(57)【要約】【課題】  無段変速機などの動力伝達ベルトに用いられるマルエージング鋼を素材鋼板として作られる無端金属ベルトを製造するに際して、窒化処理後の表面に窒素化合物が生成されるのを阻止して、強度の強いものとする。【解決手段】  マルエージング鋼を素材鋼板１１とするリング状部材１２に対して溶体化処理を行った後、リング状部材１３の表面を例えばバレル研磨で０．５〜３μｍ程度の厚さで研磨または研削し、溶体化処理時に形成された元素濃化層および酸化物層を機械的に除去する。それにより、後作業である窒化処理工程において、表裏面に窒素化合物の生成されるのを回避することができ、高い強度の無端金属ベルトが得られる。好ましくは、溶体化処理を不活性ガス雰囲気中において高周波誘導加熱を用いて行う。それにより、除去すべき表面層の厚さを薄くすることができ、製造コストを低減できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素材鋼板の端部を溶接してリング状に形成する工程と、リング状部材を溶体化処理する工程と、溶体化処理後のリング状部材を窒化処理する工程とを少なくとも有する無端金属ベルトの製造方法であって、溶体化処理と窒化処理の間に、リング状部材の表面を研磨または研削して溶体化処理により形成された元素濃化層および酸化物層を除去する工程をさらに含むことを特徴とする無端金属ベルトの製造方法。
【請求項２】
溶体化処理を不活性ガス雰囲気中において高周波誘導加熱を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の無端金属ベルトの製造方法。
【請求項３】
溶体化処理をメッシュベルトを備えたトンネル型加熱炉を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の無端金属ベルトの製造方法。
【請求項４】
素材鋼板がマルエージング鋼であり、表面を除去する厚さが１．５μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上、であることを特徴とする請求項２または３に記載の無端金属ベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無端金属ベルトの製造方法に関し、限定されるものではないが、無段変速機などの動力伝達ベルトに用いられるマルエージング鋼を素材鋼板として作られる無端金属ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
無段変速機などの動力伝達ベルトに用いられる無端金属ベルトは過酷な使用環境におかれることから、素材鋼として、十分な靭性や疲労強度を持つマルエージング鋼のような高張力鋼が用いられる。マルエージング鋼は、極低炭素マルテンサイト鋼を溶体化熱処理後、時効析出により強靭化させた鋼であり、ベース元素であるＦｅ，Ｎｉ中に、Ｃｏ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ａｌなどの合金元素が多量に添加されていて、他の高張力鋼と比較して、強度−靭性バランスに優れている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２などには、マルエージング鋼を用いて無端金属ベルトを製造する方法が記載されており、通常、素材鋼板としてのマルエージング鋼板ロールから所用大きさの鋼板を切断し、端部を溶接してリング状に形成した後、溶接部の合金組成を均質化するために溶体化処理が施され、さらに、所定幅への裁断、圧延される。圧延などによる加工応力を除去するために、再度溶体化処理を行った後、より強度を向上させるために窒化処理が施される。
【０００４】
窒化処理は、窒素との親和性の強い元素（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｏ，Ｍｏなど）が窒素と結合し、その窒素化合物（ＴｉＮ，ＡｌＮ，ＭＯＮなど）がベース元素中に超微細に析出して格子歪を生成することにより強度を向上させる処理である。しかし、窒化処理の前に、非処理物の表面にＴｉやＡｌが酸化された状態になっていると、表面から内部へ拡散していく窒素と結合する元素が乏しく、一方、ベース金属中には、窒素は多く固溶できないので、窒素が一定濃度以上になると、表面にベース元素との窒化物を形成するようになる。この窒化物は、もろく、これが生成すると、強度は極端に低下することが知られている。図４は従来法により製造した無端金属リング（素材鋼板：マルエージング鋼）を、溶体化処理後に、その表面から０．５μｍ研磨した場合（曲線Ａ）と、３μｍまで研磨した場合（曲線Ｂ）の一例を示しており、溶体化処理後の研磨量の少ないものでは、窒化処理後の表面に窒素化合物（例えば、Ｆｅ３Ｎ）が生成しやすいことが示される。
【０００５】
上記した無端金属ベルトの製造において、被処理物であるマルエージング鋼の表面におけるＴｉやＡｌなどの酸化物は、溶体化処理時に生成される。そのために、窒化処理前に酸洗いして酸化物を除去したり、溶体化処理を特定の窒素雰囲気下で行うこと、真空炉で行うことが提案されている。さらに、前記特許文献１には、窒化処理直前の溶体化処理を露点が０〜１５℃の加湿雰囲気（窒素と水素の混合ガス）で施すことが記載されている。このような処理を行うことにより、表面にベース元素（Ｆｅ，Ｎｉ）との窒化物が形成されるのを抑制することができ、高強度の無端金属ベルトを得ることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１６２１３４号公報
【特許文献２】特開２００４−１４１８７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
無端金属ベルトの製造において、溶体化処理で生成したＴｉやＡｌなどの酸化物を酸洗いする処理方法はそのための処理施設を必要とするとともに均一深さに除去することは容易でない。溶体化処理を真空炉で行う場合、酸化物生成をかなりな程度で抑制できるが、真空炉は高価であるとともに、完全に空気を排除することは容易でなく、酸化物生成を完全に抑制することはできない。さらに、高真空にするほど、表面のＴｉやＡｌの濃化が激しくなり、この元素濃化層も窒化を阻害する要因となるので、除去することが望まれる。特定の窒素雰囲気下で溶体化処理を行うことよっても、酸化物生成をかなりな程度で抑制できるが、化学的処理である以上、限界がある。そのようなことから、素材鋼板としてマルエージング鋼等を用いた無端金属ベルトの製造において、表面にベース元素との窒化物がない状態で窒化処理を施すことについて、なお課題が残されている。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、溶体化処理で生成される酸化物層あるいは元素濃化層を完全に除去することによって、窒化後の表面に窒素化合物が生成されるのをなくし、高い強度を持つ無端金属ベルトを得ることのできる無端金属ベルトの製造方法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】
本発明による無端金属ベルトの製造方法は、素材鋼板の端部を溶接してリング状に形成する工程と、リング状部材を溶体化処理する工程と、溶体化処理後のリング状部材を窒化処理する工程とを少なくとも有する無端金属ベルトの製造方法であって、溶体化処理と窒化処理の間に、リング状部材の表面を研磨または研削して溶体化処理により形成された元素濃化層および酸化物層を除去する工程をさらに含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、基本的に、溶体化処理で元素濃化層および酸化物層が化学的に形成されるのは不可避なものとし、窒化処理の前に、形成された元素濃化層および酸化物層を物理的（機械的）に、すなわち研磨または研削によりリング状部材の表面から除去するようにしている。本発明によれば、表面からの除去深さを調整することにより、形成された元素濃化層および酸化物層を完全に除去することが可能であり、結果として、窒化後の表面に窒素化合物が生成されるのを阻止することができ、高い強度を持つ無端金属ベルトを得ることができる。
【００１１】
本発明による無端金属ベルトの製造方法において、溶体化処理の具体的な方法に制限はなく、従来から行われている無端金属ベルトの製造方法で採用されている溶体化処理方法を任意に採用することができる。しかし、真空炉内での溶体化処理あるいは特定の窒素雰囲気での溶体化処理等を行わずとも、形成された元素濃化層および酸化物層を完全に除去することができるので、整備全体を低コストかつ簡素化することができる。
【００１２】
溶体化処理で形成される元素濃化層および酸化物層が薄いものであれば、研磨または研削によって除去する深さはより少ないものとなり、除去作業は容易化する。そのために、溶体化処理を不活性ガス（例えば、窒素、アルゴン等）雰囲気中において高周波誘導加熱を用いて行うこと、または、溶体化処理をメッシュベルトを備えたトンネル型加熱炉を用いて行うことは、望ましい態様となる。前者の場合は、雰囲気加熱や真空加熱処理に比べて非常に短い時間で加熱することが可能であり、必要最小限の保持時間で溶体化処理が可能となり、表面の元素濃化、酸化をきわめて小さくすることができる。後者の場合は、被処理物を重量の大きいベーストレイの上に並べて熱処理を行う通常の場合と比較して、ベーストレイの加熱を省略することができるので、被処理物の昇温が速くなり、短時間での溶体化処理が可能となる。そのために、やはり、表面の元素濃化、酸化をきわめて小さくすることができる。
【００１３】
本発明者らの実験では、素材鋼板がマルエージング鋼の場合に、溶体化処理を高周波誘導加熱で行うか、メッシュベルトを備えたトンネル型加熱炉を用いて行うことにより、除去すべき膜厚をきわめて薄くすることができた。通常の溶体化処理を行った場合には、表面からの除去厚さを、１．５μｍ以上、より好ましくは３μｍ以上程度とすることにより、窒化後の表面に窒素化合物が生成されることのない、高い強度を持つ無端金属ベルトを得ることがでるが、高周波誘導加熱やトンネル型加熱炉での短時間での溶体化処理により、０．５〜１ｍｍの除去厚さで高強度のベルトを得ることができた。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、無段変速機などの動力伝達ベルトに用いるのに好適な強度の強い無端金属ベルトを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明による無端金属ベルトの製造方法を１つの実施の形態に基づき説明する。図１は、本発明により無端金属ベルトが製造されるまでの主要工程を示している。この例において、素材はマルエージング鋼であり、一般的なマルエージング鋼は、Ｎｉ：１７〜１９％、Ｃｏ：７〜１３％、Ｍｏ：４〜５％、Ｔｉ：０．３〜１％、Ａｌ：０．０５〜０．１５％、Ｃ：０．０３％以下、残り：Ｆｅである。
【００１６】
マルエージング鋼板のロール１０から所要大きさの鋼板１１が切断され（図１ａ）、端部同士を溶接して筒状のドラム１２とされる（図１ｂ）。該ドラム１２に対して、溶接部の合金組成を均質化するために１次溶体化処理が施され（図１ｃ）、溶体化処理後のドラム１１は所定幅に裁断されてリング状部材１３とされる（図１ｄ）。上記した理由により、この溶体化処理の過程でドラム１２の表面（表裏面）には、ＴｉやＡｌなどの酸化物層および元素濃化層（以下、単に酸化物層という）が形成される。また、微量ではあるが、窒素の拡散層が形成されることもある。図２は、窒素雰囲気下でマルエージング鋼板からなるドラム１２を溶体化処理したときの表面状態を示しており、ＴｉとＡｌの酸化物層とともに、３μｍ程度の深さまで窒素（Ｎ）の拡散層が形成されていることがわかる。
【００１７】
本発明による製造方法では、前記ドラム１２または所定幅に裁断されたリング状部材１３に対して、表面の研磨または研削を行い、所定深さまで除去する工程が行われる。図１に示す例では、バレル研磨により、必要な表面除去を行っている（図１ｅ）。なお、バレル研磨自体は従来行われている方法であり、詳細な説明は省略する。バレル研磨に代えて棒状の砥石等を用いて、表面を研削するような方法を採用することもできる。
【００１８】
表面（表裏面）を１．５μｍ〜３μｍをやや超える程度まで研磨あるいは研削して表層を除去したリング状部材１３に対して、必要な場合には、圧延（図１ｆ）が行われ、圧延などによる加工応力を除去するために、２次溶体化処理が行われる（図１ｇ）。２次溶体化処理においても、必要な場合には、研磨または研削による表面除去工程を行うようにする。上記のように、表面（表裏面）を一例として１．５μｍ〜３μｍの深さで機械的に除去することにより、図２に一例を示すように溶体化処理で形成された酸化物層や３μｍ程度の深さまで窒素（Ｎ）の拡散層は、ほぼ完全に除去される。もちろん、酸化物層等がより深いところにまで形成されている場合には、除去厚みはより厚いものとされる。
【００１９】
その後、周超調整等の処理（図１ｈ）が行われたリング状部材１３に対して、従来と同様にして、時効・窒化処理を施し（図１ｉ）、無端金属リングが完成する。前記のように、窒化処理が施される段階で、リング状部材１３の表面には酸化物層が存在しないので、窒化後の表面に窒素化合物が生成されるのを回避することができ、高い強度を持つ無端金属ベルトを得ることができる。
【００２０】
図３は、本発明の方法において好ましくは用いられる溶体化処理の一態様を示している。図３で、１２はマルエージング鋼板１１の端部同士を溶接して形成された筒状ドラムであり、例えば窒素のような不活性ガス雰囲気にあるチャンバー（不図示）内に筒状ドラム１２を配置し、その上下端を、回転駆動する固定具２１、２２により固定する。環状の高周波コイル２３が回転する筒状ドラム１２に対して上下方向に移動するようにされており、高周波誘導加熱によって筒状ドラム１２を例えば８４０℃〜８８０℃に加熱する。加熱後、例えば雰囲気ガスと同じガスを高圧でノズルから吹き付ける等の手段により冷却し、２００℃程度以下になってから、不活性ガス雰囲気から大気に取り出す。雰囲気への出し入れは、チャンバーを真空排気した後、不活性ガスで置換する等の方法で行うことが望ましい。
【００２１】
この方法によって、溶体化処理された筒状ドラム１２の表面のＴｉ、Ａｌの酸化物層の厚さは、通常の雰囲気熱処理で行ったものよりも、きわめて薄く、０．５μｍ以下にすることができる。また、上記のように窒素雰囲気で処理した場合でも、前記した窒素の拡散層は１μｍ以下にできる。従って、後工程での表面の取りしろ（研磨または研削で除去する表面からの厚さ）を小さくすることができ、製造コストを大幅に削減できる。
【実施例】
【００２２】
［実施例］
素材として、マルエージング鋼（Ｎｉ：１７〜１９％、Ｃｏ：７〜１３％、Ｍｏ：４〜５％、Ｔｉ：０．３〜１％、Ａｌ：０．０５〜０．１５％、Ｃ：０．０３％以下、残り：Ｆｅ）を用いた。図１ｃで説明したドラム１２の１次溶体化処理を、窒素＋水素（５〜１０％）雰囲気中、８８０℃で１０分間保持で行った。表面には、約１μｍの厚さのＴｉの酸化物層、約０．５μｍの厚さのＡｌの酸化物層が生成された。また、微量であるが表面から約３μｍの深さまで窒素の拡散層が生成された。
【００２３】
溶体化処理後のドラム１２を切断してリング状部材１３とし、バレル研磨で、切断時の端面バリを除去して端面にＲ付けを実施するとともに、表面および裏面を（１）１．５μｍの厚さで除去した。また、（２）窒素の拡散層を除去すべく、３μｍを超える程度まで除去した。それらを圧延処理した後、再度、２次溶体化処理を行った。（１）と（２）のリング状部材に対して、定法による窒化処理を行った。窒化後の表面には窒素化合物の生成はなく、高い強度の無端金属ベルトが得られた。
【００２４】
［比較例］
（１）バレル研磨で切断時の端面バリを除去して端面にＲ付けを実施しただけで、表裏面の研削処理は積極的には行わなかった点を除き、他の工程は、実施例と同様にして無端金属ベルトを製造した。また、（２）切削時の端面バリをバレル研磨または砥石によって除去し、表面、裏面の研削処理を行わずに、他の工程は実施例と同様にして無端金属ベルトを製造した。これらを実施例と同様にして強度試験を行ったところ、疲労試験の寿命は１／１０以下であり、十分な強度が得られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明により無端金属ベルトが製造されるまでの主要工程を示す図。
【図２】窒素雰囲気下でマルエージング鋼板からなるドラムを溶体化処理したときの表面状態を示すグラフ。
【図３】本発明の方法において好ましくは用いられる高周波コイルを用いて溶体化処理する態様を説明する図。
【図４】従来法により製造した無端金属リング（素材鋼板：マルエージング鋼）を、その表面から０．５μｍ研磨した場合（曲線Ａ）と、３μｍまで研磨した場合（曲線Ｂ）の一例を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２６】
１０…マルエージング鋼板ロール、１１…所要大きさの鋼板、１２…端部同士を溶接して得られた筒状のドラム、１３…溶体化処理後のドラムを所定幅に裁断されて得られたリング状部材、２１、２２…固定冶具、２３…環状の高周波コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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