JP2004132370A - Sprocket integrated housing and its manufacturing method - Google Patents

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Toshiro Harakawa
原川　俊郎
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sprocket integrated housing satisfying requirements for strength, precision and sliding performance at the same time. <P>SOLUTION: The sprocket integrated housing 10 of a sintered body consists of a sprocket portion 11 having a toothed face 11a on an outer periphery side face 11b and a housing portion 12 having a recessed portion 13 on an inner periphery side face 12a, integrally formed of a Fe powder material. It has the whole surface provided with a steam oxidized coating layer formed by stream treatment and a nitrided coating layer formed by gas nitrocarburizing treatment applied after steam treatment. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

　本発明は、可変バルブタイミング機構に用いられ、略円環状に形成されかつ外周側面に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置されかつ内周部から延在する複数の凹部が設けられたハウジング部とを有するスプロケット一体型ハウジングに関する。本発明はまた、スプロケット一体型ハウジングの製造方法に関する。 The present invention is used in a variable valve timing mechanism, and includes a sprocket portion formed in a substantially annular shape and having a tooth surface on an outer peripheral side surface, and a plurality of sprocket portions disposed inside the sprocket portion and extending from an inner peripheral portion. The present invention relates to a sprocket-integrated housing having a housing having a recess. The invention also relates to a method of manufacturing a sprocket integrated housing.

　従来、自動車の内燃機関等において、低速域および高速域での燃焼効率向上や排ガスの減少を目的として、バルブの開閉タイミング（バルブタイミング）を変化させる可変バルブタイミング機構が利用されている。 Conventionally, in an internal combustion engine of an automobile, a variable valve timing mechanism that changes a valve opening / closing timing (valve timing) has been used for the purpose of improving combustion efficiency and reducing exhaust gas in a low speed range and a high speed range.

　可変バルブタイミング機構には、カムシャフトに連結されて回転する第１の回転体（内部ロータ）と、クランクシャフトに連結されてスプロケット（ドリブンギア）と一体に回転する第２の回転体（ハウジング）とを同軸に配置し、両回転体を相対回転させることにより、回転位相を変化させてバルブタイミングを変更するようにしているものがある（たとえば特許文献１参照）。 The variable valve timing mechanism includes a first rotating body (internal rotor) connected to a camshaft and rotating, and a second rotating body (housing) connected to a crankshaft and rotating integrally with a sprocket (driven gear). Are arranged coaxially, and by rotating both rotators relatively, the rotation phase is changed to change the valve timing (for example, see Patent Document 1).

　第１及び第２の回転体（すなわち、内部ロータとハウジング）を相対回転させるための具体的な構成は、内部ロータの外周側面から径方向に突出した２つのベーンと、ハウジングの内周側面に形成された凹部とによって、ベーンの両側に圧力室を形成し、この２つの圧力室内に圧力差を生じさせると、ベーンがハウジングの内周側面上を摺動して凹部内を移動して、内部ロータをハウジングに対して相対回転させるものである。これにより、カムシャフトとクランクシャフトとの間に回転位相差が生じ、バルブタイミングを変更することができる。 A specific configuration for relatively rotating the first and second rotating bodies (that is, the inner rotor and the housing) includes two vanes radially protruding from the outer peripheral surface of the inner rotor, and two vanes radially projecting from the inner peripheral surface of the housing. With the formed recess, pressure chambers are formed on both sides of the vane, and when a pressure difference is generated between the two pressure chambers, the vane slides on the inner peripheral side surface of the housing and moves in the recess, The internal rotor is rotated relative to the housing. As a result, a rotational phase difference occurs between the camshaft and the crankshaft, and the valve timing can be changed.

　この可変バルブタイミング機構では、チェーン駆動されるスプロケットには摺動性に加えて面圧強度・靭性・硬度が高いことが要求される一方、内周側面がベーンの摺動面となるハウジングには、より良好な形状精度と耐摩耗性、摺動性が求められる。 In this variable valve timing mechanism, a chain driven sprocket is required to have high surface pressure strength, toughness, and hardness in addition to slidability. Further, better shape accuracy, wear resistance and slidability are required.

　従来、これらスプロケットおよびハウジングは、一体に回転する部材でありながら、要求される性質が異なるため、それぞれが異なる材料、表面処理方法等で別々に製造された後で一体に組み付けられるのが一般である。 Conventionally, these sprockets and housings are members that rotate integrally, but since the required properties are different, they are generally manufactured separately with different materials, surface treatment methods, etc., and then assembled together. is there.

　ところで、耐摩耗性を要求される部品として、焼き入れ硬化性の鉄系粉末材料を成形および焼結した後に各種処理を順に施した、ロータリ圧縮機のベーンが提案されている（たとえば特許文献２参照）。 By the way, as a component requiring wear resistance, a vane of a rotary compressor has been proposed in which a quenching-hardening iron-based powder material is molded and sintered, and then subjected to various processes in order (for example, Patent Document 2). reference).

　このベーンは、焼結後焼き入れ焼き戻し処理により強度を向上させた後、水蒸気処理により気密性を向上させ、さらに窒化処理（ガス軟窒化処理）により耐摩耗性を向上させて製造される。また、水蒸気処理および窒化処理の後には研削加工による仕上げ処理が施され、これにより表面粗さや形状精度が向上されている。
特開平１１−９３６２８号公報（段落００１７〜００２６、図１） 特開２００１−３４２９８１号公報（段落００４９〜００５０、図８） The vane is manufactured by improving the strength by quenching and tempering after sintering, improving the airtightness by steam treatment, and further improving the wear resistance by nitriding treatment (gas nitrocarburizing treatment). After the steam treatment and the nitriding treatment, a finishing treatment by grinding is performed, thereby improving the surface roughness and the shape accuracy.
JP-A-11-93628 (paragraphs 0017 to 0026, FIG. 1) JP 2001-349881 A (paragraphs 0049 to 0050, FIG. 8)

　このような可変バルブタイミング機構では、組立工程の削減による製造時間の短縮や製造コストの削減等が求められており、ハウジングとスプロケットとを粉末材料の成形・焼結により一体に製造することが検討されている。 In such a variable valve timing mechanism, there is a demand for a reduction in manufacturing time and a reduction in manufacturing cost due to a reduction in the number of assembling processes. Considering integrally manufacturing a housing and a sprocket by molding and sintering a powder material. Have been.

　しかしながら、従来のような焼結体に各種処理を施して製造される部品では寸法管理が困難であり、精密な形状を要求されるハウジングには不向きであるという問題がある。 However, there is a problem in that it is difficult to control the dimensions of a component manufactured by subjecting a sintered body to various treatments as in the prior art, and it is not suitable for a housing requiring a precise shape.

　また、上述したように、ベーンの摺動面を有するハウジングには摺動性および耐摩耗性に優れ高精度であることが要求される一方で、チェーン駆動されるスプロケットにはさらに強度が要求されている。つまり、各部位に対して異なる要求があるため、従来それぞれに適した方法で製造されていたスプロケットとハウジングとを一体に製造すると、いずれかが犠牲となって強度や精度・摺動性等を同時に満足することができないという問題があった。 As described above, a housing having a sliding surface of a vane is required to have excellent slidability and abrasion resistance and high precision, while a chain-driven sprocket is required to have further strength. ing. In other words, since there are different requirements for each part, if the sprocket and the housing, which were conventionally manufactured by a method suitable for each part, are manufactured integrally, one of them will be sacrificed and the strength, accuracy, slidability, etc. will be reduced. There was a problem that they could not be satisfied at the same time.

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、強度や精度、摺動性等の要求特性を同時に満足するスプロケット一体型ハウジングを提供することを目的とする。本発明の他の目的は、スプロケット一体型ハウジングの製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to provide a sprocket-integrated housing that simultaneously satisfies required characteristics such as strength, accuracy, and slidability. It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a sprocket integrated housing.

　以上の課題を解決するために、本発明の請求項１に係るスプロケット一体型ハウジングは、可変バルブタイミング機構に用いられ、略円環状に形成されかつ外周部に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置され内周部から延在する複数の凹部が設けられたハウジング部とを有し、Ｆｅ系粉末材料で一体に形成された焼結体からなるスプロケット一体型ハウジングであって、前記スプロケット部及び前記ハウジング部の表面全体は、スチーム処理により形成されたスチーム酸化被膜層と、前記スチーム処理後に施されたガス軟窒化処理により形成された窒化被膜層とにより覆われていることを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problems, a sprocket integrated housing according to claim 1 of the present invention is used for a variable valve timing mechanism, and has a sprocket portion formed in a substantially annular shape and provided with a tooth surface on an outer peripheral portion. A housing portion provided inside the sprocket portion and provided with a plurality of concave portions extending from the inner peripheral portion, and a sprocket integrated housing made of a sintered body integrally formed of an Fe-based powder material. The entire surface of the sprocket portion and the housing portion is covered with a steam oxide film layer formed by steam processing and a nitride film layer formed by gas nitrocarburizing processing performed after the steam processing. It is characterized by having.

　請求項２に係る発明は、上記スプロケット一体型ハウジングにおいて、スプロケット部の歯面に、Ｆｅ系粉末の変態点を越える温度の高周波焼き入れによる焼き入れ硬化層が形成されてことを特徴としている。 The invention according to claim 2 is characterized in that, in the sprocket-integrated housing, a quench hardened layer is formed on the tooth surface of the sprocket portion by induction hardening at a temperature exceeding the transformation point of the Fe-based powder.

　請求項３に係る発明は、上記スプロケット一体型ハウジングにおいて、スチーム酸化被膜層は、窒化被膜層により覆われていることを特徴としている。 The invention according to claim 3 is characterized in that, in the sprocket-integrated housing, the steam oxide film layer is covered with a nitride film layer.

　請求項４に係る発明は、上記スプロケット一体型ハウジングにおいて、スチーム酸化被膜層の厚さは、３〜８μｍであることを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that, in the sprocket-integrated housing, the thickness of the steam oxide film layer is 3 to 8 μm.

　請求項５に係る発明は、上記スプロケット一体型ハウジングにおいて、窒化被膜層の厚さは、２〜５μｍであることを特徴としている。 The invention according to claim 5 is characterized in that, in the sprocket-integrated housing, the thickness of the nitride coating layer is 2 to 5 μm.

　請求項６に係る発明は、上記スプロケット一体型ハウジングにおいて、窒化被膜層は、スチーム酸化被膜層より薄く形成されていることを特徴としている。 The invention according to claim 6 is characterized in that, in the sprocket-integrated housing, the nitride coating layer is formed thinner than the steam oxide coating layer.

　さらに、本発明の請求項７に係るスプロケット一体型ハウジングは、略円環状に形成されかつ外周部に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置され内周部から延在する複数の凹部が設けられたハウジング部とを有し、Ｆｅ系粉末材料で一体に形成された焼結体からなるスプロケット一体型ハウジングであって、前記複数の凹部の各々は、前記歯面の裏側に配置されて他部材の摺動を許容する円弧状摺動面を備え、前記スプロケット部及び前記ハウジング部の表面全体は、スチーム処理により形成されたスチーム酸化被膜層と、前記スチーム処理後に施されたガス軟窒化処理により形成された窒化被膜層とにより覆われていることを特徴としている。 The sprocket-integrated housing according to claim 7 of the present invention further includes a sprocket portion formed substantially in an annular shape and having a tooth surface on an outer peripheral portion, and a sprocket portion disposed inside the sprocket portion and extending from an inner peripheral portion. A sprocket-integrated housing comprising a sintered body integrally formed of an Fe-based powder material, wherein each of the plurality of recesses has a tooth surface. An arcuate sliding surface is provided on the back side to allow sliding of other members, and the entire surface of the sprocket portion and the housing portion is provided with a steam oxide film layer formed by steam treatment and after the steam treatment. And a nitride film formed by the gas nitrocarburizing process.

　本発明はまた、スプロケット一体型ハウジングの製造方法を提供する。請求項８に係る製造方法は、外周部に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置され内周部から延在する凹部を有するハウジング部とを有しＦｅ系粉末材料からなる圧粉体を形成する段階と；前記圧粉体を焼結して焼結体を得る段階と；前記焼結体に、過熱水蒸気を用いたスチーム処理を施す段階と；前記焼結体に、アンモニウムガスを用いたガス軟窒化処理を施す段階と；前記歯面に、高周波焼き入れを施す段階と；を含む。 The present invention also provides a method for manufacturing a sprocket integrated housing. The manufacturing method according to claim 8, wherein the Fe-based powder material includes: a sprocket portion having a tooth surface provided on an outer peripheral portion; and a housing portion disposed inside the sprocket portion and having a concave portion extending from the inner peripheral portion. Forming a green compact comprising: sintering the green compact to obtain a sintered body; performing a steam treatment on the sintered body using superheated steam; Performing a gas nitrocarburizing treatment using an ammonium gas; and performing an induction hardening on the tooth surface.

　請求項９に係る発明は、上記製造方法において、高周波焼き入れの条件は、歯面が、Ｆｅ系粉末材料の変態点を越える温度となるように設定されていることを特徴としている。 According to a ninth aspect of the present invention, in the above-described manufacturing method, the condition of the induction hardening is set so that the tooth surface has a temperature exceeding the transformation point of the Fe-based powder material.

　請求項１０に係る発明は、上記製造方法において、過熱水蒸気の温度は５５０〜６００℃に設定されていることを特徴としている。 The invention according to claim 10 is characterized in that, in the above-mentioned production method, the temperature of the superheated steam is set at 550 to 600 ° C.

　本発明によれば、スプロケット部とハウジング部とが一体に形成されているので、部品を組み立てる工程をなくすことができ、製造コストを削減することができる。また、スチーム酸化被膜層によって封孔されてから形成された窒化被膜層は、その厚さがスチーム酸化被膜層の厚さ以下となるので、適度な厚さの窒化被膜層により良好な摺動性および強度を有するスプロケット一体型ハウジングが実現される。 According to the present invention, since the sprocket portion and the housing portion are integrally formed, the step of assembling parts can be eliminated, and the manufacturing cost can be reduced. In addition, the nitrided coating layer formed after being sealed by the steam oxide coating layer has a thickness equal to or less than the thickness of the steam oxide coating layer. And a sprocket integrated housing having high strength.

　また、本発明によれば、高周波焼き入れにより、歯面のみに焼き入れ硬化層が形成されているので、精度の高い形状を要求される摺動面が変形されずに、歯面がより高強度であるスプロケット一体型ハウジングの実現が可能となる。また、Ｆｅ系粉末の変態点を越える焼き入れ温度で焼き入れされているのが歯面のみであることにより、変形が小さく精密に形成されたスプロケット一体型ハウジングの実現が可能となる。 Further, according to the present invention, the quenched and hardened layer is formed only on the tooth surface by induction hardening, so that the sliding surface requiring a highly accurate shape is not deformed, and the tooth surface becomes higher. It is possible to realize a sprocket integrated housing that is strong. Further, since only the tooth surface is quenched at a quenching temperature exceeding the transformation point of the Fe-based powder, it is possible to realize a sprocket-integrated housing that is small in deformation and precisely formed.

　さらに、本発明のスプロケット一体型ハウジングの製造方法によれば、歯面のみに焼き入れ硬化層が形成されるので、精度の高い形状を要求される摺動面が変形されずに、歯面がより高強度であるスプロケット一体型ハウジングの実現が可能となる。また、歯面のみが、Ｆｅ系粉末の変態点を越える焼き入れ温度で焼き入れされているので、変形が小さく精密に形成されたスプロケット一体型ハウジングの実現が可能となる。また、ガス軟窒化処理後に高周波焼き入れを施すことにより、高周波焼き入れのみの場合と比較して歯面の硬さを向上させることができる。 Furthermore, according to the manufacturing method of the sprocket-integrated housing of the present invention, the quenched and hardened layer is formed only on the tooth surface, so that the sliding surface requiring a highly accurate shape is not deformed, and the tooth surface is It is possible to realize a sprocket integrated housing having higher strength. Further, since only the tooth surface is quenched at a quenching temperature exceeding the transformation point of the Fe-based powder, it is possible to realize a sprocket-integrated housing which is small in deformation and precisely formed. In addition, by performing induction hardening after the gas nitrocarburizing treatment, the hardness of the tooth surface can be improved as compared with the case of only induction hardening.

　以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
　図１に、本発明に係るスプロケット一体型ハウジング１０の形状を示す。このスプロケット一体型ハウジング１０は、自動車のエンジン等の内燃機関における可変バルブタイミング機構に用いられる部品であって、Ｆｅ系粉末材料で一体に形成された焼結体からなり、外周側に設けられたスプロケット部１１と、内周側に設けられたハウジング部１２とを有する略円筒形に形成されている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the shape of a sprocket integrated housing 10 according to the present invention. The sprocket-integrated housing 10 is a component used for a variable valve timing mechanism in an internal combustion engine such as an automobile engine, and is formed of a sintered body integrally formed of an Fe-based powder material and provided on an outer peripheral side. It is formed in a substantially cylindrical shape having a sprocket portion 11 and a housing portion 12 provided on the inner peripheral side.

　スプロケット部１１は、ローラチェーンによる動力伝達部であり、使用時には、外周側面１１ｂに形成された歯面１１ａに対して、面圧と摩擦が加えられる。 The sprocket portion 11 is a power transmission portion using a roller chain, and in use, applies surface pressure and friction to the tooth surface 11a formed on the outer peripheral side surface 11b.

　ハウジング部１２は、内周側面１２ａから径方向外方に向かい、凹部１３が複数個（本実施形態では４個）形成されている。内周側面１２ａには、図１に２点鎖線で示すロータ２０が、相対回転可能に嵌合される。 The housing portion 12 has a plurality of recesses 13 (four in this embodiment) formed radially outward from the inner peripheral side surface 12a. A rotor 20 indicated by a two-dot chain line in FIG. 1 is fitted to the inner peripheral side surface 12a so as to be relatively rotatable.

　ロータ２０は、円筒状の外周側面２０ａに、径方向外方へ突出するベーン２１が複数枚（本実施形態では４枚）設けられている。各ベーン２１は、各凹部１３内に入り込んで、その先端面２１ａを凹部１３の円筒内周面１３ａに当接させ、凹部１３内部を周方向に区画している。このベーン２１の両側に、スプロケット一体型ハウジング１０とロータ２０との間で閉じられる圧力室１３Ａ，１３Ｂが形成される。 The rotor 20 is provided with a plurality of (four in the present embodiment) vanes 21 projecting radially outward on a cylindrical outer peripheral side surface 20a. Each of the vanes 21 enters each of the concave portions 13, and a tip end surface 21 a of the vane 21 is brought into contact with a cylindrical inner peripheral surface 13 a of the concave portion 13 to partition the inside of the concave portion 13 in a circumferential direction. On both sides of the vane 21, pressure chambers 13A and 13B which are closed between the sprocket integrated housing 10 and the rotor 20 are formed.

　そして、この圧力室１３Ａ，１３Ｂ内の圧力が保持されることにより、スプロケット一体型ハウジング１０とロータ２０とが一体に回転可能となる。また、圧力室１３Ａ，１３Ｂ間に圧力差を生じさせることにより、ベーン２１を凹部１３内で移動させて、スプロケット一体型ハウジング１０とロータ２０とを相対的に回転させ、スプロケット一体型ハウジング１０とロータ２０との位相を変更することができる。 By maintaining the pressure in the pressure chambers 13A and 13B, the sprocket-integrated housing 10 and the rotor 20 can rotate integrally. Further, by generating a pressure difference between the pressure chambers 13A and 13B, the vane 21 is moved in the concave portion 13, and the sprocket-integrated housing 10 and the rotor 20 are relatively rotated. The phase with the rotor 20 can be changed.

　このスプロケット一体型ハウジング１０では、チェーンにより動力伝達を行うスプロケット部１１には耐摩耗性および耐高負荷強度が必要である一方、圧力室１３Ａ，１３Ｂを有しロータ２０のベーン２１が摺動されるハウジング部１２には耐摩耗性、摺動性および良好な形状精度が必要となる。 In the sprocket-integrated housing 10, the sprocket portion 11 that transmits power by a chain needs to have wear resistance and high load resistance, while the vanes 21 of the rotor 20 having the pressure chambers 13A and 13B are slid. The housing portion 12 needs wear resistance, slidability and good shape accuracy.

　スプロケット一体型ハウジング１０は、Ｆｅ系粉末材料（たとえばＦｅ−１〜４Ｃｕ−０．２〜０．９Ｃや、Ｆｅ−０．６〜１．６Ｍｏ−０．２〜０．７Ｃ））をプレス成形して圧粉体を形成し、この圧粉体を通常の温度で焼結して得られた焼結体に対して、各種処理を施して製造される。ここで、Ｆｅ−１〜４Ｃｕ−０．２〜０．９Ｃなる表記は、１〜４重量％の銅及び０．２〜０．９重量％の黒鉛を含むＦｅ系粉末材料を意味する。 The sprocket-integrated housing 10 is formed by press-forming an Fe-based powder material (for example, Fe-1 to 4Cu-0.2 to 0.9C or Fe-0.6 to 1.6Mo-0.2 to 0.7C). The green compact is formed by sintering the green compact at a normal temperature, and various processes are performed on the sintered body. Here, the notation of Fe-1-4Cu-0.2-0.9C means an Fe-based powder material containing 1-4% by weight of copper and 0.2-0.9% by weight of graphite.

　この各種処理について、図２に示すスプロケット一体型ハウジング１０の表面近傍の拡大図を参照して以下に説明する。 The various processes will be described below with reference to an enlarged view near the surface of the sprocket-integrated housing 10 shown in FIG.

　まず、焼結体には、過熱水蒸気を用いたスチーム処理が施される。過熱水蒸気の温度は、５５０〜６００℃に設定される。スチーム処理を施されることにより、焼結体全体の素地Ｍ表面に、四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）からなるスチーム酸化被膜層Ｓが形成される。このスチーム酸化被膜層Ｓは、素地Ｍの最表面だけでなくオープンポアＰの表面（すなわち、各オープンポアＰの内側表面）にも形成され、焼結体はある程度封孔される。なお、このスチーム酸化被膜層Ｓの厚さは、ここでは３〜８μｍとしているが、必要に応じて処理時間等の設定により任意に変更可能である。なお、通常の処理時間（入炉から出炉）は、９０〜１５０分に設定される。 First, the sintered body is subjected to steam treatment using superheated steam. The temperature of the superheated steam is set at 550 to 600 ° C. By performing the steam treatment, a steam oxide film layer S made of triiron tetroxide (Fe 3 O 4 ) is formed on the surface of the substrate M of the entire sintered body. The steam oxide film layer S is formed not only on the outermost surface of the substrate M but also on the surface of the open pores P (that is, the inner surface of each open pore P), and the sintered body is sealed to some extent. Although the thickness of the steam oxide film layer S is set to 3 to 8 μm here, it can be arbitrarily changed by setting the processing time and the like as needed. In addition, the normal processing time (from furnace to furnace) is set to 90 to 150 minutes.

　次に、焼結体には、アンモニウムガスを用いたガス軟窒化処理が施される。ガス軟窒化処理を施されることにより、スチーム酸化被膜層Ｓのうち素地Ｍに近い部分のＦｅ３Ｏ４の酸素が励起されてアンモニアガス雰囲気中の窒素に置換され、素地Ｍ上に鉄の窒化物からなる窒化被膜層Ｎが形成される。ガス軟窒化処理によって形成された窒化被膜層Ｎは、処理温度が低いので焼結体には変形をほとんど生じず、スプロケット一体型ハウジング１０の表面をベーン２１よりも高硬度とすることができ、スプロケット一体型ハウジング１０の耐摩耗性を確保することができる。 Next, the sintered body is subjected to a gas soft nitriding treatment using an ammonium gas. By performing the gas nitrocarburizing treatment, the oxygen of Fe 3 O 4 in a portion of the steam oxide film layer S close to the substrate M is excited and replaced with nitrogen in the ammonia gas atmosphere. A nitride film layer N made of nitride is formed. Since the nitrided film layer N formed by the gas soft nitriding treatment has a low treatment temperature, the sintered body is hardly deformed, and the surface of the sprocket integrated housing 10 can have a higher hardness than the vane 21. The wear resistance of the sprocket-integrated housing 10 can be ensured.

　窒化被膜層Ｎの厚さは、耐摩耗性、摺動性を十分に向上させることができる程度の下限値と、スプロケット一体型ハウジング１０の靭性低下を招かない程度の上限値との間で設定され、必要に応じて処理時間等の設定によりスチーム酸化被膜層Ｓの厚さよりも小さい値で任意に変更可能であり、ここでは２〜５μｍとされている。このスチーム酸化被膜層Ｓの厚さを適度にすることにより、窒化被膜層Ｎが過度に厚く形成されてスプロケット一体型ハウジング１０の靭性が低下することを防ぐことができる。 The thickness of the nitride film layer N is set between a lower limit value that can sufficiently improve wear resistance and slidability, and an upper limit value that does not cause a decrease in toughness of the sprocket-integrated housing 10. If necessary, the thickness can be arbitrarily changed to a value smaller than the thickness of the steam oxide film layer S by setting the processing time and the like, and is 2 to 5 μm here. By setting the thickness of the steam oxide film layer S to an appropriate value, it is possible to prevent the nitride film layer N from being formed too thick and the toughness of the sprocket-integrated housing 10 from being reduced.

　以上のスチーム処理およびガス軟窒化処理によって、焼結体の表面にはスチーム酸化被膜層Ｓおよび窒化被膜層Ｎが形成されて硬度が向上し、ほとんど寸法変化がないまま耐摩耗性、摺動性が良好となっている。 By the above steam treatment and gas nitrocarburizing treatment, a steam oxide film layer S and a nitride film layer N are formed on the surface of the sintered body to improve the hardness. Is good.

　さらに、外周側面１１ｂに形成された歯面１１ａに対して、チェーンにより加えられる高負荷に耐える硬度を与えるため、高周波焼き入れが施される。高周波焼き入れは、局部的な硬化層を形成するのに適しており、加工による寸法変化も小さい処理方法である。この高周波焼き入れにより、歯面１１ａ（図１）にのみ焼き入れ硬化層Ｈが形成され、歯面１１ａに十分な面強度（硬度）が与えられる。 Furthermore, the tooth surface 11a formed on the outer peripheral side surface 11b is subjected to induction hardening in order to give hardness to withstand the high load applied by the chain. Induction quenching is a processing method suitable for forming a local hardened layer and having a small dimensional change due to processing. By this induction hardening, a hardened hardened layer H is formed only on the tooth surface 11a (FIG. 1), and sufficient surface strength (hardness) is given to the tooth surface 11a.

　上記のように、ガス軟窒化処理後に、歯面１１ａに高周波焼き入れを施した場合、ガス軟窒化処理を行わずに歯面１１ａに高周波焼き入れを施した場合と比較して、歯面１１ａの硬さを向上させることができる。具体的には、Ｆｅ系粉末材料としてＦｅ−２．０Ｃｕ−０．６Ｃを用い、焼結後の密度が６．８ｇ／ｃｍ３である場合、高周波焼き入れのみの場合の硬さは７００〜７５０（ＭＨｖ（２５ｇ））であるのに対し、ガス軟窒化処理後に高周波焼き入れを施した場合の硬さは７７０〜８２０（ＭＨｖ）となる。なお、ガス軟窒化処理後の硬さは４５０〜５００（ＭＨｖ）である。 As described above, when the tooth surface 11a is subjected to induction hardening after the gas nitrocarburizing treatment, the tooth surface 11a is compared with the case where the tooth surface 11a is subjected to induction quenching without performing the gas nitrocarburizing treatment. Can be improved in hardness. Specifically, when Fe-2.0Cu-0.6C is used as the Fe-based powder material and the density after sintering is 6.8 g / cm 3 , the hardness in the case of only induction hardening is 700 to While the hardness is 750 (MHv (25 g)), the hardness when induction hardening is performed after the gas soft nitriding treatment is 770 to 820 (MHv). The hardness after the gas nitrocarburizing treatment is 450 to 500 (MHv).

　以上の処理の前後に、焼結体のサイジングや切削、研削といった加工が施されて、スプロケット一体型ハウジング１０が完成する。 Before and after the above processing, sizing, cutting, and grinding of the sintered body are performed to complete the sprocket-integrated housing 10.

　以上のようにして得られたスプロケット一体型ハウジング１０は、全体の平均密度が６．６〜７．２ｇ／ｃｍ３、歯面１１ａ近傍の密度が６．８〜７．３ｇ／ｃｍ３となっており、表面全体にスチーム酸化被膜層Ｓおよび窒化被膜層Ｎが形成されて摺動性および耐摩耗性に優れ、さらに、歯面１１ａには焼き入れ硬化層Ｈが形成されて硬度および耐高負荷性が優れている。このように、特にチェーンを介して直接荷重伝達をするスプロケット部については、過酷な使用状況を鑑み、ハウジング部と比較して密度を高めるだけでなく、表面処理によって硬さも向上させている。 Sprocket integrated housing 10 obtained in the above manner, the average density of the total 6.6~7.2g / cm 3, the density in the vicinity of the tooth surface 11a is a 6.8~7.3g / cm 3 The steam oxide film layer S and the nitride film layer N are formed on the entire surface to provide excellent slidability and abrasion resistance. Further, a quenched and hardened layer H is formed on the tooth surface 11a to provide hardness and high resistance. Excellent loadability. As described above, especially in the sprocket portion that directly transmits a load via a chain, in consideration of a severe use situation, not only the density is increased as compared with the housing portion, but also the hardness is improved by surface treatment.

本発明のスプロケット一体型ハウジングを示す平面図である。It is a top view showing the sprocket integrated type housing of the present invention. 本発明の一実施形態によるスプロケット一体型ハウジングにおいて、被膜層が形成された表面近傍を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the vicinity of a surface on which a coating layer is formed in the integrated sprocket housing according to the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of reference numerals

　１０　スプロケット一体型ハウジング
　１１　スプロケット部
　１１ａ　歯面
　１１ｂ　外周側面
　１２　ハウジング部
　１２ａ　内周側面
　１３　凹部
　Ｎ　窒化被膜層
　Ｓ　スチーム酸化被膜層
　Ｈ　焼き入れ硬化層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Sprocket integrated housing 11 Sprocket part 11a Tooth surface 11b Outer peripheral side 12 Housing part 12a Inner peripheral side 13 Depression N Nitride coating layer S Steam oxide coating layer H Hardened hardened layer

Claims (10)

　可変バルブタイミング機構に用いられ、略円環状に形成されかつ外周部に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置され内周部から延在する複数の凹部が設けられたハウジング部とを有し、Ｆｅ系粉末材料で一体に形成された焼結体からなるスプロケット一体型ハウジングであって、
　前記スプロケット部及び前記ハウジング部の表面全体は、スチーム処理により形成されたスチーム酸化被膜層と、前記スチーム処理後に施されたガス軟窒化処理により形成された窒化被膜層とにより覆われていることを特徴とするスプロケット一体型ハウジング。 A sprocket portion used in the variable valve timing mechanism, which is formed in a substantially annular shape and has a tooth surface on an outer peripheral portion, and a plurality of concave portions disposed inside the sprocket portion and extending from the inner peripheral portion are provided. A sprocket-integrated housing made of a sintered body integrally formed of an Fe-based powder material,
The entire surface of the sprocket portion and the housing portion is covered with a steam oxide film layer formed by steam processing and a nitride film layer formed by gas nitrocarburizing processing performed after the steam processing. Features a sprocket integrated housing. 　前記スプロケット部の前記歯面に、前記Ｆｅ系粉末材料の変態点を越える温度の高周波焼き入れによる焼き入れ硬化層が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスプロケット一体型ハウジング。 The sprocket-integrated housing according to claim 1, wherein a hardened layer formed by induction hardening at a temperature exceeding a transformation point of the Fe-based powder material is formed on the tooth surface of the sprocket portion. 　前記スチーム酸化被膜層は、前記窒化被膜層により覆われていることを特徴とする請求項１または２に記載のスプロケット一体型ハウジング。 The sprocket-integrated housing according to claim 1 or 2, wherein the steam oxide film layer is covered with the nitride film layer. 　前記スチーム酸化被膜層の厚さは、３〜８μｍであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のスプロケット一体型ハウジング。 The sprocket-integrated housing according to any one of claims 1 to 3, wherein the steam oxide film layer has a thickness of 3 to 8 µm. 　前記窒化被膜層の厚さは、２〜５μｍであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のスプロケット一体型ハウジング。 The sprocket-integrated housing according to any one of claims 1 to 4, wherein the thickness of the nitride coating layer is 2 to 5 µm. 　前記窒化被膜層は、前記スチーム酸化被膜層より薄く形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のスプロケット一体型ハウジング。 The sprocket-integrated housing according to any one of claims 1 to 5, wherein the nitride coating layer is formed to be thinner than the steam oxide coating layer. 　略円環状に形成されかつ外周部に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置され内周部から延在する複数の凹部が設けられたハウジング部とを有し、Ｆｅ系粉末材料で一体に形成された焼結体からなるスプロケット一体型ハウジングであって、
　前記複数の凹部の各々は、前記歯面の裏側に配置されて他部材の摺動を許容する円弧状摺動面を備え、
　前記スプロケット部及び前記ハウジング部の表面全体は、スチーム処理により形成されたスチーム酸化被膜層と、前記スチーム処理後に施されたガス軟窒化処理により形成された窒化被膜層とにより覆われていることを特徴とするスプロケット一体型ハウジング。 A sprocket portion formed substantially in an annular shape and having a tooth surface provided on an outer peripheral portion, and a housing portion provided inside the sprocket portion and provided with a plurality of concave portions extending from an inner peripheral portion; A sprocket-integrated housing made of a sintered body integrally formed of a system powder material,
Each of the plurality of recesses includes an arc-shaped sliding surface that is arranged on the back side of the tooth surface and allows sliding of other members,
The entire surface of the sprocket portion and the housing portion is covered with a steam oxide film layer formed by steam processing and a nitride film layer formed by gas nitrocarburizing processing performed after the steam processing. Features a sprocket integrated housing. 　スプロケット一体型ハウジングを製造する方法であって、
　外周部に歯面が設けられたスプロケット部と、該スプロケット部の内側に配置され内周部から延在する凹部を有するハウジング部とを有しＦｅ系粉末材料からなる圧粉体を形成する段階と；
　前記圧粉体を焼結して焼結体を得る段階と；
　前記焼結体に、過熱水蒸気を用いたスチーム処理を施す段階と；
　前記焼結体に、アンモニウムガスを用いたガス軟窒化処理を施す段階と；
　前記歯面に、高周波焼き入れを施す段階と；を含む。 A method of manufacturing a sprocket integrated housing, comprising:
Forming a compact made of an Fe-based powder material having a sprocket portion provided with a tooth surface on an outer peripheral portion, and a housing portion having a concave portion disposed inside the sprocket portion and extending from the inner peripheral portion. When;
Sintering the green compact to obtain a sintered body;
Subjecting the sintered body to steam treatment using superheated steam;
Subjecting the sintered body to a gas nitrocarburizing treatment using an ammonium gas;
Subjecting said tooth surfaces to induction hardening. 　請求項８に記載の方法であって、前記高周波焼き入れの条件は、前記歯面が、前記Ｆｅ系粉末材料の変態点を越える温度となるように設定されている。 The method according to claim 8, wherein the condition of the induction hardening is set so that the tooth surface has a temperature exceeding a transformation point of the Fe-based powder material. 　請求項８または９に記載の方法であって、前記過熱水蒸気の温度は５５０〜６００℃に設定されている。 (10) The method according to (8) or (9), wherein the temperature of the superheated steam is set at 550 to 600 ° C.
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