JPH10315292A - プラスチック成形方法及び成形装置 - Google Patents

プラスチック成形方法及び成形装置

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JPH10315292A
JPH10315292A JP13944897A JP13944897A JPH10315292A JP H10315292 A JPH10315292 A JP H10315292A JP 13944897 A JP13944897 A JP 13944897A JP 13944897 A JP13944897 A JP 13944897A JP H10315292 A JPH10315292 A JP H10315292A
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JP
Japan
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mold
temperature control
plastic molding
molding apparatus
temperature
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Application number
JP13944897A
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English (en)
Inventor
Toshiharu Hatakeyama
寿治 畠山
Hidenobu Kishi
秀信 岸
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プラスチックレンズなどの厚肉成形品を容易
に、かつ高精度に成形することができる射出成形装置を
提供する。 【解決手段】 成形装置は、固定型11と可動型12と
からなる金型と、これを加熱または冷却するための温調
プレート13,14および温調ブロック19,20と、
金型に対する前記温調ブロックの押圧機構22,23
と、演算制御部27とを備えている。キャビテイ30内
の溶融樹脂の固化工程では、溶融樹脂各部の圧力を型内
圧センサー26aで検出し、この圧力検出値に基づい
て、演算制御部27からの指令により前記温調プレー
ト、温調ブロックおよび押圧機構の作動を制御する。こ
のような金型温度制御により、固化工程における金型内
樹脂各部の圧力の均一化、すなわち溶融樹脂の固化速度
の均一化を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチックの成
形方法および成形装置に関し、特にレンズやミラー等の
ように鏡面をもった高精度なプラスチック光学素子を製
造するための成形方法および、この方法を実施するのに
好適な成形装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プラスチック成形品の製造方法として
は、一定温度に保持された金型のキャビテイ内に溶融樹
脂を射出し、冷却固化させる射出成形法が一般的に用い
られている。しかしながらレンズ、ミラー等のような、
(1)厚肉成形品、(2)偏肉のある成形品、または
(3)長尺の成形品を成形する場合、(1)(2)では
成形品の厚肉部と薄肉部とで、また(3)においては中
央部と端部とで溶融樹脂の冷却速度に差が生じて成形歪
が発生しやすいため、良好な精度の製品を得るのが難し
いという問題があった。
【0003】従来より、この種の成形品の成形に際して
は、金型温度を原料樹脂のガラス転移点以上に昇温して
樹脂流動性を高めてから樹脂を射出し、射出後金型を冷
却して成形品を取り出している。この場合の金型の加熱
・冷却技術としては、特開平1−200925号公報
〔発明の名称:プラスチックレンズの成形方法(キャノ
ン)〕のように、金型内に、冷却水を流す冷却管と加熱
ヒーターとを併設して加熱・冷却を行うものが知られて
いる。
【0004】プラスチック光学素子の製造技術について
開示している特許公報としては、上記の他に、例えば以
下のものが挙げられる。 特公平7−51305号公報〔発明の名称:成形用金
型(松下電器産業)〕、 特開平6−328538号公報〔発明の名称:射出成
形用ヒートサイクルシステム(オリンパス光学工業)、 特公平7−59375号公報〔発明の名称:プラスチ
ックレンズの成形金型(日精樹脂工業)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平1−200925号公報に提案されている成形装置
では、加熱ヒーターを金型に直接埋設しているため、ヒ
ーター周囲のみが急激に加熱されて金型が不適切な温度
分布となり、成形品の品質悪化(ヒケ等)が発生しやす
いという問題点があった。
【0006】また、上記特開平7−51305号公報に
記載の成形用金型では、金型内の熱媒体通路を、金型表
面の面積が大きいところでは金型表面から近い距離をお
いて配置し、また熱媒体通路の上流側から下流側に向か
い金型表面との距離が小さくなるように配置すること
で、成形品の表面温度の均一化を図っている。しかし、
この金型について最適な熱媒体通路の配置設定行うに
は、非常な困難が伴うという問題があった。
【0007】本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みて
なされたもので、その目的は、溶融樹脂が射出された金
型の温度を容易に最適値に制御することが可能な成形方
法および成形装置を提供することにあり、より具体的に
は厚肉、偏肉または長尺形状の成形品など、金型内樹脂
の成形圧力ムラが発生しやすい成形品を成形する場合に
おいても、金型内の溶融樹脂各部の温度を制御して溶融
樹脂各部の圧力を短時間で均一化させることにより、成
形歪の発生を防止して高精度の成形品を得ることができ
る、プラスチックの射出成形方法および、これを実施す
るのに好適な成形装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載のプラス
チック成形方法は、一体に接合されてキャビテイを形成
する少なくとも一対の金型に溶融樹脂を射出・充填して
成形品を得るプラスチック成形方法において、前記金型
を互いに接合させる型締め方向と、該型締め方向と直交
する方向とに設けられた金型温度分布制御手段により、
選択的な金型温度分布制御を行うことを特徴とする。
【0009】請求項2に記載のプラスチック成形装置
は、一体に接合されてキャビテイを形成する少なくとも
一対の金型に溶融樹脂を射出・充填して成形品を得るプ
ラスチック成形装置において、前記金型を互いに接合さ
せる型締め方向と、該型締め方向と直交する方向とに金
型温度分布制御手段を備え、これらの金型温度分布制御
手段を個別に作動させることにより、選択的な金型温度
制御が可能であるようにしたことを特徴する。
【0010】請求項1の成形方法、請求項2の成形装置
では、複数の金型温度分布制御手段を、それぞれ個別に
作動させて金型温度制御を微細・選択的に行うことで、
高精度(形状・寸法・表面形態等)のレンズ、ミラー等
のプラスチック製品を容易に、かつ安定して成形するこ
とができる。
【0011】請求項3に記載のプラスチック成形装置
は、請求項2において、金型を互いに接合させる型締め
方向に設けられた前記金型温度分布制御手段が、高熱伝
導性の材質で構成された温調プレートからなり、型締め
方向と直交する方向に設けられた前記金型温度分布制御
手段が、高熱伝導性の材質で構成された温調ブロックか
らなることを特徴とする。
【0012】請求項4に記載のプラスチック成形装置
は、請求項3において金型温度分布制御手段である前記
温調レート、温調ブロックのいずれもが、加熱システム
および冷却システムを備えていることを特徴とする。
【0013】請求項5に記載のプラスチック成形装置
は、請求項4において、前記温調プレートおよび温調ブ
ロックに設けられた加熱システムが発熱抵抗体加熱ヒー
ターからなり、該発熱抵抗体加熱ヒーターが各々の部分
の発熱量を自在にコントロールできる多分割ヒーターか
らなることを特徴とする。
【0014】請求項6に記載のプラスチック成形装置
は、請求項4または5において、前記温調プレートおよ
び温調ブロックに設けられた冷却システムがヒートパイ
プ、冷却回路の少なくとも一方を有することを特徴とす
る。
【0015】請求項7に記載のプラスチック成形装置
は、請求項3,4,5または6において前記温調ブロッ
クが、複数のブロックで構成されていることを特徴とす
る。
【0016】請求項8に記載のプラスチック成形装置
は、請求項3,4,5,6または7において前記温調ブ
ロックが油圧、空気圧、電動機等により、金型との密着
力を微細に制御可能であることを特徴とする。
【0017】請求項9の記載のプラスチック成形装置
は、請求項2〜8のいずれか一つの項において、金型の
キャビテイ形成部が複数の金型部材から構成され、それ
ぞれの金型部材が少なくとも一つの圧力検出手段を備え
ていることを特徴とする。
【0018】請求項10に記載のプラスチック成形装置
は、請求項9において前記金型温度分布制御手段が、前
記圧力検出手段の検出結果に対応して、設定温度を演算
し制御する演算制御部を備えていることを特徴とする。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。 実施例1 図1はプラスチック成形装置(射出成形機)の要部構成
を示す断面図である。この成形装置は、固定型11と可
動型12とで構成された一対の金型と、これを加熱また
は冷却するための温調プレート13,14と、同じく前
記金型を加熱または冷却するための温調ブロック19,
20と、これらの温調ブロックの押圧機構22,23
と、前記温調プレート、温調ブロックおよび押圧機構の
作動を制御する演算制御部27とを備えている。この演
算制御部27は、後記する型内圧センサー26aによる
圧力検出値に基づいて、金型各部の設定温度を演算し制
御するための機構であって、演算部27aおよび出力制
御部27bを備えている。以下、この成形装置の各構成
要素について詳細に説明する。
【0020】固定型11の外側(図1の右側)と、可動
型12の外側(図1の左側)とには、それぞれ金型温度
を調節するための金型温度分布制御手段である温調プレ
ート13,14が取り付けられている。これらの温調プ
レート13,14はそれぞれ、その外側に設けた断熱板
15,16を介して右左のダイプレート17,18で支
持され、ダイプレート18は型締め機構21の先端部に
固定されている。
【0021】この成形装置の射出成形機を構成する加熱
シリンダー41の溶融樹脂射出口が温調プレート13、
断熱板15、ダイプレート17のそれぞれの中心部を貫
通して固定型11のスプルー30aに臨んでおり、成形
時には型締め機構21により、可動型12を型締め方向
(図1中、右向きの太い矢印で示す)に所定の圧力で型
締めする構造となっている。
【0022】前記型締め方向と直交する方向の両側(図
1の上側および下側)には、同様に金型温度を調節する
ための金型温度分布制御手段である温調ブロック19,
20が設けられている。これらは油圧、空気圧、電動機
等により、所定の圧力で微調加圧制御が可能な押圧機構
22、23と連結され、これらの押圧機構は、演算制御
部27の出力制御部27bに連絡されている。
【0023】金型の型締め方向の両側と、前記型締め方
向と直交する方向の両側とに設けられた前述の金型温度
分布制御手段である温調プレート13,14および温調
ブロック19,20は、高熱伝導性の材質(例えば、ア
ルミニウム合金、銅合金または、高熱伝導率の金属とセ
ラミックの複合体)で構成されている。図1において3
0はキャビティ、28は固定型11のキャビティ形成
部、29は可動型12のキャビティ形成部である。
【0024】ここで、温調プレート14の構造につい
て、図2を参照して更に詳細に説明する。図2(a)は
図1のA−A線断面図であって、温調プレート14の構
造を示すものである。図2(a)の上下方向は、図1の
上下方向と一致している。図2(b)は、図2(a)の
B部拡大図である。なお、温調ブロック19(20)の
構造は、温調プレート14と基本的に同一なので、その
説明は省略する。
【0025】図2(a)において温調プレート14の右
半部、左半部のそれぞれに、加熱システム24および冷
却システム25が上下多段、かつ交互に設けられてお
り、これらのシステムは、演算制御部27の出力制御部
27bに連絡されている。ただし、温調プレート14の
上下方向中央部、すなわち前記加熱シリンダー41の射
出口に対向する部分では、冷却システム25同士を隣接
させて設けてある。また、加熱システム24と冷却シス
テム25との中間には、熱電対31が挿入され、これら
の熱電対31は、指示記録温度計32に連絡されてい
る。
【0026】このように温調プレート14は、内部に加
熱システム24および冷却システム25の両システムを
備えており、加熱システム24の加熱手段は、多分割発
熱抵抗体加熱ヒーターからなる。これらの加熱ヒーター
は、各々の部分の発熱量を自在にコントロールできるも
ので、これにより金型の温度分布を微細に制御すること
が可能である。また、冷却システム25の冷却手段はヒ
ートパイプ、冷却回路のいずれか少なくとも一方からな
り、これにより簡単な構造で金型の温度を高精度に調節
することができる。
【0027】図示されていないが温調ブロック19,2
0もまた、温調プレート13,14と同様に、内部に加
熱システムおよび冷却システムと、熱電対とを備えてい
る。前記加熱システムおよび冷却システムは、演算制御
部27の出力制御部27bに連絡され、前記熱電対は指
示記録温度計に連絡されている。前記加熱システム、冷
却システムの構造は、それぞれ前記加熱システム24、
冷却システム25と同じである。また温調ブロック1
9,20は複数のブロックで構成され、かつ微調加圧制
御が可能な押圧機構22,23により、金型との密着力
を高精度に制御可能であるため、より微細に選択的な金
型各部の温度調節を行うことができる。
【0028】このように、温調プレート13,14に設
けた加熱システム24および冷却システム25と、温調
ブロック19,20に設けた加熱システム、冷却システ
ムおよび押圧機構22,23を適宜に選択的に作動させ
ることによって、金型各部を広い温度領域にわたり迅速
に、しかも、より選択的に所望の温度に素早く調節する
ことができる。
【0029】固定型11、可動型12では、それぞれの
キャビテイ形成部28,29が複数の金型部材から構成
されており、これらの金型部材は、溶融樹脂の圧力を測
定するための圧力検出手段である型内圧センサー26a
を少なくとも一つ備えている。この型内圧センサー26
aは、内圧検知部26bを介して演算制御部27の演算
部27aに連絡されている。
【0030】以上のように、この実施例の成形装置は、
金型を構成する固定型11、可動型12内にそれぞれ型
内圧センサー26aを複数備え、この金型の左右と上下
にそれぞれ温調プレート13,14と温調ブロック1
9,20とを備え、これらの温調ブロックを金型に押圧
させる押圧機構22,23を備え、さらに上記温調プレ
ート、温調ブロックおよび押圧機構の作動を制御する演
算制御部27を備えている。
【0031】そして、この成形装置では、加熱シリンダ
ー41から射出された金型内の溶融樹脂を固化させる工
程において、キャビテイ30内の溶融樹脂各部の圧力を
型内圧センサー26aで検出し、この圧力検出値を内圧
検知部26bを介して演算制御部27の演算部27aに
伝え、この演算部27aによるデータを出力制御部27
bに伝え、さらにこの出力制御部27bからの指令によ
って、温調プレート13,14と温調ブロック19,2
0の作動(金型各部の加熱または冷却)を制御するとと
もに、押圧機構22,23により金型に対する温調ブロ
ック19,20の押圧力(密着力)を制御する。図1
中、上向きおよび下向きの太い矢印は、温調ブロック1
9,20の押圧力を高める場合の、これらの移動の向き
を示している。
【0032】この場合、圧力検出値が相対的に高い樹脂
部分では、これを前記温調プレートおよび/または温調
ブロックにより加熱し、逆に圧力検出値が相対的に低い
樹脂部分では、これを前記温調プレートおよび/または
温調ブロックにより冷却する。すなわち、圧力検出値が
相対的に高い樹脂部分では、射出された溶融樹脂の冷却
速度が他の部分に比べて高く、樹脂の固化が進みすぎて
いることを示しているから、この部分を加熱して固化を
遅くし、逆に、圧力検出値が低い部分では、溶融樹脂の
冷却が他の部分に比べて遅すぎるので、これを冷却して
固化を促進することにより、金型内樹脂の固化速度の均
一化を達成するものである。このように、金型内各部の
樹脂の測定圧力を基にして、金型各部の温度を最適値に
制御することで、金型内溶融樹脂の固化速度が均一とな
るので、高精度の成形品を容易に得ることができる。
【0033】例えばレンズのように肉厚が一定でない成
形品を成形する場合において、従来知られているような
単純構造の冷却装置で金型を冷却したときには、成形品
各部の溶融樹脂の固化速度が異なるため、高精度の成形
品を得るのが難しかった。これに対して上記実施例で
は、薄肉部(の溶融樹脂)については加熱によりその固
化を遅らせ、厚肉部に対しては冷却によりその固化を促
進することにより、薄肉部と厚肉部とで固化速度を等し
くさせるという温度制御を、成形品各部の圧力検出値を
もとに決定して、精密かつ微細に行うことができる。
【0034】このためレンズ、ミラー等のような、溶融
樹脂の固化時に成形品各部の成形圧力にムラが生じやす
い厚肉の成形品、偏肉のある成形品、または長尺の成形
品を成形する場合においても、短時間で成形品各部の圧
力の均一化を図ることができるので、高精度の成形品を
容易に、かつ安定して成形することができる。また、こ
の実施例では、金型温度分布制御手段を金型外に設けて
あるため、汎用性が極めて高いという利点もある。
【0035】また、上記成形工程中、前記熱電対により
温調プレート13,14および温調ブロック19,20
の各部温度が検出され、指示記録温度計に伝達される。
したがって、この指示記録温度計に記録された成形工程
中の温度変化が、高精度の成形品を成形するのに好適な
ものであることが確認されれば、この温度変化データに
基づいて制御プログラムを定め、これによって前記温調
プレートおよび温調ブロックによる金型の加熱/冷却操
作をプログラム制御することが可能となる。
【0036】実施例2 図3は、本発明のプラスチック成形装置を用いて行う成
形方法の一例を示す要部断面図である。この成形方法で
は、予め略最終形状に加工された複数個のプラスチック
母材Pを、キャビテイ30を複数形成した上型11aと
下型12aとで構成された金型に挿入し、次いで、この
プラスチック母材Pをガラス転移点以上の温度に加熱溶
融し、これによって樹脂内圧を発生させ、次いで徐冷す
ることにより、金型の鏡面状内面を母材Pの表面に転写
させることで、肉厚が均一でなく、しかも鏡面表面を有
するレンズ等の成形品を得るようにしている。図3にお
いて、上向きの太い矢印は型締め方向を、左右の太い矢
印は、押圧機構22,23による押圧の向きをそれぞれ
示している。
【0037】上記実施例1の成形装置、実施例2の成形
方法によれば、金型各部について精密、かつ微細に選択
的な温度調節を行うことで、高精度のレンズやミラー等
の精密プラスチック成形品を容易に、かつ安定して製造
することができる。
【0038】
【発明の効果】以上の説明で明らかように、本発明によ
れば、以下の作用効果が得られる。 (1)請求項1の成形方法 金型の型締め方向に設けた金型温度分布制御手段と、前
記型締め方向と直交する方向に設けた金型温度分布制御
手段とにより、選択的な金型温度分布制御を行うため、
成形圧力のムラが発生しやすい厚肉、偏肉または長尺形
状の成形品の場合においても、金型内に射出された溶融
樹脂の圧力を短時間で均一化させることができる。この
結果、成形歪の発生が防止され、高精度の成形品を得る
ことができる。
【0039】(2)請求項2の成形装置 金型の型締め方向に設けた金型温度分布制御手段と、前
記型締め方向と直交する方向に設けた金型温度分布制御
手段とを、それぞれ個別に作動させることによって、選
択的な金型温度制御を行うことができるため、請求項1
の成形方法による効果と同様の優れた効果が得られる。
【0040】(3)請求項3の成形装置 前記金型温度分布制御手段が、高熱伝導性の材質で構成
された温調プレートおよび温調ブロックからなるため、
金型温度を迅速に所望温度に調節することができる。
【0041】(4)請求項4の成形装置 前記温調プレートおよび温調ブロックが、加熱および冷
却の両システムを備えているため、広い温度範囲にわた
って金型各部を、より選択的に温度調節することができ
る。
【0042】(5)請求項5の成形装置 前記温調プレートおよび温調ブロックに設けられた加熱
システムが発熱抵抗体加熱ヒーターからなり、該発熱抵
抗体加熱ヒーターが各々の部分の発熱量を自在にコント
ロールできる多分割ヒーターからなるため、より微細に
金型各部の温度調節を行うことができる。
【0043】(6)請求項6の成形装置 前記温調プレートおよび温調ブロックに設けられた冷却
システムがヒートパイプ、冷却回路の少なくとも一方を
有することにより、簡単な構造で金型各部の温度を高精
度に調節することができる。
【0044】(7)請求項7の成形装置 前記温調ブロックが複数のブロックで構成されているた
め、より微細に金型各部の温度調節を行うことができ
る。
【0045】(8)請求項8の成形装置 前記温調ブロックが油圧、空気圧、電動機等により、金
型との密着力を微細に制御可能であるため、より微細に
金型各部の温度調節を行うことができる。
【0046】(9)請求項9の成形装置 金型のキャビテイ形成部が複数の金型部材から構成さ
れ、それぞれの金型部材が少なくとも一つの圧力検出手
段を備えているため、部材や圧力センサー等が一部故障
した場合にも、これらの部品のみを交換することで対応
でき、メンテナンス性に優れたものとなる。
【0047】(10)請求項10の成形装置 金型温度分布制御手段が、前記圧力検出手段の検出結果
に対応して設定温度を演算し制御する演算制御部を備え
ていることから、より確実に金型各部の温度を最適値に
調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプラスチック成形装置の実施例を
示す要部断面図である。
【図2】図1の成形装置を構成する温調プレートの構造
を示すもので、(a)はその断面図(図1のA−A線断
面図)であり、(b)は(a)のB部拡大図である。
【図3】本発明に係るプラスチック成形方法の実施例を
示す要部断面図である。
【符号の説明】
11 固定型 11a 上型 12 可動型 12a 下型 13,14 温調プレート 15,16 断熱板 17,18 ダイプレート 19,20 温調ブロック 21 型締め機構 22,23 押圧機構 24 加熱システム 25 冷却システム 26a 型内圧センサー 26b 内圧検知部 27 演算制御部 27a 演算部 27b 出力制御部 28,29 キャビティ形成部 30 キャビティ 30a スプルー 31 熱電対 32 指示記録温度計 41 加熱シリンダー

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一体に接合されてキャビテイを形成する
    少なくとも一対の金型に溶融樹脂を射出・充填して成形
    品を得るプラスチック成形方法において、前記金型を互
    いに接合させる型締め方向と、該型締め方向と直交する
    方向とに設けられた金型温度分布制御手段により、選択
    的な金型温度分布制御を行うことを特徴とするプラスチ
    ック成形方法。
  2. 【請求項2】 一体に接合されてキャビテイを形成する
    少なくとも一対の金型に溶融樹脂を射出・充填して成形
    品を得るプラスチック成形装置において、前記金型を互
    いに接合させる型締め方向と、該型締め方向と直交する
    方向とに金型温度分布制御手段を備え、これらの金型温
    度分布制御手段を個別に作動させることにより、選択的
    な金型温度制御が可能であるようにしたことを特徴とす
    るプラスチック成形装置。
  3. 【請求項3】 金型を互いに接合させる型締め方向に設
    けられた前記金型温度分布制御手段が、高熱伝導性の材
    質で構成された温調プレートからなり、型締め方向と直
    交する方向に設けられた前記金型温度分布制御手段が、
    高熱伝導性の材質で構成された温調ブロックからなるこ
    とを特徴とする請求項2記載のプラスチック成形装置。
  4. 【請求項4】 金型温度分布制御手段である前記温調プ
    レート、温調ブロックのいずれもが、加熱システムおよ
    び冷却システムを備えていることを特徴とする請求項3
    記載のプラスチック成形装置。
  5. 【請求項5】 前記温調プレートおよび温調ブロックに
    設けられた加熱システムが発熱抵抗体加熱ヒーターから
    なり、該発熱抵抗体加熱ヒーターが各々の部分の発熱量
    を自在にコントロールできる多分割ヒーターからなるこ
    とを特徴とする請求項4記載のプラスチック成形装置。
  6. 【請求項6】 前記温調プレートおよび温調ブロックに
    設けられた冷却システムがヒートパイプ、冷却回路の少
    なくとも一方を有することを特徴とする請求項4または
    5記載のプラスチック成形装置。
  7. 【請求項7】 前記温調ブロックが、複数のブロックで
    構成されていることを特徴とする請求項3,4,5また
    は6記載のプラスチック成形装置。
  8. 【請求項8】 前記温調ブロックが油圧、空気圧、電動
    機等により、金型との密着力を微細に制御可能であるこ
    とを特徴とする請求項3,4,5,6または7記載のプ
    ラスチック成形装置。
  9. 【請求項9】 前記金型のキャビテイ形成部が複数の金
    型部材から構成され、それぞれの金型部材が少なくとも
    一つの圧力検出手段を備えていることを特徴とする請求
    項2〜8のいずれか一つの項記載のプラスチック成形装
    置。
  10. 【請求項10】 前記金型温度分布制御手段が、前記圧
    力検出手段の検出結果に対応して、設定温度を演算し制
    御する演算制御部を備えていることを特徴とする請求項
    9記載のプラスチック成形装置。
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