(57)【要約】【課題】軸の焼付けなどの防止が低コストで良好に行えるようにする。【解決手段】鋼材で構成される対象となる軸１０の外周面に、別の軸２０の外周面を所定の圧力をかけて当接させた状態で、両軸の当接面に潤滑剤９を供給しながら、それぞれの軸１０，２０を異なる回転数で回転させて、その回転ですべり摩擦を与えて温度を上昇させる処理を所定時間継続して行うことで、対象となる軸１０の外周面に、所定膜厚の酸化膜１１を形成した。この外周面の酸化膜１１を、軸部材の保護膜として利用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材で構成される対象となる軸の外周面に、別の軸の外周面を所定の圧力をかけて当接させた状態で、
両軸の当接面に潤滑剤を供給しながら、それぞれの軸を異なる回転数で回転させて、その回転ですべり摩擦を与えて温度を上昇させる処理を所定時間継続して行うことで、前記対象となる軸の外周面に、所定膜厚の酸化膜を形成したことを特徴とする
酸化膜付軸製造方法。
【請求項２】
鋼材で構成される軸の外周面に酸化膜を有する酸化膜付軸において、
前記酸化膜として、前記軸の外周面に、別の軸の外周面を所定の圧力をかけて当接させた状態で、両軸の当接面に潤滑剤を供給しながら、それぞれの軸を異なる回転数で回転させて、その回転ですべり摩擦を与えて温度を上昇させる処理を所定時間継続して行うことで形成した酸化膜であることを特徴とする
酸化膜付軸。
【請求項３】
請求項２記載の酸化膜付軸において、
前記酸化膜を有する軸を、軸受けにより保持される軸に適用したことを特徴とする
酸化膜付軸。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば軸受けにより保持される軸に適用して好適な酸化膜付軸製造方法、及びその製造方法で製造された酸化膜付軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、様々な機械に組み込まれている作動軸（回転運動用の軸又は往復運動用の軸）は、機械仕上げ加工のままで使用されている。これらの作動軸は、軸受けにより保持される構成としてある。また、軸受け部の蓋をするように、シールを配置した構成としてある。
軸と軸受けとが接触する部分では、軸と軸受けとのころがり接触、シールとのすべり接触によって、焼き付きの損傷が発生し、機械の故障の原因となっている。
【０００３】
この焼き付きの損傷を防ぐために、軸受け部と軸とが接触する部分には潤滑剤を供給するようにしたものがある。この場合、潤滑剤は、ポンプ・モータを使って供給する構成としてある。潤滑剤を供給するモータは、作動軸を回転させるモータと兼用させる構成が一般的である。
特許文献１には、ポンプを使用して潤滑剤を供給する軸受けについての開示がある。
【特許文献１】特開２００５−３５１３６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、作動軸を回転させるモータと、潤滑剤を供給するモータとを兼用させた構成の場合、モータのスイッチをオンとして起動させた直後の数秒間は、軸が回転しても、潤滑剤の供給が遅れてしまう問題がある。このため、軸が回転し始めたときに、潤滑剤の供給が遅れて、軸と軸受けとの損傷を招くことが多々ある。この問題は、軸の停止時にも同様に発生する。
【０００５】
このような軸の焼付けの問題を解決するために、近年では、重要な機械部品の摩擦面に、高価な表面改質膜を設ける場合がある。表面改質膜としては、セラミックのスパッタリング材、熱拡散材などが使用される。このような表面改質膜を軸部材などの摩擦面に設けるためには、特殊なスパッタリング装置や熱拡散装置が必要であり、さらに、これらの装置を操作して適正な表面改質膜を製作する技術が必要である。
【０００６】
しかしながら、これらの表面改質膜は、軸部材を構成する母材の上に別の部材を付着させて形成させたものであり、母材とは全くの異種材料であるため、表面改質膜が容易に剥離することが多く、取り扱い上問題が多かった。
【０００７】
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、軸の焼付けなどの防止が低コストで良好に行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、鋼材で構成される対象となる軸の外周面に、別の軸の外周面を所定の圧力をかけて当接させた状態で、両軸の当接面に潤滑剤を供給しながら、それぞれの軸を異なる回転数で回転させて、その回転ですべり摩擦を与えて温度を上昇させる処理を所定時間継続して行うことで、対象となる軸の外周面に、所定膜厚の酸化膜を形成したものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によると、対象となる軸の表面にすべり摩擦を与えて温度を上昇させる処理を所定時間継続して行うだけで、軸の表面に比較的膜厚が厚い酸化膜が形成される。このようにして比較的膜厚が厚い酸化膜が形成されることで、その酸化膜が軸の保護膜となり、軸受けとの凝着力を低下させ、磨耗や焼付きの損傷を防止する。
本発明による酸化膜を有する軸は、母材の表面が酸素と反応してできた膜であるため、膜と母材との密着力が大きく、簡単には剥離せず、保護膜として良好に機能するようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
本実施の形態においては、軸受けとして使用する軸部材の表面に保護膜を設けるようにしたものである。本例では保護膜として、酸化膜を設けるようにした。
図１及び図２は、その保護膜としての酸化膜を形成させる製造工程を示した図である。
【００１１】
酸化膜の形成処理について説明すると、図１及び図２に示すように、対象となる軸として、第１の軸部材１０を用意する。この軸部材１０は、鋼材である。
その第１の軸部材１０の円筒表面を、第２の軸部材２０の円筒表面と当接させる。このとき、当接面は、ある程度の圧力で接するように、第１の軸部材１０側から所定の圧力Ｐ１で押し当てると共に、第２の軸部材２０側から所定の圧力Ｐ２で押し当てる。圧力Ｐ１，Ｐ２については、規定された一定の圧力が連続して加わるように、適正に管理する必要がある。図１，図２では、２つの軸部材１０，２０は異なる径として示してあるが、同じ径の軸部材を使用してもよい。
【００１２】
この状態で、第１の軸部材１０を第１の回転数Ｎ１で回転させ、第２の軸部材２０を、回転数Ｎ１とは別の第２の回転数Ｎ２で回転させる。ここではそれぞれの回転方向も逆方向としてある。回転数としては、第１の回転数Ｎ１を例えば毎分１０００回転とし、第２の回転数Ｎ２を例えば毎分８００回転〜９００回転とする。
この図１及び図２に示す状態で回転させる際には、図１に示すように、２つの軸部材１０，２０が当接する面に、少量の潤滑剤９を供給する。潤滑剤９としては、例えばパラフィン油などの潤滑油を使用する。
【００１３】
この第１の軸部材１０と第２の軸部材２０との回転数Ｎ１，Ｎ２での回転を、決められた時間連続して行う。例えば、少なくとも１０分程度以上の、比較的長い時間連続して行う。
【００１４】
このようにして連続して異なる回転速度で２つの軸部材１０，２０を回転させることで、両軸１０，２０の円筒表面にすべり摩擦を与えることになり、表面の温度が上昇する。例えば、１００℃から１４０℃程度に上昇する。このすべり摩擦による温度上昇があることで、軸部材１０の円筒表面には、酸化膜１１が形成されるようになる。上述したように少なくとも１０分程度以上の比較的長い時間連続してその処理を行うことで、形成される酸化膜の膜厚を比較的厚くすることができる。例えば、０．１μｍ以上の膜厚の酸化膜を形成させることが可能となる。
【００１５】
このようにして第１の軸部材１０の円筒面に形成された酸化膜１１は、例えば断面を拡大して摸式的に示すと、図３のようになる。
即ち、表面の酸化膜１１の下は、加工変質層１２となり、その下が金属素地１３となる。金属素地１３は、本例の場合には鋼材である。
このような状態で形成された酸化膜１１は、母材である金属素地１３が酸素と反応して出来た膜であり、酸化膜１１と金属素地１３とは密着状態となっており、酸化膜１１が剥離することはない。また、加工変質層１２と酸化膜１１は非常に硬い層である。例えば、この種の軸部材１０として使用される機械構造用炭素鋼のビッカーズ硬さは２００程度であるのに対して、酸化膜１１のビッカーズ硬さは３００程度である。
【００１６】
このようにして酸化膜１１が生成された第１の軸部材１０を、回転運動又は往復運動用の作動軸として使用することで、軸部材１０の焼付けなどの問題を解決することができる。
図４は、軸部材１０の配置例を断面で示した図である。
図４の例では、軸部材１０の一端と他端とを、それぞれ軸受け３１，３２で保持する構成としてあり、さらに、軸受け３１側の端部をシール３３で蓋をしてあり、軸受け３２側の端部をシール３４で蓋をしてある。軸部材１０の中間には、回転部材３５が取り付けて有り、図示しないモータにより回転駆動される。
【００１７】
この図４に示す構成とした場合に、本例の酸化膜１１を有する軸部材１０を使用することで、軸と軸受けとの摩擦によるエネルギー損失を大幅に抑えることが可能となる。即ち、軸受け３１及び３２の軸受け面３１ａ，３２ａは、酸化膜１１と接するようになるが、酸化膜１１が潤滑剤の役割をして、摩擦係数が低下し、摩擦によるエネルギー損失を抑えることができる。
このように摩擦係数が低下することで、軸部材１０そのものが磨耗することを防止できると共に、焼付きの防止を効果的に行うことができる。従って、例えば作動軸を回転させるモータを使用して、軸受け部に潤滑剤を供給する構成としてある場合でも、始動直後や停止時の潤滑剤不足による損傷を効果的に防止することができる。
また、酸化膜１１は軸部材１０の母材と密着した膜であるため、簡単には剥離することがなく、に対して密着した膜であり、耐久性についても優れたものとなる。従って、従来の表面改質膜を設ける場合に比べて、非常に特性が優れたものが得られる。しかも、図１、図２に示したように比較的簡単な処理で製造することができ、低コストで製作が可能である。例えば、セラミックのスパッタリング材を使用する場合に比べて、本例の場合には約１／１０のコストで表面の膜を生成可能である。
【００１８】
なお、軸部材１０に形成させる酸化膜の膜厚については、製作時の押し付け圧力Ｐ１，Ｐ２（即ち接触面圧）と、すべり率（即ち回転数の差）と、潤滑剤（潤滑油）の種類と供給量、摩擦時間などの各因子を的確に制御する必要がある。
また、図１、図２の例では、軸の円筒外周面に酸化膜を形成させるようにしたが、軸の端面にも、同様のすべり摩擦を与えて酸化膜を形成させるようにしてもよい。
【００１９】
本発明により製作された軸部材の具体的な適用例については、ここまで特に説明しなかったが、軸受けで保持（支持）される各種軸部材に適用可能である。例えば、以下の各軸に適用可能である。
１）船舶の船尾管軸受けと組み合わされるプロペラ軸
２）船舶の船尾管シールと組み合わされるプロペラ軸スリーブ
３）研削盤のすべり軸受けと組み合わされる主軸
４）コンプレッサ用主軸受けと組み合わされる主軸
５）自動車用変速機のすべり軸受と組み合わされる駆動軸
６）自動車用クランク主軸受けと組み合わされるクランク軸
これらの軸に適用することで、焼付けなどを防止することができると共に、摩擦係数を低下させることができ、エネルギー損失を抑えることができるという、非常に大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態による酸化膜の形成処理例を示す説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態による酸化膜の形成処理例を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施の形態による酸化膜の形成状態の例を示す断面拡大図である。
【図４】本発明の一実施の形態による軸受けへの軸の配置例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２１】
９…潤滑油、１０…第１の軸部材、１１…酸化膜、１２…加工変質層、１３…金属素地、２０…第２の軸部材、３１，３２…軸受け、３３，３４…シール、３５…回転部材
【図１】
2008255376.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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