JP4839222B2 - 表面形状を有する無端金属ベルトを形成する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前文に規定された表面形状が具備された無端金属ベルトを形成する方法に関する。また本発明は、その方法を実行するため使用可能な装置に関すると共に、それによって形成されたベルト、そして、そのタイプのベルトが具備されたプッシュ・ベルトに関する。

例えば、自動車等の無段変速機に使用される一般に公知なプッシュ・ベルトにおいて、そのベルトは、半径方向に多数積み重ねられたこのタイプのベルトからなる引張要素の一構成要素として使用される。このタイプのプッシュ・ベルト及び変速機は、例えば特許文献１で一般に公知であり、特に乗用車で使用される。

ベルトは一片のシートを巻いてパイプを形成し、そして接合部で閉じるように溶接してから、リングを切断することによって製作される。次いでそのリングは、柔軟性を有するために好適な、相対的に低い厚みまで圧延される。次いでベルトは正確な所望の全周寸法を付与されてから、多数の熱処理工程を通過する。この製作工程中、ベルトの主側面の少なくとも１つ、即ち、半径方向内向きに面する面、つまり内側、及び／或は、半径方向外向きに面する面、つまり外側には、プッシュ・ベルトが稼働中に２つのベルト間の接触面に潤滑剤を供給及び移送するための表面形状が設けられて、その形状は上記接触面における摩擦状態に有意の影響を及ぼす。既知の表面形状は、ベルトの周囲方向に交差し、またある角度を有してそれぞれのベルト面上に設けられている、複数の隆起した山部位からなる。この形状は、ベルトの周囲に沿って、ベルトの１つの主要面上を、圧縮力が付勢された状態で、逆（負）形状の凹状の溝を具備する１つの形状ロールを、圧延することによって付与される。
欧州特許出願公開第００１４０１４号

本発明の目的は、ベルトの製作工程を簡素化することである。特に本発明の目的は、単一装置上で２つの工程段階を実行すること、より好ましくは同時に実行することである。本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴部分に記載されたように、ベルト形成のためリングを圧延する上述の工程に使用される、複数の圧延ロールの少なくとも１つを形状ロールとして設計することによって達成される。

請求項１による方法において、リングがベルト形成のため圧延されている間、リングは多数の完全な１回転の回数分だけ圧延ロール間を通過し、リングの材料はその厚み方向から幅方向及び特に長さ方向に向かって流動する。同時に、形状ロールとして設計されている圧延ロールは、ベルトの外側或は内側に表面形状を押圧する。

この種の方法の追加的効果は、表面形状が回転中のベルトの円周にわたって反復的に付与されることである。形状ロールの形状は、例えば、圧延工程中のベルトの連続的な延伸及び拡張により、毎回、正確に同一箇所でそして正確に同じようにベルトに対して作用することができない。これはベルトの表面形状内に複数の山部位によるある種の干渉パターンを作り出す。例えば、前記回転の内の第１の回転中の形状ロールの溝によるベルト表面上に作り出された山部位は、後続の回転中に形状ロールの平坦部分と接触する。これにより既に形成されている山部位は除去されるか或は少なくとも再び高さを下げられる。しかしながら、前記山部位の別の部分は、形状ロール内における溝と再び接触して、この部分がより高くなされ得る。それ故、最終的に生ずるベルトの表面形状は、１つの重なり合う山部位のパターンと、高さの異なるその他の領域から構成される。

それ故に、本発明による方法では、山は規則的あるいは連続的なパターンを形成せず、むしろ比較的小さく、重なり合い、高さが大きく変動する山部位の不規則的なパターンを形成する。

表面形状の後者の特性はそれ自体で望ましくないことはないが、形状の高さ寸法がより安定するか或は少なくともより再現可能であれば、即ち、形状ロールの形状と直接的且つ固定的な関係であれば、プッシュ・ベルトにおけるベルトの機能は、一般的に改善され得る。

本発明によれば、この目的は請求項５に従った方法を用いることによって実現され得る。形状ロール自体が複数の溝部位の不規則パターンを有するため、実際上、ベルトの連続回転の間の、ベルトの表面形状と形状ロールの表面形状との間の長時間の干渉が回避される。結果としてベルトの表面形状は、好都合に大きく変動しない高さであると共に形状ロールの高さと正確に対応する高さを有する。

勿論、本発明による後者の方法は表面形状として山部位の不規則パターンを作り出す。しかしながら、製作工程の制御性及び再現性の観点からは、表面形状が一定かつ充分に規定された外観、即ち、規則パターンを有することは有益である。 更に、例えば摩擦熱を散逸するため、プッシュ・ベルトにおいて稼働中の複数のベルトの間に、液体潤滑剤が一般的に使用されるが、その場合、バンド間の長時間かつ頑強な接触を伴うため、表面形状が規則的かつ連続的なパターンの山部位から構成されることが好ましい。それ故に、本発明は、連続的かつ充分に規定されたパターンの山部位を有する代替の方法にも関する。この代替方法は請求項３に示される。

本発明は以下の図面の１つに基づきより詳細に説明される。
図１は、本発明に基づく圧延工程の全体を示し、関連する圧延装置の内部を示す図である。
図２は、表面形状を有する圧延されたベルトの斜視図と断面図である。
図３は、本発明に基づく方法で使用可能な１つの形状ロールの一例を示す図である。
図４は、本発明に基づく方法に対する形状ロールの別の１例を示す図である。
図５は、使用される回転速度及び圧延力を示す、本発明に基づく方法の１つによる、圧延位相を図示するグラフである。

図１は、使用される圧延工程を描写するように図示された１つの圧延装置を示す。この装置は、３つの圧延装置部或はモジュールを備える。これに関して、図は右から左にかけて、第１測定モジュール１、圧延モジュール２、並びに、第２測定モジュール３を示す。圧延装置及び圧延工程は、この図には詳細に示されていない１つの電子制御ユニットによって制御される。

ベルト１０はその初期状態では、即ち圧延前は、その丸く比較的硬い性質から、リングと呼ばれる。圧延後、ベルトはその柔軟な性質からコードと呼ばれる。

測定モジュール１及び３は測定ロール４，５を備え、それらを取り囲んで、圧延済み或は未圧延のベルト１０がその厚みＤを測定することができるように嵌合されうる。厚みがベルト１０の周上の多数の位置で測定され、その厚みの平均値が決定されるように、ロール４或は５の少なくとも一方は、駆動可能であることが好ましい。その駆動可能なロール４または５は、厚み測定の精度特に再現性に役立つため、他方のロール５或は４から離されて配置され、ベルトに引張応力を持たせることが好ましい。厚みは測定ロール４，５の間に収容された１つの変位センサＤＳを用いて測定され得る。厚みまたは平均厚みは本発明によれば、圧延されるベルト１０の材料の体積により決定される１つの量であり、そしてそれ故に圧延工程の工程設定により決定される１つの量である。上記材料体積の量は、もし圧延されるベルトの長さそして可能であれば幅が決定されれば、より正確に決定され得る。ベルトの現行での製作工程においては、本発明によれば、厚みのみを測定することで充分であり、その理由は、ベルト１０の長さ及び幅は一定であるからであり、それは圧延されるベルトを製作する既知の方法により容易に可能である。この既知の製作方法において、ベルトはシート材を巻き上げて円筒を形成してから、その板材の重なる端を溶接接合し、その作り出されたパイプをリングに切断してから、開放してそれらリングを洗浄する。

圧延モジュール２は２つの回転自在な支持ロール６，７を備え、その内の第１ロール７は圧延モジュール２の中央に配置され、そして他方の第２ロール６は、引張力Ｆｍ，Ｆｌを付与でき、圧延されるベルト１０がこれら支持ロールの回りに嵌合され得るように、圧延モジュール２内で移動可能に配置される。上記引張力Ｆｍ，Ｆｌを付与すべく、圧延モジュール２は第１駆動手段２１を備え、それはこの例示的実施形態においては、１つのモータＭ及び１つのネジ付きスピンドルＳからなり、そして第１駆動手段２１は、第２支持ロール６が回転自在に載置される１つのロール支持台８を第１支持ロール７に対して移動可能にする。

この図は１つの変位センサＬＳをも示し、それはロール支持台８の１つの基準部９によってその変位を決定すると共に圧延されたロール１０の長さＬを決定するために使用され得る。同様に図示される力ピックアップあるいは負荷セルＬＣは、実際に付勢されている引張力を測定するため使用され得る。圧延終了後、得られたベルトの長さＬは、圧延力Ｆｕ或は押圧力Ｆｕを圧延ロール１１及び第１支持ロール７の間に付勢すること無しに、ベルトを支持ロール６及び７の周りを回転させることによって、支持ロール６，７の間の測定された距離と、それらロールの直径とから、変位センサＬＳの助けによって、正確に決定され得る。本発明によれば、測定されたベルト長Ｌはフィードバックによって圧延工程の設定を最適化するために有益に使用され得るが、圧延されたベルト１０に対して施される、後続の工程段階に対する１つの制御パラメータとしても使用され得る。

更には、圧延モジュール２は、第１支持ロール７に作用する一対の支承ロール１２、１つの圧延ロール１１、並びに、支承ロール１２に作用する１つの圧力付勢ロール１３からなる。支承ロール１２は、各々、支承ロールの回転方向全周にわたって１つの凹部が設けられ、それは支承ロールがベルト１０に隣接する２つの側面上で第１支持ロール７にだけに作用することを意味する。圧力付勢ロール１３は第２起動手段２２により、圧延モジュール２内で移動可能なように配置され、その第２起動手段はこの例示的実施形態において、押圧或は圧延力Ｆｕが支承ロール１２に付勢され得るようにモータＭ及びネジ付きスピンドルＳを備え、その押圧力Ｆｕは、１つの負荷セルＬＣとして知られる１つの力ピックアップにより測定可能である。第１支持ロール７に対する支承ロール１２の二重支持により、圧延中、圧力付勢ロール１３によって付勢される押圧力Ｆｕは支承ロール１２を介してバランスよく安定して支持ロール７に伝えられる。この支持ロール７は、一方、ベルト１０の一部を介して圧延ロール１１に支持され、それは圧延中、反力Ｆｒとなって押圧力Ｆｕを支持する。圧延工程中、ベルトは、第１支持ロール７及び圧延ロール１１の間で回転するように位置決めされている。ベルト１０の回転移動は上記ロール６，７，１１，１２，１３の内の１つ或はそれ以上を、図示された矢印で示されるように駆動することによって達成される。ベルトの回転移動とそれに対して付勢された押圧力Ｆｕの結果、材料はベルト１０の全周にわたって厚み寸法から長さ及び幅方向に向かって流れる。ベルト１０の移動或は回転の方向は圧延工程の品質に対して重要であり、留意すべきことに、圧延工程はベルト１０及びロール１１，７の間の接触面への潤滑剤及び冷却材の連続的な供給を受けて行われ、支持ロール７が圧延ロール１１からベルト１０を引き受け、ベルト１０の実際の変形は伸張された部分で生ずる。

制御ユニットは、特定のベルト１０に所望の１つの押圧力Ｆｕ及び引張力Ｆｌを決定し、それは、圧延前に測定された各ベルト１０の厚みＤの１つの関数として、起動手段２１或は２２を介して、圧延工程中に付与される。

既知の圧延工程は所望の均一な１つのベルト厚みＤを実現することを主目標とするが、本発明によれば、ベルト１０の主要面５１，５２、即ち、半径方向内側に面した表面５１、換言すれば内側面５１、或は、半径方向外側に面した表面５２、換言すれば外側面５２、の一方に表面形状５０を導入することも有益なこととして設計され得る。

このタイプの表面形状５０を有する１つのベルト１０は、１つの斜視図と１つの簡略化した断面Ａ-Ａの断面図で、図２に図示されている。表面形状５０は相互に交差する隆起した山部位５３の１つの交叉形状と表現されうるものであり、この例では山部位５３は、ベルト１０の周囲方向Ｌに対して角度θで伸長し、ベルト１０の全幅Ｗにわたって伸長する。この交叉形状を特徴付けるパラメータは、本発明によれば、角度θ、山部位５３の１つの幅又は横断方向寸法κ、ベルト１０の比較上高さの低い表面領域５４からの山部位５３の高さδ、並びに、少なくとも幅方向Ｗに直交するベルト１０の周方向Ｌにわたって測定された、山部位５３の累積寸法と谷領域５４の累積寸法との間の比σ（不図示）である。ベルト１０が乗用車の変速機用のプッシュ・ベルトの引っ張り要素の一構成要素として使用された場合、上記パラメータは、典型的には、交叉形状の角度θは２０°から７０°、山部位５３の幅κは１から２００μｍ、山部位５３の高さδは２から１４μｍ、比σは１０から２５の値を有する。

本発明による方法において、ベルト１０が圧延工程中にその間を通過する２つのロール７，１１の一方である形状ロール（第１支持ロール）７は、逆の或はネガティブの形状６０を有しており、少なくともそこでベルト１０と接触することになる。図３は、このタイプの形状ロール（第１支持ロール）７を図表的にしめす。例えば、ベルト１０の所望の表面形状５０が隆起山部位５３を備えれば、形状ロール７（第１支持ロール）の周囲表面には凹状溝６１が具備されている。明らかに、この状況を逆転することも可能であり、その場合、ベルト１０の表面形状５０は凹状溝部位を備え、そして、ロール７の周囲表面は隆起山部位を備える。

既に前述したように、この方法はベルト１０の表面形状５０の垂直方向の寸法において、例えば、山部位５３の高さδのように相当な差異を持つ可能性があり、これは場合によっては望まれない。もしより一定で且つ特に再現性ある高さδを達成することが目標であれば、本発明による形状ロール（第１支持ロール）７は複数の独立した形状部分から成る不規則或はより無作為なパターンを具備する必要がある。図４は、このタイプの形状ロール（第１支持ロール）７を図示し、本発明による形状６０は上記形状部位６２を備え、特にこの実施形態では、全てが１つ或はそれ以上の規定された方向に向いている様々な長さ及び位置の溝部分６２を備える。

既に前述したように、後者の方法はベルト１０の不規則表面形状５０の採用に到る。もし目標がより一定で規定された外観を作り出すこと、即ち、ベルトの表面形状５０に規則パターンを作り出すことであれば、本発明による形状ロール（第１支持ロール）７には図３に示される形状６０が具備されるべきであり、連続的な溝６１から成る規則パターンを備える。本発明による方法において、圧延工程は圧延位相によって終結されるべきでもあって、この場合、形状圧延位相ＰＦとして表示され、そこで、相対的に大きな圧延力Ｆｕが、ベルト１０の少なくとも１回転の間に、圧延ロール１１及び形状ロール（第１支持ロール）７の間に付勢される。

図５は典型的に使用され、しかし本発明に基づく形状圧延位相ＰＦを後に伴う１つの圧延工程位相ＨＦ，ＵＦを図示したものである。このグラフは、回転速度ｒｐｍとベルト１０に付与される圧延力Ｆｕとを、総工程ＨＦ，ＵＦ，ＰＦの経過時間ｔに対して示す。既知の圧延工程の１つの主圧延位相ＨＦにおいて、ベルト１０は、まず第１に所望レベルの１つの回転速度ｒｐｍをまで到達させられる。その後、１つの所望レベルの圧延力Ｆｕが付勢されている状態で、ベルト１０の意図された厚みの低減は少なくとも殆ど達成される。次いで、仕上げ圧延位相ＵＦにおいて、まず第１に圧延力Ｆｕが低減され、そして回転速度ｒｐｍのレベルも低減され、そしてそれら低減されたレベルが１つのある期間維持される。本発明による方法によれば、この既知の圧延工程は、追加された形状圧延位相ＰＦを有し、そこにおいて少なくとも圧延力Ｆｕは一時的に、即ち、好適にはベルト１０の１回転の間、最大でも少数の回転の間、増大される。この位相において、圧延力Ｆｕのレベルは、主圧延位相ＨＦ中に使用されるレベルよりも低いことが好ましく、特に、仕上げ圧延位相ＵＦ及び主圧延位相ＨＦのそれぞれにおいて付勢される圧延力Ｆｕの１つの平均値であることが好ましい。またこのＰＦ位相においては、主圧延位相ＨＦと比較してより低い１つの回転速度ｒｐｍで圧延されることが望ましい。

図５において、比較のため、既知の圧延工程が破線として図示される。そこにおいては、仕上げ圧延位相ＵＦの最後で圧延力Ｆｕ及び回転速度ｒｐｍの双方はゼロに低減される。

本発明は、上記で記載されたものに追加して、図面中における、少なくともそれらが当業者によって直ちにかつ疑いなく識別され得る、全ての細目にも関し、そして特許請求の範囲の記載に関している。

本発明に基づく圧延工程の全体を示し、関連する圧延装置の内部を示す図である。 表面形状を有する圧延されたベルトの斜視図と断面図である。 本発明に基づく方法で使用可能な１つの形状ロールの一例を示す図である。 本発明に基づく方法に対する形状ロールの別の１例を示す図である。 使用される回転速度及び圧延力を示す、本発明に基づく方法の１つによる、圧延位相を図示するグラフである。

１ 第１測定モジュール
２ 圧延モジュール
３ 第２測定モジュール
６ 支持ロール
７ 形状ロール（第１支持ロール）
１０ ベルト
１１ 圧延ロール
５０ ベルトの表面形状
６０ 形状ロール（第１支持ロール）７の表面形状

Claims (5)

1. プッシュ・ベルト用に意図された、表面形状（５０）を具備する無端金属ベルト（１０）を形成する方法であって、
   前記ベルト（１０）は、
   第１工程において未圧延の状態で少なくとも２つの回転自在の支持ロール（６，７）にわたって嵌合され、
   第２工程において、前記支持ロールの内の１つ（７）と前記支持ロールの内の１つ（７）に対向して配置される１つの回転自在の圧延ロール（１１）の間に位置決めされ、
   第３工程（ＨＦ，ＵＦ）において前記ベルト（１０）の多数の回転の間、前記支持ロールの内の１つ（７）と前記圧延ロール（１１）の間で与えられる圧延力（Ｆｕ）を受け、
   ここにおいて少なくとも前記支持ロールの内の１つ（７）に表面形状（６０）が具備されている方法において、
   第４工程（ＰＦ）において、前記圧延力（Ｆｕ）が、前記ベルト（１０）に対し前記第３工程（ＨＦ，ＵＦ）の終わりに与えられる力のレベルと比較して、少なくとも１回転の間は増強され、
   前記第３工程段階（ＨＦ，ＵＦ）が、相対的に高い圧延力（Ｆｕ）が用いられる主圧延位相（ＨＦ）と、相対的に低い圧延力（Ｆｕ）が付勢される前記主圧延位相（ＨＦ）の後の仕上げ圧延位相（ＵＦ）とを含み、前記第４工程（ＰＦ）における圧延力（Ｆｕ）のレベルが、前記主圧延位相（ＨＦ）及び前記仕上げ圧延位相（ＵＦ）における各圧延力のレベルの間の値である、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記支持ロールの内の１つ（７）の前記表面形状（６０）が、複数の独立した溝部位（６２）または隆起した山部位の、不規則的で、特に無作為のパターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記支持ロールの内の１つ（７）の前記表面形状（６０）が、複数の連続する溝（６１）の規則的なパターンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記ベルト（１０）が前記第４工程（ＰＦ）で回転させられる速度が、前記第３工程（ＨＦ，ＵＦ）での前記ベルトの最大回転速度よりも遅く、前記第４工程（ＰＦ）において前記ベルト（１０）が完全に１回転をすることを特徴とする、請求項１−３のいずれかに記載の方法。
5. プッシュ・ベルト用に意図された、表面形状（５０）を具備する無端金属ベルト（１０）を形成する方法であって、
   前記ベルト（１０）は、
   第１工程において未圧延の状態で少なくとも２つの回転自在の支持ロール（６，７）にわたって嵌合され、
   第２工程において、前記支持ロールの内の１つ（７）と前記支持ロールの内の１つ（７）に対向して配置される１つの回転自在の圧延ロール（１１）の間に位置決めされ、
   第３工程（ＨＦ，ＵＦ）において前記ベルト（１０）の多数の回転の間、前記支持ロールの内の１つ（７）と前記圧延ロール（１１）の間で与えられる圧延力（Ｆｕ）を受け、
   ここにおいて少なくとも前記支持ロールの内の１つ（７）に表面形状（６０）が具備されている方法において、
   前記支持ロールの内の１つ（７）の前記表面形状（６０）が、複数の独立した溝部位（６２）または隆起した山部位の、不規則的なパターンを含むことを特徴とする方法。

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