(57)【要約】【課題】ベアリング本体の転がり表面層の残留オーステナイト量と表面硬さとの最適な関係を見いだし、さらに、転がり表面層に存在する炭化物，炭窒化物の平均粒径を最適な値にすることで、異物混入潤滑下ばかりでなくクリーンな潤滑下でも、従来品よりも寿命な直動案内装置を提供する。【解決手段】C;0.3〜0.7重量％及びCr;1〜３重量％を含有する合金鋼からなり、しかも浸炭または浸炭窒化されて硬化熱処理されることにより転がり表面層が形成されており、その転がり表面層の残留オーステナイト量が20〜45vol％であり、且つ、平均粒径0.5〜1.5μｍの微細炭化物又は炭窒化物の分散強化したことを特徴とする。【選択図】図１
2017110751.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアリング本体に転動溝、直線路及び転動体を備えた直動案内装置において、前記転動溝、直線路及び転動体の少なくとも一つが、主として、C;0.3〜0.7重量％及びCr;1〜３重量％を含有する合金鋼からなり、しかも浸炭または浸炭窒化されて硬化熱処理されることにより転がり表面層が形成されており、その転がり表面層の残留オーステナイト量が20〜45vol％であり、且つ、平均粒径0.5〜1.5μｍの微細炭化物又は炭窒化物の分散強化したことを特徴とする直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直動案内装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、直動案内装置の構成要素の一つであるベアリング本体の寿命の低下をもたらす要因の一つとして、潤滑油中の異物混入があげられる。潤滑油中には金属の切粉，削り屑，バリ及び摩耗粉等が混入していることが知られいる。このような異物は混入している直動案内装置の使用環境下では、当該異物がベアリング本体の転動溝または転動体に損傷を与え直動案内装置の寿命を低下させていた。そして、この直動案内装置の寿命低下は、潤滑油中に異物が混入していない場合に比べ1/10まで低下するという課題があった。
【０００３】
また、自動車の変速機用歯車等に生じるピッチングのように、軸受の軌道面又は転動面が転がり疲れにより、斑点状の微孔を生じ、転がり軸受の寿命を低下させていた。そこで、特開昭６２−２４４９９号及び特開平２−３４７６６7号に開示されているように、浸炭等の熱処理により低中炭素低合金鋼表面に球状化炭化物を析出させることで、鋼表面の硬さを向上させ、耐ピッチング性を向上した低中炭素低合金鋼を提供する従来例が知られている。
【０００４】
しかしながら、前記従来例のように、前記軌道輪及び転動体の表面硬さを向上すると異物による圧痕の付き方は軽くなるが、その反面、当該軌道輪及び転動体の靱性が乏しくなり潤滑油中に存在する異物により引き起こされる損傷箇所からクラックが発生し、それは起点となって早期にフレーキングが生じ、転がり軸受の寿命を向上するには限界があった。
【０００５】
そこで、特開昭６４−５５４２３号に開示されているように、異物が混入している潤滑下で転がり軸受を使用する場合でも、軸受の転がり表面層のＣの含有量、残留オーステナイト量、及び炭窒化物の含有量を適性値にすることで、異物により生じる圧痕のエッジ部における応力の集中を緩和し、クラックの発生を抑え、転がり軸受の寿命を向上する従来例が存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２４４９９号公報
【特許文献２】特開平２−３４７６６7号公報
【特許文献３】特開昭６４−５５４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開昭６４−５５４２３号に開示されている従来例では、適当量の残留オーステナイトにより異物混入潤滑下での寿命向上を図ることができるものであるが、一方で、残留オーステナイトにより表面硬さが低下して耐疲労性が下がるという課題があった。即ち、残留オーステナイト量と表面硬さとの適性な関係についての改良の余地があった。特開昭６４−５５４２３号に開示されている従来例では、ベアリング本体においても当てはまる。
また、従来のベアリング本体の材料において、ベアリングの寿命を向上する上での炭化物，炭窒化物の粒径をいかなる値にすれば良いかについての配慮がないと言う課題もあった。大型炭化物が繰り返し応力を受けると、当該大型炭化物は疲労起点となりクラック，フレーキングが発生するという問題がある。
そこで、本発明は、このような課題を解決するために、ベアリング本体の転がり表面層の残留オーステナイト量と表面硬さとの最適な関係を見いだし、さらに、転がり表面層に存在する炭化物，炭窒化物の平均粒径を最適な値にすることで、異物混入潤滑下ばかりでなくクリーンな潤滑下でも、従来品よりも寿命な直動案内装置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】
【０００８】
この目的を達成するために本発明は、ベアリング本体に転動溝、直線路及び転動体を備えた直動案内装置において、前記転動溝、直線路及び転動体の少なくとも一つが、主として、C;0.3〜0.7重量％及びCr;1〜３重量％を含有する合金鋼からなり、しかも浸炭または浸炭窒化されて硬化熱処理されることにより転がり表面層が形成されており、その転がり表面層の残留オーステナイト量が20〜45vol％であり、且つ、平均粒径0.5〜1.5μｍの微細炭化物又は炭窒化物の分散強化したことを特徴とする直動案内装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、炭化物形成元素を積極的に添加し、微細炭化物の析出強化により、残留
オーステナイトの存在による状面硬さの低下を補償するものであり、しかも残留オーステナイト量と表面の硬さの関係を最適な範囲にすることにより、異物混入潤滑下ばかりでなく、クレーンな潤滑下でも長寿命な転がり軸受を提供することができるという効果を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係るリニアガイド装置の構成を、一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図２】実施形態に係るリニアガイド装置の要部の側面図であり、一部を切り欠いて示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係るリニアガイド装置１の構成を、一部を切り欠いて示す斜視図である。また、図２は、リニアガイド装置１の要部の側面図であり、一部を切り欠いて示している。
【００１２】
図１に示すように、リニアガイド装置１は長手方向に延在する断面略角型の案内レール４
と、該案内レール４に転動体である転動体７を介して長手方向に移動可能に組付けられたベアリング１０とを備えている。ベアリング１０は、下面側に長手方向に延在する凹部１３が形成され、長手方向から見た断面形状は略コ字状となっている。凹部１３はベアリング１０の両端面を貫いて形成されている。ベアリング１０は凹部１３が案内レール４を跨いで該案内レール４上に配置されている。
【００１３】
案内レール４の一方側の側面４ａと上面４ｃとが交差する稜線部には、転動体７が転動するための上側転動溝１６が長手方向に延在して形成されている。上側転動溝１６は断面形状が略１／４円弧状に形成されている。案内レール４の他方側の側面４ｂと上面４ｃとの稜線部にも同様の上側転動溝１６が形成されている。また、案内レール４の一方側の側面４ａの上下方向略中間位置には、転動体７が転動するための下側転動溝１７が長手方向に延在して形成されている。下側転動溝１７は断面形状が略１／２円弧状に形成されている。下側転動溝１７の底部には、下側転動溝１７の全長に亘って逃げ溝１８が形成されている。案内レール４の他方側の側面４ｂの上下方向略中間位置にも、同様の下側転動溝１７および逃げ溝１８が形成されている。このように、案内レール４には各側面４ａ、４ｂにそれぞれ上側および下側の２本ずつ、計４本の転動溝１６、１７が形成されている。
【００１４】
ベアリング１０は、ベアリング本体部１９と、ベアリング本体部１９の長手方向の各端部
にそれぞれ着脱可能に取付けられたエンドキャップ２２ａ、２２ｂとから構成されている。ベアリング本体部１９は、案内レール４の各側面４ａ、４ｂに沿ってそれぞれ下方に延在して配置される一対の脚部２５ａ、２５ｂと、一対の脚部２５ａ、２５ｂを案内レール４の上面４ｃ側で連結する胴体部２８とから構成されている。各エンドキャップ２２ａ、２２ｂのベアリング本体部１９側とは反対側の長手方向端部、すなわちベアリング１０の長手方向の最も外側となる各端部には、防塵部品であるサイドシール３１ａ、３１ｂがそれぞれ装着されている。これらのサイドシール３１ａ、３１ｂは、案内レール４とベアリング１０との隙間を密封し、外部から塵等の異物が侵入することを防止している。
【００１５】
ベアリング本体部１９の一方の脚部２５ａの内側面、すなわち案内レール４の一方側の側面４ａと対向する面には、該一方側の側面４ａに形成された上側転動溝１６および下側転動溝１７のそれぞれと対向する位置に、転動体７が転動するための上側転動溝３４および下側転動溝３５が形成されている。ベアリング本体部１９の他方の脚部２５ｂの内側面にも同様の上側転動溝３４（図示省略）および下側転動溝３５（図示省略）が形成されている。案内レール４の上側転動溝１６とベアリング本体部１９の上側転動溝３４とで転動体７が転動するための上側転動路３７が形成されている。また、案内レール４の下側転動溝１７とベアリング本体部１９の下側転動溝３５とで、転動体７が転動するための下側転動路（図示省略）が形成されている。このように、案内レール４およびベアリング１０には、片側にそれぞれ上側および下側の２本ずつ、全部で４本の転動路が形成されている。
【００１６】
また、ベアリング１０の一方の脚部２５ａには、上側転動路３７および下側転動路のそ
れぞれと平行に脚部２５ａの肉厚部分を長手方向に貫通する上側直線路４０および下側直線路４１が形成されている。つまり、一方の脚部２５ａには２本の直線路４０、４１が形成されている。ベアリング１０の他方の脚部２５ｂにも同様に上側直線路４０（図示省略）および下側直線路４１（図示省略）が形成されている。
【００１７】
各エンドキャップ２２ａ、２２ｂは、ベアリング本体部１９との当接面側であってベアリ
ング本体部１９の一対の脚部２５ａ、２５ｂに対応する部分に、転動体７の上側転動路３７と上側直線路４０とを連通させる半ドーナツ状の上側湾曲路（図示省略）と、下側転動路（図示省略）と下側直線路４１とを連通させる半ドーナツ状の下側湾曲路（図示省略）とが形成されている。各エンドキャップ２２ａ、２２ｂには、片側２つで計４つの湾曲路が形成されている。そして上側直線路４０と両端の上側湾曲路とで転動体７を上側転動路３７の一方側の端部から他方側の端部へ送り循環させる上側戻し路が形成され、該上側戻し路と上側転動路３７とで環状の上側循環路４３が形成されている。同様に、下側直線路４１と両端の下側湾曲路とで転動体７を図示しない下側転動路の一方側の端部から他方側の端部へ送り循環させる下側戻し路が形成され、該下側戻し路と図示しない下側転動路とで環状の下側循環路（図示省略）が形成されている。すなわち、案内レール４およびベアリング１０には、全部で４本の循環路が形成されている。環状の上側循環路４３および下側循環路には、それぞれ多数の転動体７が転動自在に装填されている。ベアリング１０は、これら多数の転動体７を介して案内レール４上を長手方向に移動する。
【００１８】
ベアリング１０の凹部１３には、図１および２に示すように、案内レール４の上面４ｃと
平行にボール保持器４６が配置されている。ボール保持器４６の長手方向の両端部には、図２に示すように、長手方向に突出する突起部４８がそれぞれ形成されている。また、エンドキャップ２２ａ、２２ｂのベアリング本体部１９との当接面側には、ボール保持器４６の各突起部４８と係合する凹部５０がそれぞれ形成されている。ボール保持器４６は、両端部の突起部４８がエンドキャップ２２ａ、２２ｂの凹部５０にそれぞれ係合することで、ベアリング１０に支持されている。ボール保持器４６は上側転動路３７に位置する転動体７を支持し、これら転動体７の上側転動路３７からの脱落を防止している。当該ボール保持器４６の詳細な構成については後述する。
【００１９】
また、ベアリング１０には、下側転動路に位置する転動体７を支持するための棒型のボール保持器５２が配置されている。棒型のボール保持器５２は両端部がエンドキャップ２２ａ、２２ｂにそれぞれ支持され、他の部分は案内レール４の逃げ溝１８に収容されている。
【００２０】
ベアリング１０を案内レール４の長手方向に沿って移動させると、上側転動路３７および
下側転動路（図示省略）にそれぞれ位置する転動体７は、それぞれ上側転動路３７および下側転動路内を転がり移動しつつ案内レール４に対してベアリング１０と同じ方向へ移動する。そして各転動体７が上側転動路３７および下側転動路の一方側の端部にそれぞれ到達すると、エンドキャップ２２ａ（または２２ｂ）内に設けられた上側湾曲路（図示省略）および下側湾曲路（図示省略）へそれぞれ入っていく。各湾曲路に入った転動体７はＵターンしてそれぞれ上側直線路４０および下側直線路４１に入り、これら直線路４０、４１を転動して反対側のエンドキャップ２２ｂ（または２２ａ）内に設けられた上側湾曲路（図示省略）、下側湾曲路（図示省略）に到達する。そしてこれらの反対側の湾曲路で再度Ｕターンして上側転動路３７および下側転動路の他方側の端部に戻る。転動体７は、ベアリング１０の移動に伴い、上側循環路４３および下側循環路内でそれぞれこのような循環を繰り返す。
【００２１】
また、案内レール４には、該案内レール４を工作機械等の被取付け部に取付けるためのボ
ルト穴５４が設けられている。
【００２２】
転動体７と上側転動溝３４と下側転動溝３５と上側直線路４０と下側直線路４１との転
がり表面層の残留オーステナイト量（γＲvol％）;20〜45vol％潤滑油中等に混入する異物により、転がり表面層に圧痕が発生する。この圧痕のエッジ部分に発生しやすいクラックは、残留オーステナイトと密接な関係がある。残留オーステナイトは、素材のＣ含有量により多少異なるが、通常は軟らかくて粘い。従って、この残留オーステナイトを所望の割合で転がり表面層に存在させると圧痕のエッジ部分における応力集中を緩和することができ、クラックの発生を抑制することができる。また、転がり表面層における残留オーステナイトは、転動時に圧痕を通過する部材（例えば、転動体に対して軌道輪）の相対通過回数が所定数を過ぎると、表面に加わる変形エネルギーによりマルテンサイト変態し、硬化するという効果により、異物混入潤滑下での直動案内装置の寿命を向上することができる。これらの効果を最大限発揮する転がり表面層における残留オーステナイト量は20〜45vol％である。
【００２３】
残留オーステナイト量が20vol％未満だと前記ごみ圧痕発生の際の応力集中効果を十分発揮することができない。
また、残留オーステナイト量が45vol％を越えると応力集中を緩和する効果は飽和し、かえって表面硬さを低下することにより耐疲労性が低下してしまう。
以上により、転がり表面層の残留オーステナイト量を20〜45vol％、好ましくは、25〜
40vol％とした。
ところで、この残留オーステナイト量は、焼入温度及び焼入法を選択すること、マトリ
ックスに固溶するＣ濃度を調整すること等により制御可能である。
【００２４】
なお、本発明において、転がり「表面層」とは表面からある所望深さまでの範囲を言い、
例えばせん断応力が最大となる転動体平均直径の２％に対応する深さまでを言う。
転がり表面層に存在する微細炭化物及び／又は炭窒化物の平均粒径;0.5〜1.5μｍであるため、 残留オーステナイト量（γＲvol％）が増えるにしたがって、表面硬さ（Hv）が低下する。
【００２５】
ここで、炭化物，炭窒化物の平均粒径は、0.5〜1.5μｍである。平均粒径が0.5μｍ未
満だと寿命向上が不十分であり、かつ、耐磨耗性が低下する。また、平均粒径が1.5μｍを越えると、前記炭化物，炭窒化物が応力の集中源となり、クラック等が発生し易くなり転がり軸受の寿命を低下する。
【００２６】
ところで、転がり表面層に含有する前記微細炭化物及び炭窒化物の含有量は、面積比で
10〜20％が望ましい。炭化物，炭窒化物が少ないと、残留オーステナイト量の増加に対する表面硬さの低下を補償することができない。一方、これらの量が多すぎると、炭化物が粗大化する他、マトリックスに固溶する炭素量が低下し必要な残留オーステナイト量を確保することができない。なお、炭化物，炭窒化物量は、炭化物形成元素量の調整，焼戻し温度の調整等により制御可能である。
【００２７】
炭化物形成元素としては、Cr,Mo,V,W等公知の各種の元素がある。（Ｗは窒化物も形成
する）。特にCrが好ましい。
これらの炭化物形成元素のうち所望の一種以上を含有することにより、各種の炭化物が発生する。
また、炭窒化物は、浸炭に変えて浸炭窒化を行ったときの上記炭化物及びFe3（CN）等の窒化物を言う。
炭化物形成元素として好ましいのは、Crである。
このCrは、鋼の焼入性及び焼戻し抵抗性を向上すると伴に、微細な炭化物を析出して合
金鋼の硬さを向上するために必要な炭化物形成元素である。転がり表面層に析出する炭化物を微細化するのに適したCrの含有量は、１〜３重量％である。
Cr含有量が１重量％未満の鋼に対し浸炭等の処理によりＣ濃度を高め表面硬さのみ大き
くすることは可能であるが、これでは、炭化物の核発生が少なく炭化物が成長しやすい巨大炭化物が発生する。
【００２８】
SUP9（ばね鋼材；マンガンクロム鋼…C0.6％,Mn0.8％,Cr0.8％）を浸炭焼入した時に表層
部に析出した平均粒径５μｍ程度の巨大炭化物が炭化物は白斑状に示されている。
Cr含有量が３重量％を越えると、素材の段階で巨大炭化物が晶出してしまい、応力集中
により寿命が低下する。そして、コスト的にも不利であるとともに、巨大炭化物を微細化しようとすると炭化物をマトリックス中に固溶して再度析出させるための熱処理，高温焼入れ等が必要となり、熱処理生産性が低下する。
【００２９】
なお、素材を作製する方法として、鋳造の他、公知の粉末焼結等があるが、この粉末焼結は、焼結する際、素材の段階で巨大炭化物，炭窒化物が晶出してしまうことがなく、好ましい方法である。
【００３０】
その他の炭化物形成元素として、例えば、Mo;8重量％以下、特に、2.0重量％以下,V;7重量％以下、特に、３重量％以下,W;15.0重量％以下を必要に応じて適宜含有することができる。
【００３１】
本発明に使用する合金鋼としては、低中炭素（C;0.3〜0.7重量％）程度の肌焼鋼の他、
中高炭素（C;0.7〜1.2重量％）程度の高炭素クロム軸受鋼，高温軸受用高速度鋼を使用することができる。
【００３２】
ここで、肌焼鋼の炭素量を前記値にした理由について説明する。
浸炭法では、マトリックスへのカーボンの固溶はマトリックスに最初から存在する
ベースカーボンと浸炭によりマトリックスに侵入固溶するカーンの両者により行われる
ので均一固溶が可能である。軸受鋼の焼入れでは、ベースカーボンがマトリックスに固溶する際のカーボン量は0.5重量％が限度であるが、浸炭法では、固溶限度が１重量％を越える範囲まで可能である。それによって、転がり疲労による転移の移動をカーボン原子が阻止し、転移の集積により塑性変形を防ぎ、従ってマイクロクラックの発生を遅延させ、リニアガイドの長寿命及び高信頼性が達成できる。
【００３３】
前記浸炭又は浸炭窒化による表面硬化を行う際に、Ｃの含有量が0.3重量％未満である
と、本発明の目的とする表面硬さを得るためには、浸炭又は浸炭窒化により前記肌焼鋼
に侵入するＣ量又はＮ量を多くしなければならない。このため、浸炭，浸炭窒化熱処理時
間が長くなり、熱処理生産性が低下する。また、コア（芯部）の硬さが不足して、コアが
塑性変形し直動案内装置の寿命を低下する。
【００３４】
逆に、Ｃの含有量が0.7重量％を越えると、浸炭又は浸炭窒化により前記肌焼鋼に侵入す
るＣ量,N量が少なくなる。このため、前記肌焼鋼に侵入固溶するC,Nの割合が低下し不均一固溶状態となり、この部分が応力集中源となってしまい、転がり軸受の寿命が低下してしまう。以上より、前記軌道輪及び転動体の少なくとも一つに使用する肌焼鋼のＣ含有量を0.3〜0.7重量％にすることが望ましい。
【符号の説明】
【００３５】
１  直動案内装置
４  案内レール
７  転動体
１０  ベアリング
１３  凹部
１６、１７  （案内レールの）転動溝
１９  ベアリング本体部
２２ａ、２２ｂ  エンドキャップ
２５ａ、２５ｂ  （ベアリングの）脚部
２８  胴体部
３１ａ、３１ｂ  サイドシール
３４、３５  （ベアリングの）転動溝
３７  転動路
４０、４１  直線路
４３  循環路
４６  ボール保持器、枠型保持器
【図１】
2017110751.tif 000003
【図２】
2017110751.tif 000004