(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端金属ベルトにショットピーニング処理を施すショットピーニング工程を有する無端金属ベルトの製造方法であって、前記ショットピーニング処理の調節により前記無端金属ベルトの周長調整を行うようにした無端金属ベルトの製造方法。
【請求項２】
ショットピーニング処理前の前記無端金属ベルトの周長を測定し、その測定結果に基づき前記ショットピーニング処理の条件を設定することにより前記無端金属ベルトの周長調整を行う請求項１記載の無端金属ベルトの製造方法。
【請求項３】
ショットピーニング処理中の前記無端金属ベルトの周長を測定し、その測定結果に基づき前記ショットピーニング処理を終了することにより前記無端金属ベルトの周長調整を行う請求項１記載の無端金属ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無端金属ベルトの製造方法に関する。本発明は、たとえばＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）  ベルト等の製造における周長調整に利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
無端金属ベルトは、たとえば２つのローラに巻掛けられ、輪転されるので、ベルトがローラ部位を通過する時にはベルトの外周側に引張の曲げ応力が生じ、ベルトがローラ部位を通過してつぎのローラ部位に来る時まではベルトは直線状になって、ベルトの外周側の曲げによる引張応力は無くなる。したがって、ベルトの外周面は、ベルトの輪転時に、曲げによる引張応力が繰り返し掛かり、疲労強度を向上させることが望まれる。
特開昭６１−４２４０２号公報、特開昭６３−９６２５８号公報等に、無端金属ベルトの外周面のみにショットピーニングを施すことにより、外周表面に圧縮残留応力を生ぜしめ、外周表面の疲労強度の向上をはかった無端金属ベルトが提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、薄板からなる無端金属ベルトでは、表面部の塑性変形層の厚さ（約２０〜２５μｍ）がベルト板厚（約０．２ｍｍ）に比べて無視できないレベルとなるため、無端金属ベルトは全体の形状変化、たとえば周長（約７２０ｍｍ）の増加（約２ｍｍ増加）、クラウニングＲの変化等を起こす。ここで、クラウニングＲとは、図５に示すように周方向に垂直な断面の曲率である。
金属ベルトでは、これらの値に高い形状精度を要求される場合が多く、従来技術の通常のショットピーニング処理を施すと、処理前に存在する処理品の精度ばらつきにショットピーニング処理でのばらつきが加算され、製品機能の上で問題となる。
とくに、無端金属ベルトを積層し多層（たとえば、９層）として製品に用いる場合が多く、この場合周長精度は極めて重要である。たとえば、積層ベルト間許容クリアランスが１０μｍの場合は、周長の相違許容範囲はその２π倍の６０μｍとなる。従来では、多数の無端金属ベルトを生産しておき、その中から長さの違いが許容範囲内にあるものを選択し、組み付けて積層ベルトにするという方法がとられており、ストック量が多くなり、極めて非効率的な生産方法となっている。
本発明の目的は、従来では精度低下の要因の一つでしかなかったショットピーニング処理をベルト周長精度の微調整手法として利用し、従来に比べて高い生産性で、周長精度が高い無端金属ベルトを製造できる、無端金属ベルトの製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  無端金属ベルトにショットピーニング処理を施すショットピーニング工程を有する無端金属ベルトの製造方法であって、前記ショットピーニング処理の調節により前記無端金属ベルトの周長調整を行うようにした無端金属ベルトの製造方法。
（２）  ショットピーニング処理前の前記無端金属ベルトの周長を測定し、その測定結果に基づき前記ショットピーニング処理の条件を設定することにより前記無端金属ベルトの周長調整を行う（１）記載の無端金属ベルトの製造方法。
（３）  ショットピーニング処理中の前記無端金属ベルトの周長を測定し、その測定結果に基づき前記ショットピーニング処理を終了することにより前記無端金属ベルトの周長調整を行う（１）記載の無端金属ベルトの製造方法。
【０００５】
上記（１）の無端金属ベルトの製造方法では、ショットピーニング処理を疲労強度向上に利用するだけでなく、ベルト周長の微調整にも利用し、ショットピーニング処理条件（たとえば、ショットピーニング処理時間等）の調節により無端金属ベルトの周長調整を行うようにしたので、従来に比べて高生産性で高周長精度の無端金属ベルトが製造できるようになった。
ショットピーニング処理条件として、たとえばショットピーニング処理時間をとると、ショットピーニング処理に伴う無端金属ベルトの周長変化を検討した結果、無端金属ベルト周長はショットの投射時間とともに増加し、周長の増加率は時間とともに漸減傾向を示すことがわかった。一方、無端金属ベルトに付与される表面の圧縮残留応力はショット時間の経過に対し早期に（たとえば、９秒で）飽和するため、圧縮残留応力との相関が強い疲労強度は比較的短時間（たとえば、９秒で）のショットピーニング処理により確保できることがわかった。したがって、疲労強度を確保するのに必要な投射時間（たとえば、９秒）以上のショットピーニング処理を行うことにより、向上された疲労強度を維持したまま、周長増加率が緩やかな領域で高精度にかつ容易に、無端金属ベルトの周長を長くする方向で微調整することができる。ただし、ショットピーニング処理時間は、疲労強度を確保するのに必要な投射時間（たとえば、９秒）以上の範囲で調整されなければならない。
本発明方法は、ショットピーニング処理の調節により各ベルト自体の周長調整をする方法であるから、従来の、多数のベルトを生産しておいて長さが似たものを選択する場合のように、余分にベルトを多数生産しておく必要がなく、高生産性である。
上記（２）の無端金属ベルトの製造方法では、ショットピーニング処理前の無端金属ベルトの周長を測定する。その測定結果、あと何ｍｍ周長を長くしなければならないかがわかり、たとえば予め求めておいた周長変化量対投射時間の関係（たとえば、後述する図３のグラフ）から必要投射時間がわかるので、その時間だけショットピーニングを施して、無端金属ベルトの周長を目標周長にする。
上記（３）の無端金属ベルトの製造方法では、ショットピーニング処理中の無端金属ベルトの周長を連続的に測定し、無端金属ベルトの周長が目標値に達した時にショットピーニング処理を終了する。上記（２）の方法の場合は、周長変化量対投射時間の関係に一定のものを用いると、ショットピーニング処理前の窒化処理または軟窒化処理等の条件によって周長変化量対投射時間の関係が変化した時に、無端金属ベルトの周長が変化するが、本（３）の方法は、ショットピーニング処理中の無端金属ベルトの周長を連続的に測定しその測定結果が目標値に達するとショットを止めるという方法であるから、最終ベルト周長がショットピーニング処理前の窒化処理または軟窒化処理等の条件によって影響を受けることがなく、ベルト周長を高精度に目標周長に調整することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の無端金属ベルトの製造方法を、図１〜図６を参照して、説明する。なお、本発明の全実施例にわたって共通する部分には、本発明の全実施例にわたって同じ符号を付してある。
【０００７】
まず、本発明の全実施例にわたって共通する部分を説明する。
本発明の無端金属ベルトの製造方法では、薄板金属ベルトの始端と終端を溶接して無端金属ベルト６とする。無端金属ベルト６は、たとえば、板厚が約０．２ｍｍ、板幅が約１２ｍｍ、周長が約７２０ｍｍのマルエージング鋼である。
ついで、無端金属ベルト６に窒化処理または軟窒化処理からなる表面硬化処理を施す。窒化層の深さは、たとえば約２５μｍである。
ついで、無端金属ベルト６にショットピーニングを施し疲労強度を向上させる。ショットピーニングは、ベルト外周面と内周面の両方に施してショットピーニングを施した時に無端金属ベルトが多重化変形を生じないようにする。ショットピーニングは、表面に予引張応力を付与しておいて行う、いわゆるストレスピーニングであることが望ましいが、ストレスピーニングに限るものではない。ショットピーニング条件は、たとえば、予負荷曲率半径はＲ２０ｍｍ、投射エア圧は０．３ＭＰａ、投射粒径はΦ７０μｍ、ショット粒硬度はＨＶ７００で、内外周の投射処理条件は同一である。
ショットピーニング処理においては、ショットピーニング処理条件（ショットピーニング処理時間、エア圧、投射量、粒径、粒の硬さ、等、とくにショットピーニング処理時間）の調節により、無端金属ベルト６の周長の微調整を行う。
【０００８】
ショットピーニング処理においては、図１、図２に示すように、無端金属ベルト６を、無端金属ベルト６の内周面に予引張応力（予負荷）を付与する第１のローラ３と、無端金属ベルト６の外周面に予引張応力（予負荷）を付与する第２のローラ２とを含む、３つ以上のローラ１、２、３に巻掛け、無端金属ベルト６の内周側から投射ノズル５より無端金属ベルト６の第１のローラ３への巻掛け部分に向けてショット粒１５を投射し、無端金属ベルト６の外周側から投射ノズル４より無端金属ベルト６の第２のローラ２への巻掛け部分に向けてショット粒１５を投射する。内周側の投射位置で、外周側の投射位置とは逆方向の予負荷曲率を与え、内外周の投射ノズル４、５をそれぞれ独立で投射タイミングを制御可能とする。
【０００９】
３個のローラのうち、１が駆動ローラ、２、３が従動ローラである。投射ノズル４、５は２本セットする。外周側の投射は主ノズル４で行い、内周側の投射は副ノズル５で行う。副ノズル５は、周方向で対向位置の無端金属ベルト６との干渉を防ぐため斜め上方または斜め下方から、水平面に対し約３０°の角度で投射する。この角度θは、投射速度Ｖの有効成分Ｖ・ｃｏｓθを大きくするため、無端金属ベルト６と干渉しない範囲でできるだけ小さい方が望ましいが、投射速度に余裕のある設備であればとくに規定は必要ない。
【００１０】
ばね１１で無端金属ベルト６に張力を与えるようにする。この張力は、無端金属ベルト６がスリップすることなく回転し、送られるための摩擦力を得るためのもので、ローラ２、３の曲率により無端金属ベルト６の表面に発生する引張予負荷と比較して十分小さい。従動ローラ２はスライドベース１０上に設置され、ばね力が無端金属ベルト６の張力として働くように設計されている。内周投射部の従動ローラ３は、駆動軸のベースと同一の固定ベース７上に固定されている。駆動軸１３はサーボモータ１２で駆動される。製品の形状精度の要求レベルが低い場合にはサーボモータ以外のコンベンショナルな他のモータ形式であってもよい。ショット粒の投射機構は通常の直圧式エアブロータイプを用いているが、他のベンチレーションエアブロータイプ、もしくはインペラータイプ、その他、方式は問わない。
【００１１】
本発明で用いたショットピーニングは、無端金属ベルト６に予負荷（プリストレス）を付与しておいて施したショットピーニング（ストレスピーニングと呼ばれるもの）を含む。ただし、本発明で用いたショットピーニングは、ストレスピーニングに限るものではない。
ストレスピーニングの原理を、図６を参照して説明する。
無端金属ベルト６がローラ１、２、３に巻掛けられる部分にさしかかると、無端金属ベルト６に曲げが生じ、曲がりの外周側に引張曲げ応力の予負荷Ａがかかり、曲がりの内周側に圧縮曲げ応力の予負荷がかかる。この状態でショットピーニングを施す。ショット粒１５を無端金属ベルト６の引張曲げ応力の予負荷がかかっている部分に投射する。Ｖは投射速度、ｅＶは反射速度を示す。ショット粒１５の投射により、無端金属ベルト６の表面が伸びて表面部に圧縮残留応力Ｂが生じる。ついで、無端金属ベルト６の輪転に伴い、無端金属ベルト６がローラ１、２、３巻掛け部から進んで直線部に入ると引張曲げ応力の予負荷が解放され、引張予負荷Ａ分が加わって、無端金属ベルト表面にＡ＋Ｂ＝Ｃの大きな圧縮残留応力が形成される。すなわち、予負荷が無い場合のショットピーニングに比べて、ストレスピーニングでは引張予負荷Ａ分大きな圧縮残留応力が得られ、疲労強度向上上有利となる。
【００１２】
図１、図２に示すように、無端金属ベルト６の周長の微調整においては、無端金属ベルト６の周長の変化は、駆動軸１３と従動軸１４の軸間距離で測定する。具体的には、スライドベース１０上に固定されたアーム９の移動量を、固定ベース７上に固定されたダイアルゲージ８で測定し、それを電気信号として取り出す。
【００１３】
本発明において、ショットピーニング処理を疲労強度向上だけでなく、無端金属ベルト６の周長の微調整に利用できる理由を説明する。
一般的に強度を必要とする無端金属ベルトは、窒化、軟窒化等の表面硬化処理が施されるが、これに伴う周長のばらつきが発生し、周長平均値に対して±０．０２％以下（周長平均値７２０ｍｍに対し±０．１４４ｍｍ以下）にばらつきを抑えることは極めて困難である。
このばらつきを抑制しようと表面硬化後に通常の引張伸長加工等の精度調整可能な加工を行うと、表面硬化層に割れ、圧縮残留応力の解放等が発生し大幅な強度低下が起こる。
【００１４】
ショットピーニング処理による周長変化は０．１〜０．２％程度であるが、一定の条件で処理し続けると、その増加率は図３に示すように漸減傾向を示し、その領域で処理時間を調整することにより、０．０２％以下の周長の微調整が可能となった。具体的には、ショットピーニング処理に伴う、周長７２０ｍｍの無端金属ベルト６の周長変化は約１〜３ｍｍで、その周長は図３に示すように投射時間に伴い増加し、投射時間とともに増加率は漸減傾向を示し、投射開始から約９秒以後は周長の増加率は比較的小さく、０．０２％以下の周長の微調整に利用できるオーダである。
【００１５】
一方、無端金属ベルト６の表面に付与される圧縮残留応力は、図３に示すように、投射時間の経過に対し早期に、投射開始から約９秒以後では残留応力は飽和するため、残留応力との相関が極めて強い疲労強度は、比較的短時間の処理により確保できることがわかった。なお、図３中、マイナスは残留応力が圧縮応力であることを示している。また、２００ｋｇ／ｍｍ２  の圧縮残留応力は疲労強度向上のために十分な大きさの応力である。
【００１６】
ショットピーニング処理として、従来からの目的である疲労強度の向上という観点のみから考慮するのであれば、投射時間は疲労強度が確保できる最低レベルに設定するのが合理的である。しかし、本発明では図３の傾向を利用し、すなわち疲労強度の確保に必要な投射時間以上に、周長増加率の小さい領域で、ショットピーニングを施すことによって、疲労強度を低下させることなく、無端金属ベルト６の周長の微調整を行うようにした。
図４は、投射時間が９秒、１８秒、３６秒で、疲労特性曲線はほとんど変化しないことを示している。投射時間が約９秒以上では、疲労強度は投射時間の大小の影響をほとんど受けないことがわかる。すなわち、圧縮残留応力が飽和した後の疲労強度には変化は見られない。
【００１７】
ショットピーニングによる表面圧縮残留応力付与により疲労強度の向上と周方向の伸びの両方が安定して得られる。
一般的に材料を窒化、軟窒化などの表面硬化等により強化すると、硬化と同時に脆化も起こり、特に引張変形に対しては、表面のわずかな凹凸や脆化した粒界等から亀裂を発生し、小さな歪に対してもその最弱部位で破壊してしまう。一方、このような表面欠陥は圧縮歪に対しては、引張の場合と比べて相対的に鈍感とされており、材料本来の強度が得られる場合が多い。
ショット粒の投射により発生する周方向の伸びは、圧縮の塑性変形に対するポアソン効果として引き起こされるもので、ショットピーニング処理により局所的かつ均一な圧縮塑性変形が連続に発生することにより、亀裂を発生させることなく安定した周方向の伸長が可能になった。
【００１８】
つぎに、本発明の各実施例に特有な部分を説明する。
本発明の実施例１では、ショットピーニング処理前の無端金属ベルト６の周長を測定し、その測定結果に基づきショットピーニング処理の条件を設定することにより無端金属ベルトの周長調整を行った。
【００１９】
周長７２０ｍｍ、厚さ約０．２ｍｍ、幅約１２ｍｍのマルエージング鋼の無端金属ベルト６を３０個用意した。無端金属ベルト６は、ショットピーニング処理前の窒化処理（窒化層の厚さは約２５μｍ）により、周長に約±１５０μｍ（周長値７２０ｍｍに対し０．０２１％、標準偏差５０μｍ）のばらつきを有していた。予め測定した値に対し、あと何ｍｍ周長を長くしなければならないかがわかり、予め求めておいた周長変化量対投射時間の関係（図３のグラフ）から必要投射時間を１８秒〜３６秒の間で求め、その時間だけショットピーニングを施して、無端金属ベルトの周長を微調整した。ショットピーニング処理条件は、予負荷曲率半径Ｒ＝２０ｍｍ、投射エア圧０．３ＭＰａ、投射粒径Φ７０μｍ、ショット粒硬度ＨＶ７００、内外周同一条件であった。
その結果、ばらつき量は約±５１μｍ（周長値に対し約０．００７％、標準偏差１７μｍ）となり、ばらつき量を従来の約１／３に抑制することができた。
なお、ショットピーニング条件としては、ショット時間だけでなく、ショット圧、ショット粒量などを調整してもよいが、周長増加率がショット開始から９秒以後で小さいことからショット時間の調整による周長調整が容易である点から、ショット時間で調整するのが望ましい。
【００２０】
本発明の実施例２では、ショットピーニング処理中の無端金属ベルト６の周長を測定し、その測定結果に基づきショットピーニング処理を終了することにより無端金属ベルト６の周長調整を行った。
【００２１】
実施例１の周長の微調整では、ショットピーニング後の周長ばらつきは、従来の１／３になるものの、存在する。これはショットピーニング処理前の被処理品の状態のばらつき、またショット条件のばらつきによるものである。そこで、さらに周長のばらつきを抑制するために、ショットピーニング処理中においても連続的に周長を測定し、狙いとする周長に達した時点で処理を終了した。無端金属ベルト６条件は実施例１と同様で、ショット条件は、ショット中の周長連続測定および狙い値に達した時点でのショット停止以外は、実施例１と同様とした。投射時間は、最低投射時間を９秒として設定し、それ以後に狙いとする周長に達した時点で処理を終了した。処理は無端金属ベルト３０個について行い、処理品の周長を別途測定器にて測定した。
その結果、周長のばらつきは約±３０μｍ（周長値に対し約０．００４％、標準偏差１０μｍ）で、従来に対し約１／５以下のばらつき量での精度管理が可能となった。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１の無端金属ベルトの製造方法によれば、ショットピーニング処理の調節により無端金属ベルトの周長調整を行うようにしたので、疲労強度を維持したまま、ショットピーニング条件を調整するだけで無端金属ベルトの周長を調整でき、従来のように多数生産しておいて周長が近似しているものを選択して組付ける方法に比べて高生産性で高周長精度の無端金属ベルトが製造できるようになった。
請求項２の無端金属ベルトの製造方法によれば、ショットピーニング処理前の無端金属ベルトの周長を測定し、その測定結果に基づいてショットピーニング条件を設定し、無端金属ベルトの周長を微調整するようにしたので、高精度の周長調整ができる。
請求項３の無端金属ベルトの製造方法によれば、ショットピーニング処理中の無端金属ベルトの周長を測定し、その測定結果に基づきショットピーニング処理を終了するので、最終ベルト周長がショットピーニング処理前の窒化処理または軟窒化処理等の条件によって影響を受けることがなく、請求項２の方法に比べて、さらに高精度の周長調整ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の無端金属ベルトの製造方法を実施中の装置の平面図である。
【図２】図１の装置の正面である。
【図３】本発明の無端金属ベルトの製造方法における、投射時間に対する、周長変化量と残留応力の変化を示すグラフである。
【図４】本発明の無端金属ベルトの製造方法における、ショット時間を変化させた時の応力振幅−繰り返し数図（Ｓ−Ｎ線図）である。
【図５】本発明の無端金属ベルトの製造方法によって製造された無端金属ベルトの斜視図とその一部断面図である。
【図６】本発明の無端金属ベルトの製造方法における予負荷付与、ショットピーニング処理、予負荷解放の各工程での板厚方向の応力分布図である。
【符号の説明】
１、２、３  ローラ
１  駆動ローラ
２  第２のローラ（従動ローラ）
３  第１のローラ（従動ローラ）
４  投射ノズル（外側投射）
５  投射ノズル（内側投射）
６  無端金属ベルト
７  固定ベース
８  ダイアルゲージ
９  アーム
１０  スライドベース
１１  ばね
１２  サーボモータ
１３  駆動軸
１４  従動軸
１５  ショット粒
【図１】
0003622663.tif 000002
【図２】
0003622663.tif 000003
【図３】
0003622663.tif 000004
【図４】
0003622663.tif 000005
【図５】
0003622663.tif 000006
【図６】
0003622663.tif 000007