(57)【要約】【課題】塩分を含む水と接触する環境下や湿潤と乾燥が繰り返される環境下に置かれても発錆しないような優れた耐食性を有する転動装置を提供する。【解決手段】リニアガイド装置を構成する案内レール１，スライダ２，及び転動体３のうち少なくとも一つが、炭素の含有量が０．１質量％以上０．３５質量％以下、クロムの含有量が１２．８質量％以上、モリブデンの含有量が０．４５質量％以上５．０質量％以下、窒素の含有量が０．１質量％以上０．５質量％以下であるマルテンサイト系ステンレス鋼で構成されている。このマルテンサイト系ステンレス鋼の孔食指数は、１９．１以上とされている。この孔食指数は、マルテンサイト系ステンレス鋼中のクロムの含有量を％Ｃｒ、モリブデンの含有量を％Ｍｏ、窒素の含有量を％Ｎとすると、％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎなる式で算出される数値である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、
前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つは、炭素，クロム，モリブデン，及び窒素を含有し、且つ、前記クロムの含有量を％Ｃｒ、前記モリブデンの含有量を％Ｍｏ、前記窒素の含有量を％Ｎとして、％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎなる式で算出される孔食指数が１９．１以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼で構成されていることを特徴とする転動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受，リニアガイド装置，ボールねじ，直動ベアリング等のような転動装置に係り、特に、高耐食性の転動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品の加工等に使用される食品機械は、塩分を含む水と接触したり、使用後に水等で洗浄が行われたり、あるいは、殺菌を目的とした消毒が行われたりする場合がある。強い酸やアルカリに接触することはないものの、湿潤と乾燥が繰り返される環境下に置かれるため、食品機械に組み込まれる転動装置は腐食を受けやすい状況にある。しかしながら、食品を取り扱うことから、錆の発生は避ける必要があるので、食品機械に組み込まれる転動装置には耐食性が要求される。よって、食品機械に組み込まれる転動装置は、ＳＵＳ４４０Ｃに代表されるマルテンサイト系ステンレス鋼で構成されることが多かった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５４６９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マルテンサイト系ステンレス鋼は、硬さを高めるために炭素が多く含有されているため、塩分を含む水と接触する環境下や湿潤と乾燥が繰り返される環境下に置かれても発錆しないような優れた耐食性を有しているとは言えなかった。耐食性を重視するならば、フェライト系ステンレス鋼やオーステナイト系ステンレス鋼の方が優れているが、転がり軸受等の転動装置を構成する材料としては強度が不十分であった。
【０００５】
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、塩分を含む水と接触する環境下や湿潤と乾燥が繰り返される環境下に置かれても発錆しないような優れた耐食性を有する転動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る転動装置は、外面に軌道面を有する内方部材と、該内方部材の軌道面に対向する軌道面を有し前記内方部材の外方に配された外方部材と、前記両軌道面間に転動自在に配された複数の転動体と、を備え、前記内方部材，前記外方部材，及び前記転動体のうち少なくとも一つは、炭素，クロム，モリブデン，及び窒素を含有し、且つ、前記クロムの含有量を％Ｃｒ、前記モリブデンの含有量を％Ｍｏ、前記窒素の含有量を％Ｎとして、％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎなる式で算出される孔食指数が１９．１以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼で構成されていることを特徴とする。
【０００７】
なお、本発明は種々の転動装置に適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，リニアガイド装置，直動ベアリング等である。また、本発明における内方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には内輪、同じくボールねじの場合にはねじ軸、同じくリニアガイド装置の場合には案内レール、同じく直動ベアリングの場合には軸をそれぞれ意味する。また、外方部材とは、転動装置が転がり軸受の場合には外輪、同じくボールねじの場合にはナット、同じくリニアガイド装置の場合にはスライダ、同じく直動ベアリングの場合には外筒をそれぞれ意味する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の転動装置は、内方部材，外方部材，及び転動体のうち少なくとも一つが、炭素，クロム，モリブデン，及び窒素を含有し、且つ、孔食指数が１９．１以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼で構成されているので、塩分を含む水と接触する環境下や湿潤と乾燥が繰り返される環境下に置かれても発錆しないような優れた耐食性を有している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る転動装置の一実施形態であるリニアガイド装置の構造を示す斜視図である。
【図２】図１のリニアガイド装置を軸方向から見た正面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】マルテンサイト系ステンレス鋼の孔食指数と錆の出現頻度との相関を示すグラフである。
【図５】マルテンサイト系ステンレス鋼の炭素の含有量と錆の出現頻度との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る転動装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る転動装置の一実施形態であるリニアガイド装置の構造を示す斜視図である。また、図２は、図１のリニアガイド装置を軸方向から見た正面図（ただし、エンドキャップを省略して図示している）であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。なお、これらの各図においては、同一又は相当する部分には、同一の符号を付してある。
【００１１】
軸方向に延びる断面形状略角形の案内レール１（本発明の構成要件である内方部材に相当する）の上に、断面形状略コ字状のスライダ２（本発明の構成要件である外方部材に相当する）が軸方向に相対移動可能に組み付けられている。なお、前記断面形状とは、軸方向に直交する平面で切断した場合の断面の形状を意味する。この案内レール１の上面１ｂと左右両側面１ａ，１ａとが交差する稜線部には、軸方向に延びる断面ほぼ１／４円弧形状の凹溝からなる転動体転動溝（本発明の構成要件である軌道面に相当する）１０，１０が形成され、また、案内レール１の左右両側面１ａ，１ａの上下方向中間位置には、軸方向に延びる断面ほぼ１／２円弧形状（半円形）の凹溝からなる転動体転動溝１０，１０が形成されている。
【００１２】
また、スライダ２は、スライダ本体２Ａと、その軸方向両端部に着脱可能に取り付けられたエンドキャップ２Ｂ，２Ｂと、で構成されており、さらに、スライダ２の軸方向両端部（各エンドキャップ２Ｂの端面）には、案内レール１とスライダ２との間の隙間の開口部分のうち軸方向に向く開口部分を密封するサイドシール５，５が装着されている。このサイドシール５，５により、外部から前記隙間への異物の侵入や、前記隙間から外部への潤滑剤の流出が防止されている。
【００１３】
さらに、スライダ本体２Ａの左右両袖部６，６の内側面の角部及び上下方向中央部には、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０に対向する断面ほぼ１／２円弧形状（半円形）の転動体転動溝１１，１１，１１，１１（本発明の構成要件である軌道面に相当する）が形成されている。そして、案内レール１の転動体転動溝１０，１０，１０，１０とスライダ２の転動体転動溝１１，１１，１１，１１との間に、断面ほぼ円形の転動体転動路１４，１４，１４，１４が形成されていて、これらの転動体転動路１４は軸方向に延びている。なお、案内レール１及びスライダ２が備える転動体転動溝１０，１１の数は片側二列に限らず、例えば片側一列又は三列以上などであってもよい。
【００１４】
さらにまた、スライダ２は、スライダ本体２Ａの左右両袖部６，６の肉厚部分の上部及び下部に、転動体転動路１４と平行をなして軸方向に貫通する貫通孔からなる直線路１３，１３，１３，１３を備えている。
一方、エンドキャップ２Ｂは、例えば樹脂材料の射出成形品からなり、断面形状が略コ字状に形成されている。エンドキャップ２Ｂ，２Ｂは、図３に示すように、スライダ本体２Ａとの当接面（裏面）の左右両側に、転動体転動路１４とこれに平行な直線路１３とを連通させる半ドーナッツ状の湾曲路１５を有している。そして、直線路１３と両端の湾曲路１５，１５とで、転動体３を転動体転動路１４の終点から始点へ送り循環させる転動体戻し路１６が構成され、この転動体戻し路１６と転動体転動路１４とで、略環状の転動体循環路が形成されている。この転動体循環路内には、例えば鋼球からなる多数の転動体３が転動自在に装填されていて、これらの転動体３の転動を介してスライダ２が案内レール１に沿って軸方向に移動するようになっている。
【００１５】
案内レール１に組み付けられたスライダ２を案内レール１に沿って軸方向に移動させると、転動体転動路１４内に装填されている転動体３は、転動体転動路１４内を転動しつつ案内レール１に対してスライダ２と同方向に移動する。そして、転動体３が転動体転動路１４の終点に達すると、エンドキャップ２Ｂ内に備えられたタング部１７によって転動体転動路１４からすくい上げられ、湾曲路１５へ送られる。湾曲路１５に入った転動体３はＵターンして直線路１３に導入され、直線路１３を通って反対側の湾曲路１５に至る。ここで再びＵターンして転動体転動路１４の始点に戻り、このような転動体循環路内の循環を無限に繰り返す。
【００１６】
このようなリニアガイド装置においては、案内レール１，スライダ２，及び転動体３のうち少なくとも一つが、炭素，クロム，モリブデン，及び窒素を含有するマルテンサイト系ステンレス鋼で構成されている。
そして、このマルテンサイト系ステンレス鋼の孔食指数（ＰＲＥ：Pitting Resistance Equivalent ）は、１９．１以上とされている。この孔食指数は、耐孔食性及び耐すきま腐食性の指標であり、マルテンサイト系ステンレス鋼中のクロムの含有量を％Ｃｒ、モリブデンの含有量を％Ｍｏ、窒素の含有量を％Ｎとすると、％Ｃｒ＋３．３×％Ｍｏ＋１６×％Ｎなる式で算出される数値である。
【００１７】
なお、マルテンサイト系ステンレス鋼中の炭素，クロム，モリブデン，及び窒素の含有量は、孔食指数が１９．１以上という条件を満足するならば、特に限定されるものではない。ただし、炭素の含有量は０．１質量％以上０．３５質量％以下、クロムの含有量は１２．８質量％以上、モリブデンの含有量は０．４５質量％以上５．０質量％以下、窒素の含有量は０．１質量％以上０．５質量％以下とすることが好ましい。
【００１８】
このようなマルテンサイト系ステンレス鋼は高強度であるので、リニアガイド装置等の転動装置を構成する材料として好適である。また、優れた耐食性を有しているので、塩分を含む水と接触する環境下や湿潤と乾燥が繰り返される環境下に置かれても、発錆しにくい。よって、本実施形態のリニアガイド装置をはじめとする本発明の転動装置は、食品の加工等に使用される食品機械に組み込まれる転動装置として好適である。
【００１９】
食品機械の例をあげると、精米機械、精麦機械、製粉機械、製麺機械、製パン機械、製菓機械、醸造用機械、牛乳加工機械、飲料加工機械、肉類加工機械、水産加工機械、製茶用機械、豆腐製造機械、調理食品加工機械、その他食品及び飲料の加工機械、乾燥機、食品計量機、食品包装機、食品検査機器、食品搬送機器等がある。
なお、案内レール１，スライダ２，及び転動体３のうち一つが前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成されていれば、前記効果が奏されるが、奏される効果の高さを考慮すれば、案内レール１，スライダ２，及び転動体３のうち二つが前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成されていることが好ましく、三つ全てが前記マルテンサイト系ステンレス鋼で構成されていることが最も好ましい。
【００２０】
ここで、前記マルテンサイト系ステンレス鋼の各合金成分及び孔食指数の臨界的意義について説明する。
孔食指数は、前記式から分かるように、鋼中の合金成分の量によって決定される。本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、食品機械が使用されるような環境下、すなわち水分や塩水と接触する腐食性環境下においては、孔食指数と発錆の傾向とに相関性があり、食品機械用の転動装置は、孔食指数の高いマルテンサイト系ステンレス鋼（孔食指数が１９．１以上のマルテンサイト系ステンレス鋼）で構成することが有効であることが分かった。
【００２１】
また、孔食指数が高くても、炭素の含有量が多いと、十分な耐食性を有するマルテンサイト系ステンレス鋼が得られにくいことが分かった。このメカニズムは、炭素が素地中のクロムやモリブデンと炭化物を形成して、素地中（特に炭化物近傍部分）の合金元素が少なくなってしまい発錆するというものである。孔食指数を算出する前記式には炭素の含有量の項はないため、炭素は孔食に影響しないと考えられてきたが、実際には炭素の含有量が耐食性に大きな影響を及ぼすことが分かった。
【００２２】
このため、食品機械用の転動装置に用いるマルテンサイト系ステンレス鋼は、孔食指数が高いことと同時に炭素の含有量が低いことが好ましい。そこで、マルテンサイト系ステンレス鋼の炭素の含有量を０．３５質量％以下とした。ただし、炭素の含有量が０．３５質量％以下であると、焼入れが十分に施されなくなり、転動部材として必要な硬さを得ることができなくなるおそれがある。そこで、孔食指数を高めるとともに、耐食性を損なうことなくマルテンサイト組織を強化できる元素として、窒素を含有させることとした。
【００２３】
〔炭素の含有量について〕
炭素（Ｃ）は、前記したように、マルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性を低下させるため、０．３５質量％以下とした。ただし、炭素の含有量が低すぎると、焼入れが十分に施されなくなり、転動部材として必要な硬さを得ることができなくなってしまうので、０．１質量％以上含有することが好ましい。
【００２４】
〔クロムの含有量について〕
クロム（Ｃｒ）は、マルテンサイト系ステンレス鋼の耐食性を向上させる元素であり、１２．８質量％以上含有させることが好ましい。ただし、安定した耐食性を発現するためには、１４質量％以上含有させることがより好ましい。
〔モリブデンの含有量について〕
モリブデン（Ｍｏ）は、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度を向上させるとともに、耐孔食性を向上させる元素であり、その効果は０．４５質量％以上含有させることにより顕著となる。ただし、含有量が過剰となると冷間加工性が低下するので、５．０質量％以下とすることが好ましい。
【００２５】
〔窒素の含有量について〕
窒素（Ｎ）は、前記式における係数が１６であることから分かるように、孔食指数を向上させる作用が強い元素である。その作用は、０．１質量％以上含有させることにより顕著となり、０．２質量％以上含有させることにより、安定的に耐食性が向上する。ただし、含有量が過剰となると、焼入れ時に残留オーステナイト量が増加して硬さが低下するので、０．５質量％以下とすることが好ましい。
【００２６】
残部は鉄及び不可避的不純物であるが、所望により、ケイ素，マンガン，ニッケル等の他の元素を合金成分として添加してもよい。ケイ素（Ｓｉ）の含有量は、マルテンサイト系ステンレス鋼の加工性を向上させるために０．５質量％以下とすることが好ましい。また、マンガン（Ｍｎ）の含有量は、マルテンサイト系ステンレス鋼の加工性及び耐食性を向上させるために０．５質量％以下とすることが好ましい。さらに、ニッケル（Ｎｉ）の含有量は、マルテンサイト系ステンレス鋼の硬さを維持するために０．５質量％以下とすることが好ましい。
【００２７】
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転動装置の例としてリニアガイド装置をあげて説明したが、本発明は、リニアガイド装置に限らず、他の種類の様々な転動装置に対して適用することができる。例えば、転がり軸受，ボールねじ，直動ベアリング等である。
【００２８】
また、本発明を適用可能な転がり軸受の種類は特に限定されるものではなく、本発明は様々な種類の転がり軸受に対して適用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，針状ころ軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。
【００２９】
〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。表１，２に示すような合金組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼で案内レール及びスライダが構成されたリニアガイド装置（日本精工株式会社製の呼び番号ＬＨ１２、長さ２００ｍｍ）を作製した。転動体には、ＳＵＳ４４０Ｃ製のボールを用いた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
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【００３２】
案内レール及びスライダの製造方法について、スライダを例にして説明する。完成品のスライダと略同一の断面形状（軸方向に直交する平面で切断した断面の形状）を有する柱状素材、すなわち断面形状が略コ字状である柱状素材を、異形引き抜き加工により製作する。次に、この柱状素材に対して、研削代を残しつつ高精度の旋削加工を施し、転動体転動溝となる溝等を形成するとともに外形を整える。
【００３３】
この旋削加工を施した柱状素材に対して、以下のような熱処理を施す。すなわち、窒素雰囲気中１０５０℃で３０〜６０分間加熱した後にファン空冷することにより焼入れを施し、さらに１６０〜２００℃で９０〜１２０分間加熱した後に放冷することにより焼戻しを施す。その後、転動体転動溝となる溝の表面等に研削加工を施して仕上げる。
次に、耐食性試験について説明する。上記のようにして得られたリニアガイド装置を、温度３０℃、濃度３質量％の塩水に５時間浸漬した。このような条件は、食品機械が使用されるような腐食性環境よりも厳しい条件である。そして、案内レール及びスライダへの錆の発生状況を観察し、点状の錆の発生箇所をカウントした。結果を表１，２及び図４，５のグラフに示す。なお、表１，２及び図４，５の錆の出現頻度とは、上記のようにカウントした錆の発生箇所数を意味するが、その数値は、比較例５の錆の発生箇所数を１とした場合の相対値で示してある。
【００３４】
表１及び図４のグラフから、孔食指数が１９．１未満であると発錆が著しいのに対して、孔食指数が１９．１以上であると発錆が生じにくいことが分かる。孔食指数が同等である鋼材Ｎｏ．４と鋼材Ｎｏ．１０とを比較すると、鋼材Ｎｏ．４の発錆が著しい。これは、炭素の含有量に起因するものであり、鋼材Ｎｏ．４の炭素の含有量が０．３５質量％超過であるため、耐食性が不十分となったものと考えられる。
次に、表２及び図５のグラフは、孔食指数が同等で炭素の含有量が異なる場合の耐食性試験結果である。この結果から、孔食指数が１９．１以上であっても、炭素の含有量が０．３５質量％超過であると、発錆が著しくなることが分かる。
【符号の説明】
【００３５】
１      案内レール
２      スライダ
３      転動体
１０      転動体転動溝
１１      転動体転動溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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