KR20040008085A - 고주파 유도가열 코일체 - Google Patents

Abstract

기종(機種) 변경에 따른 작업준비 시간을 단축할 수 있고, 더욱이 종래보다도 양호한 템퍼링(Tempering) 품질을 저 비용으로 얻을 수 있는 템퍼링 가열용의 고주파 유도가열 코일체를 제공하는 것이다.

복수의 서로 다른 직경 외주부를 가지는 축 형상부재(예를 들면, 내축 2)의 외주면, 또는, 서로 다른 직경 내주부를 가지는 통 형상부재(예를 들면, 외륜 41)의 내주면을 고주파 유도가열하는 고주파 유도가열 코일체에 있어서, 축 형상부재 또는 통 형상부재의 축선(軸線)방향에 대하여 평행으로 배치됨과 동시에, 축 형상부재의 외주면 또는 통 형상부재의 내주면에 서로 마주보게 배치되는 직선형상 복수의 가열 도체(導體) 22∼25와, 복수 가열도체의 일단부가 접속되는 접속도체 26과, 복수 가열도체의 타단부와 고주파 전원(29)에 접속되는 전기 공급용 리드부 30, 31을 접속하기 위한 접속도체 27, 28을 각각 구비하는 것이다.

Description

고주파 유도가열 코일체{HIGH FREQUENCY INDUCTION HEATING COIL}

본 발명은, 서로 다른 직경 외주부(요철형상의 외주부)를 가지는 축 형상 부재의 외주면, 또는, 서로 다른 직경 내주부를 가지는 통 형상 부재의 내주면을 고주파 유도가열하는 고주파 유도가열 코일체에 관한 것이고, 예를 들면, 자동차 차륜의 베어링부로 되는 허브 유닛(hub unit) 내축(축 형상 부재)의 외주면 또는 외륜(통 형상 부재)의 내주면을 고주파 유도가열(예를 들면, 템퍼링 가열)하는 데 사용하기 알맞은 고주파 유도가열 코일체에 관한 것이다.

도 9는, 종래부터 사용되고 있는 내축 템퍼링 가열용의 고주파 템퍼링장치 1을 나타내는 것이다. 상기 고주파 템퍼링장치 1은, 복수의 서로 다른 직경 외주부를 가지는 허브 유닛의 내축(요철형상의 외주면을 가지는 축 형상 부재, 2)의 외주면(2a)을 담금질처리 한 후에 있어서 상기 내축(2)의 외주면(2a)을 템퍼링처리 하기 위한 장치이며, 큰 직경의 권선부(卷線部) 3a와 작은 직경의 권선부 3b를 직렬 접속하여 이루어지는 고주파 유도가열 코일체 3과, 고주파 유도가열을 촉진하기 위한 규소강판제 코어(Core, 4)를 구비하고 있다. 또한, 상술한 코어(4)는, 내축(2)을 실은 상태에서 승강이동하는 이동대(4a)와 상기 이동대(4a) 위에 유지된 내축(2)을 에워 싸는 프레임 형상부(4b)를 서로 조합하여 이루어지는 사각형 형상의 프레임형상 부재이다.

담금질처리된 내축(2)을 고주파 템퍼링장치 1에서 템퍼링처리를 위해 고주파 유도가열을 하는 경우 에는, 이동대(4a)에 설치된 공작물(Work-piece) 받침지그(Jig, 5)위에 내축(2)을 실어 도 9에 있어서 쇄선으로 나타내는 위치에서 실선으로 나타내는 가열위치로 이동시키고, 상기 내축(2)을 공작물 받침지그(5)와공작물 받침축(6, 도 9 참조)의 사이에 끼운 상태로 유지한다. 이에 따라, 내축(2)의 큰 직경부(M)가 고주파 유도가열 코일체 3의 큰 직경의 권선부 3a의 내부에 소요의 간격을 띄워서 삽입 배치되는 한편, 내축(2)의 작은 직경부(N)가 고주파 유도가열 코일체 3의 작은 직경의 권선부 3b의 내부에 미소한 간격을 띄워서 삽입 배치됨과 동시에, 상기 권선부 3b의 아래쪽 부분이 내축(2)의 큰 직경부(M)의 상면(上面)에 소요의 간격을 띄워서 서로 마주보게 배치된다. 그리고, 내축(2) 및 고주파 유도가열 코일체 3이 코어(4)로 에워싸진 위치에 설치(즉, 템퍼링 대상 부품인 내축(2)이 코어(4)의 일부분으로 되도록 설정)된다. 이렇게 하여, 이와 같은 상태하에서, 고주파 전원(주파수가 200 ∼ 300㎐ 정도의 발진기, 7)으로부터 고주파 유도가열 코일체 3에 고주파전류를 흘리는 것에 의해 내축(2)의 외주면(2a)을 소요(所要)의 템퍼링 온도로 고주파 유도가열하고, 그 직후에 방냉(放冷)하여 템퍼링처리를 시행하도록 하고 있다.

또한, 도 10은, 종래부터 사용되고 있는 외륜 템퍼링 가열용의 고주파 템퍼링장치 10을 나타내는 것이다. 상기 고주파 템퍼링장치 10은, 복수의 서로 다른 직경 내주부를 가지는 허브 유닛의 외륜(요철형상의 내주면을 가지는 통 형상 부재, 11)의 내주면(11a)을 담금질처리 한 후에 있어서 상기 외륜(11)의 내주면(11a)을 템퍼링처리하기 위한 장치이며, 일정한 직경으로 되도록 도선(導線)을 나선상으로 감아 이루어지는 고주파 유도가열 코일체 12, 및 외륜(11)의 고주파 유도가열 을 촉진하기 위한 규소강판제 코어(13)를 구비하고 있다. 또한 상술한 코어(13)는, 외륜(11)을 실은 상태에서 승강이동하는 이동대(13a)와, 상기 이동대(13a)위의 공작물 받침치구(14)에 유지되는 외륜(11)을 에워싸는 프레임 형상부(13b)와, 상기 프레임 형상부(13b)의 내부 쪽에 일체로 설치된 자성재제품의 축부(13c)를 서로 조합시켜서 이루어지는 프레임 형상부재이다. 또한 도 10에 나타내는 외륜 템퍼링 가열용의 고주파 템퍼링장치 10은, 기본적으로는 이미 말한 내축(內軸) 템퍼링 가열용의 고주파 템퍼링장치 1 과 마찬가지 구조이나 템퍼링 대상부품인 외륜(11)의 중공(中空) 부분에 코어(13)의 축부(13c)가 관통되도록 되어 있는 점이 내축(內軸) 템퍼링 가열용의 고주파 템퍼링장치 1 의 경우와 다르다. 이렇게 하여, 종래에는, 상술한 바와 같은 고주파 템퍼링장치 10을 사용하고, 담금질처리 후의 외륜(11)의 내주면(內周面, 11a)을 템퍼링처리 하도록 되어 있다.

그런데, 고주파 유도가열에 대하여 피가열물(被加熱物, 예를 들면, 상술한 내축(2)이나 외륜(11) 등)의 내부까지 가열하는 경우, 고주파 유도전류의 침투깊이가 깊게 되도록 하는 방법으로서, 고주파 유도가열 코일체 3, 12에 흐르는 고주파 전류의 주파수를 낮게 설정하는 방법을 채용하는 것이 통례이며, 종래의 고주파 템퍼링장치 1, 10에 있어서도 그 주파수는 200 ∼ 300㎐가 선택되어 있다. 그러나, 낮은 주파수를 선택한 경우의 침투깊이의 효과가 현저하게 되는 것은 자기 변태점(큐리점:Curie point)이상의 온도 영역이며, 템퍼링 가열과 같은 자기 변태점이하의 온도영역의 가열에서는 상기 효과는 기대할 수 없다. 덧붙여서 말하면, 상온(常溫)에 있어서 유도전류의 침투깊이는, 260㎐에서는 1.0㎜ 정도, 2 ㎑에서는 0.36㎜ 정도이다. 허브 유닛의 담금질 경화층의 깊이는 대략 2.0 ∼ 4.0㎜ 정도이며, 템퍼링처리시의 고주파 유도가열에 의한 승온(昇溫)은 극히 표면부에 한정되어 있는 것을알 수 있다. 따라서, 고주파 유도가열에 의한 템퍼링처리(템퍼링 가열)에 있어서는 가열후의 열전도에 의한 온도상승이 차지하는 비율이 크다고 하는 사정을 고려하고, 양호한 템퍼링 품질을 얻기 위해서는 고주파 유도가열시의 피가열물 표면의 온도분포의 조정이 대단히 중요하다.

종래부터 사용되고 있는 고주파 템퍼링장치 1, 10에서는, 내축(內軸, 2) 이나 외륜(11) 등의 템퍼링 대상부품의 전체를 가열 승온(昇溫)시키도록 하고 있으나, 피가열물의 템퍼링 대상영역의 표면온도 분포는 그 형상에 영향을 받는 경우가 많고, 예를 들면 두꺼운 살 부분은 승온하기 어렵고, 얇은 살 부분은 승온하기 쉽다고 하는 현상이 있다. 또한, 형상의존도가 높으므로, 템퍼링 대상영역의 표면온도 분포의 조정은 어렵다는 것이 실상이다. 더욱이 템퍼링 대상부품의 기종이 복수인 동시에 형상치수가 다른 경우에는, 동일(단일)한 코어를 사용하여 모든 부품에 대하여 양호한 템퍼링 품질을 얻는 것은 매우 어려운 것이 사실이다. 또한, 열처리 품질을 우선하여 복수의 템퍼링 대상부품에 대하여 템퍼링 대상부품의 각각에 전용코어(예를 들면, 상술한 규소강판제 코어(4, 13))를 준비한 경우에는, 코어의 중량은 45 ∼ 50㎏ 이므로 작업원 1인이 유지관리·이동 시키는 데에는 너무 무겁고, 따라서 기종변경 마다 템퍼링용 코어의 교환에 장시간을 필요로 하여, 생산성이 저하하는 등의 불합리한 문제가 생긴다.

본 발명은, 이와 같은 실상(實狀)을 고려하여 이루어진 것이며, 상기 목적은, 기종변경에 따른 작업준비 시간을 단축하는 것이 가능하며, 더욱이 종래보다도양호한 템퍼링 품질을 저 비용(Low cost)으로 얻을 수 있는 템퍼링 가열용의 고주파 유도가열체를 제공하는 것에 있다.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 관한 템퍼링(Tempering)처리용의 고주파 유도가열 코일체에 있어서 전류경로를 나타내는 사시도이다.

도 2는, 본 발명의 실시예 1에 관한 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체를 사용하여 허브 유닛(hub unit) 내축(內軸)의 외주면을 고주파 유도가열할 때의 상황을 나타내는 사시도이다.

도 4는, 본 발명의 실시예 1에 관한 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체의 다른 변형예를 나타내는 사시도이다.

도 5는, 본 발명의 실시예 2에 관한 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체에 있어서 전류경로를 나타내는 사시도이다.

도 6은, 본 발명의 실시예 2에 관한 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체를 사용하여 허브 유닛 외륜의 내주면을 고주파 유도가열할 때의 상황을 나타내는 사시도이다.

도 7은, 본 발명의 실시예 2에 관한 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체의 변형예를 나타내는 사시도이다.

도 8은, 본 발명의 실시예 2에 관한 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체의 다른 변형예를 나타내는 사시도이다.

도 9는, 허브 유닛 내축의 외주면을 템퍼링처리하기 위하여 종래부터 사용되어 지고 있는 고주파 템퍼링장치의 사시도이다.

도 10은, 허브 유닛 외륜의 내주면을 템퍼링처리하기 위하여 종래부터 사용되어 지고 있는 고주파 템퍼링장치의 사시도이다.

(부호의 설명)

20 ... 내축 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체

21 ... 허브 유닛의 내축

21a ... 외주면

22 ... 제 1의 가열도체

23 ... 제 2의 가열도체

24 ... 제 3의 가열도체

25 ... 제 4의 가열도체

26 ... 제 1의 접속도체

27 ... 제 2의 접속도체

28 ... 제 3의 접속도체

29 ... 고주파전원

30 ... 제 1 전기 공급용 리드(Lead)부

31 ... 제 2 전기 공급용 리드부

32 ... 자성재(磁性材)

40 ... 외륜 템퍼링처리용의 고주파 유도가열 코일체

41 ... 허브 유닛의 외륜

41a ... 내주면

42 ... 제 1의 가열도체

43 ... 제 2의 가열도체

44 ... 제 3의 가열도체

45 ... 제 4의 가열도체

46 ... 제 1의 접속도체

47 ... 제 2의 접속도체

48 ... 제 3의 접속도체

49 ... 제 4의 접속도체

50 ... 제 5의 접속도체

51 ... 제 1 전기 공급용 리드(Lead)부

52 ... 제 2 전기 공급용 리드부

53 ... 고주파 전원

54 ... 자성재(磁性材)

R , S ... 화살표(전류경로)

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 복수의 서로 다른 외주부를 가지는 축형상 부재의 외주면, 또는, 서로 다른 내주부를 가지는 통 형상부재의 내주면을 템퍼링처리를 위하여 고주파 유도 가열하는 템퍼링처리용의 고주파 유도 가열체에 있어서,

(a) 상기 축 형상 부재 또는 통 형상 부재의 축선방향에 대하여 평행하게 배치됨과 동시에, 상기 축 형상 부재의 외주면 또는 상기 통 형상 부재의 내주면에 서로 마주보게 배치되는 직선형상의 복수의 가열도체와,

(b) 상기 복수의 가열도체의 일단부가 접속되는 접속도체와,

(c) 상기 복수의 가열도체의 타단부와 고주파 전원에 접속되는 전기 공급용 리드부를 접속하기 위한 접속도체를 각각 구비하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기 가열도체를 3개 이상 설치하도록 하고 있다.

또한, 본 발명에서는, 상기 복수의 가열도체의 일단부가 접속되는 접속도체를, 둥근고리 모양, 원호 모양, 또는 직선모양으로 구성되도록 하고 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는, 템퍼링 가열이 필요한 담금질 경화층을 포함하는 피가열면인 요철을 가지는 금속제 축형상 부재의 외주면 또는 금속제 통형상 부재의 내주면에 대하여, 축형상 부재 또는 통형상 부재의 축선에 평행한 복수의 도체를 상기 외주면 또는 내면(內面)에 소정의 간격을 가지고 서로 마주보게 배치하고, 상기 축선에 평행한 유도전류를 피가열면에 흘리는 것에 의해 피가열면의 전체를 균일하게 승온시키도록 하고 있다. 그리고, 피가열면 내의 온도분포를 임의로 조정가능하게 하기 위하여, 상기 복수의 가열도체와 피가열면 사이의 간격(거리)을 변화시키는, 또는, 도체에 고주파 자장의 자속밀도를 조정할 수 있는 자성재를 장착하도록 되어 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도 1 ∼ 도 8을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시예 1에 관한 고주파 유도가열 코일체 20을 나타내는 것이며, 상기 고주파 유도가열 코일체 20은, 담금질 처리후의 허브 유닛의 내축(21)의 외주면(21a, 도 2 참조)을 템퍼링처리를 위하여 고주파 유도가열(템퍼링 가열)하는 데 사용되는 것이다. 본 실시예의 고주파 유도가열 코일체 20은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 단면 사각형상의 도전성(導電性) 파이프(Pipe)재를 소정형상을 이루도록 연결하여 이루는 구조체이며, 템퍼링 대상부품인 내축(21)의 축선방향에 대하여 평행으로 배치됨과 동시에 상기 내축(21)의 외주면(21a)에 서로 마주보게 배치되는 직선형상의 제 1 ∼ 4의 가열도체 22,23,24,25와, 이들의 가열도체 22 ∼ 25의 일단부(도 1에서는 하단부) 모두가 접속되는 둥근고리 모양의 제 1의 접속도체 26과 상술한 가열도체 22 ∼ 25의 상기 일단부와는 반대쪽의 타단부(도 1에서는 상단부) 중의 2개가 각각 접속되는 둥근고리 모양의 제 2의 접속도체 27 및 원호모양의 제 3의 접속도체 28과, 제 2의 접속도체 27과 고주파전원 29 사이에 접속된 제 1의 전기 공급용 리드(Lead)부 30과, 제 2의 접속도체 28과 고주파전원 29 사이에 접속된 제 2의 전기 공급용 리드부 31로 구성되어 있다

더욱 구체적으로 말하면, 제 1 및 제 2의 가열도체 22, 23이 각도간격 θ1을 띄운 위치에 있어서 그들의 양단부가 제 1 및 제 2의 접속도체 26, 27에 각각 접속됨과 동시에, 제 3 및 제 4의 가열도체 24, 25가 각도간격 θ2를 띄운 위치에 있어서 그들의 양단부가 제 1의 접속도체 26 및 제 3의 접속도체 28에 각각 접속되어 있다. 또한, 상술한 각도간격 θ1, θ2의 크기는, 가열목적에 맞추어 임의로 설정하는 것이 가능하다. 그리고, 제 1 및 제 4의 가열도체 22, 25와 제 2 및 제 3의 가열도체 23, 24가 둥근고리 형상의 제 1 및 제 2의 접속도체 26, 27에 서로 대칭한 위치에 배치되어 있다. 또한, 상기 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25는, 제 1의 접속도체 26의 내경쪽에 있어서 수직형상으로 배치됨과 동시에, 그들의 상단부는 제 2 및 제 3의 접속도체 27, 28의 하면 부에 접속되어 있다.

이렇게 하여, 고주파전원 29로부터 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부 30, 31을 개재하여 고주파전류가 고주파 유도가열 코일체 20에 공급되면, 뒤에 상술하는 바와 같이, 도 1에 있어서 화살표 R로 나타내는 전류경로를 통하여 고주파전류가 흐르도록 구성되어 있다. 또한, 상기의 경우, 제 1의 접속도체 26 중, 제 1 및 제 2의 가열도체 22, 23 사이의 도체부분 α및 제 3 및 제 4의 가열도체 24, 25 사이의 도체부분 β, 아울러, 제 2의 접속도체 27 중 제 1 및 제 2의 가열도체 22, 23 사이의 도체부분 γ의 양단 개소에 있어서, 고주파 전압이 동(同) 위상(位相)인 동시에 동(同) 전위(電位)가 되도록 구성되고 있으며, 따라서, 이들의 도체부분 α, β, γ에는 고주파 전류는 흐르지 않도록 되어 있다.

한편, 상술한 제 2 및 제 3의 접속도체 27, 28, 아울러, 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부 30, 31은, 서로 미소한 간격을 띄워서 각각 평행모양으로 서로 마주보게 배치되어 있고, 도시(圖示)를 생략하였으나 이들 사이에는 절연판이 개재되도록 되어 있다. 또한, 도전성 파이프재로부터 각각 이루어지는 상기 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25, 제 1 ∼ 제 3의 접속도체 26 ∼ 28, 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부 30, 31의 중공부(中空部)에는, 도면 이외의 냉각액 공급기구로부터 공급되는 냉각액이 흐르도록 구성되어 있다. 더욱이, 본 실시예의 고주파 유도가열 코일체 20에 있어서는 도 2에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25의 일단부의 개소이며 , 또한, 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25와 제 1의 접속도체 26의 접속부 부근 개소에 자속집중용의 자성재(32)가 각각 설치되어 있다.

여기서, 상술한 고주파 유도가열 코일체 20을 사용하여 내축(21)의 외주면(21a)을 템퍼링처리를 위하여 고주파 유도가열할 때의 순서를 말하면, 다음과 같다.

먼저, 템퍼링 대상부품인 내축(21)을 도면 외(外)의 공작물 받침지그(Jig)로 고정하고, 고주파 유도가열 코일체 20을 도면 외의 승강기구로, 예를 들면 하강이동 시켜서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 내축(21)의 플랜지(Flange)부 F의 위쪽위치에 있어서, 내축(21)의 축선과 고주파 유도가열 코일체 20의 축선(제 1 및 제 2의 접속도체 26, 27의 중심선)에 일치시켜 자리잡은 상태에서 배치한다. 이에 따라, 고주파 유도가열 코일체 20의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25를, 상기 축선에 대하여 평행하게 배치하고, 내축(21)의 외주면(21a)에 대하여 소정간격을 띄워서 평행형상으로 서로 마주보게 배치한다. 그런 후에 고주파전원 29로부터 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부 30, 31을 개재하여 고주파전류를 고주파 유도가열 코일체 20에 공급함과 동시에, 내축(21)을 도면 외의 공작물 받침 지그와 함께 그 축선을 중심으로 회전 구동한다.

상기 경우, 고주파 유도가열 코일체 20으로 고주파 전력을 공급하는 데에 따라, 고주파 유도가열 코일체 20에는, 어느 순간에 있어서 도 1의 화살표 R에서 나타내는 방향의 경로에 따라서 고주파 전류가 흐르고, 다음 순간에는 상기 화살표 R 방향과는 반대방향의 경로에 따라서 고주파 전류가 서로 흐르는 것으로 된다. 구체적으로는, 도 1에 나타내는 경우의 고주파 전류는, 고주파전원 29, 제 1의 전기 공급용 리드부 30, 제 2의 접속도체 27의 도체부분 A, 제 1의 가열도체 22, 제 1의 접속도체 26의 도체부분 B(상기 도체부분 α, β사이의 도체부분), 제 4의 가열도체 25, 제 3의 접속도체 28 및 제 2의 전기 공급용 리드부 31을 차례로 통하여 흐름과 동시에, 고주파전원 29, 제 1의 전기 공급용 리드부 30, 제 2의 접속도체 27의 도체부분 C(상기 도체부분 A에 서로 마주보는 도체부분), 제 2의 가열도체 23, 제 1의 접속도체 26의 도체부분 D(상기 도체부분 B에 서로 마주보는 도체부분), 제 3의 가열도체 24, 및 제 2의 전기 공급용 리드부 31을 차례로 통하여 흐른다. 이렇게 하여, 회전 구동상태의 내축(21)의 외주면(21a)이, 상기 외주면(21a)과 서로 마주보게 배치되어 있는 직선형상의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25에 흐르는 고주파전류의 유도작용으로 소요의 템퍼링 온도에 까지 고주파 유도가열된다. 그런 후에, 내축(21)을 소정시간에 걸쳐 방냉(放冷)하는 것에 의해 템퍼링처리를 완료한다.

상술한 바와 같은 구성의 고주파 유도가열 코일체 20에 의하면, 내축(21)의 외주면(21a)에 대하여 평행으로 배치된 직선형상의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25의 작용에 의해, 상기 외주면(21a)에는 내축(21)의 축선에 평행한 유도전류가 흐르는 것으로 되고, 상기 결과, 상기 외주면(21a)의 전체(즉, 피가공면의 전체)를 균일하게 승온시킬 수 있으며, 더욱이 종래이상의 양호한 템퍼링 품질을 얻을 수 있다.

또한, 여기서, 피가공면(외주면 21a)에 피가열물(내축 21)의 축선에 평행한 유도전류를 흘리는 것에 의해 피가공면 전체를 균일하게 승온시킬 수 있는 것에 대하여 설명하면, 다음과 같다. 즉, 본 코일체 20을 사용하여 피가공물의 축선에 평행하게 원주방향의 복수개소(본 실시예에서는, 4개소)에 있어서 유도전류를 흘리도록 한 경우, 본 코일체 20은 피가열면을 상시(常時) 가열하고 있을 이유는 없고, 피가열면의 원주방향에서 승온하고 있는 것은 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25 에 각각 서로 마주보고 있는 부분(4개소)이다. 그리고, 이 때, 피가열물은 회전하고 있으므로 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25 에 의해 승온된 영역이 다음시점에서 이들의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25 에 서로 마주 볼때 까지는 방냉상태이며, 온도가 높은 부분으로부터 낮은 부분으로 열이 이동하는 것에 따라 전체가 일정온도에 가깝도록 된다. 이와 같은 상태를 반복하는 데 따라서(요컨대, 가열과 방열을 서로 번갈아 반복하는 것에 따라서), 일정시간 경과후(예를 들면, 15초 정도)에 피가열면의 전체가 거의 균일하게 되고, 다시 그 후 일정시간(예를 들면,120초 정도) 경과후에 완전하게 균열화(均熱化) 하는 것으로 되는 것이다.

그런데, 고주파 템퍼링처리에 있어서는, 일반적으로, 가열도 중요한 것이지만, 상기 가열후의 방냉시간을 이용하여 피가공물의 내부로 열이동 시키는 것도 중요하며, 상기 열이동이 불충분하면 표면부근의 경도가 내려간 후에, 일단 경도가 올라가고(정확하게는, 템퍼링시에 경도가 내려가지 않고 담금질시 경도 그대로이다), 그리고나서 다시 경도가 내려가는 경우가 있다. 그러나, 본 코일체 20에 의하면, 이와 같은 경우가 생기는 일이 없고, 피가열물의 표면으로부터 내부를 향하여 경도가 저하하도록 템퍼링처리를 하는 것이 가능하다.

또한, 본 코일체 20에 의하면, 상기 외주면(21a, 즉, 피가열면)과 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25의 사이 간격(거리)을 알맞게 조절하는 것에 의해, 또는, 고주파 자장의 자속밀도를 조정할 수 있는 자성재(32)를 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25에 장착함으로써, 상기 외주면(21a)에 있어서 온도분포를 임의로 조정하는 것이 가능하다. 특히 직선형상의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25와 피가열면 사이의 거리는 피가열물의 축선방향의 수개소(數個所)에 있어서 다른 것으로 되기 때문에, 피가열면의 가열온도에 허용이상의 차이가 생기는 경우에는, 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25의 각 개소 중에서 승온량이 적은영역에 서로 마주보는 부분에 규소 강판 등의 자성재(32)를 장착하는 것에 의해 승온량을 같게 하여 균일 가열을 할 수 잇다.

또한, 본 코일체(20)의 구성은 간소하며 저렴한 것으로서, 템퍼링 대상부품의 종류가 늘어난 경우에, 그 종류분의 전용의 고주파 유도가열 코일체 20을 준비하여 각 부품에 최적한 가열조건에서 템퍼링처리를 할 수 있는 것에서, 다기종에 걸치는 열처리 품질관리가 용이하게 됨과 동시에, 고주파 유도가열 코일체 20의 중량은 종래의 것에 비하여 매우 경량(덧붙여서 말하면, 2㎏ 정도)이므로, 기종변경에 따른 작업준비시간을 단축할 수 있다. 더욱이, 둥근고리 형상의 제 1 및 제 2의 접속도체 26, 27을 사용하는 것에 의해, 고주파 유도가열 코일체 20의 제조를 용이하게 할 수 있음과 동시에, 고주파 유도가열 코일체 20을 고강도로 구성할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시예 1에 관한 고주파 유도가열 코일체 20을 사용하여 템퍼링처리하는 경우의 구체예를 나타낸다.

구체예

(1) 템퍼링 대상부품 : 허브 유닛의 내축

(a) 재질 : S53C

(b) 전체길이 : 84.5mm

(c) 축경 : 20 ~ 26mm

(d) 플랜지경 : 135mm

(2) 고주파 템퍼링조건

(a) 주파수 : 2.5㎑

(b) 출력 : 26㎾

(c) 가열시간 ; 15sec

(d) 방냉시간 : 120sec

상기 조건하에서 템퍼링처리를 행한 바, 내축의 외주면에 형성된 담금질 경화층이 가장 표면으로부터 내부 모재의 경계선에 이르기까지 경도가 떨어지고 있으며, 충분히 템퍼링 되고 있는 것을 확인할 수 있었다.

한편, 도 3은, 고주파 유도가열 코일체 20의 변형예를 나타내는 것이며, 상기 변형예에 관한 고주파 유도가열 코일체 20'는, 제 1의 접속도체 26의 도체부분 α, β, 및 제 2의 접속도체 27의 도체부분 γ의 일부분에 절단부를 설치하고 이들의 절단부에 절연판 35, 36, 37을 각각 배치하도록 한 것이다. 또한, 절연판 35, 36, 37 이외의 구성은, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 20과 마찬가지 이다. 또한, 도 4는, 고주파 유도가열 코일체 20의 다른 변형예를 나타낸 것이며, 상기 변형예에 관한 고주파 유도가열 코일체 20"는 제 1 접속도체 26의 도체부분 α, β, 및 제 2 접속도체 27의 도체부분 γ의 전부를 절제(切除)하도록 한 것이다. 또한, 고주파 유도가열 코일체 20"의 그 밖의 구성은, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 20과 마찬가지이다. 이들의 고주파 유도가열 코일체 20', 20" 는 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 20에 대신하여 사용가능하며, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 20의 경우와 마찬가지의 작용효과를 발휘할 수 있다.

또한, 도 5는, 본 발명의 실시예 2에 관한 고주파 유도가열 코일체 40을 나타내는 것이며, 상기 고주파 유도가열 코일체 40은, 담금질 처리후의 허브 유닛의 외륜(外輪, 41, 도 6 참조)의 내주면(41a)을 템퍼링처리를 위하여 고주파 유도가열하는 데 사용되는 것이다. 본 실시예의 고주파 유도가열 코일체 40은, 도 5에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 단면 사각형상의 도전성(導電性) 파이프재를 소정형상을 이루도록 연결하여 이루어지는 구조체이며, 템퍼링 대상부품인 외륜(41)의 축선방향에 대하여 평행으로 배치됨과 동시에 상기 외륜(41)의 내주면(41a)에 마주보게 배치되는 직선형상의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42, 43, 44, 45와, 이들 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45의 일단부(도 5에서는 하단부) 모두가 접속되는 둥근고리 형상의 제 1 접속도체 46과, 상기 제 1의 접속도체 46에 접속되어 있지 않은 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45의 타단부 즉 상기 일단부와는 반대쪽의 타단부(도 5에서는 상단부)에 각각 접속됨과 동시에 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45에 대하여 제 1의 접속도체 46의 내측을 향하여 거의 90도를 이루도록 접합된 제 2 ∼ 제 5의 접속도체 47, 48, 49, 50과, 제 2 및 제 3의 접속도체 47, 48의 선단부에 접속된 제 1 전기 공급용 리드부(51)와, 제 4 및 제 5의 접속도체 49, 50의 선단부(先端部)에 접속된 제 2의 전기 공급용 리드부(52)로 구성되어 있다. 또한, 본 실시예에 있어서는 제 1의 접속도체 46의 상면(上面)부에 가열도체 42 ∼ 45의 하단부가 접속되어 있으며, 제 1의 접속도체 46의 외주면과 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45 외면이 동일한 원통면 위에 배치되어 있다.

이렇게 하여, 고주파전원(53)으로부터 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부 (51), (52)를 개재하여 고주파전류가 고주파 유도가열 코일체 40에 공급되면, 뒤에 상술하는 바와 같이, 도 1에 있어서 화살표(S)로 나타내는 전류경로를 통하여 고주파전류가 흐르도록 구성되어 있다. 또한, 상기의 경우, 제 1의 접속도체 46 중, 제 1 및 제 2의 가열도체 42, 43 사이의 도체부분 α' 및 제 3과 제 4의 가열도체 44, 45 사이의 도체부분 β'도 양단개소에 있어서 고주파전압이 동(同) 위상인 동시 동전위가 되도록 구성되어 있으므로, 이 들의 도체부분 α', β'에는 고주파전류는 흐르지 않도록 되어 있다.

한편, 상술한 제 2 ∼ 제 5의 접속도체 47의 선단부 및, 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부 30, 31은, 서로 미소한 간격을 띄워서 각각 평행형상으로 서로 마주보게 배치되어 있으며, 도시(圖示)를 생략하였으나 이들 사이에는 절연판이 개재되도록 되어 있다. 또한, 도전성 파이프재로부터 각각 이루어지는 상기 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45, 제 1 ∼ 제 5의 접속도체 46 ∼ 50, 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부(51), (52)의 중공부(中空部)에는, 도면 외의 냉각액 공급기구로부터 공급되는 냉각액이 흐르도록 구성되어 있다. 더욱이, 본 실시예의 고주파 유도가열 코일체 40에 있어서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45 중 상기 외측면을 제외하는 부분에 자속집중용의 자성재(54)가 각각 설치되어 있다.

여기서, 상술한 고주파 유도가열 코일체 40을 사용하여 외륜(41)의 내주면(41a)을 템퍼링처리를 위하여 고주파 유도가열할 때의 순서를 서술하면 다음과 같다. 먼저, 템퍼링 대상부품인 외륜(41)을 도면 외의 공작물 받침치구로 고정하고, 고주파 유도가열 코일체 40을 도면외의 승강기구로 예를 들면 하강 이동시켜서, 도 6에 나타내는 바와 같은 외륜(41)의 축선과 고주파 유도가열 코일체 40의 축선(제 1의 접속도체(46)의 중심선)에 일치하는 위치에 배치한다. 이에 따라, 고주파 유도가열 코일체 40의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45를 외륜(41)의 내주면(41a)에 대하여 소정간격을 띄워서 평행형상으로 서로 마주보게 배치한다. 그런후에, 고주파전원(53)으로부터 제 1 및 제 2의 전기 공급용 리드부(51), (52)를 개재하여 고주파전류를 고주파 유도가열 코일체 40에 공급함과 동시에, 외륜(41)을 도면 외의 공작물 받침지그와 함께 그 축선을 중심으로 회전 구동한다.

이 경우, 고주파 유도가열 코일체 40으로 고주파 전력을 공급하는 데 따라서, 고주파 유도가열 코일체 40에는, 어느 순간에 있어서 도 5의 화살표 S로 나타내는 방향의 경로에 따라서 고주파전류가 흐르고, 다음 순간에는 상기 화살표 S 방향과는 반대방향의 경로에 따라 고주파 전류가 서로 흐르는 것으로 된다. 구체적으로는, 도 5에 나타내는 경우의 고주파전류는 , 고주파전원(53), 제 1의 전기 공급용 리드부(51), 제 2의 접속도체 47, 제 1의 가열도체 42, 제 1의 접속도체 46의 도체부분 G(상기 부분 α', β'사이의 도체부분), 제 4의 가열도체 45, 제 5의 접속도체 50, 및 제 2의 전기 공급용 리드부(52)를 차례로 통하여 흐름과 동시에, 고주파 전원(53), 제 1의 전기 공급용 리드부(51), 제 3의 접속도체 48, 제 2의 가열도체 43, 제 1의 접속도체 46의 도체부분 H(상기 도체부분 G에 서로 마주보는 도체부분), 제 3의 가열도체 44, 제 4의 접속도체 49 및 제 2의 전기 공급용 리드부(52)를 차례로 통하여 흐른다. 이렇게 하여, 회전구동상태의 외륜(41)의 내주면(41a)이, 그 내주면(41a)과 마주보게 배치되고 있는 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25에 흐르는 고주파전류의 유도작용으로 소요하는 템퍼링온도에까지 균일하게 고주파유도 가열된다. 그러한 후에, 외륜(41)을 소정시간에 걸쳐 방냉하는 것에 의해 템퍼링처리를 완료한다.

상술한 바와 같은 구성의 고주파 유도가열 코일체 40에 의하면, 외륜(41)의내주면(41a)에 대하여 평행으로 배치된 직선형상의 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45의 작용에 의해, 상기 내주면(41a)에는 외륜(41)의 축선에 평행한 유도전류가 흐르는 것으로 되고, 그 결과, 상기 내주면(41a)의 전체(즉, 피 가열면의 전체)를 균일하게 승온시킬수 있고, 나아가서는 종래이상의 양호한 템퍼링 품질을 얻을 수 있다. 더욱이, 상기 내주면(41a, 즉, 피 가열면)과 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45 사이의 간격(거리)을 알맞게 조절하는 것에 의해, 또는, 고주파 자장의 자속밀도를 조정할 수 있는 자성재(54)를 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 42 ∼ 45에 장착하는 것에 의해, 상기 내주면(41a)에 있어서 온도분포를 임의로 조정하는 것이 가능하다. 또한, 고주파 유도가열 코일체 40의 구성은 간소하고 저렴한 것이므로, 템퍼링 대상부품의 종류가 늘어난 경우에, 상기 종류분의 전용의 고주파 유도가열 코일체를 준비하여 각 부품에 알맞은 가열조건으로 템퍼링처리를 행할 수 있는 것으로부터, 다기종에 걸치는 열처리 품질관리가 용이하게 됨과 동시에, 고주파 유도가열 코일체 40의 중량은 종래의 것에 비하여 대단히 경량(다시 말하면, 2㎏ 정도))인 것으로부터, 기종변경에 따른 작업준비시간을 단축할 수 있다. 또한, 둥근고리 형상의 제 1의 접속도체 46을 사용하는 것에 의해, 고주파 유도가열 코일체 40의 제조를 용이하게 행할 수 있음과 동시에, 고주파 유도가열 코일체 20을 고 강도로 구성할 수 있다.

이하에, 본 발명의 실시예 2에 관한 고주파 유도가열 코일체 40을 사용하여 템퍼링처리하는 경우의 구체예를 나타낸다.

구체예

(1) 템퍼링 대상부품 : 허브 유닛의 외륜

(a) 재질 : S53c

(b) 높이 : 55.8mm

(c) 최소내경 : 51mm

(d) 볼(ball) 홈 직경 : 61.5mm

(4) 고주파 템퍼링조건

(a) 주파수 : 2.5㎑

(b) 출력 : 20㎾

(c) 가열시간 : 15sec

(d) 방냉시간 : 120sec

상기 조건 아래에서 템퍼링처리를 한 바, 내축의 외주면에 형성된 담금질 경화층이 가장 표면으로부터 내부 모재의 경계선에 이르기까지 경도가 떨어지고 있고, 충분하게 탬퍼링되고 있는 것을 확인 할 수 있었다.

한편, 도 7은, 고주파 유도가열 코일체 40의 변형예를 나타내는 것이고, 상기 변형예에 관한 고주파 유도가열 코일체 40'은, 제 1의 접속도체 46의 도체부분 α', β'의 일부분에 절단부를 설치하여 이들 절단부에 절연판 55, 56을 각각 배치하도록 한 것이다. 또한, 절연판 55, 56이외의 구성은, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 40과 마찬가지이다. 또한, 도 8은, 고주파 유도가열 코일체 40의 다른 변형예를 나타내는 것이며, 상기 변형예에 관한 고주파 유도가열 코일체 40"는, 제 1의 접속도체 46의 도체부분 α', β'의 전부를 절제(切除)하도록 한 것이다.또한, 고주파 유도가열 코일체 40"의 그 밖의 구성은, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 20과 마찬가지이다. 이들의 고주파 유도가열 코일체 40',40"는, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 40에 대신하여 사용가능하며, 앞에서 말한 고주파 유도가열 코일체 40의 경우와 마찬가지의 작용효과를 발휘할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 앞에서 말한 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 기초하여 각종의 변형 및 변경이 가능하다. 예를 들면, 제 1 및 제 2의 접속도체 26, 27 또는 제 1의 접속도체 46을 반드시 둥근고리 형상 또는 원호형상으로 할 필요는 없으며, 서로 인접하는 제 1 ∼ 제 4의 가열도체 22 ∼ 25 또는 42 ∼ 45를 직선형상의 접속도체로 접속하도록 해도 좋다. 또한, 가열도체의 수는, 4개로 한정되는 경우 없이, 필요에 따라서 증감(단, 2개 이상)이 가능하다. 또한, 본 발명에 관한 고주파 유도가열 코일체 20, 40은, 허브 유닛의 내축(21) 또는 외륜(41)을 가열대상으로 하는 경우에 한정되는 것은 아니고, 외주면 또는 내주면에 복수의 서로 다른 직경부를 가지는 각종부품을 가열 대상으로 하는 것이 가능하다.

또한, 앞에서 말한 실시예 및 변형예에서는, 템퍼링용의 고주파 유도가열 코일체에 대하여 설명하였으나, 여기에 한정하지 않고, 담금질용의 고주파 유도가열 코일체에도 본 발명을 적용할 수 있다고 하는 것은 말할 필요도 없다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 복수의 서로 다른 직경의 외주부를 가지는 축 형상 부재의 외주면, 또는, 서로 다른 직경 내주부를 가지는 통형상 부재의 내주면을 고주파 유도가열하는 고주파 유도가열 코일체에 있어서,

가열대상 부품의 형상에 영향을 받지 않고, 고주파 유도가열 코일체의 가열도체와 가열대상 부품의 피가열면 과의 사이의 간격(거리)의 변경이나 자성재료의 장착에 의해, 가열 중에 있어서 가열대상 부품의 담금질 경화층 및 그 주변영역의 표면온도 분포를 용이하게 조정할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고주파 유도가열 코일체를 포함하는 가열장치의 총 중량이 대단히 경량이므로, 가열대상 부품의 종류가 증가한 경우, 상기 종류분 전용의 가열장치를 준비하여 각 부품에 알맞은 가열조건에서 가열처리를 행할 수 있고, 다종류에 걸친 열처리 품질 관리가 용이하게 된다

또한, 본 발명에 의하면 3개 이상의 직선형상의 가열도체를 설치하였기 때문에 충분한 정도로 균일하게 가열할 수가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 복수의 가열도체의 일단부가 접속되는 접속도체를, 둥근고리 형상, 원호형상, 또는 직선형상으로 구성하여 고주파 유도가열 코일체의 설계 자유도를 향상시킬수 있고, 특히 둥근고리 형상의 접속도체로 한 경우에는, 고주파 유도가열 코일체의 강도를 충분히 확보할 수 있음과 동시에 고주파 유도가열 코일체의 제조의 용이화를 도모할 수 있다는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 복수의 서로 다른 직경 외주부(外周部)를 가지는 축 형상 부재(部材)의 외주면, 또는, 서로 다른 직경 내주부(內周部)를 가지는 통 형상 부재의 내주면을 고주파 유도가열하는 고주파 유도가열 코일체에 있어서,

   (a) 상기 축 형상 부재 또는 통 형상 부재의 축선(軸線) 방향에 대하여 평행으로 배치되는 동시에, 상기 축 형상 부재의 외주면, 또는 상기 통 형상 부재의 내주면에 서로 마주보게 배치되는 직선형상의 복수의 가열도체와,

   (b) 상기 복수의 가열도체의 일단부(一端部)가 접속되는 접속도체와,

   (c) 상기 복수의 가열도체의 타단부(他端部)와 고주파 전원에 접속되는 전기 공급용 리드(Lead)부를 접속하기 위한 접속도체,

   를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열 코일체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가열도체를 3개 이상 설치한 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열 코일체.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 복수의 가열도체의 일단부(一端部)가 접속되는 접속도체를, 원 고리형상, 원호형상, 또는 직선형상으로 구성한 것을 특징으로 하는 고주파 유도가열 코일체.