JPH0331488Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気
中においてるつぼに入れた金属を高周波誘導加熱
によつて融解し、この融解金属を同じ雰囲気状態
に置かれている鋳型に鋳込むことにより、歯科用
或いは工業用小型鋳物を製造する高周波鋳造装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、歯車補綴材料として優れた特性を有する
金合金、銀合金、ニツケル−クロム合金、又はニ
ツケル−クロム−コバルト系合金などの高融点合
金の鋳造に用いられる高周波鋳造装置は、ワツク
スパターンを高温用埋没材、例えばリン酸塩系埋
没材に植立埋没させ、焼成したロストワツクス法
による鋳型を用い、それを所定温度（合金の種類
によつて異なる）に予熱して、鋳造装置の気密容
器にセツトし、短時間に10^-3〜10^-2Torr程度に
その内部を排気する。そして、融解された合金を
注湯するに際しては、例えば５Kg／cm²Ｇの圧力の
アルゴンなどの不活性ガスを注湯に作用させ、注
湯に作用する気体圧力と鋳型内部の気体圧力との
圧力差による加圧を注湯が凝固するまで持続する
ようにした連続加圧鋳造方式をとつた装置が多
い。

ところが、融解された合金を注湯するには、合
金全部が完全に融解していなければならず、従来
の装置においては、その完全融解を確認する適切
な手段を無かつた。このため融解保持（融解繋留
ともいう）時間を長くしたり、またその保温電流
も必要以上に多く流したりして、金属を沸騰させ
てしまう、といつた問題があつた。

このような問題を解決しようとして、例えば特
開昭56−131065号公報等には、るつぼ内の融解金
属の温度を放射温度計によつて測定し、その放射
温度計の出力に基づいて、加熱制御装置により、
巻線に供給する高周波電流を制御して、るつぼ内
の融解金属を所定温度に上昇させるようにする鋳
造方法が開示されている。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、特開昭56−131065号公報に記載
されているように、るつぼ内の溶融金属の温度を
放射温度計によりのぞき窓を通して測定する方法
では、ガスや煙によつてのぞき窓がすぐに曇り、
温度測定を正確に行なうことが難しいため、制御
の精度が悪くなる、といつた問題点がある。ま
た、仮にるつぼ内の温度をのぞき窓を通して正確
に測定できたとしても、例えばるつぼ内に投入す
る金属塊の大小や個数などによりるつぼ内での金
属の融解状態が場所によつて異なり、温度測定の
ために特定された場所とそれ以外の場所とで温度
が多少異なつていることがあり、このような温度
によつて融解行程を制御しても、精度が低いもの
になつてしまい、高品質の鋳造品が得られない、
といつた問題点がある。

この考案は、以上のような事情を鑑みてなされ
たものであり、融解金属の温度を測定しそれに基
づいて融解金属の温度を制御する、といつた制御
方式によらないで、高周波鋳造装置による金属の
融解及び融解保持行程をプログラム制御により自
動化し、常に安定して良質の鋳造品を効率よく製
造できるようにすることを技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

この考案では、高周波鋳造装置による金属の融
解及び融解保持行程をプログラム制御により自動
化するに際し、種々の鋳造条件の下において高度
の熟練者が持つている知識や経験に基づいて実際
に行なわれた融解並びに融解保持行程での最適な
加熱電流値及び加熱時間値の各種データを記憶回
路に予め記憶させておいて、それ以後は、鋳造条
件に応じてその記憶されたデータの中から適切な
ものを選定し、鋳造条件に応じた最適な加熱電流
値及び加熱時間値を基準設定値とし、その基準設
定値を利用して金属の融解加熱及び融解した金属
の融解保持加熱をプログラム制御するようにした
ことに要点がある。すなわち、この考案は、融解
すべき金属の種別・融解量・雰囲気などの鋳造条
件における融解加熱電流及び融解加熱時間の最適
な実測値を記憶するとともに、融解した金属を鋳
込むまでの融解保持加熱電流及び融解保持加熱時
間の最適な実測値を記憶する記憶回路を有し、そ
の記憶回路に記憶された各加熱電流値及び各加熱
時間値をそれぞれ基準設定値として金属の融解加
熱及び融解した金属の融解保持加熱をプログラム
制御する制御装置を設けることにより、高周波鋳
造装置を構成したことを要旨とする。

〔作用〕

この考案は、上記構成としたことにより、高度
の熟練者によつて種々の鋳造条件に対応した最適
な加熱電流値及び加熱時間値の各種データを記憶
回路に記憶させた以後において、高周波鋳造装置
による金属の融解及び融解保持の行程を、プログ
ラム制御により、鋳造条件に対応した最適な加熱
温度及び加熱時間に従い常に一定して自動的に行
なうことができるようになる。

〔実施例〕

以下、この考案の好適な実施例について図面を
参照しながら説明する。

第１図は、この考案の１実施例を示す高周波鋳
造装置の構成ブロツク図である。この高周波鋳造
装置１においては、交流低周波電源２からの、例
えば60Hzの電力は、トランス３及び整流器４を介
して直流に変換され、これを真空管又はトランジ
スタを用いた高周波発振回路５で、例えば数
100KHzの高周波電流I_Hとして、この高周波電流I_H
がるつぼ６の周囲に設けた高周波誘導線輪７に印
加される。この加熱電流I_Hに比例する、例えば上
記真空管の陽極電流又はトランジスタのベース電
流i_Hを取り出し、この電流i_Hを高周波トランス８
及び整流器９を介して直流化し、これを半固定抵
抗器１０により、上記加熱電流I_Hのフイードバツ
ク電圧信号_VHとして出力する。以上のようにして
加熱高周波電流の検出手段が構成されている。

次に、この_VH信号と、加熱電流設定回路１１の
設定信号vsとを比較回路１２によつて比較する。
設定信号vsは、例えば第２図に示定値制御時の
電流プログラムチヤート（縦軸は加熱電流I_H、横
軸は経過時間ｔを示す）の電流I_Hf、すなわち金
属の融解時点t₁まで誘導線輪７に印加する加熱電
流I_Hの一定の値、例えば30Aの目標値信号であ
る。今、例えばコバルト−クロム系合金を所定量
鋳造しようとするとき、上記I_Hを30Aに予め決
め、加熱電流設定回路１１から30Aに対応する設
定信号vsを出力させると、この目標値として、電
圧信号v_Hがv_H＝vsとなるような制御信号電流icを
比較回路１２が発生し、この信号電流icを操作端
の一部であるホトトライアツク１３並びにホトカ
プラ１４へ流して、交流低周波電源２の回路に設
けられた、例えばサイリスタ式交流位相制御回路
１５を操作し、交流波形の点弧位相角を調整する
ことによりトランス一次側電圧Epを制御し、加
熱電流I_Hを上記目標値に定値制御する。以上のフ
イードバツク制御系により、外乱、例えば交流低
周波電源２の電圧変動や高周波発振回路５のノイ
ズなどに影響されず、加熱電流設定回路１１が設
定する目標値に対して正確な制御値が得られるこ
とになる。

第２図は、るつぼ内の金属の温度T_Mのタイ
ムチヤートであり、t₁時に融点T_Mfに達すること
を示している。そして、設定電流I_Hfを印加したt₀
時点から金属の温度が上昇してt₁時に融点T_Mfに
達し、金属が融解したことを、鋳造作業に高度に
熟練した者がその知識や経験に基づき目視によつ
て確認し、その（t₁−t₀）の融解所要時間tfを測
定する。さらに、鋳造性や出来上がつた鋳造品の
仕上り状態などを含めて高度の熟練者が総合的に
判断し、これを金属の種別及び融解量・雰囲気な
どの鋳造条件に対する固定の融解時間設定値tfと
するのであり、この融解時間設定値tfをマイクロ
コンピユータ１６の記憶回路１６Ｍに入力して記
憶させる。

次に、融解された金属の温度が、第２図で示
すように融点T_Mfを若干オーバしてから最終的に
融点T_Mfに収歛する状態、すなわち融解状態を或
る時間内保つて金属の全量が完全に融解し鋳型に
注入できるような状態になる時点t₂までの保持時
間tcを予め、例えば1secと決め、これを第１図の
時間設定及び電流ON−OFF率設定回路１７に設
定する。この時間設定によつてホトカプラ１４の
発光ダイオード１４Ｌに1sec間電流が流れ、ホト
トランジスタ１４Ｔを導通させる。そして、この
保持時間tcの間、金属の温度を第２図に示すよ
うに融点付近に保持（繋留ともいう）するに足る
電流I_Hcを求める。これには、加熱電流設定回路
１１を手動で操作して加熱電流I_Hを、例えば設定
電流I_Hfの30％位に減少させ、金属が沸騰及び凝
固せずに融解状態を保持していることを高度の熟
練者が目視で確かめ、高度の熟練者が総合的に判
断し、これを上記条件における固有の保温電流設
定値I_Hcとして記憶回路１６Ｍに入力して記憶さ
せる。

以上の実測を終了した後、同一鋳造条件の金属
に対しては、第２図のI_Hf・I_Hcの２段階の目標
電流値をマイクロコンピユータ１６から出力して
加熱電流設定回路１１に設定するとともに、同じ
くtf・tcの目標時間を時間設定及び電流ON−
OFF率設定回路１７に予め設定しておくだけで、
以後は、高度の熟練者によらなくても、自動的に
t₁時点までは一定電流I_Hfで加熱融解し、t₁時点で
設定回路１７からの信号を受けてマイクロコンピ
ユータ１６は、加熱電流設定回路１１の電流設定
値をI_Hcに自動的に切り換え、このI_Hcの目標値に
よつてtc時間経過したt₂時にホトカプラ１４が信
号電流icをOFFし、同時に融解金属を鋳型に鋳込
むようにする。

以上は、電流制御手段が定値制御の場合におけ
る説明であるが、電流制御は上記定値制御に限ら
ず、第３図〜第５図にそれぞれ示すように種々の
方法が行なわれる。第３図は、融解時間設定値
tf′の間にta，tb時点を設け、その時点で目標電流
値をそれぞれI_Hf′，I_Hf″というように段階的に減
少させるようにしてプログラム制御する方式を示
したものであり、このように電流を変化させるこ
とによつて第３図に示すように、金属の融解温
度T_Mfに到達する時点t₁以前の温度上昇の勾配が
緩やかになり、t₁時点からt₂時点の間に融点を越
える温度ΔTが上記した定値制御の場合に比べて
少なくなり、鋳造が安定化する。

第４図は、t₀→t₁の融解時間の定電流制御に
ついては第２図に示した場合と同様に行ない、t₁
時点以後における融解保持電流設定値を所定の周
期で断続させるようにした方式を示すものであ
り、例えばOFFの時間をt_A、ONの時間をt_Bとし、
t_B／t_Aを1/3と設定すれば、実効電流はI_Hfの約1/3
になり、第２図のI_Hcに近似のものとなる。この
断続率は、第１図の電流ON−OFF率設定回路１
７に設定しておけばよい。第４図は、その制御
方法によつて融解状態の温度が小刻みの周期でほ
ぼ安定化することを示している。

第５図は、融解時間t₁までにta，tb時点を設
け、ta時点に達した後、電流設定値I_Hfをt_A′時に
はI_HAにし、t_B′時にはI_Hfとした矩形波の電流とし、
tb時点からは低い側の電流をI_HA′の波形に変え、
融解時点t₁からはさらに低い側の電流をI_HA″とい
うように低く設定する。このように融解までに加
熱電流を段階的に減少させるプログラム制御は、
上記の第３図に示した方式に似ているが、金属の
温度T_Mは、第５図に示すように融点T_Mfをオー
バする温度が極めて少なく、鋳造性能の優れた方
式であると言える。

尚、時間設定及び電流ON−OFF率設定回路１
７には、次のような保安機能が付加されている。
すなわち、電流制御系のどこかに故障が生じ、所
定の時間を経過しても金属が融解しないような場
合には、ホトカプラ１４を緊急遮断するように構
成されている。

この考案の高周波鋳造装置は上記したような構
成を有しているが、この考案の範囲は、上記説明
並びに図面の内容によつて限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない範囲で種々の変形例を包含
し得る。すなわち、高周波電流のフイードバツク
制御は、図示例のものに限定されないし、また第
２図〜第５図で説明した制御方式も１例であつ
て、図示のものに限定されるものではなく、比
例・積分・微分動作などを付加した制御方式を採
用するようにしてもよく、それ以外の制御方式で
あつてもよい。また、時間及び電流制御系に付属
的に温度検出系を付加して、第２図〜第５図の
図のデータを採り、上記制御系の制御性能を確察
するような構成の装置としてもよい。

〔考案の効果〕

この考案は以上説明したように構成されかつ作
用するので、この考案に係る高周波鋳造装置を使
用すれば、作業者が金属の溶融状態を目視によつ
て確認しながら鋳造作業を行なう場合におけるよ
うな鋳造品の品質のばらつきを生じることがな
く、常に安定して良質の鋳造品が効率良く得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この考案の１実施例を示す高周波鋳
造装置の制御系の構成を示すブロツク図、第２図
，は、電流定値制御のタイムチヤート及びそ
れに基づいた融解金属の温度タイムチヤート、第
３図，は、電流プログラム制御のタイムチヤ
ート及びそれに基づいた融解金属の温度タイムチ
ヤート、第４図，は融解保温電流を断続させ
る制御のタイムチヤート及びそれに基づいた融解
金属の温度タイムチヤート、第５図，は、融
解電流及び融解保温電流をプログラム制御するタ
イムチヤート及びそれに基づいた融解金属の温度
タイムチヤートである。 ５……高周波発振回路、６……るつぼ、７……
高周波誘導線輪、１０……半固定抵抗器、１１…
…加熱電流設定回路、１２……比較回路、１３…
…ホトトライアツク、１４……ホトカプラ、１５
……交流位相制御回路、１６……マイクロコンピ
ユータ、１６Ｍ……記憶回路、１７……時間設定
及び電流ON−OFF率設定回路、I_H……加熱高周
波電流、I_Hf……加熱電流設定値（実測基準値）、
I_Hc，I_Hc′……保温電流設定値（実測基準値）、t₁…
…融解時点、t₂……鋳込み時点、tf，tf′……加熱
時間設定値（実測基準値）、tc……融解保持時間
設定値（実測基準値）、T_Mf……融点。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 減圧雰囲気又は不活性ガス雰囲気中においてる
   つぼに入れた金属を高周波電流の誘導加熱によつ
   て融解し、これを前記雰囲気状態に置いている鋳
   型に鋳込むようにした高周波鋳造装置において、
   前記融解すべき金属の種別・融解量・雰囲気など
   の鋳造条件における融解加熱電流及び融解加熱時
   間の最適な実測値を記憶するとともに、融解した
   金属を鋳込むまでの融解保持加熱電流及び融解保
   持加熱時間の最適な実測値を記憶する記憶回路を
   有し、その記憶回路に記憶された各加熱電流値及
   び各加熱時間値をそれぞれ基準設定値として金属
   の融解加熱及び融解した金属の融解保持加熱をプ
   ログラム制御する制御装置を設けたことを特徴と
   する高周波鋳造装置。