JP6162077B2 - Heat treatment furnace - Google Patents

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Description

本発明は、熱処理炉に関する。   The present invention relates to a heat treatment furnace.

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。   2. Description of the Related Art Conventionally, heat treatment furnaces for performing heat treatment of an object to be processed in a regulated furnace atmosphere are known. For example, Patent Document 1 describes that hydrogen concentration is reduced by reacting hydrogen with oxygen in the furnace by feeding hydrogen into the furnace. And, by outputting a control signal according to the deviation between the oxygen concentration in the furnace detected by the analyzer and the oxygen concentration target value to the flow rate adjustment valve that sends hydrogen into the furnace, the oxygen concentration is below the target value. Describes the feedback control.

特開２０１０−２５５０５６号公報JP 2010-255056 A

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。   However, when an operation amount such as an adjustment signal determined by feedback control is used for control of a flow rate adjustment valve or the like, extreme control such as excessive or too little hydrogen flow rate may be performed. As a result, the atmosphere in the furnace may be in an extreme state, such as the oxygen concentration in the furnace does not become sufficiently low or the hydrogen concentration becomes too high.

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。   The present invention has been made in order to solve such a problem, and has as its main object to further suppress at least one of an excessively high oxygen concentration and an excessively high hydrogen concentration in the processing space. .

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。
The present invention employs the following means in order to achieve the main object described above.
That is, the heat treatment furnace of the present invention is
A furnace body having a processing space for heat-treating an object inside;
An oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in the processing space;
A flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of hydrogen flowing into the processing space within a flow rate range from an upper limit flow rate to a lower limit flow rate, and adjusting the hydrogen flow rate so as to be an input operation flow rate;
Based on the oxygen concentration detected by the oxygen sensor and the target value of the oxygen concentration, the operation amount related to the control of the flow rate adjusting means within the operation amount range from the operation amount upper limit value to the operation amount lower limit value is controlled by feedback control. An operation amount determining means for determining;
The determined manipulated variable when the upper limit to the lower limit of the manipulated variable range corresponds to the upper limit to the lower limit of the restricted range that is a range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed from the flow rate range. Deriving means for deriving an operation flow rate that is a value within the restriction range corresponding to the following equation (1), and outputting the derived operation flow rate to the flow rate adjustment means;
MV2 = (ba) / (BA) * (MV1-A) + a (1)
(Where MV1 is the manipulated variable, MV2 is the manipulated flow rate, A is the manipulated variable lower limit value, B is the manipulated variable upper limit value, a is the lower limit value of the limit range, and b is the upper limit value of the limit range)
It is equipped with.

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。
The heat treatment furnace of the reference invention disclosed by reference in the present specification ,
A furnace body having a processing space for heat-treating an object inside;
An oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in the processing space;
A flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of hydrogen flowing into the processing space within a flow rate range from an upper limit flow rate to a lower limit flow rate, and adjusting the hydrogen flow rate so as to be an input operation flow rate;
An operation amount determining means for determining an operation amount within an operation amount range from an operation amount upper limit value to an operation amount lower limit value by feedback control based on an oxygen concentration detected by the oxygen sensor and a target value of the oxygen concentration; ,
Deriving an operation flow rate that is a value after the conversion of the determined operation amount when the operation amount range is converted into a restriction range that is a range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed from the flow rate range. Conversion means for outputting the derived operation flow rate to the flow rate adjustment means;
It is equipped with.

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。
In the heat treatment furnace of this reference invention, the operation is performed within the operation amount range from the operation amount upper limit value to the operation amount lower limit value by feedback control based on the oxygen concentration of the processing space detected by the oxygen sensor and the target value of the oxygen concentration. Determine the amount. Next, the determined operation amount when the operation amount range is converted from the flow rate range in which the flow rate adjusting means can adjust the flow rate of hydrogen to a limit range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed. The operation flow rate that is the value after conversion is derived. Then, the derived operation flow rate is output to the flow rate adjusting means. For this reason, the flow rate of hydrogen that the flow rate adjusting means flows into the processing space is a flow rate within a limited range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrower than the flow rate range. Therefore, if the restriction range is a range in which the upper limit side of the flow rate range is narrowed, it is possible to further suppress the hydrogen flow rate from becoming excessive and to further suppress the hydrogen concentration in the processing space from becoming too high. Moreover, if the restriction | limiting range is the range which narrowed the lower limit side of the flow range, it can suppress that the flow rate of hydrogen runs short, and can suppress more that the oxygen concentration of process space becomes high too much. In this way, at least one of the oxygen concentration in the processing space becoming too high and the hydrogen concentration becoming too high can be further suppressed. In this case, the restriction range may be a range in which both the upper limit side and the lower limit side are narrowed from the flow rate range.

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。   The heat treatment furnace of the present invention includes a plurality of the oxygen sensors, and the operation amount determination means determines the operation amount based on an oxygen concentration detected by one or more of the plurality of oxygen sensors and the target value. May be. In this case, the manipulated variable determining means may determine the manipulated variable based on an oxygen concentration detected by a more reliable oxygen sensor among the plurality of oxygen sensors. Further, based on the storage means for storing the oxygen concentration detected by one or more of the plurality of oxygen sensors, the oxygen concentration stored in the storage means and the current oxygen concentration detected by the plurality of oxygen sensors, Reliability determination means for determining an oxygen sensor having the highest reliability among the plurality of oxygen sensors, and the manipulated variable determination means is an oxygen determined to have the highest reliability among the plurality of oxygen sensors. The manipulated variable may be determined based on the oxygen concentration detected by the sensor and the target value.

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。   In the heat treatment furnace of the present invention having a plurality of oxygen sensors, storage means for storing oxygen concentration detected by one or more of the plurality of oxygen sensors, oxygen concentration stored in the storage means, and the plurality of oxygen sensors Failure determination means for determining the presence or absence of failure of the plurality of oxygen sensors based on the current oxygen concentration detected by. In this way, when a plurality of oxygen sensors are provided, it is possible to determine whether or not the oxygen sensor has failed based on the past oxygen concentration detected by the oxygen sensor and the current oxygen concentration. In this case, the failure determination unit is configured to detect a failure of an oxygen sensor in which a difference between an oxygen concentration stored in the storage unit and a detected current oxygen concentration exceeds a predetermined threshold among a plurality of oxygen sensors. You may determine that you are doing.

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。   In the heat treatment furnace of the present invention having a failure determination means, the failure determination means determines the presence / absence of the failure at each determination timing, and is used for the determination when it is determined that there is no failure at the determination timing. The current oxygen concentration is stored in the storage means, and at the determination timing, the oxygen concentration stored at the latest determination timing determined as having no failure and the current oxygen concentration detected by the plurality of oxygen sensors The presence or absence of the failure may be determined based on the above. In this way, the oxygen concentration when it is determined that there is no failure is stored and used for subsequent failure determination, so that the failure determination accuracy is improved. For example, when a failure is determined based on the oxygen concentration stored at a timing different from the determination timing and the current oxygen concentration, the stored oxygen concentration itself is a value detected by the oxygen sensor that has already failed, and is correctly determined. However, such a situation can be further suppressed. In this case, when it is determined that there is a failure at the determination timing, the failure determination unit may not store the current oxygen concentration used for the determination in the storage unit.

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。
In the heat treatment furnace of the present invention having a failure determination means, when the manipulated variable determination means includes an oxygen sensor determined as a failure by the failure determination means and an oxygen sensor determined as not a failure, The manipulated variable is determined based on an oxygen concentration detected by one or more of the plurality of oxygen sensors determined not to have the failure and the target value, and the derivation means includes the failure If there is an oxygen sensor determined to be a failure by the determination means and an oxygen sensor determined not to be a failure, at least one of the upper limit side and the lower limit side of the limit range is narrowed instead of the limit range. it may be derived the previous Symbol operation flow rate using a failure at the time limit ranges. In this way, when there is an oxygen sensor determined to have a failure, the adjustment of the hydrogen flow rate based on the feedback control can be continued using another oxygen sensor having no failure. In addition, the operation flow rate is derived using a failure limit range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed instead of the limit range. Therefore, when there is an oxygen sensor determined to be out of order, at least one of excessively high oxygen concentration and excessive hydrogen concentration in the processing space is further suppressed as compared with the case where the limit range is used as it is. it can.

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。
In the heat treatment furnace according to the present invention, whether the flow rate adjusting unit inputs the operation flow rate derived by the deriving unit, or whether the flow rate adjustment unit inputs a predetermined operation flow rate instead of the derived operation flow rate. There may be provided switching means for performing switching. Here, the “predetermined operation flow rate” is, for example, a fixed operation flow rate, and may be a fixed value determined in advance so that the oxygen concentration is kept near the target value. The “predetermined operation flow rate” may be a value that can be set (changed) by the user. The switching unit may perform the switching when a switching instruction from a user is input. The switching unit may determine whether to perform switching, and may perform the switching when it is determined to perform switching. For example, when it is determined that all the oxygen sensors (or only one oxygen sensor in the case where only one oxygen sensor is provided) are out of order, the predetermined flow rate is input by the flow rate adjusting unit. Switching may be performed. By doing so, it is possible to further suppress the adjustment of the hydrogen flow rate based on feedback control using the oxygen concentration detected by the failed oxygen sensor. Thereby, when all the oxygen sensors fail, it can suppress more that it will be in the state of at least one of the oxygen concentration of process space becoming high too much, and hydrogen concentration becoming high too much.

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。   The heat treatment furnace of the present invention is provided downstream of the flow rate adjusting means and upstream of the processing space, and forms a branch flow path that branches in the middle so that hydrogen flows into the processing space from a plurality of locations. You may provide the formation part. In this way, the hydrogen concentration is less likely to be uneven in the processing space than in the case where the flow path does not branch and hydrogen is allowed to flow from one place into the processing space. Therefore, it is possible to further suppress the oxygen concentration in a part of the processing space from becoming too high or the hydrogen concentration from a part of the processing space from becoming too high.

熱処理炉１０の縦断面図。1 is a longitudinal sectional view of a heat treatment furnace 10. FIG. 図１のＡ−Ａ断面図。AA sectional drawing of FIG. 故障判定ルーチンの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of a failure determination routine. 酸素濃度出力ルーチンの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of an oxygen concentration output routine. 水素主制御ルーチンの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of a hydrogen main control routine. 水素副制御ルーチンの一例を示すフローチャート。The flowchart which shows an example of a hydrogen sub-control routine.

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。   Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a heat treatment furnace 10 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. The heat treatment furnace 10 is configured as a roller hearth kiln that performs heat treatment on the workpiece 96 while conveying a setter 95 on which a plurality of workpieces 96 are placed in the processing space 11 a of the furnace body 11. The heat treatment furnace 10 includes a furnace body 11, a plurality of heaters 20 and a plurality of transport rollers 25 arranged in the furnace body 11, and a plurality (two in this embodiment) of the first and second Second oxygen sensors 28 and 29, an exhaust valve 27 connected to the furnace body 11 via the exhaust pipe 19, and a gas supply unit 30 connected to the furnace body 11 via the air supply pipe 18 are provided. . The heat treatment furnace 10 includes a control device 40, a hydrogen main control device 50, a hydrogen sub-control device 60, and an operation panel 74.

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。   The furnace body 11 is a heat insulating structure formed in a substantially rectangular parallelepiped, and includes a processing space 11a in which the object 96 is heat-treated therein, a front end face 12 (left end face in FIG. 1), and a rear end face 13 ( Openings 14 and 15 are formed on the right end surface of FIG. 1 and serve as entrances to the processing space 11a from the outside. The furnace body 11 has a length from the front end face 12 to the rear end face 13 of, for example, 2 to 15 m. An exhaust pipe 19 connected to the exhaust valve 27 and capable of exhausting the atmosphere of the processing space 11a is formed on the ceiling near the front end of the furnace body 11. An air supply pipe 18 connected to the gas supply unit 30 and capable of supplying gas to the processing space 11a is formed at the bottom near the rear end of the furnace body 11. The air supply pipe 18 is provided downstream of the gas supply unit 30 and upstream of the processing space 11a, and as shown in FIG. 2, the gas flows into the processing space 11a from a plurality of locations (four locations in the present embodiment). A flow path branched in the middle is formed. The openings 14 and 15 may be opened in a replacement chamber (not shown) having an airtight structure.

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。   The heater 20 is disposed in the processing space 11a so that the longitudinal direction thereof is along the left-right direction (left-right direction in FIG. 2) orthogonal to the transport direction, and a plurality of heaters 20 are disposed along the transport direction. The transport direction is a direction from the front to the rear, and is a direction from the left to the right in FIG. In addition, the heater 20 has a total of two rows arranged near the ceiling and bottom of the furnace body 11 so as to sandwich the plurality of transport rollers 25 from above and below. The heater 20 heats the workpiece 96 passing through the processing space 11a from above and below, and is configured as a ceramic heater such as a SiC heater, for example. Note that the heating device is not limited to the heater 20 and may be any heating device that can perform the heat treatment of the workpiece 96, such as a gas burner.

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。   The transport roller 25 is disposed in the processing space 11a so that the longitudinal direction thereof is along the left-right direction orthogonal to the transport direction, and a plurality of the transport rollers 25 are disposed from the opening 14 to the opening 15 along the transport direction. As the transport roller 25 rotates, the setter 95 on which a plurality of workpieces 96 are placed passes through the processing space 11a from the opening 14 and is transported to the opening 15. In addition, the conveyance roller 25 has penetrated the furnace body 11 in the left-right direction (left-right direction of FIG. 2) orthogonal to a conveyance direction, as shown in FIG. Both ends of the transport roller 25 penetrating the furnace body 11 are located in substantially rectangular parallelepiped covers 22 attached to the left and right sides of the furnace body 11. The cover 22 covers the end of the transport roller 25 so that both ends of the transport roller 25 are not exposed to the external space of the heat treatment furnace 10. A support roller 24 that supports the transport roller 25 from below is disposed in the cover 22. The support roller 24 is formed by, for example, arranging two rollers at positions shifted from the lower side of the transport roller 25 and back and forth (front and back in FIG. 2) from the central axis of the transport roller 25. The transport roller 25 is rotatably supported. Moreover, the some conveyance roller 25 is connected to the motor which is not shown in figure, and rotates with the driving force from this motor.

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。   The first and second oxygen sensors 28 and 29 are sensors for detecting the oxygen concentration in the processing space 11a. The first and second oxygen sensors 28 and 29 are both attached to the approximate center of the furnace body 11 in the front-rear direction, and are arranged side by side in the left-right direction. Further, the detection parts (lower ends in FIGS. 1 and 2) of the first and second oxygen sensors 28 and 29 are arranged in the vicinity of the height at which the workpiece 96 is transported without disturbing the transport of the setter 95. Although it does not specifically limit, For example, it arrange | positions so that the detection part of the 1st, 2nd oxygen sensors 28 and 29 may be located 20 mm-30 mm above the to-be-processed object 96 conveyed. Thus, the first and second oxygen sensors 28 and 29 can detect the oxygen concentration around the workpiece 96 in the processing space 11a. The first and second oxygen sensors 28 and 29 each generate a signal (for example, a voltage of 0 to 1000 mV) corresponding to the oxygen concentration in the processing space 11a, and output this signal to the control device 40 as the detected oxygen concentration.

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。   The exhaust valve 27 is a device that adjusts the flow rate of the atmospheric gas flowing from the processing space 11a through the exhaust pipe 19 by adjusting the opening of the valve. In the present embodiment, the atmospheric gas flows out from the exhaust valve 27 due to the pressure in the processing space 11a. However, an exhaust fan that sucks the atmosphere in the processing space 11a may be provided downstream of the exhaust valve 27. Good.

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。   The gas supply unit 30 is a device that adjusts the atmosphere in the processing space 11a by supplying gas into the processing space 11a, and includes a hydrogen supply source 31, a nitrogen supply source 32, a water supply source 33, a mass flow controller ( MFC) 34 to 37 and a vaporizer 38. The hydrogen supply source 31 is a device that supplies hydrogen gas to the MFC 34. The hydrogen gas supplied from the hydrogen supply source 31 is sent to the vaporizer 38 after the flow rate (mass flow rate) passing through the MFC 34 is adjusted by the MFC 34. The nitrogen supply source 32 is a device that supplies nitrogen gas to the MFCs 35 and 36. The nitrogen gas supplied from the nitrogen supply source 32 is sent to the vaporizer 38 after the flow rates (mass flow rate) passing through the MFCs 35 and 36 are adjusted by the MFCs 35 and 36, respectively. The hydrogen that has passed through the MFC 34 and the nitrogen that has passed through the MFC 35 are mixed in advance in a pipe and then sent into the vaporizer 38. The water supply source 33 is a device that supplies water to the MFC 37. The water supplied from the water supply source 33 is sent to the vaporizer 38 after the flow rate (mass flow rate) passing through the MFC 37 is adjusted by the MFC 37. The water that has passed through the MFC 37 is pushed out by the nitrogen that has passed through the MFC 36, is made into a mist state at the entrance of the vaporizer 38, and is sent into the vaporizer 38. The MFCs 34 to 37 can both measure the mass flow rate of the fluid passing through the MFCs 34 and 37 and adjust the mass flow rate. In addition, each of the MFCs 34 to 37 can adjust the mass flow rate of the fluid passing through itself within a flow rate range from a predetermined upper limit flow rate to a lower limit flow rate. The vaporizer 38 includes a heater (not shown), and is a device that heats and vaporizes mist-like water flowing from the MFC 37 side by this heater (for example, 500 ° C. or the like). Further, as described above, the vaporizer 38 is also supplied with hydrogen from the MFC 34 and nitrogen from the MFCs 35 and 36. Therefore, hydrogen, nitrogen, and vaporized water are mixed in the vaporizer 38 to become a mixed gas, and this mixed gas flows into the processing space 11a through the air supply pipe 18. By carrying out like this, compared with the case where hydrogen, nitrogen, and water are separately supplied to the processing space 11a, it is suppressed that each of these density | concentrations in the processing space 11a becomes partially high.

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。   Each of the control device 40, the hydrogen main control device 50, and the hydrogen sub-control device 60 is configured as a microprocessor centered on a CPU (not shown), and stores a ROM storing a startup program and the like, and a processing program and various data. A possible flash memory and a RAM for temporarily storing data. The control device 40 is a device that controls the entire heat treatment furnace 10. The control device 40 includes a control unit 41 that controls the entire heat treatment furnace 10 and a storage unit 46 as functional blocks. The control unit 41 includes a failure determination unit 42 and an oxygen concentration output unit 44. The control unit 41 exchanges various control signals and data with the hydrogen sub-control device 60 and inputs oxygen concentrations (signals) detected by the first and second oxygen sensors 28 and 29. The control unit 41 outputs control signals to the heater 20, the motor (not shown) of the transport roller 25, and the MFC 35 to MFC 37, and the temperature of the heater 20, the rotation speed of the transport roller 25, and the fluid that passes through the MFC 35 to MFC 37. To control the mass flow rate. Further, the control unit 41 inputs the mass flow rate of the fluid measured by the MFCs 34 to 37. The failure determination unit 42 has a function of determining whether or not there is a failure in the first and second oxygen sensors 28 and 29 based on the oxygen concentrations detected by the first and second oxygen sensors 28 and 29. The oxygen concentration output unit 44 determines the most reliable oxygen sensor among the first and second oxygen sensors 28 and 29 and outputs the oxygen concentration detected by the determined oxygen sensor to the hydrogen main controller 50. Have The storage unit 46 has a function of storing the oxygen concentration detected by the first and second oxygen sensors 28 and 29.

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。
The hydrogen main control device 50 and the hydrogen sub-control device 60 are devices that control the MFC 34 and adjust the mass flow rate of hydrogen passing through the MFC 34. The hydrogen main control device 50 includes an operation amount determination unit 52, a derivation unit 54, and a storage unit 56 as functional blocks. The operation amount determination unit 52 has a function of determining the operation amount MV1 related to the control of the MFC 34 by feedback control based on the oxygen concentration in the processing space 11a input from the control device 40 and the target value Ct of the oxygen concentration. The deriving unit 54 has a function of deriving the operation flow rate MV2 based on the operation amount MV1 and outputting the derived operation flow rate MV2 to the MFC 34 via the hydrogen sub-control device 60. The storage unit 56 has a function of storing various parameters used by the operation amount determination unit 52 and the derivation unit 54. The hydrogen sub-control device 60 includes a switching unit 62 and a storage unit 64 as functional blocks. The switching unit 62 has a function of switching which one of the operation flow rate MV2 input from the hydrogen main controller 50 and the flow rate setting value MV3 (predetermined operation flow rate) stored in the storage unit 64 is output to the MFC 34. . The storage unit 64 has a function of storing various parameters such as the flow rate setting value MV3.

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。   The operation panel 74 includes a display unit and an operation unit configured to include the display unit. The display unit is configured as a touch panel type liquid crystal display, and displays a selection / setting button for selecting menus and items, a numeric button for inputting various numerical values, a start button for starting heat treatment, and the like for touch operation. An operation signal based on the reception and touch operation is transmitted to the control device 40. Further, when a display command is received from the control device 40, an image, characters, numerical values, etc. based on the display command are displayed on the display unit.

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。   The workpiece 96 is subjected to a heat treatment such as firing by heat from the heater 20 when passing through the furnace body 11. Although not particularly limited, in this embodiment, the workpiece 96 is a laminate in which a ceramic dielectric and an electrode are laminated (dimensions are within 1 mm in length and width, for example), and MLCC (laminated ceramics) after firing. Capacitor) chip.

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。   Next, how the heat treatment of the workpiece 96 is performed using the heat treatment furnace 10 thus configured will be described. First, when the user inputs a processing start instruction or the like via the operation panel 74, the control device 40 operates a motor (not shown) to rotationally drive the plurality of transport rollers 25, and energizes the heater 20 to turn on the heater 20. Causes fever. In this embodiment, the rotation speed of the transport roller 25 is determined in advance based on the time required for the heat treatment. The output of the heater 20 is determined in advance based on the temperature (for example, around 1000 ° C.) at the time of heat treatment of the workpiece 96 in the processing space 11a. Subsequently, a plurality of setters 95 on which a plurality of objects to be processed 96 are placed are prepared and sequentially placed on the transport roller 25 at the end on the opening 14 side. The setters 95 may be placed in a plurality of rows in a direction perpendicular to the transport direction (the left-right direction in FIG. 2). The setter 95 placed on the transport roller 25 is carried into the furnace body 11 by the rotation of the plurality of transport rollers 25 and is sequentially transported in the transport direction. Then, the setter 95 passes through the processing space 11a and is carried out from the opening 15 side. As described above, in the heat treatment furnace 10, the heat treatment is performed by the heater 20 while sequentially transporting the workpiece 96 in the processing space 11 a by rotating the transport roller 25.

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。   And while conveying the to-be-processed object 96, ie, performing heat processing, the said mixed gas (hydrogen, nitrogen, water) is supplied from the gas supply part 30, and the atmosphere of the process space 11a is a predetermined state. To keep on. Although not particularly limited, for example, an inert gas (nitrogen in this embodiment) atmosphere having a dew point of + 30 ° C. to + 60 ° C. and an oxygen concentration of 1 ppm is maintained. In the present embodiment, the amounts of nitrogen gas and water supplied from the gas supply unit 30 to the processing space 11a are set in advance. Therefore, the control device 40 outputs a predetermined operation flow rate (fixed value) to the MFC 35 to MFC 37, and the MFC 35 to 37 to which the operation flow rate is input adjusts so that the mass flow rate of the fluid passing through the MFC 35 to MFC 37 becomes this operation flow rate. It was supposed to be. The operation flow rates of the MFCs 35 to 37 are determined, for example, by experiments so that the above atmosphere can be maintained in advance, and are stored in the storage unit 46 or the like. On the other hand, the amount of hydrogen supplied from the gas supply unit 30 to the processing space 11a is usually the first and second oxygen so that the oxygen concentration in the processing space 11a becomes the target value Ct (1 ppm in the present embodiment). Adjustment is performed by performing feedback control based on the oxygen concentration detected by the sensors 28 and 29. This will be described later. Further, the atmosphere of the processing space 11a is exhausted from the exhaust valve 27. The opening degree of the exhaust valve 27 is determined in advance so that the pressure in the processing space 11a is maintained in a desired state.

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。   Hereinafter, the operation of the heat treatment furnace 10 when adjusting the flow rate of hydrogen will be described. First, the operation of the control device 40 will be described. FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a failure determination routine executed by the failure determination unit 42 of the control device 40. FIG. 4 is a flowchart showing an example of an oxygen concentration output routine executed by the oxygen concentration output unit 44.

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。   First, the failure determination routine of FIG. 3 will be described. This routine is stored in the storage unit 46 of the control device 40, for example, and when the control device 40 inputs an operation signal indicating that the user has input a processing start instruction via the operation panel 74, the failure determination unit. 42 is repeatedly executed every predetermined determination timing (for example, every several seconds).

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。   When this failure determination routine is started, the failure determination unit 42 first acquires the first current concentration Cn1 that is the oxygen concentration of the current processing space 11a detected by the first oxygen sensor 28 (step S100). Then, a difference ΔCs1 that is an absolute value of the difference between the first current density Cn1 and the first reference density Cs1 is derived, and it is determined whether or not the derived value is equal to or less than the threshold value Cref11 (step S110). Here, the first reference concentration Cs1 is a value serving as a reference for determining whether or not the first oxygen sensor 28 has failed. In the present embodiment, the value of the oxygen concentration detected by the first oxygen sensor 28 when the oxygen concentration of the first oxygen sensor 28 first becomes equal to or less than the target value Ct after the heat treatment furnace 10 starts the current heat treatment is determined. The first reference concentration Cs1 is stored in the storage unit 46. Note that the value of the oxygen concentration of the first oxygen sensor 28 when it first reaches a value within a predetermined range that can be considered to have reached the vicinity of the target value Ct may be used as the first reference concentration Cs1. Further, the threshold value Cref11 is a predetermined threshold value that can be considered that the first oxygen sensor 28 has failed because the deviation from the first reference concentration Cs1 is large. This threshold value Cref11 is determined by experiment as a value larger than the variation range of the oxygen concentration that can normally occur when feedback control described later is performed, for example. If the difference ΔCs1 exceeds the threshold value Cref11, it is determined that the first oxygen sensor 28 has failed (step S120). On the other hand, if the difference ΔCs1 is equal to or smaller than the threshold value Cref11, the process proceeds to the next step S130. In step S110, even when the oxygen concentration of the first oxygen sensor 28 has never become equal to or less than the target value Ct and the first reference concentration Cs1 has not yet been stored in the storage unit 46, the process proceeds to the next step S130. move on.

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。   In subsequent step S130, the failure determination unit 42 derives a difference ΔCp1 that is an absolute value of a difference between the first current concentration Cn1 and the first past concentration Cp1, and determines whether or not the derived value is equal to or less than a threshold value Cref12. (Step S130). Here, the first past concentration Cp1 is a value stored in the storage unit 46 in step S150, which will be described later, and is the oxygen concentration of the first oxygen sensor 28 stored at the latest determination timing when it is determined that there is no failure. . The threshold value Cref12 is a predetermined threshold value that can be considered that the first oxygen sensor 28 is out of order because the deviation from the first past concentration Cp1 is large. If the difference ΔCp1 exceeds the threshold Cref12, it is determined that the first oxygen sensor 28 is malfunctioning (step S120). If the difference ΔCp1 is equal to or less than the threshold Cref12, it is determined that the first oxygen sensor 28 is normal. (Step S140). Even when the first past concentration Cp1 is not yet stored in the storage unit 46 (for example, when the failure determination routine is first performed after the start of the current heat treatment), the process proceeds to step S140 and the first oxygen sensor 28 is reached. Is determined to be normal. Moreover, although different threshold values Cref11 and Cref12 are used in step S110 and step S130, the same threshold value may be used.

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。   If it is determined in step S140 that it is normal, the failure determination unit 42 stores the value of the first current concentration Cn1 acquired in step S100 this time in the storage unit 46 as the first past concentration Cp1 (step S150). Thereby, in the next step S130, the first past concentration Cp1 stored this time is used. As described above, the first current concentration Cn1 when the steps S110 and S130 are determined not to be a failure is stored as the first past concentration Cp1, and used for the failure determination at the next step S130. .

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。   After step S150 or step S120, the failure determination unit 42 performs the same process as steps S100 to S150 for the second oxygen sensor 29, and determines the presence or absence of a failure (steps S200 to 250). That is, the second current density Cn2 is acquired (step S200), and the difference ΔCs2 that is the absolute value of the difference between the second current density Cn2 and the second reference density Cs2 is compared with the threshold value Cref21 (step S210). The difference ΔCp2 that is an absolute value of the difference between the current concentration Cn2 and the second past concentration Cp2 is compared with the threshold value Cref22 (step S230), and the second oxygen sensor 29 has failed (step S220) or is normal. It is determined whether there is (step S240). If it is determined in step S240 that it is normal, the failure determination unit 42 stores the value of the second current concentration Cn2 acquired in step S200 this time in the storage unit 46 as the second past concentration Cp2 (step S250). The threshold value Cref21 may be the same value as the threshold value Cref11. The threshold value Cref22 may be the same value as the threshold value Cref12. Further, the threshold value Cref21 and the threshold value Cref11 are set to different values, or the threshold value Cref22 and the threshold value Cref12 are set to different values according to individual differences between the first oxygen sensor 28 and the second oxygen sensor 29, the difference in sensor type, and the like. Or you may.

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。   Then, after step S250 or step S220, the failure determination unit 42 outputs the determination result of the presence or absence of failure of the first and second oxygen sensors 28 and 29 to the hydrogen main controller 50 (step S260), and this routine is executed. finish. When the failure determination unit 42 determines that at least one of the first and second oxygen sensors 28 and 29 has a failure, the control unit 41 outputs a display command and displays the display command on the operation panel 74. This is displayed or an alarm is output to notify the user of the failure of the oxygen sensor.

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。   Next, the oxygen concentration output routine of FIG. 4 will be described. This routine is stored in the storage unit 46 of the control device 40, for example, and is executed by the oxygen concentration output unit 44 every time the failure determination routine ends. When this oxygen concentration output routine is started, the oxygen concentration output unit 44 first checks whether any of the first and second oxygen sensors 28 and 29 is determined to be failed in the failure determination routine (step S300). ). When one of the first and second oxygen sensors 28 and 29 is determined to be faulty, the current oxygen concentration of a normal oxygen sensor that is not determined to be faulty is output to the hydrogen main controller 50. (Step S310), this routine is finished. For example, when the first oxygen sensor 28 fails and the second oxygen sensor 29 is normal, the second current concentration Cn2 acquired in the immediately preceding failure determination routine is output to the hydrogen main controller 50. As a result, the current oxygen concentration detected by the non-failed one of the first and second oxygen sensors 28, 29, that is, the oxygen sensor having higher reliability, is output to the hydrogen main controller 50.

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。

On the other hand, when both the first and second oxygen sensors 28 and 29 are determined to be faulty in step S3 0 0 or when both are determined to be normal, whether or not the difference ΔCp1 is equal to or less than the difference ΔCp2 or not. Is determined (step S320). When the difference ΔCp1 is equal to or less than the difference ΔCp2, the first current concentration Cn1 acquired in the immediately preceding failure determination routine is output to the hydrogen main controller 50 (step S330), and this routine is terminated. On the other hand, when the difference ΔCp1 exceeds the difference ΔCp2, the second current concentration Cn2 acquired in the immediately preceding failure determination routine is output to the hydrogen main controller 50 (step S340), and this routine is terminated. That is, in steps S320 to S340, between the first and second oxygen sensors 28 and 29, the difference ΔCp1 and the difference ΔCp2 are compared, and the oxygen sensor having the smaller value (= the one with less fluctuation in oxygen concentration) is compared. Therefore, the present oxygen concentration detected by the oxygen sensor having higher reliability is output to the hydrogen main controller 50.

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。
By performing the failure determination routine and the oxygen concentration output routine as described above, whether or not there is a failure in the first and second oxygen sensors 28 and 29 and the current process detected by one of the first oxygen sensors 28 and 29. The oxygen concentration in the space 11 a is output to the hydrogen main controller 50. Then, the process which the hydrogen main control apparatus 50 performs is demonstrated. FIG. 5 is a flowchart showing an example of a hydrogen main control routine performed by the hydrogen main control apparatus 50. This routine is stored in, for example, the storage unit 56 of the hydrogen main control device 50, and is executed by the operation amount determination unit 52 and the derivation unit 54 when the hydrogen main control device 50 inputs the results of the above-described failure determination routine and oxygen concentration output routine. Is done.

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。   When this hydrogen main control routine is started, the operation amount determination unit 52 first acquires the current oxygen concentration of the processing space 11a (step S400). This is performed by acquiring the value output from the control device 40 in any of steps S310, S330, and S340 of the oxygen concentration output routine of FIG. Subsequently, based on the current oxygen concentration acquired in step S400 and the target value Ct of the oxygen concentration in the processing space 11a, the manipulated variable MV1 is determined by feedback control (step S410). The target value Ct is predetermined and stored in the storage unit 56, and is 1 ppm as described above in the present embodiment. It should be noted that parameters used for feedback control are also stored in the storage unit 56 in advance. In the feedback control in step S410, for example, the manipulated variable MV1 is determined by PID control so that the difference between the target value Ct and the current oxygen concentration acquired in step S400 becomes zero. The manipulated variable MV1 is a value related to the mass flow rate of hydrogen passing through the MFC 34, and is determined within a range (operating range) of the manipulated variable lower limit value 0% to the manipulated variable upper limit value 100%. In step S410, not only PID control but also other feedback control such as PI control may be employed.

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。
Next, the deriving unit 54 checks whether or not there is a failure in at least one of the first and second oxygen sensors 28 and 29 (step S420). This is performed by acquiring the determination result output from the control device 40 in step S260 of the failure determination routine of FIG. If there is no failure in both the first and second oxygen sensors 28 and 29, the derivation unit 54 operates within the limit range that is the range in which the upper limit side and the lower limit side are narrowed from the flow rate range of the MFC 34. The operation flow rate MV2 is derived as a value after conversion of the operation amount MV1 when the range is converted (step S430). In other words, in step S430, the derivation unit 54 operates the operation amount range as a value within the limit range corresponding to the operation amount MV1 when the upper limit to the lower limit of the operation amount range are associated with the upper limit to the lower limit of the limit range. The flow rate MV2 is derived. Here, when the lower limit value of the manipulated variable is value A, the upper limit value is value B, the lower limit value of the limit range is value a, and the upper limit value is value b, MV2 is derived from the following equation (1). did. Note that the equation (1) and the values A, B, a, and b are stored in the storage unit 56, for example.

ＭＶ２＝（ｂ−ａ）／（Ｂ−Ａ）×（ＭＶ１−Ａ）＋ａ （１）
MV2 = (b−a) / ( BA) × ( MV1− A) + a (1)

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。
In this embodiment, the flow rate range of the MFC 34 is a range from the lower limit flow rate 0 cc / min to the upper limit flow rate 1000 cc / min. In the present embodiment, the limited range is in the range of 100 cc / min to 300 cc / min. That is, the upper limit side of the operation flow rate was narrowed to 300 cc / min, which is smaller than 1000 cc / min, and the lower limit side was narrowed from 0 cc / min to 100 cc / min. Therefore, for example, when the manipulated variable MV1 derived in step S410 is 50%, MV2 = 200 cc / min {= (300-100) / (100-0) × ( 50 −0) +100}.

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。
On the other hand, when there is a failure in at least one of the first and second oxygen sensors 28 and 29 in step S420, the derivation unit 54 uses the failure time limit range as a value after conversion of the operation amount MV1. The operation flow rate MV2 is derived (step S440). In other words, in step S440, the derivation unit 54 is within the failure time limit range corresponding to the operation amount MV1 when the upper limit to the lower limit of the operation amount range corresponds to the upper limit to the lower limit of the failure time limit range. The operation flow rate MV2 is derived as a value. Here, the failure limit range is obtained by narrowing at least one of the upper limit side and the lower limit side in the limit range used in step S430. In the present embodiment, the range of 150 cc / min to 250 cc / min in which both the upper limit side and the lower limit side of the limit range (100 cc / min to 300 cc / min) are narrowed is set as the failure limit range. The operation flow rate MV2 in step S440 can be derived by substituting the lower limit value and the upper limit value of the failure limit range in place of the lower limit value a and the upper limit value b of the limit range in the above-described equation (1). .

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。
When the operation flow rate MV2 is derived in step S430 or step S440, the deriving unit 54 outputs the derived operation flow rate MV2 to the hydrogen sub-control device 60 (step S450).
), This routine is terminated.

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。   Then, the process which the hydrogen sub-control apparatus 60 performs is demonstrated. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a hydrogen sub-control routine performed by the hydrogen sub-control device 60. This routine is stored in, for example, the storage unit 64 of the hydrogen sub-control device 60, and is repeatedly executed when the control device 40 notifies that the user has input a processing start instruction via the operation panel 74. When the hydrogen sub-control routine is started, the switching unit 62 first checks whether the current control mode is set to the oxygen concentration control mode or the set value control mode (step S500). Here, the hydrogen sub-control device 60 performs feedback control based on the oxygen concentration detected by the first and second oxygen sensors 28 and 29 to control the mass flow rate of the MFC 34, and the detected oxygen concentration. Regardless, any one of the set value control modes for controlling the mass flow rate of the MFC 34 can be switched based on a constant value (flow rate set value MV3). In the present embodiment, the switching mode can be changed by an instruction from the user via the operation panel 74. Further, the switching unit 62 inputs information related to the presence or absence of failure of the first and second oxygen sensors 28, 29 from the control device 40 (the determination result output in step S260), for example, at the same timing as the determination timing. Based on the information, it is determined whether or not both the first and second oxygen sensors 28 and 29 are out of order. When it is determined that both are malfunctioning and the current control mode is the oxygen concentration control mode, the mode is switched to the set value control mode. Further, it is assumed that a value indicating whether the current control mode is the oxygen concentration control mode or the set value control mode is stored in the storage unit 64, for example. The determination in step S500 is performed by examining this value.

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。   When the oxygen concentration control mode is set in step S500, the switching unit 62 inputs the operation flow MV2 output from the hydrogen main controller 50, and outputs the input operation flow MV2 to the MFC 34 (step S510). This routine is terminated. On the other hand, when the set value control mode is set in step S500, the switching unit 62 outputs the flow rate set value MV3 stored in the storage unit 64 to the MFC 34 (step S520), and ends this routine. The MFC 34 adjusts the mass flow rate of hydrogen so that the mass flow rate of hydrogen passing through the MFC 34 matches the operation flow rate input in step S510 or S520. Thus, in the oxygen concentration control mode, the hydrogen mass flow rate of the MFC 34 is controlled to be the operation flow rate MV2 based on feedback control, and in the set value control mode, the hydrogen mass flow rate of the MFC 34 is a constant value (flow rate setting). The value is controlled to be MV3). Then, according to the amount of hydrogen passing through the MFC 34, oxygen in the processing space 11a reacts to reduce the oxygen concentration.

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。
Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. The heat treatment furnace 10 of the present embodiment corresponds to the heat treatment furnace of the present invention, the workpiece 96 corresponds to the object, the processing space 11a corresponds to the processing space, the furnace body 11 corresponds to the furnace body, and the first The second oxygen sensors 28 and 29 correspond to oxygen sensors, the MFC 34 corresponds to flow rate adjustment means, the operation amount determination unit 52 corresponds to operation amount determination means, and the derivation unit 54 corresponds to derivation means. The storage unit 46 corresponds to a storage unit, the failure determination unit 42 corresponds to a failure determination unit, the switching unit 62 corresponds to a switching unit, and the air supply pipe 18 corresponds to a branch path forming unit. The oxygen concentration output unit 44 corresponds to reliability determination means.

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。
In the heat treatment furnace 10 of the present embodiment described above, the operation amount upper limit is controlled by feedback control based on the oxygen concentration of the processing space 11a detected by the first and second oxygen sensors 28 and 29 and the target value Ct of the oxygen concentration. The operation amount MV1 is determined within the operation amount range from the value to the operation amount lower limit value. Next, conversion of the determined manipulated variable MV1 when the manipulated variable range is converted from a flow rate range in which the MFC 34 can adjust the flow rate of hydrogen to a restricted range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed. The operation flow rate MV2 which is a later value is derived. That is, the operation flow rate MV2 is derived as a value within the limit range corresponding to the operation amount MV1 when the upper limit to the lower limit of the operation range is associated with the upper limit to the lower limit of the limit range. Then, the derived operation flow rate MV2 is output to the MFC 34. For this reason, the mass flow rate of hydrogen that the MFC 34 flows into the processing space 11a is a flow rate within a limit range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrower than the flow rate range of the MFC 34. Therefore, if the restriction range is a range in which the upper limit side of the flow rate range is narrowed, it is possible to further suppress the hydrogen flow rate from becoming excessive and to further suppress the hydrogen concentration in the processing space 11a from becoming too high. Moreover, if the restriction | limiting range is the range which narrowed the lower limit side of the flow range, it can suppress more that the flow rate of hydrogen is insufficient, and can suppress that the oxygen concentration of the process space 11a becomes high too much. Thus, at least one of the oxygen concentration in the processing space 11a becoming too high and the hydrogen concentration becoming too high can be further suppressed. For example, if the operation amount MV1 is not converted ( ie, the operation flow rate MV2 is not derived) and is output to the MFC 34 as it is, the MFC 34 will be in the range of 0 cc / min (= 0%) to 1000 cc / min (= 100%). The mass flow rate will be changed. On the other hand, in this embodiment, since the operation flow rate MV2 derived based on the operation amount MV1 is output to the MFC 34, the mass flow rate of hydrogen changes only between 100 cc / min and 300 cc / min. Therefore, it is possible to suppress the extreme control that the mass flow rate of hydrogen becomes too small or too large, and to further suppress the oxygen concentration in the processing space 11a from becoming too high and the hydrogen concentration from becoming too high. Further, by performing the conversion from manipulated variables MV1 to the operation flow amount MV2 (derivation of the operation flow MV2 based on the operation amount MV1), simply as compared with the case of setting the upper and lower limits of manipulated variables MV1, feedback control of precision The decrease can be further suppressed. For example, when the operation amount MV1 is limited to 80% or less instead of being converted (derivation of the operation flow rate MV2) , the mass flow rate of hydrogen in the MFC 34 is the same value within the range of 80% to 100% ( (The value when the operation amount MV1 is 80%). In such control, since there is no difference in control between 80% and 100%, the accuracy of adjustment of oxygen concentration by feedback control tends to be lowered. On the other hand, in the present embodiment, the operation flow rate MV2 as a value corresponding to the operation amount MV1 when the operation amount range of 0% to 100% of the operation amount MV1 is made to correspond to the value from the lower limit to the upper limit of the limit range. since the derived manipulated variable MV1 operation flow MV2 also changed after derivation according to the change amount when changing between 0% and 100%. Therefore, the accuracy of adjusting the oxygen concentration by feedback control is unlikely to decrease.

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。   The heat treatment furnace 10 includes a plurality of oxygen sensors (first and second oxygen sensors 28 and 29), and the operation amount determination unit 52 detects the oxygen concentration detected by any one of the plurality of oxygen sensors and the target value. The operation amount MV1 is determined based on Ct. At this time, what is used for deriving the manipulated variable MV1 is the oxygen concentration output in any of steps S310, S330, and S340, and the oxygen concentration output unit 44 is reliable among the first and second oxygen sensors 28 and 29. This is the current oxygen concentration detected by the oxygen sensor that has been determined to have high performance. Therefore, compared with the case where the operation amount MV1 is determined using the oxygen concentration detected by the low-reliability oxygen sensor, at least one of the oxygen concentration in the processing space 11a being too high and the hydrogen concentration being too high. Can be further suppressed.

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。   Further, in the heat treatment furnace 10, the oxygen concentration detected by the storage unit 46 by the first and second oxygen sensors 28 and 29 (first reference concentration Cs1, second reference concentration Cs2, first past concentration Cp1, second past concentration Cp2). ), And based on the stored oxygen concentration and the current oxygen concentration (first current concentration Cn1, second current concentration Cn2) detected by the first and second oxygen sensors 28, 29, The failure determination unit 42 determines whether or not the first and second oxygen sensors 28 and 29 have failed. Therefore, when a plurality of oxygen sensors are provided, the failure of the first and second oxygen sensors 28 and 29 based on the past oxygen concentration detected by the first and second oxygen sensors 28 and 29 and the current oxygen concentration. The presence or absence of can be determined. In addition, since the determination using the first reference concentration Cs1 and the determination using the first past concentration Cp1 are performed, the accuracy of the failure determination is increased. For example, when the failure gradually progresses and the correct oxygen concentration in the processing space 11a deviates from the detected oxygen concentration, the failure may not be detected by the determination using the first past concentration Cp1, Even in such a case, it is easy to detect a failure by performing the determination using the first reference concentration Cs1.

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。   Furthermore, the failure determination unit 42 determines whether or not there is a failure at each determination timing. If it is determined that there is no failure at the determination timing, the first current concentration Cn1 and the second current concentration Cn2 used for the determination are determined as the first. The past density Cp1 and the second past density Cp2 are stored in the storage unit 46. Then, at the determination timing, the first past concentration Cp1 and the second past concentration Cp2 stored at the latest determination timing at which it is determined that there is no failure, and the first current concentration Cn1 and the second current concentration Cn2 detected this time are stored. Based on this, the presence or absence of a failure is determined. Therefore, since the first current density Cn1 and the second current density Cn2 determined when there is no failure are stored and used as the first past density Cp1 and the second past density Cp2 when the failure is determined later, The accuracy of determination is improved.

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。
Then, when there is an oxygen sensor determined to be a failure by the failure determination unit 42 and an oxygen sensor determined not to be a failure, the operation amount determination unit 52 includes the first and second oxygen sensors 28 and 29. The manipulated variable MV1 is determined based on the oxygen concentration detected by the oxygen sensor determined not to have a failure and the target value Ct. Further, when there is an oxygen sensor determined to be a failure by the failure determination unit 42 and an oxygen sensor determined not to be a failure, the derivation unit 54 replaces the limit range with the upper limit side and the lower limit of the limit range. deriving the operation flow MV2 using narrow the failure time limits at least one of the side. Therefore, when there is an oxygen sensor determined to be out of order, adjustment of the hydrogen flow rate based on feedback control can be continued using another oxygen sensor that does not have a outage. In addition, the operation flow rate is derived using a failure limit range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed instead of the limit range. Therefore, when there is an oxygen sensor determined to be out of order, at least one of excessively high oxygen concentration and excessive hydrogen concentration in the processing space is further suppressed as compared with the case where the limit range is used as it is. it can.

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。
In addition, the heat treatment furnace 10 is in the oxygen concentration control mode in which the operation flow rate MV2 derived by the deriving unit 54 is input to the MFC 34, or the flow rate setting value MV3 which is a predetermined operation flow rate instead of the derived operation flow rate MV2 is MFC34. Is provided with a switching unit 62 for switching between the set value control mode and the set value control mode. Then, when it is determined that both the first and second oxygen sensors 28 and 29 are out of order, switching to the set value control mode is performed so that the MFC 34 inputs the flow rate set value MV3. Therefore, it is possible to further suppress the adjustment of the hydrogen flow rate based on feedback control using the oxygen concentration detected by the failed oxygen sensor. Thereby, when all the oxygen sensors fail, it can suppress more that it will be in the state of at least one of the oxygen concentration of the process space 11a becoming too high and the hydrogen concentration becoming too high.

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。   Further, the heat treatment furnace 10 includes an air supply pipe 18 that is provided downstream of the MFC 34 and upstream of the processing space 11a and forms a flow path branched in the middle so that hydrogen flows into the processing space 11a from a plurality of locations. ing. Thereby, compared with the case where hydrogen flows into the processing space 11a from one place without branching the flow path, unevenness in the hydrogen concentration is less likely to occur in the processing space 11a. Therefore, it is possible to further suppress the oxygen concentration in a part of the processing space 11a from becoming too high or the hydrogen concentration in a part of the processing space 11a from becoming too high. In the present embodiment, since the supply pipe 18 is provided at the bottom of the furnace body 11 and the exhaust valve 27 is provided at the ceiling of the furnace body 11, the hydrogen flowing into the processing space 11 a through the supply pipe 18 is setter. A flow toward the ceiling portion of the furnace body 11 is generated so as to wrap around 95 from the left and right, and hydrogen easily spreads over the entire processing space 11a. This also makes it difficult for unevenness in hydrogen concentration to occur in the processing space 11a.

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。    It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

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。
For example, in the above-described embodiment, the number of oxygen sensors is two, but may be one, or may be three or more. In the case of three or more, failure may be determined by performing the same processing as steps S100 to S150 of the failure determination routine of FIG. 3 for each oxygen sensor. Further, in step S310 of the oxygen concentration output routine of FIG. 4, any current oxygen concentration of oxygen sensors that have not failed may be output to the hydrogen main controller 50. When there are two or more normal oxygen sensors, the difference ΔCp is compared in the same manner as in step S320, and the current oxygen concentration detected by the oxygen sensor with the smallest difference ΔCp is output to the hydrogen main controller 50. Good. Further, when there are three or more oxygen sensors, in step S420 of the hydrogen control routine of FIG. 5, the process of step S440 may be performed when one of the oxygen sensors has failed, or the normal oxygen sensor When the number is 1 or less, the process of step S440 may be performed. That may derive the operation flow amount MV2 with the restriction range performs steps S430 without a failure time limit range when the number of normal oxygen sensor is 2 or more.

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。
In the embodiment described above, the switching unit 62 is set to the set value control mode when it is determined that both the first and second oxygen sensors 28 and 29 are out of order. However, the present invention is not limited to this. For example, even if both the first and second oxygen sensors 28 and 29 are out of order, the oxygen concentration control mode may be maintained until an instruction from the user is input. Even in this case, step S440 is performed in the hydrogen control routine of FIG. 5 to derive the operation flow rate MV2 using the failure limit range, so that the oxygen concentration in the processing space 11a becomes too high and the hydrogen concentration becomes high. At least one of being too much can be further suppressed. Alternatively, the switching unit 62 may not include the set value control mode, and the derivation unit 54 may output the operation flow rate MV2 to the MFC 34 without using the hydrogen sub-control device 60.

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。   In the embodiment described above, the failure determination of the first oxygen sensor 28 is performed by both the determination using the first reference concentration Cs1 and the determination using the first past concentration Cp1, but either one is omitted. Also good. Further, the failure determination need not be performed. The same applies to the second oxygen sensor 29.

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。   In the embodiment described above, the restriction range is a range in which the upper limit side and the lower limit side are narrowed from the flow rate range, but it is sufficient that at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed. Moreover, although the upper limit side and the lower limit side of the limit range are narrowed in the limit range at the time of failure, it is sufficient that at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed.

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。   In the above-described embodiment, the control device 40, the hydrogen main control device 50, and the hydrogen sub-control device 60 are separate devices, but two or more of them may be one device, or each of these devices. The functional block may be divided into another device. Or it is good also as another apparatus having each functional block of each of these apparatuses. For example, the hydrogen main controller 50 may include the oxygen concentration output unit 44.

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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Heat treatment furnace, 11 Furnace body, 11a Processing space, 12 Front end surface, 13 Rear end surface, 14,15 Opening, 18 Supply pipe, 19 Exhaust pipe, 20 Heater, 22 Cover, 24 Support roller, 25 Conveyance roller, 27 Exhaust valve 28, 29 First and second oxygen sensors, 30 Gas supply unit, 31 Hydrogen supply source, 32 Nitrogen supply source, 33 Water supply source, 34-37 Mass flow controller (MFC), 38 Vaporizer, 40 Control device, 41 Control unit, 42 Failure determination unit, 44 Oxygen concentration output unit, 46 Storage unit, 50 Hydrogen main control device, 52 Operation amount determination unit, 54 Derivation unit, 56 Storage unit, 60 Hydrogen sub-control device 62 Switching unit, 64 Storage unit , 74 Operation panel, 95 setter, 96 Work piece.

Claims (7)

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。 A furnace body having a processing space for heat-treating an object inside;
An oxygen sensor for detecting the oxygen concentration in the processing space;
A flow rate adjusting means capable of adjusting a flow rate of hydrogen flowing into the processing space within a flow rate range from an upper limit flow rate to a lower limit flow rate, and adjusting the hydrogen flow rate so as to be an input operation flow rate;
Based on the oxygen concentration detected by the oxygen sensor and the target value of the oxygen concentration, the operation amount related to the control of the flow rate adjusting means within the operation amount range from the operation amount upper limit value to the operation amount lower limit value is controlled by feedback control. An operation amount determining means for determining;
The determined manipulated variable when the upper limit to the lower limit of the manipulated variable range corresponds to the upper limit to the lower limit of the restricted range that is a range in which at least one of the upper limit side and the lower limit side is narrowed from the flow rate range. Deriving means for deriving an operation flow rate that is a value within the restriction range corresponding to the following equation (1), and outputting the derived operation flow rate to the flow rate adjustment means;
MV2 = (ba) / (BA) * (MV1-A) + a (1)
(Where MV1 is the manipulated variable, MV2 is the manipulated flow rate, A is the manipulated variable lower limit value, B is the manipulated variable upper limit value, a is the lower limit value of the limit range, and b is the upper limit value of the limit range)
Heat treatment furnace equipped with. 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。 The heat treatment furnace according to claim 1,
A plurality of oxygen sensors;
The manipulated variable determining means determines the manipulated variable based on an oxygen concentration detected by one or more of the plurality of oxygen sensors and the target value.
Heat treatment furnace. 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。 A heat treatment furnace according to claim 2,
Storage means for storing an oxygen concentration detected by one or more of the plurality of oxygen sensors;
Failure determination means for determining the presence or absence of failure of the plurality of oxygen sensors based on the oxygen concentration stored in the storage means and the current oxygen concentration detected by the plurality of oxygen sensors;
Heat treatment furnace equipped with. 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。 A heat treatment furnace according to claim 3,
The failure determination means determines the presence or absence of the failure at each determination timing, and if it is determined that there is no failure at the determination timing, stores the current oxygen concentration used for the determination in the storage means, At the determination timing, the presence / absence of the failure is determined based on the oxygen concentration stored at the latest determination timing at which it is determined that there is no failure and the current oxygen concentration detected by the plurality of oxygen sensors.
Heat treatment furnace. 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。 The manipulated variable determining means determines that there is no failure among the plurality of oxygen sensors when there is an oxygen sensor determined to be failed by the failure determining means and an oxygen sensor determined not to be failed. Determining the manipulated variable based on the oxygen concentration detected by one or more of the oxygen sensors and the target value;
In the case where there is an oxygen sensor determined to be a failure by the failure determination unit and an oxygen sensor determined not to be a failure, the deriving unit replaces the limit range with an upper limit side and a lower limit in the limit range. deriving a pre Symbol operation flow using narrow the failure time limits at least one of the side,
The heat treatment furnace according to claim 3 or 4. 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。 It is a heat treatment furnace given in any 1 paragraph of Claims 1-5,
Whether the operation flow derived by the deriving means is input to said flow rate adjusting means, whether a predetermined operation flow instead of the operation flow issued conductor are input to the flow rate adjusting means, for switching Switching means,
Heat treatment furnace equipped with. 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。 The heat treatment furnace according to any one of claims 1 to 6,
A branched flow path forming section that is provided downstream of the flow rate adjusting means and upstream of the processing space, and forms a flow path branched in the middle so that hydrogen flows into the processing space from a plurality of locations;
Heat treatment furnace equipped with.
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