JP6718686B2

JP6718686B2 - 冷却ジャケット及び複合コイル

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Publication number: JP6718686B2
Application number: JP2016003528A
Authority: JP
Inventors: 英宏安武; 小川　靖治; 靖治小川
Original assignee: Neturen Co Ltd
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Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2020-07-08
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Description

本発明は、冷却ジャケット及び複合コイルに関する。

鋼材の熱処理において、加熱されたワークは水などの冷却液を用いて冷却される。例えば、棒や管といった比較的長尺のワークの熱処理方法として、ワークを加熱する加熱炉又は誘導加熱コイルと、ワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットとをワークに対してワークの長手方向に相対移動させながら、ワークを連続的に加熱、冷却する方法が知られている（例えば特許文献１、２参照）。

特許文献１、２に記載された焼入れ方法では、加熱されたワークが筒状の冷却ジャケットに挿通されて搬送される。冷却ジャケットには、複数の噴射孔が周方向に間隔をあけて形成されている。そして、噴射孔の各々の噴射方向は、例えば噴射孔から噴射された冷却液が冷却ジャケットよりもワーク搬送方向上流側、即ち加熱部側に逆流することを防止するために、ワーク搬送方向下流側に向けられている。

特開平９−１５７７５０号公報特開２００９−６２５５９号公報

特許文献１に記載された冷却ジャケットでは、噴射孔は冷却ジャケットの内周壁に形成されており、ワーク搬送方向下流側に向けられた噴射孔の各々の噴射方向は、冷却ジャケットの内周壁に斜交している。かかる構成では、噴射孔から噴射される冷却液の流れに乱れが生じやすい。冷却液の流れに乱れが生じると、冷却性能が低下し、冷却不足に起因して熱処理欠陥が生じる虞がある。

特許文献２に記載された冷却ジャケットでは、噴射孔はワーク搬送方向下流側に向く冷却ジャケットの側壁と内周壁との境界部に形成されており、境界部は側壁及び内周壁に対して傾斜して形成されている。境界部はワーク搬送方向下流側に向けられた噴射孔の各々の噴射方向と略直交しており、この場合に、噴射孔から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることは抑制され得るが、噴射孔の各々の噴射方向が境界部の傾斜に制約され、噴射方向の設定自由度が低下する。

本発明は、上述した事情に鑑みなされたものであり、冷却ジャケットの噴射孔の各々から噴射される冷却液の流れの乱れを抑制して安定した冷却性能を得るとともに、噴射方向の設定自由度を維持することを目的とする。

（１）軸を有し且つ該軸に垂直な断面形状が軸方向に変化するワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットであって、冷却液溜と、前記冷却液溜の内部空間に連通する少なくとも一つの噴射孔と、を備え、前記冷却液溜は、前記噴射孔の各々の噴射方向に斜交する平坦な内面を有し、前記噴射孔の各々は、前記内面に形成された流入部と、該流入部から該噴射孔の噴射方向に延設された導管部とを有し、該導管部の流入部側開口の周囲に該流入部側開口を全周にわたって囲繞する段差面が形成されており、前記段差面は、前記流入部側開口の周囲の各部において前記導管部の軸方向に直交している冷却ジャケット。
（２）ワークを誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルと一体に設けられ、加熱されたワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットと、を備え、前記冷却ジャケットが上記（１）の冷却ジャケットである複合コイル。

本発明によれば、冷却ジャケットの噴射孔の各々から噴射される冷却液の流れの乱れが抑制されて安定した冷却性能が得られるとともに、噴射方向の設定自由度を維持することができる。

本発明の実施形態を説明するための、冷却ジャケットの一例の断面図である。図１において破線円ＩＩで囲まれた部分を拡大して示す断面図であって、図１の冷却ジャケットの噴射孔の構成を示す断面図である。本発明の実施形態を説明するための、冷却ジャケットの他の例の噴射孔の構成を示す断面図である。本発明の実施形態を説明するための、冷却ジャケットの他の例を示し、（Ａ）は断面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図である。本発明の実施形態を説明するための、ワークの一例の側面図である。図５のワークの熱処理に用いられる複合コイルの一例の断面図である。図６の複合コイルを用いた熱処理の一例を示す模式図である。本発明の実施形態を説明するための、ワークの他の例の側面図である。図８のワークの熱処理に用いられる複合コイルの一例の断面図である。図９の複合コイルの平面図である。図９の複合コイルを用いた熱処理の一例を示す模式図である。噴射された冷却液の流れを示す実験例の写真である。噴射された冷却液の流れを示す実験例の写真である。噴射された冷却液の流れを示す実験例の写真である。

図１は、本発明の実施形態を説明するための、冷却ジャケットの一例を示す。

図１に示す冷却ジャケット１は、冷却液溜１０と、冷却液溜１０の内部空間に連通して設けられた噴射孔１１とを備えている。冷却液溜１０は、噴射孔１１が形成されたヘッド部材１２と、筒材１３とで構成されている。

ヘッド部材１２は、平板状に形成されており、開口した筒材１３の先端部に載置され、筒材１３の先端部に螺合される押さえキャップ１４により筒材１３の先端部に固定されて筒材１３の先端側開口を塞いでいる。ヘッド部材１２及び筒材１３によって構成される冷却液溜１０の内部空間には、図示しない冷却液供給部から水などの冷却液が供給される。

噴射孔１１は、筒材１３の先端側開口を塞ぐ平板状のヘッド部材１２に形成されており、噴射孔１１の噴射方向は、ヘッド部材１２の平坦な内面１２ａに対して斜交している。

図２は、噴射孔１１の構成を示す。

噴射孔１１は、ヘッド部材１２の内面１２ａに形成された流入部１５と、流入部１５からその噴射孔１１の噴射方向に延設された断面円形状の導管部１６とを有している。導管部１６はヘッド部材１２の外面１２ｂに開口しており、この開口から冷却液が噴射される。

流入部１５は、ヘッド部材１２の内面１２ａにおいて噴射孔１１の噴射方向と略直交する方向に延び、且つ一方の斜面が噴射孔１１の噴射方向に略直交して設けられたＶ溝によって構成されている。それにより、導管部１６の流入部側開口の周囲に、この流入部側開口を全周にわたって囲繞する段差面１７が形成され、この段差面１７は、導管部１６の流入部側開口の周囲の各部において導管部１６の軸方向に略垂直となっている。

ここで、流入部１５が無い場合、つまりは噴射孔１１が導管部１６のみからなる直管として形成される場合に、噴射孔１１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じる傾向にある。この傾向は、冷却液溜１０内部の圧力が高くなるほど、また、導管部１６の軸方向（噴射方向）と内面１２ａとのなす角度θが小さくなるほどに顕著となる。冷却液の流れに乱れが生じる要因の一つとして、導管部１６を流れる冷却液に圧力分布が生じることが挙げられる。導管部１６の軸方向が内面１２ａと斜交していることに起因して、導管部１６に流れ込む冷却液の流れが不均一となり、導管部１６の内周面近傍の冷却液の流速に分布が生じ、この流速分布によって導管部１６を流れる冷却液に比較的大きな圧力分布が生じる。そして、この圧力分布によってキャビテーションが発生し、噴射孔１１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じるものと考えられる。

これに対して、流入部１５が設けられ、導管部１６の流入部側開口の周囲に段差面１７が形成されていることにより、導管部１６を流れる冷却液に生じる圧力分布が小さくなる。流入部１５の表面近傍の冷却液の流速には分布が生じるが、流入部１５の表面近傍の冷却液の流れは段差面１７において遮断される。そのため、導管部１６に流れ込む冷却液の流れは流入部１５が無い場合に比べて均一化され、導管部１６を流れる冷却液の流速分布及び圧力分布が小さくなる。それにより、噴射孔１１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることが抑制される。

段差面１７による冷却液流れの乱れの抑制は、噴射孔１１の噴射方向と内面１２ａとなす角度θが６０°以下である場合に特に有用である。

導管部１６の径は、冷却液の噴射速度や冷却液溜１０内部の圧力などとの関係で適宜定められる。導管部１６の径は、典型的には１．５ｍｍ〜３．０ｍｍが好適である。そして、段差面１７は、流入部１５の表面近傍の冷却液の流れを遮断する観点から、導管部１６の開口の周囲に０．３ｍｍ以上の幅を有して広がっていることが好ましい。

図３は、本発明の実施形態を説明するための、冷却ジャケットの他の例の噴射孔の構成を示す。なお、上述した冷却ジャケット１と共通する要素には、共通の符号を付することにより説明を省略する。

図３に示す冷却ジャケットは、ヘッド部材１２に形成された噴射孔３１の構成が上述した冷却ジャケット１の噴射孔１１と異なる。噴射孔３１は、ヘッド部材１２の内面１２ａに形成された流入部３２と、流入部３２からその噴射孔３１の噴射方向に延設された断面円形状の導管部３３とを有している。

流入部３２は、導管部３３と同軸に設けられ、且つ導管部３３よりも大径の断面円形状の孔によって構成されている。それにより、導管部３３の流入部側開口の周囲に、この流入部側開口を全周にわたって囲繞する円環状の段差面３４が形成され、この段差面３４は、導管部３３の流入部側開口の周囲の各部において、導管部３３の軸方向に一定の角度で交差している。導管部３３の流入部側開口の周囲に段差面３４が形成されていることにより、噴射孔３１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることが抑制される。

段差面３４は、例えば導管部３３に向かって縮径するテーパ面であって導管部３３の軸方向に斜交していてもよいが、流入部３２の内周面近傍の冷却液の流れを遮断する観点から、導管部３３の軸方向に略直交していることが好ましい。

以上の構成を備える噴射孔３１は、例えば切削工具を交換可能で且つそれらの切削工具を数値制御によって任意の位置及び姿勢に配置可能な複合加工機を用いて形成することができ、ヘッド部材１２において噴射孔３１が形成される所定の位置に、流入部３２に対応した径のドリルビット及び導管部３３に対応した径のドリルビットによって流入部３２及び導管部３３が順次形成され、噴射孔３１が形成される。

なお、図２に示した噴射孔１１及び図３に示した噴射孔３１の構成において、ヘッド部材１２の外面１２ｂに噴射部を形成し、導管部１６，３３の噴射部側開口の周囲に、この噴射部側開口を全周にわたって囲繞する段差面を形成してもよい。それによれば、導管部の流入部側開口の段差面による冷却液流れの乱れの抑制効果には及ばないものの、やはり噴射孔から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることを抑制することができる。なお、外面１２ｂの噴射部は、図２に示した噴射孔１１の流入部１５と同様にＶ溝によって構成することができ、また、図３に示した噴射孔３１の流入部３２と同様に導管部と同軸で且つ導管部よりも大径の断面円形状の孔によって構成することもできる。

図４は、本発明の実施形態を説明するための、冷却ジャケットの他の例を示す。

図４に示す冷却ジャケット２０１は、比較的長尺の平板状のワークＷを連続的に加熱・冷却する熱処理に用いられる冷却ジャケットである。

誘導加熱コイル２０２は、ワークＷを挿通可能な環状に形成され、図示の例では平板状のワークＷの外形に対応して矩形環状に形成されている。ワークＷは、図示しない搬送装置によって軸方向に搬送され、軸方向に相対的に移動される誘導加熱コイル２０２によって連続的に加熱される。

冷却ジャケット２０１は、ワークＷの搬送方向に誘導加熱コイル２０２の下流側に配置され、ワークＷの表裏両面を挟むように一対設けられている。冷却ジャケット２０１は、ワークＷの搬送に伴ってワークＷの長手方向に相対的に移動されながらワークＷに冷却液を噴射し、加熱されたワークＷを連続的に冷却する。

冷却ジャケット２０１は、冷却液溜２１０と、冷却液溜２１０の内部空間に連通して設けられた複数の噴射孔２１１とを備えている。冷却液溜２１０は、複数の噴射孔２１１が形成されたヘッド部材２１２と、このヘッド部材２１２に接合された蓋部材２１３とで構成されている。

ヘッド部材２１２は、帯板状に形成されており、ワークＷの表面に平行してワークＷの幅方向に延びて配置される。蓋部材２１３は、ヘッド部材２１２に被さってヘッド部材２１２との間に冷却液溜２１０の内部空間を画成し、ヘッド部材２１２に接合されている。ヘッド部材２１２及び蓋部材２１３によって構成される冷却液溜２１０は、ワークＷを幅方向に横断して設けられている。

噴射孔２１１は、ヘッド部材２１２の長手方向（ワークＷの幅方向）に配列されてヘッド部材２１２に設けられ、噴射孔２１１の各々の噴射方向は、ワークＷの搬送方向下流側に向けられている。従って、噴射孔２１１の各々の噴射方向は、冷却液溜２１０の内面を構成するヘッド部材２１２の平坦な表面２１２ａに対して斜交している。図示の例では、噴射孔２１１は複列に設けられており、一列をなす噴射孔２１１の各々の噴射方向は、それらの噴射孔２１１の配列方向に略直交して且つ互いに平行となっており、表面２１２ａとのなす角度が互いに等しくなっている。そして、噴射孔２１１の各々の噴射方向と表面２１２ａとのなす角度が列間では互いに異なり、ワークＷの搬送方向下流側に位置する列の噴射孔２１１の各々の噴射方向は、より遠方に向けられている。

噴射孔２１１の各々は、ヘッド部材２１２の表面２１２ａに形成された流入部２１４と、流入部２１４から噴射孔２１１の噴射方向に延設された断面円形状の導管部２１５とを有している。噴射孔２１１の各々の導管部２１５の流入部側開口の周囲には、導管部２１５の流入部側開口を全周にわたって囲繞し、開口周囲の各部において導管部２１５の軸方向に略垂直な段差面２１６が形成されている。それにより、噴射孔２１１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることが抑制される。

一列をなす噴射孔２１１の各々の流入部２１４はＶ溝によって構成され、Ｖ溝は、噴射孔２１１の列毎に噴射孔２１１の並びに沿って一続きに延びて設けられている。一列をなす噴射孔２１１の各々の噴射方向とヘッド部材２１２の表面２１２ａとのなす角度を等しくすることにより、段差面２１６を形成するための流入部２１４を一続きのＶ溝によって一体に形成することができる。それにより、冷却ジャケットの製造が容易となる。そして、噴射孔２１１の各列のＶ溝の斜面の傾きを変えることにより、噴射孔２１１の噴射方向を列間で変化させることができ、噴射孔２１１の噴射方向を比較的自由に設定することができる。そこで、図示の例のように、ワークＷの搬送方向下流側に位置する列の噴射孔２１１の各々の噴射方向を、より遠方に向けるようにすれば、ワークＷの広範囲を冷却することができ、冷却効果を高めることができる。

なお、本冷却ジャケット２０１において、噴射孔２１１の流入部２１４は、図３に示した噴射孔３１の流入部３２と同様に、導管部２１５と同軸の断面円形状の孔として噴射孔２１１毎に設けることもできる。この場合に、導管部２１５の流入部側開口の周囲の段差面２１６が噴射孔２１１毎に形成されるので、噴射孔２１１の噴射方向を噴射孔２１１の列内でも変化させることができ、噴射孔２１１の噴射方向を一層自由に設定することができる。

また、本冷却ジャケット２０１において、ヘッド部材２１２の平坦な表面２１２ｂに噴射孔２１１の噴射部を形成し、導管部２１５の噴射部側開口の周囲に段差面を形成してもよい。

また、ワークＷが平板であるものとして説明したが、ワークＷは例えば棒材や管材であってもよく、その断面形状は円形状や矩形状であってもよい。ワークＷが棒材や管材である場合に、冷却ジャケットは、例えばワークＷを挿通可能な環状とされ、噴射孔はワークの外周面に平行な内周壁又はワークの外周面に垂直な側壁に設けられる。

ここまで、軸に垂直な断面が軸方向に一定であるワークを例に、その熱処理に用いられる誘導加熱コイル及び冷却ジャケットを説明したが、以下では、軸に垂直な断面が軸方向に変化するワークの熱処理に用いられる誘導加熱コイル及び冷却ジャケットについて説明する。

図５は軸に垂直な断面が軸方向に変化するワークの一例を示し、図６及び図７は、本発明の実施形態を説明するための、図５のワークの熱処理に用いられる複合コイルの一例を示す。

図５に示すワークＷは、相対的に太い大径軸部Ｗｂと、その軸方向両側に設けられた相対的に細い小径軸部Ｗａとを有する両端段付きシャフトである。図６に示す複合コイル３０１は、このワークＷの小径軸部Ｗａを熱処理するものである。

複合コイル３０１は、誘導加熱コイル３０２と、冷却ジャケット３０３とを備えている。

誘導加熱コイル３０２は、ワークＷの小径軸部Ｗａを挿通可能な環状に形成され、図示の例では断面円形状のワークＷの小径軸部Ｗａの外形に対応して円環状に形成されている。

冷却ジャケット３０３は、冷却液溜３１０と、冷却液溜３１０の内部空間に連通して設けられた複数の噴射孔３１１とを備えている。冷却液溜３１０は、複数の噴射孔３１１が形成されたヘッド部材３１２と、このヘッド部材３１２に接合された蓋部材３１３とで構成されている。

ヘッド部材３１２は、ワークＷの軸方向に対して略垂直に配置される一対の環状の側壁部３１４，３１５、及び一対の側壁部３１４，３１５の内径側の縁を全周に亘って繋いでいる筒状の内周壁部３１６とで構成されている。そして、ヘッド部材３１２は、誘導加熱コイル３０２に外嵌し、溶接やろう付けなどの適宜な手段を用いて誘導加熱コイル３０２に接合され、誘導加熱コイル３０２と一体とされている。蓋部材３１３は、ヘッド部材３１２に外嵌してヘッド部材３１２との間に冷却液溜３１０の内部空間を画成し、ヘッド部材３１２に接合されている。ヘッド部材３１２及び蓋部材３１３によって構成される冷却液溜３１０は、誘導加熱コイル３０２の両分断端部の間の外周に設けられている。

噴射孔３１１は、冷却液溜３１０を構成するヘッド部材３１２の一方の側壁部３１５に設けられ、この側壁部３１５の周方向に配列されており、噴射孔３１１の各々の噴射方向は、ワークＷの中心軸に向けられている。従って、噴射孔３１１の各々の噴射方向は、冷却液溜３１０の内面を構成するヘッド部材３１２の側壁部３１５の平坦な内面３１５ａに対して斜交している。図示の例では、噴射孔３１１は、内径側列及び外径側列の複列に設けられ、一列をなす噴射孔３１１の各々の噴射方向は内面３１５ａとのなす角度が互いに等しくなっている。そして、噴射孔３１１の各々の噴射方向と内面３１５ａとのなす角度が列間では互いに異なり、外径側列の噴射孔３１１の各々の噴射方向は、より遠方に向けられている。

噴射孔３１１の各々は、ヘッド部材３１２の側壁部３１５の内面３１５ａに形成された流入部３１７と、流入部３１７からその噴射孔３１１の噴射方向に延設された断面円形状の導管部３１８とを有している。噴射孔３１１の各々の導管部３１８の流入部側開口の周囲には、導管部３１８の流入部側開口を全周にわたって囲繞し、開口周囲の各部において導管部３１８の軸方向に略垂直な段差面３１９が形成されている。それにより、噴射孔３１１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることが抑制される。

一列をなす噴射孔３１１の各々の流入部３１７はＶ溝によって構成され、Ｖ溝は、噴射孔３１１の列毎に噴射孔３１１の並びに沿って一続きに延びて設けられている。そして、噴射孔３１１の各々の噴射方向が列間で変化するように、噴射孔３１１の各列のＶ溝の斜面の傾きが変えられている。図示の例のように、外径側列の噴射孔３１１の各々の噴射方向をより遠方に向けるようにすれば、小径軸部Ｗａの広範囲を冷却することができ、冷却効果を高めることができる。

図７は、複合コイル３０１を用いたワークＷの熱処理方法の一例を示す。

ワークＷの小径軸部Ｗａが複合コイル３０１の誘導加熱コイル３０２に挿通され、誘導加熱コイル３０２が小径軸部Ｗａの根元側の外周囲に配置される。ワークＷが中心軸まわりに回転され、また、誘導加熱コイル３０２に交流の電力が供給され、誘導加熱コイル３０２から発せられる磁束によって小径軸部Ｗａが誘導加熱される（図７（Ａ））。

誘導加熱コイル３０２は、小径軸部Ｗａの先端側に向けて移動されながら小径軸部Ｗａを誘導加熱し、誘導加熱コイル３０２と一体に移動される冷却ジャケット３０３の噴射孔３１１の各々から冷却液が噴射され、誘導加熱コイル３０２によって加熱された小径軸部Ｗａの被加熱部位が速やかに冷却される（図７（Ｂ））。

なお、本複合コイル３０１の冷却ジャケット３０３において、噴射孔３１１の流入部３１７は、図３に示した噴射孔３１の流入部３２と同様に、導管部３１８と同軸の断面円形状の孔として噴射孔３１１毎に設けることもできる。この場合に、導管部３１８の流入部側開口の周囲の段差面３１９が噴射孔３１１毎に形成されるので、噴射孔３１１の噴射方向を噴射孔３１１の列内でも変化させることができ、噴射孔３１１の噴射方向を一層自由に設定することができる。

また、本複合コイル３０１の冷却ジャケット３０３において、ヘッド部材３１２の側壁部３１５の外面に噴射孔３１１の噴射部を形成し、導管部３１８の噴射部側開口の周囲に段差面を形成してもよい。

図８は軸に垂直な断面が軸方向に変化するワークの他の例を示し、図９及び図１０は、本発明の実施形態を説明するための、図８のワークの熱処理に用いられる複合コイルの一例を示す。

図８に示すワークＷは、ワークＷの軸方向に間隔をあけて配置された複数のクランクアームＷ１と、隣り合うクランクアームＷ１の間及び軸方向の両端でワークＷの軸Ａｘ上に設けられた複数のジャーナルＷ２と、隣り合うクランクアームＷ１の間で軸Ａｘから外れて設けられた複数の偏心ピンＷ３とを有するクランクシャフトである。図９及び図１０に示す複合コイル４０１は、このワークＷの偏心ピンＷ３を熱処理するものである。

複合コイル４０１は、誘導加熱コイル４０２と、冷却ジャケット４０３とを備えている。

誘導加熱コイル４０２は、半円弧状に形成された第１コイル４０２ａと、同じく半円弧状に形成された第２コイル４０２ｂとで構成され、第１コイル４０２ａと第２コイル４０２ｂとが組み合わされた状態でワークＷの偏心ピンＷ３を収容可能な円環状を呈する。第１コイル４０２ａの周方向の両端部には、図示しない電源部に接続されるリード部４０４がそれぞれ設けられており、第１コイル４０２ａの周方向の両端部にもリード部４０４がそれぞれ設けられている。

冷却ジャケット４０３は、半円弧状に形成された第１ジャケット４０３ａと、同じく半円弧状に形成された第２ジャケット４０３ｂとで構成されている。第１ジャケット４０３ａは、誘導加熱コイル４０２の第１コイル４０２ａの外周に設けられ、第１コイル４０２ａと一体とされており、第２ジャケット４０３ｂは、誘導加熱コイル４０２の第２コイル４０２ｂの外周に設けられ、第２コイル４０２ｂと一体とされている。

第１ジャケット４０３ａ及び第２ジャケット４０３ｂは、冷却液溜４１０と、複数の噴射孔４１１とをそれぞれ備えている。冷却液溜４１０は、複数の噴射孔４１１が形成されたヘッド部材４１２と、ヘッド部材４１２との間に冷却液溜４１０の内部空間を画成する蓋部材４１３とで構成されている。噴射孔４１１は、ワークＷの軸方向に略垂直に配置されるヘッド部材４１２の一方の側壁部４１５に設けられ、この側壁部４１５の周方向に配列されている。

噴射孔４１１の各々の噴射方向は、ワークＷの偏心ピンＷ３の中心軸側に向けられている。従って、噴射孔４１１の各々の噴射方向は、冷却液溜４１０の内面を構成するヘッド部材４１２の側壁部４１５の平坦な内面４１５ａに対して斜交している。図示の例では、噴射孔４１１は、内径側列及び外径側列の複列に設けられ、一列をなす噴射孔４１１の各々の噴射方向は内面４１５ａとのなす角度が互いに等しくなっている。そして、噴射孔４１１の各々の噴射方向と内面４１５ａとのなす角度が列間では互いに異なり、外径側列の噴射孔３１１の各々の噴射方向は、より遠方に向けられている。

噴射孔４１１の各々は、ヘッド部材４１２の側壁部４１５の内面４１５ａに形成された流入部４１７と、流入部４１７からその噴射孔４１１の噴射方向に延設された断面円形状の導管部４１８とを有している。

流入部４１７は、導管部４１８と同軸に設けられ、且つ導管部４１８よりも大径の断面円形状の孔によって構成されている。それにより、導管部４１８の流入部側開口の周囲に、導管部４１８の流入部側開口を全周にわたって囲繞し、開口周囲の各部において導管部４１８の軸方向に一定の角度で交差する円環状の段差面４１９が形成されている。それにより、噴射孔４１１から噴射される冷却液の流れに乱れが生じることが抑制される。以上の構成を備える噴射孔４１１は、図３に示した冷却ジャケットの噴射孔３１と同様に、複合加工機を用いて形成することができる。

ここで、第１ジャケット４０３ａ及び第２ジャケット４０３ｂは、第１コイル４０２ａ及び第２コイル４０２ｂの一対のリード部４０４によって周方向に分断され、各ジャケット４０３ａ，４０３ｂの分断箇所には噴射孔４１１を設けることができない。また、冷却液溜４１０の内部空間を区分する仕切り４２０が設けられている箇所にも噴射孔４１１を設けることができない。そのため、噴射孔４１１の分布に疎密が生じる。しかし、噴射孔４１１の流入部４１７が導管部４１８と同軸な断面円形状の孔として噴射孔４１１毎に設けられており、噴射孔４１１の各々の噴射方向を比較的自由に設定することができる。そこで、図１０に示すように、噴射孔４１１の分布が相対的に疎である領域の周囲の噴射孔４１１の噴射方向を噴射孔４１１の分布が疎である領域側に振り向けることにより、噴射孔４１１の分布にかかわらず、ワークＷの偏心ピンＷ３を中心軸まわりに回転させなくとも、偏心ピンＷ３の冷却を均一化することができる。そして、外径側列の噴射孔４１１の噴射方向をより遠方に向けることによって、偏心ピンＷ３の広範囲を冷却でき、冷却効果を高めることもできる。

図１１は、複合コイル４０１を用いたワークＷの熱処理方法の一例を示す。

まず、ワークＷのジャーナルＷ２が熱処理される。ジャーナルＷ２の熱処理には、例えば半開放鞍型コイルと、この半開放鞍型コイルのワーク出入り口に設けられる冷却ジャケットとで構成された複合コイルが用いられる。複合コイルの半開放鞍型コイルがジャーナルＷ２に近接して配置され、またワークＷが軸Ａｘまわりに回転される。ジャーナルＷ２は、ワークＷの軸Ａｘ上に設けられていることからワークＷの軸Ａｘまわりの回転によっても振れ回りせず、半開放鞍型コイルと非接触に保たれる。そして、半開放鞍型コイルに交流の電力が供給されてジャーナルＷ２が誘導加熱され、加熱後、複合コイルの冷却ジャケットから冷却液が噴射されてジャーナルＷ２が冷却される。

続いて、複合コイル４０１を用いてワークＷの偏心ピンＷ３が熱処理される。

複合コイル４０１の誘導加熱コイル４０２を構成する第１コイル４０２ａ及び第２コイル４０２ｂがワークＷの偏心ピンＷ３を間に挟んで互いに組み合わされ、偏心ピンＷ３が誘導加熱コイル４０２に収容される。偏心ピンＷ３は、ワークＷの軸Ａｘから外れて設けられており、ワークＷの軸Ａｘまわりの回転に伴って振れ回りを生じることから、偏心ピン３の熱処理においてワークＷは無回転とされる。そして、誘導加熱コイル４０２に交流の電力が供給され、且つ誘導加熱コイル４０２が偏心ピンＷ３の中心軸に沿って偏心ピン３の一端側から他端側に向けて移動され、偏心ピンＷ３が連続的に誘導加熱される。併せて、偏心ピンＷ３の中心軸に沿って誘導加熱コイル４０２と共に移動される冷却ジャケット４０３の噴射孔４１１の各々から冷却液が噴射され、偏心ピンＷ３が連続的に冷却される（図１１（Ａ）〜図１１（Ｂ））。

なお、本複合コイル４０１の冷却ジャケット４０３において、ヘッド部材４１２の側壁部４１５の外面に噴射孔４１１の噴射部を形成し、導管部４１８の噴射部側開口の周囲に段差面を形成してもよい。

以下、冷却液溜の内面に斜交した方向に噴射される冷却液の流れを検証した実験例について説明する。

実験例１〜３の冷却ジャケットは、図１に示した冷却ジャケット１と基本的に同様の構成を備え、筒材１３及び筒材１３の先端側開口を塞ぐヘッド部材１２によって冷却液溜１０が構成され、ヘッド部材１２に一つの噴射孔が形成されたものである。

実験例１の冷却ジャケットでは、ヘッド部材１２の厚みは３ｍｍとし、噴射孔の噴射方向をヘッド部材１２の平坦な内面１２ａ及び外面１２ｂに直交する方向とし、噴射孔を直径２ｍｍの直管として構成した。冷却液溜１０に水を供給し、圧力を０．３ＭＰａに保って噴射孔から水を噴射させ、その流れを観察した。

実験例２の冷却ジャケットでは、ヘッド部材１２の厚みは６ｍｍとし、噴射孔の噴射方向をヘッド部材１２の平坦な内面１２ａ及び外面１２ｂに４５°の角度で斜交する方向とし、噴射孔を直径２ｍｍの直管として構成した。冷却液溜１０に水を供給し、圧力を０．３ＭＰａに保って噴射孔から水を噴射させ、その流れを観察した。

実験例３の冷却ジャケットでは、ヘッド部材１２の厚みは６ｍｍとし、噴射孔の噴射方向をヘッド部材１２の平坦な内面１２ａ及び外面１２ｂに４５°の角度で斜交する方向とし、噴射孔を図３に示した噴射孔３１と同様に構成した。すなわち、ヘッド部材１２の平坦な内面１２ａに、流入部３２としての径３ｍｍの止り孔を同軸に設け、流入部３２から延びる導管部３３の流入部側開口の周囲に、導管部３３の軸方向（噴射方向）に略垂直な段差面３４を形成した。冷却液溜１０に水を供給し、圧力を０．３ＭＰａに保って噴射孔から水を噴射させ、その流れを観察した。

図１２に実験例１の噴射孔から噴射された水の流れを示し、図１３に実験例２の噴射孔から噴射された水の流れを示し、図１４に実験例３の噴射孔から噴射された水の流れを示す。

図１２〜図１４に示すとおり、噴射孔の噴射方向がヘッド部材１２の平坦な内面１２ａ及び外面１２ｂに４５°の角度で斜交する方向とされた実験例２では、噴射孔から噴射された水の流れに顕著な乱れが生じているのに対し、同じく噴射孔の噴射方向がヘッド部材１２の平坦な内面１２ａ及び外面１２ｂに４５°の角度で斜交する方向とされ、且つ噴射孔の流入部側開口の周囲に段差面３４が形成されている実験例３では、噴射孔から噴射された水の流れの乱れが、噴射孔の噴射方向がヘッド部材１２の平坦な内面１２ａ及び外面１２ｂに直交する実験例１と同程度にまで抑制されていることがわかる。

以上、説明したとおり、本明細書には以下の事項が開示されている。

（１）軸を有し且つ該軸に垂直な断面形状が軸方向に変化するワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットであって、冷却液溜と、前記冷却液溜の内部空間に連通する少なくとも一つの噴射孔と、を備え、前記冷却液溜は、前記噴射孔の各々の噴射方向に斜交する平坦な内面を有し、前記噴射孔の各々は、前記内面に形成された流入部と、該流入部から該噴射孔の噴射方向に延設された導管部とを有し、該導管部の流入部側開口の周囲に該流入部側開口を全周にわたって囲繞する段差面が形成されており、前記段差面は、前記流入部側開口の周囲の各部において前記導管部の軸方向に一定の角度で交差している冷却ジャケット。
（２）（１）記載の冷却ジャケットであって、前記段差面は、前記導管部の軸方向に直交している冷却ジャケット。
（３）（１）又は（２）記載の冷却ジャケットであって、前記噴射孔の各々の前記流入部は、該噴射孔の前記導管部と同軸に設けられた孔である冷却ジャケット。
（４）（２）記載の冷却ジャケットであって、前記噴射孔の各々の前記流入部は、一方の斜面が該噴射孔の噴射方向に直交して形成されたＶ溝である冷却ジャケット。
（５）（４）記載の冷却ジャケットであって、前記噴射孔を複数備え、前記噴射孔は、所定の方向に配列されており、各々の噴射方向は該噴射孔の配列方向に直交し、且つ各々の噴射方向と前記内面とのなす角度が互いに等しく、前記噴射孔の各々の前記流入部は、該噴射孔の配列方向に隣り合う他の噴射孔の前記流入部と連なって設けられている冷却ジャケット。
（６）（１）から（５）のいずれかに記載の冷却ジャケットであって、前記段差面は、前記導管部の開口の周囲に０．３ｍｍ以上の幅を有して広がっている冷却ジャケット。
（７）（１）から（６）のいずれかに記載の冷却ジャケットであって、前記冷却液溜は、前記噴射孔の各々の噴射方向に斜交する平坦な外面を有し、前記噴射孔の各々は、前記外面に形成された噴射部を有し、前記導管部の噴射部側開口の周囲に該噴射部側開口を全周にわたって囲繞する段差面が形成されている冷却ジャケット。
（８）ワークを誘導加熱する誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルと一体に設けられ、加熱されたワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットと、を備え、前記冷却ジャケットが（１）から（７）のいずれかに記載の冷却ジャケットである複合コイル。

１冷却ジャケット
１０冷却液溜
１１噴射孔
１２ヘッド部材
１３筒材
１５流入部
１６導管部
１７段差面

Claims

軸を有し且つ該軸に垂直な断面形状が軸方向に変化するワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットであって、
冷却液溜と、
前記冷却液溜の内部空間に連通する少なくとも一つの噴射孔と、
を備え、
前記冷却液溜は、前記噴射孔の各々の噴射方向に斜交する平坦な内面を有し、
前記噴射孔の各々は、前記内面に形成された流入部と、該流入部から該噴射孔の噴射方向に延設された導管部とを有し、該導管部の流入部側開口の周囲に該流入部側開口を全周にわたって囲繞する段差面が形成されており、
前記段差面は、前記流入部側開口の周囲の各部において前記導管部の軸方向に直交している冷却ジャケット。
請求項１記載の冷却ジャケットであって、
前記噴射孔の各々の前記流入部は、該噴射孔の前記導管部と同軸に設けられた孔である冷却ジャケット。
請求項１記載の冷却ジャケットであって、
前記噴射孔の各々の前記流入部は、一方の斜面が該噴射孔の噴射方向に直交して形成されたＶ溝である冷却ジャケット。
請求項３記載の冷却ジャケットであって、
前記噴射孔を複数備え、
前記噴射孔は、所定の方向に配列されており、各々の噴射方向は該噴射孔の配列方向に直交し、且つ各々の噴射方向と前記内面とのなす角度が互いに等しく、
前記噴射孔の各々の前記流入部は、該噴射孔の配列方向に隣り合う他の噴射孔の前記流入部と連なって設けられている冷却ジャケット。
請求項１から４のいずれか一項記載の冷却ジャケットであって、
前記段差面は、前記導管部の開口の周囲に０．３ｍｍ以上の幅を有して広がっている冷却ジャケット。
ワークを誘導加熱する誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルと一体に設けられ、加熱されたワークに冷却液を噴射する冷却ジャケットと、
を備え、
前記冷却ジャケットが請求項１から５のいずれか一項記載の冷却ジャケットである複合コイル。