JP5162057B2 - 特に歯科セラミック成形部材等の成形部材を加熱する装置 - Google Patents

Description

この発明は、請求項１前段に記載の特に歯科セラミック成形部材等の成形部材をマイクロ波オーブン内で加熱する装置に関する。

この種のオーブンは例えば欧州特許出願公開第１０６０７１３号Ａ１明細書によって知られている。そのオーブンによれば歯科セラミックがマイクロ波放射線に曝され、その際にマイクロ波放射線を吸収しそれによって加熱されるサセプタを使用することもでき、それによって歯科成形部材も同時に加熱される。

歯科セラミックの硬度ならびに弾力性は熱処理、特に燃焼および焼結曲線に大きく依存する。一般的な赤外線加熱器によって加熱された歯科セラミックは放射された熱が熱線または対流によって外側から歯科成形部材に伝導されるため通常外側から内側に焼結するが、マイクロ波は原則的に歯科成形部材を内側から加熱することにも適するという利点を有する。

他方で市販のマイクロ波オーブンには通常強度の局部的な温度勾配が生じるという問題点があり、そのため極めて単純なマイクロ波オーブンでも加熱される物体あるいはマイクロ波放射のいずれかを回転させて一定の均一化を達成することができる回転テーブルが装備されている。

歯科燃焼窯内のマイクロ波放射を均一化するために多くの試みが実施されてきた。歯科分野においても回転テーブルが提案されているが、検証の結果それによっても焼結された成形部材の材料特性が完全に満足できるものでないことが示された。

従って加熱の均一性をさらに改善する努力がなされてきた。そのため、例えばより高い均一化効果を達成するために極めて壁厚のサセプタを使用することが既に提案されている。それによってマイクロ波放射が成形部材に外側から付加される熱エネルギーに変換され、すなわちこの解決方式は従来のように熱的に作用し成形部材をそれぞれ外側から内側に加熱する燃焼窯に近いものになる。

しかしながら、この種の加熱によれば特に迅速な加熱と比較的迅速な冷却を可能にして燃焼のサイクル時間を短く抑制することが常に求められるため、温度勾配が不可避となる。

欧州特許出願公開第１０６０７１３号Ａ１明細書

従って本発明の目的は、サイクル時間の延長を必要とせずにむしろサイクル時間の短縮を可能にしながら改善された補綴結果を達成することができる、請求項１前段に記載の特に歯科セラミック成形部材等の成形部材等を加熱する装置を提供することである。

前記の課題は本発明に従って請求項１によって解決される。従属請求項によって好適な追加構成が定義されている。

本発明によれば、サセプタからなる内側リングと外側リングを成形部材の周りに設置し、そのように形成されたリング空間内に成形部材を収容する。意外なことにこの処置によって均一な加熱が達成され、これは大面積であるが比較的薄壁状のサセプタを介して一定の割合のマイクロ波放射線がリング空間内に侵入しその結果サセプタによって放射される熱線とマイクロ波放射線との間の均衡が形成されることに起因する。この均衡によって成形部材の内側および外側の両方からの均一な加熱がもたらされ、従って内側リングおよび外側リングを適正に設計すれば比較的高い出力すなわち迅速な加熱で加工する場合でも温度勾配が大幅に低減される。

単純な実施形態によれば、内側リングおよび外側リングのいずれもが直立するリングとして形成されそれらの間にリング空間が延在するが、その際に両方のリングのいずれも完全な閉鎖型である必要はない。この場合内側リングおよび外側リングのいずれにも顕著な電流は通流せず、両方のリングは受動的なサセプタとして機能する。

しかしながら好適な実施形態において、両リングを同時にマイクロ波放射線のサセプタでもある耐熱性の半導体から閉鎖型に形成することも可能である。従ってこの閉鎖型のリング形状によりマイクロ波放射線から誘導が生じて誘導された電流が電力を消費するよう作用し、それによってマイクロ波放射線を追加的に熱に変換する。この場合半導体が基本的に損失熱を発生させるオーム抵抗としても機能する。

リング空間のため多数の成形部材を同時に燃焼する場合でも成形部材の極めて近くにサセプタを設置し従って熱結合を極めて良好にすることが可能になる。このことが互いに逆行する局部加熱特性を有する熱線とマイクロ波放射線の作用の組み合わせに基づいて所要の加熱の均一化をもたらす。

本発明によれば、成形部材を収容するための空間がマイクロ波放射線に対してリング形状のサセプタを形成し前記空間の比較的大きな壁面積によって前記のマイクロ波放射線を（回転テーブルを伴わなくても）強度に吸収し得ることが好適であり、その際基本的にマイクロ波ハイブリッドオーブンを使用することも可能であるが、前記の良好な吸収特性のためこれは必ずしも不可欠ではない。マイクロ波放射線のサセプタの部分透過性のためマイクロ波放射線がさらに成形部材に対しても照射され、それが所要の温度均衡を確立するよう機能する。

極めて好適な構成形態によれば、リング、すなわち内側リングおよび外側リングの高さならびに直径がマイクロ波発生器から放射されるマイクロ波放射線の波長の倍数あるいは除数となる。例えば使用されるマイクロ波放射線の波長λを１２０ｍｍとし内側リングおよび外側リングの双方の高さを１２０ｍｍ、６０ｍｍ、あるいは３０ｍｍとすることができる。

マイクロ波発生器の波長ならびに発生周波数のいずれもが必要に応じて広範囲に調節可能であることは勿論であるが、その際コスト上の理由から２．４５ＧＨｚの放射周波数を有する標準マイクロ波発生器を使用することが好適である。

各リングは互いに同心に配置することが好適であり、またそれらの間に延在する成形空間すなわち成形部材を収容するためのリング空間が円環形状の基底部を有してそれが同時に各リングを相互に空間的に固定するよう機能するか、あるいは各リングの位置を固定するための個別のスペーサが装着される。

サセプタとしては既に低温でマイクロ波放射線を吸収するように作用する任意の適宜な材料を使用することができる。サセプタがマイクロ波放射線に対して半吸収性であれば好適であり、そのためには最大で数ｍｍである比較的小さな壁厚が寄与する。従ってサセプタが成形部材を一種の容器、すなわち閉鎖式の形式で被包することができ、その際になおマイクロ波放射線を所要の方式で当該成形部材に伝送することができる。

それに代えて例えばサセプタ内へのガスの導入あるいは導出用のコネクタを設けることも可能であり、その際に円環形状のサセプタは蓋部材を備えた一種の二部品式容器として形成することもできる。

リングの材料としては：炭化珪素、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウム、炭化タンタル、炭化モリブデン、炭化ニオビウム、硼化珪素、硼化ハフニウム、硼化ジルコニウム、窒化珪素、窒化ジルコニウム、硼化カルシウム、あるいはそれらの混合物を使用し、さらに例えばＡｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４および／またはＢａＴｉＯ_３との組み合わせで使用することもできる。

本発明によれば、内側リングと外側リングの間に延在するサセプタの基底部を介して良好な熱伝導が確立され、それにより各リングによって吸収され熱線に変換されたマイクロ波放射線が成形部材に伝送されることが保証されることが好適である。そのため各リングがそれぞれ前記基底部と熱接続することが好適である。

本発明によればさらに、熱エネルギーとマイクロ波エネルギーの両方を組み合わせた付加によって成形部材をより迅速に加熱し得ることが好適である。

別の好適な構成形態によれば、サセプタが内側リングと外側リングの間にリング空間を突っ張り形成しその半径方向の長さが実質的に一定であるとともに特にリングの高さの直径の０．５倍ないし２倍となる。

別の好適な構成形態によれば、サセプタの内側リングおよび／または外側リングが楕円形あるいは円形に形成される。

別の好適な構成形態によれば、内側リングおよび外側リングのいずれもが直立する四角形の断面を有し、その際に高さはリングの直径の２０ないし１２０％、特に５０ないし８５％、さらに好適には６５ないし７５％となる。

別の好適な構成形態によれば、内側リングと外側リングが均一な温度分布を有する熱処理空間として特に閉鎖型の容器を突っ張り形成してその中に加熱される成形部材を収容し、その際前記容器が特にマイクロ波放射線に対して少なくとも部分的に透過性である。

別の好適な構成形態によれば、内側リングと外側リングがサセプタとしてマイクロ波放射線を吸収し熱線を均一化して放出する。

別の好適な構成形態によれば、内側リングおよび／または外側リングがそれぞれ閉鎖式の電流回路を形成し、特に半導体として形成される。

別の好適な構成形態によれば、サセプタが半導体として形成されていてその表面に二酸化珪素からなる保護層を備えそれが電気絶縁の作用を成す。

別の好適な構成形態によれば、サセプタのリング形状のサセプタ要素が互いに電気絶縁性に作用し、特に電気絶縁性の表面上に配置される。

別の好適な構成形態によれば、各サセプタ要素が実質的に均等な高さおよび／または壁厚を有し、特にそれが成形部材の高さを数倍上回る。

別の好適な構成形態によれば、少なくとも１つのサセプタ要素が円対称に形成され、特にその軸周りで回転可能に支承される。

別の好適な構成形態によれば、サセプタ要素の壁厚がマイクロ波発生器によって形成されるマイクロ波放射線の波長λの１／７０ないし１／４０となり、特に１．８ｍｍないし２．５ｍｍの厚さとなる。

別の好適な構成形態によれば、各サセプタ要素の高さがマイクロ波発生器の波長λと共通因数を有し、特にλ／２あるいはλ／４となる。

別の好適な構成形態によれば、サセプタ要素が互いに同心に配置され、特に相互に一体的に結合される。

別の好適な構成形態によれば、各サセプタ要素が円環形状の基底部あるいはスペーサを介して互いに結合される。

別の好適な構成形態によれば、各サセプタ要素の間に球体層を備えた円環形状の空間が形成されていてその球体層の球体が特に高密度に焼結された二酸化ジルコニウムおよび／またはＡｌ_２Ｏ_３からなるか、および／または前記空間が中空球体、破砕球体、粉末またはいわゆるフレークを含む。

本発明のその他の詳細、特徴、ならびに種々の利点は添付図面を参照しながら以下に記述する実施例の説明によって明らかにされる。

本発明に係る成形部材を加熱するための装置の第１の実施例の一細部を示した概略図である。 図１の細部を示した立体図である。

図１は本発明に係る歯科成形部材を加熱するための装置の第１の実施例の一細部を示した概略図であり、成形空間１０が図示されている。成形空間１０は実質的にリング形状の空間として成形部材１２および１４を収容する。それに代えて任意の数および構成の成形部材を本発明に従って使用し得ることが理解される。

成形空間１０はさらに少なくとも１つの内側リング１６と少なくとも１つの外側リング１８を備えている。これはマイクロ波発生器によってマイクロ波放射線が照射される図示されていない燃焼窯内に配置されていている。

内側リング１６と外側リング１８は一種の平型のシリンダとして互いに同心に延在し、図示されている実施例においては内側リング１６の直径が外側リング１８の直径の約１／３となる。外側リングの高さはその直径の約１／２となり、他方以下に説明するように図示された実施例において内側リング１６の高さはいくらか小さくなる。

内側リング１６および外側リング１８は好適な実施例において炭化珪素から形成され従ってサセプタとして機能する。

図示された実施例において内側リングおよび外側リングのいずれもがシリンダ形状に形成されている。それに代えて内側リングおよび／または外側リングを円錐台形状に形成するかあるいは例えば半球形に近い形状にすることも勿論可能である。

また、各リングをそれぞれ完全に閉鎖型にすることも必要でない。このことは特に、比較的大きな壁厚をリングに適用する場合に該当し、その際に１つあるいは複数の適宜な溝部あるいは分節部の形成によって成形部材へのマイクロ波放射線の入射が容易化されるが、閉鎖型の形状によれば誘導コイルの形成が可能になることが理解される。

他方、各リングによってそれぞれ電流回路が形成されれば極めて好適であり、その理由は照射されたマイクロ波放射線が電流を誘導してそれが追加的に成形部材に対して熱エネルギーを放射するように機能するためである。

それが図１に概略的に示されており、そこでマイクロ波発生器によって成形空間１０に伝送されるマイクロ波放射線が矢印２０で示されている。矢印２２は外側リング１８がサセプタとして放出するマイクロ波放射線を示し、矢印２４はサセプタ１８から成形部材１４に放射される熱線を示している。

歯科燃焼窯の加熱に際してサセプタ１６および１８は既知の方式でマイクロ波サセプタとして作用し、一方例えば二酸化ジルコニウムから形成された成形部材１４は約７００℃超の温度で初めて結合し入射したマイクロ波を吸収する。

外側リング１８および内側リング１６のために使用される材料はマイクロ波に対して半透過性のものとすることが好適である。そのため、再結晶が可能であるとともに比較的粗い結晶構造および粗目の表面を有する開孔質の炭化珪素を使用することが好適である。多孔率は５ないし１５％、特に１０％、密度は約９０％とすることが好適であり、その際８５ないし９５％ＴＤの密度数値でも所要の効果が得られる。

本発明に係るサセプタの変更された構成によれば２５％以内の多孔率を適用し得ることも理解される。

炭化珪素は一方で化学的に不活性であるとともに他方で高い誘電損失を有する。しかしながら、本発明によれば炭化珪素が半導体であるという事実を利用することも好適である。従って誘導された電流がサセプタの材料固有内部抵抗によって電気損失エネルギーを発生させる。

内側リング、さらに外側リングも例えば約２ｍｍの極めて小さな壁厚を有することが好適である。そのような壁厚においても機械的な強度がなお充分に提供される。しかしながら、マイクロ波放射線の透過性も所要のレベルで提供され、特により大きな壁厚に比べて電気抵抗が高くなる。

本発明によれば、成形部材１２ならびに成形部材１４のいずれもが内側リング１６と外側リング１８の間に突っ張り形成されるリング空間内に配置されることが極めて好適である。この構成が、マイクロ波放射線によって一次的に動作する歯科燃焼窯内の加熱に際しての温度分布の均一性を極めて顕著に高める。円形であり従って均一に照射される成形空間の全体形状であるものの、さらに成形部材の加熱に際して補償的に作用する温度エネルギーを成形部材に最適に付加することができる。

図１の実施形態において、２つの成形部材１２および１４が内側リング１６と外側リング１８の間のリング空間２６内に収容されている。寸法は存在し得る最大の歯科補綴材をリング空間２６内に収容し得るように選択される。ここで、人間の顎に従って形成されすなわちＵ字型の極めて大きな成形部材を焼結する場合は、内側リング１６の両側に延在するようにそれを挿入することができる。

リング空間２６はリング１６および１８と同じ材料から形成された基底部を備えることが好適である。炭化珪素を使用する場合は、通常炭化珪素の表面が非導電性の二酸化珪素によって酸化されるという事実を利用することができ、従って一方で内側リング１６と基底部２８の間と他方で基底部２８と外側リング１８の間に絶縁が形成される。

図１の実施例において成形部材１２および１４は球体層上に収容され、その球体が二酸化ジルコニウム球体から形成されるかマイクロ波透過性の絶縁材料からなり、その際Ａｌ_２Ｏ_３または例えばＳｉ_３Ｎ_４を使用することもできる。

図１の実施例が図２に立体的に示されている。図２によれば内側リング１６は外側リング１８に比べていくらか低い高さで延在している。図示されていない蓋部材を内側リング１６上および外側リング１８内に気密に嵌め込むことができ、従って基底部２８と組み合わせて閉鎖型のリング空間２６が形成される。

リング空間２６の断面は実質的に正方形あるいは１．５：１の高さ：幅比を有するいくらか上方に延在した長方形にすることができる。本発明に係る成形空間１０の寸法は必要に応じて広範囲に調節し得ることが理解される。本発明に係る成形空間１０を回転テーブル３０上に設置することも可能であり、それによってより改善されたマイクロ波照射の均一化が可能になる。

歯科構成物をサセプタとして作用するリング１６および１８に緊密に設置することによって加熱時間を大幅に短縮することができ、実験においては従来のマイクロ波オーブンに比べて半分未満への短縮を達成できた。

１０ 成形空間
１２，１４ 成形部材
１６ 内側リング
１８ 外側リング
２６ リング空間
２８ 基底部
３０ 回転テーブル

Claims (28)

1. 成形部材とマイクロ波発生器の間に配置されたサセプタにマイクロ波放射線を照射するマイクロ波発生器を備えてなる、歯科成形部材を加熱する装置であり、前記サセプタが少なくとも部分的に内側リング（１６）ならびに外側リング（１８）の両方を形成し、前記成形部材（１２，１４）を前記内側リング（１６）と外側リング（１８）の間に配置することを特徴とする装置。
2. サセプタが内側リング（１６）と外側リング（１８）の間にリング空間（２６）を突っ張り形成し、前記リング空間（２６）の半径方向の長さが実質的に一定であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記リング空間（２６）の半径方向の長さが前記内側リング（１６）の直径の０．５倍ないし２倍となることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. サセプタの内側リング（１６）および／または外側リング（１８）が楕円形あるいは円形に形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 内側リング（１６）および外側リング（１８）のいずれもが直立する四角形の断面を有し、その際に高さがリングの直径の２０ないし１２０％となることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の装置。
6. 前記高さがリングの直径の５０ないし８５％となることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記高さがリングの直径の６５ないし７５％となることを特徴とする請求項５に記載の装置。
8. 内側リング（１６）と外側リング（１８）が均一な温度分布を有する熱処理空間として閉鎖型の容器を突っ張り形成してその中に加熱される成形部材（１２，１４）を配置することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の装置。
9. 前記容器がマイクロ波放射線に対して少なくとも部分的に透過性であることを特徴とする請求項８に記載の装置。
10. 内側リング（１６）と外側リング（１８）がサセプタとしてマイクロ波放射線を吸収し熱線を均一化して放出することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の装置。
11. 内側リング（１６）および／または外側リング（１８）がそれぞれ閉鎖式の電流回路を形成することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の装置。
12. 前記それぞれ閉鎖式の電流回路が半導体として形成されることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. サセプタが半導体として形成されてその表面に二酸化珪素からなる保護層を備えそれが電気絶縁の作用を成すことを特徴とする請求項１２に記載の装置。
14. サセプタのリング形状のサセプタ要素が互いに電気絶縁性に作用することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれかに記載の装置。
15. 前記サセプタ要素が電気絶縁性の表面上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 各サセプタ要素が実質的に均等な高さおよび／または壁厚を有することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれかに記載の装置。
17. 前記各サセプタ要素の高さが前記成形部材（１２，１４）の高さを数倍上回ることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 少なくとも１つのサセプタ要素が円対称に形成されることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の装置。
19. 前記少なくとも１つのサセプタ要素がその軸周りで回転可能に支承されることを特徴とする請求項１８に記載の装置。
20. サセプタ要素（１６，１８）の壁厚がマイクロ波発生器によって形成されるマイクロ波放射線の波長λの１／７０ないし１／４０となることを特徴とする請求項１ないし１９のいずれかに記載の装置。
21. 前記サセプタ要素（１６，１８）の壁厚が１．８ｍｍないし２．５ｍｍの厚さとなることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
22. 各サセプタ要素（１６，１８）の高さがマイクロ波発生器の波長λと共通因数を有することを特徴とする請求項１ないし２１のいずれかに記載の装置。
23. 各サセプタ要素（１６，１８）の高さがλ／２あるいはλ／４となることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
24. サセプタ要素（１６，１８）が互いに同心に配置されることを特徴とする請求項１ないし２３のいずれかに記載の装置。
25. 前記サセプタ要素（１６，１８）が相互に一体的に結合されることを特徴とする請求項２４に記載の装置。
26. 各サセプタ要素（１６，１８）が円環形状の基底部（３０）あるいはスペーサを介して互いに結合されることを特徴とする請求項１ないし２５のいずれかに記載の装置。
27. 各サセプタ要素（１６，１８）の間に球体層を備えた円環形状の空間（２６）が形成されていて、前記空間（２６）は球体層の球体を備えており、および／または前記空間（２６）が中空球体、破砕球体、粉末またはいわゆるフレークを含むことを特徴とする請求項１ないし２６のいずれかに記載の装置。
28. 前記球体層の球体は高密度に焼結された二酸化ジルコニウムおよび／またはＡｌ _２ Ｏ _３ からなることを特徴とする請求項２７に記載の装置。

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