KR101962672B1 - 전자 유도 가열 장치 및 경합금 휠 제조 방법 - Google Patents

Abstract

반제품 형상의 경합금 휠 등의 피가열물을 효율적으로 가열해서 단시간에 소정 온도로 할 수 있는 전자 유도 가열 장치(1)는, 피가열물(8)측에 같은 극이 위치하도록 복수의 자석(21)이 배치된 회전체(2)와, 회전체(2)를 회전시키는 회전 구동 모터(3)를 구비하고 있고, 회전체(2)를 회전시켜서 발생하는 유도 전류에 의해 피가열물(8)을 가열한다. 이동용 모터(6)로 회전체(2)의 자석(21)과 피가열물(8)과의 거리 D를 제어함에 의해, 열팽창 계수가 큰 경합금 휠 등을 효율적으로 잘 가열할 수 있다.

Description

전자 유도 가열 장치 및 경합금 휠 제조 방법

본 발명은 전자(電磁) 유도 가열 장치 및 경합금 휠 제조 방법에 관한 것이다.

알루미늄 합금제의 알루미늄 휠 등의 경합금 휠의 제조 방법으로서, 종래, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 주조하고, 당해 알루미늄 휠에 스피닝 가공을 실시해서 소정의 림(rim) 형상을 형성하는 제조 방법이 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 주조하고, 다음으로 반제품 형상의 알루미늄 휠의 일부를 가공해서 림부를 형성하는 제조 방법이 기재되어 있다.

일본 특개2003-127030호 공보

가공에 의해 알루미늄 휠의 림부의 일부를 형성하는 제조 방법에서는, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 가공하기 전에 미리 가열해서 가공에 적합한 온도로 해둘 필요가 있다. 특허문헌 1에는 가열로를 이용해서 가열하는 것이 기재되어 있지만, 가열로로 반제품 형상의 알루미늄 휠을 미리 가열하는 공정에는 시간이 걸리고, 알루미늄 휠 제조 설비의 대규모화로 이어진다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은, 반제품 형상의 경합금 휠 등의 피가열물을 효율적으로 가열해서 단시간에 소정 온도로 할 수 있는 전자 유도 가열 장치를 제공하는 것에 있다.

본 출원의 발명자들은, 전자 유도 가열을 이용함에 의해, 종래의 가열로에 의한 제조 방법보다도 단시간에 피가열물을 효율적으로 가열할 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 제공되는 본 발명은 다음과 같다.

[1] 피가열물측에 같은 극이 위치하도록 복수의 자석이 배치된 회전체와, 상기 회전체를 회전시키는 회전 구동 수단과, 상기 피가열물의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 상기 회전체 및 상기 피가열물의 적어도 한쪽을 이동시킴에 의해, 상기 회전체와 상기 피가열물과의 거리를 변화시키는 이동 수단을 구비하고 있고, 상기 회전체를 회전시켜서 발생하는 유도 전류에 의해 상기 피가열물을 가열하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 가열 장치.

[2] 복수의 상기 자석과 상기 피가열물과의 거리를 측정하는 거리 측정 수단을 추가로 구비하고 있고, 상기 이동 수단은, 상기 거리 측정 수단이 측정한 거리에 의거해서, 상기 회전체 및 상기 피가열물의 적어도 한쪽을 이동시키는 [1]에 기재된 전자 유도 가열 장치.

[3] 상기 거리 측정 수단을 복수 구비하고 있고, 상기 이동 수단은, 상기 복수의 거리 측정 수단에 의해서 검출된 복수의 거리 중의 최대값 또는 최소값에 의거해서, 상기 피가열물 및 상기 회전 구동 수단의 적어도 한쪽을 이동시키는 [2]에 기재된 전자 유도 가열 장치.

[4] 상기 거리 측정 수단은, 상기 회전체의 상기 자석과 상기 피가열물 사이의 정전 용량의 변화, 또는 레이저광의 변화에 의거해서, 상기 거리를 측정하는 것인 [2] 또는 [3]에 기재된 전자 유도 가열 장치.

[5] 피가열물측에 같은 극이 위치하도록 복수의 자석이 배치된 회전체와, 상기 회전체를 회전시키는 회전 구동 수단과, 상기 피가열물의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과, 상기 회전체 및 상기 피가열물의 적어도 한쪽을 이동시킴에 의해, 상기 회전체와 상기 피가열물과의 거리를 변화시키는 이동 수단을 구비하고 있고, 상기 회전체에는 복수의 상기 자석이 배치되어 있고, 상기 피가열물은, 반제품 형상의 경합금 휠이고, 상기 온도 측정 수단은, 상기 반제품 형상의 경합금 휠에 있어서의, 상기 회전체측의 제1 온도와, 상기 회전체와 반대측의 제2 온도를 측정하고, 상기 이동 수단은, 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 의거해서, 상기 거리를 변화시키고, 상기 회전 구동 수단은, 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 의거해서, 상기 회전체의 회전수를 변화시키고, 상기 회전체를 회전시켜서 발생하는 유도 전류에 의해 상기 피가열물을 가열하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 가열 장치.

[6] 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차가 50∼150℃로 되도록, 상기 회전체의 회전 및 상기 자석과 상기 피가열물과의 거리의 적어도 한쪽을 변화시키는 [5]에 기재된 전자 유도 가열 장치.

[7] 전자 유도에 의해서 반제품 형상의 경합금 휠을 가열하는 가열 공정을 구비하고 있는, 경합금 휠의 제조 방법에 있어서, 상기 가열 공정은, 상기 반제품 형상의 경합금 휠의 아래쪽에 있어서, [1]의 전자 유도 가열 장치의 상기 회전체를 회전시킴에 의해서 발생하는 유도 전류에 의해 상기 반제품 형상의 경합금 휠을 가열하는 것을 특징으로 하는 경합금 휠의 제조 방법.

[8] 상기 반제품 형상의 경합금 휠을 형성하는 주조 공정과, 상기 가열 공정에 의해 가열된 경합금 휠을 가공하는 가공 공정을 구비하고 있는 [7]에 기재된 경합금 휠의 제조 방법.

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본 발명에 따르면, 피가열물측에 같은 극이 위치하도록 복수의 자석이 배치되어 있음에 의해서, 자력선이 평행으로 되어 먼 곳까지 도달하므로, 회전체의 회전에 의해 발생하는 유도 전류에 의해 효율적으로 피가열물을 가열할 수 있다. 따라서, 반제품 형상의 경합금 휠과 같은 피가열물을 효율적으로 가열해서 단시간에 소정 온도로 하는 것이 가능하다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 전자 유도 가열 장치(1)의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 블록도.
도 2는 도 1에 있어서의 AA 화살표 방향으로부터 본 도면이고, 회전체(2)를 자석(21)이 설치된 자석면측으로부터 본 정면도.
도 3은 회전체(2) 및 피가열물(8)의 측면도.
도 4는 도 1의 전자 유도 가열 장치(1)의 변형예를 모식적으로 나타내는 블록도.
도 5는 제2 실시형태에 따른 알루미늄 휠의 제조 방법의 플로차트.
도 6은 제2 실시형태에 따른 알루미늄 휠의 제조 방법에 있어서의, 전자 유도 가열 장치(1)를 이용한 가열 공정을 모식적으로 나타내는 블록도.
도 7은 실시예 1의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 8은 실시예 2의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 9는 실시예 3의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 10은 실시예 3의 측정 결과를 나타내는 그래프.
도 11은 실시예 3의 측정 결과를 나타내는 그래프.

(제1 실시형태)

본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 전자 유도 가열 장치(1)의 개략 구성을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 전자 유도 가열 장치(1)는, 회전체(2), 회전 구동 모터(회전 구동 수단)(3), 거리 측정 수단(4), 온도 측정 수단(5), 이동용 모터(이동 수단)(6), 및 제어 수단(7)을 구비하고 있다.

도 2는, 도 1에 있어서의 AA 화살표 방향으로부터 본 도면이고, 회전체(2)에 자석(21)이 설치된 면(이하, 「자석면」이라고도 한다)측으로부터 본 정면도이다. 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 회전체(2)는 원반의 한쪽의 면에 복수의 자석(21)이, 동심원 형상(원환(圓環) 형상)으로 배치되어서 구성되어 있다. 회전체(2)는, 자석면과는 반대의 면에 있어서, 자석(21)의 동심원의 중심의 위치에서 회전축(22)을 개재해서 회전 구동 모터(3)와 접속되어 있다. 회전 구동 모터(3)로 회전체(2)를 회전하고, 피가열물(8)에 유도 전류를 발생시켜서 가열한다. 회전체(2)와 회전 구동 모터(3)를 연결하는 수단으로서는 회전축(22) 외에, 체인, 벨트 등 다른 공지의 수단을 이용해도 된다.

자석(21)으로서는, 페라이트 자석, 사마코바 자석(Sm-Co계 마그넷), 네오디뮴 자석(Nd-Fe-B계 마그넷) 등의 희토류 자석, 알니코 자석(Al·Ni·Co 자석) 등을 이용할 수 있다. 피가열물(8)을 효율적으로 가열하는 관점에서, 희토류 자석 등의 자력이 강한 자석이 바람직하다.

도 3은 회전체(2) 및 피가열물(8)의 측면도이다. 동 도면 중의 자석(21)에 부여한 화살표는, 시점측이 S극측을 나타내고 있고, 종점측이 N극측을 나타내고 있다. 도 3에는, 모든 자석(21)의 N극이 피가열물(8)측에 위치하는 예를 나타냈지만, 모든 자석(21)의 S극이 피가열물(8)측에 위치하는 구성으로 해도 된다. 모든 자석(21)을 피가열물(8)측에 같은 극이 위치하도록 배치함에 의해 도 3에 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 자속이 평행하게 되어, 회전체(2)로부터 먼 위치까지 자력선이 도달한다. 따라서, 회전체(2)를 회전시킴에 의해, 피가열물(8)의 넓은 범위에 있어서 큰 소용돌이 형상의 유도 전류(이하, 「소용돌이 전류」라고도 한다)를 발생시킬 수 있으므로, 피가열물(8)을 효율적으로 가열할 수 있다.

도 3에서는, 피가열물(8)에 유도 전류를 발생시키기 위해서, 회전체(2)를 회전시키는 구성을 나타냈다. 그러나, 피가열물(8)을 회전시키고, 회전체(2)를 고정함에 의해, 유도 전류를 발생시키는 구성으로 해도 된다. 단, 회전체(2)를 회전시킴에 의해서 자석(21)의 냉각 효과가 얻어지므로, 퀴리점이 비교적 낮은 희토류 자석을 자석(21)으로서 이용할 경우, 회전체(2)를 회전시키는 구성이 바람직하다. 전자 유도 가열 장치(1)는, 냉각 팬 등의 냉각 수단을 이용해서 자석(21)을 냉각하는 것으로 해도 된다.

회전 구동 모터(3)(도 1 참조)는, 회전축(22)을 개재해서 회전체(2)를 회전 구동하는 것이고, 후술하는 제어 수단(7)에 의해, 회전 토크, 회전수 등을 변경 가능하게 구성되어 있다.

거리 측정 수단(4)은, 회전체(2)의 자석(21)의 피가열물(8)측 단부와 피가열물(8)과의 거리 D를 측정하는 것이다. 거리 측정 수단(4)으로서는, 예를 들면, 회전체(2)의 자석(21)과 피가열물(8) 사이의 정전 용량의 변화나, 양자(兩者)의 간극을 통과하는 레이저광의 변화를 검지하는 수단을 들 수 있다.

도 1에는 거리 측정 수단(4)을 2개 구비한 예를 나타냈지만, 거리 측정 수단(4)은, 1개 또는 3개 이상이어도 된다. 측정 정밀도의 관점에서, 복수의 거리 측정 수단(4)을 이용해서 거리 D를 측정하는 것이 바람직하다.

온도 측정 수단(5)은, 피가열물(8)의 온도를 측정해서 결과를 제어 수단(7)에 출력한다. 온도 측정 수단(5)으로서, 열전대 등의 공지의 온도 센서를 이용할 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이 피가열물(8)의 온도를 1개소에서 측정하는 구성으로 해도 되지만, 피가열물(8)의 부위마다 온도를 측정할 필요가 있는 경우에는, 복수의 온도 측정 수단(5)을 이용해서 피가열물(8)의 온도를 측정하는 것이 바람직하다.

이동용 모터(6)는, 회전 구동 모터(3)를 회전축(22)과 평행한 방향으로 이동시켜서, 회전체(2)와 피가열물(8)과의 거리 D를 변화시키는 것이다. 예를 들면, 거리 측정 수단(4)에 의해서 피가열물(8)이 열팽창해서 거리 D가 작아졌을 경우, 피가열물(8)로부터 멀어지는 방향으로 회전 구동 모터(3)를 이동시켜서 거리 D를 가열 효율이 양호한 크기로 유지할 수 있다.

도 1에는, 회전체(2)의 위치를 변화시키기 위해서, 회전 구동 모터(3)를 이동시키는 이동용 모터(6)를 구비한 구성을 나타냈지만, 피가열물(8)과의 위치를 이동시키는 구성, 또는, 회전체(2) 및 피가열물(8)의 위치를 각각 이동시키는 구성으로 해도 된다.

제어 수단(7)은, 전술한 회전 구동 모터(3), 거리 측정 수단(4), 온도 측정 수단(5) 및 이동용 모터(6)와 유선 또는 무선으로 전기적으로 접속되어, 각각을 제어하는 것이며, 예를 들면 컴퓨터 등을 이용해서 구성할 수 있다. 제어 수단(7)에 의한 제어에 대하여, 이하에 설명한다.

제어 수단(7)은, 거리 측정 수단(4)에 의해 측정된 거리 D를 이용해서 회전 구동 모터(3)나 이동용 모터(6)를 제어한다. 피가열물(8)의 가열에 의해 팽창 변형되고 있는 것을 검지했을 경우, 회전 구동 모터(3)를 정지하거나, 이동용 모터(6)에 의해 회전체(2)를 이동시키거나 한다. 이것에 의해, 회전체(2)와 피가열물(8)이 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 예를 들면, 회전체(2)와 피가열물(8)과의 거리 D가 접촉의 위험이 어느 정도 작아졌을 경우, 피가열물(8)로부터 멀어지는 방향으로 회전체(2)를 이동시킨다. 이때, 거리 D를 가열 효율이 양호한 거리로 유지하면, 가열 효율을 양호하게 할 수 있다.

제어 수단(7)은, 온도 측정 수단(5)에 의해 측정된 피가열물(8)의 온도를 이용해서 회전 구동 모터(3)나 이동용 모터(6)를 제어할 수 있다. 예를 들면, 피가열물(8)이 소정 온도에 도달할 때까지는, 가열 효율이 높은 거리 D 및 회전수로 유지하고, 목적의 온도에 가까워짐에 따라 거리 D 및 회전수를 변화시킴에 의해, 피가열물(8)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 피가열물(8)이 소정 온도에 도달한 시점에서, 회전 구동 모터(3)를 정지시키고, 회전체(2)를 피가열물(8)로부터 멀어지는 방향으로 이동시켜도 된다.

전자 유도 가열 장치(1)가 거리 측정 수단(4)을 복수 구비하고 있을 경우, 제어 수단(7)은, 검출된 복수의 거리 D 중의 최대값 또는 최소값을 이용해서 각 부를 제어해도 된다.

피가열물(8)은, 자계를 변화시킴에 의해 소용돌이 전류가 발생하는 소재로 이루어지는 것이다. 피가열물(8)은, 예를 들면, 알루미늄을 함유하는 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 것, 구체적으로는, 알루미늄 새시, 알루미늄 휠 등을 들 수 있다. 또한, 알루미늄, 마그네슘, 티타늄 등 경금속을 주체로 하는 합금인 경합금으로 이루어지는 것도 피가열물(8)로서 가열할 수 있다.

도 4는 본 실시형태의 전자 유도 가열 장치(1)의 변형예를 모식적으로 나타내는 블록도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 피가열물(8)의 양측에 각각 전자 유도 가열 장치(1)를 배치하는 구성으로 해도 된다. 전자 유도 가열 장치(1)를 복수 이용함에 의해, 피가열물(8)이 소정의 온도에 달할 때까지의 시간을 단축하거나, 피가열물(8)을 보다 고온으로 할 수 있다.

(제2 실시형태)

제1 실시형태에 있어서 설명한 전자 유도 가열 장치(1)를 이용해서, 경합금 휠의 일례인 알루미늄 합금제의 반제품 형상의 알루미늄 휠을 가열하는 알루미늄 휠의 제조 방법에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 알루미늄 휠의 제조 방법의 플로차트이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 알루미늄 휠의 제조 방법은, 소정의 알루미늄 합금재를 주조해서 반제품 형상의 알루미늄 휠을 형성하는 주조 공정(S1)과, 주조 공정(S1)에서 형성된 반제품 형상의 알루미늄 휠을 가열하는 가열 공정(S2)과, 가열 공정(S2)에 있어서 가열된 반제품 형상의 알루미늄 휠을 가공해서 소정의 형태로 이루어지는 림부를 형성하는 가공 공정(S3)을 구비하고 있다.

(주조 공정(S1))

주조 공정(S1)은, 주형에 의해 형성되는 캐비티 내에 용탕(溶湯)을 주입하고, 냉각한 후, 형(型)을 개방하여 알루미늄 합금제 주물인 반제품 형상의 알루미늄 휠을 형성하는 공정이다. 일체형(원피스 타입)의 알루미늄 휠을 제조할 경우, 림부와 디스크부를 일체적으로 형성한다. 분리형(투피스 타입)의 알루미늄 휠을 제조할 경우, 림부와 디스크부를 개별로 형성한다. 어느 경우에도, 그 후의 가공 공정(S3)에 의해서 림부의 일부를 변형시켜서 림부를 소정의 형상으로 한다.

본 발명에 있어서는, 주조 공정(S1)에 의해 형성된 알루미늄 합금제 주물을 반제품 형상의 알루미늄 휠(니어넷 셰이프(near-net-shape))로 한다.

(가열 공정(S2))

가열 공정(S2)은, 그 후의 가공 공정(S3)에 있어서 가공에 적합한 온도로 반제품 형상의 알루미늄 휠을 미리 가열해 두는 공정이다.

종래, 가공 공정 전에 반제품 형상의 알루미늄 휠을 예를 들면 150∼400℃ 정도의 가공에 적합한 온도로 가열하기 위하여 가열로가 이용되고 있었다. 그러나, 가열로를 이용한 가열은, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 소정 온도로 가열할 때까지 장시간을 요하는 것, 및 가열로가 넓은 설치 장소를 필요로 하는 것 때문에, 알루미늄 휠 제조의 경제성을 저하시키는 일 요인으로 되어 있었다.

또한, 종래의 가열로를 이용한 가열에서는, 반제품의 알루미늄 휠의 전체가 소정 온도까지 가열된다. 그러나, 가공 공정(S3)에 있어서 가공되는 것은 반제품의 알루미늄 휠의 한쪽의 측면의 림부뿐이다. 예를 들면, 일체형의 알루미늄 휠을 가공할 경우, 주조 공정(S1)에서 형성된 디스크부가 가공 공정(S3)에 의해서 변형되지 않도록, 다른 쪽의 측면은 낮은 온도로 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 반제품의 알루미늄 휠의 측면 중, 소성 변형되는 한쪽의 측면이 다른 쪽보다도 높은 온도로 되도록 가열할 수 있다면, 알루미늄 휠 제조에 있어서의 효율을 더 향상시킬 수 있다.

그래서, 본 실시형태의 알루미늄 휠의 제조 방법의 가열 공정(S2)은, 전자 유도 가열 장치(1)를 이용한 전자 유도에 의해서 반제품 형상의 알루미늄 휠을 가열한다. 전자 유도 가열 장치(1)는, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 효율적으로 가열할 수 있고, 또한, 좁은 장소에도 설치할 수 있다. 따라서, 알루미늄 휠의 제조에 요하는 시간, 에너지, 공간 등을 억제하는 것이 가능하다.

또한, 전자 유도 가열 장치(1)를 이용함에 의해, 반제품 형상의 알루미늄 휠의 한쪽의 측면을 선택적으로 가열해서 높은 온도로 하는 것, 즉 반제품 형상의 알루미늄 휠에 온도 구배가 발생하도록 가열하는 것이 가능하다. 따라서, 가공 공정(S3)에 있어서, 한쪽의 측면을 가공에 적합한 온도로 하고, 다른 쪽의 측면을 의도하지 않은 변형 등이 발생하지 않는 온도로 할 수 있다.

전자 유도 가열 장치(1)를 이용한 가열 공정(S2)에 의하면, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 예를 들면 150∼500℃ 정도로 가열하는 것이 가능하다.

(가공 공정(S3))

가공 공정(S3)은, 주조 공정(S1)에 있어서 형성된 반제품 형상의 알루미늄 휠을 소정 형상으로 변형하는 공정이다. 가공 공정(S3)으로서는, 예를 들면, 소성 가공 공정이나, 단조(프레스) 공정 등을 들 수 있다.

소성 가공 공정은, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 내압성의 형틀에 넣고 형틀과 함께 회전시키면서, 나중에 림부를 형성하게 될 부분에 롤러를 소정 압력으로 밀어붙여서 이동시킴에 의해, 소정 형상으로 하는 공정이다. 소성 가공 공정에 있어서, 반제품 형상의 알루미늄 휠에 있어서, 완성품보다도 두껍게 형성되어 있는 림부를 늘이는 가공을 행한다.

단조 공정은, 반제품 형상의 알루미늄 휠을 내압성의 금형에 넣고, 고압 프레스에 의해 소정 형상의 알루미늄 휠을 형성하는 공정이다. 단조 공정은, 버스나 트럭과 같은 대형차의 알루미늄 휠의 제조에 바람직하게 이용된다.

완성품의 알루미늄 휠에 변형을 발생시키지 않는 관점에서, 가공 공정(S3)이 종료된 시점에 있어서 알루미늄 휠 전체의 온도가 균일한 것이 바람직하다. 소성 가공에 의해서 소정 형상으로 될 경우, 가공 공정(S3)에서 늘어나는 한쪽의 측의 림부 쪽이 다른 쪽의 측보다도 온도 저하의 정도가 크다. 이 때문에, 가공 공정(S3)이 개시되는 시점에 있어서, 가공되는 한쪽의 측의 림부의 온도를 높게 해둠에 의해, 변형이 억제된 알루미늄 휠로 할 수 있다. 이 관점에서, 늘어나는 한쪽의 측의 림부와 다른 쪽의 측의 림부의 온도차는, 가공 공정(S3)이 종료된 시점에 있어서, 100℃ 이내인 것이 바람직하고, 50℃ 이내인 것이 보다 바람직하고, 30℃ 이내인 것이 더 바람직하다. 또, 여기에서 말하는 「온도차」는, 늘어나는 한쪽의 측과, 다른 쪽의 측의 각각의 림부의 온도의 평균값을 말한다.

도 6은, 본 실시형태에 있어서의 전자 유도 가열 장치(1)를 이용한 가열 공정(S2)을 모식적으로 나타내는 블록도이다. 동 도면에 나타내는 전자 유도 가열 장치(1)는, 온도 측정 수단(5)으로서, 반제품 형상의 알루미늄 휠(81)의 회전체측의 제1 온도를 측정하는 온도 측정 수단(5A)과, 회전체(2)와는 반대측의 제2 온도를 측정하는 온도 측정 수단(5B)을 구비하고 있다. 이하에서는, 「반제품 형상의 알루미늄 휠(81)」을, 적의(適宜), 「알루미늄 휠(81)」이라고도 한다.

도 6에 나타내는 바와 같이, 가열 공정(S2)에서는, 피가열물(8)인 반제품 형상의 알루미늄 휠(81)의 아래쪽측에 있어서만 회전체(2)를 회전시킨다. 이것에 의해, 반제품 형상의 알루미늄 휠(81)의 한쪽측만을 가열할 수 있으므로, 알루미늄 휠(81)에 온도 구배를 발생시켜서, 가공 공정에 있어서 가공되는 측면을 선택적으로 고온으로 하는 것이 가능하다. 또한, 회전체(2)를 알루미늄 휠(81)의 아래쪽에서 회전시킴에 의해, 가열된 알루미늄 휠(81)의 열이 자석(21)에 대해서 영향을 끼치는 것을 억제할 수 있다.

가열 공정(S2)(도 5 참조)에서는, 제어 수단(7)은, 온도 측정 수단(5A 및 5B)에 의해 측정되는 제1 온도 및 제2 온도를 이용해서, 회전 구동 모터(3) 및 이동용 모터(6)를 제어한다. 이것에 의해, 반제품 형상의 알루미늄 휠(81)의 양 측면 중, 회전체(2)측의 측면을 가공에 적합한 소정 온도로 하고, 회전체(2)의 반대측의 측면을 의도하지 않은 변형이 발생하지 않는 온도로 할 수 있다.

가열 공정(S2)에 있어서의 가열 효율 및 반제품 형상의 알루미늄 휠(81)의 양 측면을 가공 공정(S3)에 적합한 온도로 하는 관점에서, 가열 공정(S2)에 있어서의 온도 측정 수단(5A 및 5B)에 의해 측정되는 제1 온도와 상기 제2 온도의 차를, 50∼150℃로 하는 것이 바람직하고, 70∼130℃로 하는 것이 보다 바람직하고, 80∼130℃로 하는 것이 더 바람직하다.

또, 제2 실시형태에서는, 본 발명의 전자 유도 가열 장치(1)를 알루미늄 휠의 제조 방법에 이용하는 경우에 대하여 설명하다. 알루미늄 새시를 제조할 경우, 다이스를 통과시켜서 기둥 형상의 알루미늄 합금 원료를 소정 형상으로 하기 전에 소정 온도로 가열해 둘 필요가 있다. 이 경우, 본 발명의 전자 유도 가열 장치(1)를 이용하면, 온도 구배가 발생하도록 기둥 형상의 알루미늄 합금 원료를 가열할 수 있다. 기둥 형상의 알루미늄 합금 원료의 최초로 다이스를 통과하는 측을 나중에 다이스를 통과하는 측보다도 고온으로 가열함으로써, 가공 공정의 종료 시에 있어서의 알루미늄 새시의 온도를 균일하게 해서, 온도의 불균일에 의한 변형이 적은 알루미늄 새시를 효율적으로 제조할 수 있다.

(실시예)

이하, 실시예에 의해서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

이하의 구성을 구비한 전자 유도 가열 장치(1)(도 5 참조)를 이용해서, 피가열물(8)의 회전체(2)측 단면(端面)에 구멍을 뚫어서 측단면으로부터 44㎜의 곳에 메워 넣은 열전대로 이루어지는 온도 측정 수단(5A)을 이용해서 측정했다.

·피가열물

·재질 : 알루미늄 합금제

·외형 : 직경 425㎜×118㎜

·중량 : 11.8kg

·비열 : 900 (J/Kg K) (20℃)

·열전도율 : 204 (W/m K)

(실시예 1)

직경 390㎜의 원주 상에 28개의 네오디뮴 자석이 균등 배치된 회전체(2), 및 출력 11KW의 회전 구동 모터(3)를 구비한 전자 유도 가열 장치(1)를 이용했다. 피가열물(8)로부터 회전체(2)의 자석(21)까지의 거리 D를 2.0㎜, 2.5㎜, 3.0㎜로 설정했다. 각각의 거리에 대하여 회전체(2)의 회전수를 변화시키고, 실온과 피가열물(8)의 온도차가 100℃로 될 때까지, 즉 피가열물(8)의 온도가 실온에서부터 100℃ 상승할 때까지 요하는 시간(초)을 측정했다. 표 1 및 도 7에 결과를 나타낸다.

[표 1]

(실시예 2)

실시예 1과 같은 전자 유도 가열 장치(1)를 이용해서, 피가열물(8)의 단부로부터 회전체(2)의 자석(21)까지의 거리 D를 2.6㎜, 2.8㎜, 3.0㎜로 설정했다. 각각의 거리에 대하여 회전체(2)의 회전수를 변화시키고, 실온과 피가열물(8)의 온도차가 200℃로 될 때까지, 즉 피가열물(8)의 온도가 실온에서부터 200℃ 상승할 때까지 요하는 시간(초)을 측정했다. 표 2 및 도 8에 결과를 나타낸다.

[표 2]

(실시예 3)

실시예 1과 같은 전자 유도 가열 장치(1)를 사용해서, 실시예 1에 있어서 가장 짧은 시간으로 가열할 수 있었던 D=2.0㎜에서, 회전수 1750rpm으로, 846초간 가열함에 의해, 피가열물을 350℃로 할 수 있었다.

(실시예 4)

네오디뮴 자석 대신에 페라이트 자석을 구비한 회전체(2)를 이용한 점, 및 회전 구동 모터(3)의 출력이 3.5KW인 점에 있어서, 실시예 1과는 다른 전자 유도 가열 장치(1)를 이용했다. 피가열물(8)의 단부로부터 회전체(2)의 자석(21)까지의 거리 D를 1.8㎜, 2.0㎜, 2.2㎜, 2.4㎜, 2.6㎜, 2.8㎜로 설정했다. 각각에 대하여, 회전체(2)의 회전수를 변화시키고, 실온의 피가열물(8)이 40℃로 될때까지 요하는 시간(초)을 측정했다. 표 3 및 도 9∼도 11에 결과를 나타낸다.

[표 3]

실시예 1∼4의 결과로부터 이하를 알 수 있었다.

(1) 네오디뮴 자석을 이용한 실시예 1∼3 및 이방성 페라이트 자석을 이용한 실시예 4 모두, 자기 유도에 의해서 알루미늄 합금제의 피가열물을 가열할 수 있었다.

(2) 네오디뮴 자석을 이용함에 의해 알루미늄 합금제의 피가열물을 가공에 충분한 350℃까지 가열할 수 있었다.

(3) 네오디뮴 자석과 이방성 페라이트 자석은, 가열 효율이 양호한 회전수가 서로 다르다. 본 실시예에 있어서는, 네오디뮴 자석에서는 약 1750(rpm), 이방성 페라이트 자석에서는 약 3100(rpm)이 각각 최적이었다.

(4) 피가열물과 자석의 거리 D를 작게 하는 것이, 가열 효율의 향상에 유효했다.

(5) 피가열물의 회전체측의 제1 온도와 그 반대측의 제2 온도의 차가 100℃ 정도로 되는 조건에서 가열했을 경우에, 200℃ 정도로 되는 조건에서 가열한 경우보다도, 가열 효율이 양호했다.

본 발명의 전자 유도 가열 장치는, 예를 들면, 반제품 형상의 경합금 휠 등을 효율적으로 가열해서 단시간에 가공 공정에 적합한 소정 온도로 하는 장치로서 유용하다.

1 : 전자 유도 가열 장치 2 : 회전체
21 : 자석 22 : 회전축
3 : 회전 구동 모터(회전 구동 수단) 4 : 거리 측정 수단
5, 5A, 5B : 온도 측정 수단 6 : 이동용 모터(이동 수단)
7 : 제어 수단 8 : 피가열물
81 : 반제품 형상의 알루미늄 휠 D : 자석과 피가열물과의 거리

Claims (11)

1. 피가열물측에 같은 극이 위치하도록 복수의 자석이 배치된 회전체와,
   상기 회전체를 회전시키는 회전 구동 수단과,
   상기 피가열물의 온도를 측정하는 온도 측정 수단과,
   상기 회전체 및 상기 피가열물의 적어도 한쪽을 이동시킴에 의해, 상기 회전체와 상기 피가열물과의 거리를 변화시키는 이동 수단과,
   복수의 상기 자석과 상기 피가열물과의 거리를 측정하는 거리 측정 수단과,
   상기 회전 구동 수단, 상기 온도 측정 수단, 상기 이동 수단 및 상기 거리 측정 수단과 유선 또는 무선으로 전기적으로 접속되어, 각각을 제어하는 제어 수단을 구비하고 있고,
   상기 회전체를 회전시켜서 발생하는 유도 전류에 의해 상기 피가열물을 가열하며,
   상기 제어 수단은, 상기 거리 측정 수단이 측정한 거리에 의거해서, 복수의 상기 자석과 상기 피가열물과의 거리가 설정된 거리로 유지되도록, 상기 회전체 및 상기 피가열물의 적어도 한쪽을 이동시키도록 상기 이동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 가열 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어 수단은, 상기 거리 측정 수단에 의해 상기 피가열물의 열팽창이 측정된 경우, 상기 이동 수단을 제어하는 전자 유도 가열 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 거리 측정 수단을 복수 구비하고 있고,
   상기 이동 수단은, 상기 복수의 거리 측정 수단에 의해서 검출된 복수의 거리 중의 최대값 또는 최소값에 의거해서, 상기 피가열물 및 상기 회전 구동 수단의 적어도 한쪽을 이동시키는 전자 유도 가열 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 거리 측정 수단은, 상기 회전체의 상기 자석과 상기 피가열물 사이의 정전 용량의 변화, 또는 레이저광의 변화에 의거해서, 상기 거리를 측정하는 것인 전자 유도 가열 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 피가열물은, 반제품 형상의 경합금 휠이고,
   상기 온도 측정 수단은, 상기 반제품 형상의 경합금 휠에 있어서의, 상기 회전체와 마주보는 측의 제1 온도와, 상기 회전체와 마주보는 측의 반대측의 제2 온도를 측정하고,
   상기 제어 수단은, 상기 제1 온도 및 상기 제2 온도에 의거해서, 상기 거리 및/또는 상기 회전체의 회전수를 변화시키도록, 상기 이동 수단 및/또는 상기 회전 구동 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는 전자 유도 가열 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 차가 50∼150℃로 되도록, 상기 회전체의 회전 및 상기 자석과 상기 피가열물과의 거리의 적어도 한쪽을 변화시키는 전자 유도 가열 장치.
7. 전자 유도에 의해서 반제품 형상의 경합금 휠을 가열하는 가열 공정을 구비하고 있는, 경합금 휠의 제조 방법에 있어서,
   상기 가열 공정은, 상기 반제품 형상의 경합금 휠의 아래쪽에 있어서, 제1항의 전자 유도 가열 장치의 상기 회전체를 회전시킴에 의해서 발생하는 유도 전류에 의해 상기 반제품 형상의 경합금 휠을 가열하는 것을 특징으로 하는 경합금 휠의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 반제품 형상의 경합금 휠을 형성하는 주조 공정과,
   상기 가열 공정에 의해 가열된 경합금 휠을 가공하는 가공 공정을 구비하고 있는 경합금 휠의 제조 방법.
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