JP2012124225A - バックシャーシ及び筐体 - 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バックシャーシと、このバックシャーシを用いた筐体を提供する。
【解決手段】筐体１は、バックシャーシ２と、枠状部材１０とからなる。バックシャーシ２は、アルミ又はアルミ合金製のバックシャーシ本体３と、該バックシャーシ本体３に付着された炭素繊維強化合成樹脂（ＣＦＲＰ）製の補強片６，７とを有する。バックシャーシ本体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６，７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６，７は、細長い平板状であり、バックシャーシ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、バックシャーシ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バックシャーシに関する。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バックシャーシに関する。また、本発明は、このバックシャーシ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バックシャーシと、このバックシャーシ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）の電子機器用筐体は、底板部及び該底板部の周縁に連なる囲壁部を有するバックシャーシ本体と、該囲壁部の頂面及び底面にそれぞれ付着された、炭素繊維強化合成樹脂よりなる補強片と、を有するものである。

請求項２のバックシャーシは、請求項１において、前記バックシャーシ本体は、金属製の底板部と、該底板部に固着された合成樹脂製の囲壁部とを有することを特徴とするものである。

請求項３のバックシャーシは、請求項１において、前記バックシャーシ本体は、底板部及び囲壁部が一体の金属製であることを特徴とするものである。

請求項４の筐体は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバックシャーシと、該バックシャーシに係合した枠状部材とを備えてなるものである。

請求項５の筐体は、請求項４において、該枠状部材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、該周壁部に前記囲壁部が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６の筐体は、請求項５において、該枠状部材の少なくとも該周壁部に、炭素繊維強化合成樹脂製の枠状部材用補強片が付着されていることを特徴とするものである。

本発明のバックシャーシ及び筐体にあっては、バックシャーシがバックシャーシ本体と、該バックシャーシ本体の囲壁部の頂面及び底面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。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、バックシャーシ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、バックシャーシの剛性も高い。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。本発明では、バックシャーシの囲壁部の頂面及び底面の双方に炭素繊維強化合成樹脂製の補強片を付着させているので、バックシャーシの反り（面反り）が防止される。

本発明では、好ましくは、バックシャーシ本体の少なくとも底板部はアルミ（アルミニウム）又はアルミ合金などの金属よりなる。金属部材は高強度であり、バックシャーシ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、光源部材等の機器からの熱がバックシャーシに伝播し易い。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バックシャーシ本体の熱膨張を拘束するので、バックシャーシの熱寸法安定性が高い。

このバックシャーシを有する筐体にあっては、枠状部材に周壁部を設け、この周壁部にバックシャーシの囲壁部を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囲壁部及び周壁部を介して枠状部材に伝播し易くなり、筐体の放熱性が向上する。

この枠状部材の少なくとも周壁部に炭素繊維強化合成樹脂製の補強片を付着させてもよい。このようにすれば、枠状部材の強度、剛性が高くなる。また、この炭素繊維強化合成樹脂製の枠状部材用補強片が枠状部材の熱膨張を拘束するので、枠状部材の熱寸法安定性が高くなる。

実施の形態に係る筐体を備えた液晶表示装置の斜視図である。 図１のII−II線断面図である。 フロントカバー、リアカバー及び液晶パネルを省略した図１の筐体の断面図である。 実施の形態に係るバックシャーシの断面斜視図である。 実施の形態に係るバックシャーシの図４と同様部分の分解図である。 別の実施の形態に係るバックシャーシの斜視図である。 図６のVII−VII線断面図である。 枠状部材の断面図である。 枠状部材の断面図である。 枠状部材の断面図である。 枠状部材の断面図である。 枠状部材の断面図である。 枠状部材の断面図である。 枠状部材の断面図である。

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斜視図、第２図は第１図のII−II線断面図、第３図はフロントカバー、リアカバー及び液晶パネルを省略した筐体の断面図、第４図は内部の機器を省略し、枠状部材をバックシャーシから離隔させた状態における筐体の断面図、第５図は第４図のバックシャーシの分解図である。

第４図の通り、この筐体１は、バックシャーシ２と、枠状部材（この実施の形態では液晶支持シャーシ）１０とからなる。バックシャーシ２は、アルミ又はアルミ合金製の底板部３及び該底板部３の周縁に装着された合成樹脂又は炭素繊維強化合成樹脂製の囲壁部４よりなるバックシャーシ本体５と、該囲壁部４の頂面に付着させた第１の補強片６と、囲壁部４の底面に付着させた第２の補強片７とを有する。

囲壁部４は、それぞれ平板状の頂面部４ａ及び底面部４ｂと、該頂面部４ａと底面部４ｂとを結合する縦板部４ｃとを有する。また、囲壁部４は、該縦板部４ｃから突設された凸条部４ｄを有する。該凸状部４ｄは、囲壁部４の長手方向に存在している。底板部３の周縁は、この凸条部４ｄと底面部４ｂとの間に差し込まれている。

補強片６，７は、この実施の形態では細長い平板状であり、バックシャーシ２の４辺の囲壁部４の頂面及び底面において、各辺の一端側から他端側まで連続して延在している。補強片６，７は、接着剤、粘着剤、両面接着テープなどによって囲壁部４の頂面及び底面に付着されている。

補強片６，７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６，７の厚みは通常は０．０３〜１０ｍｍ特に０．０５〜５ｍｍ程度が好適である。

枠状部材１０は、筐体１の前方を向いた長方形枠状の主面部１１と、該主面部１１の外周縁から後方に起立する周壁部１２とを有する。この枠状部材１０は、アルミ又はアルミ合金よりなる。第３，４図の通り、バックシャーシ２の囲壁部４に対し枠状部材１０の周壁部１２を外嵌させるようにして枠状部材１０がバックシャーシ２に係合されて筐体１が構成される。

底板部３及び枠状部材１０を構成するアルミとしては、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底板部３及び枠状部材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６，７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、バックシャーシ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６，７としては、この長繊維が補強片６，７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６，７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。ただし、補強片６，７は、織布又は不織布に合成樹脂を含浸させて成形し硬化させたものであってもよい。

［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。

［液晶表示装置］
上記筐体１を用いた液晶表示装置の断面構成の一例について第２，３図を参照して説明する。なお、第３図は、第２図においてリアカバー、フロントカバー、液晶パネル、額縁部材、液晶用基板及びＬＥＤ用基板を省略したものである。

第３図に明示の通り、この液晶表示装置にあっては、バックシャーシ２の底板部３上に反射層２１を介して導光板２２が配置されている。この導光板２２の端面に沿ってＬＥＤ等の発光装置２５が設置されている。この発光装置２５は、囲壁部４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２４の内向き側面に設置されている。ブロック２４はビス留め等により囲壁部４に固定されている。導光板２２上に光学シート類２３が配置され、この光学シート類２３の周縁部が枠状部材（液晶支持シャーシ）１０で抑えられている。第２図の通り、この枠状部材１０の上側に液晶パネル２７が設置されている。この液晶パネル２７の前面の周縁部がアルミ、アルミ合金等よりなるＬ字形断面形状の額縁部材２８で押えられる。

底板部３の下側（裏側）にＬＥＤ用基板３０が配置され、枠状部材１０の周壁部１２の外側面に液晶用基板３１が設置されている。

これらを覆うようにリアカバー３３とフロントカバー３４が設けられ、液晶表示装置３５が構成される。

発光装置２５で発生した熱は、主としてブロック２４を介して囲壁部４からバックシャーシ本体５及び枠状部材１０へ伝播し、放散される。ブロック２４、枠状部材１０及び底板部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、バックシャーシ本体５は、アルミ又はアルミ合金製の底板部３を有しているが、囲壁部４の頂面及び底面にそれぞれＣＦＲＰ製の補強片６，７を付着しているので、バックシャーシ２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。

［別の実施の形態］
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。

上記実施の形態では、バックシャーシ２のバックシャーシ本体５は金属製の底板部３と合成樹脂製の囲壁部４とで構成されているが、第６，７図に示すバックシャーシ４０のように、底板部４１と囲壁部４２とを一連一体の板金（特にアルミ又はアルミ合金製の板金）にて構成してもよい。この底板部４１及び囲壁部４２にてバックシャーシ本体４３が構成される。第７図の通り、囲壁部４２の頂面及び底面にＣＦＲＰ製補強片４４，４５が付着される。囲壁部４２は、底板部４１から起立する第１立壁部４２ａと、該第１立壁部４２ａに連なり側外方に延出する頂面部２４ｂと、該頂面部４２ｂの外縁から垂下する第２立壁部４２ｃとを有する。第１の補強片４４は頂面部４２ｂに付着されている。第２の補強片４５は、底板部４１の外縁部と第２の立壁部４２ｃとに跨っている。

上記実施の形態では、補強片を長方形の囲壁部の４辺すべてに付着させているが、囲壁部の長辺にのみ付着させてもよい。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。

本発明では、上記の枠状部材１０や、同様の断面形状を有した枠状の額縁部材２８に炭素繊維強化合成樹脂製の枠状部材用補強片を付着させ、枠状部材の強度、剛性、熱寸法安定性を高めてもよい。かかる補強片付きの枠状部材（又は額縁部材）の構成例を第８図〜第１４図に示す。

第８図の枠状部材５０は、アルミ又はアルミ合金製の主面部５１及び該主面部５１の外周縁から後方に起立する周壁部５２とを有している。炭素繊維強化合成樹脂製の補強片５３は、この周壁部５２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５３は、この実施の形態では細長い平板状であり、枠状部材５０の４辺の周壁部５２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５３は、上記補強片６，７と同様に、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。ただし、補強片５３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。

第８図では、補強片５３は平たく細長い帯板状となっているが、第９図〜第１４図の枠状部材５０Ａ〜５０Ｆのように、さらに別の断面形状の補強片を用いてもよい。

第９図の枠状部材５０Ａの補強片６０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６０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１０図の枠状部材５０Ｂの補強片６１は、周壁部５２に重なる主片部６１ａと、該主片部６１ａの双方の長手側辺より周壁部５２から離れる方向に起立した２条のリブ部６１ｂ，６１ｂとを有している。この補強片６１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１１図及び第１２図の枠状部材５０Ｃ，５０Ｄでは、補強片６２，６２’は、主面部５１に重なる第１片６２ａと、周壁部５２に重なる第２片６２ｂ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１１図の補強片６２では第１片６２ａが主面部５１の略全面に重なっているが、第１２図の補強片６２’のように第１片６２ａが主面部５１の周壁部５２側にのみに重なっていてもよい。第１２図のように主面部５１に第１片６２ａで覆われていない領域を形成した場合、この領域からの放熱量が多くなる。

第１３図の枠状部材５０Ｅでは、平たい帯状の補強片６４を周壁部５１の内向き面に付着している。第１４図の枠状部材５０Ｆの補強片６５は、主面部５１の裏面に付着した第１片６５ａと、周壁部５２の内向き面に付着した第２片６５ｂとを有する。第１４図の枠状部材５０Ｆでは第１片６５ａが主面部５１のうち周壁部５２側のみを覆っているが、主面部５１の略全体を覆うように幅広とされてもよい。

枠状部材は図示以外の形態とされてもよい。例えば、第９図、第１１図、第１２図の補強片６０，６２，６２’において第１０図の補強片６１のようなリブ部を１条又は２条以上設けてもよい。

また、図示は省略するが、周壁部５２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。

１ 筐体
２，４０ バックシャーシ
３，４１ 底板部
４，４２ 囲壁部
５ バックシャーシ本体
６，７，４４，４５ 補強片
１０,５０，５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄ，５０Ｅ，５０Ｆ 枠状部材

Claims (6)

1. 底板部及び該底板部の周縁に連なる囲壁部を有するバックシャーシ本体と、
   該囲壁部の頂面及び底面にそれぞれ付着された、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。
2. 請求項１において、前記バックシャーシ本体は、金属製の底板部と、該底板部に固着された合成樹脂製の囲壁部とを有することを特徴とするバックシャーシ。
3. 請求項１において、前記バックシャーシ本体は、底板部及び囲壁部が一体の金属製であることを特徴とするバックシャーシ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載のバックシャーシと、該バックシャーシに係合した枠状部材とを備えてなる筐体。
5. 請求項４において、該枠状部材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、該周壁部に前記囲壁部が内嵌状に係合していることを特徴とする筐体。
6. 請求項５において、該枠状部材の少なくとも該周壁部に、炭素繊維強化合成樹脂製の枠状部材用補強片が付着されていることを特徴とする筐体。

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