TWI430732B - Method for manufacturing composite shell of dissimilar materials and its finished product - Google Patents

Description

異種材料複合機殼的製造方法及其成品

本發明是有關於一種機殼的製造方法，特別是指一種由異種材料構成的異種材料複合機殼的製造方法。

參閱圖1，自結構而言，3C電子產品的機殼1包含一板體11、一由該板體11周緣延伸的殼壁12，及形成在該殼壁12的螺孔101、散熱孔102、電元件連接用穿孔103(例如I/O孔、USB孔)，和內部電線的固定插銷104，而由構成的材料區分，大致可分為複合材料、金屬合金材料、或高分子材料等三類。其中，由複合材料構成的機殼是用堆疊的纖維預浸材料模壓後成型，優點是質輕、強度高，具有特殊的質感，常用於高單價的產品中，但缺點是模壓成型後的成品只能是平板或稍具弧度之板件，同時，機殼所需具備的例如固定用的螺孔、內部電線的固定插銷、散熱孔、電元件穿孔(例如I/O孔、USB孔)等，由於無法模壓成型，必須再以刀具進行鑽孔、裁切等後續加工，以及另外成型螺孔、固定插銷後再膠黏結合，而刀具加工容易造成複合材料起毛邊及脫層，造成產品不良失敗，膠黏除了連接強度不高之外，更會增加例如點膠、溢膠去除等人工、製程和材料成本等。

因此，台灣第M331441號「複合材結合塑膠材結構」專利案提出先熱壓成型複合材料平板，並配合以塑膠射出成形骨架(Frame)、具有螺孔101的螺紋柱(Boss)，或蓋體(Bezel)..等較細小結構，使塑膠射出的構件與複合材料平板相結合的技術，解決上述的問題。但是，因為塑膠的熱膨脹係數相對高於複合材料，同時，塑膠與複合材料的分子架構及性質也不相同，因此，射出成型的塑膠冷卻收縮時會造成在已固化不收縮的複合材料與塑膠間的介面產生冷卻應力，而導致平板中間凸起的整個機殼變形，無法做出符合產品需求的機殼。

由上述說明可知，如何改善由複合材料為主體構成的機殼的製作方法，是業者努力的方向之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種製程簡單、低成本製作由異種材料構成的異種材料複合機殼的製造方法。

此外，本發明之另一目的，即在提供一種結構穩定不變形的異種材料複合機殼。

於是，本發明異種材料複合機殼的製造方法，包含一射出成型步驟、一堆疊壓合步驟、一對位套接步驟，及一熱熔壓接步驟。

該射出成型步驟用高分子材料射出成型一邊框，使該邊框具有一第一框壁、一自該第一框壁周緣向外延伸的第二框壁，及多數分別自該第一框壁一體凸伸的凸起軸柱。

該堆疊壓合步驟將多數堆疊的纖維預浸材料成型成一平板，使該平板具有一內板面、一相反於該內板面的外板面，及多數分布於周邊並自該內板面向該外板面成型的皿狀孔。

該對位套接步驟將該平板以該外板面周邊貼觸該第一框壁且使該等凸起軸柱對應地插入該等皿狀孔中，而使該平板套設於該邊框上。

該熱熔壓接步驟熱熔壓該等凸起軸柱使該等凸起軸柱部分熔融，而令該等熔融之凸起軸柱固化後形成多數個分別嵌合容置於對應之該等皿狀孔中且頂面與該內板面共面的鉚接頭，進而使該平板與該邊框連接成一體。

本發明異種材料複合機殼的製造方法的目的及解決其技術問題還可採用於以下技術措施進一步實現。

較佳地，該射出成型步驟成型的邊框還具有選擇性地形成在該第一、二框壁上的螺孔、散熱孔、電元件連接用穿孔，或固定插銷。

較佳地，該堆疊壓合步驟成型的該平板的該等皿狀孔分別包括一鄰靠近該外板面的小孔徑部，及一鄰靠近該內板面且口徑大於該小孔徑部的大口徑部。

較佳地，該熱熔壓接步驟是用一熔融機的一加熱板熱熔壓該邊框之第一框壁的該等凸起軸柱。

再者，本發明一種異種材料複合機殼，包含一平板，及一邊框。

該平板具有一內板面、一相反於該內板面的外板面，及多數相間隔地自該內板面向該外板面成型的皿狀孔。

該邊框由熱膨脹冷卻係數不同於該平板的高分子材料構成，具有一供該平板的外板面貼觸的第一框壁、一自該第一框壁周緣向外延伸的第二框壁，及多數分別自該第一框壁一體凸伸並分別對應嵌合容置於該等皿狀孔的鉚接頭，該等鉚接頭的頂面與該平板的內板面共面，藉該等鉚接頭與該等皿狀孔而使該邊框與該平板連接成一體。

本發明異種材料複合機殼的目的及解決其技術問題還可採用於下技術措施進一步實現。

較佳地，該平板是多層堆疊的纖維預浸材料熱壓合成型。

較佳地，該等皿狀孔分別包括一鄰靠近該外板面的小孔徑部，及一鄰靠近該內板面且口徑大於該小孔徑部的大口徑部。

較佳地，該邊框的第二框壁上還包括螺孔、散熱孔、電元件連接用穿孔，或固定插銷。

本發明的有益效果在於：分別以最適當的方式成型邊框與平板後，以邊框的凸起軸柱與平板的皿狀孔對位套接並熱熔壓凸起軸柱使其成嵌合於皿狀孔的鉚接頭，而使不同材料構成的邊框與平板連接成一體，不但改善目前用射包連接異種材料成機殼時成品尺寸不穩定或出現結構凸起的問題，也可以改善用膠合連接時強度不足的困擾，更進一步降低製程、材料與人工成本。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖2、3，本發明異種材料複合機殼的製造方法的一較佳實施例包含一射出成型步驟21、一堆疊壓合步驟22、一對位套接步驟23，及一熱熔壓接步驟24，用以製作出如圖3所示的異種材料複合機殼3。

先參閱圖3，該異種材料複合機殼3包括一由纖維預浸材料堆疊後用模具熱壓合成型的複合材料平板31，及一用高分子材料射出成型的邊框32，其中，該平板31具有一內板面311、一相反於該內板面311的外板面312，及多數相間隔地自該內板面311向該外板面312成型的皿狀孔313，每一皿狀孔313包括一鄰靠近該外板面312的小孔徑部314，及一鄰靠近該內板面311且口徑大於該小孔徑部314的大口徑部315。

該邊框32具有一供該平板31的外板面312貼觸的第一框壁321、一自該第一框壁321周緣延伸的第二框壁322、多數分別自該第一框壁321一體凸伸並分別對應嵌合容置於該等皿狀孔313中的鉚接頭323，及多數所需的螺孔101、散熱孔102、電元件連接用穿孔103(例如I/O孔、USB孔)，和固定插銷104，其中，該等鉚接頭323的頂面與該平板31的內板面311共面，而藉該等鉚接頭323與該等皿狀孔313的彼此嵌固卡合而使該邊框32與該平板31連接成一體。

參閱圖2、圖4、圖5，本發明異種材料複合機殼的製造方法的較佳實施例實施時，先進行該射出成型步驟21，用例如塑膠等高分子材料，依現有的射出成型過程成型出該邊框32，其中，該邊框32具有一第一框壁321、一自該第一框壁321周緣向外延伸的第二框壁322、多數分別自該第一框壁321一體凸伸的凸起軸柱324，及多數所需的螺孔101、散熱孔102、電元件連接用穿孔103(例如I/O孔、USB孔)，與固定插銷104等構件。

參閱圖2、圖6、圖7，接著進行該堆疊壓合步驟，將多數堆疊的纖維預浸材料用模具熱壓合成型成該平板31，使該平板31具有一內板面311、一相反於該內板面311的外板面312，及多數分布於周邊並自該內板面311向該外板面312成型的皿狀孔313，其中，該等皿狀孔313的數量、位置分別對應該邊框32的凸起軸柱324；每一皿狀孔313分別包括一鄰靠近該外板面312的小孔徑部314，及一鄰靠近該內板面311且口徑大於該小孔徑部314的大口徑部315，且該每一皿狀孔313的容積實質等於該凸起軸柱324的體積。另外，要注意的是本堆疊壓合步驟22也可以與該射出成型步驟21同步實施。

參閱圖2、圖8、圖9，製得該邊框32及平板31後即實施該對位套接步驟23，將該平板31以該外板面312周邊貼觸該第一框壁321且使該等凸起軸柱324對應地插入該等皿狀孔313中，而使該平板31套設於該邊框32上。

參閱圖2、圖10、圖3，最後進行該熱熔壓接步驟24，用一熔融機(圖未示出)的一加熱板4熱熔壓該邊框32之第一框壁321的該等凸起軸柱324，而使該等凸起軸柱324部分熔融(這裡所指的部分凸起軸柱324是指該等凸起軸柱324自該等皿狀孔313凸伸出的端部)，而令該等熔融之凸起軸柱324固化後形成多數個分別嵌合容置於該等皿狀孔313中且頂面與該內板面311共面的鉚接頭323，而使該平板31與該邊框32連接成一體，完成如圖3所示的異種材料複合機殼3。

由上述的較佳實施例說明可知，本發明主要是將3C產品的機殼解構成由纖維預浸材料熱壓合構成的平板31，以及可用高分子材料射出成型包括例如螺孔101、固定插銷104、散熱孔102、電元件連接用穿孔103等細小且不可或缺之構件的邊框32兩部分，並在分別成型製作之後，以邊框32上的凸起軸柱324穿設於平板31的皿狀孔313中，最後熱熔該等凸起軸柱324凸伸出的部分並壓合，待熔融的凸起軸柱324再固化而成鉚接頭323後，該平板31與該邊框32即可藉著鉚接頭323與皿狀孔313的配合彼此連接成一體，如此，不但可以克服傳統上以射包連接方式將塑膠、複合材料兩種不同材料構成的物件結合在一起時，因塑膠與複合材料的熱膨脹係數不同而導致的冷卻收縮變形的問題，同時，另外一些原本必須以膠合方式結合的細小結構(固定插銷、螺孔)及機殼所需之特徵孔洞(散熱孔、I/O孔、USB孔)也可於製作邊框32時即簡單射出成型製作出來，不但可以節省大量的製程、人工、材料成本，且比膠合更具有結構穩定性。

綜上所述，本發明異種材料複合機殼的製造方法，是 將複合材料構成的平板31與高分子材料射出成型的邊框32相結合，用邊框32上的凸起軸柱324自體熱鉚接而與平板31的皿狀孔313結合為一體，不但能保有兩材料間的結合強度，也能分別以大量生產的方式提昇產能，同時解決現有將複合材料與塑膠射包在一起後的收縮造成產品翹曲變形的品質不良問題，不但能有效提升尺寸精度與結構穩定度，更能節省大量的製程、人工、材料成本，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧機殼

11‧‧‧板體

12‧‧‧殼壁

101‧‧‧螺孔

102‧‧‧散熱孔

103‧‧‧電元件連接用穿孔

104‧‧‧固定插銷

21‧‧‧射出成型步驟

22‧‧‧堆疊壓合步驟

23‧‧‧對位套接步驟

24‧‧‧熱熔壓接步驟

3‧‧‧異種材料複合機殼

31‧‧‧平板

311‧‧‧內板面

312‧‧‧外板面

313‧‧‧皿狀孔

314‧‧‧小孔徑部

315‧‧‧大口徑部

32‧‧‧邊框

321‧‧‧第一框壁

322‧‧‧第二框壁

323‧‧‧鉚接頭

324‧‧‧凸起軸柱

4‧‧‧加熱板

圖1是一立體剖面圖，說明一習知3C產品的機殼；圖2是一流程圖，說明本發明異種材料複合機殼的製造方法的一較佳實施例；圖3是一立體剖面圖，說明由本發明異種材料複合機殼的製造方法的較佳實施例製作出的一異種材料複合機殼；圖4是一立體圖，說明本發明異種材料複合機殼的製造方法的較佳實施例的一射出成型步驟時製作出的一邊框；圖5是一立體圖，輔助說明圖4所示的邊框結構；圖6是一立體圖，說明本發明異種材料複合機殼的製 造方法的較佳實施例的一堆疊壓合步驟時製作出的一平板；圖7是一立體剖面圖，輔助說明圖6所示的平板結構；圖8是一立體分解圖，說明本發明異種材料複合機殼的製造方法的較佳實施例的一對位套接步驟；圖9是一立體剖面圖，說明實施本發明異種材料複合機殼的製造方法的較佳實施例的一對位套接步驟後，該平板與該邊框套接在一起的態樣；及圖10是一立體剖面圖，說明實施本發明異種材料複合機殼的製造方法的較佳實施例的一熱熔壓接步驟時，以一熔融機的一加熱板熱熔壓凸起軸柱的情形。

21．．．射出成型步驟

22．．．堆疊壓合步驟

23．．．對位套接步驟

24．．．熱熔壓接步驟

3．．．異種材料複合機殼

31．．．平板

32．．．邊框

Claims (8)

1. 一種異種材料複合機殼的製造方法，包含：一射出成型步驟，用高分子材料射出成型一邊框，使該邊框具有一第一框壁、一自該第一框壁周緣向外延伸的第二框壁，及多數分別自該第一框壁一體凸伸的凸起軸柱；一堆疊壓合步驟，將多數堆疊的纖維預浸材料成型成一平板，使該平板具有一內板面、一相反於該內板面的外板面，及多數分布於周邊並自該內板面向該外板面成型的皿狀孔；一對位套接步驟，將該平板以該外板面周邊貼觸該第一框壁且使該等凸起軸柱對應地插入該等皿狀孔中，而使該平板套設於該邊框上；及一熱熔壓接步驟，熱熔壓該等凸起軸柱使該等凸起軸柱部分熔融，而令該等熔融之凸起軸柱固化後形成多數個分別嵌合容置於對應之該等皿狀孔中且頂面與該內板面共面的鉚接頭，進而使該平板與該邊框連接成一體。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之異種材料複合機殼的製造方法，其中，該射出成型步驟成型的邊框還具有選擇性地形成在該第一、二框壁上的螺孔、散熱孔、電元件連接用穿孔，或固定插銷。
3. 根據申請專利範圍第2項所述之異種材料複合機殼的製造方法，其中，該堆疊壓合步驟成型的該平板的該等皿狀孔分別包括一鄰靠近該外板面的小孔徑部，及一鄰靠近該內板面且口徑大於該小孔徑部的大口徑部。
4. 根據申請專利範圍第3項所述之異種材料複合機殼的製造方法，其中，該熱熔壓接步驟是用一熔融機的一加熱板熱熔壓該邊框之第一框壁的該等凸起軸柱。
5. 一種異種材料複合機殼，包含：一平板，具有一內板面、一相反於該內板面的外板面，及多數相間隔地自該內板面向該外板面成型的皿狀孔；及一邊框，由熱膨脹冷卻係數不同於該平板的高分子材料構成，具有一供該平板的外板面貼觸的第一框壁、一自該第一框壁周緣向外延伸的第二框壁，及多數分別自該第一框壁一體凸伸並分別對應嵌合容置於該等皿狀孔的鉚接頭，該等鉚接頭的頂面與該平板的內板面共面，藉該等鉚接頭與該等皿狀孔而使該邊框與該平板連接成一體。
6. 根據申請專利範圍第5項所述之異種材料複合機殼，其中，該平板是多層堆疊的纖維預浸材料熱壓合成型。
7. 根據申請專利範圍第6項所述之異種材料複合機殼，其中，該等皿狀孔分別包括一鄰靠近該外板面的小孔徑部，及一鄰靠近該內板面且口徑大於該小孔徑部的大口徑部。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之異種材料複合機殼，其中該邊框的第二框壁上還包括螺孔、散熱孔、電元件連接用穿孔，或固定插銷。