特許 6162077 熱処理炉

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6162077

(24)【登録日】2017年6月23日

(45)【発行日】2017年7月12日

(54)【発明の名称】熱処理炉

(51)【国際特許分類】

   F27D 7/06 20060101AFI20170703BHJP

   G05B 11/36 20060101ALI20170703BHJP

   F27B 9/04 20060101ALI20170703BHJP

【ＦＩ】

   F27D7/06 C

   G05B11/36 J

   F27B9/04

【請求項の数】7

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-120313(P2014-120313)

(22)【出願日】2014年6月11日

(65)【公開番号】特開2016-1064(P2016-1064A)

(43)【公開日】2016年1月7日

【審査請求日】2016年2月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591076109

【氏名又は名称】エヌジーケイ・キルンテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】志村 知昭

(72)【発明者】

【氏名】橋本 孝彦

【審査官】 市川 篤

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２５５０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２５４５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１４１８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０２１１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１０１２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２３１６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１４８２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２１７１９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２７Ｄ ７／００−１５／０２

Ｆ２７Ｂ ９／００− ９／４０

Ｇ０５Ｂ １１／００−１３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

対象物の熱処理を行う処理空間を内部に有する炉体と、
前記処理空間の酸素濃度を検出する酸素センサと、
前記処理空間へ流す水素の流量を上限流量から下限流量までの流量範囲内で調整可能であり、入力した操作流量となるように前記水素の流量を調整する流量調整手段と、
前記酸素センサが検出した酸素濃度と、該酸素濃度の目標値とに基づいて、フィードバック制御により操作量上限値から操作量下限値までの操作量範囲内で前記流量調整手段の制御に関する操作量を決定する操作量決定手段と、
前記操作量範囲の上限から下限までを、前記流量範囲から上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした範囲である制限範囲の上限から下限までに対応させたときの、前記決定された操作量に対応する前記制限範囲内の値である操作流量を、下記式（１）の関係に基づいて導出し、該導出した操作流量を前記流量調整手段に出力する導出手段と、
ＭＶ２＝（ｂ−ａ）／（Ｂ−Ａ）×（ＭＶ１−Ａ）＋ａ （１）
（ただし、ＭＶ１は前記操作量，ＭＶ２は前記操作流量，Ａは前記操作量下限値，Ｂは前記操作量上限値，ａは前記制限範囲の下限値，ｂは前記制限範囲の上限値）
を備えた熱処理炉。

【請求項2】

請求項１に記載の熱処理炉であって、
前記酸素センサを複数備え、
前記操作量決定手段は、前記複数の酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度と、前記目標値と、に基づいて前記操作量を決定する、
熱処理炉。

【請求項3】

請求項２に記載の熱処理炉であって、
前記複数の酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された酸素濃度と前記複数の酸素センサが検出した現在の酸素濃度とに基づいて、前記複数の酸素センサの故障の有無を判定する故障判定手段と、
を備えた熱処理炉。

【請求項4】

請求項３に記載の熱処理炉であって、
前記故障判定手段は、判定タイミング毎に前記故障の有無を判定し、該判定タイミングで故障がないと判定した場合には該判定に用いた前記現在の酸素濃度を前記記憶手段に記憶し、前記判定タイミングでは、前記故障がないと判定された直近の判定タイミングで記憶された前記酸素濃度と前記複数の酸素センサが検出した現在の酸素濃度とに基づいて前記故障の有無を判定する、
熱処理炉。

【請求項5】

前記操作量決定手段は、前記故障判定手段により故障と判定された酸素センサと故障ではないと判定された酸素センサとがある場合には、前記複数の酸素センサのうち該故障はないと判定された酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度と、前記目標値と、に基づいて前記操作量を決定し、
前記導出手段は、前記故障判定手段により故障と判定された酸素センサと故障ではないと判定された酸素センサとがある場合には、前記制限範囲に代えて、前記制限範囲のうち上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした故障時制限範囲を用いて前記操作流量を導出する、
請求項３又は４に記載の熱処理炉。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱処理炉であって、
前記導出手段により導出された前記操作流量が前記流量調整手段に入力されるか、該導出された前記操作流量に代えて所定の操作流量が前記流量調整手段に入力されるか、の切替を行う切替手段、
を備えた熱処理炉。

【請求項7】

請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱処理炉であって、
前記流量調整手段よりも下流且つ前記処理空間よりも上流に設けられ、前記処理空間に複数箇所から水素が流入するように途中で分岐した流路を形成する分岐流路形成部、
を備えた熱処理炉。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱処理炉に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、調整された炉内雰囲気中で被処理物の熱処理を行う熱処理炉が知られている。例えば、特許文献１では、炉内に水素を送入することで、水素と炉内の酸素とを反応させて酸素濃度を低減させることが記載されている。そして、分析計で検出した炉内の酸素濃度と酸素濃度目標値との偏差に応じた調節信号を、水素を炉内に送入する流量調整弁に出力することで、酸素濃度を目標値以下にフィードバック制御することが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−２５５０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、フィードバック制御により定まる調節信号などの操作量を流量調整弁等の制御に用いる場合に、水素の流量が多すぎたり少なすぎたりするなどの極端な制御がなされる場合があった。その結果、炉内の酸素濃度が十分低くならなかったり、水素濃度が高くなりすぎてしまったりするなど、炉内の雰囲気が極端な状態になる場合があった。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、処理空間の酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方をより抑制することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述した主目的を達成するために以下の手段を採った。
すなわち、本発明の熱処理炉は、
対象物の熱処理を行う処理空間を内部に有する炉体と、
前記処理空間の酸素濃度を検出する酸素センサと、
前記処理空間へ流す水素の流量を上限流量から下限流量までの流量範囲内で調整可能であり、入力した操作流量となるように前記水素の流量を調整する流量調整手段と、
前記酸素センサが検出した酸素濃度と、該酸素濃度の目標値とに基づいて、フィードバック制御により操作量上限値から操作量下限値までの操作量範囲内で前記流量調整手段の制御に関する操作量を決定する操作量決定手段と、
前記操作量範囲の上限から下限までを、前記流量範囲から上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした範囲である制限範囲の上限から下限までに対応させたときの、前記決定された操作量に対応する前記制限範囲内の値である操作流量を、下記式（１）の関係に基づいて導出し、該導出した操作流量を前記流量調整手段に出力する導出手段と、
ＭＶ２＝（ｂ−ａ）／（Ｂ−Ａ）×（ＭＶ１−Ａ）＋ａ （１）
（ただし、ＭＶ１は前記操作量，ＭＶ２は前記操作流量，Ａは前記操作量下限値，Ｂは前記操作量上限値，ａは前記制限範囲の下限値，ｂは前記制限範囲の上限値）
を備えたものである。

【0007】

本明細書において参考的に開示する参考発明の熱処理炉は、
対象物の熱処理を行う処理空間を内部に有する炉体と、
前記処理空間の酸素濃度を検出する酸素センサと、
前記処理空間へ流す水素の流量を上限流量から下限流量までの流量範囲内で調整可能であり、入力した操作流量となるように前記水素の流量を調整する流量調整手段と、
前記酸素センサが検出した酸素濃度と、該酸素濃度の目標値とに基づいて、フィードバック制御により操作量上限値から操作量下限値までの操作量範囲内で操作量を決定する操作量決定手段と、
前記流量範囲から上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした範囲である制限範囲に前記操作量範囲を換算したときの、前記決定された操作量の前記換算後の値である操作流量を導出し、該導出した操作流量を前記流量調整手段に出力する換算手段と、
を備えたものである。

【0008】

この参考発明の熱処理炉では、酸素センサが検出した処理空間の酸素濃度と、酸素濃度の目標値とに基づいて、フィードバック制御により操作量上限値から操作量下限値までの操作量範囲内で操作量を決定する。次に、流量調整手段が水素の流量を調整可能な流量範囲から上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした範囲である制限範囲に操作量範囲を換算したときの、決定された操作量の換算後の値である操作流量を導出する。そして、導出した操作流量を流量調整手段に出力する。このため、流量調整手段が処理空間へ流す水素の流量は、流量範囲よりも上限側と下限側との少なくとも一方が狭い制限範囲内の流量となる。したがって、制限範囲が流量範囲の上限側を狭くした範囲であれば、水素の流量が過剰になることをより抑制して、処理空間の水素濃度が高くなりすぎることをより抑制できる。また、制限範囲が流量範囲の下限側を狭くした範囲であれば、水素の流量が不足することをより抑制して、処理空間の酸素濃度が高くなりすぎることをより抑制できる。このように、処理空間の酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方をより抑制できる。この場合において、制限範囲は、流量範囲から上限側と下限側との両方を狭くした範囲としてもよい。

【0009】

本発明の熱処理炉は、前記酸素センサを複数備え、前記操作量決定手段は、前記複数の酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度と、前記目標値と、に基づいて前記操作量を決定してもよい。この場合において、前記操作量決定手段は、前記複数の酸素センサのうち信頼性のより高い酸素センサが検出した酸素濃度に基づいて前記操作量を決定してもよい。また、前記複数の酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された酸素濃度と前記複数の酸素センサが検出した現在の酸素濃度とに基づいて、前記複数の酸素センサのうち信頼性の最も高い酸素センサを判定する信頼性判定手段と、を備え、前記操作量決定手段は、前記複数の酸素センサのうち信頼性が最も高いと判定された酸素センサが検出した酸素濃度と、前記目標値と、に基づいて前記操作量を決定してもよい。

【0010】

酸素センサを複数備える態様の本発明の熱処理炉において、前記複数の酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度を記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された酸素濃度と前記複数の酸素センサが検出した現在の酸素濃度とに基づいて、前記複数の酸素センサの故障の有無を判定する故障判定手段と、を備えていてもよい。こうすれば、複数の酸素センサを備える場合に、酸素センサが検出した過去の酸素濃度と現在の酸素濃度とに基づいて、酸素センサの故障の有無を判定することができる。この場合において、前記故障判定手段は、複数の酸素センサのうち、前記記憶手段に記憶された酸素濃度と検出された現在の酸素濃度との差が所定の閾値を超えている酸素センサについて、故障していると判定してもよい。

【0011】

故障判定手段を備える態様の本発明の熱処理炉において、前記故障判定手段は、判定タイミング毎に前記故障の有無を判定し、該判定タイミングで故障がないと判定した場合には該判定に用いた前記現在の酸素濃度を前記記憶手段に記憶し、前記判定タイミングでは、前記故障がないと判定された直近の判定タイミングで記憶された前記酸素濃度と前記複数の酸素センサが検出した現在の酸素濃度とに基づいて前記故障の有無を判定してもよい。こうすれば、故障がないと判定したときの酸素濃度を記憶しておいて後の故障の判定に用いるため、故障の判定精度が向上する。例えば、判定タイミングとは別のタイミングで記憶した酸素濃度と現在の酸素濃度とに基づいて故障を判定すると、記憶しておいた酸素濃度自体が既に故障した酸素センサが検出した値であり正しく判定が行えない場合があるが、そのようなことをより抑制できる。この場合において、前記故障判定手段は、前記判定タイミングで故障があると判定した場合には該判定に用いた前記現在の酸素濃度を前記記憶手段に記憶しないものとしてもよい。

【0012】

故障判定手段を備える態様の本発明の熱処理炉において、前記操作量決定手段は、前記故障判定手段により故障と判定された酸素センサと故障ではないと判定された酸素センサとがある場合には、前記複数の酸素センサのうち該故障はないと判定された酸素センサのうち１以上が検出した酸素濃度と、前記目標値と、に基づいて前記操作量を決定し、前記導出手段は、前記故障判定手段により故障と判定された酸素センサと故障ではないと判定された酸素センサとがある場合には、前記制限範囲に代えて、前記制限範囲のうち上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした故障時制限範囲を用いて前記操作流量を導出してもよい。こうすれば、故障と判定された酸素センサがある場合に、故障のない他の酸素センサを用いて、フィードバック制御に基づく水素の流量の調整を継続できる。しかも、制限範囲に代えて制限範囲のうち上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした故障時制限範囲を用いて操作流量を導出する。そのため、故障と判定された酸素センサがある場合に、制限範囲をそのまま用いる場合と比較して、処理空間の酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方をより抑制できる。

【0013】

本発明の熱処理炉は、前記導出手段により導出された前記操作流量を前記流量調整手段が入力するか、該導出された前記操作流量に代えて所定の操作流量を前記流量調整手段が入力するか、の切替を行う切替手段を備えていてもよい。ここで、「所定の操作流量」は、例えば固定の操作流量であり、予め酸素濃度が目標値付近に保たれるように定められた固定の値としてもよい。また、「所定の操作流量」は、ユーザーが設定（変更）可能な値としてもよい。前記切替手段は、ユーザーからの切替指示を入力した場合に前記切替を行ってもよい。また、前記切替手段は、切替を行うか否かを判定して、切替を行うと判定した場合に前記切替を行ってもよい。例えば、全ての酸素センサ（１つしか酸素センサを備えない場合には、その１つの酸素センサ）が故障と判定された場合に、前記所定の操作流量を前記流量調整手段が入力するように前記切替を行ってもよい。こうすれば、故障した酸素センサが検出した酸素濃度を用いたフィードバック制御に基づいて水素の流量を調整してしまうことをより抑制できる。これにより、全ての酸素センサが故障したときに処理空間の酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方の状態になることをより抑制することができる。

【0014】

本発明の熱処理炉は、前記流量調整手段よりも下流且つ前記処理空間よりも上流に設けられ、前記処理空間に複数箇所から水素が流入するように途中で分岐した流路を形成する分岐流路形成部、を備えていてもよい。こうすれば、流路が分岐せず１箇所から処理空間に水素を流入させる場合と比べて、処理空間内で水素濃度のムラが生じにくい。そのため、処理空間の一部の酸素濃度が高くなりすぎたり処理空間の一部の水素濃度が高くなりすぎたりすることをより抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】熱処理炉１０の縦断面図。

【図2】図１のＡ−Ａ断面図。

【図3】故障判定ルーチンの一例を示すフローチャート。

【図4】酸素濃度出力ルーチンの一例を示すフローチャート。

【図5】水素主制御ルーチンの一例を示すフローチャート。

【図6】水素副制御ルーチンの一例を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0016】

次に、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図１は、本発明の一実施形態である熱処理炉１０の縦断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。熱処理炉１０は、炉体１１の処理空間１１ａ内で複数の被処理物９６を載置したセッター９５を搬送しながら被処理物９６に対する熱処理を行うローラーハースキルンとして構成されている。熱処理炉１０は、炉体１１と、炉体１１内に配置された複数のヒーター２０及び複数の搬送ローラー２５と、炉体１１に取り付けられた複数（本実施形態では２つ）の第１，第２酸素センサ２８，２９と、炉体１１に排気管１９を介して接続された排気弁２７と、炉体１１に給気管１８を介して接続されたガス供給部３０と、を備えている。また、熱処理炉１０は、制御装置４０と、水素主制御装置５０と、水素副制御装置６０と、操作パネル７４と、を備えている。

【0017】

炉体１１は、略直方体に形成された断熱構造体であり、内部で被処理物９６の熱処理を行う処理空間１１ａと、炉体の前端面１２（図１の左端面）及び後端面１３（図１の右端面）にそれぞれ形成され外部から処理空間１１ａへの出入口となる開口１４，１５を有している。この炉体１１は、前端面１２から後端面１３までの長さが例えば２〜１５ｍである。炉体１１の前端付近の天井部分には、排気弁２７と接続され処理空間１１ａの雰囲気を排気可能な排気管１９が形成されている。また、炉体１１の後端付近の底部には、ガス供給部３０と接続され処理空間１１ａにガスを供給可能な給気管１８が形成されている。給気管１８は、ガス供給部３０よりも下流且つ処理空間１１ａよりも上流に設けられ、図２に示すように処理空間１１ａに複数箇所（本実施形態では４箇所）からガスが流入するように途中で分岐した流路を形成している。なお、開口１４，１５は気密構造の図示しない置換室内に開口していてもよい。

【0018】

ヒーター２０は、長手方向が搬送方向に直交する左右方向（図２の左右方向）に沿うように処理空間１１ａ内に配置されており、搬送方向に沿って複数配置されている。なお、搬送方向は、前方から後方に向かう方向であり、図１の左から右に向かう方向である。また、ヒーター２０は、複数の搬送ローラー２５を上下から挟むように、炉体１１の天井付近と底部付近とに計２列が配置されている。ヒーター２０は、処理空間１１ａ内を通過する被処理物９６を上下から加熱するものであり、例えばＳｉＣヒーターなどのセラミックスヒーターとして構成されている。なお、ヒーター２０に限らず、ガスバーナーなど、被処理物９６の熱処理を行うことができる加熱装置であればよい。

【0019】

搬送ローラー２５は、長手方向が搬送方向に直交する左右方向に沿うように処理空間１１ａ内に配置されており、搬送方向に沿って開口１４から開口１５に亘って複数配置されている。この搬送ローラー２５が回転することによって、複数の被処理物９６が載置されたセッター９５は、開口１４から処理空間１１ａ内を通過して開口１５まで搬送される。なお、搬送ローラー２５は、図２に示すように、搬送方向と直交する左右方向（図２の左右方向）に炉体１１を貫通している。炉体１１を貫通した搬送ローラー２５の両端は、炉体１１の左右にそれぞれ取り付けられた略直方体のカバー２２内に位置している。カバー２２は、搬送ローラー２５の両端が熱処理炉１０の外部空間に露出しないように搬送ローラー２５の端部を覆っている。また、カバー２２内には、搬送ローラー２５を下側から支持する支持ローラー２４が配置されている。支持ローラー２４は、例えば搬送ローラー２５の下側且つ搬送ローラー２５の中心軸から前後（図２の紙面手前及び奥）にずらした位置に２つのローラーを並べたものであり、この複数のローラーによって搬送ローラー２５を回転可能に支持している。また、複数の搬送ローラー２５は、図示しないモーターに接続されており、このモーターからの駆動力によって回転する。

【0020】

第１，第２酸素センサ２８，２９は、処理空間１１ａの酸素濃度を検出するセンサである。この第１，第２酸素センサ２８，２９は、いずれも炉体１１の前後方向の略中央に取り付けられており、左右方向に並べて配置されている。また、第１，第２酸素センサ２８，２９の検出部（図１，２の下端）はセッター９５の搬送を妨げず且つ被処理物９６が搬送される高さ付近に配置されている。特に限定するものではないが、例えば搬送される被処理物９６の上方２０ｍｍ〜３０ｍｍに第１，第２酸素センサ２８，２９の検出部が位置するように配置されている。これにより、第１，第２酸素センサ２８，２９は処理空間１１ａのうち被処理物９６周辺の酸素濃度を検出できるようになっている。第１，第２酸素センサ２８，２９は、それぞれ処理空間１１ａの酸素濃度に応じた信号（例えば０〜１０００ｍＶの電圧）を発生させ、検出した酸素濃度としてこの信号を制御装置４０に出力する。

【0021】

排気弁２７は、弁の開度を調整することにより、処理空間１１ａから排気管１９を介して流れる雰囲気ガスの流量を調整する装置である。なお、本実施形態では、処理空間１１ａ内の圧力によって排気弁２７から雰囲気ガスが流出するものとしたが、排気弁２７の下流に処理空間１１ａ内の雰囲気を吸引する排気ファンを備えていてもよい。

【0022】

ガス供給部３０は、処理空間１１ａ内にガスを供給して処理空間１１ａ内の雰囲気を調整する装置であり、水素供給源３１と、窒素供給源３２と、水供給源３３と、マスフローコントローラー（ＭＦＣ）３４〜３７と、気化器３８とを備えている。水素供給源３１は、ＭＦＣ３４に水素ガスを供給する装置である。水素供給源３１から供給された水素ガスは、ＭＦＣ３４によりＭＦＣ３４を通過する流量（質量流量）が調整された上で、気化器３８に送られる。窒素供給源３２は、ＭＦＣ３５，３６に窒素ガスを供給する装置である。窒素供給源３２から供給された窒素ガスは、ＭＦＣ３５，３６によりそれぞれＭＦＣ３５，３６を通過する流量（質量流量）が調整された上で、気化器３８に送られる。なお、ＭＦＣ３４を通過した水素と、ＭＦＣ３５を通過した窒素とは、予め配管内で混合された上で、気化器３８内に送られるようになっている。水供給源３３は、ＭＦＣ３７に水を供給する装置である。水供給源３３から供給された水は、ＭＦＣ３７によりＭＦＣ３７を通過する流量（質量流量）が調整された上で、気化器３８に送られる。なお、ＭＦＣ３７を通過した水は、ＭＦＣ３６を通過した窒素に押し出されて気化器３８の入り口で霧状の状態とされて、気化器３８内に送られるようになっている。ＭＦＣ３４〜３７は、自身を通過する流体の質量流量の測定と質量流量の調整との両方が可能である。また、ＭＦＣ３４〜３７は、それぞれ所定の上限流量から下限流量までの流量範囲内で、自身を通過する流体の質量流量の調整が可能である。気化器３８は、図示しないヒーターを備えており、このヒーター（例えば５００℃など）によりＭＦＣ３７側から流入した霧状の水を加熱して気化する装置である。また、上述したように気化器３８にはＭＦＣ３４からの水素、ＭＦＣ３５，３６からの窒素も送られる。そのため、水素，窒素及び気化した水がこの気化器３８内で混合されて混合ガスとなり、この混合ガスが給気管１８を介して処理空間１１ａ内部に流入する。こうすることで、水素，窒素，水を別々に処理空間１１ａに供給する場合と比べて、処理空間１１ａでのこれらの各濃度が部分的に高くなることを抑制している。

【0023】

制御装置４０，水素主制御装置５０，水素副制御装置６０は、いずれも図示しないＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサーとして構成されており、起動プログラムなどを記憶したＲＯＭと、処理プログラムや各種データを記憶可能なフラッシュメモリーと、一時的にデータを記憶するＲＡＭと、を備えている。制御装置４０は、熱処理炉１０全体の制御を司る装置である。制御装置４０は、機能ブロックとして、熱処理炉１０全体の制御を行う制御部４１と、記憶部４６と、を備えている。また、制御部４１は、故障判定部４２と、酸素濃度出力部４４と、を備えている。制御部４１は、水素副制御装置６０と各種制御信号やデータのやりとりを行ったり、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した酸素濃度（信号）を入力したりする。また、制御部４１は、ヒーター２０，搬送ローラー２５の図示しないモーター，及びＭＦＣ３５〜ＭＦＣ３７に制御信号を出力して、ヒーター２０の温度，搬送ローラー２５の回転速度，及びＭＦＣ３５〜ＭＦＣ３７を通過する流体の質量流量を制御する。また、制御部４１は、ＭＦＣ３４〜３７が測定した流体の質量流量を入力する。故障判定部４２は、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した酸素濃度に基づいて第１，第２酸素センサ２８，２９の故障の有無を判定する機能を有する。酸素濃度出力部４４は、第１，第２酸素センサ２８，２９のうち信頼性の最も高い酸素センサを判定して、判定した酸素センサが検出した酸素濃度を水素主制御装置５０に出力する機能を有する。記憶部４６は、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した酸素濃度を記憶する機能を有する。

【0024】

水素主制御装置５０及び水素副制御装置６０は、ＭＦＣ３４を制御してＭＦＣ３４を通過する水素の質量流量を調整する装置である。水素主制御装置５０は、機能ブロックとして、操作量決定部５２と、導出部５４と、記憶部５６とを備えている。操作量決定部５２は、制御装置４０から入力した処理空間１１ａ内の酸素濃度と酸素濃度の目標値Ｃｔとに基づいて、フィードバック制御によりＭＦＣ３４の制御に関する操作量ＭＶ１を決定する機能を有する。導出部５４は、操作量ＭＶ１に基づいて操作流量ＭＶ２を導出し、導出した操作流量ＭＶ２を水素副制御装置６０を介してＭＦＣ３４に出力する機能を有する。記憶部５６は、操作量決定部５２や導出部５４が用いる各種パラメーターを記憶する機能を有する。水素副制御装置６０は、機能ブロックとして、切替部６２と、記憶部６４とを備えている。切替部６２は、水素主制御装置５０から入力した操作流量ＭＶ２と記憶部６４に記憶された流量設定値ＭＶ３（所定の操作流量）とのいずれをＭＦＣ３４に出力するかの切替を行う機能を有する。記憶部６４は、流量設定値ＭＶ３などの各種パラメーターを記憶する機能を有する。

【0025】

操作パネル７４は、表示部と、表示部を含んで構成された操作部とを備えている。表示部は、タッチパネル式の液晶ディスプレイとして構成されており、メニューや項目を選択する選択／設定ボタン、各種数値を入力するための数字ボタン、熱処理を開始するスタートボタンなどを表示してタッチ操作を受け付け、タッチ操作に基づく操作信号を制御装置４０に送信する。また、制御装置４０からの表示指令を受信すると、表示指令に基づく画像や文字，数値などを表示部に表示する。

【0026】

被処理物９６は、炉体１１内を通過する際にヒーター２０からの熱により例えば焼成などの熱処理が行われるものである。特に限定するものではないが、本実施形態では、被処理物９６は、セラミックス製の誘電体と電極とを積層した積層体（寸法は例えば縦横が１ｍｍ以内）であり、焼成後にＭＬＣＣ（積層セラミックスコンデンサ）のチップとなるものとした。

【0027】

次に、こうして構成された熱処理炉１０を用いて被処理物９６の熱処理を行う様子について説明する。まず、ユーザーが操作パネル７４を介して処理開始指示などを入力すると、制御装置４０は、図示しないモーターを動作させて複数の搬送ローラー２５を回転駆動させると共に、ヒーター２０に通電してヒーター２０を発熱させる。搬送ローラー２５の回転速度は、本実施形態では熱処理に要する時間に基づいて予め定められているものとした。ヒーター２０の出力は、処理空間１１ａ内での被処理物９６の熱処理時の温度（例えば１０００℃前後など）に基づいて予め定められているものとした。続いて、複数の被処理物９６を載置したセッター９５を複数用意し、開口１４側の端部の搬送ローラー２５の上に順次載置していく。セッター９５は、搬送方向と垂直な方向（図２の左右方向）に複数列載置してもよい。搬送ローラー２５に載置されたセッター９５は、複数の搬送ローラー２５の回転により炉体１１内に搬入されて搬送方向に順次搬送されていく。そして、セッター９５は、処理空間１１ａを通過して開口１５側から搬出される。このように、熱処理炉１０では、搬送ローラー２５を回転駆動させることで処理空間１１ａ内で被処理物９６を順次搬送しながら、ヒーター２０により熱処理を行う。

【0028】

そして、被処理物９６を搬送している間、すなわち熱処理を行っている間は、ガス供給部３０から上記混合ガス（水素，窒素，水）を供給し、処理空間１１ａの雰囲気を所定の状態に保つようにする。特に限定するものではないが、例えば、露点が＋３０℃〜＋６０℃、酸素濃度が１ｐｐｍ、の不活性ガス（本実施形態では窒素）雰囲気に保つようにする。本実施形態では、ガス供給部３０から処理空間１１ａに供給する窒素ガス及び水の量は、予め設定されているものとした。そのため、制御装置４０はＭＦＣ３５〜ＭＦＣ３７に所定の操作流量（固定値）を出力し、操作流量を入力したＭＦＣ３５〜３７は自身を通過する流体の質量流量がこの操作流量になるように調整を行うものとした。ＭＦＣ３５〜３７の操作流量は、予め上記の雰囲気を保つことができるように例えば実験により定められており、記憶部４６などに記憶されているものとした。一方、ガス供給部３０から処理空間１１ａに供給する水素の量は、通常は、処理空間１１ａ内の酸素濃度が目標値Ｃｔ（本実施形態では１ｐｐｍ）となるように、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した酸素濃度に基づくフィードバック制御を行って調整される。これについては後述する。また、排気弁２７からは処理空間１１ａの雰囲気が排気される。排気弁２７の開度は、処理空間１１ａの圧力が所望の状態に保たれるように、予め定められているものとした。

【0029】

以下、水素の流量を調整する際の熱処理炉１０の動作について説明する。まず、制御装置４０の動作について説明する。図３は、制御装置４０の故障判定部４２が実行する故障判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。図４は、酸素濃度出力部４４が実行する酸素濃度出力ルーチンの一例を示すフローチャートである。

【0030】

まず、図３の故障判定ルーチンについて説明する。このルーチンは、例えば制御装置４０の記憶部４６に記憶され、ユーザーが操作パネル７４を介して処理開始指示を入力したことを示す操作信号を操作パネル７４から制御装置４０が入力すると、故障判定部４２により所定の判定タイミング毎（例えば数秒毎）に繰り返し実行される。

【0031】

この故障判定ルーチンが開始されると、故障判定部４２は、まず、第１酸素センサ２８が検出した現在の処理空間１１ａの酸素濃度である第１現在濃度Ｃｎ１を取得する（ステップＳ１００）。そして、第１現在濃度Ｃｎ１と第１基準濃度Ｃｓ１との差の絶対値である差ΔＣｓ１を導出し、導出した値が閾値Ｃｒｅｆ１１以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、第１基準濃度Ｃｓ１は、第１酸素センサ２８が故障しているか否かを判定する基準となる値である。本実施形態では、熱処理炉１０が今回の熱処理を開始してから最初に第１酸素センサ２８の酸素濃度が目標値Ｃｔ以下になったときの第１酸素センサ２８が検出した酸素濃度の値を第１基準濃度Ｃｓ１として記憶部４６に記憶しておくものとした。なお、目標値Ｃｔ付近に到達したとみなせる所定範囲内の値に最初に到達したときの第１酸素センサ２８の酸素濃度の値を第１基準濃度Ｃｓ１としてもよい。また、閾値Ｃｒｅｆ１１は、第１基準濃度Ｃｓ１からのずれが大きく、第１酸素センサ２８が故障しているとみなせる所定の閾値である。この閾値Ｃｒｅｆ１１は、例えば後述するフィードバック制御を行っている場合に通常生じうる酸素濃度の変化幅よりも大きい値として、実験により定められている。差ΔＣｓ１が閾値Ｃｒｅｆ１１を超えていれば第１酸素センサ２８は故障であると判定する（ステップＳ１２０）。一方、差ΔＣｓ１が閾値Ｃｒｅｆ１１以下であれば、次のステップＳ１３０に進む。なお、ステップＳ１１０で、第１酸素センサ２８の酸素濃度が目標値Ｃｔ以下に一度もなっておらず第１基準濃度Ｃｓ１がまだ記憶部４６に記憶されていないときにも、次のステップＳ１３０に進む。

【0032】

続くステップＳ１３０では、故障判定部４２は、第１現在濃度Ｃｎ１と第１過去濃度Ｃｐ１との差の絶対値である差ΔＣｐ１を導出し、導出した値が閾値Ｃｒｅｆ１２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、第１過去濃度Ｃｐ１は、後述するステップＳ１５０で記憶部４６に記憶した値であり、故障がないと判定された直近の判定タイミングで記憶された第１酸素センサ２８の酸素濃度である。また、閾値Ｃｒｅｆ１２は、第１過去濃度Ｃｐ１からのずれが大きく、第１酸素センサ２８が故障しているとみなせる所定の閾値である。そして、差ΔＣｐ１が閾値Ｃｒｅｆ１２を超えていれば第１酸素センサ２８は故障であると判定し（ステップＳ１２０）、差ΔＣｐ１が閾値Ｃｒｅｆ１２以下であれば、第１酸素センサ２８は正常であると判定する（ステップＳ１４０）。なお、第１過去濃度Ｃｐ１がまだ記憶部４６に記憶されていないとき（例えば今回の熱処理を開始してから最初に故障判定ルーチンを行うとき）にも、ステップＳ１４０に進んで第１酸素センサ２８は正常と判定する。また、ステップＳ１１０とステップＳ１３０とでは異なる閾値Ｃｒｅｆ１１，Ｃｒｅｆ１２を用いるものとしたが、同じ閾値を用いてもよい。

【0033】

そして、ステップＳ１４０で正常であると判定すると、故障判定部４２は、今回のステップＳ１００で取得した第１現在濃度Ｃｎ１の値を第１過去濃度Ｃｐ１として記憶部４６に記憶する（ステップＳ１５０）。これにより、次回のステップＳ１３０では、今回記憶した第１過去濃度Ｃｐ１が用いられる。このように、ステップＳ１１０，Ｓ１３０を行って故障ではないと判定したときの第１現在濃度Ｃｎ１を第１過去濃度Ｃｐ１として記憶しておき、次回以降のステップＳ１３０での故障の判定に用いるのである。

【0034】

ステップＳ１５０又はステップＳ１２０の後、故障判定部４２は、第２酸素センサ２９についてもステップＳ１００〜Ｓ１５０と同様の処理を行って、故障の有無を判定する（ステップＳ２００〜２５０）。すなわち、第２現在濃度Ｃｎ２を取得し（ステップＳ２００）、第２現在濃度Ｃｎ２と第２基準濃度Ｃｓ２との差の絶対値である差ΔＣｓ２と閾値Ｃｒｅｆ２１との比較（ステップＳ２１０）や、第２現在濃度Ｃｎ２と第２過去濃度Ｃｐ２との差の絶対値である差ΔＣｐ２と閾値Ｃｒｅｆ２２との比較（ステップＳ２３０）を行って、第２酸素センサ２９が故障である（ステップＳ２２０）か又は正常である（ステップＳ２４０）かを判定する。そして、ステップＳ２４０で正常であると判定すると、故障判定部４２は、今回のステップＳ２００で取得した第２現在濃度Ｃｎ２の値を第２過去濃度Ｃｐ２として記憶部４６に記憶する（ステップＳ２５０）。なお、閾値Ｃｒｅｆ２１は閾値Ｃｒｅｆ１１と同じ値としてもよい。閾値Ｃｒｅｆ２２は閾値Ｃｒｅｆ１２と同じ値としてもよい。また、第１酸素センサ２８と第２酸素センサ２９との個体差やセンサの種類の違いなどに応じて、閾値Ｃｒｅｆ２１と閾値Ｃｒｅｆ１１とを異なる値としたり、閾値Ｃｒｅｆ２２と閾値Ｃｒｅｆ１２とを異なる値としたりしてもよい。

【0035】

そして、ステップＳ２５０又はステップＳ２２０の後、故障判定部４２は、第１，第２酸素センサ２８，２９の故障有無の判定結果を水素主制御装置５０に出力して（ステップＳ２６０）、本ルーチンを終了する。なお、故障判定部４２が第１，第２酸素センサ２８，２９の少なくともいずれかに故障がある旨の判定をした場合には、制御部４１は、表示指令を出力し、操作パネル７４にその旨を表示させたり、警報を出力させたりして、ユーザーに酸素センサの故障を報知する。

【0036】

次に、図４の酸素濃度出力ルーチンについて説明する。このルーチンは、例えば制御装置４０の記憶部４６に記憶され、故障判定ルーチンが終了する毎に酸素濃度出力部４４により実行される。この酸素濃度出力ルーチンが開始されると、酸素濃度出力部４４は、まず、故障判定ルーチンで第１，第２酸素センサ２８，２９のいずれかが故障と判定されたか否かを調べる（ステップＳ３００）。そして、いずれかが故障と判定されていたときには、第１，第２酸素センサ２８，２９のうち故障と判定されていない正常な酸素センサの現在の酸素濃度を水素主制御装置５０に出力して（ステップＳ３１０）、本ルーチンを終了する。例えば、第１酸素センサ２８が故障して第２酸素センサ２９が正常であるときには、直前の故障判定ルーチンで取得された第２現在濃度Ｃｎ２を水素主制御装置５０に出力する。これにより、第１，第２酸素センサ２８，２９のうち故障していない方、すなわち信頼性の高い方の酸素センサが検出した現在の酸素濃度を水素主制御装置５０に出力するのである。

【0037】

一方、ステップＳ３００で第１，第２酸素センサ２８，２９のいずれも故障と判定されていたとき、あるいはいずれも正常と判定されていたときには、差ΔＣｐ１が差ΔＣｐ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ３２０）。そして、差ΔＣｐ１が差ΔＣｐ２以下であるときには、直前の故障判定ルーチンで取得された第１現在濃度Ｃｎ１を水素主制御装置５０に出力して（ステップＳ３３０）、本ルーチンを終了する。一方、差ΔＣｐ１が差ΔＣｐ２超過であるときには、直前の故障判定ルーチンで取得された第２現在濃度Ｃｎ２を水素主制御装置５０に出力して（ステップＳ３４０）、本ルーチンを終了する。すなわち、ステップＳ３２０〜Ｓ３４０では、第１，第２酸素センサ２８，２９のうち、差ΔＣｐ１と差ΔＣｐ２とを比較して、値の小さい方（＝酸素濃度の変動の少ない方）の酸素センサの方が信頼性が高いとみなして、信頼性の高い方の酸素センサが検出した現在の酸素濃度を水素主制御装置５０に出力するのである。

【0038】

以上のように故障判定ルーチン及び酸素濃度出力ルーチンを行うことで、第１，第２酸素センサ２８，２９の故障の有無や、第１酸素センサ２８，２９のうちいずれかが検出した現在の処理空間１１ａの酸素濃度が水素主制御装置５０に出力される。続いて、水素主制御装置５０が行う処理について説明する。図５は、水素主制御装置５０が行う水素主制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば水素主制御装置５０の記憶部５６に記憶され、上述した故障判定ルーチン及び酸素濃度出力ルーチンの結果を水素主制御装置５０が入力すると操作量決定部５２及び導出部５４により実行される。

【0039】

この水素主制御ルーチンが開始されると、操作量決定部５２は、まず、処理空間１１ａの現在の酸素濃度を取得する（ステップＳ４００）。これは、図４の酸素濃度出力ルーチンのステップＳ３１０，Ｓ３３０，Ｓ３４０のいずれかで制御装置４０から出力された値を取得することで行う。続いて、ステップＳ４００で取得した現在の酸素濃度と処理空間１１ａの酸素濃度の目標値Ｃｔとに基づいて、フィードバック制御により操作量ＭＶ１を決定する（ステップＳ４１０）。目標値Ｃｔは、予め定められて記憶部５６に記憶されているものであり、本実施形態では上述したように１ｐｐｍである。なお、フィードバック制御に用いるパラメーターも、記憶部５６に予め記憶されているものとした。ステップＳ４１０のフィードバック制御は、例えば目標値ＣｔとステップＳ４００で取得した現在の酸素濃度との差分がゼロになるようにＰＩＤ制御により操作量ＭＶ１を決定する。操作量ＭＶ１は、ＭＦＣ３４を通過する水素の質量流量に関する値であり、操作量下限値０％〜操作量上限値１００％の範囲（操作範囲）で決定される。なお、ステップＳ４１０では、ＰＩＤ制御に限らずＰＩ制御など他のフィードバック制御を採用してもよい。

【0040】

次に、導出部５４は、第１，第２酸素センサ２８，２９の少なくともいずれかに故障があるか否かを調べる（ステップＳ４２０）。これは、図３の故障判定ルーチンのステップＳ２６０で制御装置４０から出力された判定結果を取得することで行う。そして、第１，第２酸素センサ２８，２９のいずれにも故障がない場合には、導出部５４は、ＭＦＣ３４の流量範囲から上限側と下限側とを狭くした範囲である制限範囲に操作量範囲を換算したときの、操作量ＭＶ１の換算後の値として、操作流量ＭＶ２を導出する（ステップＳ４３０）。換言すると、ステップＳ４３０では、導出部５４は、操作量範囲の上限から下限までを、制限範囲の上限から下限までに対応させたときの、操作量ＭＶ１に対応する制限範囲内の値として、操作流量ＭＶ２を導出する。ここで、操作量の下限値を値Ａ，上限値を値Ｂ，制限範囲の下限値を値ａ，上限値を値ｂとしたときに、ＭＶ２は以下の式（１）により導出するものとした。なお、式（１）及び値Ａ，Ｂ，ａ，ｂは、例えば記憶部５６に記憶されているものとした。

【0041】

ＭＶ２＝（ｂ−ａ）／（Ｂ−Ａ）×（ＭＶ１−Ａ）＋ａ （１）

【0042】

本実施形態では、ＭＦＣ３４の流量範囲は、下限流量０ｃｃ／ｍｉｎ〜上限流量１０００ｃｃ／ｍｉｎの範囲であるものとした。そして、本実施形態では、制限範囲は、１００ｃｃ／ｍｉｎ〜３００ｃｃ／ｍｉｎの範囲であるものとした。すなわち、制限範囲は、操作流量の上限側を１０００ｃｃ／ｍｉｎより小さい３００ｃｃ／ｍｉｎまで狭くし、下限側を０ｃｃ／ｍｉｎから１００ｃｃ／ｍｉｎまで狭くしたものとした。そのため、例えばステップＳ４１０で導出された操作量ＭＶ１が値５０％であった場合には、上記式（１）によりＭＶ２＝２００ｃｃ／ｍｉｎ｛＝（３００−１００）／（１００−０）×（５０−０）＋１００｝となる。

【0043】

一方、ステップＳ４２０で第１，第２酸素センサ２８，２９の少なくともいずれかに故障がある場合には、導出部５４は、故障時制限範囲を用いて、操作量ＭＶ１の換算後の値として、操作流量ＭＶ２を導出する（ステップＳ４４０）。換言すると、ステップＳ４４０では、導出部５４は、操作量範囲の上限から下限までを、故障時制限範囲の上限から下限までに対応させたときの、操作量ＭＶ１に対応する故障時制限範囲内の値として、操作流量ＭＶ２を導出する。ここで、故障時制限範囲は、ステップＳ４３０で用いた制限範囲のうち上限側と下限側との少なくとも一方を狭くしたものである。本実施形態では、制限範囲（１００ｃｃ／ｍｉｎ〜３００ｃｃ／ｍｉｎ）の上限側と下限側との両方を狭くした１５０ｃｃ／ｍｉｎ〜２５０ｃｃ／ｍｉｎの範囲を故障時制限範囲とするものとした。なお、ステップＳ４４０における操作流量ＭＶ２は、上述した式（１）における制限範囲の下限値ａ，上限値ｂの代わりに故障時制限範囲の下限値及び上限値を代入すれば、導出することができる。

【0044】

そして、ステップＳ４３０又はステップＳ４４０で操作流量ＭＶ２を導出すると、導出部５４は、導出した操作流量ＭＶ２を水素副制御装置６０に出力して（ステップS４５０
）、本ルーチンを終了する。

【0045】

続いて、水素副制御装置６０が行う処理について説明する。図６は、水素副制御装置６０が行う水素副制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば水素副制御装置６０の記憶部６４に記憶され、ユーザーが操作パネル７４を介して処理開始指示を入力したことを制御装置４０から通知されると、繰り返し実行される。この水素副制御ルーチンが開始されると、切替部６２は、まず、現在の制御モードが酸素濃度制御モードと設定値制御モードとのいずれに設定されているかを調べる（ステップＳ５００）。ここで、水素副制御装置６０は、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した酸素濃度に基づくフィードバック制御を行ってＭＦＣ３４の質量流量を制御する酸素濃度制御モードと、検出した酸素濃度に関わらず一定の値（流量設定値ＭＶ３）に基づいてＭＦＣ３４の質量流量を制御する設定値制御モードとのいずれかを切替可能になっている。本実施形態では、切替モードは、操作パネル７４を介したユーザーからの指示により変更可能であるものとした。また、切替部６２は制御装置４０から第１，第２酸素センサ２８，２９の故障の有無に関する情報（ステップＳ２６０で出力された判定結果）を例えば判定タイミングと同じタイミング毎に入力し、入力した情報に基づいて第１，第２酸素センサ２８，２９がいずれも故障しているか否かを判定するものとした。そして、いずれも故障していると判定し且つ現在の制御モードが酸素濃度制御モードであるときには、設定値制御モードに切り替えるものとした。また、現在の制御モードが酸素濃度制御モードと設定値制御モードとのいずれであるかを示す値が、例えば記憶部６４に記憶されているものとした。ステップＳ５００の判定は、この値を調べることで行う。

【0046】

そして、ステップＳ５００で酸素濃度制御モードであったときには、切替部６２は、水素主制御装置５０から出力された操作流量ＭＶ２を入力し、入力した操作流量ＭＶ２をＭＦＣ３４に出力して（ステップＳ５１０）、本ルーチンを終了する。一方、ステップＳ５００で設定値制御モードであったときには、切替部６２は、記憶部６４に記憶された流量設定値ＭＶ３をＭＦＣ３４に出力して（ステップＳ５２０）、本ルーチンを終了する。ＭＦＣ３４は、自身を通過する水素の質量流量が、ステップＳ５１０又はＳ５２０で入力した操作流量に一致するように、水素の質量流量を調整する。このように、酸素濃度制御モードのときには、ＭＦＣ３４の水素の質量流量がフィードバック制御に基づく操作流量ＭＶ２となるように制御し、設定値制御モードのときにはＭＦＣ３４の水素の質量流量が一定値（流量設定値ＭＶ３）となるように制御するのである。そして、ＭＦＣ３４を通過する水素の量に応じて、処理空間１１ａ内の酸素が反応し酸素濃度が低減される。

【0047】

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の熱処理炉１０が本発明の熱処理炉に相当し、被処理物９６が対象物に相当し、処理空間１１ａが処理空間に相当し、炉体１１が炉体に相当し、第１，第２酸素センサ２８，２９が酸素センサに相当し、ＭＦＣ３４が流量調整手段に相当し、操作量決定部５２が操作量決定手段に相当し、導出部５４が導出手段に相当する。また、記憶部４６が記憶手段に相当し、故障判定部４２が故障判定手段に相当し、切替部６２が切替手段に相当し、給気管１８が分岐経路形成部に相当する。また、酸素濃度出力部４４が信頼性判定手段に相当する。

【0048】

以上説明した本実施形態の熱処理炉１０では、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した処理空間１１ａの酸素濃度と、酸素濃度の目標値Ｃｔとに基づいて、フィードバック制御により操作量上限値から操作量下限値までの操作量範囲内で操作量ＭＶ１を決定する。次に、ＭＦＣ３４が水素の流量を調整可能な流量範囲から上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした範囲である制限範囲に操作量範囲を換算したときの、決定された操作量ＭＶ１の換算後の値である操作流量ＭＶ２を導出する。すなわち、操作量範囲の上限から下限までを、制限範囲の上限から下限までに対応させたときの、操作量ＭＶ１に対応する制限範囲内の値として、操作流量ＭＶ２を導出する。そして、導出した操作流量ＭＶ２をＭＦＣ３４に出力する。このため、ＭＦＣ３４が処理空間１１ａへ流す水素の質量流量は、ＭＦＣ３４の流量範囲よりも上限側と下限側との少なくとも一方が狭い制限範囲内の流量となる。したがって、制限範囲が流量範囲の上限側を狭くした範囲であれば、水素の流量が過剰になることをより抑制して、処理空間１１ａの水素濃度が高くなりすぎることをより抑制できる。また、制限範囲が流量範囲の下限側を狭くした範囲であれば、水素の流量が不足することをより抑制して、処理空間１１ａの酸素濃度が高くなりすぎることをより抑制できる。このように、処理空間１１ａの酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方をより抑制できる。例えば、操作量ＭＶ１を換算せずに（操作流量ＭＶ２を導出せずに）そのままＭＦＣ３４に出力すると、ＭＦＣ３４は０ｃｃ／ｍｉｎ（＝０％）〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ（＝１００％）の間で水素の質量流量を変化させることになる。これに対し、本実施形態では、操作量ＭＶ１に基づいて導出した操作流量ＭＶ２をＭＦＣ３４に出力しているため、１００ｃｃ／ｍｉｎ〜３００ｃｃ／ｍｉｎの間でしか水素の質量流量が変化しない。そのため、水素の質量流量が小さくなりすぎたり大きくなりすぎたりするような極端な制御を抑制して、処理空間１１ａの酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることをより抑制できる。また、操作量ＭＶ１から操作流量ＭＶ２への換算（操作量ＭＶ１に基づく操作流量ＭＶ２の導出）を行うことで、単に操作量ＭＶ１の上下限を設定する場合と比べて、フィードバック制御の精度の低下もより抑制できる。例えば、換算（操作流量ＭＶ２の導出）を行う代わりに操作量ＭＶ１に上限を設けて８０％以下に制限するような場合、８０％〜１００％の範囲ではＭＦＣ３４の水素の質量流量は同じ値（操作量ＭＶ１が８０％のときの値）になってしまう。このような制御では８０％〜１００％の間の制御に差が無くなることから、フィードバック制御による酸素濃度の調整の精度が低下しやすい。一方、本実施形態では、操作量ＭＶ１の操作量範囲である０％〜１００％を制限範囲の下限から上限までの値に対応させたときの操作量ＭＶ１に対応する値としての操作流量ＭＶ２を導出しているため、操作量ＭＶ１が０％〜１００％の間で変化すればその変化量に応じて導出後の操作流量ＭＶ２も変化する。そのため、フィードバック制御による酸素濃度の調整の精度が低下しにくい。

【0049】

また、熱処理炉１０は、複数の酸素センサ（第１，第２酸素センサ２８，２９）を備え、操作量決定部５２は、複数の酸素センサのうちいずれかが検出した酸素濃度と、目標値Ｃｔと、に基づいて操作量ＭＶ１を決定している。このとき、操作量ＭＶ１の導出に用いるのは、ステップＳ３１０，Ｓ３３０，Ｓ３４０のいずれかで出力された酸素濃度であり、酸素濃度出力部４４が第１，第２酸素センサ２８，２９のうち信頼性が高いと判定した方の酸素センサが検出した現在の酸素濃度である。そのため、信頼性の低い酸素センサが検出した酸素濃度を用いて操作量ＭＶ１を決定する場合と比較して、処理空間１１ａの酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることの少なくとも一方をより抑制できる。

【0050】

さらに、熱処理炉１０は、記憶部４６が第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した酸素濃度（第１基準濃度Ｃｓ１，第２基準濃度Ｃｓ２，第１過去濃度Ｃｐ１，第２過去濃度Ｃｐ２）を記憶しており、この記憶された酸素濃度と、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した現在の酸素濃度（第１現在濃度Ｃｎ１，第２現在濃度Ｃｎ２）とに基づいて、第１，第２酸素センサ２８，２９の故障の有無を故障判定部４２が判定している。そのため、複数の酸素センサを備える場合に、第１，第２酸素センサ２８，２９が検出した過去の酸素濃度と現在の酸素濃度とに基づいて、第１，第２酸素センサ２８，２９の故障の有無を判定することができる。しかも、第１基準濃度Ｃｓ１を用いた判定と第１過去濃度Ｃｐ１を用いた判定とを行っているため、故障の判定の精度が高まる。例えば徐々に故障が進行して処理空間１１ａの正しい酸素濃度と検出した酸素濃度とがずれていくような場合には第１過去濃度Ｃｐ１を用いた判定では故障を検出できない場合があるが、そのような場合でも第１基準濃度Ｃｓ１を用いた判定を行うことで故障を検出しやすくなる。

【0051】

さらにまた、故障判定部４２は、判定タイミング毎に故障の有無を判定し、判定タイミングで故障がないと判定した場合には判定に用いた第１現在濃度Ｃｎ１，第２現在濃度Ｃｎ２を第１過去濃度Ｃｐ１，第２過去濃度Ｃｐ２として記憶部４６に記憶する。そして、判定タイミングでは、故障がないと判定された直近の判定タイミングで記憶された第１過去濃度Ｃｐ１，第２過去濃度Ｃｐ２と今回検出された第１現在濃度Ｃｎ１，第２現在濃度Ｃｎ２とに基づいて故障の有無を判定する。そのため、故障がないと判定したときの第１現在濃度Ｃｎ１，第２現在濃度Ｃｎ２を記憶しておいて後の故障の判定時の第１過去濃度Ｃｐ１，第２過去濃度Ｃｐ２として用いるため、故障の判定精度が向上する。

【0052】

そして、操作量決定部５２は、故障判定部４２により故障と判定された酸素センサと故障ではないと判定された酸素センサとがある場合には、第１，第２酸素センサ２８，２９のうち故障はないと判定された酸素センサが検出した酸素濃度と、目標値Ｃｔと、に基づいて操作量ＭＶ１を決定する。また、導出部５４は、故障判定部４２により故障と判定された酸素センサと故障ではないと判定された酸素センサとがある場合には、制限範囲に代えて、制限範囲のうち上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした故障時制限範囲を用いて操作流量ＭＶ２を導出する。そのため、故障と判定された酸素センサがある場合に、故障のない他の酸素センサを用いて、フィードバック制御に基づく水素の流量の調整を継続できる。しかも、制限範囲に代えて制限範囲のうち上限側と下限側との少なくとも一方を狭くした故障時制限範囲を用いて操作流量を導出する。そのため、故障と判定された酸素センサがある場合に、制限範囲をそのまま用いる場合と比較して、処理空間の酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方をより抑制できる。

【0053】

そしてまた、熱処理炉１０は、導出部５４により導出された操作流量ＭＶ２をＭＦＣ３４が入力する酸素濃度制御モードか、導出された操作流量ＭＶ２に代えて所定の操作流量である流量設定値ＭＶ３をＭＦＣ３４が入力する設定値制御モードか、の切替を行う切替部６２を備えている。そして、第１，第２酸素センサ２８，２９がいずれも故障と判定された場合に、流量設定値ＭＶ３をＭＦＣ３４が入力するように設定値制御モードへの切替を行う。そのため、故障した酸素センサが検出した酸素濃度を用いたフィードバック制御に基づいて水素の流量を調整してしまうことをより抑制できる。これにより、全ての酸素センサが故障したときに処理空間１１ａの酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることとの少なくとも一方の状態になることをより抑制することができる。

【0054】

そしてまた、熱処理炉１０は、ＭＦＣ３４よりも下流且つ処理空間１１ａよりも上流に設けられ、処理空間１１ａに複数箇所から水素が流入するように途中で分岐した流路を形成する給気管１８を備えている。これにより、流路が分岐せず１箇所から処理空間１１ａに水素を流入させる場合と比べて、処理空間１１ａ内で水素濃度のムラが生じにくい。そのため、処理空間１１ａの一部の酸素濃度が高くなりすぎたり処理空間１１ａの一部の水素濃度が高くなりすぎたりすることをより抑制することができる。また、本実施形態では、給気管１８を炉体１１の底部に設け排気弁２７を炉体１１の天井部に設けているため、給気管１８を介して処理空間１１ａ内に流入した水素はセッター９５を左右から回り込むようにして炉体１１の天井部に向かう流れが生じ、処理空間１１ａ全体に水素が行き渡りやすい。これによっても、処理空間１１ａ内で水素濃度のムラが生じにくくなる。

【0055】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0056】

例えば、上述した実施形態では、酸素センサは２本であるものとしたが、１本としてもよいし、３本以上としてもよい。３本以上の場合、各酸素センサについて図３の故障判定ルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１５０と同様の処理を行って故障を判定してもよい。また、図４の酸素濃度出力ルーチンのステップＳ３１０では、故障していない酸素センサのうちいずれかの現在酸素濃度を水素主制御装置５０に出力すればよい。また、正常な酸素センサが２以上ある場合には、ステップＳ３２０と同様にして差ΔＣｐを比較し、差ΔＣｐが最も小さい酸素センサが検出した現在酸素濃度を水素主制御装置５０に出力してもよい。また、酸素センサが３本以上の場合、図５の水素制御ルーチンのステップＳ４２０では、酸素センサが１つでも故障している場合にステップＳ４４０の処理を行ってもよいし、正常の酸素センサの数が１以下である場合にステップＳ４４０の処理を行ってもよい。すなわち、正常な酸素センサの数が２以上ある場合には故障時制限範囲を用いずにステップＳ４３０の処理を行い制限範囲を用いて操作流量ＭＶ２を導出してもよい。

【0057】

上述した実施形態では、第１，第２酸素センサ２８，２９がいずれも故障していると判定されると切替部６２が設定値制御モードになるものとしたが、これに限られない。例えば、第１，第２酸素センサ２８，２９がいずれも故障していてもユーザーからの指示が入力されるまでは酸素濃度制御モードのままとしてもよい。この場合でも、図５の水素制御ルーチンではステップＳ４４０が行われて故障時制限範囲を用いた操作流量ＭＶ２が導出されるため、処理空間１１ａの酸素濃度が高くなりすぎることと水素濃度が高くなりすぎることの少なくとも一方をより抑制することはできる。また、切替部６２が設定値制御モードを備えないものとし、導出部５４が水素副制御装置６０を介さず操作流量ＭＶ２をＭＦＣ３４に出力してもよい。

【0058】

上述した実施形態において、第１酸素センサ２８の故障判定は第１基準濃度Ｃｓ１を用いた判定と第１過去濃度Ｃｐ１を用いた判定とを共に行うものとしたが、いずれか一方を省略してもよい。また、故障判定を行わなくてもよい。第２酸素センサ２９についても同様である。

【0059】

上述した実施形態において、制限範囲は流量範囲から上限側と下限側とを狭くした範囲としたが、上限側と下限側との少なくとも一方を狭くしたものであればよい。また、故障時制限範囲は制限範囲のうち上限側と下限側とを狭くしたものとしたが、上限側と下限側との少なくとも一方を狭くしたものであればよい。

【0060】

上述した実施形態において、制御装置４０，水素主制御装置５０，水素副制御装置６０はそれぞれ別の装置としたが、これらのうち２以上を１の装置としてもよいし、これらの各装置の各機能ブロックを別の装置に分けてもよい。あるいは、これらの各装置の各機能ブロックを別の装置が備えるものとしてもよい。例えば、水素主制御装置５０が酸素濃度出力部４４を備えるものとしてもよい。

【符号の説明】

【0061】

１０ 熱処理炉、１１ 炉体、１１ａ 処理空間、１２ 前端面、１３ 後端面、１４，１５ 開口、１８ 給気管、１９ 排気管、２０ ヒーター、２２ カバー、２４ 支持ローラー、２５ 搬送ローラー、２７ 排気弁、２８，２９ 第１，第２酸素センサ、３０ ガス供給部、３１ 水素供給源、３２ 窒素供給源、３３ 水供給源、３４〜３７ マスフローコントローラー（ＭＦＣ）、３８ 気化器、４０ 制御装置、４１ 制御部、４２ 故障判定部、４４ 酸素濃度出力部、４６ 記憶部、５０ 水素主制御装置、５２ 操作量決定部、５４ 導出部、５６ 記憶部、６０ 水素副制御装置 ６２ 切替部、６４ 記憶部、７４ 操作パネル、９５ セッター、９６ 被処理物。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】