JP2015159348A - 電波透過性金属材料 - Google Patents

Abstract

【課題】無線通信機器の筐体等に適用可能な電波透過性金属材料を提供する。【解決手段】抵抗率が高く、かつ機械強度にも優れ、電波透過性金属材料として適した準結晶又は近似結晶を主とする結晶構造の合金であって、特に、周波数２ＧＨｚの電波の挿入損失を−３.５ｄＢ／ｍｍ以上０ｄＢ／ｍｍ以下にすることができる合金として、アルミニウムと遷移金属との合金、又は、これに、シリコン、マグネシウム、リチウムの少なくとも一つの元素がさらに含有される。【選択図】図１

Description

本発明は電波透過性金属材料に係り、特に、第三世代もしくは第四世代移動体通信システム（周波数：２〜４ＧＨｚ）の電波を透過できるものとして好適な電波透過性金属材料に関するものである。

従来、携帯電話やタブレットＰＣ、ラップトップＰＣなどの無線通信機器に使用される筐体には通信電波に影響を与えない素材として、主にプラスチック素材が用いられていた。一方、最近では、金属の持つ光沢、質感、高級感、機械強度等の観点からアルミニウムやマグネシウム合金を筺体に使用する例も増加してきている。例えば、筐体を金属から製作したり、プラスチックに金属メッキを施すことが行われている（例えば、特許文献１）。

特開2010-081647号公報

しかしながら、金属は電波を反射する特性を持つため、特許文献１に示すように、無線通信機器の筐体に金属から製作するとしても、電波が出入りする部分にはプラスチックを使用せざるを得なかった。本発明は、無線通信機器の筐体等に適用可能な電波透過性金属材料を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明者が鋭意検討したところ、準結晶又は近似結晶を主とする結晶構造の合金が、抵抗率が高く、かつ、機械強度にも優れているために、電波透過性金属材料として適していることが分かった。特に、周波数２ＧＨｚの電波の透過性を向上させる観点から、周波数２ＧＨｚの電波の挿入損失を−３.５ｄＢ／ｍｍ以上０ｄＢ／ｍｍ以下にできる合金が好ましい。

本発明の合金は、準結晶又は近似結晶を主とする結晶構造であればよく、非晶質部分が結晶構造に一部混在していてもよい。例えば、準結晶単相からなる合金、一部に非晶質部分が存在する、準結晶と非晶質の混相からなる合金は本発明に含まれる。合金の製造条件等によって、同一組成でも、準結晶／近似結晶と非晶質との混晶構造となり得るが、既述の挿入損失の特性を保つ限り問題とはならない。ここで、「主とする」とは、例えば、結晶全体の９０％以上が準結晶又は近似結晶であることを意味する。

周波数２ＧＨｚの電波の挿入損失を−３．５ｄＢ／ｍｍ以上０ｄＢ／ｍｍ以下のための準結晶、又は、近似結晶合金として好適なものにアルミニウム基合金があり、例えば、後述のように、アルミニウムと遷移金属との合金、又は、これに、シリコン、マグネシウム、リチウムの少なくとも一つの元素がさらに含有された合金である。

この合金の例は、Al_100-xTM_xもしくはAl_100-x-yTM_xM_yで表記され得る。ＴＭは遷移金属から選択された少なくとも１種類以上の元素であり、ＭはＳｉ,Ｍｇ,Ｌｉから選択される少なくとも１種類の元素であり、かつ、２０≦ｘ≦３５、１≦ｙ≦１０、ｘ＋ｙ≦５０である。

本発明の準結晶合金としては、例えば、Al_70.5Pd₂₁Re_8.5、Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅、Al₈₆Mn₁₄、Al₇₄Mn₂₀Si₆、Al₆₅Ru₁₅Cu₂₀、Al₇₂Pd₂₀Mn₈、Al₇₂Co₈Ni₂₀、Al₇₂Ni₂₄Fe₄、Al₇₂Pd₁₈Cr₁₀、Al₃Pd、Al₁₇Zn₃₇Mg₄₆、Al₆₀Li₃₀Cu₁₀があり、電波透過性を構造させる観点から、最初の二つのものが好適である。さらに、近似結晶の合金として、Al₅₃Cu_25.5Fe_12.5Si₉がある。

準結晶は、構成元素の種類に応じて、正２０面体、正十角形等の対称構造を有するが、高抵抗率であって低挿入損失を発揮させるために、正２０面体の対称構造の準結晶であることが好ましい。本発明の電波透過性金属材料はバルクもしくは薄膜の形態で提供される。バルクは、携帯電話、ノートパソコン、タブレットＰＣ、電波を発するスマート家電（テレビ、エアコン、洗濯機、冷蔵庫）等の通信機器用の筐体用材料として提供され、薄膜は被覆材として提供される。

本発明に係る電波透過性金属材料によれば、プラスチック等を利用しなくても、無線通信機器の金属筐体を形成することができる。

図１は実施例１の合金についてのＸ線回析パターンである。 図２は実施例２の合金についてのＸ線回析パターンである。 図３は実施例３の合金についてのＸ線回析パターンである。

次に、本発明の実施形態について説明する。後述の表１に示す各準結晶/近似結晶の合金材料を次のようにして作製した。各原子比で秤量した原料金属を、Ａｒ雰囲気中でアーク溶解炉を用いて溶解し母合金を作製した。作製した母合金を真空中(１０^-3Ｐａ以下)ないしはＡｒガス中で６５０〜９５０℃の温度で１２〜４８時間の熱処理を行ってバルク体を得た。

また、各原子比で混合された原料金属を高周波溶解炉により溶解し、ターゲット材料を作製する。チャンバーの真空度が１０^-4Ｐａ以下に保たれた蒸着もしくはスパッタ装置を用いてターゲット材および基板を配置する。ここでターゲット材と基板の距離は例えば２．５ｃｍとし、基板温度は２０〜４００℃とする。任意の膜厚を体積した後、基板を真空もしくはＡｒガス中で４００℃で４時間の熱処理を行い薄膜を得た。

さらに、アーク溶解で母合金を作製した後、単ロール法などによる液体急冷凝固装置を用いて急冷薄帯を次のようにして作製した。母合金を石英ノズルに投入し、Ａｒ雰囲気中で高周波加熱により母合金を溶融する。溶融金属を所定の速度（１０〜５０ｍ／ｓ）で回転する銅ロール上にＡｒガス圧を加えて噴射し急冷薄帯（厚さ２０μｍ）を得た。

得られたバルク体、薄膜、薄帯のそれぞれについて、ボールミル等を用いで粉砕した後、トロイダル形状にプレス成型しネットワークアナライザを用いて挿入損失を測定した。結果を表１に示す。実施例１〜３の合金はバルクとして作成され、実施例４の合金は薄帯として作成された。バルク、薄帯、薄膜は夫々作製方法が異なるので挿入損失は異なる。なお、比較例として、アルミニウム結晶の結果を示す。実施例１〜４の挿入損失は比較例１のそれに比べ低いことが分かった。

次に、実施例１〜３の合金素材について、Ｘ線回折（Ｃｕ Ｋα線源）を測定した。図１は実施例１の合金についてのＸ線回析パターンであり、図２は実施例２の合金についてのＸ線回析パターンであり、図３は実施例３の合金についてのＸ線回析パターンである。正２０面体構造の格子パターンは６方向のベクトルを用いて指定することで決定され得る。Ａｌ-Ｃｕ-Ｆｅ合金を６方向のベクトルで指数付したものが図１、２である。すべての回折ピークが正２０面体構造で示される指数と一致していることから、図１、２によって、正２０面体の準結晶構造が確認できた。また、図３のＸ線のピークはAl₅₃Cu_25.5Fe_12.5Si₉合金の単相のピークを示している。近似結晶は準結晶に酷似しているため正２０面体準結晶と同様の指数付が可能である。Al₅₃Cu_25.5Fe_12.5Si₉が近似結晶であることは報告されている（参考文献：V. Simonet et al., Phys. Rev. B72, 024214 (2005)）。なお、準結晶又は近似結晶にアモルファス相が増えると、Ｘ線のピークがブロードになることによって、準結晶又は近似結晶、そしてアモルファス相の混晶を確認することができる。

Claims (9)

1. 準結晶又は近似結晶を主とする結晶構造の合金からなる電波透過性金属材料。
2. 前記合金は、周波数２ＧＨｚの電波の挿入損失を−３.５ｄＢ／ｍｍ以上０ｄＢ／ｍｍ以下とする結晶構造を有する請求項１記載の電波透過性金属材料。
3. 前記合金はアルミニウム基合金である請求項１又は２記載の電波透過性金属材料。
4. 前記アルミニウム基合金は、アルミニウムと遷移金属との合金、又は、これに、シリコン、マグネシウム、リチウムの少なくとも一つの元素がさらに含有された合金である、請求項３記載の電波透過性金属材料。
5. 前記アルミニウム基合金は、
   Al_100-xTM_x、又は、Al_100-x-yTM_xM_y
   （ＴＭは遷移金属から選択される少なくとも１種類以上の元素であり、ＭはＳｉ,Ｍｇ,Ｌｉから選択される少なくとも１種類の元素であり、２０≦ｘ≦３５、１≦ｙ≦１０、ｘ＋ｙ≦５０である。）
   で表わせられる原子組成を有する準結晶又は近似結晶からなる請求項４記載の電波透過性金属材料。
6. 前記アルミニウム基合金が、Al_70.5Pd₂₁Re_8.5、又は、Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅の準結晶からなる請求項５記載の電波透過性金属材料。
7. 前記アルミニウム基合金は、Al₅₅Cu_22.5Fe_12.5Si₁₉の近似結晶からなる請求項４記載の電波透過性金属材料。
8. 前記準結晶が正２０面体構造からなる請求項１〜５の何れか１項記載の電波透過性金属材料。
9. 請求項１〜８の何れか１項記載の電波透過性金属材料から形成された通信機器用筐体。