JP7141076B2 - 高周波焼入装置 - Google Patents

Description

本発明は、筒状ワークの内面を高周波焼入する際に使用される内面焼入用冷却ジャケットに関するものである。また、本発明は、筒状ワークの内面を高周波焼入する高周波焼入装置の加熱コイルと冷却ジャケットの配置構造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。

具体的には、ワークが筒状を呈しており、ワークの筒の内面を高周波焼入する場合には、ワークの内部に加熱コイルや冷却ジャケットが配置され、ワークの内面が誘導加熱された後冷却液が噴射供給され、加熱された内面が冷却される。

特許文献１には、筒状ワークの内面を高周波焼入することができる装置が開示されている。特許文献１に開示されている従来の装置では、冷却ジャケットと螺旋形状の加熱コイルが上下に配置されており、下方の加熱コイルが先に筒状ワークの内部に配置され、誘導加熱（加熱工程）が行われる。誘導加熱が完了すると、加熱コイルが下方に移動して筒状ワークの内部から退避し、さらに上方の冷却ジャケットが筒状ワークの内部に配置され、冷却ジャケットが冷却液を噴射して筒状ワークの内面の冷却（冷却工程）が行われる。
すなわち、特許文献１の装置は、加熱コイルと冷却ジャケットが、筒状ワークに対して上下に相対移動し、筒状ワークの内面の誘導加熱と冷却が順に実施される様に構成されている。

特開２００７－２９４１６５号公報

特許文献１に開示されている様な従来の装置では、加熱工程が終了すると、筒状ワークの内部から加熱コイルが退避すると共に、筒状ワークの内部に冷却ジャケットが配置されて冷却工程が開始される。そのため、加熱コイルと冷却ジャケットを移動させる必要があり、加熱工程が終了してから、冷却工程が開始されるまでに時間差が生じてしまう。この時間差は、ワークの内面の高周波焼入の品質に悪影響を及ぼす恐れがある。

この時間差を解消し、加熱工程の後に冷却工程を速やかに開始するためには、筒状ワークの内部に加熱コイルと冷却ジャケットを同時に配置し、加熱コイルへの高周波電力の供給を遮断する（加熱工程終了）と同時に、冷却ジャケットからの冷却液の噴射（冷却工程）を開始することができる様にすることが考えられる。

ところが、特許文献１に開示されている様に、筒状ワークの内面を高周波誘導加熱するための従来の加熱コイルは螺旋形状を呈しており、螺旋の内部には加熱コイルの戻りのリードが設けられている。そのため、加熱コイルの螺旋の内部に冷却ジャケットを配置する空間を確保することができない。
特に筒状ワークの内径が小径であると、加熱コイルの螺旋の内部に冷却ジャケットを配置することができず、筒状ワークの内部に加熱コイルと冷却ジャケットを同時に配置するのは極めて困難である。

そこで本発明は、筒状ワークの内面を良好に高周波焼入することができる筒状ワークの内面焼入用冷却ジャケットを提供することを目的としている。また、本発明は、筒状ワークの内面を良好に高周波焼入することができる高周波焼入装置の加熱コイルと冷却ジャケットの配置構造を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために開発された本発明の一つの態様は、高周波電流が通電される加熱コイルと冷却液を噴射する冷却ジャケットとを、筒状ワークの内部に配置する高周波焼入装置であって、前記加熱コイルは、一続きの導体で構成されていて前記筒状ワークの上側に配置された開口から内部に入る方向に延びる対向部と、前記上側に配置された開口側へ戻る方向に延びる対向部とが同数設けられたものであり、前記各対向部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各対向部同士は離間しており、前記各対向部は、前記各対向部が配置された領域よりも内側の領域には空間が存在し、前記冷却ジャケットは、前記各対向部よりも筒状ワークの内面から離間しており、前記各対向部の間から筒状ワークの内面に冷却液を噴射可能であり、前記冷却ジャケットから噴射された冷却液が、筒状ワークの内部から流出するのを阻害し、前記筒状ワークの上側に配置された遮蔽部材を有し、前記上側に配置された遮蔽部材は、前記上側に配置された開口と隙間を有するように離れて配置されている高周波焼入装置である。
好ましい態様は、前記上側に配置された遮蔽部材の面積は、前記上側に配置された開口の面積より大きい高周波焼入装置である。
さらに好ましい態様は、前記筒状ワークは、前記筒状ワークの下側に開口と、前記冷却ジャケットから噴射された冷却液が、筒状ワークの内部から流出するのを阻害し、前記筒状ワークの下側に配置された遮蔽部材とをさらに有し、前記下側に配置された遮蔽部材は、前記下側に配置された開口と隙間を有するように離れて配置されている高周波焼入装置である。
さらに好ましい態様は、前記下側に配置された遮蔽部材の面積は、前記下側に配置された開口の面積より小さい高周波焼入装置である。
上記の課題を解決するために開発された本発明の一つの態様は、高周波電流が通電される加熱コイルと共に筒状ワークの内部に配置され、前記筒状ワークの内面の高周波焼入に使用される筒状ワークの内面焼入用冷却ジャケットであって、前記加熱コイルは、一続きの導体で構成されていて前記筒状ワークの開口から内部に入る対向部と、前記開口側へ戻る対向部とが同数設けられたものであり、前記各対向部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各対向部同士は離間しており、前記冷却ジャケットは、前記各対向部よりも筒状ワークの内面から離間していることを特徴とする筒状ワークの内面焼入用冷却ジャケットである。

請求項１に記載の発明では、高周波電流が通電される加熱コイルが、一続きの導体で構成されていて筒状ワークの開口から内部に入る対向部と、開口側へ戻る対向部とが同数設けられたものであり、各対向部は筒状ワークの内面（内周面）に近接するものであって、各対向部同士は離間している。
すなわち、加熱コイルの各対向部は、筒状ワークの内面に近接しており、加熱コイルに高周波電流が通電されると、筒状ワークの内面に高周波誘導電流を励起させることができる。また、加熱コイルの各対向部が筒状ワークの内面に近接しているため、筒状ワークの内部における、各対向部が配置された領域よりも内側の領域には空間が存在する。そのため、筒状ワークの内部であって、加熱コイルの各対向部が配置された領域よりも内側の領域の空間に冷却ジャケットを配置することができる。
また、冷却ジャケットは、加熱コイルの各対向部よりも筒状ワークの内面から離間しており、各対向部の間から筒状ワークの内面に冷却液を噴射可能である。すなわち、冷却ジャケットから噴射された冷却液は、各対向部の間を通過して筒状ワークの内面に達する。
そのため、加熱コイルの各対向部に高周波電流を通電して筒状ワークの内面を高周波誘導加熱した後、時間差なく速やかに冷却ジャケットから冷却液を噴射し、筒状ワークの昇温した内面を急冷することができる。換言すると、高周波誘導加熱時に冷却ジャケットが筒状ワークの内部に予め配置されているので、高周波誘導加熱した後に時間差なく速やかに筒状ワークの加熱部位の冷却を開始することができる。よって、本発明によると、筒状ワークの内面の高周波焼入を良好に実施することができる。
さらに、筒状ワークの内径が小径である場合においても、筒状ワークの内部における、加熱コイルが配置された領域よりも内側の領域の空間に冷却ジャケットを配置することができるので、高周波誘導加熱の終了と冷却液の噴射開始とを時間差なく行うことができ、筒状ワークの内面を良好に高周波焼入することができる。
ここで、加熱コイルにおける、筒状ワークの開口から内部に入る対向部と、前記開口側へ戻る対向部は同数であり、各々最低１つずつあればよいが、加熱効率を考慮すると、各々２つ以上あるのが好ましい。すなわち、筒状ワークの開口から内部に入る対向部が２つ以上あり、開口側へ戻る対向部が２つ以上あるのが好ましい。
また、筒状ワークの開口から内部に入る対向部及び開口側へ戻る対向部は、筒状ワークの軸線に沿った直線状のものや、筒状ワークの軸線方向に延びると共に周方向にも延びる曲線状のものとすることができる。すなわち、複数の直線状の導体や複数の曲線状の導体を、間隔を置いて配置し、筒状ワークの内面に近接させる。

請求項２に記載の発明は、高周波電流が通電される加熱コイルと共に筒状ワークの内部に配置され、前記筒状ワークの内面の高周波焼入に使用される内面焼入用冷却ジャケットであって、前記加熱コイルは、一続きの導体で構成されていて複数の直線部を有しており、前記加熱コイルを筒状ワークの内部に配置した際に、加熱コイルの両端は筒状ワークの同じ側にあって前記各直線部は筒状ワークの軸線に沿っており、前記各直線部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各直線部同士は離間しており、前記冷却ジャケットは、加熱コイルの前記各直線部よりも筒状ワークの半径方向の中心側に配置されていることを特徴とする筒状ワークの内面焼入用冷却ジャケットである。

請求項２に記載の発明では、高周波電流が通電される加熱コイルが、一続きの導体で構成されていて複数の直線部を有しており、加熱コイルを筒状ワークの内部に配置した際に、加熱コイルの両端は筒状ワークの同じ側にあって各直線部は筒状ワークの軸線に沿っており、各直線部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各直線部同士は離間している。
すなわち、加熱コイルの各直線部は、筒状ワークの内面に近接しており、筒状ワークの内部における、各直線部が配置された領域よりも内側の領域には空間が存在する。そのため、筒状ワークの内部であって、加熱コイルの各直線部が配置された領域よりも内側の領域の空間に冷却ジャケットを配置することができる。すなわち、冷却ジャケットは、高周波焼入時には、加熱コイルの各直線部よりも筒状ワークの半径方向の中心側に配置されている。
そして、冷却ジャケットは、加熱コイルの各直線部の間から筒状ワークの内面（内周面）に冷却液を噴射可能である。すなわち、加熱コイルの各直線部は、筒状ワークの開口から内部筒状ワークの軸線に沿っている上に、各直線部同士は離間しているので、冷却ジャケットから噴射された冷却液は、各直線部の間を通過して筒状ワークの内面に達する。
そのため、冷却ジャケットから噴射された冷却液によって、筒状ワークの内面における開口側から内部側に至るまで冷却することができる。
その結果、加熱コイルの各直線部に高周波電流を通電して筒状ワークの内面を高周波誘導加熱した後、時間差なく速やかに冷却ジャケットから冷却液を噴射し、筒状ワークの昇温した内面を急冷することができる。換言すると、高周波誘導加熱時に冷却ジャケットが筒状ワークの内部に予め配置されているので、高周波誘導加熱した後に時間差なく速やかに筒状ワークの加熱部位の冷却を開始することができる。よって、本発明によると、筒状ワークの内面の高周波焼入を良好に実施することができる。
さらに、筒状ワークの内径が小径である場合においても、筒状ワークの内部における、加熱コイルが配置された領域よりも内側の領域に冷却ジャケットを配置することができるので、高周波誘導加熱の終了と冷却液の噴射開始とを時間差なく行うことができ、筒状ワークの内面を良好に高周波焼入することができる。

請求項３に記載の発明は、内面焼入用冷却ジャケットから噴射された冷却液が、筒状ワークの内部から流出するのを阻害する遮蔽部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の筒状ワークの内面焼入用冷却ジャケットである。

請求項３に記載の発明では、筒状ワークの内部で噴射された冷却液が、遮蔽部材によって筒状ワークの内部から外部へ流出するのが阻害される。そのため、噴射された冷却液が筒状ワーク内に留まり易くなる。その結果、筒状ワークの内面に冷却液が接触する機会又は時間が増え、筒状ワークの内面に空気が触れにくくなり、筒状ワークの内面の冷却効率が向上する。すなわち、筒状ワークの内面が良好に冷却される。

請求項４に記載の発明は、高周波電流が通電される加熱コイルと冷却液を噴射する冷却ジャケットを、筒状ワークの内部に配置する高周波焼入装置の加熱コイルと冷却ジャケットの配置構造であって、前記加熱コイルは、一続きの導体で構成されていて前記筒状ワークの開口から内部に入る対向部と、前記開口側へ戻る対向部とが同数設けられたものであり、前記各対向部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各対向部同士は離間しており、前記冷却ジャケットは、前記各対向部よりも筒状ワークの内面から離間していることを特徴とする高周波焼入装置の加熱コイルと冷却ジャケットの配置構造である。

請求項４に記載の発明では、高周波電流が通電される加熱コイルが、一続きの導体で構成されていて筒状ワークの開口から内部に入る対向部と、開口側へ戻る対向部とが同数設けられたものであり、各対向部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各対向部同士は離間している。
すなわち、加熱コイルの各対向部は、筒状ワークの内面（内周面）に近接しており、加熱コイルに高周波電流が通電されると、筒状ワークの内面に高周波誘導電流を励起させることができる。また、加熱コイルの各対向部が筒状ワークの内面に近接しているため、筒状ワークの内部における、各対向部が配置された領域よりも内側の領域には空間が存在する。そのため、筒状ワークの内部であって、加熱コイルの各対向部が配置された領域よりも内側の領域の空間に冷却ジャケットを配置することができる。
また、冷却ジャケットは、各対向部よりも筒状ワークの内面から離間しており、各対向部の間から筒状ワークの内面に冷却液を噴射可能である。
すなわち、加熱コイルは、筒状ワークの開口から内部に入る対向部と、開口側へ戻る対向部とが同数設けられたものであり、各対向部同士は離間しているので、冷却ジャケットから噴射された冷却液は、各対向部の間を通過して筒状ワークの内面に達する。
そのため、冷却ジャケットから噴射された冷却液によって、筒状ワークの内面は冷却される。
その結果、加熱コイルの各対向部に高周波電流を通電して筒状ワークの内面を高周波誘導加熱した後、時間差なく速やかに冷却ジャケットから冷却液を噴射し、筒状ワークの内面を急冷することができる。
換言すると、高周波誘導加熱時に冷却ジャケットが筒状ワークの内部に予め配置されているので、高周波誘導加熱した後に時間差なく速やかに加熱部位である筒状ワークの内面の冷却を開始することができる。よって、本発明によると、筒状ワークの内面の高周波焼入を良好に実施することができる。
さらに、筒状ワークの内径が小径である場合においても、筒状ワークの内部における、加熱コイルが配置された領域よりも内側の領域に空間を確保することができる。そのため、高周波誘導加熱を実施する際に、当該空間に冷却ジャケットを予め配置しておくことができる。その結果、高周波誘導加熱の終了と冷却液の噴射開始とを時間差なく行うことができ、筒状ワークの内面を良好に高周波焼入することができる。
また、筒状ワークの開口から内部に入る対向部及び開口側へ戻る対向部は、筒状ワークの軸線に沿った直線状のものや、筒状ワークの軸線方向に延びると共に周方向にも延びる曲線状のものとすることができる。すなわち、複数の直線状の導体や複数の曲線状の導体を、間隔を置いて配置し、筒状ワークの内面に近接させる。

本発明の筒状ワークの内面焼入用冷却ジャケットは、加熱コイルの複数の直線部と共に筒状ワークの内部に配置することができる。そのため、筒状ワークの内面を高周波誘導加熱した後、時間差なく速やかに冷却液を噴射供給して焼入温度まで昇温した内面を急冷することができ、筒状ワークの内面の高周波焼入を良好に実施することができる。
また、本発明の高周波焼入装置の加熱コイルと冷却ジャケットの配置構造によると、筒状ワークの内部に加熱コイルの複数の直線部と冷却ジャケットを同時に配置することができ、筒状ワークの内面を高周波誘導加熱した後、時間差なく速やかに冷却液を噴射供給して内面を急冷することができ、筒状ワークの内面の高周波焼入を良好に実施することができる。

本発明の実施形態に係る高周波焼入装置の概要を示す説明図である。 図１の高周波焼入装置の高周波誘導加熱装置と冷却ジャケットとを離間させた状態を示す説明図である。 図１のＡ－Ａ矢視図であり、（ａ）は、加熱コイルの断面形状が円管状である場合を示し、（ｂ）は、加熱コイルの断面形状が四角管状であって、さらに加熱コイルの周囲にコア部材が設けられている状態を示す。 本発明の他の実施形態に係る高周波焼入装置の説明図であり、加熱コイルと冷却ジャケットが筒状ワークの下方側から配置される場合を示す。 本発明のさらに他の実施形態に係る高周波焼入装置の主要部を示す説明図であり、冷却ジャケットに遮蔽部材が設けられている状態を示す。 （ａ）は、円錐形の内面を有する筒状ワークの内部に加熱コイルと冷却ジャケットを配置した状態を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）の加熱コイルの斜視図であり、（ｃ）は、筐体の外形が円錐形状の冷却ジャケットが筒状ワークの内部に配置されている状態を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら説明する。
図１に示す様に、本発明の実施形態に係る内面焼入用冷却ジャケット３（冷却液供給装置であって、以下単に冷却ジャケット３と称する。）は、高周波誘導加熱装置２と共に高周波焼入装置１を構成している。高周波焼入装置１は、図２に示す筒状ワーク２０の内面２３（内周面）を高周波焼入するものである。

冷却ジャケット３は、筐体３ａと冷却液供給配管１０を有している。
筐体３ａは細長い円筒状の部材であり、内部には空洞が設けられており、周面（円筒側壁）には多数の噴射孔１１が設けられている。各噴射孔１１は、筐体３ａの内部と外部とを連通させる小径の孔であり、筐体３ａの円筒側壁の全周囲に渡って等間隔に分布している。各噴射孔１１は、筐体３ａ内に供給された冷却液を外部に向けて噴射するノズルとして機能する。

また、円筒状の筐体３ａの一方の端部は閉じており、他方の端部は図示していないが開口している。筐体３ａの開口した端部には、接続部１０ａを介して冷却液供給配管１０が接続されている。すなわち、筐体３ａは有底の筒状の部材であり、開口を有する一方の端部に接続部１０ａが設けられている。筐体３ａは、図示しない支持機構によって所定の姿勢で支持されている。

冷却液供給配管１０は、可撓性を有する配管であり、図示しない冷却液供給源から筐体３ａに冷却液を導くことができる。
冷却液供給配管１０内には加圧された冷却液が供給されており、冷却液供給配管１０の途中の部位には、開閉弁１６が設けられている。すなわち、この開閉弁１６を開閉することによって、冷却液供給配管１０内の加圧された冷却液の、筐体３ａ側へ供給と供給の遮断とを切り替えることができる。開閉弁１６の動作は、図示しない制御装置によって制御されている。また、開閉弁１６の開閉動作を、作業者による手動で行うこともできる。

高周波誘導加熱装置２は、図１に示す様に、高周波発振器５、変圧器６、加熱コイル７等を有している。高周波誘導加熱装置２は、商用電源４の交流電力を高周波電力に変換し、加熱コイル７に高周波電流を通電するものである。

図２に示す様に、加熱コイル７は、一続きの一本の導体で構成されており、順に、往き側直線部８ａ（対向部）、つなぎ導体部１７ａ、戻り側直線部９ａ（対向部）、つなぎ導体部１７ｂ、往き側直線部８ｂ（対向部）、つなぎ導体部１７ｃ、戻り側直線部９ｂ（対向部）、つなぎ導体部１７ｄが連続した構造を有している。

往き側直線部８ａの一端側は、リード部１８ａの一端側と連続している。また、戻り側直線部９ｂの一端は、つなぎ導体部１７ｄを介してリード部１８ｂの一端と連続している。リード部１８ａ、１８ｂは絶縁された状態で近接している。
リード部１８ａの他端側には、変圧器６の二次側に接続される接点部１９ａが設けられている。また、リード部１８ｂの他端側には、変圧器６の二次側に接続される接点部１９ｂが設けられている。

加熱コイル７は、銅又は銅合金等の良導体で形成されており、管状の中空構造を呈している。加熱コイル７の内部の中空部分には、加熱コイル７自身を冷却する冷却液を通すことができる。

図２に示す様に、往き側直線部８ａ、戻り側直線部９ａ、往き側直線部８ｂ、戻り側直線部９ｂは平行であり、等間隔に同一円周上に配置されている。すなわち、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂの各々の中心は、図３（ａ）に示す仮想円Ｃ上に配置されており、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂは、仮想円Ｃを中心とする環状（ドーナツ状）の領域Ｓ１内に配置されている。領域Ｓ１の幅の大きさは、各直線部の直径（外径）と同じである。

図３（ａ）に示す様に、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂが配置された環状（立体的には筒状）の領域Ｓ１よりも内側（内周側）の領域Ｓ２は、円形状（立体的には円柱状）の空間を形成している。この領域Ｓ２内の空間には冷却ジャケット３の筐体３ａが配置されている。
領域Ｓ２の直径は、筐体３ａの直径よりも大きい。そのため、仮想円Ｃの中心に筐体３ａの中心を一致させると、筐体３ａと加熱コイル７の各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂとの間には隙間が形成される。
すなわち、冷却ジャケット３の筐体３ａを、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂに接触させることなく領域Ｓ２内に配置することができる。

また、図３（ａ）に示す様に、領域Ｓ１の外径は筒状ワーク２０の内径より小さい。そのため、加熱コイル７の各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂを、筒状ワーク２０の内面２３に接触させることなく筒状ワーク２０の内部に配置することができる。

換言すると、仮想円Ｃの直径は、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂを筒状ワーク２０の内部に配置した際に、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂが筒状ワーク２０の内面２３に接触せず、さらに、領域Ｓ２に冷却ジャケット３の筐体３ａを配置した際に、冷却ジャケット３の筐体３ａが各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂに接触しない大きさに設定されている。

つなぎ導体部１７ａ～１７ｃの長さは同じであり、図示していないが、つなぎ導体部１７ａ～１７ｃの中心軸線は、仮想円Ｃ（円周）に沿って湾曲している。すなわち、つなぎ導体部１７ａ～１７ｃの中心は仮想円Ｃ上にあり、つなぎ導体部１７ａ～１７ｃは環状（筒状）の領域Ｓ１に配置されている。
また、つなぎ導体部１７ｄの中心軸線は、仮想円Ｃ（円周）に沿って湾曲していると共に、戻り側直線部９ｂとリード部１８ｂとを接続する長さを有している。

次に、高周波焼入装置１による筒状ワーク２０の高周波焼入について説明する。
筒状ワーク２０は貫通孔を有しており、貫通孔には内面２３と開口２２ａ、２２ｂが形成されている。この内面２３が高周波焼入処理の対象部位である。
図１に示す様に、筒状ワーク２０は、上方側に開口２２ａが配置され、下方側に開口２２ｂが配置される様に、軸線が上下方向を向いた姿勢で図示しない支持機構（支持台）によって支持されている。また、支持機構によって支持された筒状ワーク２０は、図示しない駆動機構によって軸心回りに回転駆動が可能である。

この筒状ワーク２０の内部に、加熱コイル７と冷却ジャケット３（筐体３ａ）を配置する。図１に示す例では、加熱コイル７は筒状ワーク２０の上方の開口２２ａ側から内部に挿入されており、冷却ジャケット３の筐体３ａは、筒状ワーク２０の下方の開口２２ｂ側から内部に挿入されている。

加熱コイル７の各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂは、筒状ワーク２０の軸線に沿っており、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂは、図３（ａ）に示す様に、それぞれ筒状ワーク２０の内面２３に近接対向している。また、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂは、９０度間隔（等間隔）に配置されており、各直線部同士は離間している。また、各つなぎ導体部１７ａ～１７ｄも内面２３と近接している。

加熱コイル７を平面視すると、各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂとつなぎ導体部１７ａ～１７ｄが仮想円Ｃに沿って環状につながっており、仮想円Ｃの中心側の領域Ｓ２には空間が形成されている。この領域Ｓ２に冷却ジャケット３の筐体３ａが配置されている。筐体３ａは内面２３と対向している。

筐体３ａは領域Ｓ２内にあるため、領域Ｓ１に配置された各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂよりも、筒状ワーク２０の半径方向の中心側にある。そのため、筐体３ａから内面２３までの距離は、加熱コイル７（各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂ及び各つなぎ導体部１７ａ～１７ｄ）から内面２３までの距離よりも長い。

次に、筒状ワーク２０の内面２３の高周波焼入について説明する。
図１に示す様に、筒状ワーク２０の内部に加熱コイル７と冷却ジャケット３（筐体３ａ）が配置された状態で、図示しない駆動機構によって筒状ワーク２０を回転駆動する。これにより、筒状ワーク２０の内面２３の全面（全周囲）が、各直線部８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂと順次近接対向する。

さらに、高周波誘導加熱装置２を稼働させ、加熱コイル７に高周波電流を通電する。
これにより、筒状ワーク２０の内面２３の全周に渡って高周波誘導電流が励起され、内面２３が一様に高周波誘導加熱されて焼入温度まで昇温する。

次に、高周波誘導加熱装置２による加熱コイル７への通電を停止すると共に、冷却液供給配管１０に設けられた開閉弁１６を開き、冷却液１３を冷却ジャケット３の筐体３ａに供給し、筐体３ａの各噴射孔１１（ノズル）から冷却液１３（図３（ａ））を噴射する。噴射された冷却液１３は、筐体３ａの全周囲に飛散し、一部は加熱コイル７に当たるが、大半は加熱コイル７の各直線部８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂの間を通って焼入温度に昇温した内面２３（筒状ワーク２０）に達し、内面２３を冷却する。筒状ワーク２０は、図示しない駆動機構によって回転駆動されているため、内面２３の全面（全領域）が冷却液１３によって冷却される。

筒状ワーク２０の内面２３が所定温度まで急冷されると、開閉弁１６を閉じて冷却液１３の噴射を停止させる。さらに筒状ワーク２０の回転駆動を停止し、高周波焼入が完了する。
そして、加熱コイル７（各直線部８ａ、９ａ、８ｂ、９ｂ及び各つなぎ導体部１７ａ～１７ｄ）及び冷却ジャケット３（筐体３ａ）が筒状ワーク２０の内部から退避し、筒状ワーク２０が図示しない支持機構（支持台）から取り外される。
高周波焼入装置１の各動作や、筒状ワーク２０の回転駆動は、図示しない制御装置によって司られている。

図１に示す例では、加熱コイル７を筒状ワーク２０の上方側の開口２２ａから筒状ワーク２０の内部に挿入する場合を示したが、加熱コイル７や冷却ジャケット３は、筒状ワーク２０の上方側の開口２２ａと下方側の開口２２ｂのいずれから挿入するようにしてもよい。例えば、図４に示す様に、加熱コイル７と冷却ジャケット３の両方を筒状ワーク２０の下方側の開口２２ｂから挿入することもできる。

また、図３（ａ）に示す様に、各直線部８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが筒状ワーク２０の軸心方向にのびているので、各直線部８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂが配置された仮想円Ｃ（領域Ｓ１）の内側の領域Ｓ２に空間を確保することができる。そのため、この空間（領域Ｓ２）に透磁率の高いケイ素鋼からなるコア部材を配置することが可能である。

具体的には、図３（ｂ）に示す様に、横断面形状が四角筒状の各直線部（往き側直線部２４ａ、２４ｂ（対向部）、戻り側直線部２６ａ、２６ｂ（対向部））を使用し、各直線部２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂにおける、筒状ワーク２０の内面２３との対向部分以外の部位に磁性率の高いコア部材３４を装着することもできる。すなわち、仮想円Ｃ（領域Ｓ１）の内部側の領域Ｓ２に確保された空間にコア部材３４を配置することができる。これにより、高周波誘導加熱時には、筒状ワーク２０の内面２３に良好に高周波誘導電流を励起させることができるようになる。

ここで本実施形態では、加熱コイル７における、筒状ワーク２０の開口２２ａから内部に入る往き側直線部８ａ、８ｂ（２４ａ、２４ｂ）と、開口２２ａ側へ戻る戻り側直線部９ａ、９ｂ（２６ａ、２６ｂ）は同数であり、それぞれ２つずつ設けたが、往き側直線部と戻り側直線部の数は同数であればいくつであってもよく、各々最低１つずつあればよい。しかし、加熱効率を考慮すると、本実施形態の様に各々２つ以上あるのが好ましい。

また、加熱コイル７の各直線部は、仮想円Ｃの円周上に必ずしも等間隔（中心角が等角度間隔）で配置されている必要はないが、内面２３の加熱（高周波誘導加熱）のバランスを考慮すると等間隔であるのが好ましい。具体的には、往き側直線部と戻り側直線部が１つずつ設けられた場合には、仮想円Ｃの中心角が１８０度の間隔で配置されているのが好ましく、往き側直線部と戻り側直線部が２つずつ設けられた場合には、仮想円Ｃの中心角が９０度の間隔で各直線部が配置されているのが好ましい。

次に、高周波焼入装置１の変形例について説明する。
焼入温度に達した筒状ワーク２０の内面２３を冷却する際に、冷却を速やかに進める（すなわち、内面２３の温度を速やかに低下させる）ため、図５に示す様に、冷却ジャケット３に遮蔽部材１２ａ、１２ｂを設けることもできる。遮蔽部材１２ａ、１２ｂは、筒状ワーク２０の上側の開口２２ａから挿入される冷却ジャケット３の筐体３ａに設けられている。遮蔽部材１２ａ、１２ｂは、筐体３ａに対して一体固着されている。

遮蔽部材１２ａは、筒状ワーク２０の開口２２ａよりも大きい面積を有する円板状の部材であり、筐体３ａにおける冷却液供給配管１０との接続部１０ａ付近に設けられている。また、遮蔽部材１２ｂは、筒状ワーク２０の開口２２ａより小さい面積を有する板状の部材であり、筐体３ａの先端部分（下端部分）に設けられている。

遮蔽部材１２ａ、１２ｂの間隔は、筒状ワーク２０の長さ寸法よりも大きい。また、遮蔽部材１２ｂは、筒状ワーク２０の内径より小さい内径を有する円板である。そのため、筒状ワーク２０の上側の開口２２ａの外側に遮蔽部材１２ａを配置すると共に、筒状ワーク２０の下側の開口２２ｂの外側に遮蔽部材１２ｂを配置することができる。すなわち、筐体３ａを筒状ワーク２０の開口２２ａ側から内部に進入させ、図５に示す様に遮蔽部材１２ｂを開口２２ｂの外部に至らせることができる。

また、遮蔽部材１２ａの固着位置は、冷却ジャケット３（筐体３ａ）を筒状ワーク２０の内部に配置した際に、開口２２ａとの間に若干の隙間ができる程度の位置に設定されている。同様に、遮蔽部材１２ｂの固着位置は、冷却ジャケット３（筐体３ａ）を筒状ワーク２０の内部に配置した際に、開口２２ｂとの間に若干の隙間ができる程度の位置に設定されている。
すなわち、遮蔽部材１２ａ、１２ｂは筒状ワーク２０と接触しない。また、遮蔽部材１２ａ、１２ｂは、電磁誘導の影響を受けにくい素材で形成されている。これにより、筒状ワーク２０の内面２３の熱処理に悪影響が及ぼされることが回避されている。

遮蔽部材１２ａ、１２ｂは、冷却ジャケット３から噴射された冷却液１３が、筒状ワーク２０の外部に飛散するのを阻害する。すなわち、遮蔽部材１２ａ、１２ｂが抵抗となり、図５において符号１４ａ、１４ｂで示す様に、本来なら筒状ワーク２０の外部に流出する冷却液の一部を筒状ワーク２０内に滞留させる。これにより、筒状ワーク２０の内面２３が冷却液に接触する機会が増える。すなわち、内面２３に空気が接触しにくくなり、内面２３が良好に冷却される。遮蔽部材１２ａを設けることによって、内面２３における特に上端部分（開口２２ａ付近）が冷却液と常時接触し易くなり、内面２３の上端部分が良好に冷却される。

同様に、遮蔽部材１２ｂを設けることによって、内面２３における特に下端部分（開口２２ｂ付近）が冷却液と常時接触し易くなり、内面２３の下端部分が良好に冷却される。本来なら筒状ワーク２０の外部に流出する冷却液の一部を筒状ワーク２０の内部側に滞留させることもできる。すなわち、遮蔽部材１２ｂを設けることにより、遮蔽部材１２ｂが抵抗となって、筒状ワーク２０内から排出される冷却液１５の量が少なくなり、内面２３が冷却液に常時接触し易くなる。よって、内面２３に空気が接触しにくくなり、内面２３が良好に冷却される。

図５では示していないが、筐体３ａに遮蔽部材１２ａを設ける場合には、遮蔽部材１２ａに、加熱コイル７と連続したリード部１８ａ、１８ｂ（図１）を通過させる切欠部を設ける。切欠部は、円板状の遮蔽部材１２ａの外縁の一部を半径方向に凹ませた部位である。

また、筐体３ａの先端部分に遮蔽部材１２ｂを設ける代わりに、筒状ワーク２０の支持台２１（支持機構）に内向きフランジ部（内径が小さい部位）を設けてもよい。

図５では、筒状ワーク２０の内面２３における、高周波焼入された部位（焼入深さ）がクロスするハッチングで描写されている。

以上、内径が一様な筒状ワーク２０の内面２３を高周波焼入する場合について説明したが、次に、開口側の内径が大きく、内部へいくほど小径となる筒状ワーク３０を高周波焼入する場合について図６を参照しながら説明する。

図６（ａ）に示す筒状ワーク３０は、すり鉢状の内面３１を有している。内面３１の開口３２が最も大径であり、内面３１は内部へいくほど小径となっている。すなわち、図６（ａ）で見ると、内面３１は右側から左側へいくほど小径となっている。

この様なすり鉢状の内面３１を高周波焼入する場合、図６（ｂ）に示す様な加熱コイル２５を使用する。
加熱コイル２５は、図６（ｂ）に示す様に、往き側直線部２８ａ、戻り側直線部２９ａ、往き側直線部２８ｂ、戻り側直線部２９ｂが、つなぎ導体部２７ａ～２７ｃを介して順に接続された構造を有している。つなぎ導体部２７ａ、２７ｃは小径の仮想円（図示せず）の円周上に配置されており、つなぎ導体部２７ｂは、大径の仮想円（図示せず）の円周上に配置されている。すなわち、各直線部２８ａ、２９ａ、２８ｂ、２９ｂ（対向部）は平行ではなく、各直線部２８ａ、２９ａ、２８ｂ、２９ｂの一端側は、大径の仮想円の円周上に配置されており、他端側は小径の仮想円の円周上に配置されている。各直線部２８ａ、２８ｂ、２９ａ、２９ｂの他端側が配置された小径の仮想円の直径は、冷却ジャケット３の筐体３ａの外径よりも大きく、この小径の仮想円の内部には筐体３ａを配置することができる。
換言すると、この小径の仮想円の大きさは、加熱コイル２５を内面３１の奥に配置することができる上に、加熱コイル２５の内部に筐体３ａを配置することができる大きさに設定されている。

また、冷却ジャケット３の筐体３ａは、接続部１０ａ側から先端側に至るまで同径である必要はない。すなわち、図６（ｃ）に示す様に、筒状ワーク３０のすり鉢状の内面３１に合わせて、円錐形状の外形の筐体３５ａを有する冷却ジャケット３５を使用することもできる。

冷却ジャケット３５の筐体３５ａの外周面と、筒状ワーク３０の内面３１は平行であり、筐体３５ａから噴射された冷却液３６の進行方向は内面３１と直交している。そのため、冷却液３６は筐体３５ａから内面３１に最短距離を移動し、冷却液３６は内面３１に速やかに到達し、内面３１を良好に冷却することができる。

以上説明した実施形態では、貫通した筒状ワークの内面を高周波焼入する場合を例示したが、本発明の内面焼入用冷却ジャケット、及び高周波焼入装置の加熱コイルと冷却ジャケットの配置構造では、有底の筒状ワークの内面も、同様に良好に高周波焼入することができる。

また、図３（ａ）における直線部８ａ、８ｂ、９ａ、９ｂ（対向部）や、図３（ｂ）における直線部２４ａ、２４ｂ、２６ａ、２６ｂ（対向部）等の代わりに、筒状ワーク２０の軸線方向のみならず周方向にも延びる曲線状の導体（対向部）を使用することもできる。

１ 高周波焼入装置
２、３５ 冷却ジャケット（内面焼入用冷却ジャケット）
７、２５ 加熱コイル
８ａ、８ｂ、２４ａ、２４ｂ、２８ａ、２８ｂ 往き側直線部
９ａ、９ｂ、２６ａ、２６ｂ、２９ａ、２９ｂ 戻り側直線部
１２ 遮蔽部材
１３、３６ 噴射された冷却液
２０、３０ 筒状ワーク
２２ａ、２２ｂ、３２ 筒状ワークの開口
２３、３１ 筒状ワークの内面

Claims (4)

1. 高周波電流が通電される加熱コイルと冷却液を噴射する冷却ジャケットとを、筒状ワークの内部に配置する高周波焼入装置であって、
   前記加熱コイルは、一続きの導体で構成されていて前記筒状ワークの上側に配置された開口から内部に入る方向に延びる対向部と、前記上側に配置された開口側へ戻る方向に延びる対向部とが同数設けられたものであり、前記各対向部は筒状ワークの内面に近接するものであって、各対向部同士は離間しており、
   前記各対向部は、前記各対向部が配置された領域よりも内側の領域には空間が存在し、
   前記冷却ジャケットは、前記各対向部よりも筒状ワークの内面から離間しており、前記各対向部の間から筒状ワークの内面に冷却液を噴射可能であり、
   前記冷却ジャケットから噴射された冷却液が、筒状ワークの内部から流出するのを阻害し、前記筒状ワークの上側に配置された遮蔽部材を有し、
   前記上側に配置された遮蔽部材は、前記上側に配置された開口と隙間を有するように離れて配置されていることを特徴とする高周波焼入装置。
2. 前記上側に配置された遮蔽部材の面積は、前記上側に配置された開口の面積より大きいことを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置。
3. 前記筒状ワークは、前記筒状ワークの下側に開口と、前記冷却ジャケットから噴射された冷却液が、筒状ワークの内部から流出するのを阻害し、前記筒状ワークの下側に配置された遮蔽部材とをさらに有し、
   前記下側に配置された遮蔽部材は、前記下側に配置された開口と隙間を有するように離れて配置されてい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。
4. 前記下側に配置された遮蔽部材の面積は、前記下側に配置された開口の面積より小さい
   ことを特徴とする請求項３に記載の高周波焼入装置。

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