(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｉ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムであって、該システムは、
ブランク金型の少なくとも１つの構成要素の表面温度を決定し、それを示す温度測定値を提供する熱測定装置と、
冷却材供給部と、
冷却材を冷却材供給部からブランク金型の少なくとも１つの構成要素に選択的に送出するためのバルブと、
ブランク金型の少なくとも１つの構成要素が維持されるべき所定の温度を示す温度を入力する温度入力部と、
冷却期間出力を提供して、所定の温度を達成する方法で冷却材をブランク金型の少なくとも１つの構成要素に送出するようにバルブを動作させるコントローラと、
温度入力及び温度測定値が入力され、コントローラを動作させる出力を提供する誤差モニタリングフィードバックシステムと
を備えていることを特徴とするブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、
Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、熱測定装置は、パイロメータ支持レールに取り付けられてセクション間を移動する複数軸のパイロメータであって、セクションのそれぞれのブランク金型のそれぞれの温度を決定することができる複数軸のパイロメータを備え、
誤差モニタリングフィードバックシステムは、
予測されるブランク金型の温度を計算する金型熱モデルのコントローラと、
モデリング誤差を生成するために、金型熱モデルのコントローラにより供給される予測温度を、熱測定装置により与えられる温度測定値から差し引く第１の加算器と、
コントローラに供給される誤差信号を生成するために、第１の加算器により与えられるモデリング誤差を、所望の温度を示す温度入力から差し引く第２の加算器と、を備えている、
ことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、ブランク金型は、左側金型半体部分と、右側金型半体部分と、プランジャとを有し、熱測定装置は、左側金型半体部分、右側金型半体部分、及びプランジャのそれぞれの温度を決定することができることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、熱測定装置は、ブランク金型に組み込まれたセンサを備えていることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、熱測定装置は、ブランク金型の温度を決定する固定されたパイロメータを備えていることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、各ブランク金型は、左側金型半体部分と、右側金型半体部分と、プランジャとを有し、各セクションの左側金型半体部分には、単一のバルブにより制御されて冷却材が供給され、各セクションの右側金型半体部分には、単一のバルブにより制御されて冷却材が供給されることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、各ブランク金型は、左側金型半体部分及び右側金型半体部分を有し、左側又は右側の各金型半体部分への冷却材の流れは、単一のバルブにより制御されることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、各ブランク金型は、左側金型半体部分と右側金型半体部分とを有し、左側又は右側の各金型半体部分は、複数のゾーンを有し、左側又は右側の各金型半体部分の各ゾーンへの冷却材の流れは、単一のバルブにより制御されることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、コントローラは、所望の金型温度を達成するための冷却期間を計算する逆金型熱モデルのコントローラを備えていることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システムにおいて、該システムはさらに、誤差信号をコントローラに与えられる前に誤差信号をフィルタリングするためのローパスフィルタを備えていることを特徴とするＩ．Ｓ．マシンのためのブランク金型冷却サイクルタイミング制御システム。
【請求項１０】
Ｉ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法であって、
ブランク金型の少なくとも１つのエレメントの表面温度を決定し、それを示す温度測定値を提供する温度決定ステップと、
冷却材供給部を設けるステップと、
冷却材を冷却材供給部からブランク金型の少なくとも１つの構成要素に対してバルブを介して選択的に送出するステップと、
ブランク金型の少なくとも１つの構成要素が維持されるべき所定の温度を指示するステップと、
コントローラを用いてバルブの動作を制御して、所定の温度を達成する方法で冷却材をブランク金型の少なくとも１つの構成要素に送出するステップと、
誤差モニタリングフィードバックシステムに入力として温度入力及び温度測定値を提供し、かつ誤差モニタリングフィードバックシステムがコントローラを動作させる出力を供給するステップと
を含むことを特徴とする方法において、
前記Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、温度決定ステップは、複数軸のパイロメータを、セクション間を移動するためのパイロメータ支持レールに取り付けるステップを含み、複数軸のパイロメータは、セクションのそれぞれのブランク金型のそれぞれの温度を決定することができるよう構成され、
前記誤差モニタリングフィードバックシステムに入力として温度入力及び温度測定値を提供し、かつ誤差モニタリングフィードバックシステムがコントローラを動作させる出力を供給するステップは、
予測されるブランク金型の温度を、金型熱モデルのコントローラを用いて計算するステップと、
モデリング誤差を生成するために、金型熱モデルのコントローラにより提供される予測温度を、熱測定装置により提供される温度測定値から差し引くステップと、
コントローラを動作させる出力を生成するために、モデリング誤差を所定の温度を示す温度入力から差し引くステップと、を含む、
ことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載のＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法において、ブランク金型は、左側金型半体部分と、右側金型半体部分と、プランジャとを有し、温度決定ステップは、左側金型半体部分、右側金型半体部分、及びプランジャのそれぞれの温度を決定するステップを含むことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法において、Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、各ブランク金型は、左側金型半体部分と、右側金型半体部分と、プランジャとを有し、該方法はさらに、各セクションの左側金型半体部分への冷却材の流れを単一のバルブにより制御するステップと、各セクションの右側金型半体部分への冷却材の流れを単一のバルブにより制御するステップとを含むことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法において、Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、各ブランク金型は、左側金型半体部分と右側金型半体部分とを有し、該方法はさらに、左側又は右側の各金型半体部分への冷却材の流れを単一のバルブにより制御するステップを含むことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法において、Ｉ．Ｓ．マシンは、複数のセクションと、各セクションに備えられた複数のブランク金型とを有し、各ブランク金型は、左側金型半体部分と右側金型半体部分とを有し、左側又は右側の各金型半体部分は、複数のゾーンを有し、該方法はさらに、左側又は右側の各金型半体部分の各ゾーンへの冷却材の流れを単一のバルブにより制御するステップを含むことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか一項に記載のＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法において、該方法はさらに、コントローラを動作させるための出力を、それがコントローラに提供される前にローパスフィルタリングを行うステップを含むことを特徴とするＩ．Ｓ．マシンにおいてブランク金型冷却サイクルタイミングを制御する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｉ.Ｓ.マシン（Individual Section Machine：自動製壜機）の動作に関し、より詳細には、所望のブランク金型温度／熱排出を維持するために、マシンのタイミングを自動的に調整するための閉ループブランク金型温度制御システム及び方法に関する。
なお本出願は、２０１１年４月１２日に出願された「閉ループブランク金型温度制御システム及び方法（Closed loop blank mold temperature control system and Method）」と題される米国特許出願第６１／４７４,５３２号、並びに、２０１１年９月３０日に出願された「閉ループブランク金型温度制御システム及び方法（Closed loop blank mold temperature control system and Method）」と題される米国特許出願第６１／５４１,１４８号の優先権を主張するものであり、これらの出願の内容全体を参照により援用する。
【背景技術】
【０００２】
大量生産の中空ガラス容器は、２段階の成形プロセスを用いるＩ．Ｓ．マシンで製造されるのが通常である。ブランク側プロセスとして知られる第１の段階では、一対のブランク金型半体部分（blank mold halves）により形成されるキャビティ内で、溶融ガラスのゴブにプレス加工及びブロー加工のいずれかを施すことにより、中空プリフォーム(パリソン)が成形される。ブロー側プロセスとして知られる第２の段階では、パリソンはまず、自身の熱い内部の熱により再加熱され、重力の影響を受けて伸びる。次に、ブロー金型の２つの半体部分により形成されるキャビティ内で、圧縮空気を用いてブローされて、容器の最終形状が形成される。
【０００３】
完成容器の外部表面の形状は、ブロー成形キャビティの大きさにより決定される。それに対し、内部表面は圧縮空気により形成されるため、内部表面にはあらかじめ決定された形がない。したがって、壁厚は、パリソンから完成容器に変形するときにブロー側プロセスにおいて生じるガラスの再分布に依存する。
【０００４】
そしてこれは、パリソンがブロー側プロセスに入るときの温度依存性の高いパリソンの粘度分布に依存する。ガラス容器において良好なガラス分布を得るために、パリソンがブランク金型から取り外されるときに、適正量の熱を適正な速度でパリソンから除去することにより、パリソンにおいて適切な温度分布を有することが必要である。そしてこれは、パリソンがブランク金型の中にとどまっている時間量と、ブランク金型半体部分の冷却タイミング及び冷却期間とから影響を受ける。
【０００５】
ゴブの高温ガラスがより低温であるブランク金型の内部表面に接触すると、パリソンの外面上に「表皮」が形成される。パリソンの反転及びブロー金型への移送を容易にするために、パリソンは、まだすぐに再加熱される温度にある間に、適宜の表皮を有する必要がある。表皮の厚みは、主にパリソンとブランク金型の内壁との接触時間（主としてマシンのタイミング時間により異なる）に依存し、表皮の温度は、主にブランク温度に依存する。ブランク側の金型装置の温度は、主にパリソンの熱状態に影響を与えるので、このプロセスパラメータについて適正な温度を維持することが重要である。
【０００６】
現在のところ、適切なブランク金型温度を維持することが重要であるにも関わらず、ブランク金型の冷却に影響を与えるプロセスパラメータは、パリソン及び完成ガラス容器の外観に基づいて、Ｉ．Ｓ．マシンの操作者が手動で調整するのが通常である。例えば、冷却空気温度の変化等のシステムに作用する外乱により、必要な冷却量は時間とともに変化するため、操作者は、最初の冷却タイミングを設定する必要があるだけでなく、変化があるたびにそれを再調整して、適宜のブランク温度を長時間にわたり維持しなければならない。この手動による調整は、オンライン計測の恩恵を受けることなしに行われるのが通常であり、ガラスそのものの観察、及び、手持ち型（hand held）プローブを用いたブランク金型温度のスポットチェックに基づいて行われる。したがって、結果は、操作者の技能及び努力の両方に大きく依存する。
【０００７】
長時間にわたりＩ．Ｓ．マシン全体の複数のキャビティにおいて熱状態が一定であるパリソンを得ることができれば有利である。一般に、熱いガラス容器の特性に関する使用可能な情報に基づいて、ブランク金型の冷却に影響を与えるプロセスパラメータを自動修正することは、過去には実現されておらず、そのため自動修正により新たな発展を示すことになるであろう。
【０００８】
本発明の背景の項で述べた主題は、本発明の背景の項で言及されているからといって、そのことのみにより先行技術であると想定すべきではない。同様に、本発明の背景の項で言及したか又は関連している問題は、先行技術において先に認識されているものと想定するべきではない。本発明の背景の項で述べた主題は、さまざまなアプローチを単に示すものであり、これらのアプローチ自体も発明であり得る。
【発明の概要】
【０００９】
本明細書において説明する新しいアプローチは、閉ループ制御を使用するものであり、ブランク金型の温度を測定し、冷却及び接触時間のパラメータを自動的に調整して、所望の温度値を維持する。したがって、本発明は、プロセスの歩留まり及び品質を向上することができ、かつ、マシンのタイミングを自動的に調整することで所望のブランク金型温度／熱抽出を維持することにより、操作者の技能への依存性を低減することができる。
【００１０】
本発明では、閉ループブランク金型温度制御システム及びその動作のための方法は、ブランク金型測定温度を取り、それを用いて冷却用空気のブランク金型への供給を自動的に制御するために用いられる。これは、各ブランク金型半体部分に独立して行うことも、各ブランク金型のプランジャに独立して行うことも可能である。閉ループブランク金型温度制御システムは、温度のセットポイントのコマンドを提供し、左右のパリソン温度のバランスを取り、かつパリソン温度をセットポイントに維持することが可能であり、そしてこれらは全て、最終的なガラス容器の品質向上に寄与する。
【００１１】
システムの実施形態では、熱測定装置は、ブランク金型の少なくとも１つのエレメントの表面温度を決定してそれを示す温度測定値を与え、バルブは、冷却材を冷却材供給部からブランク金型の少なくとも１つのエレメントへ選択的に送出し、温度入力は、ブランク金型の少なくとも1つのエレメントが維持されるべきである所望の温度を示すために与えられ、コントローラは、所望の温度を達成するような方法で、ブランク金型の少なくとも１つのエレメントに冷却材を送出するようにバルブを動作させる冷却期間出力を提供し、そして誤差モニタリングフィードバックシステムは、入力として温度入力及び温度測定値を有し、コントローラを動作させる出力を提供する。
【００１２】
本発明の方法の実施形態では、ブランク金型の少なくとも１つのエレメントの表面温度が決定されてそれを示す温度測定値が与えられ、冷却材供給部が設けられ、冷却材は、冷却材供給部からブランク金型の少なくとも１つのエレメントに、バルブを介して選択的に送出され、ブランク金型の少なくとも１つのエレメントが維持されるべきである所望の温度が示され、バルブは、コントローラにより、所望の温度を達成するような方法でブランク金型の少なくとも１つのエレメントに冷却材を送出するよう動作し、かつ温度入力及び温度測定値は、入力として誤差モニタリングフィードバックシステムに与えられ、この誤差モニタリングシステムは、コントローラを動作させる出力を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】パリソン温度の変化を時間及び半径方向位置によって示すプロットの図である。
【図２】ブランク金型温度の変化を時間及び半径方向位置によって示すプロットの図である。
【図３】プレス・アンド・ブローのＩ．Ｓ．マシンの２系統の３ゴブ・セクションの概略図であり、ブランク金型半体部分の冷却を示しており、マシンはブランク金型半体部分及びプランジャの表面温度を測定するためのレール取り付け型複数軸パイロメータを有している。
【図４】図３に示すものと類似する概略図であり、ブランク金型半体部分及びプランジャの表面温度を測定するために用いられる、レール取り付け型複数軸横行パイロメータを詳細に示す図である。
【図５】図４のレール取り付け型複数軸パイロメータからの表面温度データを用いてブランク金型温度を制御するための、基本的なフィードバック制御システムの図である。
【図６】図４のレールに取り付け型複数軸パイロメータからの表面温度データを用いてブランク金型温度を制御するために内部モデルアルゴリズムを用いる、より精巧なフィードバック制御システムの図である。
【図７】コマンドに従うステップ応答のプロットの図である。
【図８】ステップ応答制御出力のプロットの図である。
【図９】一定の温度を維持するための温度及び冷却量のプロットを示す図であり、手動制御及び自動制御の対比を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の閉ループブランク金型温度制御システムの動作及び採用されるアプローチをより良好に理解するために、はじめに、ブランク成形の熱プロセスについてより詳細に述べることが役立つであろう。ブランク側では、熱は、熱いガラスからブランク金型の内部表面に移動されて、ブランク金型内の冷却通路を通過する冷却空気により除去される。プロセスは、サイクリックに動作する。各マシンサイクルで、溶融ガラスの新たなゴブが閉じられたブランク金型半体部分に投入されて、それからパリソンへ変形され、ブランク金型半体部分が開かれ、パリソンが取り外され、最後にブランク金型半体部分が閉じられ、そして、次の溶融ガラスのゴブを受ける準備がなされる。
【００１５】
この基本的なマシンサイクルを受けて、金型への熱付与及び金型からの熱除去はともに、サイクリックである。実際のところ、各サイクル中に、ブランク金型の内部表面は２つのモードに切り替えられる。第１のモードでは、熱いガラスが金型の表面と接触し、大きな熱流束がブランク金型にもたらされる。第２モードでは、ガラスが取り除かれて、自然の対流及び放射により、型の内部表面から比較的少量の熱が流れる。マシンサイク中には、冷却空気供給バルブは、ブランク金型半体部分の内部冷却通路を通じて冷却空気流のパルス（律動）を与えるために、開及び閉の間で切り替えられる。１サイクル当たり除去される熱量は、冷却空気のパルス的な持続時間を制御することにより調整される。したがって、冷却通路内の伝熱条件も、２つのモードに切り替えられる。第１のモードでは、冷却空気は流れて、熱は冷却通路の表面から速やかに除去される。第２のモードでは、冷却空気流は止められ、熱伝達量は無視できる程度である。
【００１６】
サイクリックの加熱及び冷却の結果を図１及び図２に示す。これら図は、ブランク成形の熱プロセスの１次元非定常モデルのシミュレーションから得られた、ガラスパリソン内及びブランク金型内の予測温度をそれぞれ示している。まず図１を参照する。図１は、ガラスパリソン内の予測温度を示しており、ガラスパリソンの金型接触表面を参照番号３０で、パリソンの内部を参照番号３２で示す。ゴブ到達時間は参照番号３４で、ブランク金型が開く時間は参照番号３６で示す。
【００１７】
次に図２を参照する。図２は、ブランク金型内の予測温度を示しており、ブランク金型の内部のガラス接触表面を参照番号４０で、ブランク金型内の冷却材通路を参照番号４２で示す。ここでも、ゴブ到達時間は参照番号３４で、ブランク金型が開く時間は参照番号３６で示す。冷却空気流が流れ始める時間は参照番号４４で、冷却空気の流れが止められる時間は参照番号４６で示す。
【００１８】
全体として、反応の周期的性質が非常にはっきりしており、図１及び図２に示されている急激な空間温度勾配も現れており、これは、これらの時間スケールにおいて、金型の金属は、均一の温度を有するひと塊のサーマルマスと単純に考えることはできないことを示している。より詳細に、まずはガラス（パリソン）について考察すると、ゴブがブランク金型と接触した後で、ガラスの表面温度が急速に降下し、急激な温度勾配すなわち熱表皮(thermal skin)がパリソン上で形成されることがわかる。
【００１９】
ブランク金型が開いて接触が断たれると、この熱表皮は、ガラスの熱い内部により再加熱され始める。ブランク金型を見ると、ガラスがブランク金型と接触するときに、ガラスと接触している金型の表面温度が急激に上昇し、それからこの上昇した高温がブランク金型の内部表面に広がることがわかる。ガラスが取り外された後も、熱は引き続き表面から内部へ伝導するため、表面温度は降下する。冷却空気流がオンに切り替えられると、冷却通路に沿ってブランク金型の表面温度が低下し、次に、相対的に温かいブランク金型の内部からの熱が表面に伝導して戻ってくるので、温熱が戻る。
【００２０】
実用的で効果的な閉ループ（自動）ブランク金型温度制御システムを実現するためには、多くの課題を乗りこえなければならない。任意の閉ループ（フィードバック）制御システムが前提として必要とするものは、制御すべきパラメータ、本件の場合はブランク金型温度、を測定するメカニズムである。ガラス容器製造プロセスに見られる過酷な高温度の条件に耐えうるセンサ及び測定システムを実現することは難しいのが通常である。特に、通常のＩ．Ｓ．マシンは、１０〜１２のセクションを有し、そのそれぞれのセクションにつき２〜４のブランク金型キャビティを有し、それぞれのキャビティは２つのブランク金型半体部分からなる。したがって、４０〜９６のブランク金型温度を各マシンにおいて測定する必要がある。
【００２１】
さらに、ブランク金型半体部分は金型開閉時に移動し、またブランク金型は定期的に交換される。サーモカップル等の典型的なセンサをこの状況で実施することは、必要となる多数のケーブルのルーティング、ブランク金型を交換するための相互接続（interconnects）の提供、及びブランク金型の開閉時にリードが屈曲できるようにする必要があることから、非常に難しい。この状況では非接触測定が明らかに好ましいが、非常に多くの測定ポイントの個々に対して非接触測定を行う費用は、控えめに言っても実用的ではないようである。
【００２２】
通常のブランク金型冷却システムを有するＩ．Ｓ．マシンの、２つの３ゴブ・セクションのブランク金型の冷却の概略図を図３に示す。Ｉ．Ｓ．マシンの第１のセクション（セクション１）は、第１のキャビティの左側金型半体部分５０及び右側金型半体部分５２、第１のキャビティのプランジャ５４、第２のキャビティの左側金型半体部分５６及び右側金型半体部分５８、第２のキャビティのプランジャ６０、第３のキャビティの左側金型半体部分６２及び右側金型半体部分６４、及び第３のキャビティのプランジャ６６を有する。Ｉ．Ｓ．マシンの第２のセクション（セクション２）は、第１のキャビティの左側金型半体部分７０及び右側金型半体部分７２、第１のキャビティのプランジャ７４、第２のキャビティの左側金型半体部分７６及び右側金型半体部分７８、第２のキャビティのプランジャ８０、第３のキャビティの左側金型半体部分８２及び右側金型半体部分８４、及び第３のキャビティのプランジャ８６を有する。
【００２３】
図３のＩ．Ｓ．マシンの２つのセクションにおいて、冷却材(空気)流は冷却材供給部８８からブランク金型のそれぞれのキャビティへ、各セクションのブランク金型半体部分のためのバルブを介して供給され、バルブは、各セクションの片側（左又は右）を形成する複数の金型半体部分への冷却空気の総流量を制御することで、それらの温度を制御するように調整可能である。金型のキャビティは、各パリソン形成サイク中に、熱いガラスから周期的な熱入力を受け取り、熱はブランク金型半体部分への冷却空気の流れにより除去される。
【００２４】
詳細には、第１のセクションでは、バルブ９０が、冷却材供給部８８から第１のキャビティの左側金型半体部分５０、第２のキャビティの左側金型半体部分５６、及び第３のキャビティの左側金型半体部分６２への冷却材の供給を制御し、バルブ９２が、冷却材供給部８８から第１のキャビティの右側金型半体部分５２、第２のキャビティの右側金型半体部分５８、及び第３のキャビティの右側金型半体部分６４への冷却材の供給を制御する。第２のセクションでは、バルブ９４が、冷却材供給部８８から第１のキャビティの左側金型半体部分７０、第２のキャビティの左側金型半体部分７６、及び第３のキャビティの左側金型半体部分８２への冷却材の供給を制御し、バルブ９６が、冷却材供給部８８から第１のキャビティの右側金型半体部分７２、第２のキャビティの右側金型半体部分７８、及び第３のキャビティの右側金型半体部分８４への冷却材の供給を制御する。当然ながら、各金型半体部分のために別個のバルブを設けて、金型半体部分のそれぞれの冷却を別々に制御することも可能である。
【００２５】
ブランク金型半体部分の表面温度は、適宜の方法でモニタされる。すなわち、表面温度は、金型に埋め込まれたセンサ、金型を捉えている固定されたパイロメータ又はサーマルカメラ、あるいは、好ましくは、単一の移動式の回転可能なパイロメータであって、サイクリックにマシンを横断して、各セクションの左右のキャビティの温度をサンプリングするものによって測定することができる。本発明の閉ループブランク金型温度制御システムは、これらのうちの最後の手段を使用することが好ましく、これはエムハート・グラス・ソシエテ・アノニムによるＴＣＳシステムとして市販されている。これはパイロメータベースのシステムであり、Ｉ．Ｓ．マシンのブランク側の金型装置の温度をモニタするために使用することができる。このシステムを、図３に概略的に示し、より詳細な構成を図４に示す。
【００２６】
図４に示すように、単一の高速パイロメータ１００は、Ｉ．Ｓ．マシンの全長に伸長するレール１０６に支持された自動位置決めシステム１０４により支持される複数軸マウント１０２に取り付けられる。(パイロメータ１００は、２つの運動角度（直交水平面及び垂直面のそれぞれにおける回転)を有する複数軸マウント１０２に実際には取り付けられており、第３の運動角度は、セクション間のレール１０６上の自動位置決めシステム１０４の運動から生じる。）本発明の閉ループブランク金型温度制御システムにより実施されるように、システムは、各セクションのいくつかのポイントの温度をモニタリングすることができ、それには各セクションの各ブランク金型の両方のブランク金型半体部分及びそれぞれのプランジャが潜在的に含まれる。自動位置決めシステム１０４がレール１０６上をセクションの１つの近傍位置へと移動すると、パイロメータ１００は、個々の金型キャビティ及びプランジャのそれぞれの各半体部分の温度測定を達成するために、複数軸マウント１０２により、個々のブランク金型半体部分及びプランジャに照準される。パイロメータ１００は、所望の温度測定ポイントのそれぞれの周期的な更新を提供するために、自動位置決めシステムにより、レール１０６上を前後に移動して、Ｉ．Ｓ．マシン全体の任意のセクションに移動される。
【００２７】
根本的な制御されるプロセスを考察すると、ブランク金型温度の閉ループ制御は、キーとなる側面の数が通常の工業プロセス制御の問題とは異なることが明らかである。通常のプロセス制御問題では、制御されるプロセスのダイナミクス、例えば、タンクのレベル、又は充分に混合された流れの温度は、プロセスを調整するために用いられるアクチュエータからの（時間的に）連続する入力を用いる、下位の集中定数(通常は微分方程式)の動的システムによって適切に表わされる。それに対し、上述したように、これらの時間スケールにおいてブランク金型は、分散定数システムの特性を明確に示しており、この場合は温度が半径（金型の深さ）方向、円周方向、及び軸方向に空間的に変動する。
【００２８】
また、制御入力（冷却空気の制御入力）及び熱入力（熱いガラスによる熱入力）はともに、時間的に連続しておらず、ゴブ投入及びパリソン形成のそれぞれの連続的なマシンサイクルに伴い、周期的に切り替えられる。これらの要因により、制御設計上の問題はさらにある程度難しくなるが、それは制御の分析及び設計に用いる単純な分析的プロセスモデルを直接的に得ることが不可能であるからである。その代りに、制御の進展は、より精緻なシミュレーションモデル及び実際のプロセスにおける経験的試験に頼らなければならない。
【００２９】
さらに、閉ループ制御システムを実現するために、冷却空気のパルス（律動）的な供給の開始及び／又は終了タイミングを調整する手段を有し、システムの他のタイミングイベントとの関連で所定の制限範囲内にこれらの値を維持する必要がある。さらに、測定されるマシンのセクションの状態に関し、例えば、それらが動作しているのか、又は最近スワビング（操作者が周期的に潤滑油を金型に塗布するスワビングプロセスとして知られる）されたか等の追加的な情報を有することも重要である。通常は、工業用のタイミング制御システムには、このような外部インターフェースが設けられていない。この問題を克服するために、本発明の閉ループブランク金型温度制御システムは、エムハート・グラス・ソシエテ・アノニムにより市販されているEmhart FlexIS形成制御システム等のタイミング制御システム内に直接組み込まれて、制御及びタイミングシステム間に必要な相互通信を提供することができる。
【００３０】
次に図５を参照する。第１の例示的なフィードバック制御システムは、図４のパイロメータ１００又はブランク金型温度を制御するための別の適宜の方法により得られる情報を用いて獲得される、ブランク金型の表面温度データを用いる。各ブランク金型キャビティ１１０は、各パリソン形成サイク中に、熱いガラスからの周期的な熱入力を受け取る。熱いガラスからブランク金型キャビティ１１０へ供給される熱と、冷却用空気によりブランク金型キャビティ１１０から除去される熱との複合効果により、ブランク金型キャビティ１１０において時間的に変化する接触表面金型の熱状態１１２が生じる。
【００３１】
図５に示す実施形態の動作原理は次の通りである。各ブランク金型キャビティに関し、パイロメータ１００（図４に示されている）から得られた所望のセットポイント（設定された値）の温度を測定値と対比する。差は制御アルゴリズムによって処理されて、制御アルゴリズムが調整された冷却期間を算出する。そして調整された冷却期間は、タイミング制御システムにより物理的なブランク金型に適用され、結果として新たに生じる温度がパイロメータ１００により測定され、このようにしてループ制御される。
【００３２】
上述したように、ブランク金型の温度は、空間的にも時間的にも変動する。パイロメータ１００によって行われる測定は、ブランク金型表面上の単一の位置で、かつＩ．Ｓ．マシンサイクルに関してある１つ時点で実行される。例えば、この時点は、ガラスがブランク金型を離れた直後であって金型表面をパイロメータにより確認することができるときである。このように、システムは本質的にはサンプリングされたデータシステムであり、Ｉ．Ｓ．マシン全体の温度を測定するために、パイロメータ１００が必要とする往復時間により設定されるサンプリング期間を用いる。これは、測定されたキャビティの数及びマシンのサイクル速度に依存して５〜２０分の間であるのが通常である。
【００３３】
図５を再び参照する。図４の本発明の閉ループブランク金型温度制御システムにおいて、金型の熱状態１１２は、図４とともに説明したパイロメータ１００をベースにしたシステムである測定システム１１４により測定される。この測定システム１１４は、出力として温度測定値１１６を出力する。温度は、本発明の閉ループブランク金型温度制御システムにより、異なる金型半体部分に関して個別に測定及び制御される。
【００３４】
ブランク金型からの温度測定値１１６は、加算器１２０において、温度セットポイント１１８により設定された所望の温度設定値から差し引かれ、そしてその出力が誤差信号１２２になる。この誤差信号１２２はコントローラ１２４に入力され、該コントローラ１２４は修正冷却期間である冷却期間１２６を計算し、冷却期間１２６を用いて、図３に示しかつ上述した、結果として生じる冷却用空気流がブランク金型キャビティ１１０に与えられて、測定位置で所望の温度を得るために金型の熱状態１１２が修正されるシステムのバルブ９０、９２、９４、及び９６が修正される。
【００３５】
これは、バルブ９０、９２、９４、及び９６が開かれている各マシンサイク中の冷却期間を制御することにより実行される。単一のコントローラ１２４の代わりに、複数の同様なコントローラを用い、各コントローラが、所与の測定温度を得るためにバルブ９０、９２、９４、及び９６のそれぞれ１つの調整を担当するようにしてもよい。個別のバルブを各金型半体部分に対して用いて、金型半体部分のそれぞれの冷却を個別に制御する場合は、同一のコントローラであって、金型半体部分のそれぞれの冷却を制御するように、各コントローラがバルブの調整を担当するものを代わりに用いてもよい。
【００３６】
様々なアルゴリズムを使用してコントローラ１２４を実際に構成することが可能であり、コントローラ１２４は、実際のプロセスのモデルを用いて適切な制御信号を容易に計算できるような、周知の比例積分コントローラ(「ＰＩＤ」)、及び数多くのタイプのモデルベースの制御等を含む。冷却期間１２６を制御するために、バルブが開かれる時間、バルブが閉められる時間、及びその両方、のいずれか１つが修正される。開いている期間を、利用可能なサイクル時間以下に、又は任意の他の所定の特定期間以下に維持するよう、制限される。制限及び開始時間はまた、最も望ましいと考えられるときは、サイクルの一部の間のみ冷却を許可するように設定することができ、あるいは、冷却が望ましくないと考えられるときは、特定の時間を避けるように設定することができる。例えば、排出冷却空気がパリソンに吹き付けられるような状況は避けることが望ましい。
【００３７】
図６は、特に好適な内部モデル制御構造のモデルベースのスキームが使用されている別の実施形態を示す。図５と共通する構成要素、すなわち、ブランク金型キャビティ（ブランク金型）１１０、金型の熱状態１１２、測定システム１１４、及び温度測定値１１６は、同じ参照番号で示す。図６に示す制御システムは、予測モデル及び逆モデルの両方を用いており、予測モデルは、ブランク金型キャビティ１１０の冷却期間の変更に対する予想される反応を計算するために用いられ、逆モデルは、所望の金型温度の近似値をもたらすような冷却期間を計算するために用いられる。
【００３８】
図６に示すシステムは、所望の金型温度を近似的に達成するための冷却期間１３４を計算する逆金型熱モデル１３２に入力として与えられる、フィルタリングされたセットポイント（温度設定値）１３０に基づいて動作する。熱いガラスからブランク金型キャビティ１１０に供給される熱と、冷却期間１３４により制御される通りに冷却用空気によりブランク金型キャビティ１１０から除去される熱との複合効果により、ブランク金型キャビティ１１０において時間的に変化する接触表面金型の熱状態１１２が生じる。金型の熱状態１１２は測定システム１１４により測定され、測定システム１１４は、出力としてブランク金型キャビティ１１０の温度の温度測定値１１６を出力する。
【００３９】
計算された冷却期間１３４はまた予測金型熱モデル１３６に適用されて、予測金型熱モデル１３６が次にブランク金型キャビティ１１０の予測温度１３８を計算する。予測温度１３８は、加算器１４０で温度測定値１１６から差し引かれて、モデリング誤差１４２が生成される。プロセスのモデルが完璧であった場合は、この信号はゼロになる。しかし、考慮不可能な実際の要因が多数あるために、モデルリング誤差は非ゼロであることが通常である。
【００４０】
モデリング誤差１４２は、加算器１４６において、所望の温度のセットポイント１４４から差し引かれ、その出力が修正セットポイント１４８になる。モデリング誤差により、修正セットポイント１４８の現在値が比較的大きな応答変化を生じる場合は、より小さな応答変化を求めて修正セットポイント１４８はそれ相応に修正されるが、またその逆の場合もある。高周波モデリング誤差に対するロバスト性を与えるために、実現不可能な実装を回避するために、そして疑似高周波ノイズへの応答をさけるために、修正セットポイント１４８は、例えば、例えばローリング平均（rolling average）値のローパスフィルタ１５０を通され、これによりフィルタリングされたセットポイント（温度設定値）１３０が生じ、これで制御ループは完結する。制御システム全体においては複数の制御ループを備え、各制御ループが１つのバルブに設けられる。それぞれの制御ループは、図６に示すような構造及び動作を有する。
【００４１】
本発明の閉ループのブランク金型温度制御システムは、Ｉ．Ｓ．マシン全体をカバーし、各セクションにおいて周期的に各ブランク金型半体部分をサンプリングする。閉ループのブランク金型温度制御システムは、１つのセクションの全てのブランク金型半体部分及び全てのプランジャを１分未満でサンプリングし、約５分でＩ．Ｓ．マシン全体に対してそれを行うことができる。５分〜２０分毎に１度というサンプリング速度であっても、効果的かつ安定したブランク金型温度の閉ループ制御を構築することができる。
【００４２】
この閉ループシステムは、実際の作動中のＩ．Ｓ．マシンでのテストに成功している。閉ループシステムの能力を示す幾つかのキーとなる結果を図７〜図９に示す。
図７は、自動制御されている４つの異なる金型キャビティに関し、閉ループシステムのコマンドに従う能力を示すものである。t=０において、温度のセットポイント（温度設定値）は４６５℃から４４５℃に低下するよう変更される。４つのキャビティ温度は、過度なオーバーシュートや振動することなく、新しくコマンドされたセットポイント値に落ち着くことがわかる。これは、操作者がセットポイント値を調整することのみにより、キャビティ温度を直接修正することが可能になるかを示している。
【００４３】
それに対し、自動制御ではない場合は、測定値を利用可能であったとしても、操作者は、冷却時間が所望の温度に到達するまで、試行錯誤によって調整しなければならない。開ループシステムは、冷却期間の各変更に完全に応答するのに約２０分を要するのが通常であるため、この試行錯誤の調整は長時間になり、結果として、生産品質が悪影響を及ぼすような長い期間になる可能性がある。冷却期間を手動で調整する難しさは、図７に示した温度変更を得るために必要とされたコントローラの出力（冷却期間）をプロットしている図８により、さらに理解できるであろう。必要な調整の実際の最終的規模は、各キャビティである程度異なることが確認できる。冷却の必要量は冷却空気の温度やファン圧力等の他の要因にもより、金型温度に正確かつ適時の変更をもたらすためには、自動制御の使用が必要であることのさらに動機付けとなるであろう。
【００４４】
閉ループ制御の別の大きな利点は、迅速かつ正確にコマンドに従うことができる能力に加えて、不可避な外乱の入力に直面しても一定のキャビティ温度を維持する能力である。典型的な外乱は、冷却空気温度及び供給圧力の変動である。このような外乱にも関わらず一定温度を維持するという閉ループ制御の能力が、図９に示されている。図９は、２つのマシンセクション（各セクションの左右のキャビティ）に関し温度の変化を対比するものであり、１つのセクションは自動制御されており、１つは手動制御（一定の冷却期間）の状態である。
【００４５】
数時間のうちに、手動セクションの温度は、約１５℃ほど降下していき、それから変動し続けたことが見られる。それに対して、自動制御下のキャビティは、所望のセットポイントである４６０℃を全期間にわたり維持している。図９の下半分には、コントローラの出力が示されている。一定温度を維持するためには、冷却期間は、連続的に調整しなければならないことがわかる。
【００４６】
自動制御を用いない場合、このような調整をするには、操作者側に多大な時間と注意が必要となる上に、必要となる正確な修正量を知ることは操作者には困難であろう。図９に示される自動データ及び手動データの両方におけるサイクリックな外乱事象は、約３０分毎に実行される金型の潤滑油の定期的な塗布（スワビング）によるものである。自動制御は、このような外乱にも対応可能であり、温度をセットポイント値に戻していることがわかる。
【００４７】
ブランク側の熱プロセスは、パリソンの熱状態に強い影響を与え、今度はそれが最終的な容器の品質に影響を与える。プロセス外乱と流量分布の変動性とにより、一貫性のあるパリソンの熱状態を維持するために必要とされるブランク金型冷却量は、さまざまな金型キャビティで時間とともに変動する。この変動を補償するために、冷却の量を手動で調整するのが通常であるので、その結果は操作者の技能と努力に依存する。より一貫性のある生産を提供するために、実用的な自動ブランク金型温度制御システムは開発された。
【００４８】
開発されたシステムは、次にあげるものの組み合わせにより使用可能になる。
１．移動しつつ必要な測定値を提供するパイロメータ
２．マシンの冷却期間が直接調整されるようにするタイミング制御システムとの密接な統合
３．下層にある物理プロセスの分析及びシミュレーションから得られるシステムダイナミクスの知識(understanding)
【００４９】
自動システムが作動中のＩ．Ｓ．ガラス製造マシン上で実験的に評価されたが、該システムは、運転温度に自動調整を施し、一貫性のある製造温度を維持することができることという結果が得られた。
この新しい技術の採用によりブランク金型温度の変動が低減され、最終的に全体的な歩留まりが向上することが期待できる。また、操作員を常にブランク冷却を調整する必要性から解放することにより、操作員がより多くの時間を他の領域の問題解決に有効に充てることが可能になることも期待できる。
【００５０】
本発明のシステムの最も簡潔な構成では、例えば、キャビティ中央の１つのポイントなど、各金型半体部分に関して１つの代表的温度のみが測定される。あるいは、セクション内のキャビティのそれぞれや、さらには各キャビティ表面上の複数ポイント等を含め、複数の測定を行うこともできる。後者の場合は、所望のセクションの平均を得るため、又は最も極端な（最高又は最低）温度を制御するために、バルブが作動される。
【００５１】
本明細書では、本発明をセクションの片側のキャビティ全てを制御する単一のバルブに関して特に説明したが、各ブランク金型半体部分や、さらには各ブランク金型半体部分内の個々のゾーンへの、冷却用空気の流れを制御するために、追加的なバルブが設けられているような他の実施形態に修正されてもよい。これらの実施形態では、制御ループは、各バルブに実装され、このようなループのそれぞれが、個別のバルブにより制御される流れの局所性に応じて、単一のブランク金型半体部分又は単一のブランク金型半体部分ゾーンの温度のみを担当する。
【００５２】
本発明の閉ループブランク金型温度制御システムは、この技術をＩ．Ｓ．マシンのブランク側に適用することを当初は想定していたが、本明細書に記載のシステム及び方法は、ブロー金型温度を制御するために使用することも可能ある。この技術はさらに、プランジャの表面温度を調整するために使用することができ、温度はパリソンが反転された直後に測定される。この場合には、プランジャ冷却バルブが開いていたサイクルの範囲内の期間が調整される。同様に、この技術は、所望のネック・リング温度を維持するためにネック・リング冷却材バルブを制御するために使用することもできる。
【００５３】
本発明の閉ループブランク金型温度制御システムを、特定の実施形態及びその応用について記載してきたが、これは例示を目的としており、網羅的なものではなく、また開示した実施形態及び応用に本発明を制限するものでもない。本明細書に記載の発明に対し、いくつかの変更、修正、変化、又は代替を行うことができ、そのいずれも本発明の範囲から逸脱するものではないことが、当業者には明らかであろう。特定の実施形態及び応用は、本発明の原理及びその実用的応用について最良の説明を提供し、それによって当業者が本発明を予定している特定の用途に適するように種々の実施形態で種々の修正を加えることができるようにするために、選択され記載されたものである。したがって、これらの変更、修正、変化、及び代替は全て、それらが公正、法的、かつ公平に享受できる権利の広さに従って解釈されるとき、添付の請求項により決定される本発明の範囲内にあると見なされる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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