JP6857904B2

JP6857904B2 - 高周波焼入装置の冷却ジャケット

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Publication number: JP6857904B2
Application number: JP2017146935A
Authority: JP
Inventors: 弘子渡邊; 彰宇田川
Original assignee: 富士電子工業株式会社
Priority date: 2017-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-07-28
Also published as: JP2019026887A

Description

本発明は、誘導加熱されて昇温したワークの外周面に冷却液を噴射供給する高周波焼入装置の冷却ジャケットに関するものである。

一般に、鉄鋼材料からなるワークを高周波焼入する場合、まず、ワークに近接対向した加熱コイルに高周波電力を供給してワークを焼入温度に達するまで高周波誘導加熱し、引き続き冷却ジャケットからワークに向けて冷却液を噴射供給し、ワークを急冷する。
どの様な形状のワークであってもこの手順は変わらず、高周波焼入では、誘導加熱による加熱工程の後、冷却工程が実施される。

熱処理されるワークの大きさは千差万別であり、従来、冷却ジャケットの大きさはワークの大きさに適したものが選定されていた。
例えば、円筒状のワークの外周面を高周波焼入する場合には、特許文献１に開示されているような、ワークの外周面に向けて冷却液を噴射供給することができる冷却ジャケットが選定される。すなわち、ワークの外周面よりも若干大きい内径を有する環状又は筒状の冷却ジャケットを、ワークの大きさ毎に用意していた。

具体的には、図２２（ａ）に示す様な大径のワークＷ１の外周面Ｓ１を高周波焼入する場合には、ワークＷ１の外径よりも若干大きい内径を有する冷却ジャケット８０が使用される。冷却ジャケット８０は環状であって内部が中空であり、内周壁８０ａには多数の噴射孔８１が設けられている。冷却ジャケット８０には、図示しない冷却液供給源から供給管８２、８３を介して加圧された冷却液が供給される。冷却ジャケット８０内の冷却液は、噴射孔８１からワークＷ１の焼入温度まで昇温した外周面Ｓ１に向けて噴射供給される。すなわち、冷却液がワークＷ１の全周囲から供給され、外周面Ｓ１は均一に冷却される。

また、図２２（ｂ）に示す様な小径のワークＷ２の外周面Ｓ２を高周波焼入する場合には、ワークＷ２の外径よりも若干大きい内径を有する冷却ジャケット９０が使用される。冷却ジャケット９０は、冷却ジャケット８０と同様に環状であって内部が中空であり、供給管９２、９３を介して図示しない冷却液供給源から加圧された冷却液が供給される。冷却ジャケット９０内に供給された冷却液は、内周壁９０ａに設けられた多数の噴射孔９１からワークＷ２の焼入温度まで昇温した外周面Ｓ２に向けて噴射供給される。

特開２０１０−０２４５１６号公報

ところで、図２３に示す様に、冷却ジャケット８０の環の内部には小径のワークＷ２を配置することが可能であり、ワークＷ２の外周面Ｓ２を冷却するのに、冷却ジャケット８０を使用することも可能である。この様にすると、大径用の冷却ジャケット８０を兼用でき、敢えて小径用の冷却ジャケット９０を使用する必要はない様に思える。

ところが、実際に冷却ジャケット８０でワークＷ２を冷却してみると、ワークＷ２は良好に冷却されない。すなわち、図２２（ａ）、図２２（ｂ）の場合には、外周面Ｓ１、Ｓ２は良好に冷却することができたが、図２３の場合には、ワークＷ２の外周面Ｓ２は良好に冷却することができない。

本発明者は、この原因を次の様に考えた。
図２２（ａ）、図２２（ｂ）の場合では、大径のワークＷ１の外周面Ｓ１から冷却ジャケット８０の内周壁８０ａまでの距離ｄ１と、小径のワークＷ２の外周面Ｓ２から冷却ジャケット９０の内周壁９０ａまでの距離ｄ２は同等であり、噴射された冷却液は、極めて速やかに且つ噴射速度が保たれた状態で外周面Ｓ１、Ｓ２に達する。換言すると、噴射孔８１、９１から噴射された際の速度（初速）がほとんど保たれた状態で冷却液は外周面Ｓ１、Ｓ２に到達する。

そのため、外周面Ｓ１、Ｓ２に最初に到達して昇温した冷却液の一部が外周面Ｓ１、Ｓ２に付着していても、後続の低温の冷却液は、昇温した冷却液の蒸気膜を突き抜けて外周面Ｓ１、Ｓ２に到達することができる。その結果、外周面Ｓ１、Ｓ２は良好に冷却されるのではないかと本発明者は考えた。

ところが、図２３の場合には、ワークＷ２の外周面Ｓ２から冷却ジャケット８０の内周壁８０ａまでの距離ｄ３が相当に大きい。そのため、噴射孔８１から噴射された冷却液が外周面Ｓ２に達するときには減衰し速度が低下している。その結果、最初に噴射されて外周面Ｓ２に達した冷却液の一部が外周面Ｓ２に付着して昇温すると共に、外周面Ｓ２の表面に高温の冷却液の膜を形成してしまい、速度が低下した後続の低温の冷却液では高温の冷却液の蒸気膜を突き抜けて外周面Ｓ２に達することができないのではないかと本発明者は考えた。

また、冷却液槽に貯留した冷却液中にワークを浸漬させた状態で冷却ジャケットからワークに向けて冷却液を噴射供給する場合には、ワークから冷却ジャケットまでの距離が長過ぎると冷却ジャケットから噴射した冷却液はワーク表面に届きにくく、また、距離が短過ぎる（すなわち接近し過ぎる）と噴射した冷却液の逃げ場がなくなるため、冷却効果を得にくい。すなわち、ワークから冷却ジャケットまでの距離には、好ましい所定の範囲がある。本発明者は、この所定の範囲は、ワークの大きさ毎に相違すると推測している。

そこで本発明は、異なる大きさのワークを良好に冷却することができる汎用性のある冷却ジャケットを提供することを課題としている。

上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、誘導加熱されて昇温したワークの外周面に冷却液を噴射供給する高周波焼入装置の冷却ジャケットであって、ワークの周囲に配置され、当該ワークを取り囲む三以上の複数の中空のブロック体を有し、前記各ブロック体は所定の角度を成す二面を有し、前記二面のうちの一面は、冷却液を噴射する噴射孔が設けられた噴射面を構成しており、前記二面のうちの他の一面は、隣接するブロック体の噴射面に重なる対向面を構成しており、各ブロック体によるワークを取り囲む領域の大きさが変化する方向に、隣接する一方のブロック体の噴射面と、他方のブロック体の対向面の相対位置を変更できることを特徴とする高周波焼入装置の冷却ジャケットである。

請求項１に記載の発明では、ワークを取り囲む三以上の複数のブロック体が、ワークの周囲に配置されている。すなわち、ワークの周囲には、いずれかのブロック体が対向している。
各ブロック体は所定の角度を成す二面を有し、二面のうちの一面は、冷却液の噴射孔が設けられた噴射面を構成している。すなわち、ブロック体に冷却液が供給されると、噴射孔から冷却液を噴射することができる。
各ブロック体の二面のうちの他の一面は、隣接するブロック体の噴射面に重なる対向面を構成しているので、各ブロック体の噴射面の一部が、隣接するブロック体の対向面に覆われる。また、各ブロック体によるワークを取り囲む領域の大きさが変化する方向に、隣接する一方のブロック体の噴射面と、他方のブロック体の対向面の相対位置を変更できる。そのため、各ブロック体の噴射面におけるワークと対向する領域を変更することができる。換言すると、ワークを取り囲む各ブロック体によって構成される環の大きさを変更できる。すなわち、ブロック体によって囲まれる領域の大きさを変更できる。
その結果、ワークの外面に合わせて各ブロック体を配置し、ワークから噴射面までの距離を適切に調整することができる。すなわち、冷却液がワークに達する際の冷却液の速度が保たれる様に、ワークから噴射面までの距離を任意に調整することができる。よって、噴射面から噴射された冷却液は、ワーク表面に確実に到達し、ワークは良好に冷却される。
本発明の冷却ジャケットによると、高周波誘導加熱されて昇温した異なる大きさのワークを良好に冷却することができる。

請求項２に記載の発明は、各ブロック体の噴射面における、隣接するブロック体の対向面と重なった部位が、対向面によって遮蔽されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置の冷却ジャケットである。

請求項２に記載の発明では、各ブロック体の噴射面における、隣接するブロック体の対向面と重なった部位が、対向面によって遮蔽されているので、噴射面における隣接するブロック体の対向面と重なった部位から冷却液が漏れない。そのため、冷却液が冷却ジャケットの周囲に飛散しにくい。

請求項３に記載の発明は、前記各ブロック体は、当該ブロック体自身の噴射面が、同一方向を向いた状態で位置を変更できることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波焼入装置の冷却ジャケットである。

請求項３に記載の発明では、各ブロック体は、当該ブロック体自身の噴射面が、同一方向を向いた状態で位置を変更できるので、各ブロック体によって囲まれた領域を広げたり、狭めることができる。そのため、各ブロック体によって囲まれた領域内に様々な大きさのワークを配置することができる。換言すると、配置されたワークの大きさに合わせて、各ブロック体の位置を変更し、ワークと各ブロック体の噴射面の距離を適切に調整することができる。

請求項４に記載の発明は、前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つが、当該ブロック体における噴射面と平行方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波焼入装置の冷却ジャケットである。

請求項４に記載の発明では、複数のブロック体のうちの少なくとも一つが、当該ブロック体における噴射面と平行方向に移動可能であるので、各ブロック体を容易に移動させることができる。すなわち、各ブロック体で構成される環の大きさを容易に変更できる。

冷却液槽に貯留された冷却液中でワークに冷却液を噴射供給することもできる（請求項５）。

本発明の高周波焼入装置の冷却ジャケットは、ワークの大きさに合わせて冷却液の噴射面を配置することができ、ワークを良好に冷却することができる。

本実施形態に係る冷却ジャケットの平面図であり、（ａ）は、冷却ジャケットを大径のワークの周囲に配置した状態を示し、（ｂ）は、冷却ジャケットを小径のワークの周囲に配置した状態を示す。（ａ）は、図１の冷却ジャケットを構成するブロック体の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）とは別の方向から見た図１の冷却ジャケットのブロック体の斜視図である。隣接する二つのブロック体の斜視図であり、（ａ）は、図１（ａ）の状態を示し、（ｂ）は、図１（ｂ）の状態を示す。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、第一ブロック体が内周位置から外周側へ当該第一ブロック体の噴射面と平行に移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図４において移動した第一ブロック体が、さらに矢印で示す当該移動方向と直交する方向に移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図５で移動した第一ブロック体と隣接する第二ブロック体が、内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図６で移動した第二ブロック体に続き、第三ブロック体が内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図７で移動した第三ブロック体に続き、第四ブロック体が、内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図８で移動した第四ブロック体に続き、第五ブロック体が、内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図９で移動した第五ブロック体に続き、第六ブロック体が、内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図１０で移動した第六ブロック体に続き、第七ブロック体が、内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図１１で移動した第七ブロック体に続き、第八ブロック体が、内周位置から外周位置へ移動した状態を示す平面図である。冷却ジャケットが、図１（ｂ）に示す小径ワーク対向状態から図１（ａ）に示す大径ワーク対向状態に変化する途上の状態を示し、図１２で移動した第八ブロック体に続き、第一ブロック体が噴射面と平行方向に移動して外周位置に配置され、全てのブロック体が外周位置に配置された状態を示す平面図である。高周波誘導加熱装置の構成を示す系統図である。大径のワークの外周面に移動焼入を実施している状態を示しており、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。小径のワークの外周面に移動焼入を実施している状態を示しており、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は側面図である。図１とは別の形態の冷却ジャケットの平面図であり、（ａ）は冷却ジャケットが大径のワークの周囲に配置されている状態を示し、（ｂ）は、冷却ジャケットが小径のワークの周囲に配置されている状態を示す。図１、図１７とは別の形態の冷却ジャケットの平面図であり、（ａ）は冷却ジャケットが大径のワークの周囲に配置されている状態を示し、（ｂ）は、冷却ジャケットが小径のワークの周囲に配置されている状態を示す。図１、図１７、図１８とは別の形態の冷却ジャケットの平面図であり、（ａ）は冷却ジャケットが大径のワークの周囲に配置されている状態を示し、（ｂ）は、冷却ジャケットが小径のワークの周囲に配置されている状態を示す。（ａ）は、図２（ａ）のブロック体とは別のブロック体の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のブロック体を（ａ）とは異なる方向から見た斜視図である。図２０（ａ）に示す二つのブロック体が隣接している状態を示す斜視図であり、（ａ）は、大径のワークを冷却する場合の状態を示し、（ｂ）は、小径のワークを冷却する場合の状態を示す。（ａ）は、大径のワークを冷却する従来の高周波焼入装置の冷却ジャケットの平面断面図であり、（ｂ）は、小径のワークを冷却する従来の高周波焼入装置の冷却ジャケットの平面断面図である。図２２（ａ）の大径用の冷却ジャケット内に図２２（ｂ）の小径のワークを配置した状態を示す平面断面図である。

本実施形態に係る冷却ジャケット１は、焼入温度まで昇温したワークに冷却液を噴射供給し、ワークを急冷する機能を有するものである。
以下、図面を参照しながら説明する。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示す様に冷却ジャケット１は、複数のブロック体（第一ブロック体２〜第八ブロック体９）を有している。
各ブロック体の構造は同じであるため、第一ブロック体２について説明し、その他のブロック体の重複する説明は省略する。

図２（ａ）に示す様に、第一ブロック体２は、内部が空洞（中空）の筐体であり、天面１３、底面１４、及び複数の側面を有している。図２（ａ）、図２（ｂ）に示す様に、第一ブロック体２の側面には噴射面１１と遮蔽面１２（対向面）が設けられている。

噴射面１１は、第一ブロック体２の側面を構成する一つの平面であり、多数の噴射孔１１ａが設けられている。噴射孔１１ａは、第一ブロック体２の内外を連通させる孔であり、内部の加圧された冷却液を外部に噴射するノズルとして機能する。

遮蔽面１２は、第一ブロック体２における噴射面１１とは別の側面を構成する平面であり、噴射面１１と同等の大きさ（面積）を有する面である。

図１（ａ）に示す様に、第一ブロック体２を平面視すると、噴射面１１と遮蔽面１２は所定の角度Ａを成している。すなわち、本実施形態における第一ブロック体２の噴射面１１と遮蔽面１２の間の角度Ａは４５度である。

第一ブロック体２の底面１４には、供給管１０が接続されている。供給管１０は、図示しない冷却液供給源と第一ブロック体２とをつないでおり、第一ブロック体２に冷却液を導く。また、供給管１０には可撓性を有する部位が設けられている。

第一ブロック体２は、さらに図示しない支持機構によって支持されていると共に、図示しない移動機構によって位置を変更することができる。すなわち、供給管１０は、第一ブロック体２の位置が変わっても、可撓性を有する部位が変形して第一ブロック体２に追従することができる。

この様な構成を有する第一ブロック体２と同様の構成を有する第二ブロック体３乃至第八ブロック体９が、図１（ａ）や図１（ｂ）に示す様に、第一ブロック体２と共に環状に配置されて冷却ジャケット１が構成されている。

隣接するブロック体同士は、一方のブロック体の噴射面１１と他方のブロック体の遮蔽面１２とが重なる様に配置されている。具体的には、隣接する一方のブロック体の噴射面１１と他方のブロック体の遮蔽面１２は平行であり、一方のブロック体の噴射面１１と他方のブロック体の遮蔽面１２は接している。

遮蔽面１２は、隣接するブロック体（第一ブロック体２に対する第八ブロック体９）の噴射面１１と重なり、他のブロック体の噴射面１１の一部又は全部の噴射孔１１ａを塞ぎ、当該塞いだ噴射孔１１ａからの冷却液の噴射を阻止する機能を有している。

各ブロック体における噴射面１１と遮蔽面１２は角度Ａ（４５度）を成しているため、隣接するブロック体同士は、４５度ずつ向きがずれている。冷却ジャケット１は、第一ブロック体２乃至第八ブロック体９の八つのブロック体があり、各ブロック体の向きが４５度ずつずれて、全体として環状構造を呈している。

図１（ａ）と図１（ｂ）とでは、冷却ジャケット１の環の大きさが相違している。すなわち、図１（ａ）と図１（ｂ）とでは、第一ブロック体２乃至第八ブロック体９の互いの相対位置が相違している。図１（ａ）では、各ブロック体は外周位置に配置されている状態が示されており、図１（ｂ）では、各ブロック体が内周位置に配置されている状態が示されている。

図１（ａ）では、隣接するブロック体の噴射面１１と遮蔽面１２の重なる領域が小さく、各ブロック体が構成する環は大きく、各ブロック体２乃至９によって広い（大きい）領域が囲まれている。その結果、冷却ジャケット１の内部には大径のワークＷ１を配置可能な空間が形成される。冷却ジャケット１は、環状構造を呈しており、内部にワークＷ１を配置すると、ワークＷ１の外周面Ｓ１の全周囲が、いずれかのブロック体２乃至９の噴射面１１と対向する。

また、図１（ａ）における隣接する一組のブロック体同士の関係を見ると、図３（ａ）の様になる。すなわち、第一ブロック体２の噴射面１１と第二ブロック体３の遮蔽面１２とが接しており、第一ブロック体２の噴射面１１の噴射孔１１ａの大半が露出している。すなわち、ワークＷ１は大径であるが、各ブロック体２乃至９の噴射面１１の広範囲に渡って露出した噴射孔１１ａから冷却液が噴射されると、噴射された冷却液は、大径のワークＷ１の外周面Ｓ１の全周囲に渡って供給される。

ここで、図１（ａ）に示す様に、各ブロック体２〜９から噴射された冷却液は、互いに交錯することなくワークＷ１の外周面Ｓ１に到達している。具体的には、第一ブロック体２から噴射された冷却液Ｃ２と、第一ブロック体２と隣接した第二ブロック体３から噴射された冷却液Ｃ３は交錯していない。すなわち、第一ブロック体２における最も第二ブロック体３側から噴射された冷却液Ｃ２と、第二ブロック体３における最も第一ブロック体２側から噴射された冷却液Ｃ３は、ワークＷ１の外周面Ｓ１に到達するまでの間に交錯していない。また、ワークＷ１の外周面Ｓ１には、全周囲に渡って、いずれかのブロック体２〜９から噴射された冷却液が均一に供給されている。

さらに、冷却ジャケット１の環の大きさを調整することにより、各ブロック体の噴射面１１からワークＷ１の外周面Ｓ１までの距離Ｄ１を極めて短い距離（至近距離）に設定することができる。すなわち、大径のワークＷ１の外周面Ｓ１の全周囲に渡って、各ブロック体２乃至９の噴射面１１を近接対向させることができる。
そのため、各ブロック体２乃至９の噴射面１１の噴射孔１１ａから噴射された冷却液は、速度がほとんど減衰することなく外周面Ｓ１に到達する。

一方、図１（ｂ）では、隣接するブロック体の噴射面１１と遮蔽面１２の重なる領域が大きく、各ブロック体２乃至９が構成する環は小さく、冷却ジャケット１は狭い（小さい）領域を囲っている。すなわち、冷却ジャケット１は環状構造を呈しており、内部に形成された領域には小径のワークＷ２を配置することができる。

また、図１（ｂ）における隣接する一組のブロック体同士の関係を見ると、図３（ｂ）の様になる。すなわち、第一ブロック体２の噴射面１１の噴射孔１１ａの過半が第二ブロック体３の遮蔽面１２によって塞がれている。そのため、露出した噴射孔１１ａは少ない。

冷却ジャケット１の内部に小径のワークＷ２が配置されると、ワークＷ２の外周面Ｓ２の全周囲が、いずれかのブロック体２乃至９の噴射面１１と対向する。すなわち、露出した噴射孔１１ａの数は少ないが、ワークＷ２は小径であり、ワークＷ２の外周面Ｓ２の全周囲が、いずれかのブロック体２乃至９の噴射面１１と対向する。よって、各ブロック体２乃至９の噴射面１１の噴射孔１１ａから冷却液が噴射されると、噴射された冷却液が小径のワークＷ２の外周面Ｓ２の全周囲に渡って供給される。

ここで、図１（ｂ）に示す様に、各ブロック体２〜９から噴射された冷却液は、互いに交錯することなくワークＷ２の外周面Ｓ２に到達している。具体的には、第二ブロック体３から噴射された冷却液Ｅ３と、第二ブロック体３と隣接した第三ブロック体４から噴射された冷却液Ｅ４は交錯していない。すなわち、第二ブロック体３における最も第三ブロック体４側から噴射された冷却液Ｅ３と、第三ブロック体４における最も第二ブロック体３側から噴射された冷却液Ｅ４は、ワークＷ２の外周面Ｓ２に到達するまでの間に交錯していない。また、ワークＷ２の外周面Ｓ２には、全周囲に渡って、いずれかのブロック体２〜９から噴射された冷却液が均一に供給されている。

さらに、各ブロック体２乃至９の相対位置を変更し、冷却ジャケット１の環の大きさを調整する（すなわち、各ブロック体２乃至９によって囲まれる領域の大きさを変化させる）ことにより、図１（ｂ）に示す様に、各ブロック体２乃至９の噴射面１１からワークＷ２の外周面Ｓ２までの距離Ｄ２を極めて短い距離（至近距離）に設定することができる。すなわち、小径のワークＷ２の外周面Ｓ２の全周囲に渡って、各ブロック体２乃至９の噴射面１１を近接対向させることができる。
そのため、各ブロック体２乃至９の噴射面１１の噴射孔１１ａから噴射された冷却液は、速度がほとんど減衰することなく外周面Ｓ２に到達する。

ここで、冷却ジャケット１の各ブロック体２乃至９のレイアウトを、図１（ｂ）に示す内周位置（小径の環を構成する位置）から図１（ａ）に示す外周位置（大径の環を構成する位置）に変更する手順の一例について図４乃至図１３を参照しながら説明する。
すなわち、各ブロック体２乃至９は、内周位置から外周位置へ、各ブロック体２乃至９によるワークを取り囲む領域の大きさが変化する方向に、隣接する一方のブロック体の噴射面１１と、他方のブロック体の遮蔽面１２（対向面）の相対位置を変更することができる。各ブロック体には、図示しない移動機構が設けられており、各ブロック体２乃至９は所定の順でそれぞれ移動する。

また、各ブロック体２乃至９は、自身の噴射面１１を同一方向に向けた状態で位置を変更できる。そのため、外周位置における各ブロック体２乃至９の噴射面１１の向きは、内周位置における各ブロック体２乃至９の噴射面１１の向きと同じである。そして、内周位置にある各ブロック体２乃至９が構成する環の中心と、外周位置にある各ブロック体２乃至９が構成する環の中心を一致させることができる。

換言すると、以下の様である。
すなわち、大径のワークＷ１の設置位置と小径のワークＷ２の設置位置は同じであり、この設置位置に大径のワークＷ１を設置したときのワークＷ１の中心と、小径のワークＷ２を設置したときのワークＷ２の中心とが一致している。そして、各ブロック体２乃至９が構成する環の中心が、このワークＷ１、Ｗ２の中心と一致するように各ブロック体２乃至９を外周位置又は内周位置に配置することができる。

図４に示す様に、まず、八つのブロック体２乃至９の内の一つ（ここでは第一ブロック体２）を破線で示す元の位置から実線で示す外周側の位置へ移動させる。この移動方向は、第二ブロック体３の遮蔽面１２と平行方向である。さらに第一ブロック体２を、図５に示す様に、第二ブロック体２の遮蔽面１２から離れる方向（法線方向）に移動させる。すなわち、第一ブロック体２は、同一方向を向いた状態で図１（ｂ）に示す位置から図１（ａ）に示す位置へ、途中、図４及び図５に示す位置を経由して移動することができる。

このとき第一ブロック体２は、図１（ａ）に示す第一ブロック体２の外周位置（最終設置位置）に対して、第一ブロック体２の噴射面１１（第二ブロック体３の遮蔽面１２）と平行方向（右方）に離間した位置にある。
第一ブロック体２は、他の各ブロック体３乃至９が図１（ａ）に示す外周位置に移動してから当該第一ブロック体２の最終的な移動先である外周位置（最終設置位置）に移動する。

次に、第二ブロック体３を移動させる。図６に示す様に、第二ブロック体３の遮蔽面１２を第一ブロック体２の噴射面１１に当接させる。これで第二ブロック体３が外周位置に配置される。

第二ブロック体３の移動が終わると、図７に示す様に、第三ブロック体４を移動させる。第三ブロック体４の遮蔽面１２を第二ブロック体３の噴射面１１に当接させる。このときの第二ブロック体３の噴射面１１と第三ブロック体４の遮蔽面１２の重なる領域の大きさによって、冷却ジャケット１の環の大きさが決まる。
ここでは、各ブロック体の噴射面１１の全ての噴射孔１１ａが露出する様に第三ブロック体４の遮蔽面１２を第二ブロック体３の噴射面１１に重ねる。これにより、第三ブロック体４が外周位置に配置される。

第三ブロック体４の移動が終わると、図８に示す様に、第四ブロック体５を移動させる。第四ブロック体５の遮蔽面１２を第三ブロック体４の噴射面１１に当接させる。
第四ブロック体５の遮蔽面１２と第三ブロック体４の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第三ブロック体４の遮蔽面１２と第二ブロック体３の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。これにより、第四ブロック体５が外周位置に配置される。

第四ブロック体５の移動が終わると、図９に示す様に、第五ブロック体６を移動させる。第五ブロック体６の遮蔽面１２を第四ブロック体５の噴射面１１に当接させる。
第五ブロック体６の遮蔽面１２と第四ブロック体５の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第四ブロック体５の遮蔽面１２と第三ブロック体４の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。これにより、第五ブロック体６が外周位置に配置される。

第五ブロック体６の移動が終わると、図１０に示す様に、第六ブロック体７を移動させる。第六ブロック体７の遮蔽面１２を第五ブロック体６の噴射面１１に当接させる。
第六ブロック体７の遮蔽面１２と第五ブロック体６の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第五ブロック体６の遮蔽面１２と第四ブロック体５の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。これにより、第六ブロック体７が外周位置に配置される。

第六ブロック体７の移動が終わると、図１１に示す様に、第七ブロック体８を移動させる。第七ブロック体８の遮蔽面１２を第六ブロック体７の噴射面１１に当接させる。
第七ブロック体８の遮蔽面１２と第六ブロック体７の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第六ブロック体７の遮蔽面１２と第五ブロック体６の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。これにより、第七ブロック体８が外周位置に配置される。

第七ブロック体８の移動が終わると、図１２に示す様に、第八ブロック体９を移動させる。第八ブロック体９の遮蔽面１２を第七ブロック体８の噴射面１１に当接させる。
第八ブロック体９の遮蔽面１２と第七ブロック体８の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第七ブロック体８の遮蔽面１２と第六ブロック体７の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。これにより、第八ブロック体９が外周位置に配置される。

第八ブロック体９の移動が終わると、図１３に示す様に、第一ブロック体２を移動させる。第一ブロック体２は、第一ブロック体２の噴射面１１と平行であって、第八ブロック体９に接近する方向（図１３で見て左方）に移動し、第一ブロック体２の遮蔽面１２が第八ブロック体９の噴射面１１に当接する。
第一ブロック体２の遮蔽面１２と第八ブロック体９の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第八ブロック体９の遮蔽面１２と第七ブロック体８の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。これにより、第一ブロック体２が外周位置に配置される。

また、このときの第二ブロック体３の遮蔽面１２と第一ブロック体２の噴射面１１の重なる領域の大きさは、第一ブロック体２の遮蔽面１２と第八ブロック体９の噴射面１１の重なる領域の大きさと同じである。

以上の手順により、各ブロック体が図１３及び図１（ａ）に示す外周位置に配置される。各ブロック体の噴射面１１の全ての噴射孔１１ａが露出し、各ブロック体の噴射孔１１ａ（図３（ａ））は、冷却ジャケット１の環の中心方向を向いている。

また、逆に図１３に示す状態から図４に示す状態に各ブロック体２乃至９の相対位置を変更することもできる。すなわち、各ブロック体２乃至９を、外周位置から内周位置へ、各ブロック体２乃至９によるワークを取り囲む領域の大きさが変化する方向に、隣接する一方のブロック体の噴射面１１と他方のブロック体の遮蔽面１２の相対位置を変更することができる。

さらに、内周位置よりは外周側で、外周位置よりは内周側の任意の位置に、各ブロック体２乃至９を移動させることもできる。すなわち、ワークの大きさに応じて、各ブロック体２乃至９によって形成される環の大きさ（領域の大きさ）を調整することができる。

冷却ジャケット１は、図１４に示す高周波誘導加熱装置２１と共に高周波焼入装置４０（図１５）を構成し、ワークＷ１を高周波焼入することができる。図１４に示す様に高周波誘導加熱装置２１は、周知の従来の高周波誘導加熱装置と同様の高周波発振器２３、変圧器２４、加熱コイル２５を有している。高周波誘導加熱装置２１では、交流電源２２の交流から高周波電力が生成され、加熱コイル２５には高周波電流が通電される。

図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示す様に、高周波誘導加熱装置２１の加熱コイル２５がワークＷ１の周囲に配置されており、冷却ジャケット１は、加熱コイル２５に隣接した位置でワークＷ１の周囲に配置されている。

ワークＷ１は長尺状の部材であり、加熱コイル２５及び冷却ジャケット１は、ワークＷ１の下方から上方に相対移動する。すなわち、ワークＷ１の外周面Ｓ１には、加熱コイル２５に通電される高周波電流によって高周波の誘導電流が励起され、その結果生じたジュール熱によって焼入温度まで昇温する。そして、ワークＷ１の加熱された部位が冷却ジャケット１に対向すると、当該部位は冷却ジャケット１の各ブロック体２乃至９の噴射面１１（噴射孔１１ａ）から噴射された冷却液によって急冷され、焼入される。ワークＷ１は、下方の部位から上方の部位まで順に焼入される。

冷却ジャケット１の各ブロック体の噴射面１１は、ワークＷ１の外周面Ｓ１の全周囲に渡って近接対向しており、ワークＷ１の外周面Ｓ１に対して一様に冷却液を噴射供給することができる。そのため、ワークＷ１の昇温した外周面Ｓ１は、偏りなく一様に冷却され、良好に高周波焼入される。

すなわち、ワークＷ１の外周面Ｓ１から冷却ジャケット１の各ブロック体２乃至９の噴射面１１までの距離Ｄ１（図１（ａ））は極めて短く、各ブロック体２乃至９の噴射面１１の噴射孔１１ａから噴射された冷却液は、ほとんど速度が減衰することなく外周面Ｓ１に到達する。そのため、ワークＷ１の外周面Ｓ１は、良好に冷却される。

仮に、外周面Ｓ１の表面に付着して昇温した冷却液によって膜が形成されたとしても、速度がほとんど減衰しない低温の冷却液はこの膜を突き抜けて外周面Ｓ１に到達することができる。よって、外周面Ｓ１と低温の冷却液の間で良好に熱交換が行われ、外周面Ｓ１は良好に冷却される。

また、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示す様に、高周波焼入装置４０は、小径のワークＷ２も同様に高周波焼入することができる。
本実施形態では、移動焼きによって長尺状のワークＷ１、Ｗ２を順に高周波焼入する場合について説明したが、加熱コイル２５及び冷却ジャケット１をワークＷ１、Ｗ２と同等以上の長さを有する様に構成し、高周波焼入の冷却工程で加熱コイル２５と入れ替わってワークＷ１、Ｗ２に近接対向させる様にすることもできる。

昇温したワークＷ１、Ｗ２を冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬させ、冷却液槽の冷却液中で冷却ジャケット１を使用する場合には、冷却ジャケット１は特に良好に機能する。すなわち、冷却ジャケット１では、各ブロック体の噴射面１１（噴射孔１１ａ）をワークＷ１、Ｗ２の外周面Ｓ１、Ｓ２に近接させることができるため、ワークＷ１、Ｗ２を良好に冷却することができる。

図４乃至図１３では、内周位置から外周位置へ、各ブロック体２乃至９によるワークを取り囲む領域の大きさが変化する方向に各ブロック体２乃至９の位置を変更する際に、最初と最後に移動させる第一ブロック体２を同一平面内で移動させて他のブロック体３乃至９の外周位置への移動の障害とならない様にしたが、第一ブロック体２は、図４乃至図１３の紙面と直交する方向に待避させ、他のブロック体３乃至９の移動が完了した後に所定の外周位置へ移動させてもよい。

噴射面１１における遮蔽面１２で遮蔽された領域にある噴射孔１１ａは、冷却液が噴射できないように遮蔽されるのが好ましいが、液漏れは容認できる。すなわち、遮蔽面１２によって覆われた噴射孔１１ａから冷却液が漏れても差し支えない。

次に、別の実施形態に係る冷却ジャケット３０について説明する。
図１７（ａ）、図１７（ｂ）に示す冷却ジャケット３０は、六つのブロック体３１乃至３６を有している。すなわち、六つのブロック体３１乃至３６が環状に連接されている。
第一ブロック体３１乃至第六ブロック体３６は、図１の冷却ジャケット１の第一ブロック体２と同様の構造を有しているが、噴射面３７と遮蔽面３８の成す角度Ｂだけが冷却ジャケット１の第一ブロック体２と相違している。すなわち、冷却ジャケット１の第一ブロック体２の噴射面１１と遮蔽面１２の成す角度Ａは４５度であったが、図１７（ａ）に示す冷却ジャケット３０の各ブロック体３１乃至３６の噴射面３７と遮蔽面３８の成す角度Ｂは６０度である。冷却ジャケット３０のその他の構成は、冷却ジャケット１と同じであるため、重複する説明は省略する。

冷却ジャケット３０においても、第一ブロック体３１乃至第六ブロック体３６が、図１７（ａ）に示す外周位置と、図１７（ｂ）に示す内周位置に配置され、大径のワークＷ３と小径のワークＷ４に対応することができる。

図１７（ａ）に示す外周位置に配置された各ブロック体３１乃至３６の噴射面３７からワークＷ３の外周面Ｓ３までの距離Ｄ３と、図１７（ｂ）に示す内周位置に配置された各ブロック体３１乃至３６の噴射面３７からワークＷ４の外周面Ｓ４までの距離Ｄ４は、極めて短い。そのため、各ブロック体３１乃至３６の噴射面３７から噴射された冷却液は、速度がほとんど減衰することなくワークＷ３、Ｗ４の外周面Ｓ３、Ｓ４に到達することができる。よって、高周波誘導加熱されて昇温した外周面Ｓ３、Ｓ４は良好に冷却される。

本発明に係る冷却ジャケットは、ブロック体の数が偶数個であっても奇数個であってもよく、三個以上のブロック体があればよい。
すなわち、本発明に係る冷却ジャケットは、図１８（ａ）、図１８（ｂ）や、図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示す様にブロック体の数を四個や三個にすることも可能である。
換言すると、使用するブロック体の数によって、噴射面と遮蔽面の成す角度を選定し、当該角度とブロックの数との乗算が３６０度となるようにすればよい。

図１８（ａ）、図１８（ｂ）に示す冷却ジャケット５０では、四つのブロック体５１乃至５４を有しているので、噴射面５５と遮蔽面５６の成す角度Ｃは９０度である。
また、図１８（ａ）に示す外周位置において各ブロック体５１乃至５４に囲まれた大径ワークＷ５の外周面Ｓ５から噴射面５５までの距離Ｄ５と、図１８（ｂ）に示す内周位置において各ブロック体５１乃至５４に囲まれた小径ワークＷ６の外周面Ｓ６から噴射面５５までの距離Ｄ６は極めて短い。そのため、噴射面５５から噴射された冷却液は、速度がほとんど減衰することなくワークＷ５、Ｗ６に到達することができる。よって、高周波誘導加熱されて昇温したワークＷ５、Ｗ６の外周面Ｓ５、Ｓ６は良好に冷却される。

図１９（ａ）、図１９（ｂ）に示す冷却ジャケット６０では、三つのブロック体６１乃至６３を有しているので、噴射面６４と遮蔽面６５の成す角度Ｄは１２０度である。
また、図１９（ａ）に示す外周位置において各ブロック体６１乃至６３に囲まれた大径ワークＷ７の外周面Ｓ７から噴射面６４までの距離Ｄ７と、図１９（ｂ）に示す内周位置において各ブロック体６１乃至６３に囲まれた小径ワークＷ８の外周面Ｓ８から噴射面６４までの距離Ｄ８は極めて短い。そのため、噴射面６４から噴射された冷却液は、速度がほとんど減衰することなくワークＷ７、Ｗ８に到達することができる。よって、高周波誘導加熱されて昇温したワークＷ７、Ｗ８の外周面Ｓ７、Ｓ８は良好に冷却される。

また、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すブロック体（第一ブロック体２）の代わりに、図２０（ａ）、図２０（ｂ）に示すブロック体４２で冷却ジャケットを構成することもできる。
ブロック体４２は、図２（ａ）に示すブロック体２と同様の構造を有している。ブロック体４２には、ブロック体２の遮蔽面１２の部位に、遮蔽部材１８が設けられている。遮蔽部材１８は、遮蔽面部１６と受け部１７を有している。
遮蔽面部１６は、ブロック体２における遮蔽面１２と同様の遮蔽面を構成している。
受け部１７は、遮蔽面部１６と交差する面を構成しており、遮蔽面部１６の上部に設けられている。すなわち、遮蔽部材１８は、板状の部材の上部が折り曲げられたような構造を呈しており、天面１３とは反対側へ屈曲している。

このような複数のブロック体４２が環状に配置されて冷却ジャケットが構成されている。図２１（ａ）、図２１（ｂ）では、この冷却ジャケットにおける隣接する二つのブロック体４２、４３のみが描写されている。

図２１（ｂ）に示す場合では、ブロック体４２の噴射面１１の過半がブロック体４３の遮蔽部材１８の遮蔽面部１６で覆われている。ブロック体４２の噴射面１１（噴射孔１１ａ）から噴射された冷却液は、遮蔽面部１６で遮蔽される。ここで、噴射された冷却液が遮蔽面部１６に衝突し、さらに上方に飛散した場合、遮蔽部材１８の受け部１７によってそれ以上の飛散が阻止される。すなわち、冷却液が受け部１７を超えて上方へ飛散することが防止される。

冷却ジャケットの上方には加熱コイル２５（図１５（ｂ））が配置されているが、受け部１７によって冷却液の上方への飛散が阻止され、加熱コイル２５に冷却液が付着することが阻止されている。

１、３０、５０、６０冷却ジャケット
２〜９第一ブロック体〜第八ブロック体
１１、３７、５５、６４噴射面（所定の角度を成す二面のうちの一方の一面）
１１ａ噴射面に設けられた噴射孔
１２、３８、５６、６５遮蔽面（所定の角度を成す二面のうちの他方の一面；対向面）
Ｓ１〜Ｓ８ワークＷ１〜Ｗ８の外周面
３１〜３６第一ブロック体〜第六ブロック体
４０高周波焼入装置
５１〜５４第一ブロック体〜第四ブロック体
６１〜６３第一ブロック体〜第三ブロック体
Ａ〜Ｄ噴射面と遮蔽面の成す角度（所定の角度）
Ｗ１〜Ｗ８ワーク

Claims

誘導加熱されて昇温したワークの外周面に冷却液を噴射供給する高周波焼入装置の冷却ジャケットであって、
ワークの周囲に配置され、当該ワークを取り囲む三以上の複数の中空のブロック体を有し、
前記各ブロック体は所定の角度を成す二面を有し、
前記二面のうちの一面は、冷却液を噴射する噴射孔が設けられた噴射面を構成しており、
前記二面のうちの他の一面は、隣接するブロック体の噴射面に重なる対向面を構成しており、
各ブロック体によるワークを取り囲む領域の大きさが変化する方向に、隣接する一方のブロック体の噴射面と、他方のブロック体の対向面の相対位置を変更できることを特徴とする高周波焼入装置の冷却ジャケット。
各ブロック体の噴射面における、隣接するブロック体の対向面と重なった部位が、対向面によって遮蔽されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置の冷却ジャケット。
前記各ブロック体は、当該ブロック体自身の噴射面が、同一方向を向いた状態で位置を変更できることを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波焼入装置の冷却ジャケット。
前記複数のブロック体のうちの少なくとも一つが、当該ブロック体における噴射面と平行方向に移動可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の高周波焼入装置の冷却ジャケット。
冷却液槽に貯留された冷却液中でワークに冷却液を噴射供給することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の高周波焼入装置の冷却ジャケット。