JP2020165442A - Spindle device and electric tool - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、回転軸の穴部に工具を接続可能なスピンドル装置、及びこれを備える電動工具に関する。 The present invention relates to a spindle device capable of connecting a tool to a hole of a rotating shaft, and an electric tool including the spindle device.
ボルト、ねじ等を高速に締め付けたり、緩めたりするため、インパクトドライバ、インパクトレンチ等の電動工具が広く利用されている。 Power tools such as impact drivers and impact wrenches are widely used for tightening and loosening bolts and screws at high speed.
一般に、電動工具は、回転軸(いわゆるアンビル)を支持する軸受、電動モータ、電動モータから回転軸への伝達機構等をハウジングに内蔵し、その回転軸にボルト回し、ねじ回し等の作業に応じた工具(いわゆるビット)を差し込んで接続するための穴部を設けた構造になっている。穴部に接続された工具は、チャック等のホルダで抜け止めされる。電動モータの回転が伝達機構で回転軸まで伝達され、回転軸と工具が一体に回転させられる。ハウジングには、ハンドグリップが設けられている。電動工具の使用者は、ハンドグリップを手で握って持ち運びを行い、その指で必要なスイッチ操作を行い、作業を進めることができる。 Generally, a power tool has a bearing for supporting a rotating shaft (so-called anvil), an electric motor, a transmission mechanism from the electric motor to the rotating shaft, etc. built in the housing, and the rotating shaft can be bolted or screwed according to the work. It has a structure with holes for inserting and connecting a tool (so-called bit). The tool connected to the hole is prevented from coming off by a holder such as a chuck. The rotation of the electric motor is transmitted to the rotating shaft by the transmission mechanism, and the rotating shaft and the tool are rotated integrally. The housing is provided with a hand grip. The user of the power tool can carry the handgrip by holding it in his / her hand and operate the necessary switch with his / her finger to proceed with the work.
工具を保持する回転軸には、ボルト等の締め込み作業の際、トルク、衝撃等が作用する。このため、その回転軸を支持する軸受は、締め込み時に発生する振動や荷重を受ける必要がある。従来、その軸受としては、滑り軸受、ニードル軸受、玉軸受が使用されている。例えば、特許文献1の電動工具では、回転軸を支持する軸受として、滑り軸受が採用されている。
Torque, impact, etc. act on the rotating shaft that holds the tool when tightening bolts and the like. Therefore, the bearing that supports the rotating shaft needs to receive vibration and load generated during tightening. Conventionally, as the bearing, a slide bearing, a needle bearing, and a ball bearing have been used. For example, in the power tool of
電動工具は、持ち運びされるハンディ形のものなので、一般に、コンパクト化と軽量化が要求される。また、工具の回転速度が低い場合や、工具の先端の振れが大きい場合、ボルト等を回す作業性が低下することになる。このため、回転軸の高速回転性や振れ精度に優れることも要求される。すなわち、回転軸を支持する軸受には、高速回転性、振れ精度及びコンパクト化が要求される。 Since a power tool is a handy type that can be carried around, it is generally required to be compact and lightweight. Further, when the rotation speed of the tool is low or the tip of the tool swings greatly, the workability of turning the bolt or the like is lowered. Therefore, it is also required to have excellent high-speed rotation and runout accuracy of the rotating shaft. That is, the bearing that supports the rotating shaft is required to have high-speed rotation, runout accuracy, and compactness.
滑り軸受やニードル軸受は、軸受断面高さが小さく、電動工具のコンパクト化に有利であるが、高速回転性や振れ精度の点で、玉軸受に劣ってしまう。一方、標準的な玉軸受は、負荷容量に劣り、コンパクト化に不利である。 Plain bearings and needle bearings have a small bearing cross-sectional height, which is advantageous for making power tools compact, but are inferior to ball bearings in terms of high-speed rotation and runout accuracy. On the other hand, standard ball bearings are inferior in load capacity and are disadvantageous in compactness.
上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、工具接続用の回転軸を支持する軸受がコンパクトでありながら、回転軸の高速回転性及び振れ精度に優れたスピンドル装置にすることである。 In view of the above background, the problem to be solved by the present invention is to make a spindle device excellent in high-speed rotation and runout accuracy of the rotating shaft while the bearing supporting the rotating shaft for connecting tools is compact. is there.
上記の課題を達成するため、この発明は、工具接続用の穴部を有する回転軸と、前記回転軸を回転自在に支持する軸受とを備えるスピンドル装置において、前記軸受が、外輪と、前記外輪の内方に位置する内方の軌道溝と、前記外輪と前記内方の軌道溝との間に配置された複数の玉とを有する玉軸受からなり、前記内方の軌道溝が、前記回転軸の表面に形成されている構成を採用した。 In order to achieve the above object, the present invention relates to a spindle device including a rotating shaft having a hole for connecting a tool and a bearing that rotatably supports the rotating shaft, wherein the bearing is an outer ring and the outer ring. The inner raceway groove is composed of a ball bearing having a ball bearing having an inner raceway groove located inside the above ring and a plurality of balls arranged between the outer ring and the inner raceway groove, and the inner raceway groove is the rotation. The structure formed on the surface of the shaft was adopted.
上記構成によれば、回転軸を支持する軸受として玉軸受を採用しているので、ニードル軸受等に比して、回転軸の高速回転性及び振れ精度が優れる。また、その軸受が回転軸の表面に形成された内方の軌道溝を有する構造であるから、内輪を備える標準的な玉軸受に比して、玉径を大きくし、負荷容量を高めることができる。したがって、軸受がコンパクトでありながら、回転軸の高速回転性及び振れ精度に優れたスピンドル装置にすることが可能である。 According to the above configuration, since a ball bearing is used as a bearing for supporting the rotating shaft, the high-speed rotation and runout accuracy of the rotating shaft are excellent as compared with a needle bearing or the like. Further, since the bearing has a structure having an inner raceway groove formed on the surface of the rotating shaft, the ball diameter can be increased and the load capacity can be increased as compared with a standard ball bearing having an inner ring. it can. Therefore, it is possible to make a spindle device having excellent high-speed rotation and runout accuracy of the rotating shaft while the bearing is compact.
好ましくは、二つの前記軸受を備え、これら二つの軸受が、互いの前記外輪の背面同士で合わされた背面組合せアンギュラ玉軸受に構成されており、前記二つの軸受に予圧が付与されているとよい。このようにすると、比較的剛性が高く、モーメント荷重の支持に適した軸受配列で回転軸を支持すると共に、軸受のラジアル振れを低減することが可能なため、特に回転軸のラジアル振れを抑制することができる。 Preferably, the two bearings are provided, and the two bearings are configured as a rear combination angular contact ball bearing in which the back surfaces of the outer rings are joined to each other, and a preload is applied to the two bearings. .. In this way, the rotating shaft can be supported by a bearing arrangement that has relatively high rigidity and is suitable for supporting moment loads, and the radial runout of the bearing can be reduced. Therefore, the radial runout of the rotating shaft is particularly suppressed. be able to.
より具体的には、前記外輪の背面同士の間に介在する弾性体を備えるとよい。このようにすると、内輪をもたない二つの軸受であっても両軸受に予圧を与えることができる。 More specifically, it is preferable to provide an elastic body interposed between the back surfaces of the outer rings. In this way, preload can be applied to both bearings even if the two bearings do not have an inner ring.
また、前記回転軸が鋼材によって形成されており、前記二つの軸受の前記内方の軌道溝が、焼入れされた表面部からなり、前記穴部が、前記回転軸のうち、前記焼入れされた部分から外れた位置にあり、前記二つの軸受のうち、前記穴部に近い側に位置する軸受の玉径が、遠い側に位置する軸受の玉径よりも小さいとよい。回転軸を鋼材で形成する場合、焼入れにより、内方の軌道溝を適切な硬さにすることができる。一方、穴部を深くすれば、工具を穴部に深く差し込み、工具のラジアル振れを抑制することができるが、焼入れで硬くなった部分に穴部を形成することは容易でない。穴部に近い側に位置する軸受の玉径を小さくすれば、その分、その内方の軌道溝を回転軸の軸方向一端から遠い位置に形成することが可能なため、焼入れされる部分を穴部の形成部位から遠ざけることができる。すなわち、鋼材製の回転軸の表面に形成された二つの内方の軌道溝を適切な硬さにしつつ、回転軸の軸方向一端から穴部を深く形成して工具のラジアル振れを抑制することができる。 Further, the rotating shaft is formed of a steel material, the inner raceway groove of the two bearings is formed of a hardened surface portion, and the hole portion is the hardened portion of the rotating shaft. Of the two bearings, the ball diameter of the bearing located on the side closer to the hole is preferably smaller than the ball diameter of the bearing located on the far side. When the rotating shaft is made of steel, the inner raceway groove can be made to have an appropriate hardness by quenching. On the other hand, if the hole is deepened, the tool can be inserted deeply into the hole and the radial runout of the tool can be suppressed, but it is not easy to form the hole in the hardened portion by quenching. If the ball diameter of the bearing located on the side closer to the hole is reduced, the inner raceway groove can be formed at a position farther from one end in the axial direction of the rotation axis, so that the portion to be hardened can be formed. It can be kept away from the formation site of the hole. That is, while making the two inner raceway grooves formed on the surface of the rotating shaft made of steel material have appropriate hardness, a hole is formed deeply from one end in the axial direction of the rotating shaft to suppress radial runout of the tool. Can be done.
この発明に係るスピンドル装置と、前記回転軸の駆動源となる電動モータと、前記電動モータと前記軸受とを内蔵するハウジングとを備える電動工具は、前述のスピンドル装置の採用により、工具の振れが抑えられ、また、軸受付近で軽量、コンパクト化されるので、作業性を向上させることができる。 The electric tool including the spindle device according to the present invention, the electric motor serving as the drive source of the rotating shaft, and the housing in which the electric motor and the bearing are built has the tool runout due to the adoption of the spindle device described above. It can be suppressed, and it is lightweight and compact near the bearing, so that workability can be improved.
上述のように、この発明は、上記構成の採用により、工具接続用の回転軸を支持する軸受がコンパクトでありながら、回転軸の高速回転性及び振れ精度に優れたスピンドル装置にすることができる。 As described above, by adopting the above configuration, the present invention can make a spindle device excellent in high-speed rotation and runout accuracy of the rotating shaft while the bearing supporting the rotating shaft for connecting tools is compact. ..
この発明の一例としての第一実施形態に係るスピンドル装置及び電動工具を添付図面の図1〜図2に基づいて説明する。 The spindle device and the power tool according to the first embodiment as an example of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 of the accompanying drawings.
図1に示すスピンドル装置1は、回転軸2と、回転軸2をハウジング10に対して回転自在に支持する二つの軸受3,4とを備える電動工具用のものである。
The
回転軸2は、工具接続用の穴部2aを有する。穴部2aは、回転軸2の軸方向一端から回転軸2と同心に延びる六角穴部分を含んでいる。
The rotating
ここで、軸方向は、回転軸の回転中心線に沿った方向のことをいう。以下、径方向は、その回転中心線に直角な方向のことをいい、周方向は、その回転中心線回りの円周方向のことをいう。 Here, the axial direction refers to a direction along the rotation center line of the rotation axis. Hereinafter, the radial direction refers to a direction perpendicular to the rotation center line, and the circumferential direction refers to a circumferential direction around the rotation center line.
二つの軸受3,4のうち、穴部2aから遠い側に位置する第一の軸受3は、外輪3aと、外輪3aの内方に位置する内方の軌道溝2bと、外輪3aと内方の軌道溝2bとの間に配置された複数の玉5とを有する玉軸受からなる。穴部2aから近い側に位置する第二の軸受4は、外輪4aと、外輪4aの内方に位置する内方の軌道溝2cと、外輪4aと内方の軌道溝2cとの間に配置された複数の玉5とを有する玉軸受からなる。なお、二つの軸受3,4は、それぞれ玉5間の周方向間隔を保つ保持器(図示省略)を備える。
Of the two
二つの外輪3a,4aは、それぞれ内周側に軌道溝を有する環状の軸受部品からなる。二つの内方の軌道溝2b,2cは、回転軸2の表面の外周部分に形成されている。
The two
回転軸2は、穴部2a及び二つの内方の軌道溝2b,2cを表面に含む単一の部材からなり、その全体が、繋ぎ目のない鋼材によって形成されている。
The rotating
玉5が各内方の軌道溝2b,2cを直接転がることを考慮し、各内方の軌道溝2b,2cの表面硬度をロックウェル硬さHRC58以上62以下とし、内方の軌道溝2b,2cの算出平均粗さRaを0.02以下にすることが好ましい。なお、ロックウェル硬さHRCは、日本工業規格JIS−Z2245:2016「ロックウェル硬さ試験?試験方法」において定義されたものをいう。また、算術平均粗さRaは、JIS−B0601:2013「製品の幾何特性仕様(GPS)-表面性状:輪郭曲線方式-用語,定義及び表面性状パラメータ」において定義されたものをいう。
Considering that the
回転軸2の外周部分のうち、二つの内方の軌道溝2b,2cを含む軸方向の所定範囲は、焼入れされた表面部になっている。したがって、各内方の軌道溝2b,2cは、焼入れされた表面部からなる。その焼入れにより、各内方の軌道溝2b,2cがロックウェル硬さHRC58〜62の範囲に硬化させられている。
Of the outer peripheral portion of the
各内方の軌道溝2b,2cをロックウェル硬さHRC58〜62にする焼入れ加工の方法は、特に限定されないが、図示例では、高周波焼入れが採用されている。高周波焼入れの場合、焼入れされる部分が回転軸2の外周付近に留まり、穴部2a付近まで及ばないようにすることができる。
The quenching method for adjusting the
その穴部2aは、焼入れによる歪を避けるため、焼入れ後に形成されている。回転軸2の軸方向一端から穴部2aの底まで穴深さDは、回転軸2の軸方向一端から第二の内方の軌道溝2cまでの軸方向距離よりも短く設定されている。これは、焼入れされた部分に穴部2aを形成することを避けて、穴部2aの加工を容易とし、また、工具との接続を容易にするためである。
The
二つの軸受3,4は、互いの外輪3a,4aの背面同士で合わされた背面組合せアンギュラ玉軸受に構成されている。
The two
第一の外輪3aの正面は、ハウジング10の内周に設けられた肩部11に軸方向に突き当てられている。ハウジング10の蓋12は、第二の外輪4aの正面に軸方向に突き当てられている。二つの外輪3a,4aは、肩部11と蓋12とで軸方向に位置決めされている。
The front surface of the first
すなわち、第一の外輪3aと、第二の外輪4aは、互いの背面同士で軸方向に突き合わされている。両外輪3a,4aの背面間に弾性体6が介在している。弾性体6は、二つの外輪3a,4aの背面に形成された凹部間に圧縮状態で配置されている。両外輪3a,4aの凹部は、弾性体6を所定の姿勢に保持している。弾性体6は、二つの外輪3a,4aを軸方向に離反する方向に押圧している。弾性体6は、例えば、コイルばねからなり、周方向の等配の複数箇所に配置される。二つの軸受3、4には、弾性体6のばね力によって予圧が付与されている。この予圧は、いわゆる定圧予圧方式に相当し、これにより、各軸受3,4の回転振れ(ラジアル振れ等)を小さく抑えることができる。
That is, the first
なお、予圧量を調整するため、シム等で二つの外輪3a,4a間の距離を微調整してもよい。また、予圧量は、使用条件にもよるが、20N以上490N以下にすることが望ましい。490Nを超える予圧量の場合、予圧過大により、電動工具の発熱に繋がる懸念がある。また、20N未満の予圧量の場合、使用条件に対して予圧量が足りず、回転軸2の振れ精度を小さく抑えることができない可能性がある。
In addition, in order to adjust the preload amount, the distance between the two
各軸受3,4は、グリース潤滑とされる。封入されるグリースは特に限定されない。電動工具が寒冷地で使用される場合には、低温でも使用可能なグリース、例えば、マルテンプPS2(登録商標,協同油脂製)、ビーコン325(登録商標,エッソ石油製)、イソフレックススーパーLDS18(登録商標,NOKクリューバー製)を使用してもよい。
The
スピンドル装置1は、図2に示すような携帯形の電動工具の構成要素として使用される。図2に示す電動工具は、スピンドル装置1と、ハウジング10と、電動モータ20と、伝達機構30と、スイッチ回路40と、回転軸2に着脱される工具50と、バッテリ60とを備える。
The
ハウジング10は、スピンドル装置1の二つの軸受3,4と、電動モータ20と、伝達機構30と、スイッチ回路40とを内蔵するケーシングである。ハウジング10の下部は、ハンドグリップ13になっている。
The
電動モータ20は、回転軸2の駆動源となる。伝達機構30は、電動モータ20の出力回転を減速して回転軸2に伝達すると共に、回転軸2に回転方向の衝撃を与える。伝達機構30は、特に構造を限定されず、例えば、特許文献1に開示されたものを採用してもよい。
The
バッテリ60は、ハンドグリップ13の下端部に着脱可能になっている。スイッチ回路40は、ハンドグリップ13の近傍に配置されたスイッチ41の操作に応じて、バッテリ60の電力を電動モータ20に供給し、また、電動モータ20の駆動制御を行う。
The
工具50は、図1に示す回転軸2の穴部2aに抜き差し可能な六角柱状の基端部と、ドライバ、レンチ、ドリル等の各種作業用の先端部とを有する。図2に示す工具50は、チャック等のホルダで回転軸2に固定されている。
The
図1、図2に示すスピンドル装置1及び電動工具は、上述のように、回転軸2を支持する軸受3,4として玉軸受を採用しているので、回転軸2の高速回転性及び振れ精度が優れる。その軸受3,4が回転軸2の表面に形成された内方の軌道溝2b,2cを有する構造であるから、標準的な玉軸受であれば内輪が配置される断面領域を活かして、玉5の玉径を大きくすることにより軸受3,4の負荷容量を高め、また、複数の玉5のピッチ円直径を小さくすることにより軸受3,4の外径をコンパクトにすることが可能である。このように、スピンドル装置1は、工具接続用の回転軸2を支持する軸受3,4がコンパクトでありながら、軸受3,4の負荷容量、剛性を高め、回転軸2の高速回転性及び振れ精度に優れたものとすることができる。
As described above, the
したがって、スピンドル装置1及びこれを備える電動工具は、回転軸2の回転時に工具50の振れが抑えられるので、電動工具を使用する際の作業性を向上させることができ、また、工具50の振れ精度向上によってワークの加工精度を向上させることもできる。
Therefore, since the
また、スピンドル装置1及びこれを備える電動工具は、内輪を省いたことで軸受3,4を軽量化し、また、軸受3,4の外径のコンパクト化に伴ってハウジング10の軸受付近のコンパクト化を図ることができる。このことも、電動工具を使用する際の作業性向上に寄与する。
Further, the
また、スピンドル装置1は、回転軸2を支持する二つの軸受3,4が互いの外輪3a,4aの背面同士で合わされた背面組合せアンギュラ玉軸受に構成されており、二つの軸受3,4に予圧が付与されているので、比較的剛性が高く、モーメント荷重の支持に適した軸受配列である背面組合せアンギュラ玉軸受3,4で回転軸2が支持されると共に、各軸受3,4の剛性が向上するため、各軸受3,4のラジアル振れが低減される。このため、スピンドル装置1及び電動工具は、特に回転軸2のラジアル振れを抑制し、ひいては工具50のラジアル振れをより抑制することができる。
Further, the
また、スピンドル装置1は、外輪3a,4aの背面同士の間に介在する弾性体6を備えるので、内輪をもたない二つの軸受3,4であっても両軸受3,4に予圧を与えることができる。
Further, since the
図1では二つの軸受3,4の各玉径を同一にした例を示したが、第一の軸受3の玉径と第二の軸受4の玉径を異ならせてもよい。その一例としての第二実施形態を図3に示す。なお、以下では、第一実施形態との相違点を述べるに留め、共通の構成要素に同符号を用いる。
Although FIG. 1 shows an example in which the ball diameters of the two
第二実施形態に係る二つの軸受3,4のうち、穴部2aに近い側に位置する第二の軸受4の玉径は、遠い側に位置する第一の軸受3の玉径よりも小さい。第二の軸受4の玉径の縮小化に伴い、第二の外輪4aの内径及び幅が小さくされている。
Of the two
また、第二の軸受4の玉径が第一実施形態に比して小さいため、内方の軌道溝2cの幅は、第一実施形態に比して小さく、また、内方の軌道溝2cの位置は、第一実施形態に比して回転軸2の軸方向一端から遠い位置へ変更されており、これに伴い、回転軸2に高周波焼入れされた部分も同様に変更されている。
Further, since the ball diameter of the second bearing 4 is smaller than that of the first embodiment, the width of the
穴部2aの深さDは、第一実施形態に比して拡大されているが、穴部2aは、高周波焼入れされた部分に達していない。すなわち、穴部2aは、回転軸2のうち、焼入れされた部分から外れた位置にある。
The depth D of the
このように、第二実施形態に係るスピンドル装置1は、穴部2aに近い側に位置する第二の軸受4の玉径を小さくし、その分、内方の軌道溝2cを回転軸2の軸方向一端から遠い位置に形成し、焼入れで硬くなる部分を穴部2aの形成部位から遠ざけることができる。すなわち、スピンドル装置1は、鋼材製の回転軸2の表面に形成された二つの内方の軌道溝2b,2cを適切な硬さにしつつ、回転軸2の軸方向一端から穴部2aを深く形成して工具50(図2参照)のラジアル振れを抑制することができる。
As described above, in the
今回開示された各実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that each embodiment disclosed this time is exemplary in all respects and not restrictive. Therefore, the scope of the present invention is indicated by the scope of claims and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 スピンドル装置
2 回転軸
2a 穴部
2b,2c 内方の軌道溝
3,4 軸受
3a,4a 外輪
5 玉
6 弾性体
10 ハウジング
20 電動モータ
50 工具
1
Claims (5)
前記軸受が、外輪と、前記外輪の内方に位置する内方の軌道溝と、前記外輪と前記内方の軌道溝との間に配置された複数の玉とを有する玉軸受からなり、
前記内方の軌道溝が、前記回転軸の表面に形成されていることを特徴とするスピンドル装置。 In a spindle device including a rotary shaft having a hole for connecting a tool and a bearing that rotatably supports the rotary shaft.
The bearing comprises a ball bearing having an outer ring, an inner raceway groove located inside the outer ring, and a plurality of balls arranged between the outer ring and the inner raceway groove.
A spindle device characterized in that the inner raceway groove is formed on the surface of the rotating shaft.
前記二つの軸受の前記内方の軌道溝が、焼入れされた表面部からなり、
前記穴部が、前記回転軸のうち、前記焼入れされた部分から外れた位置にあり、
前記二つの軸受のうち、前記穴部に近い側に位置する軸受の玉径が、遠い側に位置する軸受の玉径よりも小さい請求項2又は3に記載のスピンドル装置。 The rotating shaft is made of steel,
The inner raceway grooves of the two bearings consist of a hardened surface.
The hole is located at a position off the hardened portion of the rotating shaft.
The spindle device according to claim 2 or 3, wherein the ball diameter of the bearing located on the side closer to the hole of the two bearings is smaller than the ball diameter of the bearing located on the far side.
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