(57)【要約】【課題】外方部材及び内方部材の両転動溝の耐摩耗性、耐衝撃性及び耐食性を更に向上させて耐久性の大幅な改善を図る。【解決手段】外方部材の内径面及び内方部材の外径面の少なくとも一方に、カニゼン処理による無電解ニッケルめっき被膜、または外方部材及び内方部材を形成する母材よりもイオン化傾向が小さい金属のめっき被膜からなる下地層を形成し、その上に低温クロムめっき被膜を形成する。【選択図】図３
2018035822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内径面に転動溝を有する外方部材と、外径面に軌道溝を有する内方部材と、前記外方部材及び前記内方部材の両転動溝の間に転動自在に配置された複数の転動体とを備える転動装置において、
前記外方部材の前記内径面及び前記内方部材の前記外径面の少なくとも一方が、
無電解ニッケルめっき被膜、または前記外方部材及び前記内方部材を形成する母材よりもイオン化傾向が小さい金属のめっき被膜からなる下地層を介して、低温クロムめっき被膜を有することを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記低温クロムめっき被膜の、少なくとも前記軌道溝の表面粗さが１μｍＲａ以下であることを特徴とする請求項１記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ装置やリニアガイド装置、転がり軸受等の各種転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば図１及び図２（図１のＡＡ断面図）に示すように、ボールねじ装置１は、ねじ溝３ａがその外周に螺旋状に形成されたねじ軸３と、ねじ溝３ａと対向するねじ溝５がその内周に螺旋状に形成された円筒形状のナット７と、両ねじ溝３ａ，５により形成される空間に配置される多数のボール９とを主要構成部材としている。ナット７には、一端に図示しないテーブル等に固定するためのフランジ１１が形成されるとともに、外周面の一部（図２中の上方）に平面（切欠面）１３が切削加工されている。また、ナット７には、ボール９の循環経路として前後一対の鋼管製のチューブ１５が固着されており、両ねじ溝３ａ，５間を所定回数回転したボール９がこれらチューブ１５を介して循環する構造となっている。尚、図中、符号１７はナット７の平面１３上にチューブ１５を固定するためのチューブ押えを示し、符号１９はナット７の両端に取り付けられた防塵用のプラスチックシールを示している。また、ボール９同士の衝突防止のために、ボール９間にスペーサ２１を介在させる場合もある。
【０００３】
しかし、ボールねじ装置１では、振動等によりボール９とねじ溝３ａ，５とが接触してねじ溝３ａ，５の表面が損傷し、寿命が低下する大きな原因になっている。そこで、ねじ軸３の外径面やナット７の内径面に各種被膜を形成して耐摩耗性等を改善して耐久性を向上することも行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、摺動部分をカニゼン処理して無電解ニッケルめっき被膜で被覆した機械部品が記載されている。このカニゼン処理による無電解ニッケルめっき被膜は、衝撃強度が高く（高靱性である）、高い硬度を有し、摺動特性のような潤滑性に優れ、しかも高速で形成できるという利点を有するものの、耐摩耗性については十分とは言えない。
【０００５】
また、特許文献２では、電動アクチュエータのフレームの表面にレイデント処理やクロムめっき、カニゼンめっき等を施し、更にフレームの内壁面の転動溝やガイドブロックの転動溝にカニゼンめっきによる表面処理を施している。しかし、転動溝の表面はカニゼン処理による無電解ニッケルめっき被膜が形成されており、特許文献１と同様、耐摩耗性が十分とは言えない。
【０００６】
また、ボールねじ装置１は、各種薬品と接触する用途に使用され、耐食性が要求されることもあるが、ねじ軸３やナット７は一般的には鋼材製であり、腐食性が十分とは言えない。
【０００７】
尚、上記はボールねじ装置１に限ったことではなく、リニアガイド装置や転がり軸受等の各種転動装置にも同様のことがいえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０２７５１５号公報
【特許文献２】特開２０００−８８０７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ナット７のねじ溝５のような外方部材の軌道溝や、ねじ軸３のねじ溝３ａのような内方部材の軌道溝の耐摩耗性、耐衝撃性及び耐食性を更に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、下記の転動装置を提供する。
（１）内径面に転動溝を有する外方部材と、外径面に軌道溝を有する内方部材と、前記外方部材及び前記内方部材の両転動溝の間に転動自在に配置された複数の転動体とを備える転動装置において、
前記外方部材の前記内径面及び前記内方部材の前記外径面の少なくとも一方が、
無電解ニッケルめっき被膜、または前記外方部材及び前記内方部材を形成する母材よりもイオン化傾向が小さい金属のめっき被膜からなる下地層を介して、低温クロムめっき被膜を有することを特徴とする転動装置。
（２）前記低温クロムめっき被膜の、少なくとも前記軌道溝の表面粗さが１μｍＲａ以下であることを特徴とする上記（１）記載の転動装置。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、転動溝の耐摩耗性及び耐衝撃性、耐食性が向上し、転動装置の耐久性を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ボールねじ装置の一例を示す上面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】図２の部分Ｘの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。尚、本実施形態では、ボールねじ装置を例にして説明するが、リニアガイド装置や転がり軸受等の転動装置一般に応用することができる。
【００１４】
本発明において、ボールねじ装置の種類には制限はなく、図１、２に示したボールねじ装置１を始めとして、種々のボールねじ装置が対象になる。図３は図２の部分Ｘの拡大図であるが、本発明ではねじ軸３の外径面及びナット７の内径面の少なくとも一方、好ましくは両方に、無電解ニッケルめっき被膜、またはねじ軸３及びナット７を形成する母材よりもイオン化傾向が小さい金属のめっき被膜からなる下地層２０を介して、低温クロムめっき被膜３０を形成している。
【００１５】
下地層２０となるニッケルめっき被膜は耐衝撃性に優れており、ボールねじ装置においては、振動によるボール９との衝突に対する耐久性が高まる。また、ねじ軸３やナット７は一般にＳＣＭ材やＳＡＥ材等の鋼材製であり、鉄よりもニッケルはイオン化傾向が小さい金属であるため、無電解ニッケル被膜を形成しない場合よりも耐食性に優れるようになる。
【００１６】
また、下地層２０として、ねじ軸３やナット７を形成する母材よりもイオン化傾向が小さい金属のめっき被膜にしても、同様に耐食性の向上を図ることができる。中でも、比較的軟質であり、耐衝撃性も兼備することから、金属種としてスズや銅、銀、金等が好ましい。
【００１７】
一方、低温クロムめっき被膜３０は、耐摩耗性に優れるため、ボール９との接触による摩耗を抑制する。また、低温クロムめっき被膜３０は多孔質であり、変形しやすい性質がある。これに対し下地層２０である無電解ニッケルめっき被膜やイオン化傾向が小さい金属は変形しにくく、ボール９を介して荷重が負荷されるとクラックを発生しやすい。しかし、下地層２０の上に低温クロムめっき被膜３０があると、変形しやすい低温クロムめっき被膜３０が荷重を緩和して下地層２０のクラック発生を抑制する。このように、下地層２０と低温クロムめっき被膜３０とを積層することにより、膜全体としての耐久性が向上する。
【００１８】
これらの効果を十分に発現するために、下地層２０の膜厚を３〜１００μｍにすることが好ましい。下地層２０が３μｍよりも薄くなると耐食性及び耐摩耗性の向上効果が十分に得られない。
【００１９】
また、下地層２０や低温クロムめっき被膜３０が形成されたねじ軸３のねじ溝３ａやナット７のねじ溝５と、ボール９との間には隙間が形成され、荷重が加わるほど隙間が狭くなる。その際、荷重に抗して適切な隙間を形成するためには、下地層２０をある膜厚以上にすることが必要であり、上記のように３μｍ以上にする。但し、下地層２０が厚くなると膜厚の管理が難しくなるため、上記したように１００μｍ以下にすることが好ましい。
【００２０】
また、低温クロムめっき被膜３０の膜厚は０．１〜３μｍにすることが好ましく、０．５〜２μｍにすることがより好ましい。低温クロムめっき被膜３０が０．１μｍよりも薄いと耐摩耗性の向上効果が十分に得られず、３μｍより厚いと圧縮応力が低くなり、下地層２０への密着性が低くなる。
【００２１】
下地層２０となる無電解ニッケルめっき被膜は、Ｎｉ−Ｐの他、Ｎｉ−Ｂ、Ｎｉ−Ｐ−Ｂ等のように、他の元素を含んでいてもよい。また、無電解ニッケルめっき被膜は、一般的な無電解めっき法により形成することができるが、カニゼン処理により形成することが好ましい。
【００２２】
カニゼン処理の一例として、ニッケル塩に、還元剤としてリン化合物及びホウ素化合物を含むめっき浴を用いてＮｉ−Ｐ−Ｂ被膜を形成することができる。ニッケル塩としては、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、酢酸ニッケル、炭酸ニッケル等を用いることができる。リン化合物としては次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、次亜リン酸ニッケル等を用いることができ、ホウ素化合物としてはジメチルアミノホウ素、ジエチルアミノホウ素、水素化ホウ素ナトリウム等を用いることができる。めっき浴におけるニッケル塩、リン化合物及びホウ素化合物の比率は、得られる被膜の組成に応じて適宜調整することができる。また、各成分の濃度は、めっき浴の安定性や析出速度等を考慮して決めることができ、例えばニッケル塩濃度が１５〜３０ｇ／Ｌの範囲にすることが適当である。
【００２３】
また、めっき浴には、安定性やｐＨ緩衝作用を考慮して、酢酸やリンゴ酸、クエン酸等の有機酸やエチレンジアミン四酢酸等のキレート剤を添加することもできる。また、安定化剤として、微量の硝酸鉛や硝酸ビスマス、アンチモン塩、イオウ化合物等を添加することができる。更に、めっき浴は、安定性や析出速度等を考慮して、ｐＨを６〜７の範囲に調整することが好ましい。
【００２４】
そして、上記のめっき浴に、ねじ軸３やナット７を一定時間浸漬することで、ねじ軸３の外径面やナット７の内径面にめっき被膜を形成する。めっき浴の温度は、浴の安定性や析出速度等を考慮して決められるが、例えば６０〜９５℃、好ましくは７０〜９０℃にする。また、めっき浴への浸漬時間を調整することで、めっき被膜の膜厚を調整することができる。
【００２５】
尚、ねじ軸３の外径面やナット７の内径面に、めっき被膜との付着性を良好にするために、通常のめっき工程で行われる前処理を施すことが好ましい。前処理としては、例えば、溶剤又はアルカリ溶液を用いた脱脂、亜鉛置換処理、酸浸漬処理等を挙げることができる。
【００２６】
更に、めっき被膜を熱処理することにより膜硬度を高めることができる。熱処理条件は、めっき被膜に要求される硬度等に応じて決めることができるが、熱処理温度は１５０〜４００℃にすることができ、２００〜３５０℃の範囲がより好ましい。また、熱処理時間は、３０〜１２０分間が適当である。尚、熱処理の雰囲気は、空気、不活性ガス、還元性のガス等を用いることができ、作業性やコスト等を考慮して適宜選択することができる。
【００２７】
一方、低温クロムめっき被膜３０は、レイデント処理とも呼ばれる低温でのめっき処理により形成することができる。この低温クロムめっき処理では、クロム酸水溶液に適宜触媒成分を添加し、−５〜−１０℃の低温下において直流電解を行い、クロム微粒子群の多孔質黒色被膜を形成する方法である。電圧や処理時間は、膜厚等に応じて適宜調製することができ、例えば６Ｖ〜１２Ｖで、５分〜６０分行なうことが適当である。低温クロムめっき処理では、多孔質の被膜の一部が下地層２０の内部に拡散して拡散層（合金層）を形成し、優れた密着力を発揮して長期間に亘って耐摩耗性を維持できる。
【００２８】
このように、本発明によれば、下地層２０及び低温クロムめっき被膜３０により耐衝撃性、耐摩耗性及び耐食性に優れるようになり、ボールねじ装置１の耐久性を向上させることができる。
【００２９】
また、ボール９の転動性を考慮すると、低温クロムめっき被膜３０の表面粗さは小さいほど好ましく、少なくとも両ねじ溝３ａ、５の低温クロムめっき被膜３０の表面粗さを１μｍＲａ以下にすることが好ましく、０．８μｍＲａ以下にすることがより好ましい。このような表面粗さは、低温クロムめっき被膜３０を形成した後、機械的に研磨加工すればよい。尚、両ねじ溝３ａ、５を含めてねじ軸３の外径面の全面及びナット７の内径面の全面をこのような表面粗さにしてもよい。
【００３０】
更に、ねじ軸３やナット７（以下「母材」ともいう）はステンレス等の鉄基合金製であり、その上の下地層２０の形成材料であるニッケル合金や、母材よりもイオン化傾向の小さい金属との間の電位差が大きいため、母材と下地層２０との密着性が低くなるおそれがある。また、母材の表面状態によっては、あるいは下地層２０が薄い場合には、下地層２０が形成されずに母材の一部が露出することがあり、同様に母材と下地層２０との密着性が低下するおそれもある。そこで、ねじ軸３やナット７と下地層２０との間に、電気ニッケルめっき被膜（ストライクニッケルめっき）を介在させることが好ましい。
【００３１】
また、低温クロムめっき被膜３０の表面をフッ素樹脂でコーティングすることが好ましい。フッ素コーティング被膜が低温クロムめっき被膜３０の保護膜となり、またフッ素樹脂は潤滑性も備えることから、耐久性が向上する。更に、無電解ニッケルめっき被膜は母材の凹部を埋めることができない。低温クロムめっき被膜３０にはこの凹部を埋める効果や、これにより無電解ニッケルめっき被膜と低温クロムめっき被膜３０との密着性を高める効果が考えられる。そして、低温クロムめっき被膜３０の上にフッ素コーティング被膜が形成されると、フッ素コーティング被膜が重石として作用して無電解ニッケルめっき被膜と低温クロムめっき被膜３０とが密着するため、耐久性が更に高まる。尚、フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が好適である。
【実施例】
【００３２】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００３３】
（実施例１）
ＳＣＭ材製の上レース及び下レースと、ＳＵＪ材製のボールとを備えるスラスト玉軸受（呼び番号「５１３０５」）を用意した。そして、日本カニゼン（株）製Ｓ−７８０またはＳＫ−１００等を５倍に純水で希釈し、安定剤を微量添加し、次にジメチルアミノホウ素を適量加え、苛性ソーダでｐＨ６．２に調整し、液温を８０〜８２℃に加温しためっき浴を準備し、そこへ上レース及び下レースの各軌道面を浸漬した、このカニゼン処理により、上レース及び下レースの各軌道面に無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜を形成した。次いで、低温クロムめっき処理により、無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜の上に低温クロムめっき被膜を形成して試験体とした。尚、無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜の膜厚は１０μｍであり、低温クロムめっき被膜の膜厚は１μｍである。
【００３４】
（比較例１）
実施例１と同一の上レース及び下レースの各軌道面に、実施例１と同様の低温クロムめっき被膜のみ形成して試験体とした。尚、低温クロムめっき被膜の膜厚は、実施例１のクロムめっき被膜と同じにした。
【００３５】
（比較例２）
実施例１と同一の上レース及び下レースの各軌道面に、実施例１と同様の低温クロムめっき被膜を形成し、その上にフッ素コーティング被膜を形成して試験体とした。尚、低温クロムめっき被膜の膜厚は、実施例１のクロムめっき被膜と同じにした。
【００３６】
（比較例３）
実施例１と同一の上レース及び下レースの各軌道面に、実施例１と同様のカニゼン処理により無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜のみ形成して試験体とした。
【００３７】
（比較例４）
実施例１と同一の上レース及び下レースの各軌道面に、実施例１と同様のカニゼン処理により無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜を形成し、その上にカニボロンめっき処理によりホウ素被膜を形成して試験体とした。尚、無電解Ｎｉ−Ｐめっき膜厚は、実施例１の無電解Ｎｉ−Ｐめっき被膜と同じにした。
【００３８】
そして、各試験体ついて、下記に示す（１）耐食性試験、（２）高面圧試験を行った。結果を表１に示す。
【００３９】
（１）耐食性試験
ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１に基づき、塩化ナトリウム水溶液（濃度５±０．５％）に、試験体の上レースまたは下レースをそれぞれ１２０時間浸漬し、浸漬後、軌道面について目視により腐食の程度を確認した。評価は、腐食が見られないものを「○」、腐食がやや見られるものを「△」、腐食が見られるものを「×」と判断した。
【００４０】
（２）高面圧試験
試験体を用い、下記条件にて、軌道面に形成した各被膜のはく離状況を確認した。また、高面圧をかけているため、耐衝撃性も同時に評価することができる。評価は、はく離が切られないものを「○」、はく離がやや見られるものを「△」、はく離が見られるものを「×」とした。
＜試験条件＞
・試験体：スラスト玉軸受（呼び番号「５１３０５」）
・球数：３球
・回転数：１０００ｍｉｎ−１
・荷重：６２０ｋｇ（純アキシアル荷重）
・面圧：３．０ＧＰａ
・サイクル数（回転量×玉数）：１２００００ｒｅｖ．
・潤滑油：油（ＦＢＫ  Ｒ０６８）
・潤滑方式：油浴
【００４１】
【表１】
2018035822.tif 000003
【００４２】
表１に示すように、無電解ニッケルめっき被膜を下地層とし、その上に低温クロムめっき被膜を形成することにより、それぞれの単独被膜に比べて、耐食性、耐摩耗性及び耐衝撃性の全てにおいて優れることがわかる。
【００４３】
以上、本発明に関してボールねじ装置やスラスト玉軸受を例示して説明したが、例えばリニアガイド装置の案内軸（内方部材）の外径面やスライダ（外方部材）の内径面、転がり軸受の内輪（内方部材）の内輪軌道面や外輪（外方部材）の外輪軌道面に、上記したように、下地層２０を介してクロムめっき被膜３０を形成しても、同様の耐食性、耐摩耗性及び耐衝撃性が得られる。
【符号の説明】
【００４４】
１  ボールねじ装置
３  ねじ軸
３ａ、５  ねじ溝
７  ナット
９  ボール
２０  下地層
３０  クロムめっき被膜
【図１】
2018035822.tif 000004
【図２】
2018035822.tif 000005
【図３】
2018035822.tif 000006