JP2024030626A - 射出成形機、射出成形方法および射出成形金型 - Google Patents

射出成形機、射出成形方法および射出成形金型 Download PDF

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Abstract

【課題】溶融樹脂の逆流を防止する機構を備えた射出成形機を提供することである。【解決手段】実施形態の射出成形機は樹脂を射出する射出機を含む。射出機から射出された樹脂が流入する固定部と、流入された樹脂を成形する可動部と、を有する射出成形金型を備えている。前記固定部と前記可動部の空間であるキャビティに前記射出機から射出された樹脂が充填される。前記射出成形金型は、前記固定部の前記可動部側から前記射出機側に向かって先が細くなるテーパー形状であり、射出機から前記射出成形金型の空間へ樹脂を通す樹脂流路を有している。この前記樹脂流路の途中に、前記射出機側から前記可動部側へ樹脂が逆流することを遮断する逆流防止機構を備え、前記樹脂流路の外周部には、樹脂の溶融状態を保つヒータが備えられている。【選択図】 図4

Description

本発明の実施形態は、射出成形機に関する。
溶融樹脂を射出成形金型へ流し込み成形を行う射出成形機が知られている。射出成形機では、射出機から射出された溶融樹脂が、射出成形金型のキャビティに充填される充填工程がある。その後、キャビティ内に充填された溶融樹脂が固化し、樹脂成形品ができる。
射出成形において、キャビティ内へ溶融樹脂が充填された後に型締め機が射出成形金型に圧力を加える圧縮工程を行うことがある。
樹脂成形品の品質向上のため、充填工程における、射出機から射出成形金型へ加圧する保圧の設定および、型締め量並びに型締め力を制御する圧縮工程における、外部からキャビティ内の溶融樹脂への加圧が行われる。これらの工程により充填された溶融樹脂は高い内圧を有するため、溶融樹脂の通り道が固化する前に外部からの圧力付与を停止すると、キャビティ内の溶融樹脂が射出機側へ逆流する。この現象は樹脂成形品の品質低下の一因となっている。そのため、溶融樹脂の逆流を防止可能な射出成形機が求められている。
特許第5974951号明細書
本発明が解決しようとする課題は、溶融樹脂の逆流を防止する機構を備えた射出成形機を提供することである。
実施形態の射出成形機は樹脂を射出する射出機を含む。射出機から射出された樹脂が流入する固定部と、流入された樹脂を成形する可動部と、を有する射出成形金型を備えている。前記固定部と前記可動部の空間であるキャビティに前記射出機から射出された樹脂が射出成形金型のスプルーと、ランナーと、ゲートと、を通り充填される。
前記射出成形金型は、前記固定部の前記可動部側から前記射出機側に向かって先が細くなるテーパー形状である、射出機から前記射出成形金型の空間へ樹脂を通す樹脂流路を有している。この前記樹脂流路の途中に、前記射出機側から前記可動部側へ樹脂が逆流することを遮断する逆流防止機構を備え、前記樹脂流路の外周部には、樹脂の溶融状態を保つヒータが備えられている。
第1の実施形態に係る射出成形装置を概略的に示す側面図。 第1の実施形態に係る射出成形金型の構成を示す断面図。 第1の実施形態に係るヒータの設置場所を第1の方向D1から見た概略的な断面図。 第1の実施形態に係る射出成形金型の逆流防止機構の一例を示す断面図。 第1の実施形態に係る隙間を有するプレートを樹脂流路の途中に設置する方法を示す概略図。 第1の実施形態に係る逆流防止機構に備えられたプレートの断面図。 第1の実施形態の射出成形金型の逆流防止機構の他の例を概略的に示す断面図。 第2の実施形態に係る射出成形金型の構造を示す断面図。
以下、実施形態の射出成形機を図面を参照して説明する。なお、本明細書においては基本的に、鉛直上方を上方向、鉛直下方を下方向と定義する。
(第1の実施形態)
第1の実施形態の射出成形機を図1から図7を参照して説明する。図1は、第1の実施形態に係る射出成形装置を概略的に示す側面図である。射出成形機10は溶融樹脂を射出機20から射出成形金型30へ流し込み、成形を行う。
図1に示すように、射出成形機10は、溶融樹脂を射出するための射出機20と、射出された溶融樹脂を成形する射出成形金型30と、射出成形金型の開閉動作を行う型締め機40と、を備えている。
なお、射出成形機10は、制御装置のような他の部品を有しても良い。
まず、本実施形態に係る射出成形機10が備える射出機20について説明する。射出機20は、シリンダ50とホッパ60とを有する。ホッパ60に貯留された樹脂材料のペレットを、シリンダ50でヒータ(図示しない)の熱により溶かしながら、スクリューの旋回を利用してシリンダ50の先端側に溶融樹脂を送り貯蔵する。射出機20は、スクリューを押し出すことでシリンダ50の先端に位置するノズル50aから溶融樹脂を射出成形金型30へ射出する。
射出機20から射出する材料は、熱可塑性樹脂全般を対象とする。なお、フィラーの添加があってもよい。
次に、本実施形態に係る射出成形機10が備える射出成形金型30について説明する。図2は、第1の実施形態に係る射出成形金型の構成を示す断面図である。図2に示すように、射出成形金型30は、スプルーブッシュ70と、樹脂流路71と、固定部30aと、可動部30bと、ヒータ80と、を備えている。固定部30aと、可動部30bとの間には空間としてキャビティXが形成される。
スプルーブッシュ70は、固定部30aに取り付けられ、スプルー72を形成し、樹脂射出時は、ノズル50aと当接する。ノズル50aから射出された溶融樹脂はスプルーブッシュ70先端からスプルー72、ランナー73、ゲート74、キャビティXの順で充填される。
樹脂流路71はスプルー72と、ランナー73と、ゲート74と、を含む。
スプルー72の内形は、第1の方向D1に向かって先が細くなるテーパー形状である。
可動部30bは、固定部30aに対して第1の方向D1および第2の方向D2に移動することができる。第2の方向D2は、第1の方向D1の反対方向である。射出成形金型30が開いているとき、可動部30bは、固定部30aから第2の方向D2に離間している。射出成形金型30が閉じられるとき、可動部30bは、第1の方向D1に移動し、固定部30aと可動部30bとの間に閉空間となるキャビティXが形成される。
ヒータ80は、スプルー72内に設置する逆流防止機構部Yに射出された樹脂を溶融状態に保つための装置である。逆流防止機構部Yは、スプルー72の内部空間の一部分であり、後述する逆流防止機構を設けることができる。図3は、第1の実施形態に係るヒータの設置場所を第1の方向D1から見た概略的な断面図である。図3に示すように、基本的にヒータ80は逆流防止機構部Yの外周に沿って配置される。例えば、図3aに示すように、第1の方向D1から見た場合、逆流防止機構部Yの周囲に樹脂の流入口から第2の方向D2に向かって伸びる棒状のヒータ80を設けることができる。また、図3bに示すように、逆流防止機構部Yの周りを覆うように円形のヒータ80や、図3cに示すように樹脂注入口75付近にヒータ80を設置することができる。また、それぞれの場合において、ヒータ80および逆流防止機構部Yを覆うように断熱材90を設けることも可能であるが、必ずしも必要ではない。図3では、一例としてヒータ80の設置場所を示したまでであり、この限りではない。例えば、ヒータは逆流防止機構部Yから離れた場所に設置し、ヒータの熱を伝熱する伝熱部材を逆流防止機構部Yの外周部に設けてもよい。
次に、本実施形態に係る射出機20と射出成形金型30のキャビティXとを連通するスプルー72内に設けられた溶融樹脂の逆流防止機構について説明する。
逆流防止機構は、上述の通り、樹脂流路71内の樹脂が固化する前に外部からの圧力付与が停止する場合において、加圧されていた溶融樹脂がキャビティXから射出機20 へ逆流することを防ぐための機構である。本実施形態では、スプルー72に設けられた溶融樹脂の逆流防止機構について説明する。
図4は、第1の実施形態に係る射出成形金型の逆流防止機構の一例を示す断面図である。図4に示すように、逆流防止機構はスプルー72の一部として組み込まれている。スプルー72には、弁体100と、隙間を有する仕切板110と、を備えた逆流防止機構が設けられている。スプルー72は、第1の筒状部材120と第2の筒状部材130を備えている。例えば、スプルー72は、第1の筒状部材120と第2の筒状部材130を嵌合させることで形成される。なお、樹脂注入口75から仕切板110までの逆流防止機構部Yの外周部には、前述したように樹脂の溶融状態を保つためのヒータ80が設置されている。ヒータ80の外周部に断熱材90を設けることもできる。
仕切板110は、スプルー72の途中にスプルー72の一部を塞ぐように設けられている。例えば、仕切板110は、樹脂注入口75から10mmから30mmの区間に設けられる。なお、仕切板110の設置位置は、この例には限られない。仕切板110はスプルー72においてヒータ80により樹脂が溶融している範囲に位置することが好ましい。
つづいて、仕切板110の固定方法について図5を用いて説明する。図5は、第1の実施形態に係る隙間を有するプレートをスプルー72の途中に設置する方法を示す概略図である。スプルー72は第1の筒状部材120と、第2の筒状部材130と、を含む。例えば、図5aに示すように、仕切板110は第1の筒状部材120と、仕切板110を嵌め込められる凹部を有する第2の筒状部材130と、の間に仕切板110が第2の筒状部材130の凹部に嵌め込まれるようにして設置される。あるいは、図5bに示すように、仕切板110の外周部に複数カ所設けられた突起が、第2の筒状部材130の射出機側の開口部に設けられた溝部に嵌め込まれるようにして設置される。弁体100は、仕切板110と、スプルー72の樹脂注入口75と、の間に備えられている。
弁体100は、例えば球状である。球状以外でも、スプルー72の内形に対応して、樹脂注入口75を塞ぐことができる形であればよい。動作のスムーズさの点からは、弁体100の形は球状が好ましい。弁体100の直径は、スプルー72への樹脂注入口75の直径よりも長く、仕切板110の隙間115の大きさよりも長い。また、仕切板110の外径の直径よりは短い。
図6に第1の実施形態に係る逆流防止機構に備えられたプレートの断面図を示す。仕切板110は、スプルー72の断面と同様の形をしており、ここでは例えば概ね円形である。仕切板110は、隙間115と、窪み118と、を含む。ただし、図6に示した仕切板110の形状は一例であり、仕切板110はこの形状に限らない。この仕切板110は複数の隙間115を有している。図6a~fに示すように、この隙間115の形状は、円、楕円、多角形、スリット形状、扇型、不定形をとることができる。溶融樹脂に含まれる不純物の堆積のしにくさを考慮すると、隙間115の形状は角のない円形あるいは楕円形であることが望ましい。さらに、仕切板110の加工性を考慮すると隙間115の形状は円形であることがより好ましい。また、これら複数の隙間115の大きさは、全ての隙間が同じ大きさでも異なる大きさでもよいが、溶融樹脂をバランスよく整流させることを考慮すると概ね同じ大きさが良い。隙間115の配置は、隙間115同志が、点対称あるいは線対称に配置することが好ましいが、非対称の位置に配置しても構わない。また、各隙間115は、均等間隔に配置されていると、溶融樹脂が整流してスムーズに流れるため、なおよい。さらに、仕切板110の重心部近傍に弁体100の受け皿となるような凹部である窪み118を設けることができるが、必ずしもこの窪み118を設ける必要はない。
ここで、隙間115の大きさについて説明する。隙間115の大きさは、隙間の辺、最も長い対角線、直径、半径、短径のいずれかを測定するものとする。例えば、円の場合は直径、楕円の場合は短径、三角形の場合は、その三角形に内接する円の直径、四角形の場合は、短辺の長さ、多角形の場合は、最も長い対角線、スリットの場合は設けられたスリットのうち、最も面積が大きい部分の短辺方向の長さ、扇型の場合は半径を測定する。つまり、仕切板の隙間115は、弁体100が通り抜けられないサイズである。
仕切板110の設置方法の変形例を示す。図7は、第1の実施形態の射出成形金型の逆流防止機構の他の例を概略的に示す断面図である。スプルー72は、射出機20側の先端部に複数の隙間を有する仕切板110を備えた内筒140と、弁体100と、を備えている。内筒140の外径は、スプルー72の内径と一致するように仕切板110の方向に向かって先が細くなるテーパー形状をしている。内筒140は、スプルー72に嵌められる。本実施形態において、内筒140は、スプルー72に第1の方向D1へ挿入されることと、スプルー72から第2の方向D2に向かって抜かれること、とが可能である。内筒140の長さは、スプルー72よりも短い。弁体100は、スプルー72途中の内筒140よりも射出機20側に設置される。
つづいて、逆流防止機構の動作について説明する。まず、ノズル50aから樹脂が射出されている間、弁体100は射出された樹脂と同じ方向である第2の方向D2に向かって移動し、仕切板110上に留まる。このとき、仕切板110に窪み118が設けてあれば、弁体100を仕切板110上の所望の位置に導くことができる。樹脂が移動する流れを考慮すると、弁体100は仕切板110の中央付近に留まることが好ましいため、仕切板110の中央付近に窪み118が設けられているとよい。樹脂は仕切板110に設けられた隙間115を通り抜けキャビティXへ充填される。
射出終了後や射出機20の稼働休止時等に、シリンダ50のノズル50aがスプルーブッシュ70から離れる、あるいは、スプルーブッシュ70へかかる射出機20側からの圧力が低下すると、キャビティX内の圧力と、射出成形金型30の外部と、の圧力差により、弁体100が第1の方向D1に向かって移動する。弁体100は樹脂注入口75のサイズよりも大きいため樹脂注入口75の近傍まで移動し、そこに留まる。そして、弁体100が樹脂注入口75、すなわち、スプルー72の内部と、スプルー72の外部と、を塞ぐように構成される。これにより、溶融樹脂が外部に漏れることを防止する。
これにより、例えば、ヒケのない品質の高い樹脂成形品の制作を可能にする射出成形機を提供することができる。
本実施形態に係る射出成形機10では、キャビティXに充填された樹脂がスプルー72を遡り、スプルー72の外へ逆流することを防止することができる。弁体100をスプルー72の途中に設けることで、樹脂の固化中に、射出機20側から保圧し続ける必要がなくなる。そのため、射出機20のモータの負荷を低減できる。
また、逆流防止機構の樹脂が通るスプルー72の内形がテーパー形状で平滑であるため、射出された樹脂がスプルー72外へ流出しようとする際に、スプルー72内にかかる圧力が特定の箇所に集中せず、分散する。圧力が分散するため、射出成形金型30が壊れにくくメンテナンスの頻度を少なくできる。
さらには、第1の実施形態に係る射出成形機10に備えられた逆流防止機構は、構造がシンプルであるため、射出成形金型30の製造コストを抑えることが可能となる。
さらには、逆流防止機構のスプルー72の形状がテーパー形状であるため、スプルー72の途中にガイド等を設けなくても具備した弁体100の移動性が安定する。
(第2の実施形態)
次に第2の実施形態にかかる、射出成形機10を図8を用いて説明する。本実施形態では、逆流防止機構の構造が第1の実施形態と異なる。本実施形態は、射出圧縮成形法に用いることができる。射出機20の構造は、第1の実施形態と同じである。上記の異なる点について、具体的に説明する。
図8は、第2の実施形態に係る射出成形金型の構造を示す断面図である。図8に示すように、射出成形金型30は、ピン160aと、ピン160bと、伝達機構であるリンク機構170と、遮蔽板150aと、遮蔽板150bと、を含む逆流防止機構と、スプルーブッシュ70と、樹脂流路71と、固定部30aと、可動部30bと、ヒータ(図示せず)と、を備えている。
スプルー72は、内形が、第1の方向D1に向かって先が細くなるテーパー形状をしている。テーパー形状であるため、キャビティXに充填された樹脂が樹脂注入口75に向かって、すなわち第2の方向D2に向かって逆流する際に、応力が集中する特定の箇所がない。そのため、射出成形金型30が壊れにくくなる。
逆流防止機構は、固定部30aに組み込まれている。ピン160aは、固定部30aのスプルー72の上部に、ピン160bはスプルー72の下部に設けられている。
リンク機構170は水平方向の動きを垂直方向へ変換するリンク機構を用いることができる。具体的にリンク機構170は、ピン160aおよびピン160bの第1の方向D1の先端部に設けられ、ピン160aおよびピン160bが第1の方向D1へ移動したことを遮蔽板150aおよび遮蔽板150bへ伝達する。
遮蔽板150aおよび遮蔽板150bは、ピンに対して概垂直の向きで固定部30aに組みこまれている。例えば、図8では、遮蔽板150aおよび遮蔽板150bはスプルーブッシュ70近傍に、スプルーブッシュ70内を通過するように設置されている。なお、遮蔽板150aおよび遮蔽板150bの設置場所はこの例に限らず、樹脂が溶融状態であるスプルーブッシュ70のスプルー部内の上部および下部に設けることが可能である。スプルーブッシュ70のスプルー部には、遮蔽板150aおよび150bを差し込むことが可能な孔が設けられている。リンク機構170から、ピン160aが第1の方向D1へ動いたことが伝わると、遮蔽板150aは下方向へ動き、遮蔽板150aの一部がスプルー部内に到達する。また、リンク機構170から、ピン160bが第1の方向D1へ動いたことが伝わると、遮蔽板150bは上方向へ動き遮蔽板150aの一部がスプルー部内に到達する。
遮蔽板150aと、遮蔽板150bと、がスプルー部内で当接した場合に、樹脂の流れを遮断することができる。
遮蔽板150aおよび遮蔽板150bの形状は、長方形または、遮断プレートの全体もしくは一部がスプルー部の方向へ向かって先細るテーパー形状をとることができる。テーパー形状とすることで、スプルー72に流入する樹脂をスムーズに断ち切ることができる。
つづいて、逆流防止機構の動作について説明する。まず、ノズル50aから樹脂が射出されている間は、樹脂はスプルー72、ランナー73、ゲート74を通りキャビティXへ充填される。射出終了後、可動部30bが第1の方向D1へ移動することで、可動部30bがピン160aおよびピン160bを第1の方向D1へ押し込まれる。ピン160aおよび160bの水平方向の動きがリンク機構170により遮蔽板150aおよび遮蔽板150bが垂直方向へと動く。ピン160aおよびピン160bの押し込み量と遮蔽板150aおよび150bの移動量はリンク機構170より調整しておくことで、遮蔽板150aの先端と、遮蔽板150bの先端と、が当接するまで移動する。遮蔽板150aと、遮蔽板150bが当接することで、スプルー72の断面を塞ぐことができる。これにより、溶融樹脂が外部に漏れることを防止する。
第2の実施形態にかかる逆流防止機構によれば、樹脂流路71の途中には、樹脂の流れを妨害するような機構あるいは装置が設置されていないため、樹脂射出時の樹脂流入を効率よく行うことができる。
特に、溶融状態において、粘性が高い樹脂の射出成形を行う場合においても効率よく樹脂成形を行うことができる。
また、第1の実施形態では不純物あるいは炭化した樹脂等が流入した際に、これらの固形物が仕切板110に設けた隙間115の一部を塞ぐことが考えられる。この場合、隙間115を塞いでいる固形物を取り除く作業が必要となる場合があり、樹脂成形品の製造が中断する可能性がある。しかし、第2の実施形態のように遮断プレートを用いてスプルー72を遮断する場合は、流入させる樹脂に不純物が含まれていた場合においても、樹脂の流れが止まらず、樹脂をキャビティXに充填すること可能となる。つまり、樹脂成形品の生産ラインを中断することなく生産し続けることが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これら新規な実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。
10…射出成形機
20…射出機
30…射出成形金型
30a…固定部
30b…可動部
40…型締め機
50…シリンダ
50a…ノズル
60…ホッパ
70…スプルーブッシュ
71…樹脂流路
72…スプルー
73…ランナー
74…ゲート
75…樹脂注入口
80…ヒータ
90…断熱材
100…弁体
110…仕切板
115…隙間
118…窪み
120…第1の筒状部材
130…第2の筒状部材
140…内筒
150a…遮蔽板
150b…遮蔽板
160a…ピン
160b…ピン
170…リンク機構

Claims (11)

  1. 樹脂を射出する射出機と、
    射出された樹脂が流入する固定部と、流入された樹脂を成形する可動部と、を備え、前記固定部と前記可動部との間の空間に前記射出機から射出された樹脂を充填する射出成形金型と、
    を備えた射出成形機であって、
    前記射出成形金型は、
    前記固定部の前記可動部側から前記射出機側に向かって先が細くなるテーパー形状で
    あり、空間へ樹脂を通すスプルーと、
    前記スプルーの前記可動部側から前記射出機側へ逆流する樹脂を遮断する逆流防止機構と、
    を備え、
    樹脂を溶融状態に保つヒータと、
    を有する射出成形機。
  2. 前記ヒータは、前記スプルーの長手方向に沿うように設けられた請求項1に記載の射出成形機。
  3. 前記ヒータは、前記スプルーを覆うように配置された請求項1に記載の射出成形機。
  4. 前記逆流防止機構は、
    前記スプルーの途中に設けられ、隙間を有するプレートと、
    前記プレートよりも前記射出機側の前記スプルーの途中に設けられ、前記射出成形金型の樹脂注入口の径よりも大きく、前記プレートの隙間の大きさよりも大きい弁体と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の射出成形機。
  5. 前記プレートの隙間が円形である請求項4に記載の射出成形機。
  6. 前記プレートの複数の隙間が、対称に配置された請求項4に記載の射出成形機。
  7. 前記プレートの複数の隙間が前記プレート内に均等間隔に配置された請求項4に記載の射出成形機。
  8. 前記逆流防止機構は、
    前記可動部が前記固定部に向かって移動する際に、前記可動部に押されるピンと、
    前記ピンが押されたことを伝達する伝達機構と、
    前記可動部の移動方向に対して概垂直方向に設置された遮断プレートと、
    を含み、
    前記可動部が前記固定部に当接した際に、前記伝達機構により、前記遮断プレートが、前記スプルーの一部を塞ぐ
    ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の射出成形機。
  9. 前記樹脂流路を塞ぐ遮断プレートの先端が、テーパー形状である請求項8に記載の射出成形機。
  10. 射出機から射出された樹脂が流入する固定部と、流入された樹脂を成形する可動部との間の空間に前記射出機から射出された樹脂を充填し、樹脂成形品を成形する射出成形方法であって、
    前記固定部と、前記可動部との間の空間に樹脂を充填する工程と、
    前記射出機と、前記固定部と、が接している場合に、
    前記可動部が前記固定部に向かって移動し、前記可動部にピンが押され、伝達 機構に
    より前記ピンが押されたことが遮断プレートへ伝達され、前記遮断プレートがスプルーを遮断する工程と、
    前記射出機と、前記固定部と、が離間する工程と、
    を有する射出成形方法。
  11. 射出機から射出された樹脂が流入する固定部と、流入された樹脂を成形する可動部と、を備え、前記固定部と前記可動部との間の空間に前記射出機から射出された樹脂を充填し、樹脂成形品を成形する射出成形金型であって、
    前記固定部の前記可動部側から前記射出機側に向かって先が細くなるテーパー形状であ
    り、空間へ樹脂を通すスプルーと、
    前記スプルーの前記可動部側から前記射出機側へ逆流する樹脂を遮断する逆流防止機構と、
    を備えた射出成形金型。
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