JP2007232052A - 事務機用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】安価であるとともに、防錆油を使用しなくても発錆が生じにくい耐食性に優れた事務機用転がり軸受を提供する。
【解決手段】事務機用転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２及び外輪３の間に転動自在に配された複数の転動体４と、を備える。そして、内輪２及び外輪３の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末又はスズ粉末の投射により形成された金属被膜５を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複写機，プリンタ等のような事務機に使用される転がり軸受に係り、特に、事務機における光学部，給紙部，現像部，定着部，排紙部等の回転部の支持に好適な転がり軸受に関する。

複写機等の事務機に使用される軸受は、トナーを定着させる等の目的から高温高湿な環境で使用されるので、このような環境に対する耐食性が要求される。従来は、防錆油を軸受表面に塗付することによって耐食性を確保しており、防錆油としては錆の発生を防止する効果を有する合成炭化水素系オイル，鉱油等が使用される。このような方法は、軸受鋼を使用した従来の軸受においては一般的に採用される防錆技術である。

一方、事務機の軽量化及びコスト低減のため、軸受支持部に高分子材料を使用する場合が増加している。すなわち、事務機に使用される軸受支持部（感光ドラム，定着ローラなど）、特に外輪が固定されるハウジング部が高分子材料で構成される場合が増加している。使用される高分子材料としては、ポリスチレン（ＰＳ）、靱性を向上させるためにエチレンを共重合させたハイインパクトポリスチレン（ＨＩＰＳ）、外的環境に強いポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等があげられる。
特開２００２−１３９０５２号公報

前述したように、軸受に耐食性を付与するためには従来においては防錆油の使用が不可欠であったが、防錆油は高分子材料の強度を低下させる作用を有するため（以降はケミカルアタックと称す）、連続した応力が負荷されると高分子材料製の軸受支持部が破壊するおそれがあった。これは高分子を構成するドメイン中に防錆油が侵入し、材料強度が低下することに起因する。
また、防錆油を除去した軸受では耐食性が低下し、早期に錆が発生する問題点があった。防錆油を使用しない方法として、軸受鋼に代えて耐食性に優れるステンレス鋼を使用する方法があるが、加工の効率が低下する、製造コストが上昇し市場での競争力が低下するという問題点があった。

さらに、防錆油を使用しない方法として、軸受の表面に化成処理により被膜を形成する方法があるが、前処理として軸受の表面を酸洗する必要があるので、酸洗時に発生する水素によって鋼の脆化が起こるおそれがあった。
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、安価であるとともに、防錆油を使用しなくても発錆が生じにくい耐食性に優れた事務機用転がり軸受を提供することを課題とする。

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の事務機用転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える事務機用転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末又はスズ粉末の投射により形成された金属被膜を備えていることを特徴とする。

内輪，外輪を構成する金属材料（以降は母材と記すこともある）の主成分である鉄よりも卑な金属である亜鉛を表面に被覆すれば、錆が発生しやすいような環境下でも亜鉛が優先的に溶け出すので（自己犠牲型防錆作用）、母材の鉄が溶出して錆となることが抑制される。
また、母材の主成分である鉄よりも貴な金属であり錆びにくいスズを表面に被覆すれば、スズにより母材が保護されて発錆が抑制される。
さらに、高価なステンレス鋼を母材として使用する必要がないことに加えて、金属粉末の投射は金属被膜を安価に形成できるので、転がり軸受が安価である。

また、本発明に係る請求項２の事務機用転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える事務機用転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末の投射に続いてスズ粉末を投射することにより形成された金属被膜を備えていることを特徴とする。

亜鉛粉末の投射に続いてさらにスズ粉末を投射して、亜鉛とスズの両方を含有する金属被膜を形成したため、スズにより母材が保護されることに加えて、亜鉛が早期に溶出することが抑制され、防錆効果が長期にわたって維持される。なお、この金属被膜においては、亜鉛とスズは合金となっていてもよいし、合金ではなく単なる混合物であってもよい。また、合金と混合物の両方が混在していてもよい。

さらに、本発明に係る請求項３の事務機用転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の事務機用転がり軸受において、前記金属被膜の厚さが０．５μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする。
金属被膜の厚さが０．５μｍ未満であると、十分且つ持続的な防錆効果が得られないおそれがある。一方、金属被膜の厚さが５μｍ超過であると、軸受隙間が小さくなる場合がある。

さらに、本発明に係る請求項４の事務機用転がり軸受は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の事務機用転がり軸受において、前記内輪の軌道面及び前記外輪の軌道面の少なくとも一方に前記金属被膜が形成されており、該軌道面に形成された金属被膜の表面の中心線平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする。
このような構成であれば、防錆効果が得られるとともに、カジリが生じにくく且つ音響特性が良好である。軌道面に形成された金属被膜の表面の中心線平均粗さＲａが０．５μｍ超過であると、カジリが生じたり音響特性が不十分となるおそれがある。一方、中心線平均粗さＲａを０．０５μｍ未満とすると、事務機用転がり軸受が高価となってしまうおそれがある。

本発明の事務機用転がり軸受は、安価であるとともに、防錆油を使用しなくても発錆が生じにくい耐食性に優れた転がり軸受である。

本発明に係る事務機用転がり軸受の実施の形態を、図１の断面図を参照しながら詳細に説明する。
図１の事務機用転がり軸受１は、内輪２と外輪３との間に複数の転動体（玉）４が転動自在に介装されて構成されている。そして、内輪２の内径部が軸部材６に固定され、且つ、外輪３の外径部が回転ドラムの軸受支持部７に固定されることにより、該回転ドラムの軸受支持部７を回転可能に支持している。

また、内輪２及び外輪３は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末又はスズ粉末の投射により形成された金属被膜５が形成されている。亜鉛粉末を使用した場合は、内輪２，外輪３の母材の主成分である鉄よりも卑な金属である亜鉛の被膜が表面に形成され、錆が発生しやすいような環境下でも亜鉛が優先的に溶け出すので、母材の鉄が溶出して錆となることが抑制される。スズ粉末を使用した場合は、母材の主成分である鉄よりも貴な金属であり錆びにくいスズの被膜が表面に形成され、スズにより母材が保護されて発錆が抑制される。

よって、このような事務機用転がり軸受１は、防錆油を塗布しなくても発錆が生じにくい。また、防錆油を使用する必要がないので、軸受支持部７等の事務機用転がり軸受１の周辺に配された部材が高分子材料で構成されていても、防錆油によるケミカルアタックの問題が生じることがない。さらに、金属粉末の投射により金属被膜５を形成する防錆方法は、金属被膜５の形成過程において水素が発生することがないので、母材である鋼の水素脆化が生じるおそれがない。

さらに、金属粉末の投射は金属被膜５を安価に形成することができるとともに、このような金属被膜５で被覆されていれば高価なステンレス鋼を母材として使用する必要がないので、事務機用転がり軸受１が安価である。
なお、金属被膜５の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。また、金属被膜５のうち、内輪２の軌道面や外輪３の軌道面に形成されている部分については、金属被膜５の表面の中心線平均粗さＲａは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましい。

さらに、金属被膜５は、図示のように内輪２，外輪３の表面全体、すなわち内輪２の内周面，軌道面を含む外周面，両側面、及び、外輪３の軌道面を含む内周面，外周面，両側面に形成してもよいが、表面の一部に形成しても前述のような効果が得られる。
さらに、金属被膜５は、亜鉛粉末の投射に続いてスズ粉末を投射することにより形成されたものでもよい。このような投射によれば、亜鉛とスズの両方を含有する金属被膜が形成されるので、スズにより母材が保護されることに加えて、亜鉛が早期に溶出することが抑制され、防錆効果が長期にわたって維持される。

亜鉛粉末を投射すると亜鉛被膜が形成されるが、そこにスズ粉末を投射すると、亜鉛スズ合金層の上にスズを主成分とする層が積層されてなる金属被膜が形成される。なお、亜鉛粉末とスズ粉末の混合粉末を投射すれば、亜鉛スズ合金からなる金属被膜を形成することが可能である。
本実施形態においては、事務機用転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、転がり軸受の種類は深溝玉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、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，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。

〔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。外径１９ｍｍ，内径８ｍｍ，幅６ｍｍの小径玉軸受を用意して、その内輪及び外輪の表面全体に金属粉末を投射して金属被膜を形成した。金属粉末としては平均粒径４５μｍ（ＪＩＳ Ｒ６００１の規定による）の亜鉛粉末とスズ粉末を使用し、亜鉛粉末のみを投射して亜鉛被膜を形成した場合、スズ粉末のみを投射してスズ被膜を形成した場合、及び、亜鉛粉末の投射に続いてスズ粉末を投射して前述のような亜鉛とスズの両方を含有する被膜を形成した場合の３つの場合について試験した。

金属被膜の形成にはショットピーニング装置を用い、金属粉末の噴射圧力は０．１９６〜０．８８２ＭＰａ、噴射時間は１０〜２０ｍｉｎである。１回の処理に用いる被処理物の質量は１〜２０ｋｇとした。
形成された金属被膜の厚さ、及び、金属被膜のうち内輪や外輪の軌道面に形成されている部分の中心線平均粗さＲａは、表１に示す通りである。なお、後述する比較例１は金属被膜を備えていないが、表１に示した中心線平均粗さＲａは内輪や外輪の軌道面の粗さである。

金属被膜の厚さを測定する方法は、以下の通りである。まず、金属被膜を備えた軌道輪（内輪，外輪）の表面に、熱硬化性樹脂であるポリアミドイミドのピロリドン溶液を塗布し、１７５℃で２時間加熱して硬化させ、金属被膜の保護膜を形成した。この軌道輪を切断してエポキシ樹脂に埋め込み、軌道輪の断面をバフ研磨で鏡面仕上げした。さらに、凹凸を付けるために、３％ピクラール溶液で５秒間腐食した後、スパッタによりナノオーダーのクロム層を表面に被覆して通電性を付与した。

電子顕微鏡（ＳＥＭ）により、断面を５０００倍の倍率で３０視野観察した。各視野において金属被膜の厚さを５点測定し、これら５点の平均値を求め、この平均値をその視野の金属被膜の厚さとした。そして、３０視野の金属被膜の厚さの平均値を求めた。
このような玉軸受を脱脂した後、温度６０℃、湿度９０％の環境下に保持し、内輪の内周面や外輪の外周面に点状の錆が発生するまでの時間（発錆時間）を測定した。結果を表１に示す。なお、比較例１は、防錆油を塗布することにより防錆を図った従来の軸受であり、比較例２は、従来の化成処理膜（ニッケル被膜）を備える軸受である。表１における発錆時間の数値は、比較例１の発錆時間を１とした場合の相対値で示してある。

本発明の金属被膜を備える実施例１〜６は、防錆油を塗布したのみの比較例１と比べて格段に錆が発生しにくく、発錆時間は１２倍以上であった。また、ニッケル被膜を備える比較例２と比べても、発錆時間は１．５倍以上であった。さらに、実施例１〜６の比較から、スズ被膜よりも亜鉛被膜の方が防錆効果が優れており、亜鉛とスズの両方を含有する金属被膜の方が防錆効果がさらに優れていることが分かる。
さらに、金属被膜の厚さが０．５〜５μｍであり、金属被膜のうち内輪や外輪の軌道面に形成されている部分の中心線平均粗さＲａが０．０５〜０．５μｍであれば、転がり軸受としての機能が失われることがなく良好な性能を示した。

本発明に係る事務機用転がり軸受の一実施形態を示す縦断面図である。

符号の説明

１ 事務機用転がり軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 転動体
５ 金属被膜

Claims (4)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える事務機用転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末又はスズ粉末の投射により形成された金属被膜を備えていることを特徴とする事務機用転がり軸受。
2. 内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、を備える事務機用転がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方は、その表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末の投射に続いてスズ粉末を投射することにより形成された金属被膜を備えていることを特徴とする事務機用転がり軸受。
3. 前記金属被膜の厚さが０．５μｍ以上５μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の事務機用転がり軸受。
4. 前記内輪の軌道面及び前記外輪の軌道面の少なくとも一方に前記金属被膜が形成されており、該軌道面に形成された金属被膜の表面の中心線平均粗さＲａが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の事務機用転がり軸受。

Images