(57)【要約】【課題】有害な物質を含有しないことに加えて錆が生じにくい直動装置を提供する。【解決手段】直動案内装置は、軸方向に延びる転動体転動溝１０を有する案内レール１と、転動体転動溝１０に対向する転動体転動溝１１を有するスライダ２と、転動体転動溝１０，１１で形成される転動体転動路１４内に転動自在に装填された複数の転動体３と、を備えており、転動体３の転動を介してスライダ２が案内レール１に沿って軸方向に直線移動するようになっている。そして、案内レール１及びスライダ２の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛，錫，及び四酸化三鉄を含有する防錆被膜が被覆されている。【選択図】図１
2009030628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる軌道面を有する第一部材と、前記第一部材の軌道面に対向する軌道面を有する第二部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材が軸方向に相対直線移動するようになっている直動装置において、前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛，錫，及び四酸化三鉄を含有する防錆被膜が被覆されていることを特徴とする直動装置。
【請求項２】
前記防錆被膜の被覆量は０．３ｇ／ｍ2 以上３ｇ／ｍ2 未満であることを特徴とする請求項１に記載の直動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボールねじ，直動案内装置，直動ベアリング，ボールスプライン等の直動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
前述のような直動装置を構成する部材は、通常は、浸炭鋼（ＳＣＲ４２０相当）やＳＡＥ１０５５，Ｓ４５Ｃ，Ｓ５８Ｃに相当する鋼のような鉄鋼材料で構成されており、防錆のために表面にメッキが施されている（例えば特許文献１，２を参照）。
この場合に採用されるメッキ法としては、硬質クロムメッキ，無電解ニッケルメッキ，低温電解クロムメッキ等があげられる。特に、直動装置が光学系機械装置に用いられる場合には、前記部材の表面が光を乱反射しないことが求められるため、黒色系の低温電解クロムメッキが採用される。
【０００３】
また、取り付け精度を維持したまま防錆性を付与する方法が、特許文献３に開示されている。すなわち、低温電解クロムメッキ及びフッ素樹脂コーティング処理を行って防錆層を被覆した後に基準面や軌道面等に研削加工を行う方法や、基準面や軌道面等に研削加工を行った後に低温電解クロムメッキ及びフッ素樹脂コーティング処理を行って防錆層を被覆し、さらに圧力を掛けて前記防錆層を押圧する方法である。
【特許文献１】特開平１−９６３９４号公報
【特許文献２】特開２００５−１９５１６５号公報
【特許文献３】特開平６−６６３１９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、低温電解クロムメッキは、ＲｏＨＳ指令で使用が禁止されている六価クロムを使用し、これが製品に残存するという問題があった。また、無電解ニッケルメッキは、鉛化合物の含有など、環境負荷物質に関する問題が従来から指摘されていた。
さらに、他の化学メッキは、数μｍの膜厚のメッキ層が形成されるため、転がり摺動部材の取り付け精度が低下するという問題があった。メッキ層を薄くすると、メッキ層にクラックやビットが生じやすくなるため防錆性が不十分となり、メッキ層を厚くすると、転動体の転動により面圧が負荷された際に剥がれやすくなる。化学メッキについては、これらの問題を有しているものの、転がり摺動部材には防錆性が要求されることから、転がり摺動部材の防錆処理として採用される場合が多かった。
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、有害な物質を含有しないことに加えて錆が生じにくい直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の直動装置は、軸方向に延びる軌道面を有する第一部材と、前記第一部材の軌道面に対向する軌道面を有する第二部材と、前記両軌道面の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記転動体の転動を介して前記第一部材及び前記第二部材が軸方向に相対直線移動するようになっている直動装置において、前記第一部材及び前記第二部材の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛，錫，及び四酸化三鉄を含有する防錆被膜が被覆されていることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る請求項２の直動装置は、請求項１に記載の直動装置において、前記防錆被膜の被覆量は０．３ｇ／ｍ2 以上３ｇ／ｍ2 未満であることを特徴とする。
なお、本発明は種々の直動装置に適用することができる。例えば、ボールねじ，直動案内装置，直動ベアリング等である。また、本発明における第一部材及び第二部材とは、直動装置がボールねじの場合にはねじ軸及びナット、同じく直動案内装置の場合には案内レール及びスライダ、同じく直動ベアリングの場合には軸及び外筒をそれぞれ意味する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の直動装置は、有害な物質を含有しないことに加えて錆が生じにくい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明に係る直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。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る直動装置の一実施形態である直動案内装置を示す斜視図であり、図２は、図１の直動案内装置を軸方向から見た正面図（ただし、エンドキャップを省略して図示している）である。
軸方向に延びる横断面略角形の案内レール１上に、横断面形状が略コ字状のスライダ２が軸方向に相対直線移動可能に取り付けられている。なお、案内レール１及びスライダ２は鋼で構成されている。
【０００９】
この案内レール１の上面と両側面１ａ，１ａとが交差する稜線部には、軸方向に延びる断面ほぼ１／４円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝１０，１０が形成され、また、案内レール１の両側面１ａ，１ａの中間位置には、軸方向に延びる断面ほぼ半円形の凹溝からなる転動体転動溝１０，１０が形成されている。この転動体転動溝１０の内面が、後述する転動体３が転動する軌道面を形成している。
【００１０】
また、スライダ２は、スライダ本体２Ａと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ２Ｂ，２Ｂと、で構成されており、さらに、スライダ２の両端部（各エンドキャップ２Ｂの端面）には、案内レール１とスライダ２との間の隙間の開口部をシールするサイドシール５，５が装着されている。
さらに、スライダ本体２Ａの両袖部６，６の内側面の角部には、案内レール１の転動体転動溝１０，１０に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝１１，１１が形成され、両袖部６，６の内側面の中央部には、案内レール１の転動体転動溝１０，１０に対向する断面ほぼ半円形の転動体転動溝１１，１１が形成されている。この転動体転動溝１１の内面が、後述する転動体３が転動する軌道面を形成している。
【００１１】
そして、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０と両袖部６，６の転動体転動溝１１，１１，１１，１１とで、断面ほぼ円形の転動体転動路１４，１４，１４，１４が形成されていて、これらの転動体転動路１４は軸方向に延びている。なお、案内レール１及びスライダ２が備える転動体転動溝１０，１１の数は片側二列に限らず、例えば片側一列又は三列以上などであってもよい。また、転動体転動溝１０，１１の断面形状は、前述したように単一の円弧からなる円弧状でもよいが、曲率中心の異なる２つの円弧を組合せてなる略Ｖ字状（ゴシックアーク形状溝）でもよい。
【００１２】
さらにまた、スライダ２は、スライダ本体２Ａの袖部６，６の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路１４と平行をなして軸方向に貫通する断面円形の貫通孔からなる転動体戻し路１３，１３，１３，１３を備えている。
一方、図示はされていないが、断面略コ字状のエンドキャップ２Ｂ，２Ｂは、スライダ本体２Ａとの当接面（裏面）に、転動体転動路１４とこれに平行な転動体戻し路１３とを連通させる半ドーナッツ状の湾曲路を有しており、これら転動体転動路１４と転動体戻し路１３と両端の湾曲路とで、略環状の転動体循環路が形成されている。この転動体循環路内には、例えば鋼球からなる多数の転動体（ボール）３が転動自在に装填されている。
【００１３】
案内レール１に組みつけられたスライダ２を案内レール１に沿って軸方向に移動させると、転動体転動路１４内に装填されている転動体３は、転動体転動路１４内を転動しつつ案内レール１に対してスライダ２と同方向に移動する。そして、転動体３が転動体転動路１４の一端に達すると、エンドキャップ２Ｂ内に備えられたタング部によって転動体転動路１４からすくい上げられ、湾曲路へ送られる。
湾曲路に入った転動体３はＵターンして転動体戻し路１３に導入され、転動体戻し路１３を通って反対側の湾曲路に至る。ここで再びＵターンして転動体転動路１４に戻り、このような転動体循環路内の循環を無限に繰り返す。
【００１４】
このような直動案内装置の案内レール１及びスライダ２の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛，錫，及び四酸化三鉄を含有する防錆被膜（図示せず）が被覆されている。よって、案内レール１やスライダ２は錆が生じにくい。表面の少なくとも一部に防錆被膜を被覆すれば、発錆が抑制される効果が得られるが、より優れた防錆性を付与するためには、表面の全面に防錆被膜を被覆することが好ましい。また、この防錆被膜は有害物質を含有していないので、直動案内装置の周辺の環境が有害物質で汚染されるおそれがない。
【００１５】
亜鉛は、酸化還元電位が鋼よりも小さいので（すなわち、鋼よりも卑な金属なので）、異種金属間の局部電池作用によって亜鉛が選択的に酸化されることとなる。すなわち、自己犠牲的防食作用によって、鋼で構成された案内レール１，スライダ２の発錆や腐食が抑制される。なお、鋼よりも卑な金属であれば自己犠牲的防食作用が得られるので、亜鉛の代わりにアルミニウム，バナジウム，ビスマス等を用いることもできる。
【００１６】
また、錫は、酸化還元電位が鋼よりも大きいので（すなわち、鋼よりも貴な金属なので）、局部電池作用を緩慢にする作用を有している。そのため、亜鉛の酸化，溶出が制御され、防錆性が長期間にわたって維持される。なお、鋼よりも貴な金属であれば上記のような作用が得られるので、鋼よりも貴な他種の金属を錫の代わりに用いてもよい。特に、不動態を形成しやすい（酸化物に変化して不活性になる）銅，クロム等が好ましいが、有害物質ではない錫が最も好ましい。
【００１７】
さらに、防錆被膜は四酸化三鉄により黒色を呈しているので、光を乱反射することがない。よって、直動案内装置を光学系機械装置に用いることができる。なお、四酸化三鉄の代わりに酸化鉄，硫化銅，酸化銅等を用いても、黒色の防錆被膜を形成することが可能である。
この防錆被膜の被覆量は、０．３ｇ／ｍ2 以上３ｇ／ｍ2 未満であることが好ましい。０．３ｇ／ｍ2 未満であると、被覆量が少なすぎて防錆性が不十分となるおそれがある。一方、３ｇ／ｍ2 以上であると、防錆被膜の剥落が生じやすくなる。なお、この被覆量を防錆被膜の厚さに換算すると、０．０４μｍ以上０．４３μｍ未満である。
【００１８】
防錆被膜を被覆する方法は特に限定されるものではないが、粉末の投射が好ましい。すなわち、亜鉛，錫，及び四酸化三鉄の各粉末を案内レール１，スライダ２の表面に噴射して、防錆被膜を形成するとよい。このような方法で防錆被膜を被覆すれば、ピンホールやクラックのほとんどない被膜を形成することができるので、少ない被覆量で優れた防錆性を有する防錆被膜を得ることができる。粉末の噴射圧力は０．２ＭＰａ以上０．７ＭＰａ以下が好ましく、噴射時間は５分以上３０分以下が好ましい。
【００１９】
投射を行う際には、亜鉛の粉末と錫の粉末とを別々に噴射してもよいし、同時に噴射してもよい。この時、四酸化三鉄の粉末は、亜鉛の粉末及び錫の粉末の少なくとも一方に混合しておくとよい。ただし、亜鉛の粉末を噴射して亜鉛の被膜を形成した後に、その被膜に錫の粉末を噴射して錫の被膜を形成し、２層構造の防錆被膜を形成すれば、亜鉛の酸化反応速度を遅くすることが可能である。また、亜鉛の粉末と錫の粉末とを混合して噴射すれば、亜鉛と錫との合金からなる防錆被膜を形成することができる。より均一な合金被膜を形成するためには、亜鉛と錫との合金の粉末を噴射することが好ましい。
【００２０】
なお、直動案内装置が酸性雰囲気中で使用される場合には、防錆被膜の上にさらに保護膜を被覆して、防錆性をさらに高めてもよい。保護膜としては、例えばフッ素樹脂等の樹脂からなる被膜があげられる。フッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ），四フッ化エチレンパーフルオロビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ），フッ化エチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）等が好ましい。
【００２１】
〔第二実施形態〕
図３は、本発明に係る直動装置の一実施形態であるボールねじの断面図である。ボールねじは、断面円弧状の螺旋状のねじ溝２１ａを外周面に有するねじ軸２１と、ねじ軸２１のねじ溝２１ａに対向する断面円弧状の螺旋状のねじ溝２２ａを内周面に有しねじ軸２１に螺合される円筒状のナット２２と、ねじ軸２１のねじ溝２１ａとナット２２のねじ溝２２ａとで形成される断面ほぼ円形の螺旋状のボール転動路２６に転動自在に装填された多数のボール２３と、を備えている。
【００２２】
なお、ねじ軸２１及びナット２２は鋼で構成されている。また、ねじ溝２１ａ，２２ａの内面が、ボール２３が転動する軌道面を形成している。さらに、ボール転動路２６内には、潤滑油，グリース等の潤滑剤を配してもよい。さらに、ねじ軸２１の外周面とナット２２の内周面との間の隙間の開口部を密封するシールを、前記開口部近傍に設けてもよい。ボール転動路２６内に潤滑剤を配した場合には、シールを設けて潤滑剤をボールねじ内部に密封することが好ましい。
【００２３】
また、ナット２２には略コ字状に屈曲したリターンチューブ２７が備えられていて、ボール転動路２６内のボール２３がリターンチューブ２７を通って循環されるようになっている。すなわち、ボール転動路２６内を転動するボール２３は、該ボール転動路２６内を移動しねじ軸２１の回りを複数回回ってから、ボール転動路２６の一端でリターンチューブ２７の一方の端部にすくい上げられる。すくい上げられたボール２３は、リターンチューブ２７の中を通って、リターンチューブ２７の他方の端部からボール転動路２６の他端に戻される。
そして、ボール２３を介してねじ軸２１に螺合されているナット２２と、ねじ軸２１とが、この多数のボール２３の転動を介して相対回転運動することにより、ねじ軸２１とナット２２とが軸方向に相対移動するようになっている。
【００２４】
このようなボールねじのねじ軸２１及びナット２２の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛，錫，及び四酸化三鉄を含有する防錆被膜（図示せず）が被覆されている。よって、ねじ軸２１及びナット２２は錆が生じにくい。表面の少なくとも一部に防錆被膜を被覆すれば、発錆が抑制される効果が得られるが、より優れた防錆性を付与するためには、表面の全面に防錆被膜を被覆することが好ましい。また、この防錆被膜は有害物質を含有していないので、ボールねじの周辺の環境が有害物質で汚染されるおそれがない。さらに、防錆被膜は四酸化三鉄により黒色を呈しているので、光を乱反射することがない。よって、直動案内装置を光学系機械装置に用いることができる。その他の点については、第一実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【００２５】
〔実施例〕
以下に、さらに具体的な実施例を示して、本発明を説明する。第一実施形態の直動案内装置及び第二実施形態のボールねじとほぼ同様の構成を有する直動案内装置及びボールねじを製造した。
直動案内装置の場合は、案内レール及びスライダの全面（転動体転動溝を含む）に、ショットピーニングにより防錆被膜を被覆した。ショットピーニングは、図４に示すようなショットピーニング装置３０を用いて、亜鉛粉末と錫粉末と四酸化三鉄粉末との混合粉末を、噴射圧力０．７ＭＰａで１０分間吹き付けることにより行った。すなわち、タンク３２内の投射材（混合粉末）３５を、圧縮された気体３４によって金属管３３の先端のノズル３３ａから噴射し、案内レール及びスライダ（図４では案内レールを図示してある）に吹き付けて、表面に防錆被膜を被覆した。案内レールの表面に防錆被膜を被覆する際には、案内レールの側方にノズル３３ａを配し、ノズル３３ａを案内レールの長手方向に移動させながらショットピーニングを行うとよい。
【００２６】
なお、混合粉末中の亜鉛粉末と錫粉末と四酸化三鉄粉末との混合比率は、亜鉛粉末が２０質量％、錫粉末が６０質量％、四酸化三鉄粉末が２０質量％である。また、各粉末の平均粒径（ＪＩＳ  Ｒ６００１の規定による）は、いずれも４５μｍである。さらに、気体３４としては、空気，窒素等を使用することができる。
ボールねじの場合も、直動案内装置の場合と同様に図４に示すようなショットピーニング装置３０を用いて、ねじ軸及びナットの全面（ねじ溝の内面を含む）に防錆被膜を被覆した。なお、混合粉末中の亜鉛粉末と錫粉末と四酸化三鉄粉末との混合比率は、亜鉛粉末が３０質量％、錫粉末が３０質量％、四酸化三鉄粉末が４０質量％である。また、噴射圧力は０．４ＭＰａで、噴射時間は１０分間である。
【００２７】
次に、防錆性の評価方法について説明する。上記のようにして得られた直動案内装置の案内レール及びボールねじのねじ軸を、温度７０℃，湿度９５％の環境下に放置して、発錆の状況を目視により観察した。そして、発錆の状況を下記のようにランク付けした。
発錆が全くない場合を「０ランク」、酸化亜鉛や酸化錫からなる白錆が全面の２０％未満の部分に見られた場合を「１ランク」、白錆が全面の２０％以上１００％以下の部分に見られた場合を「２ランク」とした。また、錆がさらに進行し、酸化鉄からなる赤錆が全面の２０％未満の部分に見られた場合を「３ランク」、赤錆が全面の２０％以上５０％未満の部分に見られた場合を「４ランク」、赤錆が全面の５０％以上１００％以下の部分に見られた場合を「５ランク」とした。赤錆がさらに進行し、盛り上がった層状錆となった場合を「６ランク」、孔あき，折損等の損傷が生じた場合を「７ランク」とした。
【００２８】
結果を図５のグラフに示す。実施例１は、防錆被膜を被覆した後に、接触面圧１．５ＧＰａ，スライダー速度０．６ｍ／ｓで４時間慣らし運転を行った直動案内装置の案内レールであり、実施例２は、防錆被膜を被覆した後に、接触面圧１．２ＧＰａ，ナット速度０．２ｍ／ｓで２時間慣らし運転を行ったボールねじのねじ軸である。また、比較例１は、低温電解クロムメッキにより被膜を被覆した鋼材である。
比較例１は赤錆が発生するまでの時間が７２時間未満であったのに対して、実施例１，２は、長期間にわたって防錆性が優れていた。特に、案内レールの転動体転動溝やねじ軸のねじ溝のような凹部においても発錆が抑制されており、従来の低温電解クロムメッキに比べて格段に防錆性が優れていた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る直動装置の一実施形態である直動案内装置の構造を示す斜視図である。
【図２】図１の直動案内装置を軸方向から見た正面図である。
【図３】本発明に係る直動装置の一実施形態であるボールねじの構造を示す断面図である。
【図４】ショットピーニング装置の説明図である。
【図５】防錆性の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３０】
１      案内レール
２      スライダ
２Ａ    スライダ本体
２Ｂ    エンドキャップ
３      転動体
１０      転動体転動溝
１１      転動体転動溝
２１      ねじ軸
２１ａ    ねじ溝
２２      ナット
２２ａ    ねじ溝
２３      ボール
【図１】
2009030628.tif 000003
【図２】
2009030628.tif 000004
【図３】
2009030628.tif 000005
【図４】
2009030628.tif 000006
【図５】
2009030628.tif 000007