JP2012218004A - 薄板状無端金属リングの製造装置及び製造方法 - 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装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】帯状金属部材１２が固定ローラ６７、移動ローラ６８および弾性ローラ６９に弛みのない状態でそれぞれ巻き掛けられて電動機により移動ローラ６８が回転駆動されることで、帯状金属部材１２が周方向に回転させられつつ、矢印ｄで示すように加圧ローラ７０が帯状金属部材１２の外周面２４を内周側へ押圧する方向へ移動させられることによって、帯状金属部材１２の中立面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。
【選択図】図８

Description

この発明は、薄板状無端金属リングの製造装置及び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１７（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。

特開２００９−２２９９１号公報

しかしながら、先に提案した残留応力付与工程においては、以下のような問題があった。
すなわち、積層リングの製造方法において、前記帯状金属部材１２０に形成される外周側に凸状を成す円弧状形状は、周長調整工程後に残留応力付与工程がある場合には、周長調整工程におけるローラの外周形状のみならず残留応力付与工程の固定ローラ６８０の外周形状の影響を受けて形成される。
ところが、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すると、移動ローラ７００部分における帯状金属部材１２０の円弧状形状が、図１７（ｄ）に断面図を示すように、複雑な形状となり、最終的な帯状金属部材１２０の円弧状形状が崩れたり、帯状金属部材１２０の幅方向の残留応力分布が不均一となり、耐久性が低下するなどの問題があった。

これらの問題は、主には移動ローラ７００部分における帯状金属部材１２０の円弧状形状が、図１７（ｄ）に断面図を示すように複雑な形状であるため、移動ローラ７００の外周面の断面形状と帯状金属部材１２０の断面形状とを完全に一致させることができないことによるものと考えられる。

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、耐久性に優れた薄板状無端金属リングの製造装置及び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装置は、次の構成を有している。
（１）薄板状無端金属リングの製造装置であって、前記金属リングの内周側に配置される保持用ローラと、前記金属リングの内周側に配置される内周側ローラとその内周側ローラとは前記金属リングを挟んで対向するように外周側に配置される外周側ローラとから成る圧縮残留応力付与手段と、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装置において、前記圧縮残留応力付与手段の内周側ローラが弾性体で構成され、外周側ローラが剛体で構成されていることを特徴とする。
（３）（１）乃至（２）のいずれか１つに記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、前記内周側ローラと金属リングとの接触長さに比べて前記外周側ローラと金属リングとの接触長さの方が短いことを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、前記外周側ローラの外周面は、幅方向の中央が凹となるような形状に構成されていることを特徴とする。

（５）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る保持用ローラと、前記金属リングの内周側に配置される内周側ローラとその内周側ローラとは前記金属リングを挟んで対向するように外周側に配置される外周側ローラとから成る圧縮残留応力付与手段と、を用いて薄板状無端金属リングを製造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装置及び製造方法の作用・効果について説明する。
本発明の薄板状無端金属リングの製造装置では、
（１）前記金属リングの内周側に配置される保持用ローラと、前記金属リングの内周側に配置される内周側ローラとその内周側ローラとは前記金属リングを挟んで対向するように外周側に配置される外周側ローラとから成る圧縮残留応力付与手段と、から成ることを特徴とするので、圧縮残留応力付与手段において金属リングの円弧状形状が大きく崩れることがなく、したがって金属リングの幅方向の残留応力分布が均一となり、耐久性が向上す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装置において、前記圧縮残留応力付与手段の内周側ローラが弾性体で構成され、外周側ローラが剛体で構成されていることを特徴とするので、外周側ローラの外周面に沿って金属リングの円弧状形状が形成されることとなり、その部分で円弧状形状が大きく崩れることがなく、したがって金属リングの幅方向の残留応力分布が均一となり、簡単な構成で耐久性を向上させることができる。

（３）（１）乃至（２）のいずれか１つに記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、前記内周側ローラと金属リングとの接触長さに比べて前記外周側ローラと金属リングとの接触長さの方が短いことを特徴とするので、金属リングの幅方向の残留応力分布が均一となり、簡単な構成で耐久性を向上させることができる。

（４）（１）乃至（３）のいずれか１つに記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、前記外周側ローラの外周面は、幅方向の中央が凹となるような形状に構成されていることを特徴とする金属リングの幅方向の残留応力分布が均一となり、簡単な構成で耐久性を向上させることができる。

また、本発明の薄板状無端金属リングの製造方法では、
（５）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る保持用ローラと、前記金属リングの内周側に配置される内周側ローラとその内周側ローラとは前記金属リングを挟んで対向するように外周側に配置される外周側ローラとから成る圧縮残留応力付与手段と、を用いて薄板状無端金属リングを製造することを特徴とするので、圧縮残留応力付与手段において金属リングの円弧状形状が大きく崩れることがなく、したがって金属リングの幅方向の残留応力分布が均一となり、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。

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。 （ａ）は図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、（ｂ）は図８（ａ）におけるＩ−Ｉ線拡大断面図である。 残留応力付与装置の移動ローラ付近を示す断面図である。 残留応力付与装置の加圧ローラ付近を示す断面図である。 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。 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。 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。 変形例に係る残留応力付与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）は図１７（ａ）のＩＩ−ＩＩ線断面図、（ｃ）は図１７（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図、（ｄ）は図１７（ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

（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装置について、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装置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の厚み方向の外周部および内周部には、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（図示せず）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。

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Ｔ１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。

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（ａ）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（ｂ）は、図８（ａ）におけるＩ−Ｉ拡大断面図ある。図８（ａ）において、残留応力付与装置６６は、軸心Ｃ３まわりに回転可能に設けられた位置固定の固定ローラ６７と、軸心Ｃ３に平行な軸心Ｃ４まわりに回転可能且つ固定ローラ６７に対して接近および離間可能に設けられた移動口一ラ６８と、軸心Ｃ３、Ｃ４にそれぞれ平行な軸心Ｃ５まわりに回転可能に設けられた弾性ローラ（この発明の内周側ローラに相当）６９と、軸心Ｃ５に平行な軸心Ｃ６まわりに回転可能に設けられる金属製の加圧ローラ（この発明の外周側ローラに相当）７０とから構成される。なお、固定ローラ６７と移動口一ラ６８とによりこの発明の保持用ローラが構成される。

上記固定ローラ６７および移動口一ラ６８の外周面は、軸心Ｃ３およびＣ４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。また、上記加圧ローラ７０は、軸心Ｃ６を通る断面において凹状を成す円弧状に形成され、その曲率半径は、上記固定ローラ６７および移動口一ラ６８の外周面と略同じかそれよりもやや小さく形成されている。また、弾性ローラ６９は、軸心Ｃ５を通る断面において直線を成すように形成されている。また、前記固定ローラ６８、移動口一ラ６８、弾性ローラ６９及び加圧ローラ７０は、同径に構成されている。更に、前記固定ローラ６８、移動口一ラ６８及び加圧ローラ７０は、鉄やアルミニュウムなどの金属材料により形成され、また、前記弾性ローラ６９は、ゴムやウレタンなどの弾性材料により形成されている。

前記帯状金属部材１２は、前記固定口一ラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９に巻き掛けられた状態で支持される。つまり、前記固定口一ラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９は、前記帯状金属部材１２の内側に位置することとなる。

図９は、図８（ａ）に示された残留応力付与装置６６の移動口一ラ６８付近を示す断面図である。図９に示すように、保持力調整装置４０は、支持壁４８に固定された油圧式アクチュエータ５０と、その油圧式アクチュエータ５０の出力ロッド５２の先端部に固定され、移動ローラ６８の回転軸５４の両端部を回転可能に支持する支持部材５６と、油圧式アクチュエータ５０の出力ロッド５２に作用する軸心方向の力を測定することで移動ローラ６８から帯状金属部材１２へ作用する第３荷重Ｆ３を間接的に測定するロードセル６０と、上記移動ローラ６８の回転軸５４を回転駆動する電動機５８とを備えている。上記油圧式アクチュエータ５０は、第１油圧室６２に油圧が供給されることにより、出力ロッド５２およびそれに連結された移動ローラ６８を、図８（ａ）および図９に矢印ａで示す固定ローラ６７に接近する方向へ移動させ、また、第２油圧室６４に油圧が供給されることにより、出力ロッド５２およびそれに連結された移動ローラ６８を、図８（ａ）および図９に矢印bで示す固定ローラ６７から離間する方向へ移動させ、それにより、前記固定口一ラ６８、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９に巻き掛けられた状態の前記帯状金属部材１２に第３荷重Ｆ３（張力）を付与することができる。

前記加圧ローラ７０は、弾性ローラ６９上に支持された帯状金属部材１２の外周面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ている。前記弾性ローラ６９と前記加圧ローラ７０とにより圧縮残留応力付与機構（この発明の圧縮残留応力付与手段に相当）が構成される。

図１０は、図８（ａ）に示された残留応力付与装置６６の加圧ローラ７０付近を示す断面図である。図１０に示すように、応力付与装置７１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、加圧口一ラ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加圧ローラ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加圧ローラ７０を、図（ａ）および図１０に矢印ｄで示す帯状金属部材１２の外局面２４を弾性ローラ６９に向かって内周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加圧ローラ７０を、図（ａ）および図１０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。

ここで、前記保持力調整装置４０の油圧式アクチュエータ５０は、ロードセル６０から供給される第３荷重Ｆ３を表す信号に基づいて、また、前記応力付与装置７１の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のうち弾性ローラ６９および加圧ローラ７０による曲げ応力σｂＣの中立面Ｎ（図１１参照）よりも内周側だけを塑性変形させるような、且つ固定ローラ６７および移動ローラ６８によっては塑性変形させずに加圧ローラ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条件を満たすように第２荷重Ｆ２及び第３荷重Ｆ３を制御する。

上記条件のうちの第３荷重Ｆ３は、帯状金属部材１２の中立面Ｎよりも外周側において、移動口一ラ６８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６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９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、上記条件のうち第２荷重Ｆ２は、帯状金属部材１２の中立面Ｎよりも外周側において、移動口一ラ６８によって帯状金属部材１２に加えられる引張応力σＴＣと、弾性ローラ６９および加圧ローラ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（１）乃至式（３）により表される。式（１）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３荷重Ｆ３に基づいて算出される。また、Ａ１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。式（２）及び（３）において、Ｅは帯状金属部材１２のヤング率であり、ｒＣは加圧ローラ７０の半径であり、ｒＡ’は固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９の半径であり、ここでは固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９は同じ径である。
σＴＣ＝Ｔ２／Ａ１・・・（１）
σｂＣ＝Ｅ＊（ｔ／２）／（ｒｃ＋（ｔ／２））・・・（２）
σｂＡ’＝Ｅ＊（ｔ／２）／（ｒＡ’＋（ｔ／２））・・・（３）

図８（ａ）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、帯状金属部材１２が固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９に弛みのない状態でそれぞれ巻き掛けられる。その後保持力調整装置４０により移動ローラ６８が移動させられて帯状金属部材１２に張力が付与されられた後、前記電動機５８により移動ローラ６８の一方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の力でもって加圧ローラ７０が帯状金属部材１２の外周面２４を内周側へ押圧する方向へ移動させられることによって、加圧ローラ７０と弾性ローラ６９により帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１１参照）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。

このとき、帯状金属部材１２の内側に固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９が配置され、帯状金属部材１２の外側に加圧ローラ７０が配置されているため、帯状金属部材１２と加圧ローラ７０外周面との接触長さは、帯状金属部材１２と弾性ローラ６９外周面との接触長さに比べて短く、安定して帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１１参照）よりも内周側だけを塑性変形させることができる。また、図８（ｂ）に示すように、帯状金属部材１２および弾性ローラ６９は、加圧ローラ７０外周面の凹状を成す円弧状形状に倣って凸状の円弧状に湾曲し、帯状金属部材１２の幅方向において前記均一に前記塑性変形をさせることができ、帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１１参照）よりも内周側に以下に説明するような均一な残留応力を付与することが可能となり、耐久性が向上する。さらに、帯状金属部材１２は、加圧ローラ７０外周面の凹状を成す円弧状形状に倣って凸状の円弧状に湾曲するため、帯状金属部材１２の凸状の円弧状形状が崩れることがなく、耐久性が向上する。

図１１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１１に１点鎖線で示される前記固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９による引張応力σＴＣと、図１１に２点鎖線で示される加圧ローラ７０および弾性ローラ６９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１２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１１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。

帯状金属部材１２は、上記のような状態から第３荷重Ｆ３及び第２荷重Ｆ２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１３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１３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１４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１４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。

図４に戻って、残留応力付与工程Ｐ９に次いで、時効処理工程Ｐ１０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Ｐ１１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１５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１５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１５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Ｐ１２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６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９に巻き掛けられた帯状金属部材１２を移動ローラ６８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加圧口一ラ７０を用いてその帯状金属部材１２の外周面２４を弾性ローラ６９に向かって内周側に向けて局部的に押圧することによって、加圧口一ラ７０および弾性ローラ６９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σｒＡ１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では、帯
状金属部材１２の中立面Ｎよりも内周側の一部だけを塑性変形させるために、第３荷重Ｆ３は、帯状金属部材１２の中立面Ｎよりも外周側において、移動口一ラ６８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６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９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なるように制御され、また、第２荷重Ｆ２は、帯状金属部材１２の中立面Ｎよりも内周側において、移動口一ラ６８によって帯状金属部材１２に加えられる引張応力σＴＣと、弾性ローラ６９および加圧ローラ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なるように制御されることから、残留応力付与工程Ｐ９における帯状金属部材１２の塑性変形領域（降伏領域）が厚み方向の一部となって帯状金属部材１２の周長を変化させないので、周長調整工程Ｐ８において調整された帯状金属部材１２の周長を変化させずに、その帯状金属部材１２の内周部に圧縮残留応力を付与することができる。

また、本実施例の積層リング１４の製造装置によれば、帯状金属部材１２の内側に固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９が配置されているため、帯状金属部材１２と加圧ローラ７０外周面との接触長さは、帯状金属部材１２と弾性ローラ６９外周面との接触長さに比べて短く、安定して帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１１参照）よりも内周側だけを塑性変形させることができ、帯状金属部材１２の残留応力分布が周方向においてばらつくことを抑制することができる。

また、本実施例の積層リング１４の製造装置によれば、帯状金属部材１２および弾性ローラ６９は、加圧ローラ７０外周面の凹状を成す円弧状形状に倣って凸状の円弧状に湾曲し、帯状金属部材１２の幅方向において前記均一に前記塑性変形をさせることができ、帯状金属部材１２の中立面Ｎ（図１１参照）よりも内周側に幅方向に均一な残留応力を付与することが可能となり、また、周長調整工程Ｐ８において帯状金属部材１２に付与された帯状金属部材１２の凸状の円弧状形状（クラウニング形状）も崩れる恐れがなく、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、保持力調整装置４０及び応力付与装置７１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、移動口一ラ６８及び加圧ローラ７０を移動させるために用いられる油圧式アクチュエータは、それに代えて、例えば電気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。

また、残留応力付与装置６６に代えて、図１７に示される残留応力付与装置２００が用いられてもよい。図１７は、残留応力付与装置の他の実施例を示す図である。尚、説明中前述の実施例と同様の作用効果を奏するものには同一の符号を付して説明する。残留応力付与装置２００は、帯状金属部材１２の内側に設けられた移動ローラ６８および弾性ローラ６９と、それら移動ローラ６８および弾性ローラ６９に巻き掛けられた帯状金属部材１２の外周面２４を内周側に局部的に押圧する加圧ローラ７０とを備えている。すなわち前述の実施例においては、固定ローラ６７、移動口一ラ６８および弾性ローラ６９によって帯状金属部材１２が保持されていたが、この実施例では、移動ローラ６８および弾性ローラ６９により保持されている点で異なるが、その他の構成は同様である。

また、残留応力付与装置６６（２００）の固定ローラ６７および移動ローラ６８と、弾性ローラ６９とを同じ径にしたが同じ径である必要はない。特に弾性ローラ６９の径を小径にした場合には、帯状金属部材１２の凸状の円弧状形状（クラウニング形状）がフラット形状に近づくため、加圧ローラ７０の外周面の凹状を成す円弧状形状が製作しやすくなり、より一層帯状金属部材１２の幅方向において均一に塑性変形をさせることができて均一な残留応力を付与することが可能となり、また凸状の円弧状形状（クラウニング形状）も崩れる恐れがなく、耐久性が向上する。

また、周長調整工程Ｐ８と残留応力付与工程Ｐ９は別々の工程である必要はなく、周長調整工程Ｐ８と残留応力付与工程Ｐ９とを一つの工程で行うようにしても良い。

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
６７・・・固定ローラ
６８・・・移動ローラ
６９・・・弾性ローラ
７０・・・加圧ローラ

Claims (5)

1. 薄板状無端金属リングの製造装置であって、
   前記金属リングの内周側に配置される保持用ローラと、
   前記金属リングの内周側に配置される内周側ローラと、その内周側ローラとは前記金属リングを挟んで対向するように外周側に配置される外周側ローラとから成る圧縮残留応力付与手段と、
   から成る薄板状無端金属リングの製造装置。
2. 請求項１に記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、
   前記圧縮残留応力付与手段の内周側ローラが弾性体で構成され、外周側ローラが剛体で構成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装置。
3. 請求項１乃至２に記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、
   前記内周側ローラと金属リングとの接触長さに比べて前記外周側ローラと金属リングとの接触長さの方が短いことを特徴とする薄板状無端金属リングの製造装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載する薄板状無端金属リングの製造装置において、
   前記外周側ローラの外周面は、幅方向の中央が凹となるような形状に構成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装置。
5. 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る保持用ローラと、
   前記金属リングの内周側に配置される内周側ローラと、その内周側ローラとは前記金属リングを挟んで対向するように外周側に配置される外周側ローラとから成る圧縮残留応力付与手段と、
   を用いて薄板状無端金属リングを製造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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