JP2012124224A - 枠状部材及び筐体 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量、高剛性、安価で、かつ放熱性、耐熱寸法安定性に優れた枠状部材と、この枠状部材を用いた筐体を提供する。
【解決手段】筐体１は、枠状部材２と、シャーシ１０とからなる。枠状部材２は、アルミ又はアルミ合金製のフレーム本体３と、該フレーム本体３に付着された炭素繊維強化合成樹脂（ＣＦＲＰ）製の補強片４とを有する。フレーム本体３は、筐体１の前方を向いた長方形枠状の主面部３ａと、該主面部３ａの外周縁から後方に起立する周壁部３ｂとを有する。補強片４は、この周壁部３ｂの外向きの側面に接着剤、粘着剤、両面接着テープなどによって付着されている。補強片４は、細長い平板状であり、枠状部材２の４辺の各外向き側面において、長手方向の一端側から他端側まで連続して延在している。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属製のフレーム本体に炭素繊維強化合成樹脂よりなる補強片を付着させた枠状部材に関する。詳しくは、本発明は、例えばパソコンやＯＡ機器、携帯機器、フラットパネルディスプレイ等の電子機器の筐体に用いるのに好適な枠状部材に関する。また、本発明は、この枠状部材を備えた筐体に関する。

近年、パソコン、ＯＡ機器、ＡＶ機器、携帯電話、電話機、ファクシミリ、家電製品、玩具用品、フラットパネルディスプレイなどの電気・電子機器の携帯化、薄型化、軽量化が進むにつれ、高放熱性・高耐熱寸法安定性が要求されている。そして、これらの電子機器の筐体には、薄型化による製品の捩じれを抑制し、これらに搭載される内蔵部品の破損を防ぐ必要があるため、高剛性、軽量化を達成しつつ、かつ高放熱性、高耐熱寸法安定性が求められている。

中でも、薄型を目的とする液晶ＴＶに搭載される導光板を用いるタイプのバックライトについては、ＬＥＤ光源化に伴い、その発熱によるバックライトシャーシの熱変形が問題となっている。熱変形が大きいと、ＬＥＤ光源と導光板との光軸が維持できず、画像の表示品位が低下するという問題があった。このため、ＬＥＤ光源を用いた筐体用部材は従来使用されてきた筐体用部材に対し更なる高剛性、高放熱性、高耐熱寸法安定性が要求されている。

特開２００７−３８５１９（特許文献１）には、強化繊維を含んでいる熱可塑性樹脂の積層成形品を有した筐体が記載されている。この筐体は、広い面を含む殆ど全体が強化繊維含有合成樹脂、特に炭素繊維強化合成樹脂を用いているため、高価である。また、合成樹脂や炭素繊維強化合成樹脂は金属に比べて熱伝導率が低く、筐体内に熱が篭り易い。

特開２００６−２９７９２９（特許文献２）には、電子機器用筐体を枠体と天板とで構成し、天板を金属層／繊維強化樹脂層／金属層の３層サンドイッチ板としたものが記載されている。枠体は樹脂、金属、コンクリート、木材などよりなる。

この筐体では、枠体の強度や剛性が低く、筐体に反りなどの変形が生じ易い。

特開２００７−３８５１９号公報 特開２００６−２９７９２９号公報

本発明は、軽量、高剛性、安価で、かつ放熱性、耐熱寸法安定性に優れた枠状部材と、この枠状部材を用いた筐体を提供することを目的とする。

本発明（請求項１）の枠状部材は、金属製の枠状のフレーム本体と、該フレーム本体に付着された、炭素繊維強化合成樹脂よりなる補強片と、を有する電子機器用筐体の枠状部材であって、該フレーム本体は、電子機器用筐体の前方を向いた主面部と、該主面部から立設された周壁部とを備えており、該周壁部は、前記フレーム本体の周縁部に沿って延在しており、前記補強片は、該周壁部に固着され、該周壁部の長手方向に延在していることを特徴とするものである。

請求項２の枠状部材は、請求項１において、前記補強片は、前記周壁部の外向き面に付着されていることを特徴とするものである。

請求項３の枠状部材は、請求項１又は２において、前記補強片は、前記周壁部と主面部との双方に付着されていることを特徴とするものである。

請求項４の枠状部材は、請求項３において、前記補強片は前記周壁部から前記主面部にまで連続して付着されていることを特徴とするものである。

請求項５の枠状部材は、請求項１又は２において、前記補強片は長手方向と垂直方向の断面形状が中空形状であることを特徴とするものである。

請求項６の枠状部材は、請求項１ないし５のいずれか１項において、前記補強片は前記周壁部から離反する方向に起立し、補強片の長手方向に延在するリブ部を有することを特徴とするものである。

本発明（請求項７）の筐体は、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の枠状部材と、該枠状部材に係合したシャーシとを備えてなるものである。

請求項８の筐体は、請求項７において、該シャーシは、底板部と、該底板部の周縁から起立した囲壁部とを備えており、該囲壁部が前記周壁部に内嵌状に係合していることを特徴とするものである。

請求項９の筐体は、請求項７又は８において、前記枠状部材とシャーシとは、該シャーシの熱膨張を許容する連結手段にて連結されていることを特徴とするものである。

請求項１０の筐体は、請求項９において、前記連結手段は、該枠状部材及びシャーシの一方に設けられた孔と、該孔を通って他方に対して螺着されたビス又はボルトよりなり、該孔が該シャーシの熱膨張方向に延在した長孔であることを特徴とするものである。

請求項１１の筐体は、請求項７ないし１０のいずれか１項において、シャーシは金属よりなることを特徴とするものである。

請求項１２の筐体は、請求項７ないし１０のいずれか１項において、シャーシは金属よりなるシャーシ本体と、該シャーシ本体に付着された炭素繊維強化合成樹脂よりなるシャーシ用補強片とを備えたものであることを特徴とするものである。

本発明の枠状部材及び筐体にあっては、枠状部材が金属製のフレーム本体と、該フレーム本体の周壁部に付着された炭素繊維強化合成樹脂製の補強片とを備えている。好ましくは、金属部材はアルミ（アルミニウム）又はアルミ合金よりなる。

金属部材は高強度であり、枠状部材の強度が高いものとなる。また、金属部材は熱伝導度が高い（アルミ及びアルミ合金の場合、通常９０〜２４０ｗ／ｍＫ（面方向）程度）ので、シャーシからの熱が枠状部材に伝播し易い。特にアルミ又はアルミ合金は、軽量、高強度であり、熱伝導度が大きく、安価であり、好適である。金属部材は熱膨張係数が大きいが、炭素繊維強化合成樹脂製の補強片がフレーム本体の熱膨張を拘束するので、枠状部材の熱寸法安定性が高い。炭素繊維強化合成樹脂は、熱膨張係数がきわめて小さいので、枠状部材は寸法安定性に優れる。また、炭素繊維強化合成樹脂は比剛性が高いので、枠状部材の剛性も高い。炭素繊維強化合成樹脂は黒色であり、熱の放射特性も良好である。

この枠状部材を有する筐体にあっては、シャーシの周縁部に囲壁部を設け、この囲壁部を周壁部に内嵌状に係合させるのが好ましい。これにより、機器から発生した熱が周壁部を介して金属製のフレーム本体に伝播し易くなり、筐体の放熱性が向上する。

この枠状部材の補強片を主面部にも付着させたり、中空断面形状としたり、リブ部を設けたりすることにより、枠状部材の強度及び剛性が大きくなる。
本発明では、枠状部材は補強片によって熱膨張が拘束される。そこで、枠状部材とシャーシとを連結する場合、シャーシの熱膨張を許容するように枠状部材とシャーシとを連結するのが好ましい。このためには、枠状部材とシャーシとをビス又はボルトにて連結するに際して、ビス孔又はボルト孔をシャーシの熱膨張方向に長い長孔とすることが好ましい。
本発明の一態様では、シャーシは金属製とされる。本発明の別の一態様では、シャーシは、金属よりなるシャーシ本体と該シャーシ本体に付着された炭素繊維強化合成樹脂よりなるシャーシ用補強片とを備えている。

実施の形態に係る筐体の分解斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 内部の機器を省略した図１の筐体の断面図である。 内部に機器を搭載した状態における図３のIV部の拡大図である。 別の実施の形態に係る枠状部材の図２と同様部分の構成図である。 別の実施の形態に係る枠状部材の図２と同様部分の構成図である。 別の実施の形態に係る枠状部材の図２と同様部分の構成図である。 別の実施の形態に係る枠状部材の図２と同様部分の構成図である。 別の実施の形態に係る枠状部材の図２と同様部分の構成図である。 別の実施の形態に係る枠状部材の図２と同様部分の構成図である。

以下、本発明について図面を参照してさらに詳細に説明する。

第１図は実施の形態に係る筐体の分解斜視図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図は内部の機器を省略した筐体の断面図、第４図は内部に機器を搭載した状態における第３図のIV部分の拡大断面図である。なお、第１図のＡ−Ａ，Ｂ−Ｂ，Ｃ−Ｃの各断面も第２図と同一となる。

この筐体１は、枠状部材２と、シャーシ１０とからなる。枠状部材２は、アルミ又はアルミ合金製のフレーム本体３と、該フレーム本体３に付着された炭素繊維強化合成樹脂（ＣＦＲＰ）製の補強片４とを有する。フレーム本体３は、筐体１の前方を向いた長方形枠状の主面部３ａと、該主面部３ａの外周縁から後方に起立する周壁部３ｂとを有する。

この周壁部３ｂは、この実施の形態では主面部３ａの全外周に設けられている。補強片４は、この周壁部３ｂの外向きの側面に接着剤、粘着剤、両面接着テープなどによって付着されている。なお、主面部３ａ及び周壁部３ｂの厚みは例えば０．２〜５ｍｍ特に０．５〜３ｍｍ程度が好適である。主面部３ａの幅（ｗ）と周壁部３ｂの高さ（ｈ）の比ｗ／ｈは通常は１０〜０．５特に５〜１程度とされるが、これに限定されない。

補強片４は、この実施の形態では細長い平板状であり、枠状部材２の４辺の周壁部３ｂの外向き側面において、長手方向の一端側から他端側まで連続して延在している。

上記補強片４は、炭素繊維とマトリックス樹脂とを含む組成物を硬化させた成形体よりなることが好ましく、特に炭素長繊維を引き揃えてマトリックス樹脂を含浸させた一方向引き揃え炭素繊維強化合成樹脂製であることが好ましい。この炭素繊維の詳細については後述する。補強片４の厚みは周壁部３ｂの厚みの０．０１〜１０倍特に０．５〜２倍程度が好適である。補強片４の幅は周壁部３ｂの幅の１０〜１００％特に５０〜１００％程度が好適である。
ただし、補強片４は炭素繊維の織布又は不織布に合成樹脂を含浸させて硬化させたものであってもよい。

シャーシ１０は、アルミ又はアルミ合金よりなり、長方形板状の底板部１１と、この底板部１１の全周縁から立設された囲壁部１２とを有する。第３，４図の通り、この囲壁部１２を周壁部３ｂに内嵌させるようにしてシャーシ１０が枠状部材２に係合されて筐体１が構成される。底板部１１及び囲壁部１２の厚みは例えば０．１〜３ｍｍ特に０．５〜１．５ｍｍ程度とされる。

上記のアルミとしては、例えばＡ１０５０やＡ１０７０等、アルミ合金としては、例えば押出し成形、板金加工用のＡｌ−Ｍｇ系であるＡ５０５４等の５０００番台やＡｌ−Ｃｕ系であるＡ２０１４等の２０００番台、ダイカスト用のＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系合金（ＪＩＳ規格 ＡＤＣ１２やＡＤＣ１０等）などを用いることができるが、これに限定されない。このアルミ又はアルミ合金製のフレーム本体３及びシャーシ１０は、軽量、高強度であり、熱伝導性が高く（例えば、面方向の熱伝導率が、アルミダイキャストの場合は９０Ｗ／ｍＫ以上であり、金属アルミ板の場合２４０Ｗ／ｍＫ程度）、しかも安価である。アルミ又はアルミ合金は熱膨張係数が大きく（アルミの場合は通常２４×１０^−６／Ｋ）、熱変形が起きやすいが、補強片４を構成するＣＦＲＰの室温付近における熱膨張係数が１０^―６〜１０^−７／Ｋというアルミの１／１０以下程度の非常に低い値であるので、枠状部材２の熱寸法安定性が確保される。

次に、ＣＦＲＰを構成する炭素繊維及びマトリックス樹脂について説明する。

［炭素繊維］
炭素繊維は、好ましくは単繊維を１００〜５００００本集束剤により集束したものである。この炭素繊維は、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維のいずれでもよい。炭素繊維に高弾性が必要であるときには、ピッチ系炭素繊維を用いるのが好ましい。

なお、炭素繊維の繊維軸方向の引張弾性率は好ましくは２００ＧＰａ以上、特に４００ＧＰａ以上、更に好ましくは４４０ＧＰａ以上、例えば５００〜９００ＧＰａである。また、繊維軸方向の熱伝導率は、好ましくは６０Ｗ／ｍＫ以上、特に好ましくは１１０Ｗ／ｍＫ以上、例えば１２０〜６００Ｗ／ｍＫである。

炭素繊維の繊維径は３〜２０μｍ、特に５〜１２μｍであることが好ましい。炭素繊維の繊維径が細過ぎると、取り扱い性に劣り、また、一般に極細の炭素繊維は高コストであるため、製品コストを押し上げる原因となる。炭素繊維の繊維径が太過ぎると、繊維強度が低下し、折れ易くなるため、好ましくない。

この炭素繊維としては、長繊維が好適である。前述の通り、補強片４としては、この長繊維が補強片４の長手方向に引き揃えられ、合成樹脂が含浸され、硬化処理された一方向引き揃え炭素繊維強化合成樹脂よりなるものが好適である。補強片４中における炭素繊維の含有量は５〜８０重量％特に２０〜６５重量％程度が好適である。

［マトリックス樹脂］
次に、炭素繊維と複合化するマトリックス樹脂について説明する。

炭素繊維と複合化する樹脂は、熱可塑性樹脂、硬化性樹脂のいずれでもよい。

熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリメチルペンテン樹脂（ＰＭＰ）、ポリ塩化ビニル樹脂（ＰＶＣ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体（ＡＢＳ）、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ）、ポリエーテルサルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルケトン樹脂（ＰＥＫ）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニルサルフォン樹脂（ＰＰＳＵ）、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）等の芳香族ポリアミド樹脂などが挙げられる。
これらの樹脂は１種を単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。

硬化性樹脂としては、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂（例えば紫外線硬化性樹脂）、湿気硬化性樹脂等が挙げられる。

熱硬化性樹脂としては、常温で流動性を示し、加熱により硬化性を示す樹脂であれば特に限定されない。例えば、ポリウレタン、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリブタジエン、シリコーン樹脂等を挙げることができる。特に、炭素繊維との接着性や剛性、取り扱い易さの観点からエポキシ樹脂が好ましい。

光硬化性樹脂としては、ラジカル重合性成分及び光ラジカル重合開始剤、カチオン重合性成分及び光カチオン重合開始剤からなる組成物が用いることができる。本発明では、特に制限はないが好ましくは硬化後の樹脂剛性を考慮した場合、カチオン重合性成分及び光カチオン重合開始剤からなる組成物を用いることが好ましい。

湿気硬化性樹脂としては、特開平２−１６１８０、特開２０００−３６０２６、特開２０００−２１９８５５、特開２０００−２１１２７８、特開２０００−２１９８５５、特開２００２−１７５５１０等に記載の樹脂、具体的には、ウレタン系樹脂、アルコキシド基含有シリコーン系樹脂などが挙げられる。湿気硬化型接着剤の１例として、分子末端にイソシアネート基含有ウレタンポリマーを主成分とし、このイソシアネート基が水分と反応して架橋構造を形成するものがある。湿気硬化型接着剤としては、例えば積水化学工業社製９６１３Ｎ、住友スリーエム社製ＴＥ０３０、ＴＥ１００、日立化成ポリマー社製ハイボン４８２０、カネボウエヌエスシー社製ボンドマスター１７０シリーズ、Ｈｅｎｋｅｌ社製ＭａｃｒｏｐｌａｓｔＱＲ３４６０等があげられる。

これらの樹脂には、難燃剤、カップリング剤、導電性付与剤、無機フィラー、紫外線吸収剤、酸化防止剤、各種染顔料等、通常、樹脂に配合される各種の添加剤を配合してもよい。

上記筐体１を用いた液晶表示装置の断面構成の一例を第４図に示す。

この液晶表示装置にあっては、シャーシ１０の底板部１１上に反射板３１を介して導光板３２が配置されている。導光板３２の周縁部は押え部材３６によって押えられている。この導光板３２の端面に沿ってＬＥＤ等の発光装置３５が設置されている。この発光装置３５は、シャーシ１０の辺方向の囲壁部１２に沿って配置されたアルミ又はアルミ合金製のブロック３４の内向き側面に沿って配置されている。ブロック３４はビス留め等により底板部１１に固定されている。導光板３２上に光学シート（図示略）を介して液晶パネル３３が設置されている。この液晶パネル３３の周縁部を押えるように枠状部材２が配置されている。なお、液晶パネル３３の前面がガラス板で覆われてもよい。

発光装置３５で発生した熱は、主としてブロック３４を介して囲壁部１２からフレーム本体３へ伝播し、放散される。ブロック３４、シャーシ１０及びフレーム本体３がアルミ又はアルミ合金製であるので、放熱特性が良好であると共に、材料コストを大幅に低減することができる。また、アルミ又はアルミ合金製のフレーム本体３の周壁部３ｂの側面にＣＦＲＰ製の補強片４を付着しているので、フレーム本体３の熱膨張が拘束され、筐体１の熱寸法安定性が良好となる。

なお、シャーシ１０は熱膨張するので、シャーシ１０は枠状部材２に対し熱膨張が拘束されないように連結されるのが好ましい。このような連結としては、枠状部材２及びシャーシ１０の一方に孔を設け、この孔に挿通されたビス又はボルトを他方に螺じ込むビス留め又はボルト留めするに際して、該孔を熱膨張方向に長い長孔とするものが例示される。

［別の実施の形態］
上記実施の形態では、補強片４は平たく細長い帯板状となっているが、本発明ではさらに別の断面形状の補強片を用いてもよい。

第５図の補強片２０は、長手方向と垂直方向の断面が中空の「口」字形断面形状となっている。この補強片２０は、例えば引き抜き成形などにより容易に成形することができる。「口」字形断面形状の代わりに「日」字形や「目」字形断面形状とされてもよい。

第６図の補強片２１は、周壁部３ｂに重なる主片部２１ａと、該主片部２１ａの双方の長手側辺より周壁部３ｂから離れる方向に起立した２条のリブ部２１ｂ，２１ｂとを有している。この補強片２１は、長手方向と垂直方向の断面がコ字形であるが、リブ部を１条だけ設けてもよく、３条のリブ部を設けることにより長手方向と垂直方向の断面がＥ字形となっていてもよく、４条以上のリブ部を設けてもよい。

第７図及び第８図の補強片２２，２２’は、主面部３ａに重なる第１片２２ａと、周壁部３ｂに重なる第２片２２ｂとを有しており、長手方向と垂直方向の断面がＬ字形となっている。なお、第７図の補強片２２では第１片２２ａが主面部３ａの略全面に重なっているが、第８図の補強片２２’のように第１片２２ａが主面部３ａの周壁部３ｂ側にのみに重なっていてもよい。第８図のように主面部３ａに第１片２２ａで覆われていない領域を形成した場合、この領域のフレーム本体３からの放熱量が多くなる。

第９図では、平たい帯状の補強片２４を周壁部３ｂの内向き面に付着している。第１０図の補強片２５は、主面部３ａの裏面に付着した第１片２５ａと、周壁部３ｂの内向き面に付着した第２片２５ｂとを有する。第１０図では第１片２５ａが主面部３ａのうち周壁部３ｂ側のみを覆っているが、主面部３ａの略全体を覆うように幅広とされてもよい。

上記実施の形態はいずれも本発明の一例であり、本発明は図示以外の形態とされてもよい。例えば、第５図、第７図、第８図の補強片２０，２２，２２’において第６図の補強片２１のようなリブ部を１条又は２条以上設けてもよい。

本発明では、周壁部３ｂの外向き面及び内向き面の双方に補強片を付着させてもよい。
第４図では、導光板２２の端面から発光装置３５の光を入射させるエッジ型照光方式としているが、反射板の板面にＬＥＤ等を、間隔をおいて多数配置し、導光板の代わりに拡散板を使用し、拡散板と反射板の間に空間を通常１０〜４０ｍｍ程度設けた直下型照光方式としてもよい。

本発明の筐体は、いわゆる内装用筐体、外装用筐体のいずれにも適用することができる。

１ 筐体
２ 枠状部材
３ フレーム本体
３ａ 主面部
３ｂ 周壁部
４，２０〜２５ 補強片
１０ シャーシ
１１ 底板部
１２ 囲壁部

Claims (12)

1. 金属製の枠状のフレーム本体と、
   該フレーム本体に付着された、炭素繊維強化合成樹脂よりなる補強片と、
   を有する電子機器用筐体の枠状部材であって、
   該フレーム本体は、電子機器用筐体の前方を向いた主面部と、該主面部から立設された周壁部とを備えており、
   該周壁部は、前記フレーム本体の周縁部に沿って延在しており、
   前記補強片は、該周壁部に固着され、該周壁部の長手方向に延在していることを特徴とする枠状部材。
2. 請求項１において、前記補強片は、前記周壁部の外向き面に付着されていることを特徴とする枠状部材。
3. 請求項１又は２において、前記補強片は、前記周壁部と主面部との双方に付着されていることを特徴とする枠状部材。
4. 請求項３において、前記補強片は前記周壁部から前記主面部にまで連続して付着されていることを特徴とする枠状部材。
5. 請求項１又は２において、前記補強片は長手方向と垂直方向の断面形状が中空形状であることを特徴とする枠状部材。
6. 請求項１又ないし５のいずれか１項において、前記補強片は前記周壁部から離反する方向に起立し、補強片の長手方向に延在するリブ部を有することを特徴とする枠状部材。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載の枠状部材と、該枠状部材に係合したシャーシとを備えてなる筐体。
8. 請求項７において、該シャーシは、底板部と、該底板部の周縁から起立した囲壁部とを備えており、該囲壁部が前記周壁部に内嵌状に係合していることを特徴とする筐体。
9. 請求項７又は８において、前記枠状部材とシャーシとは、該シャーシの熱膨張を許容する連結手段にて連結されていることを特徴とする筐体。
10. 請求項９において、前記連結手段は、該枠状部材及びシャーシの一方に設けられた孔と、該孔を通って他方に対して螺着されたビス又はボルトよりなり、該孔が該シャーシの熱膨張方向に延在した長孔であることを特徴とする筐体。
11. 請求項７ないし１０のいずれか１項において、シャーシは金属よりなることを特徴とする筐体。
12. 請求項７ないし１０のいずれか１項において、シャーシは金属よりなるシャーシ本体と、該シャーシ本体に付着された炭素繊維強化合成樹脂よりなるシャーシ用補強片とを備えたものであることを特徴とする筐体。

Images