JP6703538B2 - 無段変速機用の駆動ベルトにおいて使用するのに適したフレキシブルリングを製造する方法 - Google Patents

Description

本開示は、駆動ベルトの横断セグメントを支持するために無段変速機用の駆動ベルトにおいて使用されるフレキシブルリングを鋼基礎材料から製造する方法に関する。

無段変速機用の駆動ベルトは一般的に公知である。典型的には、このような駆動ベルトは、無端キャリヤを有する。無端キャリヤは、相互に重ね合わされた、閉ループのフレキシブルバンドまたはリングの２つのセットを有し、かつ無端キャリヤの全周に沿ってほぼ隣接する列で配置された駆動ベルトの複数の横断エレメントを支持している。無段変速機において、駆動ベルトは２つの協働するプーリの間に配置されており、これらのプーリの間で無段変速比が実現される。作動中、駆動ベルトは、一方のプーリから他方のプーリへ横断エレメントが互いに押し付けられることにより、トルクをプーリのうちの一方から他方のプーリへ伝達する。

無段変速機の作動中、駆動ベルトのフレキシブルリングは、曲げおよび引張力に曝され、その結果、フレキシブルリングの金属疲労は、概して、駆動ベルトの寿命を決定する。このような金属疲労に対するフレキシブルリングの抵抗性は、フレキシブルリングの基礎材料のタイプおよび品質によって大きく決定される。この点で好適な基礎材料は、マルエージング鋼である。

さらに、製造方法、すなわち前記鋼基礎材料のためのフレキシブルリングを得るために適用されるプロセスステップもまた、特にリングの疲労強度を最適化することを考慮して、注意深く選択されかつ最適化される。本開示は、この前記の点で公知の製造方法をさらに改良することを目的とする。

１つの公知の製造方法は、
−鋼基礎材料のプレートを提供し、
−プレートを管形状に曲げ、その際、２つの側面が互いに対して配置され、
−管を形成するように溶接プロセスにおいて前記２つの側面を互いに固定し、
−リング状セクションを管から分離し、
−駆動ベルト用のフレキシブルリングを形成するようにリング状管セクションを処理し、この処理は、冷間圧延プロセスにおいてリング状管セクションを延伸させ、冷間圧延の加工硬化効果を除去するためにフレキシブルリングを焼きなましし、硬化および／または窒化熱処理においてその耐摩耗性および耐疲労性を高める、
主プロセスステップを有する。

本開示によれば、レーザビームによって鋼基礎材料のプレート、管セクションおよび／またはフレキシブルリングの主面または側縁部をクリーニングするプロセスステップ、いわゆるレーザクリーニングが、その全体的な製造方法に導入される。実際には、水性クリーニング、溶剤クリーニング、空気またはＣＯ₂を用いたガスクリーニング、および例えばブラシを用いた機械的クリーニングなどから選択されるように、多くのクリーニング方法が利用可能である。概して、これらの前記の公知のクリーニング方法は、鋼基礎材料のプレート、管セクションまたはフレキシブルリングなどの滑らかな金属面をクリーニングする際に等しく有効であることができ、通常、据え付けるために実質的により少ない投資を必要とする。しかしながら、本開示の基礎にある調査およびトライアルにおいて、クリーニング効果が調査および評価されたのみならず、驚くべきことに、最終製品フレキシブルリングの疲労強度との相関もまた見いだすことができた。

原則的に、レーザクリーニングプロセスは、それによって処理、すなわちクリーニングされる材料を溶融させるかまたは材料の表面特性にその他の影響を与えることは意図されていない。しかしながら、この調査は、出願人に対して、レーザクリーニング処理の適用によるマイクロメートルスケールでの表面粗さおよび表面不規則性の減少を明らかにした。その場合、材料の疲労強度が好ましい影響を受ける。さらに、レーザクリーニングは、好適には、フレキシブルリングの窒化熱処理の前に行われる。本開示による全体的な製造方法のこのセットアップにおいて、窒化の間の窒素吸収は、特に、結果として生じる窒化された表面層の均一性および一貫性の観点から改良されることが分かった。これにより、結果として生じる疲労強度もまた、少なくともフレキシブルリング間の疲労強度の一貫性の観点から、好ましい影響を受ける。

さらに、本開示によれば、フレキシブルリングのレーザクリーニングにおけるレーザビームのこのような強度は、好ましくは、高くてもよい。なぜならば、表面（不規則性）の（最小限の）溶融が回避される必要がなく、その疲労強度にとって有利であるとすら考えられるからである。この点で、３０〜６０ＭＷ／ｃｍ²、好適には４０〜５０ＭＷ／ｃｍ²のオーダの強度が最適であることが分かった。

さらに、本開示による製造方法の第１の詳細において、製造方法のレーザクリーニング処理の前に、レーザクリーニングされる表面は、より大きな汚染物を除去するおよび／または表面汚染物の局所的蓄積を拡散させる前処理を受ける。このような前処理は、その後のレーザクリーニングを補助することが分かった。その後のレーザクリーニングでは、クリーニング強度、すなわちレーザ強度は、汚染物の平均レベルに合わせて最適化される。したがって、レーザクリーニングのプロセスステップの有効性を高めるために、ここでは、既に存在する汚染物を基礎材料の主面にわたって機械的手段を使用することによって、理想的には均一な層に少なくとも拡散させることが提案される。したがって、この前記前処理は、基礎材料の主面をクリーニングすることを目的とせず、少なくとも主にそれを目的とするのではなく、むしろ汚染物がこのような主面を横切ってより均一に分布させられるように汚染物を分散させることを目的とする。

上記前処理は、例えば、ワイパ、クロス、ブラシ、（粘着性）ローラまたは基礎材料の主面に軽く接触するのに適したあらゆるその他の手段を使用して行うことができ、機械的な手段は、基礎材料の主面を穏やかにこする。特に、保存または圧延流体、グリースなどの汚染物は、ほとんど均一な厚さおよび／または一貫性の層に比較的容易に拡散される。択一的に、基礎材料の主面に方向付けられた流れ空気またはその他のガスをこのような目的に使用することができる。前処理のこの実施の形態では、レーザクリーニング処理の有効性を高めるために、レーザクリーニング処理の前に基礎材料を対応して冷却または加熱するために、ガスを室温よりも低く冷却するかまたは室温よりも高く加熱することができる。さらに、クリーニングされる表面の熱的または熱分解的な前クリーニング処理を行うことができ、これは、結果として生じる炭素リッチの黒色残留物がその後のレーザクリーニングプロセスにおけるレーザビームの吸収を高める、すなわちレーザクリーニングプロセスの有効性を高めるという付加的な利点を伴う。

さらに、本開示による製造方法の第２の詳細において、レーザクリーニングプロセスにおいてパルスレーザが適用される。パルス化された、すなわちパルスレーザビームを使用することによって、所要の高強度レーザビームを発生するために、より低い（平均）パワー定格を有するレーザを使用することができる。特にこの点で、３０〜１００ナノ秒の継続時間のレーザビームパルスによって好ましいクリーニング結果が得られる。

本開示の上述の基本的な特徴をここで添付の図面を参照しながら例として説明する。

それぞれが、互いに重ね合わされた複数のフレキシブルリングによって表された２つのリングセットと、複数の横断エレメントとを備える、公知の駆動ベルトの一部の概略図である。 鋼基礎材料からフレキシブルリングを製造するためのプロセスステップの公知の手順を表す図である。 基礎材料をレーザクリーニングする新規のプロセスステップを概略的に示している。 金属リングをレーザクリーニングする新規のプロセスステップを概略的に示している。 金属リングをレーザクリーニングする新規のプロセスステップの詳細を概略的に示している。 金属リングをレーザクリーニングする新規のプロセスステップの別の詳細を概略的に示している。

図１に部分的に概略的に示された公知の駆動ベルト３は、フレキシブルリング３２と称される、互いに重ね合わされた環状の金属バンドの２つのセット３１と、金属の横断エレメント３３の配列とを有しており、各横断エレメント３３のそれぞれの側面には凹所３４が設けられており、この凹所３４にリングセット３１が配置されている。公知の駆動ベルト３では、横断エレメント３３の配列は、リングセット３１の全周をほぼ連続的に満たしている。変速機における使用中、駆動ベルト３は２つの変速機プーリの間に保持され、ベルト３のリングセット３１は緊張させられ、これにより、横断エレメント３３の列は、リングセット３１によって案内されながら駆動力を一方のプーリから他方のプーリへ伝達することができる。図２は、鋼基礎材料から中間製品フレキシブルリング３２を形成するためのステップを含む、駆動ベルト３のリングセット３１の典型的な製造方法における主プロセスステップを概略的に示している。

第１のプロセスステップＩでは、約０．４ｍｍの厚さを有する鋼基礎材料のプレート１１が円筒状に曲げられ、プレート１１の突き合わされた側面１２が第２のプロセスステップＩＩにおいて互いに溶接され、中空の円筒もしくは管１３を形成する。プロセスの第３のステップＩＩＩにおいて、金属格子を回復させかつ再結晶化させるために、管１３は工業用炉１６において焼きなましされる。その後、第４のプロセスステップＩＶにおいて、リング状セクション１４が、多くの公知の分離手段のうちの１つによって管１３の本体から切断またはその他分離される。例示した例では、管１３は、レーザ切断プロセスにおいてレーザ１９によってリング状セクション１４に切断される。次のステップ、すなわちプロセスステップＶにおいて、リング状の管セクション１４の表面品質および／または形状を改善するために、リング状の管セクション１４の横方向側面もしくはエッジ１５が処理される。例示された例において、エッジ１５の処理は、エッジ溶融プロセスによって行われ、この場合、前記エッジ１５は、レーザ２０などの熱源によって一時的に溶融させられることによって再成形される。このエッジ溶融プロセス自体は、国際公開第２０１２／０８９２２８号より公知である。その後、リング状の管セクション１４は、第６のプロセスステップＶＩにおいて圧延され、延伸させられながらリング状の管セクション１４の厚さを０．２ｍｍ未満、通常は約０．１８５ｍｍにまで減じ、これにより、フレキシブルリング３２を形成する。

次いで、前の圧延プロセス（すなわち第６ステップＶＩ）の加工硬化の効果を除去するために、フレキシブルリング３２は、工業用炉１６においてさらなる焼きなましプロセスステップＶＩＩを受ける。その後、第８のプロセスステップＶＩＩＩにおいて、フレキシブルリング３２は較正され、すなわち、２つの回転するローラの周囲に取り付けられ、前記ローラを高い精度で離反させることによって所定の周長まで伸張させられる。この第８のプロセスステップＶＩＩＩにおいて、フレキシブルリング３２には内部応力分配も課される。その後、フレキシブルリング３２は、２つの別個のプロセスステップ、すなわち、時効またはバルク析出硬化の第９のプロセスステップＩＸと、窒化または表面硬化の第１０のプロセスステップＸとにおいて熱処理される。特に、このような両熱処理は、炉チャンバ１６においてフレキシブルリング３２を加熱することを必要とする。炉チャンバにはプロセスガスが供給される。プロセスガスは、典型的には、リング時効のためには窒素と僅かな、例えば約５体積％の水素とから成り、リング窒化のためには窒素およびアンモニアから成る。いわゆるデュアリングの１つの組み合わされたプロセスステップにおいて同時に時効および窒化の両熱処理を行うことも知られている。

最後に、図２において最後に示された第１１のプロセスステップＸＩにおいて図２にさらに示されているように、このように処理された複数のフレキシブルリング３２を半径方向に積層、すなわち、互いに重ね合わせることによって、リングセット３１が形成される。明らかに、リングセット３１のフレキシブルリング３２は、適切に寸法決めされなければならず、例えば、フレキシブルリング３２が他のフレキシブルリング３２を取り囲んでぴったりとはめ合わされるように、周長が僅かに異なっていなければならない。このために、リングセット３１のフレキシブルリング３２は、典型的には、様々な寸法のフレキシブルリング３２のストックから目的に合わせて選択される。時効および窒化の前記（別個のまたは組み合わされた）熱処理を行う前にリングセット３１を形成することも知られている。

本開示によれば、特に、公知の製造方法に対する改良として、レーザクリーニングＬＡＰのプロセスステップが、公知の製造方法に導入される。図３に概略的に示したように、このようなレーザクリーニングプロセスＬＡＰは、それぞれ第１および第２のプロセスステップＩ，ＩＩにおける基礎材料１１の曲げおよびその後の溶接の前に、基礎材料１１においてかつ基礎材料１１に関して行うことができる。図３に示したように、クリーニングレーザ２１は、基礎材料１１の側面に面しており、基礎材料１１に対して側部から側部へ追跡することができるように配置されている。このクリーニングレーザ２１は、レーザビームを発生する。レーザビームは、基礎材料１１へ方向付けられ、基礎材料１１にレーザスポットＬＳを生じる。このレーザスポットＬＳにおいて、急速な熱膨張、蒸発および／または衝撃波によって基礎材料１１の表面から汚染物が除去される。レーザビームの妨害およびクリーニングされた面の再汚染の可能性を防止するために、今や気化されたおよび／または空中に浮遊する汚染物を除去するために、強制空気流が好ましくは使用される。

クリーニングレーザ２１によって生ぜしめられたレーザビーム、ひいては前記レーザスポットＬＳは、例えばクリーニングレーザ２１のレーザヘッドに組み込まれた回転可能なミラーによって、基礎材料１１に対して、当該基礎材料１１の進行方向Ｄに対して垂直な方向に可動である。この形式において、クリーニングレーザ２１は、基礎材料１１の幅を走査または追跡することができる。

択一的に、レーザクリーニングプロセスＬＡＰがリング状セクション１４またはフレキシブルリング３２のいずれかに関して行われる場合、すなわちレーザ切断のプロセスステップＩＶの後または圧延のプロセスステップＶＩの後にそれぞれ、クリーニングレーザ２１のより単純な固定された配置を使用することができる。この場合、現在市販のレーザは、レーザパワーを超えることなくリング状セクション１４またはフレキシブルリング３２の幅をカバーするレーザスポットＬＳを生ぜしめることができる。クリーニングレーザ２１のこの後者の配列は、第６のプロセスステップＶＩにおけるフレキシブルリング３２の圧延の直後、ひいては第７のプロセスステップＶＩＩにおけるフレキシブルリング３２の焼きなましの前において、フレキシブルリング３２に関して図４に概略的に示されている。

好適には、基礎材料１１、リング状セクション１４またはフレキシブルリング３２のレーザクリーニングの前に、クリーニングされる面は、図４のレーザクリーニングプロセスＬＡＰに関して図５に示したように、例えばブラシ２２またはその他のタイプの拭き取り装置によって拭き取られる。ブラシ２２は、圧延流体などの表面汚染物を前記表面上でより均一に分散させるように機能し、これらの汚染物を完全に除去するのではない。完全に除去することは、この点で拭き取り装置の従来の使用法である。クリーニングされる表面のこのような事前の拭き取りに応答して、レーザクリーニングプロセスＬＡＰのクリーニング効果が高まることが分かった。

図６には、新規のレーザクリーニングプロセスＬＡＰの別の択一的な詳細が示されている。この特定の実施の形態では、クリーニングレーザ２１は、ステップＶの公知のエッジ溶融プロセスのレーザ２０に対して平行に配置されている。クリーニングレーザ２１は、エッジ溶融プロセスのレーザ２０による溶融の前に、リング状の管セクション１４のそれぞれの側縁部１５が処理される、すなわちクリーニングレーザ２１によってクリーニングされるように、配置されている。プロセスステップＶのこの配列によって、側縁部１５の溶融の前に側縁部１５に存在し得る異物が、レーザクリーニングプロセスＬＡＰにおけるクリーニングレーザ２１によって除去される。さもないと、これらの異物は、リング状の管セクション１４の側縁部１５の溶融後にこれが固化したときに当該側縁部１５の材料に埋め込まれる恐れがあり、このことは、最終製品のフレキシブルリング３２の疲労強度にとって極めて有害であり得る。

例示した例では、管１３は、レーザ切断プロセスにおいてレーザ１９によってリング状セクション１４に切断される。次のステップ、すなわちプロセスステップＶにおいて、リング状の管セクション１４の横方向側面もしくはエッジ１５は、その表面品質および／または形状を改善するために処理される。例示された例において、エッジ１５の処理は、エッジ溶融プロセスによって行われ、この場合、前記エッジ１５は、レーザ２０などの熱源によって一時的に溶融させられることによって再成形される。このエッジ溶融プロセス自体は、国際公開第２０１２／０８９２２８号より公知である。

本開示は、前記説明の全ておよび添付図面の全ての詳細に加えて、添付の特許請求の範囲の全ての特徴にも関しかつこれらの特徴を含む。請求項における括弧書きの符号は、請求項の範囲を限定するのではなく、単に、それぞれの特徴の拘束しない例として提供されている。請求項に記載された特徴は、場合によって、任意の製品または任意の方法において別々に適用することができるが、これらの特徴の２つ以上のあらゆる組合せを適用することも可能である。

本開示によって表された発明は、明細書に明示的に言及された実施の形態および／または実施例に限定されるのではなく、その補正、変更および実用的な適用、特に当業者の到達範囲にあるものをも包含する。

Claims (11)

1. 自動車用の無段変速機において使用する駆動ベルト（３）を製造する方法であって、前記駆動ベルト（３）には、少なくとも、無端キャリヤ（３１）と、横断エレメント（３３）とが設けられており、前記無端キャリヤ（３１）には、少なくとも、金属から形成された１つのフレキシブルリング（３２）が設けられており、
   前記方法は、
   基礎材料（１１）を提供するプロセスステップと、
   前記基礎材料（１１）からリング状の部材（１４；３２）を形成するプロセスステップと、
   を少なくとも含む、方法において、
   前記方法は、前記基礎材料（１１）および／または前記リング状の部材（１４，３２）の表面を、規定されたおよび／または規定されていない、構造、テクスチャおよび／またはデザインを当該表面に同時に導入することなしに、レーザ（２１）によってクリーニングするプロセスステップをさらに含むことを特徴とする、自動車用の無段変速機において使用する駆動ベルト（３）を製造する方法。
2. 前記方法は、前記リング状の部材（１４，３２）の縁部（１５）を前記レーザ（２１）によってクリーニングし、その直後に、別のレーザ（２０）による前記リング状の部材（１４，３２）の前記縁部の溶融を行うプロセスステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の製造方法。
3. 前記方法は、前記リング状の部材（１４，３２）の内側または外側を前記レーザ（２１）によってクリーニングし、その直後に、圧延プロセスにおいて前記リング状の部材（１４，３２）を薄くすることまたは長くすることを行うプロセスステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の製造方法。
4. 前記方法は、前記リング状の部材（１４，３２）の表面のクリーニングおよび炉チャンバ（１６）における前記リング状の部材（１４，３２）のガス軟窒化および／または時効硬化のプロセスステップを含むことを特徴とする、請求項１記載の製造方法。
5. 前記リング状の部材（１４，３２）の表面をクリーニングするプロセスステップの完了後、炉チャンバ（１６）における前記リング状の部材（１４，３２）のガス軟窒化および／または時効硬化のプロセスステップの開始前、多数の前記リング状の部材（１４，３２）が、前記リング状の部材（１４，３２）の互いに重ね合わされたセット（３１）を形成するように同心状に重ね合われることを特徴とする、請求項４記載の製造方法。
6. 前記レーザ（２１）は、前記基礎材料（１１）および／または前記リング状の部材（１４，３２）の表面において３０〜６０ＭＷ／ｃｍ²の範囲、好適には４０〜５０ＭＷ／ｃｍ²の範囲の照射強度を実現することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の製造方法。
7. 前記レーザ（２１）は、それぞれ３０〜１００ナノ秒のパルスにおける照射を実現することを特徴とする、請求項６記載の製造方法。
8. レーザ（２１）による前記基礎材料（１１）および／または前記リング状の部材（１４，３２）の表面のクリーニングのプロセスステップと同時に、強制空気流吸込みおよび／または吸込み配列が適用されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の製造方法。
9. レーザ（２１）によって前記基礎材料（１１）および／または前記リング状の部材（１４，３２）の表面をクリーニングするプロセスステップの前に、前記表面は、汚染物が当該表面上により均等に分散させられるように前記汚染物を拡散させるための機械的な手段（２２）を使用して前処理されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載の製造方法。
10. 前記機械的な手段（２２）は、ローラ、ブラシ、ワイパまたはクロスであることを特徴とする、請求項９記載の製造方法。
11. レーザ（２１）によって前記基礎材料（１１）および／または前記リング状の部材（１４，３２）の表面をクリーニングするプロセスステップの前に、前記表面は、熱により前処理されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載の製造方法。

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