JP2007015337A - 筐体、電子機器および複合成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 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】 マグネシウムまたはマグネシウム合金から成る筐体本体３と、筐体本体３に形成される化成被膜層４と、化成被膜層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アルミニウム合金やチタン合金などの金属素材が用いられている。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。

アルミニウムまたはアルミニウム合金などの比較的比重の軽い金属を用いて、プレス技術によっ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的課題がある。

このような課題を解決する技術として、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。

特開平５−１０４６３８号公報

接着剤を媒体とし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させる技術が提案されている。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。

図８は、従来の技術の金属板２０および接着剤層２１を示す断面図である。図８（ａ）に示すように、金属板２０の表面部２０ａの凹凸が比較的小さい場合は、図８（ｂ）に示すように、接着剤２１の粘性によって接着剤２１が金属板２０の凹凸の内部２０ｂにまで到達することができず、金属板２０が接着剤からはがれるおそれがある。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。

したがって本発明の目的は、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接着剤を密着して塗布可能な下地層を形成し、
前記下地層の表面に接着剤層を形成し、
前記下地層に前記接着剤層を介して樹脂を射出し複合成形することを特徴とする複合成形方法である。

また本発明は、下地層は、化成被膜層から成ることを特徴とする。
さらに本発明は、前記接着剤層は、化成被膜層に接着剤を塗布し、
塗布した接着剤を乾燥して、形成することを特徴とする。

さらに本発明は、金属板と、
金属板の少なくとも一部に形成され、接着剤を密着して塗布可能な下地層と、
前記下地層に、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。
さらに本発明は、前記下地層は、化成被膜層から成ることを特徴とする。

さらに本発明は、前記金属板の金属材料は、マグネシウムまたはマグネシウム合金であり、
前記化成被膜層は、化学処理されるノンクロム酸被膜層であることを特徴とする。

さらに本発明は、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、接着剤を密着して塗布可能な化成被膜層と、前記化成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。

本発明によれば、金属板の少なくとも一部に接着剤を密着して塗布可能な下地層を形成し、前記下地層の表面に接着剤層を形成する。次に、前記塗布層に接着剤層を介して樹脂を射出し複合成形する。金属板の少なくとも一部に接着剤を密着して塗布可能な下地層が形成されるので、下地層が形成されていない金属板に比べて金属板の凹凸部分を減少させて、滑らかにすることができる。これによって金属板と接着剤とを密に接着することができ、金属板と接着剤との機械的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、下地層は、化成被膜層から成るので、接着剤を密着して塗布可能な下地層を実現することができる。

さらに本発明によれば、前記接着剤層は、化成被膜層に接着剤を塗布し、塗布した接着剤を乾燥して形成する。このように接着剤層の形成を実現することができる。

さらに本発明によれば、金属板の少なくとも一部には、接着剤を密着して塗布可能な下地層が形成される。前記下地層に、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接着剤を密着して塗布可能な下地層が形成されるので、下地層が形成されていない金属板に比べて金属板の凹凸部分を減少させて、滑らかにすることができる。これによって金属板と接着剤とを密に接着することができ、金属板と接着剤との機械的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。

さらに本発明によれば、下地膜は化成被膜から成るので、接着剤を密着して塗布可能な下地層を実現することができる。

さらに本発明によれば、金属板の金属材料は、マグネシウムまたはマグネシウム合金から成る。この金属板が化学処理されて下地層として、ノンクロム酸被膜層が形成される。このようにマグネシウムまたはマグネシウム合金などのように表面部の凹凸が比較的小さい金属であっても、金属板と接着剤との接着強度をより強固に向上させる化成被膜層を実現することができる。またマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属板に化成被膜層を形成することによって、防錆効果を付加することができる。

さらに本発明によれば、筐体は、金属板、下地層、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接着剤を密着して塗布可能な下地層が形成されるので、下地層が形成されていない金属板に比べて金属板の凹凸部分を減少させて、滑らかにすることができる。これによって金属板と接着剤とを密に接着することができ、金属板と接着剤との機械的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。

図１は、本発明の実施の形態の筐体１を示す断面図である。図２は、筐体１を示す斜視図である。図１では、理解を容易にするため、厚み方向を誇張して示す。本実施の形態では、小型電子機器の筐体１に本発明の筐体１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と化成被膜層４と接着剤層５と樹脂層６とを有する。筐体本体３は、マグネシウムまたはマグネシウム合金の金属板３Ａから成る。この金属板３Ａの板厚は、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、筐体１としての強度補強効果を損なうことない値が選択される。また金属板３Ａの板厚は、強度補強効果を得るために大きく設定しすぎると、筐体中に含まれる金属部品の占める割合が高くなり、筐体１の重量が不所望に増加する。したがって金属板３Ａの板厚は、重量が不所望に増加することなく、かつ強度補強効果を損なうことがない値が選択される。

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化成被膜処理が施されている。このように筐体本体３全面に化成被膜層４つまりノンクロム酸被膜層４が形成されている。このノンクロム酸被膜層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の断面図である。図４は、金属板３Ａに化成皮膜層４を形成した段階を示す断面図である。図５は、化成被膜層４に接着剤層５を形成した段階を示す断面図である。図６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７は、複合成形方法を段階的に示すフローチャートである。図３〜図５では、理解を容易にするため、厚み寸法を誇張して示し、金属板３Ａの凹凸の幅寸法を同一にして示す。

筐体１を製造する際には、先ず厚さδのマグネシウムまたはマグネシウム合金製の平板（これを金属板３Ａと称す）を用意しておく。ステップａ１において、金属板３Ａを、プレス金型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ａ１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。図３に示すように、マグネシウムまたはマグネシウム合金から成る金属板３Ａの表面部には、比較的小さい凹凸部分３ａがある。

次にステップａ２に移行し、金属プレス品３を化成被膜処理する。化成被膜行程は、図４に示すように、金属板３Ａの少なくとも一部に接着剤を密着して塗布可能な下地層を形成する行程であって、本実施の形態では、下地層として化成被膜層４が形成される。化成被膜層４は、ノンクロム酸被膜層４によって実現され、具体的には、脱脂工程としてアルカリ脱脂を行い、表面調整（不純物の除去）工程として酸エッチングを行い、表面調整工程として脱スマット（不動態化膜生成）を行った後、化成被膜工程として、たとえばリン酸塩被膜生成を行う。

次にステップａ３に移行し、化成被膜処理された金属プレス品３に対し、図５に示すように、接着剤を塗布し乾燥させて接着剤層５を形成する。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の材質、塗布方法および乾燥条件の具体例は、以下のとおりである。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の成分は次のようなものである。なお、表１は、本実施形態で使用した接着剤の成分を示す。

塗布すべき接着剤の膜厚は、たとえば１０μｍ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の膜厚の接着剤が塗布されることから、前記膜厚１０μｍ以上２０μｍ以下の範囲とするには、２往復（約１２μｍ）〜３往復（約１８μｍ）手塗きすることが目安である。乾燥条件は、たとえば７０℃以上９０℃以下の乾燥炉で、たとえば１０分間以上３０分間以下乾燥する。

次にステップａ４に移行し、図６に示すように、接着剤を塗布し乾燥した金属プレス品３に樹脂２を射出成形して樹脂層６を形成する。このステップａ４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、以下のとおりである。

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とし、射出成形時の金型温度を、たとえば使用される接着剤であるケムロックの溶融温度の６０℃とする。このステップａ４において、射出成形用金型１１のキャビティ１３に、たとえば２６０℃以上２６５℃以下の樹脂２を１３００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上１４５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以下の圧力で、１３０ｃｍ^３／ｓｅｃ以上１５０ｃｍ^３／ｓｅｃ以下の速度で流し込む。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、ショートショットが発生する。

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に化成被膜層４が形成されるので、化成被膜層４が形成されない筐体本体３と比べて、筐体本体３つまり金属板３Ａの凹凸部分を減少させることがでる。換言すると、化成処理皮膜を行う事によって、マグネシウムから成る金属板３Ａの表面部の凹凸部分３ａをなくして、滑らかにすることができ、接着剤の密着性を向上させる事が可能となる。これによって筐体本体３と、接着剤との機械的強度を増し、筐体本体３つまり金属板３Ａ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。したがって軽量化が求められるノートパソコン筐体を始め、弱電系電子機器の携帯電話、デジタルカメラ、ＰＤＡなどの筐体に、本発明を好適に用いることができる。

またマグネシウムまたはマグネシウム合金から筐体本体３が形成される。この筐体本体３に化成被膜処理が施され、化成被膜層４が形成される。このように筐体本体３と接着剤との接着強度をより強固に向上させる化成被膜層４を実現することができる。またマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる金属板３Ａに化成被膜層４を形成することによって、防錆効果を付加することができる。

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。

マグネシウムおよびマグネシウム合金は、比強度が高く、実用金属中最も軽いなどの性質を有するので、このようなマグネシウムおよびマグネシウム合金を本発明のように筐体に用いることによって、前述したように機械的強度を損なうことを可及的に防止して、薄肉化して軽量化させることができる。

本実施の形態においては、筐体本体３全面に化成被膜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化成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。

本実施の形態においては、金属板３Ａの一部に接着剤を塗布して接着剤層５を形成したが、接着剤層５の形成においては、塗布に限定されるものでなく、たとえば接着剤を吹き付けたり、垂らしたり、充填したり、その他の方法で接着剤層５を形成しても構わない。

また本実施の形態においては、化成被膜は、ノンクロム酸被膜によって実現されるが、ノンクロム酸被膜に限定するものではなく、他の被膜によって化成被膜を実現してもよい。

本発明の実施の形態の筐体１を示す断面図である。 筐体１を示す斜視図である。 筐体本体３を形成する前の金属板３Ａの断面図である。 金属板３Ａに化成皮膜層４を形成した段階を示す断面図である。 化成被膜層４に接着剤層５を形成した段階を示す断面図である。 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。 複合成形方法を段階的に示すフローチャートである。 従来の技術の金属板２０および接着剤層２１を示す断面図である。

符号の説明

１ 筐体
３Ａ 金属板
４ 化成被膜層
５ 接着剤層
６ 樹脂層
７ ボス
８ リブ

Claims (7)

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接着剤を密着して塗布可能な下地層を形成し、
   前記下地層の表面に接着剤層を形成し、
   前記下地層に前記接着剤層を介して樹脂を射出し複合成形することを特徴とする複合成形方法。
2. 下地層は、化成被膜層から成ることを特徴とする請求項１に記載の複合成形方法。
3. 前記接着剤層は、化成被膜層に接着剤を塗布し、
   塗布した接着剤を乾燥して、形成することを特徴とする請求項２に記載の複合成形方法。
4. 金属板と、
   金属板の少なくとも一部に形成され、接着剤を密着して塗布可能な下地層と、
   前記下地層に、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。
5. 前記下地層は、化成被膜層から成ることを特徴とする請求項４に記載の筐体。
6. 前記金属板の金属材料は、マグネシウムまたはマグネシウム合金であり、
   前記化成被膜層は、化学処理されるノンクロム酸被膜層であることを特徴とする請求項５に記載の筐体。
7. 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、接着剤を密着して塗布可能な化成被膜層と、前記化成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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