JP6295674B2 - 熱処理装置およびランプ制御方法 - Google Patents
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Description
被処理物を加熱するためのハロゲンランプは短波長赤外線を放射するものである。このため、被処理物の熱処理中において、ハロゲンランプからの迷光が放射温度計に入射されることにより、当該放射温度計によって測定される温度には誤差が生じる。また、特許文献1に記載の熱処理装置のように、被処理物の周囲にガードリングを設けることにより、放射温度計に迷光が入射されることを低減することは可能であるが、防止することはできない。
従って、従来の熱処理装置では、被処理物の熱処理を所期の温度で確実に実行することが困難である。
前記制御部は、前記ハロゲンランプの点灯時において、前記ハロゲンランプの入力電圧に対応して設定される、前記放射温度計による測定値に対する、前記ハロゲンランプからの迷光によるバックグラウンド補正量を記憶する記憶部と、前記バックグラウンド補正量を演算する演算部とを有し、
前記バックグラウンド補正量は、前記ハロゲンランプを点灯した後、前記被処理物からの放射光の放射輝度が前記放射温度計によって検出されない程度に小さい時間内に、前記放射温度計によって測定された、前記被処理物の見掛け上の温度から演算されることを特徴とする。
また、前記制御部において、前記ハロゲンランプの入力電圧と、当該入力電圧に対応する前記バックグラウンド補正量との特定の関係式が求められ、前記被処理物を熱処理するときに、前記ハロゲンランプの入力電圧と、前記特定の関係式とから、当該入力電圧に対応する前記バックグラウンド補正量が演算されることが好ましい。
前記被処理物を熱処理する前において、前記ハロゲンランプの点灯時における当該ハロゲンランプの入力電圧と、前記ハロゲンランプを点灯した後、前記被処理物からの放射光の放射輝度が前記放射温度計によって検出されない程度に小さい時間内に、前記放射温度計によって測定された被処理物の見掛け上の温度とにより、前記ハロゲンランプの入力電圧に対応する、前記放射温度計による測定値に対する、前記ハロゲンランプからの迷光によるバックグラウンド補正量を求め、
前記被処理物を熱処理するときに、前記放射温度計による測定値を前記バックグラウンド補正量に基づいて補正し、得られた補正温度に基づいて前記被処理物が所定温度となるように前記ハロゲンランプの入力電圧をフィードバック制御する
ことを特徴とする。
従って、本発明によれば、得られた補正温度に基づいてハロゲンランプの入力電圧をフィードバック制御することにより、ハロゲンランプによる被処理物の熱処理を、所期の温度で確実に実行することができる。
図1は、本発明の熱処理装置の一例における構成の概略を説明図である。図2は、図1に示す熱処理装置における熱処理部の構成のを示す説明図である。
図1に示す熱処理装置は、ウエハや車両用鋼板などの板状の被処理物Wを熱処理するためのものである。この熱処理装置は、複数のハロゲンランプ20を具えた熱処理部10と、熱処理部10におけるハロゲンランプ20に電力を供給する給電部30と、熱処理部10のハロゲンランプ20の入力電圧を制御する制御部40とによって構成されている。
処理室S内に配置された被処理物Wの下方位置には、放射温度計15が配置されている。この放射温度計15は、被処理物Wから放射される短波長赤外線、例えば波長2.3μmの赤外線の輝度を測定することによって当該被処理物Wの温度を測定するものである。 処理室Sの上方位置には、複数のハロゲンランプ20を有する光源ユニット25が配置されている。この光源ユニット25においては、複数のハロゲンランプ20が水平方向に沿って並ぶよう配置されている。
ハロゲンランプ20の仕様の一例を示すと、ランプ定格電圧が360V、ランプ電力が7020W、発光長が540mm、全長が約700mm、バルブ径が13mmである。また、ハロゲンランプ20の総数は60本(上下各30本)である。
以下、バックグラウンド補正量の取得工程について、図3を参照しながら説明する。
被処理物Wが処理室S内の所定の位置に配置される。
〈step1−2:非点灯時の温度測定〉
ハロゲンランプ20が点灯していない状態で、放射温度計15によって被処理物Wの見掛け上の温度が測定される。ここで、例えば波長2.3μmの赤外線の放射強度を測定することによって温度を測定する放射温度計においては、測定可能な温度の下限が例えば200℃程度であるため、被処理物Wが加熱されていないときでも、200℃程度の温度を示す。
〈step1−3:ハロゲンランプの点灯〉
制御部40からの制御信号により、給電部30によって所定電圧値の入力電圧でハロゲンランプ20が点灯される。ここで、制御部40には、予め複数の所定電圧値が設定されており、例えば最も低い所定電圧値が選択される。
ハロゲンランプ20を点灯してから所定の時間が経過するまでに、放射温度計15によって被処理物Wの見掛け上の温度が測定される。
ここで、放射温度計15においては、被処理物Wからの放射光と共に、図4に示すように、ハロゲンランプ20からの迷光Lが入射される。しかしながら、被処理物Wからの放射光の放射輝度は、放射温度計15によって検出されない程度に小さいため、測定された被処理物Wの見掛け上の温度は、ハロゲンランプ20からの迷光Lによるものとみなすことができる。
また、所定の時間は、ハロゲンランプ20を点灯してから被処理物Wの温度が放射温度計15によって測定可能な温度に達するまでの時間を考慮して適宜設定される。
制御部40の演算部41において、step1−4で測定された被処理物Wの見掛け上の温度から、ハロゲンランプ20の入力電圧に対応する、放射温度計15による測定値に対するバックグラウンド補正量である分光放射輝度が演算される。具体的には、バックグラウンド補正量である分光放射輝度は、下記式(1)により算出される。
制御部40の記憶部42に、step1−5で算出されたバックグラウンド補正量が記憶される。
〈step1−7〉
全ての所定電圧値について、バックグラウンド補正量の演算が終了したか否かが確認される。終了していない場合には、ハロゲンランプ20の入力電圧を他の所定電圧値を変更し、step1−2からstep1−6までを繰り返す。
このようにして、全ての所定電圧値について、当該所定電圧値の入力電圧でハロゲンランプ20を点灯したときのバックグラウンド補正量が記憶部42に記憶される。
〈step1−8:特定の関係式の取得〉
制御部40の演算部41において、所定電圧値の各々と、当該所定電圧値の入力電圧でハロゲンランプ20を点灯したときのバックグラウンド補正量とから、入力電圧と当該入力電圧に対応するバックグラウンド補正量との特定の関係式(近似式)が求められる。
〈step1−9:特定の関係式の記憶〉
step1−8で求められた特定の関係式が制御部40の記憶部42に記憶される。
式(2) Lt=0.014×108 E−0.5221×108
以下、本発明の熱処理装置における被処理物Wの熱処理工程を図6を参照しながら説明する。
被処理物Wが処理室S内の所定の位置に配置される。
〈step2−2:加熱レシピの設定〉
制御部40に、昇温速度、所定温度の保持時間などの被処理物Wの熱処理パターン(加熱レシピ)が設定される。
〈step2−3:ハロゲンランプの点灯〉
制御部40からの制御信号により、設定された加熱レシピに基づいてハロゲンランプ20が点灯される。例えば、被処理物Wが車両用鋼板である場合には、昇温速度が定められており、その昇温速度となるようにハロゲンランプ20の入力電圧が設定される。
〈step2−4:被処理物の温度測定〉
制御部40からの制御信号により、放射温度計15によって被処理物Wの温度が測定される。
〈step2−5:バックグラウンド補正量の演算〉
制御部40の記憶部42から特定の関係式が読み出され、演算部41において、特定の関係式とハロゲンランプ20の入力電圧とから、当該入力電圧に対応するバックグラウンド補正量が演算される。
制御部40の演算部41において、step2−5で算出されたバックグラウンド補正量に基づいてstep2−4で測定された温度が補正される。具体的には、先ず、step2−4で測定された温度と上記式(1)とから、放射温度計15によって検出される見掛け上の分光放射輝度が演算される。次いで、この見掛け上の分光放射輝度から、step2−5で算出されたバックグラウンド補正量である分光放射輝度を減ずることにより、補正された分光放射輝度が求められる。そして、補正された分光放射輝度と、上記式(1)とから、補正温度が得られる。
上記step2−3におけるハロゲンランプ20の入力電圧が200Vである場合には、上記式(2)から、バックグラウンド補正量である分光放射輝度は、2.316×108 W・Sr-1・m-3である。一方、上記step2−4で測定された被処理物Wの温度が例えば500℃である場合には、上記式(1)から、見掛け上の分光放射輝度は5.668×108 W・Sr-1・m-3となる。この見掛け上の分光放射輝度(5.668×108 W・Sr-1・m-3)からバックグラウンド補正量である分光放射輝度(2.316×108 W・Sr-1・m-3)を減ずることにより、補正された分光放射輝度は、3.352×108 (=5.668×108 −2.316×10)W・Sr-1・m-3となる。そして、補正された分光放射輝度(3.352×108 W・Sr-1・m-3)と、上記式(1)とから、補正温度は459.2℃となる。
制御部40によって、step2−6で得られた補正温度に基づいて被処理物Wが所定温度となるようにハロゲンランプ20の入力電圧がフィードバック制御される。具体的には、step2−6で得られた補正温度と加熱レシピにおける所定温度とを対比し、当該補正温度と当該所定温度との差が小さくなるように、ハロゲンランプ20の入力電圧がフィードバック制御される。
〈step2−8〉
加熱レシピによる熱処理が終了したか否かを確認する。終了していない場合には、step2−4からstep2−7までを繰り返す。
以上のようにして、ハロゲンランプ20の入力電圧が制御部40によってフィードバック制御されることにより、ハロゲンランプ20による被処理物Wの熱処理が実行される。
従って、上記の熱処理装置によれば、得られた補正温度に基づいてハロゲンランプ20の入力電圧をフィードバック制御することにより、ハロゲンランプ20による被処理物Wの熱処理を、所期の温度で確実に実行することができる。
例えばバックグラウンド補正量や、入力電圧とバックグラウンド補正量との特定の関係式は、予め制御部40の記憶部42に記憶されていてもよい。但し、熱処理装置が配置される場所の環境や、被熱処理物Wの種類および形状などによって、バックグラウンド補正量が変化する可能性がある。このため、被処理物Wを処理する直前に、その被処理物Wを配置した状態で、バッググランド補正量や特定の関係式を取得する工程を行うことが好ましい。
また、本発明において特定の関係式を取得することは必須ではない。例えばハロゲンランプ20の入力電圧0.5〜2V毎の多数のバックグラウンド補正量を制御部40の記憶部42に記憶し、被処理物Wを熱処理するときに、バックグラウンド補正量を記憶部42に記憶されたものの中から選択してもよい。但し、このような手段においては、バックグラウンド補正量の取得工程に相当に長い時間を要するため、特定の関係式を取得し、この特定の関係式からバックグラウンド補正量を求めることが好ましい。
図7は、上記の熱処理装置における熱処理中の被処理物の温度変化を示すグラフである。この図において、T0は熱電対によって測定された被処理物の温度、T1は放射温度計による測定温度、T2はバックグラウンド補正量に基づいて補正された補正温度である。 図7に示すように、補正温度T2は、放射温度計による測定温度T1に比較して、被処理物の実際の温度すなわち熱電対によって測定された被処理物の温度T0に近い温度であることが理解される。特に、ハロゲンランプからの迷光による誤差の影響が大きい200〜500℃の温度範囲においても、補正温度T2は、被処理物の実際の温度に近い温度である。従って、補正温度T2に基づいてハロゲンランプの入力電圧をフィードバック制御することにより、被処理物の熱処理を、所期の温度で確実に実行することができる。
11 処理室形成材
12 支持部材
15 放射温度計
20 ハロゲンランプ
25 光源ユニット
30 給電部
40 制御部
41 演算部
42 記憶部
W 被処理物
S 処理室
L 迷光
Claims (4)
- 被処理物を加熱するハロゲンランプと、前記被処理物の温度を測定する放射温度計と、前記ハロゲンランプの入力電圧を制御する制御部とを備えてなる熱処理装置であって、
前記制御部は、前記ハロゲンランプの点灯時において、前記ハロゲンランプの入力電圧に対応して設定される、前記放射温度計による測定値に対する、前記ハロゲンランプからの迷光によるバックグラウンド補正量を記憶する記憶部と、前記バックグラウンド補正量を演算する演算部とを有し、
前記バックグラウンド補正量は、前記ハロゲンランプを点灯した後、前記被処理物からの放射光の放射輝度が前記放射温度計によって検出されない程度に小さい時間内に、前記放射温度計によって測定された、前記被処理物の見掛け上の温度から演算されることを特徴とする熱処理装置。 - 前記被処理物を熱処理するときに、前記制御部によって、前記放射温度計からの測定値が前記バックグラウンド補正量に基づいて補正され、得られた補正温度に基づいて前記被処理物が所定温度となるように前記ハロゲンランプの入力電圧がフィードバック制御されることを特徴とする請求項1に記載の熱処理装置。
- 前記制御部において、前記ハロゲンランプの入力電圧と、当該入力電圧に対応する前記バックグラウンド補正量との特定の関係式が求められ、前記被処理物を熱処理するときに、前記ハロゲンランプの入力電圧と、前記特定の関係式とから、当該入力電圧に対応する前記バックグラウンド補正量が演算されることを特徴とする請求項2に記載の熱処理装置。
- 被処理物を熱処理するためのハロゲンランプの入力電圧を、放射温度計によって測定された前記被処理物の温度に基づいてフィードバック制御するランプ制御方法であって、
前記被処理物を熱処理する前において、前記ハロゲンランプの点灯時における当該ハロゲンランプの入力電圧と、前記ハロゲンランプを点灯した後、前記被処理物からの放射光の放射輝度が前記放射温度計によって検出されない程度に小さい時間内に、前記放射温度計によって測定された被処理物の見掛け上の温度とにより、前記ハロゲンランプの入力電圧に対応する、前記放射温度計による測定値に対する、前記ハロゲンランプからの迷光によるバックグラウンド補正量を求め、
前記被処理物を熱処理するときに、前記放射温度計による測定値を前記バックグラウンド補正量に基づいて補正し、得られた補正温度に基づいて前記被処理物が所定温度となるように前記ハロゲンランプの入力電圧をフィードバック制御する
ことを特徴とするランプ制御方法。
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