KR100747045B1 - 크롤러 부시, 그 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내경이 작은 크롤러 부시나 2개이상 겹쳐서 담금질을 행하는 크롤러 부시의 내주면에 얼룩없는 담금질층을 형성하는 것을 목적으로 하고,

이를 위해, 크롤러 부시의 내주면 냉각용 냉각매체를 도입하기 위하여 크롤러 부시의 내경보다 작은 외경을 갖는 도입관을 내주면측에 배치하고, 이 도입관에 의해 도입되는 냉각매체를 구면 또는 그것과 유사한 곡면으로 이루어지는 방향변환부재에 의해 방향변환하여 상기 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면으로 둘러싸여지는 공간에 크롤러 부시(1)의 축심방향과 거의 평행하게 흐르게 함으로써 층류 냉각을 행한다.

Description

크롤러 부시, 그 제조방법 및 제조장치{CRAWLER BUSHING AND METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 예컨대, 불도저와 같은 건설기계에 사용되는 크롤러 부시 및 그 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내마모성, 내충격 피로성이 우수한 크롤러 부시와 이 크롤러 부시를 보다 간편한 장치를 이용하여 저비용으로 생산하는 크롤러 부시의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.

종래, 건설기계 등의 크롤러(51)는 도 23에 도시되는 바와 같은 각 부품군으로 구성되어 있고, 특히, 크롤러 부시(52)는 종감속장치로부터의 회전운동을 전달하는 스프로킷 톱니와 맞물리고, 크롤러(51)를 회전시키는 기능을 가지는 것이므로 내외주면에 있어서는 내마모성이 요구됨과 동시에 부시로서는 가혹한 강도와 인성이 요구된다. 또한, 고속으로 주행하는 크롤러에서는 크롤러 핀(53)과 크롤러 부시(52)의 베이킹(baking)을 방지하기 위하여 이들의 간극에 윤활유를 개재시킨 오일밀봉 크롤러가 사용되고 있고, 이 경우에는 스프로킷과 직접 접촉하는 외주면의 내마모성뿐만 아니라, 도 24에 도시되는 바와 같이, 크롤러 부시의 끝면의 시일 평탄부(61)와 더스트(dust) 시일[립(lip) 시일](62)에서 윤활유를 시일할 필요때문에 적어도 상기 평탄부(61)에서의 더스트 시일(62) 접촉위치의 범위[외주면으로부 터 두께(t)의 약 1/2까지가 마모후의 접촉위치]가 담금질에 의해서 충분히 경화되어 있는 것이 요구된다.

이들의 필요특성을 만족시키기 위하여 종래, 상기 크롤러 부시의 제조에 있어서는 다음에 나타내는 바와 같은 방법이 실시되고 있다.

① 표면경화강(case hardening steel)에 침탄처리를 실시하여 내외 표면층에 고경도의 마르텐사이트를 형성하여 내마모성과 강도의 확보를 도모하도록 한 것(일본 특허공개 소52-34806호 공보 참조).

② 중탄소강을 사용하여 소재 조질한 부시소재의 내외주부를 각각 고주파 담금질하여 내외 표면층에 고경도의 마르텐사이트를 형성하거나, 외주면으로부터의 고주파 담금질에 의해서 깊게 담금질한 후에 내주면으로부터 고주파 담금질하여 외ㆍ내주면 경화층 사이에 뜨임 마르텐사이트로 이루어지는 경화층을 V자형으로 형성하여 내마모성과 강도의 확보를 도모하도록 한 것(일본 특허공개 소63-16314호 공보 참조).

③ 중탄소강의 부시소재를 일단 담금질 처리가능한 온도이상으로 가열하고, 내주면을 선행 냉각한 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 멈추거나 또는 고주파 가열에 의해서 외주면을 가열하면서 내주면 냉각을 행하고, 소정시간 후에 외주면 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 행하는 일련의 담금질조작에 의해서, 부시의 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층을 형성하고, 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남는 U자형의 부드러운 경도분포를 가지게 하고, 또한, 외주면부로부터의 경화층 깊이를 내주면으로부터의 경화층 깊이에 비 해서 더욱 깊게 형성하도록 하여 내마모성이 우수한 크롤러 부시와 그 저렴한 제조방법을 제공하도록 한 것(일본 특허공개 평11-61264호 공보, 일본 특허공개 평11-236619호 공보 참조).

그러나, 상기 ①의 침탄법에 있어서는 크롤러 부시의 끝면부도 균일하게 침탄경화되므로 오일밀봉 부시로서의 기능성은 좋지만, 외주 원통면에서의 내마모성을 높이기 위하여 침탄경화층을 깊게 할 필요가 있으므로 침탄시간이 길게 걸림과 아울러 침탄가스의 대량사용 등에 의한 비용면에서의 문제가 있다. 또한, 예컨대, 부시의 두께가 두껍게 되는 대형 크롤러 부시에서는 강도, 내마모성의 관점에서 필요한 경화층 깊이가 깊게 되므로 생산성의 저하와 비용의 증가가 문제로 된다. 또한, 내외주 표면에 있어서는 침탄가열시간이 장시간 걸리므로 입계 산화층이나 불완전 담금질층이 수십㎛ 두께로 형성되게 되어 피로강도나 내충격특성이 열화하기 쉽게 된다라는 문제점이 있다.

한편, 상기 ②의 고주파 담금질법에서는 ①의 침탄법에 비해서 비용적인 개선이 되어 있지만, 외주면과 내주면에서의 2번의 담금질처리가 필요하고, 충분한 생산성의 개선과 저비용화가 도모된 열처리로는 되어 있지 않다. 또한, 상기 고주파 담금질법의 경우, 오일밀봉 크롤러 부시의 끝면부에서의 담금질부분의 얼룩이나 빠짐이 피해지지 않아서 부시 내주부로의 토사의 침입을 방지하기 위한 더스트 시일면으로서의 내마모성의 확보에 문제가 있다.

또한, 상기 ③의 내주면을 선행 냉각한 후에 외주면을 냉각하는 방법에서는 한번의 담금질 작업으로 내마모성이 우수한 크롤러 부시를 아주 저비용으로 제조할 수 있다라는 이점이 있지만, 내주면의 냉각에 스프레이 냉각을 적용하면, 통상, 이 스프레이 냉각에서는 그 열전도율을 높이기 위하여 노즐 구경의 약 10배의 거리에 피냉각면이 오도록 설정되는 경우가 많고, 또한, 스프레이 물의 배출성이 나쁘기 때문에 보다 작은 내경의 원통관 내주면의 냉각에 적용하는 경우에는 충분한 냉각성과 균일성이 얻어지지 않는다라는 문제점이 있다. 특히, 내경이 작은 크롤러 부시에 적용하는 경우나, 생산성을 높일 목적으로 2개이상의 크롤러 부시에 대해서 그 끝면부끼리를 겹친 상태에서 내주면의 담금질을 실시하는 경우에, 내주면의 담금질 얼룩을 피할 수 없고, 충분한 생산성 향상과 비용저감이 도모되지 않는다라는 문제점이 있다.

또한, 일본 특허공개 평11-236619호 공보에 개시되어 있는 바와 같은, 외주면으로부터의 고주파 가열에 의해서 일단 부시소재 전체를 담금질할 수 있는 온도로 가열한 후에 외주면의 가열을 계속하면서 내주면의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면 가열을 멈추고서 그 외주면을 냉각하는 방법에서는, 냉각시간에 비해서 가열시간이 길고, 또한, 가열속도를 높일수록 크롤러 부시의 외주면이 내주면에 비해서 지나치게 가열되어 담금질시에 담금질 균열이 발생하기 쉽다라는 문제점이 있고, 이것이 충분한 생산성과 안정된 품질의 실현을 저해하는 요인으로 되고 있다. 또한, 지나치게 가열되는 경우에는 크롤러 부시를 지지하는 지그도 가열 후에 담금질 매체에 의해 냉각되는 사이클이 반복되므로 지그의 내구성에 관한 문제도 있다.

또한, 상기와 같이 2개이상의 크롤러 부시에 대해서 그 끝면부끼리를 겹친 상태에서 내주면의 담금질을 실시하는 경우에, 겹치는 것에 의해 크롤러 부시 양 끝면의 시일 평탄부에 안정된 담금질 경화층을 확보할 수 없고, 오일밀봉 부시에 적용할 수 없다라는 문제점이 있다.

또한, 내주면의 냉각에 스프레이 냉각을 적용하는 경우에는 크롤러 부시 양 끝면부와 접촉하여 내주면측과 외주면측의 수류를 분리하는 칸막이판과 부시 끝면부 사이로부터의 내주면 냉각매체의 누출을 완전히 차단하는 것이 어렵고, 상기 오일밀봉 크롤러 부시의 끝면부에서의 담금질부분의 얼룩이나 빠짐을 완전히 피할 수 없어, 부시 내주부로의 토사의 침입을 방지하기 위한 더스트 시일면으로서의 내마모성 확보를 위한 검사가 필요하게 된다.

또한, 고주파 담금질법에 의해서 담금질 경화층을 생산성 좋게 형성할 수 있다 하더라도 담금질 후에 실시하는 저온 뜨임처리에서는 대규모의 뜨임로가 필요하게 되므로 생산라인 그 자체가 대규모로 된다라는 문제점이 있다. 또한, 고주파 뜨임하는 경우에 있어서도 내외주면으로부터의 뜨임가열이 필요하게 되어 생산성이 충분하지 않다라는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 냉각매체의 관내 층류(管內層流)에 의해 내주면 냉각을 실시함으로써 내경이 작은 크롤러 부시나 2개이상 겹쳐서 담금질을 행하는 크롤러 부시의 내주면에 얼룩없이 담금질층을 형성하는 것을 가능하게 하고, 침탄처리 또는 고주파 담금질 처리보다 생산성과 비용의 개선을 도모할 수 있는 크롤러 부시 및 그 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 내주면을 관내 층류 냉각함으로써 크롤러 부시 끝면부에 접촉시키는 수류 분리용 칸막이 지그의 간극으로부터 내주면 냉각매체가 누출되는 것을 완전히 차단할 수 있도록 하고, 또한, 칸막이 지그에 의해서 부시 양 끝면 근방의 내주면으로부터의 냉각속도를 지연시킴으로써 그 끝면의 시일 평탄부를 담금질 경화할 수 있도록 하고, 이것에 의해서 오일밀봉 크롤러 부시에도 적용할 수 있는 크롤러 부시의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 내주면으로부터의 가열이 불필요하고, 또한, 작은 내경이고 길이가 긴 원통형상 강관의 내주면을 확실하게 담금질할 수 있으므로, 내마모성과 강도를 필요로 하는 원통형상 범용부품을 값싸게 제조할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 담금질 후의 크롤러 부시에 뜨임처리를 실시하는 공정을 폐지 또는 간략화하기 위하여, 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 행하는 일련의 담금질 작업에 있어서, 외주면으로부터의 고주파 추종(追從) 가열 중 또는 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 시작하기까지의 사이에 내주면으로부터의 냉각을 소정시간 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 단시간에 뜨임하여 내주면의 재냉각을 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 행하는 일련의 담금질 작업에 의해서, 내주면 담금질 경화층이 뜨임 마르텐사이트 조직으로 이루어지도록 하고, 외주면 담금질 경화층의 뜨임처리를 폐지하거나 외주면으로부터의 단시간의 고주파 뜨임을 실시함으로써 충분한 인성과 내마모성이 얻어지는 크롤러 부시를 값싸게 제조할 수 있는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

본 출원에 있어서의 제 1 특징점은 크롤러 부시의 내주면을 냉각할 때에 그 양 끝면부 근방의 내주면의 냉각을 지연시키고, 또한, 외주면으로부터의 고주파 추종 가열에 의해서 유효하게 양 끝면부가 가열되는 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체의 칸막이 지그를 이용함으로써, 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층을 외주면으로부터 두께 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화시키는 것에 있다. 또한, 이것과 동일 원리의 칸막이 지그를 2개의 크롤러 부시 사이에 배치함으로써 끝면부 경화층을 필요로 하는 오일밀봉용 크롤러 부시를 담금질할 수 있게 하고, 현저한 생산성의 향상을 도모하는 것에 있다.

여기서, 상기 외주면으로부터의 고주파 추종 가열은 크롤러 부지소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 가열하는 작업 후,

① 크롤러 부시의 내주면을 선행 냉각하면서도 외주면이 담금질 처리가능한 온도를 유지하도록 가열하는 것을 추종 가열로 칭하지만, 또한 후술하는 바와 같이, 별도로 설치한 로가열 또는 고주파 가열하는 장치로 가열한 크롤러 부시를 담금질 장치로 이동시켜 일련의 담금질 작업을 행하는 경우에는 상기 추종 가열뿐만 아니라,

② 담금질 장치로의 핸들링시에 발생하기 쉬운 외주면에 있어서의 국부적 온도 불균일을 해소한다.

③ 로가열된 크롤러 부시의 외주면 온도를 더욱 높게 하고, 더욱 긴 내주면 선행 냉각시간에 의해서도 외주면 온도가 지나치게 냉각되지 않고, 부시 두께 내부에 연질의 미담금질층을 안정되게 형성함과 아울러 외주면 담금질 경화층을 형성하기 쉽게 한다.

④ 크롤러 부시 외주면의 담금질 경화층을 뜨임한다.

등의 목적을 가지고서 행해진다. 본 발명에서는 상기 ①의 가열을 추종 가열로 칭한다.

요컨대, 본 발명에 의한 크롤러 부시의 제조방법은 제1에,

크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 가열이 행해짐과 아울러 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러 부시의 양 끝면부에서 칸막이 지그를 누르면서 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 행할 수 있는 담금질 장치를 이용하여, 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 외주면으로부터의 고주파 가열에 의해서 가열하거나 또는 별도의 공정으로 담금질 처리가능한 온도로 전체 가열한 크롤러 부시소재를 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 가능한 담금질 장치에 세트한 후, 상기 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 냉각을 실시하는 일련의 담금질 작업에 있어서, 크롤러 부시의 양 끝면 근방의 내주면의 냉각을 지연시키는 것, 및/또는, 외주면으로부터의 고주파 추종 가열에 의해서 유효하게 양 끝면부가 가열되는 형상의 칸막이 지그를 이용함으로써, 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층을 형성함과 아울러 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남도록 하고, 또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이를 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성하고, 상기 미담금질층의 조직을 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 함과 아울러, 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층을 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.

이어서, 본 발명에 있어서의 제 2 특징점은 상기 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 또는 이 고주파 추종 가열을 종료하고, 내주면을 선행 냉각하고 있는 도중에 그 선행 냉각을 단시간 동안 멈추고서 외주면측의 열을 내주면측으로 확산이동시킨 후, 외주면의 냉각과 내주면의 재냉각을 실시함으로써 내주면에 단시간의 고온 뜨임에 의한 마르텐사이트 조직의 경화층을 형성함과 아울러 보다 경질의 마르텐사이트 조직의 경화층을 외주면에 형성하는 점에 있다.

요컨대, 본 발명에 의한 크롤러 부시의 제조방법은 제2에,

크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 가열을 행함과 아울러 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러 부시의 양 끝면부에서 칸막이 지그를 누르면서 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 행할 수 있는 담금질 장치를 이용하여, 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 외주면으로부터의 고주파 가열에 의해서 가열하거나 또는 별도의 공정으로 담금질 처리가능 한 온도로 전체 가열한 크롤러 부시소재를 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 가능한 담금질 장치에 세트한 후, 상기 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 냉각을 실시하는 일련의 담금질 작업에 있어서, 외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각이 종료하기까지 사이에, 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 단시간에 뜨임하는 공정을 포함함으로써, 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층을 형성함과 아울러 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남도록 하고, 또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이를 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성하고, 상기 미담금질층의 조직을 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 하고, 내주면 담금질 경화층을 뜨임 마르텐사이트 조직으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추는 것은 외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 시작하기까지의 사이에 행해지고, 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 단시간에 뜨임한 후에 내주면의 재냉각이 실시되는 것으로 할 수 있다.

상기 각 발명에 있어서 상기 외주면은 고주파 가열에 의해 단시간 뜨임되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 각 발명에 있어서 상기 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체를 칸막이하는 칸막이 지그는 지그 내주면에 내주면 냉각방지용 두께가 얇은 원통부를 갖고, 크롤러 부시 양 끝면의 시일 평탄부 및/또는 내주면 모따기부에 눌려져서 그 접촉부에 있어서의 냉각매체의 누출이 극소로 되도록 되어 있는 것이 좋다.

상기 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 또는 이 고주파 추종 가열을 종료하고, 내주면을 선행 냉각하고 있는 도중에 그 선행 냉각을 단시간 동안 멈춘 경우에는 외주면측의 열이 내주면측으로 확산 이동하여 내주면측의 온도가 상승한다. 이 때, 내주면의 선행 냉각 중에 내주면측에 담금질 마르텐사이트가 이미 형성되어 있을 때에는 상기 마르텐사이트에는 급속하게 뜨임되어서 인성이 부여된다. 예컨대, 두께 8mm의 크롤러 부시를 6kHz의 고주파 가열 전원으로 950℃로 전체 가열한 후에, 외주면 온도를 950℃로 유지하도록 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 5초간 내주면에 층류에 의한 수냉각을 실시하고, 상기 고주파 가열과 내주면 냉각을 1초간 중단하는 동안에 내주면 온도는 외주면측으로부터의 열유입에 의해서 약 150℃로부터 500~600℃로 재가열ㆍ뜨임된다. 이 후, 외주면의 냉각과 내주면의 재냉각을 동시에 실시함으로써 내주면에는 단시간의 고온 뜨임된 마르텐사이트 조직의 경화층이 형성됨과 아울러 외주면에는 보다 경질의 마르텐사이트 조직의 경화층이 형성된다. 이것을 이용함으로써 별도의 공정에서의 내주면의 저온 뜨임처리를 필요로 하지 않는 크롤러 부시를 제조할 수 있는 것을 알았다. 또 한, 외주면에서의 보다 경질의 마르텐사이트에 인성을 필요로 하는 경우에는 외주면만의 고주파 뜨임처리만으로 목적이 달성되기 때문에 종래의 대규모의 저온 뜨임설비가 필요하지 않게 되고, 특히, 본 담금질 장치의 고주파 가열에 의한 단시간 뜨임처리를 행하면 아주 저비용화가 도모됨과 아울러 생산성에 관해서도 현저하게 향상할 수 있는 것은 명확하다.

상기 외주면으로부터의 고주파 가열에 의한 크롤러 부시의 전체 가열 후, 내주면을 선행 냉각하면서 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시할 때의 전력 투입은, 내주면으로부터의 냉각에 의해서 외주면 온도가 적어도 A3선 온도이상인 것이 외주면에 담금질 경화층을 형성하는 조건이고, 통상 800℃이상의 온도로 유지되도록 설정된다. 이것을 실현하기 위해서는 외주면 온도를 자동적으로 계측하면서 외주면 냉각에 의한 외주면 담금질 경화층의 품질을 확보하는 것이 바람직하고, 생산라인설비에 있어서 이 기능을 장비하는 것은 품질관리상 아주 유효하다. 또한, 외주면 온도의 계측방법으로서는 광온도계에 의한 비접촉측정이나 열전대에 의한 접촉식 중 어느 것이어도 유효하다.

또한, 상기 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시함에 있어서는 크롤러 부시가 두께가 얇은 경우, 예컨대, 10mm의 두께인 경우에는 1kHz의 고주파 가열을 실시한 경우에 내주면에까지 고주파 가열의 가열침투깊이가 도달하므로 적어도 3kHz이상의 주파수를 선정하는 것이 바람직하다. 따라서, 전체 가열에는 가열침투깊이가 깊은 낮은 주파수에서의 가열이 바람직하고, 한편, 상기 고주파 추종 가열에서는 높은 주파수에서의 가열이 요망되므로, 담금질 장치의 가열전원으로서 2종 의 주파수 전원 또는 2종 이상의 주파수를 발진할 수 있는 전원을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 낮은 주파수에 의한 전체 가열을 별도의 공정에서 실시한 후에, 가열된 크롤러 부시를 담금질 장치에 배치하여 높은 주파수에서의 추종 가열을 실시하는 것이 전력절약과 생산성, 품질의 관점에서 바람직한 것은 명확하다. 그러나, 생산성과 설비투자의 관점에서 보면 1종의 주파수의 고주파 전원으로 전체 가열과 추종 가열의 양쪽을 효율좋게 실시하는 것은 바람직하고, 이 때의 전원으로서는 주파수와 가열침투깊이의 관점에서 크롤러 부시 두께(약 6~30mm)에 대해서 1~20kHz의 전원을 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 침투깊이에 관해서는 내주면을 선행 냉각하면서 외주면을 가열하고 있을 때에는 내주면의 소정 깊이까지는 마르텐사이트가 형성되고, 또한, 그 두께 내부에 있어서 펄라이트 변태되어 있기 때문에 이들의 범위에 있어서는 강자성체화하여 상기 가열침투깊이는 상자성(常磁性)의 오스테나이트 상태에 있어서의 가열침투깊이의 약 1/30[αFe의 침투깊이 p(mm)의 근사식; p=16/(√f), γFe의 침투깊이의 p(mm)의 근사식; p=500/(√f), 단 f는 주파수(Hz)]로 감소하게 되고, 상술한 바와 같은 정도로 주파수의 영향은 현저하지 않다라고 생각된다. 그러나, 근사적으로는 상기 주파수의 선정을 고려하는 것이 좋다.

또한, 상기 제 1 특징점 및 제 2 특징점에 기재된 바와 같이, 크롤러 부시의 내주면을 선행 냉각하고, 소정시간 후에 외주면 냉각하는 담금질 조작[Time Shift Quench(TSQ)]은 내주면 선행 냉각에 의해서 내주면측에 담금질 경화층을 형성하고, 또한, 보다 중심부에서는 페라이트, 펄라이트, 베이나이트를 형성한 후, 외주면 냉 각에 의해서 외주면측에 담금질 경화층을 형성하는 기술이지만, 크롤러 부시의 두께가 얇은 경우에는 페라이트, 펄라이트, 베이나이트가 형성되기 전이나 충분히 형성되기 전에 외주면이 냉각되기 쉬우므로, 크롤러 부시의 전체 가열온도는 가능한한 높게 설정하는(예컨대, 900~1000℃) 것이 바람직하다. 상기 크롤러 부지소재 전체를 별도의 공정에서 로가열하는 경우에 있어서는 담금질 장치에 구비한 고주파 가열장치로 단시간에 외주면으로부터 재가열하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 1 특징점 및 제 2 특징점에 기재된 바와 같이, 크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 내주면의 선행 냉각을 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 멈추고서 외주면 냉각하는 담금질 조작[Time Shift Induction Quench(TSIQ)]은 상기 TSQ의 내주면의 선행 냉각에 의해서 외주면이 냉각되지 않도록 외주면으로부터의 고주파 유도에 의한 추종 가열을 부여하여, 크롤러 부시의 두께가 얇은 경우에 있어서도, 또한, 크롤러 부시소재에 사용하는 강의 담금질성이 높은 경우에 있어서도 크롤러 부시 두께내부에 연질의 페라이트, 펄라이트, 베이나이트를 충분히 형성함과 아울러 외주면측에 형성하는 담금질 경화층을 더욱 깊게 형성하는 것에 바람직하다.

이어서, 본 출원에 있어서의 제 3 특징점은 내경이 더욱 작은 크롤러 부시에 있어서 내주면에 얼룩없이 보다 균일한 담금질 경화층을 형성하기 위하여, 또는 생산성을 높일 목적으로, 2개이상의 크롤러 부시의 끝면부끼리를 겹쳐서 이루어지는 작은 내경이고 길이가 긴 원통체에 있어서 내주면에 얼룩없이 보다 균일한 담금질 경화층을 형성하기 위하여 내주면으로의 스프레이 냉각을 멈추고, 냉각매체를 도입 하는 관을 부시 내경부에 배치하고, 상기 냉각매체를 크롤러 부시 내경보다 작은 외경을 가지는 냉각매체 도입관의 외주면과 부시 내주면 사이의 공간에서 크롤러 부시의 길이방향으로, 또한, 열전달면에 평행하게 흐르는 관내류 냉각법(이하, 열전달면에 평행한 냉각매체의 층류에 의해서 냉각되는 것이므로 단지 「층류 냉각」이라 한다.)을 실시하는 것에 있다.

요컨대, 본 발명에 의한 크롤러 부시의 제조방법은 제3에,

크롤러 부시소재를 담금질 처리가능한 온도로 가열한 후, 내주면 냉각과 외주면 냉각 및/또는 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능한 담금질 장치를 이용하여 상기 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 외주면의 냉각을 실시하는 일련의 담금질 작업에 있어서, 적어도 크롤러 부시의 내주면이, 그 크롤러 부시의 내측통 공간에 충전한 냉각매체를 그 내주면에 평행하고, 또한, 크롤러 부시의 축심방향과 평행하게 흐르게 하여 냉각됨으로써, 보다 작는 내경이고 길이가 긴 크롤러 부시 또는 복수개의 크롤러 부시의 내주면에 있어서도 얼룩이 없는 담금질 경화층을 형성함과 아울러 외주면으로부터의 냉각에 의해서 외주면에 담금질 경화층을 형성하고, 또한, 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남도록 하고, 또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이를 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해서 더욱 깊게 형성하고, 상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 각 발명에 있어서 상기 내주면 및 외주면 중 적어도 어느 한쪽을 크롤러 부시의 축심방향과 평행하게 냉각매체를 흐르게 하여 층류 냉각하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고주파 가열 또는 고주파 추종 가열이 나선형 코일에 의해서 행해지고, 복수개의 크롤러 부시가 동시에 담금질되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고주파 가열 또는 고주파 추종 가열은 안장형 유도자에 의해서 행해지고, 이 안장형 유도자에 의한 가열은 서로 인접하는 크롤러 부시 사이에 절연체를 끼워서 행해지는 것이 바람직하다.

또한, 복수개의 크롤러 부시를 동시에 담금질할 때에 인접하는 크롤러 부시끼리가 그 끝면을 노출시키는 중간 칸막이 지그를 통해서 겹쳐짐으로써 상기 중간 칸막이 지그에 접하는 크롤러 부시 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 내주면 냉각용 냉각매체를 도입하기 위하여 크롤러 부시의 내경보다 작은 외경을 갖는 도입관을 내주면측에 배치하고, 이 도입관에 의해 유입되는 냉각매체를 상기 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면으로 둘러싸여지는 공간에 충전하여 크롤러 부시의 내주면과 평행하고, 또한, 상기 크롤러 부시의 축심방향과 거의 평행하게 흐르게 함으로써 층류 냉각을 행하도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 내주면 냉각용 냉각매체는 상기 도입관에 의해 유입된 후, 벽면에 의해서 방향변환되어서 상기 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면으로 둘러싸여지는 공간에 흐르는 것이 바람직하다.

이렇게 함으로써 상기 담금질 장치에서의 크롤러 부시의 패킹 모드(packing mode)가 세로배치인 경우에 상기 도입관 내를 냉각매체가 아래로부터 위로 향하여 흐르고, 크롤러 부시의 최상부 위치보다 위의 위치에서 구면 또는 그것과 유사한 곡면으로 이루어지는 방향변환부재에 의해서 흐름방향을 변환한 후, 도입관의 외주면과 부시 내주면으로 둘러싸여진 공간 내를 흐르게 되고, 내주면 냉각매체의 배출성이 양호하게 된다.

또한, 상기 층류의 발생방법에 대해서 내경노즐로부터 스프레이상의 냉각매체를 크롤러 부시의 내주면에 내뿜어 내경노즐과 크롤러 부시 내주면 사이의 공간에 충전함과 아울러, 크롤러 부시의 상단측을 폐쇄함으로써 크롤러 부시의 길이방향 하방을 향하는 층류를 형성하는 방법이나, 이것과는 반대로 크롤러 부시의 하단측을 폐쇄함으로써 크롤러 부시의 길이방향 상방을 향하는 층류를 형성하는 방법도 있다. 또한, 길이방향 상방을 향하는 층류는 층류화하기 위한 냉각매체의 유량이 적어도 되는 것이 명확하지만, 담금질 경화시키기 위해서는 충분한 냉각능력을 실현할 필요가 있고, 이것에는 이것에 필요한 냉각매체량이 흘러야만 하는 것이나 냉각매체를 배출하기 위한 고안이 필요하게 되므로 설비적으로는 상기 길이방향 상방을 향하는 층류를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 복수개의 크롤러 부시 등을 겹친 작은 내경 통체의 내주면을 상기 층류 냉각에 의해서 담금질 경화할 수 있는 것은 끝면의 표면이 담금질 경화될 필요가 없는 크롤러 부시의 생산성을 아주 높일 수 있고, 또한, 담금질 설비에 대한 투자를 크게 억제할 수 있는 것은 명확하다.

상기 방향변환부재는 내외주면을 각각 냉각하는 냉각매체의 흐름을 칸막이하는 것이 바람직하고, 또한, 냉각매체 도입관으로부터 유출되는 냉각매체의 충돌에 의한 충격이나 흐름의 산란에 의한 가스의 말려들어감 및 가스의 체류를 최대한 억제하는 관점에서는, 방향변환부위에 있어서의 형상은 오목형상의 구면 또는 그것과 유사한 곡면으로 이루어지는 것이 바람직하고, 또한, 상기 곡면형상은 크롤러 부시와 접촉하는 위치에 있어서 상기 크롤러 부시의 축방향과 대략 평행한 것이 바람직하다. 이와 같은 형상으로 하면 상기 접촉부에 있어서 냉각매체를 충분히 층류화할 수 있고, 베르누이의 흐름의 원리로부터 크롤러 부시와 방향변환부재의 약간의 간극에서 부압이 생겨 냉각매체의 외주면측으로의 누출은 발생하지 않고, 오일밀봉 크롤러 부시로서 사용한 경우에 필요로 되는 부시 끝면의 표면을 얼룩없이 담금질할 수 있게 된다.

또한, 상기 내주면을 냉각할 때에 크롤러 부시의 양 끝면부 근방의 내주면의 냉각을 지연시키고, 또한, 외주면으로부터의 고주파 추종 가열에 의해서 유효하게 양 끝면부가 가열되는, 상기 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체의 칸막이 지그를 이용함으로써 크롤러 부시 양 끝면 시일 평탄부의 표면층을 외주면위치로부터 부시 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 안정된 담금질 경화층을 형성할 수 있다.

여기서, 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면의 둘러싸여진 공간은 직경차로 1mm이상이고, 20mm이하로 하는 것이 바람직하다. 이 이유로서는 하한의 1mm는 부시 내주면의 위치와 도입관의 위치 및 고주파 추종 가열시에 크롤러 부시를 동축 중심으로 회전시키는 것이 가열의 균일화에 필요한 것을 고려한 경우 등의 위치정밀도 상의 배려와, 냉각매체가 냉각시에 크롤러 부시로부터 인출하는 열량에 의해서 지나치게 가열되지 않도록 하기 위한 배려에 의한 것이다. 또한, 상한의 20mm는 이 20mm를 초과하면 필요한 물의 양이 지나치게 많게 되어 쓸모없게 되기 때문이다. 또한. 현실적으로는 3~10mm이면 냉각상의 문제는 없다.

또한, 상기 크롤러 부시의 내주면을 균일하게 담금질하기 위해서는 크롤러 부시에 이용하는 강재의 담금질성과의 관계에서 의논되야 하지만 통상의 탄소강을 이용하는 경우에는 냉각매체가 물이고, 또한, 상기와 같이 크롤러 부시의 길이방향으로 흐르는 층류 냉각을 실시하는 경우, 크롤러 부시 내경과 냉각매체의 도입관의 외경으로부터 구하는 단면적에 대한 단위면적당 물의 양이 9리터/minㆍ㎠이상, 그 때의 유속이 1.5m/sec이상인 것이 바람직하고, 또한, 얼룩이 없는 담금질 경화층을 형성하는 충분한 냉각능력을 얻기 위해서는 크롤러 부시의 내주면, 외주면의 각 면적에 대한 단위면적당 물의 양이 0.1리터/minㆍ㎠이상인 것이 바람직하다. 또한, 예컨대, Cr, Mo, Mn, Ni 등의 각종 합금원소를 첨가하여 담금질성을 개선한 강재를 이용하는 경우에는 보다 소량의 냉각매체에서의 담금질도 가능하다라고 생각되지만 반대로 값싼 물을 냉각매체로 함으로써 강재의 원가저감이 도모되는 방향에서의 개선이 바람직하다.

그런데, 내주 냉각을 개시하기 전이나 냉각 중에 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 실시되기 때문에 냉각매체의 도입관이 크롤러 부시 내주면에 지나치게 근접하는 경우에는, 상기 도입관 자신도 고주파 가열을 받게 되어 쓸데없는 에너지를 낭비하거나 또는 도입관이 가열ㆍ냉각됨으로써 변형 열화될 위험성이 고려되므 로, 상기 냉각매체를 도입하는 도입관은 그 도입관의 외주면에 단열기능이나 복사열을 반사하는 기능을 가지는 재료를 피복하거나 또는 커버하는 것이 바람직하고, 이것에 의해서 가열시간의 단축에 의한 생산성의 향상도 도모할 수 있다.

또한, 상기와 같이 냉각매체의 도입관 자신이 고주파 가열되는 경우에는 주파수를 높임으로써 가열침투깊이를 얕게 할 수 있으므로 적성(適性)의 고주파를 선택하는 것에 의한 가열의 저감방법도 바람직하다.

또한, 도입관의 재질을 고주파 가열에 의해서 거의 발열하지 않는 Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂ 등 세라믹재료 또는 Fe-30~50at% Mn합금 등의 반강자성합금을 이용하는 것이나, 전기저항이 매우 큰 금속합금[예컨대, 니크롬, 칸탈(Kanthal) 등]을 이용하는 것이 보다 바람직하다. 크롤러 부시의 상하 끝면에 접촉시켜서 이용하는 냉각매체의 칸막이 지그와 크롤러 부시 사이에 끼워져서 사용되는 중간 칸막이 지그의 재료에 관해서도 상기와 마찬가지라고 말할 수 있다.

크롤러 부시의 외주면 냉각에 관해서는, 통상, 스프레이 담금질 장치를 이용하는 것이 바람직하다. 한편으로는 상기 스프레이 담금질 장치와 외주면으로부터의 고주파 가열용 유도자(또는, 코일)의 위치관계의 문제가 있다. 즉, 유도자는 크롤러 부시 외주면에 근접시킬수록 효율좋게 크롤러 부시를 가열할 수 있는 것이지만, 상기 가열종료후에 외주면의 스프레이 냉각을 개시할 때에는 유도자가 스프레이 냉각의 장해로 되어 불균일 가열이 발생할 우려가 있다. 또한, 예컨대, 크롤러 부시를 2개 끝면끼리로 겹쳐서 담금질을 행하는 경우와 같이, 크롤러 부시가 길이가 길 게 되면 필연적으로 상단부에서의 스프레이 물의 낙하량이 많게 되고, 하단부에서의 스프레이 냉각의 방해로 되거나 물의 양이 지나치게 많게 되는 것에 의한 냉각수의 체류에 의해서 하단부에서의 불균일 가열이 발생하여버린다. 이 문제를 해결하기 위하여 일본 특허공개 평11-236619호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 내주면 냉각을 실시하면서 크롤러 부시, 가열 코일 또는 외주면 냉각 재킷(jacket) 중 어느 하나를 이동시킴으로써 외주면 냉각 재킷 내에 가열 코일이 들어가지 않도록 하여 외주면 냉각을 실시하는 방법도 있지만, 이와 같은 방법에서는 담금질 설비가 더욱 복잡하게 되는 문제가 있다.

상기 문제에 대해서 고주파 코일을 나선형으로 하여 외주면 냉각 재킷으로부터의 스프레이를 코일 간극을 통해서 크롤러 부시 외주면 냉각에 이용하는 것도 고려되지만, 이와 같이 한 경우에는 코일에 충돌하여 일어나는 스프레이의 반사류의 문제나 크롤러 부시 외주면과 고주파 코일 내경의 간극이 지나치게 작으면 냉각 불균형이 일어나기 쉽다라는 문제가 있다.

이것을 해결하기 위하여 본 출원에 있어서의 제 4 특징점은 담금질 처리가능한 온도로 거의 균일하게 가열한 크롤러 부시의 내주면을 담금질하는 장치에 있어서, 부시 외경보다 큰 내경을 가지는 외주용 원통관 내에 크롤러 부시를 배치하여 외주용 원통관의 외측으로부터 부시 내주면을 냉각하면서 외주면을 고주파 추종 가열하고, 가열종료후에 부시 외주면과의 공간에 냉각매체를 흐르게 하고, 층류 냉각법에 의해서 상기 외주면 냉각을 실시하는 것에 있다. 이 방법은 가장 단순한 방법이지만 상기와 같이 외주면 냉각 재킷 내에 추종 가열 코일이 들어가지 않는 상태 에서 외주면 냉각을 실시하기 때문에 내주면 냉각을 실시하면서 부시, 추종 가열 코일, 외주면 냉각 재킷 중 어느 하나를 이동할 필요가 없게 되고, 담금질 설비가 보다 간이화된다.

요컨대, 본 발명에 의한 크롤러 부시의 제조방법은 제 4에, 상기 제 3 특징을 갖는 발명에 있어서, 상기 외주면의 냉각을, 크롤러 부시를 그 외경보다 큰 내경을 갖는 외주용 원통체 내에 배치하고, 이 외주용 원통체와 크롤러 부시 외주면 사이에 냉각매체를 크롤러 부시의 외주면과 평행하고, 또한, 상기 크롤러 부시의 축심방향으로 흐르게 하여 층류 냉각에 의해 행하도록 한 것이다. 여기서, 상기 외주용 원통체는 안장형 유도자 또는 나선형 코일을 일부에 포함하거나 또는 상기 안장형 유도자 또는 나선형 코일의 내측 또는 외측에 배치됨과 아울러, 절연재료에 의해 상기 외주용 원통체가 유도가열되기 어렵도록 고안된 것으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 외주용 원통체가 유도가열되지 않는 관점에서는 외주용 원통체가 고주파 가열시에 코일 근방에 없고, 외주면 냉각시에 재빠르게 그 기능을 달성하는 상기 위치로 이동할 수 있는 기능이나, 외주용 원통체가 2개이상으로 분할된 구조이고 외주면 냉각시에는 합쳐져서 원통체를 형성하는 기구를 구비하여 두면 좋은 것은 명확하고, 또한, 외주용 원통체가 값싸고, 내구성이 우수한 금속제를 이용할 수 있는 것은 바람직하다.

여기서, 상기 내주면 및 외주면의 층류 냉각은 크롤러 부시와 냉각매체의 도입관의 외경으로부터 구하는 단면적에 대해서 9리터/minㆍ㎠이상의 냉각매체량, 냉각매체의 유속이 1.5m/sec이상 및/또는 크롤러 부시의 내주면, 외주면의 각 면적에 대해서 0.1리터/minㆍ㎠이상의 냉각매체량의 조건 중 어느 하나이상을 만족하는 냉각조건으로 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 고주파 가열에 있어서 열균일성을 높이기 위하여 크롤러 부시는 상기 원통 중심축을 대략 중심으로 하여 회전되는 것이 바람직하다. 또한, 추종 가열 정지후의 외주면의 층류 냉각시에는 회전을 정지하여도 좋다. 또한, 상기 각 발명에 있어서, 상기 냉각에 사용하는 냉각매체는 물 또는 수용성 담금질액인 것이 좋다. 상기 외주면으로부터의 냉각은 그 외주면을 균일하게 냉각하는 스프레이 등에 의한 분류 냉각이여도 좋다. 또한, 상기 담금질처리 후에 100℃이상 350℃이하에서 저온 뜨임처리가 실시되는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 제 1 특징을 갖는 크롤러 부시의 제조방법에 의해 얻어지는, 본 발명에 의한 크롤러 부시는 제1에,

크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 가열한 후, 이 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층이 형성됨과 아울러, 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남겨져 이루어지고, 또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이가 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성되어 이루어지고, 상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 이루어짐과 아울러, 지그 내주면에 내주면 냉각방지용 두께가 얇은 원통부를 갖는 칸막이 지그를 이용함으로써 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 크롤러 부시에 있어서는 양 끝면의 시일 평탄부 표면이 거의 전체 영역에 걸쳐서 담금질 경화되고, 상기 연질의 미담금질층은 두께 중심으로부터 내주면측으로 형성됨과 아울러, 양 끝면의 시일 평탄부를 피해서 양 끝면 근방의 내주면에 연결되도록 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 담금질 경화층은 저온 뜨임처리가 실시되어서 적어도 외주면 및 시일 평탄부의 경화층의 경도가 H_V=500이상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 제 2 특징을 갖는 크롤러 부시의 제조방법에 의해 얻어지는, 본 발명에 의한 크롤러 부시는 제2에,

크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 가열한 후, 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 있어서, 외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각이 종료하기까지의 사이에 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 단시간에 뜨임하는 공정을 포함함으로써, 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층이 형성됨과 아울러 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남겨져서 이루어지고, 또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이가 내주면측으로부터의 경화층 깊이 에 비해 더욱 깊게 형성되어 이루어지고, 상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 이루어짐과 아울러, 내주면 담금질 경화층이 뜨임 마르텐사이트 조직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 크롤러 부시에 있어서, 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추는 것은 외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 시작하기까지의 사이에 행해지고, 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 단시간에 뜨임한 후에 내주면의 재냉각이 실시되는 것으로 할 수 있다.

또한, 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되어 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 외주면 담금질 경화층은 고주파 가열에 의한 단시간의 뜨임처리가 실시되어 적어도 외주면의 경도가 H_V=500이상인 것이 바람직하다.

이어서, 상기 크롤러 부시의 제조방법을 보다 구체적으로 실현하기 위한 크롤러 부시의 제조장치는 제1에,

크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 가열하는 가열장치 및/또는 상기 크롤러 부시소재의 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능한 담금질 장치를 구비하는 크롤러 부시의 제조장치에 있어서,

상기 담금질 장치는 크롤러 부시의 내경보다 작은 외경을 갖는 원기둥 또는 원통체를 크롤러 부시의 내주면측에 배치하고, 크롤러 부시의 상단면에 방향변환부재를 설치하고, 냉각매체를 상기 방향변환부재에 의해 흐름방향을 변환시킨 후, 크롤러 부시 내주면과 원기둥 또는 원통체의 외주면으로 둘러싸여지는 공간에 흐르게 함으로써 내주면을 층류 냉각하도록 구성되는 내주면 냉각장치를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 담금질 장치는, 상기 크롤러 부시 내주면측에 배치하는 원기둥 또는 원통체가 냉각매체를 도입하는 도입관으로서, 이 도입관에 의해 유입되는 냉각매체를 방향변환하여 상기 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면으로 둘러싸여지는 공간에 방향변환부재를 추가로 구비하고, 내주면을 층류 냉각하도록 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 내주면 냉각에 층류 냉각을 실시함으로써 복수개의 내경이 작은 크롤러 부시를 가열장치에 의해 담금질 처리가능한 온도로 가열한 후, 끝면부끼리가 겹치도록 담금질 장치로 이동시키거나 또는 한번에 이들을 담금질 장치를 구비한 고주파 가열장치로 외주면으로부터 고주파 가열한 후, 내주면을 선행 냉각하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면의 선행 냉각을 실시하고, 소정시간 후에 추종 가열을 정지하고나서 외주면을 냉각하는 일련의 단금질 작업에 의해서, 외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층이 형성됨과 아울러 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남는 U자형상의 부드러운 경도분포를 가지고, 또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이가 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성되고, 또한, 상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트 중 1종 이상의 조직으로 이루어지는 복수개의 크롤러 부시를 생산할 수 있도록 된다.

여기서, 상기 내주면 냉각장치는 내주면 냉각의 정지시에 상기 도입관과 크롤러 부시 내주면으로 구성되는 공간에 유동하는 냉각매체를 크롤러 부시의 외측으로 배출하는 가스도입밸브를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각매체를 도입하는 도입관은 외주면으로부터의 고주파 가열에 의해서 극도로 과열되는 것은 아니므로, 값싼 오스테나이트계 스테인레스강이나 동계 재료를 사용하여도 문제가 되는 것은 아니지만 원리적으로는 고주파 가열에 의해서 거의 발열하지 않는 Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂ 등의 세라믹재료 또는 Fe-30~50at% Mn합금 등의 반강자성 합금으로 제작되는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 크롤러 부시의 제조장치는 제2에,

크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 가열하는 가열장치 및/또는 상기 크롤러 부시소재의 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 가능한 담금질 장치를 구비하는 크롤러 부시의 제조장치에 있어서,

상기 담금질 장치는 크롤러 부시의 외주면측에 배치되고 상기 크롤러 부시의 외경보다 큰 외경을 갖고서 냉각매체를 도입하는 외주용 원통관을 구비하고, 이 외주용 원통관과 크롤러 부시 외주면 사이에 냉각매체를 흐르게 하여, 외주면을 층류 냉각하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

여기서, 상기 냉각매체를 도입하는 외주용 원통관은 고주파 추종 가열에 의 해서 거의 발열하지 않는 Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂ 뮬라이트 등에 의해 제작되는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 외주용 원통체는 상기 절연성 재료로 구성되거나 또는 안장형 유도자 또는 나선형 코일을 일부에 포함하거나, 또는 상기 안장형 유도자 또는 나선형 코일의 내측 또는 외측에 배치됨과 아울러 절연재료에 의해 그 외주용 원통체가 유도가열되기 어렵도록 고안된 구성으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 외주용 원통체가 유도가열되지 않는 관점에서는 외주용 원통체가 고주파 가열시에는 코일 근방에 없고, 외주면 냉각시에 재빠르게 그 기능을 달성하는 상기 위치로 이동할 수 있는 기능이나 안장형 유도자를 일부에 포함하거나, 또는 이 안장형 유도자 또는 나선형 코일의 외측에 배치되는 상기 외주용 원통체는, 2개이상으로 분할됨과 아울러 고주파 가열시에 있어서는 상기 안장형 유도자 또는 나선형 코일로부터 떨어진 위치에 있어서 유도가열되는 것을 최대한 피하고, 냉각시에는 합쳐져서 외주 원통체로 되는 구성이어도 좋다.

또한, 상기 담금질 장치는 고주파 추종 가열을 위한 코일의 내경측 및 외경측 중 적어도 한쪽에 크롤러 부시를 둘러싸는 단열재가 배치되고, 및/또는 내주면 냉각매체를 도입하는 도입관의 외주면이 단열재에 의해 피복되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 담금질 장치는 외주면 냉각개시 시점에서의 크롤러 부시 외주면의 온도를 모니터, 관리하는 검사장치를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이어서, 본 출원에서는 생산성의 향상을 더욱 도모하기 위하여, 크롤러 부시를 지지하는 지지장치, 고주파 가열장치, 크롤러 부시를 가압ㆍ고정하는 가압장치 및 냉각장치 등을 조합시킨 시스템을 제공하는 것이다.

요컨대, 본 발명에 의한 크롤러 부시의 제조장치는 제3에,

크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도로 외주면으로부터 고주파 가열한 후에 크롤러 부시의 내주면으로부터의 선행 냉각을 실시하거나 또는 크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 가열과 내주면으로부터의 선행 냉각을 실시하면서 소정시간 후에 외주면으로부터의 냉각을 행하는 일련의 담금질 작업, 또는 외주면으로부터의 냉각을 시작까지의 동안에 내주면으로부터의 냉각을 일단 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 단시간에 뜨임한 후, 내주면의 재냉각을 실시하고, 외주면으로부터의 냉각을 행하는 일련의 담금질 작업이 가능하도록, 또는 별도의 공정에 있어서 담금질 처리가능한 온도로 전체 가열한 크롤러 부시소재를 세트한 후에 소정의 담금질 작업이 가능하도록 크롤러 부시를 지지하여 회전 및 상하 이동가능한 지지장치와, 이 지지장치에 의해 지지된 크롤러 부시의 외주면으로부터 고주파 가열을 행하는 고주파 가열장치와, 상기 크롤러 부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 상기 크롤러 부시의 양 끝면에 칸막이 지그를 눌러붙어서 상기 크롤러 부시를 가압ㆍ고정하는 가압장치와, 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 행할 수 있는 냉각장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 고주파 가열장치는 복수개의 크롤러 부시를 동시에 가열할 때에 인접하는 크롤러 부시의 접촉위치 또는 크롤러 부시 사이에 세트한 칸막이 지그위치에서의 방전현상을 방지하는 나선형 코일인 것이 바람직하다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

도 1(a)(b)(c)는 내주면 냉각용 노즐예를 도시하는 단면도이다.

도 2(a)(b)는 방향변환부재의 변형예를 도시하는 단면도이다.

도 3은 칸막이 지그와 그 배치를 도시하는 단면도이다.

도 4(a1)(a2)~(d1)(d2)는 외주용 원통체의 예를 도시하는 단면도이다.

도 5는 외주면 층류 냉각의 수류의 예를 도시하는 단면도이다.

도 6은 담금질 장치의 개략 구성도이다.

도 7은 열처리장치의 일예를 도시하는 개략 구성도이다.

도 8은 실시예에 이용한 크롤러 부시형상이다.

도 9는 고주파 가열용 유도자의 형상을 도시하는 단면도이다.

도 10은 냉각매체의 칸막이 지그형상을 도시하는 단면도이다.

도 11은 중간 칸막이 지그형상을 도시하는 단면도이다.

도 12는 나선형 코일의 형상을 도시하는 도면이다.

도 13(a)(b)는 내주면 냉각장치를 도시하는 단면도이다.

도 14(a)(b)는 내주면 냉각에 의한 외주면의 온도변화를 도시하는 그래프이다.

도 15는 크롤러 부시(C)용 칸막이 지그형상을 도시하는 도면이다.

도 16은 표 1의 내주면 선행 냉각시간을 설정하기 위한 예비조사결과를 도시하는 그래프이다.

도 17(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)는 크롤러 부시(C)의 끝면 시일 평탄부 근방의 매크로 에치(macro etch) 조직을 도시하는 사진 및 그 설명도이다.

도 18은 크롤러 부시(C)의 끝면 시일 평탄부의 표면경도분포를 도시하는 도면이다.

도 19는 내주면 냉각의 중단에 의한 자기 뜨임 크롤러 부시(C)의 경도분포를 도시하는 그래프이다.

도 20은 내,외주면 층류 담금질 장치를 도시하는 단면도이다.

도 21은 충격 피로시험장치를 도시하는 도면이다.

도 22는 크롤러 부시(C)의 충격 피로시험결과를 도시하는 도면이다.

도 23은 크롤러의 분해사시도이다.

도 24는 크롤러 부시 끝면의 시일 평탄부에 있어서의 시일 접촉위치를 설명하는 도면이다.

이어서, 본 발명에 의한 크롤러 부시 및 그 제조방법 및 제조장치의 실시형 태에 관해서 도면을 참조하면서 설명한다.

(1) 내주면 냉각용 층류 노즐

도 1(a)(b)(c)에는 내주면 냉각용 층류 노즐예가 도시되어 있다. 이들은 담금질 장치 내에 있어서의 크롤러 부시의 패킹 모드가 세로배치인 경우이다.

도 1(a)에 도시되는 예에서는 크롤러 부시(1)의 내경보다 작은 외경을 갖는 도입관(2)이 상기 크롤러 부시(1)의 내주면측에 배치되고, 크롤러 부시(1)의 상측 끝면의 시일 평탄부에는 방향변환부재(3)가 압압되어 있다. 이 방향변환부재(3)는 하면이 구면 또는 그것과 유사한 곡면으로 형성되어 있다. 이렇게 하여 상기 도입관(2) 내에는 냉각매체가 아래로부터 위로 향하여 흐르고(화살표P), 크롤러 부시 (1)의 최상부 위치보다 위의 위치에서 방향변환부재(3)에 의해 흐름방향이 변환된 후(화살표Q), 도입관(2)의 외주면과 부시 내주면으로 둘러싸여진 공간 내를 흐른다(화살표 R).

이어서, 도 1(b)에 도시되는 예에서는 도입관(4)의 외주면에 요철 가공(5)이 실시되어 있고, 이것에 의해서 담금질 시의 증기막 파괴를 보다 촉진시키도록 되어 있다. 이 이외의 구성 등에 관해서는 도 1(a)에 도시되는 예와 기본적으로 다른 것이 없다.

또한, 도 1(a)(b)에 도시되는 층류의 발생방법에 대해서, 도 1(c)에 도시되는 바와 같이, 내경 노즐(6)로부터 스프레이상의 냉각매체를 크롤러 부시(1)의 내주면에 내뿜고, 내경 노즐(6)과 크롤러 부시(1) 내주면의 공간에 충전함과 아울러 크롤러 부시(1)의 상단측을 폐쇄함으로써 크롤러 부시(1)의 길이방향 하방을 향하 는 층류를 형성하는 방법도 있다. 이 방법에 있어서는 크롤러 부시(1)의 내경의 크기와의 관계에서 유량을 조정할 필요가 있다. 이것은 앞의 도입관(2)에 의한 층류 발생과 거의 동일 관계가 성립하므로 명확하다. 또한, 상기 내경 노즐(6)에 의한 층류 냉각은 크롤러 부시 내주면의 상, 중, 하부에 거의 균일하게 항상 냉각된 냉각매체를 공급할 수 있다라는 특징이 있고, 예컨대, 중간 칸막이 지그를 사용하여 복수개의 부시를 겹쳐서 동시에 그들의 외주면을 담금질할 때의 크롤러 부시 간의 간극부의 담금질성을 높이고, 크롤러 부시 양 단부 시일 평탄면의 담금질 경화층을 형성하는 것에 바람직하는 것은 명확하다. 또한, 내주면에서의 층류의 배출성과 규일 냉각성을 확보하기 위해서는 도시하는 바와 같이 스프레이에 하향의 각도를 주어서 배수방향으로 흐름을 만드는 것이 바람직하고, 이 방법은 더욱 길이가 긴 원통관의 내주면 냉각에 적용하는 것이 좋다. 그러나, 상기 내경 노즐(6)로부터의 분사에 의한 층류 발생방법은 일정 이상의 유량을 확보할 때에 수많은 노즐 구멍을 뚫는 것이 필요하고, 또한, 예컨대, 냉각도중에 내주면 냉각을 정지할 때의 컨트롤성이 나쁜 것 등의 특성도 있으므로 비용과 특성의 양쪽의 관점에서 선택되야하는 것이다. 상기 도입관(2)에 의한 층류 발생방법쪽이 비용 및 중단특성의 점에서 유리하다. 또한, 층류를 확인하는 수단으로서는 투명 원통관에 스프레이 노즐을 배치하여 스프레이에 의한 기포가 소거되는 조건(압력, 유량)을 눈으로 봐서 확인하는 것이 바람직하다.

이어서, 도 2(a)(b)에는 방향변환부재의 변형예가 도시되어 있다. 이와 같이 방향변환부재로서는 도 1(a)(b)에 도시되는 바와 같은 곡면형상에 한정하지 않고, 도 2(a)에 도시되는 바와 같은 단면 삼각형 형상의 방향변환부재(3A)나 도 2(b)에 도시되는 바와 같은 단면 사다리꼴 형상의 방향변환부재(3B)를 이용하여도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 명확하다.

(2) 칸막이 지그

도 3에는 2개의 크롤러 부시를 겹쳐서 내주면을 냉각할 때의 칸막이 지그 형상과 그 배치가 도시되어 있다.

도시하는 바와 같이, 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체를 칸막이하는 칸막이 지그는 상부 칸막이 지그(7), 하부 칸막이 지그(8) 및 중간 칸막이 지그(9)로 이루어져 있다. 상부 칸막이 지그(7) 및 하부 칸막이 지그(8)는 내주면에 내주면 냉각방지용 두께가 얇은 원통부(7a,8a)를 각각 갖고, 크롤러 부시(1)의 양 끝면의 시일 평탄부 및 내주면 모따기부에 압압된다. 또한, 중간 칸막이 지그(9)는 역시 내주면에 내주면 냉각방지용 두께가 얇은 원통부(9a,9a)를 갖고, 인접하는 크롤러 부시(1)끼리가 그 끝면을 노출하도록 상기 중간 칸막이 지그(9)를 통해서 겹쳐진다. 이렇게 하여 크롤러 부시(1)의 양 끝면 근방의 내주면의 냉각이 지연되고, 또한, 외주면으로부터의 고주파 추종 가열에 의해서 유효하게 양 끝면부가 가열되도록 되어 있고, 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되는 것을 가능하게 하고 있다.

(3) 외주면의 관내류 냉각을 위한 외주용 원통체

도 4(a1)(a2)~(d1)(d2)에는 외주면의 관내류 냉각(층류 냉각)을 위한 외주용 원통체가 예시되어 있다.

도 4(a1)(a2)에 도시되는 외주용 원통체(10)에 있어서는 안장형 유도자 (11)와 내주면 냉각용 재킷(12)과 일체로 형성되어 있다. 또한, 부호 13으로 도시되는 것은 절연체, 부호 14로 도시되는 것은 페라이트 철이다. 이 예에 있어서 층류를 발생시키는 냉각매체는 외주면 냉각 재킷(12)에 뚫린 다수의 노즐 구멍으로부터 공급된다.

상기 외주면 냉각용 재킷(12)은 반드시 안장형 유도자(11)와 일체하될 필요는 없고, 예컨대, 2분할되어 있어 고주파 가열시에는 안장형 유도자에 의해서 유도가열되지 않는 위치에 있고, 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 개시할 때에 맞춰져서 원통체를 형성하면 좋은 것은 명확하고, 이 때에는 절연체(13)와 같은 복잡한 세공을 필요로 하지 않는 것도 명확하다.

이어서, 도 4(b1)(b2)에 도시되는 외주용 원통체(15)는 나선형 코일(16)이 매입되어 이루어지는 구성이다. 또한, 부호 13은 절연체이다. 또한, 도 4(c1)(c2)에 도시되는 외주용 원통체(17)는 나선형 코일(16)의 내경부에 절연체(13)를 통해서 원통체를 배치한 구성이다.

또한, 도 4(d1)(d2)에 도시되는 내주용 원통체(18)는 나선형 코일(16)의 외경부에 절연체(13)를 끼워서 외주면 냉각용 재킷(12)을 배치한 구성이다. 이 예의 구성에도, 도 4(a1)(a2)에 도시되는 예와 마찬가지로, 층류를 발생시키는 냉각매체는 외주면 냉각 재킷(12)에 뚫은 다수의 노즐 구멍으로부터 공급된다.

또한, 상기 외주면 냉각용 재킷(12)에 있어서도 상기 2분할의 외주면 냉각용 재킷과 동일하게 분할하면 효과적이고, 그 때에는 절연체(13)와 같은 복잡한 세공 을 필요로 하지 않는 것이 명확하다.

이들 각 외주용 원통체(10,15,17,18)에 있어서는 외주면의 층류 냉각매체의 배출성을 고려한 경우에는 크롤러 부시(1)의 상단부측 또는 하단부측으로부터 냉각매체를 도입하여 반대측에 배출하는 것이 바람직하지만, 예컨대, 도 5의 화살표 S,T로 도시되는 바와 같이, 크롤러 부시(1)의 양 단부측으로부터 각각 냉각매체를 도입하여 화살표 U,V로 도시되는 바와 같이, 중앙부로부터 배출하도록 할 수도 있다. 또한, 이 반대로 중앙부로부터 도입하여 양 단부로부터 배출하도록 할 수도 있다.

(4) 담금질 장치

도 6에는 담금질 장치의 일예를 도시하는 개략 구성도가 도시되어 있다.

상기 담금질 장치(20)에 있어서는 기반(21) 상에 지주(22)가 세워설치됨과 아울러 상기 기반(21) 상에 고주파 가열장치(23) 및 냉각장치(24)가 지지되고, 상기 지주(22)의 하부에는 도시하지 않는 승강수단에 의해 제 1 암부재(25)가 승강가능하게 지지되고, 지주(22)의 상부에는 승강모터(26) 및 볼스크류(27)에 의해서 제 2 암부재(28)가 승강가능하게 지지되어 있다. 여기서, 상기 고주파 가열장치(23)는 도시하지 않은 고주파 전원에 접속되는 고주파 변성기(29)와, 이 고주파 변성기 (29)에 접속되어 크롤러 부시(1)의 외주면에 배치되는 나선형 코일(30)을 구비한 구성으로 되어 있다. 또한, 상기 냉각장치(24)는 크롤러 부시(1)의 내주면 냉각을 행하기 위한 도입관(도수관)(2)과, 크롤러 부시(1)의 외주면 냉각을 행하기 위한 외주면 냉각용 재킷(12)을 구비하는 구성으로 되고, 이들 내주면 냉각과 외주면 냉 각을 독자적으로 제어할 수 있도록 되어 있다.

상기 제 1 암부재(25) 상에는 크롤러 부시(1)를 지지하는 대략 원통형상의 지지장치(31)가 상기 도입관(2)과 동일 축심상에서 축심 둘레로 회전가능하게 지지됨과 아울러, 이 지지장치(31)를 벨트 구동에 의해 정역회전시키는 기어모터(32)가 지지되어 있다. 또한, 상기 지지장치(31)의 상단부에는 하부 칸막이 지그(8)가 설치되어 있다. 한편, 상기 제 2 암부재(28) 상에는 에어실린더(33)에 의해 상하 이동되는 가압장치(34)가 지지되고, 이 가압장치(34)의 하단부에는 상부 칸막이 지그 (7)가 설치되어 있다. 또한, 상기 기반(21) 상의 상기 외주면 냉각 재킷(12)의 인접위치에는 외주면 온도측정용 서모 뷰어(thermo viewer)(35)가 에어실린더(36)의 작동에 의해 상하 이동가능하게 설치되어 있다.

이와 같은 구성의 담금질 장치(20)를 이용하는 담금질 작업은 크롤러 부지소재 전체를 별도의 공정에 있어서 담금질 처리가능한 온도로 전체 가열한 후, 본 장치에 세트되어 행해지거나 또는 본 장치에 세트하여 고주파 가열장치(23)에 의해서 고주파 가열한 후에 행해진다. 상기 담금질 장치(20)에 상기 크롤러 부시(1)를 세트하기 위해서는, 우선 지지장치(31)를 제 1 암부재(25)의 상승에 의해 소정위치까지 상승시키고, 상기 지지장치(31) 상에 크롤러 부시(1)를 적재한 후, 제 2 암부재 (28)를 승강 모터(26)의 구동에 의해 소정의 높이위치까지 하강시키고, 이어서, 에어실린더(33)의 작동에 의해 가압장치(34)를 하강시켜서 그 하단부의 상부 칸막이 지그(7)를 크롤러 부시(1)의 상측 끝면에 밀어붙인다.

이어서, 제 1 암부재(25) 및 제 2 암부재(28)를 함께 동기시켜서 하강시킴으 로써 크롤러 부시(1)의 내주면측에 도입관(2)이 삽입되도록, 또한, 외주면측이 나선형 코일(30) 및 외주면 냉각용 재킷(12)에 의해 둘러쌓이도록 한다. 이 후, 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 실시하고, 소정시간 후에 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 냉각을 실시한다라는 일련의 담금질 작업이 이루어진다. 또한, 외주면의 추종 가열시에는 열균일성을 높이기 위하여 지지장치(31)가 그 축심 둘레로 회전되고, 추종 가열 정지후의 외주면의 층류 냉각시에는 그 회전이 정지된다. 또한, 외주면 냉각개시시점에 있어서 크롤러 부시 (1)의 외주면의 온도가 서모 뷰어(35)에 의해 계측되고, 외주면의 담금질 품질이 확보된다.

(5) 열처리장치

도 7에는 열처리장치의 일예를 나타내는 개략 구성도가 도시되어 있다.

상기 열처리장치(40)에 있어서는 크롤러 부시(1) 전체를 담금질 처리가능한 온도까지 거의 균일하게 가열하는 터널식 고주파 가열로(가열장치)(41)가 설치되고, 이 터널식 고주파 가열로(41)에 의해 가열된 크롤러 부시(1)를 담금질 장치 (20)에 반입함과 아울러 이 담금질장치(20)에 의해 처리가 끝난 크롤러 부시(1)를 반출하는 반송장치(42)가 설치되어 있다.

이와 같은 열처리장치(40)를 이용하면 터널식 고주파 가열로(41)에 의해서 복수개의 크롤러 부시(1)를 전체 가열할 수 있으므로 가열의 생산성을 높일 수 있다. 또한, 이와 같이 복수개 동시에 가열한 후의 크롤러 부시(1)를 중간 칸막이 지그를 통해서 다수개 겹쳐서 담금질 장치(20)에 의해 열처리함으로써, 담금질 장치 내에서 전체 가열을 실시하는 경우에 비해서 생산성을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 담금질 지그류의 열화를 방지할 수 있다라는 이점도 있다.

이어서, 본 발명의 구체적 실시예에 관해서 설명한다.

(크롤러 부시의 준비)

이하의 각 실시예에 있어서 사용한 3종류의 크롤러 부시의 형상이 도 8에 도시되어 있다. 이들 부시에 있어서 단부의 내경에는 1~1.5c의 모따기가 이루어져 있다. 또한, 사용한 강재 조성은 탄소농도가 대략 0.5중량%이고, DI값은 부시(A,B)가 0.85inch, 부시(C)가 1.63inch의 탄소강이다.

(실시예1; 가열실험1)

본 실시예에서는, 도 9에 도시되는 바와 같이, 고주파 가열용 유도자로서 내주면에 페라이트 철(14)을 매립한 안장형장 유도자(11)를 사용하였다. 이 안장형 유도자(11)의 외주측에는 외주면 냉각용 재킷(12)이 배치되고, 내주측에는 냉각수의 도입관(도수관)(2)이 배치되어 있다. 여기서, 상기 페라이트 철(14)의 매립 길이는 크롤러 부시(1)의 길이와 거의 동일하게 하고, 또한, 안장형 유도자(11)는 크롤러 부시(1)의 외주면으로부터 약 3mm 떨어진 형상으로 하였다. 또한, 고주파 가열전원으로서는 6kHz, 300kW의 것을 사용하였다. 또한, 도 9에 있어서 부호 13으로 도시되는 것은 절연체이다.

도 10에 도시되는 바와 같이, 크롤러 부시(1)는 상하 단부가 크롤러 부시 내주면과 외주면의 각 냉각매체를 칸막이하는 상부 칸막이 지그(7) 및 하부 칸막이 지그(8)에 의해 고정되고, 이 상태에서 240rpm의 속도로 회전되면서 약 950℃로 전 체 가열된다. 이 때의 크롤러 부시(A,B,C) 각각의 1개당 투입전력은 A;50kW, B;80kW, C;150kW로 하였다. 이 경우, 예컨대, 크롤러 부시(B)의 가열시간은 약 24초 정도였다.

그러나, 회전시키면서 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하는 경우, 칸막이 지그(7,8)에 SUS304 등의 금속체를 사용하면 크롤러 부시와의 접촉부에 있어서 방전이 일어나고, 접촉부 근방과 끝면부가 비정상적으로 가열되는 것을 알았으므로 본 실시예에서는 칸막이 지그(7,8)의 재료를 절연체인 석면으로 하여 상기 방전현상을 방지하도록 하였다. 또한, 상기 안장형 유도자(11)를 이용하는 가열실험에 있어서는 상기 칸막이 지그(7,8)의 재질로서 보다 내구성이 우수한 Si₃N₄, 뮬라이트, Al₂O₃, 석면 등의 세라믹재를 이용하는 것이 바람직하다.

또한, 크롤러 부시(B)를 2개 겹쳐서 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시한 경에도 서로 겹쳐진 크롤러 부시 끝면부에서 상기와 마찬가지의 방전현상이 일어나 비정상적으로 가열되었으므로, 이 경우에 있어서도 겹쳐지는 부분에 도 11에 도시되는 바와 같은 절연성이 우수한 석면으로 이루어지는 중간 칸막이 지그(9)를 개재시킴으로써 방전현상을 방지할 수 있었다.

(실시예2 ; 가열실험2)

본 실시예에서는 상기 실시예1에 있어서 관찰된 방전현상을 방지하기 위하여 크롤러 부시(B)에 대해서 도 12에 도시되는 바와 같은 나선형 코일(16)을 이용하여 고주파 가열을 실시하였다. 또한, 상기 나선형 코일(16)의 기본 설계는 φ10mm의 강관을 이용하여 코일 간격이 10~25mm로 되도록, 또한, 코일 내경이 크롤러 부시 외경보다 약 15mm 크게 되도록 감고, 양 단부의 코일 종단부에 있어서의 1/2감기를 크롤러 부시 끝면에 평행하게 되도록 하고 있다. 고주파 전원은 실시예1과 동일한 것을 이용하고, 크롤러 부시(B) 1개당 투입전력은 110kW로 하여 가열하였다. 이 때, 상기 크롤러 부시(B)가 약 950℃로 가열되는 시간은 약 12초정도이였다.

또한, 상기 SUS304제작의 칸막이 지그(도 10 참조)를 이용하여 가열한 경우에 있어서도 지그 접촉부에서의 방전현상의 발생은 없고, 이것에 기인하는 비정상적인 가열도 방지할 수 있는 것을 알았다.

또한, 2개의 크롤러 부시(B)를 겹쳐서 가열한 경우에 있어서도 크롤러 부시가 서로 겹쳐진 부분에서의 방전현상도 방지할 수 있는 것은, 복수개의 크롤러 부시를 동시에 가열하는 생산성이 높은 가열방식으로서 아주 유효한 수단인 것을 알았다. 또한, 상기 칸막이 지그가 내구성이 우수한 금속으로 제작할 수 있는 것은 비용적으로도 아주 유효하였다.

또한, 실시예1에 있어서 발생한 방전현상이 본 실시예에서 방지할 수 있었던 커다란 원인은 안장형 유도자에 의해서 크롤러 부시에 흐르는 전류의 방향이 원통축에 평행한 방향인 것에 대해서, 나선형 코일에 의해서 크롤러 부시에 흐르는 전류의 방향이 원통체의 원주를 따르는 방향인 것에 의한 것은 명확하다.

(실시예3 ; 내주면 냉각장치와 냉각상황의 관찰)

본 실시예에서는 내주면 냉각의 냉각매체로서 물을 이용하고, 또한, 크롤러 부시 대신에 각 크롤러 부시의 내경과 같은 투명한 아크릴수지 원통관을 이용하여 눈으로 보는 관찰에 의한 흐름실험을 실시하였다. 구체적으로는, 도 13(a)에 도시되어 있는 바와 같이, 냉각수의 도입관(2)의 외경을 크롤러 부시(아크릴수지 원통관)(1)의 내경보다 각각 2, 4, 8, 10, 20mm 작게 설정하고, 크롤러 부시(1)의 내경보다 약간 작는 직경의 구면을 가지는 상부 칸막이 지그(7)를 이용하여 크롤러 부시 내주면과 도입관 내주면으로 구성되는 공간에 크롤러 부시의 원통축의 위로부터 아래의 방향으로 냉각수를 흐르게 함으로써 실시하였다. 이 때의 물의 양으로서는 25, 50, 100, 150, 200, 300리터/min의 수준으로 하였다.

또한, 비교예로서 도 13(b)에 도시되는 스프레이 노즐(6A)을 사용하였다. 여기서, 노즐 설계는, 예컨대, 크롤러 부시(B)에서는 노즐 구경을 φ1.3mm로 하고, 노즐 외경을 크롤러 부시 내경(φ38mm)에 비하여 노즐 구경의 약 18배의 길이(=1.3×18=23.4mm)정도 작은 값인 φ15mm로 하고, 또한, 노즐 구경의 약 9배의 직경을 가지는 크롤러 부시 내주면 면적을 냉각하는 것으로서 구멍수를 지그재그로 배치하도록 하였다.

상기 아크릴수지 원통관을 이용한 눈으로 보는 관찰에 의한 흐름실험의 결과, 25~300리터/min의 유량이고 냉각수의 도입관 외경과 크롤러 부시의 내경의 차가 2~20mm에서, 냉각수의 도입개시로부터 거의 순식간에 공기 끌어들임이 없는 양호한 층류 상태가 달성되는 것을 알았지만, 보다 상세하게, 층류 상태가 발생하기 위한 아크릴수지 원통관 내경과 도입관 외경으로부터 구하는 공간 단면적에 대한 물의 양을 조사한 결과, 도 13(a)의 층류 노즐에서는 약 9리터/minㆍ㎠이상, 도 13(b)의 스프레이 노즐에서는 약 12리터/minㆍ㎠이상인 것을 알았다. 또한, 도입관 (2)으로부터의 냉각수 공급을 정지한 후의 층류수는 그 자신이 가지는 관성력에 의 해서 배출되려고 하지만, 이 층류수는 밀폐공간 내에 진공상태가 발생하는 것에 의한 반력에 의해서 되돌려지고, 배출구로부터의 공기의 진입을 기다려서 불균일하게 서서히 배출되는 것을 알았다. 이 현상은 내주면 냉각 도중에 층류 냉각을 중단한 경우에는 상기 불균일하고 느린 냉각수의 배출에 의해서, 크롤러 부시 내주면의 냉각이 불균일하게 되는 것에 의한 것임이 명확하고, 내주면 냉각을 담금질 도중에 일단 중단하여 재냉각하는, 자기자신의 열에 의한 뜨임[셀프 템퍼(self temper)]처리가 곤란한 것을 나타내고 있다.

본 실시예에서는 상기 관성력에 의해서 층류수가 재빠르게 배출되도록 하기 위하여 상기 밀폐공간 내에 진공상태가 발생하지 않도록 하는 가스 도입밸브(43)를 배치하고, 이 가스 도입밸브(43)를 통해서 냉각정지로부터 대략 0.1초후에 공기 등의 가스를 도입하도록 작동시킨 결과, 아주 양호한 배출성을 확인할 수 있었다.

또한, 크롤러 부시(B,C)용 스프레이 노즐(6A)(C용 노즐 외경φ25mm)을 이용하여 물의 양과 내주면의 수류상황을 관찰하였다. 이 결과, 크롤러 부시(C)에서는 100, 150, 200리터/min의 조건에서는 크롤러 부시 상부에 있어서는 양호한 스프레이 조건이 실현되고 있었지만 중, 하부에 있어서는 상부로부터의 낙하수와 스프레이 물의 간섭에 의해서 충분한 스프레이 조건이 달성되고 있지 않는 것을 알았다. 또한, 30리터/min의 조건에서는 스프레이 냉각상태로부터 크롤러 부시 내주면과 스프레이 노즐 외주면으로 형성되는 공간에 거의 완전히 물충전되고, 거의 완전한 층류상태가 실현되는 것을 알았다. 또한, 크롤러 부시(B)에서도 150리터/min의 조건에서 동일 결과가 얻어졌다. 이것에 의해, 이들의 조건에서의 스프레이 냉각이 층 류 냉각과 거의 같은 것이 명확하였다. 또한, 스프레이 노즐(6A)을 이용한 냉각에서는 냉각수를 정지한 후에 있어서도 노즐구멍으로부터의 유수가 당분간 계속되기 때문에 상기와 같은 도입관(2)에 의한 냉각수의 배출성을 기대할 수 없는 것을 알았다.

(실시예4; 내주면 냉각시의 외주면 온도변화의 관찰에 의한 냉각방법의 검토)

크롤러 부시(C)를 이용하여 실시예2와 동일 조건에서 약 980℃로 가열한 후에 10초간 방냉(放冷)하고, 고주파에 의한 추종 가열을 실시하지 않고 100, 200리터/min의 유량으로 상기 층류 냉각과 스프레이 냉각만을 실시하여 외주면의 온도변화를 비접촉식 광온도계로 계측하면서 냉각속도와 냉각의 균일성을 관찰하였다. 이 결과, 층류 냉각에서는, 도 14(a)에 도시되는 바와 같이, 크롤러 부시 상, 중, 하 중 어느 장소에 있어서도 거의 균등하게 냉각되어 있는 것에 대해서, 스프레이 냉각법에서는, 도 14(b)에 도시되는 바와 같이 상부의 냉각속도는 층류 냉각과 거의 동일하지만 중~하부에 걸쳐서 냉각이 지연되는 것이 관찰되어 층류 냉각법이 내주면 냉각법으로서 아주 유효한 것을 알았다. 단, 스프레이 냉각법에 있어서도 물의 양을 300리터/min으로 올린 경우에는 거의 균일하게 냉각되고 있다. 이것은 실시예3에 나타낸 바와 같이 내주면이 층류 냉각상태로 변화하고 있기 때문이다.

또한, 크롤러 부시(C 및 B)에서 확인된 스프레이 냉각에 의한 불균일화의 문제는 부시 내경이 더욱 작게 되고, 냉각조건이 더욱 엄격하게 되는 크롤러 부시 (A)에 있어서 보다 문제로 된다. 또한, 상기 스프레이 냉각의 경우, 복수개의 크롤 러 부시를 끝면부끼리에서 겹쳐서 동시에 내주면을 균일하게 냉각하는 것은 아주 곤란하다는 것은 명확하다.

그래서, 본 실시예에서는 추가로, 2개의 크롤러 부시(B)를 끝면부끼리에서 서로 겹치게 하여 실시예2와 동일 조건으로 내주면 냉각만을 실시하고, 외주면의 온도변화를 상기와 동일하게 계측하였다. 이 결과, 2개의 크롤러 부시(B)의 전체 외주면이 거의 균등하게 냉각되어, 층류 냉각법이 작은 지름이고 길이가 긴 원통체의 내주면 냉각방법으로서 아주 유효한 수단인 것을 알았다.

또한, 상기 2개의 크롤러 부시(B)의 내주면 냉각을 3초간 실시한 후에 2초간 내주면 냉각을 중단하여 내주면을 온도복귀시켜 재냉각한 경우에도 외주면의 온도변화는 균일하고, 실시예3의 가스도입밸브(43)를 작동시키는 것에 의한 냉각수의 배출성 개선효과도 확인되었다.

(실시예5; 칸막이 지그에 의한 단열효과의 확인)

도 15에 본 실시예에서 사용한 크롤러 부시(C)용 칸막이 지그가 도시되어 있다. 도시하는 바와 같이, 상부 칸막이 지그(7), 하부 칸막이 지그(8) 모두 크롤러 부시(1)의 내주면에 길이가 10mm의 내주면 냉각방지용 두께가 얇은 원통부(7a,8a)가 설치되어 있고, 약 45°의 모따기부에서 크롤러 부시(1)와 접촉하여 고정되도록 설계하였다. 또한, 칸막이 지그 재료로서는 SUS304와 석면을 사용하였다.

상기 칸막이 지그(7,8)를 이용하여 크롤러 부시(C)를 실시예4와 동일 조건으로 가열ㆍ방냉한 후에 유량 200리터/min, 도입관 외경이 크롤러 부시 내경보다 8mm 작은 조건으로 내주면 냉각을 실시하여 외주면에서의 온도변화를 조사하였다. 이 결과, 칸막이 지그(7,8)가 위치하는 근방에 있어서 외주면의 냉각이 현저하게 지연되어, 칸막이 지그에 의한 냉각방지효과가 명확하게 확인되고, 보다 단열효과가 큰 석면재를 이용한 경우에 그 효과가 한층 현저하였다.

마찬가지의 냉각방지효과는 2개의 크롤러 부시(B) 사이에 중간 칸막이 지그(9)(도 3 참조)를 배치하여 서로 겹치게 하고, 실시예2와 동일 조건으로 가열한 후에 유량 200리터/min, 도입관 외경이 크롤러 부시 내경보다 8mm 작은 조건으로 내주면 냉각을 실시하여 외주면에서의 온도변화를 조사한 결과에 있어서도 확인되었다. 이들 상하 칸막이 지그 및 중간 칸막이 지그에 의한 냉각방지효과는 후술하는 실시예에서 1개 또는 복수개의 크롤러 부시 양 끝면부의 시일 평탄부를 외주면 냉각에 의해서 담금질 경화시키기 위한 수단으로서 아주 유효한 것을 알았다.

(실시예6; 담금질 실험1)

본 실시예에서는 실시예1의 안장형 유도자에 의한 가열을 실시한 후에 표 1에 나타내어지는 조건으로 소정시간의 방냉후에 가열조건과 거의 동일 조건으로 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 내주면을 크롤러 부시 내경보다 8mm 작은 도입관을 사용하여 각종 유량의 층류 냉각 및 실시예3에 기재된 스프레이 냉각을 실시하고, 완냉한 후에 내주면과 외주면의 경도 계측에 의해서 담금질 얼룩의 발생상황을 조사하였다.

담금질 조건표

크롤러 부시 의 기호	방냉ㆍ열균일 시간(sec)	추종 가열ㆍ내주 선행 냉각시간(sec)
A	1	2
B	2	5
C	10	20

또한, 표 1의 내주면 선행 냉각시간은 각 크롤러 부시(A,B,C)의 두께 단면에 있어서의 담금질 경화 경도분포를 예비 조사하여 선택된 것이다. 예컨대, 도 16은 크롤러 부시(B)를 외주면으로부터 약 950℃로 가열한 후, 내주면 층류 냉각시간을 바꾸어서 선행 냉각한 후에 외주면을 스프레이 냉각한 경우(TSQ)와 5.5초간의 선행 냉각 중에도 외주면으로부터의 고주파 가열을 계속한 후, 이 가열을 멈추고서 외주면을 스프레이 냉각한 경우(TSIQ)에 얻어진 경도 분포를 나타낸 것이다. 동 도면으로부터 TSQ에 있어서 내외주면을 동시에 냉각한 경우에는 두께 단면에 있어서 전체 경화화되지만 선행시간 4~6초에서는 상기 본 발명의 주지에 따른 경도 분포가 얻어지고, 또한, 5.5초의 TSIQ에서는(동 도면 중 ×표로 도시한다) 본 발명의 주지인 외주면 경화층이 더욱 깊게 형성됨과 아울러 내부에 있어서의 미담금질 경화층이 보다 안정하게 연질로 되는 것을 알았다.

또한, 본 실시예에서 사용하는 외주면 스프레이 냉각용 재킷은 노즐 구경을 1.5mm로 하고, 노즐 간격을 13.5mm로 지그재그형상으로 배치한 것으로 하였다. 또한, 크롤러 부시 외주면과 재킷 내주면의 간극은 크롤러 부시(A,B,C) 각각에 대해서 30mm로 하였다.

표 2에 내, 외주면의 담금질 결과가 도시되어 있다. 2단 겹침의 크롤러 부시 (A)의 층류 담금질에 있어서 내주면에 있어서의 담금질 얼룩은 없고, 아주 양호한 담금질 품질이 확보가능한 것에 대해서, 스프레이 냉각에서는 크롤러 부시 내경이 그 길이에 대해서 작기 때문에 1개의 담금질에 있어서도 내주면 하부에 위치하는 장소에 담금질 얼룩이 발생하고 있다. 예컨대, 크롤러 부시(A,B,C)의 길이(L)와 내경(d)의 비(L/d)로 평가한 경우에는 약 3.3이상으로 담금질 얼룩이 발생하기 쉽다는 것을 알았다. 이것은 상부 스프레이 물의 배출성을 고려하면 상기 L/d비와 담금질 얼룩이 발생하기 쉬운 관계는 아주 중요하다.

담금질 결과1(안장형 유도가열)

	크롤러부시 기호	처리 개수	내주면 유량 (l/min)	외주면 유량 (l/min)	유도자이동 의 유무	내주면 담금질 상태	외주면 담금질 상태	담금질 패킹모드 (L/d)
층 류 냉 각	A	1	25	100	없음	Ｏ	Ｏ	3.37
		2	25	100	없음	Ｏ	×	6.75
	B	1	25	200	없음	Ｏ	Ｏ	3.63
		2	25	200	없음	×	×	7.26
			50	300	없음	Ｏ	×
			100	300	없음	Ｏ	×
	C	1	100	400	없음	Ｏ	×	3.48
			200	400	없음	Ｏ	×
			100	300	있음	Ｏ	Ｏ
스 프 레 이 냉 각	A	1	50	100	없음	△	×	3.37
		2	50	100	없음	×	×	6.75
	B	1	100	200	없음	△	×	3.63
		2	100	200	없음	×	×	7.26
		2	200*	200	없음	Ｏ	×	7.26
	C	1	200	400	없음	△	×	3.48
		1	300*	400	없음	Ｏ	×

△; 담금질 얼룩이 없는 경우도 있다.

*; 스프레이 물은 층류화하고 있다.

또한, 내경 노즐로부터 분사되는 스프레이 물에 하부 위치에서 최대 30°의 하향 각도로 되도록 순차 각도를 가지게 하여 내주면 냉각을 실시한 결과, 거의 내주면에 있어서의 담금질 얼룩을 해소할 수 있었다. 그러나, 2개 동시의 담금질에 있어서는 담금질 얼룩의 발생을 방지하는 것은 가능하지 않았다.

단, 2개의 크롤러 부시(B)와 1개의 크롤러 부시(C)를 각각 내주면 스프레이 물의 양을 200, 300리터/min으로 하여 담금질한 경우에는 내주면에 발생하고 있던 담금질 얼룩이 방지되는 것을 알았다. 이것은, 실시예3에 서술한 바와 같이, 내주면의 스프레이 냉각이 층류화한 것에 의한 것이 명확하다.

또한, 2개의 크롤러 부시(B)를 크롤러 부시 내경과 도입관 외경의 지름차가 8mm이고, 물의 양이 25, 50리터/min의 조건으로 담금질을 실시한 경우에는 25리터/min에서 하단(下段)측의 크롤러 부시 내주면에 담금질 얼룩이 조금 발생하기 시작하는 것을 알았으므로 내주면을 얼룩없이 담금질하기 위해서는 유속이 1m/sec이상이고, 또한, 수류량이 0.1리터/minㆍ㎠이상의 조건이 바람직하는 것을 알았다.

또한, 본 실시예에서는 외주면에서의 담금질 얼룩은 담금질 패킹 모드의 하단측에 많이 발생하고 있고, 외주면 냉각용 스프레이 물의 안장형 유도자의 간섭에 의한 냉각 불균일에 기인하고 있는 것이 명확하다. 이것은 크롤러 부시(C)에 관해서 고주파 추종 가열 종료후 약 3초 사이에 안장형 유도자를 제거하여 외주면 스프 레이 냉각을 실시함으로써 외주면에서의 담금질 얼룩의 발생을 방지할 수 있는 것도 명확하다.

또한, 본 실시예에 있어서의 고주파에 의한 전체 가열조건은 실시예1과 동일 조건이였지만 외주면 냉각용 재킷을 배치한 상태에서의 가열은 크롤러 부시의 가열시의 방열성을 줄이는 것이므로 가열시간으로서는 실시예1의 경우에 비해 약 20% 단축할 수 있고, 더욱 단열성을 높임으로써 더욱 가열시간의 단축화가 가능한 것은 명확하다. 이것은 크롤러 부시 내경부에 배치되는 노즐 등에 대해서도 유효하다.

(실시예7; 담금질 실험2)

본 실시예에서는 우선 2개의 크롤러 부시(B)를 이용하여 실시예2의 나선형 코일에 의한 가열을 실시한 후에 표 1에 도시되는 조건으로 소정시간의 방냉 후에 가열조건과 거의 동일 조건으로 소정시간의 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 내주면을 층류 냉각 또는 스프레이 냉각하고, 또한, 고주파 추종 가열을 중지한 후에 코일을 1초이내에 이동제거시키고, 외주면 냉각을 실시하는 일련의 담금질 조작 후에 내주면과 외주면의 경도 계측에 의해서 담금질 얼룩의 발생상황을 조사하였다. 이 결과가 표 3에 나타내어져 있다. 아울러서, 나선형 코일을 이동시키지 않고 코일 간극으로부터의 외주면 스프레이 냉각을 실시한 결과에 관해서 표 3에 나타내어져 있다.

담금질 결과2(나선형 코일)

	크롤러 부시의 기호	처리 개수	내주면 유량 리터/min	외주면 유량 리터/min	코일이동의 유무	내주면 담금질상태	외주면 담금질상태
층류 냉각	B	2	100	200	없음	Ｏ	△
	B	2	100	200	있음	Ｏ	Ｏ
스프레이 냉각	B	2	100	200	있음	×	Ｏ
	B	2	150*	200	있음	Ｏ	Ｏ

△; H_RC50~H_RC55의 담금질 얼룩있음.

*; 스프레이 물은 층류화하고 있다.

실시예6에서는 문제가 된 외주면의 담금질 얼룩은 코일을 이동시킨 경우에는 완전히 제거할 수 있었다. 또한, 코일을 이동시키지 않고 코일 간극으로부터의 외주면 냉각에서는 로크웰경도(Rockwell Hardness)가 H_RC50이하로 되는 현저한 담금질 얼룩은 관찰되지 않았지만 외주면의 평균 담금질 경도가 H_RC2~3정도 낮게 되고, 크롤러 부시의 내마모성의 관점에서는 개선의 여지가 남아 있는 것은 명확하다.

또한, 본 실시예에서는 실시예5에서 상술한 칸막이 지그에 있어서의 높이 10mm의 두께가 얇은 원통부(7a,8a)(도 15 참조)를 3mm로 한 것과 없는 것을 이용한 크롤러 부시(C)의 양 끝면부의 시일 평탄면의 담금질 개선을 실시하였다. 도 17(a1)(a2)(b1)(b2)(c1)(c2)는 각각 두께가 얇은 원통부 길이가 0mm, 3mm, 10mm의 경우에 있어서의 크롤러 부시의 양 끝면부 근방의 매크로 조직을 비교한 것이다. 상기 도면으로부터 명확해지는 바와 같이, 시일 평탄면에 있어서 두께가 얇은 원통부의 긴 칸막이 지그를 사용할수록 외주면 담금질 경화층이 보다 내주측에 접근하 고, 특히, 두께가 얇은 원통부의 길이가 10mm의 석면제 칸막이 지그를 이용한 것에서는 상기 경화층이 완전히 내주면에 연결되어 있는 것을 알았다.

도 18에는 도 17(a1)(a2)~(c1)(c2)에 대응하는 평탄부의 표면 경도가 도시되어 있다. 이 결과로부터 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 내주면을 선행 냉각할 때에 칸막이 지그를 사용한 냉각 방지효과를 부가함으로써 외주면으로부터 크롤러 부시 두께의 1/2이상의 시일 평탄면을 담금질 경화할 수 있는 것이 명확하다.

또한, 2개의 크롤러 부시(B)를 겹쳐서 조립할 때에 크롤러 부시 간에 SUS304제 칸막이 지그(도 3 참조)를 배치하여 2개 동시에 고주파 가열하고, 표 1에 도시되는 조건으로 담금질 한 결과, 중간의 칸막이 지그가 배치된 끝면부의 시일 평탄부가 상기 크롤러 부시(C)와 마찬가지로 담금질 경화되어 있는 것을 알았다.

(실시예8; 담금질 실험3)

본 실시예에서는 크롤러 부시(C)를 이용하여 실시예7과 동일 조건으로 전체 가열한 후에 10초간 방냉에 의한 열균일화를 도모하고, 16초간의 외주면으로부터의 고주파 추종 가열과 내주면의 층류 냉각을 동시에 행하고, 그 후 4초간의 추종 가열과 내주면 냉각을 중단한 후에 내주면과 외주면으로부터의 냉각을 실시하여 담금질 조작을 종료하였다. 여기서, 내주면 냉각을 중단할 때에는 실시예3에서 서술한 가스도입밸브(43)에 의해서 공기를 도입하고, 중단시의 층류의 배출성을 높인 경우와 그렇지 않은 경우를 비교하였다. 그 결과, 중단시의 층류의 배출성을 높인 경우에 있어서만 크롤러 부시(C) 내주면에 있어서의 담금질 얼룩의 발생이 없고, 아주 양호한 품질을 확인할 수 있었다.

도 19에는 크롤러 부시(C) 중앙부의 두께방향에서의 경도분포를, 실시예7의 저온에서 뜨임(180℃, 2hr)한 것과 비교하여 도시되어 있지만 내주면의 담금질 경화층의 경도가 약간 뜨임되어 있는 것을 알았다.

(실시예9; 외주면의 층류 냉각 실험)

본 실시예는 크롤러 부시(B)를 이용하여 외주면을 층류 냉각에 의해 냉각한 것이다. 도 20에는 내,외주면 층류 담금질장치의 개략 구성이 도시되어 있다. 상기 담금질 장치는 크롤러 부시(1)의 외경보다 큰 내경을 갖는 외주용 원통체(44) 내에 상기 크롤러 부시(1)를 배치하여 이 크롤러 부시(1)의 외주면과 외주용 원통체(44) 사이에 냉각매체를 상기 크롤러 부시(1)의 축심방향으로 흐르도록 하고, 또한, 상기 외주용 원통체(44)의 외측에 나선형 고주파 코일(45)을 배치한 것이다. 여기서, 외주용 원통체(44)에는 두께가 5mm인 석면재를 사용하였다. 또한, 부호 46으로 도시되는 것은 단열체이다.

가열ㆍ냉각조건은 상기와 같지만 외주면의 물의 양은 300리터/min, 내주면의 물의 양은 200리터/min으로 하였다. 이 결과, 외주면 경도는 실시예7의 표 3에 도시한 바와 같이 코일을 이동시켜서 담금질된 것과 동일하였다. 이 때문에 외주면을 층류 냉각하는 것이 크롤러 부시의 내마모성의 관점에서 보다 바람직하고, 또한, 코일이동을 위한 설비투자도 경감할 수 있는 것을 알았다.

(실시예10)

본 실시예에서는 실시예7에서 열처리한 크롤러 부시(C)를 180℃로 2시간 뜨 임한 것과 실시예8의 내주면 담금질 경화층을 자기 뜨임만 한 것의 강도를 조사함과 아울러 비교재로서 SCM420 강재로 침탄 담금질하여 180℃로 2시간 뜨임하여 제작한 크롤러 부시(C)의 강도를 조사하였다. 강도평가는 도 21에 도시되는 충격 피로시험장치를 이용하고, 차체중량(50,000kg)의 2배, 3배, 4배에 상당하는 충격하중을 가하여 파괴에 이르기까지의 충격회수를 조사하는 것에 의해 행하였다. 도 22에는 그 측정결과가 도시되어 있다. 이 결과로부터 명확해지는 바와 같이, 본 발명품은 종래의 침탄처리한 크롤러 부시에 비해서 높은 충격 피로강도를 나타내고 있다. 또한, 실시예8에서 내주면 담금질 경화층을 자기 뜨임처리한 것에 있어서도 우수한 강도를 나타내는 것을 알았고, 별도의 저온 뜨임처리를 생략할 수 있는 것에 의한 대폭적인 생산성의 향상과 비용의 저감이 기대할 수 있는 것이 명확하게 되었다.

Claims (39)

1. 크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 가열이 행해짐과 아울러, 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러 부시의 양 끝면부에서 칸막이 지그를 누르면서 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 행할 수 있는 담금질 장치를 이용하여,

   크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 외주면으로부터의 고주파 가열에 의해서 가열하거나 또는 별도의 공정으로 담금질 처리가능한 온도로 전체 가열한 크롤러 부시소재를 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 가능한 담금질 장치에 세트한 후, 상기 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 그 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 그 후에 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 냉각을 실시하는 일련의 담금질 작업에 있어서,

   크롤러 부시의 양 끝면 근방의 내주면의 냉각을 지연시키는 것, 및 외주면으로부터의 고주파 추종 가열에 의해서 유효하게 양 끝면부가 가열되는 형상의 칸막이 지그를 이용함으로써,

   외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층을 형성함과 아울러,

   이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남도록 하고,

   또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이를 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성하고, 상기 미담금질층의 조직을 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 함과 아울러,

   양 끝면의 시일 평탄부의 표면층을 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화시키는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
2. 크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 가열을 행함과 아울러 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 크롤러 부시의 양 끝면부에서 칸막이 지그를 누르면서 내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 행할 수 있는 담금질 장치를 이용하여,

   크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 외주면으로부터의 고주파 가열에 의해서 가열하거나 또는 별도의 공정으로 담금질 처리가능한 온도로 전체 가열한 크롤러 부시소재를 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 가능한 담금질 장치에 세트한 후, 상기 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 실시하고, 그 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하거나 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 냉각을 실시하는 일련의 담금질 작업에 있어서,

   외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각이 종료하기까지 사이에, 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서, 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 뜨임하는 공정을 포함함으로써,

   외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층을 형성함과 아울러,

   이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남도록 하고,

   또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이를 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성하고, 상기 미담금질층의 조직을 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종이상을 함유하는 조직으로 하고, 내주면 담금질 경화층을 뜨임 마르텐사이트 조직으로 하는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추는 것은 외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 그 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 시작하기까지의 사이에 행해지고,

   상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서, 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 뜨임한 후에, 내주면의 재냉각이 실시되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 외주면이 고주파 가열에 의해 뜨임되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체를 칸막이하는 칸막이 지그는, 지그 내주면에 내주면 냉각방지용의 두께가 얇은 원통부를 갖고, 크롤러 부시의 양 끝면의 시일 평탄부 또는 내주면 모따기부에 압압되어 그 접촉부에 있어서의 냉각매체의 누출을 차단하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
6. 크롤러 부시소재를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 가열한 후, 내주면 냉각과 외주면 냉각 및 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능한 담금질 장치를 이용하여,

   상기 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하거나, 또는 외주면으로부터의 고주파 추종 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 그 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하거나, 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 멈추고서 외주면의 냉각을 실시하는 일련의 담금질 작업에 있어서,

   적어도 크롤러 부시의 내주면이, 그 크롤러 부시의 내측통 공간에 충전한 냉각매체를 그 내주면과 평행하고, 또한, 크롤러 부시의 축심방향과 평행하게 흐르게 하여 냉각됨으로써,

   보다 작는 내경이고 길이가 긴 크롤러 부시 또는 복수개의 크롤러 부시의 내주면에 있어서도 얼룩이 없는 담금질 경화층을 형성함과 아울러,

   외주면으로부터의 냉각에 의해서도 외주면에 담금질 경화층을 형성하고,

   또한, 이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남도록 하고,

   또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이를 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성하고, 상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 하는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
7. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 내주면 및 외주면 중 적어도 어느 한쪽이 크롤러 부시의 축심방향과 평행하게 냉각매체를 흐르게 하여 층류 냉각되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
8. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 가열 또는 고주파 추종 가열이 나선형 코일에 의해서 행해지고, 복수개의 크롤러 부시가 동시에 담금질되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
9. 제1항, 제2항, 제3항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 고주파 가열 또는 고주파 추종 가열이 안장형 유도자에 의해서 행해지고, 이 안장형 유도자에 의한 가열은 서로 인접하는 크롤러 부시 간에 절연체를 끼워서 행해지는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
10. 제8항에 있어서, 복수개의 크롤러 부시를 동시에 담금질할 때에 인접하는 크롤러 부시끼리가 그 끝면을 노출시키는 중간 칸막이 지그를 통해서 겹쳐짐으로써, 상기 중간 칸막이 지그에 접하는 크롤러 부시 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 내주면 냉각용 냉각매체를 도입하기 위하여 크롤러 부시의 내경보다 작은 외경을 갖는 도입관을 내주면측에 배치하고, 이 도입관으로 유입되는 냉각매체를 상기 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면으로 둘러싸여지는 공간에 충전하여 크롤러 부시의 내주면과 평행하고, 또한, 상기 크롤러 부시의 축심방향과 평행하게 흐르게 함으로써 층류 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 내주면 냉각용 냉각매체는 상기 도입관에 의해 유입된 후, 벽면에 의해서 방향변환되어서 상기 도입관 외주면과 크롤러 부시 내주면으로 둘러싸여지는 공간에 흐르는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
13. 제7항에 있어서, 상기 외주면의 냉각은 크롤러 부시를 그 외경보다 큰 내경을 갖는 외주용 원통체 내에 배치하여, 이 외주용 원통체와 크롤러 부시 외주면 사이에 냉각매체를 크롤러 부시의 외주면과 평행하고, 또한, 상기 크롤러 부시의 축심방향으로 흐르게 하여 층류 냉각에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 외주용 원통체는 안장형 유도자 또는 나선형 코일을 일부에 포함하거나 또는 상기 안장형 유도자 또는 나선형 코일의 내측 또는 외측에 배치됨과 아울러, 절연재료에 의해 상기 외주용 원통체가 유도가열되기 어렵도록 고안된 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
15. 제7항에 있어서, 상기 내주면 및 외주면의 층류 냉각은, 크롤러 부시와 냉각매체의 도입관의 외경으로부터 구하는 단면적에 대해서 9리터/minㆍ㎠이상의 냉각매체량, 냉각매체의 유속이 1.5m/sec이상 또는 크롤러 부시의 내주면, 외주면의 각 면적에 대해서 0.1리터/minㆍ㎠이상의 냉각매체량의 조건 중 어느 하나 이상을 만족하는 냉각조건으로 행해지는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
16. 제6항에 있어서, 상기 고주파 가열에 있어서 크롤러 부시는 상기 원통 중심축을 중심으로 하여 회전되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
17. 제1항, 제2항, 제3항, 제6항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각에 사용하는 냉각매체는 물 또는 수용성 담금질액인 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
18. 제1항, 제2항, 제3항, 제6항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 담금질처리 후에 100℃이상 350℃이하에서 저온 뜨임처리가 실시되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조방법.
19. 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 가열한 후, 이 크롤러 부시소재의 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하거나, 또는 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 그 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 의해서,

    외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층이 형성됨과 아울러,

    이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남겨져서 이루어지고,

    또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이가 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성되어 이루어지고,

    상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 이루어짐과 아울러,

    지그 내주면에 내주면 냉각방지용의 두께가 얇은 원통부를 갖는 칸막이 지그를 이용함으로써 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
20. 제19항에 있어서, 양 끝면의 시일 평탄부 표면이 전체 영역에 걸쳐서 담금질 경화되고, 상기 연질의 미담금질층은 두께 중심으로부터 내주면측으로 형성됨과 아울러 양 끝면의 시일 평탄부를 피해서 양 끝면 근방의 내주면에 연결되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 담금질 경화층은 저온 뜨임처리가 실시되어서 적어도 외주면 및 시일 평탄부의 경화층의 경도가 H_V=500이상인 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
22. 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 가열한 후, 외주면으로부터의 고주파 가열을 실시하면서 내주면으로부터의 냉각을 선행해서 실시하고, 그 후에 외주면으로부터의 냉각을 실시하는 일련의 담금질작업에 있어서,

    외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각이 종료하기까지의 사이에, 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 뜨임하는 공정을 포함함으로써,

    외주면 및 내주면으로부터 두께 중심부를 향하여 담금질 경화층이 형성됨과 아울러,

    이들 외주면측 및 내주면측의 양 담금질 경화층 사이에 연질의 미담금질층이 남겨져서 이루어지고,

    또한, 외주면측으로부터의 경화층 깊이가 내주면측으로부터의 경화층 깊이에 비해 더욱 깊게 형성되어 이루어지고,

    상기 미담금질층의 조직이 담금질 온도로부터의 냉각과정에서 석출되는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 조직으로 이루어짐과 아울러, 내주면 담금질 경화층이 뜨임 마르텐사이트 조직으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
23. 제22항에 있어서, 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추는 것은 외주면으로부터의 고주파 가열 중 또는 이 고주파 가열을 멈추고서 외주면 냉각을 시작하기까지의 사이에 행해지고, 상기 내주면으로부터의 냉각을 멈추고서, 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 뜨임한 후에, 내주면의 재냉각이 실시되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 양 끝면의 시일 평탄부의 표면층이 외주면으로부터 두께의 1/2이상의 폭에 걸쳐서 담금질 경화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
25. 제22항 또는 제23항에 있어서, 외주면 담금질 경화층은 고주파 가열에 의한 뜨임처리가 실시되어서 적어도 외주면의 경도가 H_V=500이상인 것을 특징으로 하는 크롤러 부시.
26. 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 가열하는 가열장치 또는 상기 크롤러 부시소재의 외주면으로부터의 고주파 가열이 가능한 담금질 장치를 구비하는 크롤러 부시의 제조장치에 있어서,

    상기 담금질 장치는 크롤러 부시의 내경보다 작은 외경을 갖는 원기둥 또는 원통체를 크롤러 부시의 내주면측에 배치하고,

    크롤러 부시의 상단면에 방향변환부재를 설치하고,

    냉각매체를 상기 방향변환부재에 의해 흐름방향을 변환시킨 후, 크롤러 부시 내주면과 원기둥 또는 원통체의 외주면으로 둘러싸여지는 공간에 흐르게 함으로써 내주면을 층류 냉각하도록 구성되는 내주면 냉각장치를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 내주면 냉각장치는 내주면 냉각의 정지시에 상기 도입관과 크롤러 부시 내주면으로 구성되는 공간에 유동하는 냉각매체를 크롤러 부시의 외측으로 배출하는 가스도입밸브를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 냉각매체를 도입하는 도입관은 고주파 가열에 의해서 발열하지 않는 Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂ 등의 세라믹재료 또는 Fe-30~50at% Mn합금 등의 반강자성 합금에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
29. 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 균일하게 가열하는 가열장치와, 상기 크롤러 부시소재의 외주면으로부터의 고주파 추종 가열이 가능한 담금질 장치를 구비하는 크롤러 부시의 제조장치에 있어서,

    상기 담금질 장치는 크롤러 부시의 외주면측에 배치되어 상기 크롤러 부시의 외경보다 큰 외경을 갖고서 냉각매체를 도입하는 외주용 원통관을 구비하고,

    이 외주용 원통관과 크롤러 부시 외주면 사이에 냉각매체를 흐르게 하여 외주면을 층류 냉각하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
30. 제29항에 있어서, 상기 냉각매체를 도입하는 외주용 원통관은 고주파 추종 가열에 의해서 발열하지 않는 Si₃N₄, Al₂O₃, SiO₂ 뮬라이트 등에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
31. 제29항에 있어서, 상기 외주용 원통체는 안장형 유도자 또는 나선형 코일을 일부에 포함하거나 또는 상기 안장형 유도자 또는 나선형 코일의 내측 또는 외측에 배치됨과 아울러, 절연재료에 의해 상기 외주용 원통체가 유도가열되기 어렵도록 고안된 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
32. 제29항에 있어서, 안장형 유도자를 일부에 포함하거나, 또는 이 안장형 유도자 또는 나선형 코일의 외측에 배치되는 상기 외주용 원통체는 2개이상으로 분할됨과 아울러, 고주파 가열시에 있어서는 상기 안장형 유도자 또는 나선형 코일로부터 떨어진 위치에 있어서 유도가열되는 것을 피하고, 냉각시에는 맞추어져서 외주 원통체로 되는 구성인 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
33. 제26항 또는 제29항에 있어서, 상기 담금질 장치는 고주파 추종 가열을 위한 코일의 내경측 및 외경측 중 적어도 한쪽에 크롤러 부시를 둘러싸는 단열체가 배치되고, 또는 내주면 냉각매체를 도입하는 도입관의 외주면이 단열체에 의해 피복되는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
34. 제26항 또는 제29항에 있어서, 상기 담금질 장치는 외주면 냉각개시 시점에서의 크롤러 부시 외주면의 온도를 모니터, 관리하는 검사장치를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
35. 크롤러 부시소재 전체를 담금질 처리가능한 온도(A3선 온도이상)로 외주면으로부터 고주파 가열한 후에 크롤러 부시의 내주면으로부터의 선행 냉각을 실시하거나, 또는 크롤러 부시의 외주면으로부터의 고주파 가열과 내주면으로부터의 선행 냉각을 실시하면서 그 후에 외주면으로부터의 냉각을 행하는 일련의 담금질 작업, 또는 외주면으로부터의 냉각을 시작하기까지의 동안에, 내주면으로부터의 냉각을 일단 멈추고서 외주면으로부터 내주면으로의 열의 확산에 의해서 내주면을 뜨임한 후, 내주면의 재냉각을 실시하고, 외주면으로부터의 냉각을 행하는 일련의 담금질 작업이 가능하도록, 또는, 별도의 공정에 있어서 담금질 처리가능한 온도로 전체 가열한 크롤러 부시소재를 세트한 후에 소정의 담금질 작업이 가능하도록, 크롤러 부시를 지지하여 회전 및 상하 이동가능한 지지장치와,

    이 지지장치에 의해 지지된 크롤러 부시의 외주면으로부터 고주파 가열을 행하는 고주파 가열장치와, 상기 크롤러 부시의 내주면 냉각매체와 외주면 냉각매체가 서로 간섭하지 않도록 상기 크롤러 부시의 양 끝면에 칸막이 지그를 눌러붙여서 상기 크롤러 부시를 가압ㆍ고정하는 가압장치와,

    내주면 냉각과 외주면 냉각을 독자적으로 행할 수 있는 냉각장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
36. 삭제
37. 제35항에 있어서, 상기 고주파 가열장치는 복수개의 크롤러 부시를 동시에 가열할 때에 인접하는 크롤러 부시의 접촉위치 또는 크롤러 부시간에 세트한 칸막이 지그위치에서의 방전현상을 방지하는 나선형 코일인 것을 특징으로 하는 크롤러 부시의 제조장치.
38. 삭제
39. 삭제

Images