JP2019120276A - Ｃｖｔリング素材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工程の省略によるコスト低減が可能な、ＣＶＴリング素材の製造方法を提供すること。【解決手段】幅Ｗｍｍ、幅方向中央の厚みＴｍｍのＣＶＴリング素材１を製造する方法である。下記式１及び式２を満たす幅Ｗ0ｍｍ、幅方向中央の厚みＴ0ｍｍの横断面形状を有する金属条１０を冷間圧延によって作製する。式１：２４．０＜Ｗ0／Ｔ0≦３６．０、式２：１．００＜Ｗ0／Ｗ＜１．１０。金属条１０を下記式３及び式４を満たす長さＬ0ｍｍを有する短冊板１１に切断する。式３：３００ｍｍ≦Ｌ0≦４６０ｍｍ、式４：１２≦Ｌ0／（Ｗ0／Ｔ0）≦１４。短冊板１１の長手方向の端面同士を突き合わせ溶接して無端ベルト状を呈する粗リング材１２を作製する。粗リング材１２を冷間圧延してＣＶＴリング素材１を得る。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＶＴリング素材の製造方法に関する。

環境問題等の観点から自動車の低燃費化が強く望まれており、最近の自動車用変速装置には燃費向上に有利なベルト式の無段変速機（以下、適宜、ＣＶＴという。）が多用されている。ＣＶＴに使用される動力伝達用ベルトは、金属製の薄い板厚のＣＶＴリング部材を複数層重ねて一組のＣＶＴベルトを構成し、そのＣＶＴベルト２組にエレメントと呼ばれる摩擦部材を複数組み付けて構成されている。

従来、ＣＶＴリング部材は、得ようとする幅寸法の複数倍の広い幅を有する幅広薄板をロール曲げし、両端を突き合わせ溶接して筒状体を作製し、この筒状体をＣＶＴリング部材の最終幅に対応する所定の幅に切断して、粗リング材を作製する。そして、この粗リング材を圧延することにより、最終製品であるＣＶＴリング部材に近い寸法のＣＶＴリング素材を作製する（特許文献１）。

ここで、粗リング材を作製する際の幅切断を行った際には、切断部にいわゆるバリが生じる。バリは圧延時に不具合を発生させる可能性があるため、粗リング材の圧延前にバリを除去する工程が必要である。また、高強度特性の要求に対応するには、横断面の端面が円弧状の形状を有することが有利であるので、最終的にそのような形状が得られるように、粗リング材の状態において、端面の角部を丸めて円弧状形状とする工程も必要である。これらのバリ取り及び円弧状形状の形成のため、側端面部分を例えば研磨する工程が必要である（特許文献２）。

特開２０１４−１８４４７８号 特開２０１２−００７６９３号

上述したように、ＣＶＴリング素材を製造する工程としては、比較的多くの工程が必要とされており、コスト低減のためには、工程の省略が求められる。このような背景に鑑みて、本発明は、工程の省略によるコスト低減が可能な、ＣＶＴリング素材の製造方法を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、幅Ｗｍｍ、幅方向中央の厚みＴｍｍのＣＶＴリング素材を製造する方法であって、
下記式１及び式２を満たす幅Ｗ₀ｍｍ、幅方向中央の厚みＴ₀ｍｍの横断面形状を有する金属条を冷間圧延によって作製し、
式１：２４．０＜Ｗ₀／Ｔ₀≦３６．０、
式２：１．００＜Ｗ₀／Ｗ＜１．１０、
前記金属条を下記式３及び式４を満たす長さＬ₀ｍｍを有する短冊板に切断し、
式３：３００ｍｍ≦Ｌ₀≦４６０ｍｍ、
式４：１２≦Ｌ₀／（Ｗ₀／Ｔ₀）≦１４
前記短冊板の長手方向の端面同士を突き合わせ溶接して無端ベルト状を呈する粗リング材を作製し、
該粗リング材を冷間圧延して前記ＣＶＴリング素材を得る、ＣＶＴリング素材の製造方法にある。

前記製造方法においては、特定の断面形状を有する前記金属条を冷間圧延によって作製する。冷間圧延で作製することによって、金属条の厚み及び幅の寸法精度は、比較的優れた状態にすることができる。そして、寸法精度に優れた金属条の長手方向のみを切断して、上記特定の長さの短冊板を作製し、これを用いて無端ベルト状を呈する粗リング材を作製する。これにより、その後の冷間圧延を適切に行うだけで、幅方向の端面の切断を行うことなく前記ＣＶＴリング素材を得ることが可能となる。

このように、冷間圧延によって得られた金属条の幅方向端部をそのまま残して粗リング材を作製することにより、幅方向端部に従来のような切断によるバリが生じない。そのため、前記製造方法においては、バリを除去するための研磨工程等は省略が可能となる。それ故、少なくともその分だけ従来よりも工程合理化を図ることができ、製造コストの低減を図ることができる。

実施例１における、（ａ）金属条、（ｂ）短冊板、（ｃ）短冊板を曲げた状態、（ｄ）粗リング材、をそれぞれ示す説明図。 実施例１における、リング圧延機を示す説明図。 実施例２における、短冊板の横断面を示す説明図。 実施例４における、短冊板の横断面を示す説明図。

前記製造方法において、前記金属条としては、ＣＶＴリング部材に適した金属材料、例えば、マルエージング鋼、その他の強度特性に優れた鋼材を用いて作製することができる。そして、金属条の断面形状は、式１：２４．０＜Ｗ₀／Ｔ₀≦３６．０、及び式２：１．００＜Ｗ₀／Ｗ＜１．１０、を具備することを必須とする。

式１は、断面形状におけるいわゆるアスペクト比Ｗ₀／Ｔ₀を示す値が２４．０超え３６．０以下の範囲とするものである。また、式２は、金属条の幅Ｗ₀を、得ようとするＣＶＴリング素材の幅Ｗとの関係で、その後の粗リング材の冷間圧延によって幅Ｗに調整可能な範囲に限定するものである。

これらの式１及び式２を具備することにより、その後の粗リング材での圧下率を所定の範囲（材質によって最適範囲が異なるが、例えば３０％〜５５％）確保しつつ、望まれるＣＶＴリング素材の厚みと幅寸法の確保が、金属条の幅方向端部の切断を行うことなく実現可能となる。圧下率が低すぎる場合、例えば３０％未満の場合の場合、最終厚みから換算される金属条及び短冊板の厚みが薄くなりすぎて、粗リング材を作製する際の溶接を良好に行うことが困難となるおそれがあり、一方、圧下率が高すぎる場合、例えば、５５％を超える場合、幅方向端部にコバ割れという欠陥が生じるおそれがある。

前記金属条は、式３：３００ｍｍ≦Ｌ₀≦４６０ｍｍ、及び式４：１２≦Ｌ₀／（Ｗ₀／Ｔ₀）≦１４、を満足するように、長手方向を切断して短冊板とする。式３を満足することによって、粗リング材の内部に圧延ロールを配置して行う必要がある冷間圧延を、既存の冷リング圧延機を用いて容易に行うことができる。また、式３を満足することにより、通常求められるＣＶＴリング素材の周長を確保することができる。

また、式４は、長さＬ₀とアスペクト比（Ｗ₀／Ｔ₀）との関係を規定したものであるが、この式を満足することによって、粗リング材の冷間圧延時の幅寸法の変化をより確実に所望範囲内に抑制することができ、ＣＶＴリング素材の幅Ｗの寸法精度を向上させることができる。

前記短冊板は、長手方向の端面同士を突き合わせ溶接して無端ベルト状を呈する粗リング材とする。溶接方法としては、レーザ溶接、プラズマ溶接、その他の公知の溶接方法を適用することができる。なお、この溶接部分については、必要に応じて研磨等の工程を追加して、形態を整えてもよい。

前記粗リング材の冷間圧延は、粗リング材の内側に配置した２本のロールに掛け渡し、そのうち１本のロールは内側圧延ロールとして使用し、外側に配置した外側圧延ロールと内側圧延ロールにより粗リング材を挟持して加圧しながら各ロールを回転させることにより行う（後述の図２参照。）。この粗リング材の冷間圧延は、材質によって適度な圧下率が得られるように行うと共に、内側の２本のロール間隔を調整して、適度な張力を付与して、幅寸法を制御する。また、通常は、最終的なＣＶＴリング素材の断面形状として、外側に凸の円弧状形状（クラウニングＲ形状）が得られるように、内側圧延ロールとしては、軸方向中央部の外径寸法が最も大きいクラウン形状のものを採用し、外側圧延ロールとしては、軸方向中央部の外径寸法が最も小さいクラウン形状のものを採用する。これは、短冊板における横断面形状において、幅方向の厚みがほぼ一定であることを前提とするものであり、後述する太鼓型形状とする場合には、内側及び外側の圧延ロール共にストレート形状を採用しうる。

以上のようにして得られるＣＶＴリング素材は、その後、焼入処理等の熱処理、周長調整、窒化処理等の工程を経て、ＣＶＴリング部材となる。

上述した製造方法において、前記金属条は、前記横断面形状の両端形状が円弧状形状であることがさらに好ましい。金属条の冷間圧延においては、上記のごとく、式１及び式２を具備するように、幅寸法を調整する必要がある。幅寸法の調整は、圧延前の素材の断面形状及び断面積の選定や、圧延時の張力設定によって、上下一対の圧延ロールによる通常の圧延によって行うことができる。そして、この場合には、金属条の横断面形状の両端面形状は、単純に圧延するだけで円弧状形状とすることができる。また、上記金属条の冷間圧延は、端面を幅方向から加圧する一対のエッジャーロールをさらに用いる４方圧延を採用してもよい。この場合には、エッジャーロールとして円弧状に凹んだ鼓状のものを採用することにより、端面部を積極的に円弧状形状に成形することができる。

前記金属条における前記横断面形状の前記両端形状は、式５：０．７≦Ｒ₀／Ｔ₀≦１．１、を満たす端部円弧直径Ｒ₀を有することが好ましい。なお、横断面形状における円弧状形状は、必ずしもその全体が同じ曲率ではないため、端部円弧直径Ｒ₀の値は、横断面の画像を用いて算出する。具体的には、横断面画像における端部の略円弧状の輪郭線上に等間隔で定めた５点でそれぞれ曲率を求めてその平均曲率を算出する。この平均曲率を金属条の長手方向の５箇所において同様に求め、その５箇所の平均曲率の平均値からその曲率半径の２倍の値である上記端部円弧直径Ｒ₀を求める。端部円弧直径Ｒ₀を、厚みＴ₀との関係において、上記式５の範囲内とすることにより、得られるＣＶＴリング素材の側端面を適度な円弧状形状に仕上げることができ、強度特性の向上に有利である。Ｒ₀／Ｔ₀が０．７未満の場合及び１．１を超える場合には、円弧状端面形状によるＣＶＴリング部材の耐久性向上効果が十分に得られないおそれがある。

前記金属条の前記横断面形状における厚みは、中央部から端部に近づくにつれて小さくなっており、幅方向中央の厚みＴ₀ｍｍと、幅方向端部の厚みＴ₁とが、式６：１．０＜Ｔ₀／Ｔ₁≦１．２、を満たすことが好ましい。この場合には、前記の粗リング材の冷間圧延を行うリング圧延機において、上述した内側圧延ロール及び外側圧延ロールの外形状を、軸方向に外形寸法の変化がないストレート形状としても、ＣＶＴリング素材の断面形状を所望のクラウニングＲ形状とすることができる。Ｔ₀／Ｔ₁が１．２を超える場合には、クラウニングＲ形状が大きく（曲率半径が小さく）なりすぎるおそれがある。

（実施例１）
本例のＣＶＴリング素材の製造方法を図１及び図２を用いて説明する。

本例では、幅Ｗ＝９〜１０ｍｍ（９．５ｍｍ狙い）、厚み（幅方向中央値）Ｔ＝０．１８〜０．１９ｍｍ、周長６００〜７００ｍｍのＣＶＴリング素材を、複数種類の短冊板の寸法を経由して製造する。まず、２ｔｏｎＶＩＭ（Vacuum Induction Melting）装置を用いて鋼塊を作製する。本例では、材質として、マルエージング鋼を用いた。得られる鋼塊を分塊圧延して一辺１６０ｍｍの角柱状に成形し、さらに、熱間圧延によってφ５ｍｍの線材を製造する。この線材を焼鈍した後、冷間圧延を施して、表１に示す幅Ｗ₀ｍｍ、厚みＴ₀ｍｍの横断面形状を有する複数の金属条１０を作製する。

本例では、冷間圧延機として、バックアップロールを伴った一対の圧延ロールと、幅方向に加圧する一対のエッジャーロールとを備えた４方圧延機を用いる（図示略）。エッジャーロールとしては、金属条の側端面に当接する部位が円弧状に凹んだ鼓状のものを採用し、端面部を積極的に円弧状形状に成形する。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すごとく、金属条１０は、長手方向において切断して、表１に示す長さＬ₀ｍｍを有する短冊板１１を得る。短冊板１１の長手方向の端面１１０同士を突き合わせ、プラズマ溶接して溶接部１１２によって接合して無端ベルト状を呈する粗リング材１２を作製する。

その後、粗リング材１２を冷間圧延して前記ＣＶＴリング素材１を得る。図２に示すごとく、粗リング材１２の冷間圧延を行うリング圧延機５は、粗リング材１２の内側に配置した２本のロール５１、５２に掛け渡し、そのうち１本のロール５１は内側圧延ロールとして使用し、外側に配置した外側圧延ロール５３と内側圧延ロール５１により粗リング材１２を挟持して加圧しながら各ロール５１〜５３を回転させることにより行う。圧延時には、内側の２本のロール５１、５２の間隔を調整して、適度な張力を付与して、幅寸法を制御する。なお、ＣＶＴリング素材１の断面形状として外側に凸の円弧状形状（クラウニングＲ形状）が得られるように、内側圧延ロール５１は、その軸方向中央部の外径寸法が最も大きいクラウン形状（図示略）とし、外側圧延ロール５３は、その軸方向中央部の外径寸法が最も小さいクラウン形状（図示略）とする。

得られたＣＶＴリング素材１について、以下の評価を行った。
＜溶接性＞
短冊板の両端の突き合わせ溶接が正常にできた場合を合格（○）、溶接不良部が少しでも生じた場合には不合格（×）とした。

＜圧延性＞
粗リング材１２を冷間圧延して得られたＣＶＴリング素材１の外観を観察し、側端面に少しでも割れが見られた場合には不合格（×）、割れが全くなかった場合には合格（○）とした。

＜寸法関係＞
ＣＶＴリング素材の寸法について、幅Ｗ＝９〜１０ｍｍ、厚み（幅方向中央値）Ｔ＝０．１８〜０．１９ｍｍ、周長６００〜７００ｍｍの範囲内を合格、一種類でも上記範囲から外れたものを不合格とした。幅寸法Ｗ及び厚みＴはマイクロメータでそれぞれ５点測定し、その平均値を用いた。リング周長は、周長以外の項目を測定後、ＣＶＴリング素材を切断して帯状とし、その長さをノギスを用いて測定した。

なお、表１に示す短冊板１１の寸法については、幅Ｗ₀はノギスで５点測定し、その平均値を用い、厚みＴ₀はマイクロメータで５点測定し、その平均値を用い、長さＬ₀は、ノギスを用いて測定した。

表１に示すごとく、実施例１〜４は、溶接性にも圧延性にも優れ、かつ、すべての寸法特性をクリアした。

比較例５は、短冊板１１のアスペクト比が小さすぎ、かつ、短冊板１１（金属条１０）の幅Ｗ₀寸法が大きすぎるものであるが、幅Ｗの実績値を１０ｍｍ以内とするよう張力を強くかけて厚み及び幅寸法が目標範囲内となるよう冷間圧延したことにより、側端面にコバ割れが生じる結果となった。

比較例６は、短冊板１１のアスペクト比が大きすぎ、厚みが薄くなりすぎたため、溶接がうまくできなかった。

比較例７は、短冊板１１の長さＬ₀／アスペクト比（Ｗ₀／Ｔ₀）の値が大きすぎることにより、リング周長が長くなりすぎただけでなく、リング周長の増加を抑えるよう低張力で冷間圧延をしたことにより、幅Ｗが大きくなりすぎた。

比較例８は、短冊板１１の長さＬ₀／アスペクト比（Ｗ₀／Ｔ₀）の値が小さくなりすぎたことにより、リング周長が短くなりすぎただけでなく、リング周長の増加を促進しようと高張力で冷間圧延をしたことにより、幅Ｗが小さくなりすぎた。

（実施例２）
本例では、金属条１０の圧延を、４方圧延ではなく、通常の一対の圧延ロールによって圧延する方法を採用し、幅方向は拘束することなくフリーの状態で圧延した。圧延機としては、実施例１における圧延機におけるエッジャーロールをフリーとした状態のものを用いた。その他は、基本的に実施例１と同様にして金属条１０、短冊板１１及びＣＶＴリング素材１を順次作製した。そして、本例では、評価項目として短冊板の端面形状（Ｒ₀／Ｔ₀）、及び最終的に得られたＣＶＴリング素材１の端部円弧直径（Ｒ₁）の評価を加えた。

＜短冊板の端面形状（Ｒ₀／Ｔ₀）＞
図３に示すごとく、短冊板１１（金属条１０）の横断面における側端部先端の端部円弧直径Ｒ₀は、上述したごとく、５箇所の横断面の画像処理によって算出した値の平均値を用い、中央厚みＴ₀は実施例１と同様にマイクロメータで５点測定し、その平均値を用いた。

＜ＣＶＴリング素材の端部円弧直径（Ｒ₁）＞
ＣＶＴリング素材の端部円弧直径（Ｒ₁）は、上述した金属条における端部円弧直径Ｒ₀の場合と同様にして横断面の画像処理によって算出した５箇所の平均値を用いた。適正な端部円弧直径（Ｒ₁）としては、厚みの範囲と同じ０．１８ｍｍ〜０．１９ｍｍとした。
その他の評価項目は、実施例１と同様である。

表２から知られるように、実施例９、１０は、溶接性にも圧延性にも優れ、かつ、すべての寸法特性をクリアした。

比較例１１は、得られたＣＶＴリング素材の側端面にコバ割れが観察された。これは、端面形状の状態を示すＲ₀／Ｔ₀の値が小さすぎるため、ＣＶＴリング素材に圧延される際の端部形状に相当する端部円弧直径Ｒ₁も小さくなり、応力集中しやすい形状となったことによると思われる。

比較例１２は、端面形状の状態を示すＲ₀／Ｔ₀の値が大きすぎるため、圧延時の圧下で端部形状を制御しきれず、ＣＶＴリング素材の端部円弧直径（Ｒ₁）を最適な範囲内に納めることができず、大きくなってしまった。

（実施例３）
本例では、金属条１０の圧延を、通常の一対の圧延ロールによって圧延する方法を採用しただけでなく、幅方向中央部が最も厚く、側端面に近いほど薄くなるように太鼓型形状の断面プロファイルとなるよう圧延した。また、実施例２と同様に、幅方向は拘束することなくフリーの状態で圧延した。圧延機としては、実施例１における圧延機におけるエッジャーロールをフリーとした状態のものを用いた。その他は、基本的に実施例１、２と同様にして短冊板１１まで作製したが、本例では、さらに製造合理化を目指して、粗リング材１２からＣＶＴリング素材１への圧延を行うリング圧延機として、図２におけるリング圧延機５における、内側圧延ロール５１と外側圧延ロール５３とを、軸方向における外径寸法が一定であるストレート形状としたものを用いた。

また、本例では、評価項目として短冊板の端面形状としてさらに太鼓型形状と、得られたＣＶＴリング素材の横断面のクラウニングＲを加えた。

＜太鼓型形状（Ｔ₀／Ｔ₁）＞
図４に示すごとく、太鼓型形状は、短冊板１１（金属条）の中央の厚みＴ₀と、側端面近傍の厚みＴ₁をそれぞれマイクロメータで５点測定し、その平均値を用いた。

＜クラウニングＲ＞
クラウニングＲは、ＣＶＴリング素材の横断面形状をコントレーサで形状を転写して得られた曲率半径Ｒｍｍを用いて評価した。適正なクラウニングＲとしては、７５０ｍｍ〜８５０ｍｍとした。クラウニングＲが７５０ｍｍよりも小さい場合はＣＶＴリング部材として積層してリングベルトの状態で回転させると、断面形状において曲げ応力が繰り返しかかり、疲労寿命の向上に不利となるおそれがある。一方、クラウニングＲが８００ｍｍよりも大きい場合には、ＣＶＴリング部材として積層してリングベルトの状態で回転させたときの積層されたＣＶＴリング部材同士のズレが生じやすくなるおそれがある。
その他の評価項目は、実施例１、２と同様である。

表３から知られるように、実施例１３、１４は、溶接性にも圧延性にも優れ、かつ、太鼓型形状も適切であったため、上述したストレート形状の圧延ロールを用いても、適正なクラウニングＲを備えたＣＶＴリング素材が得られた。

比較例１５は、太鼓型形状ではなく、幅方向の厚みが一定の短冊板を用いたため、ストレート形状の圧延ロールを用いた場合には、得られたＣＶＴリング素材において適正なクラウニングＲが得られなかった。

比較例１６は、太鼓型形状が大きすぎ、ストレート形状の圧延ロールを用いて得られたＣＶＴリング素材において適正なクラウニングＲが得られなかった。

１ ＣＶＴリング素材
１０ 金属条
１１ 短冊板
１２ 粗リング材
５ リング圧延機
５１ 内側圧延ロール
５３ 外側圧延ロール

Claims (4)

1. 幅Ｗｍｍ、幅方向中央の厚みＴｍｍのＣＶＴリング素材を製造する方法であって、
   下記式１及び式２を満たす幅Ｗ₀ｍｍ、幅方向中央の厚みＴ₀ｍｍの横断面形状を有する金属条を冷間圧延によって作製し、
   式１：２４．０＜Ｗ₀／Ｔ₀≦３６．０、
   式２：１．００＜Ｗ₀／Ｗ＜１．１０、
   前記金属条を下記式３及び式４を満たす長さＬ₀ｍｍを有する短冊板に切断し、
   式３：３００ｍｍ≦Ｌ₀≦４６０ｍｍ、
   式４：１２≦Ｌ₀／（Ｗ₀／Ｔ₀）≦１４、
   前記短冊板の長手方向の端面同士を突き合わせ溶接して無端ベルト状を呈する粗リング材を作製し、
   該粗リング材を冷間圧延して前記ＣＶＴリング素材を得る、ＣＶＴリング素材の製造方法。
2. 前記金属条は、前記横断面形状の両端形状が円弧状形状である、請求項１に記載のＣＶＴリング素材の製造方法。
3. 前記金属条における前記横断面形状の前記両端形状は、下記式５を満たす端部円弧直径Ｒ₀を有する、請求項２に記載のＣＶＴリング素材の製造方法。
   式５：０．７≦Ｒ₀／Ｔ₀≦１．１
4. 前記金属条の前記横断面形状における厚みは、中央部から端部に近づくにつれて小さくなっており、幅方向中央の厚みＴ₀ｍｍと、幅方向端部の厚みＴ₁とが、下記式６を満たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＣＶＴリング素材の製造方法。
   式６：１．０＜Ｔ₀／Ｔ₁≦１．２
   

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