JP2582415B2 - 熱処理炉の温度制御方法 - Google Patents

熱処理炉の温度制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、熱処理炉の温度制御方法に関する。
〔従来の技術〕
鋼,合金,軽合金等から成る製品の焼き入れ,焼きな
ましや、プラスチック製品及び各種複合材の接着乃至成
形を行う熱処理炉は、炉内に収容された製品を所定の処
理温度で熱処理するため、炉内の雰囲気を所定のヒート
パターンに従って加熱するようにしている(特開昭59−
100227,特開昭62−14937公報参照)。
例えば、製品を所定の昇温目標値Sまで昇温させた
後、その温度で一定時間維持する均熱処理を行うような
場合、従来の熱処理炉では、第3図にグラフで示すよう
に、熱処理する製品の温度処理条件に合わせて炉内の雰
囲気温度と時間の関係をヒートパターンPoとして予め設
定し、当該ヒートパターンPoの昇温勾配に沿って炉内の
雰囲気温度toを上昇させるように温度制御している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この場合には、炉内の雰囲気温度toが所定の
ヒートパターンPoに沿って製品の処理温度となる昇温目
標値Sに達しても、製品の表面温度tWは未だ昇温目標値
Sに達しておらず、雰囲気温度toよりも暫く遅れて昇温
目標値Sに達することとなるから、製品の昇温時間が長
くなるという問題があった。
特に、処理温度条件が同じ製品であっても、その形状
や重量の違いにより昇温率が異なるから、大型のものほ
ど所定の処理温度に達するまでの昇温時間が長くなって
製品品質の低下を招く。
なお、製品の形状や重量の違いに応じて各製品ごとに
炉内のヒートパターンPoを違えることもできるが、この
場合には、何度も加熱試験を繰り返して昇温率の異なる
個々の製品ごとに炉内のヒートパターンを設定しなけれ
ばならないという面倒があった。
そこで、本発明は、熱処理する温度条件が同じ製品で
あれば、その形状や重量に違いにかかわらず、これらを
同じヒートパターンに従って昇温目標値まで設定された
時間通りに昇温することができると共に、製品が昇温目
標値まで加熱された後にさらに昇温目標値を上回って過
熱されることがなく、製品の表面温度がオーバーシュー
トするのを確実に防止できるようにすることを技術的課
題としている。
〔課題を解決するための手段〕
この課題を解決するために、本発明は、少なくとも製
品を昇温目標値まで昇温する工程を含む熱処理を行うと
きの当該製品の表面温度と時間の関係をヒートパターン
として予め設定しておき、まず、熱処理炉内で加熱され
る前記製品の表面温度を計測して、その表面温度が前記
ヒートパターンの昇温勾配に沿って上昇するように炉内
雰囲気温度を上昇させていき,次いで、当該雰囲気温度
が上昇して製品の昇温目標値に達した時点で、この雰囲
気温度を前記ヒートパターンに沿わせるように制御する
ことを特徴とする。
〔作用〕
本発明は、従来方法のように炉内の雰囲気温度と時間
の関係をヒートパターンとして設定するのではなく、熱
処理される製品の表面温度と時間の関係をヒートパター
ンとして設定しておき、雰囲気温度が表面温度の昇温目
標値に達するまでは、製品の表面温度がヒートパターン
の昇温勾配に沿って上昇していくので、同じ温度条件で
熱処理する製品については、その形状や重量の違いに拘
らず、その表面温度が何れも同じヒートパターンに沿っ
て昇温される。
つまり、同じヒートパターンで熱処理されるものであ
れば、昇温時間に長短の差を生ずることなく同一条件で
熱処理することができ、製品形状や重量ごとにヒートパ
ターンを設定する必要もない。
また、雰囲気温度が表面温度の昇温目標値に達した時
点で、雰囲気温度が前記ヒートパターンに沿って推移す
るように制御されるので、雰囲気温度より遅れて昇温さ
れる製品の表面温度が昇温目標温度に達した時点では、
雰囲気温度は既にヒートパターンに沿って推移してお
り、したがって、当該製品の表面温度もヒートパターン
に沿って推移し、表面温度が昇温目標値を超えてさらに
上昇してオーバーシュートするおそれはない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明
する。
第1図は本発明による熱処理炉の温度制御方法を示す
グラフ、第2図はその温度制御機構を示すフローシート
である。
第2図においては、耐圧密閉容器から成る熱処理炉1
内に、炉内の雰囲気を加熱/冷却する加熱器2及び冷却
器3と、炉内の気体を循環させる循環ファン4が設けら
れたオートクレーブを示し、加熱器2は、電源5から供
給する通電量を変えて加熱温度を調節する電熱ヒータが
用いられ、冷却器3は、流量調整弁6を介装した給水管
7から供給される冷却水の流量を変えて冷却温度を調節
するエロフィンチューブが用いられている。
また、熱処理炉1内には、その炉内の雰囲気温度to
計測する温度検出器8と、炉内に収容された製品Wの表
面温度tWを何点か計測する温度検出器9a〜9cが設けられ
ている。
温度検出器8及び9a〜9cは、夫々が検出した温度を熱
起電力に変換して検出温度に応じたアナログ電圧を出力
し、これらアナログ電圧が夫々のA−Dコンバータ10で
A−D変換されて、何ビットかのディジタル値に変換し
た状態でマイクロコンピュータを用いた温度制御装置11
に入力される。
この温度制御装置11は、第1図のグラフに示すよう
に、製品Wを昇温目標値Sまで昇温させた後、昇温目標
値Sに維持して均熱処理し、最後に冷却処理するときの
当該製品Wの表面温度tWと時間の関係を表すヒートパタ
ーンPWが予めプログラムされており、温度検出器9a〜9c
の出力から読み取った製品Wの表面温度tWのうちで最も
高い温度を選択して、当該温度がヒートパターンPWの昇
温勾配に沿って上昇するように熱処理炉1内の雰囲気to
を上昇させる制御信号CHを、加熱器2に接続された電源
5と、冷却器3に接続された給水管7に介装されている
から流量調整弁6に対して出力する。
これにより、電源5から加熱器2に供給される通電量
が徐々に増大されると共に、給水管7を通じて冷却器3
に供給される冷却水の流量が調節されて、熱処理炉1内
の雰囲気が、製品Wの最も高い表面温度tWをヒートパタ
ーンPWの昇温勾配に沿って上昇させるように加熱され
る。
そして、温度検出器8で計測している熱処理炉1内の
雰囲気温度toが、製品Wの処理温度となる昇温目標値S
に達すると、今度は制御装置11から雰囲気温度toを製品
のヒートパターンPWに沿わせる制御信号CLが出力され、
加熱器2への通電が一旦停止されると同時に冷却器3に
供給される冷却水の流量が最大限に増大されて、雰囲気
温度toの上昇が即座に抑えられ、以後は加熱器2に供給
される通電量と、冷却器3に供給される冷却水の流量が
相対的に増減されて雰囲気温度toが製品Wの処理温度に
維持される。
このようにすれば、同じ条件で熱処理する製品Wにつ
いて形状や重量の違いによる昇温率の違いがあっても、
各製品Wは同じヒートパターンPWに沿って昇温されるか
ら、昇温に要する時間は大型の製品でも小型の製品と同
じになり、昇温時間の短縮によって製品品質が向上す
る。
しかも、熱処理条件が同じ製品Wであれば、その昇温
率が違っていても、個々に異なるヒートパターンを設定
する必要はなく、一種類のヒートパターンPWで足りる。
また、仮に、熱処理炉内の雰囲気温度toを、製品Wの
表面温度tWが昇温目標値Sに達するまで上昇させ続けた
とすれば、当該製品Wの表面温度tWが昇温目標値Sに達
した時に、熱処理炉1内の雰囲気温度toが、第1図二点
鎖線で示すように昇温目標値Sを大きく上回ることとな
り、この時点から雰囲気温度toをヒートパターンPWに沿
わせるように制御しても、既に昇温目標値Sに達してい
る製品Wの表面温度tWが当該目標値Sを超えてオーバー
シュートするおそれがある。
これに対して、本発明によれば、製品Wの表面温度tW
が昇温目標値Sに達する前に、これよりも一歩先に昇温
目標値Sに達した熱処理炉1内の雰囲気温度toを製品W
のヒートパターンPWに沿わせるように制御するから、製
品Wの表面温度tWがオーバーシュートするおそれはな
い。
特に、実施例のように、製品Wの表面温度tWを1点に
限らず何点か計測して、そのうち最も高い表面温度に合
わせて熱処理炉1内の雰囲気温度toを上昇させれば、よ
り確実にオーバーシュートを防止できる。
なお、所定の処理温度で一定時間均熱された製品Wを
降温させる時には、当該製品Wの表面温度tWがヒートパ
ターンPWの冷却勾配に沿って下降するように熱処理炉1
内の雰囲気温度toを下げて行き、製品Wの形状や重量の
違いによる降温率の違いにかかわりなく、降温時間を一
定に短縮することができる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明によれば、炉内の雰囲気温
度が製品の昇温目標値に達するまでは製品の表面温度を
予め設定したヒートパターンに沿って上昇させるように
成されているので、製品形状や重量の違いにより昇温率
の違いがあっても、予め設定された時間で昇温目標値ま
で昇温することができ、また、炉内の雰囲気温度が製品
の昇温目標値に達した後は当該雰囲気温度を前記ヒート
パターンに沿わせるようにしているので、雰囲気温度よ
り遅れて昇温される製品の表面温度が昇温目標値に達し
た時点では、雰囲気温度は既にヒートパターンに沿って
推移しており、したがって、当該製品の表面温度もヒー
トパターンに沿って推移し、表面温度が昇温目標値を超
えてオーバーシュートすることもなく、ヒートパターン
に従い等しい条件で熱処理することができるという大変
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による熱処理炉の温度制御方法を示すグ
ラフ、第2図はその温度制御機構を示すフローシート、
第3図は従来の温度制御方法を示すグラフである。 符号の説明 1……熱処理炉、2……加熱器、3……冷却器、8……
温度検出器、9a〜9c……温度検出器、11……温度制御装
置、W……製品、PW……製品のヒートパターン、tW……
製品の表面温度、to……熱処理炉内の雰囲気温度、S…
…昇温目標値。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも製品(W)を昇温目標値(S)
    まで昇温する工程を含む熱処理を行うときの当該製品
    (W)の表面温度と時間の関係をヒートパターン(PW
    として予め設定しておき、 まず、熱処理炉(1)内で加熱される前記製品(W)の
    表面温度(tW)を計測して、その表面温度(tW)が前記
    ヒートパターン(PW)の昇温勾配に沿って上昇するよう
    に炉内雰囲気温度(to)を上昇させていき, 次いで、当該雰囲気温度(to)が上昇して製品(W)の
    昇温目標値(S)に達した時点で、この雰囲気温度
    (to)を前記ヒートパターン(PW)に沿わせるように制
    御することを特徴とする熱処理炉の温度制御方法。
  2. 【請求項2】前記製品(W)の表面温度(tW)を複数個
    所で計測して、そのうち最も高い表面温度が前記ヒート
    パターン(PW)の昇温勾配に沿って昇温されるように炉
    内雰囲気温度(to)を上昇させる請求項1記載の熱処理
    炉の温度制御方法。
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