JP2002357227A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 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を提供する。 【解決手段】 玉軸受は、内輪1と、外輪2と、前記両
輪1,2の間に転動自在に配設された複数の玉3と、外
輪2に取り付けられて両輪1,2の間に介在されたシー
ルド板5と、で構成されており、このシールド板5は、
厚さ0.3mmのアルミキルド鋼からなる冷延鋼板に電
気亜鉛メッキを施した金属板で製造したものである。ま
た、このシールド板5を、前記金属板で構成された芯金
7と芯金7に固着されたゴム部8とを備えた接触形式の
ゴムシール装置6に代えてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、環境汚染が生じる
ことがない転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の転がり軸受、特に玉軸受において
は、シール装置は外輪の内周面に固定されていることが
一般的である。シール装置としては、シールド板(図1
参照)やゴムシール装置(図2参照)が一般的に知られ
ており、シールド板は金属製で、内輪の外周面との間に
僅かなラビリンスが形成された非接触タイプである。ま
た、ゴムシール装置は金属板の芯金を有し、少なくとも
外輪に取り付けられている部分と内輪の外周面に近接す
る部分とがゴム製である。なお、ゴムシール装置には、
図2のような内輪の外周面に接触している接触タイプの
ものと、内輪の外周面との間に僅かなラビリンスが形成
された非接触タイプのものとがある。
【0003】このようなシールド板及びゴムシール装置
の芯金には、従来は、耐食性に優れた複合電気亜鉛メッ
キ鋼板(電気亜鉛合金メッキ鋼板)が用いられている。
この複合電気亜鉛メッキ鋼板は、母材となる冷延鋼板
に、亜鉛,ゴバルト,モリブデン等の金属(亜鉛が主成
分)を含む処理液で電解処理して第1層目のメッキ層を
設けた後、さらに6価クロムクロメートで電解処理を行
って第2層目のメッキ層を設けたものである。
【0004】ゴムシール装置の芯金には、ゴムとの加硫
接着を考慮して、このような複合電気亜鉛メッキ鋼板が
そのまま用いられている。それに対して、シールド板に
は、前述の6価クロムクロメート処理の後に、さらにL
iシリケートで処理して、第3層目のメッキ層を設けた
複合電気亜鉛メッキ鋼板が主に使用されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような複合電気亜鉛メッキ鋼板は、有毒な6価クロムを
含有しているため、環境汚染の問題等により使用が難し
くなってきている。そこで、本発明は、上記のような従
来技術の問題点を解決し、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を
提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上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に記載の転がり軸受は、内輪と、外輪
と、前記両輪の間に転動自在に配設された複数の転動体
と、前記両輪のいずれか一方に取り付けられて前記両輪
の間に介在されたシール装置と、を備えるとともに、前
記シール装置が、金属板で構成されたシールド板と、金
属板で構成された芯金及び該芯金の少なくとも一部に固
着されたゴム部を備えたゴムシール装置と、の少なくと
も一方である転がり軸受において、前記金属板は、厚さ
0.1〜1.0mmの冷延鋼板に、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, 電気亜鉛−ニッケル合金メッキ,リン酸塩処
理, 電解バナジウム処理,及び3価クロムクロメート処
理のうちの少なくとも1種の表面処理を施したものであ
ることを特徴とする。
【0007】このような構成であれば、前記シール装置
が有毒な6価クロムを含有していない前記金属板で構成
されているので、前記シール装置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。また、本発明に係る請求項2に記載
の転がり軸受は、請求項1に記載の転がり軸受におい
て、さらに前記金属板を有機樹脂皮膜で被覆したことを
特徴とする。上記のような金属系の表面処理を施した上
に、さらに有機樹脂皮膜を被覆する表面処理を施せば、
耐食性及びゴム材料との接着性を向上することができ
る。
【0008】この有機樹脂皮膜は、ポリウレタン及びポ
リアクリル酸エステルの少なくとも一方で構成すること
が好ましい。また、有機樹脂皮膜の厚さは、1〜5μm
が好適である。1μm未満であると、薄すぎるため耐食
性及びゴム材料との接着性を向上させる効果が不十分と
なる。また、5μm超過であると、厚さを均一にするこ
とが困難となるので好ましくない。
【0009】以下に、本発明の転がり軸受を構成する前
記シール装置について、詳細に説明する。前記シール装
置であるシールド板及びゴムシール装置の芯金に用いら
れる冷延鋼板としては、例えば、キャップド鋼, アルミ
キルド鋼,Ti−IF鋼等があげられ、その厚さは0.
1〜1. 0mmの範囲である必要がある。厚さが0. 1
mm未満であると、所定の強度を保持することが困難と
なり、実用性が低くなる。また、厚さが1. 0mmを超
えると加工性が低下し、プレス等の方法によってシール
ド板又は芯金を目的の形状に加工することが困難とな
る。
【0010】次に、冷延鋼板に施される表面処理につい
て説明する。有毒な6価クロムを使用する前述の複合電
気亜鉛メッキに代わる環境汚染の問題のない表面処理と
しては、具体的には、電気亜鉛メッキ, 電気錫メッキ,
電気亜鉛−錫合金メッキ, 電気亜鉛−鉄合金メッキ, 電
気亜鉛−ニッケル合金メッキ,リン酸塩処理, 電解バナ
ジウム処理,3価クロムクロメート処理等があげられ、
これらは耐食性及びコスト面で実用的である。
【0011】このような表面処理を母材である冷延鋼板
に施すことによって、冷延鋼板の表面に表面処理層が形
成されるが、冷延鋼板の表面への表面処理層の平均付着
量(片面)は2〜25g/m2 が好ましい。なお、この
平均付着量は、複数の表面処理を施して表面処理層を形
成した場合は、各表面処理により形成された表面処理層
の合計量である。
【0012】平均付着量が2g/m2 未満であると、表
面処理層が薄すぎるために未処理部分であるピンホール
の出現確率が高くなり、その部分を起点として錆が発生
するおそれがある。その結果、耐食性が不十分となっ
て、実用性が低くなる。また、平均付着量が25g/m
2 を超えると、耐食性はその分高くなるが、表面処理の
コストが高くなるので実用性に乏しい。コスト面と耐食
性のバランスを考慮すると、平均付着量は2. 5〜12
g/m2 がより好ましい。
【0013】冷延鋼板に表面処理を施して得られた金属
板の表面粗度Raは、0. 2〜1.5μmの範囲とする
ことが好ましい。表面粗度Raが0.2μm未満の場合
は、表面粗度を高めるためのコストが高くなり、しか
も、このような高い表面粗度とする必要がない。また、
特にゴムシール装置の芯金として用いる場合は、接着面
積が少なくなるため、所定のレベル以上のゴム部との接
着強度を得ることが困難となる。それに対して、表面粗
度Raが1.5μmを超える場合は、接着強度は上がる
ものの、表面を荒らすためにダル仕上げ等の後処理が必
要となり、コスト高になる。さらに、表面処理層(メッ
キ層)の厚さに斑が発生し、防錆性が低下する。接着性
と防錆性をより十分なものとするためには、表面粗度R
aは、0.25〜1.0μmの範囲とすることがより好
ましい。
【0014】次に、上記の各表面処理について詳細に説
明する。電気亜鉛メッキは、硫酸亜鉛メッキ浴(硫酸
浴),塩化亜鉛メッキ浴などの中に冷延鋼板を通して処
理を行う方法が一般的であり、6価クロムクロメート処
理と組み合わせた複合電気亜鉛メッキに比べて耐食性の
面ではやや劣るが、ゴムとの接着性に優れている。な
お、上記メッキ浴にコバルト,モリブデン等の微量成分
を添加して処理を行えば、微量成分を含有する亜鉛メッ
キ層が形成されるので、耐食性が向上する。
【0015】前記金属板をゴムシール装置の芯金として
使用する場合は、芯金の表面は実質的にゴム部を接着す
るための接着剤で覆われているから、耐食性はそれほど
問題とはならないが、シールド板として使用する場合
は、耐食性をさらに向上させるために、電気亜鉛メッキ
を施した後にリン酸塩処理や3価クロムクロメート処理
を施すことが好ましい。
【0016】なお、前記金属板をゴムシール装置の芯金
として使用する場合に、電気亜鉛メッキを施した後にリ
ン酸塩処理や3価クロムクロメート処理を施すと、ゴム
との接着性をさらに向上させることができる。また、電
気錫メッキは、硫酸浴,硼フッ酸浴,フェノールスルホ
ン酸浴,アルカンスルホン酸浴,アルカノールスルホン
酸浴等の酸性錫メッキ浴、あるいは、カリウム浴,ナト
リウム浴等のアルカリ性錫メッキ浴などの中に冷延鋼板
を通して処理を行う方法が一般的であり、このような処
理により冷延鋼板の表面に錫メッキ層が形成される。電
気錫メッキは耐食性の面では電気亜鉛メッキよりも優れ
ていて、複合電気亜鉛メッキとほぼ同程度である。な
お、さらに耐食性,ゴムとの接着性を向上させるため
に、電気錫メッキの後にリン酸塩処理や3価クロムクロ
メート処理を施してもよい。
【0017】さらに、電気錫−亜鉛合金メッキは、鉄に
対して電気化学的に貴である錫の優れた耐食性と亜鉛の
犠牲防食性とを組み合わせた耐食性メッキである。錫と
亜鉛の比率は、耐食性のバランスから7:3前後が好適
である。電気錫−亜鉛合金メッキは、硼フッ化物浴,ケ
イフッ化物浴, スルホン酸塩浴, フェノールスルホン酸
浴,アルカンスルホン酸浴,アルカノールスルホン酸浴
などの中に冷延鋼板を通して処理を行う方法が一般的で
あり、このような処理により冷延鋼板の表面に錫−亜鉛
合金メッキ層が形成される。電気錫−亜鉛合金メッキ
は、耐食性の面では電気亜鉛メッキよりも優れていて、
複合電気亜鉛メッキとほぼ同程度である。なお、さらに
耐食性,ゴムとの接着性を向上させるために、電気錫−
亜鉛合金メッキを施した後にリン酸塩処理や3価クロム
クロメート処理を施してもよい。
【0018】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%の場合が最も良好な耐食
性を示す。電気亜鉛−鉄合金メッキは、ジンケート浴な
どの中に冷延鋼板を通して処理を行う方法が一般的であ
り、このような処理により冷延鋼板の表面に亜鉛−鉄合
金メッキ層が形成される。電気亜鉛−鉄合金メッキは、
耐食性の面では電気亜鉛メッキより優れていて、複合電
気亜鉛メッキとほぼ同程度である。なお、さらに耐食
性,ゴムとの接着性を向上させるために、電気亜鉛−鉄
合金メッキを施した後にリン酸塩処理や3価クロムクロ
メート処理を施してもよい。
【0019】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、耐食性に非常に優れるニッケル
を合金化したため、亜鉛単独に比べて優れた耐食性を有
している。耐食性はニッケルの含有量が多くなるほど向
上するが、コストはその分高くなる。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
通して処理を行う方法が一般的であり、このような処理
により冷延鋼板の表面に亜鉛−ニッケル合金メッキ層が
形成される。ニッケル含有量によっても異なるが、電気
亜鉛−ニッケル合金メッキは、耐食性の面では電気亜鉛
メッキ,複合電気亜鉛メッキよりも優れている。なお、
さらに耐食性,ゴムとの接着性を向上させるために、電
気亜鉛−ニッケル合金メッキを施した後にリン酸塩処理
や3価クロムクロメート処理を施してもよい。
【0020】リン酸塩処理,電解バナジウム処理,及び
3価クロムクロメート処理は単独で用いられることは少
なく、主に他の金属メッキ処理の後にさらに耐食性,ゴ
ムとの接着性を向上させるために行う。リン酸塩処理
は、具体的には、リン酸亜鉛,リン酸マンガン,リン酸
鉄をベースとするリン酸塩浴などの中に通して、電解処
理あるいは無電解処理を行う方法が一般的である。
【0021】また、電解バナジウム処理は、具体的に
は、塩化バナジウム,五酸化バナジウム,バナジン酸塩
等を加えた酸性浴又はアルカリ性浴の中に冷延鋼板を通
して処理を行う方法が一般的であり、バナジウム,酸化
バナジウム(三価又は四価),酸化バナジウム(三価又
は四価)の水和物,バナジウムと下地の金属との複合酸
化物,又はバナジウムと下地の金属との複合酸化物の水
和物等の被膜を形成する処理である。
【0022】さらに、3価クロムクロメート処理は、具
体的には、硫酸クロムや塩化クロムをベースとする3価
クロム浴などの中に通して処理を行う方法が一般的であ
る。次に、ゴムシール装置において、芯金とゴム部とを
接着する接着剤について詳細に説明する。接着剤は通常
は溶剤に希釈された形態であり、このような接着剤又は
該接着剤をさらに希釈した液の中に芯金を浸漬するか、
あるいは刷毛塗りした後に乾燥することによって、一定
の厚さを有する接着剤のコーティング層が芯金の表面に
形成される。このコーティング層は、防錆の役割を果た
す場合もある。
【0023】このコーティング層は、ゴムシール装置の
製造過程において未加硫のゴムを加硫するための熱によ
って硬化等の反応を起こし、芯金とゴム部(加硫ゴム)
との接着層へと変化する。接着剤の種類は、ゴム部に用
いられるゴム材料の種類によっても異なるが、ゴムシー
ル装置に最も多く使用されているアクリロニトリルブタ
ジエンゴム(NBR)やアクリルゴムに対しては、主に
フェノール系樹脂を主成分とする接着剤や、フェノール
系樹脂とエポキシ樹脂とを組み合わせた接着剤等が用い
られる。また、高温下において使用されるシリコンゴム
やフッ素ゴムに対しては、シランカップリング剤を主成
分とするシリコーン系接着剤が用いられる。
【0024】
【発明の実施の形態】本発明に係る転がり軸受の実施の
形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図1及び
図2は、本発明の一実施形態である深みぞ玉軸受の構造
を示す部分縦断面図であり、図1は、シール装置として
シールド板を用いた場合、図2は、シール装置としてゴ
ムシール装置を用いた場合である。
【0025】まず、図1の玉軸受について説明する。図
1の玉軸受は、内輪1と、外輪2と、前記両輪1,2の
間に転動自在に配設された複数の玉3と、両輪1,2の
間に玉3を保持する保持器4と、シール装置であるシー
ルド板5,5(ZZ形)と、を備えている。シールド板
5は、環状の板状部5aの外周縁部に係止部5bが連続
して形成された構成となっていて、この係止部5bを、
外輪2の内周面の両端部に外輪2の全周にわたって設け
らた断面略V字形のシール溝2a,2aに嵌入すること
により、シールド板5,5が外輪2に固定されている。
【0026】そして、シールド板5の板状部5aの内周
縁部が内輪1の外周面に近接していて(非接触)、シー
ルド板5,5が内輪1の外周面と外輪2の内周面との間
の開口部分をほぼ覆っている。このことによって、内輪
1と外輪2との間に形成される空間(玉3の設置部分)
に存在する図示しないグリースや発生したダストが外部
に漏洩したり、あるいは、外部に浮遊する塵挨が該空間
内に侵入したりすることが防止されている。
【0027】このシールド板5は、厚さ0. 3mmのア
ルミキルド鋼からなる冷延鋼板に電気亜鉛メッキを施し
て表面処理層を設けた金属板を、プレス金型を用いて打
ち抜いて製造したものである。次に、図2の玉軸受につ
いて説明する。ただし、図2の玉軸受の構成は図1の玉
軸受とほぼ同様であるので、異なる部分のみ説明し、同
様の部分の説明は省略する。なお、図2においては、図
1と同一又は相当する部分には、図1と同一の符号を付
してある。
【0028】図2の玉軸受は、シール装置としてゴムシ
ール装置6,6を備えている。このゴムシール装置6
は、上記のシールド板5と同様の金属板から同様に製造
した芯金7とゴム部8とで構成されていて、環状の板状
部6aと、板状部6aの外周縁部に連続して形成された
係止部6bと、板状部6aの内周縁部に連続して形成さ
れたリップ部6cと、を備えている。
【0029】そして、外輪2の内周面の両端部に外輪2
の全周にわたって設けられた断面略V字形のシール溝2
a,2aに、係止部6bを嵌入することにより、ゴムシ
ール装置6,6が外輪2に固定されていて、リップ部6
cが内輪1の外周面に滑り接触するようになっている
(リップ部6c付近を拡大して示した図3を参照)。ゴ
ムシール装置6についてさらに詳述すると、芯金7のう
ち軸受の外方に向いた部分はゴム部8によって完全に被
覆され、内方に向いた部分(玉3に向いた部分)はゴム
部8に被覆されてはいないが、図示しない接着剤の硬化
層によってコーティングされている。
【0030】次に、このようなゴムシール装置6の製造
方法について説明する。フェノール系接着剤(東洋化学
研究所製、メタロック N−15)をメチルエチルケト
ンで2倍希釈した希釈液に芯金をディッピング処理し、
80℃で1時間乾燥させて皮膜(未硬化層)を形成し
た。そして、金型中にこの芯金を配置し、その上にシー
ト状の未加硫のNBRゴムを載置し、さらにその上に金
型を載せてプレスし、170℃で加硫接着を行った。こ
のような操作により、図2に示しような形状のゴムシー
ル装置6を製造した。
【0031】次に、玉軸受が備えるシール装置の耐食性
試験及び6価クロムの溶出試験の結果について説明す
る。表1及び表2に示すような表面処理を冷延鋼板に施
して得た金属板を用いて種々のシールド板及びゴムシー
ル装置を製造し、それらを玉軸受に取り付けて、シール
ド板を備えた玉軸受とゴムシール装置を備えた玉軸受を
それぞれ25種ずつ製造した。これらの玉軸受の構成
は、表面処理の種類以外は、上記の図1及び図2の玉軸
受とほぼ同様である。
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】なお、表面処理は1種,2種,又は3種施
してあり、2種施した場合は、第一の表面処理を施した
後に第二の表面処理を施してある。そして、3種施した
場合は、第一の表面処理及び第二の表面処理を施した後
に第三の表面処理を施してある。また、表2中のポリウ
レタン処理,ポリアクリル酸エステル処理とは、ポリウ
レタン又はポリアクリル酸エステルで構成された有機樹
脂皮膜を表面に被覆する処理を意味する。
【0035】このような玉軸受のシールド板又はゴムシ
ール装置に、1wt%濃度の塩化ナトリウム水溶液を、
外方から板状部に対して垂直に噴霧して(噴霧量は1L
/min)、12時間後のシールド板又はゴムシール装
置の表面の錆の発生を観察した(耐食性試験)。その結
果を表3及び表4に示す。
【0036】
【表3】
【0037】
【表4】
【0038】表3及び表4においては、錆の発生が認め
られなかったものを○、錆の発生が僅かに認められたも
のを△、錆の発生が全面において認められたものを×と
して示した。表3及び表4の耐食性試験の結果のうちシ
ールド板を備えた玉軸受の試験結果から、表面処理層の
平均付着量が多いほど耐食性が優れている傾向があるこ
とがわかる。平均付着量と錆の発生の関係から、各メッ
キの耐食性を判断すると、以下の序列(右へ向かうにし
たがって耐食性高い)になることがわかった。
【0039】電気亜鉛メッキ<電気錫メッキ,電気亜鉛
−鉄合金メッキ, 電気錫−亜鉛合金メッキ<電気亜鉛−
ニッケル合金メッキまた、第一の表面処理を施した後に
3価クロムクロメート処理,電解バナジウム処理,リン
酸塩処理(第二の表面処理)を施したり、さらにその上
にポリウレタン処理,ポリアクリル酸エステル処理(第
三の表面処理)を施すことによって、耐食性が向上する
ことがわかる。
【0040】さらに、表3及び表4の耐食性試験の結果
のうちゴムシール装置を備えた玉軸受の試験結果から分
かるように、ゴムシール装置は芯金が接着剤でコーティ
ングされているため、接着剤でコーティングされていな
いシールド板よりも耐食性が優れていた。また、環境庁
告示第13号『産業廃棄物に含まれる金属などの検定方
法』に基づく溶出試験を実施し、6価クロムの溶出の有
無を検査した結果も併せて表3及び表4に示す。6価ク
ロムは比較例1では検出されたのに対し、実施例1〜2
2では全く検出されなかった。
【0041】なお、本実施形態は本発明の一例を示した
ものであって、本発明は本実施形態に限定されるもので
はない。例えば、本実施形態においては、転がり軸受と
して深みぞ玉軸受を例示して説明したが、本発明の転が
り軸受は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用可
能である。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である。
【0042】
【発明の効果】以上のように、本発明の転がり軸受は、
有毒な6価クロムを含有しない金属板でシール装置が構
成されているので、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。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の転がり軸受に係る一実施形態である深
みぞ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図2】本発明の転がり軸受に係る別の実施形態である
深みぞ玉軸受の構造を示す部分縦断面図である。
【図3】図2の深みぞ玉軸受が備えるゴムシール装置の
リップ部付近を拡大して示した部分拡大図である。
【符号の説明】
1 内輪 2 外輪 3 玉 5 シールド板 6 ゴムシール装置 7 芯金 8 ゴム部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 伸吾 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目5番50号 日本精工株式会社内 Fターム(参考) 3J016 AA02 BB03 CA01

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内輪と、外輪と、前記両輪の間に転動自
    在に配設された複数の転動体と、前記両輪のいずれか一
    方に取り付けられて前記両輪の間に介在されたシール装
    置と、を備えるとともに、 前記シール装置が、金属板で構成されたシールド板と、
    金属板で構成された芯金及び該芯金の少なくとも一部に
    固着されたゴム部を備えたゴムシール装置と、の少なく
    とも一方である転がり軸受において、 前記金属板は、厚さ0.1〜1.0mmの冷延鋼板に、
    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, 電気亜鉛−ニッケル合金
    メッキ,リン酸塩処理,電解バナジウム処理,及び3価
    クロムクロメート処理のうちの少なくとも1種の表面処
    理を施したものであることを特徴とする転がり軸受。
  2. 【請求項2】 さらに前記金属板を有機樹脂皮膜で被覆
    したことを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
  3. 【請求項3】 前記有機樹脂皮膜をポリウレタン及びポ
    リアクリル酸エステルの少なくとも一方で構成したこと
    を特徴とする請求項2に記載の転がり軸受。
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