(57)【要約】【課題】  窒化処理による硬化層の形成を最適な深さに設定し、その後にショットピーニング処理を施すことによって疲労強度を充分に向上させることができる無端金属ベルトの製造方法を提供する。【解決手段】  無端金属ベルトを窒化処理した後にショットピーニング処理を施して、疲労強度を向上させた無端金属ベルトを製造する。窒化処理は、後のショットピーニング処理による無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力を支持することができ、且つ、脆化しない範囲の深さに硬化層を形成する。そして、より具体的には、窒化処理を、無端金属ベルトの表面から約２７〜４５μｍの深さに、より好ましくは約２９〜４２μｍの深さに硬化層を形成する。これにより、無端金属ベルトの疲労寿命は大きく向上する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無端金属ベルトを窒化処理した後にショットピーニング処理を施して、疲労強度を向上させた無端金属ベルトを製造する方法であって、
窒化処理は、後のショットピーニング処理による無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力を支持し得る深さに、硬化層を形成するものであることを特徴とする無端金属ベルトの製造方法。
【請求項２】
窒化処理は、無端金属ベルトの表面から約
２７〜４５μｍの厚さに硬化層を形成するものである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。
【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するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission)においては、無端金属ベルトを使用するものがある。このような無端金属ベルトは、２つのローラに巻掛けられて輪転されるが、ローラ部位を通過するときに曲げ応力を受け、ローラ部位を通過してつぎのローラ部位に来るときまでは直線状になることから曲げ応力を受けなくなる。すなわち、無端金属ベルトは、輪転時に繰り返し曲げ応力が掛けられるため、疲労強度を向上させることが必要となる。そのため、例えば特許文献１に開示されているように、無端金属ベルトに窒化処理などの表面硬化処理を施し、ついで、ショットピーニング処理を施して圧縮残留応力を付与することにより、疲労強度を向上させることが知られている。そして、特許文献１には、無端金属ベルトは、たとえば、板厚が約０．２ｍｍ、板幅が１２ｍｍ、周長が７２０ｍｍのマルエージング鋼であり、窒化層（硬化層）の深さが約２５μｍであることが記載されている（段落番号０００７）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１２０１５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術にあっては、硬化層の深さ（表面からの厚さ）が約２５μｍであったため、図２に示すように、ショットピーニングによる圧縮残留応力が充分に上昇せず、また、図２に示すように、疲労強度（疲労寿命）が充分に向上していないことが知見された。
このような結果となる理由は、定かではないが、次のように考えられる。すなわち、窒化処理によって無端金属ベルトの表面は硬化するがその内部の硬度は変化しない。つまり、無端金属ベルトの表面と内部とでは相対的に硬度差が生じることとなる。無端金属ベルトに硬化層が充分な深さで形成されていないと、後のショットピーニング処理で付与される圧縮残留応力を支持できないこととなる。従来の技術では、窒化処理において形成される硬化層が最適な深さでなかったため、後にショットピーニング処理を施しても、充分に疲労強度が向上していなかった。なお、硬化層を所定の深さよりも深く形成すると、圧縮残留応力（図１）は飽和状態となっていても、無端金属ベルトは脆化してその疲労強度が低下することとなる（図２）。
【０００５】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、窒化処理による硬化層の形成を最適な深さに設定し、その後にショットピーニング処理を施すことによって疲労強度を充分に向上させることが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】
【０００６】
請求項１の無端金属ベルトの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、無端金属ベルトを窒化処理した後にショットピーニング処理を施して、疲労強度を向上させた無端金属ベルトを製造する方法であって、窒化処理は、後のショットピーニング処理による無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力を支持し得る深さに、硬化層を形成するものであることを特徴とするものである。
請求項２の無端金属ベルトの製造方法に係る発明は、請求項１に記載の発明において、窒化処理は、無端金属ベルトの表面から約２７〜４５μｍの厚さに硬化層を形成するものであることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項１の発明では、無端金属ベルトを窒化処理し、次いで、ショットピーニング処理を施す。窒化処理は、後のショットピーニング処理による無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力を支持し得る深さに、硬化層を形成する。そのため、後のショットピーニング処理では、無端金属ベルトの最表面が先の窒化処理で形成された硬化層によって支持されて、残留応力が充分に上昇し、疲労強度が向上する。なお、窒化処理においては、後のショットピーニング処理による無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力を支持し得る深さ以上の深さであって、且つ、無端金属ベルトが脆化しない深さまでの範囲で硬化層を形成する。
請求項２の発明では、請求項１に記載の発明において、窒化処理によって無端金属ベルトの表面から約２７〜４５μｍの厚さに、より好ましくは約２９〜４２μｍの厚さに硬化層を形成することにより、後のショットピーニング処理で無端金属ベルトの最表面が圧縮残留応力を支持することができ、且つ、無端金属ベルトが脆化しないため、確実に残留応力が充分に上昇して疲労強度が向上する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、窒化処理を、後のショットピーニング処理による無端金属ベルトの最表面の圧縮残留応力を支持し得る深さであって脆化しない程度までの範囲の深さに硬化層を適切に形成するため、その後にショットピーニング処理を施すことによって疲労強度を充分に向上させることができる無端金属ベルトの製造方法が提供される。
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、窒化処理により、無端金属ベルトの表面から約２７〜４５μｍの厚さに硬化層を最適に形成するため、その後にショットピーニング処理を施すことによって確実に疲労強度を充分に向上させることができる無端金属ベルトの製造方法が具体的に提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の無端金属ベルトの製造方法を実施するための最良の形態を、図１〜図４に基づいて詳細に説明する。なお、図において、同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとする。
本発明の無端金属ベルトの製造方法は、概略、無端金属ベルト６を窒化処理した後にショットピーニング処理を施して、疲労強度を向上させた無端金属ベルト６を製造するもので、窒化処理は、後のショットピーニング処理による無端金属ベルト６の最表面の圧縮残留応力を支持することができ、且つ、脆化しない範囲の深さに硬化層を形成する。そして、より具体的には、窒化処理を、無端金属ベルト６の表面から約２７〜４５μｍの厚さに、より好ましくは約２９〜４２μｍの厚さに硬化層を形成するものである。
【００１０】
この実施の形態で使用される無端金属ベルト１は、薄板の端縁を互いに溶接することによりリング状に加工して構成されたものである。このように構成された無端金属ベルトは、必要に応じて所定温度に所定時間保持されて時効処理が施され、窒化処理が施される。窒化処理は、所定の温度でＮ2ベース雰囲気の下、所定時間保持する。窒化処理による硬化層は、その処理時の温度や雰囲気中のＮＨ2の濃度、雰囲気に晒す時間など、公知の技術によって所望の深さに変化させることができる。
その後、所定の投射エア圧で、所定径および所定硬度のショット粒を無端金属ベルトの表面に所定時間投射してショットピーニングを行うことにより、無端金属ベルトの表面に圧縮残留応力を生じさせ（図１）、その疲労強度を向上させる（図２）。
【実施例】
【００１１】
この実施例における無端金属ベルトは、たとえば、板厚が約０．２ｍｍ、板幅が約１２ｍｍ、周長が約７２０ｍｍのマルエージング鋼を採用した。図１および図２に示すように、本発明に従って窒化処理された無端金属ベルト（硬化層の深さが２９〜４２μｍの厚さ）と、本発明の範囲外に窒化処理された無端金属ベルト（硬化層の深さが２９〜４２μｍ以下または以上の厚さ）とを比較するために、窒化処理により異なる硬化層深さに形成されたものを複数用意した。図１および図２では、窒化処理によって形成された硬化層の深さが２０〜５０μｍの無端金属ベルトを用意した。そして、これらの窒化処理された無端金属ベルトの表面の硬度は約９００ＨＶであり、硬化層が形成されていない内部の硬度は約５５０ＨＶである。そして、ショットピーニング処理においては、各無端金属ベルトを同条件で、例えば、ショット粒を投射するためのエア圧が０．２ＭＰａで、ショット粒の平均直径が７０μｍ、ショット粒の平均硬度が７００ＨＶで行った。図１および図２の横軸は、共に窒化処理により形成される硬化層の深さを示しており、図１の縦軸には同条件でショットピーニングを行うことによって無端金属ベルトに生じた圧縮残留応力を示し、図２の縦軸には同条件でショットピーニングを行った場合の無端金属ベルトの疲労寿命試験における繰り返し荷重回数を示した。また、図３および図４には、無端金属ベルトにショットピーニング処理を行う状態を説明するための平面図および正面図を示した。
【００１２】
図３および図４に示したように、この実施例におけるショットピーニング装置は、窒化処理された無端金属ベルト６を巻掛ける複数のローラ１、２、３と、少なくとも一つのローラ１を回転駆動する駆動源１２と、無端金属ベルト６の外側と内側にそれぞれショット粒を投射するノズル４、５と、を備えている。さらに、この実施例におけるショットピーニング装置は、無端金属ベルト６に適度の張力を与えるべく少なくとも一つのローラ２を付勢する付勢手段１１を備えている。
固定ベース７の一方の側には、第１ローラ１と第３ローラと３が回転可能に支持されており、また、スライドベース１０が摺動可能に支持されている。スライドベース１０には、第２ローラ２が回転可能に支持されている。さらに固定ベース７の他方の側には、第１ローラを回転駆動するための駆動源１２としてのサーボモータが支持されている。駆動源１２はサーボモータに限定されることなく、他の形式のモータでもよい。無端金属ベルト６は、その内側に第１ローラ１と第２ローラ２が接すると共に、その外側に第３ローラ３が接するように巻掛けられ、付勢手段であるばね１１が第２ローラ２を付勢することにより、適度な張力が付与される。無端金属ベルト６の外側にショット粒を投射するノズル（以下、外側ノズルという）４は、第２ローラ２と対向するように配置され、また、無端金属ベルト６の内側にショット粒を投射するノズル（以下、内側ノズルという）５は、第３ローラ３と対向するように配置されている。内側にショット粒を投射するノズル５は、無端金属ベルト６の周方向に対向する部位（第１ローラ１と第２ローラ２との間にわたる部位）との干渉を防ぐために、水平面に対し約３０°の角度に傾斜した状態で配置される。この傾斜角度は、ショット粒の投射速度の有効成分を大きくするため、無端金属ベルト６と干渉しない範囲でできるだけ小さい方が望ましいが、投射速度に余裕のある設備であれば特に規定する必要はない。各ノズル４、５が接続されるショット粒の投射機構は通常の直圧式エアブロータイプを用いているが、他のベンチレーションエアブロータイプ、もしくはインペラータイプ、その他、方式は問わない。
【００１３】
この実施例におけるショットピーニング処理は、無端金属ベルト６に予負荷（プリストレス）を付与した状態でショット粒を投射するストレスピーニングにより構成される。すなわち、無端金属ベルト６は、ローラ１、２、３に巻掛けられて輪転されると、各ローラ１、２、３に巻き掛けられた部分で曲げが生じる。そして、無端金属ベルト６は、第２ローラ２においては外側表面が曲げによる引張応力を受けた状態で、外側ノズル４からショット粒を投射されて圧縮残留応力が生じることとなる。次いで、無端金属ベルト６は、輪転に伴って第２ローラ２と第１ローラ１との間の直線部に進むと、曲げによる引張応力の予負荷が解放されることにより、無端金属ベルト６の外側表面に大きな圧縮残留応力が形成される。また、無端金属ベルト６は、第３ローラ３においては内側表面が曲げによる引張応力を受けた状態で、内側ノズル５からショット粒を投射されて圧縮残留応力が生じることとなる。次いで、無端金属ベルト６は、輪転に伴って第３ローラ３と第２ローラ２との間の直線部に進むと、曲げによる引張応力の予負荷が解放されることにより、無端金属ベルト６の外側表面に大きな圧縮残留応力が形成される。
【００１４】
以上のようにして窒化処理後にショットピーニング処理された無端金属ベルト６は、図１に示すように、窒化処理によって形成された硬化層が約２９μｍ以下のものでは、硬化層の深さが深くなるのに比例して圧縮残留応力が上昇するが、硬化層が約２９μｍを超えたものでは、硬化層の深さに関係なく圧縮応力が略一定の状態、すなわち、圧縮応力が飽和した状態となる。
一方、疲労寿命に関しては、図２に示すように、窒化処理によって形成された硬化層が約２９μｍ以下のものでは、硬化層の深さが深くなるのに比例して疲労寿命が向上し、硬化層が約２９〜４２μｍまでのものでは、疲労寿命が略一定以上となり、硬化層が約４２μｍ以上のものでは、急激に疲労寿命が低下することが分かった。
以上のことから、本発明による方法では、窒化処理により硬化層を無端金属ベルト６の表面から好ましくは約２９〜４２μｍの範囲の深さで形成し、その後ショットピーニング処理を行うことによって、飛躍的に疲労寿命を向上させることができる。なお、本発明は上述した実施の形態に限定されることはなく、無端金属ベルト６の板厚や板幅、周長は、必要に応じて変更することができる。板厚を変更した場合には、窒化処理による硬化層の深さは、上述した実施例のように無端金属ベルト６の表面から２７〜４５μｍの厚さに形成することはなく、無端金属ベルト６の板厚に対して約１３〜２５％程度の範囲に設定することもできる。また、無端金属ベルト６は、マルエージング鋼に限定されることはなく、他の材質のものにも適用することができる。さらに、ショットピーニング処理は、ストレスピーニングのように引張応力を付与しないでショット粒を投射する一般的なショットピーニングを採用することもできる。そして、ショットピーニング処理の条件は、上述した実施例に限定されることなく、必要に応じて変更することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】窒化処理による硬化層の深さとショットピーニング処理による圧縮残留応力との関係を示すグラフである。
【図２】窒化処理による硬化層の深さと製造された無端金属ベルトの疲労寿命との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の無端金属ベルトの製造方法におけるショットピーニング処理に用いられる装置を概略で示す平面図である。
【図４】図３の装置の正面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１、２、３：ローラ、  ４：外側ノズル、  ５：内側ノズル、  ６：無端金属ベルト、  ７：固定ベース、  １０：スライドベース、  １１：ばね、  １２：サーボモータ、  １５：ショット粒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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