JPH0543940A - リニアガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 案内レールの軌道面のみを均一に且つ深く焼
入れすることができ、熱歪による曲がりが小さい案内レ
ールが得られるリニアガイド用案内レールの軌道面の熱
処理方法を提供する。 【構成】 リニアガイド用案内レール１の軌道面１ａ，
１ｂのみを、高熱ビーム３により焼入れ、硬化させる熱
処理方法。案内レールの軌道面のみを高熱ビーム３、例
えばレーザビームにより焼入れ、硬化させるので、案内
レールの軌道面のみが均一に且つ深く焼入れされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はリニアガイド用案内レー
ルの軌道面、特にボール転動溝の熱処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、リニアガイド用案内レールの軌道
面の熱処理方法としては、例えば、浸炭、高周波焼入れ
等（例えば、１９８４年１０月に発行された日本精工株
式会社の総合カタログＣＡＴ−１５０１、第２８頁の記
述）がある。浸炭は、低炭素鋼の表面に炭素を浸入させ
て全表面を均一に硬化させる熱処理方法である。一方、
高周波焼入れは、図５に示すように、リニアガイド用案
内レール１の両側面に形成されたボール転動溝(転動面)
１ａ，１ｂに対向する位置に誘導コイル２を配置し、こ
のコイル２を高周波電源に接続して高周波電流を流すこ
とにより、ボール転動溝１ａ，１ｂ付近の表面層に誘導
高周波電流が流れ、これによってボール転動溝１ａ，１
ｂを中心にその近傍を局部的に加熱し、この加熱後冷却
して焼入れを行う熱処理方法である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、浸炭で
は、案内レール全体に熱が加わるため、熱歪による曲が
りが大きくなってしまい、全表面を硬化させるため、熱
処理後に案内レール取付用の穴明け加工を案内レールに
施すことが困難であり、且つ防炭剤を塗る必要があるた
めに生産性を著しく低下させている。

【０００４】一方、高周波焼入れでは、案内レール１の
ボール転動溝１ａ，１ｂの焼入れをする場合、図５の破
線で示すように、ボール転動溝１ａ，１ｂ周辺の広い領
域にわたって焼入れによる硬化層が形成されてしまい、
ボール転動溝１ａ，１ｂのみを均一に且つ深く焼入れす
ることができない。これによって、案内レール１の軸方
向に直角な断面の面積が１０００mm²以下の比較的小さ
なものは、断面積に対する焼入れ領域の面積の割合が大
きくなり、熱歪による曲がりが大きくなってしまう。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点に着目
して為されたもので、案内レールの軌道面のみを均一に
且つ深く焼入れすることができ、熱歪による曲がりが小
さく且つ耐摩耗性にも優れた案内レールが得られるリニ
アガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るリニアガイド用案内レールの軌道面の
熱処理方法は、リニアガイド用案内レールの軌道面のみ
を、高熱ビームにより焼入れ、硬化させるものである。

【０００７】前記軌道面はボール転動溝である。

【０００８】また、焼入れ領域が前記案内レールの軸方
向に直角な断面の面積の８％以下になるように、前記高
熱ビームにより焼入れを行うことが好ましい。

【０００９】さらに、前記高熱ビームは、レーザビーム
であることが好ましい。

【００１０】

【作用】リニアガイド用案内レールの軌道面のみを高熱
ビーム、例えばレーザビームにより焼入れ、硬化させる
ので、案内レールの軌道面のみが均一に且つ深く焼入れ
される。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基いて本発明の各実施例を説明
する。

【００１２】図１は、本発明の第１実施例に係るリニア
ガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法を実施するた
めの光学系を示す概略構成図で、同図中符号１は、リニ
アガイド用案内レールである。該案内レール１は、軸方
向に直角な断面がほぼ正方形であり、その両側面の上端
角部に１／４円弧状のボール転動溝（転動面）１ａ，１
ａが、該両側面の中央よりやや上方の位置には半円弧状
のボール転動溝（転動面）１ｂ，１ｂが夫々形成されて
いる。該各転動溝１ａ，１ｂは、案内レール１の長手方
向（図１の紙面に垂直な方向）に且つ互いに平行に延び
ている。

【００１３】そして、前記１／４円弧状のボール転動溝
１ａ，１ａ及び半円弧状のボール転動溝１ｂ，１ｂの熱
処理は、不図示のレーザ光源からのレーザビーム（高熱
ビーム）３を、プリズム４、反射鏡５等を介して２つの
１／４円弧状のボール転動溝１ａ，１ａ及び各半円弧状
のボール転動溝１ｂ，１ｂを成す４つの１／４円弧状の
ボール転動溝、即ち計６つの１／４円弧状のボール転動
溝に導き、該各転動溝上にレーザビーム３を照射しなが
ら案内レール１を前記各ボール転動溝の延びる方向に移
動させることにより行なわれる。これによって、前記６
つの１／４円弧状のボール転動溝が、レーザビーム３に
より同時に走査されて焼入れされる。なお。レーザビー
ム３による焼入れ後、案内レール１全体からの放熱によ
り各転動溝１ａ，１ｂは自然に冷却されるので、この部
分を特に冷却する必要はない。

【００１４】このようにして、１／４円弧状のボール転
動溝１ａ,１ａ及び半円弧状のボール転動溝１ｂ,１ｂの
みが、レーザビーム３によって図１の破線で示すように
均一に且つ深く焼入れされる。また、このようなレーザ
ビームによる焼入れでは、案内レール１の軸方向に直角
な断面の面積に対する焼入れ面積（硬化層面積）の割合
が小さいので、熱歪による案内レール１の曲がりが小さ
い。

【００１５】次に、上記第１実施例によるレーザ焼入れ
と上記従来の高周波焼入れとについて、焼入れ深さ、即
ち焼入れ面積を変えたときの案内レール１の曲がり量を
測定した測定結果を図３を参照して説明する。

【００１６】この測定に用いた案内レール１は、図２
（ａ）及び２(ｂ)に示すように、２０mm×２０mm×１０
００mmの大きさのものを使用した。また、案内レール１
の曲がり量の測定位置は、図２（ｂ）に示すように案内
レール１の軸方向の中央で測定した。

【００１７】図３に示すように、案内レール１の軸方向
に直角な断面の面積に対する焼入れ面積（硬化層面積）
の割合と案内レール１の曲がり量との関係は、前記焼入
れ面積の割合が８％を超えると、案内レール１の曲がり
量が著しく増加するが、焼入れ面積の割合を８％以下に
おさえると、前記曲がり量が極めて小さくなる。

【００１８】上記第１実施例に係る熱処理方法の場合に
は、前記焼入れ面積の割合を８％以下におさえることが
できるのに対して、上記高周波焼入れの場合には、前記
焼入れ面積の割合を８％以下におさえることはできなか
った。

【００１９】上記測定結果から明らかなように、上記第
１実施例に係る熱処理方法によれば、案内レール１の軸
方向に直角な断面の面積に対する焼入れ面積（硬化層面
積）の割合を８％以下におさえることができ、これによ
って案内レール１の曲がり量を極めて小さくすることが
できる。即ち、熱歪による案内レール１の曲がりを極め
て小さくすることができる。

【００２０】さらに、上記第１実施例に係る熱処理方法
と上記従来の高周波焼入れとによって夫々焼入れ硬化さ
れた案内レール１の耐久試験を行った。

【００２１】この耐久試験は、２本の案内レール１上に
テーブルを乗せ、荷重をかけてテーブルを往復運動させ
たものである。

【００２２】（試験条件） 負荷荷重 ；１０００kgf 最大速度 ；４７m/min ストローク；４００mm 走行距離 ；２０７０km この試験において、上記第１実施例に係るレーザ焼入れ
により焼入れされた図４（ａ）に示す案内レール１の焼
入れ深さ（同図の斜線部で示された硬化層の深さ）は
０．６mmで、前記焼入れ面積（硬化層面積）の割合は４
％であった。一方、高周波焼入れにより焼入れされた図
４（ｂ）に示す案内レール１の焼入れ深さ（同図の斜線
部で示された硬化層の深さ）は１．２〜３mmで、前記焼
入れ面積（硬化層面積）の割合は３０％であった。

【００２３】この耐久試験の結果を、下記表１に示す。

【００２４】上記表１から明らかなように、上記各焼入
れ方法のいずれの場合にもはくりは認められず、表面硬
さは両者ほぼ同じであり、摩耗量はレーザ焼入れの方が
高周波焼入れよりも僅かに少ない。

【００２５】このように、上記第１実施例に係る熱処理
方法によれば、０．６mm程度の硬化層深さが得られ、耐
久試験において高周波焼入れ方法と同等又はそれ以上の
結果が得られた。

【００２６】なお、高熱ビームとしては、レーザビーム
の他に、プラズマアークを用いることも可能である。

【００２７】次に、本発明の第２実施例を説明する。

【００２８】図６は、本発明の第２実施例に係るリニア
ガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法を実施するた
めの光学系を示す概略構成図である。この光学系は、集
光レンズ６１、ミラー６２、スキャニングミラー６３、
及び該ミラー６３を振動させるスキャニングモータ６４
から構成されている。この光学系は、不図示のレーザ光
源からのレーザビーム３を集光レンズ６１により収束
し、このレーザビーム３をミラー６２及びスキャニング
ミラー６３を介して前記案内レール１と同様の案内レー
ル１′（図７（ａ）及び（ｂ）を参照）のボール転動溝
１′ａ又は１′ｂ上に照射するようになっている。該案
内レール１′は、ＸＹテーブル（図示略）上に設置され
ており、図７（ｂ）の矢印方向に任意の速度で移動可能
である。ボール転動溝１′ａ又は１′ｂは、案内レール
１′の長手方向（該レールの移動方向）に延びている。

【００２９】また、前記光学系は、集光レンズ６１の焦
点位置を前記各ボール転動溝１′ａ，１′ｂのある案内
レール１′の面から上方へずらすことにより、レーザビ
ーム３が所定のビーム径Ｂ（例えば、Ｂ＝４．２φ〜１
２．７φ）で各ボール転動溝１′ａ，１′ｂ上に照射さ
れるようになっている。前記所定のビーム径Ｂは、前記
各ボール転動溝１′ａ，１′ｂの溝幅及び該両溝間の間
隔に応じて、レーザビーム３により焼入れされた両ボー
ル転動溝１′ａ，１′ｂの各硬化層（有効硬化層）が重
なり合わないように調整されている。

【００３０】さらに、レーザビーム３は、スキャニング
ミラー６３によって、案内レール１′の前記移動方向、
すなわち各ボール転動溝１′ａ，１′ｂの延びる方向と
同方向に、所定の振動幅及び周波数で、走査される。こ
の振動幅及び周波数は、スキャニングモータ６４により
調整可能である。

【００３１】上記光学系を用いて実行される第２実施例
に係るリニアガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法
について説明する。

【００３２】この熱処理方法により前記案内レール１′
のボール転動溝１′ａ及び１′ｂを焼入れする方法は下
記のステップ(1)〜(4)で行なわれる。

【００３３】(1) まず、所定のビーム径Ｂのレーザビー
ム３を一方のボール転動溝１′ａ上に照射し、(2) この
照射時に、案内レール１′を、レーザビーム３がボール
転動溝１′ａ上を相対的に移動する方向（図７（ｂ）の
矢印方向）に移動させ、(3) この移動時に、所定のビー
ム径のレーザビーム３を、案内レール１′の前記移動方
向、すなわちボール転動溝１′ａ，の延びる方向と同方
向に所定の振動幅及び周波数で走査する、

【００３４】上記ステップ(1)〜(3)により、ボール転動
溝１′ａ全体がレーザビーム３により焼入れされ、該ボ
ール転動溝１′ａに図８に示す硬化層８０ａが形成され
る。

【００３５】(4) 前記ボール転動溝１′ａの焼入れ後、
他方のボール転動溝１′ｂに対し、ボール転動溝１′ａ
の場合と同様のステップを行なう。これによって、ボー
ル転動溝１′ｂ全体がレーザビーム３により焼入れさ
れ、該ボール転動溝１′ｂに図８に示す硬化層８０ｂが
形成される。

【００３６】第２実施例に係る上記熱処理方法によれ
ば、レーザビーム３を前記所定のビーム径で各ボール転
動溝１′ａ，１′ｂ上に照射し、しかも所定のビーム径
のレーザビーム３を、案内レール１′の移動方向、すな
わちボール転動溝１′ａ，１′ｂの延びる方向と同方向
に走査させるので、該各ボール転動溝１′ａ，１′ｂの
みを上記第１実施例の場合よりもより均一に且つより深
く焼入れすることができ、熱歪による案内レール１′の
曲がりを小さくすることができ、しかも、レーザビーム
３により焼入れされた両ボール転動溝１′ａ，１′ｂの
各硬化層８０ａ，８０ｂが重なり合わない（図９を参
照）。各硬化層８０ａ，８０ｂが重なり合わないので、
両ボール転動溝１′ａ，１′ｂ間に、一度焼入れされた
硬化層が再び焼入れされてできる軟化部又はクラックが
発生したりすることなく、隣接する２つのボール転動溝
１′ａ，１′ｂを深く焼入れすることができる。

【００３７】このように、各ボール転動溝１′ａ，１′
ｂに深い硬化層が形成されているので、各ボール転動溝
部での最大剪断応力深さが深く且つ高負荷容量で耐圧痕
性に優れた案内レール１′が得られる。

【００３８】下記の表１に、Ｓ５３Ｃ材でできた試料９
０（図９を参照）の平面部９０ａに焼入れ実験を行なっ
た結果を示す。この平面部９０ａは研磨仕上げされ且つ
その表面にレーザ吸収剤（例えば、黒鉛）が塗られてい
る。

【００３９】上記表２において、ａ／ｂは、図１０に示
すように、集光レンズ６１の焦点距離ｂに対する該レン
ズ６１から前記平面部９０ａまでの距離ａの割合であ
り、このａ寸法の選択によりビーム径を変えることがで
きる。また、有効硬化層深さ及びその幅は、マイクロビ
ッカースにより測定される硬さ勾配に基づき、ビッカー
ス硬さがＨｖ５００以上の硬化層を有効硬化層９１とし
たときの深さ及び幅である。周波数（Ｈｚ）は、前記ス
キャニングミラー６４による走査の周波数である。そし
て、Ｐｏｗｅｒ（ＫＷ）は、レーザ光源の出力である。

【００４０】及びは、上記第２実施例に係る熱処理
方法のうち、前記ステップ(3)の走査を行なわなかった
場合の実験データである。の場合には、の場合より
もａ／ｂを大きく選びビーム径を広げてレーザ光源の出
力を大きくしてある。これらのデータから、前記ステッ
プ(3)の走査を行なわない場合には、有効硬化層深さが
浅いことがわかる。また、深くするためにビーム径を広
げると有効硬化層の幅が広がってしまう（８.０mm）。

【００４１】及びは、上記第２実施例に係る熱処理
方法のうち、前記ステップ(3)の走査の代わりに、レー
ザビーム３を前記各ボール転動溝１′ａ，１′ｂの幅方
向に走査した場合の実験データである。そして、の場
合には、の場合よりも走査幅（スキャニング幅）を大
きくしてある。これらのデータから、有効硬化層深さを
の場合よりも大きくするために走査幅を大きくする
と、の場合以上に有効硬化層の幅がかなり大きい値
（１０．４（mm)）になってしまうことがわかる。の
場合には、有効硬化層の幅がかなり大きくなってしまう
ので、前記各硬化層８０ａ，８０ｂが重なり合ってしま
い、前記両ボール転動溝１′ａ，１′ｂ間に、一度焼入
れされた硬化層が再び焼入れされてできる軟化部又はク
ラックが発生したりするという不具合が発生する。

【００４２】は、上記第２実施例に係る熱処理方法を
用いた場合の実験データである。このデータから、有効
硬化層深さが１．１（mm)と深く、しかも有効硬化層の
幅が４．４（mm)とかなり狭いことが分かる。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るリニ
アガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法によれば、
リニアガイド用案内レールの軌道面のみを、高熱ビー
ム、例えばレーザビームにより焼入れ、硬化させること
により、案内レールの軌道面のみを均一に且つ深く焼入
れすることができる。従って、案内レールの軸方向に直
角な断面の面積に対する焼入れ面積（硬化層面積）の割
合を小さくすることができ、これによって熱歪による曲
がりが小さく且つ耐摩耗性にも優れた案内レールを得る
ことができる。

【００４４】また、焼入れ領域が前記案内レールの軸方
向に直角な断面の面積の８%以下になるように、高熱ビ
ームにより焼入れを行うことにより、前記焼入れ面積
（硬化層面積）の割合を極めて小さくすることができ、
これによって熱歪による案内レールの曲がりを極めて小
さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るリニアガイド用案内
レールの軌道面の熱処理方法を実施するための光学系示
す概略構成図である。

【図２】図２（ａ）は曲がり量の測定に用いた案内レー
ルの正面図、図２（ｂ）は同レールの側面図である。

【図３】焼入れ面積の割合と曲がり量との関係を示した
グラフである。

【図４】図４（ａ）は本発明によるレーザ焼入れにより
焼入れされた案内レールの硬化層を示す説明図、図４
（ｂ）は従来の高周波焼入れにより焼入れされた案内レ
ールの硬化層を示す説明図である。

【図５】従来の高周波焼入れの方法を示す概略構成図で
ある。

【図６】本発明の第２実施例に係るリニアガイド用案内
レールの軌道面の熱処理方法を実施するための光学系を
示す概略構成図である。

【図７】図７（ａ）は案内レールを示す側面図、図７
（ｂ）は同レールの平面図である。

【図８】案内レールの硬化層を示す説明図である。

【図９】熱処理された試料の有効硬化層を示す説明図ぐ

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】図２は、曲がり量の測定に用いた案内レールの
正面図を左側に、同レールの側面図を右側に示した図で
ある。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】図４は、本発明によるレーザ焼入れにより焼入
れされた案内レールの硬化層を示す説明図を左側に、従
来の高周波焼入れにより焼入れされた案内レールの硬化
層を示す説明図を右側に示した図である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１０

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１０】図１０は集光レンズの焦点距離ｂ及び同レン
ズから平面部までの距離ａを示す説明図である。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】追加

【補正内容】

【図１１】図１１はビッカース硬さと有効硬化層深さの
関係を示すグラフである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リニアガイド用案内レールの軌道面のみ
   を、高熱ビームにより焼入れ、硬化させることを特徴と
   するリニアガイド用案内レールの軌道面の熱処理方法。
2. 【請求項２】 前記軌道面はボール転動溝であることを
   特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 焼入れ領域が前記案内レールの軸方向に
   直角な断面の面積の８％以下になるように、前記高熱ビ
   ームにより焼入れを行うことを特徴とする請求項１又は
   ２記載の熱処理方法。
4. 【請求項４】 前記高熱ビームは、レーザビームである
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の方
   法。