JP2012206131A - 薄板状無端金属リングの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】薄板状無端金属リングを用いた車両用ベルト式無段変速機の伝動ベルトに関するものであり、耐久性に優れた薄板状無端金属リングの製造方法を提供する。
【解決手段】
残留応力付与工程Ｐ９に次ぐ架け替え処理工程Ｐ１０において、帯状金属部材１２に一定の張力が付与された状態で、帯状金属部材１２を固定ローラ４２および移動ローラ４４から架け替えローラ９２、９４への架け替えが行われる。これにより、帯状金属部材１２を自由状態としたときに、固定ローラ４２および移動ローラ４４において生ずる曲げ応力の影響を避けることができ、帯状金属部材１２の耐久性が向上する。
【選択図】 図８

Description

この発明は、薄板状無端金属リングの製造方法に関するものである。

従来、この種の無端金属リングは、無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達用の変速機用ベルトなどに用いられている。無段変速機用ベルトは、周長が少しずつ異なる複数の無端金属リングを径方向に相互に積層して形成したリング積層体と、このリング積層体により結束される、環状に連ねられた複数のエレメントとから構成される。この無段変速機用ベルトは、駆動プーリ及び従動プーリに掛け回され、相互に接触するエレメント間の押し力で該駆動プーリ及び該従動プーリに沿って回転し、駆動力を駆動プーリから従動プーリに伝達する。このような無端金属リングの製造装置としては、例えば、特許文献１に記載された周長補正装置が知られている。

この特許文献１に記載された周長補正装置は、駆動ローラおよび従動ローラと、それらのローラ間に巻回された無端金属リングの周方向の一部を、内側から外側に向けて局所的に押圧するための矯正ローラとから構成されている。この周長補正装置を用いることにより、無端金属リングには、幅方向の断面において外周側に凸状を成す円弧状形状が付与される。無端金属リングは、前記円弧状形状により、それが複数積層された際においてその積層状態が容易に保持されるようになる。

しかし、この特許文献１に記載された周長補正装置により製造された無端金属リングにおいては、無端金属リングの内周面側が外周側に向けて局部的に押圧されることによりその無端金属リングの内周部に引張残留応力が付与されるために、その内周部の強度が必要強度に対して余裕がなくなり、耐久性が低下するという問題があった。
そこで、本出願人は、特願２０１０−０４８２５０号の出願において、この問題を解決した積層リングの製造方法を提案している。
図１９（ａ）は、この積層リングの製造方法を示すものであり、帯状金属部材１２０の周長を調整する周長調整工程後に行われる残留応力付与工程において、２個の固定ローラ６８０間に巻き掛けられた帯状金属部材１２０に対して、移動ローラ７００を用いてその帯状金属部材１２０の外周面側から内周面側に向けて押圧力Ｆによって押圧することにより、帯状金属部材１２０の内周部に圧縮残留応力を付与し、帯状金属部材１２０の耐久性を高めようとしたものである。
図２０は、図１９（ｂ）に示すように、移動ローラ７００を帯状金属部材１２０から退避させた状態における固定ローラ６８０部分において帯状金属部材１２０に生じている応力の分布を示す図であり、この状態では、固定ローラ６８０部分において帯状金属部材１２０に生ずる応力は、帯状金属部材１２０の降伏点−σｙ〜σｙの範囲に収まっている。

特開２００９−２２９９１号公報

しかしながら、先に提案した積層リングの製造方法においては、以下のような問題があった。
すなわち、図２１（ａ）に示すように、図１９（ｂ）に示す状態から２個の固定ローラ６８０による引張力Ｔを解除して帯状金属部材１２０を２個の固定ローラ６８０から取り外そうとすると、引張力Ｔによって発生していた応力が無くなるので、図２１（ｂ）に示すように、帯状金属部材１２０の内周面側において帯状金属部材１２０に生じている応力が降伏点−σｙを超える部分が発生する。これにより、図２１（ｃ）に示すように、２個の固定ローラ６８０に巻回されていた帯状金属部材１２０部分が塑性変形し、くびれなどの歪みが発生し、帯状金属部材１２０の耐久性が著しく低下するなどの問題があった。

このような問題を解消するために、２個の固定ローラ６８０の半径を大きくしたり、移動ローラ７００による押圧力Ｆを小さくすれば解消できるが、２個の固定ローラ６８０の半径を大きくした場合には、帯状金属部材１２０の外周面側に理想とする残留応力を付与できず、また、移動ローラ７００による押圧力Ｆを小さくすれば帯状金属部材１２０の内周面側に理想とする残留応力を付与できず、結局帯状金属部材１２０の耐久性が著しく低下するなどの問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、耐久性に優れた金属リングを提供可能な薄板状無端金属リングの製造方法を提供することを目的とする。

上記の問題点を解決するために、本発明の薄板状無端金属リングの製造方法は、次の構成を有している。
（１）薄板状無端金属リングの製造方法であって、前記金属リングの内周側に配置された周長調整用ローラにより前記金属リングの周長を調整する調整工程と、前記金属リングの外周側に配置された外側ローラにより、前記金属リングに残留応力を付与する付与工程と、前記金属リングの周方向に一定の張力を付与した状態で、前記周長調整用ローラの径よりも大径の大径ローラに架け替える架け替え工程とから成ることを特徴とする。

（２）（１）に記載する薄板状無端金属リングの製造方法において、前記周長調整用ローラは、間隔をおいて配置された２個のローラにより構成され、前記大径ローラは、前記２個の周長調整用ローラ間における前記金属リングの内周側に配置されていることを特徴とする。
（３）（１）に記載する薄板状無端金属リングの製造方法において、前記大径ローラは、大径部と、それよりも小径の小径部と、その小径部から大径部に向かって徐々に径が拡大する螺旋状の案内部とを有することを特徴とする。

上記構成を有する本発明の薄板状無端金属リングの製造方法の作用・効果について説明する。
（１）薄板状無端金属リングの製造方法であって、前記金属リングの内周側に配置された周長調整用ローラにより前記金属リングの周長を調整する調整工程と、前記金属リングの外周側に配置された外側ローラにより、前記金属リングに残留応力を付与する付与工程と、前記金属リングの周方向に一定の張力を付与した状態で、前記周長調整用ローラの径よりも大径の大径ローラに架け替える架け替え工程とから成るので、耐久性が向上した金属リングを提供することができるという優れた効果を奏する。

（２）（１）に記載する薄板状無端金属リングの製造方法において、前記周長調整用ローラは、間隔をおいて配置された２個のローラにより構成され、前記大径ローラは、前記２個の周長調整用ローラ間における前記金属リングの内周側に配置されているので、簡単な機構を用いて耐久性が向上した金属リングを提供することができる。

（３）（１）に記載する薄板状無端金属リングの製造方法において、前記大径ローラは、大径部と、それよりも小径の小径部と、その小径部から大径部に向かって徐々に径が拡大する螺旋状の案内部とを有するので、簡単な機構を用いて耐久性が向上した金属リングを提供することができる。

実施形態１に係る車両用ベルト式無段変速機の伝動ベルトの周方向の一部を示す斜視図である。 帯状金属部材について、それを幅方向の断面と共に示す斜視図である。 帯状金属部材の横断面に垂直な方向の残留応力の厚み方向の分布を示す図である。 積層リングの製造工程を説明するための工程図である。 図４の周長調整工程で用いられる周長調整装置を概念的に示す図である。 図４の周長調整工程終了直前の引張応力および曲げ応力を加算した総応力の厚み方向の分布を示す図である。 自由状態とされた帯状金属部材に残留する残留応力の厚み方向の分布を示す図である。 図４の残留応力付与工程Ｐ９にて用いられる残留応力付与装置を概念的に示す図である。 図８におけるI−I線拡大断面図を示す図である。 図４の残留応力付与工程において、帯状金属部材に与えられる総応力の厚み方向の分布を示す図である。 図４の残留応力付与工程後において、帯状金属部材の降伏応力の変化を説明する図である。 （ａ）は、架け替え処理の初期状態を概念的に示す図であり、（ｂ）は、架け替え処理の終了状態を概念的に示す図である。 （ａ）は、架け替え終了後の帯状金属部材に生じている引張応力と、架け替えローラによる曲げ応力とを示す図、（ｂ）は、架け替え終了後の帯状金属部材に生じている総応力を示す図、（ｃ）は、張力の付与を解除した後の帯状金属部材に生じる総応力を示す図である。 架け替え処理装置を具体的に示す図である。 図４の残留応力付与工程後において自由状態とされた帯状金属部材に残留する残留応力のうち、図４の周長調整工程において帯状金属部材に付与された残留応力を除いた応力に起因して残留する応力の厚み方向の分布を示す図である。 図４の残留応力付与工程後において自由状態とされた帯状金属部材に残留する応力の厚み方向の分布を示す図である。 図４の窒化処理によって帯状金属部材に付与される残留応力の厚み方向の分布を示す図である。 他の実施例に係る架け替え処理装置を示す説明図である。 （ａ）先の出願に係る残留応力付与装置を示す説明図、（ｂ）は残留応力付与装置の動作を説明する説明図である。 図１９（ｂ）の状態における固定ローラ部分の帯状金属部材に生ずる応力の分布図である。 （ａ）は、帯状金属部材に付与された張力を解除した状態における残留応力付与装置を示す説明図、（ｂ）は、（ａ）の状態における固定ローラ部分の帯状金属部材に生ずる応力の分布図、（ｃ）は、残留応力付与装置から取り外した帯状金属部材を示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明に係る薄板状無端金属リングの製造方法について、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施例において図は、適宜簡略化或いは変形誇張されて描画されており、各部の寸法比および形状等は必ずしも実施例と同一ではない。

図１は、本発明に係る薄板状無端金属リングの製造方法により製造される薄板状無端金属リングを用いた車両用ベルト式無段変速機の伝動ベルト１０の周方向の一部を示す斜視図である。図１において、伝動ベルト１０は、それぞれ複数の無端環状の帯状金属部材（この発明の薄板状無端金属リングに相当）１２が密着状態でそれぞれ積層されて成る相互に並列に配設された一対の積層リング１４と、その積層リング１４に沿ってそれぞれ厚み方向に環状に連ねられた板状の金属から成る複数の金属エレメント１８とを備えている。

この金属エレメント１８の幅方向の両側面には、それぞれ幅方向の中央に向けて略水平に延びる一対のリング保持溝２０が形成されている。一対の積層リング１４は、前記複数の金属エレメント１８を支持するために、それら複数の金属エレメント１８にそれぞれ形成された一対のリング保持溝２０内にそれぞれ挿入されている。積層リング１４は、例えば、周長が内周側から外周側に向かうほど順次大きくなるように調整された複数の帯状金属部材１２が、内周側から順に積層されて成る。なお、図１では、便宜上、３個の帯状金属部材１２から成る積層リング１４が図示されているが、６個とか１０個の帯状金属部材１２により構成しても差し支えない。

図２は、積層リング１４を構成する複数の帯状金属部材１２のうちの１の帯状金属部材１２について、それを幅方向の断面と共に示す斜視図である。図２において、帯状金属部材１２は、例えばマルエージング鋼またはステンレス鋼などの鋼から成るものである。そして、帯状金属部材１２は、幅方向の断面が外周側（図２においては上側）に凸状を成す円弧状（クラウニング）となるように形成されている。これにより、帯状金属部材１２は、複数積層されたときにおいて、内周面２２および外周面２４がその内周側および外周側にそれぞれ設けられる帯状金属部材の外周面および内周面とそれぞれ係合することで、互いの積層状態が容易に保持されるようになっている。

図３は、自由状態における帯状金属部材１２の横断面に垂直な方向の残留応力σ（ＭＰａ又はＮ／ｍｍ２）の厚み方向の分布を示す図である。帯状金属部材１２は、図２に示すように厚みｔを有しており、図３のｔはこれに対応している。図３に示すように、帯状金属部材１２の厚み方向の外周面２４側および内周面２２側には、σ＝0を示す破線よりも負側（左側）に示される圧縮残留応力がそれぞれ残留している。そして、帯状金属部材１２の厚み方向の中央部には、σ＝0を示す破線よりも正側（右側）に示される引張残留応力が残留している。図３の２点鎖線は、伝動ベルト１０の積層リング１４を例えば６個の帯状金属部材１２で構成する場合に最低限圧縮側に要求される残留応力の厚み方向の分布を示しており、帯状金属部材１２の残留応力が２点鎖線で示す残留応力分布よりも圧縮側すなわち図３の左側であれば、その帯状金属部材１２が必要な強度を有していることになる。本実施例の帯状金属部材１２は、厚み方向のどの位置においても残留応力が２点鎖線で示す残留応力よりも圧縮側に分布しているので、図１に示す伝動ベルト１０の積層リング１４を例えば６個の帯状金属部材１２で構成する場合に必要な予め設定された強度を有していることになる。

図４は、図１に示す積層リング１４の製造工程を説明するための工程図である。以下、この図４の工程図を参照して積層リング１４の製造方法を説明する。

図４において、先ず、帯鋼切断工程Ｐ１では、例えばマルエージング鋼またはステンレス鋼などの帯鋼３０が所定の長さに切断されて、平板３２が形成される。

次いで、溶接工程Ｐ２では、平板３２の一方および他方の切断面同士が互いに溶接されて、円筒状部材３４が形成される。

次いで、第１溶体化工程Ｐ３では、溶接工程Ｐ２における溶接時の熱により溶接部位付近が部分的に硬くなった円筒状部材３４の硬度を均質化するために、その円筒状部材３４に第１の溶体化処理が施される。

次いで、円筒状部材切断工程Ｐ４では、円筒状部材３４が軸心方向の所定長さ毎に上記軸心に直交する方向に切断されて、複数の短円筒状部材３６がそれぞれ形成される。

次いで、バレル研磨工程Ｐ５では、上記短円筒状部材３６の全部又はその一部が回転または振動する所定容器内に研磨材と共に入れられて研磨される。

次いで、圧延工程Ｐ６では、上記研磨された短円筒状部材３６が所定の厚みに圧延され
て、環状部材３８が形成される。

次いで、第２溶体化工程Ｐ７では、圧延工程Ｐ６における圧延により変形させられた環
状部材３８の金属組織の形状を元に復元させるために、その環状部材３８に第２の溶体化
処理が施される。

次いで、周長調整工程Ｐ８では、上記第２の溶体化処理が施された環状部材３８が予め
定められた所定の周長に調整される。図５は、図４の周長調整工程Ｐ８で用いられる周長調整装置を概念的に示す図である。図５において、周長調整装置４０は、軸心Ｃ１まわりの回転可能に設けられた位置固定の固定ローラ４２と、軸心Ｃ１に平行な軸心Ｃ２まわりの回転可能且つ固定ローラ４２に対して接近および離間可能に設けられた移動口一ラ４４とを備えている。上記固定ローラ４２および移動口一ラ４４の外周面は、軸心Ｃ１およびＣ２を通る断面において外周側に凸状を成す円弧状にそれぞれ形成されている。

周長調整工程Ｐ８では、上記のように構成される周長調整装置４０が用いられて、帯状金属部材１２が固定ローラ４２および移動ローラ４４に弛みのない状態で巻き掛けられて電動機（図１４に示すサーボモータ４４３）により移動ローラ４４が回転駆動されることで、矢印ｃで示すように帯状金属部材１２が周方向に回転させられつつ、矢印ｂで示すように移動ローラ４４が固定ローラ４２から離間させられることによって、帯状金属部材１２が周方向に引き伸ばされる。本実施例では、予め実験的に求められた関係から、図５に１点鎖線で示す移動ローラ４４の原位置からの変位Ｙに基づいて、帯状金属部材１２の周長が予め定められた所定値に調整される。なお、帯状金属部材１２は、上記周長の調整に際して固定ローラ４２および移動ローラ４４の外周面の形状が転写されことにより、幅方向の断面が外周側に凸状を成す円弧状に形成される。

図６は、前記帯状金属部材１２の前記周長調整工程Ｐ８終了直前の引張応力σＴＡおよび曲げ応力σｂＡを加算した総応力σ１の厚み方向の分布を示す図である。周長調整工程Ｐ８の終了直前において、帯状金属部材１２には、図６に１点鎖線で示される前記移動ローラ４４による引張応力σＴＡと、図６に２点鎖線で示される移動ローラ４４による曲げ応力σｂＡとが付与される。
上記曲げ応力σｂＡは、以下の式（１）により表される。なお、式（１）において、Ｅは帯状金属部材１２のヤング率であり、ｔは帯状金属部材１２の周長調整工程Ｐ８終了直前の厚みであり、ｒＡは移動ローラ４４の半径である。
σｂＡ＝Ｅ＊（ｔ／２）／（ｒＡ＋（ｔ／２））・・・（１）

図６において、総応力σ１が帯状金属部材１２の降伏応力σｙ０を超える降伏領域Ｓ１は、その総応力σ１が取り除かれてもひずみが残る領域である。上記降伏応力σｙ０は、帯状金属部材１２の材質により定まる固有値である。前記周長調整工程Ｐ８終了直前に帯状金属部材１２は、中立面Ｎよりも外周側が外周側に向かうほど大きく周方向に塑性変形し、中立面Ｎよりも内周側が弾性変形した状態とされる。

帯状金属部材１２は、上記のような状態から張力が取り除かれて自由状態とされると、ひずみを元に戻そうと変形するが、中立面Ｎよりも外周側にはひずみが残る。そして、上記変形の際に、帯状金属部材１２の外周部は、残留ひずみが大きい外周側ほど周方向に圧縮される。図７は、上記自由状態とされた帯状金属部材１２に残留する応力すなわち残留応力σｒＡの厚み方向の分布を示す図である。図７に示すように、帯状金属部材１２の外周部には、外周側ほど大きい圧縮残留応力が残留し、内周部には、所定の引張残留応力σｒＡ１が残留する。

このように本実施形態では、移動ローラ４４の半径ｒＡを変えることにより前記帯状金属部材１２に付与される曲げ応力σｂＡを調整することができ、比較的小径の固定ローラ４２および移動ローラ４４を使用することにより、前記帯状金属部材１２の外周側に理想的な曲げ応力σｂＡを付与することが可能となる。これにより、帯状金属部材１２の外周部には、外周側ほど大きい圧縮残留応力が理想的に残留し、前記帯状金属部材１２の耐久性が向上する。

図４に戻って、周長調整工程Ｐ８に次いで、残留応力付与工程Ｐ９では、周長が調整された前記帯状金属部材１２の内周部に圧縮残留応力が付与される。図８は、残留応力付与工程Ｐ９にて用いられる残留応力付与装置６６を概念的に示す図である。図８において、残留応力付与装置６６は、図５に示す周長調整装置４０に、周長調整装置４０の固定ローラ４２および移動口一ラ４４間に巻き掛けられた帯状金属部材１２の外周面２４を内周側に向けて局部的に押圧する方向、およびそれとは反対の帯状金属部材１２から離間する方向にそれぞれ移動可能に設けられた移動ローラ７０を備えて構成されている。前記移動ローラ７０は、前記固定ローラ４２の軸心Ｃ１および前記固定ローラ４２の軸心Ｃ２に平行な軸心Ｃ５を中心として回転可能である。

図９は、図８の残留応力付与装置６６のI−I線断面を示す断面図である。図９に示す
ように、残留応力付与装置６６は、支持壁７２に固定された油圧式アクチュエータ７４と、その油圧式アクチュエータ７４の出力ロッド７６の先端部に固定され、移動口一ラ７０の回転軸７８の両端部を回転可能に支持する支持部材８０と、油圧式アクチュエータ７４の出力ロッド７６に作用する軸心方向の力を測定することで移動ローラ７０から帯状金属部材１２へ作用する第２荷重Ｆ２を間接的に測定するロードセル８２とを、備えている。上記油圧式アクチュエータ７４は、第１油圧室８４に油圧が供給されることにより、出力ロッド７６およびそれに連結された移動ローラ７０を、図８および図９に矢印ｄで示す帯状金属部材１２の外周面２４を内周面２２側へ押圧する方向へ移動させ、また、第２油圧室８６に油圧が供給されることにより、出力ロッド７６およびそれに連結された移動ローラ７０を、図８および図９に矢印ｅで示す帯状金属部材１２から離間する方向へ移動させるものである。また、油圧式アクチュエータ７４は、ロードセル８２から供給される第２荷重Ｆ２を表す信号に基づいて、帯状金属部材１２のうち移動ローラ７０による曲げ応力σｂｃの中立面Ｎ（図１０参照）よりも内周側だけを塑性変形させ、且つ固定ローラ４２および移動口一ラ４４によっては塑性変形させずに移動ローラ７０によってのみ塑性変形させるような応力を、帯状金属部材１２に与えるために、予め理論的に求められた以下の２つの条件を満たすように第２荷重Ｆ２を制御する。

上記２つの条件のうちの１つ目は、帯状金属部材１２の中立面Ｎよりも外周側において、移動ローラ７０によって帯状金属部材１２に加えられる引張応力σＴＣと、固定ローラ４２および移動口一ラ４４によって帯状金属部材１２に加えられる曲げ応力σｂＡと、前記周長調整工程Ｐ８において帯状金属部材１２に付与された残留応力σｒＡとの和を、帯状金属部材１２の降伏応力σｙ０よりも小さくなる範囲で可及的に大きくすることである。そして、上記２つの条件のうち２つ目は、帯状金属部材１２の中立面Ｎよりも外周側において、移動ローラ７０によって帯状金属部材１２に加えられる引張応力σＴＣと、移動ローラ７０によって帯状金属部材１２に加えられる曲げ応力σｂＣと、前記周長調整工程Ｐ８において帯状金属部材１２に付与された残留応力σｒＡとの和を、帯状金属部材１２の降伏応力σｙ０よりも小さくなる範囲で可及的に大きくすることである。上記引張応力σＴＣ、曲げ応力σｂＣ、および曲げ応力σｂＡは、以下の式（２）乃至式（４）により表される。式（２）において、Ｔ２は帯状金属部材１２の周方向の張力であり、例えば、予め定められた関係から、第２荷重Ｆ２および移動ローラ７０の移動量に基づいて算出され、また、Ａｌは、帯状金属部材１２の周長調整工程Ｐ８終了直前の断面積である。また、式（３）において、ｒＣは移動ローラ７０の半径であり、また、式（４）において、ｒＡは移動口一ラ４４の半径であり、固定ローラ４２の半径ｒＢはそれと同経である。
σＴＣ＝Ｔ２／Ａ１・・・（２）
σｂＣ＝Ｅ＊（ｔ／２）／（ｒＣ＋（ｔ／２））・・・（３）
σｂＡ＝Ｅ＊（ｔ／２）／（ｒＡ＋（ｔ／２））・・・（４）

図８に戻って、残留応力付与工程Ｐ９では、上記のように構成される残留応力付与装置６６が用いられて、周長調整工程Ｐ８が終了後も、固定ローラ４２および移動ローラ４４間にたわみのない状態で巻き掛けられている。そして、図示しない電動機により移動ローラ４４が回転駆動されることで、矢印ｆで示すように帯状金属部材１２が周方向に回転させられる。この状態で、矢印ｄで示すように、第２荷重Ｆ２の力でもって移動ローラ７０が帯状金属部材１２の外周面２４を内周面２２側へ押圧する方向へ移動させられることによって、移動ローラ７０により帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１０参照）よりも内周側だけを塑性変形させるような所定の応力が帯状金属部材１２に与えられる。

図１０は、図４の残留応力付与工程Ｐ９において前記帯状金属部材１２に与えられる複数の応力を加算した総応力σ２の厚み方向の分布を示す図である。残留応力付与工程Ｐ９において帯状金属部材１２には、図１０に１点鎖線で示される前記移動ローラ７０による引張応力σＴＣと、図１０に２点鎖線で示される移動ローラ７０による曲げ応力σｂＣとが付与される。また、長破線で示されるのは、周長調整工程Ｐ８において帯状金属部材１２に付与された残留応力σｒＡである。ここで、残留応力付与工程Ｐ９実行時の帯状金属部材１２の降伏応力は、前工程による加工硬化によって、図１１に矢印ｇで示すように降伏応力σｙ０から降伏応力σｙ１に増加している。

図１０において、総応力σ２が帯状金属部材１２の降伏応力σｙ１を超える降伏領域Ｓ２は、その総応力σ２が取り除かれてもひずみが残る領域である。残留応力付与工程Ｐ９において帯状金属部材１２は、中立面Ｎよりも内周側の一部が内周側に向かうほど大きく周方向に塑性変形し、上記一部よりも外周側が弾性変形した状態とされる。

図４に戻って、残留応力付与工程Ｐ９に次いで、Ｐ１０は架け替え処理工程であり、残留応力付与工程Ｐ９が終了後、前記帯状金属部材１２に一定の張力Ｔ３が付与された状態で、帯状金属部材１２を固定ローラ４２および移動ローラ４４から架け替えローラ９２、９４への架け替えが行われる。この架け替え処理工程Ｐ１０で用いられる架け替え処理装置９０を図１２に示す。図１２（ａ）は、架け替え処理の初期状態を概念的に示す図であり、図１２（ｂ）は、架け替え処理の終了状態を概念的に示す図である。なお、以下の説明では、図１２に示すＸ−Ｙ方向を用いて説明する。
図１２（ａ）において、前記残留応力付与工程Ｐ９が終了した後、固定ローラ４２および移動ローラ４４間に支持さている帯状金属部材１２の間に、半円筒状をなす架け替えローラ９２、９４が挿入される。その後、架け替えローラ９２をＸ方向に、架け替えローラ９４を−Ｘ方向に移動させる。この架け替えローラ９２、９４の移動と連動して、前記帯状金属部材１２に付与される張力Ｔ３が一定となるように固定ローラ４２が−Ｙ方向に、移動ローラ４４がＹ方向にそれぞれ移動し、最終的に図１２（ｂ）に示す状態になると、固定ローラ４２および移動ローラ４４から架け替えローラ９２、９４への架け替えが完了する。

このとき、固定ローラ４２の半径ｒＢおよび移動ローラ４４の半径ｒＡよりも、架け替えローラ９２、９４の半径ｒＤの方が大径に構成されている。架け替えローラ９２、９４において生ずる曲げ応力は、式（５）により表される。
σｂＤ＝Ｅ＊（ｔ／２）／（ｒＤ＋（ｔ／２））・・・（５）
したがって、架け替えローラ９２、９４において生ずる曲げ応力σｂＤは、固定ローラ４２および移動ローラ４４において生ずる曲げ応力σｂＡよりも小さくなる。

すなわち、前記固定ローラ４２および移動ローラ４４から架け替えローラ９２、９４への架け替えが完了すると、図１３（ａ）に示すように、前記帯状金属部材１２には、張力Ｔ３により引張応力σＴＤと、前記架け替えローラ９２、９４によって帯状金属部材１２に加えられる曲げ応力σｂＤとが生じている。また、前記帯状金属部材１２の全周に亘って、後述するように、前記周長調整工程Ｐ８および残留応力付与工程Ｐ９によって、図１６に示すような残留応力が生じており、それらを総合すると、前記帯状金属部材１２の前記架け替えローラ９２、９４部分では、図１３（ｂ）に示すような総応力σ３が生じている。

ここで、架け替えローラ９２、９４への架け替えが完了した後に、張力Ｔ３の付与を解除すると、張力Ｔ３により生じていた引張応力σＴＤが無くなるので、前記帯状金属部材１２の架け替えローラ９２、９４部分で生じる総応力σ３は、図１３（ｃ）に示すようになる。このとき、前記帯状金属部材１２の内周側において、総応力σ３が帯状金属部材１２の降伏応力σｙ１を超えることがないので、従来のように帯状金属部材１２にローラのひずみが残ることがなく、帯状金属部材１２の耐久性が著しく向上する。

図１４には、架け替え処理装置９０を具体的に示す図である。
前記移動ローラ４４は、リニアガイド４４１に案内されながらサーボモータ４４２によってＹ方向および−Ｙ方向、Ｘ方向および−Ｘ方向へ移動可能である。また、前記移動ローラ４４は、サーボモータ４４３によって回転させられる。前記固定ローラ４２は、図示しないリニアガイドに案内されながら図示しないサーボモータによって−Ｙ方向およびＹ方向へ移動可能である。架け替えローラ９２は、リニアガイド９２１に案内されながらサーボモータ９２２によってＸ方向および−Ｘ方向へ移動可能である。架け替えローラ９４は、リニアガイド９４１に案内されながらサーボモータ９４２によって−Ｙ方向およびＹ方向へ移動可能である。また、架け替えローラ９２、９４は、図１４において前後方向（図１４において紙面に垂直方向）に移動可能に支持されており、それにより、待機位置から前記固定ローラ４２および移動口一ラ４４間に支持された前記帯状金属部材１２の間に侵入可能となっている。
各サーボモータ４４２、９２２、９４２は、図示しない制御手段によって、例えば帯状金属部材１２に設けられたロードセルからの信号に基づいて帯状金属部材１２に付与される張力σＴが一定となるように制御される。

架け替えローラ９２、９４への架け替えが完了した後に、帯状金属部材１２は、荷重が取り除かれて自由状態とされると、ひずみを元に戻そうと変形するが、中立面Ｎよりも内周側の一部にはひずみが残る。その変形の際に、帯状金属部材１２の内周部は、残留ひずみが大きい内周側ほど周方向に圧縮される。図１５は、上記自由状態とされた帯状金属部材１２に残留する応力すなわち残留応力σｒのうち、前記残留応力σｒＡを除いた応力に起因して残留する応力すなわち残留応力σｒＣの厚み方向の分布を示す図である。図１５に示すように、帯状金属部材１２の内周部には、内周側ほど大きい圧縮残留応力が付与される。図１６は、上記自由状態とされた帯状金属部材１２に残留する残留応力σｒの厚み方向の分布を示す図である。図１６に示すように、帯状金属部材１２の内周部および外周部には、内周側および外周側ほど大きい圧縮残留応力がそれぞれ残留し、また、中央部には、引張残留応力が残留する。特に、前記残留応力付与工程Ｐ９により、帯状金属部材１２の内周部に、内周側ほど大きい圧縮残留応力が付与される場合には、架け替え処理工程Ｐ１０が有効である。

図４に戻って、架け替え処理工程Ｐ１０に次いで、時効処理工程Ｐ１１では、帯状金属部材１２に時効処理が施される。本実施例では、上記時効処理として、帯状金属部材１２を所定の温度まで加熱して十分な時間保持した後に冷却を行うことによって、帯状金属部材１２を調質させる処理が行われる。

次いで、窒化処理工程Ｐ１２では、帯状金属部材１２に窒化処理が施される。本実施例
では、上記窒化処理として、帯状金属部材１２を加熱しつつ所定濃度の窒化性ガス例えばアンモニア分解ガスを含む雰囲気内で所定時間保持することによって、帯状金属部材１２の表面の層に窒素を拡散させる処理が行われる。図１７は、上記窒化処理によって帯状金属部材１２に付与される残留応力σｒＮの厚み方向の分布を示す図である。図１７に示すように、上記窒化処理によって、帯状金属部材１２の内周部および外周部には、内周側および外周側ほど大きい圧縮残留応力がそれぞれ残留させられ、また、中央部には、引張残留応力が残留させられる。そして、図１７に示される残留応力σｒＮが前工程までに付与された残留応力σｒに加えて付与されることで、帯状金属部材１２の残留応力の厚み方向の分布は、図３に示すような分布となる。

次いで、積層工程Ｐ１３では、周長が異なる複数個の帯状金属部材１２が、内周側から外周側に向かうほど順に周長が大きくなるように互いに密着状態で積層されて、積層リング１４が形成される。

本実施例の積層リング１４の製造方法によれば、固定ローラ４２および移動ローラ４４に巻き掛けられた帯状金属部材１２を移動ローラ７０により張力を付与しながら周方向に回転させ、その帯状金属部材１２の外周側に設けられた移動口一ラ７０を用いてその帯状金属部材１２の外周面２４を内周側に向けて局部的に押圧することによって、移動口一ラ７０により帯状金属部材１２の内周部に圧縮残留応力σｒＣを付与する残留応力付与工程Ｐ９を含むことから、周長調整工程Ｐ８において帯状金属部材１２の内周面２２が外周側に向けて局部的に押圧されることでその帯状金属部材１２の内周部に引張残留応力σｒＡｌが残留しても、残留応力付与工程Ｐ９において帯状金属部材１２の内周部に圧縮残留応力σｒＣが付与されるために、帯状金属部材１２が伝動ベルト１０の積層リング１４の構成部品として用いられる場合に最低限圧縮側に要求される残留応力に対して、帯状金属部材１２の内周部の強度余裕が多く（大きく）なるので、帯状金属部材１２の耐久性を高めることができる。

また、本実施例の積層リング１４の製造方法によれば、残留応力付与工程Ｐ９が終了後、前記帯状金属部材１２に一定の張力が付与された状態で、帯状金属部材１２を固定ローラ４２および移動ローラ４４から架け替えローラ９２、９４への架け替えが行われるので、架け替えローラ９２、９４において生ずる曲げ応力σｂＤは、固定ローラ４２および移動ローラ４４において生ずる曲げ応力σｂＡよりも小さくなり、残留応力σｒＣが内周面側において、帯状金属部材１２の降伏応力−σｙ１を超えることがなく、したがって、従来のように固定ローラ４２および移動ローラ４４部分において帯状金属部材が塑性変形して帯状金属部材の耐久性が低下する恐れがない。

また、本実施例の積層リング１４の製造装置によれば、固定ローラ４２および移動ローラ４４に比較的小径のローラを用いることができるので、帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１０参照）よりも外周側だけを塑性変形させることができ、帯状金属部材１２の耐久性が向上する。

以上、本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説明したが、本発明はこの実施例に限
定されるものではなく、別の態様でも実施され得る。

たとえば、帯状金属部材１２は、マルエージング鋼およびステンレス鋼以外の鋼材から
形成されてもよい。

また、残留応力付与装置６６及び架け替え処理装置９０の機械的構成は、一例が開示されたものであり、その他の公知の機械的構成であっても実現される。例えば、固定ローラ４２および移動ローラ４４や架け替えローラ９２、９４を移動させるために用いられる電気式アクチュエータは、それに代えて、例えば油圧式または空気圧式等の他の方式のアクチュエータが用いられ得る。

図１８には、前記周長調整工程Ｐ８、前記残留応力付与工程Ｐ９、および前記架け替え処理工程Ｐ１０に用いることができる処理装置の他の実施例が開示されている。ここでは、前記架け替え処理工程Ｐ１０に用いる架け替え処理装置９００としての機能のみを詳細に説明する。なお、その説明中、同じ作用効果を奏するものには、同じ符号を付して説明する。
すなわち、架け替え処理装置９００は、小径部９１１、大径部９１２およびその小径部９１１から大径部９１２に向かって螺旋状に案内する案内部９１３を備える第１ローラ９１０と、その第１ローラ９１０の回転軸線と平行な回転軸線を中心として回転可能で、小径部９２１、大径部９２２およびその小径部９２１から大径部９２２に向かって螺旋状に案内する案内部９２３を備える第２ローラ９２０と、第１ローラ９１０の小径部９１１と第２ローラ９２０の小径部９２１との間に巻装された帯状金属部材１２を、小径部９１１、９２１側から案内部９１３、９２３を経て大径部９１２、９２２側へ誘導する誘導装置９３０とから構成されている。

前記第１ローラ９１０は、前記第２ローラ９２０に対して接近離間可能に設けられており、したがって、前記第１ローラ９１０を図１８において左方向に移動させた場合には、第１ローラ９１０と第２ローラ９２０との間に巻装された帯状金属部材１２に対して張力Ｔ４を付与することができる。また、前記第１ローラ９１０は、図示しないモータにより回転駆動される。前記誘導装置９３０は、前記帯状金属部材１２を挟んで位置する２個のローラ９３１と、その２個のローラ９３１をそれぞれ支持するフレーム９３２とから構成され、前記第１ローラ９１０の回転軸線に沿って移動可能である。

以上のように構成された架け替え処理装置９００において、前記残留応力付与工程Ｐ９が終了した時点においては、帯状金属部材１２が一定の張力Ｔ４が付与された状態で、第１ローラ９１０の小径部９１１と第２ローラ９２０の小径部９２１との間に巻装されている。この状態で第１ローラ９１０を回転させながら、誘導装置９３０を、図１８において下方向に向かって移動させると、帯状金属部材１２は、案内部９１２、９２３に案内されながら第１ローラ９１０の大径部９１２と第２ローラ９２０の大径部９２２へと移動し、架け替え処理が完了する。
このとき、帯状金属部材１２の張力Ｔ４が一定となるように、第１ローラ９１０は、徐々に第２ローラ９２０に向かって移動させられる。このような制御は、帯状金属部材１２に設けたロードセルからの信号に基づいて制御可能である。

第１ローラ９１０の大径部９１２と第２ローラ９２０の大径部９２２との間に帯状金属部材１２が巻装されると、前記架け替え処理が完了し、この状態で第１ローラ９１０を更に第２ローラ９２０に接近させると、帯状金属部材１２に付与された張力Ｔ４が解除され、次の時効処理工程Ｐ１１に入ることが可能となる。

このよう本実施例の架け替え処理装置９００においては、前述の架け替え処理装置９０に比べて、比較的簡単な構成でもって架け替え処理を行うことができる。

なお、上述したのはあくまでも一実施形態であり、その他一々例示はしないが、本発明
は、その主旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づいて種々変更、改良を加えた態様で
実施することができる。

１０・・・伝動ベルト
１２・・・帯状金属部材
６６・・・残留応力付与装置
４２・・・固定ローラ
４４・・・移動ローラ
７０・・・移動ローラ
９０・・・架け替え処理装置
９２、９４・・・架け替えローラ

Claims (3)

1. 薄板状無端金属リングの製造方法であって、
   前記金属リングの内周側に配置された周長調整用ローラにより前記金属リングの周長を調整する調整工程と、
   前記金属リングの外周側に配置された外側ローラにより、前記金属リングに残留応力を付与する付与工程と、
   前記金属リングの周方向に一定の張力を付与した状態で、前記周長調整用ローラの径よりも大径の大径ローラに架け替える架け替え工程と、
   から成る薄板状無端金属リングの製造方法。
2. 請求項１に記載する薄板状無端金属リングの製造方法において、
   前記周長調整用ローラは、間隔をおいて配置された２個のローラにより構成され、前記大径ローラは、前記２個の周長調整用ローラ間における前記金属リングの内周側に配置されていることを特徴とする薄板状無端金属リングの製造方法。
3. 請求項１に記載する薄板状無端金属リングの製造方法において、
   前記大径ローラは、大径部と、それよりも小径の小径部と、その小径部から大径部に向かって徐々に径が拡大する螺旋状の案内部とを有することを特徴とする薄板状無端金属リングの製造方法。

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