JP2007040230A - Vane, manufacturing method of vane, and device for controlling open/close timing of valve - Google Patents

Vane, manufacturing method of vane, and device for controlling open/close timing of valve Download PDF

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一郎 平塚
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vane which is effective in reducing attackability of a partner material, the manufacturing method of the vane, and a device for controlling open/close timing of a valve while securing wear resistance. <P>SOLUTION: The base material of the vane is a ferrous material, and a nitrided cured layer, of which the surface stiffness is set at a low level of Hv 900 to 1,200 by nitriding, is formed on the surface of the vane. Then, a compound layer (what is called a white layer) of which the main component is a ferrous nitride is not substantially formed on the frontmost surface of the vane. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明はベーン、ベーンの製造方法、弁開閉時期制御装置に関する。   The present invention relates to a vane, a vane manufacturing method, and a valve timing control apparatus.

オイルポンプ、油圧アクチュエータ等の油圧機器を例にとって従来技術について説明する。このベーンの主な目的は次のようである。即ち、オイルポンプの場合には、ハウジングとベーンとの間に作られた空隙に満たされたオイルを駆動軸を介したベーンで押し出すことでポンプとしての機能を果たす。一方、ベーン式油圧アクチュエータの場合には、ハウジングとベーンとの間に作られた空隙のオイルを出し入れすることでベーンを動かし、ベーンを固定している従動軸を駆動し、所要の機能をさせようとするものである。   The prior art will be described using hydraulic equipment such as an oil pump and a hydraulic actuator as an example. The main purpose of this vane is as follows. In other words, in the case of an oil pump, the oil filled in a gap formed between the housing and the vane is pushed out by the vane via the drive shaft, thereby functioning as a pump. On the other hand, in the case of a vane type hydraulic actuator, the vane is moved by taking in and out the oil in the gap created between the housing and the vane, and the driven shaft that fixes the vane is driven to perform the required function. It is something to try.

したがって、ベーンとベーンを保持するベーン保持部に求められる機械的特性としては、摺動摩耗だけでなく、叩き摩耗といった摩耗形態を伴う。その両方の摩耗形態においては、充分な耐摩耗性の確保と、相手攻撃性を低減させた材料が望まれている。ベーン材としては、工具鋼（ＳＫＨ５１等）が使用されていることが多い。   Therefore, the mechanical characteristics required for the vane and the vane holding portion that holds the vane are accompanied by not only sliding wear but also wear forms such as tapping wear. In both types of wear, a material with sufficient wear resistance and reduced opponent attack is desired. As the vane material, tool steel (SKH51 or the like) is often used.

また従来、重量比で、Ｃ：０．５０〜１．３０％、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、残部鉄を含む焼き入れ、焼き戻しを施した鋼材からなり軟窒化処理を施したベーンを搭載すると共に、炭化物を０．１０〜６．００％含有し、黒鉛形状がＡＳＴＭ規格のＡ，Ｄ，Ｅのいずれかである鋳鉄で形成したＨＲＣ４０〜５５の硬度をもつ相手材とを搭載した回転式流体コンプレッサが知られている（特許文献１）。   Further, conventionally, by weight ratio, C: 0.50 to 1.30%, Cr: 11.0 to 20.0%, a steel material that has been quenched and tempered including the remaining iron, and was subjected to soft nitriding treatment While mounting the vane, a counterpart material having a hardness of HRC 40 to 55 formed of cast iron containing 0.10 to 6.00% carbide and having a graphite shape of any one of ASTM standards A, D, and E. An installed rotary fluid compressor is known (Patent Document 1).

更に、重量比で、Ｃ：０．５０〜１．３０％、Ｃｒ：１１．０〜２０．０％、残部鉄を含む焼き入れ、焼きを施した鋼材からなるイオン窒化を施したベーンを搭載すると共に、炭化物を０．１０〜６．００％含有し、黒鉛形状がＡＳＴＭ規格のＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅのいずれかである鋳鉄で形成したＨＲＣ４０〜６０の硬度をもつ相手材とを搭載した回転式流体コンプレッサが知られている（特許文献２）。さらにベーン表面部に窒化処理したベーンも知られている（特許文献３）。また浸硫窒化処理を行って摺動特性を改善したロータリーコンプレッサ用ベーンが知られている（特許文献４）。さらに窒化マンガンを主要成分とする耐摩耗性イオンプレーティング皮膜およびその形成方法が知られている（特許文献５）。
特公平１−１８９８５号公報 特開平５−７８７９２号公報 特開２００４−３４６７８８号公報 特開平２００４−１９０６５８号公報 特開２００２−３５６７６６号公報 Furthermore, by weight ratio, C: 0.50 to 1.30%, Cr: 11.0 to 20.0%, quenching including the remaining iron, vanes subjected to ion nitriding made of baked steel In addition, it is equipped with a counterpart material having a hardness of HRC 40-60 formed of cast iron containing 0.10% to 6.00% carbide and having a graphite shape of any of ASTM standards A, B, D, E A rotary fluid compressor is known (Patent Document 2). Further, a vane obtained by nitriding the vane surface portion is also known (Patent Document 3). A vane for a rotary compressor is known in which sliding characteristics are improved by performing nitrosulphurizing treatment (Patent Document 4). Furthermore, an abrasion-resistant ion plating film containing manganese nitride as a main component and a method for forming the same are known (Patent Document 5).
Japanese Patent Publication No. 1-18985 Japanese Patent Laid-Open No. 5-78792 JP 2004-346788 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-190658 JP 2002-356766 A

上記した特許文献１、２では、鉄窒化物（Ｆｅ4Ｎ，Ｆｅ3Ｎ等）で形成された化合物層（いわゆる白層）が形成されるが、摺動摩耗だけでなく、叩き摩耗といった摩耗形態においては、充分な耐摩耗性の確保と、相手攻撃性を低減させるには必ずしも充分ではない。 In Patent Documents 1 and 2 described above, a compound layer (so-called white layer) formed of iron nitride (Fe 4 N, Fe 3 N, etc.) is formed, but not only sliding wear but also wear such as tapping wear. In the form, it is not always sufficient to ensure sufficient wear resistance and to reduce the opponent attack.

更に、特許文献３においても、鉄窒化物（Ｆｅ4Ｎ，Ｆｅ3Ｎ等）で形成された化合物層（いわゆる白層）が形成されるが、このため摺動摩耗だけでなく、叩き摩耗といった摩耗形態が発生する条件下では、化合物層が割れる確率が増加する。この結果、割れた破片によって相手攻撃性が高くなり、相手材の摩耗を促進させるおそれがある。また、浸硫窒化処理を行なう特許文献４でも、化合物層の皮膜が形成され、皮膜が割れるおそれがあり、割れた皮膜により相手攻撃性が高い。またイオンプレーティング皮膜を形成する特許文献５では、真空中で特別な装置を用いて処理を行う必要があり、コスト高となる。 Further, in Patent Document 3, a compound layer (so-called white layer) formed of iron nitride (Fe 4 N, Fe 3 N, etc.) is formed. Under the condition that the wear form occurs, the probability that the compound layer breaks increases. As a result, the opponent's aggression is increased by the broken pieces, and there is a possibility that the wear of the opponent material is promoted. Further, even in Patent Document 4 in which the nitronitriding treatment is performed, there is a possibility that a film of the compound layer is formed and the film is cracked, and the attack of the opponent is high due to the cracked film. Moreover, in patent document 5 which forms an ion plating film | membrane, it is necessary to process using a special apparatus in a vacuum, and it becomes high cost.

本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、耐摩耗性を確保しつつ、相手材の攻撃性を低下させて相手材の摩耗を低減させるのに有利であり、しかもコストの低減を図るのに有利なベーン、ベーンの製造方法、弁開閉時期制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and is advantageous for reducing wear of the mating material by reducing the aggressiveness of the mating material while ensuring wear resistance, and reducing the cost. An object of the present invention is to provide a vane, a vane manufacturing method, and a valve opening / closing timing control device which are advantageous for the purpose.

第１の様相に係るベーンは、鉄系材料を母材とするベーンにおいて、窒化処理によって表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層がベーン表面部に形成されており、鉄窒化物を主要成分とする化合物層がベーンの最表面に実質的に形成されていないことを特徴とするものである。   The vane according to the first aspect is a vane having an iron-based material as a base material, and a nitrided hardened layer having a surface hardness set to Hv 900 to 1200 is formed on the vane surface by nitriding, and iron nitride is mainly used. The compound layer as a component is not substantially formed on the outermost surface of the vane.

ここで、『化合物層がベーンの最表面に実質的に形成されていない』とは、ベーン最表面から深さ３マイクロメートルの部位において、当該化合物層が形成されていないことを意味する。従って、化合物層がベーンの最表面に形成されていない形態は、第１の様相の発明に含まれる。また、ベーン最表面から深さ１マイクロメートルの部位においては当該化合物層が微小形成されているかもしれないが、ベーン最表面から深さ３マイクロメートルの部位においては、当該化合物層が形成されていない形態は、第１の様相の発明に含まれる。   Here, “the compound layer is not substantially formed on the outermost surface of the vane” means that the compound layer is not formed in a portion having a depth of 3 micrometers from the outermost surface of the vane. Therefore, the form in which the compound layer is not formed on the outermost surface of the vane is included in the invention of the first aspect. In addition, the compound layer may be minutely formed in a portion having a depth of 1 μm from the vane outermost surface, but the compound layer is formed in a portion having a depth of 3 μm from the vane outermost surface. The form which does not exist is included in the invention of the first aspect.

第２の様相に係るベーンの製造方法は、鉄系材料を母材とするベーン材を用意する工程と、窒化処理温度５１０〜５９０℃でベーン材を窒化ガス雰囲気において窒化処理することにより、窒素を浸透させてベーン材のベーン表面部の表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層をベーン表面部に形成する窒化工程とを順に実施することを特徴とするものである。   The vane manufacturing method according to the second aspect includes a step of preparing a vane material having an iron-based material as a base material, and nitriding the vane material in a nitriding gas atmosphere at a nitriding temperature of 510 to 590 ° C. And a nitriding step for forming a nitriding hardened layer in which the surface hardness of the vane surface portion of the vane material is set to Hv 900 to 1200 on the vane surface portion.

第３の様相に係る弁開閉時期制御装置は、エンジンのクランクシャフト及びカムシャフトのうちの一方と一体回転する第１回転部材と、
第１回転部材との間に油圧室を形成するように第１回転部材に対して相対回転可能に設けられ、エンジンのクランクシャフト及びカムシャフトのうちの他方と一体回転する第２回転部材と、
第１回転部材及び第２回転部材のうちの少なくとも一方に設けられ、油圧室を第１室及び第２室に仕切るベーンと、
第１室及び第２室の少なくとも一方に対してオイルの供給または排出を行うことにより、第１回転部材及び第２回転部材の周方向における相対回転位相を変化させるオイル通路とを具備する弁開閉時期制御装置において、
ベーンは、前記した各様相にかかるベーンで形成されていることを特徴とするものである。 A valve opening / closing timing control device according to a third aspect includes a first rotating member that rotates integrally with one of an engine crankshaft and a camshaft,
A second rotating member provided so as to be relatively rotatable with respect to the first rotating member so as to form a hydraulic chamber between the first rotating member and rotating integrally with the other of the crankshaft and the camshaft of the engine;
A vane that is provided on at least one of the first rotating member and the second rotating member and partitions the hydraulic chamber into the first chamber and the second chamber;
A valve opening and closing comprising an oil passage that changes a relative rotational phase in the circumferential direction of the first rotating member and the second rotating member by supplying or discharging oil to at least one of the first chamber and the second chamber. In the timing control device,
A vane is formed by the vane concerning each aspect mentioned above, It is characterized by the above-mentioned.

各様相にかかるベーンによれば、窒化処理によって表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層がベーン表面部に形成されている。Ｈｖ９００〜１２００は、窒化処理により得られる窒化硬化層としては低めの硬度であるる。更に、鉄窒化物を主要成分とする化合物層（いわゆる白層）がベーンの最表面に実質的に形成されてない。この結果、ベーン表面部の表面硬度を維持しつつ、硬くて割れやすい化合物層の生成がベーンの最表面において抑えられている。これによりベーン表面部の耐摩耗性を維持しつつ、ベーンの窒化硬化層の靱性が確保され、ベーン表面部におけるクラックの生成も抑制される。   According to the vane concerning each aspect, the nitridation hardening layer which set surface hardness to Hv900-1200 by the nitriding process is formed in the vane surface part. Hv900 to 1200 has a lower hardness as a nitrided hardened layer obtained by nitriding. Furthermore, a compound layer (so-called white layer) containing iron nitride as a main component is not substantially formed on the outermost surface of the vane. As a result, the formation of a hard and fragile compound layer is suppressed on the outermost surface of the vane while maintaining the surface hardness of the vane surface portion. Thereby, the toughness of the nitrided hardened layer of the vane is ensured while maintaining the wear resistance of the vane surface portion, and the generation of cracks in the vane surface portion is also suppressed.

各様相によれば、窒化処理によってベーン表面部の表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層が形成されている。更に、鉄窒化物を主要成分とする化合物層がベーンの最表面に実質的に形成されてない。上記した窒化硬化層の表面硬度は従来の窒化処理よりも低いものであり、ベーン表面部の耐摩耗性を維持しつつ、ベーンの窒化硬化層の靱性が確保される。この結果、ベーン表面部におけるクラックの生成が抑制され、ベーンの長寿命化に有利である。更に、クラックの生成が抑制されるため、クラック破片に起因する相手攻撃性が低減され、相手攻撃性の過剰化が抑制され、相手材の耐久性の向上も図り得る。   According to each aspect, the nitriding hardened layer which set the surface hardness of the vane surface part to Hv900-1200 by nitriding treatment is formed. Furthermore, a compound layer mainly composed of iron nitride is not substantially formed on the outermost surface of the vane. The surface hardness of the above-mentioned nitrided hardened layer is lower than that of the conventional nitriding treatment, and the toughness of the nitrided hardened layer of the vane is ensured while maintaining the wear resistance of the vane surface portion. As a result, the generation of cracks on the surface of the vane is suppressed, which is advantageous for extending the life of the vane. Furthermore, since the generation of cracks is suppressed, the opponent aggression attributed to the crack fragments is reduced, the excessive opponent aggression is suppressed, and the durability of the opponent material can be improved.

本発明のベーンによれば、窒化処理によって表面硬度をＨｖ９００〜１２００としており、窒化処理により得られる窒化硬化層としては硬度が低めに設定された窒化硬化層をベーン表面部に形成している。窒化硬化層は窒素の浸透により硬化した部分をいう。この場合、窒化硬化層の表面硬度をＨｖ１０００〜１２００、あるいは、Ｈｖ１１００〜１２００とすることができる。表面硬度の上限値としては、Ｈｖ１１９０、Ｈｖ１１８０，Ｈｖ１１６０，Ｈｖ１１６０が例示される。この上限値と組み合わせ得る表面硬度の下限値としては、Ｈｖ９２０，Ｈｖ９４０，Ｈｖ９６０，Ｈｖ９８０，Ｈｖ１０００，Ｈｖ１０２０が例示される。Ｈｖはビッカース硬度を意味する。窒化硬化層の平均厚みとしては５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、４００マイクロメートルが例示される。   According to the vane of the present invention, the surface hardness is set to Hv 900 to 1200 by nitriding treatment, and the nitriding hardened layer obtained by nitriding treatment is formed on the vane surface portion with a low hardness. The nitrided hardened layer refers to a portion hardened by nitrogen permeation. In this case, the surface hardness of the nitrided hardened layer can be set to Hv 1000 to 1200 or Hv 1100 to 1200. Examples of the upper limit value of the surface hardness include Hv1190, Hv1180, Hv1160, and Hv1160. Examples of the lower limit value of the surface hardness that can be combined with the upper limit value include Hv920, Hv940, Hv960, Hv980, Hv1000, and Hv1020. Hv means Vickers hardness. Examples of the average thickness of the nitrided hard layer include 50 micrometers, 100 micrometers, 150 micrometers, 200 micrometers, and 400 micrometers.

本発明によれば、好ましくは、鉄系材料を母材とするベーン材を用意する工程と、窒化処理温度５１０〜５９０℃でベーン材を窒化ガス雰囲気において窒化処理することにより、窒素を浸透させて表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層をベーン表面部に形成する窒化工程とを順に実施する形態を採用することができる。この場合、窒化処理温度が高いため窒素をベーンの内部まで良好に浸透させることができる。且つ、窒素を内部に浸透させる窒素浸透性が良好に確保されるため、硬い化合物層（いわゆる白層）の生成を抑えることができ、表面部における靱性の低下が抑制される。   According to the present invention, preferably, a vane material having an iron-based material as a base material is prepared, and the nitrogen material is infiltrated by nitriding the vane material in a nitriding gas atmosphere at a nitriding temperature of 510 to 590 ° C. Thus, it is possible to adopt a mode in which a nitriding step for forming a nitrided hardened layer having a surface hardness of Hv 900 to 1200 on the vane surface portion is sequentially performed. In this case, since the nitriding temperature is high, nitrogen can penetrate well into the vane. And since the nitrogen permeability which permeate | transmits nitrogen inside is ensured favorably, the production | generation of a hard compound layer (what is called a white layer) can be suppressed, and the fall of the toughness in a surface part is suppressed.

なお本発明によれば、窒化工程の前において、ベーン材に対して焼き入れ・焼き戻し処理をする形態を例示することができる。この場合、ベーン材の表面に形成された焼き入れ・焼き戻し層に対して窒化処理が行われる。焼き入れ温度としては１２００〜１２４０℃が例示される。焼き戻し温度としては５４０〜５７０℃が例示される。焼き入れ・焼き戻し処理を実施した後、後述する酸化物除去処理を行うことが好ましい。   In addition, according to this invention, the form which quenches and temperes with respect to a vane material before a nitriding process can be illustrated. In this case, nitriding is performed on the quenched / tempered layer formed on the surface of the vane material. Examples of the quenching temperature include 1200 to 1240 ° C. 540-570 degreeC is illustrated as tempering temperature. After performing quenching / tempering treatment, it is preferable to perform oxide removal treatment described later.

また本発明によれば、鉄窒化物を主要成分とする化合物層（いわゆる白層）がベーン最表面に実質的に形成されてない。   Further, according to the present invention, a compound layer (so-called white layer) containing iron nitride as a main component is not substantially formed on the outermost surface of the vane.

ところで、焼き入れ・焼き戻し処理を施しているかいないかにかかわらず、通常、ベーン材の最表面部には酸化膜が存在している。ベーン最表面が大気に触れるためである。この酸化膜は窒素の浸透に対してバリヤ性を有する。酸化膜がベーン最表面に存在する場合には、ベーン材に窒化処理を行うと、鉄窒化物（Ｆｅ4Ｎ，Ｆｅ3Ｎ等）を主要成分とする化合物層（いわゆる白層）がベーン最表面に形成され易い。この化合物層はかなり硬くてベーンの耐摩耗性を向上させ得るものの、靱性が必ずしも充分ではない。そこで本発明によれば、ベーンとなるベーン材の最表面に形成されている酸化膜を除去した後、または、酸化膜を実質的に除去した後に、ベーン材に対して窒化処理を行なう形態を例示することができる。この場合、窒素の浸透に対してバリヤ性を有する化合物層（いわゆる白層）が窒化処理の前に消失または低減されているため、窒化処理の際に窒素の内部浸透性が高まり、この結果、鉄窒化物（Ｆｅ4Ｎ，Ｆｅ3Ｎ等）を主要成分とする化合物層がベーン最表面に形成されにくくなる。 Incidentally, an oxide film is usually present on the outermost surface portion of the vane material regardless of whether quenching or tempering is performed. This is because the outermost surface of the vane is exposed to the atmosphere. This oxide film has a barrier property against nitrogen permeation. When the oxide film is present on the vane outermost surface, when the vane material is subjected to nitriding treatment, a compound layer (so-called white layer) containing iron nitride (Fe 4 N, Fe 3 N, etc.) as a main component is the vane outermost layer. It is easy to form on the surface. This compound layer is quite hard and can improve the wear resistance of the vanes, but the toughness is not always sufficient. Therefore, according to the present invention, after the oxide film formed on the outermost surface of the vane material to be the vane is removed or after the oxide film is substantially removed, the nitriding treatment is performed on the vane material. It can be illustrated. In this case, since the compound layer (so-called white layer) having a barrier property against the penetration of nitrogen is lost or reduced before the nitriding treatment, the internal permeability of nitrogen is increased during the nitriding treatment, and as a result, A compound layer containing iron nitride (Fe 4 N, Fe 3 N, etc.) as a main component is hardly formed on the outermost surface of the vane.

このため本発明によれば、好ましくは、ベーン材の最表面に形成されている酸化膜を除去した後、その表面を窒化雰囲気ガスを用いて５１０〜５９０℃において窒化処理する形態を採用することができる。この場合、ベーン表面部に化合物層を形成させずに、あるいは、ベーン表面部に化合物層を実質的に形成させず、窒素が鉄系材料に浸透した窒素硬化層をベーン表面部に形成することができる。   Therefore, according to the present invention, it is preferable to adopt a mode in which after the oxide film formed on the outermost surface of the vane material is removed, the surface is subjected to nitriding treatment at 510 to 590 ° C. using a nitriding atmosphere gas. Can do. In this case, without forming a compound layer on the surface of the vane, or substantially without forming a compound layer on the surface of the vane, a nitrogen hardened layer in which nitrogen penetrates the iron-based material is formed on the surface of the vane. Can do.

ここで、ベーン材の表面に存在する酸化膜を除去する処理としては、フッ化処理が好ましい。フッ化処理としては、ＮＦ3，ＢＦ3，ＣＦ4，ＨＦ、Ｆ2等から選ばれる少なくとも１種以上のフッ素含有成分のガス、あるいは、前記したフッ素含有成分と不活性ガス（例えばアルゴンガス等）とを混合させた混合ガスを、ベーン材の表面に高温雰囲気において接触させる形態を採用できる。従って、ベーン材に対して、酸化物除去処理および窒化処理をこの順に実施することが好ましい。窒化処理の際に使用する窒化雰囲気ガスとしては、アンモニア（ＮＨ3）が例示される。窒化処理の温度としては、Ａ1変態点以下の温度領域とすることができ、５００℃を越える温度、６００℃以下とすることができる。具体的には、５１０〜６００℃、５２０〜６００℃、更には、５４０〜６００℃、５５０〜５９０℃、更には、５６０〜５８０℃を例示することができる。この場合、上限値としては６００℃、５９０℃、５８０℃が例示され、この上限値と組み合わせ得る下限値としては５１０℃、５２０℃、更には５４０℃、５５０℃、５６０℃が例示される。このような温度範囲であれば、化合物層（いわゆる白層）の生成が抑制される。よって、ベーンの表面の耐摩耗性を確保しつつ、ベーンの表面に形成される窒化硬化層の硬度を低め（Ｈｖ９００〜１２００）に維持し易い。従ってベーンの窒化硬化層における靱性を確保するのに有利となる。 Here, a fluorination treatment is preferable as the treatment for removing the oxide film present on the surface of the vane material. As the fluorination treatment, at least one fluorine-containing component gas selected from NF 3 , BF 3 , CF 4 , HF, F 2 or the like, or the above-described fluorine-containing component and an inert gas (for example, argon gas) In this case, a mixed gas obtained by mixing with the surface of the vane material can be contacted in a high temperature atmosphere. Therefore, it is preferable to perform the oxide removing process and the nitriding process in this order on the vane material. An example of the nitriding atmosphere gas used in the nitriding treatment is ammonia (NH 3 ). The temperature of the nitriding treatment can be a temperature region below the A 1 transformation point, and can be a temperature exceeding 500 ° C. and 600 ° C. or less. Specifically, 510-600 degreeC, 520-600 degreeC, Furthermore, 540-600 degreeC, 550-590 degreeC, Furthermore, 560-580 degreeC can be illustrated. In this case, 600 ° C., 590 ° C., and 580 ° C. are exemplified as the upper limit value, and 510 ° C., 520 ° C., further 540 ° C., 550 ° C., and 560 ° C. are exemplified as lower limit values that can be combined with this upper limit value. If it is such a temperature range, the production | generation of a compound layer (what is called a white layer) will be suppressed. Therefore, it is easy to keep the hardness of the nitrided hard layer formed on the surface of the vane low (Hv 900 to 1200) while ensuring the wear resistance of the surface of the vane. Therefore, it is advantageous to ensure toughness in the nitrided hardened layer of the vane.

焼き入れ・焼き戻しを施す場合には、窒化処理温度を焼き戻し温度とほぼ同じ温度領域にすることができる。この場合には、窒化処理時の加熱により焼き戻し効果を期待できるため、窒化処理が焼き戻し処理を兼ねることができ、故に、窒化処理が鉄系材料の焼き戻し組織に影響を与えることが軽減され、更に、焼き戻し処理に必要とされる時間の短縮化（場合によっては廃止）を期待できる。なお、必要に応じて、窒化処理の温度を前記した焼き戻し温度よりも高温としても良いし、低温としても良い。   When quenching / tempering is performed, the nitriding temperature can be set to a temperature range substantially the same as the tempering temperature. In this case, since the tempering effect can be expected by heating during the nitriding treatment, the nitriding treatment can also serve as the tempering treatment. Therefore, the influence of the nitriding treatment on the tempering structure of the iron-based material is reduced. Furthermore, it can be expected that the time required for the tempering process will be shortened (sometimes abolished). If necessary, the nitriding temperature may be higher than the tempering temperature described above, or may be lower.

前記した窒化処理の時間としては適宜選択でき、ベーン材のサイズ、組成、窒化温度、要請される特性等によっても相違するが、２０分間〜１００時間、２０分間〜２０時間、２０分間〜７時間、２０分間〜５時間を例示することができる。一般的には、窒化処理温度が高温であれば、窒化処理時間は短縮化される。窒化処理温度が低温であれば、窒化処理時間は長くなる。なお、窒化処理の時間は窒化温度領域に維持する時間であり、昇温時間、降温時間を含まない。   The time for the above nitriding treatment can be selected as appropriate and varies depending on the size, composition, nitriding temperature, required characteristics, etc. of the vane material, but 20 minutes to 100 hours, 20 minutes to 20 hours, 20 minutes to 7 hours. 20 minutes to 5 hours can be exemplified. Generally, if the nitriding temperature is high, the nitriding time is shortened. If the nitriding temperature is low, the nitriding time is long. The nitriding time is a time for maintaining in the nitriding temperature region, and does not include the temperature raising time and the temperature falling time.

ベーン材を構成する鉄系材料の基本組成としては、重量比で、炭素が０．８０〜０．９０％、シリコンが０．４０％以下、マンガンが０．４０％以下、モリブデンが４．５〜５．５％、残部が実質的に鉄および不可避不純物の組成を例示することができる。ここで、ベーン材を構成する鉄系材料は、必要に応じて、タングステンを５．５〜６．７％、バナジウムを１．６〜２．２％含むことができる。この場合、タングステンは焼き入れ性を向上させる役割を果たす。バナジウムは結晶粒を微細化して鋼の靱性を増加させる役割を果たす。またベーン材を構成する鉄系材料では、必要に応じて、マンガンを１０〜２０％とすることができる。この場合、マンガンは焼き入れ性を促進させる。但し、合金限の組成範囲は上記に限定されるものではない。   As a basic composition of the iron-based material constituting the vane material, carbon is 0.80 to 0.90%, silicon is 0.40% or less, manganese is 0.40% or less, and molybdenum is 4.5. The composition of ˜5.5%, the balance being substantially iron and inevitable impurities can be exemplified. Here, the iron-type material which comprises a vane material can contain 5.5 to 6.7% of tungsten and 1.6 to 2.2% of vanadium as needed. In this case, tungsten plays a role of improving hardenability. Vanadium plays a role of increasing the toughness of steel by refining crystal grains. Moreover, in the iron-type material which comprises a vane material, manganese can be 10 to 20% as needed. In this case, manganese promotes hardenability. However, the composition range of the alloy limit is not limited to the above.

ベーンを構成する鉄系材料としては、重量比で、クロムを０．５〜９．５％を含む形態を例示できる。この場合、クロムによりベーンの母材の強度を確保できるほかに、クロム窒化物によりベーンの耐摩耗性の向上を期待できる。クロム含有量が上記した値よりも過少であるときには、ベーンの母材の強度が充分に確保されない。クロム含有量が上記した値よりも過剰であるときには、コスト増加の不具合がある。上記した事情を考慮し、クロム含有量としては、重量比で、０．６〜８．５％、０．７〜７．５％、０．８〜６．５％が例示される。クロム含有量の上限値としては重量比で９．５％、９．０％、８．５％、８．０％が例示される。この上限値と組み合わせ得るクロム含有量の下限値としては０．６％、０．８％、１．０％、２．０％、３．０％が例示される。   As an iron-type material which comprises a vane, the form containing 0.5 to 9.5% of chromium by weight ratio can be illustrated. In this case, the strength of the vane base material can be secured by chromium, and the wear resistance of the vane can be improved by chromium nitride. When the chromium content is less than the above value, the strength of the base material of the vane is not sufficiently ensured. When the chromium content is excessive from the above value, there is a problem of an increase in cost. Considering the above-described circumstances, the chromium content is exemplified by 0.6 to 8.5%, 0.7 to 7.5%, and 0.8 to 6.5% by weight. Examples of the upper limit of the chromium content include 9.5%, 9.0%, 8.5%, and 8.0% by weight. Examples of the lower limit of the chromium content that can be combined with this upper limit include 0.6%, 0.8%, 1.0%, 2.0%, and 3.0%.

ベーンを構成する鉄系材料としては、炭素含有量は重量比で１．１０％未満、０．７％である形態を例示できる。炭素含有量が過少であるときには、窒化による硬度上昇の効果が出にくくなり、またフェライト化が進み、強度が出にくくなる。更に焼き入れする場合には、焼き入れ効果が充分でなくなるおそれがある。また、炭素含有量が上記した値よりも過剰であるときには、鉄炭化物（Ｆｅ3Ｃ）、クロム炭化物等が過剰となり、靱性が低下する。上記した事情を考慮し、炭素含有量としては、０．０５〜１．１０％、０．０５〜０．７０％、０．１〜０．６％、０．２〜０．５％が例示される。炭素含有量の上限値としては重量比で０．７０％、０．６０％、０．５０％、０．４０％が例示される。この上限値と組み合わせ得る炭素含有量の下限値としては０．０５％、０．１０％、０．２０％が例示される。 Examples of the iron-based material constituting the vane include a form in which the carbon content is less than 1.10% and 0.7% by weight. When the carbon content is too small, the effect of increasing the hardness due to nitriding becomes difficult to occur, and the formation of ferrite progresses, making it difficult to obtain strength. Further, when quenching, the quenching effect may not be sufficient. Further, when the carbon content is excessive from the above value, iron carbide (Fe 3 C), chromium carbide and the like become excessive and the toughness decreases. Considering the circumstances described above, examples of the carbon content include 0.05 to 1.10%, 0.05 to 0.70%, 0.1 to 0.6%, and 0.2 to 0.5%. Is done. Examples of the upper limit of the carbon content include 0.70%, 0.60%, 0.50%, and 0.40% by weight. Examples of the lower limit of the carbon content that can be combined with this upper limit include 0.05%, 0.10%, and 0.20%.

ベーンを構成する鉄系材料のマトリックスとしては、耐摩耗性を確保すべくマルテンサイト系を採用できるが、場合によってはオーステナイト系、パーライト系とすることもできる。   As the matrix of the iron-based material constituting the vane, a martensite system can be adopted in order to ensure wear resistance, but depending on the case, an austenite system or a pearlite system can be used.

本発明を具体化した実施例１について図１および図２を参照して説明する。ベーン材１００を構成する鉄系材料の基本組成は、重量比で、炭素が０．８５％、シリコンが０．４５％、マンガンが０．２％、モリブデンが４．７％、クロムが４．０％、銅が０．２５％以下、リンが０．０３％以下、硫黄が０．０３％以下、タングステンが５．７％、バナジウムが１．８％である。   A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The basic composition of the iron-based material constituting the vane material 100 is 0.85% carbon, 0.45% silicon, 0.2% manganese, 4.7% molybdenum, 4.7% chromium and 4% by weight. 0%, copper is 0.25% or less, phosphorus is 0.03% or less, sulfur is 0.03% or less, tungsten is 5.7%, and vanadium is 1.8%.

そして、上記したベーン材１００を１２２０℃（Ａ1変態点以上）に９０分間加熱した後、油冷することにより焼き入り処理した。その後、ベーン材１００に対して焼き戻し処理を行った。焼き戻し処理は５５０℃に６０分間加熱保持し、加熱保持後に空冷することにより行った。従ってベーン材１００の組織は焼き入れ・焼き戻し組織とされている。 The above-described vane material 100 was heated to 1220 ° C. (above the A 1 transformation point) for 90 minutes, and then quenched by oil cooling. Thereafter, the vane material 100 was tempered. The tempering treatment was performed by heating and holding at 550 ° C. for 60 minutes, and air cooling after the heating and holding. Therefore, the structure of the vane material 100 is a quenching / tempering structure.

次に、このベーン材１００を試験容器内にセットした。通常、ベーン材１００の最表面には酸化膜が存在している。酸化膜は窒素の浸透に対してバリヤ性を有する。酸化膜が存在している場合には、窒化処理すると、鉄窒化物を主要成分とする硬い化合物層（いわゆる白層）がベーン材１００の最表面に形成され易い。そこで本実施例によれば、窒化処理に先立ち、ベーン材１００に対して酸化膜除去処理を行った。酸化膜除去処理はフッ化処理により行った。フッ化処理としてはＮＦ3を主要成分とするガスを用い、ベーン材１００の最表面に形成されている酸化膜を実質的に除去した。 Next, the vane material 100 was set in a test container. Usually, an oxide film is present on the outermost surface of the vane material 100. The oxide film has a barrier property against nitrogen permeation. When an oxide film is present, a hard compound layer (so-called white layer) containing iron nitride as a main component is easily formed on the outermost surface of the vane material 100 by nitriding. Therefore, according to the present embodiment, the oxide film removal process was performed on the vane material 100 prior to the nitriding process. The oxide film removal treatment was performed by fluorination treatment. As the fluorination treatment, a gas containing NF 3 as a main component was used, and the oxide film formed on the outermost surface of the vane material 100 was substantially removed.

その後、試験容器内の雰囲気を窒化雰囲気に交換し、ベーン材１００の表面に対して窒化処理を行った。この場合、窒化処理のときには、ベーン材１００の表面における酸化膜が既に除去されているため、窒素の内部浸透性が高まる。従って、鉄窒化物を主要成分とする硬い化合物層（いわゆる白層）がベーン最表面に形成されることを防止することができる。窒化温度としては、通常の窒化処理よりもやや高温である５７０〜５９０℃とした。窒化ガスとしては、アンモニア（ＮＨ3）と水素との混合ガスを用いた。アンモニアの分解反応（２ＮＨ3→Ｎ2＋３Ｈ2）に基づいて生成した窒素が吸着し、内部に浸透することにより、窒化が進行する。 Thereafter, the atmosphere in the test container was changed to a nitriding atmosphere, and the surface of the vane material 100 was subjected to nitriding treatment. In this case, during the nitriding treatment, since the oxide film on the surface of the vane material 100 has already been removed, the internal permeability of nitrogen is increased. Therefore, it is possible to prevent a hard compound layer (so-called white layer) containing iron nitride as a main component from being formed on the outermost surface of the vane. The nitriding temperature was set to 570 to 590 ° C., which is slightly higher than normal nitriding treatment. As the nitriding gas, a mixed gas of ammonia (NH 3 ) and hydrogen was used. Nitrogen generated based on the decomposition reaction of ammonia (2NH 3 → N 2 + 3H 2 ) is adsorbed and penetrates into the interior, so that nitriding proceeds.

ここで、窒化ガスの濃度が希薄であれば、硬い化合物層（いわゆる白層）の生成を抑えることができる。しかし窒化ガスの濃度が所定値よりも低いと、ガス窒化が進行せず、ガス窒化処理は事実上困難となり易い。この点本実施例によれば、ガス窒化が可能な最低限のガス濃度領域またはこれに近い濃度領域において、ガス窒化を行うことを意図しているものである。なお、窒化処理後のベーン材１００に対して研磨処理を軽く行ない、表面粗さをＲｚJIS１６（ｍａｘ）とした。 Here, if the concentration of the nitriding gas is low, the generation of a hard compound layer (so-called white layer) can be suppressed. However, if the concentration of the nitriding gas is lower than a predetermined value, the gas nitriding does not proceed, and the gas nitriding treatment is practically difficult. In this regard, according to the present embodiment, gas nitriding is intended to be performed in a minimum gas concentration region where gas nitriding is possible or in a concentration region close thereto. The vane material 100 after nitriding was lightly polished and the surface roughness was Rz JIS 16 (max).

本実施例によれば、窒化処理によって表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層２００が形成されている。ベーン最表面１００ｃからの窒化硬化層２００の深さｈ（図２参照）は約１００マイクロメートルである。窒化硬化層２００は、ベーン材１００の母材の硬度よりもＨｖで５０以上高い領域をいう。なお、ベーン材１００のうち窒化硬化層２００以外の母材１００ｅの硬度は、一般的にはＨｖ７５０〜８２０程度である。   According to the present embodiment, the nitriding hardened layer 200 having a surface hardness set to Hv 900 to 1200 is formed by nitriding. The depth h (see FIG. 2) of the nitrided hardened layer 200 from the vane outermost surface 100c is about 100 micrometers. The nitrided hardened layer 200 refers to a region that is 50 or more Hv higher than the hardness of the base material of the vane material 100. Note that the hardness of the base material 100e other than the nitrided hardened layer 200 in the vane material 100 is generally about Hv750 to 820.

前記した窒化硬化層２００の表面硬度は従来の窒化処理よりも低いものである。このためベーン材１００の耐摩耗性を維持しつつ、ベーン材１００の窒化硬化層２００の靱性が確保される。よって摺動条件が過酷であっても、窒化硬化層２００におけるクラック生成が抑制される。従ってベーン材１００の長寿命化に有利である。更に窒化硬化層２００におけるクラックの生成が抑制されるため、クラックの破片による相手攻撃性が低減される。   The surface hardness of the nitrided hard layer 200 is lower than that of the conventional nitriding treatment. Therefore, the toughness of the nitrided hardened layer 200 of the vane material 100 is ensured while maintaining the wear resistance of the vane material 100. Therefore, even if the sliding condition is severe, the generation of cracks in the nitrided hardened layer 200 is suppressed. Therefore, it is advantageous for extending the life of the vane material 100. Further, since the generation of cracks in the nitrided hard layer 200 is suppressed, the opponent attack by crack fragments is reduced.

本実施例によれば、前記した窒化処理の温度が高温であるため、更に、窒化処理の際にバリヤ層となる酸化物層が存在しないため、窒素をベーン材１００の内部に向けて深く浸透させることができ、更に、鉄窒化物（Ｆｅ4Ｎ，Ｆｅ3Ｎ等）を主要成分とする化合物層（いわゆる白層）がベーン材１００の最表面に形成されることを回避することができる。従って、鉄窒化物を主要成分とする硬度が高い化合物層（いわゆる白層）がベーン材１００の最表面に形成されていないか、実質的に形成されてない。この結果、ベーン材１００の最表面には、ベーン材１００の母材を窒素で硬化させた窒化硬化層２００が露出している（図２参照）。 According to the present embodiment, since the temperature of the nitriding process is high, and there is no oxide layer that becomes a barrier layer during the nitriding process, nitrogen penetrates deeply into the vane material 100. Furthermore, it is possible to avoid the formation of a compound layer (so-called white layer) containing iron nitride (Fe 4 N, Fe 3 N, etc.) as a main component on the outermost surface of the vane material 100. . Therefore, a compound layer (so-called white layer) having high hardness mainly composed of iron nitride is not formed or substantially not formed on the outermost surface of the vane material 100. As a result, a nitrided hardened layer 200 obtained by hardening the base material of the vane material 100 with nitrogen is exposed on the outermost surface of the vane material 100 (see FIG. 2).

このような本実施例によれば、窒化硬化層２００の硬度を低め（Ｈｖ１０００〜１２００）に維持し易く、ベーン材１００に形成されている窒化硬化層２００の靱性を確保するのに有利となる。なお、本実施例によれば、顕微鏡で観察したところ、ベーン材１００の内部において、ベーン最表面１００ｃから深さ３マイクロメートルの部位においても、当該化合物層が形成されていなかった。このように本実施例によれば、鉄窒化物を主要成分とする化合物層（いわゆる白層）がベーンの最表面に形成されていなかった。   According to such a present Example, it is easy to maintain the hardness of the nitriding hardened layer 200 at low (Hv1000-1200), and it is advantageous to ensure the toughness of the nitriding hardened layer 200 formed in the vane material 100. . In addition, according to the present Example, when observed with the microscope, the compound layer was not formed in the vane material 100 also in the site | part of depth 3 micrometers from the vane outermost surface 100c. Thus, according to the present Example, the compound layer (what is called a white layer) which has iron nitride as a main component was not formed in the outermost surface of a vane.

図３及び図４は弁開閉時期制御装置に適用した実施例２を示す。弁開閉時期制御装置は車両のエンジンに搭載されるものである。弁開閉時期制御装置は、図３に示すように、エンジンのクランクシャフト及びカムシャフトのうちの一方と一体回転するロータ状の第１回転部材１１と、エンジンのクランクシャフト及びカムシャフトのうちの他方と一体回転する第２回転部材１２と、第１回転部材１１及び第２回転部材１２のうちの少なくとも一方に設けられ油圧室１３を周方向において第１室１４及び第２室１５に仕切る摺動部品としてのベーン１６と、第１室１４及び第２室１５の少なくとも一方に対してオイルの供給または排出を行うことにより、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の周方向（矢印Ｒ１，Ｒ２方向）における相対回転位相を変化させるオイル通路１７とを具備する。第１回転部材１１はアルミ合金系または鉄系を例示でき、焼結金属でも鋳物でも良い。   3 and 4 show a second embodiment applied to a valve opening / closing timing control device. The valve timing control device is mounted on a vehicle engine. As shown in FIG. 3, the valve timing control apparatus includes a rotor-like first rotating member 11 that rotates integrally with one of the engine crankshaft and camshaft, and the other of the engine crankshaft and camshaft. And a second rotating member 12 that rotates integrally with the first rotating member 11 and a sliding member that is provided on at least one of the first rotating member 11 and the second rotating member 12 and partitions the hydraulic chamber 13 into the first chamber 14 and the second chamber 15 in the circumferential direction. By supplying or discharging oil to / from at least one of the vane 16 as a component and the first chamber 14 and the second chamber 15, the circumferential direction of the first rotating member 11 and the second rotating member 12 (arrow R1, And an oil passage 17 that changes a relative rotational phase in the R2 direction). The first rotating member 11 may be an aluminum alloy type or an iron type, and may be a sintered metal or a casting.

各第１室１４は互いに連通している。第２室１５は互いに連通している。ロータ状の第１回転部材１１の外周面には複数のベーン溝１８が形成されている。図３及び図４に示すように、各ベーン溝１８にはベーン１６が遠心方向にスライド可能にそれぞれ挿入されている。ベーン１６は図略のベーンバネにより半径方向外方（矢印ＤＡ方向）に常時付勢されており、第１室１４及び第２室１５の仕切性が確保されている。なお、窒化後のベーン１６の表面粗さはＲｚJIS１６程度である。このようにベーン１６の表面粗さは小さいので、窒化硬化層におけるクラック生成が抑制される。 Each first chamber 14 communicates with each other. The second chamber 15 communicates with each other. A plurality of vane grooves 18 are formed on the outer peripheral surface of the rotor-like first rotating member 11. As shown in FIGS. 3 and 4, the vane 16 is inserted into each vane groove 18 so as to be slidable in the centrifugal direction. The vane 16 is constantly urged radially outward (in the direction of the arrow DA) by a vane spring (not shown), and the partitioning property of the first chamber 14 and the second chamber 15 is ensured. The surface roughness of the vane 16 after nitriding is about Rz JIS 16. Thus, since the surface roughness of the vane 16 is small, the generation of cracks in the nitrided hardened layer is suppressed.

図３に示すように、オイル通路１７は、各第１室１４に連通するオイル通路１７ａと、第２室１５に連通するオイル通路１７ｂとを有する。オイル通路１７は制御弁３０に接続され、更に、オイル供給源であるオイルポンプ３１と、オイル排出側であるリザーバ３２とにそれぞれ接続されている。制御弁３０は制御装置（ＥＣＵ）３４により制御される。   As shown in FIG. 3, the oil passage 17 includes an oil passage 17 a that communicates with each first chamber 14 and an oil passage 17 b that communicates with the second chamber 15. The oil passage 17 is connected to a control valve 30 and further connected to an oil pump 31 that is an oil supply source and a reservoir 32 that is an oil discharge side. The control valve 30 is controlled by a control unit (ECU) 34.

ロータ状の第１回転部材１１は、エンジンのシリンダブロックに搭載されたカムシャフトに固定されており、カムシャフトと一体回転するようにされている。第２回転部材１２は、ロータ状の第１回転部材１１が同軸的に嵌合するハウジング１２０と、ハウジング１２０と同軸的な一体的なスプロケット１２１とをもつ。スプロケット１２１とエンジンのクランクシャフトのギヤとの間には、タイミングチェーンやタイミングベルトなどの伝達部材が架設されている。   The rotor-like first rotating member 11 is fixed to a camshaft mounted on an engine cylinder block, and is configured to rotate integrally with the camshaft. The second rotating member 12 has a housing 120 in which the rotor-like first rotating member 11 is coaxially fitted, and an integral sprocket 121 coaxial with the housing 120. A transmission member such as a timing chain or a timing belt is installed between the sprocket 121 and the crankshaft gear of the engine.

ここで、エンジンのクランクシャフトが回転駆動すると、スプロケット１２１と共に第２回転部材１２が回転し、油圧室１３のオイルを介してロータ状の第１回転部材１１が回転し、ひいてはカムシャフトが回転する。これによりカムシャフトのカムがエンジンのバルブを押し上げて開閉させる。ベーン１６の位相は、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の周方向（矢印Ｒ１，Ｒ２方向）における相対回転位相を示す。   Here, when the crankshaft of the engine is driven to rotate, the second rotating member 12 rotates together with the sprocket 121, the rotor-shaped first rotating member 11 rotates via the oil in the hydraulic chamber 13, and the camshaft rotates. . This causes the cam of the camshaft to push up and open the engine valve. The phase of the vane 16 indicates the relative rotational phase in the circumferential direction (arrow R1, R2 direction) of the first rotating member 11 and the second rotating member 12.

第２回転部材１２に取り付けられているロック部材２０は、付勢要素としてのロック用のバネ２１により半径方向内方（矢印ＤＡと反対方向、ロック方向）に向けて常時付勢されている。ロック用のバネ２１により付勢されたロック部材２０の先端部がロータ状の第１回転部材１１のロック溝１１ｋに係合しているときには、ロック部材２０によるロック機能が実現されるため、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の周方向における相対回転位相は、固定されており、従って、第１回転部材１１及び第２回転部材１２は一体回転するようにされている。本例では、ロック部材２０でロックされた位置において、エンジンの円滑な始動性が得られるように、エンジンの弁の開閉タイミングが設定されている。   The lock member 20 attached to the second rotating member 12 is constantly urged radially inward (opposite to the arrow DA, lock direction) by a lock spring 21 as an urging element. When the distal end of the lock member 20 urged by the lock spring 21 is engaged with the lock groove 11k of the rotor-like first rotating member 11, the lock function by the lock member 20 is realized. The relative rotational phase in the circumferential direction of the first rotating member 11 and the second rotating member 12 is fixed, and therefore the first rotating member 11 and the second rotating member 12 are configured to rotate integrally. In this example, the valve timing of the engine valve is set so that the engine can be smoothly started at the position locked by the lock member 20.

ところで、エンジンの回転数が増加すると、エンジンの駆動条件に応じて、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の周方向（矢印Ｒ１，Ｒ２方向）における相対回転位相を変化させれば、エンジンの駆動条件に応じてエンジンの弁の開閉タイミングを調整することができる。このため、ロック解除オイル通路１７ｘにオイル通路１７ｃを介して油圧を供給することにより、ロック部材２０を半径方向外方（矢印ＤＡ方向、ロック解除方向）に移動させ、ロック部材２０のロック解除を行う。このようにロック部材２０のロックを解除すれば、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の周方向における相対回転位相は変化可能となる。上記したようにロック部材２０のロック解除を行った状態で、油圧室１３の第２室１５に対してオイルの供給を行う操作、および／または、油圧室１３の第１室１４のオイルを排出させる操作を行えば、ベーン１６の位相を相対的に周方向の他方向（矢印Ｒ２方向）に変位することができる。   By the way, if the rotational speed of the engine increases, the engine can be changed by changing the relative rotational phase in the circumferential direction (arrow R1, R2 direction) of the first rotating member 11 and the second rotating member 12 according to the driving conditions of the engine. The opening / closing timing of the engine valve can be adjusted according to the driving conditions. Therefore, by supplying hydraulic pressure to the unlocking oil passage 17x via the oil passage 17c, the lock member 20 is moved radially outward (arrow DA direction, unlocking direction) to unlock the locking member 20. Do. When the lock member 20 is unlocked in this way, the relative rotational phase in the circumferential direction of the first rotating member 11 and the second rotating member 12 can be changed. As described above, the operation of supplying oil to the second chamber 15 of the hydraulic chamber 13 and / or discharging the oil in the first chamber 14 of the hydraulic chamber 13 with the lock member 20 unlocked. If the operation is performed, the phase of the vane 16 can be relatively displaced in the other direction (arrow R2 direction) in the circumferential direction.

また、ベーン１６が中間位相位置に存在するとき、ロック解除を行った状態で、油圧室１３の第１室１４に対してオイル通路１７によりオイルの供給を行う操作、および／または、油圧室１３の第２室１５のオイルをオイル通路１７により排出させる操作を行えば、ベーン１６の位相を相対的に周方向の一方向（矢印Ｒ１方向）に変位することができる。これによりエンジンの駆動条件に応じて、第１回転部材１１及び第２回転部材１２の周方向における相対回転位相を調整でき、エンジンの弁の開閉タイミングを調整することができる。なお、矢印Ｒ１方向は、進角方向及び遅角方向のうちのいずれか一方をいう。矢印Ｒ２方向は、進角方向及び遅角方向のうちのいずれか他方をいう。進角方向は弁の開閉時期が進む方向を意味する。遅角方向は弁の開閉時期が遅れる方向を意味する。   In addition, when the vane 16 exists at the intermediate phase position, an operation of supplying oil through the oil passage 17 to the first chamber 14 of the hydraulic chamber 13 and / or the hydraulic chamber 13 in the unlocked state. If the operation of discharging the oil in the second chamber 15 through the oil passage 17 is performed, the phase of the vane 16 can be relatively displaced in one circumferential direction (arrow R1 direction). Thereby, according to the driving conditions of the engine, the relative rotational phase in the circumferential direction of the first rotating member 11 and the second rotating member 12 can be adjusted, and the opening / closing timing of the engine valve can be adjusted. The arrow R1 direction refers to either the advance direction or the retard direction. The arrow R2 direction refers to the other of the advance direction and the retard direction. The advance direction means the direction in which the valve opening / closing timing advances. The retard direction means a direction in which the valve opening / closing timing is delayed.

なお、本例によれば、ロック解除オイル通路１７ｘに油圧を供給することにより、ロック部材２０を半径方向外方（矢印ＤＡ方向、ロック解除方向）に移動させてロック部材２０のロック解除を行う。しかしこれに限らず、ロック解除オイル通路１７を用いることなく、高速回転化に伴う遠心力を利用し、即ち、ロック部材２０に作用する半径方向外方に向かう遠心力によって、ロック部材２０を半径方向外方（矢印ＤＡ方向、ロック解除方向）に移動させてロック部材２０のロック解除を行うことにしても良い。   According to this example, the lock member 20 is unlocked by moving the lock member 20 radially outward (arrow DA direction, unlock direction) by supplying hydraulic pressure to the unlock oil passage 17x. . However, the present invention is not limited to this, and without using the unlocking oil passage 17, the centrifugal force generated by the high-speed rotation is used, that is, the radial force acting on the lock member 20 toward the radially outward direction causes the lock member 20 to have a radius. The lock member 20 may be unlocked by moving outward in the direction (arrow DA direction, unlocking direction).

ところで本実施例において、摺動材料としてのベーン１６は、上記した実施例１で製造したベーンで形成されている。これにより、第１室１４および第２室１５等に供給されるオイルに、カーボンスーツやシリカ等の微小な硬質粒子が含まれるときであっても、ベーン１６の表面における摩耗を抑え得る。ベーン１の表面に形成されている窒化硬化層２００におけるクラック生成も抑制される。このため、クラック破片に基づく相手攻撃性が抑制される。よって、ベーン１６の相手材であるロータ状の第１回転部材１１のベーン溝１８の溝形成面１８ａ（図４参照）に対する攻撃性を緩和できる。故に、ベーン溝１８の溝形成面１８ａの摩耗量を低減できる。故に、弁開閉時期制御装置を長期にわたり使用するときであっても、ベーン１６、ベーン１６の相手材であるロータ状の第１回転部材１１の長寿命化を図り得る。   By the way, in this embodiment, the vane 16 as the sliding material is formed of the vane manufactured in the first embodiment. Thereby, even when fine oil particles such as carbon suit and silica are contained in the oil supplied to the first chamber 14 and the second chamber 15, wear on the surface of the vane 16 can be suppressed. Crack generation in the nitrided hardened layer 200 formed on the surface of the vane 1 is also suppressed. For this reason, the opponent aggression based on crack fragments is suppressed. Therefore, the aggressiveness with respect to the groove forming surface 18a (see FIG. 4) of the vane groove 18 of the rotor-like first rotating member 11 which is the counterpart material of the vane 16 can be reduced. Therefore, the wear amount of the groove forming surface 18a of the vane groove 18 can be reduced. Therefore, even when the valve opening / closing timing control device is used over a long period of time, it is possible to extend the life of the vane 16 and the rotor-like first rotating member 11 which is the counterpart material of the vane 16.

本実施例によれば、上記した実施例１に相当する条件に基づいて試験例１に係る試験片を作製した。試験例１に係る試験片では、表面硬度をＨｖ９００〜１２００と低めに設定した窒化硬化層が表面に形成されている。試験例１に係る試験片では、鉄窒化物を主要成分とする化合物層が試験片の最表面に形成されていない。そして窒化後の試験片に対して耐久試験を行ない、試験片の摩耗量、相手材の摩耗量を実測した。この試験では、試験片をブロック形状（サイズ：１６ミリメートル×６ミリメートル×１０ミリメートル）とし、相手材をリング体（外径３５ミリメートル、内径２５ミリメートル）とした。そしてリング体を所定の回転速度（７２ｒｐｍ）回転させつつ、ブロックを荷重１００Ｎでリング体の円筒外周面に押しつけた。そして試験片の摩耗量および相手材の摩耗量に基づいて、試験片および相手材について比摩耗量を求めた。その結果を図５に示した。比摩耗量は、摩耗体積を荷重と摺動距離とで割った求めた値を意味する。   According to the present example, the test piece according to Test Example 1 was manufactured based on the conditions corresponding to Example 1 described above. In the test piece according to Test Example 1, a nitrided hardened layer having a low surface hardness of Hv 900 to 1200 is formed on the surface. In the test piece according to Test Example 1, a compound layer containing iron nitride as a main component is not formed on the outermost surface of the test piece. A durability test was performed on the test piece after nitriding, and the wear amount of the test piece and the wear amount of the counterpart material were measured. In this test, the test piece was in a block shape (size: 16 mm × 6 mm × 10 mm) and the mating member was a ring body (outer diameter 35 mm, inner diameter 25 mm). The block was pressed against the cylindrical outer peripheral surface of the ring body with a load of 100 N while rotating the ring body at a predetermined rotation speed (72 rpm). Based on the wear amount of the test piece and the wear amount of the counterpart material, the specific wear amount was obtained for the test piece and the counterpart material. The results are shown in FIG. The specific wear amount means a value obtained by dividing the wear volume by the load and the sliding distance.

比較例１，２の試験片についても同様に試験した。比較例１は、同様の組成を有する鉄系材料で形成した試験片を用い、試験例１と基本的には同様な条件で、焼き入れ、焼き戻し処理を行い、更に窒化処理した。但し、 比較例１では、酸化膜除去処理を実施しておらず、更に窒化処理の温度を４８０℃とし、その温度に保持する窒化処理時間を３時間とした。比較例１の試験片の表面部（Ｈｖ１３５０）には化合物層（いわゆる白層）が形成されていない。   The test pieces of Comparative Examples 1 and 2 were similarly tested. In Comparative Example 1, a test piece formed of an iron-based material having the same composition was used, and quenching and tempering treatments were performed under the basically same conditions as in Test Example 1, followed by nitriding treatment. However, in Comparative Example 1, the oxide film removal process was not performed, and the temperature of the nitriding process was set to 480 ° C., and the nitriding time for maintaining the temperature was set to 3 hours. No compound layer (so-called white layer) is formed on the surface portion (Hv1350) of the test piece of Comparative Example 1.

比較例２は、同様の組成を有する鉄系材料で形勢した試験片に対してイオンプレーティングによりＣｒＮ被膜（厚み３マイクロメートル）を形成した。   In Comparative Example 2, a CrN film (thickness 3 μm) was formed by ion plating on a test piece formed of an iron-based material having the same composition.

図５から理解できるように、試験例１では、試験片の比摩耗量、相手材の摩耗量が少ない。これに対して比較例１では、試験片の摩耗量が少ないものの、相手材の摩耗量がかなり多い。また比較例２では、相手材の摩耗量は少ないものの、試験片の摩耗量がかなり多い。   As can be understood from FIG. 5, in Test Example 1, the specific wear amount of the test piece and the wear amount of the counterpart material are small. On the other hand, in Comparative Example 1, although the wear amount of the test piece is small, the wear amount of the counterpart material is considerably large. In Comparative Example 2, although the wear amount of the counterpart material is small, the wear amount of the test piece is considerably large.

更に試験片を実際のベーン形状とした試験例２についても同様に、試験例１と同様に、焼き入れ・焼き戻し処理、酸化膜除去処理、窒化処理を順に行い、試験した。ベーンの基本サイズは１７ミリメートル×２１ミリメートル×２ミリメートルとした。そして、内燃機関に装備される弁開閉時期制御装置（図３参照）にそのベーンを実際に組み込み、ベーンの摩耗量、相手材の摩耗量を実測した。ベーンの摩耗量および相手材の摩耗量は少なかった。なお、ベーンの相手材は鉄系焼結材料（ＪＩＳ：ＳＭＦ４０３２）とした。   Further, in Test Example 2 in which the test piece was formed into an actual vane shape, similarly to Test Example 1, quenching / tempering treatment, oxide film removal treatment, and nitriding treatment were sequentially performed and tested. The basic size of the vane was 17 mm × 21 mm × 2 mm. Then, the vane was actually incorporated into a valve opening / closing timing control device (see FIG. 3) equipped in the internal combustion engine, and the wear amount of the vane and the wear amount of the counterpart material were measured. The wear amount of the vane and the wear amount of the counterpart material were small. The vane counterpart was an iron-based sintered material (JIS: SMF4032).

また、図６は、試験例１に係る試験片の表面付近を示す金属組織を示す光学顕微鏡写真図である。本発明に相当する試験例１においては、光学顕微鏡観察によれば、図６に示すように、鉄窒化物を主要成分とする化合物層が試験片の最表面に形成されていない。   FIG. 6 is an optical micrograph showing the metal structure showing the vicinity of the surface of the test piece according to Test Example 1. In Test Example 1 corresponding to the present invention, according to observation with an optical microscope, as shown in FIG. 6, a compound layer containing iron nitride as a main component is not formed on the outermost surface of the test piece.

更に、窒化硬化層の靱性についても評価した。この場合、硬度を測定する際に、ビッカース硬度計のダイヤモンド圧子を加圧したときに形成される圧痕付近の窒化硬化層のクラックの有無を調べて行った。圧痕付近にクラックが存在しないことは、窒化硬化層の靱性が良好であることを意味する。圧痕付近にクラックが存在することは、窒化硬化層の靱性が良好でないことを意味する。試験例１，２によれば、圧痕付近にクラックは存在せず、窒化硬化層の靱性が良好であることが確認された。これに対して比較例１，２によれば、圧痕付近にクラックは存在しており、窒化硬化層の靱性があまり良好ではなかった。   Furthermore, the toughness of the nitrided hardened layer was also evaluated. In this case, when the hardness was measured, the presence or absence of cracks in the nitrided hard layer near the indentation formed when the diamond indenter of the Vickers hardness tester was pressed was examined. The absence of cracks in the vicinity of the indentation means that the toughness of the nitrided hardened layer is good. The presence of cracks near the indentation means that the toughness of the nitrided hardened layer is not good. According to Test Examples 1 and 2, it was confirmed that no cracks exist in the vicinity of the indentation, and the toughness of the nitrided hardened layer is good. On the other hand, according to Comparative Examples 1 and 2, there were cracks in the vicinity of the indentation, and the toughness of the nitrided hardened layer was not very good.

（その他）
ベーンは弁開閉時期制御装置に限らず、オイルポンプ、コンプレッサ、油圧アクチュエータ等に適用できる。本発明は上記した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。 (Other)
A vane is applicable not only to a valve opening / closing timing control device but also to an oil pump, a compressor, a hydraulic actuator, and the like. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with appropriate modifications within a range not departing from the gist. The following technical idea can also be grasped from the above description.

本発明のベーンは、ベーン式オイルポンプ、ベーン式コンプレッサ、ベーン式油圧アクチュエータ、弁開閉時期制御装置等に利用される。   The vane of the present invention is used in a vane oil pump, a vane compressor, a vane hydraulic actuator, a valve opening / closing timing control device, and the like.

ベーンを側面図である。It is a side view of a vane. ベーンの表面付近を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the surface vicinity of a vane. 弁開閉時期制御装置の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of a valve opening / closing timing control apparatus. 弁開閉時期制御装置のベーン付近の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view near the vane of the valve timing control device. 比摩耗量を表す試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the test result showing the specific wear amount. 試験例１に係る試験片の表面付近を示す金属組織を示す顕微鏡写真図である。2 is a photomicrograph showing a metal structure showing the vicinity of the surface of a test piece according to Test Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

図中、１００はベーン材、２００は窒化硬化層、１１は第１回転部材、１２は第２回転部材、１３は油圧室、１４は第１室、１５は第２室、１６はベーン、１７はオイル通路、１８はベーン溝、２０はロック部材を示す。   In the figure, 100 is a vane material, 200 is a nitrided hardened layer, 11 is a first rotating member, 12 is a second rotating member, 13 is a hydraulic chamber, 14 is a first chamber, 15 is a second chamber, 16 is a vane, 17 Denotes an oil passage, 18 denotes a vane groove, and 20 denotes a lock member.

Claims (8)

鉄系材料を母材とするベーンにおいて、窒化処理によって表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層がベーン表面部に形成されており、
鉄窒化物を主要成分とする化合物層が前記ベーンの最表面に実質的に形成されてないことを特徴とするベーン。 In the vane using the iron-based material as a base material, a nitriding hardened layer having a surface hardness set to Hv 900 to 1200 by nitriding is formed on the vane surface portion,
A vane characterized in that a compound layer mainly composed of iron nitride is not substantially formed on the outermost surface of the vane. 請求項１において、前記鉄系材料は重量比でクロムを０．５〜９．５％を含むことを特徴とするベーン。   The vane according to claim 1, wherein the iron-based material contains 0.5 to 9.5% of chromium by weight. 請求項１または２において、前記鉄系材料は重量比でマンガンを１０〜２０％を含むことを特徴とするベーン。   3. The vane according to claim 1, wherein the iron-based material contains 10 to 20% manganese by weight. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記鉄系材料の炭素含有量は１．１０％未満であることを特徴とするベーン。   The vane according to any one of claims 1 to 3, wherein the iron-based material has a carbon content of less than 1.10%. 鉄系材料を母材とするベーン材を用意する工程と、窒化処理温度５１０〜５９０℃で前記ベーン材を窒化ガス雰囲気において窒化処理することにより、窒素を浸透させて表面硬度をＨｖ９００〜１２００に設定した窒化硬化層をベーン表面部に形成する窒化工程とを順に実施することを特徴とするベーンの製造方法。   A step of preparing a vane material having an iron-based material as a base material, and nitriding the vane material in a nitriding gas atmosphere at a nitriding temperature of 510 to 590 ° C. to infiltrate nitrogen to make the surface hardness Hv 900 to 1200 A method of manufacturing a vane, comprising sequentially performing a nitriding step of forming a set nitriding hardened layer on the surface of the vane. 請求項５において、前記窒化工程の前において、前記ベーン材の表面の酸化膜を除去する工程を実施することを特徴とするベーンの製造方法。   6. The method of manufacturing a vane according to claim 5, wherein a step of removing an oxide film on a surface of the vane material is performed before the nitriding step. 請求項５または６において、前記窒化工程の前において、前記ベーン材に対して焼き入れ・焼き戻し処理を実施することを特徴とするベーンの製造方法。   7. The method for manufacturing a vane according to claim 5, wherein a quenching and tempering process is performed on the vane material before the nitriding step. エンジンのクランクシャフト及びカムシャフトのうちの一方と一体回転する第１回転部材と、
前記第１回転部材との間に油圧室を形成するように前記第１回転部材に対して相対回転可能に設けられ、エンジンのクランクシャフト及びカムシャフトのうちの他方と一体回転する第２回転部材と、
前記第１回転部材及び前記第２回転部材のうちの少なくとも一方に設けられ、前記油圧室を前記第１室及び前記第２室に仕切るベーンと、
前記第１室及び前記第２室の少なくとも一方に対してオイルの供給または排出を行うことにより、前記第１回転部材及び前記第２回転部材の周方向における相対回転位相を変化させるオイル通路とを具備する弁開閉時期制御装置において、
前記ベーンは、請求項１〜７のうちのいずれか一項にかかるベーンで形成されていることを特徴とする弁開閉時期制御装置。 A first rotating member that rotates integrally with one of the crankshaft and camshaft of the engine;
A second rotating member provided so as to be relatively rotatable with respect to the first rotating member so as to form a hydraulic chamber between the first rotating member and rotating integrally with the other of the crankshaft and the camshaft of the engine When,
A vane provided in at least one of the first rotating member and the second rotating member, and partitioning the hydraulic chamber into the first chamber and the second chamber;
An oil passage for changing a relative rotational phase in the circumferential direction of the first rotating member and the second rotating member by supplying or discharging oil to at least one of the first chamber and the second chamber; In the valve opening / closing timing control device provided,
The said vane is formed with the vane concerning any one of Claims 1-7, The valve timing control apparatus characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2009063909A1 (en) * 2007-11-14 2009-05-22 Ntn Corporation Method of heat-treating steel, process for producing machine part, and machine part
JP2013053342A (en) * 2011-09-05 2013-03-21 Dowa Thermotech Kk Surface treatment method of steel member and treated article of steel member

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