(57)【要約】【課題】耐衝撃性、耐摩耗性及び耐傷性を有し、かつ軽量化、低誘電率化となる積層体を提供する。【解決手段】積層体１００は、セラミックス材料によって構成され、第１厚みｔ１を有する第１板状部材１０と、高分子材料によって構成され、第２厚みｔ２を有する第２板状部材２０と、を備える。積層体１００は、セラミックス材料によって構成され、第１厚みｔ１と第２厚みｔ２の和の厚みを有する単層体よりも高い高さからの落球衝撃破壊試験に耐える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス材料によって構成され、第１厚みを有する第１板状部材と、高分子材料によって構成され、第２厚みを有する第２板状部材と、を備え、
前記セラミックス材料によって構成され、前記第１厚みと前記第２厚みの和の厚みを有する単層体よりも高い高さからの落球衝撃破壊試験に耐える、ことを特徴とした積層体。
【請求項２】
前記第１板状部材は、外表面を有し、
中立面が、前記外表面から前記第１厚みの０．８倍以上離れている、
請求項１に記載の積層体。
【請求項３】
前記第１厚みは、５０μｍ以上である、
請求項１又は２に記載の積層体。
【請求項４】
前記第１板状部材の平均ヤング率は、前記第２板状部材の平均ヤング率よりも大きい、
請求項２又は３に記載の積層体。
【請求項５】
前記中立面の前記外表面からの距離は、下記数式１によって導かれる、
請求項４に記載の積層体。
【数１】
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（ただし、数式１において、Ｙiは前記第１板状部材及び前記第２板状部材それぞれの平均ヤング率であり、Aiは前記第１板状部材及び前記第２板状部材それぞれの幅と厚みの積である。）
【請求項６】
前記第１板状部材は、ジルコニア及びアルミナの少なくとも一方によって構成されている、
請求項１乃至５のいずれかに記載の積層体。
【請求項７】
前記第２板状部材は、可撓性を有する支持層と、前記支持部と前記第１板状部材との間に介挿される接着層と、を有する、
請求項１乃至６のいずれかに記載の積層体。
【請求項８】
前記支持層は、繊維強化プラスチックによって構成されている、
請求項７に記載の積層体。
【請求項９】
前記第１厚みと前記第２厚みの和の厚みを有する前記単層体よりも低い耐静荷重性を有する、
請求項１乃至８のいずれかに記載の積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の積層体に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電子機器（デジタルカメラ、ＩＣレコーダーなど）の外装は、軽量かつ強度の高い合成樹脂によって構成されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２１１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、合成樹脂製の外装は、耐摩耗性や耐傷性が低いという問題がある。そこで、耐摩耗性や耐傷性の高いセラミックス材料を外装材料として用いることが考えられる。しかしながら、セラミックスは割れやすいという特性を有するため、セラミックス材料のみによって外装を構成した場合、衝撃力の印加によって外装が割れてしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、耐衝撃性、耐摩耗性及び耐傷性を有し、かつ軽量化、低誘電率化となる積層体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る積層体は、セラミックス材料によって構成され、第１厚みを有する第１板状部材と、高分子材料によって構成され、第２厚みを有する第２板状部材と、を備える。積層体は、セラミックス材料によって構成され、第１厚みと第２厚みの和の厚みを有する単層体よりも高い高さからの落球衝撃破壊試験に耐える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、耐衝撃性、耐摩耗性及び耐傷性を有し、かつ軽量化、低誘電率化となる積層体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】積層体の構成を示す断面図
【図２】中立面の位置を示す模式図
【図３】静荷重試験の構成を説明するための模式図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（積層体１００の構成）
積層体１００の構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、積層体１００の構成を示す断面図である。
【００１０】
積層体１００は、電子機器（デジタルカメラ、ＩＣレコーダーなど）の外装部材として好適に用いられる。積層体１００は、板状に形成されている。積層体１００は、第１板状部材１０と、第２板状部材２０と、を備える。
【００１１】
第１板状部材１０は、板状に形成されている。第１板状部材１０は、第１外面１０Ｓ（外表面の一例）と、第１外面１０Ｓの反対に設けられる第１内面１０Ｔと、を有する。第１板状部材１０は、気孔率１０％以下である緻密なセラミックス材料によって構成される。特に、第１板状部材１０を構成するセラミックス材料としては、ジルコニア及びアルミナの少なくとも一方を含有する絶縁性のセラミックス材料やシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）などを好適に用いることができるがこれに限られるものではない。また、ジルコニアの中でも酸化イットリムを安定化剤として添加して、その主な結晶相を正方晶とした部分安定化酸化ジルコニウムを主成分とする材料は、機械的強度が大きいこと、靭性が高いことから、最も好適に用いられる。酸化イットリムを用いる場合、前記機械的な特性を好適に達成する為、2〜6モル％添加することが望ましい。第１板状部材１０を構成するセラミックス材料としては、窒化アルミ（AlN）、サイアロン（SiAlON）、炭化珪素（SiC）などを用いることもできる。第１板状部材１０の厚みｔ１は、５０uｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。第１板状部材１０の厚みｔ１を５０μｍ以上にすることにより、好適には、第1板状部材１０を最外面にして積層体１００を電子機器の外装部材として用いた時に十分な耐摩耗性を得ることができる。
【００１２】
第１板状部材の第１外面１０Ｓと第１内面１０Ｔとの表面粗さは、Ｒａが３μm以下とすることが望ましいが、第１内面１０Ｔは、第１外面１０Ｓよりも粗くして、接着層２２との接着力アップを図ることが望ましい。また、第1外面１０Ｓは、耐摩耗性のため、Ｒａを０．１μｍ以下とすることが望ましい。
【００１３】
第２板状部材２０は、板状に形成されている。第２板状部材２０は、第１板状部材１０に接合されている。第２板状部材２０は、第１外面１０Ｓの反対に設けられる第２外面２０Ｓと、第１板状部材１０の第１内面１０Ｔに接合される第２内面２０Ｔと、を有する。
【００１４】
本実施形態において、第２板状部材２０は、支持層２１と、接着層２２と、によって構成される。
【００１５】
支持層２１は、接着層２２によって第１板状部材１０に対して固定されている。支持層２１は、可撓性を有する。支持層２１は、高分子材料によって構成されている。特に、支持層２１を構成する高分子材料としては、繊維強化プラスチック（例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの織布もしくは不織布にエポキシやナイロンのような樹脂を含浸させ硬化させた材料）を好適に用いることができるがこれに限られるものではない。支持層２１を構成する高分子材料としては、ポリカーボネート、ナイロンなどを用いることもできる。支持層２１の厚みは、２００um〜２０mmとすることができる。
【００１６】
接着層２２は、第１板状部材１０と支持層２１との間に介挿される。接着層２２は、熱硬化性樹脂によって構成することができる。特に、接着層２２を構成する熱硬化性樹脂としては、２液型エポキシ接着剤、1液型エポキシ接着剤、２液型ウレタン接着剤や２液型オレフィン系接着剤、２液型アクリル接着剤、1液型アクリル接着剤を好適に用いることができるがこれに限られるものではない。接着層２２は、熱可塑性樹脂などによって構成されていてもよい。接着層２２の厚みは積層体の機械的な安定化のため0.１mm以下とすることができる。接着層２２の硬化後の機械的な特性が、支持層２１と同様になることがより望ましい。
【００１７】
（積層体１００の特性）
本実施形態に係る積層体１００は、第１板状部材１０を構成する緻密なセラミックス材料によって構成され、第３厚みｔ３（ｔ３＝ｔ１+ｔ２）を有する単層体よりも低い耐静荷重性を有する。従って、積層体１００によれば、静荷重試験において、単層体に比べて低い測定結果が得られる。なお、静荷重試験とは、いわゆる３点曲げ試験（供試体寸法：２ｍｍ×２０ｍｍ、作用点・支点間距離：１０ｍｍ）である。
【００１８】
また、本実施形態に係る積層体１００は、上述の単層体よりも高い高さからの落球衝撃破壊試験に耐えることができる。すなわち、上述の単層体よりも球体衝突時に生じる衝撃荷重を低減することができる。換言すれば、積層体１００は、セラミックスの単層体よりも大きな衝撃荷重に耐えることができる。従って、積層体１００によれば、落球衝撃破壊試験において、単層体に比べて良好な測定結果（落球高さがより高い）を得ることができる。なお、落球衝撃破壊試験とは、ＪＩＳ  Ｒ  3206またはＪＩＳ  Ｋ  ６９０２に規定されている試験に準拠するものであればよい。
【００１９】
（中立面Ｕの位置）
積層体１００の中立面Ｕの位置について、図面を参照しながら説明する。図２は、所定の高さからの落球試験に耐えるための中立面Ｕの位置を示す模式図である。
【００２０】
積層体１００の中立面Ｕの第１外面１０Ｓからの距離Ｐは、下記の式（１）によって導かれる。
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【００２１】
式（１）において、Ｙiは第１板状部材１０及び第２板状部材２０の平均ヤング率であり、Aiは第１板状部材１０及び第２板状部材２０それぞれの幅と厚みの積である。
【００２２】
なお、第１板状部材１０の平均ヤング率Ｙ１は、第２板状部材２０の平均ヤング率Ｙ２よりも大きいことが好ましい。第１板状部材１０の平均ヤング率Ｙ１は、５０GPa〜５００GPaとすることができる。第２板状部材２０の平均ヤング率Ｙ２は、０．１GPa〜１００GPaとすることができる。本実施形態において、第２板状部材２０の平均ヤング率Ｙ２とは、支持層２１のヤング率と接着層２２のヤング率との平均値である。なお、上述の通り、第１板状部材１０の厚みｔ１は、５０um以上５mm以下とすることができる。第２板状部材２０の厚みｔ２は、２００um以上２０mm以下(上記の第１板状部材１０の厚みｔ１に見合った厚み)とすることができる。
【００２３】
ここで、中立面Ｕの第１外面１０Ｓからの距離Ｐは、第１厚みｔ１の０．８倍以上であることが好ましい。すなわち、距離Ｐと第１厚みｔ１との間には、下記の式（２）が成立することが好ましい。これにより、より大きな衝撃破壊試験高さを得ることができる。
【００２４】
Ｐ≧０．８×ｔ１・・・（2）
（その他の実施形態）
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で種々の変形又は変更が可能である。
【００２５】
例えば、上記実施形態において、積層体１００は、第１板状部材１０及び第２板状部材２０の２層構造を有することとしたが、これに限られるものではない。積層体１００は、３層以上の多層構造を有していてもよい。
【００２６】
また、上記実施形態において、第１板状部材１０は単層構造を有することとしたが、これに限られるものではない。第１板状部材１０は、２層以上の多層構造を有していてもよい。この場合、第１板状部材１０の各層は、単一のセラミックス材料によって構成されていてもよいし、各層毎に異なるセラミックス材料によって構成されていてもよい。
【００２７】
また、上記実施形態において、第２板状部材２０は単層構造を有することとしたが、これに限られるものではない。第２板状部材２０は、２層以上の多層構造を有していてもよい。この場合、第２板状部材２０の各層は、単一の高分子材料によって構成されていてもよいし、各層毎に異なる高分子材料によって構成されていてもよい。
【実施例】
【００２８】
以下において本発明に係るセルの実験例について説明するが、本発明は以下に説明する実験例に限定されるものではない。
【００２９】
（静荷重試験）
まず、表１に示す材料によって構成されるセラミック板（２ｍｍ×２０ｍｍ）を準備した。各セラミック板のヤング率及び厚みは、表１に示す通りである。比較例１〜９では、セラミック板のみの単層体を静荷重試験用供試体とした。
【００３０】
次に、実施例１〜１４に係るセラミック板に対して、表１に示す材料によって構成される樹脂板（２ｍｍ×２０ｍｍ）(即ち高分子材料)を接合した。各樹脂板のヤング率及び厚みは、表１に示す通りである。なお、セラミック板と樹脂板との接合には、エポキシ接着剤を用いた。実施例１〜１４では、セラミック板と樹脂板との積層体を静荷重試験用供試体とした。
【００３１】
次に、図３に示すように、１０ｍｍ離れた位置に固定された２本の支持棒上に静荷重試験用供試体を均等に載置して、静荷重試験用供試体が折れるまで中央に圧子を押しつけた。静荷重試験用供試体が折れた際の静荷重は、表１に示すとおりである。
【００３２】
（落球衝撃破壊試験）
次に、表１に示す材料によって構成されるセラミック板（□４０ｍｍ）を準備した。各セラミック板のヤング率及び厚みは、表１に示す通りである。比較例１〜９では、セラミック板のみの単層体を落球試験用供試体とした。
【００３３】
次に、実施例１〜１４に係るセラミック板に対して、表１に示す材料によって構成される樹脂板（□４０ｍｍ）を接合した。各樹脂板のヤング率及び厚みは、表１に示す通りである。なお、セラミック板と樹脂板との接合には、エポキシ接着剤を用いた。実施例１〜１４では、セラミック板と樹脂板との積層体を落球試験用供試体とした。
【００３４】
次に、落球試験用供試体の中央に鋼球（質量：２０ｇ、φ１７ｍｍ）を落として、セラミック板にクラックが生じ破壊された際の高さを測定した。落球試験用供試体が割れた際の高さは、表１に示すとおりである。
【００３５】
なお、上述の落球衝撃破壊試験の詳細は、ＪＩＳ  Ｒ  3206及びＪＩＳ  Ｋ  ６９０２に準拠するように実施した。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
表１に示すように、トータル厚みが同じである場合、実施例１〜１４の静荷重は、比較例１〜９の静荷重よりも小さいことが確認された。例えば、トータル厚みが０．５７ｍｍの供試体に注目すると、実施例５の静荷重が５５．８Ｎであり、実施例１１の静荷重が３３．１Ｎであるのに対して、比較例１の静荷重は６２．８Ｎである。
【００３８】
また、表１に示すように、トータル厚みが同じである場合、実施例１〜１４の落球高さは、比較例１〜９の落球高さよりも高いことが確認された。例えば、トータル厚みが０．５７ｍｍの供試体に注目すると、実施例５の落球高さが７９ｃｍであり、実施例１１の落球高さが５４ｃｍであるのに対して、比較例１の落球高さは１８ｃｍである。
【００３９】
また、表１に示すように、実施例１〜１１及び実施例１４では、４０ｃｍ以上の落球高さまで耐えられたが、実施例１２，１３では、４０ｃｍ未満の落球高さまでしか耐えられなかった。このような結果が得られたのは、実施例１〜１１及び実施例１４では、中立面がセラミック板中にあってもセラミック板と樹脂板の界面側に位置した為、セラミック板に印加される引張応力を抑えられたのに対し、実施例１２，１３では、セラミック板内部に中立面が深く位置したため、セラミック板に印加される引張応力が大きかったためである。従って、所定の高さからの落球試験に耐えるためには、中立面がセラミック板表面からセラミック板厚みの０．８倍以上離れている方が好ましいことが分かった。
【符号の説明】
【００４０】
１０      第１板状部材１０
１０Ｓ    第１外面
２０      第２板状部材２０
２０Ｓ    第２外面
２１      支持層
２２      接着層
１００    積層体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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