WO2009110090A1

WO2009110090A1 - 加飾部品

Info

Publication number: WO2009110090A1
Application number: PCT/JP2008/054154
Authority: WO
Inventors: 正雄出雲; 今泉　賢; 瑞樹小川; 寛大西
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2008-03-07
Filing date: 2008-03-07
Publication date: 2009-09-11
Also published as: JPWO2009110090A1; US20100272932A1; CN101952478A; KR20100105797A; JP5250023B2; KR101211842B1

Abstract

　従来の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。　部材表面に、膜厚が５ｎｍ以上で、４００ｎｍ～８００ｎｍにおける平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上である半導体層または半金属層を形成したため、電磁波を遮断することなく、十分な金属光沢を呈した加飾部品が実現される。

Description

加飾部品

　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加飾部品に関するものである。

　従来のこの種の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２００３－２９８３２６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不連続蒸着を行う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、前記の問題を解決するため、電磁波を遮蔽することなく、金属光沢を呈する加飾部品を提供することを目的とする。

　この発明に係る加飾部品は、部材の表面に、膜厚が５ｎｍ以上で、膜厚４００ｎｍ～８００ｎｍにおける平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上である半導体層または半金属層を形成したものである。

　この発明の加飾部品によれば、従来のように導電材料を用いた場合に比べて電磁波の透過を遮断することがなく、携帯電話等の電子機器の筐体として、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上、従来の不連続蒸着に比して、半導体膜もしくは半金属膜の膜厚の制限が実用上ほとんど存在しないため製造が容易で製造コストが低減される。

この発明の実施の形態１に係る加飾部品を示す断面図である。 Geの透過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。 Siの透過率特性を説明する図である。従来の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。この発明の実施の形態２に係る加飾部品を示す断面図である。この発明の実施の形態３に係る加飾部品を示す断面図である。

符号の説明

１　基材、２　半導体層または半金属層、３　下地層、４　保護層、５　中間層、
４０　装飾部、４１　絶縁部、４２　導電材料。

実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１に係る加飾部品を示す断面図で、携帯電話筐体の意匠を構成する部品である。基材１の表面に半導体層または半金属層２が形成されている。
基材１を構成する材料は、例えば、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である。
また、半導体層または半金属層２としてはゲルマニウムGe、ケイ素Si、アルファースズα-Sn、セレンSe、テルルTeが代表として挙げられ、金属光沢を呈するものであれば、特に制限はないが、電磁波に影響を及ぼさない範囲として、半導体または半金属の導電率が１０³S/m以下であれば、より好ましい。
ここで、半金属とは、金属性伝導を示すが、通常の金属より電気抵抗が大きい元素をいう。長周期型周期表においては、ホウ素BとアスタチンAtを結ぶ斜めの線が金属と非金属との境界線であり、この境界線付近の元素、即ちホウ素B、炭素C、ケイ素Si、リンP、ゲルマニウムGe、ヒ素As、セレンSe、スズSn、テルルTe、ビスマスBi、ポロニウムPo、アスタチンAt）のうち、半導体（Ge、Si、α-Sn、Se、Te）を除くものを意味する。

　半導体層または半金属層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基材１を設置し、蒸着材料として粒状のGeをタングステンにて形成されたフィラメントに設置する。真空蒸着装置を真空排気し、所定の真空度に到達した状態で、タングステンフィラメントに通電を行い、Geを一気に蒸発させ、基材１上に堆積させ半導体層または半金属層２を形成する。
このような薄膜形成方法は、いわゆる、フラッシュ蒸着と呼ばれる方法で、基材に対する熱影響を抑制することが可能で、樹脂基材への薄膜形成に適している。この他、真空蒸着においては、材料を電子ビームにて溶融させる方法もあるが、一般的には、蒸発材料の輻射熱が大きいため、熱影響をきらう基材を用いる場合には大きな真空槽が必要になる。
また、上記フラッシュ蒸着に際し、イオンガンやアンテナ式ボンバード装置を用いて、基材１の表面をアルゴン(Ar)イオンや酸素（O₂）イオン等にて照射すると、半導体層または半金属層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は基材をガラスとした場合のGeの透過率特性を示す図で、横軸は波長(nm)、縦軸は透過率（T%）であり、特性曲線１１～１７が各々Ge膜厚１nm、３nm、５nm、１０nm、２０nm、４０nm、１００nmに対する透過率特性を示している。
図２から分かるように、Geは膜厚の増加と共に透過率が低下することが分かる。膜厚が５nmより厚くなると、波長４００nm～８００nmの可視光域での平均透過率が６５％以下となる。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、１００nmではっきりとした金属光沢を呈するようになる。よって、金属光沢を呈する加飾としては４００nm～８００nmの可視域での平均透過率が６５％以下の場合に実現され、好ましくは５％程度以下となる。

　図３は基材をガラスとした場合のGeの反射率特性を示す図で、横軸は波長(nm)、縦軸は透過率（T%）であり、特性曲線２１～２９が各々Ge膜厚１nm、３nm、５nm、１０nm、１０００nm、4００nm、１００nm、２０nm、４０nmに対する反射率特性を示している。１０００ｎｍと４００ｎｍに対する特性曲線２５，２６はほとんど重なっている。
上述の通り、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、１００nmではっきりとした金属光沢を呈するようになる。よって、金属光沢を呈する加飾としては４００nm～８００nmの可視域での平均反射率が２０％以上の場合に実現され、好ましくは４０％程度以上となる。

　図４は基材をガラスとした場合のSiの透過率特性を示す図で、横軸は波長(nm)、縦軸は透過率（T%）であり、特性曲線３１～３８が各々Si膜厚１nm、３nm、５nm、１０nm、２０nm、４０nm、１００nm、４００nmに対する透過率特性を示している。
図４から分かるように、SiはGeと違い、４０nm以上の膜厚では干渉の影響を生じ、波長帯によっては膜厚の増加と共に透過率が増加する。このことは、加飾で言えば、色コントロールは不安定であるが、見る角度によって色が変化しうるという特徴を有することを意味する。

　これら半導体層または半金属層２により加飾を行うと次のようなメリットが生ずる。すなわち、従来、部品の加飾は、部品表面にアルミニウムAlやスズ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、これら加飾部品を携帯電話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、近年の携帯電話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、上述したよう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は粒子状で互いに接触しないように形成されているため、一部電波は導電材料４２、絶縁部４１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以下程度の極く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、携帯電話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。

　この発明にかかる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半導体膜もしくは半金属膜を用いるため、加飾部品が電磁波の透過を遮断することがなく、携帯電話の筐体として、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、半導体膜もしくは半金属膜の膜厚の制限が実用上ほとんど存在し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、携帯電話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または半金属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または半金属層（誘電率εr、導電率σ）に垂直に入射した場合の透過損T(dB)を算出した。ただし半導体層または半金属層の厚さは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(dB)に対してほとんど影響しない。電磁波を十分に透過し、携帯電話としての機能を満足する透過損T(dB)のしきい値を－０．１dB以下とすると、半導体または半金属に求められる導電率は１０³S/m以下であることが分かる。本実施の形態で説明したGeまたはSiの導電率はそれぞれ２．１S/m（at　３００K）、３．１６×１０^-4S/m（at　３００K）であり、いずれも１０³S/mよりはるかに低い。

　なお、上記実施の形態においては基材１を構成する材料として樹脂の一例を挙げたが、基材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、半導体層または半金属層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、半導体層または半金属層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、スピンコート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半導体層または半金属層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、半導体層または半金属層は積層しても良く、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、携帯電話の筐体への適用例を示したが、この発明にかかる加飾部品の適用はかかる例に留まることはなく、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、Siを代表とする半導体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、この発明に係る加飾部品は、部材の表面に、膜厚が５ｎｍ以上で、波長４００ｎｍ～８００ｎｍの可視光域における平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上である半導体層または半金属層を形成して構成されているため、従来のように導電材料を用いた場合に比べて電磁波の透過を遮断することがなく、携帯電話等の電子機器の筐体として、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上、従来の不連続蒸着に比して、半導体膜もしくは半金属膜の膜厚の制限が実用上ほとんど存在し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。

実施の形態２．
　図８はこの発明の実施の形態２に係る加飾部品を示す断面図で、基材１の表面上に下地層３が設けられ、その上に半導体層または半金属層２が設けられている。半導体層または半金属層２の上にはさらに保護層４が設けられ半導体層または半金属層２を保護している。下地層３が設けられたのは、基材１と半導体層または半金属層２との密着性を向上させるためである。他の構成は実施の形態１にて示した場合と同じである。

　下地層３は、特に、基材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。保護層４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透過性の材料が用いられる。
　この発明に係る構成とすることで、実施の形態１にて示した効果に加え、半導体層または半金属層２の密着性が向上した加飾部品が実現される。

実施の形態３．
　図９はこの発明の実施の形態３に係る加飾部品を示す断面図で、実施の形態２にて示した構成に加え、半導体層または半金属層２と保護層４の間に中間層５が設けられたものである。他の構成は実施の形態１にて示した場合と同じである。中間層５はミドルコートとも呼ばれ、半導体層または半金属層２と保護層４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。
　この発明に係る構成とすることで、実施の形態２にて示した効果に加え、保護層４の密着性が向上するとともに、デザイン性に優れた加飾部品が実現される。

Claims

　部材の表面に、膜厚が５ｎｍ以上で、波長４００ｎｍ～８００ｎｍの可視光域における平均透過率が６５％以下かつ平均反射率が２０％以上である半導体層または半金属層を形成したことを特徴とする加飾部品。
　前記半導体層または半金属層は、平均透過率が５％以下かつ平均反射率が４０％以上であることを特徴とする請求項１記載の加飾部品。
　前記半導体層または半金属層が、１０³S/m以下の導電率を有することを特徴とする請求項１または２記載の加飾部品。
　前記半導体層または半金属層は、ゲルマニウムGe、ケイ素Si、アルファースズα-Sn、セレンSe、テルルTeの群から選ばれる一つの物質で構成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の加飾部品。
　前記半導体層または半金属層の上に、高い硬度を有した透過性の材料からなる保護層を設けたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の加飾部品。
　前記半導体層または半金属層と前記保護層の間に、透過性の樹脂からなる中間層を設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の加飾部品。
　請求項１ないし６のいずれか一つに記載の加飾部品を用いたことを特徴とする電子機器の筐体。