(57)【要約】【課題】転がり軸受等の転がり支持装置において、金属製の軌道面の防錆性能および潤滑性能が長期に渡って持続されるようにする。【解決手段】転がり軸受の金属製の内輪および外輪の軌道面１を、中間層３を介して、フッ素樹脂を含有する合成樹脂からなり厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下である合成樹脂層２で被覆する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、
前記第１部材および第２部材の少なくともいずれかは、少なくとも軌道面の部分が金属材料で形成され、前記軌道面が、中間層を介して、フッ素樹脂を含有し厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下である合成樹脂層で被覆されていることを特徴とする転がり支持装置。
【請求項２】
前記金属材料は鉄鋼材料からなり、前記中間層は、ジルコニウム化合物またはチタン化合物を含有して遊離フッ素イオンが存在する酸性の水溶液で、前記軌道面を処理することにより形成されたものである請求項１記載の転がり支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する装置、具体的には、転がり軸受（ボールベアリング、ローラベアリング等）、ボールねじ、リニアガイド、ボールスプライン、リニアボールベアリング等に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の内外輪は、通常、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼２種）等の鉄鋼材料で形成されており、防錆を目的として表面にめっきを施すことが行われている（例えば、下記の特許文献１参照）。この場合に採用されるめっき法としては、一般に、硬質クロムめっき、無電解ニッケルめっき、低温電解クロムめっき等が挙げられる。
このような一般的なめっき法では、めっき層が薄いと、均一なめっき処理がなされなかったり、めっき層にクラックやピットが生じ易くなったりするため、防錆性能向上効果が不十分な場合がある。めっき層が厚いと防錆性能は高くなるが、厚さが不均一になり易い。転動体は面圧が付与された状態で軌道面を転動するため、厚さが不均一なめっき層は軌道面から剥がれ易くなる。したがって、厚いめっき層を設けた場合でも、防錆性能を長期に渡って持続することは困難である。
【０００３】
下記の特許文献２には、冷延鋼板等の鉄系材料表面に塗布乾燥によって密着性の高い防錆皮膜を形成するための処理液として、ジルコニウム化合物および／またはチタン化合物を金属元素換算で５〜５０００ｐｐｍ含有し、遊離フッ素イオンを０．１〜１００ｐｐｍ含有し、ｐＨが２〜６である水溶液が開示されている。
【特許文献１】特開平１−９６３９４号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、転がり支持装置の軌道面と転動体は滑りを伴う転がり接触をしているため、グリースや潤滑油を用いただけでは、境界潤滑（充分な厚みの油膜を保持していない状態）となる部分が生じることから、転動体の円滑な転動性が長期に渡って持続できなくなる場合がある。
本発明は、このような従来技術の問題点に着目してなされたものであり、転がり支持装置の金属製軌道面の防錆性能と摺動性能（転動体の円滑な転動性）が長期に渡って持続されるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、互いに対向配置される軌道面を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道面間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転がり支持装置において、前記第１部材および第２部材の少なくともいずれかは、少なくとも軌道面の部分が金属材料で形成され、前記軌道面が、中間層を介して、フッ素樹脂を含有し厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下である合成樹脂層で被覆されていることを特徴とする転がり支持装置を提供する。
【０００６】
前記金属材料は鉄鋼材料からなり、前記中間層は、ジルコニウム化合物またはチタン化合物を含有して遊離フッ素イオンが存在する酸性の水溶液で、前記軌道面を処理することにより形成されたものであることが好ましい。この中間層の形成方法については、特許文献２に記載されている。
この方法によれば、高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼からなる表面に特定の処理液を塗布した後に乾燥することで、密着性の高い防錆皮膜が形成される。この皮膜の形成によって前記表面の粗さは変化しない。すなわち、前記軌道面の表面粗さが平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下であれば、中間層の表面粗さも平均粗さ（Ｒａ）で０．２μｍ以下となる。また、この皮膜の上に前記合成樹脂層を形成した場合の密着性にも優れている。
【０００７】
図１は、前記第１部材または第２部材の軌道面部分を示す断面図である。この図において、符号「１」は軌道面（の表層部）であり、符号「２」は軌道面を被覆する合成樹脂層であり、符号「３」は中間層である。
本発明では、合成樹脂層２として、フッ素樹脂を含有する合成樹脂層を、厚さ０．５μｍ以上１０μｍ以下で形成する。これにより、転動体と転動面の接触応力に対して、この合成樹脂層がクリープ変形を起こして抵抗を吸収できるので、転動体を円滑に転動させることができる。
【０００８】
前記合成樹脂層の厚さが０．５μｍ未満であると防錆性能が不十分となる。前記合成樹脂層の厚さが１０μｍを超えると、転がり支持装置の作動時の摺動抵抗が大きくなって、良好に作動しなくなる。
使用可能なフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等が挙げられる。さらに、上記以外の二フッ化物、三フッ化物、および四フッ化物の重合体も使用可能である。
【０００９】
フッ素樹脂を含有する合成樹脂層は、これらのフッ素樹脂のみからなる層であってもよいし、これらのフッ素樹脂と結合剤（ポリアミドイミド樹脂、エポキシ樹脂等）との混合物からなる層であってもよい。
本発明の転がり支持装置で使用可能な潤滑剤としては、鉱油、合成炭化水素油、エステル油、エーテル油、またはフッ素油を基油としたグリースが挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転がり支持装置によれば、軌道面の防錆性能と摺動性能（転動体の円滑な転動性）が長期に渡って持続されるため、水中等の腐食雰囲気下で使用された場合の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
図２は、本発明の転がり支持装置の一実施形態に相当するリニアガイドを示す図である。
このリニアガイドは、案内レール（第１部材）４とスライダ（第２部材）５とボール（転動体）６とで構成されている。案内レール４の両側面にボール転動溝（軌道面）４１が形成されている。スライダ５の内側面にも、案内レール４のボール転動溝４１と向かい合う位置に、ボール転動溝５１が形成されている。両ボール転動溝４１，５１により、ボール６の転動通路が形成されている。また、このリニアガイドは、スライダ５にボール戻し路が形成されていないタイプである。
【００１２】
ボール転動溝４１を含む案内レール４の全体をＳ５８Ｃ相当の材料で形成し、高周波加熱によって熱処理を施した。なお、案内レール４の全体は、肌焼き鋼ＳＣＲ４２０等の材料で形成した後に、浸炭または浸炭窒化処理が施されたものであってもよい。ボール転動溝５１を含むスライダ５の全体を、Ｓ５８Ｃ相当の材料で形成し、浸炭または浸炭窒化からなる熱処理を施した。ボール６は高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２で形成し、焼入れおよび焼戻しからなる熱処理を施した。ボール転動溝４１，５１の表面粗さは０．１５μｍとした。
【００１３】
ボール転動溝４１，５１を含む案内レール４とスライダ５の全表面に、以下の方法で中間層３と合成樹脂層２を形成した。なお、合成樹脂層２は下記の表１に示す各種厚さで形成し、中間層３は同じ条件で形成した。
中間層３形成用の処理液を以下の方法で調製した。先ず、オキシ硝酸ジルコニウム水溶液に硝酸を添加して、そのジルコニウム濃度を０．０２質量％とした。この水溶液に水酸化ナトリウムとフッ化水素酸を添加して、この水溶液のｐＨを３．０に、遊離フッ素イオン濃度を０．０１質量％に調整した。この処理液を入れた容器内に、脱脂後に水洗を行った案内レール４とスライダ５を入れて、５分間浸漬した。次に、案内レール４とスライダ５を処理液中から取り出し、水洗後に乾燥させた。
【００１４】
次に、合成樹脂層２を形成するためのコーティング材を、エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンとメチルエチルケトンを混合することにより得た。エポキシ樹脂とポリテトラフルオロエチレンの割合は、質量比でエポキシ樹脂：ポリテトラフルオロエチレン＝８０：２０とし、メチルエチルケトンの添加量を調整することで、コーティング材の粘度を、形成する合成樹脂層２の膜厚に応じて調節した。
このコーティング材をエアースプレー法により、前記中間層３が形成された後の案内レール４とスライダ５の全表面に塗布した後、１５０℃で３０分間加熱した。その結果、案内レール４とスライダ５の全表面に、中間層３を介してフッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層（合成樹脂層）２が形成された。
【００１５】
これらの案内レール４とスライダ５を用いてリニアガイドを組み立て、各リニアガイドについて、潤滑剤として昭和シェル石油（株）製の基油が鉱油であるグリース「ＡＳ２」を用い、荷重１８６２Ｎ、最高速度４０ｍ／ｍｉｎの条件で、ストローク８００ｍｍで４８００ｋｍ往復移動させる走行試験を行った。この走行試験後に、スライダ５にロードセルを接触させて、案内レール４に対して速度０．５ｍ／ｓの条件で動かした時の摺動抵抗を測定した。また、この走行試験後に、結露雰囲気での耐食性試験を行った。
【００１６】
耐食性試験は、環境試験装置内にリニアガイドを入れて装置内を相対湿度９０％とし、３時間毎に温度を２０℃と７０℃に変えることを繰り返すことで、この環境試験装置内に結露を発生させた。そして、１２０時間経過した後のリニアガイドの表面を顕微鏡で観察して、全表面における錆発生面積の割合を測定し、錆発生面積の割合が１０％以上であるかどうか（１０％錆の有無）を調べた。これらの結果を下記の表１に示す。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
表１に示すように、合成樹脂層２の厚さが０．５μｍ以上であると錆発生面積の割合が１０％未満であったが、０．４μｍ以下であると１０％以上であった。また、合成樹脂層２の厚さが１０．０μｍ以下であると摺動抵抗が１．２Ｎ以下であったが、１３．０μｍ以上であると１．７Ｎ以上であった。
これらの結果から分かるように、フッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層の厚さを０．５μｍ以上１０．０μｍ以下とすることで、錆発生面積率を１０％以下としながら、摺動抵抗の増加量を５割程度以下に抑えることができる。すなわち、フッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層の厚さを０．５μｍ以上１０．０μｍ以下とすることで、防錆性能と摺動性能が両立できる。
なお、この実施形態では、スライダにボール戻し路が形成されていないタイプのリニアガイドについて説明しているが、本発明は、ボール戻し路が形成されているタイプのリニアガイドにも適用できる。
【００１９】
［第２実施形態］
図３は、本発明の転がり支持装置の一実施形態に相当するボールねじを示す図である。
このボールねじは、ねじ軸（第１部材）７とナット（第２部材）８とボール（転動体）９とで構成されている。ねじ軸７の外周面にボール転動溝（軌道面）７１が螺旋状に形成され、ナット８の内周面にボール転動溝（軌道面）８１が螺旋状に形成されている。
ボール転動溝７１を含むねじ軸７の全体をＳＡＥ４１５０相当の材料で形成し、高周波加熱による熱処理を施した。ボール転動溝８１を含むナット８の全体をＳＡＥ４１５０相当の材料で形成し、浸炭または浸炭窒化による熱処理を施した。ボール９は高炭素クロム軸受鋼ＳＵＪ２で形成し、焼入れおよび焼戻しからなる熱処理を施した。ボール転動溝７１，８１の表面粗さは０．０６μｍとした。
【００２０】
ボール転動溝７１，８１を含むねじ軸７とナット８の全表面に、以下の方法で中間層３と合成樹脂層２を形成した。なお、合成樹脂層２は下記の表２に示す各種厚さで形成し、中間層３は同じ条件で形成した。
中間層３形成用の処理液を以下の方法で調製した。先ず、オキシ硝酸ジルコニウム水溶液にオキシジルコニウム塩を添加して、そのジルコニウム濃度を０．７質量％とした。この水溶液に水リン酸アンモニウム塩、リン酸、およびフッ化水素酸を添加して、この水溶液のｐＨを３．０に、遊離フッ素イオン濃度を０．０２質量％に調整した。この処理液を入れた容器内に、脱脂後に水洗を行ったねじ軸７とナット８を入れて、５分間浸漬した。次に、ねじ軸７とナット８を処理液中から取り出し、水洗後に乾燥させた。
【００２１】
このようにして形成された中間層３の上に、第１実施形態と同じ方法で、フッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層からなる合成樹脂層２を形成した。
また、このボールねじは、ねじ軸７とナット８との間にグリース１０を充填しているとともに、ナット８の両端にシール部材８２を設けて、ねじ軸７とナット８との間を塞いでいる。
【００２２】
これらのねじ軸７とナット８を用いてボールねじを組み立て、各ボールねじについて、潤滑剤として昭和シェル石油（株）製の基油が鉱油であるグリース「ＡＳ２」を用い、予圧１０Ｎ、最高速度４０ｍ／ｍｉｎの条件で、ストローク４００ｍｍで２２００ｋｍ往復移動させる走行試験を行った。この走行試験後に、ねじ軸７をモータで回転し、ナット８がつれ回る力をロードセルによって検出し、この検出値を軌道面のトルクに換算することで、ボールねじのトルクを調べた。また、この走行試験後に、結露雰囲気での耐食性試験を行った。
【００２３】
耐食性試験は、環境試験装置内にリニアガイドを入れて装置内を相対湿度９０％とし、３時間毎に温度を２０℃と７０℃に変えることを繰り返すことで、この環境試験装置内に結露を発生させた。そして、１２０時間経過した後のリニアガイドの表面を顕微鏡で観察して、全表面における錆発生面積の割合を測定し、対応するレイティングNo. （「ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１」参照）を調べた。これらの結果を下記の表２に示す。なお、トルクについては、No. ２−１の値を「１」とした相対値を示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
表２に示すように、合成樹脂層２の厚さが０．５μｍ以上であると錆レイティングNo. が９以上（錆発生面積率０．１０％以下）であったが、０．４μｍ以下であると８〜６（錆発生面積率０．１０を超え１．０％以下）であった。また、合成樹脂層２の厚さが１０．０μｍ以下であると、トルクが合成樹脂層２を設けていない場合の１．３０倍であったが、１３．０μｍ以上であると１．６０倍以上であった。
【００２６】
これらの結果から分かるように、フッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層の厚さを０．５μｍ以上１０．０μｍ以下とすることで、錆発生面積率を０．１０％以下としながら、トルクの増加量を３割程度以下に抑えることができる。すなわち、フッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層の厚さを０．５μｍ以上１０．０μｍ以下とすることで、防錆性能と摺動性能が両立できる。また、表２の結果より、フッ素樹脂を含有するエポキシ樹脂層の厚さ１．０μｍ以上３．５μｍ以下が特に好ましいことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の特徴を説明する図であって、金属粒子を含有する合成樹脂層で被覆されている軌道面部分を示す断面図である。
【図２】本発明の転がり支持装置の一実施形態に相当するリニアガイドを示す図である。
【図３】本発明の転がり支持装置の一実施形態に相当するボールねじを示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  軌道面の表層部
２  合成樹脂層
３  中間層
４  案内レール（第１部材）
４１  ボール転動溝（軌道面）
５  スライダ（第２部材）
５１  ボール転動溝（軌道面）
６  ボール（転動体）
７  ねじ軸（第１部材）
７１  ボール転動溝（軌道面）
８  ナット（第２部材）
８１  ボール転動溝（軌道面）
８２  シール部材
９  ボール（転動体）
１０  グリース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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