JP4013269B2

JP4013269B2 - 長尺部材の変形矯正方法

Info

Publication number: JP4013269B2
Application number: JP31072296A
Authority: JP
Inventors: 滋沖田; 秀樹國分; 惠造堀; 明年前田; 友義川▲さき▼
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-11-21
Filing date: 1996-11-21
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2016-11-21
Also published as: JPH10156436A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬化熱処理を行った棒状や柱状部材、例えばリニアガイドのレールやボールねじのねじ軸等の比較的長尺である精密機械部品のような鋼製の長尺部材に生じている変形を矯正する、熱処理による矯正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長尺状の鋼に硬化熱処理を行ない、その後に旋削や研削加工等を行なって精密な寸法に仕上げられる棒状や柱状の高強度な精密機械部品については、その硬化熱処理によって長手方向の反り・曲がりやねじれ等の変形が発生する。
【０００３】
この反り等の変形の従来の変形矯正方法としては、例えば特開平１−２７８９１５号公報等に記載されているように、硬化熱処理及び焼戻し処理を実施した長尺部材に対し、反り、曲がり、及びねじれ等の生じた長手方向の変形箇所を数個の支持を持ったロールによって常温で且つ個々に冷間加工を行なうことで、塑性変形させて矯正を行っている。
【０００４】
例えば、上記矯正を必要とする長尺部材であるリニアガイド用レールの製造工程おいては、従来、次のようにして行われる。
即ち、冷間引抜きや切削等により荒加工をした後に、素材に応じ高周波焼入れ・浸炭焼入れ等によって硬化熱処理を行う。その後、焼戻しを実施した後に、上述のような方法で冷間加工によって長手方向の曲がり矯正を行い、続いて研削等の仕上加工を実施して所望の精度の製品とする。
【０００５】
この製造工程は、ボールねじのねじ軸等の他の長尺部材の精密機械部品であっても同様である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような変形矯正方法は、熱処理後の材料性質を変化させない目的で常温で矯正を行っているが、この従来方法では、長尺部材の弾性変形量と塑性変形量の比率を経験的に求め、個々の変形箇所に対して矯正力を加えるため、実際には全体の変形矯正効果のばらつきが大きい。そのため、荒矯正、中間矯正、仕上矯正と段階的に矯正を行う必要があり、変形矯正処理にかかる工数はかなり大きなものとなってしまう。
【０００７】
しかも、製品一つ一つによって、各工程の矯正時間が大幅に異なり、同じ製品でも３倍以上の矯正時間がかかる場合がある。特に、荒矯正時に矯正効果が不十分であったものについては、冷間加工により製品が加工硬化するため、次の矯正を行うための加圧力の見極めが難しくなり、この結果、結果的に矯正工程に膨大な時間がかかり、生産性が著しく低下する。
【０００８】
このように、全体的に矯正時間が長いうえに、製品一つ一つの矯正時間に大きなばらつきがある。この結果、生産性が低く、また連続工程での処理に不向きとなっている。また、このような、冷間加工による変形矯正を自動で行なう装置もあるが、長い矯正時間及び矯正時間のばらつき発生は解消されない。
【０００９】
さらに、変形量の大きな品物は、矯正のための繰り返し加圧による割れが発生するおそれもある。また、冷間で変形方向と逆方向に塑性変形が起こるまで加圧し続けるため、膨大な加圧力が必要となり、装置が大掛かりになってしまう等の問題点もある。
【００１０】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、比較的単純な手段で、十分な矯正力を短時間に安定して処理できる矯正方法を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の長尺部材の変形矯正方法は、硬化熱処理をした鋼製で表面硬さがＨＲＣ５８以上必要とする転動部材用の長尺部材に生じている変形を矯正する方法であって、
上記長尺部材を、長手方向に引張応力を加えた状態で焼戻し処理を行うことにより、上記硬化熱処理による硬化部分に焼戻しで変態する過程で現れる塑性を利用した矯正を行い、表面硬さをＨＲＣ５８以上とすることを特徴としている。
【００１２】
本発明者らは、高強度な鋼に対し引張応力を加えた状態で焼戻しを行うと、鋼の塑性変形による矯正効果が高くなることを発見した。
これに基づき、本発明によれば、硬化熱処理されて硬く高強度な鋼を、その組織が焼戻しする過程、あるいは残留オーステナイトが焼戻しで変態する過程で現れる塑性を利用することで、小さな加工応力で容易に長尺部材に生じている変形を矯正するものである。
【００１３】
即ち、引張応力を加えた状態にすることで、部材の反り・曲がりやねじれを直線状となるように弾性変形させ、その状態で焼戻し処理を行うことで塑性変形して、長尺部材の真直度が向上すると共に焼戻し効果が生じる。
【００１４】
この方法では、冷間で変形方向と逆方向に塑性変形が起こるまで繰り返し加圧し続ける独立した工程が不要となり、焼戻し工程時に安定した矯正効果が得られる。また、従来法に比べ棒状や柱状の製品を矯正するために負荷する加圧力が低くいので、装置も比較的単純化が可能となり、生産性が大幅に向上する。
【００１５】
このとき、上記焼戻し処理は、高周波誘導加熱によって加熱手段を構成し、その加熱手段を、対象とする長尺部材に対して該長尺部材の長手方向に沿って相対移動させることで実施するとよい。
【００１６】
このように、加熱手段として高周波誘導加熱を採用することで、連続的に且つ短時間で焼戻し処理ができる。即ち、高周波誘導加熱を利用した加熱手段を、相対的に、長尺部材の長手方向に沿って移動させることで、連続的且つ短時間で焼戻し処理が行われ、矯正効果及び焼戻し効果が同時に得られる。しかも、この方法では、一回の工程で安定した矯正効果が得られる。
【００１７】
ここで、棒状や柱状部材からなる高強度な精密機械部品の硬化熱処理方法としては、高周波焼入れ処理を行なう場合が多く、その後、連続して高周波焼戻しを行う場合がほとんどである。そして、本矯正法を適用すると焼戻し処理と変形矯正が同時に得られ、しかも、硬化熱処理工程とのライン化が可能であり、連続処理対応に好適である。また、本方法に基づく装置は、長尺部材の寸法許容差が広く装置の汎用性が十分広くなる。
【００１８】
また、焼戻し処理時の長尺部材の表面最高温度は、２００〜５００℃、好ましくは２５０〜５００℃に設定すると良い。
２００℃未満に設定すると、焼戻しによる塑性変形が不安定となり、矯正効果が小さいためであり、好ましくは２５０℃以上としたのは、２５０℃以上で焼戻しによる塑性変形が安定するためである。また、５００℃を越えると、長尺部材の表面硬度が不足してＨＲＣ５８（Ｈｖ６５８）未満となるためである（表１参照）。
【００１９】
また、長尺部材に加える引張応力は、１０〜４０ＭＰａ、好ましくは３０〜４０ＭＰａに設定すると良いが、わずかな引張応力でも大きな矯正効果があるので、目標とする真直度に応じ、１０ＭＰａ未満でも適宜選択できる。
【００２０】
ここで、１０ＭＰａで０ＭＰａ（引張応力がない状態での焼戻し）の場合の半分以下に矯正できる。また、３０ＭＰａ以上で矯正効果が安定するためであり、また、４０ＭＰａ以上では、効果がほぼ飽和するためである（図４参照）。もっとも、引張応力の上限値は長尺部材の素材の硬度を越えると長手方向に伸びてしまうので、長尺部材の素材の硬度以下に抑える方が良い。
【００２１】
また、本発明の長尺部材の変形矯正方法に使用される装置は、例えば、長尺部材の両端を把持する把持手段と、長尺部材の把持された両端部の間に引張荷重を負荷する負荷手段と、長尺部材の把持された両端部の間の部分を所定温度に加熱し焼戻しを行う焼戻し手段と、を備えることで実現される。このとき、上述のように高周波誘導加熱により加熱手段を構成し、この加熱手段を長尺部材に沿って相対移動させる移動機構とによって焼戻し手段を構成するとよい。
【００２２】
また、上述のように、加熱手段として高周波誘導加熱方式を採用すると、前工程である硬化熱処理及び後工程である仕上成形工程との連続化（ライン化）が可能となるので、転動部品からなる長尺部材は、荒加工→硬化熱処理→上記変形矯正→仕上圧延との各工程を連続的に行うことで製造できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の第１の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
この第１の実施形態は、長尺部材に対し加熱手段側を移動させて焼戻し処理を行う方式のものである。
【００２４】
まず、本発明に使用される変形矯正装置の構成について説明すると、図１（ｂ）に示す概略図のように、焼戻し手段と、把持手段と、負荷手段とを備え、上記焼戻し手段は、加熱手段と、移動機構とから構成される。
【００２５】
加熱手段は、高周波誘導加熱用の高周波誘導加熱コイル装置１であって、図示しない公知の移動機構によって長尺部材２の長手方向に平行移動するようになっている。その高周波誘導加熱コイル装置１のコイル部１ａは、対象とする長尺部材２のサイズや焼戻し条件によって、交換可能となっている。なお、上記移動機構とは、例えば、長尺部材２に沿って平行に伸びる案内部と、その案内部に規制されて上記高周波誘導加熱コイル装置１のコイル部１ａを当該案内部材に沿って移動する駆動部とから構成される。
【００２６】
また、把持手段は、長尺部材２の両端部２ａ，２ｂをそれぞれ固定する一対のクランプ装置３，４から構成される。各クランプ装置３，４は、長尺部材２の端部を把持するチャック３ａ，４ａと、そのチャック３ａ，４ａを支持すると共に長尺部材２を軸方向に通過させる通過穴３ｃ，４ｃが開設されたクランプ装置本体３ｂ，４ｂとから構成される。
【００２７】
ここで、各クランプ装置３，４には、長尺部材２を把持した後に引張力Ｐが負荷されるので、確実に把持するため、各チャック３ａ，４ａが長尺部材２の端部２ａ，２ｂを相当量噛み込む様な構造になっていて、同時に、相当量の長尺部材２の端部２ａ，２ｂを噛み込み把持・固定するだけで長尺部材２の曲がり変形をある程度修正可能となっている。チャック力Ｐ′は機械的締め込みでも良いし、更に大型品では油圧等を用いて負荷してもよい。
【００２８】
一方のクランプ装置本体３ｂは固定されているが、他方のクランプ装置本体４ｂは、当該一方のクランプ装置本体３ｂに対し長尺部材２の長手方向に移動可能となっている。
【００２９】
また、上記一対のクランプ装置本体３ｂ，４ｂは、図２に示す概略平面図のように、負荷手段５を構成する一対の駆動ねじ５ａによって連結され、当該一対の駆動ねじ５ａは、駆動モータ５ｂを駆動することで同期をとって正逆回転することで、固定側のクランプ装置３に対し可動側のクランプ装置４を進退させ、もって、一対のクランプ装置３，４によって把持された長尺部材２に所定の引張力が長手方向に付与されるようになっている。該負荷手段５は、コントローラ６からの信号に基づき駆動する。なお、負荷手段５は、上記構成に限定されず、油圧シリンダ装置等の駆動装置によって構成してもよい。
【００３０】
また、簡易な真直度測定機７を備える（図１（ｂ）参照）。真直度測定機７は、クランプ装置３，４で把持された長尺部材２の長手方向に沿った真直度を測定する機械であって、当該長手方向に沿って配列し上方に付勢された複数の測定子７ａを長尺部材２の下面に当接し、その各測定子７ａの上下変位量や圧力等によって長尺部材２の真直度を測定し、これによって、その真直度に応じた真直度信号をコントローラ６に供給可能となっている。なお、この真直度測定機７は、矯正前、引張応力の付与時、及び矯正終了後の真直度を簡易的に測定する際に使用され、測定結果によって矯正温度や引張応力の設定及び矯正効果の確認が迅速に判定できる。なお、長尺部材がボールねじのねじ軸等のねじ部品の場合には、溝基準で真直度を測定するとよい。
【００３１】
コントローラ６は、図示しない応力センサからの信号に基づき、長尺部材２に付与されている引張応力が所定の応力となるように負荷手段５の駆動ねじ５ａを回転駆動すると共に、真直度測定機７からの真直度の信号に基づき上記付与する引張応力を補正する。
【００３２】
次に、上記装置を使用した長尺部材２の変形矯正方法について、上記図１を参照しつつ説明する。
硬化熱処理を施し変形した長尺部材２を、図１（ａ）に示すように、可動側のクランプ装置４の通過穴４ｃに通し、その先端部２ａを、固定側のクランプ装置３のチャック３ａで把持・固定すると共に、可動側のクランプ装置４によって長尺部材２の後端部２ｂを把持する。
【００３３】
ここで、上記取付け時には、例えば、不図示のローディング装置により図１（ａ）右方から通過穴４ｃを通し、まず先端部２ａ及びコイル部１ａの幅の和に相当する長さより長くチャック４ａから左側に突出させた状態で仮にチャックをクランプさせて上記長尺部材２の先端部２ａを固定側のクランプ装置３側に案内するように、一旦，可動側のクランプ装置４を固定側に近づけ長尺部材２の先端部２ａがクランプ３ａにより固定されたのちにクランプ４ａを解除し、当該可動側のクランプ装置４を後退させて長尺部材２の後端部２ｂをクランプ４ａにより把持するようにするとよい。
【００３４】
このように、一対のクランプ装置３，４によって、長手部材２の両端部２ａ，２ｂが同軸に把持されることで、長尺部材２に生じている大きな反りは解消される。
【００３５】
次に、負荷手段５を駆動し、図１（ｂ）に示すように、可動側のクランプ装置４を固定側のクランプ装置３から離れる方向に移動させることで、長尺部材２に適当な引張力Ｐを付与する。
【００３６】
このとき、真直度測定機７により長尺部材２の真直度を測定し、その真直度に基づき、所定範囲の所望の真直度となるように、負荷手段５によって長尺部材２に付与する引張力Ｐを微調整する。
【００３７】
この状態は、クランプ装置３，４の把持力と引張力によって、長尺部材２の曲がりを弾性変形させた状態であり、把持を開放すれば元の変形状態に戻る。
次に、図１（ｃ）に示すように、移動式の高周波加熱コイル装置１のコイル部１ａに電流を印加させた状態で、長尺部材２の長手方向に沿って一端部２ａ側から他端部２ｂ側に移動させることで、相対的にコイル部１ａ内に長尺部材２を一回だけ通過させ、目的に応じた温度で連続的に焼戻し矯正処理を行う。
【００３８】
このとき、加熱温度は高いほど矯正効果が向上する。そして、焼戻しの進行に伴い、弾性変形状態が、組織変化によって自然に塑性変形状態に移り変わり、矯正効果が得られる。
【００３９】
次に、上記変形矯正が終了したら、固定側のクランプ装置３の通過穴３ｃから次の工程である仕上成形工程に長尺部材２を搬出する。
ここで、上記処理のみでは、長尺部材２の端部である把持されている部分２ａ，２ｂ及びその近辺は加熱量が少なく、焼戻し不足になってしまうおそれがある。
【００４０】
これを回避する必要がある場合には、図１（ｄ）の左側に示すように、上記焼戻し矯正処理が終了し長尺部材２を固定側の通過穴３ｃを通して搬出する途中で、長尺部材２の後端部２ｂ側の部分（可動側のクランプ装置４で把持していた部分及びその近傍）を残して、一旦固定側のクランプ装置３で把持させ、その後端部２ｂ側を高周波加熱コイル装置１で加熱して焼戻しを行う。また、図１（ｄ）の右側に示すように、長手部材の先端部２ａ側は、上記矯正処理を行うために、可動側のクランプ装置４の通過穴４ｃを通した際に、当該先端部２ａ側部分だけが可動側のクランプ装置４から突出した状態で一旦把持させて、その先端部２ａを高周波加熱コイル装置１で加熱して焼戻しを行ってから、上述の矯正処理を行う。
【００４１】
この際、加熱する境目部分は上述の矯正時の加熱部分とオーバラップするようにする。但し、レールの端の方は熱処理不要な場合もあり、その場合には、この工程は必要ない。例えば、ボールねじのねじ軸の場合には、通常ねじ軸両端部には追加工を行う必要があるため端部の硬化処理を必要としない。
【００４２】
なお、上記移動式の高周波加熱コイル装置１に、コイル部１ａと共に動く矯正ロール（次に述べる長尺部材移動式のもの（図３中１１の部品））をコイル部１ａと共に移動するように組合せ、引張と曲げ矯正用の加圧を組み合わせるようにしてもよい。この場合には、加工部は焼戻し温度に加熱されているので曲げ荷重が小さくて済む。さらに、この組合せにより変形率をさらに向上できる。つまり、矯正ロールには大きな負荷を加えることなく、より高精度の矯正が可能となる。
【００４３】
また、長尺部材２の断面に対して長さが著しく長く、両端部を把持して引張しても自重で撓んでしまう場合には、可動側のクランプ装置４で長尺部材２の途中を一旦把持させて、当該区画について一旦，上記矯正処理を行った後に、当該長尺部材２を途中まで送って、残りの部分の矯正処理を行う等、長手方向を複数の区画に分けて順番に処理するようにすればよい。
【００４４】
次に、第２の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記第１の実施の形態と同様な部材には、同一の符号を付して説明する。
この第２実施形態は、加熱の際に長尺部材２側を移動させる方式である。
【００４５】
この変形矯正装置の構成について説明すると、図３に示すように、焼戻し手段と、把持手段と、負荷手段とを備える。
加熱手段は、高周波誘導加熱用の高周波誘導加熱コイル装置１であるが、第１実施形態とは異なり固定式のものである。コイル部１ａは長尺部材２のサイズや焼戻し条件によって、交換可能となっている。
【００４６】
また、把持手段は、長尺部材２の両端部をそれぞれ固定する一対のクランプ装置３，４から構成される。各クランプ装置３，４は、長尺部材２の端部を把持するチャック３ａ，４ａと、そのチャック３ａ，４ａを支持すると共に長尺部材２を軸方向に通過させる通過穴３ｃ，４ｃが開設されたクランプ装置本体３ｂ，４ｂとから構成されている。
【００４７】
ここで、各クランプ装置３，４には、長尺部材２を把持した後に引張力Ｐが負荷されるので、確実に把持するため、各チャック３ａ，４ａが長尺部材２の端部を相当量噛み込む様な構造になっていて、同時に、長尺部材２の相当量の端部２ａ，２ｂ部分を噛み込み把持・固定するだけで長尺部材２の曲がり変形をある程度修正可能となっている。チャック力は機械的締め込みでも良いし、更に大型品では油圧等を用いて負荷してもよい。
【００４８】
一方のクランプ装置本体３ｂは設置台１０に固定されているが、他方のクランプ装置本体４ｂは、その設置台１０上を長尺部材２の長手方向に移動可能となっている。
【００４９】
また、上記一対のクランプ装置本体３ｂ，４ｂは、第１実施形態と同様に、負荷手段を構成する一対の駆動ねじによって連結され、当該一対の駆動ねじは、駆動モータを駆動することで同期をとって正逆回転し、固定側のクランプ装置３，４に対し可動側のクランプ装置４が進退し、もって、一対のクランプ装置３，４によって把持された長尺部材２に引張力が付与されるようになっている。負荷手段は、上記構成に限定されず、油圧シリンダ装置等の駆動装置によって構成してもよい。
【００５０】
また、設置台１０も長尺部材２の長手方向に移動可能となっていて、当該設置台１０を移動させることで、一対のクランプ装置３，４に把持された長尺部材２が加熱手段に対し長手方向へ移動可能となっている。
【００５１】
また、上記高周波誘導加熱コイル装置１のコイル部１ａの両側には、それぞれ矯正ロール１１が設置されている。各矯正ロール１１は、支持部先端に回転可能に支持された円筒状のロールを備える。そして、長尺部材２を上下から油圧シリンダ１２ａを介して挟み込んで所定の圧力を付与する上下矯正用ロール１１ａと、これと同じ構成で長尺部材２を左右から油圧シリンダ（不図示）を介して挟み込んで所定の圧力を付与する左右矯正用ロール１１ｂと、から構成されて、長尺部材２断面に対して上下左右から圧力を掛けて曲げ矯正する構造になっている。
【００５２】
次に、本装置を使用した変形矯正方法を説明する。
前工程で硬化熱処理を施し変形した長尺部材２を、上記第１実施形態と同様に、移動側のクランプの通過穴４ｃから挿入して、一対のクランプ装置３，４でその長尺部材２の両端部２ａ，２ｂを把持し、負荷手段５によって長尺部材２に所望の引張力Ｐを付与する。
【００５３】
このように、一対のクランプ装置３，４によって、その両端部が同軸に把持されることで、長尺部材２に生じている大きな反りは解消される。また、引張力Ｐを付与した状態は、クランプ装置３，４の把持力と引張力によって、長尺部材２の曲がりを弾性変形させた状態であり、把持を開放すれば元の変形状態に戻る。
【００５４】
この状態では、高周波誘導加熱コイル装置１のコイル部１ａ側が固定側のクランプ装置３，４いずれかの側に位置するように設定する。
次に、高周波誘導加熱コイル装置１を作動させて加熱状態にすると共に、その両側にある各矯正ロール１１で長尺部材２を左右上下から曲げ矯正用の加圧をしながら、設置台１０を長尺部材２の長手方向に移動させ、長尺部材２をコイル部１ａに対し所定速度で移動させる。
【００５５】
これによって、長尺部材２は、長手方向に沿って引張された状態で該長手方向に連続的に焼戻し処理が行われると共に、加熱された部分が矯正ロール１１で加圧されて矯正される。即ち、設置台１０が移動することで、焼戻しと矯正とが同時に行われる。
【００５６】
また、矯正ロール１１で加熱した部分を加圧矯正するので、この矯正ロール１１の加圧力は常温時で行うよりも小さくて済む。これは、装置の小型化に繋がる。
【００５７】
また、本発明では、適当な引張応力を掛けながら行うことが特徴で、これによって真直度が著しく向上する。
また特に、長尺部材２が断面積に対して長さが著しく長く、両側から引張しても自重でたわんでしまうような場合は、第１実施形態のコイル移動式では自重によるたわみを直すのに莫大な引張荷重が必要となったり、複数の区画に分割して処理を行う必要があるが、本実施の形態の処理方式では、そのような欠点がなく、長尺部材２が所定以上の長さを有する場合には、長尺部材２を移動する本実施形態の方法が有効である。
【００５８】
ただし、コイル移動式と同様に、把持された部分２ａ，２ｂ及びその近傍については、必要に応じて、先端部２ａは最初に、後端部２ｂは最後に、引張応力が掛からない状態で焼戻しを行う。
【００５９】
ここで、本発明の変形矯正方法は、例えば、焼入れ硬化させる部品に関する、例えば軸受鋼や工具鋼やばね鋼を焼入れ処理した部品や、炭素鋼やそれに準ずるものを高周波焼入れした部品、また肌焼き鋼や中炭素鋼に浸炭又は浸炭窒化処理した部品でも効果がある。つまり、硬化熱処理後の硬化部分がマルテンサイト組織と一部残留オーステナイトとなる高強度部品の変形矯正には、焼戻しする過程で現れる塑性を利用する本発明による矯正法が有効となる。そして、これにより、矯正に要する負荷は小さくて済み、装置の小型化が可能である。
【００６０】
また、本発明の矯正方法を採用することで、棒状や柱状部材を精密に仕上げる部品に関して、加工コストが高い、硬化熱処理後の旋削や研削加工を大幅に省力化することができる。
【００６１】
また、上記実施の形態では、加熱手段として高周波誘導加熱方式を利用しているが、熱風加熱方式等の他の加熱方式を採用してもよい。但し、高周波誘導加熱方式の方が短時間で且つ安定して加熱することができる。
【００６２】
【実施例】
以下に、この発明の実施例を説明する。
上記第１の実施の形態で説明した構成と同様な装置を使用した、第１実施例の長尺部材２の変形矯正試験及びその結果について説明する。
【００６３】
ここで、試験条件は次の通りである。

なお、高周波焼入で被加熱部品を移動して焼入れる移動焼入方式では、一般的な移動速度は８〜１２ｍｍ／ｓｅｃであり、本発明の実施例では焼入工程との連続性（ライン化）を考慮して、焼戻し時の移動速度も８〜１２ｍｍ／ｓｅｃと設定している。
【００６４】
上記試験片を用いて、引張応力と表面の最高温度を変化させた場合の矯正率を調査した結果を表１に示す。
ここで、下記表中の引張応力とは、下記（１）式に基づき、柱状のレールに付与する引張荷重をレールの断面積で割った値である。
【００６５】
引張応力（ＭＰａ）＝引張荷重（Ｎ）／断面積（ｍｍ²）・・・（１）
また、下記表中の変形率とは、下記（２）式のように、柱状のレールの真直度を測定し、真直度をレールの長さで割った値を％で表し、レールを３０本測定して求めた平均値を変形率（％）とした。
【００６６】

【００６７】
【表１】

【００６８】
この表１から分かるように、焼戻し矯正時の最高温度が３５０℃の場合であって、引張応力が付与された状態で焼戻し処理が行われれば、実施例NO. １〜１２のように、高い矯正効果が得られ変形率が低くなる。
【００６９】
特に、引張応力が３０ＭＰａ以上になると変形率が更に低下し０．０５％以下となっている。
一方、焼戻し矯正時の温度が３５０℃の場合でも引張応力を施さない場合には、実施例NO. ２１のように、矯正効果がないことが分かる。
【００７０】
また、引張応力を４０ＭＰａ負荷した状態で焼戻し且つ矯正時の最高温度が２００〜５００℃に設定した場合には、実施例NO. １３〜２０に示されるように、高い矯正効果が得られ、特に２５０℃以上になると矯正率が更に高くなり、変形率は０．０５％以下となることが分かる。
【００７１】
一方、焼戻し矯正時の最高温度が２００℃未満の場合には、実施例NO. ２２、２３に示すように、良好な矯正効果が得られず、また、焼戻し矯正時の最高温度が５００℃を越える場合には、実施例NO. ２４に示すように、高強度鋼として必要な硬さが得られなくなる。
【００７２】
ここで、リニアガイド用レールやボールねじのねじ軸のような転動部材ではＨＲＣ５８（Ｈｖ：６５８）以上が必要である。
また、本発明の基づく矯正方法は、捧状や柱状部材を精密に仕上げる部品に関して、加工コストが高い、硬化熱処理後の旋削や研削加工を大幅に省力化できるものであるが、この仕上加工コストは、変形率ではなく、部品そのものの曲がり量つまり、真直度そのものが大きく影響する。そして、従来、一般的な直線の研削加工では真直度が３ｍｍを越えると加工コストが大きくなるため、矯正を繰り返し行なっていた。
【００７３】
従って、例えば、上記リニアガイドのレールの一例を挙げると、これらの部品の長さが３０００ｍｍ程度であれば、変形率が０．１％以下であれば、矯正効果が高いと評価し、更に長尺部材が長くなった場合を考慮すると変形率が０．０５％以下になることを望ましいと考えられる。
【００７４】
そして、上記試験条件で、矯正焼戻し処理時の最高到達温度を３５０℃に設定して、引張応力と変形率との関係について調査したところ、図４に示すような結果を得た。なお、上記表１中のNO. １〜１２，２１に基づくものである。
【００７５】
この図４から分かるように、従来のように、引張荷重がゼロの場合は矯正効果がほとんど見られないが、若干引張応力を加えると急激に変形率が小さくなることが分かる。
【００７６】
また、３０ＭＰａ以上の引張応力で引張力０の従来の場合に比べて変形率が０．０５％以下になる。従って、引張応力は、３０ＭＰａ以上がより好ましい。また、４０ＭＰａを越えると矯正効果がほぼ飽和するので、好ましくは４０ＭＰａ以下とするのがよい事が分かる。荷重は低く設定できれば、その方が望ましいからである。
【００７７】
また、矯正する試験片の断面積にもよるが必要以上に引張荷重を上げると、設備の規模やコストの問題があり、また試験片そのものが塑性変形して、延びてしまう場合がある。従って引張応力の上限は試験片が大きく延ばされたりされない範囲内とする。具体的には、常温において鋼の弾性限界（kg／mm²）が表面硬さＨｖ値の１／６となること、及び実際の矯正が２５０〜５００℃の高温で行われるため、弾性限界が低下することを考慮し、kgf ／mm²単位で常温での表面硬さ（Ｈｖ）の約１０分の１が上限となる。
【００７８】
従って、単位ＭＰａでは、試験片の表面硬さ（Ｈｖ）と同じ程度の応力（ＭＰａ）となる。
即ち、
上限引張応力（ＭＰａ）＝（常温、焼入れ後の）試験片の表面硬さ（Ｈｖ）
とするのが望ましい。
【００７９】
また、本発明に基づく上記矯正方法を採用すると、従来の独立した変形橋正工程を省略されて、生産性が上がり、連続処理も可能になる。
このために、上記実施例では焼戻し工程で変形矯正を同時に行なうが、焼戻し工程は通常の熱風加熱方式でも原理上は可能である。しかしながら、生産性や連続性を考慮して短時間で焼戻し処理が可能であり、引張応力下で部分的な矯正が可能な高周波誘導加熱による焼戻しがより好ましいと考えられる。
【００８０】
次に、上記第１の実施の形態で説明した構成と同様な装置を使用した、第２実施例の長尺部材の変形矯正試験及びその結果について説明する。
ここで、試験条件は次の通りである。
【００８１】

上記試験片を用いて、引張応力を変化させた場合の矯正率を調査した結果を表２に示す。
【００８２】
また、各試験片の鋼種や前処理である硬化熱処理の方式については、下記表２中に記載した通りである。
【００８３】
【表２】

【００８４】
この表２から分かるように、引張応力が適量である３０ＭＰａ以上施した場合には、実施例NO. ２５〜４５に示すように、いずれの鋼種であっても、また、どの硬化熱処理であっても高い矯正効果が得られ変形率が低くなっている。
【００８５】
一方、引張応力を施さない場合は、実施例NO. ４６〜５１に示すように、どの鋼種も、また、どの硬化熱処理であっても矯正効果がないことが分かる。
次に、本発明の変形矯正効果は、焼戻しの最高到達温度に大きく影響する。つまり、表面の最高到達温度は高周波の周波数や高周波の電圧、電流、高周波コイルと部品との距離及び高周波コイルの移動速度によって決まってくる。
【００８６】
これについて、上記試験条件で部材表面の最高温度と変形率との関係を調査したところ、図５に示すような結果が得られた。
ここで、最高到達温度は、部品の表面を放射温度計で測定した値とする。また、部材に負荷する引張応力は４０ＭＰａで、部材の材質はＳ５８Ｃである。なお、この調査は、上記表１でのNO. １３〜２０，２２〜２４に基づく。
【００８７】
この図５から分かるように、表面最高温度が２００℃未満の場合は焼戻しによる塑性が不足し矯正効果が低下している。
従って、表面最高温度は２００℃以上が必要であるが、２５０℃以上で変形率が０．０５％以下になり矯正効果が安定して得られるので、２５０℃以上が望ましい。また、５００℃を越えても変形率は良好であるが、高強度な部品として必要な表面硬さが不足する場合がでてくる。したがって、表面最高温度は５００℃以下とするのが望ましい。ここで、上記高強度な部品として必要な表面硬さとは、リニアガイド用のレール、ボールねじのねじ軸のような転動部品では、ＨＲＣ５８以上が必要である。
【００８８】
なお、上述のように加熱手段として例えば熱風加熱方式としてもよいが、この場合、例えば、９０〜１２０分の長時間の同一温度で焼戻しを行う。従って、硬さ低下防止を考慮すると高周波加熱方式に比べ表面最高温度を低く設定する。具体的には、矯正効果との兼ね合いを考え１４０〜３５０℃とする。
【００８９】
以上の試験結果から分かるように、適当な引張応力を負荷した状態で所定以上の温度で焼戻しを行うと、真直度が著しく向上すると同時に焼戻し処理が行われて長尺部材として要求される所望の硬度を得ることができる。
【００９０】
しかも、本装置では、矯正する曲がり変形の程度にさほど関係なく、同一時間の処理及び一回の処理で矯正できるために前工程の硬化熱処理及び後工程の仕上加工とを連続した工程とすることができる。
【００９１】
つまり、リニアガイドレールの製造工程においては、下記手順でライン化して適用することができるようになる。
次に、リニアガイド用レールの製造工程に適用した例を示す。
【００９２】
荒成形（冷間引抜きや切削等）→硬化熱処理（高周波焼入れ等）
→本発明に基づく変形矯正焼戻し →仕上加工（基準面、及び転動溝研削）
また、ボールねじのねじ軸の製造工程に適用した例を示す。
【００９３】
荒成形（外径，ねじ溝の切削や転造）→硬化熱処理（浸炭焼入れ等）
→本発明に基づく変形矯正焼戻し →仕上加工（端部追加工，及び外周面や転動溝の研削）
【００９４】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明は、硬化熱処理時に変形した棒状や柱状の長尺部材を引張応力を与えた状態で焼戻し処理を行うことで、曲がりや捩じれの変形矯正効果及び焼戻し処理の効果が同時に得ることができるという効果がある。
【００９５】
本発明では従来不安定であった棒状や柱状の長尺部材の変形矯正が、焼戻し処理時に安定した矯正効果が得られ、独立した変形矯正処理が不要となるので、短時間に処理され、連続処理が可能で生産性を向上させることができるという効果がある。
【００９６】
さらに、硬化熱処理工程とのライン化が可能であり、ライン化した場合には、寸法精度が良好な熱処理を完了した棒状や柱状の長尺部材を次工程である旋削又は研削工程等の仕上加工工程に供給することで次工程の効率が大幅に向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る変形矯正装置、及び処理手順を示す図であり、（ａ）は長尺部材の取付け時を、（ｂ）は長尺部材を取付けて引張力を負荷した状態を、（ｃ）は加熱処理をした状態を、（ｄ）は後処理及び前処理を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る変形矯正装置を示す概略平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る変形矯正装置を示す概略構成図である。
【図４】引張応力と変形率との関係を示す図である。
【図５】焼戻し時の最高温度と変形率との関係を示す図である。
【符号の説明】
１高周波誘導加熱コイル装置
１ａコイル部
２長尺部材
２ａ先端部
２ｂ後端部
３，４クランプ装置
３ａ，４ａチャック
５負荷手段
１０設置台
１１矯正ロール

Claims

硬化熱処理をした鋼製で表面硬さがＨＲＣ５８以上必要とする転動部材用の長尺部材に生じている変形を矯正する方法であって、
上記長尺部材を、長手方向に引張応力を加えた状態で焼戻し処理を行うことにより、上記硬化熱処理による硬化部分に焼戻しで変態する過程で現れる塑性を利用した矯正を行い、表面硬さをＨＲＣ５８以上とすることを特徴とする長尺部材の変形矯正方法。
上記焼戻し処理を高周波誘導加熱により行って、上記焼戻し処理のときの上記長尺部材の表面最高温度を２００℃以上５００℃以下とすることを特徴とする請求項１に記載した長尺部材の変形矯正方法。