特開 2023-66989 ヒータ監視装置、熱処理装置、ヒータ監視方法、および、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023066989

(43)【公開日】2023-05-16

(54)【発明の名称】ヒータ監視装置、熱処理装置、ヒータ監視方法、および、プログラム

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/00 20060101AFI20230509BHJP

   G05B 23/02 20060101ALI20230509BHJP

【ＦＩ】

H05B3/00 320Z

H05B3/00 310C

G05B23/02 302S

G05B23/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021177898

(22)【出願日】2021-10-29

(71)【出願人】

【識別番号】000167200

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクトサーモシステム

(74)【代理人】

【識別番号】110002044

【氏名又は名称】弁理士法人ブライタス

(72)【発明者】

【氏名】服部 昌

【テーマコード（参考）】

3C223

3K058

【Ｆターム（参考）】

3C223BA03

3C223CC02

3C223DD03

3C223EB03

3C223FF04

3C223FF13

3C223FF16

3C223FF21

3C223FF31

3C223FF46

3C223GG01

3C223HH02

3K058AA84

3K058AA96

3K058CA05

(57)【要約】

【課題】熱処理装置に備えられる抵抗加熱ヒータの劣化を、簡易な構成でより正確に判断できるようにする。
【解決手段】ヒータ監視装置１０は、被処理物１００を加熱する熱処理装置１に備えられる抵抗加熱ヒータ３を監視する監視部１１を有する。監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３での消費電力Ｐと、抵抗加熱ヒータ３の制御出力値ＭＶと、の関係から得られる関係値Ｐｍｖの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

負荷率である出力値が設定されることで前記出力値に応じた発熱を行う抵抗加熱ヒータを備える熱処理装置に備えられる前記抵抗加熱ヒータを監視する監視部を備え、
前記監視部は、前記抵抗加熱ヒータでの消費電力と、前記出力値と、の関係から得られる関係値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定する、ヒータ監視装置。

【請求項2】

請求項１に記載の監視装置であって、
前記消費電力をＰとし、前記出力値をＭＶとし、前記関係値をＰｍｖとしたときに、Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶである、ヒータ監視装置。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載のヒータ監視装置であって、
前記監視部は、時間を横軸とし前記関係値を縦軸としたときに得られる前記関係値の関数の傾きに基づいて前記抵抗加熱ヒータの劣化度合を判定する、ヒータ監視装置。

【請求項4】

請求項３に記載のヒータ監視装置であって、
前記監視部は、単位時間毎の前記関係値を算出し、複数の前記単位時間における前記関係値の平均値を平均関係値として算出し、前記関数における前記関係値として前記平均関係値を用いる、ヒータ監視装置。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１項に記載のヒータ監視装置であって、
前記監視部は、前記関係値の時系列変化としての、前記消費電力を一定にした状態における前記出力値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定する、ヒータ監視装置。

【請求項6】

請求項１～請求項５の何れか１項に記載のヒータ監視装置であって、
前記監視部は、前記関係値の時系列における変化率が所定のしきい値を超えた場合に、前記抵抗加熱ヒータが断線したと判定する、ヒータ監視装置。

【請求項7】

前記抵抗加熱ヒータと、
請求項１～請求項６の何れか１項に記載のヒータ監視装置と、
を備えている、熱処理装置。

【請求項8】

負荷率である出力値が設定されることで前記出力値に応じた発熱を行う抵抗加熱ヒータを備える熱処理装置に備えられる前記抵抗加熱ヒータを監視するヒータ監視方法であって、
前記抵抗加熱ヒータでの消費電力と、前記出力値と、の関係から得られる関係値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定する、ヒータ監視方法。

【請求項9】

負荷率である出力値が設定されることで前記出力値に応じた発熱を行う抵抗加熱ヒータを備える熱処理装置に備えられる前記抵抗加熱ヒータを監視するプログラムであって、
コンピュータに、
前記抵抗加熱ヒータでの消費電力と、前記出力値と、の関係から得られる関係値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定するステップを実行させる、プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒータ監視装置、熱処理装置、ヒータ監視方法、および、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

被処理物を熱処理する熱処理装置では、ヒータが用いられる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１７４０４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のヒータとして、抵抗加熱ヒータが用いられることがある。抵抗加熱ヒータは、金属線等の電熱線に電流を流すことでジュール熱を発生させ、このジュール熱を被処理物に作用させる。抵抗加熱ヒータは、高温で使用され、且つ、スイッチのオン－オフによって常温状態と高温状態とを繰り返されるため、経年劣化する。具体的には、抵抗加熱ヒータが長期に使用されると、発熱体の表面に酸化皮膜が形成される。発熱体の加熱のオンオフによって発熱体の温度が大きく変化すると、酸化皮膜は、発熱体の膨張や収縮によって発熱体から剥離する。なお、発熱体の温度が一定でも発熱体から酸化皮膜が剥離する現象はある程度生じる。そして、このような酸化皮膜の剥離が繰り返されると、発熱体の断面積が小さくなり、抵抗加熱ヒータの抵抗値が上昇する。また、発熱体の組織の変化によっても抵抗値が上昇する。これらの現象により、抵抗加熱ヒータに流れる電流値が低下する。結果、抵抗加熱ヒータの消費電力が低下し、抵抗加熱ヒータの温度低下という不具合が生じる。また、発熱体の断面積が小さくなる結果、抵抗加熱ヒータの発熱体の断線という不具合が生じる。このため、抵抗加熱ヒータの劣化を監視し、劣化を検出できるようにすることで、抵抗加熱ヒータを適切に修理・交換できるようにする必要がある。特許文献１では、ヒータの異常検出を、ヒータに流れる電流に基づいて行う。

【0005】

このように、抵抗加熱ヒータの劣化を検出する構成は存在するものの、抵抗加熱ヒータの劣化を定量化し、抵抗加熱ヒータの加熱能力（劣化の度合い）をより的確に、且つ、簡易な構成で判断できるようにすることが好ましい。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理装置に備えられる抵抗加熱ヒータの劣化を、簡易な構成でより正確に判断できる、ヒータ監視装置、熱処理装置、ヒータ監視方法、および、プログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

（１）この発明のある局面に係わるヒータ監視装置は、負荷率である出力値が設定されることで前記出力値に応じた発熱を行う抵抗加熱ヒータを備える熱処理装置に備えられる前記抵抗加熱ヒータを監視する監視部を備え、前記監視部は、前記抵抗加熱ヒータでの消費電力と、前記出力値と、の関係から得られる関係値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定する。

【0008】

この構成によると、監視部は、関係値から、抵抗加熱ヒータの抵抗値と等価な値を得ることができる。そして、抵抗加熱ヒータが劣化すると、抵抗加熱ヒータにおける抵抗値が増加する。よって、監視部は、関係値の時系列変化を通じて、抵抗加熱ヒータの抵抗値の増加の有無、すなわち、抵抗加熱ヒータの劣化の有無を監視できる。しかも、監視部は、抵抗加熱ヒータの劣化によって直接の影響をうける抵抗値と等価な値に基づいて抵抗加熱ヒータの劣化を判定できる。よって、監視部は、抵抗加熱ヒータの劣化をより正確に判定できる。また、ヒータ監視装置において、抵抗加熱ヒータの通電中の抵抗値を直接測定するための構成が不要であるので、抵抗加熱ヒータの劣化を簡易な構成で検出できる。

【0009】

（２）前記消費電力をＰとし、前記出力値をＭＶとし、前記関係値をＰｍｖとしたときに、Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶである場合がある。

【0010】

この構成によると、監視部は、抵抗加熱ヒータの通電中の抵抗値の変化、すなわち、抵抗加熱ヒータの劣化の度合いを、簡易な演算で検出することができる。

【0011】

（３）前記監視部は、時間を横軸とし前記関係値を縦軸としたときに得られる前記関係値の関数の傾きに基づいて前記抵抗加熱ヒータの劣化度合を判定する場合がある。

【0012】

この構成によると、監視部は、抵抗加熱ヒータの現在の劣化度合いを検出でき、また、抵抗加熱ヒータの将来の劣化度合を推測できる。

【0013】

（４）前記監視部は、単位時間毎の前記関係値を算出し、複数の前記単位時間における前記関係値の平均値を平均関係値として算出し、前記関数における前記関係値として前記平均関係値を用いる場合がある。

【0014】

大抵のパワーデバイスで制御されるヒータは、消費電力と出力値とが比例関係にある。このため、抵抗加熱ヒータの劣化の影響が出ない程度の短期間（例えば、１日）であれば、関係値は、理論上は、一定の値を示す。しかしながら、抵抗加熱ヒータの定常運転時であっても、出力値は一定であるとは限らず、抵抗加熱ヒータに応答性を求めるような制御であれば、出力値が大きく変動する場合もある。極端な場合には、出力値は、０％と１００％をオン－オフ制御のように繰り返されることがある。また、消費電力は、実効値を測定する必要があり、瞬時値である出力値と実効値である消費電力の検出タイミングの差の関係で、ある瞬間に見た場合、関係値にぶれがあることは、よくある。さらに、消費電力および出力値についての高出力部、低出力部でのリニアリティーのずれがある。このため、ある短い一定期間であっても、瞬時、瞬時で対応する測定データが必ずしも比例関係にあるとはいえず、関係値に大きな変動が生じることがある。一方でヒーターの劣化は長期的なスパンで観察すればよい。
上記の現象を踏まえて、上記（４）の構成によると、監視部は、抵抗加熱ヒータの劣化診断を、有る一定以上の長期的なスパンでの消費電力と出力値の観察結果に基づいて行うことができる。この構成であれば、関係値から求められる、抵抗加熱ヒータにおける瞬間的な抵抗値の計算値が正確である必要はなく、監視部は、複数の単位時間における関係値の平均関係値の推移を監視することで、抵抗加熱ヒータの劣化度合いをより正確に判定できる。熱処理装置においては、抵抗加熱ヒータ等の温度調整系統では応答の高速性が要求されることは一般に少ない。よって、例えば単位時間が１分であったとしても、すなわち、関係値のサンプリング周期が１分であったとしても、１日では１４４０点のサンプリングデータを得ることができる。そして、この多数のサンプリングデータをある一定の期間毎（例えば、１日毎）に平均化すれば、上述した関係値のぶれを平滑化できる。

【0015】

（５）前記監視部は、前記関係値の時系列変化としての、前記消費電力を一定にした状態における、前記出力値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定する場合がある。

【0016】

この構成によると、例えば、熱処理装置において、被処理物の熱処理と熱処理との間におけるスタンバイ状態での熱負荷が同等である場合、被処理物の熱処理時の負荷状態が種々に変化していても、このスタンバイ状態での出力値の時系列変化を用いて、抵抗加熱ヒータの劣化を監視部で判定できる。

【0017】

（６）前記監視部は、前記関係値の時系列における変化率が所定のしきい値を超えた場合に、前記抵抗加熱ヒータが断線したと判定する場合がある。

【0018】

この構成によると、抵抗加熱ヒータが断線すると、関係値が急峻に変化する。監視部は、この変化を捉えることで、抵抗加熱ヒータの断線を検出できる。しかも、抵抗加熱ヒータの断線を検出するための断線検知器等、断線検出専用の構成が不要であるので、ヒータ監視装置の構成が複雑にならずに済む。

【0019】

（７）この発明のある局面に係わる熱処理装置は、前記抵抗加熱ヒータと、前記ヒータ監視装置と、を備えている。

【0020】

（８）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるヒータ監視方法は、負荷率である出力値が設定されることで前記出力値に応じた発熱を行う抵抗加熱ヒータを備える熱処理装置に備えられる前記抵抗加熱ヒータを監視するヒータ監視方法であって、前記抵抗加熱ヒータでの消費電力と、前記出力値と、の関係から得られる関係値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定する。

【0021】

（９）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わるプログラムは、負荷率である出力値が設定されることで前記出力値に応じた発熱を行う抵抗加熱ヒータを備える熱処理装置に備えられる前記抵抗加熱ヒータを監視するプログラムであって、コンピュータに、前記抵抗加熱ヒータでの消費電力と、前記出力値と、の関係から得られる関係値の時系列変化に基づいて、前記抵抗加熱ヒータの劣化を判定するステップを実行させる。

【0022】

上記（７），（８），（９）のそれぞれの構成によると、熱処理装置に備えられる抵抗加熱ヒータの劣化を、簡易な構成でより正確に判断できる。

【発明の効果】

【0023】

本発明によると、熱処理装置に備えられる抵抗加熱ヒータの劣化を、簡易な構成でより正確に判断できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置の模式図である。

【図2】図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、平均関係値を示すグラフの一例である。

【図3】図３は、抵抗加熱ヒータの延べの使用時間と、抵抗加熱ヒータの抵抗値との関係を示すグラフである。

【図4】図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、平均関係値を示す関数の別の一例である。

【図5】図５は、ヒータ監視装置における抵抗加熱ヒータの監視動作の一例を説明するためのフローチャートである。

【図6】図６は、抵抗加熱ヒータの制御のリニアリティの一例を説明するための図である。

【図7】図７は、実施形態の変形例における、熱処理装置の動作パターンについて説明するためのグラフである。

【図8】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、関係値としての平均出力値を示すグラフの一例である。

【図9】図９は、変形例でのヒータ監視装置における抵抗加熱ヒータの監視動作の一例を説明するためのフローチャートである。

【図10】図１０は、本発明の実施形態または変形例におけるヒータ監視装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

＜本発明に想到するに至った経緯＞
抵抗加熱ヒータは、劣化に伴い抵抗値が増加する。したがって、ヒータの劣化をとらえるには、ヒーターの抵抗値を監視すればよい。しかしながら、抵抗加熱ヒータへの通電中に当該抵抗加熱ヒータの抵抗値を測ることは難しい。なお、電圧制御方式のＳＣＲ（サイリスタ）を用いて、ヒータ両端の電圧および電流を実効値で測れば、上記抵抗値を測定することはできるけれども、機器構成は限られてしまう。また、抵抗加熱ヒータを駆動するＳＣＲ（サイリスタ）やＳＳＲ（固体リレー）等のパワーデバイスは必ずしも電圧／電流を演算できるようにこれら電圧／電流がアナログ的に変化する構成ばかりではない。

【0026】

ヒータ抵抗値そのものを測定しなくとも、等価な要素を測定できれば、上記抵抗値を代用することは可能である。この等価な要素は、抵抗加熱ヒータの消費電力Ｐ（Ｗ）と、制御器から抵抗加熱ヒータへの出力値ＭＶ（％）と、の比Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶを取る。抵抗加熱ヒータが劣化すると、抵抗加熱ヒータの抵抗値が上昇し、抵抗加熱ヒータの消費電力が低下する。これは、抵抗加熱ヒータの劣化に伴い上記の比Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶが低下してくることに他ならない。

【0027】

＜実施形態＞
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

【0028】

図１は、本発明の一実施形態に係る熱処理装置１の模式図である。図１を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００を加熱処理するために用いられる。被処理物１００として、金属部品、半導体素材、電子部品素材を例示できる。

【0029】

熱処理装置１は、筐体２と、抵抗加熱ヒータ３と、電力計４と、電源回路５と、制御部６と、表示部７と、温度センサ９と、ヒータ監視装置１０と、を有している。

【0030】

なお、本実施形態では、ヒータ監視装置１０が熱処理装置１の筐体２に隣接している形態を例に説明する。しかしながら、この通りでなくてもよい。ヒータ監視装置１０は、筐体２が設置されている工場とは別の場所に設置されていてもよい。また、ヒータ監視装置１０は、熱処理装置１とは独立して設けられて熱処理装置１とは通信可能に構成され、熱処理装置１ではない構成であってもよい。

【0031】

筐体２は、被処理物１００の加熱処理時に被処理物１００が収容される空間を区画している。筐体２は、箱形状に形成されている。筐体２には図示しない扉が設置されており、この扉を通して被処理物１００が筐体２に出し入れされる。筐体２内に抵抗加熱ヒータ３が配置されている。

【0032】

抵抗加熱ヒータ３は、発熱体に電流を流すことで電力をジュール熱に変換するヒータである。本実施形態の抵抗加熱ヒータ３は、間接加熱方式のヒータであり、発生したジュール熱を熱伝導や熱輻射によって被処理物１００に与える。抵抗加熱ヒータ３の消費電力（発熱量）をＰとし、抵抗加熱ヒータ３に流れる電流をＩとし、抵抗加熱ヒータ３の電気抵抗をＲとすると、Ｐ＝Ｉ^２Ｒ（Ｗ）である。抵抗加熱ヒータ３は、後述するように、負荷率である出力値ＭＶが設定されることで、出力値ＭＶに応じた発熱を行う。

【0033】

抵抗加熱ヒータ３は、発熱体としての電熱線３ａを有している。電熱線３ａは、本実施形態では、金属系素材で形成されている。金属系素材として、鉄－クロムアルミ系素材、ニッケル－クロム系素材、白金、モリブデン、タンタル、および、タングステンを例示できる。電熱線３ａの定格温度は、例えば、１０００℃～１４００℃程度である。

【0034】

本実施形態では、抵抗加熱ヒータ３は、複数の電熱線３ａ（本実施形態では、３つの電熱線３ａを例示）が並列接続されている。上記の抵抗値Ｒは、複数の電熱線３ａの全体としての抵抗値である。各電熱線３ａは、起伏形状（蛇腹形状）に形成されていてもよいし、直線形状に形成されていてもよい。また、抵抗加熱ヒータ３は、多孔質セラミック等の部材に埋設されていてもよいし、筐体２内の空間に露出して配置されていてもよい。また、抵抗加熱ヒータ３において電熱線３ａが並列に接続されている本数は、１本でもよいし、２以上の任意の整数本であってもよい。

【0035】

電源回路５は、電力会社の商用電源８からの電力を、抵抗加熱ヒータ３に適した電流および電圧に変換して抵抗加熱ヒータ３に供給する回路である。本実施形態では、電源回路５の出力は、交流電力であるけれども、直流電力であってもよい。電源回路５から抵抗加熱ヒータ３への供給電力は、制御部６によって制御される。

【0036】

制御部６は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）、調整計等を用いて形成されている。制御部６は、抵抗加熱ヒータ３の負荷率を、出力値ＭＶとして規定している。制御部６は、出力値ＭＶ％を、例えば、０％＜ＭＶ≦１００％の間で設定可能に構成されている。なお、出力値ＭＶの下限は、０でなくてもよい。また、出力値ＭＶの上限は、１００でなくてもよい。制御部６において、出力値ＭＶは、変更可能に構成されていてもよいし、変更不可能な固定値として構成されていてもよい。本実施形態では、制御部６は、電力計４の計測結果を基に出力値ＭＶを変更可能に構成されている。

【0037】

本実施形態では、制御部６は、抵抗加熱ヒータ３の初期状態（新品状態）における、定常運転時の出力値ＭＶをＭＶ０として設定している。本実施形態では、ＭＶ０＝７０％を例に説明する。そして、抵抗加熱ヒータ３の初期状態において、出力値ＭＶ＝ＭＶ０のときにおける抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐ＝Ｐ０である。

【0038】

本実施形態では、出力値ＭＶの初期値ＭＶ０は、０＜ＭＶ０≦１００であればよい。なお、この初期値ＭＶ０は、初期の運転時平均ヒータ負荷率であり、抵抗加熱ヒータ３の寿命を考える上で必要となる概念である。

【0039】

制御部６は、電力計４、温度センサ９、および、電源回路５に接続されている。制御部６は、電力計４から、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐ（実測値）を特定する信号を与えられる。温度センサ９は、熱電対等を含んでおり、被処理室としての筐体２の内部における雰囲気温度に応じた信号を制御部６へ供給する。制御部６は、温度センサ９の測定結果に基づいて出力値ＭＶを設定し、この出力値ＭＶを電源回路５へ供給する。

【0040】

電源回路５は、出力値ＭＶに応じた電力を抵抗加熱ヒータ３へ供給する。

【0041】

本実施形態では、制御部６は、フィードバック制御を行っており、温度センサ９で計測された温度と、筐体２内の目標温度との偏差ΔＴがゼロに近づくように出力値ＭＶを設定する。なお、目標温度は、図示しない操作部が操作されること等によって設定され、制御部６が参照する。例えば、抵抗加熱ヒータ３の劣化によって抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒが高くなると、抵抗加熱ヒータ３に流れる電流値Ｉが減少して消費電力Ｐが低下してしまい、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａの温度が低下し、温度センサ９の計測温度が低下する。このような場合、制御部６は、出力値ＭＶを高くすることで、電源回路５から抵抗加熱ヒータ３へ供給される電流値Ｉ（電力値）を上昇させ、上記の偏差ΔＴがゼロに近づくようにする。

【0042】

電力計４は、抵抗加熱ヒータ３の通電時における消費電力Ｐを実測する。電力計４は、電源回路５、および、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａに接続されている。電力計４は、例えば、電圧計と電流計とを有している。なお、電力計４は、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐを測定できればよく、具体的な構成は限定されない。

【0043】

ヒータ監視装置１０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等を用いて形成されている。なお、ヒータ監視装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータを用いて形成されていてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を含む構成であってもよいし、シーケンス回路等を用いて形成されていてもよい。

【0044】

ヒータ監視装置１０は、抵抗加熱ヒータ３を監視するための監視部１１を有している。

【0045】

監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化を監視する。抵抗加熱ヒータ３の劣化とは、本実施形態では、抵抗加熱ヒータ３の劣化によって抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒが増加すること、および、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａの少なくとも１つが断線すること、を指している。

【0046】

監視部１１は、制御部６、および、電力計４に接続されている。監視部１１は、制御部６から、出力値ＭＶを特定する信号を与えられる。また、監視部１１は、電力計４から、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐを特定する信号を与えられる。

【0047】

監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３での消費電力Ｐと、出力値ＭＶと、の関係から得られる関係値Ｐｍｖの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。

【0048】

本実施形態では、関係値Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶである。抵抗加熱ヒータ３が劣化していない場合には、消費電力Ｐと出力値ＭＶとの関係は一定であって不変であり、関係値Ｐｍｖの時系列変化はない。一方で、抵抗加熱ヒータ３が劣化して抵抗値Ｒが上昇した場合には、同じ出力値ＭＶに対しては、抵抗加熱ヒータ３の電流値Ｉが低下して消費電力Ｐが低下するため、Ｐ／ＭＶが低下する。すなわち、抵抗加熱ヒータ３が劣化すると、関係値Ｐｍｖが低下する。熱処理装置１において、同じ温度で運転するためには、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐは同じである必要がある。しかしながら、抵抗加熱ヒータ３が劣化すると、消費電力Ｐを劣化前の値と同じにするためには、出力値ＭＶが変わってしまい、抵抗加熱ヒータ３の劣化時点でのＰｍｖも変わってしまう。すなわち、抵抗加熱ヒータ３が劣化しても、抵抗加熱ヒータ３が初期の能力を維持するためには、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐ＝Ｐ０であり続ける必要がある。抵抗加熱ヒータ３が劣化してくると、同じ消費電力Ｐ０を発生させるためには、出力値ＭＶを大きくしていく必要がある。

【0049】

上述したように、抵抗加熱ヒータ３は、劣化により抵抗値Ｒが増加するため、流すことのできる電流値Ｉは劣化に従い減少する。抵抗加熱ヒータ３の劣化の度合いは、抵抗加熱ヒータ３にフルパワーの電力を印加したときの消費電力Ｐを測定すればわかる。しかしながら、このような劣化診断法は、被処理物１００の熱処理を行っている状態（稼働状態）では出来ない。

【0050】

一方で、熱処理装置１の稼働状態で抵抗加熱ヒータ３の劣化を判断するためには、抵抗加熱ヒータ３がどれだけの消費電力Ｐとなり得るかを考えればよい。ここで、出力値ＭＶに対して、どれだけの消費電力Ｐとなるかを指標として、即ちＰｍｖ＝Ｐ／ＭＶを指標として考えることができる。

【0051】

例えば、抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒが１．１倍になると、電流値Ｉは１／１．１＝０．９１になるため、消費電力Ｐも０．９１倍になる。例えば、本実施形態のように、初期出力値ＭＶ０＝７０％（０．７）であれば、抵抗値Ｒが１／０．７＝１．４倍以上になると、この抵抗加熱ヒータ３は、初期の消費電力Ｐ０を発生できなくなる。

【0052】

このように、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化に連動する指標として関係値Ｐｍｖの時系列変化を捉えることで、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。

【0053】

なお、関係値Ｐｍｖは、消費電力Ｐと出力値ＭＶとの関係から得られる値であればよく、Ｐ／ＭＶに限定されない。関係値Ｐｍｖは、抵抗加熱ヒータ３の劣化による抵抗値Ｒの増大に伴って変化する値であればよい。

【0054】

監視部１１は、記憶部１２と、関係値算出部１３と、関係値単位化部１４と、分析部１５と、判定部１６と、を有している。

【0055】

記憶部１２は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリを用いて構成されており、関係値Ｐｍｖと、この関係値Ｐｍｖの消費電力Ｐおよび出力値ＭＶが生じていたときの日時等を記憶している。

【0056】

関係値算出部１３は、関係値Ｐｍｖを算出する。関係値算出部１３は、最小単位時間、例えば、１分毎の消費電力Ｐおよび出力値ＭＶから関係値Ｐｍｖを算出する。

【0057】

関係値単位化部１４は、最小単位時間毎の関係値Ｐｍｖを一定の基準時間毎の関係値Ｐｍｖとして単位化する。関係値単位化部１４は、例えば、１日（２４時間）を基準時間として、関係値Ｐｍｖを単位化する。具体的には、監視部１１において、単位時間毎の関係値Ｐｍｖを関係値算出部１３で算出し、関係値単位化部１４では、複数の単位時間（複数の１分の集合である１日）における関係値Ｐｍｖの平均値を平均関係値Ｐｍｖ_ａとして算出する。監視部１１では、関係値として平均関係値Ｐｍｖ_ａを用いる。

【0058】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、平均関係値Ｐｍｖ_ａを示すグラフの一例である。図２（Ａ）および図２（Ｂ）の平均関係値Ｐｍｖ_ａは、同じである。図２（Ａ）では、平均関係値Ｐｍｖ_ａを太線で示しており、図２（Ｂ）では、平均関係値Ｐｍｖ_ａを細線で示すとともに、平均関係値Ｐｍｖ_ａを分析部１５で処理して得られる関数ｙ１のグラフを太線で示している。図２（Ａ）および図２（Ｂ）において、横軸は時間ｘ（本実施形態では、１日を単位とする時間）であり、縦軸は、平均関係値Ｐｍｖ_ａである。本実施形態では、抵抗加熱ヒータ３が、経年劣化、特に、抵抗加熱ヒータ３への通電のオンとオフを繰り返されることで、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａが劣化した場合を示している。図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、時間の経過に伴って、平均関係値Ｐｍｖ_ａが緩やかに低下している傾向が示されている。

【0059】

図１、図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、分析部１５は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの経時変化を示す関数ｙ１＝ａｘ＋ｂを算出する。より具体的には、分析部１５は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの経時変化から、平均関係値Ｐｍｖ_ａの関数ｙ１の傾きａおよび切片ｂを算出する。

【0060】

分析部１５は、例えば、回帰分析によって、平均関係値Ｐｍｖ_ａの傾きを算出する。グラフｙでは、初期消費電力Ｐ０と初期出力値ＭＶ０とから、切片ｂは、Ｐｍｖ０＝Ｐ０／ＭＶ０となる。分析部１５は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの関数ｙ１の傾きａを、回帰分析以外の方法、例えば、カルマンフィルタを用いたグラフの傾き算出や、移動平均線を算出した後にこの移動平均線上の数値を離散化して傾きを算出する等、他の方法で算出してもよい。

【0061】

判定部１６は、時間ｘを横軸とし平均関係値Ｐｍｖ_ａを縦軸としたときに得られる平均関係値Ｐｍｖ_ａの関数ｙ１＝ａｘ＋ｂの傾きａに基づいて抵抗加熱ヒータ３の劣化度合を判定（算出）する。

【0062】

図２（Ａ）および図２（Ｂ）では、僅かではあるが、関数ｙ１は、経時変化によって傾いている。例えば、この傾きａ＝－１．５３×１０^－５ｋＷ／％日である。この場合の劣化度合い（％）は、以下の式（２）で表される。
劣化度合い＝（ａ×日数ｘ）／切片ｂ＝ａｘ／Ｐｍｖ０・・・（２）
上述したように、Ｐｍｖ０＝Ｐ０／ＭＶ０である。本実施形態では、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示されているように、Ｐｍｖ０＝０．１３（ｋＷ／％）である。本実施形態では、傾きａの日数ｘが１０００日でａｘ＝－０．０１５３となる。このとき、劣化度合い＝０．０１５３／０．１３＝約０．１１８となり、約１２％の劣化している。すなわち、監視部１１は、初期から約１２％劣化したと判定する。

【0063】

本実施形態では、判定部１６は、抵抗加熱ヒータ３が初期消費電力Ｐ０を発生できなくなったタイミングを、抵抗加熱ヒータ３の寿命と推測する。次に、抵抗加熱ヒータ３の寿命推測の考え方について説明する。

【0064】

図３は、抵抗加熱ヒータ３の延べの使用時間と、抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒとの関係を示すグラフである。図３のグラフでは、横軸が抵抗加熱ヒータ３の延べの使用時間であり、縦軸が、抵抗加熱ヒータ３の初期抵抗値Ｒ０と、各使用時間における抵抗値Ｒとの比である抵抗比Ｒ／Ｒ０を示している。

【0065】

図１～図３を参照して、抵抗加熱ヒータ３を使用すると、前述したように、電熱線３ａの表面に酸化皮膜が形成される。そして、この酸化皮膜が剥離するという現象が繰り返されて電熱線３ａの断面積が減少することや、電熱線３ａの組織の劣化によって、抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０から上昇する。

【0066】

本実施形態では、ある使用時間ｔ１になると、抵抗値Ｒがしきい抵抗値Ｒ１に到達する。ここで、上述したように、例えば、抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒが１．１倍になると、電流値Ｉは１／１．１＝０．９１になるため、消費電力Ｐも０．９１倍になる。本実施形態では、出力値ＭＶの初期値ＭＶ０＝７０％、すなわち、（ＭＶ０／１００）＝０．７である。このため、抵抗値Ｒが初期の抵抗値Ｒ０に対して１／０．７＝１．４倍になると、この抵抗加熱ヒータ３は、初期の消費電力Ｐ０を発生できなくなる。このときの抵抗値Ｒが、しきい抵抗値Ｒ１である。すなわち、Ｒ１／Ｒ０となって以降、この抵抗加熱ヒータ３は、初期消費電力Ｐ０を発生できなくなり、断線してはいないが、寿命であると判定される。従来の抵抗加熱ヒータの寿命判定は、断線が生じたときを基準としていた。しかしながら、本実施形態では、断線に限らず、初期消費電力Ｐ０を発生できなくなったときを基準として抵抗加熱ヒータ３の寿命を判定できる。より一般化すると、抵抗値Ｒが抵抗値Ｒ０に対して｛１／（ＭＶ０／１００）｝倍になると、この抵抗加熱ヒータ３は、初期の消費電力Ｐ０を発生できなくなる。なお、抵抗値Ｒがしきい抵抗値Ｒ１より大きい第２しきい抵抗値Ｒ２となり、抵抗比Ｒ２／Ｒ０を超えたタイミングｔ２以降では、電熱線３ａの断面積減少や組織劣化によって、抵抗加熱ヒータ３に断線が生じる可能性が生じる。

【0067】

上記図３のグラフにおける初期抵抗値Ｒ０、および、しきい抵抗値Ｒ１は、抵抗加熱ヒータ３固有の値であり、抵抗加熱ヒータ３の型番等の性質毎に異なる。記憶部１２は、例えば、抵抗値Ｒ＝Ｒ１であるときの抵抗加熱ヒータ３の劣化度合い（％）を記憶している。なお、記憶部１２は、抵抗値Ｒ＝Ｒ２であるときの抵抗加熱ヒータ３の劣化度合い（％）を記憶していてもよい。

【0068】

判定部１６は、記憶部１２を参照しつつ、しきい抵抗値Ｒ１のときの劣化度合いを、上記劣化度合い算出式（２）から算出する。そして、このタイミングを、抵抗加熱ヒータ３の寿命であると推測する。なお、判定部１６は、第２しきい抵抗値Ｒ２のときの劣化度合いとなるタイミングを、上記劣化度合い算出式（２）から算出し、このタイミング以降から抵抗加熱ヒータ３が断線し易いと推測してもよい。これらの推測結果は、熱処理装置１の表示部７に表示される。

【0069】

表示部７は、例えば、液晶モニタ等であり、ヒータ監視装置１０から供給された情報を例えば画像として表示する。

【0070】

次に、監視部１１による、抵抗加熱ヒータの断線検出について説明する。

【0071】

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、平均関係値Ｐｍｖ_ａを示す関数ｙ１の別の一例である。図４（Ａ）および図４（Ｂ）の平均関係値Ｐｍｖ_ａは、同じである。図４（Ａ）では、平均関係値Ｐｍｖ_ａを太線で示しており、図４（Ｂ）では、平均関係値Ｐｍｖ_ａを細線で示すとともに、平均関係値Ｐｍｖ_ａを分析部１５で処理して得られる関数ｙ１のグラフを太線で示している。図４（Ａ）および図４（Ｂ）のグラフが図２（Ａ）および図２（Ｂ）のグラフと異なっている点は、複数の電熱線３ａのうちの１つが断線した状態を示している。

【0072】

図１、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照して、平均関係値Ｐｍｖ_ａは、ある時期ｘ１を境に、ステップ的に（急峻に）低下している。これは、電熱線３ａの断線によって、関係値Ｐｍｖおよび平均関係値Ｐｍｖ_ａが急激に低下したことを示している。このように、判定部１６は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの時系列における変化率が所定のしきい値ｔｈ１を超えた場合に、抵抗加熱ヒータ３が断線したと判定する。このしきい値ｔｈ1は、少なくとも１本の電熱線３ａが断線したときの平均関係値Ｐｍｖ_ａの変化率以上であればよい。

【0073】

次に、ヒータ監視装置１０における抵抗加熱ヒータ３の監視動作の一例を説明する。

【0074】

図５は、ヒータ監視装置１０における抵抗加熱ヒータ３の監視動作の一例を説明するためのフローチャートである。以下では、フローチャートを参照して説明する時は、図５以外の図面も適宜参照しながら説明する。また、本実施形態では、監視部１１（ヒータ監視装置１０）を動作させることによって、ヒータ監視方法が実施される。よって、本実施形態におけるヒータ監視方法の説明は、以下のヒータ監視装置１０の動作説明に代える。

【0075】

図５を参照して、監視部１１の関係値算出部１３および関係値単位化部１４は、関係値Ｐｍｖ、および、平均関係値Ｐｍｖ_ａを算出する（ステップＳ１１）。具体的には、関係値算出部１３は、最小単位時間（例えば、１分）毎の関係値Ｐｍｖを算出する。そして、関係値単位化部１４は、１日分の関係値Ｐｍｖの平均値を、平均関係値Ｐｍｖ_ａとして算出する。瞬時の関係値Ｐｍｖは、分母の出力値ＭＶが０の場合演算できず、０でなくても０に近い値の場合、大きな誤差を生ずる。このため、平均関係を算出する時間での平均消費電力Ｐ’および平均出力値ＭＶ’を用いて平均関係値Ｐｍｖ_ａ＝Ｐ’／ＭＶ’を算出してもよいし、上記時間での消費電力Ｐの総和ΣＰおよび出力値ＭＶの総和ΣＭＶを用いて平均関係値Ｐｍｖ_ａ＝ΣＰ／ΣＭＶを算出してもよい。

【0076】

次に、分析部１５は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの経時変化を示す関数ｙ１＝ａｘ＋ｂを算出する（ステップＳ１２）。

【0077】

次に、判定部１６は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の現在の劣化度合いを判定する（ステップＳ１３）。本実施形態では、判定部１６は、関数ｙ１の傾きａを含む劣化度合い算出式（２）を用いて、抵抗加熱ヒータ３の劣化度合い（％）を算出する。

【0078】

次に、判定部１６は、抵抗加熱ヒータ３の将来における劣化度合いを推測する（ステップＳ１４）。具体的には、判定部１６は、劣化度合い算出式（２）と将来の日数ｘから、抵抗加熱ヒータ３の劣化度合いを推測する。このとき、判定部１６は、一定期間毎の劣化度合いを算出してもよいし、一定の劣化度合い毎（例えば、劣化が１０％進行する毎）の時間ｘを算出してもよい。また、判定部１６は、記憶部１２を参照しつつ、しきい抵抗値Ｒ１のときの劣化度合いを上記式（２）から算出し、算出されたタイミング（日数）を、抵抗加熱ヒータ３が初期性能を発揮できなくなったタイミングと推定する。

【0079】

判定部１６は、ステップＳ１３で算出した、現時点での抵抗加熱ヒータ３の劣化度合いと、ステップＳ１４で推測した、将来の抵抗加熱ヒータ３の劣化度合い、および、抵抗加熱ヒータ３が寿命となるタイミングを、表示部７に表示する（ステップＳ１５）。表示部７では、例えば、「現在の劣化度合いは○○％です。○○日先には、抵抗加熱ヒータが××％の劣化と推測されます」といった表示や、「○○日先には、抵抗加熱ヒータが寿命を迎えると推測されます」といった表示がなされる。なお、判定部１６は、劣化度合いが一定の値を超えたときに、抵抗加熱ヒータ３が劣化した旨を表示部７に表示させてもよい。

【0080】

次に、判定部１６は、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａにおける断線の有無を判定する（ステップＳ１６）。判定部１６は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの時系列における変化率が所定のしきい値ｔｈ１を超えた場合、例えば、傾きａが所定値を超えた場合に、抵抗加熱ヒータ３が断線したと判定し（ステップＳ１６でＹＥＳ）、断線した旨の通知を表示部７に表示させる（ステップＳ１７）。一方、判定部１６は、平均関係値Ｐｍｖ_ａの時系列における変化率が所定のしきい値ｔｈ１未満である場合、例えば、傾きａが上記所定値未満である場合には、抵抗加熱ヒータ３は断線していないと判定する（ステップＳ１６でＮＯ）。

【0081】

以上説明したように、本実施形態によると、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３での消費電力Ｐと、出力値ＭＶと、の関係から得られる関係値Ｐｍｖの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。この構成によると、監視部１１は、関係値Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶから、抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒと等価な値を得ることができる。そして、抵抗加熱ヒータ３が劣化すると、抵抗加熱ヒータ３における抵抗値Ｒが増加する。よって、監視部１１は、関係値Ｐｍｖの時系列変化を通じて、抵抗加熱ヒータ３の抵抗値Ｒの増加の有無、すなわち、抵抗加熱ヒータ３の劣化の有無を監視できる。しかも、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化によって直接の影響をうける抵抗値Ｒと等価な値に基づいて抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定できる。よって、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化をより正確に判定できる。また、ヒータ監視装置１０において、抵抗加熱ヒータ３の通電中の抵抗値Ｒを直接測定するための構成が不要であるので、抵抗加熱ヒータ３の劣化を簡易な構成で検出できる。

【0082】

また、監視部１１は、消費電力Ｐと出力値ＭＶという、汎用性の高い指標を用いるので、抵抗加熱ヒータ３の制御に用いる機器の構成の影響を受けにくく、しかも、特殊な計測機器を用いずに抵抗加熱ヒータ３を監視できる。

【0083】

また、本実施形態によると、関係値Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶである。この構成によると、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の通電中の抵抗値Ｒの変化、すなわち、抵抗加熱ヒータ３の劣化の度合いを、簡易な演算で検出することができる。

【0084】

また、本実施形態によると、監視部１１は、時間ｘを横軸とし関係値Ｐｍｖを縦軸としたときに得られる関係値Ｐｍｖの関数ｙ１の傾きａに基づいて抵抗加熱ヒータ３の劣化度合を判定する。この構成によると、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の現在の劣化度合いを検出でき、また、抵抗加熱ヒータ３の将来の劣化度合を推測できる。

【0085】

また、本実施形態によると、監視部１１は、複数の単位時間における関係値Ｐｍｖの平均値を平均関係値Ｐｍｖ_ａとして算出し、関数ｙ１における関係値Ｐｍｖとして平均関係値Ｐｍｖ_ａを用いている。ここで、大抵のパワーデバイスで制御されるヒータは、消費電力と出力値とが比例関係にある。このため、抵抗加熱ヒータ３の劣化の影響が出ない程度のある短期間（例えば、１日）であれば、定常運転時の抵抗加熱ヒータ３における関係値Ｐｍｖは、理論上は一定の値を示す。しかしながら、抵抗加熱ヒータ３の定常運転時であっても、出力値ＭＶは一定であるとは限らず、抵抗加熱ヒータ３に応答性を求めるような制御であれば、出力値ＭＶが大きく変動する場合もある。極端な場合には、出力値ＭＶは、０％と１００％をオン－オフ制御のように繰り返されていることがある。また、消費電力Ｐは、実効値を測定される必要があり、瞬時値である出力値ＭＶと実効値である消費電力Ｐの検出タイミングの差の関係で、ある瞬間に見た場合、関係値Ｐｍｖにぶれがあることは、よくある。さらに、消費電力Ｐおよび出力値ＭＶについての高出力部、低出力部でのリニアリティーのずれがある。このため、ある短い一定期間であっても、瞬時、瞬時で対応する測定データが必ずしも比例関係にあるとはいえず、関係値Ｐｍｖに大きな変動が生じることがある。このような関係は、図６に示されている。図６は、抵抗加熱ヒータ３の制御のリニアリティの一例を説明するための図である。図６では、横軸が出力値ＭＶであり、縦軸が消費電力Ｐである。図６では、出力値ＭＶと消費電力Ｐとの関係が多数の時点で計測された状態を示している。図６から明らかなように、瞬時値における出力値ＭＶと消費電力Ｐとが必ずしも比例関係にあるとは限らないが、統計的分布としては明らかな線形性を示している。一方で抵抗加熱ヒータ３の劣化は長期的なスパンで観察すればよい。

【0086】

上記の現象を踏まえて、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化診断を、有る一定以上の長期的なスパンでの消費電力Ｐと出力値ＭＶの観察結果（関係値Ｐｍｖの経時変化）に基づいて行うことができる。この構成であれば、関係値Ｐｍｖから求められる、抵抗加熱ヒータ３における瞬間的な抵抗値Ｒの計算値が正確である必要はなく、監視部１１は、複数の単位時間における関係値Ｐｍｖの平均関係値Ｐｍｖ_ａの推移を監視することで、抵抗加熱ヒータ３の劣化度合いをより正確に判定できる。熱処理装置１においては、抵抗加熱ヒータ３等の温度調整系統では応答の高速性が要求されることは一般に少ない。よって、例えば単位時間が１分であったとしても、すなわち、関係値Ｐｍｖのサンプリング周期が１分であったとしても、１日では１４４０点のサンプリングデータを得ることができる。そして、この多数のサンプリングデータをある一定の期間毎（例えば、１日毎）に平均化すれば、上述した関係値Ｐｍｖのぶれを平滑化できる。

【0087】

また、本実施形態によると、抵抗加熱ヒータ３が断線すると、関係値Ｐｍｖが急峻に変化する。監視部１１は、この変化を捉えることで、抵抗加熱ヒータ３の断線を検出できる。しかも、抵抗加熱ヒータ３の断線を検出するための断線検知器等、断線検出専用の構成が不要であるので、ヒータ監視装置１０の構成が複雑にならずに済む。

【0088】

なお、以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。以下では、上述の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成には図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0089】

＜変形例＞
（１）上述の実施形態では、監視部１１は、関係値Ｐｍｖの時系列変化として、関係値Ｐｍｖ＝Ｐ／ＭＶの時系列変化（関数ｙ１）を用いて抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定していた。しかしながら、この通りでなくてもよい。例えば、監視部１１は、関係値の時系列変化としての、消費電力Ｐ（負荷状態）を一定にした状態における出力値ＭＶの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定してもよい。

【0090】

図７は、実施形態の変形例における、熱処理装置１の動作パターンについて説明するためのグラフである。図７では、１日の一部における熱処理装置１の動作パターンを示しており、横軸は、時刻であり、左側の縦軸は、筐体２内の温度であり、右側の縦軸は、抵抗加熱ヒータ３の出力値ＭＶを示している。

【0091】

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、関係値としての平均出力値ＭＶ_ａを示すグラフの一例である。図８（Ａ）および図８（Ｂ）の平均出力値ＭＶ_ａは、同じである。図８（Ａ）では、平均出力値ＭＶ_ａを太線で示しており、図８（Ｂ）では、平均関係値ＭＶ_ａを細線で示すとともに、平均出力値ＭＶ_ａを分析部１５で処理して得られる関数ｙ１Ａのグラフを太線で示している。図８（Ａ）および図８（Ｂ）では、長期間における熱処理装置１の動作パターンの一例を示しており、横軸は、抵抗加熱ヒータ３の時間ｘ（本変形例では、１日を単位とする時間）であり、縦軸は、平均出力値ＭＶ_ａである。

【0092】

図７に示す動作パターンは、約２時間の間スタンバイ状態として抵抗加熱ヒータ３を約９１０℃にし、次いで、約１時間の間、抵抗加熱ヒータ３をスタンバイ状態の温度よりも高い温度にして被処理物１００を熱処理するパターンである。本変形例では、１日において、約２時間のスタンバイ状態と約１時間の熱処理状態とが繰り返されるパターンを例示している。図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、図７に示すパターンが繰り返されたときのグラフである。この動作パターンでは、スタンバイ状態は、被処理物１００が筐体２内に存在しないので、同じ熱負荷状態であるから、この状態の消費電力Ｐは、一定であるはずである。それにもかかわらず、出力値ＭＶが変化しているなら、同じ消費電力Ｐを発生させるために、より大きな出力値ＭＶ（負荷率）が必要となり、抵抗加熱ヒータ３が劣化していることがわかる。

【0093】

図１、図７、図８（Ａ）、および、図８（Ｂ）を参照して、本変形例では、監視部１１は、スタンバイ状態での出力値ＭＶから、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。本実施形態では、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３での消費電力Ｐと、出力値ＭＶと、の関係から得られる関係値ＰｍｖＡの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。

【0094】

本変形例では、関係値ＰｍｖＡは、一定の消費電力Ｐ０と、出力値ＭＶと、の関係から得られる。すなわち、関係値ＰｍｖＡは、一定の消費電力Ｐ０に対する出力値ＭＶの関係を示しており、出力値ＭＶ自体である（ＰｍｖＡ＝ＭＶ）。スタンバイ状態では、抵抗加熱ヒータ３の温度は一定（本変形例では、約９１３℃）とされるので、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐは一定の値Ｐ０である。一方、出力値ＭＶは、抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐが一定であっても、抵抗加熱ヒータ３の劣化に伴い、上昇する。すなわち、抵抗加熱ヒータ３が劣化すると、消費電力Ｐ＝Ｉ^２Ｒのうちの電流値Ｉが低下するので、電流値Ｉを上げるために、関係値ＰｍｖＡ（＝出力値ＭＶ）が上昇する。よって、出力値ＭＶの時系列変化に基づいて、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化の有無を判定することができる。

【0095】

なお、抵抗加熱ヒータ３が劣化していない場合には、消費電力Ｐ０と出力値ＭＶとの関係は一定であり、出力値ＭＶ（＝関係値ＰｍｖＡ）の時系列変化はない。このように、監視部１１は、抵抗加熱ヒータ３の劣化に連動する指標として出力値ＭＶの時系列変化を捉えることで、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。

【0096】

記憶部１２は、スタンバイ状態における抵抗加熱ヒータ３の初期消費電力Ｐ０と、この初期消費電力Ｐ０に対する出力値ＭＶと、日時と、を記憶している。

【0097】

関係値算出部１３は、最小単位時間、例えば、１分毎の出力値ＭＶを参照する。

【0098】

関係値単位化部１４は、最小単位時間毎の出力値ＭＶの複数を一定の基準時間毎の出力値ＭＶとして単位化する。関係値単位化部１４は、例えば、１日（２４時間）を基準時間として、出力値ＭＶを単位化する。具体的には、関係値単位化部１４は、１日毎に、出力値ＭＶの平均値を、平均出力値ＭＶ_ａとして算出する。

【0099】

図８（Ａ）および図８（Ｂ）では、時間の経過に伴って抵抗加熱ヒータ３が劣化し、平均出力値ＭＶ_ａが緩やかに上昇している傾向が示されている。

【0100】

分析部１５は、平均出力値ＭＶ_ａの経時変化を示す関数ｙ１Ａ＝ｃｘ＋ｄを算出する。より具体的には、分析部１５は、平均出力値ＭＶ_ａの経時変化から、平均出力値ＭＶ_ａの関数ｙ１Ａの傾きｃおよび切片ｄを算出する。

【0101】

分析部１５は、例えば、回帰分析によって、平均出力値ＭＶ_ａの傾きｃを算出する。グラフｙ１Ａでは、出力値ＭＶの初期値ＭＶ０が切片ｄとなる。なお、分析部１５は、平均出力値ＭＶ_ａの関数ｙ１Ａの傾きｃを、回帰分析以外の方法、例えば、カルマンフィルタを用いた傾き算出や、移動平均線を算出した後にこの移動平均線上の数値を離散化して傾きを算出する等、他の方法で算出してもよい。

【0102】

判定部１６は、時間ｘを横軸とし平均出力値ＭＶ_ａを縦軸としたときに得られる平均出力値ＭＶ_ａの関数ｙ１Ａの傾きｃに基づいて抵抗加熱ヒータ３の劣化度合を判定する。

【0103】

図８では、グラフｙ１Ａの一例を示している。このグラフｙ１Ａでは、僅かではあるが、経時変化によって傾いている。例えば、この傾きｃ＝０．６２％／年である。この場合の劣化度合い（％）は、以下の式（３）で表される。
劣化度合い＝（ｃ×日数ｘ）／切片ｄ＝ｃｄ／ＭＶ０・・・（３）
本変形例では、図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示されているように、切片ｄ＝ＭＶ０＝約３１．５％である。
本変形例では、傾きｃの日数ｘが３６５日（１年）でｃｘ＝０．６２％となる。このとき、劣化度合い＝０．６２％／３１．５％＝０．０１９７＝約２％であり、判定部１６は、初期から約２％劣化したと判定することができる。

【0104】

本変形例においても、抵抗加熱ヒータ３が断線した瞬間、出力値ＭＶ（関係値ＰｍｖＡ）が急峻に上昇する（グラフでの図示は省略）。よって、判定部１６は、平均出力値ＭＶ_ａの時系列における変化率が所定のしきい値ｔｈ１Ａを超えた場合（傾きｃが所定値を超えた場合）に、抵抗加熱ヒータ３が断線したと判定する。このしきい値ｔｈ１Ａは、少なくとも１本の電熱線３ａが断線したときの平均出力値ＭＶ_ａの変化率以上であればよい。

【0105】

次に、変形例におけるヒータ監視装置１０における抵抗加熱ヒータ３の監視動作の一例を説明する。図９は、変形例でのヒータ監視装置１０における抵抗加熱ヒータ３の監視動作の一例を説明するためのフローチャートである。本変形例では、監視部１１（ヒータ監視装置１０）を動作させることによって、ヒータ監視方法が実施される。よって、本変形例におけるヒータ監視方法の説明は、以下のヒータ監視装置１０の動作説明に代える。

【0106】

図９を参照して、監視部１１の関係値単位化部１４は、平均出力値ＭＶ_ａを算出する（ステップＳ２１）。具体的には、関係値単位化部１４は、最小単位時間（例えば、１分）毎の出力値ＭＶを参照し、１日分の出力値ＭＶの平均値を、平均出力値ＭＶ_ａとして算出する。このように、関係値単位化部１４は、単位時間毎の出力値ＭＶについて、複数の単位時間（１分を単位時間とする複数の単位時間としての１日）における出力値ＭＶの平均値を、平均出力値ＭＶ_ａとして算出し、出力値ＭＶの関数ｙ１Ａにおける関係値として平均出力値ＭＶ_ａを用いる。

【0107】

次に、分析部１５は、平均出力値ＭＶ_ａの経時変化を示す関数ｙ１Ａ＝ｃｘ＋ｄを算出する（ステップＳ２２）。関数ｙ１Ａの作成方法は、関数ｙ１の作成方法と同様であるので詳細な説明は省略する。

【0108】

次に、判定部１６は、平均出力値ＭＶ_ａの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の現時点での劣化度合いを判定する（ステップＳ２３）。例えば、判定部１６は、関数ｙ１Ａの傾きｃを含む劣化度合い算出式（３）を用いて、抵抗加熱ヒータ３の劣化度合い（％）を算出する。

【0109】

次に、判定部１６は、抵抗加熱ヒータ３の将来における劣化度合いを推測する（ステップＳ２４）。具体的には、判定部１６は、劣化度合い推測式（３）と将来の日数ｘから、抵抗加熱ヒータ３の劣化度合いを推測する。このとき、判定部１６は、一定期間毎の劣化度合いを算出してもよいし、一定の劣化度合い毎の使用時間ｘを算出してもよい。

【0110】

判定部１６は、ステップＳ２３で算出した、現時点での抵抗加熱ヒータ３の劣化度合いと、ステップＳ２４で推測した、将来の抵抗加熱ヒータ３の劣化度合いとを、表示部７に表示する（ステップＳ２５）。表示部７では、例えば、「現在の劣化度合いは○○％です。○○日先には、××％の劣化と推測されます」といった表示がなされる。なお、判定部１６は、劣化度合いが一定の値を超えたときに、抵抗加熱ヒータ３が劣化した旨を表示部７に表示させてもよい。

【0111】

次に、判定部１６は、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａにおける断線の有無を判定する（ステップＳ２６）。判定部１６は、平均出力値ＭＶ_ａの時系列における変化率、すなわち、傾きｃが所定のしきい値を超えた場合に、抵抗加熱ヒータ３が断線したと判定し（ステップＳ２６でＹＥＳ）、断線通知を表示部７に表示させる（ステップＳ２７）。一方、判定部１６は、平均出力値ＭＶ_ａの時系列における変化率が所定のしきい値未満である場合には、抵抗加熱ヒータ３は断線していないと判定する（ステップＳ２６でＮＯ）。

【0112】

以上説明したように、この変形例によると、監視部１１は、関係値Ｐｍｖの時系列変化としての、消費電力Ｐを一定値Ｐ０にしたスタンバイ状態における出力値ＭＶの時系列変化に基づいて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定する。この構成によると、熱処理装置１において、被処理物１００の熱処理と熱処理との間におけるスタンバイ状態での熱負荷が同等である場合、被処理物１００の熱処理時の負荷状態が種々に変化していても、このスタンバイ状態での出力値ＭＶの時系列変化を用いて、抵抗加熱ヒータ３の劣化を監視部１１で判定できる。

【0113】

＜他の変形例＞
（２）また、上述の実施形態および変形例では、抵抗加熱ヒータ３の劣化判定に用いられる関数ｙ１，ｙ１Ａが一次関数である形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。関数ｙ１，ｙ１Ａに関して、分析部１５は、平均関係値Ｐｍｖ_ａおよび平均出力値ＭＶ_ａの算出を、例えば、１ヶ月毎、または、１週間毎に離散的に行い、平均関係値Ｐｍｖ_ａおよび平均出力値ＭＶ_ａ（平均関係値）のそれぞれの離散値から、関数ｙ１，ｙ１Ａのそれぞれの傾きを算出してもよい。この場合、抵抗加熱ヒータ３の電熱線３ａの劣化に伴い関数ｙ１，ｙ１Ａの傾きａ，ｃが小さくなることから、この傾きｃの変化を用いて抵抗加熱ヒータ３の定量的な劣化評価を行ってもよい。このような判定方法であれば、抵抗加熱ヒータ３が初期性能を発揮できなくなるのが何時になるかという推測が可能である。

【0114】

（３）また、上述の実施形態および変形例では、抵抗加熱ヒータ３の劣化を判定するための関数ｙ１，ｙ１Ａについて、平均関係値Ｐｍｖ_ａおよび平均出力値ＭＶ_ａが用いられる形態を例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよい。実施形態における関係値Ｐｍｖ、および、変形例における関係値としての出力値ＭＶについて、一定期間の平均値を用いずに、関係値Ｐｍｖ（＝Ｐ／ＭＶ）、関係値ＰｍｖＡ（＝Ｐが一定のときのＭＶ）を直接用いて関数ｙ１，ｙ１Ａを算出してもよい。

【0115】

（４）また、上述の実施形態および変形例では、電力計４を用いて抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐを計測した。しかしながら、この通りでなくてもよい。抵抗加熱ヒータ３の消費電力を間接的に推定できるような回路構成によって抵抗加熱ヒータ３の消費電力Ｐが推定されてもよい。

【0116】

（５）また、上述の実施形態における抵抗加熱ヒータ３の劣化判定と、変形例における抵抗加熱ヒータ３の劣化判定と、が監視部１１において選択可能に構成されてもよいし、併用可能に構成されてもよい。

【0117】

［プログラム］
本実施形態におけるプログラムは、コンピュータに、図５，図９に示すステップＳ１１～Ｓ１７、および、ステップＳ２１～Ｓ２７の少なくとも一方を実行させるプログラムであればよい。このプログラムをコンピュータにインストールし、実行することによって、本実施形態におけるヒータ監視装置１０（監視部１１）とヒータ監視方法とを実現することができる。この場合、コンピュータのプロセッサは、関係値算出部１３、関係値単位化部１４、分析部１５、および、判定部１６として機能し、処理を行なう。

【0118】

［物理構成］
ここで、実施形態または変形例におけるプログラムを実行することによって、劣化診断装置を実現するコンピュータについて図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施形態または変形例におけるヒータ監視装置を実現するコンピュータの一例を示すブロック図である。

【0119】

図１０に示すように、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１と、メインメモリ１１２と、記憶装置１１３と、入力インターフェイス１１４と、表示コントローラ１１５と、データリーダ／ライタ１１６と、通信インターフェイス１１７とを備える。これらの各部は、バス１２１を介して、互いにデータ通信可能に接続される。なお、コンピュータ１１０は、ＣＰＵ１１１に加えて、または、ＣＰＵ１１１に代えて、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、または、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を備えていてもよい。

【0120】

ＣＰＵ１１１は、記憶装置１１３に格納された、実施形態または変形例におけるプログラム（コード）をメインメモリ１１２に展開し、これらを所定順序で実行することにより、各種の演算を実施する。メインメモリ１１２は、典型的には、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）などの揮発性の記憶装置である。また、実施形態または変形例におけるプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体１２０に格納された状態で提供される。なお、上記プログラムは、通信インターフェイス１１７を介して接続されたインターネット上で流通していてもよい。

【0121】

また、記憶装置１１３の具体例としては、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Solid State Drive）の他、フラッシュメモリなどの半導体記憶装置があげられる。入力インターフェイス１１４は、ＣＰＵ１１１と、キーボードおよびマウスといった入力機器１１８との間のデータ伝送を仲介する。表示コントローラ１１５は、ディスプレイ装置１１９と接続され、ディスプレイ装置１１９での表示を制御する。

【0122】

データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記録媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記録媒体１２０からのプログラムの読み出し、およびコンピュータ１１０における処理結果の記録媒体１２０への書き込みを実行する。通信インターフェイス１１７は、ＣＰＵ１１１と、他のコンピュータとの間のデータ伝送を仲介する。

【0123】

また、記録媒体１２０の具体例としては、ＣＦ（Compact Flash（登録商標））およびＳＤ（Secure Digital）などの汎用的な半導体記憶デバイス、フレキシブルディスク（Flexible Disk）などの磁気記録媒体、またはＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read Only Memory）などの光学記録媒体があげられる。

【産業上の利用可能性】

【0124】

本発明は、ヒータ監視装置、熱処理装置、ヒータ監視方法、および、プログラムとして適用することができる。

【符号の説明】

【0125】

１ 熱処理装置
３ 抵抗加熱ヒータ
１０ ヒータ監視装置
１１ 監視部
１００ 被処理物
ａ，ｃ 傾き
ＭＶ 出力値
Ｐ 抵抗加熱ヒータの消費電力
Ｐｔ０ 抵抗加熱ヒータの消費電力の初期設定値
Ｐｍａｘ 抵抗加熱ヒータの定格出力
Ｐｍｖ，ＰｍｖＡ 関係値
Ｐｍｖ_ａ，ＭＶ_ａ 平均関係値
ｔｈ１，ｔｈ１Ａ しきい値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】