JP2011502214A - Ring component of transmission belt and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
本発明は、連続可変トランスミッションにおける動力伝達に適した伝動ベルト(1)のための無端の金属製のリング(32)を製造する方法に関し、前記リング(32)を少なくともアンモニアガスを含有する雰囲気中で高温で窒化又は表面硬化するステップ(IX)を有する方法において、表面硬化するステップ(IX)が完了した後に、リング(32)が、製造する方法の別の又は後処理のステップ(IX−A;VIII)において高温の還元雰囲気中に配置される。 The present invention relates to a method for producing an endless metal ring (32) for a transmission belt (1) suitable for power transmission in a continuously variable transmission, wherein the ring (32) is contained in an atmosphere containing at least ammonia gas. In a method having a step of nitriding or surface hardening at a high temperature (IX), after the step of surface hardening (IX) is completed, the ring (32) is subjected to another or post-treatment step (IX-A) of the manufacturing method. In VIII) in a hot reducing atmosphere.
Description
本発明は、無端の薄くフレキシブルな金属の帯のための製造方法に関し、この帯は、自動車において使用される従来公知の連続可変トランスミッション若しくはCVTの2つの調節可能なプーリの間のパワートランスミッションのための伝動ベルトに通常組み込まれている。本発明はさらに、前記方法によって得られる製品に関する。 The present invention relates to a manufacturing method for an endless thin flexible metal strip, which is used for a power transmission between two conventionally known continuously variable transmissions or CVT adjustable pulleys used in automobiles. It is usually built into the transmission belt. The invention further relates to the product obtained by said method.
少なくとも伝動ベルトにおける使用に関して、このような帯は、伝動ベルトのリング部品とも呼ばれる。このような伝動ベルト及びリング部品は、概して、例えば欧州特許出願公開第1403551号から知られている。通常プッシュベルトと呼ばれるこの公知の形式の伝動ベルトにおいて、多数のこのようなリングが、少なくとも1つの、しかしながら通常は2つの、積層された、すなわち互いに半径方向で重ね合わされたセットで組み込まれている。公知のプッシュベルトは、さらに、このような帯のセットに摺動可能に取り付けられた多数の横方向金属エレメントを有している。プッシュベルトの使用において、従来のリングは、マルエージング鋼から製造されており、この形式の鋼は、特に、大きな引張り強度の特性を備える材料を溶接及び塑性変形させる比較的有利な可能性と、少なくともリングの適切な熱処理の後、摩耗及び曲げ及び/又は引張応力疲労に対する優れた耐性とを組み合わせる。 Such a band, at least for use in a transmission belt, is also referred to as a transmission belt ring component. Such transmission belt and ring components are generally known, for example from EP 1403551. In this known type of transmission belt, commonly referred to as a push belt, a large number of such rings are incorporated in at least one, but usually two, stacked, ie, radially overlapped sets. . Known push belts further comprise a number of transverse metal elements slidably attached to such a set of bands. In the use of push belts, conventional rings are manufactured from maraging steel, and this type of steel, in particular, has the relatively advantageous possibility of welding and plastically deforming materials with high tensile strength properties; Combined with excellent resistance to wear and bending and / or tensile stress fatigue, at least after a suitable heat treatment of the ring.
従来公知のリングには、金属疲労に対する高い耐性と組み合わされた良好な引張り、歩留り、及び曲げ強度の特性を実現するためのコア材料の十分な硬さが提供されており、リングコアは、リング材料の実質的により硬い、ひいては耐摩耗性の外側表面層に収容されている。前記硬い表面層に最大厚さが提供されていることにより、内部リング応力を制限し、またリングに十分な弾性を提供して、長手方向の曲げ及び疲労破壊に対する耐性を提供している。もちろん、特に、この後者の特徴が、リングの伝動ベルトの適用において極めて重要である。なぜならば、リングの耐用寿命の間、リングは多くの荷重及び曲げサイクルを受けるからである。前記所望の材料特性を達するために、公知の製造方法は、リングの時効、すなわちバルク析出硬化と、表面硬化、特に窒化、通常はガス軟窒化という2度の熱処理を含んでいる。このようなベルト、少なくともベルトのリング部品のための一般的な製造方法のステップは、本特許出願人によって数十年間使用されており、技術上よく知られるようになっており、例えば欧州特許出願公開第1055738号明細書に記載されている。 Previously known rings are provided with sufficient hardness of the core material to achieve good tensile, yield, and bending strength properties combined with a high resistance to metal fatigue, the ring core being a ring material In a substantially harder and thus wear-resistant outer surface layer. The maximum thickness provided in the hard surface layer limits internal ring stress and provides sufficient elasticity to the ring to provide resistance to longitudinal bending and fatigue failure. Of course, this latter feature is particularly important in the application of ring transmission belts. This is because the ring is subjected to many loads and bending cycles during the service life of the ring. In order to achieve the desired material properties, the known production methods include two heat treatments: ring aging, ie bulk precipitation hardening, and surface hardening, in particular nitriding, usually gas soft nitriding. The steps of a general manufacturing method for such belts, at least belt ring parts, have been used by the applicant for decades and are well known in the art, for example European patent applications This is described in Japanese Patent Publication No. 1055738.
公知のリング製造方法における問題は、ガス軟窒化の間にリング表面に鉄−窒化物の層が形成されることがあり、この層は、化合物層と呼ばれ、表面硬さ及び延性に影響する。その結果、窒化されたリング部品の機械的特性は、望まれるように均一ではなくなり、さらに、リング表面層が、局所的に、プッシュベルトにおいて適切に使用するには脆くなり過ぎることがある。 A problem with known ring manufacturing methods is that an iron-nitride layer may be formed on the ring surface during gas soft nitriding, which is referred to as a compound layer and affects the surface hardness and ductility. . As a result, the mechanical properties of the nitrided ring component are not as uniform as desired, and the ring surface layer may become too brittle locally for proper use in a push belt.
このような化合物層の厚さは、マルエージング鋼合金の組成にだけ著しく依存するわけではなく、ガス軟窒化の処理環境、例えば処理温度、時間、及び雰囲気、すなわち窒化ガスの組成にも依存する。しかしながら、この層は、より迅速にかつより広範囲に形成される傾向がある。なぜなら、例えば、処理温度及び/又は(ガス)窒化ポテンシャル(個々のアンモニア及び水素ガス濃度によって決定される)を増大させることによって処理時間を短縮する場合等のように、窒化の効率のために処理環境が最適化されているからである。 The thickness of such compound layers is not only significantly dependent on the composition of the maraging steel alloy, but also on the gas soft nitriding process environment, such as process temperature, time, and atmosphere, ie the composition of the nitriding gas. . However, this layer tends to form more quickly and more extensively. Because of the efficiency of nitriding, for example, when processing time is shortened by increasing the processing temperature and / or (gas) nitriding potential (determined by individual ammonia and hydrogen gas concentrations). This is because the environment is optimized.
本発明の目的は、前記化合物層が形成されるのを回避するために、リングの窒化処理環境に特別な制限を加えることなく、プッシュベルトのリング部品のための所望の機械的特性を実現することである。 The object of the present invention is to achieve the desired mechanical properties for the ring component of the push belt without any special restrictions on the nitriding environment of the ring in order to avoid the formation of the compound layer. That is.
本発明によれば、この目的は、請求項1の特徴部に示された特定の手段を用いて実現される。この請求項によれば、窒化のステップの後、別の後処理ステップが行われ、この別の後処理において、リングは、本質的にアンモニア及び酸化が存在しない、好適には主に窒素、好適には数(例えば15)vol%の水素を含有する還元雰囲気中で熱処理される。このような後処理の間に、鉄−窒化物が溶解し、化合物層がリング表面から有効に除去される。水素が存在することにより、化合物を除去するこのプロセスが著しく加速される。このようなリング後処理は、リングの窒化及び時効のために典型的に又は少なくとも慣用的に必要とされる時間と比較して、比較的短い時間がかかるように提供されることができる。しかしながら、温度は、好適には、400〜500℃の範囲の値を有する、前の窒化ステップの温度条件と同様の条件を有するべきである。
According to the invention, this object is achieved with the specific means indicated in the characterizing part of
リング製造方法のこのような条件の場合、特にリング窒化は、時間及びコストに関して効率的に行われることができ、少なくとも鉄−窒化物化合物層の形成を回避する必要がなく、この鉄−窒化物化合物層は、後から前記リング後処理において結局は除去される。 In the case of such conditions of the ring manufacturing method, in particular ring nitridation can be performed efficiently in terms of time and cost, and at least it is not necessary to avoid the formation of an iron-nitride compound layer, this iron-nitride The compound layer is eventually removed later in the post-ring treatment.
本発明によれば、前記後処理は、リング材料のバルク析出硬化、すなわち時効が同時に生じるように設定されることができる。実際には、本発明によれば、適切な処理条件がこのような後処理において適用された場合、時効が前記後処理の間に完了されることができ、窒化の前の慣用の時効ステップを好適には飛ばすことができる。このリング製造方法において、窒化の前に時効を行うことによる公知のリング熱処理の順序が、まず窒化を行って次に時効を行うように有効に逆転される。これにより、慣用の製造方法において生じる恐れがある後処理におけるリングのいわゆる過時効が回避される。 According to the present invention, the post-treatment can be set so that bulk precipitation hardening of the ring material, ie aging, occurs simultaneously. In practice, according to the present invention, if appropriate processing conditions are applied in such post-processing, aging can be completed during said post-processing, and a conventional aging step before nitriding is performed. Preferably it can be skipped. In this ring manufacturing method, the known ring heat treatment sequence by aging prior to nitriding is effectively reversed so that nitriding first and then aging. This avoids the so-called overaging of the ring in the post-processing that can occur in conventional manufacturing methods.
本発明の基本原理をここで図面に示された実施例に基づいて説明する。 The basic principle of the present invention will now be described based on the embodiments shown in the drawings.
図1は、エンジンと車輪との間で車両の駆動ラインにおいて一般的に使用される従来の連続可変トランスミッション若しくはCVTの中央部分を示している。トランスミッションは、それぞれ2つの円錐形のプーリディスク4,5が設けられた2つのプーリ1,2を有しており、2つのプーリの間には概してV字形のプーリ溝が形成されていて、一方のディスク4が、プーリディスクが取り付けられているプーリ軸6,7に沿って軸方向に移動することができる。伝動ベルト3はプーリ1,2の周囲に巻き掛けられていて、回転運動ωとトルクTとを一方のプーリ1,2から他方のプーリ2,1へ伝達する。
FIG. 1 shows the central portion of a conventional continuously variable transmission or CVT commonly used in vehicle drivelines between the engine and wheels. The transmission has two
トランスミッションは、少なくとも一方のディスク4に対して、他方のプーリディスク5に向かう軸方向の締付力Faxを加えるための作動手段も有しており、これによって、ベルト3がプーリディスクの間に締め付けられるようになっている。また、トランスミッションの速度比がこれにより決定され、この速度比は、被動プーリ2の回転速度と、駆動プーリ1の回転速度との比として定義される。
The transmission also has an actuating means for applying an axial clamping force Fax toward the
公知の駆動ベルト3の一部が図2に詳しく示されている。このベルト3は、無端引張り手段31を有している。この特定の例においては、無端引張り手段31は、平らな、つまり帯状のフレキシブルな金属のリング32の2つのセットから成っている。ベルト3は、さらに、多数の板状の横断エレメント33を有しており、これらの横断エレメントは、引張り手段31と接触しており、引張り手段によって保持されている。エレメント33は、前記締付力Faxを受け取り、入力トルクTinがいわゆる駆動プーリ1に加えられると、ディスク4,5とベルト3との摩擦が駆動プーリ1を回転させ、この回転が、同様に回転する伝動ベルト3を介していわゆる被動プーリ2に伝達される。
A part of a known
CVTにおける作動中、ベルト、特にリング部品32は、周期的に変化する引張り及び曲げ応力、つまり疲労荷重を受ける。通常、リング部品32の疲労に対する耐性又は疲労強度は、このリングによって伝達される与えられたトルクTにおける、伝動ベルト3の機能的寿命を決定する。したがって、従来、材料及び製造コストを抑制しつつ、必要なリングの疲労強度を達成するために、伝動ベルトの製造法を発展させることが従来望まれている。
During operation in CVT, the belt, particularly the
図3は、伝動ベルトの初期の製造以来行われている、伝動ベルトのリング部品32の従来の製造方法の関連する部分を示しており、ここでは、別々のステップがローマ数字で示されている。第1のステップIにおいて、ベース材料のシート11が円筒状に曲げられ、互いに突き合わされるシート端部12が第2のステップIIにおいて溶接され、管13を形成する。第3のステップIIIにおいて、管13は焼きなましされる。その後、第4のステップIVにおいて、管13は多数の輪14に切断され、これらの輪は、その後、ステップVにおいて、ローリングされ、最終製品として0.1〜0.2mm、通常は約185μmの必要な厚さにまで引き伸ばされる。回転の後、輪14は、通常リング32と呼ばれる。
FIG. 3 shows the relevant parts of the conventional manufacturing method of the
リング32は、ローリング(ステップV)の間に生じた内部応力を排除するために、ステップVIにおいてさらに焼きなましを受ける。その後、第7のステップVIIにおいて、リング32は較正される、すなわち、リングは2つの回転するローラの周囲に取り付けられ、所定の円周長さに引き伸ばされる。この第7のステップVIIにおいて、内部応力分布もリング32に加えられる。その後、リング32は、2つの別個のステップにおいて熱処理される。つまり、第8のステップVIIIにおいて、時効若しくはバルク析出硬化が行われ、第9のステップIXにおいて、窒化又は表面硬化が行われる。さらに、特に、このような熱処理では、制御されたガス雰囲気を含む工業用オーブン又は炉においてリング32を加熱し、このガス雰囲気は通常、リングの時効のための窒素及びその他のガス、すなわち5vol%の水素ガスと、リングを窒化するための窒素及びアンモニアとから成る。両熱処理は、通常、400〜500℃において行われ、リング32のためのベース材料(マルエージング鋼合金組成)と、リング32に望まれる機械的特性とに応じて、約45〜120分間行われることができる。
最後に、このように処理されたリング32のセット31は、図3にさらに示されているように、目的に応じて選択された多数のリング32を半径方向で積み重ねる、つまり入れ子式に嵌め込むことによって、形成される。1つのセット31を形成するために適した必要な数のリング32を得るために、リング32の周方向長さ(又は直径等のその他の適切なパラメータ)が第10のステップXにおいて測定され、最後に示された第11のステップXIにおいて、リング32のセット31は、必要な数の適切な寸法のリング32を互いに入れ子式に嵌め込むことによって組み立てられる。
Finally, the
窒化プロセス(図3における第9ステップIX)において、オーブン雰囲気中に存在するアンモニア分子が、リング32の表面において溶解し、これにより、窒素原子が形成され、これらの窒素原子は、リング32の鋼マトリックスに吸収される(すなわち拡散する)。これにより、リング32の表面層における付加的な硬さが、窒素間隙及び窒素含有析出物によって形成される。しかしながら、必然的に、このように形成された窒素原子の一部は、既にリング32の表面におけるマルエージング鋼の鉄原子と反応し、化合物層と呼ばれる鉄−窒化物の層を局所的に形成する。窒化ステップIXの時間、温度、及びプロセス雰囲気の設定に応じて、これらの鉄−窒化物は、より小さく形成されたり、より大きく形成されたりする。その結果、リング32の機械的特性は、望むように均一ではなく、リングの表面層が、局所的に、伝動ベルト3において適切に使用するには脆くなり過ぎることもある。したがって、この点についてリングの窒化のプロセス設定を最適化することによって、このような化合物層の形成を阻止することが主に好ましい。しかしながら、そうする場合、リング窒化ステップIXの効率が通常不都合な影響を受ける。
In the nitridation process (9th step IX in FIG. 3), ammonia molecules present in the oven atmosphere dissolve at the surface of the
しかしながら、本発明によれば、化合物層がリングの窒化ステップIXにおいて形成されることを阻止する必要はない。なぜならば、このような層は、別の後処理ステップIX−Aにおいて後から容易に除去することができることが分かったからである。この別の後処理ステップは、図4に概略的に示されているように、リングを窒化するステップIXが完了した後に行われる。リング製造方法のこのような設計により、特に窒化ステップIXは、時間及びコストに関して効率的に行われることができ、少なくともリング32における鉄−窒化物化合物層の形成を回避する必要がなく、この鉄−窒化物化合物層は、結局、後から前記後処理ステップIX−Aにおいて除去される。
However, according to the present invention, it is not necessary to prevent the compound layer from being formed in the ring nitriding step IX. This is because it has been found that such a layer can be easily removed later in another post-processing step IX-A. This additional post-processing step is performed after step IX of nitriding the ring is completed, as schematically shown in FIG. With this design of the ring manufacturing method, in particular the nitriding step IX can be carried out efficiently in terms of time and cost, and at least it is not necessary to avoid the formation of an iron-nitride compound layer in the
このような後処理ステップIX−Aにおいて、リング32は、本質的にアンモニア及び酸素を含まずかつ好適には主に窒素、より好適には数vol%の水素を含有する窒素から成る還元雰囲気中で400〜500℃に加熱される。後から行われるこの熱処理ステップIX−Aにおいて、鉄−窒化物が分解され、窒化の間に形成された化合物層は、このように、リング表面から有効かつ好適に除去される。水素ガスが存在すると、この化合物除去を著しく加速することができる。本発明によれば、水素濃度は、好適には、処理雰囲気の5〜15vol%、より好適には約10vol%である。
In such a post-treatment step IX-A, the
本発明によれば、化合物層を除去するためのリング32の上記後処理は、リング材料のバルク析出硬化、すなわち時効が同時に生じるように好適に設定されることができる。実際には、慣用の時効ステップVIIIのプロセス設定が前記後処理において適用された場合、リング材料のバルク析出硬化は、前記後処理の間に完全に完了されることができる。したがって、全体的なリング製造方法に本発明を実施するための好適に効率的かつ有効な形式は、慣用的に用いられる時効及び窒化のリング熱処理の順序を単に逆にすること、すなわち、従来のリング窒化ステップIXが完了した後に従来の時効ステップVIIIを行うことである。このリング製造方法では、リングの時効ステップVIIIは、本発明による後処理として働く、すなわち、リング表面から、リング窒化中に形成される化合物層を除去するために働く。本発明によるこのリング製造方法は、図5に示されている。この場合、前記後処理は、図3に示されたような従来のリング製造方法に対して付加的なステップを必要としない。さらに、このような従来のリング製造方法に対する付加的なステップとして前記後処理が付加された場合に生じる恐れがある、リング32のいわゆる過時効及びコア硬さの結果的な減少が回避される。
According to the present invention, the post-treatment of the
発明は、ここで、一連の請求項に沿ってさらに定義され、前記説明とは別に、請求項における全ての詳細にも関連し、当業者によってそこから直接かつ明白に引き出される、論じられた図面における全ての詳細及び態様にも関する。 The invention is now further defined along a series of claims, apart from the foregoing description, also related to all the details in the claims and discussed directly from which the person skilled in the art derives directly and clearly. And all details and aspects of
1,2 プーリ、 4,5 プーリディスク、 6,7 プーリ軸、 11 ベース材料のシート、 12 シート端部、 13 管、 14 輪、 31 無端引張り手段、 32 リング、 33 横断エレメント 1, 2 pulley, 4, 5 pulley disk, 6, 7 pulley shaft, 11 sheet of base material, 12 sheet end, 13 pipe, 14 wheels, 31 endless tension means, 32 ring, 33 transverse element
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