(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：０．２７重量％以下、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有し、高周波焼入れ層が、２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有して６１ＨＲＣ以上の硬さであることを特徴とする耐異物環境用高周波焼入鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の耐異物環境用高周波焼入鋼によって製造された構成部材をその一部に含む直線運動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異物が混入する環境下において、異物の食い込みが生じても疲労寿命の低下が起きにくい焼入れ後の高周波焼入鋼、さらにかかる高周波焼入鋼によって製造された構成部材をその一部に含む直線運動装置に関する。但し、この直線運動装置とは、図１に示す直線案内装置や、図示しないボールスプラインやボールねじなど、ボールまたはローラ等の転動体を介して軌道軸とスライド部材とを相対的に移動自在に組み付けてなるものの総称とする。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、例えば工作機械に組み込まれて工作物担持用のテーブル等を案内する直線案内装置を示すものである。この直線案内装置は、長手方向に沿ってボール転走面１ａが形成された軌道レール（軌道軸）１と、転動体としての多数のボール２を介してこの軌道レール１に嵌合すると共に内部に該ボール２の無限循環路を備えた摺動台（スライド部材）３とから構成されており、ボール２の循環に伴って摺動台３が軌道レール１上を往復運動する。但し、摺動台３を固定側として軌道レール１を往復運動させる場合もある。
【０００３】
上記摺動台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エンドプレート６とから構成されている。上記無限循環路は、このブロック５に軌道レール１のボール転走面１ａに対応して形成された負荷ボール転走面５ｂおよびボール戻し孔５ｃと、両エンドプレート６に形成されて該負荷ボール転走面５ｂおよびボール戻し孔５ｃを連通する方向転換路（図示せず）とからなる。
【０００４】
このような直線案内装置において、ボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３とは、ほぼ点に近い状態で接触し、この接触部分が同じ軌道上を繰り返し移動するため、軌道レール１および摺動台３には転動負荷がかかる。
【０００５】
直線案内装置が良好な環境下で使用される場合には、ボール２と軌道レール１およびボール２と摺動台３の接触部分において問題は生じないが、一般の工場等の開放された環境下で使用される場合には、使用環境中の塵、埃または加工時に工作機械等から発生する切り粉などの異物が接触部分に付着する場合がある。接触部分に付着した異物は、摺動台３が作動することにより、ボール転走面１ａに食い込み、異物が食い込んだ軌道レール１は、疲労寿命が大きく低下するという問題が起こる。
【０００６】
従来、この問題に対しては、ＳＵＪ２等の軸受鋼を塩水焼入れして、軌道レールの構成材料の硬度を高める方法、炭素鋼を浸炭焼入れして浸炭硬化層を深くし、硬さを増して異物圧痕を付きにくくする方法、ＳＵＪ３やＳＵＪ５などの軸受鋼を用いてマルテンパー等の高温熱処理を施し、軌道レールの構成材料の亀裂靱性を高める方法等が行なわれていた。
【０００７】
しかしながら、軸受鋼を塩水焼入れする方法では、硬度が高くなりすぎて靱性が乏しくなり、異物の混入によって引き起こされる損傷箇所から早期にクラックが生じ、このクラックの伝播によって剥離が生じ易く、その寿命を向上させることができなかった。また、浸炭焼入れする方法や高温熱処理する方法は、生産性が低下してコストアップの原因となっていたため、実用上の大きな問題があった。
【０００８】
また、特開昭６４−５５４２３号公報には、軌道表面層が２０〜４５容量％の残留オーステナイトを有するように浸炭焼入れ等を行うことによって、異物混入潤滑下における軸受の寿命が長くなることが開示されている。しかし、この場合においても、その処理時間に長時間を要する浸炭焼入れが行われるため、生産性が低下してコストアップの原因になっていた。
【０００９】
また、特開平８−８１７３５号公報には、残留オーステナイト量を１５〜３０容量％とした高周波焼入用直動案内用鋼が開示されている。この高周波焼入用鋼によれば、靱性を向上させる効果を有する残留オーステナイト量を上記範囲内にすることにより、異物が混入する悪条件の環境下においてより優れた転動寿命が得られる。しかし、この高周波焼入用鋼は、高価なニッケル等の材料を含み尚且つ被削性に乏しいので、材料コストおよび加工コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題を解決するため、本発明は、塵、埃、切り粉等の異物が存在する環境下において、異物の食い込みが生じても疲労寿命の低下が起きにくく、かつ低コストで得られ且つ高硬度と高靱性を有する耐異物環境用高周波焼入鋼、さらに、かかる耐異物環境用高周波焼入鋼によって製造された構成部材をその一部に含む直線運動装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の耐異物環境用高周波焼入鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：０．２７重量％以下、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有し、高周波焼入れ層が、２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有して６１ＨＲＣ以上の硬さであることに特徴を有する。
【００１６】
この発明によれば、高周波焼入れ層が２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有するので、靱性に優れ、異物の混入によって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくい。また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくいので、その寿命を向上させることができる。さらに、高周波焼入れ層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であることは、直線案内装置の軌道レールとして好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた点において優れた高周波焼入鋼である。また、この耐異物環境用高周波焼入鋼は、浸炭処理を必要としないので、低コストで高硬度で高靱性の鋼を製造できるという実用上特に好ましい効果を有している。
【００１８】
この発明によれば、炭素、マンガン、クロムに加えて、さらに、リン、硫黄、モリブデン、酸素、窒素を各々含有するので、得られた高周波焼入鋼は、高い硬度と高い靱性を有するので、異物環境下でも長寿命で使用することができるとともに、得られた鋼は安価で被削性や冷間加工性に優れている。
【００１９】
請求項２の発明の直線運動装置は、請求項１に記載の耐異物環境用高周波焼入鋼によって製造される構成部材をその一部に含むことに特徴を有する。
【００２０】
この発明によれば、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境用高周波焼入鋼により直線運動装置の構成部材が製造されるので、得られた直線運動装置が、異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくく、また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくい直線運動装置とすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
高周波焼入用鋼、および本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼、およびかかる高周波焼入鋼から製造される直線運動装置について具体的に説明する。
【００２２】
（１）高周波焼入用鋼
本発明の高周波焼入鋼を得るための高周波焼入用鋼は、耐異物環境用の高周波焼入鋼を得るための鋼として好適に用いられるものであって、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、２５０℃以下のＭｓ点を有するものである。
【００２３】
Ｍｓ点は、マルテンサイト変態において、過冷オーステナイトからマルテンサイト組織が生成し始める温度であり、下記の公知の実験式であらわされるように、鋼の組成によって定まる一定の温度である。
【００２４】
Ｍｓ（℃）＝５５０−３５０×％Ｃ−４０×％Ｍｎ−３５×％Ｖ−２０×％Ｃｒ−１７×％Ｎｉ−１０×（％Ｃｕ＋％Ｍｏ）−５×％Ｗ＋１５×％Ｃｏ＋３０×％Ａｌ
ここで、％Ｃは炭素含有量、％Ｍｎはマンガン含有量、％Ｖはバナジウム含有量、％Ｃｒはクロム含有量、％Ｎｉはニッケル含有量、％Ｃｕは銅含有量、％Ｍｏはモリブデン含有量、％Ｗはタングステン含有量、％Ｃｏはコバルト含有量、％Ａｌはアルミニウム含有量である。
【００２５】
Ｍｓ点の温度決定に影響する成分元素としては、炭素、マンガン、バナジウム、クロム、ニッケル、銅、モリブデン、タングステン、コバルト、アルミニウムが挙げられる。Ｍｓ点を下げるのに特に有効な元素としては、炭素、マンガン、バナジウム、クロム、ニッケルであり、これらの内でも炭素が最も影響することが知られている。この鋼においては、バナジウム、ニッケル、銅、モリブデン、タングステン、コバルトは不可避不純物として鋼中に含有される量であるので、Ｍｓ点の温度には大きく影響しない。また、アルミニウムは脱酸剤として添加される元素であるが、およそ０．０５重量％以下であるため、Ｍｓ点の温度決定には大きく影響しない。このＭｓ点の温度が低いほど、高周波焼入れした鋼中に未変態のまま残存しているオーステナイト、いわゆる残留オーステナイトを多く生成させることができる。
【００２６】
残留オーステナイトは、既に知られているように、靱性を向上させる効果を有するので、塵、埃、切り粉等の異物が存在する環境下において、例えば直線案内装置の軌道レールに異物の食い込みが生じても、その疲労寿命の低下を起きにくくするという作用を有している。生成する残留オーステナイト量は、２０〜４０容量％であることが疲労寿命の観点から好ましい。高周波焼入用鋼のＭｓ点が２５０℃以下であることは、上記の範囲の残留オーステナイト量を得るのに好ましい。
【００２７】
この高周波焼入用鋼のＭｓ点が２５０℃以下であるので、９５０〜１０５０℃で６〜８秒間高周波加熱した後、ポリマー焼入れし、その後、低温焼戻しすることによって、上記範囲の残留オーステナイト量を得ることができる。Ｍｓ点が２５０℃を超える場合には、Ｍｆ点が常温付近になるという理由で、高周波焼入れによっても上記範囲の残留オーステナイト量を得ることができず、耐異物環境用の高周波焼入鋼を得ることができない。
【００２８】
したがって、高周波焼入用鋼は、２５０℃以下のＭｓ点を有するので、当該鋼を高周波焼入れすることによって、上記範囲の残留オーステナイトが生成した本発明の高周波焼入鋼を容易に得ることができる。このとき得られた高周波焼入鋼は、高い硬度と高い靱性を有するので、異物環境下でも長寿命で使用することができる。
【００２９】
高周波焼入用鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、さらに、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有していることが好ましい。
【００３０】
本発明は、耐異物環境用高周波焼入鋼のコストの低減および加工性の向上も目的の一つとするものであるから、ニッケルのように高価な材料、およびバナジウムのように炭素との親和力が大きく被削性を低下させる材料を使用しないことによってその目的を達成することができる。しかし、バナジウムとニッケルを使用しないことは、Ｍｓ点を下げにくくし、残留オーステナイトの生成を抑制する。そのため、他の安価な元素である炭素、マンガンおよびクロムの含有量を、加工性を阻害しない範囲内で多く含有させることによって、高周波焼入用鋼を所望のＭｓ点とすることができ、この高周波焼入用鋼を高周波焼入れによって上記範囲の残留オーステナイトを生成させることができるので、耐異物環境用性に優れ、コストの低減および良好な加工性を有する高周波焼入鋼を得るという本発明の目的を達成することができる。
【００３１】
以下に、ここに挙げた成分組成とその範囲を限定した理由を説明する。
【００３２】
炭素（Ｃ）は、高周波焼入れによって炭化物を形成し、高周波焼入れ層の焼戻し後の硬さを６１ＨＲＣ以上にするために必要な元素であると共に、Ｍｓ点を２５０℃以下とし、高周波焼入れ層に２０〜４０容量％の残留オーステナイトを生成させるために特に有効な元素として作用する。しかし、炭素が０．６０重量％未満では、高周波焼入れ層においてこのような硬さが得られず、さらに、Ｍｓ点を２５０℃以下にすることが困難となって所望量の残留オーステナイトを生成することができない。従って、炭素含有量の下限は、０．６０重量％以上、特に０．６５重量％以上とすることが好ましい。また、炭素含有量が０．９０重量％を超えると、被削性や冷間加工性が劣り、さらには高周波焼入れ時に焼き割れが生じ易くなる。従って、炭素含有量の上限は、０．９０重量％以下、特に０．８５重量％以下とすることが好ましい。
【００３３】
マンガン（Ｍｎ）は、高周波焼入れ性を向上させる効果の大きい元素であると共に、Ｍｓ点を下げ、高周波焼入れ層に残留オーステナイトを多く生成させるために有効な元素として作用する。マンガン含有量が０．５０重量％未満では、高周波焼入れした後に得られる高周波焼入鋼において、十分な焼入性を確保することができず、Ｍｓ点を十分に下げることができない。従って、マンガン含有量の下限は、０．５０重量％以上、特に０．７０重量％以上とすることが好ましい。また、マンガン含有量が１．７０重量％を超えると、被削性や冷間加工性が劣る。従って、マンガン含有量の上限は、１．７０重量％以下、特に１．５０重量％以下とすることが好ましい。
【００３４】
クロム（Ｃｒ）は、鋼の高周波焼入性および靱性を向上させる効果を有する元素であると共に、Ｍｓ点を下げ、高周波焼入れ層に残留オーステナイトを多く生成させるために有効な元素として作用する。クロム含有量が０．２０重量％未満では、高周波焼入性および靱性の向上が十分でなく、Ｍｓ点を十分に下げることができない。従って、クロム含有量の下限は、０．２０重量％以上、特に０．５０重量％以上とすることが好ましい。また、クロム含有量が１．２０重量％を超えると、高周波焼入れ後の硬さが６１ＨＲＣ以上を確保しにくい場合があった。従って、クロム含有量の上限は、１．２０重量％以下、特に１．００重量％以下とすることが好ましい。
【００３５】
以下の元素は、Ｍｓ点を下げて所望の残留オーステナイトを生成する点においては直接的に影響する元素ではないが、加工性、被削性および鋼として要求される性質を付与するために必要である。
【００３６】
珪素（Ｓｉ）は、脱酸剤として添加される。炭素との親和力が小さいので炭化物を作らず、フェライトに固溶して硬さおよび強さを高めると共に、被削性や冷間加工性に影響する元素である。珪素含有量が１．００重量％を超えると被削性と冷間加工性が悪くなる。従って、珪素含有量の上限は、１．００重量％以下とすることが好ましい。
【００３７】
リン（Ｐ）は、耐食性を向上させるという効果がある。しかし、０．０３重量％を超えて添加した場合、粒界に偏析して粒界脆化を促進し易くなる。従って、リン含有量の上限は、０．０３重量％以下とすることが好ましい。
【００３８】
硫黄（Ｓ）は、マンガンと結合してＭｎＳとなり、赤熱脆さを防ぐ。しかし、ＭｎＳは非金属介在物を構成し、疲労寿命を低下させる原因でもある。硫黄含有量が０．０３重量％を超えると、疲労寿命の低下が起こりやすくなるため、硫黄含有量の上限は、０．０３重量％以下とすることが好ましい。尚、ＭｎＳは被削性を改善する効果を有するため、０．０１０％以上としておくことが望ましい。
【００３９】
モリブデン（Ｍｏ）は、クロムと同様に、炭化物形成元素として作用する。そのため、０．０３重量％を超えると高周波焼入れ性を悪化させる場合がある。従って、モリブデン含有量の上限は、０．０３重量％以下とすることが好ましい。
【００４０】
酸素（Ｏ）は、他の金属元素と酸化物を生じて粒界に偏析して赤熱脆さの要因となる。酸素含有量が０．００２０重量％を超えると、疲労寿命が低下する場合があるので、０．００２０重量％以下、特に０．００１５重量％以下が好ましい。
【００４１】
尚、上述した元素のほかに、更に窒素（Ｎ）を含有させてもよい。窒素は、鋼に一部固溶して強さを高める反面、あまり多く含有すると低温脆さを著しく助長する。従って、窒素含有量は、適宜適量に含有させることが好ましいが、好ましくは、０．０１重量％以下とすることが好ましい。
【００４２】
以上述べた高周波焼入用鋼は、Ｍｓ点を２５０℃以下とするのに有効な炭素、マンガン、クロムに加え、さらに上記の成分範囲の元素を含有しているので、高周波焼入・焼戻しすることによって、高い硬度と高い靱性を有し、加工性やコストパフォーマンスに優れている。さらに、Ｍｓ点が低いので、２０〜４０容量％の残留オーステナイトの生成が容易となり、塵、埃、切り粉等の異物が存在する環境下において、異物の食い込みが生じても疲労寿命の低下を起きにくくするという好ましい高周波焼入鋼を得ることができる。また、浸炭焼入処理を行なわなくてもよいので、製造コストが安価で、被削性および冷間加工性に優れた高周波焼入鋼を得ることができため、実用上において極めて好ましい。
【００４３】
（２）耐異物環境用高周波焼入鋼
本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、高周波焼入れ層が２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有して６１ＨＲＣ以上の硬さのものである。
【００４４】
すなわち、この耐異物環境用高周波焼入鋼は、上述したＭｓ点が２５０℃以下で、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有する高周波焼入用鋼を、高周波焼入れ・焼戻しすることによって得られるものである。
【００４５】
高周波焼入れ層の残留オーステナイトが２０容量％未満では、異物環境下で異物の食い込みが生じた際に疲労寿命が低下する場合があり、寿命改善効果が十分でなかった。従って、高周波焼入れ層における残留オーステナイト量の下限は２０容量％以上、特に２５容量％以上とすることが好ましい。一方、残留オーステナイトは軟らかいので、高周波焼入れ層の残留オーステナイトが４０容量％を超えると、疲労寿命の低下は起こらなかったが、高周波焼入鋼の表面硬さが６１ＨＲＣ以上を確保しにくい場合があった。従って、高周波焼入れ層における残留オーステナイト量の上限は４０容量％以下、特に３５容量％以下とすることが好ましい。
【００４６】
したがって、本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼は、２０〜４０容量％の残留オーステナイトを有し、その表面硬さが６１ＨＲＣ以上であるので、高い靱性と高い硬度を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる。
【００４７】
耐異物環境用高周波焼入鋼は、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、さらに、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有していることが好ましい。
【００４８】
ここに挙げた成分組成とその範囲を限定した理由は、上述した高周波焼入用鋼と同じである。
【００４９】
耐異物環境用高周波焼入鋼を得るための高周波焼入れ・焼戻しは、従来公知の方法で行なうことができるので、直線案内装置の一つである軌道レールのような長尺品に対しても処理が容易であり、処理コストが安く、安価な耐異物環境用高周波焼入鋼を得ることができる。これに関しては、浸炭処理する従来の耐異物環境用の鋼に比べて、特に優れた点であり、実用上において極めて効果的である。
【００５０】
高周波焼入れ・焼戻しを下記の条件で行なうことによって、高硬度、高靱性を有し、疲労寿命を向上させるのに好ましい２０〜４０容量％の残留オーステナイトを高周波焼入れ層に有する耐異物環境用高周波焼入鋼を容易に得ることができる。
【００５１】
高周波焼入れ時の表面加熱温度は、上限を１０５０℃、下限を９５０℃とすることが好ましい。表面加熱温度が１０５０℃を超えると、焼き割れが起こりやすくなる。一方、表面加熱温度が９５０℃未満では、２０容量％以上の残留オーステナイトを確保することができない場合があること、および、高周波焼入れのような短時間加熱の場合には炭化物を十分に固溶させることが難しくなり、不完全焼入れになり易いことなどの不都合が生じる。加熱後、ポリマー焼入れし、その後、低温焼戻しすることによって上記範囲の残留オーステナイト量を得ることができる。高周波焼入れ後の焼戻し温度は１３０〜１８０℃、好ましくは１５０℃、また、焼戻し時間は６０〜１８０分間、好ましくは８０分間程度である。
【００５２】
以上述べた耐異物環境用高周波焼入鋼は、２５０℃以下のＭｓ点を有する高周波焼入用鋼を高周波焼入れ・焼戻しすることによって、高周波焼入れ層の残留オーステナイト量を２０〜４０容量％とし、その表面硬度を６１ＨＲＣ以上にすることができるので、靱性に優れ、塵、埃、切り粉等の異物の混入によって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくい。また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくいので、その寿命を向上させることができる。さらに、高周波焼入れ層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であることは、直線案内装置の軌道レールとして好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた点において優れた高周波焼入鋼である。また、この耐異物環境用高周波焼入鋼は、浸炭処理を必要としないので、低コストで高硬度で高靱性の鋼を製造できるという実用上特に好ましい効果を有している。
【００５３】
（３）直線運動装置
本発明の直線運動装置は、上述の耐異物環境用高周波焼入鋼から製造される。すなわち、少なくとも炭素：０．６０〜０．９０重量％、マンガン：０．５０〜１．７０重量％、クロム：０．２０〜１．２０重量％、珪素：１．００重量％以下を含有し、高周波焼入れ層の残留オーステナイト量が２０〜４０容量％で、その表面硬度が６１ＨＲＣ以上の耐異物環境用高周波焼入鋼を用いて製造される。この時、さらに、リン：０．０３重量％以下、硫黄：０．０３重量％以下、モリブデン：０．０３重量％以下、酸素：０．００２０重量％以下および不可避不純物を含有する耐異物環境用高周波焼入鋼を用いて製造することもできる。
【００５４】
上述した耐異物環境用高周波焼入鋼によって、図１に示す直線案内装置に、その構成部材として製造された軌道レール１または軌道レール１上に設けられた摺動台３として使用することができ、本発明の直線運動装置を得ることができる。
【００５５】
得られた直線運動装置は、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境用高周波焼入鋼をその一部、特に軌道レール１または摺動台３として構成されるので、この装置が異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくく、また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくい。また、高価な材料や加工性を阻害する材料を含有しないので、長寿命でコストパフォーマンスに優れた直線案内装置とすることができる。
【００５６】
【実施例】
次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
【００５７】
表１に示す化学成分の鋼を、１００ｋｇＶＩＭ（真空誘導溶解）炉にて真空溶製した後、１１５０〜１２００℃で熱間鍛造によってφ６５ｍｍとφ２０ｍｍの丸棒に鍛伸した。表１におけるＮｏ．１〜４は、本発明の高周波焼入鋼（以下、実施鋼という）である。Ｎｏ．５〜８は、本発明で規定する範囲から外れた比較鋼である。比較鋼のうちＮｏ．５は従来品として主に用いられているものであり、Ｎｏ．８はＪＩＳ規格のＳＣＭ４２０に相当するもので浸炭処理を行なって使用されるものである。また、表１には前記した計算式により求めたＭｓ点も示してある。
【００５８】
【表１】
0003605276.tif 000002
このようにして得られた各丸棒について、以下の特性を評価した。
【００５９】
［異物環境スラスト型転動疲労試験］
φ６５ｍｍに鍛伸された各丸棒について、比較鋼Ｎｏ．８以外は、８３５℃で焼きなましを行った後、厚さ１０ｍｍの円盤状の平板を切りだし、高周波焼入れ時の表面加熱を１０００℃、７秒間で処理した後、ポリマー焼入れし、さらに１５０℃、８０分間の焼戻しを行ない、研削および研磨加工により表面を鏡面状態とし試験片を作製した。
【００６０】
また、比較鋼Ｎｏ．８は、９００℃で焼ならしを行なった後、厚さ１０ｍｍの円盤状の平板を切りだし、９３０℃で６００分間浸炭処理し、８４０℃から焼入れし、その後１７０℃で１２０分間焼戻し処理を行なった。これを、研削および研磨加工により表面を鏡面状態とし試験片を作製した。また、この試験片の試験面の硬度をロックウェル硬度計で測定した。
【００６１】
異物環境スラスト型転動疲労試験とは、森式スラスト型転動疲労試験機において、潤滑油中に異物を投入して転動疲労試験を行なう方法である。以下に示す条件で試験を行ない、Ｌ５０（５０％累積破損確率）で耐異物環境の転動疲労寿命を評価した。
【００６２】
試験温度                  ：常温
最大ヘルツ圧縮応力（Ｐｍａｘ）：５４０ｋｇｆ／ｍｍ２
応力繰返し速度            ：１８００ｃｐｍ
潤滑油                    ：スピンドル油（＃６０）
異物    ：粒度１０５〜１５０μｍで硬さ７６０〜８００ＨＶの高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）を、１ｇ／ｌの割合で潤滑油に投入した。
【００６３】
異物環境転動疲労寿命は、比較鋼Ｎｏ．５のＬ５０（５０％累積破損確率）を１としたときの比をもって表した。
【００６４】
［残留オーステナイト量測定］
異物環境スラスト型転動疲労試験に用いた試験片と同様に作製された試験片において、高周波焼入面または浸炭面の残留オーステナイト量を測定した。測定方法は、通常のＸ線回折法であり、体積比（％）で試験結果を表示した。
【００６５】
［冷間加工性］
φ２０ｍｍに鍛伸された各丸棒について、比較鋼Ｎｏ．８以外は７７５℃で球状化焼なましを行ない、比較鋼Ｎｏ．８は９００℃で焼ならしを行なった。この丸棒を、「塑性と加工、Ｐ１３９、２２−２４１（１９８１）」に示されている冷間据込み性試験方法に従い、φ１４ｍｍ×２１ｍｍ（切欠無し）の円筒状の試験片を作製した後、圧縮試験機により拘束圧縮を行なった。４０％圧縮時の変形抵抗を測定し、変形抵抗が１２００Ｎ／ｍｍ２  未満のときを「○」、１２００Ｎ／ｍｍ２  以上のときを「×」として評価した。
【００６６】
［結果］
このようにして測定された種々の特性結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
0003605276.tif 000003
Ｎｏ．１〜４は本発明の規定要件を全て満足する実施例であり、高周波焼入れによって残留オーステナイトを２０〜４０容量％含み、６１ＨＲＣ以上の硬さであった。また、冷間加工性、異物環境転動疲労性は、何れも優れた結果を示しており、耐異物環境用に用いられる鋼として十分な特性であった。
【００６８】
一方、比較鋼であるＮｏ．５〜７は、本発明の要件を満たしていないものであり、冷間加工性、異物環境転動疲労性の何れかの特性が劣っている。
【００６９】
実施鋼は、比較鋼Ｎｏ．８の浸炭鋼と同等またはそれ以上の優れた特性であった。実施鋼は、浸炭処理を行なわないので、浸炭炉のように処理できる長さ等の制限がなく、また、長尺の軌道レール等を効率のよい高周波焼入法によって焼入れすることができる。このため、製造コストにおいては比較鋼Ｎｏ．１１に比べ、明らかな優位性を示すことができた。
【００７１】
【発明の効果】
また、本発明の耐異物環境用高周波焼入鋼によれば、高周波焼入れ層の残留オーステナイト量が２０〜４０容量％であるので、靱性に優れ、塵、埃、切り粉等の異物の混入によって引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくい。また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくいので、その寿命を向上させることができる。さらに、高周波焼入れ層の硬度が６１ＨＲＣ以上という高い硬度であるので、直線運動装置の軌道軸として好ましく、高靱性で高硬度を兼ね備えた点において優れた高周波焼入鋼である。また、浸炭焼入処理されないので、安価で、冷間加工性および被削性に優れた耐異物環境用高周波焼入鋼を得ることができるという実用上特に好ましい効果を有している。
【００７２】
さらに、本発明の直線運動装置によれば、高い硬度と高い靱性を有し、異物環境下でも長寿命で使用することができる耐異物環境用高周波焼入鋼により製造されるので、この装置が異物環境中で使用されたとしても、異物が原因で引き起こされる損傷箇所からクラックが生じにくく、また、クラックが生じたとしても、生じたクラックが伝播しにくく、剥離が生じにくい。また、高価な材料や加工性を阻害する材料を含有しないので、長寿命でコストパフォーマンスに優れた直線運動装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直線案内装置の概略図である。
【符号の説明】
１    軌道レール
１ａ  ボール転走面
２    ボール
３    摺動台
５    ブロック
５ａ  取付面
５ｂ  負荷ボール転走面
５ｃ  ボール戻し孔
６    エンドプレート
【図１】
0003605276.tif 000004