JP2005055329A - レーダ装置のビーム経路内にある成形品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電波透過損失が少なく且つ金属色を呈するレーダ装置のビーム経路内にある成形品を提供することにある。
【解決手段】レーダ装置のビーム経路内にある成形品は、基体と、該基体の外面を覆うセラミックス系材料の層とを有する。セラミックス系材料は、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、炭化物系セラミックス又はこれらの混合物を含む。セラミックス系材料は、窒化チタン、又は、及び、窒化アルミニウムを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明はレーダ装置を保護するための成形品に関し、特に、自動車のフロントグリルの背後に設けられたレーダ装置のビーム経路内にある成形品に関する。

図１０に示すように、自動車に装備されるレーダ装置１００は、通常、フロントグリル１０１の背後に配置される。フロントグリル１０１には、自動車製造会社のエンブレム１０２又は特有な装飾品が装着される。レーダ装置からのミリ波は、フロントグリル及びエンブレムを経由して前方に放射され、対象物からの反射光はフロントグリル及びエンブレムを経由してレーダ装置に戻る。

従って、フロントグリル及びエンブレム、特に、レーダ装置のビーム経路に配置される部分には、電波透過損失が少なく且つ所定の美観を提供する材料及び塗料が用いられる。特に、エンブレムには金属色の塗料が塗布される。
特開２０００−１５９０３９号公報 特開２０００−４９５２２号公報 特開２０００−３４４０３２号公報

特開２０００−１５９０３９号公報及び特開２０００−３４４０３２号公報には、フロントグリルにインジウム膜を蒸着することが記載されている。特開２０００−４９５２２号公報には、エンブレム又はレードームに二酸化ケイ素からなるセラミック皮膜を設けることが記載されている。

インジウム膜は、金属色を呈するため、エンブレム等の皮膜に好適であるが、電磁波透過損失が大きく、レーダ装置の前方に配置すると、レーダ装置からのビームを減衰させる。また、インジウム膜は、容易に剥がれやすく、耐久性に乏しい欠点がある。また、金属であるため、腐食する可能性がある。

二酸化ケイ素からなるセラミック皮膜は、耐久性に優れ、皮膜又は塗料を保護するために設けられる。しかしながら、二酸化ケイ素からなるセラミック皮膜は、無色であり、金属色等の美観を提供することはできない。

本発明の目的は、電波透過損失が少ないレーダ装置のビーム経路内にある成形品を提供することにある。
本発明の目的は、光輝色を呈するレーダ装置のビーム経路内にある成形品を提供することにある。

本発明によると、基体の外面にセラミックス系材料の層が設けられる。セラミックス系材料は、窒酸化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、炭化物系セラミックス又はこれらの混合物を含む。セラミックス系材料は、窒化チタン、又は、及び、窒化アルミニウムを含む。

本発明によると、電波透過損失が少ないレーダ装置のビーム経路内にある成形品を提供することができる利点がある。
本発明によると、光輝色を呈するレーダ装置のビーム経路内にある成形品を提供することができる利点がある。

図１及び図２は、本発明によるレーダ装置のビーム経路内にある成形品の表面の断面構造を示す。図１（ａ）は本発明の第１の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置されたセラミックス系材料の層１２を有する。セラミックス系材料層１２は、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、又は炭化物系セラミックスより構成されてよい。窒化物系セラミックスには、窒化チタンＴｉＮ、窒化アルミニウムＡｌＮ、窒化クロムＣｒＮ、窒化ケイ素Ｓｉ₃Ｎ₄、窒化鉄ＦｅＮ、窒化ガリウムＧａＮ、窒化ジルコニウムＺｒＮ等が含まれ、炭化物系セラミックスには、炭化ケイ素ＳｉＣ、炭化チタンＴｉＣ、炭化ジルコニウムＺｒＣ、炭化ホウ素Ｂ₄Ｃ、炭化タングステンＷＣ等が含まれる。
本例では、セラミックス系材料の層１２は、好ましくは、窒化チタンＴｉＮ又は窒化アルミニウムＡｌＮからなる。

図１（ｂ）は本発明の第２の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置された第１のセラミックス系材料の層１２と第２のセラミックス系材料の層１３とを有する。２つのセラミックス系材料の層１２、１３は、上述の窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、及び炭化物系セラミックスに含まれるセラミックス系材料から選択された互いに異なる２種のセラミックス材からなる。しかしながら、好ましくは、窒化チタンＴｉＮと窒化アルミニウムＡｌＮである。

より好ましくは、下側の第１のセラミックス系材料の層１２は、窒化チタンＴｉＮ層であり、上側の第２のセラミックス系材料の層１３は、窒化アルミニウムＡｌＮ層である。こうして、金属色を呈する窒化チタンＴｉＮ層の上に透明な且つ虹色の干渉色を呈する窒化アルミニウムＡｌＮ層を形成することによって、金属色の且つ虹色の干渉色を呈する美観が得られる。

図１（ｃ）は本発明の第３の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置されたセラミックス系材料混合層１４を有する。セラミックス系材料混合層１４は２つ以上のセラミックス系材料の混合物からなる。混合物を構成するセラミックス系材料の例は上述の通りであるが、このましくは、窒化チタンＴｉＮと窒化アルミニウムＡｌＮである。

図１（ｄ）は本発明の第４の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置された第１のセラミックス系材料混合層１４と第２のセラミックス系材料混合層１５とを有する。２つのセラミックス系材料混合層１４、１５は、互いに異なるセラミックス系材料組成を有する。各混合物を構成するセラミックス系材料の例は上述の通りである。しかしながら、このましくは、窒化チタンＴｉＮと窒化アルミニウムＡｌＮを使用する。この場合、窒化チタンＴｉＮと窒化アルミニウムＡｌＮの含有率は、２つの混合層１４、１５において、互いに異なる。

セラミックス系材料層１２、１３及びセラミックス系材料混合層１４、１５はスパッタリングによって形成されてよい。セラミックス系材料層１２、１３及びセラミックス系材料混合層１４、１５の各層は、好ましくは、０．１ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さであり、より好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さである。

セラミックス系材料層１２、１３及びセラミックス系材料混合層１４、１５を構成するセラミックス系材料の種類及びその層の厚さを適当に選択することにより、所望の色を発現させることが可能である。

基体１０は、電波透過損失が小さく且つ誘電特性に優れた材料により構成される。誘電特性として、例えば、比誘電率ε’と誘電損失ｔａｎδがある。基体１０は、透明な樹脂からなり、好ましくは、ポリカーボネートからなる。

図２を参照して本発明の他の例を説明する。図２（ａ）は本発明の第５の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上の下塗り層１１とその上のセラミックス系材料層１２を有する。本例の成形品は、図１（ａ）の例と比較して下塗り層１１が設けられている点が異なる。下塗り層１１は、セラミックス系材料層１２が発現する色調を引き立たせるための塗料からなり、所望の色の塗料が選択される。セラミックス系材料層１２が窒化チタンＴｉＮのように金属色を呈する場合には、下塗り層１１は黒色の塗料であってよい。

図２（ｂ）は本発明の第６の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置された下塗り層１１とその上の第１のセラミックス系材料層１２と第２のセラミックス系材料層１３を有する。本例の成形品は、図１（ｂ）の例と比較して下塗り層１１が設けられている点が異なる。

図２（ｃ）は本発明の第７の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置された下塗り層１１とその上のセラミックス系材料混合層１４を有する。本例の成形品は、図１（ｃ）の例と比較して下塗り層１１が設けられている点が異なる。図２（ｄ）は本発明の第８の例を示す。本例の成形品は、基体１０とその上に配置された下塗り層１１とその上の第１のセラミックス系材料混合層１４と第２のセラミックス系材料混合層１５とを有する。本例の成形品は、図１（ｄ）の例と比較して下塗り層１１が設けられている点が異なる。

以下に、本発明による例と従来技術による例を比較するために行った実験の結果を説明する。
図３を参照して、発明者が実行した自由空間法による電波特性試験を説明する。電波特性試験では、互いに向き合った２つのホーンアンテナ３０１、３０２の間に５０×５０ｍｍの試料３０３を配置する。一方のホーンアンテナ３０１は、信号発生器３０４によって生成されたミリ波を送信すると同時に、試料３０３を反射したミリ波を受信する。他方のホーンアンテナ３０２は試料３０３を透過したミリ波を受信する。ネットワークアナライザ３０５は、信号発生器３０４によって生成された入射ビームと、入射側のホーンアンテナ３０１から得られた反射ビームと、透過側のホーンアンテナ３０２から得られた透過ビームと、を入力し、透過損失と誘電特性を計測する。表１に示すように、５つの試料を用意した。

（１）ポリカーボネート樹脂からなる基体。これは、基体そのものであり、塗料又は皮膜を設けていない。これを試料０とする。
（２）基体に本発明による窒化チタン膜を形成した。窒化チタン膜の厚さが１００ｎｍのものを試料１、２００ｎｍのものを試料２とする。窒化チタン膜はスパッタリングにより形成した。
（３）基体に従来の技術によるインジウム膜を形成した。インジウム膜の厚さが１０ｎｍのものを試料３とし、３０ｎｍのものを試料４とする。インジウム膜は真空蒸着により形成した。

本例によると、窒化チタン膜の厚さを調節することにより光輝を有し且つ透明からシルバー色まで所望の色彩が得られることがわかった。

図４は、電波特性試験の結果より得られた各試料の透過損失（ｄＢ）を示す。各試料に対して７５〜１１０ＧＨｚ帯域のミリ波を照射した。曲線ａ０、ａ１、ａ２、ａ３、ａ４は、試料０、１、２、３、４に対する透過損失の測定結果である。図示のように、本発明による試料１、２（曲線ａ１、ａ２）の透過損失は、従来技術による試料３、４（曲線ａ３、ａ４）の透過損失に比べて十分小さい。尚、ポリカーボネートからなる基体である試料０（曲線ａ０）の透過損失は略ゼロと見なすことができる。例えば、試料１（曲線ａ１）と試料２（曲線ａ２）の透過損失を比較すると明らかなように、成膜の厚さが厚いほうが、透過損失は大きい。

図５は、電波特性試験の結果より得られた各試料の誘電特性を示す。各試料に対して７５〜１１０ＧＨｚ帯域のミリ波を照射した。誘電特性には、比誘電率ε’と誘電損失ｔａｎδがある。先ず、比誘電率ε’について考察する。曲線ｂ０、ｂ１、ｂ２、ｂ３は、試料０、１、２、３に対する比誘電率ε’の測定結果である。試料４については比誘電率ε’を測定することができなかった。本発明による試料１、２（曲線ｂ１、ｂ２）の、比誘電率ε’は、基体である試料０（曲線ｂ０）の、比誘電率ε’に略等しい。即ち、本発明によって形成された皮膜を有する成形品は、ポリカーボネート製の基体と同様な誘電物質であることがわかる。従来技術による試料３（曲線ｂ３）の比誘電率ε’は、試料０、１、２（曲線ｂ０、ｂ１、ｂ２）の比誘電率ε’より小さい。インジウムは、基本的には金属であり、誘電物質であるポリカーボネート製の基体の表面に薄いインジウム膜を積層することによって、一種の半導体と同様な物質になっていると考えることができる。

次に、誘電損失ｔａｎδについて考察する。曲線ｃ０、ｃ１、ｃ２、ｃ３は、試料０、１、２、３に対する誘電損失ｔａｎδの測定結果である。試料４については誘電損失ｔａｎδを測定することができなかった。誘電損失ｔａｎδは、試料０、１、２、３（曲線ｃ０、ｃ１、ｃ２、ｃ３）の順に小さい。即ち、基体である試料０（曲線ｃ０）の誘電損失ｔａｎδは最も小さく、次に、本発明による試料１、２（曲線ｃ１、ｃ２）の誘電損失ｔａｎδが大きく、従来技術による試料３（曲線ｃ３）の誘電損失ｔａｎδは最も大きい。

図４に示した透過損失と図５に示した誘電損失が対応しているのがわかる。従来の技術による試料３に関して、図４の曲線ａ３と図５の曲線ｃ３を比較すると明らかなように、試料３は誘電損失よりも導電損失が支配的であると考えられる。次に、表２に示すように、更に３つの試料を用意した。

（１）ポリカーボネート樹脂からなる基体。これは、基体そのものであり、塗料又は皮膜を設けていない。これを試料１０とする。試料１０は、表１の試料０と同一である。
（２）基体に本発明による窒化アルミニウム膜を形成した。窒化アルミニウム膜の厚さが５０ｎｍのものを試料１１、１００ｎｍのものを試料１２とする。窒化アルミニウム膜はスパッタリングにより形成した。

図６は、第２の電波特性試験の結果より得られた各試料の透過損失を示す。各試料に対して７５〜１１０ＧＨｚ帯域のミリ波を照射した。曲線ｄ１０、ｄ１１、ｄ１２は、試料１０、１１、１２に対する透過損失の測定結果である。図示のように、本発明による試料１１、１２の透過損失は、ポリカーボネートからなる基体である試料１０の透過損失と同様に略ゼロと見なすことができる。

図７は、第２の電波特性試験の結果より得られた各試料の誘電特性、即ち、比誘電率ε’と誘電損失ｔａｎδを示す。各試料に対して７５〜１１０ＧＨｚ帯域のミリ波を照射した。曲線ｅ１０、ｅ１１、ｅ１２は、試料１０、１１、１２に対する比誘電率ε’の測定結果である。３つの曲線ｅ１０、ｅ１１、ｅ１２は重なり、略同一である。即ち、本発明による試料１１、１２の比誘電率ε’は、基体である試料１０の比誘電率ε’に等しい。同様に、曲線ｆ１０、ｆ１１、ｆ１２は、試料１０、１１、１２に対する誘電損失ｔａｎδの測定結果である。３つの曲線ｆ１０、ｆ１１、ｇ１２は重なり、略同一である。即ち、本発明による試料１１、１２の誘電損失ｔａｎδは、基体である試料１０の誘電損失ｔａｎδに等しい。

図８を参照して、発明者が実行した耐磨耗性試験を説明する。図８は平面磨耗試験方法を示す。図示のように試料台８０１の上に試料８０２を固定し、試料８０２の表面を磨耗子８０３によって擦った。磨耗子８０３には支持体８０５を介して錘８０６が装着されている。磨耗子８０３の先端に加わる力は９．８Ｎである。磨耗子８０３の先端の球面の半径は１０ｍｍであり、その表面には綿帆布（６号）８０４が巻かれている。

磨耗子８０３のストロークは、１００ｍｍであり、移動速度は、毎分５０往復である。試料の表面の皮膜が剥がれ始めたときの磨耗子の往復回数を計測した。皮膜の剥がれは目視による観察によって判断した。本発明による試料１と従来技術による試料４を用意して、磨耗試験を行った。
表３に測定結果を示す。

表３より明らかなように、本発明による試料１は、従来技術による試料４に比べて、耐磨耗性が高いことがわかる。

図９を参照して、発明者が実行した硬さ試験を説明する。図９は鉛筆引っかき試験方法を示す。図示のように試料９０２の表面を芯の長さが約３ｍｍの鉛筆９０３によって引っかいた。鉛筆９０３の傾斜角が約４５度となるように、右手で握り、芯が折れないように、しかし、出来るだけ強く試料９０２の表面に押し付けながら、一定速度にて前方に約１ｃｍ移動した。鉛筆の硬度が高いものから低いものまで使用し、剥離した鉛筆の濃度記号を記録した。濃度記号が９Ｈのものが最も硬く、６Ｂのものが最も柔らかい。
表４に測定結果を示す。

表４より明らかなように、本発明による試料１は、従来技術による試料４に比べて、硬さが高いことがわかる。

本発明によるレーダ装置のビーム経路内にある成形品は耐磨耗性及び硬度が高いため、従来の技術による成形品のように表面に二酸化ケイ素の保護膜を塗布する必要がない利点がある。しかしながら、本発明によると、図１及び図２に示した成形品の表面に更に透明な保護膜を設けてもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。

本発明によるレーダ装置のビーム経路内にある成形品の表面付近の断面構成を示す図である。 本発明によるレーダ装置のビーム経路内にある成形品の表面付近の断面構成を示す図である。 電波特性試験方法を説明するための説明図である。 電波特性試験により得られた各試料の透過損失を示す図である。 電波特性試験の結果より得られた各試料の誘電特性を示す図である。 第２の電波特性試験の結果より得られた各試料の透過損失を示す図である。 第２の電波特性試験の結果より得られた各試料の誘電特性を示す図である。 耐磨耗性試験の方法を示す図である。 硬さ試験の方法を示す図である。 従来の成形品の構成を示す図である。

符号の説明

１０…基体、１１…下塗り層、１２、１３…セラミックス系材料層、１４，１５…セラミックス系材料混合層

Claims (13)

1. 基体と、該基体の外面を覆うセラミックス系材料の層とを有するレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
2. 請求項１記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料の層は、複数の層を含むことを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
3. 請求項１又は２記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料は、窒化物系セラミックス、酸化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、又は、これらの混合物を含むことを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
4. 請求項１から３のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料は、窒化チタン、窒化アルミニウム又はこれらの混合物を含むことを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
5. 請求項１から４のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料は、窒化チタンからなる層と窒化アルミニウムからなる層を含むことを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
6. 請求項１から５のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記基体と上記セラミックス系材料の層の間に、上記セラミックス系材料が発現する色調を引き立たせるための色調の塗料の層が配置されていることを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
7. 請求項１から６のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料の層はスパッタリングによって形成されていることを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
8. 請求項１から７のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料の各層は０．１ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さであることを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
9. 請求項１から８のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記セラミックス系材料の各層は１０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さであることを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
10. 請求項１から９のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記基体は電波透過損失が少ない透明な樹脂によって形成されていることを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
11. 請求項１から１０のいずれか一項記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品において、上記基体は誘電損失が少ない透明な樹脂によって形成されていることを特徴とするレーダ装置のビーム経路内にある成形品。
12. 基体の表面にスパッタリングによって第１のセラミックス系材料の層を形成することを含むレーダ装置のビーム経路内にある成形品の製造方法。
13. 請求項１２記載のレーダ装置のビーム経路内にある成形品の製造方法において、更に、上記第１のセラミックス系材料の層の上にスパッタリングによって第２のセラミックス系材料の層を形成することを含むレーダ装置のビーム経路内にある成形品の製造方法。

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