JP2005271477A - 筐体、電子機器および複合成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 製造コストの低減を図り、かつ金属板と接着剤および樹脂との接着強度を高めることができる筐体、電子機器および複合成形方法を提供する。
【解決手段】 アルミニウムまたはアルミニウム合金から成る筐体本体３と、筐体本体３に形成されるアルマイト層４と、アルマイト層４に、接着剤層５を介して形成される樹脂層６とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、筐体、電子機器および複合成形方法に関し、たとえばパーソナルコンピュータなどの電子機器に適用される技術に関する。

従来、たとえばパーソナルコンピュータなどの小型電子機器の筐体においては、軽量化、美観性および絶縁性などの点から樹脂およびマグネシウム合金やチタン等の金属素材を用いている。一般的なノート型パーソナルコンピュータにおいて、その筐体重量がたとえば機器全体の重量の２０％以上３０％未満占めており、製品の軽量化を図るためには、筐体の軽量化は重要な課題である。

筐体の軽量化には、筐体の厚さを薄肉化することが最も有効であるが、通常使用する樹脂材料では、強度不足および樹脂の流動性の観点から薄肉化には限界がある。またマグネシウムの成形に関しては、前記薄肉化の限界に対する課題に加え、成形性、仕上げ処理、後加工処理および防錆処理などの多加工による品質低下が懸念される。アルミニウムまたはアルミニウム合金などの金属からプレス技術などを用いて、筐体を作製する技術もあるが、ボス、リブおよび嵌合部が形成できないという技術課題があった。

そこで近年、前述の課題を解決すべく、予めプレス加工した金属製板体と樹脂とを複合成形することによって、筐体を製造する技術が種々提案されている（たとえば特許文献１，２，３参照）。特許文献１には、金属板の一表面部に反応性ホットメルトの接着剤を塗布、硬化させることによって接着剤層を形成し、その後金属板と樹脂材料とを複合成形する技術が開示されている。特許文献２には、平坦な金属板の一表面部に接着剤を塗布し乾燥させた後、接着剤層上に樹脂を射出して複合成形する技術が開示されている。特許文献３では、エポキシ樹脂系の塗料を金属フレームに塗布し硬化させた後、この金属フレームと、熱可塑性合成樹脂から成るリブとを一体的に成形する技術が開示されている。

特許第２５７２１７４号公報 特許第３０１６３３１号公報 特開２００１−２９８２７７号公報

接着剤を媒体として樹脂を射出することによって、金属板と樹脂とを複合成形する技術においては、金属板と樹脂との間の接着強度であって、金属板と接着剤との接着強度、および接着剤と樹脂との接着強度に係る課題を解決する必要がある。

特許文献１では、接着剤が金属板の一表面部に網目状に塗布された状態で硬化させることで、樹脂の射出成形の際、樹脂が網目状の凹凸部分に入り込み投錨効果つまりアンカー効果を生じる。しかしながら前述のアンカー効果で期待できる効果は、接着剤と樹脂との接着強度の改善であり、接着剤と金属板との接着強度までをも改善するものではない。すなわち複合成形する金属板、樹脂、接着剤の種類によっては、金属板が接着剤および樹脂から剥がれるおそれがある。

特許文献２および３では、金属板に接着剤を塗布する前に、この接着剤を塗布すべき金属板の一表面部を研磨する、一表面部に有機被膜を形成するなどの特別な下地処理を施す旨の内容が示唆されている。しかし製造工程が複雑化するうえ、特別な下地処理を施す分、製造コストが高くなるなどの課題がある。

本発明の目的は、製造コストの低減を図り、かつ金属板と接着剤および樹脂との接着強度を高めることができる筐体、電子機器および複合成形方法を提供することである。

本発明は、金属板と樹脂とを複合成形する方法であって、
前記金属板の少なくとも一部に酸化被膜層を形成する酸化被膜層形成工程と、
酸化被膜層形成工程の後、酸化被膜層に接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、
酸化被膜層に接着剤層を介して樹脂を射出し複合成形する樹脂射出工程とを有することを特徴とする複合成形方法である。

本発明に従えば、酸化被膜層形成工程において、金属板の少なくとも一部に、酸化被膜層を形成する。この酸化被膜層形成工程の後、接着剤層形成工程において、酸化被膜層に接着剤層を形成する。樹脂射出工程では、酸化被膜層に接着剤層を介して樹脂を射出し複合成形する。特に酸化被膜層形成工程で、金属板の少なくとも一部に酸化被膜層が形成されるので、酸化被膜層が形成されない金属板と比べて金属板の凹凸部分が増す。これによって金属板と接着剤との接触面積が増し、金属板と接着剤との接着強度を向上させることが可能となる。

また本発明は、接着剤層形成工程は、酸化被膜層に接着剤を塗布する塗布段階と、塗布した接着剤を乾燥する乾燥段階とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、接着剤層形成工程は塗布段階および乾燥段階を含む。塗布段階において、酸化被膜層に接着剤を塗布する。その後乾燥段階において、塗布した接着剤を乾燥する。このように接着剤層の形成を実現することができる。

また本発明は、金属板と、
金属板の少なくとも一部に形成される酸化被膜層と、
前記酸化被膜層に、接着剤層を介して形成される樹脂層とを有することを特徴とする筐体である。

本発明に従えば、金属板の少なくとも一部には、酸化被膜層が形成される。前記酸化被膜層に、接着剤層を介して樹脂層が形成される。金属板の少なくとも一部に酸化被膜層が形成されるので、酸化被膜層が形成されない金属板と比べて金属板の凹凸部分が増す。これによって金属板と接着剤との接触面積を増し、金属板と接着剤との接着強度を向上させることが可能となる。

また本発明は、前記金属板の金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、酸化被膜層は、アルマイト処理される陽極酸化被膜層であることを特徴とする。

本発明に従えば、金属板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金から成る。この金属板にアルマイト処理が施され、酸化被膜層としての陽極酸化被膜層が形成される。このように金属板と接着剤との接着強度をより強固に向上させる酸化被膜層を実現することができる。

また本発明は、少なくとも筐体を含む電子機器であって、
前記筐体は、金属板と、金属板の少なくとも一部に形成される酸化被膜層と、前記酸化被膜層に接着剤層を介して形成される樹脂層とを有し、
前記樹脂層には、ボスおよびリブの少なくともいずれか一方が形成されることを特徴とする電子機器である。

本発明に従えば、筐体は、金属板、酸化被膜層、接着剤層および樹脂層を有する。金属板の少なくとも一部に前記酸化被膜層が形成されるので、酸化被膜層が形成されない金属板と比べて金属板の凹凸部分が増す。これによって金属板と接着剤との接触面積を増し、金属板と接着剤との接着強度を向上させることが可能となる。ボスを用いて所望の部材を内蔵または固定することができる。リブを用いて樹脂層のみならず筐体の剛性強度を高くすることが可能となる。このような筐体を含む電子機器を実現することができる。

本発明によれば、酸化被膜層形成工程で、金属板の少なくとも一部に酸化被膜層が形成されるので、酸化被膜層が形成されない金属板と比べて金属板の凹凸部分が増す。これによって金属板と接着剤との接触面積が増し、金属板と接着剤との接着強度を向上させることが可能となる。したがって筐体の薄形化および軽量化を図り、かつ金属板と接着剤および樹脂との接着強度を高めることが可能となる。

また本発明によれば、塗布段階において、酸化被膜層に接着剤を塗布し、その後乾燥段階において、塗布した接着剤を乾燥する。このように接着剤層の形成を実現することができる。

また本発明によれば、金属板の少なくとも一部に酸化被膜層が形成されるので、酸化被膜層が形成されない金属板と比べて金属板の凹凸部分が増す。これによって金属板と接着剤との接触面積を増し、金属板と接着剤との接着強度を向上させることが可能となる。したがって筐体の薄形化および軽量化を図り、かつ金属板と接着剤および樹脂との接着強度を高めることが可能な筐体を実現することができる。しかも従来技術のような特別な下地処理を必要としないので、製造コストの低減を図ることが可能となる。

また本発明によれば、金属板はアルミニウムまたはアルミニウム合金から成り、この金属板にアルマイト処理が施され、酸化被膜層としての陽極酸化被膜層が形成される。このように金属板と接着剤との接着強度をより強固に向上させる酸化被膜層を実現することができる。

また本発明によれば、金属板の少なくとも一部に酸化被膜層が形成されるので、酸化被膜層が形成されない金属板と比べて金属板の凹凸部分が増す。これによって金属板と接着剤との接触面積を増し、金属板と接着剤との接着強度を向上させることが可能となる。ボスを用いて所望の部材を内蔵または固定することができる。リブによって樹脂層のみならず筐体の剛性強度を高くすることが可能となる。

図１は、本発明の実施形態に係る筐体を示し、図１（ａ）は、筐体１の要部を切断して見た断面図、図１（ｂ）は、筐体本体３とアルマイト層４（以下、酸化被膜層４、もしくは、陽極酸化被膜層４とも呼ぶ）と樹脂層６との関係を説明するための図である。図２は、樹脂２が複合成形された筐体１を含む電子機器の分解斜視図である。本実施形態では、小型電子機器の筐体に本発明の筐体が適用される。なお以下の説明は、複合成形方法の説明をも含む。

筐体１は、筐体本体３と酸化被膜層４と接着剤層５と樹脂層６とを有する。筐体本体３は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の金属板３Ａから成る。この金属板３Ａは、たとえば平均板厚０．４ｍｍ以上１．０ｍｍ以下程度のものが用いられている。すなわちパーソナルコンピュータに代表される電子機器の筐体製造においては、金属板３Ａの板厚が０．４ｍｍよりも薄いと、筐体１としての強度補強効果が得られない。しかも金属板３Ａの板厚が１．０ｍｍよりも厚いと、筐体中に含まれる金属部品の占める割合が高くなる。それ故、筐体１の重量が不所望に増加する。このように金属板３Ａの平均板厚が規定されている。ただしアルミニウムまたはアルミニウム合金以外の金属材料を、筐体本体３の材料として適用する場合には、金属板３Ａの平均板厚０．４ｍｍよりやや薄肉のもの、または平均板厚１．０ｍｍよりやや厚肉のものを適用する場合もあり得る。この場合にも本実施形態と同様の効果を奏する。

後述するプレス加工されて成る筐体本体３には、その一表面部および他表面部を含む全面にわたり酸化被膜処理であるアルマイト処理が施されている。このように筐体本体３全面に酸化被膜層４つまり陽極酸化被膜層４が形成されている。この陽極酸化被膜層４に接着剤層５を介して樹脂層６が形成されている。この樹脂層６には、ボス７およびリブ８が形成されている。前記ボス７を用いて所望の部材を内蔵または固定することができる。リブ８を用いて樹脂層６のみならず筐体１の剛性強度を高くすることが可能となる。

図３は、筐体本体３を形成する前の金属板３Ａの斜視図である。図４は、金属板３Ａをプレス金型９によってプレス成形する段階を概略示す断面図である。図５は、筐体本体３が成形された段階の斜視図である。図６は、筐体本体３をアルマイト処理する段階を示す図である。図７は、アルマイト処理された筐体本体３に対し、接着剤１０をスプレー塗布する段階を示す図である。図８は、射出成形用金型１１によって樹脂２を射出成形する段階を概略示す断面図である。図９は、樹脂層６が複合成形された筐体１を概略示す斜視図である。図１０は、複合成形方法を段階的に示すフローチャートである。

筐体１を製造する際には、先ず厚さδ（δはたとえば約０．６ｍｍ）のアルミニウムまたはアルミニウム合金製の平板（これを金属板３Ａと称す）を用意しておく。ステップｓ１において、金属板３Ａを、プレス金型９を用いてプレス加工する。このプレス加工工程は、順次、外形抜き、絞り、トリミング、縁立て、修正、カム修正および孔開けの複数段階を含んでいる。ステップｓ１のプレス加工工程によって、筐体本体３が形成される。プレス加工工程によって形成される筐体本体３を、金属プレス品３という場合がある。

次にステップｓ２に移行し、金属プレス品３をアルマイト処理する。具体的に、アルマイト処理工程は、順次、金属プレス品３の枠付け、脱脂、洗浄、エッチング、水洗、中和、電解（アルマイト処理）、水洗（３回）、封孔、湯洗、乾燥および枠外しの複数段階を含んでいる。前記電解（アルマイト処理）とは、電解槽１２の中に金属プレス品３を入れ、電解によって解けた金属表面部３ａと、水の電気分解によって生じる酸素とが結合して酸化被膜（金属表面部３ａに凹凸）を形成させる処理である。電解槽１２の組成および条件は、たとえば、硫酸を１３Ｗ／Ｖ％以上１７Ｗ／Ｖ％以下、温度を１９℃以上２３℃以下、溶存アルミ量を２０ｇ／Ｌ以下、溶存塩化物量を０．２ｇ以下、電流密度を７０Ａ／ｍ^２以上１５０Ａ／ｍ^２以下、電圧を１３Ｖ以上１８Ｖ以下、時間を４０分程度で行う。また前記封孔の条件として、酢酸ニッケル５ｇ／Ｌ以上６ｇ／Ｌ以下と、添加剤２ｇ／Ｌ以上３ｇ／Ｌ以下とを９０℃の熱湯の中に１０分間浸漬する。ステップｓ２のアルマイト処理工程が酸化被膜層形成工程に相当する。

次にステップｓ３に移行し、アルマイト処理された金属プレス品３に対し、接着剤１０を塗布し乾燥する。この接着剤塗布および乾燥段階が、接着剤層形成工程に相当する。接着剤塗布段階は、塗布段階に相当する。接着剤塗布および乾燥段階において、接着強度条件を満たす接着剤１０の材質、塗布方法および乾燥条件の具体例は、以下の通りである。なお前記接着強度条件は、完成品つまり筐体１に対し、樹脂層６のボス７にたとえば１５Ｋｇｆ（ＳＩ単位で約１４７Ｎ）の荷重を加え、樹脂の剥がれおよび白化などが生じない条件である。

接着剤１０の材質として、たとえばエポキシ系接着剤であるケムロック（商品名）などが使用され、塗布方法として、たとえばスプレー塗布方法が適用される。本実施形態で使用される接着剤１０の成分は次のようなものである。なお、下表１は、本実施形態で使用した接着剤１０の成分を示す。

塗布すべき接着剤１０の膜厚は、たとえば１５μｍ以上２０μｍ以下の範囲とするのが適切である。手塗き一往復で約６μｍの膜厚の接着剤１０が塗布されることから、前記膜厚１５μｍ以上２０μｍ以下の範囲とするには、三往復（約１８μｍ）手塗きすることが目安である。乾燥条件は、８０℃の乾燥炉で約２０分間乾燥することである。

次にステップｓ４に移行し、接着剤１０を塗布し乾燥した金属プレス品３に樹脂２を射出成形する。このステップｓ４の樹脂２を射出成形する工程が、樹脂射出工程に相当する。この工程において、射出する樹脂材は、たとえば難燃グレード（Ｖ−０）品でガラスの含有率が少なく、収縮率が小さいポリブチレンテレフタレート（略称、ＰＢＴ樹脂）が好ましい。ただしＲＩＭウレタンを含むポリエーテルおよびポリエステル系のコンパウンドの接着が可能な性質がある樹脂材料であれば、射出する樹脂材として使用することも可能である。本工程において、完成品つまり筐体１に対し、樹脂層６のボス７にたとえば１５Ｋｇｆ（ＳＩ単位で約１４７Ｎ）の荷重を加え、樹脂の剥がれおよび白化などが生じない接着強度条件を満たす射出成形の条件の具体例は、以下の通りである。

樹脂材料は、前述の収縮率が小さいポリブチレンテレフタレート。射出成形時の金型温度を、たとえば５８℃以上６０℃以下まで上げる。ここで温度６０℃は、使用される接着剤１０であるケムロックの溶融温度である。なお金型温度は、テスト成形に基づく温度であり、接着剤１０の溶融温度６０℃を越えると、この接着剤が流れ出すことから、次のテスト（１）、（２）を実施した。

（１）射出成形用金型１１の温度を、接着剤層６であるケムロックが溶融していない温度（６０℃未満）で射出成形テストを実施する。すると樹脂とケムロックとの溶着性が悪く、樹脂の剥がれが生じた。（２）射出成形用金型の温度を、接着剤であるケムロックの溶融温度６０℃（理論上の限界温度）で射出成形テストを実施する。すると目視確認においてテスト（１）の場合と明らかな差異がみられ、また接着強度条件を満たしていた。

前述のテスト成形の結果から、射出成形用金型１１の温度を、接着剤が溶解していない温度に設定すると、樹脂と接着剤との溶着性が悪く樹脂の剥がれが起こる。これに対し、射出成形用金型１１の温度を、接着剤の溶融温度に設定すると、樹脂の接着強度が高くなる。具体的に、樹脂と金属プレス品３とを引き剥がす試験において、その境界面は、ケムロック膜が引き裂かれた状態になっていた。このケムロック膜が引き裂かれた状態とは、ケムロックが樹脂層６側および金属プレス品３側の双方に強固に接着されていた状態と同義である。なお樹脂層６または金属プレス品３のいずれかの接着強度が弱かった場合には、ケムロック膜は、接着力の強い側へのみ残った状態となる。

このステップｓ４において、射出成形用金型１１のキャビティ１３に、２６５℃の樹脂２を１３００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力で、１５０ｃｍ^３／ｓｅｃで流し込む。ここで樹脂温度である２６５℃は、使用する樹脂２に依存する。本実施形態においては、ポリブチレンテレフタレートが分解しない程度の一番高い温度が設定される。なお樹脂温度が、設定すべき温度よりも低いと、樹脂２の流動性が悪くなり、ひけが発生する。

以上説明した筐体１および複合成形方法によれば、筐体本体３に陽極酸化被膜層４が形成されるので、陽極酸化被膜層４が形成されない筐体本体と比べて、筐体本体３つまり金属板３Ａの凹凸部分が増す。これによって筐体本体３と、接着剤１０との接触面積を増し、筐体本体３つまり金属板３Ａと接着剤１０との接着強度を向上させることが可能となる。したがって筐体１の薄形化および軽量化を図り、かつ筐体本体３つまり金属板３Ａと接着剤１０および樹脂との接着強度を高めることが可能な筐体１を実現することができる。しかも従来技術のような特別な下地処理を必要としないので、製造コストの低減を図ることが可能となる。

またアルミニウムまたはアルミニウム合金から筐体本体３が形成される。この筐体本体３にアルマイト処理が施され、陽極酸化被膜層が形成される。このように筐体本体３と接着剤１０との接着強度をより強固に向上させる酸化被膜層を実現することができる。前記樹脂層６には、ボス７およびリブ８が形成されるので、ボス７を用いて所望の部材を内蔵または固定することができるうえ、リブ８によって、樹脂層６のみならず筐体１の剛性強度を高くすることが可能となる。

本実施形態においては、筐体本体３全面に陽極酸化被膜層４が形成されているが、接着剤層５を塗布すべき筐体本体３の一表面部または一部だけに陽極酸化被膜を形成する場合もある。この場合にも本実施の形態と同様の効果を奏する。樹脂層６には、ボス７およびリブ８が形成されているが、樹脂層６にボス７だけが形成される場合もある。逆に樹脂層６にリブ８だけが形成される場合もある。

本発明の実施形態に係る筐体１を示し、図１（ａ）は、筐体１の要部を切断して見た断面図、図１（ｂ）は、筐体本体３とアルマイト層４と樹脂層６との関係を説明するための図である。 樹脂２が複合成形された筐体１を含む電子機器の分解斜視図である。 筐体本体３を形成する前の金属板３Ａの斜視図である。 金属板３Ａをプレス金型９によってプレス成形する段階を概略示す断面図である。 筐体本体３が成形された段階の斜視図である。 筐体本体３をアルマイト処理する段階を示す図である。 アルマイト処理された筐体本体３に対し、接着剤１０をスプレー塗布する段階を示す図である。 射出成形用金型１１によって樹脂２を射出成形する段階を概略示す断面図である。 樹脂層６が複合成形された筐体１を概略示す斜視図である。 複合成形方法を段階的に示すフローチャートである。

符号の説明

１ 筐体
３Ａ 金属板
４ アルマイト層（酸化被膜層，陽極酸化被膜層）
５ 接着剤層
６ 樹脂層
７ ボス
８ リブ

Claims (5)

1. 金属板と樹脂とを複合成形する方法であって、
   前記金属板の少なくとも一部に酸化被膜層を形成する酸化被膜層形成工程と、
   酸化被膜層形成工程の後、酸化被膜層に接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、
   酸化被膜層に接着剤層を介して樹脂を射出し複合成形する樹脂射出工程とを有することを特徴とする複合成形方法。
2. 接着剤層形成工程は、酸化被膜層に接着剤を塗布する塗布段階と、塗布した接着剤を乾燥する乾燥段階とを含むことを特徴とする請求項１に記載の複合成形方法。
3. 金属板と、
   金属板の少なくとも一部に形成される酸化被膜層と、
   前記酸化被膜層に、接着剤層を介して形成される樹脂層とを有することを特徴とする筐体。
4. 前記金属板の金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、酸化被膜層は、アルマイト処理される陽極酸化被膜層であることを特徴とする請求項３に記載の筐体。
5. 少なくとも筐体を含む電子機器であって、
   前記筐体は、金属板と、金属板の少なくとも一部に形成される酸化被膜層と、前記酸化被膜層に接着剤層を介して形成される樹脂層とを有し、
   前記樹脂層には、ボスおよびリブの少なくともいずれか一方が形成されることを特徴とする電子機器。

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