(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に金属材料が収容される融解用容器と、
この融解用容器の周囲に設けられた加熱手段と、
この加熱手段に高周波信号を供給して、前記加熱手段に前記融解用容器を加熱させる高周波信号供給手段と、
前記高周波信号を振幅変調する変調手段と、
前記鋳造容器内の前記金属材料が発する光に応じて受光信号を生成する受光手段と、
前記受光信号の急変に基づく周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段の出力信号が予め定めた基準値以上であることを第１の時間継続したとき、前記融解用容器内の融解された金属材料を鋳型に鋳込ませる鋳込み指令信号を発生し、前記抽出手段の出力信号が予め定めた基準値以上に加熱開始から第２の時間以内にならなかったとき、前記変調手段を作動させる制御手段とを、
具備する金属融解装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば鋳型等に鋳込むために、金属材料を融解する金属融解装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属材料の融解装置は、たとえば歯科用の義歯や装飾品を鋳造によって製造する場合に使用されることがある。この融解装置によって融解される金属材料には、種々のものが使用され、例えば表面に酸化皮膜が形成されていない鏡面型のものと、表面に酸化皮膜が形成された酸化皮膜型のものとがある。酸化皮膜型の金属材料を融解する場合、例えば金属材料が収容される坩堝の周囲に巻回した高周波誘導コイルに、振幅変調された高周波信号を供給して、坩堝内の金属材料を高周波誘導加熱して融解することが行われている。これは、酸化皮膜型のものは、金属材料の表面が厚い膜に覆われており、振幅変調を加えないと完全に融解することができないからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、鏡面型の金属材料を振幅変調をかけた高周波信号によって融解すると、融解金属の振動が激しくなる。一般に、坩堝の下方に鋳型が配置されているので、この鋳型に融解金属を落とし込む際に、融解金属が跳ね、鋳型内に鋳込まれる融解金属が減少したり、喩え鋳込まれたとしてもピンホールができやすいという問題点があった。特に、坩堝を上下方向に沿って分割形成した２つの坩堝形成部材の下部を両側に開くことによって、坩堝からの鋳込みを行う場合、坩堝の下部を開いた直後に、るつぼの下部中央に位置していた融解金属が鋳型の湯口に大量に落下した際に多量の金属粒が飛散する上に、跳ね上げられて飛散する金属粒も増加し、鋳型内部に流れ込む融解金属が減少する。また、坩堝の上部には、坩堝内での金属融解状態を検出し、金属が融解されたことを自動的に検出するために、金属の融解が進むにつれて変化する融解金属の発光状態を検出する受光器が設けられている。しかし、融解金属の飛散によって光が遮られ、受光信号の状態が変化し、自動融解検出に誤差が生じるという問題もある。また、受光器と坩堝との間には、融解金属の状態を監視するための覗き窓ガラスが配置されているが、これに金属粒が付着し、ガラスが破損することもあった。
【０００４】
本発明は、金属材料が鏡面型の場合でも、酸化皮膜型であっても、適切に金属を融解することができる金属融解装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様の金属融解装置は、融解用容器を有し、これの内部には金属材料が収容される。この融解用容器の周囲に加熱手段が設けられている。加熱手段としては、高周波誘導コイルを使用することが望ましい。この加熱手段に高周波信号供給手段が高周波信号を供給して、前記加熱手段に前記融解用容器を加熱させる。高周波信号供給手段としては、例えばインバータを使用することができる。前記高周波信号を変調手段が振幅変調する。この振幅変調は、振幅変調する前よりもピーク値が大きくなるように変調することが望ましい。さらに、鋳造容器内の前記金属材料が発する光に応じて受光信号を生成する受光手段と、前記受光信号の急変に基づく周波数成分を抽出する抽出手段とを備えている。制御手段は、前記抽出手段の出力信号が予め定めた基準値以上であることを第１の時間継続したとき、前記融解用容器内の融解された金属材料を鋳型に鋳込ませる鋳込み指令信号を発生し、前記抽出手段の出力信号が予め定めた基準値以上に加熱開始から第２の時間以内にならなかったとき、前記変調手段を作動させる。
【００１０】
この態様の金属融解装置によれば、例えば金属材料が鏡面型のものであれば、受光信号の急激な変化が所定時間継続するので、継続した時点で鋳込み指令信号を発生する。また、酸化膜型の金属材料では、急激な変化が一時的にしか生じないので、高周波信号に振幅変調をかける。これによって酸化皮膜型の金属材料も十分に融解され、やがて受光信号の急激な変化が所定時間継続するようになり、鋳込み指令が発生し、融解された金属が鋳込まれる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態の金属融解装置は、図１に示すように、鋳造装置に設けられている。この鋳造装置は、例えば義歯を鋳造するためのものである。鋳造装置の本体２の上部には、融解用容器、例えば坩堝４が配置されている。この坩堝４は、上下方向に沿って２分割形成されている。この坩堝４内に金属材料が収容され、融解される。この融解金属は、坩堝４の分割部材４ａ、４ｂの下方が外方に広がることによって、その下方に配置された鋳型６内に鋳込まれる。
【００１２】
この坩堝４の外周囲に、加熱手段、例えば高周波誘導コイル８が、坩堝４を包囲するように配置されている。この高周波誘導コイル８に高周波信号が供給されることによって、坩堝４及びその内部の金属材料が高周波誘導加熱されて、融解される。
【００１３】
この高周波誘導コイル８に高周波信号を供給するために、高周波信号供給手段、例えばインバータ１０が設けられている。このインバータ１０が発生する高周波信号は、変圧器１２によって変圧されて、高周波誘導コイル８に供給される。なお、符号１４で示すコンデンサは、高周波誘導コイル８と共に共振回路を構成するためのものである。インバータ１０には、商用交流電源１６を整流回路１８によって整流した整流出力が供給され、これを高周波信号に変換している。
【００１４】
インバータ１０の出力電圧がインバータ制御回路２０及び整流制御回路２２に供給されている。インバータ制御回路２０は、この出力電圧のみが供給されているとき、この出力電圧が予め定めた値になるようにインバータ１０を制御する。また、増幅器２４を介して低周波発振器２６から低周波信号が供給されているとき、インバータ１０からの高周波信号が振幅変調されたものとなるようにも制御する。この振幅変調された高周波信号のピーク値は、振幅変調されていないときの高周波信号のピーク値よりも大きくなるように、インバータ制御回路２０がインバータ１０を制御する。
【００１５】
また整流制御回路２２は、インバータ１０の出力電圧に応じて、整流回路１８での整流状態を制御する。
【００１６】
低周波発振器２６には、付勢手段、例えば作動用スイッチ２８と、除勢手段、例えば作動停止スイッチ３０とが設けられている。作動用スイッチ２８が閉成されているとき、低周波発振器２６が作動する。また作動停止スイッチ３０が閉成されているとき、低周波発振器２６は停止する。
【００１７】
増幅器２４は、その増幅度が周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２によって制御される。この周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２には、受光手段、例えば受光器３４からの受光信号が供給されている。受光器３４には、坩堝４の上方に設けた観察窓３６を介して坩堝４内の金属材料が発光する光が入射される。坩堝４内の金属材料が完全に融解されると、受光信号の急激な変化が継続する。この急激な変化によって受光信号には高域周波数成分が含まれることになる。
【００１８】
これを周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２内に形成された高域成分抽出手段、例えばハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタが抽出する。その抽出された高域周波数成分のレベルをレベル検出器が検出する。このレベル検出信号を予め定めた基準信号と比較器によって比較し、レベル検出信号が基準信号以上である状態が、予め定めた第１の時間以上継続するかカウンタによって判定し、第１の時間以上継続すると、融解用容器操作部３８を作動させて、坩堝４から融解金属を鋳型６に鋳込む。
【００１９】
レベル検出信号が基準信号以上にならない状態が、加熱開始から予め定めた第２の時間（この第２の時間は、上記第１の時間とは異なる時間である）以上継続すると、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２は、増幅器２４の増幅度を上げる。
【００２０】
このように構成された鋳造装置では、坩堝４内に収容する金属材料が鏡面型の場合、作動停止スイッチ３０を閉成して、低周波発振器２６を停止させておく。このとき、増幅器２４の増幅度は最小とされている。この状態において、インバータ１０を作動させると、高周波誘導加熱が開始され、鏡面型の金属材料の加熱が開始される。この加熱によって坩堝４内の金属材料が全て融解されると、電磁攪拌現象によって、融解金属の振動が大きくなり、受光信号が急激に立ち上がる。この状態は、継続して生じる。周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２では、この急激な立ち上がりによる高域周波数成分が検出され、その高域周波数成分のレベルが検出され、基準信号と比較される。このレベルは基準信号以上である状態を第１の時間以上継続する。従って、第１の時間以上にわたって高域周波数成分のレベルが基準信号以上のとき、鋳込みタイミングに達したとして、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２は、融解用容器操作部３８を作動させて、坩堝４の形成部材４ａ、４ｂを左右に開いて、坩堝４内の融解金属を鋳型６に鋳込む。
【００２１】
この鏡面型の金属材料を融解する際、低周波発振器２６は停止し、かつ増幅器２４の増幅度は最小であるので、一定振幅の高周波信号によって最初から最後まで金属材料の高周波誘導加熱が行われる。従って、融解金属は、坩堝４内で激しく振動していない。よって、坩堝４の形成部材４ａ、４ｂを左右に開いても、融解金属が激しく跳ねることはなく、多量の金属粒が飛散することがなく、充分な料の融解金属が鋳型６内に注入され、ピンホールが形成されることもない。また、受光器３４が受光すべき光が金属粒によって妨害されることがなく、観察用窓３６に金属粒が付着することもない。
【００２２】
一方、酸化膜型の金属材料を融解する場合、低周波発振器２６が作動し、かつ増幅器２４の増幅度は最小とされている。この状態では、当初、一定振幅の高周波信号によって高周波誘導加熱が行われるが、金属材料の表面に付着している酸化皮膜の影響によって完全に融解することができず、受光信号から抽出された高域周波数成分の検出レベルは、加熱開始から第２の時間経過しても、基準信号以上とはならない。従って、第２の時間が経過したとき、周波数成分検出用マイクロコンピュータは、増幅器２４の増幅度を上げて、低周波発振器２６からの低周波信号を増幅して、インバータ制御回路２０に供給する。これによって、振幅変調された高周波信号によって金属材料の加熱が行われる。その結果、酸化皮膜型の金属材料の表面の厚い酸化膜が振動し、かつ加熱され、厚い膜が溶けて完全に融解する。完全に融解すると、上述したように急激な変化が受光信号に生じ、これが第１の時間に渡って継続すると、坩堝４が開かれて、鋳型６への鋳込みが行われる。
【００２３】
以上のように、本実施の形態の鋳造装置では、金属材料が鏡面型の場合には、振幅変調をかけずに、高周波誘導加熱が行われ、金属材料が酸化皮膜型の場合には、振幅変調をかけて高周波誘導加熱が行われる。従って、金属材料の性質に適応した金属融解を行うことができる。なお、金属材料が酸化皮膜型の場合、インバータ１０の作動開始時から周波数変調された高周波信号で高周波誘導加熱してもよい。この場合、インバータ１０の作動開始時から、増幅器２４の増幅度は大きく設定されている。
【００２４】
第２の実施の形態の鋳造装置では、鋳込みのタイミングを熟練した技工士が決定し、その決定された鋳込みタイミングで自動的に鋳込みを行うように構成したものである。即ち、図２に示すように、モード切換スイッチ４０と、手動鋳込みスイッチ４２と、タイマ時間計測記憶回路４４とが、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２に接続されている。
【００２５】
モード切換スイッチ４０は、第１の実施の形態で述べたような自動モードと、これから述べる手動モードとを切換えるためのものである。手動モードには、歯科技工士が鋳込みタイミングを決定するためのテストモードと、テストモードにおいて決定された鋳込みタイミングで鋳込みを実際に行う実践モードとがある。手動鋳込みスイッチ４２は、これが操作されると、融解用容器操作部３８を周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２が制御して、坩堝４から融解金属を鋳型６に鋳込ませるためのものである。タイマ時間計測記憶回路４４は、この鋳造装置においてインバータ１０が作動を開始したときから計時を開始し、手動鋳込みスイッチ４２が操作されるまでの時間を計時するものである。この計時された時間がインバータ１０の作動開始から経過した時点が鋳込みタイミングであると設定される。
【００２６】
従って、まずテストモードに切換えられ、所定の金属材料が坩堝４に収容される。無論、収容された金属が鏡面型の場合、低周波発振器２６は停止され、酸化皮膜型の場合、低周波発振器２６が作動する。また、酸化皮膜型の場合、当初から増幅器２４の増幅度は大きくされている。受光信号が急激な変化を開始してから第１の時間が経過しても、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２は鋳込み指令信号を発生しない。このようにして、インバータ１０の作動を開始しすると、タイマ時間計測記憶回路４４が計時を開始する。そして、歯科技工士が、観察窓３６から坩堝４の内部を観察し、鋳込みに適したタイミングに達したと判断したとき、手動鋳込みスイッチ４２を操作する。これによって鋳込みが行われると同時に、タイマ時間計測記憶回路４４が計時を中止し、その時間を周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２に記憶させる。
【００２７】
次に、モード切換スイッチ４０が操作されて、実践モードに切換えられる。そして、坩堝４にテストモードと同じ種類の金属材料が収容され、低周波発振器２６の作動または停止もテストモードと同じ状態にされ、インバータ１０の作動を開始させる。この開始から記憶されている時間が経過したとき、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２が融解用容器操作部３８を作動させ、鋳込みを行う。従って、歯科技工士が、その経験によって判断した鋳込みタイミングで、鋳込みを繰り返し行うことができる。
【００２８】
第３の実施の形態の鋳造装置を、図３に示す。第１の実施の形態では、金属材料が鏡面型であるか酸化皮膜型であるかを作業者が判断して、低周波発振器２６を作動させるか停止させるかを手動で設定する必要があった。この実施の形態では、金属材料がいずれの型であるかを自動的に判断し、低周波発振器２６を周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２が制御するように構成したものである。
【００２９】
即ち、図３のフローチャートで示すように、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２は、インバータ１０による高周波誘導加熱を開始する（ステップＳ２）。無論、このときの高周波信号は振幅変調されていない一定振幅のものである。
【００３０】
次に、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２は、受光信号が急激に立ち上がったまま第１の時間が経過したか判断する（ステップＳ４）。即ち、受光信号の高域周波数成分の検出レベルが基準信号以上の状態が、第１の時間以上にわたって継続したか判断する。
【００３１】
この判断の答えがイエスであると、坩堝４内の金属材料は鏡面型のものであり、完全に融解が行われているので、鋳込みを行う（ステップＳ６）。即ち、融解用容器操作部３８を作動させて、坩堝４内の融解された金属材料を鋳型６内に鋳込む。
【００３２】
ステップＳ４の判断の答えがノーであると、インバータ１０の作動開始から第２の時間が経過しているか判断する（ステップＳ８）。もし、この判断の答えがイエスでないと、ステップＳ４にもどり、ステップＳ４またはＳ６の答えがイエスになるまで、ステップＳ４、６のループを繰り返す。そして、ステップＳ４の答えがイエスになる前に、ステップＳ６の答えがイエスになると、金属材料は酸化皮膜型であると判断されるので、低周波発振器２６を作動させると共に、増幅器２４の増幅度を最大にする（ステップＳ１０）。これによって、振幅変調された高周波信号による加熱が開始される。
【００３３】
そして、以後、ステップＳ４、Ｓ８のループが繰り返されるが、ステップＳ８の答えがイエスになることは無い。従って、ステップＳ４の答えがイエスになるまで、即ち酸化皮膜型の金属材料が完全に融解されるまで、ステップＳ６、Ｓ８が繰り返される。完全に融解されると、ステップＳ８が実行されて、鋳込みが行われる。
【００３４】
この実施の形態では、低周波発振器２６もマイクロコンピュータ３２によって制御されるので、金属材料が酸化皮膜型か鏡面型であるか、作業者が判断する必要が無く、迅速な鋳造処理を行うことができる。
【００３５】
上記の実施の形態では、周波数成分検出用マイクロコンピュータ３２によって、高域成分の抽出、レベル検出、比較及び時間継続を行ったが、これらをそれぞれ個別にフィルタ、レベル検出器、比較器、タイマを設けて実行することもできる。また、インバータ１０を使用したが、これ以外の高周波信号発生手段を使用することもできる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、金属材料が鏡面型であるか酸化皮膜型であるかに応じて適切な融解を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の金属融解装置を備えた鋳造装置のブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態の金属融解装置を備えた鋳造装置のブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態の金属融解装置を備えた鋳造装置の動作フローチャートである。
【符号の説明】
４  坩堝（融解用容器）
８  高周波誘導コイル（加熱手段）
１０  インバータ（高周波信号供給手段）
２０  インバータ制御回路（変調手段）
２６  低周波発振器（変調手段）
２８  作動用スイッチ（付勢手段）
３０  作動停止スイッチ（除勢手段）
【図１】
0004166501.tif 000002
【図２】
0004166501.tif 000003
【図３】
0004166501.tif 000004