JP4704868B2 - 大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法およびシャーシ枠体 - Google Patents

Description

本発明は、大型液晶テレビジョン装置等の大型平面表示装置のシャーシを構成するシャーシ枠体の製造方法に関するものであり、詳しくは、金属構造物と熱可塑性樹脂とを一体化させる技術を応用して、軽量で高強度のシャーシ枠体を低コストで製造できるシャーシ枠体製造方法に関するものである。

大型液晶テレビジョン装置等の大型平面表示装置のシャーシは、従来は板金の打ち抜き加工やプレス成形加工によって作成されていた。しかし、大型画面のシャーシともなると、板金材料も大型のものを使用することとなり、板金材料の中央部を打ち抜いて生じる中子もそれに比例して大型のものとなる。この中子はシャーシ製造の際に生じる不要な廃材として処理されるが、このような大型の廃材が発生すること自体にも素材コストの点で問題があり、また廃材の処理にもコストがかかるという問題点があった。

また、下記の特許文献１に記載されたようなパネル型表示装置も公知である。特許文献１には、角形鋼管を４本組み合わせて矩形のフレームを構成することが記載されている。角形鋼管の接続は溶接やねじ止めによって行っている。
特開２０００−９２４１５号公報

従来のように、大型平面表示装置のシャーシを大型板金素材の打ち抜き加工やプレス成形加工によって作成した場合は、素材コストや廃材の処理コストの点で問題があり、製造コストを低減できないという問題点があった。また、特許文献１に記載されたような角形鋼管を接続したシャーシでも、接続工程が大量生産には適しておらず、製造コストが低減できないという問題点があった。

そこで、本発明は、金属構造物と熱可塑性樹脂とを一体化させる技術を応用して、大型平面表示装置用の軽量で高強度のシャーシ枠体を素材から効率よく製造できるとともに、大量生産に適した低コストの製造方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法は、略長方形形状のシャーシ枠体の４辺を形成する金属製の枠部材を形成する工程と、前記枠部材の少なくとも接合部近傍の表面に表面処理を行い多数の微小凹部を形成して接合表面とする表面処理工程と、４つの前記枠部材を互いに接触または近接させて前記シャーシ枠体形状に配置し、各接合部において接触または近接させた２つの前記枠部材にまたがって前記接合表面に熱可塑性樹脂を射出して接合させ、４つの前記枠部材を一体的に結合して前記シャーシ枠体を形成する射出接合工程とを有するものである。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法において、前記表面処理工程は、前記枠部材を浸食性の液体に浸漬してエッチングを行うものであることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法において、前記表面処理工程における前記微小凹部の平均内径は１０〜８０ｎｍの範囲であることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法において、前記射出接合工程における前記熱可塑性樹脂は、結晶性の樹脂であることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法において、前記射出接合工程における前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンスルフィドを主成分とする樹脂であることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法において、前記射出接合工程は、前記枠部材を射出成形金型にインサートし、前記接合表面に前記熱可塑性樹脂を射出して接合させるものであることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法において、前記枠部材はアルミニウム合金からなるものであることが好ましい。

また、本発明の大型平面表示装置のシャーシ枠体は、略長方形形状のシャーシ枠体の４辺を形成する金属製の枠部材を形成する工程と、前記枠部材の少なくとも接合部近傍の表面に表面処理を行い多数の微小凹部を形成して接合表面とする表面処理工程と、４つの前記枠部材を互いに接触または近接させて前記シャーシ枠体形状に配置し、各接合部において接触または近接させた２つの前記枠部材にまたがって前記接合表面に熱可塑性樹脂を射出して接合させ、４つの前記枠部材を一体的に結合して前記シャーシ枠体を形成する射出接合工程とにより製造したものである。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体において、前記表面処理工程は、前記枠部材を浸食性の液体に浸漬してエッチングを行い、前記微小凹部の平均内径が１０〜８０ｎｍの範囲となるように表面処理を行うものであることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体において、前記射出接合工程における前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンスルフィドを主成分とする樹脂であることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体において、前記射出接合工程は、前記枠部材を射出成形金型にインサートし、前記接合表面に前記熱可塑性樹脂を射出して接合させるものであることが好ましい。

また、上記の大型平面表示装置のシャーシ枠体において、前記枠部材はアルミニウム合金からなるものであることが好ましい。

本発明は、以上のように構成されているので、以下のような効果を奏する。

４辺を形成する金属製の枠部材を一体的に結合してシャーシ枠体を製造するようにしたので、素材の無駄になる部分が大幅に減少し、素材コストや廃材の処理コストを低減させて、シャーシの製造コストを大幅に低減することができる。また、金型を用いて射出成形により枠部材を一体的に結合するので、大量生産を行うことが可能であり、製造コストをさらに低減することができる。

枠部材を浸食性の液体に浸漬してエッチングを行うことによって接合表面の表面処理を行うようにしたので、多数の微小凹部を形成する処理を簡単に行うことができる。

微小凹部の平均内径が１０〜８０ｎｍの範囲となるように接合表面の表面処理を行うようにすると、金属部材と熱可塑性樹脂の結合強度を最も増大させることができる。

熱可塑性樹脂を結晶性の樹脂とすることで、金属部材と熱可塑性樹脂の結合強度を増大させることができる。結晶性の熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンスルフィドを主成分とする樹脂が使用できる。

枠部材を射出成形金型にインサートして、接合表面に熱可塑性樹脂を射出して接合させるようにしたので、大量生産が容易であり、製造コスト低減することができる。

枠部材をアルミニウム合金からなるものとした場合は、軽量で耐腐食性があり熱可塑性樹脂との接合強度も強いシャーシ枠体が低コストで製造できる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、大型平面表示装置のシャーシ構造を従来技術とともに説明する。図７は、従来のシャーシ１０の構造を示す図である。図７は大型平面表示装置のシャーシ１０を画面側から見た図である。シャーシ枠体１１は大型板金素材に打ち抜き加工を施し、中央の大部分を打ち抜いて枠状にする。さらにプレス成形加工によって段状に成形する。シャーシ枠体１１の断面構造は図８に示すようなものである。図８は、図７におけるＡ−Ａ矢視断面図である。

また、シャーシ枠体１１には補強用の梁部材１２が図示のように固定されている。シャーシ枠体１１と梁部材１２とは、溶接やねじ止め等によって固定されている。図８に示すように、このシャーシ１０に、大型平面表示装置の各部品が取り付けられる。ここでは液晶表示パネル１６を使用した大型平面表示装置を例にとって説明する。シャーシ１０に固定された支持部材１３には、蛍光管等のバックライト１４が支持されている。また、バックライト１４からの光を均等に拡散するための光拡散板１５や液晶表示パネル１６がシャーシ１０に固定される。梁部材１２には、図７では省略しているが、バックライト１４を支持する部材や、光拡散板１５を支持する部材も固定されている。

大型平面表示装置のシャーシ枠体１１では、板金材料も大型のものを使用することとなり、板金材料の中央部を打ち抜いて生じる中子もそれに比例して大型のものとなる。この中子はシャーシ製造の際に生じる不要な廃材として処理されるが、このような大型の廃材が発生すること自体にも素材コストの点で問題があり、また廃材の処理にもコストがかかるという問題点があった。そこで、本発明では金属構造物と熱可塑性樹脂とを一体化させる技術を応用して、大型平面表示装置用の軽量で高強度のシャーシ枠体を素材から効率よく製造できるようにしたものである。

図１が、本発明の製造方法によって製造したシャーシ枠体２によるシャーシ１を示す図である。このシャーシ枠体２は、図７に示すシャーシ枠体１１のように一体構造の成形品ではない。上下左右の辺を構成する枠部材を角部で接合したものである。この接合は、金属の枠部材に熱可塑性樹脂を射出成形によって接合し、同時に枠部材同士をも接合するものである。接合方法の詳細は後述する。このように、４辺の枠部材を接合してシャーシ枠体２を形成するようにしたので、中央部を大きく打ち抜くこともなく、素材の無駄が大幅に減少する。

シャーシ枠体２には、補強や取付部品の支持のための梁部材３が複数固定されている。シャーシ枠体２と梁部材３との固定方法も、枠部材の接合と同様の熱可塑性樹脂の射出成形による接合である。これらの全ての固定箇所の接合は、インサート成形によって同時に行うことが可能であり、短時間で接合でき、大量生産に適した製造方法となっている。

シャーシ枠体２を構成する各枠部材は、アルミニウム合金の押出形材２０を使用することができる。図２は、押出形材２０を示す図である。押出形材２０の断面形状は図２（ｂ）に示すようなものである。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。図２（ａ）に示すように、押出形材２０を点線のように切断して各枠部材とする。

図３は、押出形材２０から切断した各枠部材２１〜２４を示す図である。枠部材２１は上辺を構成し、枠部材２２は右辺を構成し、枠部材２３は下辺を構成し、枠部材２４は左辺を構成するものである。図３に示すように、押出形材２０の軸線方向に対して４５度の角度に切断するだけで、簡単に各枠部材２１〜２４を作成することができる。

図４は、枠部材同士を付き合わせた状態を示す図である。図３のように単純に４５度の角度に切断したものでは、図４（ａ）のように付き合わされる。枠部材の突き合わせ面に互いに係合する凹凸形状を形成して、図４（ｂ）のような付き合わせ状態としてもよい。このようにした枠部材２１ｂ，２４ｂでは、突き合わせ部の位置ずれが生じにくく、結合強度もさらに強くすることができる。ただし、図４（ａ）のような突き合わせ面形状でも、十分な位置精度と強度を得ることができる。他の枠部材同士の付き合わせ状態も同様である。

枠部材２１〜２４の素材としては、アルミニウム合金の押出形材２０が好ましいが、マグネシウム合金等の成形品も使用することができる。できれば、接合する熱可塑性樹脂の線膨張率になるべく近い線膨張率を有する材料が好ましい。

枠部材２１〜２４の突き合わせ部近傍の接合表面は、表面処理によって多数の微小凹部を形成する。図５に、枠部材２１端部の接合表面２１１を示す。接合表面２１１は、侵食性液体（侵食性水溶液、侵食性懸濁液）に所定時間浸漬することによって表面処理を行うことが簡単である。接合表面２１１は、平均内径１０〜８０ｎｍの微小な凹部または開口部によって表面がくまなく覆われるようにすることが望ましい。

例えば、アルミニウム合金Ａ５０５２では、水溶性アミン水溶液をＰＨ１０程度の弱塩基性に調整し４０℃として浸漬した場合、すぐ平均内径２０〜４０ｎｍの凹部が発生し１分程度で深さが内径と同等レベルになる。そして、さらに浸漬を続けると凹部の深さがどんどん深くなると共に凹部を作る縁部分も潰れ、平均内径がどんどん大きくなっていく。

２０分ほど浸漬して水洗乾燥したＡ５０５２片の表面を電子顕微鏡で観察すると、表面から見える凹部の平均内径は８０〜１００ｎｍと大きくなっている。アルミニウム合金Ａ５０５２にＰＰＳ系樹脂を射出して接合する実験の結果によれば、凹部の平均内径が８０ｎｍを超えるような状態では接合力が急減した。すなわち、弱塩基性水溶液へのＡ５０５２アルミ合金片の浸漬による化学エッチングでは、ほぼ平均内径８０ｎｍを境にして急速に射出接合での接合力が低下したのである。

凹部の平均内径が８０ｎｍを超える程度にまで金属の浸食が進むと、金属の表面組織の強度が弱くなり、接合力が低下するものと考えられる。これらの実験結果により、接合表面は、微小凹部の平均内径が１０〜８０ｎｍの範囲となる程度に表面処理を行うことが好ましい。侵食性液体への浸漬による表面処理では、浸漬時間を調整して微小凹部の平均内径が１０〜８０ｎｍの範囲となるようにする。

図５は、枠部材２１の突き合わせ部近傍の接合表面２１１を示す図である。接合表面２１１には、侵食性液体（侵食性水溶液、侵食性懸濁液）に所定時間浸漬することによって表面処理を行い、表面が多数の微小凹部に覆われた状態とする。微小凹部の平均内径が１０〜８０ｎｍとなるように処理時間を設定する。なお、図では枠部材２１の一方の端部の接合表面２１１のみを示しているが、他方の端部にも同様の表面処理がなされた接合表面２１１が形成されている。また、他の枠部材２２〜２４の両端部の接合表面、および、枠部材２１，２３と梁部材３とを接合する接合表面にも同様の表面処理がなされている。

なお、枠部材２１〜２４および梁部材３の接合部近傍の接合表面にだけ表面処理を施すようにしてもよいが、これらの枠部材２１〜２４および梁部材３の全体を侵食性液体に浸漬して全表面に表面処理を施してもよい。少なくとも接合部近傍の接合表面に表面処理が施されていればよい。

接合表面に微小凹部を形成する表面処理がなされた各部材は、金型中にインサートされて熱可塑性樹脂の射出成形が行われ、各部材と樹脂との強固な接合により各部材同士も強固に接合される。図６に射出成形工程における枠部材２１，２４の接合部を示す。枠部材２１，２４は突き合わされた状態で金型６，７中にインサートされている。それらの枠部材の突き合わせ部近傍には、金型７側にゲート７１が形成されている。ゲート７１から熱可塑性樹脂２５が射出され枠部材２１，２４の接合表面に強固に接合される。これにより枠部材２１，２４同士も強固に接合される。他の部材の接合部も同様である。

なお、このような各部材同士の接合と同時に、枠部材２１〜２４および梁部材３上に、各種の支持部、保持構造等を熱可塑性樹脂の射出成形によって形成することが望ましい。例えば、バックライト、光拡散板、液晶表示パネル等の支持部や保持構造を形成することができる。各部材におけるこれらを形成する位置には、熱可塑性樹脂を接合する接合表面を設けておく。これらの接合表面は、前述と同様の表面処理により多数の平均内径１０〜８０ｎｍの微小凹部に覆われた状態としておく。

なお、図６では枠部材２１，２４を当接させて配置した例を示しているが、このように各部材同士を必ずしも接触させて配置する必要はなく、各部材同士を近接して配置するようにしてもよい。各部材同士を近接して配置した場合には、各部材の間の間隙に熱可塑性樹脂が流入して各部材同士を強固に接合する。この場合、各部材間の間隙に面する表面も表面処理により微小凹部を形成した接合表面としておく。

各部材の接合表面に射出して接合する熱可塑性樹脂は、結晶性の樹脂であることが好ましい。結晶性の樹脂とした場合には、樹脂と金属製各部材との接合強度が大幅に増大する。結晶性の熱可塑性樹脂の例としては、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）を主成分とする樹脂が挙げられる。

図６に示す射出成形工程に関して説明する。まず、金型６，７を開いてその一方に前述のような接合表面を設けた金属部材をインサートし、金型６，７を閉じ、ＰＰＳ樹脂７０〜９９重量％およびポリオレフィン系樹脂３０〜１重量％を含む樹脂分組成の熱可塑性樹脂組成物を射出し、固化した後に金型を開き離型することにより、シャーシ枠体２およびシャーシ１の製造を行う。

本発明における射出条件の特徴は、溶融樹脂が高温高圧でインサートした金属部品に接触することである。その意味で一般の射出成形と若干異なる点がある。すなわち、金型温度をやや高めにすることが望ましい。具体的には、１００℃以上が好ましく、より好ましくは１２０℃以上である。一方、射出温度、射出圧、射出速度は特に通常の射出成形と変わらない。

以上説明した本発明の製造方法の各工程をまとめると、以下の（１）〜（３）のようになる。
（１）押出形材２０を切断して枠部材２１〜２４を形成する工程
（２）枠部材２１〜２４の樹脂接合部分に表面処理を行って平均内径が１０〜８０ｎｍの範囲の微小凹部を多数形成した接合表面とする工程
（３）枠部材２１〜２４を金型内にインサートし、枠部材２１〜２４の接合表面に熱可塑性樹脂を射出して４つの枠部材を一体的に結合する工程

これらの工程によってシャーシ枠体２を製造することにより、素材の無駄になる部分が大幅に減少するため、素材コストや廃材の処理コストを低減させて、シャーシの製造コストを大幅に低減することができる。また、金型を用いて射出成形により枠部材を一体的に結合するので、大量生産を行うことが可能であり、製造コストをさらに低減することができる。

なお、以上の説明では、大型平面表示装置として液晶パネルを使用した場合を例にとって説明したが、本発明は液晶パネルを使用した大型平面表示装置に限定されることなく、プラズマ表示パネルやその他の任意の表示パネルを使用したものにも適用できる。

本発明によるシャーシ１の構造を示す図である。 押出形材２０を示す図である。 押出形材２０から切断した枠部材２１〜２４を示す図である。 枠部材同士を付き合わせた状態を示す図である。 枠部材２１の突き合わせ部近傍の接合表面２１１を示す図である。 射出成形工程における枠部材２１，２４の接合部を示す図である。 従来のシャーシ１０の構造を示す図である。 従来のシャーシ１０の断面構造を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ シャーシ
２ シャーシ枠体
３ 梁部材
６，７ 金型
１０ シャーシ
１１ シャーシ枠体
１２ 梁部材
１３ 支持部材
１４ バックライト
１５ 光拡散板
１６ 液晶表示パネル
２０ 押出形材
２１，２２，２３，２４ 枠部材
２５ 熱可塑性樹脂
７１ ゲート
２１１ 接合表面

Claims (12)

1. 略長方形形状のシャーシ枠体（２）の４辺を形成する金属製の枠部材（２１〜２４）を形成する工程と、
   前記枠部材（２１〜２４）の少なくとも接合部近傍の表面に表面処理を行い多数の微小凹部を形成して接合表面（２１１）とする表面処理工程と、
   ４つの前記枠部材（２１〜２４）を互いに接触または近接させて前記シャーシ枠体（２）形状に配置し、各接合部において接触または近接させた２つの前記枠部材（２１〜２４）にまたがって前記接合表面（２１１）に熱可塑性樹脂を射出して接合させ、４つの前記枠部材（２１〜２４）を一体的に結合して前記シャーシ枠体（２）を形成する射出接合工程とを有する大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
2. 請求項１に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法であって、
   前記表面処理工程は、前記枠部材（２１〜２４）を浸食性の液体に浸漬してエッチングを行うものである大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
3. 請求項２に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法であって、
   前記表面処理工程における前記微小凹部の平均内径は１０〜８０ｎｍの範囲である大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法であって、
   前記射出接合工程における前記熱可塑性樹脂は、結晶性の樹脂である大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
5. 請求項４に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法であって、
   前記射出接合工程における前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンスルフィドを主成分とする樹脂である大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法であって、
   前記射出接合工程は、前記枠部材（２１〜２４）を射出成形金型（６，７）にインサートし、前記接合表面（２１１）に前記熱可塑性樹脂を射出して接合させるものである大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法であって、
   前記枠部材（２１〜２４）はアルミニウム合金からなるものである大型平面表示装置のシャーシ枠体製造方法。
8. 略長方形形状のシャーシ枠体（２）の４辺を形成する金属製の枠部材（２１〜２４）を形成する工程と、
   前記枠部材（２１〜２４）の少なくとも接合部近傍の表面に表面処理を行い多数の微小凹部を形成して接合表面（２１１）とする表面処理工程と、
   ４つの前記枠部材（２１〜２４）を互いに接触または近接させて前記シャーシ枠体（２）形状に配置し、各接合部において接触または近接させた２つの前記枠部材（２１〜２４）にまたがって前記接合表面（２１１）に熱可塑性樹脂を射出して接合させ、４つの前記枠部材（２１〜２４）を一体的に結合して前記シャーシ枠体（２）を形成する射出接合工程とにより製造した大型平面表示装置のシャーシ枠体。
9. 請求項８に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体であって、
   前記表面処理工程は、前記枠部材（２１〜２４）を浸食性の液体に浸漬してエッチングを行い、前記微小凹部の平均内径が１０〜８０ｎｍの範囲となるように表面処理を行うものである大型平面表示装置のシャーシ枠体。
10. 請求項８，９のいずれか１項に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体であって、
    前記射出接合工程における前記熱可塑性樹脂は、ポリフェニレンスルフィドを主成分とする樹脂である大型平面表示装置のシャーシ枠体。
11. 請求項８〜１０のいずれか１項に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体であって、
    前記射出接合工程は、前記枠部材（２１〜２４）を射出成形金型（６，７）にインサートし、前記接合表面（２１１）に前記熱可塑性樹脂を射出して接合させるものである大型平面表示装置のシャーシ枠体。
12. 請求項８〜１１のいずれか１項に記載した大型平面表示装置のシャーシ枠体であって、
    前記枠部材（２１〜２４）はアルミニウム合金からなるものである大型平面表示装置のシャーシ枠体。

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