JP2017112484A - 無線電波通信装置の金属ハウジング及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属ハウジングに別体の窓を形成することなく、無線電波が金属ハウジングを通過できる無線電波通信装置の金属ハウジング及びその製造方法を提供すること。【解決手段】金属ハウジング１０のアンテナ２０に対応する位置を、金属ハウジング１０の他部分と一体に連続し、且つ、前記他部分よりも壁厚が薄い改質区域Ａとし、改質区域Ａの金属材質をマイクロアーク酸化プロセスにより酸化させて金属酸化物より成る無線電波透過窓を形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、内蔵型アンテナが設置された無線電波通信装置の金属ハウジング及びその製造方法に関する。

無線電波通信機能を備えた電子製品は、アンテナを通じて無線信号を伝達する必要があり、初期の電子製品はアンテナが通常外部に露出した設計となっていた。しかし、電子製品が全体のデザインと美観を重視するようになるのに伴い、現在はアンテナを電子設備のハウジング中に設置した内蔵型アンテナがすでに設計の主流となっている。金属または金属網は無線電波の伝達を阻害する特性があるため、内蔵型アンテナを採用した電子設備のハウジングに金属材質を使用する場合、金属ハウジングが無線電波の伝達を阻害する問題を克服する必要がある。

無線電波通信機能を備えた電子製品には、例えば携帯電話、携帯型無線機（Ｗａｌｋｉｅ−Ｔａｌｋｉｅ）（登録商標）、ウェアラブルデバイス（Ｗｅａｒａｂｌｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）などがある。
携帯電話を例にすると、携帯電話のハウジング材質は主に、例えばポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ）などのプラスチック、金属材質（アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金）、ガラス（アルミノケイ酸ガラスとＧｏｒｉｌｌａガラス）が含まれる。

そのうちプラスチックには、価格が安い、材質が軽い、製造しやすい、無線信号に干渉しない、といった利点があるが、熱伝導性が劣る（熱がこもる）という欠点がある。金属材質で製造された金属ハウジングには、触感がより優れている、硬度が高く磨損しにくい、構造強度が高い、耐圧性が高い、熱伝導性が高い、といった利点があるため、内部の部品を適切に保護し、放熱しやすい。しかしながら、金属ハウジングには上述の利点があるものの、一部欠点もあり、それを使用して携帯電話のハウジングを製造すると、金属材質が無線電波の伝達を阻害するため、現在内蔵型アンテナを採用している携帯電話で、多くのメーカーが金属材質を採用して携帯電話のハウジングを製造していない主な原因となっている可能性がある。

金属ハウジングが無線電波伝達を阻害する問題の解決に用いる既知の技術は、無線電波伝達を阻害しない材質（例えばプラスチックやガラス）を使用して金属ハウジングに窓を作り、内蔵型アンテナの無線信号を通過可能にしたものがある。しかし、このような携帯電話ハウジングは部品数が多く、重量がより重くなり、かつ体積も大きくなりがちである。また、すべて金属材質で製造された携帯電話のハウジングと比較すると、多種類の異なる材質を使用して製造された携帯電話ハウジングは、外観上一貫性のある外観を得にくく、例えば異なる金属材質とプラスチック材質のハウジングは同色の塗装プロセスを経た後も、若干の色の違いが存在する。

金属ハウジングが無線電波伝達を阻害する問題の解決に用いる別の既知の技術として、例えば、特許文献１に記載された「Ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｖｉｃｅ」があるが、これは金属ハウジングにスリットを形成し、スリット周囲にコイルを設置する方法で、金属ハウジングをアンテナに充当し、無線信号の伝達に用いることができるものである。

また、特許文献２に記載された「Ａｎｔｅｎｎａ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｒｍｉｎａｌ ｄｅｖｉｃｅ」は類似した技術を備えているが、スリットを必要とせずに電波に金属ハウジングを透過させるアンテナ装置を提示している。これは金属ハウジングとフィードコイル（ｆｅｅｄ ｃｏｉｌ）を含み、そのうち金属ハウジングの側面に切欠部が設けられ、フィードコイルが金属ハウジング内部に設置され、金属ハウジングと磁場カップリングを行い、かつフィードコイルが切欠部近くの位置に配置されている。

さらに、特許文献３に記載された「金属ハウジングに統合されたアンテナ」、及び、特許文献４に記載された「電子装置の金属ハウジングとアンテナの統合機構」はいずれも、金属ハウジングにスリットを形成し、かつアンテナ構造を金属ハウジングと結合した技術を備えている。
上記従来の技術は、いずれも金属ハウジングにスリットまたは切欠部を形成しなければならないが、金属ハウジングの外観の美感及び完全性を保つために、スリットまたは切欠部はいずれもプラスチックまたはその他無線電波の伝達を阻害しない材質（例えばプラスチック）で封鎖する必要があり、プラスチックと金属の物理特性の違いのため、両者の接続箇所の表面をいかに平坦に保つかがメーカーにとってもう１つの解決が必要な問題となっている。

米国特許第ＵＳ２０１４０２４７１８８Ａ１号明細書 米国特許第ＵＳ２０１４０２０３９８１Ａ１号明細書 中国特許第ＣＮ１０３６３３４３４Ａ号明細書 中国特許第ＣＮ１０４５８４３２４Ａ号明細書

本発明が解決しようとする課題は、金属ハウジングに別体の窓を形成することなく、無線電波が金属ハウジングを通過できる無線電波通信装置の金属ハウジング及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、内蔵型のアンテナを有する無線電波通信装置の金属ハウジングに関し、前記金属ハウジングの前記アンテナに対応する位置に、前記金属ハウジングの他部分と一体に連続し、且つ、前記他部分よりも壁厚が薄く、前記金属ハウジングの素材である金属を酸化させた金属酸化物より成る無線電波透過窓が形成される。

本発明の無線電波通信装置の金属ハウジングの製造方法は、前記金属ハウジングの前記アンテナに対応する位置に改質区域を定義する工程と、前記改質区域の壁厚を前記金属ハウジングの他部分より薄くする工程と、前記改質区域にマイクロアーク酸化（Ｍｉｃｒｏ−ａｒｃ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ＭＡＯ）プロセスを施し、前記改質区域の金属材質を金属酸化物に完全に改質する工程と、を含む。

前記金属ハウジングの材質が、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金のうちのいずれかを含むことがある。
前記無線電波透過窓が、前記金属ハウジングの他部分より壁厚が薄い平板より成り、前記無線電波透過窓の壁厚が１０〜８００マイクロメートルの間、好ましくは、２００〜６００マイクロメートルの間としてもよい。
前記無線電波透過窓に、互いに接近した有底の小穴が多数形成され、前記小穴の底壁の厚み、及び前記小穴間の隔壁の厚みを１０〜８００マイクロメートルの間、好ましくは、２００〜６００マイクロメートルの間としてもよい。
前記無線電波透過窓に、前記金属ハウジングを貫通し、互いに接近した小孔が多数形成され、前記小孔間の隔壁の厚みを１０〜８００マイクロメートルの間とすることがある。
この場合、前記小孔の中に低誘電係数の誘電材料粉末が充填され、前記誘電材料が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化ホウ素のうちのいずれかを含んでもよい。

本発明の無線電波通信装置の金属ハウジングは、金属ハウジングと一体で連続し、しかも無線電波の伝送を阻害しない材質の無線電波透過窓が形成されているため、別体の窓を形成することなく、無線電波が金属ハウジングを通過できる。また、金属ハウジングは外観上の完全性と美観を保つことができる。
本発明の無線電波通信装置の金属ハウジングの製造方法によれば、金属ハウジングの金属材質を酸化するだけで無線電波透過窓が形成されるので、製造プロセスが簡略化され、改質区域の壁厚は他部分よりも薄いため、処理時間が短くて済む。

本発明の実施例１を示す無線電波通信装置の金属ハウジングの斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ位置の断面図である。 本発明の実施例２を示す無線電波通信装置の金属ハウジングの要部断面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ位置の断面図である。 本発明の実施例３を示す無線電波通信装置の金属ハウジングの要部断面図である。 本発明の実施例４を示す無線電波通信装置の金属ハウジングの要部断面図である。 本発明の実施例５を示す無線電波通信装置の金属ハウジングの要部断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は、本発明の実施例１を示す。
実施例１において、図１及び図２に示すように、無線電波通信機能を備えた電子製品（無線電波通信装置）は、金属ハウジング１０と、内蔵型のアンテナ２０とを備え、アンテナ２０が金属ハウジング１０の中に設置される。
好ましくは、金属ハウジング１０の材質はアルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金のうちのいずれかを含む。

金属ハウジング１０は、アンテナ２０の放射体に対応する位置に、金属ハウジング１０の他部分と一体に連続した改質区域Ａを備える。改質区域Ａは、外面が金属ハウジング１０の他部分と面一であり、金属ハウジング１０の他部分よりも壁厚が薄く形成され、充分に小さい金属材料厚みＴを有する。
充分に小さい金属材料厚みＴとは、マイクロアーク酸化（Ｍｉｃｒｏ−ａｒｃ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ＭＡＯ）プロセスによって、改質区域Ａを短時間で完全にセラミックス化することができる厚みを指し、金属ハウジング１０の改質区域Ａはマイクロアーク酸化プロセスを通じて金属材質が完全に一種の金属酸化物に改質される。例えば、アルミニウム合金材質は酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）に改質され、マグネシウム合金材質は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に改質され、チタン合金は酸化チタン（ＴｉＯ_２）に改質される。これにより改質区域Ａに無線電波の伝達を阻害しないオールセラミックス化された無線電波透過窓を形成する。

実施例１において、金属ハウジング１０の無線電波透過窓を製造する方法は、金属ハウジング１０のアンテナ２０の放射体に対応する位置に改質区域Ａを定義する工程と、薄化工程を改質区域Ａに対して実行し、改質区域Ａの壁厚を金属ハウジング１０の他部分よりも薄くして、充分に小さい金属材料厚みＴを形成する工程と、金属ハウジング１０の改質区域Ａに対してマイクロアーク酸化（ＭＡＯ）プロセスを実行し、改質区域Ａの金属材質を一種の金属酸化物に完全に改質し、改質区域Ａに無線電波の伝達を阻害しないオールセラミックス化された無線電波透過窓を形成する工程と、を含む。

薄化工程とは、具体的に、金属ハウジング１０の成型プロセスにおいて、改質区域Ａに充分に小さい金属材料厚みＴを形成する工程である。充分に小さい金属材料厚みＴとは、マイクロアーク酸化（ＭＡＯ）プロセスを通じて改質区域Ａを一種の金属酸化物に短時間で完全に改質することができる厚みを指す。
図２に示すように、改質区域Ａは、金属ハウジング１０の他部分と一体に連続しており、且つ、金属ハウジング１０の他部分より壁厚が薄い平板より成り、その厚みは１０〜８００マイクロメートル（μｍ）の間であり、好ましい実施例において、平坦な薄化された部分の厚みは２００〜６００マイクロメートル（μｍ）の間である。

マイクロアーク酸化プロセスを実行する過程において、平坦な薄化された部分の両側表面から金属材質の内部に向かって徐々に金属酸化層が形成され、平坦な薄化された部分が完全にセラミックス化された金属酸化物になるまで実行され、これにより改質区域Ａに無線電波の伝達を阻害しないオールセラミックス化された無線電波透過窓が形成される。
本発明の好ましい一実施例では、平坦な薄化された部分の厚みは５００マイクロメートル（μｍ）であり、マイクロアーク酸化プロセスによって、平坦な薄化された部分の両側表面から金属材質の内部に向かって徐々に厚みが２５０マイクロメートル（μｍ）の金属酸化層がそれぞれ形成され、これにより改質区域Ａを一種の金属酸化物に完全に改質することができる。

図３及び図４は、本発明の実施例２を示す。
実施例２では、金属ハウジング１０の改質区域Ａの内面に、互いに接近した円形の小穴１１が多数形成され、改質区域Ａは金属ハウジング１０の他部分より壁厚が薄い構造となっている。これらの小穴１１は、金属ハウジング１０を貫通していない有底の穴である。
小穴１１の底壁の厚みＴ１と、小穴１１間の隔壁の厚みＴ２は、前記充分に小さい金属材料厚みＴとされ、マイクロアーク酸化プロセスによって改質区域Ａを金属酸化物に短時間で完全に改質（完全にセラミックス化）することができ、これにより無線電波の伝達を阻害しないオールセラミックス化された無線電波透過窓を形成することができる。
小穴１１の底壁の厚みＴ１、及び、小穴１１間の隔壁の厚みＴ２は１０〜８００マイクロメートル（μｍ）の間、好ましくは２００〜６００マイクロメートル（μｍ）である。

図５は、本発明の実施例３を示す。
実施例３では、改質区域Ａの内面に、互いに接近した多数の矩形の小穴１１が形成されている。
その他の構成は、実施例２と同様である。

金属ハウジング１０が厚いと、マイクロアーク酸化プロセスにおいて、金属ハウジング１０の改質区域Ａを完全にセラミックス化するためにより長い処理時間とより高い処理コストを要することがあるため、実施例１では、改質区域Ａを他部分よりも薄い平板とし、実施例２及び実施例３では、多数の小穴１１を形成することにより薄くし、マイクロアーク酸化プロセスを通じて改質区域Ａの金属材質をより容易に金属酸化物に完全に改質することができる。
また、実施例２及び実施例３では、無線電波透過窓により大きな奥行きＤを具備させて、強度を高めることができる。この奥行きＤは、金属ハウジング１０の一側の表面である第１表面Ｆ１と、第１表面Ｆ１に相対する第２表面Ｆ２との間の最短距離である。

図６は、本発明の実施例４を示す。
実施例４では、金属ハウジング１０の改質区域Ａに、金属ハウジング１０を貫通する多数の小孔１１’が互いに接近して形成される。小孔１１’間の隔壁の厚みは、１０〜８００マイクロメートル（μｍ）の間、好ましくは２００〜６００マイクロメートル（μｍ）である。
このような構造は、オールセラミックス化された無線電波透過窓により大きい奥行きＤを具備させ、無線電波透過窓の強度を高めることができ、また、より短時間で容易にマイクロアーク酸化プロセスにより金属酸化物に完全に改質することができる。
その他の構成は、実施例２又は実施例３と同様である。

図７は、本発明の実施例４を示す。
実施例４の構造は実施例３とほぼ同じであるが、違いは、小孔１１’中に低誘電係数の誘電材料粉末１２が充填されている点にある。前記誘電材料は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、酸化チタン（ＴｉＯ）、窒化ホウ素（ＮＢ）のいずれかとすることができる。
このため、実施例４の金属ハウジング１０は、外観上平らで、金属ハウジング１０の完全性と美観を保っており、かつ無線電波の伝達を阻害することがなく、しかも、金属ハウジングの構造と製造プロセスを簡略化することができる。

本発明の無線電波通信装置の金属ハウジングは、携帯電話、携帯型無線機、ウェアラブルデバイスに使用される金属ハウジングに適用できるが、これらに限らない。
以上は、本発明の実施例の説明であって、本発明の権利範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲を逸脱しない変更や修飾はいずれも本発明の権利範囲に含まれる。

１０ 金属ハウジング
２０ アンテナ
１１ 小穴
１１’小孔
１２ 誘電材料粉末
Ａ 改質区域
Ｄ 奥行き
Ｆ１ 第１表面
Ｆ２ 第２表面
Ｔ 充分に小さい金属材料厚み
Ｔ１ 隔壁の厚み
Ｔ２ 底壁の厚み

Claims (9)

1. 内蔵型のアンテナを有する無線電波通信装置の金属ハウジングであって、前記金属ハウジングの前記アンテナに対応する位置に、前記金属ハウジングの他部分と一体に連続し、且つ、前記他部分よりも壁厚が薄く、前記金属ハウジングの金属材質を酸化させた金属酸化物より成る無線電波透過窓が形成されたことを特徴とする、無線電波通信装置の金属ハウジング。
2. 前記金属ハウジングの材質が、アルミニウム合金、マグネシウム合金、チタン合金のうちのいずれかを含むことを特徴とする、請求項１に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
3. 前記無線電波透過窓が、前記金属ハウジングの他部分より壁厚が薄い平板より成り、前記無線電波透過窓の壁厚が１０〜８００マイクロメートルの間であることを特徴とする、請求項１に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
4. 前記無線電波透過窓が、前記金属ハウジングの他部分より壁厚が薄い平板より成り、前記無線電波透過窓の壁厚が２００〜６００マイクロメートルの間であることを特徴とする、請求項１に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
5. 前記無線電波透過窓に、互いに接近した有底の小穴が多数形成され、前記小穴の底壁の厚み、及び前記小穴間の隔壁の厚みが１０〜８００マイクロメートルの間であることを特徴とする、請求項１に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
6. 前記小穴の底壁の厚み、及び前記小穴間の隔壁の厚みが２００〜６００マイクロメートルの間であることを特徴とする、請求項５に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
7. 前記無線電波透過窓に、前記金属ハウジングを貫通し、互いに接近した小孔が多数形成され、前記小孔間の隔壁の厚みが１０〜８００マイクロメートルの間であることを特徴とする、請求項１に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
8. 前記小孔の中に低誘電係数の誘電材料粉末が充填され、前記誘電材料が、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化ホウ素のうちのいずれかを含むことを特徴とする、請求項７に記載の無線電波通信装置の金属ハウジング。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載された無線電波通信装置の金属ハウジングの製造方法であって、
   前記金属ハウジングの前記アンテナに対応する位置に改質区域を定義する工程と、
   前記改質区域の壁厚を前記金属ハウジングの他部分より薄くする工程と、
   前記改質区域にマイクロアーク酸化プロセスを施し、前記改質区域の金属材質を金属酸化物に完全に改質する工程と、
   を含むことを特徴とする、無線電波通信装置の金属ハウジングの製造方法。

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