JPWO2014184838A1 - 無端金属リングの製造方法、及び無端金属リング樹脂除去装置 - Google Patents

無端金属リングの製造方法、及び無端金属リング樹脂除去装置 Download PDF

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Abstract

樹脂を材料とするバレルを用いて無端金属リング（１１０）を研磨するバレル研磨工程（ｐｒ５）と、洗浄された無端金属リング（１１０）を圧延する圧延工程（ｐｒ７）と、圧延された無端金属リング（１１０）を窒化処理する窒化処理工程（ｐｒ１０）を経て、無端金属リング（１１０）を製造する無端金属リングの製造方法において、バレル研磨工程（ｐｒ５）の後で圧延工程（ｐｒ７）前に、無端金属リング（１１０）に付着した樹脂を除去する樹脂除去工程（ｐｒ６）を備える。

Description

本発明は、ＣＶＴベルトに組み付けられた積層リングを形成する無端金属リングの製造方法に関し、洗浄工程及び洗浄方法を工夫することで無端金属リングの製造において生じる窒化不良の発生を抑える技術に関する。
近年、無段変速機（ＣＶＴ）を搭載する車両が増えてきている。ＣＶＴを車両に搭載することで、エンジンの出力側に変速比を無段階に制御でき、車両の燃費を向上させることが可能である。これは、ＣＶＴによって変速比を無段階に制御できることでエンジン出力を効率的に引き出すことができるためである。ＣＶＴは積層された無端金属ベルトと複数のエレメントを組み合わせて形成されており、入力側プーリと出力側プーリに掛け渡されて動力を伝達する。出力側プーリと入力側プーリには溝幅を無段階に変えられる一対のリーブをそれぞれ備え、溝幅を変えることで入力側と出力側の回転数比、即ち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
ＣＶＴがこの様な構造故に、ＣＶＴに用いられる無端金属ベルトやエレメントには高い寸法精度が要求される。エンジンの出力は無端金属ベルトとエレメントに伝達されるため、無端金属ベルトやエレメントにはエンジン稼働時に相応の負荷が繰り返しかかる。そして、強度や寿命的な観点からＣＶＴを高出力なエンジンを持つ車両に搭載することは避けられてきた。
特許文献１には、ＣＶＴベルト用フープ及びその製造方法に関する技術が開示されている。ＣＶＴベルト用のフープ（無端金属リング）を研磨するにあたって、平均粒径１００μｍの砥粒を結合材に混ぜて固めたメディアを用いてバレル研磨を行い、砥粒は酸化物系であり、メディアの嵩比重が２．０以下とする、或いは炭化物系の砥粒で、メディアの嵩比重が１．６以下とすることで、フープに打ち込まれる異物の大きさを制限することができる。
特許文献２には、無段変速機に用いられる無端金属リングの製造装置及び製造方法に関する技術が開示されている。無端金属リングの研磨装置に、端面研磨装置と内外周面研磨装置とを含む。そして、内外周面研磨装置は、無端金属リングを回転させるリング回転ローラと、無端金属リングの外周面に当接する外周面研磨ローラと、無端金属リングの内周面に当接する内周面研磨ローラと、外周面研磨ローラと内周側バックアップローラとの隙間や面圧及び内周面研磨ローラと外周側バックアップローラとの隙間や面圧を可変に移動させる定圧送りアクチュエータとを含む。こうすることで、窒化処理により無端金属リング表面に形成される窒化膜の膜圧にバラツキが生じる事を防ぐことができる。
特許文献３には、スチールベルトの製造方法に関する技術が開示されている。高張力鋼のシート材からスチールベルトを製造する方法であって、高張力鋼のシート材に付加絞り加工を行い、更に深絞り加工とは異なる絞り比となる条件でこの加工部をさらに少なくとも１回以上深絞り加工を行う多工程の深絞り工程と、多加工の深絞り工程において加工された部材を円周に沿ってベルト状に切断する。こうすることで溶接作業を行わずに、高強度のスチールベルトを製造することが可能となる。
特開２００３―０４９９０６号公報 特開２００５―１５５７５５号公報 特開２００７―１５２３５８号公報
ＣＶＴの技術の発達に伴って、高出力エンジンにも対応させたいという要望があり、また、ＣＶＴベルトの寿命や耐久性を向上させることも切望されている。しかしながら、特許文献１乃至特許文献３に開示される技術を用いて無端金属リングを作り、ＣＶＴベルトに用いる場合、以下に説明する課題があると考えられる。
無端金属リングの形成にあたっては、特許文献１乃至特許文献３の何れにおいても切断工程を必要とし、円筒状に形成された部材から所定の幅に無端金属リングとして切り出す必要がある。この際に、どのような切断方法を用いてもバリ等が発生し、これを除去する工程を必要とする。特許文献２に示される様な手法では無端金属リングを１つ１つ処理する必要があり、処理時間がかかる点でコスト的な問題が生じる可能性がある。そのため、特許文献１や特許文献３で示されるバレル研磨により無端金属リングのバリの除去をすることを出願人は採用した。しかしながら、バレル研磨後に、圧延、窒化工程を経て無端金属リングの表面処理を行う場合、一定の確率で窒化不良が起きることが分かった。この無端金属ベルトに窒化不良が生ずることで、ＣＶＴベルトの寿命や耐久性は低下すると考えられる。
そこで、本発明はこのような課題を解決するために、無端金属リングの窒化不良率を低減させる無端金属リングの製造方法、及び無端金属リング樹脂除去装置を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明の一態様による無端金属リングの製造方法は、以下のような特徴を有する。
（１）樹脂を材料とするバレルを用いて無端金属リングを研磨するバレル研磨工程と、洗浄された前記無端金属リングを圧延する圧延工程と、圧延された前記無端金属リングを窒化処理する窒化処理工程を経て、前記無端金属リングを製造する無端金属リングの製造方法において、前記無端金属リングに付着した前記樹脂を除去する樹脂除去工程を備えること、を特徴とする。
上記（１）に記載の態様により、無端金属リングの窒化不良率を低減が可能となる。出願人は、無端金属リングの窒化処理にあたって、無端金属リングの洗浄条件を色々と調査した。その調査の結果、バレル研磨に使用するメディアの除去に問題があることが判明した。具体的には、メディアには樹脂材料と研磨材が混ぜられているが、この樹脂材料が金属表面に残った状態で窒化処理を行うことで、窒化不良に至ることを出願人は調査の結果確認した。金属表面に付着した樹脂は、窒化工程において金属表面から窒素分子が金属内に入り込むことを阻害し、その結果、窒素拡散層の厚みが薄くなり、斑状に表面強度の低い部分が形成されてしまう。これが窒化不良となり製品不良に繋がるのである。そこで、この様な樹脂付着物を除去することで、無端金属リングの窒化不良の低減を図ることが可能となる。
（２）（１）に記載の無端金属リングの製造方法において、前記樹脂除去工程は、前記バレル研磨工程の後、前記圧延工程前に備えられていること、が好ましい。
無端金属リングの表面に付着している樹脂付着物は、圧延工程前に除去することでより無端帰属リングの窒化不良の低減に効果があることが分かった。圧延工程前に無端金属リングの表面に樹脂が付着していると、圧延工程で樹脂が無端金属リングの表面に固着してしまい、圧延後に無端金属リング表面を念入りに洗浄しても樹脂を剥離が極めて困難である。この為に、圧延工程の前に樹脂除去を行う事で、無端金属リング表面への樹脂の固着を防ぎ、結果的に窒化不良を防ぐことが可能となる。
（３）（１）又は（２）に記載の無端金属リングの製造方法において、前記樹脂除去工程は、前記無端金属リングを分解処理液に浸すことで、前記樹脂を除去する工程であること、が好ましい。
上記（３）に記載の態様によって、分解処理液を用いて無端金属リング表面に付着した樹脂を溶融除去することができ、その後圧延工程を行うので、無端金属リング表面に樹脂が固着することを防ぎ、結果的に窒化不良を防ぐことが可能となる。
（４）（１）又は（２）に記載の無端金属リングの製造方法において、前記樹脂除去工程は、前記無端金属リングの表面に流体を衝突させることで、前記樹脂を除去する工程であること、が好ましい。
上記（４）に記載の態様によって、例えば大流量洗浄などを行って無端金属リング表面に流体を衝突させることで樹脂を除去し、その後圧延工程を行うので、無端金属リング表面に樹脂が固着することを防ぎ、結果的に窒化不良を防ぐことが可能となる。
（５）（１）又は（２）に記載の無端金属リングの製造方法において、前記樹脂除去工程は、前記無端金属リングを液体に浸し、超音波洗浄を行う工程であること、が好ましい。
上記（５）に記載の態様によって、超音波洗浄によって無端金属リング表面に付着した樹脂を除去し、その後圧延工程を行うので、無端金属リング表面に樹脂が固着することを防ぎ、結果的に窒化不良を防ぐことが可能となる。
（６）（５）に記載の無端金属リングの製造方法において、前記樹脂除去工程で、前記無端金属リングを回転させながら洗浄を行う工程であること、が好ましい。
上記（６）に記載の態様によって、超音波洗浄を行う際に無端金属リングを回転させるので、無端金属リング表面にあたる超音波の位置が変わり、無端金属リング表面で発生するキャビテーションの位置を変位させることができる。この結果、無端金属リング表面からの樹脂の剥離を促進させることが可能となる。そうすることで、無端金属リング表面に樹脂が固着することを防ぎ、結果的に窒化不良を防ぐことが可能となる。
また、前記目的を達成するために、本発明の一態様による無端金属リング樹脂除去装置は、以下のような特徴を有する。
（７）前記無端金属リングを保持して、前記無端金属リングの洗浄を行う無端金属リング洗浄装置において、前記無端金属リングを保持する保持治具と、前記保持治具で前記無端金属リングの周方向に回転させる回転機構と、前記無端金属リングを超音波洗浄する為に液体を満たす洗浄槽と、前記超音波洗浄を行う超音波発生装置と、を備えること、を特徴とする。
（８）（７）に記載の無端金属リング樹脂除去装置において、前記回転機構によって前記無端金属リングを周方向に回転させながら前記超音波洗浄装置を作動させることで、前記無端金属リングの表面に付着した樹脂を除去すること、が好ましい。
上記（７）及び（８）に記載の態様によって、無端金属リングを回転させながら無端金属リングを洗浄することで、無端金属リングの表面に付着した樹脂を効果的に除去することが可能となる。
第１実施形態の、ＣＶＴリングの斜視図である。 第１実施形態の、ＣＶＴリングの分解斜視図である。 第１実施形態の、無端金属リングの製造工程説明図であり、（ａ）は帯板切断工程、（ｂ）は帯板溶接工程、（ｃ）は溶体化１処理工程、（ｄ）は筒状体切断工程、（ｅ）はバレル研磨工程、（ｆ）は洗浄工程、（ｇ）は圧延工程、（ｈ）は溶体化２処理工程、（ｉ）は周長調整工程、（ｊ）は時効・窒化処理工程、（ｋ）は積層工程を示す。 第１実施形態の、浸窒メカニズムを示す模式図であり、（ａ）はアンモニアガス充填プロセス、（ｂ）は窒素吸着プロセス、（ｃ）はアンモニア分解プロセス、（ｄ）は窒素侵入プロセス、（ｅ）は窒素拡散プロセスを示す。 第１実施形態の、洗浄装置の模式図である。 第１実施形態の、洗浄用治具の斜視図である。 説明の為に用意した、窒化不良発生第１モデルを示す模式図である。 説明の為に用意した、窒化不良発生第２モデルを示す模式図である。 説明の為に用意した、６槽洗浄の概略図である。 出願人の実験した、樹脂除去テストの結果を示すグラフである。 説明の為に用意した、洗浄用治具の斜視図である。 第２実施形態の、洗浄装置の模式平面図である。 第２実施形態の、洗浄装置の模式斜視図である。 第３実施形態の、無端金属リングの洗浄イメージを示す斜視図である。 第１実施形態の、無端金属リングの洗浄結果を示す表である。
まず、本発明の第１の実施形態について、図面を用いて説明する。
図１に、第１実施形態の、ＣＶＴリング１００の斜視図を示す。図２に、ＣＶＴリング１００の分解斜視図を示す。ＣＶＴリング１００は、積層リング１０４と厚み方向に複数重ねられたエレメント１０２よりなる。積層リング１０４は無端金属リング１１０が９層重ねられて形成されており、それぞれ層毎に周長が異なる。なお、図２では説明の為に省略してあり、３層分しか示していない。隣り合う無端金属リング１１０は無端金属リング１１０の厚み分だけ内径が異なるように設計されている。したがって、重ねられた無端金属リング１１０は隙間無く積層されることになる。エレメント１０２は図２に示すような平板状の金属材よりなり、その両端に溝部１１６を設けられ、この溝部１１６に積層リング１０４が挿入される。
図３に、無端金属リング１１０の製造工程について説明する略図を示す。（ａ）は帯板切断工程ｐｒ１、（ｂ）は帯板溶接工程ｐｒ２、（ｃ）は溶体化１処理工程ｐｒ３、（ｄ）は筒状体切断工程ｐｒ４、（ｅ）はバレル研磨工程ｐｒ５、（ｆ）は樹脂除去工程ｐｒ６、（ｇ）は圧延工程ｐｒ７、（ｈ）は溶体化２処理工程ｐｒ８、（ｉ）は周長調整工程ｐｒ９、（ｊ）は時効・窒化処理工程ｐｒ１０、（ｋ）は積層工程ｐｒ１１を示している。無端金属リング１１０を製造するにあたって、まず、図３（ａ）に説明するように、帯板切断工程ｐｒ１で帯板Ｐ２を素材ロールＰ１から定尺に切り出す。素材ロールＰ１に用いられるのはマレージング鋼等の高張力鋼であり、これをアンコイルして癖を取った後、所定の幅に切断して帯板Ｐ２を形成している。この帯板Ｐ２の幅は、後に圧延工程ｐｒ７などを行う事を考慮して決定される。
そして、図３（ｂ）に示される帯板溶接工程ｐｒ２において、帯板Ｐ２をロール曲げして形成した筒状体Ｃ１の端面を突き合わせ溶接することで、円筒形状の筒状体Ｃ１を形成する。図３（ｃ）で示される溶体化１処理工程ｐｒ３では、窒素雰囲気にて筒状体Ｃ１の溶体化処理を行う。この溶体化処理によって、接合部の組織異方性を緩和する。図３（ｄ）で示される筒状体切断工程ｐｒ４では、筒状体Ｃ１を所定の幅で輪切りにし、素材リングＣ２を作る。素材リングＣ２の端面には筒状体Ｃ１を輪切りにする過程でバリが生じるので、図３（ｅ）に示すバレル研磨工程ｐｒ５で、素材リングＣ２の端面に生じたバリ取りを行う。バレル研磨工程ｐｒ５で用いられるのは樹脂ベースの結合材に所定の粒径のアルミナ砥粒を混ぜた樹脂メディアである。
その後、図３（ｆ）に示す樹脂除去工程ｐｒ６で、バレル研磨後の素材リングＣ２を洗浄する。この樹脂除去工程ｐｒ６に関しては後述する。そして図３（ｇ）に示す圧延工程ｐｒ７で、素材リングＣ２の厚みを調整する。素材ロールＰ１の状態で極力厚みは均一化されたものが提供されるものの、幅方向での偏差や帯板溶接工程ｐｒ２や筒状体切断工程ｐｒ４での厚み変動や微細な変形、バレル研磨工程ｐｒ５での影響を、圧延ローラＲ１を用いて素材リングＣ２を圧延することで是正することを目的としている。ここで形成される圧延後リングＣ３は、板厚をその後の周長調整工程ｐｒ９で周長を伸ばすことを想定して設定されている。
そして、図３（ｈ）に示す溶体化２処理工程ｐｒ８で、炉内において所定の温度下において所定時間加熱処理する。溶体化処理によって材質の均一化を図る。図３（ｉ）に示す周長調整工程ｐｒ９で、圧延後リングＣ３の周長をそれぞれ必要な長さに調整した無端金属リング１１０を形成する。そして、図３（ｊ）に示す時効・窒化処理工程ｐｒ１０で浸窒処理を行う。図４に、浸窒メカニズムを模式図に示す。（ａ）はアンモニアガス充填プロセスを示し、（ｂ）は窒素吸着プロセスを示し、（ｃ）はアンモニア分解プロセスを示し、（ｄ）は窒素侵入プロセスを示し、（ｅ）は窒素拡散プロセスを示す。図示しない減圧された炉内に配置した無端金属リング１１０は、図４（ａ）「アンモニアガス充填プロセス」でアンモニアガス雰囲気に置かれる。
その後、炉内の温度を上げ、図４（ｂ）「窒素吸着プロセス」でアンモニア分子は無端金属リング１１０の表面に付着する。この際に、図４（ｃ）「アンモニア分解プロセス」に示すように無端金属リング１１０の表面で分解したアンモニア分子は窒素と水素に別れる。窒素は無端金属リング１１０内部の微粒子と反応して、図４（ｄ）「窒素侵入プロセス」に示すように無端金属リング１１０の表面から内部へと侵入していく。これは、鋼材内に含まれる元素のうち窒素と親和性の高い成分が影響するためである。そして、図４（ｅ）「窒素拡散プロセス」で無端金属リング１１０の主に粒界などから窒素は拡散していき、その結果、無端金属リング１１０の表面硬さが高くなる効果が得られる。
この様に形成された無端金属リング１１０を、図３（ｋ）に示すように積層工程ｐｒ１１にて積層する。第１実施形態では９層分の無端金属リング１１０を積層することで、積層リング１０４を形成する。これを用いて、図２に示すようにエレメント１０２と組み合わせＣＶＴリング１００を形成する。
図５に、洗浄装置１０の模式図を示す。図６に、洗浄用治具２０の斜視図を示す。樹脂除去工程ｐｒ６で用いられる洗浄装置１０は、洗浄用の水を満たした洗浄槽４０に、回動可能なように図６に示す洗浄用治具２０を保持し、その下部に超音波発生装置３０を配置した構成となっている。洗浄用治具２０は図６に示すような細いワイヤ状の籠で素材リングＣ２を保持する構成であり、図示しない蓋を被せて洗浄装置１０に固定する。洗浄装置１０に備えられた洗浄用治具２０は、素材リングＣ２の軸を中心にして回転するように、図示しない回転機構が備えられている。超音波発生装置３０はその洗浄用治具２０の下部から超音波を発生するように配置されている。この様にしてバレル研磨工程ｐｒ５後の素材リングＣ２を洗浄する。
第１実施形態の無端金属リング１１０の製造方法は上記構成であるため、以下に説明するような作用及び効果を奏する。
第１実施形態の無端金属リング１１０の製造方法は、樹脂を材料とするバレルを用いて素材リングＣ２（無端金属リング１１０）を研磨するバレル研磨工程ｐｒ５と、洗浄された素材リングＣ２（無端金属リング１１０）を圧延する圧延工程ｐｒ７と、圧延された圧延後リングＣ３（無端金属リング１１０）を窒化処理する窒化処理工程ｐｒ１０を経て、無端金属リング１１０を製造する無端金属リングの製造方法において、バレル研磨工程ｐｒ５の後で圧延工程ｐｒ７前に、素材リングＣ２（無端金属リング１１０）に付着した樹脂を除去する樹脂除去工程ｐｒ６を備えている。
出願人は、無端金属リング１１０を製造するにあたって、窒化処理工程ｐｒ１０後の無端金属リング１１０の表面を調査すると、黒点や白点などの濃淡が生じており、濃淡が生じた部分の硬度が他の部分に比べて低くなっていることが分かった。通常は、図４（ｅ）に示す「窒素拡散プロセス」によって、無端金属リング１１０の表層から粒界内に窒素が拡散し、窒化層ｒ２が形成される。この結果、無端金属リング１１０の表面は硬化する。だが、前述の黒点や白点などの濃淡部分は硬度が低く、窒化不良が発生しているものと考えられる。このような表面硬さの不良は無端金属リング１１０の製品不良に繋がり、製品歩留まりを低下させてしまう問題がある。後述する図７（ｇ）や図８（ｆ）に示すように無端金属リング１１０の表面をショットピーニングで処理する場合には、更に凹凸を生じる要因となる。
従来は、この様な問題の対策を行うために、製造工程をクリーンルーム化したり静電気防止のための湿度管理を行ったりという対策を検討してきた。これは、製造工程内で発生しているゴミの付着を極力防ぐためで、静電気の発生によってゴミが無端金属リング１１０の表面に付着することが、窒化不良の原因であると考えられてきたためだ。
しかしながら、前述の対策をした上で、樹脂除去工程ｐｒ６に相当する洗浄工程で入念な洗浄をしても、一定の割合で窒化不良が起きていた。図９に、比較のために用意した６槽洗浄の概略図を示す。従来は、図９に示すようにバレル研磨工程ｐｒ５後に６槽の洗浄工程を経て丹念に無端金属リング１１０の洗浄を行ってきた。１層目から４層目までは、純水を用いた超音波洗浄と揺動を組み合わせて無端金属リング１１０の洗浄を行い、５層目は純水での洗浄、そして６層目は無端金属リング１１０を高速回転させることで水滴を飛ばすスピンドライを行っていた。しかし、この様な洗浄方法でも、窒化不良を防ぐことが難しかったので、出願人はこの６槽洗浄で洗浄後に検出される異物を分析し、樹脂成分が多く検出されることに着目した。
この樹脂成分は主にバレル研磨工程ｐｒ５に用いるメディアによるものだと考えられる。そこで、第１実施形態では圧延工程ｐｒ７の前に樹脂除去工程ｐｒ６として、図５及び図６に示すような洗浄装置１０及び洗浄用治具２０を用いて、無端金属リング１１０の洗浄を行うこととした。この結果、良好に樹脂を除去できることが確認された。
図７に、説明の為に用意した窒化不良発生第１モデルを模式図に示す。（ａ）では洗浄不良によって樹脂クズ、圧延油、コンパウンドなどが工程内にある塵などと合わさってエマルジョン化し、無端金属リング１１０表面に付着している様子を示ししている。このエマルジョン化物質ｂ１は、溶体化１処理工程ｐｒ３のタイミングを示す（ｂ）で炭素系高分子ｂ２となって無端金属リング１１０の表面に固着すると考えられる。そして、時効処理（ｄ）において炭化物質ｂ３となる。この炭化物質ｂ３は、酸化処理（ｄ）において無端金属リング１１０表面に形成される鉄酸化層ｒ１の生成を妨げる。そして、窒化処理（ｅ）において窒化層ｒ２が形成されるときにも、図４（ｄ）に示すような浸窒を妨げることで窒化層ｒ２の生成を部分的に妨げてしまう。これが無端金属リング１１０表面に形成される黒点の原因だと考えられる。
この際に、（ｆ）に示すように炭化物質ｂ３が何らかの原因で剥離してしまうと、白点を形成する原因になると考えられている。この様に形成された無端金属リング１１０は、黒点や白点部分が窒化不良となって表面硬度が低下してしまう問題がある。更に、その後、積層工程ｐｒ１１の前にショットピーニング処理が行われる際には、（ｇ）に示すように部分的に凹凸が生じる状況となって好ましくない。
図８に、窒化不良発生第２モデルを模式図に示す。こちらは、窒化不良発生第１モデルとは異なり理由はハッキリしないものの、溶体化処理（ｂ）の際に無端金属リング１１０の表面にチタンなどの酸化層ｒ３が形成され、この酸化膜が影響して後の（ｄ）に示すように鉄酸化層ｒ１の生成を妨げる。結果、（ｅ）に示すような窒化不良が発生するものと考えられる。また、（ｆ）に示すようなショットピーニング処理の際には部分的に凹凸が生じる状況となって好ましくない。
図１０に、第１実施形態の洗浄装置を用い、洗浄条件を変化させた樹脂除去テストの結果をグラフに示す。洗浄装置１０は、図９に示した洗浄槽の１槽目乃至４槽目の何れか１つ、或いは全てに置き換えることが可能で、洗浄条件によっても樹脂除去の効率が異なることが出願人の樹脂除去テストによって確認されている。図１０のグラフは縦軸に偏相関係数を、横軸にテスト要件を示している。この判断には洗浄後に更に四塩化炭素溶液で超音波洗浄を行い、その溶液をフィルタで漉し、そのフィルタの樹脂屑量を評価することでランク付けして判断している。
「超音波力」は、超音波出力ｗ/Ｌの影響を示す要素であり、「ワークセット治具」は治具の形状、材質などを変えた影響を示す要素である。その結果、８ｗ／Ｌよりも２４ｗ／Ｌに単位面積当たりのエネルギーを高める事で、３ランクほど洗浄力を高めることができることを確認できた。
図１１に、従来用いていた治具を示す。治具２１は樹脂製で、洗浄用治具２０に比べて剛性が高くフレームが太く構成されている。治具２１と洗浄用治具２０は同じ数の無端金属リング１１０を収納することが可能である。「ワークセット治具」に関しては、図１１に示す治具２１と図６に示す洗浄用治具２０と、治具無しで比べてみた。最も洗浄効果が高かったのは治具無しで洗浄した場合であり、その次に洗浄用治具２０、治具２１の順で洗浄効果が低いことが分かった。これは超音波を遮るものが無い方が、洗浄効果が高い事を意味していると考えられる。
「回転」は、洗浄用治具２０を用いて回転させた場合とさせない場合の影響を示す要素である。回転無しに比べて回転させて洗浄した場合の方が、４ランクほど洗浄効果が高くなることを確認した。「エアーブロー」は、比較のために超音波洗浄後にエアーブローを用いて無端金属リング１１０の表面に吹き付けた影響を示す要素である。エアーブローを行っても無端金属リング１１０表面上の樹脂は剥離できないことが確認された。「ワークセット数」は、洗浄用治具２０にセットする無端金属リング１１０のセット数を変化させた影響を示す要素である。ワークセット数による変化も余りないことが分かった。
「温度」は、無端金属リング１１０を洗浄する場合に用いる溶液の温度による影響を示す要素である。室温から数パターン温度を変えて確認したが、ある程度温度が高めた方が洗浄効果は高くなることが認められた。「溶液」は、洗浄装置１０の洗浄槽４０に満たした溶液の種類による影響を示す要素である。溶液は純水と炭化水素系溶剤を使ってテストを行っている。純水に比べて炭化水素系溶剤では殆ど洗浄効果が無く、５ランクほどの差が出ることが確認できた。
この調査の結果、図１０に示すように、「超音波力」「ワークセット治具」「回転」「温度」「溶液」の要素は偏相関関数が０．４を越えており、効果有りと判断出来る。そして、この結果から、第１実施形態ではワークセット治具を図６に示す洗浄用治具２０を採用し、この洗浄用治具２０を図４に示すように回転させ、超音波力を高めて、溶液に水を採用することで、より樹脂クズの洗浄効果を高めている。つまり、無端金属リング１１０の表面より効果的に樹脂クズを除去できるように、洗浄装置１０の調整を行う事で、無端金属リング１１０の窒化不良の低減を実現している。出願人は第１実施形態の発明を実施することで、無端金属リング１１０の窒化不良率は４割程度であったが、これをほぼゼロにできることを確認している。この結果、無端金属リング１１０の製品コストの低減に貢献することができる。
図１５に、実験条件によって洗浄ランクが変化することを表にして示す。「比較例」と示した行には、図１１に示す治具２１を用い、治具２１を回転させることなく洗浄した図９で紹介する６槽洗浄の結果を示している。なお５槽目と６槽目の工程は省略してある。「実験１」と示した行には、図６に示す洗浄用治具２０を用いて、回転させて洗浄し、３槽目まで用いた結果を示している。「実験２」と示した行には、「実験１」と同じ条件で４槽目まで用いた結果を示している。「実験３」と示した行には、「実験１」の条件で、超音波発生装置３０の出力を上げた結果を示している。「実験４」と示した行には、「実験２」の条件で、超音波発生装置３０の出力を上げた結果を示している。なお、何れも素材リングＣ２を１００本、純水で洗浄した結果を比較している。
この様に、「比較例」の条件では、樹脂屑のランクは９と洗浄効果は低い事が分かる。一方で、「実験１」の洗浄結果のランクは４、「実験２」の洗浄結果のランクは２、「実験３」の洗浄結果のランクは１、「実験４」の洗浄結果のランクは１であることがわかる。洗浄結果がランク１であれば、無端金属リング１１０の窒化不良は確認されなくなる。即ち、超音波発生装置３０の出力を８ｗ／Ｌから２４ｗ／Ｌに上げ、洗浄用治具２０を用いて回転洗浄する、第１実施形態の無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の洗浄方法によって、洗浄効果を向上させることができ、その結果、洗浄槽４０の数を減らすことができることを意味している。この結果、無端金属リング１１０の製造時のリードタイムを短縮することで製造コストを下げる事ができる。又、ＣＶＴリング１００の寿命を延ばすことに貢献することが可能となる。
次に、本発明の第２の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、樹脂除去工程ｐｒ６以外は第１実施形態と同様の構成であるので、異なる部分だけを説明する。
図１２に、第２実施形態の洗浄装置の模式平面図を示す。図１３に、洗浄装置の模式斜視図を示す。第２実施形態では、無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の洗浄に四塩化炭素溶液を使用している。図１２に示す１槽目の洗浄槽４０に四塩化炭素溶液を満たして無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の洗浄をする。洗浄時には洗浄用治具２０に素材リングＣ２を保持させ、必要に応じて回転させても良い。又、には超音波発生装置３０も備えている。図１２に示す２槽目の洗浄槽４０には、純水が満たされて、１槽目同様に超音波発生装置３０によって超音波洗浄なされる。この様に、素材リングＣ２を分解除去液に浸した状態で超音波発生装置３０によって超音波洗浄することで、無端金属リング１１０の表面に付着する樹脂を分解除去可能である。なお、洗浄に用いる溶液は樹脂を分解除去できる溶液であれば、四塩化炭素溶液に限らず他の樹脂を分解除去可能な分解除去液を用いることを妨げない。
次に、本発明の第３の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、樹脂除去工程ｐｒ６以外は第１実施形態と同様の構成であるので、異なる部分だけを説明する。
図１４に、第３実施形態の無端金属リングの洗浄イメージを斜視図に示す。第３実施形態は、高圧洗浄によって無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の表面を洗い流す構成となっている。洗浄装置１０の洗浄槽４０内部に内表面洗浄ノズル７０が備えられ、又、外周面に外表面洗浄ノズル７１が備えられ、少なくとも数十ＭＰａ程度の圧力で無端金属リング１１０の表面を洗浄する。或いは、大流量洗浄によって、数十〜数百Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で洗浄する方法を採用して素材リングＣ２の表面を洗浄しても良い。この場合、洗浄槽４０に超音波発生装置３０を備える必要は無く、無端金属リング１１０の外周側と内周側の表面をノズルから噴射する純水などの洗浄液で洗浄することで、素材リングＣ２の表面に付着した樹脂を除去することが可能となる。
なお、前述の実験結果より、高温の洗浄液で洗浄する場合にも効果があることが確認されており、同様にノズルを使って素材リングＣ２の表面をスチーム洗浄することで、無端素材リングＣ２の表面から樹脂を除去することが可能となる。この様に、素材リングＣ２の表面に流体を用いて洗い流すことでも、樹脂除去工程ｐｒ６においてバレル研磨工程ｐｒ５で素材リングＣ２の表面に付着した樹脂メディアの欠片を洗い流すことが可能である。
第２実施形態又は第３実施形態の洗浄装置１０及び洗浄方法によっても、第１実施形態と同様の効果が得られ、結果的に無端金属リング１１０の窒化不良を低減することが可能となる。即ち、無端金属リング１１０の表面に付着していると考えられる樹脂クズを除去する樹脂除去工程ｐｒ６を設けることで、大幅に無端金属リング１１０の窒化不良を低減することが可能である。
以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、無端金属リング１１０の製造手順を図３に示しているが、筒状体Ｃ１の筒状体切断工程ｐｒ４の後に行うバレル研磨工程ｐｒ５が行われた後であって、溶体化２処理工程ｐｒ８前に樹脂除去工程ｐｒ６が実施されれば、その他の工程が増減、或いは入れ替わることを妨げない。上述した通り、圧延工程ｐｒ７の前に樹脂除去工程ｐｒ６が実施されることが望ましいが、例えば圧延工程ｐｒ７の後に樹脂除去工程ｐｒ６を実施した場合でも、ある程度の樹脂除去効果は望める。
また、ＣＶＴリング１００の形状もあくまで例示したものであり、積層リング１０４の積層数のエレメント１０２の形状が異なった場合にも、本発明は適用可能である。更に、洗浄用治具２０の形状等についても変更することを妨げない。この場合は、超音波発生装置３０の発生する超音波を抑制しない様に、洗浄用治具２０のフレームを細く、素材リングＣ２を覆う部分を極力少なくすることが好ましい。
１０ 洗浄装置
２０ 洗浄用治具
２１ 治具
３０ 超音波発生装置
４０ 洗浄槽
１００ ＣＶＴリング
１０２ エレメント
１０４ 積層リング
１１０ 無端金属リング
１１６ 溝部
近年、無段変速機（ＣＶＴ）を搭載する車両が増えてきている。ＣＶＴを車両に搭載することで、エンジンの出力側に変速比を無段階に制御でき、車両の燃費を向上させることが可能である。これは、ＣＶＴによって変速比を無段階に制御できることでエンジン出力を効率的に引き出すことができるためである。ＣＶＴは積層された無端金属ベルトと複数のエレメントを組み合わせて形成されており、入力側プーリと出力側プーリに掛け渡されて動力を伝達する。出力側プーリと入力側プーリには溝幅を無段階に変えられる一対のシーブをそれぞれ備え、溝幅を変えることで入力側と出力側の回転数比、即ち変速比を連続的に無段階に変化させることができる。
特許文献３には、スチールベルトの製造方法に関する技術が開示されている。高張力鋼のシート材からスチールベルトを製造する方法であって、高張力鋼のシート材に深絞り加工を行い、更に深絞り加工とは異なる絞り比となる条件でこの加工部をさらに少なくとも１回以上深絞り加工を行う多工程の深絞り工程と、多加工の深絞り工程において加工された部材を円周に沿ってベルト状に切断する。こうすることで溶接作業を行わずに、高強度のスチールベルトを製造することが可能となる。
（７）無端金属リングを保持して、前記無端金属リングの洗浄を行う無端金属リング洗浄装置において、前記無端金属リングを保持する保持治具と、前記保持治具で前記無端金属リングの周方向に回転させる回転機構と、前記無端金属リングを超音波洗浄する為に液体を満たす洗浄槽と、前記超音波洗浄を行う超音波発生装置と、を備えること、を特徴とする。
（８）（７）に記載の無端金属リング樹脂除去装置において、前記回転機構によって前記無端金属リングを周方向に回転させながら前記超音波発生装置を作動させることで、前記無端金属リングの表面に付着した樹脂を除去すること、が好ましい。
しかしながら、前述の対策をした上で、樹脂除去工程ｐｒ６に相当する洗浄工程で入念な洗浄をしても、一定の割合で窒化不良が起きていた。図９に、比較のために用意した６槽洗浄の概略図を示す。従来は、図９に示すようにバレル研磨工程ｐｒ５後に６槽の洗浄工程を経て丹念に無端金属リング１１０の洗浄を行ってきた。１槽目から４槽目までは、純水を用いた超音波洗浄と揺動を組み合わせて無端金属リング１１０の洗浄を行い、５槽目は純水での洗浄、そして６槽目は無端金属リング１１０を高速回転させることで水滴を飛ばすスピンドライを行っていた。しかし、この様な洗浄方法でも、窒化不良を防ぐことが難しかったので、出願人はこの６槽洗浄で洗浄後に検出される異物を分析し、樹脂成分が多く検出されることに着目した。
図７に、説明の為に用意した窒化不良発生第１モデルを模式図に示す。（ａ）では洗浄不良によって樹脂クズ、圧延油、コンパウンドなどが工程内にある塵などと合わさってエマルジョン化し、無端金属リング１１０表面に付着している様子を示ししている。このエマルジョン化物質ｂ１は、溶体化１処理工程ｐｒ３のタイミングを示す（ｂ）で炭素系高分子ｂ２となって無端金属リング１１０の表面に固着すると考えられる。そして、時効処理（ｃ）において炭化物質ｂ３となる。この炭化物質ｂ３は、酸化処理（ｄ）において無端金属リング１１０表面に形成される鉄酸化層ｒ１の生成を妨げる。そして、窒化処理（ｅ）において窒化層ｒ２が形成されるときにも、図４（ｄ）に示すような浸窒を妨げることで窒化層ｒ２の生成を部分的に妨げてしまう。これが無端金属リング１１０表面に形成される黒点の原因だと考えられる。
図１２に、第２実施形態の洗浄装置の模式平面図を示す。図１３に、洗浄装置の模式斜視図を示す。第２実施形態では、無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の洗浄に四塩化炭素溶液を使用している。図１２に示す１槽目の洗浄槽４０に四塩化炭素溶液を満たして無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の洗浄をする。洗浄時には洗浄用治具２０に素材リングＣ２を保持させ、必要に応じて回転させても良い。又、洗浄槽４０には超音波発生装置３０も備えている。図１２に示す２槽目の洗浄槽４０には、純水が満たされて、１槽目同様に超音波発生装置３０によって超音波洗浄なされる。この様に、素材リングＣ２を分解除去液に浸した状態で超音波発生装置３０によって超音波洗浄することで、無端金属リング１１０の表面に付着する樹脂を分解除去可能である。なお、洗浄に用いる溶液は樹脂を分解除去できる溶液であれば、四塩化炭素溶液に限らず他の樹脂を分解除去可能な分解除去液を用いることを妨げない。
図１４に、第３実施形態の無端金属リングの洗浄イメージを斜視図に示す。第３実施形態は、高圧洗浄によって無端金属リング１１０（素材リングＣ２）の表面を洗い流す構成となっている。洗浄装置１０の洗浄槽４０内部に内表面洗浄ノズル７０が備えられ、又、外周面に向けて外表面洗浄ノズル７１が備えられ、少なくとも数十ＭＰａ程度の圧力で無端金属リング１１０の表面を洗浄する。或いは、大流量洗浄によって、数十〜数百Ｌ／ｍｉｎ程度の流量で洗浄する方法を採用して素材リングＣ２の表面を洗浄しても良い。この場合、洗浄槽４０に超音波発生装置３０を備える必要は無く、無端金属リング１１０の外周側と内周側の表面をノズルから噴射する純水などの洗浄液で洗浄することで、素材リングＣ２の表面に付着した樹脂を除去することが可能となる。

Claims (8)

  1. 樹脂を材料とするバレルを用いて無端金属リングを研磨するバレル研磨工程と、洗浄された前記無端金属リングを圧延する圧延工程と、圧延された前記無端金属リングを窒化処理する窒化処理工程を経て、前記無端金属リングを製造する無端金属リングの製造方法において、
    前記無端金属リングに付着した前記樹脂を除去する樹脂除去工程を備えること、
    を特徴とする無端金属リングの製造方法。
  2. 請求項１に記載の無端金属リングの製造方法において、
    前記樹脂除去工程は、前記バレル研磨工程の後、前記圧延工程前に備えられていること、
    を特徴とする無端金属リングの製造方法。
  3. 請求項１又は請求項２に記載の無端金属リングの製造方法において、
    前記樹脂除去工程は、前記無端金属リングを分解処理液に浸すことで、前記樹脂を除去する工程であること、
    を特徴とする無端金属リングの製造方法。
  4. 請求項１又は請求項２に記載の無端金属リングの製造方法において、
    前記樹脂除去工程は、前記無端金属リングの表面に流体を衝突させることで、前記樹脂を除去する工程であること、
    を特徴とする無端金属リングの製造方法。
  5. 請求項１又は請求項２に記載の無端金属リングの製造方法において、
    前記樹脂除去工程は、前記無端金属リングを液体に浸し、超音波洗浄を行う工程であること、
    を特徴とする無端金属リングの製造方法。
  6. 請求項５に記載の無端金属リングの製造方法において、
    前記樹脂除去工程で、前記無端金属リングを回転させながら洗浄を行う工程であること、
    を特徴とする無端金属リングの製造方法。
  7. 前記無端金属リングを保持して、前記無端金属リングの洗浄を行う無端金属リング樹脂除去装置において、
    前記無端金属リングを保持する保持治具と、前記保持治具で前記無端金属リングの周方向に回転させる回転機構と、前記無端金属リングを超音波洗浄する為に液体を満たす洗浄槽と、前記超音波洗浄を行う超音波発生装置と、を備えること、
    を特徴とする無端金属リング樹脂除去装置。
  8. 請求項７に記載の無端金属リング樹脂除去装置において、
    前記回転機構によって前記無端金属リングを周方向に回転させながら前記超音波洗浄装置を作動させることで、前記無端金属リングの表面に付着した樹脂を除去すること、
    を特徴とする無端金属リング樹脂除去装置。
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