(57)【要約】【課題】最適な疲労特性を有する坦持リング、ひいては駆動ベルトを提供する。【解決手段】本発明は、無段変速機用の駆動ベルト（３）において使用される鋼製のフレキシブルなリング（１３）の製造に関する。本発明によれば、上記製造は、基材である帯材（１１）を、２段階で閉じたリング（１３）に溶接することを含む。この各々の段階において、帯材（１１）の遠位端部（１２）の間に、帯材（１１）の各軸線方向側面（ＡＳ１；ＡＳ２）から、帯材（１１）の幅内の各々の位置（Ｆ１；Ｆ２）に向かって、溶接が形成される。【選択図】図４
2015120200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製のリング（１３）を形成する方法であって、
基材である帯材（１１）を提供するステップと、
前記帯材（１１）の遠位端部（１２）が互いに接触し又は少なくとも互いに対面するように、前記帯材（１１）を円形状又はリング形状に曲げるステップと、
前記帯材（１１）の前記遠位端部（１２）を溶接によって互いに固定するステップと、を含み、
前記帯材（１１）の第１の軸線方向側面（ＡＳ１）を越えた第１のスタート位置（Ｓ１）から、前記帯材（１１）の幅内に位置する第１の終了位置（Ｆ１）に向かって、前記帯材（１１）の前記遠位端部（１２）が一体に溶接される第１段階と、
前記帯材（１１）の反対側の、第２の軸線方向側面（ＡＳ２）を越えた第２のスタート位置（Ｓ２）から、前記帯材（１１）の幅内に位置する第２の終了位置（Ｆ２）に向かって、前記帯材（１１）の前記遠位端部（１２）が一体に溶接される第２の段階と、の２段階で前記溶接が行われることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第２の終了位置（Ｆ２）は、前記第１の終了位置（Ｆ１）と前記帯材（１１）の前記第１の軸線方向側面（ＡＳ１）との間に位置している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記溶接は、レーザ溶接工程又はプラズマアーク溶接工程として、或いはレーザ溶接工程又はプラズマアーク溶接工程において行われる、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記帯材（１１）は、約０．４ｍｍの初期厚さを有している、請求項１、２、又は３記載の方法。
【請求項５】
前記リング（１３）は、円周方向での圧延工程を実施され、これにより前記リング（１３）の厚さは０．２ｍｍより小さく減じられる、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記リング（１３）は、２つのプーリ（１，２）及び駆動ベルト（３）を有する無段変速機用の前記駆動ベルト（３）として、又は前記駆動ベルト（３）において使用することを意図されている、請求項５記載の方法。
【請求項７】
横方向エレメント（３０）と、該横方向エレメント（３０）が取り付けられる少なくとも１つのリング組（３１）と、を備え、
該リング組（３１）は、互いに半径方向に積層された複数のリング（１３）から構成されており、該リング（１３）は、請求項１から６までの少なくとも１項記載の方法、特に請求項６記載の方法によって形成されている、駆動ベルト（３）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鋼製の基材からリングを形成する方法に関し、当該リングは、無段変速機用の閉じた輪状の駆動ベルトにおける横方向エレメントの坦持体として働くことを意図されており、当該方法は、基材である帯材を提供するステップと、帯材の遠位端部が接触し又は少なくとも互いに対面するように、帯材を円形状又はリング形状に曲げるステップと、坦持リングを形成するために、帯材の遠位端部を溶接によって互いに固定するステップと、を備えている。
【背景技術】
【０００２】
無段変速機用の駆動ベルトは一般に知られている。通常、このような駆動ベルトは、２組の、無端即ち閉じた輪状のリングを備えており、当該リングは、駆動ベルトにおける多数の横方向エレメントを坦持し、当該横方向エレメントは、リングの全周囲に沿って、基本的に連続的な列で配置されている。駆動ベルトにおけるこれらの坦持リングは比較的扁平である。即ち、坦持リングの内周面と外周面との間の半径方向距離は、軸線方向の寸法に対して比較的小さい。
【０００３】
無段変速機において、駆動ベルトは、２つの協働するプーリ間に配置されており、そのプーリ間を行き来して、連続的に変速可能な速度比が実現される。駆動中、駆動ベルトは、一方のプーリから他方のプーリに向かってトルクを伝達し、及び／又は横方向エレメントが互いを押すことによって、一方のプーリから他方のプーリにトルクを伝達する。
【０００４】
無段変速機の駆動中、駆動ベルトの坦持リングは、曲げ力及び引張力を受ける。曲げ力は、坦持リングの厚さと、プーリ内に存在しているちょうどその時にリング部分が曲げられている範囲とによって、実質的に決定される。引張力は、両プーリ間に懸架されている駆動ベルトによる張力によって、実質的に決定される。
【０００５】
上述の曲げ力及び引張力の結果として、坦持リングの金属疲労が、駆動ベルトにおいて考えられ得る欠陥の要因になる。金属疲労は、使用される鋼の種類及び品質に関連している。例えば、材料不良の結果として、ヘアークラックが生じ得る。通常、このようなヘアークラックは、引張応力が最も高い場所で生じる。繰り返し曲げられる現行の坦持リングに関して、上述の引張応力は、通常、坦持リングの表面で又はその近傍で、及び／又は坦持リングの軸線方向側面で又はその近傍で、最も大きくなる。従って、最適な疲労特性を有する坦持リング、ひいては駆動ベルトを提供するために、高い表面品質、即ち欠陥の無い究極的に滑らかな外表面を有する坦持リング、ひいては駆動ベルトを製造することが重要である。
【０００６】
坦持リングの製造において、駆動ベルトでの使用に必要な材料特性を有する、坦持リングの基材は、例えばコイル巻きされた薄板の形態で提供される。この基材から、帯材が、所望の寸法の最終的な坦持リング（を得るため）に適合する長さ寸法、幅寸法、及び厚さ寸法に切断される。帯材の長手方向に存在する帯材の遠位端部は、互いに反対側に位置しており、連続的な坦持リングを形成するために溶接工程によって互いに固定される。典型的には、この目的のために、プラズマアーク溶接又はレーザ溶接が適用され、この場合、プラズマアーク又はレーザビームは、帯材の一方の軸線方向側面から帯材の他方の軸線方向側面に向かって通過する。プラズマアーク又はレーザビームの強度は、帯材の両遠位端部のごく一部を溶融するように設定され、溶融した帯材部分は、プラズマアーク又はレーザビームが通過するとすぐに、一体となって凝固する。さらに、現行の駆動ベルトに適用するための最終的な坦持リングの製造は、例えば圧延処理、硬化処理、窒化処理などの複数の工程を含むものとして公知である。
【０００７】
帯材の遠位端部間に形成される溶接が不完全性を示すことは、国際公開第２００７／０７３１５８号から公知である。特に、典型的には、くぼみが、溶接箇所において坦持リングの幅方向即ち軸線方向に形成される。この軸線方向のくぼみは、溶融浴の表面張力、及びその内部の温度勾配に起因して溶接浴内で生じ得る流れの表面張力の結果として現れるものである。国際公開第２００７／０７３１５８号によれば、当該くぼみは、坦持リングの、少なくとも駆動ベルトへの使用において排除されるべきである。このため、国際公開第２００７／０７３１５８号は、帯材の軸線方向両側面に接触して当接部を配置することを提案しており、これにより溶接箇所、即ち帯材の遠位端部の箇所で溶接される。
【０００８】
本発明によれば、国際公開第２００７／０７３１５８号と比較して、坦持リングの軸線方向両側面の等しい範囲に、上述のくぼみが必ずしも形成されるわけではない。実際には、溶接工程が終了する場所、即ち溶接を完遂するためにプラズマアーク又はレーザビームが帯材から周囲部に通過する場所である、坦持リングの軸線方向側面におけるくぼみが、溶接工程がスタートされる場所、即ちプラズマアーク又はレーザビームが周囲部から帯材の遠位端部の間に最初に進入する場所である、坦持リングの反対側の軸線方向側面に形成されたくぼみに比べて、著しく大きいことを出願人は観測した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００７／０７３１５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
最適な疲労特性を有する坦持リング、ひいては駆動ベルトを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述の観測に基づき、本発明は、２段階での溶接を提供することを提案するものであり、この場合、溶接工程の第１段階では、溶接は、帯材の第１の軸線方向側面でスタートされ、その後帯材の反対側の軸線方向側面に向かって、しかし溶接が終了される場所である、帯材の軸線方向範囲内にだけ続けられ、溶接工程の第２段階では、溶接は、反対側、即ち帯材の第２の軸線方向側面でスタートされ、その後帯材の第１の軸線方向側面に向かって、しかし再び帯材の軸線方向範囲内にだけ続けられる。
【００１２】
溶接が終了される位置である、上述の第１段階及び第２段階における２つの位置の間に、溶接工程の第３段階において、端から端までの溶接を達成することを回避するため、溶接工程の第２段階での溶接は、その第１段階で溶接が止められる位置を越えた軸線方向に存在する位置においてのみ終了される。或いは、言い換えれば、溶接工程の第２段階で形成された溶接（部）は、その第１段階で形成された溶接（部）と部分的に重なる。
【００１３】
本発明における上述した基本的な特徴は、添付図面に関連した例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】公知の駆動ベルト及び当該公知のベルトを含む変速機の概略図である。
【図２】複数のフレキシブルな鋼製の坦持リングから成る２つの坦持リング組、及び複数の横方向部材を含む、公知の駆動ベルトの一部の概略図である。
【図３】駆動ベルト坦持リングの公知の製造方法を図式的に示す。
【図４】駆動ベルト坦持リングの全体的な製造方法における、帯材溶接の工程段階の公知の手順を示す。
【図５】帯材溶接の工程段階における新規な手順を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、２つのプーリ１，２に巻き掛けられた駆動ベルト３を有する無段変速機（ＣＶＴ）を概略的に示している。各プーリ１，２は２つの円錐形プーリディスク４，５を備えており、この円錐形プーリディスク４，５の間には、環状であって、主としてＶ字形のプーリ溝が形成されており、その一方のディスク４は、該ディスク４が配置される各プーリ軸６，７に沿って軸方向に移動可能である。駆動ベルト３はプーリ１，２に巻き掛けられており、これにより、回転運動ω及びこれに付随するトルクＴを、一方のプーリ１，２から他方のプーリ２，１に伝達する。各プーリ１，２は作動手段も備えており、この作動手段は、少なくとも１つのディスク４に、各々他方のプーリディスク５の方に向かわせる、軸線方向の緊締力をかけることができ、これにより、ベルト３はディスク４，５の間で緊締され得る。又、被駆動プーリ２の回転速度と駆動プーリ１の回転速度との間でのＣＶＴの（速度）比は、それによって決定される。このＣＶＴ自体は、特に自動車分野での利用において公知である。
【００１６】
公知の駆動ベルト３の例は、より詳細な図２にその断面図で示されている。駆動ベルト３は、互いに同心に配置された、扁平且つフレキシブルな鋼製のリング１３から成る、２つのリング組３１から構成されており、このリング１３が複数の横方向部材３０を坦持している。横方向部材３０は、リング組３１の円周方向に沿って互いに連続して配置されており、このようにして、横方向部材３０は、リング組３１に対して相対的に且つリング組３１の円周方向に滑動することができる。
【００１７】
横方向セグメント３０は上記緊締力を受け、これにより、入力トルクＴが、いわゆる駆動プーリ１に加えられると、ディスク４，５及びベルト３の間での摩擦力によって、駆動プーリ１の回転が、同様に回転する駆動ベルト３を介して、いわゆる被駆動プーリ２に伝達される。
【００１８】
ＣＶＴでの駆動中、駆動ベルト３、特にその坦持リング１３は、周期的に変化する引張応力及び曲げ応力、即ち疲労負荷を受ける。典型的に、金属疲労に対する抵抗、即ち坦持リング１３の疲労強度が、駆動ベルト３の機能的な寿命を決定する。従って、最小の材料費及び加工費で、坦持リング１３の疲労強度を最適化することは、長年に亘る一般的な開発目標であった。
【００１９】
図３は、坦持リング１３の公知の製造方法の要部を示すものであり、これは、従来技術で典型的に適用されるように、駆動ベルト３のリング組３１に適用される。公知の製造方法における個別の工程段階は、ローマ数字によって示されている。
【００２０】
第１工程段階Ｉにおいて、約０．４ｍｍの厚さを有するマレージング鋼基材の帯材１１は、互いに取り付けられる帯材の遠位端部を用いて円形状に曲げられる。第２工程段階ＩＩにおいて、帯材１１の遠位端部１２は、坦持リング１３を形成するために、典型的にはプラズマアーク溶接工程によって一体に溶接される。第３段階ＩＩＩにおいて、坦持リング１３は、溶接工程段階ＩＩの結果として生じる熱影響領域を取り除くために焼き鈍しされる。その後、第４工程段階ＩＶにおいて、坦持リング１３は、その厚さを、典型的には０．２ｍｍより小さく、例えば０．１８５ｍｍに減じるために、引き延ばされつつ圧延される。さらに、坦持リング１３は、前の圧延工程段階ＩＶにおける加工硬化の影響を取り除くために、リング材料の回復及び再結晶をすることによって、坦持リング焼き鈍し工程段階Ｖにさらされる。その後、第６工程段階ＶＩにおいて、坦持リング１３を２つの回転するローラ周りに取り付け、当該ローラを離間する力によって予め規定された周長さに当該リング１３を伸張することによって、坦持リング１３が調整される。この第６工程段階ＶＩでは、内部応力も坦持リング１３に加えられる。最後に、坦持リング１３は、エージング（時効）又は全体の析出硬化と窒化処理又は表面硬化とが組み合わされた第７工程段階ＶＩＩにおいて熱処理される。より詳細には、上記組み合わされた熱処理は、アンモニアガス、窒素ガス、及び水素ガスを含む制御されたガス空気を含有した炉室内に坦持リング１３を保持することを含んでいる。この熱処理工程ＶＩＩによって、リング材料の耐摩耗性及び疲労強度が大きく増大する。
【００２１】
図４は、駆動ベルト坦持リング１３の全体的な製造方法における、帯材溶接の公知の工程段階ＩＩを、正確な縮尺ではないがより詳細に示すものである。図４において、溶接されるべき帯材１１は、幅方向即ち軸線方向に、２つの溶接端当接部１４の間で、帯材１１が略円形状に曲げられた後で帯材１１の遠位端部１２が接する箇所において、取り囲まれている。
【００２２】
帯材１１の遠位端部１２を一体にする実際の溶接では、プラズマアーク又はレーザビーム等の溶接エネルギ源は、溶接端当接部１４の一方である第１の位置Ｓでスタートされ、その後、軸線方向に所定の速度で、帯材１１に亘って当接部１４の他方に向かって且つ最終的には横断して、当該エネルギ源がスイッチオフされる最終位置Ｆに到達するまで移動される。帯材１１及び当接部１４に対するプラズマアーク又はレーザビームの上述のような移動は、破線矢印Ａによって図４に示されている。帯材１１のどちらかの遠位端部１２で帯材１１の材料のごく一部が溶融し、且つプラズマアーク又はレーザビームが通過した後で凝固する、均一な溶融池を形成するように、プラズマアーク又はレーザビームの速度及び強度が選択される。軸線方向のくぼみが、溶接箇所において（溶接された）坦持リング１３に形成されることを妨げるために、当接部１４は設けられており、即ち、当該当接部１４は、軸線方向において付着するための、溶融された帯材料の表面を提供するために設けられている。
【００２３】
図５は、帯材溶接の工程段階ＩＩを行う新規な方法を示すもので、好適には公知の溶接端当接部１４の使用を要しない。本実施形態によれば、帯材１１の遠位端部１２を一体にする実際の溶接は、破線矢印Ａ１、Ａ２によって図５に各々示された２段階で実現される。矢印Ａ１で示された溶接工程の第１段階では、プラズマアーク又はレーザビームは、帯材１１の第１の軸線方向側面ＡＳ１を越えたスタート位置Ｓ１でスイッチオンされ、その後、帯材１１に対して軸線方向に、帯材１１の内側の終了位置Ｆ１に向かって、即ち帯材１１の軸線方向側面ＡＳ１、ＡＳ２の間における第１の終了位置Ｆ１に向かって移動され、この位置Ｆ１において、プラズマアーク又はレーザビームはスイッチオフされ、溶接が終了する。その後、矢印Ａ２で示された溶接工程の第２段階では、プラズマアーク又はレーザビームは、帯材１１の別の側面、即ち帯材１１の第１の軸線方向側面ＡＳ１とは反対側にある帯材１１の第２の軸線方向側面ＡＳ２を越えたスタート位置Ｓ２でスイッチオンされ、その後、帯材１１に対して軸線方向に、帯材１１の軸線方向側面ＡＳ１、ＡＳ２の間における第２の終了位置Ｆ２に向かって移動され、この位置Ｆ２において、プラズマアーク又はレーザビームは再びスイッチオフされ、溶接が終了する。
【００２４】
図５に示されているように、溶接工程の第１及び第２段階の間に、好ましくは小さな重なり部分Ｏが設けられている。よって、言い換えれば、帯材溶接の工程段階ＩＩにおいて、溶接は、帯材１１の遠位端部１２の間で、互いに重なり合う２つの溶接部でもって形成されており、この溶接部の各々は、帯材１１の各軸線方向側面ＡＳ１；ＡＳ２からスタートし、帯材１１の反対側の各軸線方向側面ＡＳ１；ＡＳ２に向かって、帯材１１の軸線方向中間位置を越える位置に伸びている。
【００２５】
上述の詳細な説明の記載全体及び添付図面の全ての詳細に加えて、本願は、添付された特許請求の範囲の特徴も全て考慮して含んでいる。特許請求の範囲における括弧書きの参照符号は、その範囲を限定するものではなく、各々の特徴部における拘束力のない例として単に付与されているものである。請求された特徴部は、所定の製品又は所定の工程において個別に適用されることができるが、場合によっては、これらの特徴部の２つ又はそれ以上を組み合わせて適用することも可能である。
【００２６】
本願明細書で開示された発明は、ここで明確に記載された実施形態及び／又は実施例に限定されるものではなく、その変更、修正、及び実際の適用、特に関連ある当該技術分野の当業者が想到する範囲内に存在する変更、修正、及び実際の適用を包含する。
【図２】
2015120200.tif 000003
【図３】
2015120200.tif 000004
【図４】
2015120200.tif 000005
【図５】
2015120200.tif 000006
【図１】
2015120200.tif 000007
【外国語明細書】
2015120200.tif 000008
2015120200.tif 000009
2015120200.tif 000010
2015120200.tif 000011
2015120200.tif 000012
2015120200.tif 000013
2015120200.tif 000014
2015120200.tif 000015
2015120200.tif 000016
2015120200.tif 000017
2015120200.tif 000018
2015120200.tif 000019
2015120200.tif 000020