(57)【要約】【課題】転動路の表面における硬さとともに、介在物の寸法を規定することにより、早期の転動疲労剥離の発生を抑制して長寿命のリニアガイドを提供することを目的とする。【解決手段】少なくともスライダーが、炭素含有量が０．１９質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料からなり、かつ、転動体直径をＤａとするとき、転動面の表面から深さ（Ｄａ×０．０８）までの領域における硬さがＨｖ５６０以上Ｈｖ７８０以下であるとともに、スライダーの転動体転動溝の全長からクラウニング部の長さを差し引いた実転動部の長さをＬ、応力体積を［（Ｄａ×０．３５）×（Ｄａ×０．０４）×Ｌ］とするとき、応力体積中に存在する介在物の幅を２ｂが１５０μｍ以下であるリニアガイド。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向に延びる転動体転動溝を左右両側面に有する案内レールと、案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有するとともに、軸方向に相対移動可能に案内レールに取り付けられたスライダーと、案内レールの転動体転動溝とスライダーの転動体転動溝とで形成される転動路内に転動自在に配された複数の転動体とを備えたリニアガイドにおいて、
少なくとも前記スライダーが、炭素含有量が０．１９質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料からなり、かつ、転動体直径をＤａとするとき、転動路の表面から深さ（Ｄａ×０．０８）までの領域における硬さがＨｖ５６０以上Ｈｖ７８０以下であるとともに、
前記スライダーの転動体転動溝の全長からクラウニング部の長さを差し引いた実転動部の長さをＬ、応力体積を［（Ｄａ×０．３５）×（Ｄａ×０．０４）×Ｌ］とするときに、応力体積中に存在する介在物の幅を２ｂが１５０μｍ以下であることを特徴とするリニアガイド。
【請求項２】
スライダーにおいて、転動体転動溝の表面の残留オーステナイト量が８体積％以上１９体積％以下であることを特徴とする請求項１記載のリニアガイド。
【請求項３】
スライダーにおいて、転動体転動溝と転動体との接触による最大接触面圧をＰｍａｘ（ＧＰａ）とするとき、２ｂが（１）式を満たすことを特徴とする請求項１または２記載のリニアガイド。
【数１】
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【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はリニアガイドに関し、より詳細にはその構成材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
図1に示すように、リニアガイド１０は、軸方向に延びる転動体転動溝１５を左右両側面に有する案内レール１１と、案内レール１１の転動体転動溝１５に対向する転動体転動溝１９を有するとともに、軸方向に相対移動可能に案内レール１１に取り付けられたスライダー１２と、案内レール１１の転動体転動溝１５とスライダー１２の転動体転動溝１９とで形成される転動路１８の内部に転動自在に配された複数の転動体１３とを備えており、稼動部が転がり軸受と同様な構造を有している。そのため、破損形態も転がり軸受と同様に見られ、両者ともに主な破損要因として転動疲労剥離が考えられている。
【０００３】
しかし、リニアガイド１０では、特にスライダー１２において、転動体転動溝の表面に傷等が付き、この傷が転動体１３と衝突すると破損が促進される。その場合、転動疲労剥離に寄与する材料清浄度の影響は小さく、ミクロ介在物が表面起点型剥離に及ぼす影響は他の因子と比較して無視できるといえる。ところが、大型介在物が転動路１８の表面または表面近傍に出現した場合は、剥離寿命に及ぼす影響は無視できないほど大きく、ミクロ介在物のみが存在するときには起こらなかった早期の転動疲労剥離が生じる。
【０００４】
本出願人は特許文献１において、転がり軸受ではあるが、その材料中の介在物の大きさに着目し、介在物の幅が同じ場合でも、長径部が長いほど剥離への寄与が大きくなることから、介在物の面積の平方根を規定している。しかし、上記したように、リニアガイドでは転動疲労剥離を起こす要因が異なり、転がり軸受における規定をそのまま転用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４００６９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように、リニアガイドの材料中に存在する介在物の寸法と、早期の転動疲労剥離との関係は検討されておらず、本発明では転動路の表面における硬さとともに、介在物の寸法を規定することにより、早期の転動疲労剥離の発生を抑制して長寿命のリニアガイドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は下記のリニアガイドを提供する。
（１）軸方向に延びる転動体転動溝を左右両側面に有する案内レールと、案内レールの転動体転動溝に対向する転動体転動溝を有するとともに、軸方向に相対移動可能に案内レールに取り付けられたスライダーと、案内レールの転動体転動溝とスライダーの転動体転動溝とで形成される転動路内に転動自在に配された複数の転動体とを備えたリニアガイドにおいて、
少なくとも前記スライダーが、炭素含有量が０．１９質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料からなり、かつ、転動体直径をＤａとするとき、転動路の表面から深さ（Ｄａ×０．０８）までの領域における硬さがＨｖ５６０以上Ｈｖ７８０以下であるとともに、
前記スライダーの転動体転動溝の全長からクラウニング部の長さを差し引いた実転動部の長さをＬ、応力体積を［（Ｄａ×０．３５）×（Ｄａ×０．０４）×Ｌ］とするときに、応力体積中に存在する介在物の幅を２ｂが１５０μｍ以下であることを特徴とするリニアガイド。
（２）スライダーにおいて、転動体転動溝の表面の残留オーステナイト量が８体積％以上１９体積％以下であることを特徴とする上記（１）記載のリニアガイド。
（３）スライダーにおいて、転動体転動溝と転動体との接触による最大接触面圧をＰｍａｘ（ＧＰａ）とするとき、２ｂが（１）式を満たすことを特徴とする上記（１）または（２）記載のリニアガイド。
【０００８】
【数１】
2015203464.tif 000003
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、転動路の表面における硬さとともに、介在物の寸法を規定することにより、早期の転動疲労剥離を起こすことなく、長寿命のリニアガイドを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】リニアガイドの一例を示す一部断面斜視図である。
【図２】応力体積を説明するための模式図である。
【図３】Ｄａ×０．０８深さの硬さと寿命比との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
本発明においてリニアガイドの種類や構成についての制限はなく、例えば図１に示すリニアガイドを例示することができる。図示されるリニアガイド１０は、案内レール１１と、案内レール１１上に配されて案内レール１１の軸方向に移動可能に組み付けられたスライダー１２と、ボールである複数の転動体１３と、を備えている。
【００１３】
案内レール１１の上面には、レール面１４が形成され、案内レール１１の両側面には、転動体１３を転動させるための転動体転動溝１５，１５が上下に２条に形成されている。レール面１４には、上下に貫通した複数個のボルト孔１７が軸方向に沿って形成されている。案内レール１１は、ボルト孔１７を介してボルトが加工台にねじ込まれることによって、加工台に固定される。
【００１４】
スライダー１２には、案内レール１１の転動体転動溝１５，１５と対向して転動路１８を形成する転動体転動溝１９が形成されており、転動体１３が転動路１８を転動自在に摺動する。
【００１５】
本発明では、少なくともスライダー１２を、好ましくは案内レール１１及び転動体１３も、炭素含有量が０．１９質量％以上１．２質量％以下である鉄鋼材料で形成する。炭素は、マトリクスに固溶してマルテンサイトを強化する元素であり、焼入れ焼戻し後の硬さや強度の確保と、疲労寿命を向上させるために不可欠である。後に浸炭処理また浸炭窒化処理と焼入れと焼戻し処理を行う場合には、割れを抑制するために、炭素含有量を０．１９質量％以上０．６質量％以下とし、浸炭処理または浸炭窒化処理により表層部の炭素含有量を１．０質量％以上２．０質量％以下とすることが望ましい。また、浸炭処理または浸炭窒化処理を行わずに焼入れ焼戻し処理を行う場合には、表層部の硬度を確保するために、炭素含有量を０．５質量％以上１．２質量％以下とすることが望ましい。更に、高周波焼入れを行う場合も０．５質量％以上１．２質量％以下とすることが望ましい。
【００１６】
何れの場合も、素材の炭素含有量に応じて適切な熱処理によって硬さを得るが、炭素含有量が０．１９質量％未満であると表面に十分な硬さを得るための処理時間が長時間化し、コストが増大する。一方で炭素含有量が１．２質量％を超えると、鋳造時に巨大炭化物が生成しやすくなり、加工性が低下したり、巨大炭化物が起点となって早期剥離が起こることが懸念される。
【００１７】
材料の硬さは、転動疲労剥離の起点が表面もしくは内部であることに関わらず剥離寿命に大きく影響し、材料の硬さが高いほど転動疲労剥離寿命が長くなる。本発明では、転動体１３の直径をＤａとするとき、転動路１８の表面からＤａ×０．０８までの深さの領域における硬さをＨｖ５６０以上Ｈｖ７８０以下とする。この領域の硬さがＨｖ５６０未満では著しく表面性状安定性が悪くなり、表面粗さが起因となる剥離を生じる可能性が高くなる。一方でＨｖ７８０を超えると、靭性が低下し、転動体１３が転動路１８の表面に接触する際に生じる衝撃による割れが懸念される。好ましくは、Ｈｖ６５２以上Ｈｖ７８０以下である。尚、Ｄａ×０．０８よりも深い領域の硬さは不問である。
【００１８】
また、本発明では、転動体転動溝１９における応力体積中に存在する介在物の幅２ｂが１５０μｍ以下である。リニアガイドでは、転動疲労剥離の形態は表面起点型であることに着目し、欠陥が転動体転動溝１９の表面またはその極近傍に存在する場合にのみ剥離に影響が及び、ある深さよりも深い位置に欠陥が存在していても剥離の起点とならず、無視することができる。そして、剥離の起点となり得る領域を「応力体積」と呼び、次のように定義した。
【００１９】
即ち、図２に示すように、スライダー１２の転動体転動溝１９の全長からクラウニング部の長さ（Ｌｃ）を差し引いた実転動部の長さをＬとするとき、応力体積は［（Ｄａ×０．３５）×（Ｄａ×０．０４）×Ｌ］と定義される。同図に深さ方向におけるせん断応力分布を示すが、（Ｄａ×０．０４の深さ）の領域に最大のせん断応力が加わり、剥離に大きく影響する。また、リニアガイドでは、転動路１８の両端のラウニング部を有しており、本発明者らの調査によれば、転動路全体に剥離が発生することはなく、クラウニング部を除いたストレート部分（実転動部）のみに剥離が発生しており、疲労による材料組織の変化もこの実転動部のみであることから、応力体積の定義において、実転動部の長さ（Ｌ）のみとした。
【００２０】
先述したように、介在物のサイズがミクロンレベルであれば、リニアガイドの場合は剥離の影響は実質的にないが。大型の介在物には影響を受ける。鋼中における大型介在物の生成過程は、ミクロ介在物の場合と異なり、ミクロ介在物とは異なった形で存在する。ミクロ介在物は一般に球状またはそれに近い形状で鋼中に存在するが、大型介在物は圧延時の影響を受けて、圧延方向に沿って延びた細長い形で存在する。そして、本発明では、応力体積中に存在する介在物が、最大のものでも幅２ｂが１５０μｍ以下であるように規定する。
【００２１】
リニアガイドでは、転動体の移動方向と素材の圧延方向とが一致しており、この点が転がり軸受と大きな違いであり、リニアガイド特有の破損を生じる一因でもある。特許文献１では、転がり軸受において、介在物の幅が同じでも長径部が長いほど剥離への寄与が大きくなることから、介在物の面積の平方根をある値以下になるように規定している。しかし、本発明者らは、圧延によって縦横比が大きな介在物が存在する場合、ある程度の長さを超えると剥離への影響度がそれほど変化しないことを見出した。具体的には、介在物の長さが幅の５倍を超える場合には、剥離への寄与は介在物の幅のみによって整理され、長さは剥離に寄与せず、幅が１５０μｍを越えると影響することを見出した。
【００２２】
更に、介在物の幅２ｂは下記（１）式を満たすことが好ましい。更なる検討の結果、早期剥離は、転動体１３と転動体転動溝１９とで形成される接触楕円の中心に発生する最大接触面圧（Ｐｍａｘ）に影響され、(１)式を満たすことにより荷重条件がより厳しくなったときでも剥離を抑えることができることを見出した。
【００２３】
【数２】
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【００２４】
尚、最大接触面圧（Ｐｍａｘ）は、Ｈｅｒｔｚの接触応力理論に基づいて導かれるものであり、単位はＧＰａである、また、最大接触面圧（Ｐｍａｘ）は、スライダー１２に負荷される荷重とスライダー１２の形状緒言から求められる。
【００２５】
本発明では、上記のように特定の炭素量で、かつ、転動面の表面の硬さや、応力体積中に存在する介在物の幅の規定の他に、転動体転動溝１９の表面の残留オーステナイト量を８体積％以上１９体積％以下とすることが好ましい。転動体転動溝１９の表面に存在する残留オーステナイトが表面起点型剥離に大きく影響し、残留オーステナイト量が多いほど表面起点型剥離寿命が長くなる。そして、リニアガイドにおいては、残留オーステナイト量が８体積％以上になると、表面起点型剥離に対する寿命延長効果が顕著に現れる。しかし、残留オーステナイト量が過度に多くなると寸法安定性が低下するようになり、１９体積％を超えると顕著になる。従って、本発明では、転動体転動溝１９の表面の残留オーステナイト量を８体積％以上１９体積％以下とすることが好ましく、１０体積％以上１６体積％以下がより好ましい。
【００２６】
更に、鉄鋼材料は、炭素以外に下記の元素を含有することが好ましい。
（Ｓｉ：０．１質量％以上２．０質量％以下）
Ｓｉは焼入れ性を向上させる効果があるが、過剰になると非金属系介在物を生成しやすくなる。そのため、Ｓｉ含有量を０．１質量％以上にすることで焼入れ性を向上させることができ、２．０質量％以下にすることで非金属系介在物を発生し難くする。好ましくは、０．１質量％以上０．４質量％以下である。
（Ｍｎ：０．１質量％以上２．０質量％以下）
Ｍｎは焼入れ性を向上させる効果があるが、過剰になると加工性を低下させ、非金属系介在物を生成しやすくなる。そのため、Ｍｎ含有量を０．１質量％以上にすることで焼入れ性を向上させることができ、２．０質量％以下にすることで加工性を高め、非金属系介在物を発生し難くする。好ましくは、０．６質量％以上０．９質量％以下である。
【００２７】
更には、選択成分としてＣｒを含有することもできる。
（Ｃｒ：０．１質量％以上２．０質量％以下）
Ｃｒは耐摩耗性を向上させる効果があるが、過剰になると加工性を低下させるとともに、高価であるため含有量を抑えることが好ましい。そのため、Ｃｒ含有量を０．１質量％以上にすることで耐摩耗性を向上させることができ、２．０質量％以下にすることでコストを抑えつつ、加工性を高めることができる。好ましくは、０．１質量％以上０．３質量％以下である。
【実施例】
【００２８】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら宣言されるものではない。
【００２９】
（実施例１〜２２、比較例１〜４）
スライダーとしてＬＨ２５ＢＮを、案内レールとしてＬＨ２５を想定し、表１に示す鉄鋼材料を加工し、浸炭窒化処理及び熱処理の条件を調整してスライダーを作製した。尚、鉄鋼材料は表記の炭素の他に、Ｓｉを０．１〜２．０質量％、Ｍｎを０．１〜２．０質量％含有しており、残部が鉄及び不可避的不純物からなる。また、介在物を模擬して、表記の幅（２ｂに相当）の人工傷を、スライダーの転動体転動溝において本発明の応力体積に相当する位置に加工した。
【００３０】
得られたスライダーの転動体転動溝の表面の硬さ、Ｄａ×０．０８深さの硬さ、残留オーステナイト量を測定した。結果を表１に示す。
【００３１】
また、表２に示す試験条件にて耐久試験を行い、稼働距離を寿命とし、計算寿命に対する寿命比を求めた。尚、試験はスライダー毎に８回ずつ行い、その平均寿命とした。また、試験は稼動距離が計算寿命の５倍になった時点で中止し、稼動距離が５倍に達したものについては表中に「５倍超」と記した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
2015203464.tif 000006
【００３４】
表１に示すように、本発明に従う実施例は、実施例３、１５〜１８、２０〜２２を除いて何れも５倍超の寿命比であり、実施例３、１５〜１８、２０〜２２も１．２倍以上に寿命が延びている。また、図３に、Ｄａ×０．０８深さの硬さと寿命比との関係をグラフ化して示すが、本発明で規定する鉄鋼材料を用い、応力体積中に存在する介在物の幅を１５０μｍ以下にすることにより、Ｄａ×０．０８深さがＨｖ５６０〜７８０の範囲であり、本願の好ましい範囲を満たせば、寿命比を約４倍以上にまで高めることができることがわかる。これに対し本発明の範囲外となる比較例は、何れも計算寿命と同等以下である。
【符号の説明】
【００３５】
１０  リニアガイド
１１  案内レール
１２  スライダー
１３  転動体
１５  （案内レール側）転動体転動溝
１９  （スライダー側）転動体転動溝
【図１】
2015203464.tif 000008
【図２】
2015203464.tif 000009
【図３】
2015203464.tif 000010