JP2002294465A

JP2002294465A - 表面処理膜、転がり軸受および表面処理方法

Info

Publication number: JP2002294465A
Application number: JP2001093762A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Hirata; 正和平田; Kenji Ito; 健二伊藤
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-03-28
Filing date: 2001-03-28
Publication date: 2002-10-09

Abstract

(57)【要約】【課題】化成処理膜の防錆性と耐摩耗性を向上させ
る。【解決手段】金属材料表面のリン酸塩処理膜に防錆剤
含浸処理および樹脂含浸処理の少なくとも一つの処理を
施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属材料の表面処理
膜、転がり軸受および表面処理方法に関し、特に防錆性
能と耐摩耗性を高めた鉄鋼用の化成処理膜およびその化
成処理膜を施した転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】圧延機ロールネック軸受は、ハウジング
シールが装着されていても軸受内部に圧延水が侵入する
のが実情である。また、定期的なロール研磨のために圧
延機から軸受が取外され、一時、保管されるため置き錆
が発生しやすい。置き錆が発生した軸受を再度、設備に
組込んで使用すると、錆を起点とする短寿命損傷を発生
することがある。従来、この置き錆の発生を抑える手段
として、（１）軸受全面にリン酸塩被膜処理などの化成
処理を行なう、（２）水侵入下でも錆が発生しにくいグ
リースを使用する、（３）高密封性シールを使用する等
の対策がなされている。リン酸塩被膜などの化成処理
は、金属材料の表面に適当な手段により処理液を接触さ
せて、化学反応により表面に微結晶の化合物被膜を形成
する処理方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、化成処
理で得られる微結晶の化合物被膜は、結晶粒間に水が拡
散できるほどの隙間があり、脱脂状態では水が基材表面
まで容易に拡散するので防錆性能が低いという問題があ
る。化成処理表面を潤滑油で処理して、結晶粒間に潤滑
油を浸透させた状態では水の拡散が防止できるので防錆
性が得られるが、圧延機ロールネック軸受の場合、転動
して使われるので耐摩耗性が十分でないと、摩耗剥離し
た部分から錆が発生するという問題がある。上記したよ
うに、圧延機ロールネック軸受などに求められる、防錆
性と耐摩耗性の両方を満足した表面処理膜が得られてい
ないという問題がある。本発明は、このような問題に対
処するためになされたもので、化成処理膜の防錆性と耐
摩耗性とを向上させた表面処理膜および表面処理方法、
この表面処理膜を有する転がり軸受を提供することを目
的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の表面処理膜は金
属材料表面の化成処理膜に防錆剤含浸処理および樹脂含
浸処理の少なくとも一つの処理を施したことを特徴とす
る。また、上記化成処理膜がリン酸塩処理膜であること
を特徴とする。特に、リン酸塩処理膜を形成するリン酸
塩結晶の平均粒径が 1〜10μm であることを特徴とす
る。

【０００５】本発明の転がり軸受は、外輪および内輪間
に複数の転動体が介在し、上記の転走面、上記内輪の転
走面および上記転動体の表面の少なくとも一つの面に、
上記表面処理膜が形成されてなることを特徴とする。ま
た、転がり軸受は、上記転動体が円筒ころであり、圧延
機のロールネック部に使用される圧延機ロールネック軸
受であることを特徴とする。

【０００６】本発明の表面処理方法は、金属材料の表面
に化成処理膜を形成する工程と、この化成処理膜を防錆
剤および樹脂の少なくとも一つで処理する工程とを備え
てなることを特徴とする。

【０００７】金属材料表面の化成処理膜に防錆剤含浸処
理および樹脂含浸処理の少なくとも一つの処理を施すこ
とにより、化成処理膜の結晶粒間に防錆剤等が含浸する
ので、化成処理膜が摩耗剥離しても、剥離面跡に防錆剤
または樹脂膜、あるいは防錆剤および樹脂混合膜が残存
する。その結果、置き錆現象を防ぐことができる。ま
た、特に樹脂含浸処理すると表面を覆う樹脂層の作用に
より、耐摩耗性が向上する。化成処理膜がリン酸塩処理
膜であり、その表面層の結晶を 1〜10μm とすることに
より、表面処理膜が緻密になるので、置き錆現象をより
防ぐことができる。

【０００８】上記表面処理が形成された転走面および
／または転動体の表面を有する転がり軸受は、上記表面
処理膜の作用により防錆性と耐摩耗性とがともに向上
し、軸受寿命が向上する。化成処理膜を防錆剤および樹
脂の少なくとも一つで処理することにより、本発明の表
面処理方法は、簡易な方法で優れた防錆性と耐摩耗性を
有する表面処理膜が得られる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明で使用できる化成処理方法
は、金属材料の表面に適当な手段により処理液を接触さ
せて、化学反応により表面に微結晶から構成される化合
物被膜を形成する方法であれば使用できる。化成処理方
法を例示すれば、リン酸塩処理、クロメート処理があ
る。本発明においては、化成処理方法としてリン酸塩処
理が耐摩耗性、保油性に優れるため好ましい。

【００１０】リン酸塩処理には、リン酸亜鉛系、リン酸
マンガン系、リン酸鉄系、リン酸カルシウム系処理方法
のいずれであってもよい。リン酸塩の結晶平均粒径が 1
〜10μm となるように表面処理を行なう。平均粒径が 1
μm 未満であると、後述する防錆剤が十分に浸透しない
場合があり、平均粒径が 10μm をこえると、結晶粒間
が疎になり、水の拡散抑制が困難になる。また、耐摩耗
性も向上しない。なお、リン酸塩処理においては、リン
酸塩処理前の金属板の表面状態を調整する、処理直前に
核形成剤による前処理を行なう等により、結晶平均粒径
を 1〜10μm にできる。

【００１１】本発明に使用できる防錆剤としては、特に
限定するものではなく、いわゆる石油製品添加剤とされ
る防錆添加剤類を使用できる。防錆剤は単独でも、また
数種類の防錆剤を混合してもよい。防錆剤を例示すれ
ば、カルボン酸およびその誘導体、カルボン酸塩、スル
ホン酸塩、エステル、アミン、リン酸エステル等が挙げ
られる。カルボン酸およびその誘導体としては、ステア
リン酸、やし油脂肪酸、アキルキルまたはアルケニルこ
はく酸、ヒドロキシ脂肪酸、メルカプト脂肪酸、酸価パ
ラフィンなどが挙げられる。カルボン酸塩としては、脂
肪酸、ナフテン酸、ラノリン酸、アルケニルこはく酸の
アルカリ土類金属塩あるいはアミン塩などが挙げられ
る。スルホン酸塩としては、石油スルホン酸、ジノニル
ナフタレンスルホン酸、重質アルキルベンゼンスルホン
酸などの金属塩（Ｎａ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ）やアミン塩
などが挙げられる。エステルとしては、ソルビタンモノ
オレート、ペンタエリスリット・モノオレートなどが挙
げられる。リン酸エステルとしては、酸性リン酸エステ
ル、酸性亜リン酸エステルなどが挙げられる。

【００１２】本発明に使用できる樹脂としては、熱可塑
性樹脂、熱硬化性樹脂のいずれも使用できるが、防錆剤
と併用した場合に、膨潤したり溶解したりしない熱硬化
性樹脂が好ましい。なお、防錆剤と併用する場合、樹脂
と防錆剤との混合割合は、被処理金属材料、化成処理
膜、用途等によって適宜選択できるが、転がり軸受の防
錆処理時においては、樹脂と防錆剤との混合割合が 5：
5 〜 9：1 であることが防錆能、樹脂中への防錆剤の分
散性に優れるため好ましい。熱硬化性樹脂としては、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂が成膜性、耐油性に優れる
ため好ましい。

【００１３】樹脂に、置き錆抑制などの防錆効果を損な
わない範囲で、耐摩耗性の向上のために二硫化モリブデ
ン、四フッ化エチレン樹脂などの固体潤滑剤微粒子を配
合できる。

【００１４】本発明の表面処理方法における化成処理膜
を形成する工程は、周知の方法を採用できる。例えばリ
ン酸塩処理においては、リン酸塩処理液中に鋼、軸受な
どの被処理材を浸漬するか、あるいは被処理材にリン酸
塩処理液をスプレー塗布することにより被処理材表面に
リン酸塩処理膜が形成できる。

【００１５】化成処理膜を防錆剤等で処理する工程は、
以下の方法で行なうことができる。（１）防錆剤を分散または溶解させた溶剤中に化成処理
膜が形成された鋼、軸受などの被処理材を浸漬し、その
後溶剤を乾燥する。（２）防錆剤および樹脂を分散または溶解させた溶剤中
に化成処理膜が形成された被処理材を浸漬し、その後溶
剤を乾燥するとともに、熱硬化性樹脂等の硬化処理を行
なう。（３）防錆剤を分散または溶解させた溶剤中に化成処理
膜が形成された被処理材を浸漬し、その後溶剤を乾燥さ
せ、さらに樹脂を溶解または分散させた溶剤中に防錆剤
処理被処理材を浸漬し、その後溶剤を乾燥するととも
に、熱硬化性樹脂等の硬化処理を行なう。

【００１６】本発明の転がり軸受は、外輪および内輪の
転走面および転動体の表面、あるいはいずれかの面に上
述の表面処理がなされている。本発明の表面処理膜は、
優れた防錆性と耐摩耗性が得られるので、転がり軸受の
中でも置き錆の発生が短寿命損傷を引き起こしやすい圧
延機ロールネック軸受に好適に適用できる。圧延機ロー
ルネック軸受の一例を図１により説明する。図１は圧延
機ロールネック軸受として用いられる四列円筒ころ軸受
の部分拡大断面図である。外輪１および内輪２間に複数
の転動体３が介在している。転動体３は円筒ころであ
り、この円筒ころが転走面１ａ、２ａに線接触して回転
する。

【００１７】

【実施例】実施例１〜実施例８表１に示す各処理の組み合わせで、φ50mm×7mm の金属
材ＳＵＪ２（研磨）に化成処理および防錆処理を行なっ
た。表１における化成処理（記号Ｍ５）は、日本パーカ
ライジング（株）製パルホスＭ５処理（リン酸マンガ
ン）であり、平均膜厚は 6μm 、平均結晶粒径は 5μm
であった。また、化成処理（記号Ｍ１）は、日本パーカ
ライジング（株）製パルホスＭ１Ａ処理（リン酸マンガ
ン）であり。平均膜厚は 9μm 、平均結晶粒径は 12μm
であった。用いた防錆剤は、亜硝酸ナトリウム（記号
Ａ）、ソルビタンモノオレート（記号Ｓ）、Ｂａスルフ
ォネート（記号Ｂａ）であり、用いた樹脂は、エポキシ
樹脂３Ｍ製２０２３／２１６３（記号Ｅ）、フェノール
樹脂（レゾール型）旭有機材工業（株）製（記号Ｐ）で
ある。防錆剤の処理方法は、次の方法で行なった。
（１）防錆剤を分散させた溶剤中にリン酸塩被膜を有す
る試験片を浸漬し、引き上げ、溶剤を乾燥する。（２）
防錆剤と樹脂を分散させた溶剤中に試験片を浸漬し、引
き上げ、溶剤を乾燥し、熱硬化性樹脂の硬化処理をす
る。

【００１８】得られた表面処理膜を有する金属材ＳＵＪ
２試験片の耐摩耗性および防錆性を以下の方法で評価し
た。評価結果を表１に示す。（１）耐摩耗性サバン型試験機にて以下の条件で運転し、その摩耗痕幅
（ mm ）を測定した。荷重：1.4kgf、速度：10m/min.、
相手材：表面処理した各実施例、比較例のＳＵＪ２（研
磨）材、潤滑：タービン６８パッド給油、試験時間：10
min.、ｎ数：2 （２）防錆性塩水噴霧試験（ＪＩＳＺ２３７１に準拠）で、 24h
（噴霧 23h、換気 1h ）を 1 サイクルとして各サイク
ル後の発錆状況を調べ、発錆した時間を示した。試験条
件は、噴霧溶液：5 重量％塩化ナトリウム（試薬一級）
水溶液、噴霧圧力：1kg/cm²、噴霧量：1〜2ml/h（試験
片 80cm²に対して）、試験温度：35℃、空気飽和器温
度：47℃、水槽温度：52℃、試験片設置角度：板面が鉛
直方向に対して約 30 度、ｎ数：5 。

【００１９】比較例１実施例１と同一の金属材ＳＵＪ２（研磨）に化成処理お
よび防錆処理を行なうことなく、防錆油（ＪＩＳＫ
２２４６ＮＰ−３相当）を塗布した。この試験片を用
いて実施例１と同一の評価試験を行なった。結果を表１
に示す。

【００２０】比較例２および比較例３実施例１と同一の金属材ＳＵＪ２（研磨）に表１に示す
化成処理を行ない、防錆処理を行なわない試験片を用い
て実施例１と同一の評価試験を行なった。結果を表１に
示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１に示したように、各比較例よりも各実
施例は 3 倍以上の防錆性、および耐摩耗性に優れてい
た。

【００２３】

【発明の効果】本発明の表面処理膜は、化成処理膜と、
この化成処理膜に、防錆剤含浸処理および樹脂含浸処理
の少なくとも一つの処理を施したので、防錆性と耐摩耗
性がともに向上する。特に、化成処理膜がリン酸塩処理
膜であり、リン酸塩結晶の平均粒径が 1〜10μm である
ので、化成処理膜が密になり、防錆性と耐摩耗性がとも
により向上する。

【００２４】本発明の転がり軸受は、外輪および内輪間
に複数の転動体が介在し、上記の転走面、上記内輪の転
走面および上記転動体の表面の少なくとも一つの面に、
上記表面処理膜が形成されてなるので、転がり軸受寿命
が向上する。特に防錆性と耐摩耗性がともに優れている
ので、圧延機のロールネック部に使用される圧延機ロー
ルネック軸受に好適である。

【００２５】本発明の表面処理方法は、化成処理膜を形
成する工程と、防錆剤および樹脂の少なくとも一つで処
理する工程とを備えてなるので、簡易な方法で優れた防
錆性と耐摩耗性を有する表面処理膜が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】四列円筒ころ軸受の部分拡大断面図である。

【符号の説明】

１外輪２内輪３転動体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ１６Ｃ 33/34 Ｆ１６Ｃ 33/34 33/58 33/58 Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA12 AA62 BA10 BA53 BA54 BA55 BA70 CA15 CA34 DA05 EA02 EA31 EA38 EA78 FA08 FA32 GA36 4D075 BB75Y BB91Y CA02 CA09 CA33 CA44 DA19 DA23 DB02 DC16 EA37 EB32 EB33 4F100 AA03A AA07 AB03C AH02 AK01B AK33 AK53 AR00A BA03 BA10B BA10C EJ082 EJ68A EJ681 EJ82B EJ822 GB51 JA11A JB02B JK09 YY00A 4K026 AA02 AA21 BA03 BA04 BA05 BA11 BA12 BB03 BB08 CA16 CA23 EB02 EB05 EB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化成処理膜と、この化成処理膜に、防錆
剤含浸処理および樹脂含浸処理の少なくとも一つの処理
を施したことを特徴とする金属材料の表面処理膜。
【請求項２】前記化成処理膜がリン酸塩処理膜である
ことを特徴とする請求項１記載の表面処理膜。
【請求項３】前記リン酸塩処理膜を形成するリン酸塩
結晶の平均粒径が 1〜10μm であることを特徴とする請
求項２記載の表面処理膜。
【請求項４】外輪および内輪間に複数の転動体が介在
する転がり軸受において、前記外輪の転走面、前記内輪
の転走面および前記転動体の表面の少なくとも一つの面
に、請求項１ないし請求項３のいずれか一項記載の表面
処理膜が形成されてなることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】前記転動体が円筒ころであり、圧延機の
ロールネック部に使用されることを特徴とする請求項４
記載の転がり軸受。
【請求項６】金属材料の表面に化成処理膜を形成する
工程と、前記化成処理膜を防錆剤および樹脂の少なくと
も一つで処理する工程とを備えてなる金属材料の表面処
理方法。