JP2011025634A

JP2011025634A - 電磁波透過性加飾部品

Info

Publication number: JP2011025634A
Application number: JP2009176363A
Authority: JP
Inventors: Masao Izumo; 正雄出雲; Masaru Imaizumi; 賢今泉; Mizuki Ogawa; 瑞樹小川; Hiroshi Onishi; 寛大西
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】従来の電磁波透過性加飾部品においては、装飾部が金属色に見えるよう絶縁部の全面に導電材料が形成されているが、導電材料の内部には電流が流れるため装飾部に照射される電磁波が損失を生じ、十分なアンテナ特性が得られないという問題があった。
【解決手段】部品１の表面に、膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧｅ層２を形成した構成とすることで、電磁波を遮蔽することなく、特にクリアな金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品が低コストで実現可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、電磁波を送受信する電子機器の筐体などに使用される電磁波透過性加飾部品に関するものである。

従来の電磁波透過性加飾部品においては、絶縁材料に導電材料の粒子が互いに接触しないように蒸着することにより金属光沢を得ていた（例えば、特許文献１）。

特開２００１−２６０７１号公報

電磁波を送受信する装置においては、電磁波を遮蔽することなくアンテナの性能を十分に確保するために、金属部品の適用が制限されていた。一方、装置のデザイン性を高めるために、金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品が求められていた。前記特許文献１は絶縁材料に導電材料の粒子が互いに接触しないように蒸着することにより装飾部にて金属光沢を得ていた。しかしながら、従来の電磁波透過性加飾部品においては、装飾部が金属色に見えるよう絶縁部の全面に導電材料が形成されているが、導電材料の内部には電流が流れるため装飾部に照射される電磁波が損失を生じ、十分なアンテナ特性が得られないという問題があった。

この発明は、前述のような問題を解決するためになされたもので、電磁波を遮蔽することなく、クリアな金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品を得ることを目的とするものである。

この発明に係る電磁波透過性加飾部品は、部品の表面に、膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧｅ層を形成したものである。

この発明によれば、部品の表面に、膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧｅ層を形成したため、電磁波を遮蔽することなく、特にクリアな金属光沢を呈する電磁波透過性加飾部品が実現可能となる。

本発明の実施の形態１に係わる電磁波透過性加飾部品を示す断面図である。Ｇｅの反射率特性を説明する図である。Ｇｅの反射率特性を説明する図である。Ｇｅの反射率特性を説明する図である。従来の電磁波透過性加飾部品を説明する断面図である。電磁波の透過損を検討するための計算モデルを説明する図である。電磁波の透過損を計算した結果を説明する図である。本発明の実施の形態２に係わる電磁波透過性加飾部品を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係わる電磁波透過性加飾部品を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係わる電磁波透過性部品２０を示す断面図で、カーナビゲーション筐体の意匠を構成する部品である。部品１の上に物理膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧｅ層２が設けられている。部品１を構成する材料は、例えば、ＴｉＮのような非透光性セラミックス部品、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ樹脂）、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、ＰＣ樹脂とＡＢＳ樹脂のポリマーアロイ（ＰＣ＋ＡＢＳ樹脂）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ樹脂）、ポリアミド樹脂（ＰＡ樹脂）などの樹脂、またはガラス繊維などのフィラーを配合した樹脂などの絶縁体かつ電波透過性を有するものである。
Ｇｅ層２は、例えば、真空蒸着にて形成することができる。形成方法の一例を挙げる。真空蒸着装置の所定位置に部品１を設置し、蒸着材料として粒状のＧｅをＣ（カーボン）製のルツボに設置する。真空蒸着装置を真空排気し、所定の真空度に到達したら電子銃にて加熱を行い、Ｇｅを蒸発させ、部品１上に堆積させＧｅ層２を形成する。また、上記真空蒸着に際し、イオンガンやアンテナ式ボンバード装置を用いて、部品１の表面をＡｒイオンやＯ２イオン等にて照射すると、Ｇｅ層２の膜密着性が向上し、好ましい。ここで、アンテナ式ボンバード装置とは蒸着室に円形コイルを設け、これを電極としてチャンバー全体にプラズマを生成させる装置を言う。

図２は基板をガラスとした場合のＧｅの反射率特性を示す光学シミュレーション図で、特性曲線１１〜１９は各々Ｇｅ膜厚１ｎｍ、３ｎｍ、５ｎｍ、１０ｎｍ、１０００ｎｍ、４００ｎｍ、１００ｎｍ、２０ｎｍ、４０ｎｍの特性を示している。１０００ｎｍと４００ｎｍの反射率を示す特性曲線１５，１６はほとんど重なっている。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。発明者らの調査によれば、Ｇｅ膜厚が５ｎｍ程度から弱い金属光沢を呈し始め、１０ｎｍではっきりとした金属光沢を呈するようになる。

図３は基板をガラスとした場合のＧｅの反射率特性を示す光学シミュレーション図で、特性曲線２１〜２５は各々Ｇｅ膜厚１０ｎｍ、２０．６１ｎｍ、２４．６１ｎｍ、２８．６１ｎｍ、３２．６１ｎｍの特性を示している。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。図３より、光学シミュレーションにおいてはＧｅ膜厚が３２．６１ｎｍより薄くなると、反射率はほぼ一律かつ均等に低下することになる。

図４は基板をガラスとした場合のＧｅの反射率特性を示す図で、特性曲線３１〜３５は各々Ｇｅ膜厚２０．６１ｎｍ（実測）、２４．６１ｎｍ（実測）、２８．６１ｎｍ（実測），３２．６１ｎｍ（実測），３２．６１ｎｍ（光学シミュレーション）の特性を示している。ここで言う「実測」は、真空蒸着装置を用いてガラス基板上に実際に膜形成したものをＵＶ／可視分光光度計にて反射率測定を行った場合を意味している。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）である。

図４より、試作したＧｅ膜においては膜厚が３２．６１ｎｍの時、光学シミュレーション値と実測値は比較的近い値を示しているが、Ｇｅ膜厚が３２．６１ｎｍよりも薄くなると、図３の光学シミュレーションで示されたような、均一な反射率低下ではなく、可視域での反射スペクトルの傾きが小さくなる（フラットな特性となる）傾向を示すことが判明した。図４から分かるように、波長約６５０ｎｍ近傍で各データはクロスしており、３８０ｎｍ〜７８０ｎｍでのトータルの反射で見る限り、むしろＧｅ膜厚が３２．６１ｎｍよりも薄い方が、反射率が高くなっていることが見て取れる。その上、反射スペクトルの傾きが小さくなることからよりクリアな金属光沢が得られていることが分かる。これは、試作品の外観とよく一致しており、Ｇｅ膜厚が３２．６１ｎｍの場合、若干赤茶色っぽい印象を受ける。
一方、Ｇｅ膜厚が３０ｎｍ以下のサンプル３つ（Ｇｅ膜厚２８．６１ｎｍ、２４．６１ｎｍ、２０．６１ｎｍの場合）については色のないクリアな金属光沢を呈していた。発明者らの調査により、この傾向はＧｅ膜厚が１０ｎｍ程度まで続き、それ以下の膜厚になると反射率自体が約４０％以下となり下地基板の影響が認められるようになる。
ガラス基板においては裏面からの透過光の影響が大きくなり、金属光沢のクリアさが消失することが判明した。
以上述べた通り、本発明の実施の形態１によれば、部品上に物理膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍの非常に薄いＧｅ層を形成した場合に、特にクリアな金属光沢を有する電磁波透過性加飾部品が実現される。

次に、Ｇｅ層を用いた加飾のメリットにつき説明する。すなわち、従来、部品の加飾は、部品表面にＡｌやＳｎのような金属材料を形成することにより行われてきた。その理由は、金属膜の場合、上記Ｇｅにて説明したように、膜厚の増加と共に透過率が低下し金属光沢を呈する特性を有しているため、加飾の際の膜厚制御が容易となるからである。しかしながら、これら加飾部品をアンテナ装置の筐体として使用する場合には以下のような問題が生ずる。
すなわち、近年のアンテナ装置の筐体はデザイン性を重視することから、携帯電話と基地局との間で電波を送受信するためのアンテナが筐体の内部に配置されていることが多く、金属膜を形成した加飾部品は使用が制限され、筐体外観のデザイン面で制約となっていた。最近、この問題を解消するために、これら金属膜を島状に形成する、いわゆる、不連続蒸着技術が開発され、実用化されてきている。

図５は従来のアンテナ装置における装飾部を表わす断面図であり、４０は装飾部、４１は絶縁部、４２は導電材料の粒子を表わす。従来のアンテナ装置における装飾部４０においては、導電材料４２は粒子状で接続しないように形成されているため、一部電波は装飾部４０を透過することになる。
しかしながら、装飾部４０が金属色に見えるよう絶縁部４１の全面に導電材料４２が形成されており、導電材料４２の内部には電流が流れるため装飾部４０に照射される電磁波が損失を生じ、十分なアンテナ特性が得られないという問題があった。
また、一般的には、蒸着物質が不連続となるのは、〜数１０Å以下程度の極薄膜においてであり、通常、１００Åを超えるような膜厚においてはこれら島が接触してしまうことから、アンテナ特性が損なわれるようになる。従って、一般的には、前述の不連続蒸着には厚みの制限が存在する。膜厚に制限が存在すると、アンテナ装置の筐体のような矩形部材、曲面を有する部材の全面に均一に膜形成することが困難で、歩留まりの低下に繋がる。この他、レーザや露光技術を用いて金属膜にパターン形成し不連続を実現する方法も考えられるが、コストが上昇するため、適用範囲は制限される。

本発明に係わる電磁波透過性加飾部品はこのような問題を解決することを目的として開発されたものである。すなわち、従来の導電材料に変えてＧｅ膜を用いるため、加飾部品が電磁波の透過を遮断することがなく、アンテナ装置の筐体として、金属光沢を確保した上で所定のアンテナ特性を容易に確保することができる。また、従来の不連続蒸着に比して、Ｇｅ膜の膜厚の制限が厳しくないため製造が容易で製造コストが低減されるという利点がある。

金属膜、半導体膜と電磁波との透過、遮蔽の関係は概ね以下のように理解することができる。すなわち、携帯電話にて使用される電磁波はセンチ波、極超短波と呼ばれ、波長範囲で言うと概ね１ｍｍ〜１ｍ程度である。金属膜の場合、これら電磁波が照射されると、自由電子がバリアを作り（分極作用）、膜中への進入を防ぐ。そのため、電磁波は金属膜により反射されることになる。一方、半導体膜の場合、金属膜のような自由電子を持たないため、金属膜にて生じる分極作用が生じることはない。半導体においては、例えば、Ｓｉが約１．１ｅＶ（波長１１２７ｎｍの電磁波が持つエネルギーに相当）、Ｇｅが約０．７ｅＶ（波長１８５０ｎｍの電磁波が持つエネルギーに相当）のバンドギャップを有し、バンドギャップに相当する波長より長い波長の電磁波は吸収されることがないため、これら半導体を表面に形成しても、アンテナ装置にて使用される電磁波は筐体を透過することが可能となる。

図７は電磁波を十分に透過させるために必要な半導体に求められる導電率について検討した結果である。図６に示した１次元の計算モデルに基づき、左方からの平面波が半導体層（誘電率εr、導電率σ）に垂直に入射した場合の透過損Ｔを算出した。ただし半導体
層の厚さは１００ｎｍとした。
なお、誘電率εrは１、１６、５０の場合について求めたが、透過損Ｔに対してほとんど
影響しない。透過損Ｔの大きさについては、例えば、携帯電話の場合、透過損Ｔのしきい値が−０．１ｄＢ以下であれば、アンテナ装置としての機能を満足するとされている。そこで、電磁波を十分に透過し、アンテナ装置としての機能を満足する透過損Ｔのしきい値を−０．１ｄＢ以下とすると、半導体に求められる導電率は１０^３Ｓ／ｍ以下であることが分かる。本実施の形態１で説明したＧｅまたはＳｉの導電率はそれぞれ２．１Ｓ／ｍ（ａｔ３００Ｋ）、３．１６×１０^−４Ｓ／ｍ（ａｔ３００Ｋ）であり、いずれも１０^３Ｓ／ｍよりはるかに低い。

なお、上記実施の形態１においては部品１を構成する材料として樹脂の一例を挙げたが、部品１は上記に挙げた樹脂に限らず、その他の熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂、さらにはガラスやセラミックスなどの他の絶縁体でも特に問題はなく、同様の効果を奏することはいうまでもない。
また、Ｇｅ層２の成膜方法として真空蒸着法を用いた方法につき説明したが、Ｇｅ層２の製法としてはこれに限られることはなく、部品表面に熱的損傷を与えない方法であればいずれの方法でも良く、スパッタ法、イオンプレーティング法などの物理的方法や、ＣＶＤ法、メッキ法などの化学的方法を用いることも可能であることは言うまでもない。
さらに、上記実施の形態においてはＧｅ層２が単層である場合について説明したが、電磁波を遮断しない範囲であれば、Ｇｅ層２は積層体でも良く、例えば、ＳｉとＧｅの多層構造とする場合や、ＳｉとＧｅを同時蒸着する場合等が挙げられる。
さらに、上記実施の形態においては、アンテナ装置の筐体への適用例を示したが、例えばカメラ、携帯用音楽再生機、携帯用ゲーム機、携帯用の通信機、ラジオ、テレビ、ノート型パソコン、ノート型ワープロ、ビデオカメラ、電子手帳、各種の赤外線式または無線式リモートコントローラ、電卓、自動車用電子制御機器など、各種電磁波を送受信する電子機器に適用することが可能であることは言うまでもない。
Ｇｅ層は電磁波のみならず、近赤外〜遠赤外光を透過する特性を有するため、例えば、赤外線センサーを利用する機器の筐体としても同様の効果を奏することは言うまでもない。

以上のように本発明の実施の形態１によれば、部品１の表面に、膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧｅ層２を形成することで、電磁波を遮断することなくデザイン性を高めることが可能な電磁波透過性加飾部品が低コストで実現される。

実施の形態２．
図８は本発明の実施の形態２に係わる電磁波透過性部品２０を示す断面図で、部品１の上に透明体層３が設けられ、その上にＧｅ層２が設けられている。
光学膜の設計においては通常、ベースとなる基板を規定して計算させる必要があり、本発明においてはガラス基板を用いている。ガラス基板は光学業界において最も一般的に用いられるものであるため、その光学特性（屈折率、吸収係数）は詳細に知られており、非常に扱いやすいものである。一方、非透光性セラミックス材料や樹脂材料の場合、通常は顔料等によって着色され、その光学特性は一定しておらず、光学材料として扱うのはガラス基板に比して困難である。そのため、一部のセラミックス基板や樹脂基板については特異的な反射スペクトルを有していることからガラス基板をベースとした光学シミュレーションで得られた反射特性が得られない場合が生じる。
本発明はそのような問題を解決するためになされたもので、非透光性セラミックス材料表面や樹脂材料表面に、屈折率が安定している透明体層３を設け、下地基板の光学特性の影響を低減し、光学シミュレーションで得られた反射特性を再現性良く実現できる電波透過型加飾樹脂基板を実現するものである。

以上のように本発明の実施の形態２によれば、基板１の表面とＧｅ層２の間に透明体層３を設けた構成とすることで、実施の形態１の効果に加え、電磁波を遮断することなくデザイン性を高めることが可能な電磁波透過性加飾部品が容易に実現される。

実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３に係わる電磁波透過性部品２０を示す断面図で、部品１の上に下地層４が設けられ、その上に透明体層３が設けられている。透明体層３の上にはＧｅ層２が設けられている。Ｇｅ層２の上には中間層５が設けられ、さらに保護層６が設けられＧｅ層２を保護している。下地層４が設けられたのは、部品１と透明体層３との密着性を向上させるためである。下地層４は、特に、部品１が樹脂の場合に効果が大きく、通常、アンダーコートと呼ばれ、各種樹脂材料を用いることができる。中間層５はミドルコートとも呼ばれ、Ｇｅ層２と保護層６との密着性を向上させるとともに、顔料を添加することで、外観を変化させることを目的としたものである。中間層５には透過性の各種樹脂を用いることができる。保護層６はオーバーコートまたはハードコートとも呼ばれ、比較的高い硬度を有した電波透過性の材料が用いられる。保護層６を形成することで、Ｇｅ層２の磨耗等が抑制され電磁波透過性加飾部品の耐久性が向上する。他の構成は実施の形態１にて示した場合と同じである。

いじょうのように本発明の実施の形態３によれば、部品１の表面と透明体層３の間に下地層４を設け、Ｇｅ層２の上に中間層５を設け、この中間層５の上に保護層６を設けた構成とすることで、実施の形態２に示した効果に加え、密着性、耐久性が向上するとともに、デザイン性に優れた電磁波透過性加飾部品が実現される。

１部品、２Ｇｅ層、３透明体層、４下地層、５中間層、６保護層、４０装飾部、４１絶縁部、４２導電材料

Claims

部品の表面に、膜厚が１０ｎｍ〜３０ｎｍのＧｅ層を形成したことを特徴とする電磁波透過性加飾部品。
前記部品の表面と前記Ｇｅ層の間に透明体層を設けたことを特徴とする請求項１記載の電磁波透過性加飾部品。
前記部品の表面と前記透明体層の間に下地層を設け、前記Ｇｅ層の上に中間層を設け、この中間層の上に保護層を設けたことを特徴とする請求項１または２記載の電磁波透過性加飾部品。