JPS5996226A - 低合金鋼からなるリニアモ−シヨン型ロ−ラ−ベアリングブロツクおよびそのボ−ル軌道表面焼入れ方法ならびに焼入装置 - Google Patents

低合金鋼からなるリニアモ−シヨン型ロ−ラ−ベアリングブロツクおよびそのボ−ル軌道表面焼入れ方法ならびに焼入装置

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JPS5996226A
JPS5996226A JP57203774A JP20377482A JPS5996226A JP S5996226 A JPS5996226 A JP S5996226A JP 57203774 A JP57203774 A JP 57203774A JP 20377482 A JP20377482 A JP 20377482A JP S5996226 A JPS5996226 A JP S5996226A
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    • C21METALLURGY OF IRON
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は低合金鋼からなるリニアモーション型ローラー
ベアリングブロックおよびそのボール軌道表面焼入れ方
法ならびに焼入装置に関する。
直線状のガイドレールに厨座し、当該ガイドレールの所
定面に対して内蔵するベアリングボール(il” 接触
・転勤させつつガイドレール上を滑動するリニアモー7
ヨン型ローラベアリングブロツクは、従来高炭素クロー
ム軸受鋼、例えばS u J、、等の高級鋼材をもって
作られている。寸だ製造方法は、上記鋼材を鍛造等によ
り凹型ブロックに成形し、当該ブロック全焼な甘し後、
焼入れ・焼戻し熱処理を施して機械的強度をあげ、つい
でボールIWL道を研摩して仕上げるという工程によっ
ている。
ところで、高炭素クローム軸受鋼は高価な遜・j材であ
るので原材料費が高くつく。そのうえ、製造工程では熱
処理が電気炉等による加熱であって、第1図の軸受鋼焼
入温度時間曲線(30m1n/25胡の場合)にみられ
る如く熱処理時間が長時1円となるばかりでなく、特有
の凹型形状材の全体加熱による熱処理であるので、熱処
理歪の少いとされている軸受鋼を使用していても、凹型
形状の開口j郡部間の間隔が熱処理によって狭くなるの
は避けられず、これを予め見越して成形をしておくとい
う面t+jな点があり、しかも上記見越し成形を行って
も、歪量は各ブロック毎に異るので、結局研jff%工
程でそれぞれ所定の精度寸法を出すということとなって
極めて手数がかかるというのが現状で、完成品の製造原
価を高くしている。
本発明は従来リニアモーション型ローラーベアリングブ
ロックに存する上記問題点t 7’J4決するためにな
されたものであって、比較的安価な鋼材を使用し、短時
間かつ低歪熱処理および低歪の結果としてもたらされる
研摩工程の時間短縮等が奏効した、低I、11ξなしか
も従来品以上の機械的性質を保証するリニアモー7ヨン
型ローラベアリングブロツクの提供を目自勺とする。
本発明を以下に詳述する。
先ず、本発明では使用鋼材を従来の高炭素クローム軸受
鋼に替えて、例えばS CM440−または5Cr43
8等の比較的低床な低合金鋼、さらには安11田な55
0C−iたはS5.5C甲トの生残わ曳イill;造田
炭素)1ii1を1吏用する。
上記鋼種の鋼材を用いて、例えば第2図(、)に示す如
き所定形状の凹型ブロックBに成形して焼な捷しを施し
たうえ、当該ブロックBがボールベアリングBBi介し
てガイドレールGLの所定面上全滑動する際の上記ボー
ルの軌道T1、T2、T3および14部分のみに後述す
る方法および装置によって表面焼入れを施し、第2図(
b)にhとして示す所定深さの焼入れ硬化層全形成し、
かつ所定硬化層の背後部分に熱影菩層を形成する。これ
によってボール軌道に11iiI摩耗性を伺与するとと
もに、ローラーベアリングブロックが受ける偏荷重に対
する機械的性質、即ちねじれ耐力全付与し、ローラーベ
アリングブロックに具備すべき条件全満足せしめる。−
力この熱処理は局部的なものであるので、熱処理歪の発
生は殆んどなく、脚部Bf−Bf間の間隔の縮少をもた
らさない。
それでは、ブロックの極めて小さい開口空間例えばり「
面20〜25mmX50〜70mmを包む内周壁にfl
 e条あるボール軌道、この」易合T、〜′■゛、の4
条・・のみに如イロ]に!−で9丁定深さの表面焼入層
全形成するかを以下に説明するJ 小空11」]かつ局?↑1j的な表面焼入れであるので
高周波1弘導加熱手段によるのが勿1.6n好ましい。
そこで本発明者は本発明に至る過程において、試みVC
第3図(a)にC′として示す形状の加熱コイル金柑い
、凹形ブロックの端面方向から渦形加熱コイルC′の加
熱導体C’rが内壁底面に平行状態で開口空間に挿入し
、捷ず第1工程として、第3図(b)に実線で示す如く
加熱導体C’rの延在部C’rlそれぞれをボール軌道
T1およびT4と所定間隙ケへだてて対向せしめ、当該
ボール軌道T、およびT4の表層全19T定の焼入れ温
度寸で加熱のうえ、冷却ジャケットJから冷却流体?:
噴射して急冷焼入れし、ついで第2工程として、加熱導
体C’rの延在部C’rLそれぞれ全第3図(b)に破
勝て示す如く、ボール軌道T2およびT、と所定間隙を
へだてて対向配置i;I−L、当該ボール1仇道T2お
よびT4の表層全上述と同様の工程によって焼入れした
上記試験結果ではボール軌道T1、T2、T3およびT
4それぞれ(Cや\巾広の表面焼入れ糸部分が形成され
る。しかし軌道に対向する延在部分C’rl およびC
’rlfブロックBの長さ方同長きより十分長く設定し
たにも拘らず、第2工程において第2図(b)にBLと
して示す内周壁底面の焼入れ不要部である開口端面縁B
 Eが発熱し、急、冷によってn″6入れされてしにい
好寸しくない。この発熱現象は軌道T2・T、それそ:
t′−を互いに逆行する誘導電流が、上記:iuu道T
2・T、それぞれに対向して延在したうえでループに形
成される〃目熱導体C’rの開成部分C’rx  に流
れる電流に引薔ぜられて集中的に−に記y111(面縁
BEに流れた結果と思われ、その防止策が必要とされる
。壕だ、加熱導体C’rの延在部分C’r l−C’r
 L 間の間隔が当該延在部分から生ずる極性の異る高
周波磁束p。
・ω2それぞれを利害る方向に向わせる如き間隔になっ
ているため、力0熱通屯時に両延在部分C’r l−C
’r t の中間に冷刈JジャケットJ全配置”il 
しておくと冷却ジャケソl−Jも加熱される。これ全碇
けるには、加熱通′屯峙には冷却ジャケットJfブロッ
クBの開口部上方に位υ゛5”しておき、冷却時に開1
コ’F′j11内へ変位せしめるIf??成としなけれ
ばならず、かつその変位量も第1工程と第2工程とでは
異り、(A造・操作が複雑となり好寸しくない。勿1j
!m焼入れの工程が2工程となるのも好1しくない。
本発明者は上記試鱗結果を踏まえたうえで、ジ尭入工程
で複数のボール軌道のみを同時焼入れ可能な、しかも端
、lJVこ焼入れを生じさせない焼入れ方法ならびに焼
入装置δを発明した。
これを第4図(a)〜(d)に示す実施例に従って説明
する。
第4図Ca)にCとして示すのは本発明焼入装置におけ
る加熱コイルである。当該加熱コイルCは図示しない高
周波電源に接続するり−ト都1zと加熱4・与体郡(2
rと自己冷却用冷勾」水1j1.給ならびに]シト出・
IP+ ・P2とから構成されている。リード部Rは絶
縁板Sを挾んで一方側のリードRAと他方側のリードR
Bとからなることは通常のリード部と同様であるが、質
材からなる、本発明の加熱導体Cr は第3図にC’r
として示す如き通常の加熱導体C’r とは異り、 リ
ード部Rの一方側のIJ −)RAに2本の加熱導体C
r1およびCr2それぞれの一方端を接続し、当該力n
熱導体Cr(およびCr2はそれぞれ互いに逆方へ唇面
角に屈折して所定距離、相f’:m 7″−たのち再び
3目子行する方向へ唇面角に屈折して加熱対象となるブ
ロックBのボール軌道TK客a当する長石延進し、それ
ぞれ相寄る方向へ屈折し、ついでU字型を画いて反転し
てループを閉成のうえ逆行し、上記延進部分とボール軌
道間の巾に相当する所定間隔をへだてて例えば上下方向
で平行する如く屈折延進して、それぞれの他方端がリー
ド部Rの他方側のリードRBへと接続するとともに、」
−2U字型を画く反転が互いに逆方間へと反転する如く
構成される。即ち第4図(a)に示す如く、加熱導体C
r、における下方延在部Cr1dがリードRAに接続さ
れ上方延在部Crl+、+がリードRBK接i読されて
いるならは、加熱57体Cr2における上方延在部Cr
2uが!J −トRAに接続し下方延在部Cr2dがリ
ードRB K 接続するように444成する。従って当
該加熱導体部Crを流れる成る時点・での高周波′L[
b流は矢印の流れとなり、Cr1uの極性は相M「るC
r、dおよびCr2uのそれと異り、Cr1dの極性は
相j4 Cr ) uおよびCr2dのそれと異り、C
r2uの極性は相l’4するCr2dおよびCrl u
のそれと異り、かつCr2dの極性も相1燐るCr2u
およびCr1dのそれとも異ることとなる。
上記加iQ34体Cr、およびCr2 のリードRAに
接続する一方M”1Liiそれぞれは例えば自己耐却用
冷却流体伊、給田であるパイプP1に、またリードRB
に接続する他方Mi+riそれぞれは例えば自己/1)
却用冷却流体排出用であるパイプP2に連層され、管内
ff:流J瓜−プーる冷却流体により通′Ilj:時に
生ずる自己発熱が収奪されるようになっている。
第4図(b)iヶ本実施例で用いる冷却器Jを示す3.
当1藻冷却器Jは第4図(a、)に示される加熱導体C
r)・Cr2それぞれの4本の平行する延在部cr、 
u、 Cr1a、 Cr2 uおよびCr2dで四重れ
る方形窒間内に収容可能な召相似の方形を呈しており、
相対向する側面Js・Jsそれぞれには、」二記別熱導
体Crl °Cr2それぞ九の所定長さ刀・らなる延在
部の+u」隙に唇相当する面積にわたり複数の冷却流体
噴射孔eが孔設されている。冷却流体は冷却器Jの上面
に設けられているホース■(から当該冷却器Jの腔内に
供7姶され、両側面の」二記噴射孔eがら所定圧をもっ
て噴射可能である。
上記加熱コイルCと冷却器Jとは第4図(c)に示すよ
うに、刀日熱婢体部Cr の中央を間に冷却器Jが収容
された状態で固定配置される。
」二記イイ4成からなる焼入装置を用いてリニアモーシ
ョン型ローラーベアリングブロックのボール軌道のみを
焼入れする場合について以下に説明する。
被熱処理材であるブロックf3f開口面を上に向け、第
4図(c)に矢印で示す如く一方の開口端面側を先にし
て加熱コイルC方向へ前進せしめ、凹型間1コ空間内に
加熱コイルCの加熱導体部Crが収容される状態とする
。この状態において当該加熱導体部Crは前述の如くそ
れぞれの加熱導体Cr1およびCr2’(i7所定の如
く屈折形成しであるので、第4図(d)K示すようにブ
ロックBにおけるそれぞれの軌道Tと加熱導体i′1l
SCrにおけるそれぞれの延在部とは、軌道T1は延在
部Cr1uと、軌道T2は延在部Cr1dと、軌道T、
は延在部Cr2.dと、また軌道T4は延在部Cr2u
というように、そ才りそれ所定間隙をへたてて対向する
こととなる。ついで図示しない商周彼電源を投入して加
熱コイルCへ所定周波数・所定出力の筒周波軍流を通電
する。当該加熱コイルCの7JI]熱樽体cr、および
Cr2それぞれには冒周仮電流が分流して流れ、延在部
が対向するブロックBの軌道を誘尋加熱する。この場合
上述の如く加熱導体Crlの延在部Cr1uとCrl 
d、加熱導体Cr2の延在部Cr2uとCr2dそれそ
nは、例えば10nm前後の開園を保つ軌道に対向する
如く平行して延在しているので、当該延在部Cr1uと
Cr1dまたCr2uとC’r2dそれぞれから発生す
る互いに逆向きの磁束は相打ち消し合い、かつCr1u
とCr2uliflまだCr1dとCr2a間にも同様
の現象が生じ延在部Crlus Cr1dsCr2uお
よびCr2dそれぞれが対向する軌道T1、T2、T、
およびT、のみ全誘導加熱し、軌道・111は全く加熱
されない。また刀口熱尋体部Crの中央空間に固定配置
されている冷却器Jは、前述試J涙時の加熱コイルC′
におけるように加熱導体C′rの中間には位置しておら
ず、かつ加熱導体CrlおよびCr2それぞれの外側に
位置しているがため、磁束が相合る方間ではないので、
発生する磁束の影響を受けることが極めて少く、発熱は
殆んどない。さらに軌道T2・′r3それぞれの表層に
誘起した互いに通行する誘導電流はブロックの当該軌道
T2・T3それぞれに対向する延在部Cr 1+:・C
r2dが唇面角に屈折して逆方向に反転しループを形成
しているので、y1i1胃笛縁BEにそって集中的にぴ
これることがなく、発熱のおそれはない。
軌道表層が所定の焼入れ温度に昇温した時点で通電を断
とし、図示しない冷却流体供給源からの冷却流体全ホー
ス11ヲ介して冷却器Jへ供給する。冷却流体は冷却流
体噴射孔eより所52圧で噴射され、加熱導体Crlの
上方延在部Cr1uと下方延在部Cr)d との間瞳、
および加熱導体Cr2の上方延在部Cr2uと下方延在
部Cr2dとの間隙それぞれを通過してブロックBの対
向内壁に衝突のうえ、上下方向へ分れて壁面を流動して
それぞれ所定焼入れ温度に寸で加熱されている軌道T1
・T2およびT3・T4へ達し、これを急冷焼入れする
。焼入れが施されたブロックBは焼入装置から搬出され
焼入れ工程を完了する。この間の所要時間は例えば加熱
通1d時間5〜10secs急冷焼入れ時間10〜15
 secであるのでブロックBの搬出入時間を入れても
60 sec以内である。
焼入れ工程後、フロックBは従来と同様焼戻しされ、研
j≠工程を経て完成品とされる。
本発明者は本発明の効果全確認するための焼入れ実験を
多数行った。その中の1例を次に示す。
実施例 (1)供試体;511il]種S 55.C上記鋼種を
用い鍛造、焼なま し、切削工程を経て第2図(b) に示すと同様の下記寸法から なるブロックBに成形した。
外寸12’0X110X60咽 内寸 50X20mm (2)焼入れ方法;第4図、t(a)〜(d)に示す本
発明焼入装置を用い、上 記供試体の軌道のみkm 入れ条件は下記のとおジ である。
周波数  80 K HZ 出力   150KW 通電時間 9sec 冷却時間 10sec 冷却液圧 3に7/c71i (0,5%ソリフ゛ル液1更用) 、(3)実験結果;第5図(a)および(b)に示すと
おり1であった。第5図(a)は焼入孔終了後の供試体
の断面を示すものであ って、軌道T、 、T21.T3およびT4それぞれに
は余1線で表わされるとおり 独立した表IM焼入れ層が形成されて いることが確認された。第5図(b)は各11νL道に
ついて表面から矢印に従った方向へ向って複数点の硬さ
測定を 行った結果を、横軸に狭面からの距 離(−を、縦軸にビンカースイ便さくHVJをとった座
標にプロットしたもので ある1、谷11九道は衣[自1から召1.5 trun
の深さまでHv500以上の硬化層とな っていることが確認されるとともに、 特に注目するところとして、脚部先 端近傍の軌道T1およびT4に43.5 Tmn深さま
でHv 300以上の熱影響層の形成がみられることが
4j4p、認された。
さらに焼入れ前・後における脚部間 の間隔の変化は全くなく、かつ脚部 間両辺111而縁にはυ′L入れ層の形成はなかった。
ついで、軌道T4の表面から0.5咽深さ部分の′D1
と入れ硬化層、3,0輔深さ部分の熱影響層および6.
5 +nm qさ部分の木地の組織をそれぞれ顕微鏡写
真として第6図(a) (b)および(c)に示す。
上記実験結果および顕微鏡写真から本発明は極めて小壁
間を囲む内壁の軌道のみに表面硬化層を形成しうるとと
もに、特に偏荷重が負荷される脚部近傍軌道T1および
T4の表面硬化層の後背部に形成された顕著な熱影響層
は急熱急冷により、1′1を織が細粒化していて高い靭
性全保有しているので脚部先端部分にねじれ1f1i1
力全付Jjすることが明らかにされブこ。また本発明は
熱処理歪の発生を皆無とするものであることも確認でき
た。
上記実施例では軌道数が4本である場合について説明し
たが、例えば軌道数が6本であるようなフロックの場合
でも本発明全適用しうろことは勿論である。この場合−
実測り−ドRAから他方側リードRBへ連続する加熱導
体Crは3本、冷却器Jの噴射孔を有する1則ばnも3
面とすればよい。
本発明は旨価な尚炭素クローム軸受筒1′1を用い、寸
た熱処理工程と研摩工程に時間をかけるがために製造原
価が高くならざるを得なかったリニアモーション型ロー
ラーベアリングブロックを、安1lIIIな低合金鋼を
用い、かつ」二記詳述した焼入れ方法および焼入装置に
よって無歪かつ短時間の局部表面熱処理を施すことこと
によってボールl1iIL道のみに19丁定深さの焼入
れ硬化層を形成するとともに、所定のボール軌道の後背
部にねじれ耐力を付与してローラーベアリングブロック
に必要な条件を満足させるとともに、当該熱処理が無歪
であることから伴らされる従来熱処理に必然的に付随し
た熱処理時間の長さと熱処理歪を予想したブロック成形
時の見込与寸法の繁雑さならびにイυ[摩工程の複雑さ
とを一気に解消して、短時間かつ簡易な製造工程によっ
て製造することを可能とするので、製造原価を大巾に引
下げることとなり、リニアモーション型ローラーベアリ
ングの普及に極めて囮著な効果をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来リニアモーション型ローラーベアリングブ
ロックに使用されている高炭素クローム軸受鋼を焼入れ
する場合の焼入れ温度時間曲線図、第2図(a)はリニ
アモーション型ローラーベアリングブロックの形状kd
明するための斜視図、第2図(b)は第2図(a)のプ
ロッタのボール軌道に施す焼入れ箇処とその焼入れ層と
を示す一部切り欠き斜視図、第3図(a)は不発明をな
す過程の試j検に使用した高尚7皮訪導7卯熱コ・・イ
ルの斜視図、第3図(b)は第3図(a)に示す加熱コ
イル全使用した試験過程を説明する/こめの断面正面図
、第4図(a)および(b)はそれぞれ本発明の焼入装
置の加熱コイルおよび冷却器それぞれを示す斜視図、第
4図(c)および(d)はそれぞれ第4図(a)および
(b)に示す加熱コイルおよび冷却器とを組合せ固定配
置して、ボール軌道を焼入れする楊合金説明するための
側面図および断面正面図、第5図(a)は本発明焼入装
置によって供試体音b″L入れした結果を示す当該供試
体の断面図、第5図(b)は第5図(a)に示されるそ
れぞれのボール軌道焼入層の硬さjil定結果を示す線
図、第6図(a)、(b)および(c)はそれぞれ焼入
層、熱影響ハくおよび素地の組織の顕徴税写真である。 !I〒1イト1片頭人   高周波熱錬株式会社代理人
 弁理士 小  林    博 入、−5:フ〉:    (C1) 第 5 図 (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、)焼入れ可能な鋼材によって形成された所定形状か
    らなる凹型ブロックの内周壁におけるボール軌道のみが
    所定深さの表面焼入層となっていることを特徴とする低
    合金鋼からなるリニアモーション型ローラーベアリング
    ブロック。 2、)凹型ブロックの内周壁を長手方向にのびる少くと
    も4以上の複数の糸部分全表面υ″6入れする場合にお
    いて、高周波誘導加熱コイルの加熱導体を相隣るものど
    うしが互に極性を異にして通電されるように、上記複数
    の条rfls分それぞれにそって所定間隙をへたてて配
    置し、当該代数の条部分のみを同gjj(tt(表I1
    1」焼入れすること全特徴とする低合金銅からなるリニ
    アモーション型ローラーベアリングブロックのボール軌
    道表面焼入れ方法。 3、)凹型ブロックの内周壁を長手方向に平行してのび
    る少くとも4以上の複数の糸部分全表面焼入れするもの
    において、高周波電源に接続するリード部の極性を異に
    するる一方側リードから他方側リードへとループ全形成
    して連続する加熱導体を複数具え、当該複数の加熱導体
    のループのそれぞれが上記条部分の2条づつと所定間隙
    をへだてて対向して延在する如く形成するとともに、相
    ドする延在部が互いに極性を異にしたリードへ直接連続
    する如く形成した加熱コイルと、多数の噴射孔が孔設さ
    れた壁面全複数具え、それぞれの壁面の噴射孔から所定
    圧で噴射される冷却流体が上記複数の加熱導体の複数の
    延在部間に形成される複数のIB1隙中の所定間隙それ
    ぞれ全通過して、上記ブロックの内周壁にfhj突可能
    に(1°な成された冷却器とからなることを特徴とする
    低合金鋼からなるリニアモー7ヨン型ローラベアリング
    ブロツクのローラ軌道表面焼入装置。 4)ブロックの条部分の2条つつと所定間隙ケへたてて
    対向して延在してループ全形成するそれぞれの加熱導体
    の、当該ループ閉成位置が上記条部分から唇面角方向に
    十分離れたところであることを特徴とする特許請求の範
    囲第3項記載のリニアモーション型ローラーベアリング
    ブロックのボール軌道表面焼入装置。
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