JP6572384B2 - 射出成形装置 - Google Patents

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Description

本発明は、2つの樹脂製品を同時に成形可能な金型を備えた射出成形装置に関する。
2つ以上の樹脂製品(成形品)を同時に成形するための射出成形機として、スタックモールド型(タンデム型)と呼ばれる金型を備えた射出成形装置が知られている。この種の射出成形装置は、一般的に、固定金型と可動金型とそれらの間に配設された中間金型とを備え、型閉じ状態で、固定金型と中間金型との間に第1キャビティが形成されると共に、可動金型と中間金型との間に第2キャビティが形成される構成となっている。このような射出成形装置としては、第1キャビティ内に注入された溶融樹脂(溶融材料)を中間金型に形成されたスプル(コールドスプル)を介して第2キャビティ内に供給することにより所望の成形品を成形するものがある。
しかしながら、この場合、第1キャビティで成形された第1成形品と第2キャビティで成形された第2成形品とが、スプル内の溶融樹脂が固化することにより形成された中継部によって接続されるため、この中継部を切断する必要がある。
中継部を切断する技術として、スプルを第1キャビティに向かうに従ってテーパ状に縮径するように形成し、型開き力を利用して中継部と第1成形品との接続部分(中継部のうち断面積が最も小さい部分)を切断する技術が知られている(特許文献1参照)。しかし、特許文献1に記載の技術では、型開き時において、中継部の切断力を第1成形品の固定金型に対する収縮による張付力よりも小さくする必要がある。そのため、中継部の断面積又は溶融材料の材質によっては、中継部が切断されないまま第1成形品が固定金型から離型することがある。また、第2キャビティに溶融材料を確実に供給する必要があることから、スプルの縮径化には限界がある。
そこで、そのような課題を解決するため、型開き時にスプル内の溶融材料が固化することにより形成された中継部を切断するための切断機構を備える射出成形装置が提案されている(特許文献2参照)。
特開2004−66728号公報 特開2013−141777号公報
しかしながら、特許文献2に記載の射出成形装置においては、上記中継部の切断性を考慮すると、スプル内の溶融樹脂を十分に固化させる必要があり、特に短時間で固化するためにはスプルの径を小さくする必要がある。その結果、スプルを介してのみしか充填できない側のキャビティ(上記の例では第2キャビティ)に対して十分な充填性を満たすためには、成形可能なワークの大きさが制限されてしまうという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、第1キャビティと第2キャビティと、それらのキャビティを連通するスプルとを有する射出成形機において、スプルの径を大きくすることができ、かつスプル内の溶融樹脂を短時間で固化、切断可能な射出成形装置を提供することにある。
本発明の射出成形装置は、近接離間可能な状態で対向配列された第1金型と第2金型と、前記第1金型と前記第2金型との間に配置される中間金型と、を備え、型閉じ状態で、前記第1金型と前記中間金型との間に形成される第1キャビティと、前記第2金型と前記中間金型との間に形成される第2キャビティと、前記中間金型内に位置し、前記第1キャビティと前記第2キャビティとを連通するスプルとに溶融材料を充填可能な射出成形装置であって、前記中間金型には、内部に前記スプルを備え、型開き方向に変位可能なスプル成形部が設けられており、前記スプル成形部は、前記第1金型及び前記第2金型を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料からなることを特徴とする。
本発明の射出成形装置においては、内部にスプルを備え、型開き方向に相対変位可能な一対のスプル成形部を構成する材料が第1金型及び第2金型を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料から構成する。これにより、スプル内の溶融樹脂からスプル成形部を通じた中間金型への放熱量の増大、ひいては当該溶融樹脂の冷却効率の向上が図られる。このため、スプル径が比較的大きい場合でも溶融樹脂を短時間で十分に固化することができる。そして、型開きをした際、一方のスプル成形部が他方のスプル成形部に対して相対的に変位するため、スプル内で固化した樹脂(中継部)を切断することができる。また、スプル径を大きくすることができるため、スプルを介して充填される側のキャビティに対する溶融樹脂の充填性を向上させることができる。
本発明の射出成形装置においては、前記スプル成形部は、前記中間金型に設けられた貫通孔内に配設され、かつ型開き方向に相対的に変位可能な第1部分と第2部分とからなり、前記第1部分は前記貫通孔内で当接固定され、前記第2部分は、前記貫通孔内で型開き方向に変位可能に当接し、かつ前記第2部分を型開き方向に付勢する付勢手段を備え、前記第1部分の前記貫通孔の内壁に対する当接面積は、前記第2部分の前記貫通孔の内壁に対する当接面積よりも大きいことが好ましい。このように構成すると、型開き時にスプル成形部の第2部分が付勢手段により付勢され、スプル内で固化した樹脂を容易に切断することができる。その上、貫通孔内で当接固定された第1部分には付勢手段が備えられないため、両方のスプル成形部に付勢手段を設ける場合と比較して、熱伝導率が高い材料たるスプル成形部の体積を大きくすることができ、貫通孔の内壁に対する当接面積は、第1部分の方が第2部分よりも大きい。従って、放熱効率を向上させることができる。
本発明の一実施形態に係る射出成形装置の型閉じ状態を示す部分断面図。 図1に示す射出成形装置の型開き状態を示す部分断面図。 図1に示す射出成形機の要部を拡大して示す部分断面図。 前記射出成形装置において実行される成形フローを示すフローチャート。 図1に示す射出成形装置に形成される第1キャビティと第2キャビティに溶融樹脂を充填した状態を示す部分断面図。 図5に示す射出成形装置の型開きによって中継部が切断した状態を拡大して示す部分断面図。 射出成形装置の型開きが完了した状態を示す部分断面図。 第1成形品と第2成形品とを射出成形装置から取り出している状態を示す部分断面図。
以下に、図面を参照して、本発明の一実施形態に係る射出成形装置10について説明する。本実施形態に係る射出成形装置10は、いわゆるスタックモールド型と呼ばれる金型を備える射出成形装置である。図1に示すように、射出成形装置10は、固定金型16と、可動金型24との間に配設された中間金型20とを備えている。そして、型閉じ状態で、固定金型16と中間金型20との間に形成される第1キャビティ202aと、可動金型24と中間金型20との間に形成される第2キャビティ202bとに溶融樹脂(溶融材料)を充填することにより、2つ以上の樹脂製品(成形品)を同時に成形することができる。
具体的には、図1及び図2に示すように、射出成形装置10は、固定盤12と、固定盤12の各隅角部に固定されて固定盤12の厚み方向に延在した複数(例えば、4本)のダイバー14と、固定盤12に固着された固定金型(第1金型)16と、固定金型16に設けられた射出機構18と、固定金型16に対向するように複数のダイバー14に対して移動可能に支持された中間金型20と、中間金型20の固定金型16とは反対側に配設された可動金型(第2金型)24と、可動金型24に固着されて複数のダイバー14に対して移動可能に支持された可動盤26と、制御部28とを備える。
図1において、固定金型16の右側面は、固定盤12の左側面に固着している。固定金型16の左側面は、型閉じ状態において、中間金型20の右側面との間で、溶融樹脂流路(分岐路)としての第1ランナ200aと、樹脂製品の成形空間としての第1キャビティ202aとを形成する。第1ランナ200aは、射出機構18から導かれた溶融樹脂を第1キャビティ202aに導くための流路である。
射出機構18は、溶融樹脂を所定圧力で射出する射出部30(図1参照)と、固定盤12を貫通するように配設された導入部32と、固定金型16の内部に設けられて前記導入部32に連結されたノズル部34とを有する。
ノズル部34の先端面は、固定金型16の左側面に露出している。ノズル部34の内部に形成されている樹脂流路は、第1ランナ200aに連通する。すなわち、射出部30から射出された溶融樹脂は、導入部32とノズル部34を介して第1ランナ200aに導かれる。
中間金型20は、図示しない引張リンクによって可動金型24に接続されている。これにより、型開きを行う際に、可動金型24を固定金型16が位置する側とは反対側に移動させるだけで中間金型20を固定金型16と可動金型24との両方から離間させることができる。
中間金型20には、その厚み方向に沿って延びた貫通孔36が形成されている。貫通孔36は、中間金型20の右側面(固定金型16に対向する面)と中間金型20の左側面(可動金型24に対向する面)とのそれぞれに開口している。
中間金型20の左側面は、型閉じ状態において、可動金型24の右側面との間で、溶融樹脂流路(分岐路)としての第2ランナ200bと、樹脂製品の成形空間としての第2キャビティ202bとを形成する。第2ランナ200bは、後述するスプル204から導かれた溶融樹脂を第2キャビティ202bに導くための流路である。
貫通孔36内には、図3に示すように、型開き方向に相対的に変位可能な一対のスプル成形部38(第1部分)、40(第2部分)と、スプル成形部40を型開き方向に付勢する弾性体(付勢手段)42と、を有する。「型開き方向」とは、第1部分38及び第2部分40を相対的に離間させるような方向を意味する。よって、弾性体42は、第2のスプル成形部40を、第1のスプル成形部38から遠ざける方向に付勢する。また、貫通孔36の可動金型24側の端部にはストッパ46が配設されており、弾性体40の付勢力によりスプル成形部40が貫通孔36から脱落するのを防止している。
スプル成形部38の内孔52は、スプル成形部38の他端に向かうに従って徐々に縮径するテーパ孔として形成されている。スプル成形部38の長さ寸法(スプル成形部38の軸線方向に沿った寸法)は、貫通孔36の長さ寸法(貫通孔36の延在方向に沿った寸法)の略半分に設定されている。スプル成形部38の外周面は、貫通孔36を構成する内壁面に摺接している。なお、スプル成形部38は、貫通孔36内で固定されており、型開きをした場合でも型開き方向に変位しない。
スプル成形部40は、上述したスプル成形部38とは若干異なり、円筒状に形成されたスプル成形部本体54と、スプル成形部本体54の軸線方向の可動金型24側においてその外周面に形成されたフランジ部56とを含む。スプル成形部本体54の長さ寸法は、貫通孔36の長さ寸法の略半分に設定されている。スプル成形部本体54の内孔58は、該スプル成形部本体54の一端に向かうに従って徐々に縮径するテーパ孔として形成されている。フランジ部56の外周面は、貫通孔36を構成する内壁面に摺接している。
以上のスプル成形部38、40はいずれも、固定金型16及び可動金型24を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料(以下、「高熱伝導率材料」と称する)からなる。当該高熱伝導率材料は、熱伝導率が150W/m・k以上の材料をいい、例えば、銅合金(BeCu)、アルミ合金、ニッケルクロム銅合金など挙げられる。スプル成形部38、40は高熱伝導率材料からなるため、充填後の溶融樹脂の熱がスプル成形部38、40を通じて中間金型20へ逃げやすくなり短時間で当該樹脂を固化させることができる。ひいては、スプルの中心部近傍の溶融樹脂をも短時間で固化することができ、型開き時にスプルが切断されたとき、半溶融の樹脂が糸を引く現象の発生を抑えることができる。すなわち、短時間で、型開きをすることができ、成形のサイクルタイムを短縮化することができる。
ここで、スプル内において、固化後切断される部分(中継部)の保有熱量は理論式として以下の式で示される。
中継部の保有熱量=比熱×質量×温度差
「比熱」は樹脂の比熱であり、「質量」はスプル内の全樹脂(スプルの一端から他端までの樹脂)の質量であり、「温度差」は冷却前後の樹脂の温度差である。
一方、中継部における放熱量は理論式として以下の式で示される。
保熱量=熱伝導率/厚さ × 温度差 × 金型接触面積 × 時間
「熱伝導率」はスプル成形部38、40の材料の熱伝導率であり、「厚さ」はスプル成形部38、40の厚さであり、「金型接触面積」はスプル内の表面積であり、「時間」はサイクルタイム(射出から型開きまでの時間)である。
中継部における溶融樹脂を十分に固化させるには、「中継部の保有熱量」≦「中継部における放熱量」を満足すればよい。そして、上記式において、時間を決定した場合、熱伝導率及び金型表面積のみが未知数となる。従って、特定の時間で型開きを行いたい場合、熱伝導率及び金型表面積を上記式を満たすように設定すればよい。つまり、短時間で型開きを行いたい場合、上記式を満たすべく、熱伝導率及び金型表面積のいずれかを大きくすればよい。そこで、本発明においては、スプル成形部の熱伝導率について上記のように規定している。
一方、金型表面積を大きくするには、スプル成形部38の内孔52とスプル成形部40の内孔58、すなわちスプル204の長手方向に直行する断面形状を、長円形状、楕円形状、星型形状等の非円形形状とすることが好ましい。スプル204の断面形状を非円形形状とすると、断面形状が当該非円形形状の内接円の場合よりもスプル内の表面積が大きくなる。ひいては、上記の通り、より短時間で冷却することができ、スプル内の樹脂の固化を短時間で行うことができる。また、スプル成形部38、40の径方向厚みが、スプル204の最小径の50%以上の範囲であることが好ましい。
スプル成形部40に設けられた弾性体42は、スプル成形部40を型開き方向に沿って付勢している。換言すれば、弾性体42は、スプル成形部40を可動金型24が位置する側に付勢可能となっている。弾性体42としては、例えば、圧縮コイルばねが用いられる。また、スプル成形部38には弾性体は設けられていないため、その分スプル成形部40よりも体積が大きい。従って、高熱伝導率材料による放熱効果がより高く、短時間の冷却に寄与する。つまり、一方のスプル成形部のみに弾性体を設けることでより放熱効果を高めることができる。
以上のような構成により、型開き状態においては、図2に示すように、弾性体42の付勢力によってスプル成形部40が可動金型24方向に付勢され、一対のスプル成形部38、40は互いに離間している。すなわち、スプル成形部38の一端が貫通孔36から可動金型24側に突出している。
一方、型閉じ状態では、図3に示すように、弾性体42が圧縮された状態で、スプル成形部38の左端面とスプル成形部40の右端面とが接触し、これによって、スプル成形部38の内孔52とスプル成形部40の内孔58とが連通する。すなわち、型閉じ状態において、スプル成形部38の内孔52とスプル成形部40の内孔58とによって、溶融樹脂流路としてのスプル(コールドスプル)204が形成されることになる。
また、スプル成形部38の内孔52がその左端側に向かって徐々に縮径したテーパ孔であると共に、スプル成形部40の内孔58がその右端側に向かって徐々に縮径したテーパ孔であることから、前記スプル204には、一対のスプル成形部38、40が接触する部分に縮径部206が形成されることになる。
制御部28は、射出部30を駆動制御する射出制御部62と、可動盤26を駆動制御する可動盤駆動制御部64とを有する。
本実施形態に係る射出成形装置は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この射出成形装置10を用いた射出成形方法について説明する。なお、以下の説明では、型開き状態を初期状態とする。
先ず、型閉じ動作を開始する(図4/STEP1)。すなわち、可動盤駆動制御部64が可動盤26を駆動して中間金型20側に移動させる。
続いて、可動盤26をさらに移動させると、一対のスプル成形部38、40が互いに近接する方向(型閉じ方向)に沿って弾性体42を圧縮しながら変位し(図4/STEP2)、スプル成形部38の他端面とスプル成形部本体54の一端面とが接触するに至る。これにより、スプル成形部38の内孔52とスプル成形部本体54の内孔58とが連通してスプル204が形成されることになる(図3参照)。さらに、可動金型24の一方の面がスプル成形部40の他端面に接触した後(接触箇所に関しては図示せず)、可動金型24と中間金型20とが一体となって固定金型16が位置する側に移動してスプル成形部38の一端面が固定金型16の他方の面に接触する(接触箇所に関しては図示せず)。
そして、型閉じ動作が完了すると(図4/STEP3)、固定金型16と中間金型20との間に第1ランナ200aと第1キャビティ202aとが形成されると共に、中間金型20と可動金型24との間に第2ランナ200bと第2キャビティ202bとが形成される(図1参照)。また、ノズル部34内の樹脂流路が第1ランナ200aに連通し、スプル204が第1ランナ200aと第2ランナ200bとに連通する。
その後、射出制御部62は、射出部30を駆動して所定圧の溶融樹脂を該射出部30から所定量だけ射出する(図4/STEP4)。すると、射出部30から射出された溶融樹脂は、導入部32を介してノズル部34に導かれ、第1ランナ200aに注入される。
第1ランナ200aに注入された溶融樹脂は、第1キャビティ202aとスプル204に導かれる。スプル204に導かれた溶融樹脂は、第2ランナ200bを介して第2キャビティ202bに導かれる。これにより、第1ランナ200a、第1キャビティ202a、スプル204、第2ランナ200b、及び第2キャビティ202bに溶融樹脂が充填されることになる(図4/STEP5)。
続いて、充填された溶融樹脂を固化する(図4/STEP6)。これにより、第1ランナ200aに第1分岐部300aが、第1キャビティ202aに第1成形品302aが、第2ランナ200bに第2分岐部300bが、第2キャビティ202bに第2成形品302bが、スプル204に中継部304がそれぞれ成形される(図5参照)。なお、このとき、溶融樹脂の固化に伴う収縮によって、第1成形品302aは固定金型16に張り付き、第2成形品302bは可動金型24に張り付く。また、スプル成形部38、40が高熱伝導率材料からなるため、放熱性が良く短時間で固化することができる。
その後、型開き動作を開始する(図4/STEP7)。すなわち、可動盤駆動制御部64が可動盤26を駆動して可動金型24を固定金型16が位置する側とは反対側に移動させる。すると、各スプル成形部38、40には、型開き方向に沿った弾性体42の付勢力(弾発力)が作用するため、中継部304には型開き方向に沿った引張荷重が作用する。これにより、中継部304のうち最も断面積の小さい縮径部(スプル204の縮径部206に対応する部分)306が切断(破断)されることになる(図4/STEP8、図6参照)。
そして、スプル成形部40は、弾性体42の付勢力によって型開き方向に沿って変位し、フランジ部56が中間金型20に一体化して固定された各ストッパ46に当接する。続いて、可動盤26をさらに移動させることにより、第2分岐部300bに接続している中継部304がスプル成形部本体54の内周面から離れ、次いで、図示しない引張リンクで可動金型24に接続されている中間金型20が該可動金型24側に引張られることにより、第1分岐部300aに接続している中継部304がスプル成形部38の内周面から離れる。その後、型開き動作が完了する(図4/STEP9、図7参照)。
その後、第1成形品302aと第2成形品302bを取り出す(図4/STEP10)。すなわち、図8に示すように、把持部材100によって第1成形品302aを把持した状態で固定金型16に設けられている押出ピン102によって第1成形品302a(第1分岐部300a)を中間金型20側に押圧すると共に、把持部材104によって第2成形品302bを把持した状態で可動金型24に設けられている押出ピン106によって第2成形品302b(第2分岐部300b)を中間金型20側に押圧する。この段階で本実施形態に係る射出成形方法の手順が終了する。
本実施形態によれば、型開き時に中継部304を、スプル成形部40を型開き方向に付勢することによって切断するため、スプル204の縮径部206(中継部304の縮径部306の断面積)を過度に小さくしなくても、中継部304を確実に切断することができる。すなわち、スプル204の径を大きくすることができ、これにより、第1キャビティ202a及び第2キャビティ202bに溶融樹脂を十分に供給することができ、且つ、第1成形品302aと第2成形品302bとを中間金型20から容易に取り出すことができる。
また、本実施形態では、型閉じ工程において、弾性体42を圧縮させながら一対のスプル成形部38、40を近接させて、スプル成形部38の他端面とスプル成形部本体54の一端面とを当接させているので、型開き時に、各スプル成形部38、40に対して型開き方向に沿った弾性体42の付勢力を作用させることができる。これにより、中継部304に型開き方向に沿った引張荷重が作用するため、該中継部304を自動的且つ好適に切断することができる。
本実施形態では、各スプル成形部38、40の内孔52、58をテーパ孔として形成することにより、一対のスプル成形部38、40の接触部にスプル204の縮径部206を形成している。これにより、弾性体42の付勢力を中継部304の縮径部306に効率的に作用させて該中継部304を一層容易に切断することができる。
また、中継部304の中間部位(第1分岐部300aと第2分岐部300bから離間した部位)に縮径部306が形成されることになることから、該中継部304の縮径部306の切断時に、第1成形品302aや第2成形品302bが破損することを好適に抑えることができる。
本実施形態によれば、ストッパ46を設けることによりスプル成形部40が貫通孔36から離脱することを阻止しているため、型開き工程において、中継部304をスプル成形部38、40から容易に取り出すことができる。また、射出成形を行う毎に一対のスプル成形部38、40を貫通孔36内にセットする必要もないため、射出成形のサイクルタイムの短縮化を図ることができる。
本実施形態に係る射出成形装置10は、上述した構成に限定されない。スプル成形部38の内孔52は、テーパ孔として形成された例に限定されず、例えば、スプル成形部38の左端に位置する一定内径の小径孔と、該小径孔に連通する一定内径の大径孔とを有していてもよい。また、これと同様に、スプル成形部40の内孔58は、テーパ孔として形成された例に限定されず、例えば、スプル成形部40の右端に位置する一定内径の小径孔と、該小径孔に連通する一定内径の大径孔とを有していてもよい。
この場合、スプル204の縮径部206は、スプル成形部38の小径孔とスプル成形部40の小径孔とから形成されることとなる。つまり、これらスプル成形部38、40の内孔52、58は、スプル204に縮径部206が形成されるような任意の孔形状であればよい。
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、種々の構成を採ることができる。例えば、スプル成形部は一部材で構成してもよいし、スプル成形部の内孔は、テーパ状でなくてもよい。
16‥固定金型(第1金型)、18‥射出機構、20‥中間金型、24‥可動金型(第2金型)、36‥貫通孔、38‥スプル成形部(第1部分)、40‥スプル成形部(第2部分)、42‥弾性体、46‥ストッパ、54‥スプル成形部本体、56‥フランジ部、52、58‥内孔、82‥突起、200a‥第1ランナ、200b‥第2ランナ、202a‥第1キャビティ、202b‥第2キャビティ、204‥スプル、206‥縮径部、300a‥第1分岐部、300b‥第2分岐部、302a‥第1成形品、302b‥第2成形品、304‥中継部。

Claims (2)

  1. 近接離間可能な状態で対向配列された第1金型と第2金型と、
    前記第1金型と前記第2金型との間に配置される中間金型と、を備え、
    型閉じ状態で、前記第1金型と前記中間金型との間に形成される第1キャビティと、前記第2金型と前記中間金型との間に形成される第2キャビティと、前記中間金型内に位置し、前記第1キャビティと前記第2キャビティとを連通するスプルとに溶融材料を充填可能な射出成形装置であって、
    前記中間金型には、内部に前記スプルを備え、型開き方向に変位可能なスプル成形部が設けられており、
    前記スプル成形部は、
    前記第1金型及び前記第2金型を構成する材料よりも熱伝導率が高い材料からなり、
    前記中間金型に設けられた貫通孔内に配設され、かつ型開き方向に相対的に変位可能な第1部分と第2部分とからなり、前記第1部分は前記貫通孔内で当接固定され、前記第2部分は、前記貫通孔内で型開き方向に変位可能に当接し、かつ前記第2部分を型開き方向に付勢する付勢手段を備えることを特徴とする射出成形装置。
  2. 請求項1記載の射出成形装置において、前記第1部分の前記貫通孔の内壁に対する当接面積は、前記第2部分の前記貫通孔の内壁に対する当接面積よりも大きいことを特徴とする射出成形装置。
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