(57)【要約】【課題】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。【解決手段】回転軸２を支持する軸受３，４を玉軸受とし、その内方の軌道溝２ｂ，２ｃを回転軸２の表面に形成することにより、玉径を大きくして負荷容量を高めつつ、玉５のピッチ円直径を小さくして軸受３，４を軽量、コンパクトなものとする。二つの軸受３，４を背面組合せアンギュラ玉軸受に構成し、予圧を付与することにより、回転軸２のラジアル振れをさらに抑制するとよい。【選択図】図１
2020165442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とするスピンドル装置。
【請求項２】
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請求項１に記載のスピンドル装置。
【請求項３】
前記外輪の背面同士の間に介在する弾性体を備える請求項２に記載のスピンドル装置。
【請求項４】
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請求項２又は３に記載のスピンドル装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のスピンドル装置と、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６０２７９４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の第一実施形態に係るスピンドル装置を示す縦断正面図
【図２】図１のスピンドル装置を備える電動工具の外観を示す正面図
【図３】この発明の第二実施形態に係るスピンドル装置を示す縦断正面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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
【図１】
2020165442.tif 000003
【図２】
2020165442.tif 000004
【図３】
2020165442.tif 000005