JP2012167308A - Method for manufacturing endless metal belt, and endless metal belt - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、ＣＶＴなどの駆動ベルトに用いられる無端金属ベルトの製造方法および無端金属ベルトの技術に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an endless metal belt used for a drive belt such as a CVT, and an endless metal belt technology.
従来から、例えば、自動車のエンジンと負荷との間に設けられるＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：無段変速機）などにおいて、該エンジンの駆動力の伝達手段として備えられる駆動ベルトには、無端金属ベルトが用いられる。
前記無端金属ベルトは、離間して配設される二つのプーリーに対して、無端状に巻回される。そして、一方のプーリーがエンジンの駆動力によって回転されると、無端金属ベルトにより他方のプーリーが回転される。つまり、無端金属ベルトにより、一方のプーリーに与えられたエンジンの駆動力が、他方のプーリーに伝達される。
Conventionally, for example, in a CVT (Continuously Variable Transmission) provided between an engine and a load of an automobile, an endless metal belt has been provided in a drive belt provided as a means for transmitting the driving force of the engine. Used.
The endless metal belt is wound in an endless manner with respect to two pulleys disposed apart from each other. When one pulley is rotated by the driving force of the engine, the other pulley is rotated by the endless metal belt. That is, the driving force of the engine given to one pulley is transmitted to the other pulley by the endless metal belt.
ここで、エンジンが運転状態にある場合、無端金属ベルトの各箇所は、各プーリーの外周面に沿って巻き付けられた状態にある「湾曲状態」と、プーリー間に横架された状態にある「直線状態」とを交互に繰り返す。
そして、無端金属ベルトの「湾曲状態」にある箇所には、曲げ応力（以下、「内周側曲げ応力」と記載する）が加えられる。該「内周側曲げ応力」は、前記「湾曲状態」にある箇所が前記「直線状態」に移った直後に開放される。
よって、無端金属ベルトの各箇所の仮想断面には、引張応力からなる内部応力が、前記「内周側曲げ応力」によって無端金属ベルトの外周面側に繰り返し発生する。
一方、無端金属ベルトの各箇所は、前記「湾曲状態」から前記「直線状態」に移る直前に小刻みにばたつき、外周面側に向かって複数回屈曲されることとなる。この際、前記任意の箇所には、前記「内周側曲げ応力」に対して逆向きの曲げ応力（以下、「外周側曲げ応力」と記載する）が加えられる。
よって、無端金属ベルトの各箇所の仮想断面には、引張応力からなる内部応力が、前記「外周側曲げ応力」によって無端金属ベルトの内周面側に断続的に発生する。
このように、エンジンが運転状態にある場合、無端金属ベルトの各箇所の仮想断面には、引張応力からなる内部応力が、該無端金属ベルトの外周面側および内周面側に繰り返し発生することとなり、前記無端金属ベルトの疲労強度を低減させる要因の一つとなっていた。
Here, when the engine is in an operating state, each part of the endless metal belt is in a “curved state” in a state of being wound around the outer peripheral surface of each pulley, and in a state of being horizontally placed between the pulleys. “Linear state” is repeated alternately.
A bending stress (hereinafter referred to as “inner peripheral side bending stress”) is applied to a portion of the endless metal belt in the “curved state”. The “inner peripheral side bending stress” is released immediately after the portion in the “curved state” moves to the “straight state”.
Therefore, in the virtual cross section of each part of the endless metal belt, internal stress consisting of tensile stress is repeatedly generated on the outer peripheral surface side of the endless metal belt due to the “inner peripheral side bending stress”.
On the other hand, each part of the endless metal belt flutters in small increments just before moving from the “curved state” to the “straight state”, and is bent a plurality of times toward the outer peripheral surface side. At this time, a bending stress opposite to the “inner peripheral side bending stress” (hereinafter referred to as “outer peripheral side bending stress”) is applied to the arbitrary portion.
Therefore, internal stress composed of tensile stress is intermittently generated on the inner peripheral surface side of the endless metal belt due to the “outer peripheral side bending stress” in the virtual cross section of each part of the endless metal belt.
Thus, when the engine is in an operating state, internal stress composed of tensile stress is repeatedly generated on the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side of the endless metal belt in the virtual cross section of each part of the endless metal belt. Thus, the fatigue strength of the endless metal belt has been reduced.
ここで、無端金属ベルトの疲労強度を向上させる技術として、外部からの曲げ応力によって発生する内部応力（より具体的には、引張応力）に対して、該内部応力と対向する側に向かって働く内部残留応力（より具体的には、圧縮応力からなる内部残留応力）を、前記無端金属ベルトの外周面側および内周面側に予め付与しておき、疲労現象の発生を低減させる技術が開示されている（例えば、「特許文献１」乃至「特許文献３」を参照）。
即ち、「特許文献１」においては、無端金属ベルトを窒化処理した後にショットピーニングを施して、疲労強度を向上させた無端金属ベルトを製造する方法であって、窒化処理は、後のショットピーニングによる無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力（内部残留応力）を支持し得る深さに、硬化層を形成することを特徴とする、無端金属ベルトの製造方法に関する技術が開示されている。
Here, as a technique for improving the fatigue strength of the endless metal belt, it works toward the side facing the internal stress with respect to internal stress (more specifically, tensile stress) generated by external bending stress. A technique is disclosed in which internal residual stress (more specifically, internal residual stress composed of compressive stress) is applied in advance to the outer peripheral surface side and inner peripheral surface side of the endless metal belt to reduce the occurrence of fatigue phenomenon. (See, for example, “Patent Document 1” to “Patent Document 3”).
That is, in “Patent Document 1”, a method of manufacturing an endless metal belt with improved fatigue strength by performing shot peening after nitriding the endless metal belt, and the nitriding is performed by subsequent shot peening. A technique relating to a method for manufacturing an endless metal belt is disclosed, in which a hardened layer is formed at a depth capable of supporting the compressive residual stress (internal residual stress) on the outermost surface of the endless metal belt.
また、「特許文献２」においては、横断方向（幅方向）に対してクラウニング曲率半径を有して湾曲し、且つ、切断された場合、長手方向（長さ方向）に対してカーリング曲率半径を有して湾曲するように製造された無端金属ベルトであって、これらクラウニング曲率半径とカーリング曲率半径との関係が、予め定められた関係式を満たすように、内部残留応力が付与された無端金属ベルトの製造方法に関する技術が開示されている。 Further, in “Patent Document 2”, when curving with a crowning radius of curvature in the transverse direction (width direction) and when cut, the curling radius of curvature in the longitudinal direction (length direction) is set. An endless metal belt which is manufactured to have a curved shape and has an internal residual stress applied so that the relationship between the crowning curvature radius and the curling curvature radius satisfies a predetermined relational expression. Techniques relating to belt manufacturing methods are disclosed.
さらに、「特許文献３」においては、外周面と内周面との両面に、ショットピーニング処理をそれぞれ施して、予め内部残留応力を付与することとした無端金属ベルトの製造方法に関する技術が開示されている。 Furthermore, “Patent Document 3” discloses a technique relating to a method of manufacturing an endless metal belt in which shot peening is performed on both the outer peripheral surface and the inner peripheral surface to apply internal residual stress in advance. ing.
前記「特許文献１」乃至「特許文献３」によって示される技術を用いれば、外部からの曲げ応力によって発生する内部応力（引張応力）に対して、該内部応力と対向する側に向かって働く内部残留応力（圧縮応力からなる内部残留応力）を、無端金属ベルトの外周面側および内周面側に予め適切に付与することが可能となり、該無端金属ベルトの疲労強度は、確実に向上するようにも思われる。
しかし、これら技術を用いても、現実的には、無端金属ベルトの外周面側および内周面側に対して、圧縮応力からなる内部残留応力を適切に付与することは難しく、無端金属ベルトの疲労強度を十分に向上させるには困難であった。
特に、耐摩耗性の向上を目的として、窒化処理が施される無端金属ベルトにおいては、少なくとも、該窒化処理によって形成される硬化層内の全ての領域内にて、圧縮応力からなる内部残留応力を付与することが望まれるが、現実的には困難であり、引張応力からなる内部残留応力が存在する箇所は「最弱部（疲労現象に対して脆い箇所）」として、前記硬化層内に一部存在することとなっていた。
If the technique shown by the above-mentioned “Patent Document 1” to “Patent Document 3” is used, an internal working toward the side facing the internal stress against an internal stress (tensile stress) generated by an external bending stress. Residual stress (internal residual stress consisting of compressive stress) can be appropriately applied to the outer peripheral surface side and inner peripheral surface side of the endless metal belt in advance, so that the fatigue strength of the endless metal belt is surely improved. It seems to be.
However, even if these techniques are used, it is practically difficult to appropriately apply internal residual stress composed of compressive stress to the outer peripheral surface side and the inner peripheral surface side of the endless metal belt. It was difficult to sufficiently improve the fatigue strength.
In particular, in an endless metal belt subjected to nitriding treatment for the purpose of improving wear resistance, at least in all regions in the hardened layer formed by the nitriding treatment, internal residual stress composed of compressive stress However, in reality, it is difficult, and the location where the internal residual stress consisting of tensile stress exists is defined as “the weakest portion (location that is brittle against fatigue phenomenon)” in the hardened layer. Some were supposed to exist.
本発明は、以上に示した現状の問題点を鑑みてなされたものであり、窒化処理が施される無端金属ベルトの製造方法および無端金属ベルトであって、該窒化処理によって形成される硬化層に対して、「最弱部（疲労現象に対して脆い箇所）」の発生を防止し、疲労強度の向上を図った無端金属ベルトの製造方法および無端金属ベルトを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described current problems, and is a method for producing an endless metal belt to which nitriding treatment is performed, and an endless metal belt, and a hardened layer formed by the nitriding treatment. On the other hand, it is an object of the present invention to provide an endless metal belt manufacturing method and an endless metal belt which prevent the occurrence of the “weakest part (location brittle with respect to fatigue phenomenon)” and improve fatigue strength.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項１においては、表面に窒化処理を施した無端金属ベルトの製造方法であって、ベルト状に形成された素材に内部残留応力を付与する応力付与工程と、該応力付与工程の終了後に行われ、前記素材の表面に窒化処理を施す窒化処理工程と、を備え、前記応力付与工程において、前記内部残留応力は、前記窒化処理工程によって前記素材の表面に形成されることとなる硬化層内にて、圧縮応力として機能し、且つ、前記硬化層の底部である境界付近にて最大値となるように、前記素材に付与されるものである。 That is, according to claim 1, there is provided a method of manufacturing an endless metal belt having a surface subjected to nitriding treatment, a stress applying step for applying an internal residual stress to the belt-shaped material, and the end of the stress applying step And a nitriding treatment step that performs nitriding treatment on the surface of the material, and in the stress applying step, the internal residual stress is formed on the surface of the material by the nitriding treatment step. In the layer, it functions as a compressive stress and is given to the material so as to have a maximum value in the vicinity of the boundary that is the bottom of the hardened layer.
請求項２においては、請求項１に記載の無端金属ベルトの製造方法であって、前記素材はマルエージング鋼からなるとともに、前記製造方法は、前記素材に時効処理を施す時効処理工程を備え、該時効処理工程の終了後に、前記応力付与工程が行われるものである。 In Claim 2, it is a manufacturing method of the endless metal belt according to claim 1, wherein the raw material is made of maraging steel, and the manufacturing method includes an aging treatment step of performing an aging treatment on the raw material. The stress applying step is performed after the aging treatment step is completed.
請求項３においては、請求項１に記載の無端金属ベルトの製造方法であって、前記素材は焼入れ鋼からなるとともに、前記製造方法は、前記素材に焼入れ処理を施す焼入れ処理工程を備え、該焼入れ処理工程の終了後に、前記応力付与工程が行われるものである。 In Claim 3, It is a manufacturing method of the endless metal belt of Claim 1, Comprising: While the said raw material consists of hardened steel, the said manufacturing method is equipped with the quenching process process which quenches the said raw material, The stress applying process is performed after the quenching process.
請求項４においては、表面に窒化処理を施した無端金属ベルトであって、ベルト状に形成された素材に内部残留応力を付与した後、該素材の表面に窒化処理を施して製造され、前記内部残留応力は、前記窒化処理によって前記素材の表面に形成されることとなる硬化層内にて、圧縮応力として機能し、且つ、前記硬化層の底部である境界付近にて最大値となるように、前記素材に付与されるものである。 In claim 4, an endless metal belt having a surface subjected to nitriding treatment, which is manufactured by applying an internal residual stress to a material formed in a belt shape and then nitriding the surface of the material, The internal residual stress functions as a compressive stress in the hardened layer that will be formed on the surface of the material by the nitriding treatment, and has a maximum value near the boundary that is the bottom of the hardened layer. In addition, it is given to the material.
請求項５においては、請求項４に記載の無端金属ベルトであって、前記素材はマルエージング鋼からなるとともに、前記素材には時効処理が施され、前記時効処理の終了後に、前記内部残留応力が前記素材に付与されるものである。 In Claim 5, It is an endless metal belt of Claim 4, Comprising: While the said raw material consists of maraging steel, the said raw material is subjected to an aging treatment and the said internal residual stress is complete | finished after completion | finish of the said aging treatment. Is added to the material.
請求項６においては、請求項４に記載の無端金属ベルトであって、前記素材は焼入れ鋼からなるとともに、前記素材には焼入れ処理が施され、前記焼入れ処理の終了後に、前記内部残留応力が前記素材に付与されるものである。 In Claim 6, It is an endless metal belt of Claim 4, Comprising: While the said raw material consists of hardened steel, the said raw material is hardened, The said internal residual stress is after completion | finish of the said hardening process. It is given to the material.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
即ち、本発明における無端金属ベルトの製造方法および無端金属ベルトによれば、窒化処理が施される無端金属ベルトであって、該窒化処理によって形成される硬化層に対して、「最弱部（疲労現象に対して脆い箇所）」を有することもなく、疲労強度の向上が図られた無端金属ベルトを提供することができる。
As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
That is, according to the method for producing an endless metal belt and the endless metal belt in the present invention, the endless metal belt is subjected to nitriding treatment, and the “weakest part ( It is possible to provide an endless metal belt with improved fatigue strength without having a portion brittle against a fatigue phenomenon).
次に、発明の実施の形態を説明する。 Next, embodiments of the invention will be described.
［概要］
先ず、本発明に係る無端金属ベルトの製造方法、および無端金属ベルトの概要について、図１４乃至図１６を用いて説明する。
本発明は、従来の無端金属ベルト１０１（図１５を参照）に比べて、疲労強度を向上させた無端金属ベルト１（２０１あるいは３０１。図１、図７、図１３を参照）、および該無端金属ベルト１の製造方法を提供するものである。
より具体的には、本発明は、表面上に窒化処理が施される無端金属ベルト１であって、形成される硬化層内の内部残留応力の分布について、疲労現象に対する脆さが他の箇所に比べて極端に大きな「最弱部」となる、「硬化層内において引張応力からなる内部残留応力が存在する領域」を無くした無端金属ベルト１、および該無端金属ベルト１の製造方法を提供するものである。
[Overview]
First, an endless metal belt manufacturing method according to the present invention and an outline of the endless metal belt will be described with reference to FIGS. 14 to 16.
The present invention relates to an endless metal belt 1 (201 or 301; see FIGS. 1, 7, and 13) having improved fatigue strength as compared with the conventional endless metal belt 101 (see FIG. 15), and the endless metal belt 1 A method for manufacturing the metal belt 1 is provided.
More specifically, the present invention relates to an endless metal belt 1 whose surface is subjected to nitriding treatment, and the distribution of the internal residual stress in the formed hardened layer is less susceptible to fatigue due to fatigue. An endless metal belt 1 that is an extremely large “weakest part” compared to the above and eliminates a “region where internal residual stress including tensile stress exists in a hardened layer” and a method for manufacturing the endless metal belt 1 are provided. To do.
即ち、本実施例における無端金属ベルト１は、例えば、自動車のエンジンと負荷との間に設けられるＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：無段変速機）などにおいて、該エンジンの駆動力の伝達手段として備えられる駆動ベルトに用いられる無端金属ベルトであって、互いに離間して配設される駆動プーリーと従動プーリー（図示せず）に対して無端状に巻回される。また、無端金属ベルト１は、これら駆動プーリーや従動プーリーの外周面に沿って巻き付けられる箇所において、曲げ応力（以下、「内周側曲げ応力」と記載する）が付加されて「湾曲状態」となる一方、前記両プーリーによって横架される箇所において、前記「内周側曲げ応力」が開放されて「直線状態」となる。 That is, the endless metal belt 1 in the present embodiment is provided as a means for transmitting the driving force of the engine, for example, in a CVT (Continuously Variable Transmission) provided between the engine of the automobile and the load. An endless metal belt used for a drive belt, which is wound endlessly on a drive pulley and a driven pulley (not shown) that are disposed apart from each other. Further, the endless metal belt 1 is applied with bending stress (hereinafter referred to as “inner peripheral side bending stress”) at a portion wound around the outer peripheral surface of the drive pulley or the driven pulley to be in a “curved state”. On the other hand, the “inner peripheral side bending stress” is released at the place where it is horizontally mounted by the two pulleys to be in the “straight state”.
従って、このように駆動プーリーと従動プーリーとに巻回される無端金属ベルト１が、前記駆動プーリーや従動プーリーの外周面に沿って回転されることで、該無端金属ベルト１の各箇所の仮想断面（無端金属ベルト１の長手方向（周長方向）に対して、直交する平面上の仮想断面。以下同じ。）は、前記「湾曲状態」と前記「直線状態」とを逐次通過することとなり、前記仮想断面には、「内周側曲げ応力」の付加と開放とが繰り返される。
つまり、無端金属ベルト１の各箇所の仮想断面においては、前記「内周側曲げ応力」による内部応力の発生と消滅とが繰り返されることとなり、無端金属ベルト１は疲労現象を引き起こすのである。
Accordingly, the endless metal belt 1 wound around the drive pulley and the driven pulley in this way is rotated along the outer peripheral surface of the drive pulley and the driven pulley, so that the imaginary portions of the endless metal belt 1 are virtualized. A cross section (a virtual cross section on a plane orthogonal to the longitudinal direction (circumferential length direction) of the endless metal belt 1; the same shall apply hereinafter) sequentially passes through the “curved state” and the “linear state”. The addition and release of “inner peripheral side bending stress” are repeated in the virtual cross section.
That is, in the virtual cross section of each part of the endless metal belt 1, the generation and disappearance of the internal stress due to the “inner side bending stress” are repeated, and the endless metal belt 1 causes a fatigue phenomenon.
そこで、このような疲労現象の対策案の一つとして、無端金属ベルト１に予め内部残留応力を付与しておき、疲労現象の発生を低減させることで、該無端金属ベルト１の疲労強度を向上させる技術が知られている。
つまり、前記「湾曲状態」において各箇所の仮想断面に発生する内部応力に対して、対向する方向に作用する内部残留応力を、無端金属ベルト１の内部に予め付与しておき、これらの内部応力と内部残留応力とを互いに打ち消しあわせることによって、無端金属ベルト１の疲労強度を向上させるのである。
Therefore, as one of countermeasures against such a fatigue phenomenon, internal fatigue stress is applied to the endless metal belt 1 in advance to reduce the occurrence of the fatigue phenomenon, thereby improving the fatigue strength of the endless metal belt 1. The technology to make it known is known.
That is, internal residual stress acting in the opposite direction is applied in advance to the internal stress generated in the virtual cross section at each location in the “curved state”, and these internal stresses are applied in advance. And the internal residual stress cancel each other, thereby improving the fatigue strength of the endless metal belt 1.
ここで、図１４（ａ）に示すように、前記「湾曲状態」にある無端金属ベルト１の仮想断面１Ａに発生する内部応力の分布を見てみると、該内部応力は、中立線ＮＰを境にして、外周面１ａ側に向かうにつれて徐々に増加する引張応力となって発生する一方、内周面１ｂ側に向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力となって発生する。 Here, as shown in FIG. 14A, when looking at the distribution of the internal stress generated in the virtual cross section 1A of the endless metal belt 1 in the “curved state”, the internal stress indicates a neutral line NP. At the boundary, it is generated as a tensile stress that gradually increases toward the outer peripheral surface 1a side, while it is generated as a compressive stress that gradually increases toward the inner peripheral surface 1b side.
即ち、図１４（ｂ）に示すように、前記内部応力の分布は、一点鎖線からなる直線Ｘ１によって表されるとともに、中立線ＮＰより外周面１ａに向かうにつれて徐々に増加する引張応力は、該外周面１ａの表面上において、最も大きな値＋ａにまで到達する。また、中立線ＮＰより内周面１ｂに向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力は、該内周面１ｂの表面上において、最も大きな値−ａにまで到達する。 That is, as shown in FIG. 14B, the distribution of the internal stress is represented by a straight line X1 consisting of a one-dot chain line, and the tensile stress that gradually increases from the neutral line NP toward the outer peripheral surface 1a is On the surface of the outer peripheral surface 1a, the maximum value + a is reached. Further, the compressive stress that gradually increases from the neutral line NP toward the inner peripheral surface 1b reaches the largest value -a on the surface of the inner peripheral surface 1b.
なお、本図中において、仮想断面１Ａと中立線ＮＰとの交差する位置においては内部応力が発生せず、その値は０となる。
また、本図中において、＋および−なる符号は、各々引張応力、および圧縮応力の区別を表すものに過ぎず、応力値の大小関係は、絶対値によって示される。
In the figure, no internal stress is generated at the position where the virtual cross section 1A intersects the neutral line NP, and its value is zero.
Further, in the figure, the symbols + and − merely represent the distinction between tensile stress and compressive stress, respectively, and the magnitude relationship between the stress values is indicated by an absolute value.
一方、無端金属ベルト１は、駆動プーリーや従動プーリーの外周面に沿って回転される際、前記「湾曲状態」から前記「直線状態」に移る直前に、ばたつきが生じる。
即ち、無端金属ベルト１の「湾曲状態」にある仮想断面１Ａは、駆動プーリー（あるいは、従動プーリー）の外周面に沿って移動した後、該駆動プーリー（あるいは、従動プーリー）を抜けきる直前に、一瞬、該駆動プーリー（あるいは、従動プーリー）に巻き込まれる。
On the other hand, when the endless metal belt 1 is rotated along the outer peripheral surface of the drive pulley or the driven pulley, the endless metal belt 1 flutters immediately before the transition from the “curved state” to the “linear state”.
In other words, the virtual cross section 1A in the “curved state” of the endless metal belt 1 moves along the outer peripheral surface of the drive pulley (or driven pulley), and immediately before passing through the drive pulley (or driven pulley). For a moment, it is caught in the drive pulley (or driven pulley).
その後、前記仮想断面１Ａは、駆動プーリー（あるいは、従動プーリー）の半径方向に向かってはじかれて前記「直線状態」に移ることとなるが、この際、前記仮想断面１Ａには、前記「内周側曲げ応力」の曲げ方向に対して逆向きの方向に作用する曲げ応力（以下、「外周側曲げ応力」と記載する）が付与される。
つまり、前記「湾曲状態」から前記「直線状態」に移る直前において、無端金属ベルト１の仮想断面１Ａには、中立線ＮＰを境にして、外周面１ａ側に向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力と、内周面１ｂ側に向かうにつれて徐々に増加する引張応力とからなる内部応力（以下、「突発的内部応力」と記す）が、同時、且つ瞬間的に複数回発生する。
Thereafter, the virtual cross section 1A is repelled in the radial direction of the drive pulley (or driven pulley) and moves to the “straight state”. At this time, the virtual cross section 1A includes the “inner section”. Bending stress acting in the direction opposite to the bending direction of “circumferential bending stress” (hereinafter referred to as “outer bending stress”) is applied.
That is, immediately before the transition from the “curved state” to the “straight state”, the virtual cross section 1A of the endless metal belt 1 has a compressive stress that gradually increases toward the outer peripheral surface 1a with the neutral line NP as a boundary. And an internal stress composed of a tensile stress that gradually increases toward the inner peripheral surface 1b (hereinafter, referred to as “sudden internal stress”) occurs simultaneously and instantaneously a plurality of times.
即ち、図１４（ｂ）に示すように、前記「突発的内部応力」の分布は、二点鎖線からなる直線Ｘ２によって表されるとともに、中立線ＮＰより外周面１ａに向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力は、該外周面１ａの表面上において、最も大きな値−ｂにまで到達する。また、中立線ＮＰより内周面１ｂに向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力は、該内周面１ｂの表面上において、最も大きな値＋ｂにまで到達するのである。
なお、前述した直線Ｘ１によって表される内部応力と同様に、本図中において、仮想断面１Ａと中立線ＮＰとの交差する位置においては「突発的内部応力」が発生せず、その値は当然０となる。
That is, as shown in FIG. 14B, the distribution of the “sudden internal stress” is represented by a straight line X2 composed of a two-dot chain line, and gradually increases from the neutral line NP toward the outer peripheral surface 1a. The compressive stress reaches the maximum value -b on the surface of the outer peripheral surface 1a. Further, the compressive stress that gradually increases from the neutral line NP toward the inner peripheral surface 1b reaches the maximum value + b on the surface of the inner peripheral surface 1b.
As in the case of the internal stress represented by the straight line X1, the “sudden internal stress” does not occur at the position where the virtual cross section 1A intersects the neutral line NP in the drawing, and the value is naturally 0.
以上のように、疲労現象においては、圧縮応力に比べて引張応力による影響が大きいところ、無端金属ベルト１の外周面１ａ付近においては、前記「湾曲状態」の際に付加される「内周側曲げ応力」によって、引張応力が断続的に繰り返し発生するとともに、内周面１ｂ付近においては、前記「外周側曲げ応力」によって、引張応力が断続的、且つ瞬時に繰り返し発生する。 As described above, in the fatigue phenomenon, the influence of the tensile stress is larger than that of the compressive stress. However, in the vicinity of the outer peripheral surface 1a of the endless metal belt 1, the “inner peripheral side” is added in the “curved state”. The tensile stress is intermittently repeatedly generated by the “bending stress”, and the tensile stress is intermittently and instantaneously generated by the “outer peripheral side bending stress” in the vicinity of the inner peripheral surface 1b.
このようなことから、従来、疲労強度の向上を目的として、無端金属ベルト１に予め内部残留応力を付与する際は、該無端金属ベルト１の外周面１ａと内周面１ｂとの両表面部近傍において、圧縮応力となるような内部残留応力を付与することが理想とされてきた。 Thus, conventionally, when applying internal residual stress to endless metal belt 1 in advance for the purpose of improving fatigue strength, both surface portions of outer peripheral surface 1a and inner peripheral surface 1b of endless metal belt 1 are provided. In the vicinity, it has been ideal to apply an internal residual stress that becomes a compressive stress.
即ち、例えば図１４（ｂ）に示すように、理想とする内部残留応力の分布は、実線からなる連続線Ｙによって表されるところ、外周面１ａと内周面１ｂとの表面上において、それぞれ最も大きな値−ｃからなる圧縮応力は、中立線ＮＰに向かうにつれて各々徐々に減少し、途中、引張応力に転じると徐々に増加して、中立線ＮＰでは＋ｃにまで到達するのである。 That is, for example, as shown in FIG. 14B, the ideal internal residual stress distribution is represented by a continuous line Y consisting of a solid line, and on the surfaces of the outer peripheral surface 1a and the inner peripheral surface 1b, respectively. The compressive stress having the largest value −c gradually decreases toward the neutral line NP, and gradually increases when the tensile stress is changed to reach the neutral line NP, and reaches + c at the neutral line NP.
ところで、近年、図１５（ａ）に示すように、無端金属ベルト１０１の表面上においては、耐摩耗性の向上を図るために窒化処理が施され、無端金属ベルト１０１の表面（外周面１０１ａ、および内周面１０１ｂを含む）には、該窒化処理によって、適切な処理深さからなる硬化層１０１Ｂが形成される。
また、硬化層１０１Ｂ内においては、少なくとも圧縮応力からなる内部残留応力が付与されることが、無端金属ベルト１０１の疲労強度の向上を図る上で理想とされている。
Incidentally, in recent years, as shown in FIG. 15A, nitriding treatment is performed on the surface of the endless metal belt 101 in order to improve wear resistance, and the surface of the endless metal belt 101 (the outer peripheral surface 101a, And the inner peripheral surface 101b), the cured layer 101B having an appropriate processing depth is formed by the nitriding process.
In addition, in the hardened layer 101B, it is ideal that an internal residual stress consisting of at least a compressive stress is applied in order to improve the fatigue strength of the endless metal belt 101.
そこで、図１５（ｂ）に示すように、現実的に製造された無端金属ベルト１０１の内部において、予め付与された内部残留応力の分布を見てみると、外周面１０１ａにおける硬化層１０１Ｂ内においては、圧縮応力からなる内部残留応力が付与される。しかし、内周面１０１ｂにおける硬化層１０１Ｂ内においては、該内周面１０１ｂの表面近傍にて圧縮応力からなる内部残留応力が付与されるものの、ある処理深さ（図１５（ｂ）における寸法ｄ１）を超えると、内部残留応力が引張応力に転じることとなる。 Therefore, as shown in FIG. 15B, when the distribution of the internal residual stress applied in advance in the practically manufactured endless metal belt 101 is examined, in the hardened layer 101B on the outer peripheral surface 101a. Is given an internal residual stress consisting of compressive stress. However, in the hardened layer 101B on the inner peripheral surface 101b, although an internal residual stress composed of a compressive stress is applied in the vicinity of the surface of the inner peripheral surface 101b, the dimension d1 at a certain processing depth (FIG. 15B). ), The internal residual stress turns into tensile stress.
そして、このような引張応力からなる内部残留応力が存在する、硬化層１０１Ｂの境界（仮想断面１Ａにおいて硬化層１０１Ｂが形成されている部分と形成されていない部分との境界）付近（図１５（ｂ）における領域Ｚ）は、疲労現象に対する脆さが他の箇所に比べて極端に大きく、最も脆い箇所（「最弱部」）となって、無端金属ベルト１０１内に存在することとなる。 Then, the boundary of the hardened layer 101B (the boundary between the portion where the hardened layer 101B is formed and the portion where the hardened layer 101B is not formed in the virtual cross section 1A) where the internal residual stress composed of such tensile stress exists (FIG. 15 ( In the region Z) in b), the fragility to the fatigue phenomenon is extremely large as compared to other portions, and the region Z) becomes the most fragile portion (“weakest portion”) and exists in the endless metal belt 101.
そこで、本発明者は、従来の無端金属ベルト１０１に対して、現実的に付与される内部残留応力の形成メカニズムを解析し、試行錯誤を繰り返し行った結果、硬化層１０１Ｂ内において、疲労現象に対する脆さが極端に大きな箇所（「最弱部」）となる、引張応力からなる内部残留応力が存在する箇所が存在することのない無端金属ベルトの製造方法を導き出し、本発明を完成するに至った。 Therefore, the present inventor analyzed the formation mechanism of the internal residual stress that is practically applied to the conventional endless metal belt 101, and as a result of repeating trial and error, as a result, the hardened layer 101B is free from the fatigue phenomenon. A method for producing an endless metal belt in which an internal residual stress composed of tensile stress does not exist where the brittleness is extremely large (the weakest part) is derived, and the present invention is completed. It was.
即ち、無端金属ベルト１０１の内部に最終的に形成される内部残留応力は、主に周長調整を行う際に付与される内部残留応力と、該周長調整の終了後、窒化処理を行う際に付与される内部残留応力とが、組合されることによって形成される。 That is, the internal residual stress finally formed in the endless metal belt 101 is mainly the internal residual stress applied when the circumference adjustment is performed, and when the nitriding process is performed after the circumference adjustment is completed. It is formed by combining with the internal residual stress applied to.
より具体的には、周長調整を行う際は、二つの回転プーリー２・２（例えば、図１を参照）に巻回された無端金属ベルト１０１が、これらの両プーリー２・２に沿って回転されつつ、軸間距離方向（両プーリー２・２が、相対的に離間する方向。以下、同じ。）に延伸される。 More specifically, when the circumference is adjusted, the endless metal belt 101 wound around two rotating pulleys 2 and 2 (see, for example, FIG. 1) is moved along the two pulleys 2 and 2. While being rotated, the shaft is stretched in the inter-axis distance direction (the direction in which both pulleys 2 and 2 are relatively separated from each other, hereinafter the same).
よって、図１６の紙面向かって左側に示すように、周長調整を行う際において、無端金属ベルト１０１の仮想断面１０１Ａに発生する内部残留応力の分布は、中立線ＮＰの近傍より外周面１０１ａに向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力と、中立線ＮＰより内周面１０１ｂに向かって一定の値を有する引張応力とからなる内部応力とによって表される。 Therefore, as shown on the left side in FIG. 16, when the circumference is adjusted, the distribution of the internal residual stress generated in the virtual cross section 101A of the endless metal belt 101 is closer to the outer circumferential surface 101a than the vicinity of the neutral line NP. It is expressed by a compressive stress that gradually increases as it goes and an internal stress composed of a tensile stress having a constant value from the neutral line NP toward the inner peripheral surface 101b.
また、窒化処理を行う際においては、無端金属ベルト１０１の表面全体に対して、同時に窒化処理が施される。
つまり、無端金属ベルト１０１の外周面１０１ａと内周面１０１ｂとには、窒化処理による熱膨張が同時に発生することとなり、その後、前記無端金属ベルト１０１が常温にまで冷やされると、外周面１０１ａと内周面１０１ｂとは収縮することとなる。
Further, when performing the nitriding process, the entire surface of the endless metal belt 101 is simultaneously subjected to the nitriding process.
That is, thermal expansion due to nitriding occurs simultaneously on the outer peripheral surface 101a and the inner peripheral surface 101b of the endless metal belt 101. After that, when the endless metal belt 101 is cooled to room temperature, the outer peripheral surface 101a The inner peripheral surface 101b contracts.
よって、図１６の紙面向かって中央に示すように、窒化処理を行う際において、無端金属ベルト１０１の仮想断面１０１Ａに発生する内部残留応力の分布は、形成された硬化層１０１Ｂの境界（硬化層１０１Ｂの底部。以下同じ。）より外周面１０１ａ（あるいは内周面１０１ｂ）に向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力と、無端金属ベルト１０１の内部にて一定の値を有する引張応力とからなる内部応力とによって表される。 Therefore, as shown in the center of FIG. 16, the distribution of internal residual stress generated in the virtual cross section 101A of the endless metal belt 101 during the nitriding process is the boundary of the formed hardened layer 101B (hardened layer). 101B. The same applies hereinafter.) Internal stress comprising a compressive stress that gradually increases from the outer peripheral surface 101a (or the inner peripheral surface 101b) and a tensile stress having a constant value inside the endless metal belt 101. And is represented by
そして、これら周長調整と窒化処理とを行う際において、それぞれ形成された各内部残留応力は代数的に加算され、無端金属ベルト１０１に付与される内部残留応力が、最終的に形成される。 Then, when performing the perimeter adjustment and the nitriding treatment, the respective internal residual stresses formed are added algebraically, and the internal residual stress applied to the endless metal belt 101 is finally formed.
即ち、図１６の紙面向かって右側に示すように、無端金属ベルト１０１の仮想断面１０１Ａに対して、最終的に発生する内部残留応力の分布については、外周面１０１ａ側における硬化層１０１Ｂ内では、該外周面１０１ａに向かって略徐々に増加する圧縮応力からなる内部残留応力によって表される。 That is, as shown on the right side of the paper surface of FIG. 16, the distribution of the internal residual stress that finally occurs with respect to the virtual cross section 101A of the endless metal belt 101 is within the hardened layer 101B on the outer peripheral surface 101a side. This is represented by an internal residual stress composed of a compressive stress that gradually increases toward the outer peripheral surface 101a.
しかし、内周面１０１ｂ側における硬化層１０１Ｂ内では、周長調整を行う際における内部残留応力の影響を受けることにより、該内周面１０１ｂの表面近傍にて圧縮応力からなる内部残留応力が付与されるものの、ある処理深さ（図１６における寸法ｄ１）を超えると、内部残留応力が引張応力に転じ、前述した「最弱部」として無端金属ベルト１０１内に存在することとなるのである。 However, in the hardened layer 101B on the inner peripheral surface 101b side, an internal residual stress including compressive stress is applied in the vicinity of the surface of the inner peripheral surface 101b by being affected by the internal residual stress when adjusting the peripheral length. However, when a certain processing depth (dimension d1 in FIG. 16) is exceeded, the internal residual stress turns into tensile stress and exists in the endless metal belt 101 as the “weakest part” described above.
なお、周長調整の終了後においては、疲労強度の更なる向上を図るためにショットピーニング処理が施されることもある。
このような場合、窒化処理を行う際において、無端金属ベルト１０１の仮想断面１０１Ａに発生する内部残留応力の分布は、全範囲にわたって略増加することとなる。
In addition, after the end of the circumference adjustment, shot peening may be performed in order to further improve the fatigue strength.
In such a case, when performing the nitriding process, the distribution of the internal residual stress generated in the virtual cross section 101A of the endless metal belt 101 increases substantially over the entire range.
即ち、前記内部残留応力の分布は、図１６の紙面向かって中央に示すように、破線からなる連続線によって示された分布となり、依然として、形成された硬化層１０１Ｂの境界より外周面１０１ａ（あるいは内周面１０１ｂ）に向かうにつれて徐々に増加する圧縮応力と、無端金属ベルト１０１の内部にて一定の値を有する引張応力とからなる内部応力の分布として表されるとともに、これら内部応力の値は、僅かではあるが全体的に増加する。 That is, the distribution of the internal residual stress is a distribution indicated by a continuous line consisting of a broken line as shown in the center of the drawing in FIG. 16, and still remains on the outer peripheral surface 101a (or on the boundary of the formed hardened layer 101B). The internal stress is expressed as a distribution of internal stress composed of a compressive stress gradually increasing toward the inner peripheral surface 101b) and a tensile stress having a constant value inside the endless metal belt 101. However, it increases slightly but overall.
そして、図１６の紙面向かって右側に示すように、無端金属ベルト１０１の仮想断面１０１Ａに対して、最終的に発生する内部残留応力の分布は、破線からなる連続線によって示された分布となり、内周面１０１ｂに形成された硬化層１０１Ｂ内の内部応力は、辛うじて圧縮応力となって付与されることとなるが、後述するように、無端金属ベルト１の製造時の環境条件などによっては、引張応力側に表れて「最弱部」を形成することもあり、安定した疲労強度の向上を図ることは難しい。 Then, as shown on the right side of the paper surface of FIG. 16, the distribution of the internal residual stress that finally occurs with respect to the virtual cross section 101A of the endless metal belt 101 is a distribution indicated by a continuous line consisting of broken lines, Although the internal stress in the hardened layer 101B formed on the inner peripheral surface 101b is barely applied as a compressive stress, as will be described later, depending on the environmental conditions at the time of manufacturing the endless metal belt 1, Since it appears on the tensile stress side and forms the “weakest part”, it is difficult to improve the fatigue strength stably.
以上のような形成メカニズムによって、無端金属ベルト１０１には、内部残留応力が現実的に付与される。
そして、この形成メカニズムを踏まえたうえで、本発明者は試行錯誤を繰り返し行った結果、本発明における無端金属ベルトの製造方法および無端金属ベルトを完成させるに至ったのである。
Due to the formation mechanism as described above, the internal residual stress is practically applied to the endless metal belt 101.
Based on this formation mechanism, the inventor has repeated trial and error, and as a result, has completed the endless metal belt manufacturing method and the endless metal belt of the present invention.
［製造方法（第一実施例）］
次に、本発明を具現化する無端金属ベルト１の製造方法（第一実施例）について、図１を用いて説明する。
第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法は、窒化処理の実施前に付与される内部残留応力の分布を、適切な状態となるように厳格に管理することで、無端金属ベルト１の疲労強度の向上を図ることを特徴とする。
より具体的には、無端金属ベルト１へ内部残留応力を付与する際は、窒化処理の実施前に行い、且つ窒化処理によって形成される硬化層内において、該硬化層の境界（硬化層の底部。以下同じ。）付近にて最大値となるように、前記内部残留応力の分布を管理するのである。
[Production Method (First Example)]
Next, the manufacturing method (1st Example) of the endless metal belt 1 which embodies this invention is demonstrated using FIG.
In the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment, the fatigue of the endless metal belt 1 is controlled by strictly managing the distribution of the internal residual stress applied before the nitriding treatment so as to be in an appropriate state. It is characterized by improving strength.
More specifically, the internal residual stress is applied to the endless metal belt 1 before the nitriding treatment, and in the hardened layer formed by the nitriding treatment, the boundary between the hardened layers (the bottom of the hardened layer). The same applies hereinafter.) The distribution of the internal residual stress is managed so as to have a maximum value in the vicinity.
以下、第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法を具現化する、各工程の流れについて説明する。
第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法は、主に、帯鋼切断工程Ｓ１０１、溶接工程Ｓ１０２、焼鈍工程Ｓ１０３、リング切断工程Ｓ１０４、バレル研磨工程Ｓ１０５、圧延工程Ｓ１０６、溶体化処理工程Ｓ１０７、周長調整工程Ｓ１０８、ショットピーニング工程Ｓ１０９、時効・窒化処理工程Ｓ１１０などによって具現化される。
Hereinafter, the flow of each process which embodies the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment will be described.
The manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment mainly includes a steel strip cutting step S101, a welding step S102, an annealing step S103, a ring cutting step S104, a barrel polishing step S105, a rolling step S106, and a solution treatment step S107. This is embodied by a circumference adjusting step S108, a shot peening step S109, an aging / nitriding step S110, and the like.
帯鋼切断工程Ｓ１０１は、ロール状に巻かれた帯鋼１０より所定の大きさの鋼板１０Ａを切り出す工程である。なお、切り出された鋼板１０Ａは、端部同士を突き合わせるようにして、円筒状に湾曲される。 The steel strip cutting step S101 is a step of cutting a steel plate 10A having a predetermined size from the steel strip 10 wound in a roll shape. Note that the cut steel sheet 10A is curved in a cylindrical shape so that the end portions are abutted with each other.
帯鋼切断工程Ｓ１０１が終了すると、溶接工程Ｓ１０２が行われる。
前記溶接工程Ｓ１０２は、円筒状に湾曲された鋼板１０Ａの、端部同士付き合わせた部位を溶接し、筒状のドラム１０Ｂを形成する工程である。
When the steel strip cutting step S101 is completed, a welding step S102 is performed.
The welding step S102 is a step of forming a cylindrical drum 10B by welding a portion of the steel plate 10A that is curved in a cylindrical shape, the ends of which are attached to each other.
溶接工程Ｓ１０２が終了すると、焼鈍工程Ｓ１０３が行われる。
前記焼鈍工程Ｓ１０３は、形成されたドラム１０Ｂに焼鈍を行い、前記溶接工程Ｓ１０２の溶接の熱によって生じた歪み（溶接歪み）を、ドラム１０Ｂより取り除く工程である。
When the welding process S102 is completed, an annealing process S103 is performed.
The annealing step S103 is a step of annealing the formed drum 10B and removing distortion (welding distortion) caused by the welding heat in the welding step S102 from the drum 10B.
焼鈍工程Ｓ１０３が終了すると、リング切断工程Ｓ１０４が行われる。
前記リング切断工程Ｓ１０４は、ドラム１０Ｂを所定幅に切断し、複数のリング状部材１０Ｃ・１０Ｃ・・・を形成する工程である。
When the annealing step S103 is completed, a ring cutting step S104 is performed.
The ring cutting step S104 is a step of cutting the drum 10B to a predetermined width to form a plurality of ring-shaped members 10C, 10C.
リング切断工程Ｓ１０４が終了すると、バレル研磨工程Ｓ１０５が行われる。
前記バレル研磨工程Ｓ１０５は、形成されたリング状部材１０Ｃにバレル研磨を行い、前記リング切断工程Ｓ１０４の切断時に形成されたバリを、リング状部材１０Ｃより取り除く工程である。
When the ring cutting step S104 is completed, a barrel polishing step S105 is performed.
The barrel polishing step S105 is a step of performing barrel polishing on the formed ring-shaped member 10C and removing burrs formed at the time of cutting in the ring cutting step S104 from the ring-shaped member 10C.
バレル研磨工程Ｓ１０５が終了すると、圧延工程Ｓ１０６が行われる。
前記圧延工程Ｓ１０６は、バリが取り除かれたリング状部材１０Ｃを圧延し、ベルト状部材１０Ｄを形成する工程である。
When the barrel polishing step S105 is completed, a rolling step S106 is performed.
The rolling step S106 is a step of rolling the ring-shaped member 10C from which burrs have been removed to form a belt-shaped member 10D.
圧延工程Ｓ１０６が終了すると、溶体化処理工程Ｓ１０７が行われる。
前記溶体化処理工程Ｓ１０７は、ベルト状部材１０Ｄを所定の温度にまで加熱して、圧延時に生じた加工応力等を、ベルト状部材１０Ｄより取り除く工程である。
When the rolling step S106 is completed, a solution treatment step S107 is performed.
The solution treatment step S107 is a step of heating the belt-like member 10D to a predetermined temperature and removing the processing stress and the like generated during rolling from the belt-like member 10D.
溶体化処理工程Ｓ１０７が終了すると、周長調整工程Ｓ１０８が行われる。
前記周長調整工程Ｓ１０８は、溶体化処理が行われたベルト状部材１０Ｄを、所定の周長になるように調整する工程である。
When the solution treatment step S107 ends, a circumference adjustment step S108 is performed.
The circumference adjustment step S108 is a step of adjusting the belt-like member 10D subjected to the solution treatment so as to have a predetermined circumference.
即ち、周長調整工程Ｓ１０８においては、二つの回転プーリー２・２が備えられる。また、これら回転プーリー２・２は、互いに回転軸が平行になるようにして、近接離間方向に移動可能に配設される。 That is, in the circumference adjustment step S108, two rotary pulleys 2 and 2 are provided. The rotary pulleys 2 and 2 are disposed so as to be movable in the approaching and separating directions so that the rotation axes thereof are parallel to each other.
そして、これら回転プーリー２・２に沿って、ベルト状部材１０Ｄを巻回し、その後、これら回転プーリー２・２を回転させつつ、徐々に離間させることで、ベルト状部材１０Ｄは所定の周長にまで延伸されるのである。 Then, the belt-like member 10D is wound along the rotary pulleys 2 and 2, and then the rotary pulleys 2 and 2 are rotated and gradually separated so that the belt-like member 10D has a predetermined circumferential length. Until it is stretched.
周長調整工程Ｓ１０８が終了すると、ショットピーニング工程Ｓ１０９が行われる。
前記ショットピーニング工程Ｓ１０９は、所定の周長にまで延伸されたベルト状部材１０Ｄにショットピーニングを施して、内部に付与される内部残留応力を管理する工程である。
When the circumference adjustment step S108 is completed, a shot peening step S109 is performed.
The shot peening step S109 is a step of managing internal residual stress applied to the inside by performing shot peening on the belt-like member 10D extended to a predetermined peripheral length.
即ち、ショットピーニング工程Ｓ１０９においては、二つの回転ドラム３・３と、一つのバックアップドラム４と、二本の投射ノズル５・５とが備えられる。また、これら回転ドラム３・３とバックアップドラム４は、互いに回転軸が平行になるようにして配設されるとともに、投射ノズル５・５は、バックアップドラム４と、一方の回転ドラム３との各外周面に向かって投射口を向けるようにして各々配設される。 That is, in the shot peening step S109, two rotating drums 3 and 3, one backup drum 4, and two projection nozzles 5 and 5 are provided. The rotary drums 3 and 3 and the backup drum 4 are arranged so that the rotation axes thereof are parallel to each other, and the projection nozzles 5 and 5 are respectively connected to the backup drum 4 and one rotary drum 3. Each is arranged so that the projection port faces the outer peripheral surface.
そして、これら回転ドラム３・３やバックアップドラム４に沿って、ベルト状部材１０Ｄを巻回し、その後、これらドラム群３・３・４を回転させつつ、投射ノズル５・５よりベルト状部材１０Ｄの外周面１０ａおよび内周面１ｂの表面上に向かって、ショット粒５ａ・５ａを投射することで、ベルト状部材１０Ｄの内部に内部残留応力が付与される。 Then, the belt-like member 10D is wound along the rotary drums 3 and 3 and the backup drum 4, and then the drum groups 3, 3, and 4 are rotated while the belt-like member 10D is rotated by the projection nozzles 5 and 5. By projecting the shot grains 5a and 5a toward the surfaces of the outer peripheral surface 10a and the inner peripheral surface 1b, internal residual stress is applied to the inside of the belt-shaped member 10D.
なお、前記内部残留応力の分布は、ショットピーニング工程Ｓ１０９によって適切な状態、即ち、後に行われる窒化処理によって形成される硬化層内において、該硬化層の境界付近にて最大値となるような圧縮応力からなる分布に、最終的に調整される。 It should be noted that the distribution of the internal residual stress is an appropriate state in the shot peening step S109, that is, a compression that maximizes in the vicinity of the boundary of the hardened layer in the hardened layer formed by nitriding performed later. The distribution is finally adjusted to a distribution of stress.
ショットピーニング工程Ｓ１０９の終了後には、時効・窒化処理工程Ｓ１１０が行われる。
前記時効・窒化処理工程Ｓ１１０は、ショットピーニングによって適切な内部残留応力が付与されたベルト状部材１０Ｄに時効・窒化処理を施して、所定の靭性および強度を有する無端金属ベルト１を製造する工程である。
After completion of the shot peening process S109, an aging / nitriding process S110 is performed.
The aging / nitriding treatment step S110 is a step of producing an endless metal belt 1 having a predetermined toughness and strength by performing aging / nitriding treatment on the belt-like member 10D to which appropriate internal residual stress is applied by shot peening. is there.
以上に示した各工程からなる製造方法（第一実施例）によって、無端金属ベルト１は製造される。
そして、前述の通り、無端金属ベルト１は、窒化処理の実施前に行われるショットピーニング工程Ｓ１０９において、内部残留応力の分布が適切な状態、即ち、後に行われる窒化処理によって形成される硬化層内において、該硬化層の境界付近にて最大値となるような圧縮応力からなる分布となるように厳格に管理され、疲労強度の向上が図られるのである。
The endless metal belt 1 is manufactured by the manufacturing method (first embodiment) including the steps described above.
As described above, the endless metal belt 1 is in a state where the distribution of the internal residual stress is appropriate in the shot peening step S109 performed before the nitriding treatment, that is, in the hardened layer formed by the nitriding treatment performed later. In this case, the distribution is composed strictly of a compressive stress having a maximum value in the vicinity of the boundary of the hardened layer, and the fatigue strength is improved.
［検証データ（第一実施例）］
次に、第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法に関する効果を確認するために、本発明者が行った検証実験に関する検証データについて、図２乃至図５を用いて説明する。
[Verification data (first embodiment)]
Next, verification data relating to a verification experiment performed by the present inventor in order to confirm the effect relating to the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment will be described with reference to FIGS.
先ず、本発明者が行った検証実験に関する具体的な仕様について説明する。
無端金属ベルト１の素材としては、マルエージング鋼Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有した鋼板１０Ａ（図１を参照）を用い、前述した各工程の流れに従って、無端金属ベルト１を製造した。
First, specific specifications regarding the verification experiment conducted by the present inventor will be described.
As the material of the endless metal belt 1, each of the above-described steel plates 10A (see FIG. 1) having a chemical composition composed of maraging steel Ni, Co, Mo, Ti, Al, C, the balance Fe, and inevitable impurities is used. The endless metal belt 1 was manufactured according to the process flow.
また、ショットピーニング工程Ｓ１０９では、後に行われる窒化処理によって形成される硬化層内において、外周面１ａ、あるいは内周面１ｂ（図１４を参照）の表面上にて最大値となるような分布によって、無端金属ベルト１に内部残留応力を付与する「ショット条件１」と、硬化層の境界（硬化層の底部。以下同じ。）付近にて最大値（より具体的には、素材の降伏点近傍）となるような分布によって、無端金属ベルト１に内部残留応力を付与する「ショット条件２」との二通りの仕様に基づき、無端金属ベルト１を製造した。 Further, in the shot peening step S109, the distribution is such that the maximum value is obtained on the outer peripheral surface 1a or the inner peripheral surface 1b (see FIG. 14) in the hardened layer formed by nitriding performed later. The maximum value (more specifically, near the yield point of the material) near the boundary of the hardened layer (the bottom of the hardened layer; the same shall apply hereinafter) that applies internal residual stress to the endless metal belt 1 ), The endless metal belt 1 was manufactured based on two specifications, “shot condition 2” that gives the internal residual stress to the endless metal belt 1.
次に、本発明者が得た複数の検証データについて、具体的に説明する。
先ず初めに、図２によって示される検証データについて説明する。
図２は、ショットピーニング工程Ｓ１０９の終了直後において、前記「ショット条件１」と前記「ショット条件２」とのそれぞれの場合における、無端金属ベルト１（より具体的には、ベルト状部材１０Ｄ。以下同じ。）の内部残留応力の分布を表した線図である。
Next, a plurality of verification data obtained by the inventor will be specifically described.
First, the verification data shown in FIG. 2 will be described.
FIG. 2 shows an endless metal belt 1 (more specifically, a belt-like member 10D below) in each of the “shot condition 1” and the “shot condition 2” immediately after the end of the shot peening step S109. It is a diagram showing the distribution of internal residual stress of the same.
即ち、本図は、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、前記「ショット条件１」と前記「ショット条件２」とのそれぞれの場合における両者の関係を、連続線によって各々表した線図である。 That is, in this figure, the vertical axis represents the internal residual stress (unit [MPa]), and the horizontal axis represents the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 1a. FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between the two in each case with “shot condition 2” by continuous lines.
よって、本図の横軸における最左端は、無端金属ベルト１の外周面１ａの表面上を示し、最右端は、内周面１ｂの表面上を示す。また、縦軸の中央部における０［ＭＰａ］の位置は、無端金属ベルト１の仮想断面１Ａ（図１４（ａ）を参照）の位置を示す。 Therefore, the leftmost end on the horizontal axis of this figure indicates the surface of the outer peripheral surface 1a of the endless metal belt 1, and the rightmost end indicates the surface of the inner peripheral surface 1b. In addition, the position of 0 [MPa] in the central portion of the vertical axis indicates the position of the virtual cross section 1A (see FIG. 14A) of the endless metal belt 1.
なお、本図中における寸法ｗ１［μｍ］によって示された領域は、後の窒化処理によって、無端金属ベルト１の外周面１ａおよび内周面１ｂに各々形成される硬化層１Ｂ・１Ｂを示す。
また、本図中の縦軸において、＋および−なる符号は、各々引張応力、および圧縮応力の区別を表すものに過ぎず、応力値の大小関係は、絶対値によって示される。
In addition, the area | region shown by the dimension w1 [micrometer] in this figure shows the hardened layer 1B * 1B each formed in the outer peripheral surface 1a and the inner peripheral surface 1b of the endless metal belt 1 by a subsequent nitriding process.
In addition, on the vertical axis in this figure, the signs + and − merely represent the distinction between tensile stress and compressive stress, respectively, and the magnitude relationship between the stress values is indicated by an absolute value.
本図によって示されるように、「ショット条件１」に基づいてショットピーニングが施された、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図２中の一点鎖線によって表された連続線）によれば、外周面１ａ側の硬化層１Ｂ内に付与される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ１［ＭＰａ］）となり、外周面１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 As shown by this figure, according to the distribution of internal residual stress of the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on “shot condition 1” (continuous line represented by a one-dot chain line in FIG. 2). The internal residual stress applied in the hardened layer 1B on the outer peripheral surface 1a side has a maximum value (−p1 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and the depth from the outer peripheral surface 1a is Although it decreases gradually as it increases (that is, as it moves toward the inner peripheral surface 1b), it can be seen that it is applied as a compressive stress over the entire range.
また、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂ内に付与される内部残留応力は、表面上（表面からの深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ２［ＭＰａ］）となり、内周面１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少し、前記硬化層１Ｂの境界にて略０［ＭＰａ］となる圧縮応力として付与されていることが分かる。 Further, the internal residual stress applied in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side becomes the maximum value (−p2 [MPa]) on the surface (depth W [μm] from the surface), and the inner peripheral surface As the depth from 1b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 1a side), it gradually decreases, and is applied as a compressive stress that becomes approximately 0 [MPa] at the boundary of the hardened layer 1B. I understand that.
一方、「ショット条件２」に基づいてショットピーニングが施された、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図２中の実線によって表された連続線）によれば、外周面１ａ側の硬化層１Ｂ内に付与される内部残留応力は、硬化層１Ｂの境界にて最大値（−ｐ３［ＭＰａ］）となり、外周面１ａの表面側に向かって移動するに従って僅かに徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 On the other hand, according to the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on the “shot condition 2” (continuous line represented by the solid line in FIG. 2), the hardening on the outer peripheral surface 1a side. Although the internal residual stress applied in the layer 1B becomes a maximum value (−p3 [MPa]) at the boundary of the hardened layer 1B, it gradually decreases gradually as it moves toward the surface side of the outer peripheral surface 1a. It turns out that it is provided as a compressive stress over the whole range.
また、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂ内に付与される内部残留応力も同様に、硬化層１Ｂの境界にて最大値（−ｐ４［ＭＰａ］）となり、内周面１ｂの表面側に向かって移動するに従って僅かに徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 Similarly, the internal residual stress applied in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side also has a maximum value (−p4 [MPa]) at the boundary of the hardened layer 1B, and is directed toward the surface side of the inner peripheral surface 1b. It can be seen that although it gradually decreases slightly as it moves, it is applied as compressive stress over the entire range.
次に、図３によって示される検証データについて説明する。
図３は、時効・窒化処理工程Ｓ１１０において、窒化処理が行われた直後の前記「ショット条件１」と、前記「ショット条件２」と、「従来の条件」（即ち、ショットピーニングが行われない条件。以下同じ。）とのそれぞれの場合における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布を表した線図である。
Next, verification data shown in FIG. 3 will be described.
FIG. 3 shows the “shot condition 1”, “shot condition 2”, and “conventional condition” (that is, shot peening is not performed) immediately after nitriding is performed in the aging / nitriding step S110. It is a diagram showing the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 1 in each case.
即ち、前述した図２と同様に、本図は、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、前記「ショット条件１」と、前記「ショット条件２」と、「従来の条件」とのそれぞれの場合における両者の関係を、連続線によって各々表した線図である。 That is, like FIG. 2 described above, this figure represents the internal residual stress (unit [MPa]) on the vertical axis and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 1a on the horizontal axis. FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the “shot condition 1”, the “shot condition 2”, and the “conventional condition” with continuous lines.
本図によって示されるように、「従来の条件」からなる無端金属ベルト１０１（図１５を参照）の、窒化処理後における内部残留応力の分布（図３中の破線によって表された連続線）によれば、外周面１０１ａ側の硬化層１０１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ５［ＭＰａ］）となり、外周面１０１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面１０１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されることが分かる。 As shown in this figure, the distribution of internal residual stress after nitriding treatment (continuous line represented by the broken line in FIG. 3) of the endless metal belt 101 (see FIG. 15) having “conventional conditions” is shown. Accordingly, the internal residual stress finally formed in the hardened layer 101B on the outer peripheral surface 101a side has a maximum value (−p5 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and the outer peripheral surface 101a. It can be seen that although it gradually decreases as the depth from the surface increases (that is, as it moves toward the inner peripheral surface 101b side), it is applied as a compressive stress over the entire range.
また、内周面１０１ｂ側の硬化層１０１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力は、表面上（表面からの深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ６［ＭＰａ］）となり、内周面１０１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面１０１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少し、前記硬化層１０１Ｂの深さの中途部（表面からの深さｗ２［μｍ］によって示される位置。但し、ｗ１＞ｗ２）にて０［ＭＰａ］となる圧縮応力と、前記中途部より硬化層１０１Ｂの底部側の境界に向かって徐々に増加する引張応力とからなる応力によって付与されることが分かる。 Further, the internal residual stress finally formed in the hardened layer 101B on the inner peripheral surface 101b side is the maximum value (−p6 [MPa]) on the surface (depth W [μm] from the surface), As the depth from the inner peripheral surface 101b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 101a side), the depth gradually decreases, and the middle portion (depth w2 [μm from the surface] of the hardened layer 101B) However, due to a stress composed of a compressive stress that becomes 0 [MPa] in w1> w2) and a tensile stress that gradually increases from the middle portion toward the bottom side of the hardened layer 101B. It can be seen that it is granted.
そして、このような内周面１０１ｂ側の硬化層１０１Ｂ内において、引張応力からなる内部残留応力が存在する領域（図３における領域Ｚ）が、前述した「最弱部」（疲労現象に対する脆さが他の箇所に比べて極端に大きく、最も脆い箇所）となって、無端金属ベルト１０１内に存在することとなる。 In the hardened layer 101B on the inner peripheral surface 101b side, the region where the internal residual stress composed of tensile stress exists (region Z in FIG. 3) is the aforementioned “weakest part” (brittleness to fatigue phenomenon). Is extremely large compared to other locations and is the most fragile location), and is present in the endless metal belt 101.
次に、「ショット条件１」に基づいて、ショットピーニングが施された無端金属ベルト１の、窒化処理後における内部残留応力の分布（図３中の一点鎖線によって表された連続線）によれば、外周面１ａ側の硬化層１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ５［ＭＰａ］）となり、外周面１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 Next, according to the distribution of internal residual stress after nitriding of the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on “shot condition 1” (continuous line represented by a one-dot chain line in FIG. 3). The internal residual stress finally formed in the hardened layer 1B on the outer peripheral surface 1a side has a maximum value (−p5 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and from the outer peripheral surface 1a. As the depth increases (that is, as it moves toward the inner peripheral surface 1b), it gradually decreases, but it can be seen that it is applied as a compressive stress over the entire range.
また、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂ内に付与される内部残留応力は、表面上（表面からの深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ６［ＭＰａ］）となり、内周面１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少し、前記硬化層１Ｂの境界にて略０［ＭＰａ］となる圧縮応力として付与されていることが分かる。 Further, the internal residual stress applied in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side becomes the maximum value (−p6 [MPa]) on the surface (depth W [μm] from the surface), and the inner peripheral surface As the depth from 1b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 1a side), it gradually decreases, and is applied as a compressive stress that becomes approximately 0 [MPa] at the boundary of the hardened layer 1B. I understand that.
このように、「ショット条件１」に基づいて、ショットピーニングが施された無端金属ベルト１においては、「従来の条件」からなる無端金属ベルト１０１に存在した「最弱部」となる、「硬化層１Ｂ内において引張応力からなる内部残留応力が存在する領域」も見られず、多少の疲労強度の向上を図れることが分かる。
しかし、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂにおける境界付近の内部残留応力は、略０［ＭＰａ］の値を示し、無端金属ベルト１の製造時の環境条件などによっては、引張応力側に表れて「硬化層１Ｂ内において引張応力からなる内部残留応力が存在する領域」を形成することもあり、安定した疲労強度の向上を図ることは難しい。
As described above, the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on the “shot condition 1” becomes the “weakest part” existing in the endless metal belt 101 having the “conventional condition”. It can be seen that there is no “region in which internal residual stress consisting of tensile stress exists” in the layer 1B, and that the fatigue strength can be improved to some extent.
However, the internal residual stress in the vicinity of the boundary in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side has a value of approximately 0 [MPa], and may appear on the tensile stress side depending on the environmental conditions at the time of manufacturing the endless metal belt 1. “A region where an internal residual stress composed of tensile stress exists in the hardened layer 1B” may be formed, and it is difficult to improve the fatigue strength stably.
一方、「ショット条件２」に基づいて、ショットピーニングが施された無端金属ベルト１の、窒化処理後における内部残留応力の分布（図３中の実線によって表された連続線）によれば、外周面１ａ側の硬化層１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ７［ＭＰａ］）となり、外周面１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、硬化層１Ｂにおける境界付近では−ｐ８［ＭＰａ］（｜−ｐ８｜＞０）となり、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 On the other hand, according to the distribution of internal residual stress after nitriding of the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on “shot condition 2” (continuous line represented by a solid line in FIG. 3) The internal residual stress finally formed in the hardened layer 1B on the surface 1a side has a maximum value (−p7 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and the depth from the outer peripheral surface 1a. Is gradually reduced as the value increases (that is, as it moves toward the inner peripheral surface 1b side), but becomes −p8 [MPa] (| −p8 |> 0) in the vicinity of the boundary in the hardened layer 1B. It can be seen that it is applied as compressive stress.
また、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂ内に付与される内部残留応力においても、表面上（表面からの深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ９［ＭＰａ］）となり、内周面１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、硬化層１Ｂにおける境界付近では−ｐ１０［ＭＰａ］（｜−ｐ１０｜＞０）となり、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 Also, the internal residual stress applied in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side has a maximum value (−p9 [MPa]) on the surface (depth W [μm] from the surface). Although it gradually decreases as the depth from the surface 1b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 1a side), −p10 [MPa] (| −p10 |> 0) near the boundary in the hardened layer 1B. It can be seen that the compression stress is applied over the entire range.
このように、「ショット条件２」に基づいて、ショットピーニングが施された無端金属ベルト１においては、「従来の条件」からなる無端金属ベルト１０１に存在した「最弱部」となる、「硬化層１Ｂ内において引張応力からなる内部残留応力が存在する領域」は見られず、確実に疲労強度の向上を図れることが分かる。
また、「ショット条件１」に基づいて、ショットピーニングが施された無端金属ベルト１とは相異し、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂにおける境界付近の内部残留応力は、−ｐ１０［ＭＰａ］（｜−ｐ１０｜＞０）からなる十分大きな圧縮応力となって付与されるため、安定した疲労強度の向上を図ることができるのである。
As described above, the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on the “shot condition 2” becomes the “weakest part” existing in the endless metal belt 101 having the “conventional condition”. It can be seen that there is no region in which the internal residual stress composed of tensile stress exists in the layer 1B, and the fatigue strength can be improved reliably.
Also, unlike the endless metal belt 1 subjected to shot peening based on “shot condition 1”, the internal residual stress near the boundary in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side is −p10 [MPa]. Since it is applied as a sufficiently large compressive stress consisting of (| −p10 |> 0), stable fatigue strength can be improved.
なお、参考として、「ショット条件２」に基づいて、ショットピーニングが施された無端金属ベルト１において、各工程（溶体化処理工程Ｓ１０７、周長調整工程Ｓ１０８、ショットピーニング工程Ｓ１０９）の終了直後における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布について、図４を用いて説明する。 For reference, in endless metal belt 1 subjected to shot peening based on “shot condition 2”, immediately after the end of each step (solution treatment step S107, circumference adjustment step S108, shot peening step S109). The distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 1 will be described with reference to FIG.
本図は、前述した図２と同様に、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、溶体化処理工程Ｓ１０７と、周長調整工程Ｓ１０８と、ショットピーニング工程Ｓ１０９との各工程の終了直後における両者の関係を、連続線によって各々表した線図である。 As in FIG. 2 described above, this figure shows the internal residual stress (unit [MPa]) on the vertical axis and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 1a on the horizontal axis. It is the diagram which each represented by the continuous line the relationship between both immediately after completion | finish of each process of process process S107, circumference adjustment process S108, and shot peening process S109.
なお、本図において、ショットピーニング工程（「ショット条件２」による）Ｓ１０９の終了直後における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図４の実線によって表された連続線）については、前述した図２における連続線（図２中の実線によって表された連続線）の通りである。 In this figure, the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 1 (continuous line represented by the solid line in FIG. 4) immediately after the end of the shot peening process (according to “shot condition 2”) S109 has been described above. It is as the continuous line (continuous line represented by the continuous line in FIG. 2) in FIG.
本図によって示されるように、溶体化処理工程Ｓ１０７の終了直後における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図４の破線によって表された連続線）によれば、外周面１ａ側の硬化層１Ｂ内に形成される内部残留応力は、０［ＭＰａ］近傍の圧縮応力として付与され、その値は、外周面１ａからの深さに関わらず、略均一な値となることが分かる。 As shown in this figure, according to the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 1 immediately after the solution treatment step S107 is finished (continuous line represented by the broken line in FIG. 4), the hardening on the outer peripheral surface 1a side is performed. It can be seen that the internal residual stress formed in the layer 1B is applied as a compressive stress in the vicinity of 0 [MPa], and the value thereof is a substantially uniform value regardless of the depth from the outer peripheral surface 1a.
また、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂ内に形成される内部残留応力は、＋ｐ１１［ＭＰａ］からなる引張応力として付与され、その値は、内周面１ｂからの深さに関わらず、略均一な値となることが分かる。 Further, the internal residual stress formed in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side is given as a tensile stress composed of + p11 [MPa], and the value is substantially irrespective of the depth from the inner peripheral surface 1b. It turns out that it becomes a uniform value.
一方、溶体化処理工程Ｓ１０７の後に行われた周長調整工程Ｓ１０８の終了直後における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図４の一点鎖線によって表された連続線）によれば、外周面１ａ側の硬化層１Ｂ内に形成される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ１２［ＭＰａ］）となり、外周面１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 On the other hand, according to the distribution of internal residual stress of the endless metal belt 1 immediately after the end of the circumferential length adjusting step S108 performed after the solution treatment step S107 (continuous line represented by a one-dot chain line in FIG. 4), The internal residual stress formed in the hardened layer 1B on the surface 1a side becomes the maximum value (−p12 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and increases as the depth from the outer peripheral surface 1a increases. It can be seen that although it gradually decreases (ie, as it moves toward the inner peripheral surface 1b side), it is applied as a compressive stress over the entire range.
また、内周面１ｂ側の硬化層１Ｂ内に形成される内部残留応力は、＋ｐ１１［ＭＰａ］近傍の＋ｐ１３［ＭＰａ］からなる引張応力として付与され、その値は、内周面１ｂからの深さに関わらず、略均一な値となることが分かる。 Further, the internal residual stress formed in the hardened layer 1B on the inner peripheral surface 1b side is applied as a tensile stress composed of + p13 [MPa] in the vicinity of + p11 [MPa], and the value is a depth from the inner peripheral surface 1b. Regardless of this, it can be seen that the values are substantially uniform.
このような内部残留応力の分布からなる無端金属ベルト１であっても、「ショット条件２」に基づいてショットピーニングを施すことで、外周面１ａ側および内周面１ｂ側の各硬化層１Ｂ・１Ｂ内に付与される内部残留応力が、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されることとなり、その後、時効・窒化処理工程Ｓ１１０にて窒化処理を施すことで、無端金属ベルト１に対して、「最弱部」となる、「硬化層１Ｂ内において、引張応力からなる内部残留応力が存在する領域」を有しない安定した疲労強度の向上を図ることができるのである。 Even in the endless metal belt 1 having such a distribution of internal residual stress, by performing shot peening based on “shot condition 2”, each of the hardened layers 1B and 1B on the outer peripheral surface 1a side and the inner peripheral surface 1b side is provided. The internal residual stress applied in 1B will be applied as a compressive stress over the entire range, and then by performing nitriding treatment in the aging / nitriding treatment step S110, Stable fatigue strength can be improved without having the “weakest part”, which is “the region in which the internal residual stress composed of tensile stress exists in the hardened layer 1B”.
以上に示した検証データ（図２乃至図４を参照）によっても明らかなように、第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法は、時効・窒化処理工程Ｓ１１０における窒化処理の実施前に、「ショット条件２」によるショットピーニングを施すことで、無端金属ベルト１の疲労強度の向上を図ることができる。
より具体的には、ショットピーニング工程Ｓ１０９において無端金属ベルト１へ内部残留応力を付与する際は、窒化処理の実施前に行い、且つ窒化処理によって形成される硬化層１Ｂ内において、該硬化層１Ｂの境界付近にて最大値となるように、前記内部残留応力の分布を管理するのである。
As apparent from the verification data shown above (see FIGS. 2 to 4), the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment is performed before the nitriding treatment in the aging / nitriding treatment step S110. By performing shot peening according to “shot condition 2”, the fatigue strength of the endless metal belt 1 can be improved.
More specifically, when the internal residual stress is applied to the endless metal belt 1 in the shot peening step S109, it is performed before the nitriding treatment, and in the cured layer 1B formed by the nitriding treatment, the cured layer 1B The distribution of the internal residual stress is managed so as to have a maximum value in the vicinity of the boundary.
即ち、図５は、前述した図２と同様に、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、「ショット条件２」によるショットピーニングが行われた無端金属ベルト１において、窒化処理が行われる直前と、該窒化処理が行われた直後とのそれぞれの場合における両者の関係を、連続線によって各々表した線図である。 That is, FIG. 5 represents the internal residual stress (unit [MPa]) on the vertical axis and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 1a on the horizontal axis, as in FIG. In the endless metal belt 1 subjected to shot peening according to “shot condition 2”, the relationship between the cases immediately before the nitriding treatment and immediately after the nitriding treatment are represented by continuous lines. FIG.
なお、本図において、窒化処理が行われる直前における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図５の破線によって表された連続線）については、前述した図２における連続線（図２中の実線によって表された連続線）の通りである。
また、本図において、窒化処理が行われた直後における、無端金属ベルト１の内部残留応力の分布（図５の直線によって表された連続線）については、前述した図３における連続線（図３中の実線によって表された連続線）の通りである。
In this figure, the distribution of internal residual stress of the endless metal belt 1 (continuous line represented by the broken line in FIG. 5) immediately before the nitriding treatment is performed is the continuous line in FIG. 2 described above (in FIG. 2). (Continuous line represented by a solid line).
Further, in this figure, the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 1 immediately after the nitriding treatment (continuous line represented by the straight line in FIG. 5) is the continuous line in FIG. 3 (FIG. 3). Continuous line represented by the solid line in the middle).
本図によっても明らかなように、第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法によれば、窒化処理の実施前に、「ショット条件２」に基づいてショットピーニングを施すことで、窒化処理によって形成される硬化層１Ｂ内において、該硬化層１Ｂの境界付近にて最大値となるように、前記内部残留応力の分布を管理されることとなる。
一方、窒化処理を行うと、硬化層１Ｂ内における内部残留応力の分布は、該硬化層１Ｂの境界付近においては、あまり変化が見られないものの、表面（外周面１ａ、あるいは内周面１ｂ）近傍においては、その値を大きく増加させることとなる。
その結果、時効・窒化処理工程Ｓ１１０にて窒化処理を施すことで、無端金属ベルト１に対して、「最弱部」を有しない安定した疲労強度の向上を図ることができるのである。
As is apparent from this figure, according to the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment, by performing shot peening based on “shot condition 2” before performing the nitriding process, In the formed hardened layer 1B, the distribution of the internal residual stress is managed so that the maximum value is obtained near the boundary of the hardened layer 1B.
On the other hand, when nitriding is performed, the distribution of internal residual stress in the hardened layer 1B does not change much near the boundary of the hardened layer 1B, but the surface (outer peripheral surface 1a or inner peripheral surface 1b). In the vicinity, the value is greatly increased.
As a result, by performing nitriding treatment in the aging / nitriding treatment step S110, the endless metal belt 1 can be stably improved in fatigue strength without having the “weakest part”.
［製造方法（第二実施例）］
次に、本発明を具現化する無端金属ベルト２０１の製造方法（第二実施例）について、図６および図７を用いて説明する。
第二実施例における無端金属ベルト２０１の製造方法は、マルエージング鋼（Ｎｉ）を基礎とする化学組成を有した鋼板を素材とし、該素材に対して時効処理を行うとともに、窒化処理によって形成される硬化層内において、該硬化層の境界（硬化層の底部。以下同じ。）付近にて最大値となるように、前記内部残留応力の分布を管理するためのショットピーニングを、時効処理の実施後、且つ窒化処理の実施前に行うことで、無端金属ベルト２０１の疲労強度の向上を図ることを特徴とする。
[Production Method (Second Example)]
Next, the manufacturing method (2nd Example) of the endless metal belt 201 which embodies this invention is demonstrated using FIG. 6 and FIG.
The manufacturing method of the endless metal belt 201 in the second embodiment is made by using a steel plate having a chemical composition based on maraging steel (Ni) as a raw material, performing aging treatment on the raw material, and nitriding treatment. In the cured layer, shot peening for managing the distribution of the internal residual stress is performed so that the maximum value is obtained in the vicinity of the boundary of the cured layer (the bottom of the cured layer; the same shall apply hereinafter). It is characterized in that the fatigue strength of the endless metal belt 201 is improved by performing the process after and before the nitriding treatment.
即ち、図６（ａ）に示すように、前述した第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法においては、周長調整工程Ｓ１０８の終了後、且つ時効・窒化処理工程Ｓ１１０の実施前にショットピーニング工程Ｓ１０９を行うこととしているが、本実施例（第二実施例）における無端金属ベルト２０１の製造方法においては、図６（ｂ）に示すように、周長調整工程Ｓ２０８の終了後に時効処理工程Ｓ２０９を行い、その後、ショットピーニング工程Ｓ２１０を行った後に窒化処理工程Ｓ２１１を行うこととしている。 That is, as shown in FIG. 6A, in the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment described above, the shot is performed after the circumference adjustment step S108 and before the aging / nitriding step S110. Although the peening step S109 is performed, in the manufacturing method of the endless metal belt 201 in the present embodiment (second embodiment), as shown in FIG. 6B, an aging treatment is performed after the end of the circumferential length adjusting step S208. Step S209 is performed, and then the shot peening step S210 is performed, and then the nitriding step S211 is performed.
より具体的には、図７に示すように、第二実施例における無端金属ベルト２０１の製造方法は、主に、帯鋼切断工程Ｓ２０１、溶接工程Ｓ２０２、焼鈍工程Ｓ２０３、リング切断工程Ｓ２０４、バレル研磨工程Ｓ２０５、圧延工程Ｓ２０６、溶体化処理工程Ｓ２０７、周長調整工程Ｓ２０８、時効処理工程Ｓ２０９、ショットピーニング工程Ｓ２１０、窒化処理工程Ｓ２１１などによって具現化され、これら各工程が順に行われることによって、無端金属ベルト２０１が製造される。 More specifically, as shown in FIG. 7, the manufacturing method of the endless metal belt 201 in the second embodiment mainly includes a steel strip cutting step S201, a welding step S202, an annealing step S203, a ring cutting step S204, a barrel. By embodying the polishing step S205, the rolling step S206, the solution treatment step S207, the circumference adjustment step S208, the aging treatment step S209, the shot peening step S210, the nitriding step S211 and the like, these steps are performed in sequence. An endless metal belt 201 is manufactured.
なお、各工程に関する説明については、前述した第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法による各工程の内容と同等であるため、説明は省略する。 In addition, about the description regarding each process, since it is equivalent to the content of each process by the manufacturing method of the endless metal belt 1 in 1st Example mentioned above, description is abbreviate | omitted.
このような第二実施例における製造方法を用いることで、前述した製造方法（第一実施例）における無端金属ベルト１に比べて、さらに疲労強度の向上を図った無端金属ベルト２０１を提供することができる。 By using such a manufacturing method in the second embodiment, an endless metal belt 201 with further improved fatigue strength compared to the endless metal belt 1 in the manufacturing method (first embodiment) described above is provided. Can do.
即ち、時効処理工程Ｓ２０９において、時効処理が施された直後のベルト状部材２１０Ｄの表面上は、素材の降伏点が高められた状態にあり、このような状態からなるベルト状部材２１０Ｄに対してショットピーニングを施すことで、より大きな内部残留応力を付与することが可能となり、前述した製造方法（第一実施例）における無端金属ベルト１に比べて、さらに疲労強度の向上を図ることができるのである。 That is, in the aging treatment step S209, the surface of the belt-like member 210D immediately after the aging treatment is performed is in a state in which the yield point of the material is increased, and the belt-like member 210D having such a state is By applying shot peening, it becomes possible to apply a larger internal residual stress, and the fatigue strength can be further improved as compared with the endless metal belt 1 in the manufacturing method (first embodiment) described above. is there.
［実証データ（第二実施例）］
次に、第二実施例における無端金属ベルト２０１の製造方法に関する効果を確認するために、本発明者が行った検証実験に関する検証データについて、図８乃至図１１を用いて説明する。
[Verification data (second example)]
Next, verification data relating to a verification experiment conducted by the present inventor in order to confirm the effect relating to the manufacturing method of the endless metal belt 201 in the second embodiment will be described with reference to FIGS.
先ず、本発明者が行った検証実験に関する具体的な仕様について説明する。
無端金属ベルト２０１の素材としては、マルエージング鋼Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃ、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有した鋼板２１０Ａ（図７を参照）を用いて無端金属ベルト２０１を製造した。
First, specific specifications regarding the verification experiment conducted by the present inventor will be described.
As a material of the endless metal belt 201, an endless metal belt using a steel plate 210A (see FIG. 7) having a chemical composition composed of maraging steel Ni, Co, Mo, Ti, Al, C, the balance Fe, and inevitable impurities is used. 201 was manufactured.
また、ショットピーニング工程Ｓ２１０を実施するタイミングについては、前述した第一実施例における製造方法との比較を行うために、周長調整工程Ｓ２０８の終了後と、時効処理工程Ｓ２０９の終了後との二通りのタイミングによって行うこととした。
つまり、前述した第一実施例における製造方法を再現するために、周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニング工程Ｓ２１０を行うこととした。
In addition, the timing at which the shot peening step S210 is performed is two times after the end of the circumference adjustment step S208 and after the end of the aging treatment step S209 in order to compare with the manufacturing method in the first embodiment described above. We decided to do it according to the street timing.
That is, in order to reproduce the manufacturing method in the first embodiment described above, the shot peening step S210 is performed after the circumference adjustment step S208.
なお、ショットピーニング工程Ｓ２１０では、後に行われる窒化処理によって、無端金属ベルト２０１の外周面２０１ａ、あるいは内周面２０１ｂ（図７参照）に形成される硬化層内において、該硬化層の境界（硬化層の底部。以下同じ。）付近にて最大値（より具体的には、素材の降伏点近傍）となるような分布によって、無端金属ベルト２０１に内部残留応力を付与することとした。 In the shot peening step S210, the boundary between the hardened layers (hardened) in the hardened layer formed on the outer peripheral surface 201a or the inner peripheral surface 201b (see FIG. 7) of the endless metal belt 201 by nitriding performed later. The internal residual stress is applied to the endless metal belt 201 by a distribution that has a maximum value (more specifically, near the yield point of the material) in the vicinity of the bottom of the layer (the same applies hereinafter).
次に、本発明者が得た複数の検証データについて、具体的に説明する。
先ず初めに、図８によって示される検証データについて説明する。
図８は、ショットピーニング工程Ｓ２１０の終了直後において、無端金属ベルト２０１（より具体的には、ベルト状部材２１０Ｄ。以下同じ。）に対するショットピーニングを、周長調整工程Ｓ２０８の終了後に行った場合と、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合とのそれぞれの場合における、前記無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布を表した線図である。
Next, a plurality of verification data obtained by the inventor will be specifically described.
First, verification data shown in FIG. 8 will be described.
FIG. 8 shows a case where shot peening is performed on endless metal belt 201 (more specifically, belt-like member 210D; the same applies hereinafter) immediately after completion of shot peening step S210 after completion of circumferential length adjustment step S208. FIG. 6 is a diagram showing the distribution of internal residual stress of the endless metal belt 201 in each case after the end of the aging treatment step S209.
即ち、本図は、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、無端金属ベルト２０１に対するショットピーニングを、周長調整工程Ｓ２０８の終了後に行った場合と、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合とのそれぞれの場合における両者の関係を、ショットピーニング工程Ｓ２１０の終了直後において、各々連続線によって表した線図である。 That is, in this figure, the internal residual stress (unit [MPa]) is represented on the vertical axis, and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 1a is represented on the horizontal axis, and shot peening for the endless metal belt 201 is performed. The relationship between the cases performed after the end of the circumference adjustment step S208 and the case performed after the end of the aging treatment step S209 is represented by a continuous line immediately after the end of the shot peening step S210. FIG.
よって、本図の横軸における最左端は、無端金属ベルト２０１の外周面２０１ａの表面上を示し、最右端は、内周面２０１ｂの表面上を示す。また、縦軸の中央部における０［ＭＰａ］の位置は、無端金属ベルト２０１の任意の仮想断面２０１Ａ（図１４（ａ）を参照）の位置を示す。 Therefore, the leftmost end on the horizontal axis in this figure indicates the surface of the outer peripheral surface 201a of the endless metal belt 201, and the rightmost end indicates the surface of the inner peripheral surface 201b. In addition, the position of 0 [MPa] in the central portion of the vertical axis indicates the position of an arbitrary virtual cross section 201A (see FIG. 14A) of the endless metal belt 201.
なお、本図中における寸法ｗ１［μｍ］によって示された領域は、後の窒化処理によって、無端金属ベルト２０１の外周面２０１ａおよび内周面２０１ｂに各々形成される硬化層２０１Ｂ・２０１Ｂを示す。
また、本図中の縦軸において、＋および−なる符号は、各々引張応力、および圧縮応力の区別を表すものに過ぎず、応力値の大小関係は、絶対値によって示される。
In addition, the area | region shown by the dimension w1 [micrometer] in this figure shows the hardened layer 201B * 201B each formed in the outer peripheral surface 201a and the inner peripheral surface 201b of the endless metal belt 201 by a subsequent nitriding process.
In addition, on the vertical axis in this figure, the signs + and − merely represent the distinction between tensile stress and compressive stress, respectively, and the magnitude relationship between the stress values is indicated by an absolute value.
本図によって示されるように、周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１、つまり、前述した製造方法（第一実施例）に基づく無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図８中の一点鎖線によって表された連続線）によれば、外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力は、硬化層２０１Ｂの境界にて最大値（−ｐ３［ＭＰａ］）となり、外周面２０１ａの表面に向かって移動するに従って僅かに徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 As shown in the figure, the endless metal belt 201 shot peened after the end of the circumferential length adjusting step S208, that is, the internal residual stress of the endless metal belt 201 based on the manufacturing method (first embodiment) described above. According to the distribution (continuous line represented by the one-dot chain line in FIG. 8), the internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the outer peripheral surface 201a side is the maximum value (−p3 [ MPa]), and although it decreases slightly as it moves toward the surface of the outer peripheral surface 201a, it can be seen that it is applied as compressive stress over the entire range.
また、内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力も同様に、硬化層２０１Ｂの境界にて最大値（−ｐ４［ＭＰａ］）となり、内周面２０１ｂの表面に向かって移動するに従って僅かに徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 Similarly, the internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side also becomes the maximum value (−p4 [MPa]) at the boundary of the hardened layer 201B and is directed toward the surface of the inner peripheral surface 201b. It can be seen that although it gradually decreases slightly as it moves, it is applied as compressive stress over the entire range.
一方、時効処理工程Ｓ２０９の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図８中の実線によって表された連続線）によれば、外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力は、硬化層２０１Ｂの境界にて、最大値（−ｐ２１［ＭＰａ］）となるが、その値は、前述した周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１の最大値（−ｐ３［ＭＰａ］）に比べて、より一層大きな値（｜−ｐ２１｜＞｜−ｐ３｜）となる。 On the other hand, according to the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 201 subjected to shot peening after the aging treatment step S209 (continuous line represented by the solid line in FIG. 8), the hardened layer 201B on the outer peripheral surface 201a side. The internal residual stress applied to the inside becomes the maximum value (−p21 [MPa]) at the boundary of the hardened layer 201B, and the value is subjected to shot peening after the end of the circumferential length adjusting step S208 described above. Compared with the maximum value (−p3 [MPa]) of the endless metal belt 201, a larger value (| −p21 |> | −p3 |) is obtained.
そして、外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力は、外周面２０１ａの表面に向かって移動するに従って僅かに徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 And although the internal residual stress provided in the hardened layer 201B on the outer peripheral surface 201a side slightly decreases as it moves toward the surface of the outer peripheral surface 201a, it is applied as a compressive stress over the entire range. I understand that.
また、内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力も同様に、硬化層２０１Ｂの境界にて最大値（−ｐ２２［ＭＰａ］）となるが、その値は、前述した周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１の最大値（−ｐ４［ＭＰａ］）に比べて、より一層大きな値（｜−ｐ２２｜＞｜−ｐ４｜）となる。 Similarly, the internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side also has a maximum value (−p22 [MPa]) at the boundary of the hardened layer 201B. Compared to the maximum value (−p4 [MPa]) of the endless metal belt 201 that has been subjected to shot peening after the end of the length adjusting step S208, the value is even larger (| −p22 |> | −p4 |).
そして、内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力は、内周面２０１ｂの表面に向かって移動するに従って僅かに徐々に減少するものの、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 The internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side is slightly decreased as it moves toward the surface of the inner peripheral surface 201b, but is applied as a compressive stress over the entire range. I understand that
次に、図９によって示される検証データについて説明する。
図９は、窒化処理工程Ｓ２１１の終了直後において、無端金属ベルト２０１に対するショットピーニングを、周長調整工程Ｓ２０８の終了後に行った場合と、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合とのそれぞれの場合における、前記無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布を表した線図である。
Next, verification data shown in FIG. 9 will be described.
FIG. 9 shows a case where shot peening for the endless metal belt 201 is performed immediately after the end of the nitriding step S211 and after the end of the aging treatment step S209. 2 is a diagram showing the distribution of internal residual stress of the endless metal belt 201. FIG.
即ち、前述した図８と同様に、本図は、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、無端金属ベルト２０１に対するショットピーニングを、周長調整工程Ｓ２０８の終了後に行った場合と、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合とのそれぞれの場合における両者の関係を、窒化処理工程Ｓ２１１の終了直後において、各々連続線によって表した線図である。 That is, similar to FIG. 8 described above, this figure represents the internal residual stress (unit [MPa]) on the vertical axis and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 1a on the horizontal axis. The relationship between the case where the shot peening for the endless metal belt 201 is performed after the end of the circumferential length adjusting step S208 and the case where the shot peening is performed after the end of the aging treatment step S209 is as follows. FIG. 2 is a diagram each represented by a continuous line.
本図によって示されるように、周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが行われた無端金属ベルト２０１の、窒化処理後における内部残留応力の分布（図９中の一点鎖線によって表された連続線）によれば、外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ７［ＭＰａ］）となり、外周面２０１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面２０１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、硬化層２０１Ｂにおける境界付近では−ｐ８［ＭＰａ］（｜−ｐ８｜＞０）となり、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 As shown in this figure, the distribution of the internal residual stress after nitriding of the endless metal belt 201 that has been shot peened after completion of the circumferential length adjusting step S208 (continuous line represented by the one-dot chain line in FIG. 9) ), The internal residual stress finally formed in the hardened layer 201B on the outer peripheral surface 201a side is the maximum value (−p7 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and the outer periphery Although it gradually decreases as the depth from the surface 201a increases (that is, as it moves toward the inner peripheral surface 201b), -p8 [MPa] (| -p8 |> 0 near the boundary in the hardened layer 201B. It can be seen that compression stress is applied over the entire range.
また、内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力においても、表面上（表面からの深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ９［ＭＰａ］）となり、内周面１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、硬化層１Ｂにおける境界付近では−ｐ１０［ＭＰａ］（｜−ｐ１０｜＞０）となり、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与されていることが分かる。 Further, the internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side also has a maximum value (−p9 [MPa]) on the surface (depth W [μm] from the surface), Although it gradually decreases as the depth from the surface 1b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 1a side), −p10 [MPa] (| −p10 |> 0) near the boundary in the hardened layer 1B. It can be seen that the compression stress is applied over the entire range.
一方、時効処理工程Ｓ２０９の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１の、窒化処理後における内部残留応力の分布（図９中の一点鎖線によって表された連続線）によれば、外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ２３［ＭＰａ］）となるが、その値は、前述した周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１の最大値（−ｐ７［ＭＰａ］）に比べて、より一層大きな値（｜−ｐ２３｜＞｜−ｐ７｜）となる。 On the other hand, according to the distribution of the internal residual stress after nitriding of the endless metal belt 201 subjected to shot peening after the end of the aging treatment step S209 (continuous line represented by a one-dot chain line in FIG. 9), the outer peripheral surface The internal residual stress finally formed in the hardened layer 201B on the 201a side is the maximum value (−p23 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]). Compared with the maximum value (−p7 [MPa]) of the endless metal belt 201 that has been subjected to shot peening after the end of the circumferential length adjusting step S208, the value becomes even larger (| −p23 |> | −p7 |).
そして、外周面２０１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面２０１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、硬化層２０１Ｂにおける境界付近では−ｐ２４［ＭＰａ］（｜−ｐ２４｜＞｜−ｐ８｜＞０）となり、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与され、且つ、その値は、前述した周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１に比べて大きな値となることが分かる。 And although it decreases gradually as the depth from the outer peripheral surface 201a increases (that is, as it moves toward the inner peripheral surface 201b side), in the vicinity of the boundary in the hardened layer 201B, −p24 [MPa] (| −p24 |> | -P8 |> 0), which is applied as a compressive stress over the entire range, and the value thereof is compared with that of the endless metal belt 201 subjected to shot peening after the end of the circumferential length adjusting step S208 described above. It turns out that it becomes a big value.
また、内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内に最終的に形成される内部残留応力も同様に、表面上（深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ２５［ＭＰａ］）となるが、その値は、前述した周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１の最大値（−ｐ９［ＭＰａ］）に比べて、より一層大きな値（｜−ｐ２４｜＞｜−ｐ９｜）となる。 Similarly, the internal residual stress finally formed in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side is similarly the maximum value (−p25 [MPa]) on the surface (depth W [μm]). The value is much larger (| −p24 |> |) than the maximum value (−p9 [MPa]) of endless metal belt 201 that has been subjected to shot peening after the end of the aforementioned circumferential length adjusting step S208. −p9 |).
そして、内周面２０１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面２０１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少するものの、硬化層２０１Ｂにおける境界付近では−ｐ２６［ＭＰａ］（｜−ｐ２６｜＞｜−ｐ１０｜＞０）となり、全ての範囲にわたって圧縮応力として付与され、且つ、その値は、前述した周長調整工程Ｓ２０８の終了後にショットピーニングが施された無端金属ベルト２０１に比べて大きな値となることが分かる。 Although it gradually decreases as the depth from the inner peripheral surface 201b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 201a side), −p26 [MPa] (| −p26) near the boundary in the hardened layer 201B. |> | -P10 |> 0), which is applied as a compressive stress over the entire range, and the value is compared with that of the endless metal belt 201 subjected to shot peening after the end of the circumferential length adjusting step S208 described above. It turns out that it becomes a big value.
なお、参考として、無端金属ベルト２０１に対するショットピーニングを、窒化処理工程Ｓ２１１の終了後に行った場合と、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合とのそれぞれの場合における、前記無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布について、図１０を用いて説明する。 For reference, the inside of the endless metal belt 201 in each case where shot peening is performed on the endless metal belt 201 after the end of the nitriding step S211 and after the end of the aging step S209 is performed. The residual stress distribution will be described with reference to FIG.
本図は、前述した図８と同様に、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面２０１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、無端金属ベルト２０１に対するショットピーニングを、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合と、窒化処理工程Ｓ２１１の終了後に行った場合とのそれぞれの場合における両者の関係を、無端金属ベルト２０１の製造後において、各々連続線によって表した線図である。 This figure, like FIG. 8 described above, represents the internal residual stress (unit [MPa]) on the vertical axis and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 201a on the horizontal axis. When the shot peening for the belt 201 is performed after the end of the aging treatment step S209 and the case where the shot peening is performed after the end of the nitriding treatment step S211, the relationship between the two is obtained after the endless metal belt 201 is manufactured. It is the diagram represented by the continuous line.
なお、本図において、無端金属ベルト２０１に対するショットピーニングを、時効処理工程Ｓ２０９の終了後に行った場合における、無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図１０の実線によって表された連続線）については、前述した図９における連続線（図９中の実線によって表された連続線）の通りである。 In this figure, regarding the distribution of internal residual stress of endless metal belt 201 (continuous line represented by the solid line in FIG. 10) when shot peening is performed on endless metal belt 201 after the end of aging treatment step S209. Is the same as the continuous line in FIG. 9 described above (the continuous line represented by the solid line in FIG. 9).
本図によって示されるように、窒化処理工程Ｓ２１１の終了後にショットピーニングが施された、無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図１０中の破線によって表された連続線）によれば、外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力は、表面上（深さ０［μｍ］）にて最大値（−ｐ２３［ＭＰａ］）となり、外周面２０１ａからの深さが増すごとに（即ち、内周面２０１ｂ側に向かって移動するに従って）徐々に減少し、前記硬化層２０１Ｂの境界にて略０［ＭＰａ］となるものの、全ての範囲にわたって辛うじて圧縮応力として付与されていることが分かる。 As shown by this figure, according to the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 201 that has been shot peened after the nitriding step S211 is finished (continuous line represented by the broken line in FIG. 10), the outer circumference The internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the side of the surface 201a becomes the maximum value (−p23 [MPa]) on the surface (depth 0 [μm]), and the depth from the outer peripheral surface 201a increases. (Ie, as it moves toward the inner peripheral surface 201b side), and gradually decreases to approximately 0 [MPa] at the boundary of the hardened layer 201B, but barely applied as a compressive stress over the entire range. I understand that.
また、内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内に付与される内部残留応力は、表面上（表面からの深さＷ［μｍ］）にて最大値（−ｐ２５［ＭＰａ］）となり、内周面２０１ｂからの深さが増すごとに（即ち、外周面２０１ａ側に向かって移動するに従って）徐々に減少する圧縮応力として付与されるが、該圧縮応力は、前記硬化層２０１Ｂの境界付近にて、僅かに引張応力に転じることが分かる。 Further, the internal residual stress applied in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side has a maximum value (−p25 [MPa]) on the surface (depth W [μm] from the surface), and the inner peripheral surface As the depth from 201b increases (that is, as it moves toward the outer peripheral surface 201a side), it is applied as a compressive stress that gradually decreases, but the compressive stress is near the boundary of the hardened layer 201B. It turns out that it turns into a tensile stress slightly.
このように、たとえ時効処理工程Ｓ２０９の実施後であっても、窒化処理工程Ｓ２１１の終了後に、無端金属ベルト２０１に対してショットピーニングを行えば、硬化層２０１Ｂ内における内部残留応力の分布が、期待した分布（硬化層２０１Ｂ内の全ての領域において、圧縮応力となるような分布）になるとは限らない。
よって、本実施例（第二実施例）における製造方法においては、時効処理工程Ｓ２０９の終了後、且つ窒化処理工程Ｓ２１１の実施前に、無端金属ベルト２０１に対してショットピーニングを行うことが必要なのである。
Thus, even after the aging treatment step S209, if the shot peening is performed on the endless metal belt 201 after the nitriding treatment step S211, the distribution of the internal residual stress in the hardened layer 201B is It is not always the expected distribution (a distribution that causes compressive stress in all regions in the hardened layer 201B).
Therefore, in the manufacturing method in the present embodiment (second embodiment), it is necessary to perform shot peening on the endless metal belt 201 after the aging treatment step S209 and before the nitriding treatment step S211. is there.
以上に示した検証データ（図８乃至図１０を参照）によっても明らかなように、第二実施例における無端金属ベルト２０１の製造方法は、窒化処理工程Ｓ２１１の実施前、且つ時効処理工程Ｓ２０９の実施後に、ショットピーニング工程Ｓ２１０を行い、窒化処理によって形成される硬化層２０１Ｂ内において、該硬化層２０１Ｂの境界付近にて最大値となるように、前記内部残留応力の分布を管理することで、前述した第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法に比べて、さらに疲労強度の向上を図ることができる。 As apparent from the verification data shown above (see FIGS. 8 to 10), the manufacturing method of the endless metal belt 201 in the second embodiment is performed before the nitriding treatment step S211 and the aging treatment step S209. After performing the shot peening step S210, in the hardened layer 201B formed by nitriding treatment, by managing the distribution of the internal residual stress so as to have a maximum value near the boundary of the hardened layer 201B, Compared with the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the first embodiment described above, the fatigue strength can be further improved.
即ち、図１１は、前述した図８と同様に、縦軸に内部残留応力（単位［ＭＰａ］）を表し、横軸に外周面２０１ａからの深さ（単位［μｍ］）を表すこととして、窒化処理工程Ｓ２１１の実施前、且つ時効処理工程Ｓ２０９の実施後にショットピーニングを行った無端金属ベルト２０１において、窒化処理が行われる直前と、該窒化処理が行われた直後とのそれぞれの場合における両者の関係を、連続線によって各々表した線図である。 That is, FIG. 11 shows the internal residual stress (unit [MPa]) on the vertical axis and the depth (unit [μm]) from the outer peripheral surface 201a on the horizontal axis, as in FIG. In the endless metal belt 201 that has been shot peened before the nitriding treatment step S211 and after the aging treatment step S209, both in the cases immediately before the nitriding treatment and immediately after the nitriding treatment. FIG.
なお、本図において、窒化処理が行われる直前における、無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図１１の破線によって表された連続線）については、前述した図８における連続線（図８中の実線によって表された連続線）の通りである。 In this figure, the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 201 (continuous line represented by the broken line in FIG. 11) immediately before the nitriding treatment is performed is the continuous line in FIG. 8 (in FIG. 8). (Continuous line represented by a solid line).
また、本図において、窒化処理が行われた直後における、無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図１１の直線によって表された連続線）については、前述した図９における連続線（図９中の実線によって表された連続線）の通りである。 Further, in this drawing, the distribution of internal residual stress of the endless metal belt 201 (continuous line represented by the straight line in FIG. 11) immediately after the nitriding treatment is performed is the continuous line in FIG. 9 (FIG. 9). Continuous line represented by the solid line in the middle).
本図によっても明らかなように、第二実施例における無端金属ベルト２０１の製造方法によれば、窒化処理工程Ｓ２１１の実施前、且つ時効処理工程Ｓ２０９の実施後に、ショットピーニング工程Ｓ２１０を行うことで、前述した第一実施例における製造方法に比べて、より一層大きな値の圧縮応力からなる内部残留応力の分布（図１１の破線によって表された連続線）を、無端金属ベルト２０１の硬化層２０１Ｂ内に付与することができる。 As is apparent from this figure, according to the method of manufacturing the endless metal belt 201 in the second embodiment, the shot peening step S210 is performed before the nitriding step S211 and after the aging step S209. Compared with the manufacturing method in the first embodiment described above, the distribution of internal residual stress (continuous line represented by the broken line in FIG. 11) consisting of a larger value of compressive stress is represented by the hardened layer 201B of the endless metal belt 201. Can be given inside.
より具体的には、無端金属ベルト２０１の外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内において、前述した第一実施例における製造方法によれば、内部残留応力の分布は、硬化層２０１Ｂの境界における最大値（−ｐ３［ＭＰａ］）をピークとし、外周面２０１ａの表面上に向かうにつれて僅かに減少する圧縮応力として付与されるが、本実施例（第二実施例）における製造方法によれば、内部残留応力の分布は、硬化層２０１Ｂの境界にて、より一層大きな最大値（−ｐ２１［ＭＰａ］。但し、｜−ｐ２１｜＞｜−ｐ３｜）をピークとし、外周面２０１ａの表面上に向かうにつれて僅かに減少する圧縮応力として付与される。 More specifically, in the hardened layer 201B on the outer peripheral surface 201a side of the endless metal belt 201, according to the manufacturing method in the first embodiment described above, the distribution of internal residual stress is the maximum value at the boundary of the hardened layer 201B. The peak is (−p3 [MPa]), and it is applied as a compressive stress that decreases slightly toward the surface of the outer peripheral surface 201a. The stress distribution has a peak at a greater maximum value (−p21 [MPa]. However, −−p21 |> | −p3 |) at the boundary of the hardened layer 201B, and as it goes on the surface of the outer peripheral surface 201a. Applied as a slightly decreasing compressive stress.
また、無端金属ベルト２０１の内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内において、前述した第一実施例における製造方法によれば、内部残留応力の分布は、硬化層２０１Ｂの境界における最大値（−ｐ４［ＭＰａ］）をピークとし、内周面２０１ｂの表面上に向かうにつれて僅かに減少する圧縮応力として付与されるが、本実施例（第二実施例）における製造方法によれば、内部残留応力の分布は、硬化層２０１Ｂの境界にて、より一層大きな最大値（−ｐ２２［ＭＰａ］。但し、｜−ｐ２２｜＞｜−ｐ４｜）をピークとし、内周面２０１ｂの表面上に向かうにつれて僅かに減少する圧縮応力として付与される。 Further, in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side of the endless metal belt 201, according to the manufacturing method in the first embodiment described above, the distribution of internal residual stress is the maximum value (−p4 at the boundary of the hardened layer 201B). [MPa]) is given as a peak and is applied as a compressive stress that decreases slightly toward the surface of the inner peripheral surface 201b. According to the manufacturing method in this example (second example), the internal residual stress The distribution has a larger maximum value (−p22 [MPa]; however, −−p22 |> | −p4 |) as a peak at the boundary of the hardened layer 201B, and slightly increases toward the surface of the inner peripheral surface 201b. Is applied as a compressive stress that decreases.
そして、このような内部残留応力が予め付与された無端金属ベルト２０１に対して、窒化処理を施すことで、前述した第一実施例における製造方法に比べて、より一層大きな値の圧縮応力からなる内部残留応力の分布（図１１の実線によって表された連続線）が最終的に形成される。 And, by applying nitriding treatment to the endless metal belt 201 to which such internal residual stress is applied in advance, the compressive stress has a larger value than the manufacturing method in the first embodiment described above. A distribution of internal residual stress (continuous line represented by the solid line in FIG. 11) is finally formed.
より具体的には、無端金属ベルト２０１の外周面２０１ａ側の硬化層２０１Ｂ内において、内部残留応力の分布は、窒化処理を施すことで、該硬化層２０１Ｂの境界近傍の圧縮応力については、あまり変化が見られないものの、前記外周面２０１ａの表面に向かうにつれて、圧縮応力の値は徐々に増加されることとなり、前記外周面２０１ａの表面上においては、最大値（−ｐ２３［ＭＰａ］。但し、｜−ｐ２３｜＞｜−ｐ２１｜）に達することとなる。 More specifically, in the hardened layer 201B on the outer peripheral surface 201a side of the endless metal belt 201, the distribution of the internal residual stress is less than the compressive stress in the vicinity of the boundary of the hardened layer 201B by performing nitriding treatment. Although no change is seen, the value of the compressive stress gradually increases toward the surface of the outer peripheral surface 201a, and the maximum value (−p23 [MPa] on the surface of the outer peripheral surface 201a. , | −p23 |> | −p21 |).
また、無端金属ベルト２０１の内周面２０１ｂ側の硬化層２０１Ｂ内において、内部残留応力の分布は、窒化処理を施すことで、該硬化層２０１Ｂの境界近傍の圧縮応力については、あまり変化が見られないものの、前記内周面２０１ｂの表面に向かうにつれて、圧縮応力の値は徐々に増加されることとなり、前記内周面２０１ｂの表面上においては、最大値（−ｐ２５［ＭＰａ］。但し、｜−ｐ２５｜＞｜−ｐ２２｜）に達することとなる。 In addition, in the hardened layer 201B on the inner peripheral surface 201b side of the endless metal belt 201, the distribution of the internal residual stress is not significantly changed by performing nitriding treatment on the compressive stress near the boundary of the hardened layer 201B. Although it is not possible, the value of the compressive stress is gradually increased toward the surface of the inner peripheral surface 201b, and the maximum value (−p25 [MPa]. However, on the surface of the inner peripheral surface 201b. | -P25 |> | -p22 |).
このように、本実施例（第二実施例）における製造方法によれば、前述した第一実施例における製造方法に比べて、より一層大きな値の圧縮応力からなる内部残留応力の分布（図１１の実線によって表された連続線）が最終的に形成され、さらに疲労強度の向上を図ることができるのである。 Thus, according to the manufacturing method in the present embodiment (second embodiment), the distribution of the internal residual stress composed of a larger value of compressive stress than the manufacturing method in the first embodiment described above (FIG. 11). The continuous line represented by the solid line) is finally formed, and the fatigue strength can be further improved.
［製造方法（第三実施例）］
次に、本発明を具現化する無端金属ベルト３０１の製造方法（第三実施例）について、図１２および図１３を用いて説明する。
第三実施例における無端金属ベルト３０１の製造方法は、Ｃ（炭素）を含有する焼入れ鋼を素材にするとともに、該素材に対して、焼入れ処理の終了後に周長調整を行い、該素材に発生した焼入れ歪みを取り除いた後、ショットピーニングによって該素材に内部残留応力を付与して窒化処理を施すことで、無端金属ベルト３０１の疲労強度の向上を図ることを特徴とする。
[Production method (third embodiment)]
Next, a manufacturing method (third embodiment) of the endless metal belt 301 embodying the present invention will be described with reference to FIGS.
The manufacturing method of the endless metal belt 301 in the third embodiment uses a hardened steel containing C (carbon) as a raw material, and adjusts the circumference of the raw material after the quenching process is finished, and is generated in the raw material. After removing the quenching distortion, an internal residual stress is applied to the material by shot peening to perform nitriding treatment, whereby the fatigue strength of the endless metal belt 301 is improved.
また、素材に対してショットピーニングを行う際は、窒化処理によって形成される無端金属ベルト３０１の硬化層内において、該硬化層の境界（硬化層の底部）付近にて最大値となるように、前記内部残留応力の分布を管理する。 Also, when performing shot peening on the material, in the hardened layer of the endless metal belt 301 formed by nitriding, the maximum value is near the boundary of the hardened layer (the bottom of the hardened layer). The distribution of the internal residual stress is managed.
即ち、図１２に示すように、本実施例（第三実施例）における無端金属ベルト３０１の製造方法においては、前述した第一実施例および第二実施例にて示されるような溶体化処理や時効処理が実施されず、圧延工程Ｓ３０６の終了後に焼入れ処理工程Ｓ３０７が行われ、その後、周長調整工程Ｓ３０８、ショットピーニング工程Ｓ３０９、窒化処理工程Ｓ３１０と順に行われる。 That is, as shown in FIG. 12, in the manufacturing method of the endless metal belt 301 in this embodiment (third embodiment), solution treatment as shown in the first embodiment and the second embodiment described above is performed. The aging treatment is not performed, and after the rolling step S306 is completed, a quenching treatment step S307 is performed, and thereafter, a circumferential length adjusting step S308, a shot peening step S309, and a nitriding treatment step S310 are sequentially performed.
より具体的には、図１３に示すように、第三実施例における無端金属ベルト３０１の製造方法は、主に、帯鋼切断工程Ｓ３０１、溶接工程Ｓ３０２、焼鈍工程Ｓ３０３、リング切断工程Ｓ３０４、バレル研磨工程Ｓ３０５、圧延工程Ｓ３０６、焼入れ処理工程Ｓ３０７、周長調整工程Ｓ３０８、ショットピーニング工程Ｓ３０９、窒化処理工程Ｓ３１０などによって具現化され、これら各工程が順に行われることによって、無端金属ベルト３０１が製造される。 More specifically, as shown in FIG. 13, the manufacturing method of the endless metal belt 301 in the third embodiment mainly includes a steel strip cutting step S301, a welding step S302, an annealing step S303, a ring cutting step S304, a barrel. The endless metal belt 301 is manufactured by implementing the polishing process S305, the rolling process S306, the quenching process S307, the circumferential length adjusting process S308, the shot peening process S309, the nitriding process S310, etc., and performing these processes in order. Is done.
ここで、焼入れ処理工程Ｓ３０７は、圧延工程Ｓ３０６の終了後に行われる工程であって、ベルト状に圧延されたベルト状部材３１０Ｄを一旦加熱した後、所定の温度にまで急激に冷却させて、該ベルト状部材３１０Ｄの硬度を高める工程である。 Here, the quenching treatment step S307 is a step performed after the end of the rolling step S306, and once the belt-like member 310D rolled into a belt shape is heated, it is rapidly cooled to a predetermined temperature, This is a step of increasing the hardness of the belt-like member 310D.
なお、焼入れ処理工程Ｓ３０７以外の各工程に関する説明については、前述した第一実施例における無端金属ベルト１の製造方法による各工程の内容と同等であるため、説明は省略する。 In addition, since it is equivalent to the content of each process by the manufacturing method of the endless metal belt 1 in the 1st Example mentioned above about description about each process other than hardening processing process S307, description is abbreviate | omitted.
このような第三実施例における製造方法を用いることで、従来の高価なマルエージング鋼を素材とする無端金属ベルトに比べて、より高い硬度を有した無端金属ベルト３０１を、低コストな焼入れ鋼を素材として提供することができる。 By using the manufacturing method in the third embodiment, an endless metal belt 301 having a higher hardness than a conventional endless metal belt made of an expensive maraging steel is produced at a low cost. Can be provided as a material.
また、第三実施例における製造方法を用いることで、前述した第一実施例や第二実施例における製造方法によって製造された無端金属ベルト１・２０１と、同等な疲労強度を有する無端金属ベルト３０１を、低コストな焼入れ鋼を素材として提供することができるのである。 Further, by using the manufacturing method in the third embodiment, the endless metal belt 301 having the same fatigue strength as the endless metal belts 1 and 201 manufactured by the manufacturing method in the first embodiment and the second embodiment described above is used. Therefore, it is possible to provide low-cost hardened steel as a raw material.
ところで、本発明者は、第三実施例における無端金属ベルト３０１の製造方法に関する効果を確認するために、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる化学組成を有した鋼板３１０Ａ（図１３を参照）を用いて、前述した各工程の流れに従って、無端金属ベルト３０１を製造した。 By the way, the present inventor has a chemical composition composed of C, Si, Mn, Ni, Cr, Mo, remaining Fe and inevitable impurities in order to confirm the effect relating to the manufacturing method of the endless metal belt 301 in the third embodiment. Using the steel plate 310A (see FIG. 13), an endless metal belt 301 was manufactured according to the flow of each process described above.
その結果、ショットピーニング工程Ｓ３０９の終了直後における、無端金属ベルト３０１（より具体的には、ベルト状部材３１０Ｄ。以下同じ。）の内部残留応力の分布は、マルエージング鋼を素材とした第二実施例の製造方法における、無端金属ベルト２０１の内部残留応力の分布（図８中の実線によって表された連続線を参照）と略等しくなることが確認されている。 As a result, the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 301 (more specifically, the belt-like member 310D, the same applies hereinafter) immediately after the completion of the shot peening step S309 is the second implementation using maraging steel as a raw material. It has been confirmed that in the example manufacturing method, the distribution of the internal residual stress of the endless metal belt 201 (see the continuous line represented by the solid line in FIG. 8) is substantially equal.
このように、従来の焼入れ鋼では、窒化処理を施してもマルエージング鋼に比べて内部残留応力が付与されにくく、焼入れ鋼を素材として製造された無端金属ベルトの疲労強度は、マルエージング鋼を素材として製造された無端金属ベルトの疲労強度に比べて大きく劣ることとなっていた。
しかし、本実施例（第三実施例）における製造方法を用いれば、ショットピーニング工程Ｓ３０９の終了直後において、マルエージング鋼を素材とした第二実施例の製造方法における無端金属ベルト２０１と、略等しい分布からなる内部残留応力を、焼入れ鋼を素材とする無端金属ベルト３０１に付与することが可能となり、窒化処理を行うことで、最終的に無端金属ベルト２０１と略同等な疲労強度を、無端金属ベルト３０１に与えることができる。
また、無端金属ベルト３０１は、焼入れ処理が施されているので、無端金属ベルト２０１に比べてより高い硬度を有することとなる。
Thus, in conventional hardened steel, even if nitriding is applied, internal residual stress is less likely to be applied compared to maraging steel, and the fatigue strength of endless metal belts made from hardened steel is the same as that of maraging steel. The fatigue strength of an endless metal belt manufactured as a raw material was greatly inferior.
However, if the manufacturing method in this example (third example) is used, immediately after the end of the shot peening step S309, it is substantially equal to the endless metal belt 201 in the manufacturing method of the second example using maraging steel as a raw material. It is possible to apply the internal residual stress composed of the distribution to the endless metal belt 301 made of hardened steel, and by performing nitriding treatment, the fatigue strength finally equal to that of the endless metal belt 201 is obtained. It can be applied to the belt 301.
Moreover, since the endless metal belt 301 is quenched, it has a higher hardness than the endless metal belt 201.
このようなことから、無端金属ベルトの疲労強度の向上を図るために、高価なマルエージング鋼を素材として用いる必要はなくなり、比較的安価な焼入れ鋼を素材として用いることが可能となり、無端金属ベルト３０１の製造工程全体として大幅にコスト削減を図ることができるのである。 Therefore, in order to improve the fatigue strength of the endless metal belt, it is not necessary to use expensive maraging steel as a material, and it becomes possible to use a relatively inexpensive hardened steel as a material. Thus, the cost of the entire manufacturing process 301 can be greatly reduced.
以上のように、本発明を具現化する無端金属ベルト１（２０１、または３０１）の製造方法（第一乃至第三実施例）は、表面（より具体的には、外周面１ａ（２０１ａなど）および内周面１ｂ（２０１ｂなど）。以下同じ。）に、窒化処理を施した無端金属ベルトの製造方法であって、ベルト状に形成された素材（より具体的には、ベルト状部材１０Ｄ（２１０Ｄ、または３０１Ｄ）。以下同じ。）に内部残留応力を最終的に付与するショットピーニング工程（応力付与工程）Ｓ１０９（Ｓ２１０、またはＳ３０９）と、該ショットピーニング工程（応力付与工程）Ｓ１０９（Ｓ２１０、またはＳ３０９）の終了後に行われ、前記素材の表面に窒化処理を施す窒化処理工程Ｓ１１０（Ｓ２１１、またはＳ３１０）と、を備え、前記ショットピーニング工程（応力付与工程）Ｓ１０９（Ｓ２１０、またはＳ３０９）において、前記内部残留応力は、前記窒化処理工程Ｓ１１０（Ｓ２１１、またはＳ３１０）によって、前記素材の表面に形成されることとなる硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）内にて、圧縮応力として機能し、且つ、前記硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）の底部である境界付近にて最大値となるように、前記素材に付与されることとしている。 As described above, the manufacturing method (first to third embodiments) of the endless metal belt 1 (201 or 301) embodying the present invention is the surface (more specifically, the outer peripheral surface 1a (201a, etc.). And an inner peripheral surface 1b (201b, etc.), the same applies to the following, and a manufacturing method of an endless metal belt subjected to nitriding treatment, which is a belt-shaped material (more specifically, a belt-shaped member 10D ( 210D or 301D), the same applies to the following.) Shot peening process (stress applying process) S109 (S210 or S309) for finally applying internal residual stress, and shot peening process (stress applying process) S109 (S210, 210). Or a nitriding treatment step S110 (S211 or S310) for performing nitriding treatment on the surface of the material. In the ning process (stress applying process) S109 (S210 or S309), the internal residual stress is formed on the surface of the material by the nitriding process S110 (S211 or S310). 201B, etc.), and functions as a compressive stress, and is applied to the material so as to have a maximum value in the vicinity of the boundary that is the bottom of the hardened layer 1B (201B, etc.).
また、本発明を具現化する無端金属ベルト１（２０１、または３０１）は、表面に窒化処理を施した無端金属ベルトであって、ベルト状に形成された素材に内部残留応力を最終的に付与した後、該素材の表面に窒化処理を施して製造され、前記内部残留応力は、前記窒化処理によって、前記素材の表面に形成されることとなる硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）内にて、圧縮応力として機能し、且つ、前記硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）の底部である境界付近にて最大値となるように、前記素材に付与されることとしている。 An endless metal belt 1 (201 or 301) that embodies the present invention is an endless metal belt having a surface subjected to nitriding treatment, and finally applies internal residual stress to the belt-shaped material. After that, the surface of the material is manufactured by nitriding, and the internal residual stress is compressed in the hardened layer 1B (201B or the like) to be formed on the surface of the material by the nitriding. It is supposed to be applied to the material so as to have a maximum value in the vicinity of the boundary that functions as stress and is the bottom of the hardened layer 1B (201B or the like).
このような構成を有することで、本発明を具現化する無端金属ベルト１（２０１、または３０１）の製造方法、および無端金属ベルト１（２０１、または３０１）によれば、窒化処理が施される無端金属ベルトであって、該窒化処理によって形成される硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）に対して、「最弱部（疲労現象に対して脆い箇所）」を有することもなく、疲労強度の向上が図られた無端金属ベルトを提供することができる。 With such a configuration, according to the method of manufacturing endless metal belt 1 (201 or 301) and endless metal belt 1 (201 or 301) embodying the present invention, nitriding is performed. It is an endless metal belt, and it has no “weakest part (location brittle with respect to fatigue phenomenon)” with respect to the hardened layer 1B (201B, etc.) formed by the nitriding treatment, and the fatigue strength is improved. An illustrated endless metal belt can be provided.
即ち、窒化処理を行うと、硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）内における内部残留応力の分布は、該硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）の境界付近においては、あまり変化が見られないものの、表面（外周面１ａ（２０１ａ、または３０１ａ）、あるいは内周面１ｂ（２０１ｂ、または３０１ｂ））近傍においては、その値を大きく増加させることとなる。
従って、窒化処理を行う前に、該窒化処理によって形成される硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）内にて、該硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）の境界付近が最大値となるように、素材に最終的に付与する内部残留応力の分布を予め管理し、その後、前記素材に窒化処理を行うことで、前記硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）内の内部残留応力の分布は、全体的に圧縮応力側へと大きく値を増加させることとなり、疲労現象に対する脆さが他の箇所に比べて極端に大きな「最弱部」となる、硬化層１Ｂ（２０１Ｂなど）内における引張応力からなる内部残留応力が存在する領域を有することなく、疲労強度の向上が図られた無端金属ベルトを提供することができるのである。
That is, when nitriding is performed, the distribution of internal residual stress in the hardened layer 1B (201B, etc.) does not change much near the boundary of the hardened layer 1B (201B, etc.), but the surface (outer peripheral surface) In the vicinity of 1a (201a or 301a) or the inner peripheral surface 1b (201b or 301b), the value is greatly increased.
Therefore, before performing the nitriding treatment, in the cured layer 1B (201B, etc.) formed by the nitriding treatment, the material is finally set so that the vicinity of the boundary of the cured layer 1B (201B, etc.) becomes the maximum value. The internal residual stress distribution in the hardened layer 1B (201B, etc.) is generally reduced to the compressive stress side by preliminarily managing the distribution of internal residual stress applied to the substrate and then performing nitriding treatment on the material. There is an internal residual stress consisting of a tensile stress in the hardened layer 1B (201B, etc.) in which the value is greatly increased, and the brittleness to the fatigue phenomenon becomes an extremely “weakest part” compared to other places. An endless metal belt with improved fatigue strength can be provided without having a region.
また、本発明を具現化する無端金属ベルト２０１の製造方法（第二実施例）においては、前記素材はマルエージング鋼からなるとともに、前記製造方法は、前記素材に時効処理を施す時効処理工程Ｓ２０９を備え、該時効処理工程Ｓ２０９の終了後に、前記ショットピーニング工程（応力付与工程）Ｓ２１０が行われることとしている。 Moreover, in the manufacturing method (2nd Example) of the endless metal belt 201 which embodies this invention, while the said raw material consists of maraging steel, the said manufacturing method is an aging treatment process S209 which performs an aging treatment to the said raw material. The shot peening process (stress application process) S210 is performed after the aging treatment process S209.
また、本発明を具現化する無端金属ベルト２０１においては、前記素材はマルエージング鋼からなるとともに、前記素材には時効処理が施され、前記時効処理の終了後に、前記内部残留応力が前記素材に最終的に付与されることとしている。 In the endless metal belt 201 embodying the present invention, the material is made of maraging steel, the material is subjected to an aging treatment, and the internal residual stress is applied to the material after the aging treatment is finished. It is supposed to be finally given.
このような構成を有することで、本発明を具現化する無端金属ベルト２０１の製造方法（第二実施例）、および無端金属ベルト２０１によれば、前述した製造方法（第一実施例）における無端金属ベルト１に比べて、さらに疲労強度の向上を図った無端金属ベルト２０１を提供することができる。 By having such a configuration, the endless metal belt 201 manufacturing method (second embodiment) embodying the present invention and the endless metal belt 201 are endless in the manufacturing method (first embodiment) described above. As compared with the metal belt 1, an endless metal belt 201 with further improved fatigue strength can be provided.
即ち、時効処理工程Ｓ２０９において、時効処理が施された直後のベルト状部材２１０Ｄの表面上は、素材の降伏点が高められた状態にあり、このような状態からなるベルト状部材２１０Ｄに対してショットピーニングを施すことで、より大きな内部残留応力を付与することが可能となり、前述した製造方法（第一実施例）における無端金属ベルト１に比べて、さらに疲労強度の向上を図ることができるのである。 That is, in the aging treatment step S209, the surface of the belt-like member 210D immediately after the aging treatment is performed is in a state in which the yield point of the material is increased, and the belt-like member 210D having such a state is By applying shot peening, it becomes possible to apply a larger internal residual stress, and the fatigue strength can be further improved as compared with the endless metal belt 1 in the manufacturing method (first embodiment) described above. is there.
また、本発明を具現化する無端金属ベルトの製造方法（第二実施例）においては、前記素材は焼入れ鋼からなるとともに、前記製造方法は、前記素材に焼入れ処理を施す焼入れ処理工程Ｓ３０７を備え、該焼入れ処理工程Ｓ３０７の終了後に、前記ショットピーニング工程（応力付与工程）Ｓ３０９が行われることとしている。 Moreover, in the manufacturing method (2nd Example) of the endless metal belt which embodies this invention, while the said raw material consists of hardened steel, the said manufacturing method is equipped with the quenching process process S307 which quenches the said raw material. The shot peening process (stress applying process) S309 is performed after the quenching process S307.
また、本発明を具現化する無端金属ベルト（第二実施例）においては、前記素材は焼入れ鋼からなるとともに、前記素材には焼入れ処理が施され、前記焼入れ処理の終了後に、前記内部残留応力が前記素材に最終的に付与されることとしている。 Further, in an endless metal belt embodying the present invention (second embodiment), the material is made of hardened steel, the material is subjected to a quenching process, and after the quenching process, the internal residual stress is Is finally given to the material.
このような構成を有することで、本発明を具現化する無端金属ベルト３０１の製造方法（第三実施例）、および無端金属ベルト３０１によれば、ショットピーニング工程Ｓ３０９の終了直後において、マルエージング鋼を素材とした第二実施例の製造方法における無端金属ベルト２０１と、略等しい分布からなる内部残留応力を、焼入れ鋼を素材とする無端金属ベルト３０１に付与することが可能となり、窒化処理を行うことで、最終的に無端金属ベルト２０１と略同等な疲労強度を、無端金属ベルト３０１に与えることができる。
また、無端金属ベルト３０１は、焼入れ処理が施されているので、無端金属ベルト２０１に比べてより高い硬度を有することとなる。
従って、無端金属ベルトの疲労強度の向上を図るために、従来のような高価なマルエージング鋼を素材として用いる必要はなくなり、比較的安価な焼入れ鋼を素材として用いることが可能となり、無端金属ベルト３０１の製造工程全体として大幅にコスト削減を図ることができるのである。
With such a configuration, according to the manufacturing method (third embodiment) of the endless metal belt 301 embodying the present invention and the endless metal belt 301, the maraging steel immediately after the end of the shot peening step S309. It is possible to apply an internal residual stress having a distribution substantially equal to that of the endless metal belt 201 in the manufacturing method of the second embodiment using as a material to the endless metal belt 301 using a hardened steel as a material, and performing nitriding treatment. As a result, the endless metal belt 301 can be finally given a fatigue strength substantially equal to that of the endless metal belt 201.
Moreover, since the endless metal belt 301 is quenched, it has a higher hardness than the endless metal belt 201.
Therefore, in order to improve the fatigue strength of an endless metal belt, it is no longer necessary to use an expensive maraging steel as a material, and it is possible to use a relatively inexpensive hardened steel as a material. Thus, the cost of the entire manufacturing process 301 can be greatly reduced.
１ 無端金属ベルト
１Ｂ 硬化層
１ａ 外周面
１ｂ 内周面
１０Ｄ ベルト状部材
２０１ 無端金属ベルト
２０１Ｂ 硬化層
２０１ａ 外周面
２０１ｂ 内周面
２１０Ｄ ベルト状部材
３０１ 無端金属ベルト
３１０Ｄ ベルト状部材
Ｓ１０９ ショットピーニング工程（応力付与工程）
Ｓ１１０ 窒化処理工程
Ｓ２０９ 時効処理工程
Ｓ２１０ ショットピーニング工程（応力付与工程）
Ｓ２１１ 窒化処理工程
Ｓ３０７ 焼入れ処理工程
Ｓ３０９ ショットピーニング工程（応力付与工程）
Ｓ３１０ 窒化処理工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Endless metal belt 1B Hardened layer 1a Outer peripheral surface 1b Inner peripheral surface 10D Belt-like member 201 Endless metal belt 201B Hardened layer 201a Outer peripheral surface 201b Inner peripheral surface 210D Belt-like member 301 Endless metal belt 310D Belt-like member S109 Shot peening process (stress Granting process)
S110 Nitriding process S209 Aging process S210 Shot peening process (stress application process)
S211 Nitriding process S307 Quenching process S309 Shot peening process (stress application process)
S310 Nitriding process
Claims (6)
ベルト状に形成された素材に内部残留応力を付与する応力付与工程と、
該応力付与工程の終了後に行われ、
前記素材の表面に窒化処理を施す窒化処理工程と、
を備え、
前記応力付与工程において、
前記内部残留応力は、前記窒化処理工程によって前記素材の表面に形成されることとなる硬化層内にて、
圧縮応力として機能し、且つ、
前記硬化層の底部である境界付近にて最大値となるように、前記素材に付与される、
ことを特徴とする無端金属ベルトの製造方法。 A method for producing an endless metal belt having a surface subjected to nitriding treatment,
A stress applying step for applying internal residual stress to the belt-shaped material;
Performed after the end of the stress application step,
A nitriding step for nitriding the surface of the material;
With
In the stress applying step,
The internal residual stress is in a hardened layer that will be formed on the surface of the material by the nitriding step.
Functions as compressive stress, and
It is given to the material so as to have a maximum value near the boundary that is the bottom of the hardened layer,
A method for producing an endless metal belt.
前記製造方法は、前記素材に時効処理を施す時効処理工程を備え、
該時効処理工程の終了後に、前記応力付与工程が行われる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の無端金属ベルトの製造方法。 The material is made of maraging steel,
The manufacturing method includes an aging treatment step of performing an aging treatment on the material,
After the completion of the aging treatment step, the stress application step is performed.
The method for producing an endless metal belt according to claim 1, wherein:
前記製造方法は、前記素材に焼入れ処理を施す焼入れ処理工程を備え、
該焼入れ処理工程の終了後に、前記応力付与工程が行われる、
ことを特徴とする、請求項１に記載の無端金属ベルトの製造方法。 The material is made of hardened steel,
The manufacturing method includes a quenching process for quenching the material,
After the quenching process is completed, the stress applying process is performed.
The method for producing an endless metal belt according to claim 1, wherein:
ベルト状に形成された素材に内部残留応力を付与した後、
該素材の表面に窒化処理を施して製造され、
前記内部残留応力は、前記窒化処理によって前記素材の表面に形成されることとなる硬化層内にて、
圧縮応力として機能し、且つ、
前記硬化層の底部である境界付近にて最大値となるように、前記素材に付与される、
ことを特徴とする無端金属ベルト。 An endless metal belt with a nitriding treatment on the surface,
After applying internal residual stress to the belt-shaped material,
Manufactured by nitriding the surface of the material,
The internal residual stress is in a hardened layer to be formed on the surface of the material by the nitriding treatment,
Functions as compressive stress, and
It is given to the material so as to have a maximum value near the boundary that is the bottom of the hardened layer,
An endless metal belt characterized by that.
前記素材には時効処理が施され、
前記時効処理の終了後に、前記内部残留応力が前記素材に付与される、
ことを特徴とする、請求項４に記載の無端金属ベルト。 The material is made of maraging steel,
The material is subjected to an aging treatment,
After the aging treatment, the internal residual stress is applied to the material.
The endless metal belt according to claim 4, wherein
前記素材には焼入れ処理が施され、
前記焼入れ処理の終了後に、前記内部残留応力が前記素材に付与される、
ことを特徴とする、請求項４に記載の無端金属ベルト。
The material is made of hardened steel,
The material is subjected to quenching treatment,
After completion of the quenching process, the internal residual stress is applied to the material.
The endless metal belt according to claim 4, wherein
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011027861A JP2012167308A (en) | 2011-02-10 | 2011-02-10 | Method for manufacturing endless metal belt, and endless metal belt |
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| JP (1) | JP2012167308A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014085527A (en) * | 2012-10-24 | 2014-05-12 | Fuji Xerox Co Ltd | Fixing belt, fixing device, image forming apparatus, and manufacturing method of fixing belt |
| WO2018221646A1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-12-06 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Endless ring production method |
| WO2018221645A1 (en) * | 2017-06-02 | 2018-12-06 | アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 | Endless ring manufacturing method and endless ring |
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2011
- 2011-02-10 JP JP2011027861A patent/JP2012167308A/en not_active Withdrawn
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