(57)【要約】【課題】コストアップを抑制しつつ、転がり転送部材の下地との密着性を向上させてクラックや剥がれを抑制するとともに、防錆性を向上させる。【解決手段】レール１の両側面およびベアリング２の内側面にそれぞれ設けられた転動体転動溝３ａ、３ｂの表面に、鉄より卑な金属から構成される耐食性被膜４ａ、４ｂをショットピーニングにて形成する。【選択図】      図１
2008002533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体が転動する鋼製の転がり転送部材の表面に鉄より卑な金属被膜をショットピーニングして形成することを特徴とする転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項２】
転動体が転動する鋼製の転がり転送部材の表面に鉄より卑な金属と貴な金属との合金または混合粉末をショットピーニングして被膜を形成することを特徴とする転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項３】
転動体が転動する鋼製の転がり転送部材の表面にショットピーニングにて鉄より卑な金属からなる第一層目被膜を形成する工程と、
前記第一層目被膜上にショットピーニングにて鉄より貴な金属からなる第二層目被膜を形成する工程とを備えることを特徴とする転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項４】
前記鉄より卑な金属がＡｌ、Ｚｎ、Ｂｉのいずれか少なくとも１つを含み、前記鉄より貴な金属がＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｎのいずれか少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２または３記載の転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項５】
前記被膜全体の厚さが０．１以上８μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項６】
前記被膜全体の厚さが０．５以上６μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項７】
前記被膜全体の厚さが０．５以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項８】
前記転がり転送部材のディンプルの深さが０．１以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項記載の転がり転送部材の表面処理方法。
【請求項９】
前記転がり転送部材に形成された被膜の最表面の粗さが０．０１以上０．５μｍＲ以下であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項記載の転がり転送部材の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり転送部材の表面処理方法に関し、転がり転送部材と転動体とを含む各種転動装置、例えば、ボールベアリング、ローラベアリング、ボールねじ装置、リニアガイド装置、ボールスプライン、リニアボールベアリングなどにおける転がり転送部材の表面処理方法に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
通常では、防錆性や耐食性を軸受に持たせるために、内外輪にステンレス材を用いることが多い。また、特許文献１、２には、軸受鋼の表面にメッキ処理を施すことにより、防錆性や耐食性を軸受に持たせる方法が開示されている。ここで、メッキの種類としては、硬質クロムメッキ、無電界ニッケルメッキ、黒色クロム系メッキ（レイデント処理）などが挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−１３９０５２号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７４７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、これらの一般的なメッキは、硬質である上、下地との密着性が比較的弱いため、面圧を負荷されながら転動体が転送面を転動すると、クラックや部分的な剥がれが発生し、そこを起点として錆が発生することから、防錆性に劣るという問題があった。また、内外輪にステンレス材を用いることは、コストアップを招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、コストアップを抑制しつつ、下地との密着性を向上させてクラックや剥がれを抑制するとともに、防錆性を向上させることが可能な転がり転送部材の表面処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、転動体が転動する鋼製の転がり転送部材の表面に鉄より卑な金属被膜をショットピーニングして形成することを特徴とする。
これにより、ショットピーニングという簡易な方法にて耐食性被膜を軸受鋼の表面に形成することが可能となるとともに、母材内部に被膜を拡散させることができ、被膜を軸受鋼の表面に強固に付着させることができる。このため、高価なステンレス鋼を母材として使用したり、メッキ処理を軸受鋼の表面に施したりする必要がなくなり、コストアップを抑制しつつ、防錆性および耐食性を母材に持たせることが可能となるとともに、軟質な材料にて転がり転送部材の表面に被膜を形成することができ、転がり転送部材にかかる面圧を被膜にて吸収させることを可能として、クラックや剥がれを抑制することができる。
【０００５】
また、請求項２記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、転動体が転動する鋼製の転がり転送部材の表面に鉄より卑な金属と貴な金属との合金または混合粉末をショットピーニングして被膜を形成することを特徴とする。
これにより、鉄よりも錆びにくい金属で母材を保護することが可能となり、母材に錆が発生するのを防止することが可能となるとともに、被膜に損傷や傷があるために母材が露出した場合においても、犠牲防食にて母材を錆から保護することが可能となり、水や水蒸気に曝される環境下においても、錆から母材を有効に保護することが可能となる。
【０００６】
また、請求項３記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、転動体が転動する鋼製の転がり転送部材の表面にショットピーニングにて鉄より卑な金属からなる第一層目被膜を形成する工程と、前記第一層目被膜上にショットピーニングにて鉄より貴な金属からなる第二層目被膜を形成する工程とを備えることを特徴とする。
これにより、鉄よりも錆びにくい金属で母材を保護することが可能となり、母材に錆が発生するのを防止することが可能となるとともに、第二層目被膜が損傷した場合においても、第一層目被膜を母材よりも優先的に酸化させて、母材に錆が発生するのを防止することが可能となり、錆から母材を有効に保護することが可能となる。
【０００７】
また、鉄より卑な金属を第一層目とし、鉄より貴な金属を第二層目とすることにより、鉄より卑な金属が腐食性環境下に曝される部分を第二層目被膜の損傷部分に限定することができ、第二層目被膜が損傷した場合においても、犠牲防食による第一層目被膜の酸化の進行を遅らせることが可能となることから、第一層目被膜が消失するのを遅らせることができ、転がり転送部材の表面処理方法の耐久性を向上させることができる。
【０００８】
また、請求項４記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、前記鉄より卑な金属がＡｌ、Ｚｎ、Ｂｉのいずれか少なくとも１つを含み、前記鉄より貴な金属がＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｎのいずれか少なくとも１つを含むことを特徴とする。
これにより、鉄よりも錆びにくい金属で母材を保護することが可能となり、母材に錆が発生するのを防止することが可能となるとともに、被膜に損傷や傷があるために母材が露出した場合においても、犠牲防食にて母材を錆から保護することが可能となり、転がり転送部材の表面処理方法の耐久性を向上させることができる。
【０００９】
また、請求項５記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、前記被膜全体の厚さが０．１以上８μｍ以下であることを特徴とする。
これにより、防錆効果が飽和しない範囲内で十分かつ持続的な防錆効果を得ることが可能となり、コスト増を抑制しつつ、転がり転送部材の表面処理方法の耐久性を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項６記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、前記被膜全体の厚さが０．５以上６μｍ以下であることを特徴とする。
これにより、被膜の剥離を抑制しつつ、十分かつ持続的な防錆効果を得ることが可能となる。
また、請求項７記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、前記被膜全体の厚さが０．５以上５μｍ以下であることを特徴とする。
これにより、十分かつ持続的な防錆効果を得ることが可能となるとともに、被膜処理後に隙間を調整するために後加工する必要がなくなり、低コスト化を図ることができる。
【００１１】
また、請求項８記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、前記転がり転送部材のディンプルの深さが０．１以上５μｍ以下であることを特徴とする。
これにより、転がり転送部材に形成された被膜の密着性を向上させることができ、転がり転送部材の表面処理方法の耐久性を向上させることができる。
また、請求項９記載の転がり転送部材の表面処理方法によれば、前記転がり転送部材に形成された被膜の最表面の粗さが０．０１以上０．５μｍＲ以下であることを特徴とする。
これにより、転がり転送部材に形成された被膜の密着性を向上させることができ、転がり転送部材の表面処理方法の耐久性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、コストアップを抑制しつつ、防錆性および耐食性を母材に持たせることが可能となるとともに、軟質な材料にて転がり転送部材の表面に被膜を形成することができ、転がり転送部材にかかる面圧を被膜にて吸収させることを可能として、クラックや剥がれを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態に係る転がり転送部材の表面処理方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る転がり転送部材の表面処理方法の概略構成を示すブロック図である。
図１において、直動案内装置には、長尺のレール１と、断面がコ字状のベアリング２が設けられ、ベアリング２は、レール１の上面に跨るようにしてレール１上をスライド可能に嵌め合わされている。ここで、レール１の両側面およびベアリング２の内側面には、互いに対向配置された転動体転動溝３ａ、３ｂがそれぞれ形成され、これらの転動体転動溝３ａ、３ｂにて構成される転動体走行通路には転動自在に走行可能な転動体（ボール）３が配置されている。
【００１４】
また、ベアリング２内には、転動体転動溝３ａ、３ｂに並行配置された循環穴５が設けられるとともに、ベアリング２の両端面には、エンドキャップが設けられている。そして、エンドキャップには、転動体転動溝３ａ、３ｂからなる転動体走行通路と循環穴５を連通させ、転動体３の無限循環路を構成するリターンガイドが形成されている。
【００１５】
そして、転動体転動溝３ａ、３ｂの表面には、ショットピーニングにて耐食性被膜４ａ、４ｂがそれぞれ形成されている。なお、耐食性皮膜４ａ、４ｂとしては、鉄より卑な金属被膜であってもよいし、鉄より卑な金属と貴な金属とが配合された合金被膜であってもよい。あるいは、鉄より卑な金属からなる第一層目被膜と鉄より貴な金属からなる第二層目被膜からなる２層構造であってもよい。また、鉄より卑な金属としてはＡｌ、Ｚｎ、Ｂｉのいずれか少なくとも１つを含み、鉄より貴な金属としてはＮｉ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｓｎのいずれか少なくとも１つを含むことができる。
【００１６】
これにより、ショットピーニングという簡易な方法にて耐食性被膜４ａ、４ｂを軸受鋼の表面に形成することが可能となるとともに、母材内部に被膜を拡散させることができ、被膜を軸受鋼の表面に強固に付着させることができる。このため、高価なステンレス鋼を母材として使用したり、メッキ処理を軸受鋼の表面に施したりする必要がなくなり、コストアップを抑制しつつ、防錆性および耐食性を母材に持たせることが可能となるとともに、軟質な材料にてレール１およびベアリング２のレース面に被膜を形成することができ、レール１およびベアリング２のレース面にかかる面圧を被膜にて吸収させることを可能として、クラックや剥がれを抑制することができる。
【００１７】
また、鉄より卑な金属を介して鉄より貴な金属にて母材の表面を覆うことにより、鉄よりも錆びにくい金属で母材を保護することが可能となり、母材に錆が発生するのを防止することが可能となるとともに、被膜に損傷や傷があるために母材が露出した場合においても、犠牲防食にて母材を錆から保護することが可能となり、水や水蒸気に曝される環境下においても、錆から母材を有効に保護することが可能となる。
【００１８】
なお、耐食性皮膜４ａ、４ｂは、レール１およびベアリング２のレース面に施してもよいが、レール１およびベアリング２の表面全体に形成してもよい。また、所定の仕上げ加工面にショットピーニング処理を施すようにしてもよいし、ショットピーニング処理後に研磨加工やバニシング加工を行ってもよい。
また、耐食性被膜４ａ、４ｂの膜厚は、転動体転動溝３ａ、３ｂと転動体３から形成される隙間に影響がないように、０．１以上８μｍ以下に設定することが好ましく、さらに好ましくは０．５以上６μｍ以下であるのがよく、最も好ましくは０．５以上５μｍ以下であるのがよい。また、耐食性被膜４ａ、４ｂの最表面の粗さは０．０１以上０．５μｍＲ以下であるのが好ましい。
【００１９】
また、レール１およびベアリング２のレース面には、被膜を形成する前の前処理としてディンプルを形成するようにしてもよい。ここで、母材のディンプルの深さは０．１以上５μｍ以下であることが好ましい。
被膜形成の具体的な方法として、例えば、幅２５ｍｍ、長さ４００ｍｍのレール１を対象として、ショットブラスト装置を用い、投射材としてＪＩＳＲ６００１による平均粒径４５μｍのＺｎ粉末もしくはＳｎ粉末を噴射圧力２．０〜９．０ｋｇ／ｃｍ2、噴射時間１０〜２０ｍｉｎの条件で母材の表面に投射した。
【００２０】
なお、実施例としては、Ｚｎ粉末やＳｎ粉末をそれぞれ単独でショットピーニングして被膜を形成したもの（実施例１、２）、Ｓｎ粉末をショットピーニングしてからＺｎ粉末をショットピーニングして被膜を形成したもの（実施例３）、Ｚｎ粉末をショットピーニングしてからＳｎ粉末をショットピーニングして被膜を形成したもの（実施例４）、Ｚｎ粉末とＳｎ粉末とを同量混合した混合粉をショットピーニングして被膜を形成したもの（実施例５）を用意した。また、比較例としては、膜厚２μｍの低温電解クロムメッキを施したもの（レイデント処理）を用意した。
【００２１】
そして、Ｚｎ粉末とＳｎ粉末とを複合的にショットピーニングして得られた被膜の性状については、電子顕微鏡にて被膜の断面を観察することにより、ＺｎとＳｎとの合金層が主として部分的にＺｎリッチな層やＳｎリッチな層からなることを確認した。
なお、被膜の厚さを測定する方法としては、例えば、マイクロメータにて処理前後の径を測定する方法、あるいは断面を電子顕微鏡で測定する方法を用いることができる。
【００２２】
また、被膜の厚さを測定する方法として、以下の方法を用いるようにしてもよい。まず、被膜の保護を目的として、被膜を備えた転動体の転動面に、熱硬化性樹脂であるポリアミドイミドのピロリドン溶液を塗布し、１７５℃で２時間加熱して硬化させ、被膜の保護膜を形成する。この転動体を切断してエポキシ樹脂に埋め込み、転動体の切断面をバフ研磨で鏡面仕上げする。さらに、凹凸を付けるために、３％ピクラール溶液で５秒間腐食した後、スパッタによりナノオーダーのクロム層を表面に被覆して通電性を付与する。そして、電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、切断面を５０００倍の倍率で３０視野観察する。
【００２３】
また、電子顕微鏡による観察では、反射電子線像で膜厚が明瞭に観察できるようにするために、各視野において、横方向に被覆面が横断されるように観察し、縦方向に６分割し、被膜の厚さを５点測定し、これら５点の平均値を求め、この平均値をその視野の被膜の厚さとする。そして、３０視野の被膜の厚さの平均値を求めることができる。
続いて、このようにして得られたレール１を転動体３やナットとともに組み込み、グリース潤滑下において面圧１ＧＰａの条件で６０往復させる慣らし運転を行った。そして、慣らし運転を行ったレール１について、ＪＩＳＺ２３７１に準拠した塩水噴霧試験によって耐食性を評価した。
そして、各サンプルについての表面に点錆が生じるまでの時間を、レイデント処理を施したものに錆が発生するまでの時間を１とした場合の時間比で評価した。
【００２４】
図２は、本発明の一実施例に係る転がり転送部材の錆試験結果を比較例とともに示すグラフである。
図２において、レイデント処理を施したものでは、短時間で部分的に素地からの赤錆が見られたのに対し、Ｚｎ単体のショットピーニング処理でも防錆性の改善効果が見られた。さらに、ＺｎとＳｎを複合的にショットピーニング処理することにより、より一層の防錆性の改善効果が見られた。
なお、本発明は、直動案内装置に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができ、例えば、転がり軸受、ボールベアリング、ローラベアリング、ボールねじ装置、ボールスプライン、リニアボールベアリングなどに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る転がり転送部材の概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る転がり軸受の錆試験結果を比較例とともに示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  レール
２  ベアリング
３  転動体
３ａ、３ｂ  転動体転動溝
４ａ、４ｂ  耐食性被膜
５  循環穴
【図１】
2008002533.tif 000003
【図２】
2008002533.tif 000004