(57)【要約】【課題】  耐食性及び非磁性に優れ、しかも優れた転がり疲労寿命を有する転動装置を提供する。【解決手段】  転がり軸受の内輪１及び外輪２の少なくとも一方を、チタン合金で構成した。そして、内輪１及び外輪２の間に形成され玉３が配された空隙部内に、有機ケイ素化合物を含有する潤滑剤６を配した。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、潤滑剤で潤滑される転動装置において、
前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方はチタン合金で構成され、前記潤滑剤は有機ケイ素化合物を主成分とすることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記有機ケイ素化合物がポリシロキサンであることを特徴とする請求項１に記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等のような転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、転がり軸受等の転動装置を構成する素材としては、主に高炭素クロム軸受鋼や肌焼鋼のような鉄鋼材料が一般的に使用されていた。近年、転動装置の使用環境は多様化しており、水，塩水，化学薬品等の腐食性環境下で使用される場合もあるため、このような高い耐食性が要求される環境下で使用される場合には、素材としてステンレス鋼が使用されていた。
【０００３】
しかしながら、近年においては転動装置の使用環境がより過酷となってきており、ステンレス鋼でも耐食性が不十分である場合が出てきたため、金属材料の中で非常に高い耐食性を有するチタン合金が、過酷な腐食性環境下で使用される転動装置の素材として期待されている。例えば、特許文献１には、上記のような過酷な腐食性環境下でも転がり疲労寿命の優れた転がり軸受として、チタン合金で軌道輪が構成され、セラミックで転動体が構成された転がり軸受が開示されている。特許文献１に記載の転がり軸受においては、チタン合金で構成された軌道輪の表面硬さを高くして転がり疲労寿命を向上させるために、軌道輪を冷間加工率５〜２０％で冷間加工した後にショットピーニングを施してある。
【０００４】
一方、医療機器には、Ｘ線又は電子線を使用する装置やＭＲＩ（磁気共鳴画像）装置等のように磁場を利用する装置があり、このような装置に使用される転動装置には、作動によって周辺の磁場を乱すことがないように非磁性が要求される。チタン合金（例えば、特許文献２に記載の表面に酸化物層が形成されたチタン基合金）は、比透磁率が１．００１以下と高い非磁性を有しているので、前述のような磁場を利用する装置に使用される転動装置の素材として好適である。
【特許文献１】特開平１１−２２３２２１号公報
【特許文献２】特開平８−２４６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の転がり軸受は、冷間加工やショットピーニングを行うため、製造工程が増えてコストアップとなるという問題点を有していた。
また、特許文献２に記載のチタン合金は、建築材，空調機器，浄水設備等に使用されることが前提となっているので、大きな面圧が負荷される転動装置に適用しても、優れた転がり疲労寿命を得ることは困難であった。
【０００６】
例えば、転がり軸受の転動体と軌道輪との接触点においては、反応活性を有するチタン新生面が接触によって表面に現れるので、炭化水素系潤滑剤で潤滑を行った場合には、高温，高圧により潤滑剤の分解反応が起こる場合がある。例えば、下記のようなトライボケミカル反応が生じて、表面には炭化チタン（ＴｉＣ）が多く存在することとなる。
Ｃn Ｈ2n+2  ＋  ｎＴｉ  →  ｎＴｉＣ  ＋  （２ｎ＋２）Ｈ
このように表面のＴｉＣ濃度が高まった場合には、ＴｉＣはチタン合金又はその酸化物から離脱しやすいので、転がり疲労寿命が大きく低下することとなる。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、耐食性及び非磁性に優れ、しかも優れた転がり疲労寿命を有する転動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配置された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、潤滑剤で潤滑される転動装置において、前記内方部材及び前記外方部材の少なくとも一方はチタン合金で構成され、前記潤滑剤は有機ケイ素化合物を主成分とすることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る請求項２の転動装置は、請求項１に記載の転動装置において、前記有機ケイ素化合物がポリシロキサンであることを特徴とする。
このような構成の転動装置は、内方部材及び外方部材の少なくとも一方がチタン合金で構成されているため、耐食性及び非磁性に優れている。また、有機ケイ素化合物を主成分とする潤滑剤で潤滑が行われているので、優れた転がり疲労寿命を有する。
【０００９】
なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。また、本発明における前記内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、前記外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の転動装置は、耐食性及び非磁性に優れるとともに、優れた転がり疲労寿命を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態である転がり軸受の構造を示す縦断面図である。この転がり軸受は、呼び番号６０８の深溝玉軸受（内径８ｍｍ，外径２２ｍｍ，幅７ｍｍ，玉の直径３．９７ｍｍ，玉の数７個）は、外周面に軌道面１ａを有する内輪１と、軌道面１ａに対向する軌道面２ａを内周面に有する外輪２と、両軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に配された複数の玉３と、内輪１及び外輪２の間に複数の玉３を保持する保持器４と、内輪１及び外輪２の間の隙間の開口を覆うシールド等のような密封装置５，５と、で構成されている。なお、保持器４や密封装置５は備えていなくてもよい。
【００１２】
内輪１及び外輪２の少なくとも一方は、チタン合金で構成されている。チタン合金の種類は特に限定されるものではないが、α＋β型のチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖや、β型のチタン合金であるＴｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ，Ｔｉ−２２Ｖ−４Ａｌ，及びＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌ等が好ましい。
また、内輪１及び外輪２の間に形成され玉３が配された空隙部内には、潤滑油，グリース組成物等の潤滑剤６が配されている。潤滑油としては、オイル状の有機ケイ素化合物を用いることができる。また、グリース組成物としては、前記オイル状の有機ケイ素化合物を基油とするグリース組成物を用いることができる。なお、潤滑油やグリース組成物には、潤滑剤に一般的に使用される添加剤を配合しても差し支えない。
【００１３】
潤滑油やグリース組成物に使用される有機ケイ素化合物の種類は、特に限定されるものではないが、ポリシロキサン（シリコーン油）が好ましい。そして、金属に対する吸着性を有する官能基を備える有機ケイ素化合物が特に好ましい。例えば、ポリシロキサンの側鎖又は末端に反応性の官能基を導入した反応性シリコーン油（例えば、アミノ変性，エポキシ変性，カルボキシル変性，アルコール変性，メタクリル変性，メルカプト変性，フェノール変性等の反応性シリコーン油）や、ポリシロキサンの側鎖又は末端に非反応性の官能基を導入した非反応性シリコーン油（例えば、ポリエーテル変性，メチルスチリル変性，アルキル変性，高級脂肪酸エステル変性，高級アルコキシ変性，フッ素変性等の非反応性シリコーン油）があげられる。
【００１４】
また、１つの分子中にアルコキシ基の他にエポキシ基，スチリル基，メタクリロキシ基，アクリロキシ基，アミノ基，スルフィド基等の官能基を有するシランカップリング剤を用いることもできる。さらに、アルコキシシラン（例えばテトラアルコキシシラン，トリアルコキシシラン，ジアルコキシシラン）、クロロシラン（例えばトリクロロシラン，ジクロロシラン）、及びケイ素−窒素結合を有するシラザン等を用いることもできる。
なお、これらの有機ケイ素化合物は、単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
【００１５】
本実施形態の転がり軸受は、内輪１及び外輪２の少なくとも一方がチタン合金で構成されているため、耐食性及び非磁性に優れている。また、有機ケイ素化合物を主成分とする潤滑剤で潤滑が行われているので、優れた転がり疲労寿命を有する。よって、メンテナンスが必要とされる機械，装置等にこの転がり軸受を使用すれば、転がり軸受の点検や交換のために前記機械，装置等を度々停止する必要がなくなるため、前記機械，装置等の稼働率が向上する。
【００１６】
〔実施例〕
以下に、実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１の転がり軸受とほぼ同様の構成の転がり軸受において、内輪及び外輪を構成するチタン合金の種類と、潤滑油の種類とを、表１に示すように種々変更したものを用意した。なお、これらの転がり軸受の玉は窒化ケイ素で構成されており、保持器はフッ素樹脂製の冠形保持器である。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
以下に、表１に記載の転がり軸受の製造方法を説明する。表１に示すように、内輪及び外輪は、α＋β型のチタン合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ又はβ型のチタン合金であるＴｉ−１５Ｍｏ−５Ｚｒ−３Ａｌで構成されている。まず、チタン合金の棒材を所定の温度で１時間保持して、溶体化処理を行った。処理温度は、α＋β型のチタン合金の場合は９５０〜１０００℃で、β型のチタン合金の場合は７５０〜８５０℃である。溶体化処理が施された棒材をガス冷却したら、４００〜４５０℃で４〜６０時間保持して時効処理を行い、そのまま５０℃／ｈの速度で冷却した。
【００１９】
この棒材を旋削して内輪及び外輪の形状に加工し、仕上げ研削を行った。そして、実施例１〜４及び比較例１〜４の転がり軸受については、内輪及び外輪に以下のような陽極酸化処理を施した。すなわち、内輪及び外輪を１質量％リン酸溶液に浸漬し、内輪及び外輪を陽極として２０Ｖの電圧を印加して、内輪及び外輪の表面にチタン酸化物層（ＴｉＯ層）を形成した。なお、実施例５及び比較例５の転がり軸受については、陽極酸化処理を施さなかった。各転がり軸受に形成されたチタン酸化物層の厚さは、表１に示す通りである。
【００２０】
このような内輪及び外輪を用いて転がり軸受を組み立て、表１に示す潤滑油１０ｍｇをそれぞれの玉に塗布して、転がり軸受を完成させた。
得られた転がり軸受を日本精工株式会社製の軸受回転試験機に装着し、ラジアル荷重４９Ｎ、アキシアル荷重２０Ｎ、回転速度５００ｒｐｍの条件で、１０００時間回転させた。そして、回転試験前後の転がり軸受の質量変化量（摩耗量）を測定した。また、回転試験前後の軌道面表面に存在する化合物と該化合物からなる層の厚さとを、オージェ電子分光分析装置により測定した。その結果を表１に併せて示す。なお、表１に示した転がり軸受の質量変化量は、比較例３の転がり軸受の質量変化量を１とした場合の相対値で示してある。
【００２１】
表１から分かるように、実施例１〜５の転がり軸受は、潤滑油として有機ケイ素化合物を用いたので、チタン合金の種類やチタン酸化物層の厚さとは関係なく、回転試験後においても均一なチタン酸化物層が検出され、質量変化（摩耗）も小さかった。
これに対して、比較例１〜５の転がり軸受は、潤滑油として炭化水素系の油を用いたので、チタン酸化物層が消失し、その代わりにチタン炭化物が検出された。また、質量変化（摩耗）も大きかった。これは、軌道面のチタン酸化物層と下地のチタン合金とが炭化水素系の油とトライボケミカル反応を起こし、生成したチタン炭化物が脱落又は剥離したためと考えられる。
【００２２】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては転動装置の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。さらに、本発明は、転がり軸受に限らず、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る。例えば、ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明の転動装置は、耐食性，非磁性，及び衛生性が要求される用途に好適である。例えば、食品用機械，医療機器，半導体素子製造装置，電子線機器等に好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態である転がり軸受の構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１        内輪
１ａ      軌道面
２        外輪
２ａ      軌道面
３        玉
６        潤滑剤
【図１】
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