JP2005337483A - 転動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 寿命が長くて製造コストが安い転動装置を提供すること。
【解決手段】 外輪１の軸受綱製の本体部１１の表面全面に、膜厚が略６μｍで、硬さが略Ｈｖ５００で、かつ、リンを略１１重量％含有すると共に、ケイ素を略０.５重量％含有するニッケル被膜１２を形成する。また、内輪２の軸受綱製の本体部１６の表面全面に、膜厚が略６μｍで、硬さが略Ｈｖ５００で、かつ、リンを略１１重量％含有すると共に、イオウ含有量が０．０１重量％以下のニッケル被膜１７を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受、直動装置またはボールネジ等の転動体を有する転動装置に関し、特に、半導体装置の洗浄装置や液晶の洗浄装置等、腐食が起こり易い環境で使用される転動装置に関する。

従来、転動装置としては、半導体装置の洗浄装置や液晶の洗浄装置に使用される防錆処理が施された深溝玉軸受がある。

この深溝玉軸受は、内輪と、外輪と、玉とを備える。

上記内輪は、外周面に深溝型の軌道溝を有している。上記内輪の上記深溝型の軌道溝を含む表面全面には、防錆作用を有するニッケル被膜が形成されている。このニッケル被膜のビッカース硬さ（以下、Ｈｖという）は、略Ｈｖ８００になっている。この略Ｈｖ８００のニッケル被膜は、ニッケル被膜を内輪の表面全面に形成した後、熱処理（硬化処理）を行うことによって形成されている。

上記外輪は、内周面における上記内輪の軌道溝に対向する箇所に、深溝型の軌道溝を有している。上記外輪の表面全面にも、内輪と同様な方法で、略Ｈｖ８００のニッケル被膜が形成されている。

上記従来の深溝玉軸受は、内輪および外輪の表面全面に、略Ｈｖ８００のニッケル被膜を形成することによって、軸受の耐荷重性を向上させると共に、ニッケル被膜の耐摩耗性を向上させるようにしている。

しかしながら、上記従来の深溝玉軸受は、内輪および外輪の表面全面に、略Ｈｖ８００のニッケル被膜を形成しているので、ニッケル膜が摩耗した場合、摩耗粉の深溝玉軸受への攻撃性が強くて、深溝玉軸受が、膜摩耗後早期に回転不良状態に陥るという問題がある。

また、軌道溝上でニッケル膜が部分的に摩耗する片摩耗が起こって、玉と内外輪軌道間に、この摩耗粉をかみ込むことにより深溝玉軸受が回転不良（トルク大、ロック、ガタ発生）となる問題がある。

また、上記従来の深溝玉軸受は、ニッケル被膜の熱処理（硬化処理）を必要とするので、製造コストが高いという問題がある。

従来の防錆処理が施された別の転動装置としては、特開２０００―１３０４４５号公報（特許文献１）に記載されている軌道輪を用いた第２の深溝玉軸受がある。

この第２の深溝玉軸受は、上記軌道輪の軌道面以外の部分にのみ、ニッケル被膜を有している。詳しくは、上記軌道輪は、軌道輪全面にニッケル被膜を形成した後、軌道面上のニッケル被膜を機械的加工により除去することによって形成されている。

上記第２の深溝玉軸受は、軌道面以外の部分の防錆を、ニッケル被膜によって行うと共に、軌道面の防錆を、グリースによって行うようになっている。

上記第２の深溝玉軸受は、軌道輪の軌道面にニッケル被膜を形成しないことによって、軸受の耐荷重性を向上させるようにしている。

しかしながら、上記第２の深溝玉軸受では、軌道面上のニッケル被膜を機械的加工により除去する必要があり、製造コストが高いという問題がある。
特開２０００−１３０４４５号公報

そこで、本発明の課題は、寿命が長くて製造コストが安い転動装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の転動装置は、
軌道面を有する第１の軌道部材と、
軌道面を有する第２の軌道部材と、
上記第１の軌道部材の上記軌道面と上記第２の軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と
を備え、
上記第１の軌道部材と上記第２の軌道部材のうちの少なくとも一方は、
合金鋼からなる本体部と、
この本体部の上記軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されると共に、ビッカース硬さが、４２０以上で、かつ、６００以下であるニッケル被膜と
を備えることを特徴としている。

本発明によれば、上記本体部の上記軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ６００以下であるので、転動体の軌道面に対する転動によって生じたニッケル被膜の摩耗粉が、上記第１の軌道部材と上記第２の軌道部材とを攻撃することがなくて、上記摩耗粉によって上記第１の軌道部材と上記第２の軌道部材が劣化することがない。したがって、転動装置の寿命を従来よりも大幅にのばすことができる。尚、本体部の上記軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ６００を超えると、ニッケル被膜の摩耗粉の転動体の部品に対する攻撃性が高くなって、転動体の部品に損傷（軌道面の摩耗）が生じたり、軌道面のニッケル被膜の片摩耗が生じて転動装置に回転不良が生じたりして、転動装置の寿命が短くなる。また、ニッケル被膜の硬度が低くなることにより、転動体との接触に伴い、当接被膜が摩耗し易くなるが、この部分は通常の使用状態において、グリースやオイル等の潤滑剤による耐食効果があるため、腐食の問題はない。

また、本発明によれば、上記本体部の上記軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ４２０以上であるので、上記本体部における上記軌道面以外の部分の上に形成されたニッケル被膜が、剥離することがなくて、ニッケル被膜の耐食性を問題がないものにすることができる。したがって、転動装置の上記軌道面以外の部分の防錆を確実に行うことができる。尚、本体部の上記軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ４２０よりも小さくなると、ニッケル被膜の剥離や異常摩耗が発生して、転動装置の外部環境露出面の防錆を確実に行うことができなくなる。

また、本発明によれば、ニッケル被膜の熱処理（硬化処理）や、機械的加工による軌道面上のニッケル被膜の除去を必要としないので、従来よりも製造コストを格段に低減できる。

また、一実施形態の転動装置は、上記ニッケル被膜の膜厚が、４μｍより大きく、かつ、１０μｍ以下である。

上記実施形態によれば、上記ニッケル被膜の膜厚が、４μｍより大きいので、上記本体部の上記軌道面以外の部分の上に形成されたニッケル被膜の耐食性を問題がないものにすることができて、防錆を確実に行うことができる。尚、ニッケル被膜の膜厚が、４μｍ以下になると、ニッケル被膜の膜厚が薄すぎてニッケル被膜の耐食性が小さくなって、防錆を確実に行うことができなくなる。

また、上記実施形態によれば、上記ニッケル被膜の膜厚が、１０μｍ以下であるので、軌道面上のニッケル被膜が摩耗したときに生じる転動体と駆動面との間の隙間が過大にならなくて、転動装置にガタが生じることがない。尚、上記ニッケル被膜の膜厚が、１０μｍより大きくなると、軌道面上のニッケル被膜が摩耗したときに生じる隙間が過大になって、転動装置にガタが発生する。

また、一実施形態の転動装置は、上記ニッケル被膜が、リンを、１０重量％以上、かつ、１３重量％以下含有すると共に、イオウ含有量を０．０１重量％以下にしている。

上記実施形態によれば、ニッケル被膜が、リンを、１０重量％以上含有しているので、ニッケル被膜を柔らかくすることができて、転動体による軌道面上のニッケル膜摩耗粉による攻撃性を小さくすることができる。尚、リンの含有量を、１０重量％より小さく抑えると、ニッケル被膜を柔らかくする効果が小さくなって、摩耗粉の攻撃性が増大する。

また、上記実施形態によれば、ニッケル被膜が、リンを、１３重量％以下含有しているので、ニッケル被膜が柔らかくなりすぎることがなくて、ニッケル被膜における軌道面以外の部分の剥離が起こることがない。尚、リンの含有量を、１３重量％より大きくすると、ニッケル被膜が柔らかくなりすぎて、ニッケル被膜における軌道面以外の部分の剥離や異常摩耗が起こり、軌道部材の軌道面以外の部分の防錆を行うことができなくなる。

また、上記実施形態によれば、上記ニッケル被膜のイオウ含有量を０．０１重量％以下としているので、ニッケル被膜の耐食性を向上させることができる。尚、イオウ含有量が０．０１重量％より大きくなると、耐食性が低下するという問題がある。

本発明によれば、第１の軌道部材と第２の軌道部材のうちの少なくとも一方の本体部の軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ６００以下であるので、転動体の上記軌道面上の転動によって、軌道面上のニッケル被膜が片状に摩耗することを防止できて、転動装置にガタが生じることを防止できる。

また、本発明によれば、上記本体部の軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ６００以下であるので、転動体の軌道面に対する転動によって生じたニッケル被膜の摩耗粉が、上記第１の軌道部材と上記第２の軌道部材を攻撃することがなくて、転動装置の寿命を従来よりも大幅にのばすことができる。

また、本発明によれば、上記本体部の軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ４２０以上であるので、上記本体部の上記軌道面以外に形成されたニッケル被膜が、剥離することがなくて、上記本体部の上記軌道面以外の防錆を確実に行うことができる。

また、本発明によれば、ニッケル被膜の熱処理（硬化処理）や、機械的加工による軌道面上のニッケル被膜の除去を必要としないので、従来よりも製造コストを格段に低減できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の転動装置の一実施形態の玉軸受の軸方向の断面図である。

この玉軸受は、第１の軌道部材の一例としての外輪１と、第２の軌道部材の一例としての内輪２と、転動体の一例としての玉３と、保持器４と、シール部材５,６とを備える。また、潤滑剤の一例として耐食性のあるグリースが封入されている。

上記外輪１は、内周に深溝型の軌道溝７を有すると共に、内周の軌道溝７に対する軸方向の両側に環状溝を有する。上記外輪１は、合金綱の一例としての軸受綱（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の本体部１１と、本体部１１の表面全面に形成されたニッケル被膜１２とから成る。上記ニッケル被膜１２は、その膜厚が、略６μｍで、そのＨｖが、略５００に設定されている。また、上記ニッケル被膜１２は、リンを略１１重量％含有しており、イオウ含有量は０．０１重量％以下としている。

上記内輪２は、外周における軌道溝７に対向する箇所に深溝型の軌道溝８を有すると共に、外周の軌道溝８に対する軸方向の両側に段部を有している。上記内輪２は、合金綱の一例としての軸受綱（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製の本体部１６と、本体部１６の表面全面に形成されたニッケル被膜１７とから成る。上記ニッケル被膜１７は、その膜厚が、略６μｍで、その硬さが、略Ｈｖ５００に設定されている。また、上記ニッケル被膜１７は、リンを略１１重量％含有しており、イオウ含有量は０．０１重量％以下としている。

上記玉３は、軸受綱（ＪＩＳ規格ＳＵＪ２）製である。上記玉３は、外輪１の軌道溝７と内輪２の軌道溝８との間に、保持器４によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てて複数配置されている。

上記シール部材５,６は、玉３の両側に、略対称に配置されている。上記シール部材５,６の夫々の径方向の外方の端部は、外輪１の環状溝に取り付けられている一方、シール部材５,６の夫々の径方向の内方の端面は、内輪２における上記段部よりも軸方向の外方の周面上を摺動するようになっている。上記シール部材５,６は、軸受内に封入されているグリースが軸受外に流出することを防止すると共に、内外輪１,２の軌道溝７,８を外部から保護する役割を担っている。

表１は、基本呼び番号６０８の試験軸受の外輪に、各種硬度、膜厚のニッケルメッキを施して様々な外輪を作成した後、各外輪を有機溶剤（ヘキサン）にて、揺動（ゆすり）させながら超音波洗浄を行い、その後、５Ｎ−ＨＣｌ（５規定塩酸）に室温で７２時間浸漬させて、発錆の有無を検査する耐食試験の結果を示す表である。尚、上記基本呼び番号６０８以外の型番の試験軸受でも、効果は同じである。

［表１］

○：発錆なし， ×：発錆， −：未実施

表１に示すように、膜厚４μｍ以下では、どの硬度でも発錆が確認されると共に、Ｈｖ４２０未満では、７μｍでも発錆が確認された。このことから、膜厚が４μｍ以下のニッケル被膜は、実用に適さず、Ｈｖ４２０未満のニッケル被膜も実用に適さない。一方、表１の結果からも明らかなように、Ｈｖ４２０以上でかつ膜厚が４μｍよりも大きいニッケル被膜を形成すると、確実に防錆を行うことができる。

また、基本呼び番号６０８の試験軸受（以下の表２に材質等を示す）の内輪に、様々なＨｖおよび膜厚のニッケルメッキを施して軸受を形成し、その軸受を以下の表２に示す試験条件で回転させて軸受回転試験を行った。詳しくは、表２の条件で軸受を回転させ、回転試験中に回転トルクが増加し、しきい値を越えた軸受を、回転不良と判断した。尚、上記基本呼び番号６０８以外の型番でも、効果は同じである。

［表２］

その結果、Ｈｖ６００よりも大きなニッケルメッキを形成した軸受は、不具合の発生が確認され、膜厚が１０μｍよりも大きいニッケルメッキを形成した軸受においても不具合の発生が確認された一方、Ｈｖ６００以下のニッケルメッキを形成した軸受は、全く不具合の発生が確認されず、更に、膜厚が１０μｍ以下のニッケルメッキを形成した軸受も、全く不具合の発生が確認されなかった。このことから、ニッケル被膜の硬さをＨｖ６００以下に設定すると共に、ニッケル被膜の膜厚を１０μｍ以下に設定すると、回転トルクが小さくて、回転特性に優れる軸受を形成できる。

内外輪の表面に形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ６００を超えると、ガタが生じる理由は、玉の転動によって内外輪の軌道面のニッケル被膜が部分的に剥離する片摩耗が生じたり、硬さがＨｖ６００よりも大きいニッケルの摩耗粉が玉軸受の部品を攻撃性するためだと考えられる。また、ニッケル被膜の膜厚が、１０μｍよりも大きくなると、ガタが生じる理由は、軌道面上のニッケル被膜の摩耗によって生じる転動体と駆動面との間の隙間が過大になるためだと考えられる。

また、内外輪の表面上に形成されるニッケル被膜の硬さが、Ｈｖ４２０よりも小さくなると、軌道面以外のニッケル被膜の防錆機能がなくなる理由は、軌道面以外のニッケル被膜の剥離や異常摩耗が発生するためだと考えられる。また、ニッケル被膜の膜厚が、４μｍ以下になると、軌道面以外のニッケル被膜の防錆機能がなくなる理由は、ニッケル被膜の膜厚が薄すぎて耐食性が小さいためだと考えられる。

更に、本発明者は、様々な元素を様々な重量％含有させたニッケル被膜と、そのニッケル被膜のＨｖとの関係を調査した。その結果、ニッケル被膜のＨｖと、ニッケル被膜のリンの含有量との間に、ニッケル被膜にリンを１０重量％以上含有させるとニッケル被膜の硬さをＨｖ６００以下にでき、かつ、ニッケル被膜にリンを１３重量％以下含有させるとニッケル被膜の硬さをＨｖ４２０以上にできるという相関関係が存在することを見いだした。

また、ニッケル被膜のイオウの含有量を０．０１重量％以下とすると、ニッケル被膜の耐食性を向上させることができる。ニッケル被膜にイオウを０．０１重量％よりも多く含有させると、耐食性が低下するという問題が発生するということを見いだした。

上記実施形態の玉軸受によれば、外輪１の本体部１１の表面に形成されるニッケル被膜１２の硬さが略Ｈｖ５００でＨｖ６００以下で、かつ、内輪２の本体部１６の表面に形成されるニッケル被膜１７の硬さが略Ｈｖ５００でＨｖ６００以下であるので、玉３の軌道溝７,８上の転動によって、ニッケル被膜１２,１７における軌道溝７,８上の部分が摩耗してもその摩耗粉の攻撃性は低い。また、従来の防錆処理が施された軸受と異なり、ニッケル被膜１２,１７における軌道溝７,８上の部分が片状に摩耗することがないので、転動装置の回転不良が生じることがない。また、ニッケル被膜１２,１７の軌道溝７,８上の部分を使用後直ぐに略完全に除去できるので、軸受の耐荷重性を向上させることができる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、外輪１の本体部１１の表面に形成されるニッケル被膜１２の硬さがＨｖ６００以下であり、かつ、内輪２の本体部１６の表面に形成されるニッケル被膜１７の硬さがＨｖ６００以下であるので、玉３の軌道溝７,８に対する転動によって生じたニッケル被膜の摩耗粉が、外輪１、内輪２および玉３を攻撃することがなくて、この摩耗粉の存在によって外輪１、内輪２および玉３が劣化することがない。したがって、玉軸受の寿命を従来よりも大幅にのばすことができる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、外輪１の本体部１１の表面に形成されるニッケル被膜１２の硬さが略Ｈｖ５００でＨｖ４２０以上であり、かつ、内輪２の本体部１６の表面に形成されるニッケル被膜１７の硬さが略Ｈｖ５００でＨｖ４２０以上であるので、外輪１のニッケル被膜１２における軌道溝７上の部分以外の部分が、剥離や異常摩耗を起こすことがなくて、本体部１６の軌道溝７以外の箇所の防錆を確実に行うことができる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、従来の転動装置が必要としたニッケル被膜の熱処理（硬化処理）や、機械的加工による軌道面上のニッケル被膜の除去を必要としないので、従来よりも製造コストを格段に低減できる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、ニッケル被膜１２,１７の膜厚が、略６μｍで４μｍよりも大きいので、ニッケル被膜１２,１７における軌道溝７,８上の部分以外の部分の耐食性を問題がないものにすることができて、この部分の防錆を確実に行うことができる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、ニッケル被膜１２,１７の膜厚が、略６μｍで１０μｍ以下であるので、軌道溝７,８のニッケル被膜が摩耗しても、すきまが過大になることがなくて、転動装置にガタが生じることがない。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、ニッケル被膜１２,１７が、リンを、略１１重量％含有し、リンを、１０重量％以上含有しているので、ニッケル被膜１２,１７を柔らかくすることができて、転動体による軌道面上のニッケル膜の剥離を円滑に行うことができ、軌道面に対する攻撃性の高い摩耗粉の発生を防止できる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、ニッケル被膜１２,１７が、リンを、略１１重量％含有し、リンを、１３重量％以下含有しているので、ニッケル被膜１２,１７が柔らかくなりすぎることがなくて、ニッケル被膜１２,１７の軌道溝７,８上の部分以外の部分の剥離や異常摩耗が起こることがない。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、ニッケル被膜１２,１７のイオウ含有量が０．０１重量％以下であるので、ニッケル被膜１２,１７の耐食性を向上させることができる。

尚、上記実施形態の玉軸受では、外輪１の表面に、硬さが略Ｈｖ５００で、膜厚が略６μｍのニッケル被膜１２を形成したが、外輪の表面に、硬さがＨｖ４２０以上Ｈｖ６００以下であり、かつ、膜厚が４μｍより大きくかつ１０μｍ以下であるニッケル被膜を形成すれば、上記作用効果と同様な作用効果を獲得できる。また、同様に、上記実施形態の玉軸受では、内輪２の表面に、硬さが略Ｈｖ５００で、膜厚が略６μｍのニッケル被膜１７を形成したが、内輪の表面に、硬さがＨｖ４２０以上Ｈｖ６００以下であり、かつ、膜厚が４μｍより大きくかつ１０μｍ以下であるニッケル被膜を形成すれば、上記作用効果と同様な作用効果を獲得できる。

また、上記実施形態の玉軸受では、外輪１のニッケル被膜１２に、リンを略１１重量％含有させたが、外輪のニッケル被膜に、リンを１０重量％以上１３重量％以下含有させると、上記実施形態と同様の作用効果を獲得できる。また、同様に、上記実施形態の玉軸受では、内輪２のニッケル被膜１７に、リンを略１１重量％含有させたが、内輪のニッケル被膜に、リンを１０重量％以上１３重量％以下含有させると、上記実施形態と同様の作用効果を獲得できる。

また、上記実施形態では、本体部１１、１６を合金鋼の一例としての軸受綱ＳＵＪ２から形成したが、この発明の転動装置では、本体部を、浸炭焼入綱ＳＡＥ５１２０等、軸受綱ＳＵＪ２以外の合金綱から構成しても良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、内外輪１,２の表面全面に、所定の硬さを有すると共に所定の膜厚を有するニッケル被膜１２,１７を形成したが、この発明の転動装置では、所定の硬さを有すると共に所定の膜厚を有するニッケル被膜は、第１の軌道部材と第２の軌道部材のうちの少なくとも一方の軌道面上と外部環境露出面上とに、少なくとも形成されていれば良い。

尚、上記実施形態では、第１の軌道部材と第２の軌道部材のうちの少なくとも一方の軌道面上と外部環境露出面上とに、所定の硬さおよび所定の膜厚を有するニッケル被膜を形成するというこの発明を、玉軸受に適用したが、第１の軌道部材と第２の軌道部材のうちの少なくとも一方の軌道面上と外部環境露出面上とに、所定の硬さおよび所定の膜厚を有するニッケル被膜を形成するというこの発明を、ころ軸受等の玉軸受以外の転がり軸受に適用しても良いことは勿論である。また、この発明を、ボールネジや直動装置等、第１の軌道部材、第２の軌道部材および転動体を有する転がり軸受以外の転動装置に適用しても良いことは勿論である。

本発明の一実施形態の玉軸受の軸方向の断面図である。

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
３ 玉
４ 保持器
５,６ シール部材
１１,１６ 本体部
１２,１７ ニッケル被膜

Claims (3)

1. 軌道面を有する第１の軌道部材と、
   軌道面を有する第２の軌道部材と、
   上記第１の軌道部材の上記軌道面と上記第２の軌道部材の上記軌道面との間に配置された転動体と
   を備え、
   上記第１の軌道部材と上記第２の軌道部材のうちの少なくとも一方は、
   合金鋼からなる本体部と、
   この本体部の上記軌道面に対応する部分の上および上記本体部における外部の環境に露出する表面上に少なくとも形成されると共に、ビッカース硬さが、４２０以上で、かつ、６００以下であるニッケル被膜と
   を備えることを特徴とする転動装置。
2. 請求項１に記載の転動装置において、
   上記ニッケル被膜の膜厚は、４μｍより大きく、かつ、１０μｍ以下であることを特徴とする転動装置。
3. 請求項１または２に記載の転動装置において、
   上記ニッケル被膜は、リンを、１０重量％以上、かつ、１３重量％以下含有すると共に、イオウ含有量を０．０１重量％以下とすることを特徴とする転動装置。

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