KR100742438B1 - 복잡한 형상의 가공물의 유도 열처리장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
다중 스테이션 유도 열처리 장치(10)은 그 축이 공통 가공물축에 대해 평행하고 가공물축으로부터 오프셋된 복수의 원통형 부품을 가진 금속 가공물을 열처리하는데 사용된다. 상기 열처리 장치(10)은 가공물과 유도기 부품이 고정되었을 때 열처리하는 열처리 스테이션(31,32,33)을 포함한다. 상기 장치(10)은 필수적으로 열처리되어야 하는 일부가 동축이 아니며 2개의 원통형 부품 사이에 삽입된 비대칭형 부품을 가진 크랭크 샤프트와 같은 가공물의 열처리에 특히 적합하다.
유도가열, 열처리, 크랭크 샤프트, 스테이션, 유도기.
Description
본 출원은 2000년 2월 10일자로 출원된 미국 예비출원 제60/181,513호를 우선권 주장한다.
본 발명은 공통 가공물축에 대해 그 축이 평행하면서 공통 가공물축으로부터 오프셋된 다수개의 원통 부품을 포함하는 복잡한 형상의 금속 가공물의 유도 열처리에 관한 것으로, 특히 크랭크 샤프트의 유도 열처리에 관한 것이다.
원통형 금속 가공물은 가공물의 외측 반경곡률보다 약간 큰 곡률을 가진 아치형 정지 유도코일을 중심으로 가공물의 축회전을 통해 유도가열하기에 적합하다. 내연기관, 펌프, 압축기 및 그 동등물에 사용되는 크랭크 샤프트와 같이 대체로 원통형인 비동축 부품을 포함하는 금속 가공물은 유도가열을 통해 효과적으로 경화 및 연화하기가 더 어렵다. 일품으로 주조 또는 단조된 크랭크 샤프트는 웨브로 상호연결된 일련의 크랭크핀(핀)과 메인 저널(메인)을 포함한다. 모든 핀(과 메인)들이 대체로 정원형 실린더 형상인 반면, 각각의 웨브는 특정 크랭크 샤프트 형태에 대해 균형추 역할을 하도록 각각 형성된다. 선택적 크랭크 샤프트 구조로서, 축길이가 표준핀의 두배인 배폭(double-width)(공용) 핀이 사용될 수 있다. 또한, 분할
핀(split pin)으로 알려진 구조로서, 2개의 핀이 (웨브에 의해 분리되기 보다는) 오프셋 핀 축으로 서로 연결될 수 있다. 결론적으로, 각각의 웨브 형상은 고형 정원형 실린더의 형상으로부터 대체로 벗어난다. 상기 핀과 메인의 원통면은 각각 커넥팅 로드 베어링과 메인 베어링의 안착면이며, 핀 베어링면과 메인 베어링면으로 불리운다. 모든 메인은 주축으로 불리우는 공용 회전축을 갖는다. 각각의 핀의 축, 또는 핀축은 상기 주축으로부터 방사상으로 오프셋된다. 상기 메인 베어링면으로부터 핀 베어링면까지 윤활유 통로를 제공하기 위해 사선형 통로가 이웃한 메인, 웨브 및 핀에 천공된다. 상기 통로는 메인과 핀의 베어링면에 구비된 사선형 개구부에서 끝난다. 또한, 오일씰, 플라이휘일 부착물 및 크랭크 노우즈와 같은 하나 또는 그 이상의 크랭크 샤프트 종료 부품이 크랭크 샤프트의 일단에 통상적으로 부착된다. 각각의 핀과 메인사이의 원주상 계면과 그 주변 웨브에 의해 한정된 천이구역은 통상적으로 필렛(fillet)으로 불린다. 핀과 메인 베어링면은 열처리를 통해 경화 및 연화되어 고도의 내마모 및 내융착면이 된다. 상기 필렛은 열처리 또는 기계적 압연경화를 통해 경화 및 연화되어 크랭크 샤프트의 성능을 향상시키게 되는데, 그 이유는 상기 필렛이 크랭크 샤프트 사용시 휨 모우멘트로 인한 높은 응력을 받기 때문이다. 핀과 메인 베어링면만을 열처리할 것인지, 상기 면들과 함께 그와 관련된 필렛을 동시에 열처리할 것인지는 크랭크 샤프트 특정 구조에 따라 선택한다.
크랭크 샤프트를 그 주축을 중심으로 회전시키면서 핀 또는 메인 베어링면에 대해 등각 U자형 유도기를 접근시킴으로써 각각의 핀과 메인을 유도 가열할 수 있다. 핀축이 주축으로부터 방사상으로 오프셋되어 있기 때문에, 핀은 주축을 중심으로 궤도를 그리며 선회하게 된다. 따라서, 상기 U자형 유도기는 핀을 360°열처리하기 위해 핀의 궤도운동을 따라 움직여야만 한다. 미국특허 제 3,188,440호 및 제 5,680,693호는 이러한 형태의 열처리 방법 및 유도기를 개시하고 있다. 이 방법의 큰 단점은 열처리 공정중 유도기가 핀축의 방향에 대해 수직인 평면에서 움직여야 한다는 점이다. 따라서, 유도기와 핀의 회전을 조화시키기 위하여, 유도기 조립체, 유도기 운동제어 및 전원을 위한 복잡하고 대형인 부품이 필요하다. 핀과 유도기간의 최적의 공간적 관계를 유지하는 것은 열처리 공정중 핀과 유도기의 이원적 운동으로 인해 본래 어렵다. 상기 U자형 유도기의 표면을 지나 연장된 카바이드 가이드가 핀이 열처리될 때 그 핀에 얹혀져 움직인다. 상기 카바이드는 열처리 공정중에 마모되어 유도 코일의 표면과 핀 또는 메인 사이의 최적의 공극으로부터의 편향을 유발하게 된다. 최적의 공극으로부터의 편향은 불균일한 가열을 유발한다. 본질적으로, 카바이드 가이드의 마모는 너무 이른 코일 파괴를 일으킨다. 상기 U자형 유도기 조립체는 열처리 공정중에 이동하여야만 하기 때문에, 무게가 가볍고 소형인 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 구조적 제약은 공정 및 코일 조립체의 힘과 강도를 약화시킨다. 웨브 형태의 원주 변화 및 핀과 메인에 구비된 홀은 전체 열처리 과정에 대해 가변하는 유도 출력 수준을 적용하는 복잡한 제어 장치을 필요로 한다. 또한, 열처리시 크랭크 샤프트(및 관련 홀과 웨브)의 회전은 이들 주변의 유도 출력 수준의 제어를 사실상 불가능하게 만든다.
따라서, 공용 가공물축에 대해 축이 평행하면서 가공물축으로부터 오프셋된 다수개의 원통형 부품을 포함하는 크랭크 샤프트 및 다른 금속 가공물을 열처리하는 비교적 단순한 방법과, 이러한 금속 가공물을 경화 및 연화하는 개선된 소형장치에 대한 요구가 존재한다.
본 발명에서, 열처리시, 상기 크랭크 샤프트와 유도기는 경화 및 연화 공정중 하나 또는 그 이상의 열처리 스테이션에 고정된 상태를 유지하게 된다. 소정 갯수의 가공물 부품을 가열하기 위하여, 상기 크랭크 샤프트는 가공물 이송 장치에 의해 각각의 스테이션으로 이송되어 각각의 스테이션에 적절하게 위치된다. 상기 장치 및 공정으로 인하여, 열처리시 크랭크 샤프트의 회전시킴으로써 얻을 수 있는 생산율을 유지하면서도 소형이면서 통합된 부품으로 구현될 수 있는 열처리 공정의 복잡성을 크게 저감시키게 된다. 상기 크랭크 샤프트는 개선된 기계적 특성과 함께 더욱 정밀하게 경화 및 연화된다.
하나의 특징으로서, 본 발명은 가공물의 주축에 대해 평행하며 축상으로 오프셋된 하나 또는 그 이상의 대체로 원통형인 가공물 부품과, 상기 가공물의 주축과 축방향으로 나란한 2개 또는 그 이상의 대체로 원통형인 가공물 부품을 가진 크랭크 샤프트와 같은 금속 가공물의 열처리를 위한 유도 열처리 스테이션이다. 축방향으로 나란하며 축방향으로 오프셋된 각각의 가공물 부품은 인접한 비열처리된 불규칙한 형상의 부품에 연결된다. 상기 장치은 통합된 바닥구조상에 장착될 수 있으며, 적어도 하나의 AC 고주파 전원을 갖는다. 상기 장치은 소정의 가공물 부품을 유도 열처리하기 위한 적어도 하나의 스테이션을 갖는다. 각각의 스테이션은 제 1 및 제 2 펠렛 조립체를 포함한다. 상기 제 1 펠렛 조립체는 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트와 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트를 갖는다. 상기 제 1 유도기 세그먼트는 내부 관통 개구부를 갖되, 이는 당해 내부 개구부의 대향측에 제 1 및 제 2 유도기 코일 세그먼트를 형성한다. 상기 제 1 및 제 2 유도기 코일 세그먼트중 하나 또는 모두는 제 1 부분 부품 개구부를 갖는다. 또한, 상기 제 1 유도기 세그먼트는 이를 전원에 연결하는 수단과, 상기 제 1 자속 집중기 세그먼트를 그 세그먼트의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 위치시키는 수단을 갖는다. 상기 전원과, 제 1 유도기 세그먼트용 전원 연결수단 사이에는 별도의 부하 정합 변압기가 제공될 수 있다. 상기 제 2 펠렛 조립체는 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트와 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트를 갖는다. 상기 제 2 유도기 세그먼트는 내부 관통 개구부를 갖되, 이는 당해 내부 개구부의 대향측에 제 3 및 제 4 유도기 코일 세그먼트를 형성한다. 상기 제 3 및 제 4 코일 세그먼트중 하나 또는 모두는 제 2 부분 부품 개구부를 갖는다. 또한, 상기 제 2 유도기 세그먼트는 상기 제 2 자속 집중기 세그먼트를 그 세그먼트의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 위치시키는 수단을 갖는다. 상기 제 1 또는 제 2 유도기 세그먼트중 하나의 정면에 절연물질이 배치된다. 각각의 열처리 스테이션에 대해 금속 가공물을 전달하기 위해 가공물 전달 장치이 제공된다. 상기 제 1 펠렛 조립체에 대해 제 2 펠렛 조립체를 선택적으로 원위 또는 근위시키기 위한 수단이 제공된다. 상기 제 2 펠렛 조립체가 제 1 펠렛 조립체에 근접했을 때, 상기 제 1 및 제 2 유도기 세그먼트의 정면은 서로 이웃하게 됨으로써, 해당 제 1 및 제 2 부분 부품 개구부는 소정의 가공물 부품이 그 내부에 설치되는 대체로 폐쇄된 유도기를 형성하게 된다. 또한, 상기 제 1 및 제 2 자속 집중기 세그먼트의 정면은 제 2 펠렛 조립체가 제 1 펠렛 조립체에 근접할 때 서로 근접하게 된다. 각각의 폐쇄된 유도기에 위치된 소정의 가공물 부품은 전원으로부터 유래된 고주파 AC 전류에 의한 여기에 응답하여 상기 밀페된 유도기에 의해 발생된 자기장에 의해 열처리된다. 상기 밀페된 유도기는 대체로 원형 또는 난형일 수 있으며, 폐쇄된 유도기내에서 열처리될 소정의 가공물 부품에 형성된 홀과 같은 공간을 수용하는 자기장을 유도기의 형태와 함께 형성하게 된다. 상기 제 1 및 제 2 자속 집중기 세그먼트에 대한 다양한 구조가 가능하다. 각각의 스테이션은 금속 가공물이 스테이션에 안착될 때 이를 적절한 방향으로 위치시키는 가공물 배치 장치을 포함할 수 있다. 소정의 가공물 부품에 대한 담금질이 필요하다면, 상기 열처리 장치은 담금질 장치을 포함할 수 있다. 상기 제 1 및 제 2 유도기 세그먼트는 고형 구리 블록으로 제조될 수 있다. 고형 구리 블록이 사용되고 담금질이 필요하다면, 상기 소정의 가공물 부품에 소광제를 공급하기 위한 내부 통로가 구리 블록에 제공될 수 있다. 제 1 또는 제 2 부분 부품 개구부에 이웃한 영역에서 제 1 및 제 2 유도기 코일 세그먼트의 하나 또는 그 이상의 측면에 적층된 측면 차폐물이 사용될 수 있다. 제 1 및 제 2 부분 가공물 개구부의 각 쌍은 한쌍의 코일 립을 형성하는 오리피스를 갖는 아치형 코일면으로 형성될 수 있다. 상기 코일 립은 홀과 같은 소정의 가공물 부품의 특징부, 또는 선택된 가공물 부품에 이웃한 가공물 부품의 특징부에 대해 생성된 자기장의 분포를 제어하는 형태일 수 있다.
다른 특징으로서, 본 발명은 가공물의 주축을 따라 동축으로 배치된 적어도 2개의 제 1 원통형 부품과, 상기 제 1 원통형 부품 사이에 삽입된 하나 또는 그 이상의 제 2 원통형 부품을 가진 소정의 금속 가공물 부품을 열처리를 위한 방법이다. 상기 제 2 원통형 부품은 각각 주축과 평행하며 주축으로부터 오프셋된 독립축을 갖는다. 제 1 및 제 2 원통형 부품은 각각 이웃한 비열처리된 불규칙한 형상의 부품에 연결된다. 상기 금속 가공물은 맞물려 유도 열처리 스테이션으로 이송된다. 상기 가공물은 유도 열처리 스테이션의 고정 부분 유도기 개구부중 하나에서의 개별 안착을 위해 소정의 제 2 원통형 부품중 하나를 향하여 각운동하게 된다. 상기 가공물은 유도 열처리 스테이션의 고정 부분 유도기 개구부중 하나에서의 개별 안착을 위해 소정의 제 1 및 제 2 원통형 부품중 하나를 향하여 이송된다. 상기 가공물은 유도 열처리 스테이션 내부에 안착되며, 비고정 부분 유도기가 상기 고정 부분 유도기 개구부중 각각에 이웃함으로써 상기 소정의 제 1 및 제 2 원통형 부품중 각각의 주변에 대체로 밀페된 유도기를 형성하게 된다. 고주파 AC 전류가 각각의 고정 부분 유도기에 제공된다. 상기 고주파 AC 전류는 각각의 비고정 부분 유도기에 유도적으로 접속된다. 소정의 제 1 및 제 2 원통형 부품은 당해 부품에 AC 고주파 전류에 의해 형성된 자기장을 제공함으로써 유도 가열된다. 상기 비고정 부분 유도기는 고정 부분 유도기로부터 원위되며, 상기 금속 가공물은 유도 열처리 스테이션으로부터 이송된다.
또 다른 특징으로서, 본 발명은 금속 가공물의 적어도 하나의 원통형 부품을 열처리하기 위한 유도기이며, 상기 원통형 부품은 적어도 하나의 측면이 불규칙한 형상의 부품에 부착되어 상기 불규칙한 형상의 부품과 원통형 부품 사이에 필렛을 을 형성한다. 상기 유도기는 제 1 및 제 2 유도기 세그먼트로 형성되며, 상기 제 2 유도기 세그먼트는 제 1 유도기 세그먼트에 자기적으로 접속된다. 상기 제 1 유도기 세그먼트는 AC 고주파 전원에 연결된다. 상기 AC 고주파 전원으로부터 유래된 고주파 AC 전류에 의한 여기에 응답하여 제 1 및 제 2 유도기 세그먼트로 형성된 유도기에 의해 발생된 자기장의 적용에 의한 가열을 위해 상기 원통형 부품을 배치하기 위한 대체로 폐쇄된 개구부가 제 1 유도기 세그먼트와 제 2 유도기 세그먼트에 부분적으로 형성된다. 상기 제 1 유도기 세그먼트는 전도성 고체 물질로 형성된다. 상기 제 1 유도기 세그먼트는 제 1 정면과 관통 개구부를 가지며, 상기 개구부는 개구부의 대향면에 배치된 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 형성한다. 상기 제 1 또는 제 2 코일 세그먼트중 하나의 제 1 부분 개구부는 오리피스에 의해 분할된 아치형 코일면을 가짐으로써, 제 1 코일 립 쌍을 형성한다. 상기 제 1 코일 립 쌍은 이웃한 제 1 정면과 함께 계면 영역을 형성한다. 상기 제 1 코일 립 쌍은 상기 불규칙한 형태의 부품의 불규칙한 부피, 상기 원통형 부품의 표면상의 개구부 또는 필렛의 선택적 가열을 선택적으로 보상하는 형태이다.
상기 제 2 유도기 세그먼트는 전도성 고체 물질로 형성된다. 상기 제 2 유도기 세그먼트는 상기 제 1 정면으로부터 전기적으로 절연되어 대체로 근접하게 배치된 제 2 정면을 갖는다. 상기 제 2 유도기 세그먼트의 관통 개구부는 당해 개구부의 대향면에 배치된 제 3 및 제 4 코일 세그먼트를 형성한다. 상기 제 3 또는 제 4 코일 세그먼트중 하나의 제 2 부분 개구부는 오리피스에 의해 분할된 아치형 코일 면을 가짐으로써, 제 2 코일 립 쌍을 형성한다. 상기 제 2 코일 립 쌍은 이웃한 제 2 정면과 함께 계면 영역을 형성한다. 상기 제 2 코일 립 쌍은 상기 불규칙한 형태의 부품의 불규칙한 부피, 상기 원통형 부품의 표면상의 개구부 또는 필렛의 선택적 가열을 선택적으로 보상하는 형태이다.
본 발명의 이러한 특징 및 다른 특징은 하기된 상세한 설명과 첨부된 청구범위으로부터 명백할 것이다.
본 발명을 설명하기 위하여 바람직한 실시예를 도면에 도시하였으나, 본 발명이 도시된 정밀한 배치 및 수단에 한정되지 않음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 유도 열처리 장치의 일 실시예의 개략도이고,
도 1b는 도 1a의 A-A선을 따라 취한 단면도로서, 도 1a의 유도 열처리 장치의 부분 정면도이며,
도 1c는 도 1a의 B-B선을 따라 취한 단면도로서, 도 1a의 유도 열처리 장치의 측단면도이며,
도 2a는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하며 가공물축으로부터 오프셋된 하나 또는 2개의 가공물 부품을 열처리하기 위해 사용되는 본 발명의 제 1 또는 저부 유도기 세그먼트의 사시도이고,
도 2b는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하며 가공물축으로부터 오프셋된 하나 또는 2개의 가공물 부품을 열처리하기 위해 사용되는 본 발명의 제 2 또는 상부 유도기 세그먼트의 사시도이며,
도 2c는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하며 가공물축으로부터 오프셋된 가공물 부품의 열처리를 위한 하나의 저부 및 상부 유도기 세그먼트 쌍과, 축이 공용 가공물축과 동일한 가공물 부품의 열처리를 위한 하나의 저부 및 상부 유도기 세그먼트 쌍을 도시한 열처리 스테이션용 부분 펠렛 조립체의 사시도로서, 양 상부 유도기 세그먼트가 폐쇄 위치에 있는 도면이고,
도 2d는 유도기 세그먼트용 스페이서이며,
도 3a는 본 발명의 열처리 스테이션과 함께 사용하기 위한 자속 집중기의 일 실시예의 사시도이고,
도 3b는 본 발명의 열처리 스테이션과 함께 사용하기 위한 자속 집중기의 일 실시예의 측면도이며,
도 3c는 본 발명의 열처리 스테이션과 함께 사용하기 위한 자속 집중기의 다른 실시예의 측면도이고,
도 3d는 본 발명의 열처리 스테이션과 함께 사용하기 위한 자속 집중기의 다른 실시예의 측면도이며,
도 4a는 저부 및 상부 유도기 세그먼트 쌍을 위한 코일 세그먼트의 제 1 및 제 2 부분 가공물 개구부의 부분 단면도이고,
도 4b는 도 4a의 A-A선으로 표시된 계면과 아치형 코일면의 부분 단면도이며,
도 4c는 도 4a의 A-A선으로 표시된 계면과 아치형 코일면의 부분 단면도로서, 홀을 가진 가공물 부품의 열처리를 위한 코일의 형태를 도시한 도면이고,
도 4d는 도 4a의 A-A선으로 표시된 계면과 아치형 코일면의 부분 단면도로서, 축방향으로 경사진 홀을 가진 가공물 부품의 열처리를 위한 코일의 형태를 도시한 도면이며,
도 4e는 도 4a의 A-A선으로 표시된 계면과 아치형 코일면의 부분 단면도로서, 열처리될 가공물 부품에 이웃한 가공물 부품의 공간부 또는 가변 질량을 보상하기 위한 내부 및 외부 측면 차폐물의 사용을 설명한 도면이고,
도 4f는 도 4a의 A-A선으로 표시된 계면과 아치형 코일면의 부분 단면도로서, 열처리될 가공물 부품의 홀 또는 다른 공간부를 보상하기 위한 내부 및 외부 측면 차폐물의 사용을 설명한 도면이며,
도 5a는 본 발명의 코일 세그먼트와 함께 사용하기 위한 측면 차폐물의 측면도이고,
도 5b는 본 발명의 코일 세그먼트와 함께 사용하기 위한 측면 차폐물의 확대 상세도이며,
도 5c는 홀을 가진 가공물 부품을 열처리하기 위해 사용되는 본 발명의 코일 세그먼트와 함께 사용하기 위한 외부 측면 차폐물의 측면도이고,
도 5d는 홀을 가진 가공물 부품을 열처리하기 위해 사용되는 본 발명의 코일 세그먼트와 함께 사용하기 위한 내부 측면 차폐물의 측면도이며,
도 6a는 저부 및 상부 유도기 세그먼트 쌍을 위해 코일 세그먼트의 제 1 및 제 2 부분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품의 부분 단면도이고,
도 6b는 가공물 부품의 표면만을 열처리하기 위해, 부분 가공물 개구부에 안 착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 6a의 A-A선으로 표시된 측면 차폐물이 구비된 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이며,
도 6c는 가공물 부품의 표면만을 열처리하기 위해, 부분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 6a의 B-B선으로 표시된 다수개의 측면 차폐물이 구비된 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이고,
도 6d는 가공물 부품의 표면만을 열처리하며, 부분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 6a의 C-C선으로 표시되어 홀 또는 소형의 이웃한 부품으로 인해 형성된 공간부 또는 이들 모두를 가진 가공물 부품을 열처리하기 위한 형상의 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이며,
도 7a는 가공물 부품의 표면과 필렛을 열처리하기 위해, 부분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 6a의 A-A선으로 표시된 측면 차폐물이 구비된 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이고,
도 7b는 가공물 부품의 표면과 필렛을 열처리하기 위해, 부분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 6a의 B-B선으로 표시된 다수개의 측면 차폐물이 구비된 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이며,
도 7c는 가공물 부품의 표면과 필렛을 열처리하며, 부분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 6a의 C-C선으로 표시되어 홀 또는 소형의 이웃한 부품으로 인해 형성된 공간부 또는 이들 모두를 가진 가공물 부품을 열처리하기 위한 형상의 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이고,
도 8a는 저부 및 상부 유도기 세그먼트용 코일 세그먼트의 제 1 및 제 2 부 분 가공물 개구부에 안착된 가공물 부품으로서, 상기 제 1 및 제 2 부분 가공물 개구부가 난형상을 형성하는 가공물 부품의 부분 단면도이며,
도 8b는 부분 가공물 개구부 쌍에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 8a의 A-A선으로 표시된 아치형 코일면의 엣지와 등고로 배치된 측면 차폐물이 구비된 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이고,
도 8c는 부분 가공물 개구부 쌍에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 8a의 A-A선으로 표시된 가공물 부품의 홀을 수용하는 형태인 아치형 코일면의 엣지(로부터 낮아지는) 아래에 배치된 측면 차폐물이 구비된 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이며,
도 8d는 부분 가공물 개구부 쌍에 안착된 가공물 부품과 함께 그와 이웃한 부품 및 도 8a의 A-A선으로 표시되어 홀 또는 소형의 이웃한 부품으로 인해 형성된 공간부 또는 이들 모두를 수용하는 형태인 유도기 코일을 도시한 부분 단면도이고,
도 9a는 저부 펠렛 조립체에 안착된 가공물 없이 개방된 위치의 열처리 스테이션의 펠렛 조립체를 도시한 사시도이며,
도 9b는 저부 펠렛 조립체에 안착된 가공물과 함께 열처리 스테이션의 펠렛 조립체를 도시한 사시도이고,
도 10a는 상부 펠렛 조립체를 상승 및 하강시키는 일 실시예를 도시한 본 발명의 열처리 장치의 상부 펠렛 조립체의 사시도이며,
도 10b는 대응추 및 소광액 통로의 사용을 도시한 상부 펠렛 조립체용 배판의 사시도이고,
도 11은 본 발명의 열처리 장치의 스테이션에 저부 및 상부 펠렛 조립체용 구성요소를 장착하는 일실시예의 사시도이며,
도 12a는 본 발명의 열처리 장치용 가공물 전송 장치의 크레인과 결합된 선택적 가공물 스테이션 배치 장치의 사시도이고,
도 12b는 열처리 스테이션에 위치된 선택적 가공물 스테이션 배치 장치의 사시도이며,
도 13은 저부 및 상부 펠렛 조립체의 제거 및 장착을 위한 장치의 사시도이고,
도 14는 6핀 크랭크 샤프트를 포함하는 가공물의 측면도로서, 상기 핀들간의 공간적 각도관계를 도시한 도면이며,
도 15a는 본 발명의 제 1 열처리 스테이션에 적절하게 위치된 도 14의 6핀 크랭크 샤프트의 사시도이고,
도 15b는 본 발명의 제 2 열처리 스테이션에 적절하게 위치된 도 14의 6핀 크랭크 샤프트의 사시도이며,
도 15c는 본 발명의 제 3 열처리 스테이션에 적절하게 위치된 도 14의 6핀 크랭크 샤프트의 사시도이고,
도 16a는 가공물의 단부가 돌출되어 비열처리된 단부 엘리먼트를 갖지 않는 일단부 가공물 부품을 열처리하는데 사용되는 본 발명의 제 1 또는 저부 유도기 세그먼트의 사시도이며,
도 16b는 가공물의 단부가 돌출되어 비열처리된 단부 엘리먼트를 갖지 않는 일단부 가공물 부품을 열처리하는데 사용되는 본 발명의 제 2 또는 상부 유도기 세그먼트의 사시도이고,
도 16c는 가공물의 단부가 돌출되어 비열처리된 단부 엘리먼트를 갖지 않는 일단부 가공물 부품을 열처리하는데 사용되는 본 발명의 제 1 또는 저부 유도기 세그먼트의 사시도이다.
이하, 동일한 구성요소를 동일한 부번으로 표시한 첨부도면을 참조한다. 도 1a 내지 도 1c에는 본 발명에 따라 그 축이 공용 가공물축에 대해 평행하고 가공물축으로부터 오프셋된 하나 또는 그 이상의 부품을 가진 금속 가공물의 열처리를 위한 유도 열처리 장치(10)의 일실시예가 도시되어 있다.
상기 유도 열처리 장치(10)은 열처리 장치 부품이 장착되는 바닥 구조(미도시)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 상호연결된 보, 판 및 기타 다른 구조물이 유도 열처리 장치의 단위화된 바닥 구조를 형성하기 위해 사용된다. 단위화된 바닥 구조의 장점은 유도 열처리 장치(10)을 편리한 방식으로 배송 및 이동시킬 수 있다는 것이다. 열처리 장치의 다른 실시예에서, 장치의 다양한 부품에 대해 불연속적인 바닥 구조가 제공될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 유도기 전원(20)이 전기적인 봉합물(25)에 수용된다. 상기 전원은 당업계에 공지된 AC 고주파 전원이며, 현장 상용전원으로부터 동력을 공급받을 수 있다. 상기 전원의 정격범위는 3㎑ 내지 60㎑의 작동 주파수로 100 내지 500㎾이다. 각각의 전원의 단상 2도선 출력이 부하 정합 변압기(22)의 1차 권선 단자에 연결된다. 버스 바와 같은 전도체(29a)(29b)는 각각의 변압기의 2차 권선 단자로부터 도 2c에 저부 유도기 세그먼트(107)(107a)용으로 도시된 해당 저부 유도기 세그먼트까지 전력을 제공하며, 상세한 설명이 하기되어 있다. 도시된 전원은 각각의 저부 유도기 세그먼트용으로 표시되어 있으나, 선택적 실시에에서, 단일 전원으로부터 하나 이상의 저부 유도기 세그먼트에 전력을 제공하기 위해, 단일 전원 또는 전원의 조합이 하나 또는 그 이상의 스위칭 (기계적 또는 전기적)출력 버스와 함께 사용될 수 있다. 선택적으로, 변압기와 버스 바 조립체가 스테이션간의 전송을 위해 배치될 수 있다. 또한, 상기 부하 정합 변압기(22)는 전원(20)에 통합될 수도 있다.
상기 열처리 장치(10)에는 소정의 열처리된 가공물 부품을 경화시키기 위해 신속하게 냉각시키는 수단을 제공하기 위한 담금질 장치이 제공될 수 있다. 일반적으로, 물, 유기 중합체 및 부식방지제를 포함하는 소광제(quenchant)는 분포된 유체 장치을 통해 순환 및 조절된다. 상기 소광제는 하기된 바와 같이 관 또는 기타 다른 통로를 통해 펌핑되며, 열처리 스테이션의 펠렛 조립체에 안착된 소정의 가열된 가공물 부품에 분사되어 신속하게 냉각시키게 된다. 방출된 소광제는 중력에 의해 열처리 스테이션 아래에 위치된 소광제 오물 저장탱크(50)로 급송된다. 도시되지는 않았으나, 상기 담금질 장치은 필터링, 열교환기 및 담금질시 소광제를 방출시키는 유동 제어밸브를 통해 소비된 소광제를 탱크(50)로부터 펌핑하기 위해 통상적으로 전기적으로 구동되는 펌프를 포함한다.
상기 유도 열처리 장치(10)은 받침대(미도시)상에서 움직이는 X-Z축 전기 구동형 크레인(40)으로서 일실시예에 도시된 가공물 이송 장치을 포함한다. 상기 받침대는 전기적 봉합물(25)의 벽체(12)로부터 지지될 수 있으며, 열처리 스테이션의 중심을 향해 외측으로 연장된 켄틸레버형일 수 있다. 도면에 도시된 열처리 장치과 관련하여, X축 이동은 도 1a 및 도 1b에서 화살표로 표시된 가공물의 측방향 운동을 의미하며, Z축 이동은 가공물의 수직방향 운동을 의미한다. 열처리 장치(10)에 대한 세부적 내용이 하기되어 있으나, 전체 과정은 가공물 이송 장치의 작동과 관련하여 설명한다. 작동에서, 상기 크레인(40)은 통상적으로 제 1 열처리 스테이션(31)에 이웃하게 위치된 장전 스테이션(미도시)에서 열처리될 가공물을 잡아 스테이션(31)상의 소정위치로 이를 이동시킨다. 상기 크레이(40)은 가공물을 스테이션(31)까지 하강시키고, 가공물 배치 장치(하기됨)과 상호작용하여 가공물을 스테이션(31)에 적절하게 안착시킨다. 상기 크레인(40)은 안착된 가공물을 분리하고 상승하여 열처리 스테이션의 상부 펠렛 조립체(500)를 비우게 된다. 상기 상부 펠렛 조립체(500)는 열처리 펠렛 조립체의 저부 펠렛 조립체(400)를 향하여 폐쇄 위치로 피벗된다. 명료한 설명을 위해, 도 1a 내지 도 1c에서, 상부 및 저부 펠렛 조립체를 완벽하게 도시하지 않았다. 그러나, 조립체를 참조할 수 있도록, 상부 펠렛 조립체의 일부를 구성하는 배판(505)과 저부 펠렛 조립체의 일부를 구성하는 바닥판(405)이 도시되어 있다. 폐쇄 위치에서, 대체로 폐쇄된 유도기가 스테이션(31)에서 열처리될 하나 또는 그 이상의 소정의 가공물 부품 주변에 형성된다. 각각의 스테이션에서 열처리를 위한 부품의 선택은 구비된 스테이션에서 모든 필요한 가공물 부품의 열처리를 제공하기 위한 열처리 스테이션의 특정 구조 및 구성에 기초한다. 적당한 전원의 부하 정합 변압기(22)로부터 버스 바와 같은 전도체(29a)(29b)를 통해 각각의 저부 유도기 세그먼트에 전력이 제공된다. 가열 및 (필요한 경우)담금질 후, 상부 펠렛 조립체(500)는 크레인(40)이 하강하여 스테이션(31)에 안착된 가공물을 잡을 수 있도록 하는 개방된 위치로 저부 펠렛 조립체(400)로부터 피벗된다. 가공물을 잡은 후, 크레인(40)은 가공물을 들어올려 상기 스테이션(31)에서와 유사한 방식으로 소정의 부품을 열처리하는 스테이션(32)으로 이송하게 된다. 이러한 열처리 스테이션간의 반복적 이동과정과 각 스테이션에서 소정의 가공물 부품의 열처리는 가공물이 최종적인 열처리 스테이션, 즉 도 1a에 도시된 실시예의 경우는 스테이션(33)에 도달할 때까지 실시된다. 스테이션(33)에서의 열처리 후, 크레인(40)은 상승하여 가공물을 하적 스테이션(미도시)으로 이송하게 되고, 여기서 상기 크레인(40)은 열처리된 가공물을 퇴적시키게 된다. 당업자는 상기 크레인과 받침대가 본 발명으로부터 벗어나지 않고 선택적인 구조일 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 가공물이 동시에 여러개의 스테이션에 안착될 수 있도록 복수개의 크레인(40)이 제공될 수 있다. 상기 X-Z축 가공물 이송 장치은 도 1a에 도시된 열처리 장치의 부품의 레이아웃에 가장 적절하다. 당업자는 자주식 크레인 장치을 포함하여 가공물 이송 장치에 대한 변형이 다른 부품 레이아웃을 위해 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일실시예에서, 열처리 장치(10)용 제어 부품은 제어부(27)에 집중된다. 통상의 구조에서, 제어 부품은 유도 열처리 장치(10)의 부품을 위한 입출력장치와 인터페이스하는 프로그램가능한 논리 제어기와 같은 하나 또는 그 이상의 컴퓨터 처리장치를 포함한다. 일실시에에서, 상기 제어기는 전원, 담금질 장치, 가공물 이송 장치 및 가공물 배치 장치을 위한 제어수단을 포함한다. 제어패널(28)은 제어 부품과 작업자 사이에 입출력 인터페이스 부품을 제공한다.
각각의 열처리 장치(31)(32)(33)은 저부 및 상부 펠렛 조립체로 구성된 열처리 펠렛 조립체를 포함한다. 각각의 저부 펠렛 조립체(400)는 도 9a에서 저부 유도기 세그먼트(107)(107a)로 표시된 하나 또는 그 이상의 제 1 (저부) 유도기 세그먼트를 포함한다. 저부 유도기 세그먼트(107)는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하고 가공물축으로부터 오프셋된 가공물 부품을 2개까지 열처리할 수 있는 저부 유도기 세그먼트를 대표한다. 저부 유도기 세그먼트(107a)는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하고 가공물축과 일치하는 가공물 부품을 2개까지 열처리할 수 있는 저부 유도기 세그먼트를 대표한다. 각각의 상부 펠렛 조립체(500)는 도 9a에 상부 유도기 세그먼트(109)(109a)로 대표적으로 도시된 바와 같은 하나 또는 그 이상의 제 2 (상부) 유도기 세그먼트를 포함한다. 상부 유도기 세그먼트(109)는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하고 가공물축으로부터 오프셋된 가공물 부품을 2개까지 열처리할 수 있는 상부 유도기 세그먼트를 대표한다. 상부 유도기 세그먼트(109a)는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하고 가공물축과 일치하는 가공물 부품을 2개까지 열처리할 수 있는 상부 유도기 세그먼트를 대표한다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 절연물질(410)은 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 대향 정면을 분리시킨다. 공기가 바람직한 절연물질은 아니지만, 본 발명의 선택적 실시예에서, 공극은 충분한 절연재로서의 역할을 한다. 절연물질(410)은 하부 또는 상부 유도기 세그먼트중 하나의 정면에 적용될 수 있다. 저부 및 상부의 방위가 열처리 스테이션의 부품을 의미하는 것으로 사용되었으나, 이 용어들은 제 1 및 제 2 유도기 조립체의 기능적 방위를 한정하지는 않는다. 하기된 바와 같이, (개방된 위치를 도시한)도 9a의 열처리 스테이션용 펠렛 조립체(100)가 폐쇄 위치로 움직일 때, 상부 유도기 세그먼트(109)(109a)는 각각 저부 유도기 세그먼트(107)(107a)와 결합되어 가공물의 소정 부품 주변에 대체로 폐쇄된 유도기를 형성하게 된다. 상부 및 저부 유도기 세그먼트(107과 109)(107a와109a) 쌍의 폐쇄 위치가 도 2c에 도시되어 있다. 도면에 도시된 상부 및 저부 유도기 조립체는 축이 공용 가공물축에 대해 평행하고 가공물축으로부터 오프셋된 최대 2개의 가공물 부품과, 축이 상기 가공물축과 일치하는 2개의 가공물 부품을 가열할 수 있는 열처리 스테이션의 선택된 구조를 대표한다. 선택적인 구조에서, 대체로 폐쇄된 상부 및 저부 유도기 세그먼트는 임의의 형태로서 단일, 또는 홀수개의 가공물 부품을 포함하여, 축이 중앙 가공물축에 대해 평행하고 가공물축으로부터 오프셋된 가공물 부품과, 축이 상기 가공물축과 일치하는 가공물 부품의 임의의 조합으로 이루어진 가공물을 열처리할 수 있다. 가공물 열처리 스테이션의 수와 스테이션의 구조는 가공물의 특정구조에 따라 좌우된다. 도면에 도시된 상부 및 저부 유도기 세그먼트용으로 단일 코일 권선이 사용되지만, 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 비교적 대형인 개별 가공물 부품을 경화시키기 위해 2개 또는 그 이상의 권선이 제공될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
저부 또는 상부 유도기 세그먼트는 고체 구리 블록으로 제조될 수 있다. 내부 관통 개구부가 각각의 유도기 세그먼트에 제공된다. 도 2a 및 도 2b는 각각 저 부 및 상부 유도기 세그먼트(107)(109)의 내부 관통 개구부(117a)(117b)를 도시하고 있다. 각각의 관통 개구부는 관통 개구부를 실질적으로 감싸는 제 1 및 제 2 코일 세그먼트를 형성한다. 또한, 상기 관통 개구부는 하기된 바와 같이 유도기 세그먼트 주변에 자속 집중기 세그먼트를 위치시키기 위해서도 사용된다. 상기 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 저부 유도기 세그먼트를 통과하는 공급 및 복귀전류 경로 역할을 한다. 상부 유도기 세그먼트에서, 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 대체로 원형 유도전류 경로를 형성한다. 저부 유도기 세그먼트의 전류가 도 2a의 화살표 방향일 경우, 상부 유도기 세그먼트의 유도전류는 도 2b에서 화살표로 표시된 바와 같이 반대방향이 된다. 특정 열처리 스테이션에서 가열되고 있는 가공물 부품에 따라, 상기 관통 개구부는 열처리될 하나 또는 2개의 가공물 부품을 상부 및 하부 유도기 세그먼트 쌍에 결합시키는 비열처리된 가공물 부품을 위한 장소(소재)역할도 할 수 있다. 일반적으로, 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 관통 개구부의 폭은 비열처리된 가공물 부품의 폭보다 약간 더 크다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 1 및 제 2 코일 세그먼트는 각각 도 2a 및 도 2b에 도시된 개구부(121a)(121b)와 같은 하나의 부분 개구부를 갖는다. 저부 유도기 세그먼트의 부분 개구부는 상부 유도기 세그먼트의 해당 부분 개구부에 대해 미러 이미지로 위치된다. 예를 들어, 도 2a에 도시된 저부 유도기 세그먼트(107)의 경우, 저부 유도기 세그먼트의 가공물 부분 개구부(121a)는 도 2b에 도시된 상부 유도기 세그먼트의 가공물 개구부(121b)에 대해 미러 이미지로 위치된다. 상부 펠렛 조립체가 폐쇄 위치에 있을 때, 상부 펠렛 조립체의 하나 또는 그 이상의 상부 유도기 세그먼트는 저부 펠렛 조립체의 하나 또는 그 이상의 저부 유도기 세그먼트에 이웃하게(그러나 전기적으로는 절연된) 위치된 자신의 정면을 갖는다. 도 2a 및 도 2b에 자속 집중기 접속영역(119a)(119b)으로 각각 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 자속 집중기 접속영역이 해당 상부 및 저부 유도기 세그먼트상에 제공된다. 각각의 저부 유도기 세그먼트는 도 2c에 도시된 바와 같이 전원에 접속하기 위한 프로비전을 가지며, 여기서 2개의 전기 커넥터(29a)(29b)가 저부 유도기 세그먼트(107)의 단자 영역(122)에 부착된다. 절연물질(411)이 상기 2개의 전도체를 서로 절연시킨다. 전술한 바와 같이, 상기 전도체(29a)(29b)는 부하 정합 변압기(22)를 통해 전원(20)에 각 저부 유도기 세그먼트를 연결한다. 선택적 구조로서, 전원에 변압기 기능을 포함시킴으로써, 부하 정합 변압기가 생략된다.
도 2c 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 자속 집중기 세그먼트(103a)(103b)는, 상부 펠렛 조립체가 폐쇄 위치에 있고 전력이 하나 또는 그 이상의 저부 유도기 세그먼트에 공급될 때, 가동된 저부 유도기 세그먼트로부터의 자속을 상부 유도기 세그먼트에 접속시키는 자속 집중기를 형성한다. 각각의 자속 집중기는 고정구(105)에 의해 해당 유도기 세그먼트 주변의 적소에 고정된다. 각각의 집중기 세그먼트는 복수의 적층 강판와 같은 고투자율 자기물질을 포함한다. 상부 펠렛 조립체가 폐쇄 위치에 있을 때, 집중기 세그먼트(103a)의 표면(104a)(106a)은 집중기 세그먼트(103b)의 대향면(104b)(106b)에 각각 근접 또는 접촉하게 된다. 이상적으로, 대향하는 자속 집중기 표면은 상부 펠렛 조립체가 폐쇄 위치에 있을 때 최대 자속 커플링을 위해 서로 접촉하여야 한다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 상부 펠 렛 조립체(500)가 폐쇄 위치로 움직일 때 대향하는 정면이 서로 충돌하게 할 수 있는 기계적 공차를 고려하여 최소의 공극이 유지된다.
도 2c의 저부 및 상부 유도기 세그먼트 쌍 주변에는 단쌍의 U자형 자속 집중기가 도시되어 있으나, 자속 커플링을 증대시키기 위해 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 복수의 자속 집중기 영역에 복쌍의 자속 집중기가 유사하게 배치될 수 있다. 자속 집중기 세그먼트 쌍에 대한 선택적 구조가 도 3b 내지 도 3d에 도시되어 있다. 도 3b에 도시된 구조는 상부 유도기 세그먼트와 관련된 집중기 세그먼트(103b')의 중량이 최소화된 경우 특히 유용하며, 이는 탈착식 상부 펠렛 조립체의 중량을 최소화하는데 도움이 된다.
상기 코일 세그먼트의 부분 개구부는 하기된 바와 같이 선택적 형상변경에 따라 대체로 반원형이다. 상부 유도기 세그먼트가 저부 유도기 세그먼트의 상부에 (절연분리로)적절하게 정렬되었을 때, 해당 부분 개구부는 완벽한 유도기 코일 개구부를 형성하며, 이는 스테이션에 적절하게 안착되고 전력이 저부 유도기 코일에 공급될 때 열처리될 소정의 가공물 부품을 실질적으로 감싼다. 가공물의 주축과 비동축인 원통형 가공물 부품을 열처리하는데 상기 상부 및 저부 유도기 세그먼트가 사용될 때, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 부분 개구부의 축은 가공물의 주축으로부터 오프셋된다. 상기 원통형 가공물 부품이 가공물의 중심축과 일치하는 축을 갖는 경우, 상기 부분 개구부는 가공물의 주축과 동축이다. 상기 부분 개구부 및 관통 개구부의 폭과 직경은 특정 가공물의 가공물 부품의 폭과 직경에 따라 좌우된다. 또한, 상기 부분 개구부의 직경은 그 표면과 개구부에 안착된 가공물 부품 사이의 적당한 공극과, 열처리중 가공물 부품의 열팽창을 포함하는 필요조건을 만족시키도록 선택된다. 각각의 부분 개구부는 대체로 아치형인 코일면을 형성한다. 특히, 담금질이 이루어질 때, 유도기 세그먼트의 아치형 코일면은 담금질 오리피스에 의해 분할된다. 본 실시예에서, 상기 담금질 오리피스(131)는 아치형 코일면을 도 2a에 도시된 바와 같이 저부 유도기 세그먼트(107)에 대해 내부 및 외부 코일 "립"(123b)(123a)으로 분할한다. 선택적 실시예에서, 상기 오리피스(131)는 단일 개구부일 필요는 없다. 예를 들어, 오리피스(131)에 의해 점유된 영역에 복수의 불연속 구멍이 사용될 수도 있다. 형성된 코일 립과 해당 코일 정면의 계면에 의해 어미형 계면 영역이 형성되며, 도 2a에 도시된 바와 같이, 코일 립(123a)(123b)에 의해 코일 계면 영역(127)이 형성된 코일 정면(115a)에 형성된다. 상부 및 저부 유도기 조립체에 가장 깊이 침투한 코일 립 쌍의 영역(즉, 계면 영역으로부터 약 90°오프셋된 영역)을 베이스 영역이라 하며, 저부 유도기 세그먼트(107)의 하나의 개구부에 대해 엘리먼트(129)로 도시되어 있다. 일반적으로, 코일 립은 계면 영역(127)에 소정의 축폭(즉, 코일 립과 함께 아치형 표면에 의해 형성된 부분 개구부내에 안착된 가공물 부품의 축방향에서의 코일 립의 폭)을 가지며, 이는 베이스 영역(129)에 근접한 자신의 축폭보다 더 크다. 이는 립의 벽체를 비스듬하게 함으로써 이루어질 수 있으나, 상기 벽체는 폭줄임 효과를 구현하기 위해 도 2a에 도시된 바와 같이 빗각이 될 수도 있다.
선택적 실시예에서, 저부 및 상부 유도기 세그먼트(107b)(109b) 쌍의 부분 개구부는 각각 도 8a에 도시된 난형 개구부를 형성한다. 이러한 구조에 따라, 최소 의 방사상 공극이 계면(127)에 존재하게 되며, 도 8a의 공극 영역(128)으로 도시된 바와 같이, 열처리된 가공물 부품의 홀의 영역 및/또는 열처리중인 가공물 부품에 이웃한 가공물 부품에 이웃한 질량이 부족한 영역에 최대의 공극이 존재하게 된다. 이러한 구조에 있어서, 저부 유도기 세그먼트(107b)의 베이스 영역(129b)는 상기 최대 공극보다는 작지만 최소 공극보다는 큰 공극을 갖는다. 이 구조는 열처리중인 가공물 부품에 이웃한 관통 개구부에 안착된 비열처리된 가공물 부품의 비대칭 형상을 보상하거나, 열처리중인 가공물 부품이 홀 또는 그 내부의 다른 공간부와 같은 개구부를 가질 때 특히 유용하다.
선택적 실시예에서, 상기 가동(또는 능동) 저부 부분 유도기는 도 2a에 도시된 바와 같이 단일권선 코일로 구성될 수 있는 반면, 상부(또는 수동) 부분 유도기는 이중권선 코일로 구성된다. 이중권선 코일은 도 2b에 도시된 2개의 단일권선 코일과 유사하며, 단일권선 코일중 하나가 다른 단일권선 코일의 내측(관통 개구부)에 위치된다. 수동 부분 유도기를 구성하는 2개의 단일권선 코일에 상기 능동 부분 유도기를 자기적으로 접속시키기 위해 자속 집중기 쌍이 사용될 수 있다. 본 구성에 있어서, 상기 2개의 단일권선 코일은 능동 부분 유도기 뿐만 아니라 서로 전기적으로 절연된다. 상기 2개의 수동 부분 유도기의 이웃한 코일 세그먼트에 형성된 수동 부분 가공물 개구부 쌍은 능동 부분 유도기의 단일 부분 가공물 개구부에 의해 복합적으로 대향하게 된다. 각각의 수동 부분 가공물 개구부 쌍은 전술한 바와 같은 코일 립 쌍이 구비될 수 있으며, 선택적으로 수동 부분 가공물 개구부 복합 쌍이 단일의 코일 립 쌍을 형성하도록 형성될 수 있다. 후자 구조에서, 코일 립을 분할하는 오리피스가 절연된 이웃한 코일 세그먼트 사이의 분할에 의해 형성될 수 있다.
상기 상부 및 저부 유도기 세그먼트를 통해 하나 또는 그 이상의 소광제 통로(133)에 각각의 담금질 오리피스(131)가 연결된다. 상기 소광제 통로는 저부 및 상부 유도기 세그먼트에 구비된 하나 또는 그 이상의 소광제 입구 개구부(135)로 나간다. 본 발명의 선택적 실시예에서, 소광제 통로 및 루트는 도관 또는 파이프를 통해 유도기 세그먼트로부터 노출될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d, 도 6b 및 도 6c, 도 7b 및 도 7c에 도시된 바와 같은 하나 또는 그 이상의 슬롯형 측면 차폐물이 유도기 세그먼트의 아치형 코일 영역 주변의 유도기 세그먼트의 일측면 또는 양측면에 선택적으로 구비될 수 있다. 도 2c는 상부 유도기 세그먼트(109a)에 대한 외측면 차폐물(137)의 일반적 적용을 도시한 도면이다. 측면 차폐물은 (열처리중인 가공물 부품에 대해)자속 집중기 및 (열처리된 부품에 이웃한 가공물 부품에 대해)자기장 차폐물의 역할을 모두 한다. 측면 차폐물은 마그네틱 스틸과 같은 적당한 고투과율 자기물질로 형성된다. 상기 측면 차폐물은 부착되는 유도기 세그먼트의 전류 흐름에 의해 생성되는 자기장의 형상에 영향을 주며, 이는 열처리중인 가공물 부품의 선택된 영역의 경화에 영향을 준다. 또한, 측면 차폐물은 유도기 조립체에서 열처리되지 않는 (관통 개구부(117a)(117b)에 위치되거나 유도기 세그먼트에 대해 외부에서 이웃한)가공물 부품을 원하지 않는 우발적인 가열로부터 보호한다. 도 5a 및 도 5b는 측면 차폐물의 바람직한 실시예를 더 도시하고 있다. 측면 차폐물에 있어서 슬롯(136)과 이웃 한 투스(139) 사이의 피치비는 측면 차폐물에 의해 제공된 차폐정도에 영향을 주도록 조절될 수 있다. 이웃한 투스폭(W2)에 대한 슬롯폭(W1)의 비는 5보다 크고, 자속 집중기 및 자기장 차폐물로서 차폐물의 효과는 감소된다. 따라서, 최소 집중 및 차폐가 5보다 큰 비율에 제공된다. 역으로, 피치비를 더 작게 할수록, 자기집중 및 차폐는 개선된다. 도 5c 및 도 5d는 대형 슬롯(138a)(137b)에 이웃한 영역의 개구부 또는 공간부가 구비된 가공물 부품의 열처리를 개선하는 외부(137a) 및 내부(137b) 적층 측면 차폐물을 도시하고 있다. 코일 세그먼트에 대한 이들의 위치가 도 4e 및 도 4f에 도시되어 있다. 상기 개구부에 이웃하게 (세장형)슬롯을 제공함으로써, 개구부 주변의 가열을 저감시키고, 과열 및 열응력으로 인한 개구부 및 홀 영역에서의 크랙 가능성을 저감시킨다. 일반적으로, 세장형 슬롯의 폭은 이웃한 개구부 직경의 3배가 되지 않도록 제한된다. 또한, 상기 차폐물은 각각 열처리될 특정 가공물 부품 주변의 자기장 형태를 수용하는 형태가 될 수 있다. 차폐물의 두께는 성능에 중요한 인자이다. 특수한 응용에서, 각각의 개별 측면 차폐물의 두께는 3㎜를 넘지 않아야 한다. 그렇지 않다면, 상기 측면 차폐물은 가공물의 열처리 과정중에 가열될 것이며, 이는 바람직하지 않은 현상이다. 일부 응용에서, 유도기 세그먼트로부터 이격되어 이를 향하고 있는 측면 차폐물의 표면은 이웃한 가공물 부품과 접촉할 수 있으며, 이로써 전기 단락 회로를 위한 경로를 형성하게 된다. 이와 같은 경우, 상기 측면 차폐물은 유도기 세그먼트의 결합면내에 안착된 플러쉬 또는 절연물질로 유도기로부터 전기적으로 절연되어야 한다.
유도 열처리 장치(10)에서 특수한 가공물을 최적으로 열처리하기 위해, 다양한 가공물 경화 필요조건에 맞도록 가공물 부품의 축방향으로 유도기 세그먼트 영역의 폭을 변화시킴으로써 개별 코일 세크먼트(또는 코일 립)가 "성형"될 수 있다. 성형은 해당 저부 및 상부 유도기 세그먼트 사이의 절연분리로 인한 유도가열에서의 편차를 보정하며, 열처리된 가공물 부품을 결합하는 비열처리된 가공물 부품의 가변하는 불규칙한 형상과, 개구부, 오일구 및 다른 공간부와 같이 열처리된 불균일성은 가공물의 자기장 및 전류 분포에 영향을 줄 수 있다. 일반적으로, 성형은 완만한 반원형 아치형 코일면으로부터 부분 개구부를 변화시키는 유도기 세그먼트(또는 코일 립)의 특징부를 포함한다. 도 4b는 코일 세그먼트에 대한 일반적 성형 방법을 도시하고 있다. 일반적으로, 계면 영역(127)에 이웃한 원주 길이(d2)는 코일 세그먼트내에서 열처리될 가공물 부품의 축폭의 2배 이하이며, 코일 세그먼트(d1)의 축 천이폭은 동일한 가공물 부품의 축폭의 0.3배 이하가 되도록 선택된다. 계면 영역(127)에서 코일을 최대화함으로써, 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 정면 사이의 절연 분리를 보상한다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 열처리중인 가공물 부품의 표면의 개구부(201)(코일 세그먼트의 아치형 표면으로 돌출된 가상선)에 근접한 영역에서, 상기 개구부에 이웃한 코일 세그먼트의 내면 및 외면은 상기 가공물 부품의 표면의 개구부를 보상하도록 더 성형된다. 일반적으로, 성형 절개부(d3)의 축폭은 개구부(201)의 외경의 3배 이하이다. 비스듬하거나 경사진 홀(202)(코일 세그먼트의 아치형 표면으로 돌출된 가상선)의 경우, 상기 성형 폭(d4)은 도 4d에 도시된 바와 같이 경사 개구부에 더 근접한 측에서 증가된다. 일부의 경우, 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 정면 사이의 절연분리의 효과는 광폭 코일과, 도 6a에 도시된 바와 같이 상기 정면의 영역에서 가공물에 대한 코일의 공극을 축소함으로써 보상될 수 있다. 도 4e 및 도 4f는 각각 도 4b 및 도 4c의 성형 특징부에 부가하여 유도기 세그먼트의 각 측면에 이중 또는 "샌드위치" 측면 차폐물의 적용을 도시하고 있다.
도 6d 및 도 7c에 도시된 바와 같이, 아치형 코일 영역의 반경은 열처리될 특수한 가공물의 필요조건에 따라 변화될 수 있다. 이러한 변경으로 인해, 가공물 부품의 표면과 아치형 유도기 표면 사이의 공극의 방사상 길이를 변화시키게 된다. 일반적으로, 상부 및 저부 유도기 코일 세그먼트의 대향면 사이에 형성된 절연 간극을 보상하기 위해, 더 작은 공극이 계면 영역(127)에 유지된다.
일부의 경우, 소정의 가공물 부품의 표면 영역에 대한 열처리가 제한됨이 바람직하다. 선택적인 응용의 경우, 가공물 부품의 표면 영역 및 그 필렛 영역의 열처리가 바람직하다.
도 6b 내지 도 6d는 필렛 경화없이 원하는 가공물 표면 경화를 구현하기 위한 측면 차페물과 코일 성형의 전형적인 응용을 도시하고 있다. 도 6a의 A-A선을 참조하면, 도 6b는 내부 및 외부 측면 차폐물("샌드위치형" 측면 차폐물로 칭함)의 사용을 도시하고 있으며, 이는 각각 이웃한 가공물 부품(206)(208)을 결합시키는 필렛 영역(207a)(207b)를 경화시키지 않고 가공물 부품(207) 표면을 경화시키기 위 해 유도기 세그먼트의 립(124a)(124b)의 엣지와 함께 엣지 플러쉬중 하나를 갖는다. (도 6a의 B-B선을 참조한)도 6c는 코일 세그먼트에서 더 미세한 자기장 조절을 제공하기 위해 2개의 측면 차폐물(137)(137')이 샌드위치 구조로 사용된 변형을 도시하고 있다. 도 4e 및 도 4f도 샌드위치 구조를 응용한 측면 차폐물을 도시하고 있다. 이는 더 강화된 패턴 반복성을 구현한다. 또한, 측면 차폐물의 차폐특성을 개선할 수 있도록 하며, 불규칙한 형상의 이웃한 가공물 부품(206)(208)에 대한 코일 세그먼트의 감도를 크게 저감시킨다. 선택적 실시예에서, 더욱 정밀한 자기장 제어를 위해 2개 이상의 측면 차폐물이 샌드위치 구조로 제공될 수 있다. 도 6d는 측면 차폐물없는 열처리를 도시한 것으로, 이는 경화될 소정의 가공물 부품(207)이 홀(202) 또는 다른 개구부를 가지며/또는 이웃한 가공물 부품(206)(207)이 이웃한 공간부 또는 질량부족일 때이다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 개구부(202) 부근의 코일의 자기장을 변화시키기 위해, 유도기 세그먼트(109)는 단면 C-C에서 방사상으로 역성형되었다. 상기 유도기 세그먼트가 도 6a에 도시된 단면C-C으로 표시된 바와 같이 방사상으로 성형될 때, 방사상으로 성형된 절개부의 바람직한 폭(a1)은 이웃한 홀의 내경의 3배 이하이다.
선택적으로, 도 7a 내지 도 7c는 소정의 가공물 부품(207)의 표면 뿐만 아니라 필렛 영역(207a)(207b)이 열처리되는 선택적 구조를 도시하고 있다. 도 6d, 도 7c, 도 8b 내지 도 8d는 열처리중인 가공물 부품(207)의 경사진 오일홀(202)이 존재하는 위치에서의 방사상 코일 성형을 도시하고 있다.
열처리 스테이션의 저부 펠렛 조립체는 하나 또는 그 이상의 저부 유도기 세그먼트가 연결되는 바닥판을 포함한다. 도 9a는 바닥판(405)을 가진 대표적 저부 펠렛 조립체(400)를 도시하고 있다. 저부 유도기 세그먼트(107)(107a)가 바닥판(405)에 연결된다. 일반적으로, 도 2d에 도시된 스페이서(415)가 각 저부 유도기 세그먼트와 바닥판 사이의 전기적 절연을 제공하기 위해 사용된다. 또한, 상기 스페이서는 저부 펠렛 조립체에서 가공물의 적절한 안착을 위한 저부 유도기 세그먼트용 높이 조절기 역할을 한다. 스페이서는 NEMA급 G-10 에폭시/글라스 물질 또는 나일론/KEVLAR 합성물 또는 기타 다른 유사한 형태의 물질과 같은 적절한 절연물질로 제조될 수 있다. 스테이션에서 가공물 부품의 열처리를 위해 소광제가 필요한 경우, 스페이서(415)와 바닥판(405)에는 저부 유도기 세그먼트의 통로에 대한 소광제의 공급을 용이하게 하기 위한 하나 또는 그 이상의 통로가 제공될 수 있다. 또한, 스페이서(415)의 내부에 개구부를 마련함으로써, 방출된 소광제를 소광제 오물 저장탱크(50)로 흡인할 수 있도록 한다. 샤프트 지지 블록(430)이 상기 바닥판(405)에 부착된다.
열처리 스테이션에서 담금질이 실시된다면, 일반적으로, 방출된 소광제는 상부 및 저부 유도기 세그먼트를 냉각시키기에 충분하다. 그러나, 스테이션에서 담금질이 실시되지 않거나, 상부 및 저부 유도기 세그먼트에 대한 추가적인 냉각이 바람직하다면, 유도기 세그먼트에는 구리관이 용접되어 상기 유도기 세그먼트로부터 구리관을 통해 흐르는 냉매에 개선된 열전달을 제공하게 된다.
응용 특성 및 가공물의 형상에 따라, 하나 또는 그 이상의 보상기가 유도 열 처리 코일 구조에 통합될 수 있다. 보상기는 강철, 탄소강 및 스테인레스강을 포함하는 전도성 물질로 제조되어야 하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보상기는 코일 세그먼트에 부착될 수 있다. 선택적으로, 특수한 고정구를 사용함으로써, 보상기는 이웃한 비대칭 가공물 부품(또는 이의 부재)을 인접시킴으로써 생성된 유도기 세그먼트에 이웃한 공간부에 위치될 수 있다. 보상기는 기묘한 형상의 이웃한 가공물 부품으로 인해 유도 코일 세그먼트에 이웃한 영역의 금속 질량 부족을 보상한다. 또한, 보상기는, 예를 들어, (이웃한 가공물 부품 형상으로 인해)이웃한 질량이 부족한 영역에서 전력 밀도의 과잉을 보상하기 위해, 열처리된 가공물 부품의 선택영역에서의 자기장을 재분배한다. 측면 차폐물과 유사하게, 응용 및 가공물 형상에 따라, 보상기는 일부 "개방된" 또는 공간 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 경사진 홀의 경우, 경사진 홀의 "비질량"측면에 위치된 보상기는 어떠한 "개방된" 영역을 갖지 않을 수 있다. 동시에, "질량"면에 위치된 보상기는 "개방된" 영역을 가질 수 있다.
열처리 스테이션의 상부 펠렛 조립체는 하나 또는 그 이상의 상부 유도기 세그먼트가 연결되는 배판을 포함한다. 도 9a는 배판(505)에 연결된 상부 유도기 세그먼트(109)(109a)가 구비된 상부 펠렛 조립체(500)를 도시하고 있다. 상기 상부 유도기 세그먼트는 상부 펠렛 조립체가 폐쇄 위치에 있을 때 각 상부 유도기 세그먼트상의 부분 가공물 개구부와 정면이 해당 저부 유도기 세그먼트상의 부분 가공물 개구부와 정면에 일치하도록 배판에 위치된다. 도시된 실시예에서 상부 펠렛 조립체가 개방 및 폐쇄 위치로 회전하기 때문에, 알루미늄과 같은 강성의 경량금속이 배판으로서 적당한 물질이다. 일반적으로, 저부 펠렛 조립체와 같이, 배판(505)과 각 상부 유도기 세그먼트 사이에 스페이서(415)가 제공된다. 필로우 블록(pillow blocks)(431)이 배판(505)에 부착된다. 상기 상부 펠렛 조립체(500)는 샤프트(432)에 의해 저부 펠렛 조립체(400)에 회전가능하게 연결됨으로써, 가공물 배치 장치이 저보 펠렛 조립체로부터 가공물을 제거하거나 장착할 때, 상부 펠렛 조립체는 저부 펠렛 조립체로부터 이격되어 개방 위치로 이동할 수 있다. 가공물이 저부 펠렛 조립체에 삽입된 후, 상부 펠렛 조립체(500)는 폐쇄 위치로 회전됨으로써, 가공물 부분 개구부 쌍에 의해 형성된 원통형 개구부에 안착된 가공물 부품은 저부 유도기 세그먼트에 전력을 공급함으로써 열처리될 수 있으며 원한다면 담금질될 수 있다. 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 저부 펠렛 조립체에 대해 상부 펠렛 조립체를 선택적으로 원위 및 근위시키는 다른 수단이 사용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 가공물을 스테이션 사이에서 이동시키기 위해 횡이동형 컨베이어 장치이 사용된다면, 상부 펠렛 조립체는 수직방향으로 직접 상승될 수 있다. 다른 구조로서, 제 2 펠렛 조립체가 개방 또는 폐쇄 위치로 단순히 활주할 수 있도록 상기 저부(또는 제 1) 및 상부(또는 제 2) 펠렛 조립체는 90°회전될 수 있다. 이와 같이 특수한 구조는 제 1 펠렛 조립체에 부착되지 않은 부품상에 가공물이 안착될 수 있도록 한다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 피벗 레버(750)가 배판(505)의 슬롯속으로 연장된다. 상부 펠렛 조립체가 폐쇄 위치에 있다면, 회전 구동기(755)는 레버(750)와 레버가 삽입되는 상부 펠렛 조립체를 화살표로 표시된 방향으로 회전시켜 상부 펠렛 조립체와 부착된 부품을 개방 위치로 상승시키게 된다. 상부 펠렛 조립체가 개방 위치에 있을 때, 회전 구동기(755)는 레버(750)와 상부 펠렛 조립체를 화살표로 표시된 방향의 반대 방향으로 회전시킬 수 있으며, 이로서 상부 펠렛 조립체을 폐쇄 위치로 하강시키게 된다. 회전 구동기(755)는 열처리 스테이션의 구조적 바닥부에 고정되며, 압축공기 또는 유압식 토글 글램프에 의해 작동하는 캠 롤러일 수 있다. 상기 피벗 클램프 레버와 피벗 코일 조립체는 동축이다. 상부 펠렛 조립체는 추를 이용하여 기계적으로, 또는 선택적 감폭장치를 이용하여 균형이 맞춰질 수 있다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 유압 장치이 고장날 경우 상부 펠렛 조립체(500)를 개방 위치로 구동시키는 공압 구동식 스프링 액츄에이터(765)에 의해 감폭기능이 제공될 수 있다. 상기 액츄에이터(765)의 일단은 상부 펠렛 조립체(500)에 연결되는 반면, 타단은 바닥판(405)에 부착될 수 있다.
도 10b에 도시된 배판(505a)은 균형추(760)를 포함한다. 또한, 상기 배판에 연결된 상부 유도기 세그먼트에 소광제 통로를 제공하기 위한 내부 통로(767)(점선으로 표시됨)의 사용이 도 10b에 도시되어 있다. 각각의 균형추(760)에 구비된 소광제 입구(769)는 소광제가 내부통로로 유입될 수 있도록 한다. 각각의 입구는 회전식 유니온 및 신속 연결 커넥터로 소광제 공급부에 연결될 수 있다.
회전 구동기(755)가 상부 펠렛 조립체를 폐쇄 위치쪽으로 피벗시킬 때, 상부 펠렛 조립체의 하나 또는 그 이상의 로케이터 지그 풋(720)이 저부 펠렛 조립체상의 해당 로케이터(721)에 안착되어 상부 및 저부 유도기 세그먼트의 적절한 정렬을 보장하게 된다. 로케이터(721)에는 저부 유도기 정면에 대한 (절연된)상부 유도기 정면의 안착을 미세하게 조절할 수 있도록 하는 높이 조절수단이 제공될 수 있다. 저부 유도기 세그먼트에 대한 상부 유도기 세그먼트의 측방향 조절은 조절가능한 2개의 동심 나사형 칼라(collar)를 상부 펠렛 조립체에 부착된 각각의 필로우 블록(431)의 일측에 제공함으로써 이루어질 수 있다.
도 11에 도시된 열처리 스테이션의 실시예에서, 바닥판(405)은 고정판(705)에 부착된다. 저부 및 이에 부착된 상부 펠렛 조립체의 세부사항이 도 11에 도시되지 않았으나, 본 명세서에 기술되어 있다. 고정판(705)은 바닥판(405)과 이에 연결된 저부 및 상부 펠렛 조립체가 가이드 레일(711)상에서 움직일 수 있도록 하는 선형 베어링(710)을 갖는다. 레일(711)은 열처리 스테이션용 바닥부(707)에 탈착가능하게 부착된 레일판(706)에 고정된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 코일 전환돌리(800)가 저부 및 상부 펠렛 조립체로 구성된 완벽한 펠렛 조립체를 장착 및 제거하는 효과적인 수단을 제공한다. 상기 돌리는 당해 돌리가 열처리 스테이션에 근접하였을 때 가이드 레일(711)과 정렬되는 가이드 레일(712)을 포함한다. 도 13에 유압 수동펌프(810) 및 실린더(811)로 표시된 바와 같은 적절한 잭 장치(jacking system)이 열처리 장치으로부터 완벽한 펠렛 조립체를 이동시킬 수 있다. 상부 펠렛 조립체에 부착된 피벗 장치, 즉 피벗 레버(750)는 전체 펠렛 조립체가 제거되었을 때 배판(505)으로부터 활주하여 탈거된다. 실린더(811)에 부착된 캐치 래치(815)가 고정판(705) 또는 저부 또는 상부 펠렛 조립체의 다른 부품에 적절하게 부착된 결합 래치(816)와 결합된다. 전체 펠렛 조립체가 제거되면, 대체 펠렛 조립체를 돌리 레일(712)로부터 탈거시켜 스테이션 레일(711)상에 안착시킴으로써 대체 펠렛 조립체가 돌리로부터 역순으로 장착될 수 있다. 이 구조는 저부 및 상부 펠렛 조립체의 부품이 열처리 스테이션의 바닥에 견고하게 장착된 선택적 실시예보다 크게 개선된 것이다. 후자의 경우, 저부 유도기 세그먼트와 같은 부품의 교체가 필요한 경우, 저부 유도기 세그먼트가 탈거되어 대체될 때까지 열처리 장치이 정지되어야만 한다. 개시된 본 발명의 장치 및 방법을 사용하면, 결함있는 저부 유도기 세그먼트를 열처리 장치으로부터 교체할 때, 결함있는 저부 유도기 세그먼트를 포함한 저부 및 이에 부착된 상부 펠렛 조립체는 제거되고 무결함 펠렛 조립체로 즉시 교체될 수 있다. 또한, 전체 열처리 장치을 교체하는 대신 전체 펠렛 조립체를 교체함으로써, 동일한 갯수의 스테이션에서 열처리될 수 있는 서로 다른 형상의 가공물의 열처리가 이루어질 수 있기 때문에, 이러한 열처리 장치은 경제적일 수 있다. 펠렛 조립체가 소정 위치로 이동될 때, 저부 펠렛 조립체로 낮아지는 가공물이 저부 펠렛 조립체에 적절하게 안착되도록 가공물 배치 장치에 대해 펠렛 조립체를 적절하게 위치시키기 위한 적당한 조절수단이 제공된다. 도 11에는 조절수단으로서 조절가능한 나사구동식 하드 스톱(820)이 도시되어 있으며, 이는 Y축 방향으로 바닥부(707)에 대해 바닥판(405)과, 이에 부착된 저부 및 상부 펠렛 조립체의 위치를 조절한다. 또한, X-Y평면에서 바닥판(405)의 회전을 조절하는 조절수단이 도 11에 도시되어 있다. 클램프(822)는 바닥부(707)에 대해 선택된 위치로 피벗되어 고정될 수 있다.
소정의 가공물 부품을 열처리하기 위한 하나 또는 그 이상의 저부 및 상부 유도기 세그먼트에 추가하여, 각각의 열처리 스테이션은 가공물 배치 장치을 갖는다. 상기 가공물 배치 장치은 소정의 가공물 부품이 저부 유도기 코일의 부분 가공물 개구부와 저부 유도기 세그먼트의 관통 개구부에 적절하게 안착되도록 가공물을 배치한다. 저부 펠렛 조립체 부품에서의 가공물의 적절한 안착은 각 스테이션에서 가공물의 축방향으로 회전 또는 이동(또는 회전과 이동 모두)을 필요로 한다. 상기 가공물 배치 장치은 가공물이 스테이션에 적절하게 안착되는 것을 보장하기 위해 크레인(40)과 관련된 부품 또는 각각의 열처리 스테이션에 위치된 부품 또는 이들 2개의 조합으로 구성될 수 있다.
가공물 이동 장치과 관련된 전형적인 가공물 배치 장치이 도 12a에 도시되어 있다. 크레인(40)은 각각 독립적으로 움직이는 암(41)(42)에 장착된 2개의 스핀들(680)(682)을 가지며, 이들은 화살표로 표시된 측방향으로 움직일 수 있다. 제어박스(685)는 연결수단(681)을 통해 2개의 암의 측방향 운동을 제어한다. 메인 스핀들(682)은 로터(683)에 장착된다. 로터(683)는 회전 샤프트(686)에 연결된다. 회전 구동기(687)는 샤프트(686)와 부착된 로터(683)를 회전시키기 위해, 예를 들어 감축 기어박스(688) 및 출력 샤프트(689)와 함께 벨트 및 풀리로 회전 샤프트(686)에 적절하게 연결된다. 양 스핀들(680)(682)을 서로에 대해 측방향으로 이동시켜 가공물의 양단을 견고하게 고정함으로써, 메인 스핀들(680)(682)은 열처리 스테이션에 대해 가공물을 이송하기 위해 가공물을 맞물게 된다. 동시에, 위치결정 핀(684)이 가공물의 단부에 구비된 해당 위치결정 홀에 결합된다. 크레인이 초기에 예를 들어 장전 스테이션에서 열처리를 위해 가공물을 픽업했을 때, 상기 가공물은 가공물 배치 장치이 가공물의 축의 최초 각위치로서 인식한 위치에 정위된다. 이러한 방식으로, 상기 장치은 이 초기 각위치를 중심으로 각각의 열처리 스테이션에서의 가공물의 모든 회전을 구현할 수 있다.
도 12b는 각각의 열처리 스테이션에 위치될 수 있는 선택적 가공물 배치 장치을 도시한 도면이다. 전술한 바와 같이, 각각의 저부 펠렛 조립체(4000는 바닥판(405)을 포함한다. 상기 바닥판에는 안착 블록(610a)(610b)이 부착되며, 이는 가공물의 선택된 부품을 안착시키기 위해 배치된다. V자형 블록을 도시하였으나, U자형 브라켓트와 같은 다른 적당한 안착수단이 사용될 수 있다. 안착 블록에서의 가공물 안착은 가공물을 가열용 스테이션에 적절하게 위치시키기에는 불충분하다. 따라서, X축 조절수단과 회전 조절수단이 각 스테이션에 제공될 수 있다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 실린더(650)는 블록(610b)상에 안착된 가공물의 단부에서 가공물의 중심축에 평행한 방향으로 힘을 가함으로써 X축 조절수단으로서 역할을 한다. 구조물(665)은 실린더(650)를 위한 장착 및 배치 구조역할을 한다. 실린더(650)는 가공물을 x방향으로 밀거나 가공물과 접촉된 상태에서 후퇴하기 위해, 양 또는 음의 방향(도 12b에 도시된 화살표 참조, 블록(610a)쪽이 양의 방향운동임)으로 수동 또는 기계식(예를 들어, 전기 또는 유압 구동, 미도시)으로 구동될 수 있다. 핀(655)이 회전가능한 디스크(660)에 장착되어 안착수단에 안착된 가공물을 회전시키는 수단을 제공한다. 실린더(650)의 단부가 가공물에 접촉할 때 핀(655)의 단부가 가공물에 접촉하도록, 상기 핀(655)의 단부는 실린더(650)의 단부에 대해 상대적으로 위치될 수 있다. 디스크(660)를 회전시키면, 가공물도 핀(655)과의 접촉으로 회전하게 된다. 구조물(665)은 회전가능한 디스크(660)에 대한 장착 및 배치 구조 역할을 하며, 디스크를 위한 회전 구동수단을 봉입하는데 사용될 수도 있다. 실린더(650)와 같이, 상기 회전 구동기는 수동식 또는 기계식일 수 있다. 선택적으로, 또는 전술한 조절수단을 고려하여, 소정의 편심 주축 가공물 부품에 결합되어 열처리될 상기 편심 주축 가공물 부품이 스테이션의 유도기에서 적절하게 위치되도록 보장하는 높이 블록(670a)(670b)과 같은 회전 조절수단이 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 유도 열처리 장치(10)은 도 14, 도 15a 내지 도 15c에 도시된 크랭크 샤프트(210)를 열처리하는데 사용된다. 크랭크 샤프트의 핀 1,2,3,4,5,6은 크랭크 샤프트의 주축 부품의 축으로부터 축방향으로 오프셋되고 상기 축에 대해 평행하며, 엘리먼트(211,212,213,214,215 및 216)로 표시되어 있다. 주축 부품은 엘리먼트(221,222,223 및 224)와 실(225)로 표시된 메인 1,2,3,4으로 이루어진 크랭크 샤프트의 축과 축방향으로 일치한다. 도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 웨브(231 내지 239)는 핀과 메인을 상호연결한다. 상기 웨브는 균형추 역할을 하며, 따라서 불규칙하고 비대칭적인 형상으로 간주된다. 씰(225)과 동일한 크랭크 샤프트의 단부에는 플라이휠 부착 엘리먼트(227)가 제공된다. 크랭크 샤프트의 대향 단부에는 크랭크 노우즈(226)가 메인 1(221)에 부착되며, 이는 캠샤프트 구동 스프로켓, 풀리 및/또는 진동댐퍼마운팅을 위한 마운트로서 사용된다. 당업자는 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 크랭크 샤프트 종료 부품, 즉 엘리먼트(225)(226)(227)의 수량과 용도가 크랭크 샤프트(210)의 특정 응용에 따라 변할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 핀 구조는 변화될 수 있으며, 이중폭(공통) 및 분할핀 구조와 혼합될 수 있다. 크랭크 샤프트 배치 장치을 위한 기준 배치홀로서 씰(225)의 개구부(260)가 사용될 수 있다.
도 15a는 크랭크 샤프트(210)가 가공물 배치 장치에 의해 제 1 열처리 스테이션(31)에 안착된 후의 상태를 도시한 도면이다. 핀(211)(214)과 메인(223)(224)은 제 1 스테이션에서 가열된다. 도 9b는 제 1 열처리 스테이션(31)에 안착된 크랭크 샤프트(210)를 나타낸다. 상기 크랭크 샤프트는 지지 블록(610a, 도 9b에는 미도시)(610b)상의 스테이션(31)에 안착된다. 스테이션(31)에서 핀(211)(214)의 유도 열처리를 위한 적절한 배치는 각각 핀(212)(216)에서 높이 블록(612a)(612b)을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 도 9b에서, 블록(612b)은 보이지 않지만, 저부 유도기 세그먼트(107a)와 관련된 스페이서(415) 내부의 바닥판(405)에 장착된다. 블록(612a)(도 9b에는 미도시)이 저부 유도기 세그먼트(107)(107a) 사이의 바닥판(405)에 장착되며, 연장된 측부 림(limbs)(613)을 갖는다. 림(613)은, 가공물 이송 장치이 크랭크 샤프트를 스테이션(31)으로 하강시킬 때, 크랭크 샤프트가 오정렬된 경우 크랭크 샤프트 부품이 저부 유도기 세그먼트에 충돌하는 것을 방지하기 위한 형상 게이지 역할을 하게 된다. 스테이션에 크랭크 샤프트를 안착시킨 후, 상기 림(613)은 가공물 이송 장치이 크랭크 샤프트를 크랭크 노우즈 단부로부터 오일 씰 단부까지 그 축방향으로 밀때 웨브(234)에 대한 하드 스톱으로서 사용될 수 있다.
도 15b는 크랭크 샤프트(210)가 가공물 배치 장치에 의해 제 2 열처리 스테이션(32)에 안착된 후의 상태를 도시한 도면이다. 핀(213)(216)과 메인(221)(222)은 제 2 스테이션에서 가열된다. 상기 크랭크 샤프트는 지지 블록(610c)(610d)상의 스테이션(32)에 안착된다. 스테이션(32)에서 핀(213)(216)의 유도 열처리를 위한 적절한 배치는 각각 핀(215)(211)에서 높이 블록(612c)(612d)을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 바닥판(405)에 대한 지지 및 높이 블록의 장착은 스테이션(31)에서와 유사하며, 핀(213)(216)과 메인(221)(222)을 가열하기 위한 유도기 세그먼트의 구조상의 차이를 고려하여 적절하게 위치가 변화된다.
도 15c는 크랭크 샤프트(210)가 가공물 배치 장치에 의해 제 3 열처리 스테이션(33)에 안착된 후의 상태를 도시한 도면이다. 핀(212)(215)과 오일 씰(225)은 제 3 스테이션에서 가열된다. 상기 크랭크 샤프트는 지지 블록(610e)(610f)상의 스테이션(33)에 안착된다. 스테이션(33)에서 핀(212)(215)의 유도 열처리를 위한 적절한 배치는 각각 핀(214)(213)에서 높이 블록(612e)(612f)을 이용함으로써 이루어질 수 있다. 바닥판(405)에 대한 지지 및 높이 블록의 장착은 스테이션(31)에서와 유사하며, 핀(212)(215)과 오일 씰(225)을 가열하기 위한 유도기 세그먼트의 구조상의 차이를 고려하여 적절하게 위치가 변화된다. 스테이션(33)은 스테이션에서 단지 하나의 주축 부품, 즉 씰(225)만이 열처리된다는 점에서 스테이션(31)(33)과 다르다. 이러한 구조에서, 하나가 사용되지 않을지라도, 2개의 부분 가공물 개구부가 상부 및 저부 이중 유도기 세그먼트에 제공될 수 있다. 모든 경우에 있어서, 유도기 세그먼트를 통과하는 전류 흐름의 균형을 맞추기 위해 성형된 코일 세그먼트의 일부 형식이 미사용된 세그먼트 쌍에 제공되어야 한다. 미사용된 세그먼트 쌍의 가공물을 위해 관통로가 필요할 수 있으며, 상부 및 저부 세그먼트 사이의 양호한 자기적 커플링을 유지하는 선택적 코일 형태가 사용될 수 있다. 도 16a는 부분 개구부(601)의 오일 씰(225)을 열처리하기 위해 사용될 수 있는 저부 유도기 세그먼트(600)를 도시한 도면이다. 이 구조에서, 상기 제 2 코일 세그먼트(602)는 사용되지 않는다. 해당 상부 유도기 세그먼트는 전력 종료 영역(122)없이 저부 유도기 세그먼트의 미러 이미지일 것이다. 메인(221)과 크랭크 노우즈(226) 같이 축방향으로 돌출되어 비열처리된 단부 엘리먼트가 구비된 열처리된 단부 엘리먼트에 있어서, 각각 도 16b 및 도 16c에 도시된 상부 및 저부 유도기 세그먼트(605)(605')가 부분 개구부(606)(606')에서 메인(221)만을 열처리하는데 사용될 수 있다. 상기 제 2 코일 세그먼트(607)(607')는 반원형 엘리먼트와 이 반원형 엘리먼트가 안착되는 반원형 개구부로 구성된다.
도 15a 내지 도 15c에 도시된 바와 같이, 모든 열처리 스테이션에서, 이웃한 쌍 특징부간의 축거리는 코일 버스 및/또는 코어 조립체의 잠재적 기계적 간섭을 억제하도록 최소화된다. 또한, 핀 또는 메인 코일은 다른 평행한 코일 세트내부 또는 그 사이에서 작동하지 않는다.
전술한 성형 및 측면 차페물의 사용은 도 15a에 핀(213) 통로(240), 웨브(237) 및 메인(233)로 표시된 바와 같이 이웃한 메인과 핀과 결합 웨브에 천공된 사선형 오일 통로와 관련하여 특히 크랭크 샤프트(210)에 응용된다. 또한, 도 3a에 도시된 각각의 저부 및 상부 유도기 세그먼트와 함게 사용되는 U자형 자속 집중기 단일 세그먼트 쌍에 있어서, 일반적으로 유도기 세그먼트의 자속 집중기 영역의 길이와 동일한 각 집중기 세그먼트의 길이(x1)는 처리중인 가공물 부품이 통상의 핀 또는 메인일 때 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 가공물 부품 관통 개구부의 폭(x5)의 적어도 0.5배 이상이어야 한다. 상기 가공물 부품이 배폭(공통) 핀 또는 분할 핀인 경우, 각각의 집중기 세그먼트의 길이는 유도기 세그먼트의 관통 개구부의 폭의 적어도 0.25배 이상이어야 한다. 복수의 자속 집중기가 사용된다면, 모든 집중기의 개별 폭의 합은 x1 크기조건을 만족시켜야 한다. 도 3a에 도시된 바와 같이 자속 집중기 세그먼트의 크기(x2,x3,x4 및 x5)는 자속 집중기에서 자기포화를 피하도록 선택된다. 일부의 경우에서, 도 2a 및 도 2b에 도시된 저부 및 상부 유도기 세그먼트와 같이, 관통 개구부의 폭은 자속 유도기가 이러한 조건을 만족시키는 유도기 세그먼트의 단부에서 증대되어야 한다.
바람직하게, 자속 집중기에 의해 둘러싸인 유도기 세그먼트의 활성폭(x5)은 열처리중인 가공물 부품이 핀 또는 메인인 경우 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 관통 개구부의 축폭의 0.75배 이상이어야 하며, 가공물 부품이 배폭(공통) 핀 또는 분할 핀인 경우 저부 및 상부 유도기 세그먼트의 관통 개구부의 활성폭(x5)의 0.45배 이상이어야 한다.
전술한 실시예는 개시된 본 발명의 범주를 한정하지 않는다. 개시된 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에 포함된다.
Claims (61)
- 중심종축을 가진 금속 가공물의 부품을 열처리하기 위한 유도 열처리 장치로서, 상기 가공물은 상기 중심종축을 따라 동축으로 배치된 2개 또는 그 이상의 제 1 원통형 부품과, 상기 2개 또는 그 이상의 제 1 원통형 부품 사이에 삽입된 하나 또는 그 이상의 제 2 원통형 부품을 포함하며, 상기 하나 또는 그 이상의 제 2 원통형 부품은 각각 상기 중심종축과 평행하며 중심종축으로부터 오프셋된 독립축을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 원통형 부품은 각각 이웃한 비열처리된 불규칙 형상의 부품에 연결되며, 상기 유도 열처리 장치는적어도 하나의 AC 고주파 전원;과,각각 하나 또는 그 이상의 제 1 및 제 2 원통형 부품을 유도 열처리하기 위한 하나 또는 그 이상의 스테이션으로서, 상기 하나 또는 그 이상의 스테이션은 각각 제 1 펠렛 조립체와 제 2 펠렛 조립체를 포함하되,상기 제 1 펠렛 조립체는 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트와, 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트를 포함하며,상기 제 2 펠렛 조립체는 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트와, 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트를 포함하고,상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트는 전기 전도성 물질로 형성되며, 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트는 각각 정면과 내부 관통 개구부를 갖고, 상기 내부 관통 개구부는 내부 관통 개구부의 대향면에 제 1 코일 세그먼트와 제 2 코일 세그먼트를 형성하며, 상기 제 1 또는 제 2 코일 세그먼트중 적어도 하나는 제 1 부분 부품 개구부를 갖고, 상기 제 1 부분 부품 개구부는 아치형 코일면을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트는 각각 적어도 하나의 AC 고주파 전원의 출력에 제 1 유도기 세그먼트를 연결하기 위한 수단을 갖고,상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트는 적어도 2개의 정면을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트는 각각 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 배치되고,상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트는 전기 전도성 물질로 형성되며, 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트는 각각 정면과 내부 관통 개구부를 갖고, 상기 내부 관통 개구부는 내부 관통 개구부의 일면에 제 3 코일 세그먼트와 제 4 코일 세그먼트를 형성하며, 상기 제 3 또는 제 4 코일 세그먼트중 적어도 하나는 제 2 부분 부품 개구부를 갖고, 상기 제 2 부분 부품 개구부는 아치형 코일면을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 각 정면과 내부 관통 개구부는 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 해당 대향 정면 및 내부 관통 개구부를 갖고, 상기 제 2 부분 부품 개구부는 각각 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 해당 대향 제 1 부분 부품 개구부를 가지며,상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트는 적어도 2개의 정면을 갖고, 상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트는 각각 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 배치되며, 상기 적어도 2개의 정면은 각각 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트중 하나의 적어도 2개의 정면의 해당 대향 정면을 갖는 하나 또는 그 이상의 스테이션;과,상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트 또는 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 정면에 배치된 절연물질;과,상기 하나 또는 그 이상의 스테이션과 스테이션 사이 및 각각 스테이션에서 금속 가공물을 이동시키기 위한 가공물 이송 장치;와,상기 하나 또는 그 이상의 제 2 원통형 부품을 회전시키고, 상기 하나 또는 그 이상의 스테이션에서 하나 또는 그 이상의 제 1 및 제 2 원통형 부품의 열처리를 위해 금속 가공물을 축방향으로 움직이는 가공물 배치 장치; 및상기 제 1 펠렛 조립체에 이웃하게 제 2 펠렛 조립체를 선택적으로 이동시키는 수단;을 포함하며,상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 정면과 상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트의 적어도 2개의 정면은 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 해당 대향 정면과 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트의 적어도 2개의 해당 대향 정면에 각각 이웃하고, 상기 제 2 부분 부품 개구부와 해당 대향 제 1 부분 부품 개구부는 폐쇄된 유도기를 형성하며, 그 내부에서 상기 적어도 하나의 AC 고주파 전원으로부터 유래된 고주파 AC 전류에 의한 여기에 응답하여 상기 폐쇄된 유도기에 의해 발생된 자기장에 의해 상기 제 1 또는 제 2 원통형 부품이 가열되는 것을 특징으로 하는 유도 열처리 장치.
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- 가공물의 주축을 따라 동축으로 배치된 배치된 적어도 2개의 제 1 원통형 부품과, 상기 적어도 2개의 제 1 원통형 부품 사이에 삽입된 하나 또는 그 이상의 제 2 원통형 부품을 포함하는 금속 가공물의 부품을 열처리하기 위한 방법으로서, 상기 하나 또는 그 이상의 제 2 원통형 부품은 각각 상기 주축과 평행하며 주축으로부터 오프셋된 독립축을 갖고, 상기 제 1 및 제 2 원통형 부품은 각각 이웃한 비열처리된 불규칙 형상의 부품에 연결되며, 상기 열처리 방법은금속 가공물을 잡는 단계;와,상기 금속 가공물을 유도 열처리 스테이션으로 이송하는 단계;와,상기 유도 열처리 스테이션에서 제 2 원통형 부품의 고정 부분 유도기 개구부내에 상기 제 2 원통형 부품을 안착시키기 위해 상기 금속 가공물을 회전시키는 단계;와,상기 유도 열처리 스테이션에서 제 1 및 제 2 원통형 부품의 고정 부분 유도기 개구부내에 상기 제 1 및 제 2 원통형 부품을 안착시키기 위해 상기 금속 가공물을 축방향으로 이송하는 단계;와,상기 유도 열처리 스테이션에 상기 금속 가공물을 안착시키는 단계;와,상기 제 1 및 제 2 원통형 부품의 주변에 밀폐된 유도기를 형성하기 위하여 상기 고정 부분 유도기 개구부에 이웃하게 비고정 부분 유도기를 배치하는 단계;와,상기 고정 부분 유도기에 AC 고주파 전류를 제공하는 단계;와,상기 비고정 부분 유도기에 AC 고주파 전류를 유도 커플링하는 단계;와,상기 제 1 및 제 2 원통형 부품에 AC 고주파 전류에 의해 형성된 자기장을 가함으로써 상기 제 1 및 제 2 원통형 부품을 유도 가열하는 단계;와,상기 고정 부분 유도기로부터 비고정 부분 유도기를 이격 배치하는 단계; 및상기 유도 열처리 스테이션으로부터 금속 가공물을 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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- 금속 가공물의 적어도 하나의 원통형 부품을 가열하기 위한 유도기로서, 상기 원통형 부품은 적어도 일면이 불규칙한 형상의 부품에 부착되며, 상기 원통형 부품과 상기 불규칙한 형상의 부품 사이에 필렛이 형성되고, 상기 유도기는 제 1 유도기 세그먼트와 제 2 유도기 세그먼트로 형성되며, 상기 제 1 및 제 2 유도기 세그먼트는 제 2 유도기 세그먼트에 자기적으로 커플링하기 위한 수단을 갖고, 상기 제 1 유도기에는 AC 고주파 전류가 공급되며, 상기 부품에 대한 AC 고주파 전류의 여기에 응답하여 제 1 및 제 2 유도기 세그먼트에 의해 발생된 자기장을 적용하 여 가열하기 위해 상기 원통형 부품을 배치하기 위한 폐쇄된 개구부가 상기 제 1 유도기 세그먼트와 제 2 유도기 세그먼트의 일부에 형성되며,상기 제 1 유도기 세그먼트는 고체 전도성 물질로 형성되어지되, 상기 제 1 유도기 세그먼트는 제 1 정면;, 대향면에 배치된 제 1 코일 세그먼트와 제 2 코일 세그먼트를 형성하는 관통 개구부; 및 상기 제 1 또는 제 2 코일 세그먼트중 하나에 형성된 제 1 부분 개구부;를 더 포함하며, 상기 제 1 부분 개구부는 오리피스에 의해 분할된 아치형 코일면을 갖고, 상기 오리피스는 아치형 코일면을 제 1 코일 립 쌍으로 분할하며, 상기 제 1 코일 립 쌍은 이웃한 제 1 정면과 함께 계면 영역을 형성하고, 상기 제 1 코일 립 쌍은 불규칙한 형상의 부품의 불규칙한 질량, 상기 원통형 부품의 표면상의 개구부를 선택적으로 보상하거나 상기 필렛을 선택적으로 가열하도록 성형되며,상기 제 2 유도기 세그먼트는 고체 전도성 물질로 형성되어지되, 상기 제 2 유도기 세그먼트는 상기 제 1 정면으로부터 전기적으로 절연되도록 이웃하게 배치된 제 2 정면;, 대향면에 배치된 제 3 코일 세그먼트와 제 4 코일 세그먼트를 형성하는 관통 개구부; 및 상기 제 3 또는 제 4 코일 세그먼트의 제 2 부분 개구부;를 더 포함하며, 상기 제 2 부분 개구부는 오리피스에 의해 분할된 아치형 코일면을 갖고, 상기 오리피스는 아치형 코일면을 제 2 코일 립 쌍으로 분할하며, 상기 제 2 코일 립 쌍은 이웃한 제 2 정면과 함께 계면 영역을 형성하고, 상기 제 2 코일 립 쌍은 불규칙한 형상의 부품의 불규칙한 질량, 상기 원통형 부품의 표면상의 개구부를 선택적으로 보상하거나 상기 필렛을 선택적으로 가열하도록 성형되며, 상기 제 1 및 제 2 부분 개구부는 폐쇄된 개구부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유도기.
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- 금속 가공물의 적어도 하나의 원통형 부품을 가열하기 위한 유도기로서, 상기 원통형 부품은 적어도 일면이 불규칙한 형상의 부품에 부착되며, 상기 원통형 부품과 상기 불규칙한 형상의 부품 사이에 필렛이 형성되고, 상기 유도기는 전기 전도성 물질로 형성된 능동 부분 유도기와 제 1 수동 부분 유도기와 제 2 수동 부분 유도기를 포함하되,상기 능동 부분 유도기는 능동 정면;, 대향면에 배치된 제 2 능동 코일 세그먼트와 제 1 능동 코일 세그먼트를 형성하는 관통 개구부;, 상기 제 1 또는 제 2 능동 코일 세그먼트중 하나에 형성된 능동 부분 개구부;, AC 고주파 전원의 출력에 연결하기 위한 수단; 및 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트를 포함하되, 상기 제 1 부분 개구부는 오리피스에 의해 분할된 아치형 표면을 갖고, 상기 오리피스는 아치형 코일면을 제 1 코일 립 쌍으로 분할하며, 상기 제 1 코일 립 쌍은 이웃한 제 1 정면과 함께 계면 영역을 형성하고, 상기 제 1 코일 립 쌍은 불규칙한 형상의 부품의 불규칙한 질량, 상기 원통형 부품의 표면상의 개구부를 선택적으로 보상하거나 상기 필렛을 선택적으로 가열하도록 성형되며,상기 제 1 수동 부분 유도기는 제 1 수동 정면;, 대향면에 배치된 제 1 수동 코일 세그먼트와 제 2 수동 코일 세그먼트를 형성하는 관통 개구부; 및 상기 제 1 또는 제 2 수동 코일 세그먼트에 형성되어 아치형 표면을 가진 제 1 수동 부분 개구부;를 포함하며,상기 제 2 수동 부분 유도기는 상기 제 1 수동 부분 유도기 내부에 배치되어 그로부터 전기적으로 절연되어지되, 제 2 수동 정면;, 대향면에 배치된 제 3 수동 코일 세그먼트와 제 4 수동 코일 세그먼트를 형성하는 관통 개구부; 상기 제 1 또는 제 2 수동 코일 세그먼트의 제 1 수동 부분 개구부와 이웃하게 배치된 제 3 또는 제 4 수동 코일 세그먼트의 제 2 수동 부분 개구부; 및 적어도 2개의 정면을 가진 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트를 포함하며,상기 제 1 및 제 2 수동 경면은 상기 능동 정면으로부터 전기적으로 절연되어 그에 이웃하게 배치되고,상기 제 1 수동 부분 개구부는 아치형 표면을 가지며, 상기 제 1 및 제 2 수동 부분 개구부는 상기 적어도 하나의 원통형 부품 주변에 폐쇄된 코일 개구부를 형성하기 위해 상기 능동 부분 개구부에 이웃하게 배치되고,상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트는 각각 상기 제 1 및 제 2 수동 부분 유도기의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 배치되며, 상기 적어도 2개의 정면은 각각 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트의 상기 적어도 2개의 정면의 해당 대향 정면을 가짐으로써, 상기 능동 부분 유도기는 상기 제 1 및 제 2 수동 부분 유도기와 유도 커플링되는 것을 특징으로 하는 유도기.
- 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부분 개구부에 이웃하게 배치된 아치형 코일면은 폐쇄된 유도기내에서 가열될 제 1 또는 제 2 원통형 부품 부근에서의 자기장 형상을 제어하도록 성형된 것을 특징으로 하는 유도기.
- 제 29 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 부분 개구부에 이웃하게 배치된 아치형 코일면에 오리피스를 더 포함하되, 상기 오리피스는 아치형 코일면을 코일 립 쌍으로 분할하고, 상기 코일 립은 폐쇄된 유도기내에서 가열될 제 1 또는 제 2 원통형 부품 부근에서의 자기장 형상을 제어하도록 성형된 것을 특징으로 하는 유도기.
- 하나 또는 그 이상의 단부 엘리먼트로 축상에서 종료되며 불규칙한 형상의 웨브에 의해 서로 분할된 핀과 원통형 메인 구조를 가진 크랭크 샤프트를 열처리하기 위한 유도 열처리 장치으로서, 상기 불규칙한 형상의 웨브와 그에 이웃한 메인 또는 핀 사이에 필렛이 형성되며, 상기 메인과 단부 엘리먼트는 크랭크 샤프트의 주축을 따라 동축으로 배치되고, 상기 핀은 각각 상기 주축과 평행하며 그로부터 오프셋된 독립축을 가지며, 상기 유도 열처리 장치은적어도 하나의 AC 고주파 전원;과,각각 하나 또는 그 이상의 메인, 핀 및 단부 엘리먼트를 유도가열하는 복수의 유도 열처리 스테이션으로서, 상기 복수의 유도 열처리 스테이션은 각각 제 1 펠렛 조립체와 제 2 펠렛 조립체를 포함하되,상기 제 1 펠렛 조립체는 제 1 베이스 판과, 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트, 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트, 상기 크랭크 샤프트의 능동 축방향 배치를 위한 수단 및 상기 크랭크 샤프트를 제 1 펠렛 조립체에 안착시키기 위한 수단을 포함하며,상기 제 2 펠렛 조립체는 제 2 베이스 판과, 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트 및 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트를 포함하고,상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트는 고체 전기 전도성 물질로 형성되며, 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트는 각각 제 1 정면과 내부 관통 개구부를 갖고, 상기 관통 개구부는 제 1 코일 세그먼트와 제 2 코일 세그먼트를 형성하며, 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 각 면은 제 1 베이스 판에 이웃한 제 1 정면에 대향하고, 상기 제 1 또는 제 2 코일 세그먼트중 하나는 제 1 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부를 갖고, 상기 제 1 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부는 아치형 코일면을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트는 각각 적어도 하나의 AC 고주파 전원의 출력에 제 1 유도기 세그먼트를 연결하기 위한 수단을 갖고,상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트는 적어도 2개의 정면을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트는 각각 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 배치되고,상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트는 고체 전기 전도성 물질로 형성되며, 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트는 각각 제 2 정면과 내부 관통 개구부를 갖고, 상기 내부 관통 개구부는 제 3 코일 세그먼트와 제 4 코일 세그먼트를 형성하며, 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 각 면은 제 2 베이스 판에 이웃한 제 2 정면에 대향하고, 상기 제 3 또는 제 4 코일 세그먼트중 하나는 제 2 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부를 갖고, 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 각 정면과 내부 관통 개구부는 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 해당 대향 제 1 정면 및 내부 관통 개구부를 갖고, 상기 제 2 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부는 아치형 코일면을 가지며, 상기 제 2 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부는 각각 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트의 해당 대향 제 1 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부를 가지며,상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트는 적어도 2개의 정면을 갖고, 상기 적어도 2개의 정면은 각각 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트의 대향 정면을 가지며, 상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트는 각각 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 자속 집중기 영역 주변에 부분적으로 배치되고,상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트 또는 상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트의 정면에 배치된 절연물질;과,상기 복수의 열처리 스테이션 사이에서 상기 크랭크 샤프트를 이동시키기 위한 크랭크 샤프트 이송 장치;과,상기 하나 또는 그 이상의 핀을 열처리하기 위해 회전시키는 크랭크 샤프트 배치 장치; 및상기 제 1 펠렛 조립체에 이웃하게 제 2 펠렛 조립체를 선택적으로 이동시키는 수단;을 포함하며,상기 적어도 하나의 제 2 유도기 세그먼트와 상기 적어도 하나의 제 2 자속 집중기 세그먼트의 모든 면은 상기 적어도 하나의 제 1 유도기 세그먼트와 상기 적어도 하나의 제 1 자속 집중기 세그먼트의 해당 대향 정면에 각각 이웃하고, 상기 제 1 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부와 해당 대향 제 2 부분 크랭크 샤프트 부품 개구부는 각각 폐쇄된 유도기를 형성하며, 그 내부에서 상기 적어도 하나의 AC 고주파 전원으로부터 유래된 고주파 AC 전류에 의한 여기에 응답하여 상기 폐쇄된 유도기에 의해 발생된 자기장에 의해 상기 메인, 핀 및 단부 엘리먼트가 가열되는 것을 특징으로 하는 유도 열처리 장치.
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- 주축을 가진 크랭크 샤프트의 부품을 열처리하기 위한 방법으로서, 상기 크랭크 샤프트는 2개 또는 그 이상의 메인, 2개 또는 그 이상의 핀, 비대칭이며 불규칙한 형상의 비열처리된 복수의 웨브를 포함하며, 상기 비열처리된 복수의 웨브는 각각의 이웃한 메인 또는 핀에 부착되어 상기 비열처리된 복수의 각각의 웨브와 이에 부착된 메인 또는 핀 및 하나 또는 그 이상의 단부 엘리먼트 사이에 필렛을 형성하며, 상기 메인과 단부 엘리먼트는 주축을 따라 동축으로 배치되고, 상기 핀은 각각 상기 주축과 평행하며 그로부터 오프셋된 독립축을 가지며, 상기 메인, 핀 및 웨브는 하나 또는 그 이상의 경사진 관통 통로를 갖고, 각각의 상기 통로는 상기 메인 또는 핀중 하나의 표면상의 개구부에서 종료되며, 상기 열처리 방법은크랭크 샤프트를 잡는 단계;와,상기 크랭크 샤프트를 유도 열처리 스테이션으로 이송하는 단계;와,상기 유도 열처리 스테이션에서 고정 부분 유도기 개구부내에 상기 핀을 안착시키기 위해 상기 크랭크 샤프트를 적절하게 회전시키는 단계;와,상기 고정 부분 유도기 개구부내에 상기 메인, 핀 및 단부 엘리먼트를 안착시키기 위해 상기 크랭크 샤프트를 적절하게 이송하는 단계;와,상기 유도 열처리 스테이션에 상기 크랭크 샤프트를 안착시키는 단계;와,상기 메인, 핀 및 단부 엘리먼트의 주변에 밀폐된 유도기를 형성하기 위하여 상기 고정 부분 유도기 개구부에 이웃하게 비고정 부분 유도기를 배치하는 단계;와,상기 고정 부분 유도기에 AC 고주파 전류를 제공하는 단계;와,상기 비고정 부분 유도기에 AC 고주파 전류를 유도 커플링하는 단계;와,상기 메인, 핀 또는 단부 엘리먼트에 이웃한 웨브의 비대칭 및 불규칙한 형상과 상기 메인 또는 핀의 표면상의 개구부를 보상하여 상기 표면을 균일하게 열처리하기 위한 형태이며, 제 1 및 제 2 원통형 부품에 AC 고주파 전류에 의해 형성된 자기장으로 상기 메인, 핀 및 단부 엘리먼트를 유도 가열하는 단계;와,상기 고정 부분 유도기로부터 비고정 부분 유도기를 이격 배치하는 단계; 및상기 유도 열처리 스테이션으로부터 크랭크 샤프트를 이동시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
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