JP3542541B2 - 射出成形方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出成形機における射出成形方法に係り、特に、成形材料の計量制御方法及びそれに応じた射出方法に係る。
【0002】
【従来の技術】
射出成形機においては、通常、成形材料(樹脂)の溶融、計量、及び金型内への射出のため、内部にスクリュが組み込まれた加熱筒が使用されている。成形材料は、通常、樹脂を粒状に成形したものであって、ホッパに蓄えられている。
【0003】
加熱筒内でスクリュを順方向に回転することにより、ホッパから樹脂が加熱筒内に導入される。導入された樹脂は、加熱、溶融、混練されてスクリュの前端側へ送られ、加熱筒の先端部に蓄えられる。これに伴い、加熱筒先端内の樹脂の圧力によってスクリュが後退し、おおむね後退量に応じた量の溶融樹脂が加熱筒の先端側に蓄えられる(以下、この工程を「計量」と呼ぶ)。次いで、スクリュを前進させることにより、溶融樹脂を金型内に射出する(以下、この工程を「射出」と呼ぶ)。金型内で樹脂が固まった後、金型を開いて製品を取り出す。
【0004】
最終的に金型内に射出される溶融樹脂の量は、計量完了の際のスクリュの位置(「後退完了位置」)の他に、加熱筒内の樹脂の温度(「樹脂温度」)、計量の際のスクリュ回転数、及び計量の際の加熱筒内の圧力(「スクリュ背圧」)などの条件によって変化する。このため、金型の中に射出される溶融樹脂の量を一定に維持すべく、樹脂温度、スクリュ回転数、スクリュ背圧などの設定が行われている。但し、上記の条件の内、後退完了位置は、一般に成形製品の種類毎に固定されている。
【0005】
加熱筒内での溶融完了後、金型内に圧入される溶融樹脂の性状及び量は、上記の条件の他に、樹脂の製造ロット、再生材の混合状態、スクリュの表面状態、加熱筒の内面状態、及び金型内に溶融樹脂を圧入する際のスクリュの駆動条件などの影響を受ける。ところが、スクリュの後退完了位置が上記のように固定されているので、金型内に圧入される溶融樹脂の量に変動が生ずる。
【0006】
なお、既存の技術として、計量の際、スクリュの後退速度を一定に制御することによって、最終的に金型内に圧入される溶融樹脂の量の変動を抑える方法が知られている。しかし、この方法の場合、スクリュの後退速度を一定に維持するために、スクリュ回転数を変化させているので、スクリュ背圧が変動する。ここで、スクリュ回転数及びスクリュ背圧は、溶融樹脂の性状に大きな影響を与えるので、この方法は成形後の製品の品質に影響を及ぼし、好ましいものとは言えない。特に、PVCの射出成形の場合には、樹脂の分解がスクリュ回転数によって大きな影響を受けるので、スクリュ回転数を変化させることは、成形上、重大な問題を発生させる恐れがある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な従来の射出成形機における成形材料の計量制御方法の問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、金型内に射出される溶融樹脂の量及び性状を一定に維持することが可能な射出成形方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の射出成形機における成形材料の計量制御方法は、
内部にスクリュを備えた加熱筒内に所定の量の成形材料を溶融蓄積して射出する射出成形方法において、
試験生産の際、成形材料の計量工程で、前進限からのスクリュの後退距離または時間対スクリュ駆動トルクの関係を示すデータを測定するとともに、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について前記前進限から後退完了位置まで積分し、その結果得られた積分値を算出し、
試験生産の結果、良品が得られたときの前記積分値を基準値として記憶し、
実生産の際、成形材料の計量工程で、前進限からのスクリュの後退距離または時間対スクリュ駆動トルクの関係を示すデータを測定するとともに、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について前記前進限から各時点におけるスクリュの後退位置までリアルタイムで積分し、その結果得られた積分値を監視し、
この積分値が前記基準値と一致したときに計量完了と判断して、スクリュの後退を停止させることを特徴とする。
【0009】
本発明は、計量の際、スクリュ回転数、スクリュ背圧、加熱筒温度及びスクリュ形状などを一定にした場合、加熱筒の先端側に蓄積される溶融樹脂の可塑化速度が、その際のスクリュ駆動トルクに対して比例関係にあることに注目して成されたものである。図1に、計量の際のスクリュ駆動トルクと、計量される単位時間当たりの可塑化樹脂の量の関係を示す。
【0010】
上記のような関係があるので、計量の際、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について積分して得られた値(積分値)を監視し、この積分値を用いてスクリュの後退完了位置を制御すれば、計量完了の際、加熱筒内に蓄えられる成形材料の量を精度良く制御することができる。従って、最終的に加熱筒内から金型内に射出される成形材料の量を均一に保つことができる。
【0011】
本発明の射出成形方法によれば、スクリュ回転数及びスクリュ背圧の設定値を制御変数として変化させる必要がないので、加熱筒温度(従って、樹脂温度)が一定に維持されていれば、最終的に加熱筒内から金型内に射出される成形材料(即ち、溶融樹脂)の性状も一定に維持される。
【0012】
なお、スクリュ駆動トルクは、電動式射出成形機の場合には電動モータの電流値に比例し、油圧式射出成形機の場合には油圧モータの駆動圧力に比例するので、上記の方法において、スクリュ駆動トルクの代わりに電流または油圧の測定値を使用することができる。
【0013】
なお、スクリュが後退開始直後の段階では、スクリュ駆動トルクと加熱筒の先端側に蓄えられる溶融樹脂の可塑化速度との関係が必ずしも安定していないので、好ましくは、上記の積分計算を、スクリュの前進限からではなく、前進限の近傍であって、前進限から所定の距離だけスクリュが後退した位置に予め設定された基準位置から始める。
【0014】
計量工程を上記の方法で実施した場合、射出工程において、積分値の結果のスクリュ停止位置と試験生産時のスクリュ停止位置設定との差違を、射出速度の各切替え点に反映させることより溶融樹脂の区間充填量を一定にすることが好ましく、さらに、クッション量モニタリングは、保圧工程への切替え点からのスクリュ前進量をもって行うことが好ましい。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【0016】
図2に、本発明に基づく計量制御方法を電動式射出成形機に適用する場合の装置及び制御システムの構成の例を示す。図中、1は加熱筒、2はスクリュ、3はホッパ、5は計量駆動モータ、6は射出駆動モータを表す。
【0017】
加熱筒1の内部には、スクリュ2が組み込まれている。加熱筒1の後端部(図においては右側)の近傍の側面には、ホッパ3が接続されている。加熱筒1の先端部(図においては左側)は、金型(図示せず)の背面に接続される。成形材料9は、樹脂を粒状に成形したものであって、ホッパ3から加熱筒1内に導入され、加熱筒1内で攪拌及び溶融されて加熱筒の先端側に蓄積(計量)された後、金型内に射出される。
【0018】
スクリュ2の後端部には、計量駆動モータ5及び射出駆動モータ6が接続されている。計量駆動モータ5は、計量の際、加熱筒1内でスクリュ2を順方向に回転させる。これにより、ホッパ3から樹脂9が加熱筒1内に導入される。導入された樹脂9は、加熱、溶融、混練されてスクリュ2の前端側へ送られ、加熱筒1の先端部に蓄えられる。これに伴い、加熱筒1先端内の樹脂の圧力によってスクリュ2が後退し、おおむね後退量に応じた量の溶融樹脂が加熱筒1の先端側に蓄えられる。射出駆動モータ6は、射出の際、スクリュ2を加熱筒1内で前進させる。
【0019】
計量駆動モータ5のシャフトには、スクリュ2の回転数を検出するスクリュ回転数検出器11が取り付けられている。射出駆動モータ6のシャフトには、スクリュ2の軸方向位置を検出するスクリュ位置検出器12が取り付けられている。スクリュ2の後端部には、スクリュ背圧検出器13が取り付けられている。スクリュ背圧検出器13は、スクリュ2によって加熱筒1の先端部に蓄えられた成形材料9(溶融樹脂)に与えられる圧力(スクリュ背圧)を、スクリュ2の後端部に作用する反力から検出する。
【0020】
図2に示されているように、この電動式射出成形機の制御システム20は、計量駆動用アンプ21、射出駆動用アンプ22、センサ入力部23、演算部24、及びMMI/F(マンマシン・インタフェース)25、及び制御出力部26から構成されている。
【0021】
計量駆動用アンプ21は、スクリュ回転数検出器11によって検出されたスクリュ2の回転数のデータを取り込み、計量駆動モータ5の動きを制御するとともに、計量駆動モータ5への供給電流をセンサ入力部23へ送る。射出駆動用アンプ22は、射出駆動モータ6の動きを制御するとともに、スクリュ位置検出器12よって検出されたスクリュ2の軸方向位置のデータをセンサ入力部23へ送る。センサ入力部23は、スクリュ背圧検出器13によって検出されたスクリュ2の背圧、計量駆動用アンプ21から送られた計量駆動モータ5への供給電流、及び射出駆動用アンプ22から送られたスクリュ2の軸方向位置の各データを、演算部24に送る。
【0022】
演算部24は、計量駆動モータ5への供給電流からスクリュ駆動トルクを演算し、スクリュ位置の測定データを用いて、所定の演算(本発明に関しては、計量の際のスクリュ駆動トルクのスクリュの後退距離についての積分値の計算)を行い、その結果をマンマシン・インタフェース25に表示する。
【0023】
なお、この積分値の計算は、スクリュ位置についてではなく、経過時間について行っても良い。
【0024】
また、演算部24は、この演算結果及びマンマシン・インタフェース25を介してオペレータから入力された指示に基づいて、スクリュ2の駆動条件を決定し、制御出力部26に指令を送る。制御出力部26は、計量駆動用アンプ21及び射出駆動用アンプ22に、それぞれ制御信号を送り、計量駆動モータ5及び射出駆動モータ6の動きを制御する。なお、計量の際のスクリュ2の後退距離の制御については、後述する。
【0025】
図3に、本発明に基づく計量制御方法を油圧式射出成形機に適用する場合の装置及び制御システムの構成の例を示す。図中、31は油圧モータ、32は背圧負荷用の油圧ピストン、41はスクリュ位置検出器、42は計量駆動圧検出器、43はスクリュ背圧検出器を表す。
【0026】
スクリュ2の後端部には、油圧モータ31及び油圧ピストン32が接続されている。スクリュ2の後端部には、更に、スクリュ2の軸方向位置を検出するスクリュ位置検出器41が取り付けられている。
【0027】
油圧モータ31は、計量の際、加熱筒1内でスクリュ2を順方向に回転させる。これにより、ホッパ3から樹脂9が加熱筒1内に導入される。導入された樹脂9は、加熱、溶融、混練されてスクリュ2の前端側へ送られ、加熱筒1の先端部に蓄えられる。これに伴い、加熱筒1先端内の樹脂の圧力によってスクリュ2が後退し、おおむね後退量に応じた量の溶融樹脂が加熱筒1の先端側に蓄えられる。油圧ピストン32は、射出の際、スクリュ2を加熱筒1内で前進させる。
【0028】
作動油は、油圧ポンプ33から流量制御弁34を介して方向制御弁35に送られる。方向制御弁35は、制御信号に応じて、作動油を油圧モータ31または油圧ピストン32へ送る。流量制御弁34の手前には、駆動圧検出器42及び圧力制御弁36が取り付けられ、これらによって、流量制御弁34を介して油圧モータ31または油圧ピストン32へ送り出される作動油の圧力が制御される。
【0029】
油圧ピストン32の油圧室には、スクリュ背圧検出器43が取り付けられている。油圧ピストン32の油圧室には、更に、方向制御弁35を介して圧力制御弁37が取り付けられている。圧力制御弁37は、油圧モータ31の駆動中(即ち、計量中)にのみ、油圧ピストン32の油圧室との間のラインがつながる。従って、圧力制御弁37は、計量の際のスクリュ背圧の設定に使用される。
【0030】
図3に示されているように、この油圧式射出成形機の制御システム50は、センサ入力部51、演算部52、及びMMI/F(マンマシン・インタフェース)53、及び制御出力部54から構成されている。
【0031】
センサ入力部51は、スクリュ位置検出器51によって検出されたスクリュ2の軸方向位置、駆動圧検出器42によって検出された作動油の圧力、及びスクリュ背圧検出器43によって検出されたスクリュ2の背圧の各データを、演算部52に送る。
【0032】
演算部52は、駆動圧検出器42によって検出された作動油の圧力からスクリュ駆動トルクを演算し、スクリュ位置の測定データ(または時間)を用いて、所定の演算を行い、その結果をマンマシン・インタフェース53に表示する。また、演算部52は、この演算結果及びマンマシン・インタフェース53を介してオペレータが入力した指示に基づいて、スクリュ2の駆動条件を決定し、制御出力部54に指令を送る。制御出力部54は、流量制御弁34、方向制御弁35、圧力制御弁36、及び圧力制御弁37に、それぞれ制御信号を送り、油圧モータ31及び油圧ピストン32の動きを制御する。なお、計量の際のスクリュ2の後退距離の制御については、後述する。
【0033】
図4を用いて、本発明に基づく成形材料の計量制御方法の原理について説明する。この図は、図2に示した電動式射出成形機(図3に示した油圧式射出成形機でも同様)において、計量の際のスクリュ駆動トルクの測定値(T)を、スクリュ位置(P)に対してプロットしたデータの例である。ここで、スクリュ位置とはスクリュの前進限からのスクリュの後退距離である。
【0034】
通常、新規な射出成形品の製造を開始する際、それに先立って適切な製造条件を決定するため、予備的に試験生産が行われる。図4において、実線で示したデータを、試験生産の際、良品が得られたときの計量工程におけるスクリュ位置対スクリュ駆動トルクの関係を表すデータとする。破線で示したデータを、実生産に移行した後の、Xショット目の計量工程におけるスクリュ位置対スクリュ駆動トルクの関係を表すデータとする。
【0035】
本発明の計量制御方法では、試験生産の際、良品が得られたときの実績データに基づいて、以下のように、実生産に移行した後の計量工程におけるスクリュの後退量(ストローク)を制御する。即ち、良品が得られたときの前記関係を示すデータを用いて、スクリュ駆動トルクの測定値(Ts)をスクリュ位置(P)について前進限から後退完了位置(Ps)まで積分し、その結果得られた値(ΣTs・dP)を基準値として記憶しておく。実生産に移行した後、各ショットの際の計量工程において、スクリュ駆動トルクの測定値(Tx)をスクリュ位置(P)について前進限から各時点におけるスクリュ位置までリアルタイムで積分し、その値(ΣTx・dP)を監視する。この値(ΣTx・dP)が前記基準値(ΣTs・dP)と一致したときに計量完了と判断して、スクリュの後退を停止させる。
【0036】
図5を用いて、本発明に基づく成形材料の計量制御方法の他の例について説明する。この例では、計量工程において、スクリュ駆動トルクの測定値(Tx)をスクリュ位置(P)について積分する際の計算開始点(Po)を、スクリュの前進限ではなく、前進限の近傍であって前進限から所定の距離だけスクリュが後退した位置(基準位置)としている。これは、スクリュが後退開始直後の段階では、スクリュ駆動トルクと加熱筒内へ導入される成形材料の可塑化速度との関係が必ずしも安定していないので、この部分を上記の積分計算の範囲から除外するためである。
【0037】
なお、上記の二つの例では、スクリュ駆動トルクをスクリュ位置について積分しているが、前述したように、経過時間について行うようにしても良い。
【0038】
図6に、計量工程において本発明に基づく計量制御方法を採用した場合の、射出工程における射出速度の設定方法を示す。図6において、実線で示したデータを、試験生産の際、良品が得られたときの射出工程におけるスクリュ位置対射出速度の設定値の関係を表すデータとする。破線で示したデータを、実生産に移行した後の、Xショット目の射出工程におけるスクリュ位置対射出速度の設定値の関係を表すデータとする。
【0039】
本発明に基づく計量制御方法を採用した場合、実生産に移行した後、計量工程におけるスクリュの後退完了位置(Px)がショット毎に微妙に変動することになる。従って、射出工程におけるスクリュ位置対射出速度の設定を固定したままでは、得られる製品の品質が安定しない。この例では、実生産に移行した後、各ショットの際、射出速度の設定を切り替えるスクリュ位置を後退完了位置(Px)を基準にしてショット毎にシフトさせている。即ち、試験生産の際、良品が得られたときの後退完了位置をPsとし、各ショットの際の実際の後退完了位置をPxとしたとき、各ショットの際、射出速度の設定を切り替えるスクリュ位置を、良品が得られたときの切り替え位置から「Px−Ps」だけシフトさせている。
【0040】
また、クッション量モニタは、シフトした保圧切換位置からの距離とすることにより、スクリュの後退完了位置の変化に左右されることなく、的確に行うことができる。
【0041】
図7に、図5に示した計量制御方法を採用する場合の、射出条件を決定する試験生産の際のデータ採取のフローを示す。
【0042】
計量工程において、スクリュを後退させ始めた段階では、先ず、スクリュがスクリュ駆動トルクの積分開始点(図5におけるPo)に到達したか否かについて監視する。スクリュがスクリュ駆動トルクの積分開始点(Po)に到達した後、各分割時間毎に移動距離(dP)とスクリュ駆動トルクの測定値(Ts)の積及びそれらの積算値(ΣTs・dP)を計算するとともに、スクリュが予め設定された後退完了位置(Ps)まで到達したか否かついて監視する。スクリュが後退完了位置(Ps)まで到達したところで、スクリュの後退を停止させ、次いで、樹脂の射出工程に移る。射出成形の結果、良品が得られたとき、スクリュの後退完了位置(Ps)での上記積算値(ΣTs・dP)を基準値として記憶しておく。この値に基づいて、実生産におけるスクリュの後退量の制御を行う。
【0043】
図8に、図5に示した計量制御方法を採用する場合の、実生産の際の計量制御方法のフローを示す。
【0044】
計量工程において、スクリュの後退が始まった段階では、図7の場合と同様に、スクリュがスクリュ駆動トルクの積分開始点(Po)に到達したか否かについて監視する。スクリュがスクリュ駆動トルクの積分開始点(Po)に到達した後、各分割時間毎に移動距離(dP)とスクリュ駆動トルクの測定値(Tx)の積及びそれらの積算値(ΣTx・dP)を計算するとともに、この積算値(ΣTx・dP)が、予め決定された基準値(ΣTs・dP:図5)まで到達したか否かついて監視する。積算値(ΣTx・dP)が基準値(ΣTs・dP)まで到達したところで、スクリュの後退を停止させ、次いで、樹脂の射出工程に移る。
【0045】
なお、スクリュ駆動トルクは、電動式射出成形機の場合には電動モータの電流値に比例し、油圧式射出成形機の場合には油圧モータの駆動圧力に比例するので、上記の方法においてスクリュ駆動トルクの代わりに電流または油圧の測定値を使用することができる。図9に、電動式射出成形機(図2)の場合の、計量駆動モータの電流値対トルクの関係の例を示す。
【0046】
【発明の効果】
本発明の射出成形方法によれば、計量完了の際、加熱筒内に蓄えられる成形材料の量を精度良く制御することができる。従って、最終的に加熱筒内から金型内に圧入される成形材料の量を一定に保つことができる。
【0047】
本発明の射出成形方法によれば、スクリュ回転数及びスクリュ背圧の設定値を制御変数として変化させる必要がないので、加熱筒温度(即ち、樹脂温度)が一定に維持されていれば、最終的に加熱筒内から金型内に射出される成形材料(即ち、溶融樹脂)の性状を一定に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】計量の際のスクリュ駆動トルクと、加熱筒内へ導入される単位時間当たり樹脂の量の関係を示す図。
【図2】本発明に基づく計量制御方法を電動式射出成形機に適用した場合の装置及び制御システムの構成の例を示す図。
【図3】本発明に基づく計量制御方法を油圧式射出成形機に適用した場合の装置及び制御システムの構成の例を示す図。
【図4】本発明に基づく成形材料の計量制御方法の第一の例を示す図。
【図5】本発明に基づく成形材料の計量制御方法の第二の例を示す図。
【図6】計量工程において本発明に基づく計量制御方法を採用した場合の、射出工程における射出速度の設定方法の例を示す図。
【図7】図5に示す計量制御方法を採用する場合の、試験生産の際のデータ採取のフローを示す図。
【図8】図5に示す計量制御方法を採用する場合の、実生産の際の計量制御方法のフローを示す図。
【図9】計量駆動モータの電流値対トルクの関係の例を示す図。
【符号の説明】
1・・・加熱筒、
2・・・スクリュ、
3・・・ホッパ、
5・・・計量駆動モータ、
6・・・射出駆動モータ、
9・・・成形材料(樹脂)、
11・・・スクリュ回転数検出器、
12・・・スクリュ位置検出器、
13・・・スクリュ背圧検出器、
20・・・制御システム、
21・・・計量駆動用アンプ、
22・・・射出駆動用アンプ、
23・・・センサ入力部、
24・・・演算部、
25・・・マンマシン・インタフェース、
26・・・制御出力部、
31・・・油圧モータ、
32・・・油圧ピストン、
33・・・油圧ポンプ、
34・・・流量制御弁、
35・・・方向制御弁、
36・・・圧力制御弁、
37・・・圧力制御弁、
41・・・スクリュ位置検出器、
42・・・駆動圧検出器、
43・・・スクリュ背圧検出器、
50・・・制御システム、
51・・・センサ入力部、
52・・・演算部、
53・・・マンマシン・インタフェース、
54・・・制御出力部。

Claims (6)

  1. 内部にスクリュを備えた加熱筒内に所定の量の成形材料を溶融蓄積して射出する射出成形方法において、
    試験生産の際、成形材料の計量工程で、前進限からのスクリュの後退距離または時間対スクリュ駆動トルクの関係を示すデータを測定するとともに、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について前記前進限から後退完了位置まで積分し、その結果得られた積分値を算出し、
    試験生産の結果、良品が得られたときの前記積分値を基準値として記憶し、
    実生産の際、成形材料の計量工程で、前進限からのスクリュの後退距離または時間対スクリュ駆動トルクの関係を示すデータを測定するとともに、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について前記前進限から各時点におけるスクリュの後退位置までリアルタイムで積分し、その結果得られた積分値を監視し、
    この積分値が前記基準値と一致したときに計量完了と判断して、スクリュの後退を停止させることを特徴とする射出成形方法。
  2. 内部にスクリュを備えた加熱筒内に所定の量の成形材料を溶融蓄積して射出する射出成形方法において、
    試験生産の際、成形材料の計量工程で、前進限からのスクリュの後退距離または時間対スクリュ駆動トルクの関係を示すデータを測定するとともに、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について、前記前進限近傍に予め設定された基準位置から後退完了位置まで積分し、その結果得られた積分値を算出し、
    試験生産の結果、良品が得られたときの前記積分値を基準値として記憶し、
    実生産の際、成形材料の計量工程で、前進限からのスクリュの後退距離または時間対スクリュ駆動トルクの関係を示すデータを測定するとともに、スクリュ駆動トルクをスクリュの後退距離または時間について前記基準位置から各時点におけるスクリュの後退位置までリアルタイムで積分し、その結果得られた積分値を監視し、
    この積分値が前記基準値と一致したときに計量完了と判断して、スクリュの後退を停止させることを特徴とする射出成形方法。
  3. 前記射出成形機は、電動式の射出成形機であって、前記スクリュ駆動トルクを駆動用電動モータの電流値に基づいて算出することを特徴とする請求項1または2に記載の射出成形方法。
  4. 前記射出成形機は、油圧駆動式の射出成形機であって、前記スクリュ駆動トルクを駆動用油圧モータの駆動油圧に基づいて算出することを特徴とする請求項1または2に記載の射出成形方法。
  5. 積分値の結果のスクリュ停止位置と試験生産時のスクリュ停止位置設定との差違を、射出速度の各切替え点に反映させることにより溶融樹脂の区間充填量を一定にすることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の射出成形方法。
  6. クッション量モニタリングは、保圧工程への切替え点からのスクリュ前進量をもって行うことを特徴とする請求項5に記載の射出成形方法。
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