(57)【要約】【課題】環境有害物質を含有せず、金属製の軌道溝の防錆性能が長期に渡って持続され、耐食性に優れた転動装置を提供する。【解決手段】本発明の転動装置は、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転動装置であって、前記第１部材の転動溝および前記第２部材の転動溝の少なくともいずれかは、その少なくとも一部が、金属で形成され、かつ、金属粉を含有する合成樹脂層で被覆されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転動装置において、
前記第１部材の転動溝および前記第２部材の転動溝の少なくともいずれかは、その少なくとも一部が、金属で形成され、かつ、金属粉を含有する合成樹脂層で被覆されていることを特徴とする転動装置。
【請求項２】
前記合成樹脂層は、フッ素樹脂からなる請求項１記載の転動装置。
【請求項３】
前記金属粉は、VA族元素、VIA族元素、VIIA族元素、およびVIII族元素のいずれかの金属からなる請求項１または２記載の転動装置。
【請求項４】
前記合成樹脂層の厚さは、０．５μm以上１０μm以下である請求項１乃至３のいずれか１項に記載の転動装置。
【請求項５】
前記合成樹脂層は、表面硬さが２ＧＰａ以上５ＧＰａ未満であって、等価弾性定数が７０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の転動装置。
【請求項６】
前記金属で形成され、かつ金属粉を含有する合成樹脂層で被覆された転動溝の表面は無数の凹部を有し、前記金属粉の少なくとも一部が、当該凹部内に配置されてなる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐食性転動装置に関し、特に、環境有害物質を含有せず、金属製の軌道溝の防錆性能が長期に渡って持続され、耐食性に優れた転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
転動装置は、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動するものであり、例えば、転がり軸受（ボール転動装置、ローラ転動装置等）、ボールねじ、リニアガイド、ボールスプライン、リニアボール等がある。
【０００３】
例えば、転がり軸受の内外輪は、通常、SUJ2（高炭素クロム軸受鋼２種）等の鉄鋼部材で形成されており、防錆を目的として表面にめっきを施すことが行われている（例えば、特許文献１参照）。
一般に防錆を目的として採用されるめっき法としては、硬質クロムめっき、無電解ニッケルめっき、低温電解クロムめっき（いわゆる「レイデント処理」）等が挙げられる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１−９６３９４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、従来の転動装置に適用されるめっき法は、環境有害物質である６価クロムを含有する処理工程を含むため、得られる製品中に数ｐｐｍのクロム化合物が残存してしまう場合がある。
これらの技術的な背景に加え、欧州ＥＬＶ指令（End of Life Vehicle：自動車関連の環境規制で使用済みとなった車両が環境に影響を与えないよう配慮する）、および欧州RoHS（Restiction of the certain hazardous substance in electrical and electronic equipment：電子電気機器に含まれる特性有害物質の使用制限）によれば、６価クロムの使用が禁止されるため、その代替手段を探す必要がある。
【０００６】
また、従来の転動装置に適用されるめっき法では、めっき層が薄いと、均一なめっき処理がなされなかったり、めっき層にクラックやビットが生じ易くなったりするため、防錆性能が不十分な場合がある。
一方、めっき層が厚いと防錆性能は高くなるが、厚さが不均一になり易い。転動体は面圧が付与された状態で軌道面を転動するため、厚さが不均一なめっき層は起動面から剥がれ易くなる。したがって、厚いめっき層を設けた場合でも、防錆性能を長期に渡って持続することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決することを目的としたものであって、転がり軸受等の転動装置において、環境有害物質を含有せず、金属製の軌道溝の防錆性能が長期に渡って持続されるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は上記現状に鑑み、検討を重ねた結果、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転動装置において、前記第１部材の転動溝および前記第２部材の転動溝の少なくともいずれかは、その少なくとも一部が、金属で形成され、かつ、金属粉を含有する合成樹脂層で被覆されていることを特徴とする転動装置とすることによって、上記課題を解決し得ることを見出した。
【０００９】
すなわち、本発明は、
（１）互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転動装置において、前記第１部材の転動溝および前記第２部材の転動溝の少なくともいずれかは、その少なくとも一部が、金属で形成され、かつ、金属粉を含有する合成樹脂層で被覆されていることを特徴とする転動装置；
（２）前記合成樹脂層は、フッ素樹脂からなる前記（１）記載の転動装置；
（３）前記金属粉は、VA族元素、VIA族元素、VIIA族元素、およびVIII族元素のいずれかの金属からなる前記（１）または（２）記載の転動装置；
（４）前記合成樹脂層の厚さは、０．５μm以上１０μm以下である前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の転動装置；
（５）前記合成樹脂層は、表面硬さが２ＧＰａ以上５ＧＰａ未満であって、等価弾性定数が７０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下である前記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載の転動装置；
（６）前記金属で形成され、かつ金属粉を含有する合成樹脂層で被覆された転動溝の表面は無数の凹部を有し、前記金属粉の少なくとも一部が、当該凹部内に配置されてなる前記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載の転動装置；を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、環境有害物質を含有せず、金属製の軌道溝の防錆性能が長期に渡って持続され、耐食性に優れた転動装置を提供することができる。耐食性に優れるため、水中等で使用された場合の寿命を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこの実施形態にのみ限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨を逸脱しない限り、さまざまな形態で実施することができる。
【００１２】
本発明の転動装置は、互いに対向配置される軌道溝を備えた第１部材および第２部材と、両部材の軌道溝間に転動自在に配設された複数個の転動体と、を少なくとも備え、転動体が転動することにより第１部材および第２部材の一方が他方に対して相対移動する転動装置において、前記第１部材の転動溝および前記第２部材の転動溝の少なくともいずれかは、その少なくとも一部が、金属で形成され、かつ、金属粉を含有する合成樹脂層で被覆されている。
【００１３】
上記構成とすることにより、環境有害物質を含有せず、かつ、金属製の軌道溝の防錆性能が長期に渡って維持され、耐食性に優れた転動装置を提供することができる。
すなわち、金属製の転動溝の少なくとも一部が合成樹脂層で被覆されていることによって、転動体と当該転動溝との隙間が狭くなっても、この合成樹脂層が接触応力に対してクリープ変形を起こすため、転動体の円滑な転動を確保することができる。
【００１４】
上記において、「前記第１部材の転動溝および前記第２部材の転動溝の少なくともいずれかは」とは、第１部材および第２部材の一方のみが金属で形成されかつ所定に被覆されていてもよいし、あるいは、第１部材および第２部材の両方が金属で形成されかつ所定に被覆されていてもよいとの意味である。
上記において、「その少なくとも一部が、金属で形成され、かつ、金属粉を含有する合成樹脂層で被覆され」とは、転動溝の一部のみが金属で形成されかつ所定に被覆されていてもいし、あるいは、転動溝の全部が金属で形成されかつ所定に被覆されていてもよいとの意味である。
【００１５】
図１は、本発明の転動装置の一実施形態に係る軌道溝の一部断面図である。
図１に示すように、第１部材の金属製の軌道溝１の表面には、金属粉３を含有する合成樹脂層２が設けられており、軌道溝１は合成樹脂層２により被覆されている。
【００１６】
軌道溝１の表面は無数の凹部を有し、当該凹部内に金属粉３の少なくとも一部が配置されることが好ましい。このように金属粉３の少なくとも一部が凹部内に配置されることによって、軌道溝１に対する合成樹脂層２の密着性が高くなる。
「金属粉の少なくとも一部が当該凹部内に配置され」とは、金属粉の全部が軌道溝表面の凹部内に入る場合のほか、金属粉の一部のみが凹部内に配置される場合も含む意味である。
例えば、軌道溝１の中心線平均表面粗さ（Ｒａ）が０．１μmである場合、金属粉３の平均粒径は０．００５〜０．１μmであることが好ましい。
【００１７】
上記転動装置において、前記合成樹脂層は、耐水性、耐酸性、および耐アルカリ性が良好な（水中、酸性液、アルカリ液中で、機械的強度が保持される）材質からなることが好ましい。例えば、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、フラン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂等からなることが好ましい。
【００１８】
特に、前記合成樹脂層は、フッ素樹脂からなることが好ましい。
フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（pTFE）、ポリクロロトリフルオロエチレン（pcTFE）、ポリビニリデンフルオライド（pvDF）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（FEP）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ETFE）、テトラフルオロエチレン−バーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（pFA）等が好ましい。
【００１９】
フッ素樹脂において、フッ素元素の重量比率は５％以上４５％以下が好ましい。５％未満では撥水性に乏しく、ピンホールやクラックを被覆することができない。
【００２０】
上記転動装置において、前記金属粉は、VA族元素、VIA族元素、VIIA族元素、およびVIII族元素のいずれかの金属からなることが好ましい。
【００２１】
前記金属粉としては、前記軌道溝をなす金属と原子半径が近い金属からなる粉末を用いることが好ましい。
前記軌道溝をなす金属が高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼等の鉄鋼製である場合には、前記金属粉として、ニッケル、コバルト、又はこれらの混合からなる粉体を用いることが好ましい。
前記軌道溝をなす金属がアルミニウム合金やマグネシウム合金製である場合には、前記金属粉として、チタンからなる粉体を用いることが好ましい。
【００２２】
上記転動装置において、前記合成樹脂層の厚さは、０．５μm以上１０μm以下であることが好ましい。
このような好適な合成樹脂層の厚さとすることによって、合成樹脂層が接触応力に対してクリープ変形を起こすことによる転動体の円滑な転動の確保を一層有効に行うことができる。
【００２３】
上記転動装置において、前記合成樹脂層は、表面硬さが２ＧＰａ以上５ＧＰａ未満であって、等価弾性定数が７０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下であることが好ましい。
本発明において「表面硬さ」とは、塑性変形硬さを意味し、例えば、エリオニクス社製微小硬度計を用いて測定することができる。
本発明において「等価弾性定数」とは、JISで定められた手法とは異なる押し込み試験法で求められる定数であり、例えば、フィッシャー社製微小硬度測定装置を用いて測定することができる。
このような好適な構成とすることによって、軌道溝からの合成樹脂層のはく離を防止することができる。
等価弾性定数が１６０ＧＰａより大きいと、剛性が高くなるため、転動体との応力や走行時の衝撃による母剤の変形に追従できない欠点がある。また、硬さと等価弾性定数が７０ＧＰａより小さいと、走行面での発熱が大きすぎる問題点が生じる。
【実施例】
【００２４】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明の範囲は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００２５】
〔実施例１〕
図２は、実施例１に係るリニアガイドの一部断面図である。
図２に示すように、案内レール（第１部材）４と、スライダ（第２部材）５と、ボール（転動体）６とから、リニアガイドを構成した。
【００２６】
案内レール４の両側面には、ボール転動溝（軌道溝）４１が形成されている。スライダ５の内側面にも、案内レール４のボール転動溝４１と向かい合う位置に、ボール転動溝５１が形成されている。両ボール転動溝４１、５１により、ボール６の転動通路が形成されている。なお、このリニアガイドは、スライダ５にボール戻し路が形成されていないタイプである。
【００２７】
図２において、ボール転動溝４１を有する案内レール４の全体を、S58C相当の材料で形成した。ボール転動溝５１を含むスライダ５の全体を、S58C相当の材料で形成した。ボール６はSUJ2で形成した。ボール転動溝４１、５１の表面粗さは０．０９μmとした。
【００２８】
次に、ボール転動溝４１、５１の全表面に、以下の方法で、金属粉を含有する合成樹脂層を形成した。
フッ素樹脂粉末と、平均粒径０．０３μmであるコバルト（Ｃｏ）粒子およびニッケル（Ｎｉ）粒子の混合粉末と、界面活性剤と、をアルコールに均一に分散させた。この分散液を容器に入れ、容器内の分散液を撹拌しながら、この分散液に案内レール４とスライダ５を所定時間浸漬した。
次に、案内レール４とスライダ５を分散液中から取り出し、大気中で２００℃の加熱処理を行った。その結果、コバルト粒子とニッケル粒子が均一に分散されている厚さ１．８μｍのフッ素樹脂層が、案内レール４とスライダ５の全表面に形成された。
【００２９】
得られた案内レール４とスライダ５を用いてリニアガイドを組み立てた。
【００３０】
得られたリニアガイドを用いて、JIS Z 2371に準拠した塩水噴霧試験を行い、噴霧時間４８時間までの耐食性を調べた。上記実施例１のボール転動溝４１、５１の表面に所定のフッ素樹脂層を形成した場合にあっては、噴霧時間４８時間を過ぎても錆が発生しなかった。
【００３１】
〔比較例１〕
比較例１として、公知のレイデント処理を行うことにより、厚さ２．０μmのクロムめっき層を、案内レール４の全表面とスライダ５の全表面に形成した。
この案内レール４とスライダ５を用いてリニアガイドを組み立て、実施例１と同様に耐食性を調べた。その結果、噴霧時間１２時間後に点錆が発生し、噴霧時間２４時間後には全面に錆が発生した。
【００３２】
以上より、実施例１の転動装置は比較例１に比べて、耐食性が顕著に向上したことが判った。
なお、実施例１において、案内レール４やスライダ５の全体をS58C相当の材料で形成したが、SCR420等の材料で形成してもよい。
【００３３】
〔実施例２〕
図３は、実施例２に係るボールねじの一部断面図である。
図３に示すように、ねじ軸（第１部材）７と、ナット（第２部材）８と、ボール（転動体）９とから、ボールねじを構成した。ねじ軸７の外周面にはボール転動溝（軌道溝）７１が螺旋状に形成され、ナット８の内周面にもボール転動溝（軌道溝）８１が螺旋状に形成されている。
図３において、ボール転動溝７１を有するねじ軸７の全体をSAE4150相当の材料で形成した。ボール転動溝８１を含むナット８の全体をSAE4150相当の材料で形成した。ボール９はSUJ2で形成した。ボール転動溝７１、８１の表面粗さは０．０６μmとした。
【００３４】
次に、ボール転動溝７１、８１の全表面に、実施例１と同じ方法により、コバルト粒子とニッケル粒子が均一に分散されている厚さ１．８μmのフッ素樹脂層を形成した。
【００３５】
得られたねじ軸７とナット８を用いてボールねじを組み立てた。その際、ねじ軸７とナット８との間にグリース１０を充填し、ナット８の両端にシール部材８２を設けて、ねじ軸７とナット８との間を塞いだ。
【００３６】
得られたボールねじを用いて、結露雰囲気中での耐食性試験を行った。具体的には、環境試験装置内にボールねじを入れて装置内を相対湿度９０％とし、３時間毎に温度を２０℃と７０℃に変えることを繰り返すことで、この環境試験装置内に結露を発生させた。その結果、９０時間経過した後でも実施例２のボールねじに錆が発生しなかった。
【００３７】
〔比較例２〕
比較例２として、公知のレイデント処理を行うことにより、厚さ２．０μmのクロムめっき層を、ねじ軸７の全表面とナット８の全表面に形成した。
このねじ軸７とナット８を用いてボールねじを組み立て、実施例２と同様に耐食性を調べた。その結果、２４時間経過後には錆が発生していなかったが、４８時間経過後に点錆が発生し、９０時間経過後には全面に錆が発生した。
【００３８】
〔評価：表面硬さとはく離の有無〕
実施例１のリニアガイドを用いて、合成樹脂層の表面硬さ（ＧＰａ）を変化させて、はく離の有無を調べた。表面硬さは、大気中での加熱処理温度と時間を変えることによって制御した。
表面硬さは塑性変形硬さを意味し、表面硬さの評価は、エリオニクス社製微小硬度計を用いて、押し込み荷重５ｍＮの条件で、荷重−除荷曲線から求めた。このような１０μ以下の合成樹脂層を測定では、母剤硬さの影響を回避できる微小硬度計を用いた。
はく離の評価は、接触応力１．５ＧＰａの条件で走行試験を行い、１０００km走行後のはく離の状況によって行った。
表１に、その結果を示す。
【００３９】
【表１】
2007327600.tif 000003
【００４０】
表１に示すように、硬さが５ＧＰａより大きいと剛性が高くなるため応力に対して変形しにくく、合成樹脂層の破壊が短時間で起こりやすくなることが判った。
【００４１】
〔評価：等価弾性定数とはく離の有無〕
実施例１のリニアガイドを用いて、合成樹脂層の等価弾性定数を変化させて、はく離の有無を調べた。等価弾性定数は金属とフッ素樹脂層の配合比率を変えることによって制御した。
等価弾性定数の評価は、フィッシャー社製微小硬度測定装置を用いて行った。圧子の構成方法はシリコンの単結晶基板表面に１ｍＮの荷重条件で押し込んだ深さが５０ｎｍ〜６０ｎｍであるバーコビッチ圧子を使用した。
はく離の評価は、接触応力１．５ＧＰａの条件で走行試験を行い、１０００ｋｍ走行後のはく離の状況によって行った。
表２に、その結果を示す。
【００４２】
【表２】
2007327600.tif 000004
【００４３】
表２に示すように、等価弾性定数が７０未満であると弾性変形による接触面積が大きくなり、転がり抵抗が過大となるため好ましくない。逆に１６０ＧＰａ以上であるとやはり応力に対して変形しにくく破壊の要因となることが判った。
【００４４】
以上により、表面硬さは５ＧＰａ未満であって、等価弾性定数は７０ＧＰａ以上１６０ＧＰａ以下が好ましいことが判った。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の転動装置の一実施形態に係る軌道溝の一部断面図であって、金属粉３を含有する合成樹脂層２で被覆された軌道溝１の一部を示す。
【図２】実施例１に係るリニアガイドの一部断面図である。
【図３】実施例２に係るボールねじの一部断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１    軌道溝
２    合成樹脂層
３    金属粉
４    案内レール
４１  ボール転動溝
５    スライダ
５１  ボール転動溝
６    ボール
７    ねじ軸
７１  ボール転動溝
８    ナット
８１  ボール転動溝
８２  シール部材
９    ボール
【図１】
2007327600.tif 000005
【図２】
2007327600.tif 000006
【図３】
2007327600.tif 000007