JP5855125B2 - リングの側面を処理する方法及びそれを実施するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、第１に、とりわけ請求項１の前文に記載されているような、金属リングを加工する方法に関する。さらに、本発明は、上記金属リングから形成される、連続的な又は環状の金属バンドに関する。

このような環状の金属バンドは、無段変速機用の駆動ベルトにおけるその使用から公知にされている。駆動ベルトは、一般的に、２組の、互いに同心的に積層された配置の複数の環状の金属バンドと、複数の板状の横方向エレメントとを備える。この横方向エレメントは、上記配置の上に摺動自在に取り付けられ、その周に沿って実質的に連続的な列を形成している。この形式の駆動ベルトとその中で使用される環状の金属バンドとは、例えば本出願人の名義による欧州特許出願公開第０１８１６７０号明細書から一般的に公知にされている。

これまでは、この形式の環状の金属バンドは、少なくとも産業規模では、シート形態の母材から形成された金属筒からリング区分を切断し、続いて、所望の半径方向厚さと接線方向又は周方向長さとを有する環状の金属バンドを圧延工程によって製造するために上記金属を塑性変形し、選択的に、前工程及び／又は後工程において、上記金属に対し１回又は複数回の熱処理を行うことによって形成されている。

圧延の前、金属リングは、例えば石材転摩又は縁部溶融など、縁部のバリ取り及び成形を組み合わせた工程にさらされる。この工程で、少なくとも金属リングの縁部、しかし一般的にはその軸方向又は横方向の側面の全体が、概ね滑らかに湾曲した転移表面に形成される。縁部を溶融するという後者の工程の基本原理は、本出願人による欧州特許出願公開第１９３９４８８号明細書に記載されている。

しかしながら、（最終製品である）環状の金属バンドの全生産工程内において上記のような縁部を溶融する工程を適用するとき、それによって形成された幾つかのバンドは、表面欠陥を示す。この表面欠陥は、即ちその大きさ及び／又は形状に依存して、その疲労強度にマイナスの影響を与える。当然、疲労強度に対するこのよう材料特性は、現行の駆動ベルトに環状の金属ベルトを適用するための、最もではないにせよ、とても重要なパラメータとして公知にされている。

したがって、本発明の目的は、金属リングの縁部を溶融する段階を含む方法によって加工される際、環状の金属バンドの表面仕上げを改善することである。

本発明によれば、このような目的は、下述する請求項１及び／又は請求項２の特徴部に記載の追加的な工程段階を適用することによって達成される。

本発明は、高品質な転移表面を有する最終製品としての環状の金属バンドを提供することができるという点で縁部を溶融する工程段階は有利であるが、幾つかのケースではまだ表面欠陥が形成され得る、という実態に基づくものである。駆動ベルトの一部として最終製品の環状の金属バンドをトランスミッションで使用している間、金属リングを圧延する工程段階の後工程において悪化し得る表面欠陥の場所において、疲労破壊が最初に発生し得る。明らかに、このような破壊は、駆動ベルトにおける不所望な早期故障を誘発し得る。

本発明の第１実施形態において、縁部を溶融する工程の前工程が、縁部を洗浄する工程となる。この洗浄工程において、異物の大部分が金属リングの表面から除去される。結果として、縁部を溶融する工程で形成される表面欠陥は、全くなくなるか又は少なくとも殆どなくなるということが断定される。有利には、金属リングは、ドライアイス又は凍結された二酸化炭素を用いて処理することによって洗浄される。この洗浄工程は、非常に良好な洗浄結果を提供することが見出されている。また、この洗浄工程は、有利には、水及び／又は化学溶剤を必要とせず、さらに有利には、金属リングの表面に、ドライアイスを搬送且つ提供するために圧縮空気が使用される。特に、金属リングは、ドライアイスを用いて局所的にのみ、即ちその側面においてのみ処理される。

当然、より多くの洗浄方法が技術的に公知にされていて、これらの洗浄方法は、本発明の上述の第１実施形態に適用するのに、同様に（原理的には）適切である。

本発明の第２実施形態において、縁部を溶融する工程の後工程が、縁部を焼き鈍しする工程となる。この焼き鈍し工程において、少なくともリングの縁部における金属は、表面欠陥によってもたらされる内部応力の大部分を除去するために再結晶化される。結果として、最終製品としての環状の金属バンドの疲労強度に関するこれら表面欠陥の有害な効果は、大幅に緩和される。有利には、リングの金属は、上記再結晶化のために、誘導加熱される。より有利には、電気的に励起された針金コイルが、上記誘導加熱のために使用される。

当然、より多くの焼き鈍し方法が技術的に公知にされていて、これらの焼き鈍し方法は、本発明の上述の第２実施形態に適用するのに、同様に（原理的には）適切である。

本発明の第３実施形態において、本発明に関して最善の結果を実現するために、縁部を溶融する工程の前工程が上述した縁部を洗浄する工程であるとともに、縁部を溶融する工程の後工程が上述した縁部を焼き鈍しする工程である。

本発明はまた、本発明による上記工程を実行するための装置に関する。

本発明は、下記の実施例に基づいて、より詳細に説明される。

無段変速機用の公知の駆動ベルトの一部を示す概略図である。 板状の母材から駆動ベルトの環状の金属リングを製造するための、公知の連続する工程段階を示す図である。 縁部を溶融する工程段階を実行するためのごく基本的な装置の概略側面図である。 無段変速機の駆動ベルトに使用される縁部を溶融する工程によって製造された環状の金属バンドの横断面の写真である。 本発明の第１実施形態の概略図である。 本発明の第２実施形態の概略図である。 本発明の第３実施形態の概略図である。 本発明の範囲に属する工程段階を実行するためのごく基本的な装置の概略側面図である。

図１に部分的に概略的に示された公知の駆動ベルト３は、２つの組３１の、互いに内外に嵌め合わされた環状の金属バンド３２と、幾つかの独立した金属製の横方向エレメント３３とを備える。この横方向エレメント３３は、その両側方に凹部３４をそれぞれ備える。バンド組３１は、上記凹部３４内に設けられる。公知の駆動ベルト３において、横方向エレメント３３は、バンド組３１の円周全体に亘っているとともにその円周全体を実質的に連続的に埋める列を形成する。変速機での使用中、駆動ベルト３は２つの変速機プーリ間で保持される。それによって、ベルト３のバンド組３１は引っ張られる。その結果、横方向エレメント３２の列は、バンド組３１によってガイドされながら、一方のプーリから他方のプーリに駆動力を伝達することができる。さらに使用中、駆動ベルト３は回転し、それによって駆動ベルト３のバンド組３１のバンド３２も回転し、その回転によって、バンド３２は、振動曲げ及び引張応力にさらされている。結果として、バンド３２の疲労強度は、一般的に、変速機の所定の使用における駆動ベルト３の耐用年数を決める。

図２は、環状の金属バンド３２を形成するための一般的な製造工程における主たる段階を図式的に示す。第１工程段階Ｉにおいて、０．２５０ｍｍから０．５００ｍｍの厚さを有する母材を事前に切断した板１１が円筒形状に曲げられる。開放円筒又は筒１３を形成するための第２工程段階ＩＩにおいて、接触している板縁部１２が一体に溶接される。工程の第３段階ＩＩＩにおいて、筒１３は、工業用オーブン又は加熱炉１６内で焼き鈍しされる。その後、第４工程段階ＩＶにおいて、筒１３は、複数の金属リング１４に切断される。第５工程段階Ｖにおいて、金属リング１４の側面１５は、照射によって溶融され、それによってこれらの側面１５を再形成している。その後、第６工程段階ＶＩにおいて、金属リング１４は、その厚さを０．２５０ｍｍ未満、一般的には約０．１８５ｍｍに減じながら引き延ばすために圧延される。圧延後のリング１４を、環状の金属バンド３２又は略してバンド３２と呼ぶ。

その後、バンド３２は、６００℃よりも大幅に高い温度、例えば約８００℃で回復及び再結晶することによって、前述の圧延工程（即ち第６段階ＶＩ）によって生じる加工硬化を除去するための追加的な焼き鈍し工程段階又はバンド焼き鈍し工程段階にさらされる。その後、第８工程段階ＶＩＩＩにおいて、バンド３２は調整される。即ち、バンド３２は、２つの回転するローラ周りに取り付けられ、ローラを離間するように力を加えることによって予め規定された円周長さに伸張される。この第８工程段階ＶＩＩＩでは、内部応力分布もバンド３２に与えられる。その後、バンド３２は、２つの別々の工程段階で熱処理される。即ち、第９工程段階ＩＸでは、エージング（時効）又は全体の析出硬化が行われ、第１０工程段階Ｘでは、窒化処理又は表面硬化が行われる。より詳細には、上記両方の熱処理は、プロセスガスが供給されるバンド３２を加熱することを含んでいる。このプロセスガスは、一般的には、窒素と、リングをエージングするための数体積％例えば約５体積％の水素と、リングを窒化処理するための窒素及びアンモニアとから構成されている。両方の熱処理は、一般的に、４００℃から５００℃の温度範囲内で生じ、且つバンド３２に使用される金属（即ち、一般的にはマレージング合金鋼）とバンド３２に要求される機械的特性とに依存して、各々、３０分未満から１２０分超までの間持続することができる。

最終的に、最後に示された第１１工程段階ＸＩにおける図３に更に示されるように、このようにして加工された複数のバンド３２を積層したバンド組３１は、複数のバンド３２を半径方向に積層、即ち組み込むことで形成される。一つバンド３２が別のバンド３２の周囲にぴったり装着することができるように、バンド組３１のバンド３２は、有利に寸法決めされる必要があることは明白であり、例えば周方向長さにおいて僅かに異なっている必要がある。この目的を達成するために、バンド組３１のバンド３２は、一般的には、寸法が異なるバンド３２のストックから目的に合致するように選択される。

図３において、縁部を溶融する工程段階Ｖを実行するのに適している典型的な基本的な装置が、概略的に示されている。この装置は、レーザ６３の形態の照射源を有する。この照射源は、作業台６０上に位置するリング１４の一方の側面１５に対面して、即ち照準を定めて取り付けられている。作業台６０は、電気モータ６２によって回転可能である。工程の間、即ち、縁部を溶融する工程段階Ｖを実施するとき、レーザ６３は、リング材の融点を超えてリング材を局所的に加熱するように、金属リング１４を局所的に照射する。同時に、モータ６２はリング１４をゆっくり回転するように作動し、それによって、金属リング１４の各々の側面１５の全周に亘るまで、側面１５の全体にレーザ６３のレーザ光線が通過するので、側面１５の全体は、一時的に照射され且つ溶融される。択一的に、レーザ６３は、リング１４の側面１５の輪郭を追従することが出来るように、リング１４に対して移動可能である。その後、金属リング１４は裏返しにされて、その反対側の面が同じようにして加工される。択一的に、装置は、金属リング１４の軸方向で互いに反対側にそれぞれ取り付けられた２つのレーザ６３を有していてもよい。それによって、リング１４の両方の側面１５を、同時に加工することができる。

縁部を溶融する工程段階Ｖにおいて、筒１３をリング１４に切断する前工程段階ＩＶの結果として生じるバリはなくなる。さらに、溶融金属の表面張力によって、金属リング１４の側面１５は滑らかに湾曲した表面に形成される。図４は、そのようにして加工されたリング１４の側面部分を、金属の微細構造を示している写実的な横断面図で提供する。図４の横断面において、溶融したリング材の第１領域又は外側領域ＭＺと、リング材において熱の影響を受けた第２中間領域ＨＡＺとの両方が認識できる。縁部を溶融する工程によって得ることができる、金属リング１４の側面１５における滑らかに凸形に湾曲したほぼ半円形状は、駆動ベルト３において望まれる使用に関連して非常に好ましいとされるように、有利に高い疲労強度を有する金属バンド３２の最終製品を形成することを可能にする。

本発明によれば、縁部を溶融する工程段階Ｖにおいて一時的に溶融されるときにリング材内に異物が混入することを回避すること、又は少なくとも混入した異物による不都合な効果を緩和することが、非常に望まれている。特に、それによって、（最終製品としての）環状の金属バンド３２の疲労強度は大幅に改善される。さらに詳細には、本発明は、環状の金属バンド３２を形成するための、上述の全製造工程に含ませるべき新しい工程段階を提供する。

図５に示される本発明の第１実施形態において、縁部を溶融する工程段階Ｖの前工程が、縁部を洗浄する工程段階Ｖ−ａである。この場合、ドライアイス又は凍結された二酸化炭素が、ノズル７０を通過する圧縮された空気を使用してリング１４の側面１５上に吹き付けられる。したがって、その上に存在し得る異物は、少なくとも大部分が除去される。結果として、後に続く縁部を溶融する工程段階Ｖにおいて、金属リング１４内に混入される異物はなくなるか、又は少なくとも大幅に少なくなる。

図６に示される本発明の第２実施形態において、縁部を溶融する工程段階Ｖの後工程が、加熱炉１６内でリング１４の側面１５含む少なくとも縁部を焼き鈍しすることによって、縁部を焼き鈍しする工程段階Ｖ−ｂである。

図７に示され、上述の第１又は第２実施形態よりも良好な結果を得るための、本発明の第３実施形態において、縁部を溶融する工程段階Ｖの前工程が縁部を洗浄する工程段階Ｖ−ａであるとともに、縁部を溶融する工程段階Ｖの後工程が縁部を焼き鈍しする工程段階Ｖ−ｂである。

縁部を洗浄する且つ／又は縁部を焼き鈍しする新しい工程段階Ｖ−ａ、Ｖ−ｂの一方又は両方は、図８に概略的に示されるように、有利には縁部を溶融する装置に、即ち縁部を溶融する工程段階Ｖを実行する装置に組み込まれることができる。図３に示される縁部を溶融する装置から出発して、ドライアイス用ノズル７０がこの装置に取り付けられ、有利には、作業台６０及びレーザ６３の間の相対回転方向で見てレーザ６３のすぐ前に配置されており、及び／又は電気的に励起された針金コイル７１がこの装置に取り付けられ、有利には、作業台６０及びレーザ６３の間の相対回転方向で見てレーザ６３のすぐ後ろに配置されている（図３において、コイル７１の配置はレーザ６の反対側である）。交流電流によってこのようなコイル７１を起動することによって、リング１４の材料は、縁部を焼き鈍しする工程段階Ｖ−ｂを実行するために、局所的に誘導加熱される。

３ 駆動ベルト
１１ 板
１２ 板縁部
１３ 筒
１４ 金属リング
１５ 側面
１６ 加熱炉
３１ 金属バンドの組
３２ 金属バンド
３３ 横方向エレメント
３４ 凹部
６０ 作業台
６２ 電気モータ
６３ レーザ
７０ ノズル
７１ 針金コイル
ＭＺ 溶融した外側領域
ＨＡＺ 熱の影響を受けた中間領域

Claims (9)

1. 金属リング（１４）の全周が漸進的に溶融され再凝固することが可能になるまで、略半径方向を向いた側面（１５）の一部を少なくとも含む、前記リング（１４）の側方縁部を一時的に溶融することによって、前記リング（１４）の前記側面（１５）を処理する方法であって、
   前記リング（１４）の前記側方縁部を溶融する前に、少なくとも前記側面（１５）の前記部分は洗浄され、
   前記リング（１４）の前記側方縁部に含まれる前記側面（１５）の前記部分は、圧縮空気によって搬送され且つ提供される凍結した二酸化炭素を使用して洗浄されることを特徴とする処理する方法。
2. 前記側面（１５）の前記部分の洗浄は、前記リング（１４）の前記側方縁部を溶融する前に実施されるが、前記溶融が実施される前のあらゆる他の工程段階の後に実施されることを特徴とする、請求項１記載の処理する方法。
3. 金属リング（１４）の全周が漸進的に溶融され再凝固することが可能になるまで、略半径方向を向いた側面（１５）の一部を少なくとも含む、前記リング（１４）の側方縁部を一時的に溶融することによって、前記リング（１４）の前記側面（１５）を処理する方法であって、
   前記リング（１４）の全周の凝固後であって、その後の工程において圧延される前に、少なくとも前記リング（１４）の前記側方縁部は焼き鈍しされることを特徴とする処理する方法。
4. 前記リング（１４）の前記側方縁部は、誘導加熱によって焼き鈍しされることを特徴とする、請求項３記載の処理する方法。
5. 前記誘導加熱は、前記リング（１４）が交流電流によって励起された針金コイルを通過することによって実施されることを特徴とする、請求項４記載の処理する方法。
6. 金属リング（１４）の全周が漸進的に溶融され再凝固することが可能になるまで、略半径方向を向いた側面（１５）の一部を少なくとも含む、前記リング（１４）の側方縁部を一時的に溶融することによって、前記リング（１４）の前記側面（１５）を処理する方法であって、
   前記リング（１４）の前記側方縁部を溶融する前に、前記リング（１４）の前記側方縁部に含まれる少なくとも前記側面（１５）の前記部分は洗浄され、
   前記リング（１４）の全周の凝固後であって、その後の工程において圧延される前に、少なくとも前記リング（１４）の前記側方縁部は焼き鈍しされることを特徴とする処理する方法。
7. 請求項１又は２記載の処理する方法を実施するための装置であって、
   前記金属リング（１４）が載置される作業台（６０）と、
   前記側面（１５）の前記部分を含む前記リング（１４）の前記側方縁部を溶融するために、前記作業台（６０）に対面している照射源（６３）と、を有する装置において、
   前記側面（１５）上に洗浄媒体を噴霧するためのノズル（７０）を有することを特徴とする装置。
8. 請求項３、４、又は５記載の処理する方法を実施するための装置であって、
   前記金属リング（１４）が載置される作業台（６０）と、
   前記側面（１５）の前記部分を含む前記リング（１４）の前記側方縁部を溶融するために、前記作業台（６０）に対面している照射源（６３）と、を有する装置において、
   前記リング（１４）を誘導加熱するための、電気的に励起された針金コイル（７１）を有することを特徴とする装置。
9. 請求項６記載の処理する方法を実施するための装置であって、
   前記金属リング（１４）が載置される作業台（６０）と、
   前記側面（１５）の前記部分を含む前記リング（１４）の前記側方縁部を溶融するために、前記作業台（６０）に対面している照射源（６３）と、を有する装置において、
   前記側面（１５）上に洗浄物質を噴霧するためのノズル（７０）と、
   前記リング（１４）を誘導加熱するための、電気的に励起された針金コイル（７１）と、を有することを特徴とする装置。

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