特許 6997535 ヒータ制御機構、熱処理装置およびヒータ制御方法

(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】

(24)【登録日】2021-12-21

(45)【発行日】2022-01-17

(54)【発明の名称】ヒータ制御機構、熱処理装置およびヒータ制御方法

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/00 20060101AFI20220107BHJP

   F27D 19/00 20060101ALI20220107BHJP

【ＦＩ】

H05B3/00 310D

F27D19/00 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2017090554

(22)【出願日】2017-04-28

(65)【公開番号】P2018190555

(43)【公開日】2018-11-29

【審査請求日】2020-03-13

(73)【特許権者】

【識別番号】306039120

【氏名又は名称】ＤＯＷＡサーモテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(72)【発明者】

【氏名】柴田 大樹

(72)【発明者】

【氏名】永石 昭浩

【審査官】吉澤 伸幸

(56)【参考文献】

【文献】実開昭５１－０６１５４９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２１６０３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００９－２３１０１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／００

Ｆ２７Ｄ １９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御するヒータ制御機構であって、
全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、
前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、
前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、さらに前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づくＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチに与えるように構成され、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとがトランスを介して電気的に接続されるように構成されている、ヒータ制御機構。

【請求項2】

ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御する、サイリスタが設けられていないヒータ制御機構であって、
全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、
前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、
前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備え、
前記制御部は、さらに前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づくＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチに与えるように構成されている、ヒータ制御機構。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のヒータ制御機構を備えた、ワークの熱処理を行う熱処理装置。

【請求項4】

ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御するヒータ制御方法であって、
全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、
前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、
前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備え、
前記第１スイッチと前記第２スイッチとがトランスを介して電気的に接続されるように構成されたヒータ制御機構を用い、
前記制御部で、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、
算出された作動時間に基づく前記制御部からの動作指示により、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチのＯＮとＯＦＦを切り替える、ヒータ制御方法。

【請求項5】

ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御するヒータ制御方法であって、
全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、
前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、
前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備えた、サイリスタが設けられていないヒータ制御機構を用い、
前記制御部で、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、
算出された作動時間に基づく前記制御部からの動作指示により、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチのＯＮとＯＦＦを切り替える、ヒータ制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はヒータの動作を制御するヒータ制御機構と、そのヒータ制御機構を備えた熱処理装置、およびヒータ制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車部品やその他の機械部品等のワークの熱処理装置には、処理室内を加熱するためのヒータが設けられており、処理室が所定の温度になるように各ヒータの動作が制御されている。従来のヒータの制御機構として、特許文献１には制御部の制御命令により昇温室や浸炭室等の処理室ごとの温度を個別に調節できるようにヒータの出力（発熱量）を制御することが開示されている。また、特許文献２には、電源、温調計と協働するサイリスタ、トランス（変圧器）を用いたヒータ制御機構が開示されている。特許文献２のヒータ制御機構は、ヒータの温度が所定の温度に達するまで回路を導通状態とし、ヒータの温度が所定の温度に達すると、導通状態が解除されるように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－９１６３８号公報

【文献】特開２００８－８１７８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

同一仕様の製品の熱処理を行う際には、ワークの熱処理後の品質ばらつきを抑えることが望ましい。このため、熱処理品質のばらつきを抑えるために処理室内の温度ばらつきを抑制してワークの温度をより均一にすることが求められる。しかし、従来の熱処理装置においては、処理室外部の環境温度の変動や、放熱部材とヒータとの距離の違いにより処理室内のホットゾーンで温度ばらつきが生じる場合があった。この温度ばらつきを解消するためにヒータの配置や仕様を変更することも考えられるが、一度、築炉した後にヒータの配置や仕様を変更することはヒータの付け替えといった非常に煩雑な作業を伴うことになり、その作業のために熱処理装置の運転を停止することが必要となる。したがって、処理室内の温度ばらつきを抑制するためには、ヒータの付け替えではなく、既設のヒータの温度制御を行うことで対応することが望まれる。

【0005】

しかしながら、従来のヒータ制御機構においては、処理室内の温度分布に応じて複数のヒータのうちの一部のヒータについてのみ温度を変更する場合、温度を変更するヒータごとに容量の異なるトランスを設けたり、トランスへの投入電圧を変えるためのサイリスタを用いる必要があった。図１は、処理室２１内に設けられた同出力の４つのヒータ２ａ～２ｄのうち、２つのヒータ２ａ、２ｂの出力を変更して発熱温度を調節する場合を示す例であるが、従来のヒータ制御機構５０では、温度を変更する２つのヒータ２ａ、２ｂと残りの２つのヒータ２ｃ、２ｄで、それぞれ異なるトランス３とサイリスタ５１を使用する必要があった。このようなヒータ制御機構は、構造が複雑になると共に、高価なサイリスタの使用により熱処理装置のコスト増加を招いてしまう。したがって、より簡易な構造のヒータ制御機構で温度ばらつきを改善することが求められる。

【0006】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構造のヒータ制御機構で処理室内の温度ばらつきを改善することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決する本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御するヒータ制御機構であって、全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備え、前記制御部は、さらに前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づくＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチに与えるように構成され、前記第１スイッチと前記第２スイッチとがトランスを介して電気的に接続されるように構成されていることを特徴としている。
また、別の観点による本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御する、サイリスタが設けられていないヒータ制御機構であって、全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備え、前記制御部は、さらに前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づくＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチに与えるように構成されていることを特徴としている。

【0008】

別の観点による本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置であって、上記ヒータ制御機構を備えていることを特徴としている。

【0009】

また、別の観点による本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御するヒータ制御方法であって、全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備え、前記第１スイッチと前記第２スイッチとがトランスを介して電気的に接続されるように構成されたヒータ制御機構を用い、前記制御部で、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づく前記制御部からの動作指示により、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチのＯＮとＯＦＦを切り替えることを特徴としている。
また、別の観点による本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられた複数のヒータの動作を制御するヒータ制御方法であって、全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチと、前記複数のヒータのうち、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチと、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記第１スイッチおよび前記第２スイッチにＯＮとＯＦＦを切り替える動作指示を与えるように構成された制御部とを備えた、サイリスタが設けられていないヒータ制御機構を用い、前記制御部で、前記ワークが収容される処理室内の温度情報に基づいて前記ヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づく前記制御部からの動作指示により、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチのうち、少なくとも前記第２スイッチのＯＮとＯＦＦを切り替えることを特徴としている。

【0010】

本発明に係るヒータ制御によれば、複数のヒータのうちの一部のヒータの作動時間を調節することができ、複数のトランスやサイリスタを用いずに処理室内の温度ばらつきを改善することができる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、簡易な構造のヒータ制御機構で処理室内の温度ばらつきを改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】従来のヒータ制御機構の概略構成を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係るヒータ制御機構の概略構成を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る各ヒータの作動サイクルを示す図である。

【図4】実施例における処理室内の温度測定点を示す図である。

【図5】ヒータ作動時間と各温度測定点における測定温度のばらつきとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0014】

図２は本実施形態の熱処理装置２０に設けられたヒータ制御機構１の概略構成を示す図であり、ワークＷが収容される処理室２１を上方から見た図である。図２に示すように本実施形態のヒータ制御機構１は、ワークＷが収容される処理室２１に設けられた４つのヒータ２ａ～２ｄと、供給電力の変圧を行うトランス３（変圧器）と、トランス３への電力の供給と遮断を切り替える第１スイッチ４と、一部のヒータ２ａ、２ｂへのトランス３からの電力の供給と遮断を切り替える第２スイッチ５と、第１スイッチ４および第２スイッチ５に動作指示を与える制御部６とを備えている。

【0015】

４つのヒータ２ａ～２ｄは全て同出力のものであり、ワークＷを挟み込むように対向して一対のヒータ２ａ、２ｂおよび２ｃ、２ｄが図２の横方向に並んで配置されている。このうち、図２中の左側に配置された一対のヒータ２ｃ、２ｄはトランス３に接続されている。一方、図２中の右側に配置された残りの一対のヒータ２ａ、２ｂは、第２スイッチ５を介してトランス３に接続されている。また、トランス３は第１スイッチ４を介して電源（不図示）に接続されている。すなわち、第１スイッチ４と第２スイッチ５とはトランス３を介して電気的に接続されるように構成されている。

【0016】

このため、第１スイッチ４および第２スイッチ５が共にＯＮ状態となる場合には、トランス３を介して全てのヒータ２ａ～２ｄに電力が供給され、各ヒータ２ａ～２ｄがＯＮ状態となる。一方、第２スイッチ５がＯＮ状態であっても第１スイッチ４がＯＦＦ状態となれば、トランス３への電力供給が遮断される。これにより全てのヒータ２ａ～２ｄに電力が供給されず、各ヒータ２ａ～２ｄがＯＦＦ状態となる。すなわち、第１スイッチ４は、全てのヒータ２ａ～２ｄのＯＮとＯＦＦを切り替える機能を有している。

【0017】

また、第１スイッチ４がＯＮの状態で第２スイッチ５がＯＦＦ状態になると、ヒータ２ａ、２ｂへの電力供給が遮断され、ヒータ２ａ、２ｂがＯＦＦ状態となる。すなわち、第２スイッチ５は、複数のヒータ２ａ～２ｄのうちの一部のヒータ２ａ、２ｂのＯＮとＯＦＦを切り替える機能を有している。

【0018】

処理室２１内には、処理室内温度の温度測定部の一例として熱電対７が設けられており、ここで測定された温度情報は、温調計８を介して制御部６へと送られる。なお、図２では熱電対７が１つだけ設けられているように図示されているが、複数設けられていても良い。熱電対７が複数設けられている場合には、各熱電対７で測定された温度情報は温調計８を介して制御部６へと送られる。制御部６は、温調計８から入力された温度情報に基づいて処理室２１内の温度分布がより均一になるようなヒータ２ａ～２ｄの作動時間を算出する。なお、制御部６は、その情報に基づき、第１スイッチ４および第２スイッチ５に対してＯＮまたはＯＦＦに切り替わるための動作指示を与える。

【0019】

本実施形態のヒータ制御機構１は以上のように構成されている。なお、第１スイッチ４や第２スイッチ５としては、例えばマグネットスイッチが用いられるが、電力の供給と遮断を切り替えることができれば、他のスイッチであっても良い。また、制御部６は例えばＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）が用いられるが、処理室２１内の温度情報に基づきヒータ２ａ～２ｄのＯＮ、ＯＦＦタイミングを設定し、第１スイッチ４および第２スイッチ５に動作指示を与えることができれば他の方法で制御部６を構成しても良い。

【0020】

本実施形態のヒータ制御機構１によれば、第１スイッチ４と第２スイッチ５により、複数のヒータ２ａ～２ｄのうちの一部のヒータ２ａ、２ｂの作動時間を変更することができる。これにより、所定のサイクル間におけるヒータ２ａ、２ｂの総発熱量をヒータ２ｃ、２ｄよりも小さくすることができる。ヒータ２ａ、２ｂの総発熱量の調節方法について具体的に説明すると、例えば図３のようなサイクル間においてヒータ２ａ、２ｂの総発熱量をヒータ２ｃ、２ｄの総発熱量の５５％に調節する場合、本実施形態では導通時における各ヒータ２ａ～２ｄの出力が等しいことから、ヒータ２ｃ、２ｄが６０秒サイクルの最初のサイクルで作動し続ける際には、ヒータ２ａ、２ｂは６０秒の５５％の時間、すなわち３３秒間作動すれば良い。これにより、ヒータ２ａ、２ｂの総発熱量はヒータ２ｃ、２ｄの総発熱量の５５％となる。

【0021】

なお、ヒータ２ａ、２ｂの総発熱量をヒータ２ｃ、２ｄの総発熱量に対し、どの程度小さくするかについては、出荷用製品の熱処理の操業を開始する前に異なる条件の加熱試験を実施することであらかじめ決定される。具体的には加熱試験で、ヒータ２ａ、２ｂの作動時間を上記のように調節し、ヒータ２ｃ、２ｄの総発熱量に対するヒータ２ａ、２ｂの総発熱量と処理室２１内の温度分布の均一性について評価し、温度分布のばらつきが最も小さくなるヒータ２ａ、２ｂの総発熱量の割合を決定する。本実施形態においては、ヒータ２ｃ、２ｄに対するヒータ２ａ、２ｂの最適な総発熱量の割合が５５％である。

【0022】

本実施形態のヒータ制御機構１では、制御部６がヒータ２ｃ、２ｄに対するヒータ２ａ、２ｂの総発熱量の割合に応じて上記のようにヒータ２ａ～２ｄの作動時間を算出し、これに基づいて第１スイッチ４および第２スイッチ５に動作指示を与える。具体的に説明すると、制御部６は、まず第１スイッチ４および第２スイッチ５にＯＮ信号を送る。これにより第１スイッチ４および第２スイッチ５がＯＮ状態となり、第１スイッチ４、トランス３、第２スイッチ５が導通した状態となり、全てのヒータ２ａ～２ｄがＯＮ状態となる。それから３３秒後、制御部６は第２スイッチ５にＯＦＦ信号を送る。これにより第２スイッチ５がＯＦＦ状態となり、ヒータ２ａ、２ｂへの電力供給が停止する。それから更に２７秒後、制御部６は第１スイッチ４にＯＦＦ信号を送る。これにより第１スイッチ４がＯＦＦ状態となり、ヒータ２ｃ、２ｄへの電力供給も停止し、全てのヒータ２ａ～２ｄがＯＦＦ状態となる。これにより、所定のサイクル間におけるヒータ２ａ、２ｂの総発熱量がヒータ２ｃ、２ｄの５５％の総発熱量となり、処理室２１内の温度分布に変化を与えることができる。

【0023】

すなわち、本実施形態のヒータ制御機構１によれば、処理室２１内の温度分布がより均一になるように、処理室２１内の温度情報に基づいて複数のヒータ２ａ～２ｄのうちの一部のヒータ２ａ、２ｂの作動時間を調節することができ、これにより複数のトランス３やサイリスタを用いない簡易な構造で処理室２１内の温度ばらつきを改善することができる。

【0024】

ところで、従来のヒータ制御機構１では、処理室２１内の温度分布を均一にできない場合に、ヒータの間引き又は追加や仕様変更、電流容量の変更等の対応が必要となっていた。前述の通り、築炉後のヒータの付け替え作業は非常に手間がかかると共に、付け替えたヒータの構成でも依然として処理室２１内の温度分布を改善できないこともある。この場合、ヒータの配置や仕様の再検討や、再度ヒータの付け替え作業を行うことが必要となる。このため、熱処理対象となるワークＷの形状、個数、配置や、熱処理温度の変更等に応じた最適な加熱条件の条件出しに時間とコストがかかっていた。

【0025】

一方、本実施形態のヒータ制御機構１によれば、処理室２１の温度情報に基づいて複数のヒータ２ａ～２ｄのうちの一部のヒータ２ａ、２ｂの作動時間を調節できる構成であるため、例えばワークＷの形状や個数、配置の変更、処理室２１外部の環境温度の変動等が生じても、ヒータ２ａ～２ｄの付け替えを行うことなく、処理室２１内の温度分布を調節することができる。したがって、本実施形態のヒータ制御機構１によれば、多様な熱処理条件に対し、既設のヒータ２ａ～２ｄをそのまま用いて処理室２１内の温度ばらつきを改善することが可能となる。これにより従前の最適加熱条件の条件出しの際に費やされていた時間とコストを大きく削減することができる。

【0026】

なお、ヒータ２ａ～２ｄのＯＮとＯＦＦの切り替えを行うか否かの判定は例えば３０～１２０秒サイクルで行われる。このサイクルが短すぎると、短時間で何度もスイッチングされることになり、スイッチ寿命が早まることが懸念される。一方、このサイクルが長すぎると、温度ばらつきが大きくなることが懸念される。スイッチ寿命と温度ばらつき軽減の両立を図るためには５０～８０秒サイクルでヒータ２ａ～２ｄのＯＮとＯＦＦの切り替えを行うか否かの判定を実施することが好ましい。

【0027】

また、本実施形態では一対のヒータ２ｃ、２ｄと、残りの一対のヒータ２ａ、２ｂの動作を制御することとしたが、制御するヒータの組み合わせは本実施形態で説明したものに限定されない。例えば、ヒータのＯＮ、ＯＦＦを切り替えるスイッチを更に設け、各ヒータ２ａ～２ｄを個別に制御するようにしても良い。また、ヒータ２ａ～２ｄの個数や配置は本実施形態で説明したものに限定されず、処理室２１の構造等に応じて適宜変更しても良い。また、ヒータ２ａ～２ｄは同一出力でなくても良い。また、ヒータ２ａ～２ｄが設けられる処理室２１は、バッチ式の熱処理装置の処理室であっても良いし、処理室が連続して配置される連続式の熱処理装置の処理室であっても良い。また、ヒータ制御機構１が設けられる熱処理装置２０としては、浸炭処理や窒化処理等の処理室２１の加熱を要する熱処理を行う熱処理装置であれば特に限定されない。また、ヒータ２ａ～２ｄに供給する電力の変圧が必要なければ、トランスを用いなくても良い。

【0028】

いずれの場合であってもヒータ制御機構１に、全てのヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第１スイッチ４と、一部のヒータのＯＮとＯＦＦを切り替える第２スイッチ５と、処理室２１内の温度情報に基づいてヒータの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づく動作指示を、第１スイッチ４および第２スイッチ５のうちの少なくとも第２スイッチ５に与える制御部６が設けられていれば、処理室２１内の温度分布を変えることができ、温度ばらつきを改善する効果を得ることができる。

【0029】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【実施例】

【0030】

本発明に係るヒータ制御機構が設けられたバッチ式熱処理装置で加熱試験を実施した。

【0031】

本実施例の熱処理装置は図４のように処理室２１内の中央にワークＷを載せる多段式の治具２２が配置され、その治具２２を挟み込むように対向して配置された一対の電熱式のヒータ２ａ、２ｂおよび２ｃ、２ｄが並んで設けられている。また、治具２２の上方には処理室２１内の雰囲気を攪拌するファン２３が設けられ、ファン２３の回転数は１０００ｒｐｍに設定されている。治具２２は立方体形状を有しており、立方体の各頂点および各頂点を結ぶ対角線の交点の計１１点で温度が測定できるように熱電対２４が設置されている。ヒータ制御機構は、図２に示す構造と同一であり、図４の手前側の一対のヒータ２ｃ、２ｄはトランスに接続され、同じトランスに図４の奥側の一対のヒータ２ａ、２ｂがマグネットスイッチからなる第２スイッチを介して接続されている。トランスはマグネットスイッチからなる第１スイッチを介して電源に接続されている。各ヒータ２ａ～２ｄは全て同出力のものである。

【0032】

また、処理室２１内には、処理室温度測定用の熱電対７も設けられている。熱電対７で測定された処理室２１内の温度情報は、温調計８を介して制御部６であるＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）へと送られる。制御部６は、処理室２１内の温度情報に基づきヒータ２ａ～２ｄのＯＮ、ＯＦＦタイミングを設定し、第１スイッチ４および第２スイッチ５に動作指示を与えている。本実施例では図４の手前側に処理室２１に隣り合うように設けられた油槽（不図示）があり、図４の奥側には処理室２１の内壁に設けられた断熱材（不図示）がある。このため、本実施例の処理室２１内においては図４の奥側の温度が図４の手前側の温度よりも下がりにくくなっており、温度が下がりにくい側のヒータ２ａ、２ｂの作動時間を調節できるようにヒータ２ａ、２ｂに第２スイッチが接続されている。第２スイッチはこのように処理室２１内において相対的に温度が下がりにくくなる部分のヒータに接続することが好ましい。なお、本実施例におけるヒータの数や配置等の構成は、発明の効果を得る上で適した構成のうちの一つである。

【0033】

加熱試験は、設定温度を９５０℃として、上記熱処理装置を用いて処理室温度測定用の熱電対７で測定される温度が９５０℃となるまで処理室内を加熱することで行う。詳細には、処理室温度測定用の熱電対７からの温度情報により処理室２１内の温度が９５０℃となるまで全てのヒータ２ａ～２ｄをＯＮにして処理室２１内を加熱する。その後、処理室２１内の温度が９５０℃となると、制御部６がヒータ２ａ、２ｂの作動時間を調節するために、処理室２１内の温度情報に基づいてヒータ２ａ、２ｂの作動時間を算出し、算出された作動時間に基づく動作指示を第２スイッチに与える。これによりヒータ２ａ、２ｂの作動時間経過後の、ヒータ２ｃ、２ｄの総発熱量に対するヒータ２ａ、２ｂの総発熱量を抑えるようにしている。なお、第１スイッチおよび第２スイッチのＯＮとＯＦＦの切り替えを行うか否かの判定は６０秒サイクルで行われる。その判定時に処理室温度測定用の熱電対７で測定された温度が９５０℃を超えている場合には第１スイッチがＯＦＦに切り替えられ、その判定時に処理室温度測定用の熱電対７で測定された温度が９５０℃を下回っている場合には第１スイッチがＯＮに切り替えられる。

【0034】

加熱試験は、ヒータ２ａ、２ｂの作動時間が異なる条件で複数回実施し、治具２２上の熱電対２４の計１１点の温度測定点で測定された温度の平均温度と、それらの温度ばらつきＲを記録した。また、比較例として、ヒータ２ａ、２ｂをヒータ２ｃ、２ｄと同一の作動時間とした場合の加熱試験も実施した。その加熱試験の結果を下記表１および図５に示す。なお、下記表１および図５に記載された「ヒータ２ａ、２ｂの作動時間」とは、処理室内が９５０℃に到達した後のヒータ２ｃ、２ｄの作動時間を基準としたヒータ２ａ、２ｂの作動時間の割合を示している。

【0035】

【表1】

【0036】

表１および図５に示されるように、ヒータ２ａ、２ｂの作動時間を調節することで、温度ばらつきＲを大きく改善することができた。すなわち、本発明に係るヒータ制御機構によれば、複数のトランスやサイリスタを用いない簡易な構造で処理室の温度ばらつきＲを改善することができる。また、本加熱試験では実施例３で示されるようにヒータ２ａ、２ｂの作動時間が５５％になることで最も温度ばらつきが小さくなる。本発明に係るヒータ制御機構によれば、このような最適な加熱条件の条件出しをヒータ２ａ～２ｄの付け替え作業をせずに行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0037】

本発明は、ワークの熱処理を行う熱処理装置に設けられるヒータ制御機構に適用することができる。

【符号の説明】

【0038】

１ ヒータ制御機構
２ａ ヒータ
２ｂ ヒータ
２ｃ ヒータ
２ｄ ヒータ
３ トランス
４ 第１スイッチ
５ 第２スイッチ
６ 制御部
７ 熱電対
８ 温調計
２０ 熱処理装置
２１ 処理室
２２ 治具
２３ ファン
２４ 熱電対
５０ 従来のヒータ制御機構
５１ サイリスタ
Ｗ ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】