JP2008256085A - 事務機用転がり軸受及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価であるとともに、優れた耐食性及び導電性を有する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、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材１４の投射により形成された金属被膜５を備えている。投射を行う際には、多数の軌道輪１０をバレルかご１１に収容し、バレルかご１１の中心軸を回転軸としてバレルかご１１を回転させながら、噴射ノズル１６の噴出口から投射材１４を軌道輪１０に吹き付けて、軌道輪１０に投射材１４からなる金属被膜を被覆する。そして、金属被膜が被覆された軌道輪１０と転動体等の他の軸受部品とを組み立てて転がり軸受とする。
【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及びその製造方法に係り、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及びその製造方法に関する。

複写機等の事務機に使用される軸受には、耐食性及び導電性が求められる。その詳細は以下の通りである。
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。

また、複写機は、回転する感光ドラムを帯電させ、文字や画像の部分以外については軸部材側に除電した後、文字や画像の部分にトナーを吸着させ、さらに、そのトナーを紙に転写して現像を行っている。文字や画像を安定させるためには、前述したような感光ドラムの帯電及び除電が確実に行われる必要があるので、感光ドラムを支持する軸受には導電性が要求される。

軸受に導電性を付与するために、従来は軸受を支持する軸部材と感光ドラムとをブラシを使用して通電させる方法が採用されていたが、この方法は製造コストが高いため、近年においては導電性グリースを用いて軸受転動部を通電し、外輪から通電及び除電する方法が採用されている。すなわち、軸受に導電性を付与するためには、従来にあっては導電性グリースが不可欠とされている。

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。
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、優れた耐食性及び導電性を有する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、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材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。

この金属被膜は耐食性及び導電性を有しているため、事務機用転がり軸受は優れた耐食性及び導電性を有している。耐食性が優れていることから、事務機用転がり軸受は防錆油等の油性成分を使用しなくても発錆が生じにくい。
ここで、金属被膜により優れた耐食性が付与される理由について説明する。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からなる被膜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からなる被膜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、投射は金属被膜を安価に形成できるので、この事務機用転がり軸受は安価である。
また、本発明に係る請求項２の事務機用転がり軸受の製造方法は、軌道輪の表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材の投射により形成された金属被膜を備える事務機用転がり軸受を製造する方法であって、軌道輪を投射用容器に収容し、該投射用容器の中心軸を回転軸として該投射用容器を回転させながら、前記投射材を前記軌道輪に吹き付けて、前記軌道輪に前記金属被膜を被覆する投射工程と、前記金属被膜が被覆された前記軌道輪と転動体等の他の軸受部品とを組み立てて転がり軸受とする組み立て工程と、を備えることを特徴とする。

このような製造方法は、一度に多数の軌道輪に投射を行うことができるので、軌道輪一つ一つに投射を行う場合と比較して作業効率が大幅に高い。よって、優れた耐食性及び導電性を有する事務機用転がり軸受を、安価に製造することができる。
さらに、本発明に係る請求項３の事務機用転がり軸受の製造方法は、軌道輪の表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材の投射により形成された金属被膜を備える事務機用転がり軸受を製造する方法であって、組み立てた転がり軸受を投射用容器に収容し、該投射用容器の中心軸を回転軸として該投射用容器を回転させながら、前記投射材を前記転がり軸受に吹き付けて、前記転がり軸受の軌道輪に前記金属被膜を被覆する投射工程を備えることを特徴とする。

このような製造方法であれば、多数の転がり軸受を組み立てた状態で一度に処理することができる。また、各軸受部品に個別に投射を行う場合と比べて、投射後の部品点数が少ないので、小ロットで多品種に対応する場合に管理費を少なくすることができ、転がり軸受の低コスト化が可能である。
さらに、本発明に係る請求項４の事務機用転がり軸受の製造方法は、請求項２又は請求項３に記載の事務機用転がり軸受の製造方法において、前記投射用容器は、多数の貫通孔を有する籠状容器であることを特徴とする。

このような製造方法であれば、噴射された投射材のうち金属被膜の形成に使用されなかった余剰分が、貫通孔から投射用容器の外部に排出される。よって、外部に排出された投射材を、投射に再利用することができる。また、投射材とともに噴射された気体も、貫通孔を通って外部に排出されるので、投射が円滑且つ効率良く行われる。
さらに、本発明に係る請求項５の事務機用転がり軸受の製造方法は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の事務機用転がり軸受の製造方法において、前記投射用容器は、前記中心軸に垂直な平面で破断した断面が５角以上の多角形又は円形であることを特徴とする。

このような製造方法であれば、軌道輪や転がり軸受が投射用容器の中で回転しやすいので、収容されている全てのものに対して均一にムラ無く投射を行うことができる。
さらに、本発明に係る請求項６の事務機用転がり軸受の製造方法は、請求項２〜５のいずれか一項に記載の事務機用転がり軸受の製造方法において、前記投射用容器は、前記投射材の噴出口を挿入するための開口部が円形であることを特徴とする。

このような製造方法であれば、投射材の噴出口と投射用容器の開口部との干渉が生じにくい。また、軌道輪や転がり軸受は軽量であるので、投射材の吹き付けにより投射用容器の開口部から外部に放出されるおそれがあるが、この開口部を小さくすると、前記放出を防止することができる。

本発明の事務機用転がり軸受は、安価であるとともに、耐食性及び導電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、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材の投射により形成された金属被膜５が形成されている。金属被膜５が形成される部位は特に限定されるものではないが、図１のように、軸部材６や軸受支持部７と接触する内輪２の内径面及び外輪３の外径面を含む表面のほぼ全体が好ましい。

投射材として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（例えば高温高湿下）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。なお、投射材として亜鉛粉末とスズ粉末の両方を使用してもよい。

よって、このような事務機用転がり軸受１は、優れた導電性を有するとともに、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、軽量化等の目的で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、亜鉛粉末，スズ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、亜鉛粉末，スズ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。

この金属被膜５の厚さは、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。０．５μｍ未満であると、十分且つ持続的な防錆作用が得られないおそれがある。一方、５μｍ超過であると、軸受隙間が小さくなりすぎるおそれがある。
また、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。

次に、投射の方法について、図２，３を参照しながら説明する。まず、投射に用いるショットピーニング装置の構造について説明する。このショットピーニング装置は、投射を施すワークを収容するバレルかご１１（本発明の構成要件である投射用容器に相当する）と、投射材１４を噴射する噴射部１２とからなる。図３から分かるように、バレルかご１１は多数の貫通孔を有する籠状容器であるとともに、中心軸を回転軸として回転可能となっている。このバレルかご１１の形状は特に限定されるものではないが、中心軸に垂直な平面で破断した断面が５角以上の多角形又は円形であることが好ましい。例えば、図３の（ａ）のような５角形、（ｂ）のような８角形、（ｃ）のような円形が好ましい。

また、噴射部１２は、投射材１４を収容する投射材タンク１５と、圧縮空気とともに投射材１４を噴射する噴出口を備える噴射ノズル１６と、を備えている。
投射を行う際には、溶剤で脱脂洗浄した軌道輪１０（内輪，外輪）の多数をバレルかご１１に入れ、噴射ノズル１６をバレルかご１１の開口部１１ａから内部に挿入し、噴射ノズル１６の噴出口を軌道輪１０に向ける。そして、バレルかご１１の中心軸を回転軸としてバレルかご１１を回転させながら、投射材１４を軌道輪１０に吹き付けて、軌道輪１０に投射材１４からなる金属被膜を被覆する。

吹き付けられた投射材１４のうち金属被膜の形成に使用されなかった余剰分は、貫通孔からバレルかご１１の外部に排出されるので、排出された投射材１４は投射材タンク１５に戻されて投射に再利用される。
投射材１４である金属粉末としては、平均粒径４５μｍ（ＪＩＳ Ｒ６００１の規定による）の亜鉛粉末やスズ粉末を使用し、噴射圧力は０．１９６〜０．８８２ＭＰａ、噴射時間は１０〜２０ｍｉｎとした。また、１回の処理に用いるワークの質量は１〜２０ｋｇとした。

バレルかご１１の開口部１１ａの形状は特に限定されるものではないが、バレルかご１１の回転時に噴射ノズル１６との干渉が生じにくくするためには、図３のように、開口部１１ａは円形であることが好ましい。また、軌道輪１０等のワークは軽量であることが多く、投射材１４の吹き付けによりバレルかご１１の開口部１１ａから外部に放出されるおそれがあるので、開口部１１ａの大きさは、噴射ノズル１６との干渉が生じないようにしつつ、できるだけ小さくすることが好ましい。

軌道輪１０に金属被膜を被覆したら、バレルかご１１から軌道輪１０を取り出し、転動体，保持器，シール等の他の軸受部品と組み立てて転がり軸受とする。このようにして転がり軸受を製造すれば、一度に多数の軌道輪に投射を行うことができるので、軌道輪一つ一つに投射を行う場合と比較して作業効率が大幅に高い。よって、優れた耐食性及び導電性を有する事務機用転がり軸受を、安価に製造することができる。

なお、本実施形態においては、軌道輪をバレルかご１１に収容して投射を行ったが、組み立てられた転がり軸受をバレルかご１１に収容し、前述と同様に投射を行ってもよい。この場合には、金属被膜は、軸部材６や軸受支持部７と接触する内輪２の内径面及び外輪３の外径面と、内輪２及び外輪３の側面とに形成され、内輪２の外周面及び外輪３の内周面にはほとんど形成されない。このようにして転がり軸受を製造すれば、多数の転がり軸受を組み立てた状態で一度に処理することができる。また、各軸受部品に個別に投射を行う場合と比べて、投射後の部品点数が少ないので、小ロットで多品種に対応する場合に管理費を少なくすることができ、転がり軸受の低コスト化が可能である。

また、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可能である。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。

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。 ショットピーニング装置の構造を説明する図である。 バレルかごの形状を説明する図である。

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
１０ 軌道輪
１１ バレルかご
１１ａ 開口部
１４ 投射材
１６ 噴射ノズル

Claims (6)

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、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材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. 軌道輪の表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材の投射により形成された金属被膜を備える事務機用転がり軸受を製造する方法であって、
   軌道輪を投射用容器に収容し、該投射用容器の中心軸を回転軸として該投射用容器を回転させながら、前記投射材を前記軌道輪に吹き付けて、前記軌道輪に前記金属被膜を被覆する投射工程と、
   前記金属被膜が被覆された前記軌道輪と転動体等の他の軸受部品とを組み立てて転がり軸受とする組み立て工程と、
   を備えることを特徴とする事務機用転がり軸受の製造方法。
3. 軌道輪の表面の少なくとも一部に、亜鉛粉末及びスズ粉末の少なくとも一方からなる投射材の投射により形成された金属被膜を備える事務機用転がり軸受を製造する方法であって、
   組み立てた転がり軸受を投射用容器に収容し、該投射用容器の中心軸を回転軸として該投射用容器を回転させながら、前記投射材を前記転がり軸受に吹き付けて、前記転がり軸受の軌道輪に前記金属被膜を被覆する投射工程を備えることを特徴とする事務機用転がり軸受の製造方法。
4. 前記投射用容器は、多数の貫通孔を有する籠状容器であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の事務機用転がり軸受の製造方法。
5. 前記投射用容器は、前記中心軸に垂直な平面で破断した断面が５角以上の多角形又は円形であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の事務機用転がり軸受の製造方法。
6. 前記投射用容器は、前記投射材の噴出口を挿入するための開口部が円形であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の事務機用転がり軸受の製造方法。