KR20090024741A

KR20090024741A - 벨트식 무단 변속기용 시브 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20090024741A
Application number: KR1020087031705A
Authority: KR
Inventors: 고오지 오오바야시; 가즈아끼 오까다; 다로 마쯔까와; 유따까 에또오; 고끼 미즈노; 가즈미찌 쯔꾸다
Original assignee: 아이신에이더블류 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-26
Filing date: 2007-10-24
Publication date: 2009-03-09
Also published as: JP2008106856A; CN101490439B; JP4760664B2; US7988796B2; US20080099107A1; EP2031274B1; WO2008050800A1; EP2031274A1; CN101490439A; EP2031274A4; KR101066345B1

Abstract

본 발명은 벨트식 무단 변속기용 시브 부재(81)를 제조하는 방법이며, 강으로 이루어지는 소재에 단조 가공을 가함으로써 시브면(815)을 갖는 중간체로 성형하는 성형 공정과, 중간체를 침탄 가스 중에 있어서 가열하여 침탄 처리하는 침탄 공정과, 적어도 중간체의 온도가 A1 변태점을 통과할 때까지의 냉각 속도가 20 ℃/초 이하로 되도록 서냉하는 냉각 공정과, 원하는 부분을 고주파 가열한 후에 수냉하는 켄칭 공정과, 연삭 가공을 실시하여 최종 형상으로 하는 마무리 공정을 포함한다. 냉각 공정에서는, 중간체를 덮는 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 서냉하는 감압 서냉을 행하는 것이 바람직하다.

시브 부재, 시브면, 프리 샤프트, 침탄로, 켄칭 유조

Description

벨트식 무단 변속기용 시브 부재 및 그 제조 방법 {SHEAVE MEMBER FOR BELT CONTINUOUSLY VARIABLE TRANSMISSIONS AND METHOD OF MANUFACTURING IT}

본 발명은 벨트식 무단 변속기에 사용되는 시브 부재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어 자동차의 엔진으로부터 구동륜으로 동력을 전달하기 위한 변속 장치로서는, 다수의 기어류를 조합한 유단의 자동 변속기 외에, 소위 벨트식 무단 변속기가 있다. 벨트식 무단 변속기는, 입력측의 풀리와 출력측의 풀리 사이에 벨트를 걸치고, 각 풀리에 있어서의 홈 폭을 변경함으로써 무단계로 변속 가능하게 한 것이다.

각 풀리를 구성하는 부품으로서는, 축부와 이것에 고정된 원뿔형의 시브면을 갖는 부품(고정 시브)과, 상기 축부에 장착되어 축상을 이동하는 원뿔형의 시브면을 갖는 부품(가동 시브)이 있다. 이들 고정 시브 및 가동 시브의 각각을, 적절하게 단순히 CVT 시브라 부른다.

상기 CVT 시브는, 벨트와 마찰 접촉시키기 위한 시브면을 구비하고 있고, 품질 요구로서, 시브면 등의 내마모성과, 치수 정밀도의 고정밀도화가 요구되고 있다. 그로 인해, CVT 시브의 종래 제조 방법은, 원하는 형상으로 성형한 후, 침탄 처리를 위한 가열을 장시간 행한 직후에 켄칭 처리를 행하고, 또한 그 후, 치수 정밀도를 향상시키기 위한 연삭 가공을 행하고 있었다. 또한, 연삭 가공 후에 그 시브면에 숏피닝 처리를 실시하는 예도 있었다(특허 문헌 1 참조).

특허 문헌 1 : 일본특허공개 제2000-130527호 공보

그런데, 종래 CVT 시브의 제조 방법에 있어서는, 상기와 같이 침탄 처리를 장시간 행한 직후에 켄칭을 행하는 소위 침탄 켄칭 처리를 실시하나, 그 켄칭 스텝으로서는, 수냉(water quenching)보다도 왜곡의 발생을 억제 가능한 유냉(oil quenching)을 실시하고 있다. 그러나, 아무리 유냉에 의해 왜곡 발생을 억제하고자 해도, 요구 품질에 합치하는 치수 정밀도를 유지할 수는 없다. 그로 인해, 상술한 바와 같이, 켄칭 후에 연삭 가공을 행하나, 왜곡에 의한 치수 형상의 악화를 연삭에 의해 교정하기 위해서는, 비교적 깊은 범위까지 연삭 마진(grinding margin)을 마련할 필요가 있다. 또한, 그로 인해, 침탄 처리에 있어서는 연삭 후에 있어서도 침탄층이 잔존하도록, 연삭 마진 이상의 깊이까지 침탄층을 형성할 필요가 있어, 매우 긴 침탄 가열 시간을 필요로 한다.

이와 같은 상황으로부터, CVT 시브의 제조를 보다 효율적으로 행하기 위해, 종래와 동등한 치수 정밀도와 경도 특성을 유지하면서 처리 시간의 단축 등을 도모하는 것이 요구되고 있었다.

본 발명은 이러한 종래 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 종래와 동등한 치수 정밀도 및 경도 특성을 유지할 수 있고, 또한 처리 시간을 단축할 수 있는 CVT 시브의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 제1 측면은, 벨트와 마찰 접촉시키기 위한 시브면을 구비한 벨트식 무단 변속기용 시브 부재를 제조하는 방법이며,

강으로 이루어지는 소재에 단조 가공을 가함으로써 상기 시브면을 갖는 중간체로 성형하는 성형 공정과,

상기 중간체를 침탄 가스 중에 있어서 가열하여 침탄 처리하는 침탄 공정과,

상기 침탄 공정을 끝낸 상기 중간체를 냉각하는데 있어서, 상기 중간체에 있어서의 조직이 마텐자이트 변태를 일으키는 속도보다 느린 냉각 속도로 서냉하는 냉각 공정과,

냉각된 상기 중간체의 원하는 부분을 고주파 가열한 후에 수냉하는 켄칭 공정과,

상기 중간체에 연삭 가공을 실시하여 최종 형상으로 하는 마무리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법에 있다.

본 발명의 CVT 시브의 제조 방법은, 상기 침탄 공정에 있어서 침탄 처리를 위한 가열을 행한 후에, 켄칭을 행하지 않고, 상기와 같이, 중간체에 있어서의 조직이 마텐자이트 변태를 일으키는 속도보다 느린 냉각 속도로 서냉하는 냉각 공정을 행한다. 그로 인해, 그 후의 켄칭 공정 전의 상태에 있어서는, 급냉을 행하는 경우에 비해 대폭 왜곡의 발생을 억제할 수 있다.

계속해서, 본 발명에서는, 침탄 공정 후의 상기 중간체의 원하는 부분을 고주파 가열한 후에 수냉한다. 이 켄칭 공정에서는, 부재 전체를 가열하는 것이 아니라, 고주파를 이용하여 켄칭에 의해 강도 향상시키고자 하는 부분만을 급속하게 가열한다. 그리고, 그 후, 수냉에 의해 그 부분을 급냉한다. 수냉을 채용함으로써 냉각 효과를 높일 수 있고, 종래 유냉의 경우보다도 고강도화를 도모할 수 있다. 또한, 종래와 같이 부재 전체를 켄칭 처리하는 경우보다도, 켄칭 처리시의 왜곡의 발생을 대폭 억제할 수 있다. 이와 같은 왜곡 억제 효과와 켄칭 효과의 향상에 의해, 침탄 정도를 가볍게 할 수 있는 동시에, 그 후의 연삭 가공의 연삭 마진을 저감시킬 수도 있다. 또한, 연삭 마진의 저감을 도모한 경우에는, 침탄 공정에 있어서 형성하는 침탄층의 깊이를 저감시키는 것도 가능하다. 그로 인해, 침탄 공정에 있어서의 처리 시간의 단축을 도모하는 것도 가능하게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 종래와 동등한 치수 정밀도를 유지할 수 있고, 또한 처리 시간을 단축할 수 있는 CVT 시브의 제조 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 제2 측면은, 제1 발명의 제조 방법에 의해 제조하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재(CVT 시브)에 있다.

본 발명의 CVT 시브는, 상기와 같이, 단시간 처리에 의해 제작할 수 있어, 비용 저감하는 것이 가능하고, 또한 종래와 같은 경도 특성 및 우수한 치수 정밀도를 겸비한 것으로 할 수 있다.

도1은 제1 실시예에 있어서의, 프라이머리 풀리용의 시브 부재(프리 샤프트)의 구조를 도시하는 설명도이다.

도2는 제1 실시예에 있어서의, 프라이머리 풀리용의 시브 부재(프리 슬라이 딩)의 구조를 도시하는 설명도이다.

도3은 제1 실시예에 있어서의, 세컨더리 풀리용의 시브 부재(세컨드 샤프트)의 구조를 도시하는 설명도이다.

도4는 제1 실시예에 있어서의, 세컨더리 풀리용의 시브 부재(세컨드 슬라이딩)의 구조를 도시하는 설명도이다.

도5는 제1 실시예에 있어서의, 도5의 (a)는 본 발명 공정, 도5의 (b)는 종래 공정을 나타내는 설명도이다.

도6은 제1 실시예에 있어서의, 도6의 (a)는 본 발명 방법의 히트 패턴을 나타내는 설명도, 도6의 (b)는 비교 방법의 히트 패턴을 나타내는 설명도이다.

도7은 제1 실시예에 있어서의, 도7의 (a)는 본 발명 방법을 실시하는 열처리 설비, 도7의 (b)는 비교 방법을 실시하는 침탄 켄칭 설비를 도시하는 설명도이다.

도8은 제1 실험예에 있어서의, 세컨드 샤프트의 시브면의 왜곡 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도9는 제2 실험예에 있어서의, 세컨드 슬라이딩의 시브면의 왜곡 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도10은 제3 실험예에 있어서의, 프리 샤프트의 시브면의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도11은 제4 실험예에 있어서의, 프리 샤프트의 시브면의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도12는 제5 실험예에 있어서의, 세컨드 샤프트의 시브면의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도13은 제6 실험예에 있어서의, 세컨드 샤프트의 샤프트부의 경도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도14는 제7 실험예에 있어서의, 세컨드 샤프트의 시브면의 탄소 농도 측정 결과를 나타내는 설명도이다.

도15는 제1 참고예에 있어서의, 시험 1의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도16은 제1 참고예에 있어서의, 시험 2의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도17은 제1 참고예에 있어서의, 시험 3의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도18은 제1 참고예에 있어서의, 시험 4의 강 부재의 냉각 패턴을 나타내는 설명도이다.

도19는 제2 실시예에 있어서의, 감압 서냉 패턴의 구체예를 나타내는 설명도이다.

본 발명의 제조 방법에 있어서는, 상기와 같이, 냉각 공정에 있어서 중간체에 있어서의 조직이 마텐자이트 변태를 일으키는 속도보다 느린 냉각 속도로 서냉한다. 이에 의해, 마텐자이트 변태라는 상변태에 의한 왜곡의 발생이 일어나는 것을 방지할 수 있다. 이 마텐자이트 변태를 일으키는 속도보다 느린 냉각 속도는 소재의 재질에 따라 좌우되나, 그 구체적 속도는 실험에 의해 구하는 것이 가능하다.

한편, 상기 냉각 공정에서는, 적어도 상기 중간체의 온도가 A1 변태점을 통과할 때까지의 냉각 속도가 20 ℃/초 이하로 되도록 서냉하는 것도 바람직하다. 이 경우에는, 상기 CVT 시브에 적용 가능한 재질의 대부분의 경우에는, 마텐자이트 변태를 억제할 수 있어, 왜곡의 억제 효과를 비교적 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 상기 냉각 공정에서는, 적어도 상기 중간체의 온도가 A1 변태점에 도달할 때까지의 냉각 속도가 10 ℃/초 이하로 되도록 서냉하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우에는, 소위 각 부위에 있어서의 냉각 속도의 변동에 의한 열 왜곡의 발생을 더 억제할 수 있다.

또한, 냉각 속도가 지나치게 느린 경우에는, 냉각 시간이 장시간으로 되어, 생산성의 저하가 일어날 수 있다. 그로 인해, 바람직하게는 상기 냉각 속도는 0.1 ℃/초 이상이 좋고, 더욱 바람직하게는 0.5 ℃/초 이상이 좋다.

따라서, 상기 냉각 속도는 0.1 내지 20 ℃/초의 범위로 하면 바람직하나, 더 바람직하게는 0.5 내지 10 ℃/초의 범위로 하는 것이 좋다.

또한, 상기 냉각 공정에서는, 상기 중간체를 덮는 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 서냉하는 감압 서냉을 행하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는, 상술한 바와 같이, 상기한 서냉을 행하는 냉각 공정을 채용하고, 또한 켄칭 처리로서 고주파 켄칭 공정을 채용함으로써, 종래 침탄 켄칭의 경우보다도 왜곡 발생을 대폭 억제할 수 있으나, 또한 고주파 켄칭 공정 전의 냉각 공정에 있어서, 상기 감압 서냉을 채용하는 것이 가장 바람직하다.

가령 왜곡 억제 효과가 높은 상기 고주파 켄칭 공정을 채용해도, 그 공정 전의 중간체 그 자체가 왜곡되어 있는 경우에는, 그 후의 연삭 마진을 많게 해야만 한다. 물론, 본 발명에서는, 상기 서냉을 행함으로써, 왜곡 발생의 억제를 행할 수 있으나, 시브면 등의 치수 정밀도가 엄격한 부위에 있어서는, 가일층의 왜곡 억제 효과가 요구되고 있다. 이와 같은 가일층의 왜곡 향상책으로서 가장 바람직한 것은, 침탄 공정과 고주파 켄칭 공정 사이에 행하는 상기 냉각 공정에 상기 감압 서냉을 채용하는 것이다.

즉, 상기 냉각 공정에서는, 침탄 공정을 끝낸 고온 상태의 상기 중간체를, 냉각 가스 중에 있어서 냉각하는데 있어서, 상기 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 서냉을 채용하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 냉각 가스를 대기압 상태로 하여 냉각하는 경우에 비해, 중간체의 왜곡의 발생을 보다 한층 억제할 수 있다.

예를 들어, 냉각시에 냉각 가스를 교반하는 경우에는, 냉각 가스를 감압 상태로 함으로써, 대기압 상태의 경우에 비해, 순환하는 냉각 가스의 풍상과 풍하에서의 냉각 속도의 차를 저감시킬 수 있다. 즉, 대기압에서 서냉하는 경우, 대기압 중의 냉각 가스에 피냉각 부재를 접촉시킨 것만으로 열교환이 진행되어 피냉각 부재의 냉각이 개시된다. 이 경우, 적극적인 가스 교반 또는 열에 의한 가스 대류에 의해 풍상과 풍하가 발생하여, 냉각 속도차가 발생한다. 냉각 속도차에 의해 피냉각 부재의 온도차가 발생하여, 열처리 왜곡을 발생한다. 이에 반해, 냉각 가스를 감압 상태로 함으로써, 풍상ㆍ풍하 모두에 있어서, 애당초 열교환 속도가 느려, 냉각 속도차가 발생하기 어렵다. 그로 인해, 냉각 가스를 감압 상태로 하는 감압 서냉을 채용한 경우에는, 비교적 균일하게 냉각이 진행되기 때문에, 열처리 왜곡의 발생이 적다. 또한, 교반을 전혀 하지 않는 경우라도, 감압 상태의 경우에는, 대기압의 경우보다도, 온도가 다른 냉각 가스의 체류에 의한 냉각 속도의 차를 저감시킬 수 있다.

이와 같은 냉각 가스의 감압에 의한 효과를 이용함으로써, 상기 냉각 공정을 실시한 중간체는, 왜곡 발생을 보다 한층 억제할 수 있어, 고정밀도의 치수 정밀도를 유지한 상태로 상기 고주파 켄칭 공정으로 진행할 수 있다. 그리고, 이에 의해, 상술한 고주파 켄칭 공정에 의한 장점을 살려, 켄칭 후의 중간체도 왜곡이 적은 고정밀도의 것으로 할 수 있다.

또한, 상기 냉각 공정의 감압 서냉은, 침탄 공정을 끝낸 고온 상태의 중간체에 대해 행하나, 반드시 냉각 완료까지 감압 상태를 계속할 필요는 없다. 적어도 왜곡 발생에는 거의 영향이 없는 저온 영역으로 들어간 후에는, 상기 감압 서냉이 아닌, 감압 상태를 해제한 대기압에서의 냉각, 혹은 적극적으로 대기압 이상으로 증압한 상태에서의 냉각을 행해도 좋다.

또한, 상기 감압 서냉 중에 있어서도, 감압 조건을 도중에 늦추거나, 교반 조건을 변경하는 것도 가능하다. 오히려, 왜곡 발생의 우려가 감소하는 저온 영역에 있어서는, 냉각 효율을 향상할 수 있는 조건으로 변경하는 것이 공업적으로는 바람직하다.

상기 감압 서냉의 종료 시기는, 중간체의 온도 또는 냉각 시간에 의해 관리하는 것이 가능하다. 그 최적의 조건은, 중간체(CVT 시브)의 재질의 종류, 한번에 처리하는 양, 냉각 가스의 종류, 냉각 가스의 교반 장치의 능력 등에 따라서 변화되므로, 실험에 의해 관리값을 구하고, 그것에 따르는 것이 바람직하다.

상기 감압 서냉의 종료 시기를 온도에 의해 정하는 경우에는, 예를 들어 500℃ 이하의 소정의 온도가 된 시기로 할 수 있다. 적어도 500 ℃까지 왜곡 발생 억제 가능한 조건으로 감압 서냉하면, 상기한 작용 효과를 충분히 발휘할 수 있다.

또한, 상기 냉각 공정은, 감압 상태의 냉각 가스를 교반하지 않아도, 대기압 상태의 경우와 비교하면 왜곡 억제 효과가 높아지나, 더 바람직하게는, 적절한 교반을 행하여, 냉각 가스의 체류를 방지하는 것이 좋다.

즉, 상기 감압 서냉은, 상기 냉각 가스를 교반하면서 행하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 보다 한층 왜곡 억제 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 감압 서냉은, 적어도 냉각에 의한 상기 중간체의 조직 변태가 시작되기 전부터 모든 조직 변태가 완료될 때까지 행하는 것이 바람직하다. 즉, 중간체를 오스테나이트 상태로부터 상온까지 냉각하는 경우에는, 반드시 조직 변태를 수반하나, 그 조직 변태 중에 왜곡이 발생하기 쉽다. 특히, 조직 변태 중의 냉각 조건이 부위에 따라 변동되면, 왜곡이 발생하기 쉬워진다. 그로 인해, 상기 냉각 공정의 기간 중에 중간체의 조직 변태를 완료시키는 것이 바람직하다.

또한, 상기 감압 서냉에 있어서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.65 bar의 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 감압 상태를 0.1 bar 미만으로 하는 데에는 감압 장치가 매우 고가로 된다는 문제가 있다. 한편, 0.65 bar를 초과하는 경우에는, 냉각 가스의 감압에 의한 상기 작용 효과가 적어진다는 문제가 있다.

그로 인해, 상기 감압 서냉에 있어서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.3 bar의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 특히 0.3 bar 이하로 함으로써, 상기한 감압에 의한 효과를 높일 수 있다.

또한, 상기 냉각 공정에서는, 상기 중간체의 온도가 A1 변태점 이하로 된 후에 상기 냉각 가스의 교반 속도를 높이는 조건으로 냉각을 행할 수 있다. 즉, 상기 냉각 공정에 있어서의 감압 서냉은, 감압 상태에서 행하므로, 대기압 이상의 상태에서 행하는 경우보다도 냉각 효율이 저하된다. 그로 인해, 상기 중간체의 온도가 왜곡 발생에 영향을 미치지 않는 A1 변태점 이하의 온도 영역으로 들어간 후에는, 냉각 가스의 교반 속도를 높임으로써 냉각 효율을 조금이라도 향상시킬 수 있다. 가장 용이한 방법으로서는, 냉각 공정의 초기에 있어서는 교반 속도를 0 또는 최저한의 속도로 떨어뜨려 두고, 그 후, 상기 중간체의 온도가 A1 변태점 이하로 된 후에 교반 속도를 높이는 방법이 있다. 이에 의해, 상기 중간체의 온도가 A1 변태점 이하로 된 후에 냉각 능력이 향상되어, 전체의 냉각 시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 교반 속도를 높이는 방법으로서는, 한번에 높이는 방법이라도 좋으나, 서서히 높이는 방법의 쪽이 보다 바람직하다.

또한, 상기 냉각 공정에서는, 상기 중간체의 온도가 A1 변태점 이하로 된 후에 상기 냉각 가스의 압력을 높이는 조건으로 냉각을 행할 수도 있다. 이 경우에 는, 상기 중간체의 온도가 왜곡 발생에 영향을 미치지 않는 A1 변태점 이하의 온도 영역으로 들어간 후, 냉각 가스의 압력 증대에 의해 냉각 속도를 높일 수 있어, 전체의 냉각 시간을 단축할 수 있다. 물론, 상기한 교반 속도를 높이는 방법과 아울러 냉각 가스의 압력을 높이는 방법을 취할 수도 있다.

또한, 이 냉각 공정 중의 압력 증대는, 어디까지나 대기압보다도 낮은 범위에서 행한다. 또한, 압력 증대는 한번에 행해도 좋으나, 서서히 행하는 쪽이 보다 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 냉각 공정을 완료시킨 후에, 대기압 혹은 그것 이상으로 증압하는 것은 문제가 되지 않는다.

또한, 상기 냉각 공정에서는, 상기 냉각 가스로서, 상기 감압 침탄 공정에 있어서의 상기 침탄 가스와 다른 다양한 냉각 가스를 사용할 수 있다. 특히, 상기 냉각 가스는 질소 가스(N₂ 가스)인 것이 바람직하다. 이 경우에는, 중간체의 산화를 억제하면서 냉각할 수 있다.

물론, 상기 냉각 가스로서는, 공지된 다양한 가스를 선택할 수 있다.

또한, 상기 침탄 공정은, 상기 중간체를 감압 상태의 침탄 가스 중에 있어서 침탄 처리하는 감압 침탄 공정인 것이 바람직하다. 이 감압 침탄에서는, 고온의 침탄로의 내부를 감압 상태로 유지하면서 비교적 소량의 침탄 가스에 의해 침탄 처리를 행할 수 있으므로, 종래보다도 효율적으로 침탄 처리를 행할 수 있다.

또한, 상기 침탄 공정은, 상기 중간체를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하는 동시에, 0.001 내지 0.1 bar의 감압 조건 하에서 행하는 것이 바람직하다. 침탄시의 감압이 0.001 bar 미만인 경우에는 진공도 유지를 위해 고가의 설비가 필요하게 된다는 문제가 발생한다. 한편, 0.1 bar를 초과하는 경우에는 침탄 중에 검댕이 발생하여, 침탄 농도 불균일이 생긴다는 문제가 발생할 우려가 있다.

또한, 상기 침탄 가스로서는, 예를 들어 아세틸렌, 프로판, 부탄, 메탄, 에틸렌, 에탄 등을 적용할 수 있다.

또한, 상기 감압 침탄 공정에 있어서는, 통상 침탄보다 표면 농도를 올려, 표층에 철과 탄소의 화합물을 석출시키는 고농도 침탄, 혹은 침탄 처리와 함께 질화 처리도 행하는 침탄질화 처리를 채용하는 것도 가능하다.

또한, 상기 소재는, 질량％에 있어서, C : 0.20 내지 0.45 ％를 함유하는 탄소강인 것이 바람직하다. C 함유량이 0.45 ％를 초과하는 고탄소강의 경우에는, 열처리 전의 절삭 가공의 효율이 나쁘고, 또한 절삭 공구의 수명이 짧다는 문제가 있다. 한편, C 함유량이 0.20 ％ 미만인 경우에는, 침탄층을 형성하지 않는 부분의 강도가 충분히 얻어지지 않는 문제가 있다.

또한, 소재의 재질이 상기 범위인 경우에는, 상기 침탄 공정에 있어서는, 침탄층의 최대의 침탄 농도가, C : 0.5 내지 1.0 질량％로 되도록 행하는 것이 바람직하다. 침탄층의 침탄 농도가 C : 0.5 질량％ 미만인 경우에는, 침탄에 의한 경도 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다는 문제가 있고, 한편 1.0 질량％를 초과하는 경우에는, 재료인 오스테나이트 결정립계에 강도상 유해한 시멘타이트(Fe₃C)가 생성되어, 강도 저하를 초래할 우려가 있다.

또한, 상기 감압 침탄 공정과 상기 감압 서냉 공정을 연속으로 행하는 경우에는, 실제의 설비에서는, 감압 침탄실과 감압 서냉실을 직접 연결할 수 있어, 양자 사이에 감압도를 조정하는 예비실 등을 설치할 필요가 없다. 즉, 상기 감압 침탄 공정과 상기 감압 서냉 공정은, 양쪽 모두 감압 상태에서 행해지므로, 양자 사이의 압력차를 작게 할 수 있다. 그로 인해, 감압 침탄 처리를 끝낸 제품을 상압 상태에 노출시키지 않고 감압 서냉 처리할 수 있어, 왜곡 발생을 억제한 효율이 좋은 처리가 가능하다.

또한, 상기 켄칭 공정에 있어서의 상기 수냉의 냉각 속도는 200 ℃/초 내지 2000 ℃/초인 것이 바람직하다. 냉각 속도가 200 ℃/초보다도 느린 경우에는, 켄칭 효과가 충분히 얻어지지 않을 우려가 있고, 한편 2000 ℃/초를 초과하는 급냉을 실현하는 것은 곤란하다.

(제1 실시예)

본 발명의 실시예에 관한 CVT 시브의 제조 방법 및 얻어진 CVT 시브의 평가 결과(제1 내지 제8 실험예)에 대해, 도1 내지 도15를 사용하여 설명한다.

본 예에서 제작하는 CVT 시브는, 도1 내지 도4에 도시한 바와 같이, 벨트식 무단 변속기에 있어서의 프라이머리 풀리를 구성하는 한 쌍의 시브 부재(CVT 시브)(81, 82)와, 세컨더리 풀리를 구성하는 한 쌍의 시브 부재(CVT 시브)(83, 84)의 합계 4종류이다. 상기 CVT 시브(81, 82)로 이루어지는 프라이머리 풀리에 있어서의 홈부와, 상기 CVT 시브(83, 84)로 이루어지는 세컨더리 풀리에 있어서의 홈부에 벨트를 서로 걸침으로써, 벨트식 무단 변속기의 기본 구조가 구성되게 된다.

CVT 시브(81)는, 도1에 도시한 바와 같이, 샤프트부(810)와 시브부(812)를 일체적으로 갖고 있고, 시브부(812)의 원뿔형의 표면이 시브면(815)이다. 이하, 적절하게, 이 CVT 시브(81)를 프리 샤프트(81)라 한다.

CVT 시브(82)는, 도2에 도시한 바와 같이, 상기 프리 샤프트(81)의 샤프트부(810)에 외측 삽입 가능한 관통 구멍(829)을 형성한 외측 통부(820)와 시브부(822)를 갖고 있고, 시브부(822)의 원뿔형의 표면이 시브면(825)이다. CVT 시브(82)는, 상기 프리 샤프트(81)의 샤프트부(810)에 장착한 상태에서 축방향으로 상대적으로 슬라이드할 수 있도록 조립 부착된다. 이하, 적절하게, 이 CVT 시브(82)를 프리 슬라이딩(82)라 한다.

CVT 시브(83)는, 도3에 도시한 바와 같이, 샤프트부(830)와 시브부(832)를 일체적으로 갖고 있고, 시브부(832)의 원뿔형의 표면이 시브면(835)이다. 이하, 적절하게, 이 CVT 시브(83)를 세컨드 샤프트(83)라 한다.

CVT 시브(84)는, 도4에 도시한 바와 같이, 상기 세컨드 샤프트(83)의 샤프트부(830)에 외측 삽입 가능한 관통 구멍(849)을 형성한 외측 통부(840)와 시브부(842)를 갖고 있고, 시브부(842)의 원뿔형의 표면이 시브면(845)이다. CVT 시브(84)는, 상기 세컨드 샤프트(83)의 샤프트부(830)에 장착한 상태에서 축방향으로 상대적으로 슬라이드할 수 있도록 조립 부착된다. 이하, 적절하게, 이 CVT 시브(84)를 세컨드 슬라이딩(82)라 한다.

또한, 도1 내지 도4에 도시한 바와 같이, 해칭 부분(Y)은, 후술하는 고주파 켄칭 공정에 의해 경화시키는 부분[켄칭 부위(Y)라 함]이다.

상기 4종류의 CVT 시브(81 내지 84)를 제조하는데 있어서, 본 발명의 제조 방법(본 발명 방법) 및 비교를 위한 종래 침탄 켄칭을 사용한 방법(비교 방법)을 실시했다.

본 발명의 방법(본 발명 공정)은, 도5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 주로 스텝 S11 내지 S17의 7개의 스텝을 갖는 것이다.

스텝 S11은, 강으로 이루어지는 소재에 단조 가공을 가함으로써 상기 시브면을 갖는 중간체로 성형하는 성형 공정이고, 상술한 각 CVT 시브(81 내지 84)의 거친 형상을 갖는 중간체(도시 생략)를 얻는 것이다.

스텝 S12는, 상기 중간체에 절삭 가공을 실시하여, 외형 형상을 최종 형상에 가까운 형상까지 가지런히 하는 절삭 공정이다.

스텝 S13은, 상기 중간체를 침탄 가스 중에 있어서 가열하여 침탄 처리하는 침탄 공정이다. 본 예에서는, 후술한 바와 같이, 감압 침탄 처리를 채용했다.

스텝 S14는, 침탄 공정을 끝낸 상기 중간체를 냉각하는데 있어서, 적어도 상기 중간체의 온도가 A1 변태점을 통과할 때까지의 냉각 속도가 20 ℃/초 이하로 되도록 서냉하는 냉각 공정이다. 본 예에서는, 후술한 바와 같이 감압 서냉을 채용했다.

스텝 S15는, 냉각된 상기 중간체의 원하는 부분을 고주파 가열한 후에 수냉하는 켄칭 공정이다.

스텝 S16은, 켄칭 후의 중간체에 템퍼링 처리를 실시하는 템퍼링 공정이다.

스텝 S17은, 상기 중간체에 연삭 가공을 실시하여 최종 형상으로 하는 마무 리 공정이다.

비교를 위한 종래 방법(종래 공정)은, 도5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 주로 스텝 S21 내지 S25의 5개의 스텝을 갖는 것이다.

스텝 S21은, 강으로 이루어지는 소재에 단조 가공을 가함으로써 상기 시브면을 갖는 중간체로 성형하는 성형 공정이고, 거친 형상을 갖는 중간체(도시 생략)를 얻는 것이고, 상기 스텝 S11과 동일하다.

스텝 S22는, 상기 중간체에 절삭 가공을 실시하여, 외형 형상을 최종 형상에 가까운 형상까지 가지런히 하는 절삭 공정으로, 이것도 상기 스텝 S12와 동일하다.

스텝 S23은, 상기 중간체에 대해 종래 일반적인 침탄 켄칭을 행하는 침탄 켄칭 공정이다.

스텝 S24는, 켄칭 후의 중간체에 템퍼링 처리를 실시하는 템퍼링 공정이다.

스텝 S25는, 상기 중간체에 연삭 가공을 실시하여 최종 형상으로 하는 마무리 공정이다.

다음에, 상기 본 발명 공정에 있어서의 상기 스텝 S13 내지 S16까지의 공정과, 종래 공정에 있어서의 스텝 S23, S24의 공정인, 소위 열처리 공정에 대해 더 상세하게 설명한다.

도6의 (a)에는, 본 발명 방법에 있어서의 히트 패턴 A를 나타내고, 도6의 (b)에는, 비교 방법에 있어서의 히트 패턴 B를 나타내어 비교하고 있다. 도6은 횡축에 시간을, 종축에 온도를 취하고, 열처리 중에 있어서의 부재의 온도를 히트 패턴 A, B로 하여 나타낸 것이다.

본 발명 방법은, 도6의 히트 패턴 A로부터 알 수 있는 바와 같이, 우선 감압 침탄 공정(a1)(S13)을 행했다. 감압 침탄 공정(a1)은, 침탄 및 확산 처리로서 950 ℃ × 75분의 처리를 행했으나, 그 때의 침탄실의 압력은 200 ㎩까지 감압하고, 침탄 가스의 종류는 아세틸렌을 사용한다는 조건으로 했다.

감압 침탄 공정(a1) 직후의 냉각 공정(a2)(S15)은, 냉각 가스는 질소(N₂), 감압 상태는 600 h㎩, 노 내에 있어서의 냉각 가스의 교반은 교반 팬의 회전수를 정격의 약 절반으로 행하는 제1 스텝을 40분간 행하고, 그 후, 감압 상태를 800 h㎩까지 늦추는 동시에 교반 팬의 회전수를 정격까지 올려 행하는 제2 스텝을 20분간 행한다는 감압 서냉 조건을 채용하고, 적어도 150 ℃ 이하의 온도로 될 때까지 냉각 속도는 10 ℃/분 이하라는 조건으로 했다.

다음에, 고주파 가열에 의해 중간체의 시브면 등의 켄칭 부위(Y)(도1 내지 도4)를 부분적으로 950 ℃로 가열하고, 그 후 물을 분사하여 수냉한다는 조건으로 켄칭 공정(S16)을 행했다. 고주파 가열의 조건은, CVT 시브의 종류에 의해 켄칭 영역이 약간 다르므로 CVT 시브마다 다른 조건으로 변경했다. 예를 들어 시브면에 관해서는, 프리 샤프트(81)에 대한 조건은 주파수 8.8 ㎑, 설정 전력 200 ㎾, 가열 시간 6.8초라는 조건으로 하고, 프리 슬라이딩(82)에 대한 조건은 주파수 15 ㎑, 설정 전력 150 ㎾, 가열 시간 7.5초라는 조건으로 하고, 세컨드 샤프트(83)에 대한 조건은 주파수 8.8 ㎑, 설정 전력 270 ㎾, 가열 시간 6.0초라는 조건으로 하고, 세컨드 슬라이딩(84)에 대한 조건은 주파수 15 ㎑, 설정 전력 150 ㎾, 가열 시간 5.8 초라는 조건으로 했다. 또한, 프리 슬라이딩(82) 및 세컨드 슬라이딩(84)의 내경측에 관해서는, 프리 슬라이딩(82)에 대한 조건은 주파수 30 ㎑, 설정 전력 60 ㎾, 가열 시간 6.2초라는 조건으로 하고, 세컨드 슬라이딩(84)에 대한 조건은 주파수 30 ㎑, 설정 전력 60 ㎾, 가열 시간 6.7초라는 조건으로 했다.

또한, 150 ℃로 70분 유지한다는 템퍼링 공정(a4)(S17)을 추가했다.

한편, 비교 방법은, 도6의 히트 패턴 B로부터 알 수 있는 바와 같이, 침탄 온도인 950 ℃까지 가열한 후, 그 온도에서 430분간 유지하여 통상의 침탄 공정(b1)을 행하고, 그 후 켄칭 온도인 850 ℃로 유지한 후, 유냉하는 켄칭 공정(b2)을 행한다(S23). 또한, 비교 방법에서는, 유냉시에 부착된 냉각제(오일)를 씻어내는 후공정(b3)과 켄칭 경화층의 인성 확보도 목적으로 한 템퍼링 공정(b4)(S24)을 행했다.

다음에, 본 발명 방법을 실시하기 위한 열처리 설비(5)와, 비교 방법을 실시하기 위한 침탄 켄칭 설비(9)에 대해, 간단하게 설명한다.

도7의 (a)에 도시한 바와 같이, 본 발명 방법을 실시하기 위한 열처리 설비(5)는, 침탄 켄칭 처리 전에 강 부재를 세정하기 위한 전(前) 세정조(51)와, 가열실(521), 감압 침탄실(522) 및 감압 냉각실(523)을 구비한 감압 침탄 서냉 장치(52)와, 고주파 켄칭기(53)와, 결함을 검사하기 위한 자기 탐상 장치(54)를 구비한 것이다.

도7의 (b)에 도시한 바와 같이, 비교 방법을 실시하기 위한 침탄 켄칭 설비(9)는, 침탄 켄칭 처리 전에 강 부재를 세정하기 위한 전 세정조(91)와, 가열ㆍ 침탄ㆍ확산을 행하기 위한 침탄로(921) 및 켄칭 유조(922)를 구비한 장대한 침탄로(92)와, 침탄 켄칭 처리 후에 강 부재를 세정하기 위한 후(後) 세정조(93)와, 템퍼링 처리를 행하기 위한 템퍼링 로(94)를 구비한 것이다.

(제1 실험예)

다음에, 도8에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정 및 종래 공정에 의해 제작한 세컨드 샤프트(83)에 대해 왜곡 발생 상태를 평가했다.

또한, 소재로서는, 본 발명 공정품과 종래 공정품의 양쪽 모두, 아이찌세이꼬오(가부시끼가이샤)제의 SCM420Nb로 했다. 그 화학 성분 조성은 표1에 나타낸다.

도8에는, 본 발명 공정에 관해서는, 침탄 공정(S13) 전, 냉각 공정(S14) 후, 고주파 켄칭 공정(S15) 후, 마무리 공정(S17) 후의 4개의 타이밍에서 왜곡 측정한 결과를, 종래 공정에 관해서는, 침탄 켄칭 공정(S23) 전과 후 및 마무리 공정(S25) 후의 3개의 타이밍에서 왜곡 측정한 결과를 나타냈다.

상기 세컨드 샤프트(83)의 왜곡 측정은, 상술한 도3에 도시한 바와 같이, 시브면(835)에 있어서의 3군데(a₃ 내지 c₃)에 있어서 행했다. 측정 부위 a₃은, 세컨드 샤프트(83)의 축심으로부터의 거리 D₃₁이 60 ㎜인 위치, 측정 부위 b₃은, 상기 축심으로부터의 거리 D₃₂가 98 ㎜인 위치, 측정 부위 c₃은, 상기 축심으로부터의 거리 D₃₃이 135 ㎜인 위치이다. 그리고, 각 측정 부위와, 축방향의 소정의 기준점과의 사이의 거리를 측정하고, 그 거리와 목표값의 차를 산출함으로써 평가했다. 또한, 평가는, 전체 둘레에 있어서의 평균값(AVE)과, 전체 둘레에 있어서의 최대값(MAX)과, 전체 둘레에 있어서의 최소값(MIN)과, 최대값과 최소값의 차(R)에 의해 행했다. 또한, 실험의 수는, n으로서 나타냈다. 또한, 도8의 중간단에는, 상기 측정 결과를 그래프로서 나타냈다.

도8로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 공정의 경우에는, 열처리 공정의 전체 공정을 통해, 그 형상 특성이 안정되어 있고, 적어도 측정 부위 a₃과 측정 부위 c₃의 상대적인 위치 관계는 그다지 변화되지 않는 것을 알 수 있다.

한편, 종래 공정의 경우에는, 침탄 켄칭 전과 침탄 켄칭 후에 있어서 대폭 왜곡 형상이 변화되어 있는 것을 알 수 있다.

이상의 결과로부터, 본 발명 공정을 채용한 경우에는, 열처리 공정에 의해 왜곡이 발생하는 것을 종래보다도 억제하는 것이 가능하고, 열처리 전의 형상을 적절하게 제어하면, 최종의 마무리 공정에서의 연삭 마진을 저감하는 제조 설계도 가능하다고 할 수 있다.

(제2 실험예)

다음에, 도9에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정 및 종래 공정에 의해 제작한 세컨드 슬라이딩(84)에 대해 왜곡 발생 상태를 평가했다.

또한, 소재로서는, 본 발명 공정품과 종래 공정품의 양쪽 모두, 아이찌세이꼬오(가부시끼가이샤)제의 SCM420Nb로 했다.

도9에는, 본 발명 공정에 관해서는, 침탄 공정(S13) 전, 냉각 공정(S14) 후, 고주파 켄칭 공정(S15) 후, 마무리 공정(S17) 후의 4개의 타이밍에서 왜곡 측정한 결과를, 종래 공정에 관해서는, 침탄 켄칭 공정(S23) 전과 후 및 마무리 공정(S25) 후의 3개의 타이밍에서 왜곡 측정한 결과를 나타냈다.

상기 세컨드 슬라이딩(84)의 왜곡 측정은, 상술한 도4에 도시한 바와 같이, 시브면(845)에 있어서의 3군데(a₄ 내지 c₄)에 있어서 행했다. 측정 부위 a₄는, 세컨드 슬라이딩(84)의 축심으로부터의 거리 D₄₁이 55 ㎜인 위치, 측정 부위 b₄는, 상기 축심으로부터의 거리 D₄₂가 98 ㎜인 위치, 측정 부위 c₄는, 상기 축심으로부터의 거리 D₄₃이 135 ㎜인 위치이다. 그리고, 각 측정 부위와, 축방향의 소정의 기준점과의 사이의 거리를 측정하고, 그 거리와 목표값의 차를 산출함으로써 평가했다. 또한, 평가는, 제1 실험예의 경우와 마찬가지로, 전체 둘레에 있어서의 평균값(AVE)과, 전체 둘레에 있어서의 최대값(MAX)과, 전체 둘레에 있어서의 최소값(MIN)과, 최대값과 최소값의 차(R)에 의해 행했다. 또한, 실험의 수는, n으로서 나타냈다. 또한, 도9의 중간단에는, 상기 측정 결과를 그래프로서 나타냈다.

도9로부터 알 수 있는 바와 같이, 제1 실험예의 경우와 마찬가지로, 본 발명 공정의 경우에는, 열처리 공정의 전체 공정을 통해, 그 형상 특성이 안정되어 있고, 적어도 측정 부위 a₄와 측정 부위 c₄의 상대적인 위치 관계는 그다지 변화되지 않는 것을 알 수 있다.

(제3 실험예)

다음에, 도10에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정 및 종래 공정에 의해 제작한 프리 샤프트(81)에 대해, 시브면(815)의 경도 특성을 평가했다.

또한, 소재로서는, 본 발명 공정품과 종래 공정품의 양쪽 모두, 상기와 마찬가지로 아이찌세이꼬오(가부시끼가이샤)제의 SCM420Nb로 했다.

상기 프리 샤프트(81)의 시브면(815)의 경도 측정은, 상술한 도1에 도시한 바와 같이, 측정 부위 b₁에 있어서의 단면에 있어서 압자에 부하하는 가중을 300 gf라는 조건으로 비커스 경도를 측정함으로써 행했다. 측정 부위 b₁은, 프리 샤프트(81)의 축심으로부터의 거리 D₁₂가 98 ㎜인 위치이다. 경도 측정의 결과는 도10에 나타낸다. 도10은 횡축에 표면으로부터의 거리를, 종축에 경도(Hv)를 나타내는 것이다. 그리고, 본 발명 공정의 결과를 부호 E3으로 하고, 종래 공정의 결과를 부호 C3으로서 나타냈다.

도10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 최표면 부근에 있어서는, 켄칭 효과가 높은 고주파 켄칭을 채용한 본 발명 공정의 쪽이 고경도로 되었다. 표면으로부터 2.0 ㎜보다 깊은 부분에 있어서는, 종래 공정의 쪽이 경도가 약간 높았다. 이것은 부품 전체를 켄칭하고 있는 것에 의한 것이라고 생각된다. 결국, 본 발명 공정을 채용해도, 표면 경도의 특성은 전혀 저하되지 않고, 오히려 향상되는 것을 알 수 있다.

(제4 실험예)

다음에, 도11에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정 및 종래 공정에 의해, 다른 재질을 사용하여 제작한 프리 샤프트(81)에 대해, 시브면(815)의 경도 특성을 평가했다.

종래 공정품의 소재는, 상기와 마찬가지로 아이찌세이꼬오(가부시끼가이샤)제의SCM420Nb로 했으나, 본 발명 공정품의 소재는 S30C로 했다.

상기 프리 샤프트(81)의 시브면(815)의 경도 측정은, 제3 실험예의 경우와 동일하다. 경도 측정의 결과는 도11에 나타낸다. 도11은 횡축에 표면으로부터의 거리를, 종축에 경도(Hv)를 나타낸 것이다. 그리고, 본 발명 공정의 결과를 부호 E4로 하고, 종래 공정의 결과를 부호 C4로서 나타냈다.

도11로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실험예에서도, 최표면 부근에 있어서는 켄칭 효과가 높은 고주파 켄칭을 채용한 본 발명 공정의 쪽이 고경도로 되었다. 표면으로부터 2.5 ㎜보다 깊은 부분에 있어서는, 종래 공정의 쪽이 경도가 약간 높았다. 이것은, 부품 전체를 켄칭하고 있는 것에 의한 것이라고 생각된다. 결국, 본 발명 공정을 채용해도, 표면 경도의 특성은 전혀 저하되지 않고, 오히려 향상되는 것을 알 수 있다. 그리고, 이 결과로부터, 비교적 특수한 강인 SCM420Nb를 사용하지 않아도, S30C라는 매우 평범한 탄소강에 의해, 충분히 필요 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.

(제5 실험예)

다음에, 도12에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정 및 종래 공정에 의해 제작한 세컨드 샤프트(83)에 대해, 시브면(835)의 경도 특성을 평가했다.

또한, 소재로서는, 본 발명 공정품과 종래 공정품의 양쪽 모두, 상기 아이찌세이꼬오(가부시끼가이샤)제의 SCM420Nb로 했다.

상기 세컨드 샤프트(83)의 시브면(835)의 경도 측정은, 상술한 제3 실험예와 마찬가지이고, 측정 부위 b₃에 있어서 행했다. 경도 측정의 결과는 도12에 나타낸다. 도12는 횡축에 표면으로부터의 거리를, 종축에 경도(Hv)를 나타낸 것이다. 그리고, 본 발명 공정의 결과를 부호 E5로 하고, 종래 공정의 결과를 부호 C5로서 나타냈다.

도12로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실험예에 있어서도, 최표면 부근에 있어서는, 켄칭 효과가 높은 고주파 켄칭을 채용한 본 발명 공정의 쪽이 고경도로 되었다. 표면으로부터 2.0 ㎜보다 깊은 부분에 있어서는, 종래 공정의 쪽이 경도가 약간 높았다. 이것은, 부품 전체를 켄칭하고 있는 것에 의한 것이라고 생각된다. 결국, 본 발명 공정을 채용해도, 표면 경도의 특성은 전혀 저하되지 않고, 오히려 향상되는 것을 알 수 있다.

(제6 실험예)

다음에, 도13에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정에 의해 제작한 세컨드 샤프트(83)에 대해, 샤프트부(830)의 경도 특성을 평가했다.

또한, 소재로서는, 상기 아이찌세이꼬오(가부시끼가이샤)제의 SCM420Nb로 했다.

상기 세컨드 샤프트(83)의 샤프트부(830)의 경도 측정은, 도3에 도시한 바와 같이, 샤프트부(830)의 외주면에 있어서의 측정 부위 d₃의 위치의 단면에 있어서 행했다. 경도 측정의 결과는 도13에 나타낸다. 도13은 횡축에 표면으로부터의 거리를, 종축에 경도(Hv)를 나타낸 것이다. 그리고, 본 발명 공정의 결과를 부호 E6으로서 나타냈다.

도13으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실험예에 있어서는, 외표면 근방, 및 내표면 근방에 있어서 충분히 경도 향상 효과가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.

(제7 실험예)

다음에, 도14에 나타낸 바와 같이, 상술한 본 발명 공정에 의해 제작한 세컨드 샤프트(83)에 대해, 침탄 공정(S13)의 효과를 평가하기 위해, 시브면(835)의 단면의 탄소 농도를 측정했다. 탄소 농도의 측정은, 구체적으로는 EPMA(전자선 마이크로 아날라이저)를 사용하여 행했다.

상기 세컨드 샤프트(83)의 시브면(835)의 탄소 농도 측정 위치는, 측정 부위 b₃으로 했다. 그 결과를 도14에 나타낸다. 도14는 횡축에 표면으로부터의 거리를, 종축에 탄소 농도(wt％)를 나타낸 것이다. 그리고, 측정 결과는 매끄러운 곡선으로 보정하여 부호 E7로서 나타냈다.

도14로부터 알 수 있는 바와 같이, 최표면 부근에 있어서는, 탄소 농도가 최대0.63 wt％로 되도록 침탄 처리가 충분히 행해지고 있는 것을 알 수 있다.

(제8 실험예)

다음에, 상술한 본 발명 공정 및 종래 공정에 의해 제작한 세컨드 샤프트(83)에 대해, 정적 비틀림 시험을 실시했다.

정적 비틀림 시험은, 세컨드 샤프트(83)의 양단부를 시험기에 의해 파지하고, 양단부로부터 비틀림 응력을 가한다는 일반적인 방법이다. 그리고, 본 예에서는, 비례한도에 있어서의 토크(비례한도 토크)와 파괴시의 토크(파괴 토크)를 측정하고, 평가했다.

측정 결과를 표2에 나타낸다.

표2로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명 공정품은, 비례한도 토크에 있어서 종래 공정품보다도 60 ％나 향상되는 특성이 얻어졌다. 또한, 본 발명 공정품은, 파괴 토크에 있어서도 종래품보다도 13 ％나 향상되는 특성이 얻어졌다.

이상으로부터, 본 발명 공정을 채용한 경우에는, 종래보다도 대폭적인 비틀림 특성의 향상이 얻어지는 것도 알았다.

(제1 참고예)

본 참고예에서는, 제1 실시예에 있어서의 본 발명 공정의 냉각 공정에 있어서 채용 가능한 감압 서냉에 대해 복수 종류의 방법(시험 1 내지 3)을 실시하고, 왜곡의 발생 상황을 파악했다. 또한, 본 참고예에서는, 제1 실시예에 나타낸 CVT 시브(81 내지 84)가 아닌, 냉각 왜곡의 영향이 보다 명확하게 발생할 수 있는 강 부재인 링 기어에 대해 시험을 행한 예를 나타낸다. 본 참고예의 결과는, CVT 시브의 제조 방법에도 적용할 수 있다.

시험 1 :

시험 1에서는, 도15에 나타낸 바와 같이, 상기 강 부재를 오스테나이트화 온도 이상인 950 ℃로 승온하는 침탄 처리를 행한 후에, 강 부재를 150 ℃ 이하까지 냉각한다.

도15는 횡축에 시간, 종축에 온도를 취하고, 강 부재의 온도 이력을 나타낸 것이다(후술하는 도16 내지 도18도 마찬가지임). 상기 열처리는, 도15는 A점 내지 B점의 기간이 열처리의 기간이고, B점 이후가 냉각의 기간이다. 그리고, 시험 1에서는, 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지, 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각을 행했다.

감압 냉각의 조건은, 냉각 가스로서 N₂를 사용하고, 0.3 bar 일정한 감압 상태로 하고, 냉각 가스의 교반을 행하는 조건으로 했다. 교반 속도는 냉각에 사용한 장치에 있어서의 교반 팬을 정격 회전수인 550 rpm으로 일정하게 운전하여 얻어지는 조건으로 했다.

시험 2 :

시험 2에서는, 도16에 나타낸 바와 같이, 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지, 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각을 행했으나, 상세 조건을 시험 1과 다르게 했다. 즉, 감압 냉각의 조건으로서, 냉각 가스로서 N₂를 사용하고, 0.3 bar 일정한 감압 상태로 한 점은 시험 1과 마찬가지이나, 교반 속도의 조건을, 처음에는 교반 팬의 회전수를 250 rpm으로 일정하게 떨어뜨려 운전하고, 그 후, 15분 후(도8의 C점)에 550 rpm으로 일정하게 변경한다는 조건으로 했다. 그 밖에는 시험 1과 마찬가지이다.

시험 3 :

시험 3에서는, 도17에 나타낸 바와 같이, 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지, 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태에서 냉각하는 감압 냉각을 행했으나, 상세 조건을 시험 1과 다르게 했다. 즉, 감압 냉각의 조건으로서, 냉각 가스로서 N₂를 사용하고, 그 감압 상태를 0.65 bar 일정하게 했다. 그 후, 처음에는 냉각 가스의 교반을 행하지 않고, 그 후, 15분 후(도9의 C점)에 550 rpm으로 일정하게 변경한다는 조건으로 했다. 그 밖에는 시험 1과 마찬가지이다.

시험 4(비교시험) :

시험 4에서는, 도18에 나타낸 바와 같이, 강 부재의 냉각 개시로부터 냉각 완료까지, 냉각 가스를 대기압인 상태로 냉각했다. 즉, 냉각 조건은, 냉각 가스의 압력은 1.0 bar(대기압)로 일정하게 하고, 교반 조건은, 교반 팬의 회전수를 정격보다 떨어뜨린 250 rpm으로 일정하게 했다. 냉각 전의 열처리 조건은 시험 1과 마찬가지이다.

다음에, 상기한 시험 1 내지 3과 시험 4의 냉각 방법에 의해 복수의 강 부재인 링 기어를 처리하고, 그 치수를 측정함으로써 왜곡 발생량을 비교했다.

왜곡은, 링 형상의 본체부의 내주면에 설치한 기어 플랭크의 골 부분에 접촉하도록 소정의 직경의 강구(鋼球)를 배치하고, 대향하는 강구끼리의 내경 치수(BBD)를 측정하여 얻어진 치수에 의해 평가했다.

그 결과, 시험 1 내지 3의 경우에는, 어떠한 경우에도 BBD로부터 알 수 있는 타원 상태가, 시험 4(비교 시험)보다도 작아, 왜곡 억제 효과가 매우 높았다.

(제2 실시예)

본 예에서는, 도19에 나타낸 바와 같이, 제1 실시예에 있어서 나타낸 감압 서냉 공정(a2)으로서 채용 가능한 감압 서냉 패턴에 대한 다른 예를 구체적으로 설명한다.

도19는 횡축에 시간을 취하고, 제1 종축에 냉각 팬의 회전수(a)를, 제2 종축에 피처리재의 온도(b)를, 제3 종축에 냉각 가스의 압력(c)을 취한 것이다.

도19로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 예에서는, 최초의 제1 냉각 스텝 P31의 동안은, 냉각 팬의 회전수를 낮게 설정하는 동시에, 냉각 가스압을 대기압보다도 충분히 낮은 감압 상태로 하여 감압 서냉을 행했다.

다음에, 제2 냉각 스텝 P32의 동안은, 냉각 팬의 회전수를 정격보다는 충분히 낮으나 상기 제1 냉각 스텝 P31의 경우보다도 약간 높게 하고, 또한 냉각 가스압도 대기압보다도 낮기는 하나 상기 제1 냉각 스텝 P31의 경우보다도 약간 높은 상태로 설정하여, 제1 냉각 스텝 P31보다는 약간 냉각 능력이 높은 감압 서냉을 행했다. 본 예에서는, 이 제2 냉각 스텝 P32의 동안에 있어서, 피처리재의 온도가 소위 A1 변태점을 맞이하도록 했다.

다음에, 제3 냉각 스텝 P33의 동안은, 냉각 팬의 회전수 및 냉각 가스압을 충분히 높인 급냉 조건으로 했다.

이상과 같이, 최초의 피처리재가 가장 고온 상태에 있는 제1 냉각 스텝 P31에서는, 냉각 가스의 압력 및 순환 속도(냉각 팬의 회전수)를 낮게 하는 감압 서냉을 행함으로써, 냉각 왜곡의 발생을 확실하게 억제할 수 있다. 다음에, 어느 정도 피처리재의 냉각이 진행된 제2 냉각 스텝 P32에서는, 냉각 왜곡의 발생의 가능성이 저하되어 있으므로, 약간 냉각 능력을 높이기는 하나, 강의 A1 변태점을 초과할 때의 조직 변태에 수반하는 왜곡 발생을 억제하기 위해, 감압 서냉 조건은 유지한다. 이에 의해, A1 변태점을 초과할 때의 왜곡 발생을 최대한 억제할 수 있다. 그 후, 제3 냉각 스텝 P33에서는, 냉각 가스의 압력 및 순환 속도를 높임으로써 냉각 능력을 최대로 할 수 있다.

Claims

벨트와 마찰 접촉시키기 위한 시브면을 구비한 벨트식 무단 변속기용 시브 부재를 제조하는 방법이며,

강으로 이루어지는 소재에 단조 가공을 가함으로써 상기 시브면을 갖는 중간체로 성형하는 성형 공정과,

상기 중간체를 침탄 가스 중에 있어서 가열하여 침탄 처리하는 침탄 공정과,

상기 침탄 공정을 끝낸 상기 중간체를 냉각하는데 있어서, 상기 중간체에 있어서의 조직이 마텐자이트 변태를 일으키는 속도보다 느린 냉각 속도로 서냉하는 냉각 공정과,

냉각된 상기 중간체의 원하는 부분을 고주파 가열한 후에 수냉하는 켄칭 공정과,

상기 중간체에 연삭 가공을 실시하여 최종 형상으로 하는 마무리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 공정에서는, 적어도 상기 중간체의 온도가 A1 변태점을 통과할 때까지의 냉각 속도가 20 ℃/초 이하로 되도록 서냉하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 공정에서는, 적어도 상기 중간체의 온도가 A1 변 태점을 통과할 때까지의 냉각 속도가 10 ℃/초 이하로 되도록 서냉하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 공정에서는, 상기 중간체를 덮는 냉각 가스를 대기압보다도 낮게 감압한 상태로 서냉하는 감압 서냉을 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 감압 서냉은, 상기 냉각 가스를 교반하면서 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 감압 서냉은, 적어도 냉각에 의한 상기 중간체의 조직 변태가 시작되기 전부터 모든 조직 변태가 완료될 때까지 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감압 서냉에 있어서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.65 bar의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 감압 서냉에 있어서의 상기 냉각 가스의 감압 상태는 0.1 bar 내지 0.3 bar의 범위로 하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시 브 부재의 제조 방법.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 공정에서는, 상기 중간체의 온도가 A1 변태점 이하로 된 후에 상기 냉각 가스의 교반 속도를 높이는 조건으로 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 공정에서는, 상기 중간체의 온도가 A1 변태점 이하로 된 후에 상기 냉각 가스의 압력을 높이는 조건으로 냉각을 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 침탄 공정은, 상기 중간체를 감압하의 침탄 가스 중에 있어서 침탄 처리하는 감압 침탄 공정인 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 침탄 공정은, 상기 중간체를 오스테나이트화 온도 이상으로 가열하는 동시에, 0.001 내지 0.1 bar의 감압 조건 하에 있어서 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 소재는, 질량％에 있어서, C : 0.20 내지 0.45 ％를 함유하는 탄소강인 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 침탄 공정에 있어서는, 침탄층의 최대의 침탄 농도가, C : 0.5 내지 1.0 질량％로 되도록 행하는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 켄칭 공정에 있어서의 상기 수냉의 냉각 속도는 200 ℃/초 내지 2000 ℃/초인 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재의 제조 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 벨트식 무단 변속기용 시브 부재.