JP4324046B2 - ショットピーニング装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、無端金属ベルトの製造のための方法及び装置に関する。例えば、ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）ベルトのフープを構成する無端金属ベルトの形状を安定させ、形状精度を向上させるための技術に関する。

無端金属ベルトが、例えば、二つのローラに巻き掛けられて輪転される場合、ベルトがローラ部位を通過する時にはベルトの外周側に引張の曲げ応力が生じる。これに対し、ベルトがローラ部位を通過して次のローラ部位に至るまではベルトは直線状になって、ベルトの外周側の曲げによる引張応力は無くなる。
従って、ベルトの外周面は、ベルトの輪転時に、曲げによる引張応力が繰り返し掛かるため、引張応力に対する疲労強度を向上させる必要がある。
そこで、特許文献１では、無端金属ベルトの外周面と内周面との両方にショットピーニング処理を施して、無端金属ベルトの内周・外周表面に圧縮残留応力を生ぜしめ、疲労強度の向上が図られている。
特開２００２−４５９３８号公報

薄板からなる無端金属ベルトでは、上記ショットピーニング処理にて形成される表面部の塑性変形層の厚さが、ベルト板厚に比べて無視できないレベルとなり、無端金属ベルトには全体の形状変化、例えば、周長の増加や、クラウニングＲの変化等が生じる。なお、クラウニングＲとは、図４に示す如く、無端金属ベルトの周方向に垂直な断面の曲率である。
しかし、無端金属ベルトは、積層され多層として製品に用いる場合が多く、周長精度（周長差：ベルト幅方向の両端の周長の差）やクラウニングＲの精度等の、ベルトの形状精度は、製品を保証する上で極めて重要となる。

例えば、無端金属ベルトは、無段変速機用ベルトの構成部材として使用される。図５に示す如く、無端金属ベルト６・６・・・を複数積層したベルト積層体３０が、リングスロット３１ａを有する多数の金属エレメント３１のリングスロット３１ａに、嵌合される。この場合に、それぞれの無端金属ベルト６・６・・・がクラウニングＲを有するため、互いにずれることなく、リングスロット３１ａのサドル面に保持されるのである。しかし、各無端金属ベルト６の周長精度やクラウニングＲの精度等の形状精度にばらつきがあると、無段変速機用ベルトが回転するうちに、無端金属ベルト６・６・・・がずれてしまい、無段変速機用ベルトの精度が低下して変速制御にずれが生じたりする原因となり得る。

ショットピーニング処理を施すに際し、ベルトに引張応力をかけながらローラに巻き付け、その引張応力が掛かった状態でベルトの周面にショット粒を投射することにより、ベルトの周面に圧縮残留応力が付与される。ショット粒が投射されるとき、ベルト幅方向で局所的な応力を集中的に受けるが、それを支えるのがベルトを巻き掛けているローラであり、ローラの周面形状がベルトに転写されることになる。従って、ベルトを巻き付けるローラのベルト巻掛面の形状が不適正であることが、ベルトの周長精度やクラウニングの形状精度にばらつきを生じさせる原因の一つであると考えられる。
そこで、本発明ではベルトを巻き付けるローラのベルト巻掛面の形状に着目し、周長精度やクラウニングＲの精度等の、ベルトの形状精度を安定させる、ショットピーニング方法及びそのための装置の構造について提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、無端金属ベルトを巻き掛けて、無端金属ベルトを走行させつつ引張応力を付加する少なくとも二つのローラと、無端金属ベルトに向けてショット粒の投射を行って無端金属ベルトにショットピーニング処理を施す投射ノズルとを備え、無端金属ベルト周面にショットピーニング処理を施す装置であって、前記ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向形状を、外周側に彎曲する曲線形状に形成するものである。

請求項２においては、前記ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向形状を、ベルト幅方向略中心に対称な円弧形状に形成するものである。

請求項３においては、前記ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向の形状を、適正なクラウニングＲが形成されたベルト幅方向の形状と近似した形状とするものである。

請求項４においては、ベルト巻掛面のベルト幅方向形状が外周側に彎曲する曲線形状であるローラに、巻き掛けられて引張応力が付加されている状態の無端金属ベルトに向けて、投射ノズルよりショット粒の投射を行うショットピーニング方法である。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１及び請求項４においては、ローラのベルト巻掛面を、クラウニングＲが形成されたベルトの形状と同様に外周側に彎曲する曲線とし、ショットピーニング処理にて外周側に彎曲する形状をベルトに積極的に転写することによって、クラウニングＲの精度と周長精度のばらつきの低減を図ることができる。

請求項２においては、ベルトのベルト幅方向断面形状をベルト幅方向略中心に略対称とすることができ、無端金属ベルトのクラウニングＲの精度のばらつきの低減を図るとともに、ベルト６のベルト幅方向両端の周長を略同一として周長精度（周長差）のばらつきの低減を図ることができる。

請求項３においては、適正なクラウニングＲを設けたベルトの形状を、ショットピーニング処理にてベルトに積極的に転写することによって、クラウニングＲの精度と周長精度のばらつきの低減を図ることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係るショットピーニング装置の構成を示す平面図、図２は同じく側面図、図３は従動ローラの構造を示す図である。
図４は無端金属ベルトを説明する図、図５は無端金属ベルトをＣＶＴベルトのフープとして使用した例を示す図である。
図６はローラのベルト巻掛面のベルト幅方向の形状とベルト外周面のベルト幅方向の形状の関係を示す図である。

まず、本発明の実施例に係るショットピーニング装置にて処理を施した無端金属ベルト６について説明する。
無端金属ベルト６は、図４に示す如く、外周面６Ａにショットピーニング処理による圧縮残留応力が付与された層を有するとともに、内周面６Ｂにもショットピーニング処理による圧縮残留応力が付与された層を有する無端金属ベルトである。
なお、ベルト６は、１本のベルトをリング状にして始端と終端を溶接などにより接合して無端状にした無端金属ベルトである。
そして、ベルト６は、周方向に垂直な断面において、外周に向けて凸となるように彎曲している。このベルト６の周方向に垂直な断面の曲率がクラウニングＲである。

図１及び図２では、本発明の実施例に係るショットピーニング装置１０を示している。ショットピーニング装置１０に具備される三個のローラのうち、１が駆動ローラ、２・３が従動ローラである。駆動ローラ１はサーボモータ９で駆動される。

前記従動ローラ２・３のうち、第１の従動ローラ２は、ベルト６の内周面６Ｂに予引張応力（予負荷）を付与し、第２の従動ローラ３は、ベルト６の外周面６Ａに予引張応力（予負荷）を付与する。
すなわち、内周側の投射位置では、外周側の投射位置とは逆方向の予負荷曲率が与られた状態でショット粒７が投射されるように、従動ローラ２・３が配置される。

さらに、ベルト６にショット粒７を投射するための、内外周の投射ノズル（主投射ノズル４・副投射ノズル５）が設けられている。これらの投射ノズル４・５のうち、外周側の投射は主投射ノズル４で行い、内周側の投射は副投射ノズル５で行う。
副投射ノズル５は、周方向で対向位置のベルト６との干渉を防ぐため斜め上方または下方から水平面に対し角度を有して投射する。また、副投射ノズル５で投射するショット粒７が投射目標位置以外の場所に投射されることを防止するために遮蔽板８を設ける。

上記構成のショットピーニング装置１０において、駆動ローラ１及び従動ローラ２・３にベルト６を巻回し、駆動ローラ１の回転駆動により該ベルト６が走行している状態にて、ベルト６の内周側から投射ノズル５よりベルト６の第１の従動ローラ２への巻き掛け部分に向けてショット粒７を投射し、ベルト６の外周側から投射ノズル４よりベルト６の第２の従動ローラ３への巻き掛け部分に向けてショット粒７を投射する。
ベルト６は走行しているので、同一処理部位においては、内周面６Ｂの処理が先に開始され、その後の回転（輪転）送りにより、その部位が外周投射位置に移動したタイミングで、外周面６Ａへの投射が開始される。

上述のショットピーニング装置１０では、ベルト６に対してストレスピーニング（予負荷として表面を引張応力状態にしておいて投射処理し、予負荷解放時のその分の応力を圧縮残留応力として余分に付与する）が施される。
ベルト６がローラ１、２、３に巻き掛けられる部分にさしかかると、ベルト６に曲げが生じ、曲がりの外周側に引張曲げ応力の予負荷がかかり、曲がりの内周側に圧縮曲げ応力の予負荷がかかる。
ショット粒７がベルト６の引張曲げ応力の予負荷がかかっている部分に投射されると、ショット粒７の投射により、ベルト６の表面が伸びて表面部に圧縮残留応力が生じる。次いで、ベルト６の輪転に伴い、該ベルト６がローラ１、２、３の巻掛部から進んで直線部に入ると引張曲げ応力の予負荷が解放され、引張予負荷分が加わって、ベルト６表面に大きな圧縮残留応力が形成され、ベルト６の疲労強度が向上される。

なお、上記ショットピーニング装置１０では、内周面６Ｂの処理ではストレスピーニングの効果を得るため、内周処理部位に外周側から従動ローラ２を押し当て、従動ローラ３の部位とは逆方向の円周方向曲率を与え、内周面に引張応力を発生させた状態で処理が行われる。
また、外周面６Ａの処理では、ストレスピーニングの効果を得るため、外周処理部位に内周側から従動ローラ３を押し当て、従動ローラ２の部位とは逆方向の円周方向曲率を与え、外周面６Ａに引張応力を発生させた状態で処理が行われる。

上述のショットピーニング処理が施される無端金属ベルト６の用途としては、ＣＶＴベルトのフープのように軸方向断面のクラウニングＲ（幅方向湾曲の曲率）の精度が要求される場合が多く、特に周方向での部位によるクラウニングＲのバラツキはできる限り小さい方が望ましい。
そこで、クラウニングＲの精度や周長精度等の、ベルトの形状精度を向上させるため、前記ショットピーニング装置１０の従動ローラ２・３の形状を特徴的なものとしている。

図３（ａ）は従動ローラ３（２）を示す図であり、図３（ｂ）は従動ローラ３（２）のベルト巻掛面Ｈの周方向に垂直な断面の形状を示す拡大図である。
従動ローラ３（２）の外周面には、その両周縁部においてガイド部Ｗ・Ｗが形成され、該ガイド部Ｗ・Ｗの間にベルト巻掛面Ｈが形成される。
前記ベルト巻掛面Ｈは、駆動ローラ１及び従動ローラ３（２）にベルト６を巻き掛けたときに、従動ローラ３（２）の外周面において、該ベルト６が接触する面である。
また、前記ガイド部Ｗ・Ｗはベルト巻回面Ｈにベルト６を位置ずれすることなく保持するために設けられているものである。本実施例では、ガイド部Ｗ・Ｗとして、従動ローラ３（２）の外周面に周縁から内周側に向かう傾斜が形成される。

そして、従動ローラ３（２）のベルト巻掛面Ｈのベルト幅方向（周方向に垂直な方向）は、外周側に彎曲する曲線で形成される。従って、ベルト巻掛面Ｈはそのベルト幅方向にわたって外周側へ凸となるように彎曲し、ベルト幅方向が外周側に脹らんだ形状となる。
すなわち、従動ローラ２・３のベルト巻掛面Ｈは、適正なクラウニングＲが形成されたベルト６の形状と同様に、ベルト幅方向にわたって外周側へ凸となるように彎曲した形状である。

ショット粒７がベルト６に投射されるとき、ベルト６の幅方向で局所的な応力を集中的に受けるが、それを支えるのが、ベルト７が巻き掛けられている従動ローラ２・３であり、該従動ローラ２・３の周面形状がベルト６に転写されることになる。
従って、従動ローラ２・３のベルト巻掛面Ｈを、適正なクラウニングＲが設けられたベルト６の形状と同様に、ベルト幅方向にわたって外周側へ凸となるように彎曲した形状として、この形状をベルト６に積極的に転写することによって、クラウニングＲの精度と周長精度のばらつきの低減を図っているのである。
なお、従動ローラ２・３のベルト巻掛面Ｈは、適正なクラウニングＲが設けられたベルト６の形状と近似した形状とすることが、より適正な形状をベルト６に積極的に転写することになり、好ましい。

前記ベルト巻掛面Ｈは、ベルト幅方向略中心に対称であって、ベルト幅方向略中央部が最も外周側に位置する円弧で形成される。従って、ベルト巻掛面Ｈは、ベルト幅方向略中央部が外周側に脹らんだ滑らかな曲面となる。
これにて、ベルト６のベルト幅方向断面の形状を、ベルト巻掛面Ｈのベルト幅方向略中心に略対称として、ベルト幅方向の各部位におけるクラウニングＲのばらつきを低減してクラウニングＲの精度の向上を図るとともに、ベルト６のベルト幅方向両端の周長のばらつきの低減して周長精度の向上を図ることができる。

なお、従動ローラ２・３の両方のベルト巻掛面形状をベルト幅方向にわたって外周側へ彎曲したものとすることが好ましいが、少なくとも、ベルト６の外周面６Ａにショット粒７を投射する際に土台となる従動ローラ３において、ベルト巻掛面形状を幅方向にわたって外周側へ彎曲したものとすれば足りる。

図６では、ショットピーニング装置を構成する従動ローラのベルト巻掛面の周方向に垂直な断面の形状と、ショットピーニング処理が施されたベルト外周面の周方向に垂直な断面の形状の関係を示す図であり、図６（ａ）は本発明に係るショットピーニング装置での結果を示しており、図６（ｂ）は従来のショットピーニング装置での結果の一例を示している。
従来のショットピーニング装置では、従動ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向が略直線で形成されており、ベルトの外周面は外周側に凸に彎曲するが、そのクラウニングＲ（曲率）が部位において不均一に変化しており、その形状もベルト幅方向略中央に対称ではないため周長差も生じている。
これに対し、本発明のショットピーニング装置では、従動ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向が外周側に凸である曲線で構成されており、ベルトの外周面は外周側に凸に彎曲し、そのクラウニングＲ（曲率）は略一定であり、その形状もベルト幅方向略中央に対して略対称となっている。
上述のように、本発明のショットピーニング装置では、ピーニング処理の被対象物である無端金属ベルトを巻き付けるローラのベルト巻掛面の形状を、好ましいクラウニングＲが形成されたベルトの形状とすることによって、周長精度やクラウニングＲの精度等の、ベルトの形状精度を安定させることができる。

本発明の実施例に係るショットピーニング装置の構成を示す平面図。 同じく側面図。 従動ローラの構造を示す図。 無端金属ベルトを説明する図。 無端金属ベルトをＣＶＴベルトのフープとして使用した例を示す図。 ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向の形状とベルト外周面のベルト幅方向の形状の関係を示す図。

符号の説明

Ｈ ベルト巻掛面
１ 駆動ローラ
２ 従動ローラ
３ 従動ローラ
４ 主投射ノズル
５ 副投射ノズル
６ 無端金属ベルト
１０ ショットピーニング装置

Claims (4)

1. 無端金属ベルトを巻き掛けて、無端金属ベルトを走行させつつ引張応力を付加する少なくとも二つのローラと、無端金属ベルトに向けてショット粒の投射を行って無端金属ベルトにショットピーニング処理を施す投射ノズルとを備え、無端金属ベルト周面にショットピーニング処理を施す装置であって、
   前記ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向形状を、外周側に彎曲する曲線形状に形成することを特徴とするショットピーニング装置。
2. 前記ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向形状を、ベルト幅方向略中心に対称な円弧形状に形成する、
   請求項１に記載のショットピーニング装置。
3. 前記ローラのベルト巻掛面のベルト幅方向の形状を、適正なクラウニングＲが形成されたベルト幅方向の形状と近似した形状とする、
   請求項１に記載のショットピーニング装置。
4. ベルト巻掛面のベルト幅方向形状が外周側に彎曲する曲線形状であるローラに、巻き掛けられて引張応力が付加されている状態の無端金属ベルトに向けて、投射ノズルよりショット粒の投射を行うことを、
   特徴とするショットピーニング方法。

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