(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する軸部材と、該軸部材の軸部が摺動可能なすべり面を有するすべり軸受部材とからなる軸受装置において、前記軸部材は、磁性を有する軸部の表面にマグネタイトないしはマグヘマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材であり、該軸部材を製造する製造方法は、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を、有機溶媒に分散させて分散液を作成し、該有機鉄化合物の分散液に、軸部材の集まりにおける各々の軸部材の軸部を浸漬し、該軸部の表面に前記有機鉄化合物の分散液を接触させ、この後、前記分散液を昇温して前記有機溶媒を気化させ、前記有機鉄化合物を前記軸部材の軸部に吸着させ、さらに、前記軸部材の集まりを大気中で熱処理し、前記有機鉄化合物の熱分解で酸化鉄ＦｅＯを前記軸部の表面に析出させ、さらに昇温して、前記酸化鉄ＦｅＯをマグネタイトないしはマグへマイトに酸化する、これによって、前記軸部材の集まりにおける各々の軸部材の軸部の表面に、マグネタイトないしはマグへマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材の集まりが製造されることを特徴とする軸部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載した熱分解で酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物が、鉄イオンが酸素イオンと配位結合する有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を請求項１における熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物として用い、請求項１に記載した方法に準拠して軸部材の集まりを製造することを特徴とする、請求項１に記載した軸部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載した鉄イオンが酸素イオンと配位結合する有機鉄化合物が、酢酸鉄、安息香酸鉄、カプリル酸鉄、ナフテン酸鉄のうちのいずれかのカルボン酸鉄化合物ないしはアセチルアセトン鉄の有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を請求項２における有機鉄化合物として用い、請求項２に記載した方法に準拠して軸部材の集まりを製造することを特徴とする、請求項２に記載した軸部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転する軸部材と、該軸部材の軸部が摺動可能なすべり面を有するすべり軸受部材とからなる軸受装置における軸部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転部を有する産業用機器は、回転する軸部材と、該軸部材の回転と荷重とを支持する軸受部材とからなる軸受装置を有する。軸受部材は、動作期間の長きにわたって軸部材の回転と荷重とを支持する部位が、１．耐久性に優れること、２．焼付きや凝着が起こらないこと、３．摩擦熱が少ないこと、４．摩擦音が小さいこと、などが求められる。
この軸受部材は、転がり軸受とすべり軸受とに大別される。転がり軸受は、ボールベアリングの転がりによる玉軸受と、円筒コロ、円錐コロなどの転がりによるコロ軸受とに大別される。転がり軸受では、転動体と呼ばれる転がる部品が軸部材の回転と荷重とを支持する。この転動体は、内輪と外輪との間に挟み込まれ、保持器によって転動体が保持される構造を有するため、すべり軸受より大型でかつ高価である。また、軸部材の高速回転時には、転動体の慣性力が増大して転動体の保持器に過大の負荷を加える。あるいは、静荷重下でも転動体の軌道面には繰り返し応力が印加される。このため、流体潤滑を利用したすべり軸受に比べると寿命は短い。さらに、転動体の転がりによって、静粛性はすべり軸受より劣る。
【０００３】
いっぽう、すべり軸受は、すべり面に存在する潤滑油の油膜で軸部材の回転と荷重とを受ける。すべり面に潤滑油を供給する潤滑装置ないしは潤滑機構を設けた動圧・静圧軸受に比べ、すべり面に潤滑油を供給する潤滑装置ないしは潤滑機構を省いた含油軸受は小型で安価なため、動圧・静圧軸受に比べより多くの産業機械に用いられている。
含油軸受は、焼結体からなる多孔質材料に潤滑油を真空含浸する。真空含浸された潤滑油は、摺接面の摩擦熱で体積膨張し、自らがすべり面に潤滑油を供給する自己給油性を有する。すべり面に滲みでた潤滑油は、すべり面で油膜を形成する。この油膜の存在によって軸部材との焼付きや凝着を防ぐ。そして、軸部材が回転することで、レイノズルの式に基づいて油膜に圧力分布が形成される。油膜の陽圧部では、すべり面に存在する気孔から軸受部材内に潤滑油が入り込み、反対に油膜の負圧部では、軸受部材の気孔から摺接面に潤滑油が吐き出される。こうして、すべり面で形成される油膜の圧力分布によって、すべり面の気孔を介して、すべり面において潤滑油の自己循環が行われる。また、油膜の陽圧部が軸部材を押し上げ、軸部材が油膜によって支えられる。
しかし、含油軸受は、焼結体に設ける内部気孔の体積は３０％余りに制限され、内部気孔に含浸できる潤滑油の量に限りがある。この気孔は、焼結体の内部に潤滑油を真空含浸できる構造と、すべり面における潤滑油の自己循環が行われる構造とを兼備するため、焼結体の表面の気孔がすべり面の気孔と連通した構造であるため、通気性を有する。この通気性を有する気孔によって、含油軸受が使用できる負荷の領域に制約がある。また、含浸された潤滑油の性質、例えば粘性および粘性の温度依存性、蒸気圧および蒸気圧の温度依存性、熱分解による潤滑性の劣化などが、すべり軸受の性質として直接反映される。
【０００４】
ここで、含油軸受が適応できる負荷の領域を説明する。すべり面が軸部材から受ける負荷は、軸受面圧Ｐと軸部材の滑り速度Ｖとによって表わされる。軸受面圧Ｐは、家電製品における面圧０．０２ＭＰａから自動車部品における８ＭＰａに及ぶ。また、滑り速度Ｖは音響・情報機器における１ｍ／分から掃除機や電動工具における５００ｍ／分に及ぶ。このように、軸受部材が軸部材から受ける負荷は、軸部材の回転力と回転速度とに応じて広範囲に及ぶ。
しかし、すべり面に存在する通気性の気孔によってすべり面の油圧が逃げ、含油軸受が適応できる軸受面圧は１ＭＰａまでであるとされている。さらに高速回転においては、通気性の気孔によってすべり面に供給される潤滑油が過小になり、含油軸受で適応できる軸部材の滑り速度は３００ｍ／分が限度であるとされている。また、自動車に搭載された軸受装置の中には、−４０℃における始動性と、すべり面の最高温度２５０℃における連続動作とが求められる軸受装置がある。低温の始動時には、含浸油がすべり面に滲み出にくいため、すべり面の焼付きや凝着が起こりやすくなる。また、低温の始動時には潤滑油の粘性が大きいため摩擦力が過大となり、軸部材の回転力を低減させる。反対に、高温の連続動作では、含浸油がすべり面に滲み出やすくなり、また、潤滑油の蒸気圧が高まり、含浸油が枯渇し易くなる。あるいは、すべり面における潤滑油の熱分解が進行し、潤滑油の潤滑性が損なわれる。このように、含油軸受が適応できる領域には制約がある。
【０００５】
次に、すべり面における潤滑油の摩擦係数から、含油軸受が適応できる領域の限界を説明する。気孔から滲み出た潤滑油がすべり面で理想的な流体潤滑を行う場合は、摩擦係数は、動作温度における潤滑油の粘性と、軸部材の回転数Ｎと、軸部材の軸径との積を、軸受面圧Ｐと摺接面のクリアランスとの積で割った値になる。
含油軸受では、軸部材の回転速度Ｎが低下し軸受面圧Ｐが増大すると、動作時の摩擦係数は理想的な摩擦係数から外れて増大する。つまり、低速回転時に軸受面圧Ｐが増大すると、気孔の通気性によって軸受面圧Ｐがリークし易くなり、すべり面に油膜が存在しなくなり、部分的に軸部材と軸受部材とが直接接触する境界潤滑の摩擦が支配的になり、軸受部材のすべり面における焼付や凝着が起こり易くなる。
この境界潤滑が起こる摩擦係数を、より小さな摩擦係数の領域まで拡大する、つまり、流体潤滑の領域を拡大するため、焼結金属に固体潤滑剤である二硫化モリブデンＭｏＳ２や黒鉛を添加することによる事例（例えば、特許文献１―４を参照）があるが、流体潤滑の領域が多少広がる効果はあるが、すべり面の気孔の通気性によって流体潤滑が広がる領域に限界がある。
また、潤滑油をすべり面に吸着しやすい性質とし、この吸着活性が高い無極性潤滑油と吸着活性が高い軸受材料とを組み合わせる事例（例えば、非特許文献１および２を参照）があるが、この事例においても、流体潤滑の領域が多少広がる効果はあるが、すべり面の気孔の通気性によって流体潤滑が広がる領域に限界がある。
【０００６】
以上に説明した含油軸受の課題を整理すると以下のようになる。第一に、過大な軸荷重を受けて軸受面圧が増大すると、軸受面圧がすべり面の気孔からリークしてすべり面が境界潤滑に至る。従って、軸部材の回転力が大きい用途では寿命が短い。第二に、軸部材の高速回転時では、すべり面に潤滑油を引き出す力が強くなり、潤滑油が枯渇し易くなる。従って、高速回転の頻度が高い用途では寿命が短い。第三に、軸部材の低速回転時では、すべり面に潤滑油を引き出す力が弱くなり境界潤滑に至り易くなる。従って、低速回転の頻度が高い用途では寿命が短い。第四に、極低温では潤滑油の粘性が著しく増大して摩擦係数が増大し、低温始動時の軸部材の回転力が低減する。第五に、低温動作ではすべり面に潤滑油が供給されにくくなり境界潤滑に至る。従って、極低温での始動性が必要な用途では使用できない。第六に、高温動作ではすべり面に供給される潤滑油が過多になり、あるいは、潤滑油の蒸気圧の上昇によって潤滑油の蒸発量が増大し、含浸油が枯渇する。第七に、高温動作では潤滑油の熱劣化が進行し、潤滑油の潤滑性能が低下する。従って、高温動作の頻度が高い用途では寿命が短い。
こうした含油軸受の課題は、含油軸受におけるすべり軸受の原理と、含浸される潤滑油の性質に基づくものであるため、根本的な解決は困難である。このため、含油軸受が適応できない領域では転がり軸受が用いられている。しかし、産業機器の小型化、低価格化の動向によって、含油軸受の高性能化が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−０２０８３６号公報
【特許文献２】特開平１０−２５２７５６号公報
【特許文献３】特開２００１−２７９３４９号公報
【特許文献４】特開２００８−２０２１２３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】森誠之著、固体表面の活性と吸着および境界潤滑との関係、潤滑、Ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．８（１９８８）、５８５−５９０
【非特許文献２】森誠之著、摩擦新生面の化学的性質、トライボロジスト、Ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．１０（１９９３）、８８４−８８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ここで軸受部材全般の課題を整理する。すべり軸受は、耐久性と静音性と小型で安価な観点から転がり軸受より優れるが、すべり面に常時潤滑油の油膜が存在することが前提になる。すべり面に潤滑油を供給する潤滑装置ないしは潤滑機構を設けると、動圧・静圧軸受部材のように大型で高価な軸受部材になる。また、潤滑油の性質からもたらされる課題は解決できない。いっぽう、含油軸受はすべり軸受の原理に基づく解決困難な課題を持つ。従って、従来の軸受とは全く異なったコンセプトからなる軸受部材、つまり軸部材の回転と荷重を支持する全く新しい部材が必要になる。この軸部材の回転と荷重を支持する新たな部材が、下記の性質を持てば画期的な軸受装置として様々な産業機械に用いることができ、産業機器における小型・低価格化に応えることができる。
第一に、この部材は、従来の転動体や潤滑油の油膜とは異なる。第二に、この部材は、軸受部材に焼付や凝着を起こさない。第三に、この部材による摩擦力は小さい。第四に、この部材は軸受部材を攻撃しない。第五に、この部材は軸部材から大きな荷重を受けても破壊しない。第六に、この部材は半永久的に軸部材と軸受部材との間隙に存在する。第七に、この部材は軸部材の回転速度の影響を受けない。第八に、この部材は動作温度の影響を受けない。第九に、この部材は、どのような大きさの軸部材ないしは軸受部材に対しても、同様の手段で軸部材の回転と荷重を支持する部材が製造できる。第十に、この部材は安価に製造できる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
回転する軸部材と、該軸部材の軸部が摺動可能なすべり面を有するすべり軸受部材とからなる軸受装置において、前記軸部材が、磁性を有する軸部の表面にマグネタイトないしはマグヘマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材であり、該軸部材を製造する製造方法の第１特徴手段は、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を、有機溶媒に分散させて分散液を作成し、該有機鉄化合物の分散液に、軸部材の集まりにおける各々の軸部材の軸部を浸漬し、該軸部の表面に前記有機鉄化合物の分散液を接触させ、この後、前記分散液を昇温して前記有機溶媒を気化させ、前記有機鉄化合物を前記軸部材の軸部に吸着させ、さらに、前記軸部材の集まりを大気中で熱処理し、前記有機鉄化合物の熱分解で酸化鉄ＦｅＯを前記軸部の表面に析出させ、さらに昇温して、前記酸化鉄ＦｅＯをマグネタイトないしはマグへマイトに酸化する、これによって、前記軸部材の集まりにおける各々の軸部材の軸部の表面に、マグネタイトないしはマグへマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材の集まりが製造される軸部材の製造方法である点にある。
【００１１】
つまり、この第１特徴手段によれば、極めて簡単な連続した４つの処理からなる１回の製造タクトで、大量の軸部材の集まりからなる軸部材の軸部に、マグネタイトないしはマグへマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着する。これによって、大量の軸部材の集まりについて、軸部材の軸部にマグネタイトないしはマグへマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が磁気吸着した軸部材が安価な製造費用で製造でき、９段落で説明した１０項目の性質の１０番目の性質を有する軸部材が製造される。
すなわち、最初に、有機鉄化合物を容器に充填し、これに有機溶媒を加えて撹拌する。これによって、有機鉄化合物が有機溶媒に分散された分散液が作成できる。次に、容器に軸部材の集まりからなる各々の軸部材の軸部を浸漬する。これによって、各々の軸部に有機鉄化合物の分散液が接触する。さらに、容器の温度を有機溶媒の沸点まで昇温する。これによって、全ての軸部材の軸部に有機鉄化合物が吸着する。次に大気雰囲気において、容器の温度を有機鉄化合物が熱分解する温度まで昇温する。これによって、全ての軸部材の軸部に粒状の酸化鉄ＦｅＯ微粒子の集まりが析出する。この後、容器の温度を酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトないしはマグへマイトに酸化する反応が進む温度まで昇温する。これによって、全ての軸部材の軸部の表面にマグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子の集まりが磁気吸着する。
つまり、この軸部材の製造方法は、軸部材の軸部に吸着させた有機鉄化合物を熱分解して、酸化鉄ＦｅＯからなる粒状微粒子を析出し、酸化鉄ＦｅＯを酸化することによって、マグネタイトＦｅ３Ｏ４ないしはマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３のいずれかの材質からなる粒状微粒子が、軸部の表面に満遍なく析出して磁気吸着する。このため、どのような大きさの径を有する軸部材の軸部であっても、同様の手段でマグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子が軸部の表面に磁気吸着する。これよって、９段落で説明した９番目の性質を有する軸部材が製造される。さらに、有機鉄化合物を大気中で熱処理するだけの極めて簡単な手段で、軸部材の軸部にマグネタイトないしはマグへマイトの粒状微粒子を磁気吸着させることができる。このため、９段落で説明した１０番目の性質を兼備する軸部材が製造される。
すなわち、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を溶媒に分散させ、この分散液に軸部材の軸部を浸漬し、この後溶媒を気化させると、軸部材の軸部の表面に有機鉄化合物が吸着する。この軸部材を大気雰囲気で熱処理する。熱処理温度が有機鉄化合物を構成する有機物の沸点を超えると、有機物と酸化鉄ＦｅＯに熱分解する。さらに熱処理温度を上げると、有機物は気化熱を奪って気化する。いっぽう酸化鉄ＦｅＯは、２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が温度上昇に伴って進む。この２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応において、酸化鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になって、マグネタイトになる。つまり、酸化鉄ＦｅＯを構成する２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になってＦｅ２Ｏ３になり、組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトＦｅ３Ｏ４になる。こうした２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が軸部材の軸部の表面で進行するため、マグネタイトＦｅ３Ｏ４は軸部材の軸部の表面に粒状微粒子として満遍なく析出して磁気吸着する。なぜならば、有機鉄化合物を軸部の表面に吸着させたからである。
さらに昇温すると、マグネタイトＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３を構成するＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ２＋の全てが３価の鉄イオンＦｅ３＋になって、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３を形成する。この酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３は、マグネタイトＦｅ３Ｏ４と同様の立方晶系の結晶構造をとるため、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３はガンマ相のマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３になる。こうしたマグネタイトＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３における２価の鉄イオンＦｅ２＋が、３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が完了すると、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３は軸部の表面に粒状微粒子として満遍なく析出して磁気吸着する。
なお、有機鉄化合物の熱分解で生成されるマグへマイトは、酸化鉄ＦｅＯの酸化によって生成されるため、針状粒子ではなく粒状粒子として析出する。従来技術では、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３は針状粒子として生成される。つまり、硫酸第一鉄ないしは硫酸第二鉄のアルカリ性の水溶液に大気を送って反応させると、針状粒子であるゲータイトと呼ばれる水酸化鉄α−ＦｅＯＯＨが析出する。ゲータイトを、水素ガスの雰囲気で一度脱水させてヘマタイトα−Ｆｅ２Ｏ３とし、さらに、還元してマグネタイトＦｅ３Ｏ４を生成する。この後、マグネタイトを大気中でゆっくりと加熱酸化させると、針状のマグへマイト粒子が生成される。針状粒子からなるマグへマイトは、軸受部材のすべり面で滑りにくいため、軸部に磁気吸着させる強磁性微粒子としては適さない。さらに、針状のマグへマイト粒子を析出する製造工程は、有機鉄化合物の熱処理だけで粒状のマグへマイト粒子を析出する製造工程に比べ、より多くの複雑な製造工程が必要になるため製造費用が高い。
いっぽう、マグネタイトＦｅ３Ｏ４ないしはマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３は、いずれも強磁性であるフェリ磁性の性質を持つ。これによって、マグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子は互いに磁気吸着し、さらに、磁性を有する軸部材の軸部に磁気吸着する。さらに、マグネタイトの磁気キュリー点は５８５℃であり、マグへマイトの磁気キュリー点は６７５℃である。いっぽう、自動車部品のすべり軸受のすべり面は、高温での連続動作が継続すると２５０℃まで昇温する。マグネタイトないしはマグへマイトの磁気キュリー点は、すべり軸受のすべり面の最高温度より３００℃以上高いため、強磁性微粒子同士の磁気吸着力と軸部材への磁気吸着力は常温と殆ど変わらない。さらに−４０℃の極低温においても、強磁性微粒子同士の磁気吸着力と軸部材への磁気吸着力は常温と殆ど変わらない。このため、極低温において、強磁性微粒子がすべり面に接する際に発生する摩擦力は増大しない。従って、軸受装置の全ての動作温度において、強磁性粒状微粒子は互いに磁気吸着し、かつ、軸部材に磁気吸着して、軸部材の回転と荷重を常温と変わらない状態で安定して支持する。これによって、９段落で説明した８番目の性質を有する軸部材が製造される。
なおマグへマイトは、大気中の４５０℃以上の温度で酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のアルファ相であるヘマタイトα−Ｆｅ２Ｏ３に相転移する。ヘマタイトはフェリ磁性ではなく弱強磁性であるため、ヘマタイト微粒子同士の磁気吸着力と軸部材への磁気吸着力とが低減し、軸部材の稼動時に軸部の表面からヘマタイトが脱落する可能性がある。しかし、軸部材が軸受部材のすべり面と摺接する際の最高温度は２５０℃程度であるため、マグへマイトが相転移することはない。
ここで、本特徴手段における磁性を有する軸部材の軸部の表面に、マグネタイトないしはマグヘマイトのいずれかの材質からなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材の優れた作用効果を説明する。磁性を有する軸部材の軸部の表面に満遍なく磁気吸着したマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は、軸受部材のすべり面を滑るため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が、軸部材の回転と荷重とを支持する。この全く新しいコンセプトからなる軸受装置、つまり、磁性を有する軸部材の軸部の表面に満遍なく磁気吸着させたマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が、軸受部材のすべり面を滑る軸受装置は、次の考えに基づく軸受装置である。３段落から６段落と９段落とで説明したように、従来の転がり軸受とすべり軸受とが有する課題は、軸受部材に設けた軸部材の回転と荷重とを支持する部材、つまり、転動体と潤滑油の油膜で発生した。従って、従来の軸受装置の課題を根本的に解決するには、軸部材の回転と荷重とを支持する部材を、軸受部材から除外するしか手段はない。このため、軸部材の回転と荷重とを支持する部材を、軸受部材から除外し軸部材に設けることで、従来の軸受装置の課題が根本的に解決できると考えた。この考えを軸受装置として実現するには、軸部材の回転と荷重とを支持する軸部材に設ける新たな部材は、９段落で説明した１０項目の性質を兼備することが必要となる。これらの性質を兼備させるため、軸部材の軸部の表面に満遍なくマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子を磁気吸着させ、このマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が、軸受部材のすべり面で滑る全く新たな構成からなる軸受装置とした。この軸受装置は、以下に説明するように、９段落で説明した第１から第７の性質を兼備し、従来の転がり軸受とすべり軸受とが持つ課題を根本的に解決することができる。
つまり、回転する軸部に磁気吸着したマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が軸受部材のすべり面と接すると、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は軸部の荷重を、回転する軸部の慣性力の方向の荷重として受ける。この荷重はマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子同士の磁気吸着力より大きいが、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子と軸部との磁気吸着力よりは小さい。いっぽう、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が軸部から受ける荷重は、軸部の回転による慣性力の方向であり、この慣性力は軸部の回転の接線方向であるため、荷重を受けたマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子はすべり面で滑る。このため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子はすべり面を攻撃しない。また、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が受けた荷重は、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑るエネルギーに変換される。さらに、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑ると、滑る粒子が微粒子であるがゆえに、このマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子と隣接したマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が新たにすべり面と接し、回転する軸部の慣性力の方向に荷重を受けて、同様にすべり面で滑る。この新たなマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子も、すべり面で滑ることですべり面を攻撃しない。この際、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が軸部から受けた荷重は、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑ることで滑るエネルギーに変換され、さらに小さな荷重となる。こうしたマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子がすべり面で滑る連続した現象は、軸部材から受ける荷重がマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子同士の磁気吸着力より小さくなるまで連続して起こる。しかし、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子がすべり面で滑ることで、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子はすべり面を攻撃しない。また、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑るため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が破壊されることはない。
なお、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子の大きさは、すべり面の面粗さより小さく、サブミクロンより小さい粒状粒子からなる。このため、軸部材から受ける荷重がマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子同士の磁気吸着力より小さくなるまで、連続してマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子がすべり面と接して滑る。また、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子の大きさは、軸部とすべり面とが形成する間隙に比べて充分に小さい。このため、軸部の表面に満遍なく磁気吸着したマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子がランダムにすべり面と接し、特定のマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が継続的に負荷を受けることはなく、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は損傷しない。
また、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子はすべり面と接する際に、回転する軸部に作用する慣性力の方向に軸部の荷重を受けるが、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が粒状の微粒子であるため、荷重を受ける面積が微小である点接触に近い接触で荷重を受ける。さらに、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が受けた軸部の荷重は、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑るエネルギーに変換される。マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子がすべり面と接する際に発生する摩擦力は、接触面積と荷重の大きさに応じて発生するので、摩擦力は小さく、接触による不要な摩耗や熱や音は発生しない。また、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は、すべり面を点接触に近い接触で接触した直後に滑るため、すべり面での焼付や凝着は起きない。
さらに、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑る際に、瞬間的にマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子同士の磁気吸着から僅かに離れる。あるいは、軸部材の高速回転時にも、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子はマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子同士の磁気吸着から一瞬僅かに離れる。しかし、軸部とすべり面とが形成する間隙は狭く、この狭い間隙には軸部に磁気吸着した無数のマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が発する磁力が常時存在し、また軸部との磁気吸引力とが常時作用するため、磁気吸着から僅かに離れたマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は、瞬時にマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子と再び磁気吸着する。このように、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子同士は軸部材の回転速度によらず磁気吸着し、かつ、軸部に磁気吸着した状態を維持するため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が継続して軸部材の回転と荷重を支持する。さらに、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は固体であるため蒸発しない。このため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子は、半永久的に軸部材に磁気吸着する。
以上に説明したように、磁性を有する軸部の表面にマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材は、９段落で説明した軸部材の回転と荷重とを支持する部材として必要な性質のうち、第１から第７の性質を兼備する。この結果、軸部の表面にマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が磁気吸着した軸部材は、９段落で説明した１０項目の全ての性質を兼備する。
なお、軸部材の材質は、従来、機械構造用炭素鋼の炭素の含有量が０．２５重量％から０．４５重量％のＳ２５ＣからＳ４５Ｃや、炭素量が０．４５重量％以上の炭素鋼ないしはニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼などの合金鋼が用いられている。また、耐薬品性が要求される特殊な軸受装置では、軸部材はマルテンサイト系ステンレス鋼が用いられている。これらの軸部材は、いずれも強磁性の性質を持つので、従来の材質で軸部材を構成すれば、軸部の表面にマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着する。また軸受部材のすべり面を構成する部品の材質は、従来、黄銅、青銅などの銅合金や、バビットメタルと呼ばれる錫銅合金、錫アンチモン銅合金、鉛アンチモン錫合金や、ケルメットと呼ばれる銅鉛合金や、カドミウム合金やアルミニウム合金、ないしは合成樹脂が用いられている。これらの材質は非磁性体であるため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子がすべり面に磁気吸着することはない。このため、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子の一部がすべり面に移動して磁気吸着し、これによって、軸部に磁気吸着したマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が滑る現象が阻害され、この滑らないマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子によってすべり面が攻撃されることはない。従って、従来の材質ですべり面を構成すればよい。このように、軸部材と軸受部材とは、従来の材質から構成すればよく、特段に高価な材質は全く不要である。
さらに、軸部材と軸受部材とのはめあい公差は、すべり面の内径公差がＨ７で、軸部の外径公差がｆ６ないしはｅ６であるため、軸部とすべり面との間には最低でも２５ミクロンの隙間が形成される。いっぽう、軸部材の軸部に磁気吸着するマグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子の大きさは、サブミクロンより小さい。このため、軸部材に軸受部材を組み付ける際に、マグネタイトないしはマグヘマイトの粒状微粒子が軸部から剥がれることはない。
【００１２】
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【００１３】
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【００１４】
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【００１５】
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【００１６】
軸部材の製造方法の第２特徴手段は、第１特徴手段に記載した熱分解で酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物が、鉄イオンが酸素イオンと配位結合する有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を第１特徴手段における熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物として用い、第１特徴手段に記載した方法に準拠して軸部材の集まりを製造する軸部材の製造方法である点にある。
【００１７】
つまり、この特徴手段によれば、鉄イオンが配位子を形成する酸素イオンと配位結合した有機鉄化合物を大気中で熱分解させると酸化鉄ＦｅＯが生成され、更に、酸化鉄ＦｅＯを酸化するとマグネタイトＦｅ３Ｏ４ないしはマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３が析出する。すなわち、このような有機鉄化合物の大気中での熱分解反応においては、有機鉄化合物を構成する有機物の沸点を超えると熱分解が始まり、酸化鉄ＦｅＯと有機物に分解する。つまり、有機鉄化合物を構成する酸素イオンが配位子となって鉄イオンに近づいて配位結合するため、鉄イオンと配位子である酸素イオンとの距離は短い。このため、有機鉄化合物の熱分解においては、配位子である酸素イオンが鉄イオンと結合する短い距離の部位の反対側の結合部位、つまり、結合距離が長い部位が最初に切れる。これによって、有機鉄化合物は、鉄イオンが酸素イオンと結合した酸化鉄ＦｅＯと有機物とに分解される。この後、有機物は気化熱を奪って気化する。いっぽう、酸化鉄ＦｅＯは、温度上昇によって２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が進み、酸化鉄ＦｅＯは組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトＦｅ３Ｏ４になる。さらに昇温すると、マグネタイトＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３を構成するＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ２＋が、３価の鉄イオンＦｅ３＋になって酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相、つまりマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３になる。こうして、酸化鉄ＦｅＯの酸化反応によって、マグネタイトないしはマグへマイトが析出する。この結果、磁性を有する軸部材の表面に、マグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子が磁気吸着する。
【００１８】
軸部材の製造方法の第３特徴手段は、第２特徴手段における鉄イオンが酸素イオンと配位結合する有機鉄化合物が、酢酸鉄、安息香酸鉄、カプリル酸鉄、ナフテン酸鉄のうちのいずれかのカルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄の有機鉄化合物であり、該有機鉄化合物を第２特徴手段における有機鉄化合物として用い、第２特徴手段に記載した方法に準拠して軸部材の集まりを製造する製造方法である点にある。
【００１９】この特徴手段によれば、酢酸鉄Ｆｅ（ＣＨ３ＣＯＯ）２、安息香酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２、カプリル酸鉄Ｆｅ（ＣＨ３（ＣＨ２）６ＣＯＯ）２、ないしはナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２などからなるカルボン酸鉄は、いずれもカルボン酸のカルボキシル基ＣＯＯＨを構成する酸素イオンが、配位子となって２価の鉄イオンに近づき、酸素イオンが２価の鉄イオンとの間で配位結合する。また、アセチルアセトン鉄Ｆｅ（Ｃ５Ｈ７Ｏ２）３は、アセチルアセトンＣ５Ｈ８Ｏ２の共役塩基であるアセチルアセトナートＣ５Ｈ７Ｏ２−を構成する酸素イオンが、配位子となって鉄イオンと配位結合し、アセチルアセトナートが六員環を形成する有機鉄化合物である。このようなカルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄における熱分解反応は、カルボン酸ないしはアセチルアセトンの沸点を超えると熱分解が始まり、酸化鉄ＦｅＯとカルボン酸ないしはアセチルアセトンに分解する。つまり、カルボン酸のカルボキシル基を構成する酸素イオン、ないしはアセチルアセトナートを構成する酸素イオンが、鉄イオンに近づいて配位結合するため、鉄イオンと配位子である酸素イオンとの距離は短い。このため、熱分解においては、配位子である酸素イオンが鉄イオンと結合する反対側の長い距離の部位が最初に切れる。これによって、鉄イオンが酸素イオンと結合した酸化鉄ＦｅＯと、カルボン酸ないしはアセチルアセトンに分解する。この後、カルボン酸ないしはアセチルアセトンは気化熱を奪って気化する。いっぽう酸化鉄ＦｅＯは、温度上昇によって、２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になる酸化反応が進み、酸化鉄ＦｅＯは組成式がＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３のマグネタイトＦｅ３Ｏ４になる。さらに昇温すると、マグネタイトＦｅＯ・Ｆｅ２Ｏ３を構成するＦｅＯにおける２価の鉄イオンＦｅ２＋が３価の鉄イオンＦｅ３＋になって、酸化鉄Ｆｅ２Ｏ３のガンマ相、つまり、マグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３になる。こうして、酸化鉄ＦｅＯの酸化反応によって、マグネタイトないしはマグへマイトが析出する。これによって、磁性を有する軸部材の軸部の表面に、マグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子が磁気吸着する。前記したカルボン酸鉄ないしはアセチルアセトン鉄は、汎用的なカルボン酸ないしは汎用的な有機物と鉄との化合物であるため、合成が簡単で安価な工業用薬品である。安価な工業用薬品を軸部材の軸部に吸着させ、この軸部材を大気中で熱処理するだけで、軸部材の軸部にマグネタイトないしはマグへマイトの粒状微粒子が磁気吸着するため、安価な製造費用で新たな軸受装置が製造できる。このため、本特徴手段によって、９段落で説明した１０項目の全ての性質を兼備する軸受装置が実現できる。【００２０】
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【００２１】
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【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】有機鉄化合物を用いて軸部の表面に強磁性微粒子を磁気吸着させる製造工程を説明する図である。
【図２】ナフテン酸鉄を用いて軸部の表面にマグネタイト微粒子を磁気吸着させる工程を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
実施形態１
実施形態１は、熱分解によって酸化鉄ＦｅＯを生成する有機鉄化合物を原料として用い、強磁性微粒子を軸部材の軸部の表面に満遍なく磁気吸着させた軸部材を製造する実施形態である。予め有機鉄化合物がｎ−ブタノールに８重量％として分散させた分散液を作成し、この有機鉄化合物のｎ−ブタノール分散液を容器に充填する。そして、軸部材の集まりからなる軸部材の軸部を、有機鉄化合物のｎ−ブタノール分散液に一定時間浸漬させる。これによって、有機鉄化合物のｎ−ブタノール分散液が軸部の表面と接触する。
次に、容器を図１に示した熱処理を連続して行う。最初に、容器は１２０℃に設定された低温焼成室Ａに一定時間入り、有機鉄化合物のｎ−ブタノール分散液におけるｎ−ブタノールが気化し、気化したｎ−ブタノールは回収機Ｃで回収する。これによって、有機鉄化合物が軸部の表面に吸着する。さらに、容器は高温焼成室Ｂに入る。高温焼成室Ｂは、相対的に低い温度に設定される低温焼成部Ｂ１と、相対的に高い温度に設定される高温焼成部Ｂ２とからなる。低温焼成部Ｂ１は、有機鉄化合物を構成する有機物の沸点より若干高い温度まで昇温され、この後一定時間この温度に保持される。容器が低温焼成部Ｂ１に入ると、軸部の表面に吸着した有機鉄化合物が有機物と酸化鉄ＦｅＯとに熱分解する。これによって、軸部の表面に酸化鉄ＦｅＯが析出する。熱分解で生成された有機物は、有機物回収機Ｄによって回収される。高温焼成部Ｂ２は、酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトないしはマグへマイトに酸化される温度まで昇温され、この後一定時間この温度に保持される。高温焼成部Ｂ２に容器が入ると、酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトないしはマグへマイトに酸化され、これによって、マグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子が軸部の表面に満遍なく磁気吸着する。
以上に説明したように、軸部材の軸部の表面にマグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材を製造する製造工程は、有機鉄化合物のｎ−ブタノール分散液に軸部材の集まりからなる軸部材の軸部を浸漬させる工程と、この軸部材の集まりを大気雰囲気で熱処理する工程とを連続して行う。また、軸部材を熱処理する工程は３つの連続した熱処理工程からなる。こうした簡単な連続処理で製造するため、軸部材の軸部にマグネタイトないしはマグへマイトからなる粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材の集まりが、極めて安価な製造費用で製造できる。
【００２４】
実施形態２
実施形態２は、実施形態１における有機鉄化合物としてカルボン酸鉄の一種であるナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２を用い、軸部の表面にマグネタイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材を製造する実施形態である。ナフテン酸鉄はナフテン酸Ｃ６Ｈ５ＣＯＯＨの２分子が鉄と反応して容易に合成されるカルボン酸鉄である。つまり、ナフテン酸を構成するカルボキシル基ＣＯＯＨの水素イオンが、容易に乖離し、乖離した水素イオンと結合していた酸素イオンの部位に、２価の鉄イオンが結合して合成され、構造式がＣ６Ｈ５ＣＯＯ−Ｆｅ−ＯＯＣＣ６Ｈ５で表わされる安価なカルボン酸鉄化合物である。
図２に、軸部材の軸部の表面に、マグネタイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着した軸部材を製造する製造工程を示す。最初に、ナフテン酸鉄と軸部材の集まりを用意する（Ｓ１０工程）。軸部材は構造用炭素鋼の一種で、炭素原子が０．２５Ｖｏｌ．％を含むＳ２５Ｃからなる。軸部材はＳ２５Ｃに限らず、軸受部材の回転力の大きさに合わせて、炭素量が０．２５重量％以上の炭素鋼ないしはニッケルクロム鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロム鋼、クロムモリブデン鋼などの合金鋼を選択すればよい。次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し８重量％の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成し、この分散液を容器に充填する（Ｓ１１工程）。さらにナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に、軸部材の集まりを互いに離間させて軸部を浸漬する（Ｓ１２工程）。次に分散液が入った容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れる。最初に容器は、１２０℃の低温焼成室Ａに５分間入り、ｎ−ブタノールが気化し、気化したｎ−ブタノールを回収機Ｃで回収する（Ｓ１３工程）。これによって、全ての軸受部材の軸部の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に容器は高温焼成室Ｂに入り、２段階の焼成が行われる。低温焼成部Ｂ１は、１０℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温され、３００℃に１０分間保持される。低温焼成室Ｂ１に入った軸部材は、軸部材の軸部に吸着したナフテン酸鉄がナフテン酸と酸化鉄ＦｅＯに熱分解し、熱分解で生成されたナフテン酸が完全に気化し、気化したナフテン酸を回収機Ｄで回収する（Ｓ１４工程）。この後、軸部材は高温焼成部Ｂ２に入る。高温焼成部Ｂ２は、３００℃から１℃／分の昇温速度で３５０℃まで昇温され、３５０℃に３０分間保持される。高温焼成部Ｂ２に入った軸部材は、軸部に析出した酸化鉄ＦｅＯがマグネタイトＦｅ３Ｏ４に酸化され、生成されたマグネタイトからなる粒状微粒子は、軸部の表面に満遍なく磁気吸着する（Ｓ１５工程）。こうして全ての軸部材の軸部の表面は、マグネタイトの粒状微粒子によって満遍なく覆われる。最後に、容器から軸部材の集まりを取り出す（Ｓ１６工程）。
なお、軸部材の軸部の表面全体にマグネタイトの微粒子が磁気吸着し、本来必要となる軸受部材のすべり面と摺接する軸部の表面以外にもマグネタイトの微粒子が磁気吸着することが問題になる場合は、不要なマグネタイト微粒子に磁石を近づけ、マグネタイト微粒子を磁気吸着によって取り除けば良い。なお、軸部材の軸部に磁気吸着したマグネタイト微粒子は、サブミクロンの大きさより小さいため、こうした微粒子が軸部材の高速回転時に軸部から脱落しても、軸受装置として問題になることは少ない。
【００２５】
実施形態３
実施形態３は、実施形態２におけるナフテン酸鉄Ｆｅ（Ｃ６Ｈ５ＣＯＯ）２を用い、軸部材の軸部の表面にマグへマイトγ−Ｆｅ２Ｏ３の粒状微粒子を満遍なく磁気吸着させた軸部材を製造する実施形態である。なお、本実施形態は、酸化鉄ＦｅＯをマグへマイトに酸化するため、前記した実施形態２におけるＳ１５工程における酸化鉄ＦｅＯをマグネタイトに酸化する高温焼成部Ｂ２における温度条件が異なり、他の工程は実施形態２と同様である。
最初に、ナフテン酸鉄と軸部材の集まりを用意する（Ｓ１０工程に相当）。なお、軸部材は構造用炭素鋼の一種で、炭素原子が０．２５Ｖｏｌ．％を含むＳ２５Ｃからなる。次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し８重量％の割合になるように秤量し、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成し
、この分散液を容器に充填する（Ｓ１１工程に相当）。さらに、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に、軸部材の集まりを互いに離間させて軸部を浸漬する（Ｓ１２工程に相当）。次に、分散液が入った容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れる。最初に容器は１２０℃の低温焼成室Ａに５分間入り、ｎ−ブタノールが気化し、気化したｎ−ブタノールを回収機Ｃで回収する（Ｓ１３工程に相当）。これによって、全ての軸受部材の軸部の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に容器は高温焼成室Ｂに入る。低温焼成部Ｂ１は１０℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温され、３００℃に１０分間保持される。低温焼成室Ｂ１に入った軸部材は、軸部材の軸部に吸着したナフテン酸鉄がナフテン酸と酸化鉄ＦｅＯに熱分解し、熱分解によって生成されたナフテン酸が完全に気化し、気化したナフテン酸を回収機Ｄで回収する（Ｓ１４工程に相当）。この後、容器は高温焼成部Ｂ２に入る。高温焼成部Ｂ２は３００℃から１℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温され、４００℃に３０分間保持される。高温焼成部Ｂ２に入った軸部材は、軸部に析出した酸化鉄ＦｅＯがマグへマイトに酸化され、生成されたマグへマイトからなる粒状微粒子は、軸部の表面に満遍なく磁気吸着する（Ｓ１５工程に相当）。こうして全ての軸部材の軸部の表面は、マグへマイトの粒状微粒子によって満遍なく覆われる。最後に、容器から軸部材の集まりを取り出す（Ｓ１６工程に相当）。
実施形態２で説明したように、軸部材の軸部の表面全体にマグへマイトの微粒子が磁気吸着し、本来必要となる軸受部材のすべり面と摺接する軸部の表面以外にもマグへマイトの微粒子が磁気吸着することが問題になる場合は、不要なマグへマイト微粒子に磁石を近づけ、マグへマイト微粒子を磁気吸着によって取り除けば良い。
【００２６】
実施例１
実施例１は、ナフテン酸鉄を用いて、軸部材の軸部の表面に、マグネタイト微粒子を満遍なく磁気吸着させた実施形態２に係わる実施例である。
最初に、原料となるナフテン酸鉄と溶媒のｎ−ブタノールと軸部材を用意する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）を用いた。ｎ−ブタノールは試薬一級品を用いた。軸部材は構造用炭素鋼の一種で、炭素原子が０．２５Ｖｏｌ．％を含むＳ２５Ｃで構成した。
次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し８重量％の割合になるように秤量し、このナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に軸部材の集まりを互いに離間させて軸部を浸漬させた。なお、円盤状の板に多数の穴が設けられた治具を用意し、この治具の穴に軸部材を配置し、この治具をナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液が入った容器に配置することで、軸部材の軸部がナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に浸漬する。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に、容器を１２０℃に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての軸部材の軸部の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に、１０℃／分の昇温速度で１２０℃から３００℃まで昇温し、さらに、３００℃に１０分間放置して、ナフテン酸鉄をナフテン酸と酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。熱分解によって生成されたナフテン酸は気化し、気化したナフテン酸は回収機で回収した。この後、３００℃から１℃／分の昇温速度で３５０℃まで昇温し、さらに３５０℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯをマグネタイトＦｅ３Ｏ４に酸化させた。最後に、マグネタイト微粒子が磁気吸着した軸部材の集まりを治具から取り出した。
次に、前記した条件で製作した軸部材について軸部の観察を行ない、目的とするマグネタイト微粒子が確実に軸部の表面に満遍なく磁気吸着されているかを観察した。最初に、軸部の表面から軸部の一部を試料として取り出し、試料を電子顕微鏡で観察した。電子顕微鏡は、ＪＦＥテクノリサーチ株式会社の極低加速電圧ＳＥＭを用いた。この装置は１００Ｖからの極低加速電圧による表面観察が可能で、さらに試料に導電性の被膜を形成せずに直接試料の表面が観察できる特徴を有する装置である。反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い、試料表面の凹凸を観察した。極めて多数の４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子が、試料の表面全体に満遍なく吸着していることが確認できた。次に、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に吸着した粒状微粒子を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる粒状微粒子が吸着していることが確認できた。さらに極低加速電圧ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料の表面全体に吸着した粒状微粒子がマグネタイトであることが確認できた。なお、ＥＢＳＰ解析機能とは、試料に電子線を照射したとき、反射電子が試料中の原子面によって回折されることによってバンド状のパターンを形成し、このバンドの対称性が結晶系に対応し、バンドの間隔が原子面間隔に対応しているため、このパターンを解析することで、結晶方位や結晶系を測定する機能をいう。
以上に説明した試料の電子顕微鏡による観察結果から、軸部材の軸部の表面全体に極めて多数のマグネタイトの粒状微粒子が磁気吸着している事実が確認できた。この結果、前記で説明した条件でナフテン酸鉄を大気中で熱処理することで、軸部の表面にマグネタイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。この軸部がすべり面と摺動することで、８段落で説明した１０項目の全ての性質を兼備する軸受装置となる。
なお、軸受部材は、軸部材の回転力の大きさに応じて、従来における黄銅、青銅などの銅合金や、バビットメタルと呼ばれる錫銅合金、錫アンチモン銅合金、鉛アンチモン錫合金や、ケルメットと呼ばれる銅鉛合金や、カドミウム合金やアルミニウム合金、ないしは合成樹脂軸からなる部材ですべり面を形成すればよい。また、軸受部材とのはめあい公差は、すべり面の内径公差をＨ７とし、軸部の外径公差をｆ６ないしはｅ６とするため、すべり面の内径と軸部の外径とをはめあい公差に基づいて加工すればよい。これによって、軸部とすべり面との間には最低でも２５ミクロンの隙間が形成される。いっぽう、軸部に磁気吸着するマグネタイトの大きさは４０−６０ｎｍであるため、軸部材に軸受部材を組み付ける際にマグネタイト微粒子が軸部から剥がされることはない。
【００２７】
実施例２
実施例２は、ナフテン酸鉄を用いて、軸部材の軸部の表面に、満遍なくマグへマイト微粒子を磁気吸着させた実施形態３に係わる実施例である。
最初に、原料となるナフテン酸鉄と溶媒のｎ−ブタノールと軸部材を用意する。ナフテン酸鉄は、金属石鹸として市販されているナフテン酸鉄（例えば、東栄化工株式会社の製品）を用いた。ｎ−ブタノールは試薬一級品を用いた。軸部材は構造用炭素鋼の一種で、炭素原子が０．２５Ｖｏｌ．％を含むＳ２５Ｃで構成した。
次に、ナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに対し８重量％の割合になるように秤量し、このナフテン酸鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填し、ナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に軸部材の集まりを互いに離間させて軸部材の軸部を浸漬させた。なお、円盤状の板に多数の穴が設けられた治具を用意し、この治具の穴に軸部材を配置し、この治具をナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液が入った容器に配置することで、軸部材の軸部がナフテン酸鉄のｎ−ブタノール分散液に浸漬する。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に、容器を１２０℃の低温焼成室に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての軸部材の軸部の表面にナフテン酸鉄が吸着する。次に、１０℃／分の昇温速度で３００℃まで昇温し、さらに、３００℃に１０分間放置して、ナフテン酸鉄をナフテン酸と酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。熱分解によって生成されたナフテン酸は気化し、気化したナフテン酸は回収機で回収した。この後、３００℃から１℃／分の昇温速度で４００℃まで昇温し、さらに４００℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯをマグへマイトに酸化させた。最後に、マグへマイト微粒子が磁気吸着した軸部材の集まりを治具から取り出した。
次に、前記した条件で製作した軸部材の軸部の一部を試料として取り出し、試料の観察を行ない、目的とするマグへマイト微粒子が確実に軸部の表面に満遍なく磁気吸着されているかを観察した。試料表面は実施例１で用いた電子顕微鏡で観察した。反射電子線の９００−１ｋＶの間にある２次電子線を取り出して画像処理を行い試料表面の凹凸を観察した。試料には、極めて多数の４０−６０ｎｍの大きさからなる粒状の微粒子が、軸部の表面全体に満遍なく形成されていることが確認できた。次に、特性Ｘ線のエネルギーとその強度を画像処理し、試料表面に吸着した粒状微粒子を構成する元素の種類とその分布状態を分析した。鉄原子、酸素原子の双方が表面に均一に存在し、特段に偏在する箇所が見られなかったため、酸化鉄からなる粒状微粒子であることが確認できた。さらに、極低加速電圧ＳＥＭの機能にＥＢＳＰ解析機能を付加し、結晶構造の解析を行なった。この結果から、試料表面に形成された粒状微粒子がマグへマイトであることが確認できた。
以上に説明した試料表面の電子顕微鏡による観察結果から、軸部材の軸部の表面にマグへマイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着している事実が確認できた。この結果から、前記で説明した条件でナフテン酸鉄を大気中で熱処理することで、軸部の表面にマグへマイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。この軸部がすべり面と摺動することで、８段落で説明した１０項目の全ての性質を兼備する軸受装置となる。
なお、軸受部材は、軸部材の回転力の大きさに応じて、実施例1で説明した材質ですべり面を形成すればよい。また、すべり面の内径と軸部の外径との加工精度は、実施例1で説明したはめあい公差に基づいて加工すればよい。これによって、軸部とすべり面との間には最低でも２５ミクロンの隙間が形成される。いっぽう、軸部に磁気吸着するマグへマイトの大きさは４０−６０ｎｍであるため、軸部材に軸受部材を組み付ける際にマグへマイト微粒子が軸部からはがされることはない。
【００２８】
実施例３
実施例３は、実施形態１における有機鉄化合物としてアセチルアセトン鉄を用いて、軸部材の軸部の表面にマグネタイト微粒子を満遍なく磁気吸着させた実施例である。アセチルアセトン鉄は、アセチルアセトンの３分子が鉄と反応して容易に生成される有機鉄化合物であり、アセチルアセトンの共役塩基であるアセチルアセトナートを構成する酸素イオンが配位子となって鉄イオンと結合し、アセチルアセトナートが六員環を形成する安価な有機鉄化合物である。
最初に、原料となるアセチルアセトン鉄とｎ−ブタノールと軸部材の集まりとを用意する。なお、アセチルアセトン鉄は、金属石鹸として市販されているアセチルアセトン鉄（例えば、日本化学産業株式会社の製品であるナーセム第二鉄）を用いた。ｎ−ブタノールは試薬一級品を用いた。軸部材は、構造用炭素鋼の一種であるＳ２５Ｃから構成した。
次に、アセチルアセトン鉄を、ｎ−ブタノールに対し８重量％の割合になるように秤量し、このアセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填し、この容器に軸部材の集まりを互いに離間させて軸部を浸漬させた。なお、円盤状の板に多数の穴が設けられた治具を用意し、この治具の穴に軸部材を配置し、この治具をアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液が入った容器に配置することで、軸部材の軸部がアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液に浸漬する。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に、容器を１２０℃に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての軸部材の軸部の表面にアセチルアセトン鉄が吸着する。次に１０℃／分の昇温速度で１２０℃から３３０℃まで昇温し、３３０℃に１０分間放置して、アセチルアセトン鉄をアセチルアセトンと酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。熱分解で生成されたアセチルアセトンは気化し、気化したアセチルアセトンは回収機で回収した。この後、３３０℃から１℃／分の昇温速度で３５０℃まで昇温し、３５０℃に３０分間放置し、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯをマグネタイトに酸化させた。最後に、マグネタイト微粒子が磁気吸着した軸部材の集まりを治具から取り出した。
次に、前記した条件で製作した軸部材の軸部の試料について、２６段落で説明した観察と同様の観察を行ない、軸部材の軸部の表面に４０−６０ｎｍの大きさからなるマグネタイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着している事実を確認した。この結果から、前記で説明した条件でアセチルアセトン鉄を大気中で熱処理することで、軸部の表面にマグネタイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。この軸部がすべり面と摺動することで、８段落で説明した１０項目の全ての性質を兼備する軸受装置となる。
なお、軸受部材は、軸部材の回転力の大きさに応じて、実施例１で説明した材質ですべり面を形成すればよい。また、すべり面の内径と軸部の外径との加工精度は、実施例１で説明したはめあい公差に基づいて加工すればよい。これによって、軸部とすべり面との間には最低でも２５ミクロンの隙間が形成される。いっぽう、軸部に磁気吸着するマグネタイトの大きさは４０−６０ｎｍであるため、軸部材に軸受部材を組み付ける際にマグネタイト微粒子が軸部からはがされることはない。
【００２９】
実施例４
実施例４は、実施例３におけるアセチルアセトン鉄を用いて、軸部材の軸部の表面にマグへマイト微粒子を満遍なく磁気吸着させた実施例である。
最初に、原料となるアセチルアセトン鉄とｎ−ブタノールと軸部材の集まりとを用意する。なお、アセチルアセトン鉄は、金属石鹸として市販されているアセチルアセトン鉄（例えば、日本化学産業株式会社の製品であるナーセム第二鉄）を用いた。ｎ−ブタノールは試薬一級品を用いた。軸部材は構造用炭素鋼の一種であるＳ２５Ｃから構成した。
次に、アセチルアセトン鉄を、ｎ−ブタノールに対し８重量％の割合になるように秤量し、このアセチルアセトン鉄をｎ−ブタノールに混合して撹拌し、アセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液を作成した。この分散液を容器に充填し、この容器に軸部材の集まりを互いに離間させて軸部を浸漬させた。なお、円盤状の板に多数の穴が設けられた治具を用意し、この治具の穴に軸部材を配置し、この治具をアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液が入った容器に配置することで、軸部材の軸部がアセチルアセトン鉄のｎ−ブタノール分散液に浸漬する。
さらに、容器を大気雰囲気の熱処理炉に入れて熱処理を行なった。最初に、容器を１２０℃に５分間放置してｎ−ブタノールを気化させ、気化したｎ−ブタノールは回収機で回収した。ｎ−ブタノールが気化した後は、全ての軸部材の軸部の表面にアセチルアセトン鉄が吸着する。次に１０℃／分の昇温速度で１２０℃から３３０℃まで昇温し、３３０℃に１０分間放置して、アセチルアセトン鉄をアセチルアセトンと酸化鉄ＦｅＯに熱分解した。熱分解によって生成されたアセチルアセトンは気化し、気化したアセチルアセトンは回収機で回収した。この後、３３０℃から１℃／分の昇温速度で４３０℃まで昇温し、４３０℃に３０分間放置して、熱分解で生成された酸化鉄ＦｅＯをマグへマイトに酸化させた。最後に、マグへマイト微粒子が磁気吸着した軸部材の集まりを治具から取り出した。
次に、前記した条件で製作した軸部材の軸部の試料について、２７段落で説明した観察と同様の観察を行ない、軸部材の軸部に４０−６０ｎｍの大きさからなるマグへマイトの粒状微粒子が満遍なく磁気吸着している事実を確認した。この結果から、前記で説明した条件でアセチルアセトン鉄を大気中で熱処理することで、軸部の表面にマグへマイト微粒子が満遍なく磁気吸着することが確認できた。この軸部がすべり面と摺動することで、８段落で説明した１０項目の全ての性質を兼備する軸受装置となる。
なお、軸受部材は、軸部材の回転力の大きさに応じて、実施例１で説明した材質ですべり面を形成すればよい。また、すべり面の内径と軸部の外径との加工精度は、実施例１で説明したはめあい公差に基づいて加工すればよい。これによって、軸部とすべり面との間には最低でも２５ミクロンの隙間が形成される。いっぽう、軸部に磁気吸着するマグへマイトの大きさは４０−６０ｎｍであるため、軸部材に軸受部材を組み付ける際にマグへマイト微粒子が軸部からはがされることはない。
【図１】
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【図２】
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