JP6751134B2 - 射出成形機 - Google Patents

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Description

本発明は、射出成形機に関する。
特許文献1に記載の射出成形機のエジェクタ装置は、成形品を突出すための作動部材を駆動する駆動手段を備える。駆動手段は、突出し初期には大径シリンダを用いて大きな突出し力を発生させ、成形品がコアから離れた後は小径シリンダを用いて高速度で成形品を突出す。これにより、成形サイクルを短縮できる。
日本国特開平7−214610号公報
射出成形機は、エジェクタロッドなどの可動部材と、可動部材を進退させる駆動源と、駆動源を制御する制御装置とを有する。制御装置は、可動部材の前進速度の検出値と、その設定値とに基づいて、駆動源を制御する。
射出成形機や金型装置、成形品などの保護のため、成形品の突出し時に、駆動源の駆動力に制限が設定されることがある。
従来、駆動力の制限時に、可動部材の前進速度が制限されるため、突出し時間が長かった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、射出成形機や金型装置、成形品の保護と、突出し時間の短縮とを両立できる、射出成形機の提供を主な目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様によれば、
金型装置に対し前進することで前記金型装置から成形品を突出す可動部材と、前記可動部材を進退させる駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置とを有し、
前記制御装置は、前記可動部材を前進させる間に、前記駆動源の駆動力の検出値の上昇速度に基づいて、前記駆動力の上限値が異なる第1区間および第2区間を設ける、射出成形機が提供される。
本発明の一態様によれば、射出成形機や金型装置、成形品の保護と、突出し時間の短縮とを両立できる、射出成形機が提供される。
一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図であって、エジェクタロッドの前進開始時の状態を示す図である。 一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図であって、エジェクタロッドの前進完了時の状態を示す図である。 一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。 一実施形態によるエジェクタロッドの前進速度および位置の時間変化と、従来例によるエジェクタロッドの前進速度および位置の時間変化とを比較して示す図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明するが、各図面において、同一の又は対応する構成については同一の又は対応する符号を付して説明を省略する。
図1は、一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図であって、エジェクタロッドの前進開始時の状態を示す図である。図2は、一実施形態による射出成形機の型開完了時の状態を示す図であって、エジェクタロッドの前進完了時の状態を示す図である。図3は、一実施形態による射出成形機の型締時の状態を示す図である。図1〜図3に示すように、射出成形機は、フレームFrと、型締装置10と、射出装置40と、エジェクタ装置50と、制御装置90と、入力装置95と、出力装置96とを有する。
以下の説明では、型閉時の可動プラテン13の移動方向(図1〜図3中右方向)を前方とし、型開時の可動プラテン13の移動方向(図1〜図3中左方向)を後方として説明する。
型締装置10は、金型装置30の型閉、型締、型開を行う。型締装置10は例えば横型であって、型開閉方向が水平方向である。型締装置10は、固定プラテン12、可動プラテン13、トグルサポート15、タイバー16、トグル機構20、型締モータ21および運動変換機構25を有する。
固定プラテン12は、フレームFrに対し固定される。固定プラテン12における可動プラテン13との対向面に固定金型32が取り付けられる。
可動プラテン13は、フレームFr上に敷設されるガイド(例えばガイドレール)17に沿って移動自在とされ、固定プラテン12に対し進退自在とされる。可動プラテン13における固定プラテン12との対向面に可動金型33が取り付けられる。
固定プラテン12に対し可動プラテン13を進退させることにより、型閉、型締、型開が行われる。固定金型32と可動金型33とで金型装置30が構成される。
トグルサポート15は、固定プラテン12と間隔をおいて連結され、フレームFr上に型開閉方向に移動自在に載置される。尚、トグルサポート15は、フレームFr上に敷設されるガイドに沿って移動自在とされてもよい。トグルサポート15のガイドは、可動プラテン13のガイド17と共通のものでもよい。
尚、本実施形態では、固定プラテン12がフレームFrに対し固定され、トグルサポート15がフレームFrに対し型開閉方向に移動自在とされるが、トグルサポート15がフレームFrに対し固定され、固定プラテン12がフレームFrに対し型開閉方向に移動自在とされてもよい。
タイバー16は、固定プラテン12とトグルサポート15とを間隔をおいて連結する。タイバー16は、複数本用いられてよい。各タイバー16は、型開閉方向に平行とされ、型締力に応じて伸びる。少なくとも1本のタイバー16には型締力検出器18が設けられる。型締力検出器18は、タイバー16の歪みを検出することによって型締力を検出し、検出結果を示す信号を制御装置90に送る。
尚、型締力検出器18は、歪みゲージ式に限定されず、圧電式、容量式、油圧式、電磁式などでもよく、その取り付け位置もタイバー16に限定されない。
トグル機構20は、固定プラテン12に対し可動プラテン13を移動させる。トグル機構20は、可動プラテン13とトグルサポート15との間に配設される。トグル機構20は、クロスヘッド20a、一対のリンク群などで構成される。各リンク群は、ピンなどで屈伸自在に連結される複数のリンク20b、20cを有する。一方のリンク20bは可動プラテン13に揺動自在に取付けられ、他方のリンク20cはトグルサポート15に揺動自在に取付けられる。クロスヘッド20aを進退させると、複数のリンク20b、20cが屈伸し、トグルサポート15に対し可動プラテン13が進退する。
型締モータ21は、トグルサポート15に取付けられており、トグル機構20を作動させる。型締モータ21は、クロスヘッド20aを進退させることにより、リンク20b、20cを屈伸させ、可動プラテン13を進退させる。
運動変換機構25は、型締モータ21の回転運動を直線運動に変換してクロスヘッド20aに伝達する。運動変換機構25は、例えばボールねじ機構などで構成される。
型締装置10の動作は、制御装置90によって制御される。制御装置90は、型閉工程、型締工程、型開工程などを制御する。
型閉工程では、型締モータ21を駆動してクロスヘッド20aを設定速度で前進させることにより、可動プラテン13を前進させ、可動金型33を固定金型32に接触させる。クロスヘッド20aの位置や速度は、例えば型締モータ21のエンコーダ21aなどを用いて検出する。エンコーダ21aは、型締モータ21の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置90に送る。
型締工程では、型締モータ21をさらに駆動してクロスヘッド20aを設定位置までさらに前進させることで型締力を生じさせる。型締時に可動金型33と固定金型32との間にキャビティ空間34が形成され、射出装置40がキャビティ空間34に液状の成形材料を充填する。充填された成形材料が固化されることで、成形品が得られる。キャビティ空間34の数は複数でもよく、その場合、複数の成形品が同時に得られる。
型開工程では、型締モータ21を駆動してクロスヘッド20aを設定速度で後退させることにより、可動プラテン13を後退させ、可動金型33を固定金型32から離間させる。その後、エジェクタ装置50が可動金型33から成形品を突出す。
尚、本実施形態の型締装置10は、駆動源として、型締モータ21を有するが、型締モータ21の代わりに、油圧シリンダを有してもよい。また、型締装置10は、型開閉用にリニアモータを有し、型締用に電磁石を有してもよい。
また、本実施形態の型締装置10は、型開閉方向が水平方向の横型であるが、型開閉方向が鉛直方向の竪型でもよい。
エジェクタ装置50は、金型装置30から成形品を突出す。エジェクタ装置50は、エジェクタモータ51、運動変換機構52、およびエジェクタロッド53を有する。
エジェクタモータ51は、可動プラテン13に取り付けられる。エジェクタモータ51は、運動変換機構52に直結されるが、ベルトやプーリなどを介して運動変換機構52に連結されてもよい。
運動変換機構52は、エジェクタモータ51の回転運動をエジェクタロッド53の直線運動に変換する。運動変換機構52は、例えばボールねじ機構などで構成される。
エジェクタロッド53は、可動プラテン13の貫通穴において進退自在とされる。エジェクタロッド53の前端部は、可動金型33の内部に進退自在に配設される力伝達部材35と接触する。
エジェクタ装置50の動作は、制御装置90によって制御される。制御装置90は、突出し工程などを制御する。
突出し工程では、エジェクタモータ51を駆動してエジェクタロッド53を設定速度で前進させることにより、力伝達部材35を前進させ、成形品を突出す。その後、エジェクタモータ51を駆動してエジェクタロッド53を設定速度で後退させ、力伝達部材35を元の位置まで後退させる。エジェクタロッド53の位置や速度は、例えばエジェクタモータ51のエンコーダ51aを用いて検出する。エンコーダ51aは、エジェクタモータ51の回転を検出し、その検出結果を示す信号を制御装置90に送る。
力伝達部材35は、例えば、前後方向に対し垂直な板状のエジェクタプレート36と、エジェクタプレート36から前方に延びる棒状のエジェクタピン37とを有する。
エジェクタプレート36は、エジェクタプレート36よりも後方に配置されるエジェクタロッド53によって前方に押される。また、エジェクタプレート36は、エジェクタプレート36よりも前方に配置される不図示のばねによって後方に押される。
エジェクタピン37は、エジェクタプレート36から前方に延びて、可動金型33を貫通する。エジェクタピン37の前端面は、図3に示すようにキャビティ空間34の壁面の一部となる。エジェクタピン37は、エジェクタプレート36と共に進退し、成形品の突き出しを行う。
制御装置90は、金型装置30の型開の後に、エジェクタロッド53を図1に示す待機位置から図2に示す突き出し位置まで前進させる。これにより、エジェクタプレート36およびエジェクタピン37が前進させられ、エジェクタピン37が成形品を可動金型33から突き出す。
その後、制御装置90は、エジェクタロッド53を図1に示す待機位置まで後退させる。その間、エジェクタプレート36は、ばねの弾性復元力によってエジェクタロッド53に押し当てられながら、後退する。
エジェクタロッド53が図1に示す待機位置に戻る前に、エジェクタプレート36はストッパで停止させられエジェクタロッド53から離れる。図1に示す待機位置に戻ったエジェクタロッド53は、エジェクタプレート36から離れている。
制御装置90は、図1〜図3に示すようにCPU(Central Processing Unit)91と、メモリなどの記憶媒体92と、入力インターフェイス93と、出力インターフェイス94とを有する。制御装置90は、記憶媒体92に記憶されたプログラムをCPU91に実行させることにより、各種の制御を行う。また、制御装置90は、入力インターフェイス93で外部からの信号を受信し、出力インターフェイス94で外部に信号を送信する。
入力装置95は、ユーザの入力操作を受け付け、ユーザの入力操作に応じた操作信号を制御装置90に送信する。入力装置95としては、例えばタッチパネルが用いられる。タッチパネルは、後述の出力装置96を兼ねる。
出力装置96は、制御装置90による制御下で、入力装置95の入力操作に応じた操作画面を表示する。操作画面は、複数用意され、切り替えて表示されたり、重ねて表示されたりする。
ユーザは、出力装置96で表示される操作画面を見ながら、入力装置95を操作することにより型締装置10や射出装置40、エジェクタ装置50などの設定を行う。設定は、記憶媒体92に記憶され、必要に応じて読み出される。
制御装置90は、エジェクタロッド53の前進速度の検出値と、その前進速度の設定値とに基づいて、エジェクタモータ51を制御する。例えば、制御装置90は、検出値が設定値になるように、エジェクタモータ51をフィードバック制御する。フィードバック制御としては、例えばPI制御、PID制御などが用いられる。PI制御やPID制御では、検出値と設定値との偏差に基づいて、エジェクタモータ51を制御する。
射出成形機や金型装置30、成形品の保護などを目的として、エジェクタロッド53の前進時に、エジェクタモータ51の駆動力に制限が設定されることがある。この場合、エジェクタロッド53の前進速度が制限される。
エジェクタモータ51の駆動力は、例えばトルク検出器54を用いて検出する。トルク検出器54は、例えばエジェクタモータ51の電流を検出することで、エジェクタモータ51のトルクを検出し、その検出結果を示す信号を制御装置90に送る。制御装置90は、駆動力の検出値を監視しながら、駆動力の検出値が駆動力の上限値を超えないようにエジェクタモータ51を制御する。
駆動力の上限値は、例えば駆動力の定格値に対する割合(%)で表される。駆動力に制限が設定されない場合の駆動力の上限値は100%である。一方、駆動力に制限を設定する場合の駆動力の上限値は100%よりも小さい値である。その値は入力装置95において入力され、記憶媒体92に記憶される。尚、本実施形態では駆動力の基準値として定格値を用いるが、基準値は定格値に限定されない。
制御装置90は、エジェクタロッド53を前進させる間に、駆動力の上限値が異なる第1区間および第2区間を設ける。第1区間および第2区間は、隣り合う区間であって、エジェクタロッド53の前進距離、経過時間などで区分けされる。尚、第3区間がさらに設けられてもよい。区間の数は4つ以上でもよい。
第1区間では、第2区間よりも駆動力の上限値が大きい。第1区間では、駆動力の上限値が例えば100%であってよく、駆動力に制限が設定されていなくてよい。よって、第1区間では、エジェクタロッド53が素早く前進できる。
一方、第2区間では、第1区間よりも駆動力の上限値が小さい。第2区間では、駆動力の上限値は100%よりも小さく、駆動力に制限が設定されている。よって、第2区間では、射出成形機や金型装置30、成形品などの保護が実施できる。
第1区間では速度を優先し、第2区間では保護を優先する。よって、第1区間と第2区間とを使い分けることで、突出し時間の短縮と、保護とを両立することができる。以下、具体的な使い分けなどについて説明する。
エジェクタロッド53は、図1に示すように前進開始時に、力伝達部材35に接触しておらず、力伝達部材35から離れている。エジェクタロッド53は、前進の途中で力伝達部材35に接触し、続いて力伝達部材35を押して図2に示すように成形品を突出す。エジェクタロッド53が力伝達部材35と離れている区間を、以下、空走区間と呼ぶ。
空走区間では、エジェクタロッド53に力伝達部材35から抵抗力が作用しない。また、空走区間では、力伝達部材35や成形品に力がかからない。従って、空走区間では、射出成形機や金型装置30、成形品の保護が不要である。
例えば、第1区間は、空走区間の少なくとも一部を含む。一方、第2区間は、エジェクタロッド53が力伝達部材35と接触する区間の少なくとも一部を含む。第2区間は、空走区間の一部をさらに含んでもよく、空走区間の終点よりも僅かに手前から始まってもよい。エジェクタロッド53が力伝達部材35を押し始めた時に、最も大きな抵抗力が作用する傾向にあるためである。
空走区間は、金型装置30の構造などから求められ、金型装置30ごとに記憶媒体92に記憶されたものを読み出して用いる。空走区間は、後述するように、駆動力の検出値などから求めることも可能である。
制御装置90は、第1区間および第2区間を、駆動力の検出値と所定値との差分に基づいて設けてもよい。ここで、所定値としては、例えば、金型装置30の内部に成形品が無い状態でエジェクタロッド53を前進させたときの、エジェクタモータ51の駆動力の検出値(以下、基準実績値と呼ぶ)が用いられる。
基準実績値は、エジェクタロッド53の前進距離や経過時間に対応づけて記憶媒体92に記憶される。基準実績値の測定は、金型装置30の交換時に行われてよい。基準実績値の測定は、上述の如く金型装置30の内部に成形品が無い状態で行われるので、成形品からの抵抗力が作用しない状態で行われる。
金型装置30の内部に成形品が有る状態で、エジェクタロッド53が力伝達部材35に接触すると、力伝達部材35を介して成形品からエジェクタロッドに抵抗力が作用するので、駆動力の検出値が基準実績値よりも大きくなる。従って、検出値と基準実績値との差分が閾値を超えたか否かで、空走区間の終点が分かる。
また、制御装置90は、第1区間および第2区間を、駆動力の検出値の上昇速度に基づいて設けてもよい。エジェクタロッド53が力伝達部材35に接触すると、力伝達部材35からエジェクタロッド53に抵抗力が作用するようになる。そうすると、抵抗力による前進速度の低下を抑制するため、駆動力の検出値が急激に上昇することになる。従って、駆動力の検出値の上昇速度が閾値を超えたか否かで、空走区間の終点が分かる。
尚、エジェクタロッド53の加速時にも、駆動力の検出値が急激に上昇する。そのデータは、空走区間の終点とは関係ないデータなので、空走区間の終点の検知には使用されなくてよい。
また、制御装置90は、第1区間および第2区間を、エジェクタロッド53の前進速度の検出値に基づいて設けてもよい。前進速度の検出値が十分な速度に達し加速が略終わっていれば、駆動力に余力があるので、駆動力に制限が設定されても、前進速度の検出値はほとんど低下しない。従って、前進速度の検出値が所定値以下か否かで、第1区間と第2区間とが区分けされてもよい。加速中は、駆動力に制限が設定されていなくてよい。
図4は、一実施形態によるエジェクタロッドの前進速度および位置の時間変化と、従来例によるエジェクタロッドの前進速度および位置の時間変化とを比較して示す図である。図4において、実線は一実施形態によるエジェクタロッドの前進速度および位置の時間変化を示し、二点鎖線は従来例によるエジェクタロッドの前進速度および位置の時間変化を示す。
図4に二点鎖線で示すように、従来例では、エジェクタロッド53の前進速度は、第1区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた加速度で大きくなる。また、エジェクタロッド53の前進速度は、第1区間に続く第2区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた加速度で大きくなる。エジェクタロッド53の前進速度は、第2区間の途中(時刻t4)で設定速度に達すると、その後、設定速度で維持される。
一方、図4に実線で示すように、実施形態では、エジェクタロッド53の前進速度は、第1区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた加速度で大きくなる。また、エジェクタロッド53の前進速度は、第1区間に続く第2区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた加速度で大きくなる。エジェクタロッド53の前進速度は、第2区間の途中(時刻t2)で設定速度に達すると、その後、設定速度で維持される。
また、図4に二点鎖線で示すように、従来例では、エジェクタロッド53の位置は、第1区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた前進速度で前方に変位し、時刻t3で第1区間の終点に到達する。また、エジェクタロッド53の位置は、第1区間に続く第2区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた前進速度で前方に変位する。エジェクタロッド53の位置は、第2区間の途中(時刻t4)から設定速度で前方に変位し、時刻t6で第2区間の終点に達する。
一方、図4に実線で示すように、実施形態では、エジェクタロッド53の位置は、第1区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた前進速度で前方に変位し、時刻t1で第1区間の終点に到達する。また、エジェクタロッド53の位置は、第1区間に続く第2区間において、時間の経過と共に、トルクの上限値に応じた前進速度で前方に変位する。エジェクタロッド53の位置は、第2区間の途中(時刻t2)から設定速度で前方に変位し、時刻t5で第2区間の終点に達する。
図4において、従来例では、第1区間および第2区間の両方において、駆動力の上限値が100%未満に設定され、トルク制限がなされる。これに対し、実施形態では、第1区間において駆動力の上限値が100%に設定されトルク開放がなされ、第2区間において駆動力の上限値が100%未満に設定されトルク制限がなされる。第2区間におけるトルクの上限値は実施形態と従来例とで同じであるが、第1区間におけるトルクの上限値は実施形態と従来例とで異なる。
実施形態では、従来例とは異なり、第1区間において、駆動力の上限値が100%に設定され、トルク開放がなされる。第1区間では、エジェクタロッド53が力伝達部材35と離れているため、エジェクタロッド53に力伝達部材35から抵抗力が作用しないし、エジェクタロッド53から力伝達部材35や成形品に力が作用しない。そのため、第1区間では、トルク制限をしなくても、射出成形機や金型装置、成形品を破損するリスクが低いので、トルク開放がなされる。
実施形態では、従来例に比べて、第1区間におけるトルクの上限値が大きいため、第1区間におけるエジェクタロッド53の前進速度の加速度が大きい。その結果、実施形態では、従来例に比べて、短い時間で第1区間を通過できる(t1<t3)。このため、第2区間の終点にエジェクタロッド53が到達するまでの時間が短い(t5<t6)。また、実施形態では、第2区間においてトルク制限がなされながら、エジェクタロッド53が前進させられる。よって、実施形態によれば、図4に矢印で示す突出し時間の短縮と、射出成形機や金型装置、成形品の保護とを両立することができる。
以上、射出成形機の実施形態等について説明したが、本発明は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
上記実施形態では、エジェクタロッド53が、特許請求の範囲に記載の可動部材に対応するが、本発明はこれに限定されない。可動部材は、エジェクタロッド53と共に進退する部材でもよい。
上記実施形態では、エジェクタモータ51が、特許請求の範囲に記載の駆動源に対応するが、本発明はこれに限定されない。例えば、駆動源として、油圧シリンダなどが用いられてもよい。
駆動源の駆動力を検出する検出器は、駆動源に応じて適宜選定されてよい。例えば駆動源が油圧シリンダの場合、油圧検出器が用いられてもよい。また、駆動源の種類に関係なく、エジェクタロッド53の歪を検出する歪検出器が用いられてもよい。
上記実施形態では、型締装置10として、型開閉方向が水平方向である横型締装置が用いられるが、型開閉方向が上下方向である竪型締装置が用いられてもよい。竪型締装置は、下プラテン、上プラテン、トグルサポート、トグル機構、およびタイバーなどを有する。下プラテンと上プラテンのうち、いずれか一方が固定プラテン、残りの一方が可動プラテンとして用いられる。下プラテンには下金型が取り付けられ、上プラテンには上金型が取り付けられる。下金型と上金型とで金型装置が構成される。下金型は、ロータリーテーブルを介して下プラテンに取り付けられてもよい。トグルサポートは、下プラテンの下方に配設される。トグル機構は、トグルサポートと下プラテンとの間に配設される。タイバーは、鉛直方向に平行とされ、下プラテンを貫通し、上プラテンとトグルサポートとを連結する。下プラテンにおけるトグルサポートとの対向面に、エジェクタ装置が取付けられる。
本出願は、2016年3月25日に日本国特許庁に出願した特願2016−062414号に基づく優先権を主張するものであり、特願2016−062414号の全内容を本出願に援用する。
10 型締装置
30 金型装置
32 固定金型
33 可動金型
34 キャビティ空間
35 力伝達部材
50 エジェクタ装置
51 エジェクタモータ
52 運動変換機構
53 エジェクタロッド
54 トルク検出器
90 制御装置
95 入力装置
96 出力装置

Claims (4)

  1. 金型装置に対し前進することで前記金型装置から成形品を突出す可動部材と、前記可動部材を進退させる駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、前記可動部材を前進させる間に、前記駆動源の駆動力の検出値の上昇速度に基づいて、前記駆動力の上限値が異なる第1区間および第2区間を設ける、射出成形機。
  2. 金型装置に対し前進することで前記金型装置から成形品を突出す可動部材と、前記可動部材を進退させる駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置とを有し、
    前記制御装置は、前記可動部材を前進させる間に、前記可動部材の前進速度の検出値に基づいて、前記駆動源の駆動力の上限値が異なる第1区間および第2区間を設ける、
    射出成形機。
  3. 金型装置に対し前進することで前記金型装置から成形品を突出す可動部材と、前記可動部材を進退させる駆動源と、前記駆動源を制御する制御装置とを有し、
    前記可動部材は、前進開始時に前記金型装置の内部に進退自在に配設される力伝達部材から離れており、前進の途中で前記力伝達部材と接触し、続いて前記力伝達部材を押して前記成形品を突出し、
    前記制御装置は、前記可動部材を前進させる間に、前記駆動源の駆動力の上限値が異なる第1区間および第2区間を設け
    前記第1区間は、前記可動部材が前記力伝達部材と離れている区間の少なくとも一部を含み、
    前記第2区間は、前記可動部材が前記力伝達部材と接触する区間の少なくとも一部を含み、
    前記第1区間では、前記第2区間よりも前記上限値が大きい、
    射出成形機。
  4. 前記制御装置は、前記第1区間および前記第2区間を、前記駆動力の検出値と所定値との差分に基づいて設ける、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の射出成形機。
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