転がり軸受の軌道輪の製造方法
【課題】軌道輪の密封装置との対向面のみに撥水撥油膜を形成できる量産性に優れた方法を提供する。
【解決手段】高炭素クロム鋼第２種（ＳＵＪ２）製の素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、熱処理を施して硬さをＨＲＣ６０に調整する。次に、内輪１および外輪２の全表面に、撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程を行う。次に、内輪１のシールド５との対向面１ｂ以外の部分を研削する。外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂ以外の部分を研削する。これにより、内輪１のシールド５との対向面１ｂと、外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂにのみ、撥水撥油膜が形成された状態にする。
【解決手段】高炭素クロム鋼第２種（ＳＵＪ２）製の素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、熱処理を施して硬さをＨＲＣ６０に調整する。次に、内輪１および外輪２の全表面に、撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程を行う。次に、内輪１のシールド５との対向面１ｂ以外の部分を研削する。外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂ以外の部分を研削する。これにより、内輪１のシールド５との対向面１ｂと、外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂにのみ、撥水撥油膜が形成された状態にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、密封装置を備えた転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受に低トルク性や低騒音性が求められる場合は、潤滑剤としてグリースでなく潤滑油を使用したり、非接触型の密封装置（シールド、非接触ゴムシール）を使用することが行われる。非接触型の密封装置を使用した場合は、軌道輪と密封装置との間に隙間があるため、そこから潤滑剤が漏出し易い。特に、潤滑剤として潤滑油を使用した場合には、粘性が低いため漏出が生じやすい。
【０００３】
転がり軸受の軌道輪と密封装置との隙間から潤滑剤が漏出することを防止するために、軌道輪および密封装置の互いに対向する面に、潤滑剤を弾く撥油膜を形成することが提案されている（特許文献１〜２２参照）。しかし、これらの提案は、潤滑油の封入量が少量（オイルプレーティング潤滑で使用される程度の量）である場合には有効であるが、潤滑油の封入量が多い場合、高速回転で使用される場合、高温下で使用される場合等には有効でない。
【０００４】
これに対して、特許文献２３および２４には、高い撥水撥油性が求められる用途に好適な、撥水撥油膜の形成方法が開示されている。
特許文献２３の方法は、被成膜部材を、水と少なくとも１種のアルコキシ金属塩とを必須成分とする第一の溶液に接触させた後、ｐＨ１１〜１３のアルカリ性溶液である第二の溶液と接触させることにより、前記被成膜部材の表面に金属酸化物層を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記被成膜部材を、フッ素含有有機化合物を含む溶液である第三の溶液と接触させた後、ｐＨ９〜１４のアルカリ性溶液である第四の溶液と接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する第２の工程と、を含む撥水撥油膜の形成方法である。
【０００５】
特許文献２４の方法は、合成樹脂製部材の表面に撥水撥油膜を形成する方法であって、前記部材の表面を親水性にする親水化処理工程と、前記部材を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である金属酸化物微粒子（好ましくは、シリカ、チタニア、またはアルミナからなる微粒子であって、その含有率は０．１重量％以上５．０重量％以下）と、を必須成分とし、ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、前記部材の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程と、前記金属酸化物層形成工程の後に、前記部材を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程と、を含む撥水撥油膜の形成方法である。
【０００６】
特許文献２４の方法における金属酸化物層形成工程は特許文献２３の方法における第１の工程の好適な形態であり、特許文献２４の方法における撥水撥油層形成工程は特許文献２３の方法における第２の工程の好適な形態である。
また、特許文献２４には、転がり軸受の内輪および外輪のシールを取り付けるシール溝に、処理液（前記第一〜第四溶液）を塗布する方法で撥水撥油膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２６４５９号公報
【特許文献２】特開平２−７８０６９号公報
【特許文献３】特開平５−３４３１９号公報
【特許文献４】特開平６−６６３２１号公報
【特許文献５】特開平８−２１０３６８号公報
【特許文献６】特開平９−１６６１４８号公報
【特許文献７】特開平１１−６２９７２号公報
【特許文献８】特開平１１−６２９９８号公報
【特許文献９】特開平１１−２５７３６３号公報
【特許文献１０】特開２００２−２２１２２９号公報
【特許文献１１】特開２００３−２５４３２４号公報
【特許文献１２】特開２００７−１０１１４号公報
【特許文献１３】特開２００７−５７０３０号公報
【特許文献１４】特開２００７−１６２７７４号公報
【特許文献１５】特開２００７−３３３０５４号公報
【特許文献１６】特開２００７−２５５４９２号公報
【特許文献１７】特開２００８−２５６１９７号公報
【特許文献１８】特開２００８−２２３８６８号公報
【特許文献１９】特開２００９−１１５２３８号公報
【特許文献２０】特開２００９−１２１５３１号公報
【特許文献２１】特開２００９−１２５３２号公報
【特許文献２２】特開２００９−１７４６８５号公報
【特許文献２３】特開２００９−２２０１０３号公報
【特許文献２４】特開２０１０−１６２５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
転がり軸受の軌道輪の密封装置との対向面に撥水撥油膜を形成する場合、撥水撥油膜が軌道輪の軌道面に形成されていると軌道面に潤滑剤が保持されないため、撥水撥油膜が軌道面に形成されないようにする必要がある。
しかし、軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て撥水撥油膜を形成する方法では、前記複数の処理液接触工程として前記対向面のみに処理液を塗布する工程を採用すると、塗布量の制御が難しく、均一な撥水撥油膜を形成することが難しい。すなわち、軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て撥水撥油膜を形成する方法として、量産性に優れた方法が求められている。
この発明の課題は、軌道輪の密封装置との対向面のみに撥水撥油膜を形成できる量産性に優れた方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は、密封装置を備えた転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て、前記対向面に撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程と、軌道輪の軌道面と軸方向端面と内周面または外周面を研削する研削工程とを有し、前記複数の処理液接触工程を軌道輪の全体を前記処理液に浸漬することにより行って、前記軌道輪の全表面に撥水撥油膜を形成した後に、前記研削工程を行って前記対向面に撥水撥油膜を残すことを特徴とする。
【００１０】
この発明の方法では、前記複数の処理液接触工程を軌道輪の全体を前記処理液に浸漬することにより行うため、前記複数の処理液接触工程を前記対向面のみに処理液を塗布することにより行う方法で必要な、塗布量の制御が不要であり、容易に均一な撥水撥油膜を形成することができる。
【００１１】
前記撥水撥油膜形成工程として、下記の構成(1) および(2) を有する方法を実施すれば、優れた撥水撥油膜を形成することができる。
(1) 前記軌道輪を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、シリカ、チタニア、またはアルミナからなる金属酸化物微粒子と、を必須成分とし、前記金属酸化物微粒子の含有率は０．１重量％以上５．０重量％以下であり、ｐＨが６以下である第一の溶液に浸漬した後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に浸漬することにより、前記軌道輪の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程。
【００１２】
(2) 前記金属酸化物層形成工程の後に、前記軌道輪を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に浸漬した後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に浸漬することにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程。
【００１３】
前記構成(1) および(2) を有する方法によれば、金属酸化物層形成工程で使用する第一の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記アルキルアルコキシ金属塩またはハロゲンアルコキシ金属塩の加水分解反応が促進される。また、第二の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記部材の表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記部材の表面に金属酸化物層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００１４】
また、撥水撥油層形成工程で使用する第三の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記フッ素系カップリング剤の加水分解反応が促進される。また、第四の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記金属酸化層表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記金属酸化物層の表面に撥水撥油層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００１５】
さらに、金属酸化物層形成工程で、金属酸化物層（アルコキシ金属塩を構成する金属の酸化物からなる層）が被成膜部材表面に生成する際に、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子が被成膜部材表面に結合することで、金属酸化物層が密に形成される。また、形成された金属酸化物層の表面に微粒子に起因する凹凸が形成されて、表面積率（表面が平滑面であると仮定した面積に対する実際の表面積の比率）が増大する。金属酸化物層の表面積率が増大すると、その上の層である撥水撥油層の表面積率も増大し、密な撥水撥油層が形成されることになるため、撥水撥油膜の撥水撥油性能が向上するとともに、撥水撥油膜が被成膜部材表面に対して強固に結合される。金属酸化物層および撥水撥油層の表面積率は１．１以上であることが好ましい。
【００１６】
アルコキシ金属塩（前記アルキルアルコキシ金属塩およびハロゲンアルコキシ金属塩）の具体例としては、金属種がシリコンである、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラクロロシラン、金属種がチタンである、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート、金属種がアルミナである、トリメトキシアルミネート、トリエトキシアルミネート、トリプロポキシアルミネートが挙げられる。
【００１７】
第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子をなす金属酸化物の金属種とアルコキシ金属塩の金属種は、同じであることが特に好ましい。
金属酸化物微粒子の平均一次粒径は、好ましくは２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、平均一次粒径が異なる金属酸化物微粒子を混合して使用することも可能である。平均一次粒径が１ｎｍ未満では、表面積率の増大効果が少なく、２００ｎｍを超えると、被成膜部材表面から脱落しやすくなる。
【００１８】
金属酸化物微粒子の溶液中の含有率は０．１以上３質量％以下とすることが好ましく、０．２質量％以上〜２．５質量％以下がさらに好ましい。金属酸化物微粒子の溶液中の含有率が０．１質量％未満では、金属酸化物層を密にする効果が少なく、５質量％を超えると、被成膜部材表面に金属酸化物の微粒子が過度に重なった状態で堆積することになり、これに伴って微粒子が脱落することで撥水撥油膜に欠陥が生じ易くなる。
【００１９】
金属酸化物微粒子の形状は、特に限定はなく、球形、矩形、扁平形、繊維状、ウイスカー状のもの等を使用できる。例えば、繊維状のものであれば、繊維の長さを１ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。また、異なる形状のものを混合して使用してもよい。また、平均一次粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、多孔質のもの等を使用することも可能である。
【００２０】
第一の溶液の組成の一例を具体的に述べると、アルコキシ金属塩が１質量％以上１０質量％以下、水が１質量％以上２０質量％以下、アルコールが３０質量％以上９５質量％以下、金属酸化物の微粒子が０．１質量％以上５質量％以下であって、塩酸によりｐＨが６以下に調整されているものである。この場合、塩酸以外の成分をあらかじめ混合し、金属酸化物微粒子が均一になるよう数十分〜数時間攪拌した後、最後に塩酸を用いてｐＨ調整を行うことが好ましい。
前記第二の溶液および第四の溶液は、特に、水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等も使用できる。また、各種のｐＨ緩衝剤を併用してもよい。
【００２１】
また、前記第一の溶液および第三の溶液が炭素数１〜６の低級アルコールを含むことにより、前記アルコキシ金属塩およびフッ素系カップリング剤の溶解度を高め、安定した溶液となる。炭素数１〜６の低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール等が好適に使用できる。より好ましくは、エタノールを用いる。
【００２２】
前記第三の溶液に含まれる、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤としては、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子の金属種、あるいは、第一の溶液に含まれるアルコキシ金属塩の金属種と同じ金属種を有するものであることが好ましい。また、金属種がシリコンであるフッ素系カップリング剤（フッ素系シランカップリング剤）を使用することが好ましい。
【００２３】
具体的には、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリクロロシラン−３−ヘプタフルオロイソプロポキシプロピルトリクロロシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロドデシルトリエトキシシラン、３−トリフルオロアセトキシプロピルトリメトキシシラン等が使用できる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の方法は、軌道輪の密封装置との対向面のみに撥水撥油膜を形成できる量産性に優れた方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態に相当する方法で製造された内輪および外輪を有する転がり軸受を示す断面図である。
【図２】実施形態の方法で形成された撥水撥油膜の構造を示す図である。
【図３】潤滑油の漏洩試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施形態について説明する。
図１の転がり軸受は、内輪（軌道輪）１、外輪（軌道輪）２、複数個のボール（転動体）３、保持器４、および２枚のシールド（非接触型の密封装置）５からなる深溝玉軸受である。
内輪１の外周面の軸方向中央に軌道面１ａが形成され、内輪１の内周面の軸方向両端部に、シールド５の内縁部５ｂと対向させる溝１ｂが形成されている。外輪２の内周面の軸方向中央に軌道面２ａが形成され、外輪２の外周面の軸方向両端部に、シールド５の外縁部５ｂを嵌入する溝２ｂが形成されている。シールド５の外縁部５ａが外輪２の溝２ｂに加締めにより嵌入され、シールド５の内縁部５ｂが内輪１の対向面１ｂと隙間Ｃを空けて対向している。
【００２７】
図１の構造を有する呼び番号６２０３の深溝玉軸受の内輪１および外輪２を、以下の方法で製造した。
先ず、高炭素クロム鋼第２種（ＳＵＪ２）製の素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、熱処理を施して硬さをＨＲＣ６０に調整した。次に、以下に示す方法で、内輪１および外輪２の全表面に撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程を行った後、研削工程を行った。
【００２８】
＜撥水撥油膜形成工程＞
溶液Ａ〜Ｃを処理液として用意する。溶液Ａは、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程の第一の溶液に相当し、テトラエトキシシラン６．１質量％、水６．１質量％、エタノール８７．０質量％、平均一次粒径が３０ｎｍのシリカ粒子０．８質量％を含有し、塩酸によりｐＨを３．０に調整されたものである。なお、溶液Ａは、まずエタノールにシリカ粒子を加えて防爆型ホモジナイザーで撹拌した後に、テトラエトキシシランと水と塩酸を加えることにより調製した。
【００２９】
溶液Ｂは、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程の第二および第四の溶液に相当し、ｐＨ１２の水酸化ナトリウム水溶液である。溶液Ｃは、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程の第三の溶液に相当し、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン１６．０質量％、水５．５質量％、エタノール７８．５質量％を含有し、塩酸によりｐＨを３．０に調整されたものである。
【００３０】
先ず、内輪１および外輪２をメタノール中で超音波洗浄した後、乾燥させた。その直後に、内輪１および外輪２を約２５℃の溶液Ａ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ａを攪拌した。３０分間の浸漬後、内輪１および外輪２を引き上げて、溶液Ａの揮発成分が蒸発した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂに３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。これにより、テトラエトキシシランは加水分解を受けてシラノールになり、続いてシラノールの脱水縮重合によりシリカとなる。
【００３１】
次に、内輪１および外輪２を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１および外輪２の全表面に、表面が凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成されている。
次に、内輪１および外輪２を約２５℃の溶液Ｃ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｃを攪拌した。３０分間の浸漬後、内輪１および外輪２を引き上げて、速やかに約２５℃の溶液Ｂ（第四の溶液）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。３０分間の浸漬後、内輪１および外輪２を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１および外輪２の全表面には、前述のシリカ被膜（金属酸化物層）の上に撥水撥油層が形成されている。
【００３２】
このようにして、図２に示すように、ＳＵＪ２製の軌道輪（内輪１および外輪２）１０の表面に、シリカ被膜からなり表面が凹凸状の金属酸化物層２０が化学結合された状態で形成され、その上に、フルオロアルキルトリシロキサンの単分子膜からなる撥水撥油層３０が化学結合された状態で形成された状態となる。
【００３３】
＜研削工程＞
内輪１については、シールド５との対向面１ｂ以外の部分、すなわち、軌道面１ａ、外周面の軌道面１ａと対向面１ｂ以外の部分１ｃと、軸方向両端面１ｄと、内周面１ｅを研削した。外輪２ついては、シールド５を取り付ける溝２ｂ以外の部分、すなわち、軌道面２ａ、内周面の軌道面２ａと対向面２ｂ以外の部分２ｃと、軸方向両端面２ｄと、外周面２ｅを研削した。
これにより、内輪１のシールド５との対向面１ｂと、外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂにのみ、撥水撥油膜が形成された状態となる。
【００３４】
この実施形態の方法は、前記各工程で処理液の接触を、内輪１のシールド５との対向面１ｂと外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂのみに処理液を塗布する方法で撥水撥油膜を形成する方法で必要な、処理液の塗布量の制御が不要であり、容易に均一な撥水撥油膜を形成することができる。よって、この実施形態の方法は量産性に優れている。
【００３５】
また、この実施形態の方法では、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程を採用しているため、内輪１のシールド５との対向面１ｂと外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂに、優れた撥水撥油性能を有する撥水撥油膜が形成される。
さらに、図１の深溝玉軸受は、一方のシールド５にブリーザー構造が形成されているため、温度上昇等による内圧の上昇が抑制される。
【００３６】
［密封軸受としての性能］
次に、上述の実施形態の方法で撥水撥油膜を形成した内輪１と外輪２、特許文献２４に記載された方法で撥水撥油膜を形成した内輪１と外輪２、および撥水撥油膜を形成しない内輪１と外輪２を用いて、それぞれ図１の深溝玉軸受を組み立てて、密封軸受としての性能を調べる試験を行った。
【００３７】
＜サンプルNo.1＞
サンプルNo.1の軸受として、上述の実施形態の方法で製造した内輪１および外輪２と、以下の方法で製造したシールド５と、別途用意したボール（転動体）３および保持器４を用いて、図１の構造を有する呼び番号６２０３の深溝玉軸受を組み立てた。
図１の深溝玉軸受の２枚のシールド５は、冷間圧延鋼板をプレス成形したものであり、一方のシールド５には、軸受内外を連通する直径２００μｍの貫通孔７が１個、ピンバイスにより形成されている。これにより、一方のシールド５にブリーザー構造が形成されている。この貫通孔７は、内輪１よりも外輪２に近い径方向位置に形成されており、その位置は、内輪１の外周面と外輪２の内周面との間の径方向距離の５／６の位置である。
【００３８】
２枚のシールド５に、以下に示す方法で撥水撥油膜を形成した。
先ず、シールド５をメタノール中で超音波洗浄した後、乾燥させた。その直後に、シールド５を約２５℃の溶液Ａ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ａを攪拌した。３０分間の浸漬後、シールド５を引き上げて、溶液Ａの揮発成分が蒸発した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂに３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。これにより、テトラエトキシシランは加水分解を受けてシラノールになり、続いてシラノールの脱水縮重合によりシリカとなる。
【００３９】
次に、シールド５を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、シールド５の全表面に、表面が凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成されている。
【００４０】
次に、シールド５を約２５℃の溶液Ｃ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｃを攪拌した。３０分間の浸漬後、シールド５を引き上げて、速やかに約２５℃の溶液Ｂ（第四の溶液）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。３０分間の浸漬後、シールド５を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、シールド５の全表面に、前述のシリカ被膜（金属酸化物層）の上に撥水撥油層が形成されている。
【００４１】
＜サンプルNo.2＞
サンプルNo.2の軸受として、下記の方法で製造した内輪１および外輪２と、上述の方法で製造したシールド５と、別途用意したボール（転動体）３および保持器４を用いて、図１の構造を有する呼び番号６２０３の深溝玉軸受を組み立てた。
内輪１および外輪２は以下の方法で製造した。
先ず、高炭素クロム鋼第２種（ＳＵＪ２）製の素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、熱処理を施して硬さをＨＲＣ６０に調整した。次に、内輪１および外輪２の全表面に研削工程を行った。次に、以下の方法で撥水撥油膜を形成した。
【００４２】
先ず、内輪１および外輪２をメタノール中で超音波洗浄した後、乾燥させた。その直後に、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、約２５℃の溶液Ａ（調製後３０分経過したもの）を塗布した。溶液Ａの揮発成分が蒸発した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂを塗布して、３０分間放置した。これにより、テトラエトキシシランは加水分解を受けてシラノールになり、続いてシラノールの脱水縮重合によりシリカとなる。
【００４３】
次に、内輪１および外輪を２エタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、表面が凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成されている。
【００４４】
次に、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、約２５℃の溶液Ｃ（調製後３０分経過したもの）を塗布した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂをさらに塗布して、３０分間放置した。次に、内輪１および外輪２をエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、前述のシリカ被膜（金属酸化物層）の上に撥水撥油層が形成されている。
これにより、内輪１のシールド５との対向面１ｂと、外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂにのみ、撥水撥油膜が形成された状態とした。
【００４５】
＜サンプルNo.3＞
また、撥水撥油膜を形成しない以外は上記と同じ方法で製造した内輪１および外輪２と、撥水撥油膜を形成しない以外は上記と同じ方法で製造したシールド５と、別途用意したボール（転動体）３および保持器４を用いて、No.3の深溝玉軸受を組み立てた。
【００４６】
＜潤滑油の漏洩試験＞
No.1〜No.3の深溝玉軸受の軸受内部空間に０．２５ｇのエステル油を封入して、潤滑油の漏洩試験を行った。このエステル油は、１００℃における動粘度が３１ｍｍ2 ／ｓであり、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、防錆剤、および金属不活性化剤が配合されている。
漏洩試験は、No.1〜No.3の深溝玉軸受を、回転速度：５０００ｍｉｎ-1、アキシアル荷重：１９．６Ｎ、試験温度：室温の条件で５時間回転させ、この間に転がり軸受から漏洩した潤滑油の量を逐次測定し、潤滑油の漏洩率（潤滑油の漏洩量／封入量）を算出した。その結果を図３のグラフに示す。
【００４７】
図３のグラフから分かるように、内輪１、外輪２、およびシールド５のいずれにも撥水撥油膜が形成されていないNo.3の深溝玉軸受は、回転５時間後の潤滑油の漏洩率が約９０質量％であった。これに対して、内輪１、外輪２、およびシールド５のいずれにも撥水撥油膜が形成されているNo.1およびNo.2の深溝玉軸受は、回転５時間後の潤滑油の漏洩率が１０質量％未満であった。また、研削工程の前に撥水撥油膜を形成したNo.1の深溝玉軸受と、研削工程の後に撥水撥油膜を形成したNo.2の深溝玉軸受とで、潤滑油の漏洩率に違いはなかった。
【符号の説明】
【００４８】
１ 内輪（軌道輪）
１ａ 軌道面
１ｂ シールドの内縁部と対向させる溝（密封軸受との対向面）
１ｃ 内輪外周面の軌道面と対向面以外の部分
１ｄ 内輪の軸方向端面
１ｅ 内輪の内周面
２ 外輪（軌道輪）
２ａ 軌道面
２ｂ シールドの外縁部を嵌入する溝（密封軸受との対向面）
２ｃ 外輪内周面の軌道面と溝以外の部分
２ｄ 外輪の軸方向端面
２ｅ 外輪の外周面
３ ボール（転動体）
４ 保持器
５ シールド（密封装置）
５ａ 外縁部
５ｂ 内縁部
７ 貫通孔
１０ 軌道輪
２０ 金属酸化物層
３０ 撥水撥油層
Ｃ シールドと内輪との隙間
Ｌ 潤滑剤
【技術分野】
【０００１】
この発明は、密封装置を備えた転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受に低トルク性や低騒音性が求められる場合は、潤滑剤としてグリースでなく潤滑油を使用したり、非接触型の密封装置（シールド、非接触ゴムシール）を使用することが行われる。非接触型の密封装置を使用した場合は、軌道輪と密封装置との間に隙間があるため、そこから潤滑剤が漏出し易い。特に、潤滑剤として潤滑油を使用した場合には、粘性が低いため漏出が生じやすい。
【０００３】
転がり軸受の軌道輪と密封装置との隙間から潤滑剤が漏出することを防止するために、軌道輪および密封装置の互いに対向する面に、潤滑剤を弾く撥油膜を形成することが提案されている（特許文献１〜２２参照）。しかし、これらの提案は、潤滑油の封入量が少量（オイルプレーティング潤滑で使用される程度の量）である場合には有効であるが、潤滑油の封入量が多い場合、高速回転で使用される場合、高温下で使用される場合等には有効でない。
【０００４】
これに対して、特許文献２３および２４には、高い撥水撥油性が求められる用途に好適な、撥水撥油膜の形成方法が開示されている。
特許文献２３の方法は、被成膜部材を、水と少なくとも１種のアルコキシ金属塩とを必須成分とする第一の溶液に接触させた後、ｐＨ１１〜１３のアルカリ性溶液である第二の溶液と接触させることにより、前記被成膜部材の表面に金属酸化物層を形成する第１の工程と、前記第１の工程の後に、前記被成膜部材を、フッ素含有有機化合物を含む溶液である第三の溶液と接触させた後、ｐＨ９〜１４のアルカリ性溶液である第四の溶液と接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する第２の工程と、を含む撥水撥油膜の形成方法である。
【０００５】
特許文献２４の方法は、合成樹脂製部材の表面に撥水撥油膜を形成する方法であって、前記部材の表面を親水性にする親水化処理工程と、前記部材を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下である金属酸化物微粒子（好ましくは、シリカ、チタニア、またはアルミナからなる微粒子であって、その含有率は０．１重量％以上５．０重量％以下）と、を必須成分とし、ｐＨが６以下である第一の溶液に接触させた後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に接触させることにより、前記部材の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程と、前記金属酸化物層形成工程の後に、前記部材を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に接触させた後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に接触させることにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程と、を含む撥水撥油膜の形成方法である。
【０００６】
特許文献２４の方法における金属酸化物層形成工程は特許文献２３の方法における第１の工程の好適な形態であり、特許文献２４の方法における撥水撥油層形成工程は特許文献２３の方法における第２の工程の好適な形態である。
また、特許文献２４には、転がり軸受の内輪および外輪のシールを取り付けるシール溝に、処理液（前記第一〜第四溶液）を塗布する方法で撥水撥油膜を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２２６４５９号公報
【特許文献２】特開平２−７８０６９号公報
【特許文献３】特開平５−３４３１９号公報
【特許文献４】特開平６−６６３２１号公報
【特許文献５】特開平８−２１０３６８号公報
【特許文献６】特開平９−１６６１４８号公報
【特許文献７】特開平１１−６２９７２号公報
【特許文献８】特開平１１−６２９９８号公報
【特許文献９】特開平１１−２５７３６３号公報
【特許文献１０】特開２００２−２２１２２９号公報
【特許文献１１】特開２００３−２５４３２４号公報
【特許文献１２】特開２００７−１０１１４号公報
【特許文献１３】特開２００７−５７０３０号公報
【特許文献１４】特開２００７−１６２７７４号公報
【特許文献１５】特開２００７−３３３０５４号公報
【特許文献１６】特開２００７−２５５４９２号公報
【特許文献１７】特開２００８−２５６１９７号公報
【特許文献１８】特開２００８−２２３８６８号公報
【特許文献１９】特開２００９−１１５２３８号公報
【特許文献２０】特開２００９−１２１５３１号公報
【特許文献２１】特開２００９−１２５３２号公報
【特許文献２２】特開２００９−１７４６８５号公報
【特許文献２３】特開２００９−２２０１０３号公報
【特許文献２４】特開２０１０−１６２５２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
転がり軸受の軌道輪の密封装置との対向面に撥水撥油膜を形成する場合、撥水撥油膜が軌道輪の軌道面に形成されていると軌道面に潤滑剤が保持されないため、撥水撥油膜が軌道面に形成されないようにする必要がある。
しかし、軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て撥水撥油膜を形成する方法では、前記複数の処理液接触工程として前記対向面のみに処理液を塗布する工程を採用すると、塗布量の制御が難しく、均一な撥水撥油膜を形成することが難しい。すなわち、軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て撥水撥油膜を形成する方法として、量産性に優れた方法が求められている。
この発明の課題は、軌道輪の密封装置との対向面のみに撥水撥油膜を形成できる量産性に優れた方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、この発明は、密封装置を備えた転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て、前記対向面に撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程と、軌道輪の軌道面と軸方向端面と内周面または外周面を研削する研削工程とを有し、前記複数の処理液接触工程を軌道輪の全体を前記処理液に浸漬することにより行って、前記軌道輪の全表面に撥水撥油膜を形成した後に、前記研削工程を行って前記対向面に撥水撥油膜を残すことを特徴とする。
【００１０】
この発明の方法では、前記複数の処理液接触工程を軌道輪の全体を前記処理液に浸漬することにより行うため、前記複数の処理液接触工程を前記対向面のみに処理液を塗布することにより行う方法で必要な、塗布量の制御が不要であり、容易に均一な撥水撥油膜を形成することができる。
【００１１】
前記撥水撥油膜形成工程として、下記の構成(1) および(2) を有する方法を実施すれば、優れた撥水撥油膜を形成することができる。
(1) 前記軌道輪を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、シリカ、チタニア、またはアルミナからなる金属酸化物微粒子と、を必須成分とし、前記金属酸化物微粒子の含有率は０．１重量％以上５．０重量％以下であり、ｐＨが６以下である第一の溶液に浸漬した後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に浸漬することにより、前記軌道輪の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程。
【００１２】
(2) 前記金属酸化物層形成工程の後に、前記軌道輪を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に浸漬した後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に浸漬することにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程。
【００１３】
前記構成(1) および(2) を有する方法によれば、金属酸化物層形成工程で使用する第一の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記アルキルアルコキシ金属塩またはハロゲンアルコキシ金属塩の加水分解反応が促進される。また、第二の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記部材の表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記部材の表面に金属酸化物層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００１４】
また、撥水撥油層形成工程で使用する第三の溶液のｐＨを６以下とすることで、前記フッ素系カップリング剤の加水分解反応が促進される。また、第四の溶液のｐＨを１１以上１３以下とすることにより、前記加水分解反応生成物の水酸基（−ＯＨ）と前記金属酸化層表面の水酸基（−ＯＨ）との脱水縮合反応が促進される。その結果、前記金属酸化物層の表面に撥水撥油層が強固に化学結合された状態で形成される。
【００１５】
さらに、金属酸化物層形成工程で、金属酸化物層（アルコキシ金属塩を構成する金属の酸化物からなる層）が被成膜部材表面に生成する際に、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子が被成膜部材表面に結合することで、金属酸化物層が密に形成される。また、形成された金属酸化物層の表面に微粒子に起因する凹凸が形成されて、表面積率（表面が平滑面であると仮定した面積に対する実際の表面積の比率）が増大する。金属酸化物層の表面積率が増大すると、その上の層である撥水撥油層の表面積率も増大し、密な撥水撥油層が形成されることになるため、撥水撥油膜の撥水撥油性能が向上するとともに、撥水撥油膜が被成膜部材表面に対して強固に結合される。金属酸化物層および撥水撥油層の表面積率は１．１以上であることが好ましい。
【００１６】
アルコキシ金属塩（前記アルキルアルコキシ金属塩およびハロゲンアルコキシ金属塩）の具体例としては、金属種がシリコンである、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、テトラクロロシラン、金属種がチタンである、テトラメトキシチタネート、テトラエトキシチタネート、テトラプロポキシチタネート、テトラブトキシチタネート、金属種がアルミナである、トリメトキシアルミネート、トリエトキシアルミネート、トリプロポキシアルミネートが挙げられる。
【００１７】
第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子をなす金属酸化物の金属種とアルコキシ金属塩の金属種は、同じであることが特に好ましい。
金属酸化物微粒子の平均一次粒径は、好ましくは２ｎｍ以上１００ｎｍ以下、より好ましくは２ｎｍ以上８０ｎｍ以下、さらに好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。また、平均一次粒径が異なる金属酸化物微粒子を混合して使用することも可能である。平均一次粒径が１ｎｍ未満では、表面積率の増大効果が少なく、２００ｎｍを超えると、被成膜部材表面から脱落しやすくなる。
【００１８】
金属酸化物微粒子の溶液中の含有率は０．１以上３質量％以下とすることが好ましく、０．２質量％以上〜２．５質量％以下がさらに好ましい。金属酸化物微粒子の溶液中の含有率が０．１質量％未満では、金属酸化物層を密にする効果が少なく、５質量％を超えると、被成膜部材表面に金属酸化物の微粒子が過度に重なった状態で堆積することになり、これに伴って微粒子が脱落することで撥水撥油膜に欠陥が生じ易くなる。
【００１９】
金属酸化物微粒子の形状は、特に限定はなく、球形、矩形、扁平形、繊維状、ウイスカー状のもの等を使用できる。例えば、繊維状のものであれば、繊維の長さを１ｎｍ以上２００ｎｍ以下とすることができる。また、異なる形状のものを混合して使用してもよい。また、平均一次粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であれば、多孔質のもの等を使用することも可能である。
【００２０】
第一の溶液の組成の一例を具体的に述べると、アルコキシ金属塩が１質量％以上１０質量％以下、水が１質量％以上２０質量％以下、アルコールが３０質量％以上９５質量％以下、金属酸化物の微粒子が０．１質量％以上５質量％以下であって、塩酸によりｐＨが６以下に調整されているものである。この場合、塩酸以外の成分をあらかじめ混合し、金属酸化物微粒子が均一になるよう数十分〜数時間攪拌した後、最後に塩酸を用いてｐＨ調整を行うことが好ましい。
前記第二の溶液および第四の溶液は、特に、水酸化ナトリウム水溶液であることが好ましい。また、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属の炭酸塩等も使用できる。また、各種のｐＨ緩衝剤を併用してもよい。
【００２１】
また、前記第一の溶液および第三の溶液が炭素数１〜６の低級アルコールを含むことにより、前記アルコキシ金属塩およびフッ素系カップリング剤の溶解度を高め、安定した溶液となる。炭素数１〜６の低級アルコールとしては、メタノール、エタノール、１−プロパノール、２−プロパノール、ブタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール等が好適に使用できる。より好ましくは、エタノールを用いる。
【００２２】
前記第三の溶液に含まれる、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤としては、第一の溶液に含まれる金属酸化物微粒子の金属種、あるいは、第一の溶液に含まれるアルコキシ金属塩の金属種と同じ金属種を有するものであることが好ましい。また、金属種がシリコンであるフッ素系カップリング剤（フッ素系シランカップリング剤）を使用することが好ましい。
【００２３】
具体的には、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリメトキシシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリクロロシラン−３−ヘプタフルオロイソプロポキシプロピルトリクロロシラン、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロドデシルトリエトキシシラン、３−トリフルオロアセトキシプロピルトリメトキシシラン等が使用できる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明の方法は、軌道輪の密封装置との対向面のみに撥水撥油膜を形成できる量産性に優れた方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明の一実施形態に相当する方法で製造された内輪および外輪を有する転がり軸受を示す断面図である。
【図２】実施形態の方法で形成された撥水撥油膜の構造を示す図である。
【図３】潤滑油の漏洩試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施形態について説明する。
図１の転がり軸受は、内輪（軌道輪）１、外輪（軌道輪）２、複数個のボール（転動体）３、保持器４、および２枚のシールド（非接触型の密封装置）５からなる深溝玉軸受である。
内輪１の外周面の軸方向中央に軌道面１ａが形成され、内輪１の内周面の軸方向両端部に、シールド５の内縁部５ｂと対向させる溝１ｂが形成されている。外輪２の内周面の軸方向中央に軌道面２ａが形成され、外輪２の外周面の軸方向両端部に、シールド５の外縁部５ｂを嵌入する溝２ｂが形成されている。シールド５の外縁部５ａが外輪２の溝２ｂに加締めにより嵌入され、シールド５の内縁部５ｂが内輪１の対向面１ｂと隙間Ｃを空けて対向している。
【００２７】
図１の構造を有する呼び番号６２０３の深溝玉軸受の内輪１および外輪２を、以下の方法で製造した。
先ず、高炭素クロム鋼第２種（ＳＵＪ２）製の素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、熱処理を施して硬さをＨＲＣ６０に調整した。次に、以下に示す方法で、内輪１および外輪２の全表面に撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程を行った後、研削工程を行った。
【００２８】
＜撥水撥油膜形成工程＞
溶液Ａ〜Ｃを処理液として用意する。溶液Ａは、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程の第一の溶液に相当し、テトラエトキシシラン６．１質量％、水６．１質量％、エタノール８７．０質量％、平均一次粒径が３０ｎｍのシリカ粒子０．８質量％を含有し、塩酸によりｐＨを３．０に調整されたものである。なお、溶液Ａは、まずエタノールにシリカ粒子を加えて防爆型ホモジナイザーで撹拌した後に、テトラエトキシシランと水と塩酸を加えることにより調製した。
【００２９】
溶液Ｂは、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程の第二および第四の溶液に相当し、ｐＨ１２の水酸化ナトリウム水溶液である。溶液Ｃは、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程の第三の溶液に相当し、１Ｈ，１Ｈ，２Ｈ，２Ｈ−パーフルオロデシルトリエトキシシラン１６．０質量％、水５．５質量％、エタノール７８．５質量％を含有し、塩酸によりｐＨを３．０に調整されたものである。
【００３０】
先ず、内輪１および外輪２をメタノール中で超音波洗浄した後、乾燥させた。その直後に、内輪１および外輪２を約２５℃の溶液Ａ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ａを攪拌した。３０分間の浸漬後、内輪１および外輪２を引き上げて、溶液Ａの揮発成分が蒸発した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂに３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。これにより、テトラエトキシシランは加水分解を受けてシラノールになり、続いてシラノールの脱水縮重合によりシリカとなる。
【００３１】
次に、内輪１および外輪２を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１および外輪２の全表面に、表面が凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成されている。
次に、内輪１および外輪２を約２５℃の溶液Ｃ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｃを攪拌した。３０分間の浸漬後、内輪１および外輪２を引き上げて、速やかに約２５℃の溶液Ｂ（第四の溶液）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。３０分間の浸漬後、内輪１および外輪２を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１および外輪２の全表面には、前述のシリカ被膜（金属酸化物層）の上に撥水撥油層が形成されている。
【００３２】
このようにして、図２に示すように、ＳＵＪ２製の軌道輪（内輪１および外輪２）１０の表面に、シリカ被膜からなり表面が凹凸状の金属酸化物層２０が化学結合された状態で形成され、その上に、フルオロアルキルトリシロキサンの単分子膜からなる撥水撥油層３０が化学結合された状態で形成された状態となる。
【００３３】
＜研削工程＞
内輪１については、シールド５との対向面１ｂ以外の部分、すなわち、軌道面１ａ、外周面の軌道面１ａと対向面１ｂ以外の部分１ｃと、軸方向両端面１ｄと、内周面１ｅを研削した。外輪２ついては、シールド５を取り付ける溝２ｂ以外の部分、すなわち、軌道面２ａ、内周面の軌道面２ａと対向面２ｂ以外の部分２ｃと、軸方向両端面２ｄと、外周面２ｅを研削した。
これにより、内輪１のシールド５との対向面１ｂと、外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂにのみ、撥水撥油膜が形成された状態となる。
【００３４】
この実施形態の方法は、前記各工程で処理液の接触を、内輪１のシールド５との対向面１ｂと外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂのみに処理液を塗布する方法で撥水撥油膜を形成する方法で必要な、処理液の塗布量の制御が不要であり、容易に均一な撥水撥油膜を形成することができる。よって、この実施形態の方法は量産性に優れている。
【００３５】
また、この実施形態の方法では、前記構成(1) と(2) を有する好適な撥水撥油膜形成工程を採用しているため、内輪１のシールド５との対向面１ｂと外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂに、優れた撥水撥油性能を有する撥水撥油膜が形成される。
さらに、図１の深溝玉軸受は、一方のシールド５にブリーザー構造が形成されているため、温度上昇等による内圧の上昇が抑制される。
【００３６】
［密封軸受としての性能］
次に、上述の実施形態の方法で撥水撥油膜を形成した内輪１と外輪２、特許文献２４に記載された方法で撥水撥油膜を形成した内輪１と外輪２、および撥水撥油膜を形成しない内輪１と外輪２を用いて、それぞれ図１の深溝玉軸受を組み立てて、密封軸受としての性能を調べる試験を行った。
【００３７】
＜サンプルNo.1＞
サンプルNo.1の軸受として、上述の実施形態の方法で製造した内輪１および外輪２と、以下の方法で製造したシールド５と、別途用意したボール（転動体）３および保持器４を用いて、図１の構造を有する呼び番号６２０３の深溝玉軸受を組み立てた。
図１の深溝玉軸受の２枚のシールド５は、冷間圧延鋼板をプレス成形したものであり、一方のシールド５には、軸受内外を連通する直径２００μｍの貫通孔７が１個、ピンバイスにより形成されている。これにより、一方のシールド５にブリーザー構造が形成されている。この貫通孔７は、内輪１よりも外輪２に近い径方向位置に形成されており、その位置は、内輪１の外周面と外輪２の内周面との間の径方向距離の５／６の位置である。
【００３８】
２枚のシールド５に、以下に示す方法で撥水撥油膜を形成した。
先ず、シールド５をメタノール中で超音波洗浄した後、乾燥させた。その直後に、シールド５を約２５℃の溶液Ａ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ａを攪拌した。３０分間の浸漬後、シールド５を引き上げて、溶液Ａの揮発成分が蒸発した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂに３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。これにより、テトラエトキシシランは加水分解を受けてシラノールになり、続いてシラノールの脱水縮重合によりシリカとなる。
【００３９】
次に、シールド５を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、シールド５の全表面に、表面が凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成されている。
【００４０】
次に、シールド５を約２５℃の溶液Ｃ（調製後３０分経過したもの）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｃを攪拌した。３０分間の浸漬後、シールド５を引き上げて、速やかに約２５℃の溶液Ｂ（第四の溶液）に３０分間浸漬した。浸漬中は緩やかに溶液Ｂを攪拌した。３０分間の浸漬後、シールド５を引き上げてエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、シールド５の全表面に、前述のシリカ被膜（金属酸化物層）の上に撥水撥油層が形成されている。
【００４１】
＜サンプルNo.2＞
サンプルNo.2の軸受として、下記の方法で製造した内輪１および外輪２と、上述の方法で製造したシールド５と、別途用意したボール（転動体）３および保持器４を用いて、図１の構造を有する呼び番号６２０３の深溝玉軸受を組み立てた。
内輪１および外輪２は以下の方法で製造した。
先ず、高炭素クロム鋼第２種（ＳＵＪ２）製の素材を内輪１および外輪２の形状に加工した後、熱処理を施して硬さをＨＲＣ６０に調整した。次に、内輪１および外輪２の全表面に研削工程を行った。次に、以下の方法で撥水撥油膜を形成した。
【００４２】
先ず、内輪１および外輪２をメタノール中で超音波洗浄した後、乾燥させた。その直後に、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、約２５℃の溶液Ａ（調製後３０分経過したもの）を塗布した。溶液Ａの揮発成分が蒸発した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂを塗布して、３０分間放置した。これにより、テトラエトキシシランは加水分解を受けてシラノールになり、続いてシラノールの脱水縮重合によりシリカとなる。
【００４３】
次に、内輪１および外輪を２エタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、表面が凹凸状のシリカ被膜（金属酸化物層）が形成されている。
【００４４】
次に、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、約２５℃の溶液Ｃ（調製後３０分経過したもの）を塗布した後、速やかに約２５℃の溶液Ｂをさらに塗布して、３０分間放置した。次に、内輪１および外輪２をエタノールで洗浄した後、１６０℃のクリーンオーブン中で３０分間乾燥を行った。そして、冷却後に、エタノール中で超音波洗浄を行った。この段階で、内輪１の対向面１ｂと外輪２の溝２ｂのみに、前述のシリカ被膜（金属酸化物層）の上に撥水撥油層が形成されている。
これにより、内輪１のシールド５との対向面１ｂと、外輪２のシールド５を取り付ける溝２ｂにのみ、撥水撥油膜が形成された状態とした。
【００４５】
＜サンプルNo.3＞
また、撥水撥油膜を形成しない以外は上記と同じ方法で製造した内輪１および外輪２と、撥水撥油膜を形成しない以外は上記と同じ方法で製造したシールド５と、別途用意したボール（転動体）３および保持器４を用いて、No.3の深溝玉軸受を組み立てた。
【００４６】
＜潤滑油の漏洩試験＞
No.1〜No.3の深溝玉軸受の軸受内部空間に０．２５ｇのエステル油を封入して、潤滑油の漏洩試験を行った。このエステル油は、１００℃における動粘度が３１ｍｍ2 ／ｓであり、アミン系酸化防止剤、フェノール系酸化防止剤、防錆剤、および金属不活性化剤が配合されている。
漏洩試験は、No.1〜No.3の深溝玉軸受を、回転速度：５０００ｍｉｎ-1、アキシアル荷重：１９．６Ｎ、試験温度：室温の条件で５時間回転させ、この間に転がり軸受から漏洩した潤滑油の量を逐次測定し、潤滑油の漏洩率（潤滑油の漏洩量／封入量）を算出した。その結果を図３のグラフに示す。
【００４７】
図３のグラフから分かるように、内輪１、外輪２、およびシールド５のいずれにも撥水撥油膜が形成されていないNo.3の深溝玉軸受は、回転５時間後の潤滑油の漏洩率が約９０質量％であった。これに対して、内輪１、外輪２、およびシールド５のいずれにも撥水撥油膜が形成されているNo.1およびNo.2の深溝玉軸受は、回転５時間後の潤滑油の漏洩率が１０質量％未満であった。また、研削工程の前に撥水撥油膜を形成したNo.1の深溝玉軸受と、研削工程の後に撥水撥油膜を形成したNo.2の深溝玉軸受とで、潤滑油の漏洩率に違いはなかった。
【符号の説明】
【００４８】
１ 内輪（軌道輪）
１ａ 軌道面
１ｂ シールドの内縁部と対向させる溝（密封軸受との対向面）
１ｃ 内輪外周面の軌道面と対向面以外の部分
１ｄ 内輪の軸方向端面
１ｅ 内輪の内周面
２ 外輪（軌道輪）
２ａ 軌道面
２ｂ シールドの外縁部を嵌入する溝（密封軸受との対向面）
２ｃ 外輪内周面の軌道面と溝以外の部分
２ｄ 外輪の軸方向端面
２ｅ 外輪の外周面
３ ボール（転動体）
４ 保持器
５ シールド（密封装置）
５ａ 外縁部
５ｂ 内縁部
７ 貫通孔
１０ 軌道輪
２０ 金属酸化物層
３０ 撥水撥油層
Ｃ シールドと内輪との隙間
Ｌ 潤滑剤
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密封装置を備えた転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、
軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て、前記対向面に撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程と、軌道輪の軌道面と軸方向端面と内周面または外周面を研削する研削工程とを有し、
前記複数の処理液接触工程を軌道輪の全体を前記処理液に浸漬することにより行って、前記軌道輪の全表面に撥水撥油膜を形成した後に、前記研削工程を行って前記対向面に撥水撥油膜を残すことを特徴とする転がり軸受の軌道輪の製造方法。
【請求項２】
前記撥水撥油膜形成工程は、
前記軌道輪を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、シリカ、チタニア、またはアルミナからなる金属酸化物微粒子と、を必須成分とし、前記金属酸化物微粒子の含有率は０．１重量％以上５．０重量％以下であり、ｐＨが６以下である第一の溶液に浸漬した後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に浸漬することにより、前記軌道輪の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程と、
前記金属酸化物層形成工程の後に、前記軌道輪を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に浸漬した後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に浸漬することにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程と、を有する方法である請求項１記載の転がり軸受の軌道輪の製造方法。
【請求項１】
密封装置を備えた転がり軸受を構成する軌道輪の製造方法であって、
軌道輪の密封装置との対向面を処理液と接触させる複数の処理液接触工程を経て、前記対向面に撥水撥油膜を形成する撥水撥油膜形成工程と、軌道輪の軌道面と軸方向端面と内周面または外周面を研削する研削工程とを有し、
前記複数の処理液接触工程を軌道輪の全体を前記処理液に浸漬することにより行って、前記軌道輪の全表面に撥水撥油膜を形成した後に、前記研削工程を行って前記対向面に撥水撥油膜を残すことを特徴とする転がり軸受の軌道輪の製造方法。
【請求項２】
前記撥水撥油膜形成工程は、
前記軌道輪を、水と、金属種がシリコン、チタン、もしくはアルミニウムで、アルキル部分の炭素数が１〜６の低級アルキルであるアルキルアルコキシ金属塩、またはハロゲンアルコキシ金属塩と、炭素数１〜６の低級アルコールと、平均粒径が１ｎｍ以上２００ｎｍ以下であり、シリカ、チタニア、またはアルミナからなる金属酸化物微粒子と、を必須成分とし、前記金属酸化物微粒子の含有率は０．１重量％以上５．０重量％以下であり、ｐＨが６以下である第一の溶液に浸漬した後、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第二の溶液に浸漬することにより、前記軌道輪の表面に金属酸化物層を形成する金属酸化物層形成工程と、
前記金属酸化物層形成工程の後に、前記軌道輪を、シリコン、チタン、またはアルミニウムを含有するフッ素系カップリング剤と、水と、炭素数１〜６の低級アルコールと、を含有し、ｐＨが６以下である第三の溶液に浸漬した後に、アルカリ金属塩を含有し、ｐＨが１１〜１３である第四の溶液に浸漬することにより、前記金属酸化物層の上に撥水撥油層を形成する撥水撥油層形成工程と、を有する方法である請求項１記載の転がり軸受の軌道輪の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１５１７８（Ｐ２０１３−１５１７８Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４７６２４（Ｐ２０１１−１４７６２４）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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