(57)【要約】  金型空洞を形成し、射出サイクルに従って制御される金型を有する射出成形機を制御するためのシステムおよびアプローチは、第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出することを含む。射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始する。センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数が測定される。射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータは、回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて調整される。
2021535852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金型空洞を形成する金型を有する射出成形機を制御するための方法であって、前記射出成形機は、射出サイクルに従って制御され、前記方法が、
第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、前記射出サイクルに従って溶融ポリマーを前記金型空洞に射出することと、
前記射出サイクルが完了すると、前記ねじが前記第１の位置に移動する回復プロファイルが開始されることと、
センサを使用して、前記回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定することと、
前記回復プロファイル中の前記少なくとも１つの測定された変数に基づいて、前記射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータを調整することと、を含む、方法。
【請求項２】
１つ以上のプロセッサによって、前記射出成形機の射出サイクルの目標変数回復プロファイルを作成することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの動作パラメータが、背圧設定値またはねじ回転速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの変数が、前記ねじのノズルに向かって押し出される溶融ポリマーの圧力値を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの変数が、背圧値を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記センサが、前記ノズル近くの前記ねじの先端に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記センサが、前記ねじのチェックリングの前の位置に配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、前記動作パラメータが、複数の別々の設定値を有する調整可能な背圧を含み、前記背圧が、感知された前記ノズル圧力に従って調整される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、前記動作パラメータが、連続的に可変の背圧を含み、前記可変の背圧が、前記感知されたノズル圧力に従って調整される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
射出成形機であって、
金型空洞を形成する金型、および第１の位置から第２の位置に移動するねじを有する射出ユニットであって、溶融プラスチック材料を受け入れて、前記ねじを介して前記金型空洞に射出し、成形部品を形成するように適合されている、射出ユニットと、
射出サイクルおよび回復プロファイルに従って前記射出成形機の動作を制御するように適合されたコントローラと、
前記射出成形機および前記コントローラに結合されたセンサであって、前記回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定するように適合されている、センサと、を含み、
前記射出サイクルが完了すると、前記コントローラが、前記ねじが前記第１の位置に移動する前記回復プロファイルを開始し、前記コントローラが、前記少なくとも１つの測定された変数に基づいて、前記射出成形機の動作パラメータをさらに調整する、射出成形機。
【請求項１１】
前記動作パラメータが、背圧設定値またはねじ回転速度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載の射出成形機。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの変数が、前記ねじのノズルに向かって押し出される溶融ポリマーの圧力値を含む、請求項１０または１１に記載の射出成形機。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの変数が、背圧値を含む、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の射出成形機。
【請求項１４】
前記センサが、前記ノズル近くの前記ねじの先端に配置されている、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の射出成形機。
【請求項１５】
前記センサが、前記ねじのチェックリングの前の位置に配置されている、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の射出成形機。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、前記動作パラメータが、複数の別々の設定値を有する背圧を含み、前記背圧が、前記感知されたノズル圧力に従って調整される、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の射出成形機。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、前記動作パラメータが、連続的に可変の背圧を含み、前記可変の背圧が、前記感知されたノズル圧力に従って調整される、請求項１０〜１５のいずれか一項に記載の射出成形機。
【請求項１８】
非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、プロセッサによって実施可能な命令が実施されたとき、１つ以上のプロセッサに、
第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、前記射出サイクルに従って溶融ポリマーを前記金型空洞に射出することと、
前記射出サイクルが完了すると、前記ねじが前記第１の位置に移動する回復プロファイルを開始することと、
センサを使用して、前記回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定することと、
前記回復プロファイル中の前記少なくとも１つの測定された変数に基づいて、前記射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータを調整することと、を行わせる、プロセッサによって実施可能な命令を格納する、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項１９】
クライアントデバイスであって、
１つ以上のプロセッサと、
１つ以上のインターフェースと、
非一時的なコンピュータ可読メモリであって、前記１つ以上のプロセッサによって命令が実施されたとき、前記クライアントデバイスに、
第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、前記射出サイクルに従って溶融ポリマーを前記金型空洞に射出することと、
前記射出サイクルが完了すると、前記ねじが前記第１の位置に移動する回復プロファイルを開始することと、
センサを使用して、前記回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定することと、
前記回復プロファイル中の前記少なくとも１つの測定された変数に基づいて、前記射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータを調整することと、を行わせる、命令を格納する、非一時的なコンピュータ可読メモリと、を含む、クライアントデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ａｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ」と題され、２０１８年９月７日に出願された米国仮特許出願第６２／７２８，２７２号の出願日の利益を主張する。米国仮出願第６２／７２８，２７２号の全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、射出成形、より具体的には、特定の圧力プロファイルを使用して射出成形機を制御するためのアプローチに関する。
【背景技術】
【０００３】
射出成形は、熱可塑性材料で構成された部品の大量生産に一般的に使用される技術である。反復射出成形プロセス中に、熱可塑性樹脂は、典型的に、小さなペレットまたはビーズの形態で、熱と圧力の下でペレットを溶融する射出成形機に導入される。射出サイクルでは、溶融材料は、特定の所望の空洞形状を有する金型空洞に強制的に射出される。射出されたプラスチックは、金型空洞内に圧力下で保持され、その後冷却されて、金型の空洞形状に非常に似た形状を有する固化部品として除去される。単一の金型は、溶融樹脂の流れを空洞に向けるゲートによって流路に接続することができる任意の数の個別の空洞を有することができる。典型的な射出成形手順には、一般に以下の４つの基本的な動作が含まれる。（１）射出成形機でプラスチックを加熱して、プラスチックが圧力下で流れることを可能にすること、（２）溶融したプラスチックを閉じた２つの金型の半分の間に画定された１つ以上の金型空洞に射出すること、（３）圧力下でプラスチックを１つ以上の空洞内で冷却および硬化させること、および（４）金型の半分を開き、金型から部品を取り出すこと。金型から部品を取り出すと、溶融したプラスチックを１つ以上の金型空洞に射出するデバイス（例えば、ねじまたはオーガ）は、回復段階に入り、元の位置に戻る。
【０００４】
これらのシステムでは、制御システムが、射出成形機の様々な構成要素の一連の制御値を定義する射出サイクルに従って射出成形プロセスを制御する。例えば、射出サイクルは、固定および／または可変の溶融圧力プロファイルによって駆動されることができ、コントローラは、（例えば）ノズルで感知された圧力を、材料に適用される駆動力を決定するための入力として使用する。また、射出サイクルは、固定または可変のねじ速度プロファイルによって制御されることもでき、制御は、材料に適用される駆動速度を決定するための入力として射出ねじの速度を感知する。
【０００５】
成形条件の変化は、溶融プラスチック材料の特性に大きな影響を与える可能性がある。一例として、樹脂バッチ間の材料仕様の違いおよび環境条件の変化（周囲温度または湿度の変化など）により、溶融プラスチック材料の粘度が上昇または低下する可能性がある。溶融プラスチック材料の粘度が変化すると、成形部品の品質に悪影響を及ぼす可能性がある。例えば、溶融プラスチック材料の粘度が上昇すると、成形部品は、最適な部品品質を達成するために、充填後、必要な圧力が高くなるため、「パック不備」になるか、または密度が低くなる可能性がある。逆に、溶融プラスチック材料の粘度が低下すると、より薄い溶融プラスチック材料が金型空洞の継ぎ目に押し込まれるため、成形部品がフラッシュを経験する可能性がある。さらに、未使用の材料と混合された再生プラスチック材料は、組み合わされたプラスチック材料のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）に影響を与える可能性がある。２つの材料の混合に一貫性がないと、サイクル間でＭＦＩの変動が生じる可能性もある。
【０００６】
一部の従来の射出成形機は、粘度、ＭＦＩ、または他の材料特性の変化を考慮するように成形サイクルを調整しない。その結果、これらの射出成形機は低品質の部品を生産する可能性があり、品質管理検査中に除去する必要があり、それによって動作上の非効率につながる。いくつかのシステムでは、金型の特性（例えば、空洞圧力の測定）を感知し、その特性に反応することにより、材料粘度の変化を考慮することができる。例えば、材料の粘度が増加すると、空洞圧力の測定が遅延し、したがってシステムは、この遅延を感知するとすぐに反応することとなる。逆に、材料の粘度が低下すると、空洞圧力の測定が早く行われ、したがってシステムは、この早い測定に反応することとなる。他のシステムでは、初期の空洞圧力値を測定するのに必要な時間を正規化するために駆動圧力を調整し、それにより、材料に発生する可能性のある粘度変化を補償することができる。しかしながら、これらのシステムは、材料の流入粘度が変動することが多いため、依然として反動的である。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の範囲内の実施形態は、取り出される溶融プラスチック材料が所望の粘度（および／または密度）値を維持し、かつ／もしくは粘度（および／または密度）値の指定された許容範囲内に収まることを確実にするために、機械パラメータおよび測定値を使用することによって、繰り返し一貫した部品を生産するための射出成形機の制御を対象とする。射出成形機を制御するためのシステムおよびアプローチは、第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出することを含む。射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始する。センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数が測定される。射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータは、回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて調整される。いくつかの形態では、目標変数回復プロファイルは、回復プロファイルの開始時に最初に作成され、信頼されてもよい。
【０００８】
これらの例では、少なくとも１つの動作パラメータは、背圧値またはねじ回転速度のうちの少なくとも１つの形態であってもよい。少なくとも１つの変数は、ねじのノズルに向かって押し出される溶融ポリマーの圧力（例えば、背圧）値の形態であってもよい。いくつかの形態では、センサは、ノズル近くのねじの先端に配置されている。あるいは、センサは、ねじのチェックリングの前の任意の位置に配置され得る。
【０００９】
いくつかのアプローチでは、少なくとも１つの変数は、ノズル圧力の形態であってもよい。動作パラメータは、複数の別々の設定値を有する調整可能な背圧の形態であってもよい。背圧は、感知されたノズル圧力に従って調整される。他のアプローチでは、動作パラメータは、感知されたノズル圧力に従って調整される連続的に可変の背圧の形態であってもよい。
【００１０】
別の態様によれば、射出成形機は、金型空洞を形成する金型、および第１の位置から第２の位置に移動するねじを有する射出ユニットと、射出サイクルおよび回復プロファイルに従って射出成形機の動作を制御するように適合されたコントローラと、射出成形機およびコントローラに結合されたセンサと、を含んでもよい。射出ユニットは、溶融プラスチック材料を受け入れて、ねじを介して金型空洞に射出し、成形部品を形成するように適合されている。センサは、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定するように適合されている。射出サイクルが完了すると、コントローラが回復プロファイルを開始し、ねじが第１の位置に移動する。さらに、コントローラは、少なくとも１つの測定された変数に基づいて、射出成形機の動作パラメータを調整する。
【００１１】
第３の態様によれば、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサによって実施可能な命令を格納する。命令が実施されたとき、この命令は、１つ以上のプロセッサに、第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出させる。射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始する。センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数が測定される。射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータは、回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて測定される。
【００１２】
第４の態様によれば、クライアントデバイスは、１つ以上のプロセッサ、１つ以上のインターフェースを含み、一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、プロセッサによって実施可能な命令を格納する。命令が実施されたとき、この命令は、１つ以上のプロセッサに、第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出させる。射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始する。センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数が測定される。射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータは、回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて測定される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本明細書は、本開示と見なされる主題を特に指摘し明確に主張する特許請求の範囲で結論付けるが、本発明は、添付の図面と併せて以下の説明からより完全に理解されると考えられる。図面のうちのいくつかは、他の要素をより明確に示す目的で選択された要素を省略することによって簡略化されたものであり得る。いくつかの図面におけるこのような要素の省略は、対応する記述において明示的に描出され得る場合を除いて、例示的な実施形態のうちのいずれにおいても必ずしも特定の要素の存否を示すものではない。図面は、必ずしも一定の縮尺ではない。例えば、図中のいくつかの要素の寸法および／または相対的な位置付けは、本発明の様々な実施形態の理解の向上を助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。
【図１】本開示の様々な実施形態によるコントローラが結合された第１の例示的な射出成形機の概略図を示す。
【図２】本開示の様々な実施形態による例示的な射出成形サイクルを示す。
【図３】本開示の様々な実施形態による例示的な回復プロファイルを示す。
【図４】本開示の様々な実施形態による代替の例示的な回復プロファイルを示す。
【図５】本開示の様々な実施形態によるさらなる代替の例示的な回復プロファイルを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
一般的に言えば、本開示の態様は、一貫した溶融材料粘度を確保するために動作パラメータが調整される、射出成形機を制御するためのシステムおよびアプローチを含む。これらのシステムおよびアプローチでは、射出サイクルが完了すると（すなわち、回復部分中）、回復プロファイルを開始し、これは、所望の寸法公差内にとどまる高品質の部品を示す（かつ／または高品質の部品が得られる）所望の動作パターン（すなわち、閉ループ方式）に少なくとも部分的に依存している。したがって、システムは、その出力が動作パターンの出力と一致するように、必要に応じて回復プロセスの動作パラメータを調整することができる。本明細書で使用するとき、「回復部分のパターン認識部分を開始すること」という句は、コントローラが、所望の動作回復プロファイルまたはパターンに依存する方式で射出成形機を動作させる動作を開始することを意味する。
【００１５】
いくつかの例では、動作パターンは、検証段階中に識別できる動作回復曲線の形態であってもよい。好適な動作回復曲線のこのような例の１つは、背圧曲線であり、これは、いくつかの形態では、単に単一の設定値であってもよい。ねじに及ぼされる背圧は、溶融プラスチック材料の粘度に影響を与えるため、背圧を測定および調整することにより、溶融プラスチック材料の粘度を制御することができる。背圧曲線は、溶融プラスチック材料の理想的な粘度と相関関係があってもよい。以下でさらに詳細に説明するように、システムは、その出力が以前に識別された背圧曲線の出力と一致するように、射出成形機の動作パラメータを調整することができる。回復部分中の機械の出力が背圧曲線と一致することを保証することにより、説明されているシステムは、粘度が一定またはほぼ一定のままであることを保証する、つまり、後続の射出サイクルでは、プラスチック材料は、均一またはほぼ均一な粘度で始まり、それにより、成形部品の品質の変化を制限する、または低下させることを意味する。
【００１６】
図面に目を向けると、射出成形プロセスが本明細書で説明される。本明細書に説明されるアプローチは、電気プレス、サーボ油圧プレス、油圧プレス、および他の既知の機械に好適である可能性がある。図１に示されるように、射出成形機１００は、射出ユニット１０２およびクランプシステム１０４を含む。射出ユニット１０２は、ペレット１０８の形態または任意の他の好適な形態の材料を受け入れるように適合されたホッパー１０６を含む。これらの例の多くでは、ペレット１０８は、ポリマーまたはポリマーベースの材料であり得る。他の例も可能である。
【００１７】
ホッパー１０６は、ペレット１０８を射出ユニット１０２の加熱されたバレル１１０に供給する。加熱されたバレル１１０に供給されると、ペレット１０８は、往復ねじ１１２によって加熱されたバレル１１０の端部まで駆動され得る。加熱されたバレル１１０の加熱および往復ねじ１１２によるペレット１０８の圧縮により、ペレット１０８を溶融させ、それにより、溶融プラスチック材料１１４を形成する。溶融プラスチック材料１１４は、典型的には、約１３０℃〜約４１０℃の範囲内で選択された温度で処理される（特定のポリマーの製造業者は、通常、射出成形機に、所与の材料に対して推奨された温度範囲を提供する）。
【００１８】
往復ねじ１１２は、第１の位置１１２ａから第２の位置１１２ｂへと前方に進み、溶融プラスチック材料１１４をノズル１１６に向かって押して、プラスチック材料のショットを形成し、このショットは、最終的に、溶融プラスチック材料１１４の流れを金型空洞１２２に導く１つ以上のゲート１２０を介して、金型１１８の金型空洞１２２に射出される。言い換えれば、往復ねじ１１２は、溶融プラスチック材料１１４に力を及ぼすように駆動される。他の実施形態では、ノズル１１６は、供給システム（図示せず）によって１つ以上のゲート１２０から分離され得る。金型空洞１２２は、金型１１８の第１の金型側面１２５と第２の金型側面１２７との間に形成され、第１および第２の金型側面１２５、１２７は、プレスまたはクランプユニット１２４を介して圧力下で一緒に保持される。
【００１９】
プレスまたはクランプユニット１２４は、成形プロセス中に、２つの金型半分１２５、１２７を分離するように作用する射出圧力によって及ぼされる力よりも大きい所定のクランプ力を加え、それにより、第１および第２の金型側面１２５、１２７を一緒に保持し、一方で、溶融プラスチック材料１１４は、金型空洞１２２に射出される。これらのクランプ力を支持するために、クランプシステム１０４は、タイバーなどの任意の他の数の構成要素に加えて、金型フレームおよび金型ベースを含むことができる。
【００２０】
溶融プラスチック材料１１４のショットが金型空洞１２２に射出されると、往復ねじ１１２は、前方への動きを停止する。溶融プラスチック材料１１４は、金型空洞１２２の形態を取り、プラスチック材料１１４が固化するまで金型１１８内で冷却される。固化すると、プレス１２４は、第１および第２の金型側面１１５、１１７を解放し、これらは次に互いに分離される。次に、完成した部品を金型１１８から取り出すことができる。金型１１８は、全体的な生産率を高めるために、任意の数の金型空洞１２２を含んでもよい。空洞の形状および／または設計は、互いに同一、類似、および／または異なる場合がある。例えば、組合せ金型は、互いに嵌合するか、さもなければ動作することを目的とした関連する構成部品の空洞を含み得る。いくつかの形態では、「射出サイクル」は、射出の開始と取り出しとの間に実行されるステップおよび機能として定義される。射出サイクルが完了すると、回復プロファイルが開始され、その間に往復ねじ１１２が第１の位置１１２ａに戻る。
【００２１】
射出成形機１００はまた、接続１４５を介して機械１００と通信可能に結合されたコントローラ１４０を含む。接続１４５は、電子信号を送信および／または受信するように適合された任意の種類の有線および／または無線通信プロトコルであり得る。これらの例では、コントローラ１４０は、少なくとも１つのセンサ、例えば、ノズル１１６内またはその近くに配置されたセンサ１２８、および／または金型空洞１２２内またはその近くに配置されたセンサ１２９と信号通信している。いくつかの例では、センサ１２８は、ねじ１１２の先端に配置され、センサ１２９は、射出機１００のマニホルドまたはランナーに配置されている。あるいは、センサ１２８は、ねじ１１２のチェックリングの前の任意の位置に配置され得る。金型１１８および／または機械１００の任意の数の特性を感知することができる任意の数の追加の実センサおよび／または仮想センサを使用して、機械１００の所望の場所に置いてもよいことが理解される。さらなる例として、金型空洞１２２内の流頭進行を検出することができる任意の種類のセンサを使用してもよい。
【００２２】
コントローラ１４０は、射出成形機１００に対していくつかの位置に配設することができる。例として、コントローラ１４０は、機械１００と一体であるか、機械に取り付けられた筐体に含まれるか、機械に隣接または近接して位置付けられる別個の筐体に含まれるか、または機械から離れて位置付けられることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、当技術分野で知られているおよび／または一般的に使用されている有線および／または有線信号通信を介して、機械の機能を部分的または完全に制御することができる。
【００２３】
センサ１２８は、溶融プラスチック材料１１４および／または機械１００の一部分の１つ以上の特性を（直接的または間接的に）測定するように適合された任意の種類のセンサであり得る。センサ１２８は、例えば、背力、温度、粘度、流量、硬度、ひずみ、半透明性、色、光屈折、および／または光反射などの光学特性などの当技術分野で知られ、使用されている溶融プラスチック材料１１４の任意の特性、もしくはこれらを示す任意の数の追加の特性のうちの任意の１つ以上を測定してもよい。センサ１２８は、溶融プラスチック材料１１４と直接接触してもよいし、またはそうでなくてもよい。いくつかの例では、センサ１２８は、溶融プラスチック材料１１４に関連する特性だけでなく、射出成形機１００の任意の数の特性を測定するように適合され得る。一例として、センサ１２８は、ノズル１１６で溶融プラスチック材料１１４の（射出サイクル中の）溶融圧力および／または（回復プロファイル中の）背圧を測定する圧力変換器であってもよい。
【００２４】
前述のように、センサ１２８は、ねじ１１２に及ぼされる背圧を測定することができるが、背圧がねじ１１２の後端で測定される従来のシステムとは異なり、本アプローチでは、背圧は、ねじ１１２の先端で測定される。この位置決めにより、センサ１２８は、溶融プラスチック材料１１４の圧縮性、バレル内の引き込み、および他の要因のために、ねじ１１２の後端で取得される測定値と比較して、溶融プラスチック材料１１４上の圧縮圧力を正確に測定することができる。
【００２５】
センサ１２８は、コントローラ１４０の入力に送信される信号を生成する。センサ１２８がノズル１１６内に配置されていない場合、コントローラ１４０は、ノズル１１６内の測定された特性の値を推定または計算するための適切な補正係数を提供するために、論理、コマンド、および／または実施可能なプログラム命令を用いて設定、構成、および／またはプログラムされ得る。例えば、前述のように、センサ１２８は、回復プロファイル中の背圧を測定するようにプログラムされ得る。コントローラ１４０は、これらの測定値を受信することができ、測定値を、粘度値などの溶融プラスチック材料１１４の他の特性に変換することができる。
【００２６】
同様に、センサ１２９は、溶融プラスチック材料１１４の１つ以上の特性を（直接的または間接的のいずれかで）測定して、金型空洞１２２内のその存在および／または状態を検出するように適合された任意の種類のセンサであり得る。様々な実施形態では、センサ１２９は、金型空洞１２２内の充填終了位置またはその近くに配置することができる。センサ１２９は、例えば、圧力、温度、粘度、流量、硬度、ひずみ、半透明性、色、光屈折、および／または光反射などの光学特性などの当技術分野で知られている溶融プラスチック材料１１４および／または金型空洞１２２の任意の数の特性、もしくはこれらを示す任意の数の追加の特性のうちの任意の１つ以上を測定しもよい。センサ１２９は、溶融プラスチック材料１１４と直接接触してもよいし、またはそうでなくてもよい。一例として、センサ１２９は、空洞１２２内の溶融プラスチック材料１１４の空洞圧力を測定する圧力変換器であってもよい。センサ１２９は、コントローラ１４０の入力に送信される信号を生成する。任意の数の追加のセンサを使用して、動作パラメータを感知および／または測定してもよい。
【００２７】
コントローラ１４０はまた、ねじ制御１２６と信号通信している。いくつかの実施形態では、コントローラ１４０は、コントローラ１４０の出力からねじ制御１２６に送信される信号を生成する。コントローラ１４０は、例えば、（ねじ制御１２６を制御して、ねじ１１２を、ノズル１１６内の溶融プラスチック材料１１４に対応する所望の値を維持する速度で前進させることによる）射出圧力、バレル温度、クランプの閉速度および／または開速度、冷却時間、射出前進時間、全体のサイクル時間、圧力設定値、取り出し時間、ねじ回復速度、ねじ１１２に及ぼされる背圧値、ならびにねじ速度などの機械の任意の数の特性を制御することができる。
【００２８】
コントローラ１４０からの１つ以上の信号は、一般に、材料粘度、金型温度、溶融温度の変動、および充填速度に影響を与える他の変動がコントローラ１４０によって考慮されるように、成形プロセスの動作を制御するために使用され得る。代替的または追加的に、コントローラ１４０は、粘度などの材料特性を制御するために必要な調整を行うことができる。調整がリアルタイムまたはほぼリアルタイムで（すなわち、センサ１２８、１２９の感知値とプロセスに加えられる変更との間の最小の遅延で）コントローラ１４０によって行われてもよく、または補正が後続のサイクルで行われ得る。さらに、任意の数の個々のサイクルから導出されるいくつかの信号を、成形プロセスを調整するための基礎として使用してもよい。コントローラ１４０は、当技術分野で知られている任意の種類の信号通信アプローチを介して、センサ１２８、１２９、ねじ制御１２６、および／または機械１００内の任意の他の構成要素に接続してもよい。
【００２９】
コントローラ１４０は、その動作を制御するように適合されたソフトウェア１４１、任意の数のハードウェア要素１４２（例えば、非一時的メモリモジュールおよび／またはプロセッサなど）、任意の数の入力１４３、任意の数の出力１４４、および任意の数の接続１４５を含む。ソフトウェア１４１は、非一時的なコンピュータ可読媒体の形態でコントローラ１４０の非一時的なメモリモジュールに直接ロードされ得るか、または代替的にコントローラ１４０から離れて配置され、任意の数の制御アプローチを介してコントローラ１４０と通信し得る。ソフトウェア１４１は、金型サイクルに従って射出成形機１００を制御するための論理および／またはコマンドを含み得る論理、コマンド、および／または実施可能なプログラム命令を含む。ソフトウェア１４１は、オペレーティングシステム、動作環境、アプリケーション環境、および／またはユーザインターフェースを含んでもよいし、または含まなくてもよい。
【００３０】
ハードウェア１４２は、入力１４３を使用して、コントローラ１４０によって制御されている射出成形機から信号、データ、および情報を受信する。ハードウェア１４２は、出力１４４を使用して、信号、データ、および／または他の情報を射出成形機に送信する。接続１４５は、信号、データ、および情報がコントローラ１４０とその射出成形機１００との間で送信され得る経路を表す。様々な実施形態では、この経路は、本明細書に記載されるかまたは当技術分野で知られている任意の方法で構成された、直接または間接の物理的接続に類似して機能する物理的接続または非物理的通信リンクであり得る。様々な実施形態では、コントローラ１４０は、当技術分野で知られている任意の追加または代替の方法で構成することができる。
【００３１】
接続１４５は、信号、データ、および情報がコントローラ１４０と射出成形機１００との間で送信され得る経路を表す。様々な実施形態では、これらの経路は、本明細書に記載されるかまたは当技術分野で知られている任意の方法で構成された、直接または間接の物理的接続のいずれかと同様に機能する物理的接続または非物理的通信リンクであり得る。様々な実施形態では、コントローラ１４０は、当技術分野で知られている任意の追加または代替の方法で構成することができる。
【００３２】
図２に示されるように、従来の射出成形機１００の例示的な射出サイクル２００は、いくつかの明確な段階を含む。図示の例は、実質的に一定の圧力プロファイルを示しているが、他の圧力プロファイル（例えば、速度制御された高圧射出成形プロセス）を、本明細書に記載のアプローチと組み合わせて使用してもよい。
【００３３】
第１の段階２０２の間、溶融プラスチック材料１１４は、最初に金型空洞１２２を充填する。この段階２０２において、コントローラ１４０は、溶融圧力を実質的に一定の圧力値（例えば、約１０，０００ｐｓｉ）に増加させ、次いで、溶融プラスチック材料１１４が金型空洞１２２を充填する間、溶融圧力をこの圧力値またはその近くに保持させる。次に、溶融プラスチック材料１１４は、金型空洞１２２内のすべての間隙が確実に埋め戻されるように溶融圧力が維持されるパック／保持段階２０４に入る。これらのシステムでは、金型空洞１２２は、流路の端部からゲート１２０に向かって戻るように充填される。その結果、固化の様々な段階にある溶融プラスチック材料１１４がそれ自体の上にパックされる。これらのアプローチでは、測定された空洞圧力の量に基づいて、溶融圧力が上昇または低下する。変化の程度は、以下で説明するように、空洞圧力の量と乗数に依存し、これらは、プロセス検証中に決定され、必要に応じて調整される。
【００３４】
このプロセス中、金型空洞１２２が溶融プラスチック材料１１４を用いて実質的かつ／または完全に充填されると、金型空洞１２２内の感知された圧力は、最終的にゼロ以外の値になる。射出サイクルがゼロ以外の空洞圧力に達するのにかかる時間は、「ステップ時間」として定義することができ、これは、金型空洞１２２を充填するのに必要な時間（例えば、「充填時間」）にプロセス係数調整（「ＰＦＡ」）値を足したものに等しい。ＰＦＡは、金型で測定された空洞圧力の量の乗数である。空洞圧力が測定されると、プロセスの検証中に決定された乗数（ＰＦＡ）に基づいて、溶融圧力設定値への調整が行われる。この乗数は、高品質の部品を製造するために必要に応じて調整することができる。図２の図示の例では、全体のステップ時間は、段階２０２の持続時間に対応し、したがって、固定値を維持することを意図している。しかしながら、いくつかの例では、各射出サイクルの実際のステップ時間は、材料の特性によって変化する場合がある。
【００３５】
感知された空洞圧力を示す図２の曲線２２０によって示されるように、射出サイクル中、および空洞が実質的に完全に充填されると、空洞圧力は急速に最大値まで増加し、その後、射出サイクルが完了したときの最小値に戻るまで減少する。従来の射出システムでは、空洞圧力曲線２２０は、射出サイクルの品質を表すデータを提供するために使用することができる射出システムの単なる出力である。前述のように、検証段階では、理想的および／または望ましい特性を備えた成形部品が取得されるまで、多数の様々な射出サイクルが実行される。この理想的な射出サイクルは、充填時間、充填圧力、および材料特性に少なくとも部分的に基づく対応する理想的なパターンを出力として生産する。したがって、好適な物理的特性を有する部品を生産する好適な射出サイクルが実行されたと判断されると、図示の空洞圧力曲線２２０など、結果として得られる空洞圧力曲線は、射出サイクルの駆動変数として使用され得る。例えば、２０１８年６月２２日に出願された米国仮出願第６２／６８８，４８２号および第６２／６８８，４９１号は、両方とも、射出サイクルの入力として空洞圧力曲線を使用するためのアプローチを記載しており、各々の全体が参照により本明細書に組み込まれる。同様の方式で、好適な射出サイクルはまた、回復プロファイル部分中に使用され得る理想的な回復パターンを生成し得る。この理想的な回復パターンには、可変の動作値が含まれても含まれなくてもよい。
【００３６】
前に述べたように、射出成形サイクル中に、センサ１２８、１２９は、機械１００の動作に関連する少なくとも１つの変数（例えば、背圧値など）を測定するように適合されている。動作中および射出サイクルが完了すると、コントローラ１４０は、ソフトウェア１４１に格納され得る回復プロファイルを開始する。いくつかの例では、回復プロファイルは、コントローラ１４０が信号を機械に送信して、金型空洞１２２を開き、金型１１８から部品を取り出したときに開始され得る。次に、部品は、必要で継続的な膨張および架橋結合を完了して、構造的に健全な成形部品を形成することができる。例えば、構造的に健全な成形部品は、ディボット、ドウェル、フラッシュ、部分的な充填、火傷、裂け目、表面層のヒケおよび／または渦巻きなどの最小限の欠陥、厚さ変化時の弱さがなく、機械的特性の均一性を有し得る。
【００３７】
図３に示されるように、射出サイクル２００が完了すると、ねじ１１２が第１の位置１１２ａに戻る回復プロファイル３００を開始する。回復プロファイル３００の間に、理想的な背圧設定値３１０の形態の理想的な回復パターンが識別され、射出成形機１００の動作を制御するための入力として使用される。言い換えれば、この例では、背圧設定値３１０は、機械１００がどのように動作すべきかを決定する入力として使用され、一方で、センサ１２８は、コントローラ１４０にフィードバックを提供して、背圧設定値３１０に一致するように調整が加えられるべきかどうかを判断する。この背圧設定値３１０は、溶融プラスチック材料１１４の粘度の代用として使用される、つまり、機械１００を動作させて所望の背圧値を取得することにより、機械１００は、次に、所望の溶融プラスチック材料１１４の粘度を取得することを意味する。
【００３８】
図３に示されるように、背圧曲線３１２は、センサ１２８によって測定された背圧を反映している。したがって、コントローラ１４０は、背圧曲線３１２を背圧プロファイル３１０に維持するために、ねじ１１２に及ぼされる圧力を調整することができる。使用される機械１００の種類に応じて、異なるバルブおよび／またはモータを使用して、ねじ１１２の背面に加えられる圧力を維持および／または調整することができる。例えば、サーボモータを使用してねじドライブを回転させ、ねじ１１２の動きを制御してもよいし、フローコントロールバルブを使用して、ねじ１１２に作用する油圧流体の量を制御してもよいし、または比例バルブを使用してもよい。
【００３９】
動作中、コントローラ１４０は、ねじ１１２に背圧を選択的に増加および／または減少させ、したがって、溶融プラスチック材料１１４をそれぞれ多かれ少なかれ剪断し、それにより、ねじ１１２に異なる量のエネルギーを消費させて第１の位置１１２ａに戻すことができる。したがって、ねじ１１２は、溶融プラスチック材料１１４に追加の熱を与え、それにより、その粘度を低下させる。溶融プラスチック材料１１４の粘度を増加させるために、反対の動作を実行することができる。結果として、コントローラ１４０は、背圧曲線３１２を背圧プロファイル３１０に一致させ、したがって、溶融プラスチック材料１１４の対応する粘度は、一定および／または比較的一定のままである。図３のねじ速度曲線３１４によって示されるように、コントローラ１４０は、背圧曲線３１２を背圧プロファイル３１０と一致させる方法としてねじ速度を調整することができる。他の調整例としては、粘度の漸進的な変化が発生した場合には、減圧の大きさおよび速度の調整、または温度の調整などが可能である。他の場合は、背圧設定値またはプロファイルの変更が必要になる場合がある。このような場合の指標には、回復時間の変動、またはサイクルの射出段階中の速度、圧力、および時間の変化が含まれてもよい。
【００４０】
追加的または別個に、コントローラ１４０は、背圧プロファイル３１０と比較したときに、許容可能な測定された背圧値の上限および／または下限を設定することができる。一例では、測定値の上限および下限は、背圧プロファイル３１０の約５％以内であり得る。好適な限界の他の例が可能である。
【００４１】
図４および図５に目を向けると、回復プロファイル４００、５００の間に可変の背圧を適用すると、所望の溶融プラスチック材料１１４の粘度が得られ得ることが検証段階中に決定されてもよい。したがって、図４は、段階的な背圧プロファイル４１０を示し、図５は、連続的に可変の背圧プロファイル５１０を示し、これらの各々は、背圧を選択的に増加および／または減少させることができる。これらの例の各々では、コントローラ１４０は、背圧、ねじ速度、および／または他の測定値のいずれか１つ（またはこれらの組み合わせ）を調整することによって、背圧曲線４１２、５１２を背圧プロファイル４１０、５１０に一致させる。好適な背圧プロファイルの他の例が可能である。
【００４２】
いくつかのアプローチでは、他の動作パラメータまたは特性を使用して、回復プロファイル３００、４００、５００の間に機械１００の動作パラメータに変更を加えるべきであると決定することができる。例えば、回復中に、ねじ１１２が完全に回復して第１の位置１１２ａに戻るのに長い時間がかかると決定された場合、これは、溶融プラスチック材料１１４の粘度が増加したことを意味し得る。したがって、コントローラ１４０は、粘度を低下させるために、前述のように背圧を増加させることができる。さらに、溶融プラスチック材料１１４の粘度は、制御され得る特性の一例にすぎないことを理解されたい。他の例では、所望の溶融密度、減圧、および／または溶融移動値を積極的に制御することができる。他の例も可能である。
【００４３】
いくつかの例では、センサ１２８は、ねじ１１２から離れて配設されてもよく、それでもなおねじ１１２と通信することができる。例えば、２０１６年７月２２日に出願された米国出願第１５，２１６，７６２号は、仮想空洞センサとして１つ以上の外部センサの使用を説明しており、その全体が参照により本明細書に組み込まれるこのようなセンサまたはセンサ構成は、本明細書に記載のセンサ１２８と交換可能に使用することができる。
【００４４】
さらに、いくつかの例では、コントローラ１４０は、背圧を調整して溶融プラスチック材料１１４の所望の粘度を取得するための適切な条件を自動的に識別するために、機械学習技術を組み込むことができる。例えば、コントローラ１４０は、感知された入力（複数可）に基づいて、機械１００の特定のパラメータをいつ調整するかを決定するスコアリングメトリックを確立することができる。他の例も可能である。
【００４５】
上述のアプローチは、以前に識別されたパターンが回復プロファイルの少なくとも一部分を駆動するために使用される任意の射出プロセスと組み合わせて使用してもよい。これらのアプローチは、例えばシリコーンおよび金属部品などの様々な材料から構築された任意の数の異なる成形部品の形成に使用してもよい。
【００４６】
当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、上述の実施形態に関して多種多様な修正、変更、および組み合わせを行うことができ、そのような修正、変更、および組み合わせが本発明の概念の範囲内にあると見るべきであることを認識するであろう。
【００４７】
また、本特許出願の最後にある特許請求項は、請求項（複数可）において明示的に列挙される「〜するための手段」または「〜するためのステップ」という表現などの、伝統的なミーンズ・プラス・ファンクション表現が明示的に列挙されていない限り、米国特許法第１１２（ｆ）に基づいて解釈されることを意図したものではない。本明細書に記載のシステムおよび方法は、コンピュータ機能の改善、および従来のコンピュータの機能の改善に関する。
【実施例】
【００４８】
例／組み合わせ
Ａ．金型空洞を形成する金型を有する射出成形機を制御するための方法であって、射出成形機が、射出サイクルに従って制御され、本方法は、
第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出することと、
射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルが開始されることと、
センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定することと、
回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて、射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータを調整することと、を含む、方法。
Ｂ．１つ以上のプロセッサによって、射出成形機の射出サイクルの目標変数回復プロファイルを作成することをさらに含む、段落Ａの方法。
Ｃ．少なくとも１つの動作パラメータが、背圧設定値またはねじ回転速度のうちの少なくとも１つを含む、段落ＡまたはＢの方法。
Ｄ．少なくとも１つの変数が、ねじのノズルに向かって押し出される溶融ポリマーの圧力値を含む、段落Ａ〜Ｃのいずれか１つに記載の方法。
Ｅ．少なくとも１つの変数が、背圧値を含む、段落Ｄの方法。
Ｆ．センサが、ノズル近くのねじの先端に配置されている、段落Ｄの方法。
Ｇ．センサが、ねじのチェックリングの前の位置に配置されている、段落Ｄの方法。
Ｈ．少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、動作パラメータが、複数の別々の設定値を有する調整可能な背圧を含み、背圧が、感知されたノズル圧力に従って調整される、段落Ａ〜Ｇのいずれか１つに記載の方法。
Ｉ．少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、動作パラメータが、連続的に可変の背圧を含み、可変の背圧が、感知されたノズル圧力に従って調整される、段落Ａ〜Ｈのいずれか１つに記載の方法。
射出成形機であって、
金型空洞を形成する金型、および第１の位置から第２の位置に移動するねじを有する射出ユニットであって、溶融プラスチック材料を受け入れて、ねじを介して金型空洞に射出し、成形部品を形成するように適合されている、射出ユニットと、
射出サイクルおよび回復プロファイルに従って射出成形機の動作を制御するように適合されたコントローラと、
射出成形機およびコントローラに結合されたセンサであって、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定するように適合されている、センサと、を含み、
射出サイクルが完了すると、コントローラは、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始し、コントローラは、少なくとも１つの測定された変数に基づいて、射出成形機の動作パラメータをさらに調整する、射出成形機。
Ｋ．動作パラメータが、背圧設定値またはねじ回転速度のうちの少なくとも１つを含む、段落Ｊの射出成形機。
Ｌ．少なくとも１つの変数が、ねじのノズルに向かって押し出される溶融ポリマーの圧力値を含む、段落Ｊの射出成形機。
Ｍ．少なくとも１つの変数が、背圧値を含む、段落Ｌの射出成形機。
Ｎ．センサが、ノズル近くのねじの先端に配置されている、段落Ｌの射出成形機。
Ｏ．センサが、ねじのチェックリングの前の位置に配置されている、段落Ｌの射出成形機。
Ｐ．少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、動作パラメータが、複数の別々の設定値を有する背圧を含み、背圧が、感知されたノズル圧力に従って調整される、段落Ｊ〜Ｏのいずれか１つに記載の射出成形機。
Ｑ．少なくとも１つの変数が、ノズル圧力を含み、動作パラメータが、連続的に可変の背圧を含み、可変の背圧が、感知されたノズル圧力に従って調整される、段落Ｊ〜Ｐのいずれか１つに記載の射出成形機。
Ｒ．非一時的なコンピュータ可読記憶媒体であって、プロセッサによって実施可能な命令が実施されたとき、１つ以上のプロセッサに、
第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出することと、
射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始することと、
センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定することと、
回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて、射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータを調整することと、を行わせる、プロセッサによって実施可能な命令を格納する、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
Ｓ．クライアントデバイスであって、
１つ以上のプロセッサと、
１つ以上のインターフェースと、
非一時的なコンピュータ可読メモリであって、１つ以上のプロセッサによって命令が実施されたとき、クライアントデバイスに、
第１の位置から第２の位置に移動するねじを使用して、射出サイクルに従って溶融ポリマーを金型空洞に射出することと、
射出サイクルが完了すると、ねじが第１の位置に移動する回復プロファイルを開始することと、
センサを使用して、回復プロファイル中の少なくとも１つの変数を測定することと、
回復プロファイル中の少なくとも１つの測定された変数に基づいて、射出成形機の少なくとも１つの動作パラメータを調整することと、を行わせる、命令を格納する、非一時的なコンピュータ可読メモリと、を含む、クライアントデバイス。
【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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【国際調査報告】
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