(57)【要約】  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。
2014033907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００８−５２０４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。【０００６】
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。【０００７】
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。【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（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。【００１０】
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。【００１１】
（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。【００１２】
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。【００１３】
（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。【００１４】
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。【００１５】
（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。【００１６】
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。【００１７】
（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。【００１８】
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。【００１９】
（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。【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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２】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３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】無端金属ベルトの製造工程を比較した工程図である。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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１０】図９に示す積層リング体の上面図である。
【図１１】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。
【図１２】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。
【図１３】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。
【図１４】無端金属ベルトの疲労寿命を表すグラフである。
【図１５】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
＜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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
＜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。
【００３０】
（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。
【００３１】
（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。
【００３２】
（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。
【００３３】
（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。
【００３４】
（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。
【００３５】
（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。
【００３６】
（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。
【００３７】
（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。
【００３８】
（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。
【００３９】
（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。
【００４０】
（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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
＜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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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）。
【００５６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
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。
【符号の説明】
【００５８】
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
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月21日(2015.1.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
（ａ）筒状体の形成工程は、軸方向に所定の長さを有し、かつ軸方向の両端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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
（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範囲であれば、本工程を省くことは可能である。
【手続補正書】
【提出日】平成27年12月10日(2015.12.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月6日(2016.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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再度周長調整加工を行うことなく時効・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。
【請求項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。
【請求項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。
【国際調査報告】
2014033907.tif 000018
2014033907.tif 000019