JP2748219B2 - 棒状ワークの高周波移動焼入方法および装置 - Google Patents

棒状ワークの高周波移動焼入方法および装置

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JP2748219B2
JP2748219B2 JP5212175A JP21217593A JP2748219B2 JP 2748219 B2 JP2748219 B2 JP 2748219B2 JP 5212175 A JP5212175 A JP 5212175A JP 21217593 A JP21217593 A JP 21217593A JP 2748219 B2 JP2748219 B2 JP 2748219B2
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quenching
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axis
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、棒状ワーク(例えばボ
ールネジのように外周面に凹凸があるもの、或いは鋼管
のようなパイプをも含む。なお、以下棒状ワークを単に
ワークともいう)の高周波移動焼入方法および装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】以下、図面を参照して従来の技術を説明
する。図9はワークの従来の高周波移動焼入方法の説明
図であって、例えば鋼製棒状のワークVの外周面V2 を
移動焼入するには、同図に示すように、螺旋状に巻回さ
れた高周波加熱コイル(以下高周波加熱コイルを単に加
熱コイルともいう)1 と、環状に形成された焼入液噴射
用ジャケット2 との内側にワークVを挿入後水平に配置
し、両端をセンタ3 および6 によって支持する。5 はセ
ンタ3 を回転させるモータであり、4 はモータ5の回転
をセンタ3 に伝えるとと共にセンタ3 を保持し且つ進退
させるヘッドストックである。7 はモータ8 の回転をセ
ンタ6 に伝えると共にセンタ6 を保持し且つ進退させる
テールストックである。
【0003】ワークVの外周面V2 (以下ワークの外周
面をワーク周面ともいう)を移動焼入するには、加熱コ
イル1 およびジャケット2 を図示しない移動装置によっ
てセンタ3 の位置まで移動させたのち、モータ5 および
8 によってワークVを軸芯線V1 を中心として例えば矢
印Rの方向に回転させながら、加熱コイル1 に高周波電
流を通電し、また、ジャケット2 から焼入液Lを噴射し
ながら、加熱コイル1とジャケット2 とを同期して矢印
Qの方向に移動させると、ワーク周面V2 の焼入が行わ
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ワーク
Vの上記した従来の高周波移動焼入方法には、以下に述
べる問題がある。即ち、ワークVの両端をセンタ3 およ
び6 が互いに相手のセンタに向かって押し合っているの
で、もしもセンタ3 と6 との回転速度が一致してないと
きには、ワークVに対して曲げの力がかかり、特に、加
熱コイル1 によって加熱されている部分は曲がりやす
い。このようにワークVが曲がった状態で加熱、冷却に
よる焼入が行われると、焼入終了後のワークVの歪みが
大きい。例えば全長1.1m、厚み2.6mm 、外径35mmの鋼管
においては、3 〜5mm (トータル インジィケータ リ
ーディング T.R.I. )の歪が発生している。
【0005】本発明は上記事情に鑑みて創案されたもの
であって、棒状ワークの移動焼入後の歪みを小さくする
ことができる棒状ワークの高周波移動焼入方法および装
置を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明の棒状ワークの高周波移動焼入方法は、棒状
ワークが水平であると共にワークの軸芯線を中心として
回転且つ前記軸芯線の方向に移動自在であるようにガイ
ドとしてのワーク支持装置によってワークの外周面のみ
を支持する第1工程と、前記周面のみを支持した状態の
まま、ワークの一端を把持し、ワークを前記軸芯線を中
心として回転させると共にワークを前記軸芯線の方向に
移動させながら、高周波加熱コイルによって前記周面を
加熱後、焼入液噴射用ジャケットから焼入液を噴射して
加熱された前記周面を冷却する第2工程とを備えてい
る。
【0007】上記問題を解決するために、本発明の棒状
ワークの高周波移動焼入装置は、ワークが水平であると
共にワークの軸芯線を中心として回転自在且つ前記軸芯
線の方向に移動自在であるようにワークの外周面のみを
ガイドとして支持するワーク支持装置と、前記外周面に
近接配置されて前記外周面を加熱する高周波加熱コイル
と、前記高周波加熱コイルの前記軸芯方向側に配置され
て前記外周面に焼入液を噴射する複合ジャケットと、ワ
ークの一端を把持し、ワークを軸芯線を中心として回転
させると共に、ワークを前記軸芯線の方向に移動させる
回転移動装置とを備えており、前記複合ジャケットは、
焼入液の噴出力が強く、比較的少ない液量でワークを急
冷する急冷ジャケットと、急冷ジャケットの反高周波加
熱コイル側に配設され、焼入液の晴出力が弱く、比較的
多い液量でワークを徐冷する徐冷ジャケットとを備えて
いる。
【0008】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の高周波移動焼
入方法を実現することができる高周波移動焼入装置の一
実施例を説明する。この実施例の装置は、水平に配置し
た棒状ワークに軸芯線方向の圧力も張力も加えない状態
で外周面に移動焼入を行う装置である。この実施例の装
置によって移動焼入するワークとしては、従来の移動焼
入方法によると焼入後の歪みが比較的大きい鋼管を採り
上げた。そして、この装置を使用して鋼管の外周面を移
動焼入した場合には、歪みを少なくすることができる。
【0009】図1〜図8は前記一実施例の移動焼入装置
を説明するための図面であって、図1の(a)は一部断
面正面説明図であってワークを焼入している状態を示
し、(b)は(a)の矢視A側面説明図、(c)は
(b)のB−B線矢視断面説明図、図2はワークを焼入
待機ステーションに搬入した状態での移動焼入装置の一
部断面正面説明図、図3はワークが焼入開始位置に移動
した状態での移動焼入装置の一部断面正面説明図、図4
はワークが焼入終了ステーションにきた状態での移動焼
入装置の一部断面正面説明図、図5の(a)は急冷ジャ
ケットの斜視図、(b)は徐冷ジャケットの斜視図、
(c)は急冷ジャケットのノズルの斜視図、(d)は急
冷ジャケットの正面図、図6はワーク把持回転機構の縦
断面説明図、図7の(a)は第1ワーク受けの正面図、
(b)は(a)のC−C線矢視断面図、図8(a)は第
2ワーク受けの正面図、(b)は(a)の矢視D側面図
である。
【0010】図1に示すように、本実施例の移動焼入装
置は、鋼管であるワークWの外周面W2 を加熱する加熱
コイル10と、加熱されたワーク周面W2 に焼入液を噴射
する複合ジャケット20と、ワークWの一端を把持し、ワ
ークWを軸芯線W1 を中心として回転させると共に、軸
芯線W1 の方向に移動させる回転移動手段50と、焼入待
機ステーション100 にあるワークWを軸芯線W1 の方向
に押してワークWの先端部分を加熱コイル10の近辺まで
押し進めるワーク進出装置97と、ワーク周面W2 を支持
するワーク支持装置とを備えている。
【0011】ワーク支持装置は、ワークWをガイドとし
て支持するもの、すなわちワークWの外周面を下側から
のみ受けるものであって、移動焼入中のワークWを支持
する第1ワーク受け30と、同じく移動焼入中のワーク
Wを支持する第2ワーク受け40と、焼入待機ステーシ
ョン100にあるワークWを支持する第1ワーク仮受け
91、92と、焼入終了ステーション300にあるワー
クWを支持する第2ワーク仮受け93、94とを備えて
いる。従って、このワーク支持装置は、支持したワーク
Wに対して回転駆動力等を伝達するものではなく、焼入
待機ステーション100や焼入終了ステーション300
にあるワークWや、移動焼入中のワークWをワークWを
単にガイドとして載置しておくものである。
【0012】ワーク進出装置97、第1ワーク仮受け91、
92、第1ワーク受け30、加熱コイル10、第2ワーク受け
40、複合ジャケット20、第2ワーク仮受け93、94、およ
び回転移動装置50は、ワークWの軸芯線W1 の方向(矢
印Pの方向)に、前記の順序で配設されている。
【0013】以下、各構成品を詳細に説明する。加熱コ
イル10は、2ターン(2ターンにこだわるものではな
く、適宜のターン数とすることができる)の螺旋状に巻
回されており、両端は図示しない高周波電源に接続され
ている。
【0014】複合ジャケット20は、焼入液Qを噴射して
ワークWを急冷する環状の急冷ジャケット21と、急冷ジ
ャケット21の反加熱コイル10側に配置され、焼入液Sを
噴射してワークWを徐冷する環状の徐冷ジャケット22と
を備えている。
【0015】図5(a)に示すように、急冷ジャケット
21の内周面には、焼入液Qをワーク周面W2 に噴射する
多数のノズル23が設けられている。図5(c)に示すよ
うに、ノズル23の先端面には、断面V字状で軸芯線W1
の方向に穿設された溝231 と、この溝231 の中に、溝23
1 の方向に細長く形成された開口を有し、この開口から
焼入液Qを噴射するノズル孔232 とが設けられている。
そして、ノズル23から強い噴出力をもって噴出されたシ
ャワー状の焼入液Qは、比較的少ない液量でワーク周面
W2 を急冷する。
【0016】図5(b)に示すように、徐冷ジャケット
22の内周面には、焼入液Sをワーク周面W2 に噴射し、
急冷ジャケット21のノズル23よりも多数の小さい円形の
噴射孔24が設けられている。徐冷ジャケット22は、噴射
孔64から弱く、しかしワーク周面W2 を包むような比較
的多い液量の焼入液Sを噴出させてワーク周面W2 のみ
ならず、ワークWの内部まで徐冷する。
【0017】図7(a)および(b)に示すように、第
1ワーク受け30は、ワークWの直径より例えば0.5
mm程度大きい直径を有するワーク通過孔32が開設さ
れた垂直なガラスラミネート製等の絶縁性のローラ取付
板31と、ワーク通過孔32の周辺のローラ取付支持板
31に正三角形状に配設固定されたステンレス製でほぼ
円柱状の3個のローラ33とを備えている。3個のロー
ラ33は、これらの3個のローラ33に内接する円の直
径がワークWの直径より0.2mm程度大きくなるよう
に配置されている。
【0018】また、図8(a)および(b)に示すよう
に、第2ワーク受け40は、ワークWの直径より例えば0.
4 〜1.2mm 程度大きい直径を有するワーク通過孔42と、
周辺からこのワーク通過孔42に連通している切り欠き43
とを備えた厚みほぼ10mm程度の銅製(非磁性金属であれ
ばよい)のワーク支持板41を備えている。ワーク支持板
41の内部には、ワー支持板41を冷却する冷却液の通路44
が穿設されている。なお、46および47はそれぞれ図示し
ない冷却液供給管および冷却液排出管が接続されるカプ
ラであり、45は、冷却液の通路44に設けた盲蓋である。
【0019】次にワークWの回転移動装置50を説明す
る。まず、回転移動装置50の内、ワークWを把持し回転
させるワーク把持回転機構50Aについて述べる。図6に
示すように、ワーク把持回転機構50Aは、ワークWの一
端の内周面を内側から保持するいわゆるコレット51を先
端部分に備えた筒状の回転部材52と、この回転部材52
を、1対の玉軸受53、54を介して回転自在に内部に保持
している円筒状の軸受ハウジング55と、ボルト56によっ
て軸受ハウジング55の両側面に固定された1対のエンド
カバー57と、回転部材52の後端部分にキー59を介して取
り付けられた歯車60と、歯車60を回転部材52に固定する
座金61およびナット62と、歯車60に噛み合っている歯車
63と、歯車63を回転駆動するモータ64とを備えている。
【0020】また、ワーク把持回転機構50Aは、回転部
材52の中空部分に進退自在且つ回転自在に挿入されてい
ると共に先端部分71が半球状に形成されたロッド72と、
ロッド72の後端部分を玉軸受86を介して回転自在に支持
するロッド支持部材87と、このロッド支持部材87を矢印
Pの方向に進出させ、矢印Pと反対方向に後退させるシ
リンダ73と、筐体74とを備えている。筐体74の表面に
は、ロッド支持部材87を内蔵し且つシリンダ73を外部に
取り付けた箱状のシリンダベース73a と、モータ64とが
取り付けられており、筐体74の内部には歯車60、63、玉
軸受53、54、軸受ハウジンク55等が設けられている。回
転部材52は筐体74を回転自在に内部から外部へ突出貫通
している。なお、58は玉軸受54の固定リングであり、ま
た、51a はコレット51の内周面に形成されたテーパー部
であって、矢印Pと反対方向に縮径されている。
【0021】次に、回転移動装置50の内、ワークWをワ
ークWの軸芯線W1 の方向に移動させるワーク移動機構
50Bについて説明する。図1(b)および(c)に示す
ように、ワーク移動機構50Bは、ワーク把持回転機構50
Aの前記筐体74が一方の側面に固定され、他方の側面に
ワーク移動用モータ75が取り付けられた断面ほぼ7字状
のフレーム76と、フレーム76の内部を通過するように水
平且つ上下方向に配置され、両端が移動焼入装置の図1
(b)においては図示しない枠体等に固定されたレール
77および78と、レール77の上端および下端にそれぞれ回
転自在に嵌合している1対ずつのローラ79、79、およ
び、80、80と、レール78の上端および下端にそれぞれ回
転自在に嵌合している一対ずつのローラ81、81、およ
び、82、82とを備えている。これらローラ79〜82は、そ
れぞれ、フレーム76に突設された符号を付さない軸に回
動自在に取り付けられている。
【0022】ワーク移動機構50Bは、更にレール77の側
面に水平方向に突設した長尺状の板部材85の下面に取り
付けられた直線状のラック歯84と、このラック歯84に噛
み合い、前記ワーク移動用モータ75の出力軸に取り付け
られたピニオン歯車83とを備えている。
【0023】前記のように、ワークWの焼入待機ステー
ション100 および焼入終了ステーション300 において
は、それぞれワークWを水平に支持する第1ワーク仮受
け91、92および第2ワーク仮受け93、94が設けられてい
るが、第1図に示すように、これらワーク仮受け91〜94
は、上端にワークWの下部に接触してワークWの下部を
支持する図示しないVブロックが形成されており、第1
ワーク仮受け91、92の下端は本実施例の移動焼入装置の
設置面(或いは枠体の場合もある)Eに固定されてい
る。第2ワーク仮受け93、94は、それぞれ、前記設置面
Eに立設されたシリンダ93b 、94b によって昇降される
ロッド93a 、94a の上端に取り付けられている。
【0024】図1に示すように、ワーク進出装置97は、
焼入待機ステーション100 に搬入されて第1ワーク仮受
け91、92上に水平に配置されたワークWの軸芯線W1 上
に配設されたロッド98と、このロッド98を進退させるシ
リンダ99とを備えている。
【0025】次に、本実施例の移動焼入装置によるワー
クWの移動焼入方法を説明する。図2に示すように、焼
入待機ステーション100 の第1ワーク仮受け91、92に、
手作業、適宜の搬送装置、或いはマニピュレータ等によ
ってワークWを載置する。この後、図3に示すように、
シリンダ93b 、94b を動作させて第2ワーク仮受け93、
94を降下させてから、ワーク移動機構50Bのワーク移動
用モータ75が起動され、ラック歯84に噛み合っているピ
ニオン歯車83が回転するので、フレーム76が筐体74と共
に前進(矢印Pと反対方向)を開始し、コレット51の先
端が加熱コイル10の内側でワークW寄りにきた位置で停
止する。
【0026】次いで、ワーク進出装置97のシリンダ99を
動作させてロッド98を進出させ、ワークWの後端を押し
て矢印Pの方向に進める。そして、ワークWの先端が第
1ワーク受け30のワーク通過孔32を通過後加熱コイル10
の矢印Pの方向での中央にきた位置(ワークWがこの位
置にあることを焼入開始位置にあるという)でワークW
を停止させる。すると、コレット51はワークWの先端部
分の内側に位置している。ロッド98は後退する。
【0027】この後、ワーク把持回転機構50Aのシリン
ダ73を動作させてロッド72を前進させると、ロッド72の
半球状の先端部分71が、コレット51の内周面のテーパー
部51a に押し込まれるので、コレット51の外周面がワー
クWの先端部分の内周面に押圧されて回転部材52とワー
クWとが結合固定される。
【0028】この後、ワーク回転用のモータ64を起動す
ると、モータ64の回転は、歯車63および60を介して先端
にコレット51が形成された回転部材52に伝達されるの
で、ワークWは軸芯線W1 を中心として回転を開始す
る。ロッド72も回転する。ワークWの回転が開始される
と同時にモータ75を前と逆の方向に回転するように起動
すると、ワークWは矢印Pの方向への移動を開始する。
【0029】ワークWの矢印Pの方向への移動開始と同
時に、加熱コイル10に図示しない高周波電源から高周波
電流を通電し、且つ急冷ジャケット21から焼入液Qの、
また、徐冷ジャケット22から焼入液Sの噴射をそれぞれ
開始する。ワークWは第1ワーク受け30のローラ33の間
とワーク通過孔32、螺旋状の加熱コイル10の内側、第2
ワーク受け40のワーク通過孔42、環状の急冷ジャケット
21の内側、および環状の徐冷ジャケット22の内側を通過
して焼入終了ステーション300 に至る。
【0030】この際、ワークWが加熱コイル10を通過中
には加熱コイル10によって誘導加熱される。加熱された
ワークWが急冷ジャケット21を通過する際には、急冷ジ
ャケット21から比較的強い噴出力で噴射された比較的小
量の焼入液Qによって加熱されたワークWは急速に、例
えばほぼ摂氏350 度まで冷却された後、徐冷ジャケット
22から比較的弱い噴出力で噴射された比較的多量の焼入
液Sによって、例えばほぼ摂氏60度までの冷却が緩やか
に行われる。
【0031】なお、ワーク把持回転機構50Aの筐体74
が、降下している第2ワーク仮受93、94の上方を通過し
終えると、シリンダ93b 、94b が動作して第2ワーク仮
受93、94を上昇させる。そして、徐冷ジャケット22を通
過したワークWは、更に前進してワークWの先端部分お
よび後端部分がそれぞれ第2ワーク仮受け93および94上
に載置された位置でモータ64、75が停止されてワークW
の前進動作と回転動作が停止される。次いで、シリンダ
73を動作させてロッド72を後退させると、コレット51と
ワークWとの結合が解除される。次いで、モータ75を起
動してフレーム76を矢印Pの方向に移動して、コレット
51をワークWの中空部分から取り出して1番目のワーク
Wの焼入工程を終える。2番目以後のワークWについて
も上記と同様に移動焼入を行うことができる。
【0032】この実施例の移動焼入装置によってワーク
Wを焼入した場合における焼入後の歪みの改善例を述べ
る。例えば、全長1.1m、厚み2.6mm 、外径35mmの鋼管に
おいて、従来の焼入装置による場合には前記のように3
〜5mm (トータル インジィケータ リーディング T.
R.I. )であった歪みを、0.4 〜1.2mm 程度に低減でき
た。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る棒状
ワークの高周波移動焼入方法は、棒状ワークが水平であ
ると共にワークの軸芯線を中心として回転且つ前記軸芯
線の方向に移動自在であるようにガイドとしてのワーク
支持装置によってワークの外周面のみを支持する第1工
程と、前記周面のみを支持した状態のまま、ワークの一
端を把持し、ワークを前記軸芯線を中心として回転させ
ると共にワークを前記軸芯線の方向に移動させながら、
高周波加熱コイルによって前記周面を加熱後、焼入液噴
射用ジャケットから焼入液を噴射して加熱された前記周
面を冷却する第2工程とを備えている。 このため、この
方法によって移動焼入される棒状ワークは、従来のもの
と違ってワークの軸芯線方向の圧力や張力が加わらない
状態で焼入が行われる。すなわち、ワークを支持する第
1工程では、ワークはガイドとしてのワーク支持装置に
よってワークの外周面のみが支持されるので、ワークの
焼入後の歪の原因となるワークに対する前記圧力や張力
が加わらないのである。 従って、この方法によると、ワ
ークの焼入後の歪を従来のものより低減させることがで
きる。
【0034】また、本発明に係る棒状ワークの高周波移
動焼入装置は、ワークが水平であると共にワークの軸芯
線を中心として回転自在且つ前記軸芯線の方向に移動自
在であるようにワークの外周面のみをガイドとして支持
するワーク支持装置と、前記外周面に近接配置されて前
記外周面を加熱する高周波加熱コイルと、前記高周波加
熱コイルの前記軸芯方向側に配置されて前記外周面に焼
入液を噴射する複合ジャケットと、ワークの一端を把持
し、ワークを軸芯線を中心として回転させると共に、ワ
ークを前記軸芯線の方向に移動させる回転移動装置とを
具備し、前記複合ジャケットは、焼入液の噴出力が強
く、比較的少ない液量でワークを急冷する急冷ジャケッ
トと、急冷ジャケットの反高周波加熱コイル側に配設さ
れ、焼入液の噴出力が弱く、比較的多い液量でワークを
徐冷する徐冷ジャケットとを備えている。 従って、この
棒状ワークの高周波移動焼入装置による場合には、従来
のものと違って棒状ワークにワークの軸芯線方向の圧力
や張力が加わらない状態で焼入が行われる。すなわち、
ワークを支持するワーク支持装置によってワークの外周
面のみが支持されるので、ワークの焼入後の歪の原因と
なるワークに対する前記圧力や張力が加わらないのであ
る。 従って、この装置によると、ワークの焼入後の歪を
従来のものより低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の棒状ワークの高周波移動焼入
方法を実現することができる高周波移動焼入装置の一部
断面正面説明図であってワークを焼入している状態を示
し、(b)は(a)の矢視A側面説明図、(c)は
(b)のB−B線矢視断面説明図である。
【図2】ワークを焼入待機ステーションに搬入した状態
での移動焼入装置の一部断面正面説明図である。
【図3】ワークが焼入開始位置に移動した状態での移動
焼入装置の一部断面正面説明図である。
【図4】ワークが焼入終了ステーションにきた状態での
移動焼入装置の一部断面正面説明図である。
【図5】(a)および(b)はそれぞれ急冷ジャケット
および徐冷ジャケットの斜視図、(c)は急冷ジャケッ
トのノズルの斜視図、(d)は急冷ジャケットの正面図
である。
【図6】ワーク把持回転機構の縦断面説明図である。
【図7】(a)は第1ワーク受けの正面図、(b)は
(a)のC−C線矢視断面図である。
【図8】(a)は第2ワーク受けの正面図、(b)は
(a)の矢視D側面図である。
【図9】棒状ワークの従来の高周波移動焼入方法の説明
図である。
【符号の説明】
10 加熱コイル 20 複合ジャケット 21 急冷ジャケット 22 徐冷ジャケット 50 回転移動装置 Q、S 焼入液 W ワーク W1 軸芯線 W2 ワーク周面

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 棒状ワークが水平であると共にワークの
    軸芯線を中心として回転且つ前記軸芯線の方向に移動自
    在であるようにガイドとしてのワーク支持装置によって
    ワークの外周面のみを支持する第1工程と、 前記周面のみを支持した状態のまま、ワークの一端を把
    持し、ワークを前記軸芯線を中心として回転させると共
    にワークを前記軸芯線の方向に移動させながら、高周波
    加熱コイルによって前記周面を加熱後、焼入液噴射用ジ
    ャケットから焼入液を噴射して加熱された前記周面を冷
    却する第2工程と、 を備えたことを特徴とする 棒状ワークの高周波移動焼入
    方法。
  2. 【請求項2】 ワークが水平であると共にワークの軸芯
    線を中心として回転自在且つ前記軸芯線の方向に移動自
    在であるようにワークの外周面のみをガイドとして支持
    するワーク支持装置と、 前記外周面に近接配置されて前記外周面を加熱する高周
    波加熱コイルと、 前記高周波加熱コイルの前記軸芯方向側に配置されて前
    記外周面に焼入液を噴射する複合ジャケットと、 ワークの一端を把持し、ワークを軸芯線を中心として回
    転させると共に、ワークを前記軸芯線の方向に移動させ
    る回転移動装置とを具備し、 前記複合ジャケットは、焼入液の噴出力が強く、比較的
    少ない液量でワークを急冷する急冷ジャケットと、急冷
    ジャケットの反高周波加熱コイル側に配設され、焼入液
    の噴出力が弱く、比較的多い液量でワークを徐冷する徐
    冷ジャケットとを備えたことを特徴とする 棒状ワークの
    高周波移動焼入装置。
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