JP6505090B2 - 射出成形機の成形充填過程のプロセス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形機の成形充填過程のプロセス制御方法に関する。

従来技術から、障害影響によって発生し、射出成形機の成形充填過程に負の影響を与える個々のプロセス変動を補償する複数のアプローチが公知である。

ＥＰ２５８３８１１Ａ１から、射出成形機の射出過程におけるプロセス変動の定量化方法が公知である。当該方法は、射出成形機の射出装置が射出過程において辿る経路もしくは複数の位置ｘに沿った特徴量の基準曲線を利用している。ここでの特徴量は、圧力値、例えば射出圧もしくは溶融物圧もしくは型内圧であるか、又は、型内温度である。射出過程において射出装置の各位置を表す複数の特徴量のうち少なくとも１つが測定されることにより、測定関数が形成される。さらに、この文献に開示されている方法では、少なくとも１回の数学的変換により、測定で求められた測定関数が特徴量の基準関数へ最良にマッピングされる。このために、当該方法は任意に選定可能な変換パラメータを用いており、当該変換パラメータは、測定関数から得られた画像関数が設定されている誤差値に関して基準関数に最良に一致するように定められる。当該変換パラメータにプロセス変動が割り当てられ、このプロセス変動が基準関数に対して少なくとも１つの変換パラメータを使用して定量化される。可能なプロセス変動として、特に、射出体積の変動、及び、キャビティを充填するのに必要な圧力の変動が挙げられている。

ＤＥ３５２４３１０Ｃ１からは、プラスチック射出成形機を制御された状態で駆動するために、射出成形プロセスの制御に射出仕事量を利用することが公知である。ここでの目的は、複数のスクリュ、例えば、同じ射出時間で異なるスクリュ特性を有する第１のスクリュＡ及び第２のスクリュＢを、閉ループ制御のもとで動作させることである。スクリュ経路及び保圧プロフィルの終値が格納され、適応化係数の形成に用いられる。ただし、射出仕事量によるプロセス制御には、こうした射出仕事量の大きな特徴である射出過程の始動フェーズの不規則性のために、逆止弁の不規則な閉鎖特性を補償できないという欠点がある。

ＤＥ１０２００７０６１７７５Ａ１からは、射出成形過程の保圧フェーズにおいて、工具内圧の時間特性を測定する方法が公知である。工具内圧の時間特性から、時間に依存しない少なくとも１つの特性量が求められ、当該１つもしくは全ての特性量が格納されている特性量目標値と比較され、比較結果に基づいて、後続の射出成形過程のための保圧力の適応化値が自動的に求められる。つまり、この方法では、先行する射出成形過程において後続の射出成形過程に対する学習が行われ、保圧力の適応化として、変化した特性量値の補正が行われる。

ＤＥ１０２００５０３２３６７Ａ１からは、射出過程において溶融物がキャビティ内のセンサに達するまでの必要時間を監視し、この時間に過大な変化もしくは差が生じた場合、溶融物の粘度を適応化するというアプローチが知られる。粘度の適応化のために、溶融物の温度を変化させることが提案されている。当該方法は、溶融物の流動速度を溶融物の粘度変化によって変化させることができるという知識を利用している。

障害影響を補償するための、上述した各文献のアプローチは、しばしば、１つもしくは複数のプロセスパラメータの基準曲線を基礎としている。このため、いずれも、基準に対する補償を持続的に行わなくてはならないという欠点を有する。生産条件、例えば環境条件もしくは処理すべきプラスチックの材料特性などが所定の範囲を超えて変化すると、さらなる手動補正が必要となることも多い。また、上述したアプローチのうち少なくとも幾つかは複雑であり、技術的な実現可能性の点で手間とコストとがかかる。

したがって、本発明の課題は、射出成形機の工具のキャビティでの成形充填過程のプロセス制御方法を提供して、キャビティを個別に正確な体積で充填できるようにすることである。さらに、キャビティが正確な体積で充填されるよう、動作中の射出過程において後続の射出過程への作用を考慮できる方法を提供する。

また、本発明の方法では、例えば工場温度もしくは空気湿分もしくは使用される材料の充填量変動などの環境影響に基づいて生産時間中に変化する材料特性を補償できるようにする。同様に、射出成形プロセスの始動及び再始動も簡単化する。

本発明の、射出成形プロセスにおいて処理すべき材料の溶融物を成形ツールのキャビティに正確な体積で充填する方法は、少なくとも以下の１）から５）のステップを実行する学習フェーズと少なくとも以下の６）から８）のステップを実行する生産フェーズとを含む。学習フェーズの各ステップは、
１）成形ツールを備え、この成形ツールのキャビティにおいて成形品を製造するように構成された射出成形機を準備するステップ、
２）成形品を取得するための学習射出成形サイクルを少なくとも１回実行し、質量圧力特性に相関する圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）を記録するステップ、
３）学習射出成形サイクルの射出フェーズＥＬにおいて、又は、学習射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズＰＬにおいて、学習射出成形サイクルの溶融物の特性を表す粘度指数ＶＩ_Ｌを求めるステップ、
４）学習射出成形サイクルにおいて、成形品がキャビティへ正確な体積で充填されることを表す指標としての充填指数ＦＩ_Ｌを求めるステップであって、

であり、ここで、ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）は学習射出成形サイクルの切り換え点ＣＯＰ_Ｌのスクリュ位置に対応する時点であり、ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）はスクリュ位置ｓ＝ＣＰ_Ｌが圧力設定値ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）＝ｐ_ＣＰの生じる位置に達した時点、又は、キャビティの充填開始位置に達した時点であり、ｓ＝ＣＰ_Ｌ＞ｓ＝ＣＯＰ_Ｌが当てはまるステップ、及び、
５）成形品体積当量
ＭＰＶ_ｅｑ＝ＦＩ_Ｌ／ＶＩ_Ｌ
を形成するステップ、
である。生産フェーズの各ステップは、
６）成形ツールによる生産射出成形サイクルを複数回実行し、質量圧力特性に相関する少なくとも１つの圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）を記録し、生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰにおいて、又は、生産射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズＰＰにおいて、現在の生産射出成形サイクルの溶融物の特性を表す粘度指数ＶＩ_Ｐを求めるステップ、
７）粘度指数ＶＩ_Ｐが求められた後、現在の生産射出成形サイクルに要求される充填指数ＦＩ_Ｐを
ＦＩ_Ｐ＝ＭＰＶ_ｅｑ・ＶＩ_Ｐ
から計算するステップ、及び、
８）生産射出成形サイクルの切り換え点ＣＯＰ_Ｐ及び／又は残りの射出フェーズＥＰにおける射出速度プロフィルを、

が成り立つように適応化するステップ、
である。

つまり、本発明では、学習フェーズで求められた成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑが生産フェーズのサイクルにおいても達成される場合に、キャビティへの正確な体積での充填が達成されるという認識を基礎としている。成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑは、ここでは、学習フェーズで求められた充填指数ＦＩ_Ｌと粘度指数ＶＩ_Ｌとの商として、学習フェーズにおいて形成される。学習射出成形サイクルの粘度指数ＶＩ_Ｌは、成形品製造時の射出成形機の種々の環境条件及びその他の動作条件のうち学習射出成形サイクルでの条件に対する、学習射出成形サイクルで使用される材料の溶融物の特性を表す。ここで、粘度指数ＶＩ_Ｌの計算は、学習射出成形サイクルの射出フェーズＥＬにおいて、又は、学習射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズＰＬにおいて行われる。この場合、充填指数ＦＩ_Ｌは、学習射出成形サイクルにおいて成形品が成形品に正確な体積で充填されることを表す指標であり、端ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）から端ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）までの時間範囲にわたる圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）の圧力積分として計算される。

ついで、生産フェーズでは、学習射出成形サイクルでの成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑを生産射出成形サイクルにおいても一定に保持すべきであるという知識に基づいて、例えば生産射出成形サイクルにおける粘度指数ＶＩ_Ｐが求められる。この場合、粘度指数ＶＩ_Ｐは、現在の生産射出成形サイクルの溶融物の特性を表す。当該計算は、学習フェーズと同様に、生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰにおいて、又は、生産射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズＰＰにおいて行われる。つまり、生産射出成形サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｐの値は、時点ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）で計算可能であるか、又は、遅くとも時点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までに既知となる。制御すべき生産射出成形サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｐが既知であれば、必要な充填指数ＦＩ_Ｐを、式
ＦＩ_Ｐ＝ＭＰＶ_ｅｑ・ＶＩ_Ｐ
から求めることができる。学習プロセスと同様に、生産射出成形サイクルで要求される充填指数ＦＩ_Ｐは、式

によって示される。

当該積分は、動作中の制御すべき生産射出成形サイクルにつき、時点ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｐ）から記録される。当該積分の値が要求される充填指数ＦＩ_Ｐの値に達すると直ちに、機械制御部は射出フェーズＥＰから保圧フェーズＮＰへ切り換えられる。当該時点は、積分上端ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｐ）すなわち切り換え時点である。対応するスクリュ位置ｓ＝ＣＯＰ_Ｐは、現在の生産射出成形サイクルの切り換え点ＣＯＰ_Ｐのスクリュ位置ｓに対応する。

結果として、各生産射出成形サイクルは、当該生産射出成形サイクルについて求められた要求される充填指数ＦＩ_Ｐに基づいて、個別に制御される。達成すべき値ＦＩ_Ｐに基づく生産射出成形サイクルの個別制御から、生産射出成形サイクルごとの個別の切り換え点ＣＯＰ_Ｐが得られる。

上述したように、現在の生産射出成形サイクルに対する粘度指数ＶＩ_Ｐの計算は、射出フェーズＥＰにおいて、又は、生産射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズＰＰにおいて、行うことができる。

先行の可塑化フェーズＰＰにおいて粘度指数ＶＩ_Ｐが求められる場合、現在の生産射出成形サイクルに要求される充填指数ＦＩ_Ｐを表す値は、射出フェーズＥＰの開始前に確定される。充填指数ＦＩ_Ｐに関する積分は、射出フェーズＥＰ中の時点ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｐ）で開始される。続いて、実際の適用のために、積分開始時点ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｐ）以降の生産射出成形サイクルの残り全ての射出フェーズＥＰが制御に利用される。

現在の生産射出成形サイクルの粘度指数ＶＩ_Ｐが現在の生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰにおいて求められ、この計算が（後述するように）測定間隔ＭＩでの圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）の積分により充填指数ＦＩ_Ｐの積分計算に時間的に重なって行われる場合、この実施形態では、現在の生産射出成形サイクルの基礎となっている粘度指数ＶＩ_Ｐは、粘度指数ＶＩ_Ｐに関する積分が終了しないと確定されない。最も早くてこの時点で、要求される充填指数ＦＩ_Ｐを求めることができる。つまり、この実施形態では、粘度指数ＶＩ_Ｐが求められた後に、射出フェーズＥＰの残り部分が、要求される充填指数ＦＩ_Ｐを達成するという目的をともなった生産射出成形サイクルの制御に利用される。なお、実用上はこれで充分であると判明している。

最後に挙げた手段の利点は、射出フェーズＥＰにおいて粘度指数ＶＩ_Ｐが求められる場合、粘度指数ＶＩ_Ｐが高い精度を有し、先行の可塑化フェーズＰＰ中に求められた粘度指数ＶＩ_Ｐよりも良好に、現在の生産射出成形サイクルの溶融物の特性が表されるということである。

したがって、まとめると、式
ＦＩ_Ｐ＝ＭＰＶ_ｅｑ・ＶＩ_Ｐ
を満足させるための２つの手段が存在する。
１．生産射出成形サイクルのプロセス制御を、設定されたスクリュ速度プロフィルのもとで、積分値

が、粘度指数ＶＩ_Ｐと成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑとから求められた、要求される充填指数ＦＩ_Ｐに一致するまで行う。充填指数ＦＩ_Ｐの要求値が達成されたら、射出フェーズＥＰから保圧フェーズＮＰへの切り換えを行い、ここから、生産射出成形サイクルごとに個別の切り換え点ＣＯＰ_Ｐを取得する。
２．これに代えてもしくはこれに加えて、残りの射出フェーズＥＰの時間が充分に長い場合、射出速度プロフィルを適応化してもよい。このようにすれば、質量圧力特性に相関する圧力の時間特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）を変化させることができる。

学習射出成形サイクル又は生産射出成形サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｌ，ＶＩ_Ｐの計算に際しては、複数の選択手段が存在する。

第１の手段
第１の手段によれば、学習射出成形サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｌは、学習射出成形サイクルの射出フェーズＥＬにおいて、流動性Ｆ_ＺＥＬと補正係数Ｋ_１との積を平均射出速度ｖ_ＭＩの値で正規化したものとして表され、ここで、流動性Ｆ_ＺＥＬは、端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）から端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）の圧力積分である。この場合、スクリュ位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１は、好ましくは、初期的な加速効果の後、スクリュ速度ｖがはじめて一定値に達した領域内に来るように選定される。状況によっては、過渡特性に起因して生じうる障害が除去されるよう、当該位置に対し、適切な大きさのさらなる安全距離Δｘ_{ｖＣｏｍｐ}を加算できる。また、第２の位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２はいずれの場合にも学習射出成形サイクルの切り換え点ＣＯＰ_Ｌの位置より大きく、つまり、相応に時点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）はつねに時点ｔ（ＣＯＰ_Ｌ）より小さい。位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１はいずれの場合にも位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２よりかなり大きく、つまり、スクリュはつねに位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２よりも早く位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１に到達する。

このようにして求められた粘度指数ＶＩ_Ｌは、本発明で認識されているように、学習射出成形サイクルで使用される溶融物の特性、特に粘度を、充分な精度で表している。

第２の手段
これに代わる第２の手段として、粘度指数ＶＩ_Ｌを、学習射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＬにおいて求めることもできる。ここで求められる粘度指数ＶＩ_Ｌは、学習射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＬにおいて求められた流動性Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＬ}と補正係数Ｋ_２との積を期間Ｉ_ＭＭによって正規化したものとして表される。ここで、流動性Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＬ}は、種々のスクリュ位置ｓ、例えば第１のスクリュ位置ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１及び第２のスクリュ位置ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２の通過によって定められる時間範囲にわたる、可塑化スクリュの駆動モーメントＭ_Ｌ（ｔ）の積分である。積分の両端ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）は、当該領域内で駆動モーメントＭ_Ｌ（ｔ）が例えば加速効果もしくは過渡効果による障害影響をほとんどもしくは全く有さなくなるように選定される。

第３の手段
粘度指数ＶＩ_Ｐの計算は、上述した第１の手段と同様の方式で、生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰにおいて行われる。この場合、学習射出成形サイクルに即して上述した相応のパラメータが、粘度指数ＶＩ_Ｐの計算の基礎となる現在の生産射出成形サイクルから取り出される。この場合、第１の手段と同様に補正係数Ｋ_１が用いられる。

第４の手段
第４の手段として、粘度指数ＶＩ_Ｐを、第２の手段と同様の方式で、生産射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＰにおいて求めることもできる。この場合、粘度指数ＶＩ_Ｌの計算に用いられたパラメータが、生産射出成形サイクルの粘度指数ＶＩ_Ｐの計算時にも同様に求められる。特に、流動性Ｆ_{ＰＰｌａｓｔ}の計算の基礎となるのは、生産射出成形サイクルにおける可塑化スクリュのトルクＭ_Ｐ（ｔ）である。

例えば、質量圧力特性に相関する圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ），ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）は、射出圧特性もしくは液圧特性もしくはキャビティ内圧特性もしくは質量圧特性であってよく、又は、射出モータのモータトルクから求めることができる。

また、生産射出成形サイクルの保圧フェーズＮＰにおいて、保圧力ｐ_ＮＰを、保圧力の予調整値ｐ_Ｎに対して、
ｐ_ＮＰ＝（ｐ_Ｎ）・（１＋Ｋ_３・（ＶＩ_Ｐ−ＶＩ_Ｌ）／ＶＩ_Ｌ）
にしたがって係数ＶＩ_Ｐ／ＶＩ_Ｌだけ変化させると有利であることが判明している。ここで、補正係数Ｋ_３は、主として製造すべき成形品に依存する入力値である。成形品の壁厚が薄ければ弱い適応化しか必要なく、壁厚が厚ければ強い適応化が必要である。例えば、係数Ｋ_３に対し、制御部において２つ以上の適応化段階を設けることができる。この場合、機械のオペレータは、製造すべき成形品の空間形状及び／又はその他の特性に基づき、自身の経験に応じて、係数Ｋ_３を選定できる。例えば、機械のオペレータが経験に応じて有意な選択を行うために、４つの適応化段階「弱」「中」「強」「最強」が設けられる。

有利には、少なくとも生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰのたびに粘度指数ＶＩ_Ｐが求められる場合、スクリュ位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２が、充分な程度だけ、切り換え点ＣＯＰ_Ｐの前方へ配置される。充分な程度とは、切り換え点ＣＯＰ_Ｐの空間的移動により、又は、残りの射出フェーズＥＰにおけるスクリュ速度プロフィルの適応化により、粘度指数ＶＩ_Ｐが求められてから切り換え点ＣＯＰ_Ｐまでの残り時間、すなわち、射出フェーズＥＰの残り過程において、充填指数ＦＩ_Ｐの大きさへの影響を充分に考慮でき、本発明の基礎となる式ＦＩ_Ｐ＝ＭＰＶ_ｅｑ・ＶＩ_Ｐが満足される程度である。この場合、位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２の設定は、学習射出成形サイクルの切り換え点ＣＯＰ_Ｌから出発して、切り換え点ＣＯＰ_Ｐに予測される最大シフト量の大きさΔｓ_ｍａｘと、粘度指数ＶＩ_Ｐが求められてから充填指数ＦＩ_Ｐを求めるまでの計算時間ｔ_ＲＺに必要な経路区間とが考慮されるように行わなければならない。

有利には、スクリュ位置ｓ＝ＣＰは固定の圧力設定値ｐ_ＣＰとして定義されるかもしくはこの値から求められる。又は、当該スクリュ位置を、逆止弁が確実に閉鎖される位置ｓとして選択することもできる。これにより、逆止弁の閉鎖までにキャビティへ輸送される溶融物に関して発生する不鮮鋭性が確実に除去される。

さらに、射出成形サイクルにつき、射出フェーズＥＰ，ＥＬ中、切り換え点ＣＯＰ_Ｌ，ＣＯＰ_Ｐまでは、スクリュ位置ｓに関する位置制御又は位置制御及び圧力制限を行い、切り換え点ＣＯＰ_Ｌ，ＣＯＰ_Ｐの後、保圧フェーズＮＰの終了までは、圧力制御を行うと有利であることが判明している。

例えば、逆止弁の閉鎖特性に依存して、溶融物の粘度の変化ひいては粘度指数ＶＩ_Ｌ，ＶＩ_Ｐの変化に基づかない、記録された圧力曲線ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ），ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）のずれが生じることがある。こうした誤差を補償するために、逆止弁の閉鎖特性に依存して、測定間隔ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２を、必要に応じて空間的により大きなスクリュ位置もしくはより小さなスクリュ位置の方へシフトすることができる。ここで、有利には、予め定められた基準圧ｐ_Ｒｅｆが生産サイクルにおいて学習サイクルよりも空間的に早く（前方の位置で）通過される場合、すなわち、ｓ（ｐ_ＲｅｆＰ）＞ｓ（ｐ_ＲｅｆＬ）が当てはまる場合、測定間隔ＭＩは空間的により大きなスクリュ位置ｓの方へシフトされる。

逆に、予め定められた基準圧ｐ_Ｒｅｆが生産サイクルにおいて学習サイクルよりも空間的に遅く（後方の位置で）通過される場合、すなわち、ｓ（ｐ_ＲｅｆＰ）＜ｓ（ｐ_ＲｅｆＬ）が当てはまる場合には、測定間隔ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２は空間的により小さいスクリュ位置ｓの方へシフトされる。

さらには、基準圧ｐ_Ｒｅｆを、位置ＭＩ_Ｐｏｓ１での圧力よりも小さい圧力として、すなわち、粘度指数ＶＩ_Ｐの計算開始よりも前に存在する圧力ｐ_Ｒｅｆとして選択すると有利であることが判明している。この場合、基準圧ｐ_Ｒｅｆは、質量圧力特性に相関する記録された圧力特性曲線ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ），ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）上の所定の点である。

本発明の方法によれば、求められた粘度指数ＶＩ_Ｐに依存して、正確な成形充填のための制御が広い限界範囲において可能となる。ただし、例えば、粘度指数ＶＩ_Ｐが生産サイクルごとに連続して求められる場合、生産サイクルごとの粘度指数ＶＩ_Ｐの偏差が長く続く傾向が認識されることがある。このような場合、有利には、粘度指数ＶＩ_Ｐを、溶融温度、例えばシリンダ温度の設定、又は、滞留圧の設定、又は、スクリュ回転数の設定を変化させることによって適応化できる。

別の有利な実施形態は他の従属請求項に記載されている。

以下に本発明を例示の図に即して詳細に説明する。

成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑを求めるための学習射出成形サイクルを示す概略的なグラフである。 積分の両端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）を求める有意な手段を説明するための、図１と同様の概略的なグラフである。ただし、充填指数ＦＩ_Ｌはハッチングでは示されていない。 粘度指数ＶＩ_Ｌ，ＶＬ_Ｐを求める手段を説明するための概略的なグラフである。 学習射出成形サイクルよりも高い粘性を有する材料の圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）を示す概略的なグラフであり、材料の流動性Ｆ_ＺＥＰと要求される充填指数ＦＩ_Ｐとがハッチングで示されている。 学習プロセスよりも低い粘性を有する材料の流動性Ｆ_ＺＥＰとこれに必要な充填指数ＦＩ_Ｐとをハッチングで示した、図４と同様のグラフである。 測定間隔ＭＩのシフトを説明するためのグラフである。 従来技術の方法（本発明の制御は行われない）で使用される材料と、本発明の方法で使用される材料とについての、成形品重量と粘度指数ＶＩ_Ｐとの関係を複数の生産サイクルにわたって示す概略的なグラフである。 材料の粘度指数ＶＩ_Ｐが変化する場合に、従来技術の方法では一定である切り換え点ＣＯＰ_Ｐを本発明の方法で変化させる手法を複数の生産サイクルにわたって示す概略的なグラフである。

本発明の方法（図１）の学習フェーズは、成形ツールを備えた射出成形機を準備し、当該射出成形機が成形ツールのキャビティに成形品を製造するように構成することを基礎としている。

以下に説明する各グラフをより良く理解してもらうために、図１，図２のスクリュ位置ｓ（ｔ）は、初期位置ｓ_Ａから切り換え点ＣＯＰ_ＬもしくはＣＯＰ_Ｐでのスクリュ位置すなわちｓ＝ＣＯＰ_Ｌもしくはｓ＝ＣＯＰ_Ｐへ向かって低下していくことを強調しておく。

成形品を取得するための学習射出成形サイクルの実行中、学習射出成形サイクルの質量圧力特性と相関する圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）が記録される。圧力特性の記録は時間ｔにわたって行われる。圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）のほか、図１では破線でスクリュ位置ｓ（ｔ）及びスクリュ速度ｖ（ｔ）が示されている。時間軸には、特徴的な時点ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ），ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２），ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）が示されている。曲線ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）の下方、端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）から端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの範囲内の面積は、ここでの溶融物の流動性Ｆ_ＺＥＬを表しており、式

によって規定される。

積分の端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）から端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの範囲内で、スクリュ速度ｖ（ｔ）の平均値が形成される。当該平均値はｖ_ＭＩと称される。当該平均値ｖ_ＭＩで正規化され、場合によりスケーリングのための補正係数Ｋ_１と乗算される流動性Ｆ_ＺＥＬから、粘度指数ＶＩ_Ｌが得られる。これは、射出フェーズＥＬで求められた、学習射出成形サイクルの溶融物特性を表す。

学習射出成形サイクルにおいて成形品が正確な体積で充填されることを表す指標として、充填指数ＦＩ_Ｌが求められる。ここで、充填指数ＦＩ_Ｌは、曲線ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）の下方、端ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）から端ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）までの範囲内の面積に相当し、積分

によって求められる。

ここでの積分上端ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）は、学習射出成形サイクルにおいて予調整された切り換え点ＣＯＰ_Ｌの位置であり、これはスクリュ位置ｓが相応の時間値ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）の切り換え点に達した点に相当する。本発明によれば、射出フェーズＥＬにおいて、成形充填が切り換え点ＣＯＰ_Ｌで終了したところから出発する。射出フェーズＥＰに続く保圧フェーズＮＰにおけるさらなる成形充填にはここでは立ち入らない。充填指数ＦＩ_Ｌを求めるための積分が開始される積分下端ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）は、積分開始時ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）に成形ツールのキャビティの有効な充填が開始されるか又は既に開始されているように設定される。これは特に、逆止弁が設けられる場合にこれが確実に閉鎖されるケースである。逆止弁の正確な閉鎖時点の計算は技術的に複雑であるか又は単純な技術的手段では正確に行えないものであるので、これに代えて、実験によって得られた、キャビティの有効な充填が開始されている時点すなわち逆止弁の閉鎖が既に行われている時点の圧力設定値ｐ_ＣＰを選択できる。こうした圧力値ｐ_ＣＰ＝ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ））は、有利には、大きさの点で、当該圧力値の大きさが時点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）での圧力値ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）よりも小さくなるように選択される。

成形品のサイクルにおいて、上述した２種類の積分が記録され、続いて、粘度指数ＶＩ_Ｌ及び充填指数ＦＩ_Ｌの計算値から相互の比が形成され、この比ＦＩ_Ｌ／ＶＩ_Ｌから成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑが得られる。

以下に、図２に即して、積分の両端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）を求める手段の例を説明する。粘度指数ＶＩ_Ｌが実際に学習射出成形サイクルにおける溶融物の特性を表す尺度量となるよう、積分開始時点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）を適切に定める必要がある。ここで、ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１はいずれの場合にもｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２より大きくなければならない。つまり、ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）からｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの積分間隔をできるだけ大きくして、粘度指数ＶＩ_Ｌをできるだけ正確に求めるために、積分開始時点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）をできるだけ小さく、言い換えれば位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１をできるだけ大きく選定すべきである。他方で、スクリュの始動過程及び加速過程ひいてはここから生じる圧縮効果及び過渡特性が溶融物内部の粘度指数ＶＩ_Ｌに負の影響を与えることを回避するには、最小値ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）は下方超過されてはならない。このような対立を解消するために、値ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１を次のように求めることが有意である。

スクリュが射出成形機の制御部において設定された速度プロフィルの第１段階で設定速度ｖ（ｔ）に達すると、スクリュ位置ｓ＝ｘ_ｖが記憶される。当該位置ｓ＝ｘ_ｖから安全距離としての最大圧縮距離Δｘ_{ｖＣｏｍｐ}が減算される。ここでは、安全距離Δｘ_{ｖＣｏｍｐ}は、溶融物内の過渡特性又は圧縮特性が確実に減衰されるように選定されている。当該位置から、流動性Ｆ_ＺＥＬを充分な精度で計算できることが充分に保証される。したがって、粘度指数を計算する際の積分の第１の端は
ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）＝ｔ（ｓ＝ｘ_ｖ−ΔＭ_{ｖＣｏｍｐ}）
で得られる。

粘度指数ＶＩ_Ｌを計算する際に積分上端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）を有効に取得するには、スクリュ位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２を適切に求める必要がある。適切な手法は、まず、学習射出成形サイクルの切り換え点ＣＯＰ_Ｌの位置ｓ＝ＣＯＰ_Ｌから出発する。この場合、位置ｓ＝ＣＯＰ_Ｌは位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２より小さい。本発明はとりわけ、生産サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｐの計算後の射出フェーズＥＰの充分な大きさの残り過程を利用し、射出フェーズＥＰで求められた粘度指数ＶＩ_Ｐに依存して、なお充分な規模で、同じ射出フェーズＥＰの充填指数ＦＩ_Ｐへの影響があるようにすることを基礎としている。この場合、要求される充填指数ＦＩ_Ｐを計算するには、粘度指数ＶＩ_Ｐを求める積分の終了から、或る程度の時間が必要である。当該計算時間ｔ_ＲＺは数ミリ秒であり、この時間で走行されるスクリュ距離を含め、所定の計算区間Δｓ＝ｖ_ＭＩ・ｔ_ＲＺが得られる。

さらに、本発明によれば、特に切り換え点ＣＯＰ_Ｐをより大きなもしくはより小さなスクリュ位置ｓの方へシフトすることによって、充填指数ＦＩ_Ｐの適応化が行われる。このように切り換え点ＣＯＰ_Ｐをより大きなスクリュ位置ｓの方へシフトする際の最大可能量はΔｓ_ｍａｘとされ、これにより、積分上端のスクリュ位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２を
ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２＞ＣＯＰ_Ｌ＋ｖ_ＭＩ・ｔ_ＲＺ＋Δｓ_ｍａｘ
と選定すると有利であることが判明している。

学習射出成形サイクルの射出フェーズＥＬでいったん定められた積分間隔、すなわち、始点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）から終点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの間隔は、対応するスクリュ位置ｓに関連して、測定間隔ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２と称される。この場合、学習フェーズで求められた測定間隔ＭＩの大きさが、後続の生産射出成形サイクルにおいて維持される。

学習射出成形サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｌ又は同様の生産射出成形サイクルでの粘度指数ＶＩ_Ｐを求めるための別の手段を、図３に即して説明する。図３には、学習射出成形サイクルにおける可塑化スクリュの典型的なモーメント特性Ｍ_Ｌ（ｔ）が示されている。こうした典型的な特性は生産射出成形サイクルにおいてもＭ_Ｐ（ｔ）として現れる。特性Ｍ_Ｌ（ｔ），Ｍ_Ｐ（ｔ）は、ここでは、可塑化フェーズＰＰ中の可塑化スクリュのトルク特性を表している。なお、可塑化フェーズＰＰは、溶融物の粘度指数ＶＩ_ＬもしくはＶＩ_Ｐを求めるのに好適であると判明している。ここでは、まず、流動性Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＬ}が、端ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１）から端ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）までの時間に依存する駆動モーメントＭ_Ｌ（ｔ）の積分として形成される。当該流動性Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＬ}は、期間Ｉ_ＭＭ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２−ＭＭ_Ｐｏｓ１にわたって正規化され、場合によりスケーリングのための補正係数Ｋ_２と乗算される。この場合、積分の両端ＭＭ_Ｐｏｓ１，ＭＭ_Ｐｏｓ２は、一方では粘度指数ＶＩ_Ｌ，ＶＩ_Ｐを充分な精度で求めるために両位置間の充分な間隔が得られるように、他方では位置ＭＭ_Ｐｏｓ１，ＭＭ_Ｐｏｓ２が可塑化スクリュの始動時もしくは制動時の立ち上がり過程乃至立ち下がり過程から充分に離れるように、定められる。学習射出成形サイクルでいったん設定された、位置ＭＭ_Ｐｏｓ１，ＭＭ_Ｐｏｓ２に対応する時点ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）間の積分領域は、後続の生産射出成形サイクルにおいても維持される。該当する可塑化フェーズＰＰとして、例えば、後続の射出フェーズＥＰのために溶融物を処理する可塑化フェーズＰＰが考察される。本発明によれば、可塑化フェーズＰＰで求められた粘度指数ＶＩ_Ｌと後続の射出フェーズＥＬで求められた充填指数ＦＩ_Ｌとを用いて、式ＭＰＶ_ｅｑ＝ＦＩ_Ｌ／ＶＩ_Ｌにしたがい、成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑの値が求められる。

図２に示されているような、学習射出成形サイクルの射出フェーズＥＬにおいて粘度指数ＶＩ_Ｌを求めるケースに対し、後続の生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰにおいてももちろん粘度指数ＶＩ_Ｐを計算できることを、明確性のために指摘しておく。学習射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＰにおいて粘度指数ＶＩ_Ｌを求めるケースに対しても同様に、生産射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＰにおいて粘度指数ＶＩ_Ｐを計算できる。

したがって、学習フェーズ、すなわち、少なくとも１つの成形品を製造する過程では、射出成形サイクルに基づいて、次に挙げる値が学習される。
ａ）成形品体積当量ＭＰＶ_ｅｑの値；
ｂ）流動性Ｆ_ＺＥＬが求められた測定間隔ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２の値；この測定間隔ＭＩの大きさは後続の生産サイクルにおいても基礎とされる。
ｃ）また、学習フェーズの圧力設定値ｐ_ＣＰも同様に生産サイクルへ引き渡される。学習フェーズと同様に、生産フェーズで充填指数ＦＩ_Ｐが求められる場合、生産フェーズにおいても、積分下端として、圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）が圧力設定値もしくは求められた圧力値ｐ_ＣＰを通過する時点ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｐ）が用いられる。
ｄ）射出フェーズＥＬにおいて粘度指数ＶＩ_Ｌが求められている場合、付加的に、スクリュ位置ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１，ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２が引き渡され、場合によりその絶対値が図６に即して後述するように適応化される。
ｅ）粘度指数ＶＩ_Ｌが可塑化フェーズＰＬにおいて求められている場合、スクリュ位置ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１，ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２の値が引き渡される。
ｆ）学習フェーズにおいて係数Ｋ_１≠１かつＫ_２≠１が用いられている場合、係数Ｋ_１，Ｋ_２も生産フェーズに引き渡される。

以下では、本発明の方法の生産フェーズを図４−図６に即して説明する。図４には、時間ｔに関する質量圧ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）のグラフが示されている。生産射出成形サイクルにおける材料の質量圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）が実線で示されており、また、比較のために、学習射出成形サイクルにおいて記録された質量圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）が点線で示されている。さらに、射出フェーズＥＰ及び保圧フェーズＮＰの一部も示されている。圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）のレベルは、積分の端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）から端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの範囲内では、同じ範囲内の圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）に比べて著しく高くなっている。したがって、ここから、端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）から端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）までの範囲内で圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）の積分が求められる場合に、流動性Ｆ_ＺＥＰのより大きな値が得られることがわかる。また、学習フェーズと同様に、係数Ｋ_１と平均速度ｖ_ＭＩとにより、材料の粘度指数ＶＩ_Ｐが求められる。遅くとも時点ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）で確定される材料の粘度指数ＶＩ_Ｐの値から、式ＦＩ_Ｐ＝ＭＰＶ_ｅｑ・ＶＩ_Ｐを適用して、当該材料について達成すべき充填指数ＦＩ_Ｐの値が求められる。これは、正確な体積で成形充填を行い、学習フェーズとは異なる粘度指数ＶＩ_Ｐを有する材料での生産射出成形サイクルによって成形品を取得するための値である。当該計算は、充填指数ＦＩ_Ｐを求めるための時点ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｐ）からの積分を時間的に連続して行い、ＶＩ_Ｐが既知となった時点でただちに、要求される充填指数ＦＩ_Ｐを求めることにより達成される。現在の充填指数ＦＩ_Ｐを求める積分が要求される充填指数ＦＩ_Ｐの値に達した場合には、保圧フェーズＮＰへの切換が行われる。

材料の粘性が高い場合、切り換え点ＣＯＰ_Ｐは例えば切り換え点ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）よりも時間的に後方に位置する。本発明によれば、学習射出成形サイクルで求められた値ＭＰＶ_ｅｑが、学習プロセスで使用された材料とは異なる材料特性を有する材料を用いた生産射出成形サイクルにおいても維持され、これにより、正確な体積でのキャビティの充填ひいては成形品の形成が達成される。溶融物特性の変動があっても、つまり、学習プロセスで求められた粘度指数ＶＩ_Ｌに比べて粘度指数ＶＩ_Ｐが変化しても、生産フェーズでの保圧力ｐ_ＮＰが例えば学習フェーズで行われた保圧の保圧力予調整値ｐ_Ｎに対して適応化されれば、部材品質のさらなる改善が達成される。この場合、生産フェーズでの保圧力ｐ_ＮＰは、式
ｐ_ＮＰ＝（ｐ_Ｎ）・（１＋Ｋ_３（ＶＩ_Ｐ−ＶＩ_Ｌ）／ＶＩ_Ｌ）
にしたがって適応化され、ここでＫ_３は補正係数である。補正係数Ｋ_３は、製造すべき成形品の被加工物特性をシミュレートするものであってよい。例えば、補正係数Ｋ_３は、特に成形品の壁厚さが薄い場合、壁厚さが厚い場合よりも小さく定められる。その理由は、壁厚さの薄い成形品では、壁厚さの厚い成形品に比べ、保圧フェーズでの成形充填の効果が小さくなるからである。

図５には、圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）が圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）に比べて低いレベルにある生産射出成形サイクルが示されている。このことは、他の境界条件が等しいとして、ここでの材料が、学習射出成形サイクルの学習フェーズで使用された材料よりも低い粘性もしくは低い粘度指数ＶＩ_Ｐを有することを意味する。当該材料に対する、生産射出成形サイクルでの保圧力のレベルｐ_ＮＰは、学習射出成形サイクルでの保圧力のレベル又は保圧力予調整値ｐ_Ｎに比べて低下している。この場合、時点ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｐ）が時点ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）よりも“前方へ”ずれるが、これは、切り換え点ＣＯＰ_Ｐが、生産射出成形サイクルの材料の切り換え点のスクリュ位置ｓ＝ＣＯＰ_Ｐよりも絶対値の大きなスクリュ位置ｓの方へずれることを意味する。

所定の効果、例えば逆止弁の閉鎖特性が変化したことに基づいて、基準圧力値ｐ_Ｒｅｆ、例えば圧力値ｐ_ＣＰが時点ｔ’（ｓ＝ＣＰ）より時間的に前方で通過されることがある（図６を参照）。この場合、充填指数ＦＩ_Ｐを求めるための積分下端が変化し、積分の両端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）を維持しようとすると、粘度指数ＶＩ_Ｐの計算ひいては要求される充填指数ＦＩ_Ｐの計算に誤りが生じる。その結果、欠陥品が生産されることがある。これを防止するには、基準圧力値ｐ_Ｒｅｆが時間Δｔだけ“前方”もしくは“後方”へずれる場合に、積分の両端ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１），ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）を時間Δｔだけ“前方”もしくは“後方”へシフトさせるのが有利である。これに代えて、好ましくは測定間隔ＭＩの大きさが一定に保持されるよう、測定間隔ＭＩを相応により大きなスクリュ位置もしくはより小さなスクリュ位置の方へシフトさせてもよい。

図６には、粘性が一定の材料の例に即して、上記時間シフト量Δｔが定量的に示されている。

図７からは、本発明の方法のポジティブな作用が明らかである。図７には、第１の曲線（白い四角）として、複数の生産サイクルにわたり、溶融物の特性を表す粘度指数ＶＩ_Ｐが示されている。この実施形態では、１７番目のサイクルから、粘度指数ＶＩ_Ｐが最初著しく増大し、ついで上方の限界値に徐々に近づくことが示されている。こうした特性は、例えば、溶融物が冷えて高い粘度指数ＶＩ_Ｐが生じるケースに相当する。

第２の曲線（白い丸）に示されている従来のプロセス制御では、粘度指数ＶＩ_Ｐが増大するこうした変化によって、成形品重量の著しい低下が生じている。これは、キャビティの充填体積が充分でなかったために成形品重量が低下し、キャビティに空孔もしくは充填不足部分が生じたことを意味する。この場合には欠陥品が発生する。

第３の曲線（白い三角）として、本発明の方法を適用した場合の成形品重量の特性が示されている。ここでは、１７番目のサイクルからの粘度指数ＶＩ_Ｐの上昇にもかかわらず、本発明の方法によって、溶融物特性の変化に対して成形品重量をほぼ一定に保持できることがわかる。１７番目のサイクルから粘度指数ＶＩ_Ｐに関して溶融物特性が著しく変化しているが、本発明の方法では成形品重量をほぼ一定に保持できるので、正確な体積でキャビティを充填する制御が行われ、成形品の正確な製造が達成される。

図８には、従来のプロセス制御と本発明のプロセス制御とにおいて、複数の生産サイクルにわたる粘度指数ＶＩ_Ｐの変化が切り換え点ｓ＝ＣＯＰ_Ｐにどのように作用するかが示されている。第１の曲線（白い四角）には、複数のサイクルにわたる粘度指数ＶＩ_Ｐの特性が示されている。図７に即して説明したのと同様に、粘度指数ＶＩ_Ｐは１７番目のサイクルから著しく上昇し、３５番目のサイクルまでに上方レベルに近づいている。従来のプロセス制御（白い丸）では、切り換え点ＣＯＰ_Ｐへの影響は考慮されていない。切り換え点ｓ＝ＣＯＰ_Ｐは３５個の全サイクルの間、ほぼ一定にとどまっている。対して、本発明の方法が適用される場合、第３の曲線（白い三角）から、粘度指数ＶＩ_Ｐの上昇に相関するように切り換え点の位置ｓ＝ＣＯＰ_Ｐが小さいスクリュ位置の方へシフトされ、２６番目のサイクルあたりからほぼ一定の小さい値を取ることが明らかである。

本発明の方法は、あらゆる構造寸法の電気式及び液圧機械式の射出成形機に適用可能である。射出成形機の駆動ソフトウェアなどのプログラミングに際し、本発明の方法を新たな機械に組み込むことは、特に容易である。また、本発明の方法は、現行の射出成形機で一般的に測定可能な測定値、例えば、射出フェーズ中及び／又は保圧フェーズ中の圧力測定、射出フェーズ中のスクリュの経路測定、可塑化フェーズ中の可塑化スクリュの経路測定及びトルク測定などにおける測定値を基礎としており、本発明の方法のために付加的な測定電子回路等を設ける必要がない。この点で、本発明の方法は、上述した射出成形機のレトロフィット手段に特に適する。

本発明の方法によって動作する射出成形機は、例えば充填量の変動による成形品の品質への負の影響を自動的に補償できる。いずれの場合にも、成形品の品質に対する負の作用は、例えば障害発生後もしくは所定の静止状態後の機械の再始動時に、本発明の状態依存性のプロセス制御によって自動的に補償される。機械のオペレータは、例えば射出成形機のパラメータを手動で追従制御するために生産プロセスへアクセスする頻度を低くしなければならない。個々の成形品の品質の差は、生産条件及び／又は環境条件が変化する場合にも、最小値へ低減される。

材料特性、例えば材料湿性乃至材料組成（充填量の変動）と、その射出成形機の動作への影響、例えば逆止弁の閉鎖特性への影響とに依存して、機械のオペレータの介入なしに、本発明の方法により自動補正を行うことができる。これにより、特に成形品を製造する際に、キャビティへの過射出又はキャビティ内の充填不足が防止される。このようにして大幅なコスト節約が達成される。プロセスの安全性及び自動化の程度も高まる。

また、本発明の方法によれば、外部影響、例えば、射出成形機が設置された工場における環境温度の変化も補償可能である。調整設定が固定されている場合、例えば、太陽光の入射の相違、又は、工場内で駆動される射出成形機もしくは装置の数の相違などから生じる環境温度の変化によって、処理すべき溶融物に僅かな粘性変動が生じる。こうした粘性変動も成形品の品質に対して負の影響を有する。本発明の方法によれば、こうした溶融物特性の変化、特に粘性変動が識別され、プロセス制御の変更によって、成形ツールのキャビティの確実かつ完全な充填が保証される。

ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ） 学習射出成形サイクルにおける圧力特性、 ＶＩ_Ｌ 学習射出成形サイクルでの粘度指数、 ＥＬ 学習射出成形サイクルの射出フェーズ、 ＰＬ 学習射出成形サイクルの可塑化フェーズ、 ＦＩ_Ｌ 学習射出成形サイクルでの充填指数、 ｓ スクリュ位置、 ｔ（ｓ） 所定のスクリュ位置ｓに対応する時点、 ＣＯＰ_Ｌ 切り換え点、 ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ 切り換え点でのスクリュ位置、 ｓ＝ＣＰ_Ｌ 充填指数ＦＩ_Ｌを求めるための積分を開始するスクリュ位置、 ＭＰＶ_ｅｑ 成形品体積当量、 ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ） 生産フェーズ中の質量圧力特性に相関する圧力特性、 ＶＩ_Ｐ 生産射出成形サイクルでの粘度指数、 ＥＰ 生産射出成形サイクルの射出フェーズ、 ＰＰ 生産射出成形サイクルの可塑化フェーズ、 ＦＩ_Ｐ 生産射出成形サイクルでの充填指数、 ＭＥＰ 機械調整パラメータ、 Ｆ_ＺＥＬ 学習射出成形サイクルの射出フェーズ中に求められた流動性、 Ｋ_１，Ｋ_２，Ｋ_３ 補正係数、 ｖ_ＭＩ スクリュ位置ＭＩ_Ｐｏｓ１からスクリュ位置ＭＩ_Ｐｏｓ２までのスクリュ速度ｖ（ｔ）の平均値、 Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＬ} 学習射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＬ中に求められた流動性、 ＭＭ_Ｐｏｓ１，ＭＭ_Ｐｏｓ２ 可塑化フェーズＰＬ中のスクリュ位置ｓ、 Ｉ_ＭＭ 可塑化フェーズＰＰ中の測定間隔、 Ｍ_Ｌ（ｔ） 学習射出成形サイクル中の駆動モーメント、 ＭＩ 射出フェーズ（ＥＰ又はＥＬ）中の測定間隔、 Ｆ_ＺＥＰ 生産射出成形サイクルの射出フェーズＥＰ中に求められた流動性、 Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＰ} 生産射出成形サイクルの可塑化フェーズＰＰ中に求められた流動性、 Ｍ_Ｐ（ｔ） 生産射出成形サイクルの可塑化スクリュの駆動モーメントのモーメント特性、 ｐ_ＮＰ 保圧力の適応化値、 ｐ_Ｎ 保圧力の予調整値、 ｔ_ＲＺ 計算時間、 Δｓ_ｍａｘ 切り換え点の最大シフト量、 ｐ_ＣＰ スクリュ位置ｓ＝ＳＰ_Ｌ又はｓ＝ＣＰ_Ｐでの圧力の予調整値、 ｐ_Ｒｅｆ 基準圧、 ｐ_ＲｅｆＰ 生産サイクルの基準圧、 ｐ_ＲｅｆＬ 学習サイクルの基準圧

Claims (16)

1. 射出成形プロセス、型押しプロセス、マルチコンポーネントプロセス又は発泡プロセスにて、処理すべき材料の溶融物を成形ツールのキャビティに正確な体積で充填する方法であって、
   前記方法は、学習フェーズと生産フェーズとを含み、前記学習フェーズでは少なくとも以下の１）から５）のステップを実行し、前記生産フェーズでは少なくとも以下の６）から８）のステップを実行し、
   前記学習フェーズでは、
   １）成形ツールを備え、前記成形ツールのキャビティにおいて成形品を製造するように構成された射出成形機を準備するステップと、
   ２）成形品を取得するための学習射出成形サイクルを少なくとも１回実行し、質量圧力特性に相関する圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）を記録するステップと、
   ３）前記学習射出成形サイクルの射出フェーズ（ＥＬ）において、又は、前記学習射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズ（ＰＬ）において、前記学習射出成形サイクルの溶融物の特性を表す粘度指数（ＶＩ_Ｌ）を求めるステップと、
   ４）前記学習射出成形サイクルにおいて、成形品がキャビティへ正確な体積で充填されることを表す指標としての充填指数（ＦＩ_Ｌ）を求めるステップと、
   を行い、
   充填指数（ＦＩ_Ｌ）は、
   

   

   であり、ここで、ｔ（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）は、前記学習射出成形サイクルの射出フェーズ（ＥＰ）から保圧フェーズ（ＮＰ）への切り換え点（ＣＯＰ_Ｌ）のスクリュ位置（ｓ＝ＣＯＰ_Ｌ）に対応する時点であり、ｔ（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）は、スクリュ位置（ｓ＝ＣＰ_Ｌ）が前記圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ）＝圧力設定値ｐ_ＣＰの生じる位置に達した時点、又は、前記キャビティの充填開始位置に達した時点であり、ｓ＝ＣＰ_Ｌ＞ｓ＝ＣＯＰ_Ｌが当てはまり、
   前記学習フェーズでは、
   ５）成形品体積当量
   ＭＰＶ_ｅｑ＝ＦＩ_Ｌ／ＶＩ_Ｌ
   を形成するステップを行い、
   前記生産フェーズでは、
   ６）前記成形ツールによる生産射出成形サイクルを複数回実行し、質量圧力特性に相関する少なくとも１つの圧力特性ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）を記録し、生産射出成形サイクルの前記射出フェーズ（ＥＰ）において、又は、生産射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズ（ＰＰ）において、現在の生産射出成形サイクルの溶融物の特性を表す粘度指数（ＶＩ_Ｐ）を求めるステップと、
   ７）前記粘度指数（ＶＩ_Ｐ）が求められた後、前記現在の生産射出成形サイクルに要求される充填指数（ＦＩ_Ｐ）を
   ＦＩ_Ｐ＝ＭＰＶ_ｅｑ・ＶＩ_Ｐ
   から計算するステップと、
   ８）前記生産射出成形サイクルの射出フェーズ（ＥＰ）から保圧フェーズ（ＮＰ）への切り換え点（ＣＯＰ_Ｐ）及び／又は残りの射出フェーズ（ＥＰ）における射出速度プロフィルを、
   

   

   が成り立つように適応化するステップと、
   を行う、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記学習射出成形サイクルの射出フェーズ（ＥＬ）において、前記学習射出成形サイクルの溶融物の特性を表す前記粘度指数（ＶＩ_Ｌ）を求めるステップを、
   

   

   での、ＶＩ_Ｌ＝Ｆ_ＺＥＬ・Ｋ_１／ｖ_ＭＩによって行い、
   ここで、（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）及び（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）は、射出フェーズ（ＥＬ）におけるそれぞれ異なるスクリュ位置（ｓ）であり、ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）及びｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）は、対応するスクリュ位置（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１，ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）についてのそれぞれ異なる時点（ｔ）であり、ＭＩ_Ｐｏｓ１＞ＭＩ_Ｐｏｓ２＞ＣＯＰ_Ｌが当てはまり、ｖ_ＭＩは、スクリュ位置（ＭＩ_Ｐｏｓ１）及び（ＭＩ_Ｐｏｓ２）間のスクリュ速度ｖ（ｔ）の平均値であり、（Ｋ_１）は、スケーリングのための定数である、
   請求項１記載の方法。
3. 前記学習射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズ（ＰＬ）において、前記学習射出成形サイクルの溶融物の特性を表す前記粘度指数（ＶＩ_Ｌ）を求めるステップを、
   

   

   での、ＶＩ_Ｌ＝Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＬ}・Ｋ_２／Ｉ_ＭＭによって行い、
   ここで、（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１）及び（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）は、それぞれ異なるスクリュ位置（ｓ）であり、ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１）及びｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）は、可塑化フェーズ（ＰＬ）における対応するスクリュ位置（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１，ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）についてのそれぞれ異なる時点（ｔ）であり、ＭＭ_Ｐｏｓ１＜ＭＭ_Ｐｏｓ２かつＩ_ＭＭ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２−ＭＭ_Ｐｏｓ１が当てはまり、Ｍ_Ｌ（ｔ）は、可塑化スクリュの駆動モーメントであり、（Ｋ_２）は、スケーリングのための定数である、
   請求項１記載の方法。
4. 前記生産射出成形サイクルの射出フェーズ（ＥＰ）において、前記生産射出成形サイクルの溶融物の特性を表す前記粘度指数（ＶＩ_Ｐ）を求めるステップを、
   

   

   での、ＶＩ_Ｐ＝Ｆ_ＺＥＰ・Ｋ_１／ｖ_ＭＩによって行い、
   ここで、（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）及び（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）は、それぞれ異なるスクリュ位置（ｓ）であり、ｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）及びｔ（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）は、射出フェーズ（ＥＰ）における対応するスクリュ位置（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１，ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）についてのそれぞれ異なる時点（ｔ）であり、ＭＩ_Ｐｏｓ１＞ＭＩ_Ｐｏｓ２＞ＣＯＰ_Ｐが当てはまり、ｖ_ＭＩは、スクリュ位置（ＭＩ_Ｐｏｓ１）及び（ＭＩ_Ｐｏｓ２）間のスクリュ速度ｖ（ｔ）の平均値であり、（Ｋ_１）は、スケーリングのための定数である、
   請求項１記載の方法。
5. 前記生産射出成形サイクルに先行する可塑化フェーズ（ＰＰ）において、前記生産射出成形サイクルの溶融物の特性を表す前記粘度指数（ＶＩ_Ｐ）を求めるステップを、
   

   

   での、ＶＩ_Ｐ＝Ｆ_{ＺＰｌａｓｔＰ}・Ｋ_２／Ｉ_ＭＭによって行い、
   ここで、（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１）及び（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）は、それぞれ可塑化フェーズ（ＰＰ）における異なるスクリュ位置（ｓ）であり、ｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１）及びｔ（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）は、対応するスクリュ位置（ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ１，ｓ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２）についてのそれぞれ異なる時点（ｔ）であり、ＭＭ_Ｐｏｓ１＜ＭＭ_Ｐｏｓ２かつＩ_ＭＭ＝ＭＭ_Ｐｏｓ２−ＭＭ_Ｐｏｓ１が当てはまり、Ｍ_Ｐ（ｔ）は、可塑化スクリュの駆動モーメントであり、（Ｋ_２）は、定数である、
   請求項１記載の方法。
6. 前記質量圧力特性に相関する圧力特性ｐ_{ＬＭａｓｓｅ}（ｔ），ｐ_{ＰＭａｓｓｅ}（ｔ）を、射出圧特性もしくは液圧特性もしくはキャビティ内圧特性もしくは質量圧特性とするか、又は、射出モータのモータトルクから求める、
   請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記生産射出成形サイクルの保圧フェーズ（ＮＰ）において、保圧力（ｐ_ＮＰ）を、保圧力の予調整された与圧（ｐ_Ｎ）に対して、
   ｐ_ＮＰ＝ｐ_Ｎ・（１＋Ｋ_３・（ＶＩ_Ｐ−ＶＩ_Ｌ）／ＶＩ_Ｌ）
   となるように変化させ、ここで、Ｋ_３は、定数であり、ＶＩ_Ｐは、現在の生産射出成形サイクルの粘度指数であり、ＶＩ_Ｌは、学習射出成形サイクルの粘度指数である、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 射出成形サイクルの前記射出フェーズ（ＥＰ）において粘度指数（ＶＩ_Ｐ）が求められる場合の前記スクリュ位置（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ２）を、充分な程度だけ、すなわち、前記粘度指数（ＶＩ_Ｐ）が求められてから切り換え点（ＣＯＰ_Ｐ）までの前記射出フェーズ（ＥＰ）の残りの過程において、前記切り換え点（ＣＯＰ_Ｐ）の移動又はスクリュの速度プロフィルの適応化によって、充填指数（ＦＩ_Ｐ）の大きさへの影響を充分に考慮でき、特に
   ＭＩ_Ｐｏｓ２＞ＣＯＰ_Ｌ＋ｖ_ＭＩ・ｔ_ＲＺ＋Δｓ_ｍａｘ
   となる程度に、切り換え点（ＣＯＰ_Ｐ）の前方へ配置し、
   ここで、ｔ_ＲＺは、充填指数（ＦＩ_Ｐ）を求めるための計算時間であり、Δｓ_ｍａｘは、切り換え点（ＣＯＰ_Ｌ）に対する切り換え点（ＣＯＰ_Ｐ）の予測される空間的移動についての最大量である、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記スクリュ位置（ｓ＝ＣＰ_Ｌ；ｓ＝ＣＰ_Ｐ）を固定の設定値ｐ_ＣＰから求めるか、又は、逆止弁が閉鎖されているスクリュ位置（ｓ）とする、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 射出成形サイクルにつき、前記射出フェーズ（ＥＰ，ＥＬ）中、前記切り換え点（ＣＯＰ_Ｌ，ＣＯＰ_Ｐ）までは、スクリュ位置（ｓ）に関する位置制御を行うか又は位置制御及び圧力制限を行い、前記切り換え点（ＣＯＰ_Ｌ，ＣＯＰ_Ｐ）の後、保圧フェーズ（ＮＰ）の終了までは、圧力制御を行う、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 前記粘度指数（ＶＩ_Ｌ）又は（ＶＩ_Ｐ）を求める際の測定間隔（ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２）を、逆止弁の閉鎖特性に依存してシフトする、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 予め定められた基準圧（ｐ_Ｒｅｆ）が生産サイクルにおいて学習サイクルよりも空間的に早く通過される場合、すなわち、ｓ（ｐ_ＲｅｆＰ）＞ｓ（ｐ_ＲｅｆＬ）が当てはまる場合、測定間隔（ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２）をより大きいスクリュ位置（ｓ）の方へシフトする、
    請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 予め定められた基準圧（ｐ_Ｒｅｆ）が生産サイクルにおいて学習サイクルよりも空間的に遅く通過される場合、すなわち、ｓ（ｐ_ＲｅｆＰ）＜ｓ（ｐ_ＲｅｆＬ）が当てはまる場合、測定間隔（ＭＩ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１−ＭＩ_Ｐｏｓ２）をより小さいスクリュ位置（ｓ）の方へシフトする、
    請求項１から１２でのいずれか１項記載の方法。
14. 前記予め定められた基準圧（ｐ_Ｒｅｆ）を、所定のスクリュ位置（ｓ＝ＭＩ_Ｐｏｓ１）での圧力よりも小さくなるように選定する、
    請求項１２又は１３記載の方法。
15. 前記粘度指数（ＶＩ_Ｐ）を、溶融温度、例えばシリンダ温度によって、又は、滞留圧もしくはスクリュ回転数によって、適応化する、
    請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
16. 成形品体積当量（ＭＰＶ_ｅｑ）を求めるための学習フェーズを第１の射出成形機で行い、少なくとも前記成形品体積当量（ＭＰＶ_ｅｑ）を表す値を第２の射出成形機の制御部へ引き渡して、前記第１の射出成形機から前記第２の射出成形機へ成形ツールを交換した後に、前記方法の生産フェーズを前記第２の射出成形機によって行う、
    請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。

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