(57)【要約】【課題】  耐食性及び耐摩耗性に優れた転動装置を提供する。【解決手段】  内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａとに、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜を形成した。【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設された複数の転動体と、を備える転動装置において、
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも一つに、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜を形成したことを特徴とする転動装置。
【請求項２】
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設された複数の転動体と、前記内方部材と前記外方部材との間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転動装置において、
前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，前記転動体の転動面，及び前記保持器の摺動面のうちの少なくとも一つに、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜を形成したことを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性及び耐摩耗性に優れる転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の軸受部品（軌道輪，転動体等）は軸受鋼で構成されている場合が多いが、例えば水や水蒸気と接触するような腐食性環境下で使用される場合には、軸受鋼が腐食されるおそれがあるので、腐食対策として、摺動面に無電解ニッケルめっきが施される場合がある。
この無電解ニッケルめっきは、ピンホールが少ないこと、表面が硬いこと、膜厚が均一であること等の理由から、よく使用されている。なお、無電解ニッケルめっきとは、次亜リン酸還元による自己触媒型ニッケル・リンめっきであり、その析出物は、ニッケルを主としてリンを２〜１５％含んでいる。このような無電解ニッケルめっきは、商品名「カニゼンめっき」として知られている。
【０００３】
摺動面に施されためっきには軸受使用時に摩耗や剥離が生じるおそれがあり、そうすると転がり軸受の回転性能に悪影響が生じる場合があった。よって、めっきの上にグリースを塗布するという対策がなされていた。
【特許文献１】特開２００２−１５６１６４号公報
【特許文献２】特開２００２−２８８４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、軸受使用時には軌道面と転動体との接触部分に強い剪断応力が発生するので、前述のようなめっきの上にグリースを塗布するという対策は十分とは言えず、めっきが剥離し母材である軸受鋼が露出することを完全に回避することは困難であった。軸受鋼が露出した部分は腐食しやすいという問題があり、また、剥離しためっき片が噛み込まれて転がり軸受が回転不良となる等の問題もあった。
さらに、水や水蒸気と接触するような腐食性環境下で転がり軸受が使用される場合には、グリースが流出しやすいため、潤滑が良好に行われないことが多い。よって、前述の無電解ニッケルめっきでは、激しい摩耗が生じる場合があった。
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、耐食性及び耐摩耗性に優れた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】
【０００５】
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設された複数の転動体と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，及び前記転動体の転動面のうちの少なくとも一つに、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜を形成したことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る請求項２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設された複数の転動体と、前記内方部材と前記外方部材との間に前記転動体を保持する保持器と、を備える転動装置において、前記内方部材の軌道面，前記外方部材の軌道面，前記転動体の転動面，及び前記保持器の摺動面のうちの少なくとも一つに、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜を形成したことを特徴とする。
【０００７】
このような転動装置は、耐食性が優れている。よって、例えば水や水蒸気と接触するような腐食性環境においても、好適に使用可能である。また、マイクロカプセル中に潤滑剤が保持されており、潤滑剤がマイクロカプセルの外部に放出される速度が適度に調節されることから、極めて良好な潤滑性を有している。さらに、前記ニッケル被膜の摩擦係数が、ニッケルのみで構成された被膜（潤滑剤を内包するマイクロカプセルを備えていない被膜）と比べて大幅に小さいので、耐摩耗性に優れている。
【０００８】
なお、本発明における保持器の摺動面とは、保持器の表面のうち、内方部材，外方部材，転動体等の他部材と接触して摺動する面を意味する。
また、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。
さらに、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】
【０００９】
本発明の転動装置は、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜を備えているので、耐食性及び耐摩耗性が優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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部分縦断面図である。この転がり軸受は、日本精工株式会社製の深溝玉軸受（呼び番号６０００，内径１０ｍｍ，外径２６ｍｍ，幅８ｍｍ，玉の直径９．５３５ｍｍ）であり、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間に転動自在に配設された複数の玉３と、内輪１と外輪２との間に複数の玉３を保持する保持器４と、で構成されている。
【００１１】
そして、両軌道面１ａ，２ａには、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜（図示せず）が形成されている。なお、このニッケル被膜は、軌道面１ａ，軌道面２ａ，及び転動面３ａのうちの少なくとも一つに形成されていれば、転がり軸受の耐食性及び耐摩耗性が向上する。また、保持器４の表面のうち、玉３と接触して摺動する摺動面４ａに、前記ニッケル被膜を形成してもよい。さらに、転がり軸受は、保持器４を備えていない構成としてもよい。
【００１２】
以下に、前記ニッケル被膜を形成する方法について説明する。
まず、図２に示すようなマイクロカプセル調整装置を用い、以下のようにしてマイクロカプセルを調整した。界面活性剤と分散安定剤であるポリビニルアルコールとを、それぞれ５質量％の濃度となるように３００ｍｌの蒸留水に溶解して、水溶液を調製した。
そして、この水溶液を１０℃に保持しながら、０．５ｍｏｌ／ｄｍ3 のテレフタル酸ジクロライド（東京化成工業株式会社製の試薬）を含むポリα−オレフィン（エクソンモービル社製のＳＨＦ−８２、４０℃における動粘度は４７ｍｍ2 ／ｓ）を３０ｍｌ加え、ホモジナイザーを用いて回転速度１４０００ｍｉｎ-1で撹拌して、水中油滴型エマルジョン（Ｏ／Ｗエマルジョン）を調製した。
【００１３】
調整したエマルジョンに、０．５５ｍｏｌ／ｄｍ3 のジエチレントリアミンと、０．２５ｍｏｌ／ｄｍ3 のヘキサメチレンジアミンと、１．０ｍｏｌ／ｄｍ3 のＮａＯＨとを含む水溶液３００ｍｌを滴下し、ケミカルスターラーを用いて回転速度８００ｍｉｎ-1で２時間撹拌した。なお、ＮａＯＨを加えるのは、反応によって生成するＨＣｌを中和するためである。このようにして得られたポリα−オレフィンを内包するマイクロカプセルを遠心分離し、蒸留水を用いて洗浄した。
【００１４】
次に、次亜リン酸塩還元浴に硫酸ニッケル，醋化剤，安定剤，ｐＨ緩衝剤，外観調整剤，分散助剤を含有させ、さらに上記のマイクロカプセルを分散させて、めっき液を調整した。このめっき液を撹拌しながら約８０℃以上に加熱し、そこに転がり軸受を構成する軸受部品（内輪１，外輪２）のめっき処理を施したい部分を浸漬した。すると、めっき液に浸漬した部分に無電解めっきが施され、ポリα−オレフィンを内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル−リン複合めっき被膜が形成された。なお、めっき処理を施したい部分は、予め、有機溶剤等による脱脂，酸洗い，付着ゴミの除去等の洗浄を行うとよい。また、このような洗浄を行った後に直接めっき処理を施してもよいが、めっき被膜の密着性をさらに向上させるために、ニッケルストライクめっき等の下地処理を施した後にめっき処理を施してもよい。
【００１５】
このようなニッケル−リン複合めっき被膜の厚さは、撹拌及び加熱されためっき液に浸漬する時間により制御することができる。すなわち、所望の厚さのニッケル−リン複合めっき被膜が形成されるまで、めっき液に浸漬すればよい。なお、ニッケル−リン複合めっき被膜の厚さは、１．０μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。膜厚が１．０μｍより薄いと、ニッケル−リン複合めっき被膜にピンホールが発生しやすくなり、耐摩耗性が低下する。一方、膜厚が２０μｍより厚いと、ニッケル−リン複合めっき被膜の圧縮応力が大きくなるため剥離等が生じやすく、また密着性が低下するおそれがある。
【００１６】
また、ニッケル−リン複合めっき被膜に分散しているマイクロカプセルの平均粒径は、０．５μｍ以上１２μｍ以下であることが好ましい。０．５μｍ未満では、カプセルが飛散しやすいためニッケル−リン複合めっき被膜内に保持されにくい。また、粉塵が発生しやすいという問題も生じる。一方、１２μｍより大きいと、めっき処理時にマイクロカプセルが偏析するため、マイクロカプセルがニッケル−リン複合めっき被膜内に均一に分散しにくい。よって、良好な耐摩耗性が得られにくい。このような不都合がより生じにくくするためには、マイクロカプセルの平均粒径は０．５μｍ以上６．０μｍ以下であることがより好ましい。
【００１７】
さらに、ニッケル−リン複合めっき被膜内に含まれるマイクロカプセルの量は、０．０１体積％以上２０体積％以下であることが好ましい。０．０１体積％未満であると、摺動特性が低下して摩擦熱が発生しやすく、また耐摩耗性の十分な向上も期待できない。一方、２０体積％を超えると、ニッケル−リン複合めっき被膜の生成が困難となる。なお、ニッケル−リン複合めっき被膜内に含まれるマイクロカプセルの量は、めっき液に分散させるマイクロカプセルの量を変えることによって容易に制御できる。
【００１８】
さらに、マイクロカプセルの壁材は、前述の実施形態で示した例に限定されるものではなく、市販されている油溶性モノマー，水溶性モノマー等から合成されるものが使用できる。また、マイクロカプセルに内包される潤滑剤は、ポリα−オレフィンに限定されるものではなく、鉱油や合成油等が使用可能である。合成油としては、エステル系，炭化水素系，フェニルエーテル系，グリコール系，シリコーン系，フッ素系等の各種合成油が使用できる。
【００１９】
次に、図１の転がり軸受とほぼ同様の構成の転がり軸受を５種（表１を参照）用意して、その耐久性試験を行った。なお、ニッケル−リン複合めっき被膜は、前述のようにして形成されたものであり、その厚さは１０μｍ、マイクロカプセルの平均粒径は４μｍ、被膜内のマイクロカプセルの含有量は５体積％である。また、内輪，外輪，及び玉の材質並びにニッケル−リン複合めっき被膜を形成した部位は、表１に示す通りである。さらに、保持器はポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）製である。さらにまた、比較例１の軸受に施された被膜は、カニゼンめっきにより形成されたものであり、その膜厚は１０μｍである。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
耐久性試験には、図３に示すような軸受回転試験機を用い、この軸受回転試験機に前述の各軸受を取り付けて回転試験を行った。この軸受回転試験機は、水平な基台Ｄと図示しないモータによって回転駆動される回転軸Ｓとを備えており、回転軸Ｓは基台Ｄに対して傾斜して配されている。この回転軸Ｓは、ハウジングＨの軸方向の両端部に外輪が固定された２個の玉軸受Ｊ１，Ｊ２により回転可能に支持されており、その先端には試験軸受Ｊが装着されている。そして、基台Ｄの上にはイオン交換水５１が満たされた容器５が設置されており、試験軸受Ｊの外輪が容器５内のイオン交換水５１に浸漬されている。
【００２２】
この試験軸受Ｊに径方向の荷重（ラジアル荷重）Ｒを負荷しながら、潤滑剤を供給せずに内輪回転で回転試験を行った。試験条件は、ラジアル荷重：４９Ｎ、回転速度：３００ｍｉｎ-1、雰囲気温度：常温（２５℃）である。そして、回転時の試験軸受Ｊの動摩擦トルクを測定し、動摩擦トルクが試験開始時の２倍以上となった時点までの総回転数を試験軸受Ｊのトルク寿命とした。
【００２３】
結果を図４のグラフに示す。なお、このグラフに示したトルク寿命の数値は、比較例１のトルク寿命を１とした場合の相対値で示してある。グラフから分かるように、前述のようなニッケル−リン複合めっき被膜が形成された実施例２の軸受は、カニゼンめっきによるニッケルめっき被膜が形成された比較例１の軸受と比べて、１０倍以上長寿命であった。さらに、転動体がセラミックスである窒化ケイ素で構成された実施例１の軸受は、実施例２の軸受よりもさらに優れたトルク寿命を有していた。
【００２４】
実施例３の軸受は、比較例１よりもトルク寿命が優れているものの、内輪，外輪，玉の全てに前述のようなニッケル−リン複合めっき被膜が形成されていると、初期の動摩擦トルクが大きくなってしまうため、実施例１，２と比べると短寿命であった。これは、同種の材質で構成されたもの同士の方が、いわゆる凝着を起こしやすいためと推測される。したがって、２つの接触面のうち一方のみに前記被膜を施すことが好ましい。
【００２５】
次に、前述の実施例２の軸受において、ニッケル−リン複合めっき被膜の膜厚を種々変更したものを用意して、それらの耐久性を図３の軸受回転試験機により測定した。このとき、マイクロカプセルの平均粒径は０．５μｍ、被膜内のマイクロカプセルの含有量は５体積％に統一した。また、耐久性は、回転時の試験軸受Ｊに発生する振動が試験開始時の２倍となるまでの回転時間により評価した。回転試験の条件等は、前述のトルク寿命の測定の場合と同様である。
【００２６】
結果を図５のグラフに示す。なお、図５のグラフに示した耐久性は、ニッケル−リン複合めっき被膜を備えていない軸受の耐久性を１とした場合の相対値で示してある。グラフから分かるように、被膜を備えている軸受は、被膜を備えていない軸受と比較して、約１０倍程度長寿命であり、特に被膜が１．０μｍ以上２０μｍ以下である場合に長寿命であった。
【００２７】
次に、前述の実施例２の軸受において、ニッケル−リン複合めっき被膜内のマイクロカプセルの平均粒径を種々変更したものを用意して、それらの耐久性を図３の軸受回転試験機により測定した。このとき、被膜の膜厚は１６μｍ、被膜内のマイクロカプセルの含有量は５体積％に統一した。また、耐久性は、回転時の試験軸受Ｊに発生する振動が試験開始時の２倍となるまでの回転時間により評価した。回転試験の条件等は、前述のトルク寿命の測定の場合と同様である。
【００２８】
結果を図６のグラフに示す。図６のグラフにおける平均粒径が０μｍの場合の耐久性は、従来の無電解ニッケルめっきによる被膜が施された軸受の耐久性であり、図６のグラフに示した耐久性は、この従来の無電解ニッケルめっきによる被膜が施された軸受の耐久性を１とした場合の相対値で示してある。グラフから分かるように、平均粒径が０．５μｍ以上１２μｍ以下のマイクロカプセルを含有する被膜が施された軸受は、マイクロカプセルを含有しない被膜が施された軸受と比較して、２０倍以上の長寿命であった。
【００２９】
以上説明したように、潤滑剤を内包するマイクロカプセルが分散しているニッケル被膜は、マイクロカプセル中に潤滑剤を保持でき、潤滑剤をマイクロカプセルの外部に放出する速度を調節する機能を有していることから、極めて良好な潤滑性を有する。また、被膜自体の摩擦係数が、ニッケルのみで構成された被膜（潤滑剤を内包するマイクロカプセルを備えていない被膜）と比べて大幅に小さいので、耐摩耗性に優れている。よって、このような被膜を備える転がり軸受は、該被膜を備えていない場合及び従来の無電解ニッケルめっき被膜を備えている場合と比べて、大幅に長寿命である。
【００３０】
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】
【００３１】
本発明の転動装置は、例えば水や水蒸気と接触するような腐食性環境下においても好適に使用可能である。また、高温，高速，高荷重条件でも好適に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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部分縦断面図である。
【図２】マイクロカプセル調整装置の構成を説明する図である。
【図３】軸受回転試験機の構造を示す断面図である。
【図４】耐久性試験の結果を示すグラフである。
【図５】被膜の膜厚と軸受の耐久性との相関を示すグラフである。
【図６】マイクロカプセルの平均粒径と軸受の耐久性との相関を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３３】
１        内輪
１ａ      軌道面
２        外輪
２ａ      軌道面
３        玉
３ａ      転動面
４        保持器
４ａ      摺動面
Ｊ        試験軸受
【図１】
2005083521.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005083521.tif 000006
【図４】
2005083521.tif 000007
【図５】
2005083521.tif 000008
【図６】
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