JP5057271B2

JP5057271B2 - 金属リングの製造方法

Info

Publication number: JP5057271B2
Application number: JP2007190144A
Authority: JP
Inventors: 良晴渡部; 誠一嶺岸; 英明青山; 徹矢ヶ崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-07-20
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-07-20
Also published as: JP2009022990A

Description

本発明は、マルエージング鋼からなり無段変速機用ベルトに用いられる薄板状無端金属リングの製造方法に関する。

無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達に用いられる無段変速機用ベルトは、複数の薄板状無端金属リングを相互に積層することにより形成された金属リング積層体により、環状に積層配列された複数の金属エレメントを一体に結束したものである。各金属リングは、径方向に相互に積層可能とするために、少しずつ周長が異なるように形成されている。

この種の金属リング積層体は、次のようにして製造される。まず、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して筒状のドラムを形成する。次に、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の溶体化処理を施す。次に、第１の溶体化処理が施されたドラムを所定の幅に裁断し、圧延することにより、所望の周長を有する金属リングを形成する。この所望の周長とは、複数の金属リングを径方向に相互に積層可能とさせるための周長の設計値であり、積層される順番に従って少しずつ異なる周長に設定されている。

次に、圧延された金属リングに対して、圧延により変形した金属組織の形状を復元するために、第２の溶体化処理を施す。しかし、第２の溶体化処理が施された金属リングの周長は所望の周長と一致しなくなっているので、周長補正処理により所望の周長に補正する。従って、この周長補正処理は、前記金属リング積層体を形成する際に、複数の前記金属リングを相互に干渉させることなく積層するためには極めて重要である。

次に、周長補正された金属リングに時効処理及び窒化処理を施すことにより、該金属リングに所要の硬度を付与する。次に、以上により形成された周長が少しずつ異なる複数の金属リングを径方向に相互に積層することにより、金属リング積層体が形成される。

前記周長補正処理は、例えば下記特許文献１に記載された金属リング周長補正装置により行われる。この金属リング周長補正装置は、第２の溶体化処理が施された金属リングが掛け回される駆動ローラ及び従動ローラと、該金属リングを延引する矯正ローラとを備える。駆動ローラ及び従動ローラは、相対的に近接した状態で前記金属リングを掛け回し可能であり、相対的に離間する方向、例えば水平方向に変位可能となっている。また、矯正ローラは、駆動ローラ及び従動ローラの間の位置であって且つ駆動ローラ及び従動ローラに掛け回された金属リングの内方に設けられ、駆動ローラ及び従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向、例えば垂直上方向に変位可能となっている。

前記金属リング周長補正装置により前記周長補正処理を行うときには、まず、駆動ローラ及び従動ローラを相対的に近接させた状態で、該駆動ローラ及び該従動ローラに第２の溶体化処理が施された金属リングを掛け回す。次に、駆動ローラと従動ローラとを相対的に離間させて所定の間隔に保持することにより金属リングを緊張させる。次に、金属リングを緊張させた状態で矯正ローラを垂直上方向に変位させることにより、金属リングは延伸され、所望の周長に補正される。

ところで、前記金属リングは、複数の該金属リングが径方向に相互に積層されて金属リング積層体が形成された際に積層状態の保持を容易にするために、外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる円弧形状であることが望ましい。

そこで、矯正ローラの外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる円弧形状となっている金属リング周長補正装置を用いることが考えられる。この金属リング周長補正装置により前記周長補正処理を行うときには、矯正ローラを前記垂直上方向に変位させて金属リングを引っ張り延伸させることにより、金属リングの周長が補正されるとともに該金属リングの外周面に上記円弧形状が付与されると予想される。

しかしながら、この金属リング周長補正装置では、金属リングに所望の円弧形状を付与することができないことがあるので、周長補正と円弧形状付与との両方を確実に行うことができる金属リング周長補正方法及びその装置が望まれる。
特開平１１−２９０９７１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、マルエージング鋼からなり無段変速機用ベルトに用いられる薄板状無端金属リングの周長補正と円弧形状付与とを一挙動で確実に行うことができる金属リングの製造方法を提供することを目的とする。

本願発明者は、上記金属リング周長補正装置において金属リングに所望の円弧形状を付与することができない原因について鋭意検討した結果、金属リング周長補正装置による円弧形状付与には、矯正ローラの外周面形状よりも直径の寄与が大きいこと、さらに、矯正ローラは特定の範囲の直径を備える必要があることを見出した。

そこで、上記目的を達成するために、本発明の金属リングの製造方法は、マルエージング鋼からなり無段変速機用ベルトに用いられる薄板状無端金属リングの製造方法において、マルエージング鋼からなる薄板の端部同士を溶接することにより筒状のドラムを形成するドラム形成工程と、前記ドラムを、真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより溶体化処理を施す第１の溶体化処理工程と、第１の溶体化処理工程で溶体化されたドラムを、所定の幅に裁断し、圧下率４０〜５０％で圧延することにより、所望の周長を有する金属リングを形成する圧延工程と、該圧延工程で得られた金属リングを、真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより溶体化処理を施す第２の溶体化処理工程と、相対的に近接した状態で金属リングを掛け回し可能であり、相対的に離間する方向に変位可能な駆動ローラ及び従動ローラを相対的に近接した状態で、前記第２の溶体化処理工程で得られた金属リングを掛け回し、該駆動ローラ及び該従動ローラを相対的に離間する方向へ変位させ、前記駆動ローラ及び前記従動ローラの間の位置であって且つ該駆動ローラ及び該従動ローラに掛け回された金属リングの内方に設けられ、円筒状であるか、又は外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状に形成されていて、１５〜３０ｍｍの範囲の直径を備える矯正ローラを、該駆動ローラ及び該従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向に変位させ、該金属リングを引っ張り延伸させることにより、該金属リングの周長を補正すると同時に、該金属リングの外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状を付与する周長補正工程と、周長が補正されるとともに円弧形状が付与された金属リングを、真空炉内で４００〜５００℃の温度に２〜３時間保持することにより時効処理を施す時効処理工程と、
該時効処理された金属リングを、アンモニアガスを含む不活性ガス雰囲気下で４００〜５００℃の温度に０．５〜１０時間保持することにより窒化処理を施す窒化処理工程とを備えることを特徴とする。

本発明の製造方法によれば、まず、ドラム形成工程で溶接されたドラムに対して、第１の溶体化処理工程を前記条件で行うことにより、該ドラムを溶体化して溶接部の硬度と他の部分の硬度とを均質化する。次に、第１の溶体化処理工程で溶体化されたドラムに対して、圧延工程を前記条件で行うことにより、所定の幅及び所望の周長を有する金属リングを形成する。次に、第２の溶体化処理工程を前記条件で行うことにより、前記金属リングを溶体化して圧延により変形した金属組織の形状を復元させる。
このとき、ドラム形成工程、第１の溶体化処理工程、金属リング形成工程、及び第２の溶体化処理工程をそれぞれ前記条件で行うことにより、得られた金属リングは、次の周長補正工程において、所望の周長補正及び所望の円弧形状付与を確実に行うことができる。
次に、第２の溶体化処理工程で得られた金属リングを、相対的に近接した状態の前記駆動ローラ及び前記従動ローラに掛け廻し、該駆動ローラ及び該従動ローラを相対的に離間する方向へ変位させる。そして、前記矯正ローラを前記駆動ローラ及び前記従動ローラの変位方向と交差し且つ前記金属リングを延引する方向に変位させて該金属リングを引っ張り延伸させることにより、該金属リングを所望の周長に補正することができる。
このとき、前記矯正ローラが１５〜３０ｍｍの範囲の直径を備えていることにより、前記金属リングを所望の周長に補正すると同時に、該金属リングの外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる所望の円弧形状を付与することができる。すなわち、前記金属リングの周長補正と円弧形状付与とを一挙動で確実に行うことができる。前記矯正ローラは、円筒状であってもよく、外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状に形成されていてもよい。
次に、周長が補正されるとともに円弧形状が付与された金属リングに対して、時効処理工程を前記条件で行い、次いで、窒化処理工程を前記条件で行うことにより、所要の硬度を付与することができるとともに、補正された周長と付与された円弧形状とを確定することができる。
以上により、マルエージング鋼からなり無段変速機用ベルトに用いられる薄板状無端金属リングであって、周長が補正されるとともに円弧形状が付与された金属リングを得ることができる。得られた金属リングは、円弧形状が付与されているので、径方向に相互に積層されて金属リング積層体が形成された際に積層状態を容易に保持することができる。
また、得られた金属リングは、前記矯正ローラを前記方向に変位させて前記金属リングを延伸させたことにより、リング周方向の残留応力が付与されており、さらに、時効処理及び窒化処理が施されているので、無段変速機用ベルトが回転する際の該金属リングの耐疲労強度を向上することができる。

前記矯正ローラは、直径が小さいほど、前記金属リングの外周面に外周側への突出量が大きい円弧形状を付与することができ、直径が大きいほど、突出量が小さい円弧形状を付与することができる。そこで、本発明の製造方法においては、前記金属リングを引っ張り延伸させる動作は、１５〜３０ｍｍの範囲の直径を備える前記矯正ローラにより行われるので、前記金属リングの周長補正と円弧形状付与とを一挙動でより確実に行うことができる。

前記動作が１５ｍｍ未満の直径を備える前記矯正ローラにより行われる場合には、得られた円弧形状の外周側への突出量が過大となるので、複数の前記金属リングを径方向に相互に積層して形成された金属リング積層体により、環状に積層配列された複数の金属エレメントを一体に結束しようとする際に、該金属リング積層体が該金属エレメントに干渉して一体に結束することができないことがある。また、前記動作が３０ｍｍを超える直径を備える前記矯正ローラにより行われる場合には、前記突出量が過小となり、複数の前記金属リングを径方向に相互に積層する際に積層状態を保持することができなくなることがある。

なお、前記矯正ローラの直径が小さいほど、前記金属リングに大きな残留応力が付与され、直径が大きいほど、小さな残留応力が付与される。前記金属リングに適切な範囲の大きさのリング周方向の残留応力を付与することにより、前記金属リングが相互に積層されて形成された無段変速機用ベルトが回転する際、該金属リングの耐疲労強度を向上させることができる。しかし、前記矯正ローラの直径によっては、前記金属リングに過剰な残留応力が付与され、この過剰な残留応力により該金属リングの耐疲労強度が低下するおそれがあるので注意する必要がある。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は無段変速機用ベルトの一部を示す斜視図である。図２は本発明の実施形態の金属リング周長補正装置を模式的に示す説明図である。

図１示の無段変速機用ベルトＢは、複数の金属リングＷを相互に積層することにより形成された金属リング積層体Ｒにより、複数の金属エレメントＥからなる金属エレメント積層体を一体に結束したものである。この金属エレメント積層体は、一対の凹部を備える板状の金属エレメントＥを板厚方向に相互に積層することにより環状に積層配列されたものであり、金属エレメント積層体の凹部Ｅａに挿入された金属リング積層体Ｒを介して一体に結束されている。

金属リング積層体Ｒは、少しずつ周長が異なる複数の金属リングＷを径方向に相互に積層することにより形成される。金属リングＷは、マルエージング鋼からなる薄板状無端金属リングであって、外周面が幅方向に断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状Ｗａとなっている。これにより、複数の金属リングＷを積層して金属リング積層体Ｒが形成される際に、各金属リングＷの円弧形状Ｗａが互いに係合して積層状態が容易に保持される。

本実施形態では、この金属リングＷを次のようにして形成する。まず、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接することにより筒状のドラムを形成する。該ドラムは前記溶接時の熱により部分的に硬度が硬くなっているので、次に、該ドラムに第１の溶体化処理を施し、硬度を均質化させる。この第１の溶体化処理は、例えば、該ドラムを真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより行われる。

次に、第１の溶体化処理が施されたドラムを真空炉から搬出して所定の幅に裁断し、圧下率４０〜５０％で圧延することにより、所望の周長を有する金属リングＷが形成される。この所望の周長とは、複数の金属リングＷを径方向に相互に積層可能とさせるための周長の設計値であり、積層される順番に従って少しずつ異なる周長に設定されている。周長補正された金属リングＷは、前記圧延により金属組織の形状が変形しているので、次に、該金属リングＷに第２の溶体化処理を施し、圧延結晶を再結晶させ、前記圧延により変形した金属組織の形状を復元させる。この第２の溶体化処理は、例えば、該金属リングＷを真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより行われる。

第２の溶体化処理が施された金属リングＷの周長は所望の周長と一致しなくなっているので、次に、金属リングＷを真空炉から搬出し、周長を補正する。また、金属リングＷが金属リング積層体Ｒとして径方向に相互に積層された際の積層状態が容易に保持されるようにするために、金属リングＷの外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる円弧形状Ｗａを付与する。

そこで、本実施形態では、金属リングＷに対する周長補正と円弧形状付与とを図２（ａ）示の金属リング周長補正装置１により行う。

図２（ａ）示の金属リング周長補正装置１は、図１示の金属リング積層体Ｒを構成する金属リングＷの周長を補正するとともに、金属リングＷの外周面に円弧形状Ｗａを付与する装置である。金属リング周長補正装置１は、金属リングＷが掛け回される駆動ローラ２及び従動ローラ３と、金属リングＷを延引する矯正ローラ４とを備える。

駆動ローラ２及び従動ローラ３は、相対的に近接した状態で金属リングＷを掛け回し可能であり、相対的に離間する方向に変位可能となっている。駆動ローラ２は、モータ等の図示しない駆動手段により回転駆動自在に構成されている。また、従動ローラ３は、駆動ローラ２から離間する水平方向に変位自在となっている。

矯正ローラ４は、駆動ローラ２及び従動ローラ３の間の位置であって且つ駆動ローラ２及び従動ローラ３に掛け回された金属リングＷの内方に設けられている。また、矯正ローラ４は、駆動ローラ２及び従動ローラ３の変位方向（水平方向）と交差し且つ該金属リングＷを延引する垂直上方向に変位可能となっている。矯正ローラ４の直径Ｄは、変位したときに金属リングＷの外周面に円弧形状Ｗａを付与することができる範囲にあり、好ましくは１５〜３０ｍｍの範囲であり、例えば３０ｍｍとなっている。

なお、矯正ローラ４は円筒状であってもよいし、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である図２（ｂ）に示されるように、外周面４ａが幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状に形成されたものであってもよい。

次に、図２（ａ）を参照しながら金属リング周長補正装置１の作動について説明する。まず、従動ローラ３を水平方向に変位して駆動ローラ２に近接させた状態で、駆動ローラ２及び従動ローラ３に第２の溶体化処理が施された金属リングＷを掛け回す。次に、従動ローラ３を水平方向に変位して駆動ローラ２から離間させ、駆動ローラ２と従動ローラ３とを所定の間隔に保持することにより、金属リングＷを緊張させる。

次に、金属リングＷを緊張させた状態で、駆動ローラ２を回転駆動させることにより、金属リングＷは駆動ローラ２及び従動ローラ３を周回させられる。次に、金属リングＷを周回させた状態で、駆動ローラ２と従動ローラ３との軸間距離に基づいて金属リングＷの実際の周長を算出する。次に、金属リングＷの所望の周長と算出された金属リングＷの実際の周長との差を求め、この差から矯正ローラ４の変位量ｘを決定する。

次に、矯正ローラ４を垂直上方向に付勢する。これにより、金属リングＷは、矯正ローラ４に引っ張られて延伸され、塑性変形させられる。この結果、矯正ローラ４は、図２（ａ）に仮想線示する状態から、前記塑性変形に対応して次第に垂直上方向に変位する。

次に、矯正ローラ４の変位量が、金属リングＷの所望の周長と算出された金属リングＷの実際の周長との差により決定された変位量ｘに達したら、該変位量ｘを所定時間保持した後に矯正ローラ４を垂直下方向に変位させる。そして、矯正ローラ４が最初の位置に復帰したら、駆動ローラ２の回転駆動を停止させる。次に、従動ローラ３を駆動ローラ２に近接させることにより金属リングＷの緊張を緩める。次に、金属リングＷの緊張を緩めた状態で、駆動ローラ２及び従動ローラ３から金属リングＷを取り外し、作動を完了する。

本実施形態の金属リング周長補正装置１によれば、矯正ローラ４を変位量ｘだけ変位させて金属リングＷを延伸させることにより、金属リングＷを所望の周長に補正すると同時に、矯正ローラ４が例えば３０ｍｍの直径Ｄを備えていることにより、金属リングＷの外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる所望の円弧形状Ｗａを付与することができる。すなわち、金属リングＷの周長補正と円弧形状付与とを一挙動で確実に行うことができる。また、前記矯正ローラを前記方向に変位させて前記金属リングを引っ張り延伸させる際、該金属リングに適切な範囲の大きさのリング周方向の残留応力が付与される。

次に、金属リング周長補正装置１により所望の周長に補正され且つ所望の円弧形状が付与された金属リングＷに対して、時効処理及び窒化処理を施すことにより所要の硬度を付与する。時効処理は、例えば、該金属リングＷを真空炉内で４００〜５００℃の温度に２〜３時間保持することにより行われる。また、窒化処理は、例えば、時効処理が施された金属リングＷを、アンモニアガスを含む不活性ガス雰囲気下で４００〜５００℃の温度に０．５〜１０時間保持することにより行われる。

以上により形成された金属リングＷは、金属リング周長補正装置１により外周面に所望の円弧形状Ｗａが付与されているので、周長が少しずつ異なる複数の金属リングＷを径方向に相互に積層して金属リング積層体Ｒが形成される際に、この円弧形状Ｗａが互いに係合して金属リングＷの積層状態を容易に保持することができるようになる。

無段変速機用ベルトの一部を示す斜視図。本発明の実施形態の金属リング周長補正装置を模式的に示す説明図。

符号の説明

１…金属リング周長補正装置、２…駆動ローラ、３…従動ローラ、４…矯正ローラ、Ｄ…矯正ローラの直径、Ｂ…無段変速機用ベルト、Ｗ…金属リング。

Claims

マルエージング鋼からなり無段変速機用ベルトに用いられる薄板状無端金属リングの製造方法において、
マルエージング鋼からなる薄板の端部同士を溶接することにより筒状のドラムを形成するドラム形成工程と、
前記ドラムを、真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより溶体化処理を施す第１の溶体化処理工程と、
第１の溶体化処理工程で溶体化されたドラムを、所定の幅に裁断し、圧下率４０〜５０％で圧延することにより、所望の周長を有する金属リングを形成する圧延工程と、
該圧延工程で得られた金属リングを、真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより溶体化処理を施す第２の溶体化処理工程と、
相対的に近接した状態で金属リングを掛け回し可能であり、相対的に離間する方向に変位可能な駆動ローラ及び従動ローラを相対的に近接した状態で、前記第２の溶体化処理工程で得られた金属リングを掛け回し、該駆動ローラ及び該従動ローラを相対的に離間する方向へ変位させ、前記駆動ローラ及び前記従動ローラの間の位置であって且つ該駆動ローラ及び該従動ローラに掛け回された金属リングの内方に設けられ、円筒状であるか、又は外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状に形成されていて、１５〜３０ｍｍの範囲の直径を備える矯正ローラを、該駆動ローラ及び該従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向に変位させ、該金属リングを引っ張り延伸させることにより、該金属リングの周長を補正すると同時に、該金属リングの外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状を付与する周長補正工程と、
周長が補正されるとともに円弧形状が付与された金属リングを、真空炉内で４００〜５００℃の温度に２〜３時間保持することにより時効処理を施す時効処理工程と、
該時効処理された金属リングを、アンモニアガスを含む不活性ガス雰囲気下で４００〜５００℃の温度に０．５〜１０時間保持することにより窒化処理を施す窒化処理工程とを備えることを特徴とする金属リングの製造方法。