(57)【要約】【課題】時効処理及び窒化処理等の熱処理の際の治具の熱追従性に優れ、熱処理による金属リングの変径率を低減し得る優れた金属リングの熱処理治具を提供する。【解決手段】３本以上の平行な金属リング保持部材が垂直方向に立設され、これらの内側で復元力を有する金属リングを、多数水平に並列して保持する熱処理治具において、金属リング保持部材は、金属リングに対向する面にのみ、一定間隔で突起部が設けられるとともに、突起部が設けられた面から背面方向に延在する板状部材であり、金属リングの外周端縁が、隣接する突起部により挟持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３本以上の平行な金属リング保持部材が垂直方向に立設され、
これらの内側で復元力を有する金属リングを、多数水平に並列して保持する熱処理治具において、
上記金属リング保持部材は、上記金属リングに対向する面にのみ、一定間隔で突起部が設けられるとともに、当該突起部が設けられた面から背面方向に延在する板状部材であり、
上記金属リングの外周端縁が、隣接する上記突起部により挟持されることを特徴とする金属リングの熱処理治具。
【請求項２】
前記金属リング保持部材は、中空の部材であることを特徴とする請求項１に記載の金属リングの熱処理治具。
【請求項３】
前記金属リング保持部材は、１治具当たり２組以上設けられていることを特徴とする請求項１に記載の金属リングの熱処理治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段変速機（ＣＶＴ）等に用いられる無端状金属ベルトにおける金属リングを複数保持しつつ熱処理するための治具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の変速装置として用いられる無段変速機には、一対のプーリーに巻き掛けられる無端帯状金属ベルトが備えられている。この無端帯状金属ベルトは、少しずつ周長の異なる複数の無端帯状の金属リングをそれらの厚み方向に積層した積層金属リングを一対用い、これら一対の積層金属リングを幅方向から係合させて、板片状の多数のエレメントを互いに板厚方向に向かって環状に配列させた構成である。
【０００３】
上記の金属リングは、以下のようにして製造される。まず、マルエージング鋼、ステンレス鋼等の鋼材料の薄板の両端を円筒状になるように溶接する。この際、溶接の熱により鋼材料の一部が硬質化されてしまうため、この円筒状の鋼材料を溶体化して均質にする。次いで、この溶体化された円筒状の鋼材料を所定幅に裁断して無端帯状のリングを形成した後、所定厚さに圧延する。この圧延により金属組織が変形してしまうため、この圧延されたリングを再度溶体化して金属組織を再結晶させる。その後、溶体化されたリングを所定の周長に補正して、少しずつ周長の異なる金属リングを製造し、さらに、時効処理及び窒化処理を施すことにより硬度及び耐摩耗性を向上させている。
【０００４】
上記の窒化処理としては、金属リングを所定雰囲気内に所定時間保持するガス窒化法、ガス軟窒化法、塩浴窒化法等が知られている。このガス窒化法またはガス軟窒化法においては、金属リング全体が雰囲気に曝露されることが好ましく、これにより金属リングが均一に窒化される。
【０００５】
このような金属リングの窒化処理においては、多数の金属リングを保持しつつこれらを一度に窒化することを可能とした治具が用いられている。具体的には、上下に設けられた一対の懸架手段に金属リングを内周面側から垂直方向に懸架させる金属リングの窒化処理治具が報告されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この窒化処理治具では、金属リングを懸架させた構成であるため、加熱炉内で金属リングが不安定であり、また、加熱炉内における金属リングの充填率が低いため、金属リング数当たりの治具重量が大きく、熱処理時の熱効率が悪いといった問題を有していた。さらに、上側の懸架手段に当接する金属リングに負荷が集中し、窒化処理を行った際に金属リングの変形等が生じるといった問題も有していた。
【０００６】
また、金属リングをその径方向に挿入自在な枠体が設けられ、この枠体に備えられた複数の保持部材により、金属リングを外周面側から押圧して楕円形状に撓ませた状態で保持する金属リングの窒化処理治具が報告されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、この窒化処理治具においても、金属リングが垂直方向で楕円形状に保持されているため、窒化処理による金属リングの変形等の問題が解決されていなかった。なお、上記の変形等は、周長補正の工程にて周長の補正とともに矯正される場合もあるが、変形等が大きい場合には、周長の補正と併せてこの変形を矯正するための時間が掛かりすぎるという問題がある。
【０００７】
そこで、この問題に対しては、３本以上の平行なロッドが垂直方向に立設され、水平方向に突き出した二重円錐形のリング座が多数このロッドに設けられ、これらのロッド間に金属リングを挿入すると、隣接するリング座の傾斜面により形成されたＶ字型の凹部に金属リングが外周面側から挟持される構成となる金属リングの搬送ラックが報告されている（例えば、特許文献３参照。）。しかしながら、この搬送ラックでは、加熱時における搬送ラックの熱追従性が劣っており、熱処理の際の金属リングの変径率が高くなるおそれがあり、周長の補正と併せてこの変形を矯正するための時間が掛かりすぎるという問題があった。なお、本発明における金属リングの変径率とは、金属リングの円形姿勢時の直径に対する熱処理による金属リングの直径減少分の百分率である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１６１３１４号公報
【特許文献２】特許第４２１９１８６号
【特許文献３】特開２００８−２４００８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、時効処理及び窒化処理等の熱処理の際の治具の熱追従性に優れ、熱処理による金属リングの変径率を低減し得る優れた金属リングの熱処理治具を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の金属リングの熱処理治具は、３本以上の平行な金属リング保持部材が垂直方向に立設され、これらの内側で復元力を有する金属リングを、多数水平に並列して保持する熱処理治具において、上記金属リング保持部材は、上記金属リングに対向する面にのみ、一定間隔で突起部が設けられるとともに、当該突起部が設けられた面から背面方向に延在する板状部材であり、上記金属リングの外周端縁が、隣接する上記突起部により挟持されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、金属リングが接触する金属リング保持部材を小型軽量とすることができるため、熱容量が少なくなり、熱処理の際の熱追従性に優れ、熱処理による金属リングの変径率を低減することができる。これにより、金属リングの積層時における組み付け作業で問題が生じることがなくなった。また、本発明によれば、金属リング保持部材、ひいては熱処理治具の軽量化が図られることにより、熱処理治具の搬送に要する電力等を省力化することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の金属リングの熱処理治具の一実施形態を示す上面図である。
【図２】本発明の金属リングの熱処理治具の一実施形態を示す正面図である。
【図３】本発明の金属リングの熱処理治具における金属リング保持部材の一実施形態を示す正面図である。
【図４】本発明の金属リングの熱処理治具における金属リング保持部材の一実施形態を示す上面図である。
【図５】本発明の金属リングの熱処理治具を用いた熱処理について示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を用いて本発明の金属リングの熱処理治具の実施形態について具体的に説明する。図１は本発明の金属リングの熱処理治具の一実施形態を示す上面図、図２はその正面図である。また、図３は本発明の金属リングの熱処理治具における金属リング保持部材の一実施形態を示す正面図であり、図４はその上面図である。図１及び２に示すように、本発明の金属リングの熱処理治具においては、３本以上の平行な金属リング保持部材１が金属リング２の外周に当接するように垂直方向に立設されている。
【００１４】
これらの金属リング保持部材１には、図３及び４に示すように、金属リング２に対向する面にのみ一定間隔で突起部３が設けられている。この突起部３は傾斜面を有しており、隣接する２つの突起部３の間に金属リング２の外周が挿入された場合に、金属リング２の外周端縁が上記の傾斜面に当接する構成である。また、本発明における金属リング保持部材１は、３本以上を平行に立設した際に、同じ高さにそれぞれの突起部が形成されるように構成されており、これらの隣接する突起部間に金属リング２が挿入された場合に、金属リング２が水平に挟持される。
【００１５】
また、本発明における金属リング保持部材は、突起部が設けられた面から背面方向に延在する板状部材であることが必須である。このような構成とすることにより、従来の熱処理治具、すなわち円柱部と、この円柱部と同心円の、当該円柱部から突き出す突出部と、この突出部を上下に挟む前記円柱部から当該突出部へ向けて拡径して形成される該円柱部の同心円のテーパ部を有する金属リング保持部材を備える治具に比べて熱容量を顕著に低減することができ、熱処理の際の熱追従性をさらに良好とすることができ、熱処理による金属リングの変径率が低減される。軽量化の実験例としては、約２０％の重量減を実現している。
【００１６】
さらに、本発明における金属リング保持部材は、中空の部材であることが好ましい。この金属リング保持部材を中空とすることにより、さらなる軽量化が図られるとともに、熱処理の加熱時において、すでに加熱された雰囲気をこの中空部に導入することで、熱処理の際の熱追従性をより向上することができる。軽量化の実験例としては、約４０％の重量減、１治具当たり約１４％の重量減を実現している。
【００１７】
このような構成の本発明の熱処理治具においては、以下のように金属リングが載置される。まず、略円形状の金属リング２を、径方向に押圧して略楕円形状に変形し、この状態を維持しつつ、３本以上の金属リング保持部材１の内側に径方向を水平にして挿入する。ここで、金属リング２の押圧を解除していくと、金属リング２が有する弾性力によって略楕円形状が略円形状に戻されていき、金属リング保持部材１の突起部３を設けた面に、金属リング２の外周が近接していく。そして、同じ高さに設けられた各金属リング保持部材１の隣接突起部３間に、金属リング２の外周が挿入されるように水平配置を制御しつつ、金属リング２の押圧をさらに解除していくと、金属リング２の外周端縁が金属リング保持部材１の隣接突起部３間に挟持され、金属リング２が水平に保持される。この金属リングの載置方法を繰り返すことにより、本発明の金属リングの熱処理装置において、多数の金属リングを水平に並列して保持することができる。
【００１８】
上記のようにして多数の金属リング２を並列した熱処理治具は、単体で、または、位置決め凸部４及び位置決め凹部５を用いて複数個パレット上に積み上げて、時効及び窒化炉内へ搬入し、所定の熱処理を実施する。時効及び窒化処理を連続炉で実施するため、各炉間の移送も本発明の熱処理治具毎行うことができる。なお、窒化処理がガス窒化の場合には、炉がバッチタイプとなるため、治具への金属リング充填率が熱処理効率に大きく影響する。
【００１９】
本発明の金属リングの熱処理治具においては、多数の金属リングを水平に並列する金属リング保持部材が１治具当たり２組以上設けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、金属リング数当たりの治具重量を低減することができ、熱処理時の熱効率を向上することができる。実験例としては、１治具当たり１組の金属リング保持部材を設けた熱処理治具と比較すると、金属リング数当たりの治具重量及び体積を約９％及び約１０％低減することができた。
【００２０】
上記のようにして金属リング保持部材が１治具当たり２組以上設けられた場合には、それぞれの金属リング保持部材に載置される金属リングが最も近接する位置に、それぞれの金属リングと対向するように部材の両面に突起部を備えた金属リング保持部材を設け、両組の金属リングを同時に保持する構成とすることもできる。このような構成によれば、本発明の熱処理治具に用いる金属リング保持部材の本数を低減することができ、熱処理治具の軽量化を図ることができる。
【００２１】
また、本発明の金属リングの熱処理治具は、ニッケルメッキされていることが好ましい。本発明の熱処理治具がＣｕやＣｒ等を含む材料から製造されている場合には、この治具と当接している部分において、金属リングの均一な窒化反応が阻害されるおそれがあるためである。なお、金属リング保持部材が純ニッケル製であってもかまわないことはいうまでもない。
【００２２】
さらに、本発明の金属リングの熱処理治具においては、載置された金属リングが略円形状となるように金属リング保持部材が配置されていることが好ましい。略楕円形状のまま熱処理を施された金属リングでは、熱処理時の形状に由来した影響が残るため、略円形状で使用する際に不都合が生じる場合があるためである。
【００２３】
また、本発明の金属リングの熱処理治具においては、板状の底部に３本以上の平行な金属リング保持部材１が垂直方向に立設され、これらの金属リング保持部材１の内側に多数の金属リングを載置した後に、板状の蓋体を天井部に載置する構成であってもよいが、加熱時の熱効率を良好とするため、板状の底部や蓋体に開口部を設け、軽量化を図ることができる。また、さらなる軽量化を図るために、本発明の熱処理治具を３本以上の平行な金属リング保持部材１が垂直方向に組み込まれたフレーム形状としてもよい。この構成では、底部及び蓋体を設けず、上部の開口部から金属リング２の載置を行うことも可能である。
【００２４】
本発明における金属リング２は、弾性を有する無端帯状の金属リングであり、マルエージング鋼、ステンレス鋼等の鋼材料の薄板の両端を円筒状になるように溶接し、溶接の熱により硬質化された部分を均質化するための溶体化を行った後、所定幅に裁断して無端帯状の金属リングとし、さらに、このの金属リングを所定厚さに圧延した後、金属組織を再結晶させるための溶体化を行い、必要に応じて周長補正を行ったものである。なお、この金属リング２は外力が付加されていない状態では略円環形状である。
【００２５】
次に、本発明の熱処理治具を用いて行う熱処理について具体的に説明する。
金属リング２を載置された本発明の熱処理治具１０は、図示していない搬送手段により、図５に示される熱処理炉１１の内部に搬送される。なお、本実施形態における金属リング保持部材１は、両端部に開口を備えた中空の部材を用いた。熱処理炉１１内の熱処理治具１０においては、中空体である金属リング保持部材１の内部と熱処理炉１１の内部とが、各開口を介して連通状態となっている。また、熱処理炉１１は、熱処理治具１０の搬送方向に沿って長尺に形成され、側壁１２及び１３の内方にヒータ１４及び１５が設置されるとともに、天井壁１６に攪拌翼１７を備えた対流用ファン１８が設置されている。
【００２６】
熱処理として窒化処理を行う場合を例示して説明すると、図５に示される熱処理炉１１内に、例えば、アンモニア等の窒化ガスが供給される。この窒化ガスは、ヒータ１４及び１５により、金属リング２を窒化することが可能な所定温度、例えば、約５００℃に加熱される。加熱された窒化ガスは、熱処理炉１１の天井壁１６に向かって上昇する。この上昇した窒化ガスは、対流用ファン１８の攪拌翼１７を回転させることにより、熱処理炉１１内で対流させている。
【００２７】
その結果、窒化ガスは、側壁１２及び１３に沿って下降し、次いで、熱処理炉１１の床付近、ひいては熱処理治具１０の近傍で再度上昇しようとする。ここで、上記したように、金属リング保持部材１の内部は、両端部の開口を介して熱処理炉１１の内部と連通状態にある。したって、窒化ガスは、図５に示すように、金属リング保持部材１の下方の開口から導入される。すなわち、この場合、金属リング保持部材１の下方の開口は、窒化ガスの流通方向上流側に向けられ、窒化ガスの導入口として機能する。窒化ガスは、金属リング保持部材１の内部を経由した後、上方の開口から排出されて熱処理炉１１の天井壁１６に向けられる。
【００２８】
このように、金属リング保持部材１を板状部材とし且つその内部が大気に連通状態である中空部材とした本実施形態においては、金属リング２に対する窒化処理時に、金属リング保持部材１の内部に加熱された窒化ガスが流通される一方、金属リング保持部材１の外部においても、内部と略同程度に加熱された窒化ガスが存在する。すなわち、該金属リング保持部材１の内部と外部の双方に同程度に加熱された窒化ガスが存在することとなる。このため、金属リング保持部材１の内部と外部で温度の均衡が保たれ、その結果、金属リング２の温度が全体にわたって略均一となる。換言すれば、金属リング保持部材１と金属リング２との接点の温度が、金属リング２におけるその他の部位の温度と略同等となる。そして、窒化ガスは、金属リング２の表面から進入して内部に拡散し、該金属リング２の表面に窒化層を形成する。すなわち、いわゆる窒化が進行する。この窒化層により、金属リング２が硬化される。
【００２９】
上記したように、金属リング２は、その全体にわたって温度が略均一である。したがって、窒化は、金属リング２の全体にわたって略同等に進行する。すなわち、本発明の熱処理治具を用いることにより、熱処理の際の熱追従性が良好となり、窒化の進行にバラツキが生じることが回避され、窒化層の厚さ、ひいては硬化の度合いにバラツキが生じることも回避され、熱処理による金属リングの変径率が低減される。
【符号の説明】
【００３０】
１…金属リング保持部材、２…金属リング、３…突起部、４…位置決め凸部、
５…位置決め凹部、１０…熱処理治具、１１…熱処理炉、１２，１３…側壁、
１４，１５…ヒータ、１６…天井壁、１７…攪拌翼、１８…対流用ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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