JPH08170692A - 金属エンドレスベルトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 薄くて小型であると同時に疲労強さが強く、
かつ形状的に実質的に継目無しの金属エンドレスベルト
を提供する。 【構成】 板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板１１を芯金１
２にスパイラル状に密着巻きし、密着巻きされた金属薄
板１１の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶
接してパイプ１３とし、パイプ１３を切断してリング１
４を得、リング１４を窒化処理して溶接部を含めた全体
の硬さが均一にビッカース硬さ８００以上の金属エンド
レスベルト１５を得る。 【効果】 薄くて小型であると同時に疲労強さが強い継
目無しの金属エンドレスベルトであるので、プーリの小
型化により機器の小型化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は金属エンドレスベルトお
よびその製造方法に関し、特に公衆電話機，自動改札
機，ファクシミリ，プリンタ，プロッタ，複写機等の機
器の送り機構や伝達機構に用いられる金属エンドレスベ
ルトおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタ，プロッタ，公衆電話機
等のカード送り機構、自動改札機のキップ送り機構等に
は、ゴム系やプラスチック系のタイミングベルトが用い
られていた。一方、プリンタ，プロッタ等の伝達機構に
は、板厚０．２ｍｍ以上の鉄鋼系ベルトやワイヤロープ
が数多く用いられていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の送り機
構や伝達機構に用いられるベルトやワイヤロープは、比
較的寸法が大きく、例えばベルトの場合は板厚０．２ｍ
ｍ以上、ワイヤロープの場合はロープ径１ｍｍ以上のも
のであるが、このような寸法のベルトやワイヤロープは
曲げ応力に限度があり、プーリに巻き付けて使用するた
めにはプーリ径を小さくできないので、結果的に機器の
小型化や高速化を達成することができないという問題点
があった。

【０００４】また、２ケ以上のプーリを介して運動伝達
を行う場合等には、ベルトやワイヤロープの両端を金具
等によって接合してエンドレスにしなければならない
が、金具の取付けは精度が劣るとともに、ベルトやワイ
ヤロープを接合する強度をあまり強くすると破断し、ま
た弱いと緩んで実使用に耐えないという問題点があっ
た。

【０００５】このようなことから、送り機構や伝達機構
においてはベルトの強度を強くし、かつ形状的には継目
無しのエンドレスベルトにすることが望ましい。この場
合、曲げ応力σ＝（ｔ／ｐ）Ｅ（ただし、ｔはベルトの
板厚、ｐはプーリ径、Ｅはヤング率）を大きくするに
は、プーリ径ｐを小さくするために板厚ｔもできるだけ
薄いもので、かつ弾性係数（ヤング率）Ｅが大きいもの
でなければならない。また、使用における実寿命を長く
するために要求されることは、エンドレスにする接合部
が母材と同じ強度であること、種々な使用環境において
も錆を発生しないこと等である。これらの要求を満足す
るエンドレスベルトは、現在のところ、解明されておら
ず、その開発が望まれていた。

【０００６】本発明の目的は、上述の点に鑑み、薄くて
小型であると同時に疲労強さが強く、かつ形状的に実質
的に継目無しの金属エンドレスベルトを提供することに
ある。

【０００７】また、本発明の他の目的は、上記金属エン
ドレスベルトを製造する金属エンドレスベルトの製造方
法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の金属エンドレス
ベルトは、板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板の両端をレー
ザ溶接あるいはプラズマ溶接によりエンドレスに接合し
てなり、溶接部を含めて均一にビッカース硬さ８００以
上を呈するように窒化処理を施されたことを特徴とす
る。

【０００９】また、本発明の金属エンドレスベルトの製
造方法は、板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板を芯金にパイ
プ状に巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた金属薄
板の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶接に
より接合してパイプとする溶接工程と、溶接後のパイプ
を切断してリングとする切断工程と、切断されたリング
を窒化処理して溶接部を含めて均一にビッカース硬さ８
００以上の金属エンドレスベルトとする窒化処理工程と
を含むことを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明の金属エンドレスベルトでは、板厚０．
２ｍｍ以下の金属薄板の両端をレーザ溶接あるいはプラ
ズマ溶接によりエンドレスに接合し、溶接部を含めて均
一にビッカース硬さ８００以上を呈するように窒化処理
を施されているので、薄くて小型であると同時にきわめ
て強い疲労強さを呈し、形状的には実質的に継目無しの
金属エンドレスベルトとなる。

【００１１】また、本発明の金属エンドレスベルトの製
造方法では、板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板を芯金にパ
イプ状に巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた金属
薄板の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶接
により接合してパイプとする溶接工程と、溶接後のパイ
プを切断してリングとする切断工程と、切断されたリン
グを窒化処理して溶接部を含めて均一にビッカース硬さ
８００以上の金属エンドレスベルトとする窒化処理工程
とを含むことにより、薄くて小型であると同時にきわめ
て強い疲労強さを有し、形状的に実質的に継目無しの金
属エンドレスベルトを容易にかつ大量に製造することが
できる。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照しながら説
明する。

【００１３】図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施
例に係る金属エンドレスベルトの製造方法を示す斜視図
である。まず、板厚０．２ｍｍ以下で所定幅のテープ状
の金属薄板１１を用意する（図１（ａ）参照）。ここ
で、金属薄板１１の板厚を０．２ｍｍ以下としたのは、
プーリ径の小さなプーリに対する曲げ応力を大きくし、
かつ実用上の加工や特性の組合せから、これ以下の寸法
でないと、機器の小型化や軽量化が達成できないためで
ある。

【００１４】次に、金属薄板１１を芯金１２にスパイラ
ル状に密着巻きしてパイプ状とする（図１（ｂ）参
照）。ここで、金属薄板１１をパイプ状に密着巻きする
のは、テープ状の金属薄板１１は薄いため、幅および長
さの種々な金属エンドレスベルトを得るために１本ずつ
接合することは難しく、パイプ状にするとその大きさ分
だけ剛性が生じ、次の溶接処理が安定的に行えるためで
ある。

【００１５】続いて、パイプ状に密着巻きされた金属薄
板１１の突き合わせ部をレーザ溶接機あるいはプラズマ
溶接機により連続的に微小溶接してパイプ１３とする
（図１（ｃ）参照）。ここで、接合方法をレーザ溶接あ
るいはプラズマ溶接に限定したのは、接合がきわめて微
小な狭い範囲で行えるとともに、金属薄板１１が溶接に
より溶解しても成分変動が少ないからである。また、溶
接部の母材に対する硬さの低下が少なく安定しているた
めである。なお、レーザ溶接あるいはプラズマ溶接の詳
細については、例えば、「歌川寛，安部栄一，棚木敏
幸，谷内剛共著，『最新機械材料の実用知識ＩＩ溶接・
耐食・焼結用金属材料』，９０頁〜９４頁，技術評論
社，昭和５８年８月１日発行」等を参照のこと。

【００１６】次に、パイプ１３の表面を研磨した後、所
定幅ずつ機械的に切断し、切断面のバリ取りを行ってリ
ング１４を得る（図１（ｄ）参照）。

【００１７】最後に、所定幅に切断されたリングにさら
に寿命を向上させるために窒化処理を施し、溶接部を含
めた全体の硬さを均一にビッカース硬さ８００以上とす
ることにより、金属エンドレスベルト１５を得る（図１
（ｅ）参照）。なお、窒化処理の詳細については、例え
ば、「藤沢昭一著，『工業技術ライブラリー５ 適注式
ガス浸炭窒化』，１３頁〜１６頁，日刊工業新聞社，昭
和４４年１月２５日発行」，「西畑三樹男著，『精密機
器用金属材料』，１０１頁〜１０２頁，日刊工業新聞
社，昭和６０年２月２５日発行」等を参照のこと。

【００１８】また、図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第
２実施例に係る金属エンドレスベルトの製造方法を示す
斜視図である。まず、板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板２
１を所定幅に切断し（図２（ａ）参照）、それを芯金２
２に筒状に巻き付けてパイプ状とする（図２（ｂ）参
照）。次に、金属薄板２１の突き合わせ部をレーザ溶接
機あるいはプラズマ溶接機により連続的に微小溶接する
ことによりパイプ２３とし（図２（ｃ）参照）、その表
面を研磨した後、所定幅ずつ切断し、切断面のバリ取り
を行ってリング２４とする（図２（ｄ）参照）。最後
に、リング２４に窒化処理を施し、溶接部を含めた全体
の硬さを均一にビッカース硬さ８００以上とすることに
より、金属エンドレスベルト２５を得る（図２（ｅ）参
照）。

【００１９】第２実施例の金属エンドレスベルトの製造
方法によれば、第１実施例の金属エンドレスベルトの製
造方法に比較して、溶接箇所が少なくて済むという利点
がある。

【００２０】図３は、窒化処理材と未処理材との疲労強
さを比較して示すグラフである。縦軸に応力振幅、横軸
に破断までの繰返し回数をとって実験結果をプロットす
ると、破断までの繰返し回数が一定となる疲労強さは未
処理材では６０Ｋｇ／ｍｍ²程度であるが、窒化処理材
では９０Ｋｇ／ｍｍ² 以上となる。なお、未処理材に溶
接部がある場合にはその溶接部の疲労強さは極端に低下
するが、窒化処理材では溶接部があっても溶接部の疲労
強さは母材の疲労強さと遜色ないことが本願発明者等の
実験によって確かめられた。

【００２１】図４は、第１実施例および第２実施例の金
属エンドレスベルトの製造方法により得られた金属エン
ドレスベルト２５（１５）の使用態様の一例を示す斜視
図である。ここでは、金属エンドレスベルト２５（１
５）は、２つのプーリ４１および４２間に張架されて使
用されている。

【００２２】以下、実験例（１）ないし実験例（４）に
ついて説明する。

【００２３】実験例（１） ビッカース硬さ２００のＳ
ＵＳ３０４（Ｃｒ１８％，Ｎｉ８％，Ｆｅ残）、板厚
０．１ｍｍの金属薄板を板幅２０ｍｍに切断し、それを
直径１００ｍｍの鉄鋼製芯金にスパイラル状に巻き付け
てパイプ状とした。次に、その突き合わせ部をレーザ溶
接機により連続的に微小溶接を行い、長さ２００ｍｍ、
直径１００ｍｍのパイプとし、その表面を研磨した後、
板幅１０ｍｍずつに切断し、切断面のバリ取りを行って
板厚０．１ｍｍ、幅１０ｍｍ、直径１００ｍｍのリング
を得た。最後に、そのリングを５７５°Ｃのシアン化ア
ルカリおよびシアン酸アルカリの塩浴中に浸しながら空
気を送入することにより５〜１５分間の窒化処理（いわ
ゆるタフトライド処理）を行って金属エンドレスベルト
を得た。この金属エンドレスベルトをビッカース硬さ試
験機で測定した結果、溶接部を含めた全体の硬さが均一
にビッカース硬さ１０００以上となっていることが確認
された。

【００２４】ここで、材質をステンレス鋼にしたのは、
例えば、銅合金やチタン合金等では、ヤング率がステン
レス鋼の１／２以下で、疲労強さを大きくすることがで
きないためである。また、疲労強さを大きくするにはヤ
ング率が大であると同時に、種々な使用現場においても
ベルトの表面が変化しないことが条件で、使用中の経時
変化および耐蝕性の面からもステンレス鋼にしたもので
ある。特に、金属材料の疲労強さは、一般に薄くなるに
つれて強くなる傾向にあるが、板厚が０．２ｍｍ以下の
薄いものでは使用中のわずかな錆の発生により空孔（ピ
ット）が生成し、これが破断起点となって、金属エンド
レスベルトのような繰り返し連続的に動作するもので
は、その部分から次第にクラックが発生し破断に至るこ
とになる。さらに、ステンレス鋼の成分であるＮｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｎ，Ｆｅ等が溶接により溶解しても成分変動がな
いことを本願発明者等が実験的に確認したことも一理由
である。なお、ステンレス鋼の母材の硬さは、なまし材
でビッカース硬さ１５０、圧延加工機による加工材でビ
ッカース硬さ４００〜５００程度であるが、窒化処理に
おける時間を調整することによりビッカース硬さ８００
以上が自由に得られる。金属エンドレスベルトのような
プーリで曲げられながら使用されるものでは、芯の硬さ
が低くとも、表面の硬さやヤング率が大きいと疲労強さ
は増大し、その寿命は長くなる。

【００２５】実験例（２） ビッカース硬さ５５０の炭
素工具鋼ＳＫ−５（Ｃ０．８％，Ｆｅ残）、板厚０．０
８ｍｍの金属薄板を、直径２００ｍｍの鉄鋼製芯金に筒
状に巻き付けてパイプ状とした。次に、金属薄板の突き
合わせ部をプラズマ溶接機により連続的に微小溶接を行
い、長さ５００ｍｍ、直径２００ｍｍのパイプとし、そ
の表面を研磨した後、そのパイプを板幅１０ｍｍずつに
切断し、切断面のバリ取りを行って板厚０．０８ｍｍ、
幅１０ｍｍ、直径２００ｍｍのリングとした。最後に、
このリングを５５０°Ｃのアンモニア気流中において１
０〜２０分間の窒化処理を行って金属エンドレスベルト
を得た。この金属エンドレスベルトをビッカース硬さ試
験機で測定した結果、溶接部を含めた全体の硬さが均一
にビッカース硬さ１５００以上となっていることが確認
された。

【００２６】実験例（３） ビッカース硬さ３３０のマ
ルエージング鋼（Ｎｉ１８％，Ｃｏ８％，Ｍｏ５％，Ｔ
ｉ０．４％，Ｆｅ残）、板厚０．１ｍｍの素材を、直径
１００ｍｍの鉄鋼製芯金に筒状に巻き付けてパイプ状と
した。次に、その突き合わせ部をレーザ溶接機により連
続的に微小溶接を行い、長さ５００ｍｍ、直径１００ｍ
ｍのパイプとし、その表面を研磨した後、板幅１０ｍｍ
ずつに切断し、切断面のバリ取りを行って板厚０．１ｍ
ｍ、幅１０ｍｍ、直径１００ｍｍのリングとした。最後
に、そのリングを５７５°Ｃのシアン化アルカリおよび
シアン酸アルカリの塩浴中に浸しながら空気を送入する
ことにより５〜１５分間の窒化処理（いわゆるタフトラ
イド処理）を行って金属エンドレスベルトを得た。この
金属エンドレスベルトをビッカース硬さ試験機で測定し
た結果、溶接部を含めた全体の硬さが均一にビッカース
硬さ１５００以上となっていることが確認された。

【００２７】実験例（４） ビッカース硬さ４００のＳ
ＵＳ６３１（Ｃｒ１７％，Ｎｉ７％，Ａｌ２％，Ｆｅ
残）、板厚０．２ｍｍの金属薄板を板幅２０ｍｍに切断
し、それを直径２００ｍｍの鉄鋼製芯金にスパイラル状
に巻き付けてパイプ形状とした。次に、その突き合わせ
部をプラズマ溶接機により連続的にプラズマ溶接し、長
さ２００ｍｍ、直径２００ｍｍのパイプとし、その表面
を研磨した後、板幅１０ｍｍずつに切断し、切断面のバ
リ取りを行って板厚０．２ｍｍ、幅１０ｍｍ、直径２０
０ｍｍのリングとした。最後に、そのリングを５５０°
Ｃのアンモニア気流中において５〜１５分間の窒化処理
を行って金属エンドレスベルトを得た。この金属エンド
レスベルトをビッカース硬さ試験機で測定した結果、溶
接部を含めた全体の硬さが均一にビッカース硬さ１００
０以上となっていることが確認された。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の金属エン
ドレスベルトによれば、板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板
の両端をレーザ溶接あるいはプラズマ溶接によりエンド
レスに接合してなり、溶接部を含めて均一にビッカース
硬さ８００以上を呈するように窒化処理を施されたこと
により、薄くて小型であると同時に疲労強さが強く、か
つ形状的に実質的に継目無しの金属エンドレスベルトと
なり、これによりプーリの小型化も可能となって機器の
小型化を達成できるという効果がある。

【００２９】また、本発明の金属エンドレスベルトの製
造方法によれば、板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板を芯金
にパイプ状に巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた
金属薄板の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ
溶接により接合する溶接工程と、溶接後のパイプを切断
してリングとする切断工程と、切断されたリングを窒化
処理して溶接部を含めて均一にビッカース硬さ８００以
上の金属エンドレスベルトとする窒化処理工程とを含む
ことにより、薄くて小型であるとともに疲労強さが強
く、かつ形状的に実質的に継目無しの金属エンドレスベ
ルトを容易にかつ大量に製造することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）ないし（ｅ）は本発明の第１実施例に係
る金属エンドレスベルトの製造方法を示す斜視図であ
る。

【図２】（ａ）ないし（ｅ）は本発明の第２実施例に係
る金属エンドレスベルトの製造方法を示す斜視図であ
る。

【図３】窒化処理材と未処理材との疲労強さを比較して
示すグラフである。

【図４】本発明の金属エンドレスベルトの使用態様の一
例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１１，２１ 金属薄板 １２，２２ 芯金 １３，２３ パイプ １４，２４ リング １５，２５ 金属エンドレスベルト ４１，４２ プーリ

フロントページの続き (71)出願人 594060093 日本データマテリアル株式会社 千葉県市原市姉ケ崎海岸82番地１ (72)発明者 西畑 三樹男 千葉県八千代市大和田新田601番地36 日 本ベルパーツ株式会社内 (72)発明者 國峯 辰雄 千葉県八千代市大和田新田601番地36 日 本ベルパーツ株式会社内 (72)発明者 成澤 貴紀 千葉県八千代市大和田新田601番地36 日 本ベルパーツ株式会社内 (72)発明者 吉岡 慎一 千葉県八千代市大和田新田601番地36 日 本ベルパーツ株式会社内 (72)発明者 浅見 健次 東京都墨田区太平１丁目29番４号 ニホン ハンダ株式会社内 (72)発明者 窪園 聰 千葉県印旛郡酒々井町東酒々井４丁目４番 315号 (72)発明者 浅見 国昭 千葉県市原市姉ケ崎海岸82番地１ 日本デ ータマテリアル株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板の両端を
   レーザ溶接あるいはプラズマ溶接によりエンドレスに接
   合してなり、溶接部を含めて均一にビッカース硬さ８０
   ０以上を呈するように窒化処理を施されたことを特徴と
   する金属エンドレスベルト。
2. 【請求項２】 板厚０．２ｍｍ以下の金属薄板を芯金に
   パイプ状に巻き付ける巻付け工程と、巻き付けられた金
   属薄板の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶
   接により接合してパイプとする溶接工程と、溶接後のパ
   イプを切断してリングとする切断工程と、切断されたリ
   ングを窒化処理して溶接部を含めて均一にビッカース硬
   さ８００以上の金属エンドレスベルトとする窒化処理工
   程とを含むことを特徴とする金属エンドレスベルトの製
   造方法。