JP2007021506A - 電子機器筐体、その製造方法及びそのレーザースポット溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 マグネシウム材料という軽量かつ十分な強度を有する材料を電子機器筐体として採用する場合に問題となる耐食性を担保すると共に、当該耐食性付与のために使用された化成処理液、酸・アルカリ等の各種処理液及び洗浄水が溶接後の筐体に残存せず、更には、外観面に溶接痕が発生しない技術の提供。
【解決手段】 マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接することにより得られる電子機器筐体。
【選択図】 図３

Description

本発明は、携帯電話やパーソナルコンピューター等の電子機器筐体、その製造方法及びその製造の際のレーザースポット溶接方法に関する。

電子機器筐体、特に携帯タイプの電子機器の筐体は、軽量であることや十分な強度を有することが求められる。ここで、マグネシウム及びその合金製の筐体は、前記性質を充足する上、埋蔵量の多さ、リサイクルが容易であること等の付加価値もあるため、非常に有望である。

しかしながら、マグネシウム及びその合金は耐食性が悪いという欠点があるので、当該材料を筐体として採用した場合には、耐食性を担保するために表面処理（化成処理や陽極酸化処理）を行なう必要がある。ここで、マグネシウム素材の典型的な溶接手法であるスタッド溶接や抵抗溶接（スポット溶接）の場合には、電気が流れることが接合する上での基本のため、表面処理を行う前に溶接するのが一般的である。しかしながら、溶接したものに対して表面処理（例えば、化成処理）を施す場合には、（１）溶接部近傍の二枚の板の隙間に化成処理液が侵入しない又は侵入量が少なくなり、当該部分での防食処理が全くなされない又は不十分になる、（２）当該隙間に化成処理液が侵入したときでも、当該部分に存在する化成処理液を完全に除去することが非常に困難である、という問題を招く。前記（１）の場合には、製品寿命を縮める結果となり、前記（２）の場合には、化成処理液が製品中に残存することになり、特に、従来の化成処理液がいずれも６価クロムイオンという有害成分を含有するものである場合（ＪＩＳ−Ｈ−８６５１、ＭＩＬ−Ｍ−３１７１等）、ユーザの健康上及び環境上好ましくない。更には、化成処理工程で表面調整用として使用される、酸やアルカリ成分等の溶液が、溶接部周辺や板と板との間に洗浄後も残留し、経時変化による溶接部の劣化が危惧されている。また、各種薬剤を洗浄するために水洗を行った後、乾燥工程に付されるが、溶接部分の形状等により、板と板の隙間部分に侵入した水を完全に除去することが困難な場合がある。このように、後工程に基づく溶接部の劣化等の不安定要素が不可避的に存する。

更には、前記のように、スタッド溶接（例えば、カーナビやノートＰＣにおける、薄肉外装筐体へのボス溶接）や抵抗溶接（例えば、板金重ね合わせ溶接）を行なう場合、外観面への影響を与えないためには、熱の影響を少なくするために溶接を短時間で行なう必要がある。例えば、スタッド溶接では、１０００分の数秒単位、抵抗溶接（スポット溶接）においても、この種の溶接の電源方式をコンデンサ方式とすることにより短時間での加工を実行している。しかしながら、いずれの場合も、電子機器筐体という薄肉板に適用する場合、外観面に溶接痕が発生し、溶接後に修正処理が必要となるという問題がある。ここで、これら溶接法によると、当該溶接痕が凹状になったり面自体が複雑に波打つ場合が多く、当該溶接痕を修正し目立たなくするには熟練が必要である。
特開２００１−１９８６８６ 特開平９−１９７７８号公報 特開平８−３００１７３号公報 特開平８−３９２７７号公報 特開平８−３３９９６号公報 特開昭５８−５８９８８号公報

そこで、本発明は、マグネシウム材料という軽量かつ十分な強度を有する材料を電子機器筐体として採用する場合に問題となる耐食性を担保すると共に、当該耐食性付与のために使用された化成処理液、酸・アルカリ等の各種処理液及び洗浄水が溶接後の筐体に残存せず、更には、外観面に溶接痕が発生しない技術の提供を目的とする。

本発明者は、まず、表面処理を行なうタイミングを溶接前に移行させることにより、前記後工程での溶接部の劣化等の不安定要素を除外できること、即ち、例えば、化成処理液等が筐体に残存することを防止できることにまず着目し、マグネシウム製電子機器筐体の溶接手法として、従来のスタッド溶接や抵抗溶接ではなくレーザースポット溶接を採用する構成にしたと共に、表面処理により形成された金属光沢を失した防食被膜が、レーザー光の反射を低減させることを見出し、本発明（１）〜（８）を完成させたものである。

即ち、本発明（１）は、マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接することにより得られる電子機器筐体である。ここで、当該手法により得られた電子機器筐体であるか否かは、溶接部分を確認することで判定可能である。尚、防食被膜は、少なくともその溶接部分の表面に形成されていればよく、マグネシウム製電子機器筐体本体やマグネシウム製部材の全体に形成されている必要はない。

本発明（２）は、前記防食被膜が、ノンクロム化成処理又はクロム化成処理により形成された被膜である、前記発明（１）の電子機器筐体である。

本発明（３）は、前記被膜の明度が６５％以下である、前記発明（１）又は（２）の電子機器筐体である。

本発明（４）は、リン酸カルシウムマンガン被膜である、前記発明（１）〜（３）のいずれか一つの電子機器筐体である。

本発明（５）は、前記マグネシウム製部材が、電子部品を搭載するための台座、ボス、リブ、フック部材、内部構造物、ツメ形状物、ステー、補強用部材、アングル、シャーシ、Ｌ金具又はスペーサである、前記発明（１）〜（４）のいずれか一つの電子機器筐体である。

本発明（６）は、前記発明（１）〜（５）のいずれか一つの電子機器筐体内に電子部品を内蔵した電子製品である。

本発明（７）は、マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接する工程を含む、電子機器筐体の製造方法である。

本発明（８）は、マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接する工程を含む、レーザースポット溶接方法である。

本発明によれば、電子機器筐体材料としてマグネシウム材料を使用しているので、軽量かつ十分な強度が担保されると共に、表面処理が施されているので耐食性にも優れている。このような既知の効果に加え、本発明によれば、溶接前に表面処理を行なうので、前記後工程での溶接部の劣化等の不安定要素が除外できるという効果を奏する（具体的には、例えば、表面処理液等の各種処理液や水が溶接後の筐体に残存しない）。更には、表面処理により形成された防食被膜がレーザー光の熱を効率的に吸収するので、レーザー光の出力を低減させることができ、筐体の外観面への熱の影響が低減する結果、当該面での溶接痕の発生を回避できると共に、溶接部の過溶融が無くなるので安定した溶接が可能になるという効果も奏する。更に、レーザースポット溶接であるので、溶接痕が発生した場合でも当該痕が凸状である場合が多く、多大な労力をかけずに当該痕を修正できるという効果も奏する。

以下、本発明の最良形態を説明する。尚、本発明は、以下の最良形態に何ら限定されるものではなく、同一課題と実質的に同一解決手段である限り、均等物も含め、本発明の技術的範囲内である。

まず、本最良形態に係る電子機器筐体は、薄型である電子機器筐体である限り特に限定されず、例えば、携帯電話、携帯型モバイル機器、パソコン、テレビ筐体、デジタルビデオカメラ、ＰＤＡの筐体を挙げることができる。ここで、前記電子機器筐体は、マグネシウム製筐体本体とマグネシウム製部材とからなり、両者が溶接された構造を採っている。ここで、マグネシウム製筐体本体とマグネシウム製部材における「マグネシウム製」とは、マグネシウム又はその合金を指す。更に、「合金」とは、通常、マグネシウムにアルミニウム、亜鉛、マンガン、シリコンなどの金属を合金としたものであり、その表記法は、ＡＳＴＭ等で定められている。ＡＳＴＭ表記法の例を挙げると、「ＡＺ３１」なる表記において、「Ａ」は第一添加元素、「Ｚ」は第二添加元素、「３」は第一添加元素の割合、「１」は第二添加元素の割合である。即ち、「ＡＺ３１」は、アルミニウムを約３％、亜鉛を約１％含む合金である。尚、実際には、主要添加元素以外の元素も含まれ、この例ではＭｎ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅなどが含まれている。また、「マグネシウム部材」とは、電子機器筐体本体と接合されるべき部材であれば特に限定されず、例えば、電子部品の台座の役割を担う部材、補強用の構成部材、組み合わせる際のツメやフック形状を有する部材、例えば、電子部品を搭載するための台座、ボス、リブ、フック部材、内部構造物、ツメ形状物、ステー、補強用部材、アングル、シャーシ、Ｌ金具又はスペーサを挙げることができる。また、筐体本体及びマグネシウム部材の厚さは、好適には０．２〜３mmであり、より好適には０．４〜２．０mmである。

次に、本最良形態に係る電子機器筐体の製造方法（レーザースポット溶接方法）を説明する。まず、マグネシウム製筐体本体とマグネシウム製部材を表面処理（例えば化成処理）する前に、例えば、（１）製品外観・寸法精度の調整を目的として、表面研削加工（機械的製品加工、表面研磨加工）を行う、（２）付着性及び防食性の付与、表面の酸化被膜、腐食生成物、めり込んだ研磨剤、焼き付いた潤滑剤、ショット、鋳物砂等の除去を目的として、化学的前処理（脱脂処理、酸洗い処理）を行なう、等の前処理を行なってもよい。尚、溶接性向上のため、表面をサンドブラスト処理する等、面の状態を均一にしておくことが好適である。

次に、場合により前処理された前記マグネシウム製筐体本体と前記マグネシウム製部材を表面処理する。ここで、「表面処理」とは、マグネシウム金属と比較して熱吸収率が向上した防食性被膜が形成される表面処理である限り特に限定されず、例えば、塗装密着性、耐食性及び防錆性を付与する手法として知られている、化成処理や陽極酸化処理を挙げることができる。好適には化成処理であり、具体的には、クロム化成処理やノンクロム化成処理（ジルコニウム系、チタン系、リン酸系、スズ酸系、マンガン系処理）、例えば、リン酸カルシウムマンガン化成処理（例えば、特許第３３０７８８２号公報）、リン酸マンガン処理（例えば、特開平７−１２６８５８号公報）、リン酸マグネシウム処理（例えば、特開平７−１２６８５８号公報）、リン酸亜鉛処理（特開平９−３１６６４号公報）、リン酸カルシウム／アルミニウム処理（特開平８−１７６８４２号公報）、ジルコニウム含有物処理（特開２００５−２３４２２、特開２００４−２１８０７３）、過マンガン酸イオンを使用した化成処理を挙げることができる。好適にはリン酸カルシウムマンガン化成処理であり、当該処理により、熱吸収能の極めて高いリン酸カルシウムマンガン被膜が形成される。

ここで、表面処理により形成された被膜は、明度（Ｌ）が６５％以下であることが好適であり、６０％以下であることがより好適であり、５５％以下であることが更に好適である。尚、明度の測定は、コニカミノルタ（株）製色彩色差計（ＣＲ−２４１）で測定したものである（測定径：１．８mm、光源：D_６５）。

そして、前記表面処理、例えば、前記化成処理の後、前記マグネシウム製筐体本体と前記マグネシウム製部材に付着した化成処理液を洗浄し、その後、レーザースポット溶接を行なう。当該レーザースポット溶接を行なう際には、溶接により前記マグネシウム製筐体本体と前記マグネシウム製部材とが十分な強度で接合すると共に、溶接後に筐体の外観面に溶接痕（ヒケ等外観不良）が発生しないような条件を設定する（特に、前記マグネシウム製筐体本体及び前記マグネシウム製部材の厚さを考慮）。尚、溶接に先立ち、前記マグネシウム製筐体本体や前記マグネシウム製部材を乾燥させ、洗浄処理等の際にこれらの部材上に残存した水分を十分に除去することが好適である。

尚、レーザスポット溶接後に化成処理を施したもの（従来品）と化成処理を施したもの（本最良形態）との見極めは、（１）レーザ溶接部を拡大して観察すること、及び、（２）溶接品を破壊し、重なっていた面を観察すること、により判別可能である。例えば、（１）に関しては、従来品の場合、レーザ溶接部のクレータにも化成処理の膜が目視にて観察できる（例えば、リン酸カルシウムマンガン被膜が形成させた場合、薄い虹色がかった模様が観察できる）。他方、本最良形態品の場合、そのような膜は観察できず、若干くすんだ面が見られる。また、（２）に関しては、従来品は重なっていた面は処理されていない（又は未処理部分が発生）ため生地のままとなっている。他方、本最良形態品は重なった面が処理されている。

以下、実施例を参照しながら本発明を更に具体的に説明する。まず、電子機器筐体及び台座と同等の板厚を有する二枚のマグネシウム製テストピース（マグネシウム素材ＡＺ３１：２０mm×８mm×０．５mm）に対し、特開２０００−９６２５５の実施例に記載された手法（図１参照）に従い、化成処理｛リン酸カルシウムマンガン化成処理（化成処理剤：ミリオン化学株式会社 グランダーＭＣ−１０００）｝を施した。その結果、低電気抵抗特性を有する厚さ０．８μmの被膜（L＝５３．４７）が形成された。その後、図２に示すように、化成処理された二枚のテストピースを重ね合わせ、重ね合わせ部分をレーザー溶接機（ミヤチテクノス株式会社製のＹＡＧレーザ溶接機／発信波長：１０６４nm、最大定格出力：３００Ｗ、最大出力エネルギー５０Ｊ／ファイバ径：０．６mm）によりスポット的に溶接した（２箇所）。尚、アシストガスとしてアルゴンを使用し溶接近傍に吹き付けながら溶接を行った。また、溶接条件は、ピークパワー１．９kw、パルス幅８．０msとした。尚、このときの出力エネルギーを確認したところ、８．１Ｊであった。その結果、図３に示すように、外観面に影響を与えることなく、互いを接合することができた。尚、図３（ａ）は、溶接加工品の外観面側であり、図３（ｂ）は、レーザー溶接部側である。更に、溶接部表面の状態を確認したところ、きれいな円形くぼみ形状となっており、表面の割れは確認されなかった。

尚、比較のため、前記化成処理が行なわれていない二枚のマグネシウム製テストピース（マグネシウム素材ＡＺ３１：２０mm×８mm×０．５mm）についてもレーザースポット溶接を行なった。ここで、上記化成処理品と同一条件で行なったところ、出力が足りず接合できなかった。そこで、溶接条件として、外観上、上記実施例と同程度の接合状態となる条件を再設定した。その結果、同様な外観となる溶接条件は、ピークパワー２．５ｋw、パルス幅８．０msであった。また、このときの出力エネルギーは１０．４Ｊであった。この条件に従い溶接を行なった結果、図４に示すように、外観面には溶接痕が発生した（図中の丸囲部分）。尚、溶接部表面の状態を確認したところ、円形くぼみ形状となっており、若干の焼けが溶接部周辺に見られるものの、表面の割れは確認されなかった。

更に、化成処理品の上記結合体と未処理品の上記結合体について引張せん断強度を測定した。その結果、化成処理品の上記結合体は、１５〜２５Ｎ／pointであるのに対し、未処理品の上記結合体は、９〜１７Ｎ／pointであった。

図１は、本実施例に係る、溶接前に行なわれる各種処理を時系列的に示したフローチャートである。 図２は、本実施例に係る、レーザースポット溶接を行なう際の概念図である。 図３は、本実施例品（化成処理品）に係る、溶接加工品の外観面側（ａ）及びレーザー溶接部側（ｂ）の電子写真である。 図４は、比較例品（未処理品）に係る、溶接加工品の外観面側（ａ）及びレーザー溶接部側（ｂ）の電子写真である。

Claims (8)

1. マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接することにより得られる電子機器筐体。
2. 前記防食被膜が、ノンクロム化成処理又はクロム化成処理により形成された被膜である、請求項１記載の電子機器筐体。
3. 前記被膜の明度が６５％以下である、請求項１又は２記載の電子機器筐体。
4. 前記被膜が、リン酸カルシウムマンガン被膜である、請求項１〜３のいずれか一項記載の電子機器筐体。
5. 前記マグネシウム製部材が、電子部品を搭載するための台座、ボス、リブ、フック部材、内部構造物、ツメ形状物、ステー、補強用部材、アングル、シャーシ、Ｌ金具又はスペーサである、請求項１〜４のいずれか一項記載の電子機器筐体。
6. 請求項１〜５のいずれか一項記載の電子機器筐体内に電子部品を内蔵した電子製品。
7. マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接する工程を含む、電子機器筐体の製造方法。
8. マグネシウム製電子機器筐体本体及びマグネシウム製部材の両方に表面処理を施して防食被膜を形成した後、両者をレーザースポット溶接する工程を含む、レーザースポット溶接方法。