(57)【要約】【課題】耐摩耗性を確保しつつ、相手材の攻撃性を低下させ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。【解決手段】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に低め設定した窒化硬化層がベーン表面部に形成されている。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いない。【選択図】図１
2007040230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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）。
【０００５】
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）。
【特許文献１】特公平１−１８９８５号公報
【特許文献２】特開平５−７８７９２号公報
【特許文献３】特開２００４−３４６７８８号公報
【特許文献４】特開平２００４−１９０６５８号公報
【特許文献５】特開２００２−３５６７６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【実施例１】
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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）。
【００３６】
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。
【実施例２】
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【実施例３】
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
（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。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】ベーンを側面図である。
【図２】ベーンの表面付近を模式的に示す断面図である。
【図３】弁開閉時期制御装置の要部の断面図である。
【図４】弁開閉時期制御装置のベーン付近の部分断面図である。
【図５】比摩耗量を表す試験結果を示すグラフである。
【図６】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。
【符号の説明】
【００５７】
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。
【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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