(57)【要約】  流動性基材から部品を製造するためのツール（１００）であって、当該ツールは、部品を製造するために流動性基材が導入される処理チャンバ（１０２）と、ツール（１００）から、特に処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知するとともに、製造中に、流動性基材とツール（１００）、特に処理チャンバ（１０２）との間の相互作用を示すように構成された音響センサ（１０４）であって、この音響センサ（１０４）が、可動アクチュエータ（１１０）を含む、音響センサ（１０４）と、感知された音響信号に基づいて、処理チャンバ（１０２）内での製造を制御及び／又は文書化するように構成された制御装置（２００）とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性基材から部品を製造するためのツール（１００）であって、当該ツール（１００）は：
前記部品を製造するために前記流動性基材を導入可能な処理チャンバ（１０２）と；
前記ツール（１００）から、特に処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知するとともに、製造中に、前記流動性基材と前記ツール（１００）、特に前記処理チャンバ（１０２）との間の相互作用を示すように構成された音響センサ（１０４）であって、該音響センサ（１０４）が、可動アクチュエータ（１１０）を含む、音響センサ（１０４）と；
前記感知された音響信号に基づいて、前記処理チャンバ（１０２）内の製造を制御及び／又文書化するように構成された制御装置（２００）と；を備える、
ツール。
【請求項２】
前記音響センサ（１０４）は、請求項１５乃至２０のいずれか一項に従って構成されている、
請求項１に記載のツール（１００）。
【請求項３】
部品を最初に成形することよって製造する原型金型ツール（１００）として構成される、特に射出成形ツール（１００）又は加圧鋳造ツール又は同様の装置として構成される、
請求項１又は２に記載のツール（１００）。
【請求項４】
前記音響センサ（１０４）は、１Ｈｚ〜５００ｋＨｚの間の、特に１００Ｈｚ〜３０ｋＨｚの間の周波数範囲の音響信号を感知するように構成されている、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項５】
複数の音響センサ（１０４，２０２）を含み、特に各音響センサが、請求項１５乃至２０のいずれか一項に従って構成されており、各音響センサが、製造中に、前記ツール（１００）から、特に処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知するように構成されており、各音響センサが、前記処理チャンバ（１０２）に対して異なる位置に位置付けされている、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項６】
複数の音響センサ（１０４，２０２）のそれぞれは、他方の少なくとも１つの周波数範囲とは異なる、特に他方の全ての周波数範囲とは異なるようなそれぞれの周波数範囲の音響信号に鋭敏であり、複数の音響センサ（１０４，２０２）のうちの他方の少なくとも１つ、特に他方の全ては、鋭敏である、
請求項５に記載のツール（１００）。
【請求項７】
前記制御装置（２００）は、時間領域での複数の音響センサ（１０４，２０２）のセンサ信号の解析に基づいて、製造を制御するように構成されている、
請求項５又は６に記載のツール（１００）。
【請求項８】
前記制御装置（２００）は、それぞれの周波数範囲と、それぞれの音響センサ（１０４，２０２）の既知の位置との間の相関から導出される空間情報に基づいて、製造を制御するように構成されている、
請求項６又は７に記載のツール（１００）。
【請求項９】
前記制御装置（２００）は、感知された音響信号に基づいて、製造工程の少なくとも１つの製造パラメータを調整するように構成されている、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１０】
前記制御装置（２００）は、感知された信号の時間特性に基づいて、製造工程のタイミングを制御するように構成されている、
請求項１乃至９のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１１】
前記音響センサ（１０４）は：
前記処理チャンバ（１０２）内への前記流動性基材の導入に応答して音響波を発生するように構成されている、前記処理チャンバ（１０２）における音響波発生素子（１０６）と；
前記処理チャンバ（１０２）の外部に、特に前記ツール（１００）の最も外側のハウジングの外部に配置された音響波感知素子（１０８）であって、該音響波感知素子（１０８）は、発生した音響波を感知するように構成されている、特に発生した構造騒音(structure-borne)の音響波を感知するように構成されており、該感知された音響波に基づいて音響信号を判定する、音響波感知素子（１０８）と；を備える、
請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１２】
前記流動性基材と前記ツール（１００）との間の相互作用を示す情報を前記センサ信号から判定するように構成された判定装置（２１６）を含む、
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１３】
前記可動アクチュエータ（１１０）は、前記流動性基材の不存在下で前記処理チャンバ（１０２）内に少なくとも部分的に位置付けされるように取り付けられている、或いは前記流動性基材の存在下で前記処理チャンバ（１０２）の外部に位置付けされるように取り付けられている、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１４】
前記処理チャンバ（１０２）内に位置付けされた前記音響センサ（１４）の部品が、特に電子機器を有さない完全な機械部品である、
請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１５】
流動性基材から部品を製造するために、ツール（１００）から、特に該ツール（１００）の処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知する音響センサ（１０４）であって、当該音響センサ（１０４）は：
前記処理チャンバ（１０２）に位置付けされており、且つ前記処理チャンバ（１０２）内への前記流動性基材の導入に応答して、前記流動性基材によって移動されるように構成された少なくとも１つの可動アクチュエータ（１１０）と；
前記流動性基材によって移動させられたときであって、少なくとも１つのアクチュエータ（１１０）によって衝突を受けた際に、所定の周波数特性を有する音響波を発生するように構成された少なくとも１つの音響波発生素子（１０６）と；を有する、
音響センサ。
【請求項１６】
前記可動アクチュエータ（１１０）は、前記処理チャンバ（１０２）の外部に製造された部品を押し出すように構成された突出ピンである、
請求項１５に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項１７】
前記可動アクチュエータ及び前記音響波発生素子が、共通の構造体（１５０）として一体的に形成されている、特に移動する際に、クリックノイズを本質的に発生するアクチュエータ本体（１５０）として構成されている、
請求項１５に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項１８】
少なくとも１つの音響信号発生器（１０６）によって生成された音響波を感知するとともに、感知された音響波に基づいて音響信号を決定するように構成されている少なくとも１つの音響波感知素子（１０８）をさらに備える、
請求項１５乃至１７のいずれか一項に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項１９】
前記音響波感知素子は、圧電素子（１０８）、半導体部材、及び膜ベースのマイクロフォン（３００）から構成されるグループのうちの１つである、
請求項１８に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項２０】
決定された音響信号に基づいて、前記処理チャンバ（１０２）内の圧力−時間特性を示す情報を判定するように構成された圧力判定装置（３０２）を含む、
請求項１５乃至１９のいずれか一項に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項２１】
ツール（１００）の部品の製造を制御する方法であって、当該方法は：
前記部品を製造するために、前記ツール（１００）の処理チャンバ（１０２）内に流動性基材を導入するステップと；
処理チャンバ（１０２）から発生するとともに、製造中に、前記流動性基材と前記処理チャンバ（１０２）との間の相互作用を示す音響信号を感知するステップであって、音響センサ（１０４）の可動アクチュエータ（１１０）の動きが、前記音響信号の発生に寄与する、感知するステップと；
感知された音響信号に基づいて、前記処理チャンバ（１０２）での製造を制御及び／又は文書化するステップと；を含む、
方法。
【請求項２２】
前記可動アクチュエータ（１１０）の動きは、前記処理チャンバ（１０２）内で流動する前記流動性基材から前記可動アクチュエータ（１１０）上に作用する力によってもたらされる、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
流動性基材からの部品の製造を制御及び／又は文書化するために、処理チャンバ（１０２）内の可動アクチュエータ（１１０）から直接的に発生する音響信号を使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動性基材から部品を製造するためのツール、ツールから発生する音響信号を感知する音響センサ、ツールにおける部品の製造を制御する方法、及びこのツールの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形は、熱可塑性材料や、エラストマー材料及び熱硬化性プラスチック材料から部品を製造するための製造工程である。熱可塑性材料は、加熱されたバレル内に供給され、混合され、金型キャビティ内に押し込まれて、そのキャビティ内で冷却され、キャビティの形状に固化される。エラストマー材料及び熱硬化性材料は、加熱された金型に注入され、注入された材料は、化学反応によって硬化する。射出成形は、車の最小の部品から車のボディパネル全体まで多種の部品を製造するために幅広く使用されている。
【０００３】
特許文献１には、射出成形マシンの力と圧力とを監視するための装置が開示されており、この装置は、閉鎖又は射出圧力によって変形を受けるマシン部品の変形を測定するための少なくとも１つのセンサを有している。閉鎖又は射出圧力が、その最大値の半分未満である特定の値を超過すると直ぐに、センサによって監視されるマシン部品を緩めるような支持体が設けられている。
【０００４】
非特許文献１には、射出成形における部品品質を保証するために重要であるポリマー溶融状態のオンライン監視が開示されており、変調回路を介して金型キャビティ内の圧力及び温度の変動を同時に測定するためのデュアルパラメータ感知方法が提示されている。圧電セラミックスタックの電荷出力に比例するような、成形サイクル中の圧力変動は、温度感知発振器（ＴＳＯ）によって実質的に周波数変調された音響パルス内で離散化されている。バッテリーやデータ送信のためにケーブルを用いずに１つのセンサパッケージを使用して２つのパラメータを測定する能力は、射出成形プロセスを監視するための新たなプラットフォームを提供する。
さらに、背景技術が、特許文献２、特許文献３、特許文献４及び特許文献５に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００３／０００８０２８号明細書
【特許文献２】国際公開第０３／０８９２１４号
【特許文献３】国際公開第２０１１／１５４１２３号
【特許文献４】欧州特許第２３１７３０８号
【特許文献５】国際公開第２０１０／０９４８０９号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】RobertX. Gao, Zhaoyan Fan, David O. Kazmer, ”Injection molding process monitoring usinga self-energized dual-parameter sensor”、CIRP Annals − ManufacturingTechnology 57 (2008) pp. 389 to 393
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、製造ツールにおける部品の製造工程を効率的に監視することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記で規定された目的を達成するために、独立請求項に記載された、流動性基材から部品を製造するためのツール、ツールから発生する音響信号を感知する音響センサ、ツールにおける部品の製造を制御する方法、ツールの使用方法が提供される。
【０００９】
本発明の例示的な実施形態によれば、流動性基材（液体プラスチック材料、セラミック懸濁液又は液体金属等）から部品を製造するためのツールが提供される。ここで、このツールは、（例えば流動基材のその後の固化による）部品を製造するために流動性基材が導入される処理チャンバ（例えば射出成形ツールの金型キャビティ）と、ツールから、具体的には処理チャンバから（特に直接的に）発生する音響信号を感知するとともに、製造中に、流動性基材とツール、具体的には処理チャンバとの間の相互作用（例えば機械的な力の作用によってもたらされる物理的な接触等）を示すように構成された音響センサ（このような相互作用は、流動性基材を処理チャンバ内に導入することによってもたらされる）と、を有する。音響センサは、（音響信号の発生に寄与する）可動アクチュエータと、処理チャンバ内の製造を制御（例えば、少なくとも１つの制御パラメータ又は制御コマンドを適用する）又は調整する、及び／又は感知された音響信号に基づいて文書化用のデータを収集するように構成された制御装置（中央処理装置又はマイクロプロセッサ等のプロセッサ）と、を含む。
【００１０】
別の例示的な実施形態によれば、流動性基材から部品を製造する際に、ツールから、具体的にはツールの処理チャンバから発生する音響信号を感知する音響センサが、設けられている。音響センサは、処理チャンバ内に位置付けされており、処理チャンバ内への流動性基材の導入に応答して、流動性基材によって移動するように構成されている可動アクチュエータと、流動性基材によって移動された場合であって、アクチュエータに衝突する際に、所定の周波数特性（例えば、共振周波数又は略共振周波数）を有する音響波を発生させるように構成された音響波発生素子と、を有する。
【００１１】
さらに別の例示的な実施形態によれば、ツールにおける部品の製造を制御する方法が、提供される。この方法は、部品を製造するために、流動性基材をツールの処理チャンバ内に導入するステップと、製造中に処理チャンバから発生するとともに、流動性基材と処理チャンバとの間の相互作用を示す音響信号を感知するステップであって、音響センサの可動アクチュエータの運動が、音響信号の発生に寄与する、感知するステップと、この感知された音響信号に基づいて、処理チャンバ内の製造を制御及び／又は文書化するステップと、を含む。
【００１２】
さらに別の実施形態によれば、処理チャンバ内の可動アクチュエータから直接的に発生する音響信号は、流動性基材からの部品の製造を制御及び／又は文書化するために使用される。
本願の文脈では、用語「部品」は、特に、処理チャンバのキャビティ内で製造可能な任意の構造部材を表す。流動性基材とは対照的に、部品は、固相であってもよい、すなわち、少なくとも部分的に固化した基材であってもよい。
【００１３】
本願の文脈では、用語「流動性基材」は、特に、製造工程の開始時に流動性（例えば気体、液体及び／又は粒状）を有しており、製造工程中に例えば熱エネルギー及び／又は圧力の供給によって硬化又は固化して固体状態の部品を形成するような、任意の原料を意味する。流動性基材は、例えば、プラスチックや、セラミック又は金属材料であってもよい。
本願の文脈では、用語「処理チャンバ」は、特に、キャビティを一緒に取り囲む１つ以上の（例えば、２つの半体から構成される）金型から構成されたチャンバを表す。このようなキャビティ内では、部品は、流動性基材を導入し且つ固化させることにより形成することができる。
【００１４】
本願の文脈では、用語「音響センサ」は、特に、音響波、すなわち機械的振動の存在下で、センサ信号を出力することができるような任意の物理的構造体を表す。
本願の文脈では、用語「音響信号」は、特に、例えば電子、光学又は光電子形式の任意の信号を表しており、この音響信号は、製造ツール及び／又はその製造環境から捕捉される音響特性を示す。
【００１５】
本願の文脈では、用語「製造を制御する」は、特に、ツールにおける部品の製造に影響を及ぼすような特定の手段を取ることを意味する。例えば、このような制御することは、センサ信号の測定に応答して、製造工程の（例えば、フィードバックベースの）調整、具体的には１つ以上の製造パラメータ（温度、圧力、基材の供給、その後の製造工程のタイミング等）の変更とすることができる。
本願の文脈では、用語「（注入ピン等の）可動アクチュエータ」は、特に、流動性基材が処理チャンバ内に導入される場合に、この流動性基材によって及ぼされる力によって移動するように、ツールに取り付けることができる物体を表す。この物体を、流動性基材によって作動させて移動させることができる。この物体によって、音響波発生素子（個別の発音体や、製造ツール、具体的には処理チャンバの部品や部材等）をさらに作動させて（例えば、衝突させる）、発生した音響波に等しい機械的振動を励起させることができる。
【００１６】
本願の文脈では、用語「所定の周波数特性を有する音響波を発生させること」は、特に、音響波発生素子が、可動アクチュエータによる衝突を受けた場合のその周波数応答が所定の特性を有する、すなわち特別に規定された周波数範囲において音響波の放出をもたらすように、寸法決めされ、形状が形成され且つこのような音響波の放出をもたらすような材料から作製されていることを表す。特に、各物体は、音響波を発生させることができる特定の共振周波数（その略共振周波数）を有する。
【００１７】
本願の文脈では、用語「可動アクチュエータ」は、特に、ツールに、具体的には処理チャンバに取付けられたされた物体、すなわち機械的エンティティを表しており、この機械的エンティティは、可動アクチュエータが処理チャンバに導入された流動性基材と相互作用するときに、並進運動や変位を受ける又は被るようにされている。このような運動によって、（可動アクチュエータとして見なすことができないような圧電素子の場合に）振動励起を働かせるよりもむしろ可動アクチュエータの重心がシフトされる。これにより、可動アクチュエータは、流動性基材が一連の圧縮及び膨張受けるよりも可動アクチュエータに接触する場合に、全体として変位されるように取り付けられる。そのため、溶融塊（又は流動性基材）自体によって、可動アクチュエータを直接的に移動させることができ、機械的衝撃によって音響波を発生させる。
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、処理チャンバに直接的に作用させる際に、流動性基材によって発生した音響信号が音響センサによって検出されるような、製造工程の監視システムが、提供される。感知された信号を使用して、１つ以上の製造パラメータを制御する、又は処理チャンバを充填する流動性基材を固化させることにより作製される部品の製造工程（ツールに関連する作動要素、ホットランナーノズルの温度調整等）の他の条件を調整することができる。追加的に又は代替的に、音響信号が、文書化の目的のために、すなわち特定の部品を製造したパラメータ及び／又は条件を文書化するために使用される（このようなデータは、記憶装置やデータベースに記憶することができ且つ特定の部品に割り当てることができ、それによって、例えば品質管理のためにユーザが後でアクセスできるようにされ、又は部品の不具合が製造工程中の不具合にからもたらされるかを判定することができる）。従来のアプローチとは対照的に、本発明の例示的な実施形態は、製造工程を表す圧力検出器、温度検出器等の信号よりもむしろ音響センサ信号に依存しており、製造工程の監視を大幅に簡素化させる。この簡素化の理由は、音響センサを、処理チャンバの外部に少なくとも部分的に配置することで、例えば不具合やメンテナンスの場合に、音響センサの容易なアクセスが可能になるからである。また、従来のアプローチでは面倒であった、処理チャンバからツールの外側にケーブルを案内することは、本発明の例示的な実施形態によれば手間にならない。その理由は、処理チャンバに又は内に配置された（特に、処理チャンバを通じて流動する場合に流動性基材と直接物理的に接触する）センサ部品を少なくとも無線で作動させることができるからである。音響波に鋭敏であるような音響センサの部品は、ツールの外部に配置された本体ノイズセンサとすることができる。その理由は、ツールの材料が、そのツールの内部からそのツールの外部に音響信号を送信することができるためである。これより、第１の実験は、ツールの外面での音響信号の検出が、処理チャンバ内のプロセスの信頼できる特徴(fingerprint)であることを示しており、ツールから発生する音響信号を検出することができる。例えば、射出成形機の突出ピンのクリックノイズは、製造工程が正常に動作しているか否かの重要な情報を伝達する。処理チャンバのキャビティと連通する可動アクチュエータにより、検出される信号として、音響波の発生をトリガすることによって、音響波の発生が、処理チャンバに追加の電子機器を実装することなく、可能となる。
【００１９】
本発明の別の第２の態様によれば、上述したような製造監視システムの実現に適した音響センサが、提供される。しかしながら、他の音響センサも、製造工程の監視において代わりに実装することができることに留意されたい。本発明の第２の態様によれば、アクチュエータは、処理チャンバ内で移動可能に（例えば旋回可能に又は往復可能に）取り付けられており、それによって、そのアクチュエータの位置は、（製造される部品が少なくとも部分的に構成される）流動性基材が処理チャンバのキャビティ内に導入される場合に、変更することができる。流動材料によって可動アクチュエータを変位させて、可動アクチュエータに力を加えて音響波発生素子に当接させる。音響波発生素子は、特に、処理チャンバの外部に配置された音響波感知素子による検出のために、規定された（例えば、周波数に関して規定された）音響振動を発生するように構成されている。従って、音響波を、シンプルな機械的当接配置によって処理チャンバに近接して発生させることができる。音響信号の実際の検出は、処理チャンバの外部で行なうことができる。
【００２０】
射出成形部品や、本来の成形工程によって作製された他の部品の増大する複雑性を考慮すると、溶解塊からこのような部品を製造するプロセスの調整に関する要件も、その重要性が増してくる。圧力や温度センサ及び歪ゲージセンサ等の従来のセンサに追加して又はこれに代えて、音響センサの実装によって、製造工程の調整及び／又は文書化の基礎として使用可能な意味のあるデータセットを取得することを可能にしながら、感知を簡素化することが可能になる。
本発明の例示的な実施形態は、流動性基材の本来の成形のために、プロセスの文書化のために、制御及び／又は調整のために、処理ツールにおける音響ノイズ感知を行う。
【００２１】
本発明の例示的な実施形態は、製造工程に関する情報を収集する目的だけでなく、文書化、連続的な品質管理、処理工程の制御又は調整のために、稼働している製造工程中に、製造ツールから発生する音響信号及び製造ツールの外部に伝播する音響信号を使用する。さらに、射出成形機の音響ノイズの放出の変化によって、早期の段階で射出成型機の起こり得るエラーを検出することが可能になる。従って、対策を、早期に取ることができる。
【００２２】
本発明の例示的な実施形態は、音響センサを、製造ツールの処理チャンバ内で全体として一体化させる必要はないという利点を有する。逆に、少なくともセンサ部品を、製造ツールの外面に取り付けることができる。これによって、ツール構成の節約及びセンサ装置の取扱いの簡素化がもたらされる。音響波感知部品のセンサについて、このような設置は、それらセンサが、高温及び／又は圧力の（研磨性や腐食性を有する）流動性基材又は既に固化した基材と直接接触させる必要がないので、同様に有利である。従って、音響信号は、従来のセンサ信号と比較して障害を受けにくい。さらに、マイクロフォンや他の音響センサの動作は、人が製造ツール又はそのセンサ部品を取り扱うために簡素化した手順とされ、それによって、システムは、使用が簡易になる。
【００２３】
第１の実験では、特に、製造工程によって間接的に生成された音響信号を、上述した及び他の目的のために使用することができる。例えば音響信号は、突出ピンが処理された基材によって押し戻され、静止して取り付けられた板又は他の物体に当接した場合に生成される。流動性基材自体によって生成された音響信号は、通常より小さな強度を有する。例示的な実施形態では、しかしながら、これらのセンサ信号を、同様に追加的に使用することができる（例えば、処理チャンバ内に流動性基材を注入する際に排出された空気も測定可能なノイズとして得られる）。
【００２４】
従って、本発明の例示的な実施形態は、音響ノイズ生成用の能動的及び／又は受動的要素を実装し、対応する位置にこのような１つ以上のセンサを位置付けする。例示的な実施形態では、突出ピンは、実際の音響波感知素子と連動するように使用される。複数の処理チャンバを有する製造ツールにおいて様々な突出ピンからノイズを検出することが、同様に同時に行うことができる。
【００２５】
以下では、ツールのさらなる例示的な実施形態を説明する。しかしながら、これらの実施形態は、第２の態様による音響センサ、製造を制御する方法、及び第１の態様による使用方法にも適用される。
一実施形態によれば、精緻な情報も、感知された音響信号を解析することによってシステムから導出される。例えば、２つの音響アクチュエータを、ツールの異なる位置に実装することができ、それらアクチュエータの活性化の時点を検出することができる。このデータは、流動性基材の流速を計算するために使用することができる。
【００２６】
本発明の第２の態様による音響センサを、本発明の第１の態様による製造監視システムに実装することは、処理チャンバの外側に発生する音響波の実際の検出と組み合わせされる、処理チャンバ内の又はこれに近接する音響波発生によって、少ないハードウェアの労力で製造工程の非常に正確な監視が可能になるので、特に有利である。
【００２７】
一実施形態では、ツールは、最初に成形によって部品を製造するための原型金型ツールとして構成されている、具体的には射出成形ツール又は加圧鋳造ツールとして構成されている。最初の成形では、部品は、流動性基材の固化の後で、部品の形状を再規定することなく流動性基材から製造される。しかしながら、本発明の他の実施形態は、押出成形等の他のツールも使用してもよい。射出成形及び加圧成形が本発明の実施形態の実装例として可能であり、任意の種類の成形及び関連する工程も、この文脈で使用することができる。
【００２８】
一実施形態では、音響センサは、約１Ｈｚ〜約５００ｋＨｚの間の、特に約１００Ｈｚ〜約３０ｋＨｚの間の周波数範囲の音響信号を感知するように構成されている。従って、本発明の例示的な実施形態は、人間の耳によって可聴である音響周波数（１６Ｈｚ〜２０ｋＨｚまでの範囲であると考えられる）に限定されないが、超音響波等の他の周波数範囲にも拡張することができる。本発明の例示的な実施形態に従って実装されたセンサの生成及び検出周波数範囲を調整することで、異なる音響センサが、異なる周波数帯域で作動する場合に、周波数解析によって異なるセンサ信号同士を分離することができる。さらに、例えばウェーブレットや局所近似等の畳み込み法等の他の解析方法を使用することができる。
【００２９】
一実施形態では、ツールは複数の音響センサを有しており、各音響センサは、製造中にツールから、具体的には処理チャンバから発生した音響信号を感知するように構成されるとともに、処理チャンバに対して異なる位置に位置付けされている。製造ツール内の異なる位置に配置された複数の音響センサの規定であって、各音響センサが少なくとも１つのパラメータによって（例えば、異なる周波数挙動によって）互いに区別可能である、この音響センサの規定によって、空間分解能を含む処理チャンバ内の製造工程に関する正確な情報の取得が可能になる。例えば、５ｋＨｚの音響波を（例えば、可動アクチュエータ及び音響波発生素子によって）生成し且つ（例えば、音響波感知素子によって）感知する一つのセンサを、射出位置に位置付けすることができ、別のセンサを一方のセンサから離間された位置に位置付けしてもよく、この別のセンサは、１０ｋＨｚの音響波を（例えば、別の可動アクチュエータ及び別の音響波発生素子によって）生成し且つ（例えば、別の音響波感知素子によって）感知することができる。各種センサの既知の位置情報とセンサ信号の特定周波数の検出との組み合わせによって、処理チャンバ内の位置に信号を明確に割り当てることが可能になる。
【００３０】
本発明の例示的な実施形態は、１つ以上の音響センサを、圧力及び／又は温度センサ等の１つ以上のセンサに組み合わせるような実施形態を包含することを指摘しておかねばならない。このような実施形態では、異なる種類のセンサの相補的な検出特性、すなわち異なるイベント又はパラメータに対するその感度を利用することによって相乗効果が達成される。
【００３１】
一実施形態では、複数の音響センサのそれぞれは、他方の少なくとも１つの周波数範囲とは異なる、具体的には他方の全ての周波数範囲とは異なるようなそれぞれの周波数範囲の音響信号に対して感知可能（鋭敏）であり、複数の音響センサのうちの他方の少なくとも１つ、具体的には他方の全てが、鋭敏である。異なるセンサ信号同士の間の区別は、様々な音響センサの入力でのバンドパスフィルタ等の周波数フィルタを使用して実現することができ、それによって、専用のセンサ信号を、様々な音響センサの音響波感知素子のそれぞれによって検出することができる。また、センサ信号の周波数依存解析は、フーリエ変換等の数学的手順を実行してもよい。さらに、ウェーブレットや局所近似等の畳み込み方法を使用して、音響センサを識別することができる。
【００３２】
一実施形態では、１つの音響波感知素子が、複数の又は全ての音響センサの複数の又は全ての音響波発生素子からの信号を検出する。周波数フィルタリングやフーリエ解析又は畳み込み法を、個々の信号を識別する、より正確には個々の信号を個別の音響センサに割り当てるために行ってもよい。
一実施形態では、複数の音響波感知素子を使用して、信号の時間差を判定することにより、多数の中から１つの活性化された音響センサ（例えば、１つの活性化された可動アクチュエータと随意の１つの音響波発生素子）を配置してもよい。
【００３３】
ツールは、１つ以上の音響波感知素子及び／又は１つ以上の音響波発生素子及び／又は１つ以上の可動アクチュエータを含んでもよい。１つの可動アクチュエータによって、１つ以上の音響波発生素子に力を作用させてもよい。複数の可動アクチュエータによって、１つの音響波発生素子に力を作用させてもよい。こうして、音響波感知素子や、音響波発生素子、及び可動アクチュエータの全ての機能的な並べ替えが可能になる。
同じ共振周波数又は異なる共振周波数を有するような、所望の数（１つ又は複数）の音響波発生素子をツールに実装することが可能である。同じ共振感度又は異なる共振感度を有するような、所望の数（１つ又は複数）の音響波感知素子をツールに実装することが可能である。
【００３４】
一実施形態では、制御装置は、時間領域での複数の音響センサのセンサ信号の解析に基づいて、製造を制御するように構成されている。このような実施形態では、異なるセンサから発生して検出されたセンサ信号の時間発生順は、製造工程の制御や調整のための基礎として使用してもよい。様々なセンサ信号が検出される時点が、それらの周波数挙動に依存しており、それによって、音響波を検出する時間発生順が、製造工程制御の観点から意味のある情報を提供する。例えば、（それぞれの発音体の物理的寸法に接続されている）特定の周波数挙動を有する音響波発生素子を配置することによって、このようなセンサの位置に関する既知の情報、製造ツール内の製造工程に関する空間依存情報が、得られる。
【００３５】
一実施形態では、制御装置は、それぞれの周波数範囲とそれぞれの音響センサの既知の位置との間の相関から導出される空間情報に基づいて、製造を制御するように構成されている。例えば、製造工程の進行状況に関する情報を与えるいくつかの音響信号を検出することができる。この例は、射出成形手順が完了し且つその製造された部品をここで処理チャンバから取り外す情報を提供するような、射出成形チャンバ内の突出ピンのクリック音を検出することである。従って、クリック音等の検出を、処理チャンバを開けるための、例えば処理チャンバの半体を分離させる等のためのトリガーとして使用することができる。また、速度制御された充填段階から圧力制御されたパッキング段階に切り替えための重要な情報である、体積充填を調査対象にすることができる。
【００３６】
一実施形態では、制御装置は、感知された音響信号に基づいて、製造工程の少なくとも１つの製造パラメータを調整するように構成されている。このような製造パラメータは、温度、圧力、流動性基材の供給、注入及び固化の時間間隔の選択等の調整を含む。具体的には、これから作製する部品の製造は、過去に製造された部品のパラメータセットと比較して変更されているパラメータセットで実行してもよい。
一実施形態では、制御装置は、感知された信号の時間特性に基づいて、製造工程のタイミングを制御するように構成されている。例えば、流動性基材の供給が、検出された情報に基づいてタイミングを計られる場合がある。
【００３７】
一実施形態では、音響センサは、処理チャンバにおいて１つ以上の音響波発生素子を有しており、処理チャンバ内への流動性基材の導入に応答して音響波を発生するように構成されている。処理チャンバの外部に、具体的にはツールの最も外側のハウジングの外部に配置された１つ以上の音響波感知素子は、発生した音響波を感知するように構成されており、具体的には発生した構造騒音(structure-borne)の音響波を検出するとともに、感知された音響波に基づいて音響信号を決定するように構成されている。このような実施形態では、センサは、音響波を生成するとともに、ツールの外面に取付けられた圧電素子等の対応する感知素子によってこの音響波を検出する機構を含んでいる。これとは対照的に、音響波発生素子は、ノイズ本体等であってもよく、ツール内に位置付けすることができる（が、おそらく、必ずしも成形チャンバに位置付けされていない）。
【００３８】
一実施形態では、ツールは、センサ信号からの、流動性基材とツールとの間の相互作用を示す情報を判定するように構成された、（制御タスクを提供する同じプロセッサの一部を形成する又は別個のプロセッサとなり得る）判定装置を含む。こうして、検出した情報を、相互作用の直接的な特徴（fingerprint）としてもよく、例えば相互作用（例えば、動力伝達）が行われる時点としてもよい。
【００３９】
一実施形態では、音響センサは、流動性基材の不存在下で処理チャンバ内に少なくとも部分的に位置付けされるように取り付けられた、又は流動性基材の存在下で処理チャンバの外側に位置付けされるように取り付けられた可動アクチュエータを含む。こうして、処理チャンバ内への流動性基材の注入によって、アクチュエータの摺動運動をトリガしてもよい。換言すると、流動性基材とアクチュエータとの間の物理接触によって、流動性基材が注入されるチャンバの外部にアクチュエータを摺動するようにトリガすることができる。こうして、流動性基材は、処理チャンバの外部に可動アクチュエータを押し出すことができる。
【００４０】
一実施形態では、処理チャンバ内に位置付けされる音響センサの部品は、純粋に機械的であり、具体的には電子機器を有していない。音響センサは、複数の構成要素で構成されており、この構成要素の一部（可動アクチュエータ及び音響波発生素子等）は、処理チャンバ内に配置されており、この構成要素の残りの部分は、処理チャンバの外部に配置されている、或いはその処理チャンバの外面に取付けられている。上記構成要素の一部は、必ずしもケーブルを必要としておらず及び／又は製造工程中に発生する厳しい状況（温度、圧力等）下で劣化しがちである電子機器を有していないことが有利である。こうして、専ら機械的な構成要素としてツールに一体化される全てのセンサ構成要素を構成することによって、電気信号の搬送又はツール内部への電力供給を省略することができる。
【００４１】
一実施形態では、音響センサは、固体物を通じて伝播する音響波を検出することが可能である本体ノイズセンサであってもよい。しかしながら、音響センサは、代替的に、空気中のセンサ信号を検出することも可能である。本体ノイズを検出することにより、音響センサ信号の評価による圧力情報を導出することも可能である。こうして、処理チャンバを通じて流れる流動性基材を判定することによる圧力は、次に流動性基材の流速に相関付けされる。流動性基材の流速は、製造工程の品質管理基準である。
【００４２】
一実施形態では、音響センサ信号は、流動性基材が処理チャンバ内に現在配置されている位置を決定するために使用され、それによって、処理チャンバへの流動性基材のさらなる供給を制限することも可能にする。
一実施形態では、（例えば、製造工程を開始する前に）音響ノイズバックグラウンドを測定するとともに、ベースライン補正を行うためにセンサ信号から対応するバックグラウンド信号を差し引くことも可能である。
【００４３】
以下では、第２の態様による音響センサのさらなる例示的な実施形態を説明する。しかしながら、これらの実施形態は、ツール、製造の制御方法、及び第１の態様による使用方法にも適用される。
一実施形態では、可動アクチュエータは、製造された部品を処理チャンバから押し出すように構成された突出ピンである。突出ピンを可動アクチュエータとして使用することで、可動アクチュエータを、２つの目的ために相乗的に使用することができる。すなわち、一方で固化した射出成形部品を押し出し、他方で製造工程を監視するためのセンサの部品として押し出すことができる。こうして、１つのセンサ部品は、別のセンサ部品によって検出されるような音響波を発生させる。そのため、突出し機能及びセンサ信号生成が機能的に相関するようなコンパクトなツールを、提供することができ、こうして、意味のあるセンサ情報が提供され、その製造が終了した後に、処理チャンバから構成要素を確実に取り外すことができる。
【００４４】
別の実施形態では、可動アクチュエータ及び音響波発生素子が、共通の構造体として一体的に形成されている、具体的には移動する際にクリックノイズを元々発生するアクチュエータ本体として構成される。このような実施形態では、一方で流動性基材によってトリガされる可動アクチュエータの運動と、他方で対応する感知素子によって検出される音響波の発生とを、スナップ動作により提供される全く同一のプロセスとすることができる。このようなスナップ動作により、ある安定した機械的形態から別の安定した機械的形態への共通構造体を変形させることができ、この変形は、クリックノイズ（”Knackfrosch”）を伴っている。さらなる代替形態として、はためく(flappable)膜等も同様に使用することができる。
【００４５】
一実施形態では、音響センサは、音響信号発生器により生成される音響波を感知するとともに、この感知された音響波に基づいて音響信号を決定するように構成された音響波感知素子をさらに含む。このような音響感知素子は、実在の音響波検出器とみなすことができ、電子的又は電磁的形態の出力信号を提供する。一実施形態では、音響波感知素子は、圧電素子、半導体部材及び膜ベースのマイクロフォンから構成されるグループのうちの１つである。しかしながら、これらは一例であり、他の例示的な実施形態も同様に実現可能である。音響波感知素子を、ツールの外面に取付けてもよい。
【００４６】
一実施形態では、音響センサは、決定された音響信号に基づいて、処理チャンバ内の圧力−時間特性を示す情報を判定するように構成された圧力判定装置を含む。このような実施形態では、音響信号は、製造ツールの内部の圧力に関するさらなる情報が導出されるように再計算することができる。検出された音響波と処理チャンバ内の圧力状態との間の実験的に得られた相関又は理論的に計算された相関を、この圧力判定のために使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の例示的な実施形態による流動性プラスチック材料から射出成形部品を製造するための、射出成形ツールの音響センサの断面を示す。
【図２】本発明の例示的な実施形態による射出成形ツールを示す。
【図３】本発明の例示的な実施形態に従って測定された検出可能な音響信号を評価するために使用される手順及びハードウェア・コンポーネントを示すブロック図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態に従って製造された流動性基材からの射出成形部品のイメージである。
【図５】本発明の例示的な実施形態による時間あたりのサンプル数とツールの加速度との間の依存性を示す図である。
【図６】本発明の例示的な実施形態に従った、時間あたりのサンプル数と流動性基材から部品を製造するためのツールのスクリュー位置との間の依存性を示す図である。
【図７】本発明の別の例示的な実施形態による流動性基材から部品を製造するためのツールの断面図である。
【図８】本発明の例示的な実施形態による流動性基材から部品を製造するためのツールのイメージである。
【図９】本発明の例示的な実施形態に従った、一方で時間と、他方で射出成形ツールの音響信号又はスクリュー位置との間の依存性を示す図である。
【図１０】図９と同様の図である。
【図１１】本発明の例示的な実施形態による音響センサを含む射出成形ツールの平面図を示す。
【図１２】ツールに成形部品を含んだ状態の、図１１の射出成形ツールの線Ａ−Ａに沿った断面図を示す。
【図１３】流動性基材と突出ピンとの間の相互作用が行われる前の、本発明の例示的な実施形態による音響センサを含む射出成形ツールを示す。
【図１４】流動性基材と突出ピンとの間の相互作用が行われた後の、図１３の射出成形ツールを示す。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
本発明を限定するものではない実施形態の例を参照して以下でより詳細に本発明を説明する。
図面に示される図は、概略的である。異なる図面において、類似の又は同一の要素には同じ参照符号を付している。
【００４９】
図１には、溶融状態の又は流動可能なプラスチック材料から射出成形部品を製造するための射出成形ツール１００が示されている。
より正確には、射出成形の当業者に知られているように、流動可能な液体プラスチック材料が、処理チャンバ１０２のキャビティ（図１に一部のみが示されている）内に高い温度で注入され、この流動可能なプラスチック材料は、キャビティ内で固化し、それによってキャビティの形状に一致した射出成形部品が形成される。こうして、流動性基材が、射出成形部品を製造するための処理チャンバ１０２内に導入可能にされる。図１には、図１の水平矢印で示されるように、流動性基材を案内することができるような流動性基材流動チャネル１１２がさらに示されている。このチャネル１１２は、処理チャンバ１０２のハウジング部品１１６によって区切られている。
【００５０】
以下でより詳細に説明する音響センサ１０４は、ツール１００の処理チャンバ１０２から発生する音響波を感知した場合に、（電子形式の）音響信号を生成するように構成されている。この音響信号は、部品の現在の製造工程に関する情報を提供し、こうして、現在の部品の製造の残りの部分を調整する及び／又は他の部品のその後の製造工程を操作するために使用される。
【００５１】
例えばマイクロプロセッサ又は中央処理装置（ＣＰＵ）とし得る制御装置（図１に図示せず）は、感知された音響信号に基づいて、処理チャンバ１０２内の温度、処理チャンバ１０２内の圧力、所定量の流動性基材を処理チャンバ１０２に供給する方式等の、製造関連パラメータを調整するという観点から製造工程を制御する。換言すると、感知された音響信号は、処理チャンバ１０２内の状態及び処理フローの特徴(fingerprint)と見なすことができ、それによって、その特徴の検出及び評価を、プロセス制御、調整及び文書化の目的のための使用することができる。
【００５２】
音響センサ１０４は、流動性基材からというよりもむしろ処理チャンバ１０２から発生する音響信号等を感知するように構成されている。より正確には、処理チャンバ１０２は、流動性基材が処理チャンバ１０２のキャビティ内に注入されるときに、この流動性基材と相互作用する。この相互作用によって、以下でより詳細に説明するように、次に感知される音の直接的な発生がもたらされる。音響センサ１０４は、２つの状態の間で摺動可能なように位置付けされた可動アクチュエータピン１１０を含む。可動アクチュエータピン１１０が、処理チャンバ１０２のキャビティ内に流動性基材が不存在であると想定される第１の状態では（例えば、第１の状態において、可動アクチュエータピン１１０を付勢するばね等の付勢要素により調整される）、可動アクチュエータピン１１０は、処理チャンバ１０２のキャビティ内に部分的に突出する（図１参照）。第２の状態では、可動アクチュエータピン１１０は、処理チャンバ１０２のキャビティの外部に完全に追い出されており、且つ処理チャンバ１０２のハウジング１１６内に埋め込まれている（図１における詳細１７０を参照）。第２の状態は、流動性基材１７２を処理チャンバ１０２中に送り込むことによってトリガされる。これによって、可動アクチュエータピン１１０が処理チャンバ１０２のキャビティの外部に押し出される。可動アクチュエータピン１１０が、材料流動チャネル１１２から押し出されるときに（図１の下方向）、この可動アクチュエータピン１１０は、対応して位置付けされた（Ｕ字形状の金属本体等の）音響波発生素子１０６に衝突し、それによって、この音響波発生素子１０６は、所定の周波数特性で音響波１７４を発生させる。示される実施形態では、可動アクチュエータピン１１０は、第２の状態から第１の状態に移動する際に（例えば、モータによって、ユーザによる手動操作等でトリガされる）、製造後の固化された部品を処理チャンバ１０２の外部に押し出すように構成される突出ピンである。換言すると、製造工程が完了した後に、突出ピン１１０を使用して、完成した（すなわち、固化した）部品を処理チャンバ１０２から取り外す。この実施形態では、突出ピン１１０は、押出しタスクだけでなくノイズ発生器のために相乗的に使用される。
【００５３】
可動アクチュエータ１１０だけでなく音響波発生素子１０６が、ツール１００内に配置されている（両方が無線形式で取り付けられている）が、音響センサ１０４の音響波感知素子１０８が、外部位置からアクセス可能なようにツール１００の外面に取付けられている。この音響波感知素子１０８は、可動アクチュエータピン１１０と音響信号発生器１０６との間の衝突によって発生した音響波１７４を感知するとともに、この感知された音響波に基づいて音響信号を決定するように構成され且つ設けられている。示される実施形態では、音響波感知素子１０８は、ツール１００の外部に取り付けられた圧電センサであり、それによって、ツール１００を通じて案内されるいかなるケーブル接続も省略することができる。音響波感知素子１０８をセンサ信号を送信する制御装置等に接続するケーブル１９０は、処理チャンバ１０２の外部に配置されている。さらに、音響波感知素子１０８をツール１００の外面に外部から取り付けることによって、音響波感知素子１０８は、処理チャンバ１０２内に存在する高温及び高圧である物体と直接的に接触しなくなる。
【００５４】
示される実施形態では、音響センサ１０４は、特に８ｋＨｚ又は約８ｋＨｚの周波数の音響信号を感知するように構成されている。この周波数における音響波１７４は、それらの構成（形状、材質、寸法）の結果として、協働する部品１１０，１０６によって放出される。
図１に示される別の詳細１６０には、可動アクチュエータピン１１０及び音響波発生ユニット１０６が、２つの別個の部品として形成されるような協働する部品１１０，１０６の代替形態が示されている。この協働する部品とは対照的に、詳細１６０には、可動アクチュエータ及び音響波発生素子が、共通の構造体１５０として、すなわちその形状が変化する際にクリックノイズを元々発生させるようなスナップ本体１５０として一体的に形成される実施形態が示されている。スナップ本体１５０は、上述した第１の状態（すなわち、上方の位置）において詳細１６０に点線で示されている。流動性基材をチャネル１１２内に注入する際に、流動性基材は、スナップ本体１５０に力を加えて、第１の状態から第２の状態にスナップ式に結合するようにされ（詳細１６０の下方位置に実線で示される）、こうして、音響波を発生させて、音響波感知素子１０８によって検出する。
【００５５】
図２には、本発明の別の例示的な実施形態による射出成形ツール１００が示されている。
図２には、制御装置２００が示されている。この制御装置２００は、図１又は他の図面に示されるように構成された２つの音響センサ１０４，２０２からのセンサ信号を受信する。制御装置２００は、次に、部品を製造するための基材を漏斗２０６を介してスクリュー駆動装置２０４内に供給するように制御する。この基材は、例えば粒状物質２０８として提供されてもよく、例えばスクリュー駆動装置２０４の伸長部に沿って適用される連続的に増大する温度プロファイルによって提供されるような熱エネルギーの供給によってスクリュー駆動装置２０４内で溶融される。このように製造された流動性基材は、次に、２つの協働する金型半体２１０，２１２によって区切られ且つ画定される処理チャンバ１０２内に導入される。各金型半体２１０，２１２は、音響信号の空間依存性を検出するために割り当てられた音響センサ１０４，２０２を有している。突出チャンバ２１４が、金型半体２１０，２１２の下流側に位置付けされている。製造された射出成形部品が、金型半体２１０，２１２から容易に突き出され、突き出された先に保管される。
【００５６】
評価装置２１６が、予備処理されたセンサ信号を評価装置２１６から制御装置２００に配信する前に、音響センサ１０４，２０２から得られる原（生の）センサ信号を評価するために、示されている。
図２に示される図面は、横軸２２０に沿って周波数がプロットされており、縦軸２２２に沿って強度がプロットされている。この図面には、２つの音響共振２２４，２２６が、重複しない周波数範囲に割り当てられており、且つ周波数ｆ１，ｆ２において最大値を有することが示されている。２つの音響センサ１０４，２０２のそれぞれは、割り当てられた周波数範囲内で専ら（音響信号生成及び検出感度の点で）作動するので、望ましくないクロストークが回避される。従って、様々な音響センサ１０４，２０２に割り当てられた周波数解析及び既知の動作周波数（共振周波数、半値全幅）に基づいて、図２の詳細に示される時間測定に亘る周波数に基づいて空間分解されたプロセス情報を取得することが可能である。
【００５７】
図３には、本発明の例示的な実施形態による音響信号の評価に関する、いくつかの構造的構成要素を含むブロック図が示されている。
圧電センサ３００又は（マイクロフォン等の）任意の他の音響波感知素子は、（ツール１００の本体に関連する）本体ノイズの形態の、又は空気等のガスに亘って伝播する音響波の形態のいずれかの音響波を検出することができる。受信した原（生の）信号は、次に（音響共振２２４，２２６のうちの１つ帯域等の）規定される通過帯域内でセンサ信号の周波数成分を選択的に通過させることが可能なバンドパスフィルタ３０４に送信される。パターン解析装置３０６では、フィルタ処理された音響信号のパターン解析を、最大周波数、半値全幅、最大周波数の時点、強度等の特徴を検出するように行う。図３には示されていないが、ベースライン補正は、例えばパターン解析の実行の前に、行うことができる。
【００５８】
その後、センサ信号によって、時間分析の対象を作成することができる（ブロック３０８参照）。音響センサ信号の時間発生順を分析して、空間情報等に導出することができる。随意の圧力解析ブロック３０２によって、検出された本体ノイズ信号に基づいて、処理チャンバ１０２内の流動性基材の圧力情報及び流動速度情報を導出することが可能になる。処理された信号は、次に、製造工程を制御するための基礎として、（図２の制御装置２００と同等であってもなくてもよい）制御装置３１０に送信される。
【００５９】
図４には、本発明の実施形態に従って製造された部品４００が示されている。部品４００は、（図４の黒矢印４０２，４０６，４０８で示される）複数の突出ピンによって製造ツールから押し出すことができる。参照符号４０４は、ゲート（注入点）を表す。
【００６０】
図５は、横軸５０２に沿って時間あたりのサンプル数がプロットされている図表５００である。縦軸５０４に沿って、検出された加速度が、プロットされている（本体ノイズに相当する）。これに対応して、図６は、横軸６０２に沿って同様に時間あたりのサンプル数がプロットされている図表６００である。縦軸６０４に沿って、射出成形機のスクリュー位置が、プロットされている。
【００６１】
図５は、従って、加速度信号をプロットしており、図６は、同時に記録されたスクリュー位置をプロットしている（マーク１は、注入プロセスの開始点を表しており、マーク２で終了する）。図表５００には、個々の突出ピンの音響信号が、プロットされている。流動経路端部に配置された突出ピン４０８の信号は、他のセンサ信号と比較して、とりわけ高い（図５のマークｃ）。図５のマークａ，ｂによる信号は、突出ピン４０２又は４０６に由来するもので、すなわち射出成形ツールの他の部材から発生している。
【００６２】
図７は、図１に示される実施形態と同様であるが、構造的な詳細がさらに示されている実施形態の断面図である。同様の構造的な詳細が図８についても示されている。
【００６３】
図９は、横軸９０２に沿って時間がプロットされた図表９００である。縦軸９０２に沿って、本発明の実施形態による音響センサで検出された音響信号（曲線９０８参照）だけでなく対応するスクリュー位置（曲線９０６参照）が、プロットされている。曲線９１０は、従来の温度センサにより取得される信号を示している。図９から導き出されるように、本発明の音響センサによって測定された、及び従来の温度センサで測定された検出時点９１２は、良好な相関で互いに対応している。
【００６４】
図１０には、図９に示される図表と同様である（曲線１００６は曲線９０６に対応する、曲線１００８は曲線９０８に対応する、曲線１０１０は曲線９１０に対応する）が、音響素子を用いることなく捕捉された図表１０００が示されている。参照符号９１２で示されたスペクトル特徴は、図１０の曲線１００８において欠如しているので、このスペクトル特徴は、実際には、音響素子に由来するものであると結論付けることができる。
【００６５】
図１１は、ツール１１２０内で容易に成形される部品１１０２を含んだ状態の、本発明の例示的な実施形態による音響センサ１０４を含む射出成形ツール１１２０の平面図１１００を示しており、図１２は、この射出成形ツール１１２０の線Ａ−Ａに沿った断面図１１５０を示している。突出ピン１１０４は、押出パケット１１０６と組み合わされた状態で、成形後の固化した部品１１０２（スプルー(sprue)を含む）を押し出すように予測されている。別の突出ピン１１０が、成形後の固化した部品１１０２を押し出すとともに、発音体１０６に当接する際に音響信号を発生することが予測されている。
【００６６】
図１３には、本発明の別の例示的な実施形態による音響センサを含む射出成形ツール１３５０が示されている。図１３には、流動性基材１３００（溶融塊）と突出ピン１１０との間の相互作用が行われる前の、ツール１３５０が、作動モードで示されている。
【００６７】
図１４に示されるように、流動性基材１３００と突出ピン１１０との間の相互作用の後で、突出ピン１１０が、ノイズ発生本体１０６に押し付けられる。対応して発生する音が検出され（図１３及び図１４には示されていない）、キャビティ１１２内への流動性基材１３００のその後の注入のタイミングを制御するのに役立つ。
【００６８】
最後に、上述した実施形態は、本発明を限定するというよりもむしろ例示するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく多くの代替実施形態を設計可能であることに留意されたい。請求項において、括弧内に置かれたいずれの参照符号も、請求項を制限するものと解釈してはならない。用語「備える、有する、含む(comprising, comprises)」等は、請求項又は明細書の全体に列挙された以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。単数形の要素の参照は、複数のそのような要素の参照を除外するものではなく、その逆も同様である。いくつかの手段を列挙する装置の請求項において、これらのいくつかの手段は１つ又は同一アイテムのソフトウェア又はハードウェアによって具体化することができる。特定の手段が相互に異なる従属請求項に記載されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが有利に使用できないことを示すものではない。
【図１】
2015509054.tif 000003
【図２】
2015509054.tif 000004
【図３】
2015509054.tif 000005
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年9月25日(2014.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動性基材から部品を製造するために、ツール（１００）から、特に該ツール（１００）の処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知する音響センサ（１０４）であって、当該音響センサ（１０４）は：
前記処理チャンバ（１０２）に位置付けされており、且つ前記処理チャンバ（１０２）内への前記流動性基材の導入に応答して、前記流動性基材によって移動されるように構成された少なくとも１つの可動アクチュエータ（１１０）と；
前記流動性基材によって移動させられたときであって、少なくとも１つのアクチュエータ（１１０）によって衝突を受けた際に、所定の周波数特性を有する音響波を発生するように構成された少なくとも１つの音響波発生素子（１０６）と；を有する、
音響センサ。
【請求項２】
前記可動アクチュエータ（１１０）は、前記処理チャンバ（１０２）の外部に製造された部品を押し出すように構成された突出ピンである、
請求項１に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項３】
前記可動アクチュエータ及び前記音響波発生素子が、共通の構造体（１５０）として一体的に形成されている、特に移動する際に、クリックノイズを本質的に発生するアクチュエータ本体（１５０）として構成されている、
請求項１に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項４】
少なくとも１つの音響信号発生器（１０６）によって生成された音響波を感知するとともに、感知された音響波に基づいて音響信号を決定するように構成されている少なくとも１つの音響波感知素子（１０８）をさらに備える、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項５】
前記音響波感知素子は、圧電素子（１０８）、半導体部材、及び膜ベースのマイクロフォン（３００）から構成されるグループのうちの１つである、
請求項４に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項６】
決定された音響信号に基づいて、前記処理チャンバ（１０２）内の圧力−時間特性を示す情報を判定するように構成された圧力判定装置（３０２）を含む、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の音響センサ（１０４）。
【請求項７】
流動性基材から部品を製造するためのツール（１００）であって、当該ツール（１００）は：
前記部品を製造するために前記流動性基材を導入可能な処理チャンバ（１０２）と；
前記ツール（１００）から、特に処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知するとともに、製造中に、前記流動性基材と前記ツール（１００）、特に前記処理チャンバ（１０２）との間の相互作用を示すように構成された音響センサ（１０４）であって、該音響センサ（１０４）が、可動アクチュエータ（１１０）を含む、音響センサ（１０４）と；
前記感知された音響信号に基づいて、前記処理チャンバ（１０２）内の製造を制御及び／又文書化するように構成された制御装置（２００）と；を備える、
ツール。
【請求項８】
前記音響センサ（１０４）は、請求項１乃至６のいずれか一項に従って構成されている、
請求項７に記載のツール（１００）。
【請求項９】
部品を最初に成形することよって製造する原型金型ツール（１００）として構成される、特に射出成形ツール（１００）又は加圧鋳造ツール又は同様の装置として構成される、
請求項７又は８に記載のツール（１００）。
【請求項１０】
前記音響センサ（１０４）は、１Ｈｚ〜５００ｋＨｚの間の、特に１００Ｈｚ〜３０ｋＨｚの間の周波数範囲の音響信号を感知するように構成されている、
請求項７乃至９のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１１】
複数の音響センサ（１０４，２０２）を含み、特に各音響センサが、請求項１乃至６のいずれか一項に従って構成されており、各音響センサが、製造中に、前記ツール（１００）から、特に処理チャンバ（１０２）から発生する音響信号を感知するように構成されており、各音響センサが、前記処理チャンバ（１０２）に対して異なる位置に位置付けされている、
請求項７乃至１０のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１２】
複数の音響センサ（１０４，２０２）のそれぞれは、他方の少なくとも１つの周波数範囲とは異なる、特に他方の全ての周波数範囲とは異なるようなそれぞれの周波数範囲の音響信号に鋭敏であり、複数の音響センサ（１０４，２０２）のうちの他方の少なくとも１つ、特に他方の全ては、鋭敏である、
請求項１１に記載のツール（１００）。
【請求項１３】
前記制御装置（２００）は、時間領域での複数の音響センサ（１０４，２０２）のセンサ信号の解析に基づいて、製造を制御するように構成されている、
請求項１１又は１２に記載のツール（１００）。
【請求項１４】
前記制御装置（２００）は、それぞれの周波数範囲と、それぞれの音響センサ（１０４，２０２）の既知の位置との間の相関から導出される空間情報に基づいて、製造を制御するように構成されている、
請求項１２又は１３に記載のツール（１００）。
【請求項１５】
前記制御装置（２００）は、感知された音響信号に基づいて、製造工程の少なくとも１つの製造パラメータを調整するように構成されている、
請求項７乃至１４のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１６】
前記制御装置（２００）は、感知された信号の時間特性に基づいて、製造工程のタイミングを制御するように構成されている、
請求項７乃至１５のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１７】
前記音響センサ（１０４）は：
前記処理チャンバ（１０２）内への前記流動性基材の導入に応答して音響波を発生するように構成されている、前記処理チャンバ（１０２）における音響波発生素子（１０６）と；
前記処理チャンバ（１０２）の外部に、特に前記ツール（１００）の最も外側のハウジングの外部に配置された音響波感知素子（１０８）であって、該音響波感知素子（１０８）は、発生した音響波を感知するように構成されている、特に発生した構造騒音(structure-borne)の音響波を感知するように構成されており、該感知された音響波に基づいて音響信号を判定する、音響波感知素子（１０８）と；を備える、
請求項７乃至１６のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１８】
前記流動性基材と前記ツール（１００）との間の相互作用を示す情報を前記センサ信号から判定するように構成された判定装置（２１６）を含む、
請求項７乃至１７のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項１９】
前記可動アクチュエータ（１１０）は、前記流動性基材の不存在下で前記処理チャンバ（１０２）内に少なくとも部分的に位置付けされるように取り付けられている、或いは前記流動性基材の存在下で前記処理チャンバ（１０２）の外部に位置付けされるように取り付けられている、
請求項７乃至１８のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項２０】
前記処理チャンバ（１０２）内に位置付けされた前記音響センサ（１４）の部品が、特に電子機器を有さない完全な機械部品である、
請求項７乃至１９のいずれか一項に記載のツール（１００）。
【請求項２１】
ツール（１００）の部品の製造を制御する方法であって、当該方法は：
前記部品を製造するために、前記ツール（１００）の処理チャンバ（１０２）内に流動性基材を導入するステップと；
処理チャンバ（１０２）から発生するとともに、製造中に、前記流動性基材と前記処理チャンバ（１０２）との間の相互作用を示す音響信号を感知するステップであって、音響センサ（１０４）の可動アクチュエータ（１１０）の動きが、前記音響信号の発生に寄与する、感知するステップと；
感知された音響信号に基づいて、前記処理チャンバ（１０２）での製造を制御及び／又は文書化するステップと；を含む、
方法。
【請求項２２】
前記可動アクチュエータ（１１０）の動きは、前記処理チャンバ（１０２）内で流動する前記流動性基材から前記可動アクチュエータ（１１０）上に作用する力によってもたらされる、
請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
流動性基材からの部品の製造を制御及び／又は文書化するために、処理チャンバ（１０２）内の可動アクチュエータ（１１０）から直接的に発生する音響信号を使用する方法。
【国際調査報告】
2015509054.tif 000017
2015509054.tif 000018
2015509054.tif 000019