JP6083325B2 - 筐体及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、筐体及びその製造方法に関する。

携帯電話、スマートホン、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、ノート型パーソナルコンピュータ及びナビゲーション装置等の電子機器には、薄く且つ軽量であるとともに、堅牢であることが求められている。そのため、これらの電子機器の筐体材料には、薄肉化しても十分な強度が確保できることから、アルミニウム合金又はマグネシウム合金などが使用されることが多い。

特開２０１１−１６５２０６号公報 特開２０１２−１９９９８５号公報

薄型化及び軽量化が可能であるとともに十分な強度を確保でき、電波を送受信する機能を備えた電子機器に適用できる筐体及びその製造方法を提供することを目的とする。

開示の技術の一観点によれば、非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成された第１の繊維強化プラスチック部と、非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成され、前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に配置された第２の繊維強化プラスチック部と、前記第１の繊維強化プラスチック部及び前記第２の繊維強化プラスチック部よりも剛性が高く、前記第１の繊維強化プラスチック部と前記第２の繊維強化プラスチック部との間に配置された剛性基板とを有する筐体が提供される。

開示の技術の他の一観点によれば、非導電性繊維の集合体と該非導電性繊維の集合体に含浸された樹脂とからなる所定の形状の第１の繊維強化プラスチック部を形成する工程と、非導電性繊維の集合体と該非導電性繊維の集合体に含浸された樹脂とからなる第２の繊維強化プラスチック部を、前記第１の繊維強化プラスチック部及び前記第２の繊維強化プラスチック部よりも剛性が高い剛性基板を挟んで前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に接合する工程とを有する筐体の製造方法が提供される。

上記一観点に係る筐体及び筐体の製造方法によれば、薄型化及び軽量化が可能であるとともに十分な強度を確保でき、電波を送受信する機能を備えた電子機器に適用できる筐体が得られる。

図１は、実施形態に係る筐体を示す斜視図である。 図２は、図１中にＩ−Ｉ線で示す位置における断面図である。 図３は、剛性基板の一部が内側に露出した筐体を例示する断面図である。 図４は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その１）である。 図５は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その２）である。 図６は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その３）である。 図７は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その４）である。 図８は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その５）である。 図９は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その６）である。 図１０は、実施形態に係る筐体の製造方法を示す図（その７）である。 図１１は、筐体の製造方法の変形例を示す断面図である。 図１２は、実施形態に係る筐体の変形例を示す断面図である。

以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。

携帯電話、スマートホン、ＰＤＡ、ノート型パーソナルコンピュータ及びナビゲーション装置等の電子機器は通信機能を備えており、アンテナが必須である。

アンテナが筐体の外側に露出していると、製品のデザイン性が損なわれる。そのため、通信機能を備える電子機器の多くは、筐体内にアンテナを配置している。

ところで、近年、微細な金属粒子を含む導電性インクを使用し、スクリーン印刷又はインクジェット印刷等により導電パターンを形成するプリンテッドエレクトロニクス技術が開発されている。この技術を利用して、筐体の内面に導電性インクによりアンテナとなる導電パターンを形成すれば、電子機器のより一層の薄型化が可能になる。

しかし、筐体全体をアルミニウム合金やマグネシウム合金等の導電性材料により形成してしまうと、筐体により電波が遮られてしまうため、筐体内に配置されたアンテナに電波が届かなくなってしまう。そのため、筐体材料として金属を使用する場合でも、少なくともアンテナの周辺部分はプラスチック等の非導電性材料で形成することが重要となる。

金属とプラスチックとを組み合わせて筐体を製造する場合は、製造工程数が増えて製品コストの上昇の原因となってしまうだけでなく、製品のデザイン性が損なわれてしまうこともある。

そこで、筐体をＦＲＰ（繊維強化プラスチック）で形成し、その内側の面に導電性インクによりアンテナを形成することが考えられる。しかし、導電性インクを乾燥及び焼成する際には１３０℃〜１８０℃程度の温度で熱処理する必要があり、一般的なＦＲＰに使用されるポリエステル樹脂等では熱処理時の温度に耐えることができない。

以下の実施形態では、薄型化及び軽量化が可能であるとともに十分な強度を確保でき、電波を送受信する機能を備えた電子機器に適用できる筐体及びその製造方法について説明する。

（実施形態）
図１は、実施形態に係る筐体を示す斜視図である。また、図２は、図１中にＩ−Ｉ線で示す位置における断面図である。本実施形態は、ノート型パーソナルコンピュータの筐体のうち液晶パネルを収納する部分に適用した例について説明している。

図１に例示すように、本実施形態に係る筐体１０は、矩形状の平板部１０ａと、平板部１０ａの四辺からそれぞれ垂直方向に突出する側板部１０ｂとを有する。

また、図２の断面図に示すように、筐体１０は、内側に配置された第１のＦＲＰシート１１と、外側に配置された第２のＦＲＰシート１３と、それらの第１のＦＲＰシート１１と第２のＦＲＰシート１３との間に配置された剛性基板１２とを有する。

但し、本実施形態では、剛性基板１２は筐体１０の平板部１０ａのみに配置されており、図２に示すように筐体１０の側板部１０ｂでは第１のＦＲＰシート１１と第２のＦＲＰシート１３とが直接接合している。また、剛性基板１２には、後述するアンテナ１４に対応する部分に切欠きが設けられている。

第１のＦＲＰシート１１は第１の繊維強化プラスチック部の一例であり、第２のＦＲＰシート１３は第２の繊維強化プラスチック部の一例である。

第１のＦＲＰシート１１の外側の面の所定の位置には導電性インクにより形成されたアンテナ１４が設けられており、内側の面には無線モジュール１５が取り付けられている。そして、アンテナ１４と無線モジュール１５とは、第１のＦＲＰシート１１を貫通する導通部１４ａを介して電気的に接続されている。

第１のＦＲＰシート１１は、ガラス又はその他の非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成されている。第１のＦＲＰシート１１に使用する樹脂は、その軟化温度がアンテナ１４となる導電性インクを乾燥及び焼成する際の温度よりも高いものを選択することが重要である。

第１のＦＲＰシート１１の樹脂として、例えばポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファサイド及びポリエーテルイミドなどを用いることができる。

第１のＦＲＰシート１１の厚さは適宜設定すればよいが、本実施形態では第１のＦＲＰシート１１の厚さを０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とする。

第２のＦＲＰシート１３も、ガラス又はその他の非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成されている。第２のＦＲＰシート１３は筐体１０の外装面を形成するので、平滑で綺麗な表面状態が得られるものであることが好ましい。

第２のＦＲＰシート１３には第１のＦＲＰシート１１ほど耐熱性が要求されない。そのため、第２のＦＲＰシート１３の樹脂は、その融点が第１のＦＲＰシート１１の樹脂の融点よりも低いものを使用できる。例えば、第２のＦＲＰシート１３の樹脂として、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート及びポリアミドなどを用いることができる。

第２のＦＲＰシート１３の厚さも適宜設定すればよいが、本実施形態では第２のＦＲＰシート１３の厚さを０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とする。

剛性基板１２は、第１のＦＲＰシート１１及び第２のＦＲＰシート１３よりも剛性が高いものであればよい。剛性基板１２として、例えばアルミニウム合金若しくはマグネシウム合金等の金属シート又はダイキャスト品、ＣＦＲＰ（カーボン繊維強化プラスチック）シート及びセラミックシートなどを用いることができる。

剛性基板１２の厚さも適宜選択すればよいが、本実施形態では剛性基板１２の厚さは０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度とする。剛性基板１２が電波を遮る材料により形成されている場合、剛性基板１２にはアンテナ１４に対応する部分に切り欠きを設けることが重要となる。

なお、本実施形態では第１のＦＲＰシート１１と第２のＦＲＰシート１３とにより剛性基板１２を挟んでいるが、第１のＦＲＰシート１１が剛性基板１２の全体を覆っている必要はない。例えば図３に例示するように、剛性基板１２の一部が筐体１０の内側に露出していてもよい。剛性基板１２を金属又はＣＦＲＰにより形成した場合、図３の構造とすることにより、剛性基板１２を、電子部品から発生した熱を拡散する放熱経路や電気的なグラウンドとして利用することもできる。

以下、図４〜図１０を参照して、本実施形態に係る筐体の製造方法を説明する。

まず、第１のＦＲＰシート１１の材料を用意する。ここでは、第１のＦＲＰシート１１の材料として、図４に示すように、厚さが０．１ｍｍの２枚のポリカーボネートフィルム２１と、厚さが０．１ｍｍのガラスクロスシート２２を使用する。

そして、これらのポリカーボネートフィルム２１及びガラスクロスシート２２を所定の形状の金型２３ａ，２３ｂで挟み、プレス加工機（図示せず）により加熱しつつ圧力を加える第１のプレス加工工程を実施する。これにより、ガラスクロスシート２２とポリカーボネートフィルム２１とが一体化し、平板部１０ａ及び側板部１０ｂを有する箱状の成形体が得られる。以下、第１のＦＲＰシート１１により形成された箱状の成形品を、予備成形品２０と呼ぶ。

次に、図５に示すように、予備成形品２０の所定部分に、貫通穴２０ａを形成する。その後、図６に示すように、予備成形品２０を支持台２４の上に載置した後、予備成形品２０の上に印刷マスク２５を配置する。そして、この印刷マスク２５を介して予備成形品２０の表面の所定の位置に所望のパターンで導電性インク２６を付着させる。導電性インク２６として、例えばハリマ化成社製の銀インクを使用することができる。

その後、例えば１３０℃の温度で導電性インク２６を乾燥及び焼成する。このようにして、図７に示すように、予備成形品２０の外側の面にアンテナ１４が形成される。また、貫通穴２０ａ内に充填された導電性インクにより、導通部１４ａが形成される。

次に、剛性基板１２と第２のＦＲＰシート１３とを用意する。

ここでは、剛性基板１２として、カーボン繊維にエポキシ樹脂を含浸させて形成されたＣＦＲＰシートを使用する。剛性基板１２のサイズは、例えば幅が２１０ｍｍ、長さが１５０ｍｍ、厚さが０．２ｍｍとする。

剛性基板１２となるＣＦＲＰシートには電波を遮る性質があるので、図８のようにアンテナ１４が配置される部分に切欠き１２ａを設けておく。切欠き１２ａの大きさは、例えば１９０ｍｍ×１５ｍｍとする。

また、本実施形態では、レーザ加工機（例えば、キーエンス社製レーザマーカＭＤ）等により、剛性基板１２の表面に全体に格子状に溝（凹凸）を形成する。この溝により剛性基板１２の表面積が増大し、剛性基板１２とＦＲＰシート１１，１３とを接合する際に接合強度が向上する。但し、溝は必要に応じて形成すればよく、必須ではない。

一方、第２のＦＲＰシート１３の材料として、例えば厚さが０．２ｍｍの２枚のＡＢＳ樹脂フィルムと、厚さが０．１ｍｍのガラスクロスシートを用意する。そして、２枚のＡＢＳ樹脂フィルムの間にガラスクロスシートを配置し、プレス加工機により熱と圧力とを加えてガラスクロスシートとＡＢＳ樹脂フィルムとを一体化して、ＦＲＰシートを形成する。このＦＲＰシートの厚さは、例えば０．１ｍｍとする。

その後、このＦＲＰシートを切断して、図９に示すように、剛性基板１２の切欠き部に対応する大きさの第２のＦＲＰシート１３ａと、平板部１０ａよりも一回り大きいサイズの第２のＦＲＰシート１３ｂとを得る。

次に、図１０に示すように、予備成形品２０と剛性基板１２とを重ね合わせる。また、剛性基板１２の切欠き部に第２のＦＲＰシート１３ａを配置し、予備成形品２０及び剛性基板１２の上に第２のＦＲＰシート１３ｂを配置する。

そして、プレス加工機により加熱しつつ圧力を加える第２のプレス加工工程を実施して、予備成形品２０と剛性基板１２と第２のＦＲＰシート１３ａ，１３ｂとを一体化し成型品とする。

その後、プレス加工機から成型品を取り外し、機械加工によりバリやその他の余分な部分を除去する。このようにして、図１，図２に例示した筐体１０の製造が完了する。

本実施形態に係る筐体１０は、第１のＦＲＰシート１１と剛性基板１２と第２のＦＲＰシート１３とを一体化して形成されているので、薄く且つ軽量であるとともに、十分な強度を備えている。

また、本実施形態に係る筐体１０は、筐体１０内に導電性インクにより形成されたアンテナ１４を内蔵している。これにより、電波を送受信する機能を備えた電子機器のより一層の薄型化が可能である。

この場合、第１のＦＲＰシート１１及び第２のＦＲＰシート１３はいずれも非導電性の繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成されているので、筐体１０が電波を遮ることはなく、良好な無線通信が可能である。

導電性インクで導電パターンを形成するためには、高温で熱処理することが必要となる。本実施形態では、耐熱性が高い第１のＦＲＰシート１１の表面に導電性インクで導電パターンを形成した後、第１のＦＲＰシート１１の外面側に第２のＦＲＰシート１３を接合している。このため、筐体１０の外装面を形成する第２のＦＲＰシート１３の樹脂には第１のＦＲＰシート１１の樹脂ほど高い耐熱性は要求されず、綺麗な表面状態が得られる樹脂を選択することができる。これにより、筐体１０の外観を綺麗に保つことができる。

（変形例）
上述の実施形態では、第１のプレス加工工程で第１のＦＲＰシート１１（予備成形品２０）と剛性基板１２とを接合し、その後第２のプレス加工工程で第１のＦＲＰシート１１及び剛性基板１２と第２のＦＲＰシート１３を接合している。

しかし、剛性基板１２の厚さが比較的薄く、且つ第１のＦＲＰシート１１の樹脂の軟化温度と第２のＦＲＰシート１３の樹脂の軟化温度とが近い場合は、図１１に模式的に示すように、１回のプレス加工工程で第１のＦＲＰシート１１、剛性基板１２及び第２のＦＲＰシート１３を一体化してもよい。

また、図１２に例示するように、第１のＦＲＰシート１３に剛性基板１２と電気的に接続する導通部１４ｂを設け、剛性基板１２をグラウンド電位に保持するようにしてもよい。これにより、例えば筐体１０内に配置された電子部品が発生する電磁波の影響や、外部から筐体１０内に侵入する電磁波の影響を抑制できる。

更に、上述の実施形態では第１のＦＲＰシート１１、剛性基板１２及び第２のＦＲＰシート１３を加熱しながらプレスすることで接合しているが、接合方法はこれに限定されない。例えば、接着剤やラミネート接合により、第１のＦＲＰシート１１と剛性基板１２と第２のＦＲＰシート１３とを接合してもよい。

以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成された第１の繊維強化プラスチック部と、
非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成され、前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に配置された第２の繊維強化プラスチック部と、
前記第１の繊維強化プラスチック部及び前記第２の繊維強化プラスチック部よりも剛性が高く、前記第１の繊維強化プラスチック部と前記第２の繊維強化プラスチック部との間に配置された剛性基板と
を有することを特徴とする筐体。

（付記２）前記第１の繊維強化プラスチック部の外側の面に導電パターンが設けられていることを特徴とする付記１に記載の筐体。

（付記３）前記第１の繊維強化プラスチック部の樹脂の耐熱性が、前記第２の繊維強化プラスチック部の耐熱性よりも高いことを特徴とする付記１又は２に記載の筐体。

（付記４）前記第１の繊維強化プラスチック部の樹脂が、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、液晶ポリマー、ポリフェニレンサルファサイド及びポリエーテルイミドのいずれかであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の筐体。

（付記５）前記第２の繊維強化プラスチック部の樹脂が、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエチレンテレフタレート及びポリアミドのいずれかであることを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の筐体。

（付記６）前記剛性基板は、金属、カーボン繊維強化プラスチック及びセラミックのいずれかにより形成されていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載の筐体。

（付記７）前記剛性基板には、前記導電パターンに対応する位置に切欠きが設けられていることを特徴とする付記２に記載の筐体。

（付記８）非導電性繊維の集合体と該非導電性繊維の集合体に含浸された樹脂とからなる所定の形状の第１の繊維強化プラスチック部を形成する工程と、
非導電性繊維の集合体と該非導電性繊維の集合体に含浸された樹脂とからなる第２の繊維強化プラスチック部を、前記第１の繊維強化プラスチック部及び前記第２の繊維強化プラスチック部よりも剛性が高い剛性基板を挟んで前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に接合する工程と
を有することを特徴とする筐体の製造方法。

（付記９）前記第１の繊維強化プラスチック部を形成する工程と前記第２の繊維強化プラスチック部を前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に接合する工程との間に、前記第１の繊維強化プラスチック部の表面に導電パターンを形成する工程を有することを特徴とする付記８に記載の筐体の製造方法。

（付記１０）前記第１の繊維強化プラスチック部の樹脂の耐熱性が、前記第２の繊維強化プラスチック部の耐熱性よりも高いことを特徴とする付記８又は９に記載の筐体の製造方法。

１０…筐体、１０ａ…平坦部、１０ｂ…側板部、１１…第１のＦＲＰシート、１２…剛性基板、１２ａ…切欠き、１３…第２のＦＲＰシート、１４…アンテナ、１４ａ…導通部、１５…無線モジュール、２０…予備成形品、２１…ポリカーボネートフィルム、２２…ガラスクロスシート、２５…印刷マスク、２６…導電性インク。

Claims (5)

1. 非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成された第１の繊維強化プラスチック部と、
   非導電性繊維の集合体に樹脂を含浸させて形成され、前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に配置された第２の繊維強化プラスチック部と、
   前記第１の繊維強化プラスチック部及び前記第２の繊維強化プラスチック部よりも剛性が高く、前記第１の繊維強化プラスチック部と前記第２の繊維強化プラスチック部との間に配置された剛性基板と
   を有することを特徴とする筐体。
2. 前記第１の繊維強化プラスチック部の外側の面に導電パターンが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の筐体。
3. 前記第１の繊維強化プラスチック部の樹脂の耐熱性が、前記第２の繊維強化プラスチック部の耐熱性よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載の筐体。
4. 非導電性繊維の集合体と該非導電性繊維の集合体に含浸された樹脂とからなる所定の形状の第１の繊維強化プラスチック部を形成する工程と、
   非導電性繊維の集合体と該非導電性繊維の集合体に含浸された樹脂とからなる第２の繊維強化プラスチック部を、前記第１の繊維強化プラスチック部及び前記第２の繊維強化プラスチック部よりも剛性が高い剛性基板を挟んで前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に接合する工程と
   を有することを特徴とする筐体の製造方法。
5. 前記第１の繊維強化プラスチック部を形成する工程と前記第２の繊維強化プラスチック部を前記第１の繊維強化プラスチック部の外側に接合する工程との間に、前記第１の繊維強化プラスチック部の表面に導電パターンを形成する工程を有することを特徴とする請求項４に記載の筐体の製造方法。

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