JP5951438B2 - 熱処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は、熱処理装置に関する。
基板を加熱処理するための、基板加熱処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の基板加熱処理装置は、基板を収容可能な処理チャンバを備えている。処理チャンバ内には、ホットプレートが配置されている。ホットプレートは、基板を加熱するために設けられている。ホットプレートの側方には、熱電変換モジュールが配置されている。熱電変換モジュールは、ホットプレートからの熱エネルギーを電力に変換する。この電力は、電力供給源に与えられる。電力供給源からの電力は、基板加熱処理装置の各部の駆動に利用される。上記の構成により、ホットプレートの熱エネルギーの有効利用が意図されている。
特開２０００−６８１８３号公報（［００２６］，[００３２]）
ところで、熱処理装置は、基板等の被処理物を電熱ヒータで加熱するために、大きな電力を必要とする。このため、熱処理装置は、通常、電力会社から提供される電源である外部電源を用いて、必要な電力を確保している。特許文献１に記載の構成では、熱電変換モジュールから供給される電力は、基板処理装置の各部を駆動するための電力供給源へ与えられており、外部電源からの電力と区別無く使用される。このように、特許文献１に記載の構成は、熱電変換モジュールからの電力と、外部電源からの電力と、を使い分ける構成となっていない。
本発明は、上記事情に鑑みることにより、熱処理装置において、省エネルギー化を実現でき、且つ、電力を供給する態様を、より多様化できるようにすることを、目的とする。
（１）上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる熱処理装置は、熱処理炉と、変換部材と、制御装置と、切替部と、を備える。前記熱処理炉は、被処理物を熱処理するために設けられている。前記変換部材は、前記熱処理炉からの熱のエネルギーを電力に変換する。前記制御装置は、前記熱処理炉を制御するために設けられている。前記切替部は、外部電源からの電力と、前記変換部材からの電力とを、択一的に前記制御装置へ供給するために設けられている。また、前記切替部は、前記熱処理炉の温度が所定のしきい値未満である場合、前記外部電源からの電力を前記制御装置へ供給するように構成され、且つ、前記熱処理炉の温度が前記しきい値以上である場合、前記変換部材からの電力を前記制御装置へ供給するように構成されている。
この構成によると、変換部材は、熱処理炉の熱エネルギーを電力に変換できる。切替部は、この電力を、制御装置へ供給することができる。これにより、熱処理炉で発生する熱エネルギーの有効利用を通じて、省エネルギー化を実現できる。また、切替部は、必要に応じて、外部電源からの電力と、前記変換部材からの電力とを、択一的に制御装置へ供給できる。これにより、熱処理装置の制御装置へ電力を供給する態様を、多様化できる。しかも、制御装置に必要な電力は、熱処理炉の加熱に必要な熱エネルギーと比べて格段に小さい。よって、発電量が比較的小さい電源としての変換部材であっても、制御装置の電源として用いられることは、十分に可能である。
したがって、本発明によると、熱処理装置において、省エネルギー化を実現でき、且つ、電力を供給する態様を、より多様化できる。
また、この構成によると、制御装置の動作に必要な電力の供給を滞らせることなく、省エネルギー化を実現できる。具体的には、例えば、停止状態にある常温の熱処理炉の起動開始時には、変換部材からの電力は、小さく、制御装置を動作させるのに十分ではない。この場合、切替部は、外部電源からの電力を、制御装置へ供給する。一方、例えば、熱処理炉が被処理物を熱処理可能な程度に、熱処理炉の温度が十分に高い場合、変換部材からの電力は、大きく、制御装置を動作させるのに十分である。この場合、切替部は、変換部材からの電力を、制御装置へ供給する。この場合、制御装置は、外部電源からの電力を消費せずに済む。
（２）好ましくは、前記切替部は、前記外部電源に異常が生じている場合には、前記変換部材からの電力を、前記制御装置へ供給可能である。
この構成によると、外部電源に停電等の異常が生じている場合でも、変換部材を、非常用電源（無停電電源）として用いることで、制御装置へ電力を供給することができる。よって、外部電源に異常が生じている場合でも、制御装置に、必要な動作を行わせることができる。即ち、外部電源の異常に伴って、制御装置の動作が突然遮断されることを抑制できる。これにより、制御装置、及び熱処理炉に異常が生じることを抑制できる。尚、外部電源の異常等によって、熱処理炉の加熱動作が停止した場合でも、熱処理炉の熱容量は通常大きいので、熱処理炉の温度は、長期間に亘って維持される。よって、被処理物の熱処理中に外部電源に異常時が生じても、変換部材によって十分な電力を発生できる時間は、長い。よって、外部電源に異常が生じた場合でも、長時間に亘って、制御装置を動作し続けることができる。これにより、制御装置の停止に必要なバックアップ作業等、熱処理装置の停止に必要な作業を行うことができる。また、非常用電源として、バッテリ等の蓄電池を用いる必要がないか、又は、蓄電池の使用量を、少なくできる。このため、蓄電池の定期的な交換作業が不要か、又は蓄電池の交換量が少なくて済む。よって、制御装置のメンテナンスにかかる手間を少なくできる。その上、蓄電池の削減を通じて、地球環境保全にも貢献できる。
（３）好ましくは、前記熱処理装置は、前記制御装置によって制御される補助機器を更に備える。前記補助機器は、前記変換部材からの電力によって動作可能である。
この構成によると、熱処理炉に付随して設置される補助機器であれば、動作に必要な電力は、比較的小さくて済む。よって、補助機器に必要な電力を、変換部材によって、十分に供給することができる。
（４）好ましくは、前記変換部材は、前記熱処理炉に設けられた排気路、及び前記熱処理炉の壁部の少なくとも一方に取り付けられている。
この構成によると、熱処理炉からの熱を、変換部材へ、より確実に伝達することができる。
本発明によると、熱処理装置において、省エネルギー化を実現でき、且つ、電力を供給する態様を、より多様化できる。
本発明の実施形態に係る熱処理装置の構成を示す模式図である。 熱処理装置における電力供給制御の動作の一例を説明するためのフローチャートである。 本発明の変形例の主要部を示す模式図である。 本発明の別の変形例の主要部を示す模式図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。尚、本発明は、被処理物を熱処理するための熱処理装置として、広く適用することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置１の構成を示す模式図である。図１を参照して、熱処理装置１は、被処理物１００に熱処理を施すための装置である。この熱処理として、浸炭処理、拡散処理、アニール処理、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）処理等を例示することができる。
熱処理装置１は、熱処理炉２と、熱電変換部材３と、制御装置４と、切替部５と、第１コンバータ６と、第２コンバータ７と、補助機器ユニット８と、を備えている。
熱処理炉２は、被処理物１００を収容した状態で、この被処理物１００を熱処理するように構成されている。
熱処理炉２は、炉本体１１と、ドア１２と、ヒータ１３と、排気路１４と、を有している。
炉本体１１は、被処理物１００を収容するために設けられている。炉本体１１は、例えば、金属によって形成されている。炉本体１１は、例えば、中空の箱形形状に形成されており、被処理物１００を収容するための収容空間１６を有している。炉本体１１は、複数の壁部１７を有しており、これらの壁部１７によって、収容空間１６が形成されている。各壁部１７の厚みは、十分に大きな値に設定されている。これにより、炉本体１１の熱容量は、十分に大きく設定されている。
また、炉本体１１の一側部には、ドア１２が取り付けられている。ドア１２は、ヒンジ部材１８を介して炉本体１１に連結されており、炉本体１１に対して開閉可能である。このドア１２が開かれることによって、収容空間１６を、炉本体１１の外部の空間に開放することができる。被処理物１００は、ドア１２が開かれた状態で、炉本体１１の外部の空間から、収容空間１６へ搬入される。また、被処理物１００は、ドア１２が開かれた状態で、収容空間１６から搬出される。また、このドア１２が閉じられることによって、収容空間１６を、炉本体１１の外部の空間から遮断することができる。尚、炉本体１１は、図示しない吸気管に接続されている。被処理物１００の熱処理に必要な気体が、この吸気管を介して収容空間１６内に供給される。被処理物１００は、ドア１２が閉じられた状態で、熱処理される。炉本体１１は、ヒータ１３によって加熱される。
ヒータ１３は、例えば、電熱ヒータであり、大電力で動作される強電機器である。ヒータ１３は、加熱部１９を有している。加熱部１９は、例えば、炉本体１１の収容空間１６内に配置されている。加熱部１９は、電力を供給されることにより、発熱する。加熱部１９の熱は、炉本体１１、収容空間１６、及び被処理物１００に伝わる。これにより、炉本体１１、収容空間１６の気体、及び被処理物１００は、所定の熱処理温度まで加熱される。この場合の熱処理温度は、例えば、数百℃〜千℃程度の範囲内である。ヒータ１３は、図示しない電源回路を有している。この電源回路は、外部電源２０に接続されている。この電源回路は、外部電源２０からの電力を、加熱部１９の動作に適した電圧及び電流に調整した上で、加熱部１９へ出力する。
外部電源２０は、例えば、商用電源であり、電力会社によって提供される電源である。外部電源２０の電圧は、例えば、数百ボルトである。本実施形態では、外部電源２０は、交流電源である。上記の構成を有するヒータ１３によって加熱された、収容空間１６内の気体は、被処理物１００の熱処理後に、排気路１４へ排出される。
排気路１４は、収容空間１６内の気体を、炉本体１１の外部へ排出するために設けられている。排気路１４は、金属等の耐熱材料によって形成されている。排気路１４は、管状に形成されている。本実施形態では、排気路１４は、Ｌ字状に形成されている。排気路１４の途中部は、屈曲した形状を有している。排気路１４の一端は、炉本体１１の壁部１７を貫通しており、収容空間１６に連続している。排気路１４の他端は、炉本体１１の外部の空間に連続している。
排気路１４には、弁２１が取り付けられている。弁２１は、補助機器ユニット８の一部を構成している。この弁２１は、例えば、電磁弁であり、制御装置４から電力を供給され、且つ、制御装置４によって開閉制御される。弁２１は、熱処理装置１の停止時等には、閉じられている。一方、この弁２１は、被処理物１００の動作時に、開かれる。弁２１は、例えば、被処理物１００が熱処理されている最中に開かれる。弁２１は、被処理物１００が熱処理されている最中は閉じられ、被処理物１００の熱処理が完了した後に開かれてもよい。収容空間１６内において、ヒータ１３で加熱された高温の気体は、弁２１が開くことにより、排気路１４を通過して、炉本体１１の外部の空間に排出される。被処理物１００の熱処理の最中に、弁２１が開かれている場合、高温の排気ガスは、熱処理の間、常時、排気路１４に流れる。これにより、排気路１４の熱容量に拘わらず、熱電変換部材３に、十分な熱量を与えることができる。尚、被処理物１００の熱処理の最中に弁２１が開かれる場合、熱処理の間、常時、図示しない吸気管から、気体が供給される。
また、排気路１４は、炉本体１１に接続されている。このため、ヒータ１３からの熱は、炉本体１１を介して、排気路１４に伝わる。これにより、炉本体１１に熱が蓄積されている間、排気路１４は、この熱を受けて温度低下を抑制される。また、排気路１４の熱容量は、炉本体１１の熱容量よりも小さい。このため、炉本体１１から排気路１４に熱が伝わっている状態において、炉本体１１の温度低下量は、十分に小さい。この排気路１４は、熱電変換部材３を保持している。
熱電変換部材３は、熱処理炉２の熱エネルギーを、電力（電気エネルギー）に変換するために設けられている。熱処理装置１の電源として、本実施形態では、この熱電変換部材３と、外部電源２０と、が用いられる。外部電源２０は、熱処理炉２（ヒータ１３）及び制御装置４の双方へ電力を供給可能な電源として用いられる。一方、熱電変換部材３は、制御装置４へは電力を供給するけれども、熱処理炉２へは電力を供給しない電源として用いられる。
熱電変換部材３は、ゼーベック効果（Seebeck effect）を利用した熱電変換素子であり、ペルチェ素子を、複数有している。より具体的には、熱電変換部材３は、ｐ型半導体と、ｎ型半導体とを組み合わせて形成されている。熱電変換部材３は、表面３ａ及び裏面３ｂを有している。熱電変換部材３は、表面３ａと裏面３ｂとの間に温度差が生じることで、電力を発生するように構成されている。熱電変換部材３で発生する電圧は、例えば、数ボルトである。
熱電変換部材３の大きさは、熱電変換部材３に求められる電力量等に応じて、適宜設定される。また、熱電変換部材３の形状は、特に限定されない。熱電変換部材３は、熱処理炉２の炉本体１１からの熱を受け得るように配置されている。
本実施形態では、熱電変換部材３は、全体として、Ｌ字状に形成されており、排気路１４の外表面１４ａの形状に沿った形状を有している。より具体的には、熱電変換部材３の表面３ａは、第１部分３ｃと、第２部分３ｄと、を有している。第１部分３ｃ及び第２部分３ｄは、平面状に形成されている。第１部分３ｃと、第２部分３ｄは、直交するように延びている。これらの第１部分３ｃ及び第２部分３ｄは、それぞれ、排気路１４の外表面１４ａと面接触している。本実施形態では、熱電変換部材３の表面３ａは、排気路１４の外表面１４ａに固定されている。これにより、排気路１４の熱は、効率よく、熱電変換部材３の表面３ａに伝わる。
熱電変換部材３の裏面３ｂは、排気路１４から遠ざかる方向を向いている。この裏面３ｂは、第１部分３ｅと、第２部分３ｆと、を有している。第１部分３ｅは、表面３ａの第１部分３ｃと平行に延びている。第２部分３ｆは、表面３ａの第２部分３ｄと平行に延びている。上記の構成を有する裏面３ｂには、放熱部材２２が取り付けられている。
放熱部材２２は、熱電変換部材３の裏面３ｂからの放熱を促進するために設けられている。これにより、熱電変換部材３における表面３ａと裏面３ｂとの温度差を、より大きくできる。その結果、熱電変換部材３で発生する電力を、より大きくできる。放熱部材２２は、例えば、アルミ合金、銅合金等の熱伝導性に優れた材料を用いて形成されている。放熱部材２２は、熱電変換部材３の裏面３ｂの第１部分３ｅ及び第２部分３ｆに固定されている。熱電変換部材３で発生した電力は、制御装置４へ出力されることが可能である。
制御装置４は、熱処理炉２を制御するために設けられている。本実施形態では、制御装置４は、弱電機器としての制御回路である。より具体的には、制御装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）を含むハードウェアを有している。また、制御装置４は、ＲＯＭに記憶されたソフトウェアを有している。制御装置４は、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵが読み出し、このプログラムを実行することによって、動作する。なお、制御装置４は、このように、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよいし、ハードウェアによって実現されてもよい。
制御装置４の動作電圧は、例えば、数十ボルトである。制御装置４は、熱処理炉２等と電気的に接続されている。より具体的には、制御装置４は、熱処理炉２のヒータ１３、及び補助機器ユニット８に接続されており、これらヒータ１３及び補助機器ユニット８等を制御する。制御装置４は、補助機器ユニット８の後述する計測装置２４の計測結果等に基づいて、熱処理炉２を制御する。
補助機器ユニット８は、熱処理炉２に付随して設置された複数の補助機器を有している。これらの補助機器は、制御装置４に接続されており、制御装置４から電力を供給されることで動作し、且つ、制御装置４によって制御される。
補助機器ユニット８は、補助機器として、前述の弁２１と、ロック機構２３と、計測装置２４と、表示装置２５と、を含んでいる。
ロック機構２３は、ドア１２をロックするために設けられている。ロック機構２３は、例えば、電磁ソレノイドを有している。この電磁ソレノイドのロッドが、炉本体１１及びドア１２を連結することで、炉本体１１に対するドア１２の開動作を、規制する。また、このロッドによる炉本体１１とドア１２との連結を解除することで、ドア１２のロックが解除される。ロック機構２３は、制御装置４の制御によって、上記のロック、及びロックの解除を行う。
計測装置２４は、熱処理炉２の動作状態を計測するために設けられている。計測装置２４は、熱処理炉２に取り付けられている。計測装置２４は、例えば、デジタル式の温度センサであり、電力を用いて動作するように構成されている。計測装置２４は、熱処理炉２の収容空間１６等の温度を計測する。計測装置２４は、制御装置４からの電力によって動作し、計測結果を、制御装置４へ出力する。制御装置４は、この計測結果に基づいて、ヒータ１３を動作するタイミング、及び排気路１４の弁２１の開閉タイミング等を制御する。
表示装置２５は、例えば、液晶ディスプレイである。表示装置２５は、制御装置４から与えられる表示用データを読み込み、この表示用データで特定される画像を表示するように構成されている。これにより、表示装置２５は、熱処理炉２内の温度、外部電源２０の異常の有無等を、表示する。また、表示装置２５を制御する制御装置４は、切替部５にも接続されており、切替部５から電力を受けるとともに、切替部５の動作を制御する。
切替部５は、外部電源２０からの電力と、熱電変換部材３からの電力とを、択一的に制御装置４へ供給するために設けられている。換言すれば、切替部５は、制御装置４に供給される給電経路を切り替えることが可能に構成されている。
切替部５は、例えば、リレースイッチである。尚、切替部５は、半導体素子を用いて形成されたＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等であってもよい。切替部５は、第１導電部材２６に接続されている。第１導電部材２６は、例えば電線であり、プラグ２７，２８等を介して、外部電源２０に接続されている。また、切替部５は、第２導電部材２９に接続されている。第２導電部材２９は、例えば電線であり、熱電変換部材３に接続されている。また、切替部５は、第３導電部材３０を介して、制御装置４に接続されている。第３導電部材３０は、例えば基板に形成された導体パターンである。
切替部５は、制御装置４の制御によって、第１導電部材２６と、第３導電部材３０とを接続可能に構成されている。この接続動作により、これら第１導電部材２６及び第３導電部材３０を含む第１給電経路３１が実現される。尚、図１では、第１給電経路３１が形成されている状態を示している。また、切替部５は、制御装置４の制御によって、第２導電部材２９と、第３導電部材３０とを接続可能に構成されている。この接続動作により、これら第２導電部材２９及び第３導電部材３０を含む第２給電経路３２が実現される。第１導電部材２６の途中部には、第１コンバータ６が設けられている。また、第２導電部材２９の途中部には、第２コンバータ７が設けられている。
第１コンバータ６は、外部電源２０からの電力を、制御装置４の動作に適した電流及び電圧に変換して出力するように構成されている。本実施形態では、第１コンバータ６は、ＡＣ／ＤＣコンバータである。第１コンバータ６は、外部電源２０からの交流電力を、直流電力に変換した後、切替部５及び制御装置４へ出力する。第１コンバータ６は、制御装置４に接続されている。第１コンバータ６は、外部電源２０に異常が生じているか否かを特定する情報を、制御装置４へ出力する。これにより、制御装置４は、外部電源２０に停電等の異常が生じているか否かを、特定可能である。
第２コンバータ７は、熱電変換部材３からの電力を、制御装置４の動作に適した電流及び電圧に変換して出力するように構成されている。本実施形態では、第２コンバータ７は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。第２コンバータ７は、熱電変換部材３からの直流電力を、電圧調整した後、この電力を、切替部５へ出力する。第２コンバータ７は、熱電変換部材３からの電流を安定化させる機能も有している。したがって、熱電変換部材３からの電流が不安定な場合であっても、この第２コンバータ７によって、制御装置４の駆動に適した、安定した電力を、制御装置４へ供給できる。
上記の構成により、被処理物１００を熱処理する際、制御装置４は、まず、外部電源２０からの電力がヒータ１３に供給されるように、ヒータ１３を制御する。これにより、炉本体１１、及び炉本体１１内の被処理物１００は、加熱される。制御装置４は、計測装置２４によって計測された温度が、所定の熱処理温度になるように、ヒータ１３の動作を制御する。制御装置４は、被処理物１００の熱処理が完了した後に、ヒータ１３を停止させる。
また、制御装置４は、後述するように、炉本体１１の温度Ｔに応じて、第１給電経路３１と第２給電経路３２とを切り替える。また、制御装置４は、外部電源２０に停電等の異常が生じた場合でも、動作を継続可能である。以下、熱処理装置１における電力供給制御の動作の一例を説明する。
図２は、熱処理装置１における電力供給制御の動作の一例を説明するためのフローチャートである。図１及び図２を参照して、制御装置４は、炉本体１１の温度Ｔが、所定のしきい値Ｔ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ１）。この場合、制御装置４は、計測装置２４によって計測された温度を、炉本体１１の温度Ｔとして用いる。
例えば、熱処理装置１の熱処理炉２が、常温の停止状態から起動し始めた時点では、ヒータ１３及び炉本体１１の温度Ｔは、常温であり、しきい値Ｔ１未満である（ステップＳ１でＹＥＳ）。この場合、制御装置４は、外部電源２０と接続されるように、切替部５を制御する（ステップＳ２）。これにより、外部電源２０からの電力は、第１給電経路３１を介して、制御装置４へ供給される。
即ち、外部電源２０からの電力は、第１導電部材２６、第１コンバータ６、切替部５、及び第３導電部材３０を介して、制御装置４へ供給される。これにより、制御装置４は、外部電源２０からの電力によって動作できる。制御装置４は、炉本体１１の温度Ｔがしきい値Ｔ１以上になるまで、外部電源２０に接続されている状態を維持する（ステップＳ１，Ｓ２）。
一方、ヒータ１３が発熱を開始してから所定時間が経過すると、炉本体１１の温度Ｔは、しきい値Ｔ１以上となる（ステップＳ１でＮＯ）。この場合、制御装置４は、熱電変換部材３と接続されるように、切替部５を制御する（ステップＳ３）。これにより、熱電交換部材３からの電力は、第２給電経路３２を介して、制御装置４へ供給される。即ち、熱電変換部材３からの電力は、第２導電部材２９、第２コンバータ７、切替部５、及び第３導電部材３０を介して、制御装置４へ与えられる。これにより、制御装置４は、熱電変換部材３からの電力によって動作する。また、制御装置４に接続されている弁２１、ロック機構２３、計測装置２４、切替部５、及び表示装置２５も、熱電変換部材３からの電力によって動作する。
次に、制御装置４は、外部電源２０に異常が生じているか否かを判定する（ステップＳ４）。具体的には、制御装置４は、第１コンバータ６に、外部電源２０からの電力が入力されているか否かを判定する。制御装置４は、第１コンバータ６に、外部電源２０からの電力が入力されている場合、外部電源２０に異常が生じていないと判定する（ステップＳ４でＮＯ）。この場合、制御装置４は、ステップＳ１の処理を再び行う。
一方、外部電源２０から第１コンバータ６へ電力が供給されていない場合、制御装置４は、外部電源２０に異常が生じていると判定する（ステップＳ４でＹＥＳ）。第１コンバータ６へ電力が供給されていない状態として、外部電源２０が停電状態にある状態を例示することができる。
制御装置４は、外部電源２０に異常が生じていると判定した場合、外部電源異常時処理を行う（ステップＳ５）。尚、外部電源２０に異常が生じている場合、ヒータ１３への通電が停止されていることとなるため、熱処理炉２は停止状態となる。しかしながら、制御装置４は、熱電変換部材３から電力を供給されているので、外部電源異常時処理を行うことができる。
具体的には、制御装置４は、外部電源２０からヒータ１３への通電用スイッチをオフにする。これにより、外部電源２０の異常解消時において、ヒータ１３が勝手に加熱されることを防止できる。また、制御装置４は、計測装置２４から与えられるデータを基に、熱処理炉２に異常が生じていないかを監視する。熱処理炉２に異常が生じている場合には、制御装置４は、この異常の内容を表示装置２５に表示させる。また、制御装置４は、計測装置２４の温度計測結果を、表示装置２５に表示させる。
また、制御装置４は、ロック機構２３によるドア１２のロックが解除されないように、ロック機構２３を制御する。これにより、停電直後の高温の炉本体１１内に、オペレータが誤って手を入れることを防止できる。また、制御装置４は、弁２１を閉じた状態を維持するように、弁２１を制御する。また、制御装置４は、実行中のプログラムを正常に停止できるように、処理を行う。また、制御装置４は、計測装置２４で得られたデータを保存する等のバックアップ処理を行う。炉本体１１の温度Ｔがしきい値Ｔ１未満に低下するまでの間、即ち、熱電変換部材３から制御装置４の動作に必要な電力が供給されている間、制御装置４は、これらの処理を行う。
以上説明したように、熱処理装置１によると、熱電変換部材３は、熱処理炉２の熱エネルギーを、電力に変換できる。切替部５は、この電力を、制御装置４へ供給することができる。これにより、熱処理炉２で発生する熱エネルギーの有効利用を通じて、省エネルギー化を実現できる。また、切替部５は、必要に応じて、外部電源２０からの電力と、熱電変換部材３からの電力とを、択一的に制御装置４へ供給できる。これにより、制御装置４へ電力を供給する態様を、多様化できる。しかも、制御装置４に必要な電力は、熱処理炉２の加熱に必要な熱エネルギーと比べて格段に小さい。よって、発電量が比較的小さい電源としての熱電変換部材３であっても、制御装置４の電源として用いられることは、十分に可能である。
したがって、熱処理装置１において、省エネルギー化を実現でき、且つ、電力を供給する態様を、より多様化できる。
また、熱処理装置１によると、切替部５は、熱処理炉２の温度Ｔがしきい値Ｔ１未満である場合、外部電源２０からの電力を制御装置４へ供給する。また、切替部５は、熱処理炉２の温度Ｔがしきい値Ｔ１以上である場合、熱電変換部材３からの電力を制御装置４へ供給する。この構成によると、制御装置４の動作に必要な電力の供給を滞らせることなく、省エネルギー化を実現できる。
例えば、停止状態にある常温の熱処理炉２の起動開始時には、熱電変換部材３からの電力は、小さく、制御装置４を動作させるのに十分ではない。この場合、切替部５は、外部電源２０からの電力を、制御装置４へ供給する。一方、例えば、熱処理炉２が被処理物１００を熱処理可能な程度に、熱処理炉２の温度が十分に高い場合、熱電変換部材３からの電力は、大きく、制御装置４を動作させるのに十分である。この場合、切替部５は、熱電変換部材３からの電力を、制御装置４へ供給する。この場合、制御装置４は、外部電源２０からの電力を消費せずに済む。
また、熱処理装置１によると、外部電源２０に停電等の異常が生じている場合でも、熱電変換部材３を、非常用電源（無停電電源、ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）として用いることで、制御装置４へ電力を供給することができる。よって、外部電源２０に異常が生じている場合でも、制御装置４に、必要な動作を行わせることができる。即ち、外部電源２０の異常に伴って、制御装置４の動作が突然遮断されることを抑制できる。これにより、制御装置４、及び熱処理炉２に異常が生じることを抑制できる。
尚、外部電源２０の異常等によって、熱処理炉２の加熱動作が停止した場合でも、熱処理炉２の熱容量は大きいので、熱処理炉２の温度は、長期間に亘って維持される。よって、被処理物１００の熱処理中に外部電源２０に異常が生じても、熱電変換部材３によって十分な電力を発生できる時間は、長い。よって、外部電源２０に異常が生じた場合でも、長時間に亘って、制御装置４を動作し続けることができる。これにより、制御装置４の停止に必要なバックアップ作業等、熱処理装置１の停止に必要な作業を行うことができる。また、非常用電源として、バッテリ等の蓄電池を用いる必要がない。このため、蓄電池の定期的な交換作業が不要であり、制御装置４のメンテナンスにかかる手間を少なくできる。その上、蓄電池の削減を通じて、地球環境保全にも貢献できる。
また、熱処理装置１によると、熱処理炉２に付随して設置される補助機器としての弁２１、ロック機構２３、計測装置２４、及び表示装置２５は、それぞれ、動作に必要な電力が比較的小さくて済む。よって、これら補助機器としての弁２１、ロック機構２３、計測装置２４、及び表示装置２５に必要な電力を、熱電変換部材３によって、十分に供給することができる。
また、熱処理装置１によると、熱電変換部材３は、熱処理炉２に設けられた排気路１４に取り付けられている。この構成によると、熱処理炉２からの熱を、熱電変換部材３へ、より確実に伝達することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
[変形例]
（１）上述の実施形態では、熱電変換部材３として、ペルチェ素子を用いる構成を説明したけれども、この通りでなくてもよい。熱電変換部材は、熱エネルギーを電力に変換できる構成を有していればよい。例えば、熱電変換部材として、熱処理炉２の熱を受けるボイラと、タービンと、発電機と、を含む構成を採用してもよい。この場合、ボイラで蒸気を発生させ、この蒸気でタービンを回転させることとなる。タービンに接続された発電機の回転によって電力が発生する。この電力は、熱電変換部材からの電力として扱われる。
（２）また、上述の実施形態では、切替部５は、制御装置４の制御によって、給電経路３１，３２を切り替える形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、切替部５は、作業員による手動操作によって、給電経路３１，３２を切り替えるように構成されていてもよい。
（３）また、上述の実施形態では、補助機器として、弁２１、ロック機構２３、計測装置２４、及び表示装置２５を例示したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、弁２１、ロック機構２３、計測装置２４、及び表示装置２５の少なくとも１つを、省略してもよい。また、計測装置として、温度センサ以外の他の計測装置が用いられてもよい。また、補助機器として、上記弁２１、ロック機構２３、計測装置２４、及び表示装置２５以外の補助機器が用いられてもよい。
（４）また、上述の実施形態では、排気路１４に熱電変換部材３が取り付けられる形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、図３に示すように、炉本体１１の壁部１７に取り付けられる熱電変換部材３Ａが、設けられていてもよい。熱電変換部材３Ａは、熱電変換部材３と同様の構成を有している。尚、以下では、図１に示す実施形態と異なる構成を説明し、同様の構成には図に同様の符号を付して説明を省略する。この場合、熱電変換部材３Ａの表面３ａは、炉本体１１の壁部１７の外表面と面接触している。熱電変換部材３Ａは、第２導電部材２９に接続される。また、図４に示すように、熱電変換部材３，３Ａの双方が設けられていてもよい。また、熱電変換部材３は、熱処理炉２からの熱を受けることが可能な場所に配置されていればよい。したがって、熱電変換部材３は、熱処理炉２から離隔した状態で配置されていてもよい。
（５）また、上述の実施形態では、外部電源２０の異常時に、制御装置４が、熱電変換部材３からの電力のみで動作される形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、外部電源２０の異常時に、熱電変換部材３からの電力に加えて、蓄電池からの電力を用いて、制御装置４を動作させてもよい。この場合でも、蓄電池に求められる出力を小さくできるので、用意する蓄電池の数は、少なくて済む。
（６）また、上述の実施形態では、ヒータ１３が電熱ヒータである形態を例に説明したけれども、この通りでなくてもよい。例えば、ヒータは、ガスの燃焼によって発熱するヒータであってもよい。
本発明は、熱処理装置として、広く適用することができる。
１ 熱処理装置
２ 熱処理炉
３，３Ａ 熱電変換部材
４ 制御装置
５ 切替部
１４ 排気路
１７ 熱処理炉の壁部
２０ 外部電源
２１ 弁（補助機器）
２３ ロック機構（補助機器）
２４ 計測装置（補助機器）
２５ 表示装置（補助機器）
１００ 被処理物
Ｔ 熱処理炉の温度
Ｔ１ しきい値

Claims (4)

  1. 被処理物を熱処理するための熱処理炉と、
    前記熱処理炉からの熱のエネルギーを電力に変換する変換部材と、
    前記熱処理炉を制御するための制御装置と、
    外部電源からの電力と、前記変換部材からの電力とを、択一的に前記制御装置へ供給するための切替部と、
    を備え、
    前記切替部は、
    前記熱処理炉の温度が所定のしきい値未満である場合、前記外部電源からの電力を前記制御装置へ供給するように構成され、且つ、
    前記熱処理炉の温度が前記しきい値以上である場合、前記変換部材からの電力を前記制御装置へ供給するように構成されていることを特徴とする、熱処理装置。
  2. 請求項１に記載の熱処理装置であって、
    前記切替部は、前記外部電源に異常が生じている場合には、前記変換部材からの電力を、前記制御装置へ供給可能であることを特徴とする、熱処理装置。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の熱処理装置であって、
    前記制御装置によって制御される補助機器を更に備え、
    前記補助機器は、前記変換部材からの電力によって動作可能であることを特徴とする、熱処理装置。
  4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の熱処理装置であって、
    前記変換部材は、前記熱処理炉に設けられた排気路、及び前記熱処理炉の壁部の少なくとも一方に取り付けられていることを特徴とする、熱処理装置。
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