JPS60221687A - 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】 この発明は高周波誘導加熱によって鋳造金属材を融解し
、歯科用補綴物や工芸品などを精密鋳造する高周波鋳造
装置に関するものである。

高周波鋳造装置による精密鋳造での製品の良否はるつぼ
内で融解した合金などの種ｆｌｌＪに応じた鋳込み温度
および鋳込みのタイミングの適否に左右される。すなわ
ち融解金属の鋳込みに適正な温度範囲はどのような材質
におし１ても狭し・ものであり。

これを超えるとオーバーヒートになシ、酸イヒ・窒化・
肌荒れ・気泡などが生じ、欠陥製品となる。

また逆にそれに満たないと融解不足になり、鋳型での湯
回りが悪く、これまた完全な製品力ζできない。これら
を防止するため上記金属の材質によって決まる鋳込み最
適温度を目標値として、これに一致させるために、融解
金属の温度を放射＠度ｎにて検出して、上記目標値と比
較し、その偏差を減らして零にするように、たとえば装
置のるつぼに供給する電力を自動的にフイ°−トノ（ツ
ク制御する温度制御式鋳造装置が開発されている。第１
図はその装置での融解工程を示す温度・時間特性図であ
り、横軸（１１は時間経過を示し、タテ軸σ１は融解金
属の温度＜℃＞を示す。実線の特性（Ｃ１）は上記放射
温度計が検出する金属表面温度（０・Ｔ）の特性であシ
９点線の特性（Ｃ２）は上記温度計にては検出できない
金属内中心部の推定温度（■・Ｔ）特性である。

図において（ｔｏ）から（ｔｌ）すなわち加熱初期ｔこ
おいて上記（ＣＩ）　＆　（Ｃ２）との開きが一間（【
１の経過に伴ない大きくなるのは高周波誘導加熱の表皮
効果によって金属の表面から次第に内部に加熱が進むか
らである。この装置は上記したように、あらかじめ鋳造
金属の種別や量によって決まる鋳込み最適温度（以下鋳
造温度と記す）　（Ｃ−Ｐ）を目標値として設定できる
ので、これを金属固有の融点■・Ｐ）またはそれより僅
かに高いｍ度としている。このため（Ｃ１）特性にて承
す表面温度（０・Ｔ）は（【１）時点にてその熱慣性に
よって（ΔＴ）だけオーバシュートするが。

すぐに（Ｃ−Ｐ）に収斂し、安定に定値に制御される。

この（ｔｌ）時点にては（Ｃ２）特性で示す中心部温度
（工・Ｔ）は融点図・Ｐ）より（ΔＴｉ）も低く、融解
していなし１゜このため中心部温ｉ（Ｉ・Ｔ）が融点潜
・Ｐ）Ｋ達する（１．）時点までは鋳込みを行わず、　
（Ｉ・Ｔ）がさらに若干上昇して（Ｃ１）と（Ｃ２）特
性が一致する時点いいかえる七金属全体が完全に融解す
る時点（ｔｏ）が鋳込みタイミング（以下鋳造タイミン
グと記す）である。

上記（ｔ□）から（１゜）に至る工程を通常係留工程と
称し、従来の温度制御型装置において必ず行う工程であ
る。しかしながらこの係留工程を行う従来装置では、金
属をオーバーと一トや沸騰させるおそれはなく、また鋳
造タイミングに余裕はあるが。

（ｔｌ）時点での（ｊＴｓ）がかなシ大きく、これが一
致するための上記係留時間（ｔＭ）が永（なシ、この間
に融解金属は電磁攪拌作用によって移動しながら外気や
るつば部材と化学反応して金属の劣化が進行するという
欠点がある。また一部の装置においては記憶回路を設け
、上記（１Ｍ）や係留時の加熱電流値の最適値を記憶せ
しめ、この記憶値によって制御するようにした装置もあ
るが、＠Ｊ路構成が複雑高価となる欠点がある。

この発明は以上の現況に鑑みてなされたものであり、従
来の温度制御式高周波鋳造装置の欠点を解消し、融解ｔ
こ当って金属の表面温度が融点に達し、これを超えたと
きから金属内部まで完全に融解して注湯するまでの時間
を簡単な回路構成によって最小限に抑えることによって
金属の劣化を防ぎ、良質の鋳造物を高能率で製造しうる
装置を提供しようとするものである。すなわち鋳造金属
の融点図・Ｐ）の５０％ないし９０数％の範囲において
、たとえば実験的または経験的に定めた関数制御開始温
度（８−Ｐ）を設定するとともに、融点（Ｍ−Ｉ’）よ
シ僅かに高い鋳込み最適温度（Ｃ−Ｐ）とを設定し、上
記（Ｓ−Ｐ）までは装置定格の全出力によって加熱し、
（ｓ−ｐ）に達したとき関数発生手段によるたとえば平
方根関数信号（Ｓ３）と、上記（８−Ｐ）設定信号（Ｓ
ｇ　）との加算信号（Ｓ４）を制御目標値どし、これと
放射温度計の表面温度検出値（８【）とを比較し、この
比較による偏差（４８）を零にするように加熱電源電力
を制御するようにした装置にかかるものである。

以下図面を用いてこの発明の詳細な説明する。

第２図はこの発明の実施例高周波鋳造装置の回路構成を
示すプロ、り図である。装置（１）は交流電源（２）の
た七えば６０Ｈｚ２００Ｖをす、−キ、トプレーカ（３
）のＯＮによって全波整流器（４）およびＬＣ平滑回路
（５）を介して直流電力（Ｐｄ　）としてトランジスタ
または真空管式高周波発振回路（６）に入力し、たとえ
ば１００ＫＨｚの高周波電流（Ｉｈ）に変換され、誘導
巻線（７）に供給される。この誘導巻線（７）の高周波
電流（Ｉｈ）は図示しないるつぼ内の鋳造金属材（８）
（以下単に金属と記す）にうず電流な生ぜしめて、これ
を融解し、同じく図示しない鋳型に注湯する。この金属
（８）の表面温度（０・Ｔ）を検出するのが放射温度計
（９）であシ、その検出信号（Ｓｔ）をあらかじめ設定
した鋳造温度（ｃ−ｐ）信号と比較して、その偏差によ
って上記直流電源回路にたとえば直列に挿入した制御素
子としてのパワートランジスタ００１のインピーダンス
を可変制御する。これが第１図に示した係留１稈（ｔＭ
）における表面温度（０・Ｔ）の定位制御の一例である
。したがって以上の構成は従来装置と同一であり、この
発明の要部は金属（８）の表面温度（０−Ｔ）が融点Ｃ
Ｍ−Ｐ）に達した時点から金属全体が完全融解するまで
の時間が最も短かくなるように最適の温度上昇４１１に
よって上記パワートランジスタ０αのインピーダンスを
可変制御する回路構成すなわち第２図において、検出信
号（８ｔ）の２つの入力端子（１２ａＸ１２ｂ功−ら偏
差（ΔＳ）の出力端子０までの信号処理回路である。こ
れを第４図のこの発明の装置による温度・時間特性図を
参照にして説明する。図は第１図と同様横軸１１１は時
間経過を、タテ軸σ）は融解金属の表面および中心部温
度（℃）を示し、実線特性（Ｃ３）は表面温度（０・Ｔ
）の検出値ならびに関数制御目標値の上昇特性であシ９
点線特性（Ｃ４）は内部温度（Ｉ−Ｔ）の推定特性であ
る。第２図にもどって上記信号処理回路を機能別に６区
分に分け、逐次説明する。そのに）はポテンショメータ
（へ）で構成された関数制御開始温度（Ｓ−Ｐ）を設定
する第１の温度設定手段であり、差動増幅器αηとＮＰ
Ｎ形トランジスタ（至）とは検出値（Ｓｔ）が上記ポテ
ンショメータ０時で設定された（Ｓ−Ｐ）の信号（８１
）に達したおき出力さ−れる信号（Ｓｏ）の発生回路で
ある。第４図に示す融点■・Ｐ）のたとえば７５％に相
当する上記温度（Ｓ−Ｐ）を経験的または実験にて得た
とすれば、これを上記ポテンショメータ０１２の可動接
点を調整して、融解開始に先立って関数制御開始信号（
Ｓｌ）として設定する。この設定によって表面温度（０
・Ｔ）が（Ｓ−Ｐ）に達するまでは上記信Ｊｉｊ（Ｓｏ
）を出力しない。そこで以後の信号処理は全く行われず
制御素子α■のインピーダンスは最小に保たれ装置定格
の１００％の電力による最大の高周波電流（Ｉｈｍａｘ
）にて金属（８）を加熱する。これが第４図の（ｌｘ−
１４１）の加熱時間帯（−）であシ、このため（Ｃ３）
は２次特性で上昇し。

（Ｃ４）もそれ１こ追従して上昇するが前述の表皮効果
のため次第にその＠反差は大きくなる。この最大電流（
Ｉｈｍａｘ）のまま加熱をつづけると（Ｃ３）は１点鎖
線（Ｃ，７）のように急上昇してα■・Ｐ）（Ｃ−Ｐ）
に到達するのであるが、この装置は（Ｃ３）が（Ｓ−Ｐ
）に達した（ｔ８）時点において上記（Ｓｏ）信号を出
力する。この信号（８ｏ）によってＰＮＰ形トランジス
タＱ呻が導通し、可変抵抗器（Ｒ１）を介して積分器（
ホ）のＯＰアンプＱ力の←１端子に融点α・Ｐ）よシ僅
かに高い鋳造温度（Ｃ′Ｆ）に対応する信号（Ｓ２）の
電圧（ｖｌ）が入勾される。この回路が第２の信号設定
手段（イ）であり、上記（Ｃ−Ｐ）も（Ｓ−Ｐ）同様、
金属の種別と贋とによっ゛Ｃ実玲的にめあらかじめ設定
すイ・。つぎに１点鎖線に）で囲、んだ回路が機能別そ
の（至）の関数発生手段であり、」；配積分器（１）と
、その出力の極性を反転させる反転増幅器（ハ）七、ダ
イオード（Ｄす■２）および除算回路に）にてなる曲線
関数回路（イ）七で構成されている。１積分器に）の出
力（ｖ２）は上記可変抵抗器（Ｒｔ）の設定にヨー）　
テ（Ｖ、　−−Ｉ縛ＪＶｔｄｔ　）ドア’ｌ：　ｌ）　
、　コｔｔ＞（Ｖ２）ノｔｒｉ＜性を反転増幅器（ハ）
にて反転させた出力（■３）を第３図■に示す。横軸口
）は時間経過＋１＋を、タテ軸は電圧間を示し、出力（
■３）が時間ｉｔ＋の経過によって直線状に上昇する積
分関数信号きなっている。この出力信号（Ｖｓ）を曲線
関数回路−に入力すれば１この回路のダイオードのしき
い値を境に除算回路（ハ）の増幅度が変シ、つぎに示す
式による（ｖ４）が出力される・■４−に化ここで（Ｋ
ｌは定数である。＠３図■は上記（■４）すなわち平方
−関数信号（ｓ３）の特性を示す図である。第４図にお
いて（Ｃ３）の（Ｓ−Ｐ）以上の■−ＣＢ＋−■）の温
度上昇特性として任意の特性を用いることかできるが、
要は（Ｃ３）がじ・ｐ）を超える（Ｌ２）時点から（Ｃ
３）と（Ｃ４）とが一致する（１ｏン時点までの時間（
１８）を短縮するためには上記第３図■のような平方根
特性がもっともすぐれているこ七はいうまでもない。こ
の関数発生手段に）から出力された関数値Ｆｊ（Ｓａ）
に上記第１の設定信号（ｓｌ）を加算して（１、）から
（ｔｏ）までの関数制御目標信号（Ｓ４）を出力するの
が前述の区分の四に当る加算手段（イ）の回路である。

この回路（財）は検出信号（Ｓｔ）の入力端子（１２ｂ
）を有し、かつ（Ｒｔ）　（＆　）（Ｒａ　）　（Ｒ４
）の抵抗をすべて等しくすることによって上記目標信号
（Ｓ４）と前記ボテンンヨメータα・に設定された（Ｓ
−Ｐ）の信号とを加算して第４図の（５）からの）の制
御目標信号（Ｓ４）を出力する。この信９ｊ　（８４）
は区分（５）の比較手段としての差動増＠器翰の非度転
人カ端子に）に入力され２反転入力端子（３１１には検
出信号（ｓｌ）が放射温度計（９）から連続的に入力さ
れる。差動増幅器−は上記関数制御目標信号（ｓ４）と
検出信号（Ｓｔ）とを比較してその偏差（ｊＳ）を出力
端子（至）に出方する・この偏差（ｊＳ）を零にするよ
うに加熱電力を制御する加熱制御手段（至）は前述した
パワートランジスタｆ１０１と、このベース（ＩＯＢ）
にベース電流を過少こむＮＰＮ形トヲンジスタ（財）に
てなる増幅回路上で構成される。ただしこの手段（至）
は従来装置と同じものでよい。

このようにして第４図で示すような平方根特性にて金属
の表面温度（０・Ｔ）が上昇制御されると（０−Ｔ）が
融点囚・Ｐ）に達し、これを超える時点（Ｌ２）ｆｆ３
１にては内部温度（■・Ｔ）も漸く近接してその温度差
（ΔＴ２）も従来の（ΔＴｚ）に比しはるかに小さい。

つぎに内部温度（■・Ｔ）がじ・Ｐ）に達した（ｔ３）
時点にても鋳造は可能であるが、今少し時間をおいて（
Ｉ−Ｔ中０−Ｔ）となる鋳造最適タイミング（ｔｏ）に
おいて鋳型に注入するのである。上記表面が融解する（
１゜）から（ｔｏ）までの完全融解時間（ｔ８）が従来
の係留時間（輸）に比し、著しく短縮されるので融解し
た金属がるつぼ部材などと化学反応するこきがきわめて
少くなる。さらに（Ｉ−Ｔ）が（０−Ｔ）に近接した時
点を（ｔｏ）とすれば（ｔａ）は更に短縮できる。

つぎに＠５図によってこの発明の別の実施例装置を説明
する。図はその装置による金属の温度・時間特性図であ
り、第４図と同記号のものは詳細を省く。第４図と異る
のは関数制御開始温度（Ｓ−Ｐ）を因・Ｐ）に近づけ、
たとえば（Ｍ−Ｐ）の９５％に設定した点と、（０・Ｔ
）の特性（Ｃａ　）の（２）−（Ｂｌ−■）の関数制御
目標信号（Ｓ４）が直線すなわち積分関数である点とで
ある。装置としては第２図の関数発生手段に）の曲線関
数回路（ホ）を省き９反転増幅器（ハ）の出力（ｖ３）
を直接（Ｓａ）信号として出力するように構成する。こ
のため装置が全出力で加熱する（ｔ□−１−の加熱時間
帯（１！Ｉ）が長く、（ｔ工）時点にて急激に関数制御
に入るため、熱慣性による（０・Ｔ）の若干のオーバシ
ュートは避けられないが、　（Ｍ−Ｐ）を超えることは
なく、さらに低い温度勾配によって徐々に温度上昇する
ので、（０・Ｔ）が融点を超えるの）点すなわち（【、
）から（ｔｏ）までの時間（ｔ８）は第１図の係留ＢＭ
）に比しはるかに短かいものとなる。

以上λＩ；この発明の実施例であるが、この発明は。

図示や説明に限定されない。たとえば関数制御開始温度
（Ｓ−Ｐ）は融点■・Ｐ）に近い方がよいが、関数制御
の方法によっては融点の５０％以上で融点よシ低い温度
であればよい。また鋳造温度（ＣａＰ）も必ずしも内部
温度（Ｉ−Ｔ）と表面温度（０−Ｔ）とが一致する温度
でな（、内部が完全に融解した温度いいがえると（Ｉ−
Ｔ）が児・Ｐ）を超えた温度に設定してもよい。また関
数信号も平方根や積分に限定せず、完全融解時間（【８
）を短縮させるどのような関数たとえば蛇行上昇するよ
うなものでもよい。したがって関数発生回路の構成もい
ろいろ考えられるが、すべてこの発明のはんちゆうに属
する。さらに加熱制御手段もパワートランジスタによる
直流回路での電力制御だけでなく、サイリスタによる交
流電源制御でもよい。

この発明は以上のように構成されているので。

温度制御式高周波鋳造装置のフィードパ、り自動加熱制
御において鋳造金属の種別ならびに量に対応した最適に
して理想的なプログラム制御を簡単な電子回路を巧みに
組合わして記憶回路などを要しない関数制御回路にて行
うことによって、鋳造所要時間が短かく、かつ融解不足
やオーバーヒートなどのおそれが全くな（、金属の表面
が融点に達してから金属全体が完全融解するまでの時間
を最小限に短縮して、液状の金属が外気やるつぼに移動
しながら反応を起して劣化を進行させることな（、良質
かつ完全な製品を高能率で製造しうる小型低廉な装置を
提供しえたものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の温度制御式高周波鋳造装置での融解工程
の温度・時間特性図、第２図はこの発明の実施例高周波
鋳造装置の回路プロ、り図、第３図■は上記装置の関数
発生手段の積分器の出力特性図１図■は上記関数発生手
段の曲線関数回路の出力信号特性図、第４図は上記装置
での融解工程の温度・時間特性、第５図はこの発明の別
の実施例装置での同じく温度・特性図である。 （２）・・・交流電源　（Ｐｄ　）・・・加熱電力（直
流）（６１・・・高周波発振回路　（７）・・−誘導巻
線（８）・・・るつぼ白金属　（９）・・・放射温度計
Ｏ１・・・加熱電力制御素子　ＣＭ−Ｐ）・・・融点（
Ｓ−Ｐ）・・・関数制御開始温度 （Ｓｌ）・・・上記（Ｓ−Ｐ）・・・設定信号ＯＱ・・
・第１の温度設定手段 （Ｃ−Ｐ）・・・鋳込み最適温度　（８２〕・・・上記
（Ｃ−Ｐ）設定信号翰・・・第２の温度設定手段 （ｓＢ・・・放射温度計の検出信号　（Ｓ３）・・・関
数信号＠・・・関数発生手段　（Ｓ４）・・・関数制御
目標値信号■・・・加算手段　翰・・・比較手段　（Δ
Ｓ）・・・偏差Ｑ・・・加熱制御手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、るつぼ内の融解金属の表面温度を放射温度計によっ
   て検出し、この検出信号に対応して加熱電力を制御し、
   この制御出力を高周波電流に変換してるつぼ周囲に設け
   た誘導巻線に供給し、前記金属を融解鋳造する装置にお
   いて。 つぎの各構成要件を設は金属の表面温度が融点に達した
   時から鋳込むまでの時間を最小限に短縮するようにした
   ことを特徴とする高周波鋳造装置。 け）融点内・Ｐ）より低い関数制御開始温度（８−Ｐ）
   を設定し、この設定信号（Ｓｌ）を出力する第１の温度
   設定手段。 イ）融点α・Ｐ）より僅かに高い鋳込み最適温度（Ｃ−
   ｐ）を設定し、この設定信号（Ｓ２）を出力する第２の
   温度設定手段。 （つ）前記放射温度計の検出信号（Ｓｔ）が前記関数制
   御開始温度（８−Ｐ）に達したとき作動し、前記鋳込み
   最適温度（Ｃ−Ｐ）に至る間、そのｖＡ度上昇特性を規
   制する関数信号（Ｓ３）を出力する関数発生手段。 国１前記第１の設定信号（８１）に関数信号（Ｓ３）を
   加算し、関数制御目標値信号（Ｓ４）を出力する加算手
   段。 （別前記検出信号（ａｔ）を前記目標信号（Ｓ４）と比
   較し、その偏差（ΔＳ）を出力する比較手段。 ■１前記偏差（ΔＳ）を零にするように前記加熱電力を
   制御する加熱制御手段。 ２、関数制御開始温度（８−Ｐ）が融点の５０％以上で
   ある特許請求の範囲第１項記載の高周波鋳造装置・ ３関数発生手段の発生関数が積分である特許請求の範囲
   第１項または第２項記載の高周波鋳造装置。 ４、関数発生手段の発生関数が平方根である特許請求の
   範囲第１項または第２項記載の高周波鋳造装置。