KR20060036368A

KR20060036368A - 박판제 물품의 유도 가열 방법 및 그 장치, 및 박판제 물품

Info

Publication number: KR20060036368A
Application number: KR1020057002992A
Authority: KR
Inventors: 신고 시쿠와; 요시유키 모리시타; 히사오 호시노; 다츠시 유루두메; 사토시 시미즈
Original assignee: 기쿠치 프레스 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2004-06-25
Publication date: 2006-04-28
Also published as: DE602004013779D1; CN1701637A; BRPI0405661A; EP1641321A4; CN100508670C; US7365290B2; EP1641321B1; WO2005002282A1; EP1641321A1; JP2005015906A; CA2500354A1; US20050274718A1

Abstract

가열 작업 종료 시의 승온 편차의 저감을, 특별한 설비가 불필요하고, 게다가 일괄 가열의 이점인 작업 시간의 단축을 확보해서 달성할 수 있도록 한다.

전원 장치로써 고주파 전류가 통전되는 유도자의 유도 작용부에 의해, 박판으로서 이루어지는 물품의 피가열 영역을 유도 가열해서 이 영역의 전역을 목표 온도 이상으로 하는 경우에 있어서, 승온 도중에서, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감하는 시기를 구성함으로써, 피가열 영역에 있어서의 온도차를 축소시켜, 이 온도차 축소 단계에 의해, 가열 작업 종료 시의 승온 편차를 저감시킨다.

Description

박판제 물품의 유도 가열 방법 및 그 장치, 및 박판제 물품{METHOD AND DEVICE FOR THIN PLATE ARTICLE INDUCTION HEATING, AND THIN PLATE ARTICLE}

본 발명은, 박판(薄板)으로서 이루어지는 물품을 고주파 전류로 유도(誘導) 가열하기 위한 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 예를 들면, 차량의 차체(車體)를 구성하는 박판제(薄板製) 물품을 담금질하기 위해서 가열할 때에 이용할 수 있는 것이다.

차량의 차체나 그 밖의 기기(機器), 장치의 부재를 구성하는 재료로서 금속의 박판을 이용하고, 이 박판으로 생산되는 물품에 획정(劃定)된 소정의 영역에 필요한 강도(强度)를 부여하기 위해서, 이 소정의 영역의 전역(全域)을 목표 온도 이상으로 가열해서 담금질하는 것이 실행된다. 이 가열을 고주파 전류에 의한 유도 가열법으로 실행하는 장치로서, 하기의 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2가 공지되어 있다.

특허 문헌 1의 장치로서는, 고주파 전류가 통전(通電)되는 유도자(誘導子)의 유도 작용부를 박판제 물품에 대하여 이동이 자유롭게 하고, 이 유도 작용부를 박판제 물품에 대하여 이동시킴으로써, 유도 작용부가 이동한 박판제 물품의 영역을 유도 와전류(渦電流)에 의해 가열하고 있다. 이것에 의하면, 이동 속도의 설정에 의해서 가열 온도를 조정할 수 있는 반면, 각각의 물품의 가열 작업마다에 유도 작용부를 이동시키는 공정이 필요하게 되고, 이것 때문에, 1개의 물품을 처리하는 데 시간이 걸리며, 다수의 물품을 단시간에 효율적으로 처리할 수는 없다.

이것에 대하여 특허 문헌 2의 장치에 있어서의 유도자의 유도 작용부는, 박판제 물품의 피가열(被加熱) 영역의 전역과 대응하는 것으로 되어 있다. 이것 때문에, 특허 문헌 2의 장치에 의하면, 유도자에 고주파 전류를 통전하는 것만으로 피가열 영역의 전역을 동시에 가열할 수 있다고 하는 일괄(一括) 가열이 가능하게 되고, 따라서, 특허 문헌 1의 장치보다도 각각의 물품을 단시간에 처리할 수 있어, 작업 효율의 향상을 도모할 수 있다.

(특허 문헌 1)

일본국 특개평10-17933호(단락 번호 0042, 도 4)

(특허 문헌 2)

일본국 특개2000-256733호(단락 번호 0045, 도 1)

이렇게, 유도자의 유도 작용부가 물품의 피가열 영역의 전체를 동시에 유도 가열할 수 있는 것으로 되어 있으면, 일괄 가열이 가능하게 된다고 하는 이점을 얻을 수 있지만, 그 물품이 박판으로서 이루어지는 것일 경우에는, 충분한 두께를 갖고 있는 재료의 경우와 상이하고, 유도 와전류의 와류는 두께 방향에는 생기지 않고, 와류는 박판의 피가열 영역에 평면 형상으로 밖에 생길 수 없게 된다. 이것 때문에, 와류가 두께 방향으로 생기는 경우에는 가능하게 되는, 유도 와전류의 강도를 피가열 영역의 평면에 있어서의 각각의 부위마다에 조정하는 것이 어렵고, 따라서, 이 피가열 영역에 승온(昇溫) 편차가 생겼을 경우에, 이것에 대처하는 것은 곤란하다.

또한, 박판이기 때문에 두께 방향으로 우회(迂回)한 전열(傳熱) 경로는 생기기 어렵고, 이것 때문에, 승온 편차가 후판(厚板)에 비해 시간 경과에 의해서도 완화되기 어렵다.

그리고, 이상의 것으로부터, 소정의 영역이 가열 처리되는 물품이 박판을 재료로 해서 생산되어 있을 경우에는, 결과적으로 승온 편차가 생기기 쉽다. 이것 때문에, 미리 정한 영역만을 승온 편차의 양(量)을 적게 해서, 환언하면, 온도차를 적게 해서 목표 온도 이상으로 가열하는 것은 곤란하며, 즉, 가열하는 영역을 원하는 대로 설정하고, 또한 이 영역 내의 온도차를 적게 해서 가열하는 것은 어렵다.

이러한 문제를 해결하는 방책으로서, 과승온(過昇溫)이 된 부위를 방열(放熱) 강화 수단이나 강제 냉각 수단에 의해 강온(降溫)시키는 것이 생각되지만, 이것에 의하면, 복잡한 설비가 필요하게 되는 것과, 설비 비용이 증대하는 문제가 생긴다. 또한, 복수 계통으로 나누어서 배치한 유도자를 계통별로 제어함으로써 피가열 영역의 각각의 부위에의 입열(入熱)을 조정하는 것도 생각되지만, 이것에 의해서도 설비 비용이 증대하는 문제가 생긴다.

한편, 입열량(入熱量)을 증대시킴으로써 승온 편차를 생기게 하면서 피가열 영역의 전역을 포함하는 범위를 목표 온도 이상으로 가열하고, 이 후, 시간 경과에 의해 온도차를 축소시킨다고 하는 방책을 채용할 수도 있다. 그러나, 이것에 의하면, 상기 방책과 상이하고, 특별한 설비가 불필요하게 된다고 하는 이점을 얻을 수 있지만, 시간과 에너지의 손실이 생겨버린다.

본 발명은, 이상의 점을 감안해서 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 가열 작업 종료 시(時)의 승온 편차의 저감을, 특별한 설비가 불필요하고, 게다가 일괄 가열의 이점인 작업 시간의 단축을 확보해 달성할 수 있게 되는 박판제 물품의 유도 가열 방법 및 그 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 박판제 물품을 유도 가열법으로 가열하는 것에 관해서, 본 발명자들이 이하의 지견(知見)을 얻음으로써 이루어진 것이다.

박판제 물품의 피가열 영역을 유도 가열로 승온시키고 있는 도중에 있어서, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 정지하거나, 통전 전류를 저감하거나 하는 시기(時期)를 구성하고, 이것에 의해 피가열 영역에의 입열을 정지 또는 억제하면, 피가열 영역에 생기고 있는 온도차는 축소된다. 그리고, 그 후, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 재개해서 피가열 영역을 재승온시킴으로써, 이 영역의 전역을 목표 온도 이상으로 하면, 승온 도중에 온도차를 축소시키는 중간 단계를 구성하지 않을 경우와 비교해, 승온 종료 시에 피가열 영역에 생기고 있는 온도차는 적고, 승온 편차를 저감할 수 있다.

도 10 ∼ 도 13은, 승온 도중에 온도차를 축소시키는 중간 단계를 구성하지 않는 가열 작업과, 이 중간 단계를 구성한 가열 작업에 대해서, 이론 상 생각되는 승온 거동(擧動)을 설명한 것이다. 도 10은, 상기 중간 단계를 구성하지 않을 경우의 승온 그래프이며, 도 13은, 상기 중간 단계를 구성했을 경우의 승온 그래프이다. 또한, 도 11은, 박판제 물품의 피가열 영역에 온도 분포가 있을 경우에, 그 피가열 영역에서 상정(想定)할 수 있는 등가(等價) 회로를 나타내고, 도 12의 (1) ∼ (5)는, 온도 상승에 따르는 그 등가 회로의 변화를 나타낸 것이다. 도 11의 등가 회로에서는, 피가열 영역의 각각의 부위(A ∼ D)에, 유도 와전류(i)에 근거하는 줄열(Joule's heat)을 발생시키는 전기 저항(R)과, 줄열을 발생시키지 않는 인덕턴스(L)가 표시되어 있다.

피가열 영역이 유도 가열로써 가열되기 시작하고, 각각의 부위 A ∼ D의 온도가 도 10으로 나타내는 자기(磁氣) 변태점(變態點) T_M에 도달하지 않고 있을 때에는, 각각의 부위 A ∼ D의 비투자율(比透磁率) μ는 크기 때문에, ω를 고주파 전류의 각각의 주파수로 했을 때, 각각의 부위 A ∼ D에 있어서의 임피던스 ωL는 전기 저항 R보다도 매우 크다. 이것 때문에, 도 11로 나타내는 i_R는 유도 와전류 i와 대략 동등하고, 임피던스 ωL을 무시할 수 있는 상황에 있다. 온도차가 있는 각각의 부위 A ∼ D가 나타내고 있는 도 12의 (1)에 있어서, 고온으로 될수록 전기 저항 R이 커진다고 하는 특성에 근거하고, 부위 A ∼ D 중, 가장 고온의 부위 A의 전기 저항 R은 가장 크고, 가장 저온의 부위 D의 전기 저항 R은 가장 적기 때문에, 줄열의 발생에 관여하는 이것들의 전기 저항 R의 상위(相違)에 의해, 각각의 부위 A ∼ D의 전기 저항 R에 유도 와전류 i와 대략 동등한 전류가 공통이 되어서 흐름으로써, 부위 A와 부위 D와의 온도차는 차차로 확대된다. 이 현상은, 도 10에 있어서, 부위 A ∼ D의 승온 곡선인 a’∼ d’로 나타내고 있다.

각각의 부위 A ∼ D의 승온이 진행되고, 도 10의 시간 t'_A에 있어서, 부위 A의 온도가 자기 변태점 T_M에 도달하면, 부위 A의 비투자율 μ가 급감한다. 이것 때문에, 이 부위 A에서의 임피던스 ωL은 전기 저항 R보다도 적게 되고, i_R보다도 i_L이 커지는 것, 즉, 임피던스 ωL은 무시할 수 없게 됨으로써, 부위 A에서의 줄열의 발생은 적어지고, 이 결과, 부위 A의 승온은 정체된다. 도 12의 (2)는, 이 때의 등가 회로를 나타내고 있다.

이 후, 온도가 높은 순서에 따라, 부위 B ∼ D의 온도가 순번으로 도 10의 시간 t'_B, t'_C, t'_D에서 자기 변태점 T_M에 도달하고, 이 때의 등가 회로는, 도 12의 (3) ∼ (5)에서 나타내고 있다. 이 때에 있어서도, 부위 B ∼ D의 비투자율 μ가 급감하는 것에 근거해 부위 B ∼ D에 있어서의 줄열의 발생은 적어지지만, 이 줄열의 발생의 변화는 일부의 부위에 집중된 변화가 아니기 때문에, 부위 B ∼ D에서의 승온의 정체 상태는, 부위 A에서의 승온의 정체 상태보다도 단계적으로 완화되어 간다.

이 후, 각각의 부위 A ∼ D에서의 전기 저항 R에 근거하는 줄열에 의해 이것들의 부위 A ∼ D는 승온되지만, 이것들의 온도차 확대율은, 각각의 부위 A ∼ D에 있어서의 전기 저항 R의 관여가 각각의 부위 A ∼ D에 있어서의 임피던스 ωL 때문에 적어지는 것이지만, 자기 변태점 T_M을 초과하면 전기 저항 R의 대 온도 증가율이 저하되기 때문에, 자기 변태점 T_M에 도달하기 전과 비교해서 작아진다.

그리고, 전부의 부위 A ∼ D의 온도가 도 10으로 나타내는 목표 온도 Tz를 초과하고, 유도 가열을 종료 시켰을 때에는, 부위 A ∼ D에 있어서, 온도차 △T가 생기고 있다.

이상은, 승온 도중에, 각각의 부위 A ∼ D의 온도차를 축소시키기 위한 의도적인 중간 단계를 구성하지 않는 경우이었지만, 도 13은, 이 중간 단계를 구성했을 경우이며, 도 13의 a ∼ d는 부위 A ∼ D의 승온 곡선이다.

피가열 영역을 시간 t₁까지 유도 가열하면, 이 시간 t₁까지 각각의 부위 A ∼ D의 온도차는 전술한 바와 같이 차차로 확대되지만, 유도 가열을 시간 t₁로부터 시간 t₂까지 정지시키면, 이 사이에 있어서, 전열 효과에 의한 자연 균열화(均熱化)에 의해 각각의 부위 A ∼ D의 온도차는 축소된다. 이 후, 유도 가열을 재개하면, 각각의 부위 A ∼ D의 온도차는 차차로 확대되지만, 시간 t₂에서의 온도차는 시간 t₁에서의 온도차보다도 작게 되어 있기 때문에, 각각의 부위 A ∼ D가 시간 t_{A ∼}t_D에서 자기 변태점 T_M을 초과한 후, 전체부의 부위 A ∼ D가 목표 온도 T_Z를 초과한 온도에 도달하며, 그리고 유도 가열을 종료 시켰을 때에는, 부위 A ∼ D에 있어서의 온도차는 △T로 되어 있다. 이 온도차 △T는, 도 10의 온도차 △T’보다도 작고, 따라서 도 13의 가열 작업 종료 시의 승온 편차는, 도 10의 경우보다도 저감되어 있다.

환언하면, 도 10의 경우에는, 유도 가열의 종료 시에 있어서의 피가열 영역의 전역에 있어서의 온도차는 크고, 이 전역의 온도가, 예를 들면, 담금질에 필요한 목표 온도 이상이 되도록 하기 위해서는, 피가열 영역의 평균 온도를 상승시키지 않으면 안되기 때문에, 고온의 부위에 필요 이상의 열(熱) 이력(履歷)이 가해지게 된다. 이것에 대하여 도 13의 경우에는, 유도 가열의 종료 시에 있어서의 피가열 영역의 전역에 있어서의 온도차는 작고, 불필요한 열 이력을 회피한 상황에서 이 전역의 온도를 목표 온도 이상으로 할 수 있다. 따라서, 도 13의 경우에는, 피처리재의 품질에 바람직하지 못한 영향을 초래하는 과승온으로 연결되는 불필요한 승온을 회피할 수 있다.

또한, 도 13의 경우에는, 승온 도중에 유도자에의 고주파 전류의 통전을 단시간만 정지 또는 저감하는 중간 단계를 구성하는 것만으로 좋고, 이 중간 단계의 시간은 초(秒) 단위의 것으로 충분하며, 따라서, 물품의 가열 작업을 단시간에 종료할 수 있어서 작업 효율을 향상시킬 수 있다고 하는 전술한 일괄 가열에 의한 이점을 거의 그대로 확보할 수 있게 된다. 또한, 도 13의 가열 작업은, 냉각 수단 등의 특별한 설비를 이용하는 일 없이 실시할 수 있기 때문에, 설비 비용이 증대되는 일도 없다.

또한, 도 10의 경우에는, 피가열 영역에 있어서의 최고 온도는 도 13의 경우보다도 고온으로 되기 때문에, 피가열 영역을 갖는 물품의 재료인 박판이, 예를 들면, 아연 도금 등의 표면 피복재를 갖는 판재일 경우에 이 표면 피복재가 가열에 의해 소실되어버릴 우려가 있지만, 도 13의 경우에는 이러한 문제를 해소할 수 있다.

또한, 도 13의 경우에는, 가열 종료 시의 온도차를 작게 억제할 수 있고, 피가열 영역 전체의 온도의 평준화를 도모할 수 있기 때문에, 예상외의 재료 조직 변화의 발생을 없애거나, 담금질에 있어서의 급랭(急冷) 전의 온도차를 바람직한 범위로 억제할 수 있다. 이 결과, 급랭에 따르는 왜곡(歪曲)의 발생이나 담금질 후의 잔류 응력을 억제할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 유도 가열 방법 및 그 장치는, 이상 설명한 도 13의 가열 작업 원리에 근거해 발명된 것이다.

본 발명에 따른 박판제 물품의 유도 가열 방법은, 박판제 물품에 획정된 피가열 영역의 전역을 동시에 유도 가열하는 유도 작용부를 구비한 유도자에 고주파 전류를 통전함으로써, 상기 피가열 영역을 자기 변태점보다도 고온의 목표 온도 이상으로 유도 가열하는 박판제 물품의 유도 가열 방법에 있어서, 상기 유도자에 의한 유도 가열로 상기 피가열 영역을 승온시키기 위한 승온 단계와, 이 승온 단계 후, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감함으로써, 상기 피가열 영역에 있어서의 온도차를 축소시키기 위한 적어도 1회의 온도차 축소 단계와, 이 온도차 축소 단계 후, 상기 피가열 영역을 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전의 재개에 의해 재승온시켜, 이 피가열 영역의 전역의 온도를 상기 목표 온도 이상으로 하기 위한 재승온 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 유도 가열 방법에 있어서, 온도차 축소 단계는 1회라도 좋고, 복수회라도 좋다. 복수회로 하는 경우에는, 전회(前回)의 단계가 종료된 후에 피가열 영역의 전역을 승온시켜, 이 승온 후에 차회(次回)의 단계를 시작하게 된다.

또한, 온도차 축소 단계를 구성하는 시기는, 피가열 영역의 온도가 자기 변태점에 도달하기 전이라도 좋고, 자기 변태점에 도달한 후라도 좋으며, 자기 변태점에 걸치는 시기라도 좋다.

그리고, 본 발명에 따른 박판제 물품의 유도 가열 방법에 있어서, 상기 피가열 영역을 담금질할 경우에는, 상기 재승온 단계의 다음 단계를, 상기 목표 온도 이상으로 가열된 피가열 영역의 전역을 급랭시키는 급랭 단계로 한다. 이것에 의해, 피가열 영역을 담금질할 수 있다.

본 발명에 따른 박판제 물품의 유도 가열 장치는, 박판제 물품에 획정된 피가열 영역의 전역과 대응하는 유도 작용부를 갖는 유도자와, 이 유도자에 고주파 전류를 통전하고, 상기 피가열 영역을 유도 가열에 의해 자기 변태점보다도 고온의 목표 온도 이상으로 하는 전원(電源) 장치를 갖는 박판제 물품의 유도 가열 장치에 있어서, 상기 전원 장치는, 상기 피가열 영역이 상기 목표 온도에 도달하기 전에, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키기 위한 전류 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 장치에 있어서, 피가열 영역이 상기 목표 온도에 도달하기 전에, 전류 제어 수단에 의해 유도자에의 고주파 전류의 통전이 일시 정지 또는 일시 저감되고, 그리고, 전류 제어 수단에 의해 유도자에의 고주파 전류의 통전이 재개됨으로써, 상술한 박판제 물품의 유도 가열 방법을 실현할 수 있다.

이 장치에 있어서, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키기 위한 전류 제어 수단은, 컴퓨터 프로그램이나 릴레이 회로 등을 이용한 자동식의 것이라도 좋고, 수동으로 조작되는 스위치 등을 구비한 수동식의 것이라도 좋다.

또한, 유도자의 유도 작용부는, 피가열 영역의 길이 방향에 직선적으로 연장되는 것이 좋고, 피가열 영역의 폭 치수가 클 경우에는, 이 피가열 영역의 폭 방향에 지그재그로 구부러지면서 피가열 영역의 길이 방향에 연장되는 것이 좋다.

또한, 상기 전류 제어 수단을 자동식으로 할 경우에는, 이 전류 제어 수단을 임의의 형태의 것으로 할 수 있다.

예를 들면, 그 제1번째의 예는, 전류 제어 수단을, 타이머(timer)를 구비한 타이머식 제어 수단으로 하고, 타이머로써 계측된 시간이 유도자에의 고주파 전류의 통전 개시로부터 미리 정해진 소정의 시간이 되었을 때에, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키도록 하는 것이다.

제2번째의 예는, 전류 제어 수단을, 피가열 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 수단을 구비한 온도 실측식 제어 수단으로 하고, 온도 측정 수단으로써 측정된 피가열 영역의 온도가 미리 정해진 소정의 온도가 되었을 때에, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키도록 하는 것이다.

제3번째의 예는, 전류 제어 수단을, 피가열 영역의 임피던스와 대응하고 있는 유도자의 고주파 전류의 주파수를 추미(追尾)하기 위한 주파수 추미 수단을 구비한 임피던스 지득식(知得式) 제어 수단으로 하고, 주파수 추미 수단으로써 추미된 고주파 전류의 공진 주파수가 미리 정해진 주파수로 되었을 때, 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키도록 하는 것이다.

이것들의 전류 제어 수단은, 상기 전원 장치가 유도자에 고주파 전류를 급전(給電)하기 위한 인버터 장치와, 이 인버터 장치를 제어하기 위한 제어 장치를 포함해서 구성되며, 이것들의 인버터 장치와 제어 장치가 각각 별도의 장치로 되어서 준비되어 있는 경우에 적용할 수 있는 동시에, 이것들의 인버터 장치와 제어 장치가 각각 별도의 장치로 되지 않고, 일체적인 것으로 되어 있을 경우에도 적용할 수 있다.

또한, 유도자의 구성도 임의의 것으로 할 수 있다. 그 일례(一例)는, 유도자를, 그 유도 작용부가 상기 피가열 영역의 연장 설치되는 방향을 따르도록 연장되어 있는 양도체(良導體)의 복수개를, 상기 피가열 영역이 덮여지도록 상기 연장 설치 방향과 직교하는 방향에 병렬 설치하고, 또한, 이것들의 양도체를 병렬 접속함으로써 구성하는 것이다.

이것에 의하면, 피가열 영역에 전기 저항의 차이에 의한 온도차가 생겼을 경우, 고온으로 되어 있는 부위, 즉 전기 저항이 크게 되어 있는 부위와 대응 배치되어 있는 양도체는 높은 임피던스로 되기 때문에, 이 양도체에 흐르는 전류는 적게 되고, 저온으로 되어 있는 부위, 즉, 전기 저항이 작게 되어 있는 부위와 대응 배치되어 있는 양도체는 낮은 임피던스로 되기 때문에, 이 양도체에 흐르는 전류는 많게 된다. 이것 때문에, 고온의 부위에서의 유도 와전류는 감소하는 동시에, 저온의 부위에서의 유도 와전류는 증가한다. 이것에 의해, 피가열 영역의 온도차는 평준화되도록 수정되어, 승온 편차를, 전술한 온도차 축소 단계에 의한 효과와 아울러, 한층 저감시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 피가열 영역을 담금질하는 경우에는, 본 발명에 따른 박판제 물품의 유도 가열 장치는, 상기 피가열 영역이 상기 목표 온도 이상으로 도달한 후에 적어도 이 피가열 영역을 급랭시키는 급랭 수단을 구비하고 있는 것으로 된다.

이 급랭 수단은, 박판제 물품의 한쪽의 측으로부터 피가열 영역을 향해서 냉각액을 분사하는 것이라도 좋고, 박판제 물품의 양쪽의 측으로부터 피가열 영역을 향해서 냉각액을 분사하는 것이라도 좋다.

또한, 본 발명에 따른 박판제 물품은, 피가열 영역의 전역이 자기 변태점보다도 고온의 목표 온도 이상으로 유도 가열된 박판제 물품에 있어서, 상기 피가열 영역의 상기 목표 온도 이상에의 가열이, 상기 피가열 영역을 유도 가열로 승온시키기 위한 승온 단계와, 이 승온 단계 후, 상기 유도 가열을 일시 정지 또는 일시 저감함으로써, 상기 피가열 영역에 있어서의 온도차를 축소시키기 위한 적어도 1회의 온도차 축소 단계와, 이 온도차 축소 단계 후, 상기 피가열 영역을 상기 유도 가열의 재개에 의해 재승온시켜, 이 피가열 영역의 전역의 온도를 상기 목표 온도 이상으로 하기 위한 재승온 단계를 포함해서 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 박판제 물품에 있어서, 피가열 영역을 담금질하기 위해서는, 이 피가열 영역은, 목표 온도 이상으로 가열된 후에 급랭된다.

이상 설명한 본 발명은, 금속의 박판으로부터 생산된 물품의 미리 획정된 피가열 영역을 가열하기 위해서 적용할 수 있지만, 그 피가열 영역은, 그 물품의 일부라도 좋고, 전체라도 좋다.

또한, 박판이라는 것은, 유도 와전류가 두께 방향에 생기기 어려운 두께를 갖는 판재의 것이며, 이 두께는 3.2mm 이하, 더욱 좁게 말하면 2.3mm 이하이다. 재질로 말하면, 탄소 함유량이 상이한 각종 강판(고장력 강판을 포함)이나 페라이트계 스테인리스판, 마르텐사이트계 스테인리스판 등, 비투자율 μ가 급감하는 자기(磁氣) 변태(變態)가 일어나는 금속판이다. 또한, 금속판은 아연 도금 등의 표면 처리가 실시된 것이라도 좋다.

또한, 전술한 온도차 축소 단계를 위해서 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감하는 것을 시작하는 시기나 그 시간 길이는, 박판의 재질이나 두께, 목표 온도, 고주파 전류의 전압, 전류, 주파수 등의 각종 요인에 따라서 정할 수 있다. 또한, 고주파 전류의 통전을 일시 정지할지, 혹은 일시 저감할지의 여부에 대해서도, 이것들의 요인에 따라서 정할 수 있다.

또한, 본 발명은, 일반적으로, 박판을 프레스 성형 등을 해서 소정의 형상으로 형성된 물품을 가열할 때에 적용할 수 있지만, 박판인 채로의 평면 형상으로 되어 있는 물품을 가열하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한, 박판인 채로의 평면 형상으로 되어 있는 물품을 가열한 후에, 프레스 성형 등을 해도 좋고, 박판인 채로의 평면 형상으로 되어 있는 물품을 가열한 후에 급랭시킴으로써 담금질한 후에, 프레스 성형 등을 해도 좋다.

또한, 본 발명이 적용되는 박판제 물품은, 임의의 기계, 장치, 기기의 부재로서 이용되는 것으로 좋으며, 그 일례는, 4륜 차량의 차체를 구성하는 센터 필러(center pillar)를 위한 보강 부재나, 도어(door)의 임펙트 빔(impact beam), 또한, 차체의 플로어 프레임(floor frame), 프론트 사이드 프레임(front side frame)이다.

본 발명에 의하면, 가열 작업 종료 시의 승온 편차의 저감을, 특별한 설비가 불필요하고, 게다가 일괄 가열의 이점인 작업 시간의 단축을 확보해서 달성할 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 유도 가열 장치에 의해 박판제 물품의 피가열 영역을 유도 가열하는 경우의 작업을 나타내는 개략 사시도.

도 2는, 도 1의 S2-S2선 단면도.

도 3은, 승온 도중에 있어서 온도차 축소 단계를 구성해서 가열 작업을 실행했을 때의 실험 결과를 나타내는 그래프.

도 4는, 승온 도중에 있어서 온도차 축소 단계를 구성하지 않고 가열 작업을 실행했을 때의 실험 결과를 나타내는 그래프.

도 5는, 전류 제어 수단이 타이머식으로 되어 있는 전원 장치의 실시형태를 나타내는 도면.

도 6은, 전류 제어 수단이 온도 실측식으로 되어 있는 전원 장치의 실시형태를 나타내는 도면.

도 7은, 전류 제어 수단이 임피던스 지득식으로 되어 있는 전원 장치의 실시 형태를 나타내는 도면.

도 8은, 유도자의 유도 작용부에 관한 다른 실시형태를 나타내는 도 1과 마찬가지의 도면.

도 9는, 도 8의 S9-S9선 단면도.

도 10은, 온도차 축소 단계를 구성하지 않고 피가열 영역을 유도 가열했을 경우에 있어서, 이론상 생각되는 피가열 영역의 각각의 부위의 승온 곡선을 나타낸 그래프.

도 11은, 온도 분포가 생기고 있는 피가열 영역에 있어서의 각각의 부위의 등가 회로를 나타낸 도면.

도 12는, 피가열 영역의 각각의 부위의 온도가 자기 변태점에 도달함으로써, (1) ∼ (5)의 순서로 등가 회로가 변화되는 것을 나타낸 도면.

도 13은, 온도차 축소 단계를 구성해서 피가열 영역을 유도 가열했을 경우에 있어서, 이론상 생각되는 피가열 영역의 각각의 부위의 승온 곡선을 나타낸 그래프.

이하에 본 발명의 실시형태를 도면에 근거해서 설명한다. 이제부터 설명하는 실시형태의 박판제 물품(1)은, 4륜 차량의 차체를 구성하는 센터 필러의 내부에 배치되어, 센터 필러를 측면 충돌에 대하여 충분한 강도를 구비한 것으로 하기 위한 보강 부재이다. 이 물품(1)은, 박강판(薄鋼板)을 프레스 성형함으로써 생산되고 있다.

도 1은, 물품(1)을 고주파 전류로 유도 가열할 때를 나타내는 개략도이며, 도 2는, 도 1의 S2-S2선 단면도이다. 물품(1)은, 좌우의 폭 방향 양단부(兩端部)의 플랜지(flange)부(1A, 1B)와, 이것들의 플랜지부(1A)와 플랜지부(1B)의 사이로부터 돌출하고 있는 돌출부(1C)와, 이 돌출부(1C)와 플랜지부(1A, 1B)를 연결하는 좌우의 웨브(web)부(1D, 1E)로 이루어지고, 이것들의 플랜지부(1A, 1B)와 돌출부(1C)와 웨브부(1D, 1E)는, 길이 방향에 연속해서 연장되어 있다. 이것 때문에, 물품(1)은, 단면이 해트(hat) 형상으로 길이 방향에 연속한 것으로 되어 있다.

도 2로 나타내고 있는 바와 같이, 돌출부(1C)와 웨브부(1D, 1E)와의 접속 개소가 유도 가열되는 피가열 영역(2)이며, 이것들의 피가열 영역(2)은 물품(1)의 길이 방향에 연장되어 있다.

가열 작업이 이루어질 때의 물품(1)은, 도 1로 나타내는 바와 같이, 작업 테이블(3) 위에 설치되어, 플랜지부(1A, 1B)는 도시하지 않는 클램프(clamp) 장치로 작업 테이블(3)에 클램프된다. 또한, 유도 가열 장치의 유도자(4)가 구비하고 있는 2개의 유도 작용부(4A)가, 도 2로 나타내는 바와 같이, 각각의 피가열 영역(2)과 적정한 간극(間隙)을 두어서 이것들의 피가열 영역(2)에 대하여 대향 배치된다. 유도자(4)는 도 1로 나타낸 급전 케이블(5)을 통해서 전원 장치(6)에 접속되어 있다. 물품(1)과 작업 테이블(3)과의 사이의 공간에는, 피가열 영역(2)의 전역이 목표 온도 이상까지 가열된 후에 피가열 영역(2)에 이면(裏面) 측에서 냉각액을 분사하기 위한 냉각관(7)이 삽입 통과되어 있다. 이것들의 냉각관(7)은, 목표 온도 이상으로 가열된 적어도 피가열 영역(2)의 전역을 급랭시켜, 이것들의 피가열 영역(2)의 전 역을 담금질하기 위한 급랭 수단으로 되어 있다.

도 1로 나타낸 연속부(4B)에서 접속되어 있는 2개의 유도 작용부(4A)는, 도 2로 나타내고 있는 바와 같이, 중공(中空) 구조로 되어 있다. 그리고, 그 중공부에는, 도 1로 나타내는 입구(8)로부터 유입되어 출구(9)로부터 유출하는 냉각액이 유통된다. 이것에 의해, 피가열 영역(2)의 유도 가열 시에 있어서의 유도 작용부(4A)의 발열(發熱)이 억제되도록 되어 있다.

또한, 유도 작용부(4A)는 피가열 영역(2)의 전역과 대응하는 크기를 갖는 것이다. 이것 때문에, 본 실시형태에 따른 유도 가열 장치는, 피가열 영역(2)의 전역을 동시에 가열할 수 있는 일괄 가열을 위한 장치로 되어 있다.

전원 장치(6)의 스위치를 온(ON)으로 조작하면, 전원 장치(6)에 의해 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전이 개시되고, 이것에 의해, 유도 작용부(4A)의 전자 유도 작용에 의해 피가열 영역(2)에 유도 와전류가 생기고, 이것에 의해 발생하는 줄열로 피가열 영역(2)은 승온된다.

본 실시형태에서는, 이 승온 단계 후, 전원 장치(6)의 스위치를 오프(OFF)로 조작하고, 이것에 의해, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지시킴으로써, 승온 도중에 있어서, 피가열 영역(2)의 각각의 부위에 있어서의 온도차를 축소시키기 위한 단계를 구성한다.

그리고, 이 온도차 축소 단계를 종료시키기 위해서, 전원 장치(6)의 스위치를 다시 온(ON)으로 조작해서 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 재개함으로써, 피가열 영역(2)을 다시 유도 가열하고, 이것에 의해 재승온 단계를 시작한다. 이 재승온 단계는, 피가열 영역(2)의 전역이 목표 온도 이상까지 승온된 후에, 즉, 피가열 영역(2)의 전역이, 이 전역을 소정의 강도를 구비한 경도(硬度)까지 담금질하기 위해서 필요로 되는 온도 이상까지 승온된 후에, 전원 장치(6)의 스위치의 오프(OFF) 조작으로써 종료된다.

이 재승온 단계의 종료와 동시에, 급랭 수단인 상기 냉각관(7)으로부터 냉각액이 분출되고, 피가열 영역(2)은 급랭됨으로써 담금질된다. 이 후, 물품(1)은, 상기 클램프 장치의 클램프 해제에 의해 도장 공정 등의 후공정으로 보내진다.

도 3과 도 4는, 실험 결과로부터 얻은 피가열 영역의 승온 곡선을 나타내는 그래프이다. 도 3은, 승온 도중에 1회의 상기 온도차 축소 단계를 구성했을 경우이고, 도 4는, 온도차 축소 단계를 구성하지 않았을 경우이다.

이 실험에서 이용한 물품은, 탄소 함유량이 0.16％로 두께가 1.4mm의 강판을 프레스 성형하고, 도 1로 설명한 바와 같이 단면이 해트 형상으로 한 것이며, 4륜 차량의 센터 필러의 내부에 배치되는 보강 부재이었다. 또한, 그 물품은, 폭 치수가 180mm, 높이 치수가 70mm, 길이 치수가 600mm의 것이었다. 유도자에 통전한 고주파 전류의 전력은 50kW ∼ 80kW, 전압은 약 240V, 전류는 230A ∼ 340A로서, 주파수는 23kHz ∼ 24.5kHz이다. 피가열 영역(2)의 온도의 측정은 합계 30개소의 부위에 대해서 실행하였다.

도 3에 있어서, Ⅹ는, 최고 온도의 부위에 관한 승온 곡선, Y는, 최저 온도의 부위에 관한 승온 곡선, Z는, 이것들의 최고와 최저의 온도의 차(差)에 대한 변화 곡선이다. 또한, 도 4에 있어서, Ⅹ'는, 최고 온도의 부위에 관한 승온 곡선, Y'는, 최저 온도의 부위에 관한 승온 곡선, Z'는, 이것들의 최고와 최저의 온도의 차에 대한 변화 곡선이다.

처음에, 도 4의 실험의 경우를 설명하면, 이 실험의 경우에는, 전원 장치(6)의 스위치의 온(ON) 조작에 의한 가열 개시로부터 유도자(4)에 고주파 전류를 8.5초간 연속해서 통전하고, 이 후, 스위치를 오프(OFF) 조작했다. 이 오프(OFF) 조작 시에 있어서의 제일 고온부의 온도는, 피가열 영역(2)을 소정의 강도를 구비한 경도까지 담금질하기 위해서 필요한 목표 온도 T_Z를 초과하고 있었지만, 제일 저온부의 온도는, 목표 온도 T_Z에 도달하지 않고, 게다가, 양쪽 온부(溫部) 사이의 온도차는 약 270℃라고 하는 큰 것이었다.

도 3의 실험의 경우에는, 전원 장치(6)의 스위치를 온(ON) 조작에 의한 가열 개시로부터 3.9초 후에 스위치를 오프(OFF) 조작함으로써, 온도차 축소 단계를 구성했다. 또한, 가열 개시로부터 6.0초 후에 스위치를 다시 온(ON) 조작함으로써, 재승온 단계를 구성하고, 이 재승온 단계는, 가열 개시로부터 11.8초 후에 스위치를 오프(OFF) 조작할 때까지 연속시켰다. 이 재승온 단계의 종료 시에 있어서, 제일 고온부와 제일 저온부의 각각의 온도는 동시에 목표 온도 T_Z에 도달하고 있으며, 게다가, 이것들의 온도차는 약 50℃라고 하는 작은 것이었다.

도 3의 실험의 경우, 온도차 축소 단계의 시작 시에 있어서의 온도차는 약 200℃이었지만, 이 단계 종료 시에 있어서의 온도차는 약 100℃로 되어 있어, 이것 때문에, 이 사이에 온도차가 약 100℃ 개선되어 있는 것으로 된다. 또한, 피가열 영역(2)의 온도가 자기 변태점 T_M에 도달한 후에도 온도차는 개선되어 있다. 이러한 온도차의 개선이, 가열 작업이 종료할 때까지의 사이에 이루어짐으로써, 가열 작업이 종료된 최후일 때의 온도차가, 약 50℃라고 하는 작은 값으로 되었다.

이상의 설명으로부터 아는 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 승온 도중에 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지시켜, 이것에 의해 피가열 영역(2)의 온도차를 축소하는 단계를 구성함으로써, 피가열 영역(2)의 전역을 목표 온도 이상으로 승온시키는 가열 작업이 종료되었을 때에 있어서의 피가열 영역(2)의 온도차를 작게 할 수 있고, 환언하면, 가열 작업 종료 시에 있어서의 피가열 영역(2)의 승온 편차를 저감시킬 수 있다.

게다가, 승온 편차를 저감시킬 수 있다고 하는 이 효과는, 피가열 영역(2)의 일부를 냉각 등을 하기 위한 특별한 수단을 유도 가열 장치에 구성하는 일 없이 실현되고, 따라서 설비 비용이나 에너지 효율의 점에서 유효한 동시에, 승온 도중에, 유도자(4)에 고주파 전류를 통전하지 않는 초 단위의 짧은 시간을 구성하는 것만으로 실현되기 때문에, 유도자(4)의 유도 작용부(4A)로 피가열 영역(2)의 전역을 동시에 가열하는 일괄 가열의 이점인 작업 시간의 단축을 거의 그대로 확보할 수 있게 된다.

또한, 피가열 영역(2)의 전역이 목표 온도에 도달했을 때에 있어서의 피가열 영역(2)의 온도차는 작기 때문에, 최고 온도는 목표 온도를 크게 초과한 온도로 되지 않는다. 이것 때문에, 물품(1)의 재료인 박판이, 예를 들면, 아연 도금 등의 표 면 피복재를 갖는 판재이어도, 이 표면 피복재가 가열에 의해 소실되어버릴 우려가 없다.

또한, 가열 종료 시에 있어서의 피가열 영역(2) 전체의 온도의 평준화를 달성할 수 있기 때문에, 일부의 온도가 고온이 됨으로써 생기는 예상외의 재료 조직 변화의 발생이나, 담금질을 위한 급랭에 따르는 왜곡의 발생, 담금질 후의 잔류 응력의 발생을 억제할 수 있다.

이상 설명한 도 1의 실시형태의 전원 장치(6)는, 수동으로 이루어지는 스위치의 조작에 의해 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전의 일시 정지가 이루어졌기 때문에, 도 1의 실시형태에서는, 이 스위치가, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지시키기 위한 전류 제어 수단으로 되어 있었지만, 도 5 ∼ 도 7은, 이 전류 제어 수단이 도 1의 것과 상이한 다른 실시형태에 따른 전원 장치를 나타낸다.

도 5는, 상기 전류 제어 수단이 타이머식 제어 수단(25)으로 이루어져 있는 실시형태를 나타낸다. 이 도 5의 전원 장치(16)는, 전원(17)과, 인버터 장치(18)와, 정합(整合) 트랜스 장치(19)와, 제어 장치(20)로서 구성되어 있다. 인버터 장치(18)에는, 전원(17)으로부터의 3상(相) 등의 교류 전류를 직류 또는 맥류(脈流)로 변환시키는 순변환기(順變換器)(21)와, 이 순변환기(21)로부터의 전류를 고주파 전류로 변환시키는 역변환기(逆變換器)(22)와, 인버터 제어기(23)가 설치되어 있다. 역변환기(22)에서 변환된 고주파 전류는 정합 트랜스 장치(19)에 보내지며, 이 정합 트랜스 장치(19)에 급전 케이블(5)을 통해서 유도자(4)가 접속되어 있다.

인버터 장치(18)를 제어하기 위한 제어 장치(20)에는 타이머(24)가 설치되 고, 이 타이머(24)는, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전으로 개시되는 물품(1)의 피가열 영역(2)에 대한 가열 작업의 시간을 계측하는 것이다. 물품(1)의 가열 작업이 개시된 후의 시간이, 타이머(24)에 기억되어 있는 미리 정해진 시간이 되면, 타이머(24)로부터의 전령(傳令)에 근거하여, 제어 장치(20)는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에의 급전의 정지를 지령하기 위한 제어 신호를 인버터 장치(18)에 송신하고, 이것에 의해, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지시키기 위한 전술한 온도차 축소 단계가 시작된다. 또한, 물품(1)의 가열 작업이 개시된 후의 시간이, 타이머(24)에 기억되어 있는 미리 정해진 다른 시간이 되면, 타이머(24)로부터의 전령에 근거하여, 제어 장치(20)는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에의 급전의 재개를 지령하기 위한 제어 신호를 인버터 장치(18)에 송신하고, 온도차 축소 단계가 종료된다.

전원 장치(16)에 있어서의 상기 전류 제어 수단이, 타이머(24) 등으로 구성된 타이머식 제어 수단(25)으로 되어 있는 이 실시형태에 의하면, 온도차 축소 단계의 개시 및 종료를 타이머(24)에 의해 자동화할 수 있게 된다.

도 6은, 상기 전류 제어 수단이 온도 실측식 제어 수단(29)으로 되어 있는 실시형태를 나타낸다. 이 도 6의 전원 장치(26)는, 물품(1)의 피가열 영역(2)에 있어서의 소정의 부위의 온도를 측정하기 위한 센서(27)를 구비하고 있으며, 제어 장치(20)에는, 센서(27)로부터의 측정 데이터를 검정하기 위한 온도 비교기(28)가 설치되어 있다. 이 비교기(28)에는, 물품(1)의 가열 작업 개시 후, 피가열 영역(2)의 가열을 일시 정지시켜야 할 온도와, 피가열 영역(2)의 가열을 재개시켜야 할 온도 가 미리 기억되어 있다.

물품(1)의 가열 작업 개시 후, 센서(27)로써 측정된 피가열 영역(2)의 온도가, 피가열 영역(2)의 가열을 일시 정지시켜야 할 온도로 되면, 온도 비교기(28)로부터의 전령에 근거하여, 제어 장치(20)는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에의 급전의 정지를 지령하기 위한 제어 신호를 인버터 장치(18)에 송신하고, 이것에 의해, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지시키는 온도차 축소 단계가 시작된다. 또한, 센서(27)로써 측정된 온도가, 피가열 영역(2)의 가열을 재개시켜야 할 온도까지 저하되면, 온도 비교기(28)로부터의 전령에 근거하여, 제어 장치(20)는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에의 급전의 재개를 지령하기 위한 제어 신호를 인버터 장치(18)에 송신하고, 온도차 축소 단계가 종료된다.

전원 장치(26)에 있어서의 상기 전류 제어 수단이 센서(27)와 온도 비교기(28) 등으로 구성된 온도 실측식 제어 수단(29)으로 이루어져 있는 이 실시형태에 의하면, 온도차 축소 단계의 개시 및 종료를 피가열 영역(2)의 실제의 온도에 근거해서 정확하게 실행할 수 있다.

이상 설명한 각각의 실시형태에 있어서의 온도차 축소 단계는, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지하는 것이었지만, 유도자(4)에 통전하는 고주파 전류를 일시 저감해도, 피가열 영역의 온도차를 축소할 수 있기 때문에, 온도차 축소 단계는, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 저감하는 것이라도 좋다. 10％ 정도의 전류 레벨(level)의 저감이어도, 피가열 영역(2)의 승온을 실질적으로 제로(zero)로 할 수 있다.

도 7은, 상기 전류 제어 수단이, 피가열 영역(2)의 임피던스와 대응하고 있는 유도자(4)의 고주파 전류의 주파수를 추미하기 위한 주파수 추미 수단(40)을 구비한 임피던스 지득식 제어 수단(41)으로 이루어져 있는 실시형태를 나타낸다. 또한, 이 실시형태에 있어서의 온도차 축소 단계는, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 저감하는 것이다.

도 7의 전원 장치(36)의 인버터 장치(18)에는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)를 통해서 유도자(4)에 급전되는 고주파 전류의 거동(擧動)을 검출하기 위한 전류 검출기(37)가 설치되고, 이 전류 검출기(37)로써 얻은 유도자(4)의 고주파 전류에 대한 주파수나, 전압과의 위상차(位相差)에 관한 데이터는, 공진 주파수 검지기(38)에 전령된다. 이것들의 전류 검출기(37)와 공진 주파수 검지기(38)는, 인버터 장치(18)의 인버터 제어기(23)와 함께, 주파수 추미 수단(40)을 구성하고 있다. 이 주파수 추미 수단(40)은, 전류 검출기(37)로써 검출되는 유도자(4)의 고주파 전류에 대한 상기 전압과의 위상차를 제로로 하려고 하는 회로 동작을 갖고, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에 급전되는 전류의 주파수를 유도자(4)의 고주파 전류의 공진 주파수와 시시각각 일치시키려고 하는 주파수 추미 동작을 실행하는 것으로 되어 있다.

이 주파수 추미 동작에 의해 초래된 유도자(4)의 고주파 전류의 공진 주파수를, 공진 주파수 검지기(38)는, 상기 위상차가 제로로 되는 기준을 갖고 검지하고, 이 검지된 공진 주파수는, 제어 장치(20)의 주파수 비교기(39)에 송신된다. 이 주파수 비교기(39)에는, 미리 정해진 2개의 주파수가 기억되어 있다. 제1의 주파수 는, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 저감시켜야 할 때의 주파수이고, 제2의 주파수는, 유도자(4)에의 통전을 고주파 전류의 원래의 전류 레벨로 재개시켜야 할 때의 주파수, 환언하면, 상기 일시 저감이 이루어지기 전의 원래의 통전 상태로 복귀할 때의 주파수이다. 공진 주파수 검지기(38)로부터 주파수 비교기(39)에 송신되는 유도자(4)의 고주파 전류의 공진 주파수는, 이것들의 제1 및 제2의 주파수와 대비된다.

유도자(4)의 고주파 전류의 공진 주파수는, 피가열 영역(2)의 임피던스와 대응하고 있으며, 또한, 이 임피던스는 피가열 영역(2)의 온도와 대응하고 있다.

공진 주파수 검지기(38)로부터 유도자(4)의 고주파 전류의 공진 주파수가 주파수 비교기(39)에 송신되면, 이 공진 주파수를 통해서 간접적으로 주파수 비교기(39)는 피가열 영역(2)의 임피던스를 지득(知得)하게 된다. 이것 때문에, 상기 주파수 추미 수단(40)과 주파수 비교기(39) 등에 의해, 임피던스 지득식 제어 수단(41)이 구성되어 있다.

물품(1)의 가열 작업 개시 후, 공진 주파수 검지기(38)로부터 주파수 비교기(39)에 송신된 유도자(4)의 고주파 전류의 공진 주파수가, 비교기(39)에 기억되어 있는 상기 제1의 주파수와 일치하면, 이 비교기(39)로부터의 전령에 근거하여, 제어 장치(20)는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에의 급전의 저감을 지령하기 위한 제어 신호를 인버터 장치(18)에 송신하고, 이것에 의해, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 저감시키기 위한 온도차 축소 단계가 시작된다. 이 후, 공진 주파수 검지기(38)로부터 주파수 비교기(39)에 송신된 유도자(4)의 고주파 전 류의 공진 주파수가, 주파수 비교기(39)에 기억되어 있는 상기 제2의 주파수와 일치하면, 주파수 비교기(28)로부터의 전령에 근거하여, 제어 장치(20)는, 역변환기(22)로부터 정합 트랜스 장치(19)에의 급전을 원래의 전류 레벨로 재개(再開) 지령하기 위한 제어 신호를 인버터 장치(18)에 송신하고, 이것에 의해, 온도차 축소 단계가 종료한다.

도 7로 나타낸 이 실시형태에 의하면, 피가열 영역(2)의 임피던스의 변화는, 피가열 영역(2)의 전역의 온도 변화와 대응한 것이기 때문에, 1개의 센서(27)로 피가열 영역(2)에 있어서의 1개의 부위의 온도를 측정하고 있는 도 6의 실시형태보다도, 피가열 영역(2)의 온도 변화에 따라서 온도차 축소 단계를 정확하게 구성할 수 있다.

또한, 이상 설명한 도 7의 실시형태에 있어서의 온도차 축소 단계는, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 저감하는 형태로 구성했지만, 통전의 재개를 위한 타이머를 별도로 구성한 뒤에, 혹은, 통전을 재개해야 할 온도까지 피가열 영역(2)의 온도가 저하했을 때의 공진 주파수를 검지하기 위한 공진 주파수 검지 수단을 별도로 구성한 뒤에, 도 7의 실시형태에 있어서의 온도차 축소 단계를, 유도자(4)에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지하는 형태로 구성해도 좋다.

도 8은, 유도자의 유도 작용부에 대한 다른 실시형태를 나타내며, 도 9는, 도 8의 S9-S9선 단면도이다. 전원 장치(6)에 의해 고주파 전류가 통전되는 유도자(44)는, 물품(1)에 있어서의 2개소의 피가열 영역(2)의 각각에 대해서, 복수개, 도시한 실시형태에서는 4개의 양도체(44A)를 구비하고 있다. 이것들의 양도체(44A) 는, 피가열 영역(2)에 유도 와전류를 발생시키는 유도 작용부를 형성하는 것이다. 유도 작용부가 피가열 영역(2)의 연장 설치되는 방향으로 연장되어 있는 각각의 양도체(44A)는, 피가열 영역(2)의 연장 설치되는 방향과 직교하는 물품(1)의 폭 방향에 병렬 설치되고, 이것에 의해, 각각의 피가열 영역(2)은 양도체(44A)로 덮여져 있다. 또한, 2개소의 피가열 영역(2)의 각각에 4개 설치되어 있는 양도체(44A)는, 그 4개가 서로 병렬 접속되어 있다.

이 실시형태에 의하면, 물품(1)의 폭 방향에 치수가 있는 피가열 영역(2)에 승온 편차가 발생했을 경우, 전기 저항이 조금 큰 고온부와 대응해서 배치되어 있는 양도체(44A)에 흐르는 전류는 조금 적게 되고, 전기 저항이 조금 작은 저온부와 대응해서 배치되어 있는 양도체(44A)에 흐르는 전류는 조금 많게 된다. 이것에 의해, 고온부에의 입열은 억제되고, 저온부에의 입열은 증강된다. 이것 때문에, 피가열 영역(2)의 온도차는 평준화되도록 수정되게 되고, 가열 작업 종료 시에 있어서의 승온 편차는, 전술한 온도차 축소 단계에 의한 효과와 아울러, 한층 저감되게 된다.

또한, 이 도 8 및 도 9의 실시형태에 있어서의 전원 장치를, 도 5 ∼ 도 7로 나타낸 전원 장치(16, 26, 36)로 해도 좋고, 또한, 스위치 조작을 수동으로 실행하는 도 1의 전원 장치(6)로 해도 좋다.

본 발명은, 예를 들면, 차량의 차체를 구성하는 박판제 물품을 담금질 등을 하기 위해서, 이 박판제 물품을 고주파 전류로 유도 가열하기 위해 이용할 수 있 다.

Claims

박판제(薄板製) 물품에 획정(劃定)된 피가열(被加熱) 영역의 전역(全域)을 동시에 유도(誘導) 가열하는 유도 작용부를 구비한 유도자(誘導子)에 고주파 전류를 통전(通電)함으로써, 상기 피가열 영역을 자기(磁氣) 변태점(變態點)보다도 고온의 목표 온도 이상으로 유도 가열하는 박판제 물품의 유도 가열 방법에 있어서,

상기 유도자에 의한 유도 가열로써 상기 피가열 영역을 승온(昇溫)시키기 위한 승온 단계와, 이 승온 단계 후, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감함으로써, 상기 피가열 영역에 있어서의 온도차를 축소시키기 위한 적어도 1회의 온도차 축소 단계와, 이 온도차 축소 단계 후, 상기 피가열 영역을 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전의 재개에 의해 재승온시켜, 이 피가열 영역의 전역의 온도를 상기 목표 온도 이상으로 하기 위한 재승온 단계를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 방법.
제1항에 있어서, 상기 재승온 단계의 다음 단계가, 상기 목표 온도 이상으로 가열된 상기 피가열 영역의 전역을 담금질하기 위해서, 적어도 이 피가열 영역의 전역을 급랭(急冷)시키는 급랭 단계로 되어 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 방법.
박판제 물품에 획정된 피가열 영역의 전역과 대응하는 유도 작용부를 갖는 유도자와, 이 유도자에 고주파 전류를 통전하고, 상기 피가열 영역을 유도 가열에 의해 자기 변태점보다도 고온의 목표 온도 이상으로 하는 전원(電源) 장치를 갖는 박판제 물품의 유도 가열 장치에 있어서,

상기 전원 장치는, 상기 피가열 영역이 상기 목표 온도에 도달하기 전에, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키기 위한 전류 제어 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 장치.
제3항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은, 타이머(timer)를 구비한 타이머식 제어 수단이며, 상기 타이머로써 계측된 시간이 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전 개시로부터 미리 정해진 소정의 시간이 되었을 때에, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 장치.
제3항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은, 상기 피가열 영역의 온도를 측정하는 온도 측정 수단을 구비한 온도 실측식 제어 수단이며, 상기 온도 측정 수단으로써 측정된 상기 피가열 영역의 온도가 미리 정해진 소정의 온도로 되었을 때에, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 장치.
제3항에 있어서, 상기 전류 제어 수단은, 상기 피가열 영역의 임피던스와 대 응하고 있는 상기 유도자의 고주파 전류의 주파수를 추미(追尾)하기 위한 주파수 추미 수단을 구비한 임피던스 지득식(知得式) 제어 수단이며, 상기 주파수 추미 수단으로써 추미된 상기 고주파 전류의 공진 주파수가 미리 정해진 주파수로 되었을 때, 상기 유도자에의 고주파 전류의 통전을 일시 정지 또는 일시 저감시키는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 장치.
제3항에 있어서, 상기 유도자는, 그 유도 작용부가 상기 피가열 영역의 연장 설치되는 방향을 따르도록 연장되어 있는 양도체의 복수개를, 상기 피가열 영역이 덮여지도록 상기 연장 설치되는 방향과 직교하는 방향에 병렬 설치하고, 또한, 이것들의 양도체를 병렬 접속함으로써 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 장치.
제3항에 있어서, 상기 피가열 영역이 상기 목표 온도 이상에 도달한 후에 적어도 이 피가열 영역을 급랭시키는 급랭 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품의 유도 가열 장치.
피가열 영역의 전역이 자기 변태점보다도 고온의 목표 온도 이상으로 유도 가열된 박판제 물품에 있어서,

상기 피가열 영역의 상기 목표 온도 이상에의 가열이, 상기 피가열 영역을 유도 가열로 승온시키기 위한 승온 단계와, 이 승온 단계 후, 상기 유도 가열을 일 시 정지 또는 일시 저감함으로써, 상기 피가열 영역에 있어서의 온도차를 축소시키기 위한 적어도 1회의 온도차 축소 단계와, 이 온도차 축소 단계 후, 상기 피가열 영역을 상기 유도 가열의 재개에 의해 재승온시켜, 이 피가열 영역의 전역의 온도를 상기 목표 온도 이상으로 하기 위한 재승온 단계를 포함해서 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품.
제9항에 있어서, 상기 목표 온도 이상으로 가열된 피가열 영역의 전역이 급랭되고, 이 급랭으로 상기 피가열 영역이 담금질되어 있는 것을 특징으로 하는 박판제 물품.
제9항에 있어서, 상기 박판제 물품은, 4륜 차량의 차체를 구성하는 물품인 것을 특징으로 하는 박판제 물품.
제11항에 있어서, 4륜 차량의 차체를 구성하는 물품은, 센터 필러(center pillar)를 위한 보강 부재인 것을 특징으로 하는 박판제 물품.