CN101248193B - 热处理用夹具和热处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种热处理用夹具，能够通过扩大热处理用夹具的材料(尤其是电阻发热体的材料)的选择范围，抑制其成本上升，同时，实现加热器的输出的均匀化及热效率的提高。在本发明中，在对处理对象物实施热处理之际，在保持处理对象物的同时，作为通过从外部通电使电阻发热从而对处理对象物进行加热的热处理用夹具，采用的是在母材中掺入具有比该母材高的固有电阻的电阻发热材料形成的热处理用夹具。

Description

热处理用夹具和热处理装置及方法

技术领域

本发明涉及保持处理对象物的热处理用夹具和对由该热处理用夹具保持的处理对象物进行热处理的热处理装置及方法。 

背景技术

例如在特开2004-315917号公报中公开有如下发明技术，即，利用多个加热器对由热处理用夹具保持的处理对象物进行加热，同时，通过通电使热处理用夹具电阻发热，由此对处理对象物实施热处理。 

也就是说，该发明是在采用设置在热处理炉内的多个加热器对由热处理用夹具保持的处理对象物均匀地加热的情况下，由热处理用夹具及布置在该热处理用夹具下面的炉底的熱容量所引起的各个加热器的输出不能够均匀，另外，为了增加由此引起的热处理炉内自高输出的加热器附近向外部的放热量，而用于解决热效率下降之类的技术问题的发明，在通过加热器对处理对象物进行加热的基础上，通过通电使热处理用夹具自身(确切说是电阻发热体)电阻发热对热处理对象物进行辅助加热，由此，在实现多个加热器的输出均匀化的同时提高热效率。 

另外，在特开2004-315917号公报中，提及了特开平11-171655号公报及特开2000-73106号公报公开的各个发明，指出了这些发明不能解决上述技术问题的要点。 

特许文献1：日本特开2004-315917号公报 

特许文献2：日本特开平11-171655号公报 

特许文献3：日本特开2000-73106号公报 

然而，上述现有的发明，是本申请人的先行发明，其热处理用夹具中的电阻发热体的材料，限定为耐热性高，而且固有电阻比较高的材料。在特开2004-315917号公报中，作为具有这种性质的电阻发热体的材料，例示有石墨材料、镍铬合金材料、钨材料、钼材料、钽材料、陶瓷材料、Fe-Cr-Al系材料。 

但是，这些电阻发热体材料，作为热处理用夹具与目前使用的耐热钢比较， 作为材料其价格高，同时加工性方面也差。所以，上述现有的发明，存在热处理用夹具的成本比现有的热处理用夹具更高之类的问题。因此，渴望一种不使热处理用夹具的成本升高，就可以实现提高加热器的输出的均匀化及热效率的提高的技术的开发。 

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而开发的，其目的是，通过扩大热处理用夹具的材料(尤其是电阻发热体的材料)的选择范围，在抑制热处理用夹具的成本升高的同时，实现加热器的输出的均匀化及热效率的提高。 

为了实现上述目的，在本发明中，采用的解决方法是，使用在电阻发热体的母材中掺入了比该母材具有更高的固有电阻的电阻发热材料的热处理用夹具。 

根据这样的发明，通过在电阻发热体的母材中掺入电阻发热材料，能够使热处理用夹具的固有电阻高于母材原来的固有电阻。所以，由于作为电阻发热体的母材，能够选择固有电阻比较低的材料，因此能够扩大电阻发热体的母材的选择范围，作为该结果是，可以实现热处理用夹具的成本降低和加工性的改善等。 

根据本发明，例如，因为作为热处理用夹具可以采用目前所使用的耐热钢，所以能够确实地实现热处理用夹具的成本降低和加工性的改善等。 

另外，在本发明中，采用这样的解决方法，就是使用在电阻发热体的母材的表面形成具有比上述母材高的固有电阻的电阻发热材料，并将其作为覆膜的热处理用夹具。 

根据本发明，由于是在电阻发热体的母材的表面形成电阻发热材料作为覆膜，可以使热处理用夹具的表面的固有电阻高于母材，所以，作为电阻发热体的母材，能够选择固有电阻比较低的材料。 

另外，在本发明中，采用这样的解决方法，即，使用将多个规定形状的要素构件连接而成的热处理用夹具。 

根据这样的发明，其是通过各个要素构件的连接部的接触电阻产生电阻发热。因而，由于作为电阻发热体的母材能够选择固有电阻比较低的材料，因此能够扩大电阻发热体的母材的选择范围。 

附图说明

图1是表示本发明的实施例的热处理装置的构成的纵向剖面图； 

图2A是表示本发明的实施例的托盘型热处理用夹具的构成的放大正面图； 

图2B是表示本发明的实施例的托盘型热处理用夹具的构成的放大侧面图； 

图3A是表示本发明的第一实施例的电阻发热体的构成的立体图； 

图3B是表示本发明的第一实施例的电阻发热体的放大剖面图的示意图； 

图4是表示本发明的实施例的篮筐型热处理用夹具的构成的立体图； 

图5A是表示本发明的第二实施例的电阻发热体的构成的立体图； 

图5B是表示本发明的第二实施例的电阻发热体的放大剖面图的示意图； 

图6A是表示本发明的第三实施例的电阻发热体的构成的立体图； 

图6B是表示本发明的第三实施例的电阻发热体的放大剖面图的示意图。 

图7A是表示本发明的第四实施例的电阻发热体的构成的立体图； 

图7B是表示本发明的第四实施例的电阻发热体的放大剖面图的示意图。 

符号说明 

X处理对象物 

Y热处理用夹具 

Y1托盘型热处理用夹具 

Y2篮筐型热处理用夹具 

y1、y2、y9、y10侧板 

y3、y11、y15、y16、y17、y18连接板 

y4、y12加强板 

y5母材 

y6电阻发热材料 

y7底部 

y8周侧部 

y13、y14框架 

y18碳注入区域 

1主体容器 

2加热室 

3A、3B供电部 

4炉底 

5A～5C加热器 

6A、6B接触电极 

7A、7B连接电极 

8A、8B棒状支承构件 

9A、9B气缸 

10A、10B贯通电极 

11A、11B配线 

具体实施方式

以下参照附图对本发明的最佳实施例进行说明。 

另外，以下说明的第一～第四实施例，其结构特征为，均具有将处理对象物保持在热处理装置内的热处理用夹具，而且，热处理装置的构成大致相同。所以，在对第一～第四实施例进行说明之前，参照图1对热处理装置的整体结构进行说明。 

本热处理装置的主体容器1形成大致中空圆塔形状，以横卧的状态设置在地板上。在这样的主体容器1的一端，设有用于使热处理用夹具Y(托盘型热处理用夹具)所保持的处理对象物X出入的开、闭门(未图示)。另外，在主体容器1内设有收容热处理用夹具Y的加热室2，另一方面，在主体容器1的两侧部，设有一对供电部3A、3B。 

加热室2是利用绝热壁形成箱型的容器，在其内部且下部设有支承热处理用夹具Y的炉底4，同时，在下部、左侧部及上部设有用于对处理对象物X进行加热的加热器5A～5C。 

供电部3A、3B，其具有：前端设有接触电极6A、6B，同时，在其内部及后端设有与接触电极6A、6B连接的连接电极7A、7B的棒状支承构件8A、8B；使该棒状支承构件8A、8B前进/倒退的气缸9A、9B；与外部电源(未图示)连接、同时以密封状态且贯通状态设置在主体容器1内的贯通电极10A、10B；及将贯通电极10A、10B分别与连接电极7A、7B连接的配线11A、11B等。 

上述棒状支承构件8A、8B，如图所示，以贯通加热室2的方式设置。供电部3A、3B通过气缸9A、9B使棒状支承构件8A、8B前进/后退，由此，使接触电极6A、6B与定位在炉底4上的规定位置的热处理用夹具Y接触/背离。 

另外，本热处理装置，如同特开2004-315917号公报中所记载的那样，是在真空中或者隋性气体氛围气下对处理对象物X实施批量热处理的一室式热处理炉。这种一室式热处理炉，是用于对钢材进行淬火、回火、退火或者正火等热处理，及用于对陶瓷、磁性材料、碳材料或者复合材料等进行烧结或者烧成热处理的热处理炉。由于在特开2004-315917号公报中已经对一室式热处理炉作了详细地说明，因此，在本说明书中省略此以上详细的说明。 

A：第一实施例 

下面，对本发明的第一实施例进行说明。 

图2A及图2B表示关于本第一实施例的托盘型热处理用夹具Y1的构成，该托盘型热处理用夹具Y1的构成为：平行配置的一对侧板y1、y2；以架设在该侧板y1、y2之间的方式、隔开规定间隔设置的多个连接板y3；与上述侧板y1、y2同形状、且平行地设置在该连接板y3的中间部位的加强板y4。 

如图3A及图3B所示，侧板y1、y2及连接板y3是在耐热钢等具有导电性的母材y5内通过掺入固有电阻比该母材y5高的电阻发热材料y6后的材料而形成的，同时，呈现为电阻发热的长方形构件。另外，加强版y4是由耐热钢等导电性构件形成的构件，其对连接板y3进行机械性加强，同时，与连接板y3的中间部位进行电连接。 

也就是说，托盘型热处理用装置Y1是在电阻发热体即侧板y1、y2之间平行地设置有多个相同的电阻发热体即连接板y3的夹具。这种托盘型热处理用夹具Y1，就其电路而言，是在电阻发热体(侧板y1、y2)之间并联连接有多个电阻发热体(连接板y3)。 

由于本热处理装置要求例如以850℃左右的处理温度对处理对象物X实施热处理的性能，因此，作为托盘型热处理用夹具Y1的构成材料，也必需是在上述处理温度下非常稳定的材料。上述电阻发热体(即侧板y1、y2及连接板y3)中的母材y5，作为除这种温度必要条件以外，由于材料价格低且加工性好而能够降低成本、且具备导电性的材料，例如可选定耐热钢。 

另外，电阻发热材料y6是由锰铜镍合金、无镍锰铜合金、进程阿范斯电阻合金(一种高比阻铜镍合金)、Cu-Mn-Ge合金、NBW108、Ni-Cr-Fe合金、碳化硅材料、镍铬合金、石墨之中的一种或多种形成的材料。在这些材料中，锰铜镍合金、无镍锰铜合金、进程阿范斯电阻合金、Cu-Mn-Ge合金、NBW108是金属电阻材料。 

锰铜镍合金，其成分为铜(Cu)：85.65重量％、锰(Mn)：12重量％、镍(Ni)：2重量％、铁(Fe)：0.25重量％、硅(Si)：0.1重量％，是在常温(20℃)下固有电阻为49μΩ·cm的材料。无镍锰铜合金，其成分为铜(Cu)：85重量％、锰(Mn)：9.5重量％、铝(Al)：5.5重量％，是在常温(20℃)下固有电阻为45μΩ·cm的材料。 

进程阿范斯电阻合金，其成分为铜(Cu)：54.50重量％、锰(Mn)：0.54重量％、镍(Ni)：44.65重量％、铁(Fe)：0.11重量％，是在常温(20℃)下固有电阻为47.56μΩ·cm的材料。Cu-Mn-Ge合金，其成分为铜(Cu)：87.4重量％、锰(Mn)：2重量％、锗(Ge)：0.6重量％，是在常温(20℃)下固有电阻为35μΩ·cm的材料。NBW108，其成分为锰(Mn)：10重量％、锡(Sn)：82～88重量％，是在常温(20℃)下固有电阻为55μΩ·cm的材料。 

Ni-Cr-Fe合金，其主要成分为镍(Ni)：60重量％、铬(Cr)：12重量％、铁(Fe)：26重量％，或者主要成分为镍(Ni)：65重量％、铬(Cr)：22重量％、铁(Fe)：10重量％、锰(Mn)：2重量％，固有电阻为17μΩ·cm的材料。另外，用在镍铬合金加热器中的镍铬合金，是其固有电阻值为110μΩ·cm的材料。 

碳化硅材料，其主要成分为碳(C)：26重量％、硅(Si)：63重量％，固有电阻为40～60μΩ·cm的材料。另外，石墨材料，其固有电阻为1000～1500μΩ·cm的材料 

另外，侧板y1、y2及连接板y3(电阻发热体)是由在上述母材y5中掺入电阻发热材料y6的材料形成的，该混合方式也可为将母材y5和电阻发热材料y6进行合金化的方式，或者在母材y5中分散有粒子状的电阻发热材料y6的方式中的任何一种方式。 

上述托盘型热处理装置Y1，如图所示，是相对纵、横尺寸其高度尺寸大幅度缩短的托盘型的热处理用夹具。上面载置有处理对象物X的托盘型热处理装置Y1，其侧板y1、y2和上述的接触电极6A、6B以平行对峙的方式载置在炉底4上。 

在使用这种托盘型热处理装置Y1将处理对象物X保持在图1的热处理装置中进行热处理时，该热处理装置首先使供电部3A、3B的各个接触电极6A、6B相对热处理用夹具Y1前进，且与热处理用夹具Y1的侧板y1、y2接触。然后，热处理装置在该状态下从外部电源向加热器5A～5C及供电部3A、3B供给 电力，使加热器5A～5C及托盘型热处理用夹具Y1的电阻发热体(侧板y1、y2及各个连接板y3)电阻发热。结果是，处理对象物X利用加热器5A～5C及托盘型热处理用夹具Y1释放出的热被加热。 

根据这样的本第一实施例，通过电阻发热体(侧板y1、y2及各个连接板y)发热，可以纠正由于托盘型热处理用夹具Y1和炉底4的熱容量引起的加热器5A～5C的输出不均匀，而且也能够纠正由于加热器5A～5C的输出不均匀引起的热效率下降。另外，在第一实施例中，将侧板y1、y2及各个连接板y3设定为电阻发热体，然而，只把连接板y3设定为电阻发热体，将侧板y1、y2设定为耐热钢等导电性材料也可以。 

另外，除这样的作用和效果以外，相对于现有的电阻发热板只由石墨材料、镍铬合金材料、钨材料、钼材料、钽材料、陶瓷材料、Fe-Cr-Al系列等电阻材料形成而言，由于在本第一实施例中，由于采用由在耐热钢等的具有导电性的母材y5中掺入了比该母材y5高的固有电阻的电阻发热材料y6后的材料形成的连接板y3，所以，和目前比可以扩大连接板y3的材料(尤其是母材y5)的选择范围，作为该结果，能够实现托盘型热处理用夹具Y1的成本降低和加工性的改善等。 

另外，上述连接板y3，不仅适用于图2所示的托盘型热处理用夹具Y1，也适用于图4所示的篮筐型热处理用夹具Y2。 

该篮筐型热处理用夹具Y2的构成为，与上述托盘型热处理用夹具Y1具有相同结构的底部y7和作为侧壁设置在该底部y7上的周侧部y8。底部y7由平行配置的一对侧板y9、y10，以架设的方式隔开规定间隔设置在该侧板y9、y10之间的多个连接板y11，与上述侧板y9、y10同形状且平行设置在该连接板y11的中间部位的加强板y12构成。在这样的底部y7上的侧板y9、y10及连接板y11是和上述托盘型热处理用夹具Y1的电阻发热体(侧板y1、y2及连接板y3)为同一种材料的电阻发热体。 

周侧部y8具有在上下方向相向配置的一对框架y13、y14和以架设的方式隔开规定间隔设置在该框架y13、y14之间的多个连接板y15。这样的周侧部y8上的框架y13、y14及连接板y15是与上述托盘型热处理用夹具Y1的电阻发热体(侧板y1、y2及连接板y3)为同一种材料的电阻发热体。 

这样构成的篮筐型热处理用夹具Y2通过在由底部y7和周侧部y8围成的空间内收容多个较小型的处理对象物X而保持。另外，在使用这样的篮筐型热处理用夹具Y2对处理对象物X实施热处理时，供电部3A、3B的接触电极6A、6B相对底部y7前进并与侧板y9、y10接触，同时，如图所示，在供电部3A、3B中追加配备的第二接触电极6C、6D前进并与框架y13、y14接触。 

在这样的篮筐型热处理用夹具Y2中，通过向供电部3A、3B供给电力，使各个电阻发热体，即底部y7的侧板y9、y10及连接板y11以及周侧部y8的框架y13、y14及连接板y15进行电阻发热，所以，能够取得与上述的托盘型热处理用夹具Y1同样的作用与效果。 

另外，也可以只把底部y7的连接板y11及周侧部y8的连接板y15作为电阻发热体，而把底部y7的侧板y9、y10及周侧部y8的框架y13、y14作为耐热钢等导电性材料。 

B：第二实施例 

下面对本发明的第二实施例进行说明。 

另外，本第二实施例和上述的第一实施例相比较而言，只是电阻发热体的构成不同。所以在以下的说明中，只对本第二实施例中的电阻发热体(连接板y16)的构成进行说明。另外，在以下的说明中，对于和上述的第一实施例相同的构成要素赋予相同的符号，并将重复的说明省略。 

如图5A及5B所示，连接板y16是在形成了板状的母材y5的表面上形成电阻发热材料y6作为覆膜。作为该覆膜的形成方法，可考虑到将含有电阻发热材料y6的粉末的溶剂使用毛刷或喷枪等涂布在母材y5的表面上，通过干燥处理使溶剂挥发的方法。上述溶剂例如是酒精类的溶剂。 

根据这样的本第二实施例，由于采用了在耐热钢等具有导电性的母材y5的表面上，形成具有比该母材y5高的固有电阻的电阻发热材料y6的覆膜的连接板y16，与上述实施例一样，可以扩大连接板y16的材料(尤其是母材y5)的选择范围，作为该结果，能够实现热处理用夹具(托盘型热处理用夹具及篮筐型热处理用夹具)的成本降低和加工性的改善等。 

C：第三实施例 

下面，对本发明的第三实施例进行说明。 

另外，本第三实施例也和上述第二实施例一样，和第一实施例比较只是电阻发热体的构成不同。所以在以下的说明中，对本第三实施例中的电阻发热体 (连接板y17)的构成进行说明。另外，在以下的说明中，对于和上述的第一实施例相同的构成要素赋予相同的符号，并将重复的说明省略。 

如图6A及6B所示，连接板y17是通过在以板状形成的母材y5内实施渗碳处理，在母材y5的表面附近区域内形成有碳注入区域y18的连接板。该碳注入区域y18是通过渗碳处理注入了碳(C)，由此称为固有电阻比母材y5的固有电阻大的区域，其通过通电呈现电阻发热。 

根据这样的本第三实施例，由于采用在母材y5的表面附近区域存在碳注入区域y18的连接板y17，因此和上述第一、第二实施例一样，能够扩大连接板y17的材料(尤其是母材y5)的选择范围，作为该结果，能够实现热处理用夹具(托盘型热处理用夹具及篮筐型热处理用夹具)的成本降低和加工性的改善等。 

D：第四实施例 

下面，对本发明的第四实施例进行说明。 

本第四实施例也和上述的第二、第三实施例一样，和第一实施例比较只是电阻发热体的构成不同。所以在以下的说明中，对本第四实施例中的电阻发热体(连接板y18)的构成进行说明。另外，在以下的说明中，对于和上述的第一实施例相同的构成要素赋予相同的符号，并省略重复的说明。 

本第四实施例中的连接板y18，如图7A所示，通过将多个由母材y5形成的规定形状的棒状要素构件y19进行连接而形成。也就是说，如图7B所示，各个棒状要素构件y19是设有多个凸部y20和凹部21的角棒，通过将凸部y29和凹部21嵌合在一起而相互连接。 

在这样的连接板y18中，在各个棒状要素构件y19的连接部产生接触电阻引起的电阻发热。因此，和上述的第一～第三实施例的连接板y3、y11、y15、y16、y17具有同样的功能。 

在此，由于本第四实施例的连接板y18是利用连接部的接触电阻的连接板，所以通过连接部的个数和接触电阻的大小来控制发热量。连接部的个数越多、而且接触电阻越大，连接板y18的整个的发热量就会越大。所以，为了增加连接部的个数，重要的是设计各个棒状要素构件y19的连接方法和形状。 

另外，在图7A中，将棒状要素构件y19通过三层堆积而构成连接板y18，然而也可以向拼图玩具那样将各个棒状要素构件19以一层连接成平面状。 

另外，不仅仅是各个棒状要素构件y19由母材y5形成，由和上述的第一～第三实施例的连接板y3、y11、y15、y16、y17同样的材料形成也可以。在形成这样的各个棒状要素构件y19时，除由连接部的接触电阻进行电阻发热以外，各个棒状要素构件y19自身也进行电阻发热，所以能够增大发热量。 

Claims (6)

1.一种热处理用夹具，在对处理对象物实施热处理之际，在保持所述处理对象物的同时，通过从外部通电，使电阻发热体电阻发热，从而对所述处理对象物进行加热，其特征在于，

所述电阻发热体为，在母材中掺入具有比该母材高的固有电阻的电阻发热材料而形成，并且所述母材由耐热钢形成，

所述电阻发热体为，通过在母材的表面附近掺入电阻发热材料而形成，

所述电阻发热材料是通过对母材进行渗碳处理而在母材的表面附近掺入的碳。

2.一种热处理用夹具，在对处理对象物实施热处理之际，在保持所述处理对象物的同时，通过从外部通电，使电阻发热体电阻发热，从而对所述处理对象物进行加热，其特征在于，

所述电阻发热体为，通过将多个规定形状的要素构件进行连接而形成，

所述要素构件是设有多个凸部和凹部的角棒，通过将所述凸部和所述凹部嵌合而相互连接。

3.一种热处理装置，其特征在于，具备：

加热用容器，收容由权利要求1所述的热处理用夹具所保持的处理对象物；

通电装置，向所述热处理用夹具通入加热用电流；以及

加热装置，使用配置在所述处理对象物周围的加热器，对所述处理对象物进行加热。

4.一种热处理装置，其特征在于，具备：

加热用容器，收容由权利要求2所述的热处理用夹具所保持的处理对象物；

通电装置，向所述热处理用夹具通入加热用电流；以及

加热装置，使用配置在所述处理对象物周围的加热器，对所述处理对象物进行加热。

5.一种热处理方法，使用热处理用夹具，将处理对象物保持在热处理装置内，通过对所述热处理用夹具和配置在所述处理对象物周围的加热器进行通电，对所述处理对象物进行加热而实施热处理，其特征在于：

作为所述热处理用夹具，使用的是具备电阻发热体的热处理用夹具，该电阻发热体为，在母材中掺入具有比该母材高的固有电阻的电阻发热材料的电阻发热体，并且所述母材由耐热钢形成，

所述电阻发热体为，通过在母材的表面附近掺入电阻发热材料而形成，

所述电阻发热材料是通过对母材进行渗碳处理而在母材的表面附近掺入的碳。

6.一种热处理方法，使用热处理用夹具，将处理对象物保持在热处理装置内，并通过对所述热处理用夹具和配置在所述处理对象物周围的加热器进行通电，对所述处理对象物进行加热而实施热处理，其特征在于，

作为所述热处理用夹具，使用的是具备电阻发热体的热处理用夹具，该电阻发热体为，通过将多个规定形状的要素构件进行连接而形成的电阻发热体，

作为所述要素构件使用的是设有多个凸部和凹部的角棒，并通过将所述凸部和所述凹部嵌合而相互连接的要素构件。