(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を備えた転がり運動装置の製造方法であって、
前記部材の製造工程が、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工を行う工程と、を有し、
前記高炭素鋼材が、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０１〜０．０３％、Ｓ：０．０１〜０．０３％、Ｎｉ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｏ2：０．０００３〜０．００２％、及び、Ｆｅ：残部、を含有する鋼材であることを特徴とする転がり運動装置の製造方法。
【請求項２】
前記高炭素鋼材が、Ｍｏ：０．１５〜０．３％をさらに含有することを特徴とする請求項１に記載の転がり運動装置の製造方法。
【請求項３】
前記後加工が、前記部材に必要とされる穴あけ加工及び研削加工のうち少なくとも一方の加工を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり運動装置の製造方法。
【請求項４】
焼入れされた前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じるε−炭化物を含まないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり運動装置の製造方法。
【請求項５】
焼入れされた複数の転動体転走面を有する高炭素鋼材からなり、該高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れした部材を備えた転がり運動装置であって、
前記高炭素鋼材が、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．１５〜０．３５％、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０１〜０．０３％、Ｓ：０．０１〜０．０３％、Ｎｉ：０．０５〜０．３％、Ｃｒ：０．１〜０．５％、Ｏ2：０．０００３〜０．００２％、及び、Ｆｅ：残部、を含有する鋼材であり、
前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じる組織を含まないことを特徴とする転がり運動装置。
【請求項６】
前記高炭素鋼材が、Ｍｏ：０．１５〜０．３％をさらに含有することを特徴とする請求項５に記載の転がり運動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直線案内装置やボールねじ等の転がり運動装置及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法、及び製造された転がり運動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
直線案内装置やボールねじ等の転がり運動装置は、工作機械等に組み込まれて工作物担持用のテーブルや部材等を案内する装置であり、転動体循環路と、その転動体循環路を転動する多数の転動体とを有している。こうした転がり運動装置は、一般に、転動体循環路を構成するように２つの部材が所定の間隔で対向配置され、その転動体循環路を多数の転動体が転動することにより、そのいずれか一方の部材が直線運動又は回転運動する。【０００３】
このような転がり運動装置のうち、図１に示す形態の直線案内装置１０は、一対又は二対以上の転動体転走面１ａを有する軌道レール１と、その転動体転走面１ａに対応する負荷転動体転走面を含む無限循環路５ｃを有すると共にその無限循環路５ｃに配列収容された複数の転動体２を介して前記の軌道レール１に装着されるスライド部材３と、から構成されている。そして、その軌道レール１とスライド部材３とは、転動体２の転がりにより相対運動自在となっている。【０００４】
例えば、直線案内装置１０を構成する軌道レール１は、転動体転走面１ａが長手方向に形成された長尺の部材であり、直線型と曲線型とがある。軌道レール１は、図２に示すような複雑な断面形状からなり、しかもその軌道レール１には、所定の表面硬度からなる転動体転走面１ａを高い寸法精度で形成することが要求されている。こうした軌道レール１は、例えば、所定の寸法の丸鋼材を異形ダイス等で複数回引き抜き加工してほぼ完成品に近い寸法形状とし、次いで、焼入れ及び焼き戻しを行って所定の表面硬度と靱性を付与し、その後、軌道レール１に取付穴７を形成すると共に転動体転走面１ａ等の研削加工を行って製造されている（例えば、特許文献１を参照。）。【０００５】
上述した一般的な軌道レールの製造方法においては、ほぼ完成品に近い寸法形状とした後に、高周波焼入れ用の誘導加熱コイルを用いて転動体転走面１ａとなる領域を局部的に高周波焼入れする。この高周波焼入れにより、転動体転走面１ａに硬化層８が形成され（図３を参照）、その転動体転走面１ａは高強度となる。その後、約１５０〜２００℃で１〜２時間程度の焼き戻しが施され、その転動体転走面１ａに靱性が付与される。
【特許文献１】特開平１１−２０９８４４号公報（段落番号００５１、００５２等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、直線案内装置等の転がり運動装置においては、品質の向上とコストダウンの要求が厳しくなっており、その要求への対応が検討されている。しかしながら、例えば従来の直線案内装置の軌道レールの製造工程においては、引き抜き加工してほぼ完成品に近い寸法形状とした後の熱処理時間（特に焼き戻し時間）が長く、軌道レールの製造コストが嵩むという問題がある。こうした問題は、製造される直線案内装置のコストダウンを達成するための妨げになっていた。【０００７】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法を提供することにある。また、本発明の目的は、その方法により製造された転がり運動装置に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の転がり運動装置の製造方法は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を備えた転がり運動装置の製造方法であって、前記部材の製造工程が、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程と、を有することを特徴とする。【０００９】
上記本発明の転がり運動装置の製造方法は、前記高炭素鋼材が、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｏ2：０．００２％以下、及び、Ｆｅ：残部、を含有する鋼材であることに特徴を有する。【００１０】
本発明によれば、転動体転走面を有する部材の製造工程が、塑性加工後の高炭素鋼材の転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れした後にその高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程を含むので、従来行われていた焼き戻し時間だけ全体の製造工数を削減することができる。その結果、転動体転走面を有する部材を少なくとも品質と生産性のよい方法で製造することができるので、コスト競争力のある転がり運動装置を製造することができる。【００１１】
なお、転動体転走面を有する部材が焼き戻し工程を省略してもその品質を維持又は向上できる理由は、先ず第１には、高炭素鋼材が上記組成からなることによる。すなわち、焼き戻し工程を省略した場合であっても、上記組成の高炭素鋼材に焼入れすることにより、焼入れされた転動体転走面には高硬度の硬化層が形成され、その結果、転がり寿命が向上するからである。さらに、第２には、焼き戻しされずに靱性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性（強度や靱性を含む）はその部材の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性が維持されるからである。【００１２】
上記本発明の転がり運動装置の製造方法は、前記高炭素鋼材が、Ｍｏ：０．１５〜０．３％をさらに含有することを特徴とする。【００１３】
この発明によれば、上記高炭素鋼材がＭｏ（モリブデン）を０．１５〜０．３％含有するようにしたので、高価なＮｉを多量に含有させることなく焼入性を向上させ、硬度を高くし、加工時等の高温下で耐熱性を向上させることが可能となる。【００１４】
本発明の転がり運動装置の製造方法は、上記本発明の転がり運動装置の製造方法において、前記後加工が、前記部材に必要とされる穴あけ加工及び研削加工のうち少なくとも一方の加工を含むことを特徴とする。【００１５】
後加工として穴あけ加工及び研削加工の一方又は両方の加工を含む場合、本発明の製造方法によれば、転動体転走面を有する部材に顕著な曲がり等の問題を生じさせず、却って穴あけ加工後や研削加工後の曲がりを小さくすることができるという効果がある。【００１６】
本発明の転がり運動装置の製造方法は、上記本発明の転がり運動装置の製造方法において、焼入れされた前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じるε−炭化物を含まないことを特徴とする。【００１７】
上記目的を達成するための本発明の転がり運動装置は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材を備えた転がり運動装置であって、前記転動体転走面が、焼き戻しにより生じる組織を実質的に含まないことを特徴とする。このときの高炭素鋼材は、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｏ2：０．００２％以下、及び、Ｆｅ：残部、を含有する鋼材であることが望ましい。【００１８】
本発明の転がり運動装置は、上述した本発明に係る製造方法により製造されたものであり、焼入れされた転動体転走面が焼き戻しにより生じる組織（例えばε−炭化物）を実質的に含まない。したがって、本発明の転がり運動装置によれば、転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材は焼き戻しがなされていないので、焼入れされた転動体転走面には高硬度の硬化層が形成されて転がり寿命が向上する。さらに、本発明の転がり運動装置によれば、焼き戻しされずに靱性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性（強度や靱性を含む）は、その部材の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性が維持される。【００１９】
本発明の転がり運動装置は、前記高炭素鋼材が、Ｍｏ：０．１５〜０．３％をさらに含有することを特徴とする。【００２０】
この発明によれば、上記高炭素鋼材がＭｏ（モリブデン）を０．１５〜０．３％含有するようにしたので、高価なＮｉを多量に含有させることなく焼入性を向上させ、硬度を高くし、加工時等の高温下で耐熱性を向上させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の転がり運動装置の製造方法によれば、従来行われていた焼き戻し時間だけ全体の製造工数を削減することができるので、転動体転走面を有する部材を少なくとも品質と生産性のよい方法で製造することができる。その結果、コスト競争力のある転がり運動装置を製造することができる。【００２２】
この方法で製造された転がり運動装置によれば、転動体転走面を有する、高炭素鋼材からなる部材は焼き戻しがなされていないので、焼入れされた転動体転走面には高硬度の硬化層が形成されて転がり寿命が向上する。さらに、本発明の転がり運動装置によれば、焼き戻しされずに靱性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性（強度や靱性を含む）は、その部材の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性が維持される。また、転がり運動装置の素材にＭｏ（モリブデン）を含有するようにしたので、寿命の長い転がり運動装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置の一例を示す斜視図である。
【図２】直線案内装置が備える軌道レールの一例を示す断面図である。
【図３】直線案内装置が備える軌道レールの転動体転走面の焼入れ状態を説明する断面図である。
【図４】本発明の転がり運動装置の一実施形態であるボールスプラインの一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の転がり運動装置の一実施形態であるボールねじの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  軌道レール
１ａ  転動体転走面
２  転動体
３  スライド部材
５  ブロック
５ａ  取付面
５ｂ  負荷転動体転走面
５ｃ  転動体戻し孔
６  エンドプレート
７  取付穴
８  硬化層
１０  直動案内装置
２０  ボールスプライン
２１  スプライン軸
２１ａ  転動体転走溝
２２  転動体
２３  スライド部材
２４  負荷転走路
２５  無負荷戻し路
２６  保持器
２７  溝
２８  止め輪
３０  ボールねじ
３１  ねじ軸
３１ａ  転動体転走溝
３２  ナット部材
３２ａ  負荷転動体転走溝
３３  負荷転動体転走路
３４  リターンパイプ
３５  転動体
３６  スペーサ
Ａ  硬化層の断面積
Ｚ  全断面積
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の転がり運動装置及びその製造方法について説明する。なお、以下において、「％」は重量％を意味する。【００２６】
本発明の転がり運動装置の製造方法は、焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を備えた転がり運動装置の製造方法であり、その部材の製造工程が、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程（以下、塑性加工工程という。）と、塑性加工後の高炭素鋼材の前記転動体転走面になる必要最小限の部分のみを焼入れする工程（以下、焼入れ工程という。）と、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程（以下、後加工工程という。）とを有している。以下の説明においては、本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置（リニアモーションガイドともいう）の軌道レールについて説明する。【００２７】
直動案内装置１０は、図１に示すように、焼入れされた複数の転動体転走面１ａを有する軌道レール１と、その転動体転走面１ａに対応する負荷転動体転走面を含む無限循環路５ｃを有すると共にその無限循環路５ｃに配列収容された複数の転動体２を介して前記の軌道レール１に装着されるスライド部材３とから構成されている。そして、その軌道レール１とスライド部材３とは、転動体２の転がりにより相対運動自在となっている。なお、本発明の転がり運動装置の技術的範囲が以下の直線案内装置の形態に限定されないことはいうまでもない。【００２８】
なお、図１は、本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置の一例を示す斜視図であり、図２は、直線案内装置が備える軌道レールの一例を示す断面図であり、図３は、直線案内装置が備える軌道レールの転動体転走面の焼入れ状態を説明する断面図である。軌道レール１には、その長手方向に、焼入れされた複数の転動体転走面１ａが一対又は二対以上の形成されている。【００２９】
（塑性加工工程）
塑性加工工程は、高炭素鋼材を所望形状に塑性加工する工程である。高炭素鋼材としては、熱間加工、又は冷間加工、又は中間焼鈍を併用した冷間加工により所定の外径に塑性加工された長尺の丸鋼材が用いられる。丸鋼材は、複数回引き抜き加工されて所望形状に塑性加工されたものである。【００３０】
例えば図２の断面形状を呈する軌道レール１や、後述の図４に示すボールスプラインを構成するスプライン軸２１においては、異形ダイス等を用いて複数回引抜加工することにより、完成品の断面にほぼ近い形状に加工される。なお、丸鋼材の外径は、引抜加工の回数により任意に設定される。一方、後述の図５に示すボールねじのねじ軸３１においては、丸ダイス等を用いた引抜加工と、転造ダイスを用いた転造加工とにより、完成品の断面にほぼ近い形状に加工される。【００３１】
高炭素鋼材は、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｏ2：０．００２％以下、及び、Ｆｅ：残部、を含有するものを例示できる。なお、この高炭素鋼材には不可避不純物も含まれる。【００３２】
また、他の高炭素鋼材例として、Ｍｏ：０．１５〜０．３％をさらに含有するもの、すなわち、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｍｏ：０．１５〜０．３％、Ｏ2：０．００２％以下、及び、Ｆｅ：残部、を含有するものを用いることができる。なお、この高炭素鋼材には不可避不純物も含まれる。【００３３】
Ｃ（炭素）は、転動体転走面１ａに形成される焼入れ後の硬化層８に所望の硬さを付与したり、軌道レール全体に所定の機械的強度を付与したりするための必須の成分である。Ｃ含有量が０．３５％未満の場合は、硬化層８の硬さや軌道レール全体の機械的強度が低くなることがある。なお、Ｃ含有量を０．５％以上とすることが、硬化層８の硬さや機械的強度を付与する観点からより好ましい。一方、Ｃ含有量が０．７％を超えると、被削性や冷間加工性が低下することがある。【００３４】
Ｓｉ（ケイ素）は、脱酸剤として添加されるものであり、硬さと強度を高めるように作用する。Ｓｉ含有量が０．３５％を超えると、被削性や冷間加工性が低下することがある。なお、Ｓｉは不可避的に含まれるが、その下限値は０．１５％程度である。【００３５】
Ｍｎ（マンガン）は、焼入性及び被削性を向上させるように作用する。Ｍｎ含有量が１．１％未満では、焼入性が低下することがある。一方、Ｍｎ含有量が１．７％を超えると、被削性及び冷間加工性が低下することがある。【００３６】
Ｐ（リン）は、鋼材の脆化を防止するよう作用する。Ｐ含有量が０．０３％を超えると、粒界に偏析して機械的特性を低下させることがある。なお、Ｐの下限値は特に限定されないが、０．０１％程度である。【００３７】
Ｓ（硫黄）は、Ｍｎと結合してＭｎＳとなり、被削性を向上させるように作用する。Ｓ含有量が０．０３％を超えると、軟らかくて脆いＭｎＳが増して機械的特性を低下させることがある。なお、Ｓの下限値は特に限定されないが、０．０１％程度である。【００３８】
Ｎｉ（ニッケル）は、強度と靭性を高めるように作用する。Ｎｉ含有量が０．３％を超えると、原料費がかさんだり、加工性を低下させたりするという欠点がある。なお、Ｎｉの下限値は特に限定されないが、０．０５％程度である。【００３９】
Ｃｒ（クロム）は、硬度、耐食性、焼入性及び耐熱性を向上させるように作用する。Ｃｒ含有量は０．５％以下であることが好ましいが、焼入性をある程度確保するためには０．１％以上がより好ましい。一方、Ｃｒ含有量が０．５％を超えると、加工性が低下する。【００４０】
Ｏ2（酸素）は、０．００２％以下とし、疲労寿命の低下を防止する。Ｏ2含有量が０．００２％を超えると、他の金属元素と酸化物を生じて疲れ寿命が低下することがある。なお、Ｏ2の下限値は特に限定されないが、０．０００３〜０．０００４％程度である。【００４１】
Ｍｏ（モリブデン）を０．１５〜０．３％含有させることによって、高価なＮｉを多量に含有させることなく焼入性を向上させ、硬度を高くし、加工時等の高温下で耐熱性を向上させることが可能となる。モリブデンの含有量が多くなると鋼材の価格が上昇するとともにδ−フェライトが生成しやすく靱性が低下して転動疲労寿命が低下する可能性がある。【００４２】
（焼入れ工程）
焼入れ工程は、塑性加工後の高炭素鋼材の転動体転走面１ａになる必要最小限の部分のみを焼入れする工程である。【００４３】
焼入れは、高周波焼入れ用の誘導加熱コイル（図示しない）を転動体転走面１ａとなる部分に近づけて必要最小限の部分のみを局部的に加熱することにより行われる。誘導加熱コイルはコイルループを有し、そのコイルループには高周波電源からの高周波電流が供給される。軌道レール１の転動体転走面１ａは、高周波電流が供給された誘導加熱コイルを一定のクリアランスで近づけることにより誘導高周波電流が流れて加熱される。転動体転走面１ａは、誘導高周波電流が流れることにより所定の温度まで比較的容易に昇温する。昇温の目安としては、９００〜１０５０℃を目途に設定される。昇温される温度の目安を９００〜１０５０℃としたのは、均一なオーステナイト化と、焼き入れ後に均一なマルテンサイト組織を得るためである。温度が９００℃未満ではフェライトの残存となることがあり、温度が１０５０℃を超えると結晶粒の粗大化と焼割が発生することがある。なお、転動体転走面１ａは通常その形状が凹形状であるので、転動体転走面１ａを均一に加熱することができるように、コイル形状等が調整される。【００４４】
誘導加熱コイルでほぼ均一に加熱された転動体転走面１ａは、冷却されて焼入れされる。冷却は、通常、シャワー水による冷却手段が適用され、転動体転走面１ａを５０〜１５０℃程度にまで急冷する。冷却温度の目安を５０〜１５０℃としたのは、微細パーライト等の不完全焼入れ組織の発生を防止するためであり、冷却温度が５０℃未満では焼割れが発生することがあり、冷却温度が１５０℃を超えると不完全焼入れ組成の生成となることがある。【００４５】
こうした焼入れは、誘導加熱コイルと冷却手段とが設置されているところに軌道レール１を長手方向に移動させることにより行うことができる。その結果、軌道レール１の転動体転走面１ａになる必要最小限の部分のみに、ほぼ均一深さで所定硬さの硬化層８を極めて短時間に形成することができる。【００４６】
焼入れ深さの測定は、焼き入れ面積を算出するＪＩＳ−Ｇ−０５５９に準拠して測定し、軌道レール１の表面からの有効焼き入れ深さを測定することにより算出される。有効焼き入れ深さは、レール断面の硬度を測定した結果から決定され、具体的には、軌道レール断面のビッカース硬度が５００Ｈｖ以上となる深さとなる。なお、この有効焼き入れ深さは、軌道レール断面を硝酸水溶液でエッチングすることにより容易に確認することができる。【００４７】
本発明においては、転動体転走面１ａの硬さをおよそ７７０〜８３０Ｈｖとすることができる。【００４８】
得られた転動体転走面１ａの硬さは、焼き戻し工程を省略しない従来の製造方法で製造された軌道レールに比べて、対比する各部において一律およそ３０〜５０Ｈｖ高い値を示している。軌道レール１は、その組成が上記範囲内であるので、焼き戻し工程を省略した場合であっても、靱性の顕著な低下を生じさせずに転動体転走面１ａに所定の硬度を確保することができる。こうした硬度の向上は、転動体転走面１ａの転がり寿命を向上させることができる。【００４９】
（後加工工程）
後加工工程は、焼入れ後の高炭素鋼材を焼き戻しすることなく後加工する工程である。後加工としては、部材に必要とされる各種の加工工程が挙げられる。例えば所定長への切断加工や、取付穴の穴あけ加工、転動体転走面の研削加工等を挙げることができる。【００５０】
本発明の製造方法においては、焼き戻し工程が省略されるので、焼入れ加工後の軌道レールをバッチ式で長時間加熱する焼き戻し工程を経ることなく、後工程に供することができる。【００５１】
所定長への切断加工は、必ずしも後加工として行われなくてもよいが、生産効率の観点から後加工で行われることが有利である。切断加工は、軌道レールを商品寸法とするために、焼入れ済みの長尺の軌道レールを切断機により切断することにより行われる。なお、所定長への切断加工は、後加工ではなく、引抜加工後で焼入れ前に行ってもよい。【００５２】
取付穴７は、図１に示すように、軌道レール１を他の台や装置等に固定するためのボルト用の穴であり、一般に用いられる軌道レールには必ず施されているものである。取付穴７は、通常、軌道レール１の長手方向に一定の間隔で設けられる。取付穴７が設けられる位置は、転動体転走面１ａが形成されていない部位であり、より詳しくは、焼入れされていない部位又は十分に焼入れされていない部位に設けられる。【００５３】
取付穴７の穴あけ加工は、通常、ボール盤又はマシニングセンタ等により行われる。上述した本発明の方法により製造される軌道レール１は、取付穴７の穴あけ加工後の曲がり量が、焼き戻しを省略しない従来の軌道レールに比べて小さくなるという効果がある。こうした曲がり量の減少は、一般的に行われている矯正工程を容易にしたり、省略することができるという効果がある。こうした穴あけ加工は、図４に示すスプライン軸２１や図５に示すねじ軸３１においては、通常は行われない。【００５４】
研削加工は、転動体転走面１ａの凹状形態からなる溝部の研削、転動体転走面１ａが形成されていない部位の研削等を行う工程である。これらの研削は、軌道レール１を所望の寸法に仕上げるための加工であり、ほぼ全ての軌道レールに対して施される。こうした研削加工は、図４に示すスプライン軸２１や図５に示すねじ軸３１においても、軌道レールの場合と同様に行われる。【００５５】
矯正工程は、軌道レール１を所望の形状に調整する加工であり、一般的な軌道レールの後加工として行われている。矯正加工は、例えば直線状の軌道レールにおいては、所望の直線形状となるように矯正され、曲線状の軌道レールにおいては、所望の曲線形状となるように矯正される。本発明の製造方法においては、取付穴７の穴あけ加工で発生する曲がり量が少ないので、必要に応じて直線矯正工程を省略することもできる。こうした矯正工程は、図４に示すスプライン軸２１や図５に示すねじ軸３１においても、軌道レールの場合と同様に行われる。【００５６】
なお、後工程として、酸化被膜等の除去を目的としたショットピーニングを必要に応じて行ってもよい。【００５７】
（軌道レール）
上述した本発明に係る製造方法により製造された軌道レール１は、必要最小限の部分のみが焼入れされた複数の転動体転走面１ａを有する、高炭素鋼材からなるものであって、その転動体転走面１ａが焼き戻しにより生じる組織を実質的に含まない。本発明の転がり運動装置の一実施形態である直線案内装置１０は、こうした特徴を有した軌道レール１を備えていることに特徴がある。高炭素鋼材としては、重量％で、Ｃ：０．３５〜０．７％、Ｓｉ：０．３５％以下、Ｍｎ：１．１〜１．７％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｎｉ：０．３％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｏ2：０．００２％以下、及び、Ｆｅ：残部、を含有する鋼材を好ましく例示でき、Ｍｏ：０．１５〜０．３％をさらに含有するものであってもよい。【００５８】
焼き戻しにより生じる組織とは、例えば微細炭化物等の組織が挙げられる。軌道レール１は、焼き戻し工程が省略されているので、こうした組織を有していないか、実質的に有していない。なお、「実質的に含まない」とは、焼き戻し工程が省略されていない場合に比べて、顕著に少ないという意味である。【００５９】
軌道レール１は、焼き戻しがなされていないので、焼入れされた転動体転走面１ａは表面硬度が上昇して転がり寿命が向上する。さらに、軌道レール１は、焼き戻しされずに靱性の向上を見込めない部分が転動体転走面近傍のみであることから、軌道レール全体としての機械的特性（強度や靱性を含む）は軌道レール１の大部分を占める転動体転走面近傍以外の部分が担うことになり、その結果、軌道レール全体としての機械的特性が維持される。【００６０】
焼き戻し工程が省略されている軌道レール１において、図３に示すように、軌道レール１の全断面積Ｚに占める焼入れされた硬化層８の断面積Ａの比（Ａ／Ｚ）は、およそ０．１〜０．２（１０％〜２０％）の範囲内である。この範囲内の断面積比（Ａ／Ｚ）からなる軌道レール１は、上記の効果を奏することができる。【００６１】
また、本発明の軌道レール１は、焼き戻し工程を省略することができるので、焼き戻しのための軌道レール全体への加熱を省略することができる。そのために、熱収縮にもとづく長手方向の収縮量が小さくなる。したがって、寸法のバラツキの要因になる収縮量を小さく抑えることができるので、焼き戻しによる収縮を予め考慮した加工が不要になるという利点がある。【００６２】
（他の実施形態）
本発明の転がり運動装置は、上記のような直動案内装置の他、ボールスプラインやボールねじ等に用いることができる。【００６３】
図１に示す直動案内装置（リニアモーションガイド）は、長手方向に転動体転走面１ａが形成された軌道レール１と、転動体２である多数のボールを介してこの軌道レール１に嵌合すると共に、内部に転動体２の無限循環路を備えたスライド部材３とから構成されている。スライド部材３は、転動体２の循環に伴って軌道レール１上を往復運動する。このスライド部材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。上記の無限循環路は、このブロック５に軌道レール１の転動体転走面１ａに対応して形成された負荷転動体転走面５ｂ及び転動体戻し孔５ｃと、両エンドプレート６に形成されて該負荷転動体転走面５ｂおよび転動体戻し孔５ｃを連通する方向転換路（図示せず）とからなっている。【００６４】
本発明は、図１に示す直動案内装置１０において、その転動体転走面１ａを有する部材である軌道レール１とスライド部材３の少なくとも一方、好ましくは両方が、上述した製造工程を経て製造されることに特徴がある。【００６５】
図４示す直動案内装置（リニアモーションガイド）は、ボールスプライン２０と呼ばれ、軌道軸としてのスプライン軸２１と、そのスプライン軸２１に多数の転動体２２を介して移動自在に取付けられたスライド部材２３としての外筒とを有している。スプライン軸２１は円柱形状をなし、その表面には、転動体２２の軌道となる、スプライン軸２１の軸線方向に延びる転動体転走面２１ａが形成されている。この転動体転走面２１ａは、複数条形成されている。転動体２２と転動体転走面２１ａとは転動体転走面２１ａの底の一点で接触し、転動体転走面２１ａの両側には転動体転走面２１ａよりも掘り下げると共に転動体転走面２１ａの長手方向に延びる溝２７が形成されている。スプライン軸２１に取付けられるスライド部材２３は、転動体転走面２１ａに対応する負荷転走面としての負荷転走面２３ａを有している。サーキット状のボール循環路内には、スプライン軸２１に対するスライド部材２３の相対的な直線運動に併せて循環する複数の転動体２２が配列・収納される。スライド部材２３に形成した負荷転走面２３ａとスプライン軸２１に形成した転動体転走面２１ａとの間で負荷転走路１４が形成される。負荷転走路１４の隣には荷重から開放された転動体２２が転走する無負荷戻し通路１５が形成されている。スライド部材２３には、複数の転動体２２をスプライン軸２１の軸線方向に整列・保持する保持器２６が組み込まれる。スライド部材２３の軸線方向の両端には、保持器２６を一体で保持すべく止め輪２８が設けられる。【００６６】
本発明は、図４示すボールスプラインにおいて、その転動体転走面を有する部材であるスプライン軸２１とスライド部材２３の少なくとも一方、好ましくは両方が、上述した製造工程を経て製造されることに特徴がある。【００６７】
図５に示すボールねじは、外周面に螺旋状の転動体転走面３１ａが形成されたねじ軸３１と、内周面に前記転動体転走面３１ａに対応する螺旋状の負荷転動体転走面３２ａが形成されて、ねじ軸３１に相対的に回転可能に組み付けられたナット部材３２とを備えている。ナット部材３２には、ねじ軸３１の転動体転走面３１ａとナット部材３２の負荷転動体転走面３２ａとの間の負荷転動体転走路３３の一端他端を繋ぐパイプ状の戻し部材であるリターンパイプ３４が取り付けられる。リターンパイプ３４の内部には、断面円形状の転動体戻し路が形成される。負荷転動体転走面３３及びリターンパイプ３４内部の転動体戻し路には、複数の転動体３５が配列・収容される。複数の転動体間には、必要に応じて転動体同士の接触を防止するスペーサ３６が介在される。こうしたボールねじは、ねじ軸３１のナット部材３２に対する相対的な回転に伴って、ナット部材３２がねじ軸３１に対してねじ軸３１の軸線方向に相対的に直線運動する。このとき、転動体３５は、転動体転走面３１ａと負荷転動体転走面３２ａとの間を転がり運動する。負荷転動体転走面３２ａの一端まで転がった転動体３５は、リターンパイプ３４内の転動体戻し路に導かれ、数巻き前の負荷転動体転走面３２ａの他端に戻される。これにより、転動体３５が負荷転動体転走路３３及び転動体戻し路で構成される転動体循環路を循環する。【００６８】
本発明は、図５示すボールねじにおいて、その転動体転走面を有する部材であるねじ軸３１とナット部材３２の少なくとも一方、好ましくは両方が、上述した製造工程を経て製造されることに特徴がある。
【実施例】
【００６９】
次に、本発明の実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。【００７０】
（実施例１）
重量％で、Ｃ：０．５５％、Ｓｉ：０．１８％、Ｍｎ：１．４７％、Ｐ：０．０１９％、Ｓ：０．０２７％、Ｎｉ：０．０６％、Ｃｒ：０．１６％、Ｏ2：０．０００５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる直径３２ｍｍの長尺の丸鋼材を供試材とした。【００７１】
先ず、この供試材を図２の断面形状となるように塑性加工した。塑性加工は、供試材に１回目の中間焼鈍（７２℃・７時間）を施した後、異形ダイスで１回目の冷間引抜加工を行い、次いで、供試材に２回目の中間焼鈍（８２５℃・５時間）を施した後、異形ダイスで２回目の冷間引抜加工を行った。塑性加工後の供試材は、中間焼鈍と冷間引抜加工とを交互に２度繰り返すことにより、当初の断面積８００ｍｍ2から断面積５００ｍｍ2に加工された。所望の断面形状に加工された供試材は、転動体転走面となる部分を二対含むほぼ完成品に近い軌道レールとなった。【００７２】
次に、塑性加工後の供試材の転動体転走面を焼入れした。焼入れのための加熱操作は、二対の転動体転走面それぞれに対応するように一定のクリアランスで近接配置した誘導加熱コイルを用いて行った。誘導加熱コイルは、コアとコイルループとからなり、そのコイルループに高周波電流を印加することにより発熱させることができる。本実施例においては、周波数数十ｋＨｚの高周波電流を印加することにより、転動体転走面の急速加熱を行った。なお、誘導加熱コイルへの前記の印加条件は、転動体転走面を速やかに９００℃程度にすることができる条件であり、実際は、軌道レールの大きさ、目途とする加熱温度、昇温時間、熱伝導、外気温等の要因を考慮して設定される。焼入れのための冷却操作は、上記のようにして加熱された転動体転走面に２０℃のシャワー水を噴射させることにより行った。転動体転走面は、シャワー水の噴射により約５０〜１５０℃に速やかに冷却され、その結果、焼入れされた。【００７３】
次に、軌道レールの後加工を行った。後加工は、焼き戻し工程を経ずに、所定長への切断加工、レール取付穴の穴あけ加工、転動体転走面の精密研削加工、転動体転走面以外の部分の精密研削加工、及び矯正加工の各加工を順に行った。【００７４】
先ず、焼入れした後の長尺の軌道レールを、切断機により商品長さである長さ１０６０ｍｍに切断した。その後、ボール盤を用い、呼び径６ｍｍの六角穴付ボルト用の段付レール取付穴を、図２の軌道レールを平面視したときの上面に等ピッチで１２個あけた。次いで、転動体転走面の精密仕上げ研削と、それ以外の部分の精密仕上げ研削とを、フライス盤を用いて行った。次いで、５０トンプレス矯正機を用いて最終的な矯正加工を行った。こうして実施例１の軌道レールを製造した。【００７５】
（比較例１）
上記の実施例１の製造方法において、焼入れ後に焼き戻しを行った以外は実施例１と同様の方法により、比較例１の軌道レールを製造した。焼き戻しは、焼入れ後の軌道レールを熱処理炉に投入し、約１４０℃で３時間の大気雰囲気下で熱処理することにより行った。なお、熱処理後は放冷した。【００７６】
（評価結果）
実施例１の軌道レール及び比較例１の軌道レールについて、各種の評価を行った。【００７７】
＜断面積比＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールについて、全断面に占める焼入れ部分の断面積の比について測定した。軌道レールの長さ方向に直交する断面の全断面積Ｚは５００ｍｍ2であり、焼入れ部分の硬化層８の断面積Ａは９０ｍｍ2であった。したがって、断面積比（Ａ／Ｚ）は０．１８であった。【００７８】
＜曲がり量＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールは、焼き戻しの有無による曲がり量に差が生じているのが確認された。具体的には、引抜加工後で焼入れ前の軌道レールの曲がり量を基準とし、焼入れのみを行った後の軌道レールの曲がり量と、焼入れ及び焼き戻しを行った後の軌道レールの曲がり量と比較した。曲がり量は、定盤上に軌道レールを置き、てこ式ダイヤルゲージにより測定した。その測定は、自重有りにて定盤上で行い、定盤から軌道レール上面までの長手方向１００ｍｍ当たりの高さの変化率で評価した。その結果、焼入れのみを行った後の軌道レールは曲がり量が１０００ｍｍ当たり０．０５〜０．０６ｍｍであったのに対し、焼入れ及び焼き戻しを行った後の軌道レールは曲がり量は１０００ｍｍ当たり０．２０ｍｍであった。したがって、実施例１の軌道レールは、比較例１の軌道レールに比べて曲がり量が小さく、少なくとも従来の品質よりも向上していることが確認された。【００７９】
＜硬度＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールについて、転動体転走面の硬度について測定した。硬度は、ビッカース硬さＨｖで評価し、圧子を２．９４Ｎ（３００ｇ）の荷重で押し込んだときの測定結果で比較した。その結果、実施例１の軌道レールのビッカース硬さは、焼入れされている約１．５ｍｍの硬化層の深さ方向の全域において、比較例１の軌道レールのビッカース硬さに比較して、各部において一律３０〜５０Ｈｖ程度高い値を示していた。更に詳しくは、実施例１の軌道レールのビッカース硬さは、表面から約１．５ｍｍの深さまでの各測定点で８００Ｈｖ〜７１０Ｈｖの範囲内であり、比較例１の軌道レールのビッカース硬さは、表面から約１．５ｍｍ深さまでの前記と同じ各測定点で７５０Ｈｖ〜６６０Ｈｖの範囲内であった。そして、両者間には、各測定点において、常に実施例１の軌道レールの方が３０〜５０Ｈｖ程度高い値を示していた。したがって、実施例１の軌道レールは、比較例１の軌道レールに比べて高硬度であり、少なくとも従来の品質よりも向上していることが確認された。【００８０】
＜転がり抵抗値＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールについて、転動体転走面の転がり抵抗値を評価した。転がり抵抗値は、実際の使用態様を想定して行われる評価項目であり、加熱前後の軌道レールの寸法精度変化を転がり抵抗測定という測定方法から得る値である。加熱温度は、５０℃、８０℃、１００℃の３点で行った。その結果、実施例１の軌道レールの転がり抵抗値と比較例１の軌道レールの転がり抵抗値は、いずれも約４〜５．５Ｎ程度であり、両者に大きな差は見られなかった。このことから、実施例１の軌道レールは、比較例１の軌道レールと転がり抵抗値が同程度で、少なくとも従来の品質を維持できることが確認された。【００８１】
＜荷重耐久試験＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールについて、荷重耐久試験を行った。荷重耐久試験は、軌道レールの転動体転走面とスライド部材が備える転動体とを摺動させて行った。試験条件としては、試験荷重：基本定格荷重の０．５倍、数量：１０セット、最高速度：６０ｍ／分、潤滑剤：ＡＦＢグリース、潤滑剤補給間隔：１００ｋｍ毎とした。転動体転走面にピッチング（表面剥離）が発生するまでの累積距離を測定した。寿命Ｌ１０の評価は、転動体転走面の累積破損率が１０％のときの累積距離で表した。その結果、実施例１の軌道レールは寿命Ｌ１０が９１３ｋｍとなり、比較例１の軌道レールは寿命Ｌ１０が６４６ｋｍとなった。したがって、実施例１の軌道レールは、比較例１の軌道レールに比べてＬ１０寿命が延びており、少なくとも従来の品質よりも向上していることが確認された。【００８２】
＜矯正加工＞：矯正加工は、実施例１の軌道レール及び比較例１の軌道レールとも問題なく行うことができた。したがって、実施例１の軌道レールは、少なくとも従来の品質を維持できることが確認された。なお、実施例１の軌道レールは、上記したように曲がり量が小さいので、例えば直線型の軌道レールにあっては矯正加工を省略することも可能になるという利点もあり、コスト面でより有利になる。【００８３】
＜組織＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールについて、転動体転走面の断面組織について観察した。組織の観察は、切り出した断面をエッチング液（ナイタル）でエッチングし、表れた組織を金属顕微鏡により観察した。その結果、実施例１の軌道レールでは、焼き戻しにより生じるε−炭化物が観察されなかった。一方、比較例１の軌道レールでは、焼き戻しにより生じるε−炭化物が観察された。【００８４】
＜残留応力＞：実施例１の軌道レールと比較例１の軌道レールについて、長手方向の残留応力について測定した。残留応力は、Ｘ線回折により測定した。その結果、実施例１の軌道レールは約−３００〜−４００Ｎ／ｍｍ2の残留圧縮応力を持っているのに対し、比較例１の軌道レールは約−２００〜−３００Ｎ／ｍｍ2の圧縮残留応力を持っていることが分かった。残留圧縮応力が高い場合には、耐摩耗性と疲労強度に優れるといわれていることから、この結果からも、実施例１の軌道レールは、比較例１の軌道レールに比べて品質的に優れているといえる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
焼入れされた複数の転動体転走面を有する部材を、品質と生産性のよい方法で製造することができる転がり運動装置の製造方法を提供できるので、コスト競争力のある転がり運動装置を製造することができる。また、転動体転走面を有する部材全体としての機械的特性を維持でき、寿命の長い転がり運動装置を提供できる。
【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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