(57)【要約】【課題】相手部品と摺動する摺動面の硬度（耐摩耗性）が高められた焼結金属製の機械部品を提供する。【解決手段】Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面Ｆを有する機械部品としての歯車１であって、焼結体が、浸炭焼入れ焼戻しにより形成された第１の表面硬化層６と、第１の表面硬化層６の表層部が加工硬化することで形成された第２の表面硬化層７とを有し、第２の表面硬化層７の表面に摺動面Ｆが設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面を有する機械部品であって、
前記焼結体が、浸炭焼入れ焼戻しにより形成された第１の表面硬化層と、該第１の表面硬化層の表層部が加工硬化することで形成された第２の表面硬化層とを有し、該第２の表面硬化層の表面に前記摺動面が設けられていることを特徴とする機械部品。
【請求項２】
前記摺動面の表面粗さがＲａ１．０μｍ以下である請求項１に記載の機械部品。
【請求項３】
前記摺動面は、荷重０．２ｋｇの条件で測定したビッカース硬さ［Ｈｖ０．２］が９００以上であり、前記第２の表面硬化層の厚みが５〜５０μｍである請求項１又は２に記載の機械部品。
【請求項４】
前記焼結体は、Ｎｉを１．０〜３．０質量％、Ｍｏを０．５〜２．０質量％、Ｃを０．１〜０．３質量％含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物としたものである請求項１〜３の何れか一項に記載の機械部品。
【請求項５】
Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面を有する機械部品を製造するための方法であって、
前記焼結体に浸炭焼入れ焼戻しを施すことにより、前記焼結体に第１の表面硬化層を形成し、その後、前記焼結体のうち少なくとも前記摺動面の形成予定面を塑性変形させる表面処理を前記焼結体に施すことにより、前記第１の表面硬化層の表層部に第２の表面硬化層を形成することを特徴とする機械部品の製造方法。
【請求項６】
前記表面処理が、平均粒径２００μｍ以下のショット材を用いたショットピーニングである請求項５に記載の機械部品の製造方法。
【請求項７】
前記焼結体は、ＮｉおよびＭｏの一部がＦｅと合金化した部分合金化粉と、黒鉛粉とを含み、Ｃｕを含まない原料粉末の圧粉体を焼結したものである請求項５又は６に記載の機械部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品およびその製造方法に関し、特に、鉄系合金の焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面を有する機械部品およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車をはじめとする車両や産業機械などの機械製品のコスト低減を図るべく、その構成部品であるギヤやカム等の機械部品を、溶製材で作製された溶製品から鉄系の焼結体を母材とした焼結品に置換する試みがなされている。しかしながら、焼結体が無数の内部気孔を有する多孔質体である関係上、焼結品は溶製品に比べて機械的強度や耐摩耗性（相手部品と摺動する摺動面の耐摩耗性）に劣る。そこで、焼結体の機械的強度や耐摩耗性を向上するための様々な技術手段が提案されている。
【０００３】
例えば、下記の特許文献１には、所定量のニッケル、モリブデン、銅および炭素を含み、残部を鉄および不可避的不純物とした鉄系合金の焼結体に浸炭焼入れ焼戻しを施すことにより、焼結体にＨＶ７００〜８００程度の表面硬化層を形成すると共に、焼結体の内部硬度をＨＶ４５０〜５００程度に調整することが記載されている。係る技術手段によれば、所望の耐摩耗性および靱性を併せ持つ焼結金属製の機械部品を得ることができる。
【０００４】
また、下記の特許文献２には、焼結体の所定面（例えば、相手部品と摺動する摺動面となる面）にショットピーニングや転造等の塑性加工を施すことで上記所定面の表面開孔を封止し、その後、潤滑剤を塗布した上記所定面に冷間鍛造を施すことが記載されている。このようにすれば、高強度・高硬度で、かつ表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａの値が小さい摺動面を得ることができる、とある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１３８２２６号公報
【特許文献２】特許第６０８７０４２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、ギヤやカム等の機械部品は、潤滑油や潤滑グリースなどといった潤滑剤の存在下で使用される場合が多い。例えば、エンジンの吸排気バルブの開閉タイミング等を調整するためにクランクシャフトとカムシャフトとの間に設けられる可変バルブタイミング装置においては、その内部をエンジンオイルが循環しているため、装置内部に形成される機械部品同士の摺動部には常時エンジンオイルが介在する。そのため、機械部品の摺動面に、格別に高い耐摩耗性は不要であるとも考えられる。
【０００７】
しかしながら、エンジンオイルには、エンジンで発生した煤などの微小な硬質異物が混入している場合があり、この硬質異物を含むエンジンオイルが部品同士の摺動部に介在した状態で上記装置が運転されると、機械部品の摺動面の摩耗が進行し易くなる。特に、焼結体に対して種々の処理（例えば、上記の浸炭焼入れ焼戻しなど）を施すのに伴って摺動面が粗面化したような場合、摺動面の摩耗が一層進行し易くなる。この点、特許文献２に開示された技術手段は、機械部品の摺動面の表面粗さを小さい値に抑えつつ、摺動面の高強度化・高硬度化を実現することができるため、摺動面の耐摩耗性を高めるための技術手段として好適であると言える。しかしながら、上記のように、硬質異物を含む潤滑剤が存在するような過酷環境下で連続使用される機械部品においては、摺動面の摩耗を適切に抑
えることができるとは限らない。
【０００８】
以上の実情に鑑み、本発明は、鉄系の焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面を有する機械部品において、摺動面の硬度を高めて耐摩耗性を向上し、過酷環境下でも所定の機能を長期間に亘って発揮し得る機械部品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】
【０００９】
上記の目的を達成するために創案された本発明は、Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面を有する機械部品であって、焼結体が、浸炭焼入れ焼戻しにより形成された第１の表面硬化層と、第１の表面硬化層の表層部が加工硬化することで形成された第２の表面硬化層とを有し、第２の表面硬化層の表面に摺動面が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る機械部品の母材である焼結体は、Ｆｅを主成分とし、これに焼入れ性を向上させる元素としてのＮｉおよびＭｏを含む。そのため、機械部品の製造過程で焼結体に浸炭焼入れを施すと、高強度・高硬度の第１の表面硬化層（浸炭焼入れ層）を精度良く形成することができる。また、機械部品の母材である焼結体は、第１の表面硬化層の表層部が加工硬化することで形成された第２の表面硬化層を有し、この第２の表面硬化層の表面に相手部品との摺動面が設けられることから、硬度が格段に高められた摺動面を得ることができる。従って、本発明によれば、部品全体の機械的強度が高く、靱性（耐疲労強度）に富み、しかも相手部品との摺動面の耐摩耗性が格段に高められた焼結金属製の機械部品を得ることができる。
【００１１】
摺動面が粗面化するほど、摺動面が相手部品と摺動したときに摺動面が摩耗し易くなる。そのため、摺動面の表面粗さはＲａ１．０μｍ以下とするのが好ましい。なお、ここでいう「Ｒａ」とは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１：２０１３に規定の算術平均粗さを意味する。
【００１２】
摺動面の摩耗を抑制する観点から、摺動面の硬度は、荷重０．２ｋｇの条件で測定したビッカース硬さ[Ｈｖ０．２]で９００以上とするのが好ましく、１０００以上とするのが一層好ましい。また、第２の表面硬化層の厚み（表面からの深さ）は５〜５０μｍとすることができる。係る構成であれば、摺動面の摩耗が進行し易い過酷環境下で機械部品が使用される場合であっても、摺動面の摩耗を効果的に抑制することができる。
【００１３】
以上の構成において、焼結体は、Ｎｉを１．０〜３．０質量％、Ｍｏを０．５〜２．０質量％、Ｃを０．１〜０．３質量％含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物としたものとすることができる。
【００１４】
また、上記の目的を達成するため、本発明では、Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした焼結体からなり、相手部品と摺動する摺動面を有する機械部品を製造するための方法であって、焼結体に浸炭焼入れ焼戻しを施すことにより、焼結体に第１の表面硬化層を形成し、その後、焼結体のうち少なくとも上記摺動面の形成予定面を塑性変形させる表面処理を焼結体に施すことにより、第１の表面硬化層の表層部に第２の表面硬化層を形成することを特徴とする機械部品の製造方法を提供する。
【００１５】
このような製造方法によれば、本発明に係る機械部品と同様の作用効果を享受することができる。
【００１６】
上記の表面処理としては、ショットピーニングを選択することができる。ショットピーニングであれば、任意の箇所に容易にかつ精度良く表面硬化層（第２の表面硬化層）を形成することができる。特に、ショット材として、平均粒径（個数平均粒径）が２００μｍ
以下のものを選択使用すれば、ショット材が衝突する衝突面の表面粗さをＲａ１．０μｍ以下に仕上げることができるので、摺動面の耐摩耗性を高める（摺動面の摩耗量を抑える）上で有利となる。
【００１７】
焼結体は、ＮｉおよびＭｏの一部がＦｅと合金化した部分合金化粉と、黒鉛粉とを含み、Ｃｕを含まない原料粉末の圧粉体を焼結したものとすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上から、本発明によれば、特に相手部品と摺動する摺動面の硬度が格段に高められるので、相手部品との摺動部に硬質異物が存在するような過酷環境下で使用される場合であっても、長期間に亘って所望の機能を安定的に発揮することのできる機械部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る機械部品の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図５】本発明に係る機械部品の製造手順を示すブロック図である。
【図６】確認試験の試験結果を示す図である。
【図７】確認試験で用いた試験体表層部の硬度測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施形態に係る機械部品の平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図３は、図２のＢ−Ｂ線矢視（部分）断面図、図４は、図１のＣ−Ｃ線矢視（部分）断面図である。図１〜図４に示す機械部品は、自動車用エンジンの吸排気バルブの開閉タイミングを調整する可変バルブタイミング装置に組み込んで使用される環状の歯車１であって、より詳細には、Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした鉄系（鉄系合金）の焼結体からなり、外周部に内歯歯車の歯面と噛み合う歯面２が設けられた外歯歯車である。この歯車１は、環状部３と、環状部３の軸方向一方側に突設された周方向で有端の突出部４とを一体に有し、歯面２は環状部３および突出部４の外周部に設けられている。
【００２２】
詳細な図示は省略するが、上記の歯車１が可変バルブタイミング装置に組み込まれたとき、歯車１は、その内周（中心孔）に嵌合固定される外輪を有する転がり軸受によって回転自在に支持されると共に、突出部４が、歯車１の軸方向外側に対向配置される環状の金属製相手部品に設けられた凹部に嵌合される。そして、上記の可変バルブタイミング装置が駆動されたとき、歯車１に設けられた突出部４の両側面（周方向一方側および他方側の端面）５，５が上記相手部品と繰り返し摺動する（摺動方向は、歯車１の径方向に沿う方向）。そのため、図示例の歯車１においては、突出部４の両側面５，５が相手部品との摺動面Ｆとなる。
【００２３】
歯車１は、図２〜図４に示すように、第１の表面硬化層６と、第１の表面硬化層６の表層部が加工硬化（塑性変形）することで形成された第２の表面硬化層７とを有する。本実施形態の歯車１においては、摺動面Ｆのみが第２の表面硬化層７の表面に設けられており、摺動面Ｆ以外の面は第１の表面硬化層６の表面に設けられている。詳細は後述するが、第１の表面硬化層６は、歯車１の母材である焼結体に熱処理としての浸炭焼入れ（浸炭焼入れ焼戻し）を施すことにより形成され、第２の表面硬化層７は、熱処理後の焼結体のう
ち、摺動面Ｆの形成予定面に表面処理としてのショットピーニングを施すことにより形成されている。従って、図示は省略しているが、摺動面Ｆは、ショット材が焼結体に衝突することで形成された圧痕（深さ２μｍ程度のマイクロディンプル）が無数に存在する梨地面となっている。
【００２４】
第１の表面硬化層６の表面硬度（摺動面Ｆ以外の面の硬度）は、荷重０．２ｋｇで測定したビッカース硬さ［Ｈｖ０．２］で８００程度とされ、第２の表面硬化層７の表面硬度（摺動面Ｆの硬度）は、同ビッカース硬さで９００以上、好ましくは１０００以上とされる。また、歯車１のサイズ等にもよるが、第１の表面硬化層６の厚み（歯車１の表面からの深さ）は、例えば３００μｍ程度とされ、第２の表面硬化層７の厚みｄ（図４参照）は、例えば５〜５０μｍ程度とされる。
【００２５】
以上の構成を有する歯車１は、図５に示すように、圧縮成形工程Ｓ１、焼結工程Ｓ２、形状修整工程Ｓ３、熱処理工程Ｓ４および表面処理工程Ｓ５を順に経て製造することができる。以下、上記の各工程について説明する。
【００２６】
［圧縮成形工程Ｓ１］
この工程では、相対的に昇降移動可能に同軸配置されたコアピン、ダイ、下パンチおよび上パンチを備えた成形金型のうち、コアピン、ダイおよび下パンチによって画成されるキャビティに圧粉体成形用の原料粉末を充填し、その後、下パンチと下パンチに対して相対的に接近移動させた上パンチとで上記キャビティに充填された原料粉末を圧縮成形することにより、完成品としての歯車１に対応した形状を有する圧粉体を得る。
【００２７】
圧粉体成形用の原料粉末は、ＮｉおよびＭｏを含む鉄粉（合金鋼粉）と、炭素（Ｃ）からなる黒鉛粉とを混合した混合粉末であり、単体粉としての銅粉や合金成分としての銅（Ｃｕ）は含んでいない。上記の合金鋼粉としては、例えば、ＮｉおよびＭｏがＦｅと完全に合金化した完全合金粉の他、Ｎｉ（Ｎｉ粒子）およびＭｏ（Ｍｏ粒子）の一部がＦｅ（Ｆｅ粒子）と合金化した部分合金化粉を使用することができる。但し、完全合金粉は部分合金化粉よりも高硬度な分、部分合金化粉よりも圧縮成形性に劣り、高密度の圧粉体を安定的に得るためには、成形圧が大きい大型のプレス装置を用いる必要が生じる場合がある。そのため、合金鋼粉としては、ＮｉおよびＭｏの一部がＦｅと合金化した部分合金化粉（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ系合金鋼粉）を使用するのが好ましい。
【００２８】
ここで、原料粉末にＣｕを含めない理由を説明しておく。まず、Ｃｕを含む圧粉体を加熱・焼結した場合には、焼結時にＣｕがＦｅ中に拡散することで焼結体の機械的強度を高めることができる、というメリットがある。しかしながら、Ｃｕを含む圧粉体を加熱・焼結した場合には、Ｃｕが膨張することで焼結体の密度や寸法精度を低下させるというデメリットがある。また、Ｃｕは高価であることに加え、Ｃｕを含む圧粉体の焼結体に熱処理（浸炭焼入れ）を施した場合でも焼結体の焼入れ性（表面硬度）が高まるわけではない。以上を勘案すると、原料粉末にＣｕを含めることにより享受されるメリットよりも、原料粉末にＣｕを含めることにより生じるデメリットが上回る。そのため、原料粉末にはＣｕを含めていない。
【００２９】
成形用粉末は、後述する焼結工程Ｓ２において、Ｎｉを１．０〜３．０質量％、Ｍｏを０．５〜２．０質量％、Ｃを０．１〜０．３質量％含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物とした焼結体を得ることができるように、上記合金鋼粉および黒鉛粉の配合割合が調整されている。Ｎｉ、ＭｏおよびＣの配合割合を上記の数値範囲内に設定した理由は、以下のとおりである。
【００３０】
まず、ＮｉおよびＭｏは、焼入れ性を向上させる元素であり、後述する熱処理工程Ｓ４
で実施される浸炭焼入れによる焼入れ性を向上するために添加される。そして、ＮｉおよびＭｏの配合割合は、焼入れ性の向上効果を適切にかつ低コストに享受するため、上記の範囲としている。
【００３１】
また、Ｃ（黒鉛粉）は、主に、圧粉体の焼結時に鉄と炭素を反応させて焼結体を高強度・高硬度化するために配合されている。そのため、黒鉛粉の配合量が０．１質量％未満の場合、所望の機械的強度等を具備した焼結体を得ることが難しくなる。一方、本実施形態では、後述する熱処理工程Ｓ４において、焼結体に対して熱処理としての浸炭焼入れ焼戻しを施し、焼結体の表層部に浸炭焼入れ層からなる第１の表面硬化層６を形成するので、黒鉛粉の配合量が０．３質量％を超えると、焼結体に第１の表面硬化層６を適切に形成しつつ、焼結体に所望の靱性（耐疲労強度）を確保することが難しくなる。また、黒鉛は比重が小さいため、配合量が多いと密度を低下させるデメリットがある。従って、黒鉛粉の配合割合は上記の範囲としている。
【００３２】
なお、圧粉体成形用の原料粉末には、圧粉体の成形性および離型性や、成形金型の耐久性を高めるためにステアリン酸亜鉛等の固体潤滑剤を添加しても良い。また、圧粉体の圧縮成形時には、成形用粉末および成形金型の何れか一方又は双方を加熱しても良い（温間成形）。
【００３３】
［焼結工程Ｓ２］
この工程では、圧縮成形工程Ｓ１で得られた圧粉体を所定の温度・時間で加熱・焼結することにより、圧粉体を構成する合金鋼粉の粒子同士がネック結合した焼結体を得る。圧粉体の加熱温度は、鉄と炭素が反応を開始する温度（９００℃）よりも高く設定され、より具体的には、１１００〜１３００℃に設定される。従って、この焼結工程Ｓ２の完了時に得られる焼結体の組織中に黒鉛組織は存在しない。焼結体の金属組織は、圧粉体の成形用粉末を構成する鉄粉（合金鋼粉）等の配合割合に倣い、Ｎｉを１．０〜３．０質量％、Ｍｏを０．５〜２．０質量％、Ｃを０．１〜０．３質量％含み、残部をＦｅおよび不可避的不純物とした組織である。
【００３４】
［形状修整工程Ｓ３］
この工程では、焼結工程Ｓ２で得られた焼結体に対してサイジング加工や機械加工（例えば、切削加工）を適宜施すことにより、焼結体が完成品形状に仕上げられる。但し、この形状修整工程Ｓ３は、焼結工程Ｓ２で得られた焼結体が所定の形状・寸法精度を有していない場合にのみ実施され、必ずしも実施されるわけではない。なお、本実施形態のように、最終的に環状の歯車（外歯歯車）１となる焼結体の形状修整を行う場合、サイジング加工は、例えば焼結体の軸方向寸法を矯正するために実施される。
【００３５】
［熱処理工程Ｓ４］
この工程では、焼結体に対して浸炭焼入れを施すことにより、焼結体の表層部全域に浸炭焼入れ層からなる第１の表面硬化層６を形成し、その後、この焼結体に対して焼戻しを施すことにより、焼入れに伴って焼結体のＦｅ組織中に生成された残留オーステナイトを除去する。これにより、表面硬度（耐摩耗性）および靱性（耐疲労強度）が高められた焼結体が得られる。参考までに、浸炭焼入れ前の焼結体の表面硬度は、荷重０．２ｋｇの条件で測定したビッカース硬さ［Ｈｖ０．２］で２５０程度であり、浸炭焼入れ焼戻し後の焼結体の表面硬度（第１の表面硬化層６の表面硬度）および芯部の硬度は、それぞれ、同ビッカース硬さで８００および５５０程度である。また、第１の表面硬化層６の厚み（焼結体表面からの深さ）は、焼入れ時間等によって調整し得るが、例えば０．３ｍｍ程度とすることができる。
【００３６】
［表面処理工程Ｓ５］
この工程では、熱処理後の焼結体（表層部全域に第１の表面硬化層６が形成された焼結体）のうち、少なくとも摺動面Ｆの形成予定面に対して表面処理としてのショットピーニングを施す。ショットピーニングは、粉体噴射装置から噴射した硬質のショット材を被加工物（焼結体）に高速で衝突させる冷間加工であり、焼結体のうちショット材が衝突した衝突面およびその近傍領域には塑性変形が生じる。塑性変形が生じた部分では、いわゆる加工誘起マルテンサイト変態による加工硬化が生じると共に、多孔質の金属組織が緻密化する（金属組織の気孔率が減少する）。そのため、焼結体のうち、ショットピーニングを施した摺動面Ｆの形成予定面を含む表層部には、ショットピーニングの非処理領域に比べ、多孔質の金属組織が緻密で高硬度の第２の表面硬化層７（図４参照）が形成される。第２の表面硬化層７は、上記のとおり、第１の表面硬化層６の表層部が加工硬化することで形成されるので、第２の表面硬化層７の表面硬度は第１の表面硬化層６の表面硬度よりも高くなる。これにより、摺動面Ｆの表面硬度が最も高められた焼結体が得られる。
【００３７】
なお、ショットピーニングによって形成される第２の表面硬化層７の表面硬度は、使用するショット材の粒径によって左右され、使用するショット材の粒径が小さくなるほど表面硬度の向上効果が高くなることが判明した。具体的には、平均粒径が２００μｍを超えるショット材を用いてショットピーニングを施した場合には、表面硬度が９００Ｈｖ０．２程度の第２の表面硬化層７が得られ、粒径が２００μｍ以下のショット材を用いてショットピーニングを施した場合には、表面硬度が１１００Ｈｖ０．２程度の第２の表面硬化層７が得られた。
【００３８】
また、ショット材が衝突した衝突面は、ショット材が衝突することで形成される圧痕（微小な凹部（マイクロディンプル））が無数に存在する梨地面となるため、ショット材の非衝突面に比べて算術平均粗さＲａの値が大きくなるが、使用するショット材の粒径が小さくなるほど、Ｒａの値の増加量を抑えることができることが判明した。特に、平均粒径が２００μｍ以下のショット材を用いた場合には、ショット材の衝突面（摺動面Ｆ）の表面粗さをＲａ１．０μｍ以下に抑えることができる。そして、摺動面Ｆの表面粗さＲａの値が小さくなるほど、摺動面Ｆの摩耗を抑える上で有利となる。従って、この点も考慮すると、焼結体のうち、摺動面Ｆの形成予定面に施すべきショットピーニングは、粒径が２００μｍ以下のショット材を用いて実施するのが好ましい。
【００３９】
以上で説明した各工程Ｓ１〜Ｓ５（形状修整工程Ｓ３は任意）を経ることにより、図１〜図４を参照して説明した焼結金属製の歯車１が得られる。
【００４０】
以上で説明したような歯車（外歯歯車）が組み込まれる可変バルブタイミング装置の駆動時には、その内部空間をエンジンオイルが常に循環するため、歯車の摺動面はエンジンオイルの油膜を介して金属製の相手部品と繰り返し摺動する。このため、摺動面の摩耗は可及的に抑制できるとも考えられる。しかしながら、エンジンオイルには、オイルフィルタで完全に捕捉することができない煤等の微小な硬質異物が混入している場合が多い。硬質異物を含むエンジンオイルが歯車と相手部品の摺動部に介在した状態で可変バルブタイミング装置が駆動されると、歯車の摺動面の摩耗が進行し易くなって、装置の耐久寿命に悪影響が及ぶ。
【００４１】
これに対し、以上で説明した構成を有する本発明の実施形態に係る歯車１は、Ｆｅを主成分とし、これに焼入れ性を向上させる元素としてのＮｉおよびＭｏを含む焼結体を母材としているため、この焼結体に浸炭焼入れ（浸炭焼入れ焼戻し）を施すと、高強度・高硬度の浸炭焼入れ層（第１の表面硬化層）が精度良く形成される。また、歯車１の母材である焼結体は、第１の表面硬化層６の表層部が加工硬化することで形成された第２の表面硬化層７を有し、この第２の表面硬化層７の表面に相手部品との摺動面Ｆが設けられることから、摺動面Ｆの硬度（耐摩耗性）が９００Ｈｖ０．２以上、好ましくは１１００Ｈｖ０
．２以上にまで高められた歯車１を得ることができる。そのため、上記のように、煤等の硬質異物を含むエンジンオイルが歯車１と相手部品の摺動部に介在するような過酷環境下で可変バルブタイミング装置が駆動される場合でも、歯車１の摺動面Ｆの摩耗を効果的に抑制することができる。
【００４２】
また、本実施形態の歯車１は、その母材である焼結体に浸炭焼入れを施すことで形成された第１の表面硬化層６を表層部全域に有することから、部品全体としての機械的強度が高い。また、浸炭焼入れ後の焼結体には焼戻しが施され、これによって焼結体の靱性が高められていることから、本実施形態の歯車１は優れた耐疲労強度も併せ持つ。従って、本実施形態の歯車１を用いれば、所定の機能を長期間に亘って安定的に発揮することのできる可変バルブタイミング装置を実現することができる。
【００４３】
以上、本発明の一実施形態に係る焼結金属製の歯車１およびその製造方法について説明を行ったが、本発明は、以上で説明したような歯車（外歯歯車）１のみに限定適用されるわけではない。すなわち、本発明は、相手部品との摺動面を有する他の焼結金属製の機械部品（例えば、内歯歯車、カム、軸受等）に適用することもできる。
【実施例】
【００４４】
本発明の有用性を実証するため、浸炭焼入れ焼戻しが施された焼結体に対し、どのような表面処理を施すことが焼結体の表面硬度を高める上で、また焼結体の表面粗さの悪化を抑える上で有効であるのかを確認した。具体的には、下記のような４種類の試験体（第１〜第４の試験体）を準備し、各試験体のうち相手部品との摺動面となる面のビッカース硬さを荷重０．２ｋｇの条件で測定すると共に、上記摺動面となる面の算術平均粗さＲａを小坂研究所社製の表面粗さ測定機（ＳＥ６００）を用いて測定した。
［第１の試験体］
Ｆｅを主成分とし、残部をＮｉ、Ｍｏ、Ｃおよび不可避的不純物とした焼結体からなる歯車（図１等を参照して説明した歯車１に準ずる形状・組成を有する歯車）であって、上記焼結体に浸炭焼入れ焼戻しを施したもの。
［第２の試験体］
第１の試験体（浸炭焼入れ焼戻しが施された焼結体。以下同様。）に対し、表面処理（表面改質処理）としてのガス軟窒化処理を施したもの。
［第３の試験体］
第１の試験体のうち、相手部品との摺動面となる面に対し、表面処理としてのショットピーニングを施したもの。但し、ショットピーニングは、平均粒径が２００μｍを超えるショット材を用いて実施。
［第４の試験体］
第１の試験体のうち、相手部品との摺動面となる面に対し、表面改質処理としてのショットピーニングを施したもの。但し、ショットピーニングは、平均粒径が２００μｍ以下のショット材を用いて実施。
【００４５】
各試験体に施した表面処理の方法、各試験体に設けた摺動面の硬度測定結果、および摺動面の表面粗さの測定結果等を図６にまとめて示す。なお、図６では、第１〜第４の試験体を、それぞれ、比較例１、比較例２、実施例１および実施例２と表示している。また、硬度および表面粗さの測定結果は３個の試験体の平均値である。また、各試験体のうち、摺動面を含む領域の硬度測定結果を図７に示す。
【００４６】
図６に示すように、浸炭焼入れ焼戻し後に表面処理を施していない焼結体からなる比較例１と、浸炭焼入れ焼戻し後にガス軟窒化を施した焼結体からなる比較例２とでは、摺動面の硬度および表面粗さに大差はない。但し、図７に示すように、浸炭焼入れ焼戻し後にガス軟窒化を施した焼結体からなる比較例２は、比較例１に比べて内部硬度が大きく低下
している。
【００４７】
これに対し、浸炭焼入れ焼戻し後に表面処理としてのショットピーニングを施した焼結体からなる実施例１，２は、図６および図７に示すように、比較例１に比べて摺動面の硬度が大きく向上すると共に表層部の硬度が向上したものの、摺動面が粗面化した。但し、平均粒径２００μｍ以下のショット材を用いてショットピーニングを施した実施例２では、摺動面の粗面化を抑えることができ、かつ摺動面の硬度向上効果も大きくなった。
【００４８】
以上から、浸炭焼入れ焼戻しが施された焼結体に対して表面硬度を高めるための表面処理を施す場合には、ショットピーニングを選択するのが良く、特に平均粒径が２００μｍ以下のショット材を用いたショットピーニングを選択するのが良いことがわかる。
【符号の説明】
【００４９】
１      歯車（焼結体からなる歯車）
２      歯面
３      環状部
４      突出部
５      側面（摺動面）
６      第１の表面硬化層
７      第２の表面硬化層
Ｆ      摺動面
Ｓ１    圧縮成形工程
Ｓ２    焼結工程
Ｓ３    形状修整工程
Ｓ４    熱処理工程
Ｓ５    表面処理工程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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