JP2014508214A - 駆動ベルト金属リング構成部材の製造プロセスのための熱処理プロセス - Google Patents
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Abstract
本発明は、駆動ベルト（１）において使用するための金属リング（１４）のための製造方法における熱処理プロセスであって、リング（１４）は、２〜６体積％のアンモニア含有量を含む、アンモニアガス含有プロセス雰囲気中で処理される、熱処理プロセスを提供する。リング（１４）は、このようなプロセス雰囲気中で、少なくとも１５分間、多くとも４５分間、５００〜５５０℃の温度で熱処理される。
Description
本発明は、駆動ベルトにおいて使用される金属リングのための製造方法、特に、以下の請求項１の前提部によって規定された、前記製造方法の熱処理プロセス部分に関する。駆動ベルトは、通常、主に自動車において使用される公知の連続可変トランスミッションの２つの調節可能なプーリの間の動力伝達のための手段として使用される。
１つの公知の種類の駆動ベルトは、欧州特許出願公開第１４０３５５１号明細書に詳細に示されており、多数の比較的薄い横断金属エレメントから成る。これらのエレメントは、択一的に無端バンドまたはフープとも称される互いに重ねられた平らな金属リングのセットからそれぞれが成る２つの積層された無端引張手段に摺動可能に組み付けられている。このようなリングは、マルエージング鋼などの析出硬化鋼から製造されている。析出硬化鋼は、大きな引張強さという特性と、引張応力および曲げ疲労に対する優れた耐久性とにより、鋼をシート材料から所望の形状に加工するための比較的好ましい可能性と、好適にはリングの円周に沿って変化すべきでない最終製品リングの材料特性と、を備える。本発明は、特に、場合によっては１質量％未満のチタンのような少量のその他の合金元素および／または不純物、および平衡鉄を含む、１７〜１９質量％のニッケル、４〜６質量％のモリブデン、８〜１８質量％のコバルトの基本組成を含むマルエージング鋼合金の範囲に関する。
これらの所望の材料特性は、リングの長手方向曲げを許容するための十分な弾性を備えた大きな引張強さの特性と、耐摩耗性を提供するための極めて硬いリングの外面層とを組み合わせるために、リングコア材料のかなりの硬さを含む。付加的に、外面層には、金属疲労に対する高い耐久性を提供するために残留圧縮応力が提供されており、これは、ベルトの耐用寿命の間にリングが受ける多数の荷重および曲げサイクルにより、ベルトのリングの顕著な特徴である。
このようなリングのための公知の製造方法の基本事項は公知となっており、たとえば欧州特許出願公開第１７５３８８９号明細書に記載されている。リングは、シート状のベース材料から形成される。ベース材料は、曲げられて円筒状または管に溶接され、熱処理、すなわち焼きなましされ、これにより元の材料特性を回復する、すなわち曲げおよび溶接によって生じたベース材料における変化をほとんど排除する。次いで、管は多数のフープに切断され、これらのフープは続いて圧延され、最終製品における、通常は約０．１８５ｍｍである所要の厚さに延伸される。圧延後、フープは通常リングもしくはバンドと称される。リングは、圧延中に生じた内部応力を排除するためにさらに焼きなまし工程を受ける。その後、リングは較正される、すなわち、２つの回転するローラの周囲に取り付けられて、所定の周長にまで引き伸ばされる。
最後に、欧州特許出願公開第１７５３８８９号明細書によれば、リングは、析出硬化、すなわちエージングもしくはコア硬化の熱処理と、ガス軟窒化、すなわちアンモニア含有プロセス雰囲気中における窒素原子の挿入による表面硬化の熱処理と、の両方を含む、すなわちこれらを組み合わせる、熱処理プロセスに曝される。この公知の組み合わされたプロセスは、４４０〜４８０℃の温度で４５〜６５分間、少なくとも１０体積％のアンモニアを含有する雰囲気中で行われる。
公知の組み合わされた熱処理プロセスは、たとえば欧州特許出願公開第１０５５７３８号明細書に記載されたより慣用的なシーケンシャル熱処理プロセスに対して極めて費用対効果が高い。しかしながら、公知の組み合わされた熱処理プロセスでさえ、依然として、完了するためにかなりの時間を要する。なぜならば、時間をかけないと、すなわち熱処理を加速させるためにプロセス温度が上昇させられないと、複合層形成という公知の現象が生じる恐れがあり、この現象は、リングの（金属）疲労強さを許容できないほど低下させてしまう。
本発明は、特にそれによって製造された駆動ベルトリングの疲労強度を損なうことなく、そのプロセス時間が短縮されるという意味において、現行の組み合わされた熱処理プロセスを改良することを目的とする。
本発明によれば、前記の目的は、以後の請求項１による改良された組み合わされた熱処理プロセスによって実現することができる。公知技術と比較して、本発明は、直観に反して、組み合わされた熱処理プロセスを加速させるためにプロセス雰囲気中でより低いアンモニア含有量もしくは濃度を使用する。このようなより低いアンモニア含有量は、駆動ベルトリング構成部材の疲労強度にとって不都合な複合層の形成をほとんど回避しながら、組み合わされた熱処理を加速させるために、５００℃以上の比較的高いプロセス温度が使用されることを有効に許容することが分かった。すなわち、発明は、好適には、現行のプロセスと比較してより少ないアンモニアガスを用いて、より少ない時間で、駆動ベルトリング構成部材の組み合わされた熱処理プロセスが行われることを許容する。
特に、組み合わされた熱処理プロセスの上の特定の条件を用いて、すなわち、５００〜５５０℃のプロセス温度と、２〜６体積％の、リングに供給されるプロセスガスにおけるアンモニア濃度とにおいて、実際に使用される温度およびアンモニア濃度と、形成される表面硬化層の厚さとに応じて、プロセス時間を約１５〜４５分に短縮することができることが分かった。好適には、プロセス雰囲気、すなわち熱処理室またはオーブンに供給されるプロセスガスは、前記アンモニアガス及び窒素ガスのみから成り、これにより、加熱されたプロセス雰囲気における化学的プロセスにより、実質的な量の水素ガスも存在することに注意すべきである。
本発明に関連して、特に有効なプロセス条件は、５００℃のプロセス温度、９７体積％の窒素と混合された３体積％のプロセスガスアンモニア濃度、および３０分のプロセス時間であると決定された。
発明の前記の基本的特徴はここで添付の図面を参照して例として説明される。
図面において、公知および新規の製造方法の別々のプロセスステップはローマ数字によって示されている。
図１は、２つのプーリ４，５の周囲に巻き付けられた駆動ベルト１を備えた連続可変トランスミッション（ＣＶＴ）を概略的に示しており、ベルト１は、択一的にバンド１４と称される、互いに重ねられた無端の薄く平坦な金属のリング１４（図示せず）の２つのセットの形態の積層された引張手段２と、引張手段２の円周に沿って取り付けられておりかつ引張手段２に沿って自由に摺動してよい、択一的に横断エレメント３と称される、横断エレメント３の実質的に連続的な配列とから形成されている。このような連続可変トランスミッションは自体公知である。
図２は、横断エレメント３の正面図と、積層された引張手段２の横断面とを示す。横断エレメント３は、横方向に側面６を有し、この側面６によって、横断エレメント３は駆動プーリまたは被駆動プーリの一方のシーブの円錐面に対して当接する。引張手段２のリング１４は、高品質鋼、たとえばマルエージング鋼から製造されている。リング１４の典型的な厚さは０．１５〜０．２５ｍｍであり、リング１４の典型的な幅は８〜３５ｍｍであり、リング１４の典型的な周長は５００〜１０００ｍｍである。
図３は、金属プッシュベルト製造の初期以来実施されているような、前記ベルト１、特にベルト１のリング１４のための公知の製造方法のここで関連する部分を示している。第１のプロセスステップＩにおいて、ベース材料１１のシートが円筒形に曲げられ、これにより、互いに突き合せられるシート端部１２は、第２のプロセスステップＩＩにおいて互いに溶接され、管１３を形成する。プロセスの第３のステップＩＩＩにおいて、管１３は、真空または窒素ガスＮ2などの不活性プロセス雰囲気において、８００℃を超える温度で焼きなましされる。その後、第４のプロセスステップＩＶにおいて、管１３は多数のフープ１４に切断され、これらのフープ１４は、引き続き、プロセスステップＶにおいて圧延され、所定の厚さに延伸される。圧延後、フープ１４は通常リング１４またはバンド１４と称される。リング１４は、圧延中に生じた内部応力を除去するために別の焼きなましプロセスステップＶＩに曝される。その後、第７のプロセスステップＶＩＩにおいて、リング１４は較正される、すなわち、リング１４は、２つの回転するローラの周囲に取り付けられ、所定の周長まで延伸される。この第７のプロセスステップＶＩＩにおいて、内部応力分布もリング１４に課せられ、これは、それぞれのリング１４のいわゆる巻付け半径を規定する。
最後に、公知の製造方法の第８のステップＶＩＩＩにおいて、リング１４は、リングコア硬化またはエージングと、リング表面硬化またはガス軟窒化との組み合わされた熱処理プロセスステップにおいて、６０分間、４６０℃で熱処理される。この例において、組み合わされた熱処理プロセスにおけるプロセス雰囲気には、不活性ガス、すなわち主に窒素ガスＮ2から成るが、１０体積％のアンモニアガスＮＨ3も含有するプロセスガスが供給される。
このように処理された多数のリング１４から、引張手段２は、多数の意図的に選択されたリング１４を重ねることによって、すなわち、図３にも示したように、１つのリング１４を別のリングの周囲に同心状に配置することによって形成され、この場合、引張手段２の隣接するリング１４の間には、小さな正または負の遊びが許容されている。
本発明によれば、前記公知の製造方法、少なくともその組み合わされた熱処理プロセスステップは、処理温度、時間およびプロセスガスのプロセスパラメータの、特定の、予想されない組み合わせを使用することによって、所要のプロセス時間の短縮の観点から著しく改良される。その例が、図４に示されている。
図４において、本発明によれば、３体積％のみの比較的低いアンモニア濃度が、プロセス雰囲気に供給されるプロセスガスに含有されており、このプロセスガスは、それ以外は窒素ガスのみから成る。さらに、５００℃の比較的高いプロセス温度が、３０分のみの比較的短い処理時間の間だけ提供される。本発明によれば、これらのプロセスパラメータ条件により、駆動ベルトリング１４のための最終的に費用対効果の高い組み合わされた熱処理プロセスが、好適には駆動ベルトリングに複合層が形成されることなく実現される。
説明されないが、即座にかつはっきりと当業者に明らかな、前記説明および図面の全ての詳細以外の発明は、さらに、請求項の以下のセットの全ての詳細に関連する。
Claims (4)
- 駆動ベルト（１）において使用するための金属のリング（１４）のための製造方法における熱処理プロセスであって、前記リング（１４）は、アンモニアガス含有プロセス雰囲気中で処理される、熱処理プロセスにおいて、前記プロセス雰囲気のアンモニア含有量は、２〜６体積％であり、前記リング（１４）は、前記プロセス雰囲気において、５００〜５５０℃の温度で、少なくとも１５分間、多くとも４５分間熱処理されることを特徴とする、熱処理プロセス。
- 前記プロセス雰囲気に供給されるプロセスガスのアンモニア含有量は、３体積％であり、前記リング（１４）は、前記プロセス雰囲気において、５００℃の温度で、３０分間熱処理される、請求項１記載の熱処理プロセス。
- 前記プロセス雰囲気に供給されるプロセスガスは、アンモニアガスおよび窒素ガスのみから成る、請求項１または２記載の熱処理プロセス。
- 前記リング（１４）は、マルエージング鋼合金から形成されており、該マルエージング鋼合金は、以下の基本組成、すなわち１７〜１９質量％のニッケル、４〜６質量％のモリブデン、８〜１８質量％のコバルトを含み、場合によっては、１質量％未満のチタンのような少量のその他の合金元素および／または少量の不純物および平衡鉄を含む基本組成を有するマルエージング鋼合金の範囲のものである、請求項１から３までのいずれか１項記載の熱処理プロセス。
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