JPH0580295B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無段変速機に装備される金属製無端
ベルト装置に用いる金属ベルトの製造方法および
装置に関する。

〔従来の技術〕

金属製無端ベルト装置は動力伝達のために広く
用いられている。例えば無段変速機に用いられる
金属製無端ベルト装置１００は第６図及び第１２
図に示すように２個１対のＶ溝幅を可変できるＶ
プーリ１０１および１０２に架設され、Ｖプーリ
１０１および１０２間を循環駆動して使用され
る。

ところで金属製無端ベルト装置１００がＶプー
リ１０１および１０２間で循環駆動する際には、
ベルト装置１００がＶプーリ１０１および１０２
の位置にある場合、即ち第１２図のＩに示す位置
にある場合には、金属製無端ベルト装置１００の
金属ベルト１７の外周面に引張り応力が生じ、内
周側に圧縮応力が生じる。一方、金属製無端ベル
ト装置１００がＶプーリ１０１および１０２から
直線部に出る部位に位置する場合、即ち第１２図
のに示す位置にある場合には、前述とは逆で、
金属ベルト１７の外周側に圧縮応力、内周側に引
張り応力を受ける。このように金属製無端ベルト
装置１００がＶプーリ１０１および１０２間で循
環駆動する場合には、金属ベルト１７の内周部お
よび外周部には圧縮応力や引張り応力が繰返して
作用するため、金属ベルト１７は大きな疲労強度
を有することが要請させる。

従来より第１３図に示すように、一対のローラ
１０３と１０４に巻装した金属ベルト１０５に駆
動装置１０６によつて図中右方向にローラ１０４
を移動させることにより張力を付与する装置にお
いて、小径のローラ１０７を駆動装置１０８によ
り図中上方に移動させ、小径ローラ１０７に沿う
曲げを金属ベルト１０５に与えることにより、金
属ベルトの外周面に圧縮の残留応力を付与するも
のがある。

しかしながらこの従来装置は、金属ベルトの外
周面に圧縮の残留応力を付与するだけのものであ
るため、上述のＩの状態（円弧部分）では有効で
あるが、の状態（円弧から直線に出る部分）で
の金属ベルト内周側の引張り応力を小さくするこ
とができなかつたという問題があつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記した従来技術の問題に鑑みなされ
たものであり、その目的は、金属ベルトの内周面
及び外周面ともに圧縮残留応力を付与することに
より、疲労強度を向上させ得、金属ベルトの長寿
命化を図り得る金属ベルトの製造方法及び装置を
提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る金属ベルトの製造方法は、一方の
ローラに巻装した金属ベルトを回転駆動し、移動
する金属ベルトに他方のローラによつて、この金
属ベルトが弛まないようにほぼ一定張力を付与し
つつ、金属ベルトの内周面側に配置した外周面に
凹凸を有する内側ローラと金属ベルトの外周面側
に配置した外周面が平坦かまたは内側ローラより
浅い凹凸を有する外側ローラとによる圧延加工に
より、該金属ベルトの内周面側が他の部分より伸
びるように加工し金属ベルトの内周面に圧縮残留
応力を付与する第１公定と、 金属ベルトの内周面側に当たる曲げローラを金
属ベルトと共に、外側方向に所定の位置に移動、
固定し、この曲げローラにより金属ベルトを曲げ
加工し、曲げ加工により金属ベルトの周長をわず
かに増すように、該金属ベルトに張力を付与し、
かつ金属ベルトの外周面側が他の部分より伸びる
ように加工して、該金属ベルトの外周面に圧縮残
留応力を付与する第２工程と、を連続して行い、
金属ベルトの内周面と外周面の両方に圧縮残留応
力を付与することを特徴とするものである。

上述の構成より成る金属ベルトの製造方法によ
れば、金属ベルトの内外周面の表層部に圧縮残留
応力を付与するとともに、周長を伸ばして寸法成
形を行なうので、金属ベルトの内外周面の表層部
に圧縮残留応力が付与される。従つて前記した金
属ベルトの円弧部分および円弧部分より直線
に出る部分ともに、引張応力が小さくなり、疲
労強度の高い長寿命の金属ベルトを製造すること
ができるという利点を有する。

本発明に係る金属ベルトの製造装置は、上記し
た方法を実施するためのものであり、巻装した金
属ベルトを回転駆動する駆動ローラと、巻装した
金属ベルトが弛まないように金属ベルトに一定の
張力を付与する引張ローラと、 移動する金属ベルトの内周面の表層部に金属ベ
ルトの他の部分よりも大きな伸びを与えて金属ベ
ルトの内周面に圧縮残留応力を付与するための金
属ベルトの内周面側に配置した外周面に凹凸を有
する内側ローラと、金属ベルトの外周面側に配置
した外周面が平坦かまたは内側ローラより浅い凹
凸を有する外側ローラとからなる従動ローラによ
り圧延加工を行うための第１の残留応力付与手段
と、 移動する金属ベルトの内周面側に配置した内側
ローラを外側方向に移動、固定し、移動する金属
ベルトを内側ローラの曲率と同方向に曲げ変形し
て、金属ベルトの外周面の表層部に金属ベルト内
部よりも大きな伸びを与え、かつ金属ベルト周長
をわずかに伸ばすために、引張ローラで金属ベル
トに張力を与え、金属ベルトの外周面の表層部に
圧縮残留応力を付与するための第２の残留往路九
付与手段と、からなることを特徴とするものであ
る。

上述の構成より成る装置は、内側ローラおよび
外側ローラ間に金属ベルトを狭着し、内側ローラ
の外周面に形成した凹凸により圧延加工し、内外
のローラの凹凸差により金属ベルトの内周面側の
伸びを大きくして金属ベルトの内周面の表層部に
圧縮残留応力を付与することができる。圧延加工
を行う内側ローラおよび外側ローラを、小径で且
つ金属ベルトにより回転する従動方式とするため
圧延荷重が小さくてすむ。更に内側ローラが外方
に移動することにより、金属ベルトに曲げ加工を
付与するため、金属ベルトの外周面の表層部に他
の部分よりも大きい伸びを与えて圧縮残留応力を
付与するものである。また外周面に凹凸を有する
内側ローラにより曲げ変形させるので、曲げ変形
時の金属ベルトと内側ローラとのすべりを無しに
するか、生じてもごくわずかに抑え得るため、曲
げ変形時の金属ベルトの中立軸を金属ベルトの内
周面近くに位置させ得る。よつてベルトの外周側
の大きく伸ばして変形させても、第１の残留応力
付与手段で付与したベルト内周面の圧縮残留応力
を消失させないで残存させることができるという
利点を有する。

本装置は、第１および第２の残留応力付与手段
により、連続的にベルトの内外周面に圧縮の残留
応力を付与するとともに、目的の長さへの寸法成
形も行うものである。

また、金属製無端ベルト装置に使用する金属ベ
ルトは複数枚重ねて使用するため、周長がわずか
に違う金属ベルトが必要となる。本装置において
は、長さや幅や板厚や素材強度がバラツクベルト
を加工する場合には、内側ローラを長さ測定用の
荷重で外側に移動させて初期の周長を測定した
後、曲げ加工を繰返すことにより、目的の周長に
成形できる。

また本装置では、内側および外側ローラを、一
般的に、作動する金属ベルトによつて駆動される
従動方式で構成する。この様に内側および外側ロ
ーラを駆動方式としないことにより、ベルトの内
周面の表層部に形成する凹凸を駆動回転方向に関
係なく、均一にするのに有利となり、そのため、
一様な圧縮の残留応力を付与することができる利
点を有する。

〔実施例〕

本発明の第１実施例に係る金属ベルトの製造装
置について第１図〜第９図を用いて説明する。第
１図および第２図は第１実施例に係る金属ベルト
の製造装置を示す。

まず、説明の便宜上、ベルトの処理を行なう装
置本体から説明する。このベルト処理装置は、適
宜箇所に設置された基体１と、基体１の正面左方
上部に配置され回転可能に支持された駆動ローラ
としての案内ローラ２および引張ローラとしての
案内ローラ３と、基体１の案内ローラ２および３
の間の下方ベルトの直線部分の中央位置に配置さ
れローラ外周面に凹凸をもつ内側ローラとしての
成形ローラ４と外側ローラとしての押圧ローラ５
とからなる１対の圧延ローラ装置６と、で構成さ
れている。圧延ローラ装置６は第１および第３の
圧縮残留応力付与手段を構成する。案内ローラ２
は外形70mmであり、第２図に示すように、回転軸
２３、伝達軸２４、プーリ２５、タイミングベル
ト２６の駆動系を介して基体１の後部に配置した
駆動モータ２７（インバータ用）に連結されて駆
動される。なお、案内ローラ２の回転数は伝達軸
２４の軸端部に配置した歯車に対して対抗配置し
た磁電式ピツクアツプ２８により計測される。案
内ローラ３は従動ローラであり、案内ローラ２と
同様に外径70mmである。案内ローラ３はローラ保
持台３０に保持され、第１図中水平方向において
案内ローラ２に対して近接および離間し得るよう
に位置調整自在となつている。成形ローラ４は案
内ローラ２および３よりも径が充分小さく外径が
20mmであり、ローラ外周面には残留応力形成用の
凹凸をもつ。ここで凹凸を形成する凹部から凸部
までの高さｈは金属ベルトの厚さｔに対し10分の
１以下であるのが望ましく、本実施例では3μｍ
に設定されている。成形ローラ４はローラ保持台
４０に載置され、上下方向へ位置調整自在となつ
ている。押圧ローラ５は成形ローラ４と対抗する
位置に設けられている。押圧ローラ５は外径が20
mmであり、その外周面は平滑である。押圧ローラ
５はローラ保持台４０に対し、第１図中上下方向
に対向するローラ保持台５０に保持され、上下方
向へ位置調整自在となつている。

基体１の左方下部には、ローラ保持台５０を移
動させる油圧アクチユエータ７が上下方向にスラ
イド自在に配置されており、又、基体１の左方上
面には縦向きの油圧アクチユエータ８が載置固定
され、更に基体１の右上部には横向きの油圧アク
チユエータ９が固定されている。油圧アクチユエ
ータ７のロツド７０には荷重計７１が設けられて
いる。ここで、油圧アクチユエータ７が作動して
これらのロツド７０が矢印Ｂ方向およびこれと反
対方向に進退すると、ローラ保持台５０がこれに
伴つて上下動し、押圧ローラ５を上下方向に移動
させ得る。なお７２は油圧アクチユエータ７に接
続された直線変位計であり、油圧アクチユエータ
７、更には押圧ローラ５、ローラ保持台５０、荷
重計７１の移動量を計測するものである。

又、油圧アクチユエータ９が作用すると、これ
のロツド９０が矢印Ｃ方向およびこれと反対方向
へ進退し、更に荷重計９２、ローラ保持台３０が
進退し、この結果、案内ローラ３の水平方向の位
置を調整することができる。なお９３はローラ保
持台３０に接続され直線変位計であり、ローラ保
持台３０、案内ローラ３の水平方向の移動量を計
測するものである。

又、油圧アクチユエータ８が作動すると、ロツ
ド８０が進退し、ローラ保持台４０と成形ローラ
４を上下方向へ移動させ得る。この結果、ローラ
保持台４０と連結されているローラ保持台５０、
荷重計７１、及び油圧アクチユエータ７を上下方
向へスライド移動させ得る。尚油圧アクチユエー
タ７が下降すると、基体１に固定されたストツパ
ー１０に、油圧アクチユエータ７を保持する枠部
７ａが当接し、それ以上の下降が制限される。な
お、油圧アクチユエータ７，８，９の油圧は、減
圧弁１２，１３，１４および流量調整弁１５，１
６，１７でそれぞれ調整され、圧力計１８，１
９，２０に表示される。

次に本実施例に係る金属ベルトの製造装置の作
用および工程について説明する。まず、第１図に
示すように案内ローラ２および３間に、環状に連
続する金属ベルト１７を架設する。架設は、油圧
アクチユエータ９を作動させて案内ローラ３を矢
印Ｃ方向（図中左方）へ移動させて行う。架設後
は油圧アクチユエータ９を作動させて案内ローラ
３を矢印Ｃ方向と反対方向（図中右方）へ移動さ
せ、金属ベルト１７に一定の張力（150〜200Kg）
を付加する。このとき、金属ベルト１７に加わる
張力は荷重計９２で測定され、約150〜200Kgであ
る。ここで、金属ベルト１７の素材はマルエージ
ング鋼で作製されており、周長448mm、幅９mm、
厚み0.3mmの大きさである。

次に、圧延工程を行う。圧延工程では、油圧ア
クチユエータ８および油圧アクチユエータ７を作
動さてて金属ベルト１７を成形ローラ４と押圧ロ
ーラ５とで挟む。この場合押圧ローラ５は150Kg
の圧力で成形ローラ４に向けて押圧される。そし
て、案内ローラ２を駆動モータ２７で回転駆動さ
せ金属ベルト１７を案内ローラ２および３間で循
環駆動させつつ、成形ローラ４と押圧ローラ５と
からなる一対の圧延ローラ装置６で連続的に金属
ベルト１７を挟圧する。金属ベルト１７の走行速
度は100〜1000mm／secである。このように狭圧を
行う場合の概略図を第３図に示す。このような狭
圧の結果、金属ベルト１７の一方の面である内周
面の表層部分に凹凸が形成され、該表層部分に残
留圧縮応力が生じる。

このような圧延工程を終了した後、次工程であ
る部分延伸工程を行う。この部分延伸工程では、
油圧アクチユエータ９を作動させて案内ローラ３
を案内ローラ２に近づく方向へ、つまり矢印Ｃ方
向（図中左方向）へ移動させ、かつ油圧アクチユ
エータ７を作動させて油圧ローラ５を第４図の概
略図に実線で示すように下降させるとともに、油
圧アクチユエータ８を作動させて、第５図の概略
図に実線で示すように成形ローラ４を約30mm下降
させて固定し、その後、案内ローラ３を案内ロー
ラ２から遠ざける方向につまり矢印Ｃ方向と反対
方向（図中右方向）へ移動させる。これにより金
属ベルト１７の一方の面である内周面に成形ロー
ラ４を押付ける。このとき金属ベルト１７には成
形ローラ４において20Kg〜材料の降伏応力の範囲
程度の張力が付加される。

そして、成形ローラ４を金属ベルト１７に押付
けた状態で、金属ベルト１７を案内ローラ２およ
び３間で100〜1000mm／secの速度で循環駆動させ
る。すると金属ベルト１７の一方の面である内周
面は形成された凹凸により実質的に変形されず、
金属ベルト１７の他方の面である外周面の表面部
分は塑性下降により延伸される。このとき、金属
ベルト１７の延伸量は、案内ローラ３の移動量と
して直線変位計９３で計測される。このように部
分延伸工程を実施した結果、成形ローラ４の押付
けを解除すると、金属ベルト１７の外周面の表面
部分に残留圧縮応力が成形される。従つて本実施
例では、圧延工程で金属ベルト１７の一方の面で
ある内周面に残留圧縮応力が付与され、部分延伸
工程で金属ベルト１７の他方の面である外周面に
残留圧縮応力が付与される。このようにして部分
延伸工程を終了したら、案内ローラ２および３か
ら金属ベルト１７を取外す。

更に本実施例では、圧延工程で金属ベルト１７
の周長の調整を行うことができ、しかもその際金
属ベルト１７を掛け変える必要はない。更には、
上記した方法で処理した金属ベルト１７の内周面
には、成形ローラ４のローラ外周面の凹凸が圧印
さるため、金属ベルト１７の内周面には凹凸が形
成されている。そのため、無段変速機用の金属製
無端ベルト装置１００に用いるため、第６図に示
すようにトルク伝達板１７０に金属ベルト１７を
多数重ねて保持した場合には、金属ベルト１７は
形成された凹凸どうしが重なるため、金属ベルト
１７の安定走行を確保することができる。

上記した本実施例では、案内ローラ２および３
は、外周面がこれらの軸芯に対して平行なローラ
であるが、これに限らず、案内ローラ２および３
のうち少なくとも一方は、外周面が円弧状に膨ら
んだローラであつてもよい。このようなローラを
案内ローラとして用いれば、金属ベルト１７の横
断面は一定の曲率をもつ。このような曲率は走行
中に金属ベルト１７の蛇行を抑えて安定走行させ
るに有効である。

ところで、圧延工程を実施しただけの金属ベル
ト１７を案内ローラ２および３から取外し、この
金属ベルト１７を１箇所で切断すると、切断面は
第７図に１点鎖線で示すように金属ベルト１７に
閉じていたが、切断された金属ベルト１７は反対
方向へ反り返つてしまう。このことから、圧延工
程を実施しただけのエンドレス状に閉じた金属ベ
ルト１７では、内周側が拘束を受けており、従つ
て内周面の表面部分に残留圧縮応力が生じている
ことが予測される。更に、圧延工程および部分延
伸工程の双方を順次実施した金属ベルト１７を案
内ローラ２および３から取出し、この金属ベルト
１７を１箇所で切断すると、切断面は第８図に１
点鎖線で示すようにエンドレス状に閉じていた
が、切断された金属ベルト１７は切断前の状態よ
りも半径が小となるように巻回する。このことか
ら、切断前のエンドレス状に閉じた状態では、金
属ベルト１７の外周面側が拘束を受けており、従
つて外周面の表面部分に残留圧縮応力が生じてい
ると予測される。

なお、圧延工程を実施せずに部分延伸工程のみ
を実施し、外周面り表面部分のみに残留圧縮応力
を付与した金属ベルト１７では、１箇所切断する
と、第９図に実線で示すように、その金属ベルト
１７は第８図の場合よりも径が小となるように巻
回する。

次に、本実施例で処理した金属ベルト１７の板
厚方向の残留応力の分布を第１０図の特性曲線
に示す。第１０図に示すように、金属ベルト１７
の内周面および外周面ともに残留圧縮応力の領域
であり、その大きさは表面部に向かうにつれて大
きくなつている。

又、無段変速機用の金属製無端ベルト装置１０
０に用いられる金属ベルトとして使用する際に金
属ベルトに作用する応力を第１０図に示す。第１
０図では、図１２に示すＶプーリ１０１および１
０２に接触する部位の応力状態を特性曲線に示
し、Ｖプーリ１０１および１０２から直線部分に
出る部分の応力状態を特性曲線に示す。第１０
図に示すように、金属ベルト１７の外周面および
内周面に付与された残留圧縮応力が有効に働き、
の状態でも、の状態でも、′や′に比較し
て引張り応力が小さくなつている。即ち、の状
態では本来的には第１０図の特性曲線′のよう
に外周面側に発生する引張応力が大きくなるが、
本実施例に係る金属ベルト１７では外周面側に発
生した引張り応力値は抑制されている。一方、
の状態では、第１０図の特性曲線′のように内
周面側に発生する引張り応力値が大きくなるのが
本来であるが、本実施例に係る金属ベルト１７で
は特性曲線で示すように内周面側に発生する引
張り応力値は抑制されている。従つて、金属ベル
ト１７を駆動させる場合には、従来の場合よりも
疲労強度を向上することができる。

次に板厚0.2mm、周長630mm、板幅９mmの圧延工
程終了後の金属ベルト１７に部分延伸工程を実施
したときに、金属ベルト１７に加わる張力と金属
ベルト１７の塑性伸び、および金属ベルト１７の
外周面側の残留圧縮応力を調べ、この関係を第１
１図に示す。第５図に示す案内ローラ３の移動に
より金属ベルト１７の張力が180Kgまでは、外周
面側の残留圧縮応力の値はさほど減少しないが、
180Kgを越えたあたりから、残留圧縮応力の値は
大きく低下する。一方、金属ベルトの塑性伸び
は、張力が150Kgを越えたあたりから急に増加す
る。このことから金属ベルト１７に加える張力は
150Kg以内が妥当である。このことにより無段変
速機用ベルトとして積層して用いる場合に好都合
である。すなわち周長の同じ金属ベルト素材から
表面に圧縮機残留応力を付与しながら、順次周長
を変えて、積層させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係る表面処理方法で用いる
ベルト処理装置の概略を示す正面図であり、第２
図はこのベルト処理装置を異なる方向から見た断
面図であり、第３図は圧延工程を概略して示す正
面図であり、第４図は押圧ローラを金属ベルトか
ら外した状態を概略して示す正面図であり、第５
図は部分延伸工程の状態を概略して示す正面図で
あり、第６図は金属ベルトをトルク伝達板に取付
けた状態の要部の斜視図である。又、第７図は圧
延工程の実施しただけの金属ベルトを切断した状
態の斜視図であり、第８図は圧延工程の他に部分
延伸工程を実施した金属ベルトを切断した状態の
斜視図であり、第９図は部分延伸工程のみを実施
した金属ベルトの一部を切断した状態の正面図で
あり、第１０図は本実施例に係る処理方法で処理
した金属ベルトの応力分布を示す説明図であり、
第１１図は張力と残留圧縮応力および塑性伸びと
の関係を示すグラフである。第１２図は従来の金
属ベルトの駆動装置を概略して示す正面図であ
る。第１３図は従来のベルト処理装置の正面図で
ある。 図中、１は基体、２および第１は案内ローラ、
４は成形ローラ、５は押圧ローラ、６は圧延ロー
ラ、１７は金属ベルトをそれぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方のローラに巻装した金属ベルトを回転駆
   動し、移動する金属ベルトに他方のローラによつ
   て、この金属ベルトが弛まないようにほぼ一定張
   力を付与しつつ、金属ベルトの内周面側に配置し
   た外周面に凹凸を有する内側ローラと金属ベルト
   の外周面側に配置した外周面が平坦かまたは内側
   ローラより浅い凹凸を有する外側ローラとによる
   圧延加工により、該金属ベルトの内周面側が他の
   部分より伸びるように加工し金属ベルトの内周面
   に圧縮残留応力を付与する第１工程と、 金属ベルトの内周面側に当たる曲げローラを金
   属ベルトと共に、外側方向に所定の位置に移動、
   固定し、この曲げローラにより金属ベルトを曲げ
   加工し、該曲げ加工により金属ベルトの周長さを
   わずかに増すように、該金属ベルトに張力を付与
   し、かつ金属ベルトの外周面側が他の部分より伸
   びるように加工して、該金属ベルトの外周面に圧
   縮残留応力を付与する第２工程と、 を連続して行い、金属ベルトの内周面と外周面の
   両方に圧縮残留応力を付与することを特徴とする
   金属ベルトの製造方法。 ２ 巻装した金属ベルトを回転駆動する駆動ロー
   ラと、巻装した金属ベルトが弛まないように金属
   ベルトに一定の張力を付与する引張ローラと、 該移動する金属ベルトの内周面の表層部に金属
   ベルトの他の部分よりも大きな伸びを与えて金属
   ベルトの内周面に圧縮残留応力を付与するための
   金属ベルトの内周面側に配置した外周面に凹凸を
   有する内側ローラと、金属ベルトの外周面側に配
   置した外周面が平坦かまたは該内側ローラより浅
   い凹凸を有する外側ローラとからなる従動ローラ
   による圧延加を行うための第１の残留応力付与手
   段と、 移動する金属ベルトの内周面側に配置した内側
   ローラを外側方向に移動、固定し、移動する金属
   ベルトを内側ローラの曲率と同方向に曲げ変形し
   て、金属ベルトの外周面の表層部に金属ベルト内
   部よりも大きな伸びを与え、かつ金属ベルト周長
   をわずかに伸ばすために、該引張ローラで金属ベ
   ルトに張力を与え、金属ベルトの外周面の表層部
   に圧縮残留応力を付与するための第２の残留応力
   付与手段と、からなることを特徴とする金属ベル
   トの製造装置。