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特許7529555センサ劣化診断装置、熱処理装置、センサ劣化診断方法、および、プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-29
(45)【発行日】2024-08-06
(54)【発明の名称】センサ劣化診断装置、熱処理装置、センサ劣化診断方法、および、プログラム
(51)【国際特許分類】
G01N 17/00 20060101AFI20240730BHJP
G01N 27/26 20060101ALI20240730BHJP
【ＦＩ】
G01N17/00
G01N27/26 391B
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2020208778
(22)【出願日】2020-12-16
(65)【公開番号】P2022095446
(43)【公開日】2022-06-28
【審査請求日】2023-10-26
(73)【特許権者】
【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
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 真之祐
【審査官】鴨志田 健太
(56)【参考文献】
【文献】特開平０２－０９１５５５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０５４２８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６０－２２８６６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００２／０１３４４６７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１５１５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０１４９５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２０３１４０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ １７／００
Ｇ０１Ｎ ２７／２６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、
前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、
前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、
を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断装置であって、
劣化診断部を備え、
前記劣化診断部は、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断し、
前記熱処理炉は、１回の前記熱処理サイクル毎に前記熱処理炉内の被処理物を入れ替えるバッチ炉であり、
前記所定の熱処理サイクルは、１回のバッチ処理であり、
前記熱処理炉は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されており、
前記劣化診断部は、
連続した複数の前記バッチ処理での前記指示信号の出力履歴を記憶する出力履歴記憶部と、
所定の前記熱処理条件毎に前記基準時点での前記出力履歴を抽出する抽出部と、
所定の前記熱処理条件毎に抽出された、前記基準時点での前記出力履歴としての複数のバッチ処理での前記出力履歴から当該出力履歴と前記物理量または前記関連物理量との関係を回帰処理を用いて回帰処理結果として算出する回帰処理部と、
前記回帰処理結果および前記診断対象時点での前記出力履歴を参照することで前記物理量センサの劣化の有無を判定する判定部と、を含む、センサ劣化診断装置。
【請求項2】
請求項１に記載のセンサ劣化診断装置であって、前記劣化診断部は、前記基準時点での前記出力履歴と、前記診断対象時点での前記出力履歴との乖離が所定値以上の場合に、前記物理量センサに劣化が生じていると診断する、センサ劣化診断装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のセンサ劣化診断装置であって、前記出力履歴は、前記所定の熱処理サイクル内の所定期間での前記指示信号の積算値またはこの積算値に基づく値を含む、センサ劣化診断装置。
【請求項4】
熱処理炉と、
前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、
前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、
前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、
を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断装置であって、
劣化診断部を備え、
前記劣化診断部は、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断し、
前記熱処理炉は、浸炭炉を含み、
前記作用部は、エンリッチガスを前記浸炭炉へ供給するための制御弁を含み、
前記物理量は、カーボンポテンシャルを含み、
前記関連物理量は、Ｏ２濃度を含み、
前記物理量センサは、前記Ｏ２濃度に応じた起電力を生じるＯ２センサを含み、
前記指示信号は、前記制御弁の開度を指示する信号であり、
前記所定の熱処理サイクルは、１回の浸炭バッチ処理を示す、センサ劣化診断装置。
【請求項5】
請求項４に記載のセンサ劣化診断装置であって、前記出力履歴は、１回の前記浸炭バッチ処理のうち、前記制御弁からの前記エンリッチガス供給開始時点を含む所定期間での前記指示信号の積算値またはこの積算値に基づく値を含む、センサ劣化診断装置。
【請求項6】
請求項１～請求項５の何れか１項に記載のセンサ劣化診断装置を含む、熱処理装置。
【請求項7】
請求項６に記載の熱処理装置であって、前記劣化診断部での劣化診断結果に応じて前記物理量センサの計測値、または、前記指示信号を補正する補正部をさらに有する、熱処理装置。
【請求項8】
熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、
前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、
前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、
を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断方法であって、
所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを含み、
前記熱処理炉は、１回の前記熱処理サイクル毎に前記熱処理炉内の被処理物を入れ替えるバッチ炉であり、
前記所定の熱処理サイクルは、１回のバッチ処理であり、
前記熱処理炉は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されており、
前記劣化度合いを診断するステップは、
連続した複数の前記バッチ処理での前記指示信号の出力履歴を記憶する出力履歴記憶ステップと、
所定の前記熱処理条件毎に前記基準時点での前記出力履歴を抽出する抽出ステップと、
所定の前記熱処理条件毎に抽出された、前記基準時点での前記出力履歴としての複数のバッチ処理での前記出力履歴から当該出力履歴と前記物理量または前記関連物理量との関係を回帰処理を用いて回帰処理結果として算出する回帰処理ステップと、
前記回帰処理結果および前記診断対象時点での前記出力履歴を参照することで前記物理量センサの劣化の有無を判定する判定ステップと、を含む、センサ劣化診断方法。
【請求項9】
熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、
前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、
前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、
を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断方法であって、
所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを含み、
前記熱処理炉は、浸炭炉を含み、
前記作用部は、エンリッチガスを前記浸炭炉へ供給するための制御弁を含み、
前記物理量は、カーボンポテンシャルを含み、
前記関連物理量は、Ｏ ２ 濃度を含み、
前記物理量センサは、前記Ｏ ２ 濃度に応じた起電力を生じるＯ ２ センサを含み、
前記指示信号は、前記制御弁の開度を指示する信号であり、
前記所定の熱処理サイクルは、１回の浸炭バッチ処理を示す、センサ劣化診断方法。
【請求項10】
熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、
前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、
前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、
を備える熱処理装置の前記物理量センサの劣化を診断するプログラムであって、
コンピュータに、
所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを実行させ、
前記熱処理炉は、１回の前記熱処理サイクル毎に前記熱処理炉内の被処理物を入れ替えるバッチ炉であり、
前記所定の熱処理サイクルは、１回のバッチ処理であり、
前記熱処理炉は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されており、
前記劣化度合いを診断するステップは、
連続した複数の前記バッチ処理での前記指示信号の出力履歴を記憶する出力履歴記憶ステップと、
所定の前記熱処理条件毎に前記基準時点での前記出力履歴を抽出する抽出ステップと、
所定の前記熱処理条件毎に抽出された、前記基準時点での前記出力履歴としての複数のバッチ処理での前記出力履歴から当該出力履歴と前記物理量または前記関連物理量との関係を回帰処理を用いて回帰処理結果として算出する回帰処理ステップと、
前記回帰処理結果および前記診断対象時点での前記出力履歴を参照することで前記物理量センサの劣化の有無を判定する判定ステップと、を含む、プログラム。
【請求項11】
熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、
前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、
前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、
を備える熱処理装置の前記物理量センサの劣化を診断するプログラムであって、
コンピュータに、
所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを実行させ、
前記熱処理炉は、浸炭炉を含み、
前記作用部は、エンリッチガスを前記浸炭炉へ供給するための制御弁を含み、
前記物理量は、カーボンポテンシャルを含み、
前記関連物理量は、Ｏ ２ 濃度を含み、
前記物理量センサは、前記Ｏ ２ 濃度に応じた起電力を生じるＯ ２ センサを含み、
前記指示信号は、前記制御弁の開度を指示する信号であり、
前記所定の熱処理サイクルは、１回の浸炭バッチ処理を示す、プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、センサ劣化診断装置、熱処理装置、センサ劣化診断方法、および、プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
熱処理装置等の種々の装置には、センサが備えられている。このようなセンサとして、Ｏ２センサ（酸素センサ）を例示できる（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、炉内雰囲気ガス中のＯ２濃度（酸素濃度）を、ジルコニア式のＯ２センサ（３）により測定することが記載されており、さらに、Ｏ２濃度を基にカーボンポテンシャル（以下、ＣＰともいう。）を算出し、算出されたＣＰが実際に得ようとするＣＰであるＣＰｒに近づくようエンリッチガス導入弁（６０）の開度を調節することが記載されている。
【0003】
Ｏ２センサは、長期間使用していると劣化してくる。その結果、実際のＯ２濃度と比べてＯ２センサが検出するＯ２濃度にズレが生じる。例えば、Ｏ２センサで検出したＯ２濃度を基にＣＰを算出する浸炭炉において、Ｏ２センサが劣化すると、Ｏ２センサは、実際のＯ２濃度よりも高いＯ２濃度を検出する。その結果、制御器におけるＣＰの演算結果が実際のＣＰよりも大きくなってしまう。このため、制御器は、実際に目標とするＣＰよりも低いＣＰとなるような制御出力をしてしまう。
【0004】
このようなＯ２センサの劣化に対して、熟練したオペレータによる経験に基づいて、ＣＰの演算値を補正することがあった。
【0005】
ここで、Ｏ２センサの劣化を検出するための構成として、例えば、特許文献２に記載の構成が知られている。特許文献２には、ジルコニア式のＯ２センサ（１１）の検出値から炉内雰囲気のＣＰを算出するＣＰ演算装置（１）が記載されている。さらに、２つのＯ２センサ（１１ａ，１１ｂ）で検出したＯ２濃度またはＯ２濃度に基づき算出したＣＰ値を比較して得られる偏位差をあらかじめ設定した異常判定用閾値と比較し、偏位差が異常判定用閾値を超えたか否かによりＯ２センサ（１１）の劣化を判断することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００３－０７３７９８号公報
【文献】特開２０１６－１５１５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みることにより、より正確にセンサの劣化を判定可能なセンサ劣化診断装置、熱処理装置、センサ劣化診断方法、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】
【0010】
本願発明者は、鋭意研究の結果、劣化診断の対象となるセンサ自体の検出値を用いるのではなく、センサからの出力を受けて制御を行う制御器の出力履歴を用いてセンサの劣化診断を行うとの着想を得て、本発明を想到するに至った。
【0011】
（１）上記の知見に基づいてなされた、この発明のある局面に係わるセンサ劣化診断装置は、熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断装置であって、劣化診断部を備え、前記劣化診断部は、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断し、前記熱処理炉は、１回の前記熱処理サイクル毎に前記熱処理炉内の被処理物を入れ替えるバッチ炉であり、前記所定の熱処理サイクルは、１回のバッチ処理であり、前記熱処理炉は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されており、前記劣化診断部は、連続した複数の前記バッチ処理での前記指示信号の出力履歴を記憶する出力履歴記憶部と、所定の前記熱処理条件毎に前記基準時点での前記出力履歴を抽出する抽出部と、所定の前記熱処理条件毎に抽出された、前記基準時点での前記出力履歴としての複数のバッチ処理での前記出力履歴から当該出力履歴と前記物理量または前記関連物理量との関係を回帰処理を用いて回帰処理結果として算出する回帰処理部と、前記回帰処理結果および前記診断対象時点での前記出力履歴を参照することで前記物理量センサの劣化の有無を判定する判定部と、を含む。
【0012】
この構成によると、回帰処理部は、基準時点での出力履歴における、出力履歴と物理量または関連物理量との関係を回帰処理を用いて算出する。そして、判定部は、回帰処理結果と、診断対象時点での出力履歴と、を参照することで物理量センサの劣化の度合いを判定する。このような構成であれば、判定部は、基準時点での出力履歴と、診断対象時点での出力履歴とを参照することで、診断対象時点での物理量センサの出力と基準時点での物理量センサの出力とを比較することができる。よって、判定部は、より正確に物理量センサの劣化の度合いを判定できる。
【0013】
（２）前記劣化診断部は、前記基準時点での前記出力履歴と、前記診断対象時点での前記出力履歴との乖離が所定値以上の場合に、前記物理量センサに劣化が生じていると診断する場合がある。
【0014】
この構成によると、簡易な演算処理で、物理量センサの劣化を診断できる。
【0015】
（３）前記出力履歴は、前記所定の熱処理サイクル内の所定期間での前記指示信号の積算値またはこの積算値に基づく値を含む場合がある。
【0016】
この構成によると、指示信号の瞬間的な値ではなく、ある程度の期間をモニタリングした結果を出力履歴として用いることができる。これにより、物理量センサの劣化に起因する出力履歴の変化を把握し易い。すなわち、基準時点での出力履歴と診断対象時点での出力履歴との相関を取りやすくできる。よって、物理量センサの劣化をより確実に検出できる。
【0017】
（４）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センサ劣化診断装置は、熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断装置であって、劣化診断部を備え、前記劣化診断部は、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断し、前記熱処理炉は、浸炭炉を含み、前記作用部は、エンリッチガスを前記浸炭炉へ供給するための制御弁を含み、前記物理量は、カーボンポテンシャルを含み、前記関連物理量は、Ｏ
２
濃度を含み、前記物理量センサは、前記Ｏ
２
濃度に応じた起電力を生じるＯ
２
センサを含み、前記指示信号は、前記制御弁の開度を指示する信号であり、前記所定の熱処理サイクルは、１回の浸炭バッチ処理を示す。
【0018】
この構成によると、バッチ式の浸炭炉において、Ｏ
２
センサの劣化をより正確に診断できる。
【0019】
（５）前記出力履歴は、１回の前記浸炭バッチ処理のうち、前記制御弁からの前記エンリッチガス供給開始時点を含む所定期間での前記指示信号の積算値またはこの積算値に基づく値を含む場合がある。
【0020】
この構成において、Ｏ
２
センサが劣化すると、Ｏ
２
センサの起電力は、真のＯ
２
の値を示す値よりも大きくなり、Ｏ
２
センサは、真のＯ
２
濃度よりも高いＯ
２
濃度として検出することとなる。このため、制御部は、実際よりも浸炭処理が進行しているものとして、制御弁からのエンリッチガスの供給量を本来要求される値よりも小さな値となるような指示信号を出力してしまう。このため、指示信号の出力履歴は、本来必要な出力履歴とは異なってしまう。よって、基準時点での出力履歴と診断対象時点での出力履歴とが異なってしまう。特に、エンリッチガス供給開始時点付近での指示信号の履歴が、Ｏ
２
センサの劣化の程度によって大きく異なる。よって、エンリッチガス供給開始時点を含む所定期間での出力履歴を利用することで、Ｏ
２
センサの劣化の程度をより正確に診断できる。
【0021】
（６）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熱処理装置は、前記劣化診断装置を含んでいる。
【0022】
この構成によると、物理量センサの劣化をより正確に診断できる構成を有する熱処理装置を実現できる。
【0023】
（７）前記熱処理装置は、前記劣化診断部での劣化診断結果に応じて前記物理量センサの計測値、または、前記指示信号を補正する補正部をさらに有する場合がある。
【0024】
この構成によると、補正部は、物理量センサが経年劣化等によって劣化した場合に、劣化度合いに応じた補正を行うことができる。これにより、熱処理装置は、物理量センサが劣化した場合でも、物理量センサが劣化していないときと同様の品質の熱処理を行うことができる。
【0025】
（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センサ劣化診断方法は、熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断方法であって、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを含み、前記熱処理炉は、１回の前記熱処理サイクル毎に前記熱処理炉内の被処理物を入れ替えるバッチ炉であり、前記所定の熱処理サイクルは、１回のバッチ処理であり、前記熱処理炉は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されており、前記劣化度合いを診断するステップは、連続した複数の前記バッチ処理での前記指示信号の出力履歴を記憶する出力履歴記憶ステップと、所定の前記熱処理条件毎に前記基準時点での前記出力履歴を抽出する抽出ステップと、所定の前記熱処理条件毎に抽出された、前記基準時点での前記出力履歴としての複数のバッチ処理での前記出力履歴から当該出力履歴と前記物理量または前記関連物理量との関係を回帰処理を用いて回帰処理結果として算出する回帰処理ステップと、前記回帰処理結果および前記診断対象時点での前記出力履歴を参照することで前記物理量センサの劣化の有無を判定する判定ステップと、を含む。
【0027】
（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センサ劣化診断方法は、熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、を備える熱処理装置に用いられるセンサ劣化診断方法であって、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを含み、前記熱処理炉は、浸炭炉を含み、前記作用部は、エンリッチガスを前記浸炭炉へ供給するための制御弁を含み、前記物理量は、カーボンポテンシャルを含み、前記関連物理量は、Ｏ
２
濃度を含み、前記物理量センサは、前記Ｏ
２
濃度に応じた起電力を生じるＯ
２
センサを含み、前記指示信号は、前記制御弁の開度を指示する信号であり、前記所定の熱処理サイクルは、１回の浸炭バッチ処理を示す。
【0029】
（１０）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、熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、を備える熱処理装置の前記物理量センサの劣化を診断するプログラムであって、コンピュータに、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを実行させ、前記熱処理炉は、１回の前記熱処理サイクル毎に前記熱処理炉内の被処理物を入れ替えるバッチ炉であり、前記所定の熱処理サイクルは、１回のバッチ処理であり、前記熱処理炉は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されており、前記劣化度合いを診断するステップは、連続した複数の前記バッチ処理での前記指示信号の出力履歴を記憶する出力履歴記憶ステップと、所定の前記熱処理条件毎に前記基準時点での前記出力履歴を抽出する抽出ステップと、所定の前記熱処理条件毎に抽出された、前記基準時点での前記出力履歴としての複数のバッチ処理での前記出力履歴から当該出力履歴と前記物理量または前記関連物理量との関係を回帰処理を用いて回帰処理結果として算出する回帰処理ステップと、前記回帰処理結果および前記診断対象時点での前記出力履歴を参照することで前記物理量センサの劣化の有無を判定する判定ステップと、を含む。
【0030】
（１１）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、熱処理炉と、前記熱処理炉内の物理量に作用を及ぼすための作用部と、前記熱処理炉内の前記物理量または前記物理量に関連する値としての関連物理量を測定する物理量センサと、前記物理量の目標値としての目標物理量に前記物理量が近づくよう前記作用部を動作させるために前記作用部へ指示信号を出力する制御部であって、前記物理量センサの測定結果を用いて前記指示信号を設定する制御部と、を備える熱処理装置の前記物理量センサの劣化を診断するプログラムであって、コンピュータに、所定の熱処理サイクル内での前記指示信号の出力履歴について、基準時点での前記出力履歴と、前記基準時点での前記熱処理サイクルより後の前記熱処理サイクルでの診断対象時点での前記出力履歴と、に基づいて、前記物理量センサの劣化度合いを診断するステップを実行させ、前記熱処理炉は、浸炭炉を含み、前記作用部は、エンリッチガスを前記浸炭炉へ供給するための制御弁を含み、前記物理量は、カーボンポテンシャルを含み、前記関連物理量は、Ｏ
２
濃度を含み、前記物理量センサは、前記Ｏ
２
濃度に応じた起電力を生じるＯ
２
センサを含み、前記指示信号は、前記制御弁の開度を指示する信号であり、前記所定の熱処理サイクルは、１回の浸炭バッチ処理を示す。
【0031】
上記（８）～（１１）のそれぞれの構成によると、より正確にセンサの劣化を判定可能である。
【発明の効果】
【0032】
本発明によると、より正確にセンサの劣化を判定可能である。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図2】図２は、１回の浸炭バッチ処理における、弁開度指示信号の経時変化、および、熱処理炉の筐体内でのＣＰの経時変化を示すグラフであり、図２（Ａ）は、Ｏ２センサに劣化が生じたときのグラフであり、図２（Ｂ）は、Ｏ２センサが劣化していないときのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0034】
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。
【0035】
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、エンリッチガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉２内に導入することで、熱処理炉２内に配置された被処理物１００に浸炭処理を行うように構成されている。エンリッチガスとして、メタン（ＣＨ４）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）等を例示できる。被処理物１００の材質は、表面に浸炭処理を施されることが可能な材質であればよい。被処理物１００の一例として、鋼材部品などの金属部品を例示することができる。浸炭処理は、鋼の表面に炭素を拡散浸透させる熱処理方法であり、浸炭処理の後に鋼を焼き入れ焼戻しすることにより、高い表面硬さを得る処理である。
【0036】
熱処理装置１は、熱処理炉２と、ファン３と、ヒータ４と、Ｏ２センサ５および温度センサ６を含むセンサユニット７と、エンリッチガス供給源８に接続された制御弁９と、劣化診断部１１を含む制御部１０と、を有している。
【0037】
本実施形態では、熱処理炉２は、本発明の「浸炭炉」の一例であり、被処理物１００に浸炭処理を施すために設けられている。なお、熱処理炉２は、浸炭炉に限らず、焼入炉等の他の熱処理用炉であってもよい。本実施形態では、熱処理炉２は、１回の熱処理サイクル（浸炭処理）毎に熱処理炉２内の被処理物１００を入れ替えるバッチ炉である。熱処理炉２は、筐体２ａを有しており、この筐体２ａに設けられた出入口（図示せず）を通して被処理物１００が出し入れされる。被処理物１００の浸炭処理時に、熱処理炉２の筐体２ａ内に被処理物１００が収容されている。
【0038】
ファン３は、筐体２ａ内の気体（熱処理ガス）を撹拌するために設けられている。ファン３は、被処理物１００の熱処理時に図示しないモータによって回転されることで回転する。これにより、筐体２ａ内のガスの分布がより均等となる。
【0039】
ヒータ４は、筐体２ａ内の気体および被処理物１００を加熱するために設けられている。ヒータ４として、ガスバーナ、抵抗加熱ヒータ等を例示できる。本実施形態では、ヒータ４は、浸炭処理のために筐体２ａ内のガスを例えば９００℃～９５０℃程度に加熱可能である。ヒータ４は、制御部１０に接続されている。ヒータ４の出力は、例えば制御部１０に記憶されたプログラムに従って設定される。本実施形態では、浸炭処理時において、ヒータ４が筐体２ａ内のガスを加熱する処理温度ＴＴは、９００℃、９２０℃等複数種類が、択一的に設定される。本実施形態では、処理温度ＴＴは、例えば９００℃、９２０℃、９３０℃、９５０℃の４種類設定される。
【0040】
センサユニット７は、筐体２ａ内のガスのカーボンポテンシャル（Carbon Potential、ＣＰ）を測定するために設けられている。なお、以下では、カーボンポテンシャルを単にＣＰともいう。ＣＰは、本発明の「熱処理炉内の物理量」の一例である。
【0041】
Ｏ２センサ５は、本発明の「物理量センサ」の一例である。Ｏ２センサ５は、熱処理炉２の筐体２ａのＯ２濃度を測定するために設けられている。Ｏ２濃度は、本発明の「関連物理量」の一例である。すなわち、Ｏ２センサ５は、熱処理炉２内の物理量としてのＣＰに関連する関連物理量を測定するために設けられている。Ｏ２センサ５は、例えば筐体２ａに設置されている。Ｏ２センサ５は、ジルコニア固体電解質のＯ２イオン電導性を利用した構成であり、ガス濃度検出時の応答性に優れている。より具体的にはＯ２センサ５は、５００℃以上で安定化ジルコニアが固体電解質となり、酸素イオンＯ２－を選択的に透過させる構成を有している。Ｏ２センサ５は、Ｏ２濃度に応じた起電力Ｅを生じる。起電力Ｅは、Ｏ２濃度と一義的に関連しており、本発明の「関連物理量」の一例である。この起電力Ｅを示すデータが、Ｏ２濃度測定値として制御部１０の後述するＣＰ演算部１２へ出力される。
【0042】
温度センサ６は、熱処理炉２の筐体２ａ内の気体（熱処理ガス）の温度を測定するために設けられている。温度センサ６は、例えば筐体２ａに設置されている。温度センサ６は、例えば、熱電対を含んでおり、筐体２ａ内のガスの温度に応じた熱起電力を発生する。この熱起電力を示すデータが、測定温度Ｔとして制御部１０のＣＰ演算部１２へ出力される。
【0043】
制御弁９は、本発明の「作用部」の一例である。制御弁９は、熱処理炉２内のＣＰに作用を及ぼすために設けられている。制御弁９は、エンリッチガス供給源８と筐体２ａとに接続されている。エンリッチガス供給源８は、例えば、エンリッチガスを貯蔵するタンクである。被処理物１００の熱処理時、制御弁９は、エンリッチガス供給源８のエンリッチガスを熱処理炉２の筐体２ａ内に供給する。制御弁９は、本実施形態では、電磁弁である。制御弁９は、エンリッチガス供給源８から筐体２ａへ供給されるエンリッチガスの流量を調整するように構成されている。
【0044】
制御弁９は、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該制御弁９の開度が設定される。制御弁９の開度（例えば、０％～１００％の範囲での弁の開度）は、弁開度指示信号ＭＶに応じて設定される。すなわち、弁開度指示信号ＭＶは、制御弁９の開度を指示する信号である。弁開度が０％のときは、エンリッチガスは制御弁９からは流れない。一方、弁開度が１００％のときは、制御弁９の弁体（図示せず）がエンリッチガスの流路を塞ぐ度合いが最も小さくされている。弁開度指示信号ＭＶは、制御部１０で生成される。すなわち、制御弁９は、制御部１０によって制御される。
【0045】
制御部１０は、ＣＰ（物理量）の目標値としての目標ＣＰ（目標物理量）にＣＰが近づくように制御弁９を動作させるために制御弁９へ弁開度指示信号ＭＶを出力するように構成されている。この制御部１０は、Ｏ２センサ５の測定結果（Ｏ２測定値としての起電力Ｅ）を用いて弁開度指示信号ＭＶを設定する。特に、本実施形態では、制御部１０は、Ｏ２センサ５の起電力Ｅに加えて、温度センサ６の温度測定値としての測定温度Ｔを用いて弁開度指示信号ＭＶを生成し、この弁開度指示信号ＭＶを制御弁９へ出力する。また、本実施形態では、制御部１０は、劣化診断装置２０でもある。
【0046】
制御部１０は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等を用いて形成されている。なお、制御部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。
【0047】
制御部１０は、複数の接続対象に接続されている。具体的には、制御部１０は、センサユニット７のＯ２センサ５および温度センサ６に接続されており、Ｏ２センサ５からの起電力Ｅ（Ｏ２濃度測定値）を特定するデータ、および、温度センサ６からの測定温度Ｔを特定するデータを与えられる。また、制御部１０は、制御弁９のアクチュエータに接続されており、弁開度指示信号ＭＶをこのアクチュエータへ出力する。さらに、制御部１０は、ヒータ４に接続されており、ヒータ４の温度を制御する。
【0048】
制御部１０は、ＣＰ演算部１２と、目標ＣＰ設定部１３と、ＭＶ設定部１４と、劣化診断部１１と、を有している。
【0049】
ＣＰ演算部１２は、起電力Ｅ（Ｏ２濃度測定値）、および、測定温度Ｔを用いて、筐体２ａ内のＣＰの測定値であるＣＰ測定値を演算する。ＣＰ演算部１２は、例えば、下記式（１）を用いてＣＰ測定値を演算する。
ＣＰ測定値＝{Ｅ－（ｂ１×Ｔ＋ｂｏ）}／（ａ１×Ｔ＋ａ０）…（１）
なお、Ｅ：起電力（Ｏ２濃度測定値）、Ｔ：測定温度、ａ０：１１．８８、ｂ０：８０７．７９、ａ１：０．０４３５、ｂ１：０．３１０。ここで挙げた係数ａ０、ｂ０、ａ１、ｂ１は、ＣＯ濃度が２３．５％、Ｏ２基準濃度が２０．６％の場合の値であり、一例である。
ＣＰ測定値＝{Ｅ－（ｂ１×Ｔ＋ｂｏ）}／（ａ１×Ｔ＋ａ０）…（１）
なお、Ｅ：起電力（Ｏ２濃度測定値）、Ｔ：測定温度、ａ０：１１．８８、ｂ０：８０７．７９、ａ１：０．０４３５、ｂ１：０．３１０。ここで挙げた係数ａ０、ｂ０、ａ１、ｂ１は、ＣＯ濃度が２３．５％、Ｏ２基準濃度が２０．６％の場合の値であり、一例である。
【0050】
ＣＰ演算部１２は、ＣＰ測定値を特定するデータを、ＭＶ設定部１４へ出力する。
【0051】
目標ＣＰ設定部１３は、オペレータ等によって予め設定され制御部１０に記憶されたプログラムに基づいて、熱処理開始から熱処理終了までの間のＣＰの目標値である目標ＣＰを設定する。目標ＣＰは、例えば、１．０％、１．０５％等、複数種類が目標ＣＰ設定部１３において択一的に設定される。本実施形態では、目標ＣＰは、１．００％、１．０５％、１．１０％、１．１５％、１．２０％の５種類から択一的に設定される。目標ＣＰ設定部１３は、目標ＣＰを特定するデータを、ＭＶ設定部１４へ出力する。
【0052】
ＭＶ設定部１４は、弁開度指示信号ＭＶを設定する。具体的には、ＭＶ設定部１４は、目標ＣＰとＣＰ測定値とを参照する。そして、目標ＣＰとＣＰ測定値との偏差が小さくなる弁開度となるように弁開度指示信号ＭＶを設定する。ＭＶ設定部１４は、弁開度指示信号ＭＶを制御弁９のアクチュエータへ出力する。制御弁９は、弁開度指示信号ＭＶに応じた弁開度を設定する。これにより、制御弁９は、エンリッチガス供給源８から弁開度に応じた流量のエンリッチガスを熱処理炉２の筐体２ａに供給する。これにより、被処理物１００において、時間の経過に伴い浸炭が進行し、被処理物１００の表面の炭素濃度が目標ＣＰ値に収束する。
【0053】
劣化診断部１１は、Ｏ２センサ５の劣化の有無および劣化の度合いを診断するために設けられている。熱処理炉２内において被処理物１００への浸炭バッチ処理が長期間繰り返し使用されることに伴い、Ｏ２センサ５は、劣化していく。Ｏ２センサ５が一定のＯ２濃度のガスを測定した場合、起電力Ｅ（Ｏ２濃度測定値）は、Ｏ２センサ５が劣化していないときの値と比べて、Ｏ２センサ５が長期間繰り返し使用されて劣化しているときの値がより大きくなる。すなわち、Ｏ２センサ５は、見かけ上、より濃いＯ２濃度であることを示す起電力Ｅを出力する。その結果、ＣＰ演算部１２は、真のＯ２濃度よりも高いＯ２濃度に基づいてＣＰ測定値を算出することになる。このため、ＭＶ設定部１４は、目標ＣＰとＣＰ演算値との偏差が実際よりも小さい認識で弁開度指示信号ＭＶを生成してしまう。よって、制御弁９の開度は、本来必要な開度よりも小さい開度となり、エンリッチガス供給源８から筐体２ａへのエンリッチガスの供給量は、本来必要な量よりも少なくなってしまう。その結果、被処理物１００の表面の炭素濃度が目標ＣＰよりも小さくなってしまう。このような不具合が生じているか否かを、劣化診断部１１によって測定可能である。
【0054】
図２は、１回の浸炭バッチ処理における、弁開度指示信号ＭＶの経時変化、および、熱処理炉２の筐体２ａ内でのＣＰ測定値の経時変化を示すグラフであり、図２（Ａ）は、Ｏ２センサ５に劣化が生じたときのグラフであり、図２（Ｂ）は、Ｏ２センサ５が劣化していないときのグラフである。図１、および、図２（Ｂ）を参照して、目標ＣＰ設定部１３が目標ＣＰをＭＶ設定部１４に出力すると、ＭＶ設定部１４は、目標ＣＰとＣＰ測定値との偏差を小さくするように、弁開度指示信号ＭＶを設定し、この弁開度指示信号ＭＶを制御弁９へ出力する。
【0055】
そして、Ｏ２センサ５が劣化していない状態では、弁開度指示信号ＭＶは、Ｔｉｍｅ１の間（例えば３０分程度の間）、制御弁９の開度を１００％とする信号となっている。弁開度指示信号ＭＶが１００％の開度を指示している間、ＣＰは目標ＣＰに向けて急峻に大きくなっている。そして、ＣＰが目標ＣＰに到達した後で、弁開度指示信号ＭＶは、時間の経過とともに次第に弁開度が１００％から小さくなるように変化している。このように、ＣＰが目標ＣＰに到達した後は、被処理物１００の表面への炭素の進入度合いに応じて、制御弁９の弁開度が小さくなっている。そして、規定の処理時間が経過すると、被処理物１００への浸炭処理が完了する。
【0056】
一方で、図１および図２（Ａ）を参照して、Ｏ２センサ５が劣化している状態では、起電力Ｅは、Ｏ２センサ５が劣化していないときの起電力Ｅと比べて大きくなってしまう。すなわち、見かけ上、ＣＰ測定値は、真のＣＰより大きくなってしまう。このため、弁開度指示信号ＭＶは、Ｔｉｍｅ１より短いＴｉｍｅ２の間（例えば５分程度の間）のみ、制御弁９の開度を１００％とする信号となっている。そして、弁開度指示信号ＭＶが１００％の開度を指示している間、ＣＰは目標ＣＰに向けて急峻に大きくなっている。そして、ＣＰが目標ＣＰに到達した後で、弁開度指示信号ＭＶは、時間の経過とともに次第に弁開度が１００％から小さくなるように変化している。このときの弁開度を下げる減少速度は、Ｏ２センサ５が劣化しているときに、より大きい。
【0057】
このように、Ｏ２センサ５が劣化していないときと劣化しているときでは、１回のバッチ処理中における弁開度指示信号ＭＶの出力履歴が異なる。このような傾向を利用して、劣化診断部１１は、Ｏ２センサ５の劣化診断を行う。
【0058】
劣化診断部１１は、１回の浸炭バッチ処理（所定の熱処理サイクル）内でのＭＶ設定部１４からの弁開度指示信号ＭＶの出力履歴について、所定の基準時点での出力履歴と、上記基準時点でのバッチ処理より後のバッチ処理での診断対象時点での出力履歴と、に基づいて、Ｏ２センサ５の劣化度合いを診断する。
【0059】
所定の基準時点は、Ｏ２センサ５が熱処理炉２で初めて使用される新品時点を含んでいることが好ましい。所定の基準時点は、Ｏ２センサ５が実質的に劣化を生じていない時点、例えば、Ｏ２センサ５が熱処理炉２で使用され始めてから１～２ヶ月程度の時点であってもよい。以下では、所定の基準時点での出力履歴を、基準出力履歴ともいう。
【0060】
診断対象時点は、劣化診断部１１がＯ２センサ５の劣化診断を実際に行う時点をいう。以下では、診断対象時点での出力履歴を診断対象出力履歴ともいう。
【0061】
出力履歴は、１回のバッチ処理内の所定期間ΔＢでの弁開度指示信号ＭＶの時間積算値∫ＭＶｄｔ（以下、単に積算値∫ＭＶｄｔともいう）、または、この積算値∫ＭＶｄｔに基づく値を含むことが好ましい。積算値∫ＭＶｄｔは、例えば以下の式で表される。
より具体的には、出力履歴は、１回の浸炭バッチ処理のうち、制御弁９からのエンリッチガス供給開始時点（図２（Ａ）、図２（Ｂ）でのゼロ時点）を含む所定期間ΔＢでの弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔまたはこの積算値∫ＭＶｄｔに基づく値を含むことが好ましい。
【数1】
【0062】
より具体的には、所定期間ΔＢは、例えば、１回のバッチ処理において弁開度指示信号ＭＶが最大である時点から、弁開度指示信号ＭＶが最大のときの半分の弁開度を指示する時点までの期間を例示できる。なお、所定期間ΔＢは、１回のバッチ処理内での期間であればよく、特に限定されない。
【0063】
積算値∫ＭＶｄｔは、図２（Ａ）および図２（Ｂ）における、所定期間ΔＢ内での弁開度指示信号ＭＶのグラフ線で囲まれた部分の面積に相当する。この面積は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）においてハッチングで示される箇所の面積である。上述した、積算値∫ＭＶｄｔに基づく値として、所定期間ΔＢにおける積算値∫ＭＶｄｔの単位時間当たりの平均値（∫ＭＶｄｔ／ΔＢ。ａｒｒ．ＭＶともいう。）を例示できる。
【0064】
次に、積算値∫ＭＶｄｔについて説明する。図３は、積算値∫ＭＶｄｔの一例を示す模式的なグラフである。図３のグラフにおいて、縦軸は１回のバッチ処理における積算値∫ＭＶｄｔを示しており、横軸はバッチ処理の回数を示している。また、図３において、丸印は１回毎のバッチ処理での積算値∫ＭＶｄｔを示しており、グラフは、１回毎の積算値∫ＭＶｄｔをつないだグラフである。図１および図３を参照して、熱処理装置１では、多数回のバッチ処理が行われる。そして、劣化診断部１１は、１回のバッチ処理毎に積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）を記憶している。
【0065】
なお、前述したように各バッチ処理における処理温度ＴＴ（浸炭処理時の最高温度）および目標ＣＰは、それぞれ、複数種類の中から択一的に選択される。すなわち、熱処理炉２は、複数の熱処理条件でそれぞれバッチ処理を行うように構成されている。そして、処理温度ＴＴおよび目標ＣＰの異なる複数のバッチ処理がまとめて劣化診断部１１で記憶され、図３に示すようなグラフで示される内容のデータが作成される。
【0066】
例えば、１つのＯ２センサ５の寿命期間Ｌのうち、Ｏ２センサ５が新品の時点から例えば所定の前半期間Ｌ１においては、全般的に積算値∫ＭＶｄｔが大きい傾向にある。一方、寿命期間Ｌの後半期間Ｌ２では、全般的に積算値∫ＭＶｄｔが小さい傾向にある。
【0067】
＜劣化診断の例１＞
上記の傾向に鑑み、劣化診断部１１は、例えば、前半期間Ｌ１のうちの特に初期期間Ｌ１１（劣化が生じていないとみなすことが可能な期間。例えば、寿命期間Ｌのうちの１０％～２０％程度の期間。）の積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）を、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）として設定する。この場合、劣化診断部１１は、例えば、劣化診断時点から所定の直近期間Ｌ３（例えば、寿命期間Ｌのうちの１０％～２０％程度の期間。）の出力履歴を、診断対象時点での出力履歴として設定する。なお、初期期間Ｌ１１でのバッチ処理の回数と直近期間Ｌ３でのバッチ処理の回数とは、同じである。
上記の傾向に鑑み、劣化診断部１１は、例えば、前半期間Ｌ１のうちの特に初期期間Ｌ１１（劣化が生じていないとみなすことが可能な期間。例えば、寿命期間Ｌのうちの１０％～２０％程度の期間。）の積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）を、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）として設定する。この場合、劣化診断部１１は、例えば、劣化診断時点から所定の直近期間Ｌ３（例えば、寿命期間Ｌのうちの１０％～２０％程度の期間。）の出力履歴を、診断対象時点での出力履歴として設定する。なお、初期期間Ｌ１１でのバッチ処理の回数と直近期間Ｌ３でのバッチ処理の回数とは、同じである。
【0068】
そして、劣化診断部１１は、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）に対して、カルマンフィルタ等の平滑化処理を行い、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔのフィルタリング値ＭＶｆ１を算出する。同様に、劣化診断部１１は、診断対象時点での出力履歴に対して、カルマンフィルタ等の平滑化処理を行い、診断対象時点での出力履歴のフィルタリング値ＭＶｆ２を算出する。なお、この場合の平滑化処理として、単純移動平均、加重移動平均等、種々の平滑化処理を例示できる。
【0069】
次いで、劣化診断部１１は、フィルタリング値ＭＶｆ１の積算値とフィルタリング値ＭＶｆ２の積算値との乖離ΔＭＶｆが所定値以上である場合に、Ｏ２センサ５が劣化していると判定する。この場合、劣化診断部１１は、劣化警告信号を生成し、熱処理装置１に備えられたモニタ（図示せず）等に出力する。これにより、オペレータは、Ｏ２センサ５が劣化していることを確認できる。このように、劣化診断部１１は、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと、診断対象時点での出力履歴∫ＭＶｄｔとの乖離が所定値以上の場合に、Ｏ２センサ５に劣化が生じていると診断する。
【0070】
なお、図３に示すグラフを、処理温度ＴＴの種類毎、目標ＣＰ毎、または、処理温度ＴＴの種類と目標ＣＰの両方でフィルタリングし、このフィルタリング後のグラフを用いて上記と同様の劣化診断を行ってもよい。この場合、Ｏ２センサ５が劣化したときの積算値∫ＭＶｄｔの傾向をより明確にすることができる。フィルタリング後のグラフの一例を、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示している。図４（Ａ）では、処理温度ＴＴ＝９００℃のときにおける、積算値∫ＭＶｄｔの単位時間当たりの平均値（ａｒｒ．ＭＶ）と目標ＣＰとの関係を示している。図４（Ｂ）では、処理温度ＴＴ＝９３０℃のときにおける、積算値∫ＭＶｄｔの単位時間当たりの平均値（ａｒｒ．ＭＶ）と目標ＣＰとの関係を示している。図４（Ａ）および図４（Ｂ）のそれぞれにおいて、Ｏ２センサ５が２回交換された例が示されている。図４（Ａ）に示すように、処理温度ＴＴ＝９００℃のとき、目標ＣＰが動いた箇所に対応してａｒｒ．ＭＶも動きがあることが分かる。また、図４（Ｂ）に示すように、処理温度ＴＴ＝９３０℃のとき、目標ＣＰがほぼ一定であるので、Ｏ２センサ５の劣化に伴うａｒｒ．ＭＶの動きが明確に分かる。このようなフィルタリングが行われる場合、出力履歴記憶部２１は、各浸炭バッチ処理時における、処理温度ＴＴと、ＣＰ目標値と、Ｏ２センサ５からの起電力Ｅ（Ｏ２濃度測定値）と、を記憶する。
【0071】
また、上述した、＜劣化診断の例１＞は一例であり、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔに対してＯ２センサ５が劣化している状態での診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔに乖離が有ることを検出可能な構成であればよい。
【0072】
＜劣化診断の例２＞
次に、劣化診断の例２について説明する。この例では、劣化診断部１１は、出力履歴記憶部２１と、抽出部２２と、回帰処理部２３と、判定部２４と、補正部２５と、を有している。
次に、劣化診断の例２について説明する。この例では、劣化診断部１１は、出力履歴記憶部２１と、抽出部２２と、回帰処理部２３と、判定部２４と、補正部２５と、を有している。
【0073】
出力履歴記憶部２１は、連続した複数の浸炭バッチ処理での弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）を記憶する。出力履歴記憶部２１は、Ｏ２センサ５が例えば新品の状態で使用開始されて以降の全ての積算値∫ＭＶｄｔを記憶する。出力履歴記憶部２１で記憶される内容は、上述した、図３におけるグラフに示す内容である。
【0074】
出力履歴記憶部２１は、上記の内容に加えて、さらに、各浸炭バッチ処理時における、処理温度ＴＴと、ＣＰ目標値と、Ｏ２センサ５からの起電力Ｅ（Ｏ２濃度測定値）と、を記憶する。
【0075】
抽出部２２は、所定の熱処理条件毎に基準時点での積算値∫ＭＶｄｔを抽出する。基準時点は、本実施形態では、前述したように、例えば、初期期間Ｌ１１の積算値∫ＭＶｄｔである。そして、本実施形態では、熱処理条件として、処理温度ＴＴおよび目標ＣＰの２つの熱処理条件が設定されている。抽出部２２は、これらの熱処理条件の何れか一方または両方の条件の種類毎に、他方の条件と積算値∫ＭＶｄｔとの関係を抽出する。本実施形態では、上記一方の条件として、処理温度ＴＴが用いられ、他方の条件として、目標ＣＰが用いられる。すなわち、本実施形態では、所定の熱処理条件としての処理温度ＴＴ毎に積算値∫ＭＶｄｔを抽出する。
【0076】
図５は、抽出部２２での抽出結果の一例を示す模式図である。図１および図５を参照して説明すると、図５において、横軸は、目標ＣＰを示しており、縦軸は、１回のバッチ処理での弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔを示している。抽出部２２は、設定された処理温度ＴＴ毎に、目標ＣＰと積算値∫ＭＶｄｔとの関係を抽出する。より具体的には、抽出部２２は、図５で一例として示すように、処理温度ＴＴが９００℃のときの目標ＣＰと積算値∫ＭＶｄｔとの関係を、基準時点での複数のバッチ処理でのそれぞれの積算値∫ＭＶｄｔから抽出する。図５では、目標ＣＰ毎に、この目標ＣＰの下で浸炭処理されたときの積算値∫ＭＶｄｔがプロットされる。このグラフと同様に、抽出部２２は、処理温度ＴＴが他の値（本実施形態では、９２０℃、９３０℃、９５０℃のそれぞれの温度）であるときの、目標ＣＰと積算値∫ＭＶｄｔとを、基準時点での複数のバッチ処理でのそれぞれから抽出する。このように、抽出部２２では、図５に示すグラフの内容を、処理温度ＴＴの数だけ抽出する。抽出部２２の抽出結果は、回帰処理部２３へ出力される。
【0077】
回帰処理部２３は、上記熱処理条件（処理温度ＴＴ）毎に抽出された、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）としての複数のバッチ処理での積算値∫ＭＶｄｔから、当該積算値∫ＭＶｄｔと起電力Ｅ（Ｏ２濃度に関連する物理量）との関係を、回帰処理を用いて算出する。
【0078】
具体的には、回帰処理部２３は、まず、図５で例示される、一の処理温度条件（処理温度ＴＴ＝９００℃）での目標ＣＰと積算値∫ＭＶｄｔとの関係を示す回帰式Ｆ１を算出する。この回帰式Ｆ１によって、基準時点における積算値∫ＭＶｄｔと目標ＣＰとの関係を一義的に求める。なお、本実施形態では、回帰処理部２３が、処理温度ＴＴ毎に回帰式Ｆ１を算出する形態を例に説明しているけれども、この通りでなくてもよい。例えば、回帰処理部２３は、目標ＣＰ毎に処理温度ＴＴと積算値∫ＭＶｄｔとの関係を示す回帰式を算出してもよい。すなわち、図５のグラフにおいて横軸が処理温度ＴＴとなるような回帰式を算出してもよい。また、回帰処理部２３は、図５のグラフにおいて横軸が起電力Ｅとなるような回帰式を算出してもよい。次に、回帰処理部２３は、図６に示すグラフで示される内容を求める。
【0079】
図６は、積算値∫ＭＶｄｔと起電力Ｅとの関係の一例を示す模式的なグラフを含む図である。図６のグラフにおいて、横軸は、弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔであり、縦軸は、Ｏ２センサ５の起電力Ｅを示している。横軸の値∫ＭＶｄｔ１～∫ＭＶｄｔ５は、回帰式Ｆ１から求まる値である。図１および図６を参照して、回帰処理部２３は、基準時点での処理温度ＴＴが上記一の処理温度条件（処理温度ＴＴ＝９００℃）のときの、目標ＣＰと起電力Ｅとの関係を示すデータを読み込む。基準時点での処理温度ＴＴが上記一の処理温度条件のときの各目標ＣＰにおける起電力Ｅは、既知の計算式から算出でき、劣化診断部１１に予め記憶されている。なお、基準時点での処理温度ＴＴが上記一の処理温度条件のときの各目標ＣＰにおける起電力Ｅは、基準時点での一のバッチ処理が行われたときの処理温度ＴＴ、目標ＣＰ、および、起電力Ｅから回帰処理部２３で算出されてもよい。
【0080】
そして、回帰処理部２３は、回帰式Ｆ１から求められた、目標ＣＰ毎の積算値∫ＭＶｄｔ（∫ＭＶｄｔ１～∫ＭＶｄｔ５）と、対応する目標ＣＰでの上述したＯ２センサ５の起電力Ｅの算出値とを対応付ける。例えば、図６に示すグラフにおいて、回帰処理部２３は、目標ＣＰ毎の積算値∫ＭＶｄｔ（∫ＭＶｄｔ１～∫ＭＶｄｔ５）を横軸にプロットし、対応する目標ＣＰでの上述したＯ２センサ５の起電力Ｅの算出値を縦軸にプロットする処理に相当する処理を行う。これにより、図６に示す関係式Ｆ２が求まる。関係式Ｆ２は、処理温度ＴＴ毎に抽出された、基準時点での複数のバッチ処理での積算値∫ＭＶｄｔ（∫ＭＶｄｔ１～∫ＭＶｄｔ５）から当該積算値∫ＭＶｄｔと起電力Ｅ（関連物理量）との関係を示す式である。関係式Ｆ２は、本発明の「回帰処理結果」の一例である。回帰処理部２３は、処理温度ＴＴが他の値（本実施形態では、９２０℃、９３０℃、９５０℃のそれぞれの温度）であるときの関係式Ｆ２も上記と同様にして算出する。回帰処理部２３は、関係式Ｆ２を示すデータを、判定部２４へ出力する。
【0081】
判定部２４は、診断対象時点での処理温度ＴＴ、目標ＣＰ、および、積算値∫ＭＶｄｔと、この処理温度ＴＴにおける関係式Ｆ２（回帰処理結果）と、を参照することでＯ２センサ５の劣化の有無を判定する。具体的には、判定部２４は、診断対象時点でのバッチ処理（１回のバッチ処理）における処理温度ＴＴ、目標ＣＰ、および、弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔを参照する。次に、判定部２４は、診断対象時点での処理温度ＴＴにおける関係式Ｆ２に、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔ（∫ＭＶｄｔ’）を代入することで、積算値∫ＭＶｄｔ’のときの起電力を参照用起電力Ｅ’として算出する。次に、判定部２４は、参照用起電力Ｅ’と、診断対象時点での処理温度ＴＴと、上記式（１）と同様の下記式（２）と、を用いて、ＣＰの推定値である推定ＣＰを算出する。
推定ＣＰ＝{Ｅ’－（ｂ１×ＴＴ＋ｂｏ）}／（ａ１×ＴＴ＋ａ０）…（２）
なお、ａ０、ｂ０、ａ１、ｂ１は式（１）と同じ定数である。また、推定ＣＰの算出式は、一例である。
推定ＣＰ＝{Ｅ’－（ｂ１×ＴＴ＋ｂｏ）}／（ａ１×ＴＴ＋ａ０）…（２）
なお、ａ０、ｂ０、ａ１、ｂ１は式（１）と同じ定数である。また、推定ＣＰの算出式は、一例である。
【0082】
判定部２４は、推定ＣＰと目標ＣＰとの乖離度合いに基づいて、Ｏ２センサ５の劣化の有無を判定する。具体的には、判定部２４は、例えば、推定ＣＰと目標ＣＰとの誤差ΔＣＰが所定の第１しきい値Ｔｈ１未満の場合、Ｏ２センサ５に劣化が生じていないと判定する。また、判定部２４は、例えば、誤差ΔＣＰが第１しきい値Ｔｈ１以上第２しきい値Ｔｈ２未満の場合、Ｏ２センサ５に軽微な劣化が生じていると判定して注意信号を生成し、熱処理装置１のモニタ（図示せず）に、Ｏ２センサ５に軽微な劣化が生じていることを示す注意を行う。また、判定部２４は、例えば、誤差ΔＣＰが第２しきい値Ｔｈ２以上の場合、Ｏ２センサ５に大きな劣化が生じていると判定して警告信号を生成し、熱処理装置１のモニタ（図示せず）に、Ｏ２センサ５が寿命であることを示す警告を行う。
【0083】
判定部２４は、誤差ΔＣＰを示すデータを補正部２５へ出力する。補正部２５は、判定部２４での劣化診断結果、本実施形態では、推定ＣＰと目標ＣＰとの誤差ΔＣＰに応じて、Ｏ２センサ５の起電力Ｅ（計測値）、または、弁開度指示信号ＭＶを補正する。
【0084】
具体的には、起電力Ｅを補正する場合、例えば、推定ＣＰと目標ＣＰとの比率を係数とし、この係数をＯ２センサ５からの起電力Ｅに乗じる旨の信号を補正部２５からＣＰ演算部１２へ出力する。一方、弁開度指示信号ＭＶを補正する場合、推定ＣＰと目標ＣＰとの誤差ΔＣＰに応じた分だけ弁開度指示信号ＭＶが示す弁開度を補正する旨の信号を補正部２５からＭＶ設定部１４へ出力する。このように、補正部２５は、判定部２４での劣化診断結果に応じてＯ２センサ５の起電力Ｅ（計測値）、または、弁開度指示信号ＭＶを補正する。なお、Ｏ２センサ５に劣化が生じていないという判定を判定部２４が下した場合、補正部２５は、補正を行わない。
【0085】
次に、＜劣化診断の例２＞における劣化診断部１１での処理動作の流れの一例を説明する。図７は、本発明の一実施形態における劣化診断部１１の動作の一例を示すフロー図である。以下の説明においては、適宜図１～図７を参酌する。また、本実施形態では、制御部１０（劣化診断装置２０）を動作させることによって、劣化診断方法が実施される。よって、本実施形態における劣化診断方法の説明は、以下の制御部１０（劣化診断装置２０）の動作説明に代える。
【0086】
劣化診断部１１は、まず、事前準備として、基準時点での出力履歴から、関係式Ｆ２を算出する（ステップＳ１１～Ｓ１４）。具体的には、出力履歴記憶部２１が、連続した複数の浸炭バッチ処理でのそれぞれにおける、処理温度ＴＴ、目標ＣＰ、および、弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔ（出力履歴）を記憶する（ステップＳ１１）。
【0087】
次に、抽出部２２は、所定の熱処理条件毎に基準時点（初期期間Ｌ１１）での積算値∫ＭＶｄｔを抽出する（ステップＳ１２）。本実施形態では、図５を参照しながら説明したように、例えば、処理温度ＴＴ毎に、目標ＣＰと積算値∫ＭＶｄｔとの関係を、基準時点での複数のバッチ処理でのそれぞれの積算値∫ＭＶｄｔから抽出する。
【0088】
次に、回帰処理部２３は、回帰処理を用いて関係式Ｆ２を算出する（ステップＳ１３，Ｓ１４）。具体的には、回帰処理部２３は、まず、抽出部２２で抽出された結果を用いて、回帰式Ｆ１を算出する（ステップＳ１３）。次に、回帰処理部２３は、回帰式Ｆ１等を用いて、関係式Ｆ２を算出する（ステップＳ１４）。
【0089】
【0090】
回帰処理部２３で関係式Ｆ２が算出された後、判定部２４は、診断対象時点での処理温度ＴＴ、目標ＣＰ、および、積算値∫ＭＶｄｔのデータと、この処理温度ＴＴにおける関係式Ｆ２のデータと、を読み込む（ステップＳ２１）。
【0091】
次に、判定部２４は、診断対象時点の推定ＣＰを算出する（ステップＳ２２）。
【0092】
次いで、判定部２４は、推定ＣＰと目標ＣＰとの乖離度合いに基づいて、Ｏ２センサ５の劣化の有無を判定する（ステップＳ２３～Ｓ２６）。すなわち、判定部２４は、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔと、に基づいて、Ｏ２センサ５の劣化度合いを診断する。判定部２４は、例えば、推定ＣＰと目標ＣＰとの誤差ΔＣＰが所定の第１しきい値Ｔｈ１未満の場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、Ｏ２センサ５に劣化が生じていないと判定する。この場合、判定部２４は、報知動作は行わない。また、例えば、誤差ΔＣＰが第１しきい値Ｔｈ１以上第２しきい値Ｔｈ２未満の場合（ステップＳ２４でＹＥＳ）、判定部２４は、Ｏ２センサ５に軽微な劣化が生じていると判定して注意信号を生成し、熱処理装置１のモニタ（図示せず）に、Ｏ２センサ５に軽微な劣化が生じていることを示す注意報知を行う（ステップＳ２５）。また、例えば、誤差ΔＣＰが第２しきい値Ｔｈ２以上の場合（ステップＳ２４でＮＯ）、判定部２４は、Ｏ２センサ５に大きな劣化が生じていると判定して警告信号を生成し、熱処理装置１のモニタ（図示せず）に、Ｏ２センサ５が寿命であることを示す警告を行う。
【0093】
誤差ΔＣＰが第１しきい値以上である場合（ステップＳ２３でＮＯ）、補正部２５は、誤差ΔＣＰに応じて、Ｏ２センサ５の起電力Ｅ、または、弁開度指示信号ＭＶを補正する（ステップＳ２７）。
【0094】
以上説明したように、本実施形態によると、劣化診断部１１は、１回のバッチ処理内での弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔであって、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと、基準時点でのバッチ処理より後のバッチ処理での診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔと、に基づいて、Ｏ２センサ５の劣化度合いを診断する。この構成によると、Ｏ２センサ５が劣化してくると、Ｏ２センサ５の起電力Ｅが示すＯ２濃度は、熱処理炉２内のＯ２濃度の真の値から乖離する。これにより、Ｏ２センサ５の起電力Ｅを用いて制御部１０で設定された弁開度指示信号ＭＶは、本来設定されるべき値から乖離する。その結果、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔとにずれが生じる。このずれを参照することで、Ｏ２センサ５の劣化度合いをより正確に診断することができる。しかも、Ｏ２センサ５の測定結果に基づいてＯ２センサ５の劣化度合いを診断するのではなく、制御部１０で設定された弁開度指示信号ＭＶの出力履歴（積算値∫ＭＶｄｔ）を用いてＯ２センサ５の劣化度合いを診断する。このような構成である結果、Ｏ２センサ５以外にも、センサの種類を問わずにセンサの劣化度合いを診断することができる。よって、センサ劣化診断の汎用性をより高くできる。
【0095】
また、本実施形態によると、熱処理炉２は、１回の浸炭処理サイクル毎に熱処理炉２内の被処理物１００を入れ替えるバッチ炉である。この構成のように、バッチ炉の熱処理装置１に適用される構成であれば、浸炭処理の区切りが明確であるので、１回の浸炭処理での積算値∫ＭＶｄｔがより明確となる。よって、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔとの対比を行いやすい。その結果、センサ劣化診断をより正確に行うことができる。
【0096】
また、本実施形態の＜劣化診断の例１＞によると、センサ劣化診断部１１は、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔとの乖離（乖離ΔＭＶｆ）が所定値以上の場合に、Ｏ２センサ５に劣化が生じていると診断する。この構成によると、簡易な演算処理で、Ｏ２センサ５の劣化を診断できる。
【0097】
また、本実施形態の＜劣化診断の例２＞によると、回帰処理部２３は、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔにおける、積算値∫ＭＶｄｔと起電力Ｅとの関係を、回帰処理を用いて算出する。そして、判定部は、回帰処理結果と、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔと、を参照することでＯ２センサ５の劣化の度合いを判定する。このような構成であれば、判定部２４は、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔと、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔとを参照することで、診断対象時点でのＯ２センサ５の起電力Ｅと基準時点でのＯ２センサ５の起電力Ｅとを比較することができる。よって、判定部２４は、より正確にＯ２センサ５の劣化の度合いを判定できる。
【0098】
また、本実施形態によると、弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔは、１つの浸炭バッチ処理サイクル内の所定期間ΔＢでの弁開度指示信号ＭＶの積算値か、または、この積算値∫ＭＶｄｔの単位時間当たりの平均値（ａｒｒ．ＭＶ）である。この構成によると、弁開度指示信号ＭＶの瞬間的な値ではなく、ある程度の期間をモニタリングした結果を制御弁９の出力履歴として用いることができる。これにより、Ｏ２センサ５の劣化に起因する弁開度指示信号ＭＶの変化を把握し易い。すなわち、基準時点での弁開度指示信号ＭＶの出力履歴と診断対象時点での弁開度指示信号ＭＶの出力履歴との相関を取りやすくできる。よって、Ｏ２センサ５センサの劣化をより確実に検出できる。
【0099】
特に、本実施形態では、バッチ式の浸炭炉において、Ｏ２センサ５の劣化をより正確に診断できる。
【0100】
また、本実施形態によると、弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔは、１回の浸炭バッチ処理のうち、制御弁９からのエンリッチガス供給開始時点を含む所定期間ΔＢでの弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔまたはこの積算値∫ＭＶｄｔの単位時間当たりの平均値である。この構成において、Ｏ２センサ５が劣化すると、Ｏ２センサ５の起電力Ｅは、真のＯ２濃度を示す値よりも大きくなり、Ｏ２センサ５は、真のＯ２濃度よりも高いＯ２濃度として検出することとなる。このため、制御部１０は、実際よりも浸炭処理が進行しているものとして、制御弁９からのエンリッチガスの供給量を本来要求される値よりも小さな値となるような弁開度指示信号ＭＶを出力してしまう。このため、弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔは、本来必要な積算値∫ＭＶｄｔとは異なってしまう。よって、基準時点での弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔと診断対象時点での弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔとが異なってしまう。特に、エンリッチガス供給開始時点付近での弁開度指示信号ＭＶの積算値∫ＭＶｄｔが、Ｏ２センサ５の劣化の程度によって大きく異なる。よって、エンリッチガス供給開始時点を含む所定期間ΔＢでの弁開度指示信号ＭＶの出力履歴を利用することで、Ｏ２センサ５の劣化の程度をより正確に診断できる。
【0101】
以上の構成により、Ｏ２センサ５センサの劣化をより正確に診断できる構成を有する熱処理装置１を実現できる。
【0102】
また、本実施形態によると、補正部２５は、判定部２４での劣化診断結果に応じてＯ２センサ５の計測値である起電力Ｅ、または、弁開度指示信号ＭＶを補正する。この構成によると、補正部２５は、Ｏ２センサ５が経年劣化等によって劣化した場合に、劣化度合いに応じた補正を行うことができる。これにより、熱処理装置１は、Ｏ２センサ５が劣化した場合でも、Ｏ２センサ５劣化していないときと同様の品質の熱処理を行うことができる。
【0103】
＜変形例＞
図９は、本発明の変形例に係る熱処理装置１Ａの模式図である。なお、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。図９を参照して、熱処理装置１Ａは、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉２内に導入することで、熱処理炉２内に配置された被処理物１００に窒化処理を行うように構成された、窒化処理装置である。
図９は、本発明の変形例に係る熱処理装置１Ａの模式図である。なお、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。図９を参照して、熱処理装置１Ａは、アンモニアガスを含む熱処理用ガスを熱処理炉２内に導入することで、熱処理炉２内に配置された被処理物１００に窒化処理を行うように構成された、窒化処理装置である。
【0104】
被処理物１００の材質は、表面に窒化処理を施されることが可能な金属品材質であればよく、特に限定されない。窒化処理は、たとえば、約５５０℃～６００℃に加熱された熱処理炉６内に、アンモニアガスを含む熱処理用ガス（混合ガス）を供給する処理である。
【0105】
本変形例で用いられる熱処理用ガスは、アンモニアガス（ＮＨ３）と、炭酸ガス（ＣＯ２）と、窒素ガス（Ｎ２）と、を含んでいる。なお、熱処理用ガスは、アンモニアガスと、吸熱型変成ガス（ＣＯ、Ｎ２、Ｈ２）と、を含んでいてもよい。
【0106】
窒化処理装置１は、ガス供給ユニット３１と、熱処理ユニット３２と、ガスセンサ３３と、制御部１０Ａと、を有している。熱処理ユニット３２は、熱処理炉２と、ファン３と、ヒータ４と、を有している。
【0107】
ガス供給ユニット３１は、前述したアンモニアガス、窒素ガス、および、炭酸ガスを含む熱処理用ガスを、熱処理炉２へ向けて供給するために設けられている。
【0108】
ガス供給ユニット３１は、アンモニアガス供給部３５と、窒素ガス供給部３６と、炭酸ガス供給部３７と、を有している。
【0109】
アンモニアガス供給部３５は、供給管３５ａと、マスフローセンサ３５ｂと、制御弁３５ｃと、を有している。
【0110】
供給管３５ａは、アンモニアガスが充填されたタンク（図示せず）などのアンモニアガス供給源および熱処理炉２に接続されており、当該アンモニアガス供給源からのアンモニアガスを熱処理炉２へ供給する。供給管３５ａに、マスフローセンサ３５ｂと、制御弁３５ｃとが設けられている。
【0111】
マスフローセンサ３５ｂは、供給管３５ａにおけるアンモニアガスの流量を検出するために設けられている。マスフローセンサ３５ｂは、アンモニアガスの検出流量を示す信号を、制御部１０Ａへ出力する。
【0112】
制御弁３５ｃは、供給管３５ａにおけるアンモニアガスの流量を調整するために設けられている。制御弁３５ｃは、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該制御弁３５ｃの開度が設定される。制御弁３５ｃは、制御部１０Ａによって制御される。より具体的には、制御弁３５ｃは、マスフローセンサ３５ｂで検出されたアンモニアガスの流量と、制御部１０Ａで設定されたアンモニアガスの目標流量との差分がゼロとなるように動作する。
【0113】
窒素ガス供給部３６は、供給管３６ａと、マスフローセンサ３６ｂと、制御弁３６ｃと、を有している。
【0114】
供給管３６ａは、窒素ガスが充填されたタンク（図示せず）などの窒素ガス供給源および熱処理炉２に接続されており、当該窒素ガス供給源からの窒素ガスを熱処理炉２へ供給する。供給管３６ａに、マスフローセンサ３６ｂと、制御弁３６ｃとが設けられている。
【0115】
マスフローセンサ３６ｂは、供給管３６ａにおける窒素ガスの流量を検出するために設けられている。マスフローセンサ３６ｂは、窒素ガスの検出流量を示す信号を、制御部１０Ａへ出力する。
【0116】
制御弁３６ｃは、供給管３６ａにおける窒素ガスの流量を調整するために設けられている。制御弁３６ｃは、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該制御弁３６ｃの開度が設定される。制御弁３６ｃは、制御部１０Ａによって制御される。より具体的には、制御弁３６ｃは、マスフローセンサ３６ｂで検出された窒素ガスの流量と、制御部１０Ａで設定された窒素ガスの目標流量との差分がゼロとなるように動作する。
【0117】
炭酸ガス供給部３７は、供給管３７ａと、マスフローセンサ３７ｂと、制御弁３７ｃと、を有している。
【0118】
供給管３７ａは、炭酸ガスが充填されたタンク（図示せず）などの炭酸ガス供給源および熱処理炉２に接続されており、当該炭酸ガス供給源からの炭酸ガスを熱処理炉２へ供給する。供給管３７ａに、マスフローセンサ３７ｂと、制御弁３７ｃとが設けられている。
【0119】
マスフローセンサ３７ｂは、供給管３７ａにおける炭酸ガスの流量を検出するために設けられている。マスフローセンサ３７ｂは、炭酸ガスの検出流量を示す信号を、制御部１０Ａへ出力する。制御弁３７ｃは、供給管３７ａにおける炭酸ガスの流量を調整するために設けられている。制御弁３７ｃは、たとえば、ソレノイドなどのアクチュエータを有しており、このアクチュエータの動作によって、当該制御弁３７ｃの開度が設定される。制御弁３７ｃは、制御部１０Ａによって制御される。より具体的には、制御弁３７ｃは、マスフローセンサ３７ｂで検出された炭酸ガスの流量と、制御部１０Ａで設定された炭酸ガスの目標流量との差分がゼロとなるように動作する。
【0120】
上記の構成により、アンモニアガス、窒素ガスおよび炭酸ガスを含む熱処理用ガスは、制御部１０Ａによる制御によって、熱処理炉２へ供給される。
【0121】
被処理物１００を収容した状態の熱処理炉２内に、ガス供給ユニット３１から熱処理用ガスが供給される。熱処理炉２内の熱処理用ガスおよび被処理物１００は、ヒータ４によって加熱される。
【0122】
ヒータ４は、熱処理炉２内の被処理物１００および加熱用ガスを、窒化処理に必要な温度（例えば、約５５０℃～約６００℃）に加熱する。また、熱処理炉２内の雰囲気は、ファン３によって撹拌され、より均一な分布とされる。ファン３は、熱処理炉２の内部の天井部分などに配置され、図示しない電動モータによって回転することで、熱処理炉２内の雰囲気（熱処理用ガス）を撹拌する。熱処理炉２内のガスは、ガスセンサ３３によって検出される。
【0123】
ガスセンサ３３は、サンプリング管４０と、熱処理炉２内に分解されず且つ他の物質と反応せずに残留しているアンモニアガスとしての残留アンモニアガスの濃度を検出するためのアンモニアセンサ４１と、熱処理炉２内の水素の濃度を検出するためのＨ２センサ（水素センサ）４２と、を有している。
【0124】
なお、残留アンモニア濃度とは、熱処理炉２内において、気体の全成分の合計の濃度（１００％）に対するアンモニアガスの濃度の割合をいう。同様に、Ｈ２濃度（水素濃度）とは、熱処理炉２内において、気体の全成分の合計の濃度（１００％）に対する水素ガスの濃度の割合をいう。
【0125】
サンプリング管４０は、熱処理炉２、アンモニアセンサ４１、および、Ｈ２センサ４２に接続されている。
【0126】
アンモニアセンサ４１は、たとえば、赤外線吸収式ガス分析計などを用いて形成されており、熱処理炉２内のアンモニアガスの濃度に応じた信号を出力するように構成されている。
【0127】
Ｈ２センサ４２は、たとえば、熱線型半導体式センサなどを用いて形成されており、熱処理炉２内のＨ２ガスの濃度に応じた電力を出力するように構成されている。アンモニアセンサ４１のアンモニアガス検出信号、および、Ｈ２センサ４２の水素ガス検出信号は、制御部１０Ａへ出力される。
【0128】
制御部１０Ａは、各ガス供給部３５，３６，３７のマスフローセンサ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ、および、ガスセンサ３３の少なくとも一方を用いて、熱処理炉２内の残留アンモニア濃度と、窒化ポテンシャルと、を検出するように構成されている。そして、制御部１０Ａは、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度に基づいて、熱処理炉２内への熱処理用ガス、特にアンモニアガスの供給態様を制御する。本実施形態では、制御部１０Ａは、窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度が所定の値となるように、各ガス供給部３５，３６，３７の動作を制御する。
【0129】
より具体的には、本実施形態では、制御部１０Ａは、窒化ポテンシャルに基づいて、熱処理炉２へのアンモニアガスの流量を設定するように構成されている。
【0130】
制御部１０Ａは、窒化ポテンシャル演算部１２Ａと、目標窒化ポテンシャル設定部１３Ａと、ＭＶ設定部１４Ａと、劣化診断部１１Ａと、を有している。
【0131】
窒化ポテンシャル演算部１２Ａは、各マスフローセンサ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂと、アンモニアセンサ４１と、Ｈ２センサ４２と、に接続されている。窒化ポテンシャル演算部１２Ａは、アンモニアガスの流量、窒素ガスの流量、炭酸ガスの流量、熱処理炉２内の残留アンモニア濃度、および、熱処理炉２内のＨ２濃度を用いて演算処理を行う。窒化ポテンシャル演算部１２Ａは、演算結果をＭＶ設定部１４Ａへ出力する。
【0132】
ＭＶ設定部１４Ａは、熱処理炉２への熱処理用ガスの各成分ガスの供給態様を調整するために設けられている。ＭＶ設定部１４Ａは、各制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃに接続されており、これらの制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃの開度を設定するように構成されている。
【0133】
なお、本実施形態では、マスフローセンサ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂと、アンモニアセンサ４１と、Ｈ２センサ４２と、が設けられ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く、下記（ａ）または（ｂ）の機構の少なくとも１つが設けられていればよい。
【0134】
すなわち、（ａ）熱処理炉２内の残留アンモニア濃度およびＨ２濃度を検出する機構（アンモニアセンサ４１およびＨ２センサ４２）、（ｂ）熱処理炉２内のＨ２濃度および熱処理用ガスの各成分ガスの流量を計測する機構（Ｈ２センサ４２およびマスフローセンサ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂ）の少なくとも１つが設けられていればよい。但し、上記（ｂ）の構成においては、上記のセンサから得られたデータを用いて、窒化ポテンシャル演算部１２Ａによって、残留アンモニア濃度が算出される。上記（ａ）または（ｂ）の構成と窒化ポテンシャル演算部１２Ａとの組み合わせにおいて、窒化ポテンシャル演算部１２Ａは、窒化ポテンシャルを演算可能である。
【0135】
窒化ポテンシャル演算部１２Ａは、熱処理炉２内における残留アンモニア濃度および窒化ポテンシャルを算出する。
【0136】
本実施形態では、窒化ポテンシャル演算部１２Ａは、各マスフローセンサ３５ｂ，３６ｂ，３７ｂと、アンモニアセンサ４１と、Ｈ２センサ４２のそれぞれから得られたデータを用いて、窒化ポテンシャルを演算（算出）する。窒化ポテンシャルは、以下の式（３）によって演算される。
窒化ポテンシャル＝（残留アンモニア濃度×０．０１）／｛（Ｈ２濃度×０．０１）１．５｝…（３）
窒化ポテンシャル＝（残留アンモニア濃度×０．０１）／｛（Ｈ２濃度×０．０１）１．５｝…（３）
【0137】
制御部１０Ａは、窒化ポテンシャルの予め設定された目標値としての目標窒化ポテンシャルと、残留アンモニア濃度の予め設定された目標値としての目標残留アンモニア濃度と、を数値データとして記憶している。
【0138】
そして、ＭＶ設定部１４Ａは、検出された窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度と、対応する目標窒化ポテンシャルおよび目標残留アンモニア濃度とを一致させるために、各ガス供給部３５，３６，３７からの対応するガスの流量を、個別に設定する。すなわち、ＭＶ設定部１４Ａは、検出された窒化ポテンシャルおよび残留アンモニア濃度と、対応する目標窒化ポテンシャルおよび目標残留アンモニア濃度との差分がゼロとなるように、各ガス供給部３５，３６，３７の制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃの開度を設定する。
【0139】
本変形例では、熱処理炉２は、窒化炉である。また、熱処理炉２内の窒化ポテンシャル（物理量）に作用を及ぼすための作用部は、制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃ、特に、制御弁３５ｃである。また、熱処理炉２内の窒化ポテンシャルに関連する関連物理量としてのＨ２濃度を測定する物理量センサは、Ｈ２センサ４２である。また、制御部１０Ａ（劣化診断装置２０Ａ）は、窒化ポテンシャルの目標値としての目標窒化ポテンシャルに窒化ポテンシャルが近づくよう制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃを動作させるために制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃへ弁開度指示信号ＭＶＡを出力する制御部１０Ａであって、Ｈ２センサ４２の測定結果を用いて弁開度指示信号ＭＶＡを設定する。劣化診断部１１Ａは、１回の窒化バッチ処理内での弁開度指示信号ＭＶＡの出力履歴（積算値∫ＭＶｄｔＡ）について、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔＡと、基準時点での窒化バッチ処理より後の窒化バッチ処理での診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔＡと、に基づいて、Ｈ２センサ４２の劣化度合いを診断する。
【0140】
例えば、１つのＨ２センサ４２の寿命期間のうち、Ｈ２センサ４２が新品の時点から例えば所定の前半期間と、寿命期間の後半期間では、全般的に積算値∫ＭＶｄｔＡが異なる傾向にあると考えられる。
【0141】
上記の傾向に鑑み、劣化診断部１１Ａは、例えば、前半期間のうちの特に初期期間（劣化が生じていないとみなすことが可能な期間。例えば、寿命期間のうちの１０％～２０％程度の期間。）の積算値∫ＭＶｄｔＡを、基準時点での出力履歴として設定する。この場合、劣化診断部１１Ａは、例えば、劣化診断時点から所定の直近期間（例えば、寿命期間のうちの１０％～２０％程度の期間。）の積算値∫ＭＶｄｔＡを、診断対象時点での出力履歴として設定する。
【0142】
そして、劣化診断部１１Ａは、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔＡに対して、カルマンフィルタ等の平滑化処理を行い、基準時点での積算値∫ＭＶｄｔＡのフィルタリング値ＭＶｆ１Ａを算出する。同様に、劣化診断部１１は、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔＡに対して、カルマンフィルタ等の平滑化処理を行い、診断対象時点での積算値∫ＭＶｄｔＡのフィルタリング値ＭＶｆ２Ａを算出する。なお、この場合の平滑化処理は、単純移動平均、加重移動平均等、種々の平滑化処理を例示できる。
【0143】
次いで、劣化診断部１１Ａは、フィルタリング値ＭＶｆ１Ａの積算値とフィルタリング値ＭＶｆ２Ａとの乖離が所定値以上である場合に、Ｈ２センサ４２が劣化していると判定する。この場合、劣化診断部１１Ａは、劣化警告信号を生成し、熱処理装置１Ａに備えられたモニタ（図示せず）等に出力する。これにより、オペレータは、Ｈ２センサ４２が劣化していることを確認できる。このように、劣化診断部１１Ａは、基準時点での出力履歴と、診断対象時点での出力履歴との乖離が所定値以上の場合に、Ｈ２センサ４２に劣化が生じていると診断する。
【0144】
なお、本変形例において、上記フィルタリング値ＭＶｆ１Ａ，ＭＶｆ１２Ａの乖離度合いに応じて、Ｈ２センサ４２の出力値、または、弁開度指示信号ＭＶＡを補正してもよい。また、制御弁３５ｃ，３６ｃ，３７ｃのうちの制御弁３５ｃのみについて、上記の処理が行われてもよい。
【0145】
このように、本変形例では、Ｈ２センサ４２の劣化診断を行うことができる。
【0146】
なお、本発明の実施形態および変形例について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態および変形例に限られない。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。
【0147】
上述の実施形態および変形例では、劣化診断対象としてＯ２センサおよびＨ２センサを例に説明した。しかしながら、この通りでなくてもよく、他のセンサを劣化診断対象として本発明を適用してもよい。また、上述の実施形態および変形例では、物理量としてのＣＰおよび窒化ポテンシャルに関連するＯ２およびＨ２が、Ｏ２センサ５およびＨ２センサ４２で測定される形態を例に説明した。しかしながら、物理量そのものを直接測定するセンサに本発明が適用されてもよい。
【0148】
［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７，図８に示すステップＳ１１～Ｓ１４、および、ステップＳ２１～Ｓ２７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制御部１０（劣化診断装置２０）と劣化診断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、劣化診断部１１、ＣＰ演算部１２、目標ＣＰ設定部１３、ＭＶ設定部１４、出力履歴記憶部２１、抽出部２２、回帰処理部２３、判定部２４、および、補正部２５として機能し、処理を行なう。
本実施形態におけるプログラムは、コンピュータに、図７，図８に示すステップＳ１１～Ｓ１４、および、ステップＳ２１～Ｓ２７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制御部１０（劣化診断装置２０）と劣化診断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、劣化診断部１１、ＣＰ演算部１２、目標ＣＰ設定部１３、ＭＶ設定部１４、出力履歴記憶部２１、抽出部２２、回帰処理部２３、判定部２４、および、補正部２５として機能し、処理を行なう。
【0149】
また、本変形例におけるプログラムは、コンピュータに、上述した制御部１０Ａでの動作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、本変形例における制御部１０Ａ（劣化診断装置２０Ａ）と劣化診断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、劣化診断部１１Ａ、窒化ポテンシャル演算部１２Ａ、目標窒化ポテンシャル設定部１３Ａ、および、ＭＶ設定部１４Ａとして機能し、処理を行なう。
【0150】
［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劣化診断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。
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劣化診断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。
【0151】
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。
【0152】
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憶媒体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。
【0153】
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。
【0154】
データリーダ／ライタ１１６は、ＣＰＵ１１１と記憶媒体１２０との間のデータ伝送を仲介し、記憶媒体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憶媒体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。
【0155】
また、記憶媒体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】
【0156】
本発明は、センサ劣化診断装置、熱処理装置、センサ劣化診断方法、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】
【0157】
１，１Ａ 熱処理装置
２ 熱処理炉
５ Ｏ２センサ（物理量センサ）
９ 制御弁（作用部）
１０，１０Ａ 制御部
１１，１１Ａ 劣化診断部
２０，２０Ａ 劣化診断装置
２１ 出力履歴記憶部
２２ 抽出部
２３ 回帰処理部
２４ 判定部
２５ 補正部
３５ｃ，３６ｃ，３７ｃ 制御弁（作用部）
４２ Ｈ２センサ（物理量センサ）
１００ コンピュータ
Ｂ１ エンリッチガス供給開始時点
ΔＢ 所定期間
ＣＰ カーボンポテンシャル（物理量）
Ｅ 起電力（関連物理量）
Ｆ２ 関係式 （出力履歴と物理量または関連物理量との関係）
Ｈ２濃度 関連物理量
ＭＶ，ＭＶＡ 弁開度指示信号（指示信号）
ＮＰ 窒化ポテンシャル（物理量）
Ｏ２濃度 関連物理量
∫ＭＶｄｔ，∫ＭＶｄｔＡ 弁開度指示信号の積算値（出力履歴）
２ 熱処理炉
５ Ｏ２センサ（物理量センサ）
９ 制御弁（作用部）
１０，１０Ａ 制御部
１１，１１Ａ 劣化診断部
２０，２０Ａ 劣化診断装置
２１ 出力履歴記憶部
２２ 抽出部
２３ 回帰処理部
２４ 判定部
２５ 補正部
３５ｃ，３６ｃ，３７ｃ 制御弁（作用部）
４２ Ｈ２センサ（物理量センサ）
１００ コンピュータ
Ｂ１ エンリッチガス供給開始時点
ΔＢ 所定期間
ＣＰ カーボンポテンシャル（物理量）
Ｅ 起電力（関連物理量）
Ｆ２ 関係式 （出力履歴と物理量または関連物理量との関係）
Ｈ２濃度 関連物理量
ＭＶ，ＭＶＡ 弁開度指示信号（指示信号）
ＮＰ 窒化ポテンシャル（物理量）
Ｏ２濃度 関連物理量
∫ＭＶｄｔ，∫ＭＶｄｔＡ 弁開度指示信号の積算値（出力履歴）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】