JP5270203B2 - 高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの周囲を一様又は略一様に加熱するために、高周波加熱装置に備えた加熱コイルを、回転するワークの外形に応じて偏心回転移動させる高周波加熱装置の加熱コイル駆動装置に関するものである。

高周波加熱装置の環状の加熱コイルで、カムシャフト等の外形が歪なワークを加熱する際には、ワークを回転させながらワークの回転に併せて加熱コイルを偏心回転移動させる。
その際、加熱コイルは上下方向及び水平方向にそれぞれ往復駆動されて面運動を行い、ワークから加熱コイルまでの距離が適宜調整され、ワークの周面は略均一に加熱される。
このような高周波加熱装置の加熱コイルの駆動装置が特許文献１に開示されている。
特許文献１には、加熱コイルを鉛直方向と水平方向に各々往復移動させる駆動機構が開示されている。
特開２００２−１６７６２０号公報

ところで、特許文献１に開示されているような加熱コイルの駆動装置では、Ｘ−Ｙテーブルによって加熱コイルをＸ軸方向及びＹ軸方向に移動可能にしている。ここで、Ｘ−ＹテーブルのＸ軸方向及びＹ軸方向の移動は、サーボモータでボールネジが回転駆動されることによって実現されている。
加熱コイルは、ボールネジの回転駆動量に応じた距離を移動するが、その移動量（移動距離）は微小である。よってボールネジの雌ねじは、雄ねじに対して微小な範囲で往復回動する。
これにより、ボールネジの雄ねじの特定の部位には頻繁にボールが接触し、それ以外の部位には全くボールが接触しないという事態が生じる。このボールネジの雄ねじの特定の部位は、ボールが頻繁に接触するので潤滑油が切れ易くなる。潤滑油が切れた部位にボールが接触すると、その部位が削れ、削りカスが散乱して駆動装置の動作不良を引き起こす要因になると考えられる。
そこで本発明は、ボールネジが良好な状態で使用されると共に、ボールネジの寿命を延ばすことができる高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構を提供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、ボールネジの雄ねじ側を回転させることによって雌ねじ側に設けられた高周波加熱装置の加熱コイルを往復移動させる高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構において、雌ねじと加熱コイルとがリンク機構を介して接続されており、前記リンク機構は、雌ねじと加熱コイルの間の部位に支点があるてこで構成されており、前記加熱コイルには連結部材が固定されており、前記連結部材は前記ボールネジの雄ねじの軸心と直交する長孔を有し、前記リンク機構は、ピンを介して前記連結部材の長孔と係合しており、前記ボールネジとリンク機構の組み合わせが二組あり、前記２つのボールネジの雄ねじの軸心は直交しており、高周波加熱装置の稼働時に、各ボールネジの雄ねじと雌ねじの間にあるボールが潤滑油切れを起こさない距離だけ雌ねじが往復移動することを特徴とする高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構である。

請求項１の発明では、ボールネジの雌ねじと加熱コイルとがリンク機構を介して接続されている。よって、雌ねじが移動すると、加熱コイルはリンク機構によって所定の動作を行う。その際、雄ねじと雌ねじの間にあるボールが潤滑油切れを起こさない距離だけ雌ねじが雄ねじに沿って往復移動する。
これにより、雌ねじと雄ねじの間に介在するボールが、ボールネジの特定の部位に偏って接触することを防止でき、雄ねじの表面の潤滑油が切れにくくなる。引いては、雄ねじと雌ねじの摩耗を低減することができる。すなわち、ボールは、雄ねじ上の潤滑油を絶えず纏うことができ、潤滑油が切れて雄ねじと雌ねじの摺動面が削れることを防止することができる。従って、ボールネジの寿命が延びる。
リンク機構としては、構造的に簡易なてこを採用するのが好ましい。
また、加熱コイルが異なる二方向に移動可能である。よって、加熱コイルは面運動が可能である。すなわち、加熱コイルが面運動できるようにボールネジが設けられる。
具体的には、２本のボールネジの軸心を直交するＸ軸方向とＹ軸方向に向け、加熱コイルを各ボールネジの雌ねじ側にリンク機構を介して接続する。そして各ボールネジを駆動すると、雄ねじに沿って雌ねじが移動する。その結果、Ｘ−Ｙテーブルと同様に加熱コイルがＸ軸方向とＹ軸方向に移動する。これにより、加熱コイルの面運動が可能になる。ここで、２本のボールネジの雌ねじの移動距離は、加熱コイルのＸ軸方向又はＹ軸方向への移動距離よりも大きい。これにより、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に加熱コイルを移動させる各ボールネジの寿命が延びる。

請求項２の発明は、加熱コイルの移動量よりも前記雌ねじの移動量の方が大きくなるように前記リンク機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構である。

請求項２の発明では、加熱コイルの移動量よりも雌ねじの移動量の方が大きくなるようにリンク機構が構成されている。これにより雄ねじの雌ねじと接触する部位が従来の高周波加熱装置よりも広がり、雄ねじの表面の潤滑油が切れにくくなる。引いては、雄ねじと雌ねじの摩耗を低減することができ、ボールネジの寿命を延ばすことができるようになる。

本発明を実施すると、ボールネジの雄ねじと雌ねじの間に介在するボールが、雄ねじの特定の部位に偏って接触することを防止でき、雄ねじの表面の潤滑油が切れにくくなる。これにより雄ねじ及び雌ねじの摩耗を低減することができ、ボールネジの寿命を延ばすことができるようになる。

図１は、本発明を実施した高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。
加熱コイル２は中空導体を屈曲又は湾曲させることによって形成された環状コイルであり、図示しない電源（高周波発振器）とトランスを介して高周波電流が供給され、ワーク２０を高周波加熱する。ワーク２０は、例えばカムシャフトであり、カムシャフトのカム部（加熱部）の外側に加熱コイル２が配置される。そして、ワーク２０は、符号２０ａで示す軸を中心に図示しない駆動モータによって回転駆動され、その回転に追従するように加熱コイル２を公転移動させ、ワーク周囲を均一に加熱する。

加熱コイル駆動機構１は、環状の加熱コイル２を水平方向に移動させる第１駆動装置３と加熱コイル２を上下方向に移動させる第２駆動装置２１とを備えている。第１駆動装置３と第２駆動装置２１は同じ構成を備えており、設置する向きが異なっている。

第１駆動装置３は、ボールネジの雄ねじ４，ボールネジのナット５（雌ねじ），モータ７（サーボモータ）等で構成されている。雄ねじ４は、軸受８，９で支持され、且つ、モータ７で回転駆動される。モータ７及び軸受８，９は、図示しないハウジングに固定されている。雄ねじ４にはナット５が螺合しており、両者の間には図示しない多数のボールが介在している。モータ７を駆動すると、軸受８，９によって支持された雄ねじ４はその場で回転し、後述する構成を備えたナット５がボールネジ４に沿って移動する。

ボールネジ４には潤滑油（グリース）が塗られており、特にネジの谷部には潤滑油が多めに付着している。ナット５が移動する（すなわち雄ねじ４が回転する）と、図示しない多数のボールがナット５と共に雄ねじ４に沿って移動する。その際、ボールには進行方向前方の潤滑油が付着すると共に、付着した潤滑油を後方に残して移動する。すなわち、各ボールには一定量以上の潤滑油は付着せず、ボールに付着しきれない潤滑油は雄ねじ４上に取り残される。

図１に示すように、ナット５には長孔１０を有する連結部６が設けてある。この連結部６の長孔１０にはピン１１が挿通される。ピン１１は、上下方向に配置された長尺状のリンク部材１２（てこ）の先端（上端）に固定されている。よってピン１１は、長孔１０内を長手方向にのみ移動可能であると共に、ナット５の連結部６とリンク部材１２とを互いに回動可能に連結する。このピン１１はリンク部材１２において力点となる。

また、リンク部材１２には孔１３が設けてある。孔１３は、ピン１１から距離Ａ，ピン１５からは距離Ｂの位置に設けられている。この孔１３には、図示しないハウジングに固定されたピン１４が挿通されている。すなわちリンク部材１２は、ピン１４（支点）を中心に回動可能である。そしてリンク部材１２の下端にはピン１５が固定されている。ピン１５は、リンク部材１２と、加熱コイル２に固定された連結部材１６とを接続しており、リンク部材１２の作用点となる。

連結部材１６には、上下方向に延びる長孔１７と水平方向に延びる長孔１８とが設けられている。そのうちの上下方向に延びる長孔１７にピン１５が挿通されている。ピン１５は、リンク部材１２と連結部材１６とを回動可能に連結すると共に、連結部材１６の長孔１７内を長手方向にのみ移動可能である。連結部材１６（加熱コイル２）の、上下方向への往復移動可能な範囲は、長孔１７と長孔１０の長さで決まる。また、連結部材１６（加熱コイル２）の、水平方向の往復移動可能な範囲は、長孔１８と後述するリンク部材３０（てこ）の長孔２８の長さで決まる。

以上のように構成した結果、モータ７を駆動すると、ナット５が雄ねじ４に沿って移動し、リンク部材１２はピン１４を中心に回動する。すなわち、一方ではピン１１が連結部６に押圧されてピン１４を中心に回動しながら長孔１０内を摺動し、他方ではピン１５がピン１４を中心に回動して連結部材１６を押圧しながら長孔１７内を摺動すると共に、連結部材１６（加熱コイル２）を左右方向（水平方向）に移動させる。

次に、第２駆動装置２１について説明する。
第２駆動装置２１は、第１駆動装置３と同様にボールネジの雄ねじ２２，ボールネジのナット２３（雌ねじ），モータ２７（サーボモータ）等で構成されている。雄ねじ２２は、モータ２７によって回転駆動可能に軸受２５，２６で支持される。

雄ねじ２２は軸心が鉛直方向（上下方向）を向いており、雄ねじ２２の重量は図示しないハウジングの底部で支持されている。モータ２７及び軸受２５，２６は、図示しないハウジングに固定されている。

雄ねじ２２にはナット２３が螺合しており、雄ねじ２２とナット２３の間には図示しない多数のボールが介在している。モータ２７を駆動すると、雄ねじ２２はその場で回転し、ナット２３が雄ねじ２２に沿って上下に移動する。

ナット２３には長孔２８を有する連結部２４が固定されており、長孔２８にはピン２９が挿通されている。ピン２９は、水平に配置されたリンク部材３０の先端（左端）に固着されている。また、リンク部材３０の右端にもピン３１が設けられている。そして、ピン２９とピン３１の間には、ピン２９からは距離Ａ，ピン３１からは距離Ｂの位置に孔３２が設けられている。孔３２には、図示しないハウジングに固定されたピン３３が挿通されている。

リンク部材３０の右端に設けられたピン３１は、加熱コイル２と一体の連結部材１６に設けた長孔１８に挿通されている。ピン３１は、長孔１８内を長手方向に移動可能であり、リンク部材３０と連結部材１６とを回動可能に連結している。

以上のように第２駆動装置２１を構成した結果、モータ２７を駆動すると、ナット２３が雄ねじ２２に沿って上下に移動し、リンク部材３０はピン３３を中心に回動する。その際、ピン２９は連結部２４に対して回動し且つ長孔２８内を摺動する。同様にピン３１は連結部材１６（長孔１８）を押圧して連結部材１６（加熱コイル２）を上下方向に移動させると共に、長孔１８内を摺動する。

以上説明したように構成された加熱コイル駆動機構１は、以下のように実施される。図２は、加熱コイルを図１に示す位置から時計回りに９０度偏心回転させた状態の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。また、図３は図１に示す位置から１８０度回転させた状態の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。さらに図４は、図１に示す位置から時計回りに２７０度回転させた状態の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。

高周波加熱装置を稼働させ、ワーク２０の加熱を開始する際、ワーク２０を回転させると同時にモータ７，２７を回転させる。ワーク２０の回転とモータ７，２７の回転は同期させる。

ワーク２０が時計回りに９０度回転すると、加熱コイル２も時計回りに９０度公転移動し、図２に示す状態となる。図１に示す状態から図２に示す状態に移行する際、第１駆動装置３では雄ねじ４に沿ってナット５が左方へ移動する。その結果、リンク部材１２がピン１４を中心に反時計回りに回動し、ピン１５が連結部材１６（加熱コイル２）を右方に押圧し、加熱コイル２を右方へ移動させる。また、第２駆動装置２１では、ナット２３が上方へ移動する。その結果、リンク部材３０がピン３３を中心に回動し、ピン３１が連結部材１６（加熱コイル２）を下方へ押圧し、加熱コイル２を下方へ移動させる。

すなわち、ピン１５が連結部材１６（長孔１７）を押圧すると、連結部材１６は右方へ移動し、リンク部材３０のピン３１は相対的に左方へ移動して長孔１８内を摺動する。また、ピン３１が連結部材１６（長孔１８）を下方に押圧すると、連結部材１６は下方へ移動し、リンク部材１２のピン１５は相対的に上方へ移動して長孔１７内を摺動する。その結果、連結部材１６（加熱コイル２）は、右方及び下方へ図２に示す位置まで移動する。

次に、図２に示す状態から図３に示す状態に移行する際には、ワーク２０は引き続き時計回りに回転し、第２駆動装置２１のモータ２７も引き続き同じ方向に回転するが、第１駆動装置３のモータ７の回転方向は逆転する。すなわち、モータ７の回転方向が逆転すると、ナット５の移動方向が左方から右方に切り換わり、リンク部材１２がピン１４を中心に時計回りに回動し、連結部材１６（長孔１７）がリンク部材１２のピン１５によって左方へ押圧され、加熱コイル２は左方へ移動する。
すなわち加熱コイル２が９０度の位置から１８０度の位置へ移動する際には、加熱コイル２の水平方向の移動は右方から左方へ切り換わり、上下方向には引き続き下方へ移動し、加熱コイル２は図３に示す位置に達する。

さらに図３に示す状態から図４に示す状態に移行する際には、ワーク２０は引き続き図１に示す位置から時計回りに２７０度回転する。
その際、加熱コイル２は１８０度の位置から引き続き左方へ移動するが、第２駆動装置２１のモータ２７の回転方向が逆転して上下方向の移動は下方から上方へ切り換わる。すなわち、モータ２７の回転方向が逆転するとナット２３の移動方向が上方から下方に切り換わり、リンク部材３０がピン３３を中心に反時計回りに回動し、連結部材１６（長孔１８）がリンク部材３０のピン３１によって上方へ押圧され、加熱コイル２は１８０度の位置から２７０度の位置へと上昇する。

そして、図４に示す状態からさらに図１に示す状態へ移行すると、ワーク２０は時計回りに１周する。図４に示す状態から図１に示す状態へ移行する際には、第２駆動装置２１のモータ２７の回転方向の切り換えはなく、第１駆動装置３のモータ７の回転方向が再度切り換わり、ナット５が左方へ移動する。その結果、リンク部材１２がピン１４を中心に反時計回りに回動し、連結部材１６（長孔１７）がピン１５によって右方に押圧され、加熱コイル２は上昇しながら右方へ移動し図１に示す位置に達する。

以上、説明したようにワーク２０の回転に合わせて加熱コイル２が公転移動するが、その左右方向の移動量は、リンク部材１２の回動の中心となるピン１４からピン１１までの距離Ａと、ピン１４からピン１５までの距離Ｂの比に大きく関連している。同様に、加熱コイル２の上下方向の移動量は、リンク部材３０の回動中心のピン３３からピン２９までの距離Ａと、ピン３３からピン３１までの距離Ｂの比に大きく関連している。
これを図３及び図４を参照しながら説明する。

図１に示すリンク部材３０の位置は、図３では破線で示している。ワーク２０が１８０度回転すると、第２駆動装置２１は、リンク部材３０を破線で示す位置から実線で示す位置まで回動させる。すなわち、加熱コイル２が下方に距離Ｄだけ移動する間に、ナット２３は距離Ｃだけ移動する。ナット２３は、破線で示す位置から実線で示す位置まで距離Ｃだけ移動するので、ナット２３と共に移動する図示しない多数のボールも距離Ｃだけ雄ねじ２２に沿って大きく移動することになる。

また、図４の破線は、加熱コイル２が９０度の位置へ移動した際におけるリンク部材１２とナット５とを示している。そして、図４において破線で示す位置から実線で示す位置まで距離Ｃだけナット５が移動すると、加熱コイル２は距離Ｄだけ左方へ移動する。
距離Ｄは、加熱コイル２の公転の直径に相当する。すなわち、加熱コイル２の公転の直径は、ワーク２０との関係で一義的に決まり、ここでは距離Ｄである。

ところで、ナット５及びナット２３の移動量Ｃは、距離Ａと距離Ｂの比で変動する。図４に示す例では、ナット５がナット５自身の長さよりも大きく移動する例を示している。このようにナット５を移動させると、ナット５と共に雄ねじ４に沿って移動する図示しない多数のボールも距離Ｃ分だけ移動する。これにより、雄ねじ４上に塗布された潤滑油が図示しない多数のボールに付着し易くなり、雄ねじ４上において潤滑油が不足する部位が生じにくくなる。

図４では、説明の都合上、距離Ｃを大きく確保して理解の容易化を図ったが、潤滑油切れを防止するという効果は、距離Ｃが雄ねじ４，２２の１ピッチ分以上であれば確実に奏することができる。また、図４では、リンク部材１２，３０の長さを必要以上に長く描写しているが、実際には、加熱コイル２がワーク２０の回転に追従して公転移動することができ、且つ、ナット５，２３の移動距離を少なくとも雄ねじ４，２２の１ピッチ以上に確保することができる長さであればよい。逆に、リンク部材１２，３０の長さは、ナット５，２３が移動した際に（つまり、力が作用したときに）撓まない程度の長さであるのが好ましい。

また、ワーク２０の回転に合わせて加熱コイル２が円滑に公転移動するように、第１駆動装置３のモータ７と第２駆動装置２１のモータ２７の回転速度の調整と回転方向の切換とを行うのが好ましい。

さらに加熱コイル駆動装置１は、第１駆動装置３と第２駆動装置２１のいずれか一方のみとし、加熱コイル２を上下方向又は水平方向等の直線上を往復移動させてワーク２０を加熱してもよい。

図１〜図４では、リンク部材１２を、距離Ａ＞距離Ｂとなるように孔１３（ピン１４）の位置を設定した例を示した。このように設定すれば、雄ねじ４上の油膜切れを確実に回避することができるが、ナット５は、雄ねじ４の１ピッチ以上の移動量が確保されていれば油膜切れを回避することができる。
よって、リンク部材１２の長さや、距離Ａと距離Ｂの割合を適宜調整し、ナット５の移動量を雄ねじ４の１ピッチ以上となるように確保すれば、雄ねじ４上の油膜切れが生じず局部的な摩耗を抑制することができる。
すなわち、加熱コイル駆動機構１によって、加熱コイル２がワーク２０を誘導加熱するのに必要な動作を行うと共に、ナット５，２３が雄ねじ４，２２上を１ピッチ以上の距離を往復移動する。
ここで、加熱コイル２の移動量は、ワーク２０の形状及び大きさに応じて設定されるべきものであるが、ナット５，２３の移動量が、雄ねじ４，２２の１ピッチ以上確保されていれば、加熱コイル２の移動量がナット５，２３の移動量より小さくなっても差し支えない。

本発明を実施した高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。 加熱コイルを図１に示す位置から時計回りに９０度偏心回転させた状態の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。 図１に示す位置から１８０度回転させた状態の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。 加熱コイルを図１に示す位置から時計回りに２７０度偏心回転させた状態の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構の正面図である。

１ 加熱コイル駆動機構
２ 加熱コイル
３ 第１駆動装置
４ ボールネジの雄ねじ
５ ボールネジのナット
６ 連結部
７ モータ
１０ 長孔
１１ ピン（力点）
１２ リンク部材（リンク機構）
１３ 孔
１４ ピン（支点）
１５ ピン（作用点）
１６ 連結部材
１７ 連結部材の上下方向の長孔
１８ 連結部材の水平方向の長孔
２０ ワーク
２１ 第２駆動装置
２２ ボールネジの雄ねじ
２３ ボールネジのナット
２４ 連結部
２７ モータ
２８ 長孔
２９ ピン（力点）
３０ リンク部材（リンク機構）
３１ ピン（作用点）
３２ 孔
３３ ピン（支点）

Claims (2)

1. ボールネジの雄ねじ側を回転させることによって雌ねじ側に設けられた高周波加熱装置の加熱コイルを往復移動させる高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構において、雌ねじと加熱コイルとがリンク機構を介して接続されており、前記リンク機構は、雌ねじと加熱コイルの間の部位に支点があるてこで構成されており、前記加熱コイルには連結部材が固定されており、前記連結部材は前記ボールネジの雄ねじの軸心と直交する長孔を有し、前記リンク機構は、ピンを介して前記連結部材の長孔と係合しており、前記ボールネジとリンク機構の組み合わせが二組あり、前記２つのボールネジの雄ねじの軸心は直交しており、高周波加熱装置の稼働時に、各ボールネジの雄ねじと雌ねじの間にあるボールが潤滑油切れを起こさない距離だけ雌ねじが往復移動することを特徴とする高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構。
2. 加熱コイルの移動量よりも前記雌ねじの移動量の方が大きくなるように前記リンク機構が構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高周波加熱装置の加熱コイル駆動機構。

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