(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続可変トランスミッションにおける動力伝達に適した伝動ベルト（１）のための無端の金属製のリング（３２）を製造する方法であって、前記リング（３２）を少なくともアンモニアガスを含有する雰囲気中で熱処理することによって窒化するステップ（ＩＸ）を有する方法において、
前記窒化するステップ（ＩＸ）が完了した後に、リング（３２）を、アンモニア及び酸素を含まずかつ５〜１５vol％の水素ガスを含有する窒素ガスからなる還元雰囲気中で熱処理して、前記窒化するステップ（ＩＸ）においてリング（３２）の表面に形成された鉄−窒化物を分解して除去する別のステップ（ＩＸ−Ａ；ＶＩＩＩ）をさらに有することを特徴とする、連続可変トランスミッションにおける動力伝達に適した伝動ベルトのための無端の金属製のリングを製造する方法。
【請求項２】
前記還元雰囲気が、９〜１１vol％の水素ガスを含有する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記別のステップ（ＩＸ−Ａ；ＶＩＩＩ）において、前記還元雰囲気が、４００〜５００℃の温度に維持される、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記別のステップ（ＩＸ−Ａ；ＶＩＩＩ）が、４５〜１２０分間行われる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記窒化するステップ（ＩＸ）及び前記別のステップ（ＩＸ−Ａ；ＶＩＩＩ）が、即座に連続して、工業用の炉の１つのチャンバにおいて、前記窒化するステップ（ＩＸ）が完了した後に前記還元雰囲気においてポンピングすることによってこのようなチャンバから前記少なくともアンモニアガスを含有する雰囲気を吹き流すことによって行われる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
無端の金属製のリング（３２）を製造する方法であって、前記リング（３２）を少なくともアンモニアガスを含有する雰囲気中で熱処理することによって窒化するステップ（ＩＸ）と、前記リング（３２）を、アンモニア及び酸素を含まずかつ５〜１５vol％の水素ガスを含有する窒素ガスからなる還元雰囲気中で熱処理することによって時効させる１つのステップ（ＶＩＩＩ）とを有し、
前記窒化するステップ（ＩＸ）が完了した後の前記時効させる１つのステップ（ＶＩＩＩ）によって、リング（３２）を、前記還元雰囲気中で熱処理して、前記窒化するステップ（ＩＸ）においてリング（３２）の表面に形成された鉄−窒化物を分解して除去することを特徴とする、無端の金属製のリングを製造する方法。
【請求項７】
リング（３２）が、マルエージング鋼から形成される、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項記載の製造方法において製造される、連続可変トランスミッションにおける動力伝達に適した伝動ベルト（１）のための無端の金属製のリング（３２）部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無端の薄くフレキシブルな金属の帯のための製造方法に関し、この帯は、自動車において使用される従来公知の連続可変トランスミッション若しくはＣＶＴの２つの調節可能なプーリの間のパワートランスミッションのための伝動ベルトに通常組み込まれている。本発明はさらに、前記方法によって得られる製品に関する。
【０００２】
少なくとも伝動ベルトにおける使用に関して、このような帯は、伝動ベルトのリング部品とも呼ばれる。このような伝動ベルト及びリング部品は、概して、例えば欧州特許出願公開第１４０３５５１号から知られている。通常プッシュベルトと呼ばれるこの公知の形式の伝動ベルトにおいて、多数のこのようなリングが、少なくとも１つの、しかしながら通常は２つの、積層された、すなわち互いに半径方向で重ね合わされたセットで組み込まれている。公知のプッシュベルトは、さらに、このような帯のセットに摺動可能に取り付けられた多数の横方向金属エレメントを有している。プッシュベルトの使用において、従来のリングは、マルエージング鋼から製造されており、この形式の鋼は、特に、大きな引張り強度の特性を備える材料を溶接及び塑性変形させる比較的有利な可能性と、少なくともリングの適切な熱処理の後、摩耗及び曲げ及び／又は引張応力疲労に対する優れた耐性とを組み合わせる。
【０００３】
従来公知のリングには、金属疲労に対する高い耐性と組み合わされた良好な引張り、歩留り、及び曲げ強度の特性を実現するためのコア材料の十分な硬さが提供されており、リングコアは、リング材料の実質的により硬い、ひいては耐摩耗性の外側表面層に収容されている。前記硬い表面層に最大厚さが提供されていることにより、内部リング応力を制限し、またリングに十分な弾性を提供して、長手方向の曲げ及び疲労破壊に対する耐性を提供している。もちろん、特に、この後者の特徴が、リングの伝動ベルトの適用において極めて重要である。なぜならば、リングの耐用寿命の間、リングは多くの荷重及び曲げサイクルを受けるからである。前記所望の材料特性を達するために、公知の製造方法は、リングの時効、すなわちバルク析出硬化と、表面硬化、特に窒化、通常はガス軟窒化という２度の熱処理を含んでいる。このようなベルト、少なくともベルトのリング部品のための一般的な製造方法のステップは、本特許出願人によって数十年間使用されており、技術上よく知られるようになっており、例えば欧州特許出願公開第１０５５７３８号明細書に記載されている。
【０００４】
公知のリング製造方法における問題は、ガス軟窒化の間にリング表面に鉄−窒化物の層が形成されることがあり、この層は、化合物層と呼ばれ、表面硬さ及び延性に影響する。その結果、窒化されたリング部品の機械的特性は、望まれるように均一ではなくなり、さらに、リング表面層が、局所的に、プッシュベルトにおいて適切に使用するには脆くなり過ぎることがある。
【０００５】
このような化合物層の厚さは、マルエージング鋼合金の組成にだけ著しく依存するわけではなく、ガス軟窒化の処理環境、例えば処理温度、時間、及び雰囲気、すなわち窒化ガスの組成にも依存する。しかしながら、この層は、より迅速にかつより広範囲に形成される傾向がある。なぜなら、例えば、処理温度及び／又は（ガス）窒化ポテンシャル（個々のアンモニア及び水素ガス濃度によって決定される）を増大させることによって処理時間を短縮する場合等のように、窒化の効率のために処理環境が最適化されているからである。
【０００６】
本発明の目的は、前記化合物層が形成されるのを回避するために、リングの窒化処理環境に特別な制限を加えることなく、プッシュベルトのリング部品のための所望の機械的特性を実現することである。
【０００７】
本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴部に示された特定の手段を用いて実現される。この請求項によれば、窒化のステップの後、別の後処理ステップが行われ、この別の後処理において、リングは、本質的にアンモニア及び酸化が存在しない、好適には主に窒素、好適には数（例えば１５）vol％の水素を含有する雰囲気中で熱処理される。このような後処理の間に、鉄−窒化物が溶解し、化合物層がリング表面から有効に除去される。水素が存在することにより、化合物を除去するこのプロセスが著しく加速される。このようなリング後処理は、リングの窒化及び時効のために典型的に又は少なくとも慣用的に必要とされる時間と比較して、比較的短い時間がかかるように提供されることができる。しかしながら、温度は、好適には、４００〜５００℃の範囲の値を有する、前の窒化ステップの温度条件と同様の条件を有するべきである。
【０００８】
リング製造方法のこのような条件の場合、特にリング窒化は、時間及びコストに関して効率的に行われることができ、少なくとも鉄−窒化物化合物層の形成を回避する必要がなく、この鉄−窒化物化合物層は、後から前記リング後処理において結局は除去される。
【０００９】
本発明によれば、前記後処理は、リング材料のバルク析出硬化、すなわち時効が同時に生じるように設定されることができる。実際には、本発明によれば、適切な処理条件がこのような後処理において適用された場合、時効が前記後処理の間に完了されることができ、窒化の前の慣用の時効ステップを好適には飛ばすことができる。このリング製造方法において、窒化の前に時効を行うことによる公知のリング熱処理の順序が、まず窒化を行って次に時効を行うように有効に逆転される。これにより、慣用の製造方法において生じる恐れがある後処理におけるリングのいわゆる過時効が回避される。
【００１０】
本発明の基本原理をここで図面に示された実施例に基づいて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】リング部品を有する伝動ベルトが設けられた従来の連続可変トランスミッションを概略的に示す図である。
【図２】ベルトの一部を示す斜視図である。
【図３】ベルトの金属のリング部品を製造する従来の方法の一部を示す図である。
【図４】本発明による製造方法の一部を示す図である。
【図５】本発明による製造方法の一部を示す図である。
【００１２】
図１は、エンジンと車輪との間で車両の駆動ラインにおいて一般的に使用される従来の連続可変トランスミッション若しくはＣＶＴの中央部分を示している。トランスミッションは、それぞれ２つの円錐形のプーリディスク４，５が設けられた２つのプーリ１，２を有しており、２つのプーリの間には概してＶ字形のプーリ溝が形成されていて、一方のディスク４が、プーリディスクが取り付けられているプーリ軸６，７に沿って軸方向に移動することができる。伝動ベルト３はプーリ１，２の周囲に巻き掛けられていて、回転運動ωとトルクＴとを一方のプーリ１，２から他方のプーリ２，１へ伝達する。
【００１３】
トランスミッションは、少なくとも一方のディスク４に対して、他方のプーリディスク５に向かう軸方向の締付力Ｆaxを加えるための作動手段も有しており、これによって、ベルト３がプーリディスクの間に締め付けられるようになっている。また、トランスミッションの速度比がこれにより決定され、この速度比は、被動プーリ２の回転速度と、駆動プーリ１の回転速度との比として定義される。
【００１４】
公知の駆動ベルト３の一部が図２に詳しく示されている。このベルト３は、無端引張り手段３１を有している。この特定の例においては、無端引張り手段３１は、平らな、つまり帯状のフレキシブルな金属のリング３２の２つのセットから成っている。ベルト３は、さらに、多数の板状の横断エレメント３３を有しており、これらの横断エレメントは、引張り手段３１と接触しており、引張り手段によって保持されている。エレメント３３は、前記締付力Ｆaxを受け取り、入力トルクＴinがいわゆる駆動プーリ１に加えられると、ディスク４，５とベルト３との摩擦が駆動プーリ１を回転させ、この回転が、同様に回転する伝動ベルト３を介していわゆる被動プーリ２に伝達される。
【００１５】
ＣＶＴにおける作動中、ベルト、特にリング部品３２は、周期的に変化する引張り及び曲げ応力、つまり疲労荷重を受ける。通常、リング部品３２の疲労に対する耐性又は疲労強度は、このリングによって伝達される与えられたトルクＴにおける、伝動ベルト３の機能的寿命を決定する。したがって、従来、材料及び製造コストを抑制しつつ、必要なリングの疲労強度を達成するために、伝動ベルトの製造法を発展させることが従来望まれている。
【００１６】
図３は、伝動ベルトの初期の製造以来行われている、伝動ベルトのリング部品３２の従来の製造方法の関連する部分を示しており、ここでは、別々のステップがローマ数字で示されている。第１のステップＩにおいて、ベース材料のシート１１が円筒状に曲げられ、互いに突き合わされるシート端部１２が第２のステップＩＩにおいて溶接され、管１３を形成する。第３のステップＩＩＩにおいて、管１３は焼きなましされる。その後、第４のステップＩＶにおいて、管１３は多数の輪１４に切断され、これらの輪は、その後、ステップＶにおいて、ローリングされ、最終製品として０．１〜０．２ｍｍ、通常は約１８５μｍの必要な厚さにまで引き伸ばされる。回転の後、輪１４は、通常リング３２と呼ばれる。
【００１７】
リング３２は、ローリング（ステップＶ）の間に生じた内部応力を排除するために、ステップＶＩにおいてさらに焼きなましを受ける。その後、第７のステップＶＩＩにおいて、リング３２は較正される、すなわち、リングは２つの回転するローラの周囲に取り付けられ、所定の円周長さに引き伸ばされる。この第７のステップＶＩＩにおいて、内部応力分布もリング３２に加えられる。その後、リング３２は、２つの別個のステップにおいて熱処理される。つまり、第８のステップＶＩＩＩにおいて、時効若しくはバルク析出硬化が行われ、第９のステップＩＸにおいて、窒化又は表面硬化が行われる。さらに、特に、このような熱処理では、制御されたガス雰囲気を含む工業用オーブン又は炉においてリング３２を加熱し、このガス雰囲気は通常、リングの時効のための窒素及びその他のガス、すなわち５vol％の水素ガスと、リングを窒化するための窒素及びアンモニアとから成る。両熱処理は、通常、４００〜５００℃において行われ、リング３２のためのベース材料（マルエージング鋼合金組成）と、リング３２に望まれる機械的特性とに応じて、約４５〜１２０分間行われることができる。
【００１８】
最後に、このように処理されたリング３２のセット３１は、図３にさらに示されているように、目的に応じて選択された多数のリング３２を半径方向で積み重ねる、つまり入れ子式に嵌め込むことによって、形成される。１つのセット３１を形成するために適した必要な数のリング３２を得るために、リング３２の周方向長さ（又は直径等のその他の適切なパラメータ）が第１０のステップＸにおいて測定され、最後に示された第１１のステップＸＩにおいて、リング３２のセット３１は、必要な数の適切な寸法のリング３２を互いに入れ子式に嵌め込むことによって組み立てられる。
【００１９】
窒化プロセス（図３における第９ステップＩＸ）において、オーブン雰囲気中に存在するアンモニア分子が、リング３２の表面において溶解し、これにより、窒素原子が形成され、これらの窒素原子は、リング３２の鋼マトリックスに吸収される（すなわち拡散する）。これにより、リング３２の表面層における付加的な硬さが、窒素間隙及び窒素含有析出物によって形成される。しかしながら、必然的に、このように形成された窒素原子の一部は、既にリング３２の表面におけるマルエージング鋼の鉄原子と反応し、化合物層と呼ばれる鉄−窒化物の層を局所的に形成する。窒化ステップＩＸの時間、温度、及びプロセス雰囲気の設定に応じて、これらの鉄−窒化物は、より小さく形成されたり、より大きく形成されたりする。その結果、リング３２の機械的特性は、望むように均一ではなく、リングの表面層が、局所的に、伝動ベルト３において適切に使用するには脆くなり過ぎることもある。したがって、この点についてリングの窒化のプロセス設定を最適化することによって、このような化合物層の形成を阻止することが主に好ましい。しかしながら、そうする場合、リング窒化ステップＩＸの効率が通常不都合な影響を受ける。
【００２０】
しかしながら、本発明によれば、化合物層がリングの窒化ステップＩＸにおいて形成されることを阻止する必要はない。なぜならば、このような層は、別の後処理ステップＩＸ−Ａにおいて後から容易に除去することができることが分かったからである。この別の後処理ステップは、図４に概略的に示されているように、リングを窒化するステップＩＸが完了した後に行われる。リング製造方法のこのような設計により、特に窒化ステップＩＸは、時間及びコストに関して効率的に行われることができ、少なくともリング３２における鉄−窒化物化合物層の形成を回避する必要がなく、この鉄−窒化物化合物層は、結局、後から前記後処理ステップＩＸ−Ａにおいて除去される。
【００２１】
このような後処理ステップＩＸ−Ａにおいて、リング３２は、本質的にアンモニア及び酸素を含まずかつ好適には主に窒素、より好適には数vol％の水素を含有する窒素から成る雰囲気中で４００〜５００℃に加熱される。後から行われるこの熱処理ステップＩＸ−Ａにおいて、鉄−窒化物が分解され、窒化の間に形成された化合物層は、このように、リング表面から有効かつ好適に除去される。水素ガスが存在すると、この化合物除去を著しく加速することができる。本発明によれば、水素濃度は、好適には、処理雰囲気の５〜１５vol％、より好適には約１０vol％である。
【００２２】
本発明によれば、化合物層を除去するためのリング３２の上記後処理は、リング材料のバルク析出硬化、すなわち時効が同時に生じるように好適に設定されることができる。実際には、慣用の時効ステップＶＩＩＩのプロセス設定が前記後処理において適用された場合、リング材料のバルク析出硬化は、前記後処理の間に完全に完了されることができる。したがって、全体的なリング製造方法に本発明を実施するための好適に効率的かつ有効な形式は、慣用的に用いられる時効及び窒化のリング熱処理の順序を単に逆にすること、すなわち、従来のリング窒化ステップＩＸが完了した後に従来の時効ステップＶＩＩＩを行うことである。このリング製造方法では、リングの時効ステップＶＩＩＩは、本発明による後処理として働く、すなわち、リング表面から、リング窒化中に形成される化合物層を除去するために働く。本発明によるこのリング製造方法は、図５に示されている。この場合、前記後処理は、図３に示されたような従来のリング製造方法に対して付加的なステップを必要としない。さらに、このような従来のリング製造方法に対する付加的なステップとして前記後処理が付加された場合に生じる恐れがある、リング３２のいわゆる過時効及びコア硬さの結果的な減少が回避される。
【００２３】
発明は、ここで、一連の請求項に沿ってさらに定義され、前記説明とは別に、請求項における全ての詳細にも関連し、当業者によってそこから直接かつ明白に引き出される、論じられた図面における全ての詳細及び態様にも関する。
【符号の説明】
【００２４】
１，２  プーリ、  ４，５  プーリディスク、  ６，７  プーリ軸、  １１  ベース材料のシート、  １２  シート端部、  １３  管、  １４  輪、  ３１  無端引張り手段、  ３２  リング、  ３３  横断エレメント
【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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