JP5073488B2 - オーステナイト系金属を用いた運動案内装置及びその製造方法 - Google Patents

オーステナイト系金属を用いた運動案内装置及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、オーステナイト系金属を用いた運動案内装置及びその製造方法に係り、特に、運動案内装置の製造工程を改良することによって製品品質の向上を図る技術に関するものである。
従来から、リニアガイドや直線案内装置、ボールスプライン装置、ボールねじ装置などのような運動案内装置においては、かかる装置を構成する部材が繰り返し転動・摺動動作を伴うことから、その構成部材には、一般的に、高炭素クロム軸受鋼やステンレス鋼、肌焼鋼のような硬度の高い金属材料が採用されている。
一方、近年の運動案内装置の適用範囲拡大の要請から、例えば、液晶・半導体製造設備や食品機械、医療分野で用いられる機械装置類などのように、腐食環境下において運動案内装置を利用する機会が増加している。しかしながら、このような腐食環境下で使用される運動案内装置にあっては、その構成材料に軸受鋼等を用いたのでは早期に発錆して短寿命に終わることがある。そこで、耐食性や耐薬品性が要求される場合の構成材料には、ステンレス鋼などの耐食性の良い材料が用いられている。
例えば、下記特許文献１には、耐食性に優れたオーステナイト系ステンレス鋼を運動案内装置に用いる場合に課題となっていた、耐摩耗性や寿命などの耐久性を向上させるための技術が開示されている。具体的には、まずオーステナイト系ステンレス鋼製の素材を所定の形状に塑性加工した後、その成形品にフッ化処理を伴う侵炭処理を行うことによって、成形品の表面に侵炭硬化層を形成させる方法を採用している。下記特許文献１によれば、かかる方法の採用によって、従来では得られなかった高い表面硬さと耐食性を兼ね備えたオーステナイト系ステンレス鋼を製造することができるので、転動体により応力が集中してもクラックが発生せず、長期にわたり表面硬化層を維持でき、ひいては長寿命化が達成できる高耐食性の運動案内装置を安価に供給することができるとされている。
特開２００１−２７１８３４号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の方法は、まず素材を所定の形状に塑性加工した後に、その成形品にフッ化処理を伴う侵炭処理を行うものであるため、侵炭処理での熱変形を抑制することが難しく、高精度の製品寸法を要求される運動案内装置の場合には、侵炭処理の後に研磨等の後加工が必要となるという問題が存在していた。このような後加工工程の存在は、製造コストの増加を招くものであり、上記特許文献１に記載されているような運動案内装置の安価な供給を困難にする要因となっていた。
また、高精度の製品寸法が必要のない運動案内装置の場合には、上述した後加工工程を省略することができるが、侵炭処理後の成形品表面には、Ｆｅ３Ｏ４からなる黒色の酸化層が形成されてしまうので、耐食性の維持や見栄えの観点から、侵炭処理後に酸洗処理を実施することが一般的であった。しかしながら、酸洗処理後の成形品表面は、塑性加工後の表面と比較して表面粗さが悪化してしまうので、転動体が繰り返し転動・摺動動作を行う運動案内装置にとって、上記特許文献１に記載の方法は、スムーズな案内運動や長寿命化の要請に十分に応えるものではなかった。
本発明は、上述した課題に鑑みて成されたものであって、耐食性、高硬度及び高精度の製品寸法を実現するオーステナイト系金属を用いた運動案内装置とその製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置は、軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して設置され、且つ、前記軌道部材の軸線方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在に設置される移動部材と、を備え、前記軌道部材又は前記移動部材は、少なくとも前記複数の転動体と接する転動体転走面がオーステナイト系金属によって構成され、前記オーステナイト系金属は、炭素固溶拡散処理を受けて表面から深さ２０〜４０μｍの範囲に炭素固溶化層を形成された後、所定の形状に機械加工を受けて成形され、前記オーステナイト系金属は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする。
また、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置において、前記オーステナイト系金属が機械加工を受けた後における前記炭素固溶化層表面のビッカース硬さＨＶは、６５０〜９００の範囲内であることが好適である。
さらに、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置において、前記機械加工は、切削加工、研削加工、研磨加工を含む除去加工、あるいはプレス加工、引抜加工、圧延加工を含む塑性加工のうちの少なくとも１つであることとすることができる。
またさらに、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置において、前記機械加工は、ガラス潤滑剤を用いて行われることが好適である。
本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法は、軌道部材と、前記軌道部材に複数の転動体を介して設置され、且つ、前記軌道部材の軸線方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在に設置される移動部材と、を備え、前記軌道部材又は前記移動部材における少なくとも前記複数の転動体と接する転動体転走面が、オーステナイト系金属によって構成されるオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法であって、まず、オーステナイト系金属素材に炭素固溶拡散処理を行って、少なくともその表面から深さ２０〜４０μｍの範囲に炭素固溶化層を形成する炭素固溶拡散処理工程を実施し、その後に前記オーステナイト系金属素材を機械加工することによって所定の形状に成形する成形加工工程を実施し、前記オーステナイト系金属は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする。
本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法において、前記機械加工は、切削加工、研削加工、研磨加工を含む除去加工、あるいはプレス加工、引抜加工、圧延加工を含む塑性加工のうちの少なくとも１つであることとすることができる。
本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法において、前記機械加工は、ガラス潤滑剤を用いて行われることが好適である。
なお上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
本発明によれば、耐食性、高硬度及び高精度の製品寸法を実現するオーステナイト系金属を用いた運動案内装置及びその製造方法を提供することができる。
図１は、本実施形態に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置をボールねじ装置として構成した場合の一形態を例示する図である。 図２は、本実施形態に係るねじ軸の製造工程を示すフローチャートである。 図３は、本実施形態に係る製造方法によって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼と、従来技術によって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼の深さ方向でのビッカース硬さを比較した図である。 図４は、本実施形態に係るナット部材の製造工程を示すフローチャートである。 図５Ａは、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置をリニアガイド装置として構成した場合の一形態を例示する外観斜視図である。 図５Ｂは、図５Ａで示したリニアガイド装置が備える無限循環路を説明するための断面図である。 図６は、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置をスプライン装置として構成した場合の一形態を例示する外観斜視図である。 図７Ａは、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置を回転ベアリング装置として構成した場合の一形態を例示する部分縦断斜視図である。 図７Ｂは、図７Ａに示す回転ベアリング装置の縦断面を示す図である。
符号の説明
１０ ボールねじ装置、１１ ねじ軸、１１ａ 転動体転走溝、１２，４２，６２ ボール、２０ 負荷転走路、３１ ナット部材、３２ ナット本体、３２ａ フランジ、３２ｂ 負荷転走溝、３３ 側蓋、３４ 戻し通路、３５ リターンピース、３６ カバー、３７ 方向転換路、３８ 無負荷転走路、３９ 無限循環路、４０ リニアガイド装置、４１ 軌道レール、４１ａ 転動体転走溝、４３ 移動ブロック、４３ａ 負荷転動体転走溝、５２ 負荷転走路、５３ 無負荷転走路、５５ 方向転換路、６０ スプライン装置、６１ スプライン軸、６１ａ 転動体転走溝、６３ 外筒、６４ 保持器、７０ 回転ベアリング装置、７１ 内輪、７２ 内側軌道溝、７３ 外輪、７４ 外側軌道溝、７５ 軌道路、７７ ローラ。
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
ボールねじ装置への適用例
本実施形態に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置については、図１に示すようなボールねじ装置として構成することが可能である。なお、図１は、本実施形態に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置をボールねじ装置として構成した場合の一形態を例示する図である。
図１に示すように、本実施形態に係るボールねじ装置１０は、軌道部材としてのねじ軸１１と、そのねじ軸１１に複数の転動体であるボール１２…を介して移動自在に取り付けられる移動部材としてのナット部材３１とを有している。ねじ軸１１の外周面には、螺旋状の転動体転走溝１１ａ，１１ａが２条形成されている。本実施形態に係るボールねじ装置１０では、ねじ軸１１とナット部材３１を構成するナット本体３２との両部材が、後述する処理を受けたオーステナイト系ステンレス鋼によって構成されている。
ナット部材３１は、ナット本体３２と、その両端に装着される樹脂製の側蓋３３，３３とを備えている。ナット本体３２の外周には、ナット部材３１をその相手部品に対して取り付けるためのフランジ３２ａが形成されている。また、ナット本体３２の内周面には、転動体転走溝１１ａ，１１ａに対応して螺旋状に延びる負荷転走溝３２ｂ，３２ｂが２条形成されている。これら転動体転走溝１１ａ，１１ａと負荷転走溝３２ｂ，３２ｂとの組み合わせによって、螺旋状の負荷転走路２０，２０が形成されている。
ナット部材３１が有するナット本体３２の内部には、ナット本体３２を軸方向に貫く２本の戻し通路３４，３４が形成されている。側蓋３３は、リターンピース３５とその外側に被せられるカバー３６とを有しており、左右のリターンピース３５，３５によって、それぞれ戻し通路３４，３４と負荷転走路２０，２０とを結ぶ方向転換路３７，３７が形成されている。戻し通路３４，３４と方向転換路３７，３７との組み合わせによって、ボール１２の無負荷転走路３８，３８が構成され、それら無負荷転走路３８，３８と負荷転走路２０，２０との組み合わせによって無限循環路３９，３９が構成される。
以上の構成を有することによって、本実施形態に係るボールねじ装置１０は、ねじ軸１１のナット部材３１に対する相対的な回転運動に伴って、ナット部材３１がねじ軸１１に対して相対的に往復運動できるようになっている。
なお、ナット部材３１が有する２つの側蓋３３，３３については、樹脂によって構成する場合を例示したが、ナット本体３２やねじ軸１１と同様に、後述する処理を受けたオーステナイト系ステンレス鋼によって構成することが可能である。
次に、図１において示したねじ軸１１とナット本体３２の製造方法を例示することによって、本実施形態に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法を説明する。なお、本実施形態に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法は、まず、オーステナイト系金属素材に炭素固溶拡散処理を行って、少なくともその表面近傍に炭素固溶化層を形成する炭素固溶拡散処理工程を実施し、その後に前記オーステナイト系金属素材を機械加工することによって所定の形状に成形する成形加工工程を実施することを特徴とするものである。
なお、本実施形態に係る製造方法で採用されるオーステナイト系金属としては、ＳＵＳ３０４及びＳＵＳ３１６の少なくとも１つを含むオーステナイト系ステンレス鋼を採用することが好適である。ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６などのようなオーステナイトの安定度が若干低い準安定オーステナイト鋼を採用することによって、運動案内装置に好適な炭素固溶拡散層を形成することが可能となる。以下、具体的に説明する。
オーステナイト系ステンレス鋼を用いたねじ軸の製造工程
図２は、本実施形態に係るねじ軸の製造工程を示すフローチャートである。本実施形態に係るねじ軸１１の製造は、オーステナイト系ステンレス鋼の素材を入手し、まず、リダクション処理を行う（ステップＳ１０）。このリダクション処理は、後に転造加工を受ける素材を物理的に安定させるために行われるものであり、本実施形態の場合は、１５〜４５％程度のリダクション処理が実施される。
続いて、素材は加工を受ける前段階としての荒加工を受けることになり、センタレス研削によって大まかな外郭形状が削り出され（ステップＳ１１）、面取り加工によってその外郭形状を整えられる（ステップＳ１２）。
素材の荒加工が完了すると、続いて素材に対する炭素固溶拡散処理が実施される（ステップＳ１３）。本実施形態に係る製造方法の最も特徴的な点は、仕上げ加工前の荒加工が済んだ段階で、この炭素固溶拡散処理が行われるところにある。なお、炭素固溶拡散処理としては、例えば、エア・ウォーター株式会社が開発したパイオナイト（登録商標）と呼ばれる処理プロセスを採用することができる。
本実施形態に係る炭素固溶拡散処理の具体的な内容を説明すると、この処理では、浸炭処理の前処理として、まずＮＦ３（三フッ化窒素）等のフッ素ガスを用い、２００〜４００℃程度（より好ましくは３５０℃程度）でフッ化処理を行う。このフッ化処理は、素材状態のオーステナイト系ステンレス鋼の表層に形成されるＣｒ酸化層を除去するために行われる処理である。すなわち、フッ化処理が行われることによって、浸炭反応を阻害するＣｒ酸化層が除去されるとともに表層にごく薄いフッ化層が形成され、その表面が極めて活性化する。オーステナイト系ステンレス鋼の表面が活性化することによって、その後の侵炭処理が好適に実施されることになる。
続いて行われる侵炭処理は、４７０〜５２０℃程度の低温で２２時間前後行われることになる。浸炭処理には、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２等の混合ガスやアセチレンあるいはエチレン等の不飽和炭化水素ガスが使用される。本処理を行った後は、オーステナイト系ステンレス鋼の最表面層にＣＯ２ガスによるＦｅの酸化が起こり、Ｆｅ３Ｏ４からなる黒色の酸化層が形成されることになるが、本実施形態に係る製造方法では、後に仕上げ加工が施されるので、酸洗処理等のスケール除去工程を省略することができる。ただし、本実施形態に係る製造方法は、酸洗処理等のスケール除去工程を禁止するものではなく、製品納期等に応じて、フッ酸、硝酸、塩酸、硫酸、第二塩化鉄あるいはこれらの混合液などを用いた酸洗処理を行っても良い。
ステップＳ１３で示す炭素固溶拡散処理が行われたオーステナイト系ステンレス鋼の素材は、深さ２０〜４０μｍの範囲に炭素固溶拡散層が形成され、その硬さはビッカース硬さＨＶで６５０〜９００の硬度を示す。また、この処理によって形成された炭素固溶拡散層は、素材全面に均一に形成されているので、高い硬度を有するという性質のほか、素材の耐食性を維持するとともに、機械加工時における層自体のつき廻り性が良いので、加工による不具合の発生がほとんどないという利点を有している。
素材の炭素固溶拡散処理（ステップＳ１３）が終了すると、転造加工が行われて素材の表面に転動体転走溝１１ａが形成される（ステップＳ１４）。そして、所定の長さに切断を行うことによってねじ軸１１の軸長を規定し（ステップＳ１５）、中間矯正（ステップＳ１６）、仕上げ矯正前の端末加工（ステップＳ１７）、仕上げ矯正（ステップＳ１８）という加工工程を経て、最終仕上げとしての端末加工が行われる（ステップＳ１９）。以上説明した処理・加工工程を行うことによって、ボールねじ装置１０に好適なねじ軸１１が完成する。
図２において例示した本実施形態に係る製造方法で好適な点は、炭素固溶拡散処理が行われた後に機械加工が行われる点にある。すなわち、炭素固溶拡散処理によって形成された炭素固溶拡散層の効果によって、オーステナイト系ステンレス鋼は高い硬度と耐食性を備えたものとなるのであるが、さらに、その後に行われる機械加工によって、高い寸法精度を得ることができる。また、機械加工の実施によってオーステナイト系ステンレス鋼は加工硬化を起こすので、表層部分だけでなく、内部においても高い硬度を得ることができる。
本実施形態に係る製造方法が発揮する具体的な効果をデータで示す。図３は、本実施形態に係る製造方法によって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼と、従来技術によって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼の深さ方向でのビッカース硬さを比較した図である。図３において、符号（ａ）で示される実線は、本実施形態に係る製造方法によって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼のデータを示しており、炭素固溶拡散処理が行われた後に機械加工が実施されたものである。一方、符号（ｂ）及び符号（ｃ）で示されるデータは、比較例として示されるものであり、符号（ｂ）で示される破線は、上記特許文献１で開示された製造方法によって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼のデータを示しており、機械加工が実施された後に炭素固溶拡散処理が行われたものである。また、符号（ｃ）で示される一点鎖線は、機械加工のみが実施されたオーステナイト系ステンレス鋼のデータを示しており、加工硬化の影響のみを示すものである。
図３において明確に示されるように、オーステナイト系ステンレス鋼の表面近傍については、炭素固溶拡散処理の効果によって高い硬度を示している。しかし、上記特許文献１で開示されたような機械加工が実施された後に炭素固溶拡散処理を行う製造方法では、一定の深さで急激な硬度の低下が観察され、符号（ｃ）で示される機械加工のみのものよりも低い硬度となってしまうことになる。しかしながら、符号（ａ）で示される本実施形態に係る製造方法によれば、硬度の急激な低下は観察されず、深い位置において比較例よりも高い硬度を維持できている。したがって、本実施形態に係る製造方法によって成形されたオーステナイト系ステンレス鋼製の部品を用いれば、耐食性と高い硬度を兼ね備える運動案内装置を得ることができる。
また、図３からも判る通り、オーステナイト系ステンレス鋼が機械加工を受けた後における炭素固溶化層表面のビッカース硬さＨＶは、炭素固溶拡散処理を行った後のものと同様の値を示している。このことは、図２において示した製造方法を行った場合、機械加工後においても炭素固溶拡散処理後の硬度が維持され、ビッカース硬さＨＶで６５０〜９００の範囲内を維持することが可能であることを示している。したがって、炭素固溶拡散処理後に機械加工を行うという本実施形態に係る製造方法は、炭素固溶拡散層に悪影響を与えるものではないことが明らかである。
さらに、本実施形態に係る製造方法によれば、炭素固溶拡散処理を行った後に機械加工が実施されることになるので、高い寸法精度を備えた運動案内装置を実現することが可能である。特に、上記特許文献１に開示の製造方法では、製品加工の最終工程が炭素固溶拡散処理又は酸洗処理となるので、表面粗さが劣るという不具合があったが、最終工程で機械加工を受ける本実施形態に係るオーステナイト系ステンレス鋼であれば、表面粗さが低くなるので、運動案内装置に適用した場合に、スムーズな案内動作が長期間保てるなど、優位な効果が発揮されることになる。
オーステナイト系ステンレス鋼を用いたナット部材の製造工程
次に、図４を用いることによって、オーステナイト系ステンレス鋼を用いたナット部材３１の製造工程について説明する。図４は、本実施形態に係るナット部材の製造工程を示すフローチャートである。本実施形態に係るナット部材３１の製造工程では、まず、オーステナイト系ステンレス鋼の素材を入手した上で、この素材を好適な大きさに切断することから始まる（ステップＳ２０）。そして、荒加工としての内径ドリル加工と外形形状加工が行われる（ステップＳ２１，ステップＳ２２）。
こうして荒加工された素材には、次に炭素固溶拡散処理が行われることによって炭素固溶拡散層が形成される（ステップＳ２３）。ステップＳ２３において行われる炭素固溶拡散処理の具体的内容と効果については、上述したねじ軸１１の場合と同様であるから、説明を省略する。
炭素固溶拡散層が形成されたオーステナイト系ステンレス鋼は、その後、コマ孔加工（ステップＳ２４）、フランジ３２ａ形成のためのフランジ加工（ステップＳ２５）、負荷転走溝３２ｂ形成のための転造タップ加工（ステップＳ２６）を受けた上で、最終工程である円筒加工（ステップＳ２７）を実施される。このような処理・加工工程を経ることによって、ナット部材３１が完成する。
なお、ナット部材３１は、ステップＳ２１において内径ドリル加工された内周面に螺旋状に延びる負荷転走溝３２ｂを形成しなければならないので、ねじ軸１１に比べて加工し難いという問題がある。しかし、転造タップ加工（ステップＳ２６）を行う際に、ガラス潤滑剤を用いることによって好適に加工を行うことが可能となる。ガラス潤滑剤には、ケイ酸ソーダ系のガラス潤滑剤やホウケイ酸系のガラス潤滑剤を用いることができる。
本実施形態では、ねじ軸１１とナット部材３１を例示して本実施形態に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法を説明したので、機械加工としては、転造加工や矯正加工、転造タップ加工などを例示した。しかしながら、本発明の適用はこれら加工手段に限られるものではなく、例えば、切削加工、研削加工、研磨加工を含む除去加工、あるいはプレス加工、引抜加工、圧延加工を含む塑性加工のうちの少なくとも１つを含む機械加工を採用することができる。もちろん、これら加工手段に際しては、上述したケイ酸ソーダ系ガラス潤滑剤等のガラス潤滑剤を用いることが可能である。
また、本実施形態では、ねじ軸１１とナット本体３２という２つの部材を、オーステナイト系ステンレス鋼によって構成したが、転動体からの転動・摺動動作を繰り返し受ける螺旋状の負荷転走路２０，２０近傍のみを本実施形態に係る処理を行ったオーステナイト系ステンレス鋼によって構成することも可能である。すなわち、軌道部材であるねじ軸１１又は移動部材を構成するナット本体３２は、少なくとも複数のボール１２…と接する負荷転走路２０などの転動体転走面近傍がオーステナイト系金属によって構成されていることが望ましい。さらには、運動案内装置を構成する全ての部材を、本実施形態に係る処理を行ったオーステナイト系ステンレス鋼によって構成することも可能である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。すなわち、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置は、軌道部材と、軌道部材に複数の転動体を介して設置され、且つ、軌道部材の軸線方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在に設置される移動部材と、を備え、軌道部材又は移動部材は、少なくとも複数の転動体と接する転動体転走面近傍がオーステナイト系金属によって構成されるという構成を有するものであれば、どのような装置にも適用することができる。
本発明を適用可能なリニアガイド装置の構成
例えば、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置は、図５Ａ及び図５Ｂに示すようなリニアガイド装置として構成することが可能である。ここで、図５Ａは、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置をリニアガイド装置として構成した場合の一形態を例示する外観斜視図である。また、図５Ｂは、図５Ａで示したリニアガイド装置が備える無限循環路を説明するための断面図である。
図５Ａ及び図５Ｂに例示するリニアガイド装置４０は、軌道部材としての軌道レール４１と、軌道レール４１に多数の転動体として設置されるボール４２…を介してスライド可能に取り付けられた移動部材としての移動ブロック４３とを備えている。軌道レール４１はその長手方向と直交する断面が概略矩形状に形成された長尺の部材であり、その表面（上面及び両側面）にはボールが転がる際の軌道になる転動体転走溝４１ａ…が軌道レール４１の全長に渡って形成されている。
ここで軌道レール４１は、直線的に伸びるように形成されることもあるし、曲線的に伸びるように形成されることもある。また、転動体転走溝４１ａ…の本数は左右で２条ずつ合計４条設けられているが、その条数はリニアガイド装置４０の用途等に応じて変更することができる。
一方、移動ブロック４３には、転動体転走溝４１ａ…とそれぞれ対応する位置に負荷転動体転走溝４３ａ…が設けられている。軌道レール４１の転動体転走溝４１ａ…と移動ブロック４３の負荷転動体転走溝４３ａ…とによって負荷転走路５２…が形成され、複数のボール４２…が挟まれている。さらに、移動ブロック４３には、各転動体転走溝４１ａ…と平行に伸びる４条の無負荷転走路５３…と、各無負荷転走路５３…と各負荷転走路５２…とを結ぶ方向転換路５５…が設けられている。１つの負荷転走路５２及び無負荷転走路５３と、それらを結ぶ一対の方向転換路５５との組み合わせによって、１つの無限循環路が構成される（図５Ｂ参照）。
そして、複数のボール４２…が、負荷転走路５２と無負荷転走路５３と一対の方向転換路５５，５５とから構成される無限循環路に無限循環可能に設置されることにより、移動ブロック４３が軌道レール４１に対して相対的に往復運動可能となっている。
このようなリニアガイド装置４０を構成する部材のうち、軌道レール４１及び移動ブロック４３の少なくとも一方を、本発明に係る製造方法によって成形されたオーステナイト系金属によって構成することが可能である。このようなオーステナイト系金属を構成部材に用いることによって、従来にない耐食性、高硬度及び高精度の製品寸法を有するリニアガイド装置４０を実現することができる。
本発明を適用可能なスプライン装置の構成
また、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置は、図６に示すようなスプライン装置として構成することが可能である。ここで、図６は、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置をスプライン装置として構成した場合の一形態を例示する外観斜視図である。
図６に示されるスプライン装置６０は、軌道部材としてのスプライン軸６１と、そのスプライン軸６１に多数の転動体としてのボール６２…を介して移動自在に取り付けられた移動部材としての円筒状の外筒６３とを有している。
スプライン軸６１の表面には、ボール６２の軌道となり、スプライン軸２１の軸線方向に延びる転動体転走溝６１ａ…が形成されている。スプライン軸６１に取り付けられる外筒６３には、転動体転走溝６１ａに対応する負荷転動体転走溝が形成される。これらの負荷転動体転走溝には、転動体転走溝６１ａ…が伸びる方向に伸びる複数条の突起が形成されている。
外筒６３に形成した負荷転動体転走溝とスプライン軸６１に形成した転動体転走溝６１ａとの間で負荷転走路が形成される。負荷転走路の隣には、荷重から解放されたボール６２…が移動する無負荷戻し通路が形成されている。外筒６３には、複数のボール６２…をサーキット状に整列・保持する保持器６４が組み込まれている。
そして、複数のボール６２…が、外筒６３の負荷転動体転走溝とスプライン軸６１の転動体転走溝６１ａとの間に転動自在に設置され、無負荷戻し通路を通って無限循環するように設置されることによって、外筒６３がスプライン軸６１に対して相対的に往復運動可能となっている。
このようなスプライン装置６０を構成する部材のうち、スプライン軸６１及び外筒６３の少なくとも一方を、本発明に係る製造方法によって成形されたオーステナイト系金属によって構成することが可能である。このようなオーステナイト系金属を構成部材に用いることによって、従来にない耐食性、高硬度及び高精度の製品寸法を有するスプライン装置６０を実現することができる。
本発明を適用可能な回転ベアリング装置の構成
さらに、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置は、図７Ａ及び図７Ｂに示すような回転ベアリング装置として構成することが可能である。ここで、図７Ａは、本発明に係るオーステナイト系金属を用いた運動案内装置を回転ベアリング装置として構成した場合の一形態を例示する部分縦断斜視図である。また、図７Ｂは、図７Ａに示す回転ベアリング装置の縦断面を示す図である。
図７Ａ及び図７Ｂに示すように、回転ベアリング装置７０として構成される運動案内装置は、外周面に断面Ｖ字形状の内側軌道溝７２を有する内輪７１と、内周面に断面Ｖ字形状の外側軌道溝７４を有する外輪７３と、内側軌道溝７２と外側軌道溝７４とによって形成される断面略矩形状の軌道路７５の間に転動可能にクロス配列される複数の転動体としてのローラ７７…と、を有することにより、内輪７１及び外輪７３が周方向に相対的な回転運動を行うものである。
このような回転ベアリング装置７０を構成する部材のうち、内輪７１及び外輪７３の少なくとも一方を、本発明に係る製造方法によって成形されたオーステナイト系金属によって構成することが可能である。このようなオーステナイト系金属を構成部材に用いることによって、従来にない耐食性、高硬度及び高精度の製品寸法を有する回転ベアリング装置７０を実現することができる。
なお、本発明は、上述したリニアガイド装置、スプライン装置、ボールねじ装置、回転ベアリング装置だけでなく、直線案内装置や転がり軸受などのあらゆる運動案内装置に適用することが可能である。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (7)

  1. 軌道部材と、
    前記軌道部材に複数の転動体を介して設置され、且つ、前記軌道部材の軸線方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在に設置される移動部材と、
    を備え、
    前記軌道部材又は前記移動部材は、少なくとも前記複数の転動体と接する転動体転走面がオーステナイト系金属によって構成され、
    前記オーステナイト系金属は、炭素固溶拡散処理を受けて表面から深さ２０〜４０μｍの範囲に炭素固溶化層を形成された後、所定の形状に機械加工を受けて成形され、
    前記オーステナイト系金属は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置。
  2. 請求項１に記載のオーステナイト系金属を用いた運動案内装置において、
    前記オーステナイト系金属が機械加工を受けた後における前記炭素固溶化層表面のビッカース硬さＨＶは、６５０〜９００の範囲内であることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置。
  3. 請求項１又は２に記載のオーステナイト系金属を用いた運動案内装置において、
    前記機械加工は、切削加工、研削加工、研磨加工を含む除去加工、あるいはプレス加工、引抜加工、圧延加工を含む塑性加工のうちの少なくとも１つであることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のオーステナイト系金属を用いた運動案内装置において、
    前記機械加工は、ガラス潤滑剤を用いて行われることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置。
  5. 軌道部材と、
    前記軌道部材に複数の転動体を介して設置され、且つ、前記軌道部材の軸線方向又は周方向に往復運動自在又は回転運動自在に設置される移動部材と、
    を備え、
    前記軌道部材又は前記移動部材における少なくとも前記複数の転動体と接する転動体転走面が、オーステナイト系金属によって構成されるオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法であって、
    まず、オーステナイト系金属素材に炭素固溶拡散処理を行って、少なくともその表面から深さ２０〜４０μｍの範囲に炭素固溶化層を形成する炭素固溶拡散処理工程を実施し、その後に前記オーステナイト系金属素材を機械加工することによって所定の形状に成形する成形加工工程を実施し、
    前記オーステナイト系金属は、オーステナイト系ステンレス鋼であることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法。
  6. 請求項５に記載のオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法において、
    前記機械加工は、切削加工、研削加工、研磨加工を含む除去加工、あるいはプレス加工、引抜加工、圧延加工を含む塑性加工のうちの少なくとも１つであることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法。
  7. 請求項５又は６に記載のオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法において、
    前記機械加工は、ガラス潤滑剤を用いて行われることを特徴とするオーステナイト系金属を用いた運動案内装置の製造方法。
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