JP7179615B2 - Method for austenitizing and/or carburizing steel transverse elements for drive belts for continuously variable transmissions - Google Patents
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Description
本開示は、鋼製の横断要素(transverse elements)の製造方法、特に、そのバッチ式熱処理方法に関し、この横断要素は、駆動ベルトのエンドレスキャリヤ、すなわちリング状キャリヤの周囲を充填する本質的に連続した列として該駆動ベルトに適用される。一般に適用されるこれらの横断要素および駆動ベルトならびに連続可変トランスミッションは、当該技術分野において周知であり、例えば、欧州特許出願公開第0626526号明細書および欧州特許出願公開第1167829号明細書のそれぞれから知られている。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a method for manufacturing transverse elements made of steel, and in particular to a batch heat treatment method thereof, the transverse elements being essentially continuous for filling around an endless carrier, i.e. a ring-shaped carrier, of a drive belt. applied to the drive belt as a series of rows. These commonly applied transverse elements and drive belts and continuously variable transmissions are well known in the art, for example from EP-A-0626526 and EP-A-1167829, respectively. It is
トランスミッションにおいて、駆動ベルトの横断要素は2つのプーリと摩擦接触し、第1の横断要素が第2の隣接する横断要素に押す力を加え、この第2の横断要素が第3の横断要素に接触してそのような押す力を加える(以下同様とする)ことによって1つのトランスミッションプーリから駆動力を伝達することができる。駆動ベルトのエンドレスキャリヤは、横断要素を前記プーリの周りおよび中間にそれらの軌道において拘束および案内するのに主に役立つ。一般にエンドレス引張要素は、多数の相互に入れ子になった、すなわち半径方向に積み重ねられた二組の可撓性金属リングからなる。一般に各横断要素はまた、それぞれの横断要素のそれぞれの側方部に向かってそれぞれ開口し、二組のリングのうちのそれぞれ1つの一部をそれぞれ収容する2つのスロットを画定する。その各側方部でも、横断要素にはその2つの接触面のうちのそれぞれ1つが設けられており、この接触面は、各トランスミッションプーリの互いに対向する2つの円錐形ディスク間に画定された角度に実質的に一致する角度で互いに配向される。 In the transmission, the transverse elements of the drive belt are in frictional contact with two pulleys, a first transverse element exerting a pushing force on a second adjacent transverse element, which in turn contacts a third transverse element. Driving force can be transmitted from one transmission pulley by applying such a pushing force (the same applies hereinafter). The endless carrier of the drive belt serves primarily to constrain and guide the transverse elements in their tracks around and between said pulleys. An endless tensile element generally consists of a number of mutually nested, ie, radially stacked, pairs of flexible metal rings. Generally each transverse element also defines two slots, each opening towards a respective lateral portion of the respective transverse element, each accommodating a portion of a respective one of the two sets of rings. On each of its lateral sides, too, the transverse element is provided with a respective one of its two contact surfaces, which contact surfaces define the angle defined between the two mutually opposite conical discs of each transmission pulley. are oriented to each other at an angle substantially coinciding with
公知の横断要素の設計は、運転中、すなわち駆動ベルトの回転中に、例えば、プーリのディスク間での横断要素の断続的な軸方向の圧縮、ならびに隣接する横断要素間で変動する押す力に起因して生じる応力レベルおよび応力振幅に関して大いに最適化される。横断要素の製造プロセスも、この目的のために大いに最適化される。例えば、横断要素は、エンドサーミックプロセスガス(「エンドガス(endogas)」)におけるオーステナイト化、油中での焼入れおよび空気中での焼戻しの3つの周知の段階を含む焼入れ硬化の熱処理によって硬化される。単一の駆動ベルトは既に数百の横断要素を含んでいるので、焼入れ硬化熱処理の最も実用的に適用可能および/または商業的に有効な配置が、横断要素のバルク加工用に提供されなければならない。実際には、欧州特許出願公開第1531284号明細書に記載されているように、数百から数千の横断要素が一緒に、すなわちバッチ式に熱処理され、このバッチは多層スタックまたはパイルにおいて熱処理バスケットに収容される。
Known transverse element designs are subject to intermittent axial compression of the transverse element, e.g. Highly optimized with respect to resulting stress levels and stress amplitudes. The manufacturing process of the transverse elements is also greatly optimized for this purpose. For example, the transverse elements are hardened by a heat treatment of quench hardening, which involves the three well-known stages of austenitizing in an endothermic process gas (“endogas”), quenching in oil, and tempering in air. Since a single drive belt already contains hundreds of transverse elements, the most practically applicable and/or commercially effective arrangement of quench hardening heat treatments must be provided for bulk processing of the transverse elements. not. In practice, as described in
この後者のタイプの処理の制限は、特にそれらの個々のハンドリングと比較して、一部の横断要素が、バッチにおける他の横断セグメントに対するそれらのそれぞれの位置に依存して、他のものとは異なる熱処理条件を受けることである。例えば、横断要素のパイルがオーブンチャンバに配置された場合、パイルの外側を構成するそれらの要素が、パイルの中央の要素よりもはるかに迅速に加熱されることになる。その結果、横断要素のいくつかの特性、例えば横断要素の接触面間の正確な角度、それらの平坦度またはそれらの正確な微細構造が、焼入れ硬化後にそれらの間でわずかに変化し得る。そのような幾何学的および冶金学的な変動は最小限のものにすぎず、実際には現在の技術的状況の中では許容可能であるが、プロセスおよび製品の一貫性を一般的なプロセス制御および製品品質の観点から最大化することが主に好ましい。 A limitation of this latter type of processing is that some transverse elements are different from others, depending on their respective positions relative to other transverse segments in the batch, especially compared to their individual handling. It is subject to different heat treatment conditions. For example, if a pile of transverse elements is placed in an oven chamber, those elements that make up the outside of the pile will heat up much more quickly than the elements in the middle of the pile. As a result, some properties of the transverse elements, such as the exact angle between their contact surfaces, their flatness or their exact microstructure, may change slightly between them after quench hardening. Although such geometric and metallurgical variations are minimal and, in practice, acceptable in the current state of technology, process and product consistency are subject to general process control. and is primarily preferred from a product quality standpoint.
本開示によれば、横断要素の焼入れ硬化熱処理のそのようなプロセスの一貫性および結果得られる製品の一貫性は、以下の請求項1で定義される公知の焼入れ硬化熱処理の改良によって有利には改善され得る。特に本開示によれば、オーステナイト化段階は、オーブンチャンバにおいて周囲圧力に対して減圧で行われる。特に本開示に従って、僅か10mbar以下の圧力がオーステナイト化段階で適用される。
According to the present disclosure, such process consistency and resulting product consistency of the transverse element quench hardening heat treatment is advantageously achieved by improvements to known quench hardening heat treatments as defined in
好ましくは、そのような低圧のオーステナイト化における残りのプロセス雰囲気は、天然ガス、プロパンまたはアセチレンなどの炭化水素ガスの供給によって作り出され、これはオーステナイト化に適用された温度で分解し、ひいては炭素源を供給して有利には横断要素の表面層を溶解炭素で富化する。これにより、横断要素の表面層の穏やかな浸炭が実現され、表面硬度および/または耐摩耗性などの、横断要素を駆動ベルトに適用した際の機械的特性のいくつかが、特に、大気圧下で窒素、水素および天然ガスの慣例的に適用されるプロセスガス混合物と比較して改善される。これに関する特に良好な結果がアセチレンを用いて得られた。 Preferably, the remaining process atmosphere in such low pressure austenitization is created by feeding a hydrocarbon gas such as natural gas, propane or acetylene, which decomposes at the temperature applied for austenitization and thus becomes a carbon source. to advantageously enrich the surface layer of the transverse elements with dissolved carbon. This results in a mild carburization of the surface layer of the transverse elements, and some of the mechanical properties of the transverse elements when applied to drive belts, such as surface hardness and/or wear resistance, are improved, especially under atmospheric pressure. is improved compared to the customarily applied process gas mixtures of nitrogen, hydrogen and natural gas. Particularly good results in this regard have been obtained with acetylene.
本開示による焼入れ硬化熱処理のより詳細な更なる実施形態では、プロセスガスの流れがオーステナイト化段階の間にオーブンチャンバに入れられる。同時に、プロセスガスをオーブンチャンバから圧送して、その中で前記減圧を維持することができる。本開示によれば、プロセスガスのそのような流れによって、プロセス雰囲気がオーステナイト化オーブンチャンバ全体にわたって良好に混ざり、かつ/または横断要素のスタックに、特に満足の行くように、少なくともそのような流れがない場合よりも改善された程度にまで浸透することが実現される。さらに、本開示によれば、プロセスガスは、オーブンチャンバに断続的に入れてもよく、例えば、10mbar以下で連続的にではなく、100mbarでそれぞれ短パルスにおいて入れることにより、前記浸透をさらに高めることができ、かつ/または横断要素の表面の所望の炭素富化を考慮して最適に制御することができる。 In a further more detailed embodiment of the quench hardening heat treatment according to the present disclosure, a flow of process gas is admitted into the oven chamber during the austenitizing step. At the same time, process gas can be pumped out of the oven chamber to maintain the reduced pressure therein. According to the present disclosure, such a flow of process gas provides good mixing of the process atmosphere throughout the austenitizing oven chamber and/or at least such flow is particularly satisfactory for the stack of transverse elements. An improved degree of penetration is achieved than without it. Further, according to the present disclosure, the process gas may enter the oven chamber intermittently, e.g., at 100 mbar each in short pulses rather than continuously at 10 mbar or less, to further enhance said penetration. and/or can be optimally controlled in view of the desired carbon enrichment of the surface of the transverse elements.
本開示に従った焼入れ硬化熱処理のオーステナイト化段階の上記の構成は、理想的には、ガス焼入れ、すなわちガス流によってオーステナイト化横断要素を冷却することと組み合わせられる。ガス焼入れ自体は工業的によく知られているが、個々のまたは少なくとも個々に配置されたワークピースを冷却/焼入れするためのものにすぎない。しかしながら、本開示によれば、相互に積み重ねられた横断セグメントと組み合わせてもガス焼入れが首尾よく適用された。特に本開示によれば、この点に関して、横断要素は積み重ねられてバスケットで輸送され、焼入れガスの流れは、バスケットの穴を通って(その後に)横断要素のスタックを通って重力方向に対して上向きにされる。より具体的には、焼入れガスの流れは、個々の横断要素が、それにより持ち上げられるが、それによって、横断要素がバスケットから吹き飛ばされることなく、横断要素の一部のみおよび/または瞬時にのみ持ち上げられるように制御される。このようにして、個々の横断要素の厚さの10倍の(スタック)高さを有する横断要素のスタックが首尾よく処理され、すなわち焼き入れされるが、そのようなスタック高さをさらに増大させること、例えば倍増させることが実現可能と思われる。 The above configuration of the austenitizing stage of the quench hardening heat treatment according to the present disclosure is ideally combined with gas quenching, ie cooling of the austenitizing transverse elements by gas flow. Gas quenching per se is well known in the industry, but only for cooling/quenching individual or at least individually arranged workpieces. However, according to the present disclosure, gas quenching has also been successfully applied in combination with mutually stacked transverse segments. In particular, according to the present disclosure, in this regard the transverse elements are stacked and transported in baskets, the flow of quenching gas being directed through the stack of transverse elements through the holes in the basket (and thereafter) against the direction of gravity. turned upwards. More specifically, the flow of quenching gas causes the individual transverse element to be lifted by it, but thereby only partially and /or instantaneously, without the transverse element being blown out of the basket. It is controlled so that it can only be lifted by In this way stacks of transverse elements having a (stack) height of ten times the thickness of the individual transverse elements are successfully treated, i.e. quenched, but further increasing such stack height It seems feasible to do so, for example to double.
新規の横断要素およびその提案された製造方法の上述した原理および特徴を、これから図面に沿って説明する。 The above-mentioned principles and features of the novel transverse element and its proposed manufacturing method will now be explained with reference to the drawings.
図1は、エンジンとその被駆動輪との間の自動車両の駆動ラインに一般に適用される公知の連続可変トランスミッションまたはCVTの中心部を示す。トランスミッションは、2つのプーリ1,2を有し、各プーリ1,2には、プーリシャフト6または7に取り付けられた一対の円錐形のプーリディスク4,5が設けられており、このプーリディスク4,5の間には、主にV字形の円周方向のプーリ溝が画定されている。プーリディスク4,5の各対の、すなわち各プーリ1,2の少なくとも1つのプーリディスク4は、それぞれのプーリ1,2のプーリシャフト6,7に沿って軸方向に移動可能である。駆動ベルト3は、プーリシャフト6,7の間で回転運動およびそれに伴うトルクを伝達するために、プーリ溝に配置された状態でプーリ1,2の周囲に巻き付けられている。
FIG. 1 shows the core of a known continuously variable transmission, or CVT, commonly applied in the driveline of motor vehicles between an engine and its driven wheels. The transmission has two
トランスミッションは、一般的に、(作動中に)各プーリ1,2の前記軸方向に移動可能なプーリディスク4に、そのプーリ1,2のそれぞれの他のプーリディスク5に対して向けられる軸方向に配向されたクランプ力を加えることで、プーリ1,2のこれらのディスク間に駆動ベルト3が挟持される作動手段も含む。これらのクランプ力は、駆動ベルト3とそれぞれのプーリ1,2との間の摩擦力を決定するだけでなく、各プーリ1,2におけるそのプーリディスク4,5間の駆動ベルト3の半径方向位置Rも決定し、この半径方向位置(R)は、そのプーリシャフト6,7間のトランスミッションの速度比を決定する。
The transmission generally provides (during operation) the axially
公知の駆動ベルト3の例を、図2でその円周方向に面したその横断面図においてより詳細に示している。駆動ベルト3は、二組の平坦で薄い、すなわちリボン状の可撓性金属リング44の形態のエンドレス引張要素31を組み込んでいる。駆動ベルト3はさらに、引張要素31に取り付けられた多数の横断要素32をその周囲に沿って有している。この特定の例では、リング44の各セットは、横断要素32によって画定されるそれぞれの凹部またはスロット33内に、その側方部で、すなわち横断要素32の中央部35の軸方向側で受けとめられる。横断要素32のスロット33は、全体として駆動ベルト3に対して半径方向に見て、横断要素32の底部34と頂部36との間に位置している。
An example of a known
横断要素32は、その前記底部34の軸方向側に、プーリディスク4,5と摩擦接触するように接触面37が設けられている。各横断要素32の接触面37は、V字形のプーリ溝の角度と本質的に一致する角度φで互いに向き合っている。したがって、横断要素32は前記クランプ力を吸収し、いわゆる駆動プーリ1に入力トルクが加えられると、ディスク4,5とベルト3との間の摩擦が、駆動プーリ1の回転を、いわゆる駆動プーリ2に同じく回転駆動ベルト3を介して伝達させるかまたはその逆のことが行われる。
The
CVTにおける作動中、駆動ベルト3の横断要素32のコンポーネントは、プーリ1,2のそれぞれのプーリディスク対4,5の間に断続的にクランプされる。そのようなクランプは明らかに横断要素32の底部34の圧縮をもたらすが、引張力がその中で同じように、特にその底部34と中央部35との間の移行領域において生成される。したがって、横断要素32は、摩耗にさらされるだけでなく、前記断続的なクランプが原因で金属疲労負荷にもさらされる。
During operation in the CVT, the components of the
75Cr1(DIN1.2003)鋼などの鋼製の横断要素32を製造し、駆動ベルト3の全体的な製造プロセスの一部として鋼を焼入れ硬化することは周知であり、一般的に適用されている。焼入れ硬化の従来のプロセスステップは、図3に概略的に示される3つの段階I、IIおよびIIIを含む。段階Iでは(できる限り部分的にのみ)プレカットされた横断要素32のバッチが、オーブンチャンバ60において対象となる鋼のオーステナイト化温度よりも実質的に高い温度まで加熱されることで、これらにオーステナイトの結晶構造が付与される。この段階Iでは、横断要素32の表面層からガス雰囲気への炭素の枯渇を防止するために、一般に横断要素32は、例えばメタンと混合された窒素の形態の炭素含有ガス雰囲気中に配置される。段階IIでは、横断要素32のバッチが焼き入れされ、すなわち、オーステナイト化温度から焼入れ温度まで急速に冷却されて、主に過飽和マルテンサイト結晶からなる(準安定な)微細構造を形成する。この段階IIでは、横断要素32の冷却は、一般に80℃から120℃までの間の温度に維持される油浴70にこれらを浸漬することによって一般に実現される。その後、段階IIIでは、横断要素32のバッチがオーブンチャンバ80において再加熱され、その延性および靱性が増大する。この段階IIIで適用される温度は、段階Iでの温度よりもはるかに低く、例えば、約200℃であり、そのため保護雰囲気なしで、すなわち空気中で行うことができる。
It is well known and commonly applied to manufacture the
本開示によれば、上記の従来の焼入れ硬化熱処理は、横断セグメント32の幾何学的および冶金学的特性の一貫性に関して改善され得る。本開示に従ったそのような新規の焼入れ硬化熱処理の例示的な実施形態は、図4に示される。横断セグメント32の新規の熱処理のオーステナイト化段階Iは、10mbar未満の減圧下で行われる。そのような低圧のプロセス雰囲気を作り出すために、オーステナイト化オーブンチャンバ60にポンプ62を接続してそこからガスが引き抜かれる。そのような低い圧力でさえ、空気中ではなくエンドガス中でオーステナイト相変態を実施することが非常に好ましい。したがって、炭化水素ガス(ここではアセチレンガス)の制御可能な供給源61もオーブンチャンバ60に接続される。さらに、そのようなプロセス雰囲気は、好ましくは、オーステナイト化段階Iの開始時に作り出されるだけでなく、制御された、好ましくは断続的なアセチレン供給によってオーステナイト化段階Iの進行中に部分的にリフレッシュされる。
According to the present disclosure, the conventional quench hardening heat treatments described above may be improved with respect to the consistency of the geometric and metallurgical properties of
新規の熱処理の焼入れ段階IIは、好ましくは室温に対して冷却されて、熱処理バスケット73に収容される横断要素32のスタック72を通して強制的に流される窒素ガス71の流れによってオーステナイト化横断セグメント32を即座に冷却することを伴う。好ましくは、焼入れガスの流れは、横断要素32のスタック72を通って重力方向に対して上向きにされる。
The quenching stage II of the novel heat treatment comprises the austenitizing
本開示は、前述の説明の全体および添付図面のすべての詳細に加えて、添付の特許請求の範囲のすべての特徴にも関し、それらを含める。特許請求の範囲における括弧付きの参照箇所は、その範囲を限定するものではなく、それぞれの特徴の拘束性のない例として提供されているにすぎない。特許請求される特徴は、場合によっては、所定の製品または所定のプロセスにおいて別々に適用することができるが、その中でそのような特徴の2つ以上の任意の組み合わせを適用することも可能である。 The present disclosure relates to and includes all details of the entire foregoing description and of the accompanying drawings, as well as all features of the appended claims. Parenthesized references in the claims do not limit the scope but are provided merely as non-limiting examples of the respective features. Claimed features may be applied separately in a given product or process, as the case may be, although any combination of two or more of such features may be applied therein. be.
本開示によって表される本発明は、本明細書中で明示的に言及される実施形態および/または実施例に限定されず、それらの修正、改良および実用的な適用を包含し、特に、関連分野の当業者の手の届く範囲内にあるものである。 The invention represented by this disclosure is not limited to the embodiments and/or examples explicitly referred to herein, but encompasses modifications, improvements and practical applications thereof, in particular the relevant It is within the reach of those skilled in the art.
1,2 プーリ
3 駆動ベルト
4,5 プーリディスク
6,7 プーリシャフト
R 半径方向位置
31 エンドレス引張要素
32 横断要素
33 スロット
34 横断要素の底部
35 横断要素の中央部
36 横断要素の頂部
37 接触面
44 リング
60 オーブンチャンバ
62 ポンプ
70 油浴
71 窒素ガス
72 スタック
73 熱処理バスケット
80 オーブンチャンバ
I,II,III 焼入れ硬化熱処理
1,2
Claims (2)
熱処理バスケット(73)に数百から数千の前記横断要素(32)を配置し、当該数百から数千の前記横断要素(32)を対象となる鋼のフェライト/オーステナイト変態温度(Tp)よりも高い温度に加熱することでオーステナイト化し、引き続き当該数百から数千の前記横断要素(32)を焼き入れすることによって、前記横断要素(32)を焼入れ硬化する、方法において、
前記横断要素(32)のオーステナイト化が、オーブンチャンバ(60)において非酸化性雰囲気中で1~10mbarの範囲の値を有する低圧にて行われ、
前記横断要素(32)は、前記熱処理バスケット(73)内に積層されて収容されており、前記焼き入れの段階において、前記横断要素(32)を、積層された前記横断要素(32)の底部から頂部へ強制的に流れる窒素ガスの流れによって冷却し、
前記窒素ガスの流れは、前記横断要素(32)のそれぞれを持ち上げるが、それによって、前記横断要素(32)が前記熱処理バスケット(73)から吹き飛ばされることなく、前記横断要素(32)の一部のみおよび/または瞬時にのみ持ち上げるように制御される、
ことを特徴とする、横断要素(32)の製造方法。 Steel transverse element (32) for a drive belt (3) comprising an endless tension element (31) and a number of transverse elements (32) slidably mounted on said endless tension element (31) A manufacturing method comprising:
Hundreds to thousands of said transverse elements (32) are arranged in a heat treatment basket (73), and said hundreds to thousands of said transverse elements (32) are heated from the ferrite/austenite transformation temperature (Tp) of the steel in question. quench hardening said transverse elements (32) by heating to a higher temperature to austenitize and subsequently quenching said hundreds to thousands of said transverse elements (32),
austenitizing of said transverse element (32) is carried out in an oven chamber (60) in a non-oxidizing atmosphere at low pressure with a value in the range of 1-10 mbar,
Said transverse elements (32) are stacked and housed in said heat treatment basket (73) and during said quenching stage said transverse elements (32) cooled by a stream of nitrogen gas forced to the top from
Said flow of nitrogen gas lifts each of said transverse elements (32) , thereby removing said transverse elements (32) without blowing said transverse elements (32) out of said heat treatment basket (73). controlled to lift only part and /or momentarily of the
A method of manufacturing a transverse element (32), characterized in that:
The method of claim 1, wherein the atmosphere in the oven chamber (60) comprises acetylene gas.
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