無段階変速機ベルト及びその製造方法
【課題】引張強度及び疲労強度が大きい無段階変速機ベルトを安価に製造することができる無段階変速機ベルトの製造方法を提供する。
【解決手段】無段階変速機ベルトの製造方法は、リング部材形成工程Ｓ１０〜Ｓ１４と、浸炭・焼入れ工程Ｓ１５と、窒化工程Ｓ１７とを備える。先ず、リング部材形成工程では、質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材６Ａを形成する。次に、浸炭・焼入れ工程Ｓ１５では、リング部材６Ａに対して浸炭処理を施すとともに焼入れ処理を施す。最後に、窒化工程Ｓ１７では、浸炭・焼入れ処理されたリング部材６Ｃに対して窒化処理を施す。このようにして、無段階変速機ベルトとしての金属ベルト１を製造する。
【解決手段】無段階変速機ベルトの製造方法は、リング部材形成工程Ｓ１０〜Ｓ１４と、浸炭・焼入れ工程Ｓ１５と、窒化工程Ｓ１７とを備える。先ず、リング部材形成工程では、質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材６Ａを形成する。次に、浸炭・焼入れ工程Ｓ１５では、リング部材６Ａに対して浸炭処理を施すとともに焼入れ処理を施す。最後に、窒化工程Ｓ１７では、浸炭・焼入れ処理されたリング部材６Ｃに対して窒化処理を施す。このようにして、無段階変速機ベルトとしての金属ベルト１を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段階変速機ベルト及びその製造方法に関し、特に、浸炭・焼入れ処理及び窒化処理を施した無段階変速機ベルト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車では環境問題の観点から低燃費化が強く望まれていて、変速機として低燃費化に貢献できるベルト式無段階変速機（以下、「ＣＶＴ」と呼ぶ）が多く用いられている。ＣＶＴでは、薄い板厚の金属ベルト（無段階変速機ベルト）を複数枚重ねてベルトが構成され、このベルトをエレメントと呼ばれる摩擦部材に組付けて使用される。
【０００３】
金属ベルトは、エレメントに組付けられた状態で回転して動力を伝達する。このため、金属ベルトには、回転中に張力や繰り返し曲げ応力が作用するとともに、エレメントとの間で摩擦が生じる。従って、金属ベルトは、引張強度、疲労強度などの様々な特性が要求されるものであり、現状では、引張強度、疲労強度などに優れたマルエージング鋼で構成されるようになっている。
【０００４】
マルエージング鋼として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。下記特許文献１では、先ず、マルエージング鋼に対して８２５度〜９６０度の適当な温度で固溶化処理が施される。そして、４９０度で時効処理が施され、次いで、４５０度〜４７０度においてガス窒化が施される。これにより、このマルエージング鋼では、時効硬化により内部硬さが５００ＨＶ以上になるとともに、窒化により表面硬さが８００ＨＶ以上になり、且つ表面に１２００ＭＰａ程度の大きな圧縮残留応力が生じることになる。こうして、マルエージング鋼を用いて引張強度、疲労強度に優れた金属ベルトが製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、マルエージング鋼は、含有している合金元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ等）が時効硬化により金属間化合物を形成し、この金属間化合物が析出することで、高い引張強度を得ている。また、疲労強度に関しては、含有しているＴｉが、窒化によって表面に生じる圧縮残留応力を大きくして、疲労強度の向上に大きく貢献している。しかしながら、マルエージング鋼は高価な合金元素を多く含有するものであるため、マルエージング鋼で構成された金属ベルトはコストが高くなるという問題がある。そこで、マルエージング鋼に換えて普通の鋼材を用いて安価に金属ベルトを製造することが望まれている。
【０００７】
ここで、普通の鋼材を用いて金属ベルトを製造する場合、大きな引張強度を得るために、炭素鋼に対して焼入れ処理を施すことが考えられる。焼入れ処理によって引張強度を得る場合、多くの合金元素を添加する必要がなく、コストメリットがあるためである。しかしながら、炭素鋼の場合には、大きな引張強度を得ることができるが、大きな疲労強度を得る、即ち表面に大きな圧縮残留応力を生じさせることができない。これは、Ｃを多く含有する炭素鋼の場合、Ｃを多く含有しないマルエージング鋼と異なり、固溶状態のＴｉを多く含むことができず、窒化により表面に大きな圧縮残留応力が生じないためである。
【０００８】
即ち、炭素鋼のような鋼材では、Ｔｉを添加しても、製鋼（溶解）の過程でＣとＴｉとが化合する。これにより、チタン炭化物（ＴｉＣ）の介在物が形成されて、ＣとＴｉとがそれぞれ別個に固溶状態として存在しない（存在し難い）。従って、Ｔｉが多く添加されても、ＣとＴｉとの化合によりＴｉが固溶状態として存在しないため、窒化によって表面に生じる圧縮残留応力を大きくすることができず、炭素鋼の疲労強度を大きくすることができない。また、仮にＴｉがＣより多く含まれている場合、ＣとＴｉとの化合によりＣが固溶状態として存在しなくなるため、焼入れ処理によって引張強度が大きくなるという効果が生じなくなる。以上要するに、炭素鋼を用いて金属ベルトを製造する場合には、引張強度を大きくし且つ疲労強度を大きくすることができなかった。
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、引張強度及び疲労強度が大きい無段階変速機ベルトを安価に製造することができる無段階変速機ベルトの製造方法、及び引張強度及び疲労強度が大きく且つ安価な無段階変速機ベルト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】
上記した課題を達成するために、本発明の無段階変速機ベルトの製造方法は、以下の構成を有する。
（１）質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材を形成するリング部材形成工程と、前記リング部材に対して浸炭処理を施すとともに焼入れ処理を施す浸炭・焼入れ工程と、前記浸炭・焼入れ処理されたリング部材に対して窒化処理を施す窒化工程と、を備えたことを特徴とする。
（２）（１）に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記浸炭・焼入れ工程では、浸炭処理を施した後で且つ焼入れ処理を施す前に、拡散処理を施すことを特徴とする。ここで、「拡散処理」とは、リング部材の変態温度で所定時間加熱保持して、リング部材のＣの含有量の分布を均一化する処理である。
（３）（１）又は（２）に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｃが０．００１％以下であることを特徴とする。
（５）（１）乃至（４）の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記リング部材形成工程では、Ｔｉを含有する金属素材を形成し、前記金属素材の薄板を丸めて管状薄板を形成し、前記管状薄板の周方向端部を溶接して薄肉パイプを形成し、前記薄肉パイプを切断して前記リング部材を形成することを特徴とする。
【００１１】
また、上記した課題を達成するために、本発明の無段階変速機ベルトは、以下の構成を有する。
（６）Ｔｉを含有するリング部材に対して浸炭・焼入れ処理を施すとともに窒化処理を施すことによって製造された無段階変速機ベルトであって、質量％で、Ｃが０．２％以上であり且つ０．８％以下であるとともに、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であり、表面には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在し、表面から厚さ方向の中心部には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在し、表面からの厚さ方向の中心部のビッカース硬度が、４００ＨＶ以上であり且つ６００ＨＶ以下であることを特徴とする。
（７）（６）に記載された無段階変速機ベルトにおいて、質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする。
（８）（６）又は（７）に記載された無段階変速機ベルトにおいて、質量％で、Ｃが０．３％以上であり且つ０．５％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記した無段階変速機ベルトの製造方法の作用効果について説明する。
（１）本発明の無段階変速機ベルトの製造方法によれば、先ず、リング部材形成工程において形成されるリング部材は、Ｃの含有量が極めて少ないものであるのに対して、Ｔｉの含有量が比較的多いものである。このため、このリング部材では、チタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物がほとんど生成されていない。そして、浸炭処理によって、リング部材にＣが多く入り込み、固溶状態であるＣとＴｉとが別個に多く存在するようになる。次いで、焼入れ処理によって、Ｃが過飽和に閉じ込められてマルテンサイト状態になり、リング部材の硬度が著しく上昇する。こうして、リング部材は、引張強度が十分大きいものになる。その後、窒化処理によって、固溶状態で適度に存在するＴｉが、微細な析出物を生成し表面に大きな圧縮残留応力を生じさせる。こうして、無段階変速機ベルトは、疲労強度が十分大きいものになる。そして、この無段階変速機ベルトは、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材で構成されたリング部材から製造されたものである。従って、この製造方法によれば、引張強度及び疲労強度が大きい無段階変速機ベルトを安価に製造することができる。
（２）この場合には、拡散処理によって、リング部材の表面（裏面）と厚さ方向の中心部との間でＣの含有量の差をなくすことができ、拡散処理の後の焼入れ処理によって、安定した品質のリング部材（無段階変速機ベルト）を製造することができる。また、浸炭処理の後に拡散処理を施すため、浸炭処理を低温で行うことができ、より精密に且つ短時間で処理することができる。更に、Ｃがリング部材の内部にまで入り込んでいない状態で浸炭処理を素早く終了し、その後の拡散処理によってＣの含有量を均一化することで、浸炭・焼入れ工程における処理時間を短くすることができる。
（３）この場合には、固溶状態であるＴｉが、窒化によって無段階変速機ベルトの表面の圧縮残留応力を特に大きくすることができ、疲労強度を十分大きくすることができる。
（４）この場合には、チタン炭化物の介在物が形成されることによって生じる弊害を十分抑えることができる。
（５）この場合には、溶接されているリング部材に対して浸炭・焼入れ処理が施されるため、Ｃの含有量を任意に定めることができ、極めて大きな引張強度を有する無段階変速機ベルトを製造することができる。即ち、溶接する前ではＣの含有量が極めて少ないため、溶接しても溶接部分に割れが生じることがない。そして、溶接した後に浸炭・焼入れ処理を施すため、Ｃの含有量を０．４％より大きくして、引張強度を極めて大きくすることができる。従って、この製造方法によれば、極めて大きな引張強度を必要とする無段階変速機ベルトであっても、製造することができる。
【００１３】
上記した無段階変速機ベルトの作用及び効果について説明する。
（６）本発明の無段階変速機ベルトによれば、Ｃが０．２％〜０．８％であるため、無段階変速機ベルトが要求される引張強度の範囲を満たすようになっている。また、Ｔｉが０．１％〜１．０％であるため、無段階変速機ベルトが要求される疲労強度の範囲を満たすようになっている。また、表面には含有されたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在するとともに、厚さ方向の中心部には含有されたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在するため、この無段階変速機ベルトには窒化処理が適切に施されていることになる。更に、厚さ方向の中心部ではビッカース硬度が４００ＨＶ〜６００ＨＶであるため、無段階変速機ベルトとして要求される内部硬度の範囲を満たすようになっている。そして、この無段階変速機ベルトは、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材から製造されたものである。従って、この無段階変速機ベルトは、引張強度及び疲労強度が大きく且つ安価なものである。
（７）この場合には、固溶状態であるＴｉが窒化によって無段階変速機ベルトの表面の圧縮残留応力を特に大きくしているため、疲労強度が十分大きい無段階変速機ベルトになっている。
（８）この場合には、引張硬度が無段階変速機ベルトに要求される最適な範囲になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）金属ベルトの外観形状を示した説明図である。（Ｂ）金属ベルトの部分拡大図である。（Ｃ）金属ベルトが使用される状態を示した断面図である。
【図２】金属ベルトを製造するための工程を示したフローチャートである。
【図３】薄板が丸められる状態の説明図である。
【図４】溶接された薄肉パイプの説明図である。
【図５】切断されたリング部材の説明図である。
【図６】圧延されたリング部材の説明図である。
【図７】（Ａ）リング部材の部分断面図である。（Ｂ）浸炭処理されたリング部材のＣの含有量を示した説明図である。
【図８】歪矯正及び周長調整されたリング部材の説明図である。
【図９】窒化処理されたリング部材の表面からの深さとビッカース硬度との関係を示した説明図である。
【図１０】（Ａ）本実施形態の金属ベルトの表面における圧縮残留応力と、比較品としての金属ベルトの表面における圧縮残留応力とを示した表である。（Ｂ）本実施形態の金属ベルトと、マルエージング鋼から成る金属ベルトと、比較品としての金属ベルトとの疲労寿命を比較したグラフである。
【図１１】本実施形態の金属ベルトにおいて表面からの深さと各成分の濃度との関係を示した説明図である。
【図１２】欠陥品としての金属ベルトにおいて表面からの深さと各成分の濃度との関係を示した説明図である。
【図１３】（Ａ）Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、表面からの深さとＮ濃度との関係を示したグラフである。（Ｂ）Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、表面における圧縮残留応力を示した表である。
【図１４】（Ａ）拡散処理する前のリング部材のＣの含有量を示した説明図である。（Ｂ）拡散処理した後のリング部材のＣの含有量を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る無段階変速機ベルト及びその製造方法について、図面を参照しながら以下に説明する。図１（Ａ）は、金属ベルト１の外観形状を示した説明図であり、図１（Ｂ）は、金属ベルト１の部分拡大図であり、図１（Ｃ）は、金属ベルト１が使用される状態を示した断面図である。
【００１６】
金属ベルト１は、ベルト式無段階変速機において動力伝達用ベルトとして用いられるものであり、本発明の無段階変速機ベルトに相当する。図１（Ａ）に示したように、金属ベルト１は薄板状のリングであり、図１（Ｂ）に示したように、断面形状が径外方向に凸となる曲線形状、所謂クラウニングＲ形状になっている。そして、図１（Ｃ）に示したように、複数枚の金属ベルト１が重ね合わされて一組のベルトＢＴが構成されていて、一対のベルトＢＴがエレメント２に組付けられて動力伝達用ベルトとして機能している。なお、クラウニングＲ形状は、図１（Ｃ）に示したように、ベルトＢＴをエレメント２の凹部２ａに挿入して組付ける場合に、金属ベルト１の重なり合った状態を安定させるために設けられている。
【００１７】
本実施形態では、上記した金属ベルト１は、図２に示した各工程を経て、製造されるようになっている。図２は、金属ベルト１を製造するための工程を示したフローチャートである。図２に示したように、素材形成工程では、金属ベルト１の素材と成る金属素材が形成される（ステップ１０）。即ち、ＶＩＭ溶解炉（真空誘導溶解装置）の溶製により、質量％で、Ｃが０．００１％以下であり、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であり、Ｓｉが０．５％以下であり、Ｍｎが０．８％以下であり、Ｃｒが１．０％以上であり且つ６．０％以下であり、Ｍｏが０．５％以上であり且つ１．５％以下であり、残りがＦｅ及び不可避的不純物である金属素材が形成される。上記した金属素材の化学組成は、例えばＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析計）を用いた化学分析によって、正確に測定される。
【００１８】
Ｃ：０．００１％以下、Ｔｉ：０．３％〜０．７％、
この理由については、後に詳しく説明する。
Ｍｎ：０．８％以下、
Ｍｎは、任意元素であって含有させなくてもよいが、溶製時の脱酸剤として有効な元素であるので少量含有させることができる。Ｍｎの含有量が多すぎると延性が低下し、冷間圧延が難しくなるため、その上限値を０．８パーセントとする。
【００１９】
Ｃｒ：１．０％〜６．０％、
Ｃｒは、後述する焼入れ処理による内部の硬度向上に有効であり、また、後述する窒化処理による表面近傍の硬度向上にも有効である。これらの効果を得るために、Ｃｒの含有量の下限値を１．０％とする。一方、Ｃｒの含有量が多すぎると、後述する窒化処理によってＣｒの窒化物が多く生成され、窒素濃度分布が不連続になる。これにより、圧縮残留応力が低下して、疲労強度の低下を招くことになる。このため、Ｃｒの含有量の上限値を６．０％とする。
【００２０】
Ｍｏ：０．５％〜１．５％、
Ｍｏは、延性を損なうことなく強度、靭性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るために、Ｍｏの含有量の下限値を０．５％とする。一方、Ｍｏの含有量が多くなりすぎてもその効果が飽和してコストアップを招くため、Ｍｏの含有量の上限値を１．５％とする。
なお、上記した不可避的不純物とは、例えば、Ｓ、Ｐ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ等である。
【００２１】
ここで、図２のフローチャートに戻る。素材形成工程の後、管状形成工程では、金属素材の薄板を丸めて管状薄板が形成される（ステップ１１）。即ち、上記した金属素材から熱間鍛造によって厚板を形成し、この厚板から冷間圧延によって薄板（鋼帯）を形成する。図３は、薄板３が丸められる状態の説明図である。図３に示したように、薄板３が丸められて管状薄板４が形成される。
【００２２】
次に、溶接工程では、管状薄板４の周方向端部をレーザ溶接によって接合して薄肉パイプ５が形成される（ステップ１２）。図４は、溶接された薄肉パイプ５の説明図である。この溶接工程では、管状薄板４のＣの含有量は０．００１％以下という極めて小さい値であるため、溶接部分に割れが生じることがない。なお、管状薄板４のＣの含有量が０．４％を超える場合には、溶接部分に割れが生じることになる。溶接工程の後、薄肉パイプ５の溶接部分が硬くなっているため、焼鈍処理を施して、薄肉パイプ５の硬さを均一にする。
【００２３】
続いて、リング状切断工程では、薄肉パイプ５を専用のリング切断機を用いて輪切りにして、図５に示したように、リング部材６が形成される（ステップ１３）。なお、図５は、切断されたリング部材６の説明図である。このリング部材６では、厚さが０．４２ｍｍ程度であり、直径が１００ｍｍ程度であり、幅が１０ｍｍ程度になっている。リング状切断工程の後、リング部材６に生じるバリを除去するため、バレル研磨機を用いてバレル研磨を施す。
【００２４】
その後、圧延工程では、図６に示したように、リング部材６の直径が大きくなるように圧延機を用いて圧延して、リング部材６Ａが形成される（ステップ１４）。なお、図６は、圧延されたリング部材６の説明図である。ここで、圧延されたリング部材６をリング部材６Ａと呼ぶことにする。このリング部材６Ａでは、厚さｄ（図７（Ａ）参照）が０．１８ｍｍ程度になっている。このリング部材６Ａが、本発明に係るリング部材形成工程により形成されたリング部材に相当する。また、このリング部材６Ａでは、上述した金属部材と同様、質量％で、Ｃが０．００１％以下であり、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下になっている。
【００２５】
そして、図２に示したように、浸炭・焼入れ処理では、リング部材６Ａに対して浸炭処理が施されるとともに焼入れ処理が施される。先ず、浸炭処理について説明する。浸炭処理では、ＣＯガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ａが加熱処理される。具体的に、処理温度は８５０度〜９５０度程度であり、保持時間は３０分〜１時間程度である。ここで、図７（Ａ）は、リング部材６Ａの部分断面図であり、図７（Ｂ）は、浸炭処理されたリング部材６ＡのＣの含有量を示した説明図である。このガス浸炭処理では、図７（Ｂ）に示したように、リング部材６ＡのＣの含有量が、表面（裏面）から厚さ方向の中心部まで０．３％〜０．４％になるように、混合ガス雰囲気が調整される。
【００２６】
次に、浸炭処理の効果について説明する。浸炭処理が施される前のリング部材６Ａでは、Ｃの含有量が０．００１％以下である。このようにＣの含有量が極めて少ないリング部材６Ａに対して、仮に焼入れ処理を行っても、引張強度を大きくすることができない。このため、浸炭処理によってＣの含有量を大きくすることで、その後の焼入れ処理によって引張強度を大きくすることができる。
【００２７】
ここで、浸炭処理を施さずに、素材形成工程の製鋼（溶解）の過程で、Ｃの含有量を例えば０．０５％より大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、固溶状態であるＣとＴｉとが化合して、チタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物が形成され、ＣとＴｉがそれぞれ別個に固溶状態として存在しなくなる（存在し難くなる）。また、チタン炭化物の析出物が成長して、大きな介在物となることもある。こうして、製鋼の過程でＣの含有量を大きくしても、形成されたチタン炭化物の析出物によって、焼入れ処理による引張強度が大きくなるという効果を生じさせることができない。このため、浸炭処理を行うことで、チタン炭化物の析出物を形成せず、固溶状態のＣが存在するようになり、焼入れ処理によって引張強度を大きくすることができる。なお、浸炭処理では、製鋼（溶解）のように鋼が溶けるまで温度が高くないため、形成されるチタン炭化物の量が少なく、固溶状態のＣを含有させることができる。ここで、介在物とは、析出物が大きな塊になったものであって、強度を大幅に低下させるものである。このため、製品においては介在物を起点にして破壊が生じるようになっている。
【００２８】
続いて、焼入れ処理について説明する。焼入れ処理では、オーステナイト状態になっているリング部材６Ａが、空冷される。なお、水、油等によって急冷しても良い。これにより、Ｃが過飽和に閉じ込められてマルテンサイト状態になり、リング部材６Ａの硬度が著しく上昇する。このとき、リング部材６Ａの厚さ方向の中心部においても、焼きが入り、ビッカース硬さが５５０ＨＶ程度まで上昇する。こうして、リング部材６Ａは、引張強度が十分大きなものになる。浸炭・焼入れ処理されたリング部材６Ａをリング部材６Ｂと呼ぶこととする。
【００２９】
ここで、図２のフローチャートに戻る。浸炭・焼入れ処理の後、歪矯正・周長調整工程では、焼入れ処理によって生じた歪が矯正されるとともに周長が調整される（ステップ１６）。図８は、歪矯正及び周長調整されたリング部材６Ｂの説明図である。図８に示したように、リング部材６Ｂは、一対のローラ７，７の間に架け渡されて、ローラ７，７の間が拡がる方向にテンションが付加された状態で、回転する。こうして、歪が矯正されるとともに周長が調整されることになる。歪矯正及び周長調整されたリング部材６Ｂをリング部材６Ｃと呼ぶこととする。
【００３０】
そして、図２に示したように、窒化処理では、リング部材６Ｃに対して窒化処理が施される（ステップ１７）。窒化処理では、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ｃが加熱処理される。具体的に、処理温度は４００度〜５００度程度であり、保持時間は３０分〜１時間程度である。ここで、図９は、窒化処理されたリング部材６Ｃの表面からの深さとビッカース硬度との関係を示した説明図である。このガス窒化処理では、図９に示したように、表面のビッカース硬度が８５０ＨＶ以上であり且つ厚さ方向の中心部（表面からの深さが９０μｍである部分）のビッカース硬度が５５０ＨＶ程度になるように、混合ガス雰囲気が調整される。こうして、窒化処理されたリング部材６Ｃが、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した金属ベルト１である。
【００３１】
次に、窒化処理の効果について説明する。窒化処理が施される前のリング部材６Ｃでは、固溶状態であるＴｉが比較的多く存在する。これは、浸炭処理において、含有されるＣと固溶状態であるＴｉとが化合してチタン炭化物が形成されるが、全てがチタン炭化物にならないためである。このため、固溶状態であるＴｉの窒化によって、金属ベルト１の表面に生じる圧縮残留応力を大きくすることができ、金属ベルト１の疲労強度を大きくすることができる。言い換えると、発明者は、鋭意研究を行った結果、固溶状態であるＴｉが適度に存在している状態で窒化することで、金属ベルト１の表面に生じる圧縮残留応力を大きくすることができ、疲労強度を大きくすることができることを見出した。
【００３２】
そこで、本実施形態の金属ベルト１と、マルエージング鋼から成る金属ベルト１Ｘと、比較品としての金属ベルト１Ｙとの疲労寿命（疲労強度）を比較するため、疲労試験を行った。疲労試験では、専用の疲労試験機を用いて、複数のローラの間で金属ベルト１，１Ｘ，１Ｙに定められたテンションを付加しつつ、複数のローラを回転させて金属ベルト１，１Ｘ，１Ｙに繰り返し曲げ応力を付加する。そして、金属ベルト１，１Ｘ，１Ｙが破断するまでの繰り返し曲げ回数で評価した。比較品としての金属ベルト１Ｙは、質量％で、Ｃが０．３５％以下であり、Ｓｉが０．２％であり、Ｍｎが０．８％であり、Ｃｒが１．０％であり、Ｍｏが１．０％以下であり、残りがＦｅ及び不可避的不純物である金属素材を用いて、図２に示した各工程（浸炭処理を除いても良い）を経て、製造されたものである。即ち、金属ベルト１Ｙは、金属ベルト１と異なり、Ｔｉが含有されていない金属素材から製造されたものである。
【００３３】
ここで、図１０（Ａ）は、本実施形態の金属ベルト１の表面における圧縮残留応力Ｐｓと、比較品としての金属ベルト１Ｙの表面における圧縮残留応力Ｐｓとを示した表である。また、図１０（Ｂ）は、本実施形態の金属ベルト１と、マルエージング鋼から成る金属ベルト１Ｘと、比較品としての金属ベルト１Ｙとの疲労寿命を比較したグラフである。図１０（Ａ）に示したように、金属ベルト１では、金属ベルト１Ｙに比して、表面に生じる圧縮残留応力Ｐｓが大きくなっている。また、図１０（Ｂ）に示したように、金属ベルト１の疲労寿命は、金属ベルト１Ｘの疲労寿命と同程度であるのに対して、金属ベルト１Ｙの疲労寿命は、金属ベルト１，１Ｘの疲労寿命の約１０分の１程度である。
【００３４】
このため、図１０（Ａ）（Ｂ）から、固溶状態として適度に存在するＴｉが窒化することで、表面に生じる圧縮残留応力Ｐｓが大きくなって、疲労強度が大きくなることが分かる。また、普通の鋼材から成る金属ベルト１であっても、高価な合金元素が多く含まれているマルエージング鋼から成る金属ベルト１Ｘと同程度の疲労強度を持たせることができることが分かる。従って、本実施形態の金属ベルト１は、安価且つ疲労強度が大きいものである。
【００３５】
続いて、金属ベルト１における各成分の濃度について説明する。図１１は、金属ベルト１の表面からの深さと金属ベルト１における各成分の濃度との関係を示した説明図である。図１１に示したように、固溶状態であるＮ等は、表面からの深さが大きくなる程、濃度が減少している。これは、表面からの深さが大きくなるほど、窒化処理によるＮの侵入が少なくなるためである。なお、固溶状態であるＮ等とは、固溶状態であるＮの他に、Ｔｉ以外の元素との窒化物を含むものである。
【００３６】
また、図１１に示したように、含有されているＴｉは、チタン窒化物（ＴｉＮ）と固溶状態のＴｉとチタン炭化物（ＴｉＣ）との３形態で、存在している。そして、チタン窒化物及びチタン炭化物の一部は主に微細な析出物としてマトリックス（Ｆｅ）組織に固溶している。こうして、特に、微細な析出物であるチタン窒化物の分布が、金属ベルト１の窒化層（表面から深さが約３０μｍまでの部分）のビッカース硬度の分布に大きく寄与している。この結果、図９に示したように、表面ではビッカース硬度が９００ＨＶ以上になっている。
【００３７】
また、図１１に示したように、含有されているＣの大部分が、焼入れ処理によって過飽和にマトリックス（Ｆｅ）組織に固溶していて、マルテンサイト状態になっている。この過飽和である固溶状態のＣの分布が、深さが３０μｍである部分から厚さ方向の中心部（深さが９０μｍである部分）までのビッカース硬度の分布に大きく寄与している。この結果、図９に示したように、深さが３０μｍである部分から厚さ方向の中心部（深さが９０μｍである部分）までのビッカース硬度が５５０ＨＶ〜６００ＨＶになっている。なお、金属素材においては元々Ｃの含有量は０．００１％以下であったため、図１１に示したように含有されているＣは、浸炭処理によって含有されたものである。こうして、Ｃの含有量が極めて少ない普通の鋼材（金属素材）から成る金属ベルト１であっても、浸炭・焼入れ処理及び窒化処理によって、金属ベルト１に図９に示したビッカース硬度を持たせることができる。こうして、本実施形態の金属ベルト１は、引張強度が大きいものになっている。
【００３８】
ここで、Ｃの含有量が多い金属素材を用いて、図２に示した各工程（浸炭・焼入れ処理及び窒化処理）を経て製造された金属ベルト１Ｚ（欠陥品）について、図１２を用いて説明する。ここで、金属ベルト１Ｚを形成する金属素材は、本実施形態の金属ベルト１を形成する金属素材に比して、Ｃの含有量のみが多いもの、例えばＣの含有量が０．３％より大きいものとする。図１２は、金属ベルト１Ｚにおいて表面からの深さと各成分の濃度との関係を示した説明図である。
【００３９】
図１２に示したように、金属ベルト１Ｚでは、多量のチタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物が存在する。これは、金属素材を造る製鋼（溶解）の過程で、固溶状態であるＣとＴｉとが化合してしまうためである。これにより、焼入れ処理において、固溶状態であるＣがほとんど存在しないため、ビッカース硬度を大きくすることができない。即ち、図１２に示したように、過飽和にマトリックス（Ｆｅ）組織に固溶しているＣが少ない。このため、この金属ベルト１Ｚは、表面からの深さが３０μｍである部分から厚さ方向の中心部まででビッカース硬度が２００ＨＶ程度であり、金属ベルトとしての強度を満たさない欠陥品である。更に、この金属ベルト１Ｚでは、窒化処理において、固溶状態であるＴｉがほとんど存在しないため、図１２に示したように、チタン窒化物がほとんど形成されていない。従って、この金属ベルト１Ｚは、表面及び表面近傍のビッカース硬度は小さく、且つ疲労強度が小さいものである。
【００４０】
次に、本実施形態の金属ベルト１を形成する金属素材において、Ｃの含有量について説明する。金属素材のＣの含有量は、質量％で０．０５％以下である必要がある。これは、上述したように、金属素材を造る製鋼（溶解）の過程で固溶状態であるＣとＴｉとが化合して、固溶状態であるＴｉが少なくなり、窒化処理による効果を得ることができなくなるためである。即ち、Ｃの含有量が０．０５％より大きい場合には、Ｔｉと化合したＣによってチタン炭化物（ＴｉＣ）が成長し、疲労強度を低下させるためである。従って、金属素材のＣの含有量は少ない程良い。こうして、発明者は、金属素材のＣの含有量が０．００１％以下である場合に、チタン炭化物の介在物が形成されることによって生じる弊害を十分抑えることができて、特に好ましいことを見出した。
【００４１】
続いて、本実施形態の金属ベルト１を形成する金属素材において、Ｔｉの含有量について説明する。金属素材のＴｉの含有量は、質量％で０．１％以上であり且つ１．０％以下である必要がある。Ｔｉの含有量の下限値が０．１％であるのは、０．１％より小さい場合に、固溶状態であるＴｉの窒化による効果を得ることができなくなるためである。即ち、図１０（Ｂ）で示した金属ベルト１Ｙのように、疲労強度が小さいものになるためである。
【００４２】
一方、金属素材のＴｉの含有量の上限値が１．０％である理由について、図１３を用いて説明する。図１３（Ａ）は、Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、金属ベルトの表面からの深さとＮ濃度との関係を示したグラフである。また、図１３（Ｂ）は、Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、金属ベルトの表面における圧縮残留応力Ｐｓを示した表である。
【００４３】
図１３（Ａ）に示したように、Ｔｉの含有量が０．５％である場合には、金属ベルトの表面近傍におけるＮ濃度分布勾配は急であるのに対して、Ｔｉの含有量が１．０％である場合には、金属ベルトの表面近傍におけるＮ濃度分布勾配は緩やかである。このようにＮ濃度分布勾配に差が出るのは、Ｔｉの含有量が多い程、窒化処理において表面から侵入するＮがＴｉに遭遇する確率が高くなるためである。即ち、Ｔｉの含有量が多い程、表面から侵入するＮがＴｉと反応して深くまで入り込み、Ｎ濃度分布勾配が緩やかになる。そして、Ｎ濃度分布勾配が緩やかである程、金属ベルトの表面に圧縮残留応力Ｐｓが生じ難くなるという関係がある。
【００４４】
こうして、図１３（Ｂ）に示したように、Ｔｉの含有量が０．５％である場合には、金属ベルトの表面の圧縮残留応力Ｐｓは１２００ＭＰｓ程度であり、金属ベルトは疲労強度が十分大きなものになる。しかしながら、Ｔｉの含有量が１．０％である場合には、金属ベルトの表面の圧縮残留応力Ｐｓは９００ＭＰａ程度であり、金属ベルトは疲労強度が小さいものになる。このことから、金属素材のＴｉの含有量は１．０％以下であることが必要である。そして、発明者は、窒化によって金属ベルトの表面の圧縮残留応力Ｐｓを特に大きくすることができる範囲として、Ｔｉの含有量が０．３％以上であり且つ０．７％以下であることが好ましいことを見出した。
【００４５】
次に、上述したように製造された金属ベルト１では、以下に示す化学成分及び硬度を有することに特徴がある。即ち、この金属ベルト１では、質量％で、Ｃが０．２％以上であり且つ０．８％以下であるとともに、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下である。また、金属ベルト１の表面には、質量％で、リング部材６Ａ（金属素材）に含有されていたＴｉの１０％以上がチタン窒化物（ＴｉＮ）として存在している。また、金属ベルト１の表面から厚さ方向の中心部、即ち金属ベルト１において表面からの深さが９０μｍである部分には、質量％で、リング部材６Ａに含有されていたＴｉの１０％以上が、チタン炭化物やチタン窒化物ではなく、固溶状態であるＴｉとして存在している。上記した金属ベルト１の化学成分は、例えばＥＰＭＡ（電子マイクロアナライザ）とＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）とを用いて測定される。更に、金属ベルト１の表面から厚さ方向の中心部では、ビッカース硬度が４００ＨＶ以上であり且つ６００ＨＶ以下である。上記した化学成分及び硬度の範囲について、説明する。
【００４６】
Ｃ：０．２％〜０．８％、
Ｃの含有量とビッカース硬度とは比例関係にあり、金属ベルト１として最低限要求されるビッカース硬度を満たすため、Ｃの含有量の下限値を０．２％とする。一方、浸炭・焼入れ処理によってＣは０．８％まで入り込むため、Ｃの含有量の上下値を０．８％とする。ここで、発明者は、Ｃの含有量が０．３％以上であり且つ０．５％以下である場合に、金属ベルト１に要求される最適なビッカース硬度（引張強度）の範囲を満たすことを見出した。
【００４７】
Ｔｉ：０．１％〜１．０％、
Ｔｉの含有量が０．１％より小さい場合には、上述したようなＴｉの窒化による効果が得られていないため、Ｔｉの含有量の下限値を０．１％とする。また、Ｔｉの含有量が１．０％より大きい場合には、上述したように疲労強度が小さいものになっているため、Ｔｉの含有量の上限値を１．０％とする。ここで、発明者は、上述したように金属ベルト１の表面の圧縮残留応力Ｐｓ、即ち疲労強度を大きくできる範囲として、Ｔｉの含有量が０．３％以上であり且つ０．７％以下であることが好ましいことを見出した。
【００４８】
金属ベルト１の表面：Ｔｉの１０％以上がチタン窒化物として存在、
金属ベルトの表面で、リング部材６Ａ（金属素材）に含有されていたＴｉのうち１０％未満しかチタン窒化物が形成されていなければ、上述したような固溶状態のＴｉの窒化による効果が得られていないことになる。即ち、窒化処理が適切に施されていないことになる。よって、金属ベルト１の表面にＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在していることを条件とする。
【００４９】
金属ベルト１の厚さ方向の中心部：Ｔｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在、
金属ベルトの表面から厚さ方向の中心部、即ち金属ベルト１において表面からの深さが９０μｍである部分に、Ｔｉの１０％未満しか固溶状態で存在していなければ、上述したような固溶状態のＴｉの窒化による効果が得られていないことになる。即ち、窒化処理が適切に施されていないことになる。又は、金属ベルト１の中心部まで窒化処理が施されていて、表面から侵入するＮがＴｉと反応して深くまで入り込んでいることになる。このときには、Ｎ濃度分布勾配は緩やかであり、金属ベルトの表面に生じる圧縮残留応力Ｐｓが小さく、金属ベルト１は疲労強度が小さいものになっている。よって、金属ベルト１の中心部にＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在していることを条件とする。
【００５０】
金属ベルト１の厚さ方向の中心部：ビッカース硬度が４００ＨＶ〜６００ＨＶ
ビッカース硬度が４００ＨＶより小さい場合には、金属ベルト１の内部硬度として最低限要求されるビッカース硬度を満たさない。よって、ビッカース硬度の下限値を４００ＨＶとする。一方、ビッカース硬度が６００ＨＶより大きい場合には、金属ベルトの表面硬度と内部硬度との差が小さくなり、金属ベルト１は靭性が低いものである。この場合、繰り返し曲げ応力が作用したときに発生する亀裂の進展が抑制されず、金属ベルト１に要求される疲労強度を満たさない。よって、ビッカース硬度の上限値を６００ＨＶとする。
【００５１】
本実施形態の作用効果について説明する。
この実施形態の無段階変速機ベルトの製造方法によれば、先ず、リング部材形成工程において形成されるリング部材６Ａは、Ｃの含有量が極めて少ないものであるのに対して、Ｔｉの含有量が比較的多いものである。このため、このリング部材６Ａでは、チタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物がほとんど生成されていない。そして、浸炭処理によって、リング部材６ＡにＣが多く入り込み、固溶状態であるＣとＴｉとが別個に多く存在するようになる。次いで、焼入れ処理によって、Ｃが過飽和に閉じ込められてマルテンサイト状態になり、リング部材６Ｂの硬度が著しく上昇する。こうして、リング部材６Ｂは、引張強度が十分大きいものになる。その後、窒化処理によって、固溶状態で適度に存在するＴｉが、微細な析出物を生成し表面に大きな圧縮残留応力を生じさせる。こうして、金属ベルト１は、疲労強度が十分大きいものになる。そして、この金属ベルト１は、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材で構成されたリング部材６Ａから製造されたものである。従って、この製造方法によれば、引張強度及び疲労強度が大きい金属ベルト１を安価に製造することができる。
【００５２】
また、この実施形態の無段階変速機ベルトの製造方法によれば、溶接工程の後に、溶接されたリング部材６Ａに対して浸炭・焼入れ処理が施される。このため、Ｃの含有量を任意に定めることができ、極めて大きな引張強度を有する金属ベルト１を製造することができる。即ち、Ｃの含有量と引張強度との間には比例関係があるため、大きな引張強度を有する金属ベルトを製造するためには、Ｃの含有量を大きくする必要がある。しかし、従来においては、大きな引張強度を得るために、製鋼（溶解）の過程でＣの含有量を０．４％より大きくすると、溶接工程において溶接部分に割れが生じるという問題があった。これに対して、本実施形態の製造方法によれば、溶接工程の前においてＣの含有量が極めて少ないため、溶接工程において溶接部分に割れが生じることがない。そして、溶接工程の後に、浸炭・焼入れ処理においてＣの含有量を０．４％より大きくすることにより、引張強度を極めて大きくすることができる。従って、この製造方法によれば、極めて大きな引張強度を必要とする金属ベルト１であっても、製造することができる。
【００５３】
また、この実施形態の金属ベルト１（無段階変速機ベルト）によれば、Ｃが０．２％〜０．８％であるため、金属ベルト１が要求される引張強度の範囲を満たすようになっている。また、Ｔｉが０．１％〜１．０％であるため、金属ベルト１が要求される疲労強度の範囲を満たすようになっている。また、表面には、含有されたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在するとともに、厚さ方向の中心部には、含有されたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在するため、この金属ベルト１には窒化処理が適切に施されていることになる。更に、厚さ方向の中心部ではビッカース硬度が４００ＨＶ〜６００ＨＶであるため、金属ベルト１として要求される内部硬度の範囲を満たすようになっている。そして、この金属ベルト１は、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材から製造されたものである。従って、この金属ベルト１は、引張強度及び疲労強度が大きく且つ安価なものである。
【００５４】
次に、第２実施形態について説明する。
この第２実施形態では、浸炭・焼入れ工程において、浸炭処理を施した後で且つ焼入れ処理を施す前に、リング部材６Ａ（図６参照）に拡散処理が施される。浸炭処理では、ＣＯガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ａが加熱処理される。具体的に、処理温度は６００度〜９００度程度であり、保持時間は５分〜３０分程度である。続いて、拡散処理では、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ａが加熱保持される。具体的に、処理温度は８５０度〜９５０度程度であり、保持時間は３０分〜１時間程度である。
【００５５】
ここで、拡散処理とは、リング部材６Ａの変態温度で所定時間加熱保持して、リング部材６ＡのＣの含有量の分布を均一化する処理である。その後、焼入れ処理では、オーステナイト状態になっているリング部材６Ａが冷やされて、マルテンサイト状態になる。浸炭処理と、拡散処理及び焼入れ（冷却）処理とを行う場合、一つの炉を用いて温度と混合ガス雰囲気とを調節すると良い。これは、冷却及び加熱によるエネルギーの無駄を減らすためである。
【００５６】
第２実施形態の作用効果について、図１４を用いて説明する。
図１４（Ａ）は、拡散処理する前のリング部材６ＡのＣの含有量を示した説明図である。一方、図１４（Ｂ）は、拡散処理した後のリング部材６ＡのＣの含有量を示した説明図である。図１４（Ａ）に示したように、拡散処理する前、即ち浸炭処理した直後では、表面（裏面）と厚さ方向の中心部とでは、Ｃの含有量に大きな差がある。ここで、仮にこの状態のリング部材６Ａに対して焼入れ処理を施した場合には、表面（裏面）のＣの含有量のみが大きいことによって、表面（裏面）のみが硬くなり過ぎて、後の歪矯正・周長調整工程（図８参照）でリング部材６Ｂが破断し易い。更に、この場合には、厚さ方向の中心部のＣの含有量のみが小さいことによって、内部硬さが低くなり、金属ベルト１としての強度を満たさなくなる。そこで、図１４（Ｂ）に示したように、拡散処理によって、表面（裏面）と厚さ方向の中心部との間でＣの含有量の差をなくすことができ、上記した問題が発生することを防止できる。即ち、拡散処理の後の焼入れ処理によって、安定した品質のリング部材６Ｂ（金属ベルト１）を製造することができる。
【００５７】
また、この第２実施形態によれば、浸炭処理において混合ガス雰囲気の制御が容易になる。即ち、第１実施形態では、浸炭処理において図７（Ｂ）に示したうように、表面（裏面）から厚さ方向の中心部までＣの含有量が０．３％〜０．４％になるように、混合ガス雰囲気を精密に制御する必要がある。これに対して、第２実施形態によれば、拡散処理を施すため、浸炭処理では、図１４（Ａ）に示したように、表面（裏面）のＣの含有量が０．４％より大きく且つ厚さ方向の中心部のＣの含有量が０．３％より小さくても良い。これにより、浸炭処理を低温で行うことができるためコントロールし易く、より精密に且つ短時間で処理することができる。
【００５８】
また、この第２実施形態によれば、第１実施形態に比して、浸炭・焼入れ工程における処理時間を短くすることができる。即ち、第１実施形態では、浸炭処理において上述したように混合ガス雰囲気を精密に制御するため、多くの時間がかかる（３０分〜１時間）。これに対して、第２実施形態によれば、浸炭処理において混合ガス雰囲気をコントロールし易く、短い時間で済む（５分〜３０分）。そして、拡散処理においては、リング部材６Ｂが薄いもの（厚さが０．１８ｍｍ程度）であるため、Ｃの含有量の分布を均一にする時間は比較的短い。こうして、第２実施形態の浸炭・焼入れ工程では、Ｃがリング部材６Ｂの内部にまで入り込んでいない状態で浸炭処理を素早く終了し、その後の拡散処理によってＣの含有量を均一化することで、浸炭・焼入れ工程における処理時間を短くすることができる。第２実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態の作用効果と同様であるため、その説明を省略する。
【００５９】
以上、本発明に係る無段階変速機ベルト及びその製造方法において、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第２実施形態においては、浸炭処理と、拡散処理及び焼入れ（冷却）処理とを行う場合、一つの炉を用いて温度と混合ガス雰囲気とを調節した。しかしながら、二つの炉を用いて、一つ目の炉でリング部材６Ａに浸炭処理を施した後に冷却して、二つ目の炉で再加熱してリング部材６Ｂに拡散処理及び焼入れ（冷却処理）を施しても良い。
また、各実施形態において、質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材６Ａを、素材形成工程と管状形成工程と溶接工程とリング状切断工程と圧延工程（図２参照）とによって形成したが、リング部材６Ａを形成するためのリング部材形成工程は、上記した工程に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 金属ベルト
２ エレメント
３ 薄板
４ 管状薄板
５ 薄肉パイプ
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ リング部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無段階変速機ベルト及びその製造方法に関し、特に、浸炭・焼入れ処理及び窒化処理を施した無段階変速機ベルト及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車では環境問題の観点から低燃費化が強く望まれていて、変速機として低燃費化に貢献できるベルト式無段階変速機（以下、「ＣＶＴ」と呼ぶ）が多く用いられている。ＣＶＴでは、薄い板厚の金属ベルト（無段階変速機ベルト）を複数枚重ねてベルトが構成され、このベルトをエレメントと呼ばれる摩擦部材に組付けて使用される。
【０００３】
金属ベルトは、エレメントに組付けられた状態で回転して動力を伝達する。このため、金属ベルトには、回転中に張力や繰り返し曲げ応力が作用するとともに、エレメントとの間で摩擦が生じる。従って、金属ベルトは、引張強度、疲労強度などの様々な特性が要求されるものであり、現状では、引張強度、疲労強度などに優れたマルエージング鋼で構成されるようになっている。
【０００４】
マルエージング鋼として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。下記特許文献１では、先ず、マルエージング鋼に対して８２５度〜９６０度の適当な温度で固溶化処理が施される。そして、４９０度で時効処理が施され、次いで、４５０度〜４７０度においてガス窒化が施される。これにより、このマルエージング鋼では、時効硬化により内部硬さが５００ＨＶ以上になるとともに、窒化により表面硬さが８００ＨＶ以上になり、且つ表面に１２００ＭＰａ程度の大きな圧縮残留応力が生じることになる。こうして、マルエージング鋼を用いて引張強度、疲労強度に優れた金属ベルトが製造されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２４０９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、マルエージング鋼は、含有している合金元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｏ等）が時効硬化により金属間化合物を形成し、この金属間化合物が析出することで、高い引張強度を得ている。また、疲労強度に関しては、含有しているＴｉが、窒化によって表面に生じる圧縮残留応力を大きくして、疲労強度の向上に大きく貢献している。しかしながら、マルエージング鋼は高価な合金元素を多く含有するものであるため、マルエージング鋼で構成された金属ベルトはコストが高くなるという問題がある。そこで、マルエージング鋼に換えて普通の鋼材を用いて安価に金属ベルトを製造することが望まれている。
【０００７】
ここで、普通の鋼材を用いて金属ベルトを製造する場合、大きな引張強度を得るために、炭素鋼に対して焼入れ処理を施すことが考えられる。焼入れ処理によって引張強度を得る場合、多くの合金元素を添加する必要がなく、コストメリットがあるためである。しかしながら、炭素鋼の場合には、大きな引張強度を得ることができるが、大きな疲労強度を得る、即ち表面に大きな圧縮残留応力を生じさせることができない。これは、Ｃを多く含有する炭素鋼の場合、Ｃを多く含有しないマルエージング鋼と異なり、固溶状態のＴｉを多く含むことができず、窒化により表面に大きな圧縮残留応力が生じないためである。
【０００８】
即ち、炭素鋼のような鋼材では、Ｔｉを添加しても、製鋼（溶解）の過程でＣとＴｉとが化合する。これにより、チタン炭化物（ＴｉＣ）の介在物が形成されて、ＣとＴｉとがそれぞれ別個に固溶状態として存在しない（存在し難い）。従って、Ｔｉが多く添加されても、ＣとＴｉとの化合によりＴｉが固溶状態として存在しないため、窒化によって表面に生じる圧縮残留応力を大きくすることができず、炭素鋼の疲労強度を大きくすることができない。また、仮にＴｉがＣより多く含まれている場合、ＣとＴｉとの化合によりＣが固溶状態として存在しなくなるため、焼入れ処理によって引張強度が大きくなるという効果が生じなくなる。以上要するに、炭素鋼を用いて金属ベルトを製造する場合には、引張強度を大きくし且つ疲労強度を大きくすることができなかった。
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、引張強度及び疲労強度が大きい無段階変速機ベルトを安価に製造することができる無段階変速機ベルトの製造方法、及び引張強度及び疲労強度が大きく且つ安価な無段階変速機ベルト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】
上記した課題を達成するために、本発明の無段階変速機ベルトの製造方法は、以下の構成を有する。
（１）質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材を形成するリング部材形成工程と、前記リング部材に対して浸炭処理を施すとともに焼入れ処理を施す浸炭・焼入れ工程と、前記浸炭・焼入れ処理されたリング部材に対して窒化処理を施す窒化工程と、を備えたことを特徴とする。
（２）（１）に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記浸炭・焼入れ工程では、浸炭処理を施した後で且つ焼入れ処理を施す前に、拡散処理を施すことを特徴とする。ここで、「拡散処理」とは、リング部材の変態温度で所定時間加熱保持して、リング部材のＣの含有量の分布を均一化する処理である。
（３）（１）又は（２）に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする。
（４）（１）乃至（３）の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｃが０．００１％以下であることを特徴とする。
（５）（１）乃至（４）の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、前記リング部材形成工程では、Ｔｉを含有する金属素材を形成し、前記金属素材の薄板を丸めて管状薄板を形成し、前記管状薄板の周方向端部を溶接して薄肉パイプを形成し、前記薄肉パイプを切断して前記リング部材を形成することを特徴とする。
【００１１】
また、上記した課題を達成するために、本発明の無段階変速機ベルトは、以下の構成を有する。
（６）Ｔｉを含有するリング部材に対して浸炭・焼入れ処理を施すとともに窒化処理を施すことによって製造された無段階変速機ベルトであって、質量％で、Ｃが０．２％以上であり且つ０．８％以下であるとともに、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であり、表面には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在し、表面から厚さ方向の中心部には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在し、表面からの厚さ方向の中心部のビッカース硬度が、４００ＨＶ以上であり且つ６００ＨＶ以下であることを特徴とする。
（７）（６）に記載された無段階変速機ベルトにおいて、質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする。
（８）（６）又は（７）に記載された無段階変速機ベルトにおいて、質量％で、Ｃが０．３％以上であり且つ０．５％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記した無段階変速機ベルトの製造方法の作用効果について説明する。
（１）本発明の無段階変速機ベルトの製造方法によれば、先ず、リング部材形成工程において形成されるリング部材は、Ｃの含有量が極めて少ないものであるのに対して、Ｔｉの含有量が比較的多いものである。このため、このリング部材では、チタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物がほとんど生成されていない。そして、浸炭処理によって、リング部材にＣが多く入り込み、固溶状態であるＣとＴｉとが別個に多く存在するようになる。次いで、焼入れ処理によって、Ｃが過飽和に閉じ込められてマルテンサイト状態になり、リング部材の硬度が著しく上昇する。こうして、リング部材は、引張強度が十分大きいものになる。その後、窒化処理によって、固溶状態で適度に存在するＴｉが、微細な析出物を生成し表面に大きな圧縮残留応力を生じさせる。こうして、無段階変速機ベルトは、疲労強度が十分大きいものになる。そして、この無段階変速機ベルトは、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材で構成されたリング部材から製造されたものである。従って、この製造方法によれば、引張強度及び疲労強度が大きい無段階変速機ベルトを安価に製造することができる。
（２）この場合には、拡散処理によって、リング部材の表面（裏面）と厚さ方向の中心部との間でＣの含有量の差をなくすことができ、拡散処理の後の焼入れ処理によって、安定した品質のリング部材（無段階変速機ベルト）を製造することができる。また、浸炭処理の後に拡散処理を施すため、浸炭処理を低温で行うことができ、より精密に且つ短時間で処理することができる。更に、Ｃがリング部材の内部にまで入り込んでいない状態で浸炭処理を素早く終了し、その後の拡散処理によってＣの含有量を均一化することで、浸炭・焼入れ工程における処理時間を短くすることができる。
（３）この場合には、固溶状態であるＴｉが、窒化によって無段階変速機ベルトの表面の圧縮残留応力を特に大きくすることができ、疲労強度を十分大きくすることができる。
（４）この場合には、チタン炭化物の介在物が形成されることによって生じる弊害を十分抑えることができる。
（５）この場合には、溶接されているリング部材に対して浸炭・焼入れ処理が施されるため、Ｃの含有量を任意に定めることができ、極めて大きな引張強度を有する無段階変速機ベルトを製造することができる。即ち、溶接する前ではＣの含有量が極めて少ないため、溶接しても溶接部分に割れが生じることがない。そして、溶接した後に浸炭・焼入れ処理を施すため、Ｃの含有量を０．４％より大きくして、引張強度を極めて大きくすることができる。従って、この製造方法によれば、極めて大きな引張強度を必要とする無段階変速機ベルトであっても、製造することができる。
【００１３】
上記した無段階変速機ベルトの作用及び効果について説明する。
（６）本発明の無段階変速機ベルトによれば、Ｃが０．２％〜０．８％であるため、無段階変速機ベルトが要求される引張強度の範囲を満たすようになっている。また、Ｔｉが０．１％〜１．０％であるため、無段階変速機ベルトが要求される疲労強度の範囲を満たすようになっている。また、表面には含有されたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在するとともに、厚さ方向の中心部には含有されたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在するため、この無段階変速機ベルトには窒化処理が適切に施されていることになる。更に、厚さ方向の中心部ではビッカース硬度が４００ＨＶ〜６００ＨＶであるため、無段階変速機ベルトとして要求される内部硬度の範囲を満たすようになっている。そして、この無段階変速機ベルトは、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材から製造されたものである。従って、この無段階変速機ベルトは、引張強度及び疲労強度が大きく且つ安価なものである。
（７）この場合には、固溶状態であるＴｉが窒化によって無段階変速機ベルトの表面の圧縮残留応力を特に大きくしているため、疲労強度が十分大きい無段階変速機ベルトになっている。
（８）この場合には、引張硬度が無段階変速機ベルトに要求される最適な範囲になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】（Ａ）金属ベルトの外観形状を示した説明図である。（Ｂ）金属ベルトの部分拡大図である。（Ｃ）金属ベルトが使用される状態を示した断面図である。
【図２】金属ベルトを製造するための工程を示したフローチャートである。
【図３】薄板が丸められる状態の説明図である。
【図４】溶接された薄肉パイプの説明図である。
【図５】切断されたリング部材の説明図である。
【図６】圧延されたリング部材の説明図である。
【図７】（Ａ）リング部材の部分断面図である。（Ｂ）浸炭処理されたリング部材のＣの含有量を示した説明図である。
【図８】歪矯正及び周長調整されたリング部材の説明図である。
【図９】窒化処理されたリング部材の表面からの深さとビッカース硬度との関係を示した説明図である。
【図１０】（Ａ）本実施形態の金属ベルトの表面における圧縮残留応力と、比較品としての金属ベルトの表面における圧縮残留応力とを示した表である。（Ｂ）本実施形態の金属ベルトと、マルエージング鋼から成る金属ベルトと、比較品としての金属ベルトとの疲労寿命を比較したグラフである。
【図１１】本実施形態の金属ベルトにおいて表面からの深さと各成分の濃度との関係を示した説明図である。
【図１２】欠陥品としての金属ベルトにおいて表面からの深さと各成分の濃度との関係を示した説明図である。
【図１３】（Ａ）Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、表面からの深さとＮ濃度との関係を示したグラフである。（Ｂ）Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、表面における圧縮残留応力を示した表である。
【図１４】（Ａ）拡散処理する前のリング部材のＣの含有量を示した説明図である。（Ｂ）拡散処理した後のリング部材のＣの含有量を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明に係る無段階変速機ベルト及びその製造方法について、図面を参照しながら以下に説明する。図１（Ａ）は、金属ベルト１の外観形状を示した説明図であり、図１（Ｂ）は、金属ベルト１の部分拡大図であり、図１（Ｃ）は、金属ベルト１が使用される状態を示した断面図である。
【００１６】
金属ベルト１は、ベルト式無段階変速機において動力伝達用ベルトとして用いられるものであり、本発明の無段階変速機ベルトに相当する。図１（Ａ）に示したように、金属ベルト１は薄板状のリングであり、図１（Ｂ）に示したように、断面形状が径外方向に凸となる曲線形状、所謂クラウニングＲ形状になっている。そして、図１（Ｃ）に示したように、複数枚の金属ベルト１が重ね合わされて一組のベルトＢＴが構成されていて、一対のベルトＢＴがエレメント２に組付けられて動力伝達用ベルトとして機能している。なお、クラウニングＲ形状は、図１（Ｃ）に示したように、ベルトＢＴをエレメント２の凹部２ａに挿入して組付ける場合に、金属ベルト１の重なり合った状態を安定させるために設けられている。
【００１７】
本実施形態では、上記した金属ベルト１は、図２に示した各工程を経て、製造されるようになっている。図２は、金属ベルト１を製造するための工程を示したフローチャートである。図２に示したように、素材形成工程では、金属ベルト１の素材と成る金属素材が形成される（ステップ１０）。即ち、ＶＩＭ溶解炉（真空誘導溶解装置）の溶製により、質量％で、Ｃが０．００１％以下であり、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であり、Ｓｉが０．５％以下であり、Ｍｎが０．８％以下であり、Ｃｒが１．０％以上であり且つ６．０％以下であり、Ｍｏが０．５％以上であり且つ１．５％以下であり、残りがＦｅ及び不可避的不純物である金属素材が形成される。上記した金属素材の化学組成は、例えばＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析計）を用いた化学分析によって、正確に測定される。
【００１８】
Ｃ：０．００１％以下、Ｔｉ：０．３％〜０．７％、
この理由については、後に詳しく説明する。
Ｍｎ：０．８％以下、
Ｍｎは、任意元素であって含有させなくてもよいが、溶製時の脱酸剤として有効な元素であるので少量含有させることができる。Ｍｎの含有量が多すぎると延性が低下し、冷間圧延が難しくなるため、その上限値を０．８パーセントとする。
【００１９】
Ｃｒ：１．０％〜６．０％、
Ｃｒは、後述する焼入れ処理による内部の硬度向上に有効であり、また、後述する窒化処理による表面近傍の硬度向上にも有効である。これらの効果を得るために、Ｃｒの含有量の下限値を１．０％とする。一方、Ｃｒの含有量が多すぎると、後述する窒化処理によってＣｒの窒化物が多く生成され、窒素濃度分布が不連続になる。これにより、圧縮残留応力が低下して、疲労強度の低下を招くことになる。このため、Ｃｒの含有量の上限値を６．０％とする。
【００２０】
Ｍｏ：０．５％〜１．５％、
Ｍｏは、延性を損なうことなく強度、靭性を向上させるのに有効な元素である。その効果を得るために、Ｍｏの含有量の下限値を０．５％とする。一方、Ｍｏの含有量が多くなりすぎてもその効果が飽和してコストアップを招くため、Ｍｏの含有量の上限値を１．５％とする。
なお、上記した不可避的不純物とは、例えば、Ｓ、Ｐ、Ｎ、Ｏ、Ａｌ等である。
【００２１】
ここで、図２のフローチャートに戻る。素材形成工程の後、管状形成工程では、金属素材の薄板を丸めて管状薄板が形成される（ステップ１１）。即ち、上記した金属素材から熱間鍛造によって厚板を形成し、この厚板から冷間圧延によって薄板（鋼帯）を形成する。図３は、薄板３が丸められる状態の説明図である。図３に示したように、薄板３が丸められて管状薄板４が形成される。
【００２２】
次に、溶接工程では、管状薄板４の周方向端部をレーザ溶接によって接合して薄肉パイプ５が形成される（ステップ１２）。図４は、溶接された薄肉パイプ５の説明図である。この溶接工程では、管状薄板４のＣの含有量は０．００１％以下という極めて小さい値であるため、溶接部分に割れが生じることがない。なお、管状薄板４のＣの含有量が０．４％を超える場合には、溶接部分に割れが生じることになる。溶接工程の後、薄肉パイプ５の溶接部分が硬くなっているため、焼鈍処理を施して、薄肉パイプ５の硬さを均一にする。
【００２３】
続いて、リング状切断工程では、薄肉パイプ５を専用のリング切断機を用いて輪切りにして、図５に示したように、リング部材６が形成される（ステップ１３）。なお、図５は、切断されたリング部材６の説明図である。このリング部材６では、厚さが０．４２ｍｍ程度であり、直径が１００ｍｍ程度であり、幅が１０ｍｍ程度になっている。リング状切断工程の後、リング部材６に生じるバリを除去するため、バレル研磨機を用いてバレル研磨を施す。
【００２４】
その後、圧延工程では、図６に示したように、リング部材６の直径が大きくなるように圧延機を用いて圧延して、リング部材６Ａが形成される（ステップ１４）。なお、図６は、圧延されたリング部材６の説明図である。ここで、圧延されたリング部材６をリング部材６Ａと呼ぶことにする。このリング部材６Ａでは、厚さｄ（図７（Ａ）参照）が０．１８ｍｍ程度になっている。このリング部材６Ａが、本発明に係るリング部材形成工程により形成されたリング部材に相当する。また、このリング部材６Ａでは、上述した金属部材と同様、質量％で、Ｃが０．００１％以下であり、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下になっている。
【００２５】
そして、図２に示したように、浸炭・焼入れ処理では、リング部材６Ａに対して浸炭処理が施されるとともに焼入れ処理が施される。先ず、浸炭処理について説明する。浸炭処理では、ＣＯガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ａが加熱処理される。具体的に、処理温度は８５０度〜９５０度程度であり、保持時間は３０分〜１時間程度である。ここで、図７（Ａ）は、リング部材６Ａの部分断面図であり、図７（Ｂ）は、浸炭処理されたリング部材６ＡのＣの含有量を示した説明図である。このガス浸炭処理では、図７（Ｂ）に示したように、リング部材６ＡのＣの含有量が、表面（裏面）から厚さ方向の中心部まで０．３％〜０．４％になるように、混合ガス雰囲気が調整される。
【００２６】
次に、浸炭処理の効果について説明する。浸炭処理が施される前のリング部材６Ａでは、Ｃの含有量が０．００１％以下である。このようにＣの含有量が極めて少ないリング部材６Ａに対して、仮に焼入れ処理を行っても、引張強度を大きくすることができない。このため、浸炭処理によってＣの含有量を大きくすることで、その後の焼入れ処理によって引張強度を大きくすることができる。
【００２７】
ここで、浸炭処理を施さずに、素材形成工程の製鋼（溶解）の過程で、Ｃの含有量を例えば０．０５％より大きくすることが考えられる。しかしながら、この場合には、固溶状態であるＣとＴｉとが化合して、チタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物が形成され、ＣとＴｉがそれぞれ別個に固溶状態として存在しなくなる（存在し難くなる）。また、チタン炭化物の析出物が成長して、大きな介在物となることもある。こうして、製鋼の過程でＣの含有量を大きくしても、形成されたチタン炭化物の析出物によって、焼入れ処理による引張強度が大きくなるという効果を生じさせることができない。このため、浸炭処理を行うことで、チタン炭化物の析出物を形成せず、固溶状態のＣが存在するようになり、焼入れ処理によって引張強度を大きくすることができる。なお、浸炭処理では、製鋼（溶解）のように鋼が溶けるまで温度が高くないため、形成されるチタン炭化物の量が少なく、固溶状態のＣを含有させることができる。ここで、介在物とは、析出物が大きな塊になったものであって、強度を大幅に低下させるものである。このため、製品においては介在物を起点にして破壊が生じるようになっている。
【００２８】
続いて、焼入れ処理について説明する。焼入れ処理では、オーステナイト状態になっているリング部材６Ａが、空冷される。なお、水、油等によって急冷しても良い。これにより、Ｃが過飽和に閉じ込められてマルテンサイト状態になり、リング部材６Ａの硬度が著しく上昇する。このとき、リング部材６Ａの厚さ方向の中心部においても、焼きが入り、ビッカース硬さが５５０ＨＶ程度まで上昇する。こうして、リング部材６Ａは、引張強度が十分大きなものになる。浸炭・焼入れ処理されたリング部材６Ａをリング部材６Ｂと呼ぶこととする。
【００２９】
ここで、図２のフローチャートに戻る。浸炭・焼入れ処理の後、歪矯正・周長調整工程では、焼入れ処理によって生じた歪が矯正されるとともに周長が調整される（ステップ１６）。図８は、歪矯正及び周長調整されたリング部材６Ｂの説明図である。図８に示したように、リング部材６Ｂは、一対のローラ７，７の間に架け渡されて、ローラ７，７の間が拡がる方向にテンションが付加された状態で、回転する。こうして、歪が矯正されるとともに周長が調整されることになる。歪矯正及び周長調整されたリング部材６Ｂをリング部材６Ｃと呼ぶこととする。
【００３０】
そして、図２に示したように、窒化処理では、リング部材６Ｃに対して窒化処理が施される（ステップ１７）。窒化処理では、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ｃが加熱処理される。具体的に、処理温度は４００度〜５００度程度であり、保持時間は３０分〜１時間程度である。ここで、図９は、窒化処理されたリング部材６Ｃの表面からの深さとビッカース硬度との関係を示した説明図である。このガス窒化処理では、図９に示したように、表面のビッカース硬度が８５０ＨＶ以上であり且つ厚さ方向の中心部（表面からの深さが９０μｍである部分）のビッカース硬度が５５０ＨＶ程度になるように、混合ガス雰囲気が調整される。こうして、窒化処理されたリング部材６Ｃが、図１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示した金属ベルト１である。
【００３１】
次に、窒化処理の効果について説明する。窒化処理が施される前のリング部材６Ｃでは、固溶状態であるＴｉが比較的多く存在する。これは、浸炭処理において、含有されるＣと固溶状態であるＴｉとが化合してチタン炭化物が形成されるが、全てがチタン炭化物にならないためである。このため、固溶状態であるＴｉの窒化によって、金属ベルト１の表面に生じる圧縮残留応力を大きくすることができ、金属ベルト１の疲労強度を大きくすることができる。言い換えると、発明者は、鋭意研究を行った結果、固溶状態であるＴｉが適度に存在している状態で窒化することで、金属ベルト１の表面に生じる圧縮残留応力を大きくすることができ、疲労強度を大きくすることができることを見出した。
【００３２】
そこで、本実施形態の金属ベルト１と、マルエージング鋼から成る金属ベルト１Ｘと、比較品としての金属ベルト１Ｙとの疲労寿命（疲労強度）を比較するため、疲労試験を行った。疲労試験では、専用の疲労試験機を用いて、複数のローラの間で金属ベルト１，１Ｘ，１Ｙに定められたテンションを付加しつつ、複数のローラを回転させて金属ベルト１，１Ｘ，１Ｙに繰り返し曲げ応力を付加する。そして、金属ベルト１，１Ｘ，１Ｙが破断するまでの繰り返し曲げ回数で評価した。比較品としての金属ベルト１Ｙは、質量％で、Ｃが０．３５％以下であり、Ｓｉが０．２％であり、Ｍｎが０．８％であり、Ｃｒが１．０％であり、Ｍｏが１．０％以下であり、残りがＦｅ及び不可避的不純物である金属素材を用いて、図２に示した各工程（浸炭処理を除いても良い）を経て、製造されたものである。即ち、金属ベルト１Ｙは、金属ベルト１と異なり、Ｔｉが含有されていない金属素材から製造されたものである。
【００３３】
ここで、図１０（Ａ）は、本実施形態の金属ベルト１の表面における圧縮残留応力Ｐｓと、比較品としての金属ベルト１Ｙの表面における圧縮残留応力Ｐｓとを示した表である。また、図１０（Ｂ）は、本実施形態の金属ベルト１と、マルエージング鋼から成る金属ベルト１Ｘと、比較品としての金属ベルト１Ｙとの疲労寿命を比較したグラフである。図１０（Ａ）に示したように、金属ベルト１では、金属ベルト１Ｙに比して、表面に生じる圧縮残留応力Ｐｓが大きくなっている。また、図１０（Ｂ）に示したように、金属ベルト１の疲労寿命は、金属ベルト１Ｘの疲労寿命と同程度であるのに対して、金属ベルト１Ｙの疲労寿命は、金属ベルト１，１Ｘの疲労寿命の約１０分の１程度である。
【００３４】
このため、図１０（Ａ）（Ｂ）から、固溶状態として適度に存在するＴｉが窒化することで、表面に生じる圧縮残留応力Ｐｓが大きくなって、疲労強度が大きくなることが分かる。また、普通の鋼材から成る金属ベルト１であっても、高価な合金元素が多く含まれているマルエージング鋼から成る金属ベルト１Ｘと同程度の疲労強度を持たせることができることが分かる。従って、本実施形態の金属ベルト１は、安価且つ疲労強度が大きいものである。
【００３５】
続いて、金属ベルト１における各成分の濃度について説明する。図１１は、金属ベルト１の表面からの深さと金属ベルト１における各成分の濃度との関係を示した説明図である。図１１に示したように、固溶状態であるＮ等は、表面からの深さが大きくなる程、濃度が減少している。これは、表面からの深さが大きくなるほど、窒化処理によるＮの侵入が少なくなるためである。なお、固溶状態であるＮ等とは、固溶状態であるＮの他に、Ｔｉ以外の元素との窒化物を含むものである。
【００３６】
また、図１１に示したように、含有されているＴｉは、チタン窒化物（ＴｉＮ）と固溶状態のＴｉとチタン炭化物（ＴｉＣ）との３形態で、存在している。そして、チタン窒化物及びチタン炭化物の一部は主に微細な析出物としてマトリックス（Ｆｅ）組織に固溶している。こうして、特に、微細な析出物であるチタン窒化物の分布が、金属ベルト１の窒化層（表面から深さが約３０μｍまでの部分）のビッカース硬度の分布に大きく寄与している。この結果、図９に示したように、表面ではビッカース硬度が９００ＨＶ以上になっている。
【００３７】
また、図１１に示したように、含有されているＣの大部分が、焼入れ処理によって過飽和にマトリックス（Ｆｅ）組織に固溶していて、マルテンサイト状態になっている。この過飽和である固溶状態のＣの分布が、深さが３０μｍである部分から厚さ方向の中心部（深さが９０μｍである部分）までのビッカース硬度の分布に大きく寄与している。この結果、図９に示したように、深さが３０μｍである部分から厚さ方向の中心部（深さが９０μｍである部分）までのビッカース硬度が５５０ＨＶ〜６００ＨＶになっている。なお、金属素材においては元々Ｃの含有量は０．００１％以下であったため、図１１に示したように含有されているＣは、浸炭処理によって含有されたものである。こうして、Ｃの含有量が極めて少ない普通の鋼材（金属素材）から成る金属ベルト１であっても、浸炭・焼入れ処理及び窒化処理によって、金属ベルト１に図９に示したビッカース硬度を持たせることができる。こうして、本実施形態の金属ベルト１は、引張強度が大きいものになっている。
【００３８】
ここで、Ｃの含有量が多い金属素材を用いて、図２に示した各工程（浸炭・焼入れ処理及び窒化処理）を経て製造された金属ベルト１Ｚ（欠陥品）について、図１２を用いて説明する。ここで、金属ベルト１Ｚを形成する金属素材は、本実施形態の金属ベルト１を形成する金属素材に比して、Ｃの含有量のみが多いもの、例えばＣの含有量が０．３％より大きいものとする。図１２は、金属ベルト１Ｚにおいて表面からの深さと各成分の濃度との関係を示した説明図である。
【００３９】
図１２に示したように、金属ベルト１Ｚでは、多量のチタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物が存在する。これは、金属素材を造る製鋼（溶解）の過程で、固溶状態であるＣとＴｉとが化合してしまうためである。これにより、焼入れ処理において、固溶状態であるＣがほとんど存在しないため、ビッカース硬度を大きくすることができない。即ち、図１２に示したように、過飽和にマトリックス（Ｆｅ）組織に固溶しているＣが少ない。このため、この金属ベルト１Ｚは、表面からの深さが３０μｍである部分から厚さ方向の中心部まででビッカース硬度が２００ＨＶ程度であり、金属ベルトとしての強度を満たさない欠陥品である。更に、この金属ベルト１Ｚでは、窒化処理において、固溶状態であるＴｉがほとんど存在しないため、図１２に示したように、チタン窒化物がほとんど形成されていない。従って、この金属ベルト１Ｚは、表面及び表面近傍のビッカース硬度は小さく、且つ疲労強度が小さいものである。
【００４０】
次に、本実施形態の金属ベルト１を形成する金属素材において、Ｃの含有量について説明する。金属素材のＣの含有量は、質量％で０．０５％以下である必要がある。これは、上述したように、金属素材を造る製鋼（溶解）の過程で固溶状態であるＣとＴｉとが化合して、固溶状態であるＴｉが少なくなり、窒化処理による効果を得ることができなくなるためである。即ち、Ｃの含有量が０．０５％より大きい場合には、Ｔｉと化合したＣによってチタン炭化物（ＴｉＣ）が成長し、疲労強度を低下させるためである。従って、金属素材のＣの含有量は少ない程良い。こうして、発明者は、金属素材のＣの含有量が０．００１％以下である場合に、チタン炭化物の介在物が形成されることによって生じる弊害を十分抑えることができて、特に好ましいことを見出した。
【００４１】
続いて、本実施形態の金属ベルト１を形成する金属素材において、Ｔｉの含有量について説明する。金属素材のＴｉの含有量は、質量％で０．１％以上であり且つ１．０％以下である必要がある。Ｔｉの含有量の下限値が０．１％であるのは、０．１％より小さい場合に、固溶状態であるＴｉの窒化による効果を得ることができなくなるためである。即ち、図１０（Ｂ）で示した金属ベルト１Ｙのように、疲労強度が小さいものになるためである。
【００４２】
一方、金属素材のＴｉの含有量の上限値が１．０％である理由について、図１３を用いて説明する。図１３（Ａ）は、Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、金属ベルトの表面からの深さとＮ濃度との関係を示したグラフである。また、図１３（Ｂ）は、Ｔｉの含有量が０．５％である場合と１．０％である場合とにおいて、金属ベルトの表面における圧縮残留応力Ｐｓを示した表である。
【００４３】
図１３（Ａ）に示したように、Ｔｉの含有量が０．５％である場合には、金属ベルトの表面近傍におけるＮ濃度分布勾配は急であるのに対して、Ｔｉの含有量が１．０％である場合には、金属ベルトの表面近傍におけるＮ濃度分布勾配は緩やかである。このようにＮ濃度分布勾配に差が出るのは、Ｔｉの含有量が多い程、窒化処理において表面から侵入するＮがＴｉに遭遇する確率が高くなるためである。即ち、Ｔｉの含有量が多い程、表面から侵入するＮがＴｉと反応して深くまで入り込み、Ｎ濃度分布勾配が緩やかになる。そして、Ｎ濃度分布勾配が緩やかである程、金属ベルトの表面に圧縮残留応力Ｐｓが生じ難くなるという関係がある。
【００４４】
こうして、図１３（Ｂ）に示したように、Ｔｉの含有量が０．５％である場合には、金属ベルトの表面の圧縮残留応力Ｐｓは１２００ＭＰｓ程度であり、金属ベルトは疲労強度が十分大きなものになる。しかしながら、Ｔｉの含有量が１．０％である場合には、金属ベルトの表面の圧縮残留応力Ｐｓは９００ＭＰａ程度であり、金属ベルトは疲労強度が小さいものになる。このことから、金属素材のＴｉの含有量は１．０％以下であることが必要である。そして、発明者は、窒化によって金属ベルトの表面の圧縮残留応力Ｐｓを特に大きくすることができる範囲として、Ｔｉの含有量が０．３％以上であり且つ０．７％以下であることが好ましいことを見出した。
【００４５】
次に、上述したように製造された金属ベルト１では、以下に示す化学成分及び硬度を有することに特徴がある。即ち、この金属ベルト１では、質量％で、Ｃが０．２％以上であり且つ０．８％以下であるとともに、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下である。また、金属ベルト１の表面には、質量％で、リング部材６Ａ（金属素材）に含有されていたＴｉの１０％以上がチタン窒化物（ＴｉＮ）として存在している。また、金属ベルト１の表面から厚さ方向の中心部、即ち金属ベルト１において表面からの深さが９０μｍである部分には、質量％で、リング部材６Ａに含有されていたＴｉの１０％以上が、チタン炭化物やチタン窒化物ではなく、固溶状態であるＴｉとして存在している。上記した金属ベルト１の化学成分は、例えばＥＰＭＡ（電子マイクロアナライザ）とＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）とを用いて測定される。更に、金属ベルト１の表面から厚さ方向の中心部では、ビッカース硬度が４００ＨＶ以上であり且つ６００ＨＶ以下である。上記した化学成分及び硬度の範囲について、説明する。
【００４６】
Ｃ：０．２％〜０．８％、
Ｃの含有量とビッカース硬度とは比例関係にあり、金属ベルト１として最低限要求されるビッカース硬度を満たすため、Ｃの含有量の下限値を０．２％とする。一方、浸炭・焼入れ処理によってＣは０．８％まで入り込むため、Ｃの含有量の上下値を０．８％とする。ここで、発明者は、Ｃの含有量が０．３％以上であり且つ０．５％以下である場合に、金属ベルト１に要求される最適なビッカース硬度（引張強度）の範囲を満たすことを見出した。
【００４７】
Ｔｉ：０．１％〜１．０％、
Ｔｉの含有量が０．１％より小さい場合には、上述したようなＴｉの窒化による効果が得られていないため、Ｔｉの含有量の下限値を０．１％とする。また、Ｔｉの含有量が１．０％より大きい場合には、上述したように疲労強度が小さいものになっているため、Ｔｉの含有量の上限値を１．０％とする。ここで、発明者は、上述したように金属ベルト１の表面の圧縮残留応力Ｐｓ、即ち疲労強度を大きくできる範囲として、Ｔｉの含有量が０．３％以上であり且つ０．７％以下であることが好ましいことを見出した。
【００４８】
金属ベルト１の表面：Ｔｉの１０％以上がチタン窒化物として存在、
金属ベルトの表面で、リング部材６Ａ（金属素材）に含有されていたＴｉのうち１０％未満しかチタン窒化物が形成されていなければ、上述したような固溶状態のＴｉの窒化による効果が得られていないことになる。即ち、窒化処理が適切に施されていないことになる。よって、金属ベルト１の表面にＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在していることを条件とする。
【００４９】
金属ベルト１の厚さ方向の中心部：Ｔｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在、
金属ベルトの表面から厚さ方向の中心部、即ち金属ベルト１において表面からの深さが９０μｍである部分に、Ｔｉの１０％未満しか固溶状態で存在していなければ、上述したような固溶状態のＴｉの窒化による効果が得られていないことになる。即ち、窒化処理が適切に施されていないことになる。又は、金属ベルト１の中心部まで窒化処理が施されていて、表面から侵入するＮがＴｉと反応して深くまで入り込んでいることになる。このときには、Ｎ濃度分布勾配は緩やかであり、金属ベルトの表面に生じる圧縮残留応力Ｐｓが小さく、金属ベルト１は疲労強度が小さいものになっている。よって、金属ベルト１の中心部にＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在していることを条件とする。
【００５０】
金属ベルト１の厚さ方向の中心部：ビッカース硬度が４００ＨＶ〜６００ＨＶ
ビッカース硬度が４００ＨＶより小さい場合には、金属ベルト１の内部硬度として最低限要求されるビッカース硬度を満たさない。よって、ビッカース硬度の下限値を４００ＨＶとする。一方、ビッカース硬度が６００ＨＶより大きい場合には、金属ベルトの表面硬度と内部硬度との差が小さくなり、金属ベルト１は靭性が低いものである。この場合、繰り返し曲げ応力が作用したときに発生する亀裂の進展が抑制されず、金属ベルト１に要求される疲労強度を満たさない。よって、ビッカース硬度の上限値を６００ＨＶとする。
【００５１】
本実施形態の作用効果について説明する。
この実施形態の無段階変速機ベルトの製造方法によれば、先ず、リング部材形成工程において形成されるリング部材６Ａは、Ｃの含有量が極めて少ないものであるのに対して、Ｔｉの含有量が比較的多いものである。このため、このリング部材６Ａでは、チタン炭化物（ＴｉＣ）の析出物がほとんど生成されていない。そして、浸炭処理によって、リング部材６ＡにＣが多く入り込み、固溶状態であるＣとＴｉとが別個に多く存在するようになる。次いで、焼入れ処理によって、Ｃが過飽和に閉じ込められてマルテンサイト状態になり、リング部材６Ｂの硬度が著しく上昇する。こうして、リング部材６Ｂは、引張強度が十分大きいものになる。その後、窒化処理によって、固溶状態で適度に存在するＴｉが、微細な析出物を生成し表面に大きな圧縮残留応力を生じさせる。こうして、金属ベルト１は、疲労強度が十分大きいものになる。そして、この金属ベルト１は、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材で構成されたリング部材６Ａから製造されたものである。従って、この製造方法によれば、引張強度及び疲労強度が大きい金属ベルト１を安価に製造することができる。
【００５２】
また、この実施形態の無段階変速機ベルトの製造方法によれば、溶接工程の後に、溶接されたリング部材６Ａに対して浸炭・焼入れ処理が施される。このため、Ｃの含有量を任意に定めることができ、極めて大きな引張強度を有する金属ベルト１を製造することができる。即ち、Ｃの含有量と引張強度との間には比例関係があるため、大きな引張強度を有する金属ベルトを製造するためには、Ｃの含有量を大きくする必要がある。しかし、従来においては、大きな引張強度を得るために、製鋼（溶解）の過程でＣの含有量を０．４％より大きくすると、溶接工程において溶接部分に割れが生じるという問題があった。これに対して、本実施形態の製造方法によれば、溶接工程の前においてＣの含有量が極めて少ないため、溶接工程において溶接部分に割れが生じることがない。そして、溶接工程の後に、浸炭・焼入れ処理においてＣの含有量を０．４％より大きくすることにより、引張強度を極めて大きくすることができる。従って、この製造方法によれば、極めて大きな引張強度を必要とする金属ベルト１であっても、製造することができる。
【００５３】
また、この実施形態の金属ベルト１（無段階変速機ベルト）によれば、Ｃが０．２％〜０．８％であるため、金属ベルト１が要求される引張強度の範囲を満たすようになっている。また、Ｔｉが０．１％〜１．０％であるため、金属ベルト１が要求される疲労強度の範囲を満たすようになっている。また、表面には、含有されたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在するとともに、厚さ方向の中心部には、含有されたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在するため、この金属ベルト１には窒化処理が適切に施されていることになる。更に、厚さ方向の中心部ではビッカース硬度が４００ＨＶ〜６００ＨＶであるため、金属ベルト１として要求される内部硬度の範囲を満たすようになっている。そして、この金属ベルト１は、高価な合金元素が多く含まれるマルエージング鋼から製造されたものではなく、普通の鋼材から製造されたものである。従って、この金属ベルト１は、引張強度及び疲労強度が大きく且つ安価なものである。
【００５４】
次に、第２実施形態について説明する。
この第２実施形態では、浸炭・焼入れ工程において、浸炭処理を施した後で且つ焼入れ処理を施す前に、リング部材６Ａ（図６参照）に拡散処理が施される。浸炭処理では、ＣＯガス、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ａが加熱処理される。具体的に、処理温度は６００度〜９００度程度であり、保持時間は５分〜３０分程度である。続いて、拡散処理では、Ｈ２ガス、Ｎ２ガスの混合ガス雰囲気の中で、リング部材６Ａが加熱保持される。具体的に、処理温度は８５０度〜９５０度程度であり、保持時間は３０分〜１時間程度である。
【００５５】
ここで、拡散処理とは、リング部材６Ａの変態温度で所定時間加熱保持して、リング部材６ＡのＣの含有量の分布を均一化する処理である。その後、焼入れ処理では、オーステナイト状態になっているリング部材６Ａが冷やされて、マルテンサイト状態になる。浸炭処理と、拡散処理及び焼入れ（冷却）処理とを行う場合、一つの炉を用いて温度と混合ガス雰囲気とを調節すると良い。これは、冷却及び加熱によるエネルギーの無駄を減らすためである。
【００５６】
第２実施形態の作用効果について、図１４を用いて説明する。
図１４（Ａ）は、拡散処理する前のリング部材６ＡのＣの含有量を示した説明図である。一方、図１４（Ｂ）は、拡散処理した後のリング部材６ＡのＣの含有量を示した説明図である。図１４（Ａ）に示したように、拡散処理する前、即ち浸炭処理した直後では、表面（裏面）と厚さ方向の中心部とでは、Ｃの含有量に大きな差がある。ここで、仮にこの状態のリング部材６Ａに対して焼入れ処理を施した場合には、表面（裏面）のＣの含有量のみが大きいことによって、表面（裏面）のみが硬くなり過ぎて、後の歪矯正・周長調整工程（図８参照）でリング部材６Ｂが破断し易い。更に、この場合には、厚さ方向の中心部のＣの含有量のみが小さいことによって、内部硬さが低くなり、金属ベルト１としての強度を満たさなくなる。そこで、図１４（Ｂ）に示したように、拡散処理によって、表面（裏面）と厚さ方向の中心部との間でＣの含有量の差をなくすことができ、上記した問題が発生することを防止できる。即ち、拡散処理の後の焼入れ処理によって、安定した品質のリング部材６Ｂ（金属ベルト１）を製造することができる。
【００５７】
また、この第２実施形態によれば、浸炭処理において混合ガス雰囲気の制御が容易になる。即ち、第１実施形態では、浸炭処理において図７（Ｂ）に示したうように、表面（裏面）から厚さ方向の中心部までＣの含有量が０．３％〜０．４％になるように、混合ガス雰囲気を精密に制御する必要がある。これに対して、第２実施形態によれば、拡散処理を施すため、浸炭処理では、図１４（Ａ）に示したように、表面（裏面）のＣの含有量が０．４％より大きく且つ厚さ方向の中心部のＣの含有量が０．３％より小さくても良い。これにより、浸炭処理を低温で行うことができるためコントロールし易く、より精密に且つ短時間で処理することができる。
【００５８】
また、この第２実施形態によれば、第１実施形態に比して、浸炭・焼入れ工程における処理時間を短くすることができる。即ち、第１実施形態では、浸炭処理において上述したように混合ガス雰囲気を精密に制御するため、多くの時間がかかる（３０分〜１時間）。これに対して、第２実施形態によれば、浸炭処理において混合ガス雰囲気をコントロールし易く、短い時間で済む（５分〜３０分）。そして、拡散処理においては、リング部材６Ｂが薄いもの（厚さが０．１８ｍｍ程度）であるため、Ｃの含有量の分布を均一にする時間は比較的短い。こうして、第２実施形態の浸炭・焼入れ工程では、Ｃがリング部材６Ｂの内部にまで入り込んでいない状態で浸炭処理を素早く終了し、その後の拡散処理によってＣの含有量を均一化することで、浸炭・焼入れ工程における処理時間を短くすることができる。第２実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態の作用効果と同様であるため、その説明を省略する。
【００５９】
以上、本発明に係る無段階変速機ベルト及びその製造方法において、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第２実施形態においては、浸炭処理と、拡散処理及び焼入れ（冷却）処理とを行う場合、一つの炉を用いて温度と混合ガス雰囲気とを調節した。しかしながら、二つの炉を用いて、一つ目の炉でリング部材６Ａに浸炭処理を施した後に冷却して、二つ目の炉で再加熱してリング部材６Ｂに拡散処理及び焼入れ（冷却処理）を施しても良い。
また、各実施形態において、質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材６Ａを、素材形成工程と管状形成工程と溶接工程とリング状切断工程と圧延工程（図２参照）とによって形成したが、リング部材６Ａを形成するためのリング部材形成工程は、上記した工程に限定されるものではなく、適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１ 金属ベルト
２ エレメント
３ 薄板
４ 管状薄板
５ 薄肉パイプ
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ リング部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材を形成するリング部材形成工程と、
前記リング部材に対して浸炭処理を施すとともに焼入れ処理を施す浸炭・焼入れ工程と、
前記浸炭・焼入れ処理されたリング部材に対して窒化処理を施す窒化工程と、を備えたことを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記浸炭・焼入れ工程では、浸炭処理を施した後で且つ焼入れ処理を施す前に、拡散処理を施すことを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｃが０．００１％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記リング部材形成工程では、
Ｔｉを含有する金属素材を形成し、
前記金属素材の薄板を丸めて管状薄板を形成し、
前記管状薄板の周方向端部を溶接して薄肉パイプを形成し、
前記薄肉パイプを切断して前記リング部材を形成することを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項６】
Ｔｉを含有するリング部材に対して浸炭・焼入れ処理を施すとともに窒化処理を施すことによって製造された無段階変速機ベルトであって、
質量％で、Ｃが０．２％以上であり且つ０．８％以下であるとともに、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であり、
表面には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在し、
表面から厚さ方向の中心部には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在し、
表面からの厚さ方向の中心部のビッカース硬度が、４００ＨＶ以上であり且つ６００ＨＶ以下であることを特徴とする無段階変速機ベルト。
【請求項７】
請求項６に記載された無段階変速機ベルトにおいて、
質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルト。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載された無段階変速機ベルトにおいて、
質量％で、Ｃが０．３％以上であり且つ０．５％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルト。
【請求項１】
質量％で、Ｃが０．０５％以下であり、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であるリング部材を形成するリング部材形成工程と、
前記リング部材に対して浸炭処理を施すとともに焼入れ処理を施す浸炭・焼入れ工程と、
前記浸炭・焼入れ処理されたリング部材に対して窒化処理を施す窒化工程と、を備えたことを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記浸炭・焼入れ工程では、浸炭処理を施した後で且つ焼入れ処理を施す前に、拡散処理を施すことを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記リング部材形成工程で形成されるリング部材において、質量％で、Ｃが０．００１％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れかに記載された無段階変速機ベルトの製造方法において、
前記リング部材形成工程では、
Ｔｉを含有する金属素材を形成し、
前記金属素材の薄板を丸めて管状薄板を形成し、
前記管状薄板の周方向端部を溶接して薄肉パイプを形成し、
前記薄肉パイプを切断して前記リング部材を形成することを特徴とする無段階変速機ベルトの製造方法。
【請求項６】
Ｔｉを含有するリング部材に対して浸炭・焼入れ処理を施すとともに窒化処理を施すことによって製造された無段階変速機ベルトであって、
質量％で、Ｃが０．２％以上であり且つ０．８％以下であるとともに、Ｔｉが０．１％以上であり且つ１．０％以下であり、
表面には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上がチタン窒化物として存在し、
表面から厚さ方向の中心部には、質量％で、前記リング部材に含有されていたＴｉの１０％以上が固溶状態であるＴｉとして存在し、
表面からの厚さ方向の中心部のビッカース硬度が、４００ＨＶ以上であり且つ６００ＨＶ以下であることを特徴とする無段階変速機ベルト。
【請求項７】
請求項６に記載された無段階変速機ベルトにおいて、
質量％で、Ｔｉが０．３％以上であり且つ０．７％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルト。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載された無段階変速機ベルトにおいて、
質量％で、Ｃが０．３％以上であり且つ０．５％以下であることを特徴とする無段階変速機ベルト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２３７０２５（Ｐ２０１２−２３７０２５Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０５３６７（Ｐ２０１１−１０５３６７）
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１０日（２０１１．５．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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