专利名称：位于雷达装置的射束路径内的成形品及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于保护雷达装置的成形(成型)品。本发明尤其涉及一种位于安装在汽车前格栅后方的雷达装置的射束(波束)路径内的成形品。
背景技术：
如图10所示，装配在汽车上的雷达装置100通常安装在前格栅101的后方。车辆制造商的厂标102或某些其它的区别性装饰品装在前格栅101上。该雷达装置发射经由前格栅和厂标向前传输的毫米波。由某一物体反射的反射光经由该前格栅和厂标返回至雷达装置。
使用仅具有少量电波透射(传输)损失且提供一定美感外观的材料和涂料制作该前格栅和厂标，尤其是它们位于雷达装置的射束路径内的部分。尤其是，该厂标用金属色涂料涂饰。
(专利文献1)日本专利公报(公开)No.2000-159039A(专利文献2)日本专利公报(公开)No.2000-49522A(专利文献3)日本专利公报(公开)No.2000-344032A发明内容日本专利公报(公开)No.2000-159039和No.2000-344032公开铟膜沉积在前格栅上。日本专利公报(公开)No.2000-49522公开二氧化硅陶瓷膜设置在厂标或天线罩上。
尽管提供金属色的铟膜适合用作厂标等的涂层，但其电波透射损失大。因此，如果其安装在雷达装置的前方，会衰减该雷达发射的波束。铟膜易于剥落且缺乏耐久性。此外，铟是金属，因而易受到电位腐蚀。
由二氧化硅制成的陶瓷膜具有极好的耐久性，且用作保护膜或保护涂料。但是，其是无色的，不能提供富于美感的外观，例如金属色外观。
本发明的一个目的是提供一种位于雷达装置的射束路径内且仅具有少量电波透射损失的成形品。
本发明的另一个目的是提供一种位于雷达装置的射束路径内且具有发光色彩的成形品。
依照本发明，在基体的外表面上设置有陶瓷材料层。该陶瓷材料包括氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷及它们的混合物。该陶瓷材料包括氮化钛和/或氮化铝。
依照本发明，提供一种仅具有少量电波透射损失且位于雷达装置的射束路径内的成形品。
依照本发明，提供一种具有发光色彩且位于雷达装置的射束路径内的成形品。
图1示出依照本发明的位于雷达装置的射束路径内的成形品的横截面图；图2示出依照本发明的位于雷达装置的射束路径内的成形品的横截面图；图3示出电波特性试验方法；图4示出利用电波特性试验确定的每个试样的透射损失；图5示出利用电波特性试验确定的每个试样的介电特性；图6示出由第二电波特性试验结果确定的每个试样的透射损失；图7示出由第二电波特性试验结果确定的每个试样的介电特性；图8示出耐磨性试验方法；图9示出硬度试验方法；以及图10示出传统成形品的布置。
具体实施例方式
图1和2示出依照本发明的位于雷达装置的射束路径内的成形品的横截面图。图1(a)示出本发明的第一示例。在此示例中，成形品包括基体10和设在该基体10上的陶瓷材料层12。陶瓷材料层12可由氮化物陶瓷、氧化物陶瓷或碳化物陶瓷制成。氮化物陶瓷的示例包括氮化钛TiN、氮化铝AlN、氮化铬CrN、氮化硅Si3N4、氮化铁FeN、氮化镓GaN以及氮化锆ZrN。碳化物陶瓷的示例包括碳化硅SiC、碳化钛TiC、碳化锆ZrC、碳化硼B4C以及碳化钨WC。
在本示例中，陶瓷材料层12优选由氮化钛TiN或氮化铝AlN制成。
图1(b)示出本发明的第二示例。在此示例中，成形品包括基体10、第一陶瓷材料层12以及第二陶瓷材料层13，该两陶瓷材料层均设在基体上。两陶瓷材料层12和13由从包括上述氮化物陶瓷、氧化物陶瓷以及碳化物陶瓷的一组陶瓷材料中选出的两种不同陶瓷材料制成。但优选采用氮化钛TiN或氮化铝AlN。
更优选地，下侧的第一陶瓷材料层12是氮化钛TiN层，且上侧的第二陶瓷材料层13是氮化铝AlN层。通过因而在呈现金属色的氮化钛TiN层上形成呈现透明和彩虹色干涉色的氮化铝AlN层，可获得呈现金属色和彩虹色干涉色的美观外观。
图1(c)示出本发明的第三示例。在此示例中，成形品包括基体10和设在该基体10上的陶瓷材料混合层14。陶瓷材料混合层14由两种或多种陶瓷材料的混合物制成。用于形成该混合物的陶瓷材料可从上述示例中选出，优选氮化钛TiN或氮化铝AlN。
图1(d)示出本发明的第四示例。在此示例中，成形品包括基体10，位于该基体10上的第一陶瓷材料混合层14以及第二陶瓷材料混合层15。两陶瓷材料混合层14和15具有不同的陶瓷材料组分。每种混合物可由上述陶瓷材料示例制成。但优选采用氮化钛TiN或氮化铝AlN。在这种情况下，两混合层14和15中氮化钛TiN或氮化铝AlN的各自含量不同。
通过溅射(喷镀、喷涂)形成陶瓷材料层12和13以及陶瓷材料混合层14和15。陶瓷材料层12和13以及陶瓷材料混合层14和15中的每一层都优选具有从0.1nm到1000nm或者更优选从10nm到500nm的厚度。
通过适当选择用于陶瓷材料层12和13以及陶瓷材料混合层14和15的陶瓷材料类型和每层的厚度，可表现出希望的色调(色彩)。
基体10由仅具有少量电波透射损失且具有良好介电特性的材料制成。该介电特性包括介电常数ε’和介电损失tanδ。基体10由优选聚碳酸酯的透明树脂制成。
参照图2，说明本发明的另一示例。图2(a)示出本发明的第五示例。在此示例中，成形品包括基体10，位于该基体10上的下涂层11以及位于该下涂层11上的陶瓷材料层12。本示例成形品不同于图1(a)所示示例之处在于设置有下涂层11。该下涂层11由可增强陶瓷材料层12所表现的色调的涂料制成，并为该涂料选择希望的色调。在陶瓷材料层12表现出类似于氮化钛TiN的金属色时，底涂料11可以是黑色涂料。
图2(b)示出本发明的第六示例。在此示例中，成形品包括基体10，位于该基体10上的下涂层11，位于该下涂层11上的第一陶瓷材料层12以及第二陶瓷材料层13。本示例成形品不同于图1(b)所示示例之处在于设置有下涂层11。
图2(c)示出本发明的第七示例。在此示例中，成形品包括基体10，位于该基体10上的下涂层11以及位于该下涂层11上的陶瓷材料混合层14。本示例成形品不同于图1(c)所示示例之处在于设置有下涂层11。图2(d)示出本发明的第八示例，在此示例中，成形品包括基体10，位于该基体10上的下涂层11，第一陶瓷材料混合层14以及第二陶瓷材料混合层15，第一和第二陶瓷材料混合层均设在下涂层11上。本示例成形品不同于图1(d)所示示例之处在于设置有下涂层11。
以下，将说明为比较本发明示例与现有技术示例而实施的试验的结果。
参照图3，说明基于本发明人实施的自由空间法的电波特性试验。在该电波特性试验中，将尺寸为50×50mm的试样303布置在两相互面对的喇叭形天线301和302之间。其中一个喇叭形天线301适于发射由信号发生器304生成的毫米波并接收由试样303反射的毫米波。另一个喇叭形天线302适于接收透过试样303的毫米波。网络分析器305适于接收由信号发生器304生成的入射波束、在入射侧上从喇叭形天线301处获得的反射波束以及在透射侧上从喇叭形天线302处获得的透射波束。利用网络分析器305测量透射损失和介电特性。如表1所示，预备五个试样。
(1)由聚碳酸酯树脂制成的基体。这是基体本身，并且其上未设置涂料或膜。这将被称作试样0。
(2)在该基体上形成依照本发明的氮化钛膜。一个具有100nm厚氮化钛膜的试样称作试样1，另一个具有200nm厚氮化钛膜的试样称作试样2。通过溅射形成该氮化钛膜。
(3)在依照传统技术的基体上形成铟膜。一个具有10nm厚铟膜的试样称作试样3，同时另一个具有30nm厚铟膜的试样称作试样4。利用蒸发镀膜形成该铟膜。
表1
该结果表明在本发明示例中，可通过调整氮化钛膜的厚度来获取亮度从透明到银色的希望的色调。
图4示出利用该电波特性试验结果确定的每个试样的透射损失(dB)。利用频带(频率)在75-110GHz的毫米波照射每个试样。曲线a0，a1，a2，a3和a4分别表示试样0，1，2，3和4的透射损失的测量结果。如图中所示，与现有技术试样3和4的透射损失(曲线a3和a4)相比，本发明试样1和2的透射损失(曲线a1和a2)相当小。本身是由聚碳酸酯制成的基体的试样0的透射损失(曲线a0)可认为基本为零。通过比较例如试样1(曲线a1)和试样2(曲线a2)的透射损失可见，膜厚度越大，透射损失越大。
图5示出自该电波特性试验结果所确定的每个试样的介电特性。利用频带在75-110GHz的毫米波照射每个试样。该介电特性包括介电常数ε’和介电损失tanδ，以下将首先考虑前者。曲线b0，b1，b2和b3分别表示试样0，1，2和3的介电常数ε’的测量结果。对于试样4，不能测量介电常数。本发明试样1和2的介电常数ε’(曲线b1和b2)基本等于本身是基体的试样0的介电常数ε’(曲线b0)。即可见，具有依照本发明形成的膜的成形品是类似于聚碳酸酯基体的介电物质。现有技术试样3的介电常数ε’(曲线b3)小于试样0，1和2的介电常数ε’(曲线b0，b1和b2)。由于铟本质上是一种金属，可以认为通过在本身是介电材料的聚碳酸酯基体表面上沉积铟薄膜，就获得一种半导体材料。
现在将考虑介电损失tanδ。曲线c0，c1，c2和c3分别表示试样0，1，2和3的介电损失tanδ的测量结果。对于试样4，不能测量介电损失tanδ。该介电损失tanδ按照试样0，1，2和3(曲线c0，c1，c2和c3)的顺序减少。即，本身是基体的试样0的介电损失tanδ(曲线c0)最小，本发明试样1和2的介电损失tanδ(曲线c1和c2)较大，以及现有技术试样3的介电损失tanδ(曲线c3)最大。
可见，图4所示透射损失对应于图5所示介电损失。关于现有技术试样3，可认为传导损失比介电损失更显著，如通过比较图4的曲线a3与图5的曲线c3可见。然后再预备另外三个试样，如表2所示。
表2
(1)由聚碳酸酯树脂制成的基体。这是基体本身，并且其上未设置涂料或膜。这将被称作试样10，该试样10与表1所示试样0相同。
(2)在该基体上形成依照本发明的氮化铝膜。一个具有50nm厚氮化铝膜的试样指定为试样11，另一个具有100nm厚氮化铝膜的试样指定为试样12。通过溅射形成该氮化铝膜。
图6示出从第二电波特性试验结果确定的每个试样的透射损失。利用频带在75-110GHz的毫米波照射每个试样。曲线d10，d11和d12分别表示试样10，11和12的透射损失的测量结果。如所示，如同本身是聚碳酸酯基体的试样10的透射损失，依照本发明的试样11和12的透射损失可认为基本为零。
图7示出从该第二电波特性试验结果确定的每个试样的介电特性，该介电特性包括介电常数ε’和介电损失tanδ。利用频带在75-110GHz的毫米波照射每个试样。曲线e10，e11和e12分别表示试样10，11和12的介电常数ε’的测量结果。三条曲线e10，e11和e12相互重合且基本相同。即，试样11和12的介电常数ε’等于本身是基体的试样10的介电常数ε’。类似地，曲线f10，f11和f12分别表示试样10，11和12的介电损失tanδ的测量结果。三条曲线f10，f11和f12相互重合且基本相同。即，本发明试样11和12的介电损失tanδ等于本身是基体的试样10的介电损失tanδ。
参照图8，说明本发明人实施的耐磨性试验。图8示出表面耐磨试验方法。如所示，试样802固定在试样台801上，并利用摩擦元件803磨擦该试样802的表面。砝码(配重)806经由支承体805连接到摩擦元件803上。施加给摩擦元件803的尖端的力是9.8N。摩擦元件803尖端的球面具有10mm的半径，且缠绕着棉帆布(6号)804。
摩擦元件803具有100mm的行程，且其以每分钟50个往复的速率移动。测量在该试样表面上的涂层开始剥落时该摩擦元件已经完成的往复数量。在视觉上识别该膜的剥落。预备本发明试样1和现有技术试样4，然后进行耐磨试验。
结果在表3中示出。
表3
自表3可见，本发明试样1的耐磨性高于现有技术试样4的耐磨性。
参照图9，说明本发明人实施的硬度试验。图9示出铅笔划痕硬度试验方法。如所示，利用具有约3毫米长的铅芯的铅笔903在试样902的表面上划痕。用右手握住铅笔903，使该表面与铅笔903之间形成约45°角。然后，用正好不足以折断该铅芯的力把该铅笔压在试样902的表面上，并以恒定速度向前移动该铅笔约1cm。使用具有不同硬度等级的铅笔，并记录产生剥落的铅笔的密度符号。密度符号9H表示最大硬度，6B表示最小硬度。
测量结果在表4中示出。
表4
自表4可见，本发明试样1的硬度高于现有技术试样4的硬度。
由此，位于雷达装置的射束路径内的本发明成形品具有高耐磨性和硬度。因而，可获得的优点是不需要如现有技术所要求的在该成形品的表面上涂覆二氧化硅保护膜。但可选地，还可在图1和2所示成形品的表面上设置透明保护膜。
尽管已参照本发明的优选示例具体示出及说明了本发明，但本领域技术人员将能理解，在不脱离所附权利要求书的范围内可对其做出各种改变。
权利要求
1.一种成形品，它包括基体和覆盖所述基底的外表面的陶瓷材料层，所述成形品位于雷达装置的射束路径内。
2.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述陶瓷材料层包括多个层。
3.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述陶瓷材料包括氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷以及它们的混合物。
4.根据权利要求3所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述陶瓷材料包括氮化钛、氮化铝及它们的混合物。
5.根据权利要求4所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述陶瓷材料层包括氮化钛层和氮化铝层。
6.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，在所述基体与所述陶瓷材料层之间设置有其色调能增强所述陶瓷材料所表现的色调的涂料层。
7.根据权利要求5所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，在所述基体与所述陶瓷材料层之间设置有其色调能增强所述陶瓷材料所表现的色调的涂料层。
8.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述陶瓷材料层通过溅射形成。
9.根据权利要求5所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述陶瓷材料层通过溅射形成。
10.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，每个所述陶瓷材料层具有0.1nm至1000nm的厚度。
11.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，每个所述陶瓷材料层具有10nm至500nm的厚度。
12.根据权利要求5所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，每个所述陶瓷材料层具有10nm至500nm的厚度。
13.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述基体由仅具有少量电波透射损失的透明树脂形成。
14.根据权利要求1所述的位于所述雷达装置的射束路径内的成形品，其特征在于，所述基体由仅具有少量介电损失的透明树脂形成。
15.一种制造位于雷达装置的射束路径内的成形品的方法，包括通过溅射在基体的表面上形成第一陶瓷材料层。
16.根据权利要求15所述的制造位于雷达装置的射束路径内的成形品的方法，包括通过溅射在所述第一陶瓷材料层上形成第二陶瓷材料层。
全文摘要
一种位于雷达装置的射束路径内的成形品，它仅具有少量电波透射损失且具有金属色。该成形品包括基体和覆盖该基底的外表面的陶瓷材料层。该陶瓷材料包括氮化物陶瓷、氧化物陶瓷、碳化物陶瓷以及它们的混合物。该陶瓷材料包括氮化钛和/或氮化铝。
文档编号H01Q1/42GK1579841SQ20041007056
公开日2005年2月16日 申请日期2004年8月6日 优先权日2003年8月6日
发明者神谷五生, 神谷纯生, 高桥泉 申请人:丰田自动车株式会社