(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直動案内装置の直動案内レールの表面に転動体軌道溝を転造加工するに際して、前記直動案内レールの表面脱炭層を復炭焼鈍処理により１００μｍ以下にしてから前記直動案内レールの表面に転動体軌道溝を転造加工することにより、転造加工前に表面脱炭層の削り取りを行わないようにし、
前記復炭焼鈍処理の拡散期工程で炉内の分圧比を０．８〜５．０にしたことを特徴とする直動案内装置用案内レールの転動体軌道溝転造加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記復炭焼鈍処理が前記直動案内レールを６８０〜８００℃の温度で昇温保持する工程を含むことを特徴とする直動案内装置用案内レールの転動体軌道溝転造加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の方法により転造加工された転動体軌道溝を有する直動案内レールを備えたことを特徴とする直動案内装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直動案内装置用案内レールの転動体軌道溝転造加工方法及び直動案内装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マシニングセンタ、旋盤、研削盤、ロボット、精密ＸＹテーブル、計測装置、半導体製造装置、液晶ディスプレイ製造装置等で使用される直動案内装置は、一般に、直動案内レールと、この直動案内レールの長手方向に相対移動するスライダと、このスライダ内に転動自在に組み込まれた多数の転動体とからなり、直動案内レールの表面（例えば左右側面）には、転動体を直動案内レールの長手方向に転動させるための転動体軌道溝が形成されている。
【０００３】
このような直動案内レールの転動体軌道溝は、従来、図７に示す工程を経て形成されている。図７において、（ａ）はレール素材Ｗを引抜加工して転動体軌道溝２を形成する工程、（ｂ）は引抜加工されたレール素材Ｗにワイヤ保持器を通すためのワイヤ通し溝（又は油溜り溝）３や取付け基準面Ｗｂｓの基準表示線（又は基準表示溝）４を切削加工する工程、（ｃ）はワイヤ通し溝３等が形成されたレール素材Ｗにレール取付け孔５を孔明け加工する工程、（ｄ）はレール取付け孔５が形成されたレール素材Ｗの上面Ｗａ及び下面Ｗｃを研削する工程をそれぞれ示しており、このような方法によるとレール素材Ｗを引抜加工した後に転動体軌道溝２を砥石６で研削しなければならないため、直動案内レールの製造に時間がかかると共に製造コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
すなわち、レール素材Ｗを引抜加工しただけでは加工精度が十分でなく、研削加工に際して研削取代を多めに設ける必要があり、そのために研削時間が長くかかる。また、引抜加工後の研削加工を不要とするためには、引抜回数を多くする必要があり、レール素材を１回引抜く度に口付け（ダイスに入るようにレール素材の先を細くする）、焼鈍、熱処理のスケール落としのためのショットピーニング、リン酸塩皮膜処理等の前後処理が必要であり、結局は加工コストが高くつき、精度もあまり良くないという問題点がある。さらに、研削工程はミクロン単位で形状や粗さをコントロールする非常に繊細な作業であり、例えば研削前のレール素材Ｗのセッティングや砥石６のセッティングが重要となり、熟練技術の必要性と共に作業時間が費やされる。従って、研削工程は直動案内レールの全製造に占めるコストの割合が大きい。また、図７及び図８に示す方法では、引抜加工によって形成された転動体軌道溝２を研削するため、複雑な研削工程であり、より厳しい研削条件が強いられることになる。
【０００５】
そこで、かかる不具合を解消するために、直動案内レールの転動体軌道溝を転造加工により形成する方法が特開2001−227539号公報に開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示された方法によると、引抜加工後の研削加工を必要としないため、加工時間の短縮や加工コストの低減を図ることができるが、転動体軌道溝が形成されるレール素材表面の脱炭深さが１００μｍを越えると直動案内レールの耐久寿命が急激に低下することが本発明者らの研究によって判明した。
すなわち、直動案内レールのレール素材は熱間圧延工程で例えば１２００℃前後まで加熱されてから加工されるため、高温で大気中に晒されたレール素材には、数十μｍ〜数百μｍ程度の脱炭層が生じる。さらに、引抜工程でのレール素材の引抜性を良好とするために、レール素材に対して焼鈍を施す場合が多い。また、引抜回数が増えると、引抜よりレール素材が加工硬化し、次の引抜加工を行うため、図８のように繰返し焼鈍を施す場合が多い。しかし、レール素材の表面に脱炭層が存在した状態で転動体軌道溝を転造加工すると、熱処理後に十分な表面焼入れ硬さが得られず、直動案内レールの寿命低下を招くことがあった。
【０００７】
また、特開2001−227539号公報に開示された方法では、図９及び図１０に示すように、レール素材Ｗを転造加工する前にレール素材表面の脱炭層を研削加工により除去する必要があるため、前述した従来方法と同様に、直動案内レールの製造に時間がかかると共に製造コストが高くなるという問題があった。そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、直動案内レールの耐久性の向上を図ることのできる直動案内装置を提供することを第１の目的とする。また、本発明の第２の目的は、直動案内レールの耐久寿命を大きく低下させることなく直動案内レールの表面に転動体軌道溝を転造加工することのできる直動案内装置用案内レールの転動体軌道溝転造加工方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明に係る直動案内装置用案内レールの転動体軌道溝転造加工方法は、直動案内装置の直動案内レールの表面に転動体軌道溝を転造加工するに際して、前記直動案内レールの表面脱炭層を復炭焼鈍処理により１００μｍ以下にしてから前記直動案内レールの表面に転動体軌道溝を転造加工することにより、転造加工前に表面脱炭層の削り取りを行わないようにし、前記復炭焼鈍処理の拡散期工程で炉内の分圧比を０．８〜５．０にしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の方法であって、前記復炭焼鈍処理が前記直動案内レールを６８０〜８００℃の温度で昇温保持する工程を含むことを特徴とする。
請求項３の直動案内装置は、請求項１又は２記載の方法により転造加工された転動体軌道溝を有する直動案内レールを備えたことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に、本発明の一実施形態に係る直動案内装置を示す。図１において、符号１０は本発明の一実施形態に係る直動案内装置を示し、この直動案内装置１０は直動案内レール１１と、この直動案内レール１１上を相対移動するスライダ１２と、このスライダ１２内に組み込まれた多数の球状転動体１３（図２参照）とから構成されている。
【００１１】
直動案内レール１１は炭素鋼等の鉄鋼材料から形成されており、この直動案内レール１１の左右夫々の側面には、２本の転動体軌道溝１４が直動案内レール１１の長手方向に沿って形成されている。なお、直動案内レール１１の上面には、直動案内レール１１を工作機械のベッド等にボルトにより固定するための複数のレール取付け孔１５が穿設されている。
スライダ１２は幅方向に沿う断面が略門形に形成されたスライダブロック１２ａと、このスライダブロック１２ａの前端面と後端面に取付けられたエンドキャップ１２ｂとからなり、スライダブロック１２ａの相対向する内側面には、転動体軌道溝１６（図２参照）が上記転動体軌道溝１４と対向して形成されている。
【００１２】
転動体１３は上記転動体軌道溝１４，１６間に一列に配設されており、転動体軌道溝１４，１６間を転動した各転動体１３は、スライダブロック１２ａ内に形成された転動体戻し孔１７（図２参照）およびエンドキャップ１２ｂに形成された方向転換路（図示せず）を通過して初期位置に戻されるようになっている。
転動体軌道溝１４は転造加工によって直動案内レール１１の左右側面に形成されており、転動体軌道溝１４が転造加工されるレール表面の脱炭層は最大で１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下となっている。
【００１３】
図３に、本発明の一実施形態に係る直動案内レールの加工方法を示す。同図に示されるように、本発明の一実施形態では、直動案内レールのレール素材として脱炭深さが最大で１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下の圧延素材（軟化焼鈍材）を用い、この軟化焼鈍材に先口加工、表面処理（化成処理）、引抜加工、曲り直しを施した後、軟化焼鈍材の左右側面に転動体軌道溝１４を図４に示す転造装置２０により転造加工する。
【００１４】
本実施の形態では、転動体転動溝１４が片側一列の場合の転造加工を示すが、片側一列ではなく片側ニ列以上であってもよい。
ここで、転造装置２０は相対向する一対の回転ダイス２１を備えており、これらの回転ダイス２１間にレール素材Ｗを送り込み、レール素材Ｗの左右側面を回転ダイス２１で加圧すると共に図示しないダイス駆動機構により回転ダイス２１を所定方向に回転させることにより、レール素材Ｗの左右側面に転動体軌道溝１４が転造加工されるようになっている。なお、レール素材（軟化焼鈍材）Ｗの左右側面に転動体軌道溝１４を転造加工した後は、レール素材Ｗに硬化熱処理、焼戻し、表面処理（硬化熱処理によって転動体軌道溝１４の表面に発生した酸化膜等を取り除く処理）、曲り直しを施した後、レール素材Ｗにレール取付け孔１５（図１参照）を孔明け加工する。
【００１５】
図３において、転動体軌道溝１４を転造加工した後の表面処理は、具体的には、表面にラッピング等を施す処理で、バフやブラシ等の軟質物に、砥粒を混合させたラップ剤を混合させて表面を磨き上げるものである。
本発明者らは、レール素材の脱炭深さとレール寿命との関係を調べるために、次のような実験を行った。すなわち、脱炭深さの異なるものを作り、各脱炭量で１０個のテストピース（計１００個）を作成し、これらのテストピースに対して下記の試験条件で耐久寿命試験を行い、テストピースに摩耗や剥離などの損傷が生じるまでの試験時間を測定した。そして、短寿命側から１０％のテストピースが寿命に達する時間をワイブル関数分布により求め、これを試験寿命とした。試験結果は試験条件による計算寿命を算出し、計算寿命時間に対する試験時間（＝１０％寿命時間）の比で示している。なお、計算寿命の３倍を超えたものは試験打ち切りとした。
＜試験条件＞
ＮＳＫリニアガイド：サイズ２５×レール長さ１０００（ボール径７／３２インチ）
試験機名：ＮＳＫ製リニアガイド耐久寿命試験機
試験荷重：１×１０4Ｎ
送り速度：最大６０ｍ／ｍｉｎ
ストローク：５００ｍｍ
潤滑グリース：アルバニアＮｏ．２（昭和シェル石油製）
上記の耐久寿命試験によって得られた結果を図５に示す。同図において、横軸はレール素材Ｗの脱炭深さ、縦軸は計算寿命時間に対する１０％寿命時間の比を示しており、図５から明らかなように、レール素材Ｗの脱炭深さが０〜１００μｍまでは直動案内レールの計算寿命比はあまり低下しないが、脱炭深さが１００μｍを超えると直動案内レールの計算寿命比が急激に低下することがわかる。
【００１６】
従って、直動案内レールのレール素材Ｗに転動体軌道溝１４を転造加工する際に、レール素材Ｗの脱炭深さを１００μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下にして転動体軌道溝１４を転造加工することにより、直動案内レールの耐久性を大きく低下させることなく直動案内レールのレール素材Ｗに転動体軌道溝１４を転造加工することができる。
また、図５から明らかなように、レール素材Ｗの脱炭深さを５０μｍ以下にして転動体軌道溝を転造加工することによって、計算寿命の３倍以上またはそれに近い寿命が得られる。
【００１７】
レール素材の脱炭深さを１００μｍ以下にする方法としては、例えば、焼鈍工程で脱炭させずに、可能な限りレール素材に炭素を供給する復炭処理を行う雰囲気を設定する復炭焼鈍処理を用いることができる。
図６に、レール素材の一般的な焼鈍の温度工程図を示す。同図において、「昇温期及び拡散期」は、レール素材を例えば６８０〜８００℃程度まで昇温保持する工程、「降温期」は、除冷速度が例えば３〜２０℃／時間で冷却する工程をそれぞれ示しており、本発明の一実施形態では、レール素材に雰囲気焼鈍（焼鈍時に素材に炭素を供給する）を施すことで、脱炭深さが１００μｍ以下のレール素材を得ることができる。この場合、焼鈍雰囲気は、炉内の分圧比Ｋが「拡散期」工程では０．８〜５．０で、「降温」工程では「拡散」工程より低い設定が望ましい。焼鈍雰囲気のＣＯガス分圧率、ＣＯ2ガス分圧率及びＫ値の一例を図６に示す。
【００１８】
ここで、炉内分圧比Ｋは炉内雰囲気のＣＯガス分圧率を二乗した値を、炉内雰囲気のＣＯ2ガス分圧率で割った値であり、下式に示す。
炉内分圧比Ｋ＝（ＣＯ分圧率）2／ＣＯ2分圧率  ‥‥（１）
Ｋ値は高いほどカーボンポテンシャルが高くなり、浸炭能力が高くなる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直動案内レールのレール素材に転動体軌道溝を転造加工する際に、レール素材の脱炭深さを１００μｍ以下にして転動体軌道溝を転動加工するため、直動案内レールの耐久寿命を大きく低下させることなく直動案内レールのレール素材に転動体軌道溝を転造加工することができる。
また、前記復炭焼鈍処理の拡散期工程で炉内の分圧比を０．８〜５．０にしたことから、ターボンポテンシャルが高くなり、浸炭能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る直動案内装置の斜視図である。
【図２】図１に示す直動案内装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る直動案内レールの加工方法を示す図である。
【図４】本発明において用いられる転造装置の一例を示す図である。
【図５】レール素材の脱炭深さとレール寿命との関係を示す図である。
【図６】レール素材の一般的な焼鈍工程を示す図である。
【図７】レール素材に転動体軌道溝を形成する従来方法を示す図である。
【図８】図７に示す方法の詳細工程を示す図である。
【図９】レール素材に転動体軌道溝を転造加工によって形成する場合の従来方法を示す図である。
【図１０】レール素材表面の脱炭層を除去する方法を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ    レール素材
１１  直動案内レール
１２  スライダ
１３  転動体
１４  転動体軌道溝
１５  レール取付け孔
１６  転動体軌道溝
【図１】
0004292743.tif 000002
【図２】
0004292743.tif 000003
【図３】
0004292743.tif 000004
【図４】
0004292743.tif 000005
【図５】
0004292743.tif 000006
【図６】
0004292743.tif 000007
【図７】
0004292743.tif 000008
【図８】
0004292743.tif 000009
【図９】
0004292743.tif 000010
【図１０】
0004292743.tif 000011