(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023150355
(43)【公開日】2023-10-16
(54)【発明の名称】誘導加熱コイル及び高周波焼入れ装置
(51)【国際特許分類】
H05B 6/38 20060101AFI20231005BHJP
C21D 1/10 20060101ALI20231005BHJP
C21D 9/40 20060101ALI20231005BHJP
【ＦＩ】
H05B6/38
C21D1/10 B
C21D1/10 R
C21D9/40 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】2
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022059438
(22)【出願日】2022-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】390029089
【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127513
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 悟
(74)【代理人】
【識別番号】100158665
【弁理士】
【氏名又は名称】奥井 正樹
(74)【代理人】
【識別番号】100206829
【弁理士】
【氏名又は名称】相田 悟
(72)【発明者】
【氏名】清澤 裕
(72)【発明者】
【氏名】吉田 大志
(72)【発明者】
【氏名】岡本 直也
(72)【発明者】
【氏名】大野 達也
【テーマコード（参考）】
3K059
4K042
【Ｆターム（参考）】
3K059AA09
3K059AD05
3K059CD64
3K059CD65
4K042AA22
4K042AA23
4K042BA10
4K042DA01
4K042DB01
4K042DC05
4K042DD04
4K042DE02
4K042DF02
4K042EA01
(57)【要約】
【課題】半球面状の窪みを有する金属製部材の内壁全体を一様に加熱できる誘導加熱コイル、その誘導加熱コイルを用いた高周波焼入れ装置を提供する。
【解決手段】被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の第１導体１、第２導体３ａ、第３導体３ｂ、第４導体５が、前記内壁の底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体の上端が、第５導体２、第６導体４によって連結されている誘導加熱コイル、及び、その誘導加熱コイルを用いた高周波焼入れ装置。
【選択図】図１
【解決手段】被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の第１導体１、第２導体３ａ、第３導体３ｂ、第４導体５が、前記内壁の底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体の上端が、第５導体２、第６導体４によって連結されている誘導加熱コイル、及び、その誘導加熱コイルを用いた高周波焼入れ装置。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体は連結されている誘導加熱コイル。
【請求項2】
被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁を高周波焼入れする高周波焼入れ装置であって、請求項１に記載の誘導加熱コイルを備え、前記被加熱金属製部材と前記誘導加熱コイルとを相対的に回転させながら、前記半球面状の窪みの内壁を焼入れする高周波焼入れ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、誘導加熱コイル、特に被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁を焼入れするのに好適な誘導加熱コイル、及びその誘導加熱コイルを用いた高周波焼入れ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
ベアリングのボール等の転動面が内周に設けられた半球面状の窪みを有する金属製部材は、転動面に焼入れ及び焼戻しの熱処理を施し、転動面の硬度を確保しているが、その焼入れのために、被加熱金属製部材に形成された半球面状の窪み（椀状の中空部、有底碗状体）に誘導加熱コイルを挿入して加熱している（特許文献１及び２参照）。
【0003】
特許文献１には、「被加熱物に形成された椀状の中空部に挿入され、所定の回転軸を中心にして被加熱物に対して相対的に回転する複数巻きの誘導加熱コイルにおいて、複数巻きのうちの互いに隣接する２巻きの境界線を前記所定の回転軸に対して９０°未満の範囲内の所定角度傾斜しながら前記椀状の中空部の側壁に沿って巻かれた第１導体部と、該第１導体部から連続して前記椀状の中空部の底壁に沿って延びる第２導体部とを備えたことを特徴とする誘導加熱コイル。」（請求項１）が記載され、また、「第１導体部３０では、上述したように、一巻き目３２と二巻き目３４との境界線３６は回転軸４２に対して７５°以上８２°以下の範囲内の角度だけ傾斜しているので、金属部材１０と誘導加熱コイル２０とを相対的に回転させた場合、金属部材１０の側壁１４のうち、境界線３６に向き合う部分の位置が時々刻々と移動し、側壁１４の一部がほとんど加熱されないということが無い。この結果、側壁１４の全ての部分が均等に加熱される。また、第２導体部４０は底壁１６に沿って延びているので、金属部材１０と誘導加熱コイル２０とを相対的に回転させた場合、底壁１６のうち、第２導体部４０に向き合う部分の位置が時々刻々と移動し、底壁１６の全ての部分が均等に加熱される。従って、誘導加熱コイル２０の線径が大きくて中空部１２が小さくても、この中空部１２の側壁１４を第１導体部３０で加熱できると共に底壁１６を第２導体部４０で加熱でき、側壁１４と底壁１６とを一様に加熱できることとなる。」（段落［００１９］）と記載されている。
【0004】
特許文献２には、「図４に示す本例の高周波焼入装置１２は、有底碗状体である受口部３を有する外輪４を所定位置に保持するワーク保持治具１３と、受口部３の湾曲状内周面３ｂに対応配置されてこの内周面３ｂを高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイル１４と、受口部３の底部３ａに不活性ガス、又は還元性ガス、或いは不活性ガス及び還元性ガスの混合ガスを導入するガス導入管（ガス噴射管）１５と、ワーク保持治具１３に保持された受口部３の開放口に対応してその上部箇所に配置されるハウジング１６と、ハウジング１６内に充満されるガスをハウジング１６の外部へ排出するガス排出管１７と、受口部３の加熱部に冷却液を噴射する冷却液噴射管１８と、ハウジング１６内に溜まった冷却液をハウジング１６の外部へ排出する冷却液排出管１９とをそれぞれ具備している。」（段落［００１１］）、「そして、図外のワーク回転機構により外輪４がワーク保持治具１３と一緒に回転駆動されるようになっている。」（段落［００１２］）、「高周波誘導加熱コイル１４は、内部を水冷できる銅パイプからなるものであって、受口部３の凹状溝８を非接触状態のもとで誘導加熱すべくワーク形状に沿って被加熱面と所要の間隙をもつように複数に巻回されている。そして、この高周波誘導加熱コイル１４にはコイルリード１４ａを介して高周波電源２０から高周波電流が適宜に供給されるように構成されている。」（段落［００１３］）と記載されている。
【0005】
また、特許文献１及び２に記載されている巻回された誘導加熱コイルとは異なる形状を有する誘導加熱コイルが公知である（特許文献３及び４参照）。
【0006】
特許文献３には、「異形円筒部材の外周形状に沿って、該部材の被処理表面との間に所定の隙間を形成する形状の３本の導体が軸方向に配設され、該３本の導体の一端同士が連結され、両側の２本の導体の他端同士が連結され、中央の導体の他端のリード部と前記両側の他端同士が連結されたリード部とに電源を接続して３本足コイルを形成させたことを特徴とする異形円筒部材の誘導加熱コイル。」（請求項１）が記載され、また、「図１において、加熱コイル１０の３本の導体１１、１２、１３はワークＷの表面との間に所定の隙間を形成する形状の曲線に曲げられた導体であり、ワークＷの外周形状に沿って軸方向に延長して配設される。その一端１１ａ，１２ａ，１３ａは半円の導体１４により連結されている。」（段落［００１５］）、「一方、両側の２本の導体１１と１３の他端１１ｂ，１３ｂは、半円の導体１５により連結され、導体１５のほぼ中央部からリード部１６が接続されている。そして、中央の導体１２の他端１２ｂにリード部１７が接続され、リード部１７とリード部１６との間に絶縁物１８を挟んで両リード部が平行に引き出されている。このリード部１７とリード部１６が図示しない電源に接続されて３本足コイル１０が形成される。」（段落［００１６］）と記載されている。
【0007】
特許文献４には、「複数の異径外周部を有する軸状部材の外周面、或いは、異径内周部を有する筒状部材の内周面を高周波誘導加熱する高周波誘導加熱コイル体において、
（ａ） 前記軸状部材或いは筒状部材の軸線方向に対して平行に配置されると共に、前記軸状部材の外周面或いは前記筒状部材の内周面に対向して配置される直線形状部を有する４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体と、
（ｂ） 前記４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体の一端部がそれぞれ接続される円環状の第１の接続導体と、
（ｃ） 高周波電源に接続される一対の給電用リード部のうちの一方の給電用リード部と、前記４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体のうちの２つの第１及び第２の加熱導体の他端部とをそれぞれ接続するための円環状の第２の接続導体と、
（ｄ） 前記一対の給電用リード部のうちの他方の給電用リード部と、前記４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体のうちの２つの第３及び第４の加熱導体とをそれぞれ接続するための円弧形状の第３の接続導体と、
をそれぞれ具備することを特徴とする高周波誘導加熱コイル体。」（請求項１）が記載され、また、「図１に示すように、例えば断面矩形状の導電性パイプ材を所定形状をなすように連結して成る構造体であって、焼戻対象部品である内軸２１の軸線方向に対して平行に配置されると共にこの内軸２１の外周面２１ａに対向して配置される直線形状部を有する第１～第４の加熱導体２２，２３，２４，２５（以下においては、これらの加熱導体２２～２５はその直線形状部が主要部をなしているので、直線形状の第１～第４の加熱導体２２，２３，２４，２５と記載する）と、これらの加熱導体２２～２５の一端部（図１では下端部）の全てが接続される円環状の第１の接続導体２６と、上述の加熱導体２２～２５の前記一端部とは反対側の他端部（図１では上端部）のうちの２つがそれぞれ接続される円環状の第２の接続導体２７及び円弧状の第３の接続導体２８と、第２の接続導体２７と高周波電源２９との間に接続された第１の給電用リード部３０と、第２の接続導体２８と高周波電源２９との間に接続された第２の給電用リード部３１とから構成されている。」（段落［００１１］）と記載されている。
（ａ） 前記軸状部材或いは筒状部材の軸線方向に対して平行に配置されると共に、前記軸状部材の外周面或いは前記筒状部材の内周面に対向して配置される直線形状部を有する４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体と、
（ｂ） 前記４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体の一端部がそれぞれ接続される円環状の第１の接続導体と、
（ｃ） 高周波電源に接続される一対の給電用リード部のうちの一方の給電用リード部と、前記４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体のうちの２つの第１及び第２の加熱導体の他端部とをそれぞれ接続するための円環状の第２の接続導体と、
（ｄ） 前記一対の給電用リード部のうちの他方の給電用リード部と、前記４つの第１，第２，第３，及び第４の加熱導体のうちの２つの第３及び第４の加熱導体とをそれぞれ接続するための円弧形状の第３の接続導体と、
をそれぞれ具備することを特徴とする高周波誘導加熱コイル体。」（請求項１）が記載され、また、「図１に示すように、例えば断面矩形状の導電性パイプ材を所定形状をなすように連結して成る構造体であって、焼戻対象部品である内軸２１の軸線方向に対して平行に配置されると共にこの内軸２１の外周面２１ａに対向して配置される直線形状部を有する第１～第４の加熱導体２２，２３，２４，２５（以下においては、これらの加熱導体２２～２５はその直線形状部が主要部をなしているので、直線形状の第１～第４の加熱導体２２，２３，２４，２５と記載する）と、これらの加熱導体２２～２５の一端部（図１では下端部）の全てが接続される円環状の第１の接続導体２６と、上述の加熱導体２２～２５の前記一端部とは反対側の他端部（図１では上端部）のうちの２つがそれぞれ接続される円環状の第２の接続導体２７及び円弧状の第３の接続導体２８と、第２の接続導体２７と高周波電源２９との間に接続された第１の給電用リード部３０と、第２の接続導体２８と高周波電源２９との間に接続された第２の給電用リード部３１とから構成されている。」（段落［００１１］）と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平１１－２６１５０号公報
【特許文献2】特開２００７－２９７７１８号公報
【特許文献3】特開２００２－１６７６１８号公報
【特許文献4】特許第３７３３０８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１及び２に記載されているような巻回型の誘導加熱コイルを用いて非加熱金属製部材を移動させないで焼入れする場合、被加熱金属製部材の半球面状の窪みの内壁を一様に加熱するために、被加熱金属製部材と誘導加熱コイルとを相対的に回転させていたが、一様に加熱するのは十分ではなかった。
【0010】
また、誘導加熱コイルとしては、巻回型ではなく、複数本の導体を連結した誘導加熱コイルも公知である（特許文献３及び４参照）が、特許文献３に記載された誘導加熱コイルは、３本の導体が、異形円筒部材の外周形状に沿って配設されるものであり、半球面状の窪みに挿入されることは示されていない。特許文献４に記載された誘導加熱コイルは、４つの加熱導体を有するものであるが、直線形状部が主要部をなしているものであり、加熱導体を、半球面状の窪みの内壁に沿うように形成することは示されていない。
【0011】
そこで、本発明は、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁全体を一様に加熱できる誘導加熱コイル、その誘導加熱コイルを用いた高周波焼入れ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記の課題を解決するために、本発明は、以下の手段を採用する。
（１）被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体は連結されている誘導加熱コイル。
（２）被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁を高周波焼入れする高周波焼入れ装置であって、前記（１）に記載の誘導加熱コイルを備え、前記被加熱金属製部材と前記誘導加熱コイルとを相対的に回転させながら、前記半球面状の窪みの内壁を焼入れする高周波焼入れ装置。
（１）被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体は連結されている誘導加熱コイル。
（２）被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁を高周波焼入れする高周波焼入れ装置であって、前記（１）に記載の誘導加熱コイルを備え、前記被加熱金属製部材と前記誘導加熱コイルとを相対的に回転させながら、前記半球面状の窪みの内壁を焼入れする高周波焼入れ装置。
【発明の効果】
【0013】
本発明において、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルは、複数の導体が、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように設けられているため、前記半球面状の窪みの内壁全体を一様に加熱することができ、また、一様に焼入れすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
（誘導加熱コイル）
本発明の実施形態における焼入れ用誘導加熱コイルは、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体は連結されている。
このように、前記半球面状の窪みの内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられているため、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁全体を一様に加熱することができ、また、一様に焼入れすることができる。
本発明の実施形態における焼入れ用誘導加熱コイルは、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みに挿入される誘導加熱コイルであって、前記半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられ、前記複数の導体は連結されている。
このように、前記半球面状の窪みの内壁の底部から上部に向かって延びる円弧状の複数の導体が、前記底部から上部に向かって放射状に設けられているため、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁全体を一様に加熱することができ、また、一様に焼入れすることができる。
【0016】
前記円弧状の複数の導体は、４つ以上であることが好ましい。
前記底部から上部に向かって延びる円弧状の導体を４つ以上とすることにより、前記半球面状の窪みの内壁全体をより一様に加熱し、焼入れすることができる。
前記底部から上部に向かって延びる円弧状の導体を４つ以上とすることにより、前記半球面状の窪みの内壁全体をより一様に加熱し、焼入れすることができる。
【0017】
本発明の一実施形態（以下、「本実施形態」という。）に係る誘導加熱コイルについて、図１を用いて説明する。
【0018】
（加熱コイル部）
本実施形態の誘導加熱コイル９の加熱コイル部は、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁に沿うように、窪みの内壁の底部から上部に向かって円弧状に延びる第１導体１、第１導体１から離れて当該底部から上部に向かってそれぞれ円弧状に延びる第２導体３ａ及び第３導体３ｂ（第２導体３ａと第３導体３ｂは互いに当該窪みの内壁の底部側の下端で連結されている）、並びに第１導体１、第２導体３ａ及び第３導体３ｂから離れて当該底部から上部に向かって円弧状に延びる第４導体５が設けられている。
本実施形態の誘導加熱コイル９の加熱コイル部は、被加熱金属製部材に設けられた半球面状の窪みの内壁に沿うように、窪みの内壁の底部から上部に向かって円弧状に延びる第１導体１、第１導体１から離れて当該底部から上部に向かってそれぞれ円弧状に延びる第２導体３ａ及び第３導体３ｂ（第２導体３ａと第３導体３ｂは互いに当該窪みの内壁の底部側の下端で連結されている）、並びに第１導体１、第２導体３ａ及び第３導体３ｂから離れて当該底部から上部に向かって円弧状に延びる第４導体５が設けられている。
【0019】
上記の第１導体１、第２導体３ａ、第３導体３ｂ及び第４導体５の前記底部から上部に向かって円弧状に延びる４つの導体が、半球面状の窪みの内壁に沿うように、前記内壁の底部から上部に向かって放射状に設けられている。
そして、前記導体のうち隣接する第１導体１及び第２導体３ａの上端が水平の第５導体２によって連結され、前記導体のうち隣接する別の第３導体３ｂ及び第４導体５の上端が水平の第６導体４によって連結されている。すなわち、複数の導体１、２、３ａ、３ｂ、４、５は、一筆書きにこの順で連結されて加熱コイル部を構成している。
なお、前記水平の第５導体２及び第６導体４は、窪みの内壁の底部側の下端で互いに連結されている第２導体３ａと第３導体３ｂの当該連結位置を起点として窪みの内壁の底部から上部に向かって直線状に延びる仮想直線を、中心点として、図１に示すような円弧状に設けられていることが好ましい。
このような円弧状に設けられていることで、後述するリード部を配置させやすくなるため好ましい。
そして、前記導体のうち隣接する第１導体１及び第２導体３ａの上端が水平の第５導体２によって連結され、前記導体のうち隣接する別の第３導体３ｂ及び第４導体５の上端が水平の第６導体４によって連結されている。すなわち、複数の導体１、２、３ａ、３ｂ、４、５は、一筆書きにこの順で連結されて加熱コイル部を構成している。
なお、前記水平の第５導体２及び第６導体４は、窪みの内壁の底部側の下端で互いに連結されている第２導体３ａと第３導体３ｂの当該連結位置を起点として窪みの内壁の底部から上部に向かって直線状に延びる仮想直線を、中心点として、図１に示すような円弧状に設けられていることが好ましい。
このような円弧状に設けられていることで、後述するリード部を配置させやすくなるため好ましい。
【0020】
（リード部）
本実施形態において、第１導体１の下端には、窪みの内壁の底部から上部に向かって直線状に延びる第１リード部６（６ａ、６ｂ）が接続され、第４導体５の下端には窪みの内壁の底部から上部に向かって直線状に延びる第２リード部７（７ａ、７ｂ）が接続され、第１リード部６ｂと第２リード部７ｂとの間に絶縁物８を挟んで両リード部６、７が平行に引き出されて、４つの導体１、３ａ、３ｂ、５の誘導加熱コイル９が形成される。第１リード部６の６ａと６ｂは連結され、第２リード部７の７ａと７ｂも連結されている。この第１リード部６ｂ及び第２リード部７ｂは、それぞれ図示しない電源に接続される。
すなわち、第１リード部６、複数の導体１、２、３ａ、３ｂ、４、５、第２リード部７は、一筆書きにこの順で連結されて誘導加熱コイル９を構成している。このように、誘導加熱コイル９は、一筆書きに構成されているため、電源との接続、コイルの設置が容易になる。
本実施形態において、第１導体１の下端には、窪みの内壁の底部から上部に向かって直線状に延びる第１リード部６（６ａ、６ｂ）が接続され、第４導体５の下端には窪みの内壁の底部から上部に向かって直線状に延びる第２リード部７（７ａ、７ｂ）が接続され、第１リード部６ｂと第２リード部７ｂとの間に絶縁物８を挟んで両リード部６、７が平行に引き出されて、４つの導体１、３ａ、３ｂ、５の誘導加熱コイル９が形成される。第１リード部６の６ａと６ｂは連結され、第２リード部７の７ａと７ｂも連結されている。この第１リード部６ｂ及び第２リード部７ｂは、それぞれ図示しない電源に接続される。
すなわち、第１リード部６、複数の導体１、２、３ａ、３ｂ、４、５、第２リード部７は、一筆書きにこの順で連結されて誘導加熱コイル９を構成している。このように、誘導加熱コイル９は、一筆書きに構成されているため、電源との接続、コイルの設置が容易になる。
【0021】
（誘導加熱コイルへの電流の流れ）
本実施形態において、誘導加熱コイル９へ高周波電力を供給すると、誘導加熱コイル９には、或る瞬時において図１の矢印Ｒで示す方向の経路に沿って高周波電流が流れ、次の瞬時には前記矢印Ｒ方向とは反対の方向の経路に沿って高周波電流が交互に流れることとなる。具体的には、高周波電流は、給電用の第１リード部６から、円弧状の第１導体１、水平の第５導体２、円弧状の第２導体３ａ、円弧状の第３導体３ｂ、水平の第６導体４、円弧状の第４導体５、給電用の第２リード部７へと順次流れ、また、その反対に、順次流れる。
本実施形態において、誘導加熱コイル９へ高周波電力を供給すると、誘導加熱コイル９には、或る瞬時において図１の矢印Ｒで示す方向の経路に沿って高周波電流が流れ、次の瞬時には前記矢印Ｒ方向とは反対の方向の経路に沿って高周波電流が交互に流れることとなる。具体的には、高周波電流は、給電用の第１リード部６から、円弧状の第１導体１、水平の第５導体２、円弧状の第２導体３ａ、円弧状の第３導体３ｂ、水平の第６導体４、円弧状の第４導体５、給電用の第２リード部７へと順次流れ、また、その反対に、順次流れる。
【0022】
（誘導加熱コイルのその他の構成）
誘導加熱コイル９の材質は例えば、銅である。誘導加熱コイル９には、誘導加熱コイル９自身を冷却するための冷却液が流れる流路を有する。誘導加熱コイル９自身を冷却するために、図示しない冷却液供給手段により、第１リード部６ａの上端の入口に冷却液を注入すると、冷却液は、円弧状の第１導体１、水平の第５導体２、円弧状の第２導体３ａ、円弧状の第３導体３ｂ、水平の第６導体４、円弧状の第４導体５へと流れ、第２リード部７ａの上端の出口から排出され、回収される。
誘導加熱コイル９の材質は例えば、銅である。誘導加熱コイル９には、誘導加熱コイル９自身を冷却するための冷却液が流れる流路を有する。誘導加熱コイル９自身を冷却するために、図示しない冷却液供給手段により、第１リード部６ａの上端の入口に冷却液を注入すると、冷却液は、円弧状の第１導体１、水平の第５導体２、円弧状の第２導体３ａ、円弧状の第３導体３ｂ、水平の第６導体４、円弧状の第４導体５へと流れ、第２リード部７ａの上端の出口から排出され、回収される。
【0023】
（半球面状の窪みを有する被加熱金属製部材）
本実施形態の誘導加熱コイルは、図２に示すような半球面状の窪みを有する被加熱金属製部材の内壁の焼入れに用いる。
被加熱金属製部材に形成された半球面状の窪みは、半分の球面状でなくてもよく、半分よりも浅い球面のものを含む。逆に、半分よりも深い球面であってもよい。
金属製部材は、鋼製部材が好ましく、鋼製部材としては、例えば、炭素鋼を用いることができる。
本実施形態の誘導加熱コイルは、図２に示すような半球面状の窪みを有する被加熱金属製部材の内壁の焼入れに用いる。
被加熱金属製部材に形成された半球面状の窪みは、半分の球面状でなくてもよく、半分よりも浅い球面のものを含む。逆に、半分よりも深い球面であってもよい。
金属製部材は、鋼製部材が好ましく、鋼製部材としては、例えば、炭素鋼を用いることができる。
【0024】
（高周波焼入れ装置）
半球面状の窪みを有する被加熱金属製部材１０（以下、金属製部材１０という。）の当該窪みの内壁を高周波焼入れする高周波焼入れ装置は、上述した誘導加熱コイル９を備え、金属製部材１０と誘導加熱コイル９とを相対的に回転させながら、誘導加熱コイル９で前記半球面状の窪みの内壁を焼入れするものである。
半球面状の窪みを有する被加熱金属製部材１０（以下、金属製部材１０という。）の当該窪みの内壁を高周波焼入れする高周波焼入れ装置は、上述した誘導加熱コイル９を備え、金属製部材１０と誘導加熱コイル９とを相対的に回転させながら、誘導加熱コイル９で前記半球面状の窪みの内壁を焼入れするものである。
【0025】
本実施形態に係る高周波焼入れ装置１５の構成を図３に示す。
半球面状の窪みを有する金属製部材１０が、金属製部材１０を回転させるための回転台１１の棒状部材１１ａ上に図示しない固定手段により固定されて載置され、回転台１１は、基台１２上に、上下動できるように、かつ回転自在に固定されている。
また、誘導加熱コイル９は、金属製部材１０の上方に配置されている。
金属製部材１０を半球面状の窪みが上になるように回転台１１の棒状部材１１ａ上に載置し、回転台１１を上昇させることにより、誘導加熱コイル９を、金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁に沿うように、当該内壁である被加熱面と所要の間隙を持って配置する。
上記とは逆に、回転台１１を上下動させる代わりに、誘導加熱コイル９を上下動させてもよい。
半球面状の窪みを有する金属製部材１０が、金属製部材１０を回転させるための回転台１１の棒状部材１１ａ上に図示しない固定手段により固定されて載置され、回転台１１は、基台１２上に、上下動できるように、かつ回転自在に固定されている。
また、誘導加熱コイル９は、金属製部材１０の上方に配置されている。
金属製部材１０を半球面状の窪みが上になるように回転台１１の棒状部材１１ａ上に載置し、回転台１１を上昇させることにより、誘導加熱コイル９を、金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁に沿うように、当該内壁である被加熱面と所要の間隙を持って配置する。
上記とは逆に、回転台１１を上下動させる代わりに、誘導加熱コイル９を上下動させてもよい。
【0026】
誘導加熱コイル９における加熱コイル部の内側とリード部６、７との間には、誘導加熱コイル９を外側から冷却すると共に、さらに、金属製部材１０の半球面状の窪み内も冷却（急冷）するための冷却ジャケット１３が配置されている。誘導加熱コイル９の外側に、当該冷却ジャケット１３を配置してもよい。
冷却ジャケット１３には、パイプ１３ａから冷却液が供給され、誘導加熱コイル９における加熱コイル部の上方に位置する冷却ジャケット１３の下端に設けられた図示しない冷却液供給孔から当該冷却液が排出され、加熱コイル部及び高周波加熱された金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁を急冷する。
冷却ジャケット１３には、パイプ１３ａから冷却液が供給され、誘導加熱コイル９における加熱コイル部の上方に位置する冷却ジャケット１３の下端に設けられた図示しない冷却液供給孔から当該冷却液が排出され、加熱コイル部及び高周波加熱された金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁を急冷する。
【0027】
高周波焼入れ装置１５を使用して金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁を焼入れするに当たっては、次のような方法で行う。
回転台１１の上に、半球面状の窪みが上になるように金属製部材１０を配置して、誘導加熱コイル９を半球面状の窪みに挿入しておき、半球面状の窪みの底壁の中心を通る回転軸を中心にして金属製部材１０を回転させながら内壁（底壁と側壁）を所定温度まで昇温して高周波誘導加熱し、その後、冷却ジャケット１３から冷却液を金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁に供給して急冷することにより焼入れする。これにより、半球面状の窪みの内壁がどの位置でも一様な深さまで一様に加熱されて、半球面状の窪みの内壁に一様な深さの硬化層が得られる。
回転台１１の上に、半球面状の窪みが上になるように金属製部材１０を配置して、誘導加熱コイル９を半球面状の窪みに挿入しておき、半球面状の窪みの底壁の中心を通る回転軸を中心にして金属製部材１０を回転させながら内壁（底壁と側壁）を所定温度まで昇温して高周波誘導加熱し、その後、冷却ジャケット１３から冷却液を金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁に供給して急冷することにより焼入れする。これにより、半球面状の窪みの内壁がどの位置でも一様な深さまで一様に加熱されて、半球面状の窪みの内壁に一様な深さの硬化層が得られる。
【0028】
本実施形態に係る高周波焼入れ装置１５は、前記回転台１１の上部（金属製部材１０の下方）から冷却液を噴射し、半球面状の窪みを高周波誘導加熱中、あるいは急冷時の焼入れ冷却中に金属製部材１０の反対側を冷却するための冷却装置１４を設けることが好ましい。
すなわち、回転台１１に冷却液噴射孔１４ａを設け、図示しないホース等を回転台１１に接続して冷却液を供給し、上記の噴射孔１４ａから、冷却液を噴射することが好ましい。
このように、金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁を誘導加熱中にその反対側を冷却する冷却装置１４を設けることで、当該内壁の焼入れ深さおよび金属製部材１０の熱量の制御をすることができる。
すなわち、回転台１１に冷却液噴射孔１４ａを設け、図示しないホース等を回転台１１に接続して冷却液を供給し、上記の噴射孔１４ａから、冷却液を噴射することが好ましい。
このように、金属製部材１０の半球面状の窪みの内壁を誘導加熱中にその反対側を冷却する冷却装置１４を設けることで、当該内壁の焼入れ深さおよび金属製部材１０の熱量の制御をすることができる。
【0029】
上述した高周波焼入れ装置１５は、金属製部材１０を下に配置し、誘導加熱コイル９を上に配置しているが、上下を逆にし、特許文献１に示されるように、金属製部材を上に配置し、誘導加熱コイルを下に配置することもできる。
金属製部材を上に配置し、誘導加熱コイルを下に配置した場合、本実施形態において、誘導加熱コイル９の底部は頂部となり、上部は下部となり、上端は下端となり、下端は上端となる。
また、上記の場合、金属製部材を急冷するための冷却装置も上部に設けることになる。
金属製部材を上に配置し、誘導加熱コイルを下に配置した場合、本実施形態において、誘導加熱コイル９の底部は頂部となり、上部は下部となり、上端は下端となり、下端は上端となる。
また、上記の場合、金属製部材を急冷するための冷却装置も上部に設けることになる。
【0030】
また、本発明に係る高周波焼入れ装置は、誘導加熱コイルを備え、前記被加熱金属製部材と前記誘導加熱コイルとを相対的に回転させながら、前記半球面状の窪みの内壁を焼入れすることができれば、図３に示す構造に限られず、多種多様な構造を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【0031】
本発明の誘導加熱コイルを用いて高周波焼入れすることにより、半球面状の窪みを有する金属製部材（特に鋼製部材）の当該窪みの内壁を一様に加熱することができ、一様に焼入れすることができるため、当該窪みの内壁を硬化させる必要がある金属製部材（特に鋼製部材）の高周波焼入れに有効に利用することができる。
【符号の説明】
【0032】
１：底部の一箇所から上部に向かって延びる円弧状の導体（第１導体）
２：第１導体１の上端及び第２導体３ａの上端を連結する水平の導体（第５導体）
３ａ：導体３の一部であり導体１から離れた底部の一箇所から上部に向かって延びる円弧状の導体部（第２導体）
３ｂ：第１導体１から離れた底部の一箇所から上部に向かって第２導体３ａとは反対方向に延びる円弧状の導体部（第３導体）
４：第３導体３ｂの上端及び第４導体５の上端を連結する水平の導体（第６導体）
５：底部の一箇所から上部に向かって延びる円弧状の導体（第４導体）
６（６ａ、６ｂ）：導体１の下端に接続され軸方向に延びるリード部（第１リード部）
７（７ａ、７ｂ）：導体５の下端に接続され軸方向に延びるリード部（第２リード部）
８：絶縁物
９：誘導加熱コイル
１０：被加熱金属製部材
１１：回転台
１１ａ：棒状部材
１２：基台
１３：冷却ジャケット
１３ａ：冷却液供給パイプ
１４：冷却装置
１４ａ：冷却水噴射孔
１５：高周波焼入れ装置
２：第１導体１の上端及び第２導体３ａの上端を連結する水平の導体（第５導体）
３ａ：導体３の一部であり導体１から離れた底部の一箇所から上部に向かって延びる円弧状の導体部（第２導体）
３ｂ：第１導体１から離れた底部の一箇所から上部に向かって第２導体３ａとは反対方向に延びる円弧状の導体部（第３導体）
４：第３導体３ｂの上端及び第４導体５の上端を連結する水平の導体（第６導体）
５：底部の一箇所から上部に向かって延びる円弧状の導体（第４導体）
６（６ａ、６ｂ）：導体１の下端に接続され軸方向に延びるリード部（第１リード部）
７（７ａ、７ｂ）：導体５の下端に接続され軸方向に延びるリード部（第２リード部）
８：絶縁物
９：誘導加熱コイル
１０：被加熱金属製部材
１１：回転台
１１ａ：棒状部材
１２：基台
１３：冷却ジャケット
１３ａ：冷却液供給パイプ
１４：冷却装置
１４ａ：冷却水噴射孔
１５：高周波焼入れ装置
【図1】
【図2】
【図3】