JP5414105B2 - 高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構 - Google Patents

Description

本発明は、カムシャフトのカム部のような、誘導加熱時にワークの焼入部位が偏心回転移動する場合に、誘導加熱コイルを焼入部位に追従させる高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構に関するものである。

カムシャフトを回転させると、カム部は回転軸を中心に偏心移動する。また、ワークを高周波焼入れする場合、誘導加熱コイルを焼入部位（カム部）に対向配置し、焼入部位の表面に高周波の誘導電流を生じさせる。ところで、カム部の周面を一様に誘導加熱するために、従来の高周波誘導加熱装置では、カム部の偏心移動に追従して誘導加熱コイルを偏心回転移動させている。

しかし、ワークや加熱条件によって、誘導加熱コイルの偏心回転の偏心量を変更する必要がある。本件出願人は、既に誘導加熱コイルの偏心回転の偏心量を変更することができる偏心駆動装置を発明しており、その構成が特許文献１に開示されている。

特許第３５２２６３６号公報

特許文献１の偏心駆動装置は、加熱コイルの偏心回転の偏心量を所定の範囲で任意に設定可能であるが、偏心量の設定操作が直接的ではなく、偏心カムユニットによる偏心量の設定は無段階にできるものの、偏心量を正確に設定しにくいものであった。

そこで本発明は、偏心量を正確に設定可能な高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心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、誘導加熱対象物であるワークに対向配置され、該ワークの表面に高周波誘導電流を生じさせる加熱コイルを偏心回転駆動する高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構において、回転可能に支持された第１カムと、前記第１カムを一定の回転中心を中心として回転駆動させる第１回転駆動手段と、回転可能に支持されていると共に加熱コイルを支持する第２カムとを有し、前記第１カムは前記第２カムに嵌っており、第２カムと第１カムは、両者の間で相対回転を許容する状態で回動可能な状態と、両者の間の相対回転が阻止された状態で一体的に回転する状態とが切り替え可能であり、第２カムと第１カムの相対回転を許容した状態で、第１カムの回転角度位置を変更することによって、前記第２カムに嵌められた第１カムの前記回転中心と第２カムの中心との距離が変動し、第２カムの回転中心位置を変化させ、この状態で第２カムと第１カムの相対回転を阻止して第２カムと第１カムを一体的に回転することにより、変更された偏心量で前記加熱コイルを偏心回転させることが可能であることを特徴とする高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構である。
請求項２の発明は、誘導加熱対象物であるワークに対向配置され、該ワークの表面に高周波誘導電流を生じさせる加熱コイルを偏心回転駆動する高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構において、回転可能に支持された第１カムと、前記第１カムを一定の回転中心を中心として回転駆動させる第１回転駆動手段と、回転可能に支持されていると共に加熱コイルを支持する第２カムとを有し、前記第１カムは第２カムに常時係合しており、第２カムと第１カムは、両者の間で相対回転を許容する状態で回動可能な状態と、両者の間の相対回転が阻止された状態で一体的に回転する状態とが切り替え可能であり、第２カムと第１カムの相対回転を許容した状態で第１カムの回転角度位置を変更することによって、前記第２カムに常時係合する第１カムの前記回転中心と第２カムの中心との距離が変動し、第２カムの回転中心位置を変化させ、この状態で第２カムと第１カムの相対回転を阻止して第２カムと第１カムを一体的に回転することにより、変更された偏心量で前記加熱コイルを偏心回転させることが可能であることを特徴とする高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構である。

請求項１，２の発明では、第１回転駆動手段で回転駆動される第１カムと加熱コイルを偏心回転させる第２カムの相対回転の許容と阻止とが切り替え可能である。よって、両カムの相対回転を阻止すると両カムは一体に回転する。また、両カムの相対回転を許容し、さらに第１カムの回転角度位置を変更すると、第２カムの回転中心位置が変化する。その結果、第１カムの回転中心位置は、第２カムによって調整可能になり、加熱コイルの偏心回転の偏心量が所定の範囲で任意に設定可能になる。

請求項３の発明は、第２カムに第１カムを入れる収容部を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構である。

請求項３の発明では、第２カムに第１カムを入れる収容部を備えたので、偏心駆動機構の省スペース化を図ることができる。これにより、複数の加熱コイルを近接配置し易くなり、レイアウトの自由度が高まる。よって、ワーク上に複数の焼入箇所がある場合、これらの複数の焼入箇所を同時に誘導加熱する高周波誘導加熱装置を構成し易くなる。

請求項４の発明は、第２カムを第１カムと等角速度で回転させる第２回転駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構である。

請求項４の発明では、第２カムを第１カムと等角速度で回転させる第２回転駆動手段を設けたので、第２カムを第１カムと等角速度で回転させると、両カムは一体に回転する。よって、第２回転駆動手段を設けることによって、第２カムと第１カムの相対回転の許容と阻止とを実現できる。すなわち、第１カムと第２カムの相対回転を阻止する際に、両カムを固定せずに済み、固定するための機構が不要になる。

本発明は、加熱コイルの偏心量が所定の範囲で任意且つ正確に設定可能である。その結果、本発明を実施すると、偏心量の調整が可能になるので、汎用性を有する高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構を提供することができる。

本発明を実施した加熱コイルの偏心駆動機構を備えた高周波誘導加熱装置の側面図である。 ワークに加熱コイルが対向している状態の正面図である。 図１において、ワークが１８０度偏心回転した状態の加熱コイルの偏心駆動機構を備えた高周波誘導加熱装置の側面図である。 本発明を実施した加熱コイルの偏心駆動機構の主要部の正面図であり、（ａ）〜（ｄ）は第１カムと第２カムの回転中心が一致している状態で固定されて９０度ずつ回転移動した状態を示す。 第１カムが第２カムに対して図２の状態から反時計回りに９０度回転して固定された状態の加熱コイルの偏心駆動機構の主要部の正面図であり、（ａ）〜（ｄ）は一体となった第１カムと第２カムとが９０度ずつ回転移動した状態を示す。 第１カムが第２カムに対して図２の状態から１８０度回転して固定された状態の加熱コイルの偏心駆動機構の主要部の正面図であり、（ａ）〜（ｄ）は一体となった第１カムと第２カムとが９０度ずつ回転移動した状態を示す。 第１カムが第２カムに対して図２の状態から反時計回りに２７０度回転して固定された状態の加熱コイルの偏心駆動機構の主要部の正面図であり、（ａ）〜（ｄ）は一体となった第１カムと第２カムとが９０度ずつ回転移動した状態を示す。

図１は、本発明を実施した加熱コイルの偏心駆動機構を備えた高周波誘導加熱装置の側面図であり、図３は、図１において、ワークが１８０度偏心回転した状態の加熱コイルの偏心駆動機構を備えた高周波誘導加熱装置の側面図である。また、図２は、ワークに加熱コイルが対向している状態の正面図である。
まず、図１〜図３を参照しながら加熱コイル２の偏心駆動機構４の構成を説明し、その後に偏心駆動機構４の動作を説明する。

図２に示すように加熱コイル２は、ワークであるカムシャフト３のカム部３ａの外周に配置可能な環状コイルである。加熱コイル２は、中空の導体で構成されており、加熱コイル２には、図示しない交流電源，高周波発振器等から構成される高周波電源から供給される高周波の交流電流の誘導電流が流れる。また、加熱コイル２の内部には冷却水が供給され、誘導加熱時に加熱コイル２自体が過熱焼損することを防止する。

この加熱コイル２の上部は、絶縁素材からなる加熱コイル体５で被覆されている。また、加熱コイル体５は加熱コイル２の筐体として機能し、連結部材２０を介して偏心駆動機構４（後述の支持部材８）と接続されている。偏心駆動機構４は、次のような構成を備えている。

図１，図３に示すように偏心駆動機構４は、第１モータ９（第１回転駆動手段）で回転駆動される第１カム６，第２モータ１０（第２回転駆動手段）で回転駆動される第２カム７を備えている。第２カム７には中空孔１４が設けられており、中空孔１４（収容部）にはすべり軸受１３を介して第１カム６が嵌っている。また、第２カム７には外向きフランジ部１８が設けられており、外向きフランジ部１８には歯車の歯７ａが形成されている。

一方、第１カム６は、第１モータ９の軸９ａで貫通されており、第１カム６は軸９ａと共に回転する。第１モータ９は、床３０上に配置された支持台１７上に設置された支柱１５と一体の載置台１９上に載置されている。第１モータ９の軸９ａは、支柱１５に設けられた孔１５ａを貫通し、さらに第１カム６を貫通し、端部が支柱１６によって支持されている。すなわち、支持台１７上には支柱１５の他に支柱１６が設置されており、支柱１６には軸９ａを回転可能に支持する軸受（図示せず）が設けられている。
よって、第１カム６，第２カム７は、第１モータ９の軸９ａを介して支柱１５，１６によって支持されている。

また、図１，図３に示すように第２カム７の外側には玉軸受１２を介して支持部材８が装着されている。よって、支持部材８は玉軸受１２によって第２カム７に対して回転可能である。この支持部材８には第２モータ１０が設置されている。第２モータ１０の回転軸１０ａには歯車１１が装着されている。

歯車１１は、第２カム７の外向きフランジ部１８に設けた歯７ａと噛み合っている。よって、第２モータ１０が駆動されると、歯車１１が回転し、歯車１１から第２カム７に回転動力が伝達され、第２カム７が回転駆動される。

支持部材８には、連結部材２０を介して加熱コイル体５が接続されている。すなわち、加熱コイル体５は、連結部材２０，支持部材８，第１モータ９の軸９ａ等を介して支柱１５，１６で支持されている。なお、偏心駆動機構４は、図示しないリニアガイドに沿って上下方向及び水平方向（紙面の手前側から奥側に延びる方向）に移動可能になっている。

次に、偏心駆動機構４の動作を説明する。
上述したように、第１カム６と第２カム７とはすべり軸受１３を介して一体化されている。すなわち、第２カム７は、すべり軸受１３によって第１カム６に対して回動が可能である。この第１カム６と第２カム７の関係について、図４〜図７を参照しながら説明する。図４は、本発明を実施した加熱コイルの偏心駆動機構の主要部の正面図であり、図４（ａ）〜（ｄ）は第１カムと第２カムの回転中心が一致している状態で固定されて９０度ずつ回転移動した状態を示す。

まず、図４（ａ）に示すように第１カム６の偏心した回転中心６ａが、第２カム７の中心７ｂと一致し、第１カム６と第２カム７とが一体に回転中心６ａを中心に回転すると、第１カム６は偏心回転するが、第２カム７は偏心せずにその場で回転する。
すなわち、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、第１カム６の回転中心６ａと第２カム７の中心７ｂとを一致させ、両カムを一体に（すなわち、すべり軸受１３で両カムを摺動させないで）回転させると、第２カム７は偏心回転しない。よって、両カムを一体に１回転させても、歯車１１はその場で回転するだけである。

次に、図５〜図７に示すように、第１カム６の回転中心６ａと第２カム７の中心７ｂとが一致しない場合に、両カムを一体に（すなわち、すべり軸受１３で両カムを摺動させないで）回転させると、第１カム６の回転中心６ａと第２カム７の中心７ｂの距離に応じて第２カム７は偏心回転する。

図５に示す例では、第１カム６の回転中心６ａと第２カム７の中心７ｂとが距離Ｌ１だけ離れている。すなわち、第２カム７は距離Ｌ１だけ偏心している。この状態で両カムが一体に回転すると、第２カム７は第１カム６の回転中心６ａを中心に偏心回転（すなわち公転）し、第２カム７に噛み合っている歯車１１も同様に偏心回転する。

同様に図６に示す例を見ると、図６では第１カム６の回転中心６ａと図７の中心７ｂとが距離Ｌ２だけ離れている。距離Ｌ２は距離Ｌ１（図５）よりも大きいため、第２カム７及び歯車１１の偏心回転の偏心量（公転半径）は大きくなる。図６では、図４の状態から第１カム６を第２カム７に対して１８０度回転させている。この図６が、第１カム６の回転中心６ａから第２カム７の中心７ｂまでの距離が最大になる場合を示している。

すなわち、第１カム６の第２カム７に対する回転角度が１８０度のときの回転中心６ａから中心７ｂまでの距離Ｌ２が最大値である。また、図７に示すように、第１カム６を第２カム７に対して反時計回りに２７０度回転させると、９０度回転させた場合と同様に回転中心６ａから中心７ｂまでの距離はＬ１となる。

このように第１カム６と第２カム７とを動作させる（すなわち、第２カム７の回転中心７ｂの偏心量を調整する）には、第２モータ１０は停止させておき、第１モータ９のみを駆動し、第１カム６を第２カム７に対して回転させる。そして、第２カム７の偏心量をゼロから距離Ｌ２の範囲で調整し、第１モータ９を停止させる。すなわち、ワーク３のカム部３ａの偏心回転に加熱コイル２が追従できるように、第２カム７の偏心量が適宜調整される。

ここで、第２モータ１０の停止中は歯車１１及び第２カム７は回転できないように第２モータ１０の軸が固定されており、第１モータ９を駆動すると、第１カム６だけが回転し、第１カム６と第２カム７は相対的に回転する。この状態で第２カム７の偏心量をゼロから距離Ｌ２の間で設定する。第２カム７の偏心量の設定が終わると、ワーク３のカム部３ａの誘導加熱が可能となる。すなわち、第１カム６と第２カム７の相対回転の許容と阻止とが、第２モータ１０の停止と駆動とで実現され、両カムを一体に偏心回転させたり、第２カム７の偏心量を調整することができるようになる。

加熱コイル２に通電し、ワーク３のカム部３ａの誘導加熱を開始すると、図示しないモータによってワーク３は軸３ｂを中心に回転駆動され、カム部３ａは軸３ｂを中心に偏心回転する。加熱コイル２がワーク３のカム部３ａの周面を一様に誘導加熱するため、誘導加熱に先立って予め上述のように第２カム７の偏心量を設定しておく。
第２カム７の偏心量の設定が完了すると、加熱コイル２がワーク３のカム部３ａの偏心回転移動に対応して移動可能になる。

次に、ワーク３のカム部３ａの誘導加熱を開始すると、ワーク３を回転駆動する図示しないモータと同期して第１モータ９と第２モータ１０とを駆動する。ここで、第２モータ１０が駆動されると、歯７ａで歯車１１と噛み合っている第２カム７が回転する。ところで、このとき第１カム６も回転しており、その結果、第１カム６と第２カム７とは一体に回転する。第２カム７は、第２モータ１０を搭載した支持部材８に対して、玉軸受１２を介して円滑に回転する。第２モータ１０は、第１モータ９と同期して等角速度で回転する。

カム部３ａの偏心回転に対応して、例えば図５〜図７に示すように、第２カム７の中心７ｂが第１カム６の回転中心６ａから偏心しており、支持部材８，連結部材２０，加熱コイル体５，及び加熱コイル２が一体に偏心回転する。

以上では、第１モータ９と第２モータ１０とを使用する例を示したが、本発明はこれによらず、第１モータ９のみで第１カム６と第２カム７とを回転駆動できるようにしてもよい。その際には、第２カム７と第１モータ９とは動力の接続と遮断（すなわち、第１カム６と第２カム７の相対回転の許容と阻止）とを切り替えられるようにする。例えば、第１モータ９の軸９ａにチャックを設け、このチャックで第２カム７を把持すると第２カム７と第１カム６とが同時に回転し、チャックによる第２カム７の把持を解除すると第１モータ９の動力は第１カム６のみに伝達されるようにすることができる。また、加熱コイル２は環状コイルであるが、誘導加熱するワークによっては半開放鞍型のコイルであっても本発明は支障なく実施することができる。

本発明は、カムシャフトのカム部のような、誘導加熱時に偏心回転するワークを誘導加熱する高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心量を調整する場合に利用可能である。

１ 高周波誘導加熱装置
２ 加熱コイル
３ ワーク（カムシャフト）
３ａ カム部
４ 偏心駆動機構
５ 加熱コイル体
６ 第１カム
７ 第２カム
９ 第１モータ（第１回転駆動手段）
１０ 第２モータ（第２回転駆動手段）
１１ 第２カムの歯車
１２ 玉軸受
１３ すべり軸受

Claims (4)

1. 誘導加熱対象物であるワークに対向配置され、該ワークの表面に高周波誘導電流を生じさせる加熱コイルを偏心回転駆動する高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構において、回転可能に支持された第１カムと、前記第１カムを一定の回転中心を中心として回転駆動させる第１回転駆動手段と、回転可能に支持されていると共に加熱コイルを支持する第２カムとを有し、前記第１カムは前記第２カムに嵌っており、第２カムと第１カムは、両者の間で相対回転を許容する状態で回動可能な状態と、両者の間の相対回転が阻止された状態で一体的に回転する状態とが切り替え可能であり、第２カムと第１カムの相対回転を許容した状態で、第１カムの回転角度位置を変更することによって、前記第２カムに嵌められた第１カムの前記回転中心と第２カムの中心との距離が変動し、第２カムの回転中心位置を変化させ、この状態で第２カムと第１カムの相対回転を阻止して第２カムと第１カムを一体的に回転することにより、変更された偏心量で前記加熱コイルを偏心回転させることが可能であることを特徴とする高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構。
2. 誘導加熱対象物であるワークに対向配置され、該ワークの表面に高周波誘導電流を生じさせる加熱コイルを偏心回転駆動する高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構において、回転可能に支持された第１カムと、前記第１カムを一定の回転中心を中心として回転駆動させる第１回転駆動手段と、回転可能に支持されていると共に加熱コイルを支持する第２カムとを有し、前記第１カムは第２カムに常時係合しており、第２カムと第１カムは、両者の間で相対回転を許容する状態で回動可能な状態と、両者の間の相対回転が阻止された状態で一体的に回転する状態とが切り替え可能であり、第２カムと第１カムの相対回転を許容した状態で第１カムの回転角度位置を変更することによって、前記第２カムに常時係合する第１カムの前記回転中心と第２カムの中心との距離が変動し、第２カムの回転中心位置を変化させ、この状態で第２カムと第１カムの相対回転を阻止して第２カムと第１カムを一体的に回転することにより、変更された偏心量で前記加熱コイルを偏心回転させることが可能であることを特徴とする高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構。
3. 第２カムに第１カムを入れる収容部を備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構。
4. 第２カムを第１カムと等角速度で回転させる第２回転駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高周波誘導加熱装置の加熱コイルの偏心駆動機構。

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