JP5124845B2 - 金属リング周長補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、無段変速機用ベルトに用いられるマルエージング鋼からなる薄板状無端金属リングを周長補正する金属リング周長補正方法に関する。

無段変速機（ＣＶＴ）の動力伝達に用いられる無段変速機用ベルトは、周長が少しずつ異なる複数の薄板状無端金属リングを径方向に相互に積層して形成された金属リング積層体により、環状に積層配列された複数の金属エレメントを一体に結束したものである。この無段変速機用ベルトは、駆動プーリ及び従動プーリに掛け回され、相互に接触する金属エレメント間の押し力で該駆動プーリ及び該従動プーリに沿って回転し、駆動力を伝達する。

この種の金属リング積層体は、次のようにして製造される。まず、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して筒状のドラムを形成する。次に、該ドラムに対して、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、第１の溶体化処理を施す。次に、第１の溶体化処理が施されたドラムを所定の幅に裁断し、圧延することにより、目標周長を有する金属リングを形成する。この目標周長とは、複数の金属リングを径方向に相互に積層可能とさせるための周長の設計値であり、積層される順番に従って少しずつ異なる周長に設定されている。

次に、圧延された金属リングに対して、圧延により変形した金属組織の形状を復元するために、第２の溶体化処理を施す。しかし、第２の溶体化処理を施すと金属リングの周長が目標周長と一致しなくなるので、周長補正処理により目標周長に補正する。従って、この周長補正処理は、前記金属リング積層体を形成する際に、周長が少しずつ異なる複数の前記金属リングを相互に干渉させることなく積層するためには、極めて重要である。

次に、周長補正された金属リングに時効処理及び窒化処理を施すことにより、該金属リングに所要の硬度を付与する。次に、以上により形成された周長が少しずつ異なる複数の金属リングを径方向に相互に積層することにより、金属リング積層体が形成される。

前記周長補正処理は、第２の溶体化処理が施された金属リングが掛け回される駆動ローラ及び従動ローラと、該金属リングを延引する矯正ローラとを備える金属リング周長補正装置により行われる（例えば、特許文献１参照）。この金属リング周長補正装置において、駆動ローラ及び従動ローラは、相対的に近接した状態で前記金属リングを掛け回し可能であり、相対的に離間する方向、例えば水平方向に変位可能となっている。また、矯正ローラは、駆動ローラ及び従動ローラの間の位置であって且つ駆動ローラ及び従動ローラに掛け回された前記金属リングの内方に設けられ、駆動ローラ及び従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向、例えば垂直上方向に変位可能となっている。

前記周長補正処理を行うときには、まず、駆動ローラ及び従動ローラを相対的に近接させた状態で、該駆動ローラ及び該従動ローラに第２の溶体化処理が施された金属リングを掛け回す。次に、駆動ローラと従動ローラとを相対的に離間させて所定の間隔に保持することにより、金属リングを緊張させる。次に、金属リングを緊張させた状態で矯正ローラを垂直上方向に変位させることにより、金属リングが延引され、目標周長に補正される。

ところで、各金属リングは、複数の該金属リングが径方向に相互に積層されて金属リング積層体が形成された際の積層状態が容易に保持されるために、外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる円弧形状であることが望ましい。

そこで、前記周長補正処理を行う際、矯正ローラを前記垂直上方向に変位させることにより、前記金属リングを延引して目標周長に補正すると同時に、該金属リングに所望の上記円弧形状を付与することが考えられる。

しかしながら、前記周長補正処理では、金属リングに上記円弧形状が付与されるものの、周方向の位置によっては付与された形状が異なっていて、金属リング全体としては円弧形状の精度が不十分なことがあり、この場合には金属リングを径方向に相互に積層することができなくなるおそれがあるので、周長補正と円弧形状付与との両方を精度よく確実に行うことができる金属リング周長補正方法が望まれる。
特開平１１−２９０９７１号公報

本発明は、以上の点に鑑み、無段変速機用ベルトに用いられるマルエージング鋼からなる薄板状無端金属リングの周長補正と円弧形状付与とを一挙動で行うときに、円弧形状を精度よく確実に付与することができる金属リング周長補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の金属リング周長補正方法は、無段変速機用ベルトに用いられるマルエージング鋼からなる薄板状無端金属リングを周長補正する金属リング周長補正方法において、相対的に離間する方向へ変位する駆動ローラ及び従動ローラに該金属リングを掛け回し、該駆動ローラ及び該従動ローラの間の位置であって且つ該金属リングの内方に設けられた矯正ローラを、該駆動ローラ及び該従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向に変位させ、該金属リングを延伸させることにより、該金属リングを周長補正すると同時に該金属リングの外周面に円弧形状を付与する方法であって、該金属リングが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、該矯正ローラの移動速度を該金属リングがｎ回（ｎは１以上の整数）周回する速度に低減させて、該矯正ローラを該金属リングの全周にｎ回当接させることを特徴とする。

本発明によれば、まず、該金属リングを該駆動ローラ及び該従動ローラに掛け回す。次に、該矯正ローラを、該駆動ローラ及び該従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向に変位させることにより、該矯正ローラを該金属リングの内周面に当接させて該金属リングを延伸させる。延伸された該金属リングは、該矯正ローラの変位に伴って、周長補正されると同時に、外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる円弧形状が付与される。このとき、該金属リングは、該矯正ローラの変位が小さいときは弾性変形するものの、該矯正ローラの変位が大きくなって該金属リングに生じた応力が降伏点を超えると、塑性変形することとなる。そこで、該金属リングが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、該矯正ローラの移動速度を該金属リングがｎ回（ｎは１以上の整数）周回する速度に低減させて、該矯正ローラを該金属リングの内周面の全周にｎ回当接させることにより、該金属リングは全周に亘って均一に塑性変形することとなる。従って、本発明は、金属リングの周長補正と円弧形状付与とを一挙動で行うときに、該金属リングの全周に亘って円弧形状を精度よく確実に付与することができる。

なお、本発明において、該金属リングを全周に亘って均一に塑性変形させるためには、該金属リングが塑性変形する間に該矯正ローラを該金属リングの全周にｎ回当接させる際に、該金属リングの内周面における該矯正ローラの当接開始位置と当接終了位置とを厳密に一致させることが望まれる。しかし、本発明を実施する装置の加工精度及び金属リングの特性（塑性変形領域の誤差等）によっては、前記当接開始位置と前記当接終了位置とを厳密に一致させることができないことがある。この場合、前記当接開始位置と前記当接終了位置とのずれは不可避のものとして、ｎが整数であることの許容範囲に含まれる。

また、本発明の金属リング周長補正方法は、前記金属リングが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、前記矯正ローラを該金属リングの全周に１〜８回当接させることが好ましい。

次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施形態についてさらに詳しく説明する。図１は無段変速機用ベルトの一部を示す斜視図であり、図２は本発明の実施形態の金属リング周長補正装置を模式的に示す説明図であり、図３は図２示の金属リング周長補正装置の時間に対する矯正ローラの変位を示すグラフである。図４は金属リングに付与された円弧形状のバラツキを説明する説明図であり、図４（ａ）は円弧形状の測定位置を示す説明図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図５は図２示の金属リング周長補正装置の矯正ローラの移動速度に対する円弧形状のバラツキを示すグラフである。

図１示の無段変速機用ベルトＢは、複数の金属リングＷを相互に積層して形成された金属リング積層体Ｒにより、複数の金属エレメントＥからなる金属エレメント積層体を一体に結束したものである。この金属エレメント積層体は、一対の凹部Ｅａを備える板状の金属エレメントＥを板厚方向に相互に積層することにより環状に積層配列されたものであり、金属エレメント積層体の凹部Ｅａに挿入された金属リング積層体Ｒを介して一体に結束されている。無段変速機用ベルトＢは、金属リング積層体Ｗに複数の金属エレメントＥを装着した状態で図示しない駆動プーリ及び従動プーリに掛け回され、相互に接触する金属エレメントＥ間の押し力で該駆動プーリ及び該従動プーリに沿って回転し、駆動力を伝達するようになっている。

金属リング積層体Ｒを構成する各金属リングＷは、マルエージング鋼からなる薄板状無端金属リングであって、径方向に相互に積層可能とするために周長が少しずつ異なるように形成されている。また、金属リングＷは、外周面が幅方向に断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状Ｗａとなっている。これにより、周長が少しずつ異なる複数の金属リングＷを積層して金属リング積層体Ｒが形成される際に、各金属リングＷの円弧形状Ｗａが互いに係合して積層状態が容易に保持される。

本実施形態では、この金属リングＷを次のようにして形成する。まず、マルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接することにより筒状のドラムを形成する。該ドラムは前記溶接時の熱により部分的に硬度が硬くなっているので、次に、該ドラムに第１の溶体化処理を施し、硬度を均質化させる。この第１の溶体化処理は、例えば、該ドラムを真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより行われる。

次に、第１の溶体化処理が施されたドラムを真空炉から搬出して所定の幅に裁断し、圧下率４０〜５０％で圧延することにより、目標周長を有する金属リングＷが形成される。この目標周長とは、複数の金属リングＷを径方向に相互に積層可能とさせるための周長の設計値であり、積層される順番に従って少しずつ異なる周長に設定されている。目標周長とされた金属リングＷは、前記圧延により金属組織の形状が変形しているので、次に、該金属リングＷに第２の溶体化処理を施し、圧延結晶を再結晶させ、前記圧延により変形した金属組織の形状を復元させる。この第２の溶体化処理は、例えば、該金属リングＷを真空炉内で７６０〜８５０℃の温度に０．５〜４時間保持することにより行われる。

第２の溶体化処理が施された金属リングＷの周長は目標周長と一致しなくなっているので、次に、金属リングＷを真空炉から搬出し、周長を補正する。また、金属リングＷが金属リング積層体Ｒとして径方向に相互に積層された際に積層状態が容易に保持されるようにするために、金属リングＷの外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる円弧形状Ｗａを付与する。

本実施形態では、上述の金属リングＷに対する周長補正及び円弧形状付与を、図２示の金属リング周長補正装置１により行う。

図２示の金属リング周長補正装置１は、図１示の金属リング積層体Ｒを構成する金属リングＷの周長を目標周長に補正するとともに、金属リングＷに所望の円弧形状Ｗａを付与するものであり、第２の溶体化処理が施された金属リングＷが掛け回される駆動ローラ２及び従動ローラ３と、該金属リングＷを延引する矯正ローラ４とを備える。

駆動ローラ２及び従動ローラ３は、相対的に近接した状態で金属リングＷを掛け回し可能であり、相対的に離間する方向に変位可能となっている。駆動ローラ２は、モータ等の図示しない第１の駆動手段により回転駆動自在に構成されている。また、従動ローラ３は、駆動ローラ２から離間する水平方向に変位自在となっている。

矯正ローラ４は、駆動ローラ２及び従動ローラ３の間の位置であって且つ駆動ローラ２及び従動ローラ３に掛け回された金属リングＷの内方に設けられている。また、矯正ローラ４は、油圧シリンダ等の図示しない第２の駆動手段により駆動ローラ２及び従動ローラ３の変位方向（水平方向）と交差し且つ該金属リングＷを延引する垂直上下方向に変位可能であるとともに、前記第２の駆動手段の駆動を制御する図示しない速度制御手段により垂直上下方向に変位する際の移動速度を変更可能に構成されている。以下、矯正ローラ４の垂直上方向の変位をｘと記載する。

なお、矯正ローラ４は円筒状であってもよいし、外周面が幅方向の断面視で中央部が外方に凸となる円弧形状に形成されたものであってもよい。

次に、図２及び図３を参照しながら金属リング周長補正装置１の作動について説明する。なお、図３は、矯正ローラ４が垂直上方向への変位を開始した瞬間を時間＝０秒として記載したものである。

まず、従動ローラ３を水平方向に変位して駆動ローラ２に近接させた状態で、第２の溶体化処理が施された金属リングＷを駆動ローラ２及び従動ローラ３に掛け回す。次に、従動ローラ３を水平方向に変位して駆動ローラ２から離間させ、駆動ローラ２と従動ローラ３とを所定の間隔に保持することにより、金属リングＷを緊張させる。

次に、金属リングＷを緊張させた状態で、駆動ローラ２を回転駆動させることにより、金属リングＷを駆動ローラ２及び従動ローラ３を周回させる。次に、金属リングＷを周回させた状態で、駆動ローラ２と従動ローラ３との軸間距離に基づいて金属リングＷの実際の周長を算出する。次に、金属リングＷの目標周長と算出された金属リングＷの実際の周長との差を求め、この差から矯正ローラ４の変位量ｘ_ｅ（例えば図３ではｘ_ｅ＝６９ｍｍ）を決定する。

次に、金属リングＷを周回させた状態で、矯正ローラ４を垂直上方向に付勢することにより、図２に仮想線示する状態から、矯正ローラ４を移動速度ｖ_１（例えば図３ではｖ_１＝８０ｍｍ／秒）で垂直上方向に変位させる。次に、矯正ローラ４をｘ_ａ（例えばｘ_ａ＝２０ｍｍ）に変位させた状態を所定時間保持することにより、ローラ２，３，４に対する金属リングＷの位置合わせを行う。

次に、矯正ローラ４をさらに垂直上方向に付勢し、金属リングＷの目標周長と算出された金属リングＷの実際の周長との差により決定された変位量ｘ_ｅを目指して、垂直上方向に変位させることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面に当接させて金属リングＷを延伸させる。このとき、延伸された金属リングＷは、矯正ローラ４の変位が小さいときは弾性変形するものの、矯正ローラの変位が大きくなって金属リングＷに生じた応力が降伏点を超えると、塑性変形することとなる。

そこで、金属リングＷに生じた応力が降伏点を超えるときの矯正ローラ４の変位をｘ_ｙ（ただし、ｘ_ａ＜ｘ_ｙ＜ｘ_ｅ）とするとき、まず、矯正ローラ４を移動速度ｖ_２（例えば図３ではｖ_２＝７６．４ｍｍ／秒）で垂直上方向にｘ_ａからｘ_ｙまで変位させることにより、金属リングＷを延伸させて弾性変形させる。

矯正ローラ４の変位がｘ_ｙに達したら、次に、矯正ローラ４の移動速度をｖ_２からｖ_３（例えば図３ではｖ_３＝４．４ｍｍ／秒）に減速し、矯正ローラ４を移動速度ｖ_３で垂直上方向にｘ_ｙからｘ_ｅまで変位させることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面に当接させて金属リングＷを延伸させる。この移動速度ｖ_３は、矯正ローラ４がｘ_ｙからｘ_ｅに変位する間、すなわち、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、金属リングＷをｎ（ｎは１以上の整数。例えばｎ＝８）回周回させる速度に設定されている。従って、矯正ローラ４が移動速度ｖ_３でｘ_ｙからｘ_ｅに変位することにより、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、矯正ローラ４が金属リングＷの内周面の全周にｎ回当接するので、金属リングＷを全周に亘って均一に塑性変形させることができる。以上により、延伸された金属リングＷは、周長が目標周長に補正されるとともに、外周面に幅方向の断面視で中央部が外方に向かって凸となる所望の円弧形状Ｗａが均一に付与される。

次に、矯正ローラ４をｘ_ｅに変位させた状態で所定時間保持した後に、矯正ローラ４を垂直下方向に変位させる。そして、矯正ローラ４が最初の位置に復帰したら、駆動ローラ２の回転駆動を停止させる。次に、従動ローラ３を駆動ローラ２に近接させることにより金属リングＷの緊張を緩める。次に、金属リングＷの緊張を緩めた状態で、駆動ローラ２及び従動ローラ３から金属リングＷを取り外し、作動を完了する。

本実施形態の金属リング周長補正装置１によれば、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周にｎ回当接させることにより、金属リングＷを全周に亘って均一に塑性変形することができる。従って、金属リング周長補正装置１は、金属リングの周長補正と円弧形状付与とを一挙動で行うときに、金属リングＷの全周に亘って所望の円弧形状Ｗａを精度よく確実に付与することができる。

なお、金属リング周長補正装置１により金属リングＷを全周に亘って均一に塑性変形させるためには、金属リングＷが塑性変形する間に矯正ローラ４を金属リングＷの全周にｎ回当接させる際に、金属リングＷの内周面における矯正ローラ４の当接開始位置と当接終了位置とを厳密に一致させることが望まれる。しかし、金属リング周長補正装置１の加工精度及び金属リングの特性（塑性変形領域の誤差等）によっては、前記当接開始位置と前記当接終了位置とを厳密に一致させることができないことがある。この場合、前記当接開始位置と前記当接終了位置とのずれは不可避のものとして、ｎが整数であることの許容範囲に含まれる。

また、金属リング周長補正装置１によれば、最初の位置から位置合わせ開始位置ｘ_ａに変位するまでの矯正ローラ４の移動速度ｖ_１と金属リングＷが弾性変形する間の矯正ローラ４の移動速度ｖ_２とは、金属リングＷが塑性変形する間の矯正ローラ４の移動速度ｖ_３に比較して速いので、移動速度ｖ_１，ｖ_２が移動速度ｖ_３と同程度に遅い場合と比較して、周長補正及び円弧形状付与処理の全処理時間を短縮することができる。

次に、金属リング周長補正装置１により周長が目標周長に補正されるとともに所望の円弧形状Ｗａが付与された金属リングＷに対して、時効処理及び窒化処理を施すことにより所要の硬度を付与する。時効処理は、該金属リングＷを真空炉内で例えば４００〜５００℃の温度に２〜３時間保持することにより行われる。また、窒化処理は、時効処理が施された金属リングＷを、例えばアンモニアガスを含む不活性ガス雰囲気下で４００〜５００℃の温度に０．５〜１０時間保持することにより行われる。

以上により形成された金属リングＷは、所望の円弧形状Ｗａが均一に付与されているので、周長が少しずつ異なる複数の金属リングＷを径方向に相互に積層して金属リング積層体Ｒが形成される際に、この円弧形状Ｗａが互いに係合して金属リングＷの積層状態を容易に保持することができるようになる。

さて、次に、金属リングＷが塑性変形する間の矯正ローラ４の移動速度ｖ_３と金属リングＷに付与される円弧形状Ｗａの精度との関係について説明する。

まず、金属リングＷを５４個用意し、金属リング周長補正装置１で金属リングＷを周長補正すると同時に外周面に円弧形状Ｗａを付与した。このとき、１８個の金属リングＷについては、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、矯正ローラ４を移動速度ｖ_３＝０．５ｍ／分で変位させることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周に４回当接させた。また、他の１８個の金属リングＷについては、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、矯正ローラ４を移動速度ｖ_３＝２ｍ／分で変位させることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周に１回当接させた。さらに、残りの１８個の金属リングＷについては、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、矯正ローラ４を移動速度ｖ_３＝４ｍ／分で変位させることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周に０．５回当接させた、すなわち、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周の半分に１回当接させた。なお、矯正ローラ４の移動速度ｖ_３は、１ｍ／分が約３．３ｍｍ／秒に相当する。

次に、各金属リングＷの円周上の任意の５点について、クラウニング高さｈを測定した。ここで、任意の５点とは、図４（ａ）示の金属リングＷの円周上の長軸ｌ_１又は短軸ｌ_２との交点を除いた任意の点ｍ_１〜ｍ_５である。また、クラウニング高さｈとは、図４（ｂ）示の金属リングＷに付与された円弧形状Ｗａの内周面側の高さをいう。次に、得られた５点のクラウニング高さｈのうち、最大値ｈ_ｍａｘと最小値ｈ_ｍｉｎとの差を求め、この差をクラウニング偏差とした。金属リングＷが塑性変形する間の矯正ローラ４の移動速度ｖ_３に対するクラウニング偏差を図５に示す。また、図５中の仮想線は、クラウニング偏差の金属リングＷ１８個の平均値を示す。

図５から、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、矯正ローラ４を移動速度ｖ_３＝０．５ｍ／分又はｖ_３＝２ｍ／分で変位させさせることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周に４回又は１回当接させたものと、矯正ローラ４を移動速度ｖ_３＝４ｍ／分で変位させさせることにより、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周に０．５回当接したものとを比較すると、矯正ローラ４を金属リングＷの内周面の全周に４回又は１回当接させたものは、０．５回当接したものよりも、クラウニング偏差のバラツキが小さいことが明らかである。また、図５から、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間の矯正ローラ４の移動速度ｖ_３が遅く、金属リングＷが塑性変形を開始してから終了するまでの間に矯正ローラ４が金属リングＷの内周面の全周に当接する回数が多いほど、クラウニング偏差の平均値が小さいことが明らかである。従って、金属リングＷが塑性変形する間の矯正ローラ４の移動速度ｖ_３が遅いことにより、金属リングＷが塑性変形する間に矯正ローラ４が金属リングＷの内周面の全周に当接する回数が多いほど、金属リングＷに付与される円弧形状Ｗａの精度がよいことが明らかである。

無段変速機用ベルトの一部を示す斜視図。 本発明の実施形態の金属リング周長補正装置を模式的に示す説明図。 図２示の金属リング周長補正装置の時間に対する矯正ローラの変位を示すグラフ。 金属リングに付与された円弧形状のバラツキを説明する説明図。 図２示の金属リング周長補正装置の矯正ローラの移動速度に対する円弧形状のバラツキを示すグラフ。

符号の説明

１…金属リング周長補正装置、 ２…駆動ローラ、 ３…従動ローラ、 ４…矯正ローラ、 Ｂ…無段変速機用ベルト、 Ｗ…金属リング、 Ｗａ…円弧形状、 ｖ_３…矯正ローラの移動速度。

Claims (2)

1. 無段変速機用ベルトに用いられるマルエージング鋼からなる薄板状無端金属リングを周長補正する金属リング周長補正方法において、
   相対的に離間する方向へ変位する駆動ローラ及び従動ローラに該金属リングを掛け回し、該駆動ローラ及び該従動ローラの間の位置であって且つ該金属リングの内方に設けられた矯正ローラを、該駆動ローラ及び該従動ローラの変位方向と交差し且つ該金属リングを延引する方向に変位させ、該金属リングを延伸させることにより、該金属リングを周長補正すると同時に該金属リングの外周面に円弧形状を付与する方法であって、
   該金属リングが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、該矯正ローラの移動速度を該金属リングがｎ回（ｎは１以上の整数）周回する速度に低減させて、該矯正ローラを該金属リングの全周にｎ回当接させることを特徴とする金属リング周長補正方法。
2. 請求項１記載の金属リング周長補正方法において、
   前記金属リングが塑性変形を開始してから終了するまでの間に、前記矯正ローラを該金属リングの全周に１〜８回当接させることを特徴とする金属リング周長補正方法。

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