JPS60191185A - 高周波鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は歯科用補綴物・工芸品または工業用小型部品
なとを精密鋳造する高周波誘導加熱式鋳造装置の改良に
関し、くわしくは鋳造ごとに異なる鋳造条件の変化にか
かわらず常に適正なエネルギー伝送効率で金属を融解さ
せるよりにした装置に関するものである。

衆知のごさく加熱体である高周波誘導コイル（以下ワー
クコイルと記す）に発生した交番磁束によって鋳造金属
材（以Ｆワークピースと記す）にりず電流を生ぜしめワ
ークピースを融解する高周波誘導加熱方式は一般的にエ
ネルが一伝送効率が悪く、負荷力率は約０．２程度であ
る。したがっでこれを良くするために、高周波出力回路
おワークコイルとの間にＬＣ共振回路（以下マッチング
回路と記す）を接続し、インダクテイブなワークピース
との同調をとり、共振電流を流すことによってワークピ
ースへのエネルギーの伝送効率を高めている。

このワークピースのインピーダンスは融解の進行に伴な
い時々刻々と変化する特性を有しているので、従来装置
においては上記共振回路からそのインピーダンスの変化
を周波数信号として検出し、この検出信号を発振回路に
フィードハックさせ、その位相差を周波数に変換するこ
とによって共振周波数を自動的に追従する可変周波発撮
回路として、一般にＰＬＬと称される位相同期ループを
用いて下記融解中のワークピースのインダクタンスの変
化による力率の低下を補償しているしかるにこの種の鋳
造装置で鋳造される製品は多種多様であり、たとえば歯
科用を例にとれは、種類として貴金属系合金と非貴金属
系合金とに大別されるが、それらのりち頻繁に使用され
る合金だけでも数十種に及び、さらに鋳造量も約５ｇか
ら約７０ｇの広範囲のものが要求される。このよりにワ
ークピースの状態か大きく変るということは負荷のイン
ピーダンスの変化も大きいことになり、上記ＰＬＬの自
動追従機能の限界を越え、その結 果共振回路の共振周波数が変化し、高周波出力回路の発
振周波数帯域および位相とのずれが生じ、負荷へのエネ
ルギー伝送効率が低Ｆして、百足時間内ではワークビー
スが融解しないこととなる。

上記歯科用装置のはあいには電気炉なとで予熱した鋳型
の冷却による鋳造の失敗を防ぐため約１〜２分間の短時
間にワークピースを融解しなけれはならず、したがって
鋳造装置としては短時間で適正効率の状態で使用できる
もの、すなわちいかなる負荷状態にあってもインピーダ
ンスマッチンクがとれており、定格内で適正な電圧と電
流とを負荷に供給できるものでなけれはならない。この
ため従来装置においては上記ＰＬＬの自動追従回路の外
に制御盤につぎの手動調整装置を設け負荷状態の大きい
変化に備えている。すなわち、出力回路の発振周波数可
変手段（これに位相可変手段を付加したものもある）と
、共振回路の電圧可変手段とであり、これらを融解開始
と同時に、あるいは融解中随時に制御盤上の指示メータ
を見ながら調整して最も効率のよいところすなわち共振
点を、模索しながら融解工程を進めているのが現況であ
る。

この手動調整手段では調整方法が煩雑であるだけでなく
、試行錯誤的調整過程における同調のずれによる大きい
過渡電流が流れ、出力側のスイッチング素子であるパワ
ートランジスタを焼損することがあり、またはこれを保
護する安全装置を設けている装置にては、安全装置が働
いて発振回路を停止するので、鋳造作業が中断されるこ
とがしはしは起り、作秦面率が低いといり欠点がある。

この発明は以上の現況に鑑みてなされたものであり、従
来の高周波鋳造装置の欠点を解消し要求される全ての金
属材の種別ならびに広範囲の鋳造量による負荷状態の変
化に対応して簡単な操作にて即座にインピーダンスマッ
チングがとれ、常に適正電力によるエネルギー伝送がな
され融解時間が短かく、良質の鋳造品が高能率で製造で
きる便宜な装置を提供しようとするものである。すなわ
ち高周波誘導コイルならびに変流器の２次巻線を結合し
た共振回路と、この回路のインピーダンスの変化を周波
数信号として検出する検出手段と、この検出信号によっ
て、前記回路の電流を鋳造金属材の種類・量なとの鋳造
条件の変化に対応して常に適正とする周波数を追従出力
する可変周波発振手段と、前記変流器の２次電圧を可変
制御する電圧制御手段とを設け、前記金属層をその鋳造
条件に対応して定格内の適正出力によって融解するよう
にした装置において、前記可変周波発振手段に、前記金
属材の種別を基準として種別した複数の固有共振周汲数
を択一的に選定する第一の周波選定手段ならひに前記金
属材の融解量を基準として区分した複数の固有共振周波
数を択一的に選定する第二の周波選定手段を設げたこと
を特徴とする高周波鋳造装置にかかるものである。

以下図面を用いてこの発明を説明する。第１図はこの発
明にかかる実施例高周波鋳造装置の高周波制御部の回路
ブロック図である。高周波制御部はるつぼ（図示せず）
に巻回したワークコイル（１）を有するマツチング回路
（２）と、変流器（３）にて結合される高周波出力回路
（４）と、この出力回路（４）に直流電力を供給する電
源部（５）とによって構成される。電源部（５）は図示
を省略したが、通常交流低周波電源からのたとえば６０
Ｈｚの電力をたとえば位相制御などの電圧制御回路およ
びトランス・整流器なとを介して融解に要する制御電圧
の直流電力に変換して高周波出力回路（４）の端子（６
）（７）に入力するのであるが、その詳細はこの発明に
直接関係ないので説明を省く。もとにもとってマツチン
グ回路（２）のワークコイル（１）の右に示した（８）
は融解するワークピースであり、（９）はマツチング回
路の同調コンデンサ、（３Ｓ）は上記変流器（３）の２
次巻数、（１０）は回路（２）に流れる直列共振電流（
ｉＲ）の周波数（ｆＲ）を検出し、つぎに述べる発振周
波自動追従回路（１３）にフィードバックするピックア
ップトランスである。変流器（３）の１次巻線（３Ｐ）
は複数のタップ（例として４個を示す）を有しており、
図示しない制御盤上の押釦操作によってそのいずれかの
タップが選択接続されるタップ切換機構（１１）によっ
て電源部（５）の出力電圧（ＶＰ）に対し、マツチング
回路（２）の電Ｒ：（Ｖｓ）が可変制御できる。発振周
波自動追従回路（１３）は前述したように電子・通信機
器に近年盛んに用いられているＩＣ化された位相同期ル
ープいわゆる（ＰＬＬ）であり、位相比較器、ループフ
ィルタおよび電圧制御発信器（ＶＯＣ）がフィードバッ
クループを形成している。上記（ＶＯＣ）が局部発振器
として任意の周波数たとえは１００ＫＨｚの自走発振周
波数（ｆ０）を位相比較器の一方の入力とし、他方の入
力信号すなわち上記（ｆＲ）の信号（ｆＲ′）との位相
差に対応した制御重圧が位相比較器から上記（ＶＯＣ）
に出力され、（ＶＯＣ）は（ｆＲ′）信号の周波数・位
相に一致する（ｆｒ）信号を出力するのである。なお、
装置によっては上記（ＶＯＣ）の自走発振周波数（ｆ０
）の位相をワークピース（８）の融解量に対応してあら
かじめ制御盤上の押釦操作にて調整するたとえば５段階
の切替機構（１４）を付設することもある。上記回路（
１３）の出力信号（ｆＲ）は駆動回路（１５）を介して
ブリッジ接続の４個のパワートランジスタ（１６）（１
７）（１８）（１９）のベース電流を制御し、（１６）
（１７）と（１８）（１９）とを組みにして同時に交互
に開閉するスイッチング制御を行う。これらスイッチン
グトランジスタを過電流から保護するのがトランス（２
０）（２１）および保護回路（２３）であり（２４）は
直流電流計である。

以上が高周波制御部の主な構成と作動であるがここまで
は従来装置と大差がなく、この構成にては前にも述べた
とおりワークピース（８）の種類や量が大きく変化し回
路インピーダンスの変化に対し、周波自動追従回路（１
３）の追従限界を越えたときマツチング回路の電流（ｉ
Ｒ）が急速に減少して融解が永びくかまたは融解不能に
なる。これを第２図で説明する。図は電圧共振曲線を示
し、横軸は周波数（ｆ）、タテ軸は電流（ｉ）であり、
今実線で示す曲線（Ｃｏ）は周波数が（ｆＲ）となりマ
ツチング回路（２）のインピーダンス（Ｚ）が最小の（
ＺＲ）すなわち第１図におけるコンデンサ（９）の電圧
（Ｖｃ）と、コンデンサ以外の部分の電圧（ＶＬ）とが
等しくなり、回路（２）およびワークピース（８）の抵
抗分（Ｒ）たけとなった電圧共振曲線であり、電流（ｉ
）は最大の（ｉＲ）となる。この状阜ピから今ワ−クピ
ース（８）が融解しはじめると、そのインダクタンス（
Ｌｗ）が減少したばあい回路インピーダンスが変化して
（Ｚ１）となり、共振条件がくずれ、（ｉＲ）か（ｉ１
）まで減少し位相が変化して（ｆＲ）も（ｆ１）に変化
する。この周波数の変位（Δｆ）がＰＬＬ設計段階に決
まるいわゆるロックインレンジ（位相同期範囲）たとえ
は約±１０ＫＨｚ以内であれは前述した入力信号に瞬間
に追従して出力を（ｆ１）にし、第２図の点線で示す共
振曲線（Ｃ１）に上記（Ｃ０）を平行移動せしめ、電流
（ｉ１）を（ｉＲ）にもどす。

またワークピース（８）を変えその（Ｌｗ）が大きくな
ったはあい、回路インピーダンスが（Ｚ２）に変化し電
流が（ｉ２）に減少するが上記インピータンスの変化に
よる周波数変位（＋Δｆ）が上記ロックインレンジ以内
であれば上記同様に（ｆ２）をピークとする２点鎖線で
示す共振曲線（Ｃ２）に移行して電流（ｉ２）を（ｉＲ
）にもどすのである。しかしながら上記（Ｚ１）〜（Ｚ
２）までのインピーダンス変化範囲を越えるようなワー
クピースの変化たとえは金属の種別や融解量の大巾な変
化が生じたときは融解開始時において既にマツチング回
路（２）の同調ははずれ、たとえば（ｉ４）とか（ｉ５
）とかの低い電流しか流れない。従来装置においてはこ
のとき自動追従回路（１３）の局部発振器の発振周波数
をマツチング回路（２）に設けた電流計を見ながら手動
調整するので、前述したような欠点をもつのである。

そこで筆者はこの種の鋳造装置にで鋳造するすべての金
属ならびにその量の全範囲にわたり、融解過程の負荷イ
ンピーダンスの変動特性を実験にてめ、さらにマツチン
グ回路からのフィードバックによる発振周波数の自動追
従範囲を上記全資料について実験し、それらのテークを
分類分析することによって発振周波自動追従回路内の局
部発振器の発振周波数を２組の切換機構でもつて択一的
に選定するよりにし、どのようなワークピースに対して
も融解に先立ち、そのワークピースにインビーダンスマ
ッチングさせるこの発明を行ったのである。それは第１
図の自動追従回路（１３）の端子（２５Ａ）（２５Ｂ）
を介して設けた回路群（２６）である。この回路群（２
６）は上記回路（１３）内の局部発振器（ＶＯＣ）の発
振周波数を可変にする抵抗群であり、固定抵抗（２７）
ならびにそれぞれ複数の抵抗群（２８ａ）（２８ｂ）、
（２９ａ）〜（２９ｄ）を有する第１・第２の周波数選
定機構（３０）（３１）を直列に接続し、上記選定機構
は制御盤上の押釦によってそれぞれ択一的に操作される
。今例を歯科用とすれは第１の機構（３０）の（２８ａ
）を貴金属系合金に、（２８ｂ）を非貴金属系合金に対
応せしめ、第２の機構（３１）をその融解量にて区分し
、たとえは５〜２５ｇを（２８ａ）、２６〜４５ｇを（
２８ｂ）、４６〜６５ｇを（２８ｃ）６６〜８５ｇを（
２８ｄ）にて対応せしめることによって上記した（±Δ
ｆ）以外の共振周波数たとえは（ｆ３）（ｆ４）なとを
固有共振周波数（ｆＲ）として融解開始に先立って設定
でき、通電を開始すれは直ちに（ｉＲ）の共振電流がマ
ツチング回路（２）に流れ、融解中のインピーダンスの
変化に対しては周波数（ｆＲ）が自動追従して、常に最
大の電流（ｉＲ）が保持される。また上記第二の周波数
選定機構（３１）は点線（３２）で示す機械的連動機構
にて連動されており、前述したマツチング回路の変流器
タッフ切換機構（１１）ならびに位相切換器降雨機構（
１４）と同時に切換される。第１図において今ワークピ
ース（８）がたとえは７０ｇの非貴金属系合金であると
すれば、図示のよりに術者は第１および第２の周波数選
定機構をそれぞれ押釦で選定すれはマツチング回路（２
）の共振周波数（ｆＲ）が発振できるだけでなく、その
位相も調整され。

マツチング回路の電圧（ｖｓ）も装置定格の最高値に設
定され、定格内の適正電力にて融解が行われる。

以上がこの発明の詳細な説明であるが、この発明は図示
や説明に限定されないことはいうまでもない。たとえば
鋳造装置は歯科用に限定しないし、第１．第２の周波数
選定機構の切換段数も２段お４段に限らずもつき多く設
けてもよい。同しく変流器の１次タップ数も４段に限定
しない。また位相調整機構は省いてもよいなとである。

この発明は以上のよりに構成されているので。

従来の高周波鋳造装置の欠点を解決し、要求される鋳造
金属材の種別ならひに量などの広範囲にわたる変化にか
かわらず、融解に先立つ簡単な操作によって常に負荷に
適合したインピーダンスマッチングがとれるとともに融
解中も常に共振電流が保持されて装置の定格内の適正出
力によってエネルギーの伝送か行われて融解が早く、良
質の鋳造品か能率良く製造できる小型にして廉価な装置
を提供し得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例高周波鋳造装置４の高周波制
御部の回路ブロック図、第２図はこの装置の発振周波自
動追従回路の作動を説明する共振曲線図である。。 １…高周波訪導コイル ２…共振回路（マツチング回路）　３…変流器３Ｐ…変
流器の１次倦線　３８…変流器の２次巻線ｖｓ…変流器
の２次電圧　８…鋳造金属材９…同調コンデンサ ＺＲ…共振回路のインピーダンス ｆＲ…電圧共振電流の周波数 ｆＲ′…上記記周波数の検出信号　ｉＲ…電圧共振電流
１０…上記ｆＲ′信号検出手段としてのピックアップト
ランス １１…変流器２次電圧可変制御手段としての１次タッフ
切換機構 １３…可変周波発振手段（発振周波自動追従回路）３０
…第１の周波選定手段 ３１…第２の周波選定手段 ３２…変流器の電圧制御手段と第２の周波選定手段との
機械的連動機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．るつぼ内の鋳造金属材にうず電流を生ぜしめて融解
   する高周波誘導コイルならびに変流器の２次巻線を結合
   した共振回路と、この回路のインピーダンスの変化を周
   波数信号さして検出する検出手段き、この手段の検出信
   号によって前記回路の電流を鋳造金属相の種別・蛍など
   の鋳造条件の変化に対応して常に適正にする周波数を追
   従出力する可変周波発振手段と、前記変流器の２次電圧
   を可変制御する亀圧制御手段とを設け、前記金属層をそ
   の鋳造条件に対応して定格内の適正出力によって融解す
   るよりこした装置において、前記可変周波発振手段に前
   記金属材の種別を基準セして類別した複数の固有共振周
   波数を択一的に選定する第一の周波選定手段ならひに前
   記金属層の融解量を基準として区分した複数の固有共振
   周波数を択一的に選定する第二の周波選定手段を設けた
   ことを特徴とする高周波鋳造装置。
2. ２．変流器の電圧制御手段と第二の周波選定手段とを連
   動せしめてなる特許請求の範囲第１項記載の高周波鋳造
   装置。