(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に曲げたマルエージング鋼の端部同士を溶接してリング状部材を形成する溶接工程と、
前記溶接工程により得られた前記リング状部材に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、
前記溶体化処理が施された前記リング状部材の表面を研磨または研削することにより、前記溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去する除去工程と、
前記除去工程を経た前記リング状部材に窒化処理を施す窒化処理工程と、を備え、
前記溶体化処理工程においては、前記溶体化処理が施される前の前記リング状部材が有しているＴｉ濃度よりも低いＴｉ濃度を有するＴｉ欠乏層が形成され、
前記除去工程を経た前記リング状部材の表面には、前記元素濃化層および前記酸化物層が除去されることにより前記Ｔｉ欠乏層が露出しており、
前記溶体化処理工程においては、前記リング状部材が配置された反応室の中に、液体窒素を気化させた露点−４０℃以下の窒素と、それを湿らせた露点＋１０℃の窒素と、３％以下の水素とが導入される、
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、動力伝達ベルトなどに用いられることが可能な無端金属ベルトの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無端金属ベルトは、無段変速機などに備えられ、動力伝達ベルトとして機能することができる。無端金属ベルトは、通常、マルエージング鋼のような十分な靭性および疲労強度を持つ高張力鋼から作製される。その製造方法は、たとえば次の通りである。まず、鋼板ロールから１枚の鋼板を切り出し、鋼板の両端部同士を溶接してリング状に形成する。その後、溶体化処理が実施される。裁断および圧延が行われた後、再び溶体化処理が施される。その後、窒化処理が施される。
【０００３】
マルエージング鋼のような高張力鋼は、窒素に対して強い親和性を有する元素（Ｔｉ，Ａｌなど）を含んでいる。窒化処理の際には、これらの元素が窒素と結合する。ベース元素中に窒素化合物（ＴｉＮ，ＡｌＮなど）が超微細に析出することにより格子歪が形成され、被処理物（無端金属ベルト）の強度が向上する。
【０００４】
ここで、溶体化処理が行われる際、被処理物の表面に存在するＴｉやＡｌなどの一部は酸化する。ＴｉやＡｌの多くが酸化している状態で、窒化処理が行われたとする。この場合には、窒化処理の際に（窒素が被処理物の表面から内部へ向かって拡散する際に）窒素と結合できる元素が少なくなり、窒素はベース金属中に固溶しにくくなる。窒素が拡散する際に、窒素とベース元素とからなる窒化物も被処理物の表面に形成されやすくなる。この窒化物は、被処理物の強度を低下させる原因となり得る。
【０００５】
特開２００６−１２４７５７号公報（特許文献１）に開示された無端金属ベルトの製造方法は、溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去するという工程を備えている。同公報は、除去工程を経ることによって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、窒化後に被処理物の表面に窒化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と述べている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２４７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の通り、溶体化処理の際、被処理物の表面に存在するＴｉやＡｌなどの一部は酸化する。溶体化処理を経ることによって、被処理物の表面には、Ｔｉ濃化層（元素濃化層）および酸化物層が形成される。この際、Ｔｉが濃化した分だけ、Ｔｉ欠乏層も形成される。Ｔｉ欠乏層とは、溶体化処理が施される前に被処理物が有しているＴｉ濃度よりも低いＴｉ濃度を有する層である。Ｔｉ欠乏層は、Ｔｉ濃化層よりも深い位置に形成される。
【０００８】
特開２００６−１２４７５７号公報（特許文献１）に開示された無端金属ベルトの製造方法は、溶体化処理の際に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と述べている。同公報は、Ｔｉ欠乏層については特に言及していない。仮に、溶体化処理の際に生成するＴｉ欠乏層が小さすぎたり、除去工程にてＴｉ欠乏層の全部を除去し、その後に窒化処理を行った場合には、窒素とＴｉとが多く結合してしまい、必要以上に硬い窒化層が生成されることがある。硬い窒化層が生成された場合には、無端金属ベルトの表面が硬くなり過ぎてしまい、結果として無端金属ベルトがかえって脆くなるおそれがある。また、表面に必要以上の圧縮残留応力を付与することになり、内部の残留応力が引張側に大きくなり、内部から疲労破壊しやすくなる。
【０００９】
本発明は、表面が硬くなり過ぎることを抑制し、内部の残留応力が引張側に大きくなりすぎることを抑制可能な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】
【００１０】
無端金属ベルトの製造方法は、円筒状に曲げた鋼板の端部同士を溶接してリング状部材を形成する溶接工程と、上記溶接工程により得られた上記リング状部材に溶体化処理を施す溶体化処理工程と、上記溶体化処理が施された上記リング状部材の表面を研磨または研削することにより、上記溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去する除去工程と、上記除去工程を経た上記リング状部材に窒化処理を施す窒化処理工程と、を備え、上記溶体化処理工程においては、上記溶体化処理が施される前の上記リング状部材が有しているＴｉ濃度よりも低いＴｉ濃度を有するＴｉ欠乏層が形成され、上記除去工程を経た上記リング状部材の表面には、上記元素濃化層および上記酸化物層が除去されることにより上記Ｔｉ欠乏層が露出している。
【発明の効果】
【００１１】
上記の構成によれば、溶体化処理の際に形成されたＴｉ欠乏層が、除去工程を経ることによってリング状部材の表面に露出する。Ｔｉ欠乏層の存在によって、窒化処理の際に窒素とＴｉとが多く結合してしまうことを抑制できるため、無端金属ベルトの表面が必要以上に硬くなり過ぎることもほとんどないため、無端金属ベルトが脆くなるおそれも少なく、表面が必要以上に窒化されないため、内部に発生する引張残留応力を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の準備工程を示す斜視図である。
【図２】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の溶接工程を示す斜視図である。
【図３】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の溶体化処理工程（１次溶体化処理）を示す斜視図である。
【図４】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の溶体化処理工程（１次溶体化処理）を示す模式図である。
【図５】特定の処理条件下で行われた溶体化処理により得られたリング状部材のＴｉ濃度分布を示すグラフである。
【図６】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の裁断工程を示す斜視図である。
【図７】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の圧延工程を示す斜視図である。
【図８】実施の形態における無端金属ベルトの製造方法の周長調整工程を示す斜視図である。
【図９】実施例および比較例に関する窒化処理後の窒素濃度の分布を示すグラフである。
【図１０】実施例および比較例に関する窒化処理後の残留応力の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態における無端金属ベルトの製造方法について、以下、図１〜図８を参照しながら説明する。以下の説明において、同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。図１〜図８は、無端金属ベルトの製造方法の主要な工程を示している。
【００１４】
図１を参照して、まず、マルエージング鋼板からなるロール１０が準備される。ロール１０の素材はマルエージング鋼であり、その組成はたとえば、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。ロール１０から、鋼板１１が切断される。図２を参照して、次に、鋼板１１を円筒状に曲げる（図中矢印参照）。円筒状に曲げた鋼板１１の端部同士を溶接し、リング状部材１２を形成する（溶接工程）。
【００１５】
図３および図４を参照して、上記の溶接工程により得られたリング状部材１２をトレイ２０の上に並べて、反応室２１（図４）の中に配置する。反応室２１の中で、リング状部材１２に１次溶体化処理を施す（溶体化処理工程）。処理温度は、８２０℃〜９００℃程度に設定する。処理雰囲気は、減圧（真空）に設定してもよいし、窒素等の不活性ガスを主成分とする雰囲気に設定してもよい。
【００１６】
反応室２１の中では、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒなどの窒素（酸素）と親和性の強い元素がリング状部材１２の表面に濃化する（酸化により元素濃化層が形成される）。酸素分圧が高すぎると酸素が金属内部へ拡散してしまい、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒは表面に濃化しにくくなるため、反応室２１内の処理雰囲気は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒがリング状部材１２の表層に濃化するような適切な酸素分圧に設定される。後に実施される除去工程で元素濃化層（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ等の酸化物層）を除去するため、この溶体化処理工程で形成される元素濃化層は、２μｍ程度以下の厚さを有していることが望ましい。
【００１７】
図４および図５を参照して、溶体化処理工程における反応室２１内の処理温度および処理雰囲気に関する一例について説明する。反応室２１内の雰囲気は、窒素１００％でも構わないが、その場合には、品質を一定に管理するために微量な酸素を導入するとよい。一方で、微量（３％以下）の水素を入れ、さらに、湿らせた窒素（たとえば、液体窒素を気化させた露点−４０℃以下のもの）を導入することにより露点を制御すれば、容易に品質を一定に管理できる。
【００１８】
反応室２１内の処理温度を８８０℃に設定し、処理時間を６０分に設定し、処理雰囲気を窒素９８％、水素２％に設定し、露点を−２０℃に設定した場合には、たとえば図５に示すようなＴｉ濃度分布が形成される。図５中の線ＣＡは、溶体化処理が施される前に被処理物が有しているＴｉ濃度を示している。
【００１９】
図５に示すように、溶体化処理を経たリング状部材１２については、表面および裏面の双方における表層付近でＴｉが濃化しており、それより少し深い部分ではＴｉ濃度が急峻に減少している（図５は表面側のＴｉ濃度分布のみを示し、裏面側については記載していない）。深さ約２．５μｍの付近（線ＤＡに示す深さ）でＴｉ欠乏層が形成され、Ｔｉ欠乏層のＴｉ濃度は、深さＤＡから深さ約５μｍまでの間は減少しており、深さ約５μｍから１０μｍまでの間は略一定であり、深さ約１０μｍから２０μｍまでの間では徐々に上昇している。詳細は後述するが、図５に示すようなＴｉ濃度分布を有するリング状部材１２が得られた場合には、深さ０から深さＤＡまでの間の部分が、のちの除去工程において除去される。
【００２０】
図６を参照して、溶体化処理を経たリング状部材１２は、裁断により、複数のリング状部材１３に分けられる。ここで、裁断により得られたリング状部材１３の表層部分に対して研磨または研削を行い、溶体化処理の際に形成された元素濃化層および酸化物層を除去する（除去工程）。この際、好適にはバレル研磨が実施される。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。
【００２１】
元素濃化層および酸化物層の除去の程度については、除去工程が完了した時点でリング状部材１３の表面（表層部分）にＴｉ欠乏層が露出するような程度にまで元素濃化層（Ｔｉ濃化層）および酸化物層が除去される。すなわち、除去工程を経たリング状部材１３の表面（表層）には、元素濃化層および酸化物層が除去されることによりＴｉ欠乏層が露出する。上述の通り、図５に示すようなＴｉ濃度分布を有するリング状部材１２が得られた場合には、深さ０から深さＤＡまでの間の部分が除去工程において除去される。たとえば、１０μｍ〜１５μｍの深さを有するＴｉ欠乏層が形成された場合には、表面から３μｍ程度を研磨することによって、表層のＴｉ濃化層を除去し、７μｍ〜１２μｍの深さを有するＴｉ欠乏層を残すことが可能となる。本実施の形態では、裁断により得られたリング状部材１３に対して除去工程を実施しているが、除去工程は、裁断前のリング状部材１２（溶体化処理が完了した後のもの）について実施されてもよい。
【００２２】
図７を参照して、Ｔｉ欠乏層が露出するように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、圧延処理を施す。圧延処理を経ることによって、リング状部材１３Ａが得られる。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（溶体化処理工程）。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除去工程を行うようにする。
【００２３】
図８を参照して、その後、ローラー２２などを用いた周長調整の処理が行われ、リング状部材１３Ａに対して時効および窒化処理を施す。これにより、無端金属ベルト１３Ｂが完成する。本実施の形態においては、溶体化処理の際に形成されたＴｉ欠乏層が、除去工程を経ることによってリング状部材の表面に露出する。Ｔｉ欠乏層が表面に存在しない場合には、窒化工程で窒素がＴｉに多く結合した結果、硬い窒化層を生成し、窒化層が脆くなる場合がある。
【００２４】
本実施の形態においては、Ｔｉ欠乏層の存在によって、窒化処理の際に窒素とＴｉとが多く結合してしまうことを抑制できるため、無端金属ベルト１３Ｂの表面が必要以上に硬くなり過ぎることもほとんどなく、無端金属ベルト１３Ｂが脆くなるおそれも少ない。したがって、高い強度を持つ無端金属ベルト１３Ｂを得ることができる。
【００２５】
［実施例および比較例］
図９および図１０を参照して、窒化処理後の窒素濃度分布（図９）と残留応力分布（図１０）との関係について説明する。図９，図１０中において「実施例」として示すグラフは、上述の実施の形態に基づく無端金属ベルトの製造方法により得られたものである。「比較例」として示すグラフは、公知の無端金属ベルトの製造方法により得られたものである。図９中に示す窒素濃度は、グロー放電発光分析装置で分析した値である。図１０中に示す残留応力は、Ｘ線残留応力測定装置で測定した値である。
【００２６】
図９に示すように、実施例の場合には、表面（深さ＝０μｍ）から１０μｍ程度までの範囲における窒素濃度が、比較例の場合に比べて低くなっている。図１０に示すように、実施例の場合には、無端金属ベルトの表面付近に残留している内部応力（残留応力）も、比較例の場合に比べて絶対値で小さくなっていることがわかる。したがって、上述の実施の形態の構成によれば、最弱部位の残留応力を小さくでき、内部に発生する引張残留応力を小さくすることができるため、最弱部位の残留応力を圧縮方向へシフトさせることが可能となる（すなわち、引張を小さく、圧縮を大きくすることが可能となる）。無端金属ベルト１３Ｂの表面が必要以上に硬くなり過ぎることもなく、無端金属ベルト１３Ｂが脆くなるおそれも少ない。したがって、高い強度を持つ無端金属ベルト１３Ｂを得ることができると言える。
【００２７】
以上、実施の形態および実施例について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ロール、１１  鋼板、１２，１３，１３Ａ  リング状部材、１３Ｂ  無端金属ベルト、２０  トレイ、２１  反応室、２２  ローラー。
【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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