JP2020055198A - 射出成型機 - Google Patents

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Hirotaka Osawa
寛貴 大澤
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Abstract

【課題】小型化しやすい射出成形機を提供する。【解決手段】射出成形機は、樹脂を溶融射出する複数の射出シリンダ1と、前記射出シリンダの先端のノズル5と、前記射出シリンダを温調するバンドヒータ2と、前記射出シリンダの上下調節機構27と、前記射出シリンダを保持するシリンダホルダ39と、前記射出シリンダを前記シリンダホルダへと押圧して固定する経路ブロック40と、前記経路ブロックに連結された複数の材料供給機構69と、前記経路ブロックに連結された材料ホッパ部32と、前記シリンダホルダとを支え、かつ型締部材となる固定プレート3と、前記固定プレートに接合し前記ノズル先端を保持するノズルプレート16と、前記射出シリンダを前記射出シリンダ内に配置された押圧部25を備え、前記押圧部を移動することで前記射出シリンダ内の樹脂を前記射出シリンダから射出させる駆動手段と、が供えられたことを特徴とする。【選択図】図3

Description

本発明は、射出成形機に関する。
特許文献1に開示されているように、従来の成形機は、インラインスクリュ式や、プリプランジャ式の物が多く作られているが、いずれも、装置が大型化していた。射出容量を上げるためには、スクリュシリンダを長くする場合や、スクリュ径を増やすしかなく、径を増やすと、押す力を増やさなければならず、駆動の油圧シリンダや、モータが大きくなった。
特開2014−136356号公報
しかしながら、近年、マイクロファクトリーの考えや、成形機のインライン化構想に伴い、装置を小型化したいというニーズが高まっている。特に縦型の機械では機械全長が高くなり、ラインに直結する自動化工場には向かない。また、大きいインラインスクリュを有した加熱シリンダは、解体するのに専用のサービスマンが必要でメンテナンス性が悪かった。
上記課題を解決するために、本発明の射出成形機は、樹脂を溶融射出する複数の射出シリンダと、前記射出シリンダの先端のノズルと、前記射出シリンダを温調するバンドヒータと、前記射出シリンダの上下調節機構と、前記射出シリンダを保持するシリンダホルダと、前記射出シリンダを前記シリンダホルダへと押圧して固定する経路ブロックと、前記経路ブロックに連結された複数の材料供給機構と、前記経路ブロックに連結された材料ホッパ部と、前記シリンダホルダとを支え、かつ型締部材となる固定プレートと、前記固定プレートに接合し前記ノズル先端を保持するノズルプレートと、前記射出シリンダを前記射出シリンダ内に配置された押圧部を備え、前記押圧部を移動することで前記射出シリンダ内の樹脂を前記射出シリンダから射出させる駆動手段と、が供えられたことを特徴とする。
本発明によれば、成形機を小型化することができる。また、小さい加熱シリンダで射出容量が向上し、配列により多数個取りにも対応できる。また、小型化し樹脂の合流側(供給側)に着脱できる構造にすることで、誰でも解体できる射出ユニットを提供することができる。
本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態を模式的に表す立体図であり、型締状態である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態を模式的に表す上面図である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態を模式的に表す断面図であり、図2のA-A断面図である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態を模式的に表す断面図であり、図2のB-B断面図である。流路が解りやすく説明した図である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した二実施形態を模式的に表す立体図であり、射出シリンダの着脱を表す図である。解体の第一段階である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態の立体図を表す図であり、射出シリンダの着脱を表す。解体手順の2番目で、射出シリンダを傾けた図である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態の立体図を表す図であり、射出シリンダの着脱を表す。解体手順の3番目で、射出シリンダを外した図である。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態の立体図を表す図であり、射出シリンダのナット部にハンドル治具が挿入された様子を表す。このハンドル冶具を回して射出シリンダを外す。 本発明によるハンドル治具を表す。このハンドル冶具のピンを射出シリンダ1の穴に入れる。 本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した二実施形態の立体図を表す図であり、ホットランナ型が接続されている断面図である。
本発明による型開閉機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態について、図1〜図9を用いて詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。
図1は、本発明による射出機構を竪型射出成形機に応用した一実施形態を模式的に表す正面図であり、型締状態である。
以下、まず射出部において説明する。射出モータ20により、駆動プーリ46と射出ベルト21を介して従動プーリ45が回転し、射出ボールねじ17へと動力が伝わり、ネジの軸が上下する。射出モータ20には減速機等で増力しても構わない。ネジの軸と連結したプランジャガイドプレート35が、ガイドポスト34に案内される。プランジャ25は、プランジャホルダ48でプランジャガイド35に下から上にネジ止めされている。ねじ軸方向の負荷は、射出軸受け52と射出ボールねじ17とで受ける。
プランジャガイドプレート35には、ガイドブッシュ47が上下に配置されている、ガイドポスト34にガイドブッシュ47が摺動嵌合する。ガイドブッシュ47の間隔を長くとることで、プランジャガイドプレートの上下の精度が良くなる。短いと、倒れやすく、精度よく案内できない。プランジャガイドプレート35は、下の方向にガイドブッシュ47を収納するために部材を伸ばしている。上下からガイドブッシュ47を圧入して高精度に組み込むと良い。こちら側が基準となる。また、ガイドブッシュ47は、移動ストローク以上の間隔を取ると良く、4つのプランジャ25による押圧時のバランス差や傾きを抑制する。反対側のガイドポスト34とガイドブッシュは一か所で回り止めレベルの嵌め合いで良い。この精度が出ていないとプランジャ25と射出シリンダ1との嵌合部で精度が出ず、樹脂が漏れたりしやすい。
シャッターホルダ32は、樹脂材料の投入口となる。ペットボトルのネジ系と同サイズのネジが切られており、材料タンクとしてペットボトルが使用可能である。」シャッター機構がついており、樹脂の遮断ができる。ホッパ29へと材料が送られる。ホッパ29には材料の有無を検知する光学センサが設けられ、材料がなくなった場合、異常信号としてシグナルタワーや操作盤でユーザへと知らせる。
材料供給機構69は、直動のロボシリンダ機構であり、ホッパ29から来た材料をプランジャ25の直下まで送り込む。材料供給機構69は、先端にロッドがついており、直進してピストンのように押す。モータとボールネジを備えて、モータの回転力を直動に変えている。
モータの回転数に応じてロッドのストロークを可変でき、材料の供給量を制御できる。
経路ブロック40に、材料供給機構69が連結され、ホッパも連結される。両方からの流路を合流し、プランジャ25へと送る。経路ブロック40は水管が加工してあり、温調することができる。ホットメルト材のように溶けやすい樹脂の場合、この経路ブロック40を冷やすと、経路での樹脂のブリッジが防止できる。経路ブロック40と射出シリンダホルダ39とで挟み込むようにして、二つの射出シリンダ1が固定される。射出シリンダ1の経路入口には、別部材で挿入可能なリング状の経路リング79が嵌めこまれている。この経路リング79は、成形する樹脂により、射出シリンダ1からの熱を伝えたくない場合は、断熱材素材にし、熱を伝えたい場合は、銅や鉄の素材にして射出シリンダ1の上部を冷やす。経路のつまりを成形樹脂のよりなくすことができる。射出シリンダホルダ39にはU溝が気ってあり、射出シリンダ1の外周と嵌め合う。(バンドヒータ1の上部)射出シリンダ1には、材料供給口23があいており、プランジャ25へと樹脂を送る穴がある。
射出シリンダ1の材料供給口23はDカットされた底の部分となり、経路ブロック40とが面同志で接触できるようにしてある。この接触面が上記で説明したような断熱材を入れると、熱伝導を分離し、ブリッジを抑制できる。
プランジャ25により押圧された樹脂は、射出シリンダ1内部に設けられたトーピード14によって、可塑化が促進される。トーピード14は無数の穴が開いており、流路が分散され、径が小さくなることで、圧縮され、せん断発熱が起きる。トーピード16を通過すると、樹脂が溶融状態となり、シャットオフノズル5へと送られる。絵では樹脂を遮断し、ハナタレを防止する機構の内蔵されたシャットオフノズル5で説明するが、オープンノズル4でも構わない。樹脂により、選択できる。各流路の接合部は、樹脂漏れの無いようシールされる。
絵では見えないが、射出シリンダ1のトーピード16の下部には、樹脂圧力センサが内蔵できるようになっている。溶融樹脂の樹脂圧力を検知できる。プランジャ25から樹脂が押され、トーピード16の穴を通過する圧力損失分の樹脂圧力がこれにかかる。
この樹脂圧力センサの値を見ながら、材料供給部のロッドの送り量を制御する。樹脂圧力の値が大きい射出シリンダ1は、材料の供給が多いと判断し、材料供給料を制限する。また、
樹脂圧力の値が小さい射出シリンダ1は、材料の供給が少ないと判断し、材料供給料を増やす。モータの回転数でこの量を可変できる。4つの夫々の射出シリンダで独立して供給量が可変できる。
シャットオフノズル5より射出された溶融樹脂は、金型へと流し込まれる。まず、マニホールド板10の設けられた合流通路62により、4つの流路が一つに合流する。合流後金型の成形品を形成するキャビ部へと樹脂が流れ込む。多数個取りの場合は、そのままダイレクトにノズル直下に成形品を配する金型構成にすると4個取りが可能となる。マニホールド板10は、水管が加工してあり、温調が可能である。また、カートリッジヒータが挿入でき加熱可能である。
材料の供給量はモータの回転数をフィードバック計量して、供給量を管理することも可能である。プランジャ25のクッション量を見ながら、4つの材料供給量を可変し、個々に調整することが出来る。図11が自動タイプの装置構成を表し、図13がその時の制御を表す。供給装置には、経路に電磁弁をつけ供給のONOFFをし、間に脱気装置を介在し、樹脂の気泡をこと前に抜いて供給する。脱気装置は遠心力を利用した分離気等が優れる。樹脂の搬送力は、工場エアーによる空圧で搬送するものや、電動ポンプで送る機構の装置等様々であり、IO信号を接続すれば、どの装置にも対応可能である。
図3、図4の断面図で説明する。射出シリンダ1に送られた樹脂は、バンドヒータ2により加熱され溶融される。熱硬化性樹脂の場合は、バンドヒータ2ではなく、温調水管が加工された冷却ホルダのようなもので冷却する。ホルダに水管とホースをつけ、外部温調機で、温度を管理する場合もある。
射出シリンダ1の穴の内径に対して、プランジャ25の外径は、摺動可能な嵌め合い径にする。隙間が大きいと、樹脂が漏れやすいので、エアギャップ並の0.01mm程度が好ましい。
射出シリンダ1には、ノズルタッチバネ49を介してノズルタッチする付勢力を出す。射出シリンダホルダ39との間にバネが入り込む。型締めし、ノズルタッチすると、ノズルタッチバネ49の付勢力で金型に押し付けられ、樹脂漏れがないようにシールされる。ノズルタッチバネ49の付勢力は、生産する樹脂に応じて変えると好ましい。特別な動力が要らず、バネの力と型締め力を利用しているため、エコロージーな構造である。
図3、4は、ノズルがシャットオフノズル5タイプの物を表す。絵はバネが内蔵し、ピンが上下に出入りし、樹脂を遮断するタイプである。樹脂の圧力差を利用して、ピンが開閉する機構である。シャットオフノズル5の先端部が微小なテーパ部を形成し、ノズルプレート16と嵌合する。エア駆動式や、モータ駆動でピンを動かすタイプでも良い。また、オープンノズルでも構わない。
本実施例は4つの射出シリンダのものを示したが、二つの物や、三つの物でも構わない。
図5、6、7で、射出シリンダユニットの着脱方法と構造を示す。
まず、型開き作業をおこない。ノズルプレート16を外す。シャットオフノズル5の先端部と嵌め合っていたプレートがなくなることでノズルのXYでの位置決めがなくなる。
金型等はこと前にはずしておくと良い。
経路ブロック40と射出シリンダホルダ39とで接続されたネジを外す。これらは位置決めピンで位置決めしている。経路ブロック40についた材料供給機構69やホッパ29と一体化したまま外せる。材料供給機構69にはモータの動力ケーブルや、原点センサ等のケーブルが付属しているが、長めにたわませることでケーブルをはずさずに取れるようにしておく。中継コネクタ等で着脱できても良い。ホッパ29にも光学センサ用のケーブルがあるがこちらも同様にしておく。
ネジを対角に2箇所外すだけで、ユニットごと取れる。
図6へと移る。プランジャ25をプランジャガイドプレート35へとつけているプランジャホルダ48を外す。プランジャ25は図のように、つばがついたフランジ形状になっており、下から上へとネジとめされている。上方向へ止めているものがなくなり、プランジャ25が、射出シリンダ1へと摺動しながら落ちる。樹脂が残っている部位まで下がる。
プランジャ25とプランジャホルダ48ごと、射出シリンダ1の穴に嵌め合ったまま、ユニットで外せる。バンドヒータ2や温度計測用の熱電対も付随しておりそれらのケーブルも中継で着脱できると良い。少し斜め上に取り出すことで、ユニットが外れる。
射出シリンダ1は一本ずつ外すと良い。手前の2本を外した後、奥側に2本も同様の作業で外す。
図7は、射出シリンダが完全に外れた状態である。更に傾けて、上方向へと引き出すと、図7のようにユニットごと射出シリンダ1が外れる。
固定プレート3にも傾けられるだけの逃げ空間が用意され、シャットオフノズル5が傾けてもぶつからないようになっている。プランジャ25だけ交換したい場合は、傾けるだけの図21の状態で、着脱交換ができる。
射出シリンダホルダ39の中央の下側と、固定プレート3との間には、センターポール74が挟み込まれ、各々の位置決めと、射出方向の負荷を受ける。そのため、射出力を受ける十分な径が必要になる。
プランジャ25も同時にはずせるため、メンテナンスがやりやすい。ガラス入りの樹脂等で摩耗に対しても、交換しやすくすることで、すぐに生産復帰ができる。
解体の前にシャットオフノズル5の先端部の外径部に保護キャップ(樹脂製)をかぶせて作業すると、金型との精密嵌合部が保護され、傾けた時に誤ってぶつけても、キズや打痕がつかない。
取付けは、図7、6、5の順で、前記の逆に進める。ユニットごと斜めに挿入する。射出シリンダ1と射出シリンダホルダ39の嵌合部U溝は、図では説明していないが、射出シリンダ1がD形状になっており、Dの突き当て部と経路ブロック40の面とで位置決めがされ回り止めとなる。経路ブロック40をつけて、ボルトで仮締めする。その後、プランジャホルダ48でプランジャガイド35に下から上にネジをつけ、プランジャ25を上部に保持する。射出シリンダ1の上部に螺合したナット上26とナット27があり、下のナット27を回すと上下位置の調整ができる。熱膨張による変化を吸収可能である。樹脂の溶融温度は様々なため、これで対応可能である。上のナットで固定となる。昇温後、ノズルの上下位置が決まったら、ナット上26を回し、射出シリンダ1の上下位置が決まる。最後に、経路ブロック40のボルトで増し締めするとユニットがしっかりと固定される。
ナット上26とナット27には側面に穴が設けられており、棒を差し込み回すことで、締め込みと緩めることが可能である。側面の穴の数は、絵では4方向に4つ空けてあるが、8つ〜16個程度空いていると作業がしやすくなる。
図8、図9のように専用のハンドル冶具75があることでスペースが無くても組バラシができる。図9は、ハンドル冶具75の図であり、手でつかむノブ部76があり、その先にナット上26の径に合わせた曲面プレート77がついており、その曲面プレート77に挿入ピン78が立っている。曲面プレート77には複数の穴が設けられており、その挿入ピン8は嵌め合い精度で抜き差し可能で、位置を変えられる。ナット上26の締め、緩めの回転の位置によって挿入ピン8を差し替えて使用でき、力がかかるようにしている。スペースが無くてもハンドル冶具75を使うことで、射出シリンダ1の固定や、熱膨張による調整が可能である。経路ブロック40は、射出シリンダ1が、射出シリンダホルダ39に挟み込まれることが好ましく、熱膨張を加味した嵌合がよい。
また、射出シリンダ1の樹脂経路の入口の経路リング79は、リング状の別パーツではめ込むタイプになっている。この経路リング79と経路ブロック40の樹脂経路とが接触して、経路を隙間なくつなぐ。上下の微動を調節できるようになっているため、摩耗時に部品交換がしやすい用にしてある。更に、射出シリンダ1からの熱のニゲを経路ブロック40に伝えないように、この経路リング79の素材を鉄材ではなく、断熱材に変更することも出来る。
また、金型を取り付けた後で、経路ブロック40のボルトで増し締めするとユニットがしっかりとさらに金型基準で固定される。
上記で説明したように、射出シリンダ1は簡単に着脱ができる。交換作業時間は、20分〜40分あれば十分である。専用の資格もいらない。
図1は本発明の竪型射出成形機の型締機構部側面を示す概略図である。図1はシングルトグルリンク機構を採用した例で型開状態を示し、以下型締め部において説明する。
図1のシングルトグルリンク機構は比較的小型の成形機に適用されている。
マニホールド板10を取付ける固定プラテン3はタイバ4の上部に固定され、可動側金型7を取付ける可動プラテン9は前記タイバ4に案内される形で保持され、マニホールド板方向及び反固定側方向へ移動可能で、ブッシュ等によりがたつきの無いように取付けられる。マニホールド板10は、固定側型板ホルダ6に保持される。固定側型板ホルダ6は、固定プラテン3につりボルトでつるされている。固定プラテン3に固定されたタイバ4のもう一方はベースプレート41に固定される。金型の開閉動作はトグルリンク機構によって行われ、トグルリンク機構上18は可動プラテン9に取付けられ回転可動可能に接続され、トグルリンク機構下19と連動する。
図2のリンク軸ロング59がベースプレート41からの部材に固定され、リンク軸ロング59を支点にして、トグルリンク機構下19が旋回する。トグルリンク機構下19の下側には、トグルリンク機構を動作させるための駆動ユニットにリンクカムフォロア50で接続される。駆動ユニットは、型締モータ43に、ベルト、プーリで接続された型締ボールネジ42で、この型締ボールねじ42に螺合されたボールねじナットにナットホルダ51が接続される。ナットホルダ51は前後方向にリンクカムフォロア50を受けるブロックがあり、型締めボールネジ42が前後進すると、リンクカムフォアに力が伝達される。50尚、本発明の実施例ではサーボモータによる駆動となっているが、その駆動源は油圧あるいは空圧のシリンダ等で特に限定される物ではない。
駆動源となる型締モータ43の回転動力ベルトとプーリを介し、型締ボールねじ42を回転させ、螺合されたナットをボールねじの軸に沿って移動させる。
型締力の発生は図1の様にトグルリンク機構のトグルリンク機構上18と、トグルリンク機構下19とが直線となると最大型締力を発生する。実際にはトグルリンク機構のトグルリンク機構上18と、トグルリンク機構下19が直線となる少し手前でマニホールド板10と可動金型7が完全に閉じ、そこからトグルリンク機構が伸びきる時の上方向の移動量分だけタイバ4が伸ばされ、そのタイバ4の伸びにより発生する弾性力で型締力を発生させている。
型締完了後、射出・冷却工程が完了し、型締モータ43が型締時とは逆方向に回転しトグルリンク機構各部が型締工程とは逆の動作をすることで型開動作が完了し、製品排出等を行い一連の成形工程が完了する。型開き状態になるとリンク機構が折りたたまれる。
マニホールド板が型開きにより、ノズルと離れるため、熱が伝わらない。断熱しやすい構造となっている。型開きの度に、分離が可能である。
図10は本発明の竪型射出成形機の第二の実施形態を示す断面図である。型開状態を示す。2つの射出シリンダ1の先端にはシャットオフノズル5が取り付けられ、そのそれぞれから射出された樹脂が合流流路82へと送られる。細長い棒状のバルブピン81が上下に駆動することで、円盤状の成形品83への流れをオン、オフする。バルブピン81の先端は紡錘形状になっており、金型側の紡錘穴形状の穴へと差し込まれ嵌合する。この場合は、2つの射出シリンダ1から合流流路82を経て一つの成形品83を作るため、金型の成形品の取り個数としては、前後に二つ存在し、2個取りとなる。バルブピン81の駆動はその後端に設けられたバルブピン駆動シリンダ80である。固定プレート3の内部に収納され、駆動源は工場エアである。
金型の構造を変え、成形品83の樹脂容量が大きい場合は、合流流路82を更に分岐し、4つの射出シリンダ1から、1つの成形品83を作る流路に変えることで、更に大きい成形品が作れる。
また、流路を工夫すると、3つの射出シリンダ1から大きめの成形品83を作り、1つの射出シリンダ1からは小さい成形品83を作るといったファミリー型もつくることが可能となる。
1.射出シリンダ
2.バンドヒータ
3.固定側プラテン
4.オープンノズル
5.シャットオフノズル
6.固定側型板ホルダ
7.カセット型可動側型板
8.カセット型受板
9.可動側型板ホルダ
10.マニホールド板
16.ノズルプレート
35.プランジャガイドプレート
36.ノズル樹脂出口
37.断熱板
38.ロケートリング
39.射出シリンダホルダ
40.経路ブロック
60.ノズル樹脂流路
61.シリンダ樹脂流路
62.合流通路
67.射出センサフラッグ
68.射出センサ取り付け板
69.材料供給機構部


Claims (7)

  1. 樹脂を溶融射出する複数の射出シリンダと、前記射出シリンダの先端のノズルと、前記射出シリンダを温調するバンドヒータと、前記射出シリンダの上下調節機構と、前記射出シリンダを保持するシリンダホルダと、前記射出シリンダを前記シリンダホルダへと押圧して固定する経路ブロックと、前記経路ブロックに連結された複数の材料供給機構と、前記経路ブロックに連結された材料ホッパ部と、前記シリンダホルダとを支え、かつ型締部材となる固定プレートと、前記シリンダホルダと前記固定プレートとの位置を出す位置決め棒材と、前記固定プレートに接合し前記ノズル先端を保持するノズルプレートと、前記射出シリンダを前記射出シリンダ内に配置された押圧部を備え、前記押圧部を移動することで前記射出シリンダ内の樹脂を前記射出シリンダから射出させる駆動手段と、が供えられたこと
    を特徴とする射出成形機。
  2. 前記ノズルから出た樹脂を合流するマニホールド板を備え、前記マニホールド板が前記固定プレートから吊るされて保持される固定側保持板にホルダされ、型開き時に、ノズルと前記マニホールド板が離れることを特徴とする請求項1に記載の射出成形機。
  3. 前記ノズルから出た樹脂を合流する前記マニホールド板は、内部にノズルを備え、型締め力を利用して、流路の接合部をシールすることを特徴とする請求項2に記載の射出成形機。
  4. 前記経路ブロックは、前記連結された複数の材料供給機構と、前記経路ブロックに連結された材料ホッパ部と、それに付随した配線と一体化したまま、前記シリンダホルダから外れることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の射出成形機。
  5. 前記押圧部の移動は、前記シリンダホルダと連結したガイド棒を基準として前記押圧部を案内し、かつ押圧部を保持する保持板、前記保持板と連結するガイドプレートと、ガイドプレートの内壁に移動方向に距離をもって備えた1つまたは複数のブッシュと、で案内されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の射出成形機。
  6. 前記射出シリンダと前記経路ブロックとの樹脂流路の連結部には、経路部材を設け、その経路部材は交換できるようにし、経路部材の素材は、成形する樹脂により、断熱材と、または伝熱材とで選択できることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の射出成形機。
  7. 前記複数の材料供給機構の制御は、前記射出シリンダ内部に設けられた樹脂圧力センサの値に応じて、供給量を変更できることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の射出成形機。

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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