JP5367851B2 - 金属ハウジングにプラスチック成型部材を接合する方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属−プラスチック複合体を製造する方法に関し、より詳細には、インサート射出成型技術を使用して、プラスチック成型部材、ロゴの導光パターン、カメラレンズ、又は、補助光（閃光）レンズを、金属片又は金属ハウジング上に直接形成する方法に関する。

近年、より軽量、薄型及び小型の携帯電子機器が開発されるようになり、軽量且つ高剛性である金属ハウジングへの需要が増している。この需要に対応するため、本産業分野では、金属ハウジングとプラスチック成型部材とを組み合わせた複合材料に対する技術が注目されている。複合物品を形成する従来の方法では、金属片及びプラスチック片を別々に成型して、金属片に接着剤を塗布した後、金属片とプラスチック片を一緒にして圧着していた。しかしながら、３Ｃ製品で使用される金属ハウジングは、通常、単純な平面的構造ではなく、不規則に湾曲した表面を有するため、プラスチック片もその湾曲に沿った曲面を有する場合がある。この場合、２つの曲面を互いに接合するのは非常に難しく、生産効率の向上を難しくしている。

関連する従来技術では、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のプリプレグを金属合金と強固に接着する方法が、特開２０１１−７３１９１号公報に開示されている。図１に示すように、この方法では、ＣＦＲＰプリプレグ１２及び金属合金１１の所定の面を粗面化し、粗面化した面に一液型のエポキシ接着剤を塗布している。そして、エポキシ接着剤に覆われた面同士を接触させて硬化させることにより、両面を接合している。開示されている方法では、金属合金１１の所定の面を粗面化するべく、表面にナノ細孔を形成するのに、特定の化学物質を必要とする。

特開２０１０−２７４６００号公報には、金属合金及び熱硬化性樹脂の複合体を形成する方法が開示されている。図２に示すように、この方法では、特定の化学物質を金属合金体１に塗布して、表面にナノ細孔を形成した後、金属酸化物又は金属リン化物による表面層を形成して、インサート射出成型処理により、金属合金体１の表面にプラスチック部材４を形成している。

特開２００７−１７９９５２号公報には、ボタンを形成する方法が開示されている。この方法では、外側キートップ片のメタリック塗膜及び内側キートップ片の白色塗膜を、融着層によって接合している。

特開２００９−８１０３０号公報には、押釦ボタンを形成する方法が開示されている。この方法では、カバー部材とキートップとを張り合わせるために、接着剤がカバー部材とキートップとの間にドット状に配置されるので、製造の間にエア抜きを行うのを容易にしている。

中国特許公報第１８２７８３９号明細書には、金属面を処理する方法が開示されている。この方法では、まず初めに下塗剤を塗布し、真空蒸着によって金属膜を被覆した後、保護のために、金属片上に透明な硬質膜をスプレー法によって形成している。上記の方法の目的は、真空蒸着工程により、Ｍｇ合金の未加工片を表面処理して、金属のテクスチャを有するＭｇ合金製品を製造することである。

特開２０１１−１１５０５号公報には、金属−樹脂複合体の物品を射出成型により製造する方法が開示されている。図３に示すように、樹脂部分３０が金属体２０の後方部分に成型されて、金属体２０の表面が、加飾シートＦ及び樹脂部３０の成型によって同時に加飾される。

また、特開２０１１−１１５０５号公報には、複合品を製造する方法が開示されている。この方法では、金属体の一面に加飾シートが形成されると同時に、溶融樹脂を射出して、金属体と射出樹脂との複合品を、所望の成型形状に形成している。

図４に示すように、特開２０１１−７３３１４号公報には、透明性インサート材を備えた樹脂成型品を製造する方法が開示されており、樹脂部分の強度が改善された樹脂成型品を提供できることが記載されている。この方法では、インサート材３の外周部分に配置される金属製のフレーム材４を設けた後、インサート材３及びフレーム材４を覆うように反対側に粘着シート５を貼り付けている。そして、樹脂部７がインサート材３の周辺に形成されて、フレーム材４の周縁部４Ａの少なくとも一部が射出成型により樹脂部７と係合した状態となる。

特開２００７−１７９９５２号公報 特開２００９−０８１０３０号公報 特開２０１０−２７４６００号公報 特開２０１１−０１１５０５号公報 特開２０１１−０７３３１４号公報 特開２０１１−１１５９５５号公報 特開２０１１−０７３１９１号公報

本発明の主要な目的は、従来技術の問題点及び欠点を克服するべく、改良された金属−プラスチック複合体を製造する方法を提供することである。

本発明の別の目的は、インサート射出成型技術を使用して、金属片又は金属ハウジング上に直接、プラスチック成型部材、ロゴの光導パターン、カメラレンズ又は補助光（閃光）レンズを形成方法を提供することである。

本発明の一実施形態では、金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法を提供する。方法は、内面、外面及び少なくとも１つの中空状に刻装された領域を有する金属ハウジングを準備する段階と、内面に接合領域を形成するべく金属ハウジングに物理的処理を施す段階と、接合領域上に接着層を形成する段階と、接着層上にプラスチック成型部材を接合するべく第１射出成型を実行する段階と、中空状に刻装された領域内に光学プラスチック部材を形成するべく第２射出成型を実行する段階とを備える。

本発明のこれら及びその他の目的は、添付の図面に例示される以下に記載の好ましい実施形態を読むことにより、当業者に明らかとなるであろう。

添付の図面は、実施形態の更なる理解を提供するべく描かれており、本明細書の一部を構成し組み込む。複数の実施形態のうちの一部を描いた図面及びその説明により、本発明の原理が説明される。

特開２０１１−７３１９１号公報に開示される金属合金と強固に接着された炭素繊維強化プラスチックのプリプレグの概略図である。 特開２０１０−２７４６００号公報に開示される、金属合金及び熱硬化性樹脂の複合体の概略図である。 特開２０１１−１１５０５号公報に開示される射出成型により製造された金属−樹脂複合体の概略図である。 特開２０１１−７３３１４号公報に開示される透明性インサート材を使用した樹脂成型方法の概略図である。 本発明を例示する金属ハウジング上に接合されたプラスチック材を有する複合体の側面図である。 図５の金属ハウジング上に接合されたプラスチック材を有する複合体のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。 図６の円で囲まれた部分の拡大図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る金属ハウジング上に接合されたプラスチック材を有する複合体を製造する方法のフローチャートである。 本発明の好ましい別の実施形態に係る金属ハウジング上に接合されたプラスチック部材を有する複合体を製造する方法のフローチャートである。

添付の図面は、全て図式的に表されている。図面の部分の大きさ及び比率は、図示を明瞭及び簡便にする目的から、拡大及び縮小されている。改良された実施形態及び異なる実施形態における対応する構成又は同様な構成を示すのに、同じ参照番号が使用されている。

以下の発明の詳細な説明では、本発明を実施可能な特定の実施形態の一例を示す添付の図面を参照して説明がなされる。これらの実施形態は、当業者が発明を実施可能な程度に詳細に記載されている。その他の実施形態を利用してもよく、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的、論理的及び電気的な変更を加えてもよい。

図５は、金属ハウジングと接合されたプラスチック部材を有する複合体の側面図であり、図６は、図５の金属ハウジング上に接合されたプラスチック材を有する複合体のＩ−Ｉ'線に沿った断面図である。金属ハウジングと接合されたプラスチック部材を有する複合体は、携帯電話のハウジング、又は、隠れバックライト効果を提供する中空状に刻装されたロゴ（文字又はパターン）を有するバッテリーカバーであってもよい。図５及び図６に示すように、本発明の金属ハウジング１０に接合されたプラスチック材を有する複合体１は、金属ハウジング１０、及び、金属ハウジング１０の内面Ｓ１に形成されたプラスチック成型部材１２を含む。プラスチック成型部材１２は、入力／出力ジャック１２ａ、アセンブリ構造１２ｂ及び／又は補強構造１２ｃを含む。別の実施形態では、金属ハウジングは、曲面を有してもよい。

プラスチック成型部材１２は、金属ハウジング１０の１つの内面Ｓ１における接合領域ＳＢに射出成型される。具体的には、接合領域ＳＢは、当該接合領域ＳＢに射出成型を行う前に、物理的処理又は化学的処理を施すことにより形成される。プラスチック成型部材１２は、接着層１１２上に射出成型されて、金属ハウジング１０と強固に接合される。接合面ＳＢを形成する上記の物理的処理としては、サンドブラストで粗面化する処理、レーザーエッチング、プラズマ処理、ＵＶプラズマ処理又はダイプレスが含まれ、化学的処理としては、化学的エッチング及び化学的成形が含まれる。

本発明の一実施形態によれば、金属ハウジング１０には更に、中空状に刻装されたロゴ領域１０ａを有し、図５では、大文字の"ＬＯＧＯ"と点線で描かれているような領域を有する。中空状に刻装されたロゴ領域１０ａは、レーザー又は型抜き成形によって形成された文字又はパターンであってもよい。本発明の好ましい一実施形態によれば、中空状に刻装されたロゴ領域１０ａが例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である光学プラスチック部材１４で満たされていてもよい。光学プラスチック部材１４の１つの外面１４ａは、金属ハウジング１０の外面Ｓ０と同一の高さを有し、実質的に隙間が空かないように構成されていてもよい。パターンが形成された導光構造１１４が、光学プラスチック部材１４の内面１４ｂに設けられていてもよい。パターンが形成された導光構造１１４は、光学プラスチック部材１４の内面１４ｂに、射出成型によって、光学プラスチック部材１４と同時に形成されてもよい光学微細構造である。これに替えて、パターンが形成された導光構造１１４に、更に射出成型を実行してもよい。光源２２（例えば、ＬＥＤ）が、光学プラスチック部材１４の１側面に隣接して、回路基板２４（例えば、可撓性回路基板又プリント配線基板）に搭載される。光源２２から出射した光は、光学プラスチック部材１４の１側面を通過して、ハウジング上のロゴを照明するべく、パターンが形成された導光構造１１４によってロゴ領域１０ａに導光されてもよい。

本発明の一実施形態では、様々なテクスチャ及び外観を得るべく、金属ハウジング１０の外面Ｓ０を、加飾層１０１で覆ってもよい。更に、金属ハウジング１０の外面Ｓ０上の光源２２がオフのときに、ユーザーが金属ハウジング１０のロゴを感知できないように、均一な金属のテクスチャを得るべく、金属ハウジング１０の外面Ｓ０及び光学プラスチック部材１４の外面１４ａをＮｉ金属膜で覆ってもよく、それにより、隠れバックライト効果を有するロゴを提供してもよい。

本発明の別の実施形態では、光学プラスチック部材１４を、金属ハウジング１０上のカメラレンズ又は閃光（補助光）レンズと一体化してもよい。光学プラスチック部材１４が、金属ハウジング１０上の閃光（補助光）レンズと一体化される場合には、光分散パターン又はプリズムパターンが、内面に直接形成されてもよい。

図７は、本発明の好ましい一実施形態に係る金属ハウジング上に接合されたプラスチック材を有する複合体を製造する方法のフローチャートである。図７に示すように、金属ハウジング上に接合されたプラスチック部材を有する複合体を製造する方法は、２つのサブフローＳ１００及びＳ１０２を備える。サブフローＳ１００は、金属ハウジングを製造するフローであり、サブフローＳ１０２は、インサート射出成型、表面仕上げ又は表面処理、及び、最終製品の品質検査の段階を主に含む。最初に、金属材料の供給段階及び金属材料の受け入れ検査が実行されるが（段階Ｍ０１）、ここでの金属材料は、ステンレス鋼、Ｍｇ合金、Ａｌ合金又はＭｇ−Ａｌ合金であってもよい。次いで、金属ハウジングの所望の形状を得るべく型抜き成形が実行される（段階Ｍ０２）が、形状は、携帯電話のハウジング又はバッテリーカバーの形状であってもよい。そして、研削工程（段階Ｍ０３）及びバリ取り工程（段階Ｍ０４）が実行される。

バリ取り工程の後に、接合領域が金属ハウジングの内面に形成される（段階Ｍ０５）。本発明の好ましい一実施形態では、接合領域に、サンドブラストのような物理的処理による表面処理を施してもよい。無論、レーザーエッチング、プラズマ処理、ＵＶプラズマ処理又はダイ成型のようなその他の物理的処理を使用して、粗面化された表面を得てもよい。これに替えて、接合領域を、化学的エッチング及び成形のような化学的処理によって形成してもよい。次に、洗浄工程（段階Ｍ０６）及び接着剤被覆工程（段階Ｍ０７）が実行される。接合領域上に接着層を形成するべく、スプレー、吐出又は印刷方法により、接着剤又は接着剤下塗剤（プライマー）を、表面処理された接合領域に形成することができる。最後に、焼成（baking）工程が実行される（段階Ｍ０８）。このようにして、サブフローＳ１００が完了する。サブフローＳ１００による処理が行われた金属ハウジングは、次の段階であるインサート射出成型（すなわち、サブフローＳ１０２）を行う準備が整った状態となる。

以下に、サブフローＳ１０２を説明する。初めに、プラスチック材料の供給段階及び受け入れ検査が実行され（段階Ｐ０１）、ここで、プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂、又は、ポリフェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）樹脂等であってもよい。乾燥工程（段階Ｐ０２）が実行された後、サブフローＳ１００で処理された金属ハウジング上にプラスチック材料を射出成型する第１インサート射出成型工程（段階Ｐ０３）が実行される。具体的には、プラスチック材料が、金属ハウジングの接合領域の接着層に直接射出成型される。金属ハウジングは、例えば、携帯電話のハウジング又はバッテリーカバーであってもよく、射出成型プラスチック成型部材は、入力／出力ジャック、アセンブリ構造及び／又は補強構造であってもよい。インサート射出成型は周知の工程であることから、説明を簡略化するため、関連する詳細部分の説明は、本明細書では省略する。そして、バリ取り工程（段階Ｐ０４）及び第２インサート射出成型工程（段階Ｐ０５）が続いて実行され、金属ハウジング上の中空状に刻装されたロゴ領域に光学プラスチック部材が、そして、光学プラスチック部材の内面にパターンが形成された導光構造が、同時に形成される。光学プラスチック部材は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）アクリル材によって形成されてもよい。次に、サンドブラスト、ヘアーライン表面処理、物理蒸着（ＰＶＤ）処理、陽極処理又はスプレー処理のような表面仕上げ段階が必要に応じて実行される（段階Ｐ０６）。上記のＰＶＤ処理は更に、ハウジング表面の文字を隠してもよいＮｉめっき工程を含む。更に、様々な色、パターン及びテクスチャデザインを得るべく、印刷、コーティング又は陽極酸化アルミ処理を施すことにより、金属ハウジングの外面に加飾層を形成してもよい。最後に、成形段階（段階Ｐ０７）及び最終製品の品質管理段階（段階Ｐ０８）が実行される。そして、サブフローＳ１０２が完結する。

図８は、本発明の好ましい別の実施形態に係る金属ハウジング上に接合されたプラスチック部材を有する複合体を製造する方法のフローチャートである。図８に示すように、金属ハウジング上に接合されたプラスチック部材を有する複合体を製造する方法は、２つのサブフローＳ２００及びＳ２０２を備える。サブフローＳ２００は、金属ハウジングを製造するフローであり、サブフローＳ２０２は、インサート射出成型、表面仕上げ又は表面処理、及び、最終製品の品質検査の段階を主に含む。サブフロー２０２について説明する。最初に、金属材料の供給段階及び金属材料の受け入れ検査が実行され（段階Ｍ１１）、ここでの金属材料は、ステンレス鋼、Ｍｇ合金、Ａｌ合金又はＭｇ−Ａｌ合金であってもよい。そして、金属ハウジングの内面に接合領域が形成される（段階Ｍ１２）。本発明の好ましい一実施形態によれば、サンドブラストのような物理的処理によって、接合領域の表面を粗面化する処理を施してもよい。レーザーエッチング、プラズマ処理、ＵＶプラズマ処理又はダイ成型のようなその他の物理的処理を使用して、粗面化された表面を得てもよい。接合領域を、化学的エッチング及び成形のような化学的処理によって形成してもよい。次いで、金属ハウジングの所望の形状を得るべく型抜き成形が実行される（段階Ｍ１３）が、形状は、携帯電話のハウジング又はバッテリーカバーの形状であってもよい。そして、研削工程（段階Ｍ１４）、バリ取り工程（段階Ｍ１５）及び洗浄工程（段階Ｍ１６）が実行される。

洗浄工程の後に、サンドブラスト、ヘアーライン表面処理、ＰＶＤ処理、陽極処理又はスプレー処理のような表面仕上げ段階（段階Ｍ１７）が実行される。上記のＰＶＤ処理は更に、ハウジング表面の文字を隠してもよいＮｉめっき工程を含む。更に、様々な色、パターン及びテクスチャデザインを得るべく、印刷、コーティング又は陽極酸化アルミ処理を施すことにより、金属ハウジングの外面に加飾層を形成してもよい。次に、接合領域上に接着層を形成するべく、スプレー、吐出又は印刷方法により、表面処理が行われた接合領域に接着剤又は接着剤下塗り（プライマー）を被覆するといった、接着剤被覆工程（段階Ｍ１８）が実行される。そして、焼成工程（段階Ｍ１９）が実行されて、サブフローＳ２００が完結する。サブフローＳ２００による処理が行われた金属ハウジングは、次の段階であるインサート射出成型（すなわち、サブフローＳ２０２）を行う準備が整った状態となる。

以下に、サブフローＳ２０２を説明する。初めに、プラスチック材料の供給段階及び受け入れ検査が実行され（段階Ｐ１１）、ここで、プラスチック材料は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（ＡＢＳ）樹脂、又は、ポリフェニレン・サルファイド（ＰＰＳ）樹脂等であってもよい。乾燥工程（段階Ｐ１２）が実行された後、サブフローＳ２００で処理された金属ハウジング上にプラスチック材料を射出成型する第１インサート射出成型工程（段階Ｐ１３）が実行される。具体的には、プラスチック材料が、金属ハウジングの接合領域の接着層に直接射出成型される。例えば、金属ハウジングは、携帯電話のハウジング又はバッテリーカバーであってもよく、射出成型プラスチック成型部材は、入力／出力ジャック、アセンブリ構造及び／又は補強構造であってもよい。インサート射出成型は、周知の工程であることから、説明を簡略化するため、関連する詳細部分の説明は、本明細書では省略する。次に、バリ取り工程が実行される（段階Ｐ１４）。そして、第２インサート射出成型工程（段階Ｐ１５）が実行され、金属ハウジング上に、中空状に刻装されたロゴ領域に光学プラスチック部材が、そして、光学プラスチック部材の内面に、パターンが形成された導光構造が、同時に形成される。光学プラスチック部材は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）アクリル材によって形成されてもよい。最後に、成形段階（段階Ｐ１５）及び最終製品の品質管理段階（段階Ｐ１６）が実行されて、サブフローＳ２０２が完結する。

本発明の教示するところを保持しつつ、装置及び方法に対する数多くの改良及び変更が可能であることは、当業者にとって容易に理解できる。したがって、上記の開示の開示は、添付の特許請求の範囲の境界によってのみ限定されると解釈されるべきである。

Claims (16)

1. 金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法であって、
   内面、外面、及び、少なくとも１つの中空状に刻装された領域を有する金属ハウジングを準備する段階と、
   前記内面に接合領域を形成するべく、前記金属ハウジングに物理的処理を施す段階と、
   前記接合領域上に接着層を形成する段階と、
   前記接着層上にプラスチック成型部材を接合するべく、第１射出成型を実行する段階と、
   前記中空状に刻装された領域内に光学プラスチック部材を形成するべく、第２射出成型を実行する段階と
   を備える金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
2. 前記物理的処理は、サンドブラスト、レーザーエッチング、プラズマエッチング、ＵＶプラズマエッチング又はダイプレスを含む請求項１に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
3. 前記接着層は、スプレー、吐出又は印刷法によって形成される請求項１または２に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
4. 前記接着層は、接着剤を含む請求項１から３の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
5. 前記接着層は、接着剤下塗剤を含む請求項１から３の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
6. 前記接合領域上に接着層を形成する段階の後に、焼成工程を実行する請求項１から５の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
7. 表面仕上げ又は表面処理を行う段階を更に備える請求項１から６の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
8. 前記金属ハウジングの前記外面に、加飾層を形成する段階を更に備える請求項１から７の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
9. 前記加飾層は、前記金属ハウジングの前記外面の色、パターン又は装飾デザインを得るべく、印刷、被覆又は陽極酸化アルミ処理を施すことにより形成される請求項８に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
10. 前記光学プラスチック部材は、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂又はポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）アクリル材を含む請求項１から９の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
11. 前記光学プラスチック部材の内面に、パターンが形成された導光構造を設ける段階を更に備える請求項１から１０の何れか１項に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
12. 前記パターンが形成された導光構造は、前記第２射出成型の間に、前記光学プラスチック部材と同時に成型される請求項１１に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
13. 金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法であって、
    内面、外面、及び、少なくとも１つの中空状に刻装された領域を有する金属ハウジングを準備する段階と、
    前記内面の接合領域にプラスチック成型部材を、前記中空状に刻装された領域内に光学プラスチック部材をそれぞれ、射出成型する段階と
    を備える金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
14. 前記接合領域を形成するべく、前記金属ハウジングに物理的処理を施す段階と、
    前記接合領域に接着層を形成する段階とを更に備える請求項１３に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
15. 前記物理的処理は、サンドブラスト、レーザーエッチング、プラズマエッチング、ＵＶプラズマエッチング又はダイプレスを含む請求項１４に記載の金属ハウジングにプラスチック部材を接合する方法。
16. 請求項１から１５の何れか１項に記載の方法により金属ハウジングにプラスチック成型部材を接合する段階を備える金属−プラスチック複合体の製造方法。

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