JP5953756B2 - 電子機器筐体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の電子機器筐体の外観を表す図の一例を図1に示す。本実施形態においては、後述する金属複合材および熱可塑性樹脂からなる部材が一体化された電子機器筐体である。
本発明におけるシート状基材は、熱硬化性樹脂を含有し、後述する加熱により前記熱硬化性樹脂は硬化反応が開始される。また金属材とともに成形され、金属複合体における樹脂硬化層を形成する。
金属材は、表面温度が180℃を超える温度において3MPa以上の圧力で加圧することによって賦形され、金属複合体における金属材を形成する。
プリフォームは、前記シート状基材と前記シート状基材に接するように配置または積層された金属材とを備える。プリフォームは、後述する成形工程において加熱されるとともに加圧成形され、金属複合体を形成する。
金属複合体は、上記プリフォームを対向する一対の成形金型間に配置し、プリフォームを構成する金属材の表面温度が180℃を超える温度において3MPa以上の圧力で加圧することによって形状を賦形し、加熱によりプリフォームを構成するシート状基材の熱硬化性樹脂が硬化することでシート状基材と金属材が一体化されてなる。
本発明では、熱可塑性樹脂からなる部材(B)がボス、リブ、ヒンジ、フレーム、キーボードベース、立ち壁、台座から選択される少なくとも一種の複雑形状部材であることが必須である。上記部材は金属複合体で形成した複雑形状と比較して、微小でかつ複雑な形状を多く有しているため、複雑形状を賦形するに適した熱可塑性樹脂からなる部材(B)で構成される。
本発明において、金属複合体(A)と部材(B)をさらに強固に接合するために、前記金属複合体(A)の表面に熱可塑性樹脂(c)からなる樹脂層(C)が少なくとも一部に形成されていることが好ましい。これにより上記の機械的な接合のみでなく、化学的な接着力を得ることが可能となる。この金属複合体(A)の表面の少なくとも一部に含まれる熱可塑性樹脂(c)に関しては特に限定はされないが、上記熱可塑性樹脂(b)からなる部材(B)と相溶性を有する熱可塑性樹脂を選択することがより好ましい。
本発明の電子機器筐体の製造方法において、図4(a)に示すように金属複合体(A)を成形金型にインサートし、図4(d)に示すように部材(B)を射出成形することで接合されることが好ましい。前記金属複合体(A)と部材(B)の一体化の方法について特に限定はされないが、例えば、前記金属複合体(A)と前記部材(B)を成形金型内に配置し、プレス成形により加熱および加圧して一体化する方法や目的の形状を有した前記金属複合体(A)と前記部材(B)を接するように配置し、レーザーや超音波による熱溶着により一体化する方法などの手法が挙げられるが、その中でも射出成形による手法が、複雑形状を有するボス、リブ、ヒンジ、フレーム、キーボードベース、立ち壁、台座などの部材を容易に形成することが可能であり、また前記金属複合体にテーパー加工、溝加工、穴加工、継ぎ手加工で形成した凹凸部や前記金属材表面に形成されている孔に部材(B)を容易に流入させることが可能な点で好ましい。
使用する材料や得られた成形体を、カッターやダイヤモンドカッターなどの切削具を用いて目的とする寸法に切り出し、観察用サンプルとした。必要に応じて断面を湿式研磨し、断面を観察しやすいように加工した。
金属材として用いる金属の表面を超深度カラー3D形状測定顕微鏡VK−9500(コントローラー部)/VK−9510(測定部)((株)キーエンス製)を使用して、拡大倍率100倍で撮影した。撮影した画像より解析アプリケーションVK−H1A9を使用して金属表面に形成される任意の孔径D(n)(n=1〜100)を測定し、平均孔径を求めた。
実施例および比較例で得られた電気・電子機器筐体の重量mを電子天秤で計量した。本実施例および比較例で使用した成形金型のキャビティ内全てに、連続した強化繊維と熱硬化性樹脂を含む成形体(II)が充填されたと仮定した場合に算出される値を基準重量Mとした。これらの値と式(1)より軽量化度を算出した。
[(M−m)/M]×100[%] (1)
図6に示したように“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン株式会社製)の上部にR20の円筒で片側の先端がR100に加工された圧子を取り付け、前記圧子の中心が前記電気・電子機器筐体の天面の中心に接触するような位置に配置し、下降速度1.6mm/minで前記電気・電子機器筐体に荷重を負荷した。測定される荷重値が50[N]となるまで前記圧子を下降させ、無荷重の地点からの移動距離を測定した。荷重値が0[N]から20[N]となる時までに圧子が移動した距離を本剛性評価のたわみ量[mm]とした。
製造された金属複合体の平滑部より、40mm角の試験片を切り出し、サンドブラストを用いて両表面を粗化し、アセトンで油分を拭き取った後、構造用エポキシ樹脂(東レファインケミカル(株)製ケミットTE−2220)を用いて、直径10mmの貫通孔を備えた40mm立方のアルミニウム合金製ブロックを接着した。もう一方の面に対しても同様にアルミニウム合金製ブロックを接着し、図7に示す接着強度測定用サンプルを作製した。引張試験装置“インストロン”(登録商標)5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)の上下に取り付けた固定具とアルミニウム合金製ブロックの貫通孔にピンを通して接続し、引張速度1.6mm/分で評価サンプル数nを5として評価を行った。得られた値と次式(2)より金属複合体の接着強度Sを算出した。計算によって得られた接着強度が10MPa以上であれば、おおよそマニュアルでの剥離は困難である。
S=P/A (2)
S:接着強度[MPa]、P:最大荷重[N]、A:サンプルの断面積[mm2]
(熱硬化性樹脂組成物の調製)
エポキシ樹脂として“エピコート”(登録商標)828、“エピコート”834、“エピコート”1001(以上、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製)、“エピコート”154(フェノールノボラック型エポキシ樹脂、ジャパンエポキシレジン(株)製)、硬化剤としてDicy7(ジシアンアミド、ジャパンエポキシレジン(株)製)、硬化促進剤として“オミキュア”24(2,4−トルエンビス(ジメチルウレア)、ピイ・ティ・アイジャパン(株)製)を用い、表1に示す質量比で混合して樹脂組成物を調製した。
調製した樹脂組成物を、リバースロールコータを用いて離型紙上に塗布して樹脂フィルムを作製した。樹脂フィルムの単位面積あたりの樹脂量は、25g/m2とした。
金属材として、金属表面にアルマイト処理を施した厚み0.5mmのアルミニウム合金板(A5052)を準備した。前記アルミニウム合金板の表面を前記評価方法8で観察したところ、平均孔径が0.05μmであった。
作製したシート状基材および金属材を、金属材/シート状基材/金属材の順で積層し、プリフォームを作製した。積層の際、一方の金属材の表面にK熱電対を、耐熱テープを用いて貼り付けた。
図2(b)に示すように、上側成形金型と下側成形金型とでプリフォームを挟み、0.5MPaの圧力で保持した。上側成形金型と下側成形金型の表面温度はいずれも220℃である。
得られた金属複合体を、図4(a)に示すように射出成形金型内に配置した。部材(B)としてポリアミド樹脂ペレット(東レ(株)製CM1001を用意し、このペレットを用いて、図4(c)のような形状を有する電子機器筐体を作製した。射出成形は、日本製鋼所(株)製J350EIII射出成形機を用いて行い、シリンダー温度は260℃とした。
(金属材の作製)
金属材として、表面にサンドブラスト処理が施された厚み0.5mmのマグネシウム合金板(AZ31)を準備した。なおマグネシウム合金板の表面には平均孔径50μmの多数の孔が観察された。
金属材として、上記マグネシウム合金板(AZ31)を用いたことと成形圧力を15MPaとしたことを除いて、実施例1と同じ要領でプリフォームを作製した。
上側成形金型と下側成形金型の表面温度が210℃であることを除いて、実施例1と同じ要領でプリフォームを成形金型内に配置して加熱および加圧を行い、金属複合体を作製した。
実施例1と同じ要領でインサート射出成形を行い、電子機器筐体を作製した。
(樹脂シートの作製)
2種のナイロン樹脂ペレット(東レ(株)製CM4000およびCM831)を溶融混練したものを用いて樹脂フィルムを作製した。樹脂フィルムの厚みは、50μmとした。溶融混練は、日本製鋼所(株)製TEX−30αを用いて行い、シリンダー温度は260℃とした。
実施例1と同じシート状基材および金属材、上記樹脂フィルムを用い、金属材/シート状基材/樹脂フィルムの積層構成とし、プリフォームを作製した。
下側成形金型の表面温度が150℃であることを除いて、実施例1と同じ要領でプリフォームを成形金型内に配置して加熱および加圧を行い、金属複合体を作製した。
部材(B)として、炭素繊維強化樹脂ペレット(東レ(株)製TLP1040)を用いたことを除いて、実施例1と同じ要領でインサート射出成形を行い、電子機器筐体を作製した。
(プリフォームの作製)
実施例1と同じシート状基材および金属材用い、2種のナイロン樹脂ペレット(東レ(株)製CM4000およびCM1001)を用いて実施例3と同様の方法で作製したフィルムを用い、実施例1と同じ要領で、金属材/シート状基材/金属材/樹脂フィルムの積層構成となるように積層し、プリフォームを作製した。
上記プリフォームを用いることを除いて、実施例1と同じ要領でプリフォームを成形金型間に配置して加熱および加圧を行い、金属複合体を作製した。
部材(B)として、ガラス繊維強化樹脂ペレット(東レ(株)製CM1001G−20)を用いたことを除いて、実施例1と同じ要領でインサート射出成形を行い、電子機器筐体を作製した。
(金属複合体の作製)
実施例1と同じ要領でプリフォームを成形金型に配置して加熱および加圧を行い、金属複合体を作製した。作製した金属複合体において、図9に示すような凹凸形状となるように継ぎ手加工を行った。
金属複合体として、端辺に継ぎ手加工を施した上記金属複合体を用いることを除いて、実施例1と同じ要領でインサート射出成形を行い、電子機器筐体を作製した。
(電子機器筐体の作製)
実施例1と同じ要領で作製した金属複合体とナイロン樹脂をプレス成形金型内に配置し、プレス成形を行い、電子機器筐体を作製した。成形金型の表面温度は、上下側ともに260℃とした。
(熱硬化性樹脂組成物の調整)
硬化促進剤であるオミキュア”24(2,4−トルエンビス(ジメチルウレア)、ピイ・ティ・アイジャパン(株)製)を混合しないことを除いて、実施例1と同じ要領で樹脂組成物を調整した。
上記の硬化促進剤を含まない熱硬化性樹脂組成物を用いることを除いて、実施例1と同じ要領でシート状基材を作製した。
上記シート状基材を用いることを除いて、実施例1と同じ要領で、積層を行い、プリフォームを作製した。
作製したプリフォームを150℃の熱風オーブンに入れ、10分間の予熱を行った後、実施例1と同じ条件の成形金型に予熱したプリフォームを配置した。プリフォームを配置して約1分後、上側成形金型と下側成形金型とによりプリフォームを10MPaで加圧した。
実施例1と同じ要領でインサート射出成形を行い、電子機器筐体を作製した。
実施例1と同じ要領で作製した金属複合体を準備した。図10(a)に示すように射出成形金型内の入れ子を交換し、溶融樹脂の流路を閉ざした射出成形金型内61に前記金属複合体を配置し、実施例3で用いた炭素繊維強化樹脂ペレットを流路62に充填し、略三辺を形成した。その後、図10(b)に示すような射出成形金型内にするとともに、厚さ1.5mmのステンレス板を直方体インサート成形金型内63に前記略三辺を射出成形材料でインサートした金属複合体を配置し、実施例4で用いたガラス繊維強化樹脂ペレットを流路64に充填し、残りの一辺を、インサート射出成形を行い、図5のような電子機器筐体を作製した。
ベンゾオキサジン樹脂として、F−a型ベンゾオキサジン樹脂(四国化成工業(株)製)、酸触媒として、DY9577(ハンツマン・アドバンスド・マテリアルズ(株)製、三塩化ホウ素オクチルアミン錯体)を用い、表2に示す質量比で混合した。この樹脂組成物を、シート状基材を形成する熱硬化性樹脂として用いた以外は、実施例1と同様の条件で金属複合体および電子機器筐体を製造した。粘度計を用いて樹脂の粘度を測定した結果から、樹脂の硬化度を算出したところ、第1の工程において、半硬化の状態であることがわかった。
フェノール樹脂として、フェノライト(登録商標)5010(DIC(株)製、レゾール型フェノール樹脂)を準備し、シート状基材を形成する熱硬化性樹脂として用いたこと以外は、実施例1と同様とした。
金属材として、金属表面にサンドブラスト処理が施された厚み0.2mmのチタン合金板(Ti−6AL−4V)を用いた。成形金型の表面温度を240℃とし、成形圧力を15MPaとすること以外は、実施例1と同様の方法で金属複合体および電子機器筐体を製造し、評価を行った。なお、金属板の表面には平均孔径15μmの多数の孔が観察された。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
上下の成形金型温度を190℃とすること以外は、実施例1と同様の方法で金属複合体および電子機器筐体を製造し、評価を行った。なお、第1の工程時の金属材の表面温度は、185℃であった。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
金属材の対向する2辺の端辺を図11(a)に示すように、約90°のL曲げ加工したアルミニウム合金を準備した。実施例3と同じシート状基材を図11(b)に示すように配置し、L曲げ部分を曲げ込んで、プリフォームとした。これら以外は、実施例3と同様にして成形を行った。成形金型の加圧によって、曲げ込んだL曲げ部が平潰しされ、端部がヘミング加工された金属複合体を得た。
金属材として、工業用純アルミニウム板(A1100)を用いたこと以外は、実施例1と同様とした。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
金属材として、工業用純チタン(KS40)を用いたこと以外は、実施例11と同様とした。製造条件および、評価結果を表2に記載する。
成形圧力が常時0.5MPaであることを除いて、実施例1と同じ要領で作製したプリフォームを成形金型に配置し、成形を行った。このとき、成形金型が完全に閉じた状態にならなかった。
(プリフォームの作製)
金属表面にアルマイト処理を施した厚み1.5mmのアルミニウム合金板(A5052)を準備し、この金属材をプリフォームとした。前記アルミニウム合金板の表面を前記評価方法1で観察したところ、平均孔径が0.05μmであった。
プリフォームとして上記金属材を用いることと成形圧力を0.5MPaとすることを除いて、実施例1と同じ要領で加熱および加圧を行った。
2 熱可塑性樹脂(b)からなる部材(B)
3 電子機器筐体
4 金属材(a2)
5 シート状基材(a1)
6 金属材(a2)
7 熱可塑性樹脂(b)からなる部材(B)(体積固有抵抗値104Ω・cm以上)
8 熱可塑性樹脂(b)からなる部材(B)(体積固有抵抗値104Ω・cm以下)
9 アンテナ部品
10 金属複合体(A)から切り出した試験片
11 上側成形金型
12 下側成形金型
21 上側成形金型
22 下側成形金型
31 可動側成形金型
32 固定側成形金型
41 圧子
42 固定治具
51 アルミニウム合金製ブロック
52 接着剤
61 射出成形金型(片側)
62 流路
63 射出成形金型(片側)
64 流路
70 L字曲げされた金属材
71 プリフォーム
Claims (14)
- 金属複合体(A)と、熱可塑性樹脂(b)からなる部材(B)とが一体化した電子機器筐体の製造方法であって、金属複合体(A)が熱硬化性樹脂を含有するシート状基材(a1)と、該シート状基材に接するように配置または積層された金属材(a2)とを、対向する一対の成形金型間に配置し、前記金属材(a2)の表面温度が180℃を超える温度において3MPa以上の圧力で加圧することによって賦形するとともに、前記熱硬化性樹脂を硬化させて前記シート状基材と前記金属材を一体化させて面状部材とし、前記熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ベンゾオキサジン樹脂および不飽和ポリエステル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種であり、かつ前記部材(B)がボス、リブ、ヒンジ、フレーム、キーボードベース、立ち壁、台座から選択される少なくとも一種の複雑形状部材である、電子機器筐体の製造方法。
- 前記シート状基材(a1)の熱硬化性樹脂が、半硬化の状態において加圧されてなる、請求項1に記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記シート状基材(a1)が、130℃×10分の条件において前記熱硬化性樹脂が硬化状態になるものである、請求項1または2に記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属材(a2)がアルミニウム合金、マグネシウム合金およびチタン合金からなる群より選択される少なくとも一種である、請求項1〜3のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記シート状基材(a1)が、繊維基材に熱硬化性樹脂が含浸したプリプレグである、請求項1〜4のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属複合体(A)が、前記金属材(a2)を両表面に配置したサンドイッチ構造体である、請求項1〜5のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属複合体(A)の表面に、さらに熱可塑性樹脂(c)からなる樹脂層(C)が形成する、請求項1〜6のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記樹脂層(C)が、熱可塑性樹脂(c)を含有するシート状基材をさらに対向する一対の成形金型間に配置して、前記熱硬化性樹脂の硬化と合わせて形成する、請求項7に記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記熱可塑性樹脂(c)の融点またはガラス転移温度が、前記熱可塑性樹脂(b)よりも低い、請求項7または8に記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属材(a2)の表面に0.01〜100μmの孔が複数形成する、請求項1〜9のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属材(a2)の表面に形成されている孔に、前記熱硬化性樹脂、前記熱可塑性樹脂(b)、前記熱可塑性樹脂(c)から選択される少なくとも一種が充填する、請求項10に記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記部材(B)の体積固有抵抗値が104Ω・cm以上である、請求項1〜11に記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属複合体(A)に、テーパー加工、溝加工、穴加工、継ぎ手加工から選択される少なくとも一種の形状を施し、該形状に前記部材(B)が嵌合することで接合する、請求項1〜12のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
- 前記金属複合体(A)を成形金型にインサートし、前記部材(B)を射出成形することで接合する、請求項1〜13のいずれかに記載の電子機器筐体の製造方法。
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