JPS6326345A - 無端金属ベルトの表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、無端金属ベルトの表面処理方法に関し・詳細
には、マルエージング鋼製の無端金属ベルトの外表面の
表面処理方法に関する。

〔従来の技術〕

自動車等の車両用にベルト駆動式の無段変速機が開発さ
れている。第６図に無段変速機１００を示す。この無段
変速機１００において、２個のＶ形プーリ１０２．１０
４と、それにトルク伝達ベルト１０６が掛装されており
、トルク伝達ベルト１０６は、キャリヤ１０８とその上
を摺動移動可能に、横部材１１０が多数配列されいる。

また、キャリヤ１０Ｂは、第７図に示すように、複数の
無端金属ベル）１０８ａないし１０８ｅを積層状に重ね
たものである。

そして、トルク伝達ベルト１０６がトルクを伝達する時
には、キャリヤ１０Ｂが、上記２個のＶ形プーリ１０２
．１０４の間を回転運動することから、キャリヤ１０８
を構成する無端金属ベルト１０８ａないし１０８ｅは、
横部材１１０により曲げ応力を受けることになる。なお
、これらのプーリの径を可変とすることにより、連続的
にプーリの回転伝達比を変化させるようにしでいる。

このように、無端金属ベルト】０８ａないし１０８ｅは
、この曲げ応力を繰返し受けるため、その曲げ疲労強度
が十分でない場合には、疲労破断に至るという欠点があ
る。

これに対し、マルエージング鋼をキャリヤ１０８に用い
ることにより、高疲労強度、高靭性を持たせることが行
われている。マルエージング鋼製のキャリヤに軟窒化処
理を施し、さらに強度を向上させることも検討されてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、近年、高トルクエンジン用として、極め
て高い疲労強度が求められるようになっており、上記の
対策をもってしでも十分な性能が得られていない。

したがって、本発明の目的は、強度、靭性を満足した上
で、極めて高い疲労強度を有する無端金属ヘルドを提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

ところで、本発明者等の研究によれば、曲げ疲労強度を
向上するには、溶体化処理状態のマルエージング鋼を用
い、使用時の応力分布において曲げ応力の高くなる無端
金属ベルトの外表面に、圧縮残留応力を付与するのが有
効であることが明らかとなった。すなわち、従来知られ
たところでは、軟窒化処理で付与される圧縮残留応力も
しくは強度と前加工との間に因果関係は明確になってお
らず、軟窒化処理前に疲労強度の向上を狙って積極的に
加工をするということはないが、本発明者等の知見によ
れば、両者の組み合わせが極めて疲労強度の向上に有効
でなることが判ったものである。

また、圧縮残留応力の付与には、所定の塑性変形を施し
たベルトに軟窒化処理を行うことが大変有効であること
を知見するに到った。

そこで、本発明は、所定の塑性変形量として１゜０ない
し　　％を付与したマルエージング銅製のベルトに軟窒
化処理を施すことを特徴とする。

具体的には、本発明の無端金属ベルトの表面処理方法は
、次の構成からなる。

第１図の工程図に示すように、まず、マルエージング鋼
からなる無端金属ベルトを準備する〔工程（ａ）〕。次
に、無端金属ベルトに溶体化処理を施す〔工程（ｂ）〕
。そして、溶体化処理状態の無端金属ベルトを、少なく
とも２個のローラに掛装し、回転させながらローラ間隔
を拡張することにより、塑性変形量が１．０ないし８．
０％となるように塑性領域に至る引張応力を無端金属ベ
ルト素材に負荷して、無端金属ベルトの外表面を優先的
に塑性変形させる〔工程（Ｃ）〕。最後に、その外表面
に軟窒化処理を行う〔工程（ｄ）〕。

上記の本発明構成において、ローラのローラ径は適宜選
択することができるが、無端金属ベルトが、無段変速機
作動時に負荷される最大曲げ応力の、２倍以上の曲げ応
力を発生させうるローラ径とすれば、無段変速機におけ
る耐疲労強度の点から望ましい。

マルエージング網からなる無端金属ベルトに溶体化処理
を施した後の時効処理は、軟窒化処理時に併せて行うこ
とができる。その場合、加熱を同時にすることにより、
工程およびエネルギーコストの節約になるという利点が
ある。

また、軟窒化処理は、タフトライド等の塩浴によるもの
の他、ガス軟窒化、イオン窒化を用いることができる。

〔作用〕

本発明において、無端金属ベルト外表面に圧縮残留応力
を付与することによって、無端金属ベルトの曲げ疲労強
度が向上するのは、無端金属ベルトに曲げ荷重が負荷さ
れた時、圧縮残留応力が無端金属ベルト外表面に発生す
る引張応力を緩和することによるものである。

圧縮残留応力の付与は、無端金属ベルトの塑性変形およ
び軟窒化処理により行われるが、塑性変形量が１．０％
未満では、圧縮残留応力が十分でなく、大きな疲労強度
が得られない。また、塑性変形量が８．０％以上では、
無端金属ベルトを損傷して、かえって、曲げ疲労強度を
低下するのでないし８．０％に限定した。

なお、塑性変形および軟窒化処理との組み合わせによっ
て、極めて高い表面圧縮残留応力が発生ずる理由につい
て、メカニズムの詳細は不明であるが、塑性変形を加え
たことにより窒素原子が固溶し易い表面状態が生ずるも
のと推測される。

すなわち、引張応力の負荷工程以外を同一工程とし、加
工率１．０％で負荷を行ったものは、Ｘ線回折による測
定の結果、格子定数が２．８９４人であり、負荷を行わ
なかった場合の格子定数２．８８８人に比べて格子間隔
が大きいことによる窒素の固溶量の増加と考えられる。

〔実施例〕

以下、添付図面に基づいて、本発明の詳細な説明する。

第２図は、無端金属ヘルドに、引張応力負荷装置の概略
図、第３図は、本実施例のベルトの塑性変形量と表面圧
縮残留応力の関係を表すグラフ、第４図は、疲労試験装
置の概略図、そして、第５図は、本実施例のベルトの疲
労試験のグラフである。

まず、無端金属ベルトを準備する。無端金属ベルトは、
２５０ｋｓ　ｉ級のマルエージング鋼板の素材を溶接に
より筒状とし、冷間圧延により板厚９．２　ＩＩＩとし
た後、軸位１０．Ｏｕ＋で切断し、周長７００１ｍの無
端金属ベルトとした。

次に、この無端金属ベルトに約８００℃の温度で溶体化
処理を施した後、ただちに引張応力の負荷を行った。

この引張応力の負荷は、第２図に示す装置を用いた。

第２図において、符号１０および１２はローラ、１４は
無端金属ベルト、１６は引張側ローラ１２のガイド、１
８はシリンダである。各ローラ１０．１２のローラ径は
、４Ｑｍｍである。

また、ローラ１０は、図示されないモータにより回転さ
れる構造となっている。

そして、２個のローラ１０および１２に掛装された無端
金属ベル１−１４は、２個のローラ１０および１２の間
隔を拡張することにより、引張力が負荷されるとともに
、図示されないモータにより、ローラー０を回転して、
無端金属ヘルド１４が規定寸法となるまで引き伸ばされ
て、その外表面が優先的に塑性変形されるものである。

この引張応力負荷装置を用いて、種々のエキスバンド加
工率で引張応力の負荷を行った。

なお、エキスバンド加工率εは、次式で表される。

ε−（ｉｔ−１１０）／１゜×１００ ただし、 ｌ＝エキスバンド加工後のベルト周長 １、＝エキスバンド加工前のベルト周長引張応力の負荷
された無端金属ベルトは、タフトライド処理による軟窒
化処理が施された。

タフトライド処理は、（Ｋ、Ｎａ）ＣＮを３５％、（Ｋ
、Ｎａ）ＣＮＯを３％と残部を（Ｋ、　Ｎａ）ＣＯｓと
した塩浴に５４０℃で２０分間浸漬することにより行わ
れた。なお、この軟窒化処理自体は、ＴＦＩ処理（デグ
サ社の商品名）として知られているものである。

このようにして得られた無段変速機のキャリヤとしての
無端金属ベルトの各種エキスバンド加工率における外表
面の圧縮残留応力を調べた。

その結果、第３図に示すように、エキスバンド加工率１
．０％以上で略１２０　ｋｇ／ｍｍ”の表面圧縮残留応
力が得られ、それ以上では、一定となっていることが分
る。

また、この無端金属ベルトを第４図に示す疲労試験装置
に掛装し、繰り返し曲げ疲労試験を行った。無端金属ベ
ルト１４は、ローラ２０．２２の間に掛装され、ローラ
２０．２２の回転により繰り返し曲げ応力を受けるよう
にされている。なお、ローラ２０のローラ径は、１５０
ｍｍである。一方、ローラ２２のローラ径は、試験の設
定応力によって２５ｍｍから３５Ｎまでのものを使い分
けて試験を実施した。

エキスバンド加工率が０％、０．４％、１．０％のもの
につき、疲労試験を実施した結果を第５図に示す。図よ
り明らかなように、エキスバンド加工率０％、すなわち
軟窒化処理のみを施したものに比べ、１．０％の加工率
のものは、疲労寿命が極めて高いことが分る。また、エ
キスバンド加工を施した加工率が０．４％のものは、１
．０％のものに比べ、疲労寿命が劣ることが分る。

したがって、エキスバンド加工率が１．０％以上のもの
は、表面圧縮残留応力が高く、疲労寿命が長いことが分
る。ただし、図示しないが、エキスバンド加工率が８．
０％以上のものは、塑性変形量が大き過ぎ、破断を生ず
るので、１．０％ないし８゜０％が望ましい。

以−ト、本発明の特定の実施例について説明したが、本
発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許の範
囲内において種々の実施態様を包含するものである。

〔発明の効果〕

以上により明らかなように、本発明にかかる無端金属ベ
ルトへの圧縮残留応力付与方法によれば、少なくとも２
個のローラに無端金属ベルトを掛装し、回転させながら
ローラ間隔を拡張することにより、無端金属ベルト材の
塑性領域に至る引張応力を負荷して、無段金属ベルトの
外表面を優先的に塑性変形させた後、軟窒化処理を施す
ことによって、極めて高い圧縮残留応力を得、結果とし
て無端金属ベルトの曲げ疲労強度を、飛躍的に向上させ
ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の無端金属ベルト表面処理方法の工程
図、 第２図は、無端金属ベルトに、引張応力負荷装置の概略
図、 第３図は、本実施例のベルトの塑性変形量と表面圧縮残
留応力の関係を表すグラフ、 第４図は、疲労試験装置の概略図、 第５図は、本実施例のベルトの疲労試験のＳ−Ｎ線図、 第６図は、無段変速機の概略図、 そして、第７図は、第６図の■−■線矢視断面図である
。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 第１図 第２図 第３図 エフヌｊでンド刀ロエ辛（＝ん） 第４図 第５図 第６図 □ 第７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）マルエージング鋼からなる無端金属ベルトを準備
   し、該無端金属ベルトに溶体化処理を施して、溶体化処
   理状態の無端金属ベルトを、少なくとも２個のローラに
   掛装し、回転させながらローラ間隔を拡張することによ
   り、塑性変形量が１．０ないし８．０％となるように引
   張応力を無端金属ベルト素材に負荷して、無端金属ベル
   トの外表面を優先的塑性変形させ、その後、その無端金
   属ベルトの外表面に軟窒化処理を行うことを特徴とする
   無端金属ベルトの表面処理方法。
2. （２）前記ローラのローラ径を、無端金属ベルトが、無
   段変速機作動時に負荷される最大曲げ応力の、２倍以上
   の曲げ応力を発生させうるローラ径としたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の無端金属ベルトの表面
   処理方法。