(57)【要約】【課題】ＧＰＳ電波として使用される極超短波の透過性に優れ、受信アンテナなどを収納する筐体などの材料に利用できる高強度で高硬度の電波透過用高抵抗材料及びそれを用いた電子機器を提供する。【解決手段】電波透過用高抵抗材料は、結合酸素量が化学量論組成のＺｒＯ２より酸素量が少なく、黒色を呈する酸化ジルコニウムを含有し、酸化ジルコニウムは、部分安定化剤を含有する。電波透過用高抵抗材料は、極超短波の電波が酸化ジルコニウムを透過した際に増幅される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結合酸素量が化学量論組成のＺｒＯ２より少なく、酸化ジルコニウムを含有し、
前記酸化ジルコニウムは、部分安定化剤が添加されて、部分安定化されており、
極超短波の電波を透過させると、空気中よりも伝播が増幅される電波透過用高抵抗材料。
【請求項２】
前記部分安定化剤として、酸化イットリウムを２．５質量％から３．５質量％含有した請求項１に記載の電波透過用高抵抗材料。
【請求項３】
前記極超短波は、Ｌ１帯波である請求項１又は２に記載の電波透過用高抵抗材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電波透過用高抵抗材料を外装として用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧＰＳ衛星などから発せられる電波を受信するための筐体などに使用できる電波透過用高抵抗材料及びそれを用いた電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、地球から２０，０００ｋｍ上空の衛星から発せられるＧＰＳなどの電波を受信するには、周波数に応じたアンテナで電波を受けている。そして増幅を行ってから、位置データや時刻データとして活用されているが、携帯型の小型機器（情報端末や時計など）ではアンテナを筐体（ケース）に入れる必要があり、筐体などの存在によってアンテナの受信感度が低下するという問題があった。
【０００３】
さらに、移動体（自動車や電車など）や建物（コンクリートや鉄骨など）の中では、電波を導入できる空間が限定されるなどして、受信感度が著しく低下するという問題があった。特に、電気伝導体である金属に関しては、電波を遮蔽して内部に届きにくくなるという欠点があり、小型機器の筐体としての強度は十分ではあるが、そのままではアンテナを包むことはできなかった。そのため、電波を受ける部分を非電気伝導体であるセラミックスやガラス、樹脂などに置き換えて、利用してきている。
【０００４】
しかし、このような使い方では筐体としての強度保証、意匠性などの観点から、問題があった。できれば、移動体や建物において電波が減少しても、安定してアンテナが電波を受信できる強度のある筐体材料が求められている。
【０００５】
さらに、実用面を考えると、意匠性として任意の形状に加工できることが好ましく、色彩としても金属光沢（銀色）や黒色、白色、透明などの任意の色になることが好ましい状況である。
【０００６】
これまでに上記課題を解決するための技術として、表面酸化された金属の微小粉末の特性を利用した非特許文献１のような技術が開発されている。しかし、この技術では、Ｌ１帯波〜Ｌ５帯波の衛星からの電波を安定して受信するには不十分であり、筐体を通しての電波強度の低下は防げていない。一方、酸化ジルコニウム（ジルコニア）の酸素を直流電流の通電によって低減させて黒色化する技術としては、特許文献１が確立されているが、その材料物性は不明であり、電波に対する応答性については全く知られていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４０５４８６７号
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｋ．Ｍａｔｓｕｍｕｒａ  ｅｔ．ａｌ．  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ｖｏｌ．１０３，  ０９３１０５（２００８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述のような問題に鑑みてなされたものであり、衛星から発せられる極超短波をその強度を低下させることなく、該物質内を通過させ、電波を受信するアンテナに導波できる電波透過用高抵抗材料及びそれを用いた電子機器を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するため、本発明は以下の技術的手段から構成される。
【００１１】
［１］  結合酸素量が化学量論組成のＺｒＯ２より少なく、酸化ジルコニウムを含有し、前記酸化ジルコニウムは、部分安定化剤が添加されて、部分安定化されており、極超短波の電波を透過させると、空気中よりも伝播が増幅される電波透過用高抵抗材料。
【００１２】
［２］  前記部分安定化剤として、酸化イットリウムを２．５質量％から３．５質量％含有した前記［１］に記載の電波透過用高抵抗材料。
【００１３】
［３］  前記極超短波は、Ｌ１帯波である前記［１］又は［２］に記載の電波透過用高抵抗材料。
【００１４】
［４］  前記［１］〜［３］のいずれかに記載の電波透過用高抵抗材料を外装として用いた電子機器。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電波透過用高抵抗材料は、ＧＰＳなどで使用されるＬ１帯波〜Ｌ５帯波の極超短波の電波を受信する電子機器の受信アンテナを収納する筐体などを高強度で作製することができる。さらに、高硬度であるため、傷などの発生を抑え、装飾性の高い部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の黒色酸化ジルコニウムの外観を示す写真である。
【図２】本発明の黒色酸化ジルコニウムのＸＲＤの測定結果を示すグラフである。
【図３】本発明の黒色酸化ジルコニウムを透過したＬ１帯波の受信強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の電波透過用高抵抗材料及びそれを用いた電子機器について、詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１８】
本発明の電波透過用高抵抗材料（電気抵抗率１０１２Ωｃｍ以上）は、結合酸素量が化学量論組成のＺｒＯ２より少なく、酸化ジルコニウムを含有する。酸化ジルコニウムは、部分安定化剤が添加されて、部分安定化されている。ＧＰＳ衛星から発せられる極超短波（１．１７６４５ＧＨｚ〜１．５７５４２ＧＨｚ）のうち特にＬ１帯波（１．５７５４２ＧＨｚ）の電波を透過させると、空気中よりも伝播が増幅される。
【００１９】
本発明の実施形態に係る電波透過用高抵抗材料は、ジルコニア相の部分安定化剤として酸化イットリウムを２．５質量％から３．５質量％含有する酸化ジルコニウムであり、酸素量を低減させた黒色の酸化ジルコニウムが好ましい。酸素含有量によって黒色度が異なるが、機械的特性等の変化はほとんどなく、筐体などへの用途への制約は生じない。
【００２０】
酸化ジルコニウムから酸素を分離して除去する方法については特に限定しないが、真空中で還元雰囲気を維持できる環境下で通電により加熱して、焼結する方法（特許文献１）が好ましいが、この方法に限定されるものではない。ただ、従来の酸化ジルコニウムにおける酸素欠損と称されるような状態（灰色、ＰＣＣＳ明度６．０以上）ではなく、黒色（好ましくは、ＰＣＣＳ明度３．０以下）であることが必要である。黒色化を進めるためには、酸素欠損を促進するため部分安定化剤が必要であり、２．５質量％から３．５質量％、好ましくは３質量％酸化イットリウムの添加が推奨される。
【００２１】
その他の構成元素は本発明では規定しないが、粉末の大きさを調整するために通常使用される粉砕や篩などから混入する１質量％未満の鉄などの不純物元素が存在しても、電波透過用高抵抗材料としての性能に大きな影響を与えない。主成分である酸化ジルコニウムの粒径は、焼結を行って成形する際の焼結温度を決定する因子となり、微細粒子であれば低温での焼結が可能となる。
【００２２】
焼結にて成形を行う際の焼結方法としては、還元雰囲気での焼結であれば問題なく黒色化するが、焼結時に酸化ジルコニウムから酸素を効率的に欠損させる場合には４００℃以上で直流電流を印加することが好ましい。上記条件を容易に実現できる焼結方法として、パルス通電焼結法が例示され、加圧しながら直流電流によって成形用の黒鉛型を発熱させることで低温にて緻密な黒色酸化ジルコニウム成形体を作製できるが、本方法に特化するものではない。酸化ジルコニウム粉末を予備プレスして焼結するか、型内に酸化ジルコニウムを充填して焼結することで目的の形状に成形することができる。
【００２３】
黒色酸化ジルコニウムは酸素が欠損した非平衡状態の酸化ジルコニウムであり、１０００℃で大気中にて加熱すると、酸素が拡散して白色の酸化ジルコニウムに変化する。黒色酸化ジルコニウムは、室温や３００℃以下の温度域では色の変化がなく、黒色を維持することができる。
【００２４】
本実施形態の電波透過用高抵抗材料は、筐体や外装として利用されるため、板形状やパイプ形状に加工されることが想定される。本発明の電波透過用高抵抗材料の原材料は、主成分が酸化ジルコニウムであるため、従来技術が利用でき、焼結による成形あるいは機械加工や研削加工による加工が利用できる。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【００２６】
（作製）
まず、市販されている３質量％酸化イットリウムを含有した平均結晶粒径０．２μｍの酸化ジルコニウム粉末（東ソー社製）を内径３０ｍｍで肉厚１０ｍｍの黒鉛製の型に充填し、パルス通電焼結により固化成形を行った。焼結の雰囲気は１０Ｐａの真空とし、１４００℃にて焼結を行った。焼結にはパルス状の直流電流を用い、加圧力４０ＭＰａにて焼結を行った。なお、焼結体が黒鉛型と反応しないように黒鉛型の表面にはＢＮ粉末をスプレー塗布した。
【００２７】
上記方法で得られた電波透過用高抵抗材料（３０ｍｍ径で３ｍｍ厚み）は、図１の外観写真に示すように、割れがなく、黒鉛型から容易に取り出すことができた。成形体は黒色の緻密な焼結体であった。
【００２８】
（電気抵抗）
また、電波透過用高抵抗材料の電気抵抗は、厚み方向でも５０メガオーム以上であり、電気的には高抵抗の材料であった。
【００２９】
（Ｘ線回折）
上記方法で作成した電波透過用高抵抗材料について、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）によって測定したＸ線回折スペクトルを図２に示す。図中、△はＡＳＴＭカード１７−０９２３の酸化ジルコニウムのピーク位置である。高角度側でピークのシフトが観察されることから、ＺｒＯ２から酸素が欠損した状態が確認できる。また、酸化ジルコニウム以外のピークは認められなかった。
【００３０】
（電波の受信強度測定）
次に、黒色酸化ジルコニウムをＧＰＳ用の電波受信システム（Ｕ−ＢＬＯＸ社製ＥＶＫ−６Ｈ−０）の上に設置し、電波を遮蔽できる大きさにて電波の受信強度を測定した。なお、ＧＰＳ電波は天気や測定環境の影響を受けるため、ほぼ同じ条件で３つの電波の強い衛星からの受信強度にて何も置かない場合と、導電体として銅を配置した場合と比較した。
【００３１】
具体的には、まず黒色酸化ジルコニウムの焼結体の上下面をダイヤモンド砥石にて研削し、３０ｍｍ径で２．５ｍｍ厚みとした。ＧＰＳ用のＬ１帯波（１．５７５４２ＧＨｚ）の電波受信システムとしてＵ−ＢＬＯＸ社製ＥＶＫ−６Ｈ−０を用いて、本発明の電波透過用高抵抗材料を透過したＧＰＳ用電波の受信強度を測定した。測定はアンテナ部分の上に本発明の電波透過用高抵抗材料を設置し、周囲からの電波の回り込みを防止するようにして実施した。なお、本発明の電波透過用高抵抗材料による受信感度への影響を確認するため、何も設置しない状態での受信強度と導電体として銅を設置した場合の受信強度を測定し、比較した。本来、アンテナの前に何かを設置すると受信感度は低下することが予想され、導電体を設置した場合は著しく受信強度が低下することが予想される。
【００３２】
受信強度を測定した結果、図３のグラフに示すように、何も設置しない際の受信強度は２９．４ｄＢとなり、導電体を設置した際の受信強度は６．５ｄＢとなり、本発明の電波透過用高抵抗材料を設置した際には３６．７ｄＢとなった。すなわち、本発明の電波透過用高抵抗材料を透過した電波の受信強度は何も設置していない空気中の場合と比較して７．３ｄＢ向上し、導電体を設置した際と比較して３０．２ｄＢ向上しており、極超短波の電波をより安定して受信できることがわかった。
【００３３】
また、何も設置していない場合と比較して受信強度が向上しており、本発明の電波透過用高抵抗材料を極超短波の電波が透過した場合、電波の強度が増幅されるという効果を見出すことができた。
【００３４】
本発明の電波透過用高抵抗材料は、ＧＰＳ用電波などの極超短波の電波に対して、電波を阻害することなく透過できる材料であり、アンテナを含む部材を収納できる筐体などに無垢材料として活用できる材料である。また、酸化ジルコニウムとして知られる強度や硬度を有しているため、筐体として要求される機械的特性を保有している材料である。
【００３５】
例えば、Ｌ１帯波の電波を受信する機器として、電波を受信して時刻修正する腕時計や携帯電話などのケースに使用することができ、Ｌ１帯波の電波を安定して受信でき、かつ機械的強度に優れた電子機器を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の電波透過用高抵抗材料は、これまで携帯電話や時計などの携帯型情報端末の筐体として利用されているプラスチックやガラスなどに比べ、高強度である上、高硬度、耐熱性を有する酸化ジルコニウムであり、その筐体としての用途が拡大することが期待される。さらに、これまで受信部分のみ異種材料が利用されているため、その強度が不連続になり、そのコストも高くなっていたが、本材料は一体型での成形が可能である。また一般に受信アンテナの上部を覆うと、受信感度は低下するが、本材料は何も置かない状態より受信感度を向上することができ、安定した電波受信を実現することができ、その用途は飛躍的に増加するものと考えられる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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