(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪との間に、複数の転動体を保持器を介して転動自在に保持し、ゴムで被覆したシールまたはシールド部材により封止してなる転がり軸受において、
前記シールまたはシールド部材が０．０４ｍｍ以上の曲率半径からなる屈曲部及び湾曲部を有するとともに、該シールまたはシールド部材の芯金が、酸化還元電位が鉄よりも小さい金属または合金からなる厚さ０．２〜５０μｍの被膜が被覆された後、酸による表面活性化処理が施され、最表層としてリチウムとシリカの無機物からなる被膜が目付け量２００〜６００ｍｇ／ｍ２にて設けられた鋼板であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
リチウムとシリカの無機物からなる被膜の膜厚が０．０１〜５μｍであることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
【請求項３】
酸が硫酸、リン酸または塩酸であることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
酸化還元電位が鉄よりも小さい金属または合金からなる被膜が、ガリウム、亜鉛、コバルト、モリブデン、バナジウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金からなる薄膜、もしくは前記薄膜を複数層に積層してなる積層膜であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の転がり軸受。
【請求項５】
シールまたはシールド部材の最表層を含めた全板厚が０．４１ｍｍ未満であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転がり軸受に関し、特に、耐食性を改善するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受では、封入グリースや順滑剤の漏洩や外部からの異物の侵入を防止するために、シールもしくはシールド部材（以下、「シール材」ともいう）が軌道輪に取り付けられている。例えば、図１に断面図で示す玉軸受は、内輪軌道１を有する内輪２と、外輪軌道３を有する外輪４との間に、複数の玉５を保持器７を介して転動自在に保持し、さらに外輪４にシール材６を固定して構成されている。このシール材６は、図示されるような鋼板等を所定形状に加工した金属製シール材の他にも、図２に示されるような、鋼板製の芯金６ａとゴム等の弾性部材６ｂとを一体に成形したゴム製シール材も使用されている。
【０００３】
通常、シール材６には、酸化による腐食を防ぐために、耐食処理が施されている。図９は金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の一部を模式的に示す拡大図であるが、鋼材１０の表面に亜鉛被膜１１をめっきして成膜した亜鉛めっき鋼材の上に、クロメート被膜１２を設けて亜鉛皮膜１１を保護したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、図１０に模式的に示すように、鋼材１０の表面に亜鉛被膜１１をめっきして成膜した亜鉛めっき鋼材の上に、クロメート被膜１２を設けて亜鉛皮膜１１を保護し、更にその上にリチウムシリケートからなる保護膜１３を設けたものも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記亜鉛めっき鋼材は、鋼材１０中の鉄よりも電気化学的に卑な金属である亜鉛を選択的にイオン化させることにより鋼材１０の腐食を防ぐ、所謂自己犠牲型の耐食性鋼板である。しかし、亜鉛皮膜１１の上に形成されたクロメート被膜１２により亜鉛の溶出が抑えられるため、本来の自己犠牲型による耐食性が十分に発揮されず、発錆が十分に抑えてられているとは言い難い状況にある。軸受では、軌道面に錆が発生すると、音響不良やトルクムラ等の不具合を起こすため、致命的な欠陥となる。特に、グリースを封入した軸受では軌道面に錆が発生し易く、大きな問題となっている。
【０００５】
また、クロメート被膜１２は、通常、６価クロム溶液を電解処理して形成されるが、クロメート処理した部品の廃棄物から６価クロムが土壌に溶出して重大な環境問題になっており、クロメート被膜１２を設けることは環境保全の点から好ましくないという問題もある。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、耐食性に優れるとともに、環境保全にも適した転がり軸受を提供することを目的とする。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の目的を達成するために、本発明は以下に示す転がり軸受を提供する。
（１）外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪との間に、複数の転動体を保持器を介して転動自在に保持し、ゴムで被覆したシールまたはシールド部材により封止してなる転がり軸受において、
前記シールまたはシールド部材が０．０４ｍｍ以上の曲率半径からなる屈曲部及び湾曲部を有するとともに、該シールまたはシールド部材の芯金が、酸化還元電位が鉄よりも小さい金属または合金からなる厚さ０．２〜５０μｍの被膜が被覆された後、酸による表面活性化処理が施され、最表層としてリチウムとシリカの無機物からなる被膜が目付け量２００〜６００ｍｇ／ｍ２にて設けられた鋼板であることを特徴とする転がり軸受。
（２）リチウムとシリカの無機物からなる被膜の膜厚が０．０１〜５μｍであることを特徴とする上記（１）記載の転がり軸受。
（３）酸が硫酸、リン酸または塩酸であることを特徴とする上記（１）または（２）に記載の転がり軸受。
（４）酸化還元電位が鉄よりも小さい金属または合金からなる被膜が、ガリウム、亜鉛、コバルト、モリブデン、バナジウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金からなる薄膜、もしくは前記薄膜を複数層に積層してなる積層膜であることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか１項に記載の転がり軸受。
（５）シールまたはシールド部材の最表層を含めた全板厚が０．４１ｍｍ未満であることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか１項に記載の転がり軸受。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関して図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
本発明において、転がり軸受自体の構成には制限がなく、例えば図１に示した玉軸受を例示することができる。即ち、内輪軌道１を有する内輪２と、外輪軌道３を有する外輪４との間に、複数の玉５を保持器７を介して転動自在に保持し、さらに外輪４にシール材６を固定して構成される。そして、本発明は、シール材６を以下のように構成し、従来よも格段に優れた耐食性を付与するものである。
【００１０】
シール材６は、図１に示すような金属製シール材の他、図２に示すような芯金６ａとゴム等の弾性部材６ｂとを一体に成形したゴム製シール材も使用することができる。但し、本発明では、図３に模式的に示すように、鋼板１０の表面に、酸化還元電位が鉄よりも小さい金属または合金からなる被膜２０（以下、「耐食性被膜」という）を成膜し、更にその上にリチウムとシリカの無機物（シリケート）からなる保護膜１３を設けたものを金属製シール材またはゴム製シール材の芯金６ｂに用いる。尚、鋼板１０は制限されるものではなく、通常の冷間圧延鋼板等を用いることができ、またその板厚は、０．１〜０．５ｍｍが一般的である。
【００１１】
鋼板１０の素地である鉄は、微量の塩等が溶解した水蒸気や塩水等の電解質溶液の存在下では、イオン化傾向が鉄より大きい金属（鉄より卑な金属であり、例えば亜鉛やマンガン）に対してアノードとして機能することが知られている。例えば、２５℃における標準電極電位ｅ０の値は、Ｍｎ｜Ｍｎ++：−１．１８、
Ｚｎ｜Ｚｎ++：−０．７６、Ｆｅ｜Ｆｅ++：−０．４４である。
【００１２】
酸化還元電位が鉄よりも小さい金属としては、ガリウム、亜鉛、コバルト、モリブデン、バナジウム、チタン、アルミニウム、マグネシウムまたはこれらの合金が挙げられるが、亜鉛、コバルト、モリブデンもしくはその合金が価格の点から好ましく、更には鉄との酸化還元電位の差の大きさから亜鉛またはその合金（例えば、Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ）が最も好ましい。また、耐食性被膜２０はこれらの金属または合金からなる層を複数積層してもよい。
【００１３】
耐食性被膜２０の膜厚は０．２〜５０μｍであり、０．２μｍよりも薄いと犠牲防食に耐え得る時間が不十分であり、５０μｍより厚くしても効果の増分が認められず不経済であるとともに、シール材としたときの加工性が悪くなる。また、好ましい膜厚は０．２〜２０μｍであり、特に０．２〜１０μｍとすることが好ましい。最も好ましい膜厚は０．５〜３μｍである。
【００１４】
耐食性被膜２０を成膜する方法は、制限されるものではないが、電解めっき法や、溶融金属液中に鋼板１０を浸漬する方法等が可能である。耐食性薄膜２０を比較的薄く成膜する場合は電解めっき法が望ましく、比較的厚く成膜する場合は浸漬する方法が望ましい。
【００１５】
一方、リチウムとシリケートからなる保護膜１３の膜厚は０．０１〜５μｍが好ましく、より好ましくは０．０５〜０．５μｍである。保護膜１３の膜厚が０．０１μｍ未満では耐食性を改善する効果が不十分であり、５μｍを越える場合には芯金に加工する際に保護膜１３が破壊されて軸受転走面に混入して音響特性等に悪影響を及ぼすおそれがある。内、この保護膜１３の成膜方法は、従来と同様の方法で構わない。
【００１６】
また、保護膜１３における珪素含有量により耐食性も異なる。十分な耐食性を確保するには、耐食性被膜２０の種類やその膜厚にもよるが、例えば複合亜鉛めっきの目付け量が５ｇ／ｍ2の場合では保護膜１３における珪素含有量を１０〜４０重量％、複合亜鉛めっきの目付け量が１０ｇ／ｍ2の場合では保護膜１３における珪素含有量を６〜２６重量％とすることが好ましい。
【００１７】
また、耐食性被膜と保護膜は、上記の構成に限らず、図４に示す膜構成とすることも可能である。
【００１８】
即ち、鋼板１０の上に上記と同様の耐食性被膜２０を設け、その上にバナジウム化合物からなる被膜２１を介在させ、その上に上記のリチウムとシリケートからなる保護膜１３を設けることもできる。
【００２０】
上記の耐食性被膜２０及び保護膜１３、あるいは更にバナジウム化合物からなる被膜２１は、鋼板１０の両面に形成されることが好ましく、特に図１に示したような全体が露出している金属製シール材６で有効である。また、シール材６とするには、鋼板１０にこれらの被膜を成膜した後、プレス成形等により所定形状に成形してもよいし、予め所定形状に成形した鋼板１０にこれらの被膜を成膜してもよい。
【００２１】
尚、被膜の成膜後にプレス成形する方法では、加工応力の大きい部分では被膜に亀裂が発生するおそれがある。そこで、下地層となる被膜に表面処理を施すことが好ましい。例えば、図３に示した耐食性被膜２０として亜鉛めっき膜を成膜し、保護層１３としてリチウムとシリケートからなる被膜を成膜したシールド板では、電解めっき後に亜鉛めっき膜に付着しているめっき液を除去するために水洗が一般的に行われるが、その際亜鉛めっき膜の極表面にはめっき液を含んだ酸化膜が形成され、その上に成膜されるリチウムとシリケートからなる被膜との密着性が低下する。
【００２２】
そこで、酸を用いた化学的洗浄（エッチング）により亜鉛めっき膜の表面を清浄にする。このときの酸溶液としては硝酸、塩酸、リン酸、硫酸等の水素イオン濃度がｐＨ４以下の溶液が効果的である。中でも、長期間にわたり酸濃度の変化が少ないリン酸や硫酸等の不揮発性の酸溶液が特に好適である。
【００２３】
このように下地層となる被膜の表面処理を行うことにより、その上に成膜される被膜との密着性が高まることから、それぞれの被膜の膜厚を薄くすることができ、コスト的に有利になる。
【００２４】
また、薄肉形状（例えば日本精工（株）製名番６８００シリーズ）の軸受に使用する場合、外輪へのシールド板のかしめにより外輪真円度の変形が起こる等の理由から、シールド板の最表層を含めた全板厚を０．４１ｍｍ未満とすることが好ましい。
【００２５】
更に、シールド板６は、図５及び図６に示すように、屈曲部や湾曲部、カール部を備える形状に加工されることが多い。例えば、図５に示すシールド板６では、先端部及びかしめ部を構成する部分に、それぞれ曲率半径０．０４ｍｍ以上の屈曲部３１ａ，３１ｂ，３１ｃが形成されており、図６に示すシールド板６では、平面部３２の先端に曲率半径０．０４ｍｍ以上の湾曲部３３が形成され、かしめ部には屈曲部３４ａ，３４ｂで形成されるカール部が形成されている。このような屈曲部や湾曲部、カール部を備えるシールド板６では、最表層の目付け量を２００〜６００ｍｇ／ｍ２とすることにより、これらの部位における耐食性を向上させることができる。最表層の目付け量が２００ｍｇ／ｍ２未満では腐食防止効果が得られず、鋼板の腐食が加速度的に進行するようになる。最表層の目付け量が６００ｍｇ／ｍ２を超える場合には、加工時にこれらの部位に亀裂が発生し易くなる。
【００２６】
尚、最表層の目付け量は、ＺＡＦ法による珪素含有量で示すと、後述する実施例にも示すように、２００ｍｇ／ｍ2は１０重量％（加速電圧１０ｋＶ）及び５．８重量％（加速電圧１５ｋＶ）となり、６００ｍｇ／ｍ2は３６重量％（加速電圧１０ｋＶ）及び２１重量％（加速電圧１５ｋＶ）となる。更に、これらの目付け量は、Ｘ線光電子分析法（ＸＰＳ）によれば、０．１８〜０．６５μｍに相当する。
【００２７】
上記の如く構成されるシール材６は、耐食性に優れ、特にグリースを封入した転がり軸受に有効であり、軌道面での発錆を抑える効果が従来に比べて大幅に向上する。また、従来のようにクロメート被膜（図１０、符号１２参照）が存在しないため、６価クロムによる環境汚染を引き起こすこともない。
【００２８】
尚、潤滑のために封入される潤滑剤に制限はなく、例えば、リチウム石けん−鉱油系グリース、リチウム石けん−エステル油系グリース、ウレア化合物−エステル油系グリース、ウレア化合物−合成炭化水素油系グリース等を適宜選択して封入することができる。また、潤滑はグリース以外でも可能である。
【００２９】
以上、本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
【００３０】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
厚さ０．３ｍｍの冷間圧延鋼板に、電解めっきにより亜鉛合金（Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ）被膜を膜厚を変えて成膜し、更にその上に一定膜厚０．３μｍのリチウムとシリケートの化合物からなる被膜を成膜した。次いで、この亜鉛合金被覆鋼板をプレス成形により日本精工製呼び番号６２０３の軸受用シールド板に加工し、同軸受に装着して供試体とした。
【００３２】
そして、グリセリン６４％、水３６％で、蟻酸を３００ｐｐｍ含有する溶液を用いて相対湿度４０％に調湿した酸性雰囲気中（４０℃）に、上記の供試体を３６０時間放置した。尚、蟻酸を用いたのは、モータの支持軸受等でロータに使用されるワニスの乾燥が不十分な場合、蟻酸及び酢酸が発生することを考慮したためである。供試体を酸性雰囲気から取り出した後、軌道面の表面を観察して錆の発生点数を調べた。
【００３３】
亜鉛合金被膜の膜厚の違いによる錆の発生点数をグラフにして図７に示すが、亜鉛合金被膜の膜厚が０．２μｍ以上の範囲で錆の発生が確実に抑えられていることがわかる。
【００４６】
(表面処理の検証)
表１に示すように、０．２ｍｍの冷間圧延鋼板にクロメート層を形成した試験用鋼板Ａ〜Ｄ（従来品）と、０．２ｍｍの冷間圧延鋼板に亜鉛合金（Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ）めっき被膜を成膜し更に酸溶液による表面処理を施した試験鋼板Ｅ〜Ｈ（本発明品）とを用意した。尚、亜鉛合金めっき被膜の目付け量は１０ｇ／ｍ２とした。次いで、その上に珪素含有量の異なるリチウムとシリケートの化合物からなる被膜を珪素含有量が６〜２６重量％の範囲で膜厚を変えて成膜した。尚、珪素含有量は上記と同様にＺＡＦ法（加速電圧１５ｋＶ）にて珪素含有量から求めた。
【００４７】
そして、各試験鋼板についてプレス成形により日本精工製呼び番号６２０１の深溝玉軸受用のシールド板に加工し、平面部、プレス圧縮部、プレス引張部の各部位について亀裂の有無を観察した。亀裂の確認は、各部位の電子顕微鏡観察による写真判定にて行い、プレスによる亀裂が発生しない場合を「○」、亀裂が発生した場合を「×」として結果を表１に併記した。尚、平面部はプレスによる応力が殆ど負荷されない部位であり、プレス圧縮部は加工時の変形により圧縮応力が負荷される部位であり、プレス引張部は加工時の変形により引張応力が負荷される部位である。
【００４８】
【表２】
0004470376.tif 000002
【００４９】
表１より、本発明に従う試験鋼板では何れもプレス成形による亀裂が発生しないことがわかる。
【００５０】
更に、表面処理の効果を調べるために、０．２ｍｍの冷間圧延鋼板に亜鉛合金（Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ）めっき被膜を成膜し、その上に珪素含有量を変えてリチウムとシリケートからなる被膜を成膜した試験鋼板Ｉと、０．２ｍｍの冷間圧延鋼板に亜鉛合金（Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ）めっき被膜を成膜し更に硫酸溶液（水素イオン濃度１０-4）による表面処理を施し、その上に珪素含有量を変えてリチウムとシリケートからなる被膜を成膜した試験鋼板Ｊとを用意した。尚、亜鉛合金めっき被膜の目付量は何れも１０ｇ／ｍ2とした。そして、各試験鋼板をプレス成形により日本精工製呼び番号６２０１の深溝玉軸受用のシールド板に加工した。そして、このシールド板を同軸受に装着して供試体とし、上記と同様の耐食性試験を行った。
【００５１】
結果を図８に示すが、亜鉛合金めっき膜に表面処理を施すことにより、少ない珪素含有量でも十分な耐食性が得られることがわかる。即ち、亜鉛合金めっき膜に表面処理を施さない場合、十分な耐食性を得るには珪素含有量が１２重量％以上必要であるが、表面処理を施すことにより珪素含有量が６重量％でも十分な耐食性が得られる。
【００５２】
また、亜鉛めっき層に硫酸等の表面処理（表面活性化処理）を行うことは、リン酸塩等の化成処理を施す場合も均一に反応させるには有効である。
【００５３】
（実施例２〜１１、比較例１〜３０）
表２に示すように、電解めっきにより亜鉛合金（Ｚｎ−Ｃｏ−Ｍｏ）被膜を１０ｇ／ｍ２の目付け量で成膜し、ｐＨ３の硫酸水溶液による活性化処理を施し、更にその上にリチウムとシリケートの化合物からなる被膜（保護膜）を目付け量を変えて成膜した。そして、上記と同様にしてＺＡＦ法（加速電圧１０ｋＶ及び１５ｋＶ）にて珪素含有量を測定した。結果を表２に示す。
【００５４】
次いで、この亜鉛合金被覆鋼板をプレス加工により図６示す湾曲部（曲率半径は各軸受型番に対応）、平面部及びカール部を備えるシールド板に加工した。このプレス加工に際して湾曲部、平面部及びカール部における亀裂の発生の有無を確認した。結果を表２に示すが、各部位の電子顕微鏡観察による写真判定においてプレス加工後の表面性状に変化がない場合を「◎」、微量亀裂が発生した場合を「○」、亀裂伸展が認められる場合を「△」とした。
【００５５】
また、同じ亜鉛合金被膜鋼板を結露させた状態で５００時間放置し、表面に亜鉛酸化物の析出の有無を観察した。結果を表２に示すが、亜鉛酸化物の析出が認められない場合を「○」、析出が認められる場合を「△」としてある。
【００５６】
【表３】
0004470376.tif 000003
【００５７】
表２より、耐食性から保護膜の目付け量は２００〜６００ｍｇ／ｍ２が適当であることがわかる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐食性に優れるとともに、環境保全にも適した転がり軸受が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明及び従来の転がり軸受の一実施形態（金属製シール材具備）を示す断面図である。
【図２】  本発明及び従来の転がり軸受の他の実施形態（ゴム製シール材具備）を示す断面図である。
【図３】  本発明の転がり軸受に使用される、金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の構成を示す模式図である。
【図４】  本発明の転がり軸受に使用される、金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の更に他の構成を示す模式図である。
【図５】  本発明の転がり軸受に使用される、金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の更に他の構成を示す模式図である。
【図６】  本発明の転がり軸受に使用される、金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の更に他の構成を示す模式図である。
【図７】  実施例で得られた、亜鉛合金被膜の膜厚と軌道面の錆の発生点数との関係を示すグラフである。
【図８】  実施例で得られた、亜鉛合金めっき被膜の表面処理の有無と保護膜の珪素含有量との関係を示すグラフである。
【図９】  従来の金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の構成を示す模式図である。
【図１０】  従来の金属製シール材またはゴム製シール材の芯金の他の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
１  内輪軌道
２  内輪
３  外輪軌道
４  外輪
５  玉
６  シール材
７  保持器
１０  鋼板
１１  亜鉛被膜
１２  クロメート被膜
１３  保護膜
２０  耐食性被膜
２１  バナジウム化合物からなる被膜
３１ａ〜３１ｃ、３４ａ〜３４ｂ  屈曲部
３２  平面部
３３  湾曲部
【図１】
0004470376.tif 000004
【図２】
0004470376.tif 000005
【図３】
0004470376.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
0004470376.tif 000009
【図７】
0004470376.tif 000010
【図８】
0004470376.tif 000011
【図９】
0004470376.tif 000012
【図１０】
0004470376.tif 000013