JP3970622B2

JP3970622B2 - 金属リングの熱処理方法

Info

Publication number: JP3970622B2
Application number: JP2002029716A
Authority: JP
Inventors: 仁司今井; 友次高橋; 剛久木村
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: JP2003226917A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）等のベルトに使用されるマルエージング鋼製金属リングの熱処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の無段変速機用ベルト等に用いられる金属ベルトは、次のようにして製造される。まず、超強力鋼であるマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成し、該ドラムに対して前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度を均質化するために第１の溶体化を行う。次に、前記溶体化後のドラムを所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを所定長となるように圧延する。次に、圧延された金属リングに対し、圧延組織を再結晶させ、圧延により変形された金属組織の形状を復元するために、第２の溶体化を行う。そして、前記溶体化後の金属リングを所定の周長に補正し、時効及び窒化処理を施して硬度を向上させた後、少しずつ周長の異なる複数の金属リングを相互に積層して前記金属ベルトを形成する。
【０００３】
前記マルエージング鋼は、Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉ等の元素を含み、前記時効処理では該元素がＦｅＭｏ，Ｎｉ₃ＡｌＴｉ等の金属間化合物を形成して析出することにより時効硬度が発現する。しかし、前記時効処理前に前記Ｍｏ，Ｔｉ等の元素が酸化されてしまうと前記時効硬度が発現しない。そこで、前記各溶体化は、前記Ｍｏ，Ｔｉ等の元素の酸化を避けるために、真空炉等を用いて非酸化雰囲気下に、前記ドラムまたは金属リングを前記マルエージング鋼の再結晶温度以上の温度で所定時間加熱することにより行われる。
【０００４】
ここで、前記第２の溶体化では、前記金属リングをフック等に吊り下げた状態で加熱すると、該金属リングに自重によるクリープ変形が発生して該金属リングが極端に細長い楕円形状になり、後工程の周長補正が困難になる。そこで、前記クリープ変形を防止するために、前記金属リングの端面が前記加熱炉の床面または該加熱炉内を移動するメッシュベルトに接触するように該金属リングを平置きして加熱することが行われている。
【０００５】
ところが、前記金属を前記のように平置きすると、前記溶体化後に前記金属リングを冷却する際に、前記金属リングが外周側に凸に大きく湾曲するとの問題がある。前記金属リングは、複数の金属リングを相互に積層して前記金属ベルトを形成するためには、ある程度外周側に凸に湾曲していることが望ましいが、該湾曲の程度が大きいと、他の金属リングとの積層が困難になる。また、前記湾曲はは後工程の周長補正で適正な範囲に矯正可能であるが、該湾曲の程度が大きいと前記矯正が困難になる。
【０００６】
本出願人は、前記問題を解決するために、前記溶体化後、前記金属リングを冷却する際に、マルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度までの冷却を３〜５０℃／分の冷却速度で行うという技術を既に特許出願している（特願２０００−３７０５９７明細書参照）。
【０００７】
前記明細書記載の技術は、図６に示すリング保持部材２１を用いて金属リングＷの溶体化を行うものであり、リング保持部材２１は、中央部に立設された円筒状部２２を備え、円筒状部２２の下部から外周方向に水平に延設された鍔状部２３を備えている。前記明細書記載の技術は、１個のリング保持部材１１当たり１枚の金属リングＷを鍔状部１３に平置きして加熱することにより溶体化した後、前記のように冷却するというものである。前記明細書記載の技術によれば、前記溶体化処理が施された金属リングＷを前記のようにして冷却することにより、前記金属リングＷの湾曲を後工程の周長補正で適正に矯正可能な範囲とすることができる。
【０００８】
一方、前記真空炉はそれ自体高価であり、前記金属リングの加熱に使用できる容積が限られているので、量産に当たっては前記真空炉の容積をできるだけ有効に利用することが望まれる。前記真空炉の容積を有効に利用するために、図２に示すように、リング保持部材１１の鍔状部１３に複数の金属リングＷを平置きして加熱することが考えられる。この場合、さらに図３（ｂ）に示すように、複数のリング保持部材１１を垂直方向に積層したものを、金属製のフレームを格子状に形成してなるボックス１５に複数組収容し、図３（ｃ）に示すように、複数のボックス１５を真空炉３に収容して前記溶体化処理を施すことが考えられる。
【０００９】
しかしながら、前記のように、１個のリング保持部材１１当たり複数の金属リングＷを鍔状部１３に平置きして溶体化を行い、該溶体化後に金属リングＷを冷却する際に、前記明細書記載の技術に従って冷却を行うと、鍔状部１３の外周側に置かれた金属リングＷは外周側に凸に湾曲するが、内周側に置かれた金属リングＷは内周側に凸に湾曲し、他の金属リングＷとの積層が困難になるという不都合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、１個のリング保持部材当たり複数の金属リングを載置して溶体化を行う際に、該溶体化後の冷却により、該複数の金属リングの全てに適正な湾曲形状を付与することができる熱処理方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために、本発明者らは、図２に示すように、リング保持部材１１の鍔状部１３に複数の金属リングＷを平置きして加熱することにより溶体化を施したときに、該溶体化後の冷却により鍔状部１３の外周側に置かれた金属リングＷは外周側に凸に湾曲し、内周側に置かれた金属リングＷは内周側に凸に湾曲する理由について鋭意検討し、次の知見を得た。
【００１２】
前記検討により判明した知見について、次に図７を参照して説明する。尚、図７は、説明を簡単にするために、鍔状部１３に２枚の金属リングＷを平置きした場合について、端面図で示している。
【００１３】
まず、前記溶体化後、金属リングＷの温度がマルテンサイト変態開始温度である４５０℃より高い範囲では、各金属リングＷは熱収縮により変形する。このとき、鍔状部１３の外周側に置かれた金属リングＷｏ、内周側に置かれた金属リングＷｉは、相互の間に蓄熱があるために、互いに対向する面が冷却されにくい。この結果、図７（ａ）に示すように、金属リングＷｏは外周面が冷却されやすいために外周面の収縮が大となって内周側に凸に湾曲し、金属リングＷｉは逆に内周面が冷却されやすいために内周面の収縮が大となり外周側に凸に湾曲する。
【００１４】
次に、金属リングＷｏ，Ｗｉの温度が４５０℃以下になると、マルテンサイト変態が始まり、金属リングＷｏ，Ｗｉが膨張する。ここで、外周面が冷却されやすい金属リングＷｏにあっては外周面で先に前記マルテンサイト変態が開始され、内周面が冷却されやすい金属リングＷｉにあっては内周面で先に前記マルテンサイト変態が開始される。従って、図７（ｂ）に示すように、金属リングＷｏは外周面の膨張が大となって外周側に凸に湾曲し、金属リングＷｉは逆に内周側の膨張が大となって内周側に凸に湾曲する。
【００１５】
次に、金属リングＷｏ，Ｗｉの温度がさらに低下すると、金属リングＷｏの内周面、金属リングＷｉの外周面でも前記マルテンサイト変態が開始されるので、金属リングＷｏ，Ｗｉの温度が前記マルテンサイト変態の完了する温度に達した時点では、図７（ｃ）に示すように、それぞれ湾曲の程度が小さくなっている。しかし、金属リングＷｏの外周側に凸に湾曲した形状と、金属リングＷｉの内周側に凸に湾曲した形状とには変化がない。
【００１６】
そこで、金属リングＷｏ，Ｗｉ相互間に蓄熱されないようにすれば、鍔状部１３に複数の金属リングＷを平置きしたときにも、全ての金属リングＷに外周側に凸に湾曲する形状を付与することができるものと考えられる。
【００１７】
本発明の金属リングの熱処理方法は前記知見に基づいてなされたものであり、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して形成されたドラムに第１の溶体化を行った後、所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを所定の長さに圧延し、圧延された金属リングをリング保持部材上に平置きして第２の溶体化を施し、第２の溶体化後の金属リングを所定の周長に補正し、時効及び窒化処理を施して硬度を向上させた後、少しずつ周長の異なる複数の金属ベルトを相互に積層して金属ベルトを形成する金属リングの熱処理方法において、前記リング保持部材は、前記金属リングより小径の立設された円筒状部と、該円筒状部の下部から外周方向に水平に延設された鍔状部とを備え、互いに周長の異なる複数の金属リングを該リング保持部材の円筒状部に対して互いに間隔を存して同心円状に配置して、該リング保持部材の鍔状部に平置きして第２の溶体化を施した後、該金属リングを冷却する際に、マルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度までの冷却を５０〜７５℃／分の冷却速度で行うことを特徴とする。
【００１８】
本発明の熱処理方法では、マルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度までの冷却を前記範囲の冷却速度で行うことにより、前記リング保持部材の鍔状部に平置きされた複数の金属リングについて、相互の間の蓄熱が防止される。この結果、各金属リングは、前記リング保持部材の開放されている側に面する外周面側が、前記円筒状部に面する内周面側よりも冷却されやすくなる。従って、本発明の熱処理方法によれば、前記鍔状部に複数の金属リングを平置きしたときにも、各金属リングに外周側に凸に湾曲した形状を付与することができる。
【００１９】
前記冷却速度が５０℃／分より小さいと、前記金属リング相互間の蓄熱を防止することができず、前記鍔状部の内周側に載置された金属リングが内周側に凸に湾曲する。また、前記冷却速度が７５℃／分より大きいと、前記金属リングの外周側に凸に湾曲する程度が大になり、後工程の周長補正において適正に矯正できる範囲を超えることになる。
【００２０】
また、本発明の熱処理方法では、前記のようにして冷却を行うと、前記鍔状部の外周側に載置された金属リングほど湾曲の程度が大きくなり、後工程の周長補正において該湾曲を適正な範囲に矯正できないことがある。
【００２１】
そこで、本発明の金属リングの熱処理方法において、前記リング保持部材は、前記鍔状部の外周側に、該鍔状部に平置きされる金属リングを囲繞する壁部が立設されていることを特徴とする。本発明の熱処理方法では、前記鍔状部の外周側に前記壁部を備えることにより、各金属リングの外周面側の冷却を抑制し、前記鍔状部の外周側に載置された金属リングの湾曲の程度を適正な範囲とすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は金属リングの製造工程の要部を模式的に示す工程図、図２は本実施形態のリング保持部材に金属リングを載置した状態を示す説明的断面図、図３は図２示のリング保持部材に載置された金属リングを真空炉に収容する状態を示す説明図、図４は本実施形態の熱処理方法により処理した金属リングの形状を示す説明的断面図である。また、図５は他の実施形態のリング保持部材に金属リングを載置した状態を示す説明的断面図である。
【００２３】
無段変速機のベルトに用いられる金属ベルトを製造する際には、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、薄板１の端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分の両側に硬度の高い部分が出現し、これにより溶接歪が発生する。
【００２４】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して所定温度に所定時間保持することにより第１の溶体化処理を行い、前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度を均質化する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断して金属リングＷを形成する。
【００２５】
前記のようにして形成された金属リングＷは、次に圧下率４０〜５０％で圧延されることにより少しずつ異なる周長とされたのち、再び真空炉３に収容して所定温度に所定時間保持することにより第２の溶体化処理を行う。前記第２の溶体化処理では、圧延結晶が再結晶させ、圧延により変形された金属組織の形状が復元される。
【００２６】
前記第２の溶体化処理が終了したならば、金属リングＷを真空炉３内で冷却したのち搬出し、周長補正を行う。そして、前記周長補正が施された金属リングＷは、次に図示しない熱処理装置に収容して時効処理と窒化処理とが施されたのち、少しずつ周長の異なる複数の金属リングＷを相互に積層することにより、前記金属ベルトが形成される。
【００２７】
本実施形態の熱処理方法は、前記第２の溶体化処理に適用されるものである。前記第２の溶体化処理は、図２示のリング保持部材１１を用いて行う。リング保持部材１１は、中央部に立設された円筒状部１２と、円筒状部１２の下部から外周方向に水平に延設された鍔状部１３とを備えている。円筒状部１２は、金属リングＷより小径に備えられ、上端部に他のリング保持部材１１の円筒状部１２の底部と係合して嵌合自在の係合部１４を備えている。尚、図示しないが、リング保持部材１１は、真空炉３内に窒素等の冷却用気体を導入して冷却する際に、前記冷却用気体の流通をよくするために、パンチングプレートにより形成されている。
【００２８】
本実施形態の熱処理方法では、前記第２の溶体化処理に当たり、リング保持部材１１の鍔状部１３に、互いに周長の異なる４本の金属リングＷを平置きにする。各金属リングＷは、互いに間隔を存して円筒状部１２に対して同心円状に配置する。
【００２９】
前記金属ベルトでは、少しずつ周長の異なる複数の金属リングＷが積層されるが、各金属リングＷの直径差は約０．４ｍｍである。そこで、前記第２の溶体化処理の加熱による膨張が直径にして約１．１ｍｍであることを考慮すると、前記金属ベルトを構成する各金属リングＷを３本おきに選択し、鍔状部１３上に前記のように配置することが望ましい。
【００３０】
すなわち、前記金属ベルトを構成する各金属リングＷを、内周側から＃１，＃２，＃３，＃４，・・・とすると、＃１，＃４，＃７，＃１０の組、＃２，＃５，＃８，＃１１の組、＃３，＃６，＃９，＃１２の組というようにして、各組を構成する４本の金属リングを鍔状部１３上に配置する。このようにすることにより、各金属リングＷの直径が熱膨張により増大しても、各金属リングＷが相互に接触して損傷することを防止することができる。
【００３１】
或いは、＃１，＃３，＃５，＃７，＃９，＃１１の組、＃２，＃４，＃６，＃８，＃１０，＃１２の組というようにして、各組を構成する６本の金属リングを鍔状部１３上に配置することも可能である。
【００３２】
前記リング保持部材１１は、図２に示すように、円筒状部１２に設けられた係合部１４を介して、他のリング保持部材１１の円筒状部１２の底部に嵌合され、複数段、例えば８段に積層される。リング保持部材１１は、前記のように複数のリング保持部材１１が垂直方向に積層されたものを１組として、図３（ａ）に示すボックス１５に、複数組、例えば３組が収容される。ボックス１５は、金属製フレームを格子状に形成したもので、箱形でリング保持部材１１の出し入れのために上方が開放されている本体１５ａと、本体１５ａの上方開放部に載置される平板状の蓋体１５ｂとからなっている。
【００３３】
積層されたリング保持部材１１が、ボックス１５に８段に３組収容された状態の正面図を図３（ｂ）に示す。尚、図３（ｂ）では金属リングＷを省略して示している。ボックス１５は、図３（ｃ）に模式的に示すように、縦横に２個ずつ配置したものを、さらに上下２段に積層して、真空炉２に収容される。
【００３４】
本実施形態では、次に、真空炉３内の雰囲気の圧力が１０^{- 2}Ｐａ以下の真空状態となるようにして、７６０〜８５０℃の範囲の温度に０．５〜４時間保持することにより、図２及び図３のようにして真空炉３に収容された金属リングＷに対して第２の溶体化処理を施す。
【００３５】
次に、前記第２の溶体化処理が終了したならば、金属リングＷが真空炉３内に収容されたままの状態で冷却する。前記冷却は、例えば真空炉３内に窒素ガス等の冷却用気体を導入することにより、前記マルエージング鋼のマルテンサイト変態開始温度である４５０℃から、マルテンサイト変態完了温度である３００℃までの冷却速度が５０〜７５℃／分の範囲となるようにして行う。
【００３６】
この結果、図４に示すように、鍔状部１３に載置された４本の金属リングＷの全てに、いずれも外周側に凸に湾曲した形状を付与することができる。
【００３７】
尚、このとき、ボックス１５に収容されたリング保持部材１１の円筒状部１２の内周側にドラム２を起立状態で配置し、金属リングＷに対する第２の溶体化処理と同時に、ドラム２に対する第１の溶体化処理を行うようにしてもよい。
【００３８】
また、図５に示すように、リング保持部材１１は鍔状部１３の外周側に、前記４本の金属リングＷを囲繞する壁部１６が立設されていてもよい。リング保持部材１１が壁部１６を備えることにより、各金属リングＷの外周面側の冷却を抑制し、鍔状部１３の外周側に載置された金属リングＷの湾曲の程度を適正な範囲とすることができる。
【００３９】
前記壁部１６は、円筒状部１２、鍔状部１３と同一のパンチングプレートにより鍔状部１３に接合して形成されていてもよく、ダミーの金属リングを鍔状部１３上に載置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属リングの製造工程の要部を模式的に示す工程図。
【図２】本発明に係る一実施形態のリング保持部材に金属リングを載置した状態を示す説明的断面図。
【図３】図２示のリング保持部材に載置された金属リングを真空炉に収容する状態を示す説明図。
【図４】本発明の熱処理方法により処理した金属リングの形状を示す説明的端面図。
【図５】本発明に係る他の実施形態のリング保持部材に金属リングを載置した状態を示す説明的断面図。
【図６】１個のリング保持部材に１枚の金属リングを載置した状態を示す説明的断面図。
【図７】溶体化後の冷却による金属リングの湾曲の生成過程を示す説明的端面図。
【符号の説明】
１…マルエージング鋼の薄板、２…ドラム、１１…リング保持部材、１２…円筒状部、１３…鍔状部、１６…壁部、Ｗ…金属リング。

Claims

マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して形成されたドラムに第１の溶体化を行った後、所定幅に裁断して金属リングを形成し、該金属リングを所定の長さに圧延し、圧延された金属リングをリング保持部材上に平置きして第２の溶体化を施し、第２の溶体化後の金属リングを所定の周長に補正し、時効及び窒化処理を施して硬度を向上させた後、少しずつ周長の異なる複数の金属ベルトを相互に積層して金属ベルトを形成する金属リングの熱処理方法において、
前記リング保持部材は、前記金属リングより小径の立設された円筒状部と、該円筒状部の下部から外周方向に水平に延設された鍔状部とを備え、
互いに周長の異なる複数の金属リングを該リング保持部材の円筒状部に対して互いに間隔を存して同心円状に配置して、該リング保持部材の鍔状部に平置きして第２の溶体化を施した後、該金属リングを冷却する際に、マルテンサイト変態開始温度からマルテンサイト変態完了温度までの冷却を５０〜７５℃／分の冷却速度で行うことを特徴とする金属リングの熱処理方法。
前記リング保持部材は、前記鍔状部の外周側に、該鍔状部に平置きされる金属リングを囲繞する壁部が立設されていることを特徴とする請求項１記載の金属リングの熱処理方法。