JP5132391B2 - インサート成形用の金型とこの金型を使用するプラスチック成形体の製造方法 - Google Patents

インサート成形用の金型とこの金型を使用するプラスチック成形体の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、主としてパック電池の製造に使用されるインサート成形用の金型と、この金型を使用するプラスチック成形体の製造方法に関し、とくに、電池の表面に薄くプラスチックを付着するように成形するのに最適な金型と製造方法に関する。
電池をプラスチックにインサート成形することでパック電池を能率よく多量生産する方法は開発されている(特許文献1ないし4参照)。従来の製造方法に使用される金型は、出力端子を固定している絶縁基板を電池に連結している電池のコアパックを金型の成形室に仮止めし、成形室に溶融状態のプラスチックを注入してインサート成形する。この方法で製造されるパック電池は、外形を小さくしながら、電池の放電容量を大きくすることが要求される。この要求は、電池をインサート成形するプラスチックを薄く成形することで実現される。外形を最も小さくしながら電池の放電容量を大きくできるパック電池を図1に示す。このパック電池は、電池のコアパック80をプラスチック90にインサート成形して製造される。すなわち、電池のコアパック80を金型94の成形室93に仮止めし、成形室93に溶融状態のプラスチックを注入して製造される。図のパック電池は、出力端子を固定している絶縁基板82を厚く成形している本体成形部91に埋設して、本体成形部91の両側に連結する薄肉成形部92を角形電池81の両側に付着するように成形している。さらに、このパック電池は、角形電池81の表面にラベル(図示せず)を付着して、電池の外装缶の表面を被覆している。
特開2003−77436号公報 特開2003−288872号公報 特開2004−31261号公報 特開2002−166447号公報
図1に示すように、薄肉成形部を成形する金型は、薄肉成形部にスムーズに溶融状態のプラスチックを注入するのが難しい。とくに、薄肉成形部が薄くなるほどスムーズに注入するのが難しくなる。とくに、パック電池のように、温度や圧力に制約を受ける製品をインサート成形する場合、注入するプラスチックの温度と圧力を低くする必要がある。電池のコアパックを構成する部品が、熱や圧力で損傷されるからである。ところが、注入するプラスチックの温度を低くするとラスチックの流動性が低下し、さらに圧力を低下させるとスムーズに注入できなくなる。このため、薄く成形する部分に、速やかに確実に溶融状態のプラスチックを注入できなくなる。この弊害を避けるために、プラスチックを厚く成形すると、外形が大きくなったり、あるいは電池が小さくなって放電容量が小さくなる欠点がある。
この欠点は、成形室に溶融状態をプラスチックを注入するゲートとなるノズル穴を複数に設けることで解消できる。ただ、複数のノズル穴を設ける金型は、各々のノズル穴にプラスチックを注入するために多数のノズルヘッドを設けることから注入機構が複雑になり、また、各々のノズル穴から成形室にプラスチックを注入するための経路にできるランナーが長くなって無駄に廃棄されるプラスチック量が多くなり、さらに、複数のノズル穴を成形室に連結するために金型が大きくなる欠点もある。さらにまた、複数のノズル穴からプラスチックを注入すると注入されたプラスチックが成形室の内部で衝突してウエルドが発生する等の欠点もある。
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数のノズル穴を有する金型の欠点を解消しながら、注入するプラスチックの温度と圧力を低くして、薄い部分にも確実にプラスチックを注入して成形できるインサート成形用の金型とこの金型を使用するプラスチック成形体の製造方法を提供することにある。
本発明のインサート成形用の金型は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
インサート成形用の金型は、製品31の表面にプラスチックを付着するようにインサート成形する金型であって、ノズル穴6から溶融状態のプラスチックを注入して製品31に付着する本体成形部21を成形する本体成形チャンバ1と、この本体成形チャンバ1で成形される本体成形部21に連結するように成形されるサブ成形部22を成形するサブ成形チャンバ2とを有する。金型は、サブ成形チャンバ2を、バイパス路8を介して本体成形チャンバ1に連結しており、ノズル穴6から本体成形チャンバ1に注入される溶融状態のプラスチックを、バイパス路8を介してサブ成形チャンバ2に注入してサブ成形部22を成形する。
本発明の請求項2のインサート成形用の金型は、サブ成形部22を、本体成形部21よりも薄く成形される薄肉の成形部としている。
本発明の請求項3のインサート成形用の金型は、バイパス路8の通路断面積を、サブ成形チャンバ2の断面積よりも大きくしている。
本発明の請求項4のインサート成形用の金型は、プラスチックにインサート成形される製品31を、出力端子13を有する絶縁基板12を安全弁11aを有する電池11に連結してなる電池11のコアパック20として、出力端子13を外部に表出させる状態で絶縁基板12を本体成形部21に埋設するように成形する。
本発明の請求項5のインサート成形用の金型は、プラスチックにインサート成形される製品31を、外形を四角形とする角形電池11に出力端子13を有する絶縁基板12を連結してなる電池11のコアパック20として、出力端子13を外部に表出する状態で絶縁基板12を本体成形部21に埋設すると共に、この本体成形部21の両側に連結するように四角形の対向する2辺の外周面にサブ成形部22を付着するように成形する。
本発明の請求項6のインサート成形用の金型は、ノズル穴6をひとつのサブ成形チャンバ2と本体成形チャンバ1に連結し、他方のサブ成形チャンバ2の途中を、バイパス路8を介して本体成形チャンバ1の端部に連結している。
本発明の請求項7のインサート成形用の金型は、サブ成形チャンバ2で成形されるサブ成形部22の厚さを1mmよりも薄くしている。
本発明の請求項8のインサート成形用の金型は、溶融状態のプラスチックの注入圧力を10bar以下とする低圧成形の金型としている。
本発明の請求項9のインサート成形用の金型は、成形するプラスチックをホットメルト系のプラスチックとしている。
本発明の請求項10のインサート成形用の金型は、ホットメルト系のプラスチックを、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、EVA系、シリコン系からなるいずれかのプラスチックとしている。
本発明のプラスチック成形体の製造方法は、前述の目的を達成するために以下の方法でプラスチック成形体を製造する。
プラスチック成形体の製造方法は、製品31の表面にプラスチックを付着するようにインサート成形してプラスチック成形体30を製造する。この製造方法は、プラスチックを成形する金型9に、ノズル穴6から溶融状態のプラスチックを注入して製品31に付着する本体成形部21を成形する本体成形チャンバ1と、この本体成形チャンバ1で成形される本体成形部21に連結するように成形されるサブ成形部22を成形するサブ成形チャンバ2とを有する金型を使用する。さらに、この金型9は、サブ成形チャンバ2を、バイパス路8を介して本体成形チャンバ1に連結している。この製造方法は、ノズル穴6から本体成形チャンバ1に注入される溶融状態のプラスチックを、バイパス路8を介してサブ成形チャンバ2に注入してサブ成形部22を成形する。
本発明の請求項12のプラスチック成形体の製造方法は、サブ成形部22を、本体成形部21よりも薄く成形して薄肉の成形部とする。
本発明の請求項13のプラスチック成形体の製造方法は、プラスチックにインサート成形される製品31を、出力端子13を有する絶縁基板12を電池11に連結してなる電池11のコアパック20として、この電池11のコアパック20をプラスチックにインサート成形してなるプラスチック成形体30を、パック電池10としている。
本発明のインサート成形用の金型とプラスチック成形体の製造方法は、複数のノズル穴を設けることなく、注入するプラスチックの温度と圧力を低くして、薄い部分にも確実にプラスチックを注入して成形できる特徴がある。それは、本発明のインサート成形用の金型とプラスチック成形体の製造方法が、ノズル穴から本体成形チャンバに注入される溶融状態のプラスチックを、バイパス路を介してサブ成形チャンバに注入してサブ成形部を成形するからである。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するためのインサート成形用の金型を例示するものであって、本発明は金型を以下のものに特定しない。
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
図2ないし図5は、インサート成形用の金型で製造されるプラスチック成形体30であるパック電池10を示す。プラスチック成形体30であるパック電池10は、図6ないし図8に示すように、電池11のコアパック20からなる製品31を金型9の成形室3に仮止めした後、金型9を型締めし、金型9の成形室3に溶融状態のプラスチックを注入し、プラスチックを冷却して硬化した後、金型9から脱型して製造される。すなわち、プラスチック成形体30であるパック電池10は、製品31である電池11のコアパック20の表面にプラスチックを付着するようにインサート成形して製造される。電池11のコアパック20は、出力端子13を有する絶縁基板12を、リード板14を介して電池11に連結して製作される。
絶縁基板12は、パック電池10の出力端子13に加えて、電池11を過充電や過放電から防止する保護回路を実現する電子部品15を実装している。保護回路は、電池11の電圧や残容量を検出して、電池11の充放電をコントロールして電池11を保護する。また、絶縁基板12は、電池11に流れる電流を検出して、過電流が流れると電流を遮断する保護素子を実装することもできる。さらに、図3のコアパック20は、保護素子であるPTC16とリード板14を介して絶縁基板12を電池11に連結している。保護素子のPTC16は、設定温度よりも高温になると電気抵抗を著しく大きくして電池11の電流を遮断する。温度を検出して電流を遮断するPTC16は、過熱されるとトリップして電気特性が変化してしまう。この弊害を避けるために、電池11のコアパック20をインサート成形するプラスチックの成形温度を低くすることが要求される。高温のプラスチックがPTC16をトリップして損傷するからである。このことから、電池11のコアパック20をインサート成形するプラスチックには、低温で成形できる低温成形プラスチックが使用される。
コアパック20の電池11は、外形を四角形とする薄型電池で、ひとつの外周面に対向するように絶縁基板12を配設している。この絶縁基板12は、その幅を薄型電池11の厚さ以下とし、さらにその全長を、対向して配設している外周面の長さ以下に短くする細長い形状として、薄型電池11の外周面の外側に突出しないように、プラスチックに埋設している。
電池11は、リチウムイオン電池の薄型電池である。ただ、電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることもできる。電池11は、外装缶11Aの内圧が異常に高くなると開弁する安全弁11aを備えている。図の薄型電池11は、封口板11Bに安全弁11aの開口部11bを設けている。安全弁11aの開口部11bは、薄い金属板で気密に閉塞している。この安全弁11aは、外装缶11Aの内圧が設定圧力よりも高くなると、薄い金属板を破損して開弁し、内圧の上昇を防止する。安全弁11aを備える電池11は、インサート成形するプラスチックの成形圧力が高いと破壊される。このことから、電池11のコアパック20をインサート成形するプラスチックには、低圧で成形できるプラスチックが使用される。安全弁11a上には、図3に示すように、絶縁板18、L字状の絶縁シート19、リード板14が、重ねて配置される。
電池11のコアパック20をインサート成形するプラスチックは、低温低圧で成形できるプラスチック、たとえばホットメルト系のプラスチックが使用される。ホットメルト系のプラスチックは、低温で溶融しながら、たとえば10bar以下の低い圧力で成形室に注入して成形できる。ホットメルト系のプラスチックには、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、EVA系、シリコン系、あるいはこれらの複数種のプラスチックを混合したものが使用できる。
図2に示すパック電池10の断面図を図5に示している。図5の断面図は、図4のA−A線で示す位置で切断した断面図である。このパック電池10は、絶縁基板12の出力端子13を、外部に表出させる状態で、厚く成形している本体成形部21に埋設している。さらに、この本体成形部21の両側に連結するように、電池11の四角形の対向する2辺の外周面に、サブ成形部22を付着するように成形している。図のパック電池10は、封口板11Bを設けている外周面と、この外周面に対向する面にサブ成形部22を付着するように成形している。図に示すサブ成形部22は、本体成形部21よりも薄く成形している薄肉の成形部で、四角形の薄型電池11の対向するふたつの外周面全体を被覆するように成形している。サブ成形部22は、薄型電池11の外周面に配設しているリード板14を絶縁状態に埋設している。パック電池10は、サブ成形部22を薄くすることで、電池11を大きくして、パック電池の外形を小さくできるので、サブ成形部22はできるかぎり薄く、たとえば1mm以下、好ましくは0.5mm以下に成形される。ただ、本発明は、必ずしもサブ成形部を本体成形部よりも薄く成形する必要はない。サブ成形部は、本体成形部と等しい厚さとし、あるいは、本体成形部よりも厚く成形することもできる。
プラスチックにインサート成形された電池11のコアパック20は、図3に示すように、電池11の両面に跨るようにラベル25を接着して、電池11の外側を絶縁している。さらに、図3のパック電池10は、絶縁基板12を埋設している電池11の外周面と対向する外周面に、PET等の絶縁テープ17を接着している。このパック電池10は、絶縁テープ17とラベル25とで表面の全体を絶縁して被覆できる。
図2ないし図5のパック電池10をインサート成形する金型9を図6ないし図8に示している。これらの図に示す金型9は、電池11のコアパック20のようにインサート成形される製品31の表面にプラスチックを付着するように成形する。この金型9は、ノズル穴6から溶融状態のプラスチックを注入して本体成形部21を成形する本体成形チャンバ1と、この本体成形チャンバ1で成形される本体成形部21に連結するように成形されるサブ成形部22を成形するサブ成形チャンバ2とを有する。
図6ないし図8の金型9は、電池11のコアパック20等の製品31を定位置に仮止めするコアブロック4と、このコアブロック4に連結されて、内部に閉鎖された成形室3を設けるキャビブロック5とからなる。コアブロック4は、電池11のコアパック20を定位置に仮止めする機構、たとえばコアパック20の両面と外周面を挟着する機構(図示せず)を備えている。キャビブロック5は、成形室3に溶融状態のプラスチックを注入するゲートとなるひとつのノズル穴6を設けている。このノズル穴6は、金型9を型締めする状態で、溶融状態のプラスチックが供給されて、成形室3に溶融状態のプラスチックを注入する。ノズル穴6は、本体成形チャンバ1に溶融状態のプラスチックを注入するように設けられる。
図9はインサート成形されたパック電池10を示している。この図のパック電池10は、成形されたランナー23を除去しない状態を示している。この図のパック電池10は、本体成形部21と、図9において右側にある第1のサブ成形部22Aとを、図6ないし図8に示すように、ノズル穴6から注入路7を介して溶融状態のプラスチックを注入して成形している。金型9は、図6と図7に示すように、ノズル穴6から本体成形部21を成形する本体成形チャンバ1に溶融状態のプラスチックを注入するために、ノズル穴6を第1の注入路7Aを介して本体成形チャンバ1に連結している。第1の注入路7Aは、ノズル穴6を本体成形チャンバ1の第1の端部1Aに連結している。第1の注入路7Aは、溶融状態のプラスチックを本体成形チャンバ1の第1の端部1Aに注入して、本体成形部21を成形する。
さらに、第1のサブ成形部22Aを成形する第1のサブ成形チャンバ2Aに、ノズル穴6から溶融状態のプラスチックを注入するために、第1のサブ成形チャンバ2Aは、その中間部を第2の注入路7Bを介してノズル穴6に連結している。さらに、サブ成形部22は本体成形部21に連結するように成形されるので、第1のサブ成形チャンバ2Aの上端を本体成形チャンバ1に連結している。第1のサブ成形チャンバ2Aは、本体成形チャンバ1と第1の注入路7Aの両方から溶融状態のプラスチックが注入されて、第1のサブ成形部22Aを成形する。
さらに、第2のサブ成形部22Bを成形する第2のサブ成形チャンバ2Bは、本体成形部21に連結するように成形されるので、その上端を本体成形チャンバ1に連結すると共に、第2のサブ成形チャンバ2Bよりも通路断面積の大きいバイパス路8を介して本体成形チャンバ1に連結している。すなわち、バイパス路8の通路断面積を、サブ成形チャンバ2の断面積よりも大きくしている。なお、バイパス路8は、図に示すように、第2のサブ成形チャンバ2Bとの連結部分であって、溶融状態のプラスチックの出入口となる部分を細く絞る場合があるが、ここでいうバイパス路8の通路断面積とは、この部分を除く平均的な断面積を示している。すなわち、本明細書において、バイパス路の通路断面積とは、サブ成形チャンバとの連結部分を除くバイパス路全体の平均的な断面積を意味するものとする。バイパス路8は、一端を本体成形チャンバ1の第2の端部1Bに、他端を第2のサブ成形チャンバ2Bの中間部に連結している。図のバイパス路8は、第2のサブ成形チャンバ2の中間部であるが、中央からずれた位置に連結している。すなわち、バイパス路8は、第2のサブ成形チャンバ2Bの中央から、本体成形チャンバ1に連結される端部から離れる方向にずれた位置に連結している。この第2のサブ成形チャンバ2Bは、本体成形チャンバ1とバイパス路8の両方からスムーズに溶融状態のプラスチックを注入できる。それは、一端には本体成形チャンバ1から、中央部にはバイパス路8からプラスチックを注入するからである。とくに、本体成形チャンバ1から離れた端部であって、スムーズにプラスチックを注入するのが難しい端部には、バイパス路8から、とくに中央からこの端部に近い部分に連結しているバイパス路8からスムーズに溶融状態のプラスチックを注入できる。
図の金型9は、一方のサブ成形チャンバ2である第1のサブ成形チャンバ2Aと本体成形チャンバ1に、注入路7を介してノズル穴6に連結して、他方のサブ成形チャンバ2である第2のサブ成形チャンバ2Bの途中を、バイパス路8を介して本体成形チャンバ1の第2の端部1Bに連結している。この金型9は、第1のサブ成形チャンバ2Aには、注入路7と本体成形チャンバ1から溶融状態のプラスチックを注入し、第2のサブ成形チャンバ2Bには本体成形チャンバ1とバイパス路8から溶融状態のプラスチックを注入して、ひとつのノズル穴6から注入される溶融状態のプラスチックを両方のサブ成形チャンバ2にスムーズに注入する。
注入路7とバイパス路8は、インサート成形されたパック電池10からランナー23を簡単かつ容易に切り離しできるように、本体成形チャンバ1とサブ成形チャンバ2との連結部を狭くしている。また、バイパス路8から溶融状態のプラスチックを注入する第2のサブ成形チャンバ2Bは、成形する第2のサブ成形部22Bの厚さを1mm以下として、スムーズに溶融状態のプラスチックを注入できる。
従来の金型でパック電池を製造する状態を示す断面図である。 本発明の一実施例にかかるインサート成形用の金型で製造されるパック電池の斜視図である。 図2に示すパック電池の分解斜視図である。 図2に示すパック電池の正面図である。 図4に示すパック電池のA−A線断面図である。 本発明の一実施例にかかるインサート成形用の金型でパック電池を製造する状態を示す斜視図である。 図6に示す金型に電池のコアパックをセットした状態を示す平面図である。 図6に示す金型でパック電池を製造した状態を示す斜視図である。 図8に示す金型で製造されたパック電池を示す斜視図である。
符号の説明
1…本体成形チャンバ 1A…第1の端部
1B…第2の端部
2…サブ成形チャンバ 2A…第1のサブ成形チャンバ
2B…第2のサブ成形チャンバ
3…成形室
4…コアブロック
5…キャビブロック
6…ノズル穴
7…注入路 7A…第1の注入路
7B…第2の注入路
8…バイパス路
9…金型
10…パック電池
11…電池 11A…外装缶
11B…封口板
11a…安全弁
11b…開口部
12…絶縁基板
13…出力端子
14…リード板
15…電子部品
16…PTC
17…絶縁テープ
18…絶縁板
19…絶縁シート
20…コアパック
21…本体成形部
22…サブ成形部 22A…第1のサブ成形部
22B…第2のサブ成形部
23…ランナー
25…ラベル
30…プラスチック成形体
31…製品
80…コアパック
81…角形電池
82…絶縁基板
90…プラスチック
91…本体成形部
92…薄肉成形部
93…成形室
94…金型

Claims (13)

  1. 製品(31)の表面にプラスチックを付着するようにインサート成形する金型であって、ノズル穴(6)から溶融状態のプラスチックを注入して製品(31)に付着する本体成形部(21)を成形する本体成形チャンバ(1)と、この本体成形チャンバ(1)で成形される本体成形部(21)に連結するように成形されるサブ成形部(22)を成形するサブ成形チャンバ(2)とを有するインサート成形に使用される金型であって、
    前記サブ成形チャンバ(2)を、バイパス路(8)を介して本体成形チャンバ(1)に連結しており、ノズル穴(6)から本体成形チャンバ(1)に注入される溶融状態のプラスチックを、バイパス路(8)を介してサブ成形チャンバ(2)に注入してサブ成形部(22)を成形するようにしてなるインサート成形用の金型。
  2. 前記サブ成形部(22)が、本体成形部(21)よりも薄く成形される薄肉の成形部である請求項1に記載されるインサート成形用の金型。
  3. 前記バイパス路(8)の通路断面積を、サブ成形チャンバ(2)の断面積よりも大きくしている請求項1に記載されるインサート成形用の金型。
  4. プラスチックにインサート成形される製品(31)が、出力端子(13)を有する絶縁基板(12)を安全弁(11a)を有する電池(11)に連結してなる電池(11)のコアパック(20)で、絶縁基板(12)の出力端子(13)を外部に表出させる状態で本体成形部(21)に埋設するように成形する請求項1に記載されるインサート成形用の金型。
  5. プラスチックにインサート成形される製品(31)が、外形を四角形とする角形電池(11)に出力端子(13)を有する絶縁基板(12)を連結してなる電池(11)のコアパック(20)で、出力端子(13)を外部に表出する状態で絶縁基板(12)を本体成形部(21)に埋設すると共に、この本体成形部(21)の両側に連結するように四角形の対向する2辺の外周面にサブ成形部(22)を付着するように成形する請求項4に記載されるインサート成形用の金型。
  6. ノズル穴(6)がひとつのサブ成形チャンバ(2)と本体成形チャンバ(1)に連結され、他方のサブ成形チャンバ(2)の途中がバイパス路(8)を介して本体成形チャンバ(1)の端部に連結されてなる請求項5に記載されるインサート成形用の金型。
  7. サブ成形チャンバ(2)で成形されるサブ成形部(22)の厚さが1mmよりも薄い請求項1に記載されるインサート成形用の金型。
  8. 溶融状態のプラスチックの注入圧力が10bar以下である低圧成形の金型である請求項1に記載されるインサート成形用の金型。
  9. 成形するプラスチックをホットメルト系のプラスチックとする請求項1に記載されるインサート成形用の金型。
  10. ホットメルト系のプラスチックが、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、EVA系、シリコン系からなるいずれかのプラスチックである請求項9に記載されるインサート成形用の金型。
  11. 製品(31)の表面にプラスチックを付着するようにインサート成形してプラスチック成形体(30)を製造する方法であって、プラスチックを成形する金型(9)に、ノズル穴(6)から溶融状態のプラスチックを注入して製品(31)に付着する本体成形部(21)を成形する本体成形チャンバ(1)と、この本体成形チャンバ(1)で成形される本体成形部(21)に連結するように成形されるサブ成形部(22)を成形するサブ成形チャンバ(2)とを有する金型を使用するプラスチック成形体の製造方法であって、
    前記金型(9)が、前記サブ成形チャンバ(2)を、バイパス路(8)を介して前記本体成形チャンバ(1)に連結しており、ノズル穴(6)から本体成形チャンバ(1)に注入される溶融状態のプラスチックを、バイパス路(8)を介してサブ成形チャンバ(2)に注入してサブ成形部(22)を成形することを特徴とするプラスチック成形体の製造方法。
  12. 前記サブ成形部(22)が、本体成形部(21)よりも薄く成形される薄肉の成形部である請求項11に記載されるプラスチック成形体の製造方法。
  13. プラスチックにインサート成形される製品(31)が、出力端子(13)を有する絶縁基板(12)を電池(11)に連結してなる電池(11)のコアパック(20)で、この電池(11)のコアパック(20)をプラスチックにインサート成形してなるプラスチック成形体(30)がパック電池(10)である請求項11に記載されるプラスチック成形体の製造方法。
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