WO2006098168A1

WO2006098168A1 - 転がり運動装置及びその製造方法

Info

Publication number: WO2006098168A1
Application number: PCT/JP2006/304096
Authority: WO
Inventors: Takeki Shirai; Takayuki Sakanoue
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2005-03-15
Filing date: 2006-03-03
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2007-09-15
Also published as: JP4949234B2; JPWO2006098168A1; TW200643189A

Abstract

　焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を、品質と生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法を提供する。　焼入れされた複数の転動体転走面（転動体転走面１ａ等）を有する部材（軌道レール１等）を備えた転がり運動装置の製造方法であって、その部材の製造工程が、高炭素鋼材（軌道レール１等）を所望形状に塑性加工する工程と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程とを有する方法により、上記課題を解決した。高炭素鋼材は、例えば、重量％で、Ｃ：０．３５～０．７％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：１．１～１．７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｏ2：０．００２％以下、及び、Ｆｅ：残部、を含有する。

Description

明細書

転がり運動装置及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、直線案内装置やボールねじ等の転がり運動装置及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法、及び製造された転がり運動装置に関するものである。

背景技術

[0002] 直線案内装置やボールねじ等の転がり運動装置は、工作機械等に組み込まれて工作物担持用のテーブルや部材等を案内する装置であり、転動体循環路と、その転動体循環路を転動する多数の転動体とを有している。こうした転がり運動装置は、一般に、転動体循環路を構成するように 2つの部材が所定の間隔で対向配置され、その転動体循環路を多数の転動体が転動することにより、そのいずれか一方の部材が直線運動又は回転運動する。

[0003] このような転がり運動装置のうち、図 1に示す形態の直線案内装置 10は、一対又は二対以上の転動体転走面 laを有する軌道レール 1と、その転動体転走面 laに対応する負荷転動体転走面を含む無限循環路 5cを有すると共にその無限循環路 5cに配列収容された複数の転動体 2を介して前記の軌道レール 1に装着されるスライド部材 3と、力構成されている。そして、その軌道レール 1とスライド部材 3とは、転動体 2 の転がりにより相対運動自在となってレ、る。

[0004] 例えば、直線案内装置 10を構成する軌道レール 1は、転動体転走面 laが長手方向に形成された長尺の部材であり、直線型と曲線型とがある。軌道レール 1は、図 2 に示すような複雑な断面形状からなり、し力、もその軌道レール 1には、所定の表面硬度からなる転動体転走面 laを高い寸法精度で形成することが要求されている。こうした軌道レール 1は、例えば、所定の寸法の丸鋼材を異形ダイス等で複数回引き抜き加工してほぼ完成品に近い寸法形状とし、次いで、焼入れ及び焼き戻しを行って所定の表面硬度と靭性を付与し、その後、軌道レール 1に取付穴 7を形成すると共に転動体転走面 la等の研削加工を行って製造されている（例えば、特許文献 1を参照。 )

[0005] 上述した一般的な軌道レールの製造方法においては、ほぼ完成品に近い寸法形状とした後に、高周波焼入れ用の誘導加熱コイルを用いて転動体転走面 laとなる領域を局部的に高周波焼入れする。この高周波焼入れにより、転動体転走面 laに硬化層 8が形成され（図 3を参照）、その転動体転走面 laは高強度となる。その後、約 1 50〜200°Cで 1〜2時間程度の焼き戻しが施され、その転動体転走面 laに靱性が付与される。

特許文献 1：特開平 11― 209844号公報 (段落番号 0051、 0052等）

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] 近年、直線案内装置等の転がり運動装置においては、品質の向上とコストダウンの要求が厳しくなつており、その要求への対応が検討されている。し力、しながら、例えば従来の直線案内装置の軌道レールの製造工程においては、引き抜き加工してほぼ完成品に近い寸法形状とした後の熱処理時間（特に焼き戻し時間）が長ぐ軌道レールの製造コストが嵩むという問題がある。こうした問題は、製造される直線案内装置のコストダウンを達成するための妨げになっていた。

[0007] 本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、その方法により製造された転がり運動装置に関するものである。

課題を解決するための手段

[0008] 上記目的を達成するための本発明の転がり運動装置の製造方法は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を備えた転がり運動装置の製造方法であって、前記部材の製造工程が、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程と、を有することを特徴とする。 [0009] 上記本発明の転がり運動装置の製造方法は、前記高炭素鋼材が、重量％で、 C : 0 . 35〜0. 7%、Si: 0. 35%以下、 Mn : l . 1~1. 7%、P : 0. 03%以下、 S : 0. 03% 以下、 Ni: 0. 3%以下、 Cr: 0. 5%以下、 O : 0. 002%以下、及び、 Fe :残部、を含

2

有する鋼材であることに特徴を有する。

[0010] 本発明によれば、転動体転走面を有する部材の製造工程が、塑性加工後の高炭素鋼材の転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れした後にその高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程を含むので、従来行われていた焼き戻し時間だけ全体の製造工数を削減することができる。その結果、転動体転走面を有する部材を少なくとも品質と生産性のよい方法で製造することができるので、コスト競争力のある転がり運動装置を製造することができる。

[0011] なお、転動体転走面を有する部材が焼き戻し工程を省略してもその品質を維持又は向上できる理由は、先ず第 1には、高炭素鋼材が上記組成からなることによる。すなわち、焼き戻し工程を省略した場合であっても、上記組成の高炭素鋼材に焼入れすることにより、焼入れされた転動体転走面には高硬度の硬化層が形成され、その結果、転がり寿命が向上するからである。さらに、第 2には、焼き戻しされずに靭性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性 (強度や靱性を含む）はその部材の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性が維持されるからである。

[0012] 上記本発明の転がり運動装置の製造方法は、前記高炭素鋼材が、 Mo : 0. 15〜0

. 3%をさらに含有することを特徴とする。

[0013] この発明によれば、上記高炭素鋼材が Mo (モリブデン）を 0. 15-0. 3%含有するようにしたので、高価な Niを多量に含有させることなく焼入性を向上させ、硬度を高くし、加工時等の高温下で耐熱性を向上させることが可能となる。

[0014] 本発明の転がり運動装置の製造方法は、上記本発明の転がり運動装置の製造方法において、前記後加工が、前記部材に必要とされる穴あけ加工及び研削加工のうち少なくとも一方の加工を含むことを特徴とする。

[0015] 後加工として穴あけ加工及び研削加工の一方又は両方の加工を含む場合、本発明の製造方法によれば、転動体転走面を有する部材に顕著な曲がり等の問題を生じさせず、却って穴あけ加工後や研削加工後の曲がりを小さくすることができるという効果がある。

[0016] 本発明の転がり運動装置の製造方法は、上記本発明の転がり運動装置の製造方法において、焼入れされた前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じる ε —炭化物を含まないことを特徴とする。

[0017] 上記目的を達成するための本発明の転がり運動装置は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材を備えた転がり運動装置であって、前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じる組織を実質的に含まないことを特徴とする。このときの高炭素鋼材は、重量⁰ /₀で、 C : 0. 35〜0. 7%、 Si : 0. 35%以下、 Mn : l .：!〜 1. 7%、 P : 0. 03%以下、 S : 0. 03%以下、 Ni : 0. 3%以下、 Cr: 0. 5%以下、0 : 0. 002%以下、及び、 Fe :残部、を含有する鋼材であることが望ましい。

2

[0018] 本発明の転がり運動装置は、上述した本発明に係る製造方法により製造されたものであり、焼入れされた転動体転走面が焼き戻しにより生じる組織 (例えば ε —炭化物）を実質的に含まない。したがって、本発明の転力 Sり運動装置によれば、転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材は焼き戻しがなされていないので、焼入れされた転動体転走面には高硬度の硬化層が形成されて転がり寿命が向上する。さらに、本発明の転がり運動装置によれば、焼き戻しされずに靱性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性（強度や靭性を含む）は、その部材の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性が維持される。

[0019] 本発明の転がり運動装置は、前記高炭素鋼材が、 Μο : 0. 15〜0. 3%をさらに含有することを特徴とする。

[0020] この発明によれば、上記高炭素鋼材が Mo (モリブデン）を 0. 15-0. 3%含有するようにしたので、高価な Niを多量に含有させることなく焼入性を向上させ、硬度を高くし、加工時等の高温下で耐熱性を向上させることが可能となる。

発明の効果 [0021] 以上説明したように、本発明の転がり運動装置の製造方法によれば、従来行われてレ、た焼き戻し時間だけ全体の製造工数を削減することができるので、転動体転走面を有する部材を少なくとも品質と生産性のよい方法で製造することができる。その結果、コスト競争力のある転力 Sり運動装置を製造することができる。

[0022] この方法で製造された転がり運動装置によれば、転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材は焼き戻しがなされていないので、焼入れされた転動体転走面には高硬度の硬化層が形成されて転がり寿命が向上する。さらに、本発明の転がり運動装置によれば、焼き戻しされずに靱性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性（強度や靱性を含む）は、その部材の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性が維持される。また、転がり運動装置の素材に Mo (モリブデン)を含有するようにしたので、寿命の長レ、転力 Sり運動装置を提供することが可能となる。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置の一例を示す斜視図である。

[図 2]直線案内装置が備える軌道レールの一例を示す断面図である。

[図 3]直線案内装置が備える軌道レールの転動体転走面の焼入れ状態を説明する断面図である。

[図 4]本発明の転がり運動装置の一実施形態であるボールスプラインの一例を示す斜視図である。

[図 5]本発明の転がり運動装置の一実施形態であるボールねじの一例を示す斜視図である。

符号の説明

[0024] 1 軌道レール

la 転動体転走面

2 転動体

3 スライド部材ブロック

a 取付面

b 負荷転動体転走面c 転動体戻し孔エンドプレート取付穴

硬化層

0 直動案内装置0 ボールスプライン1 スプライン車由1a 転動体転走溝2 転動体

3 スライド部材4 負荷転走路5 無負荷戻し路6 保持器

7 溝

8 止め輪

0 ボーノレねじ

1 ねじ軸

1a 転動体転走溝2 ナット部材

2a 負荷転動体転走溝3 負荷転動体転走路4 リターンパイプ5 転動体

6 スぺーサ

硬化層の断面積 Z 全断面積

発明を実施するための最良の形態

[0025] 以下、本発明の転がり運動装置及びその製造方法について説明する。なお、以下において、「％」は重量％を意味する。

[0026] 本発明の転がり運動装置の製造方法は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を備えた転がり運動装置の製造方法であり、その部材の製造工程が、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程 (以下、塑性加工工程という。）と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程 (以下、焼入れ工程という。）と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程（以下、後加工工程という。）とを有している。以下の説明においては、本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置 (リニアモーションガイドともいう）の軌道レールについて説明する。

[0027] 直動案内装置 10は、図 1に示すように、焼入れされた複数の転動体転走面 laを有する軌道レール 1と、その転動体転走面 laに対応する負荷転動体転走面を含む無限循環路 5cを有すると共にその無限循環路 5cに配列収容された複数の転動体 2を介して前記の軌道レール 1に装着されるスライド部材 3とから構成されてレ、る。そして、その軌道レール 1とスライド部材 3とは、転動体 2の転がりにより相対運動自在となっている。なお、本発明の転がり運動装置の技術的範囲が以下の直線案内装置の形態に限定されないことはいうまでもない。

[0028] なお、図 1は、本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置の一例を示す斜視図であり、図 2は、直線案内装置が備える軌道レールの一例を示す断面図であり、図 3は、直線案内装置が備える軌道レールの転動体転走面の焼入れ状態を説明する断面図である。軌道レール 1には、その長手方向に、焼入れされた複数の転動体転走面 laがー対又は二対以上の形成されている。

[0029] (塑性加工工程）

塑性加工工程は、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程である。高炭素鋼材としては、熱間加工、又は冷間加工、又は中間焼鈍を併用した冷間加工により所定の外径に塑性加工された長尺の丸鋼材が用レ、られる。丸鋼材は、複数回引き抜き加工されて所望形状に塑性加工されたものである。

[0030] 例えば図 2の断面形状を呈する軌道レール 1や、後述の図 4に示すボールスプラインを構成するスプライン軸 21においては、異形ダイス等を用いて複数回引抜力卩ェすることにより、完成品の断面にほぼ近い形状に加工される。なお、丸鋼材の外径は、引抜加工の回数により任意に設定される。一方、後述の図 5に示すボールねじのねじ軸 31においては、丸ダイス等を用いた引抜カ卩ェと、転造ダイスを用いた転造加工とにより、完成品の断面にほぼ近い形状に加工される。

[0031] 高炭素鋼材は、重量％で、 C:0.35〜0.7%、 Si:0.35%以下、 Mn:l.1〜： 1.7 %、 P:0.03%以下、 S:0.03%以下、 Ni:0.3%以下、 Cr:0.5%以下、〇 :0.0

02%以下、及び、 Fe:残部、を含有するものを例示できる。なお、この高炭素鋼材には不可避不純物も含まれる。

[0032] また、他の高炭素鋼材例として、 Mo:0. 15-0.3%をさらに含有するもの、すなわち、重量⁰ /₀で、 C:0.35〜0.7%、Si:0.35%以下、 Mn:l.1〜： 1.7%、P:0.03 %以下、 S:0.03%以下、 Ni:0.3%以下、 Cr:0.5%以下、 Mo:0.15〜0.3%、 O :0.002%以下、及び、 Fe:残部、を含有するものを用いることができる。なお、この高炭素鋼材には不可避不純物も含まれる。

[0033] C (炭素）は、転動体転走面 laに形成される焼入れ後の硬化層 8に所望の硬さを付与したり、軌道レール全体に所定の機械的強度を付与したりするための必須の成分である。 C含有量が 0.35%未満の場合は、硬化層 8の硬さや軌道レール全体の機械的強度が低くなることがある。なお、 C含有量を 0.5%以上とすることが、硬化層 8 の硬さや機械的強度を付与する観点からより好ましい。一方、 C含有量が 0.7%を超えると、被削性や冷間加工性が低下することがある。

[0034] Si (ケィ素）は、脱酸剤として添加されるものであり、硬さと強度を高めるように作用する。 Si含有量が 0.35%を超えると、被削性や冷間加工性が低下することがある。なお、 Siは不可避的に含まれる力その下限値は 0.15%程度である。

[0035] Mn (マンガン）は、焼入性及び被削性を向上させるように作用する。 Mn含有量が 1 .1%未満では、焼入性が低下することがある。一方、 Mn含有量が 1.7%を超えると、被削性及び冷間加工性が低下することがある。 [0036] P (リン）は、鋼材の脆ィ匕を防止するよう作用する。 P含有量が 0. 03%を超えると、粒界に偏祈して機械的特性を低下させることがある。なお、 Pの下限値は特に限定されないが、 0. 01 %程度である。

[0037] S (硫黄）は、 Mnと結合して MnSとなり、被削性を向上させるように作用する。 S含有量が 0. 03%を超えると、軟らかくて脆い MnSが増して機械的特性を低下させること力 Sある。なお、 Sの下限値は特に限定されなレ、が、 0. 01 %程度である。

[0038] Ni (ニッケル）は、強度と靭性を高めるように作用する。 Ni含有量が 0. 3%を超えると、原料費がかさんだり、加工性を低下させたりするという欠点がある。なお、 Niの下限値は特に限定されないが、 0. 05%程度である。

[0039] Cr (クロム）は、硬度、耐食性、焼入性及び耐熱性を向上させるように作用する。 Cr 含有量は 0. 5%以下であることが好ましいが、焼入性をある程度確保するためには 0 . 1 %以上がより好ましい。一方、 Cr含有量が 0. 5%を超えると、加工性が低下する。

[0040] O (酸素）は、 0. 002%以下とし、疲労寿命の低下を防止する。〇含有量が 0· 00

2%を超えると、他の金属元素と酸化物を生じて疲れ寿命が低下することがある。なお、 Oの下限値は特に限定されないが、 0. 0003-0. 0004%程度である。

[0041] Mo (モリブデン）を 0. 15〜0. 3%含有させることによって、高価な Niを多量に含有させることなく焼入性を向上させ、硬度を高くし、加工時等の高温下で耐熱性を向上させることが可能となる。モリブデンの含有量が多くなると鋼材の価格が上昇するとともに δ —フェライトが生成しやすく靭性が低下して転動疲労寿命が低下する可能性力 ^sある。

[0042] (焼入れ工程）

焼入れ工程は、塑性加工後の高炭素鋼材の転動体転走面 laになる必要最小限の部分のみを焼入れする工程である。

[0043] 焼入れは、高周波焼入れ用の誘導加熱コイル（図示しなレ、）を転動体転走面 laとなる部分に近づけて必要最小限の部分のみを局部的に加熱することにより行われる。誘導加熱コイルはコイルループを有し、そのコイルループには高周波電源からの高周波電流が供給される。軌道レール 1の転動体転走面 laは、高周波電流が供給された誘導加熱コイルを一定のクリアランスで近づけることにより誘導高周波電流が流れて加熱される。転動体転走面 laは、誘導高周波電流が流れることにより所定の温度まで比較的容易に昇温する。昇温の目安としては、 900〜： 1050°Cを目途に設定される。昇温される温度の目安を 900〜： 1050°Cとしたのは、均一なオーステナイトイ匕と、焼き入れ後に均一なマルテンサイト組織を得るためである。温度が 900°C未満ではフェライトの残存となることがあり、温度が 1050°Cを超えると結晶粒の粗大化と焼割が発生することがある。なお、転動体転走面 laは通常その形状が凹形状であるので、転動体転走面 laを均一に加熱することができるように、コイル形状等が調整される。

[0044] 誘導加熱コイルでほぼ均一に加熱された転動体転走面 laは、冷却されて焼入れされる。冷却は、通常、シャワー水による冷却手段が適用され、転動体転走面 laを 50 〜150°C程度にまで急冷する。冷却温度の目安を 50〜： 150°Cとしたのは、微細パーライト等の不完全焼入れ組織の発生を防止するためであり、冷却温度が 50°C未満では焼割れが発生することがあり、冷却温度が 150°Cを超えると不完全焼入れ組成の生成となることがある。

[0045] こうした焼入れは、誘導加熱コイルと冷却手段とが設置されているところに軌道レーノレ 1を長手方向に移動させることにより行うことができる。その結果、軌道レール 1の転動体転走面 laになる必要最小限の部分のみに、ほぼ均一深さで所定硬さの硬化層 8を極めて短時間に形成することができる。

[0046] 焼入れ深さの測定は、焼き入れ面積を算出する JIS— G— 0559に準拠して測定し、軌道レール 1の表面からの有効焼き入れ深さを測定することにより算出される。有効焼き入れ深さは、レール断面の硬度を測定した結果から決定され、具体的には、軌道レール断面のビッカース硬度が 500Hv以上となる深さとなる。なお、この有効焼き入れ深さは、軌道レール断面を硝酸水溶液でエッチングすることにより容易に確認すること力 Sできる。

[0047] 本発明においては、転動体転走面 laの硬さをおよそ 770〜830Hvとすることができる。

[0048] 得られた転動体転走面 laの硬さは、焼き戻し工程を省略しない従来の製造方法で製造された軌道レールに比べて、対比する各部において一律およそ 30〜50Hv高い値を示している。軌道レール 1は、その組成が上記範囲内であるので、焼き戻しェ程を省略した場合であっても、靱性の顕著な低下を生じさせずに転動体転走面 laに所定の硬度を確保することができる。こうした硬度の向上は、転動体転走面 laの転がり寿命を向上させることができる。

[0049] (後加工工程）

後加工工程は、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程である。後加工としては、部材に必要とされる各種の加工工程が挙げられる。例えば所定長への切断加工や、取付穴の穴あけ加工、転動体転走面の研削加工等を挙げること力 Sできる。

[0050] 本発明の製造方法においては、焼き戻し工程が省略されるので、焼入れ加工後の軌道レールをバッチ式で長時間加熱する焼き戻し工程を経ることなぐ後工程に供すること力 sできる。

[0051] 所定長への切断加工は、必ずしも後加工として行われなくてもよいが、生産効率の観点から後加工で行われることが有利である。切断加工は、軌道レールを商品寸法とするために、焼入れ済みの長尺の軌道レールを切断機により切断することにより行われる。なお、所定長への切断加工は、後加工ではなぐ引抜加工後で焼入れ前に行ってもよい。

[0052] 取付穴 7は、図 1に示すように、軌道レール 1を他の台や装置等に固定するためのボルト用の穴であり、一般に用いられる軌道レールには必ず施されているものである。取付穴 7は、通常、軌道レール 1の長手方向に一定の間隔で設けられる。取付穴 7 が設けられる位置は、転動体転走面 laが形成されていない部位であり、より詳しくは、焼入れされていない部位又は十分に焼入れされていない部位に設けられる。

[0053] 取付穴 7の穴あけ加工は、通常、ボール盤又はマシユングセンタ等により行われる。上述した本発明の方法により製造される軌道レール 1は、取付穴 7の穴あけ加工後の曲がり量が、焼き戻しを省略しない従来の軌道レールに比べて小さくなるという効果がある。こうした曲がり量の減少は、一般的に行われている矯正工程を容易にしたり、省略することができるという効果がある。こうした穴あけ加工は、図 4に示すスプライン軸 21や図 5に示すねじ軸 31においては、通常は行われない。 [0054] 研削加工は、転動体転走面 laの凹状形態からなる溝部の研削、転動体転走面 la が形成されていない部位の研削等を行う工程である。これらの研削は、軌道レール 1 を所望の寸法に仕上げるための加工であり、ほぼ全ての軌道レールに対して施される。こうした研削加工は、図 4に示すスプライン軸 21や図 5に示すねじ軸 31においても、軌道レールの場合と同様に行われる。

[0055] 矯正工程は、軌道レール 1を所望の形状に調整する加工であり、一般的な軌道レ一ルの後加工として行われている。矯正加工は、例えば直線状の軌道レールにおいては、所望の直線形状となるように矯正され、曲線状の軌道レールにおいては、所望の曲線形状となるように矯正される。本発明の製造方法においては、取付穴 7の穴あけ加工で発生する曲がり量が少ないので、必要に応じて直線矯正工程を省略することもできる。こうした矯正工程は、図 4に示すスプライン軸 21や図 5に示すねじ軸 31においても、軌道レールの場合と同様に行われる。

[0056] なお、後工程として、酸化被膜等の除去を目的としたショットピーユングを必要に応じて行ってもよい。

[0057] (軌道レール）

上述した本発明に係る製造方法により製造された軌道レール 1は、必要最小限の部分のみが焼入れされた複数の転動体転走面 laを有する、高炭素鋼材からなるものであって、その転動体転走面 laが焼き戻しにより生じる組織を実質的に含まなレ、。本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置 10は、こうした特徴を有した軌道レール 1を備えていることに特徴がある。高炭素鋼材としては、重量％で、 C : 0. 35〜0. 7%、 Si: 0. 35%以下、 Mn : l . 1~1. 7%、 P : 0. 03%以下、 S : 0. 03 %以下、 Ni: 0. 3%以下、 Cr: 0. 5%以下、 O : 0. 002%以下、及び、 Fe :残部、を

2

含有する鋼材を好ましく例示でき、 Mo : 0. 15-0. 3%をさらに含有するものであつてもよい。

[0058] 焼き戻しにより生じる組織とは、例えば微細炭化物等の組織が挙げられる。軌道レール 1は、焼き戻し工程が省略されているので、こうした組織を有していないか、実質的に有していない。なお、「実質的に含まなレ、」とは、焼き戻し工程が省略されていない場合に比べて、顕著に少ないという意味である。 [0059] 軌道レール 1は、焼き戻しがなされていないので、焼入れされた転動体転走面 laは表面硬度が上昇して転がり寿命が向上する。さらに、軌道レール 1は、焼き戻しされずに靭性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、軌道レール全体としての機械的特性（強度や靱性を含む）は軌道レール 1の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、軌道レール全体としての機械的特性が維持される。

[0060] 焼き戻し工程が省略されている軌道レール 1において、図 3に示すように、軌道レーノレ 1の全断面積 Zに占める焼入れされた硬化層 8の断面積 Aの比 (AZZ)は、およそ 0.：!〜 0. 2 (10%〜20%)の範囲内である。この範囲内の断面積比（A/Z)からなる軌道レール 1は、上記の効果を奏することができる。

[0061] また、本発明の軌道レール 1は、焼き戻し工程を省略することができるので、焼き戻しのための軌道レール全体への加熱を省略することができる。そのために、熱収縮にもとづく長手方向の収縮量が小さくなる。したがって、寸法のバラツキの要因になる収縮量を小さく抑えることができるので、焼き戻しによる収縮を予め考慮した加工が不要になるという利点がある。

[0062] (他の実施形態）

本発明の転がり運動装置は、上記のような直動案内装置の他、ボールスプラインやボールねじ等に用いることができる。

[0063] 図 1に示す直動案内装置（リニアモーションガイド）は、長手方向に転動体転走面 1 aが形成された軌道レール 1と、転動体 2である多数のボールを介してこの軌道レーノレ 1に嵌合すると共に、内部に転動体 2の無限循環路を備えたスライド部材 3とから構成されている。スライド部材 3は、転動体 2の循環に伴って軌道レール 1上を往復運動する。このスライド部材 3は、テーブル等（図示せず）を取り付けるための取付面 5aを有する略サドル状のブロック 5と、このブロック 5の前後両端面に固定された一対のェンドプレート 6とから構成されている。上記の無限循環路は、このブロック 5に軌道レーノレ 1の転動体転走面 laに対応して形成された負荷転動体転走面 5b及び転動体戻し孔 5cと、両エンドプレート 6に形成されて該負荷転動体転走面 5bおよび転動体戻し孔 5cを連通する方向転換路（図示せず）とからなっている。 [0064] 本発明は、図 1に示す直動案内装置 10において、その転動体転走面 laを有する部材である軌道レール 1とスライド部材 3の少なくとも一方、好ましくは両方が、上述した製造工程を経て製造されることに特徴がある。

[0065] 図 4示す直動案内装置（リニアモーションガイド）は、ボールスプライン 20と呼ばれ、軌道軸としてのスプライン軸 21と、そのスプライン軸 21に多数の転動体 22を介して移動自在に取付けられたスライド部材 23としての外筒とを有している。スプライン軸 2 1は円柱形状をなし、その表面には、転動体 22の軌道となる、スプライン軸 21の軸線方向に延びる転動体転走面 21aが形成されている。この転動体転走面 21aは、複数条形成されている。転動体 22と転動体転走面 2 laとは転動体転走面 2 laの底の一点で接触し、転動体転走面 21 aの両側には転動体転走面 21 aよりも掘り下げると共に転動体転走面 21aの長手方向に延びる溝 27が形成されている。スプライン軸 21 に取付けられるスライド部材 23は、転動体転走面 21 aに対応する負荷転走面としての負荷転走面 23aを有している。サーキット状のボール循環路内には、スプライン軸 21に対するスライド部材 23の相対的な直線運動に併せて循環する複数の転動体 2 2が配歹 IJ '収納される。スライド部材 23に形成した負荷転走面 23aとスプライン軸 21 に形成した転動体転走面 21aとの間で負荷転走路 14が形成される。負荷転走路 14 の隣には荷重から開放された転動体 22が転走する無負荷戻し通路 15が形成されている。スライド部材 23には、複数の転動体 22をスプライン軸 21の軸線方向に整列 · 保持する保持器 26が組み込まれる。スライド部材 23の軸線方向の両端には、保持器 26を一体で保持すべく止め輪 28が設けられる。

[0066] 本発明は、図 4示すボールスプラインにおいて、その転動体転走面を有する部材であるスプライン軸 21とスライド部材 23の少なくとも一方、好ましくは両方が、上述した製造工程を経て製造されることに特徴がある。

[0067] 図 5に示すボールねじは、外周面に螺旋状の転動体転走面 31aが形成されたねじ軸 31と、内周面に前記転動体転走面 31aに対応する螺旋状の負荷転動体転走面 3 2aが形成されて、ねじ軸 31に相対的に回転可能に組み付けられたナット部材 32とを備えている。ナット部材 32には、ねじ軸 31の転動体転走面 31aとナット部材 32の負荷転動体転走面 32aとの間の負荷転動体転走路 33の一端他端を繋ぐパイプ状の戻し部材であるリターンパイプ 34が取り付けられる。リターンパイプ 34の内部には、断面円形状の転動体戻し路が形成される。負荷転動体転走面 33及びリターンパイプ 3 4内部の転動体戻し路には、複数の転動体 35が配列'収容される。複数の転動体間には、必要に応じて転動体同士の接触を防止するスぺーサ 36が介在される。こうしたボールねじは、ねじ軸 31のナット部材 32に対する相対的な回転に伴って、ナット部材 32がねじ軸 31に対してねじ軸 31の軸線方向に相対的に直線運動する。このとき、転動体 35は、転動体転走面 31aと負荷転動体転走面 32aとの間を転がり運動する。負荷転動体転走面 32aの一端まで転がった転動体 35は、リターンパイプ 34内の転動体戻し路に導かれ、数卷き前の負荷転動体転走面 32aの他端に戻される。これにより、転動体 35が負荷転動体転走路 33及び転動体戻し路で構成される転動体循環路を循環する。

[0068] 本発明は、図 5示すボールねじにおいて、その転動体転走面を有する部材であるねじ軸 31とナット部材 32の少なくとも一方、好ましくは両方が、上述した製造工程を経て製造されることに特徴がある。

実施例

[0069] 次に、本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。

[0070] (実施例 1)

重量⁰ /oで、 C : 0. 55%、 Si : 0. 18%、 Mn : l . 47%、 P : 0. 019%、 S : 0. 027%、 Ni : 0. 06%、 Cr : 0. 16%、 O : 0. 0005%を含有し、残部が Fe及び不可避不純物

2

力なる直径 32mmの長尺の丸鋼材を供試材とした。

[0071] 先ず、この供試材を図 2の断面形状となるように塑性カ卩ェした。塑性加工は、供試材に 1回目の中間焼鈍（72°C ' 7時間）を施した後、異形ダイスで 1回目の冷間引抜加工を行い、次いで、供試材に 2回目の中間焼鈍（825°C * 5時間）を施した後、異形ダイスで 2回目の冷間引抜加工を行った。塑性カ卩ェ後の供試材は、中間焼鈍と冷間引抜加工とを交互に 2度繰り返すことにより、当初の断面積 800mm²から断面積 500 mm²に加工された。所望の断面形状に加工された供試材は、転動体転走面となる部分を二対含むほぼ完成品に近い軌道レールとなった。

[0072] 次に、塑性加工後の供試材の転動体転走面を焼入れした。焼入れのための加熱操作は、二対の転動体転走面それぞれに対応するように一定のクリアランスで近接配置した誘導加熱コイルを用いて行った。誘導加熱コイルは、コアとコイルループとからなり、そのコイルループに高周波電流を印加することにより発熱させることができる。本実施例においては、周波数数十 kHzの高周波電流を印加することにより、転動体転走面の急速加熱を行った。なお、誘導加熱コイルへの前記の印加条件は、転動体転走面を速やかに 900°C程度にすることができる条件であり、実際は、軌道レールの大きさ、目途とする加熱温度、昇温時間、熱伝導、外気温等の要因を考慮して設定される。焼入れのための冷却操作は、上記のようにして加熱された転動体転走面に 20°Cのシャワー水を噴射させることにより行った。転動体転走面は、シャワー水の噴射により約 50〜150°Cに速やかに冷却され、その結果、焼入れされた。

[0073] 次に、軌道レールの後加工を行った。後加工は、焼き戻し工程を経ずに、所定長への切断加工、レール取付穴の穴あけ加工、転動体転走面の精密研削加工、転動体転走面以外の部分の精密研削加工、及び矯正加工の各加工を順に行った。

[0074] 先ず、焼入れした後の長尺の軌道レールを、切断機により商品長さである長さ 106 Ommに切断した。その後、ボール盤を用い、呼び径 6mmの六角穴付ボルト用の段付レール取付穴を、図 2の軌道レールを平面視したときの上面に等ピッチで 12個あけた。次いで、転動体転走面の精密仕上げ研削と、それ以外の部分の精密仕上げ研削とを、フライス盤を用いて行った。次いで、 50トンプレス矯正機を用いて最終的な矯正加工を行った。こうして実施例 1の軌道レールを製造した。

[0075] (比較例 1)

上記の実施例 1の製造方法において、焼入れ後に焼き戻しを行った以外は実施例 1と同様の方法により、比較例 1の軌道レールを製造した。焼き戻しは、焼入れ後の軌道レールを熱処理炉に投入し、約 140°Cで 3時間の大気雰囲気下で熱処理することにより行った。なお、熱処理後は放冷した。

[0076] (評価結果）

実施例 1の軌道レール及び比較例 1の軌道レールについて、各種の評価を行った

[0077] <断面積比 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールについて、全断面に占める焼入れ部分の断面積の比について測定した。軌道レールの長さ方向に直交する断面の全断面積 Zは 500mm²であり、焼入れ部分の硬化層 8の断面積 Aは 90 mm²であった。したがって、断面積比（A/Z)は 0. 18であった。

[0078] く曲力^量 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールは、焼き戻しの有無による曲がり量に差が生じているのが確認された。具体的には、引抜加工後で焼入れ前の軌道レールの曲力 Sり量を基準とし、焼入れのみを行った後の軌道レールの曲力^量と、焼入れ及び焼き戻しを行った後の軌道レールの曲がり量と比較した。曲がり量は、定盤上に軌道レールを置き、てこ式ダイヤルゲージにより測定した。その測定は、自重有りにて定盤上で行い、定盤から軌道レール上面までの長手方向 100m m当たりの高さの変化率で評価した。その結果、焼入れのみを行った後の軌道レールは曲がり量が 1000mm当たり 0. 05〜0. 06mmであったのに対し、焼入れ及び焼き戻しを行った後の軌道レールは曲がり量は 1000mm当たり 0. 20mmであった。したがって、実施例 1の軌道レールは、比較例 1の軌道レールに比べて曲がり量が小さぐ少なくとも従来の品質よりも向上していることが確認された。

[0079] <硬度 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールについて、転動体転走面の硬度について測定した。硬度は、ビッカース硬さ Hvで評価し、圧子を 2. 94Ν (3 00g)の荷重で押し込んだときの測定結果で比較した。その結果、実施例 1の軌道レールのビッカース硬さは、焼入れされている約 1. 5mmの硬化層の深さ方向の全域において、比較例 1の軌道レールのビッカース硬さに比較して、各部において一律 3 0〜50Hv程度高い値を示していた。更に詳しくは、実施例 1の軌道レールのピツカース硬さは、表面から約 1. 5mmの深さまでの各測定点で 800Hv〜710Hvの範囲内であり、比較例 1の軌道レールのビッカース硬さは、表面から約 1. 5mm深さまでの前記と同じ各測定点で 750Hv〜660Hvの範囲内であった。そして、両者間には、各測定点において、常に実施例 1の軌道レールの方が 30〜50Hv程度高い値を示していた。したがって、実施例 1の軌道レールは、比較例 1の軌道レールに比べて高硬度であり、少なくとも従来の品質よりも向上していることが確認された。

[0080] <転がり抵抗値 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールについて、転動体転走面の転がり抵抗値を評価した。転がり抵抗値は、実際の使用態様を想定して行われる評価項目であり、加熱前後の軌道レールの寸法精度変化を転力 Sり抵抗測定という測定方法から得る値である。加熱温度は、 50°C、 80°C、 100°Cの 3点で行つた。その結果、実施例 1の軌道レールの転がり抵抗値と比較例 1の軌道レールの転力 ^抵抗値は、いずれも約 4〜5. 5N程度であり、両者に大きな差は見られなかった。このこと力、ら、実施例 1の軌道レールは、比較例 1の軌道レールと転がり抵抗値が同程度で、少なくとも従来の品質を維持できることが確認された。

[0081] <荷重耐久試験 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールについて、荷重耐久試験を行った。荷重耐久試験は、軌道レールの転動体転走面とスライド部材が備える転動体とを摺動させて行った。試験条件としては、試験荷重:基本定格荷重の 0. 5倍、数量： 10セット、最高速度： 60mZ分、潤滑剤: AFBグリース、潤滑剤補給間隔： 100km毎とした。転動体転走面にピッチング (表面剥離）が発生するまでの累積距離を測定した。寿命 L10の評価は、転動体転走面の累積破損率が 10%のときの累積距離で表した。その結果、実施例 1の軌道レールは寿命 L10が 913kmとなり、比較例 1の軌道レールは寿命 L10が 646kmとなった。したがって、実施例 1の軌道レールは、比較例 1の軌道レールに比べて L10寿命が延びており、少なくとも従来の品質よりも向上していることが確認された。

[0082] <矯正加工 >：矯正加工は、実施例 1の軌道レール及び比較例 1の軌道レールとも問題なく行うことができた。したがって、実施例 1の軌道レールは、少なくとも従来の品質を維持できることが確認された。なお、実施例 1の軌道レールは、上記したように曲がり量が小さいので、例えば直線型の軌道レールにあっては矯正加工を省略することも可能になるという利点もあり、コスト面でより有利になる。

[0083] <組織 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールについて、転動体転走面の断面組織について観察した。組織の観察は、切り出した断面をエッチング液（ナイタル)でエッチングし、表れた組織を金属顕微鏡により観察した。その結果、実施例 1の軌道レールでは、焼き戻しにより生じる ε—炭化物が観察されなかった。一方、比較例 1の軌道レールでは、焼き戻しにより生じる ε—炭化物が観察された。

[0084] <残留応力 >：実施例 1の軌道レールと比較例 1の軌道レールについて、長手方向の残留応力について測定した。残留応力は、 X線回折により測定した。その結果、実施例 1の軌道レールは約 300 400N/mm²の残留圧縮応力を持つてレ、るのに対し、比較例 1の軌道レールは約 200 300N/mm²の圧縮残留応力を持っていることが分かった。残留圧縮応力が高い場合には、耐摩耗性と疲労強度に優れるといわれていることから、この結果からも、実施例 1の軌道レールは、比較例 1 の軌道レールに比べて品質的に優れているといえる。

産業上の利用可能性

焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を、品質と生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法を提供できるので、コスト競争力のある転がり運動装置を製造することができる。また、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性を維持でき、寿命の長い転がり運動装置を提供できる。

Claims

請求の範囲

[1] 焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を備えた転がり運動装置の製造方法であって、前記部材の製造工程が、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工するェ程と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程と、を有することを特徴とする転がり運動装置の製造方法。

[2] 前記高炭素鋼材が、重量％で、 C:0.35-0.7%、 Si:0.35%以下、 Mn:l.：!〜 1.7%、 P:0.03%以下、 S:0.03%以下、 Ni:0.3%以下、 Cr:0.5%以下、 O：

2

0.002%以下、及び、 Fe:残部、を含有する鋼材であることを特徴とする請求項 1に記載の転がり運動装置の製造方法。

[3] 前記高炭素鋼材が、 Mo: 0.15〜0· 3%をさらに含有することを特徴とする請求項

2に記載の転がり運動装置の製造方法。

[4] 前記後加工が、前記部材に必要とされる穴あけ加工及び研削加工のうち少なくとも一方の加工を含むことを特徴とする請求項 1〜3のいずれかに記載の転がり運動装置の製造方法。

[5] 焼入れされた前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じる ε —炭化物を含まないことを特徴とする請求項 1〜4のいずれかに記載の転がり運動装置の製造方法。

[6] 焼入れされた複数の転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材を備えた転力 ^運動装置であって、前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じる組織を実質的に含まないことを特徴とする転がり運動装置。

[7] 前記高炭素鋼材が、重量％で、 C:0.35-0.7%、 Si:0.35。/。以下、 Mn:l.：!〜

1.7%、 P:0.03%以下、 S:0.03%以下、 Ni:0.3%以下、 Cr:0.5%以下、 O：

2

0.002%以下、及び、 Fe:残部、を含有する鋼材であることを特徴とする請求項 6に記載の転がり運動装置。

[8] 前記高炭素鋼材が、 Mo: 0.15〜0· 3%をさらに含有することを特徴とする請求項

7に記載の転がり運動装置。