JP4319425B2

JP4319425B2 - 無端状金属ベルト用金属リングの製造方法

Info

Publication number: JP4319425B2
Application number: JP2003048757A
Authority: JP
Inventors: 克幸中島; 仁司今井; 正信石川; 知己神阪; 弘武田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-26
Filing date: 2003-02-26
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2023-02-26
Also published as: EP1598128A4; JP2004261818A; WO2004076094A1; CN100386165C; CN1750894A; US7168279B2; EP1598128A1; US20060144112A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、無端状金属ベルトに用いられる薄板状の金属リングの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機に採用される動力伝達用のベルトにおいては、環状に積層配列された複数のエレメントを複数の金属リングが積層された積層リングにより結束したものが用いられている。この種の積層リングを構成する金属リングは、積層された状態で負荷を受けるため、各金属リング間で摩擦が生じる。従って、各金属リング間の潤滑が不足した場合、摩擦による発熱や金属リング同士の焼き付き等が発生するおそれがある。そこで、下記特許文献１に示す従来の金属リングにおいては、その内周面にメッシュ状の凹凸を形成し、このメッシュ状の凹凸を利用して潤滑油膜を形成していた。
【０００３】
金属リングの内周面にメッシュ状の凹凸を形成する方法としては、金属リングを圧延する圧延ローラの表面に溝を形成し、当該圧延ローラによって金属リングを圧延することにより金属リングの表面に前記溝を転写させて凸部を形成するものが知られている。例えば、下記特許文献２に開示された技術においては、圧延ローラの表面に単粒ダイヤモンドによって１本ずつ溝を形成する方法が開示されている。具体的には、圧延ローラを回転させた状態で単粒ダイヤモンドを圧延ローラの表面に押し当て、単粒ダイヤモンドを所定幅の範囲で圧延ローラの軸方向に往復運動させ、表面にメッシュ状の凸部を形成している。
【０００４】
このような下記特許文献２に開示された方法で形成された溝は、単粒のダイヤモンド等で加工されていたため、ある程度溝同士の幅を広くしなければ圧延ローラの加工に多大の時間がかかる。このため、従来のメッシュ状の溝は溝同士の間隔が広くなっている。しかしながら、各溝同士の間隔が広くなると、前記溝が転写されて生じる金属リング表面の凸部に応力が集中しやすくなる。特に、表面硬化処理として窒化処理をした場合は、金属リングの表面に発生する圧縮残留応力が前記凸部に集中して耐久性の低下をもたらすおそれがある。
【０００５】
また、従来の金属リングの製造方法では、単粒のダイヤモンドで１本ずつ溝を形成しているため圧延ローラの加工に時間がかかる。また、圧延ローラの使用により表面の溝が摩耗し、所定の形状を金属リングに転写できなくなった場合には、一度圧延ローラの表面の溝を研磨して溝をなくした後、新たに溝を形成しなければならない。このように、従来は圧延ローラの加工と保守に多くの工数を必要としていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５５−１０３１３３号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】
特開昭６１−７９０４１号公報（第４頁、第９図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、無端状金属ベルトに用いられる薄板状の金属リングの製造方法の改良を目的とし、さらに詳しくは、前記不都合を解消するために応力集中の少ない金属リングを製造すると共に金属リングを圧延する圧延ローラの製造及び保守が容易な金属リングの製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の金属リングの製造方法は、マルエージング鋼製の無端状金属ベルトに用いられる薄板状の金属リングを製造する方法であって、前記金属リングの内周面に当接する圧延ローラの表面に、当該圧延ローラを回転させながら、粗さの番手が＃２７０から＃１０００である砥石を当接させると共に、該砥石を当該圧延ローラの軸方向に移動させて、幅が２５μｍから２５０μｍの間でランダムとなるようなメッシュ状の凹凸を当該圧延ローラの表面に設ける圧延ローラ凹凸形成工程と、前記凹凸を形成した圧延ローラにより前記金属リングを圧延し、当該圧延ローラの凹凸が当該金属リングの内周面に転写されて、幅が２５μｍから２５０μｍの間でランダムとなるようなメッシュ状の凹凸を当該金属リングの内周面に形成する圧延工程と、前記圧延工程後に前記金属リングを溶体化する溶体化処理と、前記溶体化処理が行われた金属リングを窒化する窒化処理とを備え、前記窒化処理により前記金属リングの圧縮残留応力を−９８０Ｎ／ｍｍ ^２以上とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の金属リングの製造方法によれば、前記金属リングに転写されたメッシュ状の凹凸は、前記圧延ローラに所定の粗さの砥石で形成されたメッシュ状の凹凸が転写されたものであるため、従来のダイヤモンドで形成された溝が転写された凸部に比べてそれぞれの凹凸の大きさ及び幅を小さくすることができる。従って、前記メッシュ状の凹凸に応力集中が起こりにくい。
【００１０】
また、前記圧延ローラのメッシュ状の凹凸は、従来のように単粒のダイヤモンド等で１本１本溝を形成する必要がない。従って、前記圧延ローラの表面に容易にメッシュ状の凹凸を形成することができる。また、圧延ローラの使用により凹凸が摩耗した場合であっても、摩耗した凹凸の上からさらに前記砥石でメッシュ状の凹凸を形成することができる。従って、従来のように一度表面を研磨した後、さらに溝を形成する必要がないため、圧延ローラの保守も容易となる。
【００１２】
前記金属リングにおいて前記メッシュ状の凹凸が転写された面は前記凹凸により表面積が広くなっているため、窒化が円滑に行われる。また、窒化処理を行うことで金属リングの表面に圧縮残留応力が生じるが、本願発明者等の実験によれば、金属リングの耐久力を良好なものとするためにはマルエージング鋼において圧縮残留応力を約−９８０Ｎ／ｍｍ^２以上とすることが好ましいという結果を得た。これを前記砥石の粗さにすると、番手が＃２７０から＃１０００の範囲で、金属リングの圧縮残留応力を約−９８０Ｎ／ｍｍ^２以上にすることができる。
【００１３】
また、本発明の金属リングの製造方法においては、前記圧延工程後であって前記窒化処理前に前記金属リングを溶体化する溶体化処理が行われる。前記金属リングが圧延された後に溶体化処理がなされると、金属リングの結晶粒が微細化する。この状態で窒化処理がなされると微細化した結晶粒が均一に硬化するため、応力集中が起こりにくくなり、金属リングの破断が生じにくくなる。また、前記メッシュ状の凹凸の状態や前記砥石の寿命を考慮すると、前記圧延ローラを加工する砥石は、粗さの番手が＃３００から＃８００の範囲であることが好ましい。また、前記溶体化処理では、前記金属リングをマルエージング鋼の再結晶温度以上で且つ８５０℃以下の温度に加熱し、前記窒化処理では、アンモニアと窒素ガスの混合ガス、又はアンモニアとＲＸガスの混合ガス内で、前記金属リングを４５０℃〜５００℃の状態に３０〜１２０分保持することが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の金属リングの製造方法の実施形態の一例について、図１乃至図４を参照して説明する。図１は本実施形態の製造方法により形成された金属リングを示す説明図、図２は金属リングを圧延する圧延装置の主要部を示す説明図、図３は金属リングの内周面を圧延する内周圧延ローラを示す説明図、図４は金属リングの内周面の残留圧縮応力と砥石の番手との関係を示すグラフである。
【００１５】
まず、図１を参照して金属リング１の構成について説明する。金属リング１は、図１に示すように、薄板状の無端帯状に形成され、ベルト式無断変速機における無端状金属ベルトに用いられる。また、その内周面にはメッシュ状の凹凸２が形成されており、外周面にはそのような加工がなされておらず平滑な面となっている。
【００１６】
次に、図２を参照して金属リング１の圧延を行う圧延装置３の主要部分について説明する。本実施形態における圧延装置３は、薄板状の金属リング１が掛け回される一対のテンションローラ４ａ，４ｂを水平方向に所定の間隔で離間させて備え、さらにテンションローラ４ａ，４ｂの中間に受けローラ５、内周圧延ローラ６、外周圧延ローラ７が垂直方向に並設されている。外周圧延ローラ７は、内周圧延ローラ６の上方に昇降自在に配設されており、受けローラ５に支持された内周圧延ローラ６との間に金属リング１を挟持すると共に、背面側に配設された図示しないモータにより回転駆動されて、金属リング１を圧延するものである。
【００１７】
次に、図３を参照して内周圧延ローラ６及びその加工方法について説明する。本実施形態における内周圧延ローラ６は、図３に示すように、表面にメッシュ状の凹凸８が形成されている。このメッシュ状の凹凸８の加工方法は、次の通りである。まず、内周圧延ローラ６を所定の回転数で回転させる。次に、砥石９を内周圧延ローラ６の軸方向に往復動させ、内周圧延ローラ６の表面に所定の力で付勢する。このように、内周圧延ローラ６を回転させた状態でその軸方向に往復動する砥石９を表面に当接させることで、内周圧延ローラ６の表面にメッシュ状の凹凸８を形成している。
【００１８】
本実施形態で用いられている砥石９は、ダイヤモンド製の砥石を用いており、番手は＃３２５のものを用いている。本願発明者等による実験によると、＃２７０よりも粗い番手であると、内周圧延ローラ６の表面に形成されるメッシュ状の凹凸８の目が粗くなりすぎるため、金属リング１の凹凸２に転写された際に当該凹凸２に応力集中が発生して好ましくない。また、＃１０００よりも細かい番手であると、金属リング１の凹凸２に転写された際に凹凸２の深さが充分ではなくなり、積層リングとして使用された際に潤滑油の保持性が低下する。また、砥石９の目が細かくなるので、砥石自体の寿命が短くなり、頻繁に砥石を交換しなければならないため、生産性が低下する。さらに、本願発明者等の実験によれば、金属リング１に転写される凹凸２の状態及び砥石の寿命等を考慮すると、砥石９の番手は＃３００〜＃８００の範囲であることが好ましいことを知見した。
【００１９】
次に、本実施形態の金属リング１の加工方法について説明する。まず、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラム（図示せず）を形成する。次に、前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度を均質化するために溶体化処理した後、所定幅に裁断して金属リング１を形成する。
【００２０】
次に、図２に示す圧延装置３において圧延工程が行われる。この圧延工程では、左右のテンションローラ４ａ，４ｂに金属リング１を掛け渡し、外周圧延ローラ７と内周圧延ローラ６との間に金属リング１を挟持して圧延を行う。具体的には、テンションローラ４ａを図２において左側に付勢することにより金属リング１に所定の張力を作用させる。また、外周圧延ローラ７を図３において時計回りに回転させながら内周圧延ローラ６に向けて所定の力で押し付け、外周圧延ローラ７と内周圧延ローラ６との間で金属リング１を圧延しながら外周圧延ローラ７の駆動力により金属リング１を図３において反時計回りに回転させる。このとき、内周圧延ローラ６の表面に形成されたメッシュ状の凹凸８に金属リング１の内周面が押し付けられ、金属リング１の内周面にメッシュ状の凹凸２が転写される。
【００２１】
次に、金属リング１に溶体化処理が行われる。溶体化処理は、金属リング１を加熱炉（図示せず）内でマルエージング鋼の再結晶温度以上で８５０℃以下の温度に加熱することにより行われる。
【００２２】
次に、上記工程により圧延され、溶体化処理がなされた金属リング１に窒化処理が行われる。窒化処理は、アンモニアと窒素ガスの混合ガスまたはアンモニアとＲＸガスとの混合ガスが導入された窒化処理室（図示せず）内で、例えば金属リング１を４５０℃〜５００℃の状態に３０〜１２０分程度保持することにより行われる。
【００２３】
以上の工程により形成された金属リング１は、内周面に転写されているメッシュ状の凹凸２は、その幅が２５μｍ乃至２５０μｍの間でランダムに形成された。また、金属リング１の圧縮残留応力は約−１０５０Ｎ／ｍｍ^２であった（図４のａ点参照）。従来の製造方法により形成された金属リングの凸部同士の間隔は約３００μｍで均一であり、このような従来の金属リングの内周面における圧縮残留応力は約−８００Ｎ／ｍｍ^２であった。このように、本実施形態の製造方法により形成された金属リング１は、凹凸２の幅が従来に比べて細かくなり、圧縮残留応力も大きくなっている。
【００２４】
ここで、図４を参照して、本願発明者等の実験により得られた砥石９の粗さと圧縮残留応力との関係について説明する。砥石９と圧縮残留応力とは、図４に示すように砥石９の番手が同じであっても、例えば図４のｃ点とｃ’点のように上下にばらつきがある。これは、砥石９により圧延ローラ６を加工する際の加工スピードや加工時間によるばらつきと考えられる。
【００２５】
また、砥石９の粗さを＃１０００としたときは、各凹凸２同士の間隔が密になり、金属リング１の内周面の活性化が図られ窒化処理が良好に行われた結果、圧縮残留応力は約−１１５０Ｎ／ｍｍ^２となった（図４のｂ点参照）。そして、砥石９の粗さが粗くなるにつれて圧縮残留応力が小さくなり、砥石９の粗さが約＃２７０となったところで圧縮残留応力が約−９８０Ｎ／ｍｍ^２となった（図４のｃ点参照）。
【００２６】
一方、図４のｄ点のように、砥石の番手が＃２５０より粗い場合であっても圧縮残留応力が−９８０Ｎ／ｍｍ^２以上となる場合がある。しかしながら、加工のばらつきによっては、図４のｄ’点のように−９８０Ｎ／ｍｍ^２以下となってしまう場合もあるため、砥石９の粗さは、本実施形態のように約＃２７０よりも細かくすることが望ましい。
【００２７】
また、本実施形態においては、圧延工程後に溶体化処理を行っているため、金属リング１の凹凸２において結晶粒の微細化が図られ、金属リング１の靱性が向上した。このように、本実施形態において製造された金属リング１は、無断変速機の金属ベルトに積層リングとして使用された場合、凹凸２によって各金属リング１間の潤滑が良好なものとなる。また、圧縮残留応力が高く靱性も高いために金属疲労が少ない。
【００２８】
また、内周圧延ローラ６は砥石９で加工されているため、１本のダイヤモンドにより加工する場合に比べて加工時間が短い。また、内周圧延ローラ６の保守を行う際にも、一度表面の凹凸２を研磨する必要はなく、直接砥石９で表面を加工すればよいため、保守も容易となる。
【００２９】
尚、上記実施形態においては、内周圧延ローラ６の表面にメッシュ状の凹凸８を形成する砥石としてダイヤモンド製の砥石９を使用しているが、これに限らずアルミナあるいは炭化珪素製の砥石を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の製造方法により形成された金属リングを示す説明図。
【図２】金属リングを圧延する圧延装置の主要部を示す説明図。
【図３】金属リングの内周面を圧延する内周圧延ローラを示す説明図。
【図４】金属リングの内周面の残留圧縮応力と砥石の番手との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１…金属リング、２…凹凸（金属リング側）、６…内周圧延ローラ、８…凹凸（圧延ローラ側）、９…砥石。

Claims

マルエージング鋼製の無端状金属ベルトに用いられる薄板状の金属リングを製造する方法であって、
前記金属リングの内周面に当接する圧延ローラの表面に、当該圧延ローラを回転させながら、粗さの番手が＃２７０から＃１０００である砥石を当接させると共に、該砥石を当該圧延ローラの軸方向に移動させて、幅が２５μｍから２５０μｍの間でランダムとなるようなメッシュ状の凹凸を当該圧延ローラの表面に設ける圧延ローラ凹凸形成工程と、
前記凹凸を形成した圧延ローラにより前記金属リングを圧延し、当該圧延ローラの凹凸が当該金属リングの内周面に転写されて、幅が２５μｍから２５０μｍの間でランダムとなるようなメッシュ状の凹凸を当該金属リングの内周面に形成する圧延工程と、
前記圧延工程後に前記金属リングを溶体化する溶体化処理と、
前記溶体化処理が行われた金属リングを窒化する窒化処理とを備え、
前記窒化処理により前記金属リングの圧縮残留応力を−９８０Ｎ／ｍｍ ^２以上とすることを特徴とする金属リングの製造方法。
前記圧延ローラを加工する砥石は、粗さの番手が＃３００から＃８００であることを特徴とする請求項１に記載の金属リングの製造方法。
前記溶体化処理では、前記金属リングをマルエージング鋼の再結晶温度以上で且つ８５０℃以下の温度に加熱し、
前記窒化処理では、アンモニアと窒素ガスの混合ガス、又はアンモニアとＲＸガスの混合ガス内で、前記金属リングを４５０℃〜５００℃の状態に３０〜１２０分保持することを特徴とする請求項１に記載の金属リングの製造方法。