JP4051908B2 - 転がり軸受 - Google Patents
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Description
【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Ｌｉ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, 電気亜鉛−鉄合金メッキ, 及び電気亜鉛−ニッケル合金メッキのうちの少なくとも１種の表面処理による表面処理層を形成し、さらに前記表面処理層の上に接着剤のコーティング層を形成したものであるとともに、前記コーティング層は、フェノール系接着剤をメチルエチルケトンで希釈した希釈液に浸漬し乾燥させることによって形成されたものであり、前記芯金と前記ゴム部との固着は、前記芯金の上に未加硫のアクリロニトリルブタジエンゴムのシートを載置し、金型中で加熱及び加圧して、前記アクリロニトリルブタジエンゴムを加硫しつつ前記芯金と前記シートとを前記コーティング層で接着することによって行われ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の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記表面処理層の表面粗度Ｒａが０ . ２〜１．５μｍであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受において、前記表面処理層と前記コーティング層との間に、リン酸塩処理，電解バナジウム処理，又は３価クロムクロメート処理による第二の表面処理層が形成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の転がり軸受は、請求項３に記載の転がり軸受において、前記第二の表面処理層の表面粗度Ｒａが０ . ２〜１．５μｍであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の転がり軸受は、請求項３又は請求項４に記載の転がり軸受において、前記第二の表面処理層と前記コーティング層との間に、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された有機樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする。
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. １ｍｍ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／ｍ2 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. ５〜１２ｇ／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Ｒａ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２ａ，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６ｃ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１〜２２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
【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Ｌｉ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, 電気亜鉛−鉄合金メッキ, 及び電気亜鉛−ニッケル合金メッキのうちの少なくとも１種の表面処理による表面処理層を形成し、さらに前記表面処理層の上に接着剤のコーティング層を形成したものであるとともに、前記コーティング層は、フェノール系接着剤をメチルエチルケトンで希釈した希釈液に浸漬し乾燥させることによって形成されたものであり、前記芯金と前記ゴム部との固着は、前記芯金の上に未加硫のアクリロニトリルブタジエンゴムのシートを載置し、金型中で加熱及び加圧して、前記アクリロニトリルブタジエンゴムを加硫しつつ前記芯金と前記シートとを前記コーティング層で接着することによって行われ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の転がり軸受は、請求項１に記載の転がり軸受において、前記表面処理層の表面粗度Ｒａが０ . ２〜１．５μｍであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項３の転がり軸受は、請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受において、前記表面処理層と前記コーティング層との間に、リン酸塩処理，電解バナジウム処理，又は３価クロムクロメート処理による第二の表面処理層が形成されていることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の転がり軸受は、請求項３に記載の転がり軸受において、前記第二の表面処理層の表面粗度Ｒａが０ . ２〜１．５μｍであることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項５の転がり軸受は、請求項３又は請求項４に記載の転がり軸受において、前記第二の表面処理層と前記コーティング層との間に、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された有機樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする。
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. １ｍｍ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／ｍ2 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. ５〜１２ｇ／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Ｒａ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２ａ，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６ｃ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】
【表２】
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】
【表４】
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１〜２２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
Claims (5)
- 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, 電気亜鉛−鉄合金メッキ, 及び電気亜鉛−ニッケル合金メッキのうちの少なくとも１種の表面処理による表面処理層を形成し、さらに前記表面処理層の上に接着剤のコーティング層を形成したものであるとともに、
前記コーティング層は、フェノール系接着剤をメチルエチルケトンで希釈した希釈液に浸漬し乾燥させることによって形成されたものであり、
前記芯金と前記ゴム部との固着は、前記芯金の上に未加硫のアクリロニトリルブタジエンゴムのシートを載置し、金型中で加熱及び加圧して、前記アクリロニトリルブタジエンゴムを加硫しつつ前記芯金と前記シートとを前記コーティング層で接着することによって行われたものであることを特徴とする転がり軸受。 - 前記表面処理層の表面粗度Ｒａが０. ２〜１．５μｍであることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
- 前記表面処理層と前記コーティング層との間に、リン酸塩処理，電解バナジウム処理，又は３価クロムクロメート処理による第二の表面処理層が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
- 前記第二の表面処理層の表面粗度Ｒａが０. ２〜１．５μｍであることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
- 前記第二の表面処理層と前記コーティング層との間に、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された有機樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の転がり軸受。
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