(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼から形成されたキャリヤリング（３２）を製造する方法であって、
基礎材料のプレート（１１）を提供するステップと、
該プレート（１１）を管状に曲げるステップであって、この場合、前記プレート（１１）の２つの側面（１２）を互いに突き合わせて、または少なくとも直接に互いに向き合わせて配置する、ステップと、
前記２つの側面（１２）を溶接プロセスにおいて互いに固定して管（１３）を形成するステップと、
該管（１３）からリング状管セクション（１４）を分離するステップと、
該リング状管セクション（１４）を加工してキャリヤリング（３２）を形成するステップであって、該加工は少なくとも、圧延プロセスにおいて前記リング状管セクション（１４）を延伸させることを含む、ステップと、を含む方法において、
溶融切断プロセスによって前記管（１３）から前記リング状管セクション（１４）を分離し、その後、ただし前記圧延プロセスにおける前記リング状管セクション（１４）の前記延伸の前に、前記リング状管セクション（１４）に、該リング状管セクション（１４）の鋼の再結晶のための焼きなまし熱処理を行うことを特徴とする、鋼から形成されたキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項２】
前記溶融切断プロセスは、プラズマ切断またはレーザ切断である、請求項１記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項３】
前記焼きなまし熱処理において、前記リング状管セクション（１４）を、オーブンチャンバ（１６）において、摂氏６００度を超える温度に加熱し、一定の時間、摂氏６００度を超える温度に保持する、請求項１又は２記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項４】
前記管（１３）には焼きなまし熱処理を行わない、請求項１から３のいずれか１項記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項５】
前記管（１３）の金属結晶構造は、溶接構造および／または熱影響ゾーンの形成において不規則性を有する、請求項１から３のいずれか１項記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項６】
前記リング状管セクション（１４）の焼きなまし熱処理の前に、前記リング状管セクション（１４）のエッジ（１５）をエッジ溶融プロセスにおいて溶融させる、請求項１から５のいずれか１項記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項７】
前記エッジ溶融プロセスの前の前記リング状管セクション（１４）には焼きなまし熱処理を行わない、請求項６記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項８】
前記基礎材料のプレート（１１）、前記管（１３）および／または前記リング状管セクション（１４）は、約０．４ｍｍの厚さを有し、前記キャリヤリング（３２）には、０．２ｍｍ未満の（壁）厚さが設けられている、請求項１から７のいずれか１項記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【請求項９】
前記キャリヤリング（３２）は、２つのプーリ（１，２）と駆動ベルト（３）とを備える無段変速機用の駆動ベルト（３）としてまたは当該駆動ベルト（３）において使用するためのものである、請求項１から８のいずれか１項記載のキャリヤリング（３２）を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無段変速機用の閉ループ駆動ベルトにおける横断エレメントのキャリヤとして機能するのに適した鋼基礎材料からリングを製造する方法であって、
基礎材料のプレートを提供するステップと、
プレートを管状に曲げるステップであって、２つの側面を互いに突き合わせて配置するステップと、
前記２つの側面を溶接プロセスにおいて互いに固定して管を形成するステップと、
管からリング状セクションを分離するステップと、
駆動ベルト用のキャリヤリングを形成するためにリング状の管セクションを加工するステップであって、当該加工は、少なくとも圧延プロセスにおいてリング状管セクションを延伸させることを含むステップと、を含む方法に関する。
【０００２】
管からリング状セクションが分離されるときに溶接の位置においておよび／または溶接プロセスのいわゆる熱影響ゾーンにおいて管および／またはリング状管セクションを破損または損傷させることを回避するために、管は、このような分離の前に焼きなましされる。このような管焼きなましプロセスにおいて、溶接部および熱影響ゾーンに溶接プロセスにおいて導入された脆性は、摂氏６００度よりもかなり高い温度、例えば約８００℃での材料の回復および再結晶によって除去される。
【０００３】
管の焼きなましプロセスは、圧延プロセスを考慮したときにも同じ理由から必要とされることに留意されたい。すなわち、焼きなましプロセスは、管の溶接部または熱影響ゾーン内からの望ましくない変形またはさらには破損を伴うことなく、リング状管セクションが延伸させられることを可能にするために必要とされる。
【０００４】
無段変速機用の駆動ベルトは一般的に公知である。通常、このような駆動ベルトは、駆動ベルトの複数の横断エレメントを支持する、無端の、すなわち閉ループリングの２つのセットを含み、横断エレメントは、駆動ベルトの全周に沿ってほぼ隣接した１つの列で配置されている。駆動ベルトのこれらのキャリヤリングは、比較的平坦であり、すなわち、キャリヤリングの内周と外周との半径方向の差は、軸方向の寸法に関して比較的小さい。
【０００５】
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の間に配置されており、これらのプーリの間で無段変速比が実現される。作動中、駆動ベルトは、駆動ベルトの横断エレメントが互いを一方のプーリから他方のプーリへ押し付けることにより、トルクをプーリのうちの一方から他方のプーリへ伝達する。
【０００６】
無段変速機の作動中、駆動ベルトのキャリヤリングは、曲げおよび引張力に曝され、その結果、キャリヤリングの金属疲労は、駆動ベルトの起こりえる故障において役割を果たす。このような金属疲労に対するキャリヤリングの抵抗性は、使用される鋼のタイプ、品質および処理によって大きく決定される。キャリヤリングの駆動ベルト用途のための所要の材料特性を提供する好適な基礎材料は、マルエージング鋼である。
【０００７】
管からのリング状セクションの分離は、一般的に、１つまたは複数の回転する切断刃によって行われる。切断刃は、やはり回転させられている管の材料に押し込まれる。このような分離プロセスの複数の基本的配列は、当該技術分野において公知であり、例えば、国際公開第２００５／０３９８１２号、国際公開第２００４／０８９５６８号、欧州特許出願公開第１１３０２８２号明細書および欧州特許出願公開第１１０８９１９号明細書に記載されている。しかしながら、全てのこのような場合、１つまたは複数の切断刃は、管にかなりの（せん断）応力を加える。この応力は、管の材料が十分に延性である場合に限り、破損または望ましくない変形を生じることなく提供することができる。実際には、これは、管の溶接後およびリング状セクションの管からの分離前に、管を焼きなまししなければならないことを意味する。
【０００８】
本開示によれば、溶融切断プロセスにおいて溶融させることによって管からリング状セクションを分離するためにレーザ、プラズマビームまたは類似の熱源を使用することによって、前記せん断応力は生じない。その結果、このような溶融切断プロセスを用いることにより、管の延性または脆性は、切断の質、すなわちリング状管セクションの品質にほとんど影響しない。いかなる場合にも、上述の望ましくない変形または破損は生じず、管の溶融切断の前に管を焼きなまししなくても生じない。
【０００９】
一見、溶融切断プロセスのこの後者の態様は、実施において無関係であるように見える。なぜならば、管の焼きなましプロセスは、リング状の管セクションを損傷または破損することなく圧延プロセスが行われるために、いずれにしても行わなければならないからである。しかしながら、本開示の基礎となる洞察に基づき、この態様はさらに好適に適用することができる。特に、本開示によれば、溶接後の焼きなましは、溶融切断プロセスにおいて管からリング状管セクションを分離させる後まで、延期される。これにより、キャリヤリング製造方法の全体的な有効性、特に費用対効果が高まる。
【００１０】
本開示の上述の基本的な特徴をここで添付の図面を参照しながら例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】公知の駆動ベルトの一部の概略図であり、駆動ベルトは、互いに重ね合わされた複数のキャリヤリングによってそれぞれ形成された２つのリングセットと、複数の横断エレメントとを有する。
【図２】板状の基材から駆動ベルト用のリングセットを製造する公知の方法におけるプロセスステップの公知の手順を表す図である。
【図３】公知のリングセット製造方法において管からリング状セクションを分離するプロセスステップの公知の構成を示している。
【図４】本開示の関連において適用される、管からリング状セクションを分離するプロセスステップの択一的な構成を示している。
【図５】本開示による、リングセットの製造の一部としてのプロセスステップの新規の手順を表す図である。
【００１２】
図１に部分的に概略的に示された公知の駆動ベルト３は、キャリヤリング３２と称される、互いに重ね合わされた環状の金属バンドの２つのセット３１と、複数の個々の金属の横断エレメント３３とを含む。各横断エレメント３３には、それぞれの側面において凹所３４が設けられており、これらの凹所３４にリングセット３１が提供されている。公知の駆動ベルト３において、横断エレメント３３は、リングセット３１の全周にわたっておりかつほぼ連続的に埋めている１つの列を形成している。変速機における使用中、駆動ベルト３は２つの変速機プーリの間に保持され、ベルト３のリングセット３１は緊張させられ、これにより、横断エレメント３３の列は、リングセット３１によって案内されながら駆動力を一方のプーリから他方のプーリへ伝達することができる。
【００１３】
図２は、駆動ベルト３のリングセット３１を形成する典型的な製造方法における主要なステップを概略的に示しており、中間製品キャリヤリングの製造を含む。
【００１４】
第１のプロセスステップＩでは、約０．４ｍｍの厚さを有する基礎材料のプレート１１が円筒状に曲げられ、プレート１１の突き合わされた側面１２が第２のプロセスステップＩＩにおいて互いに溶接され、中空の円筒もしくは管１３を形成する。プロセスの第３のステップＩＩＩにおいて、金属格子を回復および再結晶させるために、管１３は工業用オーブン１６において摂氏６００度よりもかなり高い温度、例えば摂氏約８００度で焼きなましされる。その後、第４のプロセスステップＩＶにおいて、リング状セクション１４は、管１３の本体から分離される。次のステップ、すなわちプロセスステップＶにおいて、表面品質および／または形状を改善するために、リング状管セクション１４の横方向側面もしくはエッジ１５は処理される。例示された例において、エッジ１５の処理は、エッジ溶融プロセスによって行われ、この場合、前記エッジ１５は、レーザ２０などの熱源によって一時的に溶融させられることによって再成形される。このエッジ溶融プロセス自体は、国際公開第２０１２／０８９２２８号より公知である。その後、リング状管セクション１４は、厚さを０．２ｍｍ未満、通常は約０．１８５ｍｍにまで減じるために、第６のプロセスステップＶＩにおいて、延伸させられながら圧延され、これにより、キャリヤリング３２を形成する。
【００１５】
次いで、前の圧延プロセス（すなわちステップＶＩ）の加工硬化の効果を除去するために、キャリヤリング３２は、さらなる焼きなましプロセスステップＶＩＩを受ける。その後、第８のプロセスステップＶＩＩＩにおいて、キャリヤリング３２は較正され、すなわち、２つの回転するローラの周囲に取り付けられ、前記ローラを離反させることによって所定の周長まで伸長させられる。この第８のプロセスステップＶＩＩＩにおいて、キャリヤリング３２には内部応力分布も加えられる。その後、キャリヤリング３２は、２つの別のプロセスステップ、すなわち、時効またはバルク析出硬化の第９のプロセスステップＩＸと、窒化または表面硬化の第１０のプロセスステップＸとにおいて熱処理される。特に、このような両熱処理は、オーブンチャンバにおいてキャリヤリング３２を加熱することを必要とする。オーブンチャンバにはプロセスガスが供給される。プロセスガスは、典型的には、リング時効のためには窒素と、僅かな、例えば約５体積％の水素とから成り、リング窒化のためにはアンモニアから成る。両熱処理は、典型的には、摂氏４００度〜摂氏５００度の温度範囲で行われ、キャリヤリング３２のために使用された金属（すなわち典型的にはマルエージング鋼合金）と、キャリヤリング３２のために望まれる機械的特性とに依存して、３０分未満から１２０分を超えるまでの間、それぞれ継続することができる。
【００１６】
最後に、最後に示された第１１のプロセスステップＸＩにおいて図２にさらに示されているように、このように処理された複数のキャリヤリング３２を半径方向に積層する、すなわち、重ね合わせることによって、積層されたリングセット３１が形成される。明らかに、リングセット３１のキャリヤリング３２は、適切に寸法決めされなければならず、例えば、一方のキャリヤリング３２が他方の周囲に密にはめ合わされるように周長が僅かに異ならなければならない。このために、リングセット３１のキャリヤリング３２は、典型的には、様々な寸法のキャリヤリング３２のストックから目的にかなうように選択される。
【００１７】
管１３からリング状管セクション１４を分離する上記の第４のプロセスステップＩＶの公知の構成が、図３に概略的に示されている。図３は、管１３を断面図で示している。しかしながら、現実には、管１３の直径は、その壁厚よりも著しく大きい。円１７は、切断プロセス中の管１３に対するほぼ円筒形の回転可能な切断工具１７の複数の連続する半径方向位置を示している。しかしながら、現実には、切断工具１７は固定された半径位置を有し、管１３が切断工具１７に対して回転させられる。管１３の内側において、切断プロセス中に切断工具１７が半径方向内方へ移動するときにカウンター工具１８が管１３のための支持を提供する。実際の切断は、２つの段階Ｉ，ＩＩにおいて生じる。切断の第１の段階Ｉにおいて、切断工具１７は、回転する管１３の壁厚を貫いて徐々に移動させられ（位置Ｉａ〜Ｉｃ）、これにより、管１３の材料においてらせん状の切断線Ｃをたどる。次いで、切断の第２の段階ＩＩにおいて、管１３の一回転の間にリング状セクションは管１３から完全に分離される。第４のプロセスステップＩＶのこの公知の構成において、実質的な切断力は切断工具１７によって管１３に加えられることが明らかであろう。
【００１８】
管１３からリング状管セクション１４を分離するプロセスステップＩＶの択一的な構成が、図４に概略的に示されている。この第２の実施の形態では、管１３の壁厚を貫いて溶融させるために、集中した熱源（例えばレーザビーム）１９が使用される。熱源１９に対する管１３の一回転の間に、開始位置Ｓから全周切断が行われ、リング状セクション１４が管１３から分離される。第４のプロセスステップＩＶのこの特定の構成において、管１３および／またはリング状セクション１４には最小限の力しか加えられない。
【００１９】
実際には、溶接において管１３の材料に導入される内部応力は、図３に示されたような、機械的な切断工具１７，１８によって加えられる力と組み合わさって、管１３および／またはリング状管セクション１４を、例えばそれらの望ましくない変形によって損傷させ、またはさらには破損させる。しかしながら、溶融切断プロセスでは、実質的な切断力は加えられず、ひいては、管１３および／またはリング状管セクション１４はそれによって損傷されない。これにより、管焼きなましの第３のプロセスステップＩＩＩは、機械的な切断プロセスの代わりに溶融切断プロセスによってリング状セクション１４が管１３から分離されるならば（プロセスステップＩＶ）、必ずしも行われる必要はない。さらに、結果として生じるリング状管セクション１４は、圧延の前、すなわち、キャリヤリング３２、最終的には駆動ベルト３のリングセット３１の製造の第６のプロセスステップＶＩの前に、焼きなましされなければならない。
【００２０】
本開示によれば、リング状管セクション１４の焼きなましは好適には延期され、すなわち、リング状管セクション１４のエッジ１５が第５のプロセスステップＶにおいて処理された後に初めて行われる。全体的なキャリヤリング製造方法のこの特定の構成において、エッジ溶融の第５のプロセスステップＶは、公知技術、すなわち、国際公開第２０１２／０８９２２８号によって開示されているような焼きなましの後処理を含む従来技術に従って、好適には、リング状管セクション１４を圧延する第６のプロセスステップＶＩの前に第２の焼きなましプロセスステップなしに、行うことができる。キャリヤリングの製造の関連する部分のこの新規の構成が、図５に示されている。
【００２１】
図５によれば、第２のプロセスステップＩＩにおける管１３の溶接の後、溶融切断プロセス、すなわち第４のプロセスステップＩＶにおいて管１３が即座に複数のリング状セクション１４に切断され、これにより、従来の製造方法における焼きなましの第３のステップＩＩＩを省略する。その後、第５のプロセスステップＶにおいて、リング状管セクション１４のエッジ１５は、これらのエッジ１５を一時的に溶融させるレーザ２０によって処理される。その後に初めて、回復および再結晶によってリング状管セクション１４全体にわたって材料特性を均等化するために、リング状管セクション１４は、焼きなましのプロセスステップＶ−ｂを受ける。この後者のプロセスステップＶ−ｂにおいて、溶接プロセスステップＩＩと、分離プロセスステップＩＶと、エッジ溶融プロセスステップＶとから結果的に生じる熱影響ゾーンは、全て同時に、すなわち好適には１つのプロセスステップＶ−ｂにおいて除去される。すなわち、溶融切断の前記第４のプロセスステップＩＶと、エッジ溶融の前記第５のプロセスステップＶとにおいて、管１３の金属結晶構造はまだ、管溶接の第２のプロセスステップＩＩにおいて形成された不規則性を有しており、すなわち、溶接構造と、熱影響ゾーンとをまだ有している。
【００２２】
最後に、留意すべきことは、リング状管セクション１４のエッジ１５を処理するためにエッジ溶融プロセス（プロセスステップＶ）が選択されず、代わりにストーンタンブリングまたはブラッシングなどの別のプロセスがこの目的のために適用されたとしても、このような別のエッジ処理プロセスが完了した後に初めてリング状管セクション１４を焼きなましすることは依然として有利であることができる。結局、この形式において、溶融切断（プロセスステップＩＶ）およびエッジ処理（プロセスステップＶ）の後の所要の品質標準を満たすこれらの中間製品のみが、圧延（プロセスステップＶＩ）の前に焼きなまし（プロセスステップＶ−ｂ）される（されなければならない）。
【００２３】
本開示は、前記説明の全ておよび添付図面の全ての詳細に加えて、添付の特許請求の範囲の全ての特徴にも関しかつこれらの特徴を含む。請求項における括弧書きの符号は、請求項の範囲を限定するのではなく、単に、それぞれの特徴の拘束しない例として提供されている。請求項に記載された特徴は、場合によって、任意の製品または任意の方法において別々に適用することができるが、これらの特徴のうちの２つ以上のあらゆる組合せを適用することも可能である。
【００２４】
本開示によって表された発明は、明細書に明示的に言及された実施の形態および／または実施例に限定されるのではなく、その補正、変更および実用的な適用、特に当業者の到達範囲にあるものをも包含する。
【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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