(57)【要約】【課題】炉内へのワーク流入状況に拘わらず、安定して効率的に加熱を行うことのできる連続加熱炉を提供する。【解決手段】連続加熱炉として、炉内３ｃにおけるワークＷの分布状況を検出するワークセンサ５と、その検出されたワークＷの分布状況に基づき、炉内３ｃに存在するワークＷのそれぞれについて必要与熱量を求めるとともに、その求められた必要与熱量の総和である総必要与熱量Ｑｔを算出する総必要与熱量算出部６とを備える構成とした。また、こうした連続加熱炉において、総必要与熱量算出部６にって算出された総必要与熱量Ｑｔに基づいてヒータユニット４の出力熱量を制御するヒータ出力熱量制御部７を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒータにより加熱された炉内を一定方向に搬送しつつ通過させてワークを加熱する連続加熱炉において、
前記炉内におけるワークの分布状況を検出するワーク分布検出手段と、
その検出されたワークの分布状況に基づき、前記炉内に存在するワークのそれぞれについて必要与熱量を求めるとともに、その求められた必要与熱量の総和である総必要与熱量を算出する算出手段と、
その算出された総必要与熱量に基づいて前記ヒータの出力熱量を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする連続加熱炉。
【請求項２】
前記制御手段は、前記必要与熱量に基づき、前記ヒータの出力熱量をフィードフォワード制御する
請求項１に記載の連続加熱炉。
【請求項３】
請求項１に記載の連続加熱炉において、
前記炉内に存在するワークの総与熱量を検出する熱量検出手段を更に備えるとともに、
前記制御手段は、その検出された総与熱量と前記総必要与熱量との偏差に基づいて前記ヒータの出力熱量をフィードバック制御する
ことを特徴とする連続加熱炉。
【請求項４】
前記算出手段は、前記炉内における位置毎のワークの必要給熱量が予め記憶された演算マップを参照して前記必要与熱量を算出する
請求項１〜３に記載の連続加熱炉。
【請求項５】
前記算出手段は、前記演算マップをワークの種類別に有する
請求項４に記載の連続加熱炉。
【請求項６】
前記ワーク分布検出手段は、当該連続加熱炉へのワーク搬送経路の一地点におけるワークの通過時間から前記分布状況を検出する
請求項１〜５のいずれか１項に記載の連続加熱炉。
【請求項７】
前記ワーク分布検出手段は、前記ワークの通過時間とともに同ワークの種類の識別を行う
請求項６に記載の連続加熱炉。
【請求項８】
前記ヒータは、前記ワークの搬送方向において複数に区分けされた前記炉内の領域毎にそれぞれ設けられ、
前記算出手段は、前記領域のそれぞれについてその領域に存在するワークの総必要与熱量を算出し、
前記制御手段は、各領域のヒータの出力熱量をそれぞれ、前記算出された該当領域の総必要与熱量に基づき個別に制御する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の連続加熱炉。
【請求項９】
ヒータにより加熱された炉内を一定方向に搬送しつつ通過させてワークを加熱する連続加熱炉の制御方法において、
前記炉内に存在するワークのそれぞれについて、所望とする態様でその温度を推移させるための必要与熱量を算出するとともに、その算出された必要与熱量の総和である総必要与熱量に基づいて前記ヒータの出力熱量を制御する
ことを特徴とする連続加熱炉の制御方法。
【請求項１０】
前記出力熱量の制御は、前記総必要与熱量に応じて該出力熱量をフィードフォワード制御することで行われる
請求項９に記載の連続加熱炉の制御方法。
【請求項１１】
前記出力熱量の制御は、前記炉内に存在するワークの総与熱量を検出するとともに、その検出された総与熱量と前記総必要与熱量との偏差に基づいて前記ヒータの出力熱量をフィードバック制御することで行われる
請求項９に記載の連続加熱炉の制御方法。
【請求項１２】
前記ワークの搬送方向において複数に区分けされた前記炉内の領域毎に前記ヒータの出力熱量を個別に制御可能とするとともに、
前記領域のそれぞれについてその領域に存在する前記ワークの総必要与熱量を算出し、その算出された該当領域の総必要与熱量に基づいて各領域における前記ヒータの出力熱量を個別に制御する
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の連続加熱炉の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータにより加熱された炉内を一定方向に搬送しつつ通過させてワークを加熱する連続加熱炉及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば部品のろう付けや焼き入れ・焼き鈍し等の熱処理のためのワークの加熱を行う加熱炉として、ヒータにより加熱された炉内を、一定方向に搬送しつつ通過させてワークを連続的に加熱する連続加熱炉が知られている。こうした連続加熱炉の炉内温度の管理は通常、炉内温度を検出するとともに、予め設定した目標温度と検出した炉内温度との偏差が縮小されるようにヒータ出力をフィードバック制御することで行われている。
【０００３】
近年には、多品種少量生産に対応するため、多種類のワークを同一の連続加熱炉で連続して加熱処理する機会が多くなっている。従来、そうした多種類のワークの連続加熱を好適に行うための炉内温度の制御技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。同文献に記載の技術では、炉内に存在するワーク及び炉内に搬入予定のワークのそれぞれについて最適な炉内温度を求めるとともに、各ワークの最適温度を重み付け平均した値を炉内の目標温度に設定することで、ワークの搬入状況に応じた目標温度の急変を抑えるようにしている。
【特許文献１】特開平９−１５７７６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、こうした連続加熱炉では、炉内へのワークの搬入間隔が大きく変化すると、炉内の雰囲気がワークに放熱する熱量が変化して、炉内温度が一時的に大きく変動することがある。また近年には、多品種少量生産のため、多種類のワークを同一の連続加熱炉で連続して加熱処理する機会が多くなっているが、炉内に熱容量の異なるワークが流入されると、やはり炉内雰囲気のワークに対する放熱量が変化して、炉内温度の変動を招くことがある。そしてその結果、ワークの加熱に過不足が生じてしまうおそれがある。
【０００５】
上記従来の技術では、炉内に搬入される前のワークも考慮して目標温度の急変を抑制してはいるものの、上記のような炉内温度のフィードバック制御のみでは、そうしたワーク搬入状況の変化による炉内温度の変動については十分対応することは難しい。したがって、炉自体の熱容量を大きくして上記ワークの流入状況の変化に対する炉内温度の変動を抑制することや、炉内へのワーク搬入量を事前調整したり、同一の連続加熱炉で加熱処理するワークの種別を熱容量の近いもののみに限定したりして、ワークの流入状況の変化を抑制することで、炉内温度の安定化を図る必要がある。
【０００６】
しかしながら、炉自体の熱容量を大きくすれば、炉の大型化による設備費用の増大や熱効率の悪化を招いてしまう。またワーク搬入量の事前調整を行うには、生産ラインの管理が煩雑化してしまうという問題がある。更に同一の連続加熱炉で加熱処理するワークの種類を限定すれば、多数の連続加熱炉が必要になり、生産設備の肥大化を招いてしまうことになる。
【０００７】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、炉内へのワーク流入状況に拘わらず、安定して効率的に加熱を行うことのできる連続加熱炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒータにより加熱された炉内を一定方向に搬送しつつ通過させてワークを加熱する連続加熱炉として、上記炉内におけるワークの分布状況を検出するワーク分布検出手段と、その検出されたワークの分布状況に基づき、上記炉内に存在するワークのそれぞれについて必要与熱量を求めるとともに、その求められた必要与熱量の総和である総必要与熱量を算出する算出手段と、その算出された総必要与熱量に基づいて上記ヒータの出力熱量を制御する制御手段と、を備えて構成するようにした。
【０００９】
上記構成によれば、炉内におけるワークの分布状況がワーク分布検出手段によって検出され、算出手段は、この検出されたワークの分布状況に基づき炉内のワークのそれぞれについて必要与熱量を求めるとともに、この必要与熱量の総和である総必要与熱量を算出する。そして、制御手段は、こうして算出された総必要与熱量に基づいてヒータの出力熱量を制御する。すなわち、上記構成では、炉内のワークの分布状況から、炉内の各ワークに与えられる熱量を求めてそれに応じてヒータの出力熱量を制御するようにしている。そのため、炉内へのワークの流入状況の変化により、炉内雰囲気のワークに対する放熱量が大きく変化しても、炉内温度の変動が生じる前から、その放熱量の変化に対応したヒータ出力の調整を行うことができる。このため、炉内へのワーク流入状況に拘わらず、炉内の各ワークを、安定して効率的に加熱することができるようになる。また、炉内のワークに供与すべき熱量に応じてヒータ出力熱量を調整することができ、ワークを過不足無く効率的に加熱することができるようにもなる。
【００１０】
こうした連続加熱炉において、制御手段によるヒータの出力熱量の具体的な制御としては、例えば請求項２に記載の発明によるように、
（イ）上記必要与熱量に基づき、上記ヒータの出力熱量をフィードフォワード制御する。
あるいは請求項３に記載の発明によるように、
（ロ）上記炉内に存在するワークの総与熱量を検出する熱量検出手段を更に備えておき、その検出された総与熱量と上記総必要与熱量との偏差に基づいて上記ヒータの出力熱量をフィードバック制御する。
等々、を採用することができる。ちなみに、上記（イ）のフィードフォワード制御によれば、炉内のワークの分布状況に応じてヒータの出力熱量をより迅速に追従させることができるようになる。一方、上記（ロ）のフィードバック制御によれば、ヒータによって供給された炉内の実際の総与熱量が熱量検出手段を通じて検出され、この総与熱量がフィードバックされるため、炉内の総与熱量を反映した、より正確なワークの加熱を行うことができるようになる。
【００１１】
また、請求項１〜３のいずれかに記載の連続加熱炉において、上記算出手段による上記必要与熱量の算出は、具体的には、例えば請求項４に記載の発明によるように、上記炉内における位置毎のワークの必要給熱量が予め記憶された演算マップを参照して行われる。
【００１２】
この場合には更に、請求項５に記載の発明によるように、上記算出手段が、上記演算マップをワークの種類別に有するようにすれば、多品種のワークに対してより的確な加熱を行うことができるようになる。
【００１３】
また、請求項１〜５のいずれかに記載の連続加熱炉において、炉内のワーク分布状況は、例えば請求項６に記載の発明によるように、上記ワーク検出手段により、当該連続加熱炉へのワーク搬送経路の一地点におけるワークの通過時間から検出される。
【００１４】
なお、この場合には、更に請求項７に記載の発明によるように、上記ワーク分布検出手段が、上記ワークの通過時間とともに同ワークの種類の識別についても行うようにすれば、炉内のワークの分布状況をより正確に認識することができるようになり、ひいては炉内のワークに対する加熱をより高い精度のもとに行うことができるようになる。
【００１５】
また、請求項１〜７のいずれかに記載の連続加熱炉において、請求項８に記載の発明では、上記ヒータを、上記ワークの搬送方向において複数に区分けされた上記炉内の領域毎にそれぞれ設けておき、上記算出手段が、上記領域のそれぞれについてその領域に存在するワークの総必要与熱量を算出し、上記制御手段が、各領域のヒータの出力熱量をそれぞれ、上記算出された該当領域の総必要与熱量に基づき個別に制御するようにした。
【００１６】
加熱に必要なワークの熱量は、炉内の位置によって異なる。例えば炉内への流入直後にはワークを急激に昇温する必要があり、多大な熱量が必要となるのに対して、ある程度までワークが昇温された段階では、あまり大きい熱量は不要となる。また炉内のワーク分布状況に偏りがある場合には、ワークの密度の高い領域には多大な熱量が必要とされるのに対して、ワーク密度の低い領域にはあまり大きい熱量は不要となる。この点、上記構成では、領域毎に必要な熱量が求められてヒータの出力熱量が個別に制御されるため、領域毎に必要なだけの熱量を個別に供与することができる。そのため、炉内を一律に加熱した場合に比して、効率的に加熱を行うことができ、また必要なだけの熱量を過不足無く供与してワークをより適正に加熱することができるようにもなる。
【００１７】
また、請求項９に記載の発明では、ヒータにより加熱された炉内を一定方向に搬送しつつ通過させてワークを加熱する連続加熱炉の制御方法として、上記炉内に存在するワークのそれぞれについて、所望とする態様でその温度を推移させるための必要与熱量を算出するとともに、その算出された必要与熱量の総和である総必要与熱量に基づいて上記ヒータの出力熱量を制御するようにした。
【００１８】
上記方法によれば、炉内のワークの分布状況に基づいて炉内のワークのそれぞれについて必要与熱量が求められ、この必要与熱量の総和である総必要与熱量に基づいてヒータの出力熱量が制御される。すなわち、上記方法では、炉内のワークの分布状況から、炉内の各ワークに与えられる熱量を求めてそれに応じてヒータの出力熱量を制御するようにしている。そのため、炉内へのワークの流入状況の変化により、炉内雰囲気のワークに対する放熱量が大きく変化しても、炉内温度の変動が生じる前から、その放熱量の変化に対応したヒータ出力の調整を行うことができる。したがって、上記請求項１に記載の発明と同様、炉内へのワーク流入状況に拘わらず、炉内の各ワークを、安定して効率的に加熱することができるようになる。また、炉内のワークに供与すべき熱量に応じてヒータ出力熱量を調整することができ、ワークを過不足無く効率的に加熱することができるようにもなる。
【００１９】
またこの場合、上記ヒータの出力熱量の制御は、例えば請求項１０に記載の発明によるように、
（ハ）上記総必要与熱量に応じて該出力熱量をフィードフォワード制御する方法。
あるいは、請求項９に記載の発明によるように、
（ニ）上記炉内に存在するワークの総与熱量を検出するとともに、その検出された総与熱量と上記総必要与熱量との偏差に基づいて上記ヒータの出力熱量をフィードバック制御する方法。
等々、を採用することができる。ちなみに、上記（ハ）のフィードフォワード制御によれば、上記請求項２に記載の発明と同様、炉内のワークの分布状況に応じてヒータの出力熱量をより迅速に追従されることができるようになる。一方、上記（ニ）のフィードバック制御によれば、上記請求項３に記載の発明と同様、炉内の総与熱量を反映してより正確にワークの加熱をすることが可能となる。
【００２０】
また、請求項９〜１１のいずれかに記載の連続加熱炉の制御方法において、請求項１２に記載の発明によるように、上記ワークの搬送方向において複数に区分けされた上記炉内の領域毎に上記ヒータの出力熱量を個別に制御可能とするとともに、上記領域のそれぞれについてその領域に存在する上記ワークの総必要与熱量を算出し、その算出された該当領域の総必要与熱量に基づいて各領域における上記ヒータの出力熱量を個別に制御することも有効である。上述のように、加熱に必要なワークの熱量は、炉内の位置によって異なる。また炉内のワーク分布状況に偏りがある場合には、ワークの密度の高い領域には多大な熱量が必要とされるのに対して、ワーク密度の低い領域にはあまり大きい熱量は不要となる。この点、上記方法では、領域毎に必要な熱量が求められてヒータの出力熱量が個別に制御されるため、領域毎に必要なだけの熱量を個別に供与することができる。そのため、上記請求項８に記載の発明と同様、炉内を一律に加熱した場合に比して、効率的に加熱を行うことができ、また必要なだけの熱量を過不足無く供与してワークをより適正に加熱することができるようにもなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１実施形態）
以下、本発明の連続加熱炉及びその制御方法を具体化した第１実施形態について、図１〜１１を参照して詳細に説明する。
【００２２】
図１に、本実施形態の連続加熱炉の全体構造を示す。同図に示すように、床面に載置されたベース１の上部には、加熱対象となるワークＷを搬送するベルトコンベア２が配設されるとともに、箱状の炉本体３が固定されている。なおワークＷは、ベルトコンベア２上を図中左側（以下、ワーク搬入側と記載）から図中右側（ワーク搬出側と記載）へと搬送される。そしてベルトコンベア２は、炉本体３のワーク搬入側及びワーク搬出側にそれぞれ形成された炉入口３ａ及び炉出口３ｂを介して、炉内３ｃを通過するように設置されている。
【００２３】
炉本体３の上部には、炉内３ｃを加熱するヒータユニット４が配設されている。ヒータユニット４は、炉内３ｃの雰囲気を加熱する熱線４ａを備えるとともに、その熱線４ａによって加熱された雰囲気を炉内３ｃに循環させるファン４ｂを備えている。
【００２４】
なお炉本体３のワーク搬入側におけるベルトコンベア２の上方には、ワークＷの通過の有無を検知するとともに、通過するワークＷの種類の識別を行うワークセンサ５が設けられている。このワークセンサ５には、例えばベルトコンベア２の上面に向けて音波を照射するとともに、その反射波を受信して分析することで、ワークＷの通過の有無の判定及びワークＷの種類の識別を行う音響センサなどが用いられる。こうしたワークセンサ５の検出結果からは、炉内３ｃのワーク分布状況が把握されるようになっている。
【００２５】
ワークセンサ５によって検出されたワーク分布状況に関する情報は、この連続加熱炉の制御系を構成する総必要与熱量算出部６に入力されるとともに、そのメモリ内に記憶される。そしてその記憶された情報は、その総必要与熱量算出部６での総必要与熱量Ｑｔの算出に用いられる。そしてその算出された総必要与熱量Ｑｔは、同じく制御系を構成するヒータ出力熱量制御部７へと出力されるとともに、そのヒータ出力熱量制御部７によるヒータユニット４の出力熱量制御に用いられる。なお実際には、これら総必要与熱量算出部６およびヒータ出力熱量制御部７は、マイクロコンピュータ等を備えて構成されている。
【００２６】
次に、以上のように構成された連続加熱炉における炉内温度を調整するための温調制御の詳細を説明する。本実施形態の連続加熱炉では、総必要与熱量算出部６は、ワークセンサ５により検出された上記ワークＷの分布状況に基づき、炉内３ｃに存在するワークＷのそれぞれについて必要与熱量Ｑを求めるとともに、その求められた必要与熱量の総和である総必要与熱量Ｑｔを算出する。ここでの必要与熱量Ｑは、ワークＷの温度を所望とする態様で推移させるために必要なワークＷに対する与熱量であり、その値は下式（１）にて算出される。なお下式（１）において、「ｍ」はワークＷの質量、「ｃ」はワークＷの比熱、「ｕ」はワークＷの伝熱係数をそれぞれ示している。
【００２７】
【数１】
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また上式（１）における「θ」は、予定温度上昇量であり、炉内３ｃでのワークＷの温度を予定温度プロファイルに従って所望とする態様で推移させるために必要なワークＷの温度上昇量を示している。本実施形態では、上記炉内３ｃにおける炉入口３ａから炉出口３ｂまでのワークＷの搬送経路を上記総必要与熱量Ｑｔの算出周期におけるワークＷの搬送距離ずつ区分けした４つの区間Ｚ１〜Ｚ４の別に、予定温度上昇量θを求めている。すなわち、図２に示すような予定温度プロファイルでワークＷの温度を推移させるときの、各区間Ｚ１〜Ｚ４に位置するワークＷの予定温度上昇量θはそれぞれ、「Θ１」、「Θ２」、「Θ３」、「Θ４」となる。
【００２８】
ちなみに本実施形態では、炉内３ｃに存在するワークＷの必要与熱量Ｑは、以下のように算出される。すなわち、総必要与熱量算出部６には、炉内３ｃにおける区間Ｚ１〜Ｚ４毎のワークＷの必要給熱量がワークの種類毎に記憶された、図３に例示するような演算マップが設けられている。そして総必要与熱量算出部６は、該当するワークＷの位置する区間Ｚｉ、およびそのワークＷの種類Ｗｊに対応する必要与熱量Ｑ（Ｚｉ）ｗｊを、この演算マップから取得することで、必要与熱量Ｑを算出する。
【００２９】
なお上記必要与熱量Ｑは、上記予定温度上昇量θが等しい同一区間にあっても、ワークＷの熱容量が大きいものほど、大きくなる。例えば図４に示すように、ワークＷ２の熱容量がワークＷ１の熱容量よりも大きい場合には、各区間Ｚ１〜Ｚ４におけるワークＷ２の必要熱量Ｑ（Ｚ１）ｗ２〜Ｑ（Ｚ４）ｗ２はそれぞれ、同一区間Ｚ１〜Ｚ４におけるワークＷ１の必要与熱量Ｑ（Ｚ１）ｗ１〜Ｑ（Ｚ１）ｗ１よりも大きくなる。上記演算マップの必要与熱量Ｑには、これらワークＷの種類の情報も反映されており、ワークＷの種類に応じた適切な必要与熱量Ｑの値を参照可能となっている。
【００３０】
総必要与熱量算出部６は、炉内３ｃに存在するワークＷのそれぞれについて必要与熱量Ｑを算出し、それらの総和を総必要与熱量Ｑｔとして算出する。なお実際には、炉内３ｃの炉内損失分Ｑｆもこの総必要与熱量Ｑｔに加算されることとなる。以下、図５（ａ）〜（ｃ）に炉内３ｃにおけるワークＷの分布状況の具体例を挙げて、炉内３ｃに存在する各ワークＷの分布状況と総必要与熱量Ｑｔとの関係について説明する。
【００３１】
同図５（ａ）に示されるように、炉内３ｃの各区間Ｚ１〜Ｚ４のそれぞれにワークＷ１が存在する分布状況の場合、総必要与熱量Ｑｔは、必要与熱量Ｑ（Ｚ１）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ２）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ３）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ４）ｗ１＋炉内損失分Ｑｆと算出される。また、炉内３ｃの区間Ｚ２を除いた各区間Ｚ１，Ｚ３，Ｚ４のそれぞれにワークＷ１が存在する分布状況の場合には、総必要与熱量Ｑｔは、必要与熱量Ｑ（Ｚ１）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ３）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ４）ｗ１＋炉内損失分Ｑｆと算出されることとなる。一方、炉内３ｃの区間Ｚ１にワークＷ２が、区間Ｚ２〜Ｚ４にワークＷ１がそれぞれ存在する分布状況の場合には、総必要与熱量Ｑｔは、必要与熱量Ｑ（Ｚ１）ｗ２＋必要与熱量Ｑ（Ｚ２）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ３）ｗ１＋必要与熱量Ｑ（Ｚ４）ｗ１＋炉内損失分Ｑｆと算出される。このように、炉内３ｃに存在するワークＷの分布状況に応じて総必要与熱量Ｑｔが算出されるようになっている。
【００３２】
総必要与熱量算出部６にて算出された上記総必要与熱量Ｑｔは、ヒータ出力熱量制御部７に入力される。ヒータ出力熱量制御部７は、この総必要与熱量Ｑｔに基づいて、必要なだけの熱量が過不足無く出力されるようにヒータユニット４の出力熱量を制御する。そうした制御系の具体的な構成例を以下に示す。
【００３３】
（制御系の構成例１）
図６は、ヒータ出力熱量制御部７が、総与熱量Ｑａのフィードバック制御によりヒータユニット４の出力熱量を制御する場合の制御系の構成を示したものである。同図に示されるように、この制御系では、炉内３ｃに配設された熱量センサを通じて検出された総与熱量Ｑａがフィードバックされる。そして、上記総必要与熱量算出部６から入力される上記総必要与熱量Ｑｔと上記総与熱量Ｑａとの偏差が縮小するようなヒータユニット４のファン風量および熱線通電量の指令値が、ヒータ出力フィードバック制御（ヒータ出力Ｆ／Ｂ制御）を通じてヒータユニット４に出力される。ヒータユニット４では、それら指令値に従ってファン４ｂの風量や熱線４ａへの通電量が調整される。炉内３ｃでは、ヒータユニット４からの出力熱量の一部が炉内損失分Ｑｆとして消費され、残りの熱量がワークＷに吸収されることとなる。なお、上記熱量センサは、この出力熱量から上記炉内損失分ＱｆとワークＷに吸収された熱量とが減算された熱量である総与熱量Ｑａを検出可能な構成となっている。
【００３４】
上記フィードバック制御系において用いられる熱量センサの構成例を図７に示す。同図に示されるように、ヒータユニット４のファン４ｂの出口側および入口側に温度センサＴＣ１、ＴＣ２をそれぞれ配設する。これにより、ファン４ｂの風量および上記温度センサＴＣ１，ＴＣ２によって検出される炉内温度の差分から上記総与熱量Ｑａを求めることができる。なお、上記温度センサＴＣ１，ＴＣ２としては、例えば熱電対を用いることができる。
【００３５】
こうしたフィードバック制御は、ヒータ出力熱量制御部７が以下に示す温調制御を所定の時間毎に繰り返して実行することによって行われる。以下、このヒータ出力熱量制御部７によって実行される温調制御について、図８に示すフローチャートを参照しつつ説明する。
【００３６】
同図に示されるように、ヒータ出力熱量制御部７では、まずステップＳ１０の処理として、ワークセンサ５を通じて得られたワークＷの搬入時間および種類情報が読み込まれる。その後、ヒータ出力熱量制御部７では、ステップＳ１１において上記ワークＷの搬入時間に基づいて各ワークＷの炉内位置、すなわちワークＷの位置する区間が導出される。そして、続くステップＳ１２の処理として、ヒータ出力熱量制御部７では、炉内３ｃに存在する各ワークＷの必要与熱量Ｑが、上記ワークＷの炉内位置およびワークＷの種類情報に基づいて上記演算マップからそれぞれ算出される。更にステップＳ１３の処理として、ヒータ出力熱量制御部７では、これら算出した各ワークＷの必要与熱量Ｑの総和が総必要与熱量Ｑｔに設定される。なお実際には、上述のように、この総必要与熱量Ｑｔは、ワークＷの必要与熱量Ｑの総和に炉内３ｃの炉内損失分Ｑｆを含めた値として算出される。
【００３７】
またステップＳ２０の処理として、ヒータ出力熱量制御部７では、ヒータユニット４のファン４ｂの入口温度、出口温度、および風量に基づき炉内３ｃのワークＷに対する総与熱量Ｑａが算出され、続くステップＳ２１において、この算出された総与熱量Ｑａが上記総必要与熱量Ｑｔよりも大きいか否かが判定される。ここで総与熱量Ｑａが総必要与熱量Ｑｔよりも大きいと判定された場合、ファン４ｂの風量および熱線４ａの通電量が減少された後、当該処理が終了される。一方、上記ステップＳ２１において、総与熱量Ｑａが総必要与熱量Ｑｔ以下であると判定された場合には、ファン４ｂの風量および熱線４ａの通電量が増大された後、当該処理が終了される。
【００３８】
（制御系の構成例２）
図９は、ヒータ出力熱量制御部７がフィードフォワード制御によりヒータユニット４の出力熱量を制御する場合の制御系の構成を示したものである。同図に示されるように、この制御系では、上記総必要与熱量算出部６から入力される上記総必要与熱量Ｑｔに基づくヒータユニット４のファン風量および熱線通電量の指令値が、ヒータ出力フィードフォワード制御（ヒータ出力Ｆ／Ｆ制御）を通じてヒータユニット４に出力される。そしてヒータユニット４では、上記指令値に従ってファン４ｂの風量および熱線４ａへの通電量が調整される。
【００３９】
なお、上記ヒータユニット４のファン風量および熱線通電量は、例えば図１０に示すような総必要与熱量Ｑｔと熱線通電量、ファン風量との関係に基づいて求められる。こうした総必要与熱量Ｑｔと熱線通電量、ファン風量との関係は、予め実験やシミュレーションを通じて求められ、ヒータ出力熱量制御部７に記憶される。
【００４０】
（制御系の構成例３）
また、制御系の構成としてはこの他にも、図１１に示すように、上記フィードバック制御と上記フィードフォワード制御とを組み合わせた制御系も有効である。ここで、ヒータ出力フィードバック制御としてＰＩＤ制御を採用する場合には、ヒータ出力熱量の制御にかかる操作量、すなわちヒータユニット４の熱線４ａの通電量、ファン４ｂの風量の指令値は、比例ゲインをＫｐ、炉内目標温度と炉内温度との偏差をΔＴとしたとき、以下の式（２）で示される。下式（２）では、その右辺の第１〜第３項がフィードバック項、より詳しくは第１項が比例項、第２項が積分項、第３項が微分項となっており、更に第４項がフィードフォワード項となっている。
【００４１】
【数２】
2007100181.tif 000004
なお、こうした本実施の形態では、ワークセンサ５がワーク分布検出手段に、総必要与熱量算出部６が算出手段に、ヒータ出力熱量制御部７が制御手段にそれぞれ相当する構成となっている。更に、温度センサＴＣ１，ＴＣ２が熱量検出手段に相当する構成となっている。
【００４２】
以上説明した本実施の形態にかかる連続加熱炉及びその制御方法によれば、以下のような効果を得ることができるようになる。
（１）ワークＷの搬送方向において炉内３ｃを４つの区間Ｚ１〜Ｚ４に区分けし、総必要与熱量算出部６が、これら区間Ｚ１〜Ｚ４のそれぞれについてその区間に存在するワークＷの必要与熱量Ｑからその総和としての総必要与熱量Ｑｔを算出するようにした。また、ヒータ出力熱量制御部７が、上記算出された総必要与熱量Ｑｔに基づき、ヒータユニット４におけるファン４ｂの風量および熱線４ａの通電量を調整するようにした。このため、炉内３ｃへのワークＷの流入状況の変化により、炉内雰囲気のワークＷに対する放熱量が大きく変化しても、炉内温度の変動が生じる前から、その放熱量の変化に対応して、ヒータユニット４におけるファン４ｂの風量や熱線４ａの通電量の調整を行うことができるようになる。したがって、炉内３ｃへのワーク流入状況に拘わらず、炉内３ｃの各ワークＷを、安定して効率的に加熱することができるようになる。また、区間Ｚ１〜Ｚ４毎に必要な熱量が求められてヒータユニット４の出力熱量が制御されるため、区間Ｚ１〜Ｚ４毎に必要なだけの熱量を供与することができる。そのため、炉内３ｃを一律に加熱した場合に比して、効率的に加熱を行うことができ、また必要なだけの熱量を過不足無く供与してワークＷをより適正に加熱することができるようにもなる。これにより、炉本体３を従来のように最大負荷に合わせて炉本体３自体の熱容量を増大させる必要がなくなり、炉本体３の小型化や連続加熱炉における消費電力の抑制も併せて図ることができるようになる。
【００４３】
（２）ワークセンサ５を通じて炉本体３に搬入されるワークＷの種類の識別も行うようにしたため、同一種類のワークＷのみならず、多品種のワークＷに対してもより的確な加熱を行うことができるようになる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について、図１２を参照して詳細に説明する。
本実施の形態にかかる連続加熱炉では、ヒータユニットが、ワークＷの搬送方向において複数に区分けされた炉内３ｃの領域毎にそれぞれ設けられている。そしてこの連続加熱炉は、これら領域のそれぞれについてその領域内に存在するワークＷの総必要与熱量を個別に算出するとともに、各領域のヒータユニットの出力熱量をそれぞれ、上記算出された該当領域の総必要与熱量に基づき個別に制御する構成となっている。なお本実施の形態において、第１の実施の形態と同様あるいはそれに準じた構造及び機能を有する部材については、同一の符号を付してその説明は割愛する。
【００４５】
図１２に示すように、本実施の形態にかかる連続加熱炉では、炉内３ｃがワークＷの搬送方向に入口側の領域Ｒｉｎと出口側の領域Ｒｏｕｔとの２つの領域に区分けされている。これら領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔには、それぞれ個別のヒータユニット４ｉｎ，４ｏｕｔが設けられている。また各領域Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔに対応してそれぞれ個別のヒータ出力熱量制御部７ｉｎ、７ｏｕｔが設けられている。
【００４６】
総必要与熱量算出部６は、領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔのそれぞれについてその領域に存在するワークＷの総必要与熱量Ｑｉｎ、Ｑｏｕｔを個別に算出する。この各領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔに存在するワークＷの総必要与熱量Ｑｉｎ、Ｑｏｕｔの算出は、先の第１実施形態に準じたかたちで行われる。そして領域Ｒｉｎの総必要与熱量Ｑｉｎはヒータ出力熱量制御部７ｉｎに、領域Ｒｏｕｔの総必要与熱量Ｑｏｕｔはヒータ出力熱量制御部７ｏｕｔに、それぞれ入力される。
【００４７】
各ヒータ出力熱量制御部７ｉｎ、７ｏｕｔはそれぞれ、各々入力された該当領域Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔの総必要与熱量Ｑｉｎ、Ｑｏｕｔに基づき、該当するヒータユニット４ｉｎ，４ｏｕｔの出力熱量を個別に制御する。すなわち、ヒータ出力熱量制御部７ｉｎは、領域Ｒｉｎに存在するワークＷの分布状況に基づいて算出された総必要与熱量Ｑｉｎからファン風量および熱線通電量の指令値を求め、それに従ってヒータユニット４ｉｎを制御する。また、ヒータ出力熱量制御部７ｏｕｔは、領域Ｒｏｕｔに存在するワークＷの分布状況に基づいて算出された総必要与熱量Ｑｏｕｔから、同様にファン風量および熱線通電量の指令値を求め、それに従ってヒータユニット４ｏｕｔを制御する。
【００４８】
また、本実施の形態のヒータ出力熱量制御部７ｏｕｔは、領域Ｒｉｎに存在するワークＷに対して発生した加熱の過不足分を、その後の搬送経路上の領域である領域Ｒｏｕｔにて解消するようにしている。具体的には、総必要与熱量算出部６は、熱量センサを通じて炉内３ｃの総与熱量Ｑａを求め、この総与熱量Ｑａと総必要与熱量Ｑｉｎとの偏差から領域ＲｉｎでのワークＷに対する加熱の過不足分を求める。そして、総必要与熱量算出部６は、このワークＷが領域Ｒｏｕｔに存在することを認識したとき、領域Ｒｏｕｔに存在するワークＷの分布状況に基づいて求められた総必要与熱量Ｑｏｕｔに上記偏差分を加算あるいは減算したものをヒータ出力熱量制御部７ｏｕｔに出力する。これにより、領域Ｒｉｎにおいて生じたワークＷに対する加熱の過不足分は、領域Ｒｏｕｔにおいて吸収されることとなる。このため、連続加熱炉に搬入されたワークＷに対して、必要とされる熱量をより確実に与えることができる。
【００４９】
以上説明した本実施の形態にかかる連続加熱炉及びその制御方法によれば、以下のような新たな効果を得ることができるようになる。
（３）炉内３ｃをワークＷの搬送方向に入口側の領域Ｒｉｎと出口側の領域Ｒｏｕｔとの２つの領域に区分けし、これら領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔに、それぞれ個別のヒータユニット４ｉｎ，４ｏｕｔを設けるとともに、これら各領域Ｒｉｎ、Ｒｏｕｔに対応してそれぞれ個別のヒータ出力熱量制御部７ｉｎ、７ｏｕｔを設けるようにした。そして、これら領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔのそれぞれについてその領域内に存在するワークＷの総必要与熱量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔを個別に算出するとともに、各領域のヒータユニットの出力熱量をそれぞれ、上記算出された該当領域の総必要与熱量Ｑｉｎ，Ｑｏｕｔに基づき個別に制御するようにした。このため、ヒータ出力熱量制御部７ｏｕｔによって、領域Ｒｉｎに存在するワークＷに対して発生した加熱の過不足分を、その後の搬送経路上の領域である領域Ｒｏｕｔにて解消することができるようになり、連続加熱炉に搬入されたワークＷに対して、必要とされる熱量をより確実に与えることができるようになる。
【００５０】
なお、この発明にかかる連続加熱炉およびその制御方法は上記各実施の形態に限定されるものではなく、同実施の形態を適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００５１】
・上記第１実施形態では、ワークＷの搬送方向において炉内３ｃを４つの区間Ｚ１〜Ｚ４に区分けしている。しかし、この区分けの数は４つに限定されるものでなく、炉内３ｃを任意の数で区分けするようにしてもよい。また、炉内３ｃが一つの区間となっている構成でもよい。
【００５２】
・上記第２実施形態において総必要与熱量算出部６では、各領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔ毎に総必要与熱量Ｑｔを求め、領域ＲｉｎのワークＷに対して加熱の過不足が生じた場合には、この過不足分を領域Ｒｏｕｔの総必要与熱量Ｑｔに加算あるいは減算することによって、領域ＲｉｎでのワークＷに対する加熱の過不足分を吸収するようにしている。こうしたワークＷに対する加熱の過不足分を吸収する方法としてはこの他にも、各領域Ｒｉｎ，Ｒｏｕｔを通じてワークＷに与えられるべき総必要与熱量を求めておき、領域ＲｉｎにおいてワークＷに与えられた総与熱量Ｑａをこの総必要与熱量から減算した熱量を総必要与熱量Ｑｏｕｔとするようにしてもよい。このようにしても、領域ＲｉｎでのワークＷに対する加熱の過不足分は、その後の領域である領域Ｒｏｕｔにおいて好適に吸収されるようになる。
【００５３】
・上記第２実施形態では、領域ＲｉｎのワークＷに対して加熱の過不足が生じた場合には、この過不足分を領域Ｒｏｕｔにて解消するようにしている。しかし、このように領域ＲｉｎでのワークＷに対する加熱の過不足分を解消する必要がないときには、総必要与熱量算出部６におけるこうしたワークＷに対する加熱の過不足分に関する演算を割愛するようにしてもよい。
【００５４】
・上記第２実施形態では、炉内３ｃをワークＷの搬送方向に入口側の領域Ｒｉｎと出口側の領域Ｒｏｕｔとの２つの領域に区分けしている。しかし、この区分けの数は２つに限定されるものではなく、任意の数を選択することができる。
【００５５】
・上記各実施形態では、ワークＷの必要与熱量Ｑを演算マップに基づいて算出している。しかしながら、必要与熱量Ｑを求める方法はこのように演算マップを用いる方法に限定されない。例えば、ワークＷに対する温度プロファイルを演算式として総必要与熱量算出部６に予め記憶しておき、総必要与熱量算出部６は、炉内３ｃに存在するワークＷの位置を上記演算式に代入して予定温度上昇量θを算出する。また総必要与熱量算出部６には、ワークＷの質量ｍ、比熱ｃ、伝熱係数ｕ、或いはそれらの乗算値（ｍ×ｃ×ｕ）等の物性値がワークＷの種類毎に予め記憶されており、必要与熱量Ｑの算出時には、該当する種類のワークＷの上記物性値が読み出される。そして算出された予定温度上昇量θおよび読み出された上記物性値を上式（１）に代入して、各ワークＷの必要与熱量Ｑを算出する。このようにしても、上記実施形態と同様に、総必要与熱量Ｑｔの算出を行うことができる。
【００５６】
・ワークＷの種類の識別を、ワークＷ毎に装着されたＩＣタグ、バーコード等に登録された識別情報の読み取りを通じて行うようにしてもよい。
・上記各実施形態においては、炉内３ｃに存在するワークＷの分布状況を把握するために、ワークセンサ５によってワークＷの種類の識別も行うようにしている。ただし、同一種類のワークＷが連続して流入するような生産態様においては、こうしたワークＷの種類情報は必ずしも必要でないため、ワークセンサ５による種類情報の取得を割愛するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明にかかる連続加熱炉の第１実施形態についてその概略構成を示す模式図。
【図２】炉内のワーク位置とワーク温度との関係を示すグラフ。
【図３】同実施の形態にかかる連続加熱炉の総必要与熱量算出部が有する演算マップの一例を示す表。
【図４】炉内の各区間における必要与熱量の推移を、熱容量の異なる２つのワークを一例として比較表示するグラフ。
【図５】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、炉内に存在するワークの分布状況の一例と総必要与熱量との関係を示す模式図。
【図６】同実施の形態にかかる連続加熱炉において、ヒータユニットの出力熱量を制御する際に用いられる制御系の一例を示すブロック図。
【図７】ヒータユニット近傍の部分拡大図。
【図８】同実施の形態にかかる連続加熱炉のヒータ出力熱量制御部が実行する温調制御について、その処理手順を示すフローチャート。
【図９】同実施の形態にかかる連続加熱炉において、ヒータユニットの出力熱量を制御する際に用いられる制御系の一例を示すブロック図。
【図１０】総必要与熱量、ファン風量、および熱線通電量の関係を示すグラフ。
【図１１】同実施の形態にかかる連続加熱炉において、ヒータユニットの出力熱量を制御する際に用いられる制御系の一例を示すブロック図。
【図１２】本発明にかかる連続加熱炉の第２実施形態についてその概略構成を示す模式図。
【符号の説明】
【００５８】
１…ベース、２…ベルトコンベア、３…炉本体、３ａ…炉入口、３ｂ…炉出口、３ｃ…炉内、４，４ｉｎ，４ｏｕｔ…ヒータユニット、４ａ…熱線、４ｂ…ファン、５…ワークセンサ、６…総必要与熱量算出部、７，７ｉｎ，７ｏｕｔ…ヒータ出力熱量制御部、ＴＣ１，ＴＣ２…温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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