(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉを含有すると共に時効強化元素としてＡｌ，Ｔｉを含有するマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して形成された円筒状のドラムを所定幅に裁断してリングを形成する工程と、該リングを圧延する工程と、圧延されたリングに対する溶体化を行う工程と、該溶体化が施されたリングを所定の周長に周長補正する工程と、周長補正されたリングに時効処理及び窒化処理を施す工程とを備える積層リングの製造方法において、
前記周長補正されたリングを時効処理して、Ａｌ，Ｔｉを金属間化合物であるＮｉ３ＡｌＴｉとして析出させて固定する工程と、時効処理終了後、リングを冷却する工程と、次いで該時効処理が施されたリングに対し不活性気体とアンモニアとの混合雰囲気下で窒化処理を施す工程とを備え、
前記時効処理はリングの時効硬度が最大値未満となる亜時効にとどめ、前記窒化処理によりリングの時効硬度が最大値に達するようにすることを特徴とする積層リングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無段変速機の動力伝達に用いられる無段変速機用ベルトを構成する積層リングの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
無段変速機の動力伝達に用いられる無段変速機用ベルトは、金属製の複数のリングを積層した積層リングと、該積層リングに組み付けられる多数の金属製エレメントとにより構成されている。
【０００３】
従来、前記積層リングは、次のような方法により製造されている。まず、超極力鋼であるマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して円筒状のドラムを形成し、該ドラムに対して前記溶接時の熱により部分的に硬くなった硬度ムラを均質化するために第１の溶体化を行う。次に、前記溶体化後のドラムを所定幅に裁断してリングを形成し、該リングを圧延する。次に、圧延されたリングに対し、圧延組織を再結晶させ、圧延により変形された金属組織の形状を復元するために、第２の溶体化を行う。そして、前記溶体化後のリングを所定の周長に補正し、時効及び窒化処理を施して硬度を向上させた後、少しずつ周長の異なる複数のリングを相互に積層して積層リングを形成する。
【０００４】
前記積層リングは、前記無段変速機用ベルトに用いるために、優れた耐摩耗性及び耐疲労強度性と共に、優れた表面硬さを備えることが望まれる。そこで、特公平５−８２４５２号公報には、前記リングを１対のローラ間に張り渡して回転駆動しつつ、該リングを伸張して周長補正を行なうことにより前記リングの外側表面に５〜６０ｋｇ／ｍｍ2 の圧縮残留応力を付与する製造方法が記載されている。前記公報の記載によれば、前記圧縮残留応力を付与したリングに対し、前記周長補正後、他の処理を行うことなく直ちに、純アンモニア雰囲気下４００〜４８０℃の温度に所定時間保持して時効処理及び窒化処理を同時に行なうことにより、耐摩耗性及び耐疲労強度性に優れたリングを得ることができるとされている。
【０００５】
しかしながら、前記公報記載の製造方法によるときには、前記周長補正後の前記窒化処理において、窒素が金属組織内部に拡散しにくく、十分な表面硬さが得られないことがあるとの不都合がある。また、前記公報記載の製造方法によるときには、前記窒化処理を純アンモニア雰囲気で行うために、製造コストが高くなるとの不都合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる不都合を解消して、優れた表面硬さを備えるリングを安価に得ることができる積層リングの製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、特公平５−８２４５２号公報記載の製造方法において、十分な表面硬さが得られないことがある理由について種々検討した。その結果、前記周長補正後、他の処理を行うことなく直ちに窒化処理を行うと、前記リングの表面近傍にはマルエージング鋼に時効強化元素として固溶しているＡｌ，Ｔｉ等が存在しているため、窒素がＡｌ，Ｔｉと反応して消費される一方、該反応により形成されるＡｌＮ，ＴｉＮ等の窒化物が窒素の金属組織内部への拡散を妨げるとの知見を得た。本発明者らは、前記知見に基づいてさらに検討を重ねた結果、周長補正後、窒化処理に先立って時効処理を行い、前記Ａｌ，Ｔｉ等の時効強化元素をＮｉ3 ＡｌＴｉのような金属間化合物として析出させて固定することにより、後続の窒化処理において窒素が金属組織内部に十分に拡散し優れた表面硬さが得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００８】
そこで、本発明の積層リングの製造方法は、Ｎｉを含有すると共に時効強化元素としてＡｌ，Ｔｉを含有するマルエージング鋼の薄板の端部同士を溶接して形成された円筒状のドラムを所定幅に裁断してリングを形成する工程と、該リングを圧延する工程と、圧延されたリングに対する溶体化を行う工程と、該溶体化が施されたリングを所定の周長に周長補正する工程と、周長補正されたリングに時効処理及び窒化処理を施す工程とを備える積層リングの製造方法において、前記周長補正されたリングを時効処理して、Ａｌ，Ｔｉを金属間化合物であるＮｉ３ＡｌＴｉとして析出させて固定する工程と、時効処理終了後、リングを冷却する工程と、次いで該時効処理が施されたリングに対し不活性気体とアンモニアとの混合雰囲気下で窒化処理を施す工程とを備え、前記時効処理はリングの時効硬度が最大値未満となる亜時効にとどめ、前記窒化処理によりリングの時効硬度が最大値に達するようにすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の製造方法では、前記溶体化が施されたリングを所定の周長に周長補正した後、まず、時効処理を行う。マルエージング鋼には、時効強化元素としてＡｌ，Ｔｉ等が固溶しているが、前記時効処理により前記Ａｌ，Ｔｉ等が、Ｎｉ3 ＡｌＴｉのような金属間化合物として析出し、固定される。
【００１０】
そこで、前記時効処理が施されたリングに窒化処理を施すと、窒素がＡｌ，Ｔｉ等と反応することがなくＡｌＮ，ＴｉＮ等の窒化物が形成されないので、前記窒素は前記窒化物に妨げられることなく金属組織内に深く浸透して、マルエージング鋼の母材である鉄と窒化物を形成することができる。
【００１１】
この結果、前記時効処理及び窒化処理との作用により優れた表面硬さを得ることができる。
【００１２】
また、本発明の製造方法によれば、前記窒化処理において、窒素がＡｌ，Ｔｉ等との反応に消費されることなく、金属組織内に深く浸透することができる。従って、本発明の製造方法では、前記時効処理を行なった後、不活性気体とアンモニアとの混合雰囲気下に前記窒化処理を行えばよく、アンモニアの所要量を削減して製造コストを低減することができる。
【００１３】
また、本発明の製造方法では、優れた耐摩耗性及び耐疲労強度性を付与するために、前記周長補正は、前記溶体化が施されたリングに対し０．２〜０．９％の範囲の周長補正率で行なうことが好ましい。前記周長補正率は次式（１）で示される。
【００１４】
周長補正率（％）＝（補正後の周長−補正前の周長）／補正前の周長×１００・・・（１）前記周長補正率が０．２％未満では、圧縮残留応力は発生するものの、永久歪みが得られないので周長補正を行うことができない。また、前記周長補正率が０．９％を超えると、前記リングが破断する虞があり好ましくない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の積層リングの製造方法を模式的に示す工程図であり、図２はリングの周長補正率と該リング表面に付与される圧縮残留応力との関係を示す線図である。
【００１６】
本実施形態の製造方法では、まず、図１示のようにマルエージング鋼の薄板１をベンディングしてループ化したのち、端部同士を溶接して円筒状のドラム２を形成する。前記マルエージング鋼は、Ｃが０．０３％以下、Ｓｉが０．１０％以下、Ｍｎが０．１０％以下、Ｐが０．０１％以下、Ｓが０．０１％以下の低炭素鋼であり、１８〜１９％のＮｉ、４．７〜５．２％のＭｏ、０．０５〜０．１５％のＡｌ、０．５０〜０．７０％のＴｉ、８．５〜９．５％のＣｏを含む１８％のＮｉ鋼である。このとき、前記マルエージング鋼は溶接の熱により時効硬化を示すので、ドラム２の溶接部分の両側に硬度の高い部分が出現する。
【００１７】
そこで、次に、ドラム２を真空炉３に収容して８２０〜８３０℃の温度に２０〜６０分間保持することにより第１の溶体化処理を行い、硬度ムラを除去する。前記第１の溶体化処理が終了したならば、ドラム２を真空炉３から搬出し、所定幅に裁断してリング４を形成する。
【００１８】
前記のようにして形成されたリング４は、次に圧下率４０〜５０％で圧延される。圧延されたリング４には、表面から３０μｍ程度の厚さで圧延組織が形成されている。そこで、圧延されたリング４を、加熱炉５に収容して第２の溶体化を行うことにより、前記圧延組織を消滅させると共に、均一な金属結晶粒を形成させる。
【００１９】
本実施形態では、次に、溶体化されたリング４を０．２〜０．９％の範囲の周長補正率で周長補正する。前記周長補正率は、前記式（１）で示される。また、図２にリング４を伸張したときの歪み率と圧縮残留応力との関係を示す。
【００２０】
図２において、太実線Ｐはリング４を伸ばしたときの歪み率と公称引張応力（ＭＰａ）との関係を示し、実線Ｑは前記歪み率とリング４の厚さの中心部における引張応力（ＭＰａ）との関係を示し、実線Ｒは前記歪み率とリング４の最表層の引張応力（ＭＰａ）との関係を示す。実線Ｐ，Ｑ，Ｒは前記歪み率が小さい範囲では１本の直線ＯＳとなり、該直線ＯＳはリング４のヤング率を示す。また、太実線Ｐの末端Ｔはリング４の破断限界点を示し、リング４は歪み率がＴ（％）を超えると破断する。
【００２１】
リング４は、荷重をかけて伸ばしたときの引張応力が図２におけるＯＳ間の直線部にある範囲では、前記荷重を解除すると直線ＯＳに沿って縮み、元の長さに戻るので、伸び率が得られない。しかし、リング４は、直線ＯＳが実線Ｐ，Ｑ，Ｒに分岐する範囲まで、例えば、太実線Ｐ上の点Ｂ1まで伸ばした後で荷重を解除すると、点Ｂ1から直線ＯＳと平行な直線に沿って縮み、引張応力が０になったとき横軸上の点Ａ1に相当する伸び率が得られる。従って、前記歪み率（伸び率）は、周長補正されたリング４においては周長補正率に等しい。
【００２２】
このことは、逆に、横軸上の点Ａ1に相当する伸び率を得るためには、点Ａ1から直線ＯＳと平行な直線を引いて、該直線が太実線Ｐと交わる点Ｂ1の引張応力相当する荷重をかける必要があることを示している。
【００２３】
また、リング４を太実線Ｐ上の点Ｂ1まで伸ばした後で荷重を解除すると、点Ｂ1と同一の歪み率に対応する直線Ｑ上の点Ｂ1’から直線ＯＳと平行な直線を引いたときに、該直線上で点Ａ1と同一の歪み率に対応する点Ａ1’に相当する残留引張応力がリング４の内部に生じる。このとき、リング４の最表層には、点Ｂ1と同一の歪み率に対応する直線Ｒ上の点Ｂ1’’から直線ＯＳと平行な直線を引いたときに、該直線上で点Ａ1と同一の歪み率に対応する点Ａ1’’に相当する残留圧縮応力が生じる。
【００２４】
図２では、点Ａ1は歪み率０．２％であるので、リング４を点Ａ1に対応する０．２％の周長補正率で周長補正するためには、リング４を太実線Ｐ上の点Ｂ1まで伸ばす必要があることがわかる。また、リング４を太実線Ｐ上の点Ｂ1まで伸ばした後、荷重を解除すると、リング４の最表層部で点Ａ1’’に相当する約−１５０ＭＰａの圧縮応力を生じることが明らかである。
【００２５】
同様に、リング４を点Ａ2に対応する０．４％の周長補正率で周長補正するためには、リング４を太実線Ｐ上の点Ｂ2まで伸ばす必要があり、この後、荷重を解除すると、リング４の最表層部で点Ａ2’’に相当する約−２００ＭＰａの圧縮応力を生じることが明らかである。また、リング４を点Ａ3に対応する０．９％の周長補正率で周長補正するためには、リング４を太実線Ｐ上の点Ｂ3まで伸ばす必要があり、この後、荷重を解除すると、リング４の最表層部で点Ａ3’’に相当する約−３００ＭＰａの圧縮応力を生じることが明らかである。
【００２６】
さらに、図２からは、リング４を０．９％を超える周長補正率で周長補正しようとすると、このような伸び率（歪み率）に対応する横軸上の点から直線ＯＳと平行な直線を引いたときに、該直線と太実線Ｐとの交点がリング４の破断限界点Ｔに接近し、リング４が破断する虞があることが明らかである。また、リング４を０．２％未満の周長補正率で周長補正しようとすると、このような伸び率（歪み率）に対応する横軸上の点から直線ＯＳと平行な直線を引いたときに、該直線が直線ＯＳに近似するものとなり、実質的に永久歪みが発生しないので、リング４の周長を補正することができないことが明らかである。
【００２７】
そこで、本実施形態の製造方法では、前記０．２〜０．９％の範囲の周長補正率で周長補正することにより、リング４の表面に約１５０〜３００ＭＰａの圧縮残留応力を付与することができ、該圧縮残留応力によりリング４に優れた耐摩耗性及び耐疲労強度性を付与することができる。
【００２８】
本実施形態では、次に、図１に示すように前記周長補正が施されたリング４を図示しない加熱炉に収容し、所定温度に所定時間保持して時効処理を行う。
【００２９】
次に、前記所定時間が経過して前記時効処理が終了したならば、リング４を加熱炉内で冷却し、窒化装置に移送する。そして、窒素等の不活性気体とアンモニアガスとの混合雰囲気下、前記窒化装置内でリング４を所定温度に所定時間保持してガス窒化処理を行う。前記所定時間が経過し、前記ガス窒化処理が終了したならば、リング４を前記窒化装置内で冷却する。
【００３０】
前記ガス窒化処理によれば、前記周長補正を行っていないリング４に対しても該リング４の最表層に−８００ＭＰａの圧縮残留応力を付与することができる。しかし、本実施形態の方法では、前記周長補正によってもリング４の最表層に圧縮残留応力が付与されているので、前記ガス窒化処理により付与される圧縮応力と合わせて、さらに大きな圧縮応力を付与することができる。
【００３１】
前記ガス窒化処理後のリング４の最表層に付与される圧縮応力は、０．４％の周長補正率で周長補正したリング４では−１０００ＭＰａとなり、０．９％の周長補正率で周長補正したリング４では−１１００ＭＰａに達する。従って、本実施形態の方法では、前記圧縮残留応力により、リング４にさらに優れた耐摩耗性及び耐疲労強度性を付与することができる。
【００３２】
本実施形態の方法では、前記時効処理により、リング４に含まれるＡｌ，Ｔｉ等の時効強化元素がＮｉ3 ＡｌＴｉのような金属間化合物として析出し、固定されているので、前記窒化処理では窒素がＡｌ，Ｔｉ等との反応に消費されることがない。従って、前記アンモニアガスは、リング４の窒化に要する量を用いればよく、過剰に用いる必要はない。
【００３３】
次に、前記窒化処理が施されたリング４は、少しずつ周長の異なる複数のリング４を相互に積層することにより、図示しない積層リングが形成される。
【００３４】
尚、前記窒化処理では、加熱によりリング４の時効が進行する。そこで、前記時効処理ではリング４の時効硬度が最大値未満となる亜時効にとどめ、前記窒化処理によりリング４の時効硬度が最大値に達するようにする。
【００３５】
また、本実施形態の製造方法では、前記時効処理終了後、一旦リング４を冷却した方が表面硬さに優れたリング４を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層リングの製造方法の一実施形態を模式的に示す工程図。
【図２】リングの周長補正率と該リング表面に付与される圧縮残留応力との関係を示す線図。
【符号の説明】
１…マルエージング鋼の薄板、  ２…ドラム、  ４…リング。
【図１】
0003850659.tif 000002
【図２】
0003850659.tif 000003