JP5721257B2 - 高周波焼入装置 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱された被加熱物を冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬させて、被加熱物を焼入れする高周波焼入装置に関するものである。

高周波焼入装置には、誘導加熱によって昇温した被加熱物を冷却するための冷却装置が設けられている。従来、冷却装置としては、被加熱物の誘導加熱された部位に冷却液を噴射するものや、被加熱物そのものを冷却液槽に貯留された冷却液に浸漬するものが使用されている。

被加熱物が比較的大きく、誘導加熱される部位が大きい（又は誘導加熱される範囲が広い）場合には、後者の冷却装置を使用するのが好ましい。そして本件出願人は、被加熱物を冷却液槽に浸漬させ、さらに被加熱物に向けて低温の冷却液を噴射供給することができる高周波焼入装置の浸漬冷却装置を特許文献１に開示している。

特開２０１０−２４５１６号公報

特許文献１に開示されている高周波焼入装置は、環状のワーク（被加熱物）の外周面を誘導加熱した後に、ワークを液槽に貯留された冷却液に浸漬させ、さらにワークの外周面に冷却液を噴射供給することができる冷却装置を備えている。特許文献１に開示されている高周波焼入装置では、昇温したワーク全体が液槽に貯留された冷却液に浸漬し、さらに加熱部位であるワークの外周面に冷却液が噴射供給されて冷却が促進される。

ここで、特許文献１には開示されていないが、被加熱物が環状構造であって、その内周面を焼入する場合について考える。被加熱物の内周面を、外周面と同様に焼入するためには、当然ながら被加熱物の内周面に高周波の誘導電流を励起させる内側加熱用の加熱導体が必要である。また、被加熱物の内周面に冷却液を噴射供給する内側冷却液噴射装置も必要である。被加熱物の内周面を焼入するための高周波焼入装置の構造について、図１０を参照しながら説明する。

図１０（ａ）に示すように、環状の被加熱物５０の内周面５０ａを焼入する高周波焼入装置５１は、冷却液５６を貯留する冷却液槽５５と被加熱物５０の内周面５０ａに冷却液を噴射供給する内側冷却液噴射装置５４と、被加熱物５０を支持する支持部材５３が必要である。支持部材５３は、回転動力伝達部（図示せず）と張出部５３ａと載置部５３ｂとが必要である。回転動力伝達部は、図示しない回転駆動機構から動力が伝達されて、内側加熱導体５２に対して被加熱物５０を回転させる機能を有する。張出部５３ａは、回転動力伝達部と連続し、水平方向に延びる部位である。載置部５３ｂは、張出部５３ａに対して起立し被加熱物５０を載置する部位である。また支持部材５３は、図示しない上下移動装置によって上下移動が可能である。

図１０（ａ）に示すように、最初に加熱位置に内側加熱導体５２を配置する。その際には、被加熱物５０を下方に退避させておく。次に、図示しない上下移動装置で被加熱物５０を上昇させ、図１０（ｂ）に示すように内周面５０ａを内側加熱導体５２に対向させる。そして、図示しない回転駆動機構によって支持部材５３（被加熱物５０）を回転させると共に、高周波電源（図９）から内側加熱導体５２に高周波電流を供給する。その結果、被加熱物５０の内周面５０ａは、均一に誘導加熱される。

次に、図１０（ａ）に示すように被加熱物５０を下降させて冷却液槽５５の冷却液５６に液没させると共に、内周面５０ａを内側冷却液噴射装置５４に対向させ、内側冷却液噴射装置５４から冷却液を噴射供給する。その結果、被加熱物５０の内周面５０ａは、良好に冷却され焼入が完了する。

ところで、以上のような誘導加熱と冷却とを実施するためには、支持部材３の載置部５３ｂを高さＨＡに設定しなければならない。すなわち、高周波焼入装置５１では、内側加熱導体５２は必ず液面よりも上に配置しなければならず、また、内側冷却液噴射装置５４は、液面よりも下に配置しなければならないという制約がある。よって、被加熱物５０の内側加熱導体５２に対向する加熱位置（図１０（ｂ）に示す高さ位置）と、被加熱物５０の内側冷却液噴射装置５４に対向する冷却位置（図１０（ａ）に示す高さ位置）の差である高さＨＣよりも、載置部５３ｂの高さＨＡを大きく設定する必要がある。

仮に、載置部５３ｂの高さＨＡが高さＨＣよりも小さいと、被加熱物５０を上昇移動させて内側加熱導体５２に対向させる際に、支持部材５３の張出部５３ａが内側冷却液噴射装置５４に衝突する恐れがある。そこで載置部５３ｂの高さをＨＡに設定すると、被加熱物５０を冷却液槽５５の冷却液５６に液没（浸漬）させるために、冷却液槽５５の深さをＨＢに設定しなければならない。すなわち、冷却液槽５５の深さがＨＢよりも浅い深さＨＤであると、図１０（ｃ）に示すように被加熱物５０を完全に浸漬させることができない恐れがある。図１０（ｃ）では、被加熱物５０の一部が液面から突出している状態を示しており、この突出する部分は冷却することができない。

よって、従来の手法によって環状の被加熱物５０の内周面５０ａを焼入するためには、冷却液槽５５の深さを少なくとも図１０（ａ）に示すＨＢよりも深くしなければならず、これが装置の大型化を招いていた。

そこで本発明は、環状の被加熱物の内周面を誘導加熱し、さらに被加熱物を冷却液に浸漬すると共に冷却液を被加熱物の内周面に噴射供給して冷却を促進する高周波焼入装置を小型化することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、環状の被加熱物を誘導加熱し、前記被加熱物を冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬させて焼入れする高周波焼入装置であって、被加熱物の内周面に高周波誘導電流を励起させる内側加熱導体と、被加熱物を支持する支持部材と、前記冷却液槽の冷却液に浸漬した被加熱物の内周面に冷却液を噴射供給する内側冷却液噴射装置とを有し、内側加熱導体は、前記冷却液槽に貯留された冷却液の液面よりも上に配置され、前記支持部材及び被加熱物を上下移動させる第１上下移動手段と、内側冷却液噴射装置を上下移動させる第２上下移動手段とを設け、内側冷却液噴射装置に冷却液を導く冷却液通路と支持部材とが、冷却液槽の底部に設けた共通の孔を貫通しており、前記孔は被加熱物よりも小径であり、支持部材は、前記孔を貫通する支持部と、前記支持部から半径方向外方に延びる複数の張出部と、前記張出部から起立し、被加熱物を載置する載置部とを備えており、前記第１上下移動手段は被加熱物を、誘導加熱時における内側加熱導体に対向する高さと、冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬する高さの間を移動させることができ、前記第２上下移動手段は内側冷却液噴射装置を、誘導加熱時における支持部材の張出部と内側加熱導体の両方に接触しない高さと、冷却時における被加熱物に対向する高さの間を移動させることができることを特徴とする高周波焼入装置である。

請求項１の発明では、第１上下移動手段が被加熱物を、誘導加熱時における内側加熱導体に対向する高さと、冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬する高さの間を移動させることができるので、被加熱物を誘導加熱した後に冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬させて冷却させることができる。
また、第２上下移動手段が内側冷却液噴射装置を、誘導加熱時における支持部材の張出部と内側加熱導体の両方に接触しない高さと、冷却時における被加熱物に対向する高さの間を移動させることができる。そのため、支持部材の載置部の高さ寸法を、被加熱物が内側加熱導体に対向する高さレベルと、被加熱物が内側冷却液噴射装置に対向する高さレベルの差よりも小さく設定することができる。よって、被加熱物を支持する支持部材の高さを低くし、さらに支持部材の高さに合わせて冷却液を貯留する冷却液槽の深さを浅くすることができる。その結果、高周波焼入装置を小型化し、省スペース化を図ることができる。

請求項２の発明は、前記支持部材を回転させる回転駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置である。

請求項２の発明では、回転駆動手段で被加熱物を回転させることによって、内側冷却液噴射装置から噴射される冷却液が当たる部位が刻々と移動する。その結果、被加熱物の内周面の全周に渡って均一に冷却することができ、被加熱物の内周面を均一に焼入することができる。

請求項３の発明は、被加熱物の外周面に高周波誘導電流を励起させる外側加熱導体と、冷却液槽の冷却液に浸漬した被加熱物の外周面に冷却液を噴射供給する外側冷却液噴射装置とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波焼入装置である。

請求項３の発明では、外側加熱導体によって被加熱物の外周面を誘導加熱し、さらに被加熱物を冷却液槽の冷却液に浸漬させると共に、外側冷却液噴射装置によって被加熱物の外周面に冷却液を噴射供給して被加熱物の外周面を冷却することができる。その結果、被加熱物の外周面を良好に焼入することができる。すなわち、請求項３の発明を実施することによって、環状の被加熱物の内周面と外周面の両方を焼入することができるようになる。

環状の被加熱物の内周面を焼入する本発明の高周波焼入装置は、被加熱物を支持する支持部材の高さを低くし、さらに支持部材の高さに合わせて冷却液を貯留する冷却液槽の深さを浅くすることができる。その結果、高周波焼入装置を小型化し、省スペース化を図ることができる。

本発明の高周波焼入装置の一部を断面視した正面図であり、環状の被加熱物を載置台に載置する直前の状態を示す。 図１において、被加熱物を載置台に載置し、さらに載置台を下降させた状態の高周波焼入装置の正面図である。 内側用加熱導体を、図２に示す状態から被加熱物の上方へ移動させた状態を示す高周波焼入装置の正面図である。 図３に示す状態から、被加熱物を載置した載置台を上昇させる途中の状態を示す高周波焼入装置の正面図である。 被加熱物を内側用加熱導体に対向配置した状態の高周波焼入装置の正面図である。 図３に示す高周波焼入装置の要部拡大図である。 本発明の高周波焼入装置の冷却装置の斜視図であり、支持部材に支持された被加熱物が下降して冷却位置にある状態を示す。 本発明の高周波焼入装置の冷却装置の斜視図であり、支持部材に支持された被加熱物が上昇して加熱位置にある状態を示す。 本発明の高周波焼入装置の系統図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来の手法で環状の被加熱物の内周面を焼入する高周波焼入装置の要部簡略図である。

以下、図面を参照しながら説明する。
図９に示すように、高周波焼入装置１は、加熱装置４５，冷却装置４６，制御装置４０，入力装置４２を備えている。オペレータは入力装置４２によって制御装置４０に信号を入力する。制御装置４０は、入力装置４２からの信号を受け、加熱装置４５及び冷却装置４６の動作を制御する。

以下、これらの構成を順に説明する。
まず、本発明の主要部を構成する冷却装置４６について説明する。
図１，図６に示すように冷却装置４６は支持部材３，内側冷却液噴射装置４，昇降装置５（第１上下移動装置），エアシリンダ６（第２上下移動装置），冷却液槽１１，外側冷却液噴射装置１４等を備えている。図１では、装置内部の構成が把握し易くなるように、一部を破断して描写している。

図７，図８に示すように、冷却液槽１１は内側液槽１７と外側液槽１８とを有している。内側液槽１７の周囲に外側液槽１８が配置されている。すなわち内側液槽１７と外側液槽１８は二重構造となっている。図１に示すように冷却液槽１１は、複数の支柱４７によって支持されている。すなわち、冷却液槽１１の下には空間４８が形成されている。なお、図７等の斜視図では、冷却液槽１１より下方の描写は省略している。

内側液槽１７の側壁には孔１７ａが設けられており、同様に外側液槽１８の側壁には孔１８ａが設けられている。孔１７ａ，１８ａには、各々貯液管１９が液密を保ち貫通している。貯液管１９は、途中に貯液弁２０（開閉弁）を備えている。貯液弁２０を開くことによって、貯液管１９は図示しない冷却液供給源から冷却液を冷却液槽１１に導くことができる。

そして、貯液管１９から冷却液が供給されて、液位が上昇し続けると、やがて冷却液は内側液槽１７の側壁の上部から外側液槽１８に越流する。外側液槽１８は、内側液槽１７から越流した冷却液を受け入れることができる。

外側液槽１８の底部には、孔１８ｂが設けられている。孔１８ｂには排液管２３が接続されている。排液管２３は、冷却水槽１１の下の空間４８に配置される。よって、外側液槽１８に入った冷却液は、排液管２３を介して外部に排出される。

内側液槽１７の底部（冷却液槽１１の底部１１ａ）には、孔８，孔２１，孔２２が設けられている。図１に示すように各孔は、各々別の配管を貫通させている。

まず、孔２１には排液管３４が接続されている。排液管３４は空間４８に配置される。排液管３４には開閉弁３５が設けられている。よって、冷却液槽１１（内側液槽１７）に冷却液１２が貯留されている状態で開閉弁３５を開くと、内側液槽１７内の冷却液１２が排液管３４を介して外部に排出される。また、開閉弁３５を閉じ、貯液管１９を介して内側液槽１７に冷却液を供給すると冷却液１２の液位（液面１２ａ）を上昇させることができる。冷却液としては、例えば水道水を使用することができる。

次に、孔２２には給液管３６が接続されている。給液管３６は空間４８に配置される。給液管３６は、図示しない冷却液供給源から外側冷却液噴射装置１４に冷却液を導く機能を有する。すなわち給液管３６の途中の部位には、上流側から順にポンプ３７，給液弁３８，流量計３９が設けられている。孔２２は、設置される外側冷却液噴射装置１４毎に設けられている。そして、各給液管３６には図示しない冷却液供給源から冷却液が供給されており、ポンプ３９を作動させると各外側冷却液噴射装置１４から冷却液が噴射される。給液管３６から供給される冷却液の量は、流量計３７によって検出される。また、給液弁３８を開閉することによって、外側冷却液噴射装置１４からの冷却液の噴射と噴射の停止とを切り替えることができる。

図１では、各給液管３６にポンプ３７，給液弁３８，流量計３９を設ける例を示したが、冷却液供給源に接続された大元の配管から複数の給液管３６を分岐させ、大元の配管にポンプ，給液弁，流量計を設けてもよい。このように構成すると、操作するポンプ及び給液弁が一つとなり、利便性がよくなる。

次に、孔８には給液管７が貫通している。給液管７は、昇降装置５（第１上下移動手段）で昇降可能に支持されている。給液管７の下部及び昇降装置５は、空間４８に配置されている。図示していないが、給液管７は可撓性を有する配管を介して冷却液供給源が接続されている。給液管７の途中の部位には、上流側から順にポンプ２４，給液弁２５，流量計２６が設けられている。すなわち、給液弁２５を開きポンプ２４を駆動すると、給液管７は冷却液供給源から冷却液を導くことができる。給液管７を通過する冷却液の量は、流量計２６によって検出される。

昇降装置５には、図示していないがボールネジとボールネジを回転駆動するサーボモータとが設けられている。また、このボールネジと螺合するナット（図示せず）がベース部材２７と一体固着されている。さらに、昇降装置５にはガイドレール（図示せず）が設けられている。そして、サーボモータを駆動させるとボールネジが回転し、ナットと一体のベース部材２７がガイドレールに沿ってボールネジに対して上下に移動する。

ベース部材２７は、剛性を有する板状の部材である。
ベース部材２７には、エアシリンダ６（第２上下移動手段），駆動モータ９（回転駆動手段），支持部材３が設けられている。エアシリンダ６は、ロッド部６ｂとロッド部６ｂを収容する本体部６ａとを有する。エアシリンダ６の本体部６ａはベース部材２７に固定されており、ロッド部６ｂは連結部材３３を介して給液管７と連結されている。連結部材３３は剛性を有する板状の部材である。

エアシリンダ６は、本体部６ａに対してロッド部６ｂが下になるようにベース部材２７に設けられている。よって給液管７は、ベース部材２７，エアシリンダ６を介して昇降装置５で昇降可能に支持されている。すなわち給液管７は、昇降装置５によって昇降し、また、エアシリンダ６が駆動されるとロッド６ｂが本体部６ａから突出し、その結果給液管７が下降する。よって、ベース部材２７に対して、給液管７（内側冷却液噴射装置４）が下降する。エアシリンダ６を逆に駆動すると、ベース部材２７に対して給液管７（内側冷却液噴射装置４）が上昇する。給液管７は、可撓性を有する配管（図示せず）に接続されているので、昇降装置５が駆動されると、可撓性を有する配管が変形して昇降することができる。第２上下移動手段として、エアシリンダ６の代わりにボールネジをサーボモータで駆動する構成や油圧シリンダ等を採用することもできる。

給液管７の下流側端部には、内側冷却液噴射装置４が接続されている。内側冷却液噴射装置４は、中央の円筒状の貯留部４ａと、貯留部４ａに接続され放射状に延びる複数の噴射部４ｂとを有している。図７では、８つの噴射部４ｂが設けられた例を示しているが、噴射部４ｂの数は任意に選定することができる。ポンプ２４を駆動することによって、冷却液が貯留部４ａに供給され、貯留部４ａから各噴射部４ｂに高圧の冷却液が供給され、各噴射部４ｂから冷却液が噴射される。

給液管７の周囲には、支持部材３が配置されている。
図１，図６に示すように支持部材３は、支持部２８，張出部１５，載置部１６を有している。支持部２８は、給液管７と同心状に設けられる筒状の部材である。また、支持部２８は、軸受２９を介してベース部材２７上に設置されている。さらに、支持部２８は、冷却液槽１１の底部１１ａと給液管７に対して回転可能な構造を有している。すなわち、支持部材２８は内側筒２８ａと外側筒２８ｂとからなる二重筒構造を備えている。内側筒２８ａと給液管７の間には、一対の軸受３１ａ（上側軸受），３１ｂ（下側軸受）が設けられている。よって、内側筒２８ａは、給液管７に対して回動可能である。

外側筒２８ｂは、冷却液槽１１の底部１１ａに液密を保った状態で固定されている。また、外側筒２８ｂと内側筒２８ａの間には、一対の軸受３０ａ（上側軸受），３０ｂ（下側軸受）が設けられている。内側筒２８ａは、外側筒２８ｂよりも下方へ突出している。内側筒２８ａにおけるこの下方に突出した部位にはギヤ部３２が設けられている。ギヤ部３２は、駆動モータ９（回転駆動手段）の駆動ギヤ９ａと噛み合っている。その結果、駆動モータ９を駆動させると、ギヤ部３２を備えた内側筒２８ａが回転駆動される。すなわち内側筒２８ａは、外側筒２８ｂ及び冷却液槽１１の底部１１ａに対して回転可能である。

支持部材３の内側筒２８ａの上端には張出部１５が設けられている。図１０に示すように張出部１５は、放射状に延びる部位と環状の部位とが交錯して接合される蜘蛛の巣のような形状を呈することによって剛性が高められている。

図７，図８に示すように、張出部１５上には複数の載置部１６が同一円周上に等間隔で立設されている。載置部１６は、被加熱物１０の大きさ（外径又は内径）に対応して張出部１５上に配置される。すなわち各載置部１６は、張出部１５の中心（すなわち、給液管７の中心）から同一距離の位置（半径が同一の円周上）に配置される。その結果、複数の載置部１６によって、被加熱物１０を安定して支持可能になる。載置部１６は、被加熱物１０の直径（外径又は内径）に応じて張出部１５の中心に接近又は離間する方向に移動させて固定できるように構成するのが好ましい。

冷却装置４６の内側冷却液噴射装置４（給液弁２５，ポンプ２４）、支持部材３（昇降装置５，エアシリンダ６，駆動モータ９）、冷却液槽１１（貯液弁２０，開閉弁３５）、外側冷却液噴射装置１４（給液弁３８，ポンプ３７）は、制御装置４０によって制御される。また、内側冷却液噴射装置４の流量計２６と外側冷却液噴射装置１４の流量計３９によって検出された冷却液の流量情報は、制御装置４０に入力される。制御装置４０は、冷却液を供給できる状態にしたにも関わらず、冷却液量が所定量に達していないと判定した場合には、噴射される冷却液量が増加するようにポンプ２４（３７）又は給液弁２５（３８）を制御する。その結果、冷却液の噴射量が増加して被加熱物１０を良好に冷却することができる。
高周波焼入装置１の冷却装置４６に係る構造は、以上のような構成を有している。

次に、高周波焼入装置１の加熱装置４５の構成について説明する。
加熱装置４５は、高周波電源４１，内側加熱導体２，外側加熱導体１３，内側加熱導体駆動装置４３，外側加熱導体駆動装置４４等を有している。高周波電源４１は、商用電源から供給される電力を高周波化する高周波発信器と、高周波化した電力を高圧化する変圧器を備えている。そして、高周波電源４１から内側加熱導体２又は外側加熱導体１３には高周波電流が供給可能である。

図９に示すように高周波電源４１は、制御装置４０によって制御される。
制御装置４０には入力装置４２が接続されている。入力装置４２は、オペレータによって操作され、環状の被加熱物１０の内周面１０ａと外周面１０ｂのいずれを焼入するかを選定することができる。すなわち、入力装置４２は切替装置として機能する。入力装置４２には、例えば内側用スイッチと外側用スイッチ（図示せず）とが設けられている。そして、被加熱物１０の内周面１０ａを焼入する場合には、オペレータが入力装置４２の内側用スイッチをＯＮ状態にすることによって制御装置４０に指令信号を送信する。内側用スイッチと外側用スイッチは、排他的にＯＮ状態とＯＦＦ状態とが切り替わる。

内側加熱導体２は、内側加熱導体駆動装置４３によって移動可能に支持されている。すなわち、内側加熱導体駆動装置４３は、内側加熱導体２を退避位置と加熱位置の間を往復移動させることができる。ここで退避位置とは、図１，図２に示すように、内側加熱導体２が、高周波焼入装置１のその他の部材や被加熱物１０の障害とならない位置である。また加熱位置とは、図３〜図５に示すように、被加熱物１０を誘導加熱できる位置である。

同様に、外側加熱導体１３も、外側加熱導体駆動装置４４によって退避位置（図１等）と加熱位置とを往復移動することができる。内側加熱導体２と外側加熱導体１３のいずれを使用するかは、オペレータが入力装置４２を操作することによって選択される。例えば、オペレータが入力装置４２の内側用スイッチ（図示せず）をＯＮにすると、制御装置４０は内側加熱導体駆動装置４３に指令信号を発し、内側加熱導体２が退避位置から加熱位置へ移動する。外側用スイッチをＯＮ状態にしたときには、外側加熱導体駆動装置４４によって外側加熱導体１３が退避位置から加熱位置へ移動する。

制御装置４０は、入力装置４２から入力された信号によって、被加熱物１０の内周面１０ａと外周面１０ｂのいずれを焼入するかを識別する。そして、図示しない内側用スイッチがＯＮ状態とされると、内周面１０ａを焼入するように各構成を動作させる。

すなわちこの場合において制御装置４０は、加熱装置４５における内側加熱導体駆動装置４３，冷却装置４６における冷却液槽１１（貯液弁２０，開閉弁３５），支持部材３（昇降装置５，エアシリンダ６，駆動モータ９），内側冷却液噴射装置４の動作を司る。

また、入力装置４２の図示しない外側用スイッチがＯＮ状態とされると、制御装置４０は、加熱装置４５における外側加熱導体駆動装置４４，冷却装置４６における冷却液槽１１（貯液弁２０，開閉弁３５），支持部材３（昇降装置５，駆動モータ９），外側冷却液噴射装置１４の動作を司る。

次に、高周波焼入装置１の動作について説明する。
まず、入力装置４２の内側用スイッチがＯＮ状態となった場合の動作を説明する。
最初に、焼入対象の被加熱物１０が、図示しない搬送装置によって支持部材３の上方（加熱位置）まで搬送される（図１）。すなわち制御装置４０は、図示しない搬送装置を駆動させて、被加熱物１０を加熱位置まで搬送させる。

また、制御装置４０は支持部材３の昇降装置５を作動させ、載置部１６を上昇させる。
その結果、図示しない搬送装置によって支持されて加熱位置で待機する被加熱物１０が、載置部１６によって支持される。すなわち、被加熱物１０の支持が、図示しない搬送装置から支持部材３に移行する。制御装置４０は、被加熱物１０を加熱位置まで搬送した搬送装置を加熱位置から退避させる。また制御装置４０は、昇降装置５を駆動して被加熱物１０を下降させ、被加熱物１０を加熱位置から退避させる。

次に、制御装置４０は加熱装置４５を作動させる。すなわち、被加熱物１０の内周面１０ａを誘導加熱する場合には、内側加熱導体駆動装置４３によって内側加熱導体２を退避位置から加熱位置（支持部材３の上方の位置）まで移動させる。その前に制御装置４０は、昇降装置５を作動させ、図２に示すように被加熱物１０と支持部材３とを予め下降させておく。仮に、この被加熱物１０及び支持部材３が下降していないと、内側加熱導体２は被加熱物１０又は支持部材３が邪魔で加熱位置に移動することができない。

そこで被加熱物１０（支持部材３）を下降させて加熱位置から退避させると、内側加熱導体２を加熱位置に移動させることができるようになる。内側加熱導体２は、内側加熱導体駆動装置４３によって水平方向に移動する。図３は、内側加熱導体２が加熱位置に移動した状態を示している。ここで内側加熱導体２は水平方向にのみ移動させ、上下方向には移動させない。その結果、高周波焼入装置１の高さ方向の大きさを小さくすることができる。

内側加熱導体２が加熱位置に配置されると、制御装置４０は昇降装置５を作動させ、被加熱物１０を上昇させる。その際、制御装置４０は支持部材３のエアシリンダ６も駆動し、内側冷却液噴射装置４を支持部材３の張出部１５に接近させる。その結果、図４に示すように被加熱物１０に対して内側冷却液噴射装置４が下方へ移動し、被加熱物１０の内側が空になる。

そして、図４に示す被加熱物１０と内側冷却液噴射装置４の位置関係を保った状態で、昇降装置５によって被加熱物１０（支持部材３）をさらに上昇させると、被加熱物１０が加熱位置（誘導加熱時における内側加熱導体２に対向する高さ）に達し、図５に示すように被加熱物１０の内側に内側加熱導体２が収容される。

すなわち、内側冷却液噴射装置４が内側加熱導体２に衝突することなく、加熱位置で待機する内側加熱導体２が被加熱物１０の内部に収容され、被加熱物１０の内周面１０ａに内側加熱導体２が対向する。被加熱物１０の内周面１０ａと内側加熱導体２の外周面の間には、全周囲に渡って略均一な隙間が形成されている。よって、図５に示す状態は、被加熱物１０の内周面１０ａを均一に誘導加熱することができる状態である。

次に、制御装置４０は駆動モータ９を作動させ、被加熱物１０を支持部材３ごと回転駆動する。また制御装置４０の指令によって、高周波電源４１（図９）から内側加熱導体２に高周波電流を供給し、被加熱物１０の内周面１０ａを誘導加熱する。内周面１０ａが所定時間だけ誘導加熱されると、制御装置４０は昇降装置５を作動させ、被加熱物１０（支持部材３）を下降させる。

その際、エアシリンダ６のロッド６ｂを本体部６ａに収容するように駆動し、支持部材３の張出部１５から内側冷却液噴射装置４を離間させる。そして図３に示すように被加熱物１０が冷却位置（被加熱物１０が冷却液槽１１に貯留した冷却液１２に完全に浸漬する高さ）に達すると、被加熱物１０が冷却液槽１１（内側液槽１７）に貯留された冷却液１２に浸漬すると共に、内側冷却液噴射装置４が被加熱物１０の内周面１０ａに対向する。

その後、制御装置４０は速やかに給液弁２５を開くと共にポンプ２４を駆動し、内側冷却液噴射装置４の噴射部４ｂから被加熱物１０の内周面１０ａに向けて低温の冷却液を噴射供給する。被加熱物１０の内周面１０ａは、内側液槽１７内の冷却液１２に浸漬すると共に、内側冷却液噴射装置４から噴射供給される冷却液によって良好に冷却される。さらに、駆動モータ９を駆動することによって、内側冷却液噴射装置４から噴射された冷却液が内周面１０ａの全周囲に渡って供給される。その結果、内周面１０ａは全周に渡って均一に冷却される。

内周面１０ａを冷却している間、内側液槽１７内には内側冷却液噴射装置４から噴射される冷却液以外に、貯液管１９からも低温の冷却液を順次供給する。これにより、昇温した冷却液を内側液槽１７の上縁から外側液槽１８へ越流させる。その結果、内側液槽１７内に貯留されている冷却液１２の温度上昇が抑制される。

外側液槽１８には、内側液槽１７から昇温した冷却液が入ってくるが、昇温した冷却液は排液管２３を介して外部に排出されるので、外側液槽１８の液位の上昇が抑制される。

被加熱物１０の内周面１０ａの冷却が完了すると、制御装置４０は駆動モータ９を停止し、給液弁２５及び貯留弁２０を閉じる。そして、昇降装置５及びエアシリンダ６を駆動させ、図１に示すように被加熱物１０を加熱位置まで移動させる。その際には、内側加熱導体２は退避位置に退避している。すなわち被加熱物１０を冷却している間に、制御装置４０は内側加熱導体駆動装置４３を駆動し、内側加熱導体２を退避位置に退避させる。そして、焼入が完了した被加熱物１０を図示しない搬送装置によって搬送し、別の焼入されていない被加熱物１０が加熱位置に搬送され、支持部材３上に載置される。

被加熱物１０の内周面１０ａを焼入した後、続いて外周面１０ｂを焼入することもできる。その場合には、被加熱物１０を冷却している間に、内側加熱導体２に代わって外側加熱導体１３を加熱位置まで移動させておく。次に、内周面１０ａの焼入が完了した被加熱物１０を昇降装置５によって加熱位置まで上昇させ、外側加熱導体１３の内部に被加熱物１０を配置する。その結果、被加熱物１０の外周面１０ｂに外側加熱導体１３が対向する。そして、高周波電源４１から外側加熱導体１３に高周波電流を供給し、外周面１０ｂを誘導加熱する。

外周面１０ｂの誘導加熱が完了すると、昇降装置５によって被加熱物１０を下降させて貯留された冷却液１２に浸漬させる。さらに、各給液弁３８を開くと共にポンプ３７を作動させ、外側冷却液噴射装置１４から被加熱物１０の外周面１０ｂに向けて低温の冷却液を噴射供給する。なお、被加熱物１０の外周面１０ｂを焼入する際には、エアシリンダ６の動作は無用である。

支持部材３が第２上下移動手段（エアシリンダ６）を備えていることによって、内側冷却液噴射装置４と被加熱物１０の相対位置を変化させることができ、冷却液槽１１の深さを従来よりも浅くすることができる。すなわち、エアシリンダ６を伸張させると、被加熱物１０の内周面１０ａと対向している内側冷却液噴射装置４が下降し、環状の被加熱物１０の内部（中心部分）を空にすることができる。その結果、被加熱物１０を上昇させて被加熱物１０の内周面１０ａを、上方で待機している内側加熱導体２に対向させることができる。よって、内側冷却液噴射装置４と内側加熱導体２とを衝突させずに済む。

本発明による高周波焼入装置１では、被加熱物１０の加熱位置（図３において二点鎖線で示す）と冷却位置との差は距離ＨＣである。すなわち、被加熱物１０は、距離ＨＣだけ離間した加熱位置と冷却位置とを往復する。

ところが、図３に示すように支持部材３の載置部１６の高さＨａは、図１０に示す従来の高周波焼入装置５１の載置部５３ｂの高さＨＡよりも低い。これは、被加熱物１０を支持する支持部材３が昇降装置５によって上下移動する際に、エアシリンダ６によって内側冷却液噴射装置４を同時に上下方向に移動させることができるためである。そのため、被加熱物１０が加熱位置と冷却位置の間を移動する間に、内側冷却液噴射装置４が支持部材３の張出部１５や内側加熱導体２に衝突（接触）する事態を防止することができる。

その結果、冷却水槽１１の高さＨｂを、図１０に示す従来の冷却液槽５５の高さＨＢよりも低くすることができるようになる。よって、本発明を実施すると、高周波焼入装置１を小型化することができる。

１ 高周波焼入装置
２ 内側加熱導体
３ 支持部材
４ 内側冷却液噴射装置
５ 昇降装置（第１上下移動手段）
６ エアシリンダ（第２上下移動手段）
７ 冷却液通路
８ 冷却液槽の底部に設けた孔
９ 支持部材を回転させる駆動モータ（回転駆動手段）
１０ 環状の被加熱物
１０ａ 被加熱物の内周面
１０ｂ 被加熱物の外周面
１１ 冷却液槽
１２ 冷却液槽に貯留された冷却液
１２ａ 液面
１３ 外側加熱導体
１４ 外側冷却液噴射装置
１５ 支持部材の張出部
１６ 支持部材の載置部
２７ ベース部材

Claims (3)

1. 環状の被加熱物を誘導加熱し、前記被加熱物を冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬させて焼入れする高周波焼入装置であって、
   被加熱物の内周面に高周波誘導電流を励起させる内側加熱導体と、
   被加熱物を支持する支持部材と、
   前記冷却液槽の冷却液に浸漬した被加熱物の内周面に冷却液を噴射供給する内側冷却液噴射装置とを有し、
   内側加熱導体は、前記冷却液槽に貯留された冷却液の液面よりも上に配置され、
   前記支持部材及び被加熱物を上下移動させる第１上下移動手段と、内側冷却液噴射装置を上下移動させる第２上下移動手段とを設け、
   内側冷却液噴射装置に冷却液を導く冷却液通路と支持部材とが、冷却液槽の底部に設けた共通の孔を貫通しており、前記孔は被加熱物よりも小径であり、
   支持部材は、前記孔を貫通する支持部と、前記支持部から半径方向外方に延びる複数の張出部と、前記張出部から起立し、被加熱物を載置する載置部とを備えており、
   前記第１上下移動手段は被加熱物を、誘導加熱時における内側加熱導体に対向する高さと、冷却液槽に貯留した冷却液に浸漬する高さの間を移動させることができ、
   前記第２上下移動手段は内側冷却液噴射装置を、誘導加熱時における支持部材の張出部と内側加熱導体の両方に接触しない高さと、冷却時における被加熱物に対向する高さの間を移動させることができることを特徴とする高周波焼入装置。
2. 前記支持部材を回転させる回転駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の高周波焼入装置。
3. 被加熱物の外周面に高周波誘導電流を励起させる外側加熱導体と、
   冷却液槽の冷却液に浸漬した被加熱物の外周面に冷却液を噴射供給する外側冷却液噴射装置とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波焼入装置。

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