JP6800962B2 - 射出成形プロセスにおいて射出成形可能な材料の実体積を求めるための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、射出成形工具のキャビティへの射出成形可能な材料の実充填体積を求めるための方法に関する。

射出成形機は、全ての軸および駆動装置の運動を非常に高精度で可能にするものである。特に、たとえば溶融した熱可塑性材料（溶融物）を型工具のキャビティ内に入れるためのスクリュ並進運動は、とりわけ電気式射出成形機の場合、非常に高度に制御され、再現可能である。しかし、機械に起因しない変動、たとえば周辺変動および始動現象が、射出成形部品の製造時における射出成形プロセスの再現可能性に悪影響を及ぼす。従来技術において従来慣用されていた、成形部品品質を安定化するためのアプローチは、温度、（スクリュの）加速度、速度等を、製造時間にわたって可能な限り一定に維持するというものである。

しかしかかる措置は、材料、機械の温度環境、または、外部に発生する現象もしくは力学物理的な現象（たとえば顆粒侵入または逆流阻止の現象等）に生じる変動または変化を常に補償することができない。プロセス制御は常に同じであるにもかかわらず、かかる変動または変化によって型充填状態が変わり、これにより、成形部品の品質が変わり得る。

従来技術では、射出プロセスの測定および制御のためには、純粋な機械パラメータを使用する。たとえば、射出期間中は大抵、速度を一定に維持し、事後圧期間中は材料圧を一定に維持する。大抵の機械では、射出体積を測定および表示することができる。しかしこれは、実際に移動したスクリュ距離とスクリュ断面積とから単純な計算によって得られる理論射出体積である。よって、従来技術で使用される射出体積は、理論射出体積とみなすべきものである。しかし、使用される射出成形可能な材料の実際の圧縮率は、依然として考慮されていない。

独国特許発明第１０２００７０３０６３７号明細書（DE 10 2007 030 637 B4）から、溶融物の材料圧縮率を測定して、２つの材料成分の混合比を求めるために使用し、またはその際に考慮することが公知となっている。

独国特許発明第１０２００５０１６６１７号明細書（DE 10 2005 016 617 B3）からは、事後圧時間を調整し、プラスチック体積流量の低減に基づいて射出成形プロセスを制御することが公知となっている。同文献でも、プラスチック体積流量はスクリュ移動距離から求められるので、理論射出体積に相当するものであり、この理論射出体積を圧縮できる程度は、事後圧期間中の圧力レベル如何に応じて異なり得る。

欧州特許出願公開第１０７４３７４号明細書（EP 1 074 374 A1）から、型工具のキャビティに充填するために溶融物の圧縮率を使用する、いわゆる膨張射出成形プロセスが公知となっている。圧縮された溶融物体積は、弛緩プロセス（膨張）中に型工具のキャビティ内に送られ、ここで弛緩される。しかし、たとえばスクリュの移動による能動的な充填は行われない。完全な工具充填を行うためには、膨張体積が充填容積に一致しなければならない。実際に導入された体積は、上掲の文献から公知となっている方法では測定されず、また、機械の制御に用いられることもない。

特開平０１−１４６７１８号（JP H01-146718 A）からは、圧縮された射出材料の収縮を推定するために、とりわけ射出成形材料の力‐時間グラフを使用することが公知となっている。

米国特許第５２６００１０号明細書（US 5,260,010）から、射出物の充填質量を求めるために、最終射出の前および後の射出成形機の複数の異なるパラメータを求めることが公知となっている。

独国特許出願公開第３６０８９７３号明細書（DE 36 08 973 A1）からは、熱可塑性の成形材料を射出成形する際に圧縮期間を制御するための方法が公知となっており、この方法では、型工具への体積充填を介して、保持時間にわたって圧縮圧をかける。このことによって、スプルー流路が塞がるまで、型工具内に材料供給がなされる。場合によっては、塞ぐために特別に設けられたスプルー閉鎖機構によって塞ぎを引き起こすことが提案されている。

独国特許出願公開第１０２０１３１１１３２８号明細書（DE 10 2013 111 328 A1）から、射出成形工具のプロセス技術的特性を判定するための方法が公知となっている。この方法では、学習サイクルにおいて求められた特徴値に基づいて、射出成形工具の充填挙動の定性的分類を行う。

独国特許発明第１０２０１３１１１２５７号明細書（DE 10 2013 111 257 B3）から、射出成形プロセスにおいて充填体積を可能な限り一定に維持する努力が払われていることが公知となっている。これは、たとえば作業場温度、加工すべき材料のばらつき、および、材料の粘性に影響を及ぼす他のパラメータ等の、機械外部のばらつきを考慮したものである。

上掲の方法では成形部品体積当量を規定し、これは、切替点の調整によって一定に維持される。この測定量は、メルトフローインデックスと平均粘度との除算によって求められる。メルトフローインデックスは、射出プロセスの全部または一部にわたる圧力積分である。粘度は、充填期間の一部における平均圧力と、この領域における平均速度とから求められる。事後圧レベルは、学習プロセスにおける参照に対する相対的な粘度変化に依存して適宜調整される。

従来技術において開示されたどの解決手段によっても、従来は、成形材料の体積を、すなわち、成形工具のキャビティ内に導入される何らかの態様で射出成形可能な材料の体積は、圧縮に対応して測定または制御されなかった。射出成形可能な材料の圧縮率は、熱可塑性溶融物であるかまたは熱硬化性材料、シリコーンまたは塗料等であるかにかかわらず、基本的には、適正な型充填状態を保証するために考慮されることはない。

たとえば、従来はたとえばスクリュ径およびスクリュ移動距離等の幾何学的な境界条件から算出される理論体積および理論体積流量を介しての表示および制御は、圧縮を伴う。これは具体的には、たとえば１バールの圧力で体積１００ｃｍ^３のスクリュを１０００バールの材料圧で６０ｃｍ^３の位置まで移動させた場合、型内の充填体積は（ひいては充填質量も）、材料圧が５００バールまでしか上昇しない場合とは異なるものになる、ということである。たとえば、１０００バールの材料圧あたりの理論圧縮率が５％である場合、第１の事例では除圧後のスクリュ前室内の体積は６３．１ｃｍ^３となり、第２の事例ではスクリュ前室内の体積は６１．５ｃｍ^３しかないことに留意すべきである。つまり、第２の事例の方が１．６ｃｍ^３多い未圧縮の溶融物がキャビティ内に導入された、ということである。このことは、図１に概略的に示されている。よって、体積が等しい場合、または等価的にスクリュ移動距離が等しい場合に射出プロセスを終了させると、圧力が異なる場合には、導入された成形部品質量も異なってくる。しかし、圧力差は温度変動や材料の粘度変化によっても生じ、これにより、圧力差は完成後の成形部品の部品品質および重量一定性にも影響を及ぼす。

上記で既に述べたように、独国特許発明第１０２０１３１１１２５７号明細書では成形部品体積を測定する。しかし、この測定は直接には行われず、「成形部品体積当量」を介して間接的に行われる。

この「成形部品体積当量」は、事後圧切替点を求めるためにも用いられる。この方法は暗黙的に、類似の材料圧曲線推移を前提としている。

適応プロセス制御のための一用途例として、可塑化ないしは機械交換の形態の「外乱」もあり得る。これはとりわけ、スクリュ径に対する測定値の無依存性を引き起こす。この特性は、射出時間にわたる圧力積分を介して、ひいては成形部品体積当量を介してメルトフローインデックスを求める際には現れない。

よって本発明の課題は、射出成形プロセス中に射出成形可能な材料の実体積を求めるための方法を実現することである。さらに、かかる方法によって、部品品質、特に部品体積および型充填状態を特に高度に一定に維持できることを保証する必要がある。また、削減された投入稼働コストで、特に大きく削減された投入稼働コストで、同一の型工具を射出成形機の特性パラメータにのみ基づいて他の射出成形機に転用することができ、当該型工具を用いて他の射出成形機を低コストで稼働できることを保証する必要がある。

前記課題は、請求項１の発明特定事項を具備する方法によって解決される。従属請求項に有利な実施形態が記載されている。

射出成形プロセス中に、型工具の少なくとも１つのキャビティ内に導入される射出成形可能な材料の実体積Ｖ_ｒを求めるための方法は、以下のステップを有する：
ａ）射出成形プロセスの少なくとも充填期間中のプロセスパラメータから理論体積Ｖ_ｔを算出するステップ。
ｂ）少なくとも１つの材料圧ｐ_Ｍの少なくとも１つの値を算出および／または測定するステップ。
当該方法は本発明では、
ｃ）射出成形可能な材料の、ｐ_Ｍの前記値に対応する材料固有の圧縮率ｋ（ｐ）を選択するステップと、
ｄ）圧縮率ｋ（ｐ）を考慮して実体積Ｖ_ｒを算出するステップと、
によって改良される。

本発明の方法は、初めて、圧力下での射出成形可能な材料の実際の圧縮率を、射出成形プロセス中の実体積Ｖ_ｒを求めるための重要な要素として使用するものである。したがって、本発明によって初めて、複数の射出成形プロセスにわたって型充填状態を一定に維持し、少なくとも従来技術と比較して実質的に一様化することに成功した。というのも、射出成形可能な材料の圧縮率は、型工具のキャビティの充填に重大な影響を及ぼし、これにより、部品品質に影響を及ぼすとの認識が得られたからである。説明に際して述べておくべき点は、上記の発明特定事項ａ）および本願全体において使用されている「充填期間」との用語は、１つの射出成形プロセスの射出期間および事後圧期間、すなわち、成形材料がキャビティ内に到達する全期間をいう、ということである。

本発明の方法の有利な実施形態では、圧縮率ｋ（ｐ）を考慮して実体積Ｖ_ｒを算出した後（本方法のステップｄ）の後）、射出成形機の機械パラメータの調整を行う。この調整は、少なくとも１つのキャビティの理想的な実充填体積ΔＶ_ｒｉを達成するように行われる。かかる理想的な実充填体積ΔＶ_ｒｉは、たとえば大多数に繋がり、また、可能な限り正確に繰り返し、すなわちどのショットにおいても達成すべき目標量として規定することができる。

本発明の方法の他の有利な一実施形態では、射出成形可能な材料の材料固有の圧縮率ｋ（ｐ）は、機械コントローラに記憶された材料固有の圧縮率曲線ｋ（ｐ）から、特に、機械コントローラに記憶された断熱圧縮率曲線から選択される。射出成形機におけるかかる材料固有のデータ収集によって、どのような現在の圧力値ｐ_Ｍについても、対応する圧縮率を、たとえば単位％で読み出して、実体積Ｖ_ｒを算出することができる。

材料圧ｐ_Ｍとして、たとえばシリンダ内の材料圧または成形材料（射出成形可能な材料）の工具内圧力またはスクリュ前室内の成形材料圧を使用することが有利である。好適なのは、材料圧ｐ_Ｍの少なくとも２つの値ＡおよびＢを、規定されたプロセス窓中に算出および／または測定することである。有利には、高い比較可能性ないしは再現可能性を達成できるようにするため、これら２つの値ＡおよびＢを、同一の材料圧態様で測定する。

場合によっては、値Ａおよび／またはＢを、材料圧ｐ_Ｍの複数の個々の測定値の平均値として求めることも好適となり得る。

また好適には、位置ＡとＢとの間の圧縮に対応したＶ_ｒＡとＶ_ｒＢとの差に相当する実充填体積ΔＶ_ｒは、数式
に従って算出することができる。圧縮に対応したかかる実充填体積ΔＶ_ｒは、複数の異なる位置ＡおよびＢにおける圧力ｐ_Ｍの場合における射出成形可能な材料の圧縮率を考慮したものである。ここで、
ｐ_ＦＢ：位置Ｂにおける成形材料圧
ｐ_ＦＡ：位置Ａにおける成形材料圧
ｐ_ＳＡ：位置Ａにおけるスクリュ前室内の成形材料圧
ｐ_ＳＢ：位置Ｂにおけるスクリュ前室内の成形材料圧
である。

よって本発明では、キャビティ内の実充填体積ΔＶ_ｒについての関係を圧縮に対応して、たとえばスクリュ前室の領域における圧力比に基づいて求めることができる、との認識が得られた。スクリュ前室内の圧力値（ｐ_ＳＡまたはｐ_ＳＢ）は、射出成形機に設けられた測定手段を用いて、型内の、特に型充填中の圧力比より、格段に簡単に、かつ特に正確に求めることができる。よって、スクリュ前室内の圧力ｐ_ｓの観測を介して、キャビティ内の実充填体積ΔＶ_ｒを高信頼性で知ることができる。

これに代えて、または重畳的に、たとえば数式
から、実充填体積ΔＶ_ｒを所定の期間にわたる時間ｔによって微分することによって、
も算出することができる。

を算出する際には、時点ｔ_Ｂおよび／またはｔ_Ａに代えて、射出過程中または事後圧期間中のスクリュ速度ｖ_ｓも、
を算出するために使用することができる。

または実充填体積ΔＶ_ｒは、充填期間中に実充填体積ΔＶ_ｒＲおよび／または
の基準曲線と比較することができる。この比較によって、基準からの偏差により、少なくとも１つのキャビティへの充填時の外乱を検出することができる。たとえば、カスケードまたは高温流路ノズルの閉鎖の際に工具の損傷を防止するため、射出プロセスを遮断することができる。

正確さを向上させるためには、各測定された理論体積Ｖ_ｔにさらに、計算のために追加の定数の体積Ｖ_ｔ ^＊を加算することができる。これによって、スクリュまたはピストン移動距離に捕捉されなかった体積を考慮することができる。かかる体積はたとえば、ノズル内または高温流路システム内に存在するものである。

特に高い正確さと、射出プロセスの特に良好な細部可観測性または射出成形プロセスの全製造サイクルの特に良好な細部可観測性とを達成するためには、充填過程全体にわたって実充填体積ΔＶ_ｒを連続的に求めること、および／または、所定の体積流量プロファイルを辿るようにキャビティに充填するための射出運動に影響を及ぼすことが、好適となり得る。射出運動としてはたとえば、射出期間中にスクリュ送りの速度操作を行うことができる。事後圧期間中にはたとえば、事後圧の圧力制御または圧力操作が好適となり得る。

本発明の方法によって、実切替充填体積ΔＶ_{ｒＸｆｒＬ}を射出成形機の学習サイクルＬ中に求めることができ、この学習サイクルＬ中に実切替充填体積ΔＶ_{ｒＸｆｒＬ}に達した場合、事後圧期間に切替えを行う。かかる実切替充填体積ΔＶ_{ｒＸｆｒＬ}は、学習サイクルＬによって大多数が得られた場合に計算および記憶される。こうするためには、学習サイクルＬ中に切替時点の理論切替体積Ｖ_{ｔＸｆｒＬ}および対応する切替圧ｐ_ＸｆｒＬを測定する。

さらに、学習サイクルＬ中に基準圧力値ｐ_Ｒｅｆにおける理論基準体積Ｖ_{ｔＲｅｆＬ}を求めることもできる。圧力ｐ_Ｒｅｆは有利には、たとえば逆流阻止部の閉鎖等の始動現象が確実に消失するように選択される。

その後、好適には、上述の求められた値から、学習サイクルＬ中に実切替充填体積ΔＶ_{ｒＸｆｒＬ}を数式
から求めることができる。

学習サイクルＬの後に続く製造サイクルＰにおいて、基準圧力ｐ_Ｒｅｆにおける理論基準体積Ｖ_{ｔＲｅｆＰ}を求める。さらに、ｍ製造サイクルＰ中に、連動する時点ｔ_ｃにおける理論体積Ｖ_ｔＰＣを求める。この理論体積Ｖ_ｔＰＣから、製造サイクルＰ中の時点ｔ_ｃにおける実充填体積ΔＶ_ｒＰを、数式
から算出する。
ΔＶ_ｒＰ≧ΔＶ_{ｒＸｆｒＬ}
が成り立つ場合には、製造サイクルＰ中の事後圧期間への切替えが開始される。

本方法は、圧力制御される事後圧期間中にも適用することができる。その際には、事後圧期間中に、事後圧の調整によって理想的な実充填体積ΔＶ_ｒｉに達するように機械パラメータの調整を行う。

射出成形可能な材料を型工具の少なくとも１つのキャビティ内に導入することは、本発明の方法では好適には、スライドスクリュまたはピストンを用いて行われる。

射出成形可能な材料としてはたとえば、熱可塑性材料または熱硬化性成形材料またはシリコーンまたは塗料の溶融物を使用することができる。

本発明の方法は、射出移動距離すなわち射出体積に依存して、または時間に依存して制御される、射出成形プロセスの他の動作、たとえばコア引張りの作動、カスケードの開閉を、本方法に依存して、求められた実充填体積ΔＶ_ｒに従って制御することにより、改良方向に発展することができる。よって本発明では、従来技術ではたとえばスクリュ移動距離等の理論的パラメータに従って制御されていた機械動作を、キャビティの実充填体積ΔＶ_ｒに従ってトリガできるようになり、これにより、当該動作の正確さおよび再現性を向上させることができる。

本発明の方法の他の有利な一実施形態では少なくとも、第１の射出成形機の実切替充填体積ΔＶ_{ｒＸｆｒＬ}の、学習サイクルＬ中に学習された値と、基準圧力ｐ_Ｒｅｆとを、第２の同一構成または非同一構成の射出成形機に転用することができる。本発明では、これら２つの値のみを使用して、第２の射出成形機の高コストの投入稼働および較正を行うことなく、１つの射出成形機から他の射出成形機への工具入替えで高い部品品質を簡単に達成できるとの認識が得られた。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

複数の異なる圧力レベル（１０００バールおよび５００バール）で導入された射出成形可能な材料の体積差を概略的に示す図である。 スクリュ移動距離ｓ_Ａおよびｓ_Ｂの場合の２つの機械状態ＡおよびＢを大幅に概略化して示す図である。 非晶質（図３ａ）および部分結晶質（図３ｂ）の熱可塑性材料の各圧力‐温度グラフである（出典：Handbuch“Spritzgiessen”，Friedrich Johannaber, Walter Michaeli）。 熱可塑性のプラスチック（ＰＡ６ ＧＦ３０）の圧縮率曲線ｋ（ｐ）（断熱）を示す図である。 従来技術の曲線推移での時間にわたる体積ないしは体積流量（圧縮率を考慮していない）と、本発明の曲線推移での時間にわたる体積ないしは体積流量（圧縮率を考慮したもの、すなわち圧縮に対応したもの）との比較グラフである。

図１ａ〜図１ｃは、射出ユニット１の概略図であり、また、１バール（周囲圧）で１００ｃｍ^３の溶融物体積Ｖ_１を大幅に概略化して示したものである。これは出発状態である。

図１ｂでは、最初の事例では溶融物体積Ｖ_１は、スクリュ前室内において６０ｃｍ^３まで縮小され、１０００バールの圧力下にある。第２の体積Ｖ_２は、型工具の図示されていないキャビティ内に存在するものである。

図１ｂの右側の図には、溶融物体積Ｖ_１’が６０ｃｍ^３であり、５００バールの圧力下にある状態が示されている。

図１ｃの左側の図には、図１ｂ（左側）の状態が周囲圧まで弛緩された、図１ｂ（左側）の状態を示している。体積Ｖ_１’は６３．１ｃｍ^３に変化し、１バールの周囲圧になっている。図１の左側の図の体積Ｖ_２は、弛緩された状態では３６．９ｃｍ^３である。図１ｃの右側の図の体積Ｖ_２は３８．５ｃｍ^３である。このことは、図１ａ，１ｂ，１ｃの右側に示された事例では、導入された射出成形可能な材料が格段に少ない（１．６ｃｍ^３少ない）ことを意味する。

図１ａ，１ｂ，１ｃ中において隣り合って並列して示された両事例は、共に、射出成形型のキャビティ内に導入される成形材料の体積を従来は、圧縮率が考慮されるように測定または制御しなかった従来技術である。従来技術のかかる手法では、射出成形可能な材料が弛緩して射出成形過程中に異なる大きさの圧力を生じた場合、体積Ｖ_２の大きさが異なることが想定される。具体的には、（従来技術において実施されているように）射出成形機を体積制御下で、またはこれと等価的にスクリュ移動距離に応じて制御して動作させて、所定の理論体積Ｖ_ｔまたは所定のスクリュ移動距離になった場合に射出過程を終了させると、圧力が異なる場合、キャビティ内に導入される成形部品質量も異なる、ということである。

しかし、このような圧力差は実際には、温度変動や材料／顆粒／射出成形可能な材料の粘度変化によっても生じ、これにより、圧力差は完成後の成形部品の部品品質および重量一定性にも悪影響を及ぼす。この認識に基づいて、以下本発明を説明する。

本発明のコアは、プラスチック体積ｖ_ｒを圧縮に対応して求める方法である。換言すると、射出成形可能な材料の圧縮率を考慮して、体積ｖ_ｒをキャビティ内に導入する、ということである。概説すると、射出ユニット１には（図２ａ，図２ｂ参照）スクリュユニット２が設けられており、このスクリュユニット２には場合によっては、逆流阻止部が設けられていることがある。

これに代えて、スクリュユニット２をピストンとして構成することも可能である。

スクリュユニット２の上流には、射出成形可能な成形材料、たとえばプラスチック溶融物または熱硬化性の射出成形可能な成形材料が存在している。スクリュユニット２が位置Ａにある場合、この成形材料は圧力ｐ_ＳＡ下にある。このとき、スクリュはスクリュ移動距離ｓ_Ａの位置にある。これは、スクリュ前室内の理論体積Ｖ_ｔＳＡに相当する。同図では、キャビティ４を有する射出成形工具３も概略的に示されている。

さらに、型内圧力ｐ_ＦＡ下で既にキャビティ４内に存在する（スクリュ位置ｓ_Ａの）理論体積Ｖ_ｔＦＡも概略的に示されている。

図２ｂは、その後の時期の状態を示す。スクリュ移動距離ｓ_Ｂは、スクリュ移動距離ｓ_Ａより短い。よって、スクリュユニット２は成形材料の一部を成形工具３のキャビティ４内に移送している。射出ユニット１の成形材料、特にスクリュ前室内の成形材料には、圧力ｐ_ＳＢが生じている。キャビティ４内には、圧力ｐ_ＦＢ下の理論充填体積Ｖ_ｔＦＢが存在している。

これらの表現を用いて、実充填体積ΔＶ_ｒを以下のように求めることができる。スクリュ前室内の体積Ｖ_ｔＳＡは、スクリュの移動距離測定システムを介して測定することができ、機械コントローラに表示される。よって、スクリュ移動距離の差ｓ_Ａ−ｓ_Ｂから、（逆流阻止部またはピストンでの逆流が無視できる程度であることを前提として）２つの位置ＡおよびＢ間に型内に導入された理論充填体積Ｖ_ｔＦＡ−Ｖ_ｔＦＢを求めることができる。ここで、機械コントローラに記憶された、成形材料物質ごとに存在する圧縮率曲線ｋ（ｐ）を用いて、比体積の変化を考慮することができる。圧縮率曲線ｋ（ｐ）は、現在の材料の圧縮率すなわち比体積Ｖ_Ｕの変化を表す値を基礎としている。この圧縮率曲線ｋ（ｐ）は、等温の場合にはｐｖＴグラフ（図３ａ，図３ｂ参照）から、圧力線５と温度縦線６との交点Ｓ１〜Ｓ４における、周囲圧の場合の比体積Ｖ_Ｕを基準とした比体積Ｖ_Ｕの変化を算出することによって、求めることができる。

かかる圧力線５はたとえば、図３ａ，図３ｂのグラフに、非晶質材料（図３ａ）および部分結晶質材料（図３ｂ）について示されている。所定の温度Ｔ_１になると、圧力ｐの上昇と共に成形材料物質の比体積Ｖ_Ｕが縮小していく。その例として、図３ａ，図３ｂに交点Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３およびＳ_４が示されている。交点Ｓ_１はたとえば、非晶質材料が周囲圧（１バール）下にある場合の当該非晶質材料の比体積Ｖ_Ｕを示している。図３ａの交点Ｓ_２，Ｓ_３およびＳ_４は、より高い圧力の場合の比体積Ｖ_Ｕを示している。

図３ｂは、部分結晶性材料の圧力線５を示している。交点Ｓ_１〜Ｓ_４は、所定の温度Ｔ_１に対応する温度縦線６上にある。

図４に他の（断熱）圧縮率曲線ｋ（ｐ）を示す。かかる断熱圧縮率曲線ｋ（ｐ）は、射出成形プロセスに有利である。図４は、圧力に依存して、特に成形材料圧ｐ_Ｍに依存して、対応する圧縮率（ｋ（ｐ））を単位％で示している。この曲線を構成する値対ｐおよびｋ（ｐ）は、機械コントローラに記憶されている。図４の圧縮率曲線はたとえば、射出成形可能な材料ＰＡ６ＧＦ３０にかかる推移を示している。ここで、時点Ａにおける実体積Ｖ_ｒＡを算出できるようにするためには、使用される材料の圧縮率曲線ｋ（ｐ）が既知である場合、以下の数式を記述することができる：

２つの時点または位置ＡおよびＢ間に導入された実充填体積ΔＶ_ｒは、以下の数式によって表すことができる：
ここで、
Ｖ_ｔＦＡおよびＶ_ｔＦＢは、時点または位置ＡおよびＢにおける理論体積であり、
ｋ（ｐ_ＦＢ）およびｋ（ｐ_ＦＡ）は、位置Ａおよび位置Ｂにおける圧力ｐの場合の成形材料の圧縮率であり、
ｓ_Ａおよびｓ_Ｂは、位置ＡおよびＢにおけるスクリュ移動距離であり、
ｋ（ｐ_ＳＡ）およびｋ（ｐ_ＳＢ）は、位置ＡないしはＢにおけるスクリュ前室圧の場合の成形材料の圧縮率である。

圧力ｐ_Ｆは型内圧力を表す。圧力ｐ_Ｓはたとえば、スクリュ前室内の成形材料の圧力を表すものである。両態様は、材料圧ｐ_Ｍとして使用されるのに適した可能な圧力態様である。

この計算に基づいて、位置ＡおよびＢ間の、圧縮に対応した、すなわち
を示すこともできる。こうするためには、たとえば以下の数式が適している：

は好適には、実充填体積ΔＶ_ｒの時間ｔでの微分として求めることができる。

位置Ａ，Ｂにおける材料圧ｐ_Ｍの複数の異なる値Ａ，Ｂは、機械内部の測定装置を介して、たとえば力センサまたは機械の流体圧を介して、直接的ならびに／もしくは間接的な溶融物圧力センサを介して、または、シリンダ内の成形材料の圧力を検出する他の測定装置を介して、測定することができる。型内の圧力は、工具内部圧力センサを介して、または、型内の成形材料の圧力を検出する他の測定装置を介して測定することができる。

よって、使用される成形材料の圧縮率ｋ（ｐ）を本発明により考慮することによって、実充填体積ΔＶ_ｒおよび／またはキャビティ４への全充填過程にわたる
を、どの時点においても、および／または連続的に、および／または特定の時点において、算出することができる。したがって、規定された体積流量プロファイルを辿るように、または辿ることができるように、機械に設けられた、射出運動のための適切な制御技術的装置を用いて、実充填体積ΔＶ_ｒまたは
を調整することができる。

さらに、本発明の方法によって、従来はスクリュ移動距離および／またはピストン移動距離ないしは体積または速度または体積流量に依存して制御できた射出成形プロセスの他のプロセス動作も、圧縮に対応した実充填体積ΔＶ_ｒまたは
を介して調整することもできるようになる。かかる動作、たとえばカスケード制御、刻印プロファイルおよび／または速度プロファイル等は、本発明の方法によって有利には、同一の型充填状態で、すなわち粘度変動に依存せずに、トリガすることができる。

図５は、従来技術の射出成形プロセスと比較したときの、本発明の方法を適用して射出成形プロセスを行った場合の射出成形プロセスの複数の異なる特性曲線の比較図である。

理論充填体積ΔＶ_ｔにかかる曲線推移と、圧縮に対応した実充填体積ΔＶ_ｒにかかる曲線推移とを比較すると、切替点の時点において理論充填体積ΔＶ_ｔが既に、キャビティの公称充填体積（ここでは７０ｃｍ^３）に達し、射出成形サイクルの終了時には公称充填体積を上回ることが分かる。それに対して、実充填体積ΔＶ_ｒは事後圧期間の終了時に初めて、キャビティの７０ｃｍ^３の公称容積に達し、これは実際と一致する。したがって、事後圧期間の終了時にはキャビティの公称容積より大きくなる理論充填体積ΔＶ_ｔは、実際には達成不可能な値を表していることになる。キャビティの公称容積は本発明の方法では、達成すべき理想的な実充填体積ΔＶ_ｒｉに相当する。

切替点までの領域ではさらに、
にかかる曲線は、
にかかる曲線より上方に位置する。事後圧期間から初めて、これらの曲線は略合同に推移する。

Ｖ_ｔ 理論体積
ｔ 時間
ｐ_Ｍ 材料圧
ｐ_ｓ スクリュ前室内の圧力
ｐ_Ｆ 型内圧力
ｋ（ｐ） 圧縮率、圧縮率曲線
ΔＶ_ｒ 実充填体積
ΔＶ_ｒＲ 実充填体積の基準曲線
ΔＶ_ｒｉ 理想的な実充填体積
ｔ_Ａ，ｔ_Ｂ，ｔ_Ｃ 時点
ｓ_Ａ，ｓ_Ｂ スクリュ移動距離
Ｖ_ｔＳＡ，Ｖ_ｔＦＢ 位置Ａにおける射出ユニット（Ｓ）内および型（Ｆ）内の理論体積
Ｖ_ｔＳＢ，Ｖ_ｔＦＢ 位置Ｂにおける射出ユニット（Ｓ）内および型（Ｆ）内の理論体積
Ｖ_ｔＢ 位置Ｂにおける理論体積
Ａ，Ｂ 値、位置
ｖ_ｓ スクリュ速度ないしはピストン速度
Δ_{ＶｒｘｆｒＬ} 学習サイクルにおける実切替充填体積
Ｖ_{ｆＲｅｆＬ} 学習サイクルにおける理論基準体積
ｐ_Ｒｅｆ 基準圧力値
Ｖ_{ｔＲｅｆｐ} 製造サイクルにおける理論基準体積
Δ_Ｖｒｐ 製造サイクルにおける実充填体積
Ｌ 学習サイクル
Ｐ 製造サイクル
Ｓ１〜Ｓ４ 交点
Ｖ_Ｕ 比体積
Ｖ_１ 溶融物体積
Ｖ１’ 圧縮された体積
Ｖ_２ 第２の体積
位置Ａ
位置Ｂ
１ 射出ユニット
２ スクリュユニット
３ 射出成形工具
４ キャビティ
５ 圧力線
６ 温度縦線

Claims (15)

1. 射出成形プロセス中に、型工具の少なくとも１つのキャビティ内に導入される射出成形可能な材料の実体積Ｖ_ｒを求めるための方法であって、
   ａ）前記射出成形プロセスの少なくとも充填期間中のプロセスパラメータから理論体積Ｖ_ｔを算出するステップと、
   ｂ）少なくとも１つの材料圧ｐ_Ｍの少なくとも１つの値を算出および／または測定するステップと、
   を有する方法において、
   ｃ）前記射出成形可能な材料の、ｐ_Ｍの前記値に対応する材料固有の圧縮率ｋ（ｐ）を選択するステップと、
   ｄ）前記圧縮率ｋ（ｐ）を考慮して前記実体積Ｖ_ｒを算出するステップと、
   を有し、
   射出移動距離すなわち射出体積に依存して、または時間に依存して制御される、射出成形プロセスの他の動作、たとえばコア引張りの作動、カスケードの開閉を、前記方法に依存して、求められた実充填体積ΔＶ _ｒ に従って制御する、
   方法。
2. 射出成形プロセス中に、型工具の少なくとも１つのキャビティ内に導入される射出成形可能な材料の実体積Ｖ _ｒ を求めるための方法であって、
   ａ）前記射出成形プロセスの少なくとも充填期間中のプロセスパラメータから理論体積Ｖ _ｔ を算出するステップと、
   ｂ）少なくとも１つの材料圧ｐ _Ｍ の少なくとも１つの値を算出および／または測定するステップと、
   を有する方法において、
   ｃ）前記射出成形可能な材料の、ｐ _Ｍ の前記値に対応する材料固有の圧縮率ｋ（ｐ）を選択するステップと、
   ｄ）前記圧縮率ｋ（ｐ）を考慮して前記実体積Ｖ _ｒ を算出するステップと、
   を有し、
   少なくとも、第１の射出成形機の実切替充填体積（ΔＶ _{ｒＸｆｒＬ} ）の学習された値と、基準圧力（ｐ _Ｒｅｆ ）と、を、第２の同一構成または非同一構成の射出成形機に転用する、
   方法。
3. 前記少なくとも１つのキャビティの理想的な実充填体積ΔＶ_ｒｉを達成するように、射出成形機の機械パラメータの調整を行う、
   請求項１または２記載の方法。
4. 前記射出成形可能な材料の材料固有の前記圧縮率ｋ（ｐ）を、機械コントローラに記憶された材料固有の圧縮率曲線から、特に、機械コントローラに記憶された断熱圧縮率曲線ｋ（ｐ）から選択する、
   請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 前記材料圧（ｐ_Ｍ）として、たとえばシリンダ内の材料圧または成形材料の型内圧力（ｐ_Ｆ）またはスクリュ前室内の成形材料圧（ｐ_ｓ）を使用し、
   前記材料圧（ｐ_Ｍ；ｐ_Ｆ；ｐ_ｓ）の少なくとも２つの値（Ａ）および（Ｂ）を、規定されたプロセス窓中に算出および／または測定する、
   請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記２つの値（Ａ）および／または（Ｂ）は、複数の測定値の平均値である、
   請求項５記載の方法。
7. 前記値（Ａ）および（Ｂ）間の、無圧で型に導入された体積に相当する、前記少なくとも１つのキャビティの実充填体積（ΔＶ_ｒ）の計算値を、数式
   に従って算出する、
   請求項５または６記載の方法。
8. 前記少なくとも１つのキャビティの実充填体積（ΔＶ_ｒ）を計算する際に、各測定された理論体積Ｖ_ｔに定数の理論体積Ｖ_ｔ ^＊を加算する、
   請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 前記少なくとも１つのキャビティの実充填体積ΔＶ_ｒまたは前記実体積Ｖ_ｒを時間で微分することによって、たとえば数式
   から、
   を求める、
   請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. を求めるために、時点（ｔ_Ｂ）および（ｔ_Ａ）に代えて、スクリュ速度（ｖ_ｓ）を使用する、
    請求項９記載の方法。
11. 前記少なくとも１つのキャビティの実充填体積ΔＶ_ｒおよび／または
    を、充填過程全体にわたって連続的に求め、および／または、
    所定の実体積流量プロファイルを辿るように、前記キャビティ（４）に充填するための射出運動に影響を及ぼす、
    請求項９または１０記載の方法。
12. 前記少なくとも１つのキャビティの実充填体積ΔＶ_ｒおよび／または
    を、充填期間中に、実充填体積ΔＶ_ｒＲおよび／または
    の基準曲線と比較する、
    請求項９から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 前記方法を、圧力制御される事後圧期間中に適用し、前記事後圧期間中に、事後圧の調整によって理想的な実充填体積ΔＶ_ｒｉに達するように機械パラメータの調整を行う、
    請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
14. 型工具（３）の前記少なくとも１つのキャビティ（４）内への前記射出成形可能な材料の導入を、スライドスクリュまたはピストンを用いて行う、
    請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 前記射出成形可能な材料は、熱可塑性材料または熱硬化性成形材料またはシリコーンまたは塗料の溶融物である、
    請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。