JP2006119139A - 燃焼窯 - Google Patents

Abstract

【課題】温度の精度による動作への悪影響を受けずに、しかしながら誤差が生じにくく信頼性の高い温度較正を低コストに実施することができる燃焼窯、特に歯科材料用の燃焼窯を提供する。
【解決手段】特に歯科材料用の燃焼窯が、温度検出要素（１２）ならびにこの温度検出要素を較正するための較正装置（２６）を具備している。較正装置は、特に１つまたは２つの温度点からなる所与の数の温度点において順次較正される温度センサ（２８）を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、特に歯科材料用の燃焼窯に係り、温度検出要素とこの温度検出要素を較正するための燃焼窯の温度較正要素とを備えている。

この種の燃焼窯は以前から知られている。例えば歯科用セラミックにおいて、達成される補綴品質は燃焼プログラムに従って開始する温度曲線がどの程度実際に維持されるかに大きく依存するため、燃焼窯の較正を行うことが重要である。実用において、不正確な較正によって直ちに１０℃程度の温度誤差が生じる可能性があり、これは明らかに許容不可能なものである。

いわゆる銀溶融プローブが長い間燃焼窯の較正に使用されていた。銀は特徴として正確に９６１．３℃の温度で溶融する。手動の銀溶融プローブにおいて、一端が接続された水平に配置された銀線のためのホルダが窯の中央に配置される。銀の溶融はこの銀線の水平位置の低下をもたらし、また正確にこの温度値において達成されるものである。燃焼窯を再較正する歯科技工士はこの基準温度である温度点において燃焼窯が正確に９６１．３℃を表示するように燃焼窯を調節する。

しかしながら、大きな誤差があった場合、手動較正を繰り返して再較正する必要がある。加えて、プロセスが極めて単純であるにもかかわらず、しばしば誤差が生じるものである。例えば、測定結果を狂わす可能性があるため銀線をハニカム支持台上に配置することはできない。さらに、信頼できる基準値を得るために銀プローブは窯台の中央に正確に配置する必要がある。最後に、溶融の開始は歯科技工士の主観的な観察に依存するものとなる。さらに、較正は燃焼プロセスの直後あるいは窯が冷たい時に実施しないことが重要であり、これは前者の場合開始温度が高過ぎ、後者の場合開始温度が低過ぎるためである。

これらの問題点のため、窯の較正を自動化することが以前から知られている。例えば、ドイツ国特許出願公開第４２１８０３２号（Ａ１）明細書により、熱電対要素によって窯支持台の温度を測定し熱分析を実施する窯が開示されている。熱電対要素の接続線あるいはリード線は外側に延在している。

さらに、ドイツ国特許出願公開第４２０６５４０号明細書により基準温度の利用が開示されている。電子分析回路によって実際の温度が検出され、また独立した較正が必要とされる。しかしながら、この方式は極めて複雑なものでありまた特に分析の精度に依存するものである。実用上において錫の溶融温度（２３１℃）に基づいて較正信号が伝送され、この較正信号によって設置されている熱電対素子を恒久的に較正することを意図している。従って、独立した較正は実施されないが、測定中に継続的な再調節が行われるものである。

さらに半自動的な較正も知られている。例えば、ＰＸ１として知られている本出願人の燃焼窯においては再較正が必要でなくなるような改良が成されている。本出願人の燃焼窯ＥＰ６００の較正プログラムによって自動温度制御が実施され、従って例えば較正プロセスにおいて重要な開始温度が必要に応じて一定の遅延をもって設定され、較正結果が改善される。

他方、既知の全ての較正方法の温度測定精度はさらに改善の余地がある。従って、多様な状況において燃焼窯全体の再較正を工場で行うことが推奨されるが、これは当然搬送コストばかりでなく工場における較正および搬送時間中の歯科技工所の非稼動時間を伴うものとなる。

さらに別の問題点は、燃焼窯によって実際に維持される温度特性の維持すべき実際の温度からの乖離である。この問題点を補償するために、ドイツ国特許第１０００８６０３号（Ｃ３）明細書によって金の溶融温度（１０６４．６７℃）と銀の溶融温度（９６１．３℃）の２つの基準温度を使用することが知られている。この方式においては、実際の偏差だけでなく誤差曲線の傾斜も考慮することができる。しかしながら、２つの溶融線を使用して実施する方式は、特に異なった材料を使用するため汚染を防止する必要があることから極めて複雑なプロセスを必要とする。

窯の温度制御のために通常使用され制御熱電対要素として構成することができる温度検出要素の汚染によってさらに熱偏差がもたらされる。燃焼される材料による蒸発によって温度検出要素が汚染される可能性があり、温度偏差が生じる。これによって、極めて高価な制御用熱電対要素の交換を避けるために特別かつ慎重な再較正が必要となる。

ドイツ国特許出願公開第４２１８０３２号（Ａ１）明細書 ドイツ国特許出願公開第４２０６５４０号明細書 ドイツ国特許第１０００８６０３号（Ｃ３）明細書

従って、本発明の目的は、温度の精度による動作への悪影響を受けずに、しかしながら誤差が生じにくく信頼性の高い温度較正を低コストに実施することができる、前述した種類の燃焼窯を提供することである。

前記の課題は、本発明に従って、所与の数の温度点、特に１つまたは２つの温度点において順次較正を行うために使用される温度センサを有する較正装置を備えた燃焼窯によって解決される。

本発明に係る燃焼窯は較正装置内の特殊な温度センサを特徴とする。１つの温度センサが測定レンジ全体にわたって、すなわち１つのあるいは２つの温度点に限らず温度検出要素の較正を可能にする。しかしながら、本発明によれば、温度センサ自体は特定数の温度点、例えば２つの温度点で較正される。しかしながら、センサは適宜な線形性を有することが好適であり、これは好適な構成形態において動作中に燃焼される材料等の加熱された材料の蒸気に恒久的にさらされることがないためである。従って、温度センサは、例えば銀または金の溶融温度から大きく乖離した温度においても、既知の温度検出要素の較正方法に比べて極めて正確に使用することができる。

本発明によれば、本発明に係る温度センサがそれ自体較正された後に正確な温度特性を基準として提供することが好適である。温度センサの較正は基本的に較正中の再較正として実施することができるが；温度センサを初めに較正し、較正ステップ中においては所要の温度特性への燃焼窯の温度特性の適応化のみを実施することが好適である。

本発明によれば、温度検出のための基準材料の溶融中に潜熱を利用することが好適である。これは、材料あるいは物質の質量体を使用し、加熱して不変的な加熱エネルギー付加にもかかわらず温度一定化が得られた際に測定電子回路によって達成される。溶融熱または潜熱はその材料の融点において正確に発生するため、この温度一定化は溶融温度に正確に一致する。

この本発明の測定方式によって、初めて基準材料の“損失”に代えて再使用可能な基準材料によって行うことが可能となる。さらに、較正装置の近くあるいは直近に材料を配置することが可能となり、従って外部から基準材料への影響による汚染を心配する必要がなくなる。

本発明によれば、加熱は基準温度特性として実施され、すなわち、基準材料の融点が基準温度点として使用され得ることに対して同様の温度特性傾向が維持されると理解することができる。

本発明の好適な追加構成によれば、例えば、基準材料としてそれぞれアルミニウム、銀、金を充填した３つの溶融坩堝を使用し、従って較正装置自体の較正に３つの温度点を使用することが可能である。

本発明に係る較正装置を燃焼窯内に固定することも全く容易に可能であり、すなわち大規模な歯科技工所においてただ１台の本発明に係る較正装置を使用して多数の燃焼窯を順次較正し得るものと理解することができる。本発明において、燃焼窯とは非加圧窯のみでなくいわゆる加圧窯、すなわち歯科用セラミックに燃焼圧力が付加される燃焼窯も含むものと理解することができる。本発明によれば、温度センサの温度特性が（その較正後に）圧力に無関係に燃焼窯内で一定化されれば特に好適であり、従って現在の温度特性の所要の温度特性への調節を加圧下においても実施することができ、それによってより正確な調節が可能となる。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、少なくとも１つの温度点が実質的に純粋な材料、特に金属の融点であり、この材料の潜熱が温度検出に使用される。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、温度センサは所定の温度点に達するとその凝集状態が変化する材料に大きな面積をもって接触している。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、材料、特に銀は温度センサ内の窪みの中に配置される。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、凝集状態を変化させる材料温度、特に銀において９６１．３℃が較正温度点として設定される。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、所定の温度でその凝集状態が変化する材料は温度センサの質量の少なくとも１０％、特に少なくとも３０％、好適には約半分の質量体からなる。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、燃焼窯は天蓋部と窯基盤部とからなり、温度センサを備えた較正装置は略中央部の特に窯基盤部上に配置され、またそこから除去することも可能である。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、温度検出要素は窯天蓋部内、特に燃焼室の上部内に配置される。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、窯の燃焼室内の較正装置上方に配置される。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、特に自動式の調節装置が燃焼窯内に設けられ、それによって較正装置が温度検出要素を複数の温度に調節する。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、温度センサは所与の数の温度点における較正によって偏差を収集しそれを次の較正まで記憶し得る。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、温度検出要素の較正装置はその較正のために所与の温度特性を記憶しており、較正装置による較正はＤＩＮ（ドイツ連邦規格）温度特性を行って一度減圧有りで一度減圧無しで実施する。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、較正装置は燃焼窯内、特に窯基盤部内に固定的に設置される。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、較正装置は差込式に燃焼窯上に取り付けることができ、差し込んだ後燃焼室内に突出する。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、較正装置はグーズネックまたは柔軟性金属ホースによって燃焼窯内あるいは燃焼窯上に可動式に取り付けられる。

本発明に係る燃焼窯の好適な追加構成によれば、較正装置は燃焼窯の改装用部品として構成される。

次に、本発明のその他の特徴について添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

本発明に係る燃焼窯１０は、燃焼室１６の上部領域内の窯天蓋部１４内に配置された温度検出要素１２を備えている。温度検出要素１２は制御用熱電対要素として機能し、動作中の燃焼窯の温度を制御する。このため、概略的に示されている測定増幅器１８が燃焼窯内に設けられており、これによって所要の温度と温度検出要素１２の測定による現状の温度との間の平衡化あるいは調節が実施される。

既知の方式によって、窯天蓋部１４は加熱要素２０を備えており、窯基盤部２２から取り外すことができる。窯基盤部は、例えば既知のように箱内に収容された燃焼する材料を載置する支持版２４を備えている。

図１に示された構成に代えて、温度検出要素１２を窯基盤部２２上または少なくともその近傍に配置することもできる。

本発明によれば、窯を較正するための較正装置２６が設けられている。較正装置２６は特殊な方式で形成された温度プローブまたはセンサ２８を備えている。温度センサ２８は分析電子回路の一部である平衡化あるいは調節装置３０と電機接続されており、これによって温度センサ２８の測定温度に基づいて温度検出要素１２の較正が実施される。

図２には、例示的な温度センサの２つの構成例が図示されている。左側に図示された構成例において、温度センサ２８は熱電対要素を形成するための熱電対３６を備えている。熱電対３６および近接する接続線またはリード３８の部分は、特に例えば熱電対自体を上回る充分な質量の純アルミニウムで完全に被覆されている。

本発明に係る温度センサ２８の変更例が図２の右側に示されている。ここで、材料４２が、基準材料として、セラミック層４２によって被包されており、これが基準材料４２を周囲の影響から遮断している。材料４２が配置されている空間は閉鎖された空間であることが望ましい。

図２に実施例により、基準材料あるいは基準物質４２が閉鎖された空間に配置される。これによって酸化あるいは化学変化による凝集状態の変化が防止され；基準材料が例えば図２の右側部分に示されているセラミック層４４のような化学的に不活性な層によって被包されれば特に好適である。

さらに、基準材料が閉鎖された空間内に配置されるように層を構成すれば好適である。特に、基準材料４２の固体から液体への変化に際して大きな体積変化が生じる。しかしながら、図２の右に示されているような比較的薄型の層形成のため、リード３８，４０および熱電対３６、加えてセラミック層４４等の周囲の材料に大きな熱負荷がかからないことが保証される。

基準材料として、例えば純アルミニウムまたは銀等の充分な潜熱と明確な融点を有する任意の適宜な材料が考えられる。

本発明によれば、物質４２の融解熱あるいは潜熱が本発明に係る温度センサの較正に使用される。根本的な原理は図３において基準材料として銀を使用して示されている。図３において、温度Ｔが比エンタルピーｈに対して示されている。図示されているように、溶融温度９６１．３℃の下では熱エネルギーの付加に従って温度Ｔが上昇する。物質４２の融解に対して、融解熱を付加する必要があり、これは銀について１０４．７５ＫＪ／ｋｇである。図３に見られるように、溶融工程の終了後に初めて同一の熱を付加すると温度が再上昇し、特に沸点２２１２℃まで上昇する。

前述した温度点は空気圧（１０１３ｈＰａ）の環境下において成立するものであり、従って本発明に係る温度センサの較正は周囲気圧下において実施される。

図４には、本発明に係る温度センサ２８の変更例が示されている。ここで、基準材料として純銀が閉鎖された鋼製ケース部材５０内に設けられている。このため、ケース部材は適宜な窪みを備えている。銀４２はそこに配置されている熱電対要素３６をカップ状に近接して被包し、従って融解エンタルピーが熱電対３６の温度上昇に対して明確に作用する。

この本発明に係る温度センサ２８の被包された実施例は周囲環境の影響に全く依存しない結果が得られる利点があり、ここで、適宜な測定によって物質４２の溶融中の容積の増加が本発明に係る温度センサ２８の破壊につながらないことを保持する必要があることが理解される。このことは、例えば、窒素を充填した小さな窪みによって達成することができ、それによってその部分で容積が増加した際に基準材料が膨張あるいはそれに入れ替わることができる。

図５には、一定の熱を付加した場合に融解エンタルピーまたは潜熱の作用が本発明にかかる温度センサ２８の較正中にどのように影響を与えるかが示されている。燃焼窯の加熱はまず９６０℃未満で実質的に直線的に９０秒実施される。熱電対要素３６の温度測定の過程中の熱付加が調節されない間、温度は較正サイクルの開始から数えて９５秒と１７０秒の間で実質的に一定に保持される。この時間周期の間物質４２は固体である。しかしながら、熱電対要素３６は例えば（さらに上昇し続ける）燃焼室の内部温度は測定せず、むしろ基本的に物質４２の温度を測定する。従って、約９６２℃で温度安定化が生じ、約１８５秒の点の後に物質４２が完全に融解する。ここで熱電対センサ２８の内部温度と外部温度の大きな差のため殆ど突然に温度が上昇し、この時間周期の間鋼製ケース部材５０は既に充分に高い温度に加熱されている。

図６には、本発明に係る温度センサのさらに別の実施例が示されている。この実施例は図４の温度センサ２８の実施例と共通する部分をある程度有している。この実施例においては熱電対要素３６を筒状に被包する環状のチャンバ５２が熱電対の領域に設けられている。この環状チャンバ５２は硬質鋼のケース部材５０内に設けられており、適宜な基準材料４２によって充填されている。鋼製ケース部材５０は気密にチャンバ５２を被包している。しかしながら、環状チャンバ５２の上において比較的薄い壁を有している。例えば、鋼製ケース部材５０のこの位置における厚みは環状チャンバ５２の厚みの１０分の１から２分の１、好適には約３分の１となる。ここで厚みとは半径方向の長さあるいは寸法を意味する。

この実施例において、充分な量の基準材料４２が熱電対要素３６に直近して配置される。特に、気密に封止する方式のであるが容積の増加によって被包しているケース部材を破裂させる危険は全く無い。これは、鋼製ケース部材５０の環状チャンバ５２を被包する領域が必要に応じて伸張し得るためである。

環状チャンバ５２の高さは適宜な方式で選定することができる。図６に示されている実施例において、環状チャンバ５２は熱電対３６を超えて延在し、また鋼製ケース部材５０の高さの半分を充分に上回って延在する。これによって基準材料４２のために充分な容積を形成することができ、ここで使用量は必要に応じて適宜な方式で調節し得ることが理解される。

ここで示される安定化温度への到達は測定電子回路によって検出することができ、温度センサ２８の較正のための基準温度として使用される。この方式で較正される温度センサによって温度検出要素１２が（好適には本発明に係る燃焼窯の独立した較正サイクル内で）、特に温度検出要素１２の測定領域の下端と上端の間の複数の測定点において較正される。

１つの温度点ならびに１つの物質４２を用いた較正について記述したが、これに代えて本発明に係る温度センサを較正するために２つまたはより多い基準材料ならびに複数の温度点を使用し得ることが理解される。その実施形態によれば、現状の温度特性の乖離が補償されるばかりでなく、温度特性の曲線傾斜も補償され、それによって較正装置の較正がさらに改善される。

本明細書は先行するドイツ国特許出願第１０２００４０５１４０９．７号明細書を参照に組み入れたものである。

本発明は、前述した実施例ならびに添付図面に限定されるものではなく、請求の範囲の精神から逸脱することなく種々の設計変更を成し得ることは勿論である。

本発明に係る燃焼窯の実施例を示す概略図である。 図１の燃焼窯の本発明に係る較正装置温度センサを示す構成図である。 基準材料（銀）の温度特性を示す概略図である。 本発明に係る燃焼窯の温度センサの変更例を示す説明図である。 本発明に係る温度センサに対して不変的に熱を付加した際の測定温度特性を示す説明図である。 本発明に係る燃焼窯の温度センサの別の実施例を示す概略図である。

符号の説明

１０ 燃焼窯
１２ 温度検出要素
１４ 窯天蓋部
１６ 燃焼室
１８ 増幅器
２０ 加熱要素
２２ 窯基盤部
２４ 支持板
２６ 較正装置
２８ 温度センサ
３０ 平衡化装置
３６ 熱電対
３８，４０ 接続線
４２ 基準材料
４４ セラミック層
５０ ケース部材
５２ 環状チャンバ

Claims (20)

1. 温度検出要素（１２）と；
   前記温度検出要素を較正するための較正装置（２６）とを備え、この較正装置は所与の数の温度点において順次較正を行うために適用される温度センサ（２８）を有することからなる燃焼窯。
2. 所与の数の温度点は１つまたは２つの温度点である請求項１記載の燃焼窯。
3. 温度点のうちの少なくとも１つが融点に達したことによってその凝集状態を変化させる実質的に純粋な物質（４２）であり、この凝集状態の変化の間に一定に維持される物質の温度を温度検出に使用する請求項１記載の燃焼窯。
4. 実質的に純粋な物質は金属である請求項３記載の燃焼窯
5. 温度センサ（２８）は物質（４２）と熱接続するか、および／または前記物質が少なくとも部分的に前記温度センサを被包してなる請求項３記載の燃焼窯。
6. 物質は温度センサとこの温度センサの部分を少なくとも部分的に被包するさらに別の材料との間に設置してなる請求項５記載の燃焼窯。
7. 材料は温度センサ（２８）とさらに別の材料との間に形成される閉鎖された空間内に少なくとも部分的に収容される請求項６記載の燃焼窯。
8. さらに別の材料が物質を完全に被包する請求項６記載の燃焼窯。
9. さらに別の材料はセラミック層から形成される請求項６記載の燃焼窯。
10. 物質は銀、金、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、錫、その合金あるいはその混合物の一群から選択される請求項３記載の燃焼窯。
11. 燃焼窯（１０）は窯天蓋部（１４）と窯基盤部（２２）とからなり、温度センサ（２８）を備えた較正装置（２６）は窯の略中央に配置され、またそこから除去することも可能である請求項１記載の燃焼窯。
12. 較正装置（２６）および温度センサ（２８）は窯基盤部（２２）上に配置される請求項１１記載の燃焼窯。
13. 温度検出装置（１２）は窯天蓋部（１４）内、特に壁の周囲部または被覆内、あるいは窯基盤部（２２）の領域に配置される請求項１１記載の燃焼窯。
14. 特に自動式の調節装置（３０）が燃焼窯（１０）内に設けられ、この調節装置の手段を用いて較正装置（２６）が温度検出要素（１２）を複数の温度において調節する請求項１記載の燃焼窯。
15. 温度センサ（２８）は所与の数の温度点における較正によって較正装置（２６）と調節装置（３０）の温度偏差を判定しこれは後続する較正まで記憶することができる請求項１４記載の燃焼窯。
16. 温度検出要素（１２）を較正するために較正装置（２６）が所与の温度特性を記憶しており、較正装置による較正は温度特性の開始の際に一度は加圧または減圧有りで一度は周囲気圧下で実施する請求項１記載の燃焼窯。
17. 較正装置（２６）は燃焼窯（１０）内、特に窯基盤部（２２）の領域内に固定的に設置される請求項１記載の燃焼窯。
18. 較正装置（２６）は差込式に燃焼窯（１０）上に取り付けることができ、差し込んだ後燃焼室（１６）内に突出する請求項１記載の燃焼窯。
19. 較正装置（２６）は特にグーズネック方式によって燃焼窯（１０）内あるいは燃焼窯（１０）上に可動式に取り付けられる請求項１８記載の燃焼窯。
20. 較正装置（２６）は燃焼窯の改装用部品として構成される請求項１記載の燃焼窯。

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