薄板１１の立体的形状１１ａ部分に選択的に形成させることもできる。図３は、マスク材１３を示す斜視図であり、マスク材１３は、薄板１１の立体的形状１１ａに相当する部分に孔が形成されている。このマスク材１３の孔を、薄板１１の立体的形状１１ａに位置合わせしてマスク材１３が薄板１１に重ねられ、この状態でＣＶＤ装置の反応容器内でＣＶＤ法によるダイヤモンド膜の形成を行い、その後にこのマスク材１３を薄板１１から取り外すことにより、薄板１１の立体的形状１１ａの部分にダイヤモンド膜１２を選択的に形成させることができる。
【００３６】
次に、図１（ｄ）に示すように、薄板１１よりなる成形型の表面上に形成されたダイヤモンド膜１２を、この成形型から分離して、立体的な形状の成型ダイヤモンド膜１２を得る。ダイヤモンド膜１２を成形型から分離するための手段は、例えば、薄板１１を溶解させることがある。王水などにより薄板１１を溶解して分離することは、分離時にダイヤモンド膜に機械的な応力が加わらないので、ダイヤモンド膜を破損することなく分離することができる。
【００３７】
本発明のダイヤモンド膜の製造方法は、成形型が薄板１１よりなることから、薄板１１を溶解させるにしても従来技術の塊状の成形型に比べて短時間に溶解する。この点でも本発明はダイヤモンド膜を量産するのに有利である。
【００３８】
また、ダイヤモンド膜を剥離させることにより、成形型から分離することもできる。更に、ダイヤモンド膜との間に生じる熱応力を薄板１１の厚みを調整することにより制御して、分離するのに適した応力、歪とすることで、分離作業を容易にすることもできる。
【００３９】
次に、図４を用いて、本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法の他の例を説明する。図４において、まず、同図（ａ）に示されるように、ダイヤモンド膜の成形型となる立体的な形状２１ａが形成された高融点金属材料の薄板２１を用意する。この立体的な形状２１ａにおけるダイヤモンド膜が形成される凸面側には、同心円状に凹凸が形成されている。このような凹凸は、平板形状の高融点金属材料の薄板２１をプレス成形により立体的な形状２１ａを成形するときに、プレス金型の表面にあらかじめ凹凸を形成させておくことにより、形成することができる。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示されるように、立体的形状の凸面側に同心円状に凹凸が形成された薄板２１の前記凸面側に、ＣＶＤ法によりダイヤモンド膜２２を形成させる。このダイヤモンド膜２２は、図１を用いて説明したダイヤモンド膜１２の形成と同様な方法により形成することができる。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示されるように、ダイヤモンド膜２２を薄板２１から分離する。この分離方法も図１を用いて説明したのと同様に、例えば、薄板２１を溶解させることにより分離することができる。
【００４２】
図４にされた成型ダイヤモンド膜の製造方法の例では、薄板２２の成形型となる部分の表面上に、凹凸が形成されていることから、ＣＶＤ法により形成されたダイヤモンド膜２２と薄板２１との間の熱応力が、図１に示された薄板１１を用いた場合よりも小さくなる。したがって、いっそう良好な品質のダイヤモンド膜を得ることができる。
【００４３】
ダイヤモンド膜２２の成型型となる薄板２１の立体的形状の表面に形成される凹凸形状は、図４に示された同心線状のものに限られず、例えば、放射線状のものとすることもできるし、また、ランダムな凹凸形状とすることもできる。もっとも、熱応力の加わる方向を考えると、同心線状のものとすることが好ましい。
【００４４】
なお、薄板２１から分離された後のダイヤモンド膜２２の凹面側には、成形型の凹凸が転写されて形成されているが、ダイヤモンド膜２２をドーム型のスピーカーの振動板に用いる場合は、ダイヤモンド膜２２の凹面側が外観から現れない裏面側になるので、振動板としての美観を損なうことはない。
【実施例】
【００４５】
高融点金属材料の薄板としてＭｏの薄板（厚さ２００μｍ）を用意した。このＭｏの薄板をプレス成形して、ダイヤモンド膜の成形型となるドーム型の立体的形状を形成させた。このドーム型の立体的形状は高さが５ｍｍ、直径が２４ｍｍである。
【００４６】
次いで、このＭｏの薄板をダイヤモンド薄膜形成用のマイクロ波プラズマＣＶＤ装置の反応容器内に収容して、原料ガスをＣＨ４及びＨ２の混合ガス、ガス流量をＣＨ４が４０ｓｃｃｍ、Ｈ２が３６０ｓｃｃｍ、試料温度を８５０℃、反応容器内圧力を３０トル（４ｋＰａ）とした条件により１０時間の成膜作業を行って、ダイヤモンド膜を１０μｍの厚さで形成させた。
【００４７】
次いで、ダイヤモンド膜が形成されたＭｏの薄板を、常温で反応容器から取り出し、王水によりＭｏの薄板を溶解させることにより、ダイヤモンド膜をＭｏ薄板から分離した。
【００４８】
このようにして得られたダイヤモンド膜は、熱歪や破損が生じていない、良好な品質のダイヤモンド膜であった。
【００４９】
次に、Ｍｏの薄板をプレス成形する際に、プレス金型の表面にあらかじめ同心円状の凹凸を形成させておくことにより、ドーム型の立体的形状の凸面側の表面に同心円状の凹凸を形成させた以外は、上述したのと同様にしてダイヤモンド膜を形成させたところ、得られたダイヤモンド膜は、上述したのと同様に、熱歪や破損が生じていない、良好な品質のダイヤモンド膜であった。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法を時系列的に説明するための成形型及びダイヤモンド膜の断面図である。
【図２】高融点金属材料の薄板の斜視図である。
【図３】マスク材の斜視図である。
【図４】本発明の成型ダイヤモンド膜の製造方法について他の例を説明する図である。
【符号の説明】
【００５１】
１１  薄板
１１ａ  立体的形状
１２  炭化タングステン
１３  マスク材
２１  薄板
２１ａ  立体的形状
２２  ダイヤモンド膜
【図１】
2006290687.tif 000003
【図２】
2006290687.tif 000004
【図３】
2006290687.tif 000005
【図４】
2006290687.tif 000006