WO2014033907A1 - 無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機 - Google Patents

無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機 Download PDF

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    • F16G5/00—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section
    • F16G5/16—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section consisting of several parts

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method of an endless metal belt constituting a transmission belt used in a belt type continuously variable transmission mounted on a vehicle, an endless metal belt, and a belt type continuously variable transmission.
  • an endless metal belt that is used in a belt-type continuously variable transmission mounted on a vehicle and transmits driving force includes a plurality of endless metal rings having a circular cross-section and having different circumferential lengths.
  • maraging steel having excellent strength characteristics is known as a material used for endless metal rings.
  • the endless metal ring is subjected to the steps of solution treatment, circumference adjustment (calibration), and aging / nitriding treatment according to the above order after rolling the annular member of the steel strip (for example, see Patent Document 1).
  • the circumference adjustment is an expanding process in which the ring body is stretched slightly over the two rollers facing each other, so that after the machining, residual stresses of tension and compression accumulate inside the ring body. Has been. And if the circumference adjustment (calibration) is performed before the aging / nitriding treatment as in the technique of Patent Document 1, these residual stresses are not released by the subsequent aging / nitriding treatment, so the outer peripheral side of the ring body Different residual stresses are distributed on the inner peripheral side.
  • FIG. 15 is a graph showing a residual stress distribution state of a conventional ring body.
  • This graph shows the X-ray stress of the residual stress from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the ring body by cutting the cross section of the endless metal ring manufactured in the conventional process sequence before and after nitriding. It is the graph measured using the measuring apparatus.
  • the horizontal axis shows the distance ( ⁇ m) from the outer peripheral surface of the ring body, and the vertical axis shows the residual stress (MPa). On the vertical axis, the minus side represents compressive residual stress, and the plus side represents tensile residual stress.
  • the compressive residual stress F0 is accumulated on the outer peripheral side of the ring body and the tensile residual stress G0 is accumulated on the inner peripheral side before nitriding. Then, the compressive residual stress F0 on the outer peripheral side gradually decreases from the outer peripheral surface toward the center and becomes substantially zero near the center, and this time, the tensile residual stress G0 on the inner peripheral side approaches the inner peripheral surface. It tends to increase gradually.
  • a nitrided layer is formed from the outer peripheral surface and inner peripheral surface of the ring body to a predetermined depth (about 30 ⁇ m) by nitriding.
  • compressive residual stresses E0 and D0 are applied in the vicinity of the inner peripheral surface.
  • the nitriding temperature is about 400 to 500 ° C. and not as high as the temperature at which the alloy components are dissolved in the solid solution, the compressive residual stress and the tensile residual stress due to the circumference adjustment (calibration) remain in the ring body. (A0 is applicable).
  • the tensile residual stress on the inner peripheral side accumulated by the original peripheral length adjustment (calibration) at the time when the inner peripheral nitride layer disappears (B0) as compared with the time when the outer peripheral nitride layer disappears (C0).
  • B0 the time when the inner peripheral nitride layer disappears
  • C0 the time when the outer peripheral nitride layer disappears
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the tensile residual stress on the inner peripheral side accumulated by adjusting the peripheral length without adding a new stress relief process step, thereby reducing the fatigue strength. It is an object of the present invention to provide an endless metal belt manufacturing method, an endless metal belt, and a belt-type continuously variable transmission capable of improving the speed.
  • An endless metal belt manufacturing method for solving the above-described problem is a method for manufacturing an endless metal belt used in a belt-type continuously variable transmission, in which a ring body is subjected to circumferential length adjustment processing. Then, a stress removing heat treatment is performed, and an aging / nitriding treatment is performed after the stress removing heat treatment.
  • the stress relief heat treatment is performed after the circumference of the ring body is adjusted, and the aging / nitriding treatment is performed after the stress relief heat treatment, the residual stress (tensile residual stress and The aging / nitriding treatment can be performed in a state in which almost no compressive residual stress) remains. Therefore, nitride layers having a predetermined depth are formed on the outer peripheral side and the inner peripheral side of the ring body in which almost no residual stress (tensile residual stress and compressive residual stress) remains. Therefore, substantially the same compressive residual stress can be applied to the outer peripheral side and the inner peripheral side of the ring body by forming the nitride layer.
  • the magnitude of the compressive residual stress on the outer peripheral surface of the ring body is substantially equal to the magnitude of the compressive residual stress on the inner peripheral surface of the ring body. Further, the magnitude of the tensile residual stress when the nitride layer disappears on the outer peripheral side of the ring body is substantially equal to the magnitude of the tensile residual stress when the nitride layer disappears on the inner peripheral side of the ring body. As a result, when the nitrided layer is eliminated on the inner peripheral side of the ring body, the weakest portion where the residual tensile stress remains more than other portions is not formed.
  • the tensile residual stress accumulated by the aging / nitriding treatment is substantially reduced in the plate thickness direction of the ring body. Uniform and minimal.
  • the circumferential length adjusting process is subsequently performed. Therefore, the residual stress (compressed residual stress and tensile residual stress) due to the rolling process and the residual stress (compressed residual stress) due to the circumferential length adjusting process are performed. And tensile residual stress) can be released simultaneously by a single stress relief heat treatment.
  • various residual stresses accumulated in the ring body until the perimeter adjustment processing can be made substantially zero at the same time by one stress removing heat treatment, so that it is not necessary to add a new stress removing heat treatment step. .
  • the stress relief heat treatment varies depending on the material of the ring body, for example, if the material is maraging steel or precipitation hardening stainless steel, solution treatment is performed, and if the material is austenitic stainless steel, stress relief annealing is performed. If the material is carbon steel (quenched steel), quenching or quenching and tempering are performed.
  • the stress relief heat treatment is performed in a state where a plurality of ring bodies subjected to the circumferential length adjustment process are stacked.
  • the stress relief heat treatment is performed in a state in which a plurality of ring bodies whose peripheral lengths are adjusted are laminated, the rigidity of the entire ring body is increased by laminating, and at the end face of each ring body, the stress relief heat treatment is performed.
  • the occurrence of undulation and deformation can be reduced. Therefore, when used in a belt-type continuously variable transmission, it is possible to reduce interference between the end face in the width direction of the endless metal belt and the element neck, and interference between the end face in the width direction of the endless metal belt and the wall surface of the pulley V groove.
  • the heat treatment furnace can be greatly reduced in size, and the equipment cost and energy cost can be reduced.
  • An endless metal belt which is another aspect of the present invention for solving the above-described problems is manufactured by the endless metal belt manufacturing method described in (1) to (3).
  • the stress load when the nitride layer on the inner peripheral side, which was the weakest part in the past, is eliminated is reduced.
  • the magnitude of the compressive residual stress on the outer peripheral surface of the ring body is substantially equal to the magnitude of the compressive residual stress on the inner peripheral face of the ring body, and the nitride layer is formed on the outer peripheral side of the ring body.
  • the magnitude of the tensile residual stress in the absence of the nitride and the magnitude of the tensile residual stress in the absence of the nitride layer on the inner peripheral side of the ring body are substantially equal.
  • the tensile residual stress accumulated in the ring body can be substantially uniform and minimized in the plate thickness direction of the ring body, and the compressive residual stress can be accumulated in a balanced manner on the outer peripheral side and inner peripheral side of the ring body. Can further improve the fatigue life.
  • a belt-type continuously variable transmission according to another aspect of the present invention for solving the above-described problems is characterized by incorporating the endless metal belt described in (4) or (5).
  • a continuously variable transmission having a long fatigue life can be provided at low cost by reducing the stress amplitude during use applied to the endless metal belt.
  • the manufacturing method of an endless metal belt and an endless metal which can reduce the tensile residual stress of the inner peripheral side accumulate
  • a belt and a belt-type continuously variable transmission can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a belt type continuously variable transmission according to the present invention. It is a perspective view showing the circumferential direction part of endless metal belt used for the belt type continuously variable transmission shown in FIG. It is a perspective view showing a part of endless metal ring which comprises the endless metal belt shown in FIG. It is a 1st manufacturing-process figure of the endless metal belt in this invention. It is a 2nd manufacturing-process figure of the endless metal belt in this invention. It is process drawing which compared the manufacturing process of an endless metal belt. It is a perspective view of the ring body which carried out stress relief heat processing by the 1st manufacturing process. It is a perspective view of the ring body which carried out stress relief heat processing by the 2nd manufacturing process.
  • FIG. 10 is a top view of the laminated ring body shown in FIG. 9. It is a graph showing the residual stress distribution state of the ring body in this invention. It is a graph showing the difference of the residual stress distribution state of the ring body in the past and this invention. It is a graph showing the end face run-out amount of the ring body subjected to stress relief heat treatment. It is a graph showing the fatigue life of an endless metal belt. It is a graph showing the residual stress distribution state of the conventional ring body.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of a belt type continuously variable transmission according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a part in the circumferential direction of an endless metal belt used in the belt type continuously variable transmission shown in FIG.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a part of an endless metal ring constituting the endless metal belt shown in FIG.
  • the belt type continuously variable transmission 100 is provided integrally with an input shaft J1 connected to a drive source, an output shaft J2 connected to wheels, and the input shaft J1 and the output shaft J2.
  • the driving pulley P1 and the driven pulley P2 have a variable V groove width, and the transmission belt 10 is wound around the V grooves of the driving pulley P1 and the driven pulley P2 to transmit the driving force.
  • V groove width of the drive pulley P1 and the driven pulley P2 By changing the V groove width of the drive pulley P1 and the driven pulley P2, the winding diameter of the transmission belt 10 is changed, and the relative rotational speed ratio (V / W) between the input shaft J1 and the output shaft J2 is continuously increased. It is a device that changes automatically.
  • the transmission belt 10 includes two sets of endless metal belts 13 in which a plurality of endless metal rings 12 having different circumferential lengths are stacked in close contact with each other in the thickness direction, and both endless metal belts 13, 13. And a plurality of metal elements 11 composed of plate-like bodies that are connected in a ring shape in the circumferential direction.
  • FIG. 2 shows a state in which three endless metal rings 12 are stacked.
  • the number of endless metal rings 12 is not limited to this. For example, nine endless metal rings 12 may be twelve. But you can.
  • belt holding grooves 114 are formed substantially horizontally, leaving a central neck.
  • the lower end of the belt holding groove 114 forms a saddle portion 112 with which the inner peripheral surface of the endless metal belt 13 abuts.
  • An inclined surface inclined downward inward from the end surface in the width direction of the saddle portion 112 is a drive transmission portion 113 that transmits a driving force by frictional contact with the V groove wall surfaces of the drive pulley P1 and the driven pulley P2.
  • the metal element 11 transmits driving force by pushing the metal element 11 on the front side in the rotation direction by the metal element 11 on the rear side in the rotation direction.
  • a convex portion 115 is formed on the upper front surface of the neck portion, and is fitted into a concave portion (not shown) formed on the upper rear surface to prevent positional deviation between the continuous metal elements 11.
  • a steel material excellent in wear resistance for example, carbon tool steel (SK material) can be used.
  • the outer peripheral surface 121 and the inner peripheral surface 122 of the endless metal ring 12 are formed with a crowning shape in which the central portion is slightly curved upward in the cross section.
  • the radius of the crowning is, for example, about 800 mm.
  • the laminated state can be easily maintained by crowning.
  • the end surface 123 in the width direction of the endless metal ring 12 is formed in a smooth shape.
  • the width direction end surface 123 is formed when removing burrs or the like when cut from the cylindrical body by barrel polishing or the like.
  • the plate thickness t of the endless metal ring 12 is substantially constant, and can be, for example, about 180 to 190 ⁇ m.
  • the material of the endless metal ring 12 is maraging steel, which always includes iron, nickel, and molybdenum, and is appropriately added with cobalt, titanium, aluminum, or the like as necessary.
  • the nickel content in the maraging steel is not limited to 18 to 19% by weight, but may be about 20 to 25% by weight.
  • the molybdenum content is preferably at least 3% by weight.
  • the endless metal belt manufacturing method in the present embodiment includes a method including a first manufacturing process and a method including a second manufacturing process.
  • the first manufacturing process diagram First, the first manufacturing process diagram will be described.
  • the 1st manufacturing-process figure of the endless metal belt in this invention is shown.
  • the first manufacturing process of the endless metal belt includes (a) a cylindrical body forming process, (b) a joining process, (c) a solution forming 1 (annealing) process, and (d) a ring cutting.
  • the cylindrical body forming step is a step of forming the cylindrical body 1 having a predetermined length in the axial direction and opened in the axial direction.
  • the strip-shaped maraging steel plate Z is unwound from the coil, cut into a sheet material ZS of a predetermined size, and then bent so as to abut each other.
  • the thickness of the cylindrical body 1 is about 0.4 to 0.5 mm, and the diameter is about 100 to 200 mm.
  • the joining step is a step of joining the end portions in a state where the end portions of the cylindrical body 1 are butted together.
  • the joining method include a welding method in which the end portion is melted by plasma welding, laser welding, or the like, and a method in which an end oxide film is removed to perform diffusion joining.
  • the plasma welding method is applied.
  • the welding device 2 is opposed to the abutting portion 14 of the cylindrical body 1, and the nozzle of the cylindrical body 1 or the welding device 2 is moved in the axial direction (direction of arrow F) to perform butt welding.
  • the weld 21 is formed so as to penetrate from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the cylindrical body 1. If sinking occurs at the boundary between the welded part 21 and the base material part 22, it causes a decrease in strength. Therefore, welding conditions (spot diameter, nozzle distance, welding speed, etc.) that do not cause sinking are selected.
  • the solution treatment 1 (annealing) step is a step of homogenizing the hardness that is partially hardened during the welding process to the cylindrical body 1 in order to perform substantially uniform rolling in the subsequent rolling step.
  • the welded cylindrical body 1 is placed on a mesh belt or the like in an axial state, and is transported through a heat treatment furnace to perform a first solution treatment.
  • a treatment is performed in which the alloy component of the cylindrical body 1 is heated to a temperature higher than the temperature at which it dissolves in the solid solution and held for a necessary time, and then cooled. Note that this step can be omitted if the hardness of the welded portion is such that the hardness is such that substantially uniform rolling is possible in the subsequent rolling step.
  • the ring cutting step is a step of forming the plurality of annular members 3 by cutting the cylindrical body 1 having a uniform hardness in a direction perpendicular to the axial direction for each predetermined length in the axial direction.
  • the cutting method there are a mechanical cutting method in which the cutting edge of the cutter is cut in the circumferential direction in order and a thermal cutting method in which the cutting is performed using a laser or the like. Concavities and convexities such as burrs generated in the cut portion cause stress concentration during use, and are therefore removed by barrel polishing or the like and the surface is smoothed.
  • the rolling step is a step of rolling the polished annular member 3 to a thickness that can be used as the endless metal ring 12.
  • the annular member 3 is stretched between two rollers facing each other, and a third roller is provided to sandwich the annular member 3 against one of the rollers, and the annular member 3 is moved in the circumferential direction.
  • the circumference of the rolled ring body 4 is about 600 to 700 mm.
  • the peripheral length adjusting step is a step of adjusting the rolled ring body 4 to a predetermined peripheral length determined for each stacking order in stacking a plurality of endless metal rings 12 to form an endless metal belt 13. It is.
  • the circumferential length adjusting method for example, there is a roller adjusting method in which the ring body 4 is stretched between two opposing rollers, and tension is applied while measuring the distance between the one roller and the other roller. The error after adjusting the circumference is managed to be about a dozen ⁇ m so that the ring bodies 4 can be stacked in close contact.
  • the solution treatment step 2 recrystallizes the metal structure in the ring body after adjusting the circumference to restore the crystal structure of the metal structure deformed by the rolling process and the circumference adjustment process, thereby reducing the processing strain and internal stress ( (Including residual stress).
  • the ring body after adjustment of the circumferential length is locked to the transport jig in the axial direction, and transported through the heat treatment furnace to perform the second solution treatment.
  • a treatment is performed in which the alloy component of the ring body is heated to a temperature higher than the temperature at which it dissolves in the solid solution and held for a necessary time, and then cooled.
  • the heating temperature is about 820 ° C. and the holding time is about 2 minutes.
  • an alloy element is deposited by aging treatment to ensure a predetermined hardness with respect to the ring body after adjustment of the circumference subjected to the second solution treatment, and the ring body is obtained by nitriding treatment.
  • a nitride layer having a predetermined depth is formed on the surface side to apply compressive residual stress.
  • Aging and nitriding treatment is performed in a continuous furnace, but in particular, multiple ring bodies are locked to a special transport jig that can be arranged with a gap in the axial direction so that the nitriding gas can be evenly diffused on the ring body surface. And let it pass through a continuous furnace. The heat treatment history of each ring body is managed so that it can be confirmed later.
  • the ring body (endless metal ring 12) subjected to the aging and nitriding treatment is selected from the inner peripheral side toward the outer peripheral side, and the endless metal belt 13 is superposed by selecting ones whose peripheral length increases from the inner peripheral side to the outer peripheral side.
  • the endless metal ring 12 constituting the endless metal belt 13 is not in close contact with each other when used as the transmission belt 10 of the belt type continuously variable transmission 100, the endless metal ring 12 receives the stress applied during use evenly. I can't. Therefore, the endless metal rings 12 are laminated so as to be in close contact with each other over the entire circumference.
  • FIG. 5 shows a process chart comparing the manufacturing process of the endless metal belt.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a ring body subjected to stress relief heat treatment in the first manufacturing process.
  • FIG. 8 is a perspective view of the ring body subjected to the stress relief heat treatment in the second manufacturing process.
  • FIG. 13 is a graph showing the end face runout amount of the ring body subjected to stress relief heat treatment.
  • the second manufacturing process of the endless metal belt includes (a) a cylindrical body forming process, (b) a joining process, (c) a solution forming 1 (annealing) process, and (d) a ring cutting. (E) rolling step, (f) circumference adjustment step, (g) laminating step, (h) solution treatment 2 step, (i) aging / nitriding treatment step, (a) to (i) in order To do.
  • the difference between the first manufacturing process and the second manufacturing process is that, as shown in FIG. No. 1 manufacturing process) or the ring body stacking process is performed after adjusting the circumference (second manufacturing process). Since the contents of the steps (a) to (i) have been described in the first manufacturing process, they are omitted here.
  • the ring body is subjected to stress relief heat treatment alone.
  • the ring body 5 having a flat end face after adjustment is changed to a ring body 6 whose end face has been subjected to swell and deformation during stress relief heat treatment.
  • FIG. 6 (c) in the second manufacturing process, a plurality of ring bodies subjected to rolling and circumference adjustment are stacked so that the ring bodies are brought into close contact with each other and the overall rigidity is increased.
  • the stress relief heat treatment can be performed with an increase. Therefore, as shown in FIG.
  • the laminated ring body 7 after adjusting the circumference can be a ring body 8 that is less susceptible to undulation and deformation during stress-relieving heat treatment on the end face.
  • the end face runout amount of the stress-removed heat-treated ring body is 0.1 to 0.
  • the thickness of the ring body subjected to stress-removing heat treatment is about 0.05 to 0.13 mm when the lamination process is performed (invention step 2: second manufacturing step), and the stress is about 0.05 to 0.13 mm. Swelling and deformation during removal heat treatment were greatly reduced.
  • FIG. 9 is a perspective view of a conveying jig that conveys the laminated ring body when the aging / nitriding treatment is performed in the second manufacturing process.
  • FIG. 10 shows a top view of the laminated ring body shown in FIG.
  • the transport jig 80 that locks and transports the laminated ring body 7 has the axes C1, C2, and C3 standing in the vertical direction.
  • the first support roller 81, the second support roller 82, the third support roller 83, the rectangular support base 84 that pivotally supports the lower end of each support roller, and the support base 84 are arranged in the transport direction.
  • the transport rack 85 is provided.
  • the first support roller 81 has a cylindrical surface 812 that comes into contact with the outer peripheral surface of the laminated ring body 7 and a flange portion 811 that comes into contact with the end face of the laminated ring body 7.
  • a plurality of flange portions 811 are formed at predetermined intervals in the axial direction.
  • the second support roller 82 is erected so as to face the first support roller 81 so as to clamp the laminated ring body 7 from the inner peripheral side.
  • the second support roller 82 has a cylindrical surface 822 that contacts the inner peripheral surface of the laminated ring body 7.
  • the third support roller 83 has a cylindrical surface 832 that stands upright at a position symmetrical to the second support roller 82 with respect to the axis of the laminated ring body 7 and abuts against the inner peripheral surface of the laminated ring body 7. .
  • the third support roller 83 has the same number of flanges 831 as the flanges 811 of the first support roller 81 at the same height.
  • the diameter of the cylindrical surface 832 of the third support roller 83 is smaller than the diameter of the cylindrical surfaces 812 and 822 of the first support roller 81 and the second support roller 82.
  • a gear 814 is formed at the lower end of the first support roller 81 and meshes with the straight teeth 851 of the transport rack 85.
  • a gear 824 is formed at the lower end of the second support roller 82 and meshes with the gear 814.
  • the first support roller 81 rotates in the direction of the arrow g
  • the second support roller 82 moves in the direction of the arrow h.
  • the laminated ring body 7 sandwiched between the first support roller 81 and the second support roller 82 rotates in the direction of arrow i according to the rotation of the first support roller 81 and the second support roller 82.
  • the third support roller 83 rotates in the direction of arrow j as it rotates in the direction of arrow i of the laminated ring body 7.
  • the laminated ring body 7 is disposed between the laminated ring bodies in the vicinity of the side opposite to the side sandwiched between the first support roller 81 and the second support roller 82 (third support roller 83).
  • a gap S is formed.
  • the position of the gap S moves in the circumferential direction of the laminated ring body 7 as the support base 84 moves in the transport direction (the direction of the arrow K). Therefore, the nitriding gas can be uniformly diffused in each of the laminated ring bodies 7 as the transport jig moves.
  • FIG. 11 the graph showing the residual stress distribution state of the ring body in this invention is shown.
  • FIG. 12 the graph showing the difference of the residual stress distribution state of the ring body in the past and this invention is shown.
  • FIG. 14 the graph showing the fatigue life of an endless metal belt is shown.
  • the alloy component ratio (% by weight) of maraging steel is about 17 to 19% for nickel (Ni), about 7 to 13% for cobalt (Co), about 3.5 to 4.5% for molybdenum (Mo), Titanium (Ti) is about 0.3 to 1.0%, aluminum (Al) is about 0.05 to 0.15%, and carbon (C) is 0.03% or less.
  • the graph shown in FIG. 11 shows the residual stress from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the ring body by cutting the cross section of the endless metal ring manufactured by the manufacturing method of the present invention before and after the nitriding treatment.
  • the horizontal axis shows the distance ( ⁇ m) from the outer peripheral surface of the ring body, and the vertical axis shows the residual stress (MPa).
  • MPa residual stress
  • the minus side represents compressive residual stress
  • the plus side represents tensile residual stress.
  • the reason why the residual stress can be made substantially zero from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the ring body is that the stress removal heat treatment (solution treatment 2) is performed before nitriding, This is because the crystal structure of the metal structure deformed by the perimeter adjustment processing can be restored and the processing strain and internal stress (including residual stress) can be removed almost completely.
  • a nitrided layer is formed from the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the ring body to a predetermined depth (about 30 to 40 ⁇ m) by the nitriding treatment. It can be seen that substantially the same compressive residual stresses E and D are applied in the vicinity of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface due to the formation. Further, it can be seen that the tensile residual stress A near the center of the plate thickness is substantially uniform with little variation in the plate thickness direction. As a result, the tensile residual stress value (C) when the outer peripheral nitride layer disappears and the tensile residual stress value (B) when the inner peripheral nitride layer disappears are approximately the same.
  • the graph shown in FIG. 12 shows the endless metal rings manufactured by the conventional manufacturing method and the manufacturing method of the present invention, after nitriding, respectively, by cutting the cross section and from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the ring body. It is the graph which measured the residual stress using the X-ray stress measuring device.
  • the horizontal axis shows the distance ( ⁇ m) from the outer peripheral surface of the ring body, and the vertical axis shows the residual stress (MPa). On the vertical axis, the minus side represents compressive residual stress, and the plus side represents tensile residual stress.
  • the ring body of the present invention decreases by about 180 MPa substantially in parallel with the arrow P direction than the conventional ring body. Comparing the difference in compressive residual stress between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface, in the conventional ring body, the value of the inner peripheral surface is about 300 MPa less than the value of the outer peripheral surface, and the difference in compressive residual stress between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface is On the other hand, in the ring body of the present invention, the difference in compressive residual stress between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface is substantially zero only by the value of the inner peripheral surface being about 15 MPa less than the value of the outer peripheral surface. .
  • the ring body of the present invention decreases by about 150 MPa substantially parallel to the arrow Q direction than the conventional ring body.
  • the compressive residual stress on the outer peripheral side and the inner peripheral side is substantially the same level, and the tensile residual stress when the nitrided layer on the inner peripheral side is eliminated is significantly larger than that of the conventional ring body. Decreased.
  • the stress relief heat treatment (solution treatment 2) is performed before the nitriding treatment. For this reason, it is possible to recover the crystal structure of the metal structure deformed by rolling and circumference adjustment processing and remove processing strain and internal stress (including residual stress) almost completely before nitriding.
  • the residual stress could be made substantially zero from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the ring body.
  • the residual stress is made substantially zero from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the ring body, and by performing nitriding treatment, substantially the same compressive residual stress is applied in the vicinity of the outer peripheral side and inner peripheral side surfaces. .
  • the tensile residual stress near the center of the plate thickness is substantially uniform with little variation in the plate thickness direction.
  • the value of the tensile residual stress when the nitrided layer on the outer peripheral side disappears and the value of the tensile residual stress when the nitrided layer on the inner peripheral side disappears are substantially the same, and the endless metal belt is belt-type stepless.
  • the location of the weakest part where the stress amplitude is locally increased and fatigue fracture is greatly reduced.
  • the residual stress is made substantially zero from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the ring body by stress removing heat treatment (solution treatment 2), and then nitriding is performed. It is not necessary to add the tensile residual stress accumulated by the peripheral length adjusting process, and uniform and minimal tensile residual stress can be realized.
  • the nitride layer is formed after the residual stress of the ring body is made substantially zero before the nitriding treatment, substantially the same compressive residual stress is applied in the vicinity of the outer peripheral side and the inner peripheral side surface, and This makes it possible to achieve uniform and minimal tensile residual stress when the nitrided layer is eliminated.
  • the stress load is significantly larger than that of the conventional ring body. The fatigue life was greatly improved (see FIG. 14).
  • maraging steel is used as the material of the ring body, but the present invention is not limited to this.
  • precipitation hardening stainless steel, austenitic stainless steel, or carbon steel (quenched steel) can be used.
  • solution solution 2 step shown in FIG. 4 or FIG. 5 if precipitation hardening stainless steel is used, solution treatment is performed. If the material is austenitic stainless steel, stress relief annealing is performed and the material is processed. If it is carbon steel (hardened steel), a quenching process or a quenching process and a tempering process are performed.
  • the present invention can be used as a method for manufacturing an endless metal belt constituting a transmission belt used in a belt type continuously variable transmission mounted on a vehicle, an endless metal belt, and a belt type continuously variable transmission.

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Abstract

　ベルト式無段変速機に用いる無端金属ベルトの製造方法であって、リング体を周長調整加工した後に応力除去熱処理を行い、該応力除去熱処理後に時効・窒化処理を行う。

Description

無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機
　本発明は、車両に搭載されるベルト式無段変速機に用いられる伝動ベルトを構成する無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機に関する。
　例えば、車両に搭載されるベルト式無段変速機に用いられ、駆動力を伝達する無端金属ベルトは、横断面が円弧状をなした周長の異なる無端金属リングを、相互に密着させて複数枚（例えば、９枚）積層したものであり、一般に、無端金属リングに用いる材料として、優れた強度特性を有するマルエージング鋼が知られている。また、無端金属リングは、疲労強度を高めるために、帯鋼の環状部材を圧延後に、溶体化処理、周長調整（較正）、時効・窒化処理の各工程を上記順番に従って施工されている（例えば、特許文献１参照）。
特表２００８－５２０４３７号公報
　しかしながら、周長調整（較正）は、リング体を対向する２個のローラに掛け渡して僅かに伸長させるエキスパンド加工であるので、該加工後には、引張及び圧縮の残留応力がリング体内部に蓄積されている。そして、特許文献１の技術のように、時効・窒化処理の前に周長調整（較正）を行うと、これらの残留応力は、後の時効・窒化処理では解放されないので、リング体の外周側と内周側とで異なる残留応力が分布することになる。
　図１５は、従来のリング体の残留応力分布状態を表すグラフである。このグラフは、従来の工程順で製造された無端金属リングについて、窒化処理前と窒化処理後で、横断面を切断して、リング体の外周面から内周面までの残留応力をＸ線応力測定装置を用いて測定したグラフである。横軸に、リング体における外周面からの距離（μｍ）を示し、縦軸に残留応力（ＭＰａ）を示す。縦軸における、マイナス側は圧縮残留応力を表し、プラス側は引張残留応力を表す。上記グラフにおいて、窒化処理前では、リング体の外周側に圧縮残留応力Ｆ０が蓄積され、内周側に引張残留応力Ｇ０が蓄積されていることが分かる。そして、外周側の圧縮残留応力Ｆ０は、外周面から中心付近に向かうに従って徐々に減少して中心付近で略零となり、今度は、内周側の引張残留応力Ｇ０が、内周面に向かうに従って徐々に増加する傾向となっている。
　上記グラフにおいて、窒化処理後では、窒化処理によって、リング体の外周面及び内周面から所定の深さ（約３０μｍ程度）まで窒化層が形成されるので、この窒化層の形成により、外周側及び内周側の表面付近では圧縮残留応力Ｅ０、Ｄ０が付与される。しかし、窒化処理の温度は、４００～５００℃程度で合金成分が固溶体に溶解する温度ほど高くないので、リング体には、周長調整（較正）による圧縮残留応力及び引張残留応力がそのまま残ってしまう（Ａ０が該当）。そのため、外周側の窒化層が無くなるあたり（Ｃ０）に比べて、内周側の窒化層が無くなるあたり（Ｂ０）で、元の周長調整（較正）によって蓄積された内周側の引張残留応力Ｇ０が多く残ってしまう。したがって、引張残留応力が他の部位より多く残っている部分（Ｂ０が相当）は、無段変速機に使用するとき、疲労破壊しやすい最弱部位となることが多い。
　上記引張残留応力を低減するため、無端金属リングの表面にショットピーニング加工を行う方法が知られているが、この方法では新たな応力除去処理工程の追加となり、コスト高となって好ましくない。
　本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、新たに応力除去処理工程を追加することなく、周長調整によって蓄積される内周側の引張残留応力を低減して疲労強度を向上できる無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機を提供することを目的とする。
（１）上記課題を解決するための本発明の一態様である無端金属ベルトの製造方法は、ベルト式無段変速機に用いる無端金属ベルトの製造方法であって、リング体を周長調整加工した後に応力除去熱処理を行い、該応力除去熱処理後に時効・窒化処理を行うことを特徴とする。
　上記態様によれば、リング体を周長調整加工した後に応力除去熱処理を行い、応力除去熱処理後に時効・窒化処理を行うので、リング体には、周長調整加工による残留応力（引張残留応力及び圧縮残留応力）が殆んど残っていない状態で、時効・窒化処理を行うことができる。そのため、残留応力（引張残留応力及び圧縮残留応力）が殆んど残っていない状態のリング体の外周側と内周側に、所定深さの窒化層が形成される。したがって、窒化層の形成によってリング体の外周側と内周側には、略同程度の圧縮残留応力を付与することができる。つまり、リング体の外周面における圧縮残留応力の大きさと、リング体の内周面における圧縮残留応力の大きさとが、略同等になる。また、リング体の外周側で窒化層が無くなるあたりにおける引張残留応力の大きさと、リング体の内周側で窒化層が無くなるあたりにおける引張残留応力の大きさとが、略同等になる。その結果、リング体の内周側で窒化層が無くなるあたりにおいて、引張残留応力が他の部位より多く残る最弱部位を形成することがない。また、リング体には引張残留応力及び圧縮残留応力が殆んど残っていない状態で時効・窒化処理を行うので、時効・窒化処理によって蓄積される引張残留応力をリング体の板厚方向で略均一、かつ、最小限に抑えることができる。
（２）（１）に記載された無端金属ベルトの製造方法において、前記リング体を圧延加工した後に前記周長調整加工を行うことが好ましい。
　上記態様によれば、リング体を圧延加工した後に、引き続いて周長調整加工を行うので、圧延加工による残留応力（圧縮残留応力及び引張残留応力）と周長調整加工による残留応力（圧縮残留応力及び引張残留応力）を、一回の応力除去熱処理によって同時に解放させることができる。つまり、周長調整加工までにリング体に蓄積された種々の残留応力を、一回の応力除去熱処理で同時に略零にすることができるので、応力除去熱処理の工程を新たに追加する必要がない。応力除去熱処理は、リング体の材料によって異なるが、例えば、材料がマルエージング鋼や析出硬化型ステンレス鋼であれば、溶体化処理を行い、材料がオーステナイト系ステンレス鋼であれば、応力除去焼鈍を行い、材料が炭素鋼（焼入れ鋼）であれば、焼入れ処理又は焼入れ処理及び焼戻し処理を行う。
（３）（１）又は（２）に記載された無端金属ベルトの製造方法において、
　前記周長調整加工したリング体を複数枚積層した状態で、前記応力除去熱処理を行うことが好ましい。
　上記態様によれば、周長調整したリング体を複数枚積層した状態で、応力除去熱処理を行うので、積層することでリング体全体の剛性が増し、各リング体の端面において、応力除去熱処理時におけるうねりや変形の発生を低減できる。そのため、ベルト式無段変速機に使用するとき、無端金属ベルトの幅方向端面とエレメント首部との干渉や、無端金属ベルトの幅方向端面とプーリＶ溝壁面との干渉を低減できる。また、リング体を積層して応力除去熱処理することで、熱処理炉を大幅に小型化でき、設備コストやエネルギーコストを低減することができる。
（４）上記課題を解決するための本発明の他の態様である無端金属ベルトは、（１）乃至（３）に記載された無端金属ベルトの製造方法によって製造したことを特徴とする。
　上記態様によれば、周長調整によって蓄積される内周側の引張残留応力を低減して、疲労強度の高い無端金属ベルトを低コストで提供することができる。
（５）（４）に記載された無端金属ベルトにおいて、前記リング体の外周側と内周側に略同程度の残留応力を蓄積したことが好ましい。
　上記態様によれば、リング体の外周側と内周側に略同程度の残留応力を蓄積したので、従来最弱部位であった内周側の窒化層が無くなるあたりでの応力負荷が低減し、疲労寿命を向上できる。より具体的には、リング体の外周面における圧縮残留応力の大きさと、リング体の内周面における圧縮残留応力の大きさとが、略同等になり、かつ、リング体の外周側で窒化層が無くなるあたりにおける引張残留応力の大きさと、リング体の内周側で窒化層が無くなるあたりにおける引張残留応力の大きさとが、略同等になることが、より好ましい。その結果、リング体に蓄積される引張残留応力を、リング体の板厚方向で略均一、かつ、最小限に抑えるとともに、リング体の外周側と内周側に圧縮残留応力をバランスよく蓄積できることによって、疲労寿命をより一層向上できる。
（６）上記課題を解決するための本発明の他の態様であるベルト式無段変速機は、（４）又は（５）に記載された無端金属ベルトを組み込んだことを特徴とする。
　上記態様によれば、無端金属ベルトに掛かる使用時の応力振幅を低減して、疲労寿命が長い無段変速機を低コストで提供できる。
　本発明によれば、新たに応力除去処理工程を追加することなく、周長調整によって蓄積される内周側の引張残留応力を低減して疲労強度を向上できる無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機を提供することができる。
本発明に係るベルト式無段変速機における模式的縦断面図である。 図１に示すベルト式無段変速機に使用する無端金属ベルトの周方向一部を表す斜視図である。 図２に示す無端金属ベルトを構成する無端金属リングの一部を表す斜視図である。 本発明における無端金属ベルトの第１の製造工程図である。 本発明における無端金属ベルトの第２の製造工程図である。 無端金属ベルトの製造工程を比較した工程図である。 第１の製造工程によって応力除去熱処理したリング体の斜視図である。 第２の製造工程によって応力除去熱処理したリング体の斜視図である。 第２の製造工程によって時効・窒化処理する際、積層リング体を搬送する搬送治具の斜視図である。 図９に示す積層リング体の上面図である。 本発明におけるリング体の残留応力分布状態を表すグラフである。 従来と本発明におけるリング体の残留応力分布状態の差異を表すグラフである。 応力除去熱処理したリング体の端面振れ量を表すグラフである。 無端金属ベルトの疲労寿命を表すグラフである。 従来のリング体の残留応力分布状態を表すグラフである。
　次に、本発明に係る無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜ベルト式無段変速機と無端金属ベルトの構造＞
　はじめに、ベルト式無段変速機及びこれに使用する無端金属ベルトの構造について説明する。図１に、本発明に係るベルト式無段変速機における模式的縦断面図を示す。図２に、図１に示すベルト式無段変速機に使用する無端金属ベルトの周方向一部を表す斜視図を示す。図３に、図２に示す無端金属ベルトを構成する無端金属リングの一部を表す斜視図を示す。
　図１に示すように、ベルト式無段変速機１００は、駆動源に連結される入力軸Ｊ１と、車輪に連結される出力軸Ｊ２と、それら入力軸Ｊ１及び出力軸Ｊ２と一体に設けられ、Ｖ溝幅が可変である駆動プーリＰ１及び従動プーリＰ２と、それら駆動プーリＰ１及び従動プーリＰ２のＶ溝に巻き掛けられて駆動力を伝達する伝動ベルト１０を備えている。その駆動プーリＰ１及び従動プーリＰ２のＶ溝幅を変化させることによって、伝動ベルト１０の巻き付け径を変化させて、入力軸Ｊ１と出力軸Ｊ２の相対的な回転速度比（Ｖ／Ｗ）を連続的に変化させる装置である。
　図２に示すように、伝動ベルト１０は、周長の異なる複数枚の無端金属リング１２が板厚方向に密着して積層された２組の無端金属ベルト１３と、両無端金属ベルト１３、１３の周方向に環状に連ねられた板状体からなる複数の金属エレメント１１とを備えている。なお、図２には、簡略化するため、無端金属リング１２を３枚積層した状態を示しているが、無端金属リング１２の積層枚数は、これに限ることなく、例えば、９枚でも１２枚でもよい。
　金属エレメント１１の幅方向両側には、中央の首部を残してベルト保持溝１１４が略水平に形成されている。ベルト保持溝１１４の下端は、無端金属ベルト１３の内周面が当接するサドル部１１２を形成している。サドル部１１２の幅方向端面から下内方に傾斜する傾斜面は、駆動プーリＰ１及び従動プーリＰ２のＶ溝壁面と摩擦接触して駆動力を伝達する駆動伝達部１１３である。金属エレメント１１は、回転方向前側の金属エレメント１１を回転方向後側の金属エレメント１１が押し出すことで、駆動力を伝達している。首部の上方正面には、凸部１１５が形成され、上方背面に形成された図示しない凹部に嵌合して、連続する金属エレメント１１相互の位置ズレを防止している。金属エレメント１１の材質には、耐摩耗性に優れる鋼材、例えば、炭素工具鋼（ＳＫ材）を用いることができる。
　図３に示すように、無端金属リング１２の外周面１２１と内周面１２２には、横断面で中央部が僅かに上方に湾曲するクラウニング形状が形成されている。クラウニングの半径は、例えば、８００ｍｍ程度である。クラウニングによって積層状態を容易に保持することができる。無端金属リング１２の幅方向端面１２３は、滑らかな形状に形成されている。幅方向端面１２３は、バレル研磨等によって筒状体から切断したときのバリ等を除去するときに形成される。無端金属リング１２の板厚ｔは、略一定であり、例えば、１８０～１９０μｍ程度とすることができる。本実施形態では、無端金属リング１２の材料はマルエージング鋼であり、鉄、ニッケル、モリブデンを必ず含み、コバルト、チタン、アルミ等を必要に応じて適宜添加されている。なお、マルエージング鋼におけるニッケルの含有量は、１８～１９重量％に限らず、２０～２５重量％程度であってもよい。モリブデンの含有量は、少なくとも３重量％以上が好ましい。
＜無端金属ベルトの製造方法＞
　次に、無端金属ベルトの製造方法を説明する。本実施形態における無端金属ベルトの製造方法には、第１の製造工程からなる方法と、第２の製造工程からなる方法とがある。
（第１の製造工程）
　はじめに、第１の製造工程図を説明する。図４に、本発明における無端金属ベルトの第１の製造工程図を示す。図４に示すように、無端金属ベルトの第１の製造工程は、（ａ）筒状体の形成工程、（ｂ）接合工程、（ｃ）溶体化１（焼鈍）工程、（ｄ）リング切断工程、（ｅ）圧延工程、（ｆ）周長調整工程、（ｇ）溶体化２工程、（ｈ）時効・窒化処理工程、（ｉ）積層工程を備え、（ａ）から（ｉ）の順番で行う。
　（ａ）筒状体の形成工程は、軸方向に所定の長さを有し、かつ軸方向に開放された筒状体１を形成する工程である。本工程では、帯状のマルエージング鋼板Ｚをコイルから巻き戻して、所定サイズのシート材ＺＳに切断してから、端部同士を突き合わせるよう曲げ加工する。曲げ加工は、ロール又は金型を用いて行う方法がある。筒状体１の板厚は、０．４～０．５ｍｍ程度であり、直径は、１００～２００ｍｍ程度である。
　（ｂ）接合工程は、筒状体１の端部同士を突き合わせた状態で、端部同士を接合する工程である。接合方法には、プラズマ溶接又はレーザ溶接等によって端部を溶融する溶接方法や、端部の酸化被膜を除去して拡散接合する方法などがある。本実施形態では、プラズマ溶接法を適用している。溶接装置２を筒状体１の突き合わせ部１４に対峙させ、筒状体１又は溶接装置２のノズルを軸方向（矢印Ｆの方向）に移動させて、突き合わせ溶接する。溶接部２１は、筒状体１の外周面から内周面まで貫通して形成する。溶接部２１と母材部２２との境界にひけが発生すると、強度低下の原因となるので、ひけが生じない溶接条件（スポット径、ノズル距離、溶接速度等）を選定する。
　（ｃ）溶体化１（焼鈍）工程は、後の圧延工程で略均一な圧延を行うため、筒状体１に対する溶接過程で部分的に硬くなった硬度を均質化する工程である。本工程では、溶接した筒状体１を軸方向に立てた状態でメッシュベルト等に載置し、熱処理炉内を搬送して第１の溶体化処理を行う。第１の溶体化処理として、筒状体１の合金成分が固溶体に溶解する温度以上に加熱して必要な時間保持した後、冷却する処理が行われる。なお、溶接部の硬度が、後の圧延工程で略均一な圧延が可能な程度の硬度斑であれば、本工程を省くことは可能である。
　（ｄ）リング切断工程は、硬度が均質化された筒状体１を軸方向の所定長さ毎に、軸方向と直交する方向に切断して、複数の環状部材３を形成する工程である。切断方法には、カッターの刃先を周方向に順番に食い込ませて切断する機械的切断方法と、レーザ等を用いて溶断する熱的切断方法等がある。切断部に発生するバリ等の凹凸は、使用時における応力集中の原因となるので、バレル研磨等によって除去するとともに、表面を滑らかにしている。
　（ｅ）圧延工程は、研磨された環状部材３を無端金属リング１２として使用できる程度の板厚に圧延する工程である。圧延方法には、例えば、対向する２つのローラに環状部材３を掛け渡し、一方のローラに対して環状部材３を挟圧する第３のローラを設けて、環状部材３を周方向に移動させながら圧延するローラ圧延法がある。圧延されたリング体４の周長は、６００～７００ｍｍ程度である。
　（ｆ）周長調整工程は、無端金属リング１２を複数枚積層して無端金属ベルト１３にする上で、圧延されたリング体４を積層順毎に定められた所定の周長に調整する工程である。周長調整方法には、例えば、対向する２つのローラにリング体４を掛け渡し、一方のローラに対する他方のローラの間隔を計測しながら張力を付与するローラ調整法がある。各リング体４を密着して積層できるように、周長調整後の誤差を十数μｍ程度に管理する。
　（ｇ）溶体化２工程は、周長調整後のリング体における金属組織を再結晶させて圧延加工及び周長調整加工により変形された金属組織の結晶構造を復元して加工ひずみ、内部応力（残留応力を含む）を除去する工程である。本工程では、周長調整後のリング体を軸方向に立てた状態で搬送治具に係止し、熱処理炉内を搬送して第２の溶体化処理を行う。第２の溶体化処理として、リング体の合金成分が固溶体に溶解する温度以上に加熱して必要な時間保持した後、冷却する処理が行われる。例えば、加熱温度は８２０℃程度で、保持時間は２分程度である。
　（ｈ）時効・窒化処理工程は、第２の溶体化処理した周長調整後のリング体に対して、時効処理により合金元素を析出させて所定の硬度を確保するとともに、窒化処理によりリング体表面側に所定の深さの窒化層を形成して圧縮残留応力を付与する工程である。時効・窒化処理は連続炉で処理するが、特に窒化性ガスがリング体表面に均一に拡散できるように、複数のリング体を軸方向に隙間を空けて配置できる特殊な搬送治具に係止して連続炉内を通過させる。各リング体の熱処理履歴は、後から確認できるように管理されている。
　（ｉ）積層工程は、時効・窒化処理されたリング体（無端金属リング１２）の内、内周側から外周側に向かうに従って周長が大きくなるものを選択して重ね合わせて無端金属ベルト１３を形成する工程である。ベルト式無段変速機１００の伝動ベルト１０として使用するとき、無端金属ベルト１３を構成する無端金属リング１２がそれぞれ密着していないと、使用時に掛かる応力を各無端金属リング１２で均等に受けることができない。したがって、各無端金属リング１２の全周に亘って略均一に密着しているように積層する。
（第２の製造工程）
　次に、第２の製造工程図を説明する。図５に、本発明における無端金属ベルトの第２の製造工程図を示す。図６に、無端金属ベルトの製造工程を比較した工程図を示す。図７に、第１の製造工程によって応力除去熱処理したリング体の斜視図を示す。図８に、第２の製造工程によって応力除去熱処理したリング体の斜視図を示す。図１３に、応力除去熱処理したリング体の端面振れ量を表すグラフ示す。
　図５に示すように、無端金属ベルトの第２の製造工程は、（ａ）筒状体の形成工程、（ｂ）接合工程、（ｃ）溶体化１（焼鈍）工程、（ｄ）リング切断工程、（ｅ）圧延工程、（ｆ）周長調整工程、（ｇ）積層工程、（ｈ）溶体化２工程、（ｉ）時効・窒化処理工程を備え、（ａ）から（ｉ）の順番で行う。本発明における無端金属ベルトの製造方法において、第１の製造工程と第２の製造工程との相違点は、図６に示すように、リング体の積層工程を時効・窒化処理の後に行う（第１の製造工程）か、リング体の積層工程を周長調整の後に行う（第２の製造工程）かの違いのみである。（ａ）から（ｉ）の各工程の内容は、第１の製造工程にて説明したので、ここでは割愛する。
　図６（ｂ）に示すように、第１の製造工程では、圧延と周長調整を行った後、リング体を単体で応力除去熱処理を行っているので、図７に示すように、周長調整後における平坦な端面を有するリング体５が、端面に応力除去熱処理時のうねりや変形を受けたリング体６に変化する恐れがある。これに対して、図６（ｃ）に示すように、第２の製造工程では、圧延と周長調整を行ったリング体を複数枚積層することにより、リング体同士を密着させて全体の剛性を高めて、応力除去熱処理を行うことができる。そのため、図８に示すように、周長調整後の積層リング体７が、端面に応力除去熱処理時のうねりや変形を受けにくいリング体８とすることができた。具体的には、図１３に示すように、１本ずつ処理した場合（本発明工程１：第１の製造工程）には、応力除去熱処理したリング体の端面振れ量が、０．１～０．４ｍｍ程度あったが、積層処理した場合（本発明工程２：第２の製造工程）には、応力除去熱処理したリング体の端面振れ量が、０．０５～０．１３ｍｍ程度になり、応力除去熱処理時のうねりや変形が大幅に減少した。
　なお、図５に示す第２の製造工程における（ｉ）時効・窒化処理工程では、積層したリング体７に窒化性ガスを均一に拡散させるための搬送治具を工夫しているので、以下に説明する。図９に、第２の製造工程によって時効・窒化処理する際、積層リング体を搬送する搬送治具の斜視図を示す。図１０に、図９に示す積層リング体の上面図を示す。
　図９に示すように、第２の製造工程によって時効・窒化処理する際、積層リング体７を係止して搬送する搬送治具８０は、互いに軸心Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が垂直方向に立設する第１支持ローラ８１、第２支持ローラ８２、第３支持ローラ８３と、各支持ローラの下端を軸支する矩形状の支持台８４と、支持台８４に隣接して搬送方向に配設された搬送ラック８５とを備えている。第１支持ローラ８１は、積層リング体７の外周面に当接する円柱面８１２と、積層リング体７の端面に当接する鍔部８１１とを有している。鍔部８１１は、軸方向に所定の間隔で複数個形成されている。第２支持ローラ８２は、積層リング体７を内周側から挟圧するように、第１支持ローラ８１に対向して立設されている。第２支持ローラ８２は、積層リング体７の内周面に当接する円柱面８２２を有している。第３支持ローラ８３は、積層リング体７の軸心に対して、第２支持ローラ８２と対称位置に立設され、積層リング体７の内周面に当接する円柱面８３２を有している。第３支持ローラ８３は、第１支持ローラ８１の鍔部８１１と同一個数の鍔部８３１を同一高さに有している。第３支持ローラ８３の円柱面８３２の径は、第１支持ローラ８１及び第２支持ローラ８２の円柱面８１２、８２２の径より小さい。第１支持ローラ８１の下端には、歯車８１４が形成され、搬送ラック８５の直歯８５１と噛合している。第２支持ローラ８２の下端には、歯車８２４が形成され、歯車８１４と噛合している。
　図９、図１０に示すように、支持台８４が搬送方向（矢印Ｋの方向）に移動するとき、第１支持ローラ８１は矢印ｇの方向に回転し、第２支持ローラ８２は矢印ｈの方向に回転する。第１支持ローラ８１と第２支持ローラ８２とによって挟圧された積層リング体７は、第１支持ローラ８１及び第２支持ローラ８２の回転に従って、矢印ｉの方向に回転する。第３支持ローラ８３は、積層リング体７の矢印ｉの方向に回転するのに従って、矢印ｊの方向に回転する。
　この時、積層リング体７には、第１支持ローラ８１と第２支持ローラ８２とで挟圧された側の反対側（第３支持ローラ８３）付近で、積層された各リング体の間に隙間Ｓが形成される。この隙間Ｓの位置は、支持台８４が搬送方向（矢印Ｋの方向）に移動するに従って、積層リング体７の周方向に移動する。したがって、搬送治具の移動に伴い、積層リング体７の１枚１枚に窒化性ガスを均一に拡散させることができる。
＜リング体の残留応力分布状態と無端金属ベルトの疲労寿命＞
　次に、以下の成分のマルエージング鋼で、上述した製造工程によって製造したリング体の残留応力分布状態を調査した結果を解説した上で、無端金属ベルトの疲労寿命が向上したメカニズムを説明する。図１１に、本発明におけるリング体の残留応力分布状態を表すグラフを示す。図１２に、従来と本発明におけるリング体の残留応力分布状態の差異を表すグラフを示す。図１４に、無端金属ベルトの疲労寿命を表すグラフを示す。
　マルエージング鋼の合金成分比率（重量％）は、ニッケル（Ｎｉ）が１７～１９％程度、コバルト（Ｃｏ）が７～１３％程度、モリブデン（Ｍｏ）が３．５～４．５％程度、チタン（Ｔｉ）が０．３～１．０％程度、アルミニウム（Ａｌ）が０．０５～０．１５％程度、炭素（Ｃ）が０．０３％以下である。
（リング体の残留応力分布状態の調査結果）
　図１１に示すグラフは、本発明における製造方法により製造された無端金属リングについて、窒化処理前と窒化処理後で、横断面を切断して、リング体の外周面から内周面までの残留応力をＸ線応力測定装置を用いて測定したグラフである。横軸に、リング体における外周面からの距離（μｍ）を示し、縦軸に残留応力（ＭＰａ）を示す。縦軸における、マイナス側は圧縮残留応力を表し、プラス側は引張残留応力を表す。上記グラフにおいて、窒化処理前では、リング体の外周側に僅かに圧縮残留応力が蓄積され、内周側に僅かに引張残留応力が蓄積されているように見える。しかし、この僅かな圧縮残留応力と引張残留応力の値は、計測装置の制約上、見掛け上現れた値である。すなわち、リング体は外周側に湾曲するクラウニングが形成されているため、試料を計測装置に固定するとき、そのクラウニングがフラットに修正される。そのため、外周側に僅かに圧縮残留応力が蓄積され、内周側に僅かに引張残留応力が蓄積されたように測定されるのであって、現実には、外周側から内周側にかけて、残留応力は略零となっているとみなせる。このように、リング体の外周側から内周側にかけて残留応力を略零にすることができた理由は、窒化処理前に応力除去熱処理（溶体化２の処理）を行うことによって、圧延加工及び周長調整加工により変形された金属組織の結晶構造を復元して加工ひずみ、内部応力（残留応力を含む）を略完全に除去することができたからである。
　図１１に示すグラフにおいて、窒化処理後では、窒化処理によって、リング体の外周面及び内周面から所定の深さ（約３０～４０μｍ程度）まで窒化層が形成されたので、この窒化層の形成により、外周側及び内周側の表面付近では略同一の圧縮残留応力Ｅ、Ｄが付与されていることが分かる。また、板厚中央付近の引張残留応力Ａは、板厚方向においてバラツキが少なく略均一であることが分かる。その結果、外周側の窒化層が無くなるあたり（Ｃ）の引張残留応力の値と、内周側の窒化層が無くなるあたり（Ｂ）の引張残留応力の値とが、略同程度となる。
　図１２に示すグラフは、従来の製造方法及び本発明における製造方法により製造された無端金属リングについて、それぞれ窒化処理後で、横断面を切断して、リング体の外周面から内周面までの残留応力をＸ線応力測定装置を用いて測定したグラフである。横軸に、リング体における外周面からの距離（μｍ）を示し、縦軸に残留応力（ＭＰａ）を示す。縦軸における、マイナス側は圧縮残留応力を表し、プラス側は引張残留応力を表す。上記グラフにおいて、外周側における圧縮残留応力を比較すると、従来のリング体より本発明のリング体の方が、約１８０ＭＰａだけ矢印Ｐ方向に略平行に減少している。外周面と内周面における圧縮残留応力の差異を比較すると、従来のリング体では、内周面の値が外周面の値より約３００ＭＰａ少なく、外周面と内周面における圧縮残留応力の差異が大きかったのに対して、本発明のリング体では、内周面の値が外周面の値より約１５ＭＰａ少ないだけで、外周面と内周面における圧縮残留応力の差異が略零となっている。また、内周側の窒化層が無くなるあたりにおける引張残留応力を比較すると、従来のリング体より本発明のリング体の方が、約１５０ＭＰａだけ矢印Ｑ方向に略平行に減少している。その結果、本発明のリング体では、外周側及び内周側の圧縮残留応力が略同程度の大きさとなり、内周側の窒化層が無くなったあたりの引張残留応力が従来のリング体より大幅に減少した。
（無端金属ベルトにおける疲労寿命向上のメカニズム）
　本発明の製造方法によれば、窒化処理前に応力除去熱処理（溶体化２の処理）を行っている。そのため、窒化処理する前の段階で、圧延加工及び周長調整加工により変形された金属組織の結晶構造を復元して加工ひずみ、内部応力（残留応力を含む）を略完全に除去することができ、リング体の外周側から内周側にかけて残留応力を略零にすることができた。
　また、リング体の外周側から内周側にかけて残留応力を略零にした上で、窒化処理を行うことによって、外周側及び内周側の表面付近では、略同一の圧縮残留応力が付与される。また、板厚中央付近の引張残留応力は、板厚方向においてバラツキが少なく略均一となる。その結果、外周側の窒化層が無くなるあたりの引張残留応力の値と、内周側の窒化層が無くなるあたりの引張残留応力の値とが、略同程度となり、無端金属ベルトをベルト式無段変速機に使用するとき、応力振幅が局部的に大きくなって疲労破壊しやすい最弱部位となる箇所が、大幅に減少する。
　さらに、本発明のリング体では、応力除去熱処理（溶体化２の処理）によってリング体の外周側から内周側にかけて残留応力を略零にしてから、窒化処理を行うので、元の圧延加工及び周長調整加工により蓄積される引張残留応力を加算しなくて済み、引張残留応力の均一化と最小化を実現することができる。
　以上のように、窒化処理前にリング体の残留応力を略零にした上で窒化層を形成したので、外周側及び内周側の表面付近では、略同一の圧縮残留応力が付与され、かつ、窒化層が無くなったあたりの引張残留応力の均一化と最小化を実現でき、その結果、無端金属ベルト１３をベルト式無段変速機１００に使用するとき、応力負荷が従来のリング体より大幅に小さくなり、疲労寿命を大幅に向上することができた（図１４参照）。
　上述した本実施形態は、本発明の要旨を変更しない範囲で変更することができる。例えば、本実施形態では、リング体の材料にマルエージング鋼を使用したが、これに限ることはない。例えば、析出硬化型ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、炭素鋼（焼入れ鋼）を使用することもできる。この場合、図４又は図５に示す溶体化２の工程において、析出硬化型ステンレス鋼であれば、溶体化処理を行い、材料がオーステナイト系ステンレス鋼であれば、応力除去焼鈍を行い、材料が炭素鋼（焼入れ鋼）であれば、焼入れ処理又は焼入れ処理及び焼戻し処理を行う。
　本発明は、車両に搭載されるベルト式無段変速機に用いられる伝動ベルトを構成する無端金属ベルトの製造方法及び無端金属ベルト並びにベルト式無段変速機として利用できる。
    １：筒状体、２：溶接装置、３：環状部材
　　４、５、６：リング体
　　７、８：積層リング体
　　１０：伝動ベルト、１１：金属エレメント
　　１２：無端金属リング、１３：無端金属ベルト
　　１４：突き合わせ部、２１：溶接部
　　１００：ベルト式無段変速機

Claims (6)

  1. 　ベルト式無段変速機に用いる無端金属ベルトの製造方法であって、
    　リング体を周長調整加工した後に応力除去熱処理を行い、該応力除去熱処理後に時効・窒化処理を行うことを特徴とする無端金属ベルトの製造方法。
  2. 　請求項１に記載された無端金属ベルトの製造方法において、
    　前記リング体を圧延加工した後に前記周長調整加工を行うことを特徴とする無端金属ベルトの製造方法。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載された無端金属ベルトの製造方法において、
    　前記周長調整加工したリング体を複数枚積層した状態で、前記応力除去熱処理を行うことを特徴とする無端金属ベルトの製造方法。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された無端金属ベルトの製造方法によって製造したことを特徴とする無端金属ベルト。
  5. 　請求項４に記載された無端金属ベルトにおいて、
    　前記リング体の外周側と内周側に略同程度の残留応力を蓄積したことを特徴とする無端金属ベルト。
  6. 　請求項４又は請求項５に記載された無端金属ベルトを組み込んだことを特徴とするベルト式無段変速機。
     
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