JP5012825B2 - 携帯機器の筐体 - Google Patents

Description

本発明は、携帯電話等の携帯機器の筺体に関し、特に、小型薄型化と同時に強度を確保することができる筐体構造の改良に関する。

携帯電話は、そのニーズの拡大からカメラ機能及び大画面化等の高機能化への強い要求がある一方で、携帯するといった観点から小型薄型への強い要求もあり、これらの相反する要求にこたえるべく、種々の構造が提案されてきた。ＰＤＡ（Personal Digital Assistance：携帯情報端末）等の携帯機器も同様である。一般に、各携帯機器に使用される筺体構造においては、複数の樹脂部品又は金属部品を軽く嵌合し、爪等によって固定するか、若しくはねじ締結による固定若しくは挟みこみ等を行うか、又はこれらを組み合わせて使用する場合が多い。また、外部筺体の変形を内部へ伝えないようにするため、クッション等を貼り付けたりする場合もある。キースイッチ部分については、キー打鍵力を内蔵する部品に伝えない構成とする必要があるため、一般的には実装基板上に形成されたシールドフレームを覆うようにキー打鍵用のフレームを用いたり、剛性のある実装基板の両面を使用し、裏面にキースイッチを形成したりする場合がある。また、金属製の筺体を使用し、その上にキースイッチを貼り付ける構造をとる場合もある。更に、特許文献１に記載のように、スイッチ荷重を受けるための構造体を設ける場合もある。

特開２００３−２２９９３８号公報

しかしながら、この特許文献１に開示された筺体構造にはいくつかの問題点がある。先ず、第１の問題点は、実装基板上に形成されたシールドフレームで荷重を受ける構造とした場合、シールドフレームの高さをそろえる必要がある。この実装部品の高さは部品によって異なるが、ここでは最も高い部品に合わせる必要がある。更に、シールドフレームの実装ばらつきも考慮する必要があり、シールドフレーム上に更にフレームを設ける必要がある等、結果として薄型化の妨げとなる。

第２の問題点は、実装部品の裏面で荷重を受ける構造とした場合、基板に打鍵時の応力がかかるため、実装部品への影響が懸念される。即ち、実装部品保護のため、基板の変形量を減らす工夫が必要になり、基板厚をある程度厚くするなど、結果として小型薄型化の妨げになってしまう。

また、第３の問題点は、特許文献１に記載されているように、別部品としての構造体で構成した場合、応力の緩和には有効であるが、小型薄型化には妨げとなる。一方、筺体上に貼り付ける構造とした場合には、筺体部品の成形肉厚の制限から、ある程度の肉厚の確保が必要になり、やはり小型薄型化の妨げになってしまう。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、携帯機器のスイッチ部筺体構造を改良し、薄型化及び小型化に適した構造の携帯機器の筐体を提供することを目的とする。

本発明に係る携帯機器の筐体は、第１の有底凹部形状を有する内装金属構造体と、この内装金属構造体の外側部位とそれに連なる内側部位に対し、前記内装金属構造体の構成材料よりも冷却時の熱収縮が大きい外装材料を一体成形することにより設けられ、額縁形状をなす樹脂外装体と、を有することを特徴とする。

本発明においては、金属構造体が、薄板金属板の絞り加工等により、有底凹部形状をなすように成形されているので、この金属構造体は、曲げ方向のほか、ねじり方向の変形にも強い。このため、この箱の表面部分にキースイッチが配置されるキースイッチ受け面を設けることにより、この金属構造体の肉厚が薄くても、スイッチ面の打鍵応力を十分に受けることができ、内部の実装部品に影響を及ぼすことがない。

前記内装金属構造体の材質は、例えば、ステンレス、普通鋼、又はチタンであり、前記金属構造体は、薄板の絞り加工又はプレス加工によって成形されていることが好ましい。また、前記金属構造体は、ダイカスト成形、金属モールド成形、又はメタルインジェクション成形による焼結工法で成形されることが好ましい。

また、実装部品が金属構造体で覆われるため、電磁シールド性が向上する。

更に、前記金属構造体は、キースイッチを設置する部分と、この部分に連なる側壁部分とにより、箱形状をなしていることが好ましい。これにより、内蔵部品の保護がより確実になる。

前記第１の有底凹部形状を有する内装金属構造体は、その凹形状を構成する側壁面に切欠が形成されていることが好ましい。

また、前記金属外装体は、前記内装金属構造体の構成材料よりも熱膨張係数が大きい材料を使用して、チクソモールド法又はダイキャスト法により成形されたものであることが好ましい。

更に、前記内装金属構造体の底部に、孔が形成されているように構成することができる。

更にまた、前記内装金属構造体の側面における外装材料と接触する部分に、前記外装材料との連結を強化するための孔が形成されているように構成することができる。

本発明によれば、キースイッチ面の打鍵荷重を、内蔵部品に伝えることなく、筺体表面から裏面へと効率よく分散させることができる。また、本発明によれば、金属構造体に樹脂を一体成形しているので、金属の塑性変形を抑制することができる。更に、本発明においては、金属構造体による薄型化及び高剛性化を得ると共に、外装については樹脂成形とすることで意匠性を確保できる。更にまた、本発明によれば、金属筺体と樹脂筺体を射出成形等により一体成形しているので、接着工法ではないために、金属と樹脂を分離し易く、リサイクル性に富む。

本発明の実施形態に係る携帯機器の筺体の構造を示す斜視図であり、（ａ）は上面側から見たもの、（ｂ）は下面側から見たものである。 図１に示す携帯機器の筐体の金属構造体１００を分離した状態を示す分解図である。 金属構造体１００をその裏面から見た斜視図である。 図１に示す筐体の断面図である。 （ａ）乃至（ｃ）はスイッチ部を設けた下部筺体を組み立てた後の携帯機器の斜視図である。 図５に示す携帯機器の分解斜視図である。 筐体組立後の断面図であり、（ａ）は図６に示すコネクタ５０１を通る切断線による横断面図であり、（ｂ）は電池６００を通る切断線による横断面図である。 本発明の第２の実施の形態の金属構造体１００を示す斜視図である。 本発明の第３の実施の形態の携帯機器を示す分解図である。 本発明の第４の実施の形態の携帯機器の筐体の金属構造体１００ｂを示す斜視図である。 本発明の第５の実施の形態の携帯機器の筐体の金属構造体１００ｃ及び樹脂外装体２００を示す斜視図である。 携帯機器組立後のリアカバーを外した状態を示す背面からの斜視図である。 本発明の第６の実施の形態の携帯機器の筺体における金属構造体１００ｃ及び樹脂外装体２００及び高弾性金属フレーム８００を示す分解斜視図である。 図１３の断面図である。 図１４の一部拡大図である。 （ａ）は高弾性金属フレーム８００の変形例を示す斜視図、（ｂ）はこのフレーム８００が金属構造体１００ｃに取り付けられた状態を示す斜視図である。

次に、本発明の実施の形態について添付の図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る携帯機器の筺体の構造を示す斜視図であり、（ａ）は上面側から見たもの、（ｂ）は下面側から見たものである。図２は図１に示す携帯機器の筐体の金属構造体１００を分離した状態を示す分解図である。図３は金属構造体１００をその裏面から見た斜視図である。図４は図１に示す筐体の断面図である。図５（ａ）乃至（ｃ）はスイッチ部を設けた下部筺体を組み立てた後の携帯機器の斜視図である。図６は図５に示す携帯機器の分解斜視図である。図７は、筐体組立後の断面図であり、（ａ）は図６に示すコネクタ５０１を通る切断線による横断面図であり、（ｂ）は電池６００を通る切断線による横断面図である。

金属構造体１００は金属板を薄板絞り加工又はプレス成形することにより有底凹部形状としたものであり、筺体の主要な構造体である。この金属構造体１００は、キースイッチとしてのフレキシブル基板が配置されるスイッチ受け面１０１と、全体の剛性を確保するために周辺部に設けられた周囲リブ１０２と、キースイッチ基板の配線を通す配線孔１０３と、長辺側側辺部にスイッチを設けるためのサイドスイッチ孔１０４と、短辺側側辺部にコネクタを配置するためのコネクタ切り欠き１０５と、長辺側側辺部にＰＣＭＣＩＡ（Personal Computer Memory Card International Association）カード等を装着するためのカードスロット用の切り欠き１０６と、一体成形時に樹脂との連結を行う連結孔１０７とが設けられている。箱型金属筺体である金属構造体１００は、厚さが例えば０．２ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であり、ステンレス薄板、薄鋼板、又はチタン薄板等をプレス加工することにより得られる。スイッチ受け面１０１は、第２の有底凹部形状としての機能も併せ持ち、その断面２次モーメントの増加と加工硬化によって金属筺体全体のねじり剛性及び曲げ剛性を強くする。金属構造体は、薄板絞り加工以外に、ダイカスト成形、金属モールド成形、メタルインジェクション成形に代表される焼結工法で製作されても有効である。この焼結の場合、薄型化の点では劣るが、筐体内部に設置するリブ等を金属構造体に設けることが可能になるという効果がある。

この金属構造体１００には、樹脂製の外装体２００が一体成形されて、携帯機器の筐体が構成される。即ち、この金属構造体１００の上に所定位置に樹脂を射出成形することにより、金属構造体１００と樹脂外装体２００とを一体成形することができる。樹脂外装体２００と箱型金属構造体１００は、接着等はされないが、金属構造体１００の連結孔１０７に樹脂が回りこむことで、成形後に両者が分離することはない。更に、構造上、箱型金属構造体１００に対して、その周囲を均一に樹脂外装体２００が占めるように一対成形されるため、金属と樹脂の熱膨張差により金属の方が収縮率が小さいので、樹脂成形後の樹脂部分の収縮によって箱型金属構造体１００と樹脂外装体２００とは密着される。このとき、金属構造体が通常の板形状であったり、単なる折り曲げ加工のみであると、冷却時の収縮によって筺体全体に反りが発生する場合がある。本発明では有底凹部形状とすることで、収縮の応力に金属構造体が打ち勝つため、成形後の変形を最小限に抑えることが可能である。また、樹脂製外装体としたが、樹脂の代わりに樹脂射出成形に近い工法で得られた金属外装体を用いることも可能である。例えば、マグネシウム合金によるチクソモールドと、マグネシウム、アルミニウム、又は亜鉛合金のダイキャスト工法がそれにあたる。この場合、金属外装体の構成材料の熱膨張係数は、内装金属構造体の構成材料の熱膨張係数よりも大きいものとする必要がある。

樹脂外装体２００には、内蔵する実装基板を固定するリブ２０１と、コネクタを固定するリブ２０２と、電池を固定するリブ２０３と、リアカバーを固定するためのねじボス２０４と、表示部を構成する上部筺体（図示せず）との連結を行うヒンジ部２０５とから構成される。更に、樹脂外装体２００には、箱型金属構造体１００の周囲リブ１０２の周囲を覆う周囲樹脂リブ２０６が形成されている。また、成形時に流動する樹脂によって周囲リブ１０２が変形するのを防ぐため、周囲樹脂リブ２０６には押え孔２０７が設けられている。

一般にプレス成形で製作される板金部品は、弾性変形領域が狭いため、高剛性である反面、塑性変形しやすい。この塑性変形を抑えるには、板厚を厚くするか、弾性変形領域が広い材料を使用する必要がある。しかしながら、強度的に必要以上に板厚を厚くすることは、薄型、小型、及び軽量である必要があるという携帯機器に対する要求に反するものである。このため、弾性変形領域が広い材料を使用することが望ましいが、そうすると成形性が低下する。本発明の構造では、箱型金属構造体１００の形状に成形可能な範囲の弾性変形領域の金属材料を使用しながら、樹脂外装体２００によって金属構造体１００の塑性変形を抑制することができる。即ち、周囲リブ１０２と周囲樹脂リブ２０６は、一体になって変形するため、例えば曲げ荷重を受けた場合、周囲リブ１０２は周囲樹脂リブへの荷重分散に加えて座屈しにくくなるため、単体の場合と比べて、塑性変形量が著しく低下する。

次に、本実施形態に係る携帯機器の下部筺体の装置構成及び組立方法について、主として図６を参照して説明する。箱型金属構造体１００に一体成形された樹脂外装体２００に、キースイッチとしてのフレキシブル基板３００を装着する。即ち、フレキシブル基板３００の配線３０１を金属構造体１００の配線孔１０３に通して、フレキシブル基板３００を金属構造体１００のスイッチ受け面１０１に接着する。フレキシブル基板３００にはドームスイッチ３０２及びＬＥＤ（Light Emitting Diode）バックライト３０３が実装されている。更に、フレキシブル基板３００の上に、キーシートユニット４００が接着される。キーシートユニット４００は、スイッチ受け面１０１ではなく、キー貼り付け面１０８に接着される。こうすることで、上部からの水滴の進入を防ぐことが可能である。本実施の形態では、ＬＥＤバックライト３０３を使用しているが、ＬＥＤバックライトの代わりにＥＬ（Electroluminescence）バックライトを使用することも可能である。この場合、ＥＬバックライトをキーシートユニット４００に内蔵するか、キーシートユニット４００とフレキシブル基板３００との間にＥＬバックライトシートを挿入する。

樹脂外装体２００の裏面には、主基板５００及び電池６００が装着される。主基板５００には、ＳＩＭコネクタ５０１及びサイドスイッチ５０２の他、種々の実装部品が基板両面に実装されている。また、無線部のシールド部品等も実装可能である。

樹脂外装体２００と、リアカバー７００は、図示しない固定ねじによって締結される。リアカバー７００の材質は、より薄型化のために金属材料としてもよいし、樹脂材料又は樹脂と金属との一体成形材料としてもよい。

主基板５００上の実装部品及び電池６００は通電により発熱するが、本構造ではこれらの部品が箱型金属構造体１００に内接しているため、効率よく熱拡散が行われ、放熱性に優れている。また、この金属構造体１００を配線のグランドとして使用することも可能である。更に、金属構造体はこれらの実装部品の全体を覆うため、優れたシールド効果も発揮する。

上述の如く構成された本実施形態の携帯機器の筐体においては、金属構造体が箱形状をなしているため、曲げ方向のほか、ねじり方向の変形にも強い。このため、肉厚が薄くても、スイッチ面の打鍵応力を支障なく受けることが可能である。即ち、キーシートユニット４００のキースイッチ面の打鍵荷重を、内蔵部品に伝えることなく、筺体表面から裏面へと効率よく分散させることができる。また、本実施形態においては、薄型高剛性を保ちながら、外装については樹脂成形とすることで、意匠性を確保することができる。更に、金属筺体の場合に発生しやすい塑性変形を、最小限に留めることが可能である。そして、本実施形態においては、金属筺体（金属構造体１００）と樹脂筺体（樹脂外装体２００）とを一体成形していて、接着はしていないために、金属部分と樹脂部分とを分離し易く、リサイクル性に富んでいる。

次に、図８を参照して本発明の第２実施形態について説明する。図８は本実施形態の金属構造体１００を示す斜視図である。本実施形態の金属構造体１００ａが図２に示す金属構造体１００と異なる点は、その端部の端面の一部を、ヒンジ形状１０９に成形してある点である。このように、金属構造体１００ａにヒンジ形状１０９を形成することにより、成形形状は複雑になるが、ヒンジ部の強度を向上させることができる。

図９は本発明の第３の実施形態の携帯機器を示す分解図である。図９に示すように、基板５００及び電池６００を樹脂外装体２００とほぼ同等サイズとし、実装部品５０３を基板５００の一方の面（例えば、下面）に集中させて配置し、スイッチ面を持つ樹脂外装体２００及び金属構造体１００と、基板５００と、電池６００とを積層構造にすることも有効である。この場合でも、金属構造体１００との接触による放熱性及び金属構造体１００によるシールド効果も有効である。こうすることで、実装部品５０３を片面に配置するため、配線効率は低下するが、電池６００の厚さは、実装基板５００に実装された実装部品の厚さに無関係に決めることができるので、電池容量をその厚さで任意に調節することができる。また、実装部品５０３を片面に配置することにより、実装基板５００を配置するためのスペースが薄くて足りると共に、実装基板５００には、従来基板よりも薄い基板を使用することが可能になるため、従来構造と比べて薄型化が可能である。

図１０は本発明の第４の実施形態の携帯機器の筐体の金属構造体１００ｂを示す斜視図である。図１０に示すように、筺体が比較的大きい場合、箱型金属構造体１００のスイッチ受け面１０１に、リブ１１０を成形して、スイッチ受け面１０１の剛性を高めることも可能である。こうすることで、スイッチ受け面１０１が大型であっても、スイッチ受け面１０１の強度を向上させることができ、スイッチ押下の荷重を支持することができる。このリブ１１０は、キーシートユニット４００がずれないようにする支えとしても有効である。

図１１は本発明の第５の実施形態の携帯機器の筐体の金属構造体１００ｃ及び樹脂外装体２００を示す斜視図、図１２は携帯機器組立後のリアカバーをと外した状態を示す背面からの斜視図である。本実施形態においては、金属構造体１００ｃのスイッチ受け面１０１に切り欠き１１１を入れて、この部分を背面側に曲げることにより、リブ１１２を形成することも可能である。本実施形態においては、きり欠き１１１部分にスイッチを配置できない反面、電池等内蔵物の隔壁としてのリブ１１２を、金属構造体１００ｃの一部である薄肉金属板で形成できるという利点がある。

図１３は本発明の第６の実施形態の携帯機器の筺体の金属構造体１００ｃ及び樹脂外装体２００及び高弾性金属フレーム８００を示す分解斜視図、図１４は断面図、図１５は図１４の一部拡大図である。さらに筺体が薄型になった場合、又はＰＤＡ若しくはノートパソコンなど、平面面積と厚さのアスペクト比が低下した場合において、有底凹部型板金だけでは強度が不足したり、又は塑性変形を起こしやすい条件の場合に、高弾性金属フレーム８００も同時に一体成形することで、更なる高剛性を得ることが可能である。この場合、相互の金属間の接続を成形材料が保つ役目を果たす。

高弾性金属フレーム８００の断面形状は図１３に示すように四角形でなくても、図１６（ａ）に示すように、例えば円形であってもよい。この場合に、このフレーム８００は図１６（ｂ）に示すように、金属構造体１００ｃに取り付けられる。

金属構造体１００ｃの肉厚を厚くすることで強度を上げる場合に比べ、本実施形態のように、装置の薄さに影響を与える板厚は薄いままとして、周辺部分を高弾性フレーム８００で強化することにより、装置の薄型化に有利であるといえる。また、ばね性が強い高弾性材料は、絞り加工により金属構造体を成形しようとした場合に、この絞り加工が塑性変形を加える加工であるために、成形が難しいという難点がある。しかし、額縁部分を高弾性の金属フレームとすることで、この弱点を解消し、絞り加工により外装金属構造体を容易に成形することができる。

本発明は、携帯電話、ＰＤＡ等の携帯機器の筐体として有益である。

１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ 金属構造体
１０１ スイッチ受け面
１０２ リブ
１０３ 配線孔
１０４ サイドスイッチ孔
１０５ 切り欠き
１０６ 切り欠き
１０７ 連結孔
１０８ キー貼り付け面
１０９ 形状
１１０ リブ
１１１ 切り欠き
１１２ リブ
２００ 樹脂外装体
２０１ リブ
２０２ リブ
２０３ リブ
２０４ ボス
２０５ ヒンジ部
２０６ リブ
２０７ 押え孔
３００ フレキシブル基板
３０１ 配線
３０２ ドームスイッチ
３０３ バックライト
４００ キーシートユニット
５００ 基板
５０１ コネクタ
５０２ サイドスイッチ
５０３ 部品
６００ 電池
７００ リアカバー

Claims (13)

1. 第１の有底凹部形状を有する内装金属構造体と、この内装金属構造体の外側部位とそれに連なる内側部位に対し、前記内装金属構造体の構成材料よりも冷却時の熱収縮が大きい外装材料を一体成形することにより設けられ、額縁形状をなす金属外装体と、を有することを特徴とする携帯機器の筐体。
2. 底面と少なくとも２つの側壁面とを有する第１の有底凹部形状が設けられている内装金属構造体と、前記側壁面の両面に形成され、前記内装金属構造体の構成材料よりも冷却時の熱収縮が大きい材料からなる金属外装体と、を有することを特徴とする携帯機器の筐体。
3. 前記内装金属構造体と前記金属外装体とが互いに密着していることを特徴とする請求項１または２に記載の携帯機器の筐体。
4. 前記金属外装体は、前記内装金属構造体の底面の少なくとも一部が露出する開口を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
5. 前記内装金属構造体の側壁面は前記内装金属構造体の底面を囲むように設けられ、前記金属外装体は複数の前記側壁面を囲むように設けられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
6. 前記内装金属構造体の側壁面に切欠が形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
7. 前記金属外装体の構成材料の熱膨張係数は、前記内装金属構造体の構成材料の熱膨張係数よりも大きいことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
8. 前記金属外装体は、チクソモールド法又はダイキャスト法により成形されたものであることを特徴とする請求項７に記載の携帯機器の筐体。
9. 前記第１の有底凹部形状の底面に孔が形成されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
10. 前記内装金属構造体の側壁面には孔が形成され、前記孔には前記金属外装体が設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
11. 前記第１の有底凹部形状の底面には、前記第１の有底凹部形状とは逆方向に凹んでいる第２の有底凹部形状が設けられていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の携帯機器の筐体を有することを特徴とする携帯機器。
13. 請求項１１に記載の携帯機器の筐体を有し、前記第２の有底凹部形状内にスイッチが配置されることを特徴とする携帯機器。

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