JP6720949B2 - インサート成型品良否判断装置 - Google Patents

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Description

本発明は、インサート成形品良否判断装置に関する。
近年、電子部品等をインサート成形により樹脂成形品に内蔵することにより製品の小型化や製造工程の簡略化を図る技術がある。
射出成形等による一体成形を行う工程においては、内蔵される部品は高温、高圧に晒され、破壊や特性劣化が起きる可能性がある。
しかしながら、一体成形では製品完成後は樹脂の内部に部品が封止されているため、部品の破壊や特性劣化を確認することができない。
特開平４−２５２７３９号公報
本発明は、インサート部品の破壊や特性劣化を確認することを目的とする。
本発明の一態様として、インサート成形品良否判断装置は、２次電池を含むインサート部品をインサート成形により樹脂成形した後に、前記インサート部品の良否を判定するインサート成形品良否判断装置において、前記インサート部品の近傍に配置され、インサート成形時の当該インサート部品周囲の状態を検出するセンサから、検出信号が入力される検出信号入力部と、前記センサにおける正常なインサート成形時の基準検出信号が記憶されている正常時検出信号記憶部と、インサート成形前とインサート成形後の前記２次電池の電池充放電特性を測定する測定部と、前記測定部により測定されたインサート成形前の前記２次電池の電池充放電特性を記憶する電気特性記憶部と、インサート成形後に、前記検出信号と前記正常時検出信号記憶部に記憶されている前記基準検出信号とを比較し、前記インサート成形の正常・異常を判断する第１判断部と、前記測定部により測定されたインサート成形後の前記２次電池の電池充放電特性と前記電気特性記憶部に記憶されているインサート成形前の前記２次電池の電池充放電特性を比較し、前記２次電池の正常・異常を判断する第２判断部と、を備えている。
本発明によれば、インサート部品の破壊や特性劣化を確認することができる。
本発明の第１の実施の形態に係るインサート成形品良否判断システム及びインサート成形品を封止樹脂を除いた状態で示す平面図。 同インサート成形品良否判断システム及びインサート成形品を示す説明図。 同インサート成形品良否判断システムによる処理フローを示す説明図。 同インサート成形品の成形例（正常時）を一部切欠して示す平面図。 同インサート成形品の成形例（正常時）を示す縦断面図。 同インサート成形品の成形例（正常時）における温度変化を示す説明図。 同インサート成形品の成形例（異常時）を一部切欠して示す平面図。 同インサート成形品の成形例（異常時）を示す縦断面図。 同インサート成形品の成形例（異常時）における温度変化を示す説明図。
図１〜図３は、本発明の第１の実施の形態を示す図である。図１及び図２は、インサート成形品良否判断システム１０及びインサート成形品２０を示す図である。また、図３はインサート成形品良否判断システム１０による処理フローを示す説明図である。
図１に示すように、インサート成形品良否判断システム１０は、インサート成形品２０及びシステム制御部１００を備えている。インサート成形品２０は、基板２１と、この基板２１上に実装された２次電池であるリチウムイオン電池（インサート部品）３０及び電子部品４０を備えている。
リチウムイオン電池３０の周囲には、インサート部品であるリチウムイオン電池３０が、インサート成形時に受ける温度や圧力等の物理特性を検出するセンサ、例えば、温度測定素子（センサ）５０と、圧力測定素子（センサ）６０とが配置されている。温度測定素子５０の出力はリード線５１を介して電子部品４０に接続され、温度検出信号が入力されている。また、圧力測定素子６０の出力はリード線６１を介して電子部品４０に接続され、圧力測定信号が入力されている。
図１及び図２に示すように、リチウムイオン電池３０は、積層したアルミ箔等のカバー部材７０に覆われており、カバー部材７０は基板２１に接着されている。カバー部材７０はリチウムイオン電池３０が高温の樹脂に晒されて劣化することを防止するために設けられている。リチウムイオン電池３０の正常動作保証温度は例えば６０℃である。
電子部品４０は、リチウムイオン電池３０によって駆動される時計やＧＰＳ等の装置であり、外部との無線通信を行う通信制御部４１を備えている。
インサート成形品良否判断システム１０においては、通信制御部４１により、温度測定素子（センサ）５０と、圧力測定素子（センサ）６０が検出したデータをシステム制御部１００に送信する。
基板２１上は、成形樹脂８０によって覆われており、上述したリチウムイオン電池３０、電子部品４０、温度測定素子５０、圧力測定素子６０、カバー部材７０が一体に封止されている。成形樹脂８０は柔軟な材料であり、腕時計やウェアラブルデバイス等に適用できる他、薄型の電子機器等に搭載できる仕様となっている。
システム制御部１００は、所定のプログラムに沿って各部を制御するＣＰＵ１０１を備えている。このＣＰＵ１０１には、インサート成形品２０との無線通信を行う通信制御部１０２と、成形時にセンサ５０、６０が検出する検出信号ＳＲが通信制御部１０２を介して入力される検出信号入力部１０３と、インサート部品の樹脂成形前の第１電気特性Ｑ１、及び、樹脂成形後の第２電気特性Ｑ２を測定する測定部１０４と、測定部１０４によって測定された第１電気特性Ｑ１を記憶する電気特性記憶部１０５と、センサにおける正常な樹脂成形時の基準検出信号ＳＳを記憶する正常時検出信号記憶部１０６とを備えている。第１電気特性Ｑ１及び第２電気特性Ｑ２は例えば電池充放電特性である。
ＣＰＵ１０１は、樹脂成形後に、基準検出信号ＳＳと検出信号ＳＲとを比較し、樹脂成形の正常・異常を判断する第１判断部と、樹脂成形後に、電気特性記憶部１０５に記憶された第１電気特性Ｑ１と測定部１０４によって測定された第２電気特性Ｑ２を比較し、樹脂成形の正常・異常を判断する第２判断部が設けられている。
このように構成されたインサート成形品良否判断システム１０におけるインサート成形品２０の良否を判断する判断フローについて、図３のフローチャートに沿って説明する。すなわち、予め事前評価用の製品（インサート成形品）を用いて、成形が正常に行われた場合における温度検出信号Ｔ０及び圧力測定信号Ｐ０を測定し、基準検出信号ＳＳとして正常時検出信号記憶部１０６に記憶する（ＳＴ１０）。成形が正常に行われたか否かは、インサート成形品を分解して各部品が正常な位置に配置されているかを確認することによって行う。
次に、実際の製品とするインサート成形品２０における充放電特性を取得し、第１電気特性Ｑ１として電気特性記憶部１０５に記憶させる。次に、ＳＴ１０で取得した基準検出信号ＳＳをＣＰＵ１０１に読み込む（ＳＴ１１）。
図２に示すように、実際の製品とするインサート成形品２０に金型Ｋをセットする。次に、孔部Ｋａから樹脂（例えば１５０℃程度）を流し込む。この時、検出信号ＳＲとして温度検出信号Ｔ１及び圧力測定信号Ｐ１を測定する（ＳＴ１２）。温度検出信号Ｔ１及び圧力測定信号Ｐ１は、ＣＰＵ１０１に入力され、温度検出信号Ｔ０及び圧力測定信号Ｐ０と比較される。この時、温度検出信号Ｔ１及び圧力測定信号Ｐ１が、温度検出信号Ｔ０及び圧力測定信号Ｐ０を基準とした所定範囲（閾値内）であるか否かが判定される。閾値内であれば正常とされＳＴ２０に進み（ＳＴ１３）、閾値外であれば異常とされＳＴ３０に進む。
このように判定する原理として、樹脂の射出成形時にカバー部材７０の挙動を外部からの測定値を観察する。すなわち、カバー部材７０が外れない場合（図４，５参照）には、カバー部材７０によって断熱されているので、温度検出信号Ｔ１は、図６に示すように、ｔ１（６０℃以下）となるように保たれる。一方、カバー部材７０が外れる場合（図７，８）には、１５０℃程度の樹脂に晒されてｔ２（１２０℃以上）に加熱される。このため、例えば、温度検出信号Ｔ０が所定の温度、図９に示すように、例えば、ｔ２（１２０℃）を超えた場合にはカバー部材７０が外れて異常が発生したと判定する。
また、詳細は割愛するが、カバー部材７０が外れない場合（図４，５参照）には、カバー部材７０によって保護されているので、圧力測定信号Ｐ１は所定圧力範囲内に保たれ、一方、カバー部材７０が外れる場合（図７，８）には、所定圧力範囲を超える圧力を示し、カバー部材７０が外れて異常が発生したと判定する。
次に、ＳＴ２０において電池充放電特性として第２電気特性Ｑ２が取得される。続いて、第２電気特性Ｑ２が第１電気特性Ｑ１を基準とした所定範囲（閾値内）であるか否かが判定される（ＳＴ２１）。閾値内であれば正常とされＳＴ２２に進み、製品ＯＫとされ、閾値外であれば異常とされＳＴ３１に進み、製品ＮＧとされる。なお、カバー部材７０が外れたと判定されていないにも関わらず、充放電測定を行うのは、予想外の不具合が生じたことを想定しているためである。
一方、ＳＴ３０に進んだ場合には、異常温度・異常圧力を受けたとして、充放電特性を測ることなく、破壊されたと判定する。
上述したように、第１の実施の形態に係るインサート成形品良否判断システム１０によれば、リチウムイオン電池３０という熱に弱いインサート部品をインサート成形する場合であっても、異常温度・異常圧力を樹脂から受けたことを検知することで、外観から不良と判定できない場合であっても、製品の良否を判定し、不良製品を誤って出荷することを防止することができる。したがって、電池のインサート成形において、内部が確認できない状態での電池の特性劣化や破壊が検出できるようになる。これにより製品の安全性や、品質を担保することが可能となる。
なお、温度測定素子５０、圧力測定素子６０を複数設けることで異常判定を行う精度を向上させることができる。また、物理特性を測定するセンサとして、温度測定素子や圧力測定素子の他、ｘ，ｙ，ｚ方向の力を検出できる力覚センサを用い、フォースベクトルを利用するようにしてもよい。
また、前記実施の形態においては、温度測定素子（センサ）５０と、圧力測定素子（センサ）６０が検出したデータを無線通信によりシステム制御部１００に送信するようにしたが、インサート成形品２０に例えば、ＵＳＢ端子を設け、この端子が外部に開口するようにインサート成形を行い、有線通信により、検出データをシステム制御部１００に送信するようにしてもよい。
また、前記実施の形態においては、検出信号ＳＲは、成形時にセンサが検出する信号としたが、センサによっては成形後にセンサが検出する信号であってもよい。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、インサート成形品としてリチウムイオン電池を例示したが、熱に弱いデバイスとして有機ＥＬや、異方性導電膜によって接合した電子製品等であっても、同様に適用できるのは勿論である。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。
本発明の一実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［付記１］
インサート部品と、
このインサート部品の近傍に配置されたセンサと、
前記インサート部品及び前記センサを覆う成形樹脂と、
を備えているインサート成形品。
［付記２］
前記インサート部品は２次電池である［付記１］に記載のインサート成形品。
［付記３］
前記センサは、前記インサート部品周囲の物理特性を検出する［付記１］又は［付記２］に記載のインサート成形品。
［付記４］
前記センサは、温度測定素子を含む［付記１］乃至［付記３］の何れか一項に記載のインサート成形品。
［付記５］
前記センサは、圧力測定素子を含む［付記１］乃至［付記４］の何れか一項に記載のインサート成形品。
［付記６］
前記インサート部品を覆うカバー部材をさらに備えている［付記１］乃至［付記５］の何れか一項に記載のインサート成形品。
［付記７］
前記インサート部品は２次電池であり、
前記センサは、温度測定素子及び圧力測定素子の少なくとも１つを含み、
前記２次電池、前記センサが実装されると共に、前記２次電池により駆動される電子部品が実装される基板をさらに備え、
前記電子部品は前記センサが検出したデータを外部へ送信する送信部を備えている［付記１］に記載のインサート成形品。
［付記８］
前記２次電池、前記センサを覆うカバー部材をさらに備えている［付記６］に記載のインサート成形品。
［付記９］
インサート部品をカバー部材で覆って樹脂成形した後に、前記インサート部品の良否を判定するインサート成形品良否判断装置において、
前記インサート部品の近傍に配置されたセンサから、検出信号が入力される検出信号入力部と、
前記センサにおける正常な樹脂成形時の基準検出信号を記憶する正常時検出信号記憶部と、
樹脂成形後に、前記基準検出信号と前記検出信号とを比較し、前記樹脂成形の正常・異常を判断する第１判断部と、
を備えているインサート成形品良否判断装置。
［付記１０］
前記インサート部品の樹脂成形前の第１電気特性、及び、樹脂成形後の第２電気特性を測定する測定部と、
この測定部によって測定された前記第１電気特性を記憶する電気特性記憶部と、
樹脂成形後に、前記電気特性記憶部に記憶された前記第１電気特性と前記測定部によって測定された前記第２電気特性を比較し、前記樹脂成形の正常・異常を判断する第２判断部と、
を更に備えている［付記９］に記載のインサート成形品良否判断装置。
［付記１１］
前記インサート部品は２次電池である［付記９］又は［付記１０］に記載のインサート成形品良否判断装置。
［付記１２］
前記センサは、温度測定素子を含む［付記９］乃至［付記１１］の何れか一項に記載のインサート成形品良否判断装置。
［付記１３］
前記センサは、圧力測定素子を含む［付記９］乃至［付記１２］の何れか一項に記載のインサート成形品良否判断装置。
［付記１４］
基板に実装されたインサート部品の近傍にセンサを配置し、
前記インサート部品と前記センサとをカバー部材で覆い、
前記基板を金型内に載置し、
前記インサート部品と前記センサを覆う樹脂を成形するインサート成形方法。
１０…インサート成形品良否判断システム、２０…インサート成形品、２１…基板、３０…リチウムイオン電池（インサート部品）、４０…電子部品、４１…通信制御部、５０…温度測定素子（センサ）、６０…圧力測定素子（センサ）、７０…カバー部材、８０…成形樹脂、１００…システム制御部、１０１…ＣＰＵ、１０２…通信制御部、１０３…検出信号入力部、１０４…測定部、１０５…電気特性記憶部、１０６…正常時検出信号記憶部。

Claims (4)

  1. ２次電池を含むインサート部品をインサート成形により樹脂成形した後に、前記インサート部品の良否を判定するインサート成形品良否判断装置において、
    前記インサート部品の近傍に配置され、インサート成形時の当該インサート部品周囲の状態を検出するセンサから、検出信号が入力される検出信号入力部と、
    前記センサにおける正常なインサート成形時の基準検出信号が記憶されている正常時検出信号記憶部と、
    インサート成形前とインサート成形後の前記２次電池の電池充放電特性を測定する測定部と、
    前記測定部により測定されたインサート成形前の前記２次電池の電池充放電特性を記憶する電気特性記憶部と、
    インサート成形後に、前記検出信号と前記正常時検出信号記憶部に記憶されている前記基準検出信号とを比較し、前記インサート成形の正常・異常を判断する第１判断部と、
    前記測定部により測定されたインサート成形後の前記２次電池の電池充放電特性と前記電気特性記憶部に記憶されているインサート成形前の前記２次電池の電池充放電特性を比較し、前記２次電池の正常・異常を判断する第２判断部と、
    を備えているインサート成形品良否判断装置。
  2. 当該インサート成形品良否判断装置は、前記第１判断部により前記インサート成形が正常と判断され、且つ前記第２判断部により前記インサート部品が正常と判断された場合、前記インサート部品は正常であると判定する請求項１に記載のインサート成形品良否判断装置。
  3. 前記センサは、温度測定素子を含む請求項１又は２に記載のインサート成形品良否判断装置。
  4. 前記センサは、圧力測定素子を含む請求項１乃至３の何れか一項に記載のインサート成形品良否判断装置。
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