JP2009207900A - 歯科用窯 - Google Patents

Abstract

【課題】多様な燃焼物に対しての許容性の点で改善されるがそれにもかかわらず低コストに製造可能な歯科用窯を提供する。
【解決手段】この発明は、加熱室に作用する少なくとも２個の発熱体とそれらの発熱体と相互作用し発熱体に電圧供給するための制御装置を有する加熱室を備えた歯科用窯に関する。前記制御装置（２２）が少なくとも２個の発熱体（１２）に別々に電圧を供給する。また前記制御装置（２２）は少なくとも一個の発熱体（２２）の放射出力を加熱室（３０）内の温度分布の必要性に従って調節する。
【選択図】図１

Description

この発明は、請求項１前段に記載の加熱室を備えた歯科用窯に関する。

一般的に焼結の品質および結果はいわゆる“燃焼曲線”あるいは所定の精度の維持に大きく依存するため、この種の歯科用窯は温度経移に関して燃焼曲線に沿って正確に制御する必要がある。

そのため、線条変圧器を介して適宜な制御機構によってパルス制御されるトライアックを制御する高コストな制御装置が知られている。

この種の歯科用窯のための制御装置の一例が独国特許出願公開第３１４６３８３Ａ１号明細書に記載されている。この制御装置においては、発熱体への電圧供給を可能な限り正確に実施するために、場合によって発生し得る供給電圧の変動を精密なパルス制御によって補償する必要がある。

独国特許出願公開第３１４６３８３Ａ１号明細書によって知られている燃焼窯は、市販の変圧器を介して加熱電力が供給されるため比較的高価かつ大重量となる。さらに、変圧器のサイズと重量を削減するものである一次パルス制御されたスイッチング電源が知られており、それにおいては所要の品質の直流電圧を形成するために大抵５０ｋＨｚ程度の周波数領域において変圧された交流電圧を慎重に直流化および平滑化する必要がある。

この点に関して、複数の加熱回路に対して１つの共通の一次パルス制御されたスイッチング電源を使用し、二次側に所要の加熱電力の制御機構を設けることが提案されている。

一般的に歯科用焼結材料のための燃焼窯は窯フードを有していて、その内壁内に複数の加熱ループ線あるいは加熱コイルが内蔵されている。この種の加熱コイルは大抵実質的にＵ字型に形成されており、一般的に２個あるいは６個の加熱コイルが設けられている。例えば６本の加熱コイルの場合各加熱コイルの供給電圧の１／６がかかり、全ての加熱コイルに等しい電流が通流する。

他方加熱コイルには製造誤差が伴っており、それによって同じ加熱電流を供給した場合に正確に同じ熱出力が放射されることが妨害される。

それにもかかわらず加熱室内における均一な温度プロフィールを確立するため、加熱コイルを同じ電気パラメータで予選択することが提案されている。これは比較的高コストであり、しかも特に消耗が比較的大きくなる高温窯に加熱コイルが稼働中にその電気パラメータの変化を伴う可能性は考慮されない。

別の考え方によって加熱コイルの個別手動制御も知られている。

一方、特に歯科用燃焼窯においては多様な燃焼物が処理される。焼結される歯科材料はしばしば石膏状の材料内に埋め込まれており、その際使用されるマッフルの大きさならびに歯科補綴材料に必要な歯科材料の分量の両方が広範囲に変動する。

一般的に大きなマッフルおよび大きな分量の歯科材料はそれに応じてより高い熱容量を有し、強力な加熱を必要とする。

それにもかかわらず多様な実験により、大きな分量の燃焼物に応じて高い熱エネルギーを供給してもより小さな材料と比べて燃焼結果が変動することが示された。

従って本発明の目的は、多様な燃焼物に対しての許容性の点で改善されるがそれにもかかわらず低コストに製造可能な請求項１前段に記載の歯科用窯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。従属請求項には好適な追加構成が定義されている。

本発明によれば、少なくとも２個のコイルを、目標を定めかつそれぞれ異なって制御し、それによって加熱室内の温度配分を必要に応じて目標を定めて設定する。

例えば従来の技術による加熱室においては、加熱室の上方領域が下方領域よりも高温となるような温度層化が生じることが一般的である。本発明によれば、下方の発熱体をより強力にして上方の発熱体を弱めになるように制御することによってこのことが補償される。また燃焼物の質量が異なることについても本発明によって適宜に計算することができる。

下方の発熱体をより強力に発熱させることによって当然加熱室内に対流が発生し、それによって温度分布が均等化され、特に大質量の燃焼物の場合でも既知の燃焼窯に比べて温度均衡がより良好に達成される。

本発明によれば、スイッチング電源の一次パルス制御のためにいずれにしてもトライアック等の電気スイッチング要素を使用する必要があるという事実を活用するような発熱体の個別制御を実現することが極めて好適である。この解決方式は、特に例えば上下に配置された３つの加熱回路あるいは発熱体において極めて好適である。すなわち本発明に係る制御装置を介した制御は全回路のうちの一次領域に移管され、従っていずれにしてもそこに設けられているトライアックが重複して使用可能となる。

本発明によればさらに、同じ高さに配置され例えば加熱室を実質的に環状に包囲している複数の加熱体を同一の制御装置で制御することが極めて好適であるが、総制御装置の一部として容易に実現することができる別個の制御装置を各発熱体に対してそれぞれ使用することも極めて好適であることが理解される。

本発明によれば、個別制御装置によって発熱体の予較正も実施可能であり、従って正確な温度制御が可能になる。

また、抵抗が温度に相関することが知られており、そのため各発熱体に対して現状で存在する抵抗を電圧と電流の比から検出し、それによって最適化された制御を保持することも可能である。

制御のための電力損失は制御装置内の第２のトライアックの削減によって少なくとも半導体領域で半減させることができ、従ってそれが実質的にトライアックによる電圧降下とそのスイッチング損失ならびに変圧器の損失を合わせたものとなる。

本発明によれば、個別のケースにおいて必要であれば加熱室内の温度勾配を形成することも可能である。例えば、大きな燃焼室内で複数のマッフルを同時に燃焼することも可能である。その場合、温度差を適宜に補償するために最も大きなマッフルを最大の加熱電力に近接させて設置することが好適である。

別の好適な実施形態によれば、加熱室が実質的に中空シリンダとして延在し、少なくとも２つの発熱体を上下に配置してそれぞれ独立して制御装置によって制御可能にする。

別の好適な実施形態によれば、加熱室が窯フードの一部として形成され、窯フードを閉じることによって実質的に閉鎖される。

別の好適な実施形態によれば、発熱体が加熱室壁部内に分散して配置され、実質的に管形状の被覆盤によって保護される。

別の好適な実施形態によれば、発熱体が少なくとも部分的に加熱室壁部に沿って延在し、加熱室壁部の円周方向あるいは加熱室壁部の中央縦軸に平行に延在する。

別の好適な実施形態によれば、発熱体に隣接しているが加熱室の外部の、特にその上に発熱体も設けられている石英ガラス被覆部材の側面上に、少なくとも２個の温度センサが配置される。

別の好適な実施形態によれば、発熱体が加熱室の直近に隣接し、加熱ループ線として加熱室の周りに環状あるいは螺旋状に延在する。

別の好適な実施形態によれば、制御装置が加熱室内で発熱体と隣接しているか、および／または加熱室内において発熱体から離間して配置されている少なくとも１個の温度センサと結合される。

別の好適な実施形態によれば、制御装置によって各発熱体に同じ電力またはより高い電力が供給される。

別の好適な実施形態によれば、加熱室内の少なくとも１つの温度点において歯科用窯を較正し、制御装置による発熱体の制御は加熱室の外部ではあるがその直近に隣接して配置されている温度センサによって測定された温度に基づいて実施する。

別の好適な実施形態によれば、本発明に係る歯科用窯を実施するために焼結窯の代わりにマイクロ波オーブンを使用する。

別の好適な実施形態によれば、センサによって最大１６００℃の温度が測定可能である。

別の好適な実施形態によれば、制御装置が発熱体への電力供給のために一次パルス制御されたスイッチング電源を備え、特に各発熱体に対してあるいは複数の発熱体に対して前記制御装置によって共有で制御可能な独立した回路が設けられる。

別の好適な実施形態によれば、発熱体に１％以下、特に０．１％未満のリップルを含む直流電圧を供給する。

別の好適な実施形態によれば、発熱体が実質的に二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）および／または炭化珪素（ＳｉＣ）からなる。

別の好適な実施形態によれば、発熱体が既知の方式で加熱室および発熱体を包囲して延在する断熱要素によって被包され、特に各発熱体が互いに離間し熱的に独立している。

本発明のその他の詳細、特徴ならびに利点は、添付図面を参照しながら以下に記述する２つの実施例の説明によって明らかにされる。

従来から知られている歯科用燃焼窯の回路を概略的に示した回路図である。 本発明に係る燃焼窯の一実施例を示した回路図である。 本発明に係る燃焼窯の発熱体構成を概略的に示した立体図である。 本発明に係る燃焼窯の別の実施例とその発熱体構成を概略的に示した立体図である。

図１には歯科用窯１０がその回路構成に関して概略的に示されている。これは一般的に加熱室を包囲するように配置されたループ状あるいは環状の４個の発熱体１２を備えた既知の歯科用窯に関する。

発熱体１２は直列に接続されている。電圧供給は電気端子１４と電源回路１６を介して行われる。電源回路１６は通常変圧器、整流器、および少なくとも１個の平滑コンデンサから構成することができるが、トライアック１８が高周波変圧器２０と組み合わされたいわゆる一次パルス制御電源として構成することもできる。その種の電源回路１６は改善された効率を有するとともに軽量である。

発熱体の制御は、発熱体１２と直列に接続されていて従って加熱電流が貫流する制御装置２２を介して実施される。

窯フードの内側空間内の温度センサを介して発熱体から最初に放射される熱出力を制御することができる。

他方、本発明に従って構成された歯科用窯１０の回路が図２に示されている。

各発熱体１２ａ，１２ｂに対して直接電源端子に接続された個別制御機構２４あるいは２６が設けられ、それらが総合制御機構２８と共に制御装置２２を構成している。各個別制御機構２４および２６はトライアック１８と変圧器２０を備え、従って該当する発熱体１２ａあるいは１２ｂに直接電源端子から給電され、そのため該当するトライアックあるいは変圧器内のみで励起が生じることが可能となり、図１の制御装置２２のようにその他の回路要素内で生じることはない。

総合制御機構２８は、個別制御機構２４および２６から放出される電力の比率を正確かつ必要に応じて操作者の予設定に従って制御するよう機能する。そのため、総合制御機構２８は図示されていない温度センサのための接続端子を備え、また必要に応じてさらに個別制御機構２４あるいは２６から放出される電力を検出し従って評価を可能にする電流センサを備える。

図２には図示されていないが、適宜な操作手段を介して例えば発熱体１２ａあるいは１２ｂの出力の比率を調節可能であることは勿論である。

本発明によれば、加熱室内の温度分布が所要の方式で達成されるように両方の個別制御機構、ならびに制御装置２２が制御される。例えば所与の温度レベルを設定するか、あるいは上方の発熱体を弱めに制御し下方の発熱体を強めに制御することによって通常発生する加熱室内の温度差に対抗するように作用させそれによって加熱室内の温度の均一化を達成することが可能となる。

図３には、どのような方式で発熱体１２ａおよび１２ｂを配置することができるかが示されている。それにおいては、一種の平型の中空シリンダ状に延在し外側が石英ガラス盤３２によって被覆されている加熱室３０が設けられている。石英ガラス盤内には発熱体１２ａおよび１２ｂが互いに対向する位置に延在している。この構成によれば垂直方向の温度層化は存在しないが、水平方向の温度分布が可能となる。発熱体は既知のように実質的に指形状あるいはＵ字型に延在し、その端子部分において石英ガラス盤３２を貫通している。

図４には、６個の発熱体１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅおよび１２ｆを備えた変更実施例が示されている。この場合、発熱体１２ａないし１２ｆはいずれも部分円形状に延在し、それぞれ略半円状に加熱室の周りを占めている。発熱体１２ａ，１２ｂおよび１２ｃはそれぞれ上下に配置されている。同様に発熱体１２ｄないし１２ｆも上下に配置されている。

この解決方式によれば、例えば発熱体１２ｃを強めに制御し、発熱体１２ａは加熱室内に生じる温度勾配を解消するように制御することができる。

また必要であれば加熱室内にその他の任意の温度分布を達成することも可能である。

ここでは、歯科用セラミックの載置面を備える燃焼窯下部材に対して押し上げおよび回転動作可能に支承され、加熱室を収容する窯フードを備えた歯科用燃焼窯が記載されているが、それに代えて扉を備えた歯科用燃焼窯を本発明に従って構成し得ることは勿論である。それにおいても操作者の要望および必要性に応じて任意の温度分布を設定することができる。

１０ 歯科用窯
１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ 発熱体
１４ 電源端子
１６ 電源回路
１８ トライアック
２０ 高周波変圧器
２２ 制御装置
２４，２６ 個別制御機構
２８ 総合制御機構
３０ 加熱室
３２ 石英ガラス盤

独国特許出願公開第３１４６３８３Ａ１号明細書

Claims (12)

1. 加熱室に作用する少なくとも２個の発熱体とそれらの発熱体と相互作用し発熱体に電圧供給するための制御装置を有する加熱室を備えた歯科用窯であり、前記制御装置（２２）が少なくとも２個の発熱体（１２）に別々に電圧を供給し、また前記制御装置（２２）は少なくとも一個の発熱体（２２）の放射出力を加熱室（３０）内の温度分布の必要性に従って調節することを特徴とする歯科用窯。
2. 加熱室（３０）が実質的に中空シリンダとして延在し、少なくとも２個の発熱体（１２）を上下に配置してそれぞれ独立して制御装置（２２）によって制御可能にすることを特徴とする請求項１記載の歯科用窯。
3. 加熱室（３０）は窯フードの一部として形成され、窯フードを閉じることによって実質的に閉鎖されることを特徴とする請求項１または２記載の歯科用窯。
4. 発熱体（１２）が加熱室壁部内に分散して配置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歯科用窯。
5. 発熱体（１２）が少なくとも部分的に加熱室壁部に沿って延在し、加熱室壁部の円周方向あるいは加熱室壁部の中央縦軸に平行に延在す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歯科用窯。
6. 発熱体（１２）が加熱室（３０）の直近に隣接し、加熱ループ線として加熱室（３０）の周りに環状あるいは螺旋状に延在することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の歯科用窯。
7. 制御装置（２２）が加熱室（３０）内で発熱体と隣接しているか、および／または加熱室（３０）内において発熱体から離間して配置されている少なくとも１個の温度センサと結合されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の歯科用窯。
8. 制御装置（２２）によって各発熱体（１２）に同じ電力またはより高い電力が供給され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歯科用窯。
9. センサによって最大１６００℃の温度が測定可能であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の歯科用窯。
10. 制御装置（２２）が発熱体（１２）への電力供給のために一次パルス制御されたスイッチング電源（１６）を備え、特に各発熱体に対してあるいは複数の発熱体に対して前記制御装置（２２）によって共有で制御可能な独立した回路が設けられ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歯科用窯。
11. 発熱体（１２）が実質的に二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）および／または炭化珪素（ＳｉＣ）からな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歯科用窯。
12. 発熱体（１２）が既知の方式で加熱室および発熱体（１２）を包囲して延在する断熱要素によって被包され、特に各発熱体（１２）が互いに離間し熱的に独立していることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の歯科用窯。

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