(57)【要約】【課題】母材の腐食や機械的強度の低下が生じにくい防錆処理方法を提供する。また、発錆が生じにくく長寿命な転動装置を提供する。【解決手段】自動調心ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１の軌道面１ａと外輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に配された複数の転動体３と、を備えている。そして、内輪１，外輪２及び転動体３のうち少なくとも一つは、その表面の少なくとも一部に、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属と、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方と、を含有する防錆被膜を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属と、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方と、を含有する防錆被膜を、鋼材の表面に被覆することを特徴とする防錆処理方法。
【請求項２】
前記第一の金属の粉末と前記第二の金属の粉末とを前記鋼材の表面に噴射するショットピーニングによって前記防錆被膜を被覆することを特徴とする請求項１に記載の防錆処理方法。
【請求項３】
前記防錆被膜中の酸素量が５質量％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の防錆処理方法。
【請求項４】
前記酸素量は、蛍光Ｘ線分光分析法による測定値をＺＡＦ法により補正した値であることを特徴とする請求項３に記載の防錆処理方法。
【請求項５】
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された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配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，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つは、その表面の少なくとも一部に、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属と、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方と、を含有する防錆被膜を備えていることを特徴とする転動装置。
【請求項６】
前記防錆被膜は、前記第一の金属の粉末と前記第二の金属の粉末とを前記表面に噴射するショットピーニングによって形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の転動装置。
【請求項７】
前記防錆被膜中の酸素量が５質量％以上であることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の転動装置。
【請求項８】
前記酸素量は、蛍光Ｘ線分光分析法による測定値をＺＡＦ法により補正した値であることを特徴とする請求項７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、鋼材の防錆処理方法に関する。また、本発明は、転がり軸受，リニアガイド装置，ボールねじ，直動ベアリング等のような転動装置に係り、特に、発錆が生じにくい転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、金属材の表面に防錆性を付与する技術としては、電気メッキや化学メッキがあった。例えば、合金電気メッキは耐食性，加工性，ハンダ付け性に優れているため、自動車部品や電子部品等に対する工業用メッキとして広く使用されてきた。また、錫鉛合金メッキに代わる鉛フリーの低融点の錫合金メッキとしては、安価な錫銅合金メッキが、コネクター部品等の耐食性を有する接合材料として使用されている。
【０００３】
一方、歯車や軸受等の機械部品においては、前述の電子部品の場合とは異なり応力が金属材の表面に集中するため、疲労により機械的強度が低下するが、従来の電気メッキにより機械部品の表面に合金被膜を被覆すると、水素の侵入により機械的強度がさらに低下するという問題があった。よって、防錆性が必要な鉄鋼設備用軸受や車両用軸受には、電気メッキにより合金被膜を被覆することができないので、化成処理被膜を施した上に防錆油を使用することにより、防錆を行ってきた。
【特許文献１】特開２０００−２８２２５５号公報
【特許文献２】特開平６−２２８７８６号公報
【特許文献３】特開２００５−３０７２２７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、リン酸マンガン被膜等の化成処理被膜は、母材を若干腐食させた上で、あるいは、腐食させながら施す腐食被膜である。そのため、軸受の軌道面に化成処理を施した場合は、腐食の程度によってはその部分を起点とした剥離が生じ、化成処理を施していない場合の発錆寿命よりも短い時間で寿命に至る場合があった。
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、母材の腐食や機械的強度の低下が生じにくい防錆処理方法を提供することを課題とする。また、発錆が生じにくく長寿命な転動装置を提供することを併せて課題とする。
【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の防錆処理方法は、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属と、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方と、を含有する防錆被膜を、鋼材の表面に被覆することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項２の防錆処理方法は、請求項１に記載の防錆処理方法において、前記第一の金属の粉末と前記第二の金属の粉末とを前記鋼材の表面に噴射するショットピーニングによって前記防錆被膜を被覆することを特徴とする。
【０００６】
さらに、本発明に係る請求項３の防錆処理方法は、請求項１又は請求項２に記載の防錆処理方法において、前記防錆被膜中の酸素量が５質量％以上であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の防錆処理方法は、請求項３に記載の防錆処理方法において、前記酸素量は、蛍光Ｘ線分光分析法による測定値をＺＡＦ法により補正した値であることを特徴とする。
【０００７】
さらに、本発明に係る請求項５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された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配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，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つは、その表面の少なくとも一部に、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属と、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方と、を含有する防錆被膜を備えていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項６の転動装置は、請求項５に記載の転動装置において、前記防錆被膜は、前記第一の金属の粉末と前記第二の金属の粉末とを前記表面に噴射するショットピーニングによって形成されたものであることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明に係る請求項７の転動装置は、請求項５又は請求項６に記載の転動装置において、前記防錆被膜中の酸素量が５質量％以上であることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項８の転動装置は、請求項７に記載の転動装置において、前記酸素量は、蛍光Ｘ線分光分析法による測定値をＺＡＦ法により補正した値であることを特徴とする。
【０００９】
なお、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。また、本発明における内方部材とは、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、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】
【００１０】
本発明の防錆処理方法によれば、母材の腐食や機械的強度の低下を生じることなく、鋼材に防錆処理を施すことができる。また、本発明の転動装置は、発錆が生じにくく長寿命である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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自動調心ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
この自動調心ころ軸受は、内輪１（内方部材）と、外輪２（外方部材）と、内輪１と外輪２との間に転動自在に配された２列の球面ころ３と、内輪１と外輪２との間に球面ころ３を保持する保持器４と、を備えており、内輪１と外輪２との間に形成される空間には図示しない潤滑剤が配されている。そして、内輪１の外周面には２列の球面ころ３の軌道面１ａ，１ａが形成され、内輪１の外周面のうち軌道面１ａ，１ａが形成された部分については、その外径は幅方向両端部よりも中央部の方が大きく形成されている。また、外輪２の内周面は、２列一体の球面軌道面２ａとされている。なお、内輪１，外輪２，及び球面ころ３は、同種又は異種の鋼で構成されている。
【００１２】
そして、内輪１，外輪２，及び転動体３のうち少なくとも一つは、その表面の少なくとも一部に、防錆被膜（図示せず）を備えている。この防錆被膜は、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属と、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方と、を含有している。
鋼の酸化還元電位は−０．４４Ｖであるが、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満である第一の金属（すなわち、鋼よりも卑な金属）と、酸化還元電位が−０．４３Ｖ以上である第二の金属（すなわち、鋼よりも貴な金属）と、が鋼材の表面に被覆されていると、異種金属間の局部電池作用によって、酸化還元電位が小さい前記第一の金属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、鋼で構成された内輪１，外輪２，転動体３の腐食が抑制される。
【００１３】
さらに、前記第一の金属の酸化物及び前記第二の金属の酸化物の少なくとも一方が、防錆被膜に含有されているので（すなわち、防錆被膜を構成する金属の一部が不働態化されているので）、局部電池作用が緩慢となる。その結果、防食作用が長期間にわたって持続される。
防錆被膜に含有されている金属酸化物の量によって防錆性が変化するが、十分な防錆性を得るためには、防錆被膜中の酸素量は５質量％以上であることが好ましく、６質量％以上であることがより好ましい。この酸素量は、蛍光Ｘ線分光分析法による測定値をＺＡＦ法により補正した値である。ＺＡＦ法とは、試料の蛍光Ｘ線の測定値に、原子番号効果補正（Ｚ），吸収補正（Ａ），蛍光励起補正（Ｆ）を施して真の値を求める方法である。
【００１４】
前記第一の金属としては、例えばマグネシウム，アルミニウム，マンガン等があげられる。また、前記第二の金属としては、例えばニッケル，コバルト，チタン，銅，銀等があげられる。なお、本発明における前記第一の金属は、一種の金属からなるものに限定されず、酸化還元電位が−０．４４Ｖ未満であるならば、複数の金属からなる混合物や合金であってもよい。前記第二の金属についても同様である。
【００１５】
防錆被膜を形成する箇所は、内輪１，外輪２，及び転動体３の表面であれば特に限定されるものではなく、防錆被膜を形成した箇所の発錆を抑制することができるが、内輪１の軌道面１ａ，外輪２の軌道面２ａ，及び転動体３の転動面３ａのうち少なくとも一つに防錆被膜を形成すれば、これらの面の発錆を抑制することができるので、自動調心ころ軸受を長寿命とすることができる。また、防錆被膜は潤滑性を有しているので、自動調心ころ軸受の潤滑性を向上させてより長寿命とすることができる。
【００１６】
防錆被膜を形成する方法は特に限定されるものではないが、ショットピーニングが好ましい。すなわち、前記第一の金属の粉末と前記第二の金属の粉末とを内輪１，外輪２，転動体３の表面に噴射して、防錆被膜を形成するとよい。ショットピーニングにより防錆被膜を形成すれば、電気化学的な方法を用いないため、水素の侵入に伴う機械的強度の低下が生じることがない。
【００１７】
ショットピーニングを施す際には、前記第一の金属の粉末と前記第二の金属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。ただし、前記第一の金属の粉末を噴射して前記第一の金属の被膜を形成した後に、その被膜に前記第二の金属の粉末を噴射して前記第二の金属の被膜を形成し、２層構造の防錆被膜を形成すれば、前記第一の金属の酸化反応速度を遅くすることが可能である。また、前記第一の金属の粉末と前記第二の金属の粉末とを混合して噴射すれば、前記第一の金属と前記第二の金属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、前記第一の金属と前記第二の金属との合金の粉末を噴射することが好ましい。
【００１８】
なお、本実施形態においては、転動装置の例として自動調心ころ軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は自動調心ころ軸受に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，針状ころ軸受，円筒ころ軸受，円すい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。
【００１９】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。図１の自動調心ころ軸受とほぼ同様の構成であり、内輪，外輪，及びころの各全面に、亜鉛（酸化還元電位は−０．７２６８Ｖ），錫（酸化還元電位は０．１５Ｖ），酸化亜鉛，及び酸化錫で構成された防錆被膜をショットピーニングにより被覆した軸受（呼び番号２４０３６、内径１００ｍｍ、外径２８０ｍｍ、幅１００ｍｍ）を用意して、その防錆性を評価した。
なお、内輪，外輪，及びころは、ＳＣＭ４２０製で浸炭窒化処理が施されている。ただし、ＳＣＭ４２０の代わりにＳＣｒ４２０で構成してもよいし、浸炭窒化処理の代わりに浸炭処理を施してもよい。また、ＳＵＪ２製でズブ焼入れ又は高周波焼入れを施したものでもよい。
【００２０】
また、ショットピーニングは、図２に示すようなショットピーニング装置２０を用いて、平均粒径３０μｍ（ＪＩＳ  Ｒ６００１の規定による）の亜鉛粉末と錫粉末との混合粉末を、噴射圧力０．５ＭＰａ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、内輪，外輪，及びころ（図２では内輪を図示してある）に吹き付けて、表面に防錆被膜を被覆した。
【００２１】
混合粉末中の亜鉛粉末と錫粉末との混合比率は、亜鉛粉末が２０〜８０質量％（すなわち、錫粉末は８０〜２０質量％）となるように設定した。また、気体３４には、空気又は空気と窒素とを混合したものを用いた。ショットピーニングに用いる気体３４に酸素が含まれているため、混合粉末の一部が酸化され酸化亜鉛及び酸化錫が生成する（不働態化する）。生成した酸化亜鉛及び酸化錫の量によって防錆被膜の酸素量が決定するが、この酸素量は気体３４中の空気の比率（分圧）によって調整することができる。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に、混合粉末中の亜鉛粉末と錫粉末との混合比率と、気体３４中の空気と窒素との比率（分圧）と、防錆被膜の酸素量と、を示す。酸素量の測定には、日本電子株式会社製の二次電子顕微鏡（ＳＥＭ）「ＪＳＭ−５６１０」と、これに付帯した米国ＥＤＡＸ社製のエネルギー分散型Ｘ線分光装置「Ｐｈｏｅｎｉｘ／Ｆａｌｃｏｎ」とを用いた。１５ｋＶの加速電圧を印加したタングステンフィラメントから発せられる電子線を試料に照射し、発生する蛍光Ｘ線を分析することにより、試料に含まれる亜鉛，錫，酸素の量を測定した。そして、その測定値をＺＡＦ法により補正した。その他の測定条件は、下記の通りである。
視野（倍率）：３００倍
取出し角度  ：３０°
チルト角    ：０°
積算時間    ：６０秒
【００２４】
次に、防錆性の評価方法について説明する。防錆被膜が被覆された自動調心ころ軸受を、温度８０℃，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。
【００２５】
結果を図３のグラフに示す。実施例１〜３は、防錆被膜の酸素量が５質量％以上であるので、亜鉛の自己犠牲的防食作用により、長期間にわたって優れた防錆性が発揮されている。これに対して比較例１，２は、防錆被膜の酸素量が５質量％未満あるので、不働態化の効果が現れておらず、亜鉛の酸化速度が速く防錆性が低い。その結果、３００〜４００時間という短時間で赤錆が発生した。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態である自動調心ころ軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図２】ショットピーニング装置の説明図である。
【図３】防錆性の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２７】
１      内輪
１ａ    軌道面
２      外輪
２ａ    軌道面
３      転動体
３ａ    転動面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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