(57)【要約】射出成形装置の溶融圧力を制御する方法が提供される。本方法は、複数の設定点を有する溶融圧力プロファイルを確立することを含む。
2018525254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
射出成形装置の溶融圧力を制御する方法であって、
溶融圧力プロファイルを受信することであって、前記溶融圧力プロファイルが、前記射出成形装置についての所望の溶融圧力を各々定義する複数の設定点を含み、前記溶融圧力プロファイルが、前記設定点間に延在し、各設定点が、熱可塑性材料が金型キャビティに射出される間の、射出成形プロセスの少なくとも一部を定義する期間分だけ他の設定点から分離される、受信することと、
前記溶融圧力プロファイルを、前記設定点間に位置する１つ以上の区間で判定することであって、前記１つ以上の区間及び前記設定点の各々が、時間によって分離され、前記１つ以上の区間の各々が、前記射出成形装置についての所望の溶融圧力を定義する、判定することと、
前記１つ以上の区間の各々において、前記溶融圧力プロファイルによって定義された前記所望の溶融圧力に基づいて、前記射出成形装置を制御することと、を含み、
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に位置する前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点の各々における前記所望の溶融圧力とは異なる、方法。
【請求項２】
少なくとも２つの他の直接近接した設定点について、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの他の直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力と実質的に同じである、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点の各々における前記所望の溶融圧力とは異なる場合、前記溶融圧力プロファイルが、実質的に線形である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの他の直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力と実質的に同じである場合、前記溶融圧力プロファイルが、実質的に線形である、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力とは異なる場合、前記期間が、約１０ミリ秒である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記期間に沿った各区間のサンプリングが、約ミリ秒毎に行われる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記所望の溶融圧力に基づいて前記射出成形装置を制御することが、
圧力センサから測定された溶融圧力値を受信することであって、前記圧力センサが、前記射出成形装置の被加熱バレルと関連付けられ、前記被加熱バレルの前記溶融圧力を測定するように構成される、受信することと、
前記被加熱バレルの前記測定された溶融圧力を、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力と比較することと、
前記測定された溶融圧力と、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力との間に差異がある場合、前記被加熱バレルの前記測定された溶融圧力を、前記測定された溶融圧力が前記所望の溶融圧力に向かって収束するように調整することと、
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記被加熱バレルの前記測定された溶融圧力を調整することが、前記被加熱バレルの内部に配設された往復スクリューを制御することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記往復スクリューを制御することが、前記往復スクリューと関連付けられた油圧弁を制御することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記被加熱バレルの前記測定された溶融圧力を調整することが、前記被加熱バレル内部に配設されたプランジャを制御することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１１】
前記溶融圧力プロファイルを判定することが、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力を定義するデータテーブルをサンプリングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶融圧力プロファイルを判定することが、アルゴリズムを用いて、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力を算出することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に複数の区間が位置し、前記設定点間の各区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接した区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に複数の区間が位置し、前記設定点間の種々の連続した区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接した区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記溶融圧力プロファイルの前記設定点の各々について、前記設定点間に複数の区間が位置し、前記設定点間の各区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接した区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
射出成形装置についての溶融圧力プロファイルを作成する方法であって、
前記射出成形装置についての所望の溶融圧力を各々定義する複数の設定点を割り当てることであって、各設定点が、熱可塑性材料が金型キャビティに射出される間の、射出成形プロセスの少なくとも一部を定義する期間分だけ他の設定点から分離される、割り当てることと、
前記設定点の各々の間に、１つ以上の所望の溶融圧力を割り当てることと、
前記溶融圧力プロファイルに、１つ以上のサンプリング区間を割り当てることであって、前記サンプリング区間が、時間によって分離される、割り当てることと、を含み、
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に位置する前記１つ以上のサンプリング区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力とは異なる、方法。
【請求項１７】
少なくとも２つの他の直接近接した設定点について、前記１つ以上のサンプリング区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの他の直接近接したサンプリング区間における前記所望の溶融圧力と実質的に同じである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記１つ以上のサンプリング区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力とは異なる場合、前記溶融圧力プロファイルが、実質的に線形である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記１つ以上のサンプリング区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの近接設定点と実質的に同じである場合、前記溶融圧力プロファイルが、実質的に線形である、請求項に１７記載の方法。
【請求項２０】
前記設定点の各々の間に、前記１つ以上の所望の溶融圧力を割り当てることが、前記設定点の各々の間で補間することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に複数のサンプリング区間が位置し、前記設定点間の各区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接したサンプリング区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に複数のサンプリング区間が位置し、前記設定点間の種々の連続したサンプリング区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接したサンプリング区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記溶融圧力プロファイルの前記設定点の各々について、前記設定点間に複数のサンプリング区間が位置し、前記設定点間の各サンプリング区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接したサンプリング区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
射出成形装置であって、
被加熱バレルと、
前記被加熱バレルに配設され、前記被加熱バレルに対して往復運動するように構成された往復スクリューと、
前記往復スクリューと動作可能に結合され、前記被加熱バレルに対する前記往復スクリューの往復運動を容易にするように構成された電源ユニットと、
金型用のクランピングユニットであって、前記被加熱バレルと関連付けられる、クランピングユニットと、
前記被加熱バレルの一端に配設され、前記被加熱バレルの内容物を、前記クランピングユニットに分配するように構成されたノズルと、
前記電源ユニットと通信し、前記往復スクリューの動作を容易にするように構成された制御システムであって、前記制御システムが、それに記憶された溶融圧力プロファイルを有し、前記溶融圧力プロファイルが、前記射出成形装置についての所望の溶融圧力を各々定義する複数の設定点を含み、前記溶融圧力プロファイルが、前記設定点間に延在し、各設定点が、熱可塑性材料が金型キャビティに射出される間の、射出成形プロセスの少なくとも一部を定義する期間分だけ他の設定点から分離され、前記制御システムが、
前記設定点間に位置する１つ以上の区間において、前記溶融圧力プロファイルをサンプリングすることと、
前記１つ以上の区間の各々において、前記１つ以上の区間において前記溶融圧力プロファイルによって定義された前記所望の溶融圧力に基づいて、前記往復スクリューの動作を制御することと、
を行うように構成される、制御システムと、
を備え、
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に位置する前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力とは異なる、射出成形装置。
【請求項２５】
前記制御システムと通信可能に結合された溶融圧力センサをさらに備え、前記溶融圧力センサが、前記被加熱バレルの測定された溶融圧力を検出するように構成され、前記制御システムが、前記１つ以上の区間の各々において、
前記被加熱バレルの前記測定された溶融圧力を、前記所望の溶融圧力と比較することと、
前記測定された溶融圧力と、前記所望の溶融圧力との間に差異がある場合、前記被加熱バレルの前記測定された溶融圧力を、前記測定された溶融圧力が前記所望の溶融圧力に向かって収束するように調整することと、
を行うようにさらに構成される、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項２６】
前記制御システムが、その上に前記溶融圧力プロファイルの前記複数の設定点を記憶するためのデータストアを含む、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項２７】
前記クランピングユニット内に配設された金型をさらに備える、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項２８】
前記電源ユニットが、油圧システムである、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項２９】
前記油圧システムが、油圧弁を備える、請求項２９に記載の射出成形装置。
【請求項３０】
前記電源ユニットが、電気システムである、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項３１】
前記電気システムが、電気サーボを備える、請求項３０に記載の射出成形装置。
【請求項３２】
前記少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記１つ以上の区間の各々における前記所望の溶融圧力が、前記少なくとも２つの直接近接した設定点における前記所望の溶融圧力とは異なる場合、前記溶融圧力プロファイルが、実質的に線形である、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項３３】
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に複数の区間が位置し、前記設定点間の各区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接した区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項３４】
少なくとも２つの直接近接した設定点について、前記設定点間に複数の区間が位置し、前記設定点間の種々の連続した区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接した区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項２４に記載の射出成形装置。
【請求項３５】
前記溶融圧力プロファイルの前記設定点の各々について、前記設定点間に複数の区間が位置し、前記設定点間の各区間における前記所望の溶融圧力が、前記設定点間に存在する各々直接近接した区間における前記所望の溶融圧力とは異なる、請求項２４に記載の射出成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
以下に説明されたシステム及び方法は、一般に射出成形システムの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
射出成形は、溶解可能な材料、例えば熱可塑性材料ポリマーで作られたパーツの製造に一般的に用いられる。これらのパーツの射出成形を容易にするために、往復スクリューを収納している被加熱バレルに、固形プラスチック樹脂が導入される。熱と往復スクリューとが協働して、プラスチックの溶融を容易にし、溶融されたプラスチックを所望の形状に形成するための金型キャビティ内に射出する。従来、コントローラには、成形サイクル中の独自の期間所望の溶融圧力を各々定義する多様な設定点が設けられる。設定点毎に、コントローラは、往復スクリューに、溶融圧力を、設定点によって定義された時間で所望の溶融圧力に向かって収束させるように動作させるよう命令する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、コントローラは、次の設定点から所望の溶融圧力が組み込まれる瞬間まで、先の設定点からの所望の溶融圧力を維持する。言い換えると、設定点の圧力プロファイルは、段階的に定義された機能に従う。結果として、コントローラは、（例えば、１つのサンプルの期間にわたって）溶融圧力を設定点にすぐに到達させようとし、このことは、射出成形ユニットの内部溶融圧力が所望の内部溶融圧力をオーバーシュートすることを引き起こし、成形されたパーツの強度に悪影響を及ぼす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施形態によれば、射出成形装置の溶融圧力を制御する方法が提供される。本方法は、溶融圧力プロファイルを受信することを含む。溶融圧力プロファイルは、射出成形装置についての所望の溶融圧力を各々定義する複数の設定点を含む。溶融圧力プロファイルは、設定点間に延在する。各設定点は、熱可塑性材料が金型キャビティに射出される間（例えば、初期射出中、充填中、パッキング中、保持中、及び／または充填、パッキング、もしくは保持後の任意の圧力低下中）の、射出成形プロセスの少なくとも一部を定義する期間分だけその他の設定点から分離される。本方法は、溶融圧力プロファイルを、設定点間に位置する１つ以上の区間で判定することをさらに含む。１つ以上の区間及び設定点の各々が、時間によって分離され、１つ以上の区間の各々が、射出成形装置についての所望の溶融圧力を定義する。１つ以上の区間の各々において、溶融圧力プロファイルによって定義された所望の溶融圧力に基づいて、射出成形装置を制御する。少なくとも２つの直接近接した設定点について、設定点間に位置する１つ以上の区間の各々における所望の溶融圧力は、少なくとも２つの直接近接した設定点の各々における所望の溶融圧力とは異なる。
【０００５】
他の実施形態によれば、射出成形装置についての溶融圧力プロファイルを作成する方法が提供される。本方法は、射出成形装置についての所望の溶融圧力を各々定義する複数の設定点を割り当てることを含む。各設定点は、熱可塑性材料が金型キャビティに射出される間の、射出成形プロセスの少なくとも一部を定義する期間分だけその他の設定点から分離される。本方法は、設定点の各々の間に、１つ以上の所望の溶融圧力を割り当てることと、溶融圧力プロファイルに、１つ以上のサンプリング区間を割り当てることとをさらに含む。サンプリング区間は、時間によって分離される。少なくとも２つの直接近接した設定点について、設定点間に位置する１つ以上のサンプリング区間の各々における所望の溶融圧力は、少なくとも２つの直接近接した設定点における所望の溶融圧力とは異なる。
【０００６】
他の実施形態によれば、射出成形装置は、被加熱バレルと、往復スクリューと、電源ユニットと、クランピングユニットと、ノズルと、制御システムとを備える。往復スクリューは、被加熱バレルに配設され、被加熱バレルに対して往復運動するように構成される。電源ユニットは、往復スクリューと動作可能に結合され、被加熱バレルに対する往復スクリューの往復運動を容易にするように構成される。クランピングユニットは、金型用である。クランピングユニットは、被加熱バレルと関連付けられる。ノズルは、被加熱バレルの一端に配設され、被加熱バレルの内容物を、クランピングユニットに分配するように構成される。制御システムは、電源ユニットと通信し、往復スクリューの動作を容易にするように構成される。制御システムは、それに記憶された溶融圧力プロファイルを有する。溶融圧力プロファイルは、射出成形装置についての所望の溶融圧力を各々定義する複数の設定点を含む。溶融圧力プロファイルは、設定点間に延在する。各設定点は、熱可塑性材料が金型キャビティに射出される間の、射出成形プロセスの少なくとも一部を定義する期間分だけその他の設定点から分離される。制御システムは、設定点間に位置する１つ以上の区間において、溶融圧力プロファイルをサンプリングし、１つ以上の区間の各々において、１つ以上の区間において溶融圧力プロファイルによって定義された所望の溶融圧力に基づいて、往復スクリューの動作を制御するように構成される。少なくとも２つの直接近接した設定点について、設定点間に位置する１つ以上の区間の各々における所望の溶融圧力は、少なくとも２つの直接近接した設定点における所望の溶融圧力とは異なる。
【０００７】
添付の図面と併用することによって、以下の説明から、一定の実施形態がより良く理解されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態による射出成形装置を図示する概略図である。
【図２】図１の射出成形装置の制御システムを図示するブロック図である。
【図３】図２の制御システムのＰＩＤコントローラを図示するブロック図である。
【図４】一実施形態による、所望の溶融圧力と時間との間の関係を図示する、溶融圧力プロファイルの例のプロットである。
【図５】所望の溶融圧力と時間との間の関係を図示する、従来の溶融圧力プロファイルのプロットである。
【図６】他の実施形態による、所望の溶融圧力と時間との間の関係を図示する、溶融圧力プロファイルの例のプロットである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書に開示された実施形態は、一般に射出成形によって製品を生産するシステム、機械、製品、及び方法に関し、より具体的には、低い、実質的に一定の圧力射出成形によって製品を生産するシステム、機械、製品、及び方法に関する。
【００１０】
「低い圧力（ｌｏｗ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」という用語は、本明細書において熱可塑性材料の溶融圧力に関して用いられる場合、射出成形機のノズルの近傍の、およそ６０００ｐｓｉ以下の溶融圧力を意味する。
【００１１】
「実質的に一定の圧力（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）」という用語は、本明細書において熱可塑性材料の溶融圧力に関して用いられる場合、基準溶融圧力からの偏差が、熱可塑性材料の物性における著しい変化を引き起こさないことを意味する。例えば、「実質的に一定の圧力」は、溶解した熱可塑性材料の粘性が著しく変化しない圧力ばらつきを含むが、これに限定されない。「実質的に一定（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ）」という用語は、この点において、基準溶融圧力からおよそ３０％の偏差を含む。例えば、「およそ４６００ｐｓｉの実質的に一定の圧力（ａ  ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ  ｃｏｎｓｔａｎｔ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｏｆ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ  ４６００  ｐｓｉ）」という用語は、約６０００ｐｓｉ（４６００ｐｓｉを３０％上回る）〜約３２００ｐｓｉ（４６００ｐｓｉを３０％下回る）範囲内の圧力変動を含む。溶融圧力は、溶融圧力が列記された圧力から３０％未満で変動する限り、実質的に一定であると見なされる。
【００１２】
図１〜４及び６の図及び例に関連して、図面全体を通して、同様の番号は同じまたは対応する要素を示し、図１は、成形プラスチックパーツを生産するための射出成形装置１０を例示する。射出成形装置１０は、ホッパ１４と、被加熱バレル１６と、往復スクリュー１８、と、ノズル２０とを含む射出成形ユニット１２を含むことができる。往復スクリュー１８は、被加熱バレル１６内に配設され、被加熱バレル１６に対して往復運動するように構成されることができる。電源ユニット２２は、往復スクリュー１８に動作可能に結合され、電力による往復スクリュー１８の往復運動を容易にすることができる。いくつかの実施形態では、電源ユニット２２は、油圧モータを備えることができる。いくつかの実施形態では、電源ユニット２２は、電気サーボで制御される電気モータを備えることができる。熱可塑性材料ペレット２４は、ホッパ１４内に置かれ、被加熱バレル１６内に供給されることができる。いったん被加熱バレル１６の内部に入ると、熱可塑性材料ペレット２４は、加熱されて（例えば、約１３０℃〜約４１０℃の間）溶融され、溶融熱可塑性材料２６を形成することができる。往復スクリュー１８は、被加熱バレル１６の内部で往復運動して、溶融熱可塑性材料２６をノズル２０の中に向かわせることができる。代替的な実施形態では、射出成形ユニットは、被加熱バレル（例えば、１６）内に配設されたプランジャ（図示せず）を有し、被加熱バレルに対して線形に動くように構成されたプランジャ型システムとすることができる。
【００１３】
ノズル２０は、関連して金型キャビティ３４を形成する第１及び第２の金型部３０、３２を有する金型２８と関連付けることができる。クランピングユニット３６は、金型２８を支持することができ、第１及び第２の金型部３０、３２をクランプ位置（図示せず）と非クランプ位置（図１）との間で動かすように構成されることができる。第１及び第２の金型部３０、３２がクランプ位置にあるとき、ノズル２０からの溶融熱可塑性材料２６は、第１の金型部３０によって定義されたゲート３８に、かつ金型キャビティ３４の中に、提供することができる。金型キャビティ３４が充填されるに従って、溶融熱可塑性材料２６は、金型キャビティ３４の形状を取ることができる。いったん金型キャビティ３４が十分に充填されると、往復スクリュー１８は、停止することができ、溶融熱可塑性材料２６は、金型２８の内部で冷却されることが可能になる。いったん溶融熱可塑性材料２６が冷却されて凝固するか、または少なくとも部分的に凝固すると、第１及び第２の金型部３０、３２は、それらの非クランプ位置に動かされて、溶融部分が金型２８から取り除かれることを可能にすることができる。一実施形態では、金型２８は、生産率全体を向上させるように、複数の金型キャビティ（例えば、３４）を含むことができる。
【００１４】
クランピングユニット３６は、成形プロセス中におよそ１０００Ｐ．Ｓ．Ｉ．〜およそ６０００Ｐ．Ｓ．Ｉ．の範囲内のクランプ力を付与して、第１及び第２の金型部３０、３２をともにクランプ位置に保持することができる。これらのクランプ力を支持するために、いくつかの実施形態では、金型は、約１６５ＢＨＮを超え、２６０ＢＨＮを下回る表面硬度を有する材料から形成することができるが、以下にさらに述べるように、材料が容易に機械加工可能である限り、２６０より大きい表面硬度ＢＨＮ値を有する材料を用いてもよい。いくつかの実施形態では、金型２８は、クラス１０１または１０２の射出金型（例えば、「超高生産性金型（ｕｌｔｒａ−ｈｉｇｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  ｍｏｌｄ）」）とすることができる。
【００１５】
射出成形装置１０は、射出成形装置１０の種々の構成要素と信号通信する制御システム４０を含むことができる。制御システム４０は、ノズル２０に、またはその付近に位置する溶融圧力センサ４２と、かつ金型キャビティ３４の一端に近接して位置するキャビティ圧力センサ４３と、信号通信することができる。
【００１６】
溶融圧力センサ４２は、ノズル２０内の、ノズルにおける、またはノズル付近の溶融熱可塑性材料２６の実際の溶融圧力（例えば、測定された溶融圧力）の検出（直接または間接）を容易にすることができる。溶融圧力センサ４２は、溶融熱可塑性材料２６と直接接触してもよく、またはしなくてもよい。一実施形態では、溶融圧力センサ４２は、ノズル２０における溶融圧力に応じて制御システム４０の入力部に電気信号を送信する圧力トランスデューサとすることができる。他の実施形態では、溶融圧力センサ４２は、溶融圧力を示し得るノズル２０における溶融熱可塑性材料２６の多様な付加的または代替的な特性、例えば温度、粘性、及び／または流量等のいずれかの監視を容易にすることができる。溶融圧力センサ４２がノズル２０の内部に位置していない場合、制御システム４０は、論理、コマンド、及び／または実行可能なプログラム命令によって設定、構成、及び／またはプログラムされ、ノズル２０の測定された特性についての値を推定または算出するために適切な補正係数を提供することができる。溶融圧力センサ以外のセンサを使用して、溶融熱可塑性材料２６、スクリュー１８、バレル等の当技術分野において周知の任意の他の特性、例えば温度、粘性、流量、ひずみ、速度等を、またはこれらのうちのいずれかを示す任意の他の特性のうちの１つ以上を測定することができることが理解されるべきである。
【００１７】
キャビティ圧力センサ４３は、ノズル２０内の、ノズルにおける、またはノズル付近の溶融熱可塑性材料２６の溶融圧力の検出（直接または間接）を容易にすることができる。キャビティ圧力センサ４３は、溶融熱可塑性材料２６と直接接触してもよく、またはしなくてもよい。一実施形態では、キャビティ圧力センサ４３は、金型キャビティ３４内のキャビティ圧力に応じて制御システム４０の入力部に電気信号を送信する圧力トランスデューサとすることができる。他の実施形態では、キャビティ圧力センサ４３は、溶融熱可塑性材料２６または金型２８の多様な付加的または代替的な特性、例えば溶融熱可塑性材料２６のひずみ及び／または流量等のいずれかの監視を容易にすることができる。これらの実施形態のうちの１つでは、キャビティ圧力センサ４３は、ひずみゲージとすることができる。キャビティ圧力センサ４３が金型キャビティ３４の内部に位置していない場合、制御システム４０は、論理、コマンド、及び／または実行可能プログラム命令によって設定、構成、及び／またはプログラムされ、金型２８の測定された特性についての値を推定または算出するために適切な補正係数を提供することができる。
【００１８】
また、制御システム４０は、スクリュー制御４４と信号通信することができる。一実施形態では、電源ユニット２２が油圧モータであるとき、スクリュー制御４４は、往復スクリュー１８と関連付けられる油圧弁を備えることができる。一実施形態では、電源ユニット２２が電気モータであるとき、スクリュー制御４４は、往復スクリュー１８と関連付けられる電気コントローラを備えることができる。図１の実施形態では、制御システム４０は、制御システム４０の出力部からスクリュー制御４４に送信される信号を生成することができる。制御システム４０は、スクリュー制御４４を制御することによって、射出成形装置１０内の射出圧力を制御することができ、スクリュー制御は、射出成形ユニット１２によって噴射率を制御する。制御システム４０は、スクリュー制御４４に対して、往復スクリュー１８を、ノズル２０内の溶融熱可塑性材料２６の所望の溶融圧力を維持する速度で前進させるように命令することができる。
【００１９】
制御システム４０からスクリュー制御４４へのこの信号は、一般に、材料粘性、金型温度、溶融温度におけるばらつき、及び充填率に影響する他のばらつきが、制御システム４０によって考慮されるように、成形プロセスを制御するために用いられ得る。成形サイクル中直ちに制御システム４０によって調整をしてもよく、または後続のサイクルで修正をすることができる。さらに、数多くのサイクルからの数個の信号を、制御システム４０によって、成形プロセスに対する調整を行うための基準として用いることができる。制御システム４０は、当技術分野において周知の任意のタイプの信号通信を介して、溶融圧力センサ４２、及び／またはキャビティ圧力センサ４３、及び／またはスクリュー制御４４に接続されてもよい。
【００２０】
ここで図２を参照すると、制御システム４０は、ＰＩＤコントローラ４６及びデータストア４８を含むことができる。ＰＩＤコントローラ４６は、射出成形ユニット１２の（例えば、ノズル２０における）溶融圧力の、射出成形ユニットの所望の溶融圧力を表す設定点までの制御を容易にするフィードバックコントローラとすることができる。図３のＰＩＤコントローラ４６のフィードバックブロック図の例によって例示されるように、設定点Ｐは、溶融圧力センサ４２からの実際の溶融圧力を示す信号Ｓ２と比較される信号Ｓ１として提供することができる。誤差信号Ｅが生成されて、スクリュー制御４４に対して、往復スクリュー１８を、溶融圧力を設定点Ｐによって示される所望の溶融圧力に向かって収束させる速度で前進させるように命令する制御信号Ｃを生成するＰＩＤ制御アルゴリズムＧに提供される。
【００２１】
成形サイクル中、射出成形ユニット１２の溶融圧力は、ＰＩＤコントローラ４６に異なる設定点を設けることによって変更することができる。一実施形態では、ＰＩＤコントローラ４６に設けられた各異なる設定点は、成形サイクルの異なるステージに対応することができる。例えば、初期射出ステージを開始するために、ＰＩＤコントローラ４６に、溶融圧力を、熱可塑性材料ペレット２４の溶融及びノズル２０に対する溶融物の分配を開始するために十分に増大させる設定点を設けることができる。いったん溶融圧力が、金型キャビティ３４の充填を開始するために十分に増大すると、ＰＩＤコントローラ４６に、金型キャビティ３４を適正に充填するために適切である圧力で充填ステージを開始する設定点を設けることができる。いったん金型キャビティ３４がほぼ充填される（例えば、充填終了時）と、ＰＩＤコントローラ４６に、パッキングステージを開始し、保持ステージ中に実質的に一定の溶融圧力で保持するために十分に低減させるための設定点を設けることができる。
【００２２】
ＰＩＤコントローラ４６に、各成形サイクル中に射出成形ユニット１２の溶融圧力に対する有効な制御を容易にするための複数の設定点を設けることができる。ＰＩＤコントローラ４６に設けられた特定の設定点は、各成形サイクル全体を通した溶融熱可塑性材料２６の性能を向上させるように選択することができ、製造されている特定の溶融部分に依存することができる。溶融部分のための設定点は、実証的分析及び／または理論的分析を通して判定することができる。設定点は、多様なソースのうちのいずれかから設けることができる。一実施形態では、図２に例示されるように、制御システム４０上のデータストア４８から、複数の設定点を設けることができる。他の実施形態では、複数の設定点は、リモートソース、例えばインターネットまたはクラウドベースの記憶装置等から設けることができる。
【００２３】
ＰＩＤコントローラ４６は、ＰＩＤコントローラ４６に設けられた複数の設定点から、溶融圧力プロファイル５０（図２）を確立することができる。一実施形態では、ＰＩＤコントローラ４６は、設定点の各々の間の所望の溶融圧力値を実質的に線形に補間することによって、溶融圧力プロファイル５０を確立することができる。そのような溶融圧力プロファイルの一例が、図４に例示される。この例では、溶融圧力プロファイル５０は、多様な異なる設定点Ｐ０〜Ｐ５を経時的に図示するプロットとして表される。設定点Ｐ０〜Ｐ５の各々は、それぞれの期間Ｔ１〜Ｔ５だけ他の設定点Ｐ０〜Ｐ５から分離することができる。溶融圧力プロファイル５０は、設定点Ｐ０〜Ｐ５の間に実質的に線形に延在して示される。
【００２４】
引き続き図４を参照すると、ＰＩＤコントローラ４６は、圧力プロファイル５０を種々の区間（垂直な記号で例示される）でサンプリングし、射出成形ユニット１２の溶融圧力に対する制御を容易にするように構成することができる。特に、ＰＩＤコントローラ４６は、射出成形ユニット１２の溶融圧力を、各区間で、その区間における溶融圧力プロファイル５０によって定義された所望の溶融圧力に基づいて制御することができる。一実施形態では、ＰＩＤコントローラ４６は、（例えば、溶融圧力センサ４２から）射出成形ユニット１２の現在の実際の溶融圧力までの区間における溶融圧力値を比較することができる。実際の溶融圧力と所望の溶融圧力との間に差がある場合、ＰＩＤコントローラ４６は、射出成形ユニット１２の実際の溶融圧力を（例えば、往復スクリュー１８の前進速度を制御することによって）、実際の溶融圧力が所望の溶融圧力に向かって収束するように調整することができる。例えば、所与の区間における射出成形ユニット１２の実際の溶融圧力が、所望の溶融圧力を超える場合、ＰＩＤコントローラ４６は、実際の溶融圧力を低減させるように往復スクリュー１８の動作を制御することができる。所与の区間における射出成形ユニット１２の実際の溶融圧力が所望の溶融圧力を下回る場合、ＰＩＤコントローラ４６は、実際の溶融圧力を増大させるように往復スクリュー１８の動作を制御することができる。ＰＩＤコントローラ４６は、圧力プロファイル５０が次の区間においてサンプリングされるまで、溶融圧力が所望の溶融圧力に向かって収束することを維持することができる。期間Ｔ１〜Ｔ５は、約５ｍＳ〜２０ｍＳの間で示されているが、設定点は、任意の好適な継続期間を有することができることが理解されるべきである。また、溶融圧力プロファイルは、約１ｍＳ毎にサンプリングされて示されるが、多様な異なるサンプリングレートのいずれかを使用することができることが理解されるべきである。
【００２５】
溶融圧力プロファイル５０は、設定点Ｐ０とＰ１との間で実質的に線形に増大し、設定点Ｐ１とＰ２との間で実質的に水平のままであるように示される。溶融圧力プロファイル５０は、設定点Ｐ２とＰ３との間で実質的に線形に低減し、設定点Ｐ３及びとＰ４との間で実質的に水平のままであるように示される。さらに、溶融圧力プロファイル５０は、設定点Ｐ４とＰ５との間で実質的に線形に低減するように示される。増大または低減する溶融圧力プロファイル５０の部分（例えば、Ｐ０〜Ｐ１、Ｐ２〜Ｐ３、またはＰ４〜Ｐ５）（例えば、直接近接した設定点）については、設定点に、及び設定点間に位置する各区間における所望の溶融圧力は、設定点間に存在する直接近接した区間（例えば、区間Ｖ１及びＶ２を参照）の各々における所望の溶融圧力とは異なる。例えば、設定点Ｐ２及びＰ３については、設定点Ｐ２及びＰ３に、ならびに設定点Ｐ２及びＰ３間に位置する各区間における所望の溶融圧力は、設定点間に存在する直接近接した区間（例えば、Ｐ２とＰ３との間の区間）の各々における所望の溶融圧力とは異なる。
【００２６】
設定点間（例えば、Ｐ１及びＰ２、ならびにＰ３及びＰ４）（例えば、直接近接した設定点）で実質的に水平のままである溶融圧力プロファイル５０の部分については、各区間における所望の溶融圧力は、それらの設定点（例えば、Ｐ１及びＰ２、ならびにＰ３及びＰ４）の間の直接近接した区間における所望の溶融圧力と実質的に同じである。例えば、設定点Ｐ１及びＰ２については、設定点Ｐ２及びＰ３に、ならびに設定点Ｐ１とＰ２との間に位置する各区間における所望の溶融圧力は、それらの設定点（例えば、区間Ｖ３及びＶ４を参照）の間の直接近接した区間における所望の溶融圧力と実質的に同じである。設定点Ｐ３及びＰ４については、設定点Ｐ３及びＰ４に、ならびに設定点Ｐ３とＰ４との間に位置する各区間における所望の溶融圧力は、それらの設定点（それぞれ図４の区間Ｖ２及び区間Ｖ４）の間の直接近接した区間における所望の溶融圧力と実質的に同じである。溶融圧力プロファイル５０は、すべての設定点間の各区間においてサンプリングされるとして説明されてきたが、区間の任意の組み合わせが、設定点の各々、例えば設定点のうちのいくつかのみの間で、または設定点間の種々の連続した区間等で、サンプリングすることができることが理解されるべきである。また、区間は、実質的に同じ時間で、または異なる時間で、分離することができることが理解されるべきである。
【００２７】
設定点間の溶融圧力プロファイル５０の傾斜部分（例えば、Ｐ０及びＰ１、Ｐ２及びＰ３、ならびにＰ４及びＰ５の間）をサンプリングすることによって、ＰＩＤコントローラ４６は、射出成形ユニット１２の実際の溶融圧力を、溶融圧力プロファイル５０に近接して追随するように徐々に変化させることができる。実際の溶融圧力のプロットの例は、図４に破線で例示される。このように、射出成形ユニット１２の実際の溶融圧力は、従来の射出成形ユニットよりもオーバーシュート／アンダーシュートの影響をより受けにくくすることができ、このことは、成形された部分における均質性、再現性、及び品質を助長することができる。溶融圧力プロファイル５０は、区間毎に割り当てられた所望の溶融圧力を有するデータテーブルとして、制御システム４０に組み込むことができることが理解されるべきである。動作中、制御システム４０は、現在の区間についての所望の圧力を検索することができ、それに応じて実際の溶融圧力を制御する命令を生成することができる。また、多様な好適なアルゴリズムのいずれかを用いて、溶融プロファイルを（例えば、リアルタイムで）算出することができることが理解されるべきである。一例では、アルゴリズムは、曲線近似アルゴリズム、例えば線形補間、多項式曲線、単純な近似曲線、幾何学的近似曲線、または当技術分野において周知である任意の他の曲線近似手法とすることができる。他の例では、任意の他の好適なアルゴリズムを用いて、溶融圧力プロファイルを算出することができる。
【００２８】
従来のコントローラは、図５に例示されるように、従来のコントローラに設けられた複数の設定点から溶融圧力プロファイル６０を確立することができる。溶融圧力プロファイル６０は、多様な異なる設定点Ｐａ１〜Ｐａ４を経時的に図示する、段階的に定義されたプロットとして表される。設定点Ｐａ１〜Ｐａ４の各々は、他の設定点から時間によって分離することができる。溶融圧力プロファイル６０は、第１、第２、第３、及び第４の水平部６２、６４、６６、６８と、第１、第２、及び第３の垂直部６３、６５、６７とからなるように示される。第１の垂直部６３は、第１及び第２の水平部６２、６４間に延在することができる。第２の垂直部６５は、第２及び第３の水平部６４、６６間に延在することができる。第３の垂直部６７は、及び第３及び第４の水平部６６、６８間に延在することができる。第１、第２及び第３の垂直部６３、６５、６７の各々は、所望の溶融圧力が大幅に（例えば、１つの区間の継続期間にわたってほぼ直ちに）変化する時間内の位置を示す。この大幅な変化は、従来のコントローラに、所望の溶融圧力に可能な限りすばやく到達しようとさせ、それによって、所望の溶融圧力に対する実際の溶融圧力におけるオーバーシュート及び／またはアンダーシュートを生じさせることができる。実際の溶融圧力のプロットの例が、図５に破線として例示されている。オーバーシュート及びアンダーシュートは、それぞれ７０及び７２で例示される。
【００２９】
図６には、溶融圧力プロファイル１５０の代替的な実施形態が例示される。溶融圧力プロファイル１６０は、図４に例示された溶融圧力プロファイル５０と同様である可能性がある。しかしながら、溶融圧力プロファイルは、さらなる設定点Ｐ０〜Ｐ１８を有することができる。これらの設定点の各々の間の補間は、溶融圧力プロファイルが実質的に曲線形であるように、線形ではなく曲線形とすることができる。多様な異なる溶融圧力プロファイルのいずれかを用いて、射出成形ユニット１２の一定の性能を達成することができることが理解されるべきである。
【００３０】
ＰＩＤコントローラ４６は、ハードウェア、ソフトウェアまたは両者の任意の組み合わせで実施することができることがさらに理解されるべきである。制御システム４０は、実際の溶融圧力制御を果たすための１つ以上のコントローラを有する任意の制御機構とすることができることがさらに理解されるべきである。加えて、制御システム４０は、射出成形装置のための他の機能を行うことができる他のコントローラ、例えば主コントローラ５２を含むことができる。
【００３１】
前述の実施形態及び例は、例示及び説明を目的として提示されてきた。包括的であるか、または説明された形式に限定することは意図されていない。上記の教示に鑑みて、数多くの改変が可能である。それらの改変のうちのいくつかが述べられ、他は当業者によって理解されるであろう。実施形態は、種々の実施形態の例示のために選択され説明された。当然ながら、その範囲は、本明細書で述べられた例または実施形態に限定されず、当業者によって、任意の数の用途及び同等の装置で使用することができる。むしろ、本明細書では、当該範囲は添付の特許請求の範囲によって定義されることが意図される。また、特許請求された、及び／または説明された任意の方法について、当該方法がフロー図とともに説明されているかに関わらず、特にことわらない限り、または文脈上必要とされない限り、方法の実行において行われるあらゆる明示的または暗示的なステップの順序付けは、それらのステップが、提示された順序で行われなければならず、また異なる順序で、または並行して行われ得ることを暗示しないことが理解されるべきである。
【００３２】
本明細書に開示された寸法及び値は、列記されたまさにその数値に厳密に限定されるとして理解されるべきではない。代わりに、特にことわらない限り、そのような寸法は各々、列記された値と、その値付近の機能的に同等な範囲との両方を意味することが意図される。例えば、「４０ｍｍ」として開示された寸法は、「約４０ｍｍ」を意味することが意図される。
【００３３】
あらゆる相互参照または関連特許もしくは出願、及び本出願がその優先権または利益を主張するあらゆる特許出願または特許を含む、本明細書で引用されたすべての文書は、明らかに除外しないかそうでなければ限定されない限り、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。あらゆる文書の引用は、それが、本明細書に開示または特許請求されたあらゆる発明に関する先行技術であること、またはそれ単独もしくは任意の他の参照文献との任意の組み合わせが、あらゆるそのような発明を教示、暗示、または開示することを認めるものではない。さらに、本書における用語のあらゆる意味または定義が、参照により組み入れられた文書における同じ用語のあらゆる意味または定義と矛盾する限りでは、本書においてその用語に割り当てられた意味または定義が勝るものとする。
【００３４】
本発明の特定の実施形態を例示し説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、種々の他の変更及び改変を成すことができることが自明であろう。したがって、添付の特許請求の範囲において、本発明の範囲内であるすべてのそのような変更及び改変が網羅されることが意図される。
【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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【国際調査報告】
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