JP2016088842A

JP2016088842A - 通信機器外装部品およびこれを備えてなる通信機器

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Publication number: JP2016088842A
Application number: JP2015213066A
Authority: JP
Inventors: 源通　拓哉; Takuya Gendoshi; 拓哉源通; 三垣　俊二; Shunji Migaki; 俊二三垣; 一平三輪; Ippei Miwa
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-29
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】機械的特性に優れているとともに、電波透過特性に優れた通信機器外装部品およびこれを備えてなる通信機器の提供。
【解決手段】部分安定化ジルコニアおよびアルミナを含むセラミックスからなり、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値との合計が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち８０質量％以上であり、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０の通信機器外装部品である。
【選択図】なし

Description

本発明は、通信機器外装部品およびこれを備えてなる通信機器に関するものである。

ノートパソコンや携帯電話、デシタルカメラ、テレビ、時計に代表されるような３００ＭＨｚ以上６ＧＨｚ以下の電波を利用した無線通信を行なう通信機器のケース等の外装部品には、多色化、軽量化、複雑な形状を一体的に成形できる成形性等の観点から、ポリカーボネイト樹脂やＡＢＳ樹脂などが用いられている。

そして、近年においては、高い強度をはじめ、傷つきにくさなどの優れた機械的特性を有しており、高級感溢れる装飾性の高さから、通信機器の外装部品にセラミックスの使用が検討され、白色やピンク色などを呈するジルコニア質焼結体が提案されている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特許第５１９７６３４号公報特許第５５１１６６１号公報

今般における通信機器の外装部品には、機械的特性に優れているのみならず、良好な無線通信が行なえるように、電波透過特性に優れていることが求められている。

本発明は、上記要求を解決すべく案出されたものであり、機械的特性に優れているとともに、電波透過特性に優れた通信機器外装部品およびこれを備えてなる通信機器を提供することを目的とする。

本発明の通信機器外装部品は、部分安定化ジルコニアおよびアルミナを含むセラミックスからなる通信機器外装部品であって、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値との合計が、前記セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち８０質量％以上であり、前記ＺｒＯ_２換算値と前記Ａｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０であることを特徴とするものである。

本発明の通信機器は、上記構成の通信機器外装部品を備えてなることを特徴とするものである。

本発明の通信機器外装部品によれば、機械的特性に優れているとともに、電波透過特性に優れている。

本発明の通信機器によれば、良好な無線通信を行なうことができるとともに、優れた機械的特性により、長期にわたって使用することができる。

以下、本実施形態の通信機器外装部品の一例について説明する。

本実施形態の通信機器外装部品は、部分安定化ジルコニアおよびアルミナを含むセラミックスからなり、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値との合計が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち８０質量％以上であり、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０である。

ここで、部分安定化ジルコニアとは、相変態を完全に抑制した完全安定化ジルコニアよりも、安定化剤の量を減らしてわずかに相変態出来るようにしたものであり、安定化剤としては、例えば、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化ディスプロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等が挙げられる。そして、部分安定化ジルコニアは、破壊の原因となる亀裂の伝搬を、正方晶から単斜晶への相変態により阻害し、亀裂先端の応力集中を緩和することができるものであり、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比で、ＺｒＯ_２換算値が５０以上であることから、本実施形態の通信機器外装部品は優れた機械的特性を有する。

また、本実施形態の通信機器外装部品は、ＺｒのＺｒＯ_２換算値と、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値の合計が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち８０質量％以上であり、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０であることにより、電波透過特性に優れる。

このように、優れた電波透過特性を有するのは、比誘電率および誘電損失の低いアルミナを上述した範囲で含むことによって、セラミックスの比誘電率および誘電損失が低くなり、また、セラミックスを通過する電波が、導電率の異なる部分安定化ジルコニアとアルミナの界面において反射する機会が少ないことによる。

なお、部分安定化ジルコニアは、蛍光Ｘ線回折装置（ＸＲＦ）、ＩＣＰ発光分光分析装置（ＩＣＰ）、エネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＥＤＳ）等を用いての定性分析において、ジルコニア結晶の安定化剤としての作用を為す上述した成分を構成する元素（Ｙ，Ｃｅ，Ｄｙ，Ｍｇ，Ｃａの少なくともいずれか）が確認されるものである。また、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いての測定により得られたチャートにおいて、正方晶ジルコニア相および／または立方晶ジルコニア相と、単斜晶ジルコニア相の存在が確認され、単斜晶ジルコニア相のピークが、正方晶ジルコニア相および／または立方晶ジルコニア相のピークよりも低いものである。

また、部分安定化ジルコニアは、安定化剤成分がジルコニア結晶に固溶しているものであるため、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）による面分析から得られたカラーマッピングにおいては、ジルコニウムの存在が確認できる位置に、安定化剤成分を構成する元素（Ｙ，Ｃｅ，Ｄｙ，Ｍｇ，Ｃａの少なくともいずれか）と酸素とが確認されるものである。

また、アルミナの存在は、ＸＲＤを用いて得られた結果を、ＪＣＰＤＳカードを照合することによって確認することができる。

さらに、ＺｒのＺｒＯ_２換算値およびＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値は、ＸＲＦやＩＣＰを用いて、ＺｒおよびＡｌの含有量を求め、ＺｒＯ_２およびＡｌ_２Ｏ_３に換算すればよい。

そして、電波透過特性については、まず、市販されているＧＳＭ（登録商標）（Global
System for Mobile communications）およびＬＴＥ（Long Term Evolution）対応携帯端末機を用意し、メインアンテナが確認できるように外装部品を取り外す。次に、メインアンテナを覆うように試料を配置してテープ等で固定することにより、電波透過特性測定試
料とする。その後、全放射電力（TRP:Total Radiated Power、以下、単にＴＲＰと記載する。）を測定する。測定波長としては、例えば、８００ＭＨｚや１９００ＭＨｚであり、電波透過特性に優れているとは、測定波長におけるＴＲＰの値が大きいということである。

また、本実施形態の通信機器外装部品は、セラミックスが顔料成分を含む、すなわち、セラミックスの形成において含有成分を含ませることによって、多彩な色合いのセラミックスとすることができ、需要者に高級感に加えて高い美的満足感を与えることができる。

ここで、顔料成分としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）および希土類元素（例えば、エルビウム（Ｅｒ）、ユーロピウム（Ｅｕ）、ホルミウム（Ｈｏ））の酸化物から選択される１種類以上である。

例えば、黒色を呈するセラミックスを得るには、鉄、クロム、コバルトおよびチタンの酸化物を選択すればよい。また、ピンク色系を呈するセラミックスを得るには、エルビウムの酸化物、ユーロピウムの酸化物、ホルミウムの酸化物のいずれかを用いればよい。

本実施形態の通信機器外装部品においては、セラミックスにおける平均結晶粒径が０．２５μｍ以上であることが好適である。このような構成を満たしているときには、結晶粒子同士の界面（粒界）が少なく、界面における電波の反射が少なくなるため、さらに優れた電波透過特性を有するものとなる。特に、アルミナの平均結晶粒径が０．５６μｍ以上であることが好適である。なお、平均結晶粒径とは、セラミックス中に含まれる結晶すべてを対象とするものであるため、ジルコニア結晶およびアルミナ結晶を含むものである。

また、本実施形態の通信機器外装部品においては、気孔の面積占有率が１．５％以下であることが好適である。このような構成を満たしている、すなわち、気孔が少ないときには、気孔の存在に起因する電波の反射が少なくなるため、さらに優れた電波透過特性を有するものとなる。なお、ここでいう気孔の面積占有率とは、円相当径０．８μｍ以上の気孔について見たときの値であり、測定方法については以下において詳細に説明する。

また、本実施形態の通信機器外装部品においては、気孔の平均重心間距離が３５μｍ以上であることが好適である。このような構成を満たしている、すなわち、存在する気孔の距離が遠いときには、気孔の存在に起因する電波の反射が少なくなるため、さらに優れた電波透過特性を有するものとなる。

ここで、セラミックスの平均結晶粒径、気孔の面積占有率および気孔の平均重心間距離の求め方としては、まず、セラミックスを表面から１０μｍの深さまで鏡面加工した面を測定面とする。

次に、セラミックスの平均結晶粒径については、金属顕微鏡または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、５０００〜１００００倍の倍率で反射電子像を撮影し、得られた写真の任意の場所に３本の直線を引き、直線が横切った結晶粒子の数とその各々の結晶の合計の長さを測定して、各々の結晶の合計長さを各々の結晶の数で除する直線横断法により求めることができる。

または、得られた写真から結晶の輪郭をトレースし、トレースした写真を画像解析ソフト（「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製））を用いて、平均結晶粒径を求めてもよい。

また、気孔の面積占有率および気孔の平均重心間距離の測定については、金属顕微鏡を用いて１００倍の倍率で撮影した画像（例えば、面積が４．０×１０^５μｍ^２）を画像解析ソフトを用いて解析すればよい。

具体的には、画像解析ソフト「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用いて、解析時の設定条件として、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、小図形除去面積を０．８μｍ、画像の明暗を示す指標であるしきい値を８０〜１４０とすればよい。なお、気孔の面積占有率については粒子解析法で解析することにより求めることができ、気孔の平均重心間距離については重心間距離法で解析することにより求めることができる。

そして、本実施形態の通信機器外装部品は、機械的特性および電波透過特性に優れていることから、ノートパソコンや携帯電話、デシタルカメラ、テレビ、時計などで無線通信を行なう箇所の外装部品としてとして好適に用いることができる。このような用途における本実施形態の通信機器外装部品の厚みは、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。

また、本実施形態の通信機器は、アンテナ等を外装する部品として、本実施形態の通信機器外装部品を備えてなるものであることから、良好な無線通信を行なうことができるとともに、優れた機械的特性により、長期にわたって使用することができる。

次に、本実施形態の通信機器外装部品の製造方法の一例を説明する。

まず、主原料として部分安定化ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を用意する。ここで部分安定化ジルコニア粉末とは、酸化イットリウム、酸化セリウム、酸化ディスプロシウム、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウムから選ばれる少なくとも１種の安定化剤を加えて共沈法により生成されたものであり、ジルコニアが８５〜９９．５ｍｏｌ％で、安定化剤成分が０．５〜１５ｍｏｌ％とからなるものである。なお、この部分安定化ジルコニア粉末には、酸化ハフニウムを２質量％程度含むものであってもよい。

そして、部分安定化ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を所望量秤量する。なお、秤量においては、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、ＺｒをＺｒＯ_２換算、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算した値の合計が８０質量％以上となるように秤量するとともに、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０の範囲を満たすように秤量する。また、顔料成分を含むものとするには、鉄、コバルト、クロム、チタン、銅、亜鉛、ニッケル、マンガンおよび希土類元素の酸化物の粉末を添加すればよい。

次に、秤量した各粉末と溶媒である水とを振動ミルやボールミル等に入れて混合粉砕する。次に、混合粉砕したスラリーに結合剤としてパラフィンワックスを所定量添加し、噴霧乾燥装置を用いて、噴霧・乾燥させることにより、造粒された顆粒を得る。そして、この顆粒を用いて、乾式加圧成形法、冷間静水圧加圧成形法等により成形した後、切削加工により成形体を得る。または、製品形状に近似した成形体を得るには、主原料等の粉末、溶媒、バインダ等を添加したスラリーを用いて、鋳込成形法や射出成形法により成形体を得てもよい。

そして、得られた成形体を必要に応じて脱脂した後、大気雰囲気中にて１３５０℃以上１６００℃以下の温度で焼成することにより、本実施形態の通信機器外装部品を得ることができる。

なお、焼成後において、研削加工を施したり、バレルによる鏡面研磨を施したり、平均粒径１μｍ以下の小さいダイヤモンドペーストを錫製のラップ盤に供給してラップ加工を
施してもよい。

そして、平均結晶粒径を０．２５μｍ以上とするには、例えば、主原料である部分安定化ジルコニア粉末の平均粒径を０．２μｍ以上０．７μｍ以下、アルミナ粉末の平均粒径を０．１μｍ以上０．７μｍ以下とし、焼成温度を１４００℃以上で焼成すればよい。

また、気孔の面積占有率を１．５％以下とするには、例えば、乾式加圧成形法であれば７８ＭＰａ以上の成形圧で成形すればよい。

さらに、気孔の平均重心間距離を３５μｍ以上とするには、スラリーに対し分散剤を０．１質量部〜０．５重量部の範囲で添加すればよく、このようにして原料粉末が均一に分散され、焼結後に気孔が分散しやすくなる。

以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

まず、主原料として、共沈法により生成された、ジルコニアが９７ｍｏｌ％で、安定化剤成分である酸化イットリウムが３ｍｏｌ％の部分安定化ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を用意した。なお、部分安定化ジルコニア粉末としては平均粒径が０．５μｍ、アルミナ粉末としては平均粒径が０．５μｍのものを用いた。

次に、セラミックスにおける、ＺｒをＺｒＯ_２換算したＺｒＯ_２換算値と、ＡｌをＡｌ_２Ｏ_３換算したＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が表１の示す値となるように、部分安定化ジルコニア粉末およびアルミナ粉末を秤量し、秤量した各粉末と溶媒である水とを振動ミルやボールミル等に入れて混合粉砕した。

なお、試料Ｎｏ．６〜８については、黒色を呈するセラミックスとするために、部分安定化ジルコニア粉末およびアルミナ粉末以外に、顔料成分粉末として、酸化鉄粉末、酸化クロム粉末、酸化コバルト粉末、酸化チタン粉末を用意し、酸化鉄：酸化クロム：酸化コバルト：酸化チタンの質量比が、３０：７：５５：８であり、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値の合計が表１に示す質量となるように秤量し、部分安定化ジルコニア粉末、アルミナ粉末および溶媒である水とを振動ミルやボールミル等に入れて混合粉砕した。

次に、混合粉砕したスラリーに、分散剤を０．０５質量部、結合剤としてパラフィンワックスを所定量添加し、噴霧乾燥装置を用いて、噴霧・乾燥させることにより、造粒された顆粒を得た。そして、この顆粒を用いて９８ＭＰａの圧力で成形（乾式加圧成形法）することにより成形体を得た後、大気雰囲気中において１５５０℃の温度で焼成した。

次に、得られた焼結体を、ラップ研磨することにより、寸法が、８０ｍｍ×４０ｍｍ×０．６ｍｍの試料を得た。

そして、市販されているＧＳＭ（登録商標）およびＬＴＥ対応携帯端末機（京セラ（株）製：Ｇ８１）を用意し、メインアンテナが確認できるようにポリカーボネイトからなる外装部品を取り外した後、メインアンテナを覆うように試料を配置してテープ等で固定することにより、電波透過特性測定試料とした。８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚにおけるＴＲＰを測定し、電波透過特性を評価した。

また、各種試料作製時に用いた顆粒をそれぞれ用いて、成形および焼成を行ない、焼結
体を得た後、ＪＩＳＲ１６０１−２００８に準拠した試験片を切り出し、ＪＩＳＲ
１６０１−２００８に準拠して３点曲げ強度を測定した。

また、各試料について、ＩＣＰにより定量分析を行ない、ＺｒのＺｒＯ_２換算での値、ＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算での値、着色剤成分の酸化物換算での値を求め、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値の合計、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比を求めた。なお、１％未満の含有量の成分は、定量していない。結果を表１に示す。

表１から、試料Ｎｏ．２〜４，６〜８は、８５０ＭＰａ以上の３点曲げ強度を有し、８００ＭＨｚにおけるＴＲＰが１９．６ｄＢｍ以上であり、１９００ＭＨｚにおけるＴＲＰが２０．１ｄＢｍ以上であった。この結果より、部分安定化ジルコニアおよびアルミナを含むセラミックスからなり、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値との合計が、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち８０質量％以上であり、ＺｒＯ_２換算値とＡｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０であることにより、機械的特性および電波透過特性に優れることがわかった。

次に、表２に示す焼成温度としたこと以外は、実施例１と同じ方法により試料を作製した。試料Ｎｏ．１２は、試料Ｎｏ．３と同じ試料である。

そして、各試料において表面から１０μｍの深さまで鏡面加工した面を測定面とし、ＳＥＭを用いて、１００００倍の倍率で反射電子像を撮影し、得られた写真の任意の場所に３本の直線を引き、直線が横切った結晶粒子の数とその各々の結晶の合計の長さを測定して、各々の結晶の合計長さを各々の結晶の数で除する直線横断法により平均結晶粒径を求めた。

また、実施例１で示した方法と同じ方法により、８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚにおけるＴＲＰを測定し、電波透過特性を評価した。結果を表２に示す。

表２から、試料Ｎｏ．１１〜１３は、試料Ｎｏ．１０よりも優れた電波透過特性を有しており、平均結晶粒径が０．２５μｍ以上であることが好適とわかった。

次に、表３に示す成形圧としたこと以外は、実施例２の試料Ｎｏ．１３と同じ方法により試料を作製した。試料Ｎｏ．１６は、試料Ｎｏ．１３と同じ試料である。

そして、各試料において表面から１０μｍの深さまで鏡面研磨加工した面を測定面とし、金属顕微鏡を用いて１００倍の倍率で撮影した写真（面積が４．０×１０^５μｍ^２）を画像解析ソフトを用いて解析することにより気孔の面積占有率を求めた。

ここで、画像解析ソフトとしては、「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング（株）製）を用い、粒子解析法で解析し、解析時の設定条件として、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、小図形除去面積を０．８μｍ、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１２０とした。

また、実施例１で示した方法と同じ方法により、８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚにおけるＴＲＰを測定し、電波透過特性を評価した。結果を表３に示す。

表３から、試料１５〜１７は、試料Ｎｏ．１４よりも優れた電波透過特性を有しており、気孔の面積占有率が１．５％以下であることが好適とわかった。

次に、表４に示す量の分散剤をスラリーに添加したこと以外は、実施例３の試料Ｎｏ．１６と同じ方法により試料を作製した。試料Ｎｏ．１８は、試料Ｎｏ．１６と同じ試料である。

そして、各試料において表面から１０μｍの深さまで鏡面研磨加工した面を測定面とし、金属顕微鏡を用いて１００倍の倍率で撮影した写真（面積が４．０×１０^５μｍ^２）を画像解析ソフトを用いて解析することにより気孔の平均重心間距離を求めた。

ここで、画像解析ソフトとしては、「Ａ像くん」（登録商標、旭化成エンジニアリング
（株）製）を用い、重心間距離法で解析し、解析時の設定条件として、粒子の明度を暗、２値化の方法を手動、小図形除去面積を０．８μｍ、画像の明暗を示す指標であるしきい値を１２０とした。

また、実施例１で示した方法と同じ方法により、８００ＭＨｚおよび１９００ＭＨｚにおけるＴＲＰを測定し、電波透過特性を評価した。結果を表４に示す。

表４から、試料１９〜２２は、試料Ｎｏ．１８よりも優れた電波透過特性を有しており、気孔の平均重心間距離が３５μｍ以上であることが好適とわかった。なお、試料Ｎｏ．２１と試料Ｎｏ．２２では電波透過特性に変化が無いことから、特性に変化が無いにも関わらず分散剤を添加することは作製コストの増加に繋がるため、作製コストの観点からは、気孔の平均重心間距離の上限を５５μｍとすべきことがわかった。

Claims

部分安定化ジルコニアおよびアルミナを含むセラミックスからなる通信機器外装部品であって、ＺｒのＺｒＯ_２換算値とＡｌのＡｌ_２Ｏ_３換算値との合計が、前記セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち８０質量％以上であり、前記ＺｒＯ_２換算値と前記Ａｌ_２Ｏ_３換算値との質量比が、９０〜５０：１０〜５０であることを特徴とする通信機器外装部品。
前記セラミックスにおける平均結晶粒径が０．２５μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の通信機器外装部品。
気孔の面積占有率が１．５％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信機器外装部品。
前記気孔の平均重心間距離が３５μｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の通信機器外装部品。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の通信機器外装部品を備えてなる通信機器。