JP7114802B2 - 射出成形システムを制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、内側表面とキャビティーの少なくとも２つのグループとを有する金型を備えた射出成形システムを制御するための方法に関し、それぞれのキャビティーは、内側表面によって閉じ込められている。キャビティーのグループは、キャビティーのそれぞれのグループのエリアの中の内側表面に配置されている正確に１つの圧力センサーをさらに有している。キャビティーのそれぞれのグループは、テンパリングユニットによって少なくとも部分的に取り囲まれている。方法は、キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティーのそれぞれのグループの少なくとも１つのキャビティーの中の圧力を決定するステップと、キャビティーのそれぞれのグループに関する基準圧力を決定するステップと、基準圧力とキャビティーの少なくとも１つのグループの中の圧力との間の差を決定するステップと、最小になるように差を制御するステップとを含む。本発明は、さらに、本発明による方法を実施するためのコントローラーに関する。また、本発明は、本発明によるコントローラーの使用に関する。本発明は、さらに、本発明によるコントローラーを含む射出成形システムに関する。

従来の射出成形システムは、多くの場合に、複数の物品を同時に作り出すために複数のキャビティーを備えた金型を含む。それを行うために、溶融された材料（樹脂と称されることが多い）が、ランナーと呼ばれるチューブ状の通路の中へロードされる。通常は、ランナーは、その中の材料を加工可能な形態で維持するためにテンパリングされている。加工可能な材料は、ランナーからゲートバルブ（ノズルとも呼ばれる）を通って金型のキャビティーの中へ流れる。材料の形態が、材料がランナーからゲートバルブを通って金型のキャビティーの中へ流されることを可能にする場合には、材料は加工可能である。材料に応じて、テンパリングされたランナーの温度範囲は異なる。次いで、キャビティーの中の材料はテンパリングされ、物品へと硬化する。熱可塑性プラスチックのケースでは、キャビティーの中の材料のテンパリングは、溶融されたプラスチックの冷却を指し、また、ゴムまたは熱硬化性材料が熱によって硬化されるケースでは、テンパリングは、キャビティーの中の材料の加熱を指す。金型が開けられ、物品が排出される。複数のキャビティーを有するそのような射出成形システムの特定の課題は、金型の複数のキャビティーのそれぞれの中で、均一な外側条件および内側条件の物品を作り出すということである。外側条件および内側条件は、たとえば、物品のサイズ、重量、密度、密度分布、および他の条件または特性を指す。

米国特許第５，５１８，３８９号は、キャビティーの中へ充填される樹脂の量をキャビティーごとに均一にするために、独立して制御される加熱式ランナーを備えたマルチキャビティー金型を開示している。それぞれの成形される物品の重量は、成形される物品の平均重量と比較される。差は、加熱式ランナーの温度を調節するために使用される。たとえば、成形される物品の重量が、成形される物品の平均重量よりも低い場合には、対応する加熱式ランナーの温度が増加され、より多くの樹脂がマルチキャビティー金型の対応するキャビティーの中へ流れ込むことを可能にする。しかし、物品の重量は、物品が成形されている間に測定されることができず、むしろ、物品が成形された後に測定され得るので、加熱式ランナーの中の温度を調節するためのプロセスは、いくつかの成形サイクルを必要とし、物品の生産が重量許容範囲外になることを防止しない。また、金型を通って流れる冷却剤の循環および温度を制御するための制御ユニットを提供すること、すなわち、冷却剤の温度および流量を設定および制御することが提案されている。

米国特許第６０９０３１８Ａ号は、マルチキャビティー射出成形のホットランナー加熱を制御するためのプロセスを開示している。すべてのキャビティーの同時の充填を取得するために、すべてのキャビティーの中の圧力パターンが検出され、同様に、充填の始まりからそれぞれのキャビティーに関して選ばれた基準圧力が到達されるまでの持続時間が検出される。個々のホットランナーの個々の加熱システムの温度が、個々のキャビティーの持続時間をより調和させるように制御される。金型充填の簡単であるが時間のかかる制御は、最初に充填される（すなわち、それらの圧力パターンの中の最初である）キャビティーのホットランナー温度を低下させることによって、および／または、最後に充填されるそれらのキャビティーのホットランナー温度を上昇させることによって、実現され得る。エラーを低減させるために、それぞれのキャビティーに関して決定される圧力時間積分が、ホットランナー温度を制御するために考慮に入れられ得る。さらなる最適化は、追加的にそれぞれのキャビティーの中の最大圧力を検出すること、および、ホットランナー温度制御に関してこれを考慮に入れることを含む。すべてのキャビティーの速い充填を実現するために、上述の持続時間の平均値、積分値、および最大値が決定され、連続的に測定される値に対するその差が、最小になるように制御される。開示されているプロセスの最終的な効果は、個々のキャビティーの充填時間を互いに非常に近付けるということであり、いくつかのキャビティーに関する圧力パターンが事実上一致するようになっている。しかし、この種類の制御は、すべての圧力パターンが一致した状態になることを保証しない。この問題を克服するために、ファジー論理方法の適用が提案されている。

しかし、上述のデバイスおよびプロセスを使用して作り出される物品の均一性は、依然として、常に満足のいくものであるとは限らない。

本発明の目的は、それによって作り出される物品の改善された均一性を可能にする、最初に述べられた技術分野に関する方法を生成させることである。また、本発明の目的は、本発明による方法を実施するためのコントローラーを生成させることである。

本発明の解決策は、請求項１の特徴によって特定される。本発明によれば、射出成形システムを制御するための方法は、いくつかのステップを含む。射出成形システムは、金型を含み、金型は、内側表面と、内側表面によって閉じ込められているキャビティーの少なくとも２つのグループとを有している。キャビティーのグループは、少なくとも１つのキャビティーを含む。キャビティーのグループは、キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーのエリアの中の内側表面に配置されている正確に１つの圧力センサーをさらに有している。圧力センサーは、キャビティーのグループに関する圧力を決定する。キャビティーのそれぞれのグループは、テンパリングユニットによって少なくとも部分的に取り囲まれている。方法は、
ａ） キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の圧力を決定するステップと、
ｂ） キャビティーのそれぞれのグループに関する基準圧力を決定するステップと、
ｃ） 基準圧力と少なくとも１つのキャビティーの中の圧力との間の差を決定するステップと、
ｄ） 下記ステップｅ）によって最小になるように差を制御するステップと、
ｅ） テンパリングユニットのエネルギーフローを操作するステップと
を含む。

本発明による方法が、射出成形システムによって同時に作り出される複数の物品の収縮の優れたバランシングを提供するということが判明した。結果として、同時に作り出される物品の均一性が改善される。とりわけ、本発明による方法は、キャビティーのそれぞれのグループに関係する外乱の補償を可能にする。

射出成形システムの金型は、２つの半分体から構成され得る。金型が閉じられているときには、すなわち、２つの半分体が一緒に配置されているときには、金型の内側表面は、それぞれが少なくとも１つのキャビティーを含むキャビティーの少なくとも２つのグループを閉じ込める。２つ以上のキャビティーを含むキャビティーのグループに関して、キャビティー同士は、形状およびサイズが同一になっている。キャビティーのグループの中に含まれるキャビティーの数は、常に均等に分配されているとは限らない可能性がある。たとえば、キャビティーの少なくとも２つのグループのうちのキャビティーの１つのグループは、第１の数のキャビティーを含むことが可能であり、一方では、キャビティーの少なくとも２つのグループのうちのキャビティーの別のグループは、キャビティーの第１の数とは異なる数のキャビティーを含むことが可能である。

キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティー同士は、同一の形状およびサイズを有している。キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティー同士は、互いに分離されている。しかし、キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティーは、ランナーに接続されており、ランナーは、それぞれのキャビティーが加工可能な材料を供給されることを可能にする。ランナーは、材料供給源からキャビティーへの輸送チャネルとしての役割を果たす。キャビティーは、作り出されることとなる物品のフォームとしての役割を果たす。したがって、キャビティーは、ランナーとは異なっている。材料は、それぞれのキャビティーの中に物品を同時に形成するために、それぞれのキャビティーの中へ押し込まれ得る。「それぞれのキャビティーの中へ押し込まれる」という表現は、とりわけ、「それぞれのキャビティーの中へ圧力下で適用される」または「それぞれのキャビティーの中へ圧力下で注入される」という意味を有している。金型がキャビティーの少なくとも２つのグループを有しており、キャビティーのそれぞれのグループが少なくとも１つのキャビティーを含む場合には、同一の形状およびサイズを有する少なくとも２つの物品が、同時に形成され得る。しかし、金型は、好ましくは、複数のキャビティーを有することが可能である。たとえば、金型は、２つの、３つの、４つの、１０個の、２０個の、５０個の、または任意の他の自然数のキャビティーを有することが可能である。このケースでは、２つの、３つの、４つの、１０個の、２０個の、５０個の、または任意の他の自然数の物品を同時に作り出すことが可能である。金型が開けられているときに、成形されたばかりの物品のすべてが排出され得る。すでに述べられているように、前記形成されたばかりの物品のすべての均一性が、先行技術と比較して改善されているということが判明した。外側条件および内側条件の均一性からの逸脱、たとえば、物品のサイズ、重量、密度、密度分布、および他の条件または特性に関する逸脱が最小化される。

正確に１つの圧力センサーが、キャビティーのグループのキャビティーの中の圧力を決定するために、キャビティーの少なくとも２つのグループのうちのキャビティーのそれぞれのグループに関連付けられている。キャビティーのグループのキャビティーの中で決定されるこの圧力は、「キャビティーのグループの圧力」と称される。金型のいくつかのキャビティーによって作り出される物品は、作り出される物品において満足のいく均一性を示すことが知られている。作り出される物品において満足のいく均一性を示すキャビティーが識別される場合には、これらのキャビティーは、キャビティーのグループへとグループ化され得る。キャビティーのこのグループに関して、１つの圧力が、キャビティーのグループのキャビティーのいずれかの中に配置されている正確に１つの圧力センサーによって測定される。したがって、所与の金型に必要とされる圧力センサーの数は、金型のキャビティーの数よりも少なくなっていることが可能であり、作り出される物品において満足のいく均一性を維持しながら、キャビティーのグループへのキャビティーのグループ化をコスト効率的なものにする。「満足のいく」という表現は、物品の要件に依存しており、物品のそれぞれの用途に関して異なっている可能性がある。したがって、キャビティーのそれぞれのグループの中の圧力は、個別に決定される。キャビティーの少なくとも２つのグループのうちのキャビティーのそれぞれのグループに関連付けられている少なくとも１つの圧力センサーが存在している場合には、金型は、合計で、少なくとも２つの圧力センサーを含む。それぞれの圧力センサーは、キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーのエリアの中の（すなわち、内側表面がキャビティーを閉じ込めている場所の）内側表面に配置されている。

１つの実施形態では、圧力センサーは、それぞれのキャビティーから金型の外側表面へ延在するボアホールの中に設置され得る。それぞれのボアホールは、他のボアホールから分離している。別の実施形態では、圧力センサーは、力センサーおよび排出ピンを含み、排出ピンは、金型が開いているときにキャビティーから物品を排出させるために使用される。排出ピンは、それぞれのキャビティーから金型の外側表面に配置されているアクチュエーターへ延在している。力センサーは、アクチュエーターと排出ピンとの間に配置されている。キャビティーの内側の材料は、材料を排出ピンに押し付ける。したがって、キャビティーの内側の圧力が測定される。別の実施形態では、圧力センサーは、ほとんどキャビティーまで延在しているボアホールの中のキャビティーの近くに位置付けされている歪みゲージである。キャビティーの内側の材料は、キャビティーのエリアの中の金型の内側壁部を圧迫し、キャビティーの中の圧力に比例するボアホールの歪みを結果として生じさせる。したがって、キャビティーの内側の圧力は、歪みゲージによって測定される。

「決定する」という表現は、とりわけ、「測定する」、「センシングする」、または「計算する」という意味を有している。「圧力を決定する」という表現は、とりわけ、「圧力を測定するかまたはセンシングする」という意味を有しており、すなわち、１つの所定の時間において、複数の所定の時間において、または、所定の期間にわたって、圧力を測定するかまたはセンシングし、圧力パターンを測定するかまたはセンシングするという意味を有している。

キャビティーのそれぞれのグループは、キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の内側表面をテンパリングするためのテンパリングユニットによって、少なくとも部分的に取り囲まれている。キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の内側表面のテンパリングは、テンパリングユニットの中のエネルギーフローを操作することによって実施される。「エネルギーフロー」という表現は、とりわけ、「スペースの中の１つの位置からスペースの中の別の位置へエネルギーを伝達する」という意味を有している。スペースの中の１つの位置からスペースの中の別の位置へ流れるエネルギーは、たとえば、キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の内側表面に伝達される熱エネルギー（一般に、「加熱」と称される）、または、キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の内側表面から離れるように伝達される熱エネルギー（一般に、「冷却」と称される）である。これは、キャビティーのそれぞれのグループの中のキャビティーの内側表面を個別にテンパリングすることを可能にする。キャビティーの少なくとも２つのグループのうちのキャビティーのそれぞれのグループに関連付けられている１つのテンパリングユニットが存在しているので、金型は、合計で、少なくとも２つのテンパリングユニットを含む。キャビティーのそれぞれのグループは、テンパリングユニットによって完全に取り囲まれているか、または、少なくとも本質的に完全に（すなわち、テンパリングユニットが１つまたは複数のランナーと干渉することなく）取り囲まれ得る。それぞれのテンパリングユニットは、テンパリングパワーを提供するように配置されている。「テンパリングパワー」という表現は、単位時間当たりにスペースの中の１つの位置からスペースの中の別の位置へまたはその逆に伝達される物理的な熱エネルギーに関する尺度である。「テンパリング」という表現は、とりわけ、「冷却および／または加熱」という意味を有している。

「制御する」という表現は、とりわけ、たとえば、比例－積分－微分（ＰＩＤ）関数、フィードフォワード関数、および／または、それらの組み合わせとして、フィードバックループで「制御関数を適用する」という意味を有している。

「最小になるように差を制御する」という表現は、とりわけ、「本質的にゼロになるように差を制御する」という意味を有しており、または、換言すれば、差の「理想的な」制御は、ゼロ差をもたらすこととなるが、しかし、差の現実の制御は、ゼロとはわずかに異なる値（すなわち、最小）をもたらす可能性がある。

「基準圧力」という表現は、とりわけ、「セットポイント圧力」という意味を有しており、すなわち、セットポイント圧力は、圧力制御関数の入力であり、または、より正確には、制御関数の前にある減算器の入力である。

キャビティーのグループのキャビティーの中の圧力は、材料が存在している場合には、キャビティーの中の材料の圧力に対応している。

正確に２つのグループのキャビティーを備えた金型の特別のケースにおいて、キャビティーの２つのグループのうちのキャビティーの第１のグループのキャビティーの中の測定圧力を、キャビティーの２つのグループのうちのキャビティーの第２のグループに関する基準圧力として使用することが可能である。それによって、基準圧力とキャビティーの第１のグループの中の実際の圧力との間の差は、最小になるように制御されることがなくても、常にゼロである。この特別なケースにおいて、基準圧力とキャビティーの第２のグループの中の圧力との間の差を決定すること、および、最小になるように前記差を制御することだけが必要である。換言すれば、キャビティーの第２のグループの中の圧力は、キャビティーの第１のグループの中の圧力に追従している。

たとえば、キャビティーの３つ以上のグループを備えた金型のケースにおいて、キャビティーの第１のグループの中の圧力を除くキャビティーのすべてのグループの圧力は、キャビティーの第１のグループの中の圧力に追従することが可能である。この文脈において、「基準圧力とキャビティーの少なくとも１つのグループの中の圧力との間の差を決定する」ステップｃ）は、とりわけ、「基準圧力とキャビティーの第１のグループを除くキャビティーのすべてのグループの圧力との間の差を決定する」（それによって、キャビティーの第１のグループは、キャビティーの基準グループとしての役割を果たし、すなわち、キャビティーの他のグループに関する基準圧力としての役割を果たす圧力を有するキャビティーのグループとしての役割を果たす）という意味を有することが可能である。

本発明の好適な実施形態によれば、「基準圧力とキャビティーの少なくとも１つのグループの中の圧力との間の差を決定する」ステップｃ）は、「基準圧力とキャビティーのそれぞれのグループの中の圧力との間の差を決定する」ステップを含み、「テンパリングユニットのエネルギーフローを操作することによって、最小になるように差を制御する」ステップｄ）およびｅ）は、「それぞれのテンパリングユニットのエネルギーフローを操作することによって、最小になるようにそれぞれの差を制御する」ステップを含む。

これは、キャビティーのグループの中の圧力のいずれとも異なる可能性のある基準圧力を可能にする。本発明による方法は、このケースでは、キャビティーのすべてのグループの中の圧力が前記基準圧力に追従することとなるということを保証する。

本発明の別の好適な実施形態によれば、「最小になるように差を制御する」ステップｄ）は、「所定の時間において最小になるように差を制御する」ステップを含む。

所定の時間は、それによって作り出される物品の収縮を表す、射出成形プロセスの間の任意の時間であることが可能である。たとえば、所定の時間は、物品が金型から排出される前の、金型のテンパリング局面の終わりにおける時間であることが可能である。

しかし、所定の時間は、また、任意の他の時間であることが可能であり、好ましくは、キャビティーのグループの中の圧力が低下している間の任意の時間であることが可能である。

また、いくつかの所定の時間において、たとえば、キャビティーのグループの中の圧力が低下している間のいくつかの所定の時間において、最小になるように差を制御することも可能である。

本発明の別の好適な実施形態によれば、「最小になるように差を制御する」ステップｄ）は、「所定の期間にわたって最小になるように差を制御する」ステップを含む。

それによって、同時に作り出される物品の収縮のバランシングが、さらに改善され得る。

所定の期間の間に、本発明による方法のすべてのステップａ）からｅ）が、数回実施され得る。換言すれば、制御フィードバックループは、制御されることとなる圧力差の周波数よりも速い周波数を有することが可能である。

代替的に、上記に述べられているように、最小になるようにキャビティーのグループの圧力の差を制御することは、所定の時間のみにおいて実施され得る。

本発明の別の好適な実施形態によれば、「キャビティーのそれぞれのグループに関する基準圧力を決定する」ステップｂ）は、「キャビティーのそれぞれのグループの圧力を平均することによって基準圧力を決定する」ステップを含む。

このように決定される（すなわち、計算される）基準圧力は、キャビティーのそれぞれのグループの中の圧力と基準圧力との間のより小さい差を可能にし、結果的に、最小になるように差を制御することに関する労力をより少なくすることをもたらし、したがって、射出成形システムを制御するための非常に信頼性の高い方法を実現する。

代替的に、基準圧力は、キャビティーのそれぞれのグループの中の圧力の二乗平均平方根（ＲＭＳ）値を計算することによって決定され得る。

本発明の別の好適な実施形態によれば、方法は、「基準圧力をメモリーの中に記憶する」ステップｆ）をさらに含む。

これは、基準圧力を一度決定すること、および、次いで、制御ループが実施されるたびに基準圧力を再決定する必要なしに、基準圧力を将来の制御ループに利用可能にするために、基準圧力をメモリーの中に記憶することを可能にする。また、たとえば、射出成形システムをスイッチオフした後に、本発明による方法は、その他の方法で決定される基準圧力が利用可能であり得る前に、合理的な基準圧力が生産プロセスの最初に利用可能であることを可能にする。

メモリーは、ランダムアクセスメモリー（ＲＡＭ）および／またはメモリー、たとえば、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ－ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）であることが可能であり、それは、スイッチオフされているときでも基準圧力を記憶することが可能である。

本発明の別の好適な実施形態によれば、「テンパリングユニットのエネルギーフローを操作することによって、最小になるように差の制御を実施する」ステップｅ）は、「テンパリングユニットのテンパリングエネルギーフローを操作する」ステップを含む。

本発明による方法は、とりわけ、金型の内側表面がテンパリングユニットによってテンパリングされている期間の間に、うまく機能するということが判明した。物品を形成するために使用される材料に応じて、「テンパリングされる」は、「加熱される」または「冷却される」の意味を有することが可能である。

しかし、本発明による方法は、また、任意の他の期間の間に、たとえば、金型の内側表面がテンパリングユニットによってテンパリングされていないときに、または、金型の内側表面がテンパリングユニットによってテンパリングされているときでも実施され得る。

本発明の別の好適な実施形態によれば、「テンパリングユニットのエネルギーフローを操作することによって、最小になるように差の制御を実施する」ステップｅ）は、「テンパリングユニットを通るテンパリング媒体のフローを操作する」ステップを含む。

テンパリング媒体（たとえば、液体のような）は、エネルギーフローを提供するのに非常に効率的で効果的な手段である。テンパリング媒体は、テンパリングユニットの中で循環していることが可能である。テンパリング媒体は、事前にテンパリングされ（事前に加熱されるかもしくは事前に冷却される）および／または貯蔵され得り、エネルギーフローが瞬間的に利用可能となり得るようになっている。また、エネルギーフローの時間的に速い変化が可能であり、テンパリング温度の時間的に速い変化を結果として生じさせる。そのような時間的に速い変化は、たとえば、加熱から冷却への時間的に速い変化、または、たとえば、適度の冷却から極端な冷却への時間的に速い変化であることが可能である。「時間的に速い」という表現は、テンパリング媒体がその中を循環させられているテンパリングユニットのエレメントの寸法および物理的特性、ならびに、金型の寸法および物理的特性に依存しており、数ミリ秒から数分の間の単位時間を指している。

代替的にまたは加えて、電気加熱および／または熱電冷却が使用され得る。テンパリングユニットは、熱電冷却（たとえば、Ｐｅｌｔｉｅｒヒートポンプによる）を含むことが可能である。加えてまたは代替例として、テンパリングユニットは、たとえば、電気ヒーターを含み、加熱パワーを提供することが可能である。

本発明の別の好適な実施形態によれば、「テンパリングユニットのエネルギーフローを操作することによって、最小になるように差の制御を実施する」ステップｅ）は、「テンパリングユニットのバルブを操作する」ステップを含む。

バルブは、テンパリング媒体の流量を操作するのに非常に効率的で効果的な手段である。

好ましくは、バルブは、サーボバルブである。サーボバルブは、コントローラーの出力信号への直接的な接続を可能にする。サーボバルブは、電気的に制御可能である。好ましくは、バルブは、金型の外側におよび／またはコントローラーに隣接して配置されている。

代替的にまたはバルブに加えて、ポンプが、テンパリング媒体の流量を操作するために使用され得る。

本発明の別の好適な実施形態によれば、方法は、「キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の材料の温度、または、キャビティーのグループのテンパリングユニットのテンパリング媒体の温度、または、キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティーの内側表面の温度を決定する」ステップｇ）をさらに含む。

キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの中の材料の温度、または、キャビティーのそれぞれのグループのキャビティーのテンパリングユニットのテンパリング媒体の温度、または、キャビティーの少なくとも２つのグループのキャビティーの内側表面の温度を決定することは、フィードフォワード制御を可能にする。内側表面の温度は、物品の収縮に重大な影響を与えるので、前記温度は、圧力制御の品質をサポートすることに関して、フィードフォワード関数として使用され得る。

また、前記温度を決定することは、カスケード制御が可能であるという利点を有している。カスケード制御は、２つの制御（コントローラーまたは制御関数）が存在しているということ、たとえば、一方のコントローラーが他方のセットポイントを制御する状態で配置されている２つのＰＩＤ制御が存在しているということを意味している。たとえば、テンパリングユニットを操作するための圧力コントローラーは、外側ループコントローラーとして作用し、外側ループコントローラーは、キャビティーの中の圧力を制御する。他方のコントローラー、たとえば、温度コントローラーまたは流量コントローラーは、内側ループコントローラーとして作用し、内側ループコントローラーは、外側ループコントローラーの出力をセットポイントとして読み取り、テンパリングユニットを操作するための信号、および、とりわけ、テンパリングユニットの中のテンパリング媒体の流量を操作するための信号を出力として提供する。

カスケードされたＰＩＤコントローラーを使用することによって、制御関数またはコントローラーの作業周波数が増加させられ、制御されることとなる対象物の時定数が低減されるということが判明した。

また、前記温度を決定することは、テンパリング媒体の入口温度が制御され得るという利点を有している。

好適な実施形態では、テンパリングユニットは、０℃から４７２℃の温度範囲で動作させられる。

本発明の別の態様によれば、本発明による方法を実施するためのコントローラーは、
ａ） 射出成形システムの金型の少なくとも２つのキャビティーのキャビティーのそれぞれのグループのキャビティーの圧力を受け取るための入力であって、キャビティーのそれぞれのグループは、少なくとも１つのキャビティーを含む、入力と、
ｂ） キャビティーのそれぞれのグループに関する基準圧力をそれぞれ受け取るおよび／または計算するための入力および／または計算機と、
ｃ） 基準圧力とキャビティーの少なくとも１つのグループの中の圧力との間の差を計算するための減算器と、
ｄ） 最小になるように差を制御するための制御関数と
ｅ） テンパリングユニットのエネルギーフローを操作するための出力と
を含む。

そのようなコントローラーは、本発明による方法を実施するのによく適している。コントローラーは、従来のアナログコントローラーとして実装され得り、および／または、コントローラーは、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサー、および／またはデジタル信号プロセッサーを含む、デジタルコントローラーとして実装され得る。後者のケースでは、コントローラーは、ソフトウェアをさらに含むことが可能である。とりわけ、コントローラーの制御関数は、ソフトウェアの形態で実装され得り、ソフトウェアは、マイクロコントローラー、マイクロプロセッサー、および／またはデジタル信号プロセッサーのメモリーの中に記憶および／または実行され得る。

とりわけ、デジタルコントローラーは、既存の射出成形システムの容易で簡単な改造を可能にする。本質的に、最小になるように差を制御するための制御関数の交換または更新が必要とされ、すなわち、必要とされるハードウェアがすでに存在している場合には、ソフトウェア更新が必要とされる。必要とされるハードウェアは、上記に説明されているように、キャビティーの少なくとも２つのグループを備えた金型、ならびに、圧力センサーおよびテンパリングユニットを含む。

したがって、本発明の別の態様によれば、制御関数は、テンパリングユニットのエネルギーフローを操作することによって、最小になるように基準圧力とキャビティーのグループの中の圧力との間の差を制御するように適合されている。

好ましくは、コントローラーは、射出成形システムの内側におよび金型の外側に配置されている。

コントローラーは、任意の組み合わせで、および、任意の特定のシーケンスで、本発明による方法のすべてのステップ、または、ステップの一部を実施するように適合されている。

本発明の別の態様によれば、本発明によるコントローラーは、射出成形システムの中で使用される。

本発明の別の態様によれば、射出成形システムは、本発明によるコントローラーと金型とを含み、金型は、
ａ） 内側表面と、
ｂ） キャビティーの少なくとも２つのグループであって、キャビティーは、内側表面によってそれぞれ閉じ込められており、キャビティーのそれぞれのグループは、少なくとも１つのキャビティーを含む、キャビティーの少なくとも２つのグループと、
ｃ） キャビティーのそれぞれのグループのエリアの中の内側表面に配置されている少なくとも１つの圧力センサーと、
ｄ） 少なくとも２つのテンパリングユニットであって、キャビティーのそれぞれのグループは、１つのテンパリングユニットによって少なくとも部分的に取り囲まれており、それぞれのテンパリングユニットは、テンパリングパワーを提供するように配置されている、少なくとも２つのテンパリングユニットと
を有している。

他の有利な実施形態および特徴の組み合わせが、下記の詳細な説明および特許請求の範囲の全体から得られる。

実施形態を説明するために使用される図面は、以下を示している。

射出成形システムを示す図である。 ２つのグループのキャビティー、圧力センサー、およびテンパリングユニットを備えた金型を示す図である。 先行技術による、時間の経過に伴う金型のキャビティーの異なるグループに関する典型的な圧力分布を示す図である。 本発明による金型のキャビティーの異なるグループの中の圧力を制御するための方法を示す図である。 本発明による、時間の経過に伴う金型の異なるキャビティーに関する圧力分布を示す図である。

図において、同じコンポーネントは、同じ参照符号が与えられている。

図１は、金型２とコントローラー３０とを含む射出成形システム１を示している。コントローラー３０は、射出成形システム１を制御し、金型２の外側に配置されている。

図２は、閉じた構成の金型２を示している。金型は、２つの半分体を含むことが可能であり、２つの半分体は、金型２の内側表面４に一緒に配置されている。内側表面４は、２つのグループのキャビティー３を閉じ込めており、キャビティー３は、少なくとも１つのキャビティー８をそれぞれ含み、そのキャビティー８は、互いに分離されており、互いから間隔を置いて配置されている。キャビティー３のそれぞれのグループは、そのそれぞれのキャビティー８によってキャビティー３のグループを個別にテンパリングするためのテンパリングユニット５によって取り囲まれている。キャビティー３のそれぞれのグループのエリアの中の内側表面４において、または、換言すれば、キャビティー３のそれぞれのグループの１つのキャビティー８の内側表面４において、圧力センサー６および随意的な温度センサー７が、キャビティー３のそれぞれのグループの中の材料の圧力および温度をそれぞれ測定するために配置されている。加工可能な材料が、ランナー（図示せず）およびノズル（図示せず）を介してそれぞれのキャビティー８の中へ押し込まれ、少なくとも２つの物品（図示せず）を同時に形成することが可能である。金型２の開いた構成（図示せず）において、金型２の２つの半分体は、２つの物品を排出するために互いに分離されている。

図３は、先行技術による従来の射出成形プロセスの間の時間２０の経過に伴う金型２のキャビティー３の異なるグループに関する典型的な圧力１０分布を示している。キャビティーのそれぞれのグループの圧力センサーを含むキャビティーの中へ材料が押し込まれているときに、金型２のキャビティーの第１のグループの圧力１１、同じ金型２のキャビティーの第２のグループの圧力１２、および、同じ金型２のキャビティーの第３のグループの圧力１３は、同じ初期上昇時間２１において上昇し始める。しかし、圧力１１、１２、１３は、わずかに異なるピーク時間２２においてそれらのピーク値に到達する。また、所定の時間２３において、圧力１１、１２、１３は、異なる値を有している。

図４は、金型２のキャビティー３の異なるグループの中の圧力１１、１２、１３を制御するための方法、および、コントローラー３０の形態の方法の実装形態を示している。実際に測定される圧力１１、１２、１３が、減算器３２によって基準圧力３１から引かれ、実際に測定される圧力１１、１２、１３と基準圧力３１との間の差圧３３を決定する。差圧３３の束（すなわち、それぞれの測定される圧力１１、１２、１３に関して１つの差圧３３）を有することが可能である。差圧３３は、制御関数３４（たとえば、ＰＩＤ関数など）の入力である。制御関数３４は、テンパリング媒体の意図された流量３５を出力する。意図された流量３５は、バルブ３６の入力を形成し、バルブ３６は、出力された意図された流量３５に対応するテンパリング媒体の実際の流量を確立するように適合されている。キャビティー（図示せず）のグループのそれぞれのキャビティー８の中に配置されている圧力センサー（図示せず）は、キャビティーのそれぞれのグループの中の実際の圧力１１、１２、１３を測定する。前記実際に測定される圧力１１、１２、１３は、すでに述べられているように、減算器３２の入力である。

図５は、本発明による時間２０の経過に伴うキャビティー３（図示せず）の異なるグループに関する圧力１１、１２、１３分布を示している。差圧３３（図４を参照）が最小になるように制御されているので、基準圧力３１のパターン、および、測定される圧力１１、１２、１３のパターンは、本質的に同一になっている。

要約すると、異なる本発明の態様およびその異なる実施形態は、本発明の目的を十分に解決するということが留意されるべきである。

１ 射出成形システム
２ 金型
３ キャビティーのグループ
４ 内側表面
５ テンパリングユニット
６ 圧力センサー
７ 温度センサー
８ キャビティー
１０ 圧力
１１ 第１のキャビティーの中の圧力
１２ 第２のキャビティーの中の圧力
１３ 第３のキャビティーの中の圧力
２０ 時間
２１ 初期上昇時間
２２ ピーク時間
２３ 所定の時間
２４ 所定の期間
３０ コントローラー
３１ 基準圧力
３２ 減算器
３３ 差
３４ 制御関数
３５ テンパリング媒体の流量
３６ バルブ

Claims (13)

1. 内側表面（４）とキャビティー（３）の少なくとも２つのグループとを有する金型（２）を備えた射出成形システム（１）を制御するための方法であって、キャビティー（３）のそれぞれのグループは、前記内側表面（４）によって閉じ込められている少なくとも１つのキャビティー（８）を含み、材料が、それぞれのキャビティー（８）の中に物品を同時に形成するために、それぞれのキャビティー（８）の中へ押し込まれるようになっており、キャビティー（３）の前記グループは、キャビティー（３）のそれぞれのグループのキャビティー（８）のエリアの中の前記内側表面（４）に配置されている正確に１つの圧力センサー（６）をさらに有しており、キャビティー（３）のそれぞれのグループは、テンパリングユニット（５）によって少なくとも部分的に取り囲まれており、前記方法は、
   ａ） それぞれのキャビティー（８）の中に前記物品を同時に形成している間に、キャビティー（３）の前記少なくとも２つのグループのキャビティー（３）のそれぞれのグループの中の圧力（１１、１２、１３）を決定するステップと、
   ｂ） それぞれのキャビティー（８）の中に前記物品を同時に形成している間に、キャビティー（３）のそれぞれのグループに関する基準圧力（３１）を決定するステップと、
   ｃ） それぞれのキャビティー（８）の中に前記物品を同時に形成している間に、前記基準圧力（３１）とキャビティー（３）の少なくとも１つのグループの前記圧力（１１、１２、１３）との間の差（３３）を決定するステップと、
   ｄ） それぞれのキャビティー（８）の中に前記物品を同時に形成している間に、最小になるように前記差（３３）を制御するステップと
   を含む、方法において、
   ステップｄ）は、前記テンパリングユニット（５）のエネルギーフローを操作することによって実施されることを特徴とする、方法。
2. ステップｃ）は、前記基準圧力（３１）とキャビティー（３）のそれぞれのグループの前記圧力（１１、１２、１３）との間の差（３３）を決定するステップを含み、ステップｄ）は、最小になるようにそれぞれの差（３３）を制御するステップを含み、ステップｅ）は、それぞれのテンパリングユニット（５）のエネルギーフローを操作することによって実施される、請求項１に記載の方法。
3. ステップｄ）は、所定の時間（２３）において最小になるように前記差（３３）を制御するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
4. ステップｄ）は、所定の期間（２４）にわたって最小になるように前記差（３３）を制御するステップを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. ステップｂ）は、キャビティー（３）のそれぞれのグループの前記圧力（１１、１２、１３）によって基準圧力（３１）を決定するステップを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. ｆ） 前記基準圧力（３１）をメモリーの中に記憶するステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. ステップｅ）は、前記テンパリングユニット（５）のテンパリングエネルギーフローを操作するステップを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. ステップｅ）は、前記テンパリングユニット（５）を通るテンパリング媒体の流量（３５）を操作するステップを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. ステップｅ）は、前記テンパリングユニット（５）のバルブ（３６）を操作するステップを含む、請求項８に記載の方法。
10. ｇ） キャビティー（３）のそれぞれのグループのキャビティーの中の材料の温度、または、キャビティー（３）のグループの前記テンパリングユニット（５）の前記テンパリング媒体の温度、または、キャビティー（３）の前記少なくとも２つのグループのキャビティー（３）のグループの前記内側表面（４）の温度を決定するステップをさらに含む、請求項８または９に記載の方法。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法を実施するためのコントローラー（３０）であって、前記コントローラー（３０）は、
    ａ） 射出成形システム（１）の金型（２）のキャビティー（３）の少なくとも２つのグループのキャビティー（３）のそれぞれのグループの圧力（１１、１２、１３）を受け取るための入力であって、キャビティー（３）のそれぞれのグループは、少なくとも１つのキャビティー（８）を含む、入力と、
    ｂ） キャビティーのそれぞれのグループに関する基準圧力（３１）をそれぞれ受け取るおよび／または計算するための入力および／または計算機と、
    ｃ） 前記基準圧力（３１）とキャビティー（３）の少なくとも１つのグループの前記圧力（１１、１２、１３）との間の差（３３）を計算するための減算器（３２）と、
    ｄ） 最小になるように前記差（３３）を制御するための制御関数（３４）と
    を含む、コントローラー（３０）において、
    ｅ） 前記コントローラー（３０）は、テンパリングユニット（５）のエネルギーフローを操作するための出力をさらに含むことを特徴とする、コントローラー（３０）。
12. 射出成形システム（１）の中での請求項１１に記載のコントローラー（３０）の使用。
13. 請求項１１に記載のコントローラー（３０）と金型（２）とを含む射出成形システム（１）であって、前記金型（２）は、
    ａ） 内側表面（４）と、
    ｂ） キャビティー（３）の少なくとも２つのグループであって、前記キャビティー（３）は、前記内側表面（４）によってそれぞれ閉じ込められており、キャビティー（３）のそれぞれのグループは、少なくとも１つのキャビティー（８）を含む、キャビティー（３）の少なくとも２つのグループと、
    ｃ） キャビティー（３）のそれぞれのグループのエリアの中の前記内側表面（４）に配置されている正確に１つの圧力センサー（６）と、
    ｄ） 少なくとも２つのテンパリングユニット（５）であって、キャビティー（３）のそれぞれのグループは、１つのテンパリングユニット（５）によって少なくとも部分的に取り囲まれており、それぞれのテンパリングユニット（５）は、テンパリングパワーを提供するように配置されている、少なくとも２つのテンパリングユニット（５）と
    を有している、射出成形システム（１）。

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