WO2008050800A1

WO2008050800A1 - Elément de galet pour des transmissions à courroie continuellement variables et son procédé de fabrication

Info

Publication number: WO2008050800A1
Application number: PCT/JP2007/070727
Authority: WO
Inventors: Kouji Ohbayashi; Kazuaki Okada; Taro Matsukawa; Yutaka Eto; Koki Mizuno; Kazumichi Tsukuda
Original assignee: Aisin Aw Co., Ltd.
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2008-05-02
Also published as: KR20090024741A; US20080099107A1; CN101490439B; EP2031274B1; EP2031274A4; JP4760664B2; JP2008106856A; US7988796B2; CN101490439A; EP2031274A1; KR101066345B1

Description

明細書

ベルト式無段変速機用シーブ部材及びその製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、ベルト式無段変速機に用いられるシーブ部材を製造する方法に関する

〇

背景技術

[0002] 例えば自動車のエンジンから駆動輪へ動力を伝えるための変速装置としては、多数の歯車類を組み合わせた有段の自動変速機の他に、 V、わゆるベルト式無段変速機がある。ベルト式無段変速機は、入力側のプーリと出力側のプーリとの間にベルトを掛け渡し、各プーリにおける溝幅を変更することによって無段階に変速可能としたものである。

各プーリを構成する部品としては、軸部とこれに固定された円錐状のシーブ面を有する部品（固定シーブ）と、上記軸部に装着されて軸上を移動する円錐状のシーブ面を有する部品（可動シーブ）とがある。これら固定シーブ及び可動シーブのそれぞれを、適宜、単に、 CVTシーブと呼ぶ。

[0003] 上記 CVTシーブは、ベルトと摩擦接触させるためのシーブ面を備えており、品質要求として、シーブ面等の耐摩耗性と、寸法精度の高精度化が求められている。そのため、 CVTシーブの従来の製造方法は、所望形状に成形した後、浸炭処理のための加熱を長時間行った直後に焼入れ処理を行い、さらにその後、寸法精度を向上させるための研削加工を行っていた。また、研削加工後にそのシーブ面にショットピーニング処理を施す例もあった（特許文献 1参照）。

[0004] 特許文献 1 :特開 2000— 130527号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0005] ところで、従来の CVTシーブの製造方法にお!/、ては、上記のごとく浸炭処理を長時間行った直後に焼入れを行う所謂浸炭焼入れ処理を実施するが、その焼入れステツプとしては、水焼き入れよりも歪みの発生を抑制可能な油焼入れを実施して!/、る。しかしながら、いくら油焼入れによって歪み発生を抑制しょうとしても、要求品質に合致するような寸法精度を維持することはできない。そのため、上述したごとぐ焼入れ後に研削加工を行うが、歪みによる寸法形状の悪化を研削により矯正するためには、比較的深い範囲まで研削代を設ける必要がある。また、そのために、浸炭処理においては研削後においても浸炭層が残存するように、研削代以上の深さまで浸炭層を形成する必要があり、非常に長い浸炭加熱時間を必要とする。

このような状況から、 CVTシーブの製造をより効率よく行うために、従来と同等の寸法精度と硬度特性を維持しながら処理時間の短縮等を図ることが求められていた。

[0006] 本発明は、力、かる従来の問題点に鑑みてなされたもので、従来と同等の寸法精度及び硬度特性を維持することができ、かつ、処理時間を短縮することができる CVTシーブの製造方法を提供しょうとするものである。

課題を解決するための手段

[0007] 本発明の第 1の側面は、ベルトと摩擦接触させるためのシーブ面を備えたベルト式無段変速機用シーブ部材を製造する方法であって、

鋼よりなる素材に鍛造加工を加えることにより上記シーブ面を有する中間体に成形する成形工程と、

上記中間体を浸炭ガス中において加熱して浸炭処理する浸炭工程と、該浸炭工程を終えた上記中間体を冷却するに当たり、該中間体における組織がマルテンサイト変態を起こす速度より遅い冷却速度で徐冷する冷却工程と、

冷却された上記中間体の所望部分を高周波加熱した後に水焼入れする焼入れェ程と、

上記中間体に研削加工を施して最終形状とする仕上げ工程とを含むことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法にある。

[0008] 本発明の CVTシーブの製造方法は、上記浸炭工程において浸炭処理のための加熱を行った後に、焼入れを行うことなぐ上記のごとぐ中間体における組織がマルテンサイト変態を起こす速度より遅い冷却速度で徐冷する冷却工程を行う。そのため、その後の焼入れ工程前の状態においては、急冷を行う場合に比べて大幅に歪みの発生を抑制することができる。 [0009] 次!/、で、本発明では、浸炭工程後の上記中間体の所望部分を高周波加熱した後に水焼入れする。この焼入れ工程では、部材全体を加熱するのではなぐ高周波を利用して焼入れにより強度向上させたい部分のみを急速に加熱する。そして、その後、水焼入れにより、その部分を急冷する。水焼入れを採用することにより、冷却効果を高めることができ、従来の油焼入れの場合よりも高強度化を図ることができる。さらに、従来のように部材全体を焼入れ処理する場合よりも、焼入れ処理時の歪みの発生を大幅に抑制することができる。このような歪み抑制効果と焼入れ効果の向上により、浸炭度合いを軽くすることができると共に、その後の研削加工の削り代を低減させることもできる。さらに、肖 IJり代の低減を図った場合には、浸炭工程において形成する浸炭層の深さを低減させることも可能である。それ故、浸炭工程における処理時間の短縮を図ることも可能となる。

[0010] したがって、本発明によれば、従来と同等の寸法精度を維持することができ、かつ、処理時間を短縮することができる CVTシーブの製造方法を提供することができる。

[0011] 本発明の第 2の側面は、第 1の発明の製造方法により製造してなることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材（CVTシーブ）にある。

本発明の CVTシーブは、上記のごとぐ短時間処理によって作製することができ、コスト低減することが可能であり、かつ、従来と同様の硬度特性及び優れた寸法精度を兼ね備えたものとすることができる。

図面の簡単な説明

[0012] [図 1]実施例 1における、プライマリプーリ用のシーブ部材 (プリシャフト）の構造を示す説明図。

[図 2]実施例 1における、プライマリプーリ用のシーブ部材 (プリスライディング）の構造を示す説明図。

[図 3]実施例 1における、セカンダリプーリ用のシーブ部材（セカンドシャフト）の構造を示す説明図。

[図 4]実施例 1における、セカンダリプーリ用のシーブ部材 (セカンドスライディング）の構造を示す説明図。

[図 5]実施例 1における、（a)本発明工程、（b)従来工程を示す説明図。 [図 6]実施例 1における、（a)本発明方法のヒートパターンを示す説明図、（b)比較方法のヒートパターンを示す説明図。

[図 7]実施例 1における、（a)本発明方法を実施する熱処理設備、（b)比較方法を実施する浸炭焼入れ設備を示す説明図。

[図 8]実験例 1における、セカンドシャフトのシーブ面の歪み測定結果を示す説明図。

[図 9]実験例 2における、セカンドスライディングのシーブ面の歪み測定結果を示す説明図。

[図 10]実験例 3における、プリシャフトのシーブ面の硬度測定結果を示す説明図。

[図 11]実験例 4における、プリシャフトのシーブ面の硬度測定結果を示す説明図。

[図 12]実験例 5における、セカンドシャフトのシーブ面の硬度測定結果を示す説明図

[図 13]実験例 6における、セカンドシャフトのシャフト部の硬度測定結果を示す説明図。

[図 14]実験例 7における、セカンドシャフトのシーブ面の炭素濃度測定結果を示す説明図。

[図 15]参考例 1における、試験 1の鋼部材の冷却パターンを示す説明図。

[図 16]参考例 1における、試験 2の鋼部材の冷却パターンを示す説明図。

[図 17]参考例 1における、試験 3の鋼部材の冷却パターンを示す説明図。

[図 18]参考例 1における、試験 4の鋼部材の冷却パターンを示す説明図。

[図 19]実施例 2における、減圧徐冷パターンの具体例を示す説明図。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 本発明の製造方法においては、上記のごとぐ冷却工程において中間体における組織がマルテンサイト変態を起こす速度より遅い冷却速度で徐冷する。これにより、マルテンサイト変態という相変態による歪みの発生が起こることを防止することができる。このマルテンサイト変態を起こす速度より遅い冷却速度は、素材の材質によって左右されるが、その具体的速度は実験により求めることが可能である。

[0014] 一方、上記冷却工程では、少なくとも上記中間体の温度が A1変態点を通過するまでの冷却速度が 20°C/秒以下となるよう徐冷することも好ましい。この場合には、上記 CVTシーブに適用可能な材質の多くの場合には、マルテンサイト変態を抑制することができ、歪みの抑制効果を比較的容易に得ることができる。

[0015] また、上記冷却工程では、少なくとも上記中間体の温度力 SA1変態点に達するまでの冷却速度が 10°C/秒以下となるよう徐冷することがさらに好ましい。この場合には、いわゆる各部位における冷却速度のばらつきによる熱歪みの発生をさらに抑制すること力 Sでさる。

また、冷却速度が遅すぎる場合には、冷却時間が長時間となり、生産性の低下がおこりうる。そのため、好ましくは上記冷却速度は 0. 1°C/秒以上がよぐさらに好ましくは 0. 5°C/秒以上がよい。

したがって、上記冷却速度は、 0.；!〜 20°C/秒の範囲とすれば好ましいが、より好ましくは 0. 5〜； 10°C/秒の範囲とするのがよい。

[0016] また、上記冷却工程では、上記中間体を覆う冷却ガスを大気圧よりも低く減圧した状態で徐冷する減圧徐冷を行うことが好ましレ、。

本発明では、上述したごとぐ上記の徐冷を行う冷却工程を採用し、かつ、焼入れ処理として高周波焼入れ工程を採用することにより、従来の浸炭焼入れの場合よりも歪み発生を大幅に抑制することができる力さらに高周波焼入れ工程の前の冷却ェ程にお!/、て、上記減圧徐冷を採用することが最も好まし!/、。

[0017] たとえ歪み抑制効果の高い上記高周波焼入れ工程を採用しても、その工程の前の中間体そのものが歪んでいる場合には、その後の研削代を多くしなければならない。もちろん、本発明では、上記徐冷を行うことにより、歪み発生の抑制を行うことができる力シーブ面等の寸法精度の厳しい部位においては、さらなる歪み抑効果が求められている。このようなさらなる歪み向上策として最も好ましいのは、浸炭工程と高周波焼入れ工程との間に行う上記冷却工程に上記減圧徐冷を採用することである。

[0018] 即ち、上記冷却工程では、浸炭工程を終えた高温状態の上記中間体を、冷却ガス中において冷却するに当たり、該冷却ガスを大気圧よりも低く減圧した状態で冷却する減圧徐冷を採用することが好ましい。これにより、冷却ガスを大気圧状態として冷却する場合に比べて、中間体の歪みの発生をよりいっそう抑制することができる。

[0019] 例えば、冷却時に冷却ガスを撹拌する場合には、冷却ガスを減圧状態とすることによって、大気圧状態の場合に比べ、循環する冷却ガスの風上と風下での冷却速度の差を低減させること力 Sできる。つまり、大気圧で徐冷する場合、大気圧中の冷却ガスに被冷却部材を接触させただけで熱交換が進み被冷却部材の冷却が開始する。この場合、積極的なガス攪拌または熱によるガス対流により風上と風下が生じ、冷却速度差が生じる。冷却速度差により被冷却部材の温度差が生じ、熱処理歪を発生する。これに対し、冷却ガスを減圧状態とすることによって、風上'風下のいずれであっても、そもそも熱交換速度が遅ぐ冷却速度差が生じ難い。それ故、冷却ガスを減圧状態とする減圧徐冷を採用した場合には、比較的均一に冷却が進む為、熱処理歪の発生が少ない。また、撹拌を全くしない場合であっても、減圧状態の場合には、大気圧の場合よりも、温度の異なる冷却ガスの滞留による冷却速度の差を低減させることができる。

[0020] このような冷却ガスの減圧による効果を利用することにより、上記冷却工程を施した中間体は、歪み発生をよりいっそう抑制することができ、高精度の寸法精度を維持したまま上記高周波焼入れ工程に進めることができる。そして、これにより、上述した高周波焼入れ工程によるメリットを活力もて、焼入れ後の中間体も歪みの少ない高精度のものとすることができる。

[0021] また、上記冷却工程の減圧徐冷は、浸炭工程を終えた高温状態の中間体に対して行うが、必ずしも冷却完了まで減圧状態を続ける必要はない。少なくとも歪み発生にほとんど影響がない低温域に入ってからは、上記減圧徐冷ではなぐ減圧状態を解除した大気圧での冷却、あるいは積極的に大気圧以上に増圧した状態での冷却を行ってもよい。

また、上記減圧徐冷中においても、減圧条件を途中で緩めたり、撹拌条件を変更したりすることも可能である。むしろ、歪み発生のおそれが減少する低温域においては、冷却効率を向上できる条件に変更することが工業的には好ましい。

[0022] 上記減圧徐冷の終了時期は、中間体の温度または冷却時間によって管理することが可能である。その最適な条件は、中間体（CVTシーブ）の材質の種類、一度に処理する量、冷却ガスの種類、冷却ガスの撹拌装置の能力等に応じて変化するので、実験によって管理値を求め、それに従うことが好ましい。上記減圧徐冷の終了時期を温度によって定める場合には、例えば、 500°C以下の所定の温度になった時期とすることができる。少なくとも 500°Cまで歪み発生抑制可能な条件で減圧徐冷すれば、上記の作用効果を十分に発揮することができる。

[0023] また、上記冷却工程は、減圧状態の冷却ガスを撹拌しなくても、大気圧状態の場合と比較すると歪み抑制効果が高くなるが、より好ましくは、適度な撹拌を行って、冷却ガスの滞留を防止するのがよ!/、。

すなわち、上記減圧徐冷は、上記冷却ガスを撹拌しながら行うことが好ましい。これにより、よりいつそう歪み抑制効果を高めることができる。

[0024] また、上記減圧徐冷は、少なくとも、冷却による上記中間体の組織変態が始まる前力もすベての組織変態が完了するまで行うことが好ましい。即ち、中間体をオーステナイト状態から常温まで冷却する場合には、必ず組織変態を伴うが、その組織変態中に歪みが生じやすい。特に、組織変態中の冷却条件が部位によってばらつけば、歪みが出やすくなる。そのため、上記冷却工程の期間中に中間体の組織変態を完了させることが好ましい。

[0025] また、上記減圧徐冷における上記冷却ガスの減圧状態は、 0. lbar〜0. 65barの範囲とすることが好ましい。上記減圧状態を 0. lbar未満にするには減圧装置が非常に高価となりすぎるという問題がある。一方、 0. 65barを超える場合には、冷却ガスの減圧による上記作用効果が少なくなるという問題がある。

そのため、上記減圧徐冷における上記冷却ガスの減圧状態は、 0. lbar〜0. 3bar の範囲とすることがより好ましい。特に 0. 3bar以下とすることによって、上記の減圧による ¾]果を高めること力できる。

[0026] また、上記冷却工程では、上記中間体の温度が A1変態点以下となった後に上記冷却ガスの撹拌速度を高める条件で冷却を行うことができる。すなわち、上記冷却ェ程における減圧徐冷は、減圧状態で行うので、大気圧以上の状態で行う場合よりも冷却効率が低下する。そのため、上記中間体の温度が歪み発生に影響しない A1変態点以下の温度領域に入ってからは、冷却ガスの撹拌速度を高めることにより冷却効率を少しでも向上させること力できる。最も容易な方法としては、冷却工程の初期においては撹拌速度を 0または最低限の速度に落としておき、その後、上記中間体の温度力 SA1変態点以下となった後に撹拌速度を高める方法がある。これにより、上記中間体の温度力 SA1変態点以下となった後に冷却能力が向上し、全体の冷却時間を短縮させること力できる。また、撹拌速度を高める方法としては、一気に高める方法でもよいが、徐々に高める方法の方がより好ましい。

[0027] また、上記冷却工程では、上記中間体の温度が A1変態点以下となった後に上記冷却ガスの圧力を高める条件で冷却を行うこともできる。この場合には、上記中間体の温度が歪み発生に影響しない A1変態点以下の温度領域に入ってから、冷却ガスの圧力増大によって冷却速度を高めることができ、全体の冷却時間を短縮することができる。もちろん、上記の撹拌速度を高める方法と合わせて冷却ガスの圧力を高める方法をとることもできる。

また、この冷却工程中の圧力増大は、あくまでも大気圧よりも低い範囲で行う。また、圧力増大は、一気に行ってもよいが、徐々に行う方がより好ましい。なお、上述したように、冷却工程を完了させた後に、大気圧あるいはそれ以上に増圧することは妨げられない。

[0028] また、上記冷却工程では、上記冷却ガスとして、上記減圧浸炭工程における上記浸炭ガスと異なる様々な冷却ガスを用いることができる。特に、上記冷却ガスは窒素ガス（Nガス）であることが好ましい。この場合には、中間体の酸化を抑制しつつ冷却すること力 Sでさる。

もちろん、上記冷却ガスとしては、公知の様々なガスを選択することができる。

[0029] また、上記浸炭工程は、上記中間体を減圧下の浸炭ガス中において浸炭処理する減圧浸炭工程であることが好ましい。この減圧浸炭では、高温の浸炭炉の内部を減圧状態に維持しながら比較的少量の浸炭ガスによって浸炭処理を行うことができるので、従来よりも効率よく浸炭処理を行うことができる。

[0030] また、上記浸炭工程は、上記中間体をオーステナイト化温度以上に加熱すると共に

、 0. 001 -0. lbarの減圧条件下において行うことが好ましい。浸炭時の減圧が 0.

00 lbar未満の場合には真空度維持のために高価な設備が必要となるという問題が生じる。一方、 0. lbarを超える場合には浸炭中にススが発生し、浸炭濃度ムラが生じるという問題が生じるおそれがある。また、上記浸炭ガスとしては、例えば、アセチレン、プロパン、ブタン、メタン、ェチレン、エタン等を適用することができる。

[0031] また、上記減圧浸炭工程においては、通常浸炭より表面濃度を上げ、表層に鉄と炭素の化合物を析出させる高濃度浸炭、ある!/、は浸炭処理と共に窒化処理も行う浸炭窒化処理を採用することも可能である。

[0032] また、上記素材は、質量％において、 C : 0. 20-0. 45%を含有する炭素鋼であることが好ましい。 C含有量が 0. 45%を超えるような高炭素鋼の場合には、熱処理前の切削加工の効率が悪ぐまた切削工具の寿命が短いという問題がある。一方、 C含有量が 0. 20%未満の場合には、浸炭層を形成しない部分の強度が十分に得られないという問題がある。

[0033] また、素材の材質が上記範囲の場合には、上記浸炭工程においては、浸炭層の最大の浸炭濃度が、 C : 0. 5〜； 1. 0質量％となるように行うことが好ましい。浸炭層の浸炭濃度が C : 0. 5質量％未満の場合には、浸炭による硬度向上効果が十分に得られないという問題があり、一方、 1. 0質量％を超える場合には、材料のオーステナイト結晶粒界に強度上有害なセメンタイト（Fe C)が生成し、強度低下をもたらすおそれがある。

[0034] また、上記減圧浸炭工程と上記減圧徐冷工程とを連続で行う場合には、実際の設備では、減圧浸炭室と減圧徐冷室とを直接繋ぐことができ、両者の間に減圧度を調整するような予備室等を設ける必要がない。すなわち、上記減圧浸炭工程と上記減圧徐冷工程とは、両方とも減圧状態で行われるので、両者の間の圧力差を小さくすること力 Sできる。そのため、減圧浸炭処理を終えた製品を常圧状態に晒すことなく減圧徐冷処理することができ、歪み発生を抑制した効率のよい処理が可能である。

[0035] また、上記焼入れ工程における上記水焼入れの冷却速度は、 200°C/秒〜 2000 °C /秒であることが好ましい。冷却速度が 200°C/秒よりも遅い場合には、焼入れ効果が十分に得られないおそれがあり、一方、 2000°C/秒を超える急冷を実現することは困難である。

実施例

[0036] (実施例 1) 本発明の実施例に係る CVTシーブの製造方法及び得られた CVTシーブの評価結果（実験例;!〜 8)にっき、図 1〜図 15を用いて説明する。

本例で作製する CVTシーブは、図 1〜図 4に示すごとぐベルト式無段変速機におけるプライマリプーリを構成する一対のシーブ部材（CVTシーブ）81、 82と、セカンダリプーリを構成する一対のシーブ部材（CVTシーブ）83、 84の合計 4種類である。上記 CVTシーブ 81、 82とからなるプライマリプーリにおける溝部と、上記 CVTシーブ 8 3、 84とからなるセカンダリプーリにおける溝部とにベルトを掛け合わせることにより、ベルト式無段変速機の基本構造が構成されることとなる。

[0037] CVTシーブ 81は、図 1に示すごとく、シャフト部 810とシーブ部 812とを一体的に有しており、シーブ部 812の円錐状の表面がシーブ面 815である。以下、適宜、この CVTシーブ 81を、プリシャフト 81という。

CVTシーブ 82は、図 2に示すごとぐ上記プリシャフト 81のシャフト部 810に外揷可能な貫通穴 829を設けた外筒部 820とシーブ部 822とを有しており、シーブ部 822の円錐状の表面がシーブ面 825である。 CVTシーブ 82は、上記プリシャフト 81のシャフト部 810に装着した状態で軸方向に相対的にスライドできるよう組み付けられる。以下、適宜、この CVTシーブ 82を、プリスライディング 82という。

[0038] CVTシーブ 83は、図 3に示すごとぐシャフト部 830とシーブ部 832とを一体的に有しており、シーブ部 832の円錐状の表面がシーブ面 835である。以下、適宜、この CVTシーブ 83を、セカンドシャフト 83という。

CVTシーブ 84は、図 4に示すごとぐ上記セカンドシャフト 83のシャフト部 830に外揷可能な貫通穴 849を設けた外筒部 840とシーブ部 842とを有しており、シーブ部 8 42の円錐状の表面がシーブ面 845である。 CVTシーブ 84は、上記セカンドシャフト 83のシャフト部 830に装着した状態で軸方向に相対的にスライドできるよう組み付けられる。以下、適宜、この CVTシーブ 84を、セカンドスライディング 82という。

なお、図 1〜図 4に示すごとぐハッチング部分 Yは、後述する高周波焼入れ工程によって硬化させる部分（焼入れ部位 Yとレ、う）である。

[0039] 上記 4種類の CVTシーブ 8；!〜 84を製造するに当たり、本発明の製造方法 (本発明方法）および比較のための従来の浸炭焼入れを用いた方法（比較方法）を実施した。

本発明の方法 (本発明工程）は、図 5 (a)に示すごとぐ主にステップ S 11力、ら S 17 の 7つのステップを有するものである。

ステップ S11は、鋼よりなる素材に鍛造加工を加えることにより上記シーブ面を有する中間体に成形する成形工程であり、上述した各 CVTシーブ 8；!〜 84の粗形状を有する中間体（図示略)を得るものである。

[0040] ステップ S12は、上記中間体に切削加工を施して、外形状を最終形状に近い形状まで整える切削工程である。

ステップ S 13は、上記中間体を浸炭ガス中におレ、て加熱して浸炭処理する浸炭ェ程である。本例では、後述するごとぐ減圧浸炭処理を採用した。

ステップ S14は、浸炭工程を終えた上記中間体を冷却するに当たり、少なくとも該中間体の温度力 SA1変態点を通過するまでの冷却速度が 20°C/秒以下となるよう徐冷する冷却工程である。本例では、後述するごとく減圧徐冷を採用した。

ステップ S15は、冷却された上記中間体の所望部分を高周波加熱した後に水焼入れする焼入れ工程である。

ステップ S 16は、焼入れ後の中間体に焼戻し処理を施す焼戻し工程である。ステップ S17は、上記中間体に研削加工を施して最終形状とする仕上げ工程であ

[0041] 比較のための従来の方法 (従来工程）は、図 5 (b)に示すごとぐ主にステップ S21 から S25の 5つのステップを有するものである。

ステップ S21は、鋼よりなる素材に鍛造加工を加えることにより上記シーブ面を有する中間体に成形する成形工程であり、粗形状を有する中間体（図示略)を得るものであり、上記ステップ S 11と同じである。

[0042] ステップ S22は、上記中間体に切削加工を施して、外形状を最終形状に近い形状まで整える切削工程であり、これも上記ステップ S 12と同じである。

ステップ S23は、上記中間体に対して従来の一般的な浸炭焼入れを行う浸炭焼入れ工程である。

ステップ S24は、焼入れ後の中間体に焼戻し処理を施す焼戻し工程である。ステップ S25は、上記中間体に研削加工を施して最終形状とする仕上げ工程であ

[0043] 次に、上記本発明工程における上記ステップ S13〜S16までの工程と、従来工程におけるステップ S23、 S24の工程である、いわゆる熱処理工程についてさらに詳しく説明する。

図 6 (a)には、本発明方法におけるヒートパターン Aを示し、図 6 (b)には、比較方法におけるヒートパターン Bとを示し、比較してある。同図は、横軸に時間を、縦軸に温度を取り、熱処理中における部材の温度をヒートパターン A、 Bとして示したものであ

[0044] 本発明方法は、同図のヒートパターン Aより知られるように、まず、減圧浸炭工程 al

(S I 3)を行った。減圧浸炭工程 alは、浸炭および拡散処理として 950°C X 75分の処理を行った力その際の浸炭室の圧力は 200Paまで減圧し、浸炭ガスの種類はァセチレンを用いるとレ、う条件とした。

減圧浸炭工程 al直後の冷却工程 a2 (S 15)は、冷却ガスは窒素（N )、減圧状態は 600hPa、炉内における冷却ガスの撹拌は撹拌ファンの回転数を定格の約半分で行う第 1のステップを 40分間行い、その後、減圧状態を 800hPaまで緩めると共に撹拌ファンの回転数を定格まで上げて行う第 2ステップを 20分間行うという減圧徐冷条件を採用し、少なくとも 150°C以下の温度となるまで冷却速度は 10°C/分以下という条件とした。

次に、高周波加熱によって中間体のシーブ面等の焼入れ部位 Y (図 1〜図 4)を部分的に 950°Cに加熱し、その後水を吹き付けて水焼入れするという条件で焼入れェ程（S 16)を行った。高周波加熱の条件は、 CVTシーブの種類によって焼入れ領域が若干異なるので CVTシーブ毎に異なる条件に変更した。例えばシーブ面に関しては、プリシャフト 81に対する条件は、周波数 8. 8kHz,設定電力 200kW、加熱時間 6. 8秒という条件とし、プリスライディング 82に対する条件は、周波数 15kHz、設定電力 150kW、加熱時間 7. 5秒という条件とし、セカンドシャフト 83に対する条件は、周波数 8. 8kHz、設定電力 270kW、加熱時間 6. 0秒という条件とし、セカンドスライデイング 84に対する条件は、周波数 15kHz、設定電力 150kW、加熱時間 5. 8秒という条件とした。また、プリスライディング 82及びセカンドスライディング 84の内径側に関しては、プリスライディング 82に対する条件は周波数 30kHz、設定電力 60kW、加熱時間 6. 2秒という条件とし、セカンドスライディング 84に対する条件は周波数 30k Hz、設定電力 60kW、加熱時間 6. 7秒という条件とした。

さらに、 150°Cに 70分保持するという焼戻し工程 a4 (S17)を追加した。

[0045] 一方、比較方法は、同図のヒートパターン Bより知られるように、浸炭温度である 950 °Cまで加熱した後、その温度で 430分間保持して通常の浸炭工程 blを行い、その後焼入れ温度である 850°Cに保持した後、油焼入れする焼入れ工程 b2を行った（S23 )。また、比較方法では、油焼入れ時に付着した冷却剤（油）を洗い落とす後洗工程 b 3と焼入硬化層の靱性確保も目的とした焼き戻し工程 b4 (S24)を行った。

[0046] 次に、本発明方法を実施するための熱処理設備 5と、比較方法を実施するための浸炭焼入れ設備 9について、簡単に説明する。

図 7 (a)に示すごとぐ本発明方法を実施するための熱処理設備 5は、浸炭焼入れ処理前に鋼部材を洗浄するための前洗槽 51と、加熱室 521、減圧浸炭室 522、および減圧冷却室 523を備えた減圧浸炭徐冷装置 52と、高周波焼入れ機 53と、欠陥を検査するための磁気探傷装置 54とを備えたものである。

[0047] 図 7 (b)に示すごとぐ比較方法を実施するための浸炭焼入れ設備 9は、浸炭焼入れ処理前に鋼部材を洗浄するための前洗槽 91と、加熱 ·浸炭 ·拡散を行うための浸炭炉 921および焼入れ油槽 922とを備えた長大な浸炭炉 92と、浸炭焼入れ処理後に鋼部材を洗浄するための後洗槽 93と、焼き戻し処理を行うための焼き戻し炉 94とを備えたものである。

[0048] (実験例 1)

次に、図 8に示すごとぐ上述した本発明工程及び従来工程によって作製したセカンドシャフト 83について歪み発生状態を評価した。

なお、素材としては、本発明工程品と従来工程品の両方とも、愛知製鋼 (株)製の S CM420Nbとした。その化学成分組成は表 1に示す。

[0049] [表 1]

(表 1)

[0050] 図 8には、本発明工程に関しては、浸炭工程 S13の前、冷却工程 S14の後、高周波焼入れ工程 S15の後、仕上げ工程 S17の後の 4つのタイミングで歪み測定した結果を、従来工程に関しては、浸炭焼入れ工程 S23の前と後、及び仕上げ工程 S25の後の 3つのタイミングで歪み測定した結果を示した。

[0051] 上記セカンドシャフト 83の歪み測定は、上述した図 3に示すごとぐシーブ面 835における 3箇所（a〜c )において行った。測定部位 aは、セカンドシャフト 83の軸心からの距離 D 力 Ommの位置、測定部位 bは、上記軸心からの距離 D カ 98mmの位置、測定部位 cは、上記軸心からの距離 D 力 S 135mmの位置である。そして、各測定部位と、軸方向の所定の基準点との間の距離を測定し、その距離と目標値の差を算出することによって評価した。また、評価は、全周における平均値 (AVE)と、全周における最大値 (MAX)と、全周における最小値 (MIN)と、最大値と最小値の差（ R)とにより行った。なお、実験の数は、 nとして示した。また、図 8の中段には、上記測定結果をグラフとして示した。

[0052] 同図から知られるごとぐ本発明工程の場合には、熱処理工程の全工程を通して、その形状特性が安定しており、少なくとも測定部位 aと測定部位 cとの相対的な位置関係はあまり変化しないことがわかる。

一方、従来工程の場合には、浸炭焼入れ前と浸炭焼入れ後において大幅に歪み形状が変化して!/、ること力 Sわ力、る。

以上の結果から、本発明工程を採用した場合には、熱処理工程によって歪みが発生することを従来よりも抑制することが可能であり、熱処理前の形状を適切に制御すれば、最終の仕上げ工程での研削代を低減する製造設計も可能であると言える。

[0053] (実験例 2)

次に、図 9に示すごとぐ上述した本発明工程及び従来工程によって作製したセカンドスライディング 84について歪み発生状態を評価した。

なお、素材としては、本発明工程品と従来工程品の両方とも、愛知製鋼 (株)製の S CM420Nbとした。

[0054] 図 9には、本発明工程に関しては、浸炭工程 S13の前、冷却工程 S14の後、高周波焼入れ工程 S15の後、仕上げ工程 S17の後の 4つのタイミングで歪み測定した結果を、従来工程に関しては、浸炭焼入れ工程 S23の前と後、及び仕上げ工程 S25の後の 3つのタイミングで歪み測定した結果を示した。

[0055] 上記セカンドスライディング 84の歪み測定は、上述した図 4に示すごとぐシーブ面

845における 3箇所（a〜c )において行った。測定部位 aは、セカンドスライディング

4 4 4

84の軸心からの距離 D 力 ¾5mmの位置、測定部位 bは、上記軸心からの距離 D

41 4 42 力 S98mmの位置、測定部位 cは、上記軸心からの距離 D 力 35mmの位置である。

4 43

そして、各測定部位と、軸方向の所定の基準点との間の距離を測定し、その距離と目標値の差を算出することによって評価した。また、評価は、実験例 1の場合と同様に、全周における平均値 (AVE)と、全周における最大値 (MAX)と、全周における最小値 (MIN)と、最大値と最小値の差 (R)とにより行った。なお、実験の数は、 nとして示した。また、図 9の中段には、上記測定結果をグラフとして示した。

[0056] 同図から知られるごとぐ実験例 1の場合と同様に、本発明工程の場合には、熱処理工程の全工程を通して、その形状特性が安定しており、少なくとも測定部位 aと測

4 定部位 cとの相対的な位置関係はあまり変化しないことがわかる。

4

[0057] (実験例 3)

次に、図 10に示すごとぐ上述した本発明工程及び従来工程によって作製したプリシャフト 81につ!/、て、シーブ面 815の硬度特性を評価した。

なお、素材としては、本発明工程品と従来工程品の両方とも、上記と同様に愛知製ま岡（株）製の SCM420Nbとした。

[0058] 上記プリシャフト 81のシーブ面 815の硬度測定は、上述した図 1に示すごとぐ測定部位 bにおける断面において圧子に負荷する加重を 300gfとするという条件でピツカ

1

ース硬さを測定することにより行った。測定部位 bは、プリシャフト 81の軸心からの距

1

離 D が 98mmの位置である。硬度測定の結果は図 10に示す。同図は、横軸に表面力もの距離を、縦軸に硬さ（Hv)を示したものである。そして、本発明工程の結果を符号 Ε3として、従来工程の結果を符号 C3として示した。

[0059] 同図から知られるごとぐ最表面付近においては、焼入れ効果の高い高周波焼入れを採用した本発明工程の方が高硬度となった。表面から 2. Ommより深い部分においては、従来工程の方が硬度が若干高かった。これは、部品全体を焼入れていることによると考えられる。いずれにしても、本発明工程を採用しても、表面硬度の特性は全く低下せず、むしろ向上することがわかる。

[0060] (実験例 4)

次に、図 11に示すごとぐ上述した本発明工程及び従来工程によって、異なる材質を用いて作製したプリシャフト 81につ!/、て、シーブ面 815の硬度特性を評価した。従来工程品の素材は、上記と同様に愛知製鋼 (株)製の SCM420Nbとした力本発明工程品の素材は、 S30Cとした。

[0061] 上記プリシャフト 81のシーブ面 815の硬度測定は、実験例 3の場合と同じである。

硬度測定の結果は図 11に示す。同図は、横軸に表面からの距離を、縦軸に硬さ（H V)を示したものである。そして、本発明工程の結果を符号 E4として、従来工程の結果を符号 C4として示した。

[0062] 同図から知られるごとぐ本実験例でも、最表面付近においては焼入れ効果の高い高周波焼入れを採用した本発明工程の方が高硬度となった。表面から 2. 5mmより深い部分においては、従来工程の方が硬度が若干高かった。これは、部品全体を焼入れていることによると考えられる。いずれにしても、本発明工程を採用しても、表面硬度の特性は全く低下せず、むしろ向上することがわかる。そして、この結果から、比較的特殊な鋼である SCM420Nbを用いなくても、 S30Cというごく平凡な炭素鋼によって、十分に必要特性が得られることがわかる。

[0063] (実験例 5)

次に、図 12に示すごとぐ上述した本発明工程及び従来工程によって作製したセカンドシャフト 83について、シーブ面 835の硬度特性を評価した。

なお、素材としては、本発明工程品と従来工程品の両方とも、上記愛知製鋼 (株）製の SCM420Nbとした。 [0064] 上記セカンドシャフト 83のシーブ面 835の硬度測定は、上述した実験例 3と同様であり、測定部位 bにおいて行った。硬度測定の結果は図 12に示す。同図は、横軸に表面からの距離を、縦軸に硬さ（Hv)を示したものである。そして、本発明工程の結果を符号 Ε5として、従来工程の結果を符号 C5として示した。

[0065] 同図から知られるごとぐ本実験例においても、最表面付近においては、焼入れ効果の高い高周波焼入れを採用した本発明工程の方が高硬度となった。表面から 2. Ommより深い部分においては、従来工程の方が硬度が若干高力た。これは、部品全体を焼入れていることによると考えられる。いずれにしても、本発明工程を採用しても、表面硬度の特性は全く低下せず、むしろ向上することがわかる。

[0066] (実験例 6)

次に、図 13に示すごとぐ上述した本発明工程によって作製したセカンドシャフト 83 について、シャフト部 830の硬度特性を評価した。

なお、素材としては、上記愛知製鋼 (株)製の SCM420Nbとした。

[0067] 上記セカンドシャフト 83のシャフト部 830の硬度測定は、図 3に示すごとぐシャフト部 830の外周面における測定部位 dの位置の断面において行った。硬度測定の結果は図 13に示す。同図は、横軸に表面からの距離を、縦軸に硬さ（Hv)を示したものである。そして、本発明工程の結果を符号 E6として示した。

[0068] 同図から知られるごとぐ本実験例においては、外表面近傍、及び内表面近傍において十分に硬度向上効果が得られていることがわかる。

[0069] (実験例 7)

次に、図 14に示すごとぐ上述した本発明工程によって作製したセカンドシャフト 83 について、浸炭工程（S 13)の効果を評価すベぐシーブ面 835の断面の炭素濃度を測定した。炭素濃度の測定は、具体的には、 EPMA (電子線マイクロアナライザー )を用いて fiつた。

[0070] 上記セカンドシャフト 83のシーブ面 835の炭素濃度測定位置は、測定部位 bとした

。その結果を図 14に示す。同図は、横軸に表面からの距離を、縦軸に炭素濃度 (wt %)を示したものである。そして、測定結果は、なめらかな曲線に補正して符号 E7として示した。

[0071] 同図から知られるごとぐ最表面付近においては、炭素濃度が最大 0. 63wt%となるように浸炭処理が十分に行われて!/、ること力 Sわ力、る。

[0072] (実験例 8)

次に、上述した本発明工程及び従来工程によって作製したセカンドシャフト 83について、静的ねじり試験を実施した。

なお、素材としては、本発明工程品と従来工程品の両方とも、上記愛知製鋼 (株）製の SCM420Nbとした。

[0073] 静的ねじり試験は、セカンドシャフト 83の両端を試験機によって把持し、両端からねじり応力を加えるという一般的な方法である。そして、本例では、比例限におけるトルク（比例限トルク）と破壊時のトルク (破壊トルク）とを測定し、評価した。

測定結果を表 2に示す。

[0074] [表 2]

(表 2)

[0075] 表 2から知られるごとぐ本発明工程品は、比例限トルクにおいて従来工程品よりも 60%も向上する特性が得られた。さらに、本発明工程品は、破壊トルクにおいても従来品よりも 13%も向上する特性が得られた。

以上から、本発明工程を採用した場合には、従来よりも大幅なねじり特性の向上が得られこともわかった。

[0076] (参考例 1) 本参考例では、実施例 1における本発明工程の冷却工程において採用可能な減圧徐冷について複数種類の方法 (試験;!〜 3)を実施し、歪みの発生状況を把握した。なお、本参考例では、実施例 1に示した CVTシーブ 8；!〜 84ではなぐ冷却歪みの影響がより明確に生じうる鋼部材であるリングギアに対して試験を行った例を示す。この参考例の結果は、 CVTシーブの製造方法にも適用できる。

[0077] 試験 1 :

試験 1では、図 15に示すごとぐ上記鋼部材をオーステナイト化温度以上の 950°C に昇温する浸炭処理を行った後に、鋼部材を 150°C以下まで冷却する。

図 15は、横軸に時間、縦軸に温度を取り、鋼部材の温度履歴を示したものである（後述する図 16〜図 18も同様である）。上記熱処理は、同図 A点〜 B点の期間が熱処理の期間であり、 B点以降が冷却の期間である。そして、試験 1では、鋼部材の冷却開始から冷却完了まで、冷却ガスを大気圧よりも低く減圧した状態で冷却する減圧冷却を行った。

減圧冷却の条件は、冷却ガスとして Nを用い、 0. 3bar—定の減圧状態とし、冷却ガスの撹拌を行う条件とした。撹拌速度は、冷却に用いた装置における撹拌ファンを定格回転数の 550rpm—定で運転して得られる条件とした。

[0078] 試験 2 :

試験 2では、図 16に示すごとぐ鋼部材の冷却開始から冷却完了まで、冷却ガスを大気圧よりも低く減圧した状態で冷却する減圧冷却を行った力 S、詳細条件を試験 1と変えた。すなわち、減圧冷却の条件として、冷却ガスとして Nを用い、 0. 3bar—定の減圧状態とした点は試験 1と同様であるが、撹拌速度の条件を、最初は撹拌ファンの回転数を 250rpm—定に落として運転し、その後、 15分後（図 8の C点）に 550rp m—定に変更するという条件とした。その他は試験 1と同様である。

[0079] 試験 3 :

試験 3では、図 17に示すごとぐ鋼部材の冷却開始から冷却完了まで、冷却ガスを大気圧よりも低く減圧した状態で冷却する減圧冷却を行った力 S、詳細条件を試験 1と変えた。すなわち、減圧冷却の条件として、冷却ガスとして Nを用い、その減圧状態を 0. 65bar—定とした。その上で、最初は冷却ガスの撹拌を行わず、その後、 15分後（図 9の C点）に 550rpm—定に変更するという条件とした。その他は試験 1と同様である。

[0080] 試験 4 (比較試験）：

試験 4では、図 18に示すごとぐ鋼部材の冷却開始から冷却完了まで、冷却ガスを大気圧のままの状態で冷却した。すなわち、冷却条件は、冷却ガスの圧力は 1. Oba r (大気圧）一定とし、撹拌条件は、撹拌ファンの回転数を定格より落とした 250rpm 一定とした。冷却前の熱処理条件は試験 1と同様である。

[0081] 次に、上記の試験 1〜3と試験 4の冷却方法によって複数の鋼部材であるリングギアを処理し、その寸法を測定することにより歪み発生量を比較した。

歪みは、リング状の本体部の内周面に設けた歯面の谷部分に接触するように所定の直径の鋼球を配置し、対向する鋼球同士の内径寸法 (BBD)を測定して得られた寸法により評価した。

その結果、試験 1〜3の場合には、いずれの場合も BBDから知られる楕円状態が、試験 4 (比較試験)よりも小さぐ歪み抑制効果が非常に高かった。

[0082] (実施例 2)

本例では、図 19に示すごとぐ実施例 1において示した減圧徐冷工程 a2として採用可能な減圧徐冷パターンについての別例を具体的に説明する。

図 19は、横軸に時間をとり、第 1縦軸に冷却ファンの回転数 (a)を、第 2縦軸に被処理材の温度 (b)を、第 3縦軸に冷却ガスの圧力（c)をとつたものである。

[0083] 同図より知られるごとぐ本例では、最初の第 1冷却ステップ P31の間は、冷却ファンの回転数を低めに設定すると共に、冷却ガス圧を大気圧よりも十分に低い減圧状態として減圧徐冷を行った。

[0084] 次に、第 2冷却ステップ P32の間は、冷却ファンの回転数を定格よりは十分低いものの上記第 1冷却ステップ P31の場合よりも若干高くし、さらに、冷却ガス圧も大気圧よりも低いものの上記第 1冷却ステップ P31の場合よりも若干高い状態に設定し、第 1 冷却ステップ P31よりは若干冷却能力が高い減圧徐冷を行った。本例では、この第 2 冷却ステップ P32の間において、被処理材の温度がいわゆる A1変態点を迎えるようにした。 [0085] 次に、第 3冷却ステップ P33の間は、冷却ファンの回転数および冷却ガス圧を十分に高めた急冷条件とした。

[0086] 以上のように、最初の被処理材が最も高温状態にある第 1冷却ステップ P31では、冷却ガスの圧力および循環速度（冷却ファンの回転数)を低くする減圧徐冷を行うことによって、冷却歪みの発生を確実に抑えることができる。次に、ある程度被処理材の冷却が進んだ第 2冷却ステップ P32では、冷却歪みの発生の可能性が低下して!/ヽるので、若干冷却能力を高めるものの、鋼の A1変態点を超える際の組織変態に伴う歪み発生を抑制すベぐ減圧徐冷条件は維持する。これにより、 A1変態点を超える際の歪み発生を極力抑えることができる。その後、第 3冷却ステップ P33では、冷却ガスの圧力および循環速度を高めることによって冷却能力を最大とすることができる

Claims

請求の範囲

[1] ベルトと摩擦接触させるためのシーブ面を備えたベルト式無段変速機用シーブ部材を製造する方法であって、

上記中間体に研削加工を施して最終形状とする仕上げ工程とを含むことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[2] 請求項 1にお!/、て、上記冷却工程では、少なくとも上記中間体の温度が A1変態点を通過するまでの冷却速度が 20°C/秒以下となるよう徐冷することを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[3] 請求項 1にお!/、て、上記冷却工程では、少なくとも上記中間体の温度が A1変態点を通過するまでの冷却速度が 10°C/秒以下となるよう徐冷することを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[4] 請求項;!〜 3のいずれか 1項において、上記冷却工程では、上記中間体を覆う冷却ガスを大気圧よりも低く減圧した状態で徐冷する減圧徐冷を行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[5] 請求項 4において、上記減圧徐冷は、上記冷却ガスを撹拌しながら行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[6] 請求項 4又は 5において、上記減圧徐冷は、少なくとも、冷却による上記中間体の組織変態が始まる前からすべての組織変態が完了するまで行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[7] 請求項 4〜6のいずれ力、 1項において、上記減圧徐冷における上記冷却ガスの減圧状態は、 0. lbar〜0. 65barの範囲とすることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[8] 請求項 7において、上記減圧徐冷における上記冷却ガスの減圧状態は、 0. lbar 〜0· 3barの範囲とすることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[9] 請求項 4〜8のいずれ力、 1項において、上記冷却工程では、上記中間体の温度が

A1変態点以下となった後に上記冷却ガスの撹拌速度を高める条件で冷却を行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[10] 請求項 4〜9のいずれ力、 1項において、上記冷却工程では、上記中間体の温度が

A1変態点以下となった後に上記冷却ガスの圧力を高める条件で冷却を行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[11] 請求項 1〜； 10のいずれ力、 1項において、上記浸炭工程は、上記中間体を減圧下の浸炭ガス中において浸炭処理する減圧浸炭工程であることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[12] 請求項 11において、上記浸炭工程は、上記中間体をオーステナイト化温度以上に加熱すると共に、 0. 001-0. lbarの減圧条件下において行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[13] 請求項;!〜 12のいずれか 1項において、上記素材は、質量％において、 C : 0. 20

〜0. 45%を含有する炭素鋼であることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[14] 請求項 13において、上記浸炭工程においては、浸炭層の最大の浸炭濃度が、 C :

0. 5〜； 1. 0質量％となるように行うことを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[15] 請求項;!〜 14のいずれか 1項において、上記焼入れ工程における上記水焼入れの冷却速度は、 200°C/秒〜 2000°C/秒であることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材の製造方法。

[16] 請求項 1〜； 15のいずれ力、 1項に記載の製造方法により製造してなることを特徴とするベルト式無段変速機用シーブ部材。