(57)【要約】【課題】  有害な物質を含有せず環境汚染が生じることがない転がり軸受を提供する。【解決手段】  転がり軸受の転動体を保持する冷延鋼板製の転がり軸受用保持器であって、該保持器は、上記冷延鋼板表面に電気亜鉛メッキ、電気錫メッキ、電気錫−亜鉛合金メッキ、電気亜鉛−鉄合金メッキ、および電気亜鉛−ニッケル合金メッキ処理の中から選ばれた少なくとも 1 種の表面処理を施されるとともに、さらに３価クロメート処理を施されたものであり、転がり軸受は上記転がり軸受用保持器を使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
転がり軸受の転動体を保持する金属製の転がり軸受用保持器であって、前記金属は、冷延鋼表面に防錆処理が施された後、さらに３価クロメート処理が施されたものであることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記防錆処理は、電気亜鉛メッキ、電気錫メッキ、電気錫−亜鉛合金メッキ、電気亜鉛−鉄合金メッキ、および電気亜鉛−ニッケル合金メッキ処理の中から選ばれた少なくとも 1 種の表面処理であることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受用保持器。
【請求項３】
外周面に転走面を有する内輪と、内周面に転走面を有する外輪とが同心に配置され、前記両転走面間に介在する複数の転動体と、該複数の転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受であって、
前記保持器が請求項１または請求項２記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
前記転がり軸受は、産業機械に用いられることを特徴とする請求項３記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記産業機械は、鉄道車両、鉄鋼圧延機、工作機械およびモータであることを特徴とする請求項４記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、環境汚染が生じることがない転がり軸受用保持器および転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の転がり軸受、特に玉軸受において、金属製保持器用の金属板は、防錆性に優れた電気亜鉛合金メッキ鋼板が使用されている。この電気亜鉛合金メッキ鋼板は、母材の冷延鋼板に、亜鉛を主成分とするモリブデン、ゴバルト等の金属を含む処理液で電解処理して 1 次表面被膜を形成した後、６価クロメートで電解処理を行なって 2 次表面被膜を形成したものである。
しかしながら、上記の電気亜鉛合金メッキ鋼板は、有害な６価クロムを含有しているため、転がり軸受の解体、点検、洗浄等のメンテナンスの際に、６価クロムを含む有害物質が流出して作業者を汚染し健康を害するおそれがある等、環境汚染の問題により使用が難しくなってきている。
特に、ＥＵ（欧州連合）に加盟する 15カ国で発効した、電気・電子機器に含まれる特定有害物質 6 物質の使用制限指令（ＲｏＨＳ指令）により、2006 年 7 月以降にＥＵ加盟国で発売する電気・電子機器対象約 70 製品への、鉛、６価クロム、水銀、カドミウム、臭素系難燃剤(ＰＢＢ(ポリブロモビフェニル)、ＰＢＤＥ(ポリブロモジフェニルエーテル))の使用が禁止された。欧州でのＲｏＨＳ指令の発効を機に、総合電機メーカー各社とも自社製品に、この環境負荷物質特定有害物質 6 物質の使用制限を適用する動きにある。
この問題に対し、転がり軸受のシール装置に用いられる金属板に３価クロムクロメート処理を含む表面処理を行なう方法が知られている（特許文献１）。
ところで、転がり軸受用保持器および転がり軸受はグリース封入して使用される場合が多く、封入グリースにより転がり軸受の特性が定められる場合が多い。このため、封入グリースと表面処理された金属材との適合性は極めて重要である。しかしながら、クロメート処理後の金属材と封入グリースとの適合性については検討されていないという問題がある。
また、転がり軸受のメンテナンス時にグリース封入軸受の洗浄を行なうが、その洗浄に際して表面のクロメート処理層が剥離する場合があるが、３価クロムクロメート処理と洗浄性との関係については検討されていないという問題がある。
【特許文献１】特開２００２−３５７２２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、有害な物質を含有せず環境汚染が生じることがない転がり軸受用保持器および転がり軸受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】
【０００４】
本発明の転がり軸受用保持器は、転がり軸受の転動体を保持する金属製の転がり軸受用保持器であって、上記金属は、冷延鋼表面に防錆処理が施された後、さらに３価クロメート処理が施されたものであることを特徴とする。
上記防錆処理は、電気亜鉛メッキ、電気錫メッキ、電気錫−亜鉛合金メッキ、電気亜鉛−鉄合金メッキ、および電気亜鉛−ニッケル合金メッキ処理の中から選ばれた少なくとも 1 種の表面処理であることを特徴とする。
【０００５】
本発明の転がり軸受は、外周面に転走面を有する内輪と、内周面に転走面を有する外輪とが同心に配置され、上記両転走面間に介在する複数の転動体と、該複数の転動体を保持する保持器とを備えた転がり軸受であって、
上記保持器が上記転がり軸受用保持器であることを特徴とする。
上記転がり軸受は、産業機械に用いられることを特徴とする。
上記産業機械は、鉄道車両、鉄鋼圧延機、工作機械およびモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の転がり軸受用保持器は、上記保持器が有毒な６価クロムを含有していない金属板で構成されているので、上記保持器を備えた転がり軸受から有毒な６価クロムが溶出することがなく、環境汚染が生じることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
６価クロムのような有毒な物質を含有せず環境汚染が生じることがない転がり軸受用保持器を提供すべく鋭意検討した結果、保持器の母材である冷延鋼板に亜鉛メッキ等の 1 次表面処理後の 2 次表面処理として、従来、施していた６価クロム処理を、３価クロム処理に置き換えたところ防錆性能が確保されると共に、クロムがグリース中に流出することがないことがわかった。保持器の母材である冷延鋼板に施す 2 次表面処理を６価クロム処理から３価クロム処理に切換えることにより、有毒な物質を含有せず環境汚染が生じることがない転がり軸受用保持器を得ることができる。本発明はこのような知見に基づくものである。
【０００８】
保持器の母材である冷延鋼板に施す 1 次表面処理については、電気亜鉛メッキ、電気錫メッキ、電気錫−亜鉛合金メッキ、電気亜鉛−鉄合金メッキ、電気亜鉛−ニッケル合金メッキ等の処理が挙げられる。
電気亜鉛メッキは、硫酸亜鉛メッキ浴、塩化亜鉛メッキ浴などの中に冷延鋼板を浸漬して処理を行なう方法である。上記メッキ浴にモリブデン、コバルト等の微量成分を添加した処理液を使用すれば、微量成分を含有する亜鉛メッキ被膜が形成されるので、耐食性が向上する。
【０００９】
また、電気錫メッキは、硼フッ酸浴、硫酸浴、アルカンスルホン酸浴、アルカノールスルホン酸浴、フェノールスルホン酸浴等の酸性錫メッキ浴、または、ナトリウム浴、カリウム浴等のアルカリ金属性錫メッキ浴などの中に冷延鋼板を浸漬して処理を行なう方法である。この処理により錫メッキ被膜が冷延鋼板の表面に形成される。電気錫メッキは、電気亜鉛メッキよりも優れた耐食性を示し、電気亜鉛合金メッキとほぼ同程度の耐食性を示す。
【００１０】
さらに、電気錫−亜鉛合金メッキは、亜鉛の犠牲防食性と、鉄に対してイオン化傾向の低い錫の優れた耐食性とを組み合わせた耐食性メッキである。亜鉛と錫との比率は、耐食性のバランス面から 3：7 前後であることが好ましい。電気錫−亜鉛合金メッキは、ケイフッ化物浴、硼フッ化物浴、スルホン酸塩浴、フェノールスルホン酸浴、アルカノールスルホン酸浴、アルカンスルホン酸浴などの中に冷延鋼板を浸漬して処理を行なう方法である。この処理により冷延鋼板の表面に錫−亜鉛合金メッキ被膜が形成される。電気錫−亜鉛合金メッキは、電気亜鉛メッキよりも優れた耐食性を示し、電気亜鉛合金メッキとほぼ同程度の耐食性を示す。
【００１１】
さらに、電気亜鉛−鉄合金メッキは、亜鉛と鉄の比率が、亜鉛 99.3〜99.8％、鉄 0.2〜0.7％であり、鉄が 0.4％の場合が最も優れた耐食性を示す。電気亜鉛−鉄合金メッキは、亜鉛酸塩浴などの中に冷延鋼板を浸漬して処理を行なう方法である。この処理により冷延鋼板の表面に亜鉛−鉄合金メッキ被膜が形成される。電気亜鉛−鉄合金メッキは、電気亜鉛メッキより優れた耐食性を示し、電気亜鉛合金メッキとほぼ同程度の耐食性を示す。
【００１２】
さらに、電気亜鉛−ニッケル合金メッキは、亜鉛とニッケルの比率が、亜鉛 80〜95％、ニッケル 5〜20％であり、非常に耐食性の強いニッケルを含有するため、亜鉛単独に比べて優れた耐食性を示す。耐食性はニッケルの含有量が多くなるにつれて向上するが、コストはニッケルの含有量が多くなる分高くなる。電気亜鉛−ニッケル合金メッキは、塩化アンモン浴などの中に冷延鋼板を通して処理を行なう方法であり、この処理により冷延鋼板の表面に亜鉛−ニッケル合金メッキ被膜が形成される。電気亜鉛−ニッケル合金メッキは、ニッケル含有量にもよるが、電気亜鉛メッキ、電気亜鉛合金メッキよりも優れた耐食性を示す。
【００１３】
これらの 1 次表面処理法の中で、母材である冷延鋼板への密着性、2 次表面処理で施す３価クロム被膜との密着性、３価クロム被膜の堅牢性、被膜形成の作業性等に優れ、コスト面、環境面、防錆面で有利な亜鉛メッキ処理を施すことが好ましい。
【００１４】
本発明に係る冷延鋼板の 1 次表面被膜の平均コート量（片面）は 2〜25 g/m2  が好ましい。
平均コート量が 25 g/m2 をこえると、耐食性はその分向上するが、表面処理のコストが高くなる。また、平均コート量が 2 g/m2 未満の場合は、表面被膜が薄すぎるためにピンホールの発生確率が高くなり、ピンホールを起点として錆が発生する可能性がある。その結果、耐食性が不十分となり、実用性が低くなるので、耐食性のバランス面とコスト面とから、平均コート量は 2.5〜12 g/m2 がより好ましい。
【００１５】
冷延鋼板に表面処理を行なって得られた金属板の表面粗さＲａは、0.2〜1.5μm の範囲とすることが好ましい。表面粗さＲａが 1.5μm をこえると、表面粗さを小さくするためにダル仕上げ等の後処理が必要となり、表面粗さＲａが 0.2μm 未満であると、表面粗さを大きくするためのコストが高くなる。さらに、表面被膜の厚さにムラが発生し、耐食性が低下する。十分耐食性を得るためには、表面粗さＲａを、0.25〜1.0μm の範囲とすることが好ましい。
【００１６】
本発明に係る 2 次表面処理の３価クロメートは、通常、1 次表面処理を施された保持器にさらなる耐食性付与のため、３価クロムのクロメート（クロム酸塩）の薄い皮膜を付ける表面処理のことをいう。亜鉛メッキを代表的な防錆メッキ法とする冷延鋼板の 1 次表面処理は広範囲な分野で活用され、鉄の防食にきわめて効果的であるが、一般に 1 次表面処理単独では、比較的変色、腐食しやすいため、３価クロメートは 1 次表面処理後、2 次表面処理としてクロメート処理を行ない、1 次表面被膜の上に３価のクロム酸塩の被膜を 2 次表面被膜として形成するものである。
【００１７】
３価のクロム酸塩の被膜は、1 次表面処理した冷延鋼板を硫酸クロム（ＩＩＩ）や塩化クロム（ＩＩＩ）をベースとする３価クロム浴などの中に通して、冷延鋼板の 1 次表面被膜の上に３価のクロム酸塩の被膜を 2 次表面被膜として形成することができる。
具体的に、３価クロム処理は、亜鉛メッキ後、水洗して硝酸浸漬、再度水洗後、３価クロム浴に浸漬して乾燥する。
【００１８】
本発明の転がり軸受用保持器の一構造例を図１に示す。
図１は波型鉄板保持器の部分拡大斜視図である。転がり軸受用保持器５は、ＳＵＳ材、ＳＰＣＣ材などの冷延鋼板をプレス成形した２つの部品５ａ、５ａを組み合わせて製作され、ボール形状の転動体を保持する転動体保持用球形ポケット５ｂが形成されている。
【００１９】
本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受の一例を図２に示す。図２はグリース封入深溝玉軸受の断面図である。
深溝玉軸受１は、外周面に内輪転走面２ａを有する内輪２と内周面に外輪転走面３ａを有する外輪３とが同心に配置され、内輪転走面２ａと外輪転走面３ａとの間に複数個の転動体４が配置される。この複数個の転動体４を保持する保持器５および外輪３等に固定されるシール部材６が内輪２および外輪３の軸方向両端開口部８ａ、８ｂにそれぞれ設けられている。少なくとも転動体４の周囲にグリース７が封入される。
【００２０】
なお、本実施形態においては、転がり軸受として深溝玉軸受を例示して説明したが、本発明の転がり軸受は、他の種々の転がり軸受に対して適用できる。例えば、アンギュラ玉軸受、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に適用できる。
【００２１】
本発明の転がり軸受は、３価クロメート処理することで初期防錆性能に優れた保持器を用いる。そのため、上述のとおり防錆性に優れ、環境汚染を生じることがなく、かつメンテナンスで洗浄される際にも作業者が有害物質で汚染されることがないので、安全な転がり軸受として、産業用に広く利用することができる。
特に３価クロメート処理された保持器は、鉄道車両、モータ、鉄鋼圧延ロールや工作機械等に用いられ、雨水浸入する環境やプロセス上で常に熱水や冷却水にさらされる環境で使用され、メンテナンス上の安全性が要求される転がり軸受の保持器として好適に使用できる。
以下、本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受を使用した鉄道車両用転がり軸受、モータ用転がり軸受、鉄鋼圧延ロール用転がり軸受、工作機械用転がり軸受について説明する。
【００２２】
本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受を使用した鉄道車両用転がり軸受を図３に基づいて説明する。図３は鉄道車両の車軸用軸受の断面図である。
車軸９の両端部は車両台枠（図示せず）に取り付けられた円すいころ軸受１５により支持され、この円すいころ軸受１５は、内輪１０と、外輪１１と、この内輪１０および外輪１１間に介在し回転自在に転動する複数の円すいころ１２と、隣り合う内輪１０の間に介在する内輪間座１４と、この円すいころ１２にグリースを供給する注入孔１６とが配置されている。
【００２３】
本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受を使用した圧延機ロールネック用軸受について、図４により説明する。図４は圧延機ロールネック用軸受の断面図である。図４に示すように、圧延機のロールネックに装着される密封型の４列円すいころ軸受１７は、２列の転送面１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄを有する一対の内輪１８と、単列の転送面２１ａ、２１ｄを有する一対の外輪２０ａ、２０ｂおよび２列の転送面２１ｂ、２１ｃを有する一つの外輪２０ｃと、各内輪１８の転送面１９ａ、１９ｄ、１９ｂ、１９ｃと外輪２０ａ、２０ｂ、２０ｃの転送面２１ａ、２１ｄ、２１ｂ、２１ｃとの間に転動自在に配された４列の円すいころ２２と、円すいころ２２を円周方向で所定間隔に保持する保持器２３とを備え、両側の外輪２０ａ、２０ｂの両端部にシール部材２４を装着している。各内輪１８の中央部には大つば２５が設けられ、軸受使用時に円すいころ２２は、大つば２５に案内されながら各転送面１９上を転動する。
円すいころ２２は内輪１８の転送面１９ａ、１９ｄ、１９ｂ、１９ｃと外輪の転送面２１ａ、２１ｄ、２１ｂ、２１ｃとの間でころがり摩擦を受け、内輪１８のつば部２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅ、２５ｆ、２５ｇ、２５ｈとの間ですべり摩擦を受ける。これらの摩擦を低減するためにころ軸受用グリースが封入されている。
また、外輪２０ａ、２０ｂの端部に装着されたシール部材２４は、内輪１８の外径面にそれぞれ摺接して軸受内部をシールしている。上記シール部材２４は、両側の外輪２０ａ、２０ｂの端部に装着されるシールケース２６ａ、２６ｂと、このシールケース２６ａ、２６ｂの内径部に形成した環状溝２７に嵌め込まれる接触形オイルシール２８とからなる。
【００２４】
本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受を使用し工作機械用転がり軸受の一例は、図２に深溝玉軸受の断面図として示し説明したとおりである。なお、工作機械用軸受としては深溝玉軸受のほか、アンギュラ玉軸受が多く用いられる。
【００２５】
本発明の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受を使用したモータの一例を図５に示す。図５はモータの構造の断面図である。モータは、ジャケット３０の内周壁に配置されたモータ用マグネットからなる固定子３１と、回転軸３２に固着された巻線３３を巻回した回転子３４と、回転軸３２に固定された整流子３５と、ジャケット３０に支持されたエンドフレーム３８に配置されたブラシホルダ３６と、このブラシホルダ３６内に収容されたブラシ３７と、を備えている。上記回転軸３２は、ボールベアリングなどの軸受２９と、該軸受２９のための支持構造とにより、ジャケット３０に回転自在に支持されている。
【００２６】
転がり軸受に封入されるグリースは、基油および増ちょう剤の組み合わせにより多品種が転がり軸受の用途に応じて使用されている。また、メンテナンスの過程で種々の洗浄液が使用される。３価クロメート処理の場合であっても、上記グリースに対して溶出することなく、また上記洗浄液に対してクロムが流出しないことが実験の結果、確認された。このため、３価クロメート処理であっても、転がり軸受用保持器への発錆を防げることがわかった。
【実施例】
【００２７】
実施例１および実施例２
鉄道用の主電動機用の深溝玉軸受に使用されているＳＰＣＣ製の保持器に、亜鉛メッキを施して、保持器表面に厚さ 10μm の 1 次表面被膜を形成した後、３価クロメート処理をそれぞれ施して、厚さ 1μm の 2 次表面被膜を形成して、環境汚染が生じることがない保持器を得た。３価クロメート処理は、亜鉛メッキ後、水洗して硝酸浸漬、再度水洗後、３価クロム浴に浸漬して乾燥した。
【００２８】
比較例１
３価クロメート処理に代えて６価クロメート処理を施す以外は、実施例１と同一の保持器を得た。
【００２９】
実施例１、実施例２および比較例１にて得られた保持器の防錆性能、グリースおよび洗浄液へのクロム溶出量を以下の試験方法にて測定した。結果を表１に示す。
（１）防錆性能試験
上記保持器を用いて、ＪＩＳ Ｚ ２３７１に規定される防錆性能試験を以下の条件にて実施し、保持器表面に錆が発生するまでの時間を測定した。
［試験条件］
噴射器内の温度：35±1℃
空気飽和器の温度：35±1℃
塩溶液の濃度：5±0.1重量％
供給空気の圧力：98±10 kPa 
噴射採取液の液量：1.0〜2.0 ml/h/80cm2 
噴射採取液の 34±1℃におけるｐＨ：6.5〜7.2 
噴射採取液の20℃における密度：1.0268〜1.0410 g/cm3
【００３０】
（２）グリースへのクロム溶出試験
上記保持器を用いて、表１に示す 8 種類の市販グリースに浸漬し、クロムの溶出量を測定した。
［試験条件］
浸漬温度：主電動機稼動時の軸受温度を想定して 120℃にて実施
浸漬時間：500 時間
評価方法:クロム溶出量の蛍光エックス線による測定および外観の目視確認
【００３１】
（３）洗浄液へのクロム溶出試験
上記保持器を用いて、表１に示す 3 種類の市販洗浄液に浸漬し、クロムの溶出量を測定した。
［試験条件］
浸漬温度：常温
浸漬時間：500 時間
評価方法:クロム溶出量の蛍光エックス線による測定および外観の目視確認
【００３２】
【表１】
2007024295.tif 000003
防錆性能について、各実施例は現行品の比較例１を上回る防錆性能を示した。
また、各保持器は、浸漬後の 8 種類のグリース全てに対して、クロム溶出が認められなかった。このことから、６価クロメート処理を３価クロメートに切換えても、グリース中に溶出しないと判断できる。
また、浸漬後の 3 種類の洗浄液全てに対しても、クロム溶出は認められなかった。しかし、セイクリン＃１００、５００については外観目視にて、比較例１にて６価クロムである黄色クロメート剥離していることから、クロムが流出する可能性がある。クロムが検出できなかったのは、クロムの溶出量が微量であることに対して洗浄液の絶対量が多くて、洗浄液中のクロム濃度が検出限界以下となったものと考えられる。
【００３３】
（４）洗浄液へのクロム溶出試験
実施例１および２と、比較例１の保持器を用いて試験軸受けを作製し、グリースをユニマックスＲ Ｎｏ．２、回転速度を 5370/cm-1、加振周波数を 70Hｚ〜120Hz の条件で 450 時間、回転加振試験を行なった。その結果、回転加振試験中の軸受の温度上昇は各実施例および比較例で差が見られなかった。また、450 時間経過後のグリースに含まれる鉄、クロム、水分量を測定したところ、いずれも各実施例および比較例で差が見られなかった。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の転がり軸受用保持器は、該保持器が有毒な６価クロムを含有していないので、上記保持器を備えた転がり軸受から有毒な６価クロムが溶出することがなく、環境汚染が生じることがないので、製造業、建設業、運輸業、サービス業等において、広く産業機械用転がり軸受がリ軸受として好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一例である深溝玉軸受用保持器の部分拡大斜視図である。
【図２】本発明の一例であるグリース封入深溝玉軸受の断面図である。
【図３】本発明の一例である鉄道車両の車軸用軸受の断面図である
【図４】本発明の一例である圧延機ロールネック用軸受の断面図である。
【図５】本発明の一例であるモータの構造の断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  深溝玉軸受
２  内輪
３  外輪
４  転動体
５  保持器
６  シール部材
７  グリース
８ａ  開口部
８ｂ  開口部
９  車軸
１０  内輪
１１  外輪
１２  円すいころ
１３  保持器
１４  内輪間座
１５  円すいころ軸受
１６  注入孔
１７  円すいころ軸受
１８  内輪
１９  転走面
２０  外輪
２１  転走面
２２  円すいころ
２３  保持器
２４  シール部材
２５  大つば
２６  シールケース
２７  環状溝
２８  接触形オイルシール
２９  転がり軸受
３０  ジャケット
３１  固定子
３２  回転軸
３３  巻線
３４  回転子
３５  整流子
３６  ブラシホルダ
３７  ブラシ
３８  エンドフレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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