KR101367271B1 - 유도 가열 코일, 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

Abstract

워크(12)와 가열 코일의 적어도 하나의 회동에 의해, 워크(12)의 피처리부(A)의 둘레방향을 따라서 워크(12)와 가열 코일(26)을 상대적으로 이동시키는 것과 동시에, 피처리부(A)의 둘레방향(R)과 교차하는 축방향이 다른 부분을 유도 가열하는 가열 도체부(31A)를 갖는 가열 코일(26)을 구비하여 가열 코일(26)은 축방향의 일방측으로 개구하는 굴곡부(34)와 축방향의 타방측으로 개구하는 굴곡부(35)가, 교대로, 대향하는 방향으로, 둘레방향(R)을 따라서 연속해서 배치되는 지그재그 형상을 이루는 것으로, 높은 처리 효율로, 소망한 가열 영역의 열처리를 용이하게 실현된다.

Description

유도 가열 코일, 열처리 장치 및 열처리 방법{INDUCTION HEATING COIL, HEAT TREATMENT DEVICE, AND HEAT TREATMENT METHOD}

본 발명은 유도 가열 담금질 장치, 유도 가열 코일, 열처리 장치 및 열처리 방법에 관한 것으로, 특히 열처리 효율을 향상시키는 것과 동시에, 균일 처리를 실시하는 기술에 관한 것이다.

금속 부재에 고주파 담금질 등의 열처리를 실시하는 유도 가열 담금질 방법으로는, 피처리부 전역에 대향하는 유도 가열 코일을 이용해 일괄 처리를 실시하는 일발 가열 방식의 열처리 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개 2005120415호 공보, 특개 2002174251, 특개 200444802). 이러한 일발 가열 방식의 열처리 장치에서는, 유도 가열 코일은 피처리부 전역에 대응하는 형상으로 구성된다. 예를 들면 피처리부가 원주 형상인 경우에는 고리 형상의 유도 가열 코일을 피처리부에 대면시키고, 피처리부가 평면상인 경우에는 평판 형상의 유도 가열 코일을 피처리부에 대면시킨다. 이러한 일발 가열 방식의 가열 장치에서는, 처리 대상물 및 피처리부의 형상 및 크기에 대응하는 유도 가열 코일을 이용하기 때문에, 처리 대상물 및 피처리부가 큰 경우에는, 대형의 유도 가열 코일이 필요하며, 또한 고출력의 전력을 필요로 한다.

한편, 피처리부의 일부에만 대향하는 유도 가열 코일을, 피처리부에 대해서 상대적으로 이동시키면서 가열 처리 및 냉각 처리를 차례로 진행하는 이동식의 열처리 장치가 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개 200589803호 공보, 특개소 60116724호 공보). 이러한 이동식의 열처리 장치에서, 유도 가열 코일은 피처리부의 일부에 대응하는 형상으로 구성된다.

상술한 유도 가열의 기술에는, 다음과 같은 문제가 있었다. 즉, 상술한 일발 가열 방식의 유도 가열 담금질 장치에서는, 피처리부의 크기나 형상에 대응하는 유도 가열 코일을 이용할 필요가 있기 때문에, 예를 들면 피처리부의 형상이 복잡한 경우에는, 유도 가열 코일의 형상이나 조건 설정이 복잡하여, 실현이 어렵거나 불가능하게 된다. 또한, 피처리부가 큰 경우에는 대형의 유도 가열 코일이 필요하고, 고출력의 전력을 필요로 하는 문제가 있다. 게다가 처리 대상물에 유도 가열시의 열팽창 등에 의한 변형이 생기는 경우에는, 유도 가열 코일과 처리 대상물과의 사이의 크기(간격)를 적정하게 유지하는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 유도 가열 코일을 미리 크게 설정할 필요가 있으므로, 가열 효율이 나빠지는 문제를 야기한다.

한편, 상술한 이동식의 열처리 방법에서, 유도 가열 코일이 피처리부의 일부에 대응하는 형상으로 구성되는 경우에는, 단위시간당 처리 면적이 작고, 처리 시간이 길어져, 처리 효율이 나쁘다. 또한, 가열 처리 및 냉각 처리를 연속적으로 실시하면서 이동하는 경우에는, 예를 들면 환상(環狀)의 피처리부를 대상으로 할 때에, 처리의 개시부와 종단부의 경계선에 있어서 필요한 경도를 얻을 수 없는 소프트 영역이 발생하는 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 높은 전력을 필요로 하지 않고, 소망한 가열 영역의 열처리를 용이하게 실현할 수 있는 기술, 균일한 처리가 가능한 기술, 대형의 처리 대상물이어도 유도 가열할 때의 열처리 효율을 향상하는 것이 가능한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치는, 처리 대상물과 가열 코일중 적어도 하나의 회동에 의해, 상기 처리 대상물의 피처리부의 둘레방향을 따라서 상기 처리 대상물과 상기 가열 코일을 상대적으로 이동시키는 것과 동시에, 상기 피처리부의 상기 둘레방향과 교차하는 축방향이 다른 부분을 유도 가열하는 가열 도체부를 갖는 복수의 가열 코일을 구비하고, 상기 복수의 가열 코일 중 적어도 하나는, 상기 축방향의 일방측으로 개구하는 곡부와, 상기 축방향의 타방측으로 개구하는 곡부가, 교대로, 대향하는 방향으로, 상기 둘레방향을 따라서 연속해서 배치되는 지그재그 형상을 이루는 가열 도체부를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 담금질 방법은 처리 대상물의 피처리부의 둘레방향과 교차하는 축방향이 다른 부분을 각각 유도 가열하는 가열 도체부를 갖는 복수의 가열 코일을, 상기 피처리부의 적어도 일부에 각각 대향시켜, 상기 피처리부에 대해서 상기 복수의 가열 코일에 의한 열처리를 실시하면서, 상기 피처리부의 둘레방향을 따라서 상대적으로 상기 피처리부와 상기 가열 코일을 이동시키는 이동 가열 공정을 포함하여, 상기 복수의 가열 코일의 가열 도체부에 의해 가열되는 상기 피처리부의 각각의 영역이, 1개의 연속한 가열 영역을 이루어, 상기 복수의 가열 코일 중 적어도 하나는, 상기 축방향의 일방측으로 개구하는 곡부와, 상기 축방향의 타방측으로 개구하는 곡부가, 교대로, 대향하는 방향으로, 상기 둘레방향을 따라서 연속해서 배치되는 지그재그 형상을 이루는 가열 도체부를 구비한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 코일은 피처리부의 적어도 일부에 대향해, 상기 피처리부에 대해서 상대적으로 회전이동하면서 상기 피처리부의 열처리를 실시하는 가열 도체부를 구비하고, 상기 가열 도체부는, 상기 회전의 둘레방향으로 교차하여 연장된 동시에, 상기 회전이동의 중심으로부터 먼 부분에 있어서의 상기 둘레방향의 길이가 상기 중심으로부터 가까운 부분에 있어서의 상기 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성된 도체 부분을 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 열처리 방법은 상기 유도 가열 코일을, 상기 피처리부에 대향시켜 유도 가열에 의해 상기 피처리부를 가열하면서, 상기 피처리부를 상기 유도 가열 코일에 대해서 상기 둘레방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 이동 가열 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 유도 가열 코일은 도체 부재로 형성되어 제1 방향의 일방측으로 개구하는 곡부와, 상기 제1 방향의 타방측으로 개구하는 곡부가, 교대로, 대향하는 방향으로, 상기 제1 방향으로 교차하는 제2 방향을 따라서 연속해서 배치되는 지그재그 형상을 이루는 가열 도체부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 장치는, 상기 유도 가열 코일과, 상기 유도 가열 코일에 접속되는 고주파 전원과, 상기 피처리부를 상기 유도 가열 코일에 대해서 상기 제2 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 이동 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 방법은 상기 유도 가열 코일을, 상기 제2 방향을 따라서 연속하는 무단의 루프 형상을 이루는 피처리부 중 일부에 대향시켜 유도 가열에 의해 상기 피처리부를 가열하면서, 상기 피처리부를 상기 유도 가열 코일에 대해서 상기 제2 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 이동 가열 공정과, 상기 피처리부의 상기 제2 방향에서의 전행정에 대한 가열 처리의 후에, 상기 피처리부를 냉각하는 냉각 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 높은 전력을 필요로 하지 않고, 소망한 가열 영역의 열처리를 용이하게 실현할 수 있는 기술, 균일한 처리가 가능한 기술, 대형의 처리 대상물이어도 유도 가열할 때의 열처리 효율을 향상하는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 도 2에 있어서의 F2 - F2선으로 절단하여 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 2는 같은 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 평면도이다.
도 3은 같은 실시예에 따른 제1 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 같은 실시예에 따른 제1 가열 코일을 나타내는 정면도이다.
도 5는 같은 실시예에 따른 제2 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 평면도이다.
도 6은 같은 실시예에 따른 제2 가열 코일을 나타내는 정면도이다.
도 7은 같은 실시예에 따른 가열 코일의 단면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 8은 같은 실시예에 따른 제1및 제2의 가열 영역의 설명도이다.
도 9는 같은 실시예에 따른 제3의 가열 영역의 설명도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치의 가열 도체부의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 11은 같은 유도 가열 담금질 장치의 가열 도체 부분의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치의 주요부를 나타내는 설명도이다.
도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 15는 본 발명의 제6 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치에 내장된 가열 코일의 설명도이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치에 내장된 가열 코일의 정면도이다.
도 17은 본 발명의 제8 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 18은 본 발명의 제9 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 19는 본 발명의 제10 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 20은 본 발명의 제11 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 21은 본 발명의 제12 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 22는 본 발명의 제13 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 23은 같은 실시예에 따른 유도 가열 장치를 나타내는 평면도이다.
도 24는 같은 실시예에 따른 가열 코일을 나타내는 사시도이다.
도 25는 같은 실시예에 따른 가열 코일의 도체 부분의 설명도이다.
도 26은 같은 실시예에 따른 가열 코일의 단면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 27은 본 발명의 제14 실시예에 따른 유도 가열 장치의 가열 코일을 나타내는 사시도이다.
도 28은 같은 가열 코일을 나타내는 평면도이다.
도 29는 같은 가열 코일을 나타내는 측면도이다.
도 30은 같은 가열 코일의 도체 부분의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 31은 본 발명의 제15 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치를 나타내는 설명도이다.
도 32는 본 발명의 제16 실시예에 따른 도체 부분의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 33은 본 발명의 제17 실시예에 따른 도체 부분의 구성을 나타내는 설명도이다.
도 34는 본 발명의 제18 실시예에 따른 열처리 장치를 나타내는 설명도이다.
도 35는 같은 실시예에 따른 열처리 장치를 나타내는 평면도이다.
도 36은 같은 실시예에 따른 열처리 장치를 나타내는 측면도이다.
도 37은 같은 실시예에 따른 열처리 장치를 나타내는 정면도이다.
도 38은 같은 실시예에 따른 가열 코일의 단면 구조를 나타내는 설명도이다.
도 39는 본 발명의 제19 실시예에 따른 열처리 장치의 설명도이다.
도 40은 본 발명의 제20 실시예에 따른 열처리 장치의 설명도이다.
도 41은 본 발명의 제21 실시예에 따른 열처리 장치의 설명도이다.
도 42는 본 발명의 제22 실시예에 따른 열처리 장치의 설명도이다.
도 43은 본 발명의 제23 실시예에 따른 열처리 장치의 설명도이다.

이하, 본 발명의 각 실시예를 설명한다. 덧붙여 도면 중 화살표 X, Y, Z는 각각 서로 직교하는 3 방향을 나타낸다. 또한, 각 도면에서 설명을 위해, 적절히 구성을 확대, 축소 또는 생략하여 나타낸다.

<제1 실시예>

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치, 및 유도 가열 담금질 방법에 대해서, 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명한다. 도 1은 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(1)의 구성을 나타내는 단면도, 도 2는 평면도이다. 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 유도 가열 담금질 장치(1)는, 처리 대상물인 워크(Q1)를 이동 가능하게 지지하는 이동 지지부(이동 수단)와 워크(Q1)의 외주에 각각 복수로 배치된 각 가열 장치(10A,10B)와, 워크(Q1)의 가열 처리 공정 후에 워크(Q1)를 냉각하는 냉각부(13; 냉각 수단)를 구비하여 구성된다. 하부에 설치된 냉각부(13)는, 가열 처리 후에 하부로 이동한 워크(Q1)의 외측을 둘러싸도록 관형상으로 구성되어 내측의 공간(13a)에 배치된 워크(Q1)를 냉각한다.

본 실시예에서는, 예를 들면 단차를 갖는 원통 형상의 워크(Q1)를 이용하고, 이 워크의 계단식의 외주면을 피처리부(A)로 한다.

처리 대상물의 일례로서의 워크(Q1)는, 축(C1)을 중심으로 한 계단식의 원통형 부재이며, 축방향 중앙의 내측으로 패인 오목부(Q1a)가 형성되고 축방향 양단에 외측으로 돌출된 볼록부(Q1b)가 형성된다. 예를 들면 여기에서는 볼록부 외측 반경 r1=1800mm, 오목부 외측 반경 r2=1780mm, 내경 반경 r3=1700mm, 축방향(제1 방향) 길이 h1=250mm의 워크(Q1)를 이용한다. 덧붙여 외측 두께δ1=100mm, 내측 두께δ2=80mm이다.

워크(Q1)를 축(C1)을 중심으로 회전이동시키면서, 워크(Q1)의 주위의 소정의 경로를 따라서 배치된 복수의 제1 가열 장치(10A)와 복수의 제2 가열 장치(10B)에 의해, 무단의 루프 형상인 원형 형상으로 연속하는 피처리부(A)를 루프의 연속 방향인 둘레방향 전역에 걸쳐서 가열한다.

피처리부(A) 중, 축방향 중앙의 오목부(Q1a)의 외주면 영역을 제1 영역(A1)으로 하고, 축방향 양단의 한 쌍의 볼록부(Q1b)의 외주면 영역을 제2 영역(A2)으로 한다. 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 처리 대상물의 축방향에 있어서 서로 이간되어 있는 것과 동시에 지름 방향에 있어서도 서로 이간되어 있다. 제1 영역(A1)은 축방향 길이 h2=150mm의 원형의 띠형상 영역이며, 한 쌍의 제2 영역(A2)은 각각 축방향 길이 h3=50mm의 원형의 띠형상 영역이다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 복수의 제1 가열 장치(10A)는, 둘레방향을 따르는 경로에 있어서, 중심각 90도로 서로 이간된 4개소에, 각각 배치된다. 제2 가열 장치(10B)는, 둘레방향을 따르는 경로에 있어서, 중심각 90도로 서로 이간된 4개소에 배치되어 각각의 개소에 있어 상하 한 쌍의 볼록부(Q1b)에 대응하도록 축방향으로 2개씩 병렬 배치된다.

제1 가열 장치(10A)와 제2 가열 장치(10B)는 서로 둘레방향 및 축방향으로 이간되어 교대로 배치된다.

제1 영역(A1)에 대향하고, 소정의 간격(gap) 길이(G1)를 확보하여, 제1 가열 장치(10A)의 제1 가열 도체부(31A)가 배치된다. 제1 가열 장치(10A)는, 워크(Q1)의 외주의 피처리부(A) 중 제1 영역(A1)을 중점적으로 유도 가열한다. 제2 영역(A2)에 대향하고, 소정의 간격 길이(G2)를 확보하여, 제2 가열 장치(10B)의 가열 도체부 (31B)가 배치된다. 제2 가열 장치(10B)는, 제2 영역(A2)을 중점적으로 유도 가열한다.

이 실시예에서는, 축(C1)을 중심으로 워크(Q1)의 외주면을 따르는 둘레방향(R)을 제2 방향으로 하고, 워크(Q1)의 축방향인 Z방향을 제1 방향으로 한다. 덧붙여 워크(Q1)는 계단식 형상이므로, 제1 가열 도체부와 제2 가열 도체부에서는 둘레방향(R)의 반경 길이가 다른데, 워크(Q1)를 축(C1)을 중심으로 회전시킴으로써, 양쪽 모두의 둘레방향을 따라서 이동하게 된다. 둘레방향(R1 및 R2)을 포함한 경로를 이동 경로로서 규정하는 것과 동시에, R1 및 R2를 포함하여 C1을 중심으로 한 회전 방향을 제2 방향(R)으로 한다. 둘레방향(R1)의 반경은 오목부(Q1a)의 외경 길이의 반경 길이(r2)에 간격 길이(G1)를 더한 값이며, r2＋G1이 된다. 둘레방향(R2)의 반경은 볼록부(Q1b)의 외경 길이의 반경 길이(r1)에, 간격 길이(G2)를 더한 값이며, r1＋G2가 된다.

도 1 내지 도 4에 나타낸 바와 같이, 복수의 제1 가열 장치(10A) 및 제2 가열 장치(10B)는, 각각 전원 공급 수단으로서의 고주파 전원(21)과, 고주파 전원(21)에 접속되는 리드선(22,23)과, 리드선(22,23)에 접속되는 한 쌍의 도전판(24,25)을 구비한 스페이서(28)와, 양단이 한 쌍의 도전판(24,25)에 각각 접속된 유도 가열 코일(26)과, 유도 가열 코일(26)의 가열 도체부(31A,31B)의 이면에 배치되는 코어(27)를 구비하여 구성된다.

가열 장치(10A)의 유도 가열 코일(26)은 워크(Q1)의 제1 영역(A1)에 대향하는 지그재그 형상의 가열 도체부(31A)와, 가열 도체부(31A)의 일단측(31a)으로 연속하는 제1 접속 도체부(32)와, 가열 도체부(31A)의 타단측(31b)으로 연속하는 제2 접속 도체부(33)를 각각 연속하여 일체로 구비한다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 제1 가열 장치(10A)의 가열 도체부(31A)는, 복수의 コ자 형의 굴곡부(34,35)가 Z방향에서의 중앙을 향해 개구하고, 교대로 대향하는 방향으로, 둘레방향(R)을 따라서 복수로 연속해서 배치되는 지그재그 형상을 이룬다. 굴곡부(34)는 하향으로 개구한 コ 자 형상을 이루고, 굴곡부(35)는 상향으로 개구한 コ 자 형상을 이룬다. 서로 이웃이 되는 코일의 간격(R5)은 코일 폭(R4)의 길이의 1배 이상, 또한, 2배 이하로 설정한다. 여기에서는, 일례로서 4개의 가열 도체부(31A)의 제2 방향의 길이(L1)의 합계가, 제1 영역(A1)의 제2 방향의 사방의 길이의 1/3 정도로 설정된다. 즉, 제1 영역(A1)에 대한 1개의 가열 도체부(31A)의 제2 방향의 길이의 비율인 커버율은 1/12, 중심각(α1)은 30도로 설정된다.

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 제2 가열 장치(10B)의 유도 가열 코일(26)은 워크(Q1)의 제2 영역(A2)에 대향하는 헤어핀 형상의 가열 도체부(31B)와, 가열 도체부(31B)의 일단측(31a)으로 연속하는 제1 접속 도체부(32)와, 가열 도체부 (31B)의 타단측(31b)으로 연속하는 제2 접속 도체부(33)를 연속하여 일체로 구비한다. 가열 도체부(31B)는 정면으로 볼 때 도 6 중 좌측의 일단측(31a)으로부터 직사각형의 테두리 형상으로 굴곡하여 타단측(31b)이 일단측(31a)의 도면 중 하부로 돌아오도록 구성되어 도면 중 좌측의 양단(31a,31b)에 있어서 접속 도체부(32,33)에 연속한다. 덧붙여 제2 가열 장치(10B)의 커버율은 제1 가열 장치(10A)와 반드시 동일하지 않으며, 워크의 형상에 대응하여 변화한다.

각 가열 장치(10A,10B)에서, 제1 접속 도체부(32)와 제2 접속 도체부(33)는, 스페이서(28)를 사이에 두고 배치된다. 스페이서(28)는, 각각 직사각형의 평판 형상을 이루는 한 쌍의 도전판(24,25)과 이들 한 쌍의 도전판(24,25)의 사이에 끼워지는 직사각형의 평판 형상의 절연판(38)이 겹쳐서 배치되는 것과 동시에, 이들 도전판(24,25) 및 절연판(38)이 절연 부시(39)를 사이에 두고 볼트(41) 및 너트(42)에 의해 고정되어 구성된다. 각 도전판(24,25)은 리드선(22,23)을 통해 고주파 전원(21)에 접속된다. 제1 접속 도체부(32) 및 제2 접속 도체부(33)의 단부에는 냉각액용 호스 등의 부품을 접속하기 위한 커플러(36,36; 일방만 도시)가 각각 설치된다.

도 7의 단면에 나타낸 바와 같이, 유도 가열 코일(26)은 구리 등의 재질로부터 예를 들면 직사각형의 중공 형상으로 형성된다. 이 중공부분(26a)은 냉각액이 유통하는 통로가 된다. 코어(27)는, 규소 강판, 폴리 아이언 코어, 페로톤 등의 고투자율을 갖는 재료로 이루어져, 가열 도체부(31A, 31B)의 이면에 배치된다. 코어(27)는 가열 도체부(31A,31B)의 양측부 및 후방의 벽부를 일체로 구비하여 단면이 コ자 형상으로 형성된다.

도 1에 나타낸 이동 지지부(11)는, 워크(Q1)를, 소정 위치에 장착한 상태로, 축(C1)을 중심으로 회전이동시키는 기능을 가진다. 이때, 이동 지지부(11)는, 가열 도체부(31A)와 제1 영역(A1)의 사이의 간격 길이(G1)를 소정치로 유지하는 것과 동시에, 가열 도체부(31B)와 제2 영역(A2)의 사이의 간격 길이(G2)를 소정치로 유지하도록 제어한다.

이상과 같이, 제1 가열 도체부(31A)와 제2 가열 도체부(31B)는 서로 다른 형상을 가짐과 동시에 축방향을 따라서 이간되어 있고, 각 영역(A1,A2)의 크기, 형상, 및 위치도 서로 차이가 난다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 바와 같이, 오목부(Q1a)의 Z방향 중앙부를 중심으로 형성되는 제1 가열 영역(P1)과 상하 한 쌍의 볼록부(Q1b)의 Z방향 중앙을 중심으로 형성되는 제2 가열 영역(P2)은 축방향에 있어서 다른 가열 영역을 대상으로 한다.

이하, 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 방법에 대해 설명한다. 본 실시 예의 유도 가열 담금질 방법은 피처리부(A)를 가열하면서 피처리부(A)와 가열 도체부(31A,31B)를 상대 이동시키는 이동 가열 공정과, 이동 가열 공정 후에 피처리부(A)를 냉각하는 냉각 공정으로 구성된다.

이동 가열 공정에서는, 제1 가열 도체부(31A)에 피처리부(A)의 일부인 제1 영역(A1)을 대향시키는 것과 동시에, 제1 가열 도체부(31A)에 의한 제1 가열 영역(P1)과는 다른 제2 가열 영역(P2)을 갖는 제2 가열 도체부(31B)에 피처리부(A)의 적어도 일부인 제2 영역(A2)을 대향시켜, 피처리부(A)에 대해서 제1 가열 도체부(31A) 및 제2 가열 도체부(31B)로 가열하면서, 제1 가열 도체부(31A) 및 제2 가열 도체부(31B)에 대해서 소정의 제2 방향(R)을 따라서 영역(A1,A2)을 상대적으로 이동시킨다.

구체적으로는, 가열 도체부(31A,31B)를 각각 제1 영역(A1,A2)에 대향시킨 상태로, 고주파 전원(21)을 ON 상태로 하면, 고주파 전류가, 리드선(22), 제1 도전판(24), 제1 접속 도체부(32), 가열 도체부(31), 제2 접속 도체부(33), 제2 도전판(25), 및 리드선(23)를 차례로 거쳐서, 고주파 전원(21)으로 돌아온다. 이때, 가열 도체부(31A,31B)에 있어서 고주파 전류가 일단(31a) 측으로부터 타단(31b) 측으로 흘러 가열 도체부(31A,31B)의 표면에 유도 전류가 발생하여, 대향 배치되는 영역(A1,A2)이 각각 중점적으로 가열된다. 그러면, 축방향 및 지름 방향에 있어서 일정 거리 이간한 복수 개소에서, 동시에 가열이 이루어진다. 즉, 서로 이간한 각 개소에 있어 각각 대향하는 워크(Q1)의 표면에 가열 처리를 한다.

이 가열 처리를 실시하면서, 이동 지지부(11)에 의해, 간격 길이(G1,G2)를 소정치로 유지한 상태로, 워크(Q1)가 축(C1)을 중심으로 회전함으로써, 가열 도체부(31A,31B)에 대해서 피처리부(A)를, 제2 방향(R)을 따라서, 소정의 속도로 상대 이동시킨다. 예를 들면 여기에서는, 전력을 100~150kW, 간격 길이 G1, G2=2.5mm를 유지하면서, 200~300mm/sec의 속도로 상대 이동시킨다.

이 이동 가열 공정에 의해서, 피처리부(A)의 각 부위에 있어서, 상기 제1 가열 도체부에 의한 제1 열처리와 상기 제2 가열 도체부에 의한 제2 가열이 차례로 시행된다. 여기에서는 워크(Q1)를 90도 회전시키는 것으로 피처리부(A)의 사방에 각각 제1 및 제2 가열이 이루어진다. 복수의 가열 도체부(31A,31B)에 의해 가열되는 피처리부(A)의 각각의 가열 영역(P1,P2)은 하나의 연속한 가열 영역(P3)을 형성한다. 이 때문에, 도 8 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 가열 영역(P1,P2)이 합쳐지게 구성되어 소망한 제3의 가열 영역(P3)에서 열처리를 하게 된다.

그 다음으로, 피처리부의 상기 제2 방향에서의 전행정에 대한 이동 가열 공정의 후에, 이동 지지부(11)는, 워크(Q1)를 축방향을 따라서 하부의 냉각부(13)로 이동시킨다. 냉각부(13)는 냉각 쟈켓에 둘러싸인 냉각 영역인 공간(13a)에 배치된 워크(Q1)를 냉각액으로 냉각한다(냉각 공정).

본 실시예에 따른 유도 가열 코일, 유도 가열 담금질 장치 및 유도 가열 담금질 방법에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

상기 실시예에 의하면, 복수의 가열 도체부(31A,31B)를 조합하여 열처리를 실시하는 것으로, 위치가 다른 복수의 가열 영역을 합쳐지게 구성하여, 하나의 연속하는 가열 영역을 얻을 수 있어, 단순한 구성으로 소망한 가열 영역의 열처리를 실현하는 것이 가능해진다. 피처리부의 형상이 복잡한 경우에도, 단순한 구성으로 균일하게 소망한 열처리가 실현될 수 있다.

또한, 축방향으로 넓은 영역인 제1 영역(A1)을 가열하는 제1 가열 도체부(31 A)를, 복수의 곡부를 연속하게 갖는 지그재그 형상으로 한 것에 의해, 강자계를 확보할 수 있는 것과 동시에, 양호한 온도 패턴을 얻을 수 있다. 이 때문에, 적은 전력으로, 고속이면서 균일한 열처리가 가능해진다. 본 실시예에 따른 지그재그 형상의 가열 도체부(31)를 이용했을 경우에는, 전력 100kW로서 제1 영역(A1)의 표면의 도달 온도 850도로 하는 경우에는 200~300mm/sec의 속도로 하여, 가열 시간=300s로 실현될 수 있다. 즉, 지그재그 형상의 가열 도체부(31)를 갖는 유도 가열 코일(26)을 이용하는 것으로, 예를 들면 제1 영역(A1)에 대응하는 헤어핀 형상의 유도 가열 코일에서는 실현될 수 없는 이동식의 부분 가열에 의한 대형 워크의 열처리가 실현 가능해진다. 예를 들면 헤어핀 형상의 유도 가열 코일에서의 평면(단면) 가열에서는 코일 효율이 30~40%로 되지만, 상기 지그재그 형상의 유도 가열 코일에서는 코일 효율이 70%를 넘는다.

또한, 이와 같이 고효율의 가열 코일을 사용하는 것으로, 피처리부(A)가 루프 형상인 경우에 처리 개시단 및 종료단에 있어서 소프트 존이 없는 균일한 열처리가 가능해진다. 이 때문에, 예를 들면 구름 베어링을 워크로 하고, 전동체가 통과하는 궤도면을 피처리부(A)로 했을 경우에, 소프트 존이 없는 균일한 경화층을 형성할 수 있으므로, 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다.

피처리부(A)의 일부에만 대향시키고 상대 이동시키면서 가열 처리를 실시하기 때문에, 피처리부(A) 및 워크(Q1)가 대형이 되는 경우에도 가열 도체부(31)의 사이즈를 작게 억제할 수 있어, 각 가열 장치(10A,10B)를 소형으로 할 수 있다. 이 때문에, 필요한 전력을 낮게 하는 것과 동시에 제조 비용을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 피처리부(A)의 일부에만 대향시키고 상대 이동시키면서 가열 처리를 실시하기 때문에, 원형 등의 곡부를 갖는 부재를 워크로 했을 경우에, 열팽창 등의 요인에 의해 워크가 변형되어도, 용이하게, 적정한 간격 길이를 유지할 수 있다. 예를 들면 원형의 피처리부에 대응하는 고리 형상의 유도 가열 코일을 이용해 일발 가열 방식으로 열처리를 실시하는 경우에는, 열팽창에 의해 워크가 변형되기 때문에, 유도 가열 코일을 미리 크게 설정할 필요가 있으므로, 가열 효율이 나빠지는 문제가 있지만, 본 실시예와 같이 커버율이 작은 경우에는, 워크와의 배치를 조정하는 것만으로 적정한 간격을 유지할 수 있다.

<제2 실시예>

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(2)에 대해 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다. 덧붙여 워크(Q2) 및 가열 도체부(31)의 형상 이외는 상기 제1 실시예와 같기 때문에, 공통되는 설명을 생략한다. 덧붙여 워크(Q2)는 고리 형상의 평면부를 갖는 원통형의 형상으로 되어 있다.

도 10은 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(2)의 배치를 나타내는 평면도이며, 도 11은 같은 유도 가열 담금질 장치(2)의 가열 도체부(31)의 형상을 나타내는 설명도이다.

본 실시예에 있어서, 도 10에 나타낸 바와 같이, 워크(Q2)는, 상하의 단면이 평면상의 원통 형상을 이루어, 이 단면을 피처리부(A)로 했다. 또한, 제1 가열 장치(10A)의 가열 도체부(31)는, 모두 복수의 굴곡부(134,135)가 교대로 대향하는 방향으로 둘레방향(R)을 따라서 복수로 연속해서 배치되는 것과 동시에, 대향하는 굴곡부(134,135)의 사이에 각각 구부려 형성된 도체 부분(136)이 배치되는 지그재그 형상을 이룬다. 복수의 굴곡부(134)는 이동 방향으로 교차하는 방향의 일방측인 외측으로 개구한 굴곡 형상을 이루고, 굴곡부(135)는 타방측인 지름 방향 내측으로 개구한 굴곡 형상을 이룬다.

도 10 및 11에 나타낸 바와 같이, 복수의 도체 부분(136)은 둘레방향(R)에 대하여 교차하여 연장된 것과 동시에, 회전의 중심인 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 둘레방향의 길이가 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성되어 둘레방향에서의 길이가 상기 둘레방향에서의 속도에 대응하도록 형성된다. 도체 부분(136)은 그 연장설치 방향으로 직교하는 단면적 및 단면의 형상을 일정하게 유지한 채로, 축(C1)으로부터 먼 부분의 연장설치 각도가, 축(C1)으로부터 가까운 부분에서의 연장설치 각도에 비해, 둘레방향(R)에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성되는 것으로, 둘레방향의 속도와 길이가 대응하게 된다.

본 실시예에서는, 복수의 도체 부분(136)은 지름 방향에 있어서 3개의 부분으로 구분되어 그 중심선(C2)이 서로 이웃이 되는 부분의 경계에 있어 각각 α1=α2=150도로, 굴곡진다. 이 중심선은 각 부분의 연장설치 방향을 따라서 있다. 지름 방향 내측의 제1 부분(136a)은 둘레방향(R)에 대해 θ1=90도의 각도를 이루고, 중간의 제2 부분(136b)은 둘레방향(R)에 대해 θ2=60도의 각도를 이루도록 경사지며, 가장 외측의 제3 부분(136c)은 둘레방향(R)에 대해 θ3=30도의 각도를 이루도록 경사진다. 즉 θ1＞θ2＞θ3이 된다.

예를 들면 여기에서는, 워크의 가장 내측의 점(P1)과 가장 외측의 점(P3)의 2 개소를 기준으로 하여 길이 설정을 한다. 제1 부분(136a)에 대향하는 피처리부(A1)상의 어느 기준점(P1)의 회전 반경(축심; C1으로부터의 거리)을 r4, 제3 부분(136 c)에 대향하는 피처리부(A1) 상의 어느 기준점(P3)의 회전 반경(축심; C1로부터의 거리)을 r5로 하고, P1에 대향하는 제1 부분(136a)의 둘레방향 길이를 L1, P3에 대향하는 제3 부분(136c)의 둘레방향 길이를 L3으로 하면, 도체 부분(136)은 L1 ： L3 ≒ r4 ： r5로 설정되어 회전 중심인 축(C1)으로부터의 거리와 둘레방향 길이가 대응한다. 이 경우, P1과 P3을 기준으로서 보면, 회전지름에 비례하는 둘레방향 속도에 대해서, 둘레방향 길이(거리)가 반비례하게 되어, 통과에 따른 시간 즉 가열 시간이 일정하게 유지된다. 또한 중간의 제2 부분(136b)의 길이(L2)는, L1과 L3의 사이의 길이가 되도록, L1＜L2＜L3으로 설정했다.

본 실시예에서도 상기 제1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시예의 유도 가열 담금질 장치(2)는, 축(C1)을 중심으로 워크(Q2)가 회전이동했을 경우에 워크(Q2)가 가열 도체부(31)를 가로질러 통과하는 속도가 빨라지는 외주 측에 있어서, 속도가 늦어지는 내측보다, 가열 도체부(31)의 이동 방향의 길이가 커지도록 설정되기 때문에, 통과에 걸리는 시간을 균일화할 수 있어 열처리 시간이 균일화된다.

<제3 실시예>

다음으로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(2)에 대해 도 12를 참조하여 설명한다. 덧붙여 워크(Q3)의 형상과 가열 도체부(31)가 워크(Q3)의 경사면을 따라서 있는 점 이외는 상기 실시예와 같기 때문에, 공통되는 설명을 생략한다.

유도 가열 담금질 장치(2)의 평면도는 도 10과 같고, 가열 도체부(31)의 평면도는 도 11과 같기 때문에 생략한다.

본 실시예에 있어서, 도 12에 나타낸 바와 같이, 워크(Q3)는, 상하의 외주면이 경사진 북(鼓)형상을 이루어, 이 외주면을 피처리부(A)로 한다. 워크(Q3)의 경사진 상외주면을 제1 영역(A1), 경사진 하외주면을 제2 영역(A2)으로 한다. 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(3)는 상면의 제1 영역(A1)을 유도 가열하는 제1 가열 장치(10A)와, 하면의 제2 영역(A2)을 유도 가열하는 제2 가열 장치(10A)를 구비하여 구성된다.

본 실시예의 가열 도체부(31A)는 모두 축방향 및 둘레방향에 대하여 경사지고, 워크(Q3)의 상하의 외주면을 따라 각각 구성된다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 가열 장치(10A)의 가열 도체부(31A)는, 모두 복수의 굴곡부(134,135)가 교대로 대향하는 방향으로 둘레방향(R)을 따라서 복수로 연속해서 배치된 것과 동시에, 대향하는 굴곡부(134,135)의 사이에 각각 구부려지게 형성된 도체 부분(136)이 배치된 지그재그 형상을 이룬다. 복수의 굴곡부(134)는 이동 방향으로 교차하는 방향의 일방측인 외측으로 개구한 굴곡 형상을 이루고, 굴곡부(135)는 타방측인 지름 방향 내측으로 개구한 굴곡 형상을 이룬다. 복수의 도체 부분(136)은 둘레방향(R)에 대하여 교차하여 연장된 것과 동시에, 회전의 중심인 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 둘레방향의 길이가 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성되어 둘레방향에서의 길이가 상기 둘레방향에서의 속도에 대응하도록 형성된다. 도체 부분(136)은 그 연장설치 방향으로 직교하는 단면적 및 단면의 형상을 일정하게 유지한 채로, 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 연장설치 각도가, 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 연장설치 각도에 비해, 둘레방향(R)에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성됨으로써, 둘레방향의 속도와 길이가 대응하게 된다.

본 실시예에서도, 상기 제1 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제4 실시예>

이하, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(3)에 대해 도 13을 참조하여 설명한다. 도 13은 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치의 배치를 나타내는 설명도이다. 덧붙여 워크(Q4)의 형상 이외는 상기 제2 실시예와 같기 때문에, 공통되는 설명을 생략한다. 워크(Q4)는 중공체 형상이며, 축방향 및 둘레방향에 대해 경사진 내주면을 갖는다.

본 실시예의 가열 도체부(31A)는 모두 축방향 및 둘레방향에 대해 경사져 있어, 워크(Q4)의 상하의 내주면을 각각 따라 구성된다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 제1 가열 장치(10A)의 가열 도체부(31A)는, 모두 복수의 굴곡부(134,135)가 교대로 대향하는 방향으로 둘레방향(R)을 따라서 복수로 연속해서 배치된 것과 동시에, 대향하는 굴곡부(134,135)의 사이에 각각 구부러지게 형성된 도체 부분(136)이 배치된 지그재그 형상을 이룬다. 복수의 굴곡부(134)는 이동 방향으로 교차하는 방향의 일방측인 외측으로 개구한 굴곡 형상을 이루고, 굴곡부(135)는 타방측인 지름 방향 내측으로 개구한 굴곡 형상을 이룬다. 복수의 도체 부분(136)은 둘레방향(R)에 대해서 교차하여 연장된 것과 동시에, 회전의 중심인 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 둘레방향의 길이가 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성되어 둘레방향에서의 길이가 상기 둘레방향에서의 속도에 대응하도록 형성된다. 도체 부분(136)은 그 연장설치 방향으로 직교하는 단면적 및 단면의 형상을 일정하게 유지한 채로, 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 연장설치 각도가, 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 연장설치 각도에 비해, 둘레방향(R)에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성됨으로써, 둘레방향의 속도와 길이가 대응하게 된다.

본 실시예에서도, 상기 제1~3 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제5 실시예>

이하, 본 발명의 제5 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(4)에 대해 도 14를 참조하여 설명한다. 덧붙여 워크(Q5)의 형상 및 피처리부(A)가 경사진 점 이외는 상기 제1 실시예와 같기 때문에, 공통되는 설명을 생략한다.

도 14는 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(4)의 배치를 나타내는 측면도이다.

본 실시예에 있어서는, 도 14에 나타낸 바와 같이, 계단식의 단면 사다리꼴 형상의 워크(Q5)의 둘레면을 피처리부(A)로 했다. 축방향 중앙 부분의 외주면을 제1 영역(A1)으로 하고, 축방향 양단에 대해 외측으로 돌출하는 단차 부분의 외주면을 제2 영역(A2)으로 했다.

유도 가열 담금질 장치(4)는, 축방향 중앙 부분의 제1 피처리부(A1)를 유도 가열하는 제1 가열 장치(10A)와, 축방향 양단의 2개소의 제2 피처리부(A2)를 유도 가열하는 제2 가열 장치(10B)를 구비한다. 영역(A1,A2)은 축에 대해 경사진 면을 이루고, 회동의 중심으로부터의 거리가 변화한다. 본 실시예의 가열 도체부(31 A,31 B)는 모두 축방향 및 둘레방향에 대해 경사져 있어, 워크(Q5)의 상하의 외주면을 따라서 구성된다. 가열 도체부(31A)의 형상은 예를 들면 제3 실시예와 같은 가열 도체부(31A)를 이용한다. 즉, 축방향으로 경사하는 것과 동시에, 대향하는 굴곡부(134,135)를 갖는 지그재그 형상이며, 도체 부분(136)은 그 연장설치 방향으로 직교하는 단면적 및 단면의 형상을 일정하게 유지한 채로, 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 연장설치 각도가, 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 연장설치 각도에 비해, 둘레방향(R)에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성된다.

본 실시예에서도, 상기 제1 ~ 4 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

상기 실시예에서는, 곡부로서, 단면 コ자 형의 직사각형으로 굴곡한 굴곡부(34,35)를 예시했지만 이것에 한정되는 것은 아니다.

<제6 실시예>

도 15는, 본 발명의 제6 실시예로서 반원주 형상으로 만곡한 형상의 만곡부(곡부; 34,35)를 갖는 구조의 제1 가열 도체부(31C)를 적용해도 좋다. 본 실시예에서도 상기 제1~5 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제7 실시예>

도 16은 본 발명의 제7 실시예로서, 나타낸 바와 같이 사다리꼴 형상으로 굴곡한 곡부(34,35)를 갖는 구조의 제1 가열 도체부(31D)를 적용해도 좋다. 본 실시예에서도 상기 제15 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또한 이와 같은 굴곡 형상이 아니고, 제1 실시예에 나타내는 지그재그 형상이라도 좋다. 상기 실시예에서는 워크(Q1)를 회전시키는 것으로 상대 이동을 하는 예를 들었지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 가열 도체부(31A,31 B)측을 이동시키는 것으로 상대 이동시켜도 좋다.

<제8 실시예>

상기 제1~5 실시예에서는, 제1 가열 장치(10A) 및 제2가열 장치(10B)를 각각 4개소에 배치했을 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

도 17은 본 발명의 제8 실시예로서, 제1 가열 장치(10A) 및 제2 가열 장치 (10B)를 각각 2개로 배치했을 경우의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 것이다. 본 실시예에서도 상기 제1~5실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제9 실시예>

　도 18은 본 발명의 제9 실시예로서, 제1 가열 장치(10A) 및 제2 가열 장치(10B)를 각각 3개로 배치했을 경우의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 것이다. 본 실시예에서도 상기 제1~5 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제10 실시예>

도 19는, 본 발명의 제10 실시예로서, 제1 가열 장치(10A) 및 제2 가열 장치 (10B)를 각각 5개로 배치했을 경우의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 것이다. 본 실시예에서도 상기 제1~5 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제11 실시예>

도 20은 본 발명의 제11 실시예로서, 제1 가열 장치(10A) 및 제2 가열 장치(10B)를 각각 6개로 배치했을 경우의 위치 관계를 개략적으로 나타낸 것이다. 본 실시예에서도 상기 제1~5 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제12 실시예>

코일 배치는 교대로 배치하거나 대향 배치를 예시했지만, 이것에 한정하는 것이 아니고, 1：3 등, 임의로 배치할 수 있다. 상기 실시예에서는 단차가 1개인 워크(Q1)를 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 2개 이상의 단차를 갖는 워크를 대상으로 했을 경우에도 본 발명은 적용 가능하다.

도 21은 본 발명의 제12 실시예로서, 2단의 단차를 갖는 워크(Q5)를 대상으로 했을 경우에는, 워크의 외주면인 피처리부(A)에 있어서, 단차의 위치에 따라서, 3개의 제1 내지 제 3 영역(A1, A2, A3)을 설정한 것이다. 덧붙여 여기에서는 워크(Q5)는 상하 방향으로 대칭이며 상하에 각각 단차를 가지고 있기 때문에, 제2 영역(A2), 제3 영역(A3)은 축방향에 있어서 2개소에 각각 배치된다. 여기에서는, 3개의 유도 가열 담금질 장치(10A, 10B, 10C)를 이용하여, 영역(A1,A2,A3)에 각각 대향시키도록 가열 도체부(31A, 31B, 31C)를 배치한다. 이 경우에도, 상기 실시예와 같게, 가열 도체부(31A)에 의해 가열되는 제1 가열 영역(P4), 가열 도체부(31B)에 의해 가열되는 제2 가열 영역(P5), 가열 도체부(31C)에 의해 가열되는 제3 가열 영역(P6)이 합쳐지게 구성되는 것으로, 하나의 연속하는 소망한 가열 영역(P7)을 용이하게 처리할 수 있다.

이 밖에도, 워크는 중공에 한정하지 않고, 중심이 채워진 것이라도 좋다.

<제13 실시예>

이하, 본 발명의 제13 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(201; 열처리 장치)에 대해서, 도 22 내지 도 26을 참조하여 설명한다.

도 22는 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 장치(201)의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 설명도이다. 도 22에 나타낸 바와 같이, 유도 가열 담금질 장치(201)는, 고주파 담금질을 실시하는 장치로서, 처리 대상물인 워크(W1)를 이동 가능하게 지지하는 이동 지지부(워크 이동 회전 지지대; 211)와, 워크(W1)의 피처리부(N1)를 유도 가열하는 유도 가열 장치(210; 열처리 장치)와, 피처리부(N1)의 가열 처리 공정 후에 워크(W1)를 냉각하는 냉각부(213; 냉각 수단)를 구비하여 구성된다. 유도 가열 장치(210)에는, 고주파 전원(221)에 접속되는 정합반이 설치된다. 이동 지지부(211)는, 워크(W1)를, 소정 위치에 장착한 상태로, 축(C1)을 중심으로 회전 방향(둘레방향)으로 회전이동시킨다. 이때, 이동 지지부(211)는, 가열 도체부(231)와 워크(W1)와의 사이의 간격 길이(J1)를 소정치로 유지하도록 제어한다. 또한 이동 지지부(211)는, 피처리부(N1)의 주변 전체(전행정;全行程)에 걸쳐서 가열 처리가 종료된 후, 워크(W1)를 냉각부(213)로 이동시킨다. 냉각부(213)는, 가열 처리 종료 후에 워크(W1)를 냉각한다.

도 23 내지 도 26에 나타낸 바와 같이, 유도 가열 장치(210)는, 전력 공급 수단으로서의 고주파 전원(221)과, 고주파 전원(221)에 접속되는 리드선(222,223)과, 리드선(222,223)에 접속되는 한 쌍의 도전판(224,225)을 구비하는 스페이서(228)와, 양단이 한 쌍의 도전판(224,225)에 각각 접속된 유도 가열 코일(226)과 , 유도 가열 코일(226)의 가열 도체부(231)의 이면에 배치된 코어(227; 도 26에만 도시)를 구비하여 구성된다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 처리 대상물의 일례로서의 워크(W1)는 두께 25mm 이상의 두꺼운 부품이며, 예를 들면 여기에서는, 축(C1)을 중심으로 외측 직경 d1=500mm, 내측 직경 d2=250mm, 축방향 길이 h1=100mm의 원통형 부재를 이용한다.

본 실시예에서는, 예를 들면, 워크(W1)의 축방향 일단면인 축(C1)에 직교하는 원통 형상의 평면 영역을 피처리부(N1)로 한다. 피처리부(N1)는, 워크(W1)의 둘레방향을 따라서 연속하는 무단의 루프 형상을 이룬다. 여기에서는, 피처리부(N1)의 일부분에 대향하여 가열 도체부(231)가 배치된 상태로, 이동 지지부(211)에 의해서 워크(W1)가 축(C1)을 중심으로 회전하는 것으로써, 피처리부(N1)가 가열 도체부(31)에 대해서 축(C1)을 중심으로 한 둘레방향(R; 회전 방향)을 따라서 상대 이동하여, 피처리부(N1)를 주변전체에 걸쳐서 열처리하는 경우를 나타낸다.

도 22 및 도 23에 나타낸 바와 같이, 유도 가열 코일(226)은 워크(W1)의 피처리부(N1)의 일부분에 대향하는 지그재그 형상의 가열 도체부(231)와, 가열 도체부(231)의 일단측(231b)으로 연속하는 제1 접속 도체부(232)와, 가열 도체부(231)의 타단측(231a)으로 연속하는 제2 접속 도체부(233)를 연속하게 일체로 구비한다. 제1 접속 도체부(232)는, 가열 도체부(231)의 일단측의 단부(231b)로 연속하게 연장되고, 그 단부에는 냉각액용 호스 등의 부품을 접속하기 위한 커플러(237)가 설치된다. 제2 접속 도체부(233)는, 가열 도체부(231)의 타단측의 단부(231a)로 연속하게 연장되고, 그 단부에는 냉각액용 호스 등의 부품을 접속하기 위한 커플러(237)가 설치된다.

제1 접속 도체부(232)와 제2 접속 도체부(233)는, 스페이서(228)를 사이에 두고 배치된다. 스페이서(228)는, 각각 직사각형의 평판 형상을 이루는 한 쌍의 도전판(224,225)과, 이들 한 쌍의 도전판(224,225)의 사이에 끼워지는 직사각형의 평판 형상의 절연판(238)이 겹쳐서 배치된 것과 동시에, 이들 도전판(224,225) 및 절연판(238)이 절연 부시(239)를 사이에 두고 볼트(241) 및 너트(242)에 의해 고정되어 이루어진다. 각 도전판(224,225)은 리드선(222,223)을 개입시켜 고주파 전원(221)에 접속된다.

도 23 내지 도 25에 나타낸 바와 같이, 가열 도체부(231)는 복수의 굴곡부 (234,235)가 교대로 대향하는 방향으로 둘레방향(R)을 따라서 복수로 연속해서 배치된 것과 동시에, 대향하는 굴곡부(234,235)의 사이에 각각 구부려지게 형성된 도체 부분(236)이 배치된 지그재그 형상을 이룬다. 복수의 굴곡부(234)는 이동 방향으로 교차하는 방향의 일방측인 외측으로 개구한 굴곡 형상을 이루고, 굴곡부(35)는 타방측인 지름 방향 내측으로 개구한 굴곡 형상을 이룬다.

복수의 굴곡부(234,235) 및, 이들을 연결하는 복수의 도체 부분(236)이 연속하게 구성된 가열 도체부(231)의 둘레방향(R)의 길이는, 예를 들면 피처리부(N1)의 주변 전체에 대한 가열 도체부(231)의 둘레방향(R)의 길이의 비율인 커버율이 1/3이며, 중심각β1=120도로 설정된다.

복수의 도체 부분(236)은 둘레방향(R)에 대해서 교차하여 연장된 것과 동시에, 회전의 중심인 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 둘레방향의 길이가 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성되어 둘레방향에서의 길이가 상기 둘레방향에서의 속도에 대응하도록 형성된다. 도체 부분 (236)은 이 연장설치 방향으로 직교하는 단면적 및 단면의 형상을 일정하게 유지한 채로, 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 연장설치 각도가, 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 연장설치 각도에 비해, 둘레방향(R)에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성됨으로써, 둘레방향의 속도와 길이가 대응하게 된다.

본 실시예에서는, 도 25에 나타낸 바와 같이, 복수의 도체 부분(236)은 지름 방향에 있어서 3개의 부분으로 구분되어, 그 중심선(C2)이 서로 이웃된 부분의 경계에 있어 각각α1=α2=150도로, 굴곡한다. 이 중심선은 각 부분의 연장설치 방향을 따라서 있다. 지름 방향 내측의 제1 부분(236a)은 둘레방향(R)에 대해서 θ1=90도의 각도를 이루고, 중간의 제2 부분(236b)은 둘레방향(R)에 대해서 θ2=60도의 각도를 이루도록 경사지고, 가장 외측의 제3 부분(236c)은 둘레방향(R)에 대해서 θ3=30도의 각도를 이루도록 경사진다. 즉 θ1＞θ2＞θ3이 된다.

예를 들면 여기에서는, 워크의 가장 내측의 점(P1)과, 가장 외측의 점(P3)의 2개소를 기준으로서 길이 설정을 한다. 제1 부분(236a)에 대향하는 피처리부(N1) 상의 어느 기준점(P1)의 회전 반경(축심; C1로부터의 거리) r1=250mm, 제3 부분(236c)에 대향하는 피처리부(N1) 상의 어느 기준점(P3)의 회전 반경(축심; C1로부터의 거리) r3=500mm이며, P1에 대향하는 제1 부분(236a)의 둘레방향 길이 M1=15mm, P3에 대향하는 제3 부분(236c)의 둘레방향 길이 M3=30mm로 한다. 즉, 도체 부분(236)은 M1：M3≒r1：r3가 되어 회전 중심인 축(C1)으로부터의 거리와 둘레방향 길이가 대응한다. 이 때문에, P1와 P3를 기준으로 보면, 회전 반경에 비례하는 둘레방향 속도에 대해서, 둘레방향 길이(거리)가 반비례하게 되어, 통과에 따른 시간 즉 가열 시간이 일정하게 유지된다. 또한 중간의 제2 부분(236b)의 길이(M2)는, M1와 M3의 사이의 길이가 되도록, M1＜M2＜M3로 설정한다.

즉, 축(C1)을 중심으로 워크(W1)가 회전이동했을 경우에 피처리부(N1)는 가열 도체부(231)를 가로질러 통과하는 속도가 빨라지는 외주 측에 있어서, 속도가 늦어지는 내측보다, 가열 도체부(231)의 이동 방향의 길이가 커지도록 설정되기 때문에, 가열 시간을 동일하게 할 수 있다.

도 26에 단면을 나타낸 바와 같이, 유도 가열 코일(226)은 구리 등의 재질로부터 예를 들면 직사각형의 중공 형상으로 형성된다. 이 중공부분(226a)은 냉각액이 유통하는 통로가 된다. 코어(227)는, 규소 강판, 폴리 아이언 코어, 페로톤 등의 고투자율을 갖는 재료로 이루어져, 가열 도체부(231)의 이면에 배치된다. 코어(227)는, 가열 도체부(231)의 양측부 및 후방의 벽부를 일체로 구비하는 단면 コ 자 형으로 이루어진다.

이하, 본 실시예에 따른 유도 가열 담금질 방법(열처리 방법)에 대해 설명한다. 본 실시예의 유도 가열 담금질 방법은 피처리부(N1)를 가열하면서 상대 이동시키는 이동 가열 공정과, 이동 가열 공정 후에 피처리부(N1)를 냉각하는 냉각 공정으로 구성된다.

이동 가열 공정에서는, 도 22 내지 도 25에 나타낸 바와 같이 피처리부(N1)중 일부에 가열 도체부(231)를 대향시킨 상태로, 고주파 전원(221)을 ON 상태로 하면, 고주파 전류가, 리드선(222), 제1 도전판(224), 제1 접속 도체부(232), 가열 도체부(231), 제2 접속 도체부(233), 제2 도전판(225), 및 리드선(223)을 차례로 거쳐, 고주파 전원(221)으로 돌아온다.

가열 도체부(231)에서 고주파 전류는 도면 중에 화살표로 나타낸 바와 같이 일단(231b) 측으로부터 타단(231a) 측으로 향하고, 굴곡부(234), 도체 부분(236) 및 굴곡부(235)를 거쳐 흘러 가열 도체부(231)의 표면에 유도 전류가 발생하여, 대향 배치된 피처리부(N1)가 유도 가열된다.

이동 지지부(211)에 의해, 워크(W1)의 피처리부(N1)의 표면과 가열 도체부 (231)의 표면과의 사이의 간격 길이(J1)를 소정치로 유지한 상태로, 워크(W1)를 회전함으로써, 피처리부(N1)를 가열 도체부(231)에 대해서 둘레방향으로 소정의 속도로 상대 이동시킨다.

예를 들면 여기에서는, 전력을 100~150kW, 간격 길이 J1=2.5mm를 유지하면서, 200~300mm/sec의 속도로 상대 이동시킨다. 워크(W1)가 회전함으로써, 가열 도체부(231)에 대향 배치된 워크(W1)의 단면의 고리 형상의 영역인 피처리부(N1) 전역이 균일하게 가열된다.

여기서, 도체 부분(236)의 기준점(P1, P2, P3)에 있어서의 열처리의 정도를 생각하면, 기준점(P1, P2, P3)은 원주 속도가 달라도, 대향하는 피처리부(N1)를 통과하는데 걸리는 시간은 일정하게 유지된다. 이 때문에, 피처리부(N1)에 시행되는 가열의 정도가 균일하게 된다.

다음으로, 피처리부의 둘레방향(R)에 있어서의 전행정에 대한 이동 가열 공정 후에, 이동 지지부(211)는, 워크(W1)를 축방향을 따라서 하부의 냉각부(213)로 이동시킨다. 냉각부(213)는 냉각 쟈켓에 둘러싸인 냉각 영역인 공간(213a)에 배치된 워크(W1)를 냉각액으로 냉각한다(냉각 공정).

또한, 유도 가열 코일(226)의 내측의 중공부분(226a)을 통해, 제1 접속 도체부(232), 가열 도체부(231), 제2 접속 도체부(233)의 중공부분(226a)을 경유하여 냉각액이 흐름으로써, 유도 가열 코일(226) 및 도전판(224,225)이 냉각된다.

본 실시예에 따른 유도 가열 코일, 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가열 도체부(231)의 도체 부분(236)을, 둘레방향의 길이를 축(C1)으로부터의 거리와 대응하도록 변화시킨 것에 의해, 통과에 따른 시간이 일정하게 유지되기 때문에, 가열 시간이 균일화된다. 이 때문에, 회전에 의해 부분마다의 이동 속도가 다른 경우에도 균일한 처리를 실현할 수 있다. 또한, 단면적은 일정하게 원주 속도에 대응하는 각도로 구부려지게 형성될 만큼의 간단한 구성으로, 열처리 조건이 복잡화되지 않고, 가열 온도의 균일화를 용이하게 실현하는 것이 가능하다.

가열 도체부(231)를, 대향 배치된 복수의 곡부를 연속해 갖는 지그재그 형상으로 한 것에 의해, 강자계를 확보할 수 있는 것과 동시에, 양호한 온도 패턴을 얻을 수 있다. 이 때문에, 적은 전력으로, 고속이면서 균일한 열처리가 가능해진다. 본 실시예에 따른 지그재그 형상의 가열 도체부(231)를 이용했을 경우에는, 전력 100kW로 하고, 피처리부(N1)의 표면의 도달 온도 850도로 하는 경우에 200~300mm/sec의 속도로 하여, 가열 시간=300s로 실현될 수 있다. 이 때문에, 워크의 직경이 3.5m정도의 대형인 경우에도, 커버율을 1/3 정도로 하여 A3 변태점을 초과하는 가열이 실현 가능해진다.

지그재그 형상의 가열 도체부(231)를 갖는 유도 가열 코일(226)을 이용하는 것으로, 예를 들면 평판형의 유도 가열 코일에서는 실현될 수 없는 이동식의 부분 가열에 의한 대형 워크의 열처리가 실현 가능해진다. 또한, 이와 같이 처리 속도를 빨리 할 수 있기 때문에, 최초에 피처리부(N1) 전체를 이동하면서 가열 처리한 후에, 냉각하는 순서로 처리하는 것이 가능해진다. 이 때문에, 부분 가열일지라도, 피처리부(N1)가 루프 형태인 경우에도 처리 개시단 및 종료단에서 소프트존이 없는 균일한 열처리가 가능해진다.

피처리부(N1)의 일부에만 대향시켜 상대 이동시키면서 가열 처리를 실시함으로써, 피처리부(N1) 및 워크(W1)가 대형이 되는 경우에도 가열 도체부(231)의 사이즈를 작게 억제할 수 있어, 유도 가열 장치(210) 전체를 소형으로 할 수 있다. 이 때문에, 필요한 전력을 낮게 하는 것과 동시에 제조비용을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 피처리부(N1)의 일부에만 대향시켜 상대 이동시키면서 가열 처리를 실시함으로써, 열팽창 등의 요인에 의해 워크가 변형해도, 용이하게, 적정한 간격 길이를 유지할 수 있다. 예를 들면 원형의 피처리부에 대응하는 고리 형상의 유도 가열 코일을 이용해 일발 가열 방식으로 열처리를 실시하는 경우에는, 열팽창에 의해 워크가 변형되기 때문에, 유도 가열 코일을 미리 크게 설정할 필요가 있으므로 가열 효율이 나빠지는 문제가 있지만, 본 실시예와 같이 커버율이 작은 경우에는, 워크와의 배치를 조정하는 것만으로 적정한 간격을 유지할 수 있다.

<제14 실시예>

이하, 본 발명의 제14 실시예에 따른 유도 가열 장치(210)에 대해 도 27 내지 30을 참조하여 설명한다. 덧붙여 피처리부(N2) 및 가열 도체부(331)가 축(C1)에 대해서 경사진 점 이외는 상기 제13 실시예와 같기 때문에, 공통되는 설명을 생략 한다.

도 27은 본 실시예에 따른 유도 가열 장치(210)의 가열 도체부(331) 및 워크 (W2)의 구성을 나타내는 사시도이며, 도 28은 평면도, 도 29는 측면도, 도 30은 일부를 나타내는 설명도이다.

이 실시예에 있어서, 워크(W2)는, 내부가 채워진 절두체 형상으로, 그 축방향 일단측의 면인 피처리부(N2)는 축방향 및 지름 방향에 대해 경사진다. 즉, 제1 실시예에서는 피처리부(N1)는, 축에 직교하는 평면상의 면이지만, 이 제14 실시에서는 피처리부(N2)가 축에 경사진 경사면을 이룬다.

가열 도체부(331)는, 기본적인 구성이 제1 실시예의 가열 도체부(231)와 같고, 복수의 굴곡부(334,335) 및 이들을 연결하는 복수의 도체 부분(336)이 연속되게 구성된다. 복수의 도체 부분(336)은 둘레방향(R)에 대해서 교차하여 연장된 것과 동시에, 회전의 중심인 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 둘레방향의 길이가 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성되어 둘레방향에서의 길이가 상기 둘레방향에서의 속도에 대응하도록 형성된다. 도체 부분(336)은 그 단면적을 일정하게 한 채로, 축(C1)으로부터 먼 부분에 있어서의 연장설치 각도가, 축(C1)으로부터 가까운 부분에 있어서의 연장설치 각도에 비해, 둘레방향(R)에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성되는 것으로, 둘레방향의 속도와 길이가 대응하게 된다.

예를 들면 여기에서는, 도 30에 나타낸 바와 같이, 굴곡각α3 = α4 = 150도, θ4 = 90도, θ5 = 60도, θ6 = 30도로 하고, 제1 부분(336a)에 대향하는 피처리부(N2) 상의 기준점(P4)의 회전 반경(r1), 제3 부분(336c)에 대향하는 기준점(P6)의 회전 반경(r3), 제1 부분(336a)의 둘레방향 길이(M4), 및 제3 부분(336c)의 둘레방향 길이(M6)의 관계는, r1：r3 ≒ M4：M6가 되도록 설정한다. 즉, 축(C1)으로부터의 거리와 둘레방향 길이가 대응하도록 변화시켜, 이동 속도와 이동 방향의 길이를 대응시킨다.

본 실시예에서도, 상기 제13 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

예를 들면, 상기 실시예에서는 상대적으로 이동하는 예로서 워크(W1)를 회전시키는 것으로 상대 이동을 하는 예를 들었지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 가열 도체부(231) 측을 둘레방향(R)을 따르는 소정의 궤적으로 이동시키는 것으로 상대 이동시켜도 좋다.

<제15 실시예>

상기 실시예에서는, 1개의 피처리부(N1,N2)에 대해서 가열 도체부(231,331)를 1개소에만 배치했을 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 둘레방향(R)을 따라서 등간격으로 복수의 유도 가열 장치(210)를 배치해도 좋다.

도 31은 본 발명의 제15 실시예를 나타낸다. 즉, 2개의 유도 가열 장치(210)를 설치하는 경우에는, 유도 가열 담금질 장치(202)와 같이 서로 대향하도록 중심각 180도의 위치에 2개의 유도 가열 장치(210)를 배치한다. 또한, 3개의 경우에는 중심각 120도의 위치에 설치한다. 이와 같이 복수의 유도 가열 장치(210)을 이용하면 1개의 가열 도체부의 커버율을 작게 할 수 있는 것과 동시에, 처리 시간을 단축해 가열 처리를 빨리 완료할 수 있기 때문에, 특히 워크의 사이즈가 큰 경우에 매우 적합하다.

상술한 실시예에서는, 피처리부(N1,N2)는 평면상 또는 경사진 고리 형상의 면을 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 원형 형상이나, 이외의 오목부나 단차를 갖는 형상에도 적용 가능하다. 또한, 상기 제14 실시예에서는 내부가 채워진 절두체 형상를 예시했지만, 중공이라도 좋다.

상기 실시예에서는, 곡부의 단부가 직사각형으로 굴곡진 굴곡부를 예시했지만 이것에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 반원형상으로 만곡한 형상의 만곡부를 갖는 구조라도 좋다.

또한, 축방향에서의 일단면에만 적용하는 경우를 예시했지만, 축방향 양단면이 원형인 평면 또는 경사면을 이루는 경우에, 그 양단면에 적용하는 것도 가능하다.

<제16 실시예>

상기 실시예에서는, 지름 방향에 있어서 3개의 부분으로 구분하여 설정했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 2 또는 4 이상으로 구분해도 좋다.

도 32는, 본 발명의 제16 실시예를 나타낸다. 예를 들면 도 32에 나타낸 도체 부분(346)과 같이 4개 이상의 부분(346a, 346b, 346c, 346d)을 설정하여 세세하게 단락지어 둘레방향 속도와 둘레방향 길이를 대응시켜도 좋다.

<제17 실시예>

도 33은 본 발명의 제17 실시예를 나타낸다. 도 33에 나타낸 도체 부분(356)과 같이, 지름 방향 외측이 됨에 따라 점차 각도가 커지도록 매끄럽게 만곡시켜, 둘레방향 속도와 둘레방향 길이를 대응시켜도 좋다. 도체 부분(346) 및 도체 부분(356)은 모두, 도면 중 점선으로 표시한 연장 설치 방향(C3,C4)에 직교하는 길이(파단선 화살표)는 일정하게 하여 단면적을 같게 한 채로, 이동 방향(R)의 길이(실선 화살표)를, 이동 방향(R)의 속도에 대응하도록 변화시킨다. 또한, 지름 방향에서의 구분은 등분이어도 좋다.

또한 회전 중심으로부터의 거리와 둘레방향 길이가 대응하는 예로서 회전 중심으로부터의 거리와 둘레방향 길이가 비례하는 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 반드시 엄밀하게 비례하지 않은 경우에도, 본 발명이 적용 가능하다.

<제18 실시예>

도 34는 본 실시예에 따른 열처리 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 설명도이다. 도 35 내지 도 37은 각각, 열처리 장치의 평면도, 측면도, 정면도를 나타낸다.

도 34에 나타낸 바와 같이, 열처리 장치(410)는, 처리 대상물인 워크(E1)를 이동 가능하게 지지하는 이동 지지부(411)와, 워크(E1)의 피처리부(U1)에 대해서 상대적으로 이동하면서 피처리부(U1)를 유도 가열하는 유도 가열부(412)와, 피처리부 (U1)의 가열 처리 공정 후에 워크(E1)를 냉각하는 냉각부(413; 냉각 수단)를 구비하여 구성된다.

도 35 내지 도 38에 나타낸 바와 같이, 유도 가열부(412)는, 전원 공급 수단으로서의 고주파 전원(421)과, 고주파 전원(421)에 접속되는 리드선(422,423)과, 리드선(422,423)에 접속된 한 쌍의 도전판(424,425)를 구비한 스페이서(428)와, 양단이 한 쌍의 도전판(424,425)에 각각 접속된 유도 가열 코일(426)과, 유도 가열 코일(426)의 가열 도체부(431)의 이면에 배치된 코어(427; 도 35 및 도 38에만 도시)를 구비하여 구성된다.

도 34에 나타낸 처리 대상물의 일 예로서의 워크(E1)는 두께 25mm이상의 두꺼운 부품(두꺼운 부분)이며, 예를 들면 여기에서는, 축심(C1)을 중심으로하여 외측 반경 r1=250mm, 내측 반경 r2=200mm, 두께 길이 t1=50mm, 축방향(제1 방향) 길이 S1=100mm의 원통형 부재를 이용한다. 워크(E1)의 피처리부(U1)에 있어서의 일부분에 대향하고, 소정의 간격 길이(K1)를 확보하고, 가열 도체부(431)가 배치된다.

본 실시예에서는, 예를 들면, 워크(E1)의 외주면의 축방향 중앙 부분의 원형의 띠 형상의 영역을 피처리부(U1)로 하여, 두꺼운 부분인 이 피처리부(U1)를 사방에 걸쳐서 열처리하는 경우를 나타낸다. 이 실시예에서는, 워크(E1)의 축방향인 Z방향이 제1 방향이 되고, 축심(C1)을 중심으로 워크(E1)의 외주면을 따르는 둘레방향(R)이 제2 방향이 된다. 여기에서는 둘레방향(R)의 반경 길이는 워크 외주면의 반경 길이(r1)에, 간격 길이(K1)를 더한 값이며, r1＋K1이 된다.

피처리부(U1)는, 워크(E1)의 외주면에 있어 둘레방향을 따라서 연속하는 무단의 루프 형상을 이룬다. 이동 지지부(411)에 의해서, 워크(E1)가 축심(C1)을 중심으로 회전하는 것으로, 피처리부(U1)와 가열 도체부(431)가 둘레방향(R)을 따라서 상대 이동하게 된다.

도 35 내지 도 37에 나타낸 바와 같이, 유도 가열 코일(426)은 워크(E1)의 피처리부(U1)에 대향하는 지그재그 형상의 가열 도체부(431)와, 가열 도체부(431)의 일단측(431a)으로 연속하는 제1 접속 도체부(432)와, 가열 도체부(431)의 타단측(431b)으로 연속하는 제2 접속 도체부(433)를 연속하게 일체로 구비한다.

도 37에 나타낸 바와 같이, 가열 도체부(431)는, 도체 부재(431w)에 의해 형성되어 복수의 コ자 형의 굴곡부(434,435)가 Z방향에서의 중앙(C2)으로 개구하고, 교대로 대향하는 방향으로, 둘레방향(R)을 따라서 복수로 연속해서 배치된 지그재그 형상을 이룬다. 굴곡부(434)는 하향으로 개구한 コ자 형상을 이루고, 굴곡부(435)는 상향으로 개구한 コ 자 형상을 이룬다.

가열 도체부(431)의 제2 방향의 전체 길이(R2)는, 가열 도체부(431)에 대향하는 피처리부(U1)의 제2 방향의 전체 둘레의 길이의 1/10 이상, 1/2 이하이다. 피처리부(U1)에 대한 가열 도체부(431)의 제2 방향의 길이의 비율인 커버율은 여기에서는 1/10 정도가 되도록 설정된다.

또한, 서로 이웃하는 도체 부재(431w)의 간격인 R5는 도체 부재(431w)의 폭인 R4의 길이의 1배 이상, 또한, 2배 이하로 설정한다. 서로 이웃하는 도체 부재(431w)의 간격이 도체 부재(431w)의 폭 길이의 1배 이하라면 이웃끼리의 전류가 역방향이므로 자속을 서로 상쇄시켜 버리고, 2배보다 크면 너무 떨어져서 가열 효율이 나빠지기 때문이다. 본 실시예에서는, 도 37 중의 R4=15mm, R5=20mm로 길이 설정된다.

제1 접속 도체부(432)는, 가열 도체부(431)의 일단측(431a)의 단부로부터 Y방향으로 연장된 도체부(432a)와, 도체부(432a)의 단부로부터 굴곡하여 X방향을 따라서 도전판(424)의 폭방향 중앙 측으로 연장된 도체부(432b)와, 도전판(424)의 중앙에서 굴곡하여 Y방향으로 연장된 도체부(432c)와, 더욱 굴곡하여 Z방향으로 연장된 도체부(432d)를 연속하게 일체로 구비하여 구성된다. 제1 접속 도체부(432)의 단부에는 냉각액용 호스 등의 부품을 접속하기 위한 커플러(436)가 설치된다.

제2 접속 도체부(433)는, 가열 도체부(431)의 타단측(431b)의 단부로부터 Y방향으로 연장된 도체부(433a)와, 도체부(433a)의 단부로부터 굴곡져 X방향을 따라서 도전판(425)의 폭방향 중앙 측으로 연장된 도체부(433b)와, 도전판(425)의 중앙에서 굴곡져 Y방향으로 연장된 도체부(433c)와, 마찬가지로 굴곡져 Z방향으로 연장된 도체부(433d)를 연속하게 일체로 구비하여 구성된다. 제2 접속 도체부(433)의 단부에는 냉각액용 호스 등의 부품을 접속하기 위한 커플러(437)가 설치된다.

제1 접속 도체부(432)와 제2 접속 도체부(433)는, 스페이서(428)를 사이에 두고 두께(Z축) 방향으로 이간하여 배치된다. 스페이서(428)는, 각각 직사각형의 평판형을 이루는 한 쌍의 도전판(424,425)과, 이들 한 쌍의 도전판(424,425)의 사이에 끼워지는 직사각형의 평판형의 절연판(438)이 Z방향으로 겹쳐서 배치된 것과 동시에, 이들 도전판(424,425) 및 절연판(438)이 절연 부시(439)를 사이에 두고 볼트(441) 및 너트(442)에 의해 고정되어 이루어진다. 각 도전판(424,425)은 리드선(422,423)을 개입시켜 고주파 전원(421)에 접속된다.

도 38에 단면을 나타낸 바와 같이, 유도 가열 코일(426)은 구리 등의 재질로부터 예를 들면 직사각형의 중공형상으로 형성된다. 이 중공 부분(426a)은 냉각액이 유통하는 통로가 된다. 유도 가열 코일(426)의 폭길이 W1=15mm로 하고, Y방향의 두께 길이 T1=10mm로 한다.

코어(427)는, 규소 강판, 폴리 아이언 코어, 페로톤 등의 고투자율을 갖는 재료로 이루어져, 가열 도체부(431)의 이면에 배치된다. 코어(427)는, 두께 T2=5mm정도를 가지고, 가열 도체부(431)의 양측부 및 후방의 벽부를 일체로 구비하는 단면 コ 자 형으로 형성된다.

도 34에 나타낸 이동 지지부(411)는, 워크(E1)를, 소정 위치에 장착한 상태로, 축심(C1)을 중심으로 회전이동시킨다. 이때, 이동 지지부(411)는, 가열 도체부(431)와 워크(E1)의 사이의 간격 길이(K1)를 소정치로 유지하도록 제어한다. 또한 이동 지지부(411)는, 피처리부(U1)의 둘레 전체(전행정)에 걸쳐서 가열 처리가 종료된 후, 워크(E1)를 축방향을 따라서 하방의 냉각부(413)로 이동시킨다.

가열 코일(426)의 하부에 설치된 냉각부(413)는, 가열 처리 후에 하방으로 이동한 워크(E1)의 외측을 둘러싸도록 관 형상으로 구성되어 내측 공간(413a)에 배치된 워크(E1)를 냉각한다.

이하, 본 실시예에 따른 열처리 방법에 대해 설명한다. 본 실시예의 열처리 방법은 피처리부(U1)를 가열하면서 상대 이동시키는 이동 가열 공정과, 이동 가열 공정 후에 피처리부(U1)를 냉각하는 냉각 공정으로 구성된다.

이동 가열 공정에서, 도 34 내지 도 37에 나타낸 바와 같이 피처리부(U1) 중 일부에 가열 도체부(431)를 대향시킨 상태로, 고주파 전원(421)을 ON 상태로 하면, 고주파 전류가, 리드선(422), 제1 도전판(424), 제1 접속 도체부(432), 가열 도체부(431), 제2 접속 도체부(433), 제2 도전판(425), 및 리드선(423)을 차례로 거쳐, 고주파 전원(421)으로 돌아온다.

이때, 가열 도체부(431)에 있어서 고주파 전류는 도 35 내지 도 37 중에 화살표로 표시한 바와 같이 일단(431a) 측으로부터 타단(431b) 측으로 흘러, 가열 도체부(431)의 표면에 유도 전류가 발생하여, 대향 배치된 피처리부(U1)가 가열된다.

이때, 이동 지지부(411)에 의해, 워크(E1)의 피처리부(U1)의 표면과 가열 도체부(431)의 표면과의 사이의 간격 길이(K1)를 소정치로 유지한 상태로, 워크(E1)를 회전시킴으로써, 피처리부(U1)에 대해서 가열 도체부(431)가 제2 방향으로 소정의 속도로 상대 이동한다.

예를 들면 여기에서는, 전력을 100~150kW, 간격 길이 K1=2.5mm를 유지하면서, 200~300mm/sec의 속도로 상대 이동시킨다.

이상에 의해, 가열 도체부(431)에 대향 배치된 워크(E1)의 외주면의 띠 형상의 영역인 피처리부(U1) 전역이 균일하게 가열된다.

피처리부(U1)의 둘레 전체에 걸쳐서 가열 처리가 종료된 후, 이동 지지부 (411)는, 워크(E1)를, Z방향을 따라서 하방의 냉각부(413)로 이동시킨다. 냉각부 (413)는 냉각 쟈켓에 둘러싸인 냉각 영역인 공간(413a)에 배치된 워크(E1)를 냉각액으로 냉각한다.

또한 유도 가열 코일(426)의 내측의 중공 부분(426a)을 통해, 제1 접속 도체부(432), 가열 도체부(431), 제2 접속 도체부(433)의 중공 부분(426a)을 경유해 냉각액이 흐르는 것으로, 유도 가열 코일(426) 및 도전판(424,425)이 냉각된다.

본 실시예에 따른 유도 가열 코일, 열처리 장치 및 열처리 방법에 의하면, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 가열 도체부(431)를, 복수의 곡부를 연속하게 갖는 지그재그 형상으로 한 것에 의해, 강자계를 확보할 수 있는 것과 동시에, 양호한 온도 패턴을 얻을 수 있다. 이 때문에, 적은 전력으로, 고속이면서 균일한 열처리가 가능해진다.

예를 들면 헤어핀 형상의 코일을 이용했을 경우는 코일 효율이 30% 정도인데 반해, 본 실시예와 같은 지그재그 형상으로 했을 경우에는 70% 정도의 코일 효율을 확보할 수 있다.

또한 서로 이웃된 도체 부재(431w)의 간격은 가열 도체부(431)의 도체 부재 (431w)의 폭길이의 1배 이상, 2배 이하로 설정하는 것으로, 자속의 상쇄를 방지할 수 있어, 코일의 자기 손실을 저감하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따른 지그재그 형상의 가열 도체부(431)를 이용했을 경우에는, 전력 100kW로 하고 피처리부(U1)의 표면의 도달 온도 850도로 하는 경우에는 200~300mm/sec의 속도로 하여, 가열 시간=300s로 실현될 수 있다. 즉, 지그재그 형상의 가열 도체부(431)를 갖는 유도 가열 코일(426)을 이용하는 것으로, 예를 들면 평판형상의 유도 가열 코일에서는 실현될 수 없는 이동식의 부분 가열에 의한 대형 워크의 열처리가 실현 가능해진다.

또한, 부분 가열이어도, 피처리부(U1)가 루프 형상인 경우에 처리 개시단 및 종료단에서 소프트 존이 없는 균일한 열처리가 가능해진다.

이 때문에, 예를 들면 구름 베어링을 워크로 하고, 전동체가 통과하는 궤도면을 피처리부(U1)로 했을 경우에, 소프트 존이 없는 균일한 경화층을 형성할 수 있으므로, 특히 양호한 특성을 얻을 수 있다.

피처리부(U1)의 일부에만 대향시켜 상대 이동시키면서 가열 처리를 실시하는 것으로 했으므로, 피처리부(U1) 및 워크(E1)가 대형이 되는 경우에는 복수로 배치하는 것으로, 가열 도체부(431)의 사이즈를 작게 억제할 수 있어 열처리 장치(410)를 소형으로 할 수 있다. 이 때문에, 필요한 전력을 낮게 하는 것과 동시에 제조 비용을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 피처리부(U1)의 일부에만 대향시켜 상대 이동시키면서 가열 처리를 실시했으므로, 원형 등의 곡부를 갖는 부재를 워크로 했을 경우에, 유도 가열시의 열팽창 등의 요인에 의해 워크가 변형해도, 용이하게, 적정한 간격 길이를 유지할 수 있다. 예를 들면 원형의 피처리부에 대응하는 고리 형상의 유도 가열 코일을 이용하여 일발 가열 방식으로 열처리를 실시하는 경우에는, 열팽창에 의해 워크가 변형되기 때문에, 유도 가열 코일을 미리 크게 설정할 필요가 있으므로, 가열 효율이 나빠지는 문제가 있지만, 본 실시예와 같이 커버율이 작은 경우에는, 워크와의 배치를 조정하는 것만으로 적정한 간격을 유지할 수 있다.

아울러 워크의 두께 25mm이상의 부분를 두꺼운 부품(두꺼운 부분)으로 한다.

예를 들면, 상기 실시예에서는 워크(E1)를 회전시키는 것으로 상대 이동을 하는 예를 들었지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 유도 가열부(412) 측을 제2 방향을 따르는 소정의 궤적으로 이동시키는 것으로 상대 이동시켜도 좋다. 굴곡부(434,435)를 각각 2개씩 배치했지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 1개 또는 3개 이상이어도 좋고, 굴곡부(434)와 굴곡부(435)의 수가 차이가 나도 좋다.

상기 실시예에서는, 1개의 피처리부(U1)에 대해서 1개의 유도 가열부(412)를 1개소에만 배치했을 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 제2 방향을 따라서 복수의 유도 가열부(412)를 배치해도 좋다.

<제19 실시예>

예를 들면 2개의 유도 가열부(412)를 설치하는 경우에는, 도 39에 나타내듯이 서로 대향하도록 중심각이 180도 어긋난 위치에 2개의 유도 가열 코일(426)을 배치하고, 3개의 경우에는 중심각을 120도로 한다.

<제20 실시예>

상술한 실시예에서는, 가열 도체부(431)는 평면으로 볼 때 중앙이 양단보다 돌출하도록 만곡한 구성으로 했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 워크의 형상에 따라 적당한 변경이 가능하다. 도 40은 본 발명의 제20 실시예를 나타낸다. 원형의 워크(E2)의 내주면을 피처리부(U2)로 하는 경우에는, 가열 도체부(431)는 양단 부분이 중앙측보다 돌출하도록 상기와는 역방향으로 만곡한 구성으로 한다.

<제21 실시예>

도 41은 본 발명의 제21 실시예를 나타낸다. 워크(E3)의 평면을 피처리부 (U3)로 하는 경우에는, 가열 도체부(431)는 평면으로 볼 때 직선 형상이 되도록 구성한다. 아울러 이 경우에는 직선 형상의 X방향이 제2 방향이 된다. 이러한 경우에도 상기 실시예와 같은 효과를 얻을 수 있다.

<제22 실시예>

도 42는, 본 발명의 제22 실시예를 나타낸다. 상기 실시예에서는, 곡부로서 コ자 형의 직사각형으로 굴곡진 굴곡부(434,435)를 예시했지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 도 42에 나타낸 바와 같이, 반원형으로 만곡한 형상의 만곡부(534,535)를 갖는 구조라도 좋다. 이 경우에는, 제1 방향의 중앙(C2)에 집중하는 온도 패턴으로 가열된다. 이 때문에, 예를 들면 중앙(C2)측의 가열 온도를 높이고자 하는 경우에 적합하다.

상기 실시예에서는, 두께가 균일한 원호 형상의 면을 피처리부(U1)로 했을 경우를 예시했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 피처리부의 표면이 경사져도 좋고, 오목부 등의 단차 부분을 가져도 좋다.

상기 실시예에서는, 워크의 반경이 250mm정도로 커버율이 1/10 정도인 경우에 대해 예시했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 커버율의 범위는 워크의 지름 등의 조건에 따라 적당히 변경이 가능하고, 예를 들면 1/10배 이상, 1/2배 이하, 1/10 ~ 1/3의 커버율이 바람직하다. 1/10 미만으로는 충분한 가열을 할 수 없다. 1/2를 초과하면, 가열시의 워크 팽창으로 코일을 추종시키는 것이 어렵다. 또한, 설비비용도 비싸진다.

본 발명의 다른 실시예로서, 예를 들면 피처리부(U1)의 길이를, 워크의 외경 r1=φ1000mm, 높이 S1=110mm로 설정했을 경우에는, 피처리부(U1)에 대향하여 2개소에 가열 도체부(431)를 설치하고, 2개소의 가열 도체부(431)의 합계의 둘레방향의 길이를 600mm로 하고, 커버율을 1/5 정도로 했다. 이 경우에는, 열처리 조건이, 전력 140kW, 가열 시간=310s로, 피처리부(U1)의 표면의 도달 온도를 900도로 하여 열처리가 실현될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예로서 예를 들면 피처리부(U1)의 길이를, 워크의 외경 r1=φ3000mm, 높이 S1=135mm로 했을 경우에는, 피처리부(U1)에 대향하여 4개소에 가열 도체부(431)를 설치하고, 4개소의 가열 도체부(431)의 합계의 둘레방향의 길이를 2400mm로 하고, 커버율을 1/4 정도로 했다. 이 경우에는, 열처리 조건은 전력 185kW, 가열 시간=280s로, 피처리부(U1)의 표면의 도달 온도를 920도로 하여 열처리가 실현될 수 있다.

<제23 실시예>

도 43은 본 발명의 제23 실시예로서, 4개의 유도 가열 코일(426)을 중심각을 90도씩 이동시켜 배치한 평면도를 나타낸다. 커버율을 1/3배로 하여, 제2 방향을 따라서 4개의 가열 도체부(431)를 배치했을 경우를 나타낸다. 여기에서는 등간격으로 배치된 4개의 가열 도체부(431)의 합계의 커버율을 1/3로 설정했다. 이와 같이 커버율을 설정하는 것으로, 소망한 처리 시간 및 처리 효율을 유지하면서, 유도 가열 장치의 소형화가 가능해진다. 또한, 복수의 유도 가열부(412)를 이용하는 것으로, 처리 시간을 단축하여 가열 처리를 빨리 완료할 수 있으므로, 워크의 사이즈가 큰 경우에 매우 적합하다.

아울러 본 발명은 상기 실시예로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 처리 조건이나, 워크나 코일 등의 각 구성요소의 구체적 형상, 재질, 재료, 길이 등은 상기 실시예에 예시한 것으로 한정되지 않고, 적당한 변경이 가능하다. 또한, 실시예에 나타나는 모든 구성요소로부터 몇 개의 구성요소를 배제해도 좋다. 또한 다른 실시예에 따른 구성요소를 조합하는 것도 좋다. 이외에, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러 가지 변형 실시가 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면, 높은 전력을 필요로 하지 않고, 소망한 가열 영역의 열처리를 용이하게 실현할 수 있는 기술, 균일한 처리가 가능한 기술, 대형의 처리 대상물이어도 유도 가열할 때의 열처리 효율을 향상하는 것이 가능한 기술을 제공할 수 있다.

10A,10B: 가열 장치 26: 유도 가열 코일
31A, 31B: 가열 도체부 31a:일단측
31b: 타단측 32: 제1 접속 도체부
33: 제2 접속 도체부 134,135: 굴곡부
422: 리드선 424: 제1 도전판
425: 제2 도전판 431: 가열 도체부
432 제1 접속 도체부 433: 제2 접속 도체부

Claims (10)

1. 피처리부의 적어도 일부에 대향하여, 상기 피처리부에 대해서 상대적으로 회전이동하면서 상기 피처리부의 열처리를 실시하는 가열 도체부를 구비하고,
   상기 가열 도체부는, 상기 회전의 둘레방향에 대해 교차하여 연장됨과 동시에, 상기 회전이동의 중심으로부터 먼 부분에 있어서의 상기 둘레방향의 길이가 상기 중심으로부터 가까운 부분에 있어서의 상기 둘레방향의 길이에 비해 길게 구성된 도체 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 도체 부분은 단면적이 일정하고, 상기 중심으로부터 먼 부분에 있어서의 연장설치 각도가, 상기 중심으로부터 가까운 부분에 있어서의 연장설치 각도에 비해, 상기 둘레방향에 대한 각도가 작아지도록 구부려지게 형성된 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열 도체부는, 상기 둘레방향으로 교차하는 방향의 일방측으로 개구하는 곡부와, 타방측으로 개구하는 곡부가, 교대로, 대향하는 방향으로, 상기 둘레방향을 따라서 연속해서 배치되는 지그재그 형상을 이루어, 대향하는 곡부 간에 상기 도체 부분이 배치된 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 피처리부는, 상기 회전의 축방향으로 직교하는 평면을 이루어,
   상기 도체 부분은 상기 평면을 따라서, 상기 피처리부에 대향해서 배치된 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 피처리부는, 상기 회전의 축방향에 대하여 경사진 경사면을 이루고,
   상기 도체 부분은 상기 경사면을 따라서, 상기 경사면에 대향해서 배치된 것을 특징으로 하는 유도 가열 코일.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 유도 가열 코일과,
   상기 유도 가열 코일에 접속되는 고주파 전원과,
   상기 피처리부 및 상기 유도 가열 코일을 상대적으로 상기 둘레방향으로 이동시키는 이동 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 유도 가열 코일이 상기 둘레방향을 따라서 복수로 배치된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 피처리부의 상기 둘레방향에서의 전행정에 대한 가열 처리 후에 상기 피처리부를 냉각하는 냉각부를 구비한 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
9. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 유도 가열 코일을, 상기 피처리부에 대향시켜 유도 가열에 의해 상기 피처리부를 가열하면서, 상기 피처리부를 상기 유도 가열 코일에 대해서 상기 둘레방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 이동 가열 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 피처리부의 상기 둘레방향에서의 전행정에 대한 가열 처리 후에, 상기 피처리부를 냉각하는 냉각 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
    
    
    
    

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